JP2000170487A - 掘削装置及びその使用方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】新設掘削孔の推進掘削孔にも既設掘削孔の牽引
拡孔にも使用できる掘削能率のすぐれた掘削装置を提供
する。 【解決手段】打撃機２１を内蔵した中空筒体１１から成
る掘削装置の先端開口を区画する複数の掘削板１４を設
け、掘削板１４の前端に硬質金属１８を取りつけ、掘削
土砂を小塊にして中空筒体１１内に取込み流動化させて
吸引排出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、地中掘削孔を施工
する掘削装置及びその使用方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】打撃機を地中に進入させて掘削する掘削
装置としてダウンホールハンマ掘削装置や、中空筒体の
先端外周に切削刃物を備え、内部に打撃機を備えた掘削
装置がある。ダウンホールハンマは、掘削全断面を掘削
する多数の刃物を先頭端全面に備え礫層、硬質岩石層を
掘削する重装備の掘削装置である。

【０００３】特開平１０−６１３７８号公報には、軸線
が湾曲した地中掘削孔を拡孔する装置として、中空筒体
の先端の開口周縁に刃物を取付け、打撃機を装着し中空
筒体の後端に鋼管を連結し、打撃機を運転しつつ牽引
し、拡孔する技術が開示されている。この技術では、中
空筒体の周縁に刃物を取付けて塊状の土砂を切取るの
で、掘削された大塊状の土砂を排土する困難性が著し
い。なぜなら、中空体の内部には打撃機が装着されてお
り、中空筒体の前端部で切取られた大塊状の土砂は、そ
れが後部に送られる間、打撃機が装着された狭隘な箇所
を通過せねばならず、そこにおいて、圧密閉塞、はりつ
き等が発生するからである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記特開平１
０−６１３７８号公報のように、主として土砂層、礫
層、軟質岩石層を対象とする打撃機を内蔵した掘削装置
の改善に関するもので、上記大塊状の土砂の排出が困難
であるという問題点を解決した掘削装置及びその使用方
法を提供することを目的とするものである。

【０００５】本発明の他の課題は、 （ａ）地山の推進掘削にも既設掘削孔の牽引拡孔にも用
いることができること （ｂ）簡易な装置であること （ｃ）掘削と同時に配管の敷設もできること （ｄ）曲線掘削孔の掘削が可能であること （ｅ）鋼管杭等の打設にも使用することができること 等を併せて実現することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題点を
解決するためになされたもので、次の技術手段を講じた
ものである。すなわち、本発明は、打撃機を内蔵した中
空筒体からなる掘削装置において、中空筒体の先端開口
に開口を区画する複数の掘削板を設けたことを特徴とす
る掘削装置を提供することにあり、さらにその複数の掘
削板の前端に硬質金属を取付けたことを特徴とする掘削
装置を提供する。

【０００７】掘削板は板状の掘削刃物である。この掘削
板の形状、配列は限定されるものではなく、例えば格子
状、網目状等でもよいが、中心筒と複数の放射状板体と
から構成すると、構造が簡単で掘削性もよく好適であ
る。複数の掘削板の数は、掘削すべき地中の地質条件、
掘削孔の規模等に応じて選択することができる。掘削板
の数を増やし区画された面積を小さくするほど排出すべ
き土砂が小塊になるので排土が容易となるが、掘削板が
掘削すべき地山に接する表面積が大となる。すなわち、
掘削抵抗が大となって掘進能率が低下する。特に粘土層
では「はりつき」が発生して掘削が困難になることがあ
るので区画された面積が小さくならないように配慮す
る。

【０００８】掘削板は、中空筒体に加えられる衝撃力又
は振動等により、掘削すべき地山の断面を区画せん断し
て地中掘削孔を形成する。掘削板およびそれに取付けら
れる硬質金属は、土砂、軟質岩石、硬質岩石等に応じて
掘削板の形状や硬質金属の大きさを定めることができ
る。

【０００９】中空筒体は内部に小径の打撃機を備えてい
る。打撃機は排土空間や各配管空間を確保することがで
きるように、小径になっている。打撃機を運転すること
により中空筒体の先端開口を区画する掘削板およびそれ
に取付けられた硬質金属が地山をせん断切削する。打撃
機は衝撃発生機械であって、圧縮空気、油圧等により駆
動され、作動軸方向に衝撃を発生し、この衝撃を掘削板
に伝え、掘削を行うものである。打撃機は中空筒体の内
部に強固に取りつけられ中空筒体と一体化している。

