(57)【要約】【課題】掘削孔を拡幅するための拡幅用ビットと掘削手段の本体部との接続部の強度を十分に確保し、掘削手段の破損を防止することができ、維持費用を抑制することができる掘削装置を提供することを課題としている。【解決手段】ベースマシンに昇降可能に支持されている回転手段を備え、回転手段は、下端部に下部掘削手段（掘削手段）５０が取り付けられた回転軸２１を有する掘削装置であって、下部掘削手段５０は、本体部５１Ｒ，５１Ｌと、掘削孔を掘削するために、本体部５１Ｒ，５１Ｌの底面部５４に設けられた掘削用ビット５５と、掘削孔を拡幅するために、本体部５１Ｒ，５１Ｌの側面部５２に設けられた拡幅用ビット５３とを備え、本体部５１Ｒ，５１Ｌは、油圧シリンダ（駆動手段）５６によって、掘削孔の直径方向において底面部５４の拡張及び縮退の切り替えが自在となるように構成されている。【選択図】  図３
2004204518.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースマシンと、
前記ベースマシンに昇降可能に支持されている回転手段と、を備え、
前記回転手段は、下端部に掘削手段が取り付けられた回転軸を有し、前記回転軸を回転させることにより掘削孔を掘削する掘削装置であって、
前記掘削手段は、
本体部と、
掘削孔を掘削するために、前記本体部の底面部に設けられた掘削用ビットと、
掘削孔を拡幅するために、前記本体部の側面部に設けられた拡幅用ビットと、
を備え、
前記本体部は、駆動手段によって、掘削孔の直径方向において前記底面部の拡張及び縮退の切り替えが自在となるように構成されていることを特徴とする掘削装置。
【請求項２】
前記掘削手段の前記本体部は、前記回転軸を境に２分割された状態で前記回転軸の支持部に取り付けられており、
前記駆動手段は、基端部が前記回転軸に取り付けられており、先端部が分割された前記各本体部に取り付けられた２体のシリンダであり、
分割された前記各本体部の前記底面部を、前記各シリンダの伸長によって、前記支持部を中心として互いに離間する方向に回動させることにより、分割された前記各本体部の前記底面部が掘削孔の直径方向に拡張されるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の掘削装置。
【請求項３】
前記回転軸は、
本体部と、
掘削孔を掘削及び拡幅するために、前記本体部の前記上面部に設けられた掘削用ビットと、を備え、
前記本体部は、駆動手段によって、掘削孔の直径方向において前記上面部の拡張及び縮退の切り替えが自在となるように構成されている他の掘削手段を備えていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の掘削装置。
【請求項４】
前記他の掘削手段の前記本体部は、前記回転軸を境に２分割された状態で前記回転軸の支持部に取り付けられており、
前記駆動手段は、基端部が前記回転軸に取り付けられており、先端部が分割された前記各本体部に取り付けられたシリンダであり、
分割された前記各本体部の前記上面部を、前記シリンダの伸長によって、前記支持部を中心として互いに離間する方向に回動させることにより、分割された前記各本体部の前記上面部が掘削孔の直径方向に拡張されるように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の掘削装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、掘削孔を掘削するための掘削装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、掘削孔を掘削する掘削装置としては、ベースマシンと、ベースマシンに昇降可能に支持されている回転手段とを備え、回転手段は、下端部に掘削手段が取り付けられた回転軸を有し、回転軸を回転させることにより、掘削孔を掘削する掘削装置がある。
ここで、並設された掘削孔によって連続地中壁を構築する場合には、隣接する掘削孔を確実に接合させ、連続地中壁の壁面に隙間が形成されないようにして止水性を確保する必要がある。また、各掘削孔内にＨ鋼材等の芯材を埋設する場合には、掘削孔内の所定位置が所定深度まで垂直に掘削されている必要がある。しかしながら、従来の掘削装置では、掘削孔の深度に対応させて回転軸を延長させるため、掘削孔の深度が大きい場合には、回転軸の強度が低下して地盤内で斜め方向に湾曲してしまう場合がある。これにより、図６（ａ）の掘削孔の側面図に示すように、掘削孔Ａの下部が斜め方向に湾曲して掘削され、斜め方向に湾曲した側面領域Ｂによって連続地中壁の壁面に隙間が形成されてしまう。また、掘削孔Ａ内の所定位置が所定深度まで垂直に掘削されないため、芯材を掘削孔Ａ内の所定位置に埋設することができなくなってしまう。
さらに、図６（ｂ）の掘削孔の平面図に示すように、平面視で直線状に連続地中壁を構築する場合に、回転手段によって掘削された掘削孔Ｃが予め設定された位置からずれてしまう場合がある。これにより、芯材Ｈを埋設するための所定位置Ｄの全体が掘削されないため、芯材Ｈを所定位置Ｄ内に埋設することができなくなり、連続地中壁内に芯材Ｈを直線状に連続させて埋設することができなくなってしまう。
