(57)【要約】【課題】掘削土砂による管内閉塞等のトラブルがなく、メンテナンスの容易な装置にする。【解決手段】支持筒２から突出して縦穴６０の内壁面から支持反力を受けるグリッパ３を備えた支持基台１と、支持筒２内を貫通し、支持基台１に固定された伸縮ジャッキ４により支持基台１に対して上下に相対移動可能に配備されたセンターポスト２０と、センターポスト２０の下部側部に設けられ、縦穴６０の底面地盤６２を掘削するとともに、その掘削土砂を取り込み口２１からセンターポスト２０内に送り込む掘削機４０と、センターポスト２０に内装され、センターポスト２０と相対回転することにより、縦穴６０の底面地盤中央部を掘削するとともに、掘削土砂をセンターポスト２０上部の土砂排出口２３から排出するスクリュウコンベヤ３０と、センターポスト２０周りに設けられ、土砂排出口２３から排出される掘削土砂を受け入れるホッパー５０とを備えて構成されている。【選択図】        図１
2004190407.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
縦穴の中心に位置する支持筒から放射方向に突出して前記縦穴の内壁面から支持反力を受けるグリッパを備えた支持基台と、回転可能に前記支持筒内を貫通し、前記支持基台に固定された伸縮ジャッキにより上部並びに下部の支持機構を介し前記支持基台に対して上下に相対移動可能に配備され、下端部側部に掘削土砂の取り込み口が開設されたセンターポストと、前記センターポストの下部側部から水平方向に延設され、センターポストと一体となって旋回しつつ前記縦穴の底面地盤を掘削するとともに、その掘削土砂を前記取り込み口からセンターポスト内に送り込む掘削機と、前記センターポストに軸回転可能に内装され、センターポストと相対回転することにより、センターポストの下端に形成された開口から前記縦穴の底面地盤中央部を掘削するとともに、その掘削土砂、並びに前記掘削機でセンターポスト内に送り込まれた掘削土砂を搬送してセンターポストの上部に形成された土砂排出口から排出するスクリュウコンベヤと、上部支持機構に固定され、前記センターポスト周りに配設されて、前記土砂排出口から排出される掘削土砂を受け入れるホッパーとを備えたことを特徴とする縦穴掘削装置。
【請求項２】
前記センターポストを、回転駆動力を受ける外筒部とスクリュウコンベヤが摺接する内筒部との二重筒構造としたことを特徴とする請求項１記載の縦穴掘削装置。
【請求項３】
前記スクリュウコンベヤの終端部にヘリカルベーンのねじれ方向と逆ねじれ方向の翼板と攪拌板を設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の縦穴掘削装置。
【請求項４】
前記ホッパーの土砂排出口に対応してホッパーからの排出土砂を受け入れるキブルを備えたことを特徴とする請求項１、２、又は３記載の縦穴掘削装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、深礎工法や立坑、マンホールなどを構築のための縦穴掘削作業に好適な縦穴掘削装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
縦穴の掘削、掘削土砂の集土、排出などを一連の作業として行い、人力作業を低減する縦穴掘削装置として、特開平１０ー６１３６１号に開示されたものが知られている。
【０００３】
この従来の掘削装置は、縦穴の中央から放射方向に突出して当該縦穴の内壁面を押圧する複数のグリッパを備えることにより、当該縦穴の内壁面から支持反力を得る支持台と、該支持台の中心部を貫通して、当該支持台に対して上下方向に進退可能に設けられる上部筒体と、該上部筒体の下端部に於いて当該筒体に対して回動可能に連設するとともに、下端部に切削ビットを備え、かつ側面に土砂取り込み用の開口部を有する下部筒体と、該下部筒体の側部に水平方向に延設されるとともに、その螺旋形状による掘削土砂の搬送路が前記下部筒体の開口部と連通するように取り付けられるヘリカルドラム掘削装置と、前記上部筒体を経て前記下部筒体の内部に挿入配置される吸引配管とから構成されている。
