JPH10176477A - 立坑掘削機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】大孔径、大深度のケーソン埋設の立坑を精度良
く安定して掘削することができる立坑掘削機の提供。 【解決手段】掘削機１４は、掘削機本体４０と、その掘
削機本体４０に備えられたビット４２、水中ポンプ４６
及びグリップジャッキ４４から構成され、該グリップジ
ャッキ４４でケーソン１６の内壁を押圧することにより
ケーソン１６の先端部に保持される。掘削は、前記ビッ
ト４２を回転させることにより、その掘削土砂は前記水
中ポンプ４６によって地上に排土される。またビット４
２の先端部外周部には出没自在なオーバーカッター５４
が設けられており、該オーバーカッター５４の突出量を
調整することにより、拡幅掘削を行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は立坑掘削機に係り、
特に大孔径、大深度の立坑を精度よく掘削する立坑掘削
機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の立坑の掘削工法としては、特公昭
６１−４６６０８号公報に開示されているオールケーシ
ング式リバースサーキュレーションドリル工法（オール
ケーシング式ＲＣＤ工法）がある。この掘削工法は、次
の方法で立坑を掘削する。まず、掘削予定箇所にケーシ
ングパイプを建込み、そのケーシングパイプをジャッキ
で支持する。次に、前記ケーシングパイプの中に回転掘
削具と水中排土ポンプとを装備したドリルパイプを挿入
設置する。そして、そのドリルパイプを前記ケーシング
パイプの上端部に支持した掘削駆動装置に連結する。こ
の後、前記掘削駆動装置及び水中排土ポンプを駆動し
て、前記ケーシング下端部の掘削と排土を行い、これと
同時に、前記ジャッキを駆動して、前記ケーシングパイ
プ及び掘削駆動装置を一体的に下降させて立坑を掘削す
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のオールケーシング式ＲＣＤ工法では、回転掘削
具の回転駆動を、ケーシングパイプの上端部に支持した
掘削駆動装置で行っているため、大孔径、大深度（５ｍ
〜２０ｍ）の立坑を掘削する場合には、強大なトルクが
必要であり、強度のあるドリルパイプが必要となる。こ
のため、重量の増大、コストアップになるという欠点が
ある。

【０００４】また、掘削孔の大孔径化により、掘削土砂
を水中排土ポンプの排土口に集積できないという欠点も
ある。さらに、回転掘削具の径が一定のため、拡幅掘削
を自由に行うことができないという欠点も有している。
また、駆動装置が地上にあるので、特殊な動力伝達ライ
ンが必要になり、装置が複雑になり、掘削作業が煩雑に
なる。

【０００５】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たもので、シンプルな構成で、大孔径、大深度の立坑を
精度良く安定して掘削することができる立坑掘削機を提
供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成するために、ケーソンの先端部に掘削機を設置し、該
掘削機によりケーソンの下部地盤を掘削しながら、ケー
ソンを圧入して所定深度の立坑を掘削する立坑掘削機に
おいて、前記掘削機は、掘削機本体と、前記掘削機本体
に設けられ、前記ケーソンの内壁を押圧して前記掘削機
本体を前記ケーソン内に保持する保持手段と、前記掘削
機本体の先端部に回転自在に取り付けられたビットと、
前記ビットを回転させる駆動手段と、前記ビットの外周
に設けられ、該ビットの外周から出没自在に設けられた
オーバーカッターと、前記オーバーカッターを移動させ
る移動手段と、前記掘削機本体に搭載され、掘削土砂を
排土する水中ポンプと、からなることを特徴とする。

【０００７】本発明によれば、掘削機本体は、保持手段
によってケーソンの内壁を押圧することにより保持され
る。したがって、掘削反力は、前記保持手段によって保
持されるので、パイプは掘削機の重量を保持すればよい
ため軽量となる。また、これにより、地上装置も簡素化
される。また、オーバーカッターを移動させることによ
り、ビットの径を自由に拡縮させることができ、これに
より、拡幅掘削を容易に行うことができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下添付図面に従って本発明に係
る立坑掘削機の実施の形態について詳説する。図１は、
本発明に係る立坑掘削機の実施の形態の構成を示す側面
図である。同図に示すように、前記立坑掘削機１０は、
立坑１２の掘削を行う掘削機１４、ケーソン１６の圧入
を行う圧入装置１８、及び、掘削機１４を吊り下げるや
ぐら２０から構成されている。

