(57)【要約】【課題】地下の作業室内において掘削された土砂を効率良く地上に搬出することができる排土装置を提供する。【解決手段】地下の作業室２内において掘削された土砂が入れられた土砂積込みバケット３１Ｂを、地上に設けられたクレーン装置によりマテリアルシャフト２３を通って吊り上げて地上に搬出する排土装置において、クレーン装置によりクレーンロープ３２Ｒを用いてマテリアルシャフト２３を通って地上から吊り下ろされた空バケット３１Ａとクレーンロープ３２Ｒとの接続を切り離し、そのクレーンロープ３２Ｒに土砂積込みバケット３１Ｂを接続させてバケット交換を行うバケット交換装置１００を備えて構成される。【選択図】図２
2018127822.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地下の作業室内において掘削された土砂が入れられた土砂積込みバケットを、地上に設けられたクレーン装置により、前記作業室の天井部に開口して前記作業室と地上とを繋ぐ土砂搬出通路を通って吊り上げて地上に搬出する排土装置において、
前記クレーン装置によりロープ部材を用いて前記土砂搬出通路を通って地上から吊り下ろされた空バケットと前記ロープ部材との接続を切り離し、そのロープ部材に前記土砂積込みバケットを接続させてバケット交換を行うバケット交換装置を備えたことを特徴とする排土装置。
【請求項２】
前記バケット交換装置は、前記土砂搬出通路の前記作業室への開口部に近い位置に設けられたことを特徴とする請求項１に記載の排土装置。
【請求項３】
大気圧よりも高い気圧状態に保たれた前記作業室内の気圧低下を抑えてバケットを通過させるエアロックが前記土砂搬出通路の前記作業室への開口部に近い位置に設けられ、
前記バケット交換装置は、前記土砂搬出通路の前記エアロックの上方側であって前記エアロックに近い位置に設けられたことを特徴とする請求項１もしくは２に記載の排土装置。
【請求項４】
前記バケット交換装置は、
前記空バケットに設けられた空バケット側吊り具を支持する第１支持部と、
前記土砂積込みバケットに設けられた土砂積込みバケット側吊り具を支持する第２支持部と、
前記クレーン装置の前記ロープ部材もしくは前記空バケットを誘導して前記空バケット側吊り具を前記第１支持部に支持させる第１誘導部と、
前記ロープ部材を誘導して前記第１支持部に支持された前記空バケット側吊り具と前記ロープ部材に設けられたクレーンロープ側吊り具との接続を切り離し、そのクレーンロープ側吊り具を前記第２支持部に支持された前記土砂積込みバケット側吊り具に接続させる第２誘導部と、
前記第１支持部に支持された前記空バケットを前記作業室内に吊り下ろすとともに、前記作業室内から前記土砂積込みバケットを吊り上げるウインチ装置と、
前記ウインチ装置のウインチロープを誘導して前記ウインチロープに設けられたウインチロープ側吊り具を、前記第１支持部に支持された前記空バケット側吊り具に接続させるとともに、前記ウインチ装置により前記作業室内から吊り上げられた前記土砂積込みバケットの前記土砂積込みバケット側吊り具を前記第２支持部に支持させ、その土砂積込みバケット側吊り具と前記ウインチロープ側吊り具との接続を切り離す第３誘導部とを備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の排土装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地下の作業室内において掘削された土砂を地上に搬出する排土装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
橋梁や建物の基礎、シールドトンネルの発進立坑などの地下構造物を構築する工法として、ニューマチックケーソン工法が知られている。ニューマチックケーソン工法は、鉄筋コンクリート製の函（ケーソン）を地上で構築し、ケーソン底部に気密な作業室を設け、この作業室内に地下水圧に見合った圧縮空気を送り込むことにより、作業室への地下水の侵入を防ぐようになっている。そして、その大気圧よりも高い気圧状態において、作業室床部の地面を掘削し、掘削された土砂を地上に搬出しながらケーソンを地中に沈下させていくことにより、橋梁や建物の基礎などの地下構造物を構築する工法である。このようなニューマチックケーソン工法では、パワーショベル等の掘削機を作業室内に運び入れ、その掘削機を用いて作業室床部の掘削作業が行われている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５‐１０８２４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のようなニューマチックケーソン工法では、作業室内において掘削機により掘削された土砂をバケットに積み込み、そのバケットを地上に設けられたクレーン装置により吊り上げて搬出することにより、掘削土砂の搬出を行っている。そのため、この掘削土砂の搬出（掘削土砂が積み込まれたバケットの搬出）をいかに効率良く行うかが、掘削作業の効率および工期の短縮に深く関係する。
