(57)【要約】【課題】立坑内の地盤を均等に掘削することができる水中地盤掘削装置及び水中地盤掘削方法を提供する。【解決手段】水中地盤掘削装置１１は、立坑１内側の地盤を水中掘削する水中地盤掘削装置であって、立坑１内で昇降可能な昇降台座１５と、昇降台座１５を立坑１内で固定する固定機構２１と、昇降台座１５に対して水平方向に直線移動可能に支持され昇降台座１５の下方の地盤を掘削する地盤掘削機２７と、昇降台座１５を立坑１の中心軸周りに回転移動させる昇降台座回転機構２３とを備えたことを特徴とする。【選択図】図１
2016094736.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
立坑内側の地盤を水中掘削する水中地盤掘削装置であって、
前記立坑内で昇降可能な昇降台座と、
前記昇降台座を前記立坑内で固定する固定機構と、
前記昇降台座に対して水平方向に直線移動可能に支持され前記昇降台座の下方の地盤を掘削する掘削機と、
を備えたことを特徴とする水中地盤掘削装置。
【請求項２】
前記立坑内の水に対する前記昇降台座の浮力を調整する浮力調整手段を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載の水中地盤掘削装置。
【請求項３】
前記立坑は円形立坑であり、
前記昇降台座を前記立坑の中心軸周りに回転移動させる昇降台座回転機構を更に備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の水中地盤掘削装置。
【請求項４】
前記昇降台座は、
当該昇降台座に対して前記掘削機の掘削推進方向を調整する方向調整機構を更に備えたことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の水中地盤掘削装置。
【請求項５】
立坑内側の地盤を水中掘削する水中地盤掘削方法であって、
前記立坑内で昇降台座を昇降させ当該立坑内の所定の位置で固定する昇降台座固定工程と、
前記昇降台座に支持された掘削機を前記昇降台座に対して水平方向に直線移動させる掘削機移動工程と、
前記掘削機によって前記昇降台座の下方の地盤を水中掘削する掘削工程と、
を備えたことを特徴とする水中地盤掘削方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立坑内側の地盤を水中掘削する水中地盤掘削装置及び水中地盤掘削方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、このような分野の技術として、下記特許文献１に記載の水中掘削機が知られている。この水中掘削機は、ケーソン内部に収納可能なフロートと、当該フロートの下部に設置された掘削機とを備えており、フロートにはフロート内部の排給水装備と、ケーソン内面を押圧してフロートをケーソン内の任意の位置に固定するグリッパーとが設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−８１３４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の水中掘削機では、フロートの下面中央部から下方に延びた掘削機のアームを駆動しながら、アーム下端の掘削部で地盤を掘削していると考えられる。このようにアーム操作によって掘削部の位置を設定する方式では、下方の地盤を十分に均等に掘削できない可能性がある。この種の水中地盤掘削装置においては、地盤をより効率良く掘削するために、立坑内の地盤を均等に掘削することが望まれる。
【０００５】
本発明は、立坑内の地盤を均等に掘削することができる水中地盤掘削装置及び水中地盤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】
【０００６】
本発明の水中地盤掘削装置は、立坑内側の地盤を水中掘削する水中地盤掘削装置であって、立坑内で昇降可能な昇降台座と、昇降台座を立坑内で固定する固定機構と、昇降台座に対して水平方向に直線移動可能に支持され昇降台座の下方の地盤を掘削する掘削機と、を備えたことを特徴とする。
