JP7254608B2 - 掘削装置 - Google Patents

Description

本発明は、掘削装置に関するものであり、詳しくは、ケーシングロッドを延設可能な掘削装置に関するものである。

従来より、土留壁や止水壁の施工工法としてソイルセメント地中連続壁工法（ＳＭＷ工法）が知られている。このソイルセメント地中連続壁工法は、通常、ソイルセメント施工機として三点式杭打機に多軸のオーガー撹拌方式の施工機械等を装着して施工する。

ソイルセメント地中連続壁工法の施工順序は、まず、掘削工程として、施工機械の移動、設置決めを行い、ソイルセメント施工機の先端部より掘削用注入材としてセメントミルクを添加しながら、掘削土とセメントミルクの混合土を造成し、混合土により溝壁の安定性を保ち、かつ、施工に必要な流動性を持たせつつ掘削底まで掘削を行う。

次に、固化工程として、さらに混合土に適量の固化材としてセメントミルクを添加し混合・撹拌しながら引き上げ、芯材の挿入性に適した軟らかさを持たせたソイルセメントを造成する。そして芯材挿入工程として、そのソイルセメント中にＨ形鋼等の芯材をクローラークレーン等を用いて挿入する。これにより、地中に連続したソイルセメントの連続壁を構築することができる。

ここで、上記のソイルセメント地中連続壁工法においては、使用する施工機械が三点式杭打機等の大型機械であるため、施工のためにスペースを広く確保する必要があり、狭い敷地での掘削施工が困難となる場合があった。また、施工機械の運搬車台数が多く、搬入搬出時の組立・分解に手間がかかり、施工費全体に占める運搬、組立・分解のためのコストが大きいという問題もあった。

一方、他の掘削工法としてクレーン装着式オーガ併用杭打込工法(以下、クレーン装着式工法という)が知られている。クレーン装着式工法は、移動式クレーン、クローラクレーン、テレスコピッククレーン等の比較的小型で組立が不要もしくは容易な油圧式クレーンをベースマシンとして使用し、クレーンのブームの先端部にアタッチメントとして油圧駆動装置を備えた懸垂式リーダーを吊り下げ、油圧駆動装置に接続したオーガースクリューを懸垂式リーダーに沿って下降させて掘削する工法である。

上記のクレーン装着式工法によれば、比較的小型の油圧式クレーンをベースマシーンとして使用するため、狭い敷地内での掘削が可能であり、機動性・経済性に優れた工法である。また、施工深度を深くするために、オーガースクリューを継ぎ足す構造が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

さらに、クレーン装着式工法においては、オーガースクリューによる掘削施工のほか、油圧駆動装置に、セメントミルク等を供給可能なケーシングロッドを接続するとともに、先端に先端多軸混練掘削機を装着して、先端からセメントミルク等を吐出して地山と混合撹枠し、連続壁を構築する工法も考えられている。

特開昭５３－５１６０２号公報

しかしながら、クレーン装着式工法において、例えば、テレスコピッククレーン等を用いて、シャトル工法で用いられる先端多軸混練掘削機をケーシングロッドと接続し、ケーシングロッドを通して先端多軸混練掘削機の先端からセメントミルク等を吐出して連続壁を施工する場合には、ケーシングロッドの構造が複雑であるために継ぎ足しが容易にできず、施工深度が１５～２０ｍ程度に限定される。そのため、それ以上の深い深度の掘削施工ができないという問題があった。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、作業半径を小さくすることなく、優れた機動性・経済性を有するとともに、ケーシングロッドの延長が容易に行うことができ、深い深度の柱列式のソイルセメント壁の造成が可能な掘削装置を提供することを課題とする。

