JPH0666079A - 立坑掘削装置とそれを用いた掘削方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】覆工コンクリート型枠側に掘削機を位置させて
覆工コンクリートの養生中にも作業が行えるようにし、
効率よく立坑を掘下げることができるようにする。 【構成】立坑掘削装置１を、立坑の覆工コンクリート型
枠２と、 先行覆工コンクリートに取り付けられたガイ
ドレールに連続するようにして前記覆工コンクリート型
枠２に取り付けられたガイドレール３と、先行覆工コン
クリートの前記ガイドレールから覆工コンクリート型枠
２の前記ガイドレール３に亘って移動可能に支持された
バックホー掘削機４とから設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、大口径の基礎杭を施工
する場合やトンネルの立坑を施工する場合、そして水力
ダムのエレベータシャフトを施工する場合なとに使用す
る立坑掘削装置と、それを使用した掘削方法に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来、立坑を掘削するには、その掘削径
の大きさ、深度、地質（岩盤）の力学特性、および施工
条件などに応じて種々の方法があるが、その一つとして
つぎのようにして行われている。まず、第一段階として
は、所定の地層部まで達するようにして連続地中壁を構
築している。第二段階としては、連続地中壁にて囲まれ
た部分を、ある程度の深さまで例えばロングアーム付き
バックホーで地上部側から掘削し、これに引き続いてク
ラムシェルなどにより、前記連続地中壁が達している地
層部まで掘削を行う。一般的にこの段階においては、連
続地中壁にかかる土圧を支持するためにこの連続地中壁
に仮設切り梁コンクリートを打設している（リングビー
ムの形成）。連続地中壁が終わった地層部からの掘削と
なる第三段階は、坑内に自走式バックホー掘削機を下ろ
し、このバックホー掘削機により所定の深さまで堀下げ
る。この第三段階の掘削においては、前記バックホー掘
削機による掘削、掘削ズリの排出、覆工コンクリートの
打設を繰り返しながら掘り進むものであり、必要に応じ
て発破も使用される。このようにして所定の深さまで覆
工コンクリートが打設された立坑が得られた後は、この
立坑の使用目的に応じて以降の作用内容が異なるが、例
えば予め組み上げられた鉄筋を下ろしてコンクリートを
打設していくことにより基礎杭が構築できる。

【０００３】図４は上記した第三段階の掘削を示してい
て、掘削端部においてその内周に覆工コンクリート型枠
ａを、先に形成された覆工コンクリートｂに繋がるよう
にして組み付け、ここに覆工コンクリートｃを打設して
いる。ｄは自走式バックホー掘削機であり、前記覆工コ
ンクリートｃに強度が得られた後に掘削作業を進め、掘
削ズリをバケットｅに積み込んで地上部に排出してい
る。バックホー掘削機ｄにて所定深さまで掘下げた後、
前記覆工コンクリート型枠ａを組み付けて覆工コンクリ
ートを打設しており、この掘削と覆工コンクリートの打
設を繰り返しているものである。また、上記覆工コンク
リートに合わせて、ロックボルト、鋼製支保工、吹付け
コンクリートなどを組み合わせた支保が掘削壁面、地山
の安定化のために施工される。

【０００４】この覆工コンクリートを設ける施工法とし
ては、ショートステップシンキング工法とロングステッ
プシンキング工法があり、地質、掘削地山の安定度の高
い場合にはロングステップシンキング工法が採用され、
安定度が小さく地質の悪い場合にはショートステップシ
ンキング工法が採用されるが、一般的には、地質調査技
術の限界や地質の急変に対する安全性を確保するなどの
理由からショートステップシンキング工法による施工が
多く採用される。

