(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
土壌掘削刃ヘッド及びその上方に配置された土壌攪拌翼を有するとともに、土壌処理用添加物を土壌中へ注入するための添加物吐出口を有し、該土壌掘削刃ヘッド及び土壌攪拌翼がいずれも回転半径方向に拡縮可能である回転ヘッドを備えた土壌処理装置であり、
前記回転ヘッドを支持し、前記土壌掘削刃ヘッドの回転駆動及び拡縮駆動並びに前記土壌攪拌翼の回転駆動及び拡縮駆動を行う回転ヘッド支持駆動装置を備えており、
前記回転ヘッドは、
下端部に前記土壌掘削刃ヘッドを支持する内側軸と、
外側部位に前記土壌攪拌翼を支持し、前記内側軸に昇降可能に外嵌された外側軸と、
前記土壌掘削刃ヘッドを、前記外側軸の前記内側軸に対する上昇動作に連動させて縮小させて縮小姿勢におくことができ、下降動作に連動させて拡大させて拡大姿勢におくことができる第１連動機構と、
前記外側軸の前記内側軸に対する昇降動作に連動させて前記土壌攪拌翼を縮小拡大させる第２連動機構であって、該外側軸が該内側軸に対し上昇することで前記第１連動機構により前記土壌掘削刃ヘッドが縮小姿勢をとると該土壌攪拌翼を縮小姿勢に維持することができ、該外側軸が該内側軸に対し下降することで前記第１連動機構により該土壌掘削刃ヘッドが拡大姿勢をとると該土壌攪拌翼を拡大姿勢におくことができる第２連動機構とを含んでおり、
前記回転ヘッド支持駆動装置は、前記内側軸を支持することで前記土壌掘削刃ヘッドを支持するとともに該内側軸を介して該土壌掘削刃ヘッドを回転駆動する掘削刃ヘッド支持駆動部と、前記外側軸を支持して前記内側軸に対し昇降させることで、前記第１連動機構にて該土壌掘削刃ヘッドを、前記第２連動機構にて前記土壌攪拌翼を、それぞれ縮小拡大させる外側軸支持昇降駆動部と、前記外側軸を回転駆動することで前記土壌攪拌翼を回転駆動する外側軸回転駆動部とを含んでおり、
前記土壌掘削刃ヘッドは、該ヘッドの少なくとも一部が、その一端部で前記内側軸に対し回動可能に連結され、他端部が上下方向に回動して閉じ姿勢又は開き姿勢をとることができる可動部とされており、該可動部の開閉により土壌掘削刃ヘッド全体が回転ヘッド半径方向に拡縮可能であり、
前記第１連動機構は、
前記内側軸とともに回転可能且つ該内側軸に対し昇降可能に該内側軸に設けられ、前記外側軸の下端部に、該下端部に対し回動可能に支持されたスライダと、
該スライダを前記土壌掘削刃ヘッドの可動部に連結するリンク機構であって、前記外側軸の昇降に伴い該スライダが前記内側軸に対し昇降することで該土壌掘削刃ヘッドの可動部を閉じ又は開いて該土壌掘削刃ヘッドを縮小又は拡大させるリンク機構とを含んでおり、
前記土壌攪拌翼は、一端部で前記外側軸の外側部位に回動可能に連結されて他端部が上下方向に回動可能とされていることで、回転ヘッド半径方向に縮小拡大可能であり、
前記第２連動機構は、
前記内側軸及び外側軸間に配置された中間部材及び該中間部材の位置制御バネと、
前記土壌攪拌翼の一端部から、前記外側軸壁を貫通して前記中間部材へ延びる拡縮規制アームとを含んでおり、
前記中間部材は、前記外側軸壁方向に開放された凹部を有し、該凹部に前記土壌攪拌翼の拡縮規制アームを受入れ係合させており、前記内側軸に対する下降限度が該内側軸上の下限ストッパにて定められており、
前記中間部材位置制御バネは、
前記内側軸上に設けたバネ受け部と前記中間部材との間に嵌装されて該中間部材に下方へ向け押圧力を付与し、前記外側軸が内側軸に対して上昇することで前記土壌攪拌翼及び前記拡縮規制アーム並びに該アームが係合した前記中間部材が引き上げられるとともに前記土壌掘削刃ヘッドが縮小姿勢をとると、該中間部材により前記内側軸上のバネ受け部へ押圧されて該中間部材の上昇限度を提供する圧縮限度状態におかれるとともに該中間部材の凹部の上内面に前記拡縮規制アームを相対的に下方へ押圧させた状態で前記土壌攪拌翼を縮小姿勢に維持する第１の圧縮バネと、
前記外側軸上に設けたバネ受け部と前記中間部材との間に嵌装され、該中間部材に下方へ向け押圧力を付与し、前記外側軸が前記内側軸に対して下降することで前記土壌攪拌翼及び前記拡縮規制アーム並びに該アームが係合した前記中間部材が下降せしめられるとともに前記土壌掘削刃ヘッドが拡大姿勢をとると、前記内側軸上の下限ストッパに当接する前記中間部材に前記外側軸上に設けたバネ受け部により押圧されて圧縮状態におかれ、該中間部材の凹部の下内面に前記拡縮規制アームを相対的に上方へ押圧させて前記土壌攪拌翼を拡大姿勢におく第２の圧縮バネとを含んでいる
ことを特徴とする土壌処理装置。
【請求項２】
前記第１の圧縮バネは、前記土壌掘削刃ヘッドが前記外側軸の前記内側軸に対する下降により前記縮小姿勢から拡大開始するときには前記土壌攪拌翼を未だ縮小状態に維持し、該土壌掘削刃ヘッドが拡大開始した後に該土壌攪拌翼が拡大開始するように前記圧縮限度状態から弾性復元力にて前記中間部材に下降方向の押圧力を付与し、該弾性復元力を次第に弱めていくバネであり、
前記第２の圧縮バネは、前記土壌掘削刃ヘッド及び前記土壌攪拌翼のそれぞれの拡大途中においては、該土壌攪拌翼の拡大途中半径が該土壌掘削刃ヘッドの拡大途中半径を超えないように該土壌攪拌翼及び該土壌掘削刃ヘッドが拡大姿勢へ向け拡大していくように、前記土壌掘削刃ヘッドが拡大開始した後前記拡大姿勢に拡大するまでは、前記第１の圧縮バネの弾性復元力が次第に弱まっていくのに代わって、前記外側軸上のバネ受け部材にて前記中間部材へ押され次第に圧縮されて前記中間部材に下降させる方向の押圧力を次第に大きく付与するバネである請求項１記載の土壌処理装置。
【請求項３】
土壌処理用添加物を前記回転ヘッドの添加物吐出口へ供給する添加物供給装置を備えている請求項１又は２記載の土壌処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は重金属等で汚染されている汚染土壌を無害化処理したり、軟弱地盤を構造物構築に適する地盤に改良する等の土壌処理に用いる土壌処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工場跡地やゴミ処理場近辺の土地の土壌は重金属等で汚染されている場合がある。このように汚染された土地を住宅地、学校等の各種施設などに転用する場合、汚染土壌に含まれる汚染物質による人体への悪影響に十分注意を払わなければならない。
【０００３】
こうした汚染土壌を有する土地を利用する場合、次のような方法で土壌を無害化する土壌処理が行われてきた。すなわち、汚染土壌を含む土地を１又は２以上に区画化し、各区画においてそれを囲む土留め壁（乃至遮水壁）を土中に構築し、該土留め壁（乃至遮水壁）で囲まれた土壌を掘削して地上へ取り出し、予め準備された地上のコンクリート枠壁等で囲まれた土壌処理用の場所へ運搬移入し、そこで該土壌に土壌処理用の添加物を添加し、撹拌して無害化処理したのち、このように処理された土壌を再びもとの位置へ埋め戻していた。
【０００４】
また、かかる汚染土壌の浄化処理ではないが、軟弱地盤等の改良にあたっては、地上から改良処理対象土壌層へ向けて回転掘削ヘッドにて掘削、進行し、処理対象土壌層において該回転掘削ヘッドを介して土壌処理用添加物の添加を行い、該ヘッドを用いて該添加物と土壌との混合攪拌等の処理を行い、その後に回転掘削ヘッドを地上へ戻すことも行われいた。
【０００５】
しかし、かかる汚染土壌処理によると、
（１）汚染された土壌を土留め壁（乃至遮水壁）を構築して掘り起こし、地上へ搬出しなければならず、地上には汚染土壌処理用の場所を設けなければならず、これらの作業は大がかりとなり、さらに地上への汚染土壌の搬出、土壌処理場所への汚染土壌の搬入、処理後の土壌の埋め戻し等に種々の土壌運搬、搬送用機器も必要となり、全体として、工数が増え、工期が長くなり、ひいては工費が高くつく。
