(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
底部先端にカッタを有し底部付近に土砂取り込み口を設けた先端ケーシングと、先端ケーシングを回転させながらその軸方向に押し込むことができる回転押し込み装置と、先端ケーシングに取り付けられ先端ケーシングで掘削する円形穴の周囲を径方向に拡大するようリング状に掘削する拡径用掘削装置とを備えた縦穴掘削用の地中掘削装置において、拡径領域の最外周部位を掘削するのに用いる最外周部掘削用ローラカッタと、拡径領域の最外周部位より内周側を掘削するのに用いる拡径部掘削用ローラカッタと、拡径領域の最外周部位を掘削しローラカッタより軟質の地盤を掘削するのに用いる最外周部掘削用カッタと、拡径領域の最外周部位より内周側を掘削しローラカッタより軟質の地盤を掘削するのに用いる拡径部掘削用カッタと、最外周部掘削用ローラカッタを径方向及び軸方向に変位させるように駆動する最外周部掘削用ローラカッタの駆動手段と、拡径部掘削用ローラカッタを軸方向に変位させるように駆動する拡径部掘削用ローラカッタの駆動手段と、最外周部掘削用カッタを径方向及び軸方向に変位させるように駆動する最外周部掘削用カッタの駆動手段と、拡径部掘削用カッタを軸方向に変位させるように駆動する拡径部掘削用カッタの駆動手段とを設けて拡径用掘削装置を構成したことを特徴とする地中掘削装置。
【請求項２】
先端ケーシングの外周に、この先端ケーシングの回転が伝達されかつその軸方向に移動できるように嵌挿した筒状部材を設け、この筒状部材に、最外周部掘削用ローラカッタ、拡径部掘削用ローラカッタ、最外周部掘削用カッタ及び拡径部掘削用カッタをそれぞれの駆動手段で駆動できるように取り付けて拡径用掘削装置を構成したことを特徴とする請求項１記載の地中掘削装置。
【請求項３】
最外周部掘削用ローラカッタ、拡径部掘削用ローラカッタ、最外周部掘削用カッタ及び拡径部掘削用カッタを、掘削土砂が土砂取り込み口に取り込まれやすくなるように、土砂取り込み口側に向けて下方に傾斜するように形成したことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の地中掘削装置。
【請求項４】
請求項１記載の地中掘削装置を用いて縦穴を掘削する地中掘削方法であって、ローラカッタで掘削するのに適する硬質の地盤を掘削するときには、最外周部掘削用ローラカッタを径方向及び軸方向に変位させるとともに拡径部掘削用ローラカッタを軸方向に変位させて両カッタで拡径領域を掘削し、その他の地盤を掘削するときには、最外周部掘削用カッタを径方向及び軸方向に変位させるとともに拡径部掘削用カッタを軸方向に変位させて両カッタで拡径領域を掘削し、その場合、地盤を掘削するのに要する掘削トルクの大きさに応じて、その掘削トルクが相対的に大きいときには、拡径領域の掘削と先端ケーシングによる円形穴の掘削とを交互に行い、その掘削トルクが相対的に小さいときには、拡径領域の掘削と先端ケーシングによる円形穴の掘削とを一緒に行うようにしたことを特徴とする地中掘削方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明の技術分野は、底部先端にカッタを有する先端ケーシングと先端ケーシングを回転させながら押し込む回転押し込み装置とを備えた地中掘削装置により縦穴を掘削する地中掘削技術の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
土木、建築工事に使用する大口径鋼管杭や鋼管類等の管状ケーシング（以下「ケーシング」という。）を回転させながら地中に押し込んで、杭等の地中構造物を構築するための縦穴を掘削する地中掘削装置が従来から一般的に知られている。ケーシングは、互いに連結可能な複数の単位ケーシングからなり、最先端の単位ケーシングを先端ケーシング、これに継ぎ足される単位ケーシングを継ぎケーシングと称し、特に先端ケーシングには、地盤掘削用のカッタを設けている。この従来から一般的に知られている地中掘削装置は、先端ケーシングと、先端ケーシングを回転させながら地中に押し込むことができる回転押し込み装置とを備え、ケーシングを回転押し込み装置により把持して回転させながら地中に押し込んで先端ケーシングで円形の縦穴を掘削する。この縦穴の掘削過程で先端ケーシング内に溜った土砂は、ハンマーグラブ等適宜の手段で地上に搬出する。こうして先端ケーシングを地中に建て込んだら、これに継ぎケーシングを適宜継ぎ足して、ケーシングで穴壁の崩壊を防止しながら縦穴を掘削する。こうした方法で縦穴を掘削する工法をオールケーシング工法と称する。
【０００３】
こうした地中掘削装置は、これら先端ケーシングや継ぎケーシングを回転させながら地中に押し込む際、長大なケーシングの外周壁面と地盤との間に大きな摩擦力が作用することから、回転押し込み装置を回転駆動するのに大きな回転トルクを要して、掘削する縦穴の口径や掘削深度に制約をもたらす等の困難をもたらし、特に、口径３ｍ以上の大口径の縦穴を掘削する際に施工上多大の困難をもたらした。こうした問題に対応して、先端ケーシングで掘削される円形穴の周囲を径方向に拡大するようリング状に掘削する拡径用掘削装置を先端ケーシングに取り付た地中掘削装置が提案されている。この地中掘削装置は、先端ケーシングで円形穴を掘削しながらその円形穴の周囲を拡径用掘削装置で拡径して大口径の縦穴を掘削するようにしており、そのため、連結されたケーシングの周面は、ほとんど地盤に接触することなく押し込まれることになる。
【０００４】