【００１０】この掘削装置を既設地中孔の拡孔のために
用いるときは、掘削板中央部に掘削装置と牽引媒体とを
結合する結合部材を設ける。この場合前記放射状の掘削
板は牽引力を伝達する力学的結合材としても作用する。

【００１１】ここで牽引媒体とはチェーン、ワイヤ、ロ
ープ等であり、他端に牽引装置を備えている。

【００１２】前記掘削板の近傍に掘削を補助する圧力水
噴射ノズルを備え、掘削が困難な地層の場合又は掘削進
行方向を調整する場合に使用すると好適である。

【００１３】また、前記中空筒体内に攪拌室を設け、こ
の攪拌室内に掘削土砂を攪拌流動化させる圧縮空気及び
又は圧力水の噴射パイプ又は攪拌装置を備えることによ
って、掘削土砂の排出を容易にする。ここで攪拌装置と
は土砂を機械的に破砕攪拌する装置である。掘削土砂を
破砕撹拌する装置は、カッタ、ビット等を油圧、空圧、
電動等により回転又は振動することにより土砂の破砕、
攪拌を行う。

【００１４】さらに、前記攪拌室内に排土管を設け、攪
拌室内で圧縮空気及び又は圧力水によって流動化された
掘削土砂を排土管を通じて吸引する吸引装置を排土管の
他端に接続して吸引することにより排土が容易となり、
掘削能率の向上を図ることができる。

【００１５】また、中空筒体の内部に掘削土砂を破砕撹
拌する装置及び掘削土砂の排土装置を設置してもよい。
排土装置は、専用の排土管を用い、地上側で吸引する真
空吸引装置等とすると好適である。この排土方式によれ
ば、推進管を汚染することなく掘削土砂を推進方向と反
対の方向に排土することが可能である。

【００１６】前記中空筒体の尾端に管を連結する手段を
備え、この掘削装置を推進施工するときはこの管を推進
手段として用い、必要に応じて回転手段として利用す
る。この管を地中埋設配管としてそのまま用いることも
できる。また、掘削装置を牽引して拡孔する場合に、中
空筒体の尾端に管を連結して中空筒体とともに牽引し、
埋設管路を同時に形成することができる。この場合、管
としては、鋼管、ポリエチレン管や塩化ビニル管等の合
成樹脂管、アルミニウム管やステンレス管等の金属管、
又はコンクリート管等にも適用可能である。

【００１７】次に本発明の掘削装置は、中空筒体の地中
位置検出手段を備えることによって、掘削位置を確認し
ながら推進を行うことができる。地中位置検出手段とし
ては、地上に設けた複数の超音波検出装置、電磁波検出
装置、磁力検出装置などと、これらにそれぞれ呼応する
発信装置、磁石などを中空筒体に取付けた検出手段を用
いるとよい。

【００１８】前記中空筒体に進行方向制御手段を備え、
推進方向を任意に変更するようにすることによって、任
意の曲線掘削孔を形成することができる。進行方向制御
手段としては、掘削補助用の高圧水ジェットを曲げ方向
に噴射する技術、中空筒体の先端部分を屈曲自在にし、
油圧ジャッキを介して結合、所望方向に首振りを行うよ
うにした技術、中空筒体の周縁にオーバーカット刃物を
取付け推進管に回転を与えてオーバーカット刃物を曲げ
方向に偏向させる技術等がある。

【００１９】なお、本発明の装置では、牽引媒体を牽引
する原動機と中空筒体との間の何れかの位置、及び／又
は中空筒体の尾端側に、衝撃を緩衝する緩衝装置を介装
すると好適である。中空筒体の尾端側は管又は排土装置
等との接続部に介装するとよい。打撃の衝撃を緩衝する
緩衝装置は、連結部材にワイヤ、チェーン、ゴム等の弾
性材又は弾塑性材を用いたものでもよく、エアシリン
ダ、液圧シリンダ等の衝撃吸収装置を用いてもよい。

【００２０】次に、本発明装置の使用方法について説明
する。本発明の掘削装置は、新設掘削孔を推進施工する
ためのものである。また、既設掘削孔内に挿通した牽引
媒体に結合し、牽引媒体に牽引させて既設掘削孔を拡大
する場合にも用いることができる。これらの場合に、中
空筒体に鋼管、ポリエチレン管等の管を接続して掘削又
は拡孔と同時に配管施工することもできる。

