JP6531503B2 - 透かし掘り用掘削装置 - Google Patents

Description

本発明は、地中障害物の下方を透かし掘りするための透かし掘り用掘削装置に関する。

地中埋設物等の障害物が埋設されている地中に、地中連続壁、止水壁、土留壁、構造物基礎等の壁状構造物を構築する場合において、障害物を撤去移設することなく障害物の下方を透かし掘りするための掘削装置として、例えば引用文献１に拡幅掘削装置が開示されている。

引用文献１に記載の拡幅掘削装置は、並列に配置した複数のオーガースクリューを備えている。そして、障害物の下方を透かし掘りする際には、まず、オーガースクリューを鉛直姿勢にした状態の拡幅掘削装置を、障害物の近接地に設けたガイド孔に沿って下降させる。所定深さに達したところで下降を中断し、オーガースクリューを作動させて地盤を掘削させつつ、その姿勢を鉛直姿勢から水平姿勢に移行させる。そして、オーガースクリューが水平姿勢となった時点で、拡幅掘削装置をガイド孔に沿って上昇させて、オーガースクリューにて障害物の下方を透かし掘りするものである。

特開平１１−３５０５２１号公報

しかし、上述するようなオーガースクリューによる透かし掘りにて生じた掘削残土は、大きい粒径の破砕片が混じりやすいことから、掘削残土が自由落下した掘削溝の溝底に対して揚泥ポンプによる排土作業を行うのみでなく、クラムシェルバケットにて底ざらいをする必要が生じる。

また、クラムシェルバケットにて底ざらいをする場合には、透かし掘りを中断して拡幅掘削装置を撤去し、ガイド孔を介してクラムセルバケットを掘削溝に挿入しなければならないため、透かし掘り工程に多大な作業時間を要する。

さらに、壁状構造物の作業領域が低空頭である場合には、クラムシェルバケットを作業領域に搬入出来ない。このため、透かし掘りにて生じるすべての掘削残土の粒径を揚泥ポンプにて排土可能な程度に小径とするべく、オーガースクリューを地山に押し付けながら透かし掘りする必要があり、掘削効率に劣る。

また、オーガースクリューを地山に押し付けると、オーガースクリューの軸部に曲がりが生じ、並列に配置した複数のオーガースクリューの間隔が拡がりやすい。このため、例えばオーガースクリュー各々で掘削した掘削残土を、隣り合うオーガースクリューにて協働させ、さらに破砕させようとしても、隣り合うオーガースクリューの間から掘削土砂がそのまま落下することとなる。

本発明は、かかる課題に鑑みなされたものであって、その主な目的は、地中障害物の下方を透かし掘りしつつ、透かし掘りにて発生する掘削残土を、揚泥ポンプにて排土可能な程度に破砕することの可能な透かし掘り用掘削装置を提供する。

かかる目的を達成するため本発明の透かし掘り用掘削装置は、地中障害物の下方に透かし掘りにて掘削溝を構築するための透かし掘り用掘削機構と、該透かし掘り用掘削機構と協働して掘削土砂を破砕する破砕補助具と、該破砕補助具及び前記透かし掘り用掘削機構を支持する支持フレームと、を備え、前記透かし掘り用掘削機構は、掘削溝の溝幅方向に回転軸が延在するよう配置されるロータリーカッタよりなり、前記支持フレームは、本体フレームと、該本体フレームより外方に張り出すよう、該本体フレームの下部に回動軸を介して鉛直方向に回動可能に連結された回動アームとよりなり、該回動アームの、前記本体フレームより張り出した際に上面となる面に、前記破砕補助具が設置されているとともに、前記透かし掘り用掘削機構が前記回転軸を前記回動軸と平行にして設置されていることを特徴とする。

上記の透かし掘り用掘削装置によれば、透かし掘り用掘削機構にて透かし掘りしつつ、透かし掘りにて発生した掘削土砂のうち、粒径の大きいものを透かし掘り用掘削機構と破砕補助具にて破砕し粒径を小さくすることができる。これにより、クラムシェルバケットによる底ざらいを実施することなく、揚泥ポンプのみで掘削溝の排土を行うことができるため、作業効率を向上できるだけでなく、作業時間を大幅に短縮することが可能となる。