（２）処理すべき汚染土壌は地表やそれに近い位置よりも深い位置にあることが多いが、処理する必要のない表層土壌までも掘り起こし、再び埋め戻さなければならない。従ってそれだけ作業や使用添加物等の無駄が多くなり、ひいては工費が無駄に、余分にかかってしまう。
（３）処理する必要のない安定地盤状態にある表層土壌までも掘り起こし、埋め戻すことになるので、埋め戻し後の土地表層での十分な地盤強度が得られなくなる。この問題を解消しようとすると、所定の地盤強度を得るために添加物としてセメント系固化材等を多く添加することが必要となり、それだけコスト高となる。
【０００６】
また、軟弱地盤の改良処理等の場合においても、処理対象土壌は地表やそれに近い位置よりも深い位置にあることが多いが、その場合、回転掘削ヘッドが本来処理する必要のない安定地盤状態にある表層土壌或いは該表層土壌及びその近傍の土壌を通って処理対象土壌層まで掘削、進行し、処理後再び該表層土壌或いは該表層土壌及びその近傍の土壌を通って地上へ戻され、これにより、処理対象土壌層における回転掘削ヘッドによる土壌処理半径と同半径でもって表層土壌層等まで広範囲に掘削されることになり、その結果土地表層での十分な地盤強度が得られなくなる。この問題を解消しようとすると、所定の地盤強度を得るために添加物としてセメント系固化材等を多く添加することが必要となり、それだけコスト高となる。  
【０００７】
そこで、特開２００２−２４８４５７号公報記載の発明は、土壌掘削刃ヘッド及びその上方に配置された土壌攪拌翼を有するとともに、土壌処理用添加物を土壌中へ注入するための添加物吐出口を有し、該土壌掘削刃ヘッド及び土壌攪拌翼がいずれも回転半径方向に拡縮可能である回転ヘッドを備えた土壌処理装置を用いる土壌処理を提案している。
【０００８】
特開２００２−２４８４５７号公報で提案されている土壌処理では、前記回転ヘッドの掘削刃ヘッド及び土壌攪拌翼をともに縮小状態として地上から処理対象土壌層へ向けて、土壌を掘進し、該回転ヘッドが処理対象土壌層に到達すると、該掘削刃ヘッド及び土壌攪拌翼をともに拡大状態として処理対象土壌層の土壌を処理し（土壌掘削及び攪拌並びに土壌処理用添加物の土壌中への注入及び土壌との混合）、土壌処理後は、再び掘削刃ヘッド及び土壌攪拌翼をともに縮小状態として地上へ向けて退出させるようにしている。
【０００９】
回転ヘッドにおける掘削刃ヘッドの拡縮は、掘削刃ヘッド開閉装置を用いて行い、土壌攪拌翼の拡縮については、処理対象土壌層において、土壌攪拌翼を掘削刃ヘッドの土壌掘削方向回転とは反対方向に回転駆動することで、土壌抵抗にて開姿勢をとらせて拡大し、処理対象土壌層へ至るまで、及び土壌処理後回転ヘッドを退出させるときには、土壌攪拌翼を掘削刃ヘッドの土壌掘削方向回転と同方向に回転させて土壌抵抗により閉姿勢をとらせて縮小させるようにしている。
【００１０】
この土壌処理によると、土壌処理作業において土壌を地上へ搬出する必要がなく、土壌を殆ど地中にとどめておくことができるとともに処理対象土壌をそれがある原位置で処理することができ、例えば旧来の土壌を地上へ搬出し、処理後に埋め戻す汚染土壌処理と比べると、少ない工数、短い工期で、簡単安価に汚染土壌を処理できる。また、旧来の汚染土壌処理と比べると、作業の無駄、土壌処理用添加物の無駄等の無駄無く、それだけ安価に汚染土壌を処理できる。
【００１１】
また、回転ヘッドは回転半径方向に拡縮可能であり、処理対象土壌層へ向けて掘進するとき、及び処理された土壌層から地上へ退出するときには、縮小状態に設定でき、従って、処理する必要のない地表、或いは地表及びその近傍の土壌について徒に掘削、攪拌することがない一方、処理対象土壌層においては回転ヘッドを拡大状態に設定でき、それにより広い範囲にわたり効率よく土壌を処理でき、これらにより、表層土壌或いは表層土壌及びその近傍の土壌についてはその地盤強度をできるだけ確保しつつより深層の土壌を処理できる。
【００１２】
【特許文献１】特開２００２−２４８４５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、特開２００２−２４８４５７号公報に開示された土壌処理装置によると、土壌攪拌翼は、その回転に伴って発生する土壌抵抗により開閉（拡縮）させるものであるため、例えば処理対象土壌層の土壌の性状によっては、土壌攪拌翼を開いたり（拡大させたり）、閉じたり（縮小させたり）するに十分な土壌抵抗を土壌攪拌翼に与えることができず、その結果、土壌攪拌翼が半径方向に拡大しなかったり、拡大しても不十分であったりして、土壌攪拌及び土壌処理用添加物と土壌との混合が不可能或いは不十分となったり、或いは処理対象土壌層から回転ヘッドを退出させるにあたり、土壌攪拌翼を土壌抵抗により閉じさせる方向に回転させても、閉じなかったり、閉じても不十分であったりして、掘削刃ヘッドにより掘削されていなかった土壌に土壌攪拌翼が衝突して損傷する恐れもある。
【００１４】
そこで本発明は、土壌掘削刃ヘッド及びその上方に配置された土壌攪拌翼を有するとともに、土壌処理用添加物を土壌中へ注入するための添加物吐出口を有し、該土壌掘削刃ヘッド及び土壌攪拌翼がそれぞれ回転半径方向に拡縮可能である回転ヘッドを備えた土壌処理装置であって、土壌掘削刃ヘッドの拡縮状態だけでなく、土壌攪拌翼の拡縮状態も制御、管理することができ、それだけ目的とする土壌処理を確実に行える土壌処理装置を提供することを第１の課題とする。
また本発明は、かかる土壌処理装置であって、土壌攪拌翼の損傷を抑制して安全に土壌処理を行える土壌処理装置を提供することを第２の課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は前記第１の課題を解決するため、次の土壌処理装置を提供する。すなわち、
土壌掘削刃ヘッド及びその上方に配置された土壌攪拌翼を有するとともに、土壌処理用添加物を土壌中へ注入するための添加物吐出口を有し、該土壌掘削刃ヘッド及び土壌攪拌翼がいずれも回転半径方向に拡縮可能である回転ヘッドを備えた土壌処理装置であり、
前記回転ヘッドを支持し、前記土壌掘削刃ヘッドの回転駆動及び拡縮駆動並びに前記土壌攪拌翼の回転駆動及び拡縮駆動を行う回転ヘッド支持駆動装置を備えており、
前記回転ヘッドは、
下端部に前記土壌掘削刃ヘッドを支持する内側軸と、
外側部位に前記土壌攪拌翼を支持し、前記内側軸に昇降可能に外嵌された外側軸と、
前記土壌掘削刃ヘッドを、前記外側軸の前記内側軸に対する上昇動作に連動させて縮小させて縮小姿勢におくことができ、下降動作に連動させて拡大させて拡大姿勢におくことができる第１連動機構と、
前記外側軸の前記内側軸に対する昇降動作に連動させて前記土壌攪拌翼を縮小拡大させる第２連動機構であって、該外側軸が該内側軸に対し上昇することで前記第１連動機構により前記土壌掘削刃ヘッドが縮小姿勢をとると該土壌攪拌翼を縮小姿勢に維持することができ、該外側軸が該内側軸に対し下降することで前記第１連動機構により該土壌掘削刃ヘッドが拡大姿勢をとると該土壌攪拌翼を拡大姿勢におくことができる第２連動機構とを含んでおり、
前記回転ヘッド支持駆動装置は、前記内側軸を支持することで前記土壌掘削刃ヘッドを支持するとともに該内側軸を介して該土壌掘削刃ヘッドを回転駆動する掘削刃ヘッド支持駆動部と、前記外側軸を支持して前記内側軸に対し昇降させることで、前記第１連動機構にて該土壌掘削刃ヘッドを、前記第２連動機構にて前記土壌攪拌翼を、それぞれ縮小拡大させる外側軸支持昇降駆動部と、前記外側軸を回転駆動することで前記土壌攪拌翼を回転駆動する外側軸回転駆動部とを含んでいる
土壌処理装置である。
【００１６】
この土壌処理装置によると、例えば次のようにして土壌処理を行える。
まず、回転ヘッドを回転ヘッド支持駆動装置で支持した状態で処理対象土壌層上方の地上に配置する。
回転ヘッド支持駆動装置は例えば昇降装置に取り付ければよい。例えば地上の支柱に昇降可能に取り付ければよい。かくして回転ヘッドを該支柱に沿って昇降可能に配置できる。かかる支柱は自走車に搭載されているものでもよいし、地上に立設されたもの等でもよい。
