(57)【要約】【課題】硬質地盤であっても無理なく掘削することができる掘削能力に優れた拡径掘削方法を提供する。【解決手段】窓部２１が開口形成されたパイプ状のドリルケーシング２の先端部に、固定翼１３と油圧シリンダ１７駆動の可動翼１６とからなる拡径，縮径可能な掘削翼１２を備えている。縮径状態の掘削翼１２で一次掘削を行い、掘削翼１２を一旦引き上げた上で拡径させて一次掘削済み領域に二次掘削を施す。二次掘削は井筒構造体３の刃先下の拡径掘削として行われ、その後に井筒構造体３を所定量だけ圧入沈設する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
掘削翼を装着したパイプ状のドリルケーシングを掘削翼とともに回転させながら地盤を掘削する方法において、
上記掘削翼は拡径可能であるとともにその掘削翼を拡径，縮径動作させるアクチュエータを備えていて、
縮径状態とした掘削翼に圧入力を付与しながらその掘削翼で先行して掘削を行う一次掘削工程と、
一次掘削済み領域について拡径状態とした掘削翼に圧入力を付与しながらその掘削翼で大径の掘削を施す二次掘削工程と、
を含み、
一次掘削工程および二次掘削工程共にドリルケーシングの下部に開口形成した窓部から掘削土砂をドリルケーシングの内部に導入しながら掘削することを特徴とする拡径掘削方法。
【請求項２】
一次掘削後にドリルケーシングをその都度所定量だけ引き上げて掘削翼を拡径状態とした上で二次掘削に移行することを特徴とする請求項１に記載の拡径掘削方法。
【請求項３】
拡径状態とした掘削翼による二次掘削中に掘削翼を一時的に縮径状態とすることにより、掘削土砂を積極的に窓部からドリルケーシング内に取り込むことを特徴とする請求項１または２に記載の拡径掘削方法。
【請求項４】
ドリルケーシングは掘削翼よりも先端側に掘削刃を備えていて、このドリルケーシングの掘削刃と縮径状態の掘削翼にて一次掘削を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の拡径掘削方法。
【請求項５】
一次掘削と二次掘削を交互に繰り返しながら所定深度まで掘削することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の拡径掘削方法。
【請求項６】
井筒構造体内にドリルケーシングを挿入するようにそのドリルケーシングの周囲に予め井筒構造体を配置しておき、
一次掘削に続く二次掘削として井筒構造体の刃先下を掘削し、その二次掘削に続いてその都度井筒構造体を所定量だけ圧入沈設することを特徴とする請求項５に記載の拡径掘削方法。
【請求項７】
掘削翼を装着したパイプ状のドリルケーシングを掘削翼とともに回転させながら地盤を掘削する装置において、
上記掘削翼は拡径可能であるとともにその掘削翼を拡径，縮径動作させるアクチュエータを備えていて、
縮径状態とした掘削翼に圧入力を付与しながら先行して一次掘削を行った上でその一次掘削済み領域について拡径状態とした掘削翼に圧入力を付与しながら大径の二次掘削を施すようになっているとともに、
ドリルケーシングの下部には一次掘削および二次掘削の際に発生した掘削土砂をドリルケーシングの内部に取り込む窓部が開口形成されていて、
さらにドリルケーシングの上端部にはそのドリルケーシングを回転駆動しながら圧入力を付与する掘削駆動手段が設けられていることを特徴と拡径掘削装置。
【請求項８】
ドリルケーシングは、掘削翼よりも先端側に掘削翼とともに一次掘削を司る掘削刃を備えていることを特徴とする請求項７に記載の拡径掘削装置。
【請求項９】
掘削翼は一次掘削を司る固定翼と二次掘削を司る可動翼とから構成されていて、
可動翼は直動型アクチュエータの伸縮作動に応じて旋回動作することによりその縮径と拡径とが行われるようになっていることを特徴とする請求項７または８に記載の拡径掘削装置。
【請求項１０】
可動翼の旋回動作は油圧シリンダの伸縮作動に応じて行われるようになっていて、なお且つ油圧シリンダが収縮作動したときに可動翼が拡径するように設定されていることを特徴とする請求項９に記載の拡径掘削装置。
【請求項１１】
固定翼および可動翼は少なくともその下面側に掘削刃を備えていることを特徴とする請求項７〜１０のいずれかに記載の拡径掘削装置。
【請求項１２】
一次掘削と二次掘削を交互に繰り返しながら所定深度まで掘削する一方、二次掘削に続いてその都度井筒構造体を所定量だけ圧入沈設するようになっていて、
ドリルケーシングの周囲には、掘削駆動手段とは別に井筒構造体を圧入沈設する圧入沈設手段が設けられていることを特徴とする請求項７〜１１のいずれかに記載の拡径掘削装置。
【請求項１３】
掘削翼の油圧シリンダに油圧を供給するための油圧パワーユニットがドリルケーシングの上端部に搭載されていて、その油圧パワーユニットがドリルケーシングとともに回転するようになっていることを特徴とする請求項１０に記載の拡径掘削装置。
【請求項１４】