また、透かし掘り用掘削機構が回動アームに設置されることから、透かし掘り時に透かし掘り用掘削機構が地山より受ける反力を、回動アームにて支持することができる。このため、地山に対して常に一定の押圧力を作用させて、効率よく透かし掘り用掘削機構による透かし掘りを行うことが可能となる。

本発明の透かし掘り用掘削装置は、前記破砕補助具が、ロータリーカッタであることを特徴とする。

上記の透かし掘り用掘削装置によれば、透かし掘り用掘削機構だけでなく、破砕補助具として採用するロータリーカッタの両者で透かし掘りを行うことができるため、掘削溝の水平長さを長く掘削することが可能となる。

本発明の透かし掘り用掘削装置は、前記透かし掘り用掘削機構が、並列に配置した３以上の奇数個のロータリーカッタであることを特徴とする。

上記の透かし掘り用掘削装置によれば、前記破砕補助具と協働するべく隣接して配置されたロータリーカッタを除いた、隣り合うロータリーカッタどうしを互いに向かい合う方向に向けて逆方向に回転させることにより、透かし掘りにて発生した掘削土砂を、隣り合うロータリーカッタにて協働して破砕し、粒径を小さくすることが可能となる。

本発明の透かし掘り用掘削装置は、前記本体フレームに、揚泥ポンプが設置されているとともに、前記回動アームに、前記揚泥ポンプと連結する揚泥パイプの吸引口が配置されていることを特徴とする。

上記の透かし掘り用掘削装置によれば、掘削土砂を掘削溝に落下させることなく透かし掘り用掘削装置内で集取し揚泥ポンプにて排土することができるため、掘削溝の溝底に対する排土作業や底ざらい作業を省略でき、掘削溝の構築に係る作業時間をより短縮することが可能となる。

本発明によれば、地中障害物の下方を透かし掘りしつつ、透かし掘りにて発生する掘削残土を、透かし掘り用掘削機構と破砕補助具にて協働して、揚泥ポンプにて排土可能な程度に小径な破砕物となるまで破砕することが可能となる。

透かし掘り用掘削装置の全体を示す図である。 透かし掘り用掘削機構を収納した状態の透かし掘り用掘削装置を示す図である。 揚泥ポンプを搭載した透かし掘り用掘削装置を示す図である。 揚泥ポンプを搭載した透かし掘り用掘削装置の背面を示す図である。 破砕補助具にロータリーカッタを採用した場合の透かし掘り用掘削装置を示す図である。 揚泥ポンプの吸引口に設置する集取部材を示す図である。 破砕補助具にロータリーカッタを採用した場合における、透かし掘り用掘削機構および破砕補助具を収納した状態の透かし掘り用掘削装置を示す図である。 透かし掘り用掘削機構に３体のロータリーカッタを採用した場合の透かし掘り用掘削装置を示す図である。

以下に、本発明の透かし掘り用掘削装置を、図１〜図８を用いて説明する。

本発明の透かし掘り用掘削装置１は、図１で示すような地中埋設物等の地中障害物９の下方に、地中連続壁、止水壁、土留壁、構造物基礎等の壁状構造物を構築する場合において、壁状構造物を構築するための掘削溝１０を構築する装置であり、地中障害物９の近接地に削孔されるガイド孔１１に沿って、上昇しながら地中障害物９の下方を透かし掘りするものである。

透かし掘り用掘削装置１は、支持フレーム２、透かし掘り用掘削機構３、破砕補助具４を備えており、透かし掘り用掘削機構３には、円筒状のドラムの外周面に複数の掘削刃が突設されたロータリーカッタを採用している。ロータリーカッタは、ドラムの回転軸３１を常に水平に配置した状態でドラムを回転させて地盤を掘削するものであり、本実施の形態では、地中に掘削溝１０を構築する際に広く使用される水平多軸掘削機が備えるロータリーカッタと同様のものを採用している。

