ケーソン下底掘削機の支持装置

【課題】オープンケーソン沈下工法において、クラムシェルでは掘削困難な坑底のケーソン躯体下方部分を掘削する掘削機をケーソン内面に随時固定して用いる技術を提供する。
【解決手段】吸引装置５３で被覆体５２の内部の雰囲気を吸引して鋼板１２内面に被覆体５２を仮吸着させ、圧力水噴出装置５４から圧力水を被覆体５２内に噴出して被覆体５２内の鋼板１２内面の泥土６０を清掃し、清掃された泥水を排出装置５５によって排出し、電源５１１から電磁石装置５１への電力の供給によって、清掃された鋼板１２内面に電磁石装置５１を吸着させ、これに掘削機４０の掘削力を支持させる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ケーソン下底を掘削する掘削機の支持装置に関し、さらに詳しくは、クラムシェルでは掘削困難なケーソン下底部の地盤を掘削するために用いる掘削機の反力をケーソン躯体下端近傍に支持させる支持装置に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ＲＣ又はＰＣケーソンを水底や地中に沈設して橋脚等の基礎や大規模な地下構造物を構築する工法としてオープンケーソン圧入工法が知られている。このオープンケーソン圧入工法は、下端に刃口を有するケーソン躯体の上部にケーソン躯体を順次積重しながら、クラムシェルで函内の地盤を掘削し、グラウンドアンカに反力を支持させたジャッキにより刃先抵抗とケーソンの外周面摩擦力に打ち勝ってケーソンを地中に圧入沈下するものである。
【０００３】
ところが、クラムシェルによる地盤の掘削は、ケーソンの内側面で囲われた範囲にほぼ等しい範囲の掘削が最大限度であり、ケーソン下底部の地盤はクラムシェルでは掘削することが困難である。従って、ケーソンが圧入沈下される地盤が軟弱地盤の場合には、ケーソン下底部に未掘削土壌が存在したとしても、上述したオープンケーソン圧入工法によってケーソンを圧入沈下させることができるものの、ケーソンの圧入過程でケーソン下底部に岩盤などの硬質地盤が出現した場合には、ケーソン下底部の未掘削土壌が抵抗となって、ケーソンの圧入沈下が不可能となるおそれがある。
【０００４】
このような問題点に対処する装置として、圧入沈下されたケーソンの下部内壁面に水平に設置されたレールに沿って移動する取付架台と、この取付架台に取り付けられた掘削機とからなり、レールに沿って取付架台を移動させつつ、地上から遠隔操作される掘削機によってケーソン下部の地盤を掘削する掘削装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
このようなケーソン躯体に反力を支持させた掘削装置によれば、クラムシェルでは掘削困難なケーソン下部の地盤を掘削することができるため、このような掘削装置をクラムシェルと併用すれば、ケーソンの圧入過程でケーソン下底部に岩盤などの硬質地盤が出現したとしても、その硬質地盤を掘削することによってケーソンを確実に圧入沈下させることができる。
【特許文献１】特許第２７１７８７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、上述の掘削装置では、掘削機を取り付ける取付架台が走行するレールを、ケーソン内に予め取り付けておく必要があり、クラムシェルで函内の地盤を掘削する際、ケーソンの下部内壁面に設置されたレールにクラムシェルのグラブバケット等が接触・衝突してレールに損傷を与えるおそれがある。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑み、ケーソンの内壁面にレール等を予め取り付けておく必要のないケーソン下底掘削機の支持装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成する本発明のケーソン下底掘削機の支持装置は、ケーソン躯体に反力を支持させてケーソン下底部の地盤を掘削する掘削機の支持装置において、下端近傍内壁に鋼板を張り付けたケーソン躯体を用い、その支持装置は、上記鋼板内面に吸脱着する電磁石装置と、この電磁石装置の位置決め制御装置と、昇降装置とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