こうした拡径用掘削装置を備えた地中掘削装置として、例えば、特許２５５４８２６号明細書、特開平７ー８２９８２号公報及び特開平５ー２２２８９２号公報に記載の装置を挙げることができる。この従来提案されている地中掘削装置では、縦穴の内周側だけを先端ケーシングで掘削し、縦穴の穴壁に近い外周側は、拡径用掘削装置で掘削するようにしていて、壁面積の広い長大なケーシングの周面を縦穴の穴壁に接触させないようにしているため、ケーシングと地盤との間の摩擦力を、通常の地中掘削装置に比べて低減することができて、回転押し込み装置を回転駆動するのに大きな回転トルクを要しないという利点があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、こうした拡径用掘削装置を備えた従来の地中掘削装置では、掘削する地盤の性状にかかわりなく通常のカッタを設けて縦穴を掘削するようにしていたため、その掘削の過程で、掘削する地盤が軟質地盤から硬質地盤へ変わるというように地盤の性状が変化する場合に作業効率の低下をもたらした。このことを明らかにするため、この従来の地中掘削装置について言及すると、先端ケーシングでは、その管状の先端部にカッタを連続的に多条配置することができて多数のカッタを設けているため、例え硬質地盤を掘削してもカッタの摩耗が進展しにくいのに対し、拡径用掘削装置では、カッタを周方向に間隔を置いて断続的にしか配置することができず多数のカッタを設けていないため、硬質地盤を掘削したときにカッタの摩耗が進展しやすい。そのため、縦穴を掘削する過程で、掘削する地盤が軟質地盤から硬質地盤、特に岩地盤へと変化した場合、その摩耗が急激に進展して掘削作業中にカッタを交換しなければならず、その交換に時間を要して作業効率の著しい低下を招いた。こうした問題に対応して、仮に、拡径用掘削装置に当初から硬質地盤掘削用のカッタを設けると、軟質地盤を掘削するときに作業効率の低下を招くことになる。
【０００６】
この出願の発明は、こうした従来の技術にみられる問題を解消しようとするものであって、その第１の技術課題は、拡径用掘削装置を備えた地中掘削装置において、地盤の性状の変化に適応して効率よく縦穴を掘削することができる地中掘削装置を提供することにある。
【０００７】
ここでは掘削する地盤を軟質地盤と硬質地盤とに大別しているが、同じ種類の地盤であっても、場所によってその硬さにある程度の差がある。そのため、従来の地中掘削装置では、掘削する地盤が軟質地盤であって拡径用掘削装置のカッタが地盤に適合していたとしても、地盤によっては、縦穴を掘削する過程で掘削トルクが増加して掘削作業が円滑に行えなくなることがある。
【０００８】
この出願の発明は、こうした問題も解消しようとするものであって、その第２の技術課題は、拡径用掘削装置を備えた地中掘削装置を用いて縦穴を掘削する場合に、地盤の性状の変化に適応して効率よく縦穴を掘削できるだけでなく、縦穴の掘削過程で掘削トルクが増加したときでも円滑に縦穴を掘削することができる地中掘削方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
（Ａ）第１の技術課題を解決するための手段
前記の第１の技術課題は、特許請求の範囲の請求項１に係る地中掘削装置の発明により解決され、その技術課題を解決するためのための手段として、次の１）の手段を採用した。
１）底部先端にカッタを有し底部付近に土砂取り込み口を設けた先端ケーシングと、先端ケーシングを回転させながらその軸方向に押し込むことができる回転押し込み装置と、先端ケーシングに取り付けられ先端ケーシングで掘削する円形穴の周囲を径方向に拡大するようリング状に掘削する拡径用掘削装置とを備えた縦穴掘削用の地中掘削装置において、
拡径領域の最外周部位を掘削するのに用いる最外周部掘削用ローラカッタと、拡径領域の最外周部位より内周側を掘削するのに用いる拡径部掘削用ローラカッタと、拡径領域の最外周部位を掘削しローラカッタより軟質の地盤を掘削するのに用いる最外周部掘削用カッタと、拡径領域の最外周部位より内周側を掘削しローラカッタより軟質の地盤を掘削するのに用いる拡径部掘削用カッタと、最外周部掘削用ローラカッタを径方向及び軸方向に変位させるように駆動する最外周部掘削用ローラカッタの駆動手段と、拡径部掘削用ローラカッタを軸方向に変位させるように駆動する拡径部掘削用ローラカッタの駆動手段と、最外周部掘削用カッタを径方向及び軸方向に変位させるように駆動する最外周部掘削用カッタの駆動手段と、拡径部掘削用カッタを軸方向に変位させるように駆動する拡径部掘削用カッタの駆動手段とを設けて拡径用掘削装置を構成する。
【００１０】
この出願の地中掘削装置の発明は、こうした手段を採用しているので、縦穴を掘削する過程において軟質の地盤を掘削するときには、最外周部掘削用カッタの駆動手段で最外周部掘削用カッタを径方向及び軸方向に変位させるように駆動するとともに拡径部掘削用カッタの駆動手段で拡径部掘削用カッタを軸方向に変位させるように駆動することにより、軟質の地盤の掘削に適した最外周部掘削用カッタ及び拡径部掘削用カッタで効率よく縦穴を掘削することができる。また、縦穴を掘削する過程において硬質の地盤を掘削するときには、最外周部掘削用ローラカッタの駆動手段で最外周部掘削用ローラカッタを径方向及び軸方向に変位させるように駆動するとともに拡径部掘削用ローラカッタの駆動手段で拡径部掘削用ローラカッタを軸方向に変位させるように駆動することにより、硬質の地盤の掘削に適した最外周部掘削用ローラカッタ及び拡径部掘削用ローラカッタで、カッタの交換作業を要することなく効率よく縦穴を掘削することができる。
