JPH07310487A - 立坑掘削工法と装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 立坑掘削機のハイドログラブによる掘削の進
行に伴って岩着したとき、岩盤を効率的に掘削できる手
段を提供すると共に、地上から最深部までケーシングに
よる信頼性の高い立坑を構築可能とすること。 【構成】 地中に揺動圧入されるケーシングを使用して
立坑の掘削を行う立坑掘削工法において、岩着まではハ
イドロリックグラブで掘削し、岩着後は回転カッタによ
って掘削を推進し、初期の掘削孔の芯のずれ等を生じる
ことなく、岩盤下までケーシングと共に掘削可能とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、下水道工事、電線地中
化工事、井戸堀削工事、場所打杭工事等の基礎のために
円形ケーシングを用いて軟岩以上の硬さをもつ地盤の立
坑掘削工法と同工法を実施するための装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、立坑を掘削する工法として、
例えば、鋼製ケーシングに揺動と圧入力を加えて圧入し
内部を地盤破砕とつかみ排土をかねるハンマグラブで掘
削するべノト工法、水中で回転するカッタ軸から水と共
に土砂をポンプで吸い上げて地上の水処理槽で分離して
水は立坑内に返戻しつつ水圧によって孔壁の崩壊を防ぎ
ケーシングを不要とするリバースサーキュレーションド
リル工法、杭の先端をジェット水流で掘削し杭の沈下を
容易にするジェットリフタ工法、ケーシングを圧入し予
定の地層に達したらテレスコープ式シャフトをもつアー
スバケットオーガでケーシング内を掘削し、このバケッ
トを上下して排土し、最後はコンクリート打ちと平行し
てケーシングを引き抜くケーシング圧入工法、バケット
ドリルをケリーバーおよびケリーヨークで回転させて掘
削し、孔壁はベントナイト溶液又は泥水を注入して崩壊
を止めるカルウエルド式工法、下部に空気室を設け、圧
気により地下水を排除して作業員によって掘削を行いケ
ーソンを沈下させるケーソン工法等が知られている。

【０００３】とくに、この中、ケーシングによる掘削工
法は、強固なケーシングが使用されるため孔壁の崩壊の
心配が全くないこと、特に完成後人が入る場合でも全く
安全であること、ケーシングを埋め殺して場所打杭を構
築する場合は、ケーシングが杭の強度の一部を担うこと
などの利点がある。この工法をさらに施工容易にさせた
工法として、特公平４−４７７３３号公報に開示された
ものがある。

【０００４】ところが、従来の立坑の掘削に際して種々
の問題が提起されている。例えば、深度の増大によっ
て、湧き水を伴い、地山の土質が大きく変わり土質に応
じた掘削条件を作り出す必要があるのに、上記の従来の
単一機械での掘削を進めており、ある程度の深さに達し
たのちの掘削効率が低下するという問題である。

【０００５】例えば、特公平４−４７７３３号公報に
は、円形ケーシングを地中に揺動圧入し、その圧入され
た円形ケーシング内部をハイドログラブによって掘削す
る立坑が記載されているが、このハイドログラブの能力
ではＮ値（貫入試験値）３０以上の地山の掘削は実際的
に不可能である。

【０００６】また、同じく、ケーシングによる立坑掘削
として、ハンマーグラブバケットで掘削するベノト方式
があり、これは、軟岩の地盤でも掘削可能であるが、発
生する振動と騒音が激しいという問題があり、また、ケ
ーシング内面をジェット噴流によって掘削する工法もあ
るが、ジェット噴流では掘削能率に難がある。さらに、
大型のケーシングを用いるケーソン工法では、圧気を使
うため作業条件に制約をもたらすという欠点がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来の
立坑の掘削に際しての問題を解消して、効率的な立坑の
掘削手段を提供するもので、本発明の第１の目的は、土
質に応じた掘削条件を得る手段、具体的には立坑掘削機
のハイドログラブによる掘削の進行に伴って岩着したと
き、岩盤を効率的に掘削できる手段を提供することにあ
る。

