掘削排土方法とケーソンの圧入沈設方法および拡径掘削装置
【課題】ケーシングパイプに形成された土砂取り込み口への掘削土砂の取り込み効率を改善する。
【解決手段】回転駆動されるケーシングパイプの外周には、固定掘削翼１２と可動掘削翼１３とからなる拡縮可能な三つの掘削翼３を放射状に備えている。可動掘削翼１３は、上板１９と斜状板２０とからなる土砂前戻し板１８を備えることで、その断面形状がいわゆるかぶり量αを有した形状、すなわち掘削進行方向前方側に向かって凹形状となる前向き羽根形状となっている。掘削翼３にて掘削した土砂を、その掘削翼３の掘削進行方向の前方且つ掘削刃１７の位置よりも上方側へ誘導してケーシングパイプ内に取り込み排土する。
【解決手段】回転駆動されるケーシングパイプの外周には、固定掘削翼１２と可動掘削翼１３とからなる拡縮可能な三つの掘削翼３を放射状に備えている。可動掘削翼１３は、上板１９と斜状板２０とからなる土砂前戻し板１８を備えることで、その断面形状がいわゆるかぶり量αを有した形状、すなわち掘削進行方向前方側に向かって凹形状となる前向き羽根形状となっている。掘削翼３にて掘削した土砂を、その掘削翼３の掘削進行方向の前方且つ掘削刃１７の位置よりも上方側へ誘導してケーシングパイプ内に取り込み排土する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤の掘削を目的としたケーシングパイプを主要素とする掘削排土方法とケーソンの圧入沈設方法および拡径掘削装置に関し、特にケーソンの圧入沈設による立て坑の構築に際して、そのケーソンの刃先下を拡底または拡径するような形態で掘削排土するに際して、ケーシングパイプ内への土砂の取り込み効率を改善した掘削排土方法とケーソンの圧入沈設方法および拡径掘削装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
大深度地下の有効利用を目的に国土交通省にて「大深度地下の公共的使用に関する特別措置法」が平成１３年４月１日より施行されて以来、大深度地下空間の利用にあたり立て坑の構築方法としてのケーソン圧入沈設工法が注目されている。そのような背景もあり、地下空間利用としてのケーソン圧入沈設工法のニーズは大深度、大口径に向かう傾向にあり、時には硬質地盤であってもケーソン圧入沈設工法が実施されることがある。
【０００３】
硬質地盤におけるケーソン圧入沈設工法では、掘削方法としてケーシングパイプの外周に例えば複数の拡径掘削翼を放射状に取り付けた上でそのケーシングパイプを把持部として全旋回式オールケーシング掘削機にて回転駆動させることにより硬質地盤の掘削を行っている。特に縮径状態とした拡径掘削翼をケーソンの刃先下に位置させた上で拡径掘削翼を拡径させて回転させることより、ケーソンの刃先下を積極的に掘削することが可能となる。
【０００４】
これらの拡径掘削装置の多くは、例えば本出願人が提案している特許文献１，２に記載のように、拡径掘削翼とケーシングパイプとの交点前方側（掘削回転方向前方側）においてそのケーシングパイプ側面に開口部（土砂取り込み口）が設けられている。そして、拡径掘削翼にて掘削された土砂をこの開口部よりケーシングパイプ内へ取り込み、取り込まれた土砂をハンマーグラブまたはグラブバケット等の揚排土手段にて排土する方式となっている。
【特許文献１】特開２００４−１７６５３０号公報
【特許文献２】特開平１０−３１７３７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載のものでは、拡径掘削翼の真上にトップディスク部と称される円板が配置されていて実質的に拡径掘削翼の上部空間が閉塞される傾向にあるのに対して、特許文献２に記載のものでは、上記円板が存在せずに実質的に拡径掘削翼の上部空間が開放されているという違いがあるものの、いずれの場合においても掘削した土砂を速やかに且つ効率良くケーシングパイプ内に取り込むためには、掘削した土砂が拡径掘削翼の上方を乗り越えてしまうことなく、回転中の拡径掘削翼に押されるようにして土砂がそのままスムーズにケーシングパイプに開口形成されている土砂取り込み口に導入されることが望ましい。
【０００６】
しかしながら、先に述べたようにケーソンの大口径化に伴い拡径掘削翼の外周端から土砂取り込み口までの距離が大きくなる傾向にあり、それとともに掘削した土砂を土砂取り込み口にスムーズに取り込むことが困難になりつつある。つまり、上記のように拡径掘削翼の外周端から土砂取り込み口までの距離が大きくなることによって拡径掘削翼一つ当たりの掘削量が増加する一方で、掘削した土砂が拡径掘削翼の上方を乗り越えてしまう量もまた多くなり、結果として拡径掘削翼とともに回転循環する土砂が多くなることによって土砂取り込み口への取り込み効率が低下することになる。
【０００７】
特に、泥岩質系地盤を対象に大口径掘削（例えば５ｍ以上の口径）を行おうとする場合には、特許文献１に記載の技術では実質的に拡径掘削翼の上部空間が円板にて閉塞される傾向にあることから、拡径掘削翼と円板との交点付近に掘削土砂が滞留してしまい、掘削の継続に伴い滞留土砂が増加して土砂取り込み口を閉塞してしまうことがあるほか、上記円板の上部にまで土砂が堆積してしまい、土砂総重量の増加により全旋回式オールケーシング掘削機の把持能力を超えてしまうおそれがあった。
【０００８】
他方、特許文献２に記載の技術では、掘削した土砂が拡径掘削翼の上方を乗り越えた場合にはその土砂は後段の拡径掘削翼にて集土されることになるが、拡径掘削翼とともに回転循環する土砂が増加することによって掘削土砂と水を混合撹拌している状態となってその掘削土砂は底泥化（ヘドロ化）し、底泥化した土砂は粘着性が高い故にケーソン内面への付着や、土砂取り込み口の閉塞等のトラブルを招き、それらの底泥化した土砂の二次的処分に余分な工数が必要となるとともにとコストアップを招いていた。
【０００９】
このように、ケーソン圧入沈設工法の多様化と大口径化とともに多種多様な土質に対して有効な掘削排土技術および拡径掘削技術が要望されているところであり、本発明はこのような要請に応えるべくなされたものである。
【００１０】
すなわち、本発明は特許文献１，２と同様の掘削排土技術を基本として、土砂取り込み口への掘削土砂の取り込み効率を改善した掘削排土方法とケーソンの圧入沈設方法および拡径掘削装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に記載の発明は、回転駆動されるケーシングパイプの外周に突出する掘削翼を備えているとともに、そのケーシングパイプのうち掘削翼との交点よりも回転方向前方側に土砂取り込み口が開口形成されていて、ケーシングパイプを掘削翼とともに回転させることで少なくとも掘削翼の下端部を掘削点として地盤を掘削して、その掘削土砂の少なくとも一部を掘削翼に沿わせて誘導し土砂取り込み口よりケーシングパイプ内に取り込み排土する方法であることを前提とする。
【００１２】
その上で、上記掘削翼は、掘削翼自体の突出方向に面直角な断面においてその掘削点に対して当該掘削点よりも上方部が掘削進行方向前方側にかぶさる形状となっていて、上記掘削翼にて掘削した土砂を、その掘削翼の掘削進行方向の前方且つ掘削点よりも上方側へ向けて誘導してケーシングパイプ内に取り込み排土することを特徴とする。
【００１３】
より具体的には、請求項２に記載のように、上記掘削翼は、掘削翼自体の突出方向に面直角な断面において掘削進行方向前方側に向かって凹形状となる前向き羽根形状のものとする。
【００１４】
望ましくは、請求項３に記載のように、上記掘削翼は、平面視においてケーシングパイプに近い根元部側に対してケーシングパイプから遠い先端部側が掘削進行方向前方側にかぶさる形状となっていて、上記掘削翼にて掘削した土砂を、その掘削翼の掘削進行方向の前方且つ掘削点よりも上方側へ向けて誘導するとともに土砂取り込み口方向に誘導してケーシングパイプ内に取り込み排土するものとする。
【００１５】
より望ましくは、請求項４に記載のように、上記掘削翼は、平面視において掘削進行方向前方側に向かって凹形状となる前向き羽根形状のものとして形成してあるものとする。
【００１６】
特にケーソンの刃先下に掘削する場合に備えて、請求項５に記載のように、上記掘削翼は、固定掘削翼とこの固定掘削翼に対し平行移動可能な可動掘削翼とをもってそれ自体が伸縮可能に形成されていることにより、回転に伴い可動掘削翼の先端が描く軌跡が掘削径に応じて拡縮可能となっていることが望ましい。
【００１７】
この場合には、請求項６に記載のように、上記可動掘削翼は、平面視においてケーシングパイプに近い根元部側に対しケーシングパイプから遠い先端部側が掘削進行方向前方側に向かって段階的にかぶさるように一段以上の入射角を有する形状とするか、または可動掘削翼それ自体の平面視形状を曲線をもって湾曲した形状とすることで、平面視において掘削進行方向前方側に向かって凹形状となる前向き羽根形状のものとして形成してあるものとする。
【００１８】
ここに言う曲線をもって湾曲した形状とは、単純円形のほか放物線、対数螺旋形等のいわゆる二次曲線をもって湾曲した形状をいう。
【００１９】
また、例えば硬質地盤の掘削に際しては、請求項７に記載のように、上記ケーシングパイプ径よりも大径で且つ掘削翼が掘削可能な最小掘削径よりも小径の先行掘削孔を掘削して、掘削翼にて掘削した土砂をケーシングパイプと先行掘削孔との隙間より先行掘削孔内へ取り込み排土することが望ましい。
【００２０】
上記いずれの掘削方法においても、ケーシング内に取り込んだ土砂を排土する手段としては、請求項８に記載のバケット式排土手段や、請求項９に記載の泥水式排土手段を用いるものとする。
【００２１】
請求項１０に記載の発明は、請求項５または６に記載の掘削排土方法をもってケーソンを圧入沈設する工法を特定したものであって、ケーソンの刃先よりも下方位置に収縮状態とした掘削翼を位置させた上で掘削翼を伸長させることにより、その掘削翼の一部を形成している可動掘削翼の先端が回転により描く軌跡を拡径させる工程と、拡径状態とした掘削翼によりケーソンの刃先下を少なくともケーソンの内径よりも大きな掘削径をもって掘削する工程と、上記刃先下の拡径掘削後にケーソンを圧入沈設する工程と、を含むことを特徴とする。
【００２２】
したがって、少なくとも請求項１に記載の発明では、掘削翼が、掘削翼それ自体の突出方向に面直角な断面においてその掘削点に対して当該掘削点よりも上方部が掘削進行方向前方側にかぶさる形状となっているため、掘削した土砂が掘削翼の上を乗り越えにくくなり、掘削土砂を土砂取り込み口に一段と導入しやすくなって、ケーシングパイプ内への土砂取り込み効率が向上することになる。
【００２３】
請求項１１に記載の発明は、実質的に請求項１に記載の技術を拡径掘削装置として捉えたものであって、掘削翼は、固定掘削翼とこの固定掘削翼に対し平行移動可能な可動掘削翼とをもってそれ自体が伸縮可能に形成されていることより、回転に伴い可動掘削翼の先端が描く軌跡が掘削径に応じて拡縮可能に構成されている一方、少なくとも上記可動掘削翼は、固定掘削翼に対するそれ自体の移動方向に面直角な断面においてその掘削点に対して当該掘削点よりも上方部が掘削進行方向前方側にかぶさる形状となっていることを特徴とする。
【００２４】
この場合において、請求項１２に記載のように、少なくとも上記可動掘削翼は、固定掘削翼に対するそれ自体の移動方向に面直角な断面において掘削進行方向前方側に向かって凹形状となる前向き羽根形状のものとして形成してあるほか、請求項１３に記載のように、上記固定掘削翼は、可動掘削翼とともに、それ自体の長手方向に面直角な断面において掘削進行方向前方側に向かって凹形状となる前向き羽根形状のものとして形成してあることが望ましい。
【００２５】
また、請求項１４に記載のように、請求項１１〜１３のいずれかに記載の可動掘削翼に代えて、可動掘削翼は、平面視においてケーシングパイプに近い根元部側に対してケーシングパイプから遠い先端部側が掘削進行方向前方側にかぶさる形状となっているとともに、固定掘削翼に対するそれ自体の移動方向に面直角な断面において掘削進行方向前方側に向かって凹形状となる前向き羽根形状のものとして形成してあっても良い。
【００２６】
この場合において、請求項１５に記載のように、上記可動掘削翼は、平面視において掘削進行方向前方側に向かって凹形状となる前向き羽根形状のものとして形成してあることが望ましい。
【００２７】
さらに、請求項１６に記載のように、上記可動掘削翼は、平面視においてケーシングパイプに近い根元部側に対しケーシングパイプから遠い先端部側が掘削進行方向前方側に向かって段階的にかぶさるように一段以上の入射角を有する形状とするか、または可動掘削翼それ自体の平面視形状を曲線をもって湾曲した形状とすることで、平面視において掘削進行方向前方側に向かって凹形状となる前向き羽根形状のものとして形成してあることが望ましい。
【００２８】
また、請求項１１に記載の拡径掘削装置を前提とした場合には、請求項１７に記載のように、上記固定掘削翼に対する可動掘削翼の移動方向に面直角な断面においてその可動掘削翼の掘削点に対して当該掘削点よりも上方部が掘削進行方向前方側にかぶさる形状の度合いであるかぶり量が、可動掘削翼のうちケーシングパイプから遠い先端部側からケーシングパイプに近い根元部側に向かって漸次小さくなるように設定してあることが望ましい。
【００２９】
なお、請求項１１〜１７に記載のいずれの拡径掘削装置の場合においても、請求項１８に記載のように、上記ケーシングパイプには、その平面視においてケーシングパイプの接線方向を指向する複数の掘削翼を等ピッチで設けてあるものとし、さらに、請求項１９に記載のように、上記ケーシングパイプのうち掘削翼の下方位置に、そのケーシングパイプ径よりも大径で且つ掘削翼が掘削可能な最小掘削径よりも小径の先行掘削孔を掘削する先行掘削翼を設けてあるものとする。
【００３０】
したがって、特に請求項１７に記載の発明では、可動掘削翼におけるかぶり量が、可動掘削翼のうちケーシングパイプに遠い部分からケーシングパイプに近い部分に向かって漸次小さくなるようにいわゆる徐変形状に形成されていることから、そのかぶり量の徐変による案内効果のために掘削翼にて押しやられる土砂をその掘削翼の根元側に誘導することができるようになる。このことは土砂が土砂取り込み口に入りやすくなることを意味し、ケーシングパイプ内への土砂取り込み効率が一段と向上することになる。
