JP6254670B1 - 連続壁掘削機 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化を実現可能な構成を備える連続壁掘削機を提供する。【解決手段】本発明に係る連続壁掘削機は、略平行して延在する一対のロングクローラと、前記一対のロングクローラに設けられている一対のレールと、前記一対のレール上で、前記ロングクローラの長手方向に水平移動可能な台車と、を備え、前記台車は、動力源を備える本体部と、循環移動可能なエンドレスカッターチェーンを備える掘削具を鉛直方向に移動可能に保持でき、前記一対のレールに跨って配置され前記一対のロングクローラに支持される門型のリーダと、を備え、前記リーダは、前記一対のロングクローラに支持された状態で前記本体部に対して回動可能なように、前記本体部と直接的又は間接的にヒンジ結合されている。【選択図】図２

Description

本発明は連続壁掘削機に関する。

地盤を掘削しながらセメントを含む注入材を注入し、掘削土と注入材とを混合攪拌し、その後芯材を挿入してソイルセメントの連続壁を構築する方法としては、ＳＭＰ工法、ＳＭＷ工法、ＴＲＤ（Ｔｒｅｎｃｈ−ｃｕｔｔｉｎｇ Ｒｅ−ｍｉｘｉｎｇ Ｄｅｅｐ Ｗａｌｌ Ｍｅｔｈｏｄ）工法等が知られている。

ＳＭＰ工法とは、単軸アースオーガにより掘削した掘削孔中の掘削土に、セメントミルクとテラフェストと称する特殊アスファルト乳剤を注入すると共に混合攪拌し、造成された柱体を少しずつラップさせて連続壁を形成する工法である。また、ＳＭＷ工法とは、ＳＭＰ工法と略同様であるが、単軸アースオーガではなく３〜５軸の多軸アースオーガにより長方柱の連続壁を形成する工法である。

一方、ＴＲＤ工法とは、カッタービットを備えるエンドレスカッターチェーンを循環させて地盤の掘削を行う連続壁掘削機により実行される。具体的に、エンドレスカッターチェーンのカッタービットを地盤に押しつけながらエンドレスカッターチェーンを循環させて地盤を掘削する。また、エンドレスカッターチェーンにより掘削した掘削溝中の掘削土に、カッターポストに形成された開口から注入材を注入し、掘削溝中で掘削土と注入材とを混合攪拌する。これにより、連続的にソイルセメントの連続壁を構築することができる。特許文献１には、上述のＴＲＤ工法を実現する連続壁掘削機としての地盤改良機が開示されている。

特開２００４−９２１２７号公報

特許文献１に記載の地盤改良機では、エンドレスカッターチェーンを備える掘削具が、地盤改良機の重心位置とは離れた位置に片持ち状態で支持される。そのため、地盤改良機は、掘削具の重量とつり合いを取るカウンターウェイトとして大きな重量が必要となる。また、重量が大きくなるため、作業時の設置安定性を考慮し、占有面積を大きく確保することも必要となる。このように、片持ち状態で掘削具を支持する構成の連続壁掘削機は、重量及び占有面積が大きくなり易く、大型化し易い。そのため、例えば河川の軟弱な堤防など、地盤の強度が弱く、連続壁掘削機を設置可能な幅が小さい場所の補強工事では、利用され難いという問題がある。

そこで本発明は、上記問題に鑑み、小型化を実現可能な構成を備える連続壁掘削機を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様としての連続壁掘削機は、略平行して延在する一対のロングクローラと、前記一対のロングクローラに設けられている一対のレールと、前記一対のレール上で、前記ロングクローラの長手方向に水平移動可能な台車と、を備え、前記台車は、動力源を備える本体部と、循環移動可能なエンドレスカッターチェーンを備える掘削具を鉛直方向に移動可能に保持でき、前記一対のレールに跨って配置され前記一対のロングクローラに支持される門型のリーダと、を備え、前記リーダは、前記一対のロングクローラに支持された状態で前記本体部に対して回動可能なように、前記本体部と直接的又は間接的にヒンジ結合されていることを特徴とするものである。

本発明の１つの実施形態として、前記台車は、前記本体部と前記リーダとを結合する結合部材を備え、前記結合部材は、前記本体部に設けられた第１結合部と直接的又は間接的にヒンジ結合されると共に、前記リーダに設けられた第２結合部と直接的又は間接的にヒンジ結合されていることが好ましい。

本発明の１つの実施形態として、前記台車は、前記結合部材と、前記本体部に設けられた前記第１結合部との間に、前記結合部材から前記第１結合部に作用する荷重を検出可能な荷重センサを更に備えることが好ましい。

本発明の１つの実施形態としての連続壁掘削機は、前記荷重センサが検出した検出値が所定値以上の場合に、前記動力源から前記掘削具への動力の供給を停止することが好ましい。

本発明の１つの実施形態として、前記掘削具は、注入材を排出可能な開口が形成され、前記リーダに取り付けられるカッターポストと、前記カッターポストの周囲を循環移動可能に取り付けられる、カッタービットを備える前記エンドレスカッターチェーンと、を備え、前記荷重センサを第１荷重センサとした場合に、前記リーダは、前記掘削具の鉛直方向の位置を変動可能なように鉛直方向に伸縮可能な伸縮装置と、前記エンドレスカッターチェーンを循環駆動する駆動装置と、前記カッターポストの前記開口へと前記注入材を供給する供給装置と、前記伸縮装置に作用する鉛直方向荷重を検出可能な第２荷重センサと、を備え、前記第１荷重センサの検出値及び前記第２荷重センサの検出値に基づき、前記伸縮装置、前記駆動装置及び前記供給装置の少なくとも１つを制御することが好ましい。

