(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
岩盤に立坑や深礎の掘削を行なう岩盤掘削機であって、上下動自在かつ回転駆動する頂
点を下向きにした逆円錐形の岩盤掘削機本体の周面に、岩盤切削ビットが所定の間隔で螺
旋状配置または階段状配置に取り付けられ、該岩盤掘削機本体の上方には掘削時の反力を支持する反力受け材が配設されると共に、同岩盤掘削機本体の中心には掘削岩屑を上方に搬出するスクリュ−コンベアが筒状ケ−シングを介して配設され、該スクリュ−コンベアの下端部には開脚によって鉛直先進導坑の内側面に押圧される下部反力受け部材としての開脚アンカーを有する下部反力受け材が設けられていることを特徴とする、岩盤掘削機。
【請求項２】
下部反力受け材が、スクリューコンベヤの回転軸を貫通する貫通軸と、これの下端部に
取り付けられかつ開脚によって鉛直先進導坑の内側面に押圧される下部反力受け部材とし
ての開脚アンカーと、貫通軸の上端雄ねじ部に取り付けられた締付ナットとにより構成されることを特徴とする、請求項１記載の岩盤掘削機。
【請求項３】
請求項１または２記載の岩盤掘削機を用いた岩盤掘削工法であって、立坑や深礎を掘削
する位置に、ボーリングを行なって鉛直先進導坑を形成した後、上部反力受け材を掘削さ
れた縦坑内面に設置するとともに、下部反力受け材の開脚アンカーを開脚させて鉛直先進導坑の内側面に押圧させ設置する工程、上部反力受け材および下部反力受け材から反力を取って逆円錐形の岩盤掘削機本体を下方に所定距離だけ推進させながら岩盤掘削機本体を回転させ、その下側の岩盤を端面破砕により掘削する掘削工程、および掘削された岩屑をスクリューコンベヤの作動により筒形ケーシング内を上昇させて地上へ搬出する排土工程を備えることを特徴とする、岩盤掘削機を用いた岩盤掘削工法。
【請求項４】
岩盤に鉛直先進導坑を設け、該鉛直先進導坑の内面を自由面として、周面に螺旋状配置
または階段状配置の岩盤切削ビットを有する逆円錐形の岩盤掘削機本体の作動により、岩
盤を端面破砕する際、ビット部分に振動を与えつつ岩盤の端面破砕を行なうことを特徴と
する、請求項３項記載の岩盤掘削機を用いた岩盤掘削工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、岩盤の深礎掘削機及びそれを用いた深礎工法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、橋梁基礎や杭基礎工事、および立坑掘削工事では、深礎工法が有効な手段であるが、従来の深礎工法は、人力施工によるところが多く、狭隘な孔内での苦渋作業であり、また落下物や坑壁の崩落、有毒ガスの発生、酸欠状態に曝されるなどの危険を伴うため、より安全な機械化施工技術の開発が、早急に解決すべき重要な課題とされてきた。
【０００３】
硬質の岩盤に深礎を掘削する技術は、従来、人力掘削が主流であったが、近年、自動化
された立坑穿孔機などで穿孔した後、ダイナマイト等の発破を用いて岩盤を爆破する工法
を採用しているが、振動や騒音等の公害が大であり、周辺住民や既設の構造物にまで多大
なる影響を及ぼしていた。
【０００４】
深礎工事中に出現した巨大な転石について、穿孔機械で削孔した穴に膨張材などの静的
破砕材を充填して静的に破砕する方法や、差し矢をボーリング孔内に油圧で貫入する割岩
工法があるが、小規模で作業能力が低いという欠点がある。
【０００５】
大口径の立坑掘削では、大型の油圧ハンマーやブレーカを用いて岩盤を破砕する工法が
採用されているが、効率が小さく、かつ騒音による難聴や粉塵による塵肺、振動による白
蝋病等の労働災害を発生せしめている。
【０００６】
また、従来のクラムシェルバケットやグラブバケットによる掘削工法やハンマーグラブ
を用いるベノト工法などは軟岩では有効であるが、硬岩には適しない。
【０００７】
また従来、岩盤掘削専用のトンネルボーリングマシンを鉛直下方に移動させて深礎を掘
削する深礎ボーリングマシンにおいては、切り羽を掘削する円形面盤上には多数の円盤型
圧壊破砕刃が回転自在に取り付けられており、円形面盤を地山（岩盤）に当接回転させる
ことにより、円盤型圧壊破砕刃が大きな推進力を受けて岩盤を円形軌道に沿って筋状に圧
