特許 7104571 地中障害物撤去装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-07-12

(45)【発行日】2022-07-21

(54)【発明の名称】地中障害物撤去装置

(51)【国際特許分類】

   E21B 7/20 20060101AFI20220713BHJP

   E21B 11/00 20060101ALI20220713BHJP

【ＦＩ】

E21B7/20

E21B11/00 Z

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2018119380

(22)【出願日】2018-06-22

(65)【公開番号】P2019218827

(43)【公開日】2019-12-26

【審査請求日】2021-06-02

(73)【特許権者】

【識別番号】502145276

【氏名又は名称】株式会社アイヨンテック

(74)【代理人】

【識別番号】100098279

【弁理士】

【氏名又は名称】栗原 聖

(72)【発明者】

【氏名】栗林 伸仁

【審査官】柿原 巧弥

(56)【参考文献】

【文献】特開２００４－０６０１８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－２２４４６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０９６１５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】欧州特許出願公開第００３６３８９９（ＥＰ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ２１Ｂ ７／２０

Ｅ２１Ｂ １１／００

Ｅ０２Ｆ ３／４０

Ｅ０２Ｄ ９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

地中障害物を撤去するために円筒状のケーシングを推進させ掘削するケーシング掘削工法において、掘削機のロータリーヘッドと同時回転するケリーバーの下端に取付けられ、前記ケリーバーの回転と共に回転して前記ケーシング内を掘削し、該ケーシング内の地中障害物を撤去するためのアタッチメントとして用いられる地中障害物撤去装置において、
前記ケリーバーの下端に接続されたつかみ機と、円筒底部にカッタービットを備え掘削を行う円筒状のアウターシェルとを備え、前記つかみ機は、一対のアームと該一対のアームを開閉動作させる油圧シリンダと、前記一対のアームと前記油圧シリンダを支持するフレームにより構成されており、前記つかみ機は、前記アウターシェル内に格納され２本の連結ピンにより前記アウターシェルに接続され、前記アウターシェル円筒側面部には前記つかみ機の前記一対のアームが格納される穴が設けられ、前記一対のアームが開いた状態では、前記アウターシェルの円筒形状に沿って前記一対のアームの外径・内径ともに前記アウターシェルの円筒側面と面一となる形状を有することを特徴とする地中障害物撤去装置。

【請求項2】

請求項１に記載の地中障害物撤去装置において、前記アウターシェルと前記つかみ機とが分離可能なアタッチメントであることを特徴とする地中障害物撤去装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、地中障害物撤去装置に関し、特に、ＢＧ工法等の掘削機を用いた比較的小径のケーシング掘削工法において地中障害物を撤去するためのアタッチメントに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、既存杭の引き抜き工事や地中障害物の撤去工事において、既存杭や地中障害物の外周部を円筒形のケーシングチューブ（以下、ケーシングと略称する）で掘削し、地切されたケーシング内の杭・障害物を撤去する工法はケーシング掘削工法として知られている（例えば、特許文献１参照）。ここで、ケーシング掘削工法では、ＢＧ掘削機等に装備されている油圧駆動するロータリーヘッドにケーシングを連結し、ケーシングを既設杭や地中障害物へ押し込み、切削により地切した後、ケーシング内の障害物をハンマーグラブの打撃等により破壊し、ガラをハンマーグラブでつかみ上げ撤去するようにしている。撤去工程としては、第１に、ケーシングで掘削・地切り、第２に、障害物を破壊・分断、第３に、ガラの撤去、の３工程にて行われる。このように、ケーシング掘削工法では、ケーシングを打設する過程で、ケーシング内の土砂・障害物を撤去していく工程が必要となるので、ケーシング内の障害物撤去に使用するアタッチメントとしての地中障害物撤去装置が用いられている。

【0003】

かかる装置の一例として、特許文献２には、オールケーシング工法による場所打ち杭を施工する際にケーシング内の地中に残されているコンクリート構造物や鋼杭などの地中障害物を騒音が少なく効率よく撤去するため、ベースマシンに設けたブームの上端から垂下したケリーバーの下端に径方向へ拡開させてケーシングの内周面に係合するグリップ機構を設け、グリップ機構の下端にコア掘削具を取り付けて、ケーシングを回転させて地中障害物に円状の溝を掘削し、底部が開閉可能で切断具を備えた円筒バケットに付け替えて、これを円溝に挿入してケリーバーを駆動して切断具で地中障害物を切断して取り出すようにした装置例が記載されている。