【０００４】
この従来の掘削装置は、下部筒体下端部の掘削ビットで底面地盤の中央部を先行掘削するとともに、回動するヘリカルドラム掘削装置で底面地盤を順次掘削して行き、ヘリカルドラム掘削装置による掘削土砂は土砂取り込み用の開口部を介して下部筒体内に取り込まれ、掘削ビットによる土砂と共に下部筒体内から吸引管によって吸引して、土砂集積ビット等に給送排除するようになっている。
【０００５】
【解決しようとする課題】
この掘削装置は、掘削機によって掘削作業と掘削土砂の集土作業を同時に行うと共に、土砂の排出作業をバキューム方式によって行うことにより縦穴掘削作業における人力作業を低減している。しかしながら、バキューム方式による掘削土砂の揚土作業は、掘削する縦穴の深度が大きくなるに従い吸引する配管内の吸引土砂の荷重が大きくなる。従って、掘削が進むと吸引効率が悪くなり、吸引揚土量が不安定になったり吸引しきれなくなる欠点を有しており、深度の大きな縦穴の揚土作業には適していなかった。
【０００６】
また、土砂による吸引管の詰まり防止手段がとられているものの、掘削土砂の土質によっては吸引配管が詰まり易く、一旦配管閉塞が発生するとその復旧に手間取り、掘削作業の遅延とともに経済的損失も大きかった。
【０００７】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたもので、掘削土砂による管内閉塞等のトラブルがなく、メンテナンスの容易な縦穴掘削装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、縦穴の中心に位置する支持筒から放射方向に突出して前記縦穴の内壁面から支持反力を受けるグリッパを備えた支持基台と、回転可能に前記支持筒内を貫通し、前記支持基台に固定された伸縮ジャッキにより上部並びに下部の支持機構を介し前記支持基台に対して上下に相対移動可能に配備され、下端部側部に掘削土砂の取り込み口が開設されたセンターポストと、前記センターポストの下部側部から水平方向に延設され、センターポストと一体となって旋回しつつ前記縦穴の底面地盤を掘削するとともに、その掘削土砂を前記取り込み口からセンターポスト内に送り込む掘削機と、前記センターポストに軸回転可能に内装され、センターポストと相対回転することにより、センターポストの下端に形成された開口から前記縦穴の底面地盤中央部を掘削するとともに、その掘削土砂、並びに前記掘削機でセンターポスト内に送り込まれた掘削土砂を搬送してセンターポストの上部に形成された土砂排出口から排出するスクリュウコンベヤと、上部支持機構に固定され、前記センターポスト周りに配設されて、前記土砂排出口から排出される掘削土砂を受け入れるホッパーとを備えたことを特徴としている。
【０００９】
この縦穴掘削装置によれば、支持基台が縦穴の内壁面から支持反力を受けた状態で、支持基台に対してセンターポストを伸縮ジャッキにより相対移動させつつ、センターポストを回転させることにより掘削機を旋回させ、且つセンターポスト内のスクリュウコンベヤをセンターポストと相対回転させることにより、スクリュウコンベヤによってセンターポストの下端に形成された開口から縦穴の底面地盤中央部を先行掘削しながら、掘削機が縦穴の底面地盤を掘削する。掘削機が掘削した土砂はセンターポストの取り込み口からセンターポスト内に送り込まれ、底面地盤中央部の掘削土砂と共にスクリュウコンベヤで搬送され、センターポストの上部に形成された土砂排出口からホッパーに排出される。伸縮ジャッキが所定の伸長ストロークに達したら、支持基台を下方に移動させて固定し、この手順を繰り返すことにより、縦穴を掘り下げて行くことができる。
【００１０】
また、前記センターポストを、回転駆動力を受ける外筒部とクリュウコンベヤが摺接する内筒部との二重筒構造とし、内筒部の摩耗に備えて内筒部のみを交換容易としておくことが好ましい。
【００１１】
