JP6298568B1 - 立て坑掘削装置および立て坑掘削方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ケーソン躯体の施工途中で硬質地盤に到達した場合に、その硬質地盤を容易に掘削可能とした立て坑掘削装置を提供する。【解決手段】ケーソン躯体の刃先下を含む底部の地盤を掘削する装置である。ベース部材６と、ベース部材６に配置されたトレンチャー式の掘削ヘッド７Ａ，７Ｂとを備える。可動式の掘削ヘッド７Ｂが可動式のものとなっていて、双方の掘削ヘッド７Ａ，７Ｂが共に垂直姿勢位置にある状態で、下向きに掘進する下向き掘削が可能となっている。双方の掘削ヘッド７Ａ，７Ｂが垂直姿勢位置のまま地中に貫入されている状態で、可動式の掘削ヘッド７Ｂを展開位置Ｐ２まで揺動変位させることで、掘削すべき領域の上部よりも下部の方が拡幅される拡底掘削が可能となっている。【選択図】図６

Description

本発明は、オープンケーソン工法やＰＣウェル工法等のための立て坑掘削装置に関し、特にケーソン躯体の圧入沈設による立て坑の構築に際して、ケーソン躯体の刃先下を拡底もしくは拡径するような形態で地盤を掘削するのに好適な立て坑掘削装置および立て坑掘削方法に関する。

例えばケーソン躯体となるＰＣウェルあるいは鋼製セグメント等の環状ロットを順次積み上げてオープンケーソンを構築する際には、最初に地上に設置された環状ロットからなるケーソン躯体の内底部をクラムシェルあるいはグラブバケット等のバケット系掘削手段により掘削・排土（いわゆる床掘り）を行う。その上で、そのケーソン躯体を所定深度まで地中に圧入沈設し、さらに圧入沈設後のケーソン躯体の上に新たな環状ロットを積み上げるようにして継ぎ足しを行うことになる。以降は、ケーソン躯体内部の掘削・排土と、ケーソン躯体の圧入沈設、およびケーソン躯体の継ぎ足しと、を順次繰り返すことで、必要深度のケーソンを構築することになる。

このような工法において、ケーソン躯体を沈設しようとする領域に硬質地盤があると、掘削土砂の掴み動作に主眼が置かれているバケット系掘削手段ではその掘削が困難となることがある。その対策として、例えば特許文献１に記載されているように、ケーソン躯体を沈設する前に、例えば全旋回式オールケーシング削孔機を用いて、硬質地盤をバケット系掘削手段で掘削可能な置換土に置き換える置換工法もしくは先行削孔工法が知られている。

特開２００６−４５８３１号公報 特開２００２−４２９６号号公報

しかしながら、上記のような置換工法もしくは先行削孔工法では、地表面側からケーシングを回転圧入してその内部をケーソン躯体の沈設深さ分だけ掘削することになるので、対象となる硬質地盤のほかに置換の必要のない地盤まで置換土に置き換える必要がある。しかも、上記ケーシングの回転圧入と内部掘削および置換土との置き換えをケーソン構築領域のほぼ全域にわたって行わなければならないため、多大な工数と相応の工期を要することとなり、大幅なコストアップを招くこととなって好ましくない。

また、従来の置換工法もしくは先行削孔工法は、オープンケーソン工法を実施する前に行わなければならず、例えばケーソン躯体の施工途中での追加施工は不可能であり、施工自由度に欠ける不具合がある。

さらに、オープンケーソンの刃先下の掘削に特化した掘削装置として、例えば特許文献２に記載されたものが提案されているが、この特許文献２に記載された掘削装置では、掘削能力の不足により硬質地盤の掘削には対応することができない。

本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、ケーソン躯体の施工途中の特定深度で硬質地盤に到達したような場合に、少なくともその硬質地盤を掘削可能とした立て坑掘削装置および立て坑掘削方法を提供するものである。

本発明は、請求項１に記載のように、立て坑となるケーソン躯体の刃先下を含む底部の地盤を掘削する装置であって、吊り下げ母機からワイヤを介して吊り下げ支持された支持体と、上記支持体に垂直姿勢で支持されているオーガスクリューと、上記オーガスクリューの両側で上記支持体に垂直姿勢で支持されていると共に、少なくとも上下方向に周回移動する掘削刃を有し、その掘削刃の周回移動面が互いに対向しているトレンチャー式の二つの掘削ヘッドと、を備えている。
その上で、上記二つの掘削ヘッドのうち少なくともいずれか一つの掘削ヘッドが、上部を揺動中心として上記垂直姿勢位置から外側に揺動変位可能な可動式のものとなっている。

そして、上記二つの掘削ヘッドが上記オーガスクリューと共に上記垂直姿勢位置にある状態で、上記オーガスクリューを回転させながら、上記二つの掘削ヘッドの掘削刃を周回移動させることで、下向きに掘進する下向き掘削が可能となっている一方、上記二つの掘削ヘッドが上記オーガスクリューと共に上記垂直姿勢位置のまま地中に貫入されている状態で、上記いずれか一つの可動式の掘削ヘッドの掘削刃を周回移動させながら、当該いずれか一つの可動式の掘削ヘッドを上記垂直姿勢位置から外側に揺動変位させることで、掘削すべき領域の上部よりも下部の方が拡幅される拡底掘削が可能となっていることを特徴とする。