【０００５】また、上記施工の手順は掘削径の大小に応
じて概ねつぎの二通りがある。 １．掘削径が大きい場合 掘削ズリ盤均し → 型枠組立 → 覆工コンクリート
打設 → 一次掘削（中央）ズリ搬出 → 二次掘削
（覆工コンクリート打設部分の下）ズリ搬出 →［削
孔、装薬、発破、換気（岩盤の場合）］ そして覆工コンクリート打設後から二次掘削ズリ搬出ま
での間が覆工コンクリートの養生期間となる（アンダー
ライン部分）。 ２．掘削径が比較的小さい場合 掘削ズリ盤均し → 型枠組立 → 覆工コンクリート
打設 → コンクリート養生 → 掘削（ズリ搬出）
→ ［削孔、装薬、発破、換気（岩盤の場合）］ なお、必要に応じてロックボルト、鋼製支保工、吹付け
コンクリートなどを組み合わせた支保の施工は、掘削径
が大きく作業ヤードの確保が安全にできれば次層の掘削
（ズリ搬出）に平行して、また、掘削径が小さく平行し
て作業するヤードの確保が困難な場合に当該層の掘削が
終了後施工している（図示するように、掘削径が比較的
小さい場合は一次掘削可能領域が小さく効率的ではな
い）。図５は掘削径の大きい場合を、図６は掘削径が比
較的小さい場合を示していて、図中ｆは支保、ｇは覆工
コンクリート、ｈは覆工コンクリート型枠を示し、ｉは
一次掘削領域（ズリ搬出）、ｊは二次掘削領域を示して
いる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】掘削径が比較的小さい
場合の立坑の掘削において、従来の掘削機械（ズリ搬
出）および掘削システムでは、主としてつぎのような問
題点があった。 １．ショートステップシンキング工法の場合は、覆工コ
ンクリートの養生期間が充分に取れず、このため、早強
あるいは急結性のセメント・コンクリートを必要とし、
コスト高となる。 ２．掘削（ズリ搬出）作業は、覆工コンクリートの硬化
・養生期間を全面的に待ってから行わなければならず、
その一サイクルが長くなり、必要工事工程の時間が長く
なる（ガイドレールにはバックホー掘削機などの積み込
み機からの水平力が大きく作用するので、覆工コンクリ
ートの強度が出るまでの養生期間が必要であり、よっ
て、掘削、積み込み作業に入る前に作業が中断され
る）。そして、それに伴って機械損料などの費用、労務
費などが引き上げられ工事費を押し上げるものとなって
いる。 ３．覆工コンクリートから脱型した型枠を坑外に搬出し
て、仮置くことが必要となっている。 ４．上述したように、掘削ズリ盤の上に積み込み機械を
設置して、掘削ズリをバケットに積み込み、搬出しよう
とする方法では、積み込み機械（自走式バックホー掘削
機）・搬出バケットの大きさと掘削径の大きさとの関係
から、各種作業に制限が極めて大きく、落石などに対す
る安全確保上にも大きな問題があって、それぞれの作業
が困難なものとなり、効率のよい施工とはなっていな
い。 ５．本出願人が先に提案したところの、掘削壁面にガイ
ドレールを取り付け、これにバックホー掘削機を支持さ
せるシステムによる掘削では、覆工コンクリートおよび
その型枠に伴う降下範囲の制限によって、掘削径の大き
さおよび型枠設置の高さに応じるだけの大きなリーチを
有するものが、その作業可能範囲により必要となる。こ
のため、その重量とともに取り付けガイドレールの使
用、寸法が大きくなって、掘削機械の作業可能範囲との
関係から、掘削径がある程度以上に大きくなると必ずし
も得策とならない面が生じている。 ６．掘削径に比べて小さいリーチ・作業可能範囲の掘削
機を掘削壁面に設置して掘削（およびズリ処理）する方
法では、その掘削機を掘削壁面に沿わせて移動させる必
要が生じ、そのための掘削壁面内周に亘るガイドレール
の仕様・取付が煩雑となって、ステップごとの移動に時
間と比較的大きな機械設備を必要として、必ずしも全面
的に有利とはならず、特殊な例を除いては一般的に得策
ではなく、工事費を引き上げるものとなっている。

【０００７】そこで、本発明は上記した事情に鑑みて、
上述の縦方向に亘るガイドレールに掘削機を支持させて
掘削を行う方式に着目し、覆工コンクリート型枠側に掘
削機を位置させて覆工コンクリートの養生中にも作業が
行えるようにすることを課題とし、効率よく立坑を掘下
げることができるようにすることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記した課題を
考慮してなされたもので、立坑の覆工コンクリート型枠
と、先行覆工コンクリートに取り付けられたガイドレー
ルに連続するようにして前記覆工コンクリート型枠に取
り付けられたガイドレールと、先行覆工コンクリートの
前記ガイドレールから覆工コンクリート型枠の前記ガイ
ドレールに亘って移動可能に支持されたバックホー掘削
機とからなることを特徴とする立坑掘削装置を提供し
て、上記した課題を解消するものである。

【０００９】また、もう一つの発明は、掘削と覆工コン
クリートの打設とを行いながら立坑の掘削端部を掘下げ
るにあたり、所定深さで掘下げられた掘削端部の内周
に、先行覆工コンクリートの下端に連続するようにして
上記立坑掘削装置の覆工コンクリート型枠を組み立て
て、前記覆工コンクリートを打継ぎする工程と、打継が
れた前記覆工コンクリートから前記覆工コンクリート型
枠を脱型するまでの間に、該覆工コンクリート型枠に位
置する上記立坑掘削装置のバックホー掘削機により、掘
削端部を所定の深さで掘下げて、掘削ズリを排出する工
程と、を交互に繰り返して掘削端部を掘下げることを特
徴とする立坑の掘削方法であり、この掘削方法を提供し
て、上記した課題を解消するものである。