壊し、隣接する円盤型圧壊破砕刃の円形軌道上に形成された圧壊溝との間に隣接引張り破
砕を引き起こさせる圧壊破砕工法が考案されている。しかし、この工法では、大きな推進
力と回転力を必要とし、かつ、作業能力である破砕効率が小さいばかりでなく、円盤型圧
壊破砕刃の摩耗寿命が短く、交換頻度が高いという欠点がある。
【０００８】
ところで、例えば図１０に示すように、岩盤面３１にローラビット３０を押し付けつつ
回転させることで、岩盤３１を圧壊する回転掘削装置は、すでに知られている。このよう
な従来の硬岩層の回転掘削装置に関わる先行特許文献には、つぎのようなものがある。
【特許文献１】特開平１０−１８７４４号公報  この特許文献１に記載の発明は、鉛    直性を確保しながら掘削できる回転掘削装置に関するもので、回転掘削装置は、地中    に貫入されたケーシングチューブの上端に固定可能な装置本体を備えている。また、    ケーシングチューブ内に挿入される掘削具が先端に取り付けられ、ロッドを継ぎ足し    て延長が可能なドリルと、ドリルを着脱可能なドリル回転機構とを備えている。そし    て、装置本体に立設された支柱に沿ってドリル回転機構を昇降させる昇降機構と、ド    リル回転機構をケーシングチューブ上から退出位置に移動させる移動機構とを設けた    ことを特徴とするものであった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記の従来技術によれば、人力施工による苦渋作業や発破工法による騒
音や振動による労働災害を減少するために、機械化掘削工法に切り替える必要がある。そ
のために開発された静的破砕材や油圧による割岩工法、油圧ハンマーやブレーカなどは、
作業能力が著しく低いという課題を残している。また、作業性能の向上を目指して開発さ
れたバケット式掘削工法やベノト工法なども作業効率が比較的低く、硬質の岩盤に対して
は掘削不能となるばかりでなく、カッタ刃先の摩耗による損傷が極端に増加するという課
題を解決していく必要がある。さらに、立坑穿孔機を用いた発破工法を使用した場合には
、所定の深礎断面周辺の岩盤まで余分に破砕してしまうという課題がある。
【００１０】
深礎ボーリングマシンで使用されている切り羽面を圧壊破砕する円盤型圧壊破砕刃には
、大きな推進力と回転力を必要とするばかりでなく、そのために円盤型圧壊破砕刃の摩耗
寿命が短く、また、岩盤の破砕効率として単位仕事量当たりの掘削土量が小さいという課
題がある。
【００１１】
また、上記の特許文献１に記載の回転掘削装置によれば、岩盤面にローラビットを押し
付けつつ回転させることで岩盤を圧壊するため、効率が悪いという問題があった。
【００１２】
本発明は、上記各項の課題を勘案し、作業能力を一段と向上させるために、掘削原理と
して、従来の圧壊に代え、端面破砕の原理を用い、頂点を下向きにした逆円錐形の岩盤掘
削機本体の周面に、岩盤切削ビットを所定の間隔で螺旋状配置または階段状配置に取り付
け、その結果、推進力および回転力の軽減、摩耗劣化の防止、単位切削仕事当たりの掘削
土量を増加させることにより、作業効率を向上させる好適な岩盤掘削機、およびこれを用
いた深礎工法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の目的を達成するために、本発明の請求項１記載の発明は、岩盤に立坑や深礎の掘削を行なう岩盤掘削機であって、上下動自在かつ回転駆動する頂点を下向きにした逆円錐形の岩盤掘削機本体の周面に、岩盤切削ビットが所定の間隔で螺旋状配置または階段状配置に取り付けられ、該岩盤掘削機本体の上方には掘削時の反力を支持する反力受け材が配設されると共に、同岩盤掘削機本体の中心には掘削岩屑を上方に搬出するスクリュ−コンベアが筒状ケ−シングを介して配設され、該スクリュ−コンベアの下端部には開脚によって鉛直先進導坑の内側面に押圧される下部反力受け部材としての開脚アンカーを有する下部反力受け材が設けられていることを特徴としている。
【００１４】
本発明の請求項２記載の発明は、上記請求項１記載の岩盤掘削機であって、下部反力受
