JP6431772B2 - 掘削孔造成装置 - Google Patents

Description

本発明は、立坑やオープンケーソンなどの掘削孔を造成する掘削孔造成装置に関するものである。

たとえば平面視円形で比較的大規模（平面規模が大きく、および/または大深度）な立坑は、連続地中壁にて造成されたり、オープンケーソンにて造成されている。

これまでの大深度の連続地中壁の施工においては、盤膨れ対策のために山留長が長尺化することで工費が増大し、工期が長期化する傾向にあった。このような課題に対し、掘削孔内に水を溜め、水中掘削工法によって盤膨れを抑制することにより、山留長の長尺化を解消することができる。

ところで、このような水中掘削の場合、重量のあるクラムシェルによって掘削や揚土をおこなう方法が一般に適用されている。しかしながら、このようなクラムシェルによる掘削や揚土は揚土効率はよいものの、掘削時においてはバックホウを適用する場合のように十分な反力が取り難く、また、シールド工法の場合のように面的に漏れなく掘削するのが難しいことから、掘削効率が悪いという固有の課題がある。特に連続地中壁の内周面のセメント分によって強度を増した箇所の掘削は、クラムが当たって逃げてしまい、掘削が極めて困難であり、掘削効率が極めて低いのが現状である。

一方、従来の大口径大深度のオープンケーソン工法においては、深度が増すにつれて刃口先端の地盤の強度が増加し、このことによってケーソンの圧入が困難となっている。そこで、水中内の壁内周面でバックホウを走行させ、このバックホウにて刃口先端の地盤を掘削させるようにしている。しかしながら、バックホウを固定する固定部においては、発生するモーメントや振動に耐える構造になっていないことから、これらモーメントや振動に対処することが難しい状況にある。そして何よりも、刃口先端にあるバックホウは刃口周辺の地盤しか掘削することができず、掘削面全域においては掘削効率の悪いクラムに頼らざるを得ないといった固有の課題を有している。

ここで、特許文献１にはセンターポール式の掘削機が開示されている。より具体的には、立坑中央にセンターポールを立設し、掘削機と油圧ブレーカと削岩機をセンターポールに沿って上下可能な手段と、センターポールの周りを旋回し得る手段と、を備えたフレームに取付け、別に随時削岩機と交換し得る吹きつけ機を備え、掘削土を排出する手段を有し、地上より遠隔操作で稼働し得るような構成としたものである。

特許文献１に開示のセンターポール式深礎掘削機によれば、強力な掘削反力が得られ、複数ツールの同時施工が可能であるとしている。しかしながら、予め土中に設置した中央の軸で回転する装置であることから、集土箇所において揚土効率のよいクラムシェルの施工空間が少なくなり、このことによって揚土効率が悪くなる。さらに、大口径への対応は機械的に難しい。仮に大口径に対応しようとすると、センターポールから削岩機等を片持ち式に張り出しておこなうことになり、上記する刃口周辺の強度地盤等の掘削の際には片持ち式の削岩機等に多大なモーメントが作用し、これに対処するのが難しいことがその理由である。

一方、特許文献２には、水中地盤の状況に関わらず、安定した状態で作業を行うことを可能とした水中作業機と水中作業方法が開示されている。より具体的には、先端が水底に到達するように作業船により保持されたシャフトと、シャフトを昇降するとともにシャフトの軸心を中心に旋回可能に構成された作業機本体とを備える水中作業機と、これを利用する水中作業方法である。この水中作業方法は、シャフトを水上から水底にまで立設させる立設工程と、シャフトに沿って下降させることによりシャフトの下端部に作業機本体を配置する配置工程と、作業機本体により水底を掘削する掘削工程を備えている。

特許文献２に開示の水中作業機と水中作業方法によれば、水中地盤の状況に関わらず安定した状態で作業を行うことが可能になる。しかしながら、この装置および方法では、水中作業が必須になることと、大口径に対処しようとした場合に作業船を随時移動させる必要があることなど、改善の余地が十分にある技術である。

特開平１０−１０２９７３号公報 特開２０１２−６２７３８号公報

本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、水中掘削の制約がなく、大口径の掘削孔であっても効率的に造成をおこなうことのできる掘削孔造成装置を提供することを目的としている。

