(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
掘削孔に設置される孔壁保護部材の内部直径より小さく形成され、前記孔壁保護部材の内部半径より掘削半径の大きい大径掘削部を少なくとも有し、前記孔壁保護部材の下方に配置され回転して掘削を行う掘削手段と、
前記掘削手段を水平方向に移動させる移動手段と、
を備え、
前記掘削手段は、前記孔壁保護部材に挿通される回転軸の外周に突設され前記回転軸の外周の周方向に所定の間隔で配設される複数の掘削部を有し、
前記大径掘削部は、前記掘削半径が前記孔壁保護部材の外周半径より大きく構成され、
前記複数の掘削部は、掘削半径が小さいものほど多くの掘削ビットが形成されていること、
を特徴とする掘削装置。
【請求項２】
掘削孔に設置される孔壁保護部材の内部直径より小さく形成され、前記孔壁保護部材の内部半径より掘削半径の大きい大径掘削部を少なくとも有し、前記孔壁保護部材の下方に配置され回転して掘削を行う掘削手段と、
前記掘削手段を水平方向に移動させる移動手段と、
を備え、
前記掘削手段は、前記孔壁保護部材に挿通される回転軸の外周に突設され前記回転軸の外周の周方向に所定の間隔で配設される複数の掘削部を有し、
前記大径掘削部は、前記掘削半径が前記孔壁保護部材の外周半径より大きく構成され、
前記複数の掘削部は、掘削半径が小さいものほど大きい掘削ビットが形成されていること、
を特徴とする掘削装置。
【請求項３】
前記大径掘削部は、掘削面が水平方向に対し傾斜していることを特徴とする請求項１又は２に記載の掘削装置。
【請求項４】
前記掘削部は、掘削面が水平方向に対し傾斜していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の掘削装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基礎杭や立坑の施工などに用いられる掘削装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、立坑などを掘削する掘削装置として、特開平１１−６２４６３号公報に記載されるように、立坑の掘削断面より小径のカッタを偏心回転させて、内壁下方の掘削を行うものが知られている。この掘削装置は、立坑の掘削断面より小径のカッタを偏心回転させて掘削することにより、大きさ、形状の異なる立坑掘削においても比較的簡単に掘削機構の交換を行おうとするものである。また、この掘削装置では、コピーカッタにより内壁であるケーソンの刃口下の掘削が行われる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した掘削装置にあっては、内壁の刃口下を掘削するためにコピーカッタの作動機構などを設ける必要がある。このため、装置構造が複雑なものとなる。施工コスト低減のためには、できるだけ装置を簡略化するのが望ましい。
【０００４】
また、コピーカッタが突出した状態で破損又は故障が生ずると、カッタをケーソン内周より内側に収納できず、掘削装置を引き上げ回収することが困難となる。この場合、工期の遅れや機材の損失などが多大なものとなる。このような不都合を回避するためには、できるだけ信頼性の高い掘削作業及び機材回収作業が行えることが要求される。
【０００５】
そこで、本発明は、このような問題点を解消するためになされたものであって、信頼性の高い掘削作業及び機材回収作業が行え、施工コストの低減が図れる掘削装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明に係る掘削装置は、掘削孔に設置される孔壁保護部材の内部直径より小さく形成され、孔壁保護部材の内部半径より掘削半径の大きい大径掘削部を少なくとも有し、孔壁保護部材の下方に配置され回転して掘削を行う掘削手段と、掘削手段を水平方向に移動させる移動手段とを備え、掘削手段は、孔壁保護部材に挿通される回転軸の外周に突設され回転軸の外周の周方向に所定の間隔で配設される複数の掘削部を有し、大径掘削部は、掘削半径が孔壁保護部材の外周半径より大きく構成され、複数の掘削部は、掘削半径が小さいものほど多くの掘削ビットが形成されている。