【００１０】

【作用】第一の発明においては、覆工コンクリート型枠
のガイドレールに支持されたバックホー掘削機が掘削端
部を掘削し、掘削ズリをバケットなどの搬出手段に積み
込むようになる。また、第二の発明においては、打設さ
れた覆工コンクリートの養生中に、上記バックホー掘削
機にて掘削端部が掘下げられるようになる。

【００１１】

【実施例】つぎに本発明を図１から図３に示す説明図に
基づいて詳細に説明する。図中１は立坑掘削装置で、該
立坑掘削装置１は、剛性が高く断面力を大きくした覆工
コンクリート型枠２と、この覆工コンクリート型枠２に
取り付けられた一対のレール体からなるガイドレール３
と、このガイドレール３に移動可能に支持されたバック
ホー掘削機４とからなるものである。覆工コンクリート
型枠２は、例えば６つの部材を連結して平面形状が環状
となるものであって（図２参照）、立坑の掘削端部にお
いて先に打設形成された先行覆工コンクリートｂに繋が
るようにして組付固定される（図３参照）。そしてこの
型枠２の一部材には、前記覆工コンクリートｂに取り付
けられたガイドレールｋに連続するようにして前記ガイ
ドレール３が設けられており、ガイドレールｋからガイ
ドレール３に亘ってバックホー掘削機４が移動すること
ができる。

【００１２】上記バックホー掘削機４はガイドレール
ｋ，３に移動自在にして取り付けられるベース盤４ａと
これに回動可能にして取り付けられ先端にバケット４ｂ
を有する屈曲可能なアーム４ｃと諸動作を操作する運転
席４ｄを備えており、運転席からの操作および昇降によ
って、掘削端部のほぼ全領域を所定深さまで掘下げるこ
とができるものである。

【００１３】このように覆工コンクリート型枠２とガイ
ドレール３とバックホー掘削機４とからなる立坑掘削装
置１は、図に示すように、覆工コンクリート型枠２を上
位の先行覆工コンクリートｂに接続させた状態（覆工コ
ンクリート型枠には後述するように覆工コンクリートが
打設されている）でバックホー掘削機４により、掘削端
部を所定深さ（覆工コンクリート型枠を組み付けること
ができる深さ）まで掘下げながら、また掘削ズリをバケ
ットに積み込むようにするものであり、積み込んだ掘削
ズリは上方から吊り下げられたバケットにて地上部側に
搬出するようにしている。

【００１４】上記構造の立坑掘削装置１を使用し、コン
クリートにて掘削壁面を覆いながら立坑を掘り進むには
つぎのようにして行われる。所定深さに掘下げられて掘
削ズリ盤均しが行われ掘削壁面に対して支保が施された
掘削端部において、上方の覆工コンクリート側から脱型
した上記覆工コンクリート型枠２をその覆工コンクリー
トに繋がるようにして組み付ける。バックホー掘削機
は、一旦上方のガイドレール側に上昇させておき、脱型
した覆工コンクリートにガイドレールを取り付け、この
ガイドレールを介して型枠側に降下させる。こののち、
覆工コンクリート型枠２の上方から覆工コンクリートを
打設する。

【００１５】上記覆工コンクリートの打設後は直ちに掘
削作業を行う。打設した覆工コンクリートへの影響が比
較的少ない掘削ズリ盤の中央部分（一次掘削領域）から
バックホー掘削機４（覆工コンクリート型枠に位置して
いる）により掘削に着手し、掘削ズリの搬出を行う。な
お、覆工コンクリート型枠は鋼製であり、覆工コンクリ
ートの初期の強度不足を充分に補うことができるもので
ある。そしてそれに引き続いて覆工コンクリートの硬化
と必要最小限の養生期間をとって、覆工コンクリート型
枠２の下部に及ぶ二次掘削領域の掘削（ズリ搬出、ズリ
処理）を行って所定深さまで掘削端部を下げ、ズリ盤均
しを行う。

【００１６】このように先行覆工コンクリートからの脱
型・型枠の組付け・覆工コンクリートの打設からなる工
程と、覆工コンクリート型枠側に位置するバックホー掘
削機による所定深さまでの掘下げ工程とを交互に繰り返
して、立坑の形成が行われる。すなわち、打設された覆
工コンクリートの強度が得られるまで掘削作業を行うこ
とができなかった従来方法に比べてサイクルが短くな
り、工事工程が短縮されるようになる。

【００１７】上述した例にあっては、覆工コンクリート
の打設後にバックホー掘削機による掘削作業に入ってい
るが、覆工コンクリートの打設後に掘削端部の発破を行
うようにしてもよく、発破、換気後、上述したようにコ
ンクリート強度が得られていない状態でも掘削およびズ
リの積み込み作業に入ることもできる。