ここで、「掘削」の語は、掘り起こしたり掘りうがった土砂の除去（排土）を要する場合に多用されるが、本発明では、掘り起こしたり掘りうがった土砂の除去を要しない場合も含めて「掘削」と定義する。

また、本発明に係る立て坑掘削装置は、既存のいわゆる床掘りのためのクラムシェル等のバケット系掘削手段と併用するものとし、バケット系掘削手段で掘削可能な部分は当該バケット系掘削手段で掘削する。その一方、例えばケーソン躯体の施工途中の特定深度で硬質地盤に到達したような場合には、上記バケット系掘削手段に代えて本発明に係る立て坑掘削装置を用いて、少なくともその特定深度の硬質地盤を掘削するものとする。

この場合において、請求項２に記載のように、上記二つの掘削ヘッドが上記オーガスクリューと共に上記垂直姿勢位置のまま地中に貫入されている状態で、上記オーガスクリューを反力受けとした上で、上記二つの掘削ヘッドの掘削刃を周回移動させながら、当該二つの可動式の掘削ヘッドを上記垂直姿勢位置から外側に揺動変位させつつ下向きに掘進させることで、上記下向き掘削時に比べて掘削すべき領域の上部よりも下部の方がさらに拡幅される下向き拡底掘削が可能となっていることが望ましい。

さらに、請求項３に記載のように、上記各掘削ヘッドは、上下方向に周回駆動される無端状のチェーンに複数の掘削刃を取り付けたものであることが望ましい。

同様に、請求項４に記載のように、上記可動式の掘削ヘッドは、上記支持体に搭載されたアクチュエータの作動により揺動変位するものであることが望ましい。

本発明に係る立て坑掘削方法は、請求項５に記載のように、吊り下げ母機からワイヤを介して吊り下げ支持された支持体と、上記支持体に垂直姿勢で並んで配置されていると共に、少なくとも上下方向に周回移動する掘削刃を有しているトレンチャー式の複数の掘削ヘッドと、を備え、上記複数の掘削ヘッドのうち少なくともいずれか一つの掘削ヘッドが、上部を揺動中心として上記垂直姿勢位置から外側に揺動変位可能な可動式のものとなっている立て坑掘削装置を用いて、立て坑となるケーソン躯体の底部の地盤のうち少なくともケーソン躯体の刃先下を当該ケーソン躯体の内径よりも大径に掘削する方法とする。

その上で、上記いずれか一つの可動式の掘削ヘッドの掘削刃の周回移動面が上記ケーソン躯体の刃先方向を指向しつつこれに接近するように、上記複数の掘削ヘッドを上記ケーソン躯体の底部の地盤に着底させて、上記各掘削ヘッドの掘削刃を周回移動させながら下向きに掘進させて、上記ケーソン躯体の刃先下の深度まで掘削を行う下向き掘削工程と、上記下向き掘削工程に続いて、上記いずれか一つの可動式の掘削ヘッド以外の各掘削ヘッドを反力受けとした上で、上記いずれか一つの可動式の掘削ヘッドの掘削刃を周回移動させながら、当該いずれか一つの可動式の掘削ヘッドを上記ケーソン躯体の刃先に接近する方向に揺動変位させることで、上記下向き掘削された領域の上部よりも下部の方が拡幅されるように上記ケーソン躯体の刃先下まで掘削する拡底掘削工程と、を含むことを特徴とする。

この場合において、請求項６に記載のように、上記下向き掘削工程とそれに続く上記拡底掘削工程とを１サイクルとする施工を上記ケーソン躯体の周方向で繰り返し行うものとする。

より具体的には、請求項７に記載のように、上記下向き掘削工程とそれに続く上記拡底掘削工程とを１サイクルとする施工を上記ケーソン躯体の周方向で連続的または間歇的に繰り返し行うものとする。

請求項１，５に記載の発明によれば、ケーソン躯体の施工途中の特定深度で硬質地盤に到達したような場合であっても、その時点から上記特定深度の硬質地盤での掘削が可能となるほか、ケーソン躯体の刃先下までも無理なく掘削することが可能となる。そのため、従来のような置換工法もしくは先行削孔工法が不要となって、工期が短く、経済性に優れた施工を行える。また、掘削装置そのものが小規模な設備で済むことから、機動性および取り扱い性、さらには汎用性にも優れると共に、コスト的にも有利となる。

