JP2004239051A - 地盤掘削方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 3基の回転手段20C,20R,20Lが並設した状態で一体化されており、各回転手段20C,20R,20Lは、出力部が固定軸30C,30R,30L周りに回転可能なアウターモータ(油圧モータ)40により回転可能な回転軸21を備えた掘削撹拌装置を用いた地盤掘削方法であって、3基の回転手段20C,20R,20Lにおいて、両端に配置された2基の回転手段20R,20Lの各アウターモータ40,40を、互いに異なる方向に回転させていることを特徴としている。
【選択図】 図2
Description
また、掘削刃と混練翼を周囲に備えた複数の回転軸(掘削軸)と、各回転軸を回転駆動させる複数の原動機を有する駆動部とを備えた多軸掘削機本体を、ベースマシンのリーダマストに昇降自在に支持させる掘削撹拌装置を用いた地盤掘削方法がある(例えば、特許文献2参照)。
図7は、従来の地盤掘削方法に用いる掘削撹拌装置の回転軸の回転方向を示した概略図である。掘削撹拌装置のベースマシンに並設させた3本の回転軸によって連続地中壁となる掘削溝を構築する場合には、図7に示すように、各回転軸60による掘削範囲を連続させる必要があり、隣り合う回転軸60同士の掘削範囲の一部が重なるように構成している。この構成では、各回転手段60の下端部に設置した各掘削刃同士の干渉を防止するため、3本の回転軸60において、中央に配置された回転軸60の掘削刃を、両端に配置された2本の回転軸60の掘削刃よりも上方に配置している。これにより、中央に配置された回転軸60の掘削刃は直接地盤に当接しないことから、両端に配置された2本の回転軸60と比較して、中央に配置された回転軸60に係る反力が小さくなるため、中央に配置された回転軸60の回転力に影響されることなく、両端に配置された2本の回転軸60の回転力(矢印A方向)によって、一体化された3本の回転軸60全体が矢印A方向に捻れてしまう場合がある。
なお、各回転軸60の掘削位置を計測して施工を管理する場合には、3本の回転軸60内に設定した2点の位置を計測し、この2点の位置関係から一体化された3本の回転軸60全体の捻れを算出することにより、各回転軸60の掘削位置を把握しているため、掘削位置の計測が煩雑になってしまう。
また、油圧モータは、ラジアルピストンモータやアキシャルピストンモータなど既存の油圧モータである。
さらに、回転軸の掘削刃及び混練翼の形状や構成は限定されるものではなく、掘削溝を効率良く掘削し、掘削溝内を確実に撹拌することができる形状及び構成であればよい。
また、順次に3基の回転手段を移動させて地盤を掘削し、連続地中壁となる掘削溝を構築する場合に、両端に配置された2基の回転手段において一方の回転手段を掘削溝内に配置し、他方の回転手段によって地盤を掘削することにより、地盤を掘削している回転手段に作用する反力が、掘削溝内に配置された回転手段に作用する反力よりも大きくなるため、地盤を掘削している回転手段の反力によって3基の回転手段全体を回転させることができる。これは、掘削位置を修正する場合に有効である。
また、地盤掘削方法に用いる掘削撹拌装置の固定軸が掘削時に回転しないため、固定軸を掘削溝内の下方まで延長させ、回転しない固定軸に各種の計測装置を簡易に設置することにより、掘削溝内の掘削状態をリアルタイムで把握して、正確に施工を管理することができる。
また、地盤掘削方法に用いる掘削撹拌装置の油圧モータの出力部の周囲に混練翼が備えられており、出力部は固定軸周りに回転可能であるため、回転手段を掘削溝から引き上げる際に、出力部を固定軸周りに回転させながら油圧モータを上昇させることにより、油圧モータと掘削土砂の間の抵抗力を小さくすることができるとともに、掘削溝内の上方で掘削土砂と固化剤の硬化が進行している場合であっても、掘削刃により掘削土砂を粉砕して柔かくすることができるため、回転手段を掘削溝内から簡易に引き上げることができる。
さらに、油圧モータの給油経路と排油経路とを所定時間ごとに切り替えることにより、回転軸を一方の方向と逆方向とに交互に回転させることができ、回転軸を逆方向に回転させるための歯車機構を油圧モータに設ける必要がないため、回転手段を簡易な構成にすることができる。
なお、油圧モータに設けた電磁切替弁を自動制御して給油経路と排油経路とを切り替えるように構成してもよく、この構成では作業員の操作を簡易化することができる。
また、回転軸の回転方向を所定時間ごとに切り替えたり、回転軸の回転トルクを変化させることにより、掘削刃によって地盤に衝撃を与えるように構成した場合には、地盤に対して高速で小刻みに衝撃を与えることができ、地盤の掘り起こしや粉砕を効果的に行うことができるため、硬質の地盤を効率良く掘削することができる。