【０００７】
本発明の水中地盤掘削方法は、立坑内側の地盤を水中掘削する水中地盤掘削方法であって、立坑内で昇降台座を昇降させ当該立坑内の所定の位置で固定する昇降台座固定工程と、昇降台座に支持された掘削機を昇降台座に対して水平方向に直線移動させる掘削機移動工程と、掘削機によって昇降台座の下方の地盤を水中掘削する掘削工程と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
これらの装置又は方法によれば、昇降台座が昇降し立坑内で固定されることで掘削機の上下位置を固定し、更に掘削機を昇降台座に対して水平移動させることができる。よって、掘削機による掘削位置を水平面内で均等に設定することができ、立坑内の地盤を均等に掘削することができる。
【０００９】
また、本発明の水中地盤掘削装置は、立坑内の水に対する昇降台座の浮力を調整する浮力調整手段を更に備えてもよい。この構成によれば、昇降台座を立坑内で支持するために必要な力を低減することができる。
【００１０】
また、本発明の水中地盤掘削装置では、立坑は円形立坑であり、昇降台座を立坑の中心軸周りに回転移動させる昇降台座回転機構を更に備えてもよい。この構成によれば、昇降台座を回転させることにより掘削機の位置を周方向に移動させ、掘削位置を効率よく設定することができる。
【００１１】
また、昇降台座は、当該昇降台座に対して掘削機の掘削推進方向を調整する方向調整機構を更に備えてもよい。この構成によれば、例えば斜め下方に向けて掘削を推進することが出来るので、例えば、立坑の内壁面の近傍の地盤を掘削し易い。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、立坑内の地盤を均等に掘削することができる水中地盤掘削装置及び水中地盤掘削方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】（ａ）は、第１実施形態に係る水中地盤掘削装置と立坑の平面図、（ｂ）は、その鉛直断面図である。
【図２】図１におけるII-II断面図である。
【図３】地盤掘削機を示す図である。
【図４】地盤掘削時における地盤掘削機の近傍を示す断面図である。
【図５】第２実施形態に係る水中地盤掘削装置と立坑の鉛直断面図である。
【図６】図５におけるVI-VI断面図である。
【図７】立坑の刃口部近傍を掘削する状態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（第１実施形態）
以下、図面を参照しつつ本発明に係る水中地盤掘削装置及び水中地盤掘削方法の実施形態について詳細に説明する。
【００１５】
図１及び図２に示される立坑１は、例えば直径約３０ｍの円形立坑である。以下の説明においては、立坑１の径方向、周方向、及び軸方向をそれぞれ単に「径方向」、「周方向」、「軸方向」と称する場合がある。立坑１は、上下両端が開口した円筒状のオープンケーソン３を備えている。立坑１を構築する工法として、オープンケーソン３の内側の地盤を水中掘削してオープンケーソン３を徐々に沈下させていく工法（いわゆるオープンケーソン工法）が用いられる。水中地盤掘削装置１１は、立坑１の内側に水Ｗが貯留された状態で、オープンケーソン３の内側の地盤の水中掘削に使用される。
【００１６】
水中地盤掘削装置１１は、立坑１内側で水Ｗに浮く作業フロート１３と、作業フロート１３から水中に吊り下げられる昇降台座１５と、を備えている。作業フロート１３及び昇降台座１５の平面視形状は、例えば、立坑１の直径に沿って延在する略長方形をなしている。昇降台座１５は中空構造をなしており、昇降台座１５の中空部に空気を導入したり排出したりすることにより浮力を調整することができる。その結果、昇降台座１５及び昇降台座１５に搭載される設備の水中重量を調整することができる。昇降台座１５には、中空部に空気を導入・排出するための送排気機構（浮力調整手段）１９が接続されている。送排気機構１９は、例えば、作業フロート１３上又は立坑１の外の地上に設置されたコンプレッサを備えてもよい。また、送排気機構１９は、地上又は水面から計量した水を送水して水中重量やバランスを調整するための注排水機能も有していてもよい。
