(57)【要約】【課題】地中掘削において、自己推進性を向上して、通常付与する推進力を低減することで推進装置を小規模にでき、また、掘削に伴う排土量を低減することが可能な掘削装置を提供すること。【解決手段】前胴部３に、回転掘削機７と、回転掘削機７を回転させる回転装置９を設ける。後胴部５に、拡開式オーガーヘッドベース１７と、拡開式オーガーヘッドベース１７を回転させる回転装置１１を設ける。前胴部３と後胴部５との間には、掘削装置１に各方向の推力を与える推力装置１３が設けられる。回転掘削機７から排出された掘削土を、拡開式オーガーヘッドベース１７の周囲に螺旋状に設けられたスクリュウコンベア１５で取り込み、地盤２５に押し付ける。推力装置１３は、スクリュウコンベア１５に取り込まれた掘削土または該掘削土が排出された周辺地山に反力を取って、掘削装置１を推進させる。【選択図】　図６
2004027720.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
掘削機と、
前記掘削機を駆動させる第１の駆動装置と、
排土兼反力装置と、
前記排土兼反力装置を駆動させる第２の駆動装置と、
を具備し、
前記掘削機から前記排土兼反力装置に排出された掘削土または該掘削土が排出された周辺地山に反力をとって地山を掘削することを特徴とする掘削装置。
【請求項２】
前記排土兼反力装置は、スクリューを有するオーガーヘッドベースであることを特徴とする請求項１記載の掘削装置。
【請求項３】
前記オーガーヘッドベースが所定の角度に拡開されたことを特徴とする請求項２記載の掘削装置。
【請求項４】
前記オーガーヘッドベースは非拡開式であることを特徴とする請求項２記載の掘削装置。
【請求項５】
前記オーガーヘッドベースから、前記排土に固化材または流動化材を注入することを特徴とする請求項３または請求項４記載の掘削装置。
【請求項６】
前記掘削機に推力を与える推力装置がさらに設けられたことを特徴とする請求項１記載の掘削装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軟弱地盤対策や液状化対策等の地盤改良、水道、ガス、電気等の埋設管の敷設、地盤調査等に使用する掘削装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、代表的な掘削技術として、（１）ＴＢＭ工法、（２）シールド工法、（３）弧状推進工法がある。（１）、（２）は、回転掘削機に代表される掘削機に推進力を負荷して地山を掘削する工法である。（１）のＴＢＭ工法では、機械の外板を２つに分け、後胴部から出したグリッパをトンネル周辺の地山に押し当てて反力をとることにより、前胴部に推進力を与えて掘削する。（２）のシールド工法では、掘削とともに連続的に設置したセグメントから推進力を確保して掘削する。
【０００３】
（３）の弧状推進工法は、石油掘削技術を応用してパイプライン敷設する工法で、パイロット孔の掘削は、ドリルパイプを地上部に設置した掘削機本体から推進力を与え、方位掘削技術を用いてコースコントロールしながら弧状に押し込み、削孔する。通常、パイプラインの敷設は、河川や障害物を地下から迂回して、パイロット孔を目的地点に向けて貫通させた後、この小道の孔を拡大し、最後にパイプをドリルパイプで引き込むことにより行う。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、（１）のＴＢＭ工法は、グリッパという一種のくさびを地盤に機械的に打ち込むことにより反力をとっているため、軟弱な地盤では反力が不足して掘削が困難である。（２）のシールド工法は、掘削とともにセグメントを構築してこれより反力をとるため、掘削孔内にセグメントを組み立てる機械が必要である。また、（１）、（２）の方法とも、掘削土砂を掘削孔より排土する装置が必要なため、小径化が困難である。
【０００５】
（３）の弧状推進工法では、推進力を地上部の掘削機から与えるため、装置が大掛かりになり、施工条件の制約を受ける都市部での施工は困難である。また、掘削制御を遠隔と成る地上部掘削機で行うため、掘削位置の正確な制御が困難である。
【０００６】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、地中掘削において、自己推進性を向上して、通常付与する推進力を低減することで推進装置を小規模にでき、また、掘削に伴う排土量を低減することが可能な掘削装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するための第１の発明は、掘削機と、前記掘削機を駆動させる第１の駆動装置と、排土兼反力装置と、前記排土兼反力装置を駆動させる第２の駆動装置とを具備し、前記掘削機から前記排土兼反力装置に排出された掘削土または該掘削土が排出された周辺地山に反力をとって地山を掘削することを特徴とする掘削装置である。
