沉箱用挖掘装置.pdf

一种沉箱用挖掘装置，其通过简单的施工就可以正确控制沉箱的沉降。所述装置包括，在沉箱10的多个部位上配置的与水平挖掘机有一定高度差的挖掘承压机301～304。在地面一侧的沉箱10周围配置的多个水平控制装置501～504，控制上述挖掘承压机301～304和水平控制装置501～504的控制部60，所述水平控制装置501－504具有检测沉箱10垂直位移的监视机构，当多个监视机构检测的信息出现偏差时，上述控制部60可以个别地控制挖掘承压机301～304以便消除沉箱10的垂直位移偏差。

1.  一种沉箱用挖掘装置，其是在沉箱缘口的下面，沿着该缘口配置可往复移动的水平挖掘机，由所述挖掘机挖掘沉箱缘口正下方地基的沉箱用挖掘装置，其特征在于，所述装置包括，在沉箱的多个部位配置的与上述水平挖掘机有高度差的挖掘承压机，在地面一侧的沉箱周围配置的多个水平控制装置，和控制上述挖掘承压机和水平控制装置的控制部，上述水平控制装置具有检测沉箱垂直位移的监视机构，当上述多个监视机构的检测信息产生差异时，上述控制部可以个别地控制挖掘承压机的动作从而消除沉箱的垂直位移偏差。

2.  根据权利要求1所述的沉箱用挖掘装置，其特征在于，所述挖掘承压机包括从沉箱的缘口向下方延伸的纵轴，与上述纵轴的下部一体设置的叶片，所述叶片在旋转时具有挖掘刀的功能，而当旋转停止时与地基接触具有作为阻力部件阻止沉箱沉降的功能，所述挖掘承压机还包括使上述纵轴旋转的电机，上述电机与控制部电连接。

3.  根据权利要求1或2所述的沉箱用挖掘装置，其特征在于，所述水平控制装置包括一端与沉箱连接的进给螺杆，螺合在进给螺杆上可产生垂直位移的升降圆盘，使得上述升降圆盘旋转的电机，和由检测升降圆盘垂直位移的传感器构成的监视机构，在将传感器的检测信号输入到控制部时，水平控制装置根据上述传感器的检测信号同步控制与控制部电连接的上述电机。

4.  根据权利要求1～3任一项所述的沉箱用挖掘装置，其特征是所述水平控制装置安装在垂直设立于沉箱周围的静止部件上。

沉箱用挖掘装置
技术领域
本发明涉及挖掘各种沉箱缘口正下方地基用的沉箱用挖掘装置。
背景技术
一般沉箱的施工方法是利用构成沉箱的混凝土本身的自重，从外部强制性地加载，在将其尖锐的缘口压入地基的同时，挖掘沉箱内侧进行沉放的。
发明内容
上述已有的沉箱沉放技术存在以下问题。
(1)在沉箱的缘口附近，操作人员需要进行人工挖掘，或者用反铲等进行机械挖掘，这样容易在沉箱的缘口附近引起围岩膨胀，使操作人员处于危险的状态。
(2)由于沉箱下降时需要保持高度垂直性，所以每日的沉降量非常小，仅有数厘米的程度。
这是需要较长的施工期和施工费用高的主要原因
(3)当沉箱的沉降量出现不均匀引起倾斜时，存在矫正时需花费大量时间和高额费用的问题。而且要在保持正确的水平性和垂直度的情况下将沉箱压入是相当困难的。
(4)本申请人在特开平11-172688号、特开平11-269890号中首先提出了以下发明，即，在沉箱缘口的正下方配备多个的自动推进式的挖掘机，通过往复移动这些挖掘机可以一边挖掘缘口正下方的地基一边使沉箱沉降。
可是这些发明存在以下问题，当沉箱是平面矩形时，沿直线往复运动的挖掘机要挖掘到沉箱的各个角落存在技术上的困难，例如当地基的一部分是硬质地基和软质地基混合存在的情况时，即作为挖掘对象的地基的强度不均匀时，沉箱的沉降量将产生差异使沉箱发生倾斜，此时要调整沉箱的倾斜度在技术上是相当困难的。