特に、請求項１〜４に記載の発明によれば、トレンチャー式の二つの掘削ヘッドに加えてオーガスクリューを併用しているため、掘削効率が一段と向上する利点がある。

本発明に係る立て坑掘削装置を用いたオープンケーソン工法の概略を示す図で、（Ａ）はケーソン躯体の平面図、（Ｂ）は坑底掘削時の縦断面説明図。 図１の後工程に相当するオープンケーソン工法の概略を示す図で、（Ａ）はケーソン躯体の平面図、（Ｂ）は坑底の硬質地盤掘削時の縦断面説明図。 図２の後工程に相当するオープンケーソン工法の概略を示す図で、（Ａ）はケーソン躯体の平面図、（Ｂ）は刃口の刃先下掘削時の縦断面説明図。 図３の（Ａ）とは異なる掘削形態を示すケーソン躯体の平面図。 図３，４の後工程に相当するオープンケーソン工法の概略を示す図で、それまでの掘り残し部分の掘削形態を示す縦断面説明図。 本発明に係る立て坑掘削装置の第１の実施の形態を示す図で、（Ａ）は下向き掘削時の姿勢を示す説明図、（Ｂ）は拡底掘削時の姿勢を示す説明図。 図６に示した掘削装置における掘削ヘッドの要部の拡大斜視図。 図３の（Ｂ）に示した掘削形態の詳細を示す図で、ケーソン躯体内に投入された掘削装置が着底した状態を示す説明図。 硬質地盤の下向き掘削を開始した時の説明図。 硬質地盤の下向き掘削が終了した時の説明図。 硬質地盤の下向き掘削に続いてケーソン躯体の刃先下の拡底掘削が終了した時の説明図。 本発明に係る立て坑掘削装置の第２の実施の形態を示す図で、下向き掘削時の姿勢を示す説明図。 図１２に示した掘削装置による下向き拡底掘削時の説明図。 本発明に係る立て坑掘削装置の第３の実施の形態を示す図で、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は下向き掘削時の姿勢を示す正面説明図。 図１４に示した掘削装置の展開状態での姿勢を示す正面説明図。

図１〜５は本発明に係る立て坑掘削装置が適用されるオープンケーソン工法の概略を示す工程説明図である。そして、いずれの図においても、（Ａ）は平面図を、（Ｂ）は縦断面説明図をそれぞれ示している。

図１において、１はＰＣウェルあるいは鋼製セグメント等の環状ロットを複数段にわたって積み重ねて圧入沈設した構築途中の円形のケーソン躯体、１ａはケーソン躯体１の最下段の刃口（刃口部または刃口リング）、２はケーソン躯体１の坑底部の地盤の掘削のための吊り下げ母機（ベースマシン）として機能するクローラクレーン（以下、単にクレーンと言う。）、３はクレーン２からワイヤ（ワイヤロープ）３ａを介して吊り下げ支持されたバケット系掘削機としてのクラムシェルである。なお、ケーソン躯体１の周囲に設置される油圧ジャッキタイプの圧入沈設装置は図示を省略している。

また、図１の（Ｂ）において、４ａはケーソン躯体１の坑底部でクラムシェル３による掘削が可能な比較的軟質の地盤を示し、４ｂは地盤４ａの下側にあってクラムシェル３での掘削がとかく困難とされる硬質の地盤を示している。ここでは、ケーソン躯体１の刃口１ａが既に硬質地盤４ｂに到達している例を示している。硬質地盤４ｂをクラムシェル３では掘削が困難な理由は、周知のように、自重のみで坑底に投入されるクラムシェル３は、それ自体では積極的な掘進能力がなく、土砂の掴み動作に主眼が置かれているためである。

図１に示すように、比較的軟質の地盤４ａについては、その下側の硬質地盤４ｂが露出するまでクラムシェル３で掘削を行うものとする。すなわち、地盤４ａの掘削に際しては、ケーソン躯体１の坑底部へのクラムシェル３の投下と地盤４ａでの土砂の掴み動作、およびクラムシェル３の吊り上げによるケーソン躯体１外部への土砂の搬出と掴み開放動作（排土）と、を繰り返し行うものとする。なお、必要に応じてクラムシェル３に代えてグラブバケットを用いることも可能である。

比較的軟質の地盤４ａの掘削を終え、その下側の硬質地盤４ｂが露出するようになったならば、図２に示すように、クレーン２から吊り下げ支持されている図１のクラムシェル３を、図２に示した掘削装置５に持ち替えた上で、硬質地盤４ｂの掘削を行うものとする。なお、クラムシェル３から掘削装置５への持ち替えに代えて、掘削装置５を予め吊り下げ支持している別のクレーンを用いても良い。

ここで、掘削装置５は、図６の拡大図に示すように、クレーン２からワイヤ３ａ等を介して吊り下げ支持された支持体としてのベース部材６に、トレンチャー式の二つで一組の掘削ヘッド７Ａ，７Ｂが垂直姿勢で並んで配置されているものである。そして、一方の掘削ヘッド７Ｂが他方の掘削ヘッド７Ａから離間するように外側に揺動変位して展開可能となっている。なお、掘削装置５の詳細は後述する。

