JP2008542594A - 土壌または岩盤材料に孔を掘削、特にパーカッションまたは回転パーカッション掘削する方法および装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、土壌または岩盤材料に孔を掘削、特にパーカッション掘削または回転パーカッション掘削し、孔内にアンカーを固定する方法および装置に関する。この目的を達成するために、掘削される孔は、ドリルロッド（２）に取り付けられたドリルビット（３）によって形成される。本発明によれば、ドリルロッド（２）は、ドリルビット（３）の掘削面（５）から離れる方向に面する後側で、外側寸法が、ドリルビット（３）によって形成された掘削孔の円周を少なくとも部分的に超えるアンカー要素（４）によって、ドリルビット（３）から離れた位置で囲まれ、それによって、アンカーを掘削孔内に構成上簡単でより確実に固定できる。

Description

本発明は、土壌または岩盤材料に孔を掘削、特にパーカッションまたは回転パーカッション掘削し、上記孔にアンカーを固定する方法であって、ボアホールが、ドリルロッドアセンブリに取り付けられたドリルビットによって形成される方法、並びに、土壌または岩盤材料に孔を掘削、特にパーカッションまたは回転パーカッション掘削し、上記孔にアンカーを固定する装置であって、ボアホールが、ドリルロッドアセンブリに取り付けられたドリルビットによって形成される装置に関する。

土壌または岩盤材料に孔またはボアホールを形成し、その後にボアホールにアンカーまたはライニングを固定することに関しては、例えば、国際公開公報第９８／２１４３９号明細書および国際公開公報第９８／５８１３２号明細書から知られており、これら明細書では、掘削作業（例えば、パーカッションまたは回転パーカッション掘削）の間にボアホールに外囲管を導入し、その後に、穿孔が完成した後、ドリルビットの一部が、任意にドリルロッドアセンブリと一緒にボアホールから取り外され、一方で、外囲管はボアホール内に残り、これにより、ボアホール内に硬化剤を充填することによって、ボアホール内にその後アンカーを形成する。国際公開公報第９８／５８１３２号明細書に記載された構成によれば、ドリルロッドアセンブリが、後に充填されることによりボアホール内に残る場合、結果的に良好な固定効果を保証するために、ドリルロッドアセンブリの外周に追加リブと溝とが設けられる。

あるいは、ボアホールの形成後、ボアホールからドリルロッドアセンブリと一緒に掘削ツールを取り外し、その後、アンカーまたは固定手段が後にボアホール内に導入されることが知られている。このような実施形態は、例えば、欧州特許第Ｂ０２４１４５１号明細書、米国特許第Ａ４４９００７４号明細書、独国特許第ＡＳ２１０５８８８号明細書、米国特許第Ａ４３１０２６６号明細書、欧州特許第Ａ０８７５６６３号明細書および他の文献から知られている。これらの明細書においては、例えば、ボアホール壁にある受面（ａｂｕｔｍｅｎｔ）に移動されるかまたは押し込まれる前に適切な保持要素によって、後に導入されるパイプ形状のアンカーが、最終的な状態に対して低減された直径で保持されて、ボアホールに完全に導入した後に所望の固定効果を達成する。その一方で、この知られている従来技術は、ボアホールが最初の方法ステップで形成されなければならず、その後に、ドリルロッドアセンブリと一緒に掘削ツールが取り外された後、アンカー装置が、別の方法ステップにおいて、任意の極めて長いボアホール内に導入され、その後に、ボアホール壁の受面が達成されるという欠点を伴う。２つの個別の操作ステップは、したがって時間延長を要するだけでなく、このような極めて長いアンカーデバイスを任意に後で導入することは、困難性を伴うことは、明からである。さらに、ドリルロッドアセンブリと一緒に掘削装置を取り外し、その後アンカー装置を導入することは、比較的硬い土壌または岩盤でのみ実現可能であることが予測され、それによって、例えば、掘削作業中または掘削ツールの取り外し後、およびアンカー装置を最終的に導入する前に、ボアホールに材料が混入しないように保護されなければならない。この材料はボアホールを閉鎖し、アンカーデバイスを導入不可能にする。