本発明のケーソン下底掘削機の支持装置は、電力の供給によって上記鋼板内面に吸着させた電磁石装置が掘削機を位置決めするとともに掘削反力を支持し、電力の遮断によって電磁石装置が鋼板内面から離脱するものであるため、掘削機の反力を支持するレール等の部材をケーソンの内壁面に予め取り付けておく必要がない。従って、本発明のケーソン下底掘削機の支持装置によれば、クラムシェルでは掘削困難なケーソン下底部の地盤を掘削する掘削機の不使用時には吊下したこの掘削機を引き上げてしまうことによって、ケーソンの内側に突出したレールなどといった障害物が存在しないこととなり、グラブバケット等によってレール等が破損されることが回避される。
【００１０】
ここで、上記本発明のケーソン下底掘削機の支持装置は、上記電磁石装置を内蔵し前記鋼板内面を部分的に被覆する被覆体と、この被覆体の内部の雰囲気を吸引してこの被覆体を鋼板内面に仮吸着させる吸引装置と、この被覆体内の鋼板内面の泥土を清掃する圧力水噴出装置と、清掃された泥水を排出する排出装置とを備えたことが好ましい。
【００１１】
ここで、本発明にいう「雰囲気」とは、鋼板内面を部分的に被覆した被覆体の内部空間に存在する気体や液体をいう。
【００１２】
このように、被覆体の内部の雰囲気を吸引して被覆体を仮吸着させ、被覆体内の鋼板内面の泥土を清掃することにより、被覆体に内蔵された電磁石装置を鋼板内面に確実にかつ大きな吸着力で吸着させることができる。
【００１３】
ただし、電磁石装置による吸着力が、被覆体内の鋼板内面の泥土による吸着を阻害させる力よりも勝る場合は、特に泥土を清掃排除しなくてもよい。
【００１４】
また、上記本発明のケーソン下底掘削機の支持装置は、上記支持装置を複数備えるとともに、これら複数の支持装置同士を結ぶ円弧状レールを背面に備え、このレールは掘削機を装着する支持部であることも好ましい形態である。
【００１５】
このようなレールを備えたケーソン下底掘削機の支持装置によれば、電磁石装置による吸着位置を変更することなく、そのレールに沿って掘削機を移動させることによって広範囲の地盤を掘削することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のケーソン下底掘削機の支持装置によれば、電力の供給及び遮断によって鋼板内面に吸脱着される電磁石装置が掘削機を位置決めするとともに掘削反力を支持するため、掘削機の不使用時にはケーソンの内側に突出したレールなどといった障害物を存在させることなく、グラブバケット等によってレール等が破損されることがなく、ケーソン躯体に反力を支持させた掘削機を随時効果的に使用することができるようになった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１８】
図１は、本発明の一実施形態が適用された支持装置５０を用いてケーソン１０を沈下させるオープンケーソン圧入方法を示す縦断面図である。尚、この図１には、ケーソン１０を地中に圧入沈下させる圧入過程の状態が示されている。
【００１９】
ケーソン１０の最下部のケーソン躯体は、下端に刃口１１を有すると共に、この刃口１１近傍の内壁下端から３ｍ程度の高さまでの範囲にわたって内壁に鋼板１２を張り付けている。このケーソン躯体の頂部にセグメントブロックを継ぎ足すか、又は鉄筋コンクリートを現場打ちして構築したケーソン躯体をケーソン躯体の頂部に順次積重する。図示しない複数のグラウンドアンカが地中に打ち込まれて地盤１００に定着されている。クラムシェルのグラブバケット７０で函内の地盤を掘削し、図示しないジャッキを用いて、グラウンドアンカに反力を取って刃先抵抗とケーソン１０の外周面摩擦力に打ち勝ってケーソン１０を地中に圧入沈下させる。
【００２０】
この圧入過程においてケーソン１０の下底部に岩盤などの硬質地盤が出現してケーソン１０の圧入沈下が困難となった場合には、図１に示すように、ケーソン下底掘削装置２０を地上から函内に降下させて、クラムシェルでは掘削困難な部分、例えば、ケーソン１０の下底部の地盤１３等をケーソン下底掘削装置２０を用いて掘削しつつケーソン１０を沈下させる。
