(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
掘削刃を備えたエンドレスチェーンをカッターポストに上下方向に掛け渡して成るチェーン式カッターを地中に建て込んだ状態で地盤に水平方向に押し付けながら回転させることにより地中に連続溝を掘削する地中連続溝の掘削方法において、適時、上記チェーン式カッターを地盤に押し付けた状態のまま昇降させながら地盤を掘削する縦掘削を行うことを特徴とする地中連続溝の掘削方法。
【請求項２】
掘削刃を備えたエンドレスチェーンをカッターポストに上下方向に掛け渡して成るチェーン式カッターを地中に建て込んだ状態で地盤に水平方向に押し付けながら回転させることにより地中に連続溝を掘削する地中連続溝の掘削方法において、通常掘削時には、チェーン式カッターを掘削刃が地盤に対して上向きに接触する掻き上げ方向に回転させ、適時、逆転掘削として同カッターの掘削刃が地盤に対して下向きに接触する掻き下げ掘削を行うことを特徴とする地中連続溝の掘削方法。
【請求項３】
掘削刃を備えたエンドレスチェーンをカッターポストに上下方向に掛け渡して成るチェーン式カッターを地中に建て込んだ状態で地盤に水平方向に押し付けながら回転させることにより地中に連続溝を掘削する地中連続溝の掘削方法において、適時、上記チェーン式カッターの回転方向を転換することにより地盤に対する掘削刃の作用方向を逆転させる逆転掘削と、カッターを昇降させながら地盤を掘削する縦掘削とを同時に行うことを特徴とする地中連続溝の掘削方法。
【請求項４】
請求項３記載の地中連続溝の掘削方法において、通常掘削時には、チェーン式カッターを掘削刃が地盤に対して上向きに接触する掻き上げ方向に回転させ、逆転掘削として、同カッターの掘削刃が地盤に対して下向きに接触する掻き下げ掘削を行うことを特徴とする地中連続溝の掘削方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の地中連続溝の掘削方法において、チェーン式カッターが掘進方向に対して前傾方向に傾斜しまたは撓んだときに縦掘削もしくは逆転掘削またはその双方を行うことを特徴とする地中連続溝の掘削方法。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の地中連続溝の掘削方法において、チェーン式カッターに、同カッター自重とは別に押し下げ力を加えながら縦掘削もしくは逆転掘削またはその双方を行うことを特徴とする地中連続溝の掘削方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は地中に止水用、基礎用等の地中連続壁を造成するための連続溝を掘削する地中連続溝の掘削方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、地中連続溝を掘削する装置として、図６に示すように、走行台車１にメインフレーム２およびリーダ３を介してチェーン式カッター４を垂直に取付け、このカッター４を地中に建て込んだ状態で水平方向に移動（横行）させながら回転させることにより、一定幅の溝Ｇを連続して掘削する構成のものが公知である（たとえば特開平５−２８００４３号、特開平５−２８００４４号、特開平７−１７３８３５号各公報参照）。
【０００３】
チェーン式カッター４は、上下に長い箱形フレームであるカッターポスト５の上端部に設けられた駆動輪（スプロケット）６と、下端部に設けられた遊動輪（プーリ）７との間にエンドレスチェーン８が掛け渡され、このチェーン８の外周に設けられた多数の掘削刃９…によって溝Ｇを掘削するように構成されている。
【０００４】
このカッター４はリーダ３に対して昇降可能に支持され、リーダ３とカッター４との間に設けられた昇降シリンダ（油圧シリンダ）１０または図示しないウィンチ等の昇降手段により昇降して深度調整される。
【０００５】