また、前記スクリュウコンベヤの終端部に、ヘリカルベーンのねじれ方向と逆ねじれ方向の翼板と、翼板の上方にスクリュウ軸部に直交方向の攪拌板を設け、土砂排出口の土砂詰まりを発生させないように土砂の上昇圧力を逆ねじれ方向の翼板で分散するとともに攪拌板で土砂を強制的に排出させるとよい。
【００１２】
また、前記ホッパーの土砂排出口に対応してホッパーからの排出土砂を受け入れるキブルを備え、深度の大きな縦穴にも対応できるように、キブルによって土砂の排出をすることが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の縦穴掘削装置の好適な実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１４】
図１乃至図４は、本発明の実施の形態を示すものであり、縦穴６０の中心に位置する支持筒２から放射方向に突出して縦穴６０の内壁面６１又はライナープレート６４から支持反力を受けるグリッパ３を備えた支持基台１と、回転可能に支持筒内２を貫通し、支持基台１に固定された伸縮ジャッキ４により上部並びに下部の支持機構５、６を介し支持基台１に対して上下に相対移動可能に配備され、下端部側部に掘削土砂の取り込み口２１が開設されたセンターポスト２０と、センターポスト２０の下部側部から水平方向に延設され、センターポスト２０と一体となって旋回しつつ縦穴６０の底面地盤６２を掘削するとともに、その掘削土砂を取り込み口２１からセンターポスト２０内に送り込むヘリカルドラム掘削機４０と、センターポスト２０に軸回転可能に内装され、センターポスト２０と相対回転することにより、センターポスト２０の下端に形成された開口２２から縦穴６０の底面地盤６２中央部を掘削するとともに、その掘削土砂、並びに掘削機４０でセンターポスト２０内に送り込まれた掘削土砂を搬送してセンターポスト２０の上部に形成された土砂排出口２３から排出するスクリュウコンベヤ３０と、上部支持機構５に固定され、センターポスト２０周りに配設されて、土砂排出口２３から排出される掘削土砂を受け入れるホッパー５０とを備えて構成されている。
【００１５】
支持基台１は、センターポスト２０を縦穴６０の中央に鉛直に支持するものであり、縦穴６０の中央に配置される支持筒２と、支持筒２の下端部に設けた架台７と、該架台７に固定され１２０度の等間隔で支持筒２から放射状に三方に突出するグリッパ３、３、３を有しており、各グリッパ３の押圧ジャッキ８を伸縮することにより縦穴６０の内壁面６１にライナープレート６４を介して反力をとって、支持筒２内に貫通するセンターポスト２０を回転自在にして上下方向へ移動可能に支持している。また、架台７の側方は、キブル６３が着座できるとともに落下土砂を通過させるメッシュ板９で形成されている。
【００１６】
支持基台１には、支持筒２に固定された伸縮ジャッキ４の伸縮により上下方向に進退可能に支持された下部支持機構６が設けられており、下部支持機構６の中心に設けた回転支持装置１０を介してセンターポスト２０の下部を回転自在に支持している。回転支持装置１０の上面には旋回歯車１１が固定されており、旋回歯車１１はセンターポスト２０を回転させる下部支持機構６に固定されたモータ１２の原動歯車１３と噛合している。
【００１７】
また、下部支持機構６には、センターポスト２０に沿って支柱１４が立設され、支柱１４の先端には上部支持機構５が固定されており、上部支持機構５の中心に設けた回転支持装置１５を介してセンターポスト２０の上部を回転自在に支持している。
【００１８】
上記上部支持機構５の上部には、支持脚を介してセンターポスト２０の上部周りに平面円形のホッパー５０が配置固定されている。ホッパー５０の底面にはセンターポスト２０の土砂排出口２３から投入される土砂を下方へ排出する二つの排出口５１、５１が開設されており、各排出口５１、５１には排出土砂を規制する開閉装置５２、５２が設けられている。
【００１９】