【０００９】前記やぐら２０は、ガイドウォール２２上
に設置される圧入装置１８の加圧桁２３に設置されてお
り、圧入装置１８の加圧桁２３には、ジャッキ２４、２
４、…が設けられ、アースアンカー２７、２７で固定さ
れている。前記やぐら２０の頂部には、パワーシーブ２
６が設けられている。このパワーシーブ２６には、ワイ
ヤーロープ２８を介してランニングブロック３０が吊り
下げされており、該ランニングブロック３０には、リバ
ースパイプ３２を支持するベンドジョイント３３が吊り
下げられている。また、前記やぐら２０のベース２１上
には、リバースパイプ３２を保持するためのホルダー３
４が設置されている。

【００１０】前記ベンドジョイント３３に支持されたリ
バースパイプ３２は、前記掘削機１４に搭載された水中
ポンプ４６のケース４７に接続されており、前記掘削機
１４は、このリバースパイプによって吊り下げられる。
なお、前記ワイヤーロープ２８は、図示しない巻上装置
に連結されており、該巻上装置を駆動することにより、
前記ランニングブロック３０を昇降させることができ
る。

【００１１】前記圧入装置１８は、前記やぐら２０の下
部に設けられ、加圧桁２３に固定された複数の元押しジ
ャッキ３６、３６、…で構成されている。各元押しジャ
ッキ３６、３６、…は、同一円周上に等間隔に配設され
ており、前記ケーソン１６は、この元押しジャッキ３６
に、その上端部を押圧されることにより、先端の刃口７
４から地中に圧入される。

【００１２】前記ケーソン１６は、円弧状に形成された
多数のセグメント１６ａ、１６ａ、…を積み立てること
により円筒状に形成される。なお、このセグメント１６
ａ、１６ａ、…の積み立ては、前記やぐら２０に設けら
れたセグメント自動積立装置３８によって行われる。前
記掘削機１４は、図２及び図３に示すように、掘削機本
体４０、ビット４２、グリップジャッキ４４、及び、水
中ポンプ４６を主要構成部材として構成されている。

【００１３】前記掘削機本体４０は、円盤状に形成され
ており、その中心同軸上にベアリングを介してスピンド
ル４８が回動自在に支持されている。このスピンドル４
８の先端には、ビット４２のフランジ５０が連結されて
いる。前記ビット４２は、前記フランジ５０の中心部に
配設された４枚の内翼４２Ａ、４２Ａ、…と、外周部に
配設された８枚の外翼４２Ｂ、４２Ｂ、…とから構成さ
れている。これらの内翼４２Ａと外翼４２Ｂの刃先に
は、多数の掘削ツース５２、５２、…が固着されてお
り、地盤はこの掘削ツース５２、５２、…によって掘削
される。

【００１４】また、前記ビット４２を構成する内翼４２
Ａと外翼４２Ｂは、例えば、それぞれ略円弧状に形成さ
れ、図３に示すように、全体として螺旋を描くように配
置されている。この結果、前記掘削ツース５２、５２、
…で掘削された掘削土砂は、前記内翼４２Ａと外翼４２
Ｂが回転することにより、各内翼４２Ａ又は外翼４２Ｂ
の円弧面にガイドされて、ビット４２の中央に掻き集め
られる。

【００１５】前記各外翼４２Ｂ、４２Ｂ、…の外周部に
は、刃先に掘削ツース５２が固着されたオーバーカッタ
ー５４、５４、…が設けられている。このオーバーカッ
ター５４は、外翼４２Ｂの図示しないガイド部材にガイ
ドされて前記外翼４２Ｂ、４２Ｂ、…の外周から出没自
在に設けられており、その基端部に連結された油圧シリ
ンダー５６、５６、…を駆動することにより、その位置
可変できるように構成されている。

【００１６】この結果、前記ビット４２は、前記オーバ
ーカッター５４、５４、…の移動量を調整することによ
り、その外径を可変することができ、これにより、自由
に拡幅掘削をすることが可能になる。なお、前記各油圧
シリンダー５６、５６、…を駆動する圧力油は、前記掘
削機本体４０上に搭載された図示しない油圧ユニットか
ら掘削機本体４０の図示しないスイベル機構を介して供
給される。

【００１７】ところで、前記ビット４２は、前記スピン
ドル４８を回転させることにより回転駆動されるが、前
記スピンドル４８は、次の機構によって駆動される。図
２に示すように、前記掘削機本体４０には、オイルモー
タ５８、５８、が搭載されており、該オイルモータ５
８、５８の回転が、ギア６０、第１減速ギア６２ａとギ
ア６２ｂ、第２減速ギア６２ｃとギア６２ｄを介して前
記スピンドル４８に固着されたギア６４に伝達され、前
記スピンドル４８が回転する。これにより、フランジ５
０と共にビット４２が回転する。