本发明意在解决上述现有的问题，其目的是提供一种沉箱挖掘技术，借助该技术可以正确地监视沉箱的沉降量，同时又可以在保持高水平性和垂直性的条件下将沉箱沉降。
本申请的第1发明涉及的沉箱用挖掘装置是，在沉箱缘口的下面，沿着该缘口配置可往复移动的水平挖掘机，由其挖掘沉箱缘口正下方地基的沉箱用挖掘装置，其特征是该装置包括在沉箱的多个部位配置的与上述水平挖掘机有一定高度差的挖掘承压机，在地面一侧的沉箱周围配置的多个水平控制装置，以及控制上述挖掘承压机和水平控制装置的控制部，上述水平控制装置具有检测沉箱垂直位移的监视机构，当上述多个监视机构的检测信息产生差异时，上述控制部可以控制个别挖掘承压机的动作以消除沉箱的垂直位移差。
本申请的第2发明涉及的沉箱用挖掘装置，如上述第1发明所述，其特征是所述挖掘承压机包括从沉箱的缘口向下方延伸的纵轴，与上述纵轴的下部一体设置的叶片，该叶片在旋转时具有挖掘刀的功能，而当旋转停止时接触地基具有能作为阻力部件阻止沉箱沉降的功能，所述挖掘承压机还包括使上述纵轴旋转的电机，上述电机与控制部形成电连接。
本申请的第3发明涉及的沉箱用挖掘装置，如上述第1发明或者第2发明所述，其特征是所述水平控制装置具有一端连接沉箱的进给螺杆，螺合在进给螺杆上可以产生垂直位移的升降圆盘，使得上述升降圆盘旋转的电机，以及由检测升降圆盘垂直位移的传感器构成的监视机构，在传感器的检测信号输入到控制部的同时，水平控制装置根据上述传感器的检测信号同步控制与控制部电连接的上述电机。
本申请的第4发明涉及的沉箱用挖掘装置，如上述第1发明～第3发明中任何一项所述，其特征是将所述地水平控制装置安装在设立于沉箱周围的静止部件上。
发明的效果
本发明至少可以得到以下任何一项效果。
(1)根据多个水平控制装置监视机构得到的检测信息的差异，控制部将控制个别挖掘承压机的动作，以便消除沉箱的垂直位移差，这样可在正确监视沉箱整体沉降量的同时，使得沉箱在保持高水平性和垂直性的状态下沉降。
(2)挖掘承压机不仅具有挖掘功能而且兼有作为阻止部件阻止沉箱沉降的功能，所以可以简单地控制沉箱的沉降量。
(3)用电机同步控制进给螺杆的垂直位移，可以按毫米单位控制沉箱的沉降位移，所以可以在正确控制沉箱沉降量的同时使得沉箱下降。
附图说明
图1是本发明涉及的实施例1的说明图，其表示局部剖切的沉箱平面图。
图2是图1中的II-II断面图。
图3是挖掘承压机叶片的平面图。
图4是图3中IV-IV的断面图。
图5是从地基侧观察沉箱角部的局部放大图。
图6是图1中VI-VI的断面图。
图7是水平控制装置的透视图。
图8是水平控制装置上部的纵断面图。
图9是水平控制装置的局部放大图。
图10是沉箱沉降时的姿势控制方法的说明图。
符号说明
10 沉箱
11 沉箱的排出口
12 沉箱的搁板部
13 连接件
20₁～20₅ 水平挖掘机
30₁～30₄ 挖掘承压机
31 纵轴
32 叶片
33 放射状叶片
34 挖掘刀
40 竖井
50，50₁～50₄ 水平控制装置
51 支柱
52 基板
53 升降圆盘
54 进给螺杆
55 电机
56 传感器
57 空转轮
58 高度调整台
60 控制部
具体实施方式
下面将参照附图说明本发明的沉箱用挖掘装置的最佳方式。
(1)概要
图1表示沉箱10的局部剖切平面图，图2表示其纵断面图。沉箱10具有在沉箱10的缘口正下方以可往复移动方式配置的多个水平挖掘机20₁～20₅，配置在沉箱10上的多个挖掘承压机30₁～30₄，和设置在沉箱10周围的多个的水平控制装置50₁～50₄。
(2)沉箱