本発明の１つの実施形態として、前記リーダは、前記本体部に対して１つの面内方向でのみ回動可能にヒンジ結合されていることが好ましい。

本発明の１つの実施形態として、前記リーダは、前記ロングクローラの幅方向に延在する中心軸の周りを回動可能にヒンジ結合されていることが好ましい。

本発明の１つの実施形態としての連続壁掘削機は、前記一対のロングクローラそれぞれの鉛直方向の高さ位置を変動可能な高さ変動機構を更に備えることが好ましい。

本発明の１つの実施形態としての連続壁掘削機は、前記ロングクローラ内に位置し、前記高さ変動機構により持ち上げられた前記ロングクローラの弛みを阻止する弛み阻止部材を更に備えることが好ましい。

本発明の１つの実施形態として、前記台車は、前記一対のレール上で、前記リーダに前記掘削具を取り付け可能な取付位置と、前記リーダに取り付けられた掘削具により掘削を行う掘削位置と、の間を移動可能であることが好ましい。

本発明の１つの実施形態としての連続壁掘削機は、前記一対のロングクローラの対向距離を変動可能な距離変動機構を更に備えることが好ましい。

本発明によれば、小型化を実現可能な構成を備える連続壁掘削機を提供することができる。

本発明の一実施形態としての連続壁掘削機の上面図である。 図１に示す連続壁掘削機の側面図である。 図１に示す連続壁掘削機の正面図である。 図２とは異なる状態の連続壁掘削機の側面図である。 図１に示す連続壁掘削機の可動装置の詳細を示す図である。 図１に示す連続壁掘削機の高さ変動機構、弛み阻止部材及び距離変動機構を示す図である。 図１に示す連続壁掘削機による掘削作業の流れを示す図である。

以下、本発明に係る連続壁掘削機の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、各図において共通する部材・部位には共通の符号を付している。

図１は、本実施形態としての連続壁掘削機１の上面図である。図２は、連続壁掘削機１の側面図である。図３は、連続壁掘削機１の正面図である。なお、図２の側面図及び図３の正面図では、掘削具５が見えるように一部を省略して描いている。

図１〜図３に示すように、連続壁掘削機１は、一対のロングクローラ２と、一対のレール３と、台車４と、を備えている。なお、図１〜図３では、台車４に掘削具５が取り付けられた状態を示している。

一対のロングクローラ２は、略平行して延在する第１ロングクローラ２ａ及び第２ロングクローラ２ｂにより構成されている。第１ロングクローラ２ａ及び第２ロングクローラ２ｂの構成は同一である。そのため、第１ロングクローラ２ａの長手方向と、第２ロングクローラ２ｂの長手方向と、は略一致している。以下、説明の便宜上、第１ロングクローラ２ａ及び第２ロングクローラ２ｂの長手方向を単に「長手方向Ａ」と記載する。

一対のレール３は、一対のロングクローラ２に設けられている。具体的に、第１ロングクローラ２ａには、長手方向Ａに沿って延在する第１レール３ａが設けられている。第２ロングクローラ２ｂには、長手方向Ａに沿って延在する第２レール３ｂが設けられている。したがって、第１レール３ａ及び第２レール３ｂについても略平行して延在している。

台車４は、一対のレール３上で、一対のレール３に沿って、長手方向Ａに水平移動可能である。図４は、台車４が、一対のレール３上で、図１〜図３に示す位置とは異なる位置にある状態を示している。このように、台車４は、一対のレール３上を移動可能である。

より具体的に、台車４は、本体部６と、リーダ７と、結合部材８と、第１荷重センサ９と、長さ可変部材６０と、連結部６１と、を備えている。

本体部６は動力源１０を備える。本実施形態の動力源１０は、電力により起動するインバータ−モータである。インバーターモータは、リーダ７に設けられた後述の駆動装置１２としての油圧モータに動力を供給する。

また、図２等に示すように、本実施形態の本体部６は供給装置１３を備えている。供給装置１３は、可撓性を有するホース等の管状部材６２、及び、後述するリーダ７の取付部材５５に支持されている掘削具５、を通じて、注入材を掘削溝へと供給する。なお、図１、図３では、管状部材６２を省略して描いている。

リーダ７は、循環移動可能な掘削具５を鉛直方向に移動可能に保持できる。また、リーダ７は門型の形状を有しており、一対のレール３に跨って配置され、一対のロングクローラ２に支持されている。なお、リーダ７に保持される掘削具５の鉛直方向の移動についても、動力源１０からの動力が利用される。

リーダ７は、一対のロングクローラ２に支持された状態で本体部６に対して回動可能なように、本体部６と直接的又は間接的にヒンジ結合されている。具体的に、本実施形態のリーダ７は、結合部材８を介して間接的に、本体部６に対してヒンジ結合されている。

このように、リーダ７は、一対のレール３に跨って配置され、一対のロングクローラ２に支持されている。そのため、リーダ７の位置を連続壁掘削機１の全体の重心位置に近づけ易く、リーダ７に対するカウンターウェイトを軽量化した構成が実現し易くなる。つまり、連続壁掘削機１の小型化が実現し易くなる。

また、リーダ７は、長手方向Ａに移動可能な台車４に備えられている。そのため、一対のレール３上を、長手方向Ａに移動させることで、長手方向Ａにおける所定範囲の作業を、一対のロングクローラ２を可動させることなく実行することができる。

更に、リーダ７は、一対のロングクローラ２に支持された状態で本体部６に対して回動可能なように、本体部６と直接的又は間接的にヒンジ結合されている。このような構成とすれば、リーダ７を、本体部６に対して傾斜させる、すなわち、リーダ７に取り付けられる掘削具５の傾きを変動させることができる。そのため、掘削中の地盤の性状等に応じて掘削具５の傾きを変動することにより、掘削作業の効率化を図ることができる。また更に、上述したリーダ７の長手方向Ａへの移動と、リーダ７の傾斜の変動と、を組み合わせることで、地盤の性状等に合わせたより効率的な掘削作業を実現することができる。

