JP2006328756A - 削孔装置および削孔方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 フラッシング媒体として気体を用いた場合でも、フラッシングを確実に行うことができる削孔装置および削孔方法を提供する。
【解決手段】 削孔装置１は、先受鋼管１０を備えている。先受鋼管１０の先端部には、削孔ビット２０が取り付けられており、先受鋼管１０の後端部には、スイベルジョイント３０を介して削岩機４０が接続されており、削岩機を駆動させて地山の掘削を行う。先受鋼管１０には、気体流通往路ＶＴと気体流通復路ＶＢが形成され、削孔ビット２０には気体流通往路ＶＴから気体流通復路ＶＢに向けて空気を噴射する案内路２５が形成されている。この空気の噴射により、気体流通復路ＶＢに負圧が発生し、この負圧により、削孔ビット２０の掘削によって生じたくり粉を吸引する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、削孔装置および削孔方法に係り、特に、トンネルの周囲における地山の補強を行うための長尺先受工法などに用いて好適な削孔装置および削孔方法に関する。

地質条件の悪い地山にトンネルを施工する際、トンネルの周囲において地山の安定化を図る、いわゆる先受工法を行うことがある。この先受工法は、トンネルアーチの外周に沿って補強管を打設し、補強管と地山との間に硬化剤などを注入することにより、切羽の前方における地中に補強材アーチを形成するというものである。

このような先受工法における削孔方法として、従来、特開平１１−１７３０５７号公報に開示されたものがある。この削孔方法は、削孔ビットが装着された内管ロッドと、内管ロッドを収容する外管とを用いたいわば二重管構造をなす装置を用いており、内管ロッドには、削孔水やエアなどの冷却媒体を削孔ビットに供給する媒体供給通路が貫通形成されている。内管ロッドには、ドリフタが取り付けられており、ドリフタを駆動することにより内管ロッドを介して削孔ビットに推力、回転、打撃が加えられて削孔が行われる。また、削孔ビットに冷却媒体が供給されることにより、スライムが内管ロッドの外側および外管の内側を通過して、外管ロッドの後端部に送られる。外管の後端側は解放されており、この解放部分がスライムの排出口とされている。
特開平１１−１７３０５７号公報

しかし、上記特許文献１に開示された削孔工法においては、内管から冷却媒体を供給している。このため、冷却媒体（フラッシング媒体）として削孔水が用いられる場合には、スライムの除去などを含めた外管内のフラッシングを好適に行うことができるものの、削孔水を用いた場合には、高圧かつ大量の削孔水を供給すると、削孔孔における孔壁の崩落の危険性などが懸念される。

また、エアなどの気体が冷却媒体（フラッシング媒体）として用いられる場合には、冷媒供給通路が形成されている二重管における内管の径が小さいため、十分な圧力でエアを供給することが困難である。したがって、冷却媒体としてエアなどを用いる場合には、フラッシングを十分に行うことができないという問題があった。

特に、長尺である長尺先受鋼管を用いた場合には、フラッシング媒体として気体を用いた場合に、フラッシングを十分に行うことができないという問題が顕著となるものであった。

また、上記特許文献１に開示された削孔工法では、エアの供給などによるフラッシング作業を行う必要がある。このため、装置構成が複雑となるという問題もあった。

そこで、本発明の課題は、フラッシング媒体として気体を用いた場合でも、フラッシングを確実に行うことができる削孔装置および削孔方法を提供することにある。また、他の課題は、簡素な構成の装置を用いて掘削作業を行うことができる掘削装置および掘削方法を提供することにある。

上記課題を解決した本発明に係る削孔装置は、先端部に配置され、地山を掘削するビット部材と、内管と外管とを備え、内管内に気体流通往路が形成されるとともに、内管と外管との間に気体流通復路が形成され、ビット部材の後端部に先端が接続された先受鋼管と、先受鋼管の後端部に接続され、先受鋼管における気体流通往路に気体を流入させる気体流入部を備えるとともに、気体流通復路を流通してきた気体を排出する排出部を備えるジョイント部材と、ジョイント部材における供給部に気体を供給する気体供給手段と、ジョイント部材に取り付けられ、ジョイント部材および先受鋼管を介してビット部材に掘削力を付与する掘削力付与手段と、を備え、ビット部材には、ビット部材によって地山を掘削して生じた土砂を気体流通往路に導入する土砂排出部と、気体流通往路を流通した気体を気体流通往路から気体流通復路に向けて案内する複数の案内路と、が形成されており、案内路を気体が流通することにより、土砂排出部を介して気体流通往路に向けて土砂が吸引されるものである。

