(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カッターを上方より垂設し、異形断面を持つ立坑を掘削する立坑掘削方法において、
前記カッターを第１の位置に設置して所定の深さ掘削し、次いで前記カッターを持ち上げ、横移動し、第２の位置に設置して所定の深さ掘削し、少なくともこれら２つの位置で前記手順を繰り返して立坑を掘削することを特徴とする立坑掘削方法。
【請求項２】
請求項１記載の立坑掘削方法において、前記カッターにカッターすぼめ機構を設け、カッターの掘削位置を第１の位置から第２の位置に変えるとき、このカッターすぼめ機構によりカッターをすぼめて上方に持ち上げ、横移動させることを特徴とする立坑掘削方法。
【請求項３】
請求項２記載の立坑掘削方法において、立坑にケーソンを設置し、このケーソンを降下させながら掘削を行うとともに、前記カッターすぼめ機構によりカッターの掘削径を変えてケーソンの刃口抵抗を制御し、ケーソンの方向修正を行うことを特徴とする立坑掘削方法。
【請求項４】
請求項２記載の立坑掘削方法において、立坑にケーソンを設置し、このケーソンに隔壁を設けて切羽を立坑から隔離して掘削を行うとともに、この隔壁に前記カッターの横移動を可能とする挿入兼回収穴を設けかつこの挿入兼回収穴の上部に切羽の水圧を保持するためのシャフトを立設し、この挿入兼回収穴を退避孔として利用し、前記すぼめたカッターをこの退避孔及びシャフト内に退避させることを特徴とする立坑掘削方法。
【請求項５】
請求項１記載の立坑掘削方法において、前記カッターを第２の位置に設置して所定の深さ掘削した後、前記カッターを持ち上げ、横移動し、前記第１の位置と第２の位置との間の第３の位置に設置して所定の深さ掘削するとともに、前記第１の位置、第２の位置、第３の位置で均等掘削ができるようにこれらの各位置を設定し、少なくともこれら３つの位置で前記手順を繰り返して立坑を掘削することを特徴とする立坑掘削方法。
【請求項６】
カッターを上方より垂設し、異形断面を持つ立坑を掘削する立坑掘削装置において、
前記カッターに連結され、少なくとも立坑の開口部付近まで伸びるカッター駆動軸と、
前記カッター駆動軸の上端付近を支持し、カッター駆動軸をカッターと共に上下に動かすカッター上下機構と、
前記カッター駆動軸が貫通するカッター回転駆動装置と、
前記カッター回転駆動装置を前記カッターの上下方向と直角な横方向に移動可能に支持する可動支持機構とを備えることを特徴とする立坑掘削装置。
【請求項７】
請求項６記載の立坑掘削装置において、前記カッターに掘削径を変更するカッターすぼめ機構を設けたことを特徴とする立坑掘削装置。
【請求項８】
請求項７記載の立坑掘削装置において、立坑に設置されたケーソンに切羽を立坑から隔離する隔壁を設け、この隔壁に前記カッターの横移動を可能としかつカッターの退避孔として利用可能な挿入兼回収穴を設け、更にこの挿入兼回収穴の上部に切羽の水圧を保持するためのシャフトを立設したことを特徴とする立坑掘削装置。
【請求項９】
請求項８記載の立坑掘削装置において、前記カッターは前記挿入兼回収穴又はシャフトにより支持されるスタビライザーを有することを特徴とする立坑掘削装置。
【請求項１０】
請求項８記載の立坑掘削装置において、前記隔壁に、前記横移動可能なカッターを用いて掘削したときの掘り残し部分を掘削できる位置に追加のカッター挿入兼回収穴を設置し、この追加の挿入兼回収穴にカッターを設置して当該掘り残し部分を掘削することを特徴とする立坑掘削装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は立坑掘削方法及び立坑掘削装置に係わり、特に、カッターを上方より垂設して異形断面を持つ立坑を掘削する立坑掘削方法及び立坑掘削装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
カッターを上方より垂設して異形断面を持つ立坑を掘削する立坑掘削方法を開示する公知例として、特開平６−１４６３１０号公報及び特開平４−６２２９１号公報がある。
【０００３】
特開平６−１４６３１０号公報には、２軸以上複数のカッターを持つ多軸リバース機（リバースカッター）により、２個以上複数の円弧が一部重なり合った形状の孔を掘削する方法及び装置が記載されている。複数のカッター部は同一高さに配置されている。
【０００４】
特開平４−６２２９１号公報には、ケーソンの底部に設けた複数の開口部に複数のケーシングパイプを固設し、このケーシングパイプ内にカッター及び駆動部からなる掘削機、ロックフレーム、サポートシリンダ等を配置し、かつ各カッターにはカッターアームを上下回動自在に設け、ロックフレームの操作でケーシングパイプに対する掘削機の高さを変更する工程と、カッターアームをすぼめた状態でケーシングパイプに対してカッター部分を下方に移動して掘削する工程と、ケーシングパイプに対するカッター部分の上下移動を固定してカッターアームを開きながら掘削する工程とを組み合わせて立坑を掘削する方法及び装置が記載されている。また、複数のカッターはカッター部を同一高さに配置して掘削を行うものであり、カッターアームを開いた状態ではカッター同士が接触する可能性があるため、この干渉を避けるために互いに同期制御されるものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術には次のような問題がある。