掘削装置５による掘削は、最初に、図２に示すように、硬質地盤４ｂが露出している坑底部の中央部分を所定間隔で間歇的に掘削するものとする。つまり、図２の（Ａ）に示すように、平面視で矩形状をなす掘削済み部分Ｄ１を単位要素とする掘削を坑底部の中央部分で掘削装置５により間歇的にｎ回繰り返し行う。その結果として、坑底部の中央部分では平面視で略格子状をなす掘り残し部分Ｑ１が隔壁状に残されることになる。

ここで、硬質地盤４ｂが露出している坑底部の中央部分を所定間隔で間歇的に掘削するようしているのは、坑底部を全面掘削するのでは効率が悪く、また、所定間隔で間歇的に掘削しておけば、掘り残し部分Ｑ１は平面方向での地盤としての連続性が断たれていることで、後から掴み動作を主眼とするクラムシェル３でも掘削が可能となるとの知見に基づいている。なお、図２の（Ａ）では、掘削済み部分（ハッチングを施した部分）を符号Ｄ１で示し、同図の（Ｂ）では、坑底部の中央部分での掘り残し部分（同じくハッチングを施した部分）を符号Ｑ１で示している。

続いて、図３に示すように、硬質地盤４ｂのうちケーソン躯体１の刃口１ａの刃先下近くにケーソン躯体１の円周方向に沿って残された硬質地盤４ｂを、その周方向に沿って所定間隔で間歇的に掘削する。つまり、図３の（Ａ）に示すように、掘削済み部分Ｄ１とは別の掘削済み部分Ｄ２を単位要素とする掘削を掘削装置５によりケーソン躯体１の円周方向で間歇的にｎ回繰り返し行う。

なお、図３での掘削に際しては、図２と比べて掘削装置５の姿勢を変更しているが、これについては後述する。また、図３の（Ａ）では掘削済み部分Ｄ２を単位要素する掘削をケーソン躯体１の円周方向に沿って間歇的に施すようにしているのは、次のような理由による。すなわち、掘削済み部分Ｄ２同士の間に円周方向に沿って掘り残し部分Ｑ２が存在していても、間歇的な掘削済み部分Ｄ２の存在によって硬質地盤４ｂとしての強度が低下しているので、以降のケーソン躯体１の圧入沈設は可能であるとの知見に基づいている。

その一方、地盤の性状等によっては、図３の（Ａ）に示した掘削済み部分Ｄ２を単位要素とする間歇的な掘削では、なおも以降のケーソン躯体１の圧入沈設が困難と判断される場合がある。このような場合には、図４に示すように、硬質地盤４ｂのうちケーソン躯体１の刃口１ａの刃先下近くにケーソン躯体１の円周方向に沿って残された硬質地盤４ｂを連続的に掘削するものとする。つまり、図３の（Ａ）に示したものと同様の掘削済み部分Ｄ２を単位要素として、ケーソン躯体１の円周方向に沿ってそれらの掘削済み部分Ｄ２，Ｄ２同士が連続するように掘削作業をｎ回繰り返すものとする。

この後、図３の（Ａ）に示す掘削形態であるか図４に示す掘削形態であるかにかかわらず、図５に示すように、クレーン２側で掘削装置５から再び図１に示したクラムシェル３に持ち替えて、掘り残し部分Ｑ１，Ｑ２を掘削しながら排土する作業をｎ回繰り返す。この場合において、ケーソン躯体１の坑底部分の硬質地盤４ｂには、掘り残し部分Ｑ１，Ｑ２が隔壁状に残されているだけあるので、掴み動作を主とするクラムシェル３による掘削であっても十分に対応可能である。そして、図５に示した硬質地盤４ｂの掘削によって発生した土砂がある程度排土されたならば、以降のケーソン躯体１のさらなる圧入沈設が可能となる。

図６は図２，３に示した掘削装置５の詳細を示していて、同図（Ａ）は下向き掘削時の姿勢を示す説明図、同図（Ｂ）は拡底掘削時の姿勢を示す説明図である。
図６の（Ａ）に示すように、掘削装置５は、例えばボックス状のベース部材６と、このベース部材６に並んで配置された二つで一組のトレンチャー式の掘削ヘッド７Ａ，７Ｂと、アクチュエータとしての油圧シリンダ８と、を備えて構成されている。ベース部材６は、図２，３に示したワイヤ３ａのほかフック９ａや補助ワイヤ９ｂ等を介して、水平状態を保つように図２，３に示したクレーン２から吊り下げ支持される。

図６に示したトレンチャー式の一対の掘削ヘッド７Ａ，７Ｂは共に同じ構造のものである。各掘削ヘッド７Ａ，７Ｂは、例えば堅牢な略角柱状のフレーム１０の上下両端部にそれぞれにチェーンスプロケット１１ａ，１１ｂが軸受支持されていると共に、それら双方のチェーンスプロケット１１ａ，１１ｂ間に無端状（エンドレスタイプ）のドライブチェーン１２が巻き掛けられている。そして、一例として図７に掘削ヘッド７Ａ，７Ｂの先端部を拡大して示すように、ドライブチェーン１２には、形状および向きが微妙に異なる複数の掘削刃（ビット）１３が所定のピッチで長手方向に沿って装着されている。なお、図６ではドライブチェーン１２を含む複数の掘削刃を符号１３で示している。また、図７では、チェーンスプロケット１１ａ，１１ｂとそれらの間のフレーム１０が外部に露出しないように両側が側板１４で覆われている。

