(57)【要約】  【課題】安価に実施可能で、しかも硬質な地盤であっても効率的に掘削可能な掘削装置を提供する。  【解決手段】筒状のフレーム１０と、フレーム１０の下端部に開閉自在に取り付けた１対の掘削シェル１１と、掘削シェル１１を開閉操作するための操作手段１２とを有する掘削バケット２と、フレーム１０上部のガイド筒部１３に上昇位置と下降位置とにわたって上下移動自在に取り付けられて、下降位置への落下によりフレーム１０を下方へ打撃するハンマー部材３とを有する掘削装置本体４と、掘削バケット２とハンマー部材３とを個別に昇降可能な第１及び第２ワイヤ５，６を有するクレーンとを備え、ハンマー部材３の打撃力により掘削シェル１１を地盤に食い込ませてケーシング内を掘削可能となした。【選択図】図３
2009102840.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状のフレームと、前記フレームの下端部に開閉自在に取り付けた１対の掘削シェルと、前記掘削シェルを開閉操作するための操作手段とを有する掘削バケットと、前記フレーム上部のガイド筒部に上昇位置と下降位置とにわたって上下移動自在に取り付けられて、下降位置への落下によりフレームを下方へ打撃するハンマー部材とを有する掘削装置本体と、
前記掘削バケットとハンマー部材とを個別に昇降可能な第１及び第２ワイヤを有するクレーンとを備え、
前記ハンマー部材の打撃力により掘削シェルを地盤に食い込ませて掘削を行う、
ことを特徴とする掘削装置。
【請求項２】
前記操作手段として、前記フレームに上下移動自在に内装されて、上端が第１ワイヤに連結された操作ロッドと、操作ロッドの下端部を１対の掘削シェルにそれぞれ連結する１対の連結ロッドと、操作ロッドをフレームに対して相対的に下側へ付勢して、両掘削シェルを開放姿勢に保持するバネ部材とを備え、前記バネ部材の付勢力を、操作手段を除く掘削バケットの自重が作用しても、掘削シェルを開放姿勢に維持できるが、操作手段を除く掘削バケットの自重とハンマー部材の自重が作用すると、該自重に負けて該自重により両掘削シェルが閉鎖姿勢に回動するように設定した請求項１記載の掘削装置。
【請求項３】
前記掘削バケットとハンマー部材とを相対回転自在に嵌合した請求項１又は２記載の掘削装置。
【請求項４】
前記ハンマー部材として、筒状部材の外周部に角柱状の鉄骨を周方向に一定間隔おきに固定したものを用いた請求項１〜３のいずれか１項記載の掘削装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、硬質地盤に竪穴を掘削するのに好適な掘削装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
硬質地盤に竪穴を掘削する方法として、掘削予定地の地盤に対して予め円筒状のケーシングを押し込み施工してから、開閉可能な１対のシェルを下端に有するグラブハンマーをクレーンで吊り上げて、このグラブハンマーをケーシング内に挿入し、適当高さからグラブハンマーを落下させて、落下時の衝撃によりシェルを地盤に食い込ませ、その後シェルを閉じてシェル内に土砂を保持させた状態で、グラブハンマーを上昇させて、ケーシング内の土砂を順次廃棄することで、地盤に竪孔を掘削する方法が広く採用されている。
【０００３】
ところが、前記掘削方法では、グラブハンマー落下時の衝撃でシェルを地盤に食い込ませる関係上、ケーシング内に地下水や雨水等が溜まっている場合には、水の抵抗によりグラブハンマーの落下速度が急激に低下して、地盤に対してシェルを十分に食い込ませることが困難になることがあった。
【０００４】
そこで、この問題を解消するため、特許文献１には、掘削進行方向に小刻みな打撃を付与可能な駆動部材をグラブハンマーに備えさせたものも提案されている。また、この特許文献１には、駆動部材として、グラブハンマーに複数の油圧シリンダを縦向きに設けて、この油圧シリンダ内においてピストンを上下移動させることで、掘削進行方向に小刻みな打撃を付与するように構成した駆動部材が記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平０５−３２１５６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１記載の発明では、ケーシング内に地下水や雨水等が溜まった場合でも効率的に掘削できるが、汎用品でない特殊な油圧シリンダを２個設ける必要があり、グラブハンマーの製作コストが高くなるという問題がある。また、油圧シリンダへ圧油を供給するための油圧供給装置を設ける必要があり、掘削設備コストが全体的に高くなるという問題もある。しかも、グラブハンマーをケーシング内の泥水に浸漬させる関係上、シェルに開閉不良が発生するなど、回転部分や摺動部分における動作不良が懸念され、到底実施できるものではなかった。
