JP3004267B1 - 掘削装置 - Google Patents

Abstract

【要約】 【課題】 ケーシングチューブに挿入するクラムシェル
によって岩盤や大転石等の障害物を切削除去できるよう
にして、基礎工事を容易にすること。 【解決手段】 オールケーシング掘削機７０によって地
中に圧入されるケーシングチューブ７１に掘削装置１を
挿入する。掘削装置本体２０には、ケーシングチューブ
７１に係止できるグリッパー２５と、一対のクラムシェ
ル５０と、そのクラムシェル５０に開閉動作をさせる油
圧シリンダ５２と、同クラムシェル５０をケーシングチ
ューブ７１の軸線回りに回転させる油圧モータと、泥水
を排出するサンドポンプとを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、掘削装置に関し、
詳しくは、いわゆるオールケーシング工法においてケー
シングチューブ内の排土及び障害物の除去を容易にする
技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年発展した場所打ち杭工法の一つにオ
ールケーシング工法がある。図８はオールケーシング工
法の概略説明図である。同図において、地上に設置した
油圧式圧入装置９１によってケーシングチューブ９２を
地中に圧入し、内部の土砂は、例えば油圧伸縮ブーム９
３先端のクラムシェル（クラムシェルバケットともい
う）９４を使ってつかみ出している。揺動式の場合、ケ
ーシングチューブ９２自体に切削能力がないから先端が
大転石等の障害物に当たって推進不能になることがあ
る。障害物をクラムシェル９４でつかみ出せないとき
は、ハンマグラブ（図示省略）を自由落下させればある
程度の障害物を破砕することができるけれども、障害物
が岩盤や鉄筋コンクリートであるとこれを除去してケー
シングチューブ９２を圧入することが難しい。なお、ハ
ンマグラブには、騒音による環境問題がある。そこで、
ケーシングチューブに切削能力を付与した全回転式オー
ルケーシング掘削機が開発されている。これは、油圧モ
ータでケーシングチューブを回転させるとともに油圧シ
リンダによって地中に押し込み、ケーシングチューブ先
端のビットで地山や障害物の切削ができるようにしたも
のである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の全回転式オールケーシング掘削機を使用する場合、
ケーシングチューブが長くなれば長くなるほど地盤との
摩擦による動力の損失が大きい。このため、摩擦を減ら
す対策をこうじるが、それでも岩盤や大転石を切削する
のは大変で、多大な動力を要する点で問題がある。一
旦、圧入力不足に陥ってしまうと工期や費用の面で悪影
響がでる。

【０００４】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、いわゆるオールケーシン
グ工法においてケーシングチューブに挿入する掘削（排
土）装置によって大転石等の障害物を切削除去できるよ
うにし、基礎工事を容易にすることである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】このために、以下のよう
な掘削装置を創作した。第１の発明は、請求項１に記載
した構成を有する掘削装置である。なお、地山とは、ケ
ーシングチューブを地中に圧入したときに、そのケーシ
ングチューブの内側に食い込んだ形になる地盤の一部、
土、砂、石等の総称であるが、ここではケーシングチュ
ーブ直下の地盤や岩盤、大転石等の障害物も含むものと
する。この掘削装置では、地中に圧入したケーシングチ
ューブ下端付近の土砂等を、開閉駆動機構にて駆動され
るクラムシェルですくい取り、あるいは、つかみ出すよ
うにして掘削（排土）する。また、クラムシェルを回転
駆動機構にて回転させることによって、地山を切削する
ことができる。すなわち、掘削底面をほぼ平坦に掘削す
ることが容易にできるのでケーシングチューブを圧入し
易くなる。なお、クラムシェルを十分広げた状態で回転
させることによってクラムシェルの爪先でケーシングチ
ューブの直下を掘ることもできる。また、ケーシングチ
ューブが岩盤や大転石等の障害物に当たってそれ以上圧
入が難しくなった場合には、クラムシェルで障害物を切
削した後、そのクラムシェルによってがれきをつかみ出
す。

【０００６】ところで、従来の全回転式オールケーシン
グ掘削機では、ケーシングチューブ外周面と地盤との摩
擦による動力損失が大きいので、ケーシングチューブが
長くなれば長くなるほど切削能力が著しく低下する。こ
れに対し、本発明に係る掘削装置は、ケーシングチュー
ブの長さ（深度）に関係なく所定の切削能力を発揮する
ことができる。すなわち、比較的小型の掘削装置でもっ
て大深度の場所打ち杭の構築に対応でき、しかも、地中
の状況に合わせて必要なときだけクラムシェルに切削動
作をさせれば良い。なお、この掘削装置を全回転式オー
ルケーシング掘削機に組み合わせて使用しても良く、掘
削工事の効率が一層高められる。