【０００６】
特開平６−１４６３１０号公報
（１）立坑のほぼ全断面を掘削するため複数のカッターを備えており、立坑を掘る機械としては装備が大きく、高価となる。立坑掘削装置は、掘削する距離が小さいため機械装備としてはできるだけ安価なものが望まれている。
【０００７】
（２）隣合うカッターが同一高さに配置されているため、一方のカッターの先端が他方のカッターの中心部に干渉する距離以上には両カッターを近づけることはできず、カッター同士の接近した配置が制限される。このため、立坑断面を自由に設計することができない。
【０００８】
特開平４−６２２９１号公報
（１）立坑のほぼ全断面を掘削するため複数のカッターを備えており、立坑を掘る機械としては装備が大きく、高価となる。立坑掘削装置は、掘削する距離が小さいため機械装備としてはできるだけ安価なものが望まれている。
【０００９】
（２）ケーシングパイプ内にはカッターだけでなく駆動部も収納されている。このため、ケーシングパイプの直径は大型化せざるを得ず、カッター同士の接近した配置が制限され、立坑断面を自由に設計することができない。
【００１０】
本発明の目的は、掘削装備を軽量化できかつ立坑断面形状の設計の自由度の大きな立坑掘削方法及び立坑掘削装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、カッターを上方より垂設し、異形断面を持つ立坑を掘削する立坑掘削方法において、前記カッターを第１の位置に設置して所定の深さ掘削し、次いで前記カッターを持ち上げ、横移動し、第２の位置に設置して所定の深さ掘削し、少なくともこれら２つの位置で前記手順を繰り返して立坑を掘削するものである。
【００１２】
上記のようにカッターを横移動して複数の位置で掘削することにより、少ないカッター本数、例えば１機のカッターでも異形断面の立坑を掘削することができ、掘削装備の軽量化が図れる。
【００１３】
また、カッターを横移動して異形断面の立坑を掘削するので、立坑の断面形状に対する制限が減少し、自由に立坑断面形状を設計することができる。
【００１４】
（２）上記（１）において、好ましくは、前記カッターにカッターすぼめ機構を設け、カッターの掘削位置を第１の位置から第２の位置に変えるとき、このカッターすぼめ機構によりカッターをすぼめて上方に持ち上げ、横移動させるものとする。
【００１５】
このようにカッターをすぼめて持ち上げ、横移動させることにより、カッターを持ち上げて横移動させるとき、周囲の構造物、例えばケーソンの刃口に干渉することなくカッターを動かせる。
【００１６】
（３）上記（２）において、好ましくは、立坑にケーソンを設置し、このケーソンを降下させながら掘削を行うとともに、前記カッターすぼめ機構によりカッターの掘削径を変えてケーソンの刃口抵抗を制御し、ケーソンの方向修正を行う。
【００１７】
このようにカッターすぼめ機構を用いてケーソンの方向修正を行うことにより、掘削方向がほぼ垂直となる精度の良い掘削が可能となる。
【００１８】
（４）また、上記（２）において、好ましくは、立坑にケーソンを設置し、このケーソンに隔壁を設けて切羽を立坑から隔離して掘削を行うとともに、この隔壁に前記カッターの横移動を可能とする挿入兼回収穴を設けかつこの挿入兼回収穴の上部に切羽の水圧を保持するためのシャフトを立設し、この挿入兼回収穴を退避孔として利用し、前記すぼめたカッターをこの退避孔及びシャフト内に退避させる。
【００１９】
このように隔壁を有するケーソンを用いる掘削装置であっても、隔壁の挿入兼回収穴をカッターの横移動を可能とする断面形状としかつシャフトの断面形状も同じ形とし、挿入兼回収穴をカッターの退避孔として利用することにより、（１）の掘削方法を実施できる。
【００２０】
（５）上記（１）において、好ましくは、前記カッターを第２の位置に設置して所定の深さ掘削した後、前記カッターを持ち上げ、横移動し、前記第１の位置と第２の位置との間の第３の位置に設置して所定の深さ掘削するとともに、前記第１の位置、第２の位置、第３の位置で均等掘削ができるようにこれらの各位置を設定し、少なくともこれら３つの位置で前記手順を繰り返して立坑を掘削する。
【００２１】
このようにカッターの掘削位置を設定し、均等掘削を行うことにより、カッターはアンバランスな横力を受けないで済むため、カッターの推進方向精度が良くなる。
【００２２】
（６）また、上記目的を達成するために、本発明は、カッターを上方より垂設し、異形断面を持つ立坑を掘削する立坑掘削装置において、前記カッターに連結され、少なくとも立坑の開口部付近まで伸びるカッター駆動軸と、前記カッター駆動軸の上端付近を支持し、カッター駆動軸をカッターと共に上下に動かすカッター上下機構と、前記カッター駆動軸が貫通するカッター回転駆動装置と、前記カッター回転駆動装置を前記カッターの上下方向と直角な横方向に移動可能に支持する可動支持機構とを備えるものとする。
