JP2006104766A - 削孔装置 - Google Patents

Abstract

【課題】例えばトンネル先受工法等の地山補強工法においてトンネルを掘削すべき先行地山内に削孔を施すと同時に該削孔内に補強用の管を挿入する場合などに用いる削孔装置に係り、削孔時に挿入管に打撃力が極力かからないようにして良好に削孔を施すと同時に該削孔内に挿入管を挿入することができるようにする。
【解決手段】削孔ロッド３の先端側に設けた削孔用ビットＢに回転打撃力を付与して地中に削孔を施すと同時に上記削孔用ビットＢの進行に伴って上記削孔内に挿入管４を順次引き込むようにした削孔装置であって、上記削孔用ビットＢと挿入管４との間に前記削孔ロッド３を挿通可能な緩衝用筒体６を設け、その緩衝用筒体６を上記削孔用ビットＢおよび挿入管４のそれぞれに対して軸線方向に所定距離だけ相対移動可能に構成したことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えばトンネル先受工法等の地山補強工法においてトンネルを掘削すべき先行地山内に削孔を施すと同時に該削孔内に補強用の管を挿入する場合などに用いる削孔装置に関する。更に詳しくは、先端に削孔用ビットを有する中空管状の削孔ロッドの周囲に挿入管を配置した状態で削孔を施す、いわゆる二重管方式の削孔装置であって、上記挿入管としてＧＦＲＰ管等の繊維補強樹脂管を用い、上記削孔用ビットで削孔しながら上記挿入管を削孔内に引き込んだ後、その挿入管を地山補強管として地中に残すような場合に特に有効な削孔装置に関するものである。

従来、例えばトンネル先受工法等の地山補強工法においてトンネルを掘削すべき先行地山内に削孔を施すと同時に該削孔内に補強用の管を挿入する場合には、先端部に削孔用ビットを有する中空管状の削孔ロッドの周囲に上記補強管を構成するための挿入管を配置した状態で削孔を施す、いわゆる二重管方式の削孔装置（二重管削孔システム）は種々提案されている。

下記特許文献１，２は上記のような削孔装置の一例を示すもので、特許文献１は、掘削装置の回転打撃装置による回転力が、アダプタを介して内管とインナービットとリングビットのみに伝達されて挿入管（挿入管）は回転せず、また打撃力は内管からインナービットに伝達されると共に、アダプタを介して打撃面からリングビットの内側の段部に伝達されるようにして、挿入管に回転力や打撃力がかかることなく削孔できるようにしたものである。

また特許文献２は、削孔用ビットとして、外周部が円形の大径部（前記リングビットに該当）と、該大径部の中心部から前向きに突出する小径部（前記インナービットに該当）とを有する２段形状に形成した先端ビットを用い、削孔ロッドの先端部に取付けられる筒状のガイド部材と先端ビットとが嵌合するようにして、その先端ビットに打撃力と回転力および推力が伝達されるようにして、挿入管に回転、打撃力がかかることなく削孔できるようにしたものである。

ところが、上記特許文献１の削孔装置では、内管に伝えられた打撃力はインナービットとリングビットにのみ作用して挿入管には作用しないはずであるが、実際には、削孔している岩盤が固いものから柔らかいものに変わったときなどに、所謂、空打ち状態となって、打撃力がリングビット部分にはあまり作用せずに本来は挿入管の押し込みのために設けてある中押し継手部の挿入管引っ張り面から挿入管の段部に作用して、結果的に挿入管に強い打撃力が伝達されてしまう。

また上記特許文献２の削孔装置では、ガイド部材のパイプ押圧用凸部が挿入管先端に取付けたパイプリーダーの内向き突出部を押してパイプ（挿入管）を削孔内に引き込むようにしてあるので、上記特許文献１と同様に、空打ちになったときにガイド部材がパイプリーダーを叩いて、挿入管に打撃力が伝達されてしまう。