したがって、本発明は、最初に定義した種類の方法および装置を提供することを目的とし、それによって、構造上簡単な手段を用いて、掘削作業中にすでに一時的な固定と、掘削作業が完了した直後に信頼性の高い固定とを保証することが実現可能である。

これらの目的を解決するために、最初に定義された種類の方法は、ドリルロッドアセンブリを囲むアンカー要素が、詳細にはドリルビットから距離を置いて、摩擦係合方式でボアホールに導入されることと、ボアホールの完成後にアンカー要素が拡大することを本質的に特徴とする。本発明によれば、ドリルロッドアセンブリを囲むアンカー要素が、摩擦係合方式でボアホールに導入されるという事実によって、アンカー要素の外周とボアホールの内周との間の摩擦作用によって、一時的な固定効果が得られ、それによって、ロッド上に配置されたアンカー要素とドリルビットによって形成されたアンカーを、常に、一時的に確実に固定することが保証される。本発明によれば、ボアホールの完成後に、アンカー要素がさらに、ボアホールの壁にある受面内に拡大するという事実によって、ボアホールの完成直後に、特に従来技術とは異なってどのような追加ステップもなく、その後の安全で信頼性のある固定効果が達成される。これは、ボアホールの完成後に、ドリルロッドアセンブリとドリルビットを取り外すこと、および、ロッドの周辺回りに取り付けられたアンカー要素を含むアンカー要素を後で導入することを伴う。

ボアホールの完成後のアンカー要素の特に簡単で信頼性のある固定については、好ましい実施形態によれば、ドリルロッドアセンブリが、ボアホールの完成後にアンカー要素の方向に引き込まれ、アンカー要素が、作用面から離れる方向に面するドリルビットの側で、ドリルロッドアセンブリ上に取り付けられた拡大要素によって拡大することが提案されている。本発明によれば、アンカー要素が、摩擦係合方式でボアホールの内側に導入され、したがって、その位置で固定されるという事実によって、ドリルビットとアンカー要素との間で延びる部分に対応する長さにわたって、ドリルビットに沿って、ボアホールからドリルロッドアセンブリを引き抜き、その後すぐに、ドリルロッドアセンブリ上に取り付けられた拡大要素によって、アンカー要素が拡大し、さらに、ボアホールの受面に押し込まれることが実現可能である。

ドリルロッドアセンブリによって生成されるアンカーの固定によって達成可能な固定効果、すなわち固定効果を決定するために、さらに好ましい実施形態によれば、詳細には、検査デバイスをボアホールから突き出る端部上のドリルロッドアセンブリに固定することによって、アンカー要素の拡大後にアンカーの強度または抵抗を検査することが提案されている。このような検査は、種々の方法で実現可能であり、得られる固定性能および／または固定効果の経過時間もしくは維持に関して結論を得ることができる。

例えば、特に、形成されたボアホール近くで引き続き作業している間に、土壌または岩盤層の移動によって、アンカーの領域の移動、したがって、場合によっては、アンカー効果の低減が検出される場合には、さらに好ましい実施形態によれば、アンカーの抵抗の減少が検出されている間またはその後に、ドリルロッドアセンブリが掘削、特にパーカッションまたは回転パーカッション掘削するために、再び電源投入されて、ボアホールの長さを増大することが提案されている。このように、本発明の方法によって、アンカー要素の拡大によって単に一時的な固定のみを任意に実現した後に、不十分かまたは最終的には弱い固定効果を検出すると、ボアホール内に置かれたドリルロッドアセンブリ、およびその上に取り付けられたドリルビットを用いて掘削作業を続行し、穿孔またはボアホールを土壌または岩盤材料内により深く掘削することによりボアホールの長さを増し、特に適切な追加のドリルロッドアセンブリ要素を用いて延長すると、それによって、向上した固定効果を備える層に達することができる。掘削作業を続行する場合であっても、アンカー要素が、ドリルビットから距離を置いて即時に進むという事実により、摩擦係合方式でボアホールの内側壁に再び導入されおよび当接するアンカー要素によってボアホールの長さをこのように拡大することは、拡大によるアンカー要素の一時的な固定と、後の簡単な固定とを可能にする。