【００１１】
（Ｂ）第２の技術課題を解決するための手段
前記の第２の技術課題は、特許請求の範囲の請求項４に係る地中掘削方法の発明により解決され、その技術課題を解決するためのための手段として、次の２）の手段を採用した。
２）前記１）のように構成した地中掘削装置を用いて縦穴を掘削する場合、ローラカッタで掘削するのに適する硬質の地盤を掘削するときには、最外周部掘削用ローラカッタを径方向及び軸方向に変位させるとともに拡径部掘削用ローラカッタを軸方向に変位させて両カッタで拡径領域を掘削し、その他の地盤を掘削するときには、最外周部掘削用カッタを径方向及び軸方向に変位させるとともに拡径部掘削用カッタを軸方向に変位させて両カッタで拡径領域を掘削し、その場合、地盤を掘削するのに要する掘削トルクの大きさに応じて、その掘削トルクが相対的に大きいときには、拡径領域の掘削と先端ケーシングによる円形穴の掘削とを交互に行い、その掘削トルクが相対的に小さいときには、拡径領域の掘削と先端ケーシングによる円形穴の掘削とを一緒に行うようにする。
【００１２】
この出願の地中掘削方法の発明では、こうした手段を採用しているので、前記の地中掘削装置の発明と同様、縦穴を掘削する過程において軟質の地盤を掘削するときには、軟質の地盤の掘削に適した最外周部掘削用カッタ及び拡径部掘削用カッタで効率よく縦穴を掘削することができ、硬質の地盤を掘削するときには、硬質の地盤の掘削に適した最外周部掘削用ローラカッタ及び拡径部掘削用ローラカッタで効率よく縦穴を掘削することができる。こうしたことに加え、この出願の地中掘削方法の発明では、特に、地盤を掘削するのに要する掘削トルクが相対的に大きいときに、拡径領域の掘削と先端ケーシングによる円形穴の掘削とを交互に行うようにしているので、縦穴の掘削過程で掘削トルクが増加したときでも円滑に縦穴を掘削することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、この出願の地中掘削装置の発明及びこの出願の地中掘削方法の発明が実際上どのように具体化されるのかを示す具体化例を図１乃至図１４に基づいて説明することにより、この出願の各発明の実施の形態を明らかにする。
【００１４】
まず、図１乃至図９を用いて本発明の地中掘削装置の具体化例を説明する。図１は、拡径用掘削装置を設けた先端ケーシングを地中に設置した状態を示す本発明の具体化例の地中掘削装置に関する垂直断面図、図２は、図１の状態を経た後に回転押し込み装置を設置して完成させた状態を示す本発明の具体化例の地中掘削装置の垂直断面図、図３は、図２の地中掘削装置において掘削開始のために先端ケーシングを持ち上げた状態を示す垂直断面図、図４は、図３の状態を経た後に図２の地中掘削装置で掘削している状態を示す垂直断面図、図５は、左右対称位置の拡径部掘削用ローラカッタの双方を最大限下降させた状態を示す本発明の具体化例の地中掘削装置に関する垂直断面図、図６は、左右対称位置の最外周部掘削用ローラカッタの一方を最大限下降させ他方を最大限上昇させた状態を示す図５と同様の図、図７は、左右対称位置の拡径部掘削用カッタの一方を最大限下降させ他方を最大限上昇させた状態を示す図５と同様の図、図８は、左右対称位置の最外周部掘削用カッタの一方を最大限下降させ他方を最大限上昇させた状態を示す図５と同様の図、図９は、図５乃至図８の地中掘削装置を下側から見た図である。なお、図５乃至図８の各垂直断面図は、それぞれ、当該カッタの作動状態を示すのに適した断面線で切断したものある。
【００１５】
本発明の地中掘削装置は、大別すると、回転押し込み装置と先端ケーシングと拡径用掘削装置とで構成される。まず、回転押し込み装置について述べると、これらの図において、１は先端ケーシング１０等のケーシングを把持して回転させながら押し込むことができる回転押し込み装置としてのケーシングドライバ、２は中央にケーシングの挿通空間を有しケーシングドライバ１の基部をなす略方形枠状のベースフレーム、３は中央にケーシングの挿通空間を有して枠状をなしベースフレーム２上に昇降自在に設置された昇降フレーム、４は図に明示されない回転体を介して昇降フレーム３に回転自在に設置されケーシングを挿通して把持するケーシング掴み用バンド、５は昇降フレーム３に取り付けられ前記回転体を回転駆動する油圧モータ、６はベースフレーム２上に設置され伸縮して昇降フレーム３を上昇下降させるスラストシリンダである。なお、７はベースフレーム２の四隅に立設され昇降フレーム３を昇降自在にガイドするガイドフレーム、８はベースフレーム２の底部に設けられベースフレーム２を水平に調整する水平調整装置、Ａはケーシングドライバ１を設置したり地中掘削に伴う種々の作業をしたりするための架台である。
【００１６】
ケーシングドライバ１は、大別すると、基台としてのベースフレーム２と、ベースフレーム２上に昇降自在に設置された昇降フレーム３と、この昇降フレーム３に設置されたケーシング把持手段としてのケーシング掴み用バンド４と、油圧モータ５や回転体等で構成されケーシング掴み用バンド４を回転駆動する回転駆動装置と、昇降フレーム３を昇降させてケーシング掴み用バンド４を回転駆動装置と共に上昇下降させるスラストシリンダ６とで構成される。そして、ケーシングをケーシング掴み用バンド４で把持し、ケーシング掴み用バンド４を回転駆動装置で回転駆動しながらスラストシリンダ６で下降させてケーシングをその軸方向に押し込むことにより、先端ケーシング１０で地中を掘削する。こうして地中を掘削する過程で先端ケーシング１０内に溜った土砂は、図示していないハンマーグラブ等の掘削具で掘削して地上に搬出する。ここでは、回転押し込み装置にケーシングドライバ１を用いた例を示しているが、先端ケーシング１０を把持して回転させながら押し込むことができる手段を備えたものであれば、他の装置を用いてもよい。