その上で、図６に示した例えば上側のチェーンスプロケット１１ａと同軸上に設けた図示外の油圧モータの起動により、各掘削刃１３が周回駆動されるようになっている。このようなトレンチャー式の掘削ヘッド７Ａ，７Ｂはいわゆる硬質地盤対応の重掘削タイプのものであり、その基本構造は古くから公知のものである。

また、一対の掘削ヘッド７Ａ，７Ｂは、双方の掘削刃１３の周回移動面が近接しつつ互いに対向するように、共に垂直姿勢にてベース部材６に支持されている。一方の掘削ヘッド７Ａはその垂直姿勢を維持するようにフレーム１０がベース部材６に固定されていて、いわゆる定位置固定式のものとなっている。その一方、他方の掘削ヘッド７Ｂはそのフレーム１０がベース部材６に対し軸部材１０ａを介して揺動可能に支持されていて、一方の掘削ヘッド７Ａと平行となる垂直姿勢位置Ｐ１から外側に向かって離間する方向に、すなわち図６の（Ｂ）に示す展開位置Ｐ２まで揺動変位可能な可動式のものとなっている。この他方の掘削ヘッド７Ｂの揺動変位動作（展開動作）は、ベース部材６に設けられた油圧シリンダ８の伸縮作動に基づいて行われる。

図８〜１１は、図６に示した掘削装置５を用いた上で、図２に示した刃口１ａの刃先下近くに残された硬質地盤４ｂの掘削を行う場合の詳細な手順を示している。

図８に示すように、クレーン２から吊り下げた掘削装置５をケーソン躯体１の坑内に投入し、ケーソン躯体１の刃口１ａの近くに着底させる。この場合、双方の掘削ヘッド７Ａ，７Ｂは共に垂直姿勢に維持しておくものとし、且つ可動式の掘削ヘッド７Ｂの掘削刃１３の周回移動面が刃口１ａのテーパ面Ｔを指向するように掘削装置５の姿勢を調整する。

そして、図９に示すように、図８の状態から双方の掘削ヘッド７Ａ，７Ｂの掘削刃１３を互いに逆方向に周回駆動させると共に、ワイヤ３ａで吊り下げられている掘削装置５全体を自重にて極低速で降下させ、双方の掘削ヘッド７Ａ，７Ｂの掘削刃１３の周回移動と掘削装置５全体の自重により掘進力を得て、硬質地盤４ｂを下向きに掘削する。この掘削形態を下向き掘削と言う。なお、図９の符号Ｍ１，Ｍ２は掘削刃１３の周回移動方向を示している。これにより、掘削ヘッド７Ａ，７Ｂの掘削刃１３の周回移動面を短辺とし、且つ二つ並んだ掘削ヘッド７Ａ，７Ｂの並列幅を長辺とする平面視で矩形状をなす深溝状に下向きに掘削されることになる。

この場合において、双方の掘削ヘッド７Ａ，７Ｂの掘削刃１３の周回移動方向Ｍ１，Ｍ２が互いに逆向きであることにより、それぞれの掘削ヘッド７Ａ，７Ｂでの掘削に伴う反力は互いに相殺し合うかたとなる。そのため、それぞれの掘削ヘッド７Ａ，７Ｂはその垂直姿勢を安定して維持することが可能である。

図９の状態を経ることで刃口１ａの刃先下に相当する深度まで掘削された状態を図１０に示す。掘削装置５が所定の深度に到達したならば、この状態では掘削ヘッド７Ａ，７Ｂが共に地中に貫入された状態にあるので、先の下向き掘削に続いて、図１１に示すように、固定式の掘削ヘッド７Ａの掘削刃１３の周回駆動を停止させて、可動式の掘削ヘッド７Ｂの掘削刃１３のみを周回駆動させた状態とする。

その上で、掘削装置５全体をその位置に留めたままで、油圧シリンダ８を低速にて収縮動作させることで、可動式の掘削ヘッド７Ｂの掘削刃１３の周回移動面が刃口１ａのテーパ面Ｔに接近する方向に、すなわち可動式の掘削ヘッド７Ｂが当初の垂直姿勢位置Ｐ１（図６参照）から外側に向かって離間する方向に、その可動式の掘削ヘッド７Ｂを低速にて図１１の展開位置Ｐ２まで揺動変位させる。なお、図１０，１１の符号Ｑ１は掘削ヘッド７Ｂの揺動方向を示す。