本発明に係る削孔装置においては、本発明に係る削孔装置においては、フラッシング媒体として液体ではなく気体を用いている。このため、液体を供給した場合などにおける削孔孔における孔壁の崩落の心配などを低くすることができる。また、本発明に係る削孔装置において、ビット部材には、地山を掘削して生じた土砂を気体流通往路に導入する土砂排出部と、気体流通往路を流通した気体を気体流通往路から気体流通復路に向けて案内する複数の案内路と、が形成されている。このため、ビットの掘削によって生じた土砂を気体流通復路にスムーズに導入させ、さらに排出口まで搬送することができる。したがって、土砂の排出を容易に行うことができる。

なお、本発明における気体とは、純粋な気体のほか、ミスト状や泡状の添加剤を含有する気液混合体をも含むものである。

ここで、気体流通往路を流通した気体を、気体流通往路から先受鋼管の基端側に向けて噴出する気体噴出部が形成されている態様とすることができる。

このような気体噴出部が形成されていることにより、ビット部材によって掘削した土砂を気体流通復路に確実に導入することができるので、さらに土砂の排出を良好に行うことができる。

また、ビット部材に、先受鋼管における内管が嵌入される嵌入凹部が形成され、内管における外周面にテーパが付されており、内管が嵌入凹部に嵌入された際、内管と嵌入凹部との間に、気体流通往路を流通した気体が気体流通復路に向けて噴射される隙間が形成されている態様とすることもできる。

あるいは、ビット部材に、先受鋼管における内管が嵌入される嵌入凹部が形成され、内管における外周面に凹溝が形成されており、内管が嵌入凹部に嵌入された際、内管における凹溝と嵌入凹部との間に、気体流通往路を流通した気体が気体流通復路に向けて噴射される隙間が形成されている態様とすることもできる。

このように、内管における外周面にテーパが付され、または凹溝が形成されて内管が嵌入凹部に嵌入された際、内管と嵌入凹部との間に、気体流通往路を流通した気体が気体流通復路に向けて噴射される隙間が形成されていることにより、さらに確実に土砂を気体流通復路に導入することができる。

さらに、ビット部材に、気体流通往路を流通した空気をビット部材によって掘削される地山に向けて噴出する噴出孔が形成されている態様とすることもできる。

このように、気体流通往路を流通した空気をビット部材によって掘削される地山に向けて噴出する噴出孔が形成されていることにより、掘削された土砂の攪拌を行うことができるので、さらに確実に土砂を気体流通復路に導入することができる。

また、ジョイント部材における排出部に、吸引手段が設けられている態様とすることもできる。

このように、ジョイント部材における排出部に吸引手段を設けることにより、気体流通往路における土砂の残存を防ぐことができるので、さらに確実に土砂の排出を行うことができる。

さらに、気体流通復路を流通する気体を、ジョイント部材における排出部に案内する方向制御板が設けられている態様とすることもできる。

このように、気体流通復路を流通する気体を排出部に案内する方向制御板が設けられていることにより、気体によって搬送される土砂を確実に排出部に案内することができるので、よりスムーズに土砂の排出を行うことができる。

また、ビット部材と先受鋼管における内管との間、およびビット部材とジョイント部材との間のうちの少なくと一方に、先受鋼管の軸方向に向けた弾性を有する弾性部材を介在させた態様とすることもできる。

このような弾性部材を設けることにより、先受鋼管における内管をビット部材やジョイント部材に対してその軸方向に移動可能とすることができる。このような移動を可能とすることにより、ビット部材に形成された案内路を内管によって塞いだり、内管とジョイント部材との間に土砂が詰まったりすることを防止することができる。

さらに、ジョイント部材がスイベルジョイントであり、掘削力付与手段は、回転、打撃、および押付による掘削力を付与する態様とすることもできる。

このように、ジョイント部材としてスイベルジョイントを用い、掘削力付与手段によって回転、打撃、および押付の掘削力を付与することにより、ビット部材における掘削孔の掘削力を高いものとすることができる。

