JP2003253982A - 環状掘削装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】小規模な孔掘削装置で大口径の孔掘削を可能と
した環状掘削装置を提供することを目的とする。 【解決手段】環状掘削装置はパワースイベル１８に給気
管３２、排気管３４、排土管３６からなるドリルロッド
２０，２０…が連結され、ドリルロッド２０下部にエア
ハンマ装置６０，６０…を有した環状掘削装置２２が設
けられている。環状掘削装置２２は、下部が開放された
筒状で形成され、給気管３２、排気管３４から給気連通
管６６、排気連通管６８を介してエアハンマ装置６０に
連結されている。排土管３６も環状掘削装置２２上部に
固着され、環状掘削装置２２内に形成された排土通路７
６に連結されている。環状掘削装置２２を回転させ、圧
縮エアを給気管３２に供給し、掘削ビット６２が削孔面
５１に繰り返し打撃を与え、削孔面５１が破砕されて掘
削される。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は環状掘削装置に係
り、特にエアハンマで外径部を環状に掘削し、内径部を
クラブハンマなどで撤去して、大口径の岩盤を掘削する
環状掘削装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】岩盤を掘削（削孔) する際には、回転力
と推力で掘る場合（ローラビット、 せん断ビット) と衝
撃力で掘る場合（ハンマビット) がある。岩盤の性質上
脆性破壊が効率的であるため一般的にはエアーハンマ
（衝撃）が用いられる。エアーハンマはコンプレッサか
らの高圧の圧縮エアーを使うため、ローラビットなどの
回転だけで掘削するビットに比べて掘削性は早いもの
の、大口径になれば成るほどエアー量が増大する。ま
た、削孔中は通常水が孔内にでるのでコンプレッサのエ
ア圧はハンマ作動圧に水頑圧（ヘッド圧) が必要になり
より高圧のコンプレッサが必要になるためコスト高とな
る。 【０００３】エアハンマを使った場合の全断面掘削径で
はφ１．５ｍ程度までが経済分岐点となる。例えばφ
１．５ｍでは合計約１５０ｍ³ ／ｍｉｎ（１０ｋｇ／ｃ
ｍ² ）のエア量を必要とし、大型コンプレッサーを４〜
５台並べて使うため、費用とスペースが莫大になる。大
口径φ２．５ｍの場合２００〜３００ｍ³ ／ｍｉｎとな
り現実的でない。そこで大口径を掘削する場合、外径を
環状に掘削して中の未切削部分を別な方法で排除できれ
ば経済的な掘削が可能となる。環状にエアハンマを配置
する事でエアハンマの本数を多くしないで済み、環状に
掘削する事で削孔面の縁切が可能で、中心部のコアが破
損しやすくなる。このコアはチゼルハンマを落として破
砕し、 クラブハンマで破砕屑を掴み回収する。 【０００４】実開昭６１−２３３８４号公報では複数の
エアハンマ装置を環状に備えた大口径孔掘削機が提案さ
れている。この掘削機は、外管と内管とで構成されたケ
ーシング先端にエアハンマ装置を環状に配置し、エアハ
ンマ装置先端の掘削ビットによる衝撃で切羽面を破砕す
るとともに、ケーシング自体も回転推進させて、大口径
の環状掘削を可能としたものである。この際の未掘削部
の中心部の立ち上がったコアや掘削屑は、ケーシング上
方からケーシング内にクラブハンマを挿入し、コアを破
砕した後にクラブハンマにて回収するものである。 【０００５】また、特公平３−４０１９７号公報におい
ては、給気通路、排気通路、排土通路を備えたドリルロ
ッドにエアハンマ装置を備えた空圧打撃孔掘削装置が提
案されている。この掘削装置は水中でのエアハンマ掘削
を可能とし、ハンマの作動に供したエアを孔内に排気す
ることなく、排気通路を介して地上に戻し排気してい
る。空圧打撃装置先端に設けられた排土口から孔内水と
ともに掘削土を排土している。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】しかし、実開昭６１−
２３３８４号公報にて示された掘削装置では掘削装置の
ケーシング内にバケットを挿入させて残留土を回収させ
るため、ロッドもケーシングと同じ大きさとなる。これ
によりバケットの大きさ以上の径でケーシングを形成す
る必要があり、ケーシングを回転駆動させる駆動装置