【０００７】
本発明の目的は、安価に実施可能で、しかも硬質な地盤であっても効率的に掘削可能な掘削装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る掘削装置は、筒状のフレームと、前記フレームの下端部に開閉自在に取り付けた１対の掘削シェルと、前記掘削シェルを開閉操作するための操作手段とを有する掘削バケットと、前記フレーム上部のガイド筒部に上昇位置と下降位置とにわたって上下移動自在に取り付けられて、下降位置への落下によりフレームを下方へ打撃するハンマー部材とを有する掘削装置本体と、前記掘削バケットとハンマー部材とを個別に昇降可能な第１及び第２ワイヤを有するクレーンとを備え、前記ハンマー部材の打撃力により掘削シェルを地盤に食い込ませて掘削を行うものである。
【０００９】
この掘削装置を用いて地盤に竪穴を掘削する際には、先ず、クレーンの第１ワイヤと第２ワイヤとで掘削バケットとハンマー部材とをそれぞれ吊り上げた状態で、掘削バケットをハンマー部材とともに、掘削予定位置に予め埋設施工したケーシング内に挿入し、掘削シェルを開いた状態で掘削バケットをケーシング内の地盤に着底させる。次に、第２ワイヤによりハンマー部材をフレームのガイド筒部に沿って上昇させた後、ハンマー部材を下降位置まで落下させて、下降位置においてハンマー部材でフレームを下方へ打撃し、掘削シェルをケーシング内の地盤に食い込ませる。そして、掘削シェルの地盤に対する食い込み量が少ないときには、ハンマー部材を上昇させてフレームを打撃する前記操作を複数回行って、所望の深さまで掘削シェルを地盤に食い込ます。こうして、掘削シェルを所望の深さまで地盤に食い込ませてから、操作手段により掘削シェルを閉じて、掘削した土砂を掘削シェル内に保持させ、この状態で掘削バケットをハンマー部材とともに上昇させてケーシングから抜き取り、予め設定した排出位置に掘削シェル内の土砂を排出する。そして、前記と同様に、掘削バケットとハンマー部材とを吊り上げてケーシング内に挿入し、ケーシング内の地盤を順次掘削することになる。ただし、掘削バケット及びハンマー部材をケーシング内に挿入するときに、掘削バケット及びハンマー部材を落下させて、掘削シェルを地盤に食い込ませ、それでも食い込み量が不足している場合には、ハンマー部材でフレームを打撃して、掘削シェルを所望の深さまで地盤に食い込ませてもよい。
【００１０】
この掘削装置では、ハンマー部材でフレームを打撃して掘削シェルを段階的に地盤に食い込ませることができるので、硬質地盤を掘削する場合や、地下水や雨水などによりケーシング内が水没している場合でも、打撃回数を増やすことで、掘削シェルを所望の深さまで地盤に食い込ませて、効率よく地盤を掘削することができる。しかも、既存のクレーンにより第１ワイヤと第２ワイヤを操作することで掘削作業を行えるので、油圧シリンダを設ける場合と比較して、掘削バケット自体の製作コストも安くなるし、油圧供給装置等の外部機器も不要となるので、格段に安価に実施できる。
【００１１】
ここで、前記操作手段として、前記フレームに上下移動自在に内装されて、上端が第１ワイヤに連結された操作ロッドと、操作ロッドの下端部を１対の掘削シェルにそれぞれ連結する１対の連結ロッドと、操作ロッドをフレームに対して相対的に下側へ付勢して、両掘削シェルを開放姿勢に保持するバネ部材とを備え、前記バネ部材の付勢力を、操作手段を除く掘削バケットの自重が作用しても、掘削シェルを開放姿勢に維持できるが、操作手段を除く掘削バケットの自重とハンマー部材の自重が作用すると、該自重に負けて該自重により両掘削シェルが閉鎖姿勢に回動するように設定したものを採用することが好ましい実施の形態である。
【００１２】