また、ホッパー５０には、その内底部に沿って旋回する複数枚の搬送板５３がセンターポスト２０の外周から放射状に突設され旋回可能に臨んでいるとともに、旋回する搬送板５３の上方にはホッパー５０の内壁から突出する擦り切り板５４が適宜間隔をおいて配置されている。
【００２０】
また、ホッパー５０の排出口５１に対応する架台７におけるメッシュ板９の上面には、ホッパー５０からの排出土砂を受け入れるキブル６３が設置される。キブル６３は、巻き上げ機のロープ（図指省略）によって昇降し、排出土砂を縦穴６０の外に揚土する。排出土砂の揚土にキブル６３を使うので、深度の大きな縦穴の揚土作業にも容易に対応することができる。
【００２１】
センターポスト２０は、モータ１２の回転駆動力を受ける外筒部２０ａと内装したクリュウコンベヤ３０が回転摺接する内筒部２０ｂとからなる二重筒構造の中空部材であって、回転可能に支持筒２内を貫通し、支持基台１に固定された伸縮ジャッキ４により上部並びに下部の支持機構５、６を介し支持基台１に対して上下に相対移動可能に配備されている。
【００２２】
また、センターポスト２０の上端は、スクリュウコンベヤ３０の軸部３１の上端部が貫通する仕切り板２４で閉塞されており、センターポスト２０の上部には、スクリュウコンベヤ３０で運び揚げられた掘削土砂をホッパー５０内に排出する土砂排出口２３が設けられている。
【００２３】
更に、センターポスト２０における仕切り板２４の上部は、スクリュウコンベヤ３０を回転駆動するスクリュウコンベヤ用駆動モータ３２を設置収納した収納室５５となっている。収納室５５の上部には、センターポスト２０と共に回転する収納室５５を回転自在に支承し、スクリュウコンベヤ用駆動モータ３２に油圧を供給する回転継手５６が設置されており、回転継手５６の固定側５６ａは、ホッパー５０の外壁に固定されたブラケット５７を介してホッパー５０に固定されている。
【００２４】
また、センターポスト２０の下端部分には、縦穴６０の底面中心部分を先行掘削するための、先端が下方に突出するように形成したビット２５が設けられており、その刃先により底面地盤６２の中央部分を切削するとともに、切削した土砂は、ビット２５の間の開口２２からセンターポスト２０の内部に取り込むようになっている。
【００２５】
スクリュウコンベヤ３０は、スクリュウコンベヤ用駆動モーター３２に接続するスクリュウ軸部３１周りに螺旋状のヘリカルベーン３３を設けたものであり、スクリュウ軸部３１の先端には、下方へ放射状に向けた複数の切刃３４が装着され、スクリュウ軸部３１の終端部には、ヘリカルベーン３３のねじれ方向と逆ねじれ方向の複数の翼板３５と、更に翼板３５の上方にスクリュウ軸部３１に直交方向の攪拌板３６が設けられている。
【００２６】
上記スクリュウコンベヤ３０は、センターポスト２０の内筒部２０ｂ内に軸回転可能にしてヘリカルベーン３３の周縁が内筒部２０ｂの内壁と摺接可能に内装されており、スクリュウコンベヤ用駆動モーター３２によりセンターポスト２０の回転と相対回転することにより、センターポスト２０の下端に形成された開口２２から突出する切刃３４で縦穴６０の底面地盤６２中央部を掘削するとともに、その掘削土砂、並びに掘削機４０でセンターポスト２０内に送り込まれた掘削土砂を上方搬送してセンターポスト２０の上部に形成された土砂排出口２３から排出する。
【００２７】
スクリュウコンベヤ３０によってセンターポスト２０内を上方搬送された掘削土砂は、その上昇圧力が翼板３５で分散されるとともに、攪拌板３６によって強制的に土砂排出口２３に送り出される。従って、搬送土砂による土砂排出口２３の閉塞が防止され、閉塞によって起る搬送土砂の上昇圧力による仕切り板２４の破壊事故も防止される。
【００２８】
掘削機４０は、その螺旋形状による掘削土砂の搬送路がセンターポスト２０の取り込み口２１と連通するようにセンターポスト２０の下部の外側に水平に取り付けられ、水平軸を中心に自転可能にしてセンターポスト２０の回転に伴って旋回するヘリカルドラム掘削機である。
【００２９】