【００１７】
作業フロート１３にはホイスト１７が設置されている。また、作業フロート１３上には、ホイスト１７を制御する制御部１８が設けられている。昇降台座１５はホイスト１７から巻き出される支持ワイヤー１７ａを介して作業フロート１３に吊り下げ支持されている。また、複数のホイスト１７が制御部１８による制御下で駆動されることによって、昇降台座１５は水平の姿勢を維持しながら立坑１内を昇降可能である。なお、図の例では、作業フロート１３の縁部に合計４つのホイスト１７が存在している。また、昇降台座１５の浮力が予め調整されることで、昇降台座１５を支持するための支持構造や昇降させるための昇降機構（ホイスト１７等）を強大なものにする必要がなく、装置全体をコンパクトにすることができる。
【００１８】
昇降台座１５の両端には、昇降台座１５を立坑１内で固定する固定機構２１が設けられている。固定機構２１は、例えば、油圧駆動によって昇降台座１５の両端部から径方向に伸縮するアームを備えてもよい。この場合、両端のアームがオープンケーソン３の内壁面に押し付けられることにより、アームの摩擦力によって昇降台座１５が立坑１内に固定される。この固定機構２１により、昇降台座１５を立坑１内の任意の高さの位置で固定することができる。
【００１９】
更に、水中地盤掘削装置１１は、昇降台座１５を水平面内で移動させるための昇降台座移動手段を備えている。移動手段は、昇降台座１５を水平に並進移動させるものであってもよく、水平に回転移動させるものであってもよく、並進移動と回転移動とを組み合わせた移動をさせるものであってもよい。ここでは、昇降台座移動手段が、昇降台座１５を水平に回転移動させる場合を例として説明する。具体的には、水中地盤掘削装置１１は、昇降台座１５を立坑１の中心軸周りに回転させるための昇降台座回転機構２３を備えている。昇降台座回転機構２３は、固定機構２１による昇降台座１５の固定が解除された状態において、作業フロート１３を周方向に水平回転させる。そうすると、作業フロート１３の回転に追従して昇降台座１５が水平回転する。すなわち、昇降台座回転機構２３は、作業フロート１３を周方向に水平回転させることで、間接的に昇降台座１５を周方向に水平回転させる。このような昇降台座回転機構２３は、例えば、立坑１の外の地上に設置され、作業フロート１３をワイヤー等で引っ張るウインチ等を備えてもよい。
【００２０】
昇降台座１５上には、昇降台座１５の下方の地盤Ｇを掘削する地盤掘削機２７が設置されている。図の例では、３台の地盤掘削機２７が径方向に配列され設置されているが、地盤掘削機２７の台数は適宜変更が可能である。昇降台座１５に設置される地盤掘削機２７は１台でもよい。地盤掘削機２７としては、例えば図３に示すような水平多軸式の連壁掘削機が採用される。この種の連壁掘削機は、地中連壁を構築する際に用いられるものである。図３に示されるように、地盤掘削機２７は下端に設けられ水平軸周りに回転して地盤を掘削する２つのカッタードラム３１と、掘削で発生する掘削ズリの排出を行う排泥ポンプ３３及び排泥パイプ３５等を備える。排泥パイプ３５は、立坑１の外まで掘削ズリを搬送する。なお、排泥ポンプ３３を用いる方式に代えて、高圧コンプレッサを備えるエアリフト方式の排泥機構を採用してもよい。また、水平多軸式の掘削機を採用することも必須ではなく、例えば垂直多軸式の掘削機を採用してもよく、一軸式の掘削機を採用してもよい。
【００２１】
図１及び図２に示されるように、昇降台座１５の上面には、地盤掘削機２７を支持するやぐら２９が設けられている。また、昇降台座１５には、径方向に延在し上下に貫通する開口１５ａが形成されている。開口１５ａは、オープンケーソン３の内壁面の近傍からオープンケーソン３の中心軸位置を超える位置まで、径方向に延在する長方形をなしている。地盤掘削機２７は、開口１５ａに挿通され昇降台座１５の下方に突出するようにやぐら２９に支持されている。地盤掘削機２７は、油圧シリンダ２８を介してやぐら２９に固定されており、やぐら２９に対して例えば２〜３ｍ程度の上下移動が可能である。また、油圧シリンダ２８により、やぐら２９から下方の地盤に対してカッタードラム３１が押し付けられることで、地盤掘削機２７によって地盤が掘削される。なお、地盤掘削機２７は、やぐら２９からワイヤー等で吊り下げ支持されてもよい。この場合、地盤掘削機２７の自重によってカッタードラム３１が下方の地盤に押し付けられる。
