JP7214275B1 - オールケーシング工法における地中孔掘削装置 - Google Patents

オールケーシング工法における地中孔掘削装置 Download PDF

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Abstract

【課題】騒音や振動の問題を解決した上で、従来より小径の地中孔を掘削することが可能であり、かつ、地中孔掘削装置の中心をケーシングの中心線上に位置させて水平を保った状態でケーシングの内壁に固定することが可能なオールケーシング工法における地中孔掘削装置を提供することを課題としている。【解決手段】複数の固定プレートの張出・張戻を1つの固定用ピストンの移動によって同時に行うオールケーシング工法における地中孔掘削装置を基本として提供する。【選択図】図3

Description

本発明は、基礎杭としての場所打ち杭を打設するオールケーシング工法において、張出・張戻自在な複数の固定プレートによって、ケーシングの内壁に固定して掘削作業を行う地中孔掘削装置に関する。
オールケーシング工法は、ケーシングドライバ装置で把持したケーシングを回転又は揺動させながら地中に圧入し、ケーシング内の土砂を掘削装置で掘削して、地上に排土することによって地中孔を掘削している。そのため、杭の外周に土砂の混入が少なく、支持力の大きな場所打ち杭を施工することができ、場所打ち杭を打設する工法の中ではもっとも信頼性の高い工法といえる。
従来、オールケーシング工法における地中孔の掘削は、クレーンに吊支したハンマーグラブをケーシング内の掘削面に自重落下させて、その衝撃によって掘削したり、クレーンに吊支した回転力伝達手段であるケリーバに装備した掘削ドリルや掘削バケットをケーシング内の掘削面迄挿入し、回転駆動させて掘削することにより行っていた。しかしながら、前者の掘削手段は、自重落下による振動や騒音の問題があり、又一度につかみ取ることが可能な土砂の量が少ないという問題点がある。後者の掘削手段もケリーバの回転駆動源が地上に存在するため、騒音の問題があり、しかも地中孔が深くなればなるほど掘削ドリルと回転駆動源との距離が遠くなるため、回転駆動装置が大型化してしまい、騒音も増幅することとなる。
そこで、本願出願人は振動や騒音の軽減を図るため、特許文献1に示すケーシングの内壁に着脱自在に固定した地中孔掘削装置の掘削バケットを掘削面に押圧しながら回転させて掘削し、掘削した土砂を掘削バケット内に取り込む地中孔掘削装置(以下、「文献1発明」という)を既に提供している。
特開2002-276273号公報
文献1発明では、掘削バケットを回転駆動するケリーバの回転駆動源としての回転用油圧モータや、掘削バケットを押圧する押圧用油圧シリンダを地中孔掘削装置に一体として装備してケーシング内に位置させているため、掘削時の騒音を緩和することができ、加えて掘削バケットを回転させて圧入するため、振動も少ない。
場所打ち杭の杭径は建築物や構造物の規模、更には土質等によって決定され、従来は杭径1200mm程度のものが多く打設されてきた。しかしながら、近時その用途は多用途化しており、建築物や構造物の高層化、必要な耐震強度の増大等に起因して、従来より大径の場所打ち杭の打設が求められる一方において、中規模以下の建築物や構造物の更新工事も増加しており、更に都市部,市街地や狭隘地での施工も増加しているため、従来より小径の杭径1000mm程度の場所打ち杭の需要も新たに高まっている。そのため、地中孔掘削装置としても、従来より小径、例えば直径1000mm程度の小径の地中孔を掘削することが可能な地中孔掘削装置の提供が求められている。
前記した自重落下させたハンマーグラブを地上から開閉操作したり、掘削ドリルや掘削バケットを装備したケリーバを地上の回転駆動源によって回転させる地中孔掘削装置では、掘削ドリル等の寸法を調節することによって、直径1000mm程度の地中孔を掘削することが可能ではあるものの、騒音や振動の問題を解決することができないため、現今では採用することが困難であり、特に都市部や市街地での施工では採用することができない。
一方、文献1発明は、騒音や振動の問題を解決できるものの、地中孔掘削装置そのものをケーシングの内壁に着脱自在に固定するための張出・張戻自在な複数の固定プレート及びその操作を個々に行うための複数の固定用油圧シリンダを地中孔掘削装置の外周に装備しているため、これらを装備するためのスペースをケリーバの径方向の外側に必要としている。また、押圧用油圧シリンダをケリーバの中空内部に装備するとともに、ケリーバの外周面に回転力を伝達するドライブ軸をケリーバの外方に装備しているため、ドライブ軸を装備するためのスペースをケリーバの径方向の外側に必要としている。
そのため、文献1発明では地中孔掘削装置全体としての径方向の寸法を減縮することに限界がある。即ち、文献1発明は固定プレート及びその操作を行う固定用油圧シリンダの構造上、及び押圧用油圧シリンダとドライブ軸及びケリーバの構造上、地中孔掘削装置の外形寸法に制約があり、小径の地中孔、例えば直径1000mm程度の小径の地中孔の掘削に対応することができないのが実情である。