また、上記課題を解決した本発明に係る削孔方法は、上記のいずれかの削孔装置を用い、気体供給手段から気体を供給することにより、先受鋼管における気体流通往路および気体流通復路に気体を流通させるとともに、掘削力付与手段によって、ジョイント部材および先受鋼管を介してビット部材に掘削力を付与し、土砂排出部から土砂を吸引しながら、ビット部材によって削孔を行うことを特徴とする。

本発明に係る削孔装置および削孔方法によれば、フラッシング媒体として気体を用いた場合でも、フラッシングを確実に行うことができる。また、簡素な構成の装置を用いて掘削作業を行うことができる。

以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、各実施形態において、同一の機能を有する部分については同一の符号を付し、重複する説明は省略することがある。まず、本発明の第一の実施形態について説明する。図１は、本発明の第一の実施形態に係る削孔装置の側断面図である。

図１に示すように、本実施形態に係る削孔装置１は、先受鋼管１０を備えている。先受鋼管１０は、長さが約１０ｍとされており、外側に配設された外鋼管１１と、外鋼管１１の内側に配設された内鋼管１２とを備えている。さらに、外鋼管１１は、先頭外管１３と端末外管１４を有している。この先頭外管１３の後部と、端末外管１４の前部には、継手部が形成されている。これらの継手部同士をネジ結合等することにより、先頭外管１３と端末外管１４とが接続されて外鋼管１１が形成される。

また、内鋼管１２は、先頭内管１５と中間内管１６と端末内管１７とを有している。先頭内管１５の後端部と中間内管１６の先端部、および中間内管１６の後端部と端末内管１７の先端部は、それぞれ気密的に接続されている。先頭内管１５の先端部は、先端側が後端側よりも縮径されるテーパを有している。また、先頭内管１５の長手方向中央胴部には、スタビライザ１８が取り付けられている。スタビライザ１８の外径は、外鋼管１１の内径よりもわずかに短く設定されている。

外鋼管１１の内側と内鋼管１２の外側との間、および内鋼管１２の内側にはそれぞれ気体が流通可能な気体流通路が形成されている。このうちの内鋼管１２の内側に形成された流路が気体流通往路ＶＴとなり、外鋼管１１の内側と内鋼管１２の外側との間に形成された流路が気体流通復路ＶＢとなる。

外鋼管１１の先端部には、本発明のビット部材である削孔ビット２０が取り付けられており、外鋼管１１の後端部には、本発明のジョイント部材であるスイベルジョイント３０が取り付けられている。削孔ビット２０は、外鋼管１１の先端部にねじ結合されて固定されている。

また、図２に示すように削孔ビット２０の後端部であって、外鋼管１１との接合部分よりも内側位置には、筒状の嵌入凹部２１が形成されている。嵌入凹部２１には、後部側が開口しており、この開口部分から先受鋼管１０の内鋼管１２における先頭内管１５の先端部に形成されたテーパ部位が挿入されている。

さらに、削孔ビット２０の正面には、複数のボタンビット２２が設けられており、これらのボタンビット２２によって地山を掘削して削孔を行う。また、削孔ビット２０には、本発明の噴出孔であるエア噴射口２３が形成されている。削孔ビット２０には、先受鋼管１０を介してフラッシングエアが供給され、このフラッシングエアはエア噴射口２３から掘削面に向けて噴出される。なお、ボタンビット２２に代えて、出入り可能なクロスビットを用いることもできる。

また、削孔ビット２０には、本発明の土砂排出部である土砂流通口２４が形成されている。ボタンビット２２によって地山が掘削されて発生する土砂（以下「くり粉」という）は、エア噴射口２３から排出された空気（フラッシングエア）とともに、土砂流通口２４を通って先受鋼管１０内における外鋼管１１の内側であって内鋼管１２の外側に形成された気体流通復路ＶＢに導入される。図３（ａ）に示すように、エア噴射口２３は、削孔ビット２０の前面の中央部に形成されており、土砂流通口２４は、削孔ビット２０の前面の３箇所に形成されている。

さらに、削孔ビット２０には、気体流通往路ＶＴと気体流通復路ＶＢとをつなぐ案内路２５が形成されている。案内路２５は、削孔ビット２０の径方向から軸方向後方に向けて形成されており、気体流通往路ＶＴから供給された空気を気体流通復路ＶＢに案内する。図３（ｂ）に示すように、この案内路２５は複数、本実施形態では６箇所に形成されている。