【００２１】さらに、鋼管、鋼管杭または鋼管矢板の先
端近傍内面に突起を設け、本発明の掘削装置をこの突起
に係止させて地中に推進施工する場合に使用することも
できる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
の形態を説明する。

【００２３】図１は、本発明の実施例の掘削装置１０の
縦断面図である。掘削装置１０は中空筒体１１を備え、
その先端開口部に掘削板１４を設けこの掘削板の前方端
に硬質金属１８を備え、内部に打撃機２１を固着してい
る。打撃機２１は、圧気又は圧油供給管２２を備え、圧
気動又は油圧動の衝撃ラム等からなり、小径の円柱状の
衝撃発生装置である。打撃機２１の作動により、掘削板
１４およびそれに取付けられた硬質金属１８は土中に食
い込み、掘削予定線に添って矢印２０で示す方向に地中
を掘削する。中空筒体１１は、掘削した土砂を撹拌する
土砂撹拌室３０を備えている。掘削土排出管４１は、撹
拌された掘削排土を後方に排出する。この掘削土排出管
４１の地表側には真空吸引装置が接続されている。図２
は中空筒体１１の正面図で、中央孔１６の周囲の円筒状
掘削板１５と多数の放射線状の掘削板１４が設けられて
いる。図１に示すように円筒状掘削板１５の先端は地中
に喰込む鋭利なリング状刃先を備えている。

【００２４】図３は、図１のＡ−Ａ矢視図であって、中
空筒体１１内に配設された打撃機２１、掘削土排出管４
１、ジェット水噴射配管５１、圧縮空気供給配管６１を
示している。

【００２５】図４、図５は掘削板の近傍に掘削を補助す
る圧力水ノズル１７の例を示す斜視図である。図６は本
発明の掘削装置１０を牽引拡孔に用いる例を示した縦断
面図で、中空筒体１１の先頭端に牽引媒体２４と結合す
る牽引部材２５を備え、掘削板１４は牽引媒体２５の牽
引力を中空筒体１１に伝達する力学的結合材を兼ねてい
る。図６には、土砂を機械的に破砕攪拌する破砕機３１
を備えた装置が示されているが、このような装置を設け
牽引媒体２４側から駆動するようにしてもよい。また、
図６は、中空筒体１１の外面と地中面との摩擦を減殺す
るために中空筒体１１の外周部に潤滑剤を供給する潤滑
剤噴出孔７２を示している。また中空筒体１１は、尾端
側に管８１を装着する管取付けジョイント８２を備えて
おり、必要に応じて管８１を連行して鋼管敷設を同時に
行うことができる。管８１は中空筒体１１の外径より若
干外径の小さいものとする。中空筒体１１と管取付けジ
ョイント８２とは打撃のショックを緩衝する緩衝装置を
介して連結すると好適である。

【００２６】図７は実施例の破砕装置３１を示す縦断面
図、図８、図９はそれぞれそのＢ−Ｂ矢視図、Ｃ−Ｃ矢
視図である。破砕装置３１は回転する破砕ヘッド３２を
有し、破砕ヘッド３２はその外周に多数の破砕爪を突出
して、回転すると共に振動し砕けにくい土砂を引掻き剪
断圧壊破砕する。この動力は図７では牽引媒体２４を介
して与えられる。図１０に別の例を示した。破砕装置３
１は破砕ヘッド３２を有し、モータ３６によって回転駆
動される。破砕ヘッド３２の形状、作用は図７の例と同
様である。図１０の例では駆動軸に攪拌の羽根３５を備
え、破砕された土砂の攪拌効果を上げるように工夫され
ている。

【００２７】図１１は中空筒体１１の土砂攪拌室３０の
縦断面図を示し、図１２はその正面図である。圧縮空気
供給配管６１から圧縮空気６２を噴射している状況を示
している。この場合、圧縮空気６２を掘削板１４の間か
ら噴射し、切削土砂の排除を容易にするようにしてもよ
い。図１３は土砂撹拌室３０内に掘削土を攪拌するジェ
ット水噴射配管５１を備え、ジェット水５２を噴射して
土砂攪拌５３を行っている状態を示している。なお、空
気、ジェット水、潤滑剤等の液体又は気体配管は、相互
に切替え転用することができるようになっている。

