JP2007169892A - ルーロー機構による回転ロッド型矩形縦孔掘削作業機 - Google Patents

Abstract

【課題】矩形縦孔掘削を可能とし、かつ掘削土砂の破砕細粒化を阻害しない回転ロッド型掘削作業機の提供。
【解決手段】グラウト供給管を縦通された内側ロッド８ａの上端を、内側駆動軸７ａの下端面軸心部に自在継手１４を介して掘曲自在に連結すると共に、ロッド下端に三角カッター９の軸１５を自在継手１６を介して掘曲自在に連結し、この三角カッター９を外側中空ロッド８ｂの下端に位置させた状態で、軸１５を偏心軸受１３に支承させる。三角カッター９は、内側ロッド８ａの回転により自転し、外側ロッド８ｂの回転により内側ロッド８ａが円錐振子として三角カッターを円運動させることにより公転する。従って、内側ロッド８ａを逆転、外側ロッド８ｂを正転させ、内側ロッド８ａの回転比を１：３でそれぞれ回転させると、ルーロー機構の原理により三角カッター９が矩形掘削を行うことが可能となる。
【選択図】図２

Description

本発明は、止水壁等の地中連続壁の掘削造成、地盤改良その他種々の用途に使用される掘削スクリューロッド、掘削撹拌ロッド、掘削ロッド等の回転掘削作業ロッドを備えた縦孔掘削作業機であって、上記回転掘削作業ロッドにルーロー機構に基づく三角カッターを装備して矩形縦孔掘削を可能にした回転ロッド型矩形縦孔掘削作業機に関する。

従来、例えば地中連続止水壁の掘削造成には、マストに昇降自在に支持された回転駆動部の出力軸に掘削撹拌ロッドを連結し、該掘削撹拌ロッドの下端に、円形孔を掘削すべき掘削ヘッドを接続してなる回転ロッド型円形縦孔掘削撹拌機が広く使用されている。

しかし、上記の従来機を用いた止水壁の掘削造成においては、円形縦孔を隣りの円形縦孔と一部ラップさせて掘削しつつ、セメントミルクを注入してソイルセメント円柱の連続柱列を形成していくものであるが、その隣り合うソイルセメント円柱同志の接円部に円柱全長にわたるクビレが形成されるため、円形縦孔同志を一部ラップさせて掘削しても、上記クビレ部分に止水性を害う欠損部を生じることがあり、又Ｈ形鋼等の芯材をソイルセメント連続壁内部に建込む場合、ソイルセメント円柱の中心部に建込まなければならず、従って地中連続壁の用途等に応じて芯材同士の間隔を適正に変更して、地中連続壁を所望強度に調整することができない難点もあった。

そこで、従来、トンネル等の大径横孔の掘削用シールドマシンに採用された技術として、ルーロー機構の理論に基づく三角カッターによる矩形横孔掘削装置が知られており、この矩形横孔掘削装置を回転掘削作業ロッドに応用した新たな矩形縦孔掘削作業機の開発が提唱されている。

しかし、上記シールドマシンでは、掘削断面が大きいので、マシンの切羽部分に遊星歯車機構、モータ、減速機等を含む大型の三角カッター回転駆動装置を取りつけることが可能であったが、掘削撹拌ロッド等の回転掘削作業ロッドの下端部又は中間部にそのような大型駆動装置を取りつけることは構造上容易ではなく、特に掘削スクリューロッドの中間部に大型駆動装置を取りつけると、スクリューによる掘削土砂の上方搬送路が狭さく又は閉塞され、掘削撹拌ロッドの中間部に同じく取りつけたときは、撹拌羽根により掘削土砂を破砕細粒化した後その状態でセメントミルクとの混合に備えて掘削孔内に保持することができない。
特開平６−３３６８９８ 特開平７−９１１７６ 特公平８−９９５０

本発明は、ルーロー機構に基づく三角カッターの矩形掘削を駆動させるための大型の駆動装置を支障なく装備することができると共に、掘削孔内での掘削土砂の上方搬送や破砕細粒化を阻害することのない回転ロッド型矩形縦孔掘削作業機を提供することを課題とする。