また、図４（ａ）に示すように、削孔ビット２０における嵌入凹部２１の断面は円形をなしており、内鋼管１２における先頭内管１５の断面は、矩形状の四隅を円形に面取りした形状をなしている。このため、嵌入凹部２１と先頭内管１５との間には隙間２６が形成されている。気体流通往路ＶＴから供給された空気は、この隙間２６から気体流通復路ＶＢに噴射される。先頭内管１５における先端部には、径方向に沿った気体流路１９が形成されている。

さらに、図４（ｂ）に示すように、中間内管１６は、断面円形をなす円筒形状をなしている。この中間内管１６に対して、３枚のスタビライザ１８がそれぞれ中間内管１６の径方向に等間隔で離間して配置されている。このスタビライザ１８により、同軸状に配置された外鋼管１１と内鋼管１２との位置関係が維持されている。

他方、外鋼管１１の後端部に接続されたスイベルジョイント３０は、図１に示すように、スイベルボディ３１およびスイベルアダプタ３２を備えている。スイベルボディ３１は、筒状の部材であり、その内部にスイベルアダプタ３２が設けられ、スイベルアダプタ３２はスイベルボディ３１に対して摺動しながら相対的に回動可能とされている。スイベルジョイント３０のスイベルアダプタ３２が、先受鋼管１０における外鋼管１１の後端部にネジ結合等されて固定されて、スイベルジョイント３０が先受鋼管１０に固定されている。さらに、スイベルアダプタ３２の中央部位には、内鋼管１２における端末内管１７が挿入されて固定されている。

また、スイベルボディ３１とスイベルアダプタ３２との間には、シール材３３が設けられている。このシール材３３をスイベルボディ３１とスイベルアダプタ３２との間に設けることにより、スイベルアダプタ３２内に供給されたエアがスイベルボディ３１とスイベルアダプタ３２との間から漏れるのを防止している。

さらに、スイベルアダプタ３２には、気体供給路であるエア通路３４が形成されており、スイベルボディ３１には、エア通路３４に連通するエア流入口３５が設けられている。エア通路３４は、端末内管１７に形成された気体流通往路ＶＴと連通しており、エア流入口３５には、本発明の気体供給手段であるコンプレッサ３６が接続されている。

コンプレッサ３６は、エア流入口３５を介してスイベルアダプタ３２に形成されたエア通路３４に対して圧縮したエアを供給する。コンプレッサ３６から供給される空気は、エア流入口３５およびエア通路３４を介して気体流通往路ＶＴに導入される。ここで、スイベルアダプタ３２におけるエア通路３４は、スイベルアダプタ３２の周方向に沿って形成された部分と軸方向に形成された部分とを有している。このため、スイベルアダプタ３２がスイベルボディ３１に対して相対的に回転した場合であっても、エア流入口３５から流入したエアをエア通路３４に供給可能とされている。

また、スイベルボディ３１には、エア排出路３７が形成されている。このエア排出路３７も、スイベルアダプタ３２の周方向に沿って形成された部分を有している。このため、スイベルボディ３１に対して相対的に回転した場合であっても、エア排出路３７と気体流通復路ＶＢとは連通した状態を維持する。エア排出路３７は、先受鋼管１０に形成された気体流通復路ＶＢと連通しており、気体流通復路ＶＢを流通してきた空気および空気に混入されるくり粉をスイベルボディ３１の外側に排出する。さらに、エア排出路３７の出口位置には、気体を吸引する吸引装置３８が設けられている。吸引装置３８には、コンプレッサ３６から圧縮空気が供給され、この圧縮空気に対して数倍の力でエア排出路３７から空気を吸引するものである。

さらに、先受鋼管１０における内鋼管１２のうちスイベルボディ３１のエア排出路３７の部位に配置された部分には、図５に拡大して示す方向制御板３９が設けられている。方向制御板３９は、断面形状として、先受鋼管１０の先端側が曲線状をなし、後端側が直線状をなす形状を回転させてなる曲面と平面とを有する形状をなしている。この気体流通復路ＶＢを流通した空気および空気に含まれるくり粉は、曲面部分に当接し、エア排出路３７の方向へと案内される。