継続した掘削作業の完了後、予測される高い固定効果または性能を達成するために、別の好ましい実施形態によれば、ボアホールの長さを増した後に、アンカー要素は、最初の拡大手順から得られる外周に比べて大きい外周まで拡大することが提案されている。

最初に述べた目的を解決するために、上で定義した種類の装置は、さらに、ドリルビットの作用面から離れる方向に面する後側で、特にドリルビットから距離を置いたドリルロッドアセンブリが、外側寸法が、ドリルビットによって形成されたボアホールの外周を少なくとも部分的に超えるアンカー要素によって囲まれていることを本質的に特徴とする。上述のとおり、外側寸法が、ドリルビットによって形成されたボアホールの外周を少なくとも部分的に超えるアンカー要素が、掘削作業中に、実質的に摩擦係合方式で、ボアホールの内側に導入されるという事実によって、簡単な方法で、ボアホール内の一時的な固定を達成することが実現可能である。

外側寸法が、ドリルビットの外周を少なくとも部分的に超えるアンカー要素を、過剰な力を生じさせずにボアホールの内側に確実に導入することを保証するために、好ましい実施形態によれば、特に、縦方向に溝を付けられたパイプ、および／または外周が小さくなった部分を有するパイプで、アンカー要素が形成されることが提案されている。このような溝付きパイプまたは外周が小さくなったもしくは外側寸法が小さくなった部分を有するパイプは、外周の点から見て、ある程度は異なった地質条件に適合するためにも、わずかに変化しており、この場合、摩擦係合受面が少なくとも複数の部分にわたって存在することにより、ボアホールの形成中にアンカー要素を確実に一時的に固定することが常に維持される。

外側寸法がドリルビットの外周を少なくとも部分的に超えるアンカー要素を、簡単に確実に導入可能にするために、さらに好ましい実施形態によれば、アンカー要素は、ドリルビットに面する端部に斜面を備えて形成されることが実現される。ドリルビットに面するアンカー要素の端部上のこのような斜面またはテーパは、特に、掘削作業の間にアンカー要素を導入する場合に、ボアホールの内壁で詰まるかまたは押し込まれるのを防ぐ。

アンカー要素を簡単で確実に拡大可能にするために、さらに、ドリルビットの作用面から離れる方向に面する側で、ドリルビットからアンカー要素に向かって先細になる拡大要素が設けられることが提案されている。拡大要素は、本発明による装置のさらに好ましい実施形態に一致して、穿孔の完成後に、ドリルロッドアセンブリをボアホールから引き抜くことによって、拡大可能なアンカー要素に導入することができる。このようなアンカー要素に向かって先細の拡大要素によって、ドリルビットの方向に面するアンカー要素の端部領域に、拡大要素を簡単で確実に入れることができ、それによって、アンカー要素の内部に除々に進入する円錐形のテーパまたは拡大部が、ボアホールの内壁にアンカー要素を押し付けながら、アンカー要素をそれに応じて除々に拡大することができる。

上述のとおり、例えば、時間経過に伴って、特に、ボアホールのすぐ近くで他の作業を行う際に、低下した固定効果が検出される場合、掘削作業を再開することによって、ボアホールの長さを簡単に増大することができる。この状況において、ドリルロッドアセンブリの起動中に、アンカー要素に向かって円錐形に先細になる拡大要素をアンカー要素から取り外し、その後に上流のドリルビットを用いて掘削作業を実行するかまたは続行することが、特に、結果的に簡単な方法で実現可能である。

