(57)【要約】【課題】円形ケーシングと地山の摩擦抵抗を低減し、高深度の立坑でも安定した施工ができる立坑掘削用ケーシングおよびそれを用いた立坑掘削方法を提供する。【解決手段】筒状ケーシング１０−１の最下部に筒状ケーシング１０−１の外周より径の大きな刃先の掘削刃１１を設け、筒状ケーシング１０の縦方向に高濃度泥水の供給管１２を筒状ケーシング１０の内面に沿って設け、供給管１２の下部に筒状ケーシング１０の外周側に高濃度泥水を吐出する吐出口１５を設けた立坑掘削用ケーシング。筒状ケーシング１０を地山に揺動または回転し、圧入させながら、供給管１２に高濃度泥水を供給することにより、吐出口１５から筒状ケーシング１０の外周側に高濃度泥水を吐出し、地山と筒状ケーシング１０との間に高濃度泥水の膜を形成して摩擦抵抗を低減させながら掘削を行う。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状ケーシングの最下部に当該筒状ケーシングの外周より径の大きな刃先の掘削刃を設け、前記筒状ケーシングの縦方向に高濃度泥水の供給管を前記筒状ケーシングの内面に沿って、または前記ケーシングの内部に設け、前記供給管の下部に前記筒状ケーシングの外周側に高濃度泥水を吐出する吐出口を設けたことを特徴とする立坑掘削用ケーシング。
【請求項２】
前記供給管の中間部に前記筒状ケーシングの外周側に高濃度泥水を吐出する吐出口を設けた請求項１記載の立坑掘削用ケーシング。
【請求項３】
筒状ケーシングの最下部に当該筒状ケーシングの外周より径の大きな刃先の掘削刃を設け、前記筒状ケーシングの縦方向に高濃度泥水の供給管を前記筒状ケーシングの内面に沿って、または前記ケーシングの内部に設け、前記供給管の下部および中間の少なくともいずれかに前記筒状ケーシングの外周側に高濃度泥水を吐出する吐出口を設けた立坑掘削用ケーシングを用いた立坑掘削方法であって、
前記筒状ケーシングを地山に揺動または回転し、圧入させながら、前記供給管に高濃度泥水を供給することにより、前記吐出口から前記筒状ケーシングの外周側に高濃度泥水を吐出し、地山と前記筒状ケーシングとの間に高濃度泥水の膜を形成して摩擦抵抗を低減させながら掘削を行うことを特徴とする立坑掘削方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下水道工事、地下構造物建設工事、井戸掘削工事、場所打杭工事などにおける立坑構築の際に使用する立坑掘削用ケーシングに関する。
【背景技術】
【０００２】
円形ケーシングを用いて立坑を掘削する場合、動力装置、移動装置、ブームを備えたベースマシンにチュービング装置を接続し、円形ケーシングを揺動または回転させながら地中に圧入する。円形ケーシングは、立坑深さに応じて溶接またはボルトにより継ぎ足して使用される（例えば、特開昭６１−８３７１号公報（特許文献１）参照）。
【０００３】
このような円形ケーシングを用いて地中に揺動または回転し、圧入するときにかかる抵抗は、円形ケーシング先端の掘削刃の掘削抵抗と円形ケーシング外周の摩擦抵抗とに分けられる。掘削刃の抵抗は圧入力と土質によって決まり、掘削中はほぼ一定の値を持つが、ケーシング外周の摩擦抵抗は掘削深度と土質によって決まり、掘削が進むにつれて増加していく。一般に砂質土の場合は摩擦抵抗が大きく、円形ケーシングを締め付けるので、目標の掘削深さに達する前に動かなくなることが多い。その対策として、ベントナイト等の滑材を摩擦面に塗布すると効果がある。応急的措置として、地上から円形ケーシングと地山の摩擦面に滑材を流し込むことが行われるが、円形ケーシングの全面に行き渡らせることは難しい。
【０００４】
このような特許文献１に記載された従来の立坑掘削方法の問題を解決するために、特開平１１−８１８４７号公報（特許文献２）には、最下段の円形ケーシングの外壁に滑材噴出口を設け、他の各段のケーシングには滑材供給管を設けた揺動式立坑掘削機の滑材供給装置が開示されている。この方法は、滑材を円形ケーシングの外周に注入することにより、比較的低深度の立坑の場合、円形ケーシングの土圧による周辺摩擦の低減が可能である。
【０００５】
【特許文献１】特開昭６１−８３７１号公報
【特許文献２】特開平１１−８１８４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記特許文献２に記載された従来方式の場合、円形ケーシングの外周を覆う滑材の皮膜が薄いため、高深度の立坑の場合、土圧に対抗できず、皮膜が剥がれて地山と円形ケーシングが直接接触し、周辺摩擦が高くなり、最終的にはケーシングの揺動・回転が不能となる状態が起きていた。
【０００７】
そこで本発明は、地山と円形ケーシングの外周とを直接接触させないようにして円形ケーシングと地山の摩擦抵抗を低減し、高深度の立坑でも安定した施工ができる立坑掘削用ケーシングおよびそれを用いた立坑掘削方法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】
