JP2002121987A

JP2002121987A - 掘削工具

Info

Publication number: JP2002121987A
Application number: JP2000313516A
Authority: JP
Inventors: Federico Pagliacci; フェデリコ・パリアッチ
Original assignee: Trevi SpA
Current assignee: Trevi SpA
Priority date: 2000-10-13
Filing date: 2000-10-13
Publication date: 2002-04-26

Abstract

(57)【要約】【課題】掘削工具と土との間の摩擦を低減化して従来
形式のものよりも作業速度を有効に高めて生産性の高
い、固められた土のカラムを形成する、掘削工具及び掘
削方法を提供すること。【解決手段】下方部に設けられたノズル手段を介して
土団結流体を供給する軸中心開口を有する、管状中央シ
ャフトから半径方向に延びるとともに実質的に半径方向
に延びる下端部を有する、ブレード要素とを含み、下端
部に沿って配置したノズル手段から下方に、土団結流体
の高圧ジェットを注出して、上記ブレード要素が作動さ
せられるまでに土を部分的に破砕する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固められた土のカ
ラムを形成する、掘削工具及び掘削方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】固められた土の円柱状のカラムを形成す
ることによって地面を固める、種々の方法が当該分野で
は知られている。円柱状カラムは、通常セメントのよう
な混合物である結合剤によって土粒子を結合してなるも
のである。

【０００３】第１の従来方法は、主として機械的混合に
よるものであり、土を掘って破砕する工具の回転動作を
利用するものである。図１において、掘削工具１０は、
下端に地面を破砕する部材１２を備えた管状シャフト１
１を有している。以上のように、工具は、シャフト１１
から半径方向に延び、且つ、反対角度をもって傾斜し
た、１対の対向ブレード１３を有している。ブレード１
３の歯１３ａによって破砕された土の粒子は、ブレード
の真下の管状シャフト１１における開口１４を通して低
圧（１〜２ＭＰａ）でポンプ輸送される結合混合物と混
合される。各ブレードの配向角度は、掘削段階時、地中
で工具が螺旋運動可能とされ；引出し段階で反対方向に
回転される工具は、処理された土を下方に押圧して凹部
にぎっしり詰めて空隙率が低減される。

【０００４】第２の従来方法は、ジェットグラウティン
グとして知られており、図２に示すように、混合が、コ
ンソリデーティング流体（団結流体ともいう）の運動エ
ネルギーに専ら依存している。コンソリデーティング流
体は、工具の下端に最も近い管状シャフト１１に形成さ
れた小さな半径方向ノズル１５を通して、高圧（１５〜
４０ＭＰａ）にて噴射され、その結果、高速且つ高運動
エネルギーのジェット１６が生成される。シャフト１１
に対し直角を成すジェットの作用半径は、土質によって
制限されかつ影響されるので、この方法によって得られ
る固まった土のカラムの直径は、一定でもなく予測不可
能である。

【０００５】図３に示すように、第３の方法は、管状シ
ャフト１１と、下端部に地面を破砕する歯１７ａを備え
た１つ又は複数の螺旋形ブレード１７とを具備する工具
１６を利用するものである。１つ以上の半径方向ダクト
１８がシャフト１１から延びており、実質的には、歯１
７ａを持った螺旋形ブレードの端部の垂直軸面に並んで
いる。ダクト１８は、螺旋形ブレードに強固に固定され
ており、シャフトの内部と連通しており、多数のノズル
１９を有している。螺旋形ブレードの下端の機械的動作
によって、場合によれば地面破砕部材１２によって、既
に部分的に破砕されている地面に対して、加圧されたコ
ンクリート混合物のジェットがノズル１９を通して高速
で注入される。概略、約１０ＭＰａ〜２０ＭＰａの高圧
を用いることによって、ジェットは破砕された土に細か
く混合され、従って、一定の直径を備えた固まったカラ
ムが得られる。

【０００６】工具の破砕部材の機械的動作と高圧ジェッ
トの運動エネルギーとの組み合わせを利用することによ
り、この方法は作業完了時間を短縮可能あり、そのため
他の方法を優越してかなりの経済的利益をもたらす。こ
の従来技術の例は、米国特許第４９５８９６２号及び同
第５３９６９６４号に示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の第１の目的
は、工具と土間の摩擦を更に減じることができ、また、
従来の工具よりも更に大きな速度で作業を行うことがで
きる、改良されたタイプの掘削工具を提供することであ
る。