掘削作業中および拡大手順中の両方においてアンカー要素を正しく確実に位置合わせすることにより、所望の固定効果を達成するために、さらに好ましい実施形態によれば、ドリルロッドアセンブリに固定されることが可能なストップ部が、ドリルビットから離れる方向に面するアンカー要素の端部に設けられることが提案されている。このようなドリルロッドアセンブリに固定されることが可能なストップ部は、例えば、ナットまたはネジを設けた環状要素の様式で形成することができる。ネジを用いて設計されたドリルロッドアセンブリの場合は、ストップ部は、想定されるアンカー要素の位置合わせに適合して、ドリルロッドアセンブリに固定することができる。

過剰な摩擦力が継続した掘削作業中にアンカー要素を介してボアホールの内壁に導入されるのを防ぐために、ボアホールの長さを増大するために必要に応じて要求される掘削作業の継続において、拡大したアンカー要素の外側寸法を簡単に低減するために、さらに好ましい実施形態によれば、少なくともドリルビットの方向に面する端部領域内にあるアンカー要素は、外側寸法の減少する方向に付勢される記憶効果を有する材料で形成されることが提案される。拡大要素をアンカー要素から取り外した後、アンカー要素は、少なくとも部分的またはドリルビットの方向に面する部分において、アンカー要素の元の外側寸法に実質的に戻り、これにより、継続掘削作業中であってもアンカー要素を確実に導入することを可能にする。

掘削作業中に、ドリルビットよりも大きい外周または大きい外側寸法を少なくとも部分的に有するアンカー要素によって、掘削作業に作用する過剰な摩擦力が導入されるのを防ぐために、さらに好ましい実施形態によれば、掘削作業中のアンカー要素の外側寸法は、ドリルビットの外周を最大１０％、好ましくは約３から５％超えることが提案されている。

以下において、添付の図面で概略的に示される例示的な実施形態によって、本発明をより詳細に説明する。

図１および図２において、ボアホール（詳細には図示せず）を形成するための装置は、一般に１で示され、特に中空に設計されたドリルロッドアセンブリ２の上には、ドリルビット３が取り付けられている。ドリルビット３は、ボアホールから突き出るドリルロッドアセンブリ２の端部に接触する駆動手段（詳細には図示せず）によって、ボアホール（詳細には図示せず）を形成するために、回転および／またはパーカッション運動するように駆動される。

図３および図４から明らかなとおり、ドリルビット３から距離を置いて、外周または外径がドリルビット３の外周または外径よりもわずかに超えたアンカー要素４が設けられ、ドリルビット３の直径Ｄ（１）が、アンカー要素４の直径Ｄ（２）よりも小さいことが示されている。

ドリルビット３の作用面５から離れる方向に面する端部では、拡大要素６がさらに、ドリルロッドアセンブリ２上で、ドリルビット３とアンカー要素４との間に設けられている。この拡大要素の断面は、アンカー要素４に向かってテーパ状または減少している。

さらに、ドリルビットから離れる方向に面するアンカー要素４の端部で、例えば、リング７から構成されたストップ部がドリルロッドアセンブリ２上に設けられて、ドリルロッドアセンブリ２に当接してアンカー要素４を受け入れていることが明らかである。

掘削作業中にアンカー要素４を確実に導入するために、アンカー要素４は、ドリルビット３の方向に面するその端部で、ボアホールの内壁との摩擦係合中にアンカー要素を簡単に導入することができるように、斜面またはテーパ８を備えている。

図４から、円筒形またはパイプ形状のアンカー要素４が、ボアホール内壁の寸法に応じて過剰な摩擦力が導入されるのを防ぐために、縦方向に延びるスロット９を備えていることがさらに明らかである。

アンカー要素４を導入中の過剰な摩擦力に打ち勝つ必要をなくするために、図３および図４で示されるとおり、アンカー要素４の外側寸法が、掘削作業中に、ドリルビット３の外周を最大１０％、例えば約５％超えていることがさらに明らかである。

図５および図６は、掘削作業の完了後に、ドリルロッドアセンブリ２とドリルビット３とが、拡大要素６と一緒に、掘削方向と反対の矢印１０の意味においてアンカー要素４の方向にどのように引き抜かれるかを示しており、それによって、ドリルビット３の方向に円錐形に広がる拡大要素６が挿入されると、これによりアンカー要素４はドリルビット３に面する端部で広がり、ボアホール壁部の追加の固定される位置に保持される。