【００１７】
次いで、回転ヘッド支持駆動装置における掘削刃ヘッド支持駆動部にて回転ヘッドにおける内側軸を回転駆動することで土壌掘削刃ヘッドを回転させるとともに、外側軸回転駆動部にて回転ヘッドにおける外側軸を回転駆動することで土壌攪拌翼を回転させ、これらを下降させる。それにより回転ヘッドは地上から処理対象土壌層へ向けて、土壌をそれがある位置で掘削し、攪拌し、ほぐしながら進入せしめられる。このとき回転ヘッドの土壌掘削刃ヘッド及び土壌攪拌翼は、いずれも縮小姿勢としておく。
【００１８】
このように回転ヘッドを処理対象土壌層へ向けて進入させるとき、土壌掘削刃ヘッドは土壌掘削方向に回転させればよく、土壌攪拌翼については、土壌掘削刃ヘッドと同方向に回転させても、土壌掘削刃ヘッドとは反対方向に回転させてもよい。土壌掘削刃ヘッドと同方向に回転させる場合は、土壌掘削刃ヘッドと同速で回転させても、土壌掘削刃ヘッドとは異なる回転速度で回転させる等してもよい。
土壌掘削刃ヘッド及び土壌攪拌翼の縮小は、外側軸支持昇降駆動部により、回転ヘッドの外側軸を内側軸に対し上昇させておくことで、第１連動機構により土壌掘削刃ヘッドを縮小姿勢におき、第２連動機構により土壌攪拌翼を縮小姿勢におくことで行える。
【００１９】
回転ヘッドが処理対象土壌層に到達すると、そこで、土壌掘削刃ヘッド及び土壌攪拌翼をいずれも拡大姿勢とし、土壌処理に供する。土壌掘削刃ヘッド及び土壌攪拌翼の拡大は、外側軸支持昇降駆動部により、回転ヘッドの外側軸を内側軸に対し下降させることで、第１連動機構により土壌掘削刃ヘッドを拡大姿勢におき、第２連動機構により土壌攪拌翼を拡大姿勢におくことで行える。
【００２０】
この土壌処理においても、土壌掘削刃ヘッドは、掘削刃ヘッド支持駆動部にて土壌掘削方向に回転させる。
土壌攪拌翼については、外側軸回転駆動部にて回転駆動する。この土壌処理時には、土壌攪拌翼は、土壌の効率的な攪拌、後述する土壌処理用添加物と土壌との効率的な混合のために、土壌に剪断力が加わるように、土壌掘削刃ヘッドとは反対方向に回転させるか、或いは同方向に、且つ、土壌掘削刃ヘッドとは異なる回転速度で回転させてもよい。
【００２１】
かくして、回転ヘッドは前記進入時よりも拡大された、従ってより広い範囲にわたり掘削等できる状態で、処理対象土壌をそれがある位置で掘削し、攪拌する。
また、土壌処理用の添加物を回転ヘッドの添加物吐出口へ供給し、そこから処理対象土壌中へ注入し、該添加物と該土壌を混合攪拌する。
添加物吐出口は、回転ヘッドの土壌掘削刃ヘッドに設ける場合を代表例として挙げることができる。
【００２２】
このようにして処理対象土壌を処理すると、その後、外側軸支持昇降駆動部により、回転ヘッドの外側軸を内側軸に対し上昇させることで、第１連動機構により土壌掘削刃ヘッドを縮小姿勢におくとともに、第２連動機構により土壌攪拌翼を縮小姿勢におき、これらを回転駆動しつつ、地上までの途中の土壌を該土壌がある位置で攪拌しながら退出させる。このときの土壌掘削刃ヘッド及び土壌攪拌翼の回転方向については、特に制限はないが、例えば、土壌掘削刃ヘッドは土壌掘削方向に、土壌攪拌翼は土壌掘削刃ヘッドと同方向に又は反対方向に回転させる場合を挙げることができる。
【００２３】
なお、土壌の掘削、攪拌においては必要に応じ、掘削、攪拌を円滑化するための水等を添加注入してもよい。
土壌処理における添加物の投入タイミングについては、処理対象土壌層の一通りの掘削、攪拌が終わったあとでもよいが、処理対象土壌層の掘削、攪拌処理の進行中に添加物の添加を開始してもよい。要するに土壌を処理できる適当なタイミングを選んで添加すればよい。
【００２４】
添加物と処理対象土壌の混合攪拌は回転ヘッドの土壌掘削刃ヘッド及び土壌攪拌翼を回転させることで行える。かかる混合攪拌のタイミングについても、処理対象土壌と添加物との混合攪拌を行うに支障のないタイミングであればよく、代表的には、回転ヘッドの土壌掘削刃ヘッド及び土壌攪拌翼を回転させつつ添加物を添加して混合攪拌を行う場合を例示できる。
【００２５】
いずれにしても、本発明に係る土壌処理装置は、土壌処理用添加物を前記回転ヘッドの添加物吐出口へ供給する添加物供給装置を備えていてもよい。
また、前記回転ヘッドは前記添加物吐出口を複数有していてもよく（例えば少なくとも三つ有していてもよく）、前記添加物供給装置は、該複数の添加物吐出口のそれぞれに対し該添加物吐出口に連通する、土壌処理用添加物の供給路を有していてもよい。
【００２６】
前記土壌掘削刃ヘッドとしては、該ヘッドの少なくとも一部が、その一端部で内側軸に対し回動可能に連結され、他端部（自由端部）が上下方向に回動して閉じ姿勢又は開き姿勢をとることができる可動部とされており、該可動部の開閉により土壌掘削刃ヘッド全体が回転ヘッド半径方向に拡縮できるものを挙げることができる。
【００２７】
かかる土壌掘削刃ヘッドを採用する場合の、構造簡単な第１連動機構として、
前記内側軸とともに回転可能且つ該内側軸に対し昇降可能に該内側軸に設けられ、前記外側軸の下端部に、該下端部に対し回動可能に支持されたスライダと、
該スライダを前記土壌掘削刃ヘッドの可動部に連結するリンク機構であって、前記外側軸の昇降に伴い該スライダが前記内側軸に対し昇降することで前記土壌掘削刃ヘッドの可動部を閉じ又は開いて該土壌掘削刃ヘッドを縮小又は拡大させるリンク機構とを含むものを採用できる。
【００２８】
前記土壌攪拌翼としては、構造簡単なものとして、一端部で前記外側軸の外側部位に回動可能に連結されて他端部（自由端部）が上下方向に回動可能とされていることで、回転ヘッド半径方向に縮小拡大可能であるものを採用できる。
【００２９】
かかる土壌攪拌翼を採用する場合の、前記第２連動機構として次のものを挙げることができる。
前記内側軸及び外側軸間に配置された中間部材及び該中間部材の位置制御バネと、
前記土壌攪拌翼の一端部から、前記外側軸壁を貫通して前記中間部材へ延びる拡縮規制アームとを含んでおり、
前記中間部材は、前記外側軸壁方向に開放された凹部を有し、該凹部に前記土壌攪拌翼の拡縮規制アームを受入れ係合させており、前記内側軸に対する下降限度が該内側軸上の下限ストッパにて定められている第２連動機構である。
【００３０】
前記中間部材位置制御バネは、
前記内側軸上に設けたバネ受け部と前記中間部材との間に嵌装されて該中間部材に下方へ向け押圧力を付与し、前記外側軸が内側軸に対して上昇することで前記土壌攪拌翼及び前記拡縮規制アーム並びに該アームが係合した前記中間部材が引き上げられるとともに前記土壌掘削刃ヘッドが縮小姿勢をとると、該中間部材により前記内側軸上のバネ受け部へ押圧されて該中間部材の上昇限度を提供する圧縮限度状態におかれるとともに該中間部材の凹部の上内面に前記拡縮規制アームを相対的に下方へ押圧させた状態で前記土壌攪拌翼を縮小姿勢に維持する第１の圧縮バネと、
前記外側軸上に設けたバネ受け部と前記中間部材との間に嵌装され、該中間部材に下方へ向け押圧力を付与し、前記外側軸が前記内側軸に対して下降することで前記土壌攪拌翼及び前記拡縮規制アーム並びに該アームが係合した前記中間部材が下降せしめられるとともに前記土壌掘削刃ヘッドが拡大姿勢をとると、前記内側軸上の下限ストッパに当接する前記中間部材に前記外側軸上に設けたバネ受け部により押圧されて圧縮状態におかれ、該中間部材の凹部の下内面に前記拡縮規制アームを相対的に上方へ押圧させて前記土壌攪拌翼を拡大姿勢におく第２の圧縮バネとを含んでいる。
【００３２】
しかし、前記のように第１、第２の圧縮バネを採用して、それらバネを次のようなバネとすることで、前記本発明の第２の課題を解決し得る、土壌攪拌翼の損傷を抑制して安全に土壌処理を行える土壌処理装置を提供することができる。
【００３３】