結合部材８は、本体部６とリーダ７とを結合する。また、結合部材８は、リーダ７をサポートする補強部材としてのバックステイでもある。結合部材８は、本体部６に設けられた第１結合部６ａと直接的又は間接的にヒンジ結合されると共に、リーダ７に設けられた第２結合部７ａと直接的又は間接的にヒンジ結合されている。より具体的に、実施形態の結合部材８は、棒状の長尺部材であり、その一端部が、長さ可変部材６０及び第１荷重センサ９を介して間接的に、第１結合部６ａとヒンジ結合されている。また、本実施形態の結合部材８の他端部は、他の部材が介在することなく直接的に、第２結合部７ａとヒンジ結合されている。

このような結合部材８を用いることで、リーダ７をより安定的に支持することができる。

第１荷重センサ９は、結合部材８及び長さ可変部材６０と、本体部６に設けられた第１結合部６ａとの間に位置し、結合部材８から第１結合部６ａに作用する荷重を検出可能である。第１荷重センサ９としては、例えばロードセルを用いることができる。なお、第１荷重センサ９の両端部も、第１結合部６ａ及び長さ可変部材６０それぞれに対してヒンジ結合されている。そのため、本実施形態の第１荷重センサ９は、第１結合部６ａに向かって結合部材８の軸方向に作用する荷重を検出することができる。詳細は後述するが、本実施形態の連続壁掘削機１は、第１荷重センサ９が検出した検出値が所定値以上の場合に、動力源１０から掘削具５への動力の供給を停止する。

ここで、連続壁掘削機１の台車４に取り付けられる掘削具５について説明する。掘削具５は、循環移動可能なエンドレスカッターチェーン５ｂを備えるものである。具体的に、本実施形態の掘削具５は、カッターポスト５ａと、エンドレスカッターチェーン５ｂと、を備えている。カッターポスト５ａは、注入材を排出可能な開口５ａ１が形成され、リーダ７に取り付けられる。エンドレスカッターチェーン５ｂは、地盤に接触して地盤を掘削するカッタービット５ｂ１を備えている。また、エンドレスカッターチェーン５ｂは、カッターポスト５ａの周囲を循環移動可能に取り付けられている。

なお、掘削具５は、長さ方向に複数連結することができる。つまり、連結する掘削具５の数によって、掘削深さを変えることができる。本実施形態では、所定長さの掘削具５のカッターポスト５ａ同士を長さ方向に連結することで、必要な掘削深さに応じた長さを実現している。

長さ可変部材６０は、結合部材８と第１荷重センサ９との間に配置されており、結合部材８の軸方向における長さを変動可能である。そのため、長さ可変部材６０の長さを変えることで、第１結合部６ａと第２結合部７ａとの間の距離を変動させることができる。その結果、リーダ７及びリーダ７に取り付けられる掘削具５を傾斜させることができる。長さ可変部材６０としては、例えば油圧ジャッキなどのジャッキ部材を用いることができる。なお、長さ可変部材６０の一端部は結合部材８と回動不能に結合され、他端部は第１荷重センサ９と回動可能にヒンジ結合されているが、この構成に限られるものではなく、長さ可変部材６０の両端部を結合部材８及び第１荷重センサ９に対して回動可能にヒンジ結合してもよい。

連結部６１は本体部６とリーダ７の下端部とを連結している。本体部６及びリーダ７の下端部は、連結部６１が介在することにより、長手方向Ａの互いの距離が一定に保持されている。そのため、リーダ７は、下端部を中心に回動することで傾斜することができる。

次に、本実施形態のリーダ７の更なる詳細について説明する。本実施形態のリーダ７は、一対の柱部材４１と、梁部材４２と、揚重装置４３と、可動装置４４と、摺動部材５６と、を備えている。

一対の柱部材４１は、第１レール３ａ上に立設され、第１ロングクローラ２ａに支持されている第１柱部材４１ａと、第２レール３ｂ上に立設され、第２ロングクローラ２ｂに支持されている第２柱部材４１ｂと、から構成されている。より具体的に、第１柱部材４１ａは、摺動部材５６を介して、第１ロングクローラ２ａに支持されている。また、第２柱部材４１ｂは、摺動部材５６を介して、第２ロングクローラ２ｂに支持されている。第１柱部材４１ａは、摺動部材５６が第１レール３ａ上を長手方向Ａに移動することにより、摺動部材５６と共に長手方向Ａに移動可能である。また、第２柱部材４１ｂは、摺動部材５６が第２レール３ｂ上を長手方向Ａに移動することにより、摺動部材５６と共に長手方向Ａに移動可能である。更に、第１柱部材４１ａ及び第２柱部材４１ｂの下端部は、第１柱部材４１ａ及び第２柱部材４１ｂが一対のロングクローラ２及び一対のレール３に支持された状態で傾斜できるように、摺動部材５６（図３等参照）に対してヒンジ結合されている。なお、上述した結合部材８、第１荷重センサ９及び長さ可変部材６０は、第１柱部材４１ａ及び第２柱部材４１ｂそれぞれと、本体部６と、を連結している。また、上述した連結部６１は、第１柱部材４１ａが回動可能に取り付けられた摺動部材５６、及び、第２柱部材４１ｂが回動可能に取り付けられた摺動部材５６のそれぞれを、本体部６と連結している。