【0004】

また、特許文献３には、既設杭を囲むようにケーシングを建て込んで撤去する方法を得るため、既設杭を囲むようにケーシングを回転圧入装置で建込み、既設杭が中心から外れるようにして建て込んだ後、下端に倒折翼を備えた駆動ロッドをケーシングの内周面に係止するグリップ機構の下端に固設した倒折装置をクレーンで吊持してケーシング内へ挿入し、該倒折翼を回転圧入装置で圧入して回動させて既設杭を倒折させ、倒折した既設杭をハンマーグラブで排出するようにした既設杭の撤去方法が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２００２－０７０４６９号公報

【文献】特開２００３－２１４０７８号公報

【文献】特開２００３－３０１４５９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

近年、高速道路の基礎やビルの地下壁工事等、地層の硬質・岩盤・既設のコンクリート構造物等の障害物の内容や性質如何に拘わらず施工する技術が求められている。このために上述したケーシング掘削工法における切削技術は向上しているものの掘削後の地中障害物の破砕・撤去処理に関しては、工数、コスト、振動及び騒音の抑制という面から見て、十分に有効な提案がなされていないのが実情である。

【0007】

即ち、従来のケーシング掘削工法では、ケーシング内の障害物の破壊工程において使用されるアタッチメントは、土砂掘削用のハンマーグラブがメインであり、落下・打撃等により破壊するため、騒音・振動発生の原因となる。また、障害物のつかみ上げに関しても専用のアタッチメントが無く、ハンマーグラブでつかみ上げるため、障害物の形状により落下の危険があった。また、上述した特許文献１、２及び３記載の従来例でも、ケーシング内の障害物撤去に使用するアタッチメントにはハンマーグラブ派生型のものが多く、土砂を掘削することを主目的としているため、障害物のつかみ上には不安がある。また、杭や地中壁のような地中障害物は、つかみ上げるために分断・破壊する必要があるにも拘わらず、地中障害物を効率よく分断・破壊する技術が施されているとは言い難い。

【0008】

例えば、上記特許文献１、２に記載された従来例では、ケリーバーを駆動してカッタービット等の切断具で地中障害物を切断して取り出したり、倒折した既設杭をハンマーグラブで排出することができるが、地層とか破砕する障害物に応じて切断具を選択することができず、回転トルクも大きく取れずに汎用性が少ないという問題もある。

【0009】

一方、地中障害物を破壊する工法としては、ロックオーガ等による切削工法やアブソリュートクラッシング工法のようにケーシング内で破壊する工法等があるが、いずれも切削・粉砕するだけのため、別途、ハンマーグラブによるガラの撤去工程が必要となる。また、これらの工法は、オールケーシング工法と呼ばれる大口径のケーシングを使用する場合の破砕工法であり、φ２０００以下のケーシングにおいてはハンマーグラブによる打撃破壊や引き抜いてから地上で破砕を行うのが一般的である。

【0010】

このように、ＢＧ工法等の掘削機を用いた比較的小径のケーシング掘削工法において、障害物を効率よく安全に撤去するため、障害物の破壊・分断と共に安全につかみ上げることができる新規且つ有用なアタッチメント、また、比較的浅い位置にある障害物に対しては、ケーシングによる掘削工程を省き、地切と障害物の破断・撤去作業を一度に行う新規なアタッチメントの開発が切望されている。

【0011】

本発明は、上記のような課題に鑑みなされたものであり、その目的は、ＢＧ工法等の掘削機を用いた比較的小径のケーシング掘削工法において、障害物を効率よく安全に撤去するため、障害物の破壊・分断と共に安全につかみ上げることができるアタッチメントとしての地中障害物撤去装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0013】

かかる課題を解決するために、本発明者は、比較的小径のケーシング掘削工法において、障害物を効率よく安全に撤去するため、障害物の破壊・分断と共に安全につかみ上げ得るアタッチメントの構成について鋭意研究した結果、地中障害物の破壊・撤去を１台の機械にて行うことでアタッチメントの交換に要する時間を削減し、工期短縮を可能にする新規なアタッチメントの構成を見出した。この構成では、対象物の破壊・分断においては、大出力のシリンダを用い挟み込むことで、掘削機の旋回力を使用し、対象物をねじ切ることを可能にしている。切削、粉砕しないためその後のガラ回収時間が短縮される。また、引き上げ工程においても、上記大出力シリンダを２本使用することで、対象物が偏心していてもその位置で確実につかむことができ安定した吊り上げが行える。