【０００８】本発明の第２の目的は、作業時間を短くで
き、また、掘って固まった土のカラムを形成するのに使
用される装置の作動費を少なくできる、高生産性の方法
を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的は、長手
軸（ｘ）の回りに回転可能とされるとともに該長手軸に
沿って移送可能とされた、管状中央シャフトであって、
当該掘削工具の下方部に設けられたノズル手段を介して
土団結流体を供給する軸中心開口を有する、管状中央シ
ャフトと、上記中央シャフトから半径方向に延びるとと
もに実質的に半径方向に延びる下端部を有する、少なく
とも１つのブレード要素とを含む、固められた土からカ
ラムを形成する、掘削工具において、上記下端部に沿っ
て配置されるとともに上記開口と連絡したノズル手段で
あって、上記開口から概略下方に、少なくとも１つの団
結流体の高圧ジェットを注出し、上記ブレード要素が作
動させられるまでに土を少なくとも部分的に破砕するよ
うにした、ノズル手段を具備した、掘削工具により達成
される。

【００１０】上記第２の目的は、固められた土からカラ
ムを形成するにあたり、（ａ）垂直軸（ｘ）を有する中
央シャフトと、ノズル手段を介して土団結流体を供給す
る中心軸開口とを具備し、上記ノズル手段が概略下方に
向けられるとともに少なくとも１つのブレード要素の下
端部に沿って配置され、該ブレード要素が上記中央シャ
フトから半径方向に突出するとともに該中央シャフトに
傾斜して螺旋状に取付けられた、掘削工具を設ける段
階；（ｂ）上記掘削工具を駆動して上記垂直軸の回りに
回転させるとともに該回転軸に沿って移送する段階；及
び（ｃ）上記ノズル手段を介して概略下方に向かう、少
なくとも１つの土団結流体の高圧ジェットを注出して、
掘削操作時、上記ブレード要素が駆動位置とするまで
に、土を少なくとも部分的に破砕しかつ流動化する段階
を含む、土団結カラムの形成方法により達成される。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の幾つかの好ましく且つ限
定的でない実施例を、以下に、図を参照しながら説明す
る。

【００１２】図４において、本発明の工具は、概ね符号
２０で示されている。工具２０は、中央シャフト２１を
有しており、それには、多数の、ここでは２個の、角度
を持って間隔を置いて配置された地面を破砕する螺旋形
ブレード２２がしっかりと取り付けられている。ブレー
ド２２は中央シャフト２１から半径方向に延びている。
工具２０は、上方駆動伝達シャフト２３に固定でき、垂
直移動とシャフト２１の縦軸Ｘ回りの回転とが結合した
動きを行う。

【００１３】工具２０及びシャフト２３は、好ましく
は、スプラインカップリング２４ａ，２４ｂ（図４）又
はフォームカップリング（一体連結）部材２５ａ，２５
ｂ（図５）によって、取り外し可能に連結される。一体
連結部材２５ａ，２５ｂは、シャフト２３に形成された
対応するシート２８に係合するための、シャフト２１の
孔２７を通して挿入されるピン２６のような軸保持手段
を備えている。このタイプの一体連結部材は、以下によ
り詳しく説明するように、軸Ｘ回りを両方向に回転する
ための伝達シャフトに工具をロックする。

【００１４】工具は、螺旋形ブレード２２の下縁に、シ
ャフトの中央軸空間２１aに連通する半径方向ダクト３
０を有しており、それを通して、コンクリート混合物が
圧力下で供給される。ダクト３０は、螺旋形ブレード２
２の下面３１に、又は、掘削中の回転方向に対して後面
に、固定されている。

【００１５】ここで用いられるように、「半径方向」及
び「軸方向」という語は、そうではないと示されない限
り、シャフト２１の縦軸Ｘに関連していると理解される
べきである。