また、スイベルジョイント３０におけるスイベルアダプタ３２の先端部には、先受鋼管１０が接続されており、スイベルアダプタ３２の後端部には、削岩機４０におけるシャンクロッド４１がネジ結合されて固定されている。削岩機４０は、回転、打撃、押付などの掘削力を付与することができ、削岩機４０によって与えられた掘削力は、シャンクロッド４１およびスイベルアダプタ３２を介して外鋼管１１に与えられ、さらに外鋼管１１を介して削孔ビット２０に与えられる。また、スイベルアダプタ３２の軸方向に延在するエア通路３４は、先受鋼管１０の内部に流通している。このエア通路３４から流出するエアは、先受鋼管１０内に流入する。

さらに、図１に示すように、先受鋼管１０の先端部分において、内鋼管１２と削孔ビット２０との間には、削孔ビット２０に対して内鋼管１２を相対的に後端側に付勢する第一スプリング４５が設けられている。さらに、先受鋼管１０の後端部分において、内鋼管１２とスイベルジョイント３０との間には、スイベルジョイント３０に対して内鋼管１２を先端側に付勢する第二スプリング４６が設けられている。これらの第一スプリング４５および第二スプリング４６の付勢力により、内鋼管１２は、削孔ビット２０およびスイベルジョイント３０に対してスライド可能とされている。

さらに、図７に示すように、図１には図示しないが、先受鋼管１０における外鋼管１１には、その軸方向に離間して配置された複数の貫通孔１０Ａが形成されている。この貫通孔１０Ａには、図６にも示す蓋部材となるキャップ５０が取り付け可能とされている。キャップ５０は、円筒形状の本体部５１と本体部５１の底部に設けられた底板部５２とを有している。本体部５１の厚さ（高さ）は、外鋼管１１の肉厚よりも薄くされている。また、底板部５２には、一文字状の貫通部５３が形成されている。キャップ５０は、ゴム製であり、貫通部５３は、通常時は閉じた状態となっているが、外部から加圧されることによって開放する態様となっている。

以上の構成を有する本実施形態に係る削孔装置を用いた削孔方法について説明する。

削孔を行う目的としては、軟弱な地山にトンネルを形成するにあたり、トンネルの形成に先立ち、図８に示すように、トンネルＴの形成位置の周囲に、複数の掘削孔を形成し、先受鋼管１０を挿入してトンネルの周囲における地山の崩落を防止することである。掘削装置によって形成された複数の掘削孔における先受鋼管１０に対して、それぞれ硬化剤などを充填し、切羽の前方における地中に補強材をアーチ状に形成することにより、地山の崩落を防止する。

また、図９に示すように、先受鋼管１０は、トンネルＴに対してある程度の傾斜を持って配置されている。このように、先受鋼管１０を所定の角度を持って配置し、補強材を形成することにより、高い補強性能を発揮する。なお、トンネル内には、作業用重機Ｍが配備されている。

削孔装置を用いた削孔を行うにあたり、まず、トンネルの形成位置の周囲に、削孔ビット２０を押し当て、削岩機４０を駆動する。削岩機４０を駆動することにより、削岩機４０による掘削力が発生する。削岩機４０による掘削力には、回転、打撃、および押付によるものがある。

スイベルジョイント３０におけるスイベルアダプタ３２は、スイベルボディ３１に収容され、スイベルボディ３１に対して相対的に回転可能であるとともに、前後方向への微少な移動が可能とされている。削岩機４０を駆動すると、削岩機４０の掘削力による回転、打撃、および押付による運動は、シャンクロッド４１を介してスイベルアダプタ３２に伝達される。スイベルアダプタ３２は、削岩機４０からの回転運動を受けて、スイベルボディ３１に対して相対的に回転する。また、削岩機４０からの打撃、押付運動を受けてスイベルボディ３１に対して相対的に前後動運動する。

スイベルアダプタ３２が回転運動および前後動運動を行うと、これらの運動は、先受鋼管１０に伝達され、さらに削孔ビット２０に伝達される。先受鋼管１０では、先頭外管１３と端末外管１４を接続する継手部は、それぞれ厚肉に形成されているので、削岩機４０から与えられる掘削力に先受鋼管１０が耐えられるようにされている。削孔ビット２０は、これらの運動を受けて、ボタンビット２２により、前方の地山に対して回転、打撃、押付の各掘削力を与えて、掘削を進めて先受鋼管１０を地山に侵入させていく。