更に、文献1発明では、油圧回路から一括して供給する作動油によって、複数の固定用油圧シリンダを独立して作動させ、それぞれの固定用油圧シリンダのロッドにリンクを介して連結した複数の固定プレートをケーシングの内壁に圧接して固定する固定手段を採用している。そのため、固定作業時において、負荷の少ない固定用油圧シリンダから作動することとなり、複数の固定用油圧シリンダが均等に伸縮動作するものではなく、作業状況によってはリンクを介して固定用油圧シリンダのロッドに連結した固定プレートの張出にばらつきが生じることとなる。その結果、文献1発明では、地中孔掘削装置の中心がケーシングの中心線上から外れ偏心した状態で固定されたり、固定作業時に水平を失って傾斜した状態で固定されることが生じることがある。
掘削作業を効率よく行うためには、地中孔掘削装置の中心をケーシングの中心線上に位置させて水平を保った状態となるようにケーシングの内壁に固定することが望ましい。地中孔掘削装置がケーシングの中心から外れ偏心した位置に固定されたり、水平を失って傾斜した状態で固定されてしまうと、先端に装備した掘削バケットが掘削面の中心で作動することができず、最適の箇所を掘削することができず、又均等な掘削抵抗が得られない状態となり、掘削バケットの回転機構の障害の原因となって安定した掘削を阻害したり、掘削効率の低下の原因となるためである。
そこで、本発明は、騒音や振動の問題を解決した上で、従来より小径の地中孔、例えば杭径1000mm程度の地中孔を掘削することが可能であり、かつ、地中孔掘削装置の中心をケーシングの中心線上に位置させて水平を保った状態でケーシングの内壁に固定することが可能なオールケーシング工法における地中孔掘削装置を提供することを課題としている。
上記課題を解決するために、文献1発明における固定プレートと固定用油圧シリンダの構造、及びケリーバとドライブ軸や押圧用油圧シリンダの構造等について鋭意研究の結果、上記課題を解決するために満足すべき条件を洗い出した。
条件1:固定プレートの張出・張戻機構による地中孔掘削装置の径方向の寸法への影響を少なくすること。
条件2:複数の固定プレートの張出・張戻操作を同調させること。
条件3:複数の固定プレートの張出・張戻操作を、それぞれ専用の固定用油圧シリンダで操作する構造を見直すこと。
条件4:従来のケリーバとケリーバを回転させるドライブ軸との位置関係を見直す必要があること。
条件5:ケリーバの存在によって、ドライブ軸の外径及び内径寸法が影響を受けないようにすること。
条件6:ドライブ軸の存在によって、ケリーバの外径及び内径寸法が影響を受けないようにすること。
条件7:ドライブ軸とケリーバを同一水平面上に存在させないこと。
条件8:ケリーバとドライブ軸との位置関係を見直すに際して、押圧用油圧シリンダによるケリーバの伸縮動作を確保すること。
本発明者は、地中孔掘削装置を安定してケーシングに固定するために複数の固定プレートを採用することを前提とし、前記した条件1~条件8を充足するために、複数の固定プレートの張出・張戻操作を一括して同時に行うことができれば、固定プレート毎に専用の固定用油圧シリンダを必要としないこと、及び地中孔はケーシング内を地中に向かって掘り進むため、地中孔を掘削する鉛直方向の寸法には制約がないことに着眼した。これらの着眼に立って、複数の固定プレートの張出・張戻操作を一つの機構によって同時に行う着想、及びドライブ軸とケリーバを、従来の径方向に並列ではなく、地中孔方向に直列、即ち鉛直方向に配置することによって、地中孔掘削装置の杭径方向の寸法を減縮させることの着想、並びにケリーバの回転とは無関係であった押圧用油圧シリンダ装置をケリーバの回転に利用することの着想を得て本発明に想到した。
本発明は、その課題を解決するために、請求項1により、所定間隔で複数装備した固定プレートを半径方向に張出・張戻することによって、ケーシングの内壁に着脱自在に固定し、掘削バケットをケーシング内の掘削面に押圧しながら回転させて掘削し、掘削バケット内に掘削した土砂を取り込むオールケーシング工法における地中孔掘削装置において、中空環状体からなる固定用ピストンに固着した複数の摺動体に形成した摺動斜面を、先端面に固定プレートを固着した複数の円筒体からなる固定プレートホルダの後端面に形成したホルダ斜面に摺動可能に嵌合させ、固定用ピストンの鉛直方向への移動に連動して、摺動体がホルダ斜面に沿って鉛直方向に摺動し、固定プレートホルダを半径方向に伸縮動作させることにより、複数の固定プレートの張出・張戻同時に行うオールケーシング工法における地中孔掘削装置を基本として提供する。
そして、請求項2により、複数の固定プレートを円周状に等間隔で配置した構成を提供する。
また、請求項により、固定用ピストンの中間部に形成した水平段部の下面を、摺動体の上面に密接させた構成を提供し、請求項により、摺動斜面の両側部に形成した摺動凸部を、ホルダ斜面の両側部に形成したホルダ凹部に嵌合させた構成を提供し、請求項により、複数の固定プレートの張出・張戻を同調して行う構成を提供する。
更に、請求項により、掘削バケットを押圧する押圧用油圧シリンダのシリンダチューブを回転用油圧モータによって回転可能とするとともに、シリンダチューブの外周面に、掘削バケットに回転力を伝達するケリーバを摺動可能、かつ、シリンダチューブの回転と連動して回転可能に嵌合した構成提供する。
また、請求項により、第1支持体と第2支持体を所定間隔離間させて支柱で連結し、第2支持体に配置した回転用油圧モータによって回転駆動するドライブ軸を第2支持体の下面から垂設し、ドライブ軸の先端に、掘削バケットを押圧する押圧用油圧シリンダのシリンダチューブをドライブ軸の回転に連動して回転可能に連結するとともに、シリンダチューブの外周面に、掘削バケットに連結したケリーバを摺動可能、かつ、シリンダチューブと連動して回転可能に嵌合した構成を提供する。
