JPH063106B2 - 岩盤に溝を形成する方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の技術分野〕 本発明は、陸上もしくは水底の岩盤に、パイプ、電線そ
の他の埋設物を敷設する場合に、その岩盤に形成する溝
（即ち、以下の説明でトレンチと称する）の施工を正確
かつ効果的に行ないうる岩盤に溝を形成する方法に関す
るものである。

〔従来技術〕

従来より陸上における溝、即ちトレンチの形成に最も一
般的に使用されている機械装置はショベル系掘削機、所
謂バックホウである。

この機械装置は第５図に示すように走行装置３（車両な
ど）に設置された傾斜可能の架台３１の先端にショベル
３２を取り付け、土砂３３を手前からかき込むようにし
て掘削しかつ搬出するもので、陸上におけるトレンチ２
の形成に使用する機械装置としては極めて合理的かつ能
率的なものである。

しかしながらショベル系掘削機はショベル３２の先端を
掘削すべき土砂３３の中に圧し込んで専らその水平掘削
力によって土砂を剪断破壊させるものであるから、掘削
すべき土砂３３の剪断強度もしくは圧縮強度が増加する
につれてその掘削能力は急激に低下し、ついには掘削す
ることが出来なくなるという問題がある。

一方、従来より岩盤などの掘削に使用されている掘削機
は回転型カッターヘッドを有するもので、カッターの推
力によって岩盤を圧縮破砕させるものとカッターバイト
によって切削する型式のものがあり、何れもトンネルの
掘削などに使用されているがトレンチの形成に利用され
ている実例は無い。

したがって、現在においては陸上の岩盤にトレンチを形
成する専用の機械は存在せず、このような必要のある場
合には発破、ロックブレーカー、さく岩機などによって
岩盤を破砕しこれをショベル系掘削機などによって取除
く方法が用いられている。

しかしながら、このような破砕の方法は何れも能率が悪
く、またトレンチの断面形状も不正確になるので余分な
大きさに岩盤を破砕、掘削する必要が生じ不経済であ
る。

また何れも衝撃によって岩盤を破砕するために他の構造
物などに影響を与える恐れがあり、周辺の状況によって
は施工出来ない可能性もある。

一方、水底にトレンチを形成する方法として一般に使用
されているものはグラブ系浚渫機による方法で、この方
法は第６図に示すように台船８のグラブバケット３４を
水底に下ろしてトレンチ２に相当する部分の土砂３３を
直接に掘削、除去する方法である。

グラブ系浚渫機は水深の制約も少なく、またグラブバケ
ット３４の容量に対して自重を大きくすることによって
掘削力を増加させることが可能なのである程度の硬土盤
までは対応が可能である。

しかしながら、第６図に見られるように台船８の位置な
らびにワイヤー３６によって吊り下げられているグラブ
バケット３４の位置が不正確であり、トレンチ２の掘削
断面は非常に大きくなり、必要断面に対して極めて余分
な土砂を浚渫しなければならないという問題がある。

また、岩盤に対してはグラブ系浚渫機ではほとんど掘削
不可能なので、この場合には砕岩船などを用いて岩盤を
破砕しこれをグラブ系浚渫機などによって取除く方法が
用いられている。

砕岩船は第７図に示すような構造で台船８から砕岩棒と
称する重錘３８を落下せしめて岩盤１をその衝撃力によ
って破砕するものである。

したがってこの場合にもグラブ系浚渫機と同様に台船８
の位置ならびにワイヤー３６によって吊り下げられた重
錘３８の位置が不正確であり、必要断面に対して極めて
余分な岩盤１を破砕しかつ浚渫しなければならない。

また重錘３８の衝撃によって岩盤１を破砕するために他
の構造物などが存在する場合にはそれに対する影響につ
いての制約が生じ、場合によっては施工出来ない可能性
もある。