【０００３】
そこで、掘削孔が地盤内で斜め方向に湾曲したり、掘削位置がずれてしまった場合に、掘削孔を拡幅して所定位置の直下領域又は斜め方向に湾曲した側面領域を掘削し、所定位置を所定深度まで垂直に掘削する掘削装置がある。
例えば、下端部に掘削手段（掘削刃体）が取り付けられた回転軸（スパイラルロッド）を回転させて地盤を掘削する掘削装置（アースオーガ）であって、掘削手段から掘削孔の直径方向に突出可能な拡幅用ビット（拡張刃体）を付設した掘削装置がある。この掘削装置では、掘削孔内に配置された掘削手段から拡幅用ビットを突出させた状態で、ベースマシンによって回転手段を上昇させながら、回転軸を回転させ、拡幅用ビットによって掘削孔の側壁を掘削して拡幅することにより、所定位置を所定深度まで垂直に掘削することができる（例えば、特許文献１参照。）。
また、掘削手段（ビット）に取り付けられた油圧シリンダのロッドの先端部を、掘削手段のガイド部材に沿って移動可能な拡幅用ビット（オーバカッタ）に取り付け、油圧シリンダのロッドを伸長させることにより、拡幅用ビットを掘削手段から突出させる掘削装置がある（例えば、特許文献２参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−３２６６２号公報（第２−４頁、第３−６図）
【特許文献２】
特開平１０−１７６４７７号公報（第２−４頁、第１−３図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、掘削孔を拡幅可能な従来の掘削装置では、以下の問題がある。従来の掘削装置では、拡幅用ビット自体が掘削手段の本体部に移動可能に取り付けられており、拡幅用ビットと本体部との取付部の強度が低くなるため、硬質な地盤を掘削した場合に取付部が破損してしまう場合があり、掘削装置の整備や補修等に係る費用が増加し、従来の掘削装置と比較して、掘削装置の維持費用が高くなってしまうという問題がある。
【０００６】
本発明は、前記問題を解決するためになされたものであり、掘削孔を拡幅するための拡幅用ビットと掘削手段の本体部との取付部の強度を十分に確保し、硬質の地盤を拡幅する場合であっても、掘削手段の破損を防止することができ、維持費用を抑制することができる掘削装置を提供することを課題としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決すべく構成されるものであり、請求項１に記載の発明は、ベースマシンと、ベースマシンに昇降可能に支持されている回転手段と、を備え、回転手段は、下端部に掘削手段が取り付けられた回転軸を有し、回転軸を回転させることにより掘削孔を掘削する掘削装置であって、掘削手段は、本体部と、掘削孔を掘削するために、本体部の底面部に設けられた掘削用ビットと、掘削孔を拡幅するために、本体部の側面部に設けられた拡幅用ビットとを備え、本体部は、駆動手段によって、掘削孔の直径方向において底面部の拡張及び縮退の切り替えが自在となるように構成されていることを特徴としている。
【０００８】
ここで、ベースマシンは、回転手段を昇降可能な装置であれば自走式や固定式など、その構成は限定されるものではない。また、ベースマシンに支持される回転手段の台数は限定されるものではなく、複数の回転手段をベースマシンに対して並設させてもよい。
さらに、駆動手段の構成は限定されるものではなく、駆動源も油圧式や電動式など限定されるものではない。
また、掘削用ビット及び拡幅用ビットの形状や構成は限定されるものではなく、掘削孔を効率良く掘削及び拡幅することができる形状及び構成であればよい。
【０００９】
この発明によれば、掘削手段の本体部の底面部を掘削孔の直径方向に拡張させることにより、本体部の側面部に設けられた拡幅用ビットが掘削孔の直径方向に拡張されるため、拡幅用ビットを本体部に強固に固定することができる。これにより、硬質の地盤を掘削する場合であっても、掘削手段の破損を防止することができる。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の掘削装置であって、掘削手段の本体部は、回転軸を境に２分割された状態で回転軸の支持部に取り付けられており、駆動手段は、基端部が回転軸に取り付けられており、先端部が分割された各本体部に取り付けられた２体のシリンダであり、分割された各本体部の底面部を、各シリンダの伸長によって、支持部を中心として互いに離間する方向に回動させることにより、分割された各本体部の底面部が掘削孔の直径方向に拡張されるように構成されていることを特徴としている。
【００１１】
この発明によれば、掘削手段の本体部の底面部を掘削孔の直径方向に拡張させるための機構が簡易化されているため、拡幅用ビットを短期間で拡張させることができる。
