JPH1037652A - 竪穴の掘削工法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大口径、大深度の竪穴を高能率かつ高精度に
掘削する。 【解決手段】 堆積層Ｂに形成した先行掘削穴１内にガ
イド管４を装入して、その外壁に設けたジャッキ５を伸
長動作させてガイド管４を固定し、このガイド管４内
に、掘削機３を装入してそのグリッパ１１を伸ばしてガ
イド管４内に掘削機３を固定し、先行掘削穴４内に泥水
を供給した後、掘削機３の回転カッタ１４を旋回および
直線移動させながら、ガイド管４から反力をとりながら
岩盤層Ａをガイド管４の外径よりわずか広い範囲に掘削
し、この時の掘削土砂は泥水と混ぜて排泥管２０を通じ
て地上へエアリフトし、その後、ジャッキ５を短縮して
ガイド管４を掘削穴８の底に沈下させ、その位置でジャ
ッキ５を延ばしてガイド管４を固定して掘削機３による
掘削を再び行い、このサイクルを所定深度まで繰り返
す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、竪穴を掘削する工
法に係り、特に大口径、大深度の竪穴の掘削に向けて好
適な掘削工法に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、エネルギーの地下貯蔵槽、地下
水槽、地下駐車場等の構築に竪穴を利用しようとする場
合は、口径が数メートルから数十メートル、深度が数十
メートルから百数十メートルにも及ぶ岩盤の掘削が必要
となり、汎用の作業機械による掘削では到底対応できな
いようになる。

【０００３】そこで最近、例えば特公平７−３０４９号
公報や特公平８−１６４３３号公報に記載されている鋼
管杭の打設工法で用いられている掘削機の利用が種々検
討されている。この掘削機は、突張り用グリッパと旋回
および直線移動可能な回転カッタとを持っており、前記
公報に記載の鋼管杭の打設工法では、グリッパを鋼管杭
の内壁に突張らせて掘削機を位置固定した後、その回転
カッタを旋回および直線移動させて、管内壁を反力受け
として鋼管杭の外径よりわずか広い範囲を所定深さにわ
たって掘削し、この掘削穴内に鋼管杭を押し込むことを
繰り返して、鋼管杭を次第に岩盤中に貫入させるように
している。したがって、この鋼管杭に代えて、例えば大
口径のガイド管を用いれば、このガイド管の内壁を反力
受けとして一度に大口径の穴を掘削することができ、大
口径、大深度の竪穴を能率良く掘削できるようになる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記掘
削機を利用する従来の掘削工法の考え方は、掘削深さに
応じてガイド管を継ぎ足して延長するものであるため、
掘削深さが深くなるに従ってガイド管の位置固定が困難
となり、反力受けとしての機能が不十分になって、出来
形の精度（真円度、傾斜等）が悪化し、その上、硬質岩
盤を対象とした場合にその掘削が困難になるという問題
がある。なお、この対策として、掘削機によりガイド管
の内側を中掘りしてガイド管を圧入する考え方もある
が、この場合は、別途圧入のための設備が必要となり、
施工コストが嵩むという新たな問題が発生する。

【０００５】本発明は、上記した技術的背景に鑑みてな
されたもので、大口径、大深度の竪穴を高能率かつ高精
度に掘削し得る掘削工法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】上記目的を達成するた
め、本発明は、外壁に複数のジャッキを設けたガイド管
内に、突張り用グリッパと旋回および直線移動可能な回
転カッタとを持つ掘削機を装入し、前記グリッパを前記
ガイド管の内壁に突張らせて前記掘削機を位置固定した
後、前記回転カッタを旋回および直線移動させて前記ガ
イド管の外径よりわずか広い範囲を所定深さにわたって
掘削し、次に、前記ジャッキを短縮動作させて前記掘削
機による掘削穴内に前記ガイド管を沈下させ、この沈下
位置で前記ジャッキを伸長動作させて前記掘削穴の内壁
に該ガイド管を固定した後、前記掘削機による掘削を再
び行うようにすることを特徴とする。

【０００７】このように構成した竪穴の掘削工法におい
ては、ジャッキを伸長動作させることで、いかなる掘削
深度でも確実にガイド管を位置固定することができ、ガ
イド管から反力をとりながら掘削機により安定して掘削
を行うことができる。