【０００５】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、地下の作業室内において掘削された土砂を効率良く地上に搬出することができる排土装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明に係る排土装置は、地下の作業室内において掘削された土砂が入れられた土砂積込みバケットを、地上に設けられたクレーン装置により、前記作業室の天井部に開口して前記作業室と地上とを繋ぐ土砂搬出通路（例えば、実施形態におけるマテリアルシャフト２３）を通って吊り上げて地上に搬出する排土装置において、前記クレーン装置によりロープ部材（例えば、実施形態におけるクレーンロープ３２Ｒ）を用いて前記土砂搬出通路を通って地上から吊り下ろされた空バケットと前記ロープ部材との接続を切り離し、そのロープ部材に前記土砂積込みバケットを接続させてバケット交換を行うバケット交換装置を備えて構成される。
【０００７】
上記構成の排土装置において、前記バケット交換装置は、前記土砂搬出通路の前記作業室への開口部に近い位置に設けられることが好ましい。
【０００８】
上記構成の排土装置において、大気圧よりも高い気圧状態に保たれた前記作業室内の気圧低下を抑えてバケットを通過させるエアロックが前記土砂搬出通路の前記作業室への開口部に近い位置に設けられ、前記バケット交換装置は、前記土砂搬出通路の前記エアロックの上方側であって前記エアロックに近い位置に設けられることが好ましい。
【０００９】
上記構成の排土装置において、前記バケット交換装置は、前記空バケットに設けられた空バケット側吊り具を支持する第１支持部（例えば、実施形態における第１支持アーム１０１）と、前記土砂積込みバケットに設けられた土砂積込みバケット側吊り具を支持する第２支持部（例えば、実施形態における第２支持アーム１０２）と、前記クレーン装置の前記ロープ部材もしくは前記空バケットを誘導して前記空バケット側吊り具を前記第１支持部に支持させる第１誘導部（例えば、実施形態における第１ロープ誘導アーム１０３）と、前記ロープ部材を誘導して前記第１支持部に支持された前記空バケット側吊り具と前記ロープ部材に設けられたクレーンロープ側吊り具との接続を切り離し、そのクレーンロープ側吊り具を前記第２支持部に支持された前記土砂積込みバケット側吊り具に接続させる第２誘導部（例えば、実施形態における第２ロープ誘導アーム１０４）と、前記第１支持部に支持された前記空バケットを前記作業室内に吊り下ろすとともに、前記作業室内から前記土砂積込みバケットを吊り上げるウインチ装置と、前記ウインチ装置のウインチロープを誘導して前記ウインチロープに設けられたウインチロープ側吊り具を、前記第１支持部に支持された前記空バケット側吊り具に接続させるとともに、前記ウインチ装置により前記作業室内から吊り上げられた前記土砂積込みバケットの前記土砂積込みバケット側吊り具を前記第２支持部に支持させ、その土砂積込みバケット側吊り具と前記ウインチロープ側吊り具との接続を切り離す第３誘導部（例えば、実施形態における第３ロープ誘導アーム１０６）とを備えて構成されてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、クレーン装置によりロープ部材を用いて土砂搬出通路を通って地上から吊り下ろされた空バケットと前記ロープ部材との接続を切り離し、そのロープ部材に土砂積込みバケットを接続させてバケット交換を行うバケット交換装置を備えて構成される。そのため、このバケット交換装置によりバケット交換を自動的に行うことができ、２つのバケットを交互に用いて掘削土砂を地上に搬出することができる。従って、従来のように１つのバケットを用いて掘削土砂を搬出していた構成と比べて、効率良く掘削土砂を搬出することができる。これにより掘削作業の効率化および工期の短縮化を図ることができる。
【００１１】
本発明において、バケット交換装置は、土砂搬出通路の作業室への開口部に近い位置に設けられることが好ましい。もしくは、大気圧よりも高い気圧状態に保たれた作業室内の気圧低下を抑えてバケットを通過させるエアロックが土砂搬出通路の作業室への開口部に近い位置に設けられ、バケット交換装置は、土砂搬出通路の前記エアロックの上方側であって前記エアロックに近い位置に設けられることが好ましい。このような位置にバケット交換装置が設けられてバケット交換が行われることにより、土砂搬出通路の長さ（掘削深度）によって変動する要素もあるが、掘削土砂の搬出効率をより一層向上させることが期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】ニューマチックケーソン工法の主要設備を示す縦断面図である。
【図２】本発明に係る排土装置のバケット交換装置を示す図であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）の矢印ｂ‐ｂで示す位置での断面図である。
