JP2008238139A - 放電破砕装置、及び、この装置を用いた放電破砕方法 - Google Patents

Abstract

【課題】地中の破砕対象物を破砕するための放電破砕作業を容易とできる放電破砕装置を提供する。
【解決手段】本発明の放電破砕装置１は、棒体（ロッド２）と、棒体２に駆動力を付与する駆動源３と、棒体２の先端に設けられた放電用の電極４と、電極４の先端に設けられて棒体２からの力を受けて電極４の放電部４６が入り込む孔６６を地中の破砕対象物６５に形成するための切削体（ビット５）と、電極４に電圧を供給する電源装置８とを備えたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、地中の破砕対象物を破砕するための放電破砕作業を容易とできる放電破砕装置及び放電破砕方法に関する。

建築構造物や地下構造物を支えるための杭は、支持層と呼ばれる強固な地盤層まで届かせ、上部構造の重量や地震時の転倒モーメントにより付加軸力を支持層に伝達する必要がある。この杭は、現場打ちコンクリート杭や既成コンクリート杭により形成される。現場打ちコンクリート杭は、先行して地盤に支持層に到達する孔を掘り、この孔内に鉄筋を挿入して孔内にコンクリートを打設することによって形成される。既成コンクリート杭は、既成コンクリート杭を油圧ハンマーなどによって打撃して既成コンクリート杭を地中に埋め込んで形成したり、あるいは、予め地盤に孔を掘り（プレボーリング）、この孔内に既成コンクリート杭を挿入して既成コンクリート杭の先端部を固めて形成したりする。上述した杭の施工においては、杭を支持層まで到達させる途中に大きな転石や地下構造物のような障害物があると、アースオーガーやドリリングバケットでは掘削できないため、硬質地盤用オールケーシング工法やロックオーガー工法と呼ばれる特殊工法による掘削作業が必要となり、コストが嵩む。
一方、岩などの破砕対象物に孔を形成し、この孔内に放電用の電極の放電部を挿入するとともに放電部を取り囲むように衝撃波伝達媒体を設けた後に、電極に電圧を印加して放電部で放電させることで衝撃波を生じさせ、この衝撃波によって破砕対象物を破砕することが知られている（例えば、特許文献１；２参照）。
従って、上述のように杭を支持層まで到達させる途中に大きな転石や地下構造物のような障害物があった場合、この障害物に孔を形成し、この孔内に電極の放電部を挿入して放電を行わせることで障害物を破砕することが考えられる。
特開２００３−３１１１７５号公報 特開２００３−３２０２６８号公報

しかしながら、障害物に孔を形成した後に、この孔内に電極の放電部を挿入して放電を行わせる方法の場合、ロッドの下端にビットを取り付けて障害物に孔を形成した後にロッドを地上まで引き上げ、その後、地上から地盤に形成した孔内に電極を下ろして障害物に形成した孔内に電極の放電部を挿入して放電を行わなければならない。このように障害物に形成した孔内に電極の放電部を挿入して放電を行う作業は容易ではなく、作業時間が多くなり、工期を長引かせる原因となる。特に、地盤に孔を形成する際には当該孔内に安定液（泥水）を入れて掘削を行うので、このような安定液中に電極を下ろして障害物に形成した孔内に電極を挿入することは、障害物に形成された孔を地上から目視確認できないことから、非常に時間がかかるため、採用し難いという課題があった。

本発明の放電破砕装置は、棒体と、棒体に駆動力を付与する駆動源と、棒体の先端に設けられた放電用の電極と、電極の先端に設けられて棒体からの力を受けて電極の放電部が入り込む孔を地中の破砕対象物に形成するための切削体と、電極に電圧を供給する電源装置とを備えたことを特徴とする。
電極が、破砕対象物に形成された孔の開口を塞ぐ蓋を備えたことも特徴とする。
本発明の放電破砕方法は、上記放電破砕装置を用いて地中の破砕対象物を破砕する放電破砕方法であって、電極に接続した電源供給線を電源装置に接続せずに棒体に固定した状態として駆動源で棒体を駆動することにより切削体で破砕対象物に電極の放電部が入り込む孔を形成した後に棒体の駆動を停止させてから、電極に接続した電源供給線と電源装置とを電気的に接続して電源装置から電極に電圧を印加することによって孔内の放電部で放電させて衝撃波を生じさせ、この衝撃波で破砕対象物を破砕したことを特徴とする。