【００３１】
このような土砂誘導効果は、請求項１２に記載のように、可動掘削翼の断面形状が掘削進行方向前方側に向かって凹形状となる前向き羽根形状のものとして形成されていたり、あるいは請求項請求項１５に記載のように、同じく可動掘削翼が平面視において掘削進行方向前方側に向かって凹形状となる前向き羽根形状のものとして形成されていると、より一層顕著となる。
【発明の効果】
【００３２】
請求項１に記載の発明によれば、断面形状においていわゆるかぶりを有する掘削翼にて掘削した土砂を、その掘削翼の掘削進行方向の前方且つ上方側へ誘導してケーシングパイプ内に取り込み排土するようにしたため、掘削した土砂が掘削翼の上を乗り越えにくくなるとともに、掘削翼にて押しやられる土砂をその掘削翼の根元側に誘導することができることから、掘削土砂を土砂取り込み口に一段と導入しやすくなって、ケーシングパイプ内への土砂取り込み効率が向上する。特に、請求項２に記載のように、掘削翼の断面形状が掘削進行方向前方側に向かって凹形状となる前向き羽根形状のものであると、上記効果が一段と顕著となる。
【００３３】
請求項３，４に記載の発明によれば、掘削翼が断面形状においていわゆるかぶりを有する形状であるか、または掘削翼の断面形状が掘削進行方向前方側に向かって凹形状となる前向き羽根形状のものであるのに加えて、掘削翼の平面視形状がいわゆるかぶりを有する形状であるか、または掘削翼の平面視形状が掘削進行方向前方側に向かって凹形状となる前向き羽根形状のものであるため、掘削翼にて押しやられる土砂をより確実に掘削翼の根元側に誘導することができるようになり、掘削土砂を土砂取り込み口に一段と導入しやすくなって、ケーシングパイプ内への土砂取り込み効率が飛躍的に向上するようになる。
【００３４】
請求項５に記載の発明によれば、掘削翼自体が伸縮可能であって、掘削径に応じて拡縮可能となっていることから、掘削径違いに掘削にも柔軟に対応することができるようになって汎用性が高くなり、特にケーソンの刃先下を掘削するような場合に著しく有利となる。
【００３５】
請求項７に記載の発明によれば、先行掘削孔を掘削することで、掘削翼にて掘削した土砂をケーシングパイプと先行掘削孔との隙間より先行掘削孔内へ取り込み排土するようにしたため、特に硬質地盤の掘削にも無理なく対応することができるとともに、掘削土砂の取り込み排土も確実に行うことができるようになる。
【００３６】
請求項１０に記載の発明によれば、上記のような掘削排土方法を前提とした上でケーソンの圧入沈設を行うようにしたため、土砂取り込み効率の改善によりケーソンの構築の工期短縮に大きく寄与できるようになる。
【００３７】
請求項１１に記載の発明によれば、請求項５に記載の技術を拡径掘削装置として特定したものであるため、同請求項５に記載の発明と同様の効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
図１〜８は本発明に係る掘削排土方法および拡径掘削装置のより具体的な第１の実施の形態を示し、特に図１は硬質地盤下におけるケーソン１の刃先（刃口面）１ａの下方（以下、刃先下という）を拡径掘削することでケーソン１の刃先下における圧入抵抗の軽減を図り、ケーソン１の構成要素であるセグメントを継ぎ足しながらそのケーソン１を圧入沈設する装置の全体の概略構造を示している。
【００３９】
ここで、ケーソンの圧入沈設工法に際し、掘削地盤が硬質地盤である場合にはケーソンの刃先下の地盤抵抗により圧入抵抗が膨大となる。そのため、ケーソンをもって壁体となるべき箇所を予め掘削して土砂を置き換えてからケーソンを圧入沈設する場合と、ケーソンの刃先下を拡径掘削可能な掘削装置を用い、ケーソン内部と共にケーソンの刃先下を掘削しながら徐々にケーソンを圧入沈設する場合とがあるが、ここでは後者の工法に適用する場合の例を示す。
【００４０】
図１に示す拡径掘削装置は、大別してケーシングパイプ２と、このケーシングパイプ２の先端部の周囲に放射状に配設された例えば三組のブレード状の掘削翼３と、上記ケーシングパイプ２の駆動装置として機能する回転押し込み装置４と、ケーソン１を順次圧入沈設する圧入沈設装置としての複数の圧入ジャッキ５と、図示外のクローラクレーン等により吊り下げ支持されていて、掘削に伴いケーシングパイプ２内に導入された土砂を搬出するべく揚排土手段として機能するハンマーグラブ６等から構成してある。
【００４１】
上記回転押し込み装置４は全旋回式オールケーシング掘削機の駆動部と同等の機能を有するものであり、ケーシングパイプ２をチャッキング（把持）した上でこれを例えば平面視にて時計回り方向に回転駆動させる機能と、そのケーシングパイプ２の回転駆動と並行してケーシングパイプ２に推力を付与して地中に圧入する機能とを有している。また、圧入ジャッキ５は加圧板７を介してそれよりも下側のケーソン１全体を圧入沈設する機能を有している。
【００４２】
図２は上記ケーシングパイプ２の要部を拡大した図であり、また図３は図２のＡ−Ａ線に沿う断面図を、図４は図２のＢ−Ｂ線に沿う断面図をそれぞれ示している。先に述べたようにケーシングパイプ２の先端部外周には三枚の掘削翼３を直径方向または接線方向を指向するように放射状に配置してあるほか、その下方には螺旋状の補助翼８とともに同じく三枚構成の先行掘削翼９を装着してある。ケーシングパイプ２の円筒胴部外周面の三等分位置には略偏平ボックス状をなす翼ブラケット１０を固定してあり、それぞれの翼ブラケット１０に対して掘削翼３を形成している固定掘削翼１２を複数のボルト１１にて固定してある。これにより、各掘削翼３はケーシングパイプ２の接線方向を指向するように等ピッチで取り付けてある。
【００４３】
各掘削翼３は平板状の固定掘削翼１２に対しこれよりも幅狭で且つ平面視にて略弓形状に湾曲した可動掘削翼１３を重ね合わせるように配置したもので、固定掘削翼１２は根元部側から先端部側に向かってその幅寸法（図２における上下方向寸法）が漸次小さくなるような形状であるのに対して、可動掘削翼１３はその幅寸法がほぼ一定した形状のものとなっている。そして、図４に示すように、可動掘削翼１３は固定掘削翼１２に対し上下一対のリニアガイド１４をもってスライド可能に、すなわち平行移動可能に案内支持されているとともに、固定掘削翼１２と可動掘削翼１３との間には直動型アクチュエータとして油圧シリンダ１５を架橋的に配置してある。
【００４４】
より具体的には、固定掘削翼１２の背面側には油圧シリンダ１５のシリンダチューブを固定してある一方、固定掘削翼１２をその厚み方向に貫通するブラケット１６を介してピストンロッドの先端を可動掘削翼１３に連結してある。これにより、可動掘削翼１３は固定掘削翼１２に対して進退移動可能であって、油圧シリンダ１５の伸長動作をもって固定掘削翼１２に対し可動掘削翼１３を伸長させた時には図２，３に示すような拡径状態となり、逆に油圧シリンダ１５の収縮動作をもって固定掘削翼１２に対し可動掘削翼１３を収縮させた時には図７，８に示すような縮径状態となるように設定してあり、掘削翼３全体として拡縮径可能な構造としてある。
【００４５】
そして、上記掘削翼３の拡径状態においてその先端である最大直径部が描く軌跡の直径は、図１に示すように少なくとも圧入すべきケーソン１の内径よりも大きくなるように設定してある一方、逆に上記掘削翼３の縮径状態においてその先端である最大直径部が描く軌跡の直径は、図１に示すように少なくとも圧入すべきケーソン１の内径よりも小さくなるように設定してある。
【００４６】
なお、掘削翼３を形成している固定掘削翼１２の下面のほか、同じく可動掘削翼１３の下面および長手方向の先端面にはそれぞれに複数の掘削刃（ビット）１７を植設してある。したがって、掘削翼３が縮径状態にあるか拡径状態にあるか、さらにはそれらの拡径状態と縮径状態の中間状態（拡径状態から縮径状態への過渡状態またはその逆の縮径状態から拡径状態への過渡状態）にあるかにかかわらず、ケーシングパイプ２とともに掘削翼３に回転力と掘削推力とを与えれば、いずれの状態にあっても掘削翼３は積極的な掘削が可能となっている。すなわち、ケーシングパイプ２とともに掘削翼３に回転力と掘削推力とを与えれば、図４に示すように少なくとも掘削翼３の下端部の掘削刃１７を掘削点として地盤の積極的な掘削が可能となっている。また、各掘削翼３を形成している固定掘削翼１２の下面は一部テーパ状に形成してあり、したがって掘削翼３の下面がその回転によって描く軌跡の少なくとも中央部は略円錐形状のものとなるように設定してある。
【００４７】
図３のほか図５に示すように、上記掘削翼３を形成している可動掘削翼１３は、固定掘削翼１２の軸線（固定掘削翼１２に対する可動掘削翼１３の移動方向または固定掘削翼１２の長手方向軸線）Ｌを基準にその先端部を二段の入射角θ１およびθ２をもって順次回転方向の前方側（掘削進行方向の前方側）に段階的に屈曲もしくは湾曲させることより先にも述べたように平面視にて略弓形状に湾曲していて、実質的に可動掘削翼１３は平面視において回転方向前方側または掘削進行方向前方側に向かって凹形状となる前向き羽根形状のものとして形成されている。このように可動掘削翼１３が平面視において回転方向に向かって凹形状となる前向き羽根形状に形成されていることで、その可動掘削翼１３の最外径側の先端が、回転方向において後述する土砂取り込み口２１よりも常に前方側に位置している。
【００４８】
つまり、図５に示すように、可動掘削翼１３は平面視においてケーシングパイプ２に近い根元部側に対しケーシングパイプ２から遠い先端部側が回転方向前方側または掘削進行方向前方側に向かって段階的にかぶさるように二段の入射角θ１，θ２を有していて、それらの入射角θ１とθ２との和が平面視における可動掘削翼１３の回転方向でのかぶり量となっている。その結果として、後述するように掘削翼３にて掘削した土砂を、その掘削翼３の回転方向または掘削進行方向の前方且つ上方側に向けて誘導するようになっている。
【００４９】
また、図４に示すように、上記掘削翼３を形成している可動掘削翼１３にはその長手方向に沿っていわゆる庇状の土砂前戻し板１８を設けてある。この土砂前戻し板１８は、可動掘削翼１３の上端からそれの面直角に延びる上板１９と、その上板１９と可動掘削翼１３自体とにまたがるように角度θ３をもって配置された斜状板２０とからなり、この土砂前戻し板１８があることによって、可動掘削翼１３はそれ自体の長手方向（固定掘削翼１２に対するそれ自体の移動方向）に面直角な断面が回転方向前方側または掘削進行方向前方側に向かって凹形状となるいわゆる前向き羽根形状のものとして形成してある。
【００５０】
すなわち、可動掘削翼１３は、掘削翼３それ自体の突出方向または長手方向に面直角な断面において、回転方向前方側または掘削進行方向前方側に向かって凹形状となるいわゆる前向き羽根形状のものとして形成されていることで、下側の掘削点となる掘削刃１７に対して当該掘削刃１７よりも上方に位置する部分が回転方向前方側または掘削進行方向前方側にかぶさる形状となっていて、その前向き羽根形状の凹形状の度合いであるかぶり量αは長手方向においてほぼ一定したものとして設定してある。その結果として、後述するように掘削翼３にて掘削した土砂を、その掘削翼３の回転方向または掘削進行方向の前方且つ上方側に向けて誘導するようになっている。
【００５１】
図２，４に示すように、上記ケーシングパイプ２のうち各掘削翼３の根元部と略同等高さ位置であって、且つ各掘削翼３の回転方向前方側でそれらの掘削翼３と干渉しない位置、すなわちケーシングパイプ２と掘削翼３とのなす交点位置の前方側には、ケーシングパイプ２の内外を連通するべく略矩形状の土砂取り込み口２１を上下二段にわたり開口形成してある。これらの土砂取り込み口２１は、後述するように掘削翼３の回転に伴いその掘削翼３の根元部側であって且つ回転方向前方側に集められた土砂を積極的にケーシングパイプ２内に取り込む役目をすることになる。
【００５２】
さらに、ケーシングパイプ２のうち掘削翼３の装着位置よりも下方位置には螺旋状の補助翼８を装着してあるとともに、その補助翼８の下方位置には平面視にて略くの字状に屈曲した三枚の先行掘削翼９を放射状に配置してある。より詳しくは、図６に示すように、ケーシングパイプ２の先端にはそのケーシングパイプ２の一部を形成することになるほぼ同径のケーシングアタッチメント２２が着脱可能に装着されていて、そのケーシングアタッチメント２２の外周には平面視にて略くの字状に屈曲した例えば三枚の先行掘削翼９を装着してある。この先行掘削翼９は、平面視にて略くの字状に屈曲したブレード２３の下端に複数の掘削刃２４を植設するとともに、背面側を補強プレート２５にて補強したものであり、同時にケーシングアタッチメント２２の円筒胴部には各先行掘削翼９に近接するようにしてその根元部の回転方向前方側に先行掘削翼９と同等高さ位置に略矩形状の土砂取り込み口２６を開口形成してある。
【００５３】
そして、各先行掘削翼９の先端（最大直径部）がその回転によって描く軌跡の直径、すなわち掘削径は当然のことながらケーシングパイプ２（ケーシングアタッチメント２２）の外径よりも大きく且つ縮径状態の掘削翼３（図７，８の状態）がその回転によって描く軌跡の直径よりも小さく設定してある。また、ケーシングアタッチメント２２の下端には複数の掘削刃２７を植設してある。
【００５４】
したがって、本実施の形態によれば、図１に示すように、ケーシングパイプ２を時計回り方向に回転させながら所定の掘削推力（掘進力）を付与して、複数の掘削翼３にてケーソン１の刃先下をケーソン１自体の内径よりも大きくなるように拡径気味に掘削しながらそのケーソン１を徐々に圧入沈設することになる。なお、ケーソン１の圧入沈設の進行に伴いケーソン１自体の上段側への継ぎ足しが行われるとともに、ケーシングパイプ２も所定のチューブアタッチメントの継ぎ足しが行われる。
【００５５】