そして、請求項により、第2支持体の下面外周に中空環状の外筒部を固着するとともに、第2支持体の下面内周に中空環状の内筒部を固着し、外筒部の下面及び内筒部の下面を中空底蓋部で覆蓋し、外筒部と内筒部及び中空底蓋部で包囲された空間内に、油圧によって鉛直方向に移動可能な固定用ピストンを装備した構成を提供し、請求項により、シリンダチューブの外周面及びケリーバの内周面からなる回転力伝達面を矩形状とした構成を提供し、請求項10により、回転用油圧モータの回転力を、ドライブ軸を介してシリンダチューブに伝達し、シリンダチューブの外周面からケリーバの内周面を介して掘削バケットに伝達する構成を提供する。
また、請求項11により、シリンダチューブの外周面にケリーバの内周面に回転力を伝達する回転力伝達プレートを貼設した構成を提供し、請求項12により、押圧用油圧シリンダのロッドを、ケリーバの先端部に連結した構成を提供し、請求項13により、ケリーバの先端を掘削バケットを接合したツールジョイントに固定することによって、押圧用油圧シリンダの伸縮動作によって、ケリーバを押圧用油圧シリンダの伸縮動作に連動して伸縮可能とした構成を提供する。更に、請求項14により、ケリーバの伸縮動作に伴って、シリンダチューブの外周面をケリーバが摺動する構成を提供する。
以上記載した本発明によれば、複数の固定プレートホルダに固定した複数の固定プレートの張出・張戻操作を中空環状体からなる一つの固定用ピストンの鉛直方向への移動動作によって同時に行うため、固定プレートの張出量や張戻量も均等に制御され、複数の固定プレートが同調して張出・張戻することとなる。そのため、複数の固定プレートの張出・張戻が同調して行われることとなり、常に地中孔掘削装置の中心をケーシングの中心線上に位置させて水平を保った状態でケーシングの内壁に固定することが可能となる。よって、地中孔掘削装置の先端中心に装備した掘削バケットを掘削面の中心で作動することができ、最適の箇所を効率よく掘削することが可能となる。
また、複数の固定プレート毎の専用の固定用油圧シリンダを必要としないため、固定プレートの張出・張戻による地中孔掘削装置の径方向の寸法への影響を少なくすることができ、小径の地中孔の掘削に資することができる。
更に、掘削バケットに回転力を伝達するケリーバと、回転用油圧モータの回転力をケリーバに伝達するドライブ軸を直列させて同一の鉛直線上に配置したことにより、地中孔掘削装置の径方向の寸法を減縮させることができる。また、押圧用油圧シリンダに、掘削バケットを掘削面に押圧する作用とともに、ドライブ軸からの回転力によってシリンダチューブを回転させることによって、その回転力をケリーバに伝達して掘削バケットを回転駆動する2つの機能を担わせている。そのため、ドライブ軸からケリーバへの回転力の伝達を、押圧用油圧シリンダのシリンダチューブを介して行うことができるとともに、押圧用油圧シリンダのロッドの伸縮動作に連動して、ケリーバの伸縮動作を確保することができ、掘削装置を掘削面に押圧することができる。
そのため、場所打ち杭の用途の多用途化に伴って、従来の杭径より小径の場所打ち杭を打設するための地中孔、例えば従来の直径1200mm程度の杭径より小径の直径1000mm程度の杭径の場所打ち杭を打設するための地中孔を騒音や振動の問題を解決した上で掘削することができる。
オールケーシング工法における地中孔掘削装置の全体配置図。 (A)(B)(C)(D)(E)オールケーシング工法の工程模式図。 地中孔掘削装置の全体斜視図。 地中孔掘削装置の要部断面図。 地中孔掘削装置の要部組付図。 固定部の外観斜視図。 固定用ピストンの斜視図。 摺動体の斜視図。 摺動体の平面図。 摺動体の底面図。 摺動体の右側面図。 固定プレートホルダの斜視図。 摺動体を固定プレートホルダに嵌合させた要部斜視図。 摺動体を固着した固定用ピストンの要部斜視図。 固定用ピストンに固着した摺動体を固定プレートホルダに嵌合した要部斜視図。 張出時の固定部の要部断面図。 張出時の固定プレートの動作説明図。 張戻時の固定部の要部断面図。 張戻時の固定プレートの動作説明図。 ドライブ軸の正面図。 ドライブ軸の斜視図。 (A)出力継手の斜視図,(B)その中央縦断面図。 (A)シリンダ継手の斜視図,(B)その中央縦断面図。 (A)押圧用油圧シリンダの斜視図,(B)ヘッド側の部分斜視図,(C)シリンダチューブの縦断面斜視図。 ケリーバの斜視図。 (A)ケリーバの中央横断面図,(B)ケリーバの正面図。 ケリーバとシリンダチューブの嵌合状態を示す要部断面図。
以下図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。図1はオールケーシング工法における地中孔掘削装置の全体配置図、図2はその工程模式図である。図1に示すように、地中孔の掘削箇所に設置したケーシングドライバ装置200で、先端にビット5aを装備したケーシング5を把持して回転させながら地中に圧入し、ケーシング5内の土砂を地中孔掘削装置1で掘削し、地上に排土することにより地中孔を掘削する。