【０００８】本発明は、ガイド管内に泥水を供給し、掘
削機による掘削土砂を前記泥水に混ぜて、回転カッタの
近傍に吸込口を臨ませた排泥管を通じて地上へ排出する
ことができる。この場合、排泥管の先端部に圧縮空気を
供給し、エアリフトにより泥水に混ぜた掘削土砂を地上
へ排出するのが望ましい。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基いて説明する。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１は、竪穴掘削の初期段階を示
したものである。同図において、１は、岩盤層Ａ上の堆
積層Ｂに先行掘削してなる先行掘削穴で、その内壁はケ
ーシング２によって保護されている。この先行掘削穴１
内には、後述の掘削機３を内装するガイド管４が配設さ
れている。ガイド管４は、先行掘削穴１の口径（ここで
はケーシング２の内径）よりわずか小さな外径を有して
おり、その外壁に設けた複数のジャッキ５を伸長動作さ
せることによりケーシング２の内壁に位置固定されてい
る。

【００１１】ジャッキ５は、図２および３に示すよう
に、ガイド管４の管壁内に埋設したジャッキ本体６とこ
のジャッキ本体６の出力軸６ａの先端に取付けられた接
地プレート７とからなっている。接地プレート７は、前
記ケーシング２の内壁または後述する岩盤掘削穴８の内
壁の曲面形状に倣う湾曲形状をなしており、ジャッキ本
体６の出力軸６ａの伸長に応じて、その前面が前記ケー
シング２の内壁または掘削穴８の内壁に総当りするよう
になっている。ジャッキ５は、ここでは円周方向に等配
して４基設置されると共に、縦方向に等配して３基設置
されており、ガイド管４は、これら全てのジャッキ５が
伸長動作することにより先行掘削穴１または岩盤掘削穴
８の内壁に対して強固にかつ正規姿勢で位置固定される
ようになる。なお、ガイド管４の外周面には、前記接地
プレート７の嵌入を許容する凹部９が形成されており、
ジャッキ５の非作動時には、この凹部９内に接地プレー
ト７が収納されて、ガイド管４の外周面に段差が生じな
いようになっている。

【００１２】また、掘削機３は、その本体１０に設けた
複数のグリッパ１１をガイド管４の内壁に突張らせるこ
とにより該ガイド管４に対して位置固定されている。こ
の掘削機３は、前記した特公平７−３０４９号公報また
は特公平８−１６４３３号公報に記載されているものと
基本構造を一にするもので、本体１０に回動および軸方
向移動可能に内装した駆動軸１２に傾動アーム１３を介
して取付けられた１つまたは２つの回転カッタ１４を備
えている。駆動軸１２は各独立の駆動手段により回転お
よび軸方向移動させられ、また回転カッタ１４は傾動ア
ーム１３に内装したモータ（図示略）により回転駆動さ
れ、さらに傾動アーム１３は、傾動用シリンダ１５によ
り傾斜させられるようになっている。傾動用シリンダ１
５により傾動アーム１３を所定角度に傾斜させた状態で
駆動軸１２を回転させることにより、回転カッタ１４は
駆動軸１２の軸線周りに旋回し、したがって傾動アーム
１３の傾斜角度を適宜変更することで、ガイド管４の外
径よりも広い範囲の掘削が可能になっている。また、回
転カッタ１４を旋回させながら駆動軸１２を下方へ軸方
向移動（直線移動）させることにより、駆動軸１２の移
動範囲（ストローク範囲）に相当する深さの掘削が可能
になる。

【００１３】一方、地上には、先行掘削穴１の上方に位
置して架台１６が設置されている。この架台１６の上部
には、ガイド管４の上端に被着した蓋体１７から延ばし
た支持筒（鋼管）１８を介してガイド管４を吊下支持す
る第１の支持装置１９と、掘削機３から延ばした排泥管
２０を介して該排泥管２０を吊下支持する第２の支持装
置２１とが搭載されている。排泥管２０は前記支持筒１
８を挿通して延ばされ、その先端部（下端部）は、前記
掘削機３の本体１０を挿通して回転カッタ１４の近傍ま
で延ばされている。排泥管２０の先端部は、前記回転カ
ッタ１４を支持する傾動アーム１３に固定されて、回転
カッタ１４の動きに追従するようになっており、これに
より排泥管２０の先端の吸込口２０ａは、常時回転カッ
タ１４の周りに臨む状態に位置決めされる。なお、排泥
管２０の先端部には、支持筒１８を挿通して延ばしたエ
ア配管（図示略）を通じて圧縮エアが供給されるように
なっている。