【００２８】次に本発明装置の使用方法について説明す
る。

【００２９】図１５は発進立坑１００を設け、地中に管
８１を推進施工する場合に本発明の掘削装置１０を管８
１の先頭端に取付けて推進する状況を示したものであ
る。地上に、発進立坑１００内に管を吊りおろしするク
レーン１１０、掘削土吸引装置１１１、コンプレッサ１
１２、水タンク１１３、ジェットポンプ１１４を備え、
発進立坑内に架台１１６を備えている。

【００３０】図１６は、既設掘削孔２６を推進機２７で
掘削した後、既設掘削孔２６内に牽引媒体２４を挿通し
てその先端に本発明の掘削装置１０を結合しこれを牽引
しながら既設掘削孔２６を拡大すると共に管８１を敷設
する使用方法を示している。立坑１００側の諸装置（符
号１１０〜１１６）は図１５と同様である。なお１１７
は掘削装置１０の回収坑である。

【００３１】図１７は鋼管、鋼管杭、鋼管矢板などの鋼
管１３０中に本発明の掘削装置１０を挿入し、鋼管１３
０の先端近傍内面に設けた内面突起１３２に係止させて
鋼管１３０を地中に打込む場合に適用した例である。従
来、図１８に示すように、これらの鋼管１３０は杭打装
置１２０によって打込まれている。この場合杭打装置１
２０は走行装置１２１に取付けられたステー１２３によ
って支えられた長尺のポスト１２２から鋼管１３０をワ
イヤ１２４によって吊下げ、パイルキャップ１３１に取
付けたパイルハンマ１２５によって打設していた。図１
７によれば、本発明の掘削装置１０は長尺のポストを必
要としない。また、本発明の掘削装置１０は地中を掘進
するので、地上において打撃騒音を発することはなく、
重心が低いので、転倒の危険性も小さく、安全かつ安定
的に鋼管１３０の沈設を行うことができる。従って、例
えば作業位置の上空に橋梁、高速道路その他の障害物が
あっても支障なく施工できる。また、鋼管１３０が傾斜
を有している場合でも打設が容易である。

【００３２】

【発明の効果】本発明の掘削装置は掘削断面を多くの部
分に分割して、掘削することができ、排土が容易となる
ので、掘削能率が向上する。なお、簡易な装置で新設掘
削孔の推進施工にも既設掘削孔の拡孔にも用いることが
でき、同時に配管内部を掘削土で汚染されずに敷設する
ことが可能であり、曲線掘削孔の掘削が可能であるなど
の付随的機能を容易に備えることができる。また、きわ
めて簡易な設備で鋼管杭の打設も行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の掘削装置を示す縦断面図である。

【図２】中空筒体の正面図である。

【図３】中空筒体のＡ−Ａ矢視図である。

【図４】圧力水ノズルの例を示す斜視図である。

【図５】圧力水ノズルの例を示す斜視図である。

【図６】実施例の掘削装置を示す縦断面図である。

【図７】実施例の掘削装置を示す部分縦断面図である。

【図８】図７のＢ−Ｂ矢視図である。

【図９】図７のＣ−Ｃ矢視図である。

【図１０】実施例の掘削装置を示す部分縦断面図であ
る。

【図１１】中空筒体の縦断面図である。

【図１２】中空筒体の正面図である。

【図１３】攪拌室の作動説明図である。

【図１４】図９の正面図である。

【図１５】本発明装置の使用方法の説明図である。

【図１６】本発明装置の使用方法の説明図である。

【図１７】本発明装置の使用方法の説明図である。

【図１８】従来の鋼管杭打設の説明図である。

【符号の説明】

１０ 掘削装置 １１ 中空筒体 １４ 掘削板 １５ 円筒状掘削板 １６ 中央孔 １７ 圧力水ノズル １８ 硬質金属 ２０ 矢印 ２１ 打撃機 ２２ 圧気又は圧油供給管 ２３ 土砂攪拌装置 ２４ 牽引媒体 ２５ 牽引部材 ２６ 既設掘削孔 ２７ 推進機 ３０ 土砂攪拌室 ３１ 破砕機 ３２ 破砕ヘッド ３３ スイベルジョイント ３４ 軸受 ３５ 攪拌羽根 ３６ モータ ３７ 軸受 ４１ 掘削土排出管 ５１ ジェット水噴射配管 ５２ 水ジェット ５３ 土砂攪拌 ６１ 圧縮空気供給配管 ６２ 圧縮空気 ７２ 潤滑剤噴出孔 ８１ 管 ８２ ジョイント １００ 発進立坑 １１０ クレーン １１１ 掘削土吸引装置 １１２ コンプレッサ １１３ 水タンク １１４ ジェットポンプ １１６ 架台 １１７ 回収坑 １２０ 杭打装置 １２１ 走行装置 １２２ ポスト １２３ ステー １２４ ワイヤ １２５ パイルハンマ １３０ 鋼管（鋼管杭、鋼管矢板） １３１ パイルキャップ １３２ 内面突起