前記目的を達成すべく、本発明による掘削孔造成装置は、前記掘削孔の外部の地上に配設された環状レールと、前記環状レールの外側の地上に配設されたクローラークレーンと、からなり、前記作業台は前記掘削孔を跨いだ少なくとも２箇所の対向箇所にローラを備えており、前記ローラが前記環状レールに案内され、前記掘削孔を跨いだ状態で地上にて前記作業台が回転し、前記シャフトが回転自在であり、もしくは前記シャフトの周りで前記作業機が回転自在であり、前記クローラークレーンから垂下されたクラムは前記作業台と、前記作業機の旋回範囲とに干渉しない位置で前記掘削孔内の集土を排土することを特徴とする装置となっている。

本発明の掘削孔造成装置は、回転自在な作業台にシャフトが取り付けられ、このシャフトに沿って移動自在に作業機が装備され、シャフトが回転自在となっている、もしくは作業機がシャフトの周りで回転自在となっている構成を適用することで、まず、作業台の回転によってシャフトを掘削孔内の任意位置に効率的に移動させることができ、次いで、各移動位置でシャフトが回転することで、もしくは作業機がシャフト周りで回転することで作業機によるシャフト周りの掘削等の作業をおこなうことができるものである。

このように、作業機の装備されたシャフトの回転もしくはシャフト周りにおける作業機の回転だけでなく、このシャフトが装備される作業台も回転できるという、これまでにない新規な構成により、掘削孔内に水がない状態でも作業台の回転が可能であることから、掘削孔内における水の有無に左右されず、また、大口径の掘削孔であっても作業台の回転によってシャフトを任意の位置に移動させることで、大口径の掘削孔の掘削を容易におこなうことができるものである。

なお、ここでいう掘削孔内の「水」とは、盤膨れ等防止のために強制的に掘削孔内に貯水された水のほか、掘削孔内に入り込んでいる地下水のいずれか一方を意味している。

作業機がシャフトに沿って移動自在に装備された該シャフトは、作業台に対して一本取り付けてもよいし、二本以上取り付けてもよい。たとえば、長方形状の作業台の中心を対称として左右の二箇所にそれぞれシャフトを取り付けた形態などを挙げることができる。また、作業台に対してシャフトが水平方向に移動自在に構成され、作業台の回転と作業台に対するシャフトの水平移動により、シャフトの位置変更の自由度がさらに高められた形態であってもよい。

シャフトは、大径のシャフト内に相対的に小径の２以上のシャフトが挿入され、掘削に応じて随時シャフトが伸張するように構成されていてもよいし、掘削に応じてたとえば同径のシャフトが継ぎ足されて伸張するように構成されていてもよい。

シャフトに沿って移動自在に装備される作業機は、作業アームのアタッチメント（バケット、ブレーカー等）の交換により、多様な作業をおこなうことができる。

たとえば、作業台の左右に２つのシャフトが固定され、シャフトに装備された作業機にて掘削がおこなわれ、地上にあるクローラークレーン等の重機から垂下されたクラムが掘削土（掘削されて集められた集土）を排出する。作業台を随時回転させてシャフトの位置を変更し（たとえば作業台を10度ずつ回転させていく等）、ここで、シャフトを回転させ、もしくはシャフト周りで作業機を回転させながら一定エリア内の掘削をおこない、掘削土（集土）の排出をおこない、再度作業台を回転させて停止し、この位置で掘削をおこない、これを繰り返して掘削孔の全域に亘っておこなうことで、面的に漏れのない掘削およびその排土を実行することができる。

このように作業台の回転によってシャフトが任意箇所に移動自在であることから、施工中の集土箇所において揚土効率の良好なクラムの施工空間を十分に確保することができる。

また、シャフトの長さを伸長しながら掘削を所定深度まで進めることで、大口径でかつ大深度の掘削孔の造成も容易におこなうことができる。

ここで、作業台の回転形態には以下二つの形態を挙げることができる。そのうちの一つの形態は、前記掘削孔の外部の地上に環状レールが配設され、前記作業台は前記掘削孔を跨いだ少なくとも２箇所の対向箇所にローラを備えており、前記ローラが前記環状レールに案内され、前記掘削孔を跨いだ状態で地上にて前記作業台が回転する形態である。