【０００８】
掘削装置は、掘削機と第１の駆動装置を有する前胴部と、排土兼反力装置と第２の駆動装置を有する後胴部とで構成される。掘削機には、例えば回転式や揺動式の掘削機を使用する。排土兼反力装置とは、例えば、スクリューを有するオーガーヘッドベースである。オーガーヘッドベースは所定の角度に拡開された拡開式、または非拡開式とする。また、オーガーヘッドベースの内部に、排土の際に固化材や流動化材を注入する機構を設けてもよい。
【０００９】
第１の駆動装置は、例えば回転装置や揺動装置であり、第２の駆動装置は、例えば回転装置である。第１の駆動装置は、掘削機を回転または揺動させ、第２の駆動装置は、排土兼反力装置を回転させる。第１、第２の駆動装置がいずれも回転装置の場合、第１の駆動装置と第２の駆動装置は、例えば、お互いの回転トルクにより回転反力を確保して回転する。あるいは、後胴部の胴部せん断抵抗を反力として第１の回転装置を回転させ、前胴部の胴部せん断抵抗を反力として第２の回転装置を回転させる。なお、１つの回転装置で掘削機および排土兼反力装置を回転させてもよい。
【００１０】
また、前胴部と後胴部の間等に、推力装置を設けても良い。推力装置は、掘削機から排土兼反力装置に取り込まれた掘削土または該掘削土が排出された周辺地山に反力をとって掘削装置を推進させる。また、必要に応じて、各方向の推力を独立して制御し、掘削機の掘進方向を決定する。
【００１１】
第１の発明では、掘削機を駆動させる第１の駆動装置および排土兼反力装置を駆動させる第２の駆動装置とを適切に制御し、掘削機で掘削されて排土兼反力装置に取り込まれた掘削土または該掘削土が排出された周辺地山に反力をとりつつ地山を掘り進む。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて、本発明の第１の実施の形態について詳細に説明する。図１は、掘削装置１の側面図、図２は、回転掘削機７の正面図、図３は、図１に示す矢印Ａの方向から見た斜視図を示す。図１に示すように、掘削装置１は、回転掘削機７、回転装置９等から成る前胴部３、拡開式オーガーヘッドベース１７、回転装置１１等から成る後胴部５、推力装置１３等で構成される。
【００１３】
掘削装置１は、図１の矢印Ｘで示す掘削方向の最前方に回転掘削機７を有する。図２に示すように、回転掘削機７は中空の円筒状であり、最前面に、地山を掘削する掘削面１０が設けられる。掘削面１０は、例えば十字形等の放射形状や円形状に設けられる。
【００１４】
図２、図３に示すように、回転掘削機７の後方の円筒部２１の内部には、回転装置９が設けられる。円筒部２１の後方の円筒部２３の内部には、回転装置１１が設けられる。回転装置９は、回転装置１１の回転トルクまたは後胴部５の胴部せん断抵抗を回転反力として、回転掘削機７を回転させる。回転装置１１は、回転装置９の回転トルクまたは前胴部３の胴部せん断抵抗を回転反力として、拡開式オーガーヘッドベース１７を回転させる。
【００１５】
前胴部３の円筒部２１と後胴部５の円筒部２３との間には、複数の推力装置１３が設けられる。推力装置１３は、例えば、伸縮可能なジャッキ等であり、後胴部５で反力を確保して前胴部３を推進させる。図４は、一部の推力装置１３を伸張させた状態の掘削装置１の側面図である。図４に示すように、複数の推力装置１３を個別に伸縮させることにより、各方向の推力を独立して制御し、任意の方向に回転掘削機７を掘進させることができる。
【００１６】
拡開式オーガーヘッドベース１７は、図１の矢印Ｘに示す掘削方向前方を頂部とする円錐形状である。拡開式オーガーヘッドベース１７は、周囲に螺旋状のスクリュウコンベア１５を有する。回転装置９で拡開式オーガーヘッドベース１７を回転させることにより、回転掘削機７から排出された排土をスクリュウコンベア１５で後方へ送り、周辺地山に排出させる。その過程で、周辺地山は密実化される。拡開式オーガーヘッドベース１７は、排土兼反力装置として使用される。
【００１７】
拡開式オーガーヘッドベース１７の内部には管部１９が設けられる。図５は、管部１９の断面図である。管部１９は、電気線３１、送水管３３、注入ホース３５等で構成される。管部１９は、必要に応じて、掘削装置１の各部分に、電力、固化材、流動化材等を送るために用いられる。固化材には、例えば、セメントミルク等が使用される。
【００１８】