【００１６】各ダクト３０の底には、各螺旋形ブレード
の下縁２９の長さに沿って分配された多数のノズル３２
を有している。該ノズル３２は、加圧された固まった混
合物からなるジェット３３を高速で噴出する。下方ノズ
ル３２は、実質的に軸方向に向けられ、又は、垂直に対
して僅かに傾斜しており、掘削部３４の底において、破
砕されていない地面に直接にジェット３３を当てて、螺
旋形ブレードの下縁２９が係合する前にジェットによっ
て地面を少なくとも部分的に破砕するようになってい
る。螺旋形ブレードは、地面を更に破砕し、その動きに
直面した土を除去する。

【００１７】垂直ジェットの破砕動作は、螺旋形ブレー
ドの破砕動作の前に起こるので、螺旋形ブレードは、図
４の掘削部３４に示すように、滑らかにされ且つかなり
破砕された地面に、容易に貫通する。

【００１８】用いられる圧力、ジェットの数、及び地面
の機械的特性に従って、掘削部の底は、垂直ジェット３
３によって、ある深さまで破砕される。その深さは、約
２０ｃｍから４０ｃｍの間で変化する。上記ジェットの
圧力は、工具の最適性能を得るには、３０Ｍｐａ〜４０
ＭＰａ程度とするのが有効である。

【００１９】更に、好ましくは、ノズル３５が、管状シ
ャフト２１の底に配置され、下方へ向けられ、破砕部材
３６と結合される。

【００２０】本発明は、工具に適用される掘削トルクを
低減することを可能にでき、又は、従来技術で述べた方
法と比べて、同じトルクで、より大きな貫通速度を達成
することを可能にできる、と理解される。

【００２１】螺旋形ブレード２２の形状と共に、下向き
ジェット３３の本質的に垂直な方向は、一定の直径の固
められた土のカラムの形成を確実にする。

【００２２】引出工程では、工具は、掘削工程で用いら
れた方向とは反対方向に回転させることによって、引き
出され、それによって、処理された土のカラムを詰め
る。この目的のためには、工具が一方向又は他方向に回
転中に偶然にねじが外れてしまうようなねじ付カップリ
ングよりも、上述したように、及び図４及び図５に示す
ように、工具と駆動伝達シャフトとの間のスプラインカ
ップリング又は一体連結部材が、好ましい。

【００２３】図６において、本発明の変形例では、傾斜
ノズル３７が、上向き及び外向きになっており、螺旋形
ブレードの孔３９を通るジェット３８を生み出すため
に、シャフト２１近くに配置されている。それによっ
て、螺旋形ブレードの上面又は前面に沿って上昇する掘
削物を、更に、流動化し、破砕する。

【００２４】図６において、更にノズル４１を、傾斜ノ
ズル３７に加えて又は傾斜ノズル３７の変形例として、
シャフト２１上に設けることができる。ノズル４１は、
半径方向外向きとされ、好ましくは、垂直ノズル３２よ
り僅かに低い高さ位置に配置され、また、半径方向ダク
ト３０に対して角度をもってずらして配置される。ノズ
ル４１は、下向きの軸方向ジェット３３を妨げる半径方
向ジェット４２を生成し、それによって、矢印４３で概
略的に示す渦巻流動パターンを生み出し、それは土を均
一に破砕することを促進する。このノズル配置の結果、
混合物ジェット３３、４２によって移動される土の粒子
は、最初は下向きに且つ外向きに押され、その後、周囲
の土によって押されて、上向きに且つ内向きに戻され
る。

【００２５】本発明の別の実施例においては、図７に示
されるように、掘削工具２０は、１又は複数対の対向状
に、螺旋形ブレードの渦巻きと一致した角度をもって傾
斜した、半径方向ブレード４４を有する。複数対の半径
方向ブレード４４は、螺旋形ブレード２２の上方に配置
され、好ましくは、螺旋形ブレードのピッチに従って軸
方向に間隔を置いて配置され、下向きの軸方向ノズル４
５及び任意に上向きのノズル４６を備えた半径方向ダク
トを有しており、該ダクトは、螺旋形ブレードの上方に
おける土の破砕を長引かせる垂直ジェット４７を供給す
るよう機能する。垂直ジェット４７は、加圧されたコン
クリート混合物のジェット、又は、図８に示される本発
明の変形例における、圧縮空気４８のジェットと結合し
た混合物４７のジェットのどちらでもよい。好ましく
は、各混合物ジェット４７は、ノズル４５を通して混合
物を噴出する内部ダクト４９と、圧縮空気を供給しかつ
該圧縮空気を混合物ノズル４５と同軸の空気ノズル５１
を通して噴出する外部ダクト５０とを設けることによっ
て、圧縮空気４８の管状ジェットによって囲まれる。こ
れは、混合物のジェットを囲む圧縮空気のスリーブを形
成し、それによって、その作動範囲を増加させ、特に、
エネルギッシュな混合が得られ、地面を破砕する。