この回転形態では、掘削孔を包囲する地上位置に環状レールが配設され、この環状レールに沿って掘削孔を跨いだ状態の作業台が回転することから、掘削孔内に水がない状態での掘削、掘削孔内に水がある水中掘削のいずれの掘削方法にも対応可能である。

一方、他の形態は、前記掘削孔の内側に水が溜まっており、前記作業台が水上で浮遊しながら回転する形態である。この形態は、作業台が作業船であり、この作業船が掘削孔内に溜められた水（地下水を含む）上で回転するものである。この形態によれば、作業台が水上で自在に回転することから、地上にレール等を敷設する必要がなくなる。

なお、作業船の回転は、作業船自身の駆動力にて回転してもよいし、地上の複数箇所に作業船に取り付けられた牽引ロープとこれを牽引する牽引アクチュエータを配設しておき、牽引アクチュエータの駆動力にて作業船を回転させてもよい。

さらに、作業船も、一般の作業船の他、たとえば三つの小作業船が相互に繋がれて大作業船を構成し、小作業船の交点にシャフトが配設され、たとえば矩形断面の連続地中壁やオープンケーソンの壁面に沿って小作業船が移動し、もって大作業船が回転するといった形態のものを適用してもよい。

このように、本発明の掘削孔造成装置を適用することで、これまでの大口径の連続地中壁による立坑の造成やオープンケーソンによる立坑の造成の際の課題を全て解消することができる。すなわち、集土箇所において揚土効率の良好なクラムの施工空間を十分に確保できないといった課題を解消できる。また、不動の回転シャフトから片持ち式で作業機をシャフトから離れた位置に位置決めして掘削し、大口径の掘削孔に対応しようとした際に、作用反力や作用モーメントに対処できないといった課題を解消することができる。さらに、大口径のオープンケーソンにおいて刃口先端の強度地盤の掘削時に発生する反力やモーメント、振動に対処できないといった課題を解消することができる。

以上の説明から理解できるように、本発明の掘削孔造成装置によれば、回転する作業台と、作業機を備えて作業台に対して回転自在なシャフト、もしくは作業台に固定されて回転自在な作業機を備えたシャフトと、から構成される造成装置により、掘削孔内における水の有無に関わらず、たとえば大口径の掘削孔を効率的に造成することができる。

本発明の掘削孔造成装置の実施の形態１の側面図であって、地中連続壁内に造成孔を造成している状況を示した図である。 図１のII−II矢視図である。 本発明の掘削孔造成装置の実施の形態２の側面図であって、オープンケーソン内に造成孔を造成している状況を示した図である。 図３のIV−IV矢視図である。 本発明の掘削孔造成装置の実施の形態３の平面図である。 （ａ）〜（ｃ）の順に掘削孔造成装置の実施の形態３の作業台（作業船）の回転を説明した図である。

以下、図面を参照して、本発明の掘削孔造成装置の実施の形態１〜３を説明する。

（掘削孔造成装置の実施の形態１）
図１は本発明の掘削孔造成装置の実施の形態１の側面図であって、地中連続壁内に造成孔を造成している状況を示した図であり、図２は図１のII−II矢視図である。ここで、図示例は掘削孔Ｐ内に水（地下水を含む）がない場合の施工を示しているが、掘削孔Ｐ内にたとえば盤膨れ対策用の水が滞水していて、水中掘削にて掘削孔Ｐの造成をおこなう方法であってもよいことは勿論のことである。

図示する掘削孔Ｐは、円形断面の連続地中壁Ｗにて土留めをおこないながら地盤Ｇを掘削し、造成されるものである。この掘削孔Ｐを造成する掘削孔造成装置１０は、掘削孔Ｐを跨いだ状態で地上Ｇａにおいて回転自在（Ｘ１方向）な作業台１と、作業台１から垂下された二本のシャフト２と、各シャフト２に沿って移動自在（Ｚ１方向）に装備された作業機３と、から大略構成されている。

シャフト２は作業台１に固定され、作業機３は、シャフト２に沿って上下方向に移動する（Ｚ１方向）ことのほかに、シャフト２の周りを回転する（Ｚ２方向）。なお、図示例の形態以外にも、シャフト２が作業台１に対して回転自在に構成される形態であってもよい（図示略）。