従って、特許文献１，２のいずれにおいても、削孔中に空打ちになって挿入管に打撃力がかかり、その結果、挿入管のねじ部に大きな引張力が作用してしまう。こうした二重管方式の削孔装置では、挿入管のねじ部は既に削孔が施された箇所への「引き込み」或いは「押し込み」には十分な強度が確保されていても岩盤を削孔するための打撃力を受けることには適しておらず、万一、ねじ部が打撃力に耐えられずに破断すれば、それ以上の延長削孔は行えなくなってしまう。

特開平７−２４３２９５号公報 特開２００１−３２６６４号公報

本発明は上記の問題点に鑑みて提案されたもので、削孔時に挿入管に打撃力が極力かからないようにして良好に削孔を施すと同時に該削孔内に挿入管を挿入することのできる削孔装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために本発明による削孔装置は、以下の構成としたものである。即ち、削孔ロッドの先端側に設けた削孔用ビットに回転打撃力を付与して地中に削孔を施すと同時に上記削孔用ビットの進行に伴って上記削孔内に挿入管を順次引き込むようにした削孔装置であって、上記削孔用ビットと挿入管との間に前記削孔ロッドを挿通可能な緩衝用筒体を設け、その緩衝用筒体を上記削孔用ビットおよび挿入管のそれぞれに対して軸線方向に所定距離だけ相対移動可能に構成したことを特徴とする。

上記の構成により、削孔動作時、緩衝用筒体が削孔用ビットと前記挿入管とのそれぞれに対して軸方向に所定距離だけ相対移動することによって、削孔ロッドから伝達される打撃力を緩衝し、挿入管に伝達される打撃力が極力軽減され、その挿入管として例えばＦＲＰ等の繊維強化樹脂やその他の樹脂管を用いた場合、又その樹脂管を複数本カップラ等で接続してねじ部の強度が低い場合においても、ねじに掛かる負荷が軽減され、耐久的である。また削孔時の打撃力は主として削孔用ビットまたは緩衝用筒体に作用し、挿入管への影響を極力少なくすることが可能となり、上記挿入管の耐久性・信頼性をより一層増大させることができる。

以下、本発明を図に示す実施形態の基づいて具体的に説明する。図１（ａ）は本発明による削孔装置の一実施形態を示す一部を拡大した縦断面図、同図（ｂ）は削孔用ビット部分を更に拡大した縦断面図である。

図において、Ｂは削孔用ビットであり、本実施形態の削孔用ビットＢは、インナービット１とリングビット２とよりなり、そのリングビット２はインナービット１の外周に脱着可能に設けられている。そのインナービット１とリングビット２との間には、インナービット１をリングビット２に対して所定の方向（削孔時の回転方向）に回動したときに互いに係合する凹凸係合部（不図示）が設けられ、インナービット１を上記と反対方向に回動したときには上記凹凸係合部の係合状態が解除され、その状態でインナービット１を図１で右方に移動させると、リングビット２から引き抜くことができる。

上記インナービット１は略筒状に形成され、そのインナービット１に中空管状の削孔ロッド３を連結したもので、図の場合はインナービット１の内孔１ａの大径雌ねじ部１ｂに、外周面に螺旋溝を有する削孔ロッド３をねじ込んだ構成である。上記内孔１ａの前端部には、フラッシング水排出孔１ｃが設けられ、削孔時に図に省略した給水源から削孔ロッド３内および上記内孔１ａ内を経て上記排出孔１ｃからインナービット１の斜め前方にフラッシング水を排出させる構成である。

上記インナービット１の周囲には、削孔時に生じるスライムを上記フラッシング水とともに排出するスライム排出通路１ｄが、インナービット１の軸線方向と略平行に且つインナービット１の周方向に複数個、図の場合は３つ設けられている。図中、１ｅは前記の内孔１ａから上記スライム排出通路１ｄに向かって斜め後方に傾斜させて設けた排水孔、１ｆ，２ｆはインナービット１およびリングビット２に設けた切削突起である。