【０００７】第２の発明は、請求項２に記載の構成を有
する。なお、ここでいう前方とはケーシングチューブ圧
入方向、すなわち、掘り進む方向をいう。この掘削装置
では、掘削装置本体をケーシングチューブ内の所定の深
さ位置（通常は下端付近）に係止（固定）させたうえ
で、クラムシェルを回転させつつ、送り機構にて圧入方
向へ押し出して地山や障害物を切削する。そのときの反
力は係止機構を介してケーシングチューブ側で受けるこ
とができる。したがって、従来のハンマグラブを自由落
下させて掘削するときのような騒音や振動の発生がな
い。また、アースドリルのように、ケーシングチューブ
の上方から長大なシャフト等の動力伝達機構を差し込む
必要もないから、装置が簡素化される。なお、切削した
地山の土や障害物のがれきはクラムシェルでつかみ出す
ことができるので作業効率が良い。

【０００８】第３の発明は、請求項３に記載の構成を有
する。この掘削装置では、サンドポンプによる泥水と泥
土の除去、クラムシェルによる掘削と排土、クラムシェ
ルを回転させる切削の三つの工法を選択でき、かつ、適
宜に併用して工事を進めることができる。しかも、地中
の状況に合った工法にその場で切り替えることができる
から効率よく掘り進むことができる。つまり、掘削機械
装置を設置し直すことなく工法を変えることが可能とい
うことであり、工法変更の工数や費用が最小限に押さえ
られる。なお、サンドポンプは、ポンプ本体から突出す
る回転軸にカッターを備えて土砂を粉砕（あるいは攪
乱）するように形成するのが好ましい。

【０００９】第４の発明は、請求項４に記載の構成を有
する。すなわち、クラムシェルに切削用のビットを取り
付けることによって、切削能率が向上し、クラムシェル
の摩耗が防がれる。

【００１０】

【発明の実施の形態】次に、本発明の一実施形態を図に
基づいて説明する。図１は、掘削装置の正面断面図、図
２は掘削装置の側面断面図、図３は図２のＩＩＩ−ＩＩ
Ｉ線断面図、図４は掘削装置の上面図、図５は掘削装置
の下面図である。掘削装置１は、いわゆるオールケーシ
ング工法において、地中に圧入するケーシングチューブ
に挿入して使用するものであり、ケーシングチューブよ
り若干小径に形成された筒状の掘削装置本体２０に可動
フレーム３０が昇降動可能に装着され、可動フレーム３
０に固設された支持部である中空支軸３１に支持された
回転体４０がケーシングチューブの軸線回りに回転駆動
され、この回転体４０の先端にクラムシェル５０が開閉
動作可能に装着されてなる概略構成である。なお、図１
には、想像線でクラムシェル５０を閉じた状態が示され
ている。以下、順に説明する。

【００１１】掘削装置本体２０は、円筒の両端がテーパ
状に縮径された外観を有しており、上支持部２１の上面
側に吊り耳２２が取り付けられ、内側にはケーシングチ
ューブに対する係止機構であるグリッパー装置２３が設
けられている。このグリッパー装置２３は、油圧シリン
ダ等のシリンダ装置２４によって係止部材であるグリッ
パー２５を掘削装置本体外周の等分４カ所位置から半径
方向に突出させてケーシングチューブ内壁に強く押し当
てることで、掘削装置本体２０をケーシングチューブと
ほぼ同心かつ所定の深さ位置に固定することができるよ
うに形成されている。

【００１２】また、掘削装置本体２０の内壁部には上下
方向（すなわち円筒軸線方向）に延びる案内部２６が設
けられ、この案内部２６のレールに沿って、可動フレー
ム３０の車輪３２が転動できるようになっている。そし
て、上支持部２１に垂設された油圧式のシリンダ装置２
８のロッド先端２８ａが可動フレーム３０に接続されて
おり、シリンダ装置２８の作用で可動フレーム３０が昇
降動する。このとき、中空支軸３１は上支持部２１の筒
状部に案内されて上下にスライドする。上記のシリンダ
装置２８により、本発明でいう送り機構が構成されてい
る。なお、図１において可動フレーム３０は下降位置で
示され、図２では上昇位置で示されている。