掘削孔Ｐの外側の地上Ｇａには環状のレール１ｂが配設され、平面視長方形の作業台１の左右端にあるローラ１ａが環状レール１ｂに収容され、環状レール１ｂに沿ってローラ１ａが移動することで掘削孔Ｐの直上における作業台１の回転（Ｘ１方向）が保証されている。

作業台１は、H型やI型鋼、C型鋼といった型鋼等を組み付けてそのフレーム骨格が構成され、フレーム骨格上に鋼板等が敷設されてその全体が形成されており、ローラ１ａはモータ駆動にて自動操作で回転するようになっている。

作業台１の左右には二本の鋼管からなるシャフト２が固定されており、このシャフト２は掘削孔Ｐの掘削に応じて鋼管を継ぎ足すことで鉛直方向に伸長するようになっている。なお、シャフト２の本数やシャフト２の間隔は、作業台１の長さ、すなわち掘削孔Ｐの口径やシャフト２周りを回転しながら作業する作業機３の作業可能範囲等に応じて適宜設定される。

作業機３は、自身の具備する不図示の回転装置にてシャフト２の周りを回転できるとともに（Ｚ２方向）、シャフト２に沿って上下方向に移動することができ（Ｚ１方向）、作業アームのアタッチメント（バケット、ブレーカー等）の交換により、多様な作業をおこなうことができる。

任意の掘削レベルにおいて、作業台１を固定し、各シャフト２の周りでそれぞれに固有の作業機３を回転させながら掘削等の作業をおこない、図２で示すようにそれぞれの作業機３に固有の掘削可能範囲Ａ１，Ａ２（作業可能範囲）の掘削（作業）がおこなわれる。

掘削の進歩状況に応じて、地上Ｇａに待機しているクローラークレーンＪから垂下されたクラムＣＬにて集土が排土される。

次に、作業台１を所定角度回転させて停止させ、各シャフト２の周りでそれぞれに固有の作業機３を回転させながら掘削等の作業をおこない、別途の掘削可能範囲Ａ３，Ａ４の掘削をおこなう。

以上の施工を繰り返すことで任意の掘削レベルにおいて面的に漏れのない掘削をおこなうことが可能になる。

任意レベルの掘削が完了したら、シャフト２を伸長させて下方地盤の掘削をおこなう。この下方地盤の掘削においても、作業台１の回転とシャフト２周りの作業機３の回転および掘削を繰り返すことで、面的に漏れのない掘削をおこなうことができる。

このようにして所定深度まで掘削することにより、掘削孔Ｐが大口径でかつ大深度であっても、効率的に掘削孔Ｐの造成をおこなうことができる。

また、作業台１の回転によってシャフト２が任意箇所に移動自在であることから、施工中の集土箇所において揚土効率の良好なクラムＣＬの施工空間を十分に確保することができる。

（掘削孔造成装置の実施の形態２）
図３は本発明の掘削孔造成装置の実施の形態２の側面図であって、オープンケーソン内に造成孔を造成している状況を示した図であり、図４は図３のIV−IV矢視図である。

図示する掘削孔Ｐは、円形断面のオープンケーソンＯＣにて土留めをおこないながら、オープンケーソンＯＣ内に盤膨れ対策用の水を滞水させ、水上に作業台１Ａである作業船を浮遊させて地盤Ｇを掘削し、造成されるものである。

図示する掘削孔造成装置１０Ａは、造成される掘削孔Ｐの内側の水上において回転自在（Ｘ１方向）で中央にクラムＣＬ出入り用の開口１Ａａを備えた作業台１Ａ（作業船）と、作業船１Ａから垂下された二本のシャフト２と、各シャフト２に沿って移動自在（Ｚ１方向）に装備された作業機３と、から大略構成されている。シャフト２はキーパーラック２ａを介して作業船１Ａに固定されており、掘削孔造成装置１０と同様、作業機３はシャフト２に沿って上下方向に移動する（Ｚ１方向）ことのほかに、シャフト２の周りを回転する（Ｚ２方向）。