少なくとも部分的に拡大したアンカー要素４の固定性能または効果が、例えば岩盤移動などの原因により低減することが、それ自体は知られているが詳細には示されていない、ボアホールから突き出るドリルロッドアセンブリ２の端部に締め付けナット方式で固定されたデバイスを用いることによって検出される場合、図５の矢印１０と反対の意味で、アンカー要素４から拡大要素を簡単に取り外し、したがって、ドリルビット３によって掘削作業を続けることが、ボアホールから突き出るドリルロッドアセンブリ２の端部に新たに作用することによって、簡単に可能になる。

より大きなボアホール長さを得た後、拡大要素６は再び、ドリルビット３と一緒にアンカー要素４内に引き込まれ、例えば、固定または固定効果を増大させるために、図５および図６で示した状態を越えて、拡大要素６をアンカー要素４により深く導入または引き込み、これにより、アンカー要素４の外周をより拡大可能にして増加した固定効果を達成することができる。

図７および図８に示された装置１は、１１で示されたアンカー要素を用い、アンカー要素には、図１から図６による実施形態とは異なり、縦方向のスロットが設けられておらず、アンカー要素の外周に直径が小さいかまたは寸法が小さい部分１２を備えている。部分１２はまた、掘削作業中に、過剰な摩擦力が作用するのを防ぐ。本実施形態においてもまた、部分１２と異なるアンカー要素１１の部分は、ドリルビット３よりも大きい直径または大きい外側寸法を有するように設計されている。

先の実施形態におけるのと同様に、ボアホール完成後に、ドリルビット３と同じく６で示される拡大要素とは、ドリルビット３に面し、およびここでも斜面８を有して設計されているアンカー要素１１の端部内に引き込まれ、アンカー要素１１を拡大し、これにより増加した固定効果を得る。アンカー要素１１を位置合わせするために、環状ストップ７が同じく図７による実施形態でも設けられている。

特に、より大きなボアホール長さを得るために継続して堀削している間に、アンカー要素４または１１の外径または外側寸法をそれぞれ減少することをさらに促進するために、拡大要素６の延長後に、したがって減少した外側寸法を得るために、少なくともドリルビット３に面する部分において、記憶効果を有する材料を使用して、継続した掘削作業中に過剰な摩擦力が生じるのを防ぐことがさらに実現可能である。

アンカー要素４および１１のそれぞれの長さ、および、ドリルビット３と拡大要素６からのそれらの距離は、ストップ部７を用いてそれぞれの状態に応じて選択することができる。上記の説明から、アンカー要素４または１１のそれぞれとドリルロッドアセンブリ２の外周との間に形成された中空または環状空間１３を通って、アンカー要素４または１１のそれぞれの背後の領域内に、掘削された材料を容易に排除可能であり、アンカー要素の端部への適切な通路開口がまた、ストップ部７の領域に設けられていることがさらに明らかである。

中空のドリルロッドアセンブリ２を用いる場合、ドリルビット３の領域に冷却またはフラッシング流体を導入することが、それ自体は知られている方法で、さらに実現可能である。さらに、ドリルロッドアセンブリ２内に取り付けられたこのような中心流路１４によって、特に、ボアホールが最終的に完成した後、必要に応じて、特に、ドリルビット３およびアンカー要素４または１１それぞれの領域に、硬化剤を導入し、それによって固定効果をさらに高めることができる。

掘削作業中に本発明の方法を実行するための、本発明による装置の第１実施形態の概略部分図を描いている。 図２による実施形態の側面図である。 図１の矢印ＩＩＩの方向におけるドリルビットの正面図である。 図２の線ＩＶ−ＩＶに沿った断面図である。 図１および図２による実施形態の側面図であり、ドリルロッドアセンブリは、アンカー要素を少なくとも部分的に拡大するために引き込まれている。 図５による実施形態の断面図である。 本発明の方法を実行するための、本発明による装置の変更された構成の、図２に一致する側面図である。 図７の線ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩに沿った断面図である。