地中孔掘削装置1は、クローラクレーン等の自走可能なベースマシン205に起伏自在に起立させたジブ210の先端に配置したシーブ215から垂下させたワイヤロープ等の支持索220にスイベルを介して吊支して、図1,図2(A)に示すようにケーシング5内に挿入し、図2(B)に示すように固定プレート55を張り出して、ケーシング5の内壁に着脱自在に固定する。地中孔掘削装置1には、地上から動力源としての作動油が、油圧ホースリール225に所定長さ巻回した油圧ホース230をベースマシン205に装備したシーブ235を介してケーシング5内に繰り出して供給する。同様に、地上から動力源としての電力が、キャブタイヤケーブルリール240に所定長さ巻回したキャブタイヤケーブル245をベースマシン205に装備したシーブ235を介してケーシング5内に繰り出して供給する。図1において、250は地中孔掘削装置1に所定の作動油を供給するための油圧ユニットである。
次に、図2(C)に示すように掘削バケット10を掘削面に押圧しながら回転させて掘削し、掘削バケット10内に掘削した土砂を取り込む。そして、掘削バケット10に所定量の土砂を取り込むと、図2(D)に示すように地中孔掘削装置1をケーシング5の内壁から開放して地上に取り出し、図2(E)に示すように、掘削バケット10から掘削した土砂を排土し、以後この作業を地中孔が所定の深さとなるまで繰り返して行う。
図3は本発明にかかる地中孔掘削装置1の全体斜視図、図4はその要部断面図、図5はその要部組付図、図6は固定部50の外観斜視図、図7は固定用ピストン51の斜視図である。第1支持体20と第2支持体30はともに内部に必要な機材を装備するために中空の円柱体であり、両者を所定間隔離間させて、所定本数の支柱40、本実施形態では、3本の支柱40を円周状に等間隔で配置して連結している。第1支持体20内には作動油や電力等を制御する所要の機器を装備している。支柱40は第2支持体30の上面に立設し、先端を第1支持体20の下面に形成した支持ブラケット21に支柱用連結ピン22で固着している。
第1支持体20の上面には、中央部が膨出した十字状の吊支ブラケット26が突設されており、中央部に穿設した吊支孔26aに支持索220を連結することにより、地中孔掘削装置1をベースマシン205のジブ210からケーシング5内に巻き出し・巻き戻し自在に吊支する。
第2支持体30の上面には3個の回転用油圧モータ31が円周状に等間隔で配置されており、各回転用油圧モータ31から出力された回転力は、図4,図5に示すように、それぞれの出力軸に噛合した3個のピニオンギヤ32に伝達される。各ピニオンギヤ32は、第2支持体30の環状枠体34の内周面に回転可能に装備した1個の中空環状のロータリギヤ33に噛合しており、ロータリギヤ33の下端面には、同径の回転盤36の上端面が連結ボルト42等の適宜の手段で固着されている。また、環状枠体34の下端面には、同径の中空環状の継手筒部37が連結ボルト43等の適宜の手段で固着されて、第2支持体30を構成している。
そして、第2支持体30の下面の継手筒部37には、ケーシング5の内壁に地中孔掘削装置1を着脱自在に固定するための固定部50を装備している。この固定部50の構成が本発明の課題を解決するための特徴的構成の一つである。継手筒部37の下面外周には中空環状の外筒部53を、又その内方の下面内周には中空環状の内筒部54を、それぞれ連結ボルト44,45等の適宜の手段でそれぞれ固着するとともに、外筒部53の下面及び内筒部54の下面に、中空底蓋部59を連結ボルト41,49等の適宜の手段でそれぞれ固着することによって、外筒部53と内筒部54によって形成される下面開口部を覆蓋する。そして、外筒部53と内筒部54及び中空底蓋部59で包囲された空間内に、固定用ピストン51と摺動体56及び固定プレートホルダ52を装備するとともに、必要な作動油を供給・排出するための油圧管路を形成してある。
固定用ピストン51は、図7に示すように中空環状体であって、その中間部に水平段部51aを形成するとともに、水平段部51aの下面から下端に向けて複数(本実施形態では6個)の摺動体56を嵌合させて固着するための摺動体用凹部51bを円周方向に等間隔で穿設しており、油圧によって鉛直方向に移動可能である。
図8は摺動体56の斜視図、図9はその平面図、図10はその底面図、図11はその右側面図である。摺動体56は、図に示すように縦断面形状が略クサビ状の部材であって、一側面を固定プレートホルダ52のホルダ斜面52aと密接する傾斜を有する摺動斜面56aとして形成するとともに、その両側部には摺動斜面56aと同一傾斜の連続した摺動凸部56bを突設している。また、摺動体56の上面56cは平坦面として形成している。
図14は1個の摺動体56を固着した固定用ピストン51の要部斜視図であり、図に示すように摺動体56は摺動斜面56aの反対面を固定用ピストン51の摺動体用凹部51bに対面させた状態で密接して嵌合させ、連結ボルト等の適宜の手段で固着する。これにより、摺動体56は摺動斜面56aを固定用ピストン51の半径方向に開放するとともに、固定用ピストン51の水平段部51aの下面に摺動体56の上面56cが密着した状態で固定用ピストン51に固着される。