上記課題達成のため、本発明は、
地上に起立された支持体に、原動機及び減速機を含む回転駆動装置を昇降自在に支持し、該回転駆動装置に、外側中空ロッド内に内側ロッドを円錐振子として円運動可能に挿入してなる複合掘削作業ロッドの１本又は複数本の各上端部をそれぞれ連結して垂下すると共に、該内側ロッドと外側中空ロッドの回転比が１：３で互に逆向きの回転になるようにし、
上記外側中空ロッドは、その外周面に必要により作業羽根を設け、
上記内側ロッドは、その上端部を自在継手を介して上記回転駆動装置に連結すると共に、その下端には自在継手を介して三角カッターの軸を連結し、
上記三角カッターは上記外側中空ロッドより大径で、その下端外部にあってカッター軸を上記外側中空ロッドの下端面偏心位置に回転自在に支承し、それにより上記三角カッターを１：３の回転比で自転、公転させて矩形掘削を行うようにした、
ルーロー機構による回転ロッド型矩形縦孔掘削作業機を提案する。

本発明のルーロー機構による回転ロッド型矩形縦孔掘削作業機によれば、ルーロー機構による矩形縦孔掘削作業を実現することができるようになり、しかも三角カッターの自転、公転を１：３の回転比に調整するための回転駆動装置は地上の支持体に支持するから、それが大型であっても容易に装備することができ、又、地中へ掘進する複合掘削作業ロッドと掘削孔内壁面との間に空間を確保するから、外側中空ロッドの外周面にスクリュー羽根を設けた場合は掘削土砂の上方搬送を有効に行い、撹拌羽根を設けた場合も撹拌により破砕細粒化した掘削土砂をセメントミルクとの混合に備えて上記空間内に保持することができるのである。

図１は、止水壁造成用２軸撹拌掘削機に実施した例で、ベースマシン（１）の前端部に起立支持されたマスト（２）の前側面に案内レール（３）、（３）を敷設し、該案内レール（３）、（３）に回転駆動ボックス（４）を上下摺動自在に支持すると共に、該ボックス（４）をトップシープ（５）から垂下されたワイヤロープ（６）により昇降自在に吊支し、このボックス（４）に内装された回転駆動装置に、内側駆動軸（７ａ）と、外側駆動軸（７ｂ）とからそれぞれなる複合駆動軸２本（７）、（７）を接続すると共に、両複合駆動軸下端部をボックス（４）下面から平行に突出し、両複合駆動軸（７）、（７）に、内側ロッド（８ａ）と、外側中空ロッド（８ｂ）とからそれぞれなる複合矩形孔掘削撹拌ロッド２本（８）、（８）をそれぞれ連結して平行に垂下してある。上記内側ロッド（８ａ）の下端に三角カッター（９）を、上記外側ロッド（８ｂ）の外周面に撹拌羽根（１０）…をそれぞれ設けてある。両複合ロッド（８）、（８）は互に反対方向に回転される。

（１１）は複合ロッド（８）、（８）の振れ止め、（１２）は両複合ロッド（８）、（８）の連結板である。

上記複合矩形孔掘削撹拌ロッド（８）は次のようである。図２（イ）において、まず、外側中空ロッド（８ｂ）は、上記内側ロッド（８ａ）の外径の約３倍の内径を有する中空円筒体で、その外周面に撹拌羽根（１０）…を全長にわたって突設すると共に、下端面の偏心位置に偏心軸受（１３）を設けてあり、この外側ロッド（８）の上端を、上記複合駆動軸（７）の円筒状外側駆動軸（７ｂ）と連結してある。

上記内側ロッド（８ａ）は、軸心部にグラウト供給管を縦通された円筒状ロッドで、その上端を、上記外側駆動軸（７ｂ）内に同心的に位置する内側駆動軸（７ａ）の下端面軸心部に自在継手（１４）を介して屈曲自在に連結すると共に、ロッド下端に、三角カッター（９）の軸（１５）を自在継手（１６）を介して屈曲自在に連結し、この三角カッター（９）を上記外側中空ロッド（８ｂ）の下端外に位置させた状態で、軸（１５）を上記偏心軸受（１３）に支承させてある。