一方、岩盤に溝、即ちトレンチを形成する前提条件は、
その岩盤を容易にかつ効率的に掘削することの出来る掘
削方法を開発することである。

このためには従来より岩盤の掘削に有効と考えられる回
転型カッターヘッドの採用が最も効果的である。

しかしながら回転型カッターヘッドは、前述のようにカ
ッターの推力によって岩盤を破砕するか、もしくはカッ
ターバイトによって岩盤を切削するものであるから、掘
削に要するトルクならびに反力は非常に大きくなる。

したがってこれを岩盤のトレンチ掘削に使用する場合に
は、カッターヘッドの駆動装置ならびに反力を保持する
支持、走行装置も大きくなってトレンチのように細長い
断面の掘進には極めて不適当な構造の掘削機になる可能
性が大きい。

岩盤を破砕するには、これを衝撃力もしくは掘削力によ
って直接的に破壊するのも一つの方法であるが、別の考
え方として、掘削もしくは破砕を行う前にこれを他の適
当な方法によって掘削もしくは破砕し易いように予め処
理することによって事後の掘削もしくは破砕に要する力
を軽減する、所謂先行破砕という方法がある。

水底にトレンチを形成する場合に、グラブ系浚渫機によ
る掘削に先立って重錘などを用いて岩盤を予め破砕する
方法もその一例であるが、このような先行破砕の方法と
して有効と考えられているものの一つに高圧噴射水を利
用した方法がある。

今日、高圧噴射水を利用して物体を切断する技術は広く
実用化されており、とくに岩盤の掘削に対しても掘削も
しくは破砕に先立って数千気圧に達する高圧噴射水によ
って予め岩盤に亀裂もしくは条痕を付け、これによって
事後の掘削もしくは破砕を容易にすることは、既に一部
では実施されており、岩盤の浚渫方法とその装置に関す
る特開昭５８−８００３６の発明でも、岩盤にノズルか
ら高圧噴射水を噴射することが知られている。

また、岩盤に予め亀裂もしくは条痕を付ける技術として
は、高圧噴射水の他にも電磁波や火災ゼットなどを利用
したものがあるが、これらは試験的には行われているが
未だ実用の段階には至っていない。

そこで、本発明者等は、上記回転型カッターヘッドなど
の掘削装置と、高圧噴射水の噴射とを併用すれば、岩盤
に対して正確なトレンチが効果的に形成されうることに
着想して検討を加えた結果、この発明に到達したもので
ある。

〔発明の目的〕

本発明は、前記従来の陸上及び水底でトレンチを形成す
る際の問題点を解消するためになされたものであり、陸
上ならびに水底の岩盤に対して、効果的で、かつ精度の
高いトレンチの形成を可能にする岩盤に溝を形成する方
法を提供することを目的としたものである。

〔発明の構成〕

上記の目的を達成するための本発明の岩盤に溝を形成す
る方法は、陸上または水底の岩盤の溝を形成しようとす
る部分に噴射用ノズルなどからの高圧噴射水を下方から
上方に順次噴射させながら、その岩盤の溝を形成しよう
とする部分を破砕させる先行破砕に追従して、その同一
軌跡上を掘削用カッターなどの掘削装置によって掘削す
ることを特徴としたものである。

ここで、陸上もしくは水底にパイプ、電線その他の埋設
物を敷設する場合、これらの埋設物は高々数十センチ程
度の太さであり、したがってトレンチの幅も１乃至２メ
ートルもあれば十分で、またその深さも数メートルの程
度である。

このような極く細長い断面のトレンチを形成する場合
に、掘削機の掘削軌跡を上下方向に想定することは極く
自然の着想であるが、この場合には掘削機の掘削作業に
先行して高圧噴射水などを利用した先行破砕装置を、掘
削機と同一軌跡上を走らせることによって、先行破砕作
業と事後の掘削作業とを効果的に結合することが可能で
あり、本発明の着想はこの点にある。

即ち、形成すべきトレンチ断面に応じて適当な幅をカバ
ーすることの出来る高圧噴射水などを用いた先行破砕装
置によって岩盤に亀裂もしくは条痕を付けることによっ
て事後の掘削装置による掘削を容易にし、その先行破砕
に追従して同一軌跡上を掘削装置によって掘削すること
が本発明の最大の特徴である。