図12は固定プレートホルダ52の斜視図、図13は摺動体56を固定プレートホルダ52に嵌合させた要部斜視図である。固定プレートホルダ52は、図に示すように所定長さの円筒体であって、外筒部53から水平方向に張出・張戻自在に円周方向に複数(本実施形態では等間隔で6個)配置している。固定プレートホルダ52は、それぞれ先端面に所定深さのホルダ孔52cを穿設するとともに外筒部53を貫通して外部に臨んでおり、ホルダ孔52cに固定プレート55を挿通して連結ボルト等の適宜の手段で固着しており、複数(本実施形態では6個)の固定プレート55を円周状に等間隔で配置している。また、固定プレートホルダ52の後端面は固定用ピストン51側に向けて傾斜したホルダ斜面52aとして形成するとともに、その両側部にホルダ斜面52aと同一傾斜の連続したホルダ凹部52bを穿設している。
よって、図13に示すように、摺動体56の摺動凸部56bを固定プレートホルダ52のホルダ凹部52bに摺動可能に密接させて嵌合することができ、これによりホルダ斜面52aと摺動斜面56aが摺動可能に密接する。摺動体56は、前記したように固定用ピストン51に固着されているため、図15に示すように固定用ピストン51に固着した複数(本実施形態では6個)の摺動体56に、それぞれ固定プレートホルダ52が嵌合して半径方向に突出しており、摺動体56の上面56cは固定用ピストン51の水平段部51aの下面に密着している(図4参照)。
これにより、固定用ピストン51に作動油を供給して下方に移動させることによって、摺動体56の上面56cが水平段部51aによって押し下げられて、摺動斜面56aと密接している固定プレートホルダ52のホルダ斜面52aに作用する。固定プレートホルダ52は外筒部53によって鉛直方向に移動不可に支持されているとともに、その先端面は外筒部53から外部に臨んで開放されているため、固定プレートホルダ52は半径方向に伸長し、摺動斜面56aはホルダ斜面52aに密接した状態でホルダ斜面52aに沿って鉛直方向に摺動移動することとなる。その結果、固定プレートホルダ52の先端面に固着された固定プレート55も半径方向に伸長し、ケーシング5の内壁に圧接し、その状態を保持することによって地中孔掘削装置1をケーシング5に固定する。
一方、固定プレート55を張り出して地中孔掘削装置1をケーシング5の内壁に固定した状態から、固定用ピストン51から作動油を排出して上方に移動させることによって、固定用ピストン51及び摺動体56が鉛直方向に上昇する。この動作により、摺動斜面56aとホルダ斜面52aは、それぞれ摺動凸部56bとホルダ凹部52bを介して嵌合しているため、摺動体56の上昇により固定プレートホルダ52が半径方向に縮小移動し、外筒部53内に引き込まれる。その結果、固定プレートホルダ52の先端面に固着された固定プレート55も半径方向に縮小移動して張り戻されて、ケーシング5の内壁から離脱することにより地中孔掘削装置1をケーシング5から開放し、その状態を保持する。
上記した固定プレート55の張出・張戻の動作について、図16~図19に基づいて説明する。図16は張出時の固定部50の要部断面図、図17は張出時の固定プレート55の動作説明図、図18は張戻時の固定部50の要部断面図、図19は張戻時の固定プレート55の動作説明図である。図16,図17に示すように、固定用ピストン51に作動油を供給して鉛直方向に移動させ、その状態に保持することにより、摺動体56に嵌合した固定プレートホルダ52も矢印αに示すように半径方向に張り出されるため、固定プレート55はケーシング5の内壁に圧接した状態に保持され、地中孔掘削装置1をケーシング5の所定位置の内壁に固定する。この固定動作は、中空環状体からなる一つの固定用ピストン51の移動によって行われるため、複数の固定プレートホルダ52に固着された複数の固定プレート55は同調して張出され、地中孔掘削装置1の中心をケーシング5の中心線上に位置させて水平を保った状態でケーシング5の内壁に固定することができる。そのため、ベースマシン205から支持索220によって吊支されている地中孔掘削装置1の先端中心に装備した掘削バケット10を掘削面の中心で作動させることができ、最適の箇所を効率よく掘削することが可能となる。
一方、地中孔掘削装置1をケーシング5の内壁から離脱させるには、図18,図19に示すように、固定用ピストン51から作動油を排出して鉛直方向に縮小させ、その状態に保持することにより、摺動体56に嵌合した固定プレートホルダ52も矢印βに示すように半径方向に張り戻されるため、固定プレート55はケーシング5の内壁から離脱した状態に保持され、地中孔掘削装置1をケーシング5の内壁から開放する。そのため、ベースマシン205から支持索220によって吊支されている地中孔掘削装置1は地上とケーシング5内を自由に昇降移動することができる。なお、作動油の供給・排出手段及び経路は適宜公知の構成を選択すればよく、説明及び各図面における図示は省略している。以下の説明においても同じである。
第2支持体30の回転盤36の下面には、回転盤36より小径のドライブ軸35の上端面35aを連結ボルト46等の適宜の手段で固着することにより、ドライブ軸35を固定部50、具体的には内筒部54内を貫通させて鉛直方向に垂下している。よって、回転用油圧モータ31から出力された回転力は、ピニオンギヤ32から、ロータリギヤ33に伝達されて、ロータリギヤ33を環状枠体34の内周面で自転させ、ロータリギヤ33に連結した回転盤36を介してドライブ軸35に伝達され、ドライブ軸35を所定の回転トルクで正転又は逆転させる。なお、ドライブ軸35の回転数を計測するため、エンコーダ38を設置している。