【００２３】
このようにカッター上下機構と、カッター回転駆動装置をカッターの上下方向と直角な横方向に移動可能に支持する可動支持機構とを設けることにより、上記（１）の掘削方法を実施できる。
【００２４】
（７）上記（６）において、好ましくは、前記カッターに掘削径を変更するカッターすぼめ機構を設ける。
【００２５】
このようにカッターすぼめ機構を設けることにより、上記（２）のようにカッターの掘削位置を第１の位置から第２の位置に変えるとき、カッターをすぼめて上方に持ち上げ、横移動させることができ、周囲の構造物、例えばケーソンの刃口に干渉することなくカッターを動かせる。
【００２６】
（８）上記（７）において、好ましくは、立坑に設置されたケーソンに切羽を立坑から隔離する隔壁を設け、この隔壁に前記カッターの横移動を可能としかつカッターの退避孔として利用可能な挿入兼回収穴を設け、更にこの挿入兼回収穴の上部に切羽の水圧を保持するためのシャフトを立設する。
【００２７】
これにより上記（４）のように、隔壁を有するケーソンを用いる掘削装置であっても、（１）の掘削方法を実施できる。
【００２８】
（９）上記（８）において、好ましくは、前記カッターは前記挿入兼回収穴又はシャフトにより支持されるスタビライザーを有する。
【００２９】
これによりカッターによる掘削が不均等掘削であっても、不均等掘削により生じる横力をスタビライザーで支持し、掘削方向を垂直方向に精度良く保つことができる。
【００３０】
（１０）また、上記（８）において、好ましくは、前記隔壁に、前記横移動可能なカッターを用いて掘削したときの掘り残し部分を掘削できる位置に追加のカッター挿入兼回収穴を設置し、この追加の挿入兼回収穴にカッターを設置して当該掘り残し部分を掘削する。
【００３１】
これにより上記（１）の掘削で掘り残しがあっても、その部分を掘削することができる。この場合、もともとあるカッターを引き上げて投入すれば、追加のカッターが不要となる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施形態を図１〜図１１により説明する。本実施形態は請求項１から請求項９に対応するものである。
【００３３】
図１において、１は断面長円形の立坑構築物（ケーソン）であり、立坑構築物１は刃口２を備えた下部ケーソン３、シールドハル４、セグメント５とからなっている。下部ケーソン３には切羽２２を立坑内から隔離するための隔壁６が設けられている。また、シールドハル４の内側には推進ジャッキ８が設置され、更にその内側の床上にはセグメント５を組み上げるためのエレクター９が装備されている。
【００３４】
立坑構築部１内には立坑構築物１の刃口２の下側を掘削するためのカッター２０が装備されており、立坑構築物１の隔壁６には、このカッター２０を挿入、回収又は横移動するための長円形の穴（以下、回収穴と呼ぶ）１０が開いており、この回収穴１０の上部にはそれぞれ切羽２２に水圧をかけその圧力を保持するための同じく断面長円形のシャフト１１が装着され、シャフト１１の上端は大気中に開放されている。また、シャフト１１の上部にはやぐら１２が取り付けられ、その上にカッター回転駆動装置であるロータリーテーブル１３が取り付けられている。
【００３５】
カッター２０の上端はそれぞれ中空のカッター駆動軸２１に連結され、カッター駆動軸２１はロータリーテーブル１３を貫通して上方に伸び、上端でカッター上下機構であるクレーン１４に支持され、上方より吊り下げられている。また、カッター駆動軸２１はロータリーテーブル１３の貫通部分でロータリーテーブル１３により回転駆動される。
【００３６】
カッター２０で掘削した土砂はカッター２０の先端部の吸込口１４よりサクションポンプ１５により吸い上げられ、カッター駆動軸２１の中空部分、スイベルジョイント２３を介して地上の泥水処理設備に運ばれ、土砂を排土し処理後の泥水は切羽２２に還流する。
【００３７】
カッター２０は、主カッター３０とカッターすぼめ機構３１とカッター拡径機構３２とを装備しており、カッターすぼめ機構３１とカッター拡径機構３２によりカッター２０の掘削径を簡単に変えることができるようになっている。このようにカッター２０の掘削径を変えることにより、刃口２の下方の掘削範囲を変え、刃口抵抗を制御することができる。また、カッターすぼめ機構３１でカッター２０をすぼめてカッター２０をクレーン１４で吊り上げることで、カッター２０を隔壁６の回収穴１０に引き込み、横移動することができる。
【００３８】
また、図２に示すように、カッター２０の最大掘削半径と立坑構築物１の長円形の短軸側の半径はほぼ一致している。また、地山３６自体の硬さのアンバランスによる横力を受けてもカッター２０が立坑構築物１より大きく外れないように、スタビライザー３７を装備している。スタビライザー３７はカッター２０のセンターシャフト３３の上端付近に設けられ、回収穴１０又はシャフト１１の内壁に当接することで横力を支持する。
【００３９】
やぐら１２は、シャフト１１の上端に設けられた可動機構５０によりカッター２０の上下方向と直角な横方向に移動可能であり、やぐら１２と可動機構５０とによりロータリーテーブル（カッター回転駆動装置）１３を横方向に移動可能に支持する可動支持機構を構成する。図３に可動機構５０の詳細を示す。