【図３】バケット側吊り金具を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。
【図４】上記バケット側吊り金具を構成する回転部材を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。
【図５】ロープ側吊り金具を示す図であり、（ａ）はロープ側吊り金具単体の平面図、（ｂ）および（ｃ）はロープ側吊り金具と上記回転部材との係合状態を示す正面図である。
【図６】（ａ）〜（ｆ）は上記バケット側吊り金具とロープ側吊り金具の係合手順を説明する模式図である。
【図７】（ａ）および（ｂ）は上記バケット交換装置を構成する第１支持アームおよび第２支持アームを示す平面図および側面図である。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は上記バケット交換装置を構成する第１ロープ誘導アームを示す平面図および側面図である。
【図９】上記バケット交換装置を構成する第２ロープ誘導アームを示す平面図および側面図である。
【図１０】上記バケット交換装置を構成する第３ロープ誘導アームを示す平面図および側面図である。
【図１１】（ａ）〜（ｅ）は上記バケット交換装置において空バケットが吊り下ろされて第１支持アームに支持されるまでの作動を示す平面図および側面図である。
【図１２】（ｆ）〜（ｉ）は上記バケット交換装置においてクレーンロープを土砂積込みバケットに接続して吊り上げ、空バケットを作業室へ吊り下ろすまでの作動を示す平面図および側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。まず、本発明に係る排土装置が使用されるニューマチックケーソン工法の主要設備について図１を用いて説明する。ニューマチックケーソン工法は、掘削設備Ｅ１、艤装設備Ｅ２、排土設備Ｅ３、送気設備Ｅ４および予備・安全設備Ｅ５を用いて、鉄筋コンクリート製のケーソン１を地中に沈下させていくことにより、地下構造物を構築するように構成されている。
【００１４】
掘削設備Ｅ１は、ケーソン１の底部に設けられた作業室２内に設置される掘削機１０（以下、ケーソンショベル１０と称する）と、ケーソンショベル１０により掘削された土砂を円筒状のアースバケット３１に積み込む土砂自動積込装置１１と、ケーソンショベル１０の作動を地上から遠隔操作する遠隔操作装置１２を備える地上遠隔操作室１３とを有して構成されている。掘削設備Ｅ１は、発電装置（図示せず）から電力の供給を受けて作動するようになっている。この発電装置からの電力は、艤装設備Ｅ２、排土設備Ｅ３および送気設備Ｅ４にも供給されている。
【００１５】
艤装設備Ｅ２は、作業者が作業室２へ出入りするために地上と作業室２とを繋ぐ円筒状のマンシャフト２１と、マンシャフト２１に設けられて作業室２内の気圧低下を抑えて作業者を作業室２の内外に通過させるマンロック２２（エアロック）と、土砂自動積込装置１１により土砂が積み込まれたアースバケット３１を地上に運び出すために地上と作業室２とを繋ぐ円筒状のマテリアルシャフト２３と、マテリアルシャフト２３に設けられて作業室２内の気圧低下を抑えてアースバケット３１を作業室２の内外に通過させるマテリアルロック２４（エアロック）とを有して構成されている。
【００１６】
マンシャフト２１内には、螺旋階段２５が設けられており、この螺旋階段２５を用いて作業者は地上と作業室２とを行き来することができるようになっている。マンロック２２およびマテリアルロック２４はそれぞれ二重扉構造となっており、作業室２内の気圧が変化することを抑えて作業者やアースバケット３１を作業室２へ出入りさせることができるように構成されている。マテリアルロック２４は、マテリアルシャフト２３の作業室２への開口部に近い位置に設けられている。
【００１７】
排土設備Ｅ３は、作業室２内においてケーソンショベル１０により掘削された土砂が積み込まれるアースバケット３１と、このアースバケット３１をマテリアルシャフト２３を通って地上まで吊り上げて搬出するクレーン装置３２（キャリア装置）と、アースバケット３１およびクレーン装置３２により地上に搬出された土砂を一時的に貯めておく土砂ホ
ッパー３３と、クレーン装置３２により地上から吊り下ろされた空のアースバケット３１と作業室２内において土砂が積み込まれたアースバケット３１とのバケット交換を行うバケット交換装置１００とを有して構成されている。バケット交換装置１００は、マテリアルシャフト２３のマテリアルロック２４の上方側であってマテリアルロック２４に近い位置に設けられている。
【００１８】
送気設備Ｅ４は、送気管４１およびケーソン１に形成された送気路３を介して作業室２内に圧縮空気を送る空気圧縮機４２と、空気圧縮機４２により送り込む圧縮空気を浄化する空気清浄装置４３と、作業室２内の気圧が地下水圧と略等しくなるように空気圧縮機４２から作業室２内へ送る圧縮空気の量（圧力）を調整する送気圧力調整装置４４と、マンロック２２内の気圧を減圧する自動減圧装置４５とを有して構成されている。作業室２内の空気を循環させるため、ケーソン１には排気路４が形成されており、この排気路４を介して作業室２内の空気が適宜、地上へ排出されるようになっている。