本発明は、上記の課題を解決するために、以下のことを特徴としている。

第１に、油圧式クレーンのブームの先端部に、油圧駆動装置を備えた懸垂式リーダーが接続され、前記油圧駆動装置にケーシングロッドが接続されるとともに、該ケーシングロッドの先端に先端多軸混練掘削機が装着された掘削装置であって、
前記ケーシングロッドが、前記油圧駆動装置に固定された外管と、
該外管に内設され、油圧駆動装置の回転機構に接続されて回転し、前記先端多軸混練掘削機に駆動力を伝達する内管と、
前記外管内に固定された管路から構成され、
前記ケーシングロッドの端部が、少なくとも２本以上の継ぎ足しが可能に構成されており、
継ぎ足した前記ケーシングロッドの接続部において、前記外管同士及び前記内管同士が各々ロックピンで着脱自在に接続されるとともに、前記管路がプラグとソケットからなるワンタッチカプラーにより着脱自在に接続されていることを特徴とする。

第２に、前記第１の発明の掘削装置において、前記油圧駆動装置の回転機構が下降駆動し、該回転機構に接続された前記内管が下降することにより、前記外管の接続を解除した状態で前記内管の接続部が露出することが好ましい。

第３に、前記第１又は第２の発明の掘削装置の前記管路端部のワンタッチカプラーにおいて、前記ソケットの接続解除用スライド部材が前記外管の枠部材に固定されており、接続された状態の前記管路が引っ張られることにより接続が解除されることが好ましい。

第４に、前記第１から３のいずれかの発明の掘削装置において、前記管路が、流体の輸送路と電装線を内設していることが好ましい。

第５に、前記第１から４のいずれかの発明の掘削装置において、継ぎ足し用の前記ケーシングロッドが、前記懸垂式リーダー又は、前記油圧駆動装置に接続されたケーシングロッドに併設されていることが好ましい。

本発明の掘削装置によれば、施工機構の小型化が図れるため、組立・分解および施工に必要なスペースの縮小化、組立・分解日数の短縮、費用の低減を図ることができる。また、ケーシングロッドの継ぎ足しが容易かつ確実に行えるため、大深度の掘削施工が可能となる。

本発明の掘削装置の一実施形態の全体構成を示す概略図である。 本発明の掘削装置に用いるケーシングロッドの概略断面図であり、（Ａ）は正面概略断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のａ－ａ概略断面図である。 油圧駆動装置における回転機構の下降動作を示す説明概略図である。 内管にテーパーネジを用いる実施形態を示す概略図である。 管路のワンタッチカプラーを示す概略図である。 本発明の掘削装置を用い、ケーシングロッドを延設させて掘削する施工工程（Ｓ１）～（Ｓ３）の説明概略図である。 本発明の掘削装置を用い、ケーシングロッドを延設させて掘削する施工工程（Ｓ４）、（Ｓ５）の説明概略図である。 １本目のケーシングロッドの横に継ぎ足し用ケーシングロッドを併設した実施形態を示す概略図である。

以下、本発明の掘削装置の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。図１は、本発明の掘削装置１の一実施形態の全体構成を示す概略図であり、図２は、ケーシングロッド端部の実施形態を示す概略断面図である。本発明の掘削装置１は、油圧式クレーン２のブームの先端部２１に、油圧駆動装置４を備えた懸垂式リーダー３が接続され、油圧駆動装置４にケーシングロッド５が接続されるとともに、ケーシングロッド５の先端に先端多軸混練掘削機６が装着された掘削装置である。

そして、ケーシングロッド５は、油圧駆動装置４に固定された外管５１と、外管５１に内設され、油圧駆動装置４の回転機構４１に接続されて回転し、先端多軸混練掘削機６に駆動力を伝達する内管５２と、外管５１内に固定された管路５３から構成されており、ケーシングロッド５の端部が、少なくとも２本以上の継ぎ足しが可能に構成されている。

本発明の掘削装置１で用いられる油圧式クレーン２は特に限定されるものではないが、通常、クレーン装着式工法で使用されている組立が不要もしくは容易な移動式クレーン、クローラクレーン、テレスコピッククレーン等の油圧式クレーン２を用いることができる。