【０００８】また、他の目的は、掘削に際して、ベント
ナイトや泥水のように、公害源となる物質の使用を低減
できる掘削手段を提供することにある。

【０００９】さらに他の目的は、地上から最深部までケ
ーシングによる信頼性の高い立坑を構築することにあ
る。

【００１０】そしてさらに他の目的は、打設鉄筋量を低
減するために、工事終了後のケーシングをそのまま残
し、構造物の一部として使用するための手段を提供する
ことにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の立坑掘削工法
は、地中に揺動圧入されるケーシングを使用して立坑の
掘削を行う立坑掘削工法において、岩着まではハイドロ
リックグラブで掘削し、岩着後は回転カッタによって掘
削を推進することを特徴とする。

【００１２】岩着までのハイドロリックグラブによる掘
削手段としては、本願の出願人の出願に係る特公平４−
４７７３３号公報に記載している「竪穴掘削装置」を使
用することができる。

【００１３】回転カッタの回転板に取付ける掘削用のビ
ットはポイント型ビット、ローラビット、コーンビット
等いづれでも使用できる。

【００１４】ケーシング先端の定位置に緊結した回転カ
ッタ装置には浮力タンクを設け、この浮力タンクに注排
水することにより回転カッタ装置とケーシング全体の重
量が加減でき、カッタ推力の調節を行うようにすること
もできる。

【００１５】

【作用】ケーシングによる立坑の掘削に際して通常の土
質の掘削はハイドロリックグラブによって行い、岩盤に
到着した後の掘削は、地上に配置された立坑掘削機で保
持され、圧入されるケーシングを推力と回転トルクの反
力体として回転カッタ装置によって行う。

【００１６】

【実施例】図１は本発明の立坑掘削法による掘削状況を
示す概略図であり、図２は普通土地山の掘削状況を示す
概略図である。

【００１７】立坑掘削の場合では、普通土地山の掘削に
続いて岩盤に突き当たった後の岩盤掘削の工程が行われ
る。この場合、普通土地山の掘削では、図２に示すよう
に、地上に配置した立坑掘削機１によって順次地中に圧
入していくケーシング２の中にハイドログラブ３を沈下
させながら普通土地山Ｓを掘削する。そして、掘削深度
が岩盤Ｒに到達すると、ハイドログラブ３に代えて回転
掘削のための設備に切り換える。

【００１８】この岩盤Ｒ掘削のための設備としては、地
上に配置する水処理槽４，ケーシング１の中に同軸上に
配管接続する立管５及びケーシング２の下端に設置する
回転カッタ装置６を備える。

【００１９】水処理槽４は、ケーシング１の下端部から
掘削岩盤の掘削片を水とともに回収する還流管４ａを接
続すると共に、掘削片と分離した水をケーシングの１の
中に供給するための送水管４ｂを接続したものである。
そして、回収された掘削片はフィーダ４ｃによって外部
のトラック等に排出される。

【００２０】立管５は回転カッタ装置６への地上から作
業員の出入りや、この回転カッタ装置６を駆動するため
の給電ケーブル，ホース等の配管類を収納するためのも
のであり、内部には梯子５ａを備えている。そして、こ
のような立管５を備えることによって、地上から回転カ
ッタ装置６の状況を監視することができ、トランシット
等による回転カッタ装置６の掘削方向の監視が可能であ
る。

【００２１】図３は回転カッタ装置６部分の要部を拡大
して示す縦断面図、図４は底面図である。

【００２２】回転カッタ装置６は、ケーシング２内に固
定されるリテーナブロック７とその下端に配置した回転
ヘッド８とを備えたものである。

【００２３】リテーナブロック７は、ケーシング２に対
して位置決めするための複数のガイド７ａとコッタシリ
ンダ７ｂとを外周面に備え、上端側には空洞とした浮力
タンク７ｃを一体に設けたものである。そして、ガイド
７ａの上方には、コッタシリンダ７ｂ部への土砂の侵入
及び固着を防止するためのダストシール７ｄを設けると
共に、このダストシール７ｄの上側と下側の水を連絡さ
せる連通管７ｅを備える。

