(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
掘削機械本体に懸架されて回転する回転軸に設けられた掘削バケットの掘削翼を拡径して縦孔の孔壁を掘削し、前記縦孔に拡径部を形成する掘削機械において、
前記掘削バケットの下方に設けられ、掘削土砂を回収する回収バケットと、
前記掘削バケットの深度を検出する深度検出手段と、
前記掘削翼の拡径量を検出する拡径量検出手段と、
前記掘削翼の形状及び拡径量と前記拡径部の形状とに基づいて定められる前記掘削バケットの掘削量が、前記回収バケットの１回の土砂回収量となるように、前記掘削バケットの深度である掘削深度と、前記掘削翼の拡径量である掘削拡径量と、を求め、前記孔壁の掘削可能領域を決定する掘削領域決定手段と、
前記掘削領域決定手段で決定された前記掘削可能領域を表示する表示手段と、
を設けたことを特徴とする掘削機械。
【請求項２】
前記掘削翼に連結され前記掘削翼を拡縮するシリンダが設けられ、前記拡径量検出手段が、前記シリンダのストローク長に基づいて、前記掘削翼の拡径量を検出することを特徴とする請求項１に記載の掘削機械。
【請求項３】
掘削機械本体に懸架されて回転する回転軸に設けられ、掘削土砂を回収する回収バケットを備えた掘削バケットの掘削翼を拡径して縦孔の孔壁を掘削し、前記縦孔に拡径部を形成する掘削方法において、
前記掘削バケットの深度を検出する深度検出工程と、
前記掘削翼の拡径量を検出する拡径量検出工程と、
前記掘削翼の形状及び拡径量と前記拡径部の形状とに基づいて定められる前記掘削バケットの掘削量が、前記回収バケットの１回の土砂回収量となるように、前記掘削バケットの深度である掘削深度と、前記掘削翼の拡径量である掘削拡径量と、を求め、前記孔壁の掘削可能領域を決定する掘削領域決定工程と、
前記掘削領域決定工程で決定された前記掘削可能領域を表示する表示工程と、
を有することを特徴とする掘削方法。
【請求項４】
掘削機械本体に懸架されて回転する回転軸に設けられ、掘削土砂を回収する回収バケットを備えた掘削バケットの掘削翼を拡径して縦孔の孔壁を掘削し、前記縦孔に拡径部を形成する掘削プログラムにおいて、
前記掘削バケットの深度を検出する深度検出ステップと、
前記掘削翼の拡径量を検出する拡径量検出ステップと、
前記掘削翼の形状及び拡径量と前記拡径部の形状とに基づいて定められる前記掘削バケットの掘削量が、前記回収バケットの１回の土砂回収量となるように、前記掘削バケットの深度である掘削深度と、前記掘削翼の拡径量である掘削拡径量と、を求め、前記孔壁の掘削可能領域を決定する掘削領域決定ステップと、
前記掘削領域決定ステップで決定された前記掘削可能領域を表示する表示ステップと、
を含む処理をコンピュータに実行させることを特徴とする掘削プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、掘削バケットの掘削翼を拡径して縦孔の孔壁を掘削し、縦孔に拡径部を形成する掘削機械、掘削方法、及び掘削プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
多段拡径杭の拡径部（中間拡径部又は拡底部）を構築する方法として、最終深度まで縦孔（軸部）を連続して掘削した後、掘削バケットの深度（降下位置）を変えながら掘削翼の拡径を繰り返して拡径部を構築する段階掘削方式がある。
【０００３】
段階掘削方式では、拡径部を鉛直方向に複数回に分けて掘削するため、掘削バケットの深度と、深度に対する掘削翼の拡径量の管理が重要となる。
【０００４】
ここで、段階掘削方式における掘削バケットの深度と掘削翼の拡径量を検出して、モニタに表示するようにした掘削機械がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
特許文献１の掘削機械は、掘削バケットの深度と掘削翼の拡径量を電気的に検出する検出器が設けられており、検出された深度と拡径量は、モニタで確認可能となっている。作業者は、モニタに表示された深度と拡径量を確認しながら掘削を行う。
【０００６】
しかしながら、特許文献１の掘削機械は、１回の掘削ステップにおける掘削範囲を作業者が判断するものであった。このため、不慣れな作業者が操作した場合、掘削バケットの土砂の回収量を上回る掘削を行って縦孔の底部に土砂が落下したり、あるいは、掘削バケットの土砂の回収量よりもかなり少ない回収量の掘削を行って、掘削回数が増加し、施工効率が低下していた。