また、カッター４は、メインフレーム２に対してリーダ３とともに左右水平方向に移動（横行）可能に支持され、メインフレーム２とリーダ３との間に設けられた上下の横行シリンダ（油圧シリンダ）１１，１２によりカッター４が地盤Ａに押し付けられる（図６中の太線矢印はこの押し付け力を表す）。
【０００６】
なお、カッター４の横行力は、主として下部横行シリンダ１２によって付与され、上部横行シリンダ１１は押し付け反力を支持する役割を担う。
【０００７】
また、横行シリンダ１１，１２が最大伸長状態になると、同シリンダ１１，１２が縮小されると同時に走行台車１が掘進方向に前進し、この動作を繰り返すことによって溝Ｇの連続掘削が行われる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このような地中連続溝の掘削方法において、従来は、上記横行シリンダ１１，１２によってカッター４に与えられる横行力に依存して地盤Ａを掘削する横行掘削のみを行っているため、次のような問題が生じていた。
【０００９】
一般的に、深度が大きくなるにつれて地盤Ａが固くなり、かつ、カッター４と掘削溝Ｇの溝壁の摩擦力が増大する傾向がある。
【００１０】
これに対し、カッター４が地盤Ａに与えることのできる横行力（押し付け力）は深度が大きくなるにつれて小さくなり、ある深度を超えるとカッター下部には掘削に必要な横行力が与えられなくなる。
【００１１】
こうなると、カッター下部の移動が上部よりも遅れてカッター全体として前傾方向に傾斜または撓み変形し、地盤Ａ下部に掘り残しが生じて、やがて掘削不能となる。
【００１２】
このため、従来の掘削方法によると、掘削可能な深度（掘削限界深度）が小さくなっていた。
【００１３】
そこで本発明は、横行掘削による掘削不足分をカバーして掘削限界深度を増加させることができる地中連続溝の掘削方法を提供するものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、掘削刃を備えたエンドレスチェーンをカッターポストに上下方向に掛け渡して成るチェーン式カッターを地中に建て込んだ状態で地盤に水平方向に押し付けながら回転させることにより地中に連続溝を掘削する地中連続溝の掘削方法において、適時、上記チェーン式カッターを地盤に押し付けた状態のまま昇降させながら地盤を掘削する縦掘削を行うものである。
【００１５】
請求項２の発明は、掘削刃を備えたエンドレスチェーンをカッターポストに上下方向に掛け渡して成るチェーン式カッターを地中に建て込んだ状態で地盤に水平方向に押し付けながら回転させることにより地中に連続溝を掘削する地中連続溝の掘削方法において、通常掘削時には、チェーン式カッターを掘削刃が地盤に対して上向きに接触する掻き上げ方向に回転させ、適時、逆転掘削として同カッターの掘削刃が地盤に対して下向きに接触する掻き下げ掘削を行うものである。
【００１６】
請求項３の発明は、掘削刃を備えたエンドレスチェーンをカッターポストに上下方向に掛け渡して成るチェーン式カッターを地中に建て込んだ状態で地盤に水平方向に押し付けながら回転させることにより地中に連続溝を掘削する地中連続溝の掘削方法において、適時、上記チェーン式カッターの回転方向を転換することにより地盤に対する掘削刃の作用方向を逆転させる逆転掘削と、カッターを昇降させながら地盤を掘削する縦掘削とを同時に行うものである。
【００１７】
請求項４の発明は、請求項３記載の方法において、通常掘削時には、チェーン式カッターを掘削刃が地盤に対して上向きに接触する掻き上げ方向に回転させ、逆転掘削として、同カッターの掘削刃が地盤に対して下向きに接触する掻き下げ掘削を行うものである。
【００１８】
請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれかの方法において、チェーン式カッターが掘進方向に対して前傾方向に傾斜しまたは撓んだときに縦掘削もしくは逆転掘削またはその双方を行うものである。
【００１９】
請求項６の発明は、請求項１乃至５のいずれかの方法において、チェーン式カッターに、同カッター自重とは別に押し下げ力を加えながら縦掘削もしくは逆転掘削またはその双方を行うものである。