すなわち、図１では各掘削翼３が図２，３に拡大して示すような拡径状態にあることから、ケーシングパイプ２を時計回り方向に回転駆動させながら所定の掘削推力（掘進力）を付与すると、ケーシングパイプ２の最下端が先行して地盤に食い込み、その口径に相当する土砂を周囲の土砂から切り取ってケーシングパイプ２の内部に取り込むとともに、先行掘削翼９が図２の掘削径Ｄ１にて地盤を掘削して、その掘削した土砂を土砂取り込み口２６からケーシングパイプ２の内部に取り込むことになる。その一方、ケーシングパイプ２の外側では拡径状態にある各掘削翼３が大きな口径のもとで地盤を掘削し、掘削された土砂が徐々にケーンシングパイプ２の近くに寄せ集められて、一部の土砂が先行掘削翼９にて先行掘削された掘削孔内に落とし込まれることになるとともに、残りの一部の土砂が土砂取り込み口２１からケーシングパイプ２の内部に取り込まれることになる。つまり、ケーシングパイプ２の先端による掘削と拡径掘削翼９による掘削、さらには掘削翼３による掘削とをもって、図１に示すようにいわゆる三段の段付き孔状の掘削が行われることになる。
【００５６】
この時、土砂取り込み口２１の直下に位置している螺旋状の補助翼８は、先行掘削翼９にて掘削された掘削孔に落とし込まれた土砂をその補助翼８位置よりも下方に押し込む役目をし、それによって土砂取り込み口２６からの掘削土砂の取り込み効率が向上することになる。
【００５７】
なお、掘削翼３が拡径状態にあるか縮径状態にあるかにかかわらず、拡縮径用の油圧シリンダ１５の油圧供給経路をいわゆる油圧的にロックすることで、その拡径または縮径状態が自己保持される。
【００５８】
そして、このような掘削の進行と並行して、ケーシングパイプ２内に取り込まれた土砂を例えば図１に示したハンマーグラブ６にて排土する。
【００５９】
ここで、各掘削翼３を形成している可動掘削翼１３が土砂前戻し板１８を有していて、可動掘削翼１３それ自体の長手方向に面直角な断面が回転方向前方側または掘削進行方向前方側に向かって凹形状となるいわゆる前向き羽根形状のものとして形成してあることから、掘削された土砂は可動掘削翼１３の前面側に滞留することになるものの、その可動掘削翼１３の上方側を土砂が乗り越えることはなく、特に可動掘削翼１３の下側の掘削刃１７にて掘削された土砂は図４に示すように掘削翼３の回転方向または掘削進行方向の前方側に向けて且つ掘削点である下側の掘削刃１７よりも上方側に向けて誘導され、結果として図４に矢印Ｍ１で示すように上下方向での旋回を繰り返しながら掘削翼３の前方側に押しやられることになる。その結果として、掘削翼３の回転に伴いその前方側に押しやられる土砂の量が従来よりも増加することで、先行掘削翼９にて掘削された掘削孔への土砂の落とし込み効率、あるいは土砂取り込み口２１からケーシングパイプ２の内部への土砂の取り込み効率が向上することになる。
【００６０】
その一方、掘削翼３を形成している可動掘削翼１３は上記のようにその断面が回転方向前方側または掘削進行方向前方側に向かって凹形状となるいわゆる前向き羽根形状のものとして形成してあるのに加えて、平面視においても回転方向前方側または掘削進行方向前方側に向かって凹形状となるいわゆる前向き羽根形状のものとして形成してあるため、図３に示すように可動掘削翼１３の外径側先端部（ケーシング２から遠い部分）で捕集された土砂ほどその誘導方向が可動掘削翼１３それ自体が回転によって描く回転軌跡の中心側、すなわち矢印Ｍ２で示すようにケーシングパイプ２の中心方向を指向するようになる。
【００６１】
このことは、掘削された土砂が各掘削翼３の回転に伴って徐々にケーシングパイプ２の外周面近くに積極的に集められることを意味することから、それによって先行掘削翼９にて掘削された掘削孔への土砂の落とし込み、あるいは土砂取り込み口２１からケーシングパイプ２の内部空間への土砂の取り込みが一段と促進されることになる。このような機能は、掘削翼３が図２，３に示すような拡径状態にある場合だけでなく、図７，８のような縮径状態にある場合、あるいは縮径状態と拡径状態との過渡状態にある場合でも同様に発揮される。
【００６２】
このように本実施の形態によれば、可動掘削翼１３の断面が回転方向前方側または掘削進行方向前方側に向かって凹形状となるいわゆる前向き羽根形状のものとして形成してあるのに加えて、平面視においても回転方向前方側または掘削進行方向前方側に向かって凹形状となるいわゆる前向き羽根形状のものとして形成してあるため、特に掘削翼３による土砂の捕集効率または押しのけ効率とともに土砂取り込み口２１からケーシングパイプ２内への取り込み効率が向上するとともに、掘削翼３にて掘削された土砂の先行掘削孔への落とし込み効率ひいては土砂取り込み口２６からケーシングパイプ２内への同じく土砂取り込み効率が飛躍的に向上することになる。
【００６３】
なお、上記実施の形態では、可動掘削翼１３のみに土砂前戻し板１８を付設しているが、後述するように固定掘削翼１２にも同様に土砂前戻し板１８を設けることももちろん可能である。また、図４に示したところの土砂前戻し板１８の幅寸法（図４に示したかぶり量α）をその長手方向でほぼ一定としているが、必要に応じてその幅寸法がケーシングパイプ２に近くなるにしたがって漸減するような形状としても良い。
【００６４】
さらに、上記実施の形態では、ケーシング２内に取り込んだ土砂を排土する手段としてバケット式排土手段であるハンマーグラブ６を用いているが、排土手段としてはどのようなものを用いても良く、上記ハンマーグラブ６に代えて例えば泥水式排土手段を採用することも可能である。この場合には、図９に示すように、ケーシング２の先端の孔底部付近にサンドポンプ６０を投入し、排出管６１にて掘削土砂を水とともに一旦地上に吸い上げて図示外の沈殿槽に貯留し、土砂を沈殿・ふるい分けした後に、その沈殿・ふるい分け後の水を再使用泥水として孔内に戻すようにする。あるいは、図９のサンドポンプ６０に代えて、それと同等位置に地上側のコンプレッサーから圧縮空気を導入する一方、泥水化した掘削土砂を空気の浮上力を利用して排出管６１にて一旦地上に排出して図示外の沈殿槽に貯留し、以降は上記と同様に土砂を沈殿・ふるい分けした後に、その沈殿・ふるい分け後の水を再使用泥水として孔内に戻すいわゆるエアリフト方式と称される泥水排土方式を採用しても良い。
【００６５】
図１０〜１２は本発明の第２の実施の形態として、可動掘削翼１３に付設された土砂前戻し板の変形例を示している。なお、図１０〜１２では先の第１の実施の形態と共通する部分には同一符号を付してある。
【００６６】
図４に示した第１の実施の形態の土砂前戻し板１８は上板１９と斜状板２０とで形成してあるのに対して、図１０，１１に示す第２の実施の形態では、可動掘削翼１３の前面に断面略くの字状に屈曲した単板構造の土砂前戻し板３８を斜め上向きに装着してある。そして、図１１の（Ａ）は図１０のａ−ａ線断面を、同図（Ｂ）は図１０のｂ−ｂ線断面を、同図（Ｃ）は図１０のｃ−ｃ線断面をそれぞれ示しているものであるが、これらの図から明らかなように土砂前戻し板３８は可動掘削翼１３の長手方向全体を通して均一断面のものとして形成してある。
【００６７】
言い換えるならば、図１０，１１に示した掘削翼３の可動掘削翼１３には土砂前戻し板３８が付設されていることによって、図１１から明らかなように、可動掘削翼１３の移動方向または長手方向に面直角な断面においてその掘削点である掘削刃１７の位置に対して当該掘削刃１７よりも上方の部位が掘削進行方向前方側にかぶさる形状、すなわち可動掘削翼１３の移動方向または長手方向に面直角な断面において掘削進行方向前方側に向かって凹形状となる前向き羽根形状のものとして形成されている。
【００６８】
また、図１０から明らかなように、可動掘削翼１３は先の実施の形態のものと同様に平面視において入射角θ１，θ２を有していることから、同平面視においてケーシングパイプ２に近い根元部側に対してケーシングパイプ２から遠い先端部側が掘削進行方向前方側にかぶさる形状、すなわち平面視においても掘削進行方向前方側に向かって凹形状となる前向き羽根形状のものとして形成してある。
【００６９】
したがって、土砂前戻し板３８の形状が異なるこの第２の実施の形態においても、基本的には図４に示した第１の実施の形態と同様の作用効果が得られることになる。
【００７０】
すなわち、図１２は図１１の（Ａ）の断面での土砂の掘削状況を示したもので、図１２の（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）の順に掘削土砂の誘導が行われるものであるが、特に可動掘削翼１３の下側の掘削刃１７にて掘削された土砂は可動掘削翼１３にて徐々に掘削進行方向前方側に寄せ集められることになる。そして、同図（Ｂ），（Ｃ）に示すように、掘削の進行に伴い土砂前戻し板３８の傾斜に沿って斜め上向きにも盛り上がるようにして掘削土砂の保有量が増加することになるものの、盛り上がりが限界となった土砂は同図のように掘削進行方向前方側に崩れ落ちることになるので、土砂前戻し板３８を土砂が乗り越えてしまうことはなく、最終的にはそれらの土砂は可動掘削翼１３にて掘削進行方向前方側に押しやられながら、同時に図１０に示したように掘削翼３の平面視でも所定のかぶり量を有しているために、可動掘削翼１３のほか固定掘削翼１２に案内されるようにして徐々に掘削翼３の根元部側、ひいては図３のＭ２なる軌跡のもとで順次土砂取り込み口２１側へと誘導されることになる。
【００７１】
図１３，１４は本発明の第３，第４の実施の形態を示す図である。
【００７２】
図１３に示す第３の実施の形態では、図５と比較すると明らかなように、掘削翼３を形成している可動掘削翼３３が平面視において回転方向前方側または掘削進行方向前方側に向かって凹形状となるいわゆる前向き羽根形状のものとして形成するにあたり、その先端部を回転方向前方側または掘削進行方向前方側に向けて屈曲もしくは湾曲させる段階数を図５のものより増加させたものである。つまり、可動掘削翼３３はθ１１〜θ１４の四段階をもって回転方向前方側または掘削進行方向前方側に向けて屈曲もしくは湾曲させてある。なお、θ１１〜θ１４の総和が、可動掘削翼３３が平面視において回転方向前方側または掘削進行方向前方側に向かって凹形状の前向き羽根形状となるためのかぶり量となる。
【００７３】
また、図１４に示す第４の実施の形態では、図５と比較すると明らかなように、掘削翼３を形成している可動掘削翼４３が平面視において回転方向前方側または掘削進行方向前方側に向かって凹形状となるいわゆる前向き羽根形状のものとして形成するにあたり、その先端部を回転方向前方側または掘削進行方向前方側に向けて滑らかな円弧状面をもって屈曲もしくは湾曲させたものである。もちろん、この円弧状面には、単純な円形だけでなく例えば放物線形、対数螺旋形等の二次曲線の曲率形状をも含むものである。
【００７４】
これらの第３，第４の実施の形態においても先の第１の実施の形態と同様の作用効果が得られるものであることは言うまでもない。
【００７５】
図１５，１６は本発明の第５，第６の実施の形態を示す図である。なお、これらの第５，第６の実施の形態においても先の第１の実施の形態と共通する部分には同一符号を付してある。
【００７６】
図１５に示す第５の実施の形態では、図４と比較すると明らかなように、掘削翼３を形成している可動掘削翼１３がその断面において回転方向前方側または掘削進行方向前方側に向かって凹形状となるいわゆる前向き羽根形状のものとして形成するにあたり、庇状の土砂前戻し板１８を形成している斜状板３０そのものも回転方向前方側または掘削進行方向前方側に向かって凹形状となるように断面略くの字状に屈曲したものを採用したものである。
【００７７】
また、図１６に示す第６の実施の形態では、図４と比較すると明らかなように、掘削翼３を形成している可動掘削翼１３がその断面において回転方向前方側または掘削進行方向前方側に向かって凹形状となるいわゆる前向き羽根形状のものとして形成するにあたり、庇状の土砂前戻し板１８を形成している斜状板４０そのものも回転方向前方側または掘削進行方向前方側に向かって凹形状となるように断面円弧状に屈曲したものを採用したものである。もちろん、この円弧状面には、単純な円形だけでなく例えば放物線形、対数螺旋形等の二次曲線の曲率形状をも含むものである。
【００７８】
これらの第５，第６の実施の形態によれば、可動掘削翼１３の断面における土砂保有量が一段と向上する利点がある。
【００７９】
図１７，１８は本発明の第７の実施の形態を示す図であり、先の第１の実施の形態と共通する部分には同一符号を付してある。
【００８０】
図１７，１８に示すように、掘削翼３を形成している可動掘削翼５３は、先の第１の実施の形態のように平面視にてその先端部を屈曲もしくは湾曲させることなくいわゆる平板状のものとする一方、その平板状の可動掘削翼５３にはその長手方向に沿っていわゆる庇状の土砂前戻し板２８を設けてある。これにより、可動掘削翼５３は固定掘削翼１２に対していわゆる平行移動可能な形態となっている。
【００８１】
上記土砂前戻し板２８は、可動掘削翼５３の上端からそれの面直角に延びる上板３９と、その上板３９と可動掘削翼５３自体とにまたがるように角度βをもって配置された斜状板５０とからなり、この土砂前戻し板２８があることによって、可動掘削翼５３はそれ自体の長手方向（固定掘削翼１２に対するそれ自体の移動方向）に面直角な断面が回転方向前方側または掘削進行方向前方側に向かって凹形状となるいわゆる前向き羽根形状のものとして形成してある。そして、上記上板３９の幅寸法たるかぶり量Ｗは可動掘削翼５３のうちケーシングパイプ２に遠い部分からケーシングパイプ２に近い部分に向かって漸次小さくなるように設定してあるとともに、斜状板５０の幅寸法Ｈおよび角度βもまた可動掘削翼５３のうちケーシングパイプ２に遠い部分からケーシングパイプ２に近い部分に向かって漸次小さくなるように設定してある。
【００８２】
言い換えるならば、可動掘削翼５３の断面における前向き羽根形状の凹形状の度合いであるかぶり量が、可動掘削翼５３のうちケーシングパイプ２に遠い部分からケーシングパイプ２に近い部分に向かって漸次小さくなるように設定してある。
【００８３】
したがって、この第７の実施の形態によれば、可動掘削翼５３そのものはいわゆる平板形状であるものの、ケーシングパイプ２に遠い部分からケーシングパイプ２に近い部分に向かってかぶり量が漸次小さくなる土砂前戻し板２８を備えていることによって、先に述べた第１の実施の形態と同様の作用効果が得られることになる。