沉箱10是开口式或者有底式的公知混凝土制的浮箱体，例如可以使用预制混凝土构件，或者在现场浇注的混凝土的构件。
以往的沉箱，为了容易压入地基而将其缘口作成尖锐的形状，但是在本发明中没有必要将沉箱10的缘口下端面作成尖锐的形状，而是使形成具有一定厚度的平面。
另外，在沉箱10的沉没深度较长时，可以将沉箱在深度方向分割成多个箱体的形式，随着沉降的进行，可以将延长用的沉箱10的躯体依次地连接。
另外，沉箱10的水平断面形状(平面形状)不限于本例中所示的四角形，也可以是多角形、圆形、或椭圆形等。
如图1，6所表示的那样，根据需要，在沉箱10一部分侧面的下部形成排出口11。挖掘土经过排出口11后，通过设置在沉箱10侧方的竖井通道40排出到地面。以往，在沉箱10的上方需要配置大型挖掘土排出设备，但是通过设置排出口11，就没有必要在沉箱10的上方配置大型挖掘土排出用设备了。
在沉箱10上，一体地设置多个向外伸出的连接部件13。连接部件13是传递部件，其用来向设置在沉箱10周围多个部位上的多个水平控制装置50₁～50₄传递沉箱10的沉降位移，所述连接部件最好是例如用钢材制成的。
作为连接部件13的固定机构例如可以是用螺栓将连接部件13的一端可拆卸地安装在沉箱10的上部，或者将连接部件13的一端预先埋设在沉箱10的混凝土躯体内的结构。在后者的情况下，在更换时需要将连接部件13切断后分离。
(3)水平挖掘机
在沉箱10的缘口下部配置有多个自动推进式的水平挖掘机20₁～20₅。在本例中，原则上是在沉箱10四角形的各个边上各配置1台水平挖掘机20₁～20₅，例外的是在设有排出口11的边上配置2台水平挖掘机20₄、20₅。
水平挖掘机20₁～20₅装备了具有自动推进机构的推进体，相对于推进体并列设置的一对水平螺杆，和水平螺杆的旋转驱动机构等通用结构，可以使用例如申请人在先提出的特开平11-172688号公报、特开平11-269890号公报、特开平2001-20293号公报中所公开的挖掘机。
水平挖掘机20₁～20₅可以是包括在沉箱10的缘口宽度方向上起挖掘作用同时将挖掘土排出到沉箱10内侧的挖掘机构和与沉箱10的缘口相配合并在缘口下面往复移动的推进机构的挖掘机，也可以使用上述以外的各种挖掘机。
另外，对于各个水平挖掘机20₁～20₅的往复移动和其移动距离，可以通过控制部60的自动控制，或者手动控制结构来实现。
(4)挖掘承压机
在沉箱10的角部内侧上设置伸出的各个支架12，在各个支架12上设置挖掘承压机30₁～30₄。
挖掘承压机30₁～30₄是除了挖掘功能外，兼有从缘口的正下方地基得到反作用力，积极地阻止沉箱10沉降的防止沉降功能(地基的支持功能)的装置。
挖掘承压机30₁～30₄赋予地基的支持功能，可用来修正沉降过程中沉箱10的姿势。
在对图1、2所示挖掘承压机30₁～30₄进行说明时，各个挖掘承压机30₁～30₄具有相同的结构，即，该结构包括以可旋转方式贯通配置在沉箱10的支架12上并从沉箱10的缘口向下方延伸的纵轴31，整体设置在纵轴31下部的叶片32，和使纵轴31旋转的电机33。
为了避免与水平挖掘机20发生冲突，而使设置在纵轴31下部的叶片32位于水平挖掘机20运行轨迹的下方。
如图3、4所表示的那样，叶片32由将圆板切口成放射状的多个放射状叶片32构成，放射状叶片32之间所形成的缺口空间可以起到挖掘砂土排出空间的作用。在放射状叶片33的端部下面设置带状的挖掘刀头，由此可以改善挖掘性。
另外各个挖掘承压机30₁～30₄的电机33与控制部60电连接，通过控制部60可个别地控制各个叶片33，使之旋转和停止旋转。