【００１２】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の掘削装置であって、回転軸は、本体部と、掘削孔を掘削及び拡幅するために、本体部の上面部に設けられた掘削用ビットとを備え、本体部は、駆動手段によって、掘削孔の直径方向において上面部の拡張及び縮退の切り替えが自在となるように構成されている他の掘削手段を備えていることを特徴としている。
【００１３】
ここで、掘削孔の掘削を完了し、掘削装置の回転手段を掘削孔内から引き上げる際に、回転手段と掘削土砂の間に発生する抵抗力によって引き上げ作業が煩雑になってしまう場合がある。特に、回転軸に混練翼を設置し、掘削孔内で掘削土砂と固化剤を撹拌混合して地盤を改良する場合には、掘削孔内の上方で掘削土砂と固化剤の硬化が進行するため、回転手段を引き上げる際の抵抗力が大きくなってしまう。
【００１４】
この発明によれば、回転軸に取り付けられた他の掘削手段の掘削用ビットによって、掘削孔の上部に貯留された掘削土砂を粉砕して柔かくすることができるため、回転手段を掘削孔内から簡易に引き上げることができる。
また、回転軸に取り付けられた複数の掘削手段によって、掘削孔の上下方向において複数の位置から掘削孔の側壁を掘削することができるため、掘削孔を効率良く拡幅することができる。
【００１５】
また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の掘削装置であって、他の掘削手段の本体部は、回転軸を境に２分割された状態で回転軸の支持部に取り付けられており、駆動手段は、基端部が回転軸に取り付けられており、先端部が分割された各本体部に取り付けられたシリンダであり、分割された各本体部の上面部を、シリンダの伸長によって、支持部を中心として互いに離間する方向に回動させることにより、分割された各本体部の上面部が掘削孔の直径方向に拡張されるように構成されていることを特徴としている。
【００１６】
この発明によれば、他の掘削手段の本体部の上面部を掘削孔の直径方向に拡張させるための構成が簡易化されているため、本体部の上面部を短期間で拡張させることができる。
【００１７】
したがって、本発明の掘削装置では、掘削手段の本体部の底面部を掘削孔の直径方向に拡張させることにより、本体部に設けられた拡幅用ビットが掘削孔の直径方向に拡張されるため、拡幅用ビットを本体部に強固に固定することができる。これにより、硬質の地盤を掘削する場合であっても、掘削手段の破損を防止することができるため、掘削装置の整備や補修等に係る維持費用を抑制することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００１９】
本実施形態では、本発明の掘削装置を用いて鉛直方向の掘削孔を並設させて掘削し、その掘削孔内に固化剤を注入して掘削土砂と固化剤を撹拌混合することにより、地盤を改良して硬化させるとともに、掘削孔内に芯材を埋設させて連続地中壁を構築する場合を例として説明する。
【００２０】
まず、本発明の実施形態に係る掘削装置について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る掘削装置を示した側面図である。図２は、本発明の実施形態に係る回転手段を示した正面図である。図３は、本発明の実施形態に係る下部掘削手段を示した図で、（ａ）は下部掘削手段の正面図、（ｂ）は下部掘削手段の本体部の側面部を拡張させた状態を示した正面図である。図４は、本発明の実施形態に係る上部掘削手段を示した図で、（ａ）は上部掘削手段の正面図、（ｂ）は上部掘削手段の本体部の側面部を拡張させた状態を示した正面図である。なお、以下の説明における、左右方向とは、図２における左右方向に対応するものである。
【００２１】
まず、本発明の実施形態に係る掘削装置の構成について説明する。
掘削装置１は、図１及び図２に示すように、ベースマシン２と、ベースマシン２に昇降可能に支持されている３基の回転手段２０Ｃ，２０Ｒ，２０Ｌとを備え、各回転手段２０Ｃ，２０Ｒ，２０Ｌは、ベースマシン２に対して並設されている。各回転手段２０Ｃ，２０Ｒ，２０Ｌは回転軸２１を有し、回転軸２１の下端部には下部掘削手段（請求項における「掘削手段」）５０が取り付けられ、上部には上部掘削手段（請求項における「他の掘削手段」）６０が取り付けられ、周囲には混練翼２３が取り付けられている。そして、回転軸２１を回転させることにより下部掘削手段５０によって掘削孔を掘削するとともに、掘削孔内に固化剤を注入し、混練翼２３によって掘削土砂と固化剤を撹拌混合して地盤を改良する。
なお、３基の回転手段２０Ｃ，２０Ｒ，２０Ｌは、図２において、中央に配置された中央回転手段２０Ｃと、右側に配置された右側回転手段２０Ｒと、左側に配置された左側回転手段２０Ｌとから構成されている。
【００２２】
続いて、ベースマシン２の構成について説明する。
ベースマシン２は、図１に示すように、鉛直方向の昇降レール３と、昇降レール３に沿って昇降可能な支持部材４と、昇降レール３を水平方向に旋回させるための旋回台座５と、昇降レール３を縦方向に回動させるための可倒手段６と、各回転手段２０Ｃ，２０Ｒ，２０Ｌに駆動用油を供給するための給油管７と、各回転手段２０Ｃ，２０Ｒ，２０Ｌから駆動用油を排出するための排油管８と、各回転手段２０Ｃ，２０Ｒ，２０Ｌに固化剤を供給するための供給管９と、ベースマシン２を移動させるためのキャタピラ１０とを主要部として構成されている。