すなわち、前記第１の圧縮バネ及び前記第２の圧縮バネは、前記外側軸の内側軸に対する下降により前記土壌掘削刃ヘッド及び土壌攪拌翼を縮小姿勢から拡大姿勢へ向け拡大させるとき、該土壌掘削刃ヘッドが縮小姿勢にある状態から拡大開始した後に該土壌攪拌翼が拡大開始し、且つ、該土壌掘削刃ヘッド及び土壌攪拌翼のそれぞれの拡大途中においては、該土壌攪拌翼の拡大途中半径が該土壌掘削刃ヘッドの拡大途中半径を超えないように該土壌掘削刃ヘッド及び土壌攪拌翼が拡大姿勢へ向け拡大していくように、前記中間部材位置を制御するバネとする。
さらに言えば、
前記第１の圧縮バネは、前記土壌掘削刃ヘッドが前記外側軸の前記内側軸に対する下降により前記縮小姿勢から拡大開始するときには前記土壌攪拌翼を未だ縮小状態に維持し、該土壌掘削刃ヘッドが拡大開始した後に該土壌攪拌翼が拡大開始するように前記圧縮限度状態から弾性復元力にて前記中間部材に下降方向の押圧力を付与し、該弾性復元力を次第に弱めていくバネであり、
前記第２の圧縮バネは、前記土壌掘削刃ヘッド及び前記土壌攪拌翼のそれぞれの拡大途中においては、該土壌攪拌翼の拡大途中半径が該土壌掘削刃ヘッドの拡大途中半径を超えないように該土壌攪拌翼及び該土壌掘削刃ヘッドが拡大姿勢へ向け拡大していくように、前記土壌掘削刃ヘッドが拡大開始した後前記拡大姿勢に拡大するまでは、前記第１の圧縮バネの弾性復元力が次第に弱まっていくのに代わって、前記外側軸上のバネ受け部材にて前記中間部材へ押され次第に圧縮されて前記中間部材に下降させる方向の押圧力を次第に大きく付与するバネである。
【００３４】
かくして、未だ土壌掘削刃ヘッドにより掘削されていない土壌部分に、土壌掘削刃ヘッドに先行して土壌攪拌翼が接触して損傷するといった事態の発生を抑制して、それだけ安全に土壌処理を行える。
【００３５】
以上説明した土壌処理装置によると、汚染土壌処理作業において土壌を地上へ搬出する必要がなく、土壌を殆ど地中にとどめておくことができるとともに処理対象土壌をそれがある原位置で処理することができ、例えば旧来の、汚染土壌を地上へ搬出し、処理後に埋め戻す汚染土壌処理と比べると、少ない工数、短い工期で、簡単安価に汚染土壌を処理できる。また、旧来の汚染土壌処理と比べると、作業の無駄、土壌処理用添加物の無駄等の無駄無く、それだけ安価に汚染土壌を処理できる。
【００３６】
さらに、前記回転ヘッドの土壌掘削刃ヘッド及び土壌攪拌翼は回転ヘッドの回転半径方向に拡縮可能であり、処理対象土壌層へ向けて進入させるとき、及び処理された土壌層から地上へ退出させるときには、縮小状態に設定でき、従って、処理する必要のない地表、或いは地表及びその近傍の土壌について徒に掘削、攪拌することがない一方、処理対象土壌層においては回転ヘッドの土壌掘削刃ヘッド及び土壌攪拌翼を拡大状態に設定でき、それにより広い範囲にわたり効率よく土壌を処理でき、これらにより、表層土壌或いは表層土壌及びその近傍の土壌についてはその地盤強度をできるだけ確保しつつより深層の土壌を処理できる。
【００３７】
また、本発明に係る土壌処理装置によると、回転ヘッドの外側軸の内側軸に対する昇降駆動を外側軸昇降駆動部により行うことができるので、例えば地上において、回転ヘッドにおける外側軸の内側軸に対する昇降量を制御、管理することができ、それにより、土壌掘削刃ヘッドの拡縮状態は勿論のこと、土壌攪拌翼の拡縮状態も制御、管理することができ、それだけ目的とする土壌処理を確実に行える。
また、既述のとおり、土壌攪拌翼が損傷するといった事態の発生を抑制して、それだけ安全に土壌処理を行えるようにすることも可能である。
【００３８】
なお、本発明に係る土壌処理装置による土壌処理においては、処理対象土壌層における土壌処理において、必要に応じ、回転ヘッドを地上へ一旦退出させ、処理対象土壌をサンプリングして（試料として採取して）土壌処理状態を検査することができる。このとき、回転ヘッドの土壌掘削刃ヘッド及び土壌攪拌翼は縮小姿勢として地上へ退出させる。土壌処理のために再び回転ヘッドを処理対象土壌層へ進入させ、さらなる土壌処理を行うときの手順は当初の回転ヘッド進入等の手順と同様である。
【００３９】
本発明に係る土壌処理装置が対象とする土壌処理には、汚染土壌の浄化処理等の土壌浄化処理、軟弱地盤の改良処理等の地盤改良処理等が含まれる。
土壌浄化処理に用いる添加物（添加剤）は、土壌汚染物質や浄化した土壌、土地の利用の仕方などによって選ばれるものであって、特に限定されるものではない。
例えば、アルカリ〔 Ca(OH)2、CaO 、NaOH、Mg(OH)2 など〕、酸（H2SO4 、
HCl 、H3PO4 など）、塩〔CaCO3 、Ca(HCO3)2 、Na2CO3、NaHCO3、CaCl2 、
NaHSO4、CaSO4 、Na4SiO4 、Na3PO4、Na2HPO4 、NaH2PO4 など〕、酸化剤〔H2O2、KMnO4 、NaMnO4、O3、NaClO 、Ca(ClO)2、Na2S2O4 など〕、還元剤〔Na2SO3、NaHSO3、Na2S2O3 、アスコルビン酸(Na 塩) 、FeCl2 、FeSO4 、鉄粉など〕、不溶化剤〔Fe(II)塩、Fe(III) 塩、Al塩、Mg塩、Na2S、CaS など〕、キレート剤（ジチオカルバミン酸塩系化合物、トリアジン系化合物など）、固化剤（セメント、焼きセッコウ、ポゾラン、珪酸塩など）、微生物、微生物の栄養剤などである。
これらを単独あるいは複数用いることができる。複数用いる場合、これらを同時に添加する場合と順次添加する場合がある。順次添加する場合、その添加順序は特に限定されるものではない。また、これらの添加形態は溶液、懸濁液、粉体、固体、気体のいずれでもよい。添加量も特に限定されるものではない。
また、地盤改良に採用できる添加物として、セメント系固化材、石灰系固化材、石こう系固化材等を例示できる。
【発明の効果】
【００４０】
以上説明したように本発明によると、土壌掘削刃ヘッド及びその上方に配置された土壌攪拌翼を有するとともに、土壌処理用添加物を土壌中へ注入するための添加物吐出口を有し、該土壌掘削刃ヘッド及び土壌攪拌翼がそれぞれ回転半径方向に拡縮可能である回転ヘッドを備えた土壌処理装置であって、土壌掘削刃ヘッドの拡縮状態だけでなく、土壌攪拌翼の拡縮状態も制御、管理することができ、それだけ目的とする土壌処理を確実に行える土壌処理装置を提供することができる。
また本発明によると、かかる土壌処理装置であって、土壌攪拌翼の損傷を抑制して安全に土壌処理を行える土壌処理装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
図１及び図２は本発明に係る土壌処理装置の１例Ａを概略的に示している。図１は回転ヘッド１を縮小状態として示す図であり、図２は回転ヘッド１を拡大状態として示す図である。図３及び図４はいずれも回転ヘッド１の拡大断面図であり、図３は回転ヘッド１が縮小姿勢をとった状態を、図４は回転ヘッド１が拡大姿勢をとった状態を示している。図５は回転ヘッドが縮小状態から拡大状態へ移行する経過状態を示す図である。
【００４２】
図示の土壌処理装置Ａは、回転ヘッド１、回転ヘッド１の支持駆動装置２及び土壌処理用添加物の添加装置４等を備えている。
〔１〕回転ヘッド１について（図１〜図５参照）
回転ヘッド１は、土壌掘削刃ヘッド１１及びその上方に配置された土壌攪拌翼１２を備えている。土壌掘削刃ヘッド１１は、土壌掘削刃１１ａを備えた固定部１１１と、土壌掘削刃１１ｂを備えた可動部１１２とからなっている。固定部１１１は内側軸１３の下端に固定的に取り付けられている。固定部１１１の直ぐ上で内側軸１３にリング部材１１３が嵌合固定されており、可動部１１２はその一端部が部材１１３に回動可能に連結されていることで、内側軸１３に回動可能に連結されている。
【００４３】
内側軸１３には、掘削刃ヘッド１１より上方部位に、内側軸１３に対し昇降可能にスライダ１４が嵌合されており、また、内側軸１３には、内側軸との間に間隙をおいて筒状の外側軸１５が昇降可能に嵌合されている。スライダ１４は、内側軸１３上に設けたキーＫ（図４参照）に沿って昇降可能であるとともに該キーにより内側軸１３とともに回転可能である。
【００４４】