【００２０】
請求項１の方法によると、横行力不足によってカッター下部に掘り残しの可能性が生じた場合、あるいはカッターの傾斜や撓みによって現実に掘り残しが生じた場合（請求項５の場合）に、カッターを地盤に押し付けた状態のまま上昇させて、カッター下部に作用する応力を減少させた（請求項５の場合は傾斜や撓みを減少させた）上で下降させながら掘削するという縦掘削を行うことにより、掘り残し部分を掘削することができる。
【００２１】
請求項２の方法によると、カッターが逆転(掻き下げ回転)することにより、掘削刃の地盤Ａに対する食い付きが好転し、逆転前よりも掘削効率を高めることができる。
【００２２】
さらに、請求項３の方法によると、縦掘削と逆転掘削の二つの掘削方法を組み合わせるため、縦掘削のみあるいは逆転掘削のみを行う場合と比較して、相乗効果として掘削効率が格段に良くなり、掘り残し地盤を確実に掘削することができる。
【００２３】
また、請求項６の方法によると、たとえば掘削しながら溝内にセメントミルク等の液状固化材を注入する工法をとる場合に、縦掘削または逆転掘削時に、カッターにこの固化材による浮力に打ち勝つ十分な押し下げ力を付与して確実な掘削効果を得ることができる。
【００２４】
従って、上記した各方法による掘削を必要に応じて行うことにより、通常の横行掘削のみでは不可能な深度の掘削が可能となる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を図１〜図５によって説明する。
【００２６】
第１実施形態（図１，２参照）
この掘削方法に使用される掘削装置の全体構成を図１に示している。
【００２７】
同図において、図６に示す従来の掘削装置と同一部分には同一符号を付して示している。
【００２８】
図６に示す装置との相違点のみを説明すると、この装置においては、カッター４を昇降させる昇降手段としての昇降シリンダ１３は、従来同様、小幅の深度調整を行うだけでなく、補助掘削のために大きなストロークでカッター４を昇降させる機能を果たす。
【００２９】
そこで、この昇降シリンダ１３には、深度調整のみを行う従来装置の昇降シリンダ１０より大きなストロークが得られるように多段シリンダ（図例では二段シリンダ）が用いられている。
【００３０】
また、この昇降シリンダ１３の大ストローク化に合せて、従来装置のリーダ３よりも長いリーダ１４が用いられている。
【００３１】
この装置を用いた地中連続溝の掘削方法を図２によって説明する。
【００３２】
図２では装置の概略構成を示し、横行シリンダおよびカッター掘削刃の図示を省略している。
【００３３】
また、同図中、実線矢印はカッター４の回転方向を示し、通常掘削時には、（イ）〜（ニ）に示すように地盤Ａに対して掘削刃が上向きに接触する掻き上げ方向に回転する。
【００３４】
図２（イ）
掻き上げ回転による通常掘削状態を示し、所定深度で、横行シリンダのストローク０の状態から最大ストローク状態まで、同シリンダによる横行力（図中、太線矢印で示す）によりカッター４を地盤Ａに押し付けながら溝Ｇを掘削する。
【００３５】
このとき、カッター４は撓み０で、掘削進行に連れて撓み増加傾向となる。
【００３６】
図２（ロ）
横行シリンダがストロークエンドに達し、カッター４は掻き上げ回転のまま、応力の増大により掘進方向に対して前傾方向に傾斜しまたは撓み始める。
【００３７】
図２（ハ）
横行シリンダを縮小させながら走行台車１を前進させる切り替え動作により、カッター４を（イ）の原位置に戻した状態を示す。
【００３８】
カッター４は掻き上げ回転で、かつ前傾方向に傾斜しまたは撓んだ状態のままとなる。
【００３９】
この状態では掘削効率が極端に低下して地盤Ａの下部に掘り残し部分Ａ１が生じ、このままではやがて掘削不能に陥る。
【００４０】
図２（ニ）
そこで、図２（ハ）の位置のまま、昇降シリンダ１３を縮小させてカッター４を上昇させる。