【００２１】
ケーソン１０は、沈下予定線１４に沿って地上から地盤１００中に沈設され、水位レベル１５より下方に深く沈下される。
【００２２】
ケーソン下底掘削装置２０は、地上からクレーン９２のワイヤ９３によって吊下されて、必要に応じて昇降される。位置決め制御装置９４は、ケーソン下底掘削装置２０を支持する支持装置５０の吸着位置制御を行う。このクレーン９２は、本発明の昇降装置の実施例であり、この位置決め制御装置９４は、本発明の位置決め制御装置の実施例であり、この支持装置５０は、本発明のケーソン下底掘削機の支持装置の実施例である。
【００２３】
ケーソン下底掘削装置２０は、支持装置５０と、支持装置５０に装着されたフレーム３０と、掘削機４０とから構成されている。支持装置５０は、ケーソン１０の下端近傍内壁に張り付けられた鋼板１２内面に吸着して掘削機４０を位置決めするとともに、その掘削反力を支持する。掘削機４０は、フレーム３０に取付けられて、鉛直垂下位置とケーソン刃口１１下との間を揺動することによって、ケーソン１０の下底部の地盤１３を掘削する。このフレーム３０と掘削機４０との組み合わせは、本発明の掘削機の実施例である。また、ケーソン下底掘削装置２０には、地上に設けた油圧装置９０から油圧供給管９１を通って高圧の油圧が供給され、掘削機４０の揺動、掘削機４０の回転駆動が行われる。
【００２４】
次に、図２〜図４を参照して、本発明のケーソン下底掘削機の支持装置の実施例について詳述する。
【００２５】
図２は、図１に示すケーソン下底掘削装置２０を鋼板１２内面に仮吸着させた状態の側面図、図３は、このケーソン下底掘削装置２０を鋼板１２内面に吸着させた状態の側面図、図４は、このケーソン下底掘削装置２０の正面図である。
【００２６】
図２〜図４に示すように、ケーソン下底掘削装置２０は、２つの支持装置５０を備えるとともに、これら２つの支持装置５０同士を結ぶ、Ｈ型鋼からなる２つの円弧状レール８０を背面に備えている。この円弧状レール８０にフレーム３０を懸架し、このフレーム３０に、鉛直垂下位置とケーソン刃口下との間を揺動する掘削機４０を装着してある。この円弧状レール８０は、本発明の円弧状レールの実施例である。
【００２７】
各支持装置５０は、それぞれ、電磁石装置５１と被覆体５２と吸引装置５３と圧力水噴出装置５４と排出装置５５とを備えている。
【００２８】
電磁石装置５１は、電源ケーブル５１１ａを介して電源５１１から電力が供給されることによって鋼板１２内面に吸着し、電源５１１からの電力が遮断されることによって鋼板１２内面から離脱する。また、電磁石装置５１は、この電磁石装置５１の鋼板１２内面に吸脱着する面に凹部５１ａを有し、この凹部５１ａ内には、コイルバネ５１２が組み込まれている。この電磁石装置５１は、本発明の電磁石装置の実施例である。尚、本実施形態では、１００ＫＮの最大吸着力を有する電磁石装置５１を用いた。
【００２９】
被覆体５２は、この被覆体５２に剛結合された電磁石装置５１を内蔵し、弾性部材５６を介して鋼板１２内面を部分的に被覆するものである。この被覆体５２は、本発明の被覆体の実施例である。
【００３０】
吸引装置５３は、吸引管５３１を介して被覆体５２の内部の雰囲気を吸引して被覆体５２を鋼板１２内面に仮吸着させるものである。このようにして支持装置５０が仮吸着された状態では、図２に示すように、電磁石装置５１の凹部５１ａに組み込まれたコイルバネ５１２の一端が、電磁石装置５１と対向する鋼板１２内面に当接し、電磁石装置５１と鋼板１２内面との間に空間が保たれている。尚、ここでいう雰囲気とは、ケーソン１０の内壁面を部分的に被覆した被覆体５２の内部空間に存在する気体や液体をいう。この吸引装置５３は、本発明の吸引装置の実施例である。
【００３１】
圧力水噴出装置５４は、圧力水噴出管５４１を介して圧力水を被覆体５２内に噴出することによって、被覆体５２内の鋼板１２内面の泥土６０を清掃するものである。清掃された泥水は、排出管５５１を介して排出装置５５によって吸引、排出される。この圧力水噴出装置５４は、本発明の圧力水噴出装置の実施例であり、この排出装置５５は、本発明の排出装置の実施例である。