【００１４】竪穴の掘削に際しては、オープンカット等
の汎用の掘削工法により堆積層Ｂに先行掘削穴１を掘削
し、図４に示すように、この先行掘削穴１内にケーシ
ング２を嵌合し、さらに地上に架台１６を設置する。架
台１６は、その下部に前記ガイド管４が出入りできる十
分なるスペースを確保しており、このスペース内の地面
には、先行掘削穴１の両サイドを延びるように一対のレ
ール２１が敷設されている。

【００１５】次に、図４に示すように、レール２１上
を走行する台車２２に載せて、ガイド管４を架台１６の
下部スペース内に搬入する。続いて、架台１６に設けた
吊下装置（図示略）を操作してガイド管４を吊り上げ、
台車２２を退避させた後、前記吊下装置によりガイド管
４を先行掘削穴１内に沈下させる。そして、図４に示
すように適宜の沈下位置でジャッキ５を伸長動作させ、
ケーシング２に対してガイド管４を固定する。

【００１６】次に、図４に示すように、掘削機３を納
めるケーシング２３を備え、該ケーシング２３内にグリ
ッパ１１を延ばして掘削機３を予め固定した台車２４を
レール２１上に走行させ、掘削機３を架台１６の下部ス
ペース内に搬入する。続いて、架台１６に設けた前記吊
下装置を操作して、グリッパ１１を縮めた掘削機３を吊
り上げ、台車２４を通してガイド管４内に掘削機３を沈
下させる。そして始めは、図５に示すようにガイド管
４内の上部側に掘削機３を位置決めし、そのグリッパ１
１をガイド管４の内壁に突張らせて掘削機３を位置固定
する。なお、前記台車２４は、この掘削機３の位置固定
が終了した後、前記吊下装置の引上げを待って退避させ
る。

【００１７】その後、図４に示すように、ガイド管４
に蓋体１７を被せ、この蓋体１７から支持筒１８を上方
へ延ばすと共に、この支持筒１８内を挿通して掘削機４
から排泥管２０と図示を略すエア配管とを上方へ延ば
す。そして、支持筒１８は架台１６上の第１の支持装置
１９に支持させ、一方、排泥管２０と前記エア配管とは
同じく架台１６上の第２の支持装置２１に支持させる。
なお、排泥管２０の先端には排泥池から延ばした排泥ホ
ースを、エア配管の先端には空気圧縮機から延ばしたエ
アホースをそれぞれ接続する。

【００１８】上記準備完了後、先行掘削穴１（ガイド管
４）内に泥水を供給し、岩盤層Ａの掘削を開始する。こ
の掘削に際しては、前記したように掘削機３の回転カッ
タ１４を旋回および直線移動させてガイド管４の直径よ
りもわずか広い範囲を掘削し、掘削土砂は前記泥水と混
ぜて排泥管２０を通じてエアリフトにより排泥池へ排出
する。そして、駆動軸１２の移動範囲（ストローク範
囲）に相当する深さの掘削を終えたら、掘削機３の駆動
軸１２を上動させて回転カッタ１４を上昇端に位置決め
すると共に、そのグリッパ１１を縮めて掘削機３の固定
を解除し、図１に示すように第２の支持装置２１の作動
により掘削機３をガイド管４の下部側へ降ろす。次に、
その位置でグリッパ１１を延ばして掘削機３をガイド管
４に対して固定し、再び回転カッタ１４を旋回および直
線移動させて掘削を進める。