固定翼は、ドリルケーシングに対して着脱可能になっていて、径の異なる固定翼を付け替えることにより一次掘削及び二次掘削の掘削径を変化可能にしたことを特徴とする請求項９に記載の拡径掘削装置。
【請求項１５】
可動翼は、ドリルケーシングに対して着脱可能になっている固定翼に旋回可能に取付けられていることを特徴とする請求項１０〜１４に記載の拡径掘削装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、拡径掘削方法とその装置に関し、特にＰＣウェルもしくはケーソン等の井筒構造体の圧入沈設による立坑の構築に際して、井筒構造体の刃先下を拡底もしくは拡径するような形態で掘削するのに好適な拡径掘削方法とその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の拡径掘削に際して拡径可能な掘削翼を用いる方法が特許文献１および特許文献２等で知られている。
【０００３】
特許文献１に記載の技術では、ケーシングパイプの先端部に拡開可能な拡径翼を装着し、ケーシングパイプの正転に伴う地盤からの反力で拡径翼を自律的に拡開させて掘削を行う一方、ケーシングパイプの引き上げ時にはその逆転によって拡径翼を縮径させるようになっている。
【０００４】
また、特許文献２に記載の技術では、ケーシングパイプに装着された可変伸縮掘削翼を固定翼と可動翼とをもって構成し、可動翼の変位量を例えばカムや油圧をもって連続的に制御することにより、楕円掘削や段付き孔状の掘削が可能となっている。
【０００５】
【特許文献１】
特許第３０３１８７６号公報  （図１，２）
【０００６】
【特許文献２】
特開２０００−８７８０号公報（図１，６）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前者の技術では、掘削のための回転力は外部の駆動手段によって付与されるものの、その推力（掘進力）は拡径翼を含むケーシングパイプの自重のみに依存しており、したがってその掘削能力に自ずと限界があり、特に硬い地盤の掘削には不向きである。
【０００８】
その一方、後者の技術では、円形以外の任意の形状の孔の掘削を行える点でその汎用性に優れるものの、先行して一次掘削を行った後にその一次掘削済み領域に大径化のための二次掘削を施すものではないからその掘削能力もしくは掘削効率に限界があり、特に井筒構造体の圧入沈設と併用する場合には作業の迅速化が図れないことになる。その上、可変伸縮掘削翼を構成している固定翼に対する可動翼の変位量の制御はカムの使用を前提としているため、構造が複雑になるばかりでなくそのコストアップが余儀なくされることとなって好ましくない。
【０００９】
本発明は以上のような課題に着目してなされたものであり、拡径翼の採用を前提としつつも、とりわけ硬い地盤であっても効率良く掘削することができるようにした拡径掘削方法とその装置を提供しようとするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、掘削翼を装着したパイプ状のドリルケーシングを掘削翼とともに回転させながら地盤を掘削する方法において、上記掘削翼は拡径可能であるとともにその掘削翼を拡径，縮径動作させるアクチュエータを備えていて、縮径状態とした掘削翼に圧入力を付与しながらその掘削翼で先行して掘削を行う一次掘削工程と、一次掘削済み領域について拡径状態とした掘削翼に圧入力を付与しながらその掘削翼で大径の掘削を施す二次掘削工程とを含み、一次掘削工程および二次掘削工程共にドリルケーシングの下部に開口形成した窓部から掘削土砂をドリルケーシングの内部に導入しながら掘削することを特徴とする。なお、ドリルケーシング内に取り込まれた土砂は例えば公知のハンマーグラブ等で外部に排出される。
【００１１】
より具体的には、請求項２に記載のように、一次掘削後にドリルケーシングをその都度所定量だけ引き上げて掘削翼を拡径状態とした上で二次掘削に移行するものとし、同時に請求項３に記載のように、拡径状態とした掘削翼による二次掘削中に掘削翼を一時的に縮径状態とすることにより、掘削土砂を積極的に窓部からドリルケーシング内に取り込むようにすることが掘削土砂の排除効率向上の上で望ましい。
【００１２】
また、請求項４に記載のように、ドリルケーシングは掘削翼よりも先端側に掘削刃を備えていて、このドリルケーシングの掘削刃と縮径状態の掘削翼にて一次掘削を行うことが掘削能力のより一層の向上の上で望ましく、さらに請求項５に記載のように、一次掘削と二次掘削を交互に繰り返しながら所定深度まで掘削することで、深度の大きな孔でも無理なく掘削することができる。
【００１３】
したがって、請求項１〜５に記載の発明では、縮径状態とした掘削翼にて先行して一次掘削を行い、その一次掘削の深さが所定の深さとなったならば掘削翼をその一次掘削深さ分だけ一旦引き上げ、掘削翼を拡径状態とした上でさらに一次掘削済み領域についてこれを拡径するような形態で二次掘削を施すようにする。そして、このような一次掘削と二次掘削を交互に繰り返すことにより所定深度まで掘削することが可能となる。