この場合には、操作ロッドと連結ロッドとバネ部材とからなる簡単な構成で且つ安価に製作可能な操作手段を設けることで、必要なタイミングで掘削シェルを開閉させることができる。具体的には、掘削バケット及びハンマー部材をケーシングに装填するときには、ハンマー部材の自重が掘削バケットに作用しないように両者をクレーンで吊り上げることで、両掘削シェルを開放姿勢に維持した状態で、掘削バケットをケーシング内の地盤に着底させることができる。また、地盤に食い込ませた掘削シェルを閉鎖姿勢にして、掘削した土砂を掘削シェルに保持させるときには、ハンマー部材の自重を掘削シェルに作用させながら、第１ワイヤにより掘削シェルとともにハンマー部材を上昇させることで、操作手段を除く掘削バケットの自重とハンマー部材の自重で掘削シェルを閉鎖姿勢側へ操作して、掘削した土砂を掘削シェルに保持させた状態で、掘削バケットとハンマー部材をケーシング外へ移動させることができる。更に、掘削した掘削シェル内の土砂を外部に排出する際には、第２ワイヤによりハンマー部材を吊り上げて、掘削バケットに作用していたハンマー部材の自重を無くし、バネ部材の付勢力により掘削シェルを開放姿勢へ操作することで、掘削バケット内に保持した土砂を排出することができる。
【００１３】
前記掘削バケットとハンマー部材とを相対回転自在に嵌合することも好ましい。このように構成すると、第１ワイヤと第２ワイヤとが絡まることを防止することができる。
【００１４】
前記ハンマー部材として、筒状部材の外周部に角柱状の鉄骨を周方向に一定間隔おきに固定したものを用いることもできる。この場合には、安価に入手可能な鋼管などの筒状部材と鉄骨とでハンマー部材を構成できるので、ハンマー部材を安価に製作することが可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る掘削装置によれば、ハンマー部材でフレームを打撃して掘削シェルを段階的に地盤に食い込ませることができるので、硬質地盤を掘削する場合や、地下水や雨水などによりケーシング内が水没している場合でも、打撃回数を増やすことで、掘削シェルを所望の深さまで地盤に食い込ませて、効率よく地盤を掘削することができる。しかも、既存のクレーンにより第１ワイヤと第２ワイヤを操作することで掘削作業を行えるので、油圧シリンダを設ける場合と比較して、掘削バケット自体の製作コストも安くなるし、油圧供給装置等の外部機器も不要となるので、格段に安価に実施できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図１に示すように、掘削装置１は、掘削バケット２とハンマー部材３とを有する掘削装置本体４と、掘削バケット２とハンマー部材３とを個別に昇降可能な第１及び第２ワイヤ５、６を有するクレーン７とを備え、揺動式や前部旋回式などの周知の構成のケーシングジャッキ８により、掘削予定位置の地盤に予め施工したケーシング９内に、掘削装置本体４をクレーン７で吊り上げて挿入し、掘削装置本体４にてケーシング９内の土砂を順次掘削して、地盤に竪穴を施工するものである。尚、クレーン７自体は２本のワイヤ５、６をそれぞれ独立に操作可能な図示外のウインチを有する周知の構成のものなのでその詳細な説明は省略する。
【００１７】
掘削装置本体４の掘削バケット２は、図２、図３に示すように、筒状のフレーム１０と、フレーム１０の下端部に開閉自在に取り付けた１対の掘削シェル１１と、掘削シェル１１を開閉操作するための操作手段１２とを備え、掘削装置本体４のハンマー部材３は、フレーム１０上部のガイド筒１３に、図３に実線で図示の上昇位置と、図２に実線で図示の下降位置とにわたって上下移動自在に取り付けられ、ハンマー部材３が下降位置まで落下したときの打撃力で地盤を掘削できるように構成したものである。
【００１８】
掘削バケット２について説明すると、図２〜図８に示すように、シェル取付枠１５とシェル取付枠１５から上方へ延びる円筒状のガイド筒１３とからなる筒状のフレーム１０が設けられ、シェル取付枠１５の下端部には１対の掘削シェル１１がピン部材１６を中心に図５に実線で図示の開放姿勢と、仮想線で図示の閉鎖姿勢とに回動自在に支持されている。掘削シェル１１はスコップ状の部材で構成され、閉鎖姿勢において両掘削シェル１１は略円錐状に組み合わされて、その内側に土砂等を収容できるように構成されている。また、開放姿勢において、掘削シェル１１の側壁は略鉛直方向に配置され、フレーム１０からの打撃力が作用しても、ピン部材１６を中心とした回転方向に大きな力が作用しないように構成されている。尚、符号１７は、シェル取付枠１５内に土砂が詰まったときに、それを棒等で突き崩すための開口である。
【００１９】
掘削シェル１１を開閉操作するための操作手段１２は、フレーム１０に上下移動自在に内装された操作ロッド２０と、操作ロッド２０の下端部を両掘削シェル１１に回動自在に連結する１対の連結ロッド２１と、操作ロッド２０をフレーム１０に対して相対的に下側へ付勢して、両掘削シェル１１を開放姿勢に保持するバネ部材２２とを備えている。