【００３２】
このように構成された支持装置５０は、まず、図２に示すように、吸引装置５３で被覆体５２の内部の雰囲気を吸引して鋼板１２内面に被覆体５２を仮吸着させ、圧力水噴出装置５４から圧力水を被覆体５２内に噴出して被覆体５２内の鋼板１２内面の泥土６０を清掃し、清掃された泥水を排出装置５５によって排出する。ただし、電磁石装置５１による吸着力が、被覆体５２内の鋼板１２内面の泥土による吸着を阻害させる力よりも勝る場合は、特に泥土を清掃排除しなくてもよい。
【００３３】
その後、図３に示すように、電源５１１から電磁石装置５１への電力の供給によって、清掃された鋼板１２内面に電磁石装置５１を吸着させることによって、掘削機４０の掘削力を支持させることができる。また、清掃された鋼板１２内面に電磁石装置５１を圧着させることにより、支持装置５０を鋼板１２内面に確実にかつ大きな吸着力で吸着させることができる。尚、電磁石装置５１の凹部５１ａに組み込まれたコイルバネ５１２は、電磁石装置５１が鋼板１２内面に吸着することによってその凹部５１ａ内に収納される。
【００３４】
各支持装置５０の背面に備えられた、２つの支持装置５０同士を結ぶＨ型鋼からなる２つの円弧状レール８０は、上下２つの円弧状レール８０を縦つなぎ材８１で結合されている。また、各円弧状レール８０は、それぞれ、内側フランジ８０ａと外側フランジ８０ｂとを有している。縦つなぎ材８１及び内側フランジ８０ａは、各支持装置５０の背面に剛結合されており、外側フランジ８０ｂがレールとしての機能を有する。また、上下２つの円弧状レール８０の内の上方の円弧状レール８０は、クレーンワイヤ結合部８０ｃを備えていて、地上からクレーン９２のワイヤ９３によって吊下されている。また、下方の円弧状レール８０の外側フランジ８０ｂの側面にはラック８２が設けられている。
【００３５】
フレーム３０は、上下の円弧状レール８０に懸架する上下８個の車輪３１を備えると共に、下方の円弧状レール８０の外側フランジ８０ｂの側面に設けられたラック８２に噛み合うピニオンギヤ８３を備えている。このピニオンギヤ８３が駆動されると、フレーム３０は円弧状レール８０に沿って旋回する。また、フレーム３０の上端にクレーンワイヤ結合部３２を備えていて、地上からクレーン９２のワイヤ９３によって吊下されている。また、フレーム３０の下端に掘削機４０をブラケット４６、結合ピン４３で吊下している。
【００３６】
フレーム３０はＨ型鋼等のフレーム部材３３，３４，３６及び側板等によって強固に形成されており、連結部の必要な部分はピン３５等により可撓性をもたせている。また、掘削機４０を揺動させる油圧シリンダ４７、緩衝装置４８などを備えている。
【００３７】
掘削機４０は、例えば回転スクリュー羽根を備えた装置などを用いるとよく、その長さは、ケーソン刃口下の刃先までの部分の地盤１３を過不足なく掘削することができるように、長さを定めておく。このことにより、掘削機４０の揺動角を定めることによって、掘削範囲内を、無駄なく適切に掘削することができる。この実施例では掘削機４０として、スクリュー羽根４２を備えた回転軸（スクリュー羽根軸）４１を有する装置が示されている。尚、掘削機４０の型式はこの実施例に限るものではなく、掘削作用を有するものであればよい。例えば、スクリュー羽根の代りに多数の突棒や刃物等を取付けた回転軸をもつ装置、プロペラ又はインペラをもち、回転と往復運動をする装置、高圧流体による掘削掘削装置、これらの組合せ装置などでもよい。
【００３８】
回転駆動部４５はスクリュー羽根軸４１を回転させる。
【００３９】
掘削機４０はブラケット４６及び偏心した結合ピン４３によってフレーム３０に結合され吊下されている。掘削機４０の揺動駆動は、フレーム３０に取付けた油圧シリンダ４７によって駆動される。油圧シリンダ４７のラムは掘削機４０の頭部ピン４４に結合されている。油圧シリンダ４７のラムの伸縮により、掘削機４０の揺動駆動がなされる。
【００４０】