【特許文献１】特開昭６２−００８０１０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、１回の掘削ステップで、決められた土砂回収量を掘削できる掘削機械、掘削方法、及び掘削プログラムを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の請求項１に係る掘削機械は、掘削機械本体に懸架されて回転する回転軸に設けられた掘削バケットの掘削翼を拡径して縦孔の孔壁を掘削し、前記縦孔に拡径部を形成する掘削機械において、前記掘削バケットの下方に設けられ、掘削土砂を回収する回収バケットと、前記掘削バケットの深度を検出する深度検出手段と、前記掘削翼の拡径量を検出する拡径量検出手段と、前記掘削翼の形状及び拡径量と前記拡径部の形状とに基づいて定められる前記掘削バケットの掘削量が、前記回収バケットの１回の土砂回収量となるように、前記掘削バケットの深度である掘削深度と、前記掘削翼の拡径量である掘削拡径量と、を求め、前記孔壁の掘削可能領域を決定する掘削領域決定手段と、前記掘削領域決定手段で決定された前記掘削可能領域を表示する表示手段と、を設けたことを特徴としている。
【０００９】
上記構成によれば、予め掘削された縦孔に、回収バケットが設けられた掘削バケットが降下される。掘削バケットの深度は、深度検出手段で検出されており、掘削翼の拡径量は、拡径量検出手段で検出されている。
【００１０】
続いて、掘削バケットが拡径部の位置に到達すると、掘削領域決定手段が、掘削翼の形状及び拡径量と拡径部の形状とに基づいて定められる掘削バケットの掘削量が、予め設定された回収バケットの１回の土砂回収量となるように、掘削バケットの深度と掘削翼の拡径量を算出する。このときの深度及び拡径量を掘削深度及び掘削拡径量とする。
【００１１】
そして、得られた掘削深度及び掘削拡径量によって、孔壁の掘削可能領域を決定する。
【００１２】
続いて、表示手段が、掘削領域決定手段で決定された掘削可能領域を表示する。掘削機械の操作者は、表示手段に表示された掘削可能領域の深度まで掘削バケットを降下させ、掘削翼を拡径して掘削可能領域を掘削する。
【００１３】
これにより、拡径部における１回の掘削時の土砂回収量が、回収バケットの回収可能量となるので、回収しきれない土砂が縦孔の底部に落下するのを防ぐことができる。
【００１４】
また、１回の掘削における掘削量を、回収バケットの設定回収量とすることにより、掘削バケット及び回収バケットを地上へ引き上げる回数が必要最小限の回数となり、施工効率が上がる。
【００１５】
本発明の請求項２に係る掘削機械は、前記掘削翼に連結され前記掘削翼を拡縮するシリンダが設けられ、前記拡径量検出手段が、前記シリンダのストローク長に基づいて、前記掘削翼の拡径量を検出することを特徴としている。
【００１６】
上記構成によれば、まず、拡径量検出手段に、掘削翼に連結されたシリンダのストローク長と掘削翼の拡径量の関係式を設定しておく。
【００１７】
掘削時には、拡径量検出手段が、シリンダのストローク長を検出して、このストローク長と対応する拡径量を求める。
【００１８】
このように、実際の拡径量を測定しなくても、シリンダのストローク長に基づいて拡径量を求められるので、拡径量の検出が容易となる。
【００１９】
本発明の請求項３に係る掘削方法は、掘削機械本体に懸架されて回転する回転軸に設けられ、掘削土砂を回収する回収バケットを備えた掘削バケットの掘削翼を拡径して縦孔の孔壁を掘削し、前記縦孔に拡径部を形成する掘削方法において、前記掘削バケットの深度を検出する深度検出工程と、前記掘削翼の拡径量を検出する拡径量検出工程と、前記掘削翼の形状及び拡径量と前記拡径部の形状とに基づいて定められる前記掘削バケットの掘削量が、前記回収バケットの１回の土砂回収量となるように、前記掘削バケットの深度である掘削深度と、前記掘削翼の拡径量である掘削拡径量と、を求め、前記孔壁の掘削可能領域を決定する掘削領域決定工程と、前記掘削領域決定工程で決定された前記掘削可能領域を表示する表示工程と、を有することを特徴としている。
【００２０】
上記構成によれば、予め掘削された縦孔に、回収バケットが設けられた掘削バケットが降下される。そして、掘削バケットの深度と掘削翼の拡径量が検出される。
【００２１】
続いて、掘削バケットが拡径部の位置に到達すると、掘削領域決定手段が、掘削翼の形状及び拡径量と拡径部の形状とに基づいて定められる掘削バケットの掘削量が、予め設定された回収バケットの１回の土砂回収量となるように、掘削バケットの深度と掘削翼の拡径量を算出する。このときの深度及び拡径量を掘削深度及び掘削拡径量とする。そして、得られた掘削深度及び掘削拡径量によって、孔壁の掘削可能領域が決定される。
【００２２】
続いて、掘削可能領域が表示される。掘削機械の操作者は、表示された掘削可能領域の深度まで掘削バケットを降下させ、掘削翼を拡径して掘削可能領域を掘削する。
【００２３】
これにより、拡径部における１回の掘削時の土砂回収量は、回収バケットの回収可能量となるので、回収しきれない土砂が縦孔の底部に落下するのを防ぐことができる。
【００２４】
また、１回の掘削における掘削量を、回収バケットの設定回収量とすることにより、掘削バケット及び回収バケットを地上へ引き上げる回数が必要最小限の回数となり、施工効率が上がる。
【００２５】