上記削孔ロッド３の周囲には挿入管４が設けられ、その挿入管４の端部にはケーシングシュー５がねじ結合等によって一体的に連結されている。そのケーシングシュー５と前記リングビット２との間には、両者を連結する緩衝用筒体６が設けられ、その緩衝用筒体６の内周面側の両端部と中央部には、半径方向内方に突出する突条６ａ，６ｂ，６ｃが設けられている。その両端部の突条６ａ，６ｂはリングビット２とケーシングシュー５の外周面に形成した凹溝条２ａ，５ａに嵌合し、中央部の突条６ｃは常時リングビット２とケーシングシュー５との間に位置するように構成されている。

上記の構成において、岩盤等を削孔して挿入管をその削孔内に埋設するに当たっては、例えば以下の要領で作業を行えばよい。即ち、リングビット２は予め緩衝用筒体６を介して挿入管４の先端に装着したケーシングシュー５に連結しておく。そして、上記インナービット１に削孔ロッド３を連結すると共に、その削孔ロッド３を挿入管内に挿入して、リングビット２とインナービット１を係合する。

その状態で、図３（ａ）に示すように削孔ロッド３の後端部をドリルジャンボのガイドシェル７等に設けたドリフター等の回転打撃装置８にシャンクスリーブ９等を介して連結し、その回転打撃装置８の回転と打撃力とを上記削孔ロッド３を介してインナービット１およびリングビット２に伝達する。それと同時に、図に省略した給水源から上記シャンクスリーブ９等を介して削孔ロッド３内に水を供給し、それによってインナービット１の前記貫通孔１ｂから該ビット１の前方にフラッシング水を噴出させながら岩盤等の壁面Ｗに削孔を施す。

その際、上記のフラッシング水によって上記インナービット１とリングビット２が潤滑されると同時に冷却され、その両ビット１，２の回転と打撃力とによって岩盤等が切削されていく。又その切削によって生じるスライムは、上記フラッシング水によって流動化してインナービット１に形成したスライム排出通路１ｄから削孔ロッド３と挿入管４との間の空間内に流入した後、それらの後端開口から外部に排出される。

上記のようにして削孔を施しながら、インナービット１と共に移動するリングビット２の孔奥側への前進に伴って緩衝用筒体６およびケーシングシュー５を介して挿入管４を上記削孔内に順次引き込んで行くもので、その際、リングビット２は挿入管４に対して回転自由であるので、リングビット２は回転するが、挿入管４は孔壁との摩擦接触等によって殆ど回転することなく引き込まれていく。

また回転打撃装置８の打撃力は、削孔ロッド３を介してインナービット１に伝達され、そのインナービット１の基部がリングビット２の端面を叩くようにして、専らリングビット１に伝達されるが、そのリングビット１は岩盤を削孔するために頑強に形成されており、また他の部材と螺合されていないので、打撃を受けても何ら支障はない。

さらに削孔時、挿入管４は前記のようにリングビット２により緩衝用筒体６とケーシングシュー５とを介して削孔方向前側に引っ張られて削孔内に引き込まれるが、インナービット１とリングビット２は、回転打撃装置８による打撃と、切削突起１ｆ、２ｆが設けられたビット面が岩盤に叩きつけられて受ける反力によって、常時軸方向に振動しようとする力が作用している。回転打撃装置８が打撃を与えて岩盤が削れた瞬間には図１（ｂ）に示すように、リングビット２と緩衝用筒体６とケーシングシュー５とが軸線方向に最も伸長した状態にあり、このとき挿入管４は緩衝用筒体６とケーシングシュー５を介して前方に引っ張られるが、次の瞬間にはビット面は岩盤切削面から強い反力を受けてしまう。従って、回転打撃装置８による打撃時の力が解放された瞬間には、図２（ａ）に示すように、リングビット２と緩衝用筒体６とケーシングシュー５及びこれに接続した挿入管４とが軸線方向に最も接近した状態となる。