【００１７】
次に、先端ケーシングについて述べると、１０は地中に建て込まれるケーシングのうち最初に建て込まれ地盤を掘削する先端ケーシング、１１は先端ケーシング１０の底部先端に植設したカッタ、１２は先端ケーシング１０の底部付近に設けられ掘削土砂を取り込むための土砂取り込み口である。ケーシングは、カッタ１１が設けられ地盤を掘削する先端ケーシング１０と、これに継ぎ足される図示していない適当数の継ぎケーシングとからなり、先端ケーシング１０に継ぎ足される継ぎケーシングの数を適宜調節することにより、地中に建て込まれるケーシングの全長を調節する。図１に示すように、先端ケーシング１０では掘削外径ｄの円形穴を先行して掘削するが、この円形穴の若干上方位置から、円形穴の周囲を径方向に拡大するようリング状に掘削して掘削外径Ｄの拡大穴を軸方向に掘削する。そのため、先端ケーシング１０には、こうした拡大穴を掘削するための拡径用掘削装置が先端ケーシング１０の外周に取り付けられている。
【００１８】
そこで、この拡径用掘削装置について述べる。図では、この拡径用掘削装置の構成要素に符号を付ける場合に同等の構成要素が複数あるとき、その構成要素を表す符号の後に−を付けて配列順序を示す序数を付けているが、以下の説明を行うに当たっては、説明の都合上必要なときにだけこれらの−や序数を付ける。拡径用掘削装置は、先端ケーシング１０で掘削する円形穴の周囲を径方向に拡大するようリング状に掘削する働きをする。この明細書では、その円形穴の周囲を径方向に拡大するようリング状に掘削する掘削領域を拡径領域と称する。
【００１９】
拡径用掘削装置は、この拡径領域を掘削するための機構として、次の機構を設けている。
イ）拡径領域の地盤がローラカッタで掘削するのに適合する硬質地盤である場合に拡径領域の最外周部位をローラカッタで掘削する機構。
【００２０】
ロ）拡径領域の地盤が同じく硬質地盤である場合に拡径領域の最外周部位より内周側をローラカッタで掘削する機構。
【００２１】
ハ）拡径領域の最外周部位におけるローラカッタで掘削する地盤より軟質の地盤をティースカッタ等の通常のカッタで掘削する機構。
【００２２】
二）拡径領域の最外周部位より内周側におけるローラカッタで掘削する地盤より軟質の地盤を通常のカッタで掘削する機構。
【００２３】
前記イ）、ロ）の機構で用いられているローラカッタは、岩地盤のような硬質地盤を掘削するカッタであり、地盤に押し付けながら回転させることにより、公転しながら自転して硬質地盤を圧砕するようにして切削する。図面では、前記の機構に関する構造が図１や図９に図示されているほか、ロ）の機構が主として図５に図示されており、同じく、イ）の機構が図６に、ニ）の機構が図７に、ハ）の機構が図８に図示されている。
【００２４】
まず、図５及び図９に基づいて前記ロ）の機構から説明すると、１３は先端ケーシング１０の外周にその軸方向に摺動可能に嵌挿された筒状体、１４は先端ケーシング１０の外周に固着されたブラケット、１５は上端部及び下端部がそれぞれブラケット１４及び後記ホルダ１６に軸着され後記拡径部掘削用ローラカッタ１７を先端ケーシング１０の軸方向に変位させるように駆動する拡径部掘削用ローラカッタの油圧ジャッキ、１６は筒状体１３に固着され拡径部掘削用ローラカッタカッタ１７を取り付けるローラカッタのホルダ、１７は拡径領域の地盤が硬質地盤である場合に拡径領域の最外周部位より内周側を掘削する拡径部掘削用ローラカッタである。筒状体１３には、先端ケーシング１０に対して軸方向の移動を可能にしつつも回動しないようにするための図示していない滑りキー等のトルク伝達手段を設けており、回転押し込み装置１の回転トルクは、このトルク伝達手段を介して筒状体１３に伝達される。この筒状体１３は、油圧ジャッキ１５を伸縮すると下降、上昇する。そして、油圧ジャッキ１５を限界まで伸ばすと、筒状体１３を下降させて、拡径領域を掘削できる位置までローラカッタ１７を変位させることができる。
【００２５】
図６及び図９に基づいて前記イ）の機構について説明すると、２３は筒状体１３の上端部に固着されたブラケット、２４は上端部及び下端部がそれぞれ傾動可能にブラケット２３及び後記並行リンク２５に軸着され後記最外周部掘削用ローラカッタ２６を駆動する最外周部掘削用ローラカッタの油圧ジャッキ、２５は筒状体１３の下方に固着され最外周部掘削用ローラカッタ２６を取り付ける並行リンク、２６は拡径領域の地盤が硬質地盤である場合に拡径領域の最外周部位を掘削する最外周部掘削用ローラカッタである。油圧ジャッキ２４の下端部は、並行リンク２５における外周側のリンク部材の上端部に軸着され、ローラカッタ２６は、その外周側のリンク部材の下端部に取り付けられている。
【００２６】