【００２３】
旋回台座５は、上部台座５ａと下部台座５ｂとから構成され、上部台座５ａの先端部には昇降レール３が上向きに立設されており、上部台座５ａを水平方向に回動させることにより、昇降レール３を水平方向に旋回させることができる。
昇降レール３の可倒手段６は、伸縮可能な油圧シリンダであり、下端部が上部台座５ａの後端部に連結され、上端部が昇降レール３の上端部に連結されており、可倒手段６を伸縮させることにより、昇降レール３の下端部に設けられた回転支持部１１を中心として、昇降レール３を縦方向に回動させて傾動させる。
【００２４】
支持部材４は、各回転手段２０Ｃ，２０Ｒ，２０Ｌを昇降レール３に沿って鉛直方向に昇降自在な状態で支持する部材である。なお、支持部材４を昇降させるための機構は限定されるものではなく、本実施形態では、旋回台座５上に電動ウィンチ（図示せず）を設置し、この電動ウィンチのワイヤ１２を昇降レール３の上端部に設けられた滑車１３と、支持部材４の上部に設けられた滑車１４とを介して昇降レール３の上端部に固定することにより支持部材４を吊り上げ、ワイヤ１２の繰り出し又は巻き取りによって支持部材４を昇降させている。
【００２５】
給油管７及び排油管８は、各回転手段２０Ｃ，２０Ｒ，２０Ｌを駆動させるために設けられており、施工現場に設置されたオイルタンク（図示せず）の駆動用油が、給油管７を通じて各回転手段２０Ｃ，２０Ｒ，２０Ｌに供給されるとともに、各回転手段２０Ｃ，２０Ｒ，２０Ｌから排出された駆動用油が、排油管８を通じてオイルタンクに回収されるように構成されている。
【００２６】
次に、回転手段２０Ｃ，２０Ｒ，２０Ｌの構成について説明する。
掘削装置１には、図１及び図２に示すように、３基の回転手段２０Ｃ，２０Ｒ，２０Ｌがベースマシン２に対して並設されており、各回転手段２０Ｃ，２０Ｒ，２０Ｌは、接続部材２４及び３体の軸受部材２５によって並設した状態で一体化され、ベースマシン２に昇降自在に支持されている。
【００２７】
回転手段２０Ｃ，２０Ｒ，２０Ｌは、固定軸３０が貫通しており、混練翼２３が周囲に設けられた出力部が固定軸３０周りに回転可能な油圧モータ（以下、「アウターモータ」という）４０と、固定軸３０が内挿されるようにして、アウターモータ４０の出力部に取り付けられることにより、固定軸３０周りに回転可能であり、下部掘削手段５０、上部掘削手段６０及び混練翼２３が取り付けられた回転軸２１とから構成されている。なお、右側回転手段２０Ｒ及び左側回転手段２０Ｌの固定軸３０の上端部は、ベースマシン２の支持部材４に固定されている。
【００２８】
アウターモータ４０は、貫通した固定軸３０周りに出力部が回転する外周駆動型のラジアルピストンモータであり、出力部の周囲に混練翼２３が設けられている。
【００２９】
接続部材２４は、３基の回転手段２０Ｃ，２０Ｒ，２０Ｌを一体化するための部材であり、中央回転手段２０Ｃの固定軸３０の上端部が固定されるとともに、右側回転手段２０Ｒ及び左側回転手段２０Ｌの固定軸３０が貫通した状態で固定されている。
３体の軸受部材２５は、３基の回転手段２０Ｃ，２０Ｒ，２０Ｌを一体化するための部材であり、各回転手段２０Ｃ，２０Ｒ，２０Ｌの回転軸２１が回転可能な状態で貫通して支持されている。３体の軸受部材２５は、接続部材２４の下方であり、アウターモータ４０の上方となる位置に２体の軸受部材２５が上下方向に所定間隔を離して配置され、アウターモータ４０の下方に１体の軸受部材２５が配置されている。
【００３０】
固定軸３０は、中央部に貫通孔を有する中空管であり、中空部の周囲には、掘削孔内に圧縮空気を供給するための空気孔、アウターモータ４０に駆動用油を供給するための給油孔、アウターモータ４０からの駆動用油を排出するための排油孔及びアウターモータ４０の内部で駆動用油が流出した際のドレン孔として利用される複数の貫通孔が配置されている。
【００３１】
右側回転手段２０Ｒ及び左側回転手段２０Ｌの固定軸３０の中空部には供給管９が接続されている（図１参照）。さらに、給油孔には給油管７が接続されるとともに、排油孔には排油管８が接続され（図１参照）、ドレン孔にはドレン管（図示せず）が接続され、空気孔には圧縮空気を供給する空気供給手段（図示せず）が接続されている。また、中央回転手段２０Ｃの固定軸３０の給油孔、排油孔及びドレン孔は、接続部材２４の内部で右側回転手段２０Ｒ及び左側回転手段２０Ｌの給油孔、排油孔及びドレン孔とホース等によって接続されており、右側回転手段２０Ｒ及び左側回転手段２０Ｌを介して給油及び排油が行われるように構成されている。
なお、各回転手段２０Ｃ，２０Ｒ，２０Ｌの固定軸３０の各孔と、給油管７，排油管８，供給管９との接続において、固定軸３０は回転しないため、接続部にスイベルジョイント等の特殊な機構を設置する必要がない。
【００３２】