【００２２】
また、やぐら２９の下面には例えば車輪が設けられており、昇降台座１５の上面には径方向に延在するレールが設けられている。やぐら２９が上記レール上を走行することで、地盤掘削機２７とやぐら２９とが一体となって、昇降台座１５上を径方向に水平に直線移動することができる。このとき、地盤掘削機２７は、オープンケーソン３の内壁面近傍からオープンケーソン３の中心位置まで移動可能である。地盤掘削機２７は、昇降台座１５の下方に位置するカッタードラム３１によって昇降台座１５の下方の地盤を掘削する。なお、掘削時にはやぐら２９が昇降台座５に対して固定されるように、やぐら２９には固定機構が設けられてもよい。
【００２３】
続いて、水中地盤掘削装置１１を用いて立坑１内側の地盤を水中掘削する方法について説明する。
【００２４】
まず、送排気機構１９によって昇降台座１５内の空気の量を調整し、昇降台座１５の浮力を調整する。また、送排気機構１９によって、地上又は水面から計量した水を昇降台座１５に送水して水中重量やバランスを調整するための注排水処理も行われる。ここでは、昇降台座１５には、自重量と昇降台座１５に搭載された設備（地盤掘削機２７等）との総重量よりもやや小さい浮力が昇降台座１５に付与される。その後、ホイスト１７が駆動され、立坑１内の水底の近傍まで昇降台座１５が降下される。その後、固定機構２１が駆動され、昇降台座１５がオープンケーソン３に固定される（昇降台座固定工程）。この状態から、地盤掘削機２７が駆動され、地盤掘削機２７の直下の位置の地盤が掘削される（掘削工程）。ここでは、地盤掘削機２７及びやぐら２９が昇降台座１５に固定され、昇降台座１５がオープンケーソン３の内壁面に固定されているので、地盤掘削機２７による掘削力の反力は、オープンケーソン３に伝達される。またここでは、掘削ズリが排泥パイプ３５を通じて効率よく地上に搬送される。
【００２５】
なお、図４に示されるように、地盤掘削機２７がセットされる掘削領域Ｇ１と、既に掘削済みの隣接領域Ｇ２との間には段差が存在する。この段差により、動作中の地盤掘削機２７が隣接領域Ｇ２側に転倒してしまうことも考えられる。このような転倒を防止するため、掘削領域Ｇ１と隣接領域Ｇ２との間に差し入れられる反力板３７が、昇降台座１５から鉛直下方に伸び出るようにしてもよい。この場合、地盤掘削機２７の側面には反力板３７に向けて伸縮するアジャスタブルガイド２７ａ，２７ｂが上下に配置され、アジャスタブルガイド２７ａ，２７ｂが反力板３７に接触し反力を取ることで、地盤掘削機２７の掘削方向が鉛直に案内される。これにより、地盤掘削機２７が鉛直姿勢を維持することができ、地盤掘削機２７の転倒が防止される。
【００２６】
地盤掘削機２７の直下の地盤掘削が終了した後、やぐら２９及び地盤掘削機２７が径方向に移動し（掘削機移動工程）、再び地盤掘削機２７の直下の位置の地盤が掘削される。上記のような地盤掘削機２７の径方向への移動と掘削とが繰り返されることで、オープンケーソン３の半径に沿った所定幅の帯状の領域の地盤が掘削される。その後、固定機構２１が駆動され、昇降台座１５の固定が解除される。その後、昇降台座回転機構２３が駆動されることで、昇降台座１５が周方向に回転移動する。その後、固定機構２１が駆動され、昇降台座１５がオープンケーソン３に固定される。この状態から、上述の地盤掘削機２７の径方向への移動と掘削とが繰り返されることで、更に、オープンケーソン３の半径に沿った所定幅の帯状の他の領域の地盤が掘削される。そして、以上の工程を繰り返すことにより、オープンケーソン３の内側の平面視円形の領域全体が掘削される。
【００２７】