油圧ジャッキ２４は、並行リンク２５と協働して最外周部掘削用ローラカッタ２６を径方向及び軸方向に変位させるように駆動する。すなわち、油圧ジャッキ２４を縮めると、並行リンク２５が畳まれてローラカッタ２６を先端ケーシング１０側に引き寄せながら上昇させ、油圧ジャッキ２４を伸ばすと、並行リンク２５が開いてローラカッタ２６を先端ケーシング１０から引き離しながら下降させる。そして、拡径部掘削用ローラカッタの油圧ジャッキ１５を限界まで伸ばして筒状体１３を下降させた状態のもとで、最外周部掘削用ローラカッタの油圧ジャッキ２４を限界まで伸ばすと、拡径領域の最外周部位を掘削できる位置にローラカッタ２６を変位させることができる。この例では、最外周部掘削用ローラカッタ２６を径方向及び軸方向に変位させるように駆動する駆動手段を油圧ジャッキ２４と並行リンク２５とで構成しているが、他の手段で構成してもよい。図６の右側には、拡径部掘削用ローラカッタの油圧ジャッキ１５を限界まで伸ばした状態のもとで、最外周部掘削用ローラカッタの油圧ジャッキ２４を限界まで伸ばした状態を図示しており、左側には、同様の状態のもとで、この油圧ジャッキ２４を縮めた状態を図示している。
【００２７】
図７及び図９に基づいて前記ニ）の機構について説明すると、１８は筒状体１３の上端部に固着されたブラケット、１９は上端部及び下端部がそれぞれブラケット１８及び後記ホルダ２０に軸着され後記拡径部掘削用カッタ２１を先端ケーシング１０の軸方向に変位させるように駆動する拡径部掘削用カッタの油圧ジャッキ、２０は筒状体１３の下方に配置され拡径部掘削用カッタ２１を取り付けるカッタのホルダ、２１は拡径領域の地盤が軟質地盤である場合に拡径領域の最外周部位より内周側を掘削する拡径部掘削用カッタ、２２は筒状体１３の下方に固着されホルダ２０を摺動可能に嵌挿させて横振れしないように案内するボスである。このボス２２は、ホルダ２０と協働して、回転押し込み装置１の回転トルクを拡径部掘削用カッタ２１に確実に伝達する働きもする。
【００２８】
カッタホルダ２０−１及びカッタホルダ２０−２には、それぞれ、拡径部掘削用カッタ２１−２，２１−４及び拡径部掘削用カッタ２１−１，２１−３，２１−５が異なる円周上を切削できるよう径方向に位置をずらして取り付けられており、油圧ジャッキ１９−１，１９−２を伸縮すると下降、上昇する。そして、拡径部掘削用ローラカッタの油圧ジャッキ１５を限界まで伸ばして筒状体１３を下降させた状態で、拡径部掘削用カッタの油圧ジャッキ１９を限界まで伸ばすと、拡径領域を掘削できる位置にこれらのカッタ２１を変位させることができる。このとき、拡径部掘削用ローラカッタ１７は、油圧ジャッキ１５の伸長により限界まで下降しているが、拡径部掘削用カッタ２１は、油圧ジャッキ１９の伸長により更に下降しているため、拡径領域の掘削は、カッタ２１でのみ行うことが可能であって、ローラカッタ１７では実質上なし得ないこととなる。
【００２９】
図８及び図９に基づいて前記ハ）の機構について説明すると、２７は筒状体１３の上端部に固着されたブラケット、２８は上端部及び下端部がそれぞれ傾動可能にブラケット２７及び後記並行リンク２９に軸着され後記最外周部掘削用カッタ３０を駆動する最外周部掘削用カッタの油圧ジャッキ、２９は筒状体１３の下方に固着され最外周部掘削用カッタ３０を取り付ける並行リンク、３０は拡径領域の地盤が軟質地盤である場合に拡径領域の最外周部位を掘削する最外周部掘削用カッタである。油圧ジャッキ２８の下端部は、並行リンク２９における外周側のリンク部材の上端部に軸着され、最外周部掘削用カッタ３０もその外周側のリンク部材に取り付けられている。このように並行リンク２９の外周側のリンク部材にカッタ３０を取り付ける場合、相対向する並行リンク２９−１及び並行リンク２９−２に、それぞれ、取付部材を介して複数のカッタ３０−１，３０−２及びカッタ３０−３，３０−４を取り付けている。
【００３０】
油圧ジャッキ２８は、並行リンク２９と協働して、すでに述べたイ）の機構と同様のメカニズムで、最外周部掘削用カッタ３０を径方向及び軸方向に変位させるように駆動する。したがって、拡径部掘削用ローラカッタの油圧ジャッキ１５を限界まで伸ばして筒状体１３を下降させた状態で、最外周部掘削用カッタの油圧ジャッキ２８を限界まで伸ばすと、拡径領域の最外周部位を掘削できる位置にカッタ３０を変位させることができる。このカッタ３０を径方向及び軸方向に変位させるように駆動する手段は、最外周部掘削用ローラカッタ２６の駆動手段と同様、他の手段で構成してもよい。図８の右側には、拡径部掘削用ローラカッタの油圧ジャッキ１５を限界まで伸ばした状態のもとで、最外周部掘削用カッタの油圧ジャッキ２８を限界まで伸ばした状態を図示しており、左側には、同様の状態のもとで、この油圧ジャッキ２８を縮めた状態を図示している。拡径部掘削用ローラカッタ１７及び最外周部掘削用ローラカッタ２６や拡径部掘削用カッタ２１及び最外周部掘削用カッタ３０は、掘削土砂が先端ケーシング１０の土砂取り込み口１２に取り込まれやすくなるように、土砂取り込み口１２側に向けて下方に傾斜するように形成している。これらの各ローラカッタ１７，２６や各カッタ２１，３０、さらにはそれらの各駆動手段は、それぞれ、筒状体１３の周方向に間隔を置いて複数個設けている。
【００３１】
ここに示す地中掘削装置は、以上のような回転押し込み装置と先端ケーシングと拡径用掘削装置とで構成されるが、最初に、その基本的な用法を図１乃至図４に基づいて説明する。地中掘削装置を使用するに当たっては、まず、図１に示すように、拡径用掘削装置の各油圧ジャッキ１５，１９，２４，２８を縮めた状態で先端ケーシング１０を地中に設置する。そうすると、先端ケーシング１０は、カッタ１１だけが地盤に当接し、拡径用掘削装置のローラカッタ１７，２６及びカッタ２１，３０が地盤に接触しない状態で設置される。次いで、図２に示すように、回転押し込み装置としてのケーシングドライバ１を架台Ａに設置した後、スラストシリンダ６を縮めた状態で先端ケーシング１０をケーシング掴み用バンド４で把持し、これにより地中掘削装置の設置作業が終了する。