なお、各実施形態の説明において、同一の構成要素に関しては同一の符号を付し、重複した説明は省略するものとする。
まず、本発明の第1実施形態に係る地盤掘削方法について説明する。
図1は、本発明の第1実施形態に係る地盤掘削方法に用いる掘削撹拌装置を示した側面図である。図2は、本発明の第1実施形態に係る地盤掘削方法に用いる掘削撹拌装置の回転手段を示した正面図である。図3は、本発明の第1実施形態に係る地盤掘削方法に用いる掘削撹拌装置の回転軸の回転方向を示した図で、(a)は右側回転手段が左回転し、左側回転手段が右回転している様子を示した概略図、(b)は右側回転手段が右回転し、左側回転手段が左回転している様子を示した概略図、(c)は掘削位置を修正している様子を示した概略図である。なお、以下の説明において、右側とは図2における右側であり、左側とは図2における左側である。さらに、左回転とは図3(a)における時計周りであり、右周りとは図3(a)における反時計周りである。
掘削撹拌装置1は、図1及び図2に示すように、ベースマシン2と、ベースマシン2に昇降可能に支持されている3基の回転手段20C,20R,20Lとを備え、各回転手段20C,20R,20Lは、ベースマシン2に対して並設した状態で一体化されており、各回転手段20C,20R,20Lは掘削刃22及び混練翼23を有し、掘削刃22によって掘削溝を掘削するとともに、掘削溝内に固化剤を注入し、混練翼23によって掘削土砂と固化剤とを撹拌混合して地盤を改良するように構成されている。
ベースマシン2は、図1に示すように、鉛直方向の昇降レール3と、昇降レール3に沿って昇降可能な支持部材4と、昇降レール3を水平方向に旋回させるための旋回台座5と、昇降レール3を縦方向に回動させるための可倒手段6と、各回転手段20C,20R,20Lに駆動用油を供給するための給油管7と、各回転手段20C,20R,20Lから駆動用油を排出するための排油管8と、各回転手段20C,20R,20Lに固化剤を供給するための供給管9と、ベースマシン2を移動させるためのキャタピラ10とを主要部として構成されている。
昇降レール3の可倒手段6は、伸縮可能な油圧シリンダであり、下端部が上部台座5aに連結され、上端部が昇降レール3の上端部に連結されており、可倒手段6を伸縮させることにより、昇降レール3の下端部に設けられた回転支持部11を中心として、昇降レール3を縦方向に回動させる。
掘削撹拌装置1には、図1及び図2に示すように、3基の回転手段20C,20R,20Lがベースマシン2に対して並設されており、中央に配置された中央回転手段20Cと、右側に配置された右側回転手段20Rと、左側に配置された左側回転手段20Lとから構成されている。各回転手段20C,20R,20Lは、接続部材24及び軸受部材25によって並設した状態で一体化され、ベースマシン2に昇降自在に支持されている。
なお、掘削刃22及び混練翼23の構成は限定されるものではなく、効率良く掘削及び撹拌を行うことができる形状及び材質であればよい。
また、固定軸30Rは、中央部に貫通孔を有する中空管であり、この中央部の貫通孔は、固定軸30Rの下端部から掘削溝内に固化剤を供給するための供給孔である。また、中央部の貫通孔の周囲には、軸方向の貫通孔が複数形成されており、各貫通孔は、中央回転手段20Cの空気孔に空気供給手段(図示せず)からの圧縮空気を供給するための空気孔と、中央回転手段20Cの給油孔に駆動用油を供給するための給油孔と、アウターモータ40Rに駆動用油を供給するための給油孔と、アウターモータ40Rからの駆動用油を排出するための排油孔と、アウターモータ40Rの内部で駆動用油が流出した際のドレン孔とから構成されている。
また、固定軸30Rの中央部の貫通孔には供給管9が接続され、さらに、給油孔には給油管7が接続されるとともに、排油孔には排油管8が接続され、ドレン孔にはドレン管(図示せず)が接続されている。なお、各孔と各管との接続において、固定軸30Rは回転しないため、接続部にスイベルジョイント等の特殊な機構を設置する必要がない。
まず、図1及び図2に示すように、掘削する所定位置の側方にベースマシン2を移動させ、旋回台座5及び可倒手段6を調整して各回転手段20を所定位置に鉛直状態で設置する。そして、各回転手段20C,20R,20Lを下降させ、右側回転手段20R及び左側回転手段20Lの下端部に設置された掘削刃22を地上面に当接させる。
さらに、固定軸30C,30R,30Lの下端部に、掘削溝内における回転軸21C,21R,21Lの位置や深度を計測する計測装置を設置することにより、掘削溝内の掘削状態をリアルタイムで把握して正確に施工を管理し、精度良く掘削溝を構築する場合には、固定軸30C,30R,30Lは掘削時に回転しないため、計測装置の電源ケーブルや通信ケーブル等を固定軸30C,30R,30L内に配線することができ、回転手段20C,20R,20Lに計測装置を簡易に設置して計測することができる。