【００１９】
予備・安全設備Ｅ５は、空気圧縮機４２の故障や点検などの時に空気圧縮機４２に代わって作業室２内に圧縮空気を送ることが可能な非常用空気圧縮機５１と、上記発電装置に代わって掘削設備Ｅ１、艤装設備Ｅ２、排土設備Ｅ３および送気設備Ｅ４に電力を供給することが可能な非常用発電機（図示せず）と、作業室２内で作業を行った作業者が入り、当該作業者の身体を徐々に大気圧に慣らしていくためのホスピタルロック５３（減圧室）とを有して構成されている。
【００２０】
次に、本発明に係る排土設備Ｅ３のバケット交換装置１００について、図２〜図１２を追加参照して説明する。上述したように、マテリアルシャフト２３の作業室２への開口部に近い位置にマテリアルロック２４が設けられ、そのマテリアルロック２４の上方側であってマテリアルロック２４に近い位置にバケット交換装置１００が設けられている。
【００２１】
バケット交換装置１００は、図２に示すように、クレーン装置３２により地上から吊り下ろされた空のアースバケット３１（以下、空バケット３１Ａと称する）に設けられた空バケット側吊り具７０Ａを支持する第１支持アーム１０１と、作業室２内において土砂が積み込まれたアースバケット３１（以下、土砂積込みバケット３１Ｂと称する）に設けられた土砂積込みバケット側吊り具７０Ｂを支持する第２支持アーム１０２と、クレーン装置３２のクレーンロープ３２Ｒ（ワイヤーロープ）を誘導して空バケット側吊り具７０Ａを第１支持アーム１０１に支持させる第１ロープ誘導アーム１０３と、クレーンロープ３２Ｒを誘導してクレーンロープ３２Ｒに取り付けられたクレーンロープ側吊り具７５Ａとバケット側吊り具７０Ａ，７０Ｂとの接続および切り離しを行う第２ロープ誘導アーム１０４とを有して構成される。
【００２２】
バケット交換装置１００は、さらに、バケット交換装置１００と作業室２との間でアースバケット３１を吊り上げ下ろしするウインチ装置１０５と、ウインチ装置１０５のウインチロープ１０５Ｒ（ワイヤーロープ）を誘導して作業室２内から吊り上げられた土砂積込みバケット３１Ｂの土砂積込みバケット側吊り具７０Ｂを第２支持アーム１０２に支持させるとともに、ウインチロープ１０５Ｒに取り付けられたウインチロープ側吊り具７５Ｂとバケット側吊り具７０Ａ，７０Ｂとの接続および切り離しを行う第３ロープ誘導アーム１０６とを有して構成される。
【００２３】
空バケット側吊り具７０Ａおよび土砂積込みバケット側吊り具７０Ｂは、互いに同じ構成のものであり、図３に示すように、略矩形ブロック状のベース部材７１と、ベース部材７１内に回転可能に設けられた回転部材７２とを有して構成される。ベース部材７１には、上下に貫通した挿通孔７１ａと、挿通孔７１ａから左方に延びて上下および左方に開口した溝部７１ｂとが形成されている。この溝部７１ｂ内に前後軸Ｓを中心に回転可能に回
転部材７２が設けられている。回転部材７２は、図４にも示すように、前後に延びる略円柱状に形成され、前後略中央部に上下および右方に開口した溝部７２ｂが形成されている。この溝部７２ｂは、回転部材７２がベース部材７１内に設けられた状態において、ベース部材７１の溝部７１ｂと整合するように形成されている。回転部材７２の溝部７２ｂの左端側には、下方に徐々に広がって開口した略円錐形状の係合孔７２ｃが形成されている。これらのバケット側吊り具７０Ａ，７０Ｂは、アースバケット３１に取り付けられたバケットロープ３１Ｒの先端部にベース部材７１が枢結され（回動可能に取り付けられ）ている。
【００２４】
クレーンロープ側吊り具７５Ａおよびウインチロープ側吊り具７５Ｂは、互いに同じ構成のものであり、図５に示すように、下方に延びる略棒形状のベース部７６を有して構成される。ベース部７６の上端部はクレーンロープ３２Ｒおよびウインチロープ１０５Ｒの先端部にそれぞれ枢結され、下端部には略円錐形状の係合部７６ｃが形成されている。係合部７６ｃの下端部は半球状に形成されている。この係合部７６ｃは、バケット側吊り具７０Ａ，７０Ｂの挿通孔７１ａを通過可能、且つ係合孔７２ｃ内に嵌合可能な外形寸法に形成されている。
【００２５】
このようなロープ側吊り具７５Ａ，７５Ｂは、図６に示すような手順によってバケット側吊り具７０Ａ，７０Ｂと接続される。まず、ロープ側吊り具７５Ａ，７５Ｂを係合部７６ｃを下方に向けた状態でバケット側吊り具７０Ａ，７０Ｂ（ベース部材７１）の挿通孔７１ａに上方から挿入し、係合部７６ｃがバケット側吊り具７０Ａ，７０Ｂから下方に突出する位置まで挿入する。そして、ロープ側吊り具７５Ａ，７５Ｂを左方に移動させてベース部７６をバケット側吊り具７０Ａ，７０Ｂの溝部７１ｂ，７２ｂ内を摺動させ、ベース部７６が溝部７１ｂ，７２ｂの左端部まで移動した状態においてロープ側吊り具７５Ａ，７５Ｂを上方に移動させる（吊り上げる）。そうすると、ロープ側吊り具７５Ａ，７５Ｂの係合部７６ｃがバケット側吊り具７０Ａ，７０Ｂ（回転部材７２）の係合孔７２ｃ内に嵌合され、ロープ側吊り具７５Ａ，７５Ｂの吊り上げとともに、ロープ側吊り具７５Ａ，７５Ｂおよび回転部材７２が一体にベース部材７１に対して回転し、ロープ側吊り具７５Ａ，７５Ｂとバケット側吊り具７０Ａ，７０Ｂとが接続されるように構成されている。ロープ側吊り具７５Ａ，７５Ｂとバケット側吊り具７０Ａ，７０Ｂとの切り離し手順は、上記接続手順と逆の手順によって行うことが可能になっている。