【００３２】
次いで、ケーシング１０のカッタ１１と拡径用掘削装置の拡径部掘削用カッタ２１及び最外周部掘削用カッタ３０とで軟質地盤を掘削できるようにするため、図３に示すように、スラストシリンダ６を伸ばして先端ケーシング１０を地盤から引き離すように持ち上げるとともに、最外周部掘削用ローラカッタの油圧ジャッキ２４を除く拡径用掘削装置の油圧ジャッキ１５，１９，２８を限界まで伸ばす。こうして軟質地盤の掘削作業を開始する態勢を整えた後、スラストシリンダ６を再度若干縮めることにより、図４に示すようにケーシング１０のカッタ１１や拡径用掘削装置のカッタ２１，３０を下降させて地盤に接触させ、しかる後、ケーシング掴み用バンド４を油圧モータ５で回転駆動しながらスラストシリンダ６を漸次縮めることにより、それらのカッタ１１とカッタ２１，３０で掘削外径Ｄの拡大穴を軟質地盤に掘削する。その結果発生する掘削土砂は、カッタ２１，３０を先端ケーシング１０の土砂取り込み口１２側に向けて下方に傾斜するようにしているため、カッタ２１，３０で斜め下方に導かれながら土砂取り込み口１２にスムーズに取り込まれる。
【００３３】
こうしてスラストシリンダ６が略限界まで縮んだら、ケーシング掴み用バンド４での先端ケーシング１０の把持を解除して先端ケーシング１０を掘削地盤に支持させた後、スラストシリンダ６を伸ばすことによりケーシング掴み用バンド４を上昇させて、先端ケーシング１０をケーシング掴み用バンド４で再び把持し、しかる後、ケーシング掴み用バンド４を回転駆動しながら下降させて先端ケーシング１０を地中に押し込む。こうした操作は、先端ケーシング１０の長さに応じて適宜の回数行って先端ケーシング１０を地中に建て込む。先端ケーシング１０を地中に建て込んだら、この先端ケーシング１０に、図示していない継ぎケーシングを順次継ぎ足して、同様の方法で継ぎケーシングを適当数建て込み、これにより穴壁の崩壊を防止しながら所望の深さの縦穴を掘削する。以上のような縦穴掘削を行う間、土砂取り込み口１２から取り込まれた掘削土砂等、先端ケーシング１０内に溜った土砂は、図示しないハンマグラブで地上に搬出する。
【００３４】
以上、軟質地盤を掘削する場合の地中掘削装置の用法について述べたが、硬質地盤を掘削する場合には、軟質地盤の掘削時に限界まで伸ばしていた油圧ジャッキ１５，１９，２８のうち油圧ジャッキ１９，２８を縮めて拡径部掘削用カッタ２１及び最外周部掘削用カッタ３０を上昇させるとともに、縮めていた油圧ジャッキ２４を限界まで伸ばして最外周部掘削用ローラカッタ２６を下降させる。しかる後、以上述べたのと同様の方法により、拡径部掘削用ローラカッタ１７及び最外周部掘削用ローラカッタ２６と先端ケーシング１０のカッタ１１とで縦穴を掘削すればよい。このように、本具体化例の縦穴掘削装置では、縦穴を掘削する過程で軟質地盤を掘削するときには、軟質地盤の掘削に適した拡径部掘削用カッタ２１及び最外周部掘削用カッタ３０で効率よく縦穴を掘削することができる。また、縦穴を掘削する過程で硬質地盤を掘削するときには、硬質地盤の掘削に適した拡径部掘削用ローラカッタ１７及び最外周部掘削用ローラカッタ２６によりカッタの交換作業を要することなく効率よく縦穴を掘削することができる。したがって、拡径用掘削装置を備えた地中掘削装置であっても、地盤の性状の変化に適応して効率よく縦穴を掘削することができる。
【００３５】
次に、図２に示す本具体化例の地中掘削装置を用いて縦穴を掘削する独自の地中掘削方法を、図１０乃至図１４を用いて説明する。図１０は、図２の地中掘削装置で実施可能な第１の掘削方法の全体及び第２の掘削方法の前半を示す地中掘削装置の垂直断面図、図１１は、図２の地中掘削装置で実施可能な第２の掘削方法の後半を示す図１０と同様の図、図１２は、図２の地中掘削装置で実施可能な第３の掘削方法を示す図１０と同様の図、図１３は、図２の地中掘削装置で実施可能な第４の掘削方法の前半を示す図１０と同様の図、図１４は、図２の地中掘削装置で実施可能な第４の掘削方法の後半を示す図１０と同様の図である。これらの図は、この出願の地中掘削方法の発明が実際上どのように具体化されるのかを示す具体化例を説明するためのものである。
【００３６】
本具体化例の縦穴掘削装置では、前述のように軟質地盤、硬質地盤の別なく効率よく縦穴を掘削することができるが、地盤によっては、拡径用掘削装置のカッタ自体に問題は生じなくても、掘削トルク（ケーシングドライバ１を回転駆動するのに要する回転トルク）が増加して、掘削作業が円滑に行えなくなることがある。すなわち、拡径用掘削装置で掘削する地盤を、ローラカッタで掘削するのに適合する硬質地盤とローラカッタで掘削するのに適合する地盤より軟質の軟質地盤とに大別しているが、同じ種類の地盤であっても、場所によってその硬さに程度の差があるため、地盤によっては、縦穴を掘削する過程で掘削トルクが増加して掘削作業が円滑に行えなくなることがある。ここで述べる地中掘削方法は、こうした問題を解消するため、本具体化例の縦穴掘削装置を効果的に使用するようにしたものであり、掘削する地盤の性状に応じて次に示す４種類の掘削方法を実施する。
【００３７】
（通常の軟質地盤の掘削）
大きな掘削トルクを要しない通常の軟質地盤を掘削する場合には、図１乃至図４を用いてすでに説明したのと同様の方法で掘削する。すなわち、図１０（１）に示すように、最外周部掘削用ローラカッタの油圧ジャッキ２４を除く拡径用掘削装置の油圧ジャッキ１５，１９，２８を限界まで伸ばして、拡径用掘削装置のカッタ２１，３０を下降させ、両カッタ２１，３０と先端ケーシング１０のカッタ１１とで縦穴を掘削する。このとき、拡径部掘削用ローラカッタ１７は限界まで下降しているが、拡径部掘削用カッタ２１の方が更に下降しているため、ローラカッタ１７は、実質上、拡径領域の掘削に関与しない。