本発明の放電破砕装置によれば、棒体の先端に電極を備え、電極の先端に切削体を備えたので、切削体により地中の破砕対象物に孔を形成すると孔内に電極の放電部がそのまま入り込むので、そのまま電極に電圧を印加することによって放電部で衝撃波を発生させて衝撃波で破砕対象物を破砕できる。よって、地中の破砕対象物を破砕するための放電破砕作業を容易にできるため、工期を短縮できる。
電極が、破砕対象物に形成された孔の開口を塞ぐ蓋を備えたことによって、衝撃波が孔の開口から漏れることを防止でき、破砕対象物に対する衝撃波の伝達ロスを小さくできるので、破砕対象物を効率的に破砕できる。
本発明の放電破砕装置によれば、地中の破砕対象物を破砕するための放電破砕作業を容易にできるため、工期を短縮できる。また、電源供給線は棒体に固定した状態で孔を形成したので、電源供給線の断線、絡みなどの不具合を防止できる。

図１乃至図３は最良の形態１を示し、図１は放電破砕装置を示し、図２は放電破砕装置の詳細を示し、図３は放電破砕装置により放電破砕方法を示す。尚、本明細書で示した「上」「下」は、各図においての「上」「下」を示す。

図１に示すように、放電破砕装置１は、棒体（以下、ロッドという）２、ロッド２の駆動源３、同軸電極と呼ばれる放電用の電極４、切削手段（以下、ビットという）５、電源装置８を備える。駆動源３及びロッド２は、アースドリル機のような掘削機７に設けられる。ロッド２は、地面６に対して直交する方向に延長するよう掘削機７に設けられる。駆動源３が、ロッド２にロッド２の中心軸を中心とした回転運動及びロッド２の中心軸に沿った方向への往復運動を行わせるためのロッド２への駆動力を付与することによって、ロッド２が回転運動と往復運動とを行う。電極４は、ロッド２の下端（先端）に設けられる。ビット５は、電極４の下端（先端）に設けられる。

図２に示すように、電極４に電圧を供給する電源装置８は、昇圧装置１２、パルスパワー出力装置１３を備える。昇圧装置１２は、電源電圧入力部１４Ａ、図外の変圧器を備えた昇圧回路１５、出力部１４を備える。昇圧回路１５は、電源電圧入力部１４Ａに接続された電源ケーブル１４Ｃ経由で三相交流２００Ｖ電源電圧を入力して例えば直流２２ｋＶの電圧を生成し、直流２２ｋＶの電圧を出力部１４より出力する。出力部１４は、正極端子１４ａと負極端子１４ｂとを備える。パルスパワー出力装置１３は、入力端子１６、充電回路１７、出力部としての電線接続部１８を備える。入力端子１６は、正極端子１６ａと負極端子１６ｂとを備える。電線接続部１８は、正極端子１８ａと負極端子１８ｂとを備える。充電回路１７は、正極線１７ａ、負極線１７ｂ、コンデンサ装置１９、コンデンサ装置接続部２０、スイッチ２１；２２を備える。正極線１７ａには、スイッチ２１とスイッチ２２とが直列に接続される。正極線１７ａの一端が入力端子１６の正極端子１６ａに接続され、正極線１７ａの他端が電線接続部１８の正極端子１８ａに接続される。負極線１７ｂの一端が入力端子１６の負極端子１６ｂに接続され、負極線１７ｂの他端が電線接続部１８の負極端子１８ｂに接続される。コンデンサ装置接続部２０は、正極線１７ａにおけるスイッチ２１とスイッチ２２との間に並列に接続された複数の正極接続端子２０ａと、負極線１７ｂに並列に接続された複数の負極接続端子２０ｂとを備える。１対の正極接続端子２０ａと負極接続端子２０ｂとによりコンデンサ装置１９を１つ接続するためのコンデンサ装置接続端子２０Ａが形成される。即ち、コンデンサ装置接続部２０は、複数のコンデンサ装置接続端子２０Ａを備えるため、昇圧装置１２及び電線接続部１８に複数のコンデンサ装置１９を接続可能である。コンデンサ装置接続部２０は、例えば６個のコンデンサ装置接続端子２０Ａを備え、１個から６個までの任意の数のコンデンサ装置１９を接続可能である。即ち、コンデンサ装置１９を１個から６個まで任意に増減可能な電源装置８を得ることができる。スイッチ２１はコンデンサ装置１９に昇圧装置１２から供給された電圧を充電させるためのスイッチ、スイッチ２２はコンデンサ装置１９に充電された電荷を放電させて電線接続部１８経由で電極装置に出力させるためのスイッチである。図示しないが、充電回路１７は接地（アース）されている。