また、本発明に係る掘削装置は、掘削孔に設置される孔壁保護部材の内部直径より小さく形成され、孔壁保護部材の内部半径より掘削半径の大きい大径掘削部を少なくとも有し、孔壁保護部材の下方に配置され回転して掘削を行う掘削手段と、掘削手段を水平方向に移動させる移動手段とを備え、掘削手段は、孔壁保護部材に挿通される回転軸の外周に突設され回転軸の外周の周方向に所定の間隔で配設される複数の掘削部を有し、大径掘削部は、掘削半径が孔壁保護部材の外周半径より大きく構成され、複数の掘削部は、掘削半径が小さいものほど大きい掘削ビットが形成されている。
【０００９】
これらの発明によれば、掘削手段が孔壁保護部材の内部直径より小さく形成され孔壁保護部材の内部半径より掘削半径の大きい大径掘削部を有するため、孔壁保護部材の下方の掘削が可能であり、掘削終了後に掘削手段を孔壁保護部材内を通じて地上へ引き上げて回収することができる。また、掘削手段に掘削半径を伸長させる可動式のカッタなどを設ける必要がないため、可動部の故障などの心配がなく、信頼性の高い掘削作業及び回収作業が行える。また、装置の構成を簡素化でき、施工コストの低減が図れる。
また、掘削手段の大径掘削部の掘削半径が孔壁保護部材の外周半径より大きく形成されているため、孔壁保護部材の刃口下の土砂を完全に掘削することができ、掘削効率の向上が図れる。
また、回転軸の外周に複数の掘削部を設けることにより、掘削部の掘削による掘削抵抗が回転軸を中心としてその周囲に分散されるため、掘削時に掘削部の水平移動を防止でき、掘削範囲がズレることを防止できる。
また、複数ある掘削部のうち掘削半径が小さいものほど多くの掘削ビットを形成し又は掘削半径が小さいものほど大きい掘削ビットを形成することにより、各掘削部における掘削抵抗差が低減されるため、掘削部の掘削半径が異なっていても、掘削時における掘削ズレを効果的に防止できる。
【００１６】
また本発明に係る掘削装置は、前述の大径掘削部の掘削面が水平方向に対し傾斜していることを特徴とする。また本発明に係る掘削装置は、前述の掘削部の掘削面が水平方向に対し傾斜していることを特徴とする。
【００１７】
これらの発明によれば、掘削時における大径掘削部及び掘削部の水平移動が抑制され掘削ズレを防止できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づき、本発明における実施の形態について説明する。尚、各図において同一要素には同一符号を付して説明を省略する。また、図面の寸法比率は説明のものと必ずしも一致していない。
【００１９】
図１に本実施形態に係る掘削装置及び掘削方法の説明図を示す。本図に示すように、本実施形態に係る掘削装置１は、基礎杭の施工に用いられる縦孔２を掘削する装置であり、地中を下方へ向けて掘削する複数の掘削翼３〜５を備えている。掘削翼３〜５は、それぞれ最下位置のロッド管６の周面に取り付けられ、そのロッド管６の回転に伴って回転し掘削を行う掘削手段である。
【００２０】
ロッド管６は、中空の管体であり、掘削翼３〜５に回転力を与える回転軸として機能するものである。また、ロッド管６は、掘削翼３〜５により掘削された土砂を地上へ搬送する搬送路としても機能する。このロッド管６は、縦孔２の深さに応じて複数連結されて用いられる。
【００２１】
縦孔２の内周に沿って、円筒部材７が設置されている。円筒部材７は、縦孔２の孔壁崩壊を防止する孔壁保護部材であり、縦孔２の深さに応じて複数連結されて用いられる。円筒部材７の内部には、連結されたロッド管６が挿通されている。
【００２２】
円筒部材７の上方には、回転テーブル８が配置されている。回転テーブル８は、ロッド管６を介して掘削翼３〜５を回転させる回転駆動手段であり、最上位置のロッド管６と連結される回転管８ａ及び図示しないモータを備え、そのモータの駆動により回転管８ａを回転させ、ロッド管６を所定の方向に回転させる。
【００２３】
回転テーブル８には、油圧シリンダ１０が取り付けられている。油圧シリンダ１０は、掘削翼３〜５を水平方向へ移動させる移動手段として機能するものであり、回転テーブル８における回転管８ａなどの回転部分を水平方向に移動させ、ロッド管６を介して掘削翼３〜５を水平移動させる。
【００２４】
例えば、油圧シリンダ１０は、本体部１０ａとピストン部１０ｂを備えて構成され、本体部１０ａが回転しない支持板８ｂに固定され、ピストン部１０ｂの先端が回転テーブル８の回転部分に取り付けられる。油圧シリンダ１０の伸長により、回転管８ａが水平方向に移動し、それに伴ってロッド管６及び掘削翼３〜５が水平方向へ移動する。
【００２５】