次に、掘削装置１の動作について説明する。図６は、掘削装置１で地盤２５を掘削する状態を示す図である。掘削装置１は、推力装置１３で前胴部３に推力を与えつつ、回転装置９で回転掘削機７を回転させて掘削面１０で地盤２５を掘削する。回転式の掘削機は、小さい推力で高い掘削効率を得られる。
【００１９】
掘削装置１が地盤２５を掘削しつつ前進すると、掘削された掘削土は、矢印Ｂに示すように、拡開式オーガーヘッドベース１７に達する。回転装置１１は、拡開式オーガーヘッドベース１７を回転させる。拡開式オーガーヘッドベース１７は、回転によって掘削土を螺旋状のスクリュウコンベア１５に取り込み、矢印Ｂに示すように後方へ移動させ、掘削孔２７の孔壁に押し付ける。
【００２０】
回転装置９と回転装置１１は、お互いの回転トルク、あるいは一方の胴部せん断抵抗により、回転反力を確保し、回転する。回転装置９と回転装置１１とを同時に回転させない場合には、例えば、回転装置９で前胴部３だけを回転させて、前胴部３の回転トルクや胴部せん断抵抗がある程度増加した後、これを反力として回転装置１１で後胴部５を回転させ、拡開式オーガーヘッドベース１７によって掘削土を排土する。また、逆に、回転装置１１で後胴部５だけを回転させて、拡開式オーガーヘッドベース１７から排土を周辺の地山に押し付け、後胴部５の胴部せん断抵抗が増大した後、これを反力として推力装置１３や前胴部１３の回転掘削機７を効率よく作動させる。
【００２１】
掘削装置１では、図４に示すように、複数の推力装置１３を個別に制御し、各方向の推力を独立して制御することにより、回転掘削機７の掘進方向を決定する。推力装置１３は、前胴部３を推進させる際、後胴部５で反力を確保する。すなわち、スクリュウコンベア１５に取り込まれた掘削土の排土抵抗を反力とする。スクリュウコンベア１５の大きな排土抵抗を反力とすることにより、回転掘削機７を推進させるのに必要な推力は小さくなる。よって、推力装置１３を小規模とできる。
【００２２】
掘削装置１は、地盤２５、掘削土の状態による前胴部３、後胴部５の駆動状況に応じて回転装置９、回転装置１１、推力装置１３を適切に制御しつつ、地盤２５を掘り進む。
【００２３】
拡開式オーガーヘッドベース１７を用いることにより、矢印Ｂの方向に取り込んだ掘削土が掘削孔２７の孔壁に押し付けられ、周辺の地盤２５が締固められるため、地盤２５のせん断強さが大きくなり、反力が増大する。また、掘削土を掘削孔２７の孔壁に押し付けることにより、排土量をゼロまたは低減することができる。これらにより、周辺の地盤２５の締固めや掘削孔２７の安定も図ることができる。
【００２４】
回転掘削時には、必要に応じて、前胴部３または後胴部５（掘削装置１の胴部）から掘削土に固化材や流動化材を注入、または攪拌混合する。一例として、送水管３３や注入ホース３５（図３）から、矢印Ｃの方向にセメントミルク等の固化材を掘削土に混入混合する。これにより、スクリュウコンベア１５での排土に伴って掘削孔２７の孔壁周辺の地盤２５の強度を高め、更なる反力の増大を図ることができる。
【００２５】
このように、第１の実施の形態では、掘削機に小さい推進力で掘削効率の高い回転掘削機７を用い、排土兼反力装置に排土抵抗の大きいオーガー装置を組み合わせることにより、回転掘削機７に必要推力を与えることができる。
【００２６】
また、排土兼反力装置に拡開式オーガーヘッドベース１７を用いて、掘削土を掘削孔２７の孔壁に押し付けることにより、地盤２５のせん断強さが大きくなって反力が増大し、排土量が低減される。地盤２５の締固めや掘削孔２７の安定等の効果は、回転掘削機７からスクリュウコンベア１５に取り込んだ掘削土に固化材等を混入することにより、さらに増大する。さらに、推力装置１３で各方向の推力を独立して制御することにより、任意の方向に掘進することができる。
【００２７】
なお、第１の実施の形態では、２つの回転装置９、回転装置１１を用いて、回転掘削機７と拡開式オーガーヘッドベース１７とをそれぞれ回転させたが、回転掘削機７と拡開式オーガーヘッドベース１７を１つの回転装置で回転させてもよい。また、推力装置１３の設置位置は、図１、図４に示す位置に限らない。
【００２８】
次に、第２の実施の形態について説明する。図７は、第２の実施の形態の掘削装置２９の断面図である。掘削装置２９の構成、動作は、第１の実施の形態の掘削装置１とほぼ同様であるが、後胴部５ａには、拡開式オーガーヘッドベース１７の代わりに非拡開式オーガーヘッドベース２８が設けられる。回転装置１１は、非拡開式オーガーヘッドベース２８を回転させる。また、スクリュウコンベア１５は、非拡開式オーガーヘッドベース２８の周囲に螺旋状に設けられる。
【００２９】