【００２４】回転ヘッド８は、スイベルジョイント９に
よってリテーナブロック７に回転自在に連接され、リテ
ーナブロック７に備えた駆動モータ７ｆのピニオン７ｅ
に噛み合う外歯付き旋回座軸受９ａを介して回転駆動可
能としたものである。そして、回転ヘッド８とリテーナ
ブロック７との間にはグランドパッキン９ｂを組み込
み、リテーナブロック７の内部をシールする。

【００２５】この回転ヘッド８の下面には複数のローラ
ビットカッタ８ａを回転自在に配置し、図示の例では半
径方向に対向する２個のローラビットカッタ８ｂをシリ
ンダ８ｃに連接し、ケーシング２の外周面よりも外側に
掘削面を持てるようにしたオーバカッタ用とする。ま
た、回転ヘッド８の中央部にはモータ８ｄによって回転
するインペラ８ｅを備え、回転ヘッド８の上端からこの
インペラ８ｅ側へ供給流路８ｆを形成すると共に、下端
に開放する噴出口８ｇを連通させている。更に、回転ヘ
ッド８の内部には揚水ポンプ８ｈを組み込み、下端の吸
引口８ｉからスイベルジョイント９までの間を揚水流路
８ｊとしている。

【００２６】なお、回転ヘッド８に備えるモータ８ｄや
揚水ポンプ８ｈへの給電のためのケーブルや油圧配管等
のため、スイベンジョイント９にスリップリング９ｃや
油圧スイベル９ｄを備えることとする。

【００２７】スイベルジョイント９には還流管４ａの下
端部を接続し、揚水ポンプ８ｈの作動によって掘削土砂
を水と共に回収槽４まで送り出し可能とする。なお、揚
程が高い場合等に備えて、図３に示すように還流管４ａ
の中途にブースタ４ｄを組み込むことが好ましい。

【００２８】図５はケーシング２への回転カッタ装置６
の位置決めのためのガイド機構を説明する図であって、
同図の（ａ）は切欠正面図、同図の（ｂ）は底面図であ
る。

【００２９】ケーシング２の下端には全周に掘削歯２ａ
を形成し、内周には回転カッタ装置６のリテーナブロッ
ク７のガイド７ａを案内するためのガイドリブ２ｂを設
ける。このガイドリブ２ｂは、図６の展開図に示すよう
に、上端側を尖塔状とした上部ガイドリブ２ｃとその下
端から少し離れて直線状に配置した下部ガイドリブ２ｄ
とから構成され、上部ガイドリブ２ｃによって一定の間
隔をおいた波形状としたものである。

【００３０】図７の（ａ）及び（ｂ）は図６のＡ−Ａ線
及びＢ−Ｂ線矢視による断面図であり、上部ガイドリブ
２ｃの下端及び下部ガイドリブ２ｄの上端には、それぞ
れ幅を広くしたブロック２ｅを一体に接合している。

【００３１】なお、図７の（ｃ）は図６のＣ−Ｃ線矢視
による断面図であって掘削歯２ａの詳細を示し、図７の
（ｄ）にはこの掘削歯２ａの展開図を示す。

【００３２】以上の構成において、立坑の掘削は図２に
示したケーシング２とハイドログラブ３によって掘削を
開始し、岩盤Ｒに到達すると、図１に示した掘削設備に
切り換える。

【００３３】ケーシング２の中に回転カッタ装置６を組
み込むときには、リテーナブロック７の外周面から突き
出したガイド７ａを、ケーシング２の内周壁に沿わせガ
イドリブ２ｂの中に差し込むようにして落とし込む。こ
れにより、ガイド７ａは尖塔状の上部ガイドリブ２ｃに
沿って下側の２列配置の下部ガイドリブ２ｂの中に次第
に移動していき、ストッパ２ｆに当たって止まりガイド
７ａはガイドリブ２ｂの配列の中に組み込まれる。

