(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤にリング溝を形成する溝掘削装置であって、
削孔用の掘削機に建て込まれ、下端部に前記リング溝に挿入される鋼管製の本杭が着脱可能に結合される結合部を有する管状のケーシングと、
下端に掘削用のビットが取付けられ、上端部の結合部が前記ケーシングの結合部に着脱可能に取付けられた管状の掘削部材とを備え、
前記掘削機により前記ケーシングを回転させつつ下降させ、前記掘削部材により地盤にリング溝を形成するようにしたことを特徴とする溝掘削装置。
【請求項２】
前記掘削機に設けられた発光手段と、
前記ケーシングの側面に設けられたマーキングと、
前記発光手段及びマーキングを追尾して、前記発光手段の位置から前記ケーシングの水平方向の位置データを、前記マーキングの位置から前記ケーシングの高さ方向の位置データを取得してそれぞれの位置データを送信するデータ送信機と、
前記データ送信機からの位置データを受信し、前記掘削機に建て込まれたケーシングの水平方向の位置及び高さ方向の位置を計測することにより、掘削するリング溝の平面方向の位置及び掘削したリング溝の深さを計測する位置計測器とを備えたことを特徴とする請求項１記載の溝掘削装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溝掘削装置に関し、例えば、水中岩盤などの硬い地盤にリング溝を掘削する溝掘削装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
防波堤などの水中構造物を構築する場合、硬い水中地盤に鋼管製の杭を打設することがある。
【０００３】
従来、このように、硬い水中地盤に杭を施工する杭施工方法としては、鋼管製の杭の先端にビットを取付け、この杭を回転させながら地中に降下させてリング状の溝を掘削しつつ、その杭を地盤に建て込むようにした方法がある（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−４５２７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のような従来の杭施工方法では、掘削に使用したビット付きの杭をそのまま本杭として利用するため、特殊鋼で形成される高価なビットも地中に埋設されてしまうことになり、資材の無駄遣いとなり、不経済であるという問題があった。以上のことが本発明の課題である。
【０００５】
上述のような従来の杭施工方法では、掘削に使用したビット付きの杭をそのまま本杭として利用するため、特殊鋼で形成される高価なビットも地中に埋設されてしまうことになり、資材の無駄遣いとなり、不経済であるという課題があった。また、硬い地盤を掘削する際、掘削に使用する杭には大きな負荷が加わるため、長い杭では損傷や変形を生じやすく、そのため、掘削に使用する杭は比較的短いものとせざるを得ない。そのような短い杭を本杭として利用した場合、本杭は海中に設置されているため、計測装置による位置計測が困難であり、位置決め精度が得にくいという課題もあった。そこで、杭施工における資材の無駄遣いという課題及び位置決め精度の向上という課題を解消することが可能な杭施工方法が求められている。
【０００６】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、リング溝の削孔に使用するビット付きの掘削部材を埋設することなく再利用を可能とし、不経済の問題を解消するとともに、リング溝の位置決め精度の向上を図った溝掘削装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、ケーシングに対して着脱可能のビット付きの掘削部材によりリング溝を形成した後、このケーシングにより本杭をリング溝に挿入させることにより、高価なビットを埋設することなく再利用することが可能となるとともに、ケーシングの位置計測を可能とすることにより、リング溝の位置決め精度の向上も可能となることを見出し、これに基づいて、以下のような新たな溝掘削装置を発明するに至った。
【０００８】
（１）  地盤にリング溝を形成する溝掘削装置であって、削孔用の掘削機に建て込まれ、下端部に前記リング溝に挿入される鋼管製の本杭が着脱可能に結合される結合部を有する管状のケーシングと、下端に掘削用のビットが取付けられ、上端部の結合部が前記ケーシングの結合部に着脱可能に取付けられた管状の掘削部材とを備え、前記掘削機により前記ケーシングを回転させつつ下降させ、前記掘削部材により地盤にリング溝を形成するようにしたことを特徴とする溝掘削装置。
【０００９】
（１）記載の溝掘削装置によれば、ケーシングにビット付きファーストチューブを取付けて、ケーシングを回転させつつ下降させることにより地盤にリング溝を形成することができるとともに、リング溝を形成した後、掘削部材をリング溝から抜き、掘削部材をケーシングから分離させ、掘削部材に替えて本杭をケーシングの結合部に取付け、リング溝に本杭を打設することができる。したがって、高価なビット及び掘削部材は埋設することなく再利用することができるので、資材の無駄遣いを防止することができる。また、本杭を打設するケーシングは海面上に露出しているので、露出部分を計測器により計測することが可能となり、リング溝の位置決め精度の向上を図ることができる。