縦孔２内に配される最下位置の円筒部材７の内部には、油圧シリンダ１１が設けられている。油圧シリンダ１１は、掘削時にロッド管６を支持しロッド管６の軸ズレを防止する支持手段として機能する共に、掘削後の掘削翼回収時においてロッド管６を水平方向に移動させて掘削翼３〜５を水平方向へ移動させる移動手段として機能する。
【００２６】
図２に示すように、油圧シリンダ１１は、防水性のものが用いられ、本体部１１ａ及びピストン部１１ｂを収容する伸縮性の収容部１１ｃを備えて構成される。本体部１１ａ及びピストン部１１ｂを収容部１１ｃに収容することにより、本体部１１ａなどの防水性が保たれる。油圧シリンダ１１は、円筒部材７の内周とロッド管６の外周との間に水平方向へ向けて配されている。本体部１１ａが円筒部材７の内周側に取り付けられ、ピストン部１１ｂがロッド管６の外周側に取り付けられている。このため、図３に示すように、油圧シリンダ１１が伸縮することにより、ロッド管６が水平方向に移動し、掘削翼３〜５が円筒部材７に対し水平方向へ相対的に移動する。
【００２７】
次に、本実施形態に係る掘削装置の掘削翼について詳述する。
【００２８】
図４、５は、本実施形態に係る掘削装置の掘削翼を水平断面をとって示したものである。図４は、円筒部材７の中心位置に掘削翼の掘削中心Ｏが位置している場合の断面図であり、図５は、掘削翼３〜５が水平移動して円筒部材７の中心位置に掘削中心Ｏが位置していない場合の断面図である。
【００２９】
図４に示すように、ロッド管６の周面には、周方向に所定の間隔で三つの掘削翼３、４、５が取り付けられている。掘削翼３、４、５は、それぞれ異なる長さで形成され、掘削半径が異なるものとなっている。すなわち、掘削翼３が一番長く大きな掘削半径を有し、その次に掘削翼４が長く中程度の掘削半径を有し、掘削翼５は一番短く小さい掘削半径となっている。
【００３０】
回転軸となるロッド管６の外周に複数の掘削翼３〜５を設けることにより、掘削翼３〜５の掘削による掘削抵抗がロッド管６の周方向に分散されるため、掘削時に掘削抵抗の偏りによりロッド管６の位置ズレを防止することができる。
【００３１】
掘削翼３〜５は、掘削翼全体における水平方向の最長部分の長さＬ１が円筒部材７の内部直径Ｄより小さく形成されている。このため、図５に示すように、ロッド管６と共に掘削翼３〜５を適宜水平移動させることにより、掘削翼３〜５の全体を円筒部材７の内周面の内側に位置させることができる。
【００３２】
また、掘削翼３は、その掘削半径Ｒ１が円筒部材７の内部半径Ｒより大きくなるように形成されている。このため、掘削翼３〜５の掘削中心Ｏを円筒部材７の中心位置に合わせることにより、掘削翼３により円筒部材７の刃口下を掘削することが可能となり、円筒部材７の圧入が容易となる。
【００３３】
更に、掘削翼３の掘削半径Ｒ１は、円筒部材７の外周における半径より大きくなるようにすることが望ましい。この場合、掘削翼３により円筒部材７の刃口下を完全に掘削することが可能となり、円筒部材７の圧入がより容易となる。
【００３４】
図６に、本実施形態に係る掘削装置の掘削翼の側面図を示す。
【００３５】
図６に示すように、掘削翼３〜５は、掘削ビット３ａ〜５ａを取り付けられる掘削面３ｂ〜５ｂが水平方向に対し傾斜している。この掘削面３ｂ〜５ｂの傾斜により、掘削時に掘削翼３〜５の水平移動が防止され、掘削範囲が水平方向にズレることが防止される。
【００３６】
掘削面３ｂ〜５ｂの傾斜角は、ロッド管６の軸方向に対し鋭角となるように設定される。すなわち、図６に示すように、各掘削面３ｂ〜５ｂがコーンケーブ状となるように形成される。なお、掘削面３ｂ〜５ｂの傾斜角は、ロッド管６の軸方向に対し鈍角となるように設定する場合もある。この場合であっても、掘削時に掘削翼３〜５の水平移動の防止が可能である。
【００３７】
掘削翼３〜５は、掘削半径が小さいものほど多くの掘削ビットを形成するように構成されている。すなわち、掘削半径が一番小さい掘削翼５は、掘削翼３及び掘削翼４に対し掘削ビット５ａが多く設けられている。また、掘削半径が中程度長さの掘削翼４は、掘削翼３に対し掘削ビット４ａが多く設けられている。
【００３８】
このように、掘削翼３〜５において、掘削半径が小さいものほど多くの掘削ビットを形成することにより、掘削半径が異なる複数の掘削翼３〜５により掘削を行う場合でも、各掘削翼３〜５における掘削抵抗の差を低減し又は掘削抵抗を一定にすることができるため、掘削時に回転軸であるロッド管６の位置がズレることが抑制され、掘削範囲の水平方向のズレを防止できる。
【００３９】