け材が、スクリューコンベヤの回転軸を貫通する貫通軸と、これの下端部に取り付けられかつ開脚によって鉛直先進導坑の内側面に押圧される下部反力受け部材としての開脚アンカーと、貫通軸の上端雄ねじ部に取り付けられた締付ナットとにより構成されることを特徴としている。
【００１５】
本発明の請求項３記載の発明は、上記請求項１または２記載の岩盤掘削機を用いた深礎工法であって、立坑や深礎を掘削する位置に、ボーリングを行なって鉛直先進導坑を形成した後、上部反力受け材を掘削された縦坑内面に設置するとともに、下部反力受け材の開脚アンカーを開脚させて鉛直先進導坑の内側面に押圧させ設置する工程、上部反力受け材および下部反力受け材から反力を取って逆円錐形の岩盤掘削機本体を下方に所定距離だけ推進させながら岩盤掘削機本体を回転させ、その下側の岩盤を端面破砕により掘削する掘削工程、および掘削された岩屑をスクリューコンベヤの作動により筒形ケーシング内を上昇させて地上へ搬出する排土工程を備えることを特徴としている。
【００１６】
本発明の請求項４記載の発明は、上記請求項１または２記載の岩盤掘削機を用いた深礎工法であって、岩盤に鉛直先進導坑を設け、該鉛直先進導坑の内面を自由面として、周面に螺旋状配置または階段状配置の岩盤切削ビットを有する逆円錐形の岩盤掘削機本体の作動により、岩盤を端面破砕する際、ビット部分に振動を与えつつ岩盤の端面破砕を行なうことを特徴としている。
【００１７】
上記のように、本発明によれば、新しい機械化施工技術を導入した岩盤掘削機およびこ
の岩盤掘削機を用いた深礎工法を開発するものである。
【００１８】
一般に、岩盤の強度は、岩石の圧縮強度、せん断強度及び引張り強度の大きさによって
決まる。岩石の引張り強度は、圧縮強度の十数分の一程度であり、本発明では、岩盤に多
くの亀裂を発生せしめ、自由面を多くして、岩石の引張り破壊を誘発する岩盤の剥離破砕
を主たる手段としている。予め、ボーリングによって形成された円形の２自由面をもつ端
面掘削盤内面を剥離破砕し、つづいて所定の間隔で螺旋状に配置した多数の円盤型剥離破
砕刃を装着した逆円錐形の岩盤掘削機を所定の推進力で中心軸シャフトまわりを回転させ
、円盤型剥離破砕刃が順次露出した円錐型で階段状の自由面で構成される地山（岩盤）に
当接し、その内側部分を剥離破砕して下方向へ掘削を進めて、深礎を形成することを特徴
としている。
【００１９】
その結果、剥離破砕刃に作用する切削力の減少にともなって地山（岩盤）に余分な損傷
を発生させることなく、また、円盤型剥離破砕刃に衝撃力による衝撃摩耗や引っ掻き摩耗
を引き起こさせず、該破砕刃の摩耗劣化を極力低下せしめることができる。さらに、切削
ドラムの回転に必要な回転トルクも減少するために、単位仕事当たりの切削土量である作
業能力が一段と向上するだけでなく、岩盤掘削機本体が発生する騒音・振動を許容値以内
に抑えることができる好適な手段である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の岩盤掘削機およびそれを用いた深礎工法の掘削原理は、従来の圧壊に代え、端
面破砕の原理を用いており、岩盤面に岩盤切削ビット（ローラビット）を押し付けつつ回
転させることで、岩盤を圧壊する従来法に比べ、岩盤破砕の効率が良いという効果を奏す
る。
【００２１】
岩盤切削ビットは、ローラビットの他に、コニカルビット等を使用してもよく、端面破
砕の効率は、従来法による圧壊破砕よりも効率が良い。さらに、ローラビット部分に振動
を与えつつ回転させることで、効率よく破砕することが可能である。
【００２２】
また、本発明における逆円錐形の岩盤掘削機本体は、岩盤の剥離破砕に必要な押圧力が
、岩石の引張り強度に依存し、岩石の圧縮強度に依存する従来の深礎ボーリングマシンに
おける岩盤の圧壊破砕に要する押圧力の十数分の一程度であることに着目してなされたも
のである。
【００２３】
これに基づいて、本発明では、鉛直先進導坑の掘削により岩盤に自由面を構築し、その
後、多数の円盤型剥離破砕刃を配設した逆円錐形の岩盤掘削機本体に、上下部反力受け材より推進力と回転動力を与え、中心軸シャフトに沿って鉛直下方へ回転掘削させるものであり、主として岩盤の剥離破砕に重点をおいており、単位切削仕事当たりの掘削土量である作業能力を増加させることが可能である。さらに、破砕刃の耐摩耗性能を一段と向上させている。
【００２４】