以上説明したように、実施形態の支持装置５０によれば、クラムシェルでは掘削困難なケーソン１０の下底部の地盤１３を掘削する掘削機４０の不使用時には吊下されたケーソン下底掘削装置２０を引き上げてしまうことによって、ケーソン１０の内側に突出したレールなどといった障害物が存在しないこととなり、グラブバケット７０等によってレール等が破損されることが回避される。
【００４１】
また、ケーソン１０の圧入過程でケーソン１０の下底部に岩盤などの硬質地盤が出現し、掘削機を用いてその硬質地盤を掘削する必要が生じた場合には、ケーソン下底掘削装置２０を降下させ、電力の供給及び遮断によって鋼板１２内面に吸脱着される電磁石装置５１を内蔵する支持装置５０によって掘削機４０を位置決めすると共に掘削反力を強力に支持させて、掘削機４０を随時効果的に使用することができるようになった。
【００４２】
さらに、実施形態の支持装置５０は、支持装置５０が円弧状レール８０を備え、掘削機４０を装着したフレーム３０がこの円弧状レール８０に沿って走行するため、電磁石装置５１による吸着位置を変更することなく掘削機４０を移動させることによって広範囲の地盤を掘削することができる。
【００４３】
尚、上述した実施形態では、本発明の支持装置が２つ備えられた例について説明したが、本発明の支持装置は１つあるいは２つ以上であってもよい。
【００４４】
また、上述した実施形態では、本発明の支持装置の背面に円弧状レールを備え、このレールに掘削機を装着する例について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、本発明の支持装置に掘削機が剛結合されていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の一実施形態が適用された支持装置を用いてケーソンを沈下させるオープンケーソン圧入方法を示す縦断面図である。
【図２】図１に示すケーソン下底掘削装置を鋼板内面に仮吸着させた状態の側面図である。
【図３】図１に示すケーソン下底掘削装置を鋼板内面に吸着させた状態の側面図である。
【図４】図１に示すケーソン下底掘削装置の正面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１０ケーソン
１１刃口
１２鋼板
１３地盤
１４沈下予定線
１５水位レベル
２０ケーソン下底掘削装置
３０フレーム
３１車輪
３２クレーンワイヤ結合部
３３，３４，３６フレーム部材
３５ピン
４０掘削機
４１回転軸（スクリュー羽根軸）
４２スクリュー羽根
４３結合ピン
４４頭部ピン
４５回転駆動部
４６ブラケット
４７油圧シリンダ
４８緩衝装置
５０支持装置
５１電磁石装置
５１ａ凹部
５１１電源
５１１ａ電源ケーブル
５１２コイルバネ
５２被覆体
５３吸引装置
５３１吸引管
５４圧力水噴出装置
５４１圧力水噴出管
５５排出装置
５５１排出管
５６弾性部材
６０泥土
７０グラブバケット
８０円弧状レール
８０ａ内側フランジ
８０ｂ外側フランジ
８０ｃクレーンワイヤ結合部
８１縦つなぎ材
８２ラック
８３ピニオンギヤ
９０油圧装置
９１油圧供給管
９２クレーン
９３ワイヤ
９４位置決め制御装置
１００地盤

【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーソン躯体に反力を支持させてケーソン下底部の地盤を掘削する掘削機の支持装置において、下端近傍内壁に鋼板を張り付けたケーソン躯体を用い、該支持装置は、前記鋼板内面に吸脱着する電磁石装置と、該電磁石装置の位置決め制御装置と、昇降装置とを備えたことを特徴とするケーソン下底掘削機の支持装置。
【請求項２】
前記電磁石装置を内蔵し前記鋼板内面を部分的に被覆する被覆体と、該被覆体の内部の雰囲気を吸引して該被覆体を鋼板内面に仮吸着させる吸引装置と、該被覆体内の鋼板内面の泥土を清掃する圧力水噴出装置と、清掃された泥水を排出する排出装置とを備えたことを特徴とする請求項１記載のケーソン下底掘削機の支持装置。
【請求項３】
前記支持装置を複数備えるとともに、該複数の支持装置同士を結ぶ円弧状レールを背面に備え、該レールは掘削機を装着する支持部であることを特徴とする請求項１記載のケーソン下底掘削機の支持装置。

【図１】