JP2002121744A - ケーソン用掘削装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ケーソンの刃口直下の地盤を安全に効率よく掘
削するケーソン用掘削装置を提供することを目的とす
る。 【解決手段】ケーソンの刃口の下に、掘削機を設置し、
該掘削機はケーソンの刃口に沿って往復移動する走行体
を有し、該走行体に、刃口の下を掘削するカッターと、
走行体を往復移動させる走行装置を取付け、該走行装置
は、ケーソンに固定した反力受け具と協働して、走行体
を移動させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、各種ケーソンの刃
口の直下地盤を掘削するケーソン用掘削装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ケーソンは、ケーソン内に配置
したバックホー等の掘削用重機を用いたり、或いは地上
側に配置したクラムシェルバケットなどを用い、ケーソ
ンの内側を掘削して沈下させる。

【０００３】

【本発明が解決しようとする課題】これまでは、ケーソ
ンの刃口近くは、作業者が手掘りするかバックホー等に
よる機械掘りを行っていたが、ケーソンの刃口近くは盤
膨れを起こすなど、作業者が危険に晒され易い。また、
ケーソンは鉛直性および水平性を保持した状態で沈下さ
せる必要があり、沈下の途中でケーソンが傾斜すると、
沈下が不能となるだけでなく、その修復に多大の費用と
時間がかかる。ケーソンの鉛直性および水平性を保持す
るために、従来はケーソンと地山間に水膜、或いはシー
ト等の絶縁層を介在させてケーソンの周面摩擦抵抗を均
一にするため、ケーソンの外側を余分に掘削したり、或
いはケーソンの沈下の遅い箇所へ載荷重を集中して負荷
させる等の対策を講じており、ケーソンの鉛直性及び水
平性を保持するための付帯設備に多額の費用がかかるだ
けでなく、その運用に高度の熟練を必要とする。まとめ
ると、前記した従来技術にあっては、次のような問題点
がある。 ＜イ＞ ケーソンの刃口の下を掘削する作業者が危険に
晒され易い。 ＜ロ＞ ケーソンの周面摩擦抵抗を均一にするために、
ケーソンの外側を余分に掘削する必要がある。 ＜ハ＞ ケーソンを水平に沈下させるには、高度の熟練
を必要とする。

【０００４】

【本発明の目的】本発明は上記したような従来の問題点
を解決するためになされたもので、その目的とするとこ
ろは、ケーソン刃口直下の地盤を安全に効率よく掘削
し、高度の技術を必要とせずに、ケーソンを水平に沈下
させることが出来る、ケーソン用掘削装置を提供するこ
とにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記のような目的を達成
するために、本発明のケーソン用掘削装置は、ケーソン
の刃口の直下地盤を掘削するケーソン用掘削装置におい
て、刃口に沿って往復移動する走行体を設置し、該走行
体に、刃口の下を掘削する掘削機と、走行体を往復移動
させる走行装置を取付け、該走行装置は、ケーソンに固
定した反力受け具と協働して、走行体を移動させること
を特徴とする、ケーソン用掘削装置である。更に、本発
明のケーソン用掘削装置は、上記のケーソン用掘削装置
において、掘削機を駆動する駆動源と、走行装置を駆動
する駆動源を走行体に固定し、かつ、ケーソン内側に配
置したことを特徴とする、ケーソン用掘削装置である。
更に、本発明のケーソン用掘削装置は、走行装置と協働
する反力受け具を、ケーソンの内側に固定し、該反力受
け具は、走行体のケーソン外側への移動防止機能を備え
ることを特徴とする、ケーソン用掘削装置である。

【０００６】

【本発明の実施の態様】以下図面を参照しながら本発明
のケーソン用掘削装置の一実施例について説明する。

【０００７】＜イ＞ 全体構成 図１、２、３に本願発明の実施例の構成を示す。なお、
図２、３は、構造を説明するため、カバー類の一部を取
り外した状態で表現した。本ケーソン用掘削装置１は、
ケーソン２の刃口３の下に設置され、走行体４、掘削機
５、走行装置６からなる。