(5)水平挖掘机和挖掘承压机挖掘范围的关系
如图2所示，挖掘承压机30₁～30₄相对地位于水平挖掘机20₁～20₅下方的位置。
设置两者的挖掘高度差是为了避免各水平挖掘机20₁～20₅在往复移动时与各个挖掘承压机30₁～30₄相互干扰(冲突)，水平挖掘机20的挖掘范围接近沉箱10的角部附近。
图3是从缘口一侧观察沉箱10某个角部的视图，设定叶片32的直径，使得用二点画线表示的挖掘承压机30₁～30₄的挖掘范围与配备在缘口各个边上的水平挖掘机20₁和20₂往复移动的挖掘范围重合，从而可在沉箱10的缘口全长上进行挖掘。
(6)水平控制装置
如图1所表示的那样，在地面一侧，在沉箱10外侧多个部位上配置的水平控制装置50₁～50₄是具有边跟踪沉箱10的沉降，边在沉箱10的多个部位检测垂直位移从而监视沉降量不均匀(差异)的机构。
水平控制装置50₁～50₄与控制部电连接。
此外，在本例中示出了相对于平面四角形的沉箱10，配置了总共四台水平控制装置50₁～50₄的情况，但是也可以适当地选择设置台数和配置位置。
本发明中不是将巨大的沉箱10的总重量直接作用在水平控制装置50₁～50₄上。沉箱10的自重主要是通过缘口下方的地基和沉箱10四周围与岩体间的摩擦阻力来支持的。
换言之，由于水平控制装置50₁～50₄不是用于支持沉箱10的总重量和升降沉箱10的装置，所以构成水平控制装置50₁～50₄的部件不需要设计成高强度。
因为各个水平控制装置50₁～50₄具有相同的构造，所以将根据图5～7对其中的一台进行说明。
水平控制装置50包括支柱51，该支柱是靠近沉箱10设立的静止部件，在支柱51的基板52上装有齿轮制的升降圆盘53，长降圆盘设计成可上下移动的状态，一个可逆转螺合的进给螺杆54在贯通插入基板52的同时，贯通升降圆盘53的中心，水平控制装置还包括使得升降圆盘53旋转的电机55和检测升降圆盘53上下动作的传感器56，通过这些部件构成了在沉箱10的多个部位检测垂直位移并监视沉降量不均匀的监视机构。
下面将详细说明各个构成部件。
[升降圆盘]
升降圆盘53是相对于基板52以可升降状态安装的的盘体，在本例中对用齿轮构成升降圆盘53的情况进行说明。升降圆盘53接受电机55的旋转力后旋转，通过升降圆盘53的旋转可以使得螺合在中心的进给螺杆54沿垂直方向位移。
[进给螺杆]
进给螺杆54是贯通基板52配置的，该进给螺杆可随着升降圆盘53相对于基板52进行升降。
进给螺杆54的下端和从沉箱10伸出的连接部件13之间通过连接销14连接，经过连接部件13可以将沉箱10的沉降位移传递到进给螺杆54。
进给螺杆54全长的长度几乎等于预定沉放的沉箱10的高度，由此可跟踪沉箱10全高的沉降位移。
[传感器]
传感器56是用来检测升降圆盘53垂直位移的传感器，该传感器与控制部电连接。
如图中所示的那样，传感器56可以采用限位开关。采用限位开关时，没置在传感器56下端的检测部上的空转轮57载置在升降圆盘53的上面，一边允许升降圆盘53旋转一边检测升降圆盘53的垂直位移。
传感器56可以直接固定在基板52上，但是也可以如图8、9所示那样，通过高度调整台58安装传感器56，在传感器56的安装高度可以调整时，就可以任意地调整升降圆盘53的垂直位移临界值。
此外，传感器56可以使用非接触型光学传感器或者可以检测升降圆盘53的垂直方向位移的各种公知传感器。用传感器56所检测的对象部位，不限于升降圆盘53的上面，也可以是其下面或者圆周面。
[电机]