このように、本実施形態の連続壁掘削機１では、本体部６、リーダ７及び結合部材８が、第１結合部６ａにおけるヒンジ結合、第２結合部７ａにおけるヒンジ結合、及び、リーダ７の下端部としての一対の柱部材４１の下端部のヒンジ結合、の３つのヒンジ結合により結合されている。つまり、本実施形態の台車４は、所謂「スリーヒンジ構造」を有している。

梁部材４２は、一対の柱部材４１間に架設されている。換言すれば、一対の柱部材４１と梁部材４２とにより門型のフレームを形成され、リーダ７全体として、門型形状が形作られている。

揚重装置４３は、梁部材４２に取り付けられている。揚重装置４３には可動装置４４が吊り下げられており、揚重装置４３により可動装置４４を鉛直方向に移動させることができる。なお、本実施形態の揚重装置４３は、複数の滑車４３ａと、滑車４３ａに掛けられたロープ部材４３ｂと、を備えるウインチである。

図５は、可動装置４４の詳細を示す図である。可動装置４４は、一対の柱部材４１間で、揚重装置４３により、鉛直方向に移動することができる。具体的に、可動装置４４は、伸縮装置１１と、駆動装置１２と、第２荷重センサ１４と、可動梁部材１５と、取付部材５５と、カバー部材６３と、チェーンテンショナ２５と、を備えている。なお、図２〜図５では、カバー部材６３を省略して描いているが、その位置を二点鎖線により示している。

伸縮装置１１は掘削具５の鉛直方向の位置を変動可能なように鉛直方向に伸縮可能である。具体的に、本実施形態の伸縮装置１１は、鉛直方向に伸縮可能な第１伸縮部１１ａ及び第２伸縮部１１ｂを備えている。第１伸縮部１１ａは、鉛直方向に延在する第１昇降シリンダ１１ａ１と、この第１昇降シリンダ１１ａ１から鉛直方向上方に突設されている第１昇降ピストン１１ａ２と、を備えている。また、第２伸縮部１１ｂは、鉛直方向に延在する第２昇降シリンダ１１ｂ１と、この第２昇降シリンダ１１ｂ１から鉛直方向上方に突設されている第２昇降ピストン１１ｂ２と、を備えている。

伸縮装置１１は、水平方向に延在する可動梁部材１５に支持されている。可動梁部材１５は、上述した揚重装置４３に取り付けられている。そして、可動梁部材１５は、揚重装置４３により鉛直方向に移動可能である。なお、可動梁部材１５は、その両端が一対の柱部材４１にガイドされることで、鉛直方向のみに移動可能となっている。

ここで、本実施形態の第１伸縮部１１ａの第１昇降ピストン１１ａ２及び第２伸縮部１１ｂの第２昇降ピストンｂ２は、可動梁部材１５に対して、鉛直方向の位置が固定されている。そのため、可動梁部材１５の位置が固定された状態では、第１昇降ピストン１１ａ２及び第２昇降ピストンｂ２の鉛直方向の位置も固定された状態となる。したがって、可動梁部材１５の位置が固定された状態で伸縮装置１１が鉛直方向に伸縮すると、第１昇降シリンダ１１ａ１及び第２昇降シリンダ１１ｂ１が、第１昇降ピストン１１ａ２及び第２昇降ピストン１１ｂ２に対して、鉛直方向に移動する。このように、可動梁部材１５の位置を固定した状態でも、伸縮装置１１の鉛直方向の伸縮が可能となっている。

ここで、掘削具５は、第１伸縮部１１ａの下端部及び第２伸縮部１１ｂの下端部に支持される。具体的に、第１昇降シリンダ１１ａ１及び第２昇降シリンダ１１ｂ１の間には、掘削具５が取り付けられる取付部材５５が架設されている。つまり、本実施形態の掘削具５は、取付部材５５を介して、第１昇降シリンダ１１ａ１及び第２昇降シリンダ１１ｂ１に支持される。上述したように、可動梁部材１５の位置を固定した状態でも、第１昇降シリンダ１１ａ１及び第２昇降シリンダ１１ｂ１は、鉛直方向に移動可能である。そのため、可動梁部材１５の位置を固定した状態でも、伸縮装置１１により取付部材５５を鉛直方向に移動させることができ、その結果、掘削具５を鉛直方向に移動させることができる。

なお、本実施形態の可動梁部材１５は、第２荷重センサ１４を介して、第１伸縮部１１ａの上端部に結合されている。同様に、本実施形態の可動梁部材１５は、第２荷重センサ１４を介して、第２伸縮部１１ｂの上端部に結合されている。第２荷重センサ１４としては、例えばロードセルを用いることができる。このように、第１伸縮部１１ａ及び第２伸縮部１１ｂはいずれも、第２荷重センサ１４を介して可動梁部材１５と結合されている。本実施形態のリーダ７の可動装置４４は、上述の位置に第２荷重センサ１４を備えることにより、伸縮装置１１の伸縮の際に伸縮装置１１に作用する鉛直方向（本実施形態では昇降シリンダ及び昇降ピストンの軸方向）の荷重を検出可能である。なお、可動梁部材１５と第２荷重センサ１４との結合はヒンジ結合であり、第１伸縮部１１ａ及び第２伸縮部１１ｂそれぞれと第２荷重センサ１４との結合もヒンジ結合である。

駆動装置１２は、取付部材５５の中央部に取り付けられている。より具体的に、取付部５５の中央部には、掘削具５のエンドレスカッターチェーン５ｂに張力を付与するチェーンテンショナ２５が取り付けられており、駆動装置１２は、このチェーンテンショナ２５に対して取り付けられている。掘削具５には、駆動装置１２から動力が供給される。つまり、駆動装置１２は、掘削具５のエンドレスカッターチェーン５ｂを循環駆動することができる。本実施形態の駆動装置１２は、上述したように動力源１０から供給される油圧により作動する油圧モータとすることができる。