【００２６】
バケット交換装置１００の第１支持アーム１０１は、図２および図７に示すように、マテリアルシャフト２３の壁部から略水平に延びる左右一対のアーム部１０１ａを有して構成される。第１支持アーム１０１は、左右のアーム部１０１ａの間に空バケット３１Ａのバケットロープ３１Ｒが挿入され、左右のアーム部１０１ａ上に空バケット側吊り具７０Ａのベース部材７１が載置された状態で空バケット側吊り具７０Ａを支持するように構成されている。左右のアーム部１０１ａの先端部は互いに離れる方向に折り曲げられた形状になっており、バケットロープ３１Ｒを挿入させ易くなっている。第１支持アーム１０１は、左右のアーム部１０１ａの基端部にそれぞれモータ等からなるアーム回転機構１０１ｂを有しており、左右のアーム部１０１ａを一体に図７に示すように水平方向に揺動させることができるように構成されている。
【００２７】
第２支持アーム１０２は、上記第１支持アーム１０１と同様に構成されており、左右一対のアーム部１０２ａを有し、左右のアーム部１０２ａ上に土砂積込みバケット側吊り具７０Ｂのベース部材７１が載置された状態で土砂積込みバケット側吊り具７０Ｂを支持するように構成されている。また、第２支持アーム１０２は、左右のアーム部１０２ａの基端部にモータ等からなるアーム回転機構１０２ｂを有し、左右のアーム部１０２ａを一体に水平方向に揺動させることができるように構成されている。なお、図示していないが、バケット交換装置１００は、第１および第２支持アーム１０１，１０２に支持されたバケ
ット側吊り具７０Ａ，７０Ｂに繋がる空バケット３１Ａおよび土砂積込みバケット３１Ｂがそれぞれ載置されてバケット３１Ａ，３１Ｂをそれぞれ支持するバケット支持台を有して構成されている。
【００２８】
第１ロープ誘導アーム１０３は、図８に示すように、マテリアルシャフト２３の壁部から略水平に延びる２本のアーム部１０３ａと、２本のアーム部１０３ａの基端部にそれぞれ設けられたモータ等からなるアーム回転機構１０３ｂとを有して構成される。２本のアーム部１０３ａは互いに上下方向に位置をずらして設けられている。２本のアーム部１０３ａは第１支持アーム１０１よりも上方の位置に配置されている。２本のアーム部１０３ａはそれぞれアーム回転機構１０３ｂにより水平方向に揺動可能に構成されている。
【００２９】
第１ロープ誘導アーム１０３は、アーム回転機構１０３ｂにより２本のアーム部１０３ａを図８に示すように互いに近づく方向に揺動させて交差させ、それらのアーム部１０３ａによってクレーン装置３２のクレーンロープ３２Ｒを引き寄せることができるようになっている。第１ロープ誘導アーム１０３は、このようにクレーンロープ３２Ｒを引き寄せることにより、クレーンロープ側吊り具７５Ａに接続された空バケット側吊り具７０Ａおよび空バケット３１Ａを第１支持アーム１０１側に引き寄せ、バケットロープ３１Ｒを第１支持アーム１０１の左右のアーム部１０１ａの間に挿入させて空バケット側吊り具７０Ａを第１支持アーム１０１に支持させることができるように構成されている。
【００３０】
第２ロープ誘導アーム１０４は、図９に示すように、マテリアルシャフト２３の壁部から略水平に延びるアーム部１０４ａと、アーム部１０４ａの基端部に設けられたモータ等からなるアーム回転機構１０４ｂとを有して構成される。アーム部１０４ａは、第１支持アーム１０１よりも上方の位置且つ第１ロープ誘導アーム１０３よりも下方の位置（第１支持アーム１０１と第１ロープ誘導アーム１０３の間の位置）に配置されている。アーム部１０４ａは、入れ子式に構成され、内蔵されたアクチュエータにより伸縮可能になっている。アーム部１０４ａの先端部には、クレーンロープ３２Ｒを把持するロープ把持機構１０４ｃが設けられている。アーム部１０４ａはアーム回転機構１０４ｂにより水平方向に揺動可能に構成されている。
【００３１】
第２ロープ誘導アーム１０４は、ロープ把持機構１０４ｃによりクレーンロープ３２Ｒを把持し、アーム回転機構１０４ｂによりアーム部１０４ａを揺動させるとともに、アーム部１０４を内蔵アクチュエータによって伸縮させることにより、クレーンロープ３２Ｒに取り付けられたクレーンロープ側吊り具７５Ａを図９に示す左右方向に移動させることができるようになっている。第２ロープ誘導アーム１０４は、このようにクレーンロープ３２Ｒおよびクレーンロープ側吊り具７５Ａを移動させるとともに、クレーン装置３２によってクレーンロープ３２Ｒの巻き取り繰り出しを行うことにより、クレーンロープ側吊り具７５Ａを第１支持アーム１０１に支持された空バケット側吊り具７０Ａから切り離し、そのクレーンロープ側吊り具７５Ａを第２支持アーム１０２に支持された土砂積込みバケット側吊り具７０Ｂに接続させることができるように構成されている。