【００２６】当然、本発明の原理を変えないで、実施例
及び製造することの詳細は、ここに単に記述され図示さ
れているものから、限定されない実施例によって、広く
変化させてもよい。特に、土破砕の螺旋形ブレードの数
及び形状、垂直軸に対するブレードの傾斜、及び螺旋形
ブレードの下縁と垂直軸とによって形成される角度は、
特許請求の範囲で請求される本発明の範囲から逸脱する
ことなく、当業者によって変更されてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の従来タイプの掘削工具を示す斜視図で
ある。

【図２】第２の従来タイプの掘削工具を示す斜視図で
ある。

【図３】第３の従来タイプの掘削工具を示す斜視図で
ある。

【図４】本発明に係る掘削工具の第１実施例の略斜視
図である。

【図５】図４の工具の変形例である工具の継手機構部
の詳細を示す斜視図である。

【図６】本発明に係る掘削工具の第２実施例の略斜視
図である。

【図７】本発明に係る掘削工具の第３実施例の略斜視
図である。

【図８】上記工具の変形例の概略部分断面図である。

【符号の説明】

２０掘削工具２１管状中央シャフト２２螺旋形ブレード（ブレード要素）２３駆動伝達シャフト２４ａ、２４ｂ一体連結部材２５ａ、２５ｂ一体連結部材２９下端部３０半径方向ダクト３３軸方向ジェット３７ノズル手段４０混合物４１半径方向ジェット４２団結混合物ジェット４４半径方向ブレード４５ノズル手段４７混合物ジェット４８圧縮空気ジェット５１空気ノズル手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】長手軸（ｘ）の回りに回転可能とされる
とともに該長手軸に沿って移送可能とされた、管状中央
シャフトであって、当該掘削工具の下方部に設けられた
ノズル手段を介して土団結流体を供給する軸中心開口
（２１ａ）を有する、管状中央シャフト（２１）と、上
記中央シャフト（２１）から半径方向に延びるとともに
実質的に半径方向に延びる下端部（２９）を有する、少
なくとも１つのブレード要素（２２）とを含む、固めら
れた土からカラムを形成する、掘削工具において、上記下端部（２９）に沿って配置されるとともに上記開
口（２１ａ）と連絡したノズル手段であって、上記開口
（２１ａ）から概略下方に、少なくとも１つの団結流体
の高圧ジェット（３３）を注出し、上記ブレード要素
（２２）が作動させられるまでに土を少なくとも部分的
に破砕するようにした、ノズル手段（３２）を具備する
ことを特徴とする、掘削工具。
【請求項２】ブレード要素が上記中央シャフト（２
１）の長手軸に対し傾斜状に設けられた、請求項１に記
載の掘削工具。
【請求項３】ブレード要素（２２）が螺旋状とされ
る、請求項１に記載の掘削工具。
【請求項４】複数のノズル手段（３２）が下端部（２
９）の全長にわたって下方に対応する複数のジェット
（３３）を注出するように分布させられた、請求項１に
記載の掘削工具。
【請求項５】ノズル手段（３２）が、掘削操作時、当
該掘削工具の回転方向に対しブレード要素（２２）の背
面（３１）に固定された半径方向ダクト（３０）を介し
て設けられた、請求項１の掘削工具。
【請求項６】複数のブレード要素（２２）が中央シャ
フト（２１）の周囲に螺旋状に設けられた、請求項１に
記載の掘削工具。
【請求項７】上駆動伝達シャフト（２３）に一体連結
部（２４ａ、２４ｂ；２５ａ、２５ｂ）を介して当該掘
削工具を固定することにより長手軸（ｘ）の回りの両方
向に上記駆動伝達シャフトを回転するようにした、請求
項１に記載の掘削工具。
【請求項８】中央シャフト（２１）の近くに配置され
たノズル手段（３７）を含み、該ノズル手段（３７）か
ら加圧された団結混合物のジェット（３８）を上方にか
つ外方に注出し、ブレード要素（２２）に沿って上昇す