なお、上述したように、可動梁部材１５は、揚重装置４３に取り付けられている。そのため、可動梁部材１５が揚重装置４３により鉛直方向に移動することで、可動装置４４全体としても鉛直方向に移動する。このように、可動装置４４は、可動装置４４内で伸縮装置１１により鉛直方向に伸縮可能であるだけではなく、可動装置４４全体としても、揚重装置４３により鉛直方向に移動可能である。本実施形態の連続壁掘削機１では、掘削具５による掘削作業時に伸縮装置１１の伸縮を利用する。その一方で、本実施形態の連続壁掘削機１では、新たに追加する掘削具５を取付部材５５に対して取り付ける取り付け作業時に、可動梁部材１５を鉛直方向上方に大きく移動させる際に、揚重装置４３を利用する。また、本実施形態の連続壁掘削機１では、上述の取り付け作業により取り付けた掘削具５を、既に掘削孔内に位置する掘削具５に結合するために、鉛直方向下方に大きく移動させる際にも、揚重装置４３を利用する。つまり、本実施形態では、掘削作業時に伸縮装置１１を利用し、掘削具５の取替作業時に揚重装置４３を利用している。

ここで、揚重装置４３により可動装置４４を所定位置まで吊り上げて掘削具５を取り付け、掘削を行う位置で、揚重装置４３により可動装置４４を所定位置まで下降させた後は、可動梁部材１５の一対の柱部材４１に対する鉛直方向の位置を固定する。具体的に、本実施形態の連続壁掘削機１は、図２、図４に示すように、揚重装置４３による可動装置４４の移動を許容する許容状態と、揚重装置４３による可動装置４４の移動を阻害する阻害状態と、を切り替える切り替えピン２０を備える。また、本実施形態の連続壁掘削機１の一対の柱部材４１には、この切り替えピン２０を挿通可能な複数の挿通孔２１が設けられている。この切り替えピン２０及び挿通孔２１を利用することで、可動梁部材１５の鉛直方向の位置を所定の位置に固定することができ、揚重装置４３による可動装置４４の移動の許容及び阻害を切り替えることができる。

ここで、本実施形態の連続壁掘削機１は、第１荷重センサ９の検出値及び第２荷重センサ１４の検出値に基づき、伸縮装置１１、駆動装置１２及び後述する供給装置１３の少なくとも１つを制御する。第１荷重センサ９によれば、連続壁掘削機１のリーダ７に取り付けられるカッターポスト５ａに対して作用する、掘削作業時の曲げ荷重を検出することができる。また、第２荷重センサ１４によれば、連続壁掘削機１のリーダ７に取り付けられるカッターポスト５ａに対して作用する、掘削作業時の軸方向荷重を検出することができる。

上述したように、本実施形態では、複数の掘削具５のカッターポスト５ａ同士を長さ方向に結合する。そのため、この結合部分に意図しない外力が作用した場合には、他の部分と比較して破損又は破断し易い。そこで、本実施形態の連続壁掘削機１では、第１荷重センサ９により、連結された複数の掘削具５に対して作用する曲げ荷重をモニタリングし、第１荷重センサ９が所定値以上の曲げ荷重を検出した場合に、動力源１０から掘削具５への動力供給を停止する。これにより、連結された複数の掘削具５の破損や破断を防ぐことができる。

更に、本実施形態では、第１荷重センサ９及び第２荷重センサ１４により、掘削作業時のカッターポスト５ａに加わる曲げ荷重（カッターポスト５ａの傾斜によるスラリー抵抗等）及び軸方向荷重（カッターポスト５ａの鉛直方向移動によるスラリー抵抗等）の両方をモニタリングすることができる。そのため、カッターポスト５ａに加わる荷重を通じて、掘削溝内のスラリーの状態を予測することができる。その結果、スラリーコントロールのため各種制御を実行することができる。以下、この各種制御について例示説明する。

上述したように、本実施形態の本体部６は供給装置１３を備えており、この供給装置１３により、ホース等の管状部材６２を通じて、取付部材５５に支持されている掘削具５のカッターポスト５ａの開口５ａ１へと注入材を供給する。カッターポスト５ａ内の開口５ａ１に供給された注入材は、開口５ａ１から外部へと噴射させる。そのため、連続壁掘削機１によれば、開口５ａ１を通じて掘削溝内の掘削土に注入材を注入しながら、循環移動するエンドレスカッターチェーン５ｂにより、掘削土と注入材とを混合及び攪拌することができる。例えば、カッターポスト５ａに加わる荷重を通じてスラリーの粘度が所定値よりも高いことがわかれば、上述の供給装置１３に対して、開口５ａ１への注入材の供給量を増加させるように制御を変更することができる。なお、開口５ａ１には、スラリーの逆流を防ぐ逆止弁が設けられていることが好ましい。

また、別例として、掘削作業時のカッターポスト５ａに加わる荷重に基づき、駆動装置１２に対して、エンドレスカッターチェーン５ｂの循環移動の速度を変動させるように制御することもできる。更に、カッターポスト５ａに加わる荷重に基づき、伸縮装置１１の伸縮の変位や伸縮速度を変動させるように制御してもよい。このように、第１荷重センサ９及び第２荷重センサ１４により、掘削溝内のカッターポスト５ａに負荷される荷重を検出するようにすれば、掘削作業の精度をより向上させるような各種制御を実現することができる。