本発明の請求項４に係る掘削プログラムは、掘削機械本体に懸架されて回転する回転軸に設けられ、掘削土砂を回収する回収バケットを備えた掘削バケットの掘削翼を拡径して縦孔の孔壁を掘削し、前記縦孔に拡径部を形成する掘削プログラムにおいて、前記掘削バケットの深度を検出する深度検出ステップと、前記掘削翼の拡径量を検出する拡径量検出ステップと、前記掘削翼の形状及び拡径量と前記拡径部の形状とに基づいて定められる前記掘削バケットの掘削量が、前記回収バケットの１回の土砂回収量となるように、前記掘削バケットの深度である掘削深度と、前記掘削翼の拡径量である掘削拡径量と、を求め、前記孔壁の掘削可能領域を決定する掘削領域決定ステップと、前記掘削領域決定ステップで決定された前記掘削可能領域を表示する表示ステップと、を含む処理をコンピュータに実行させることを特徴としている。
【００２６】
上記構成によれば、予め掘削された縦孔に、回収バケットが設けられた掘削バケットが降下される。そして、掘削バケットの深度と掘削翼の拡径量が検出される。
【００２７】
続いて、掘削バケットが拡径部の位置に到達すると、掘削領域決定手段が、掘削翼の形状及び拡径量と拡径部の形状とに基づいて定められる掘削バケットの掘削量が、予め設定された回収バケットの１回の土砂回収量となるように、掘削バケットの深度と掘削翼の拡径量を算出する。このときの深度及び拡径量を掘削深度及び掘削拡径量とする。そして、得られた掘削深度及び掘削拡径量によって、孔壁の掘削可能領域が決定される。
【００２８】
続いて、掘削可能領域が表示される。掘削機械の操作者は、表示された掘削可能領域の深度まで掘削バケットを降下させ、掘削翼を拡径して掘削可能領域を掘削する。
【００２９】
これにより、拡径部における１回の掘削時の土砂回収量は、回収バケットの回収可能量となるので、回収しきれない土砂が縦孔の底部に落下するのを防ぐことができる。
【００３０】
また、１回の掘削における掘削量を、回収バケットの設定回収量とすることにより、掘削バケット及び回収バケットを地上へ引き上げる回数が必要最小限の回数となり、施工効率が上がる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明は、上記構成としたので、縦孔に拡径部を形成するときに、１回の掘削ステップで、決められた土砂回収量を掘削できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
本発明の掘削機械、掘削方法、及び掘削プログラムの実施形態を図面に基づき説明する。
【００３３】
図１には、場所打ちコンクリート杭を構築するための縦孔としての杭孔２０に拡径部（中間拡径部又は拡底部）を形成する掘削機１０の全体構成が示されている。なお、杭孔２０は、事前にケリーバ用のドリリングバケット（図示せず）によって地盤２８を掘削して形成したものであり、杭孔２０内には孔壁の倒壊を防止するベントナイト等の安定液Ｌが満たされている。
【００３４】
図１に示すように、掘削機１０は、掘削機本体としてのクレーン１６に設けられたワイヤー１８の一方端に、ケリーバ１２が接続されて懸架されている。また、ケリーバ１２の途中には旋回装置１４が設けられており、ケリーバ１２の上下方向の移動を拘束せずに、ケリーバ１２を回転させる。
【００３５】
クレーン１６の前方から張出した位置決めアーム１３は、旋回装置１４の水平位置を調整し、杭孔２０の中心位置にケリーバ１２を配置する。
【００３６】
回転軸としての固定ポスト２４の上端部には、軸部材６０が接続されている。そして、この軸部材６０上に設けられた連結ブラケット２６にケリーバ１２がピン連結されている。これにより、中間拡径部掘削用の拡径掘削バケット２２が、ケリーバ１２に連結されている。
【００３７】
図１及び図４に示すように、クレーン１６（図１参照）には、拡径掘削バケット２２の降下、回転、及び拡径を制御するメイン制御盤２３が設けられている。
【００３８】
メイン制御盤２３には、１００Ｖを２４Ｖに変換して電圧を各部へ供給する電源ユニット２５と、ＣＰＵを備え、メイン制御盤２３全体のコントロール及びデータ演算を行うシーケンサＡ２７と、汎用入力ユニットで構成されるシーケンサＢ２９と、シリアル通信ユニットで構成されるシーケンサＣ３１と、各種データを無線受信可能に設けられた無線ユニット３３とが設けられている。
【００３９】
シーケンサＡ２７は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えている。ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶された所定のプログラムによって、拡径掘削バケット２２の深度及び拡径量に基づいて、掘削可能領域を決定するようになっている。
【００４０】
また、シーケンサＣ３１には、各種データの表示手段としてのモニタ３５が接続されている。モニタ３５は、液晶パネルで構成され、クレーン１６の操作部（図示せず）の操作者が見やすい位置に配置されている。モニタ３５には、メイン制御盤２３によって、拡径掘削バケット２２の深度、拡径量、掘削可能領域等の情報が逐次表示されるようになっている。