次に、本発明の第2実施形態に係る地盤掘削方法について説明する。
図4は、本発明の第2実施形態に係る地盤掘削方法に用いる掘削撹拌装置の回転手段を示した正面図である。
第2実施形態に係る掘削撹拌装置の中央回転手段20C’は、接続手段24に外周部が固定されることにより右側回転手段20R及び左側回転手段20Lに一体化された油圧モータ(以下、「インナーモータ」という)50と、インナーモータ50の出力部を貫通することにより回転可能であり、上部及び下端部に掘削刃22を備えるとともに、混練翼23を周囲に備えた回転軸21Cとから構成されている。
また、インナーモータ50は、アウターモータ40R,40Lよりも小型に形成することができるため、右側回転手段20Rと左側回転手段20Lの間隔を小さくすることができる。また、インナーモータ50は、アウターモータ40R,40Lよりも製作費用が少ないため、掘削撹拌装置の製作費用を少なくすることができ、施工費用を少なくすることができる。
次に、本発明の第3実施形態に係る地盤掘削方法について説明する。
図6は、本発明の第3実施形態に係る地盤掘削方法に用いる掘削撹拌装置の回転軸の回転方向を示した図で、(a)は右側回転手段と左側回転手段とによって地盤に対して衝撃を与える様子を示した図、(b)は左側回転手段と中央回転手段とによって地盤に対して衝撃を与える様子を示した図である。
この第3実施形態に係る地盤掘削方法では、図6(a)に示すように、右側回転手段20R及び左側回転手段20Lの各油圧モータに、給油経路と排油経路とを切り替えるための電磁切替弁が設けられており、この電磁切替弁を自動制御するように構成されている。そして、礫地盤など硬質の地盤を掘削する際に、油圧モータの給油経路と排油経路とを電磁切替弁によって所定時間ごとに切り替えて、回転軸21R、21Lを一方の方向C,C’と逆方向D,D’とに交互に回転させ、掘削刃によって地盤に対して一方の方向C,C’の衝撃を与えることにより、地盤を掘り起こしたり破砕しながら掘削溝を掘削するように構成されている。
なお、回転軸21R、21Lを一方の方向C,C’および逆方向D,D’に回転させる回転量は限定されるものではなく、例えば、一方の方向C,C’への1回転中に逆方向D,D’への回転を数回行い、1回の一方の方向C,C’への回転量に対して1/4の回転量を逆方向D,D’に回転させることにより、地盤の掘り起こしや粉砕を効果的に行うことができる。
次に、一方の方向C,C’に回転している回転軸21R,21Lを逆方向D,D’に0.4秒間回転させる。すなわち、1回の回転において一方の方向C,C’への回転と逆方向D,D’への回転の割合は、8:2となっている。この逆方向D,D’への回転によって、掘削面と掘削刃との間に隙間が生じることになる。
そして、再度、回転軸21R,21Lを一方の方向C,C’に回転させた場合には、隙間を一方の方向C,C’に移動している掘削刃に作用する抵抗が少ないため、回転軸21R,21Lが加勢されて回転することにより、掘削刃が掘削面に打撃される。
これにより、地盤の打撃時にベースマシンが安定するため、回転軸21R,21Lを高速で一方の方向C,C’と逆方向D,D’とに交互に回転させ、地盤に対して高速で小刻みに衝撃を与えることにより、硬質の地盤を掘り起こしたり粉砕することができ、回転軸21R,21Lを一の方向C,C’に連続させて回転させた場合の60%から80%のトルクで地盤を掘削することができる。
また、各回転軸21R,21Lの間に礫が詰まった場合でも、各回転軸21R、21Lが定期的に逆方向D,D’に回転する際に排除されるため、掘削溝を連続して効率良く掘削することができる。
また、各回転軸21R,21Lを逆方向D,D’に回転させるための歯車機構を油圧モータに設けることなく、油圧モータに設けた電磁切替弁を自動制御することにより、各回転軸21R,21Lの回転方向を変化させているため、装置の構成を簡易化することができるとともに、作業員の操作を簡易化することができる。
例えば、地盤掘削方法に用いる掘削撹拌装置1の3基の回転手段20C,20R,20Lにおいて、両端に配置された2基の回転手段20R,20Lの回転方向は、互いの回転方向が異なっていればよく、右側回転手段20Rの回転軸21Rを右回転させ、左側回転手段20Lの回転軸21Lを左回転させてもよい(図3(b)参照)。なお、中央回転手段21Cの回転力は、両端に配置された2基の回転手段20R,20Lの回転力に影響を与えないため、回転方向は任意に設定することができる。