スライダ１４は外側軸１５の下端部１５１に、外側軸１５に対し相対的に回動可能に抱かれて、外側軸１５に支持されている。かくして、外側軸１５が内側軸１３に対し昇降することでスライダ１４も内側軸１３に対して昇降する。
【００４５】
掘削刃ヘッド１１の可動部１１２は、図６に示すように、３本あり、それらは内側軸１３を中心として等中心角度間隔で放射状に配置されている。なお、図１、図２では、理解を容易にするため、可動部１１２を左右に対をなすが如く示してあるが、実際には，図３〜図６に示すように、１２０度間隔で放射状に設けられている。各可動部１１２の根元に近い部位に対リンク１１４の下端部が回動可能にピン連結されており、該対リンクの上端部がスライダ１４に回動可能にピン連結されている。
【００４６】
かくして、外側軸１５が内側軸１３に対して上昇すると、スライダ１４も上昇し、それにより掘削刃ヘッド１１の各可動部１１２が対リンク１１４に引っ張られて上方へ回動して閉じ、掘削刃ヘッド１１は、全体として、回転ヘッド半径方向に縮小した姿勢をとることができる。外側軸１５が内側軸１３に対して下降すると、スライダ１４も下降し、それにより掘削刃ヘッド１１の各可動部１１２が対リンク１１４に押され、下方へ回動して開き、掘削刃ヘッド１１は、全体として、回転ヘッド半径方向に拡大した姿勢をとることができる。
【００４７】
このことから分かるように、スライダ１４及び対リンク１１４は、外側軸１５の昇降に連動して掘削刃ヘッド１１を縮小拡大させる連動機構を構成している。
なお、掘削刃ヘッド１１の固定部１１１には、三つの添加物吐出口１１１ａ、１１１ｂ及び１１１ｃがそれぞれ設けられている。
【００４８】
土壌攪拌翼１２は、図４に示すように、上下３段に設けられている。図４において、中段の土壌攪拌翼１２（１２ｂ）は鎖線で示してある。図４において、各段の土壌攪拌翼１２は、いずれも外側軸１５から左右に直線状に、且つ、外側軸１５のまわりの角度的ずれが無い状態で延びるかのごとく示してあるが、実際には、土壌攪拌翼を上方から見た図７に示すように、上中下の各段の２本の土壌攪拌翼１２は外側軸１５を間にして対をなすように互いに反対方向に延びており、且つ、上段の一対の土壌攪拌翼１２（１２ａ）に対し、中段の一対の土壌攪拌翼１２（１２ｂ）は外側軸１５のまわりに６０度ずれており、下段の一対の土壌攪拌翼１２（１２ｃ）は中段の一対の土壌攪拌翼１２ｂに対し、さらに６０度ずれている。従って、上方又は下方から見ると、合計６本の土壌攪拌翼１２が外側軸１５のまわりに６０度の等中心角度間隔で放射状に配置されている。
【００４９】
土壌攪拌翼１２の実際の配置は以上のとおりであるが、各部の説明を容易にし、理解を容易にするため、図１から図５においては、中段の一対の土壌攪拌翼１２（１２ｂ）の図示を省略し、或いは破線で示し、上下各段の一対の土壌攪拌翼１２が、いずれも外側軸１５から左右に直線状に、且つ、外側軸１５のまわりの角度的ずれが無い状態で延びるかのごとく示してある。
【００５０】
内側軸１３と外側軸１５との間には、中間部材１６、第１圧縮バネ１７及び第２圧縮バネ１８が配置されている。
中間部材１６は、中央円筒孔１６１を有しているとともに、凹溝部１６２が上下３段に、間隔を開けて周設されたものである。各凹溝部１６２は外側軸１５に向け横方向に開放されている。中央円筒孔１６１の内面には、円筒形状の摺動用部材１６１ａが設けられている。この中間部材１６は、摺動用部材１６１ａを設けた中央円筒孔１６１の部分で内側軸１３に外嵌されており、内側軸１３及び外側軸１５に対し、相対的に昇降可能である。また、中間部材１６は、その下端に、内側軸１３に対し昇降可能に嵌合されたリング部材１６３を保持している。このリング部材１６３は、後述するように、中間部材１６が内側軸１３に沿って下降したとき、前記内側軸１３上のキーＫに当接して、該キーＫとともに中間部材１６の下降限度を定める。
【００５１】
前記の各土壌攪拌翼１２は、その一端部（根元部分）が、外側軸１５の外面から横方向に突設された受け部材１２０に回動可能にピン連結されており、これにより、翼１２の他端部（自由端部）が上下方向に回動して、図１及び図３に示すように、外側軸１５に近く閉じたり、図２及び図４に示すように、外側軸１５に対し略９０度の姿勢で開いたりでき、このように、回転ヘッド１の回転半径方向に縮小、拡大可能である。
【００５２】
また、各土壌攪拌翼１２の一端部には、拡縮規制アーム１２１が、翼１２とは反対方向へ、且つ、翼１２に対し、上方向回りに、９０度より小さい角度をなして、突設されている。この拡縮規制アーム１２１は、外側軸１５の壁に設けられた窓部を通って外側軸１５内へ延び、前記中間部材１６の凹溝部１６２内へ嵌入、係合している。
さらに言えば、上段翼１２（１２ａ）の拡縮規制アーム１２１は、中間部材１６の上段凹溝部１６２内へ嵌入し、中段翼１２（１２ｂ）の拡縮規制アーム１２１は、中間部材１６の中段凹溝部１６２内へ嵌入し、下段翼１２（１２ｃ）の拡縮規制アーム１２１は、中間部材１６の下段凹溝部１６２内へ嵌入している。
上下に隣り合う凹溝部１６２の間の凹所１６２’には、必要に応じ、グリース等の潤滑剤或いは摺動部材を配置してもよい。
【００５３】
なお、中間部材１６の凹溝部１６２の底部には、各拡縮規制アーム１２１に対応させて突起部１６ａ（図７参照）を突設してあり、後述するように、外側軸１５が回転駆動されて土壌攪拌翼１２が回転するとき、アーム１２１が該突起部１６ａに係合することで、中間部材１６は内側軸１３を中心に回転する。
【００５４】
第１圧縮バネ１７は、本例では、内側軸１３に外嵌された圧縮コイルバネであり、内側軸１３の上部の太径部１３１の段差下面で提供されるバネ受け部１３２と中間部材１６の上端との間に配置されている。第１圧縮バネ１７は、図３に示すように、土壌掘削刃ヘッド１１及び土壌攪拌翼１２が縮小姿勢におかれると、圧縮限度まで圧縮される。
【００５５】
第２圧縮バネ１８は、本例では、外側軸１５に内嵌され、且つ、第１圧縮バネ１７の外側に外嵌された圧縮コイルバネであり、外側軸１５の内側に形成された段差部により提供されるバネ受け部１５２と中間部材１６の上端との間に配置されている。第２圧縮バネ１８は、図４に示すように、土壌掘削刃ヘッド１１及び土壌攪拌翼１２が拡大姿勢におかれると、圧縮限度まで圧縮される。
これら第１、第２のバネ１７、１８はいずれも中間部材１６に下方への押圧力を付与するバネである。
【００５６】
中間部材１６には円筒形状のバネカバー１６４が立設されており、その上端には、本例ではゴム製の弾性リング１６５を取り付けてある。リング１６５は、土砂侵入防止のためのもので、外側軸１５の内面及び内側軸１３の太径部１３１の外面に摺動可能である。バネカバー１６４は、バネ１８への土砂侵入を防止するためのものである。
【００５７】
既述のとおり、掘削刃ヘッド１１は、外側軸１５を内側軸１３に対して上昇させると、図１及び図３に示すように、閉じて縮小姿勢をとり、下降させると、図２及び図４に示すように、開いて拡大姿勢をとる。
【００５８】
掘削刃ヘッド１１及び土壌攪拌翼１２が図３及び図５（Ａ）に示すように縮小姿勢をとっている状態から、外側軸１５を内側軸１３に対して下降させると、外側軸１５に連結された各土壌攪拌翼１２も引き下げられるが、このとき、外側軸１５が下降するにつれ、第１バネ１７は次第に伸びて中間部材１６を下方へ押圧する力を減じていく一方、第２バネ１８は次第に圧縮され、中間部材１６を下方へ押圧する力を増していく。かくして、外側軸１５が下降するとき、外側軸１５より中間部材１６が先に下降しようとし、それにより、中間部材１６の凹溝部１６２の上側内面が拡縮規制アーム１６２を下方へ押圧した状態が維持され、かくして、図５（Ｂ）に示すように、土壌攪拌翼１２は未だ閉じて縮小姿勢を保ったまま、掘削刃ヘッド１１が開き始める。
【００５９】