【００１４】
ここで、上記掘削方法を井筒構造体の圧入沈設工法と併用する場合には、請求項６に記載のように、井筒構造体内にドリルケーシングを挿入するようにそのドリルケーシングの周囲に予め井筒構造体を配置しておき、一次掘削に続く二次掘削として井筒構造体の刃先下を掘削し、その二次掘削に続いてその都度井筒構造体を所定量だけ圧入沈設するものとする。
【００１５】
請求項７に記載の発明は、請求項１に記載の方法に用いる掘削装置を特定したものであって、掘削翼を装着したパイプ状のドリルケーシングを掘削翼とともに回転させながら地盤を掘削する装置において、上記掘削翼は拡径可能であるとともにその掘削翼を拡径，縮径動作させるアクチュエータを備えていて、縮径状態とした掘削翼に圧入力を付与しながら先行して一次掘削を行った上でその一次掘削済み領域について拡径状態とした掘削翼に圧入力を付与しながら大径の二次掘削を施すようになっているとともに、ドリルケーシングの下部には一次掘削および二次掘削の際に発生した掘削土砂をドリルケーシングの内部に取り込む窓部が開口形成されていて、さらにドリルケーシングの上端部にはそのドリルケーシングを回転駆動しながら圧入力を付与する掘削駆動手段が設けられていることを特徴とする。
【００１６】
そして、請求項８に記載のように、ドリルケーシングは掘削翼よりも先端側に掘削翼とともに一次掘削を司る掘削刃を備えているものとし、また請求項９に記載のように、掘削翼は一次掘削を司る固定翼と二次掘削を司る可動翼とから構成されていて、可動翼は直動型アクチュエータの伸縮作動に応じて旋回動作することによりその縮径と拡径とが行われるようになっているものとする。
【００１７】
この場合、請求項１０に記載のように、可動翼の旋回動作は油圧シリンダの伸縮作動に応じて行われるようになっていて、なお且つ油圧シリンダが収縮作動したときに可動翼が拡径するように設定されていることが望ましく、同時に請求項１１に記載のように、固定翼および可動翼は少なくともその下面側に掘削刃を備えていることが望ましい。加えて、請求項１３に記載のように、油圧シリンダに油圧を供給するための油圧パワーユニットがドリルケーシングの上端部に搭載されていて、その油圧パワーユニットがドリルケーシングとともに回転するようになっていることが油圧供給のための配管系のねじれを防止する上でより望ましい。  さらに、先にも述べたように孔の掘削と井筒構造体の圧入沈設とを併用する場合には、請求項１２に記載のように、一次掘削と二次掘削を交互に繰り返しながら所定深度まで掘削する一方、二次掘削に続いてその都度井筒構造体を所定量だけ圧入沈設するようになっていて、ドリルケーシングの周囲には、掘削駆動手段とは別に井筒構造体を圧入沈設する圧入沈設手段が設けられているものとする。  したがって、これら請求項７〜１２に記載の発明では、先に述べた請求項１〜６に記載の掘削方法を忠実に遂行することができる。
【００１８】
また、請求項１４は、固定翼をドリルケーシングに対して着脱可能にしたので径の異なる固定翼を付け替えることにより一次掘削による掘削径を変えることができ、一次掘削の掘削径を変えることことにより、可動翼による二次掘削の掘削径も容易に変えることができる。
【００１９】
また、請求項１５は、可動翼を固定翼の外側部に旋回可能に取付けたので、可動翼は、固定翼の外側部において恰も固定翼の長さを延ばすように拡径する。
【００２０】
【発明の効果】
請求項１，２および請求項５，７に記載の発明によれば、一次掘削と二次掘削に分けてその掘削を行うようにしたことにより、一回の掘削面積は小さくても一次掘削と二次掘削を交互に且つ繰り返し行うことでその掘削能力もしくは掘削効率が飛躍的に向上するとともに、硬質な地盤であっても無理なく掘削することができ、さらに従来よりも大口径の孔の掘削が可能となる。
【００２１】
また、請求項３に記載の発明によれば、二次掘削中における掘削翼の一時的な縮径動作によりドリルケーシング内に掘削土砂を積極的に取り込むことができるので、掘削土砂の排除効率が一段と向上する。
【００２２】
請求項４，８に記載の発明によれば、一次掘削は掘削翼だけでなくドリルケーシングの先端の掘削刃によっても同時に行われることから、その掘削効率が一段と向上する。
【００２３】
請求項６，１２に記載の発明によれば、井筒構造体の圧入沈設と併用するに際して、一次掘削に続く二次掘削として井筒構造体の刃先下を掘削し、その二次掘削に続いてその都度井筒構造体を所定量だけ圧入沈設するようにしたことにより、その井筒構造体の圧入沈設をスムーズに且つきわめて効率良く行える。
【００２４】
請求項９に記載の発明によれば、固定翼とともに掘削翼を構成しているアクチュエータ駆動の可動翼をいわゆるスイング式のものとしたことにより、その縮径，拡径動作が安定して行われる利点がある。
【００２５】