なお、岩盤掘削機を用いた深礎工法に対する総合自動制御システムを構築することによ
り、従来の人力施工に伴う苦渋作業や労働災害を軽減するための掘削効率の高い新しい機
械化施工技術の開発が可能となる。
【００２５】
予めダウンザホールハンマで大口径の鉛直先進導坑を掘削する。その後、上下部反力受け材の深礎側壁への固定作業、逆円錐形の岩盤掘削機本体の設営作業、および岩屑の排出作業システムの構築を自動制御によって準備完了する。掘削開始に当たっては、ピストンロッドの変位および荷重制御、駆動モータの回転速度制御を例えば単位時間当たりの掘削土量をベースに実施していくことにより、より安定した掘削作業が可能であり、１リング毎の繰り返し掘削作業を無人化施工とすることを保証するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
つぎに、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明するが、本発明はこれらに限定さ
れるものではない。
【００２７】
図１は、深礎を掘削する地山（岩盤）１に予め逆円錐形の岩盤掘削機本体を設置するた
めに掘削した鉛直先進導坑３を示し、図２は、露出した地山（岩盤）２の底部に大口径の
ダウンザホールハンマによって所定の深さまでボーリングを実施して構築した鉛直先進導
坑３を示している。
【００２８】
図３〜図５に詳細に示すように、本発明による岩盤に立坑や深礎の掘削を行なう岩盤掘
削機５は、上下動自在かつ回転駆動する頂点を下向きにした逆円錐形の岩盤掘削機本体６
の周面に、岩盤切削ビット８が所定の間隔で螺旋状配置または階段状配置に取り付けられ
ているものである。
【００２９】
岩盤掘削機５の逆円錐形の岩盤掘削機本体６には、外側表面に位置する各母線に沿って
所定の間隔で螺旋状または階段状に回転自在に配設された複数の円盤型剥離破砕刃８を具
備している。その中、岩盤掘削機本体６の筒形ケーシング１５に最も近い円盤型剥離破砕
刃８が、地山（岩盤）２に当接し、岩盤を剥離破砕する。その後、岩盤掘削機本体６の下
方への推進にともなって、円盤型剥離破砕刃８がつぎつぎと地山（岩盤）２に当接し、地
山（岩盤）２に自由面の卓越した円錐型で階段状の溝が形成される。
【００３０】
岩盤掘削機５には、これの逆円錐形の岩盤掘削機本体６を予め掘削された鉛直先進導坑
３の底部に位置する露出した地山（岩盤）２に当接させ設置する手段、および岩盤掘削機
本体６の上方にそれを稼働するための反力を支持する反力受け材７を深礎側壁に固定して
設置する手段が備えられている。岩盤掘削機本体６は、筒形ケーシング１５をガイドとし
て上下方向の移動および水平方向の回転を可能とし、また、反力受け材７は筒形ケーシン
グ１５をガイドとして任意の位置に設定可能としている。鉛直先進導坑３に所定の長さの
中空鋼管で製作された筒形ケーシング１５を建て込み、地山（岩盤）１に設置した反力受
け材７（梁）によって筒形ケーシング１５を鉛直に保持する。
【００３１】
本発明による岩盤掘削機５では、頂点を下向きにした逆円錐形の岩盤掘削機本体６が、
下方に至るほど半径が小さいものとなされた３段の円形水平梁１０ａ，１０ｂ，１０ｃと
、最上段の円形水平梁１０ａおよびこれの内側の円形水平内部梁１０ｄを連結しかつ相互
に６０°の間隔をあけて配置された６本の半径方向梁１１と、上下に隣り合う段の円形水
平梁１０ａおよび１０ｂ同士、１０ｂおよび１０ｃ同士をそれぞれ連結する縦方向の連結
部材１２とによって構成されている。
【００３２】
そして、最下段の円形水平梁１０ｃに２つの岩盤切削ビット８が相互に１８０°の間隔
をあけて取り付けられるとともに、中段の円形水平梁１０ｂに４つの岩盤切削ビット８が
相互に９０°の間隔をあけて取り付けられ、また最上段の円形水平梁１０ａに４つの岩盤
切削ビット８が相互に９０°の間隔をあけて取り付けられている。全体として、頂点を下
向きにした逆円錐形の岩盤掘削機本体６の周面に岩盤切削ビット８が、所定の間隔あけた
状態に螺旋状配置、または階段状配置に取り付けられている。
【００３３】
また、各段の岩盤切削ビット８の左右両側には、岩塊衝突防止用スクレーパ１３がそれ
ぞれ設けられている。
【００３４】