このように掘削刃ヘッド１１が開き始め、外側軸１５がさらに下降すると、図５（Ｃ）及び図５（Ｄ）に示すように、掘削刃ヘッド１１はさらに開き、それにつれ、土壌攪拌翼１２も開き始め、さらに開いていく。このとき、図５（Ｃ）及び図５（Ｄ）に示すように、土壌掘削刃ヘッド１１及び土壌攪拌翼１２のそれぞれの拡大途中においては、土壌攪拌翼１２の拡大途中半径Ｒ１２ｃ、Ｒ１２ｄは掘削刃ヘッド１１の拡大途中半径Ｒ１１ｃ、Ｒ１１ｄを超えない。
【００６０】
外側軸１５がさらに下降することで掘削刃ヘッド１１が拡大姿勢をとる直前には、さらに圧縮された第２バネ１８が中間部材１６を強く下方へ押圧して該中間部材下端のリング部材１６３を内側軸１３上の、下限ストッパを兼ねるキーＫに当接させ、それにより中間部材１６を下降限度におく。このように中間部材１６が下降限度に置かれた状態からさらに外側軸１５が下降すると、掘削刃ヘッド１１は拡大姿勢をとる。また、外側軸１５の該下降により各土壌攪拌翼１２も引き下げられ、それにより、拡縮規制アーム１２１が、既に下降停止された中間部材１６の凹溝部１６２の下側内面に係合して相対的に持ち上げられ、それにより土壌攪拌翼１２が開き始め、図４及び図５（Ｅ）に示すように、掘削刃ヘッド１１が拡大姿勢をとると、各土壌攪拌翼１２も同時的に拡大姿勢をとり、その拡大姿勢が維持される。
本例では、掘削刃ヘッド１１及び土壌攪拌翼１２が拡大姿勢をとるとき、第２バネ１８は、そのコイルが接触しあって圧縮限度をとる。一方、第１バネ１７はほぼ自然長となる。
【００６１】
掘削刃ヘッド１１及び土壌攪拌翼１２が図４及び図５（Ｅ）に示すように拡大姿勢をとっている状態から、外側軸１５を内側軸１３に対して上昇させ始めると、掘削刃ヘッド１１は閉じ始めるとともに、外側軸１５に連結された各土壌攪拌翼１２が引き上げられ始める。このとき、中間部材１６は未だ第２バネ１８にて下方へ十分な押圧を付与された状態にあり、かくして、各土壌攪拌翼１２から中間部材１６の凹溝部１６２内へ嵌入している拡縮規制アーム１２１は凹溝部１６２の上側内面に係合し、相対的に下方へ押圧され、それにより、土壌攪拌翼１２も閉じ始め、さらなる外側軸１５の上昇により、掘削刃ヘッド１１よりも早く縮小姿勢をとる。
【００６２】
さらに外側軸１５を上昇させると、それにつれ掘削刃ヘッド１１はさらに閉じていくとともに各土壌攪拌翼１２が引き上げられる。このとき、第２バネ１８は次第に伸びて中間部材１６を下方へ押圧する力を減じていく一方、第１バネ１７は次第に圧縮され、中間部材１６を下方へ押圧する力を増していく。かくして、外側軸１５がさらに上昇することで各土壌攪拌翼１２がさらに引き上げられていく間も、中間部材１６に下方への押圧力が付与され、それにより土壌攪拌翼１２から中間部材１６の凹溝部１６２内へ嵌入した拡縮規制アーム１２１が凹溝部１６２の上側内面へ係合する状態が維持され、各土壌攪拌翼１２は縮小姿勢を維持し、また、中間部材１６がバネ１７の弾性力に抗して引き上げられていく。
【００６３】
さらに外側軸１５が上昇すると、図３及び図５（Ａ）に示すように、掘削刃ヘッド１１が縮小姿勢をとり、このとき、各土壌攪拌翼１２は既に縮小姿勢をとっており、その姿勢に維持される。このとき、本例では、第１バネ１７が、それを構成するコイルが接触しあった圧縮限度となり、それにより、中間部材１６、ひいては外側軸１５及びそれに連結された土壌攪拌翼１２が上昇限度に置かれる。一方、第２バネ１８は略自然長となる。
【００６４】
以上の説明から分かるように、中間部材１６、第１及び第２のバネ１７、１８並びに各土壌攪拌翼１２の拡縮規制アーム１２１は、外側軸１５の昇降動作に連動させて土壌攪拌翼１２を縮小拡大させる連動機構を構成している。
【００６５】
〔２〕回転ヘッド１の支持駆動装置２について。
回転ヘッド支持駆動装置２は、図１、図２に示すように、
内側軸１３を支持することで掘削刃ヘッド１１を支持するとともに該掘削刃ヘッド１１を土壌掘削方向に回転駆動する掘削刃ヘッド支持駆動部２１、
外側軸１５を支持して内側軸１３に対し昇降させることで掘削刃ヘッド１１及び土壌攪拌翼１２を縮小拡大させる外側軸支持昇降駆動部３、
外側軸１５を回転駆動する外側軸回転駆動部２２等を含んでいる。
【００６６】
掘削刃ヘッド支持駆動部２１は、内側軸１３に嵌合され、ピン状キーＫａ（図３、図４参照）の挿入により該内側軸に接続された内側中間軸１３０及び該中間軸１３０をボックス継ぎ手２０（図８も参照）等を介して回転駆動するモータＭ１等からなっている。
【００６７】
さらに説明すると、中間軸１３０は図８に示すように中空管軸からなり（内側軸１３も中空管軸である）、その上端がボックス継ぎ手２０の下側部材２０２に接続されている。そしてボックス継ぎ手２０の上側部材２０１の断面形状６角形の上端部２０１’が、図１、図２に示すように、モータＭ１の回転軸ｍｓとの継ぎ手２００の断面形状６角形穴に差し込まれ、キーＫ１で抜け止めされている。
【００６８】
ボックス継ぎ手２０の下側部材２０２は断面形状６角形であり、上側部材２０１の下端部の断面形状６角形の穴に内嵌され、キーＫ２で抜け止めされている。かくして、内側軸１３は中間軸１３０、ボックス継ぎ手２０等を介してモータＭ１に支持されており、モータＭ１を運転することで、ボックス継ぎ手２０を介して内側中間軸１３０及び内側軸１３を回転させ、掘削刃ヘッド１１を土壌掘削方向に回転駆動することができる。
【００６９】
外側軸回転駆動部２２は、外側軸１５に接続された筒状の外側中間軸１５０、ギアボックスＧＢ、モータＭ２等からなっている。
さらに説明すると、ギアボックスＧＢはモータＭ１に一対の油圧作動のピストンシリンダ装置ＰＣにて吊り下げ支持されている。ギアボックスＧＢ内には大歯車Ｇ１が回転可能に設けられており、これに前記の外側中間軸１５０の上端が接続固定されている。またギアボックスＧＢ内には大歯車Ｇ１に噛み合う小歯車Ｇ２が設けられており、これはボックスＧＢに搭載されたモータＭ２にて正逆回転駆動可能である。掘削刃ヘッド駆動軸（内側軸）１３に接続された内側中間軸１３０やボックス継ぎ手２０はギアボックスＧＢ及びその中の大歯車Ｇ１を貫通でき、それらに対し回転可能且つ昇降可能となっている。
【００７０】
モータＭ２を運転することで、小歯車Ｇ２を回し、さらには大歯車Ｇ１回転させて中間軸１５０及び外側軸１５を回し、それにより土壌攪拌翼１２を掘削刃ヘッド１１の土壌掘削方向回転と同方向にも反対方向にも回転駆動することができる。
【００７１】
各ピストンシリンダ装置ＰＣは図示省略の油圧回路に接続されており、全体的に伸長又は短縮動作させることができる。各ピストンシリンダ装置ＰＣを伸長させると、図２に示すように、ギアボックスＧＢ及び大歯車Ｇ１並びに該歯車に接続された中間軸１５０及びこれに接続支持された外側軸１５を内側軸１３に対し下降させることができ、それにより、図４に示すように、掘削刃ヘッド拡縮用のスライダ１４を下降させて掘削刃ヘッド１１を拡大させることができる。各土壌攪拌翼１２も拡大させることができる。
【００７２】
一方、各ピストンシリンダ装置ＰＣを縮めると、図１に示すように、ギアボックスＧＢ及び大歯車Ｇ１並びに該歯車に接続された中間軸１５０及びこれに接続支持された外側軸１５を内側軸１３に対し上昇させることができ、それにより掘削刃ヘッド拡縮用のスライダ１４を上昇させて掘削刃ヘッド１１を縮小させることができる。各土壌攪拌翼１２も縮小させることができる。
このことから分かるように、ピストンシリンダ装置ＰＣ、ギアボックスＧＢ、外側中間軸１５０等は、外側軸支持昇降駆動部３を構成している。
【００７３】
以上説明したように、回転ヘッド支持駆動装置２は、回転ヘッド１の掘削刃ヘッド１１及び土壌攪拌翼１２を、回転半径方向に拡大された拡大姿勢として、該掘削刃ヘッド１１を土壌掘削方向に、土壌攪拌翼１２を該掘削刃ヘッドとは反対方向に回転駆動することができる。
また、掘削刃ヘッド１１は内側軸１３、内側中間軸１３０及びボックス継ぎ手２０を介してモータＭ１に支持されている。土壌攪拌翼１２は外側軸１５、外側中間軸１５０、大歯車Ｇ１、ギアボックスＧＢ、ピストンシリンダ装置ＰＣを介してモータＭ１に支持されている。
【００７４】