【0014】

即ち、上記目的達成のため、本発明は、地中障害物を撤去するために円筒状のケーシングを推進させ掘削するケーシング掘削工法において、掘削機のロータリーヘッドと同時回転するケリーバーの下端に取付けられ、前記ケリーバーの回転と共に回転して前記ケーシング内を掘削し、該ケーシング内の地中障害物を撤去するためのアタッチメントとして用いられる地中障害物撤去装置において、前記ケリーバーの下端に接続されたつかみ機と、円筒底部にカッタービットを備え掘削を行う円筒状のアウターシェルとを備え、前記つかみ機は、一対のアームと該一対のアームを開閉動作させる油圧シリンダと、前記一対のアームと前記油圧シリンダを支持するフレームにより構成されており、前記つかみ機は、前記アウターシェル内に格納され２本の連結ピンにより前記アウターシェルに接続され、前記アウターシェル円筒側面部には前記つかみ機の前記一対のアームが格納される穴が設けられ、前記一対のアームが開いた状態では、前記アウターシェルの円筒形状に沿って前記一対のアームの外径・内径ともに前記アウターシェルの円筒側面と面一となる形状を有することを特徴とする。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、地中障害物を撤去する際に、掘削と分断・つかみを同時に行うことができる。また、アウターシェルにて対象物を掘削し、つかみ機のアームを確実に所定位置まで挿入することができるため、対象物を確実につかむことができる。アウターシェルによる切削機能と２本の大出力のシリンダによる挟み込みにより、ケリーバーの回転力を対象物に伝えることができ対象物のねじ切り、分割撤去を可能にした。また、アウターシェルで切削が可能なため、比較的浅い位置にある地中障害物であれば、ケーシング打設の必要はなく、本アタッチメントのみで掘削・地切・破断・引き上げが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の実施形態に係る地中障害物撤去装置をアタッチメントとして取付けて用いる掘削機の全体構成を示す概略図である。

【図2】本発明の実施形態に係る地中障害物撤去装置の一部を切り欠いて示す第１の断面構成図であり、アームを開いた状態を示す。

【図3】本発明の実施形態に係る地中障害物撤去装置の一部を切り欠いて示す第２の断面構成図であり、アームを閉じた状態を示す。

【図4】本発明の実施形態に係る地中障害物撤去装置の一部を切り欠いた第１の斜視図であり、アームを開いた状態を示す。

【図5】本発明の実施形態に係る地中障害物撤去装置の一部を切り欠いた第２の斜視図であり、アームを閉じた状態を示す。

【図6】本発明の実施形態に係る地中障害物撤去装置のアームを開いた状態を示す第１の下面図である。

【図7】本発明の実施形態に係る地中障害物撤去装置のアームを閉じた状態を示す第２の下面図である。

【図8】本発明の実施形態に係る地中障害物撤去装置のアームを開いた状態を示す第１の斜視図である。

【図9】本発明の実施形態に係る地中障害物撤去装置のアームを閉じた状態を示す第２の斜視図である。

【図10】本発明の実施形態に係る地中障害物撤去装置の上面図である。

【図11】本発明の実施形態に係る地中障害物撤去装置においてアウターシェルにつかみ機を組み入れる態様を示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、図面を参照して本発明の実施形態に係る地中障害物撤去装置について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る地中障害物撤去装置をアタッチメントとして取付けて用いる掘削機の全体構成を示す概略図である。図１に示すように、本実施形態に係る地中障害物撤去装置１００は、図示しない地中障害物を撤去するために円筒状のケーシング５０を推進させ掘削するケーシング掘削工法において、掘削機２０のロータリーヘッド２２と同時回転するケリーバー２４の下端に取付けられ、ケリーバー２４の回転と共に回転してケーシング５０内を掘削し、ケーシング５０内の地中障害物を撤去するためのアタッチメントとして用いられる。