次に再び打撃があると、図２（ａ）に示す状態からリングビット２は緩衝用筒体６に対して前方に移動し、図２（ｂ）に示す状態となり、さらに、リングビット２が緩衝用筒体６を引っ張って、図１（ｂ）に示す状態（挿入管４を牽引する状態）になる。この繰り返し動作において、リングビット２と緩衝用筒体６は相対的に本例では１ｃｍ程度、緩衝用筒体６とケーシングシュー５即ち挿入管４は相対的に本例では１ｃｍ程度、それぞれ移動可能となっているため、その間、つまり本例では合計２ｃｍの移動範囲においては、挿入管４には軸方向の力が作用しない。従って、リングビット２を介して緩衝用筒体６および挿入管４に作用する打撃力や衝撃を段階的に緩和もしくは吸収できるため、実際に挿入管４にかかる衝撃は可及的に低減することができる。

また、岩盤面からの押圧力が強い状態から、いきなり軟弱な岩に当たった場合には、図２（ａ）に示す状態から削孔ロッド３がインナービット１、リングビット２に不要に強い打撃力を伝達してしまうが、この場合にも、その打撃力は直接ケーシングシュー５を介して挿入管４に作用することなく一旦緩衝用筒体６を介して衝撃吸収された形となるため、挿入管４に対する打撃力の伝達は可及的に低減される。

なお上記挿入管４の後端部とシャンクスリーブ９との間には、図３（ｂ）および（ｃ）に示すような推進補助手段２０を設けるとよく、図の場合はその推進補助手段２０としてスライム排出用の孔２１ａが設けられた筒状の推進体２１を、回転打撃装置８の前進動作に伴って前方に移動可能に設けたものである。即ち、回転打撃装置８は、削孔ロッド３が削孔により前進した分だけガイドシェル７に対して前進移動可能な形でベッド２２上に搭載されており、本例では、そのベッド２２に、上記推進体２１の支持用の円盤体２３を備えたフレーム２４をボルト２５で固定してある。上記円盤体２３には推進体２１の内径に嵌合自在な凸条２３ａが形成されており、削孔動作時にはその凸条２３ａに推進体２１を嵌める。

一方、挿入管４の後端部には、その最後端のカプラ接続用ねじを利用して挿入管接続用のカプラ１４によって、挿入管４と略同径の筒状部材２６を連結しておき、その筒状部材２６には、バネ部材２７を設けておく。そして、前記推進体２１がバネ部材２７を介して挿入管４を押圧し得るように両者を連結する。すると、挿入管４には回転打撃装置８の打撃力が伝達されることなく、削孔により該回転打撃装置８が前進した分だけ推進体２１を介して挿入管４が前方に押される形となり、これによって、挿入管４の推進動作が一層円滑なものとなる。なお、回転打撃装置８の打撃動作による振動は、前記ベッド２２を介してフレーム２４に若干伝達されることは止むを得ないが、本例では、推進体２１がバネ部材２７を介して挿入管４を前方に押圧することによって、挿入管４にこの打撃力が伝達されることも防止することができる。

上記のようにして挿入管４に作用する打撃力や衝撃を緩和もしくは緩衝しながら順次削孔を施していくもので、そのとき、上記削孔ロッド３と挿入管４とは、それぞれ必要に応じてカップラ１３，１４等で継ぎ足していく。そして、所定の深さまで削孔したところで削孔ロッド３およびインナービット１を孔から引き抜くもので、本実施形態においては削孔ロッド３と共にインナービット１を削孔時と反対方向に回転して前記凹凸係合部の係合を解除した後、上記削孔ロッド３と共にインナービット１を削孔の開口側に引き抜けばよい。それによってリングビット２とケーシングシュー５および挿入管４を削孔内に残留させたままでインナービット１および削孔ロッド３を削孔から引き抜き回収して再使用することができる。

上記のようにしてインナービット１と削孔ロッド３を引き抜き除去した後には、例えばトンネル先受工等の地山補強工法にあっては、上記削孔内に残留する挿入管４を利用して地山を補強するもので、その挿入管としては、例えば周壁に複数の吐出孔が穿設されている鋼管または塩化ビニール管もしくは繊維強化樹脂管等を用いる。又その挿入管は前述のように削孔時に順次接続（継ぎ足）しながら所定の仰角で地山に打設して、その接続された複数本の挿入管を補強管として、その補強管内に注入管もしくはインナー管を収容して固結材の注入を行い、その補強管内およびその周囲の地山に定着領域もしくは固結領域を形成して地山を補強するものである。上記の接続された複数本の挿入管は水抜き管としても用いることができる。