電極４は、例えば、＋電極のような一方電極としての棒状の内部導体７３と、内部導体７３の外周囲を被覆する筒状の絶縁体７４と、絶縁体７４の外周囲に設けられた−電極のような他方電極としての外部導体７５とにより構成される。外部導体７５は、内部導体７３の中心線に沿った方向に間隔を隔てて設けられた複数の浮遊電極７６を構成する。浮遊電極７６とは、電源装置８と電気的に絶縁された電極のことである。

電極４の下端部とビット５とがビット連結具５０により結合される。ビット連結具５０は円柱体により形成される。ビット連結具５０の上面にはビット連結具５０の上面から下方内部に延長するねじ孔５１が形成され、電極４の内部導体７３の下端部の外周面にはねじ部５２が形成される。ビット連結具５０のねじ孔５１内に内部導体７３の下端部のねじ部５２が締結されることで、内部導体７３の下端部とビット連結具５０とが結合される。ビット連結具５０の円周面にはねじ部５３が形成され、ビット５の上面にはビット５の上面から下方内部に延長するねじ孔５４が形成される。ビット５のねじ孔５４内にビット連結具５０のねじ部５３が締結されることで、ビット５とビット連結具５０とが結合される。即ち、ビット連結具５０によって、電極４の下端部とビット５とが結合される。

ロッド２の下端部と電極４の上端部とが電極連結具４０により結合される。電極連結具４０は円柱体により形成される。電極連結具４０の上面には電極連結具４０の上面から下方内部に延長するねじ孔４１が形成され、ロッド２の下端部の外周面にはねじ部４２が形成される。電極連結具４０のねじ孔４１内にロッド２の下端部のねじ部４２が締結されることで、ロッド２の下端部と電極連結具４０とが強固に結合される。電極連結具４０の下面には電極連結具４０の下面から上方内部に延長するねじ孔４３が形成され、電極４の上端部の外周面にはねじ部４４が形成される。電極連結具４０のねじ孔４３内に電極４のねじ部４４が締結されることで、電極４の上端部と電極連結具４０とが結合される。即ち、電極連結具４０によって、ロッド５の下端部と電極４の上端部とが結合される。

即ち、電極４は、上端部の外周面に、ロッド２の下端部への取付部としてのねじ部４４を備え、かつ、内部導体７３の下端部に、ビット５への取付部としてのねじ部５２を備える。
また、ビット５は、上面に、電極４への取付部としてのねじ孔５４を備える。

絶縁体７４の先端７４ｔより突出してビット連結具５０のねじ孔５１内に締結されないで外部に露出した内部導体７３の露出部７３ｔと、この露出部７３ｔに最も近い浮遊電極７６である先端側浮遊電極７６ｔとの間で先端側放電ギャップが形成され、互いに対向する浮遊電極７６同士の端部と端部との間で中間側放電ギャップが形成される。中間側放電ギャップは複数形成される。先端側放電ギャップを隔てて配置された露出部７３ｔと先端側浮遊電極７６ｔとによって放電部４６が形成される。中間側放電ギャップを隔てて配置された浮遊電極７６と浮遊電極７６とによって放電部４６が形成される。即ち、電極４０は、複数の放電部４６を備える。