【００８４】
ここで、図１ではケーソン１の刃先下を拡径状態とした掘削翼３で掘削する場合を示しているが、もちろん縮径状態とした掘削翼３にてケーソン１の刃口よりも上方のケーソン１の内部の孔底を掘削することももちろん可能である。つまり、掘削翼３がケーソン１の刃口１ａよりも上方に位置している状態では掘削翼３を縮径状態として掘削を行う一方、掘削翼３がケーソン１の刃先下に到達した時点で初めて掘削翼３を拡径状態に移行しながら掘削を行うとともに、引き続きその拡径状態のままで所定深度まで掘削を行うこともできる。
【００８５】
図１９〜図２２は本発明の第８の実施の形態を示す図で、特に図１９は図８と同様の掘削翼３の縮径状態を、図２１は図３と同様の掘削翼３の拡径状態をそれぞれ示している。なお、これらの図１９〜２２において、図１０〜１２に示した第２の実施の形態と共通する部分には同一符号を付してある。
【００８６】
この第８の実施の形態では、図２０，２２から明らかなように、可動掘削翼１３の前面に断面略くの字状に屈曲した単板構造の土砂前戻し板３８を斜め上向きに装着してあるのに加えて、固定掘削翼１２の前面にも同じく断面略くの字状に屈曲した単板構造の土砂前戻し板４８を斜め上向きに装着したものである。そして、掘削翼３が縮径状態にあるか拡径状態にあるか、さらには縮拡径動作の過渡状態にあるかにかかわらず、可動掘削翼１３側の土砂前戻し板３８と固定掘削翼１２側の土砂前戻し板４８とが相互に干渉することがないように、固定掘削翼１２と可動掘削１３との重合方向において双方の土砂前戻し板４８，３８同士をオフセットさせてある。
【００８７】
言い換えるならば、図１９〜２２に示した掘削翼３では、その可動掘削翼１３に土砂前戻し板３８が付設されているのに加えて、固定掘削翼１３にも土砂前戻し板４８が付設されていることから、図２０，２２から明らかなように、縮径状態にあるか拡径状態にあるかにかかわらず、掘削翼３の長手方向の全長において、その長手方向に面直角な断面形状がその掘削点である掘削刃１７の位置に対して当該掘削刃１７よりも上方の部位が掘削進行方向前方側にかぶさる形状、すなわち掘削翼３の長手方向に面直角な断面において掘削翼３全体が掘削進行方向前方側に向かって凹形状となる前向き羽根形状のものとして形成されている。
【００８８】
また、図１９，２１から明らかなように、可動掘削翼１３は図１０〜１２に示した第２の実施の形態のものと同様に平面視において入射角θ１，θ２を有していることから、同平面視においてケーシングパイプ２に近い根元部側に対してケーシングパイプ２から遠い先端部側が掘削進行方向前方側にかぶさる形状、すなわち少なくとも可動掘削翼１３は平面視においても掘削進行方向前方側に向かって凹形状となる前向き羽根形状のものとして形成してある。
【００８９】
したがって、この第８の実施の形態によれば、図１０〜１２に示した第２の実施の形態と同様の作用効果が得られることはもちろんのこと、特に図２１に示したような掘削翼３の拡径状態において、ケーシングパイプ２に近い固定掘削翼１２側にも土砂前戻し板４８が付設されている故に掘削翼３の長手方向で土砂前戻し板３８，４８が途切れることがない。そのため、ケーシングパイプ２ひいては土砂取り込み口２１に近い部分での土砂の誘導効果が一段と顕著となる。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明に係る掘削排土方法および拡径掘削装置の好ましい第１の実施の形態を示す全体の概略説明図。
【図２】図１の要部拡大説明図。
【図３】掘削翼の詳細を示す図で、図２のＡ−Ａ線の沿う断面図。
【図４】同じく掘削翼の詳細を示す図で、図２のＢ−Ｂ線に沿う断面図。
【図５】図３における単一の掘削翼の拡大説明図。
【図６】図２の要部の詳細を示す図で、（Ａ）は先行掘削翼を含むケーシングパイプの先端の拡大図、（Ｂ）はその平面説明図。
【図７】図２の掘削翼を縮径した状態を示す説明図。
【図８】同じく図３の掘削翼を縮径した状態を示す説明図。
【図９】排土手段として図１のハンマーグラブに代えてリバース方式を採用した場合の要部説明図。
【図１０】本発明の第２の実施の形態を示す図で、単一の掘削翼の拡大説明図。
【図１１】図１０の各部の断面形状を示す図で、（Ａ）は図１０のａ−ａ線に沿う断面図、（Ｂ）は図１０のｂ−ｂ線に沿う断面図、（Ｃ）は図１０のｃ−ｃ線に沿う断面図。
【図１２】図１１の（Ｃ）の断面での掘削排土状態を示す説明図。
【図１３】本発明の第３の実施の形態を示す図で、単一の掘削翼の拡大説明図。
【図１４】本発明の第４の実施の形態を示す図で、単一の掘削翼の拡大説明図。
【図１５】本発明の第５の実施の形態を示す図で、図２のＢ−Ｂ線断面に相当する拡大断面図。
【図１６】本発明の第６の実施の形態を示す図で、図２のＢ−Ｂ線断面に相当する拡大断面図。
【図１７】本発明の第７の実施の形態を示す図で、掘削翼を含むケーシングパイプの平面説明図。
【図１８】図１７における掘削翼の詳細を示す図で、（Ａ）は図１７のＣ−Ｃ線に沿う拡大断面図、（Ｂ）は図１７のＤ−Ｄ線に沿う拡大断面図、（Ｃ）は図１７のＥ−Ｅ線に沿う拡大断面図。
【図１９】本発明の第８の実施の形態を示す図で、掘削翼の縮径状態での平面説明図。
【図２０】図１９に示した掘削翼の各部の断面形状を示す図で、（Ａ）は図１９のａ１−ａ１線に沿う拡大断面図、（Ｂ）は図１９のａ２−ａ２線に沿う拡大断面図、（Ｃ）は図１９のａ３−ａ３線に沿う拡大断面図。
【図２１】図１９に示した掘削翼の拡径状態を示す平面説明図。
【図２２】図２１に示した掘削翼の各部の断面形状を示す図で、（Ａ）は図２１のｂ１−ｂ１線に沿う拡大断面図、（Ｂ）は図２１のｂ２−ｂ２線に沿う拡大断面図、（Ｃ）は図２１のｂ３−ｂ３線に沿う拡大断面図、（Ｄ）は図２１のｂ４−ｂ４線に沿う拡大断面図。
【符号の説明】
【００９１】
１…ケーソン
１ａ…刃先
２…ケーシングパイプ
３…掘削翼
４…回転押し込み装置
５…圧入沈設装置としての圧入ジャッキ
６…バケット排土手段としてのハンマーグラブ
９…先行掘削翼
１２…固定掘削翼
１３…可動掘削翼
１５…油圧シリンダ（直動型アクチュエータ）
１７…掘削刃（掘削点）
１８…土砂前戻し板
１９…上板
２０…斜状板
２１…土砂取り込み口
２８…土砂前戻し板
３０…斜状板
３３…可動掘削翼
３８…土砂前戻し板
３９…上板
４０…斜状板
４３…可動掘削翼
４８…土砂前戻し板
５０…斜状板
５３…可動掘削翼
６０…サンドポンプ（泥水式排土手段）
６１…排出管（泥水式排土手段）
Ｗ…かぶり量
α…かぶり量
θ１，θ２…入射角（かぶり量）
θ１１〜θ１４…入射角（かぶり量）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤の掘削を目的としたケーシングパイプを主要素とする掘削排土方法とケーソンの圧入沈設方法および拡径掘削装置に関し、特にケーソンの圧入沈設による立て坑の構築に際して、そのケーソンの刃先下を拡底または拡径するような形態で掘削排土するに際して、ケーシングパイプ内への土砂の取り込み効率を改善した掘削排土方法とケーソンの圧入沈設方法および拡径掘削装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
大深度地下の有効利用を目的に国土交通省にて「大深度地下の公共的使用に関する特別措置法」が平成１３年４月１日より施行されて以来、大深度地下空間の利用にあたり立て坑の構築方法としてのケーソン圧入沈設工法が注目されている。そのような背景もあり、地下空間利用としてのケーソン圧入沈設工法のニーズは大深度、大口径に向かう傾向にあり、時には硬質地盤であってもケーソン圧入沈設工法が実施されることがある。
【０００３】
硬質地盤におけるケーソン圧入沈設工法では、掘削方法としてケーシングパイプの外周に例えば複数の拡径掘削翼を放射状に取り付けた上でそのケーシングパイプを把持部として全旋回式オールケーシング掘削機にて回転駆動させることにより硬質地盤の掘削を行っている。特に縮径状態とした拡径掘削翼をケーソンの刃先下に位置させた上で拡径掘削翼を拡径させて回転させることより、ケーソンの刃先下を積極的に掘削することが可能となる。
【０００４】
これらの拡径掘削装置の多くは、例えば本出願人が提案している特許文献１，２に記載のように、拡径掘削翼とケーシングパイプとの交点前方側（掘削回転方向前方側）においてそのケーシングパイプ側面に開口部（土砂取り込み口）が設けられている。そして、拡径掘削翼にて掘削された土砂をこの開口部よりケーシングパイプ内へ取り込み、取り込まれた土砂をハンマーグラブまたはグラブバケット等の揚排土手段にて排土する方式となっている。
【特許文献１】特開２００４−１７６５３０号公報
【特許文献２】特開平１０−３１７３７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載のものでは、拡径掘削翼の真上にトップディスク部と称される円板が配置されていて実質的に拡径掘削翼の上部空間が閉塞される傾向にあるのに対して、特許文献２に記載のものでは、上記円板が存在せずに実質的に拡径掘削翼の上部空間が開放されているという違いがあるものの、いずれの場合においても掘削した土砂を速やかに且つ効率良くケーシングパイプ内に取り込むためには、掘削した土砂が拡径掘削翼の上方を乗り越えてしまうことなく、回転中の拡径掘削翼に押されるようにして土砂がそのままスムーズにケーシングパイプに開口形成されている土砂取り込み口に導入されることが望ましい。
【０００６】
しかしながら、先に述べたようにケーソンの大口径化に伴い拡径掘削翼の外周端から土砂取り込み口までの距離が大きくなる傾向にあり、それとともに掘削した土砂を土砂取り込み口にスムーズに取り込むことが困難になりつつある。つまり、上記のように拡径掘削翼の外周端から土砂取り込み口までの距離が大きくなることによって拡径掘削翼一つ当たりの掘削量が増加する一方で、掘削した土砂が拡径掘削翼の上方を乗り越えてしまう量もまた多くなり、結果として拡径掘削翼とともに回転循環する土砂が多くなることによって土砂取り込み口への取り込み効率が低下することになる。
【０００７】
特に、泥岩質系地盤を対象に大口径掘削（例えば５ｍ以上の口径）を行おうとする場合には、特許文献１に記載の技術では実質的に拡径掘削翼の上部空間が円板にて閉塞される傾向にあることから、拡径掘削翼と円板との交点付近に掘削土砂が滞留してしまい、掘削の継続に伴い滞留土砂が増加して土砂取り込み口を閉塞してしまうことがあるほか、上記円板の上部にまで土砂が堆積してしまい、土砂総重量の増加により全旋回式オールケーシング掘削機の把持能力を超えてしまうおそれがあった。
【０００８】
他方、特許文献２に記載の技術では、掘削した土砂が拡径掘削翼の上方を乗り越えた場合にはその土砂は後段の拡径掘削翼にて集土されることになるが、拡径掘削翼とともに回転循環する土砂が増加することによって掘削土砂と水を混合撹拌している状態となってその掘削土砂は底泥化（ヘドロ化）し、底泥化した土砂は粘着性が高い故にケーソン内面への付着や、土砂取り込み口の閉塞等のトラブルを招き、それらの底泥化した土砂の二次的処分に余分な工数が必要となるとともにとコストアップを招いていた。
【０００９】
このように、ケーソン圧入沈設工法の多様化と大口径化とともに多種多様な土質に対して有効な掘削排土技術および拡径掘削技術が要望されているところであり、本発明はこのような要請に応えるべくなされたものである。
【００１０】
すなわち、本発明は特許文献１，２と同様の掘削排土技術を基本として、土砂取り込み口への掘削土砂の取り込み効率を改善した掘削排土方法とケーソンの圧入沈設方法および拡径掘削装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に記載の発明は、回転駆動されるケーシングパイプの外周に突出する掘削翼を備えているとともに、そのケーシングパイプのうち掘削翼との交点よりも回転方向前方側に土砂取り込み口が開口形成されていて、ケーシングパイプを掘削翼とともに回転させることで少なくとも掘削翼の下端部を掘削点として地盤を掘削して、その掘削土砂の少なくとも一部を掘削翼に沿わせて誘導し土砂取り込み口よりケーシングパイプ内に取り込み排土する方法であることを前提とする。
【００１２】
その上で、上記掘削翼は、掘削翼自体の突出方向に面直角な断面においてその掘削点に対して当該掘削点よりも上方部が掘削進行方向前方側にかぶさる形状となっていて、上記掘削翼にて掘削した土砂を、その掘削翼の掘削進行方向の前方且つ掘削点よりも上方側へ向けて誘導してケーシングパイプ内に取り込み排土することを特徴とする。
【００１３】
より具体的には、請求項２に記載のように、上記掘削翼は、掘削翼自体の突出方向に面直角な断面において掘削進行方向前方側に向かって凹形状となる前向き羽根形状のものとする。
【００１４】
望ましくは、請求項３に記載のように、上記掘削翼は、平面視においてケーシングパイプに近い根元部側に対してケーシングパイプから遠い先端部側が掘削進行方向前方側にかぶさる形状となっていて、上記掘削翼にて掘削した土砂を、その掘削翼の掘削進行方向の前方且つ掘削点よりも上方側へ向けて誘導するとともに土砂取り込み口方向に誘導してケーシングパイプ内に取り込み排土するものとする。
【００１５】
より望ましくは、請求項４に記載のように、上記掘削翼は、平面視において掘削進行方向前方側に向かって凹形状となる前向き羽根形状のものとして形成してあるものとする。
【００１６】
特にケーソンの刃先下に掘削する場合に備えて、請求項５に記載のように、上記掘削翼は、固定掘削翼とこの固定掘削翼に対し平行移動可能な可動掘削翼とをもってそれ自体が伸縮可能に形成されていることにより、回転に伴い可動掘削翼の先端が描く軌跡が掘削径に応じて拡縮可能となっていることが望ましい。
【００１７】
この場合には、請求項６に記載のように、上記可動掘削翼は、平面視においてケーシングパイプに近い根元部側に対しケーシングパイプから遠い先端部側が掘削進行方向前方側に向かって段階的にかぶさるように一段以上の入射角を有する形状とするか、または可動掘削翼それ自体の平面視形状を曲線をもって湾曲した形状とすることで、平面視において掘削進行方向前方側に向かって凹形状となる前向き羽根形状のものとして形成してあるものとする。