なお、連続壁掘削機１が、上述した制御を実行する制御装置２２を備えている。制御装置２２としては、ＣＰＵやＭＰＵなどを利用することができる。また、連続壁掘削機１は、位置情報検出センサ２３及び記憶部２４を更に含み、第１荷重センサ９及び第２荷重センサ１４による検出結果を、位置情報検出センサ２３による位置情報と対応させて記憶部２４に記憶する。このようにすれば、掘削位置に応じた掘削力の推移から地盤の状態を推定することができる。そのため、推定された地盤状態の予測に基づき、掘削具５の地盤への押し付け力や、エンドレスカッターチェーン５ｂの循環移動速度や、掘削具５の傾きなど、を調整することができる。更に、連続壁掘削機１は、外部装置にデータを送信する送信装置を含むものであってもよい。また、流量計を更に備える構成とすれば、各位置での注入率や攪拌数を求めることもできる。本実施形態では、本体部６が、制御装置２２、位置情報検出センサ２３及び記憶部２４を備えているが、この構成に限られるものではなく、制御装置２２、位置情報検出センサ２３及び記憶部２４を別の位置に設けてもよい。

以下、本実施形態の連続壁掘削機１の更なる詳細について説明する。

本実施形態の連続壁掘削機１のリーダ７は、本体部６に対して１つの面内方向でのみ回動可能にヒンジ結合されている。より具体的に、本実施形態のリーダ７は、一対のロングクローラ２それぞれの幅方向Ｂ（上面視で長手方向Ａに直交する方向）に延在する中心軸の周りを回動可能にヒンジ結合されている。つまり、本実施形態のリーダ７は、中心軸の周りで、長手方向Ａにのみ揺動移動することができ、この揺動移動により、側面視（図２、図４参照）において鉛直方向に対して傾斜した状態を実現することができる。換言すれば、上述した第１結合部６ａでのヒンジ結合の回動平面、第２結合部７ａでのヒンジ結合の回動平面、及び、リーダ７の下端部でのヒンジ結合の回動平面、の３つの平面は略平行している。

また、図６に示すように、本実施形態の連続壁掘削機１は、上述した一対のロングクローラ２、一対のレール３及び台車４に加えて、一対のロングクローラ２それぞれの鉛直方向の高さ位置を変動可能な高さ変動機構１６を備えている。具体的に、本実施形態の高さ変動機構１６は、第１ロングクローラ２ａの高さ位置を変動可能な第１ジャッキ１６ａと、第２ロングクローラ２ｂの高さ位置を変動可能な第２ジャッキ１６ｂと、を備えている。そのため、地盤表面の凹凸に応じて、第１ロングクローラ２ａや第２ロングクローラ２ｂを持ち上げ、敷き鉄板等を地盤表面との間に挟み入れることで、第１ロングクローラ２ａの高さ位置と、第２ロングクローラ２ｂの高さ位置と、を所望の位置関係に調整することができる。

ここで、本実施形態の連続壁掘削機１は、上述の高さ変動機構１６により持ち上げられたロングクローラの下方への弛みを阻止する弛み阻止部材１７を更に備えている。また、図２及び図４に示すように、弛み阻止部材１７は、第１ロングクローラ２ａ内及び第２ロングクローラ２ｂ内にそれぞれ位置している。本実施形態の弛み阻止部材１７は、上述の高さ変動機構１６により持ち上げられた一対のロングクローラ２それぞれの下端側を電磁力により引き上げ、一対のロングクローラ２それぞれの下端側が鉛直方向下方に弛むことを阻止する電磁石である。これにより、第１ロングクローラ２ａ及び第２ロングクローラ２ｂを上述の高さ変動機構１６により持ち上げた際に、第１ロングクローラ２ａ及び第２ロングクローラ２ｂの下端側が鉛直方向下方にたるむことを抑制することができる。そのため、上述の高さ変動機構１６により一対のロングクローラ２それぞれを持ち上げる高さ距離を小さくすることができる。

更に、本実施形態の台車４は、一対のレール３上で、リーダ７に掘削具５を取り付け可能な取付位置と、リーダ７に取り付けられた掘削具５により掘削を行う掘削位置と、の間を移動可能である。具体的に、図１〜図３は、台車４が取付位置にある状態を示している。そして、図４は、台車が掘削位置にある状態を示している。このように、台車４は、一対のロングクローラ２を停止した状態で、一対のレール３上を、取付位置と掘削位置との間で移動することができる。

また更に、図６に示すように、本実施形態の連続壁掘削機１は、一対のロングクローラ２の水平方向の対向距離（幅方向Ｂと同じ方向）を変動可能な距離変動機構１８を備えている。この距離変動機構１８により、本実施形態では、一対のロングクローラ２の対向距離を３ｍ〜４ｍの間で変動することができる。そのため、連続壁掘削機１の現場への搬入時には、一対のロングクローラ２の対向距離を小さくする（本実施形態では３ｍとする）ことができる。そのため、搬入作業を容易化することができる。逆に、現場での連続壁形成時には、一対のロングクローラ２の対向距離を大きくする（本実施形態では４ｍとする）ことで、作業時の連続壁掘削機１の設置安定性を向上させることができる。なお、連続壁掘削機１の現場からの撤去時も、搬入時と同様、一対のロングクローラ２の対向距離を小さくすることで、撤去作業を容易化することができる。このように、距離変動機構１８を備えることにより、現場への搬入時や現場からの撤去時の作業効率性と、現場で連続壁を成形する際の作業時の設置安定性と、の両立を図ることができる。