その後、固定機構２１による昇降台座１５の固定が解除され、ホイスト１７の駆動により昇降台座１５が降下され、以上の工程が繰り返される。この繰り返しにより、立坑１内側の地盤の掘削が下方に進行していき、オープンケーソン３が徐々に下方に沈下していく。
【００２８】
以上説明した水中地盤掘削装置１１、及びこれを用いた水中掘削方法による作用効果について説明する。水中地盤掘削装置１１及び掘削方法によれば、昇降台座１５が昇降し立坑１内で固定されることで地盤掘削機２７の上下位置を固定し、更に地盤掘削機２７を昇降台座１５に対して水平移動させることができる。更に、昇降台座回転機構２３によって、地盤掘削機２７の周方向の位置を設定することができる。この構成によれば、地盤掘削機２７のセット位置を立坑１内の任意の位置に設定することができる。よって、地盤掘削機２７による掘削位置を効率よく設定することができ、また、立坑１内の地盤を水平面内で均等に掘削することができる。その結果、平面視円形の立坑１内側の地盤の全体を効率的に掘削することができる。また、水中地盤掘削装置１１では、送排気機構１９によって立坑１内の水に対する昇降台座１５の浮力が調整され、昇降台座１５等の水中重量を小さくすることができる。従って、昇降台座１５を支持するための支持構造や昇降させるための昇降機構（ホイスト１７等）を強大なものにする必要がなく、装置全体をコンパクトにすることができる。
【００２９】
（第２実施形態）
図５及び図６に示されるように、本実施形態の水中地盤掘削装置５１は、やぐら２９に代えてやぐら５３を備えている。水中地盤掘削装置５１の構成要素について、第１実施形態と同一又は同等の構成要素には図面に同一の符号を付して重複する説明を省略する。やぐら５３は、昇降台座１５上を径方向に直線移動可能である。また、やぐら５３は、昇降台座１５に対する地盤掘削機２７の掘削推進方向を調整する方向調整機構を備えている。具体的には、やぐら５３は、支持する地盤掘削機２７の角度を調整する角度調整機構を備えている。この角度調整機構は、図中の矢印Ａで示されるように、昇降台座１５上でのやぐら５３の移動方向に対して直交する水平軸周りに地盤掘削機２７を回転させる。更に具体的な構成として、やぐら５３は、地盤掘削機２７が取り付けられたやぐら本体部５３ａと、やぐら本体部５３ａを傾斜させるための傾斜シリンダ５３ｂとを備えている。地盤掘削機２７は、上下スライド機構を介してやぐら本体部５３ａに固定されている。
【００３０】
この構造により、地盤掘削機２７の掘削推進方向を調整することができ、鉛直下方のみならず、斜め下方に向けて掘削を推進することができる。従って、オープンケーソン３の内壁面の近傍の地盤を掘削し易い。特に、図７に示されるように、地盤掘削機２７のカッタードラム３１をオープンケーソン３の刃口部３ａに挿入することが容易になり、刃口部３ａの掘削が容易になる。
【００３１】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形したものであってもよい。例えば、作業フロート１３を設置することは必須ではなく、昇降台座１５を地上の構造物から直接吊り下げて支持してもよい。また、実施形態では、円形立坑１に適用される水中地盤掘削装置及び掘削方法を例として説明したが、本発明は、例えば、平面視四角形の立坑など、円形立坑以外の立坑にも適用することができる。また、実施形態では、オープンケーソン工法による水中掘削を例として説明したが、本発明は、最初に地中連続壁を構築し地中連続壁の内側を水中掘削する地中連続壁工法にも適用することができる。
【符号の説明】
【００３２】
１…立坑、１１…水中地盤掘削装置、１５…昇降台座、１９…送排気機構（浮力調整手段）、２１…固定機構、２３…昇降台座回転機構、２７…地盤掘削機、５３ｂ…傾斜シリンダ。
【図１】
2016094736.tif 000003
【図２】
2016094736.tif 000004
【図３】
2016094736.tif 000005
【図４】
2016094736.tif 000006
【図５】
2016094736.tif 000007
【図６】
2016094736.tif 000008
【図７】
2016094736.tif 000009