【００３８】
（大掘削トルクを要する軟質地盤の掘削）
大きな掘削トルクを要する、軟質地盤としては硬い地盤を掘削する場合には、まず、図１０（２）に示すように、前記図１０（１）の掘削で限界まで伸ばした油圧ジャッキ１５，１９，２８のうち、油圧ジャッキ１５を限界まで縮めて筒状体１３を上昇させ、カッタ２１，３０を地盤から引き離す。そうすると、先端ケーシング１０のカッタ１１だけで油圧ジャッキ１５のストローク分の深さ掘削することが可能となるので、先端ケーシング１０で掘削外径ｄの縦穴を掘削して、油圧ジャッキ１５のストローク分の深さだけ縦穴を掘削する。その結果、図１０（３）に示すような状態になり、カッタ２１，３０が地盤に接触する。こうして先端ケーシング１０だけで縦穴を掘削した後、ケーシングドライバ１のスラストシリンダ６を伸ばすことにより、図１１（４）に示すように、先端ケーシング１０を油圧ジャッキ１５のストローク分だけ引き上げる。次いで、図１１（５）に示すように、油圧ジャッキ１５を限界まで伸ばして地盤にカッタ２１，３０に接触させる。しかる後、今度は、図１１（５）に示すように、カッタ２１，３０で拡径領域を油圧ジャッキ１５のストローク分の深さだけ掘削する。その結果、先端ケーシング１０ですでに掘削された掘削外径ｄの縦穴は、周囲が拡大されて掘削外径Ｄの縦穴が掘削されることになる。
【００３９】
（通常の硬質地盤の掘削）
標準的な掘削トルクで掘削できる岩地盤等、通常の硬質地盤を掘削する場合には、まず、図１２（１）の状態（この状態は図１１（５）の状態に相当する。）に操作されている縦穴掘削装置を図１２（２）の状態になるように操作する。すなわち、軟質地盤の掘削時に限界まで伸ばしていた油圧ジャッキ１５，１９，２８のうち油圧ジャッキ１９，２８を限界まで縮めて拡径部掘削用カッタ２１及び最外周部掘削用カッタ３０を上昇させる。このとき、油圧ジャッキ１５は、従前から限界まで伸ばした状態にあるので、拡径部掘削用ローラカッタ１７は、拡径領域を掘削できる位置まで下降している。次いで、図１２（３）に示すように、これまで縮めていた油圧ジャッキ２４を限界まで伸ばすことにより最外周部掘削用ローラカッタ２６を下降させて、ローラカッタ１７，２６と先端ケーシング１０のカッタ１１とで縦穴を掘削する。
【００４０】
（大掘削トルクを要する硬質地盤の掘削）
通常より大きな掘削トルクを要する岩地盤のような硬質地盤を掘削する場合には、まず、図１３（４）に示すように、前記図１２（３）の掘削で限界まで伸ばしている油圧ジャッキ１５，２４のうち、油圧ジャッキ１５を限界まで縮めて、筒状体１３を上昇させてローラカッタ１７，２６を地盤から引き離す。そうすると、先端ケーシング１０のカッタ１１だけで油圧ジャッキ１５のストローク分の深さ掘削することが可能となるので、先端ケーシング１０で掘削外径ｄの縦穴を掘削して、油圧ジャッキ１５のストローク分の深さだけ縦穴を掘削する。その結果、図１３（５）に示すように、図１０（３）に示すような状態になり、ローラカッタ１７，２６が地盤に接触する。こうして先端ケーシング１０だけで縦穴を掘削した後、ケーシングドライバ１のスラストシリンダ６を伸ばすことにより、図１４（６）に示すように、先端ケーシング１０を油圧ジャッキ１５のストローク分だけ引き上げる。次いで、図１４（７）に示すように、油圧ジャッキ１５を限界まで伸ばして地盤にローラカッタ１７，２６に接触させる。しかる後、今度は、図１４（８）に示すように、ローラカッタ１７，２６で拡径領域を油圧ジャッキ１５のストローク分の深さだけ掘削する。その結果、先端ケーシング１０ですでに掘削された掘削外径ｄの縦穴は、周囲が拡大されて掘削外径Ｄの縦穴が掘削されることになる。
【００４１】
通常より大きな掘削トルクを要する軟質地盤や硬質地盤を掘削する場合、掘削トルクが増加するが、こうした場合、以上述べた地中掘削方法では、拡径用掘削装置による拡径領域の掘削と先端ケーシング１０による円形穴の掘削とを交互に行うという独自の掘削方法を実施することにより、掘削トルクを事実上低減している。したがって、以上述べた地中掘削方法によれば、縦穴の掘削過程で掘削トルクが増加したときでも、円滑に縦穴を掘削することができる。また、このように、拡径用掘削装置による拡径領域の掘削と先端ケーシング１０による円形穴の掘削とを交互に行うようにすれば、縦穴を掘削するのに要する掘削トルクを低減することができるため、地中掘削装置のもつ回転トルクの性能に比して口径の大きい縦穴（掘削外径Ｄ／掘削外径ｄの大きい縦穴）を掘削することができる。この地中掘削方法に用いている地中掘削装置は、特に、先端ケーシング１０の外周に軸方向に移動できるように嵌挿した筒状体１３を設けて、この筒状体１３にローラカッタ１７，２６やカッタ２１，３０を昇降駆動できるように取り付けているので、これらのカッタ１７，２１，２６，３１を、個々のカッタの上昇操作を行うことなく地盤から一斉に引き離すことができる。そのため、カッタ１７，２１，２６，３１を所望の位置に保持させたままの状態で、適宜地盤から引き離すことが可能となり、しかも、こうした操作を迅速に行うことができて、操作の便がよい。そのため、ローラカッタ１７，２６やカッタ２１，３０を地盤から引き離すことを要する前述の地中掘削方法での種々の操作を能率的かつ簡便にに行うことができる。