上記三角カッター（９）は、上記外側ロッド（８ｂ）の外径より大径の掘削径を有するもので、同図（ロ）に示すように、正三角の枠（１７）の中心に軸（１５）をアーム（１８）…を介して固定し、枠（１７）及びアーム（１８）…の下面に多数のビット（１９）…を突設してある。

上記の構成において、上記三角カッター（９）は、内側ロッド（８ａ）の回転により自転するが、外側ロッド（８ｂ）の回転により内側ロッド（８ａ）が円錐振子として下端の三角カッター軸（１５）を円運動させることにより、公転することとなる。

従って、今、内側ロッド（８ａ）（三角カッター）を逆転、外側ロッド（８ｂ）を正転させ、内側ロッド（８ａ）対外側ロッド（８ｂ）の回転比を１：３でそれぞれ回転させると、ルーロー機構の原理により三角カッター（９）が同図（ロ）に掘削線（Ｒ）に示すように正方形掘削を行う。

本例では、同図（ハ）に示すように三角カッター（９）の正方形掘削線（Ｒ）の一辺の長さは、撹拌羽根（１０）…の撹拌径と等しくしてある。

上記隣り合う２本の複合掘削撹拌ロッド（８）、（８）の間では、三角カッター（９）、（９）の互の上下位置を図１に示すように段違いにずらすと共に、正方形掘削線（Ｒ）、（Ｒ）の各一辺部分を図２（ニ）に示すようにラップさせ、又撹拌羽根（１０）…、（１０）…を互に段違いにずらすと共に、隣りの撹拌羽根の間に一部食いこむ位置関係においている。

図２（イ）において、（２０）は、内側駆動軸（７ａ）及び内側ロッド（８ａ）にそれぞれ縦通されたグラウト供給管を、自在継手（１４）を超えて接続するフレキシブル接続ホース、（２１）は、内側ロッド（８ａ）及び三角カッター軸（１５）にそれぞれ縦通されたグラウト供給管を、自在継手（１６）を超えて接続するフレキシブル接続ホースである。なお、上記三角カッター軸（１５）の下端にグラウト吐出口を設けてある。

上記複合駆動軸（７）に回転を伝達する回転駆動装置は次のようである。図３において、ボックス（４）における下部ギヤボックス（２２）内に、ほぼ円筒状の外側駆動軸（７ｂ）をベアリング（２３）を介して回転自在に支持し、そして長い内側駆動軸（７ａ）の下半部を上記外側駆動軸（７ｂ）内に挿入した状態でベアリング（２４）を介して回転自在に同心的に支持すると共に、内側駆動軸（７ａ）上半部をギヤボックス（２２）にベアリング（２５）を介して回転自在に支持し、この内側駆動軸（７ａ）の上部に大歯車（２６）を固定し、外側駆動軸（７ｂ）の上端部外周に歯車（２７）を固定してある。

一方、ギヤボックス（２２）上にギヤードモータ（２８）を設置し、該モータ（２８）の出力軸（２９）をギヤボックス（２２）内に垂下してベアリング（３０）、（３１）により回転自在に支持し、この出力軸（２９）の上部に固定された小歯車（３２）を上記大歯車（２６）にかみ合わせ、又出力軸（２９）下部に固定された歯車（３３）をアイドル歯車（３４）を介して上記歯車（２７）にかみ合わせてある。この場合、内側駆動軸（７ａ）と外側駆動軸（７ｂ）の回転比が１：３となるように、小歯車（３２）と大歯車（２６）の歯車比、及び歯車（３３）と歯車（２７）の歯車比を調整する。（３５）、（３６）はアイドル歯車（３４）の軸を支持するベアリングである。