即ち、図４に示すように、センターポスト２０周りに設けられる旋回ケーシング４１には、取り込み口２１に隣接してヘリカルドラム支持ブラケット４２が固定されており、掘削機４０の出力軸４３が、出力軸ケーシング４４を介してブラケット４２に支持され、出力軸４３の延長方向後方にはドラム専用の駆動モータ４５が、延長方向前方にはドラム軸４６がそれぞれ接続されている。
【００３０】
そして、ドラム軸４６の外周部に形成されたヘリカルベーン４７及びドラム軸４６の先端部に形成された切削翼４８には、地盤切削用の多数のビットが取り付けられている。
【００３１】
この掘削機４０によれば、ヘリカルベーン４７の基端部が、センターポスト２０の取り込み口２１に隣接して配置されていることにより、ヘリカルベーン４７に沿って搬送されてくる切削土砂を、取り込み口２１からセンターポスト２０の内部に容易に取り込むことができる。従って、掘削機４０による掘削土砂はセンターポスト２０内の下端部に集土され、スクリュウコンベヤ３０による掘削土砂とともにスクリュウコンベヤ３０によって搬送され、センターポスト２０上部の土砂排出口２３よりホッパー５０内に排出される。
【００３２】
上記の縦穴掘削装置を使用して縦穴６０を掘削するには、先ず、ほぼ縦穴掘削装置の鉛直方向の長さの予備穴を予め掘削し、その内面にライナープレート６４を設置する。次に、ライナープレート６４の内側に縦穴掘削装置を吊り降ろして設置し、支持基台１の各グリッパ３、３、３の押圧ジャッキ８を伸長させてグリッパ３をライナープレート６４に押圧し、ライナープレート６４を介して縦穴６０の内壁面６１に間接的に反力を取って支持基台２０を固定する。尚、グリッパ３を縦穴６０の内壁面６１に直接押圧してこれに反力をとる場合もある。
【００３３】
次いで、伸縮ジャッキ４を駆動して、センターポスト２０を下方移動させ、スクリュウコンベヤ３０先端の切刃３４を縦穴６０の底面地盤６２に当接させ、スクリュウコンベヤ駆動モータ３２でスクリュウコンベヤ３０を駆動するとともに、モータ１２でセンターポスト２０をスクリュウコンベヤ３０と相対回転させて底面地盤６２の中央を先行掘削する。掘削機４０が底面地盤６２に到達すると掘削機４０を駆動し、中央部分を除く底面地盤６２を掘削する。掘削中は伸縮ジャッキ４によりセンターポスト２０を下方へ付勢し続けることで、伸縮ジャッキ４のストローク分、掘削を持続することができる。
【００３４】
掘削機４０及びスクリュウコンベヤ３０による掘削土砂は、センターポスト２０内下部からスクリュウコンベヤ３０によってセンターポスト２０の上部に搬送され、センターポスト２０と共に水平回転する土砂排出口２３より連続してホッパー５０内にほぼ均等に排出される。
【００３５】
ホッパー５０内の土砂は搬送板５３により排出口５１、５１へ搬送されて、排出口５１、５１よりキブル６３、６３内へ連続落下する。本実施の形態では、ホッパー５０の排出口５１、５１は、ホッパー５０の二ヶ所に設けられている共に、この排出口５１、５１に対応してその下方の架台７のメッシュ板９に着座する二個のキブル６３、６３が備えられている。このキブル６３、６３は、基本的に交互に昇降するものであり、排出口５１、５１の下方にキブル６３が待機していないときは、開閉装置５２により排出口５１を閉鎖しておくことが好ましい。これにより、土砂が二つの排出口５１、５１から交互に連続して排出され、土砂の揚土が効率的に行われる。
【００３６】
ホッパー５０内で不均一に堆積した土砂はすり切り板５４ですり切られ、すり切られた余剰な土砂は次に回転してくる搬送板５３で搬送される。従って、各搬送板５３はほぼ均等量の土砂を排出口５１、５１に搬送し、排出口５１、５１からほぼ一定量の土砂がコンスタントに排出される。
【００３７】
排出土砂を受け入れたキブル６３は、巻上げ機のワイヤーロープ（図示省略）により縦穴６０外に引き上げられる。開閉装置５２は、手動開閉するものであっても、シリンダー等を用いて自動開閉するものでもよい。また、揚土操作は、作業員によりリモートコントロールされているが、光電管感知器等を用いてキブル６３の移動を感知し、排出口５１の開閉を自動化することもできる。