（パワースイベル）が大掛かりとなる問題があった。 【０００７】また、特開平３−４０１９７号公報にて示
された掘削装置では、リバース工法で掘削土を回収させ
ることができるため、パワースイベルを小形にできるも
のの、全断面を掘削するためエア量が過大となり、大口
径の環状掘削には不向きであった。 【０００８】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、小規模な掘削装置で大口径の孔掘削を可能とし
た環状掘削装置を提供することを目的とする。 【０００９】 【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成する為に、回転と送りが与えられ、上部に連結部を有
し、下部が開口して中空となったケースと、該ケース下
部に環状に配設され、給気穴ならびに排気穴を有する複
数のエアハンマ装置と、前記連結部に設けられた給気管
と、前記エアハンマ装置の給気穴を連通する前記ケース
に設けられた給気通路と、前記連結部に設けられた排気
管と、前記エアハンマ装置の排気穴を連通する前記ケー
スに設けられた排気通路と、前記連結部に設けられた排
土管と、前記ケース先端に開口する排土口を連通する排
土経路と、を備えたことを特徴とする。 【００１０】本発明の環状掘削装置によれば、複数のエ
アハンマ装置をケース下部に環状に配置したことで、比
較的少ないエアで大口径の岩盤掘削に対応することがで
きる。また、給気通路及び排気通路から複数のエアハン
マ装置に作動エアを分配回収し、排土通路から掘削土を
回収するので、ドリルロッドを小形化して駆動装置を小
形とし、小規模な環状掘削装置で大口径の孔掘削が可能
となる。 【００１１】 【発明の実施の形態】以下、添付図面に従って本発明に
係る環状掘削装置について詳説する。 【００１２】図１に示す実施形態の掘削装置１０は表土
層５０上に設置されたベース１２、リーダ１４、パワー
スイベル１８、連続して連結されたドリルロッド２０、
筒状に形成されたケースからなる環状掘削装置２２など
から構成されている。 【００１３】ベース１２上にはリーダ１４が立設され、
パワースイベル１８がリーダ１４に設けられている。パ
ワースイベル１８はリーダ１４に案内されつつ上下方向
揺動自在に設けられ、リーダ１４に設けられた不図示の
ジャッキによってパワースイベル１８を上下方向に揺動
可能である。 【００１４】パワースイベル１８にはモータ２４，２４
及び回転部２６が設けられ、モータ２４，２４によって
回転部２６を回動させる。また、給気部２８、排気部３
０、排土部３１がパワースイベル１８に設けられてい
る。後述するドリルロッド２０の給気管３２に、給気部
２８を介して圧縮エアを供給する。回転部２６にはドリ
ルロッド２０，２０…が連結され、回転部２６からドリ
ルロッド２０，２０…に回転トルクが与えられる。 【００１５】ドリルロッド２０は、給気管３２、排気管
３４及び排土管３６を有している。一組のドリルロッド
２０は所定の長さで形成されるとともに、連結部を構成
するフランジ３８にて長手方向の両端部で一体に結束さ
れている。 【００１６】図２は図１における矢視Ａに沿ったフラン
ジ３８の断面図を示す。同図に示すようにドリルロッド
２０には、排土管３６を中心として給気管３２及び排気
管３４が配置されている。また、フランジ３８によって
給気管３２、排気管３４及び排土管３６が一体的に結束
支持されている。フランジ３８にはドリルロッド２０を
連結する連結用孔４２，４２…が形成され、この連結用
孔４２，４２…に連結ボルト（図示せず）を螺着してド
リルロッド２０を連結可能としている。また、図示しな
い気密リングがフランジ３８に設けられ、給気管３２、
排気管３４及び排土管３６の気密を維持している。な
お、給気管３２、排気管３４及び排土管３６は上述した
実施形態に限定されず、後述するように複数の給気管３
２及び排気管３４を排土管３６周りに設けてもよい。 【００１７】図１において、連続して連結されたドリル
ロッド２０，２０…には、スタビライザ４６を有したス
タビライザロッド２１を適宜連結させる。このスタビラ
イザ４６は環状掘削装置２２と同径で形成されており、
環状掘削装置２２の鉛直性の維持と回転振れ防止に使用
する。 【００１８】環状掘削装置２２がドリルロッド２０，２
０…（スタビライザロッド２１）下部に設けられてい