さらに、逆円錐形の岩盤掘削機本体６の円形水平内部梁１０ｄの内側に、岩盤掘削部を
貫通する鋼管よりなる筒形ケーシング１５が取り付けられ、この鋼管よりなる筒形ケーシ
ング１５中に、スクリューコンベヤ１４が配置されている。
【００３５】
本発明の岩盤掘削機５において、頂点を下向きにした逆円錐形の岩盤掘削機本体６は、
その上部に構築された反力受け材７から反力を取って、下方へ掘削推進することができる
。
【００３６】
本発明において、この上部反力受け材７の構造は、対角線状に配置された４本の水平梁
によって構成され、反力受け材７を深礎側壁に固定して設置するために、各対角線梁の両
端にグリッパ装置１９が設けられている。各グリッパ装置１９にはグリッパ部材（図示略
）が設けられており、グリッパ部材は、グリッパ装置１９に内蔵してある油圧シリンダー
等の駆動手段を操作することにより、突出または没入させることができる。グリッパ部材
に作用する荷重および変位量を自動制御することにより、反力受け材７のセンターリング
作業をはじめ、所定の反力を得るのに十分な反力受け材として使用することができる。
【００３７】
また、各グリッパ装置１９の下側に、掘削時に岩盤掘削機本体６を下方に推進させる推
進手段としての掘進ジャッキ２２が設けられるとともに、岩盤掘削機本体６自体を回転運
動させる回転手段としての旋回ベアリング装置２０および掘削機本体回転駆動用モータ２
１が設けられている。
【００３８】
スクリューコンベヤ１４は、鋼管よりなる筒形ケーシング１５の中心部に配置された回
転軸１６と、これに取り付けられた螺旋形羽根１７とで構成され、スクリューコンベヤ１
４の回転軸１６は、筒形ケーシング１５の上端部に設置された岩塊排出装置２３の上側に
設けられたスクリューコンベヤ用モータ１８および回転駆動チェーン９によって駆動するようになされている。
【００３９】
鋼管よりなる筒形ケーシング１５の下端は、岩盤掘削機本体６の最下段のビット８の下
方に突き出て若干鉛直先進導坑３内にあり、かつ鋼管よりなる筒形ケーシング１５の上部はグリッパ装置１９の上部に突出している。
【００４０】
スクリューコンベヤ１４は、岩盤掘削部を貫通する鋼管１５中に配置され、下端は、最
下段のビット８の下１〜２ｍ程度突き出て先行ボーリング孔（鉛直先進導坑）３内にある
。スクリューコンベヤ１４の径は、先行ボーリング孔（鉛直先進導坑）３の径に沿う程度
である。
【００４１】
本発明の実施形態においては、さらに、開脚によって鉛直先進導坑の内側面に押圧され
る下部反力受け部材としての開脚アンカー２６を有する下部反力受け材２５が設けられている。
【００４２】
この下部反力受け材２５は、スクリューコンベヤ１４の回転軸１６の軸心を貫通する貫通軸２７と、これの下端部に取り付けられかつ開脚によって鉛直先進導坑３の内側面に押圧される下部反力受け部材としての開脚アンカー２６と、貫通軸２７の上端雄ねじ部２７ａに取り付けられた締付ナット２８とにより構成されている。下部反力受け材２５の貫通軸２７は、上端部にねじ加工により雄ねじ部２７ａが設けられた棒鋼よりなり、その上端雄ねじ部２７ａが、スクリューコンベヤ１４の回転軸１６の上端より上方に突出していて
、この雄ねじ部２７ａに締付ナット２８を締め付けることで、上部反力受け材７と連結された筒形ケーシング１５を固定する。
【００４３】
本発明による岩盤掘削機５を用いた深礎工法では、深礎を掘削する位置に、ボーリング
を行なって鉛直先進導坑３を形成した後、上部反力受け材７を掘削された縦坑内面に設置
するとともに、下部反力受け材（アンカー装置）２５の貫通軸２７を引き上げて開脚アンカー２６を開脚させ、開脚アンカー２６の先端部を鉛直先進導坑３の内壁に押圧させて突っ張らせ、この状態でスクリューコンベヤ１４の回転軸１６の上端より上方に突出している雄ねじ部２７ａに締付ナット２８を締め付けて設置する工程、上部反力受け材７および下部反力受け材２５から反力を取って逆円錐形の岩盤掘削機本体６を下方に所定距離だけ推進させながら岩盤掘削機本体６を回転させ、その下側の岩盤１を端面破砕により掘削する掘削工程、および掘削された岩屑をスクリューコンベヤ１４の作動により筒形ケーシング１５内を上昇させて地上へ搬出する排土工程を備えることを特徴としている。
【００４４】