电机55与控制部60电连接，所述电机根据控制部60的指令，旋转升降圆盘53，以便使得进给螺杆54跟踪连接部件13的垂直位移。
作为电机55最好使用可以将进给螺杆54同步送进的同步电机。通过使用同步电机可以使得对沉箱10垂直位移的跟踪精确到毫米单位(最小1mm)。
控制部60同步控制电机55以便于进给螺杆54跟踪沉箱10的沉降。
(7)控制部
在从多个传感器56输入了沉箱垂直位移量检测信号后，控制部60将分析沉箱的整体沉降状态，并根据沉箱的沉降信息至少个别地控制图1所示挖掘承压机30₁～30₄的各个电机33和水平控制装置50₁～50₄的各个电机55。根据需要也可以利用控制部60控制水平挖掘机20₁～20₅的动作。
控制部60根据各水平控制装置50₁～50₄的各传感器56的检测信号，对沉箱10的姿势进行以下分析。
(i)当通过各个传感器56得到的沉箱10所有测量地点的沉降量差异处于允许的范围内时，可以断定沉箱10保持着整体的水平性(或者垂直性)。
(ii)当通过各个传感器56得到的沉箱10的测量地点中，即使有一个部位的沉降量差异超出允许的范围时，可以断定沉箱10没有保持整体的水平性(或者垂直性)。
另外，控制部60根据从传感器56得到的沉箱沉降信息，对于各个水平控制装置50₁～50₄的电机进行以下的控制。
(i)当断定沉箱10保持着水平性(或者垂直性)时可以使各个水平控制装置50₁～50₄的电机55继续运转。
(ii)当断定沉箱10没有保持水平性(或者垂直性)时，使检测到垂直位移差异的任何一个水平控制装置50₁～50₄的电机55停止运转。
进而，控制部60在对各个水平控制装置50₁～50₄的电机55进行上述控制的同时，还对多个的挖掘承压机30₁～30₄的电机33进行以下控制。
(i)当断定沉箱10保持着水平性(或者垂直性)时，使所有挖掘承压机30₁～30₄的各个电机33继续运转。
(ii)当断定沉箱10没有保持水平性(或者垂直性)时，使检测到垂直位移差异以外的其他挖掘承压机30₁～30₄的电机33的停止运转。
以上列举了用上述控制部60对各部进行控制的方法，特别是在判断沉箱10没有保持水平性(或者垂直性)时，对挖掘承压机30₁～30₄的各个电机33的控制方法，也可以根据缘口正下方地基的地质状况适当地变更控制方法，这是不言自明的。
[作用]
下面将对沉箱10的沉降方法进行说明。
(1)挖掘作业
如图1所示，在沉箱10缘口的各个边上设置水平挖掘机20₁～20₅的同时，在沉箱10的内侧角部设置挖掘承压机30₁～30₄。
而且，各水平挖掘机20₁～20₅与挖掘承压机30₁～30₄协同动作，挖掘沉箱10缘口的正下方的地基。此时，使得彼此相对的各个水平挖掘机20₁～20₅以等速度往复移动，另外，处于对角关系的各个挖掘承压机30₁～30₄也以等速度进行挖掘，从而可以进行整体均匀挖掘。
沉箱10随着挖掘而沉降，但是沉箱10的大部分自重由缘口正下方的地基支持着，所以，各个水平挖掘机20₁～20₅和挖掘承压机30₁～30₄不会承受过大的负载。
同样，使得通过连接部件13与沉箱10连接的水平控制装置501-504同步进给的进给螺杆54和支柱51也不会承受过大的负载。
各个水平挖掘机20₁～20₅沿着沉箱10缘口的直线部一边往复移动，一边挖掘沉箱10缘口宽度正下方的地基，并将挖掘的土砂排出到内侧。另外，各挖掘承压机30₁～30₄旋转挖掘沉箱10角部的缘口正下方地基。