【００１８】なお、前記ギア６０は、前記オイルモータ
５８のシャフトに連結されており、前記第１減速ギア６
２ａとギア６２ｂは、前記掘削機本体４０に回動自在に
支持された第１シャフト６６に固着されている。また、
前記第２減速ギア６２ｃとギア６２ｄは、前記掘削機本
体４０に回動自在に支持された第２シャフト６８に固着
されている。

【００１９】また、前記オイルモータ５８、５８は、地
上に設置された図示しない油圧ユニットにより、油圧ホ
ースを介して送られた油により駆動される。なお、オイ
ルモータ５８に代えて電動モータを使うこともできる。
前記グリップジャッキ４４は、前記掘削機本体４０の外
周部に４本等間隔に配置されている。このグリップジャ
ッキ４４は油圧シリンダーによって駆動され、前記ケー
ソン１６の先端部に取り付けられた反力受７０を押圧す
ることによって、掘削機本体４０をケーソン１６内に保
持する。

【００２０】前記水中ポンプ４６は、前記掘削機本体４
０上に搭載され、前記ビット４２で掘削された掘削土砂
を吸引して地上に排土する。前記掘削機本体４０の下部
中央には、その掘削土砂の吸込口７２が形成されてお
り、該吸込口７２から吸い込まれた掘削土砂は、前記水
中ポンプ４６に接続されたリバースパイプ３２を介して
地上の処理プラント（図示せず）に排土される。

【００２１】前記のごとく構成された本発明に係る立坑
掘削機の実施の形態の作用は次の通りである。まず、シ
ョベルやハンマークラブバケット等を用いて掘削予定箇
所に立坑１２の口元掘削する。そして、その掘削した立
坑１２に、先端に刃口７４を装備したケーソン１６を建
込む。

【００２２】次に、前記ケーソン１６を建込んだ立坑１
２の上部に圧入装置１８、やぐら２０を配置し、ケーソ
ン１６の上部から掘削機１４を挿入する。掘削機１４の
グリップジャッキ４４、４４、…を作動し、圧力受７０
をケーソン１６の内壁に圧接し、掘削機本体４０をケー
ソン１６内に固定し、掘削を開始する。掘削は、リバー
スサーキュレーション工法で行う。すなわち、静水圧で
孔壁の崩壊を防ぎつつ、回転するビット４２により連続
的に削孔し、掘削した土砂を循環水とともに水中ポンプ
４６で吸い込みリバースパイプ３２の中を通して孔外に
排出させる。

【００２３】まず、オイルモータ５８、５８を駆動し
て、ビット４２を回転駆動する。これと同時に、水中ポ
ンプ４６を駆動して、吸込口７２から循環水を吸引す
る。この結果、地盤は回転するビット４２により掘削さ
れ、その掘削土砂は循環水とともに吸込口７２から吸引
されて孔外に排出される。ここで、前述したように、前
記ビット４２を構成する内翼４２Ａ及び外翼４２Ｂは、
略円弧状に形成され、全体として螺旋状に形成されてい
るため、前記ビット４２で掘削された掘削土砂は、この
内翼４２Ａ及び外翼４２Ｂにガイドされてビット４２の
中央部に集積される。そして、この掘削土砂が集積され
るビット４２の中央部には、掘削土砂を吸引する吸込口
７２が形成されているので、大孔径の立坑であっても、
効率的に掘削土砂を排土することができる。

【００２４】また、この掘削と同時に、ケーソン１６の
上端部を元押しジャッキ３６、３６、…で押圧し、ケー
ソン１６を立坑内に圧入する。ケーソン１６が圧入され
ることにより、そのケーソン１６の先端部に保持された
掘削機１４も同時に移動するので、これにより掘削が進
行する。なお、ビット４２は、大孔径のため、組み合わ
せて構成すれば、各孔径に対応することもできる。

【００２５】以上の工程で掘削が行われ、元押しジャッ
キ３６、３６、…が所定量伸張したところで、掘削作業
を一時中断する。そして、セグメント１６ａ、１６ａ、
…を積み立てて新たなケーソン１６を組み立て、新たな
ケーソン１６が組み上がったところで、再び掘削作業を
再開する。以下同様の作業を繰り返して行うことによ
り、所定深度の立坑１２が掘削される。

【００２６】なお、必要に応じて油圧シリンダー５６を
駆動し、オーバーカッター５４の突出量を可変させるこ
とにより、拡幅掘削を行う。すなわち、ケーソン１６が
安定して圧入されるためには、元押しジャッキ３６、３
６、…で押圧されるケーソン１６が、適切な荷重で圧入
される必要がある。このケーソン１６が、適切な荷重で
圧入されるか否かは、前記ビット４２で掘削される掘削
孔の径による。このため、前記オーバーカッター５４の
突出量を可変させ、ビット４２の外径を可変させること
により、掘削孔の径を調整する。