また、掘削翼３〜５において、掘削半径が小さいものほど大きい掘削ビットを形成してもよい。この場合でも、各掘削翼３〜５における掘削抵抗の差を低減し又は掘削抵抗を一定にすることができるため、掘削時に回転軸であるロッド管６の位置がズレることが抑制され、掘削範囲の水平方向のズレを防止できる。
【００４０】
次に、本実施形態に係る掘削装置の動作及び本実施形態に係る掘削工法について説明する。
【００４１】
図１に示すように、回転テーブル８を回転させてロッド管６を一定方向に回転させる。ロッド管６の回転に伴って最下のロッド管６に取り付けれている掘削翼３〜５がロッド管６を中心に回転する。このとき、ロッド管６は円筒部材７の中心に位置しており、掘削翼３〜５の掘削中心位置は、円筒部材７の中心位置と一致している。
【００４２】
ロッド管６の回転により、掘削翼３〜５が下方に向けて掘進する。その際、掘削半径が小さい掘削翼ほど多くの掘削ビットを形成し又は大きい掘削ビットを形成するなどして、掘削翼３〜５の各掘削抵抗が等しくなるように構成することにより、掘削時にロッド管６の位置ズレ、掘削翼３〜５における掘削範囲のズレが抑制される。
【００４３】
また、掘削翼３は、図６に示すように、円筒部材７の刃口下まで伸びているため、円筒部材７の刃口下を掘削できる。掘削翼３〜５の掘削面３ｂ〜５ｂが中心に向けて下方へ傾斜しているため、掘削翼３〜５の掘削により生じた掘削土は、中心に位置するロッド管６の下方へ集まってくる。
【００４４】
そして、図１において、掘削土は、ロッド管６内を通じて地上へ搬送され、縦孔２から排除される。その掘削土の排除方法としては、例えば、ロッド管６内にバケット等の機材を挿通して排土する方法や縦孔２内に注水しロッド管６の上部に吸水ポンプを接続して水と共に掘削土を排出する方法などが用いられる。
【００４５】
そして、一定深度掘削する毎に、最上位置のロッド管６に新たなロッド管６が継ぎ足されると共に、円筒部材７が圧入されその上部に新たな円筒部材７が継ぎ足される。そして、掘削、排土及び継足しの作業を繰り返して、所定深度まで掘削が行われる。
【００４６】
図７に示すように、所定深度まで掘削を終えたら、掘削翼３〜５の水平移動が行われる。すなわち、油圧シリンダ１０及び油圧シリンダ１１が作動し、回転管８ａ及びロッド管６が水平方向に押されて移動する。これにより、掘削翼３〜５が水平方向へ移動する。このとき、図５に示すように、掘削翼３〜５の全体が円筒部材７の内部に位置するように水平移動が行われる。
【００４７】
そして、図８に示すように、ロッド管６が上方に引き上げられ、掘削翼３〜５の回収が行われる。掘削翼３〜５の水平移動により、掘削翼３〜５の全体が円筒部材７の内部に位置しているので、その状態でロッド管６を上方へ引き上げることにより、掘削翼３〜５を地上に回収することが可能となる。
【００４８】
このとき、掘削手段である掘削翼３〜５には円筒部材７の刃口下を掘削するために可動式の伸縮カッタなどが設けられていないため、その可動部の故障などの心配がなく、信頼性の高い掘削作業及び回収作業が行える。また、掘削手段に可動部を有しないため、掘削装置の構成を簡素化でき、施工コストの低減が図れる。
【００４９】
以上のように、本実施形態に係る掘削装置及び掘削方法によれば、孔壁保護部材である円筒部材７の内部半径より掘削半径の大きい掘削翼３を用いて掘削を行うことにより、円筒部材７の下方の掘削が可能であり、円筒部材７を容易に地盤内に圧入させることができる。そして、掘削翼３〜５の全体が円筒部材７の内部直径より小さく形成されているため、これらの掘削翼３〜５を油圧シリンダ１０、１１により水平方向へ移動させて、掘削工程の終了後に掘削翼３〜５を円筒部材７内を通じて引き上げて回収することができる。
【００５０】
また、掘削翼３〜５には掘削半径を伸長させる可動式の伸縮カッタなどが設けられていないため、可動部の故障などの心配がなく、信頼性の高い掘削作業及び回収作業が行える。更に、装置構成の簡素化が図れ、施工コストの低減が図れる。
【００５１】
また、掘削翼３の掘削半径を円筒部材７の外周半径より大きく形成することにより、円筒部材７の刃口下の土砂を完全に掘削することができ、掘削効率の向上が図れる。
【００５２】
また、ロッド管６の外周に複数の掘削翼３〜５を設けることにより、掘削翼３〜５の掘削による掘削抵抗がロッド管６を中心としてその周囲に分散されるため、掘削時に掘削翼３〜５の水平移動を防止でき、掘削範囲がズレることを防止できる。
【００５３】