【００４０】
可動機構５０は、シャフト１１の上端に設けられたシャフトフランジ５１と、やぐら１２の下端に設けられた井桁状の支持枠５２を有し、シャフトフランジ５１には図示のような多数のボルト穴５３が開けられ、支持枠５２の四隅にはボルト貫通穴（図示せず）が開けられて、これらボルト穴５３及びボルト貫通穴にボルト５４を締結することにより支持枠５２はシャフトフランジ５１上の任意の位置に固定されている。また、やぐら１２を横移動する場合は、ボルト５４を外してやぐら１２、カッター２０、ロータリーテーブル１３等をクレーン１４により一緒につり上げ、横方向に移動し、シャフトフランジ５１上の所定の位置に再度ボルト５４で固定する。なお、カッター２０は吊られているのでやぐら１２の固定はボルト５４でなくとも良い。例えば、カッター２０のトルク反力をとれれば良いので、ピンジョイントにしても構わない。
【００４１】
カッター２０の詳細構造を図４〜図７により説明する。
【００４２】
カッター２０の主カッター３０は、図４及び図５に示すように、センターシャフト３３の下端に放射状に取付けられた４本のリブ３３ａと、リブ３３ａのそれぞれの先端に上下方向に折り曲げ自在にピン２７により結合された４本の放射状のカッタースポーク３３ｂとを有し、カッタースポーク３３ｂには図４に想像線３３ｃで示すように一定距離下方に突出したカッタービットが取付けられている。また、カッタースポーク３３ｂは、図６に示すようにこれらカッタースポーク３３ｂをすぼめたときに外径端部分の径が小さくなるように内径端近傍に折り曲げ部３３ｄを有している。カッタースポーク３３ｂを最大に拡げたときの外径寸法はケーソン１の内径寸法より少し小さく作ってあり、これによりカッター２０はケーソン１の内面より内周側を掘削し、ケーソン１の刃口２の貫入抵抗を小さくする。
【００４３】
カッター拡径機構３２は拡径カッター３４を有し、拡径カッター３４は４本のカッタースポーク３３ｂのうちの対向する２本の外径端部分にピン２５により上方に回転するにしたがって掘削径が増加するように回転可能に取り付けられ、拡径カッター３４の側面にはカッタースポーク３３ｂに支持されたジャッキ３５のピストンがピン結合され、ジャッキ３５を伸縮すると拡径カッター３４はピン２５を中心として回転動作する。拡径カッター３４の回転中心であるピン２５はケーソン１の内周面より内周側に位置している。また、拡径カッター３４の想像線３４ａで示すカッタービットの取付け形状は、拡径カッター３４の回転中心２５からカッター刃先までの距離が回転方向全周にわたってほぼ等しいか回転方向内周側から外周側に行くにしたがって小さくなるような形状になっている。
【００４４】
拡径カッター３４は縮径時にはカッタースポーク３３ｂの外径の内側に完全に引き込まれ、拡径カッター３４を最大に拡径したときの外径寸法はケーソン１の刃口２の外周寸法とほぼ同じになるように作ってあり、これにより拡径カッター３４は、カッタースポーク３３ｂを最大に拡げたとき、ケーソン１の刃口２の下側においてカッタースポーク３３ｂの外側からケーソン１の刃口２の外周までの間を掘削し、ケーソン１の刃口２の貫入抵抗を更に小さくする。なお、刃口２の貫入抵抗を更に下げるには、刃口外周より２〜３ｃｍ更に外周まで掘削できるようにビット３４ａの取付け半径を大きくし、オーバカットできるようにする。
【００４５】
また、拡径カッター３４はケーソン１の刃口２の下側を掘削するため、ケーソン１が自重沈下してきたとき拡径カッター３４の上部にケーソン１の刃口２がぶつかる。このような場合、拡径カッター３４は上記のように上方に回転するにしたがって掘削径が大きくなるように取付けられているので下方に押されたときに内周側に回転可能であり、刃口２の押し下げ力により内周側に回転して引き込まれる。そして、特にこのとき、拡径カッター３４は回転中心２５からカッター刃先までの距離が回転方向全周にわたってほぼ等しいか回転方向内周側から外周側に行くにしたがって小さくなるようなカッター形状をしているため、刃口２の押し下げ力により内周側にスムーズに回転して引き込まれ、拡径カッター３４がケーソン１の刃口２と地山の間に挾まれることを確実に防止する。なお、カッタースポーク３３ｂの最大の外径寸法はケーソン１の内径寸法より小さく作ってあるので、ケーソン１の沈下時刃口２がカッタースポーク２３ｂにぶつかることはない。したがって、ケーソン１が自重沈下してもカッターの破損が防止できる。
【００４６】
また、拡径カッター３４は、カッタースポーク３３ｂをすぼめたときにセンターシャフト３３と干渉しない位置に取り付けられている。すなわち、カッタースポーク３３ｂの外径端には、カッタースポーク３３ｂをすぼめたときにセンターシャフト３３と干渉することなく交差するように、センターシャフト３３に対して所定距離Ｌ（図５参照）だけずれかつカッタースポーク３３ｂに対してＬ字状の角度をなして支持ブロック３４ｂが取付けられ、拡径カッター３４は支持ブロック３４ｂの側面に取り付けられている。
【００４７】