【0019】

図２、図３は、その地中障害物撤去装置の一部を切り欠いて示す第１、第２の断面構成図であり、それぞれアームを開いた状態、アームを閉じた状態を示す。図４、図５は、その地中障害物撤去装置の一部を切り欠いた第１、第２の斜視図であり、それぞれアームを開いた状態、アームを閉じた状態を示す。図６、図７は、その地中障害物撤去装置の第１、第２の下面図であり、それぞれアームを開いた状態、アームを閉じた状態を示す。図８、図９は、その地中障害物撤去装置の第１、第２の斜視図であり、それぞれアームを開いた状態、アームを閉じた状態を示す。図１０は、その地中障害物撤去装置の上面図である。本実施形態に係る地中障害物撤去装置１００は、図２乃至図１０に示すように、ケリーバー２４の下端に接続されるつかみ機１１０と、円筒底部にカッタービットを備え掘削を行う円筒状のアウターシェル１２０とを備え、つかみ機１１０は、一対のアーム１１２ａ、１１２ｂと一対のアーム１１２ａ、１１２ｂを開閉動作させる一対の油圧シリンダ１１４ａ、１１４ｂと、アーム１１２ａ、１１２ｂと油圧シリンダ１１４ａ、１１４ｂを支持するフレーム１１６により構成されている。つかみ機１１０は、アウターシェル１２０内に格納され２本の連結ピン１３０によりアウターシェル１２０に接続され、アウターシェル１２０の円筒側面部１２２にはつかみ機１１０のアーム１１２ａ、１１２ｂが格納される穴１２２ａ、１２２ｂが設けられ、一対のアーム１１２ａ、１１２ｂが開いた状態では、アウターシェル１２０の円筒形状に沿ってその外径・内径ともにアウターシェル１２０の円筒側面部１２２の外周面と面一となる形状を有している。即ち、アウターシェル１２０の円筒側面部１２２には、例えば、図２及び図５に破線で楕円状に囲んで示すように、アーム１１２ａ、１１２ｂの格納空間１２５が形成されている。尚、アウターシェル１２０は円筒底部にカッタービット（図示せず）を備えており、主に掘削を行う。また、アウターシェル１２０の円筒側面部１２２には、例えば、図２、図８及び図９に示すように、複数の貫通孔１２８が形成されており、掘削された土砂等を外部に排出し易いようになっている。

【0020】

以上のように、本実施形態に係る地中障害物撤去装置１００では、アウターシェル１２０の円筒側面部１２２には上記つかみ機１１０のアーム１１２ａ、１１２ｂが格納される穴１２２ａ、１２２ｂが設けられており、アーム１１２ａ、１１２ｂもアウターシェル１２０の円筒面に沿った形状を成すため、外径・内径とも円筒側面部１２２の外周面と面一となり、掘削の際につかみ機１１０のアーム１１２ａ、１１２ｂが掘削抵抗となることが無い。即ち、つかみ機１１０のアーム１１２ａ、１１２ｂの形状はアウターシェル１２０に沿った円弧状を成しており、アウターシェル１２０により掘削された空間にアーム１１２ａ、１１２ｂが収まっているため、障害物をつかむためアーム１１２ａ、１１２ｂを挿入する空間形成のための余分な切削の必要が無く、掘削の効率向上とコスト削減が図られている。

【0021】

また、つかみ機１１０は、２本の油圧シリンダ１１４ａ、１１４ｂによりアーム１１２ａ、１１２ｂを開閉するため、偏心した対象物も偏心位置でつかむことができる。更に、アウターシェル１２０はケーシングによりガイドされているため、つかみ機１１０の姿勢は安定しておりアーム１１２ａ、１１２ｂのつかみ反力によりずれることなく確実に対象物をつかむことができる。このように、安定した姿勢で対象物をつかむことは、ケーシングから地中障害物撤去装置１００と対象物を吊り上げた際にバランスを崩し、対象物が落下する危険性を減少させる。