そしてモータＭ１の背面には、図９に示すようにスライダＳＬが固定されており、このスライダＳＬは自走車Ｖに搭載された支柱ＣＬ上のレールＲＬに沿って昇降できる。また、外側中間軸１５０が支柱ＣＬから突出する軸受け部ＳＰにて回転可能、昇降可能に支持される。さらに、モータＭ１の頂部には滑車装置ｍ１が搭載されており、この滑車装置ｍ１と支柱上の滑車装置ｍ２及び図示省略のウインチ等によってモータＭ１を、従って回転ヘッド１等を昇降させることができる。すなわち支柱ＣＬ、スライダＳＬ、軸受け部ＳＰ、滑車装置ｍ１、ｍ２等は回転ヘッド支持駆動装置２を昇降させる装置を構成している。支柱ＣＬは自走車Ｖ上の油圧作動のピストンシリンダ装置ＶＰＣにより姿勢制御できる。      
【００７５】
〔３〕土壌処理用添加物供給装置４について
添加物供給装置４は、図１、図２及び図８に示すように、モータＭ１の回転軸ｍｓ部分に設けられたそれ自体は既に知られているスイベル装置３１及びボックス継ぎ手２０の上側部材２０１の中間部に設けられたそれ自体は既に知られているスイベル装置３２とを含んでいる。
【００７６】
スイベル装置３１は、モータ回転軸ｍｓに相対的に回転可能に外嵌されてモータＭ１に固設された筒部材３１１の内周面に環状凹溝３１１ａを形成し、該凹溝の一か所を筒部材３１１の外周面へ貫通させ、そこに第１添加物供給ホースＨ１を接続する一方、モータ回転軸ｍｓ中に一端が環状凹溝３１１ａに臨み、他端がボックス継ぎ手２０の上側部材２０１の上端２０１’に臨む添加物流通孔３１２を形成したものである。
【００７７】
ボックス継ぎ手２０の上側部材２０１及び下側部材２０２にはモータ回転軸の添加物流通孔３１２に連通する孔２０１１、２０２１が貫通している。下側部材２０２の孔２０２１には第１添加物の流通管Ｐ１が接続され、これは内側中間軸１３０及び内側軸１３中を通って掘削刃ヘッド１１の第１添加物吐出口１１１ａに接続されている（図３及び図４も参照）。
【００７８】
スイベル装置３２は、ボックス継ぎ手２０の上側部材２０１の中間部分に上下のベアリングＢＲを介して相対的に回転可能に外嵌する筒状部材３２１の内周面に上側環状凹溝３２１ａ及び下側環状凹溝３２１ｂを形成し、上側凹溝３２１ａの一か所を筒状部材３２１の外周面へ貫通させ、そこに第２添加物供給ホースＨ２を接続するとともに、下側凹溝３２１ｂの一か所を筒状部材３２１の外周面へ貫通させ、そこに第３添加物供給ホースＨ３を接続する一方、上側部材２０１の中間部分に、一端が環状凹溝３２１ａ、３２１ｂに臨み、他端が下側部材２０２の上端に臨む添加物流通孔３２２、３２３をそれぞれ形成したものである。
【００７９】
ボックス継ぎ手２０の下側部材２０２には上側部材２０１中の添加物流通孔３２２、３２３にそれぞれ連通する孔２０２２、２０２３が貫通している。下側部材２０２の孔２０２２、２０２３には第２、第３の添加物の流通管Ｐ２、Ｐ３がそれぞれ接続され、これは中間軸１３０及び掘削刃ヘッド駆動軸１３中を通って掘削刃ヘッド１１の第２、第３の添加物吐出口１１１ｂ、１１１ｃにそれぞれ接続されている（図３及び図４も参照）。
なおボックス継ぎ手２０におけるＳＲ１、ＳＲ２、ＳＲ３は添加物の漏れを防止するシールリングである。
【００８０】
〔４〕土壌処理装置Ａによる土壌処理について。
土壌処理装置Ａは自走車Ｖに搭載されて、例えば、図９及び図１０（Ａ）に示すように処理対象土壌層４０上方の地表５の上に配置される。
このとき掘削刃ヘッド１１及び土壌攪拌翼１２は、図１及び図３にも示すようにピストンシリンダ装置ＰＣを縮めて、回転ヘッド１における外側軸１５を内側軸１３に対し上昇させておくことで縮小姿勢としておく。すなわち回転ヘッド１の全体を縮小状態にしておく。
【００８１】
次いで回転ヘッド１の掘削刃ヘッド１１をモータＭ１により土壌掘削方向に回転駆動するとともに土壌攪拌翼１２もモータＭ２によりヘッド１１と、本例では同方向に、略同回転速度で回転駆動し、回転ヘッド１全体を下降させる。なお、このとき、土壌攪拌翼１２は、支障がなければ、掘削刃ヘッド１１とは反対方向に回転させてもよいし、同方向に、且つ、ヘッド１１とは異なる回転速度で回転させてもよい。
かくして図１０（Ｂ）に示すように、回転ヘッド１を地表５から処理対象土壌層４０へ向けて、途中の土壌６をそれがある位置で掘削し、攪拌し、ほぐしながら進入させる。この掘削、攪拌しながらのヘッド進入は、掘削刃ヘッド１１の例えば第１添加物吐出口１１１ａから土壌中へ水等を注入しながら行ってもよい。
【００８２】
回転ヘッド１が処理対象土壌層４０に到達すると、そこで、ピストンシリンダ装置ＰＣを伸長させることで、回転ヘッド１における外側軸１５を内側軸１３に対し下降させ、それにより掘削刃ヘッド１１及び土壌攪拌翼１２を拡大状態に移行させ、拡大姿勢におき、土壌処理に供する。
【００８３】
すなわち、拡大姿勢へ移りつつある掘削刃ヘッド１１及び拡大姿勢とされた掘削刃ヘッド１１をモータＭ１で土壌掘削方向に回転させるとともに、拡大姿勢へ移りつつある土壌攪拌翼１２及び拡大姿勢におかれた土壌攪拌翼１２をモータＭ２で、土壌掘削方向とは反対方向（掘削刃ヘッド１１とは反対方向）に回転させ、土壌を十分攪拌等できるようにする。
【００８４】
このとき、掘削刃ヘッド１１及び土壌攪拌翼１２の拡大は、図５に示す経過で拡大する。すなわち、図５（Ｂ）に示すように、先ず、掘削刃ヘッド１１が開き始め、その後に、図５（Ｃ）に示すように、土壌攪拌翼１２が開き始める。そして、土壌掘削刃ヘッド１１及び土壌攪拌翼１２のそれぞれの拡大途中においては、図５（Ｃ）及び図５（Ｄ）に示すように、土壌攪拌翼１２の拡大途中半径Ｒ１２ｃ、Ｒ１２ｄは土壌掘削刃ヘッド１１の拡大途中半径Ｒ１１ｃ、Ｒ１１ｄより小さく維持される。従って、未だ土壌掘削刃ヘッド１１により掘削されていない土壌部分に、土壌掘削刃ヘッド１１に先行して土壌攪拌翼１２が接触して損傷するといった事態の発生を抑制することができ、それだけ安全である。
【００８５】
かくして図１０（Ｃ）に示すように回転ヘッド１は前記進入時よりも拡大された、従ってより広い範囲にわたり掘削等できる状態で、処理対象土壌をそれがある位置で掘削し、攪拌できる。
この作業も、掘削刃ヘッド１１の例えば第１添加物吐出口１１１ａから土壌中へ水等を注入しながら行ってもよい。
【００８６】
そして、処理対象土壌層４０においては、土壌の状態に応じて、すなわち、例えば汚染土壌の浄化処理においては土壌の汚染状態等に応じて、掘削刃ヘッド１１の第１、第２及び第３の添加物吐出口１１１ａ、１１１ｂ及び１１１ｃのうち少なくとも一つから少なくとも１種類の汚染土壌処理用の添加物（主として土壌浄化用の薬液）を土壌中へ注入し、該添加物と土壌を混合攪拌する。その後必要に応じ例えば第１添加物吐出口１１１ａから土壌中へ土壌処理用添加物の１種としての土壌固化材（例えばセメント系固化材）を注入し、それと土壌を混合攪拌して汚染土壌の処理処理を完了する。
【００８７】
また、地盤の改良処理においては、土壌の状態（例えば軟弱の程度）等に応じて、例えば掘削刃ヘッド１１の第１、第２及び第３の添加物吐出口１１１ａ、１１１ｂ及び１１１ｃのうち少なくとも一つから少なくとも１種類の地盤改良用の土壌処理用添加物（例えばセメント系固化材等）を土壌中へ注入し、該添加物と土壌を混合攪拌して土壌を改良する。
なお、土壌層４０の処理においては、必要に応じ、回転ヘッド１を該層４０中で繰り返し昇降させてもよい。
【００８８】
このようにして処理対象土壌層４０の１箇所の処理が完了すると、その後は、ピストンシリンダ装置ＰＣを縮めることで回転ヘッド１における外側軸１５を内側軸１３に対して上昇させ、掘削刃ヘッド１１を縮小姿勢におくとともに土壌攪拌翼１２も縮小姿勢として該姿勢を維持し、このように回転ヘッド１を縮小姿勢とした状態で、掘削刃ヘッド１１及び土壌攪拌翼１２を共に回転させつつ、処理された土壌から地表５へ向け途中の土壌６を該土壌がある位置で攪拌しながら、さらに、必要に応じ、例えば第１添加物吐出口１１１ａから土壌中へ土壌処理用添加物の１種としての土壌固化材を注入し、それと土壌とを混合攪拌しながら、退出させる。