【００３２】
ウインチ装置１０５は、図２に示すように、ウインチロープ１０５Ｒを繰り出したり巻き取ったりすることにより、ウインチロープ１０５Ｒに接続させたアースバケット３１Ａ，３１Ｂを、第１および第２支持アーム１０１，１０２およびバケット支持台に支持された位置と、作業室２内の土砂積込み位置（土砂自動積込装置１１により土砂が積み込まれる位置）との間において、吊り上げ下ろしする装置である。ウインチ装置１０５は、マテリアルシャフト２３の上端部に設けられた載置台２６上に設置されている。
【００３３】
第３ロープ誘導アーム１０６は、図１０に示すように、マテリアルシャフト２３の壁部に枢結されて上下方向に揺動可能なアーム部１０６ａと、マテリアルシャフト２３の壁部
とアーム部１０６ａに跨設された伸縮シリンダ１０６ｂとを有して構成される。アーム部１０６ａは、入れ子式に構成され、内蔵されたアクチュエータにより伸縮可能になっている。アーム部１０６ａの先端部には、ウインチロープ１０５Ｒに当接してガイドするシーブ１０６ｃが設けられている。アーム部１０６ａよりも上方の位置にも、ウインチロープ１０５Ｒをガイドする固定シーブ１０７がマテリアルシャフト２３の壁部に固設されている。第３ロープ誘導アーム１０６は、伸縮シリンダ１０６ａを伸縮作動させることによりアーム部１０６ａを上下方向に揺動させるとともに、アーム部１０６ａを内蔵アクチュエータによって伸縮させることにより、シーブ１０６ｃをウインチロープ１０５Ｒに当接させてウインチロープ１０５Ｒに取り付けられたウインチロープ側吊り具７５Ｂを図１０に示す左右方向に移動させることができるようになっている。
【００３４】
第３ロープ誘導アーム１０６は、このようにウインチロープ１０５Ｒおよびウインチロープ側吊り具７５Ｂを移動させるとともに、ウインチ装置１０５によってウインチロープ１０５Ｒの巻き取り繰り出しを行うことにより、ウインチロープ側吊り具７５Ｂを第１支持アーム１０１に支持された空バケット側吊り具７０Ａに接続させることができるようになっている。さらに、ウインチロープ１０５Ｒを第２支持アーム１０２の左右のアーム部１０２ａの間に挿入させ、ウインチロープ側吊り具７５Ｂに接続された土砂積込みバケット側吊り具７０Ｂを第２支持アーム１０２上に支持させるとともに、ウインチロープ側吊り具７５Ｂを第２支持アーム１０２に支持された土砂積込みバケット側吊り具７０Ｂから切り離すことができるように構成されている。
【００３５】
このように構成されるバケット交換装置１００の作動について図１１および図１２を用いて説明する。バケット交換装置１００は、地上に設けられた地上遠隔操作室１３から遠隔操作されるようになっている。なお、図示はしていないが、この遠隔操作のため、バケット交換装置１００は、第１〜第３ロープ誘導アーム１０３，１０４，１０６、ロープ３２Ｒ，１０５Ｒ（ロープ側吊り具７５Ａ，７５Ｂ）およびアースバケット３１Ａ，３１Ｂ（バケット側吊り具７０Ａ，７０Ｂ）のそれぞれの位置を把握するための各種カメラやセンサ等を備えている。
【００３６】
図１１（ａ）に示すように、クレーン装置３２により地上からマテリアルシャフト２３を通って空バケット３１Ｂが吊り下ろされてくるときに、第１支持アーム１０１は、アーム回転機構１０１ｂにより左右のアーム部１０１ａをマテリアルシャフト２３の壁部側に揺動させて当該壁部に接近させた状態にする。同様に、第２支持アーム１０２も、左右のアーム部１０２ａをマテリアルシャフト２３の壁部側に揺動させて当該壁部に接近させた状態にする。さらに、第１〜第３ロープ誘導アーム１０３，１０４，１０６も、アーム部１０３ａ，１０４ａ，１０６ａをそれぞれマテリアルシャフト２３の壁部側に揺動させて当該壁部に接近させた状態にする。このように各アーム部をマテリアルシャフト２３の壁部に接近させた状態にすることにより、地上から吊り下ろされる空バケット３１Ａの通路が形成される。このとき、空バケット３１Ａは、マテリアルシャフト２３の略中央の位置を通って吊り下ろされる。
【００３７】
空バケット３１Ａが第１支持アーム１０１よりも下方の位置まで吊り下ろされると、図１１（ｂ）に示すように、第１支持アーム１０１は、アーム回転機構１０１ｂにより左右のアーム部１０１ａをマテリアルシャフト２３の中央に向かって延びるように揺動させる。そして、図１１（ｃ）に示すように、第１ロープ誘導アーム１０３は、アーム回転機構１０３ｂにより２本のアーム部１０３ａを互いに近づく方向に揺動させて交差させ、それらのアーム部１０３ａによってクレーンロープ３２Ｒを第１支持アーム１０１側に引き寄せ、バケットロープ３１Ｒを第１支持アーム１０１の左右のアーム部１０１ａの間に挿入させる。また、第２支持アーム１０２は、アーム回転機構１０２ｂにより左右のアーム部１０２ａをマテリアルシャフト２３の中央に向かって延びるように揺動させる。
【００３８】