【0022】

図１１は、本実施形態に係る地中障害物撤去装置においてアウターシェル１２０につかみ機１１０を組み入れる態様を示す斜視図である。本発明実施形態のもう一つ大きな特徴は、掘削機２０のアタッチメントとしての地中障害物撤去装置１００において、そのアウターシェル１２０とつかみ機１１０とが相互に分離可能に構成されていることである。即ち、本実施形態の地中障害物撤去装置１００は、図１の掘削機２０のロータリーヘッド２２と同時回転するケリーバー２４に接続されたつかみ機１１０は、図２乃至図１０に示したように、掘削を行うカッタービット（図示せず）を備えたアウターシェル１２０に格納され２本の連結ピン１３０により接続される。このように、アウターシェル１０は、つかみ機１１０本体と２本の連結ピン１３０で接続されているため、摩耗による修理頻度の高いアウターシェル１２０を簡単に交換することができ、予備のアウターシェルを用意することで、切削効率を維持することができる他、修理による稼働停止が無いため、工期短縮と機械稼働率の向上が期待できる。

【0023】

また、工事現場であっても特殊な工具を使用せず、２本の連結ピン１３０により簡単に脱着できるため、切削対象物の異なるカッターを備えたアウターシェルを複数用意することで、掘削現場の地質や地中障害物に合わせて、適切なカッターを使用することができ、掘削効率を上げることができる。更に、対象物の大きさに応じてサイズの異なるアウターシェルに交換することができるため、対象物に適したサイズで掘削ができ作業の効率化が図られる。

【0024】

本実施形態に係る地中障害物撤去装置１００の使用方法としては、本機を打設したケーシング５０内に挿入し、掘削機２０のケリーバー２２で押し込み回転させ、アウターシェル１２０にてアーム１１２ａ、１１２ｂが障害物をつかめる位置までを掘削する。つかみ可能な深さまで掘削が完了した後、つかみ機１１０のアーム１１２ａ、１１２ｂを閉じ、障害物を挟み込む。挟み込みが完了したら掘削機２０のケリーバー２２の回転力により、障害物をねじ切るように摺動させ、障害物を破壊・分断する。オペレーターはケリーバー２２の回転負荷が弱まることで分断完了が確認できるため、分断が確認できたら、そのままつかみ機１１０を上昇させ障害物の撤去が完了する。

【0025】

尚、比較的深度の浅い位置にある障害物の場合、事前にケーシングを打設する必要はなく
アウターシェル１２０により掘削、地切を行いそのままつかみ・分断・吊り上げを行うことができる。このように、比較的深度の浅い位置にある障害物の撤去に本機を用いる場合、ケーシング打設工程が必要ないため、工期短縮が可能となる。このように、地中障害物撤去装置１００を比較的浅い位置にある障害物の撤去に用いる場合に、上述したケーシングによる掘削工程を省き、地中障害物撤去装置１００により地切と障害物の破断・撤去作業を単独で行うアタッチメントとして用いることもできる。

【0026】

本発明の地中障害物撤去装置１００によれば、地中障害物を撤去する際に、掘削と分断・つかみを同時に行うことができる。また、アウターシェル１２０にて対象物を掘削し、つかみ機１００のアーム１１２ａ、１１２ｂを確実に所定位置まで挿入することができるため、対象物を確実につかむことができる。アウターシェル１２０による切削機能と２本の大出力の油圧シリンダ１１４ａ１１４ｂによる挟み込みにより、ケリーバー２４の回転力を対象物に伝えることができ対象物のねじ切り、分割撤去を可能にした。また、アウターシェル１２０自体で切削が可能なため、比較的浅い位置にある地中障害物であれば、ケーシング打設の必要はなく、本アタッチメントのみで掘削・地切・破断・引き上げが可能である。

【0027】

以上に述べた実施形態は、本発明の一具体例であり、本発明の範囲は以上の実施形態に限定されないで、以下の特許請求の範囲の記載の範囲内で、他の実施形態にも及び得るのは勿論である。例えば、上述した実施形態では、一対の（２本の）油圧シリンダ１１４ａ、１１４ｂで一対のアーム１１２ａ、１１２ｂを開閉動作させるようにしたが、１本の油圧シリンダで一対のアームを開閉動作させる構成も可能である。

【符号の説明】

【0028】

２０ 掘削機、２２ ロータリーヘッド、２４ ケリーバー、５０ ケーシング、
１００ 地中障害物撤去装置、 １１０ つかみ機、 １１２ａ、１１２ｂ アーム、
１１４ａ、１１４ｂ 油圧シリンダ、 １１６ フレーム、１２０ アウターシェル、
１２２ 円筒側面部、 １２２ａ、１２２ｂ 穴、１２５ 格納空間、 １２８ 貫通孔、
１３０ 連結ピン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】