【００４１】
これにより、カッター４に作用する応力が減少し、傾斜または撓みも減少もしく解消する。
【００４２】
なお、カッター４の上昇量はカッター４に作用する応力、傾斜または撓みの度合い等に応じて適宜選択する。
【００４３】
図２（ホ）
カッター上昇後、カッター４の回転方向をそれまでの掻き上げから掻き下げ方向に逆転させた後、カッター４を微速で下降させて縦掘削と逆転掘削の組み合わせによる掘削を開始する。
【００４４】
これにより、カッター４に作用する応力、カッター４の傾斜または撓みは益々減少傾向となる。
【００４５】
一方、カッター４と地盤Ａとの間に作用する接線抵抗は、それまでの横行掘削時よりも大きくなる。また、カッター４に作用する応力は徐々に減少する。
【００４６】
図２（へ）
カッター４を溝底部まで下降させた後、カッター４を再び上昇させ、そして下降させながら掻き下げ掘削を行う。
【００４７】
以後、昇降幅を徐々に落しながら、上記昇降動作を必要回数繰り返す。
【００４８】
このようにカッター４を昇降させながらの縦掘削と、カッター回転方向を逆転させる逆転掘削を組み合わせた掘削により、カッター４に作用する応力がやがて初期状態に、また傾斜または撓みも０に戻ってカッター４が元の垂直状態に戻り、掘り残し部分Ａ１が掘削除去される。
【００４９】
この後は、図２（イ）のようにカッター４を横行シリンダにより地盤Ａに押し付けながら掻き上げ回転させる通常の横行掘削に戻る。
【００５０】
上記図２（イ）〜（へ）の手順により通常掘削と、縦掘削および逆転掘削を組み合わせて掘削作業を行うことにより、地盤下部の掘り残しがなくなり、従来の横行掘削のみによる掘削方法では無理であった大深度掘削が可能となる。
【００５１】
本発明者が行った掘削試験によると、同一地盤において、従来の横行掘削のみによる従来の掘削法では２５ｍ〜３０ｍ付近で掘削深度限界を迎えるのに対し、上記縦掘削と逆転掘削を組み合わせた掘削を適時行うことにより、４５．６１ｍの深度の掘削が可能であった。
【００５２】
第２実施形態（図３，４参照）
（１）縦掘削時および逆転掘削時においても、カッター４、とくにカッター下部を地盤Ａに対してできるだけ強く押し付けるのが望ましい。
【００５３】
そこで、第２実施形態では、カッター下部の横行力不足を補うための補助推進手段を設カッター下部に設けている。
【００５４】
補助推進手段が設置されたカッターポスト５の左右（図４の二重線矢印で示す掘進方向に対して左右、以下でいう前後左右の方向性について同じ）の側壁に窓穴１５，１５が設けられ、一対の油圧ジャッキ１６，１６がこの窓穴１５，１５を貫通し、窓穴１５，１５に沿って前後方向に移動しうる状態でカッターポスト５内に設けられている。
【００５５】
この両側油圧ジャッキ１６，１６のカッターポスト外に突出した先端には四角板状の反力受け体１７，１７が垂直に取付けられて反力支持機構が構成され、油圧ジャッキ１６，１６の伸長作動によって反力受け体１７，１７が溝壁面に面当接し、縮小作動によって溝壁面から離間するようになっている。
【００５６】
また、両側油圧ジャッキ１６，１６は、カッターポスト５内で、前後方向に水平に設けられた推進シリンダ１８のシリンダチューブ１９に連結され、同シリンダ１８のピストンロッド２０の先端がカッターポスト５の前側内壁に連結されている。
【００５７】
なお、両側油圧ジャッキ１６，１６にシール板２１，２１が、窓穴１５，１５の周壁と近接対向して設けられるとともに、窓穴周壁内面に、このシール板２１，２１に接触するシール部材２２…が設けられ、これらによって窓穴部分でのシール作用が行われる。
【００５８】
また、図示しないが、油圧ジャッキ１６，１６および推進シリンダ１８と、地上側に設置された油圧ポンプおよびタンクとを接続する油圧配管がカッターポスト５内に設けられている。
【００５９】
次にこの補助推進手段の作用を説明する。
【００６０】
図３は、掘削中、地上側からの推進力不足によってカッターポスト１３の下部と地盤Ａとの間に隙間が生じた状態を示している。