【００１０】
（２）  前記掘削機に設けられた発光手段と、前記ケーシングの側面に設けられたマーキングと、前記発光手段及びマーキングを追尾して、前記発光手段の位置から前記ケーシングの水平方向の位置データを、前記マーキングの位置から前記ケーシングの高さ方向の位置データを取得してそれぞれの位置データを送信するデータ送信機と、前記データ送信機からの位置データを受信し、前記掘削機に建て込まれたケーシングの水平方向の位置及び高さ方向の位置を計測することにより、掘削するリング溝の平面方向の位置及び掘削したリング溝の深さを計測する位置計測器とを備えたことを特徴とする（１）記載の溝掘削装置。
【００１１】
（２）記載の溝掘削装置によれば、掘削機に設けられた発光手段とケーシングの側面に設けられたマーキング手段を追尾して、ケーシングの平面方向の位置及び高さ方向の位置を計測することにより、掘削するリング溝の平面方向の位置及び深さを計測することができ、これにより、リング溝を正確な位置及び正確な深さに掘削することが可能となる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の溝掘削装置によれば、リング溝の削孔に使用するビット付きの掘削部材を埋設することなく再利用を可能とし、不経済の問題を解消するとともに、リング溝の位置決め精度の向上も図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００１４】
図１は、本発明の実施形態による溝掘削装置の側面図、図２は、ファーストチューブの（掘削部材）拡大断面図である。
【００１５】
図１において、１０は、杭打ちを行う場所に設置される台船であって、海底地盤１１上に支柱１２を介して設置されている。台船１０上にはクレーン１４が設置されている。また、台船１０の前部には、杭打設用の架台１５が設けられている。台船１０の高さ位置は、台船１０に取付けられた昇降装置１７により決定するようになっている。
【００１６】
架台１５上に削孔用の掘削機１６が設置されている。架台１５上にはＸＹ方向のレール（図示せず）が設けられ、掘削機１６を駆動装置によりこのレール上に移動可能に設置することにより、掘削機１６を最適の掘削位置に設定できるようになっている。掘削機１６には鋼管製のケーシング２０が建て込まれている。ケーシング２０の下端部にはファーストチューブ（掘削部材）２１が取付けられている。
【００１７】
図２に示すように、ファーストチューブ２１は、鋼管等の本体２１ａの上端部に雌ねじ２１ｂが形成され、本体２１ａの下端部には、複数のビット２１ｃが下端縁に取付けられた掘削リング２１ｄが固着された構成のものである。ケーシング２０の下端部には肉薄部２０ａが形成され、この肉薄部２０ａの外周に形成された雄ねじ２０ｂにファーストチューブ２１の雌ねじ２１ｂが着脱可能にねじ込まれている。
【００１８】
図１に示すように、台船１０には位置計測装置２９が設けられている。この位置計測装置２９は、ハウジング３０を備え、ハウジング３０内には受信機、演算装置（図示せず）等を備え、ハウジング３０外に受信アンテナ３１を備えたものである。
【００１９】
掘削機１６に上面には、光波プリズム、ターゲットミラー等の発光手段３２が取付けられている。また、ケーシング２０の側面には、掘削機１６の上方に位置して反射シール等からなる高さ管理用のマーキング３３が設けられている（図２参照）。
【００２０】
陸地３４には、発光手段３２を光波３８ａにより追尾する位置計３５ａ、及びマーキング３３を光波３８ｂ追尾する位置計３５ｂが設置されている。この位置計３５ａ、３５ｂには位置データを送信する送信アンテナ３６ａ、３６ｂが設けられ、この送信アンテナ３６ａから発光手段３２の位置データ、送信アンテナ３６ｂからマーキング３３の位置データが、それぞれ位置計測装置２９の受信アンテナ３１に向けて送信されるようになっている。
【００２１】
図３は、本実施形態に溝掘削装置による溝掘削の工程図である。以下、溝掘削の動作を説明する。
【００２２】
図３の（１）は、掘削機１６の設置工程を示す。同図において、掘削機１６はクレーン１４のワイヤ１８に取付けられたフック１９に吊り下げられ、ワイヤ１８を降ろすことにより、架台１５上に設置する。
【００２３】
図３の（２）は、ファーストチューブ及びケーシングの建込み工程を示す。同図に示すように、長尺（継ぎ合わせて長尺にする連結式のもの）の鋼管製のケーシング２０の先端に、ファーストチューブ２１を取付ける（図２参照）。ファーストチューブ２１を取付けたケーシング２０をクレーン１４のフック１９に吊り下げて、掘削機１６にセットする。
【００２４】
図３の（３）は、掘削機１６による溝堀り工程を示す。同図に示すように、掘削機１６によりケーシング２０を回転させながら、定位置まで下降させることにより、ファーストチューブ２１のビット２１ｃにより海底地盤１１が削られ、図３の（４）に示すような所定深さのリング溝２２が形成される。