図20,図21に示すように、ドライブ軸35の円柱状の円形先端部35bに隣接した先端隣接部を断面六角形状の六角部35cに形成して固定部50の内筒部54から突出させる。57は出力継手であり、図22に示すように、断面円形状の円形貫通孔57aと断面六角形状の六角貫通孔57bを連通して穿設している。内筒部54から突出したドライブ軸35を連続した円形貫通孔57aと六角貫通孔57bに挿通し、ドライブ軸35の先端隣接部に形成した断面六角形状の六角部35cを、同じく断面六角形状の六角貫通孔57bに嵌合するとともに、円形先端部35bを出力継手57から突出させる。
58はシリンダ継手であり、図23に示すように、一面に断面円形状の円形貫通孔58aを穿設するとともに、他面に断面矩形状の矩形貫通孔58bを穿設している。出力継手57から突出したドライブ軸35を円形貫通孔58aに挿通し、連結ボルト47等の適宜の手段で固着するとともに、出力継手57の六角貫通孔57b側の端面に突設した出力継手フランジ57cと、シリンダ継手58の円形貫通孔58a側の端面に突設したシリンダ継手フランジ58cを密接させてその周面を連結ボルト63等の適宜の手段で一体に固着する。よって、ドライブ軸35の回転に連動して出力継手57とシリンダ継手58も一体に回転する。
上記構成のシリンダ継手58に押圧用油圧シリンダ60のシリンダチューブ65を連結することによって、シリンダチューブ65をドライブ軸35の回転に連動して回転させる。図24(A)は押圧用油圧シリンダ60の斜視図、(B)はヘッド側の部分斜視図、(C)はシリンダチューブ65の縦断面斜視図である。シリンダチューブ65は中空筒状に形成され、その内周面は断面円形であり、ロッド70は、図24(B)に示すヘッド側端部65aに形成された油圧ポート69からシリンダチューブ65内に作動油を供給・排出することによって、シリンダチューブ65から伸縮動作可能である。一方、シリンダチューブ65の外周面65bは断面矩形状に形成しており、この外周面65bをケリーバ80への回転力の伝達に利用する構成が本発明の特徴の一つである。
図24(B)に示すシリンダチューブ65のヘッド側端部65aは、他の部分の外周面65bより縮小した断面形状として段差を設けており、このヘッド側端部65aをシリンダ継手58の断面矩形状の矩形貫通孔58bに嵌合させて連結ボルト48等の適宜の手段で固着する(図4,図5等参照)。これにより、押圧用油圧シリンダ60のシリンダチューブ65は、ドライブ軸35の回転に連動して回転する。また、シリンダチューブ65のロッド側の先端部近傍の外周面65bには、それぞれ各面に所定厚さと面積を有する直方体状の回転力伝達プレート66が外周面65bから突出して固着されている。
シリンダチューブ65の外周面65bには、掘削バケット10に回転力を伝達するケリーバ80を摺動可能、かつ、シリンダチューブ65の回転を介して回転可能に嵌合している。即ち、シリンダチューブ65が回転すると、その回転力は回転力伝達プレート66を介して、ケリーバ80の内周面82に伝達される(図25,図26参照)。よって、図27の矢印Aに示すように、ドライブ軸35からシリンダチューブ65の回転力伝達プレート66を介して伝達される時計方向又は反時計方向の回転力の駆動点85によって、ケリーバ80はシリンダチューブ65の外周面65bを摺動する任意の位置で回転駆動する。
ケリーバ80は、図25,図26に示すように内周面82が断面矩形状であって、シリンダチューブ65の外周面に嵌合した際に回転力伝達プレート66が内周面82に密接して、シリンダチューブ65の回転に連動して回転する。また、シリンダチューブ65に嵌合したケリーバ80の先端に、ケリーバ80より径大の拡径ハット部81を連設し、該拡径ハット部81の先端外周には水平方向に張り出したケリーバフランジ81aを形成している。拡径ハット部81内には、ベアリング92を装備したベアリングケース90が収納されており、その下端外周には水平方向に張り出したベアリングケースフランジ90aを形成している。なお、91はベアリングケース90のシールプレートである。15は、掘削バケット10を連結するためのツールジョイントであり、その上端外周には水平方向に張り出したツールジョイントフランジ15aを形成している。これらのケリーバフランジ81a,ベアリングケースフランジ90a,ツールジョイントフランジ15aは同径であって、これらを密接させて連結ボルト95等の適宜の手段で一体に固着する。よって、ケリーバ80の回転に連動して、ベアリングケース90及びツールジョイント15が一体として回転し、その回転力をツールジョイント15に装着した掘削バケット10に伝達して回転駆動させる。
押圧用油圧シリンダ60のロッド70の先端にロッドヘッド71を連結し、挿通孔84からロッドヘッド固定ピン77を挿通して固着する。そして、ロッドヘッド71の先端をベアリングケース90内に侵入させ、シールプレート91で覆蓋してシールしている。ロッド70はシリンダチューブ65と同回転をするが、シリンダチューブ65の回転力伝達プレート66とケリーバ80との間には僅かではあるがクリアランスが存在するため、シリンダチューブ65の回転がケリーバ80に伝達されるまでにタイムラグが生じることとなる。前記したように、ケリーバフランジ81a,ベアリングケースフランジ90a,ツールジョイントフランジ15aは一体に固定されているため、押圧用油圧シリンダ60のロッド70は、ツールジョイント15側において支持されることとなるが、ロッドヘッド71を直接ツールジョイント15側に固定すると、シリンダチューブ65とロッド70との間に回転差を生じることとなる。そこで、ロッドヘッド71とケリーバ80の間にベアリング92を介在させることによって、シリンダチューブ65の回転初期にはベアリング92が回転することによって、シリンダチューブ65とケリーバ80の回転差に起因するロッド70の回転を防ぐようにしている。