【００４１】
図６は、モニタ３５の表示例を示したものである。モニタ３５の略中央部には、縦孔２０内の拡径掘削バケット２２の模式図が示されている。縦孔の中央には中心線Ｍが示されている。また、第１回目の掘削可能領域〜最後の掘削可能領域までが、各回毎に枠線で示されている。ここでは、例として、２、５、７回目の掘削可能領域Ｓ２、Ｓ５、Ｓ７を示しているが、実際は、全ての回の掘削可能領域が示される。
【００４２】
モニタ３５における縦孔２０の左右には、拡径掘削バケット２２の深度（降下位置）を示すスケールが表示されている。左側のスケールは、拡径掘削バケット２２の大まかな位置を把握するためのものであり、右側のスケールは、各掘削可能領域に拡径掘削バケット２２を降下させるときの細かい深度を表示している。
【００４３】
また、モニタ３５の上部には、掘削可能領域内に拡径掘削バケット２２が位置しているときに深度及び拡径量をＯＫと表示し、掘削可能領域外のときにＮＧと表示する状態ウインドが設けられている。拡径掘削バケット２２は、拡径量の増加とともに、側壁板３０を広げるように表示される。
【００４４】
さらに、モニタ３５の右側には、掘削終了、一時停止、深度リセット、施工時間、深度、バケット径、バケット回転数、中間拡径部の掘削ステップ数、掘削可能領域に到達するまでの必要降下量、掘削可能領域における拡径量（拡径ステップ数）が表示されている。
【００４５】
一方、図１及び図４に示すように、旋回装置１４の下方側には、拡径掘削バケット２２の拡径量及び深度のデータ収集をすると共に、これらのデータをメイン制御盤２３へ送信するためのリールベース１５が設けられている。
【００４６】
リールベース１５は、拡径掘削バケット２２に一端が取り付けられたワイヤー５１を巻き取り、又は開放して拡径掘削バケット２２を上昇又は降下させ、拡径掘削バケットの深度（降下量）を検出する深度検出部１７と、前述のメイン制御盤２３に各種データを送信するためのサブ制御盤３７とが設けられている。
【００４７】
深度検出部１７は、ワイヤー５１の他方端が固定されワイヤー５１を巻き取るリール１９と、リール１９の回転量を検出するロータリーエンコーダからなる回転量センサ２１とが設けられている。
【００４８】
また、サブ制御盤３７は、バッテリ３９が接続され、バッテリ３９の１２Ｖを２４Ｖに変換して各部に電圧供給する電源ユニット４１と、シリアル通信ユニットで構成されるシーケンサＤ４３と、ＣＰＵを備え、サブ制御盤３７全体のコントロールを行うシーケンサＥ４５と、アナログデータをデジタルデータに変換してシーケンサＥに入力するシーケンサＦ４７と、各種データを前述の無線ユニット３３に無線送信可能に設けられた無線ユニット４９とが設けられている。
【００４９】
ここで、回転量センサ２１は、シーケンサＥ４５に電気的に接続されている。シーケンサＥ４５は、回転量センサ２１で検出された信号をカウントして、拡径掘削バケット２２の深度データに変換する。
【００５０】
メイン制御盤２３のシーケンサＡ２７では、予め設定されたプログラムにおいて、リール１９の回転開始位置と、拡径掘削バケット２２の上端又は下端位置とが対応付けされている。
【００５１】
シーケンサＡ２７は、リール１９の回転開始位置を拡径掘削バケット２２の降下開始位置として、回転量センサ２１で検出されたリール１９の巻き取り量（回転量）を、拡径掘削バケット２２の降下量に換算して、これらから、拡径掘削バケット２２の深度（降下位置）を検出するようになっている。
【００５２】
図２ａ及び図２ｂに示すように、拡径掘削バケット２２は、スタビライザ部３６、拡縮バケット部３８、土砂回収部４０によって構成され、上からこの順に配置されている。なお、拡径掘削バケット２２は、固定ポスト２４を中心として左右対称となっているので、図中の符号を左側又は右側に付して省略している。
【００５３】
スタビライザ部３６は、略円弧状に形成されたガイド部材４２を、軸部材６０を囲むようにして対角状に４つ配置したものである。ガイド部材４２の内側には、角筒状のスライド部材４４の後端部が固定され、スライド部材４４の先端部は軸部材６０に向って伸びている。
【００５４】
スライド部材４４は、軸部材６０の各コーナー部から外側に張出した角筒状の支持部材４６の内側に、スライド可能に嵌合されている。これにより、ガイド部材４２を孔壁へ向けて拡げることが可能となっている。
【００５５】
ここで、杭孔２０の孔壁面とガイド部材４２の間にわずかな隙間を残す程度にスライド部材４４がスライドされ、ガイド部材４２の位置が調整されている。また、各スライド部材４４のスライド量を等しくすることによって、軸部材６０に接続された固定ポスト２４の中心が、杭孔２０の中心位置に配置されている。
【００５６】