る。図３に示すように環状掘削装置２２は、下部が開放
された筒状で形成されている。また、環状掘削装置２２
上部には給気管３２、排気管３４、排土管３６が設けら
れている。給気管３２は環状掘削装置２２上部に固着さ
れ、環状掘削装置２２内に複数設けられて給気通路を構
成する給気連通管６６，６６…に連結されている。同様
に排気管３４も環状掘削装置２２上部に固着され、環状
掘削装置２２内に複数設けられて排気通路を構成する排
気連通管６８，６８…に連結されている。更に、排土管
３６も環状掘削装置２２上部に固着され、環状掘削装置
２２内に形成された排土通路７６に連結されている。 【００１９】環状掘削装置２２の側壁２３内にはエアハ
ンマ装置６０，６０…が設けられ、環状掘削装置２２の
形状に併せて円周方向に複数個、所定の間隔をもって配
設されている（図４参照）。このエアハンマ装置６０
は、筒状に形成されたエアハンマ本体６１と掘削ビット
６２などから構成されている。掘削ビット６２はエアハ
ンマ装置６０先端部に設けられ、エアハンマ装置６０の
軸方向に所定量、摺動自在にスプライン結合されてい
る。また、この掘削ビット６２は環状掘削装置２２下端
から突出するように設けられている。 【００２０】エアハンマ本体６１中央部には圧縮エアに
より上下動するピストン６４が収納されている。エアハ
ンマ本体６１内に給気連通管６６から圧縮エアが供給さ
れると、このピストン６４が振動し、ピストン６４の先
端部で掘削ビット６２に打撃振動が与えられる。そし
て、打撃に供した排気エアは、排気連通管６８を介して
排気管３４に排気され、排気部３１から地上に排気され
る。 【００２１】図４は図３における矢視Ｂに沿った環状掘
削装置２２の断面図である。環状掘削装置２２下端には
排土口７４が設けられ、ドリルロッド２０に設けられた
排土管３６と、排土通路７６で連通されている。掘削土
はエアリフト工法またはサクションポンプによって排土
口７４から泥水とともに排出され、排土通路７６を経て
排土管３６に導かれ、地上まで搬送される（リバース工
法）。 【００２２】前記の如く構成された本発明に係る環状掘
削装置の作用について説明する。 【００２３】図１において、モータ２４，２４を駆動さ
せて回転部２６を回転させ、リーダ１４に設けられたシ
リンダ（図示せず）によりパワースイベル１８を掘削方
向に推進させる。回転部２６の回転トルクがドリルロッ
ド２０，２０…（スタビライザロッド２１）を介して伝
達され、環状掘削装置２２が回転される。ここで、ドリ
ルロッド２０は従来のケーシングを用いた孔掘削機と比
較して、ドリルロッド２０が孔壁と接触しないので、孔
壁との摩擦抵抗を受けず、ドリルロッド２０の回転トル
クを小さくすることができ、これによりパワースイベル
１８も小形なものを用いることができる。 【００２４】図３において、圧縮エアは給気管３２から
給気連通管６６，６６…を経て、エアハンマ装置６０，
６０…に分配され、エアハンマ本体６１内のピストン６
４を振動させる。すると、ピストン６４の先端部で掘削
ビット６２に打撃振動が与えられ、掘削ビット６２が削
孔面５１に繰り返し打撃を与え、削孔面５１が破砕され
る。また、環状掘削装置２２の回転によって削孔面５１
が掘削される。ピストン６４の排気エアは、排気連通管
６８を介して排気管３４に排気され、排気部３０から地
上に排気される。これにより、複数のエアハンマ装置を
ケース下部に環状に配置でき、従来のように全断面掘削
を行わないのでエア量が過大とならず、比較的少ないエ
アで大口径の岩盤掘削を行うことができる。 【００２５】掘削ビット６２で掘削された一部の掘削土
は、エアリフトまたはサクションポンプを利用したリバ
ース工法によって、排土口７４から泥水とともに排出さ
れ、排土通路７６を経て排土管３６に導かれる。排土管
３６により地上まで搬送された掘削土は排土部３１から
排出される。 【００２６】環状掘削装置２２の開口部には掘削されな
い未掘削部５１ａが残留する。この未掘削部５１ａは、
別途設けられたクラブハンマ８０を掘削孔内に挿入して
回収する。すなわち、図５に示すように一端、環状掘削
装置２２を地上まで引き上げて回収した後、クレーン１
００によってクラブハンマ８０を掘削孔内に落下させ、
クラブハンマ８０によって未掘削部５１ａを回収する。
この際、リーダ１４は、ベース１２に設けられた起伏シ