破砕補助具４は、透かし掘り用掘削機構３と協働して土砂を破砕するものであり、本実施の形態では、透かし掘り用掘削機構３であるロータリーカッタの接線と平行で、透かし掘り時の姿勢において斜め上方を向く破砕面４１を備える板材を採用している。

そして、破砕補助具４は透かし掘り用掘削機構３に対して、揚泥ポンプにて圧送可能な土砂の粒径と同程度の幅に形成された隙間４１１をもって配置されるとともに、透かし掘り用掘削機構３であるロータリーカッタは、ドラムが破砕補助具４の破砕面４１と向かう方向に回転するように作動させる。

これにより、透かし掘り用掘削機構３にて地中障害物９の下方を透かし掘りすると、掘削土砂は破砕補助具４の破砕面４１に誘導され、誘導された掘削土砂は、破砕面４１と透かし掘り用掘削機構３との隙間４１１で破砕され、揚泥ポンプにて圧送可能な粒径の破砕物となった時点で隙間４１１を通過するものである。

これら透かし掘り用掘削機構３と破砕補助具４を支持する支持フレーム２は、図１で示すように、本体フレーム５と回動アーム６とを備えている。本体フレーム５は、地中障害物９と面する前面５３及び背面５４が、少なくともガイド孔１０の孔壁に接する断面に形成された立体フレームであり、上面に吊治具５１が、下面に回動アーム６がそれぞれ設置されている。

回動アーム６は、基端側に位置する第１アーム６１と先端側に位置する第２アーム６３が９０度の角度をもって接合されたＬ字型に構成されている。そして、鉛直方向に回動することで第２アーム６３が、本体フレーム５の前面５３より前方に張り出すよう、第１アーム６１の基端部を本体フレーム５の下部における前面５３側に、回動軸６２を介して連結している。

また、支持フレーム２には、本体フレーム５に一端が、回動アーム６の第１アーム６１に他端がそれぞれ連結された油圧シリンダ５２が、短縮状態で本体フレーム５内に内装されるように設置されている。これにより、回動アーム６は油圧シリンダ５２の伸縮に伴って、回動軸６２を介して鉛直方向に回動する。

よって、油圧シリンダ５２が伸長すると、図１で示すように、第２アーム６３が水平姿勢になるとともに、本体フレーム５の前面５３より外側に張り出す。一方、油圧シリンダ５２が短縮すると、図２で示すように、第１アーム６１が水平姿勢となって本体フレーム５の下面に当接するとともに第２アーム６３が鉛直姿勢となり、回動アーム６全体が、本体フレーム５の前面５３と背面５４との間に収納される。

そして、回動アーム６の第２アーム６３における水平姿勢時に上面となる側に、透かし掘り用掘削機構３と破砕補助具４が配置されることとなる。なお、透かし掘り用掘削機構３は、回転軸３１が回動アーム６の回転軸６２と平行で、構築しようとする掘削溝１０の溝幅方向に延在するよう配置される。

つまり、透かし掘り用掘削装置１は、油圧シリンダ５２が伸長した際には、回動アーム６の第２アーム６３が本体フレーム５の前面５３より前方に張り出し、透かし掘り用掘削機構３と破砕補助具４は地中障害物９の下方に位置する地山を掘削可能な姿勢となる。一方、油圧シリンダ５２を短縮させた際には、回動アーム６とともに、透かし掘り用掘削機構３と破砕補助具４は、本体フレーム５の下方であって前面５３と背面５４との間に収納される姿勢となる。

このような構成の透かし掘り用掘削装置１を用いて地中障害物９の下方を透かし掘りする際には、まず、地中障害物９の近接地にガイド孔１１を削孔する。次に、図２で示すように、透かし掘り用掘削機構３と破砕補助具４を本体フレーム５の下方に収納した姿勢の透かし掘り用掘削装置１をガイド孔１１に挿入し、吊治具５１を利用してガイド孔１１内を下降させる。

