(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーソンにスラブ底板を設置し、該スラブ底板の下部に形成した作業室に加圧空気を供給して、作業室に臨む掘削地盤から地下水の流入を防止しつつ、作業室に設置した掘削装置により地盤を掘削する圧気ケーソン施工設備において、
前記スラブ底板に、ケーシング内にリボンスクリューが回転自在に配置されて掘削土砂を連続的に排出するとともに、ケーシング内で圧縮した土砂により作業室と大気側とをシールする排土用スクリューコンベヤを貫設し、
前記排土用スクリューコンベヤは、リボンスクリューの外周部に軸心方向に所定間隔あけて取り付けられるとともにケーシングに回転自在に支持された複数の旋回リングが設けられ、かつ前記旋回リングの少なくとも一部に排土用駆動装置が連結された
ことを特徴とする圧気ケーソン施工設備。
【請求項２】
リボンスクリューの中空部に、当該リボンスクリューを回転自在に支持する固定軸を設けた
ことを特徴とする請求項１記載の圧気ケーソン施工設備。
【請求項３】
リボンスクリューの中空部に、当該リボンスクリューを回転自在に支持するとともにリボンスクリューの回転方向に対して逆方向に回転される回転軸を設けた
ことを特徴とする請求項１記載の圧気ケーソン施工設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、橋梁や構造物の基礎やタンク、トンネル、立坑などの地下構造物、岸壁やドライドッグなどの土留め構造物などの施工に使用する圧気ケーソン施工設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧気ケーソン工法で、ケーソン本体の底部にスラブを設け、スラブ下方を作業空間として圧縮空気を注入し、地下水の流入を防止しつつ掘削装置を用いて所定深さまで地盤を掘削する、いわゆるニューマチックケーソン工法がある。
【０００３】
このニューマチックケーソン工法では、作業空間に設置される掘削装置は、遠隔操作されるなど自動化されているが、掘削した土砂の排出には、アースバスケットが使用されている。このアースバスケットは、作業空間と大気側との間で、マテリアルロックにより作業空間の加圧空気を逃すのを防止しつつ土砂を積載したバスケットを昇降移動させて出し入れし、掘削土砂を排出するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記アースバスケットでは、バスケットの昇降経路に形成された区画を大気側または作業空間と均等圧に調整する時間や、バスケットの移動に要する時間、バスケットに土砂を出し入れする時間、調圧室のマテリアルロックの開閉時間などに時間を要し、土砂を効率良く搬送できないという問題があった。
【０００５】
本発明は上記問題点を解決して、作業室をシールしつつ効率よく掘削土砂を排出することができる圧気ケーソン施工設備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】
上記目的を達成するために請求項１記載の発明は、ケーソンにスラブ底板を設置し、該スラブ底板の下部に形成した作業室に加圧空気を供給して、作業室に臨む掘削地盤から地下水の流入を防止しつつ、作業室に設置した掘削装置により地盤を掘削する圧気ケーソン施工設備において、前記スラブ底板に、ケーシング内にリボンスクリューが回転自在に配置されて掘削土砂を連続的に排出するとともに、ケーシング内で圧縮した土砂により作業室と大気側とをシールする排土用スクリューコンベヤを貫設し、前記排土用スクリューコンベヤは、リボンスクリューの外周部に軸心方向に所定間隔あけて取り付けられるとともにケーシングに回転自在に支持された複数の旋回リングが設けられ、かつ前記旋回リングの少なくとも一部に排土用駆動装置が連結されたものである。
【０００７】