【００１８】
ここに言う曲線をもって湾曲した形状とは、単純円形のほか放物線、対数螺旋形等のいわゆる二次曲線をもって湾曲した形状をいう。
【００１９】
また、例えば硬質地盤の掘削に際しては、請求項７に記載のように、上記ケーシングパイプ径よりも大径で且つ掘削翼が掘削可能な最小掘削径よりも小径の先行掘削孔を掘削して、掘削翼にて掘削した土砂をケーシングパイプと先行掘削孔との隙間より先行掘削孔内へ取り込み排土することが望ましい。
【００２０】
上記いずれの掘削方法においても、ケーシング内に取り込んだ土砂を排土する手段としては、請求項８に記載のバケット式排土手段や、請求項９に記載の泥水式排土手段を用いるものとする。
【００２１】
請求項１０に記載の発明は、請求項５または６に記載の掘削排土方法をもってケーソンを圧入沈設する工法を特定したものであって、ケーソンの刃先よりも下方位置に収縮状態とした掘削翼を位置させた上で掘削翼を伸長させることにより、その掘削翼の一部を形成している可動掘削翼の先端が回転により描く軌跡を拡径させる工程と、拡径状態とした掘削翼によりケーソンの刃先下を少なくともケーソンの内径よりも大きな掘削径をもって掘削する工程と、上記刃先下の拡径掘削後にケーソンを圧入沈設する工程と、を含むことを特徴とする。
【００２２】
したがって、少なくとも請求項１に記載の発明では、掘削翼が、掘削翼それ自体の突出方向に面直角な断面においてその掘削点に対して当該掘削点よりも上方部が掘削進行方向前方側にかぶさる形状となっているため、掘削した土砂が掘削翼の上を乗り越えにくくなり、掘削土砂を土砂取り込み口に一段と導入しやすくなって、ケーシングパイプ内への土砂取り込み効率が向上することになる。
【００２３】
請求項１１に記載の発明は、実質的に請求項１に記載の技術を拡径掘削装置として捉えたものであって、掘削翼は、固定掘削翼とこの固定掘削翼に対し平行移動可能な可動掘削翼とをもってそれ自体が伸縮可能に形成されていることより、回転に伴い可動掘削翼の先端が描く軌跡が掘削径に応じて拡縮可能に構成されている一方、少なくとも上記可動掘削翼は、固定掘削翼に対するそれ自体の移動方向に面直角な断面においてその掘削点に対して当該掘削点よりも上方部が掘削進行方向前方側にかぶさる形状となっていることを特徴とする。
【００２４】
この場合において、請求項１２に記載のように、少なくとも上記可動掘削翼は、固定掘削翼に対するそれ自体の移動方向に面直角な断面において掘削進行方向前方側に向かって凹形状となる前向き羽根形状のものとして形成してあるほか、請求項１３に記載のように、上記固定掘削翼は、可動掘削翼とともに、それ自体の長手方向に面直角な断面において掘削進行方向前方側に向かって凹形状となる前向き羽根形状のものとして形成してあることが望ましい。
【００２５】
また、請求項１４に記載のように、請求項１１〜１３のいずれかに記載の可動掘削翼に代えて、可動掘削翼は、平面視においてケーシングパイプに近い根元部側に対してケーシングパイプから遠い先端部側が掘削進行方向前方側にかぶさる形状となっているとともに、固定掘削翼に対するそれ自体の移動方向に面直角な断面において掘削進行方向前方側に向かって凹形状となる前向き羽根形状のものとして形成してあっても良い。
【００２６】
この場合において、請求項１５に記載のように、上記可動掘削翼は、平面視において掘削進行方向前方側に向かって凹形状となる前向き羽根形状のものとして形成してあることが望ましい。
【００２７】
さらに、請求項１６に記載のように、上記可動掘削翼は、平面視においてケーシングパイプに近い根元部側に対しケーシングパイプから遠い先端部側が掘削進行方向前方側に向かって段階的にかぶさるように一段以上の入射角を有する形状とするか、または可動掘削翼それ自体の平面視形状を曲線をもって湾曲した形状とすることで、平面視において掘削進行方向前方側に向かって凹形状となる前向き羽根形状のものとして形成してあることが望ましい。
【００２８】
また、請求項１１に記載の拡径掘削装置を前提とした場合には、請求項１７に記載のように、上記固定掘削翼に対する可動掘削翼の移動方向に面直角な断面においてその可動掘削翼の掘削点に対して当該掘削点よりも上方部が掘削進行方向前方側にかぶさる形状の度合いであるかぶり量が、可動掘削翼のうちケーシングパイプから遠い先端部側からケーシングパイプに近い根元部側に向かって漸次小さくなるように設定してあることが望ましい。
【００２９】
なお、請求項１１〜１７に記載のいずれの拡径掘削装置の場合においても、請求項１８に記載のように、上記ケーシングパイプには、その平面視においてケーシングパイプの接線方向を指向する複数の掘削翼を等ピッチで設けてあるものとし、さらに、請求項１９に記載のように、上記ケーシングパイプのうち掘削翼の下方位置に、そのケーシングパイプ径よりも大径で且つ掘削翼が掘削可能な最小掘削径よりも小径の先行掘削孔を掘削する先行掘削翼を設けてあるものとする。
【００３０】
したがって、特に請求項１７に記載の発明では、可動掘削翼におけるかぶり量が、可動掘削翼のうちケーシングパイプに遠い部分からケーシングパイプに近い部分に向かって漸次小さくなるようにいわゆる徐変形状に形成されていることから、そのかぶり量の徐変による案内効果のために掘削翼にて押しやられる土砂をその掘削翼の根元側に誘導することができるようになる。このことは土砂が土砂取り込み口に入りやすくなることを意味し、ケーシングパイプ内への土砂取り込み効率が一段と向上することになる。
【００３１】
このような土砂誘導効果は、請求項１２に記載のように、可動掘削翼の断面形状が掘削進行方向前方側に向かって凹形状となる前向き羽根形状のものとして形成されていたり、あるいは請求項請求項１５に記載のように、同じく可動掘削翼が平面視において掘削進行方向前方側に向かって凹形状となる前向き羽根形状のものとして形成されていると、より一層顕著となる。
【発明の効果】
【００３２】
請求項１に記載の発明によれば、断面形状においていわゆるかぶりを有する掘削翼にて掘削した土砂を、その掘削翼の掘削進行方向の前方且つ上方側へ誘導してケーシングパイプ内に取り込み排土するようにしたため、掘削した土砂が掘削翼の上を乗り越えにくくなるとともに、掘削翼にて押しやられる土砂をその掘削翼の根元側に誘導することができることから、掘削土砂を土砂取り込み口に一段と導入しやすくなって、ケーシングパイプ内への土砂取り込み効率が向上する。特に、請求項２に記載のように、掘削翼の断面形状が掘削進行方向前方側に向かって凹形状となる前向き羽根形状のものであると、上記効果が一段と顕著となる。
【００３３】
請求項３，４に記載の発明によれば、掘削翼が断面形状においていわゆるかぶりを有する形状であるか、または掘削翼の断面形状が掘削進行方向前方側に向かって凹形状となる前向き羽根形状のものであるのに加えて、掘削翼の平面視形状がいわゆるかぶりを有する形状であるか、または掘削翼の平面視形状が掘削進行方向前方側に向かって凹形状となる前向き羽根形状のものであるため、掘削翼にて押しやられる土砂をより確実に掘削翼の根元側に誘導することができるようになり、掘削土砂を土砂取り込み口に一段と導入しやすくなって、ケーシングパイプ内への土砂取り込み効率が飛躍的に向上するようになる。
【００３４】
請求項５に記載の発明によれば、掘削翼自体が伸縮可能であって、掘削径に応じて拡縮可能となっていることから、掘削径違いに掘削にも柔軟に対応することができるようになって汎用性が高くなり、特にケーソンの刃先下を掘削するような場合に著しく有利となる。
【００３５】
請求項７に記載の発明によれば、先行掘削孔を掘削することで、掘削翼にて掘削した土砂をケーシングパイプと先行掘削孔との隙間より先行掘削孔内へ取り込み排土するようにしたため、特に硬質地盤の掘削にも無理なく対応することができるとともに、掘削土砂の取り込み排土も確実に行うことができるようになる。
【００３６】
請求項１０に記載の発明によれば、上記のような掘削排土方法を前提とした上でケーソンの圧入沈設を行うようにしたため、土砂取り込み効率の改善によりケーソンの構築の工期短縮に大きく寄与できるようになる。
【００３７】
請求項１１に記載の発明によれば、請求項５に記載の技術を拡径掘削装置として特定したものであるため、同請求項５に記載の発明と同様の効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
図１〜８は本発明に係る掘削排土方法および拡径掘削装置のより具体的な第１の実施の形態を示し、特に図１は硬質地盤下におけるケーソン１の刃先（刃口面）１ａの下方（以下、刃先下という）を拡径掘削することでケーソン１の刃先下における圧入抵抗の軽減を図り、ケーソン１の構成要素であるセグメントを継ぎ足しながらそのケーソン１を圧入沈設する装置の全体の概略構造を示している。
【００３９】
ここで、ケーソンの圧入沈設工法に際し、掘削地盤が硬質地盤である場合にはケーソンの刃先下の地盤抵抗により圧入抵抗が膨大となる。そのため、ケーソンをもって壁体となるべき箇所を予め掘削して土砂を置き換えてからケーソンを圧入沈設する場合と、ケーソンの刃先下を拡径掘削可能な掘削装置を用い、ケーソン内部と共にケーソンの刃先下を掘削しながら徐々にケーソンを圧入沈設する場合とがあるが、ここでは後者の工法に適用する場合の例を示す。
【００４０】
図１に示す拡径掘削装置は、大別してケーシングパイプ２と、このケーシングパイプ２の先端部の周囲に放射状に配設された例えば三組のブレード状の掘削翼３と、上記ケーシングパイプ２の駆動装置として機能する回転押し込み装置４と、ケーソン１を順次圧入沈設する圧入沈設装置としての複数の圧入ジャッキ５と、図示外のクローラクレーン等により吊り下げ支持されていて、掘削に伴いケーシングパイプ２内に導入された土砂を搬出するべく揚排土手段として機能するハンマーグラブ６等から構成してある。
【００４１】
上記回転押し込み装置４は全旋回式オールケーシング掘削機の駆動部と同等の機能を有するものであり、ケーシングパイプ２をチャッキング（把持）した上でこれを例えば平面視にて時計回り方向に回転駆動させる機能と、そのケーシングパイプ２の回転駆動と並行してケーシングパイプ２に推力を付与して地中に圧入する機能とを有している。また、圧入ジャッキ５は加圧板７を介してそれよりも下側のケーソン１全体を圧入沈設する機能を有している。
【００４２】
図２は上記ケーシングパイプ２の要部を拡大した図であり、また図３は図２のＡ−Ａ線に沿う断面図を、図４は図２のＢ−Ｂ線に沿う断面図をそれぞれ示している。先に述べたようにケーシングパイプ２の先端部外周には三枚の掘削翼３を直径方向または接線方向を指向するように放射状に配置してあるほか、その下方には螺旋状の補助翼８とともに同じく三枚構成の先行掘削翼９を装着してある。ケーシングパイプ２の円筒胴部外周面の三等分位置には略偏平ボックス状をなす翼ブラケット１０を固定してあり、それぞれの翼ブラケット１０に対して掘削翼３を形成している固定掘削翼１２を複数のボルト１１にて固定してある。これにより、各掘削翼３はケーシングパイプ２の接線方向を指向するように等ピッチで取り付けてある。
【００４３】
各掘削翼３は平板状の固定掘削翼１２に対しこれよりも幅狭で且つ平面視にて略弓形状に湾曲した可動掘削翼１３を重ね合わせるように配置したもので、固定掘削翼１２は根元部側から先端部側に向かってその幅寸法（図２における上下方向寸法）が漸次小さくなるような形状であるのに対して、可動掘削翼１３はその幅寸法がほぼ一定した形状のものとなっている。そして、図４に示すように、可動掘削翼１３は固定掘削翼１２に対し上下一対のリニアガイド１４をもってスライド可能に、すなわち平行移動可能に案内支持されているとともに、固定掘削翼１２と可動掘削翼１３との間には直動型アクチュエータとして油圧シリンダ１５を架橋的に配置してある。
【００４４】
より具体的には、固定掘削翼１２の背面側には油圧シリンダ１５のシリンダチューブを固定してある一方、固定掘削翼１２をその厚み方向に貫通するブラケット１６を介してピストンロッドの先端を可動掘削翼１３に連結してある。これにより、可動掘削翼１３は固定掘削翼１２に対して進退移動可能であって、油圧シリンダ１５の伸長動作をもって固定掘削翼１２に対し可動掘削翼１３を伸長させた時には図２，３に示すような拡径状態となり、逆に油圧シリンダ１５の収縮動作をもって固定掘削翼１２に対し可動掘削翼１３を収縮させた時には図７，８に示すような縮径状態となるように設定してあり、掘削翼３全体として拡縮径可能な構造としてある。
【００４５】
そして、上記掘削翼３の拡径状態においてその先端である最大直径部が描く軌跡の直径は、図１に示すように少なくとも圧入すべきケーソン１の内径よりも大きくなるように設定してある一方、逆に上記掘削翼３の縮径状態においてその先端である最大直径部が描く軌跡の直径は、図１に示すように少なくとも圧入すべきケーソン１の内径よりも小さくなるように設定してある。
【００４６】
なお、掘削翼３を形成している固定掘削翼１２の下面のほか、同じく可動掘削翼１３の下面および長手方向の先端面にはそれぞれに複数の掘削刃（ビット）１７を植設してある。したがって、掘削翼３が縮径状態にあるか拡径状態にあるか、さらにはそれらの拡径状態と縮径状態の中間状態（拡径状態から縮径状態への過渡状態またはその逆の縮径状態から拡径状態への過渡状態）にあるかにかかわらず、ケーシングパイプ２とともに掘削翼３に回転力と掘削推力とを与えれば、いずれの状態にあっても掘削翼３は積極的な掘削が可能となっている。すなわち、ケーシングパイプ２とともに掘削翼３に回転力と掘削推力とを与えれば、図４に示すように少なくとも掘削翼３の下端部の掘削刃１７を掘削点として地盤の積極的な掘削が可能となっている。また、各掘削翼３を形成している固定掘削翼１２の下面は一部テーパ状に形成してあり、したがって掘削翼３の下面がその回転によって描く軌跡の少なくとも中央部は略円錐形状のものとなるように設定してある。
【００４７】