第１ロープ誘導アーム１０３によりバケットロープ３１Ｒを第１支持アーム１０１の左右のアーム部１０１ａの間に挿入させた状態において、図１１（ｄ）に示すように、クレーン装置３２によりクレーンロープ３２Ｒを繰り出して空バケット３１Ａを下していき、第１支持アーム１０１上に空バケット側吊り具７０Ａを載置支持させる。そして、図１１（ｅ）に示すように、第２ロープ誘導アーム１０４は、アーム回転機構１０４ｂ等によりアーム部１０４ａを揺動および伸縮させてロープ把持機構１０４ｃによりクレーンロープ３２Ｒを把持する。また、第１ロープ誘導アーム１０３は、アーム回転機構１０３ｂにより２本のアーム部１０３ａをマテリアルシャフト２３の壁部側に揺動させてクレーンロープ３２Ｒを解放させる。そして、第２ロープ誘導アーム１０４においてクレーンロープ３２Ｒを把持したアーム部１０４ａを揺動および伸縮させるとともに、クレーン装置３２によってクレーンロープ３２Ｒを巻き取ることにより、クレーンロープ側吊り具７５Ａと空バケット側吊り具７０Ａとの接続を切り離す。
【００３９】
次に、図１２（ｆ）に示すように、第２ロープ誘導アーム１０４は、クレーンロープ３２Ｒを把持したアーム部１０４ａを揺動および伸縮させてクレーンロープ側吊り具７５Ａを、第２支持アーム１０２上に載置支持された土砂積込みバケット側吊り具７０Ｂの上方位置に移動させる。そして、クレーン装置３２によりクレーンロープ３２Ｒを繰り出してクレーンロープ側吊り具７５Ａを土砂積込みバケット側吊り具７０Ｂに挿入させ、第２ロープ誘導アーム１０４においてクレーンロープ３２Ｒを把持したアーム部１０４ａを揺動および伸縮させるとともに、クレーン装置３２によってクレーンロープ３２Ｒを巻き取ることにより、クレーンロープ側吊り具７５Ａを土砂積込みバケット側吊り具７０Ｂに接続させる。
【００４０】
クレーンロープ側吊り具７５Ａが土砂積込みバケット側吊り具７０Ｂに接続されると、図１２（ｇ）に示すように、第１支持アーム１０１、第２支持アーム１０２および第２ロープ誘導アーム１０４において、アーム部１０１ａ，１０２ａ，１０４ａをそれぞれマテリアルシャフト２３の壁部側に揺動させて当該壁部に接近させた状態とし、クレーン装置３２により土砂積込みバケット３１Ｂを吊り上げる通路が形成される。そして、クレーン装置３２によりクレーンロープ３２Ｒを巻き取って土砂積込みバケット３１Ｂを地上へ吊り上げる。
【００４１】
土砂積込みバケット３１Ｂが地上へ吊り上げられると、図１２（ｈ）に示すように、第１支持アーム１０１は、アーム回転機構１０１ｂにより左右のアーム部１０１ａをマテリアルシャフト２３の中央に向かって延びるように揺動させる。そして、第３ロープ誘導アーム１０６は、伸縮シリンダ１０６ｂ等によりアーム部１０６ａを上方に揺動させるとともに伸長させてシーブ１０６ｃをウインチロープ１０５Ｒに当接させ、ウインチロープ側吊り具７５Ｂを第１支持アーム１０１上に載置支持された空バケット側吊り具７０Ａの上方位置に移動させる。そして、ウインチ装置１０５によりウインチロープ１０５Ｒを繰り出してウインチロープ側吊り具７５Ｂを空バケット側吊り具７０Ａに挿入させ、第３ロープ誘導アーム１０６においてウインチロープ１０５Ｒに当接したアーム部１０６ａを伸長させるとともに、ウインチ装置１０５によってウインチロープ１０５Ｒを巻き取ることにより、ウインチロープ側吊り具７５Ｂを空バケット側吊り具７０Ａに接続させる。
【００４２】
ウインチロープ側吊り具７５Ｂが空バケット側吊り具７０Ａに接続されると、図１２（ｉ）に示すように、ウインチ装置１０５によりウインチロープ１０５Ｒを巻き取って空バケット側吊り具７０Ａが第１支持アーム１０１から離れる位置まで空バケット側吊り具７０Ａおよび空バケット３１Ａを吊り上げる。そして、第３ロープ誘導アーム１０６においてウインチロープ１０５Ｒに当接したアーム部１０６ａを縮小させてウインチロープ１０５Ｒおよび空バケット３１Ａをマテリアルシャフト２３の略中央の位置まで移動させる。
そして、ウインチ装置１０５によりウインチロープ１０５Ｒを繰り出して空バケット３１Ａを作業室２へ吊り下ろす。空バケット３１Ａが作業室２へ吊り下ろされると、第２支持アーム１０２は、アーム回転機構１０２ｂにより左右のアーム部１０２ａをマテリアルシャフト２３の中央に向かって延びるように揺動させる。
【００４３】
作業室２内において土砂自動積込装置１１により空バケット３１Ａに土砂が積み込まれると、そのバケット３１Ａは土砂積込みバケット３１Ｂとなり、ウインチ装置１０５によりウインチロープ１０５Ｒを巻き取って当該土砂積込みバケット３１Ｂが吊り上げられる。土砂積込みバケット３１Ｂの土砂積込みバケット側吊り具７０Ｂが第２支持アーム１０２よりも上方の位置まで吊り上げられると、第３ロープ誘導アーム１０６は、伸縮シリンダ１０６ｂ等によりウインチロープ１０５Ｒに当接したアーム部１０６ａを下方に揺動させるとともに縮小させてウインチロープ１０５Ｒおよび土砂積込みバケット３１Ｂを第２支持アーム１０２側に移動させ、バケットロープ３１Ｒを第２支持アーム１０２の左右のアーム部１０２ａの間に挿入させる。そして、ウインチ装置１０５によりウインチロープ１０５を繰り出して土砂積込みバケット側吊り具７０Ｂを第２支持アーム１０２上に載置支持させる。