電極４の上下の中間部分の周面には、内部導体７３に接続された配線接続コネクタ８０を備える。この配線接続コネクタ８０には地中側電源供給線８１が接続される。地中側電源供給線８１は地上まで延長する長さで終端に接続コネクタ８２を備える。この地中側電源供給線８１は、ロッド２に沿って這わされて、ロッド２から離れないように、止め紐などの止め具８３でロッド２に縛り付けられてロッド２に固定される。

地上側電源供給線８４は、一端に、電源装置８の電線接続部１８の正極端子１８ａ及び負極端子１８ｂの各々に接続される正極端子３５ａ及び負極端子３５ｂを備えた入力側コネクタ３５を備え、他端には、地中側電源供給線８１の終端の接続コネクタ８２に接続される接続コネクタ８５を備える。

図３を参照し、放電破砕装置１を用いた放電破砕方法を、現場打ちコンクリート杭の施工するため地盤６０を掘削している途中で転石や地下構造物などの破砕対象物６５としての障害物があった場合を例にして説明する。
まず、ロッド２の下端にドリリングバケット６１を取り付けて、掘削機械７を操作して駆動源３によりロッド２を駆動してロッド２を回転させながら上下に振動させることで地面６を掘削して孔６２を形成していく。この際、孔６２内に安定液（泥水）６３を注入しながら掘削する。掘削の途中で、大きな転石６４や図外の地下構造物などの破砕対象物６５があった場合、ドリリングバケット６１では破砕対象物６５を切削できず、それ以上掘削を進めることができない（図３（ａ）参照）。そこで、ロッド２を地上に引き上げ、ロッド２の下端よりドリリングバケット６１を取り外してロッド２の下端にビット５付きの電極４を取り付け、電極４の配線接続コネクタ８０に地中側電源供給線８１を接続する。そして、ビット５の下端（先端）が破砕対象物６５に衝突するまで、ロッド２を孔６２内で下降させながら、地中側電源供給線８１を例えば数ｍ間隔でロッド２に止め具８３で縛り付けていってロッド２に固定し、最後に、終端の接続コネクタ８２付近も止め具８３で縛り付けてロッド２に固定する（図２参照）。この際、地上から破砕対象物６５までの距離は、ロッド２の降下量によりわかるので、地上から破砕対象物６５までの距離に合った長さの地中側電源供給線８１を用いればよい。ビット５の下端が破砕対象物６５に衝突したら、掘削機械７を操作して駆動源３によりロッド２を回転させながら上下に振動させる。これにより、ビット５が破砕対象物６５に孔６６を形成する。この孔６６は電極４の放電部４６が孔６６内に位置される深さまで形成する（図２参照）。この孔６６を形成する際にロッド２を回転させても、地中側電源供給線８１はロッド２に固定されているので、ロッド２の回転に伴う地中側電源供給線８１の断線、絡みなどの不具合を防止できる。孔６６内に放電部４６が位置される深さの孔６６を形成したら（図３（ｃ）参照）、ロッド２の駆動を停止させてから、地中側電源供給線８１の接続コネクタ８２と電源装置８の電線接続部１８とを地上側電源供給線８４で接続して、電源装置８から電極４に電圧を供給する（図２参照）。これにより、電極４の放電部４６で衝撃波が発生し、この衝撃波によって破砕対象物６５を破砕できる（図３（ｄ）参照）。その後、ロッド２を地上に引き上げてロッド２の下端よりビット５付きの電極４を取り外し、ロッド２の下端にドリリングバケット６１を取り付けて掘削作業を続行する。