【００６１】
この状態から補助推進手段を作用させるときは、まず、油圧ジャッキ１６，１６を伸長させて反力受け体１７，１７を、掘削された溝Ｇの左右の側壁に圧接させる。
【００６２】
次に、上記圧接部分で推進反力を支持した状態で、推進シリンダ１８を伸長させることにより、図４に示すようにカッターポスト５（カッター４）の下部を掘進方向に移動させて地盤に押し付ける。
【００６３】
こうして、地上側からカッター下部に与えられる推進力の不足を補助推進手段によって補い、カッター下部を地盤Ａに押し付けて掘削作用を行う。
【００６４】
図４の状態で一定量、掘削した後は、同図仮想線で示すように油圧ジャッキ１６，１６を縮小させて反力受け体１７，１７を溝壁面から離し、この状態で推進シリンダ１８を縮小させる。
【００６５】
こうすれば、推進シリンダ１８のシリンダチューブ１９に連結された両側油圧ジャッキ１６，１６および反力受け体１７，１７が図４の二重線矢印で示すように掘進方向に移動し、カッターポスト５に対して図３の原位置に戻る。
【００６６】
以下、この尺取り運動を繰り返すことにより、補助推進作用を連続して行わせることができる。
【００６７】
従って、通常掘削時および縦・逆転掘削時にこの補助推進作用を働かせることにより、カッター下部に掘進方向の推進力が与えられるため、
（ａ）通常掘削時にはカッター４の傾斜や撓みを抑え、
（ｂ）このカッター４の傾斜や撓みが生じて掘り残しが生じた場合でも、カッター下部を掘り残し部分Ａ１に強く押し付けて、
効率のよい掘削作業を行うことができる。
【００６８】
なお、補助推進手段は、カッター下部の一個所のみに設けてもよいし、上下複数個所に設けてもよい。
【００６９】
複数設ける場合、各補助推進手段は、同期して同じ動作を行わせるようにしてもよいが、互いに前後方向に位置ずれして設け、これらを時間差をもって順番に作動させることにより、カッター下部の地盤への押し付け作用を間断なく行わせることができる。
【００７０】
また、補助推進手段の反力支持用および推進駆動用のアクチュエータとして、上記した油圧ジャッキ１６、油圧（推進）シリンダ１８に代えて、加減圧されて反力支持作用、推進作用を行う空気袋を用いてもよい。
【００７１】
あるいは、第２実施形態における両側油圧ジャッキ１６，１６の先端にクローラを設け、このクローラを溝壁面に押し付けた状態で前方に回転させることにより、クローラと溝壁面の接触部分で推進反力を支持しながら、クローラの回転力によってカッター下部を連続して前方に移動させるようにしてもよい。
【００７２】
他の実施形態
（１）縦掘削時には、カッター４の地盤Ａへの食い付きを良くする上で、上記実施形態で説明したようにカッター４を下降させながら掻き下げ回転させるのが最も効果的であると考えられ、本発明者が行った実験でもこの点は実証されている。
【００７３】
ただし、カッター４を掻き上げ回転のまま下降させて縦掘削を行っても、この縦掘削を行わない場合と比較して掘り残し地盤Ａ１の掘削除去に効果が得られる。
【００７４】
（２）また、逆転掘削時にはカッター４を昇降させることで高い効果が得られるが、図２（ハ）の段階で、カッター４を昇降させずにカッター４の回転方向を掻き上げから掻き下げに転換するだけでも、地盤Ａに対するカッター４の食い込みが好転するため、この転換を行わない場合と比較して掘り残し部分Ａの掘削に効果がある。
【００７５】
（３）カッター４の昇降手段として、上記実施形態で示した昇降シリンダ１３に代えてウィンチ等、下降力をカッター自重のみによって得る手段をとってもよい。
【００７６】
ただし、
（ｉ）  カッター４を下降させながら掘削する掘削方法においては、カッター自重とは別の押し下げ力を加える方が格段に掘削効率が高くなること、
（ｉｉ）  掘削しながら溝内にセメントミルク等の液状固化材を注入する工法をとる場合に、掘削時に、カッター４にこの固化材による浮力に打ち勝つ十分な押し下げ力を付与して確実な掘削効果を得る必要があること