【０００８】＜ロ＞ ケーソン ケーソン２は、オープン式または有底式等の公知の函体
で、その水平断面形状は、矩形、多角形、円形、楕円形
等をなす。従来のケーソンは刃口を尖鋭に形成するが、
本発明ではケーソン２の刃口３の下端面は水平な平面に
形成する。刃口３の下端は、断面コの字形の鋼板７で覆
い、ケーソン２の内面側の鋼板７の表面には、走行装置
６の反力受け具８を固定する。反力受け具８は、協働す
る走行装置６の駆動輪２５の方式に応じて、横桁が丸棒
状の梯子、チェーン、歯車装置のラック、レール等を使
用する。

【０００９】＜ハ＞ 走行体 走行体４は、厚鋼板や形鋼等を組み合わせて製作する。
走行体４のケーソン２の刃口３の直下に当たる部分の上
面には、ケーソン２と走行体４の間の摩擦軽減手段とし
てローラー９を配設する。ローラー９は、ケーソン用掘
削装置の往復動方向に直角な回転軸を有し、走行体４に
固定した軸受１０により回転自在に支持する。ローラー
９の代わりに、フッ素樹脂等の耐摩耗材を配置すること
も可能である。ローラー９の上には、ケーソン２の刃口
３を覆う鋼板７の下端面が当接する。走行体４の、ケー
ソン２の外側には、走行体４に垂直な案内具支持体１１
を設け、案内具支持体１１のケーソン２の鋼板７と相対
する位置には案内具１２を設ける。案内具１２には、板
またはローラー等を使用する。

【００１０】＜ニ＞ 掘削機 掘削機５は、掘削手段である回転カッター１３、排土用
スクリュー１４、駆動手段である駆動源１５、動力伝達
装置１６より構成する。

【００１１】回転カッター１３は、走行体４の下側に位
置し、走行体４の往復動方向の両端に、少なくとも各１
基を配設する。回転カッター１３は、走行体４に固定し
た軸受１７、１８により回転自在に支持し、回転軸１９
は、走行体４の往復動方向と直交する。回転カッター１
３の、ケーソン２の外側の先端部には、ケーソン２の外
面の直下を掘削する回転刃２０を配設し、回転カッター
１３の一端を支える軸受１７は、回転刃２０の内側に配
置する。軸受１７と、回転カッター１３の他端を支える
軸受１８の間には、刃口３の直下を掘削する螺子状の回
転刃２１を配置する。軸受１８は、走行体４に固定した
防護箱２２に固定する。ケーソンの水平断面形状が多角
形の場合、回転カッター１３の回転刃２１の外縁は、走
行装置６の走行体４の移動方向の端部より、少なくと
も、隣接する辺の刃口の厚さ分だけ突き出して設ける。
回転カッター１３の駆動力は、駆動源１５から、動力伝
達装置１６を介して与えられる。

【００１２】回転カッター１３の内側に隣接して、回転
カッター１３で掘削した土砂をケーソン２の内部に排出
する、螺子状の排土用スクリュー１４を設ける。排土用
スクリュー１４は、回転カッター１３と平行な回転軸を
有し、走行体４の下側に固定された軸受で、回転自在に
支持する。排土用スクリュー１４は、両側とも、下側が
走行体の中央に向かって回転し、両側の排土用スクリュ
ー１４のねじり方向は逆にする。両側の排土用スクリュ
ー１４の間には、土砂をケーソン２の内側に排出する通
路２７を設ける。排土用スクリュー１４の駆動力は、回
転カッター１３から歯車、ベルト、チェーン等の手段を
介して与える。なお、片側の排土用スクリュー１４と回
転カッター１３の回転刃２１の回転方向とねじり方向と
ねじピッチを同一にし、排土用スクリュー１４と回転カ
ッター１３の一部を重ねて配置することも可能である。

【００１３】駆動源１５は、ケーソン２の内側の、走行
体４の上側に固定した、電動機や熱機関、液圧モータ等
を使用する。液圧モータを使用する場合は、対になる液
圧ポンプを走行体４に固定する必要はない。動力伝達装
置１６は、走行体４で支持した、歯車、回転軸、チェー
ン、ベルト、液圧装置等で構成し、走行体４の上側の駆
動源１５の駆動力を、走行体４の下側の回転カッター１
３に伝達する。回転カッター１３に伝達された動力の一
部は、歯車、回転軸、チェーン、ベルト、液圧装置等の
手段を使用し、さらに排土用スクリュー１４に伝達され
る。動力伝達装置１６は、掘削した土砂等による磨耗を
避けるため、走行体４に固定した防護箱２２、２８で囲
う。