さらに、図5の正面図に示すように、右側回転手段20R及び左側回転手段20Lの他の構成としては、固定軸30R,30L周りに出力部が回転可能なアウターモータ40R,40Lと、固定軸30R,30Lの下端部に固定されたインナーモータ50R,50Lとを備えるように構成してもよい。この掘削撹拌装置を用いた地盤掘削方法では、インナーモータ50R,50Lに接続した下部回転軸21Rb,21Lbを回転させて効率良く掘削土砂を掘削し、その上方でアウターモータ40R,40Lによって効率良く排土することができる。
2 ベースマシン
20C 中央回転手段
20R 右側回転手段
20L 左側回転手段
21C 回転軸(中央回転手段)
21R 回転軸(右側回転手段)
21L 回転軸(左側回転手段)
22 掘削刃
23 混練翼
30C 固定軸(中央回転手段)
30R 固定軸(右側回転手段)
30L 固定軸(左側回転手段)
40C アウターモータ(中央回転手段)
40R アウターモータ(右側回転手段)
40L アウターモータ(左側回転手段)
50 インナーモータ
Claims (5)
- ベースマシンと、
前記ベースマシンに昇降可能に支持されている3基の回転手段と、を備え、
前記3基の回転手段は、前記ベースマシンに対して並設した状態で一体化されており、
前記各回転手段は、
固定軸と、
前記固定軸が内挿され、混練翼を周囲に備えた出力部が前記固定軸周りに回転可能な油圧モータと、
前記油圧モータの前記出力部に接続されることにより、前記固定軸と同心軸周りに回転可能であり、上部及び下部に掘削刃を備えるとともに、前記混練翼を周囲に備えた回転軸と、から構成される掘削撹拌装置を用いた地盤掘削方法であって、
前記3基の回転手段において、両端に配置された2基の前記回転手段の前記各油圧モータを、互いに異なる方向に回転させ、前記掘削刃により掘削溝を掘削するとともに、前記混練翼により前記掘削溝内を撹拌することを特徴とする地盤掘削方法。 - ベースマシンと、
前記ベースマシンに昇降可能に支持されている3基の回転手段と、を備え、
前記3基の回転手段は、前記ベースマシンに対して並設した状態で一体化されており、
前記3基の回転手段において、中央に配置された前記回転手段は、
第1油圧モータと、
前記第1油圧モータの出力部に内挿されることにより回転可能であり、上部及び下部に掘削刃を備えるとともに、混練翼を周囲に備えた回転軸と、から構成され、
前記3基の回転手段において、両端に配置された各々の前記回転手段は、
固定軸と、
前記固定軸が内挿され、前記混練翼を周囲に備えた出力部が前記固定軸周りに回転可能な第2油圧モータと、
前記第2油圧モータの前記出力部に接続されることにより、前記固定軸と同心軸周りに回転可能であり、上部及び下部に前記掘削刃を備えるとともに、前記混練翼を周囲に備えた回転軸と、から構成される掘削撹拌装置を用いた地盤掘削方法であって、
前記3基の回転手段において、両端に配置された2基の前記回転手段の前記各第2油圧モータを、互いに異なる方向に回転させ、前記掘削刃により掘削溝を掘削するとともに、前記混練翼により前記掘削溝内を撹拌することを特徴とする地盤掘削方法。 - 前記ベースマシンにより前記3基の回転手段を順次に下降させて所定深さの前記掘削溝を構築し、前記3基の回転手段の前記油圧モータを前記掘削溝内に配置するとともに、前記3基の回転手段で地盤を掘削しながら、前記掘削溝内に固化剤を注入し、前記混練翼で掘削土砂と前記固化剤を撹拌混合することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の地盤掘削方法。
- 少なくとも1基の前記回転手段は、前記油圧モータの給油経路と排油経路とを所定時間ごとに切り替えて、前記回転軸を一方の方向と逆方向とに交互に回転させることにより、前記掘削刃が地盤に対して前記一方の方向の衝撃を与えながら掘削溝を掘削するように構成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の地盤掘削方法。
- 少なくとも1基の前記回転手段は、前記回転軸における一方の方向への回転トルクの増減を繰り返しながら、前記回転軸を一方の方向に回転させることにより、前記掘削刃が地盤に対して前記一方の方向の衝撃を与えながら掘削溝を掘削するように構成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の地盤掘削方法。
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JP2005350870A (ja) * | 2004-06-08 | 2005-12-22 | Shimizu Corp | 3軸深層混合処理工法 |
JP2008115600A (ja) * | 2006-11-02 | 2008-05-22 | Raito Kogyo Co Ltd | 多軸削孔機、及び多軸削孔機における孔曲がり修正削孔方法 |
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