また、掘削を進めている間、コンプレッサ３６からは、圧縮された空気（フラッシングエア）がエア流入口３５に対して供給されている。エア流入口３５に供給された空気は、エア通路３４を通過して先受鋼管１０における気体流通往路ＶＴへと流入する。

ここで、スイベルアダプタ３２に形成されたエア通路３４は、スイベルアダプタ３２がスイベルボディ３１に対して相対的に移動した場合でも、エア流入口３５との連通が維持されるように形成されているので、エア通路３４には、空気が確実に供給される。また、スイベルボディ３１とスイベルアダプタ３２との間にはシール材３３が設けられているので、スイベルボディ３１とスイベルアダプタ３２との間からの空気の漏洩を防止することができる。

エア通路３４に流入した空気は、そのまま先受鋼管１０の内鋼管１２の内側に形成された気体流通往路ＶＴに流入し、この気体流通往路ＶＴを介して削孔ビット２０におけるエア噴射口２３から、噴射空気が掘削部Ｅに噴射される。このとき、噴射空気は、通過断面積の大きい先受鋼管１０内を流通してエア噴射口２３から噴射されている。このため、圧力損失がほとんどない状態で供給されているので、掘削部Ｅに対して高い圧力を維持したままの空気を噴射することができる。掘削部Ｅに流入した空気は、高い圧力の状態であるので、削孔ビット２０によって地山を掘削して発生したくり粉を浮遊させた状態とすることができる。このまま、くり粉を浮遊させた空気は、土砂流通口２４を介して先受鋼管１０における気体流通復路ＶＢに流入する。

また、コンプレッサ３６から供給される空気は、気体流通往路ＶＴを流通し、その後削孔ビット２０に形成された案内路２５を介して気体流通復路ＶＢへと高速で流れる。この案内路２５から気体流通復路ＶＢまでの空気の流れにより、気体流通復路ＶＢに負圧が発生する。この負圧により、削孔ビット２０によって掘削されたくり粉は、空気とともに気体流通復路ＶＢへと吸引されるので、くり粉の排出効果を増大させることができる。

さらに、本実施形態に係る削孔装置１では、先受鋼管１０における内鋼管１２の先端にテーパが付されており、削孔ビット２０における嵌入凹部２１と内鋼管１２との間に隙間が形成され、この隙間からも空気が後方に流れる。この空気の流れによって気体流通復路ＶＢにおける負圧をより大きくすることができるので、くり粉の排出効果をさらに増大させることができる。

しかも、本実施形態に係る削孔装置１では、スイベルボディ３１に形成されたエア排出路３７に吸引装置３８が設けられている。この吸引装置３８の吸引力により、気体流通復路ＶＢ内における空気およびこの空気に浮遊するくり粉が吸引されるので、くり粉の排出効果をさらに増大させることができるとともに、気体流通復路ＶＢ内におけるくり粉の残存を防止することができる。

また、本実施形態に係る削孔装置１では、内鋼管１２におけるスイベルボディ３１のエア排出路３７の部位に配置された部分には、方向制御板３９が設けられている。この方向制御板３９が設けられていることにより、気体流通復路ＶＢにおいてくり粉が浮遊する空気がエア排出路３７の方向に案内される。したがって、スイベルボディ３１とスイベルアダプタ３２の摺動部分にくり粉が流出することを防止することができる。

さらに、本実施形態に係る削孔装置１では、内鋼管１２と削孔ビット２０との間および内鋼管１２とスイベルジョイント３０との間にそれぞれスプリング４５，４６が設けられている。このため、内鋼管１２が削孔ビット２０やスイベルジョイント３０と直接接触しないようにすることができる。また、削岩機４０の打撃による振動などによりスプリング４５，４６が伸縮する。このスプリング４５，４６の伸縮によって、内鋼管１２が削孔ビット２０およびスイベルジョイント３０に対してその軸方向にスライドする。内鋼管１２がスライドすることにより、先頭内管１５が案内路２５を塞いで空気の噴出を妨げるという事態を防止することができる。

このように、本実施形態に係る掘削方法においては、くり粉の排出を行うために供給する媒体として、水などの液体を用いることなく、空気を用いている。このため、地山に水などを付加することなどがないので、水などの増加による地山の崩落を防止することができる。