請求項１０に記載の発明によれば、アクチュエータである油圧シリンダが収縮動作したときに可動翼が拡径するようになっているため、掘削翼が掘削負荷に十分に対向できる利点がある。
【００２６】
請求項１１に記載の発明によれば、掘削翼を形成している固定翼および可動翼の下面側に掘削刃を備えていることにより、一次掘削および二次掘削ともにその掘削効率が一段と向上する利点がある。
【００２７】
請求項１３に記載の発明によれば、掘削翼の可動翼駆動用の油圧シリンダに油圧を供給するための配管系のねじれ等の未然に防止できるとともに、その油圧の授受をきわめて容易に行える利点がある。
【００２８】
請求項１４は、固定翼をドリルケーシングに対して着脱可能にしたので、基本となるドリルケーシングを利用して、径の異なる固定翼を付け替えるという簡単な手段で掘削孔の大口径化に容易に対応することが可能になる。
【００２９】
また、請求項１５は、可動翼を固定翼の外側部に旋回可能に取付け、井筒構造体の下部領域において可動翼を拡径、縮径する構成にしたので、可動翼をドリルケーシングに直接、旋回可能に取付ける場合に比べて可動翼を短くして、可動翼の変形や可動翼の取付部に極度の応力が発生するのを防止する。
【００３０】
【発明の実施の形態】
図１〜１１は本発明の好ましい実施の形態を示し、孔の掘削と並行して立坑の躯体となるＰＣウェルもしくはケーソン等の井筒構造体を継ぎ足しながら所定量ずつ圧入沈設する場合の例を示している。
【００３１】
図１に示すように、本実施の形態のシステムでは、大別してパイプ状のドリルケーシング２を回転しながらこれを地中に徐々に圧入して縦孔（掘削孔）Ｈを掘削する回転掘削機１と、その掘削された掘削孔Ｈ内に井筒構造体３を順次圧入沈設する圧入沈設手段としての圧入沈設装置４と、回転掘削機１による掘削に伴って発生した土砂を外部に排土するハンマーグラブ５等から構成される。
【００３２】
圧入沈設装置４は、枠状の架台６内に加圧板７を昇降駆動させるための油圧式のパワージャッキ８を備えており、加圧板７が当接することになる最上段の井筒構造体３をもってそれ以下の全ての井筒構造体３，３…を一斉に圧入沈設する機能を有している。
【００３３】
圧入沈設装置４の架台６の上には回転掘削機１の掘削駆動手段として機能する回転圧入駆動部９が搭載されている。この回転圧入駆動部９は、周知のように圧入沈設装置４や回転圧入駆動部９の中心部を貫通するように配置されたパイプ状のドリルケーシング２を把持した上でこれを鉛直軸周りに回転駆動しながら地中に圧入する機能を有している。
【００３４】
図２〜４は上記ドリルケーシング２の詳細を示しており、ドリルケーシング２の先端にはそのドリルケーシング２の一部を構成することになる先端アタッチメント１０が着脱可能に装着されており、さらにその先端アタッチメント１０には複数の掘削刃（ビット）１１が装着されているほか、その掘削刃位置よりも所定量だけ上方位置にはドリルケーシング１０よりも大径の拡径および縮径可能な掘削翼１２が装着されている。この掘削翼１２は、先端アタッチメント１０の周囲に略放射状に配置された三つの固定翼１３と、固定翼１３の上部側にそれら三つの固定翼１３が共有するような形態で設けられた円環状のトップディスク１４と、各固定翼１３にヒンジ１５をもって回転可能に連結された可動翼１６とをもって形成されており、各可動翼１６は同じく先端アタッチメント１０の外周に装着された直動型アクチュエータとしての揺動型の油圧シリンダ１７のピストンロッド１８にリンク１９を介して連結されている。そして、各油圧シリンダ１７を収縮動作させたときには図３に示すように各可動翼１６が固定翼１３とほぼ平行となるまで突出して掘削翼１２全体が拡径状態となる一方、逆に各油圧シリンダ１７を伸長動作させたときには図４に示すように各可動翼１６が折り畳まれて掘削翼１２全体が縮径状態となるように設定されている。なお、拡径状態における可動翼１６の最大直径は、後述するように圧入沈設しようとする井筒構造体３の外径寸法と同等寸法となるように予め設定されている。
【００３５】
ここで、図３と図４とを比較すると明らかなように、掘削翼１２を縮径状態としたときには各可動翼１６や油圧シリンダ１７は固定翼１３の最大直径部が描く軌跡よりも内側に位置するように設定されている。また、固定翼１３および可動翼１６ともにそれぞれに下面側に複数の掘削刃（ビット）２０が装着されている。なお、各油圧シリンダ１７の収縮状態をもって各可動翼１６が拡径状態になるように設定しているのは、掘削抵抗に対して各可動翼１６が機械的に十分に対抗できるようにするためである。
【００３６】
また、先端アタッチメント１０のうち各固定翼１３の配置ピッチの間に相当する位置にはその円周方向の等分位置に三つの窓部２１が開口形成されている。これらの窓部２１は図４に示すように平面視にて縮径状態にある各可動翼１６とほぼ対向するような位置に形成されていて、拡径状態にあるか縮径状態にあるかにかかわらずその掘削翼１２にて掘削した土砂を窓部２１を通してドリルケーシング２（先端アタッチメント１０）の内部に取り込むようになっている。同時に、後述するように掘削翼１２の拡径状態での掘削中において適当なタイミングで一時的に可動翼１６を縮径状態とすることでその拡径掘削中の土砂を窓部２１から積極的にドリルケーシング２内に取り込むことができるようになっている。