回転軸２１は、図２に示すように、混練翼２３が周囲に設けられた中空管であり、アウターモータ４０を介して上下方向に分割され、上部に上部掘削手段６０を備える上部回転軸２１ａと、下端部に下部掘削手段５０を備える下部回転軸２１ｂとが形成されている。上部回転軸２１ａと下部回転軸２１ｂには、固定軸３０が内挿されており、上部回転軸２１ａの下端部と、下部回転軸２１ｂの上端部とがアウターモータ４０の出力部に取り付けられることにより、各回転軸２１ａ，２１ｂは固定軸３０周りに回転可能となっている。
【００３３】
そして、上部回転軸２１ａ及び下部回転軸２１ｂをアウターモータ４０によって回転させ、下部回転軸２１ａの下端部に取り付けられた下部掘削手段５０を回転させることにより、掘削孔の底面を掘削することができるとともに、上部回転軸２１ａの上部に取り付けられた上部掘削手段６０を回転させ、上部回転軸２１ａよりも上方に貯留された掘削土砂を粉砕することができるようになっている。また、混練翼２３は、回転軸２１の周囲に設置された螺旋状の部材であり、各回転軸２１ａ，２１ｂを回転させることにより、掘削孔内の掘削土砂と固化剤を撹拌混合することができる。なお、混練翼２３の構成は限定されるものではなく、効率良く掘削孔内を撹拌することができる形状及び材質であればよい。
【００３４】
下部掘削手段５０は、図３に示すように、下部回転軸２１ｂの下端部に取り付けられた本体部５１Ｒ，５１Ｌと、掘削孔を掘削するために、本体部５１Ｒ，５１Ｌの底面部５４に設けられた掘削用ビット５５と、掘削孔を拡幅するために、本体部５１Ｒ，５１Ｌの側面部５２に設けられた拡幅用ビット５３とを備え、本体部５１Ｒ，５１Ｌは、駆動手段である油圧シリンダ５６によって、掘削孔の直径方向において底面部５４の拡張及び縮退の切り替えが自在となるように構成されている。
【００３５】
本体部５１Ｒ，５１Ｌは、下部回転軸２１ｂを境に２体に分割された同一形状の螺旋体であり、上下方向における略中央部が、図３（ａ）に示された下部回転軸２１ｂの表面側と裏面側に設けられた支持部５７に取り付けられている。２体の本体部５１Ｒ，５１Ｌは、図３（ａ）における下部回転軸２１ｂの表面側で支持部５７に取り付けられ、底面部５４が下部回転軸２１ｂの右側に配置された右側本体部５１Ｒと、下部回転軸２１ｂの裏面側で支持部（図示せず）に取り付けられ、底面部５４が下部回転軸２１ｂの左側に配置された左側本体部５１Ｌとから構成されている。なお、各本体部５１Ｒ，５１Ｌは、下部回転軸２１ｂの周囲に配置された螺旋体であるため、本体部５１Ｒ，５１Ｌの底面部５４と上面部５８は、図３（ａ）における下部回転軸２１ｂの各々反対の側面に配置されることになる。
【００３６】
また、本体部５１Ｒ，５１Ｌの底面部５４には、掘削孔を掘削するための複数の掘削用ビット５５が設けられ、本体部５１Ｒ，５１Ｌの側面部５２において、支持部５７よりも下方であり、掘削孔の壁面に相対する位置に、掘削孔を拡幅するための複数の拡幅用ビット５３が設けられている。なお、掘削用ビット５５及び拡幅用ビット５３は、本体部５１Ｒ，５１Ｌの側面部５２及び底面部５４に強固に固定されており、硬質の地盤を掘削した場合であっても接続部が破損しないように強度が確保されている。
【００３７】
支持部５７は、下部回転軸２１ｂの下端部に設けられた水平孔と、上下方向に回動可能な状態で水平孔に挿入されて取り付けられた軸部材とから構成され、軸部材に取り付けられた本体部５１Ｒ，５１Ｌが、上下方向に回動可能な状態で下部回転軸２１ｂに支持されるように構成されている。これにより、回転軸２１が回転した際には、各本体部５１Ｒ，５１Ｌは、下部回転軸２１ｂに設けられた支持部５７及び油圧シリンダ５６に支持された状態で回転軸２１に連動して回転することになる。
【００３８】
油圧シリンダ５６は、基端部５９Ａが下部回転軸２１ｂに取り付けられており、先端部が本体部５１Ｒ，５１Ｌに取り付けられた伸縮自在なロッド５９Ｂを備えている。そして、ロッド５９Ｂが下向きに配置され、斜め下方に向けて伸長するようにして、図３（ａ）における下部回転軸２１ｂの表面側と裏面側に１基ずつ設置されている。また、各油圧シリンダ５６の基端部５９Ａは、下部回転軸２１ｂに上下方向に回動可能な状態で取り付けられ、ロッド５９Ｂの先端部は、本体部５１Ｒ，５１Ｌの上面部５８に、上下方向に回動可能な状態で取り付けられている。
【００３９】
そして、下部掘削手段５０によって、掘削孔を掘削する際には、図３（ａ）に示すように、油圧シリンダ５６のロッド５９Ｂは縮退しており、本体部５１Ｒ，５１Ｌの内側面が下部回転軸２１ｂの周囲に接した状態となっている。また、掘削孔を拡幅する際には、図３（ｂ）に示すように、油圧シリンダ５６のロッド５９Ｂを伸長させ、本体部５１Ｒ，５１Ｌの上面部５８を、支持部５７を中心として互いに離間する方向に回動させる。これにより、支持部５７よりも下方の底面部５４が支持部５７を中心として互いに離間する方向に回動するため、支持部５７よりも下方の側面部５２に設置された拡幅用ビット５３の位置が掘削孔の直径方向に拡張される。
【００４０】