【００１９】このようにして、ガイド管４を位置固定し
た状態で掘削機３による所定深さの掘削を終えたら、ジ
ャッキ５を縮めてガイド管４の固定を解除し、第１の支
持装置１９の作動によりガイド管４を掘削穴８（図１）
の底まで沈下させる。そして、その沈下位置で再びジャ
ッキ５を延ばして掘削穴８の内壁に対してガイド管４を
位置固定し、続いて、この沈下させたガイド管４に対し
て、先ずその上部側に掘削機３を位置決め固定する（図
５と同じ状態）。その後、上記したと同様の手順で掘
削を行い、新たに掘削した掘削穴８内にガイド管４を沈
下させ、このサイクルを連続に繰り返す。これにより、
図５に示すように、岩盤層Ａには大口径、大深度の掘
削穴８が形成され、所定の深さまでの掘削を終えたら掘
削作業を停止し、ガイド管４および掘削機３を地上へ引
き上げる。

【００２０】本工法によれば、ジャッキ５を伸長動作さ
せてガイド管４を掘削範囲の直上に位置固定するので、
掘削深さによらずガイド管４は掘削機３による掘削の反
力受けとして十分に機能し、硬質の岩盤層Ａでも円滑に
掘削を行うことができて掘削穴８の出来形も満足するも
のとなる。なお、この掘削穴８の深さに応じて支持筒１
８および排泥管２０を継ぎ足すことはいうまでもない。
また、掘削穴８内に供給する泥水は、常時一定となるよ
うに管理する。

【００２１】上記実施の形態において、ガイド管４と掘
削機３とを掘削域内に別々に搬入するようにしたが、予
めガイド管４内に掘削機３を固定して両者を一体的に掘
削域内に搬入するようにしてよい。また、本発明は、前
記ガイド管４と掘削機３とを用いて先行掘削穴１を掘削
するようにしてもよいもので、この場合は、適宜の固定
手段を用いてガイド管４を地上に位置固定し、これを反
力受けとして掘削機３による掘削を行う。本発明はま
た、ガイド管４を伸縮可能に形成してもよいもので、こ
の場合は、１サイクルの切削範囲が延びて切削能率がよ
り向上するようになる。

【００２２】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
係る竪穴の掘削工法によれば、大口径、大深度の竪穴を
高能率かつ高精度に掘削することができ、エネルギーの
地下貯蔵槽、地下水槽、地下駐車場等の構築はもとよ
り、シールドの発進到達基地、橋脚の基礎等の構築に適
用して大なる効果を発揮するものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る竪穴の掘削工法の初期段階を示す
断面図である。

【図２】本発明で用いるガイド管の構造を示す断面図で
ある。

【図３】図２のＸ部の拡大断面図である。

【図４】本発明の施工手順を示す模式図である。

【図５】本発明の施工手順を示す模式図である。

【符号の説明】

３ 掘削機 ４ ガイド管 ５ ジャッキ ８ 掘削穴 １１ グリッパ １２ 駆動軸 １３ 傾動アーム １４ 回転カッタ １７ 蓋体 １８ 支持筒 ２０ 排泥管 Ａ 岩盤層 Ｂ 堆積層

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外壁に複数のジャッキを設けたガイド管
   内に、突張り用グリッパと旋回および直線移動可能な回
   転カッタとを持つ掘削機を装入し、前記グリッパを前記
   ガイド管の内壁に突張らせて前記掘削機を位置固定した
   後、前記回転カッタを旋回および直線移動させて前記ガ
   イド管の外径よりわずか広い範囲を所定深さにわたって
   掘削し、次に、前記ジャッキを短縮動作させて前記掘削
   機による掘削穴内に前記ガイド管を沈下させ、この沈下
   位置で前記ジャッキを伸長動作させて前記掘削穴の内壁
   に該ガイド管を固定した後、前記掘削機による掘削を再
   び行うことを特徴とする竪穴の掘削工法。
2. 【請求項２】 ガイド管内に泥水を供給し、掘削機によ
   る掘削土砂を前記泥水に混ぜて、回転カッタの近傍に吸
   込口を臨ませた排泥管を通じて地上へ排出することを特
   徴とする請求項１に記載の竪穴の掘削工法。
3. 【請求項３】 排泥管の先端部に圧縮空気を供給し、エ
   アリフトにより泥水に混ぜた掘削土砂を地上へ排出する
   ことを特徴とする請求項２に記載の竪穴の掘削工法。