最良の形態１によれば、ロッド２の下端にビット５付きの電極４を取り付けたので、ビット５により地中の破砕対象物６５に孔６６を形成すると孔６６内にそのまま電極４の放電部４６が入り込むので、そのまま電極４に電圧を印加することによって放電部４６で衝撃波を発生させて衝撃波で破砕対象物６５を破砕できる。つまり、従来のように、ロッドの下端にビットを取り付けて障害物である破砕対象物に孔を形成してロッドを地上に引き上げた後に、地上から孔２２内に放電用の電極を落下させて電極を破砕対象物に形成した孔内に入れるという電極設置作業をなくすことができ、地中の破砕対象物を破砕するための放電破砕作業を容易にできるため、工期を短縮できる。

最良の形態２
図４に示すように、電極４に、破砕対象物６５に形成した孔６６の上部開口６９を塞ぐための蓋７０を取り付けることによって、放電によって生じる衝撃波が孔２６の上部開口６９から漏れることを防止でき、破砕対象物６５に対する衝撃波の伝達ロスを小さくできるので、破砕対象物６５を効率的に破砕できる。
尚、図５に示すように、蓋７０の下部をゴムのような弾性体７１で形成すれば、蓋７０の下面９２と破砕対象物６５との密着性が増すので、上部開口６９からの衝撃波の漏れをより防止できて好ましい。蓋体７０には例えば上面９１から下面９２に貫通するねじ孔９３を形成しておき、電極４の中央の周面にねじ部を形成しておけば、電極４のねじ部を蓋体７０ねじ孔９３に取り付けることで電極４に蓋７０を取り付けることができる。蓋体７０の上面９１から下面９２に貫通する嵌合孔を形成しておいてこの嵌合孔に電極４を嵌合することにより、電極４に蓋７０を取り付けてもよい。

ロッド２の下端部と電極４の上端部との連結や、電極４の下端部とビット５の上端部との連結は、係合、ねじ締め付けなどで行ってもよい。ロッド２の下端部と電極４の上端部とを直接にねじ結合などで互いに連結したり、電極４の下端部とビット５の上端部とを直接にねじ結合などで互いに連結したりしてもよい。
上記では、地盤６０に縦孔としての孔６２を掘削する際について述べたが、地山に横孔を形成する際にも本発明の放電破砕装置及び放電破砕方法を適用できる。

放電破砕装置を示す概略構成図（最良の形態１）。 放電破砕装置の詳細図（最良の形態１）。 放電破砕方法の工程説明図（最良の形態１）。 放電破砕装置を示す概略構成図、芯柱体の分解斜視図（最良の形態２）。 蓋の断面図（最良の形態２）。

符号の説明

１ 放電破砕装置、２ ロッド（棒体）、３ 駆動源、４ 放電用の電極、５ ビット（切削体）、８ 電源装置、６５ 破砕対象物、６６ 孔、６９ 上部開口（開口）、
７０ 蓋。８１ 地中側電源供給線（電源供給線）。

Claims (3)

1. 棒体と、棒体に駆動力を付与する駆動源と、棒体の先端に設けられた放電用の電極と、電極の先端に設けられて棒体からの力を受けて電極の放電部が入り込む孔を地中の破砕対象物に形成するための切削体と、電極に電圧を供給する電源装置とを備えたことを特徴とする放電破砕装置。
2. 電極が、破砕対象物に形成された孔の開口を塞ぐ蓋を備えたことを特徴とする請求項１に記載の放電破砕装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の放電破砕装置を用いて地中の破砕対象物を破砕する放電破砕方法であって、電極に接続した電源供給線を電源装置に接続せずに棒体に固定した状態として駆動源で棒体を駆動することにより切削体で破砕対象物に電極の放電部が入り込む孔を形成した後に棒体の駆動を停止させてから、電極に接続した電源供給線と電源装置とを電気的に接続して電源装置から電極に電圧を印加することによって孔内の放電部で放電させて衝撃波を生じさせ、この衝撃波で破砕対象物を破砕したことを特徴とする放電破砕方法。

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