上部掘削手段６０は、図４に示すように、上部回転軸２１ａの上部に取り付けられた本体部６１Ｒ、６１Ｌと、掘削孔を掘削及び拡幅するために、本体部６１Ｒ，６１Ｌの上面部６２に設けられた掘削用ビット６３とを備え、本体部６１Ｒ，６１Ｌは、駆動手段である油圧シリンダ６４によって、掘削孔の直径方向において上面部６２の拡張及び縮退の切り替えが自在となるように構成されている。
【００４１】
本体部６１Ｒ、６１Ｌは、上部回転軸２１ａを境に２分割された同一形状の長方形の部材であり、図４（ａ）における上部回転軸２１ａの右側に配置された右側本体部６１Ｒと、左側に配置された左側本体部６１Ｌとに分割された状態で上部回転軸２１ａに取り付けられている。２体の本体部６１Ｒ，６１Ｌは、上端部が上部回転軸２１ａに固定された支持部６５に取り付けられ、下端部を斜め下方に向けて配置されている。
【００４２】
また、本体部６１Ｒ，６１Ｌの上面部６２には、掘削孔内の掘削土砂及び掘削孔を拡幅するための複数の掘削用ビット６３が設けられている。なお、掘削用ビット６３は、本体部６１Ｒ，６１Ｌの上面部６２に強固に固定されており、硬質の地盤を掘削した場合であっても接続部が破損しない程度の強度が確保されている。
【００４３】
支持部６５は、上部回転軸２１ａの周囲に固定された円筒状の部材であり、図４（ａ）における支持部６５の両側端部に各本体部６１Ｒ，６１Ｌの上端部が上下方向に回動可能な状態で取り付けられている。
【００４４】
油圧シリンダ６４は、軸受部材２５上に取り付けられており、上部回転軸２１ａが回転可能な状態で貫通可能な中空部を有するセンターホール型の油圧シリンダ６４であり、上下方向に伸縮可能なロッド６６を備えている。ロッド６６の上端部には、回転軸２１周りに回転可能なベアリング６７を介して中空体の固定部６８が取り付けられており、ベアリング６７によって固定部６８は固定軸２１周りに回転可能に構成されている。そして、固定部６８と各支持部６１Ｒ，６１Ｌの下端部との間には、スポーク６９が取り付けられており、固定部６８及び各支持部６１Ｒ，６１Ｌと、スポーク６９との各取付部は、上下方向に回動可能な状態に構成されている。
なお、中央回転手段２０Ｃの油圧シリンダ６４は、３体の軸受部材２５において、最上段の軸受部材２５上に取り付けられ、右側回転手段２０Ｒ及び左側回転手段２０Ｌの油圧シリンダ６４は、上方から２段目の軸受部材２５上に取り付けられ、各上部掘削手段６０が干渉しないようにして配置されている。
【００４５】
ここで、回転軸２１が回転した際には、上部回転軸２１ａに固定された支持部６５が回転し、この支持部６５に取り付けられた各本体部６１Ｒ，６１Ｌも回転する。このとき、各本体部６１Ｒ，６１Ｌの下端部はスポーク６９を介して油圧シリンダ６４の固定部６８に取り付けられており、この固定部６８は回転軸２１周りに回転可能に構成されているため、各本体部６１Ｒ，６１Ｌは支持部６５及び油圧シリンダ６４に支持された状態で、回転軸２１に連動して回転する。
【００４６】
そして、上部掘削手段６０によって、掘削孔内の掘削土砂を掘削する際には、図４（ａ）に示すように、油圧シリンダ６４のロッド６６は縮退しており、各本体部６１Ｒ，６１Ｌと上部回転軸２１ａとの間隔が最も狭い状態となっている。また、掘削孔を拡幅する際には、図４（ｂ）に示すように、油圧シリンダ６４のロッド６６を伸長させ、本体部６１Ｒ，６１Ｌの下端部をスポーク６９によって外方に押し出すことにより、各本体部６１Ｒ，６１Ｌの上面部６２を、支持部６５を中心として互いに離間する方向に回動させる。これにより、各本体部６１Ｒ，６１Ｌの上面部６２が掘削孔の直径方向に拡張されるため、上面部６２に設置された掘削用ビット６３の位置が掘削孔の直径方向に拡張される。
【００４７】
次に、本発明の実施形態に係る掘削装置１を用いた地盤掘削方法について説明する。
まず、図１及び図２に示すように、掘削する所定位置の側方にベースマシン２を移動させ、旋回台座５及び可倒手段６を調整して各回転手段２０Ｃ，２０Ｒ，２０Ｌを所定位置に鉛直状態で設置する。そして、各回転手段２０Ｃ，２０Ｒ，２０Ｌを下降させ、各回転軸２１の下端部に設置された下部掘削手段５０を地上面に当接させる。
【００４８】
続いて、各回転手段２０Ｃ，２０Ｒ，２０Ｌの各アウターモータ４０を駆動して各回転軸２１を回転させ、下部掘削手段５０によって地盤を掘削する。さらに、ベースマシン２によって各回転手段２０Ｃ，２０Ｒ，２０Ｌを順次に下降させて所定深さの掘削孔を構築し、各回転手段２０Ｃ，２０Ｒ，２０Ｌの各アウターモータ４０を掘削孔内に配置する。このとき、各回転軸２１の起動停止及び回転方向を各々設定することにより、３基の回転手段２０Ｃ，２０Ｒ，２０Ｌ全体を回動させることができる。例えば、中央回転手段２０Ｃの回転軸２１Ｃのみを回転させることにより、中央回転手段２０Ｃを中心として３基の回転手段２０Ｃ，２０Ｒ，２０Ｌ全体を回動させ、各回転手段２０Ｃ，２０Ｒ，２０Ｌの位置を微調整することができる。
【００４９】
一方、各回転手段２０Ｃ，２０Ｒ，２０Ｌで地盤を掘削しながら、右側回転手段２０Ｒ及び左側回転手段２０Ｌの中央部の貫通孔に供給管９を通じて固化剤を供給する（図３参照）。この固化剤は各回転手段２０Ｒ，２０Ｌの固定軸３０の内部を通過して、固定軸３０の下端部から掘削孔内に注入される。さらに、中央回転手段２０Ｃの固定軸３０の空気孔から掘削孔内に圧縮空気を供給する。