なお、本実施形態の距離変動機構１８は、図６に示すように、駆動源１８ａと、第１ロングクローラ２ａ及び第２ロングクローラ２ｂの間に架設され、駆動源１８ａの動力により幅方向Ｂの長さを変動可能なシャフト部材１８ｂと、駆動源１８ａの動力を、シャフト部材１８ｂに伝達する動力伝達部材１８ｃと、を備えている。より具体的に、図６に示す駆動源１８ａはモータであり、シャフト部材１８ｂは、スクリュージャッキ１８ｂ１及び雄ねじ部材１８ｂ２で構成されている。また、図６に示す動力伝達部材１８ｃは、駆動源１８ａとしてのモータからスクリュージャッキ１８ｂ１に動力を伝達する無端チェーンである。

また、上述したように、本実施形態の連続壁掘削機１は、取り付けられた掘削具５のエンドレスカッターチェーン５ｂの張力を所定範囲に維持するチェーンテンショナ２５を備えている（図２〜図５参照）。エンドレスカッターチェーン５ｂの張りすぎは、機械損傷原因になるばかりではなく、掘削トルクを消費する。本例では、チェーンテンショナ２５により、エンドレスカッターチェーン５ｂの張力を、たるみが生じず、かつ、弾性伸び変形が生じない状態（なじみ状態）に維持する。

以下、本実施形態の連続壁掘削機１を用いて行う掘削作業の手順について説明する。

まず、ソイルセメントの連続壁を形成する現場へと、連続壁掘削機１を、トレーラ輸送等により運搬する。上述したように、連続壁掘削機１の搬入作業及び撤去作業は、距離変動機構１８により、一対のロングクローラ２の対向距離を小さくした状態で行われる。そして、連続壁掘削機１を、連続壁を形成する所定位置に配置した後で、距離変動機構１８により、一対のロングクローラ２の対向距離を大きくする。なお、距離変動機構１８による対向距離の変動は、上述した高さ変動機構１６により、一対のロングクローラ２を地盤から離間した状態で行ってもよい。

次に、連続壁掘削機１に掘削具５を取り付ける。上述したように、台車４は、一対のレール３上で移動可能であり、リーダ７に掘削具５を取り付ける取付位置（図１〜図３参照）と、取り付けた掘削具５により掘削を行う掘削位置（図４参照）と、は異なっている。しかしながら、地盤を掘削する前の状態では、台車４の一対のレール３上の位置によらず、リーダ７に掘削具５を取り付けることができる。具体的に、揚重装置４３により可動装置４４を所定位置まで吊り上げる。この状態で、掘削具５を可動装置４４の取付部材５５に対して取り付ける。取り付けた位置が図１〜図３に示す取付位置の場合には、台車４を掘削位置（図４参照）まで移動する。そして、台車４を掘削位置とした状態で、揚重装置４３により可動装置４４を下降させる。可動装置４４を所定の位置まで下降させた後で、上述した切り替えピン２０及び挿通孔２１を利用して、可動装置４４の鉛直方向の位置を固定する。そして、駆動装置１２により掘削具５を駆動しながら、伸縮装置１１を利用して掘削具５を鉛直方向に移動させることにより、掘削作業を実行する。

なお、伸縮装置１１の伸縮可能なストロークを使い切った場合には、切り替えピン２０を挿通孔２１から抜去し、再び揚重装置４３を利用して可動装置４４を所定位置まで下降させる。可動装置４４を所定位置まで下降させた後で、切り替えピン２０を、これまで利用していた挿通孔２１とは別の挿通孔２１に挿通して、可動装置４４の鉛直方向の位置を再び固定する。そして、駆動装置１２により掘削具５を駆動しながら、伸縮装置１１を利用して掘削具５を鉛直方向に移動させることにより、掘削作業を実行する。必要に応じて、この作業を、１つの掘削具５により可能な掘削深さとなるまで繰り返す。図７（ａ）は、１つ目の掘削具５による掘削作業を終えた状態を示している。

次に、図７（ｂ）、図７（ｃ）及び図７（ｄ）に示すように、新たな掘削具５を、既に掘削孔内に位置する先ほどまで利用していた掘削具５に連結する作業を行う。まず、掘削孔内の掘削具５を、可動装置４４から取り外す。そして、切り替えピン２０を挿通孔２１から抜去し、揚重装置４３により、可動装置４４を吊り上げる。次いで、台車４を、掘削位置（図４参照）から取付位置（図１〜図３参照）に移動し（図７（ｂ）参照）、新たな掘削具５を可動装置４４に取り付ける（図７（ｃ）参照）。掘削具５を取り付けた後で、台車４を再び掘削位置まで移動させ、必要に応じて揚重装置４３により可動装置４４を下降させ、既に掘削孔内に位置する掘削具５の上端部と、可動装置４４に取り付けられている掘削具５の下端部と、を結合する（図７（ｄ）参照）。

次に、切り替えピン２０及び挿通孔２１を利用して、可動装置４４の鉛直方向の位置を固定し、上述した掘削作業を繰り返し、所定深さとなるまで掘削する。なお、掘削作業時は、供給装置１３により、注入材がカッターポスト５ａの開口５ａ１を通じて掘削孔内に供給される。

所定深さの掘削孔が形成された後は、一対のロングクローラ２を停止した状態で、台車４を一対のレール３上で移動させながらソイルセメントの連続壁を形成していく。そして、一対のレール３上での台車４の移動範囲だけソイルセメントの連続壁を形成した後は、一対のロングクローラ２を移動させ、先ほど形成した連続壁を水平方向に延ばしていく。なお、掘削孔から掘削壁を形成していく工程でも、注入材が注入され、循環移動するエンドレスカッターチェーン５ｂにより、掘削土と注入材とが混合・攪拌される。

そして、本実施形態の連続壁掘削機１では、上述した掘削作業中、第１荷重センサ９及び第２荷重センサ１４により、スラリー状態がモニタリングされている。そのため、上述した掘削作業中に、第１荷重センサ９や第２荷重センサ１４の検出結果に応じて、カッタービット５ｂ１の地盤への押し付け力やエンドレスカッターチェーン５ｂの循環移動の速度などを変動させることで、スラリーコントロールを行うことができる。