図示を省略するが、作業船１Ａの回転は、作業船１Ａ自身の駆動力にて回転する形態や、地上Ｇａの複数箇所に作業船１Ａに取り付けられた牽引ロープとこれを牽引する牽引アクチュエータを配設しておき、牽引アクチュエータの駆動力にて作業船１Ａを回転させる形態などが適用できる。

このように、掘削孔Ｐ内に滞水がある場合、回転自在な作業船１Ａを回転させながらシャフト２の位置変更をおこなう装置構成とすることで、掘削孔造成装置１０のように地上に環状レール１ｂを敷設するといった施工が不要となり、より一層効率的な掘削孔Ｐの造成が可能になる。

なお、掘削孔Ｐの造成方法や、任意レベルにおける面的に漏れのない掘削が可能であるといった効果は、掘削孔造成装置１０を適用した場合と同様である。

また、掘削孔造成装置１０Ａを適用することにより、従来の大口径のオープンケーソン工法における課題、すなわち、刃口先端の強度地盤の掘削時に発生する反力やモーメント、振動に掘削装置が対処できないといった課題は生じ得ない。

（掘削孔造成装置の実施の形態３）
図５は本発明の掘削孔造成装置の実施の形態３の平面図であり、図６は（ａ）〜（ｃ）の順に掘削孔造成装置の実施の形態３の作業台（作業船）の回転を説明した図である。

図示する掘削孔造成装置１０Ｂは、三つの小作業船１Ｂ’が相互に繋がれて大作業船１Ｂを構成し、三箇所の接続部にシャフト２が固定された装置である。

矩形断面のオープンケーソンＯＣ’の壁面に沿って各小作業船１Ｂ’が直線状に移動することにより（Ｘ１’方向）、もって大作業船１ＢがオープンケーソンＯＣ’内を回転する（Ｘ１方向）。

そして、図６ａで示すように、各シャフト２に固有の作業機の作業可能範囲Ｂ１〜Ｂ３の掘削が完了したら、図６ｂで示すように大作業船１Ｂが移動し、隣接する作業可能範囲Ｂ４〜Ｂ６の掘削をおこない、次に図６ｃで示すように再度大作業船１Ｂが移動し、隣接する作業可能範囲Ｂ７〜Ｂ９の掘削をおこなうことで、任意レベルにおける面的に漏れのない掘削が可能になる。

以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。

１…作業台、１Ａ…作業台（作業船）、１Ｂ…大作業船、１Ｂ’…小作業船、１ａ…ローラ、１ｂ…環状レール、２…シャフト、２ａ…キーパーラック、３…作業機、１０，１０Ａ，１０Ｂ…掘削孔造成装置、Ｇ…地盤、Ｇａ…地上、Ｗ…連続地中壁、ＯＣ，ＯＣ’…オープンケーソン、Ｐ…掘削孔、ＣＬ…クラム

Claims (3)

1. 造成される掘削孔の内側において、もしくは掘削孔を跨いだ状態で地上において、回転自在な作業台と、
   前記作業台から垂下されたシャフトと、
   前記シャフトに沿って移動自在に装備された作業機と、
   前記掘削孔の外部の地上に配設された環状レールと、
   前記環状レールの外側の地上に配設されたクローラークレーンと、からなり、
   前記作業台は前記掘削孔を跨いだ少なくとも２箇所の対向箇所にローラを備えており、
   前記ローラが前記環状レールに案内され、前記掘削孔を跨いだ状態で地上にて前記作業台が回転し、
   前記シャフトが回転自在であり、もしくは前記シャフトの周りで前記作業機が回転自在であり、
   前記クローラークレーンから垂下されたクラムは前記作業台と、前記作業機の旋回範囲とに干渉しない位置で前記掘削孔内の集土を排土することを特徴とする、掘削孔造成装置。
2. 造成される掘削孔の内側に水が溜まっており、水上で浮遊しながら回転する作業台と、
   前記作業台から垂下されたシャフトと、
   前記シャフトに沿って移動自在に装備された作業機と、からなり、
   前記シャフトが回転自在である、もしくは前記シャフトの周りで前記作業機が回転自在である、掘削孔造成装置。
3. 前記シャフトが下方に伸長自在である請求項２に記載の掘削孔造成装置。

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