リンダ９２によって傾斜されることで上部空間が開き、
クラブハンマ８０を掘削孔内に落下させる。繰り返しク
ラブハンマ８０で未掘削部を破砕し、つかみ収納し、地
上まで搬送させて未掘削部５１ａを排出させた後、再度
環状掘削装置２２を掘削孔内に挿入させて、引き続き掘
削作業を行う。 【００２７】ドリルロッド２０を延長する場合には、回
転部２６下部に連結されたドリルロッド２０を一端取り
外し、パワースイベル１８をリーダ１４に沿って上昇さ
せ、クレーン９０を用いて新たなドリルロッド２０を連
結させる。小形なドリルロッド２０を継ぎ足すため、継
足作業を容易に行うことができる。ここで、必要に応じ
てスタビライザ４６を有したスタビライザロッド２１を
ドリルロッド２０の代わりに適宜間隔で取り付ける。 【００２８】図６には開口部高さを掘削方向に延長され
た環状掘削装置９８を示す。この環状掘削装置９８は、
基端部９８ａ、中間部９８ｂ、先端部９８ｃからなり、
図示しない連結手段を用いて連結部９９，９９にて夫々
が連結されている。この環状掘削装置９８を用いれば、
一度の掘削作業で深い深度まで環状掘削を行うことがで
きる。更に中間部９８ｂを、基端部９８ａと先端部９８
ｃとの間に複数連結すれば、環状掘削装置９８の開口部
高さを更に延長することが可能となる。この環状掘削装
置９８を用いることで、環状掘削装置９８の鉛直性の維
持及び回転振れ防止の効果が望め、スタビライザ４６と
同様の効果を得ることができる。 【００２９】なお、上述した本発明に係る環状掘削装置
は、前記実施の形態に限定されるものではない。例え
ば、本発明の実施形態ではドリルロッド２０に給気管３
２及び排気管３４を一本ずつ設けたが、これに限ること
なく複数の給気管３２及び排気管３４を排土管３６周り
に設けてもよい。これにより圧縮エア及び排気エアの供
給量及び排出量を増加させ、エアハンマ装置の掘削能力
を上げることができる。なお、好ましくは各管につき２
〜３本程度を排土管３６回りに適宜間隔で設けることが
望ましい。また、排土管３６を複数設ければ、掘削土の
排土量を増加させることができる。 【００３０】また、排土口７４を環状掘削装置２２下端
に２箇所設けたが、これに限ることなくエアハンマ装置
６０，６０…の間に適宜間隔で複数設けても良い。 【００３１】 【発明の効果】上述したように本発明に係る環状掘削装
置によれば、複数のエアハンマ装置をケース下部に環状
に配置したことで、比較的少ないエアで大口径の岩盤掘
削に対応することができる。また、給気通路及び排気通
路から複数のエアハンマ装置に作動エアを分配回収し、
排土通路から掘削土を回収するので、ドリルロッドを小
形化して駆動装置を小形とし、小規模な環状掘削装置で
大口径の孔掘削が可能となる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明に係る環状掘削装置の正面図 【図２】本発明に係る環状掘削装置に用いられるフラン
ジの矢視Ａにおける断面図 【図３】本発明に係る環状掘削装置に用いられるケーシ
ングの詳細図 【図４】本発明に係る環状掘削装置に用いられるケーシ
ングの矢視Ｂにおける断面図 【図５】本発明に係る環状掘削装置に用いられるバケッ
トによる残留土の回収を示す側面図 【図６】本発明に係る環状掘削装置の別の実施形態を示
す側面図 【符号の説明】 １０…掘削装置、２０…ドリルロッド、２２…環状掘削
装置（ケース）、３２…給気管、３４…排気管、３６…
排土管（排土通路）、６０…エアハンマ装置、６６…給
気連通管（給気通路）、６８…排気連通管（排気通
路）、７６…排土通路

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】回転と送りが与えられ、上部に連結部を有
   し、下部が開口して中空となったケースと、 該ケース下部に環状に配設され、給気穴ならびに排気穴
   を有する複数のエアハンマ装置と、 前記連結部に設けられた給気管と、前記エアハンマ装置
   の給気穴を連通する前記ケースに設けられた給気通路
   と、 前記連結部に設けられた排気管と、前記エアハンマ装置
   の排気穴を連通する前記ケースに設けられた排気通路
   と、 前記連結部に設けられた排土管と、前記ケース先端に開
   口する排土口を連通する排土経路と、を備えたことを特
   徴とする環状掘削装置。