【０００８】
前記課題を解決するため、本発明の立坑掘削用ケーシングは、筒状ケーシングの最下部に当該筒状ケーシングの外周より径の大きな刃先の掘削刃を設け、前記筒状ケーシングの縦方向に高濃度泥水の供給管を前記筒状ケーシングの内面に沿って、または前記ケーシングの内部に設け、前記供給管の下部および中間の少なくともいずれかに前記筒状ケーシングの外周側に高濃度泥水を吐出する吐出口を設けたものである。
【０００９】
また、本発明の立坑掘削方法は、前記の立坑掘削用ケーシングを用いた立坑掘削方法であって、前記筒状ケーシングを地山に揺動または回転し、圧入させながら、前記供給管に高濃度泥水を供給することにより、前記吐出口から前記筒状ケーシングの外周側に高濃度泥水を吐出し、地山と前記筒状ケーシングとの間に高濃度泥水の膜を形成して摩擦抵抗を低減させながら掘削を行うものである。
【００１０】
本発明においては、立坑掘削機で筒状ケーシングを揺動または全周回転し圧入することによって地山と円筒状ケーシングとの間にできる間隙に吐出口より高濃度の泥水を圧送し、地山の土圧に対抗させて掘削を行う。
【００１１】
ここで、高濃度泥水とは、粉末粘土、増粘材、目詰材と水を地山の土質により所定の割合で配合したものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、地山と筒状ケーシングとの間にできる間隙に高濃度の泥水を圧送し、地山の土圧に対抗させることにより、地山とケーシング外周とが直接接触することがなく、ケーシングの周辺摩擦の低減ができ、高深度の立坑でも安定した施工ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態を示す全体構成図である。
図１において、立坑掘削機１は、走行可能なベースマシン２と、ベースマシン２から旋回および俯仰可能に設けられたブーム３と、ブーム３の先端に取り付けられた油圧バケット４とを備えている。ベースマシン２には、連結装置５によりチュービング装置６が固定されている。チュービング装置６は、鋼管製の筒状ケーシング１０を中心軸の回りに揺動または回転および圧入しながら地山７を掘削するもので、回転モータ８および圧入シリンダ９等の駆動装置を備えている。筒状ケーシング１０により掘削された筒状ケーシング１０内の土砂、泥水は、油圧バケット４により地上に排出される。
【００１４】
筒状ケーシング１０は、先端の筒状ケーシング１０−１と、掘削が進むにつれて継ぎ足される中間の筒状ケーシング１０−２，１０−３・・・からなる。先端の筒状ケーシング１０−１の下端には、掘削刃１１が溶接等により取り付けられている。この場合、掘削刃１１は、筒状ケーシング１０−１の外周より径を大きくして、掘削した地山７の穴の内周と筒状ケーシング１０−１の外周との間に隙間ができるようにしている。掘削刃１１の外周の径が筒状ケーシング１０−１の外周の径と同じであると、掘削した地山７の穴の内周と筒状ケーシング１０−１の外周とが密着して摩擦抵抗が大きくなるからである。
【００１５】
筒状ケーシング１０−１〜１０−３・・・の内周には、高濃度泥水供給管１２が保護カバー１３で保護された状態で縦方向に溶接等で取り付けられている。筒状ケーシング１０−１，１０−２，１０−３と継ぎ足すときには、管継手１４を用いて高濃度泥水供給管１２同士を接続する。高濃度泥水供給管１２の先端には、筒状ケーシング１０−１の外側に向かって高濃度泥水を吐出する高濃度泥水吐出口１５が設けられている。
【００１６】
高濃度泥水供給管１２の上端には、スイベルジョイント１６を介して高濃度泥水供給ホース１７が接続され、高濃度泥水注入設備１８に貯留された高濃度泥水１９が高濃度泥水供給管１２に、所定の圧力で圧送される。スイベルジョイント１６は、チュービング装置６を用いて筒状ケーシング１０を揺動または回転するときに、高濃度泥水供給管１２の位置が変動するのに高濃度泥水供給ホース１７が追従するために用いている。
【００１７】
ここで、高濃度泥水とは、粉末粘土、増粘材、目詰材と水を土質により所定の割合で配合したもので、筒状ケーシング１０の外周と掘削した地山７の穴の内周との間の摩擦抵抗を低減する役目を果たす。この配合の割合は土質によって異なり、例えばＮ値２５未満の砂質土の場合、１ｍ3当たり粉末粘土１２０ｋｇ、増粘材１．５ｋｇ、目詰材８ｋｇ、水９４２．６ｋｇ程度の割合とする。これよりも濃度が低いと、砂質土には効果が低くなる。またＮ値が５〜２５の粘性土の場合は、１ｍ3当たり粉末粘土１２０ｋｇ、増粘材０ｋｇ、目詰材０ｋｇ、水９５１ｋｇ程度の割合とする。これよりも濃度が高いと、供給管内に詰まりやすく、供給圧を高くする必要が出てくる。高濃度泥水の注入圧力は、一般的に下限圧は地山７の地下水圧＋２ｔｆ／ｍ2で上限圧は下限圧＋３〜４ｔｆ／ｍ2で管理する。下限圧は水圧に対抗するためであり、上限圧は地上への噴出を防止するためである。