カッタースポーク３３ｂをピン２７により折曲げ自在に結合したリブ３３ａはセンターシャフト３３の下端に取り付けられたボス４７に連結され、カッタースポーク３３ｂは、図６に示すように、カッターすぼめ機構３１により４本ともピン２７の部分で傘のように折り畳むことができる。
【００４８】
カッターすぼめ機構３１の詳細構造を図７に示す。カッターすぼめ機構３１は、センターシャフト３３に設けられたピストン部３８ａ及びピストン部３８ａに嵌め合い摺動するシリンダー部３８ｂからなるカッターすぼめジャッキ３８と、カッターすぼめジャッキ３８のシリンダー部３８ｂをカッタースポーク３３ｂに連結する４本のアーム３９とで構成され、アーム３９はシリンダ部３８ｂの外周に設けられたリブ３８ｃにピン３６ａにより結合され、カッタースポーク３３ｂにピン２８により結合されている。カッターすぼめジャッキ３８のピストン部３８ａはセンターシャフト３３をピストンロッドとしてその一部を太くしたものであり、シリンダ部３８ｂはスライド筒３８ｄとその両端に位置するシリンダーエンド３８ｅとからなり、シリンダ部３８ｂ内においてピストン部３８ａの上下にできる空間３８ｆ，３８ｇに圧油を選択的に送り込むことにより、ピストン部３８ａに対してシリンダ部３８ｂを上下に動かし、カッタースポーク３３ｂを含むカッター全体を傘のように開閉することができる。
【００４９】
以上のようにカッタースポーク３３ｂに折り曲げ部３３ｄを設け、かつ拡径カッター３４をセンターシャフト３３と干渉することなく交差できるようにし、更にカッターすぼめ機構３１をコンパクトな構造としたことにより、カッタースポーク２３ｂをすぼめたときのカッター径が小さくなり、図６に示すように小さい回収穴１０からカッター２０を容易に退避、回収、横移動できる。
【００５０】
クレーン１４はカッター駆動軸２１を介してそれぞれのカッター２０を吊っており、カッター２０の上下動及びカッター２０の地山への押付け力の調整をカッターの吊下げ位置及び吊下げ力調整によって行っている。地山によって異なるが、カッター２０及びカッター駆動軸２１の自重を最適量地山にかけると掘削効率が良くなる。どの程度かけるかは、経験と試行錯誤により決定する。
【００５１】
カッター駆動軸２１はカッター２０のセンターシャフト３３に接続されるドリルパイプ２１ａと、ドリルパイプ２１ａに接続されたケリーバパイプ２１ｂより構成されている。ドリルパイプ２１ａは掘削するにつれてつなぎ足して行く。ケリーバパイプ２１ｂは断面四角形状をしており、この四角形状でロータリーテーブル１３に係合しカッター掘削トルクを伝えられる。
【００５２】
次に、上記立坑掘削装置を用いた掘削方法を説明する。
【００５３】
まず、図１及び図２に示すように、立坑構築物１の長円形断面の端部にカッター２０の端部が合う位置にカッター２０を設置し、円形断面を所定の深さ掘削する。
【００５４】
次に、すぼめ機構３１によりカッター２０をすぼめ、ボルト５４を外してやぐら１２とシャフト１１との連結を解除し、クレーン１４によりやぐら１２、ロータリーテーブル１３等と一緒にカッター２０を所定の深度まで持ち上げ、カッター２０を退避孔１０及びシャフト１１内に退避させる。次いで、やぐら１２、カッター２０、ロータリーテーブル１３等をクレーン９により一緒に横移動させ、図８及び図９に示すようにカッター２０の端部を立坑構築物１の長円形断面のもう一方の端部に合わせて、再度やぐら１２をシャフト１１の頂部にボルト５４で固定する。そして、この位置でカッター２０を所定の深度まで下げ、所定の掘削径に広げ円形断面を所定の深さ掘削する。
【００５５】
次に、同じ動作を繰り返して横移動を行い、図１０及び図１１に示すように立坑構築物１の長円形断面の中心部にカッター２０を設置し、円形断面を所定の深さ掘削する。
【００５６】
ここで、カッター２０の設置位置は、立坑構築物１の両端位置では掘削範囲が重複せず、中央位置では両端位置のカッター２０により掘り残された部分がカッター中心に対して点対称となり、かつ隣合う位置ではほぼカッターの長さ分、掘削範囲が重複するように設定されている。
【００５７】
このようにカッター２０の設置位置を設定し、上記の順序で掘削を進めることで、カッター２０はカッター２０中心に対して均等な掘削断面を持つことになり、掘削は均等掘削となり、カッター２０はアンバランスな横力を受けないで済むため、カッター２０の推進方向精度が良くなる。また、このようにカッター２０の設置位置と掘削順序を決めて掘削しても掘り残し部３５が生じるが、それはシールドハル部４に配置された推進ジャッキ８で刃口２を下へ押し込むことで圧入掘削する。
【００５８】
カッター２０による掘削終了後、推進ジャッキ８を伸ばし刃口２を下へ押し込み、掘り残し部３５を圧入掘削する。
【００５９】
所定の量掘削したところで推進ジャッキ８の一部を縮め、その空いたスペースでセグメント５をエレクタ９により組み立て、立坑構築物１を築いていく。
【００６０】
以後は、これの繰り返しである。
【００６１】
以上の掘削工程において、地山が柔らかい場合は、カッター２０で掘削する範囲をカッター絞り機構３１による主カッター３０の開度及びカッター拡径機構３２による拡径カッター３４の開度の調整により行い、自重落下しないようにする。