る掘削物に作用するようにした、請求項１に記載の掘削
工具。
【請求項９】中央シャフト（２１）の近くに配置さ
れ、複数の実質的に半径方向の加圧された団結混合物か
ら成るジェット（４２）を外方に注出する、ノズル手段
（４１）を設け、これらのジェット（４２）が下方に向
けて注出される複数のジェット（３３）と干渉するよう
にした、請求項１に記載の掘削工具。
【請求項１０】各ノズル手段（４１）が垂直ノズル
（３２）の高さ位置より若干低い位置に配置された、請
求項９に記載の掘削工具。
【請求項１１】各ノズル手段（４１）がブレード要素
（２２）の下端部（２９）に対し角度をもってずらして
配向するようにした、請求項９に記載の掘削工具。
【請求項１２】ブレード要素（２２）の渦巻き形状と
一致して傾斜した、少なくとも一対の対向する半径方向
ブレード（４４）を有し、これらの半径方向ブレード
（４４）が上記ブレード要素（２２）の上方に配置され
て下方に指向されたノズル手段（４５、５１）と協働す
るようにした、請求項１に記載の掘削工具。
【請求項１３】ブレード要素（２２）と一致して傾斜
した、少なくとも一対の対向する半径方向ブレード（４
４）を有し、これらの半径方向ブレード（４４）が上記
ブレード要素（２２）の上方に配置されて上方に指向さ
れたノズル手段（４６）と協働するようにした、請求項
１に記載の掘削工具。
【請求項１４】少なくとも１つのノズル手段（５１）
が圧縮空気供給源と接続された、請求項１２又は請求項
１３に記載の掘削工具。
【請求項１５】空気ノズル手段（５１）が圧縮空気ジ
ェット（４８）を、ノズル手段（４５）により放出され
る混合物ジェット（４７）と同軸にかつ包囲するように
注出するようにした、請求項１４に記載の掘削工具。
【請求項１６】固められた土からカラムを形成するに
あたり、（ａ）垂直軸（ｘ）を有する中央シャフト（２１）と、
ノズル手段（３２）を介して土団結流体を供給する中心
軸開口（２１ａ）とを具備し、上記ノズル手段（３２）
が概略下方に向けられるとともに少なくとも１つのブレ
ード要素（２２）の下端部（２９）に沿って配置され、
該ブレード要素（２２）が上記中央シャフト（２１）か
ら半径方向に突出するとともに該中央シャフト（２１）
に傾斜して螺旋状に取付けられた、掘削工具（２０）を
設ける段階；（ｂ）上記掘削工具（２０）を駆動して上記垂直軸
（ｘ）の回りに回転させるとともに該回転軸に沿って移
送する段階；及び（ｃ）上記ノズル手段（３２）を介して概略下方に向か
う、少なくとも１つの土団結流体の高圧ジェット（３
３）を注出して、掘削操作時、上記ブレード要素（２
２）が駆動位置とするまでに、土を少なくとも部分的に
破砕しかつ流動化する段階を含むことを特徴とする、土
団結カラムの形成方法。
【請求項１７】更に、（ｄ)掘削工具を上方に引出し
て段階（ｂ）における該掘削工具の回転方向と反対方向
に回転させて、団結流体と混合された土を下方に押圧す
る段階を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】圧縮空気ジェット（４８）の圧力が約
３０Ｍｐａ〜４０Ｍｐａとされる、請求項１６に記載の
方法。
【請求項１９】また、（ｃ１）更に、軸方向に向けら
れるとともに掘削工具（２０）におけるブレード要素
（２２）よりも高い位置に配置された、ノズル手段（５
１）を介して少なくとも１つの圧縮空気ジェット（４
８）を注出して上記ブレード要素上の掘削した土を脱落
するようにした段階を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】更に、段階（ｃ１）が、（ｃ２）団結混合物のジェット（４７）を同軸状に包囲
する、少なくとも１つの圧縮空気ジェット（４８）を注
出する段階を含む、請求項１９に記載の方法。