により、上記実施形態の昇降シリンダ１３のような押し下げ力を付与しうる昇降手段を用いるのが望ましい。
【００７７】
（４）工法によっては、掘削された連続溝の途中に基礎柱を構築するための円柱形の縦穴を造成したい場合がある。
【００７８】
一方、連続溝のコーナー部では、カッター４の向きをほぼ直角に変える必要がある。
【００７９】
この場合、カッター４を鉛直軸まわりに回転可能に取付け、上記円柱穴造成個所、コーナー部で回転させることが考えられる。
【００８０】
しかし、カッター４の前後方向寸法は溝幅よりも大きいため、その場での鉛直軸まわりの回転はカッター４に作用する負荷が大き過ぎて現実にはきわめて困難となる。
【００８１】
そこで、図５に示すように、カッター４を上昇または下降させながら鉛直軸Ｘまわりに少しずつ回転させることにより、カッター４に作用する負荷を小さくし、カッター４の回転を可能とすることができる。
【００８２】
【発明の効果】
上記のように請求項１の発明によると、横行力不足によってカッター下部に掘り残しの可能性が生じた場合、あるいはカッターの傾斜や撓みによって現実に掘り残しが生じた場合（請求項５の場合）に、カッターを上昇させて、カッター下部に作用する応力を減少させた（請求項５の場合は傾斜や撓みを減少させた）上で下降させながら掘削するという縦掘削を行うことにより、掘り残し部分を掘削することができる。
【００８３】
一方、請求項２の発明によると、カッターが逆転(掻き下げ回転)することにより、掘削刃の地盤Ａに対する食い付きが好転し、逆転前よりも掘削効率を高めることができる。
【００８４】
さらに、請求項３の発明によると、縦掘削と逆転掘削の二つの掘削方法を組み合わせるため、縦掘削のみ、あるいは逆転掘削のみを行う場合と比較して、相乗効果として掘削効率が格段に良くなり、掘り残し地盤を確実に掘削することができる。
【００８５】
また、請求項６の発明によると、たとえば掘削しながら溝内にセメントミルク等の液状固化材を注入する工法をとる場合に、掘削時に、カッターにこの固化材による浮力に打ち勝つ十分な押し込み力を付与して確実な掘削効果を得ることができる。
【００８６】
従って、上記した各方法による掘削を必要に応じて行うことにより、横行掘削のみでは不可能な深度の掘削が可能となり、掘削限界深度を増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる溝掘削方法に使用される掘削装置の全体概略構成を示す正面図である。
【図２】（イ）は通常掘削状態、（ロ）はカッターに撓みが生じた状態、（ハ）はカッターが撓んだままの状態で横行シリンダを縮小させながら走行台車を前進させた状態、（ニ）はカッターを上昇させて縦掘削を開始した状態、（ホ）は上昇後、カッターの回転方向を掻き上げから掻き下げに転換してカッターを下降させる状態、（へ）はその後、カッターを繰り返し昇降させて縦・逆転掘削を行っている状態をそれぞれ示す概略正面図である。
【図３】本発明の第２実施形態にかかる溝掘削方法に使用される掘削装置におけるカッター下部の水平断面図である。
【図４】図３の状態から補助推進手段を作用させてカッターを地盤に押し付けた状態の水平断面図である。
【図５】本発明の別の実施形態としてカッターを鉛直軸まわりに回転させる方法を説明するための概略正面図である。
【図６】従来の溝掘削方法に使用される掘削装置の全体概略構成を示す正面図である。
【符号の説明】
１  走行台車
４  チェーン式カッター
５  カッターポスト
８  エンドレスチェーン
９  掘削刃
１３  カッターに押し下げ力を加える昇降シリンダ
Ｇ  溝
Ａ  地盤
【図１】
0003550936.tif 000002
【図２】
0003550936.tif 000003
【図３】
0003550936.tif 000004
【図４】
0003550936.tif 000005
【図５】
0003550936.tif 000006
【図６】
0003550936.tif 000007