こうして、掘削が進行し、先受鋼管１０が所定の深さ位置まで埋設されたときに、掘削作業を終了し、その後、先受鋼管１０をスイベルジョイント３０から切離す。それから、先受鋼管１０の内部に硬化剤を充填して、トンネルの周囲の補強を行い、地山の崩落を防止する。硬化剤を充填する際には、先受鋼管１０からスイベルジョイント３０を取り外すとともに、先受鋼管１０における内鋼管１２を外鋼管１１から取り外す。それから、外鋼管１１の後端部に図示しない硬化剤注入装置を取り付ける。

硬化剤注入装置では、ポンプを利用して、外鋼管１１内に硬化剤を注入する。外鋼管１１内に硬化剤が注入されると、硬化剤の注入圧力が貫通孔１０Ａ（図６）に掛かり、この注入圧力によってキャップ５０における底板部５２に形成された貫通部５３が開放し、貫通孔１０Ａを介して硬化剤が外鋼管１１の外側における地山に注入される。また、注入圧力が高い場合、キャップ５０は外鋼管１１からはずれ、キャップ５０が外れることによって、硬化剤が貫通孔１０Ａから注入される。こうして、硬化剤の注入が完了し、その後削孔ビット２０は、地山内に埋め殺される。

このように、硬化剤を注入する際には、外鋼管１１から外側の地山に向けて硬化剤を注入するために、貫通孔１０Ａにキャップ５０が取り付けられているにも関わらず、貫通孔１０Ａから硬化剤がスムーズに流出することが望まれる。その一方、削岩機４０による掘削作業が行われている際には、貫通孔１０Ａにキャップ５０をすることにより、気体流通復路ＶＢを流通する空気が外部へ流出するのを防止することが望まれる。この点、本実施形態における貫通孔１０Ａに取り付けられたキャップ５０は、底板部５２に形成された貫通部５３は一文字状であるので、大きく開口することがない。このため、削孔時における空気の流出を防止することができる。その一方、硬化剤を注入する際には、硬化剤の注入によってキャップ５０に大きな圧力が掛かるので、貫通部５３が開口して硬化剤を流出させることができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。たとえば、上記実施形態では、先端内管１５の先端部には、テーパが付された態様とされているが、図１０に示すような態様とすることもできる。図１０に示す態様の先端内管６０は、先端部にテーパは付されていないが、嵌入凹部２１との間に隙間を形成するための凹溝６１がその周囲に形成されている。また、先端内管６０には、上記の実施形態と同様の気体流通往路ＶＴが形成されており、先端内管６０おける凹溝６１が形成されている部位には、気体流通往路ＶＴと凹溝６１とを連通する気体流路６２が形成されている。気体流通往路ＶＴを流通した空気は、気体流路６２を流通して凹溝６１を流出し、後部における凹溝６１と嵌入凹部２１との間から吹き出され、気体流通復路ＶＢへと流出する。そうして、気体流通復路ＶＢに負圧が発生するため、この負圧により、削孔ビット２０によって掘削されたくり粉は、空気とともに気体流通復路ＶＢへと吸引されるので、くり粉の排出効果を増大させることができる。

また、削孔ビット２０の先端にエア噴射口２３を形成しているが、このエア噴射口を形成しない態様とすることもできる。この場合、削孔ビット２０によって掘削したくり粉には、空気が噴射されないことになるが、案内路２５および嵌入凹部２１と先頭内管１５との隙間から噴出される空気によって生じる負圧によって、気体流通復路ＶＢにくり粉が吸引されることになる。また、上記実施形態では、トンネルを掘削する際に地山を補強するために用いているが、他の削孔工法、たとえばＢＡＦ工法（脚部補強工法）に用いることなどもできる。

本発明に係る削孔装置の側断面図である。 削孔ビットの正面図である。 （ａ）は図２のＡ−Ａ線断面図、（ｂ）は図２のＢ−Ｂ線断面図である。 （ａ）は図２のＣ−Ｃ線断面図、（ｂ）は図２のＤ−Ｄ線断面図である。 （ａ）は端末内管の正面図、（ｂ）は端末内管の側断面図である。 （ａ）はキャップの平面図、（ｂ）はキャップの斜視図である。 外鋼管の拡大断面図である。 補強材を設けたトンネル周辺の模式的斜視図である。 トンネルを掘削する状態を示す側断面図である。 変形例に係る削孔ビットの正面図である。