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように、第一の発明によれ
ば、立坑掘削装置は、立坑の覆工コンクリート型枠と、
先行覆工コンクリートに取り付けられたガイドレールに
連続するようにして前記覆工コンクリート型枠に取り付
けられたガイドレールと、先行覆工コンクリートの前記
ガイドレールから覆工コンクリート型枠の前記ガイドレ
ールに亘って移動可能に支持されたバックホー掘削機と
からなることを特徴とするものである。

【００１９】このように掘削機が型枠に支持されること
から、ズリ盤上にそれ自身の設置場所を確保しなければ
ならない自走式バックホー掘削機を使用する場合に比べ
て作業に対する制約が少なくなり、掘削機の掘削能力を
充分に発揮させることができるようになる。また、掘削
壁面に設備して掘削を行うようにした掘削機よりも、同
一掘削径、同一ステップ長（所要の掘下げ深さ）では、
重量、大きさの面で小さい掘削機が使用できるようにな
り、よって、経済的に有利なものとなる。そして、型枠
側に運転席を有したバックホー掘削機を設けるようにす
れば、掘削、積み込みを直接確認しながら作業できるよ
うになるとともに、その操作をする作業者がズリ搬出用
バケットの上げ下ろし位置、その昇降ラインから離れる
ようになり、安全が確実に確保されて安全性の高い施工
となる。さらには装置全体の構造も簡単なものとなり、
脱型、組立などの取り扱いが極めて容易になるととも
に、ガイドレールの構造が簡単であることから使用に伴
う偏摩耗なども少なくなり、ガイドレールの耐久性が向
上する。

【００２０】また、第二の発明は、掘削と覆工コンクリ
ートの打設とを行いながら立坑の掘削端部を掘下げるに
あたり、所定深さで掘下げられた掘削端部の内周に、先
行覆工コンクリートの下端に連続するようにして上記立
坑掘削装置の覆工コンクリート型枠を組み立てて、前記
覆工コンクリートを打継ぎする工程と、打継がれた前記
覆工コンクリートから前記覆工コンクリート型枠を脱型
するまでの間に、該覆工コンクリート型枠に位置する上
記立坑掘削装置のバックホー掘削機により、掘削端部を
所定の深さで掘下げて、掘削ズリを排出する工程と、を
交互に繰り返して掘削端部を掘下げることを特徴とする
立坑の掘削方法である。これによって、覆工コンクリー
トの打設後直ちに掘削機による掘削作業に入ることがで
きるようになり、掘り下げのサイクルが短くなって工程
が短縮され、工事費を削減することができるようになる
など、実用性に優れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の立坑掘削装置の一実施例を示す説明図
である。

【図２】一実施例における覆工コンクリート型枠を上方
から示す説明図である。

【図３】本発明の掘削方法の一例を示す説明図である。

【図４】従来の掘削方法を示す説明図である。

【図５】従来における掘削径が大きい場合の支保と掘削
領域を示す説明図である。

【図６】従来における掘削径が小さい場合の支保と掘削
領域を示す説明図である。

【符号の説明】

１…立坑掘削装置 ２…覆工コンクリート型枠 ３…ガイドレール ４…バックホー掘削機 ｂ…先行覆工コンクリート ｃ…覆工コンクリート ｋ…先行覆工コンクリート側のガイドレール

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 青木 正春 東京都港区芝浦一丁目２番３号 清水建設 株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】立坑の覆工コンクリート型枠と、 先行覆工コンクリートに取り付けられたガイドレールに
   連続するようにして前記覆工コンクリート型枠に取り付
   けられたガイドレールと、 先行覆工コンクリートの前記ガイドレールから覆工コン
   クリート型枠の前記ガイドレールに亘って移動可能に支
   持されたバックホー掘削機とからなることを特徴とする
   立坑掘削装置。
2. 【請求項２】掘削と覆工コンクリートの打設とを交互に
   行いながら立坑の掘削端部を掘下げるにあたり、 所定深さに掘下げられた掘削端部の内周に、先行覆工コ
   ンクリートの下端に連続するようにして上記立坑掘削装
   置の覆工コンクリート型枠を組み立てて、前記覆工コン
   クリートを打継ぎする工程と、 打継がれた前記覆工コンクリートから前記覆工コンクリ
   ート型枠を脱型するまでの間に、該覆工コンクリート型
   枠に位置する上記立坑掘削装置のバックホー掘削機によ
   り、掘削端部を所定の深さで掘下げて、掘削ズリを排出
   する工程と、を交互に繰り返して掘削端部を掘下げるこ
   とを特徴とする立坑の掘削方法。