【００３４】このように、ケーシング２の中にガイドリ
ブ２ｂを設けたことによって、リテーナブロック７はケ
ーシング２に拘束されその芯周りの回転動作を規制され
る。そして、コッタシリンダ７ｂからロッド７ｂ−１を
突き出してその先端をケーシング２の内周壁に強く当て
ることによって、リテーナブロック７はケーシング１に
対して強固に固定される。このとき、ロッド７ｂは上下
のブロック２ｅの中に入り込み、これによってリテーナ
ブロック７はその上下方向の動きがケーシング２に対し
て規制され、スラスト方向にもリテーナブロック７はケ
ーシング２に拘束されて接合される。

【００３５】なお、コッタシリンダ７ｂから突き出すロ
ット７ｂ−１の突き出し量を調節するとガイドとガイド
リブの間隙（ガタ）分だけケーシング２とリテーナブロ
ック７の相対位置を変えることができ、これで立坑掘削
方向の調節が可能となる。

【００３６】回転カッタ装置６の組み込みの後には、ケ
ーシング２は立坑掘削機１によって小きざみに正逆回転
させ、普通土地山Ｓとの摩擦を減じながら立坑掘削機１
の圧入力とケーシング２及び回転カッタ装置６の自重で
圧入される。

【００３７】この圧入の際には、浮力タンク７ｃへの注
水量を適切に調整することによって全体の重量を加減
し、掘削のスラストを調整することが可能である。

【００３８】ケーシング２の圧入と同時に、回転カッタ
装置６では回転ヘッド８が駆動モータ７ｆによって回転
し、ローラビットカッタ８ａ，８ｂによる岩盤Ｒの掘削
が行われる。このとき、インペラ８ｅを回転駆動させる
ことで、送水管４ｂからケーシング内に戻された水が連
通管７ｅを通り噴出口８ｇから噴出され、岩盤の掘削片
はこの水の流れに混じって吸引口８ｉから揚水ポンプ８
ｈによって吸い上げられる。そして、岩盤の掘削片を含
む水は還流管４ａから水処理槽４に回収され、フィーダ
４ｄによって外部に放出される。

【００３９】掘削作業完了後は立管５及び回転カッタ装
置６をケーシング２から切り離し地上に回収する。ケー
シング２は埋設物として地中に残し構造物の一部とす
る。なお、立管５は回収に便利なようにボルトで接続す
ることが好ましく、ケーシング２は通常の場合溶接によ
る接合とする。

【００４０】

【発明の効果】本発明によって以下の効果を奏する。

【００４１】（１）普通土も軟岩以上の硬い土質も、そ
れぞれ一番効果的な掘削方法で効率よく掘削でき、基礎
地盤のための深い立坑を形成できる。

【００４２】（２）掘削片の搬出に人手を要しなく、バ
ケットによる方法のように間欠的なものでなく、連続的
に排出でき、省力化を進めることができる。

【００４３】（３）従来のオールケーシング立坑掘削工
法のケーシングと地上部分が流用できる。

【００４４】（４）騒音、振動、泥水等公害の源とにな
るものを出すことなく、効率的に立坑の形成が可能とな
る。

【００４５】（５）立坑の上から下までケーシングを通
すことができ、安定した立坑ができ、この立坑を基礎杭
として使う場合、ケーシングを強固な構造物の一部とし
て使用できる。

【００４６】（６）立管を通じて地上からカッタ部が見
透されるのでトランシットやレーザで正確な計測がリア
ルタイムにでき精度の高い立坑ができる。

【００４７】（７）ケーシング内の水位が地下水位と常
に同じであるため立坑周囲と羽口の安定が保たれる。

【００４８】（８）台船の上に揺動圧入装置とクレーン
を配置すればこの工法で海や、河川での基礎工事も可能
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の立坑掘削のための装置の一例を示す
概略図である。