【００１４】＜ホ＞ 走行装置 走行装置６は、駆動源２３、動力伝達装置２４、ケーソ
ン２に設けられた反力受け具８と協働する駆動輪２５、
遊動輪２６から構成する。駆動源２３は、ケーソン２の
内側の走行体４上に固定した、電動機や熱機関、液圧モ
ータ等を使用し、原動機自体が逆転可能なものを使用す
るか、逆転不能の場合は動力伝達装置で回転方向を変換
可能にして使用する。動力伝達装置２４は、ケーソン２
の内側の走行体４上に支持した、歯車、回転軸、チェー
ン、ベルト、液圧装置等で構成し、駆動源２３の駆動力
を、駆動輪２５に伝達する。駆動輪２５は、走行体４で
回転可能に支持した、スプロケット、または歯車、また
は摩擦車等からなり、ケーソン２の内側に設置した反力
受け具８と協働して、走行体４と走行体４に装着した機
器類を、ケーソン２の刃口３に沿って往復移動させる。
駆動輪２５は、反力受け具８が、横桁が丸棒状の梯子ま
たはチェーンの場合はスプロケット、ラックの場合はピ
ニオンまたはウオームギア、レールの場合は摩擦車を使
用する。駆動輪２５と反力受け具８は、互いに滑らずに
作動する組合わせが望ましい。また、駆動輪２５と反力
受け具８は、両者のケーソン２の刃口３の下端面からの
高さを一致させるのは至難なので、上下に相対移動可能
な構造であることが望ましい。これらの観点からは、反
力受け具８と駆動輪２５の組合わせは、横桁が丸棒状の
梯子またはチェーンとスプロケット、ラックとピニオン
またはウオームギアが望ましい。遊動輪２６は、ケーソ
ンの内側で、走行体４の上側に回転自在に支持した一個
または複数の、スプロケット、歯車、摩擦車等で、駆動
力は伝達せず、反力受け具８と協働して走行体４をケー
ソン２に平行に保つ。遊動輪２６は、単に、刃口３の内
側の鋼板７に当接するローラーでも差し支えない。ま
た、駆動輪２５を複数個設けて、遊動輪２６を省略する
ことも可能である。

【００１５】＜ヘ＞ 作動 本実施例は、上記の構成なので、掘削機５の駆動源１５
を作動させると、動力伝達装置１６を介して、回転カッ
ター１３が回転し、同時に排土用スクリュー１４も回転
する。回転カッター１３の回転刃２１は、ケーソン２の
刃口直下の地盤を掘削して、ケーソン２を沈下させ、回
転刃２０は、ケーソン２の外側の地盤を掘削して、ケー
ソン２が沈下する時の、ケーソン２の外側と地盤の摩擦
を低減する。回転カッター１３、排土用スクリュー１４
は、共に下側が走行体４の中央に向かう方向に回転し、
掘削した土砂を、防護箱２２を避けて、走行体４の中央
部の通路２７に集める。さらに、両側の排土用スクリュ
ー１４のねじり方向が逆なので、中央部の通路２７に集
められた土砂はケーソン２の内側に排出される。排出さ
れた土砂は、ケーソン２の内側を掘削するのと同一また
は別の適当な手段により、ケーソン２の外部に搬出す
る。片側の、回転カッター１３と排土用スクリュー１４
は、同一方向に回転するので、回転カッター１３の回転
刃２１と排土用スクリュー１４の回転刃を、同一ピッ
チ、同一ねじり方向とすることで、両者を回転刃が重な
るまで、近接して配置することが可能になり、掘削機５
を小型化出来る。