拡縮バケット部３８は、固定ポスト２４を囲む掘削翼としての側壁板３０が４つ設けられている。４つの側壁板３０はすべて同形状であり、側壁板３０の平断面は円弧状になっている。また、側壁板３０の下部は略鉛直面を形成しており、側壁板３０の上部は内側に傾斜している。
【００５７】
各側壁板３０の回転方向の先頭側の端部には、掘削ビット３２が上下方向に等間隔で配設されている。
【００５８】
掘削ビット３２は、杭孔２０（図１参照）の孔壁面に向って尖った形状をしている。これにより、図１に示した旋回装置１４でケリーバ１２を介して固定ポスト２４を回転させ、側壁板３０が拡径すると、杭孔２０の孔壁が掘削されて中間拡径部が形成される。
【００５９】
各側壁板３０の下端部には、先端部が下方内側に向うように、アーム部材３４が着脱可能に取付けられている。アーム部材３４には、側壁板３０の掘削ビット３２と同様の形状である掘削ビット５８が上下方向に等間隔で配設されている。
【００６０】
一方、固定ポスト２４の外側には、角筒状の昇降ポスト６４が設けられている。昇降ポスト６４の長さは固定ポスト２４の長さよりも短く、固定ポスト２４の長さ方向に沿って昇降ポスト６４がスライド可能となっている。
【００６１】
昇降ポスト６４の左右には、ブラケット６８が固定されており、ブラケット６８の上部には、ブラケット７２がさらに外側に突出して設けられている。そして、油圧シリンダ７０の中央部が、このブラケット７２に回転可能に連結されている。
【００６２】
油圧シリンダ７０は、シリンダ本体７４とピストンロッド８６を備えており、油を供給するためのチューブ７５が接続されている。ピストンロッド８６とシリンダ本体７４の間に油圧をかけることで、ピストンロッド８６が伸縮する構成となっている。
【００６３】
また、油圧シリンダ７０の内部には、ピストンロッド８６の伸縮状態を検出してストローク長を測定する磁歪式の変位量センサ７３が設けられている。
【００６４】
図４に示すように、変位量センサ７３は、前述のシーケンサＦ４７に接続されており、ピストンロッド８６のストローク長のデータが、シーケンサＦ４７に送信されるようになっている。
【００６５】
シーケンサＦ４７では、予め求められたピストンロッド８６のストローク長と、側壁板３０（図２参照）の拡縮径距離（拡径量）との関係式に上記のデータが入力されることにより、側壁板３０の拡径量が検出されるようになっている。検出された拡径量のデータは、前述のシーケンサＡ２７に送信される。
【００６６】
一方、図２ａ及び図２ｂに示すように、ブラケット６８の外側中央部と、側壁板３０の内側に設けられたブラケット７４の上部には、リンク部材７６の両端がそれぞれ回転可能に連結されており、このリンク部材７６と平行になるように設けられたリンク部材７８の両端は、ブラケット６８の下部と、ブラケット７４の下部に回転可能に連結されている。
【００６７】
リンク部材７６、７８の略中央部には、リンク部材８０の両端がそれぞれ回転可能に連結されており、リンク部材８０の下端部と、固定ポスト２４の下端部に設けられたブラケット８４には、リンク部材８２の両端がそれぞれ回転可能に連結されている。
【００６８】
リンク部材７８には、リンク部材７８と連動するように略三角形状のブラケット９０の下辺が固定されており、ブラケット９０の頂部連結部９２は、油圧シリンダ７０のピストンロッド８６の先端部と回転可能に連結されている。これらの機構をリンク機構６６とする。
【００６９】
ここで、図２ａに示すような、拡径掘削バケット２２の拡径量が最小の状態において、油圧シリンダ７０を作動させ、油圧シリンダ７０のピストンロッド８６を矢印Ｐの方向に縮めると、ブラケット９０の頂部連結部９２は、リンク部材７８とブラケット６８との連結部７８Ａを回転中心として矢印Ｑの方向に回転する。
【００７０】
続いて、このブラケット９０の動きに連動して、リンク部材７６、７８が矢印Ｒの方向に旋回し、これに伴って昇降ポスト６４は矢印Ｓの方向へ、側壁板３０は矢印Ｔの方向へ移動し、図２ｂのような拡径掘削バケット２２のバケット径が最大の状態になる。
【００７１】
このように、図２ａ、ｂの順に動作することによって拡径掘削バケット２２は拡径し、図２ｂ、ａの順に動作することによって拡径掘削バケット２２は縮径する。
【００７２】
なお、図２では２つの油圧シリンダ７０が示されているが、４つの側壁板３０のそれぞれに油圧シリンダ７０及びリンク機構６６が設けられている。すなわち、拡縮バケット部３８には４つの油圧シリンダ７０が搭載されている。
【００７３】
土砂回収部４０は、吊り支柱９４と、受け皿としての土砂回収バケット９６とで構成されている。土砂回収バケット９６は、ヒンジ部材によって開閉可能に設けられた底板（図示せず）を有する略円筒状の容器である。
【００７４】
４つの吊り支柱９４の上端部は、固定ポスト２４の下端部に連結ピンで着脱可能に取付けられた接合部材９８の下面に、溶接等により接合されており、下方外側に向かって四方に広がっている。吊り支柱９４の下端部は、土砂回収バケット９６の側壁上部に溶接等により接合されている。