【００８９】
このようにして一か所の土壌処理が終了すると、次の土壌処理箇所へ移り、そこでの土壌を処理し、最終的には、それには限定されないが例えば図１１に示すように、隣合う土壌処理箇所４１が一部重なりあうように処理対象土壌層全体を処理する。
このように処理された土壌の上には図１２に例示するように家屋等ＨＳを構築して安全に使用することができる。なお図１１及び図１２において４２は地表５から処理された土壌４１に至る回転ヘッド１の移動後の土壌である。
【００９０】
前記の処理対象土壌層４０の各箇所での処理における添加物の投入タイミングについては、その箇所での土壌層４０の一通りの掘削、攪拌が終わったあとでもよいが、土壌層４０の掘削、攪拌処理の進行中に添加物の添加を開始してもよい。要するに土壌を処理できる適当なタイミングを選んで添加すればよい。
【００９１】
添加物と土壌の混合攪拌は回転ヘッド１を回転させることで行うが、かかる混合攪拌のタイミングについても、土壌と添加物の混合攪拌を行うに支障のないタイミングであればよく、代表的には、回転ヘッド１を回転させつつ添加物を添加して混合攪拌を行えばよい。
また、添加物の態様としては、液体や液状のものに限定されるものではなく、粉体添加物でもよく、場合によってはガス添加物その他でもよい。粉体添加物は例えば空気搬送により供給することができる。
【００９２】
以上説明した土壌処理装置Ａによる土壌処理においては、土壌を地上へ搬出する必要がなく、地表５から土壌層４０にいたるまでの土壌６を殆ど地中にとどめておくことができるとともに処理対象土壌をそれがある原位置で処理することができ、従来の汚染土壌浄化処理のように土壌を地上へ搬出し、処理後に埋め戻す方法と比べると、少ない工数、短い工期で、簡単安価に土壌を処理できる。また、作業の無駄、土壌処理用添加物の無駄等の無駄無く、それだけ安価に土壌を処理できる。
【００９３】
さらに、回転ヘッド１は回転半径方向に拡縮可能であり、土壌層４０へ向けて進入させるとき、及び処理された土壌４１から地上へ退出させるときには、縮小状態に設定でき、従って、処理する必要のない地表、或いは地表及びその近傍の土壌６について徒に掘削、攪拌することがない一方、土壌層４０においては回転ヘッド１を拡大状態に設定でき、それにより広い範囲にわたり効率よく土壌を処理でき、これらにより、表層土壌或いは表層土壌及びその近傍の土壌６についてはその地盤強度をできるだけ確保しつつより深層の土壌を処理できる。
【００９４】
また、土壌処理装置Ａによると、回転ヘッド１の外側軸１５の内側軸１３に対する昇降駆動を外側軸昇降駆動部３により行うことができるので、例えば地上において、回転ヘッド１における外側軸１５の内側軸１３に対する昇降量を制御、管理することができ、それにより、土壌掘削刃ヘッド１１の拡縮状態は勿論のこと、土壌攪拌翼１２の拡縮状態も制御、管理することができ、それだけ目的とする土壌処理を確実に行える。
【００９５】
さらに、土壌処理装置Ａにおいては、添加物の供給を三つの供給経路を用いて行えるので、各添加物の供給経路を明確化でき、添加物供給におけるトラブルやメインテナンス等への対応が容易である、という利点もある。
なお、土壌処理装置Ａによる土壌処理においては、必要に応じ、回転ヘッド１を地上へ一旦退出させ、処理対象土壌をサンプリングして（試料として採取して）土壌処理状態を検査することができる。このとき、回転ヘッド１を縮小状態として地上へ退出させる。土壌処理のために再び回転ヘッドを処理対象土壌層へ進入させ、さらなる土壌処理を行うときの手順は当初の回転ヘッド進入等の手順と同様である。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
本発明は、重金属等で汚染されている汚染土壌を無害化処理したり、軟弱地盤を構造物構築に適する地盤に改良する等の土壌処理に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明に係る土壌処理装置の１例を概略的に、且つ、回転ヘッドを縮小状態として示す図である。
【図２】図１の土壌処理装置を、回転ヘッドを拡大状態として示す図である。
【図３】図１の土壌処理装置における回転ヘッドを縮小状態として示す拡大断面図である。
【図４】図１の土壌処理装置における回転ヘッドを拡大状態として示す拡大断面図である。
【図５】回転ヘッドが縮小状態から拡大状態へ移行する過程を示す図である。
【図６】図４の拡大状態の回転ヘッドにおける土壌掘削刃ヘッドの可動部を下方から見て示す図である。
【図７】図４の拡大状態の回転ヘッドにおける土壌攪拌翼を上方から見て示す図である。
【図８】ボックス継ぎ手及び添加物供給装置の主要部の断面図である。
【図９】図１の土壌処理装置を自走車に搭載した状態の側面図である。
【図１０】図１０（Ａ）から図１０（Ｃ）は土壌処理の手順の一部を示す図である。
【図１１】土壌処理領域の様子を示す平面図である。
【図１２】処理された土地とその上に構築される家等を示す図であり、土地については図１１のＸ−Ｘ線断面で示してある。
【符号の説明】
【００９８】
Ａ  土壌処理装置
１  回転ヘッド
１１  土壌掘削刃ヘッド
１１ａ、１１ｂ  土壌掘削刃
１１１  固定部
１１２  可動部
１１３  リング部材
１１４  対リンク
１２  土壌攪拌翼
１２ａ  上段土壌攪拌翼
１２ｂ  中段土壌攪拌翼
１２ｃ  下段土壌攪拌翼
１２０  受け部材
１２１  拡縮規制アーム
１３  内側軸
１３１  内側軸１３の太径部
１３２  バネ受け部
Ｋ  キー
１４  スライダ
１５  外側軸
１５１  軸１５の下端部
１５２  バネ受け部
１６  中間部材
１６１  中央円筒孔
１６１ａ  摺動用部材
１６２  凹溝部
１６２’  凹溝部１６２間の凹所
１６３  リング部材
１６４  仕切り筒
１６５  リング部材
１６ａ  突起部
１７  第１圧縮バネ
１８  第２圧縮バネ
２  回転ヘッドの支持駆動装置
４  土壌処理用添加物の添加装置
２１  掘削刃ヘッド支持駆動部
２２  外側軸回転駆動部
１３０  内側中間軸
Ｋａ  キー
２０  ボックス継ぎ手
Ｍ１  モータ
２０２  ボックス継ぎ手の下側部材
２０１  ボックス継ぎ手の上側部材
２０１’  上端部
ｍｓ  モータＭ１の回転軸
２００  継ぎ手
Ｋ１、Ｋ２  キー
１５０  外側中間軸
ＧＢ  ギアボックス
Ｇ１  大歯車
Ｇ２  小歯車
Ｍ２  モータ
ＰＣ  ピストンシリンダ装置
３    外側軸支持昇降駆動部
ＳＬ  スライダ
Ｖ  自走車
ＣＬ  支柱
ＲＬ  レール
ＳＰ  軸受け部
ｍ１、ｍ２  滑車装置
ＶＰＣ  ピストンシリンダ装置
４  土壌処理用添加物供給装置
３１、３２  スイベル装置
３１１  筒部材
３１１ａ  環状凹溝
３１２  添加物流通孔
Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３  添加物供給ホース
２０１１、２０２１  孔
ＢＲ  ベアリング
３２１  筒状部材
３２１ａ、３２１ｂ  環状凹溝
３２２、３２３  添加物流通孔
Ｐ１、Ｐ２、，３  添加物の流通管
ＳＲ１、ＳＲ２、ＳＲ３  シールリング
４０  処理対象土壌層
５    地表
６    途中の土壌
４１  土壌処理箇所
ＨＳ  家屋等
４１  処理された土壌
４２  途中土壌
【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】
0004560459.tif 000009
【図９】
0004560459.tif 000010
【図１０】
0004560459.tif 000011
【図１１】
0004560459.tif 000012
【図１２】
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