上記構成によれば、排土用スクリューコンベヤにより、搬送する土砂で作業室と大気側とをシールして作業室の加圧空気圧を保持しつつ掘削土砂を連続して排出することができるので、従来のアースバスケットの通過空間での圧力調整や間欠搬送などに比較して、土砂の連続した搬出が可能で効率よく行うことができ、また無駄な停止時間がなく、さらに圧縮空気漏れ、音、漏気による動力損失も殆どない。また排土用スクリューコンベヤのリボンスクリューにより、軸付スクリューに比較して土砂の共周りや付着がなく、効率よく土砂を搬送揚収することができる。
【０００８】
また請求項２記載の発明は、請求項１記載の圧気ケーソン施工設備において、リボンスクリューの中空部に、当該リボンスクリューを回転自在に支持する固定軸を設けたものである。
【０００９】
上記構成によれば、固定軸により、土砂の荷重および搬送負荷によるリボンスクリューの伸びを防止でき、また固定軸と土砂との摩擦力により、土砂の共周りを防止して効果的な搬送揚収が可能となる。
【００１０】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の圧気ケーソン施工設備において、リボンスクリューの中空部に、当該リボンスクリューを回転自在に支持するとともにリボンスクリューの回転方向に対して逆方向に回転される回転軸を設けたものである。
【００１１】
上記構成によれば、回転軸により、土砂の共周りを防止し、リボンスクリューによる搬送力を増大することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
ここで、本発明に係る圧気ケーソン施工設備の実施の形態を図１〜図４に基づいて説明する。
【００１４】
図１に示すように、地中に垂設設置された円筒状または角筒状のケーソン本体１の底部にスラブ底板２が設置され、その下部に先尖り状断面の外周沈降壁１ａに囲まれた作業室４が形成されている。この作業室４には、スラブ底板２に、作業アームにより掘削用バスケットを駆動する掘削装置６が移動用レール５を介して移動自在に設置され、作業室４から区画された運転室７から掘削装置６が遠隔操作される。前記運転室７には、スラブ底板２を貫通して立設されたマンシャフト８が接続され、大気側３から作業者が運転室７に出入り可能に構成されている。
【００１５】
スラブ底板２には、図２，図３に示すように、円筒状ケーシング１２内に螺旋状スクリューであるリボンスクリュー１３が軸心周りに回転自在に配置された排土用スクリューコンベヤ１１が設置筒１０を介して挿脱、回転、スライド自在に立設配置され、掘削土砂を連続的に排出するとともに、ケーシング１２内で圧縮された土砂により、作業室４と大気側３とがシールされて作業室４の加圧空気が大気側３に漏出するのが防止されている。
【００１６】
この排土用スクリューコンベヤ１１のリボンスクリュー１３は、中空部に何も配設されていない中空状に構成されている。またリボンスクリュー１３の外周部には、複数の旋回リング１４が軸心方向に所定間隔をあけて取付けられ、これら旋回リング１４は軸受を介してケーシング１２に回転自在に支持されている。これら旋回リング１４により土砂の荷重と搬送負荷によるリボンスクリュー１３の伸びが防止されている。また前記旋回リング１４は、排土用駆動装置１８から回転駆動力が伝達されており、排土用駆動装置１８は、旋回リング１４の外周部に形成された受動リングギヤ１５と、ケーシング１２の上部に配置された回転駆動装置（油圧式または電動式モータ）１６と、この回転駆動装置１６により連動軸１６ａを介してそれぞれ回転駆動されて受動リングギヤ１５に噛合する駆動ピニオン１７とで構成されている。なお、ここではすべての旋回リング１４に受動リングギヤ１５を設けたが、一部の旋回リング１４にのみ排土用駆動装置１８を連結してもよい。またケーシング１２が長大になる場合には、回転駆動装置１６を複数個所に配置して、それぞれ受動リングギヤ１５に噛合する駆動ピニオン１７を設けてもよい。
【００１７】