また、油圧式クレーン２のブームの先端部２１には、懸垂式リーダー３が接続されており、さらに、懸垂式リーダー３に沿って上下動する油圧駆動装置４が装着されている。

懸垂式リーダー３は、通常、クレーン装着式工法で用いられる一般的な懸垂式リーダーを用いることができる。また、懸垂式リーダー３に沿って上下動可能に装着される油圧駆動装置４は、油圧モーターからなる回転機構４１を備えている。回転機構４１は外部から供給される、例えば、ベースマシン等の油圧源を使用して駆動させることができ、地質に応じた回転数及び掘削トルクを選択して駆動させることができる。

また、油圧駆動装置４にはケーシングロッド５が接続されており、ケーシングロッド５の先端には先端多軸混練掘削機６が装着されている。

ケーシングロッド５は、油圧駆動装置４に固定された外管５１と、外管５１に内設され、油圧駆動装置４の回転機構４１に接続された内管５２と、外管５１内に固定された管路５３から構成されている。即ち、外管５１及び管路５３は固定されて回転せず、内管５２のみが回転機構４１の駆動に伴って回転するようになっている。

管路５３は、先端に装着された先端多軸混練掘削機６にセメントミルクや固化材スラリー等を供給するための供給管である。また、管路５３に複数の供給管を内設させることや電気配線ケーブル等を内設させることもできる。

ケーシングロッド５の先端に装着する先端多軸混練掘削機６は、掘削の際に先端からセメントミルクや固化材スラリー等を吐出させて掘削土砂と混合させつつソイルセメント連続壁を構築する機械である。先端多軸混練掘削機６の大きさや性能等は、構築するソイルセメント連続壁の規模等に応じて適宜選択して用いることができるが、通常、３軸の先端多軸混練掘削機６が好適に用いられる。

また、本発明の掘削装置１においては、ケーシングロッド５の端部が、少なくとも２本以上の継ぎ足しが可能に構成されている。図２に示す実施形態のケーシングロッド５では、図２（Ｂ）に示すように断面矩形に形成されている。また、図２（Ａ）に示すように、継ぎ足し用ケーシングロッド５（ｂ）の外管５１下端部がオス状に形成され、継ぎ足されるケーシングロッド５（ａ）の外管５１上端部がメス状に形成されており、端部同士を嵌合させた状態でロックネジ等により外れないように接続される。

また、内管５２も同様に内管５２下端部がメス状に形成され、内管５２上端部がオス状に形成されており、嵌合させた状態でロックピンやロックネジにより接続される。

なお、本発明の掘削装置１においては、図３に示すような、油圧駆動装置４の回転機構４１が下降駆動するものを採用することが好ましい。これにより、回転機構４１の下降に伴って回転機構４１に接続された内管５２も下降し、外管５１の接続を解除した状態で内管５２の接続部を露出させることが可能となり、内管５２の接続、接続解除の作業性を向上させることができる。

また、内管５２の接続に関しては、上記ロックピンやロックネジによる接続のほか、テーパーネジ７により接続させることもできる。具体的には、例えば、図４に示すように内管５２下端部をテーパーネジ７のテーパー雄ネジ７（ａ）とし、内管５２上端部をテーパーネジ７のテーパー雌ネジ７（ｂ）とした場合、接続時には継ぎ足し用のケーシングロッド５の内管５２を回転させることによりテーパー雄ネジ７（ａ）とテーパー雌ネジ７（ｂ）を螺合させて接続することができる。

一方、接続解除時には、内管５２を逆回転させて螺合を解除するが、下側の内管５２も共回りすることがあるため、電磁クラッチ等により下側の内管５２を固定させることが好ましい。この場合の電磁クラッチの電源は、管路５３内の電気配線ケーブルを介して供給することができる。また、内管５２の接続に上記テーパーネジ７を用いたケーシングロッド５を複数本継ぎ足した場合には、特定の電磁弁のみを選択して固定し逆回転させる必要がある。なお、上記テーパーネジ７を用いた内管５２の接続及び接続解除は、内管５２を下降させる必要がないため、油圧駆動装置４は、回転機構４１の下降駆動機能のないものを用いることができる。