【００５０】
そして、各回転手段２０Ｃ，２０Ｒ，２０Ｌの混練翼２３によって掘削土砂と固化剤とが掘削孔内で撹拌混合される。このとき、各回転軸２１の混練翼２３とともに、各アウターモータ４０の混練翼２３によっても掘削孔内が撹拌されるため、効率良く撹拌混合することができる。また、中央回転手段２０Ｃの回転軸２１と、右側回転手段２０Ｒ及び左側回転手段２０Ｌの回転軸２１とを異なる方向に回転させることにより、各回転手段２０Ｃ，２０Ｒ，２０Ｌ同士の間が確実に撹拌される。さらに、各アウターモータ４０の混練翼２３によって、各回転手段２０Ｃ，２０Ｒ，２０Ｌの高さ方向において広範囲に混練翼２３が設置されているため、掘削土砂を効率良く上方に排土することができる。
【００５１】
ここで、図６（ａ）に示すように、大深度の掘削孔Ａを掘削した際に、各回転軸２０Ｃ，２０Ｒ，２０Ｌの回転軸２１が地盤内で斜め方向に湾曲し、掘削孔Ａの下部が斜め方向に湾曲して掘削されてしまう場合がある。この場合には、斜め方向に湾曲した側面領域Ｂによって芯材を埋設する所定位置が所定深度まで垂直に掘削されない状態になってしまう。
【００５２】
そこで、図３（ｂ）に示すように、下部掘削手段５０の油圧シリンダ５６のロッド５９Ｂを伸長させ、本体部５１Ｒ，５１Ｌの上面部５８を、支持部５７を中心として互いに離間する方向に回動させる。これにより、支持部５７よりも下方の底面部５４も支持部５７を中心として互いに離間する方向に回動するため、支持部５７よりも下方の側面部５２に設置された拡幅用ビット５３の位置が掘削孔の直径方向に拡張された状態となる。
また、図４（ｂ）に示すように、上部掘削手段６０の油圧シリンダ６４のロッド６６を伸長させ、本体部６１Ｒ，６１Ｌの下端部をスポーク６９によって外方に押し出すことにより、各本体部６１Ｒ，６１Ｌの上面部６２を、支持部６５を中心として互いに離間する方向に回動させる。これにより、各本体部６１Ｒ，６１Ｌの上面部６２が掘削孔の直径方向に拡張されるため、上面部６２に設置された掘削用ビット６３の位置が掘削孔の直径方向に拡張された状態となる。
【００５３】
そして、ベースマシン２によって回転手段２０Ｃ，２０Ｒ，２０Ｌを上昇させながら、回転軸２１を回転させることにより、拡張された拡幅用ビット５３及び掘削用ビット６３によって掘削孔Ａの側壁を掘削して掘削孔Ａを拡幅する。これにより、斜め方向に湾曲した側面領域Ｂ（図６（ａ）参照）が掘削され、隣接する掘削孔同士が確実に接合されるため、連続地中壁の止水性を高めることができる。また、掘削孔Ａ内の所定位置が所定深度まで垂直に掘削されるため、芯材を所定位置に埋設することができる。
なお、拡幅用ビット５３及び掘削用ビット６３は、本体部部５１Ｒ，５１Ｌ，６１Ｒ，６１Ｌに強固に固定されているため、硬質の地盤を掘削する場合であっても、下部掘削手段５０及び上部掘削手段６０の破損を防止することができる。
【００５４】
また、図６（ｂ）に示すように、平面視で直線状に連続地中壁を構築する場合に、回転手段２０Ｃ，２０Ｒ，２０Ｌによって掘削された掘削孔Ｃが予め設定された位置からずれてしまう場合がある。この場合には、芯材Ｈの埋設位置が存在する所定位置Ｄの全体が掘削されない状態になってしまう。そこで、掘削孔Ｃ内に配置された下部掘削手段５０の拡幅用ビット５３及び上部掘削手段６０の掘削用ビット６３を掘削孔Ｃの直径方向に拡張させ、拡幅用ビット５３及び掘削用ビット６３によって掘削孔Ｃの側壁を掘削して掘削孔Ｃを範囲Ｅまで拡幅する。これにより、所定位置Ｄの直下領域が掘削され、所定位置Ｄが所定深度まで垂直に掘削されるため、芯材Ｈを所定位置Ｄ内に埋設することができる。
【００５５】
最後に、掘削土砂と固化剤を撹拌混合しながら、各回転手段２０Ｃ，２０Ｒ，２０Ｌを上昇させて掘削孔から引き上げる。このとき、混練翼２３が設けられた各アウターモータ４０の出力部を回転させながら上昇させることにより、アウターモータ４０と掘削土砂との間の抵抗力が小さくなるため、掘削孔から容易に引き上げることができる。さらに、掘削孔の上方で掘削土砂の硬化が進行している場合であっても、各回転軸２１の上部に取り付けられた上部掘削手段６０によって掘削土砂を粉砕して柔らかくすることができるため、掘削孔から容易に引き上げることができる。そして、各回転手段２０Ｃ，２０Ｒ，２０Ｃの離脱後に掘削孔内の掘削土砂の硬化が完了して地盤が改良される。
【００５６】
したがって、本発明の掘削装置１では、拡幅用ビット５３や掘削用ビット６３を各掘削手段５０，６０の本体部５１Ｒ，５１Ｌ，６１Ｒ，６１Ｌに強固に固定することができるため、硬質の地盤を掘削する場合であっても、各掘削手段５０，６０の破損を防止することができ、掘削装置１の整備や補修等に係る維持費用を抑制することができる。
【００５７】
以上、本発明の好適な実施形態についての一例を説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更が可能である。