Claims (12)

1. 土壌または岩盤材料に孔を掘削、特にパーカッションまたは回転パーカッション掘削し、前記孔にアンカーを固定する方法であって、
   ボアホールが、ドリルロッドアセンブリ（２）上に取り付けられたドリルビット（３）によって形成され、前記方法において、
   ドリルロッドアセンブリ（２）を取り囲むアンカー要素（４、１１）が、摩擦係合方式で、特に、ドリルビット（３）から距離を置いてボアホールに導入されることと、アンカー要素（４、１１）がボアホールの完成後に拡大されることを特徴とする、方法。
2. ドリルロッドアセンブリ（２）は、ボアホールの完成後にアンカー要素（４、１１）の方向に引き込まれ、アンカー要素（４、１１）は、作用面から離れる方向に面するドリルビット（３）の側で、ドリルロッドアセンブリ（２）上に取り付けられた拡大要素（６）によって拡大することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. アンカー要素（４、１１）の拡大後に、特に、ボアホールから突き出る端部上のドリルロッドアセンブリ（２）に検査デバイスを固定することによって、アンカーの強度または抵抗が検査されることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
4. アンカーの抵抗の減少を検出中または検出後に、掘削、特にパーカッションまたは回転パーカッション掘削するために、ドリルロッドアセンブリ（２）は再度電源を投入され、それによってボアホールの長さを増大することを特徴とする、請求項３に記載の方法。
5. アンカー要素（４、１１）は、ボアホールの長さを増大した後、第１の拡大手順から得る外周に比べて大きい外周にまで拡大することを特徴とする、請求項４に記載の方法。
6. 土壌または岩盤材料に孔を掘削、特にパーカッションまたは回転パーカッション掘削し、前記孔にアンカーを固定するための装置であって、
   ボアホールが、ドリルロッドアセンブリ（２）上に取り付けられたドリルビット（３）によって形成され、前記装置において、
   ドリルロッドアセンブリ（２）は、ドリルビット（３）の作用面（５）から離れる方向に面する後側で、特に、ドリルビット（３）から距離を置いて、外側寸法が、ドリルビット（３）によって形成されたボアホールの外周を少なくとも部分的に超えるアンカー要素（４、１１）によって取り囲まれていることを特徴とする、装置。
7. アンカー要素は、特に、縦方向に溝を付けられたパイプ（４）、および／または外周が小さくなった部分（１２）を有するパイプ（１１）で形成されていることを特徴とする、請求項６に記載の装置。
8. アンカー要素（４、１１）は、ドリルビットに面する端部に斜面（８）が形成されていることを特徴とする、請求項６または７に記載の装置。
9. ドリルビット（３）の作用面（５）から離れる方向に面する側に、ドリルビット（３）からアンカー要素（４、１１）に向かって先細の拡大要素（６）が設けられ、拡大要素（６）は、穿孔の完成後に、ドリルロッドアセンブリ（２）をボアホールから引き抜くことによって、拡大可能なアンカー要素（４、１１）に導入されることを特徴とする、請求項６から８のいずれか一項に記載の装置。
10. ドリルロッドアセンブリ（２）に固定可能なストップ部（７）が、ドリルビット（３）から離れる方向に面するアンカー要素（４、１１）の端部に設けられていることを特徴とする、請求項６から９のいずれか一項に記載の装置。
11. アンカー要素（４、１１）は、少なくともドリルビットに面する端部領域で、外側寸法の減少する向きに付勢される、記憶効果を有する材料で形成されていることを特徴とする、請求項６から１０のいずれか一項に記載の装置。
12. アンカー要素（４、１１）の外側寸法は、掘削作業中に、ドリルビット（３）の外周を最大１０％、好ましくは約３から５％超えることを特徴とする、請求項６から１１のいずれか一項に記載の装置。

Images