本実施形態のケーシングロッド５の管路５３では、管路５３の接続部となる端部に、プラグとソケットからなるワンタッチカプラーを設けることにより着脱自在に接続されている。例えば、図５に示すように、管路５３下端部をプラグ８（ｂ）とし、管路５３上端部をソケット８（ａ）とした場合、接続時にはソケット８（ａ）に対してプラグ８（ｂ）を嵌合させるだけで容易に接続させることができる。

一方、接続の解除については、一度接続されたワンタッチカプラー８はプラグ８（ｂ）とソケット８（ａ）がしっかりと嵌合、接続されているため、通常は上方に引っ張っても外れることはない。そこで本実施形態においては、ソケット８（ａ）に設けられている接続解除用スライド部材８１を外管５１端部に設けられた隔壁状の枠部材５４に固定している。これにより、接続された状態の管路５３を上方に引っ張るとソケット８（ａ）本体が引っ張られ、固定された接続解除用スライド部材８１が相対的にスライドして接続が解除される。即ち、管路５３の接続は上方に引っ張る動作だけで解除される。また、ワンタッチカプラー８には逆止弁が設けられているので、接続を解除した際に管内にあるセメントミルクや固化材スラリー等の液体の漏出を防止することができる。

なお、管路５３におけるワンタッチカプラー８の接続解除の作動には、プラグ８（ｂ）とソケット８（ａ）間に接続解除用スライド部材８１をスライドさせるための数ｍｍの相対変位が必要である。そのため、管路５３には、部分的にワイヤーブレードホースを用いるなどの伸縮機能を採用することが望ましい。

また、管路５３は、外管５１端部に設けられた隔壁状の枠部材５４の所定の位置に固定されているため、継ぎ足しの際の位置決めを正確かつ容易に行うことができる。さらに、枠部材５４に固定された管路５３に対し、できるだけ振動等による負荷がかからないようにするために、枠部材５４との固定部にゴムブッシュ５４１やストッパー５４２を設けることが好ましい。

また、上記実施形態では、ケーシングロッド５の上端部を直接油圧駆動装置４に、また、下端部を直接先端多軸混練掘削機６に装着するようにしているが、油圧駆動装置４と先端多軸混練掘削機６の各々に、本発明に係る短いケーシングロッド５を常設させておき、これに長尺のケーシングロッド５を接続することができる。これにより、さらにケーシングロットの継ぎ足し作業を効率的に行うことが可能となる。

以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記の実施形態に何ら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において各種の変更が可能である。

例えば、上記実施形態の外管５１の断面形状は矩形形状としたが、断面楕円形状や円形であっても構わない。また、電気配線ケーブル類を管路５３内に収納する構成としたが、電気配線ケーブル類のみを外管５１内に固定して、接続時にコネクタを接続するようにしてもよい。

本発明の掘削装置１においては、上記実施形態のケーシングロッド５を用いることにより、従来困難であった、先端多軸混練掘削機６を装着したケーシングロッド５の継ぎ足しを容易かつ確実に行うことができる。また、これにより、従来のケーシングロッドの限界深度以上の掘削を行うことが可能となる。

以下に、本発明の掘削装置を用いた施工方法の実施形態について図面を用いて説明する。図６、図７は、本発明の掘削装置１を用い、ケーシングロッド５を延設させて掘削する施工工程の説明概略図である。

まず、図６（Ｓ１）に示すように、先端多軸混練掘削機６を先端に装着した１本目のケーシングロッド５を油圧駆動装置４に接続して掘削を開始する。

この際、油圧駆動装置４は、油圧式クレーン２のブームの先端部２１に装着した懸垂式リーダー３に沿ってケーシングロッド５の内管５２を回転させつつ、先端多軸混練掘削機６を動作させながら下降する。また、先端多軸混練掘削機６の先端から、ケーシングロッド５の管路５３を通して供給されたセメントミルク等の固化材スラリー等を吐出させ、掘削土砂と混合させながら掘削を進める。

そして、１本目のケーシングロッド５の長さまでの掘削が完了した段階で掘進を止め（図６（Ｓ２））、ケーシングロッド５上端部を地上部の定規（Ｈ形鋼）に仮受けし、油圧駆動装置４とケーシングロッド５の接続部を切り離す。そして、この状態で油圧駆動装置４を引き上げる（図６（Ｓ３））。