図３のほか図５に示すように、上記掘削翼３を形成している可動掘削翼１３は、固定掘削翼１２の軸線（固定掘削翼１２に対する可動掘削翼１３の移動方向または固定掘削翼１２の長手方向軸線）Ｌを基準にその先端部を二段の入射角θ１およびθ２をもって順次回転方向の前方側（掘削進行方向の前方側）に段階的に屈曲もしくは湾曲させることより先にも述べたように平面視にて略弓形状に湾曲していて、実質的に可動掘削翼１３は平面視において回転方向前方側または掘削進行方向前方側に向かって凹形状となる前向き羽根形状のものとして形成されている。このように可動掘削翼１３が平面視において回転方向に向かって凹形状となる前向き羽根形状に形成されていることで、その可動掘削翼１３の最外径側の先端が、回転方向において後述する土砂取り込み口２１よりも常に前方側に位置している。
【００４８】
つまり、図５に示すように、可動掘削翼１３は平面視においてケーシングパイプ２に近い根元部側に対しケーシングパイプ２から遠い先端部側が回転方向前方側または掘削進行方向前方側に向かって段階的にかぶさるように二段の入射角θ１，θ２を有していて、それらの入射角θ１とθ２との和が平面視における可動掘削翼１３の回転方向でのかぶり量となっている。その結果として、後述するように掘削翼３にて掘削した土砂を、その掘削翼３の回転方向または掘削進行方向の前方且つ上方側に向けて誘導するようになっている。
【００４９】
また、図４に示すように、上記掘削翼３を形成している可動掘削翼１３にはその長手方向に沿っていわゆる庇状の土砂前戻し板１８を設けてある。この土砂前戻し板１８は、可動掘削翼１３の上端からそれの面直角に延びる上板１９と、その上板１９と可動掘削翼１３自体とにまたがるように角度θ３をもって配置された斜状板２０とからなり、この土砂前戻し板１８があることによって、可動掘削翼１３はそれ自体の長手方向（固定掘削翼１２に対するそれ自体の移動方向）に面直角な断面が回転方向前方側または掘削進行方向前方側に向かって凹形状となるいわゆる前向き羽根形状のものとして形成してある。
【００５０】
すなわち、可動掘削翼１３は、掘削翼３それ自体の突出方向または長手方向に面直角な断面において、回転方向前方側または掘削進行方向前方側に向かって凹形状となるいわゆる前向き羽根形状のものとして形成されていることで、下側の掘削点となる掘削刃１７に対して当該掘削刃１７よりも上方に位置する部分が回転方向前方側または掘削進行方向前方側にかぶさる形状となっていて、その前向き羽根形状の凹形状の度合いであるかぶり量αは長手方向においてほぼ一定したものとして設定してある。その結果として、後述するように掘削翼３にて掘削した土砂を、その掘削翼３の回転方向または掘削進行方向の前方且つ上方側に向けて誘導するようになっている。
【００５１】
図２，４に示すように、上記ケーシングパイプ２のうち各掘削翼３の根元部と略同等高さ位置であって、且つ各掘削翼３の回転方向前方側でそれらの掘削翼３と干渉しない位置、すなわちケーシングパイプ２と掘削翼３とのなす交点位置の前方側には、ケーシングパイプ２の内外を連通するべく略矩形状の土砂取り込み口２１を上下二段にわたり開口形成してある。これらの土砂取り込み口２１は、後述するように掘削翼３の回転に伴いその掘削翼３の根元部側であって且つ回転方向前方側に集められた土砂を積極的にケーシングパイプ２内に取り込む役目をすることになる。
【００５２】
さらに、ケーシングパイプ２のうち掘削翼３の装着位置よりも下方位置には螺旋状の補助翼８を装着してあるとともに、その補助翼８の下方位置には平面視にて略くの字状に屈曲した三枚の先行掘削翼９を放射状に配置してある。より詳しくは、図６に示すように、ケーシングパイプ２の先端にはそのケーシングパイプ２の一部を形成することになるほぼ同径のケーシングアタッチメント２２が着脱可能に装着されていて、そのケーシングアタッチメント２２の外周には平面視にて略くの字状に屈曲した例えば三枚の先行掘削翼９を装着してある。この先行掘削翼９は、平面視にて略くの字状に屈曲したブレード２３の下端に複数の掘削刃２４を植設するとともに、背面側を補強プレート２５にて補強したものであり、同時にケーシングアタッチメント２２の円筒胴部には各先行掘削翼９に近接するようにしてその根元部の回転方向前方側に先行掘削翼９と同等高さ位置に略矩形状の土砂取り込み口２６を開口形成してある。
【００５３】
そして、各先行掘削翼９の先端（最大直径部）がその回転によって描く軌跡の直径、すなわち掘削径は当然のことながらケーシングパイプ２（ケーシングアタッチメント２２）の外径よりも大きく且つ縮径状態の掘削翼３（図７，８の状態）がその回転によって描く軌跡の直径よりも小さく設定してある。また、ケーシングアタッチメント２２の下端には複数の掘削刃２７を植設してある。
【００５４】
したがって、本実施の形態によれば、図１に示すように、ケーシングパイプ２を時計回り方向に回転させながら所定の掘削推力（掘進力）を付与して、複数の掘削翼３にてケーソン１の刃先下をケーソン１自体の内径よりも大きくなるように拡径気味に掘削しながらそのケーソン１を徐々に圧入沈設することになる。なお、ケーソン１の圧入沈設の進行に伴いケーソン１自体の上段側への継ぎ足しが行われるとともに、ケーシングパイプ２も所定のチューブアタッチメントの継ぎ足しが行われる。
【００５５】
すなわち、図１では各掘削翼３が図２，３に拡大して示すような拡径状態にあることから、ケーシングパイプ２を時計回り方向に回転駆動させながら所定の掘削推力（掘進力）を付与すると、ケーシングパイプ２の最下端が先行して地盤に食い込み、その口径に相当する土砂を周囲の土砂から切り取ってケーシングパイプ２の内部に取り込むとともに、先行掘削翼９が図２の掘削径Ｄ１にて地盤を掘削して、その掘削した土砂を土砂取り込み口２６からケーシングパイプ２の内部に取り込むことになる。その一方、ケーシングパイプ２の外側では拡径状態にある各掘削翼３が大きな口径のもとで地盤を掘削し、掘削された土砂が徐々にケーンシングパイプ２の近くに寄せ集められて、一部の土砂が先行掘削翼９にて先行掘削された掘削孔内に落とし込まれることになるとともに、残りの一部の土砂が土砂取り込み口２１からケーシングパイプ２の内部に取り込まれることになる。つまり、ケーシングパイプ２の先端による掘削と拡径掘削翼９による掘削、さらには掘削翼３による掘削とをもって、図１に示すようにいわゆる三段の段付き孔状の掘削が行われることになる。
【００５６】
この時、土砂取り込み口２１の直下に位置している螺旋状の補助翼８は、先行掘削翼９にて掘削された掘削孔に落とし込まれた土砂をその補助翼８位置よりも下方に押し込む役目をし、それによって土砂取り込み口２６からの掘削土砂の取り込み効率が向上することになる。
【００５７】
なお、掘削翼３が拡径状態にあるか縮径状態にあるかにかかわらず、拡縮径用の油圧シリンダ１５の油圧供給経路をいわゆる油圧的にロックすることで、その拡径または縮径状態が自己保持される。
【００５８】
そして、このような掘削の進行と並行して、ケーシングパイプ２内に取り込まれた土砂を例えば図１に示したハンマーグラブ６にて排土する。
【００５９】
ここで、各掘削翼３を形成している可動掘削翼１３が土砂前戻し板１８を有していて、可動掘削翼１３それ自体の長手方向に面直角な断面が回転方向前方側または掘削進行方向前方側に向かって凹形状となるいわゆる前向き羽根形状のものとして形成してあることから、掘削された土砂は可動掘削翼１３の前面側に滞留することになるものの、その可動掘削翼１３の上方側を土砂が乗り越えることはなく、特に可動掘削翼１３の下側の掘削刃１７にて掘削された土砂は図４に示すように掘削翼３の回転方向または掘削進行方向の前方側に向けて且つ掘削点である下側の掘削刃１７よりも上方側に向けて誘導され、結果として図４に矢印Ｍ１で示すように上下方向での旋回を繰り返しながら掘削翼３の前方側に押しやられることになる。その結果として、掘削翼３の回転に伴いその前方側に押しやられる土砂の量が従来よりも増加することで、先行掘削翼９にて掘削された掘削孔への土砂の落とし込み効率、あるいは土砂取り込み口２１からケーシングパイプ２の内部への土砂の取り込み効率が向上することになる。
【００６０】
その一方、掘削翼３を形成している可動掘削翼１３は上記のようにその断面が回転方向前方側または掘削進行方向前方側に向かって凹形状となるいわゆる前向き羽根形状のものとして形成してあるのに加えて、平面視においても回転方向前方側または掘削進行方向前方側に向かって凹形状となるいわゆる前向き羽根形状のものとして形成してあるため、図３に示すように可動掘削翼１３の外径側先端部（ケーシング２から遠い部分）で捕集された土砂ほどその誘導方向が可動掘削翼１３それ自体が回転によって描く回転軌跡の中心側、すなわち矢印Ｍ２で示すようにケーシングパイプ２の中心方向を指向するようになる。
【００６１】
このことは、掘削された土砂が各掘削翼３の回転に伴って徐々にケーシングパイプ２の外周面近くに積極的に集められることを意味することから、それによって先行掘削翼９にて掘削された掘削孔への土砂の落とし込み、あるいは土砂取り込み口２１からケーシングパイプ２の内部空間への土砂の取り込みが一段と促進されることになる。このような機能は、掘削翼３が図２，３に示すような拡径状態にある場合だけでなく、図７，８のような縮径状態にある場合、あるいは縮径状態と拡径状態との過渡状態にある場合でも同様に発揮される。
【００６２】
このように本実施の形態によれば、可動掘削翼１３の断面が回転方向前方側または掘削進行方向前方側に向かって凹形状となるいわゆる前向き羽根形状のものとして形成してあるのに加えて、平面視においても回転方向前方側または掘削進行方向前方側に向かって凹形状となるいわゆる前向き羽根形状のものとして形成してあるため、特に掘削翼３による土砂の捕集効率または押しのけ効率とともに土砂取り込み口２１からケーシングパイプ２内への取り込み効率が向上するとともに、掘削翼３にて掘削された土砂の先行掘削孔への落とし込み効率ひいては土砂取り込み口２６からケーシングパイプ２内への同じく土砂取り込み効率が飛躍的に向上することになる。
【００６３】
なお、上記実施の形態では、可動掘削翼１３のみに土砂前戻し板１８を付設しているが、後述するように固定掘削翼１２にも同様に土砂前戻し板１８を設けることももちろん可能である。また、図４に示したところの土砂前戻し板１８の幅寸法（図４に示したかぶり量α）をその長手方向でほぼ一定としているが、必要に応じてその幅寸法がケーシングパイプ２に近くなるにしたがって漸減するような形状としても良い。
【００６４】
さらに、上記実施の形態では、ケーシング２内に取り込んだ土砂を排土する手段としてバケット式排土手段であるハンマーグラブ６を用いているが、排土手段としてはどのようなものを用いても良く、上記ハンマーグラブ６に代えて例えば泥水式排土手段を採用することも可能である。この場合には、図９に示すように、ケーシング２の先端の孔底部付近にサンドポンプ６０を投入し、排出管６１にて掘削土砂を水とともに一旦地上に吸い上げて図示外の沈殿槽に貯留し、土砂を沈殿・ふるい分けした後に、その沈殿・ふるい分け後の水を再使用泥水として孔内に戻すようにする。あるいは、図９のサンドポンプ６０に代えて、それと同等位置に地上側のコンプレッサーから圧縮空気を導入する一方、泥水化した掘削土砂を空気の浮上力を利用して排出管６１にて一旦地上に排出して図示外の沈殿槽に貯留し、以降は上記と同様に土砂を沈殿・ふるい分けした後に、その沈殿・ふるい分け後の水を再使用泥水として孔内に戻すいわゆるエアリフト方式と称される泥水排土方式を採用しても良い。
【００６５】
図１０〜１２は本発明の第２の実施の形態として、可動掘削翼１３に付設された土砂前戻し板の変形例を示している。なお、図１０〜１２では先の第１の実施の形態と共通する部分には同一符号を付してある。
【００６６】
図４に示した第１の実施の形態の土砂前戻し板１８は上板１９と斜状板２０とで形成してあるのに対して、図１０，１１に示す第２の実施の形態では、可動掘削翼１３の前面に断面略くの字状に屈曲した単板構造の土砂前戻し板３８を斜め上向きに装着してある。そして、図１１の（Ａ）は図１０のａ−ａ線断面を、同図（Ｂ）は図１０のｂ−ｂ線断面を、同図（Ｃ）は図１０のｃ−ｃ線断面をそれぞれ示しているものであるが、これらの図から明らかなように土砂前戻し板３８は可動掘削翼１３の長手方向全体を通して均一断面のものとして形成してある。
【００６７】
言い換えるならば、図１０，１１に示した掘削翼３の可動掘削翼１３には土砂前戻し板３８が付設されていることによって、図１１から明らかなように、可動掘削翼１３の移動方向または長手方向に面直角な断面においてその掘削点である掘削刃１７の位置に対して当該掘削刃１７よりも上方の部位が掘削進行方向前方側にかぶさる形状、すなわち可動掘削翼１３の移動方向または長手方向に面直角な断面において掘削進行方向前方側に向かって凹形状となる前向き羽根形状のものとして形成されている。
【００６８】
また、図１０から明らかなように、可動掘削翼１３は先の実施の形態のものと同様に平面視において入射角θ１，θ２を有していることから、同平面視においてケーシングパイプ２に近い根元部側に対してケーシングパイプ２から遠い先端部側が掘削進行方向前方側にかぶさる形状、すなわち平面視においても掘削進行方向前方側に向かって凹形状となる前向き羽根形状のものとして形成してある。
【００６９】
したがって、土砂前戻し板３８の形状が異なるこの第２の実施の形態においても、基本的には図４に示した第１の実施の形態と同様の作用効果が得られることになる。
【００７０】
すなわち、図１２は図１１の（Ａ）の断面での土砂の掘削状況を示したもので、図１２の（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）の順に掘削土砂の誘導が行われるものであるが、特に可動掘削翼１３の下側の掘削刃１７にて掘削された土砂は可動掘削翼１３にて徐々に掘削進行方向前方側に寄せ集められることになる。そして、同図（Ｂ），（Ｃ）に示すように、掘削の進行に伴い土砂前戻し板３８の傾斜に沿って斜め上向きにも盛り上がるようにして掘削土砂の保有量が増加することになるものの、盛り上がりが限界となった土砂は同図のように掘削進行方向前方側に崩れ落ちることになるので、土砂前戻し板３８を土砂が乗り越えてしまうことはなく、最終的にはそれらの土砂は可動掘削翼１３にて掘削進行方向前方側に押しやられながら、同時に図１０に示したように掘削翼３の平面視でも所定のかぶり量を有しているために、可動掘削翼１３のほか固定掘削翼１２に案内されるようにして徐々に掘削翼３の根元部側、ひいては図３のＭ２なる軌跡のもとで順次土砂取り込み口２１側へと誘導されることになる。