【００６２】
地山が硬い場合は、更に掘り残し部分の中心にくるようにカッター２０を横移動し、掘り残し部分を掘削する。
【００６３】
立坑構築物１の全体の方向修正が必要な場合は、カッターすぼめ機構３１によるカッター２０のすぼめ具合（主カッター３０の開度）を図１１でみて左端位置での掘削の場合と右端位置での掘削の場合で変える。これにより刃口２の左端側と右端側とで刃口抵抗が変わり、立坑構築物１の沈下の方向修正が可能となる。更に細かい修正が必要な場合は、カッター２０の設置位置を端部に合わせず少し離す。また、スタビライザー３７を外して、横移動方向に対し直角方向の移動できるようにしてもよい。
【００６４】
工事終了後は、カッター２０をすぼめ、回収孔１０より引き上げて回収する。
【００６５】
なお、カッター２０の掘削半径と刃口２の掘削半径を合わせてあるが、地山によっては推進ジャッキ８で掘り残しがあっても圧入で推進できると判断できる場合は、掘削断面を矩形形状としてもよい。
【００６６】
以上のように本実施形態によれば、１本のカッター２０を横移動して異形断面の立坑を掘削するので、掘削装備の軽量化を図れ、安価に異形断面の立坑を掘削できると共に、立坑断面形状を自由に決めることができ、立坑断面形状の設計の自由度が向上する。
【００６７】
また、カッターすぼめ機構３１及びカッター拡径機構３２により各カッター２０の掘削径を変えることにより、刃口抵抗を制御しケーソン１の方向修正を行うことができ、掘削方向がほぼ垂直となる精度の良い掘削が可能となる。
【００６８】
また、カッターすぼめ機構３１を設け、かつ隔壁６にカッター２０の横移動を可能とする挿入兼回収穴１０を設けかつこの挿入兼回収穴１０の上部に同じ断面形状のシャフト１１を立設し、この挿入兼回収穴１０を退避孔として利用し、すぼめたカッター２０を退避孔１０及びシャフト１１内に退避させるので、本実施形態のように隔壁６を有するケーソン１を用いる掘削装置であっても、上記のようにカッター２０を横移動し、異形断面の立坑を掘削することができる。
【００６９】
更に、カッター２０の掘削位置を、立坑構築物１の両端位置では掘削範囲が重複せず、中央位置では両端位置のカッター２０により掘り残された部分がカッター中心に対して点対称となるように設定したので、均等掘削が行え、カッター２０はアンバランスな横力を受けないで済むため、カッター２０の推進方向精度が良くなる。
【００７０】
本発明の第２の実施形態を図１２及び図１３により説明する。本実施形態は可動機構をラックとピニオン構造として油圧モータでやぐらを横移動する例を示すものである。本実施形態も請求項１から請求項９に対応するものである。
【００７１】
図１２及び図１３において、本実施形態の可動機構５０Ａは、シャフト１１の上端に設けられたシャフトフランジ５１Ａと、シャフトフランジ５１Ａ上にボルトで固定された１対のラック６０と、やぐら１２の下端に設けられた井桁状の支持枠５２Ａと、この支持枠５２Ａのラック６０の平行部に設置された１対の油圧モータ６１と、この油圧モータ６１の出力軸に取り付けられ、ラック６０と噛み合うピニオン６２とを有している。油圧モータ６１が図示しない油圧回路により駆動されるとピニオン６２が回転し、やぐら２３はカッター２０（図１参照）とともにシャフト１１上を横方向に移動する。油圧モータ５１を停止するとやぐら２３及びカッター２０の横移動も停止し、カッター２０はその停止位置に設置される。
【００７２】
本実施形態によれば、カッター２０の位置を連続的に変え、カッター２０の掘削位置を所望の位置に設定することができる。
【００７３】
なお、上記実施形態では可動機構をラックとピニオン構造として油圧モータでやぐら、カッター等を横移動したが、ジャッキを水平方向に取り付けてシャフト１１に反力をとって横移動してもよい。
【００７４】
本発明の第３の実施形態を図１４により説明する。本実施形態は、第１の実施形態より立坑断面が大きく、カッター２０の大きさの限界からカッター２０を２機装備した場合のものである。本実施形態も請求項１から請求項９に対応するものである。
【００７５】
図１４において、本実施形態の立坑構築物１Ｂは、図２に示す第１の実施形態の立坑構築部１を２つ並べて足し合わせた断面形状をしており、立坑構築物１Ｂ内には立坑構築物１Ｂの刃口２（図１参照）の下側を掘削するためのカッター２０が２機装備されている。また、立坑構築物１Ｂの隔壁６Ｂには２機のカッター２０を挿入、回収し又は横移動するための２つの長円形の回収穴１０が開いており、これら回収穴１０の上部にはそれぞれ切羽２２（図１参照）に水圧をかけその圧力を保持するためのシャフト１１が装着され、シャフト１１の上端には可動機構５０（図１参照）が設けられている。その他の構成は第１の実施形態と同じである。
【００７６】
掘削方法は、１機のカッター２０に注目すると第１の実施形態と同じである。しかし、対角上に各々のカッター２０を設置するように掘削するのがバランスの良い掘り方である。
【００７７】
本実施形態によれば、第１の実施形態よりも大きな断面形状の立坑を掘削することができる。
【００７８】