【００１６】回転カッター１３の直下の掘削を終える
と、走行装置６の駆動源２３を作動させ、回転カッター
１３を移動させる。駆動源２３が作動すると、動力伝達
装置２４を介して、駆動輪２５が回転し、反力受け具８
と協働して、ケーソン２に対して走行体４を移動させる
力を発生する。反力受け具８と駆動輪２５は互いに滑ら
ずに作動するので、ケーソン２と走行体４の相対位置、
すなわち回転カッターの掘削位置を、正確かつ迅速に選
定でき、作業速度が向上する。走行体４が移動すると、
回転カッター１３は、移動後の位置の下の地盤を掘削
し、排土スクリュー１３が、掘削した土砂をケーソン２
内に排出する。この作業を繰り返して、ケーソン２の刃
口直下とケーソン２の外側を掘削し、ケーソン２を沈下
させる。この作業は、走行体４の移動と回転カッター１
３の掘削作業を分ける必要はなく、移動しながら同時に
掘削することもできる。ケーソン２が多角形の場合は、
走行体４が、多角形の一辺の端に達すると、駆動輪２５
を逆転させて、逆方向に移動しながら、再び、ケーソン
２の刃口直下とケーソン２の外側を掘削する。この時、
回転カッター１３の外縁が、走行装置６の遊動輪２６の
端部より、少なくとも、ケーソン２の刃口３の厚さ分だ
け走行体４の移動方向に突き出しているので、掘削機５
が設置された辺の、隣の辺の刃口３の下を掘削すること
が可能になり、隣の辺にの刃口の下に設けた掘削機と合
わせれば、刃口の下を残さず掘削することができる。

【００１７】走行体４にかかるケーソン２の重量は、ロ
ーラー９を介して支えるので、ケーソン２と走行体４の
間に働く摩擦力は、ローラー９の摩擦力のみになり、走
行体４を移動させるのに要する駆動力を少なく出来る。
また、実際には、ケーソン２の重量は、掘り残した地盤
でも支えられるので、走行体４にかかる重量が過大で走
行体の移動に要する駆動力が大きい時は、回転カッター
を作動させて走行体４を沈下させ、走行体４にかかる重
量を減らすことも可能である。従って、ケーソン２の下
の掘削順序の選定によっては、ローラー９を樹脂等の簡
易な摩擦軽減手段で代替することも可能である。走行体
４を沈下させる場合、駆動輪２５のケーソン２の刃口３
の下端面からの高さが変化する可能性があるので、駆動
輪２５と反力受け具８は、相対的に上下に移動可能な構
造であることが望ましい。従って、反力受け具８と駆動
輪２５の組合わせは、横桁が丸棒状の梯子またはチェー
ンとスプロケット、ラックとピニオンまたはウオームギ
アが望ましい。

【００１８】土砂との摩擦や、駆動輪２５と反力受け具
８の接触に起因する、走行体４の移動方向に直角方向に
働く力は、駆動輪２５と遊動輪２６と案内具１２で受け
止める。ただし、排土用スクリュー１４が作動すると、
土砂をケーソン２内に排出する反作用で、走行体４をケ
ーソン２の外向きに動かす力が発生するので、案内具１
２にかかる力は少なくなる。従って、案内具支持体１１
と案内具１２は強度を抑えて単純な板状にできるので、
ケーソン外側への突き出しを少なくできる。更に、走行
装置６と反力受け具８を、ケーソン２の内側に配置でき
るので、本ケーソン用掘削装置のケーソン２の外側に出
張る部分は、案内具支持体１１と案内具１２だけにな
り、回転刃２０で、ケーソン２の外側を掘削する量を少
なくできる利点がある。一方、土砂をケーソン２内に排
出する反作用は、駆動輪２５、遊動輪２６を反力受け具
８に押し付ける力を大きくするので、駆動輪２５、遊動
輪２６が、反力受け具８から浮き上がるのを防止して、
走行体４の円滑かつ確実な移動を可能にする。

【００１９】上記のように、掘削作業を掘削装置１だけ
で遂行できるので、ケーソン２の刃口３の付近に、作業
者が近づく必要がなくなり、安全に作業を進めることが
可能になる。また、回転刃２０により、ケーソン２の外
側を掘削できるので、ケーソン２の外面と地盤の摩擦を
少なくでき、高度の熟練を必要とせずに、ケーソン２を
水平に沈下させることが可能になる。