本発明は連続壁掘削機に関する。

１：連続壁掘削機
２：一対のロングクローラ
２ａ：第１ロングクローラ
２ｂ：第２ロングクローラ
３：一対のレール
３ａ：第１レール
３ｂ：第２レール
４：台車
５：掘削具
５ａ：カッターポスト
５ａ１：開口
５ｂ：エンドレスカッターチェーン
５ｂ１：カッタービット
６：本体部
６ａ：第１結合部
７：リーダ
７ａ：第２結合部
８：結合部材
９：第１荷重センサ
１０：動力源
１１：伸縮装置
１１ａ：第１伸縮部
１１ａ１：第１昇降シリンダ
１１ａ２：第１昇降ピストン
１１ｂ：第２伸縮部
１１ｂ１：第２昇降シリンダ
１１ｂ２：第２昇降ピストン
１２：駆動装置
１３：供給装置
１４：第２荷重センサ
１５：可動梁部材
１６：高さ変動機構
１６ａ：第１ジャッキ
１６ｂ：第２ジャッキ
１７：弛み阻止部材
１８：距離変動機構
１８ａ：駆動源
１８ｂ：シャフト部材
１８ｂ１：スクリュージャッキ
１８ｂ２：雄ねじ部材
１８ｃ：動力伝達部材
２０：切り替えピン
２１：挿通孔
２２：制御装置
２３：位置情報検出センサ
２４：記憶部
２５：チェーンテンショナ
４１：一対の柱部材
４１ａ：第１柱部材
４１ｂ：第２柱部材
４２：梁部材
４３：揚重装置
４３ａ：滑車
４３ｂ：ロープ部材
４４：可動装置
５５：取付部材
５６：摺動部材
６０：長さ可変部材
６１：連結部
６２：管状部材
６３：カバー部材
Ａ：ロングクローラの長手方向
Ｂ：ロングクローラの幅方向

Claims (11)

1. 略平行して延在する一対のロングクローラと、
   前記一対のロングクローラに設けられている一対のレールと、
   前記一対のレール上で、前記ロングクローラの長手方向に水平移動可能な台車と、を備え、
   前記台車は、動力源を備える本体部と、循環移動可能なエンドレスカッターチェーンを備える掘削具を鉛直方向に移動可能に保持でき、前記一対のレールに跨って配置され前記一対のロングクローラに支持される門型のリーダと、を備え、
   前記リーダは、前記一対のロングクローラに支持された状態で前記本体部に対して回動可能なように、前記本体部と直接的又は間接的にヒンジ結合されていることを特徴とする連続壁掘削機。
2. 前記台車は、前記本体部と前記リーダとを結合する結合部材を備え、
   前記結合部材は、前記本体部に設けられた第１結合部と直接的又は間接的にヒンジ結合されると共に、前記リーダに設けられた第２結合部と直接的又は間接的にヒンジ結合されていることを特徴とする、請求項１に記載の連続壁掘削機。
3. 前記台車は、前記結合部材と、前記本体部に設けられた前記第１結合部との間に、前記結合部材から前記第１結合部に作用する荷重を検出可能な荷重センサを更に備えることを特徴とする、請求項２に記載の連続壁掘削機。
4. 前記荷重センサが検出した検出値が所定値以上の場合に、前記動力源から前記掘削具への動力の供給を停止することを特徴とする、請求項３に記載の連続壁掘削機。
5. 前記掘削具は、注入材を排出可能な開口が形成され、前記リーダに取り付けられるカッターポストと、前記カッターポストの周囲を循環移動可能に取り付けられる、カッタービットを備える前記エンドレスカッターチェーンと、を備え、
   前記荷重センサを第１荷重センサとした場合に、前記リーダは、前記掘削具の鉛直方向の位置を変動可能なように鉛直方向に伸縮可能な伸縮装置と、前記エンドレスカッターチェーンを循環駆動する駆動装置と、前記カッターポストの前記開口へと前記注入材を供給する供給装置と、前記伸縮装置に作用する鉛直方向荷重を検出可能な第２荷重センサと、を備え、
   前記第１荷重センサの検出値及び前記第２荷重センサの検出値に基づき、前記伸縮装置、前記駆動装置及び前記供給装置の少なくとも１つを制御することを特徴とする、請求項３又は４に記載の連続壁掘削機。
6. 前記リーダは、前記本体部に対して１つの面内方向でのみ回動可能にヒンジ結合されていることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか１つに記載の連続壁掘削機。
7. 前記リーダは、前記ロングクローラの幅方向に延在する中心軸の周りを回動可能にヒンジ結合されていることを特徴とする、請求項６に記載の連続壁掘削機。
8. 前記一対のロングクローラそれぞれの鉛直方向の高さ位置を変動可能な高さ変動機構を更に備えることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか１つに記載の連続壁掘削機。
9. 前記ロングクローラ内に位置し、前記高さ変動機構により持ち上げられた前記ロングクローラの下方への弛みを阻止する弛み阻止部材を更に備えることを特徴とする、請求項８に記載の連続壁掘削機。
10. 前記台車は、前記一対のレール上で、前記リーダに前記掘削具を取り付け可能な取付位置と、前記リーダに取り付けられた掘削具により掘削を行う掘削位置と、の間を移動可能であることを特徴とする、請求項１乃至９のいずれか１つに記載の連続壁掘削機。
11. 前記一対のロングクローラの対向距離を変動可能な距離変動機構を更に備えることを特徴とする、請求項１乃至１０のいずれか１つに記載の連続壁掘削機。
    
    

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