第３の実施形態の変形例を図１５に示す。本実施形態は、立坑構築物１Ｂの断面形状は第３の実施形態と同じであるが、隔壁６Ｃの回収穴１０Ｃ及びシャフト１１Ｃの断面形状をＨ形とし、１機のカッター２０で全断面掘削を行えるようにしてある。その他の構成は第１の実施形態と同じである。本実施形態も請求項１から請求項９に対応するものである。
【００７９】
本実施形態によれば、１機のカッター２０を用いて第３の実施形態と同じ形状の立坑を掘削することができる。
【００８０】
ここで、立坑構築物を図２に示す第１の実施形態の立坑構築部１を３つ又はそれ以上並べて足し合わせた断面形状にすれば、掘削される立坑の断面形状を更に大きくできる。この場合、図１５に示す実施形態では、カッター２０は１機で済むためカッターにかかる費用は図１４に示す第３の実施形態よりも安価となる。しかし、シャフト１１Ｃは断面形状Ｈ形となるため、高価になる。このため、経済性を考慮してカッター２０装備機数、シャフトの形状を決定する。
【００８１】
第３の実施形態の別の変形例を図１６に示す。本実施形態は、立坑構築物１Ｄ及び隔壁６Ｄの左右両側の対辺をフラットにしたものである。本実施形態も請求項１から請求項９に対応するものである。本実施形態によれば、立坑構築物１Ｄの左右両側での掘り残し部は大きくなるが、推進ジャッキ８（図１参照）の容量を大きくして刃口２を下に押し込み、圧入掘削で掘り残し部を掘削すればよい。
【００８２】
第３の実施形態の更に別の変形例を図１７により説明する。本実施形態は、図１６の実施形態のように掘る場合に、予想に反して地山が硬く推進ジャッキ８の容量が足りず、刃口の圧入が困難な場合の対処方法である。本実施形態は請求項１から請求項１０に対応するものである。隔壁６Ｄの掘り残し部に対応する２箇所の位置に２個のカッター投入用の穴１０Ｅとシャフト１１Ｅを設け、刃口２が推進不能になった場合は、追加の穴１０Ｅにカッター２０を投入し、掘り残し部分を掘削する。このように掘り残し部を適宜掘削することにより刃口２の抵抗を小さくし、刃口２を確実に圧入する。
【００８３】
投入するカッターは、シャフト１１Ｃに装備されているカッター２０を回収穴１０Ｃよりクレーンで抜いて、再投入してもよい。
【００８４】
また、最初から所定の深度の地山が硬く、推進ジャッキ８の圧入掘削はできないことが予想される場合は、図１７の追加の穴１０Ｅに予備カッターを装備しておいてもよい。この場合は、カッターをすぼめて穴１０Ｅに引き上げておけば、もともとあるカッター２０の掘削の邪魔にならない。このように追加してカッター２０を近接配置できるのは、カッター２０のすぼめ機構３１と退避孔１０Ｅが装着されているためである。
【００８５】
本発明の第４の実施形態を図１８〜図２０により説明する。本実施形態は、立坑断面が、長円であっても第１の実施形態と比較して小さい場合のカッター配置を示すものである。図中、図１及び図２に示すものと同等の部材には同じ符号を付している。本実施形態は請求項１から請求項４、及び請求項６から請求項９に対応するものである。
【００８６】
図１８において、本実施形態の立坑構築物１Ｆは、図２に示す第１の実施形態のものより長辺側が短い長円形の断面形状をしており、立坑構築部１Ｆ内には立坑構築物１Ｆの刃口２の下側を掘削するためのカッター２０（図１参照）が１機装備されている。また、立坑構築物１Ｆの隔壁６Ｆにはカッター２０を挿入、回収し又は横移動するための回収穴１０Ｆが開いており、回収穴１０Ｆの上部には切羽２２（図１参照）に水圧をかけその圧力を保持するためのシャフト１１Ｆが装着され、シャフト１１Ｆの上端には可動機構５０（図１参照）が設けられている。
【００８７】
また、カッター２０の最大掘削半径と立坑構築物１Ｆの長円形の短軸側の半径はほぼ一致している。また、立坑構築物１Ｆの長円形の長軸の直径はカッター２０の直径の２倍よりも短いため、立坑構築物１Ｆの長円形断面の一方の端部側を掘削するときは掘削範囲が円形の均等掘削となるが、その後、カッター２０を横移動し、他方の端部側を掘削するときは掘削範囲が円形にならず、掘削範囲が非対称な不均等掘削となる。このため、カッター２０はこの不均等掘削故に長円形断面の長軸方向に横力を受ける。本実施形態のカッター２０はこのような横力を受けても掘進方向が垂直方向から大きく外れないように、ジャッキタイプのスタビライザー３７Ｆを装備している。
【００８８】
スタビライザー３７Ｆは、図１９及び図２０に示すように、センターシャフト３３を所定の間隙７７をもって取り囲む固定スタビライザー７０と、シリンダ側で固定スタビライザー７０に連結された対向する１対のジャッキ７１と、各ジャッキ７１のロッド側にピン結合され、かつシャフト１１Ｆの内周面に押し当てられる当て板７２にピン結合された連結フランジ７３と、固定スタビライザー７０と連結フランジ７３との間に配置され、ジャッキ７１を保護する入れ子式の内筒７４及び外筒７５と、シャフト１１Ｆの内周面に取り付けられ、当て板７２の落下を防止するストッパ７６とで構成されている。
【００８９】
カッター２０のセンターシャフト３３は固定スタビライザー７０の中心部で回転する。１対のジャッキ７１を伸長すると、固定スタビライザー７０は図示の位置にしっかりと保持され、上記の横力を支持する。カッター２０を横移動させるときは、ジャッキ７１を縮める。このとき、当て板７２はストッパ７６に沿って横移動する。