先行破砕装置の走行する軌跡を特定することと、その同
一軌跡上を掘削装置を走行せしめることによって掘削断
面を限定することが可能となり、これによってトレンチ
の掘削断面の精度を向上することが可能になる。

また、高圧噴射水によって予め岩盤に亀裂もしくは条痕
を付けた後に掘削を行うことによって、掘削機に要求さ
れる掘削トルクは大幅に軽減されるので掘削機を小型化
することが可能となり、また掘削時の支持装置に掛る掘
削反力も小さくなるので支持装置自体も小型化すること
が出来る。

〔実施例〕

以下図面を参照して本発明の方法について説明するが、
まず、第３−Ａ図は本発明の方法を陸上でのトレンチ形
成に適用した実施例１の正面図で、第３−Ｂ図はその側
面図で、この側面図において岩盤１に形成されたトレン
チ２を跨いで走行装置３が岩盤１上に停止している。

岩盤１の掘削によって発生する掘削反力を吸収可能な十
分な重量を有する走行装置３には、先行破砕装置と掘削
装置を組み込んだ掘削装置用架台６が、これを保持しか
つ傾斜させることの出来る保持傾斜用架台４ならびに掘
削装置用架台６を傾斜させる目的の油圧シリンダー５な
どを介して取り付けられている。

掘削装置用架台６の中には後述するように先行破砕装置
ならびに掘削装置が組み込まれている。

第３−Ｂ図に示すように、掘削装置用架台６は走行装置
３、保持傾斜用架台４によって掘削しようとするトレン
チ２の切刃の部分に位置され、所定の掘削が完了すれば
走行装置３を前進させて次の掘削に取り掛り、このよう
にして順次所定のトレンチ掘削作業を続けるものであ
る。

第４−Ａ図は同様の装置を水底におけるトレンチを形成
に使用した場合の実施例２の正面図であり、第４−Ｂ図
は第４−Ａ図の側面図である。

側面図において水中７の水底に存在する岩盤１に形成さ
れたトレンチ２を跨いで台船８が昇降用脚９によって水
面上に停止している。

昇降用脚９によって水面上に保持され、岩盤１の掘削に
よって発生する掘削反力を吸収可能な十分な重量を有す
る台船８には、先行破砕装置と掘削装置を組み込んだ掘
削装置用架台６が、これを保持しかつ傾斜させることの
出来る保持傾斜用架台４、掘削装置を傾斜させる目的の
油圧シリンダー５ならびに保持傾斜用架台４を台船８か
ら昇降用ウインチ１２ならびに昇降用ワイヤー１１を用
いて水底付近まで接近させるための傾斜梯子１０を介し
て取り付けられている。

第４−Ｂ図においては切刃の部分に位置された掘削装置
用架台６は、所定の掘削が完了すれば傾斜梯子１０の傾
斜角度を変えることによって前進され、傾斜梯子１０の
傾斜角度の変更によっては次の切刃に届かなくなった時
点で台船８ならびに昇降用脚９を前に移動させることに
より順次所定のトレンチ掘削作業を続けるものである。

次に、第１−Ａ図、第１−Ｂ図及び第１−Ｃ図は前記実
施例１及び２の掘削装置用架台６の内部に組み込まれた
先行破砕装置ならびに掘削装置の一例を示すものであ
る。

第１−Ａ図は掘削装置用架台６をこれから掘削しようと
するトレンチ２の切刃の部分に当てがってトレンチ２の
底部より先行破砕装置１４によって岩盤を先行破砕しよ
うとしている段階を示しており、この段階では先行破砕
装置１４は掘削装置用架台６の下端にあって先行破砕の
進行に従って順次上方に移動して行くが、掘削装置１５
は掘削装置用架台６の内部に格納された状態にある。