次に、油圧駆動装置４と２本目の継ぎ足し用ケーシングロッド５（ｂ）の上端部を接続して、１本目のケーシングロッド５（ａ）の上に吊り込み、２本目の継ぎ足し用ケーシングロッド５（ｂ）の下端部と１本目のケーシングロッド５（ａ）の上端部を接続する（図７（Ｓ４））。

ここで、油圧駆動装置４と２本目の継ぎ足し用ケーシングロッド５（ｂ）の上端部の接続は、継ぎ足し用ケーシングロッド５（ｂ）を地上に横倒しにした状態で接続してもよいが、その状態からの引き起こし作業が煩雑となる場合がある。

そのため、予め、油圧式クレーン２の近傍に継ぎ足し用ケーシングロッド５（ｂ）の長さ以下の深さの縦孔を削孔しておき、その縦孔に継ぎ足し用ケーシングロッド５（ｂ）をセットして、油圧駆動装置４に接続することもできる。これにより効率よく継ぎ足し作業を行うことができ、作業時間の短縮が可能となる。

また、本発明においては、継ぎ足し用ケーシングロッド５（ｂ）の配設構造として、１本以上の継ぎ足し用ケーシングロッド５（ｂ）を懸垂式リーダー３に並設したり、図８に示すように、油圧駆動装置４に接続された１本目のケーシングロッド５（ａ）の横に併設することもできる。

本実施形態によれば、１本目のケーシングロッド５（ａ）の深さの掘削が完了した後、油圧駆動装置４を引上げ、並設された継ぎ足し用ケーシングロッド５（ｂ）をスライドさせて接続させることができる。これにより更に接続作業時間の短縮が可能となる。

本実施形態において、継ぎ足し用ケーシングロッド５（ｂ）を懸垂式リーダーに並設した構成では、継ぎ足し用ケーシングロッド５（ｂ）を残して１本目のケーシングロッド５（ａ）のみが下降することとなる。また、１本目のケーシングロッド５（ａ）に、サポート部材９等を介して継ぎ足し用ケーシングロッド５（ｂ）を並設した構成では、継ぎ足し用ケーシングロッド５（ｂ）は１本目のケーシングロッド５（ａ）とともに下降させることとなる。

なお、継ぎ足し用ケーシングロッド５（ｂ）を１本目のケーシングロッド５（ａ）とともに下降させる構成の場合、継ぎ足し用ケーシングロッド５（ｂ）も一時的に泥水中に導入される。そのため、外管、内管、管路内に泥水が入り込まないようにキャップやカバーを取り付けることが望ましい。

また、例えば、左右にそれぞれ１本ずつ、計２本の継ぎ足し用ケーシングロッド５（ｂ）を併設させた場合には、片側の継ぎ足し用ケーシングロッド５（ｂ）を継ぎ足した際に左右のバランスが崩れて、懸垂式リーダー３が傾斜する可能性がある。このような場合を考慮して、継ぎ足し用ケーシングロッド５（ｂ）と同等の重量のカウンターウエイトを掘削機１ないし継ぎ足し用ケーシングロッド５（ｂ）上に載荷することにより傾斜を抑制することができる。

上記いずれかの方法により、油圧駆動装置４と２本目の継ぎ足し用ケーシングロッド５（ｂ）の上端部を接続した後、１本目のケーシングロッド５（ａ）の上端部と継ぎ足し用ケーシングロッド５（ｂ）の下端部に接続する。

この作業では、まず、油圧駆動装置４の回転機構４１を下降させて２本目の継ぎ足し用ケーシングロッド５（ｂ）の内管５２を外管５１よりも下降させておく（図３）。そして、この状態で１本目のケーシングロッド５（ａ）と２本目の継ぎ足し用ケーシングロッド５（ｂ）の内管５２同士を嵌合させて、ロックピン等により接続する。