（３７）は、内側駆動軸（７ａ）のグラウト供給管にスイベル継手を介して接続されたグラウトを圧送ホースである。

他の複合掘削撹拌ロッド（８）も上記と同一構造で、同一の回転駆動装置を備えている。

上例の作用を作業とともに説明する。図１の状態からギヤードモータ（２８）、（２８）を始動すると、各モータの出力軸（２９）の回転が歯車（３２）、（２６）を経て内側駆動軸（７ａ）に、歯車（３３）、（３４）、（２７）を経て外側駆動軸（７ｂ）にそれぞれ伝達され、内側駆動軸（７ａ）と外側駆動軸（７ｂ）が回転比１：３の割合で互に逆向きに回転し、それに付随して両複合ロッド（８）、（８）の各内側ロッド（８ａ）と外側ロッド（８ｂ）が回転比１：３の割合で互に逆向きに回転し、それにより三角カッター（９）、（９）が回転比１：３の割合で自転と公転を行い、ルーロー機構の原理による正方形掘削回転を開始し、又撹拌羽根（１０）…、（１０）…がそれぞれ回転する。

この回転する複合ロッド（８）、（８）により地中に掘進を行うと、三角カッター（９）、（９）による一部ラップした２連の正方形縦孔掘削を行うと共に、撹拌羽根（１０）…、（１０）…により掘削土砂の撹拌を行う。

上記掘進において、掘削される正方形縦孔内壁面と外側ロッド（８ｂ）との間の空間が縦孔全長にわたって確保されているから、三角カッター（９）、（９）により掘削された土砂は、掘進に伴って上記空間内を相対的に上昇していき、その間撹拌羽根（１０）…、（１０）…により圧密を解除されると共に破砕細粒化されつつ上記空間内で上下移動を繰り返して次のセメントミルクとの混合に備える。

所定深さの２連正方形縦孔を掘削したら、上記内側及び外側ロッド（８ａ）、（８ｂ）を回転させながら複合ロッド（８）、（８）を徐々に引き上げ、それと共に三角カッター軸（１５）、（１５）下端からセメントミルクを縦孔内に注入する。かくして撹拌羽根（１０）…、（１０）…によりセメントミルクと掘削土砂を撹拌混合し、ソイルセメントを形成する。

地上に引き上げた２軸複合ロッド（８）、（８）は、上記２連の正方形縦孔の隣りに一部ラップさせた状態で上記と同様に２連の正方形縦孔掘削を行い、ついでセメントミルク注入を行ってソイルセメントを形成し、以下同様にこれを繰り返してソイルセメントの地中連続壁を造成する。

（イ）本発明による２軸矩形縦孔掘削作業機の正面図である。（ロ）同上側面図である。 （イ）複合掘削撹拌ロッド部分の拡大縦断面図である。（ロ）同上底面図である。（ハ）（イ）図のＡ−Ａ線断面図である。（ニ）２軸の複合掘削撹拌ロッドの三角カッターを除いた底面図である。 回転駆動装置の拡大縦断側面図である。

符号の説明

２ マスト
４ 回転駆動ボックス
８ 複合掘削撹拌ロッド
８ａ 内側ロッド
８ｂ 外側内空ロッド
９ 三角カッター
１０ 撹拌羽根
１３ 偏心軸受
１４、１６ 自在継手
１５ 三角カッター軸
２８ ギヤードモータ

Claims (1)

1. 地上に起立された支持体に、原動機及び減速機を含む回転駆動装置を昇降自在に支持し、該回転駆動装置に、外側中空ロッド内に内側ロッドを円錐振子として円運動可能に挿入してなる複合掘削作業ロッドの１本又は複数本の各上端部をそれぞれ連結して垂下すると共に、該内側ロッドと外側中空ロッドの回転比が１：３で互に逆向きの回転になるようにし、
   上記外側中空ロッドは、その外周面に必要により作業羽根を設け、
   上記内側ロッドは、その上端部を自在継手を介して上記回転駆動装置に連結すると共に、その下端には自在継手を介して三角カッターの軸を連結し、
   上記三角カッターは上記外側中空ロッドより大径で、その下端外部にあってカッター軸を上記外側中空ロッドの下端面偏心位置に回転自在に支承し、それにより上記三角カッターを１：３の回転比で自転、公転させて矩形掘削を行うようにした、
   ルーロー機構による回転ロッド型矩形縦孔掘削作業機。
   
   
   

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