フロントページの続き (71)出願人 598167419 ライフライン工業株式会社 岩手県盛岡市上厨川字横長根82−１ (71)出願人 598167420 関根工業有限会社 群馬県館林市北成島町2777−２ (72)発明者 辻村 修 東京都千代田区内幸町２丁目２番３号 川 崎製鉄株式会社内 (72)発明者 増田 敏一 東京都千代田区内幸町２丁目２番３号 川 崎製鉄株式会社内 (72)発明者 小川 祥宏 東京都千代田区内幸町２丁目２番３号 川 崎製鉄株式会社内 (72)発明者 加藤 正平 東京都港区西麻布３丁目20番16号 日本海 洋掘削株式会社内 (72)発明者 関野 宏之 東京都港区西麻布３丁目20番16号 日本海 洋掘削株式会社内 (72)発明者 金野 春幸 東京都台東区池之端２丁目９番７号 川鉄 テクノコンストラクション株式会社内 (72)発明者 村上 優 東京都台東区池之端２丁目９番７号 川鉄 テクノコンストラクション株式会社内 (72)発明者 小谷野 信幸 東京都港区西新橋１丁目21番11号 ライフ ライン工業株式会社内 (72)発明者 関根 康正 群馬県館林市北成島町2777−２ 関根工業 有限会社内 Ｆターム(参考） 2D054 AA02 AC18 BA18 BA24 BA28 GA04

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 打撃機を内蔵した中空筒体からなる掘削
   装置において、中空筒体の先端開口に該開口を区画する
   複数の掘削板を設けたことを特徴とする掘削装置。
2. 【請求項２】 前記掘削板の前端に硬質金属を取付けた
   ことを特徴とする請求項１記載の掘削装置。
3. 【請求項３】 前記掘削板の近傍に圧力水噴射ノズルを
   備えたことを特徴とする請求項１〜２の何れかに記載の
   掘削装置。
4. 【請求項４】 前記中空筒体内に攪拌室を設け、該攪拌
   室内に掘削土砂を攪拌流動化させる圧縮空気及び又は圧
   力水の噴射パイプ及び又は攪拌装置を備えたことを特徴
   とする請求項１〜３の何れかに記載の掘削装置。
5. 【請求項５】 前記攪拌室内に排土管を設け、攪拌室内
   で流動化され、押し出されてくる掘削土砂を該排土管を
   通じて受取る受取装置を該排土管の他端に接続したこと
   を特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の掘削装置。
6. 【請求項６】 前記中空筒体の尾端に打撃機による衝撃
   を緩め、後続の埋設管の損傷を防ぐ連結する手段を備え
   たことを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の掘削
   装置。
7. 【請求項７】 前記中空筒体の地中位置検出手段を備え
   たことを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の掘削
   装置。
8. 【請求項８】 前記中空筒体に進行方向制御手段を備え
   たことを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載の掘削
   装置。
9. 【請求項９】 請求項１〜８の何れかに記載の掘削装置
   を用いて新設掘削孔を推進施工することを特徴とする掘
   削装置の使用方法。
10. 【請求項１０】 請求項１〜８の何れかに記載の掘削装
    置を、既設掘削孔内に挿通した牽引媒体に結合し、該牽
    引媒体に牽引させて既設掘削孔を拡大することを特徴と
    する掘削装置の使用方法。
11. 【請求項１１】 請求項１〜８記載のいずれかの掘削装
    置を用いて、地中掘削と同時に配管施工することを特徴
    とする掘削装置の使用方法。
12. 【請求項１２】 鋼管、鋼管杭または鋼管矢板の先端近
    傍内面に突起を設け、請求項１〜８の何れかに記載の掘
    削装置を該突起に係止させて地中に推進施工することを
    特徴とする掘削装置の使用方法。