図６は、本発明による岩盤掘削機５を用いた深礎工法において、ローラビット８を用い
た場合での説明図である。すなわち、本発明による岩盤掘削機５を用いて、ローラビット
８を、鉛直先進導坑３の自由面の上端部近くの岩盤端面部分に上から押し付けつつ回転さ
せることで岩盤１を端面破砕する。図７は、同ローラビット８により、岩盤１を端面破砕
し、岩塊１Ａが生じた状態を示している。
【００４５】
なお、岩盤１の予め立坑や深礎を掘削する位置に鉛直先進導坑３を設けて最初の端面掘
削盤が形成される場合の自由面は、例えば大口径では、岩盤１の杭基礎工事に用いるダウ
ンザホールや、小口径では、ボーリングマシンなどが用いられる。
【００４６】
図８は、本発明による岩盤掘削機５の頂点を下向きにした逆円錐形の岩盤掘削機本体６
の周面に螺旋状配置または階段状配置に取り付けられた岩盤切削ビット８により、岩盤１
を端面破砕する場合の説明図である。
【００４７】
図８ａは、岩盤１の予め立坑や深礎を掘削する位置にボーリングにより鉛直先進導坑３
を設けて、最初の円形の端面掘削盤を形成した後、つづいて頂点を下向きにした逆円錐形
の岩盤掘削機本体６の最下段のローラビット８ａを、鉛直先進導坑３の自由面の上端部近
くの岩盤端面部分に上から押し付けつつ回転させた状態を示している。図８ｂは、同最下
段のローラビット８ａにより岩盤１を端面破砕して、岩塊１Ａが生じた状態を示している
。図８ｃは、引き続いて、最下段のローラビット８ａにより岩盤１を端面破砕して、岩塊
１Ｂが生じるとともに、下から２段目のローラビット８ｂを、鉛直先進導坑３の自由面の
上端部近くの岩盤１の端面部分に上から押し付けた状態を示している。さらに、図８ｄは
、最下段のローラビット８ａにより岩盤を引き続いて端面破砕して、岩塊１Ｂが生じると
ともに、下から２段目のローラビット８ｂにより、順次地山（岩盤）１に露出した円錐型
で階段状の自由面２に当接し、その内側部分を剥離破砕して、岩塊１Ａが生じ、さらに下
方へ掘削していく状態を示している。
【００４８】
本発明による岩盤掘削機５においては、逆円錐形の岩盤掘削機本体６には、外側表面に
位置する各母線に沿って所定の間隔で螺旋状または階段状に回転自在に配設された複数の
円盤型剥離破砕刃８を具備している。その中、岩盤掘削機本体６の筒形ケーシング１５に
最も近い円盤型剥離破砕刃８が、地山（岩盤）２に当接し、岩盤を剥離破砕する。その後
、岩盤掘削機本体６の下方への推進にともなって、円盤型剥離破砕刃８がつぎつぎと地山
（岩盤）２に当接し、地山（岩盤）２に自由面の卓越した円錐型で階段状の溝が形成され
る。
【００４９】
ここで、本発明の岩盤掘削機の作動状態を示す図９を参照すると、個々の円盤型剥離破
砕刃８が地山（岩盤）２に当接する位置、すなわち切り込み幅「ａ」は、地山（岩盤）２
の岩盤の種類によって、先行する溝の端部から十数ｃｍ〜数十ｃｍとなるように設定する
。片側を先鋭に形成された円盤型剥離破砕刃８の刃先が「φ」なる逃げ角を取って岩盤表
面に切り込んだとき、刃先の貫入力は、該円盤型剥離破砕刃８の地山（岩盤）２に当接す
る位置より先行している溝の端部までの距離である切り込み幅「ａ」に対応する岩盤を、
先行する溝の内側に引き剥がす引張り力として作用する。地山（岩盤）２の切り込み幅ａ
と切り込み深さ「ｂ」の比率：ａ／ｂは、岩盤の種類によって異なり、軟質な岩盤では１
程度、硬質な岩盤では１以下にとることができる。
【００５０】
このように、岩盤の剥離破砕に必要な押圧力は岩石の引張り強度に依存するので、深礎
ボーリングマシンのように岩石の圧縮強度に依存する岩盤の圧壊破砕に要する押圧力の十
数分の一程度である。その結果、逆円錐形の岩盤掘削機本体６を稼働するのに必要な推進
力および回転力を軽減することができ、単位切削仕事当たりの掘削土量を増加させること
ができる。従って、円盤型剥離破砕刃８の耐摩耗性は向上し、また円盤型剥離破砕刃８の
ベアリングの負荷容量を小さくすることができ、直径も小さくすることができるので、数
多くの該円盤型剥離破砕刃８の取り付けに空間的制約の多い狭隘な逆円錐形の岩盤掘削機
本体６の表面にも適切に配置することができる。
【００５１】
逆円錐形の岩盤掘削機本体６の最外周部位に設置される円盤型剥離破砕刃であるゲージ