【００７５】
ここで、図２ｂに示すように、土砂回収バケット９６は、土砂回収バケット９６の開放された上面が常にアーム部材３４の先端部よりも低い位置になるように取付けられている。また、土砂回収バケット９６の外径は、土砂回収バケット９６の側壁面と杭孔２０（図１参照）の孔壁との間に若干の隙間が形成される程度に、杭孔２０の径よりも小さくなっている。
【００７６】
なお、中間拡径部の孔壁の掘削においては、拡径掘削バケット２２を用いるが、縦孔の底部である拡底部の孔壁の掘削では、図３に示す拡径掘削バケット１００が用いられる。
【００７７】
図２及び図３に示すように、拡径掘削バケット１００は、前述の拡径掘削バケット２２の接合部材９８の連結ピンを抜いて土砂回収バケット９６を取り外し、アーム部材３４を取り外して、底蓋１０４を取り付けたものである。
【００７８】
図３に示すように、固定ポスト２４には、略水平方向に伸びる底蓋支持フレーム１０６から立設したポスト１０８が、ボルト及びナットにより固定されている。底蓋支持フレーム１０６の一端には、ヒンジ１１０が設けられている。
【００７９】
底蓋支持フレーム１０６の下方側には、下方に凸の略円盤形状の底蓋１０４が設けられている。底蓋１０４は、底蓋１０４の外周縁の位置で、ヒンジ１１０によって、底蓋支持フレーム１０６に回転可能に連結されている。
【００８０】
これにより、底蓋１０４は、下方に向けて開閉可能となっており、側壁板３０で構成された拡径掘削バケット１００の下部開口を塞ぐようになっている。底蓋１０４の閉止は、図示しないロック機構により行われる。
【００８１】
次に、拡径掘削バケット２２、１００の深度と拡径量の求め方について説明する。
【００８２】
図５は、中間拡径部の断面を模式的に示した模式図である。
【００８３】
図５ａに示すように、縦孔２０の中心線Ｍから半径ｒの位置に略円形の孔壁があるとする。また、中間拡径部の全体の掘削領域をＳとして、１回目の掘削領域をＳ１、２回目の掘削領域をＳ２とする。
【００８４】
掘削領域Ｓ、Ｓ１、Ｓ２の最外周の形状は、前述の側壁板３０の形状と同様である。∠ＡＢＣ＝∠ＢＥＦ＝∠ＥＨＫであり、∠ＢＣＤ＝∠ＥＦＧ＝∠ＨＫＬである。ここで、∠ＢＡＤ＝α、∠ＣＤＡ＝∠ＦＧＡ＝βとする。
【００８５】
全体の掘削領域Ｓにおける掘削量は、四角形ＡＨＫＬで囲まれる領域を中心線Ｍを中心として１回転したときの立体の体積で表せる。同様にして、掘削領域Ｓ１における掘削量は、四角形ＡＢＣＤで囲まれる領域を中心線Ｍを中心として１回転したときの立体の体積で表せる。
【００８６】
掘削領域Ｓ２における掘削量は、六角形ＢＥＦＧＤＣで囲まれる領域を中心線Ｍを中心として１回転したときの立体の体積で表せる。求め方としては、四角形ＡＥＦＧで囲まれる領域を中心線Ｍを中心として１回転したときの立体の体積から、掘削領域Ｓ１における体積を差し引いたものを掘削領域Ｓ２の掘削量とすればよい。
【００８７】
中心線Ｍから掘削領域Ｓ１における最外周（線分ＢＣの範囲）までの距離（半径）をＲｉとし、中心線Ｍから掘削領域Ｓ２における最外周（線分ＥＦの範囲）までの距離（半径）をＲｉ＋１とする。
【００８８】
拡径掘削バケット２０の側壁板３０（図２参照）が最も縮径した状態からの側壁板３０の径方向の移動量を拡径量として、１回目の掘削時の拡径量をΔＲ１とし、２回目の掘削時の拡径量をΔＲ２とすると、ΔＲ１、ΔＲ２は（１）式により求められる。
【００８９】
【数１】
0004764857.tif 000002
一方、図５ｃに示すように、掘削領域Ｓ１の掘削が終了してから掘削領域Ｓ２の掘削を開始するまでの間における拡径掘削バケット２０（図２参照）の降下量Ｘは、点Ｂと点Ｅの鉛直方向における高さの差分となる。降下量Ｘは、三角形ＢＥＴに着目して（２）式により求められる。
【００９０】
【数２】
0004764857.tif 000003
ここで、図５ｂに示す掘削可能領域Ｓ１の体積Ｖ１を求める演算式を用いて、Ｒｉを求める方法について説明する。
【００９１】
まず、体積Ｖ１の演算式を得るために、掘削可能領域Ｓ１を三角形ＡＢＮ、四角形ＢＣＯＮ、三角形ＣＤＯの３つの領域に分割する。
【００９２】
三角形ＡＢＮを中心線Ｍを軸として回転して形成される立体の体積Ｖａは、円錐台から円柱の体積を除く方法で求められる。円錐台の高さｈ１は（３）式で求められる。
【００９３】
【数３】
0004764857.tif 000004
（３）式を用いて、体積Ｖａを求めると（４）式が得られる。なお、Ａ＝ｔａｎαとしている。
【００９４】
【数４】
0004764857.tif 000005
四角形ＢＣＯＮを中心線Ｍを軸として回転して形成される立体の体積Ｖｂは、大円柱から小円柱の体積を除く方法で求められ、（５）式が得られる。
【００９５】
【数５】
0004764857.tif 000006