ケーシング１２には、ケーシング本体１２ａの下部に旋回用ケーシング１２ｂが軸受を介して軸心周りに回転自在に支持されており、この旋回用ケーシング１２ｂの下部に形成された投入口１９に、投入用スクリュフィーダ２１が軸受装置２０を介して上下揺動自在に接続されている。投入用スクリュフィーダ２１は、投入用ケーシング２２内に投入用リボンスクリュー２３が軸心周りに回転自在に配置され、先端側に設けられた投入用回転駆動装置２４により投入用リボンスクリュー２３が回転駆動される。これにより、投入用ケーシング２２の先端側に取付けられた投入ホッパ２５に投入された土砂を排土用スクリューコンベヤ１１に送り込むように構成される。またケーシング本体１２ａの下部には、旋回用ケーシング１２ｂを介して投入用スクリュフィーダ２１を旋回移動させ投入ホッパ２５の位置を移動可能な投入用旋回駆動装置２６が設けられている。さらに旋回用ケーシング１２ｂと投入用ケーシング２２との間に、投入用スクリュフィーダ２１を軸受装置２０を中心に上下に揺動する投入用揺動装置（油圧式、電動式のシリンダやジャッキなど）２７が連結されている。前記投入用旋回駆動装置２６は、旋回用ケーシング１２ｂに取付けられた受動リングギヤ２６ａと、該受動リングギヤ２６ａに噛合されて旋回用駆動装置２６ｂにより回転駆動される駆動ピニオン２６ｃにより構成される。
【００１８】
排土用スクリューコンベヤ１１の上部一側面に形成された排出口２８には、図４に示すように、排出シュート２９が取付けられるとともに、土砂の排出量を調整して土砂プラグを形成する開閉シャッター装置３０が設けられており、開閉シャッター装置３０は排出口２８を開閉する開閉板３０ａと、該開閉板３０ａを上下方向にスライドさせる開閉駆動装置（油圧シリンダ装置）３０ｂとを具備している。
【００１９】
排出シュート２９の下方には排出用コンベヤ４１が配置されて、排土用スクリューコンベヤ１１により排出された土砂を土砂排出ホッパー３２に搬送する。３３はケーソン本体１に内装されてエアユニット３４から作業室４に、地下水の漏出を防止する加圧空気供給用のエア配管である。
【００２０】
図５は第２の実施の形態を示すものである。以下の実施の形態において、同一の部材には、第１の実施の形態と同一符号を付して説明を省略する。
排土用スクリューコンベヤ１１の上部排出口２８に排出用スクリューコンベヤ４１を接続し、また排土用スクリューコンベヤ１１、投入用スクリュフィーダ２１および排出用スクリューコンベヤ４１のそれぞれのリボンスクリュー１３，２３，４２の中空部軸心位置に、所定隙間をあけて固定軸４３，４４，４５を配置し、必要に応じて固定軸４３，４４，４５に軸心方向に所定間隔ごとに軸受を介してリボンスクリュー１３，２３，４２をそれぞれ支持させるように構成される。
【００２１】
これにより、土砂の重量や搬送荷重によるリボンスクリュー１３，２３，４２の伸びを防止するとともに、固定軸４３，４４，４５と土砂との摩擦により土砂の共周りを防止して、搬送効率を向上させることができる。なお、前記固定軸４３，４４，４５を回転可能な回転軸として回転駆動装置を連結し、リボンスクリュー１３，２３，４２と逆方向に回転させることにより、さらに搬送効率を向上させることができる。また、ケーシング１２の断面積が削減されることにより、土砂プラグが形成されやすくなり、シール性能を向上させることができる。さらに、固定軸４３または回転軸を利用して前記エア配管３３を内装または形成することができる。
【００２２】
図６は、第３の実施の形態を示し、第１の実施の形態の排土用スクリューコンベヤ１１の排出口２８近傍に、土砂プラグを形成する形成ゾーン５３を調整可能なプラグ調整装置５０を設けたものである。
【００２３】