なお、上記実施形態においては、リングビット２とケーシングシュー５とを緩衝用筒体６で連結して、削孔時のリングビット２の前進動作で緩衝用筒体６およびケーシングシュー５を介して挿入管４を削孔内に引き込むようにしたが、上記緩衝用筒体６をインナービット１とケーシングシュー５とに連結して、削孔時のインナービット１の前進動作で緩衝用筒体６およびケーシングシュー５を介して挿入管４を削孔内に引き込むようにしてもよい。また上記挿入管４はケーシングシュー５を介することなく緩衝用筒体６に直接連結してもよい。

また上記実施形態は、削孔用ビットＢとしてインナービット１とリングビット２とからなるものを用いたが、これに限らず各種構成のものが適用可能であり、図４はその一例を示すものである。同図（ａ）〜（ｃ）は、いずれも上記インナービット１とリングビット２とを一体化したような先端ビットを用いるもので、以下順に説明する。

図４（ａ）は削孔ロッド３の先端にビットアダプタ１１をねじ結合等によって連結し、そのビットアダプタ１１の前部に内外一体形の先端ビット１２を設けたものである。削孔時、上記ビットアダプタ１１は先端ビット１２と係合して一体に回転し、削孔後ビットアダプタ１１を削孔ロッド３と共に反転して引き抜くと、先端ビット１２から容易に分離して回収することができる。

そして本例は上記先端ビット１２と、挿入管４に取付けたケーシングシュー５とを緩衝用筒体６で連結したもので、その緩衝用筒体６の両端部に設けた突条６ａ，６ｂは、それぞれ先端ビット１２とケーシングシュー５とに形成した凹溝条１２ａ，５ａに係合し、その凹溝条１２ａ，５ａの幅を突条６ａ，６ｂの幅よりも大きく形成することによって、その差の範囲内で先端ビット１２およびケーシングシュー５と緩衝用筒体６とは軸線方向に相対移動可能である。

また上記ビットアダプタ１１には突部１１ｄが、また緩衝用筒体６には上記突部１１ｄが係合する段部６ｄがそれぞれ設けられ、削孔時に削孔ロッド３とともにビットアダプタ１１を孔奥側に前進させたとき上記突部１１ｄが段部６ｄに当接して緩衝用筒体６が前進し、それに連動してケーシングシュー５を介して挿入管４が削孔内に引き込まれる構成である。なお削孔時、上記ビットアダプタ１１と先端ビット１２とは互いに軸線方向に僅かに相対移動し得るように構成されている。他の構成は前記実施形態とほぼ同様であり、図中、１１ａはビットアダプタ１１の中心孔、１１ｃはスライム排出通路、１２ｃはフラッシング水排出孔、１２ｆは切削突起である。

上記の構成において、削孔時、先端ビット１２およびケーシングシュー５と緩衝用筒体６とは前記の幅の差の範囲内で軸線方向に相対移動可能であり、ビットアダプタ１１や先端ビット１２に衝撃力が作用したときには、上記の範囲内で互いに相対移動することによって前記実施形態とほぼ同様の要領で打撃力を緩和もしくは吸収することができるものである。

次に、図４（ｂ）は先端ビット１２の前面を略平らに形成すると共に、緩衝用筒体６の突条６ｂとケーシングシュー５の凹溝条５ａの向きを内外反対にした以外は図４（ａ）と略同様であり、また図４（ｃ）はビットアダプタ１１と緩衝用筒体６とに突部１１ｄおよび段部６ｄを設ける代わりに、ビットアダプタ１１と先端ビット１２とに突部１１ｅと凹部１２ｅを設け、削孔時、削孔ロッド３とともにビットアダプタ１１が孔奥側に前進したとき先端ビット１２も同方向に前進し、それに連動して緩衝用筒体６およびケーシングシュー５を介してそれに連結した不図示の挿入管を削孔内に引き込む構成である。上記以外の構成は図４（ｂ）および（ｃ）のいずれの場合も前記実施実施形態と同様であり同様の作用効果が得られる。