【００３８】
このようにして底面地盤６２の掘削と、掘削土砂の排出が進行し、伸縮ジャッキ４が伸長しきると、掘削作業を一時停止し、支持基台１のグリッパ３を弛緩させ、伸縮ジャッキ４を縮退して支持基台１を下方移動させる。そして、グリッパ３の反力をライナープレート６４を介して縦穴６０の内壁面６１に取って掘削を開始し、上記の操作を繰り返して縦穴６０の形成を進行させる。
【００３９】
本実施の形態の縦穴掘削装置では、センターポスト２０とセンターポスト２０内のスクリュウコンベヤ３０を相対回転させることによって、底面地盤６２の中央部の先行掘削と揚土作業が同時に行われるとともに、掘削機４０による掘削土砂も先行掘削による土砂と共にセンターポスト２０とスクリュウコンベヤ３０によって揚土されるので、センターポスト２０内での搬送土砂による閉塞等の故障がなく、掘削と揚土搬送を効率的に行うことができる。
【００４０】
また、スクリュウコンベヤ３０におけるヘリカルベーン３３の周縁部とセンターポスト２０の内筒部２０ｂが摺動することにより、ヘリカルベーン３３の周縁部や、内筒部２０ｂ内壁が摩耗した場合には、センターポスト２０を二重筒構造としたので、摩耗した内筒部２０ｂのみを容易に交換することが可能てあり、また、摩耗したスクリュウコンベヤ３３をセンターポスト２０から引き抜いて容易に交換することができる。従って、摩耗した内筒部２０ｂやスクリュウコンベヤ３０の交換作業に大きく時間をとられることがなく、メンテナンスを経済的に行うことができる。
【００４１】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したような形態で実施され、以下に記載されるような効果を奏する。
【００４２】
この発明の縦穴掘削装置によれば、センターポスト内にスクリュウコンベヤが軸回転可能に内装され、センターポストと相対回転することにより、センターポストの下端に形成された開口から縦穴の底面地盤中央部を掘削するとともに、その掘削土砂、並びに掘削機でセンターポスト内に送り込まれた掘削土砂を搬送してセンターポストの上部に形成された土砂排出口から排出するように構成したので、センターポスト内での搬送土砂による閉塞等の故障がなく、掘削と揚土搬送を効率的に行うことができる。
【００４３】
更に、スクリュウコンベヤの終端部に、ヘリカルベーンのねじれ方向と逆ねじれ方向の翼板と、翼板の上方にスクリュウ軸部に直交方向の攪拌板を設け、土砂排出口が土砂詰まりしないように土砂の上昇圧力を逆ねじれ方向の翼板で分散するとともに攪拌板で土砂を強制的に排出させるようにしたので、掘削土砂が粘性土であっても、土砂排出口で閉塞を起こすことがなく、土砂の排出を確実に行うことができる。
【００４４】
また、センターポストを、回転駆動力を受ける外筒部とスクリュウコンベヤが摺接する内筒部との二重筒構造としたので、摩耗した内筒部のみを容易に交換することが可能であるばかりか、摩耗したスクリュウコンベヤも簡単に交換できるので、メンテナンスを経済的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る縦穴掘削装置の好適な実施の形態を示す縦断面図。
【図２】図１のＡ矢視方向の図。
【図３】図１のＢ矢視方向の断面図。
【図４】図１のＣ矢視方向の断面図。
【符号の説明】
１  支持基台，２  支持筒，３  グリッパ，４  伸縮ジャッキ，５  上部支持機構，６  下部支持機構，２０  センターポスト，２０ａ  外筒部，２０ｂ  内筒部，２１  取り込み口，２２  開口，２３  土砂排出口，３０  スクリュウコンベヤ，３３  ヘリカルベーン，３５  翼板，３６  攪拌板，４０  掘削機，５０  ホッパー，６０  縦穴，６１  内壁面，６２  底面地盤，６３  キブル，
【図１】
2004190407.tif 000003
【図２】
2004190407.tif 000004
【図３】
2004190407.tif 000005
【図４】
2004190407.tif 000006