【００７１】
図１３，１４は本発明の第３，第４の実施の形態を示す図である。
【００７２】
図１３に示す第３の実施の形態では、図５と比較すると明らかなように、掘削翼３を形成している可動掘削翼３３が平面視において回転方向前方側または掘削進行方向前方側に向かって凹形状となるいわゆる前向き羽根形状のものとして形成するにあたり、その先端部を回転方向前方側または掘削進行方向前方側に向けて屈曲もしくは湾曲させる段階数を図５のものより増加させたものである。つまり、可動掘削翼３３はθ１１〜θ１４の四段階をもって回転方向前方側または掘削進行方向前方側に向けて屈曲もしくは湾曲させてある。なお、θ１１〜θ１４の総和が、可動掘削翼３３が平面視において回転方向前方側または掘削進行方向前方側に向かって凹形状の前向き羽根形状となるためのかぶり量となる。
【００７３】
また、図１４に示す第４の実施の形態では、図５と比較すると明らかなように、掘削翼３を形成している可動掘削翼４３が平面視において回転方向前方側または掘削進行方向前方側に向かって凹形状となるいわゆる前向き羽根形状のものとして形成するにあたり、その先端部を回転方向前方側または掘削進行方向前方側に向けて滑らかな円弧状面をもって屈曲もしくは湾曲させたものである。もちろん、この円弧状面には、単純な円形だけでなく例えば放物線形、対数螺旋形等の二次曲線の曲率形状をも含むものである。
【００７４】
これらの第３，第４の実施の形態においても先の第１の実施の形態と同様の作用効果が得られるものであることは言うまでもない。
【００７５】
図１５，１６は本発明の第５，第６の実施の形態を示す図である。なお、これらの第５，第６の実施の形態においても先の第１の実施の形態と共通する部分には同一符号を付してある。
【００７６】
図１５に示す第５の実施の形態では、図４と比較すると明らかなように、掘削翼３を形成している可動掘削翼１３がその断面において回転方向前方側または掘削進行方向前方側に向かって凹形状となるいわゆる前向き羽根形状のものとして形成するにあたり、庇状の土砂前戻し板１８を形成している斜状板３０そのものも回転方向前方側または掘削進行方向前方側に向かって凹形状となるように断面略くの字状に屈曲したものを採用したものである。
【００７７】
また、図１６に示す第６の実施の形態では、図４と比較すると明らかなように、掘削翼３を形成している可動掘削翼１３がその断面において回転方向前方側または掘削進行方向前方側に向かって凹形状となるいわゆる前向き羽根形状のものとして形成するにあたり、庇状の土砂前戻し板１８を形成している斜状板４０そのものも回転方向前方側または掘削進行方向前方側に向かって凹形状となるように断面円弧状に屈曲したものを採用したものである。もちろん、この円弧状面には、単純な円形だけでなく例えば放物線形、対数螺旋形等の二次曲線の曲率形状をも含むものである。
【００７８】
これらの第５，第６の実施の形態によれば、可動掘削翼１３の断面における土砂保有量が一段と向上する利点がある。
【００７９】
図１７，１８は本発明の第７の実施の形態を示す図であり、先の第１の実施の形態と共通する部分には同一符号を付してある。
【００８０】
図１７，１８に示すように、掘削翼３を形成している可動掘削翼５３は、先の第１の実施の形態のように平面視にてその先端部を屈曲もしくは湾曲させることなくいわゆる平板状のものとする一方、その平板状の可動掘削翼５３にはその長手方向に沿っていわゆる庇状の土砂前戻し板２８を設けてある。これにより、可動掘削翼５３は固定掘削翼１２に対していわゆる平行移動可能な形態となっている。
【００８１】
上記土砂前戻し板２８は、可動掘削翼５３の上端からそれの面直角に延びる上板３９と、その上板３９と可動掘削翼５３自体とにまたがるように角度βをもって配置された斜状板５０とからなり、この土砂前戻し板２８があることによって、可動掘削翼５３はそれ自体の長手方向（固定掘削翼１２に対するそれ自体の移動方向）に面直角な断面が回転方向前方側または掘削進行方向前方側に向かって凹形状となるいわゆる前向き羽根形状のものとして形成してある。そして、上記上板３９の幅寸法たるかぶり量Ｗは可動掘削翼５３のうちケーシングパイプ２に遠い部分からケーシングパイプ２に近い部分に向かって漸次小さくなるように設定してあるとともに、斜状板５０の幅寸法Ｈおよび角度βもまた可動掘削翼５３のうちケーシングパイプ２に遠い部分からケーシングパイプ２に近い部分に向かって漸次小さくなるように設定してある。
【００８２】
言い換えるならば、可動掘削翼５３の断面における前向き羽根形状の凹形状の度合いであるかぶり量が、可動掘削翼５３のうちケーシングパイプ２に遠い部分からケーシングパイプ２に近い部分に向かって漸次小さくなるように設定してある。
【００８３】
したがって、この第７の実施の形態によれば、可動掘削翼５３そのものはいわゆる平板形状であるものの、ケーシングパイプ２に遠い部分からケーシングパイプ２に近い部分に向かってかぶり量が漸次小さくなる土砂前戻し板２８を備えていることによって、先に述べた第１の実施の形態と同様の作用効果が得られることになる。
【００８４】
ここで、図１ではケーソン１の刃先下を拡径状態とした掘削翼３で掘削する場合を示しているが、もちろん縮径状態とした掘削翼３にてケーソン１の刃口よりも上方のケーソン１の内部の孔底を掘削することももちろん可能である。つまり、掘削翼３がケーソン１の刃口１ａよりも上方に位置している状態では掘削翼３を縮径状態として掘削を行う一方、掘削翼３がケーソン１の刃先下に到達した時点で初めて掘削翼３を拡径状態に移行しながら掘削を行うとともに、引き続きその拡径状態のままで所定深度まで掘削を行うこともできる。
【００８５】
図１９〜図２２は本発明の第８の実施の形態を示す図で、特に図１９は図８と同様の掘削翼３の縮径状態を、図２１は図３と同様の掘削翼３の拡径状態をそれぞれ示している。なお、これらの図１９〜２２において、図１０〜１２に示した第２の実施の形態と共通する部分には同一符号を付してある。
【００８６】
この第８の実施の形態では、図２０，２２から明らかなように、可動掘削翼１３の前面に断面略くの字状に屈曲した単板構造の土砂前戻し板３８を斜め上向きに装着してあるのに加えて、固定掘削翼１２の前面にも同じく断面略くの字状に屈曲した単板構造の土砂前戻し板４８を斜め上向きに装着したものである。そして、掘削翼３が縮径状態にあるか拡径状態にあるか、さらには縮拡径動作の過渡状態にあるかにかかわらず、可動掘削翼１３側の土砂前戻し板３８と固定掘削翼１２側の土砂前戻し板４８とが相互に干渉することがないように、固定掘削翼１２と可動掘削１３との重合方向において双方の土砂前戻し板４８，３８同士をオフセットさせてある。
【００８７】
言い換えるならば、図１９〜２２に示した掘削翼３では、その可動掘削翼１３に土砂前戻し板３８が付設されているのに加えて、固定掘削翼１３にも土砂前戻し板４８が付設されていることから、図２０，２２から明らかなように、縮径状態にあるか拡径状態にあるかにかかわらず、掘削翼３の長手方向の全長において、その長手方向に面直角な断面形状がその掘削点である掘削刃１７の位置に対して当該掘削刃１７よりも上方の部位が掘削進行方向前方側にかぶさる形状、すなわち掘削翼３の長手方向に面直角な断面において掘削翼３全体が掘削進行方向前方側に向かって凹形状となる前向き羽根形状のものとして形成されている。
【００８８】
また、図１９，２１から明らかなように、可動掘削翼１３は図１０〜１２に示した第２の実施の形態のものと同様に平面視において入射角θ１，θ２を有していることから、同平面視においてケーシングパイプ２に近い根元部側に対してケーシングパイプ２から遠い先端部側が掘削進行方向前方側にかぶさる形状、すなわち少なくとも可動掘削翼１３は平面視においても掘削進行方向前方側に向かって凹形状となる前向き羽根形状のものとして形成してある。
【００８９】
したがって、この第８の実施の形態によれば、図１０〜１２に示した第２の実施の形態と同様の作用効果が得られることはもちろんのこと、特に図２１に示したような掘削翼３の拡径状態において、ケーシングパイプ２に近い固定掘削翼１２側にも土砂前戻し板４８が付設されている故に掘削翼３の長手方向で土砂前戻し板３８，４８が途切れることがない。そのため、ケーシングパイプ２ひいては土砂取り込み口２１に近い部分での土砂の誘導効果が一段と顕著となる。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明に係る掘削排土方法および拡径掘削装置の好ましい第１の実施の形態を示す全体の概略説明図。
【図２】図１の要部拡大説明図。
【図３】掘削翼の詳細を示す図で、図２のＡ−Ａ線の沿う断面図。
【図４】同じく掘削翼の詳細を示す図で、図２のＢ−Ｂ線に沿う断面図。
【図５】図３における単一の掘削翼の拡大説明図。
【図６】図２の要部の詳細を示す図で、（Ａ）は先行掘削翼を含むケーシングパイプの先端の拡大図、（Ｂ）はその平面説明図。
【図７】図２の掘削翼を縮径した状態を示す説明図。
【図８】同じく図３の掘削翼を縮径した状態を示す説明図。
【図９】排土手段として図１のハンマーグラブに代えてリバース方式を採用した場合の要部説明図。
【図１０】本発明の第２の実施の形態を示す図で、単一の掘削翼の拡大説明図。
【図１１】図１０の各部の断面形状を示す図で、（Ａ）は図１０のａ−ａ線に沿う断面図、（Ｂ）は図１０のｂ−ｂ線に沿う断面図、（Ｃ）は図１０のｃ−ｃ線に沿う断面図。
【図１２】図１１の（Ｃ）の断面での掘削排土状態を示す説明図。
【図１３】本発明の第３の実施の形態を示す図で、単一の掘削翼の拡大説明図。
【図１４】本発明の第４の実施の形態を示す図で、単一の掘削翼の拡大説明図。
【図１５】本発明の第５の実施の形態を示す図で、図２のＢ−Ｂ線断面に相当する拡大断面図。
【図１６】本発明の第６の実施の形態を示す図で、図２のＢ−Ｂ線断面に相当する拡大断面図。
【図１７】本発明の第７の実施の形態を示す図で、掘削翼を含むケーシングパイプの平面説明図。
【図１８】図１７における掘削翼の詳細を示す図で、（Ａ）は図１７のＣ−Ｃ線に沿う拡大断面図、（Ｂ）は図１７のＤ−Ｄ線に沿う拡大断面図、（Ｃ）は図１７のＥ−Ｅ線に沿う拡大断面図。
【図１９】本発明の第８の実施の形態を示す図で、掘削翼の縮径状態での平面説明図。
【図２０】図１９に示した掘削翼の各部の断面形状を示す図で、（Ａ）は図１９のａ１−ａ１線に沿う拡大断面図、（Ｂ）は図１９のａ２−ａ２線に沿う拡大断面図、（Ｃ）は図１９のａ３−ａ３線に沿う拡大断面図。
【図２１】図１９に示した掘削翼の拡径状態を示す平面説明図。
【図２２】図２１に示した掘削翼の各部の断面形状を示す図で、（Ａ）は図２１のｂ１−ｂ１線に沿う拡大断面図、（Ｂ）は図２１のｂ２−ｂ２線に沿う拡大断面図、（Ｃ）は図２１のｂ３−ｂ３線に沿う拡大断面図、（Ｄ）は図２１のｂ４−ｂ４線に沿う拡大断面図。
【符号の説明】
【００９１】
１…ケーソン
１ａ…刃先
２…ケーシングパイプ
３…掘削翼
４…回転押し込み装置
５…圧入沈設装置としての圧入ジャッキ
６…バケット排土手段としてのハンマーグラブ
９…先行掘削翼
１２…固定掘削翼
１３…可動掘削翼
１５…油圧シリンダ（直動型アクチュエータ）
１７…掘削刃（掘削点）
１８…土砂前戻し板
１９…上板
２０…斜状板
２１…土砂取り込み口
２８…土砂前戻し板
３０…斜状板
３３…可動掘削翼
３８…土砂前戻し板
３９…上板
４０…斜状板
４３…可動掘削翼
４８…土砂前戻し板
５０…斜状板
５３…可動掘削翼
６０…サンドポンプ（泥水式排土手段）
６１…排出管（泥水式排土手段）
Ｗ…かぶり量
α…かぶり量
θ１，θ２…入射角（かぶり量）
θ１１〜θ１４…入射角（かぶり量）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転駆動されるケーシングパイプの外周に突出する掘削翼を備えているとともに、そのケーシングパイプのうち掘削翼との交点よりも回転方向前方側に土砂取り込み口が開口形成されていて、ケーシングパイプを掘削翼とともに回転させることで少なくとも掘削翼の下端部を掘削点として地盤を掘削して、その掘削土砂の少なくとも一部を掘削翼に沿わせて誘導し土砂取り込み口よりケーシングパイプ内に取り込み排土する方法であって、
上記掘削翼は、掘削翼自体の突出方向に面直角な断面においてその掘削点に対して当該掘削点よりも上方部が掘削進行方向前方側にかぶさる形状となっていて、
上記掘削翼にて掘削した土砂を、その掘削翼の掘削進行方向の前方且つ掘削点よりも上方側へ向けて誘導してケーシングパイプ内に取り込み排土することを特徴とする掘削排土方法。
【請求項２】
上記掘削翼は、掘削翼自体の突出方向に面直角な断面において掘削進行方向前方側に向かって凹形状となる前向き羽根形状のものであることを特徴とする請求項１に記載の掘削排土方法。
【請求項３】
上記掘削翼は、平面視においてケーシングパイプに近い根元部側に対してケーシングパイプから遠い先端部側が掘削進行方向前方側にかぶさる形状となっていて、
上記掘削翼にて掘削した土砂を、その掘削翼の掘削進行方向の前方且つ掘削点よりも上方側へ向けて誘導するとともに土砂取り込み口方向に誘導してケーシングパイプ内に取り込み排土することを特徴とする請求項１または２に記載の掘削排土方法。
【請求項４】
上記掘削翼は、平面視において掘削進行方向前方側に向かって凹形状となる前向き羽根形状のものとして形成してあることを特徴とする請求項３に記載の掘削排土方法。
【請求項５】
上記掘削翼は、固定掘削翼とこの固定掘削翼に対し平行移動可能な可動掘削翼とをもってそれ自体が伸縮可能に形成されていることにより、回転に伴い可動掘削翼の先端が描く軌跡が掘削径に応じて拡縮可能となっていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の掘削排土方法。