【００３７】
先端アタッチメント１０のうち掘削翼１２よりも上方側には図５に示すように平面視にて等分位置に三つのスタビライザ２２が装着されている。各スタビライザ２２は、鉛直軸周りに回転可能な合計四つのアウタローラ２３と水平軸周りに回転可能な上下一対のインナローラ２４とを組み合わせたもので、各スタビライザ２２は先端アタッチメント１０に対して相対回転不能に拘束されているものの、図２に示した位置を最下降限位置として先端アタッチメント１０（ドリルケーシング２）に対して昇降可能となっている。そして、アウタローラ２３が井筒構造体３の内周面に、インナローラ２４が先端アタッチメント１０もしくはドリルケーシング２の外周面に圧接するように設定されていることから、ドリルケーシング２の回転時（掘削時は時計回り方向回転）にはアウタローラ２３が井筒構造体３の内周面に沿って転動することでそのドリルケーシング２の回転を許容し、またドリルケーシング２の昇降時にはインナローラ２４が転動することでそのドリルケーシング２の昇降動作を許容するようになっている。同時に、井筒構造体２の圧入沈設時には同様にインナローラ２４がドリルケーシング２に沿って転動することでその井筒構造体２の圧入沈設を許容するようになっている。
【００３８】
ここで、アウタローラ２３は支持体２５に、インナローラ２４は別の支持２６にそれぞれ支持されているとともに、その支持体２６に設けた揺動型のクッションシリンダ（油圧シリンダ）２７のピストンロッドが他方の支持体２５に連結されていることから、各クッションシリンダ２７を伸長状態とすることによりアウタローラ２３が井筒構造体３に、インナローラ２４がドリルケーシング２にそれぞれ圧接して、ドリルケーシング２と井筒構造体３相互のセンタリングすなわち両者の同心精度を保つようになっている。
【００３９】
ここで、掘削翼１２を形成している可動翼１６の拡径，縮径作動用の油圧シリンダ１７や各スタビライザ２２のクッションシリンダ２７に必要とされる油圧は、図１のほか図６，７に示すように予めドリルケーシング２の上端に搭載してある油圧パワーユニット（油圧ポンプ等を含む）２８から供給される。すなわち、油圧パワーユニット２８は電源ユニット２９とともに脱着可能なゴンドラ３０を介してドリルケーシング２の上端に搭載されていてドリルケーシング２とともに回転するようになっていることから、その油圧パワーユニット２８を外部据え置き式にした場合と比べて相対回転する部分がなくなることによって、油圧ホース等の配管径のねじれの問題が解消されるとともに油圧の授受が容易に行えるようになる。
【００４０】
したがって、本実施の形態のシステムでは、特許第３０３１８７６号公報に記載のものと同様に井筒構造体３の刃先下（最下段の井筒構造体３の刃口３ａの下側）を掘削しながらその井筒構造体３を徐々に圧入沈設するものであるが、その掘削に際して一時掘削と二次掘削とに分けて実質的に二段階に掘削を行うところに特徴がある。
【００４１】
より詳しくは、図８の（Ａ）は立坑の躯体となるべき井筒構造体３を継ぎ足しながらの圧入沈設が所定深度まで進んだ状態を示しており、同図および図４に示すように掘削翼１２を縮径状態（油圧シリンダ１７が伸長状態）とした上でその掘削翼１２をドリルケーシング２とともに回転駆動しながら掘削推力（掘進力）を与えて一次掘削を行う。この一次掘削は掘削翼１２の固定翼１３と先端アタッチメント１０の掘削刃１１によって行われ、図４に示すように実質的に折り畳まれて縮径状態にある可動翼１６は一次掘削には直接関与しない。なお、ドリルケーシング２の回転力と掘進力は先に述べた回転掘削機１の回転圧入駆動部９によって付与される。
【００４２】
この一次掘削によって生じた掘削土砂は掘削翼１２の回転に伴って窓部２１から先端アタッチメント１０の内部に取り込まれ、その掘削進行中に例えば図１に示したバケット系掘削機であるハンマーグラブ５によって排土される。
【００４３】
また、一次掘削中は先端アタッチメント１０の掘削刃１１にて先行して掘削を行い、その後を追いかけるように掘削翼１２にて拡径掘削を行うものであり、しかも井筒構造体３とドリルケーシング２の径方向での相対位置関係はスタビライザ２２によって保たれていることから、一次掘削中の掘削孔Ｈとドリルケーシング２および井筒構造体３それぞれの同心精度は高精度に保たれていることになる。  一次掘削が所定深度まで進んだならば、図８の（Ｂ）に示すように掘削翼１２を拡径可能な位置まで一旦ドリルケーシング２を引き上げた上、図３および図９の（Ａ）に示すように掘削翼１２に付帯している油圧シリンダ１７を収縮動作させて各可動翼１６を固定翼１３に対して拡径させる。その状態で、再びドリルケーシングに掘進力を付与して、図９の（Ｂ）に示すように先に一次掘削された掘削孔Ｈを拡径させるような形態で二次掘削を施す。この二次掘削は主として掘削翼１２のうち可動翼１６によって行われ、その拡径後の孔径は井筒構造体２の外径と同等寸法になることを基本とし、必要に応じて井筒構造体２の外径よりも小さくしたり大きくすることは可動翼１６の最大直径の調整によって可能であることは言うまでもない。