掘削予定深さに到達した時点で透かし掘り用掘削装置１の下降を中断し、本体フレーム５の背面５４をガイド孔１１に当接させて反力を取りながら透かし掘り用掘削機構３を作動させるとともに、第２アーム６３が水平となるまで回動アーム６を回動し、透かし掘り用掘削機構３と破砕補助具４を地中障害物９の下方に位置させる。この後、図１で示すように、本体フレーム５をガイド孔１１に沿って上昇させながら地中障害物９の下方を透かし掘りし、掘削溝１０を構築する。

このように、透かし掘り用掘削機構３は回動アーム６の第２アーム６３に設置されるとともに、第２アーム６３が水平姿勢の状態で透かし掘りを行う。こうすると、透かし掘り時に透かし掘り用掘削機構３が地山より受ける反力を回動アーム６にて支持することができるため、地山に対して常に一定の押圧力を作用させながら、効率よく透かし掘り用掘削機構３による透かし掘りを行うことが可能となる。

ところで、回動アーム６をなす第２アーム６３には、図１で示すように、透かし掘り用掘削機構３と破砕補助具４との間となる位置に貫通孔６４が設けられており、この貫通孔６４を介して、上述した粉砕物を掘削溝１０内へ自由落下させることができる。こうして、掘削溝１０の溝底に自由落下した粉砕物は、図示しない揚泥ポンプにて掘削溝１０内を満たす安定液とともに排土される。

なお、透かし掘り用掘削機構３と破砕補助具４との間で粉砕される粉砕物は、必ずしも掘削溝１０内へ自由落下させる必要はなく、支持フレーム２に揚泥ポンプ７を搭載し、透かし掘り用掘削装置１内で粉砕物を排土してもよい。

具体的には、図３で示すように支持フレーム２を構成する本体フレーム５に揚泥ポンプ７を内装するとともに、回動アーム６に揚泥ポンプ７と連結する揚泥パイプ８を配置する。ここで、揚泥パイプ８は、図４で示すように、その中間部に備えられるスイベルジョイント８１が、回動アーム６の回動軸６２と同軸上に配置されている。これにより、本体フレーム５に対して回動アーム６を回動させると、スイベルジョイント８１を挟んで両側に位置する揚泥パイプ８も相対回転するため、揚泥パイプ８が回動アーム６の回動を妨げることはない。

そして、透かし掘り用掘削機構３と破砕補助具４の間となる位置に、図３で示すように、貫通孔６４を設ける構成に代えて揚泥パイプ８の吸引口８２を配置する。こうすると、透かし掘り用掘削機構３と破砕補助具４との間で粉砕した粉砕物を、掘削溝１０内に自由落下させることなく、揚泥パイプ８の吸引口８２より効率よくまた確実に吸引することが可能となる。

なお、揚泥ポンプ７に連結する揚泥パイプ８の吸引口８２は、必ずしも第２アーム６３に設ける必要はなく、効率よく破砕物を吸引できる位置であれば、回動アーム８のいずれの位置に配置してもよい。

また、本実施の形態では、破砕補助具４の破砕面４１を、透かし掘り時の姿勢において斜め上方に向けて配置したが、必ずしもこれに限定されるものではなく、例えば鉛直面とする等、透かし掘り用掘削機構３の接線と平行に配置し、透かし掘り用掘削機構３による掘削にて生じた掘削土砂を破砕することが可能な構成を有していれば、いずれに構成してもよい。

さらに、破砕補助具４は、必ずしも破砕面４１を有する板材でなくてもよく、ロータリーカッタ４２を採用してもよい。以下に、破砕補助具４としてロータリーカッタ４２を採用する場合について説明する。

破砕補助具４として採用するロータリーカッタ４２は、前述した透かし掘り用掘削機構３にて採用したロータリーカッタと同一のカッタであり、図５で示すように、回動アーム６の第２アーム６３上に、透かし掘り用掘削機構３と並列に、かつ近接して配置される。

つまり、回動アーム６には、ロータリーカッタが２つ並列して配置されることとなる。こうすると、透かし掘り用掘削機構３として採用したロータリーカッタと、破砕補助具４として採用するロータリーカッタ４２の両者で透かし掘りを行うことができるため、掘削溝１０の水平長さを長く掘削することが可能となる。