第２の実施の形態においても、掘削機に小さい推進力で掘削効率の高い回転掘削機７を用い、排土兼反力装置に排土抵抗の大きいオーガー装置を組み合わせることにより、回転掘削機７に必要推力を与えることができる。
【００３０】
また、回転掘削機７からスクリュウコンベア１５に取り込んだ掘削土に固化材等を混入して掘削孔２７の孔壁に押し付けることにより、地盤２５のせん断強さが大きくなって反力が増大し、排土量が低減される。さらに、推力装置１３で各方向の推力を独立して制御することにより、任意の方向に掘進することができる。
【００３１】
なお、第２の実施の形態では、２つの回転装置９、回転装置１１を用いて、回転掘削機７と非拡開式オーガーヘッドベース２８とをそれぞれ回転させたが、回転掘削機７と拡開式オーガーヘッドベース２８を１つの回転装置で回転させてもよい。なお、推力装置１３の位置は、図７に示す位置に限らない。
【００３２】
次に、第３の実施の形態について説明する。図８は、掘削孔４７を掘削している掘削装置４１を示す図である。第３の実施の形態の掘削装置４１は、第１の実施の形態の掘削装置１と比較して、後胴部５の構成、動作は同様であるが、前胴部３ａの構成、動作が異なる。掘削装置４１の前胴部３ａでは、円筒部２１の内部に揺動装置４３が設けられ、揺動装置４３に掘削機４５が連結される。揺動装置４３は、掘削機４５を矢印Ｄに示す方向等に揺動させる。後胴部５の円筒部２３と前胴部３ａの円筒部２１との間には、ジャッキ等の複数の推力装置１３が設けられる。
【００３３】
図８に示すように、掘削装置４１を用いて地盤２５に曲線状の掘削孔４７を掘削するには、推力装置１３で前胴部３ａに推力を与えつつ、揺動装置４３で掘削機４５を傾斜させて管部１９等から掘削面４９方向にジェッティングを行い、地盤２５を掘削する。拡開式オーガーヘッドベース１７は、第１の実施の形態と同様に、回転によって掘削土を螺旋状のスクリュウコンベア１５に取り込んで後方へ移動させ、掘削孔の孔壁に押し付ける。推力装置１３は、前胴部３ａを推進させる際、後胴部５で反力を確保する。
【００３４】
第３の実施の形態においても、排土兼反力装置に排土抵抗の大きいオーガー装置を用いることにより、掘削機４５に必要推力を与えることができる。また、掘削機４５からスクリュウコンベア１５に取り込んだ掘削土に固化材等を混入して掘削孔４７の孔壁に押し付けることにより、地盤２５のせん断強さが大きくなって反力が増大し、排土量が低減される。さらに、揺動装置４３で掘削機４５を傾斜させることにより、任意の方向に掘進することができる。
【００３５】
なお、第３の実施の形態では、後胴部５を第１の実施の形態と同様の構成としたが、第２の実施の形態の掘削装置２９の後胴部５ａと同様に、非拡開式オーガーヘッドベース２８を用いた構成としてもよい。また、推力装置１３の位置は、図８に示す位置に限らない。
【００３６】
なお、第１から第３の実施の形態において、拡開式オーガーヘッドベース１７や非拡開式オーガーヘッドベース２８の周囲のスクリュウコンベア１５の芯にテーパを設けることにより、回転に伴い取り込んだ掘削土を周辺地盤に押し付けることができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、地中掘削において、自己推進性を向上して、通常付与する推進力を低減することで推進装置を小規模にでき、また、掘削に伴う排土量を低減することが可能な掘削装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】掘削装置１の側面図
【図２】回転掘削機７の正面図
【図３】図１に示す矢印Ａの方向から見た斜視図
【図４】一部の推力装置１３を伸張させた状態の掘削装置１の側面図
【図５】管部１９の断面図
【図６】掘削装置１で地盤２５を掘削する状態を示す図
【図７】掘削装置２９の断面図
【図８】掘削孔４７を掘削している掘削装置４１を示す図
【符号の説明】
１、２９、４１………掘削装置
３、３ａ………前胴部
５、５ａ………後胴部
７………回転掘削機
９、１１………回転装置
１３………推力装置
１５………スクリュウコンベア
１７………拡開式オーガーヘッドベース
２８………非拡開式オーガーヘッドベース
４３………揺動装置
４５………掘削機
【図１】
2004027720.tif 000003
【図２】
2004027720.tif 000004
【図３】
2004027720.tif 000005
【図４】
2004027720.tif 000006
【図５】
2004027720.tif 000007
【図６】
2004027720.tif 000008
【図７】
2004027720.tif 000009
【図８】
2004027720.tif 000010