第１−Ｂ図は先行破砕が進行し、掘削装置１５が岩盤１
を掘削するのに邪魔にならない上方まで十分に先行破砕
装置１４が上昇した段階を示しており、この段階で掘削
装置１５は掘削装置用架台６の内部から掘削用カッター
を掘削すべき切刃、即ち岩盤１まで押し出しながら、掘
削装置１５全体を順次上方に移動させて必要なトレンチ
２を形成すべく掘削作業を続行する。

第１−Ｃ図はトレンチ掘削の最終段階を示すもので、ト
レンチ２を形成すべき岩盤１の上面まで到達した先行破
砕装置１４は先行破砕作業を停止し、掘削装置１５は切
刃の上端の掘削を続行している。

図において、岩盤１に当てがわれた掘削装置用架台６は
その外側を支持枠１３によって取り囲まれている。

支持枠１３は掘削装置用架台６に組み込まれた先行破砕
装置１４ならびに掘削装置１５を保持すると同時に、上
下方向の移動に対してこれをガイドする機能を有してい
る。

支持枠１３によって保持されかつ上下方向の移動に対し
てガイドされる先行破砕装置１４は支持枠１３に取り付
けられた先行破砕装置昇降用油圧シリンダー１６によっ
て上下方向に移動される。

第１−Ａ図において先行破砕装置１４の後方に位置して
いる掘削装置１５は先行破砕装置１４と同様に支持枠１
３によって保持されかつ上下方向の移動に対してガイド
されていて、支持枠１３に取り付けられた掘削装置昇降
用油圧シリンダー１７によって上下方向に移動される。

掘削装置１５の内部には掘削用カッター１８、掘削用カ
ッター駆動用原動機１９ならびにこれら１８，１９を前
方に押し出す目的の掘削機押し出し用油圧シリンダー２
０が装備されている。

前述のように第１−Ａ図においては先行破砕装置１４は
支持枠１３の下端に位置しており、これよりトレンチ２
底部の新しい切刃を先行破砕しようとしているが、この
段階では掘削装置１５は掘削機押し出し用油圧シリンダ
ー２０を格納状態にしてあるために先行破砕装置１４の
後方に位置している。

そして、第１−Ｂ図は先行破砕装置１４が先行破砕装置
昇降用油圧シリンダー１６によって順次上方に移動され
て掘削装置１５の押し出しに邪魔にならない位置まで移
動した段階で、掘削装置１５の内部に設置された掘削カ
ッター１８と掘削用カッター駆動用原動機１９は掘削機
押し出し用油圧シリンダー２０によって支持枠１３の前
方の岩盤１を直接に掘削する位置まで押し出されてお
り、先行破砕装置昇降用油圧シリンダー１６によって上
方に移動する先行破砕装置１４と適当な間隔を維持しな
がら同一軌跡上を追従する掘削装置１５は掘削装置昇降
用油圧シリンダー１７によって上方に移動を続行する。

第１−Ｃ図に示すトレンチ掘削の最終段階において掘削
作業が終了すると、掘削装置１５の掘削用カッター１８
ならびに掘削用カッター駆動用原動機１９は掘削機押し
出し用油圧シリンダー２０によって掘削装置１５の内部
に格納され、さらに掘削装置昇降用油圧シリンダー１７
によって支持枠１３の下端まで下降される。

また先行破砕装置１４も先行破砕装置昇降用油圧シリン
ダー１６によって支持枠１３の下端まで下降され、第１
−Ａ図に示す位置関係となる。

第１−Ａ図、第１−Ｂ図及び第１−Ｃ図に示す一連の作
業を行うことによってトレンチ２の掘削作業が一段落す
ると、第３−Ａ図及び第４−Ａ図に示すように、第３−
Ａ図においては走行装置３を前方に移動させ、第４−Ａ
図においては傾斜梯子１０の傾斜角度を変更させること
によって掘削装置用架台６を次の切刃に当てがって順次
トレンチ２の形成に必要な先行破砕ならびに掘削作業を
継続して続行する。

次に、第２図は高圧噴射水を利用した先行破砕装置１４
の一実施例を示すものである。

第２図において先行破砕装置昇降用油圧シリンダー１６
によって昇降される先行破砕装置１４には高圧噴射水の
噴射用ノズル２１が必要によって複数個設置されてお
り、またこの噴射用ノズル２１には高圧噴射水の供給用
管２２ならびに高圧水発生用ポンプ２３が接続されてい
る。