すなわち、ケーシング本体１２ａの上端部に可動ケーシング５１を伸縮自在に嵌合させ、この可動ケーシング５１に排出シュート２９を有する排出口２８を形成している。そして、可動ケーシング５１内のリボンスクリュー１３を削除して土砂プラグが形成されるプラグ形成ゾーン５３を設け、さらにプラグ調整駆動装置（油圧式のジャッキ、シリンダなど）５２により可動ケーシング５１を軸心方向にスライドさせてプラグ形成ゾーン５３を伸縮することにより、プラグ形成ゾーン５３の長さを調整することができ、これにより作業室４の加圧空気の保持状態を調整することができる。
【００２４】
図７，図８は、第４の実施の形態を示し、排土用スクリューコンベヤ１１の下端部に掘削土砂を掻き集める収集装置６１を設けたものである。
この収集装置６１は、ケーシング本体１２ａの下部に、軸受を介して軸心周りに回転自在な掘削用回転筒６２が設けられ、掘削収集用駆動装置６３によりリボンスクリュー１３と逆方向に掘削用回転筒６２が回転駆動される。前記掘削収集用駆動装置６３は、掘削用回転筒６２の外周部に取付けられた受動リングギヤ６２ａと、この受動リングギヤ６２ａに噛合する駆動ピニオン６２ｂと、この駆動ピニオン６２ｂを回転駆動する掘削用回転駆動装置６２ｃとで構成されている。また掘削用回転筒６２の下端入口６５には、地盤を掘削するとともに土砂を入口に案内する掻き込み羽根６４が取付けられている。リボンスクリュー１３の中空部には、回転駆動装置１６によりリボンスクリュー１３に対して逆回転されるとともに、リボンスクリュー１３を所定位置で軸受を介して支持する回転軸６７が配置され、この回転軸６７の先端部に掻き込み羽根６４が取付けられて、必要に応じて軸受を介して支持されている。また掘削用回転筒６２の外周部には、回転により、掘削土砂を下方の下端入口６５に案内する螺旋状のスクリュー羽根６６が取付けられている。
【００２５】
上記構成において、掘削用回転駆動装置６３により掻き込み羽根６４を回転させて地盤を先行掘削し、掻き込み羽根６４が掘削土砂中に埋まるようにするとともに、掘削装置６により下端入口６５に土砂を集めることにより、土砂を排土用スクリューコンベヤ１１に案内して効率良く排出することができる。また、リボンスクリュー１３の中空部に配置された回転軸４３により、ケーシング１２の断面を縮小して土砂プラグの形成を促進してシール性能を向上させるとともに、逆回転される回転軸６７と土砂との摩擦により、土砂をより効率よく搬送することができる。掘削用回転筒６２の駆動用の部材６２ａ〜６２ｃに代えて、回転軸６７と収集装置６１とを連結し、回転軸６７により掘削用回転筒６２を回転させてもよい。
【００２６】
図９は、投入用スクリュフィーダ２１の先端部に、駆動装置により回転駆動される回転ホイールの外周部に複数の掘削収集用のバスケットを取付けたリクレーマ装置（収集装置）７１を設けたものである。このリクレーマ装置７１により、バスケットで掘削すると同時に掘削装置６により掘削された土砂を掻き集めて投入用スクリュフィーダ２１に供給することができ、効率の良い掘削が期待できる。なお、スクリューコンベヤ１１を設置筒１０を介して昇降自在に配置し、図示しないシリンダ装置により昇降移動できるように構成することもできる。
【００２７】
上記各実施の形態によれば、
（１）加圧空気を充満させた作業室４に、ケーシング１２内に土砂を充満させつつリボンスクリュー１３により土砂を搬出するので、ケーシング１２内の充満した土砂により形成される土砂プラグにより、作業室４の加圧空気の漏出を防止することができると同時に、土砂を連続的に排出することができる。またスクリューコンベヤ１１を使用するので、土砂がケーシング１２内に充満しているため動力損失が少なく、運搬効率が良い。
【００２８】
（２）土砂プラグにより作業室４をシールしつつ連続的に土砂を排出することができるので、従来のようにアースバスケットをマテリアルロックによりシールする構造に比べて、装置全体を小型化することができる。
【００２９】
（３）また従来のようにアースバスケットをマテリアルロックによりシールして間欠的に搬出するのに比べて、排出に要する時間を大幅に短縮することができる。
【００３０】