また、透かし掘り用掘削機構３としてのロータリーカッタと破砕補助具４としてのロータリーカッタ４２は、互いに向かい合う方向に向けて逆方向に回転するように作動させる。これにより、透かし掘りにより生じた掘削土砂を、透かし掘り用掘削機構３としてのロータリーカッタと破砕補助具４としてのロータリーカッタ４２の間に誘導して破砕し、粒径の小さい破砕物とすることができる。

これら破砕物は、透かし掘り用掘削機構３とロータリーカッタ４２の間に位置する回動アームの第２アーム６３に、図１で示したような貫通孔６４を設けて地中溝１０に自由落下させても良いし、図３で示すように、支持フレーム２に揚泥ポンプ７を搭載して揚泥パイプ８より排土する構成としてもよい。

なお、本実施の形態では、揚泥パイプ８より破砕物を排土するにあたり、効率よく破砕物を集取するべく、図５で示すように、揚泥パイプ８に集取部材８３を取り付けている。集取部材８３は、揚泥パイプ８の先端に設置される部材であり、図６の斜視図で示すように、三角柱をなして透かし掘り用掘削機構３であるロータリーカッタと破砕補助具４としてのロータリーカッタ４２との間に平行に延在するよう配置されている。

このような形状の集取部材８３には、長手方向に複数の孔８３１が形成されており、この孔８３１を介して破砕物は集取部材８３内に集取され、揚泥パイプ８を介して揚泥ポンプ７により排土される。このとき、揚泥ポンプ７にて排土可能な粒径の破砕物のみを集取部材８３内に集取するよう、複数の孔８３１はその口径を規定しておくとよい。

また、複数の孔８３１が形成されている集取部材８３の２つの傾斜面８３２はそれぞれが、向かい合う透かし掘り用掘削機構３であるロータリーカッタおよび破砕補助具４としてのロータリーカッタ４２の接線と平行で、かつ揚泥ポンプにて圧送可能な土砂の粒径と同程度の幅をもって配置されている。これにより、集取部材８３の孔８３１を通過できない大径の破砕物は、孔８３１を通過可能な粒径となるまで、これら透かし掘り用掘削機構３および破砕補助具４としてのロータリーカッタ４２と、傾斜面８３２との間でさらに破砕される。

なお、図７で示すように、破砕補助具４としてロータリーカッタ４２を採用した場合も破砕補助具４に破砕面４１を有する板材を用いた場合と同様に、油圧シリンダ５２を短縮させた際には、回動アーム６の第２アーム６３とともに、透かし掘り用掘削機構３とロータリーカッタ４２は、本体フレーム５の下方であって前面５３と背面５４との間に収納される姿勢となる。

上述する構成によれば、透かし掘り用掘削機構３をなすロータリーカッタの回転軸３１を、掘削溝１０の溝幅方向に延在するよう配置するとともに、これと隣接して破砕補助具４を配置することにより、地中障害物９の下方を透かし掘り用掘削機構３にて透かし掘りしつつ、透かし掘りにて発生する掘削残土を、透かし掘り用掘削機構３と破砕補助具４の間に誘導し、揚泥ポンプ７にて排土可能な粒径の破砕物となるまで破砕することが可能となる。

本発明の地盤掘削機１は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

本実施の形態では、透かし掘り用掘削機構３として１体のロータリーカッタを採用したが、これに限定されるものではなく、構築しようとする掘削溝１０の水平長さに応じて、透かし掘り用掘削機構３に複数のロータリーカッタを採用してもよい。ただし、透かし掘り用掘削機構３に採用するロータリーカッタの数量は、常に奇数個でよい。

例えば、構築しようとする掘削溝１０の水平長さが、ロータリーカッタ３体分の長さに相当する場合には、透かし掘り用掘削機構３として３体のロータリーカッタを採用し、破砕補助具４に破砕面４１を備える板材を採用する。