高圧噴射水の噴射用ノズル２１から噴射される高圧噴射
水はその圧力によって前方に存在する岩盤１の表面を破
壊し、継続して高圧噴射水を噴射することによって岩盤
１の表面より内部に向って順次亀裂もしくは条痕が発達
して、事後の掘削用カッター１８による掘削を容易にす
る所謂先行破砕の効果を発揮するものである。

〔発明の効果〕

以上に説明したごとく、本発明の岩盤に溝を形成する方
法は、岩盤を破砕機や発破などによって直接に破砕する
従来のトレンチ形成方法と異って、高圧噴射水などによ
って予め掘削の容易な状態に先行破砕してから掘削を行
うので次のような利点を有している。

(イ)高圧噴射水などを用いた先行破砕装置によって岩盤
に予め亀裂もしくは条痕を付けてから掘削を行うため
に、掘削装置の所要掘削力ならびに掘削反力を大幅に軽
減することが出来、これによって掘削装置ならびに掘削
装置の保持、走行移動装置を軽量小型化することが可能
となり、同時に従来の掘削装置では困難視されていた硬
質の岩盤の掘削も可能となる。

(ロ)このように掘削装置を軽量小型化することによって
掘削装置全体を掘削装置用架台の中に組み込むことが可
能となり、これによって始めて掘削機を掘削すべき岩盤
の切刃の部分に接触させることが可能となる。

(ハ)高圧噴射水などを利用する先行破砕ならびに事後の
掘削は何れも対象とする岩盤に対して衝撃的な荷重を掛
けることが無いので、他の構造物に影響を与えることは
なく、したがってトレンチの掘削区域の周辺に構造物な
どの存在する場合にも安心してトレンチの形成を行うこ
とが可能である。

(ニ)先行破砕装置ならびに掘削装置は支持枠をガイドに
して同一軌跡上を上下するので正確な先行破砕ならびに
掘削が可能となり、したがってトレンチの断面を正確に
形成させることが出来る。

また、これによって従来の破砕機もしくは発破などの方
法による場合の余分な掘削を必要とせず、経済的で速や
かなトレンチの形状が可能になる。

なお、本発明はトレンチの形成方法についてなされてい
るが、このような先行破砕と掘削との組み合せによって
可能となる方法の応用分野は極めて広く、トンネルの掘
削、コンクリート構造物の解体撤去など各方面に本発明
の基本的な技術を応用することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１−Ａ図、第１−Ｂ図及び第１−Ｃ図は本発明の方法
を適用して岩盤に溝を形成する掘削装置用架台の内部に
組み込まれた先行破砕装置及び掘削装置の一実施例にお
けるトレンチの形成作業の各段階における先行破砕装置
と掘削装置との位置関係を示す一連の説明図、第２図は
第１−Ａ図の高圧噴射水を利用した先行破砕装置の一実
施例の説明用斜視図、第３−Ａ図は本発明の方法を陸上
におけるトレンチの形成に使用した場合の実施例１の説
明用の正面図、第３−Ｂ図は第３−Ａ図の側面図、第４
−Ａ図は本発明の方法を水底におけるトレンチの形成に
使用した場合の実施例２の説明図の正面図、第４−Ｂ図
は第４−Ａ図の側面図、第５図、第６図及び第７図はそ
れぞれ異なる従来のトレンチの形成方法の適用例を示す
説明図である。 １…岩盤、２…トレンチ、１４…先行破砕装置、１５…
掘削装置、１８…掘削用カッター、２１…噴射用ノズ
ル。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】岩盤に溝を形成しようとする部分に、高圧
   噴射水を下方から上方に順次噴射させながら、その溝を
   形成しようとする部分の岩盤を破砕させる先行破砕に追
   従して、その同一軌跡上を掘削装置によって掘削する岩
   盤に溝を形成する方法。