符号の説明

１…削孔装置
１０…先受鋼管
１０Ａ…貫通孔
１１…外鋼管
１２…内鋼管
１８…スタビライザ
２０…削孔ビット
２１…嵌入凹部
２２…ボタンビット
２３…エア噴射口
２４…土砂流通口
２５…案内路
２６…隙間
３０…スイベルジョイント
３４…エア通路
３５…エア流入口
３６…コンプレッサ
３７…エア排出路
３８…吸引装置
３９…方向制御板
４０…削岩機
４５…第一スプリング
４６…第二スプリング
５０…キャップ
５１…本体部
５２…底板部
５３…貫通部
ＶＴ…気体流通往路
ＶＢ…気体流通復路

Claims (10)

1. 先端部に配置され、地山を掘削するビット部材と、
   内管と外管とを備え、前記内管内に気体流通往路が形成されるとともに、前記内管と前記外管との間に気体流通復路が形成され、前記ビット部材の後端部に先端が接続された先受鋼管と、
   前記先受鋼管の後端部に接続され、前記先受鋼管における前記気体流通往路に気体を流入させる気体流入部を備えるとともに、前記気体流通復路を流通してきた気体を排出する排出部を備えるジョイント部材と、
   前記ジョイント部材における供給部に気体を供給する気体供給手段と、
   前記ジョイント部材に取り付けられ、前記ジョイント部材および前記先受鋼管を介して前記ビット部材に掘削力を付与する掘削力付与手段と、
   を備え、
   前記ビット部材には、前記ビット部材によって地山を掘削して生じた土砂を前記気体流通往路に導入する土砂排出部と、
   前記気体流通往路を流通した気体を前記気体流通往路から気体流通復路に向けて案内する複数の案内路と、が形成されており、
   前記案内路を気体が流通することにより、前記土砂排出部を介して前記気体流通往路に向けて土砂が吸引されることを特徴とする削孔装置。
2. 前記気体流通往路を流通した気体を、前記気体流通往路から前記先受鋼管の基端側に向けて噴出する気体噴出部が形成されている請求項１に記載の削孔装置。
3. 前記ビット部材に、前記先受鋼管における内管が嵌入される嵌入凹部が形成され、
   前記内管における外周面にテーパが付されており、
   前記内管が前記嵌入凹部に嵌入された際、前記内管と前記嵌入凹部との間に、前記気体流通往路を流通した気体が前記気体流通復路に向けて噴射される隙間が形成されている請求項１または請求項２に記載の削孔装置。
4. 前記ビット部材に、前記先受鋼管における内管が嵌入される嵌入凹部が形成され、
   前記内管における外周面に凹溝が形成されており、
   前記内管が前記嵌入凹部に嵌入された際、前記内管における前記凹溝と前記嵌入凹部との間に、前記気体流通往路を流通した気体が前記気体流通復路に向けて噴射される隙間が形成されている請求項１または請求項２に記載の削孔装置。
5. 前記ビット部材に、前記気体流通往路を流通した空気を前記ビット部材によって掘削される地山に向けて噴出する噴出孔が形成されている請求項１〜請求項４のうちのいずれか１項に記載の削孔装置。
6. 前記ジョイント部材における排出部に、吸引手段が設けられている請求項１〜請求項５のうちのいずれか１項に記載の削孔装置。
7. 前記気体流通復路を流通する気体を、前記ジョイント部材における排出部に案内する方向制御板が設けられている請求項１〜請求項６のうちのいずれか１項に記載の削孔装置。
8. 前記ビット部材と前記先受鋼管における内管との間、および前記ビット部材と前記ジョイント部材との間のうちの少なくと一方に、前記先受鋼管の軸方向に向けた弾性を有する弾性部材を介在させた請求項１〜請求項７のうちのいずれか１項に記載の削孔装置。
9. 前記ジョイント部材がスイベルジョイントであり、
   前記掘削力付与手段は、回転、打撃、および押付による掘削力を付与する請求項１〜請求項８のうちのいずれか１項に記載の削孔装置。
10. 請求項１〜請求項９のうちのいずれか１項に記載の削孔装置を用い、
    前記気体供給手段から気体を供給することにより、前記先受鋼管における気体流通往路および気体流通復路に気体を流通させるとともに、
    前記掘削力付与手段によって、前記ジョイント部材および前記先受鋼管を介して前記ビット部材に掘削力を付与し、
    前記土砂排出部から土砂を吸引しながら、前記ビット部材によって削孔を行うことを特徴とする削孔方法。

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