可動式の掘削ヘッド７Ｂを展開位置Ｐ２まで揺動変位させた状態を図１１に示す。同図に示すように、可動式の掘削ヘッド７Ｂが展開位置Ｐ２まで展開する過程で、先に深溝状に掘削された部分が上部に比べて下部の方が幅広となるように拡底されるかたちで掘削される。この掘削形態を拡底掘削と言う。これにより、刃口１ａの刃先下の深さまで掘削されたことになる。この場合において、拡底掘削には直接関与しない固定側の掘削ヘッド７Ａも掘削された溝状空間に貫入されたままであり、この固定側の掘削ヘッド７Ａは可動側の掘削ヘッド７Ｂの揺動変位に伴う反力を受け止めるいわゆる反力受けとして機能する。

以上のような下向き掘削とそれに続く拡底掘削は、図３，４に掘削済み部分Ｄ２として示したそれぞれについて繰り返し行うものとする。

なお、図２〜４において、坑底部の中央部分に掘削済み部分Ｄ１として示した部分を掘削する場合にも、図９，１０に示した下向き掘削と同様の形態で掘削を行う。

したがって、本実施の形態によれば、例えばケーソン躯体１の施工途中の特定深度で硬質地盤４ｂに到達したような場合であっても、先に説明したような置換工法もしくは先行削孔工法によらずして、図１に示したクラムシェル３に代えて掘削装置５を用いることで、硬質地盤４ｂに到達した時点からその硬質地盤４ｂでの掘削が可能となる。しかも、掘削装置５を用いることで、ケーソン躯体１の刃口１ａの刃先下までも無理なく掘削することが可能となる。

そのため、先に説明した置換工法もしくは先行削孔工法が不要となって、工期が短く、経済性に優れた施工を行える。また、掘削装置５そのものが小規模な設備で済むことから、機動性および取り扱い性、さらには汎用性にも優れると共に、掘削設備のコストの面でも著しく有利となる。

図１２，１３は本発明に係る立て坑掘削装置の第２の実施の形態を示す図で、先に図６，７に基づいて説明した第１の実施の形態と共通する部分には同一符号を付してある。そして、この第２の実施の形態では、掘削装置１５に二つの掘削ヘッド７Ｂ，７Ｂに加えてオーガスクリュー１７を併用していて、図１２は二つの掘削ヘッド７Ｂ，７Ｂが共に垂直姿勢位置にある状態を示し、図１３は二つの掘削ヘッド７Ｂ，７Ｂを共に揺動変位させた展開状態を示している。

図１２に示す第２の実施の形態の掘削装置１５では、ベース部材６の中央部から、例えば油圧モータを主要素とする駆動機構１６を含む螺旋羽根状のオーガスクリュー１７が吊り下げ支持されている。オーガスクリュー１７はそれ自体の軸心回りに駆動機構１６にて回転駆動される。そして、オーガスクリュー１７をはさんでその両側に掘削ヘッド７Ｂが一つずつ配置されていて、それぞれの掘削ヘッド７Ｂの掘削刃１３の周回移動面が互いに対向している。

双方の掘削ヘッド７Ｂ，７Ｂは、図６に示した可動式の掘削ヘッド７Ｂと同じ構造のものであり、それぞれのフレーム１０が軸部材１０ａを介してベース部材６に揺動可能に支持されている。したがって、それぞれの掘削ヘッド７Ｂは、アクチュエータとしての油圧シリンダ８の伸縮作動に応じて、図１２に示す垂直姿勢位置Ｐ１と図１３に示す展開位置Ｐ２との間で揺動変位可能となっている。

このように構成された第２の実施の形態の掘削装置１５では、図９，１０に示した下向き掘削と同等の掘削を行う際には、図１２に示すように、双方の掘削ヘッド７Ｂがオーガスクリュー１７と平行となるように垂直姿勢位置Ｐ１に保持した上で、それらのオーガスクリュー１７と双方の掘削ヘッド７Ｂ，７Ｂとを併用するかたちで掘削を行うものとする。双方の掘削ヘッド７Ｂ，７Ｂでの掘削刃１３の周回移動方向は図９の場合と同様に互いに逆向きとする。

この場合において、双方の掘削ヘッド７Ｂ，７Ｂに先行してオーガスクリュー１７が硬質地盤４ｂに食い込むかたちとなるので、先行して硬質地盤４ｂに食い込んだオーガスクリュー１７が双方の掘削ヘッド７Ｂ，７Ｂでの掘削に伴う反力を受け止める反力受けとしても機能すると共に、下向きの掘進力がより安定したものとなる。そのため、第１の実施の形態の掘削装置５に比べて掘削効率が一段と向上する。なお、なお、図２〜４において、坑底部の中央部分に掘削済み部分Ｄ１として示した部分を掘削する場合にも、図１２の姿勢のもとで下向き掘削を行う。

また、図１０，１１に示した拡底掘削と同等の掘削を行う際には、図１０と同様に、下向き掘削終了時点から、刃口１ａに近い側の一方の掘削ヘッド７Ｂの掘削刃１３のみを周回駆動させながら、その一方の掘削ヘッド７Ｂを図１１と同様に展開位置Ｐ２まで揺動変位させることで拡底掘削を行う。この場合において、拡底掘削には直接関与しない他方の掘削ヘッド７Ｂとオーガスクリュー１７は、掘削動作中の一方の掘削ヘッド７Ｂの揺動変位に伴う反力受けとして機能する。