【００２５】
図３の（４）は、削孔完了・ファーストチューブ引き抜き工程を示す。同図に示すように、ケーシング２０をフック１９に掛けてクレーン１４により引き上げることにより、ファーストチューブ２１はリング溝２２から引き抜かれる。ファーストチューブ２１が掘削機１６から出る位置までケーシング２０を引き上げた後、ファーストチューブ２１を回してケーシング２０から分離する。以上でリング溝２２の掘削工程が終了する。
【００２６】
上記溝掘り工程においては、図１に示す位置計測手段による位置計測が行われる。すなわち、掘削機１６に上面に設けられている発光手段３２を位置計３５ａにより追尾し、位置データを位置計測装置２９に送信し、位置計測装置２９においてはその位置データを演算することにより、ケーシング２０の平面方向の位置が計測される。この位置計測に基づいて、掘削機を架台上のレールに沿って移動させることにより、掘削するリング溝２２の平面方向の位置が決定される。さらに、ケーシング２０の側面に設けられているマーキング３３を位置計３５ｂにより追尾し、位置データを位置計測装置２９に送信し、位置計測装置においてはその位置データを演算することにより、ケーシング２０の高さ方向の位置が計測される。これにより、掘削するリング溝２２の深さが計測される。予め決定された深さまでリング溝２２が掘削されたとき、掘削機１６の駆動を自動停止する。
【００２７】
図４は、上記のようにして形成されたリング溝２２に本杭を打設する杭施工工程を示している。
【００２８】
図４の（１）は、本杭建込み工程を示す。ケーシング２０の下端に、取り外したファーストチューブ２１に代えて鋼管製の本杭２３を取付ける。本杭２３の先端には、回り止め用のビット２４が取付けられている。回り止め用のビット２４は、掘削には使用しないので、ファーストチューブ２１のビット２１ｃより、強度も小さく個数も少なくてよい。本杭２３とケーシング２０との取付け構造は、ファーストチューブ２１と同様のねじ込み構造とすることができる。
【００２９】
図４の（２）は、本杭挿入工程を示す。同図に示すように、掘削機１６によりケーシング２０を回転させながら下降させてリング溝２２に挿入し、ビット２４をリング溝２２の底部の海底地盤１１に突き立てる。
【００３０】
図４の（３）は、ケーシング２０引き抜き工程を示す。ケーシング２０を下降時とは逆に回転させて、本杭２３からケーシング２０を離脱させた後、同図に示すように、ケーシング２０をクレーン１４のフック１９に掛けて引き上げることにより、本杭２３を海底地盤１１に残したままケーシング２０のみ引き上げる。このようにして、本杭２３の施工を完了する。
【００３１】
以上のように、本発明による溝掘削装置は、ケーシング２０にビット２１ｃ付きのファーストチューブ２１を取付けて、ケーシング２０を回転させつつ下降させることによりリング溝２２を形成することができる。ファーストチューブ２１はケーシング２０に着脱可能に取付けられているので、リング溝２２を掘削した後はケーシング２０から取り外し、ファーストチューブ２１に代えて本杭２３を取付け、リング溝２２に本杭２３を挿入させる。これにより、ファーストチューブ２１及び高価なビット２１ｃは埋設することなく再利用することができ、資材の無駄遣いを防止することができるとともに、本杭２３を打設するケーシング２０は海面に露出しているので、露出部分に形成したマーキング３３を計測することにより、削孔したリング溝２２の深さ計測が可能となり、リング溝２２の位置決め精度の向上を図ることができる。
【００３２】
なお、上記実施形態では、図３の（４）及び図４の（３）におけるケーシング２０の引き上げをクレーン１４により行っているが、ケーシングの引上手段として、掘削機１６を利用してもよい。また、上記実施形態では、図３の（１）〜（４）における掘削時と、図４の（１）〜（３）における本杭建て込み時とで同一のケーシング２０を使用した例を示しているが、掘削時と本杭建て込み時とでは異なるケーシングを使用することも可能である。
【００３３】
本発明の杭施工方法は、港湾工事や海洋工事で用いる水中構造物の構築に好適に用いることができるが、その他の杭打設にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の溝掘削装置の側面図である。
【図２】本発明の溝掘削装置におけるファーストチューブの断面図である。
【図３】本発明の溝掘削装置による溝掘削の工程図である。
【図４】溝掘削後の杭施工の工程図である。
【符号の説明】
【００３５】
１６  掘削機
２０  ケーシング
２０ｂ  雄ねじ（結合部）
２１  ファーストチューブ（掘削部材）
２１ａ  本体
２１ｂ  雌ねじ（結合部）
２１ｃ  ビット
２３  本杭
３０  位置計測装置
３２  発光手段
３３  マーキング
３５ａ  データ送信機
３５ｂ  データ送信機
【図１】
0004790740.tif 000002
【図２】
0004790740.tif 000003
【図３】
0004790740.tif 000004
【図４】
0004790740.tif 000005