【００２７】たとえば、ケーソン１６の先端に規定荷重
よりも大きい荷重がかかっている場合は、オーバーカッ
ター５４を突出させて、ビット４２の径を拡径させる。
一方、ケーソン１６の先端にかかる荷重が、規定の荷重
よりも小さい場合は、オーバーカッター５４を退避させ
て、ビット４２の径を縮径させる。これにより、適切な
荷重でケーソン１６が圧入され、ケーソン１６を精度よ
く、かつ、安定して圧入することができる。

【００２８】なお、このケーソン１６の先端部にかかる
荷重の測定は、ケーソン１６の先端部に設けられた図示
しない荷重センサー等で行う。制御手段（図示せず）
は、この測定結果から、最適なビット径を算出し、自動
でオーバーカッター５４の突出量を調整する。このよう
に、本実施の形態の立坑掘削機１０によれば、大孔径、
大深度の立坑であっても、ケーソン１６を精度よく、か
つ、安定して圧入させることができる。

【００２９】また、構成がシンプルであるため、その重
量も軽量となり、地上設備の小型、簡素化を達成するこ
とができる。また、掘削機１４は、グリップジャッキ４
４によってケーソン１６内に保持され、そのグリップジ
ャッキ４４によって掘削反力を受ける構成となっている
ため、リバースパイプ３２は掘削機１４の重量のみを保
持すればよい構造となる。したがって、これによって
も、地上設備の小型、簡素化を図ることができる。

【００３０】さらに、ビット４２を構成する内翼４２Ａ
及び外翼４２Ｂが円弧状に形成されることによって、大
孔径の立坑を掘削する場合であっても、常に掘削土砂
は、中央に集積されるため、効率よく掘削土砂の排土を
行うことができる。また、ビット４２の外周部に出没自
在なオーバーカッター５４を装備することによって、拡
幅掘削を自由に行うことができる。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ビットの回転装置を地中の掘削機本体に設け、ケーソン
内壁をグリップジャッキで反力を受けるようにしたの
で、水中ポンプが搭載可能となり、大トルク、大荷重を
付加することができるため、大孔径、大深度、硬質地盤
の掘削が可能である。また、拡幅機構により立坑を精度
よく安定して掘削することができる。また、装置の軽量
化、工期の短縮、コストダウンを図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る立坑掘削機の実施の形態の構成を
示す側面図

【図２】掘削機の側面図

【図３】図２の平面図

【符号の説明】

１０…立坑掘削機 １２…立坑 １４…掘削機 １６…ケーソン １８…圧入装置 ２０…やぐら ４０…掘削機本体 ４２…ビット ４２Ａ…内翼 ４２Ｂ…外翼 ４４…グリップジャッキ ４６…水中ポンプ

フロントページの続き (72)発明者 栄 毅熾 東京都新宿区西新宿一丁目25番１号 大成 建設株式会社内 (72)発明者 金子 迪弌 東京都新宿区西新宿一丁目25番１号 大成 建設株式会社内 (72)発明者 金子 研一 東京都新宿区西新宿一丁目25番１号 大成 建設株式会社内 (72)発明者 北山 仁志 愛知県知多市北浜町11番１号 石川島播磨 重工業株式会社愛知工場内 (72)発明者 外山 良成 東京都江東区豊州三丁目１番15号 石川島 播磨重工業株式会社東二テクニカルセンタ ー内 (72)発明者 浜村 紘之 東京都目黒区目黒１丁目６番17号 株式会 社利根内 (72)発明者 水野 芳文 東京都目黒区目黒１丁目６番17号 株式会 社利根内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ケーソンの先端部に掘削機を設置し、該
   掘削機によりケーソンの下部地盤を掘削しながら、ケー
   ソンを圧入して所定深度の立坑を掘削する立坑掘削機に
   おいて、 前記掘削機は、 掘削機本体と、 前記掘削機本体に設けられ、前記ケーソンの内壁を押圧
   して前記掘削機本体を前記ケーソン内に保持する保持手
   段と、 前記掘削機本体の先端部に回転自在に取り付けられたビ
   ットと、 前記ビットを回転させる駆動手段と、 前記ビットの外周に設けられ、該ビットの外周から出没
   自在に設けられたオーバーカッターと、 前記オーバーカッターを移動させる移動手段と、 前記掘削機本体に搭載され、掘削土砂を排土する水中ポ
   ンプと、からなることを特徴とする立坑掘削機。