また、掘削翼３〜５において掘削半径が小さいものほど多くの掘削ビットを形成し又は掘削半径が小さいものほど大きい掘削ビットを形成して各掘削翼における掘削抵抗の差を低減し又は掘削抵抗を一定とすることにより、掘削時における掘削翼３〜５の水平移動及び掘削範囲ズレを効果的に防止できる。特に、掘削翼３〜５の掘削半径が異なる場合に有効である。
【００５４】
更に、掘削翼３〜５の掘削面３ｂ〜５ｂを水平方向に対し傾斜させることにより、掘削時における掘削部の水平移動を抑制し、掘削ズレを効果的に防止することができる。
【００５５】
なお、本実施形態では三つの掘削翼３〜５により掘削を行う掘削装置及び掘削方法について説明したが、本発明に係る掘削装置及び掘削方法はそのようなものに限られるものではなく、円筒部材７などの孔壁保護部材の内部半径より掘削半径の大きい掘削翼を有していれば、掘削翼の設置数は三つでなくてもよく、一つ、二つ又は四つ以上の掘削翼を有するものであってもよい。
【００５６】
また、本実施形態では掘削翼３〜５を備える掘削装置について説明したが、本発明に係る掘削装置はそのようなものに限られるものではなく、孔壁保護部材の内部半径より掘削半径の大きい掘削部を有するものであれば、掘削部として円盤状のカッタなど掘削翼以外の形態のものを有するものであってもよい。
【００５７】
また、本実施形態では、基礎杭の施工に用いられる縦孔２の掘削を行う場合について説明したが、本発明に係る掘削装置及び掘削工法はこのようなものに限られるものではなく、立坑の施工などその他の施工などに用いるものであってもよい。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、掘削手段が孔壁保護部材の内部直径より小さく形成され孔壁保護部材の内部半径より掘削半径の大きい大径掘削部を有するため、孔壁保護部材の下方の掘削を可能としつつ、その掘削後に掘削手段を水平移動させることにより、掘削手段を孔壁保護部材内を通じて地上へ引き上げて回収することができる。
【００５９】
また、掘削手段に掘削半径を伸長させる可動式の伸縮カッタなどを設けることなく孔壁保護部材の刃口下の掘削が行えるため、可動部の故障などの心配がなく、信頼性の高い掘削作業及び回収作業が行える。また、装置の構成を簡素化でき、施工コストの低減が図れる。
【００６０】
また、掘削手段の大径掘削部の掘削半径が孔壁保護部材の外周半径より大きく形成することにより、孔壁保護部材の刃口下の土砂を完全に掘削することができ、掘削効率の向上が図れる。
【００６１】
また、回転軸の外周に複数の掘削部を設けることにより、掘削部の掘削による生ずる掘削抵抗が回転軸を中心としてその周囲に分散されるため、掘削時に掘削部の水平移動を防止でき、掘削範囲のズレを防止することができる。
【００６２】
また、複数ある掘削部のうち掘削半径が小さいものほど多くの掘削ビットを形成し、また掘削半径が小さいものほど大きい掘削ビットを形成することにより、各掘削部における掘削抵抗の差が低減されるため、掘削部の掘削半径が異なっていても、掘削時における掘削ズレを効果的に防止できる。
【００６３】
また、掘削部の掘削面を水平方向に対し傾斜させることにより、掘削時における掘削部の水平移動を抑制でき、掘削ズレを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る掘削装置及び掘削方法の説明図である。
【図２】図１の掘削装置における油圧シリンダの説明図である。
【図３】図１の掘削装置における油圧シリンダの説明図である。
【図４】図１の掘削装置における掘削翼の説明図である。
【図５】図１の掘削装置における掘削翼の説明図である。
【図６】図１の掘削装置における掘削翼等の説明図である。
【図７】本実施形態に係る掘削装置の動作及び本実施形態に係る掘削方法の説明図である。
【図８】本実施形態に係る掘削装置の動作及び本実施形態に係る掘削方法の説明図である。
【符号の説明】
１…掘削装置、
２…縦孔（掘削孔）、
３…掘削翼（掘削部、大径掘削部）、
４…掘削翼（掘削部）、
５…掘削翼（掘削部）、
６…ロッド管（回転軸）、
７…円筒部材（孔壁保護部材）、
８…回転テーブル、
１０…油圧シリンダ、
１１…油圧シリンダ。
【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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