【００２０】
操作ロッド２０は、ガイド筒１３に僅かな隙間をあけて上下移動自在に内嵌した円筒状の下部操作部材２３と、下部操作部材２３よりも小径円筒状の上部操作部材２４とで構成され、上部操作部材２４の下端部は下部操作部材２３の上端部に挿入され、両操作部材２３、２４はリブ部材２５を介して同軸上に連結され、下部操作部材２３の上側には円板状のバネ受け板２６が設けられている。
【００２１】
下部操作部材２３の下端部内には１対の支持リブ２７が略平行に固定され、連結ロッド２１の上端部は両支持リブ２７間に枢支ピン２８を介して回動自在に連結されている。掘削シェル１１には略Ｌ字状のアーム部材２９が固定され、連結ロッド２１の下端部はアーム部材２９の内側端部に連結ピン３０を介して連結され、両掘削シェル１１は、操作ロッド２０が下側へ移動すると開放姿勢側へ回動し、操作ロッド２０が上側へ移動すると閉鎖姿勢側へ回動するように、操作ロッド２０に連結されている。
【００２２】
ガイド筒１３の上端近傍部の内側には略円板状のバネ押え板３１が設けられ、ガイド筒１３の上端近傍部の外側にはリング状のストッパー板３２が設けられ、バネ押え板３１とストッパー板３２とはボルト３３によりガイド筒１３に固定されている。上部操作部材２４はバネ押え板３１を貫通して上方へ突出され、上部操作部材２４の上端部には第１ワイヤ５が連結されている。
【００２３】
バネ押え板３１とバネ受け板２６間において上部操作部材２４には圧縮コイルバネからなるバネ部材２２が外装され、操作ロッド２０は、バネ部材２２により、ガイド筒１３に対して常時下側、即ち掘削シェル１１が開放する方向に付勢されている。
【００２４】
バネ部材２２の付勢力は、操作手段１２を除く掘削バケット２の自重がバネ部材２２に作用しても、掘削シェル１１を開放姿勢に維持できるが、操作手段１２を除く掘削バケット２の自重とハンマー部材３の自重がバネ部材２２に作用すると、該自重に負けて該自重により両掘削シェル１１が閉鎖するように設定されている。
【００２５】
ハンマー部材３は、鋼管などからなる筒状部材３５の外周部に、錘としての角柱状の鉄骨３６を周方向に一定間隔おきに固定した重量物で構成されている。ハンマー部材３の上端部には第２ワイヤ６の下端部が連結され、ハンマー部材３は第２ワイヤ６により、上昇位置と下降位置とにわたって、掘削バケット２のガイド筒１３に対して相対的に上下移動自在に外嵌されている。ハンマー部材３の下端部内には係合部材３７が内側へ突出状に固定され、上昇位置において係合部材３７がガイド筒１３のストッパー板３２に係合することで、ハンマー部材３がガイド筒１３から脱落しないように構成されている。ガイド筒１３とシェル取付枠１５との結合部には略水平な受圧部３８が形成され、ハンマー部材３の下端部でこの受圧部３８を打撃して、掘削バケット２に打撃力を付与できるように構成されている。尚、本実施の形態では、ハンマー部材３として、直径６００ｍｍで長さ３０００ｍｍの鋼管の外周部に、一辺が１００ｍｍの横断面が正方形の鉄骨を円周方向に一定間隔をあけて６本固定し、重さを５ｔｏｎに設定したものを用いたが、鋼管の直径や長さ、鉄骨の本数等は、掘削する竪穴の直径などに応じて任意に設定することができる。
【００２６】
次に、前記掘削装置１を用いた掘削方法について説明する。
先ず、ケーシングジャッキ８により、掘削予定位置の地盤に予め円筒状のケーシング９を押し込み施工する。
【００２７】
次に、クレーン７の第１ワイヤ５と第２ワイヤ６とで掘削バケット２とハンマー部材３とをそれぞれ吊り上げて、掘削バケット２をハンマー部材３とともにケーシング９内に挿入する。このとき、図９（ａ）に示すように、ハンマー部材３の自重が掘削バケット２に作用しないように、掘削バケット２とハンマー部材３とクレーン７で同期させながら吊り上げて、バネ部材２２の付勢力により両掘削シェル１１を開放させた状態で、掘削バケット２をケーシング９内の地盤に着底させる。
【００２８】
次に、図９（ｂ）に示すように、第２ワイヤ６によりハンマー部材３をフレーム１０のガイド筒１３に沿って上昇位置側へ上昇させた後、ハンマー部材３を下降位置まで落下させて、下降位置においてハンマー部材３でフレーム１０の受圧部３８を下方へ打撃し、掘削シェル１１をケーシング９内の地盤に食い込ませる。そして、掘削シェル１１の地盤に対する食い込み量が１回の打撃では少ないときには、ハンマー部材３を再度上昇させてフレーム１０の受圧部３８を再度打撃し、必要に応じて複数回この作業を行って、所望の深さまで掘削シェル１１を地盤に食い込ます。尚、ハンマー部材３は、上昇位置まで上昇させてから落下させてもよいし、上昇位置まで上昇させない状態で落下させてもよい。また、設定速度でハンマー部材３を下降させて、受圧部３８に打撃力を作用させることもできる。更に、第１ワイヤ５を微少高さだけ引き上げて、掘削シェル１１をシャクリ上げて、掘削シェル１１を地盤に食い込ませることも可能である。