【００４２】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、この出願の地中掘削装置の発明は、「課題を解決するための手段」の項の１）に示した手段を採用しているので、本発明によれば、拡径用掘削装置を備えた地中掘削装置において、地盤の性状の変化に適応して効率よく縦穴を掘削することができる地中掘削装置が得られる。本発明を具体化する場合、特に、特許請求範囲の請求項２に記載の手段を採用すれば、最外周部掘削用ローラカッタ、拡径部掘削用ローラカッタ、最外周部掘削用カッタ及び拡径部掘削用カッタを、個々のカッタの上昇操作を行うことなく地盤から一斉に引き離すことができるため、これらのカッタを所望の位置に保持させたままの状態で、適宜地盤から引き離すことが可能となり、しかも、こうした操作を迅速に行うことができて、操作性の良好な地中掘削装置が得られる。本発明を具体化する場合、特に、特許請求範囲の請求項３に記載の手段を採用すれば、最外周部掘削用ローラカッタ及び拡径部掘削用ローラカッタで掘削された土砂や最外周部掘削用カッタ及び拡径部掘削用カッタで掘削された土砂を、これらのローラカッタやカッタで導いて先端ケーシングの土砂取り込み口にスムーズに取り込むことができる。
【００４３】
この出願の地中掘削方法の発明は、「課題を解決するための手段」の項の２）に示した手段を採用しているので、本発明によれば、拡径用掘削装置を備えた地中掘削装置を用いて縦穴を掘削する場合に、地盤の性状の変化に適応して効率よく縦穴を掘削できるだけでなく、縦穴の掘削過程で掘削トルクが増加したときでも円滑に縦穴を掘削することができる地中掘削方法が得られる。また、この地中掘削方法を実施すれば、地中掘削装置のもつ回転トルクの性能に比して口径の大きい縦穴を掘削することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】拡径用掘削装置を設けた先端ケーシングを地中に設置した状態を示す本発明の具体化例の地中掘削装置に関する垂直断面図である。
【図２】図１の状態を経た後に回転押し込み装置を設置して完成させた状態を示す本発明の具体化例の地中掘削装置の垂直断面図である。
【図３】図２の地中掘削装置において掘削開始のために先端ケーシングを持ち上げた状態を示す垂直断面図である。
【図４】図３の状態を経た後に図２の地中掘削装置で掘削している状態を示す垂直断面図である。
【図５】左右対称位置の拡径部掘削用ローラカッタの双方を最大限下降させた状態を示す本発明の具体化例の地中掘削装置に関する垂直断面図である。
【図６】左右対称位置の最外周部掘削用ローラカッタの一方を最大限下降させ他方を最大限上昇させた状態を示す図５と同様の図である。
【図７】左右対称位置の拡径部掘削用カッタの一方を最大限下降させ他方を最大限上昇させた状態を示す図５と同様の図である。
【図８】左右対称位置の最外周部掘削用カッタの一方を最大限下降させ他方を最大限上昇させた状態を示す図５と同様の図である。
【図９】図５乃至図８の地中掘削装置を下側から見た図である。
【図１０】図２の地中掘削装置で実施可能な第１の掘削方法の全体及び第２の掘削方法の前半を示す地中掘削装置の垂直断面図である。
【図１１】図２の地中掘削装置で実施可能な第２の掘削方法の後半を示す図１０と同様の図である。
【図１２】図２の地中掘削装置で実施可能な第３の掘削方法を示す図１０と同様の図である。
【図１３】図２の地中掘削装置で実施可能な第４の掘削方法の前半を示す図１０と同様の図である。
【図１４】図２の地中掘削装置で実施可能な第４の掘削方法の後半を示す図１０と同様の図である。
【符号の説明】
１    ケーシングドライバ
２    ベースフレーム
３    昇降フレーム
４    ケーシング掴み用バンド
５    油圧モータ
６    スラストシリンダ
７    ガイドフレーム
８    水平調整装置
１０    先端ケーシング
１１    カッタ
１２    土砂取り込み口
１３  筒状体
１４    ブラケット
１５    拡径部掘削用ローラカッタの油圧ジャッキ
１６    ローラカッタのホルダ
１７    拡径部掘削用ローラカッタ
１８    ブラケット
１９    拡径部掘削用カッタの油圧ジャッキ
２０    カッタのホルダ
２１    拡径部掘削用カッタ
２２    ボス
２３    ブラケット
２４    最外周部掘削用ローラカッタの油圧ジャッキ
２５    並行リンク
２６    最外周部掘削用ローラカッタ
２７    ブラケット
２８    最外周部掘削用カッタの油圧ジャッキ
２９    並行リンク
３０    最外周部掘削用カッタ
【図１】
0003753530.tif 000002
【図２】
0003753530.tif 000003
【図３】
0003753530.tif 000004
【図４】
0003753530.tif 000005
【図５】
0003753530.tif 000006
【図６】
0003753530.tif 000007
【図７】
0003753530.tif 000008
【図８】
0003753530.tif 000009
【図９】
0003753530.tif 000010
【図１０】
0003753530.tif 000011
【図１１】
0003753530.tif 000012
【図１２】
0003753530.tif 000013
【図１３】
0003753530.tif 000014
【図１４】
0003753530.tif 000015