例えば、ベースマシン２に対して複数の回転手段を並設させた場合に、全ての回転手段に拡張可能な掘削手段５０，６０を取り付けることなく、各種施工条件に対応させて取り付ける台数を設定してもよい。
また、各回転手段２０Ｃ，２０Ｒ，２０Ｌの固定軸３０にアウターモータ４０を取り付ける個数は限定されるものではない。また、モータの構成も限定されるものではなく、モータ自体が固定軸３０や接続部材２４等に固定され、出力部に内挿された回転軸を回転させる油圧モータをアウターモータ４０と組み合せてもよく、土壌の土質など各種施工条件に対応させて各種のモータを適宜に設定し、掘削及び撹拌を効率良く行うことが好ましい。
また、固定軸３０の下端部に、掘削孔内における回転軸２１の傾きを計測する計測装置を取り付けることにより、掘削孔内の掘削状態をリアルタイムで把握して正確に施工を管理するように構成してもよい。このとき、固定軸３０は掘削時に回転しないため、計測装置の電源ケーブルや通信ケーブル等を固定軸３０の貫通孔に挿入して配線することができ、回転手段２０Ｃ，２０Ｒ，２０Ｌに計測装置を簡易に取り付けることができる。
【００５８】
さらに、下部掘削手段の他の構成としては、図５の正面図に示すように、本体部５１Ｒ，５１Ｌの側面部に拡幅用ビットを設けることなく、下部回転軸２１ｂに取り付けられた螺旋体である本体部５１Ｒ，５１Ｌの上面部５８に、下部回転軸２１ｂから離間する方向に伸長可能なロッド７１Ｂを備えた油圧シリンダ７０の基端部７１Ａを固定し、ロッド７１Ｂの先端部に拡幅用ビット７２を固設した下部掘削手段５０’としてもよい。この構成では、油圧シリンダ７０の基端部７１Ｂと各本体部５１Ｒ，５１Ｌとの取付面積を大きく確保することができるため、大型で高強度の油圧シリンダ７０を各本体部５１Ｒ，５１Ｌに取り付けることができる。これにより、高強度のロッド７１に拡幅用ビット７２を強固に固定することができるため、硬質の土壌を掘削する場合であっても、掘削手段５０’の破損を防止することができる。
【００５９】
【発明の効果】
本発明の掘削装置及び地盤掘削方法によれば、掘削手段の本体部の底面部を拡張させることにより、本体部の側面部に設置された拡幅用ビットを掘削孔の直径方向に移動させることができるため、拡幅用ビットを本体部に強固に固定することができる。これにより、硬質の地盤を掘削する場合であっても、掘削手段の破損を防止することができるため、掘削装置の整備や補修等に係る維持費用を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る掘削装置を示した側面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る回転手段を示した正面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る下部掘削手段を示した図で、（ａ）は下部掘削手段の正面図、（ｂ）は下部掘削手段の本体部の側面部を拡張させた状態を示した正面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る上部掘削手段を示した図で、（ａ）は上部掘削手段の正面図、（ｂ）は上部掘削手段の本体部の側面部を拡張させた状態を示した正面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る下部掘削手段の他の構成を示した正面図で、（ａ）は下部掘削手段の正面図、（ｂ）は下部掘削手段のロッドを伸長させた状態を示した正面図である。
【図６】地盤に構築された掘削孔を示した図で、（ａ）は掘削孔の下方が斜め方向に湾曲して掘削された状態を示した側断面図、（ｂ）は掘削位置がずれた状態を示した平面図である。
【符号の説明】
１・・・・掘削装置
２・・・・ベースマシン
２０Ｃ・・・中央回転手段
２０Ｒ・・・右側回転手段
２０Ｌ・・・左側回転手段
２１・・・・回転軸
２３・・・・混練翼
４０・・・・アウターモータ
５０・・・・下部掘削手段
５１Ｒ・・・右側本体部（下部掘削手段）
５１Ｌ・・・左側本体部（下部掘削手段）
５２・・・・側面部（下部掘削手段）
５３・・・・拡幅用ビット（下部掘削手段）
５４・・・・底面部（下部掘削手段）
５５・・・・掘削用ビット（下部掘削手段）
６０・・・・上部掘削手段
６１Ｒ・・・右側本体部（上部掘削手段）
６１Ｌ・・・左側本体部（上部掘削手段）
６２・・・・上面部（上部掘削手段）
６３・・・・掘削用ビット（下部掘削手段）
【図１】
2004204518.tif 000003
【図２】
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【図３】
2004204518.tif 000005
【図４】
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【図５】
2004204518.tif 000007
【図６】
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