【００２９】
こうして、掘削シェル１１を所望の深さまで地盤に食い込ませてから、図９（ｃ）に示すように、第１ワイヤ５により掘削バケット２を上昇させることで、ハンマー部材３の自重をフレーム１０に作用させながら、掘削バケット２とともにハンマー部材３を上昇させることで、操作手段１２を除く掘削バケット２の自重とハンマー部材３の自重で掘削シェル１１を閉鎖姿勢側へ操作して、掘削した土砂を掘削シェル１１に保持させた状態で、掘削バケット２とハンマー部材３をケーシング９外へ移動させる。
【００３０】
次に、掘削バケット２をハンマー部材３とともに予め設定した土砂排出位置の上方位置に移動させ、第２ワイヤ６によりハンマー部材３を吊り上げて、掘削バケット２に作用していたハンマー部材３の自重を無くし、バネ部材２２の付勢力により掘削シェル１１を開放姿勢へ操作して、掘削バケット２内に保持した土砂を排出する。
【００３１】
このようにして土砂を排出してから、前記と同様に、掘削バケット２とハンマー部材３とをケーシング９内に挿入し、ケーシング９内の地盤を順次掘削することになる。ただし、掘削バケット２及びハンマー部材３をケーシング９内に挿入するときに、掘削シェル１１を開放させた状態で、掘削バケット２及びハンマー部材３を落下させて、掘削シェル１１を地盤に食い込ませ、それでも食い込み量が不足している場合には、ハンマー部材３でフレーム１０を打撃して、掘削シェル１１を所望の深さまで地盤に食い込ませるように構成してもよい。尚、ワイヤ５、６に捩じれが発生した場合には、掘削バケット２とハンマー部材３とをワイヤ５、６で吊り上げて、両者を相対回転させることで、ワイヤ５、６の捩じれを解消することになる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】掘削装置の全体構成図
【図２】掘削装置本体の正面図
【図３】掘削装置本体の要部を切り欠いた正面図
【図４】掘削バケットとハンマー部材との係合部分の縦断面図
【図５】掘削バケットの掘削シェル付近の縦断面図
【図６】図３のVI-VI線断面図
【図７】図３のVII-VII線断面図
【図８】図３のVIII-VIII線断面図
【図９】（ａ）〜（ｃ）は掘削方法の説明図
【符号の説明】
【００３３】
１      掘削装置          ２      掘削バケット
３      ハンマー部材      ４      掘削装置本体
５      第１ワイヤ        ６      第２ワイヤ
７      クレーン          ８      ケーシングジャッキ
９      ケーシング        １０    フレーム
１１    掘削シェル        １２    操作手段
１３    ガイド筒          １５    シェル取付枠
１６    ピン部材          １７    開口
２０    操作ロッド        ２１    連結ロッド
２２    バネ部材          ２３    下部操作部材
２４    上部操作部材      ２５    リブ部材
２６    バネ受け板        ２７    支持リブ
２８    枢支ピン          ２９    アーム部材
３０    連結ピン          ３１    バネ押え板
３２    ストッパー板      ３３    ボルト
３５    筒状部材          ３６    鉄骨
３７    係合部材          ３８    受圧部
【図１】
2009102840.tif 000003
【図２】
2009102840.tif 000004
【図３】
2009102840.tif 000005
【図４】
2009102840.tif 000006
【図５】
2009102840.tif 000007
【図６】
2009102840.tif 000008
【図７】
2009102840.tif 000009
【図８】
2009102840.tif 000010
【図９】
2009102840.tif 000011