【００９０】
本実施形態によれば、不均等掘削であっても確実にカッターを保持し、掘削方向を垂直方向に精度良く保つことができる。
【００９１】
なお、上記実施形態では、カッター２０が受ける横力を支持するためジャッキタイプのスタビライザー３７Ｆを用いたが、スタピライザー自身は図１及び図２に示すようなディスク型のスタピライザーを用い、回収穴１０Ｆ又はシャフト１１Ｆ側にスタピライザーが受ける横力を支持する進退可能な保持手段を設けてもよい。
【００９２】
本発明の第５の実施形態を図２１により説明する。本実施形態は立坑構築物の下部に隔壁のないオープンケーソンを用いる立坑掘削装置に本発明を適用したものである。図中、図１に示すものと同等のものには同じ符号を付している。本実施形態は請求項１から請求項３、及び請求項５から請求項７に対応するものである。
【００９３】
図２１において、立坑構築物１Ｇは下部に隔壁６（図１参照）を備えておらず、したがってシャフト１１（図１参照）も設けられていない。このため、地表に基礎やぐら４０を設置し、この基礎やぐら４０の上にロータリーテーブル１３を取り付けたやぐら１２を取り付け支持する。また、シャフト１１がないため、カッター２０のセンターシャフト３３にスタピライザーも取り付けられていない。その他の構成は第１の実施形態と同じである。
【００９４】
立坑の掘削方法は、実質的に第１の実施形態と同じである。ただし、隔壁がないので、カッター２０を上げて横移動させるとき、カッター２０はカッター先端が刃口２に当たらない程度にすぼめればよい。
【００９５】
本実施形態によっても、オープンケーソンを用いて第１の実施形態と同様に立坑を掘削することができる。
【００９６】
【発明の効果】
（１）本発明によれば、掘削装備の軽量化が図れ、安価に異形断面の立坑を掘削することができる。
【００９７】
（２）また、立坑断面形状を自由に決めることができ、立坑断面形状の設計の自由度が向上する。
【００９８】
（３）また、本発明によれば、カッターの掘削径を変えることにより、刃口抵抗を制御しケーソン１の方向修正を行うことができ、掘削方向がほぼ垂直となる精度の良い掘削が可能となる。
【００９９】
（４）また、本発明によれば、隔壁を有するケーソンを用いる掘削装置であっても、カッターを横移動し、異形断面の立坑を掘削することができる。
【０１００】
（５）更に、本発明によれば、均等掘削が行えるので、カッターはアンバランスな横力を受けないで済むため、カッターの推進方向精度が良くなる。
【０１０１】
（６）また、本発明によれば、不均等掘削であっても、不均等掘削により生じる横力をジャッキ式のスタビライザーで支持し、掘削方向を垂直方向に精度良く保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態による立坑掘削装置の縦断面図である。
【図２】図１のII−II線断面図である。
【図３】可動機構の詳細を示す図１のIII−III線断面図である。
【図４】カッター部分の拡大詳細図である。
【図５】図４に示すカッターの下方から見た図である。
【図６】図４に示すカッターのすぼめた状態を示す図である。
【図７】図４に示すカッターのすぼめ機構の拡大断面図である。
【図８】図１に示す立坑掘削装置による掘削方法の一工程を示す図である。
【図９】図８のIX−IX線断面図である。
【図１０】図１に示す立坑掘削装置による掘削方法の他の一工程を示す図である。
【図１１】図１０のXI−XI線断面図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態による立坑掘削装置の可動機構の正面図である。
【図１３】図１２に示す可動機構の側面図である。
【図１４】本発明の第３の実施形態による立坑掘削装置の図２に対応する断面図である。
【図１５】第３の実施形態の変形例を示す図１４と同様な断面図である。
【図１６】第３の実施形態の他の変形例を示す図１４と同様な断面図である。
【図１７】第３の実施形態の更に他の変形例を示す図１４と同様な断面図である。
【図１８】本発明の第４の実施形態による立坑掘削装置の図２に対応する断面図である。
【図１９】図１８に示す第４の実施形態のスタビライザー部分の拡大図である。
【図２０】図１９のXX−XX線矢視図である。
【図２１】本発明の第５の実施形態による立坑掘削装置の縦断面図である。
【符号の説明】
１  立坑構築物（ケーソン）
２  刃口
６  隔壁
１０  回収穴（退避孔）
１１  シャフト
１２  やぐら
１３  ロータリーテーブル
１４  クレーン（上下機構）
２０  カッター
２１  カッター駆動軸
３１  カッターすぼめ機構
３２  カッター拡径機構
３３  センターシャフト
３７  スタビライザー
３７Ｆ  ジャッキ式のスタビライザー
５０  可動機構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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