【図２】 岩盤に到達する前のハイドログラブによる掘
削を示す概略図である。

【図３】 ケーシングの下端に装着する回転カッタ装置
部分を示す要部の縦断面図である。

【図４】 ケーシング内に組み込んだ回転カッタ装置の
底面図である。

【図５】 ケーシングと回転カッタ装置の間のガイド機
構を示す図であって、同図の（ａ）は要部の切欠正面
図、同図の（ｂ）は底面図である。

【図６】 ケーシング内のガイドリブを示す展開図であ
る。

【図７】 ケーシングの要部を示す図であって、同図の
（ａ），（ｂ）及び（ｃ）はそれぞれ図６のＡ−Ａ線，
Ｂ−Ｂ線及びＣ−Ｃ線矢視による断面図、同図の（ｄ）
は掘削歯の展開図である。

【符号の説明】 １ 立坑掘削機 ２ ケーシング ２ａ 掘削歯 ２ｂ ガイドリブ ３ ハイドログラブ ４ 水処理槽 ４ａ 還流管 ４ｂ 送水管 ５ 立管 ６ 回転カッタ装置 ７ リテーナブロック ７ａ ガイド ７ｂ コッタシリンダ ７ｃ 浮力タンク ７ｄ ダストシール ７ｅ 連通管 ８ 回転ヘッド ８ａ ローラビットカッタ ８ｂ ローラビットカッタ ８ｃ シリンダ ８ｄ モータ ８ｅ インペラ ８ｇ 噴出口 ８ｈ 揚水ポンプ ８ｉ 吸引口 ９ スイベルジョイント

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円形ケーシングを地中に揺動圧入し、そ
   の圧入された円形ケーシング内部を岩着まではハイドロ
   リックグラブによって掘削し、岩着後はケーシング中の
   下端に取り付けた回転カッタによって掘削推進すること
   を特徴とする立坑掘削工法。
2. 【請求項２】 請求項１の記載において、回転カッタに
   よる岩盤の掘削のための推力と回転トルクの反力を、地
   上のケーシングの圧入と揺動を行う立坑掘削機で保持さ
   れたケーシングから取ることを特徴とする立坑掘削工
   法。
3. 【請求項３】 請求項１の記載において、回転カッタの
   回転板から水を噴出し、この噴出された水と掘削片を吸
   引ポンプで吸い上げて、地上に送り、水処理槽で掘削片
   と水を分離して水はケーシング内に返戻し反復使用する
   ことを特徴とする立坑掘削工法。
4. 【請求項４】 地中に揺動圧入されるケーシング直上の
   地上に設置した立坑掘削駆動機構と、同立坑掘削駆動機
   構によって駆動されるハイドロリックグラブ機構をケー
   シング内に配置した立坑掘削装置において、前記ケーシ
   ング先端に回転カッタ装置を取り付けたことを特徴とす
   る立坑掘削装置。
5. 【請求項５】 請求項３の記載において、ケーシング先
   端に取り付けた回転カッタの回転板中央部から水を噴出
   する噴出口を設けると共に、同回転カッタの外周部に噴
   出水と掘削片とを吸引する吸引口を設けたことを特徴と
   する立坑掘削装置。
6. 【請求項６】 請求項５の記載において、立坑掘削駆動
   機構に同回転カッタの回転板の外周部に設けた吸引口か
   ら吸引した水を地上まで送給する機構と、地上に設けた
   水処理槽とを有し、さらに、同水処理槽において水と掘
   削片に分離し、分離した水をケーシングに戻す機構を有
   することを特徴とする立坑掘削装置。
7. 【請求項７】 請求項２の記載において、ケーシング先
   端に回転カッタを取り付けるための機構として、コッタ
   機構によって定位置に緊結する構造とし、ケーシングの
   下部内壁に複数の上端が円弧状になったガイドリブを設
   け、回転カッタ本体のガイドをガイドリブに導き入れた
   後、回転カッタ本体から張り出すコッタと前記ガイドで
   ケーシングと回転カッタ装置を緊結してなることを特徴
   とする立坑掘削装置。
8. 【請求項８】 請求項７の記載において、ケーシング先
   端にコッタによって定位置に緊結した回転カッタ本体に
   浮力タンクを設け、この浮力タンクに注排水することに
   よりカッタ推力の調節を行う機構を設けたことを特徴と
   する立坑掘削装置。