カッタは、岩盤掘削機本体６の上部に位置する筒体と深礎側壁との間の摩擦抵抗を軽減す
るために、切り込み幅ａを大きくする必要があり、該ゲージカッタの直径を、他の円盤型
剥離破砕刃８の直径より大きくするのが、好ましい。
【００５２】
なお、本発明の実施形態においては、鉛直先進導坑３の内面を自由面として、周面に螺
旋状配置または階段状配置の岩盤切削ビットを有する逆円錐形の岩盤掘削機本体６の作動
により、岩盤を端面破砕する際、ビット部分に振動を与えつつ岩盤の端面破砕を行なうこ
とが、好ましい。
【００５３】
ローラビット８部分に振動を与えつつ回転させることで、効率よく破砕することが可能
である。すなわち、振動を切削刃（ローラビット）８に与えることにより、岩種により例
えば振動周波数４０Ｈｚの時に切削抵抗が３５％減少することが実験により分かっている
。
【００５４】
切削刃（ローラビット）８の両側に配置されたスクレーパ１３は、岩盤掘削機本体６の
上段部より端面破砕され下方にずり落ちた岩塊が、下方のローラビット８に当たらないよ
うに岩塊を下方に強制的に落とし、ローラビット８が常に岩盤に押し付けられるようにす
るためのものである。
【００５５】
剥離破砕された岩塊は、鉛直先進導坑３の下方の中心部に落ち集まり、岩盤掘削部の中
心部にあるスクリューコンベヤ１４の作動により鋼管１５内を上昇して地上のグリッパジ
ャッキ１９の上部へと搬出される。
【００５６】
上部に搬出された岩塊は、鋼管１５上端に設けられた岩塊排出装置２３の岩塊搬出口よ
りあふれ、ガラバケット２４内に落とされる。ガラバケット２４は、ウインチ等で適宜坑
外に搬出する。
【００５７】
なお、本発明の岩盤掘削機において、逆円錐形の岩盤掘削機本体６の周面に取り付ける
岩盤切削ビット８の数は、これらをいわば高さ違いに、階段状配置に取り付ける場合は、
取付スペースおよび装置の製造価格との関係もあるが、例えば逆円錐形の岩盤掘削機本体
６の周面のうち、最下段のレベルに２〜３個、下から２段目のレベルに３〜６個、下から
３段目のレベルに４〜８個、これより上の段のレベルに４〜１０個程度、取り付けるのが
、好ましい。
【００５８】
また、本発明の岩盤掘削機において、逆円錐形の岩盤掘削機本体６の周面に取り付ける
岩盤切削ビット８の数は、これらをいわば高さ違いに、螺旋状配置に取り付ける場合は、
取付スペースおよび装置の製造価格との関係もあるが、例えば逆円錐形の岩盤掘削機本体
６の周面に、岩盤切削ビット８を螺旋状配置となるように、合計で４〜２０個程度取り付
けるのが、好ましい。
【００５９】
本発明による岩盤掘削機５において、逆円錐形の岩盤掘削機本体６が筒形ケーシング１
５に沿って下方に所定距離だけ地山（岩盤）２を掘進した後、次のストロークを掘進する
作業を繰り返し実施するために、反力受け材７を逐次下方に固定していく動作を自動制御
するシステムを構築する必要がある。例えば、最初の掘削が完了した後、反力受け材７の
グリッパ装置１９に内蔵したグリッパ部材を没入させ、次に該反力受け材７を下方に移動
させ、所定の距離進んだことを確認し、再び深礎側面に該反力受け材７を水平面上に精度
高く固定する動作を完全自動化することができる。
【００６０】
なお、図示は省略したが、本発明による岩盤掘削機５を用いた深礎工法に対する総合自
動制御システムについて説明すると、まず、反力受け材７、逆円錐形の岩盤掘削機本体６
および排土設備等から構成される岩盤掘削機５をクレーン等で吊り上げ、筒形ケーシング
１５に沿って、予め掘削された鉛直先進導坑３の位置に設置する。
【００６１】
岩盤掘削機５を設置した後、反力受け材７を水平に保持する。そのために、該反力受け
材７に設置した左右水平方向および前後水平方向の水準を計測する傾斜センサ（図示略）
を使用し、該反力受け材７の水準調整を行なう。この作業を繰り返し実施し、該反力受け
材７の水準度が許容範囲に収まるまで自動制御するものである。その後、反力受け材７の
端部に設置したグリッパ装置１９に内蔵したグリッパ部材の位置を調整し、該反力受け材
７のセンタリングを行なうと同時に所定の推力に達するまで油圧を載荷し、深礎側壁に該
反力受け材７を固定する。
【００６２】
次に、逆円錐形の岩盤掘削機本体６の回転軸が鉛直であることを確認する必要があるが