（４）従来のマテリアルロックが不要となるので、加圧空気の漏出量を大幅に削減でき、また漏出音もなくなるので、動力の低減、工事環境の改善、運転コストの削減を図ることができる。
【００３１】
（５）リボンスクリュー１３の中空部に固定軸４３または回転軸を配置することにより、土砂プラグの形成を促進することができてシール効果を向上させることができるとともに、固定軸４３または回転軸との摩擦により土砂がリボンスクリューとともに旋回する共周りが阻止されて運搬効率を向上させることができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上に述べたごとく請求項１記載の発明によれば、排土用スクリューコンベヤにより、搬送する土砂で作業室と大気側とをシールして作業室の加圧空気圧を保持しつつ掘削土砂を連続して排出することができるので、従来のアースバスケットの通過空間での圧力調整や間欠搬送などに比較して、土砂の連続した搬出が可能で効率よく行うことができ、また無駄な停止時間がなく、さらに圧縮空気漏れ、音、漏気による動力損失も殆どない。また排土用スクリューコンベヤのリボンスクリューにより、軸付スクリューに比較して土砂の共周りや付着がなく、効率よく土砂を搬送揚収することができる。
【００３３】
請求項２記載の発明によれば、固定軸により、土砂の荷重および搬送負荷によるリボンスクリューの伸びを防止でき、また固定軸と土砂との摩擦力により、土砂の共周りを防止して効果的な搬送揚収が可能となる。
【００３４】
請求項３記載の発明によれば、回転軸により、土砂との摩擦力を更に増大させて土砂の共周りを防止し、リボンスクリューによる搬送力を増大することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る圧気ケーソン施工設備の第１実施の形態を示す全体縦断面図である。
【図２】同排土用スクリューコンベヤを示す拡大縦断面図である。
【図３】図２に示すＡ−Ａ矢視図である。
【図４】図２に示すＢ−Ｂ矢視図である。
【図５】本発明に係る圧気ケーソン施工設備の第２実施の形態を示す全体縦断面図である。
【図６】本発明に係る圧気ケーソン施工設備の第３実施の形態を示し、排土用スクリューコンベヤ上部の断面図である。
【図７】本発明に係る圧気ケーソン施工設備の第４実施の形態を示す全体縦断面図である。
【図８】同排土用スクリューコンベヤの全体縦断面図である。
【図９】本発明に係る圧気ケーソン施工設備の第５実施の形態を示す全体縦断面図である。
【符号の説明】
１    ケーソン本体
２    スラブ底板
３    大気側
４    作業室
５    移動用レール
６    掘削装置
７    運転室
１１    排土用スクリューコンベヤ
１２    ケーシング
１３    リボンスクリュー
１８    排土用駆動装置
２１    投入用スクリュフィーダ
２２    投入用ケーシング
２３    投入用リボンスクリュー
２４    投入用回転駆動装置
２５    投入ホッパ
２６    投入用旋回駆動装置
２７    投入用揺動装置
３０    開閉シャッター装置
４１    排出用スクリューコンベヤ
４２    リボンスクリュー
４３，４４，４５  固定軸
５０    プラグ調整装置
５１    可動ケーシング
５２    プラグ調整駆動装置
５３    形成プラグゾーン
６１    収集装置
６４    掻き込み羽根
７１    クレーマ装置
【図１】
0003835992.tif 000002
【図２】
0003835992.tif 000003
【図３】
0003835992.tif 000004
【図４】
0003835992.tif 000005
【図５】
0003835992.tif 000006
【図６】
0003835992.tif 000007
【図７】
0003835992.tif 000008
【図８】
0003835992.tif 000009
【図９】
0003835992.tif 000010