したがって、この拡底掘削に際しても、他方の掘削ヘッド７Ｂとオーガスクリュー１７が共に反力受けとして機能することで、一方の掘削ヘッド７Ｂの揺動変位に基づく掘削をより効率的に行えるようになる。

さらに、図１２に示した掘削装置１５は、先に述べたような下向き掘削と拡底掘削のほかに、第３の掘削形態での掘削が可能である。

図１２に示した掘削装置１５において、図２〜４の坑底部の中央部分に掘削済み部分Ｄ１として示された部分を掘削する場合にも、図１２に示した姿勢のもとで下向き掘削を行うことは先に述べた通りである。そして、その下向き掘削が所定深度まで到達した時点では、図１２に示した掘削装置１５のオーガスクリュー１７とその両側の可動式の掘削ヘッド７Ｂが共に垂直姿勢のまま硬質地盤４ｂに貫入された状態にあることも先に述べた通りである。

そこで、図１２に示した掘削装置１５が硬質地盤４ｂに貫入された状態で、双方の掘削ヘッド７Ｂの掘削刃１３を周回駆動したままで、図１３に示すように、それら双方の掘削ヘッド７Ｂを展開位置Ｐ２まで揺動変位させながらさらに掘削を行うものとする。こうすることにより、図１２に示した掘削装置１５の姿勢で掘削された領域が、図１３に示した掘削装置１５の姿勢で掘削を終えるまで、拡大されるかたちで掘削されることになる。ここでは、この掘削形態を下向き拡底掘削と言う。

したがって、図２〜４の坑底部の中央部分に掘削済み部分Ｄ１として示された部分を掘削する場合に、上記のような下向き拡底掘削を併用するならば、一回の操作での掘削領域が拡大化されて、より効率的な掘削を行えると共に、図２〜４の坑底部の中央部分での掘削済み部分Ｄ１の数を減らすことができる。

図１４，１５は本発明に係る立て坑掘削装置の第３の実施の形態を示す図で、先に図６に基づいて説明した第１の実施の形態と共通する部分には同一符号を付してある。そして、この第３の実施の形態では、掘削装置２５に三つの可動式の掘削ヘッド７Ｂを併用していて、図１４の（Ａ）は三つの可動式の掘削ヘッド７Ｂが共に垂直姿勢位置にある状態の平面図を、同図（Ｂ）は三つの可動式の掘削ヘッド７Ｂが共に垂直姿勢位置にある状態の正面説明図を示している。さらに、図１５は図１４に示した掘削装置の展開状態での正面説明図を示している。

図１４に示す第３の実施の形態では、平面視において三つの可動式の掘削ヘッド７Ｂの配置が均等なものとなるように、ベース部材６に対し三つの可動式の掘削ヘッド７Ｂを支持させたものである。なお、各掘削ヘッド７Ｂの支持形態およびアクチュエータとしての油圧シリンダ８が付帯するものであることは、図１２，１３に示した可動式の掘削ヘッド７Ｂと同様である。なお、図１４の（Ａ）では、ベース部材６を図示省略している。また、図１５では三つの掘削ヘッド７Ｂを共に展開位置Ｐ２まで揺動変位させた状態を示しているが、後述するように、三つの掘削ヘッド７Ｂを同時に展開させることはない。

したがって、この第３の実施の形態の掘削装置２５では、図９，１０に示した下向き掘削と同等の掘削を行う際には、それぞれの可動式の掘削ヘッド７Ｂが共に図１４に示すような垂直姿勢位置にある状態で、且つそれぞれの掘削ヘッド７Ｂの掘削刃１３を共に同じ方向に周回駆動させることで掘削を行うものとする。また、図２〜４の坑底部の中央部分に掘削済み部分Ｄ１として示された部分を掘削する場合にも、図１４に示した姿勢のもとで下向き掘削を行うものとする。

さらに、図１０，１１に示した拡底掘削と同等の掘削を行う際には、図１５に示すように、三つの可動式の掘削ヘッド７Ｂのうちいずれか一つの掘削ヘッド７Ｂのみを展開位置Ｐ２まで揺動変位させることで掘削を行うものとする。

この場合において、図１０，１１に示した拡底掘削と同等の掘削に際しては、刃口１ａの刃先下の掘削を目的としていることから、三つの掘削ヘッド７Ｂが付帯している本実施の形態の掘削装置２５では、仮にワイヤ３ａ等で吊り下げ支持されている掘削装置２５の平面視での姿勢が変わっても、三つの可動式の掘削ヘッド７Ｂのうちいずれか一つをケーソン躯体１の刃口１ａのテーパ面Ｔ（図１１参照）と対面する位置に容易に割り出すことができるようになる。

１…ケーソン躯体
１ａ…刃口
４ｂ…硬質地盤
５…掘削装置
６…ベース部材（支持体）
７Ａ…固定式の掘削ヘッド
７Ｂ…可動式の掘削ヘッド
８…油圧シリンダ（アクチュエータ）
１２…ドライブチェーン
１３…掘削刃
１５…掘削装置
１７…オーガスクリュー
２５…掘削装置
Ｐ１…垂直姿勢位置
Ｐ２…展開位置