如果只是用上述水平挖掘机20₁～20₅容易在沉箱10的角部产生挖掘残留部，但是如果在沉箱10的角部设置与其有高度差的挖掘承压机30₁～30₄，则能够挖掘到包括沉箱10角部在内的整个缘口正下方的地基。
预先在沉箱10的内部配置反铲或者推土机等的挖掘机械，从水平挖掘机20₁～20₅和挖掘承压机30₁～30₄排出的挖掘土包括沉箱10内侧的挖掘土通过竖井40排出到地上。
重复以上操作，一边均匀地挖掘缘口正下方的地基，一边使得沉箱10沉降。
在沉箱10沉降的过程中，各个进给螺杆54由于受到各个水平控制装置50₁～50₄的电机55的同步控制而均匀地下降，并跟随着沉箱10下降。
(2)沉箱的水平控制装置
图10是表示沉箱10沉降初期的模式图，每个水平控制装置50₁～50₄的传感器56向控制部60输入沉箱10多个测试地点上的垂直位移量信息。
当控制部60从各个传感器56得到的沉箱10所有部位在单位时间的沉降量差异处于允许的范围内(例如1mm)时，所有的水平控制装置50₁～50₄的电机55和挖掘承压机30₁～30₄的各个电机33继续运转。
在水平控制装置50₁～50₄中，当传感器56检测出只有一个部位(如图9的二点画线所示)的升降圆盘53上升时，意味着沉箱10的垂直位移量产生差异。
当检测出升降圆盘53上升时，则可断定沉箱中该部位的沉降比其他部位的沉降迟缓，所以，控制部60将令检测到升降圆盘53上升的任何一个水平控制装置50₁～50₄的电机55停止运转，同时令除了距离检测到升降圆盘53上升的地点最近的任一个挖掘承压机30₁～30₄之外的其他挖掘承压机30₁～30₄的电机33停止运转。通过停止电机33的运转，使叶片32与地基接触从而阻止沉箱10的沉降。
令其他挖掘承压机30₁～30₄停止工作，处于直接待机的状态，此时，通过旋转检测到升降圆盘53上升的任何一个挖掘承压机30₁～30₄的电机33，用叶片32进行挖掘。
当各个水平控制装置50₁～50₄的沉降量都一致时，再开始运转此前停止的上述任何一个的挖掘承压机30₁～30₄。
通过上述挖掘承压机30₁～30₄的停止和再运转，可以在沉箱10的沉降过程中，在任意设定的短时间内反复进行修正沉箱10的沉降作业，使得沉箱10连续地沉降。
当缘口的一部分碰到大的岩块或者硬质地基时，可暂时停止沉箱整体沉降的作业，个别地操作水平挖掘机20或者反铲等挖掘机械，挖掘大的岩块或者硬质地基等。
另外，当沉箱10是由分割成多个箱体的形态构成时，在沉箱10的沉降完成后，切离连接部件13，然后经过使进给螺杆54回到初期状态的工序和接补延长用沉箱10的工序，将进给螺杆54连接到从延长用沉箱10突出的连接部件13上，随后进行同样的地沉放。
如以上所说明的那样，本发明通过各水平控制装置50₁～50₄监视沉箱10多个部位的沉降位移，当其沉降量产生不均匀时，在沉箱上实施制动，通过挖掘那些挖掘不足的地方来修正沉降量的不均匀，由此可以使沉箱在保持高水平性和垂直性的状态下进行沉降。
特别是，在预先设定的沉降量(例如1mm)范围内，在沉箱10的多个部位监视垂直位移，当垂直位移产生差异时，在短时间内反复进行消除差异的作业，由此可以正确地控制沉箱10的姿势，使得沉箱10能在保持高水平性和垂直性的状态下连续沉降。
进而，由于可以在非常短的时间内对沉箱10沉降位移量不均匀的情况下行修正，所以在水平控制装置50₁～50₄上几乎没有由于沉箱10的自重而施加的负载。
此外，本发明也适合省略水平挖掘机20，而只是使用挖掘承压机30对沉箱10缘口正下方的地基进行挖掘的情况。
另外还适合省略连接部件13，而将进给螺杆54与沉箱10直接连接的情况。