【００２０】

【発明の実施の形態２】次に、図４に示した実施の形態
２について説明する。なお、図４は、構造を説明するた
め、カバー類の一部を取り外した状態で表現した。実施
の形態２は、回転カッター１３と排土用スクリュー１４
の上端とローラー９の位置が重ならないようにずらし
て、回転カッター１３と排土用スクリュー１４の上端
を、走行体４の上に出した、ケーソン用掘削装置であ
る。本構成では、さらに、走行装置６と掘削機の駆動源
１５と動力伝達装置１６を、走行体４のケーソン２の内
側に突き出した部分に配置することにより、ケーソン用
掘削装置のケーソン２の刃口３の下にある部分の高さ
を、回転カッター１３あるいは排土用スクリュー１４の
直径と同程度の高さとすることが可能になり、刃口３の
下の掘削量を少なくできる利点がある。

【００２１】

【本発明の効果】本発明は、以上説明したようになるか
ら次のような効果を得ることができる。 ＜イ＞ ケーソンの刃口直下の地盤を安全に効率よく掘
削できる。 ＜ロ＞ ケーソンの外側の掘削量を削減できる。 ＜ハ＞ 高度の熟練を必要とせずに、ケーソンを水平に
沈下させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本ケーソン用掘削装置のケーソンへの取付け状
態を示す斜め下からみた斜視図。

【図２】実施の形態１のケーソン用掘削装置の構造を示
す側断面図。

【図３】図２をケーソンの内側から見た背面図。

【図４】実施の形態２のケーソン用掘削装置の構造を示
す背面図。

【符号の説明】

１ 掘削装置 ２ ケーソン ３ 刃口 ４ 走行体 ５ 掘削機 ６ 走行装置 ７ 鋼板 ８ 反力受け具 ９ ローラー １０ 軸受 １１ 案内具支持体 １２ 案内具 １３ 回転カッター １４ 排土用ス
クリュー １５ 駆動源 １６ 動力伝達
装置 １７ 軸受 １８ 軸受 １９ 回転軸 ２０ 回転刃 ２１ 回転刃 ２２ 防護箱 ２３ 駆動源 ２４ 動力伝達
装置 ２５ 駆動輪 ２６ 誘導輪 ２７ 通路 ２８ 防護箱

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ケーソンの刃口の直下地盤を掘削するケー
   ソン用掘削装置において、刃口に沿って往復移動する走
   行体を設置し、該走行体に、刃口の下を掘削する掘削機
   と、走行体を往復移動させる走行装置を取付け、該走行
   装置は、ケーソンに固定した反力受け具と協働して、走
   行体を移動させることを特徴とする、ケーソン用掘削装
   置。
2. 【請求項２】請求項１のケーソン用掘削装置において、
   掘削機を駆動する駆動源と、走行装置を駆動する駆動源
   を走行体に固定し、かつ、ケーソン内側に配置したこと
   を特徴とする、ケーソン用掘削装置。
3. 【請求項３】請求項１または請求項２のケーソン用掘削
   装置において、走行装置と協働する反力受け具を、ケー
   ソンの内側に固定し、該反力受け具は、走行体のケーソ
   ン外側への移動防止機能を備えることを特徴とする、ケ
   ーソン用掘削装置。
4. 【請求項４】請求項１から請求項３の何れかのケーソン
   用掘削装置において、ケーソンの刃口下面と刃口の下に
   配置した走行体との間に、摩擦軽減手段を設けたことを
   特徴とする、ケーソン用掘削装置。
5. 【請求項５】請求項１から請求項４の何れかのケーソン
   用掘削装置において、掘削機は、走行体の往復動方向と
   直交する回転軸を有する回転カッターと、該回転カッタ
   ーと平行して回転する排土用スクリューと両者の駆動手
   段から構成し、掘削物をケーソンの内側に排出する構造
   としたことを特徴とする、ケーソン用掘削装置。
6. 【請求項６】請求項５のケーソン用掘削装置において、
   回転カッターの回転刃と排土用スクリューを螺子状と
   し、少なくとも、両者が重なり合う部分のねじりを同一
   ピッチ、同一方向としたことを特徴とする、ケーソン用
   掘削装置。