掘削バケット10は、所定容量の中空部を有するとともに、先端にビット11aを有して開閉軸12を支点として開閉自在な開閉蓋11を装備しており、ケリーバ80からの回転力によって回転駆動し、ビット11aでケーシング5の底部の掘削面を掘削し、掘削した土砂を中空部に取り込むことができる。なお、この掘削バケット10の構成は公知である。
本発明の課題は、騒音や振動の問題を解決した上で、従来より小径の地中孔を掘削することが可能な地中孔掘削装置を提供することにある。そのために、ケーシング5の内壁に着脱自在に固定する地中孔掘削装置1の鉛直方向の寸法には制約がないことに着目し、特徴的構成として、ドライブ軸35とケリーバ80を鉛直線上に直列に配置することによって小径化を図るとともに、押圧用油圧シリンダ60のシリンダチューブ65の外周面にケリーバ80を嵌合し、シリンダチューブ65をドライブ軸35で回転させることによってケリーバ80に回転力を伝達する押圧用油圧シリンダ60を装備することとした。よって、押圧用油圧シリンダ60は、掘削バケット10を掘削面に押圧する作用とともに、ドライブ軸35からの回転力によってシリンダチューブ65を回転させることによって、その回転力をケリーバ80に伝達し、掘削バケット10を回転駆動する2つの作用を奏する。
このように、ドライブ軸35とケリーバ80を鉛直線上に直列に配置するとともに、押圧用油圧シリンダ60のシリンダチューブ65をドライブ軸35で回転させることによってケリーバ80に回転力を伝達することが本発明の特徴的構成であり、これにより、地中孔掘削装置1の径方向の寸法を減縮することができ、地中孔の小径化に対応することが可能となる。
地中孔の掘削に際しては、押圧用油圧シリンダ60のロッド70を移動させて、掘削バケット10を常に掘削面に押圧しながら、回転用油圧モータ31を駆動させて、その回転力を減速してドライブ軸35に伝達して押圧用油圧シリンダ60のシリンダチューブ65を回転させてケリーバ80を回転させることにより掘削バケット10を回転させて、土砂を掘削し、掘削した土砂を掘削バケット10の内部に取り込む。
以上記載した本発明によれば、複数の固定プレートホルダに固着された複数の固定プレートの張出・張戻操作を中空環状体からなる一つの固定用ピストンの鉛直方向への移動動作によって同時に行うため、固定プレートの張出量や張戻量も均等に制御され、複数の固定プレートが同調して張出・張戻することとなる。そのため、複数の固定プレートの張出・張戻が同調して行われることとなり、常に地中孔掘削装置の中心をケーシングの中心線上に位置させて水平を保った状態でケーシングの内壁に固定することが可能となる。よって、地中孔掘削装置の先端中心に装備した掘削バケットを掘削面の中心で作動することができ、最適の箇所を効率よく掘削することが可能となる。
また、複数の固定プレート毎の専用の固定用油圧シリンダを必要としないため、固定プレートの張出・張戻による地中孔掘削装置の径方向の寸法への影響を少なくすることができ、小径の地中孔の掘削に資することができる。
更に、掘削バケットに回転力を伝達するケリーバと、回転用油圧モータの回転力をケリーバに伝達するドライブ軸を直列させて同一の鉛直線上に配置したことにより、地中孔掘削装置の径方向の寸法を減縮させることができる。また、押圧用油圧シリンダに、掘削バケットを掘削面に押圧する作用とともに、ドライブ軸からの回転力によってシリンダチューブを回転させることによって、その回転力をケリーバに伝達して掘削バケットを回転駆動する2つの機能を担わせている。そのため、ドライブ軸からケリーバへの回転力の伝達を、押圧用油圧シリンダのシリンダチューブを介して行うことができるとともに、押圧用油圧シリンダのロッドの伸縮動作に連動して、ケリーバの伸縮動作を確保することができ、掘削装置を掘削面に押圧することができる。
そのため、場所打ち杭の用途の多用途化に伴って、従来の杭径より小径の場所打ち杭を打設するための地中孔、例えば従来の直径1200mm程度の杭径より小径の直径1000mm程度の杭径の場所打ち杭を打設するための地中孔を騒音や振動の問題を解決した上で掘削することができる。
1…地中孔掘削装置
5…ケーシング
5a…ビット
10…掘削バケット
11…開閉蓋
11a…ビット
12…開閉軸
15…ツールジョイント
15a…ツールジョイントフランジ
20…第1支持体
21…支持ブラケット
22…支柱用連結ピン
26…吊支ブラケット
26a…吊支孔
30…第2支持体
31…回転用油圧モータ
32…ピニオンギヤ
33…ロータリギヤ
34…環状枠体
35…ドライブ軸
35a…上端面
35b…円形先端部
35c…六角部
36…回転盤
37…継手筒部
38…エンコーダ
40…支柱
41,42,43,44,45,46,47,48,49…連結ボルト
50…固定部
51…固定用ピストン
51a…水平段部
51b…摺動体用凹部
52…固定プレートホルダ
52a…ホルダ斜面
52b…ホルダ凹部
52c…ホルダ孔
53…外筒部
54…内筒部