【００４４】
この二次掘削中において発生した掘削土砂も掘削翼１２の回転に伴い窓部２１から先端アタッチメント１０内（ドリルケーシング２内）に自律的に取り込まれることになるものの、二次掘削中において適当なタイミングで掘削翼１２の可動翼１６を一旦縮径状態とした上で直ちに拡径状態に戻す操作を行う。こうすることにより、二次掘削に伴って発生した掘削土砂をより積極的にドリルケーシング２内に取り込むことができ、排土効率が一段と向上する。
【００４５】
一次掘削済み領域についての二次掘削が終了したならば、掘進力の付与を一旦断った上でその位置にて油圧シリンダ１７を逆動作させて再び掘削翼１２のうちその可動翼１６を図１０の（Ａ）のように縮径状態とする。そして、井筒構造体３の刃先下に確保された深さ分だけ図１０の（Ｂ）に示すように井筒構造体３を圧入沈設装置４にて圧入沈設する。
【００４６】
そして、以降は図８の（Ａ）〜図１０の（Ｂ）までの動作すなわち一次掘削とそれに続く二次掘削および井筒構造体３の圧入沈設を何回か繰り返し行い、図１１の（Ａ）に示すように最上段の井筒構造体３の地表への突出量が所定量以下となったならば圧入沈設装置４の加圧板７を最上昇位置まで上昇動作させる。
【００４７】
この状態で、図１１の（Ｂ）に示すように最上段の井筒構造体３の上に新たな井筒構造体３Ａを継ぎ足して連結した上で、以降は井筒構造体３の圧入沈設深さが所定深度になるまで上記の一連の動作を繰り返すことになる。
【００４８】
このように本実施の形態によれば、井筒構造体３の圧入沈設に必要な直径の掘削孔Ｈをいきなり掘削するのではなく、小径の一次掘削を行った上でその一次掘削済み領域を拡径するように二次掘削を行うようにしているので、たとえ硬質地盤であっても無理なく掘削，掘進することができ、その掘削能力もしくは掘削効率が飛躍的に向上するとともに、従来よりも大口径の掘削孔Ｈの掘削が可能となることになる。
【００４９】
図１２〜１６は本発明の第２の実施の形態を示し、先に説明した第１の実施の形態のものと共通する部分には同一符号を付してある。この第２の実施の形態では、圧入沈設装置３４の構造が第１の実施の形態のものと異なっており、掘削中において圧入沈設途中の井筒構造体３が自沈現象を起こさないように地上側の圧入沈設装置３４で井筒構造体３全体を支持しながら圧入沈設する場合の例を示している。
【００５０】
図１２に示すように、圧入沈設装置３４は、枠状の架台３６内に加圧板３７を昇降駆動させるための油圧式のパワージャッキ３８を備えているとともに、そのパワージャッキ３８により昇降駆動される加圧板３７には打ち抜きピン方式のクランプ機構３９が設けられており、このクランプ機構３９にて井筒構造体３全体を支えながら順次圧入沈設することになる。
【００５１】
また、回転掘削機１のドリルケーシング３２としては、先端アタッチメント１０のほか複数のケーシングセグメント３２ａ，３２ａ…を継ぎ足すようにして相互に連結したものが使用され、その掘削深度の増大とともにドリルケーシング３２の上段側にさらに別のケーシングセグメント３２ａが継ぎ足されるようになっている。
【００５２】
この第２の実施の形態では、図１３の（Ａ）に示すように（同図は立坑の躯体となるべき井筒構造体３，３…を継ぎ足しながらの圧入沈設が所定深度まで進んだ状態を示している）、最初に第１の実施の形態と同様に掘削翼１２を縮径状態とした上でその掘削翼１２をドリルケーシング３２とともに回転駆動しながら掘進力を与えて一次掘削を行う。
【００５３】
一次掘削が所定深度まで進んだならば、同図（Ｂ）に示すように掘削翼１２を拡径可能な位置まで一旦ドリルケーシング３２を引き上げた上、図３および図１４の（Ａ）に示すように各可動翼１６を固定翼１３に対して拡径させて掘削翼１２そのものを拡径状態とする。その状態で、再びドリルケーシング３２に掘進力を付与して、図１４の（Ｂ）に示すように先に一次掘削された掘削孔Ｈを拡径させるような形態で二次掘削を施す。
【００５４】
この時、井筒構造体３の刃先下が拡径掘削されたとしても井筒構造体３全体は圧入沈設装置３４のクランプ機構３９によって支えられているので、自重による自沈現象を起こすことはない。
【００５５】
一次掘削済み領域についての二次掘削が終了したならば、掘進力の付与を一旦断った上でその位置にて図４の油圧シリンダ１７を逆動作させて、同図および図１５の（Ａ）に示すように掘削翼１２のうちその可動翼１６を縮径状態とする。そして、井筒構造体３の刃先下に確保された深さ分だけ図１５の（Ｂ）に示すように井筒構造体３を圧入沈設装置３４にて圧入沈設する。