【００１３】前記の回転体４０は略円筒形状に形成さ
れ、上端部に大歯車４１が固着されている。そして、回
転体４０は中空支軸３１に外嵌する状態でベアリング３
３にて回動自在に支持され、かつ、大歯車４１の上下両
側に配されたスラストベアリング４２を介して可動フレ
ーム３０に回動自在に支持されている。大歯車４１には
可動フレーム３０に取り付けられた油圧モータ３４の軸
端の小歯車３５が噛合しており、この油圧モータ３４に
よって回転体４０が回転駆動される。上記の歯車装置と
油圧モータ３４とにより、本発明でいう回転駆動機構が
構成されている。なお、回転駆動機構を電動モータやエ
ンジンで駆動する構成にすることも可能である。

【００１４】回転体４０の下端部には端部材４３が固設
されており、この端部材４３に一対のクラムシェル５０
が、回転体４０の軸線と直角に延びる取付軸４５回りに
回転自在に装着されている。なお、端部材４３と中空支
軸３１の間にはスラストベアリング４４が介装されてい
る。

【００１５】そして、クラムシェル５０の背面側支持部
の取付ピン５１に油圧シリンダ５２のロッド先端がピン
結合され、油圧シリンダ５２の基端側が回転体４０の鍔
状取付部４６に回動自在に支持されている。すなわち、
一対のクラムシェル５０は、本発明でいう開閉駆動機構
を構成するシリンダ装置、具体的には油圧シリンダ５
２，５２の作動で開閉動作可能に形成されている。な
お、クラムシェル５０には、土砂をすくうときの爪先
と、開いた状態で下端縁になり閉じた状態では合わせ面
になる部位とに、切削用のビット５３，５４が複数固着
されている。

【００１６】さらに、中空支軸３１には、電動式の水中
サンドポンプ６０が取り付けられている。このサンドポ
ンプ６０は、先端にカッター６１を有する回転軸を備え
ており、端部材４３の位置から下方へ若干突出するカッ
ター６１により土砂を撹乱することができる。なお、サ
ンドポンプ６０から延びる泥水排出用のホース６２の先
端は、ケーシングチューブ外に設置される沈澱槽（図示
省略）に導かれている。水中サンドポンプ６０のモータ
に対しては地上からの電源ケーブル（図示省略）が接続
される。

【００１７】また、前述した各油圧機器（シリンダ装置
２４，２８、油圧モータ３４、油圧シリンダ５２）に
は、配管等の図示は省略したが、地上に設置した油圧装
置から給油されるようになっている。なお、シリンダ装
置を電動アクチュエータやモータ駆動のリンク機構等に
変えることも可能である。

【００１８】次に、上記の構成を有する掘削装置１の作
用について説明する。図７はオールケーシング掘削機を
用いた場所打ち杭工法の大略説明図である。まず、地上
に設置したオールケーシング掘削機（立杭構築機）７０
によりケーシングチューブ７１を地中に垂直に圧入す
る。この場合、オールケーシング掘削機７０は揺動式で
も全回転式でもどちらでも良い。そして、ケーシングチ
ューブ７１の揺動や回転を休止して、クレーン７２の吊
りワイヤ７３に吊り下げた掘削装置１をケーシングチュ
ーブ７１内に挿入する。ケーシングチューブ７１の下端
付近でグリッパー装置２３のシリンダ装置２４を作動さ
せてグリッパー２５を半径方向に押し出し、ケーシング
チューブ７１の内壁を押圧することで掘削装置本体２０
を所定の深さ位置に係止（固定）する。

【００１９】この掘削装置１は、大別すると主に、次の
三通りの使い方ができる。 (1) 掘削及び排土 掘削装置１がケーシングチューブ７１に係止している状
態で油圧シリンダ５２を作動させると、背面側を押下さ
れたクラムシェル５０は取付軸４５を中心に回転する。
このクラムシェル５０の開閉動作によって土砂をすくい
取り、あるいは、つかみとるようにして掘削する。その
後、ケーシングチューブ７１に対する係止状態を解いた
掘削装置１をクレーン７２にて吊り上げて排土する。こ
れはクラムシェル本来の使い方である。掘削孔の底部
（地山）の断面形状は、一般的に、図６（ａ）に示した
ようになる。なお、土砂の性状によっては、掘削装置１
をケーシングチューブ７１に係止させずに吊り下げたま
までクラムシェル５０の開閉操作をし、掘削装置１の自
重を利用して掘削しても構わない。