Claims (7)

1. 立て坑となるケーソン躯体の刃先下を含む底部の地盤を掘削する装置であって、
   吊り下げ母機からワイヤを介して吊り下げ支持された支持体と、
   上記支持体に垂直姿勢で支持されているオーガスクリューと、
   上記オーガスクリューの両側で上記支持体に垂直姿勢で支持されていると共に、少なくとも上下方向に周回移動する掘削刃を有し、その掘削刃の周回移動面が互いに対向しているトレンチャー式の二つの掘削ヘッドと、
   を備え、
   上記二つの掘削ヘッドのうち少なくともいずれか一つの掘削ヘッドが、上部を揺動中心として上記垂直姿勢位置から外側に揺動変位可能な可動式のものとなっていて、
   上記二つの掘削ヘッドが上記オーガスクリューと共に上記垂直姿勢位置にある状態で、上記オーガスクリューを回転させながら、上記二つの掘削ヘッドの掘削刃を周回移動させることで、下向きに掘進する下向き掘削が可能となっている一方、
   上記二つの掘削ヘッドが上記オーガスクリューと共に上記垂直姿勢位置のまま地中に貫入されている状態で、上記いずれか一つの可動式の掘削ヘッドの掘削刃を周回移動させながら、当該いずれか一つの可動式の掘削ヘッドを上記垂直姿勢位置から外側に揺動変位させることで、掘削すべき領域の上部よりも下部の方が拡幅される拡底掘削が可能となっていることを特徴とする立て坑掘削装置。
2. 請求項１に記載の立て坑掘削装置において、
   上記二つの掘削ヘッドが上記オーガスクリューと共に上記垂直姿勢位置のまま地中に貫入されている状態で、上記オーガスクリューを反力受けとした上で、上記二つの掘削ヘッドの掘削刃を周回移動させながら、当該二つの可動式の掘削ヘッドを上記垂直姿勢位置から外側に揺動変位させつつ下向きに掘進させることで、上記下向き掘削時に比べて掘削すべき領域の上部よりも下部の方がさらに拡幅される下向き拡底掘削が可能となっていることを特徴とする立て坑掘削装置。
3. 請求項１または２に記載の立て坑掘削装置において、
   上記各掘削ヘッドは、上下方向に周回駆動される無端状のチェーンに複数の掘削刃を取り付けたものであることを特徴とする立て坑掘削装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一つに記載の立て坑掘削装置において、
   上記可動式の掘削ヘッドは、上記支持体に搭載されたアクチュエータの作動により揺動変位するものであることを特徴とする立て坑掘削装置。
5. 吊り下げ母機からワイヤを介して吊り下げ支持された支持体と、上記支持体に垂直姿勢で並んで配置されていると共に、少なくとも上下方向に周回移動する掘削刃を有しているトレンチャー式の複数の掘削ヘッドと、を備え、上記複数の掘削ヘッドのうち少なくともいずれか一つの掘削ヘッドが、上部を揺動中心として上記垂直姿勢位置から外側に揺動変位可能な可動式のものとなっている立て坑掘削装置を用いて、立て坑となるケーソン躯体の底部の地盤のうち少なくともケーソン躯体の刃先下を当該ケーソン躯体の内径よりも大径に掘削する方法であって、
   上記いずれか一つの可動式の掘削ヘッドの掘削刃の周回移動面が上記ケーソン躯体の刃先方向を指向しつつこれに接近するように、上記複数の掘削ヘッドを上記ケーソン躯体の底部の地盤に着底させて、上記各掘削ヘッドの掘削刃を周回移動させながら下向きに掘進させて、上記ケーソン躯体の刃先下の深度まで掘削を行う下向き掘削工程と、
   上記下向き掘削工程に続いて、上記いずれか一つの可動式の掘削ヘッド以外の各掘削ヘッドを反力受けとした上で、上記いずれか一つの可動式の掘削ヘッドの掘削刃を周回移動させながら、当該いずれか一つの可動式の掘削ヘッドを上記ケーソン躯体の刃先に接近する方向に揺動変位させることで、上記下向き掘削された領域の上部よりも下部の方が拡幅されるように上記ケーソン躯体の刃先下まで掘削する拡底掘削工程と、
   を含むことを特徴とする立て坑掘削方法。
6. 請求項５に記載の立て坑掘削方法において、
   上記下向き掘削工程とそれに続く上記拡底掘削工程とを１サイクルとする施工を上記ケーソン躯体の周方向で繰り返し行うことを特徴とする立て坑掘削方法。
7. 請求項６に記載の立て坑掘削方法において、
   上記下向き掘削工程とそれに続く上記拡底掘削工程とを１サイクルとする施工を上記ケーソン躯体の周方向で連続的または間歇的に繰り返し行うことを特徴とする立て坑掘削方法。

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