三角形ＣＤＯを中心線Ｍを軸として回転して形成される立体の体積Ｖｃは、円錐台から円柱の体積を除く方法で求められ、（６）式が得られる。なお、ここでは、∠ＣＤＯ＝β＝４５度としており、高さｈ３＝Ｒｉ−ｒとなっている。
【００９６】
【数６】
0004764857.tif 000007
掘削可能領域Ｓ１の体積Ｖ１＝Ｖａ＋Ｖｂ＋Ｖｃであるので、（４）、（５）、（６）式を用いて、（７）式が得られる。
【００９７】
【数７】
0004764857.tif 000008
ここで、土砂回収バケット９６（図２参照）の１回の土砂回収量である設定回収量をＶｚとする。この設定回収量Ｖｚは、地盤２８の土質に応じて予め前述のシーケンサＡ２７（図４参照）に設定された一定量である。縦孔２０の半径ｒ、角度α、高さｈ２、及び土砂回収量Ｖｚは既知であるので、（７）式においてＶ１＝Ｖｚとして、Ｒｉについての３次方程式を解くことにより、Ｒｉの必要量が得られる。
【００９８】
前述の拡径量ΔＲ１は、得られたＲｉの値から（１）式により求められる。
【００９９】
次に、掘削可能領域Ｓ２の体積Ｖ２を求める演算式を用いて、Ｒｉ＋１を求める方法について説明する。
【０１００】
四角形ＡＥＦＧの領域を軸Ｍの回りに回転させて得られる立体の体積をＶｄとする。Ｖｄを求める式は、（７）式のＲｉをＲｉ＋１に置き換えることで得られる。なお、線分ＢＣ＝線分ＥＦであることを利用している。
【０１０１】
ここで、Ｖ２＝Ｖｄ−Ｖ１＝ＶｚとなるときのＲｉ＋１を求めることになるが、既にＶ１＝Ｖｚとなっているので、演算式としては、Ｖｄ＝２Ｖｚとなる。この演算式はＲｉ＋１  についての３次方程式であるので、これを解くことにより、Ｒｉ＋１の必要量が得られる。
【０１０２】
３回目以降の掘削領域についても、同様の方法により、必要な深度及び拡径量が得られる。なお、拡径部の掘削中には、１回の土砂回収可能量Ｖｚよりも少ない量の土砂を回収する場合もあるので、この場合は、掘削済の領域を除いた領域を拡径掘削バケット２２が掘削するように深度及び拡径量を定めることになる。
【０１０３】
シーケンサＡ２７（図４参照）は、上記の方法によって得られた半径Ｒｉ、半径Ｒｉ＋１を用いて、拡径量ΔＲ１、ΔＲ２、及び降下量Ｘを求め、縦孔２０の孔壁の掘削可能領域を決定するように構成されている。
【０１０４】
次に、本発明の実施形態の作用について説明する。
【０１０５】
まず、中間拡径部を拡径掘削バケット２２で掘削する手順について説明する。
【０１０６】
図７及び図８に示すように、まず、ステップ１０１では、拡径掘削バケット２２の径を最小にした状態で、クレーン１６（図１参照）により拡径掘削バケット２２を所定の位置まで下ろす。これは、リール１９（図４参照）によるワイヤー１８の巻き取り量を減らすことにより行われる。なお、図８では、拡径掘削バケット２２のリンク機構の図示を省略している。
【０１０７】
ステップ１０２では、深度検出部１７及びシーケンサＡ２７によって、拡径掘削バケット２２の深度Ｘが検出される。
【０１０８】
ステップ１０３では、シーケンサＡ２７が、予め設定された中間拡径部５６の深度に拡径掘削バケット２２が到達したかどうかを判定する。到達していない場合は、拡径掘削バケット２２の降下を継続する。到達した場合は、ステップ１０４へ進む。
【０１０９】
ステップ１０４では、リール１９の回転が停止され、拡径掘削バケット２２の降下が停止される。
【０１１０】
ステップ１０５では、シーケンサＡ２７が、前述の方法によって、縦孔２０の孔壁の掘削可能領域を決定する。
【０１１１】
ステップ１０６では、シーケンサＡ２７が、モニタ３５（図６参照）に掘削可能領域を表示させる。
【０１１２】
ステップ１０７では、作業者が、モニタ３５に表示された拡径掘削バケット２２の拡径状態を確認しながら、側壁板３０（図２参照）の拡径を行うレバーを操作する。掘削機１０は、旋回装置１４（図１参照）によって固定ポスト２４、側壁板３０、及びアーム部材３４を回転させながら側壁板３０を拡げ、掘削する。
【０１１３】
ステップ１０８では、シーケンサＡ２７が、変位量センサ７３（図２参照）で検出されたピストンロッド８６のストローク長のデータに基づいて、側壁板３０の拡径量Ｒを検出する。
【０１１４】
ステップ１０９では、シーケンサＡ２７が、検出されたＲが、予め設定された拡径量（１回目はΔＲ１）に到達したかどうかを判定する。到達していない場合は、側壁板３０の拡径を継続する。到達した場合は、１回の掘削が完了したものとして、ステップ１１０へ進む。
【０１１５】
ステップ１１０では、掘削回数がカウントアップされるとともに、シーケンサＡ２７内のＲＡＭに、中間拡径部の掘削済領域が記憶される。記憶された掘削済領域のデータは、次回の掘削時の掘削可能領域の決定に用いられる。
【０１１６】
ステップ１１１では、側壁板３０が縮径され、拡径掘削バケット２２が地上へ引き上げられる。そして、土砂回収バケット９６の底板が開放され、土砂が排出される。
【０１１７】