【００５６】
以降は図１３の（Ａ）〜図１５の（Ｂ）までの動作すなわち一次掘削とそれに続く二次掘削および井筒構造体３の圧入沈設を何回か繰り返し行い、図１６の（Ａ）に示すように最上段の井筒構造体３の地表への突出量が所定量以下となったならば、回転掘削機１の回転圧入駆動部９および油圧パワーユニット２８等を一旦撤去した上で、最上段の井筒構造体３の上に新たな井筒構造体３Ａを継ぎ足して連結する。さらに、同図（Ｂ）に示すように、ドリルケーシング３２のうち最上段のケーシングセグメント３２ａの上に新たなケーシングセグメント３２ａを継ぎ足して連結する。この後、回転掘削機１の回転圧入駆動部９および油圧パワーユニット２８等を元の状態に戻し、以降は井筒構造体３の圧入沈設深さが所定深度になるまで上記の一連の動作を繰り返すことになる。
【００５７】
この第２の実施の形態においても第１の実施の形態のものと同様の作用効果が得られるほか、特により深度の大きな立坑を構築できる利点がある。また、ケーシングセグメント３２ａの継ぎ足し方式を先の第１の実施の形態に採用することももちろん可能である。
【００５８】
図１７，１８は本発明の第３の実施の形態を示す。この第３の実施の形態では、掘削翼４２の直径が大径化する場合に、一つの固定翼４３と可動翼４６、油圧シリンダ４７およびトップディスク部４４をそれぞれ一組として三つの翼ブロック４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃに分割し、これらの各翼ブロック４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃを図１，１２に示した先端アタッチメント１０を母体として相互に組み付けることで掘削翼４２としての機能を発揮できるようにしたものである。
【００５９】
この第３の実施の形態においても第１，２の実施の形態のものと同様の作用効果が得られるものであることは言うまでもない。
【００６０】
図１９〜２３は本発明の第４の実施の形態を示し、先に説明した第１〜３の実施の形態のものと共通する部分には同一符号を付してある。この第４の実施の形態では、掘削翼５０を構成する固定翼５１は、ドリルケーシング２（先端アタッチメント１０）に対して着脱可能になっていて、径の異なる固定翼５１を付け替えることにより一次掘削及び二次掘削の掘削径を容易に変化させることができるようになっている。
【００６１】
この実施例において、固定翼５１は、第１の固定翼（基準固定翼）５２と第２の固定翼（拡大固定翼）５３とからなっている。第１の固定翼５１は、第１〜３の実施の固定翼１３に相当するものであり、ドリルケーシング２（先端アタッチメント１０）に一体的に設けられている。第２の固定翼５３は、第１の固定翼５２に重ね合せた状態で着脱可能に取付けられている。
【００６２】
第１の固定翼５２は、例えば口径（外径）φ３０００の井筒構造体３を圧入沈設するための掘削孔を掘削する場合には単独で使用され、第２の固定翼５３は、例えば口径（外径）φ４８００の井筒構造体３を圧入沈設するための掘削孔を掘削する場合に、第１の固定翼５２に所謂継ぎ足した状態で使用される。
【００６３】
また、可動翼５４は、第２の固定翼５３の外周部側に第１の枢支軸５５に旋回（回動）可能に取付けられていて、アクチュエータとしての油圧シリンダ５６により前記第１の枢支軸５５を中心に回動駆動されるようになっている。
【００６４】
油圧シリンダ５６のシリンダ本体部５７は、一端部が第２の枢支軸５８により回動可能にドリルケーシング２（先端アタッチメント１０）に取付けられている。
【００６５】
図２１に示すように、油圧シリンダ５６のピストンロッド５９は、第１のロッド６０と、第１のロッド６０の先端に第３の枢支軸６１を介して回動可能に連結された第２のロッド６２と、からなっていて、第２のロッド６２の先端が第３の枢支軸６３により可動翼５４の中央部に回動可能に連結されている。また、前記ピストンロッド５９の第３の枢支軸６１は、リンク６４及び第４の枢支軸６５を介して第２の固定翼５３に回動可能に連結されている。なお、図１９において、６６は補強部材、６７は土砂取り込み用の窓部である。また、図示を省略したが掘削翼５０の上方には第１〜３の実施の形態のものと同様のスタビライザが装着されている。
【００６６】
そして、油圧シリンダ５６を収縮動作させたときには、図２０に示すように、可動翼５４が第２の固定翼５３とほぼ平行となるまで突出して掘削翼全体が拡径状態となる一方、逆に油圧シリンダ５６を伸長動作させたときには、図２１に示すように、可動翼５４が折り畳まれて掘削翼全体が縮径状態となるように設定されている。拡径状態における可動翼５４の最大直径は、井筒構造体３の外径寸法φ４８００と同等寸法となるように予め設定されている。
【００６７】