次に、油圧駆動装置４の回転機構４１を上昇させて、管路５３のワンタッチカプラー８を接続させるとともに、外管５１の端部同士を当接、嵌合させてロックネジ等により接続する。これにより、２本目の継ぎ足し用ケーシングロッド５（ｂ）の継ぎ足しが完了する。

そして、１本目のケーシングロッド５（ａ）の定規（Ｈ形鋼）の仮受けを外して掘削を再開し、１本目のケーシングロッド５（ａ）と２本目の継ぎ足し用ケーシングロッド５（ｂ）の合計深度まで掘削を行う（図７（Ｓ５））。

なお、油圧式クレーン２と油圧駆動装置４の引き上げ性能の限界を考慮して、さらに３本目以上のケーシングロッド５の継ぎ足しと掘削を図６（Ｓ２）、（Ｓ３）、図７（Ｓ４）、（Ｓ５）と同様の工程により行うことができる。

また、先端多軸混練掘削機６の引き上げ時に継ぎ足したケーシングロッド５（ｂ）を取り外す工程は、基本的にケーシングロッド５の継ぎ足し工程の逆の手順で作業を行う。

以上の説明のとおり、本発明の掘削装置１によれば、施工機構の小型化が図れるため、組立・分解および施工に必要なスペースの縮小化、組立・分解日数の短縮、費用の低減を図ることができ、通常、先端多軸混練掘削機を用いた通常の施工深度である１５～２０ｍを超える２０ｍ以上（中深度）の施工深度の柱列式ソイルセメント壁を造成することができる。

１ 掘削装置
２ 油圧式クレーン
２１ ブームの先端部
３ 懸垂式リーダー
４ 油圧駆動装置
４１ 回転機構
５ ケーシングロッド
５（ａ） １本目のケーシングロッド
５（ｂ） 継ぎ足し用ケーシングロッド
５１ 外管
５２ 内管
５３ 管路
５４ 枠部材
５４１ ゴムブッシュ
５４２ ストッパー
６ 先端多軸混練掘削機
７ テーパーネジ
７（ａ） テーパー雄ネジ
７（ｂ） テーパー雌ネジ
８ ワンタッチカプラー
８（ａ） ソケット
８（ｂ） プラグ
８１ 接続解除用スライド部材
９ サポート部材

Claims (4)

1. 油圧式クレーンのブームの先端部に、油圧駆動装置を備えた懸垂式リーダーが接続され、前記油圧駆動装置にケーシングロッドが接続されるとともに、該ケーシングロッドの先端に先端多軸混練掘削機が装着された掘削装置であって、
   前記ケーシングロッドが、前記油圧駆動装置に固定された外管と、
   該外管に内設され、油圧駆動装置の回転機構に接続されて回転し、前記先端多軸混練掘削機に駆動力を伝達する内管と、
   前記外管内に固定された管路から構成され、
   前記ケーシングロッドの端部が、少なくとも２本以上の継ぎ足しが可能に構成されており、
   継ぎ足した前記ケーシングロッドの接続部において、前記外管同士及び前記内管同士が各々ロックピンで着脱自在に接続されるとともに、前記管路がプラグとソケットからなるワンタッチカプラーにより着脱自在に接続されており、
   前記ワンタッチカプラーにおいて、前記ソケットに設けられた、スライドさせることにより接続が解除される接続解除用スライド部材が、前記外管端部に設けられた隔壁状の枠部材に固定されており、接続された状態の前記管路が上方に引っ張られることにより前記ソケットが引っ張られ、固定された前記接続解除用スライド部材が相対的にスライドすることにより接続が解除されることを特徴とする掘削装置。
2. 前記油圧駆動装置の回転機構が下降駆動し、該回転機構に接続された前記内管が下降することにより、前記外管の接続を解除した状態で前記内管の接続部が露出することを特徴とする請求項１に記載の掘削装置。
3. 前記管路が、流体の輸送路と電気配線ケーブルを内設していることを特徴とする請求項１又は２に記載の掘削装置。
4. 継ぎ足し用の前記ケーシングロッドが、前記懸垂式リーダー又は、前記油圧駆動装置に接続されたケーシングロッドに併設されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の掘削装置。

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