ステップ１１２では、シーケンサＡ２７が、中間拡径部の領域と掘削済領域を比較して、掘削が完了したかどうかを判定する。掘削が完了していない場合は、ステップ１０１から再度掘削が行われる。掘削が完了した場合は、掘削機１０の各部の動作を停止して、作業を終了する。
【０１１８】
中間拡径部５６の２回目の掘削では、（２）式を用いて前述の方法によって求められた降下量Ｘに相当する量だけ、さらに拡径掘削バケット２２が降下され、同様に拡径掘削が行われる。なお、図８ｂ、図８ｃは、図６における掘削可能領域Ｓ５、Ｓ７を掘削している状態を示している。
【０１１９】
図９に示すように、中間拡径部５６の掘削が終了した後は、中間拡径部５６の掘削時と同様の手順によって、中間拡径部５７の掘削が行われる。
【０１２０】
そして、中間拡径部５７の掘削が終了した後、拡径掘削バケット２２（図１参照）が一端地上へ引き上げられ、アーム部材３４が取り外され、土砂回収バケット９６が取り外されて、底蓋１０４が取り付けられる。これにより、拡径掘削バケット２２が、拡径掘削バケット１００に交換される。
【０１２１】
続いて、拡径掘削バケット１００によって、縦孔２０の拡底部の掘削が開始される。
【０１２２】
図９及び図１０ａに示すように、拡径掘削バケット１００は、縦孔２０の底部に降下される。なお、図１０では、拡径掘削バケット１００のリンク機構の図示を省略している。
【０１２３】
そして、図１０ｂ及び図１０ｃに示すように、前述の中間拡径部５６、５７の掘削時と同様の方法により、拡底部１１４の掘削が順次行われる。
【０１２４】
このようにして、縦孔２０に拡径部（中間拡径部５６、５７、拡底部１１４）が形成される。
【０１２５】
以上説明したように、本発明の実施形態においては、拡径部における１回の掘削時の土砂回収量が、土砂回収バケット９６又は底蓋１０４の回収可能量となるので、回収しきれない土砂が縦孔２０の底部に落下するのを防ぐことができる。
【０１２６】
また、１回の掘削における掘削量を、土砂回収バケット９６又は底蓋１０４の設定回収量とすることにより、拡底掘削バケット２２、１００を地上へ引き上げる回数が必要最小限の回数となり、施工効率が上がる。
【０１２７】
さらに、変位量センサ７３によって、実際の側壁板３０の拡径量を測定しなくても、ピストンロッド８６のストローク長に基づいて拡径量を求められるので、拡径量の検出が容易となる。
【０１２８】
なお、本発明は上記の実施形態に限定されない。
【０１２９】
中間拡径部５６、５７及び拡底部１１４の断面形状は、各種多角形状であってもよい。
【０１３０】
拡径掘削バケット２２、１００の降下量の検出は、例えば、旋回装置１４に反射式のフォトセンサを設け、ケリーバ１２に反射板を設けて、ケリーバ１２の降下量を検出するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１３１】
【図１】本発明の実施形態に係る掘削機の全体図である。
【図２】本発明の実施形態に係る中間拡径部用の拡径掘削バケットの構成図である。
【図３】本発明の実施形態に係る拡底部用の拡径掘削バケットの構成図である。
【図４】本発明の実施形態に係る深度及び拡径量の検出手段のブロック図である。
【図５】本発明の実施形態に係る中間拡径部の模式図である。
【図６】本発明の実施形態に係るモニタの模式図である。
【図７】本発明の実施形態に係る拡径掘削手順を示したフローチャートである。
【図８】本発明の実施形態に係る中間拡径部用の拡径掘削バケットを用いた掘削状態を示す模式図である。
【図９】本発明の実施形態に係る拡底部用の拡径掘削バケットを縦孔に配置した状態を示す模式図である。
【図１０】本発明の実施形態に係る拡底部用の拡径掘削バケットを用いた掘削状態を示す模式図である。
【符号の説明】
【０１３２】
１０  掘削機（掘削機械）
１２  ケリーバ（回転軸）
１６  クレーン（掘削機械本体）
１７  深度検出部（深度検出手段）
２０  縦孔（縦孔）
２２  拡径掘削バケット（掘削バケット）
２７  シーケンサＡ（掘削領域決定手段）
３０  側壁板（掘削翼）
３５  モニタ（表示手段）
５６  中間拡径部（拡径部）
５７  中間拡径部（拡径部）
７０  油圧シリンダ（シリンダ）
７３  変位量センサ（拡径量検出手段）
９６  土砂回収バケット（回収バケット）
１００  拡径掘削バケット（掘削バケット）
１０４  底蓋（回収バケット）
１１４  拡底部（拡径部）
【図１】
0004764857.tif 000009
【図２】
0004764857.tif 000010
【図３】
0004764857.tif 000011
【図４】
0004764857.tif 000012
【図５】
0004764857.tif 000013
【図６】
0004764857.tif 000014
【図７】
0004764857.tif 000015
【図８】
0004764857.tif 000016
【図９】
0004764857.tif 000017
【図１０】
0004764857.tif 000018