55…固定プレート
56…摺動体
56a…摺動斜面
56b…摺動凸部
56c…上面
57…出力継手
57a…円形貫通孔
57b…六角貫通孔
57c…出力継手フランジ
58…シリンダ継手
58a…円形貫通孔
58b…矩形貫通孔
58c…シリンダ継手フランジ
59…中空底蓋部
60…押圧用油圧シリンダ
63,95…連結ボルト
65…シリンダチューブ
65a…ヘッド側端部
65b…外周面
66…回転力伝達プレート
69…油圧ポート
70…ロッド
77…ロッドヘッド固定ピン
80…ケリーバ
81…拡径ハット部
81a…ケリーバフランジ
82…内周面
85…駆動点
90…ベアリングケース
90a…ベアリングケースフランジ
91…シールプレート
92…ベアリング
200…ケーシングドライバ装置
205…ベースマシン
210…ジブ
215,235…シーブ
220…支持索
225…油圧ホースリール
230…油圧ホース
240…キャブタイヤケーブルリール
245…キャブタイヤケーブル
250…油圧ユニット

Claims (14)

  1. 所定間隔で複数装備した固定プレートを半径方向に張出・張戻することによって、ケーシングの内壁に着脱自在に固定し、掘削バケットをケーシング内の掘削面に押圧しながら回転させて掘削し、掘削バケット内に掘削した土砂を取り込むオールケーシング工法における地中孔掘削装置において、
    中空環状体からなる固定用ピストンに固着した複数の摺動体に形成した摺動斜面を、
    先端面に固定プレートを固着した複数の円筒体からなる固定プレートホルダの後端面に形成したホルダ斜面に摺動可能に嵌合させ、
    固定用ピストンの鉛直方向への移動に連動して、摺動体がホルダ斜面に沿って鉛直方向に摺動し、固定プレートホルダを半径方向に伸縮動作させることにより、
    複数の固定プレートの張出・張戻同時に行うことを特徴とするオールケーシング工法における地中孔掘削装置。
  2. 複数の固定プレートを円周状に等間隔で配置した請求項1記載のオールケーシング工法における地中孔掘削装置。
  3. 固定用ピストンの中間部に形成した水平段部の下面を、摺動体の上面に密接させた請求項1又は2記載のオールケーシング工法における地中孔掘削装置。
  4. 摺動斜面の両側部に形成した摺動凸部を、ホルダ斜面の両側部に形成したホルダ凹部に嵌合させた請求項1,2又は記載のオールケーシング工法における地中孔掘削装置。
  5. 複数の固定プレートの張出・張戻を同調して行う請求項1,2,3又は記載のオールケーシング工法における地中孔掘削装置。
  6. 掘削バケットを押圧する押圧用油圧シリンダのシリンダチューブを回転用油圧モータによって回転可能とするとともに、シリンダチューブの外周面に、掘削バケットに回転力を伝達するケリーバを摺動可能、かつ、シリンダチューブの回転と連動して回転可能に嵌合した請求項1,2,3,4又は記載のオールケーシング工法における地中孔掘削装置。
  7. 第1支持体と第2支持体を所定間隔離間させて支柱で連結し、
    第2支持体に配置した回転用油圧モータによって回転駆動するドライブ軸を第2支持体の下面から垂設し、
    ドライブ軸の先端に、掘削バケットを押圧する押圧用油圧シリンダのシリンダチューブをドライブ軸の回転に連動して回転可能に連結するとともに、
    シリンダチューブの外周面に、掘削バケットに連結したケリーバを摺動可能、かつ、シリンダチューブと連動して回転可能に嵌合した請求項1,2,3,4,5又は記載のオールケーシング工法における地中孔掘削装置。
  8. 第2支持体の下面外周に中空環状の外筒部を固着するとともに、第2支持体の下面内周に中空環状の内筒部を固着し、外筒部の下面及び内筒部の下面を中空底蓋部で覆蓋し、
    外筒部と内筒部及び中空底蓋部で包囲された空間内に、油圧によって鉛直方向に移動可能な固定用ピストンを装備した請求項記載のオールケーシング工法における地中孔掘削装置。
  9. シリンダチューブの外周面及びケリーバの内周面からなる回転力伝達面を矩形状とした請求項又は記載のオールケーシング工法における地中孔掘削装置。
  10. 回転用油圧モータの回転力を、ドライブ軸を介してシリンダチューブに伝達し、シリンダチューブの外周面からケリーバの内周面を介して掘削バケットに伝達する請求項7,8又は記載のオールケーシング工法における地中孔掘削装置。
  11. シリンダチューブの外周面にケリーバの内周面に回転力を伝達する回転力伝達プレートを貼設した請求項7,8,9又は10記載のオールケーシング工法における地中孔掘削装置。
  12. 押圧用油圧シリンダのロッドを、ケリーバの先端部に連結した請求項7,8,9,10又は11記載のオールケーシング工法における地中孔掘削装置。
  13. ケリーバの先端を掘削バケットを接合したツールジョイントに固定することによって、押圧用油圧シリンダの伸縮動作によって、ケリーバを押圧用油圧シリンダの伸縮動作に連動して伸縮可能とした請求項7,8,9,10,11又は12記載のオールケーシング工法における地中孔掘削装置。
  14. ケリーバの伸縮動作に伴って、シリンダチューブの外周面をケリーバが摺動する請求項7,8,9,10,11,12又は13記載のオールケーシング工法における地中孔掘削装置。
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