【請求項６】
上記可動掘削翼は、平面視においてケーシングパイプに近い根元部側に対しケーシングパイプから遠い先端部側が掘削進行方向前方側に向かって段階的にかぶさるように一段以上の入射角を有する形状とするか、または可動掘削翼それ自体の平面視形状を曲線をもって湾曲した形状とすることで、平面視において掘削進行方向前方側に向かって凹形状となる前向き羽根形状のものとして形成してあることを特徴とする請求項５に記載の掘削排土方法。
【請求項７】
上記ケーシングパイプ径よりも大径で且つ掘削翼が掘削可能な最小掘削径よりも小径の先行掘削孔を掘削して、掘削翼にて掘削した土砂をケーシングパイプと先行掘削孔との隙間より先行掘削孔内へ取り込み排土することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の掘削排土方法。
【請求項８】
上記ケーシング内に取り込んだ土砂を排土する手段としてバケット式排土手段を用いることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の掘削排土方法。
【請求項９】
上記ケーシング内に取り込んだ土砂を排土する手段として泥水式排土手段を用いることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の掘削排土方法。
【請求項１０】
請求項５または６に記載の掘削排土方法をもってケーソンを圧入沈設する方法であって、
ケーソンの刃先よりも下方位置に収縮状態とした掘削翼を位置させた上で掘削翼を伸長させることにより、その掘削翼の一部を形成している可動掘削翼の先端が回転により描く軌跡を拡径させる工程と、
拡径状態とした掘削翼によりケーソンの刃先下を少なくともケーソンの内径よりも大きな掘削径をもって掘削する工程と、
上記刃先下の拡径掘削後にケーソンを圧入沈設する工程と、
を含むことを特徴とするケーソンの圧入沈設方法。
【請求項１１】
回転駆動されるケーシングパイプの外周に突出する掘削翼を備えているともに、そのケーシングパイプのうち掘削翼との交点よりも回転方向前方側に土砂取り込み口が開口形成されていて、ケーシングパイプを掘削翼とともに回転させることで少なくとも掘削翼の下端部を掘削点として地盤を掘削して、その掘削土砂の少なくとも一部を土砂取り込み口からケーシングパイプ内に取り込むようにした掘削装置であって、
上記掘削翼は、固定掘削翼とこの固定掘削翼に対し平行移動可能な可動掘削翼とをもってそれ自体が伸縮可能に形成されていることより、回転に伴い可動掘削翼の先端が描く軌跡が掘削径に応じて拡縮可能に構成されている一方、
少なくとも上記可動掘削翼は、固定掘削翼に対するそれ自体の移動方向に面直角な断面においてその掘削点に対して当該掘削点よりも上方部が掘削進行方向前方側にかぶさる形状となっていることを特徴とする拡径掘削装置。
【請求項１２】
少なくとも上記可動掘削翼は、固定掘削翼に対するそれ自体の移動方向に面直角な断面において掘削進行方向前方側に向かって凹形状となる前向き羽根形状のものとして形成してあることを特徴とする請求項１１に記載の拡径掘削装置。
【請求項１３】
上記固定掘削翼は、可動掘削翼とともに、それ自体の長手方向に面直角な断面において掘削進行方向前方側に向かって凹形状となる前向き羽根形状のものとして形成してあることを特徴とする請求項１２に記載の拡径掘削装置。
【請求項１４】
請求項１１〜１３のいずれかに記載の可動掘削翼に代えて、
上記可動掘削翼は、平面視においてケーシングパイプに近い根元部側に対してケーシングパイプから遠い先端部側が掘削進行方向前方側にかぶさる形状となっているとともに、固定掘削翼に対するそれ自体の移動方向に面直角な断面において掘削進行方向前方側に向かって凹形状となる前向き羽根形状のものとして形成してあることを特徴とする拡径掘削装置。
【請求項１５】
上記可動掘削翼は、平面視において掘削進行方向前方側に向かって凹形状となる前向き羽根形状のものとして形成してあることを特徴とする請求項１４に記載の拡径掘削装置。
【請求項１６】
上記可動掘削翼は、平面視においてケーシングパイプに近い根元部側に対しケーシングパイプから遠い先端部側が掘削進行方向前方側に向かって段階的にかぶさるように一段以上の入射角を有する形状とするか、または可動掘削翼それ自体の平面視形状を曲線をもって湾曲した形状とすることで、平面視において掘削進行方向前方側に向かって凹形状となる前向き羽根形状のものとして形成してあることを特徴とする請求項１４または１５に記載の拡径掘削装置。
【請求項１７】
上記固定掘削翼に対する可動掘削翼の移動方向に面直角な断面においてその可動掘削翼の掘削点に対して当該掘削点よりも上方部が掘削進行方向前方側にかぶさる形状の度合いであるかぶり量が、可動掘削翼のうちケーシングパイプから遠い先端部側からケーシングパイプに近い根元部側に向かって漸次小さくなるように設定してあることを特徴とする請求項１１に記載の拡径掘削装置。
【請求項１８】
上記ケーシングパイプには、その平面視においてケーシングパイプの接線方向を指向する複数の掘削翼を等ピッチで設けてあることを特徴とする請求項１１〜１７のいずれかに記載の拡径掘削装置。
【請求項１９】
上記ケーシングパイプのうち掘削翼の下方位置に、そのケーシングパイプ径よりも大径で且つ掘削翼が掘削可能な最小掘削径よりも小径の先行掘削孔を掘削する先行掘削翼を設けたことを特徴とする請求項１１〜１８のいずれかに記載の拡径掘削装置。
【請求項１】
回転駆動されるケーシングパイプの外周に突出する掘削翼を備えているとともに、そのケーシングパイプのうち掘削翼との交点よりも回転方向前方側に土砂取り込み口が開口形成されていて、ケーシングパイプを掘削翼とともに回転させることで少なくとも掘削翼の下端部を掘削点として地盤を掘削して、その掘削土砂の少なくとも一部を掘削翼に沿わせて誘導し土砂取り込み口よりケーシングパイプ内に取り込み排土する方法であって、
上記掘削翼は、掘削翼自体の突出方向に面直角な断面においてその掘削点に対して当該掘削点よりも上方部が掘削進行方向前方側にかぶさる形状となっていて、
上記掘削翼にて掘削した土砂を、その掘削翼の掘削進行方向の前方且つ掘削点よりも上方側へ向けて誘導してケーシングパイプ内に取り込み排土することを特徴とする掘削排土方法。
【請求項２】
上記掘削翼は、掘削翼自体の突出方向に面直角な断面において掘削進行方向前方側に向かって凹形状となる前向き羽根形状のものであることを特徴とする請求項１に記載の掘削排土方法。
【請求項３】
上記掘削翼は、平面視においてケーシングパイプに近い根元部側に対してケーシングパイプから遠い先端部側が掘削進行方向前方側にかぶさる形状となっていて、
上記掘削翼にて掘削した土砂を、その掘削翼の掘削進行方向の前方且つ掘削点よりも上方側へ向けて誘導するとともに土砂取り込み口方向に誘導してケーシングパイプ内に取り込み排土することを特徴とする請求項１または２に記載の掘削排土方法。
【請求項４】
上記掘削翼は、平面視において掘削進行方向前方側に向かって凹形状となる前向き羽根形状のものとして形成してあることを特徴とする請求項３に記載の掘削排土方法。
【請求項５】
上記掘削翼は、固定掘削翼とこの固定掘削翼に対し平行移動可能な可動掘削翼とをもってそれ自体が伸縮可能に形成されていることにより、回転に伴い可動掘削翼の先端が描く軌跡が掘削径に応じて拡縮可能となっていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の掘削排土方法。
【請求項６】
上記可動掘削翼は、平面視においてケーシングパイプに近い根元部側に対しケーシングパイプから遠い先端部側が掘削進行方向前方側に向かって段階的にかぶさるように一段以上の入射角を有する形状とするか、または可動掘削翼それ自体の平面視形状を曲線をもって湾曲した形状とすることで、平面視において掘削進行方向前方側に向かって凹形状となる前向き羽根形状のものとして形成してあることを特徴とする請求項５に記載の掘削排土方法。
【請求項７】
上記ケーシングパイプ径よりも大径で且つ掘削翼が掘削可能な最小掘削径よりも小径の先行掘削孔を掘削して、掘削翼にて掘削した土砂をケーシングパイプと先行掘削孔との隙間より先行掘削孔内へ取り込み排土することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の掘削排土方法。
【請求項８】
上記ケーシング内に取り込んだ土砂を排土する手段としてバケット式排土手段を用いることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の掘削排土方法。
【請求項９】
上記ケーシング内に取り込んだ土砂を排土する手段として泥水式排土手段を用いることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の掘削排土方法。
【請求項１０】
請求項５または６に記載の掘削排土方法をもってケーソンを圧入沈設する方法であって、
ケーソンの刃先よりも下方位置に収縮状態とした掘削翼を位置させた上で掘削翼を伸長させることにより、その掘削翼の一部を形成している可動掘削翼の先端が回転により描く軌跡を拡径させる工程と、
拡径状態とした掘削翼によりケーソンの刃先下を少なくともケーソンの内径よりも大きな掘削径をもって掘削する工程と、
上記刃先下の拡径掘削後にケーソンを圧入沈設する工程と、
を含むことを特徴とするケーソンの圧入沈設方法。
【請求項１１】
回転駆動されるケーシングパイプの外周に突出する掘削翼を備えているともに、そのケーシングパイプのうち掘削翼との交点よりも回転方向前方側に土砂取り込み口が開口形成されていて、ケーシングパイプを掘削翼とともに回転させることで少なくとも掘削翼の下端部を掘削点として地盤を掘削して、その掘削土砂の少なくとも一部を土砂取り込み口からケーシングパイプ内に取り込むようにした掘削装置であって、
上記掘削翼は、固定掘削翼とこの固定掘削翼に対し平行移動可能な可動掘削翼とをもってそれ自体が伸縮可能に形成されていることより、回転に伴い可動掘削翼の先端が描く軌跡が掘削径に応じて拡縮可能に構成されている一方、
少なくとも上記可動掘削翼は、固定掘削翼に対するそれ自体の移動方向に面直角な断面においてその掘削点に対して当該掘削点よりも上方部が掘削進行方向前方側にかぶさる形状となっていることを特徴とする拡径掘削装置。
【請求項１２】
少なくとも上記可動掘削翼は、固定掘削翼に対するそれ自体の移動方向に面直角な断面において掘削進行方向前方側に向かって凹形状となる前向き羽根形状のものとして形成してあることを特徴とする請求項１１に記載の拡径掘削装置。
【請求項１３】
上記固定掘削翼は、可動掘削翼とともに、それ自体の長手方向に面直角な断面において掘削進行方向前方側に向かって凹形状となる前向き羽根形状のものとして形成してあることを特徴とする請求項１２に記載の拡径掘削装置。
【請求項１４】
請求項１１〜１３のいずれかに記載の可動掘削翼に代えて、
上記可動掘削翼は、平面視においてケーシングパイプに近い根元部側に対してケーシングパイプから遠い先端部側が掘削進行方向前方側にかぶさる形状となっているとともに、固定掘削翼に対するそれ自体の移動方向に面直角な断面において掘削進行方向前方側に向かって凹形状となる前向き羽根形状のものとして形成してあることを特徴とする拡径掘削装置。
【請求項１５】
上記可動掘削翼は、平面視において掘削進行方向前方側に向かって凹形状となる前向き羽根形状のものとして形成してあることを特徴とする請求項１４に記載の拡径掘削装置。
【請求項１６】
上記可動掘削翼は、平面視においてケーシングパイプに近い根元部側に対しケーシングパイプから遠い先端部側が掘削進行方向前方側に向かって段階的にかぶさるように一段以上の入射角を有する形状とするか、または可動掘削翼それ自体の平面視形状を曲線をもって湾曲した形状とすることで、平面視において掘削進行方向前方側に向かって凹形状となる前向き羽根形状のものとして形成してあることを特徴とする請求項１４または１５に記載の拡径掘削装置。
【請求項１７】
上記固定掘削翼に対する可動掘削翼の移動方向に面直角な断面においてその可動掘削翼の掘削点に対して当該掘削点よりも上方部が掘削進行方向前方側にかぶさる形状の度合いであるかぶり量が、可動掘削翼のうちケーシングパイプから遠い先端部側からケーシングパイプに近い根元部側に向かって漸次小さくなるように設定してあることを特徴とする請求項１１に記載の拡径掘削装置。
【請求項１８】
上記ケーシングパイプには、その平面視においてケーシングパイプの接線方向を指向する複数の掘削翼を等ピッチで設けてあることを特徴とする請求項１１〜１７のいずれかに記載の拡径掘削装置。
【請求項１９】
上記ケーシングパイプのうち掘削翼の下方位置に、そのケーシングパイプ径よりも大径で且つ掘削翼が掘削可能な最小掘削径よりも小径の先行掘削孔を掘削する先行掘削翼を設けたことを特徴とする請求項１１〜１８のいずれかに記載の拡径掘削装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
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【公開番号】特開２００８−８２１５６（Ｐ２００８−８２１５６Ａ）
【公開日】平成２０年４月１０日（２００８．４．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２２５１７４（Ｐ２００７−２２５１７４）
【出願日】平成１９年８月３１日（２００７．８．３１）
【出願人】（０００１４０６９４）株式会社加藤建設 (50)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年４月１０日（２００８．４．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年８月３１日（２００７．８．３１）
【出願人】（０００１４０６９４）株式会社加藤建設 (50)
【Ｆターム（参考）】
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