、そのために、岩盤掘削機本体６が回転しているとき、例えば固定梁に設置した左右水平
方向の水準を計測する傾斜センサ（図示略）を使用し、該岩盤掘削機本体６の水準調整を
行なう。この作業を繰り返し実施し、該岩盤掘削機本体６の回転中の水準度が許容範囲に
収まるまで自動制御する。
【００６３】
掘削開始に当たっては、自動制御できるシステムを使用し、対象掘削岩盤の特性に対応
させて、荷重制御をはじめ回転速度制御を行なう。適切な掘削を保持するために、許容範
囲内の推進力において自動制御し、また回転速度を回転トルクセンサによって許容範囲内
の回転力において自動制御することができる。
【００６４】
岩盤掘削機５による１ストロークの掘削が終了したとき、反力受け材７のグリッパ部材
をグリッパ装置１９に引き込んだ後、次のステップに向かって、深礎側壁に改めて反力受
け材７を固定して、同様の作業を繰り返していく自動制御へと自動的に切り替えていくこ
とができる。また、円盤型剥離破砕刃８が摩耗劣化し、部品交換する時期に達したとき、
改めて岩盤掘削機５をクレーン等で吊り上げて、部品を交換した後、最初から岩盤掘削機
５を筒形ケーシング１５に沿って設置し、同様の作業を繰り返し実施していくための自動
制御装置へと移行することができる。深礎建設の全工程を終了することをもって掘削完了
とする。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】深礎を掘削する地山（岩盤）に設けた鉛直先進導坑を示す縦断面図である。
【図２】露出した地山の底部に大口径のダウンザホールハンマによって所定の深さまでボーリングを実施して構築した鉛直先進導坑を示す縦断面図である。
【図３】本発明による岩盤掘削機の部分切欠き拡大斜視図である。
【図４】同岩盤掘削機の拡大底面図である。
【図５】同岩盤掘削機の作動状態を示す拡大側面図である。
【図６】本発明の岩盤掘削機を用いた深礎工法における説明図で、ローラビットを、鉛直先進導坑の自由面の上端部近くの岩盤端面部分に上から押し付けつつ回転させることで岩盤を端面破砕している状態を示している。
【図７】同ローラビットにより、岩盤を端面破砕した状態を示す説明図である。
【図８】頂点を下向きにした逆円錐形の岩盤掘削機本体の周面に螺旋状配置または階段状配置に取り付けられた岩盤切削ビットにより、岩盤を端面破砕する状態を示す説明図で、図８ａは、最下段のローラビットを、鉛直先進導坑の自由面の上端部近くの岩盤端面部分に上から押し付けつつ回転させた状態を示している。図８ｂは、同最下段のローラビットにより岩盤を端面破砕した状態を示している。図８ｃは、引き続いて、最下段のローラビットにより岩盤を端面破砕するとともに、下から２段目のローラビットを、鉛直先進導坑の自由面の上端部近くの岩盤端面部分に上から押し付けた状態を示している。さらに、図８ｄは、最下段のローラビットにより岩盤を引き続いて端面破砕するとともに、下から２段目のローラビットにより岩盤を端面破砕した状態を示している。
【図９】本発明の岩盤掘削機の作動状態を示す拡大縦断面図で、岩盤切削ビットによる掘削状況を示している。
【図１０】従来の岩盤掘削機を用いた工法における説明図で、岩盤面にローラビットを押し付けて、岩盤を圧壊している状態を示している。
【符号の説明】
【００６６】
１  ：地山（岩盤）
２  ：露出した地山（岩盤）
３  ：鉛直先進導坑
４  ：傾斜面
５  ：岩盤掘削機
６  ：岩盤掘削機本体
７  ：反力受け材
８  ：円盤型剥離破砕刃（岩盤切削ビット）
１０：円形水平梁
１１：半径方向梁
１２：連結部材
１３：スクレーパ
１４：スクリューコンベヤ
１５：筒形ケーシング（鋼管）
１６：回転軸
１７：螺旋形羽根
１８：スクリューコンベヤ用モータ
１９：グリッパ装置
２０：旋回ベアリング装置
２１：掘削機本体回転駆動用モータ
２２：掘進ジャッキ
２３：岩塊排出装置
２４：ガラバスケット
２５：下部反力受け材
２６：開脚アンカー
２７：貫通軸
２７ａ：上端雄ねじ部
２８：締付ナット
【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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