こうすると、図８（ａ）で示すように、回動アーム６の第２アーム６３には、当然のことながら３体のロータリーカッタが配置されることとなる。このとき、破砕補助具４及びこれと隣り合うロータリーカッタにて協働して掘削土砂を破砕するとともに、残り２体のロータリーカッタにて協働して掘削土砂を破砕するよう、それぞれの回転方向を決定する。

また、構築しようとする掘削溝１０の水平長さが、ロータリーカッタ４体分の長さに相当する場合には、透かし掘り用掘削機構３として３体のロータリーカッタを採用するとともに、破砕補助具４にロータリーカッタ４２を採用すればよい。

こうすると、図８（ｂ）で示すように、回動アーム６の第２アーム６３には、４体のロータリーカッタが配置されることとなる。このとき、１対の隣り合うロータリーカッタどうしにて協働して掘削土砂を破砕するよう、それぞれの回転方向を決定する。

つまり、透かし掘りにて掘削したい掘削溝１０の水平長さに応じて、ロータリーカッタの数量を決定し、必要なロータリーカッタの数量が奇数個の場合は、この必要な奇数個の数量だけロータリーカッタを透かし掘り用掘削機構３に採用し、破砕補助具４には破砕面４１を備える板材を採用する。

また、必要なロータリーカッタの数量が偶数個の場合は、この必要な偶数個から１を差し引いた奇数個の数量だけロータリーカッタを透かし掘り用掘削機構３に採用し、破砕補助具４にロータリーカッタ４２を採用すればよい。

この場合にも、図８で示すように、回動アーム６の第２アーム６３における、透かし掘り用掘削機構３を構成する隣り合うロータリーカッタの間となる位置に、貫通孔６４、揚泥パイプ８の吸引口８２、もしくは揚泥パイプ８に取り付ける集取部材８３のいずれかを配置するとよい。

１ 透かし掘り用掘削装置
２ 支持フレーム
３ 掘削掘り用掘削機構
３１ 回転軸
４ 破砕補助具
４１ 破砕面
４１１ 隙間
４２ ロータリーカッタ
５ 本体フレーム
５１ 吊治具
５２ 油圧シリンダ
６ 回動アーム
６１ 第１アーム
６２ 回動軸
６３ 第２アーム
６４ 貫通孔
７ 揚泥ポンプ
８ 揚泥パイプ
８１ スイベルジョイント
８２ 吸引口
８３ 集取部材
８３１ 貫通孔
８３２ 傾斜面
９ 地中障害物
１０ 掘削溝
１１ ガイド孔

Claims (4)

1. 地中障害物の下方に透かし掘りにて掘削溝を構築するための透かし掘り用掘削機構と、
   該透かし掘り用掘削機構と協働して掘削土砂を破砕する破砕補助具と、
   該破砕補助具及び前記透かし掘り用掘削機構を支持する支持フレームと、を備え、
   前記透かし掘り用掘削機構は、掘削溝の溝幅方向に回転軸が延在するよう配置されるロータリーカッタよりなり、
   前記支持フレームは、本体フレームと、該本体フレームより外方に張り出すよう、該本体フレームの下部に回動軸を介して鉛直方向に回動可能に連結された回動アームとよりなり、
   該回動アームの、前記本体フレームより張り出した際に上面となる面に、前記破砕補助具が設置されているとともに、前記透かし掘り用掘削機構が前記回転軸を前記回動軸と平行にして設置されていることを特徴とする透かし掘り用掘削装置。
2. 請求項１に記載の透かし掘り用掘削装置であって、
   前記破砕補助具が、ロータリーカッタであることを特徴とする透かし掘り用掘削装置。
3. 請求項１または２に記載の透かし掘り用掘削装置であって、
   前記透かし掘り用掘削機構が、並列に配置した３以上の奇数個のロータリーカッタであることを特徴とする透かし掘り用掘削装置。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の透かし掘り用掘削装置であって、
   前記支持フレームに、揚泥ポンプが設置されているとともに、
   前記回動アームに、前記揚泥ポンプと連結する揚泥パイプの吸引口が配置されていることを特徴とする透かし掘り用掘削装置。

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