【００４４】
土砂積込みバケット側吊り具７０Ｂが第２支持アーム１０２上に載置支持されると、第３ロープ誘導アーム１０６においてウインチロープ１０５Ｒに当接したアーム部１０６ａを上方に揺動させるとともに伸長させ、さらにウインチ装置１０５によってウインチロープ１０５Ｒを巻き取ることにより、ウインチロープ側吊り具７５Ｂと土砂積込みバケット側吊り具７０Ｂとの接続を切り離す。そして、図１１（ａ）から説明した作動を繰り返し行うことにより、作業室２内において掘削された土砂の搬出を行うようになっている。
【００４５】
これまで説明したように本実施形態の排土設備Ｅ３によれば、クレーン装置３２によりクレーンロープ３２Ｒを用いてマテリアルシャフト２３を通って地上から吊り下ろされた空バケット３１Ａとクレーンロープ３２Ｒとの接続を切り離し、そのクレーンロープ３２Ｒに土砂積込みバケット３１Ｂを接続させてバケット交換を行うバケット交換装置１００を備えて構成されている。そのため、このバケット交換装置１００によりバケット交換を自動的に行うことができ、２つのアースバケット３１を交互に用いて掘削土砂を地上に搬出することができる。従って、従来のように１つのアースバケットを用いて掘削土砂を搬出していた構成と比べて、効率良く掘削土砂を搬出することができる。これにより掘削作業の効率化および工期の短縮化を図ることができる。
【００４６】
また、バケット交換装置１００は、マテリアルシャフト２３のマテリアルロック２４（エアロック）の上方側であってマテリアルロック２４に近い位置に設けられている。このような位置にバケット交換装置１００が設けられてバケット交換が行われることにより、マテリアルシャフト２３の長さ（掘削深度）によって変動する要素もあるが、掘削土砂の搬出効率をより一層向上させることが期待できる。ただし、バケット交換装置１００を設置する位置は、マテリアルロック２４の直上の位置に限定されるものではなく、掘削土砂の搬出効率を鑑みて最も効率の良いと考えられる位置に設置することが好ましい。
【００４７】
これまで、本発明の実施形態について説明したが、本発明の範囲は上述の実施形態に限定されるものではない。例えば、上述の実施形態では、バケット交換装置１００がマテリアルロック２４の直上の位置に設けられているが、マテリアルロック２４よりも下方の位置、作業室２の内部もしくはマテリアルシャフト２３の上部に設けられた構成であってもよい。ただし、上述したように、掘削土砂の搬出効率を鑑みて最も効率の良いと考えられる位置にバケット交換装置１００を設置することが好ましい。
【００４８】
また、上述の実施形態では、第１ロープ誘導アーム１０３によりクレーンロープ３２Ｒ
を引き寄せて空バケット側吊り具７０Ａを第１支持アーム１０１上に載置支持させる構成であるが、第１ロープ誘導アーム１０３に代えて、空バケット３１Ａを直接誘導して空バケット側吊り具７０Ａを第１支持アーム１０１上に載置支持させるバケット誘導部を備える構成としてもよい。また、土砂積込みバケット側吊り具７０Ｂを第２支持アーム１０２上に載置支持させるときにも、土砂積込みバケット３１Ｂを直接誘導するバケット誘導部を備える構成としてもよい。
【００４９】
また、上述の実施形態において説明したバケット側吊り具７０Ａ，７０Ｂおよびロープ側吊り具７５Ａ，７５Ｂは一例であり、例えば、吊りフックおよび吊り環からなる吊り具や、クランプ機構もしくはピン挿抜機構を備える従来の自動玉かけ着脱装置や、電磁マグネットを使用する構成等、他の構成の吊り具であってもよい。
【００５０】
また、上述の実施形態では、バケット交換装置１００が地上遠隔操作室１３からの遠隔操作によって作動すると説明したが、各種センサ等を設ける等の変更を行って、オペレータの操作ではなく自動でバケット交換を行うように構成してもよい。また、上述の実施形態では、ニューマチックケーソン工法の排土設備Ｅ３にバケット交換装置１００を適用した一例について説明したが、本発明は、ニューマチックケーソン工法以外の排土装置においても適用することができる。
【符号の説明】
【００５１】
１    ケーソン
２    作業室
２３  マテリアルシャフト（土砂搬出通路）
２４  マテリアルロック（エアロック）
３１  アースバケット（バケット）
３２  クレーン装置
３２Ｒ  クレーンロープ（ロープ部材）
１００  バケット交換装置
１０１  第１支持アーム（第１支持部）
１０２  第２支持アーム（第２支持部）
１０３  第１ロープ誘導アーム（第１誘導部）
１０４  第２ロープ誘導アーム（第２誘導部）
１０５  ウインチ装置
１０６  第３ロープ誘導アーム（第３誘導部）
【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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