【００２０】(2) 切削及び排土 掘削装置１がケーシングチューブ７１に係止している状
態で油圧モータ３４を作動させると、歯車装置を介して
トルクが伝達されて回転体４０とクラムシェル５０が一
体で回転する。一対のクラムシェル５０を互いにほぼ開
いた状態としておき、ビット５３，５４にて地山を切削
する。その際、必要に応じて、シリンダ装置２８を作動
させて可動フレーム３０と中空支軸３１と回転体４０と
を一体で押し出し、クラムシェル５０を下方に送る。切
削した土砂は、回転を止めたクラムシェル５０によって
つかみ出すか、又は、次述するサンドポンプ６０で泥水
と共に排土する。これにより、掘削底面を、図６（ｂ）
に示したようにほぼ平坦に掘削することができるのでケ
ーシングチューブ７１の圧入が容易になる。

【００２１】上記と同様にして、クラムシェル５０に
て、岩盤や大転石等の障害物を適宜な大きさに切削した
うえで、がれきをつかみ出すこともできる。仮に、オー
ルケーシング工法のケーシングチューブ７１だけで岩盤
をくり抜くことができたとしても、そのままではケーシ
ングチューブ７１の外へ運び出すことが困難であること
を考えれば、本例のようにクラムシェル５０により切削
と排出ができる工法の作業効率が高いことがわかるであ
ろう。

【００２２】なお、ケーシングチューブ７１の刃先の切
削能力が足らないときにケーシングチューブ７１による
切削を一旦休止し、代わりにクラムシェル５０を十分に
開いた状態で回転させて、ケーシングチューブ７１の真
下を先行して掘削するという使用方法も可能である。こ
のように、掘削装置自身が切削手段を有しているので、
ケーシングチューブ７１の長さ（深度）に関係なく所定
の切削能力を発揮することができる。

【００２３】(3)泥水の排出 サンドポンプ６０を運転し、泥水を地上の沈澱槽（図示
省略）に吐出し、そこで土砂を分離してうわ水は掘削孔
に戻す。循環水の循環方式は、ポンプサクション式やエ
アリフト式などがある。サンドポンプ６０を運転する場
合は、クラムシェル５０の回転と送りを併用することが
好ましい。すなわち、回転するクラムシェル５０で地山
を切り崩しながら、ポンプ先端のカッター６１にて泥水
を攪乱して大きな塊を粉砕する。これにより効率の良い
排土が可能である。

【００２４】以上説明したように、この掘削装置一台
で、サンドポンプによる泥水の吐出、クラムシェルでの
土砂さらえ、クラムシェルでの転石等のつかみ出し、ク
ラムシェルでの岩盤等の切削といった様々な工法に対応
することができる。

【００２５】

【発明の効果】本発明の掘削装置によれば、オールケー
シング工法で立杭構築をする際に、クラムシェルで比較
的簡便に岩盤や大転石等の障害物を切削除去できる。し
かも、クラムシェルで掘削したり、サンドポンプにて排
土することもできる。このように、状況に応じて工法を
適宜に選択し得るので、基礎工事を迅速に進めることが
できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】掘削装置の正面断面図である。

【図２】掘削装置の側面断面図である。

【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。

【図４】掘削装置の上面図である。

【図５】掘削装置の下面図である。

【図６】掘削断面を説明する図である。

【図７】掘削装置の使用態様を説明する図である。

【図８】従来例の掘削装置を説明する図である。

【符号の説明】

１ 掘削装置 ２０ 掘削装置本体 ２３ グリッパー装置 ２５ グリッパー ２８ シリンダ装置 ３０ 可動フレーム ４０ 回転体 ５０ クラムシェル ５２ 油圧シリンダ ６０ サンドポンプ ７１ ケーシングチューブ

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 地中に圧入されるケーシングチューブに
   挿入して使用する掘削装置であって、 掘削装置本体に、一対のクラムシェルと、そのクラムシ
   ェルに地山をつかみ掘る開閉動作をさせる開閉駆動機構
   と、同クラムシェルに地山を切削する回転動作をさせる
   回転駆動機構とを備えてなる掘削装置。
2. 【請求項２】 前記掘削装置本体に、当該掘削装置本体
   をケーシングチューブの所定の深さ位置に係止させる係
   止機構と、回転駆動される前記クラムシェルを前方へ押
   し出す送り機構とを備えてなる請求項１に記載の掘削装
   置。
3. 【請求項３】 前記掘削装置本体が、泥水を排出するサ
   ンドポンプを備えている請求項２に記載の掘削装置。
4. 【請求項４】 前記一対のクラムシェルには、切削用の
   ビットが取り付けてある請求項１乃至３に記載の掘削装
   置。