以上のように本発明による削孔装置は、削孔用ビットと挿入管との間に緩衝用筒体を設け、その緩衝用筒体を上記ビットおよび挿入管のそれぞれに対して軸方向に所定距離だけ相対移動可能に構成するだけの極めて簡単な構成によって、削孔時の打撃力が挿入管に伝わるのを可及的に低減できるもので、例えば上記挿入管としてＧＦＲＰ管等の繊維補強樹脂管を用いる場合にも、また特に複数本の樹脂管を順次カプラでつないで挿入する場合にも比較的強度の小さいねじ部でも損傷することなく確実に挿入することが可能となり、耐久性および施工性のよい削孔装置を提供することができる。

（ａ）は本発明による削孔装置の一実施形態を示す一部を拡大した縦断面図、同図（ｂ）は削孔用ビット部分を更に拡大した縦断面図。 （ａ）および（ｂ）は上記削孔装置の動作状態を示す拡大縦断面図。 （ａ）〜（ｃ）は削孔状態の説明図。 （ａ）〜（ｃ）は他の削孔装置の拡大縦断面図。

符号の説明

Ｂ 削孔用ビット
１ インナービット
２ リングビット
２ａ 凹溝条
３ 削孔ロッド
４ 挿入管
５ ケーシングシュー
５ａ 凹溝条
６ 緩衝用筒体
６ａ〜６ｃ 突条
７ ガイドシェル
８ 回転打撃装置
９ シャンクスリーブ
１１ ビットアダプタ
１２ 先端ビット
２０ 推進補助手段
２１ 推進体

Claims (6)

1. 削孔ロッドの先端側に設けた削孔用ビットに回転打撃力を付与して地中に削孔を施すと同時に上記削孔用ビットの進行に伴って上記削孔内に挿入管を順次引き込むようにした削孔装置であって、
   上記削孔用ビットと挿入管との間に前記削孔ロッドを挿通可能な緩衝用筒体を設け、その緩衝用筒体を上記削孔用ビットおよび挿入管のそれぞれに対して軸線方向に所定距離だけ相対移動可能に構成したことを特徴とする削孔装置。
2. 前記削孔用ビットは、インナービットとリングビットまたは先端ビットからなり、削孔時、前記削孔ロッドの先端部に装着したインナービットまたはビットアダプタからリングビットまたは先端ビットおよび前記緩衝用筒体を介して前記挿入管を削孔内に引き込むようにした請求項１記載の削孔装置。
3. 前記削孔用ビットは、インナービットとリングビットまたは先端ビットからなり、削孔時、前記削孔ロッドの先端部に装着したインナービットまたはビットアダプタから前記緩衝用筒体を介して前記挿入管を削孔内に引き込むようにした請求項１記載の削孔装置。
4. 前記挿入管の後端部と、前記削孔ロッドが接続される回転打撃装置の間に、該回転打撃装置の前進動作に伴って前記挿入管を前方に押圧可能な推進補助手段を設けた請求項１〜３のいずれかに記載の削孔装置。
5. 前記挿入管は、周壁に複数の吐出孔が穿設されている鋼管または繊維強化樹脂管からなり、該挿入管を順次接続しながら所定の仰角で地山に打設して、その接続された複数本の挿入管を補強管として該管内に注入管もしくはインナー管を挿入して固結材の注入を行い、上記補強管の周囲の地山に定着領域もしくは固結領域を形成する地山補強工法に用いるものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の削孔装置。
6. 前記挿入管は、周壁に複数の吐出孔が穿設されている塩化ビニール管又は繊維強化樹脂管からなり、該挿入管を順次接続しながら所定の仰角で地山に打設して、その接続された複数本の挿入管を水抜き管として用いることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の削孔装置。

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