また、図２１に示すように、ドリルケーシング２（先端アタッチメント１０）の外周には第１の軸受部７１、第２の軸受部７２、第３の軸受部７３が設けられている。そして、口径（外径）φ４８００の井筒構造体３を圧入沈設するための掘削孔を掘削する場合には、前記第１の軸受部７１に前記枢支軸５８で油圧シリンダ５６の一端部を回動可能に取付けるようになっている。
【００６８】
また、口径（外径）φ３０００の井筒構造体３を圧入沈設するための掘削孔を掘削する場合には、図２２、図２３に示すように、前記第１の軸受部７１に前記枢支軸５８で前記油圧シリンダ５６よりも短尺の油圧シリンダ１７の一端部が回動可能に取付けられると共に、前記第２の軸受部７２に軸１５で可動翼１６が回動可能に取付けられる。
【００６９】
前記油圧シリンダ１７のピストンロッド１８の先端部には軸７４を介してリンク１９が回動可能に連結されている。前記リンク１９の先端部は軸７７を介して、前記可動翼１６の中央部に設けた第４の軸受部７６に回動可能に連結されている。
また、前記軸７４はリンク７７を介して軸７８により前記第３の軸受部７３に回動可能に連結されている。そして、前記油圧シリンダ１７のピストンロッド１８を伸長させると、図２２に示すように、可動翼１６は縮径した状態になる。また、前記油圧シリンダ１７のピストンロッド１８を収縮させると、図２３に示すように、可動翼１６は拡径して、その先端がφ３１００の位置まで伸びた状態になる。これらの状態は、図３、図４に示す第１の実施の形態の場合と同じである。
【００７０】
なお、前記第４の実施の形態の場合には、第１の固定翼５２に第２の固定翼５３を継ぎ足す場合を示したが、第１の固定翼５２を取り外してから第２の固定翼５３を取付けるようにしても良い。また、第２の固定翼５３の径は、井筒構造体３の外径寸法に合せて適宜に形成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい第１の実施の形態を示す図で、拡径掘削装置の断面説明図。
【図２】図１の要部拡大図。
【図３】掘削翼の詳細を示す図で、図２のＡ−Ａ線に沿う拡大断面図。
【図４】図３の掘削翼の縮径状態を示す説明図。
【図５】図２のＢ−Ｂ線に沿う拡大断面図。
【図６】図１に示すドリルケーシングの要部拡大図。
【図７】図６の平面図。
【図８】（Ａ），（Ｂ）ともに図１の拡径掘削装置の施工手順を示す説明図。
【図９】（Ａ），（Ｂ）ともに図１の拡径掘削装置の施工手順を示す説明図。
【図１０】（Ａ），（Ｂ）ともに図１の拡径掘削装置の施工手順を示す説明図。
【図１１】（Ａ），（Ｂ）ともに図１の拡径掘削装置の施工手順を示す説明図。
【図１２】本発明に係る拡径掘削装置の第２の実施の形態を示す断面説明図。
【図１３】（Ａ），（Ｂ）ともに図１２の拡径掘削装置の施工手順を示す説明図。
【図１４】（Ａ），（Ｂ）ともに図１２の拡径掘削装置の施工手順を示す説明図。
【図１５】（Ａ），（Ｂ）ともに図１２の拡径掘削装置の施工手順を示す説明図。
【図１６】（Ａ），（Ｂ）ともに図１２の拡径掘削装置の施工手順を示す説明図。
【図１７】本発明の第３の実施の形態として掘削翼の他の例を示す分解説明図。
【図１８】図１７の掘削翼を形成している一つの翼ブロックの正面説明図。
【図１９】本発明の第４の実施の形態として掘削翼の他の例を示す要部拡大図。
【図２０】掘削翼の詳細を示す図で、図１９のＡ−Ａ線に沿う拡大断面図。
【図２１】図２０の掘削翼の縮径状態を示す説明図。
【図２２】第２の固定翼を取り外して第１の固定翼に可動翼を取付けて縮径させた状態の要部拡大図。
【図２３】第２の固定翼を取り外して第１の固定翼に可動翼を取付けて拡径させた状態の要部拡大図。
【符号の説明】
１…回転掘削機
２…ドリルケーシング
３…井筒構造体
４…圧入沈設装置（圧入沈設手段）
９…回転圧入駆動部（掘削駆動手段）
１０…先端アタッチメント
１１…掘削刃
１２…掘削翼
１３…固定翼
１６…可動翼
１７…油圧シリンダ（直動型アクチュエータ）
２０…掘削刃
２１…窓部
２８…油圧パワーユニット
３２…ドリルケーシング
３２ａ…ケーシングセグメント
３４…圧入沈設装置（圧入沈設手段）
３９…クランプ機構
４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ…翼ブロック
４２…掘削翼
４３…固定翼
４６…可動翼
４７…油圧シリンダ（直動型アクチュエータ）
５０…掘削翼
５１…固定翼
５２…第１の固定翼
５３…第２の固定翼
５４…可動翼
５６…油圧シリンダ（直動型アクチュエータ）
Ｈ…掘削孔
【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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【図２２】
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【図２３】
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