【００１８】
以上の構成の実施の形態に係る立坑掘削用ケーシングを用いた立坑掘削方法について説明する。
まず、先端の筒状ケーシング１０−１をチュービング装置６に取り付け、回転モータ８および圧入シリンダ９を用いて筒状ケーシング１０−１を回転および圧入しながら、先端の掘削刃１１で地山７を掘削する。このとき、高濃度泥水注入設備１８に貯留されている高濃度泥水１９を高濃度泥水供給ホース１７を介してスイベルジョイント１６から高濃度泥水供給管１２に注入し、先端の高濃度泥水吐出口１５から筒状ケーシング１０−１の外周に高濃度泥水を吐出する。筒状ケーシング１０−１は回転させられているので、一箇所から吐出された高濃度泥水は筒状ケーシング１０−１の外周全面に行き渡る。
【００１９】
また、筒状ケーシング１０−１の外周より径の大きな刃先の掘削刃１１を用いているため、掘削直後は掘削刃１１で掘削された地山７の穴の内周と筒状ケーシング１０−１の外周との間には隙間が生じ、高濃度泥水が浸透しやすくなる。筒状ケーシング１０−１は掘削が進むにつれて下方へ移動し、それに伴い高濃度泥水吐出口１５も下方へ移動するが、掘削された穴は不動であるので、吐出された高濃度泥水は、穴の内周に留まり、推進する筒状ケーシング１０−１の外周と穴の内周の間の潤滑作用を果たす。掘削された筒状ケーシング１０−１内部の土砂は、油圧バケット４により外部に排出される。
【００２０】
掘削が進んで筒状ケーシング１０−１の上部がチュービング装置６の上部近くになると、次の筒状ケーシング１０−２を継ぎ足し、管継手１４により高濃度泥水供給管１２を接続し、その上端にスイベルジョイント１６を接続して掘削を進める。立坑の深さに応じて筒状ケーシング１０−３，・・・を継ぎ足し、所定の深さまで掘削を行う。
【００２１】
このようにして、高濃度泥水を高濃度泥水吐出口１５から筒状ケーシング１０−１の外周の掘削した穴の内周に吐出することで、地山７の土砂と筒状ケーシング１０−１外周との摩擦抵抗を低減し、高深度の立坑でも安定した施工を行うことができる。
【００２２】
（第２実施形態）
図２は本発明の第２実施形態に係る立坑掘削用ケーシングの部分を示す断面図である。この実施形態では、第１実施形態における高濃度泥水供給管１２の先端に設けた高濃度泥水吐出口１５に加え、高濃度泥水供給管１２の中間の箇所にも高濃度泥水吐出口１５を設けた点が特徴である。その他の構成は同様であるので、同一番号を付して説明を省略する。
【００２３】
本実施形態では、立坑の掘削が進むにつれて、切削刃１１の外周によって掘削された穴の内周と筒状ケーシング１０−１の外周の間に形成されていた隙間が、中間の筒状ケーシング１０−２の外周には土圧により押しつぶされ、摩擦抵抗が増加するのを、中間の位置に設けた高濃度泥水吐出口１５から吐出された高濃度泥水により低減するようにしたものである。
【００２４】
これにより、砂質土のように掘削した穴の内周の径が保持されにくい地山や、立坑の深さが深い場合には、摩擦抵抗の低減を維持することが可能となる。
【００２５】
なお、以上の第１および第２実施形態においては、筒状ケーシング１０を鋼管とし、その内周に高濃度泥水供給管１２を設けた例を示したが、筒状ケーシング１０がコンクリート製の場合は、高濃度泥水供給管を筒状ケーシングの内部に設けることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明は、高深度の立坑でも安定した施工ができる立坑掘削用ケーシングおよびそれを用いた立坑掘削方法として、有用に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１実施形態を示す全体構成図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る立坑掘削用ケーシングの部分を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１  立坑掘削機
２  ベースマシン
３  ブーム
４  油圧バケット
５  連結装置
６  チュービング装置
７  地山
８  回転モータ
９  圧入シリンダ
１０，１０−１，１０−２，１０−３  筒状ケーシング
１１  掘削刃
１２  高濃度泥水供給管
１３  保護カバー
１４  管継手
１５  高濃度泥水吐出口
１６  スイベルジョイント
１７  高濃度泥水供給ホース
１８  高濃度泥水注入設備
１９  高濃度泥水
【図１】
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【図２】
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