JP2009046891A - スパイラルオーガーおよび該スパイラルオーガーを用いた土中埋設本管に対する枝管の取付け工法 - Google Patents

Abstract

【課題】引き上げ時に土砂落下の殆どないスパイラルオーガーを用いることにより土中埋設本管に向けた掘削作業の効率化をはかる。
【解決手段】オーガーエンペラーの先端部付近に、一端を片側オーガーフィンの下面付近に取り付けた回転軸を支点として自由端が上記片側オーガーフィンとの間に土砂通路を形成する下方のオーガーフィンとの間を閉鎖もしくは開放すべく揺動自在に取付けられたゲートバルブを備えている。これにより掘削後の引き上げ時には、ゲートバルブの自由端が自重により落下して上下のオーガーフィン間の土砂通路を閉塞するために、掘削した土砂が落下することがなく、そのすべてを地上に効率よく排土することができる。また土中埋設本管内への土砂流入や本管内詰まりを無くし、また地盤の沈下を著しく減少させ、しかも掘削・排土時のバキューム車使用を不要となり、作業の簡略化と著しいコストの低減、そして良好な自然環境の維持をはかる。
【選択図】図１

Description

本発明は、下水管や水道管、あるいは電話その他の通信回線敷設用等、各種の土中埋設本管に対する取付け管等枝管の取り付けに用いるスパイラルオーガーおよび該スパイラルオーガーを用いた土中埋設本管に対する枝管の取付け工法に関し、枝管の取付けに際し、土中埋設本管に向けた掘削時の排土効率を高めて土中埋設本管内への土砂流入や本管内詰まり、あるいは地盤の沈下を著しく減少させ、また排土時のバキューム車使用を不要とすることを目的とする。

下水管や水道管、あるいは電話その他の通信回線敷設用等、各種の土中埋設本管に対する取付け管等枝管の取り付けに用いる技術としては、土中に埋設されている本管を露出させておこなう開削工事が一般的である。また枝管の取付けに関しては例えば特開平１１−８２８２７号公報に開示された取付け工法が知られている。これは土中埋設本管に取付け穴を開口するとともに、該取付け穴内に、あらかじめ先端差し込み部分の外周面に接着剤を塗布した枝管先端を差し込んで塗布した接着剤の一部を本管開口部付近において、枝管外周面との間に盛り上がらせて固化するようにしたものである。

さらに従来の一般的な工法による場合においては、柔らかい砂質土や粘質土の排土作業を地盤改良とバキューム車による汲み上げ作業との組み合わせにより実施することが多かった。また土中に向けて杭孔等を掘削する一般的な手段としては特開平５−３３５７３号公報に開示されているような掘削装置が知られている。これは掘削ロッドの周りに先端に掘削刃を取り付けた螺旋羽根およびスパイラルオーガーを巻回させるとともに、スパイラルオーガーを貫通し、上記掘削ロッドに沿わせた空気供給パイプを取り付けて構成されている。
特開平１１−８２８２７号公報 特開平５−３３５７３号公報

しかしながら上記した開削工法による場合においては、地山の崩壊に伴う人身事故発生のリスクが大きく、また本管に対する穴あけ時に土砂が本管内に流入することが避けられず、その結果本管の詰まりを生じ、あるいは地盤沈下などのおそれもある。さらに特許文献１に記載された取付け工法による場合、土中埋設本管までの掘削に多くの困難を伴うことが多い。

すなわち土中埋設本管は少なくとも地下１ｍ以上の深さであって、多くの場合には２ｍ〜５ｍの深さの地中に埋設されているために、埋設本管の枝管接続部分を露出させるためには地中掘削に多くの労力を要する。また地盤改良とバキューム車による湧水汲み上げ作業との組み合わせにより実施する場合においては、地盤改良に伴う地下水の汚濁の問題があり、さらにバキューム車による地下水の吸引には産業廃棄物が伴うところから環境維持の面においても解決すべき大きな課題が残されている。

このような場合に、最近では既述した引用文献２に示されているような本格工事用のスパイラルオーガーを備えた掘削装置を転用使用することにより掘削作業の労力低減をはかることもおこなわれているが、掘削現場の土質が比較的柔らかい場合においては掘削土の引き上げ時にオーガーからこぼれ落ちやすく、作業効率の面において十分とはいえない。

そこで本発明にあっては、とくに土中埋設本管に対する枝管の取付けに最も適するスパイラルオーガー、および該スパイラルオーガーを用いた土中埋設本管に対する枝管の効率的な取付け工法を開発したものであって、具体的には請求項１の発明は、ボーリングマシンの主軸伝達ロッドに取り付けられ、土中埋設本管に向けて埋め込まれたケーシング内に沿って進退可能なオーガーであって、該オーガーは内部中空の主軸シャフト先端寄り部分の外周面に、主軸シャフトに沿わせてオーガーフィンをスパイラル状に施したオーガーエンペラーと、該オーガーエンペラーの先端部付近に、一端を片側オーガーフィンの下面付近に取り付けた回転軸を支点として自由端が上記片側オーガーフンとの間に土砂通路を形成する下方のオーガーフィンとの間を閉鎖もしくは開放すべく揺動自在に取付けられたゲートバルブを備えていることを特徴とするスパイラルオーガーに関する。

また請求項３の発明は、土中埋設本管に向けて円筒状のケーシングを差し込む工程と、ボーリングマシンの主軸伝達ロッドに、内部中空の主軸シャフト先端寄り部分の外周面に、主軸シャフトに沿わせてオーガーフィンをスパイラル状に施したオーガーエンペラーと、該オーガーエンペラーの先端部付近に、一端を片側オーガーフィンの下面付近に取り付けた回転軸を支点として自由端が上記片側オーガーフィンとの間に土砂通路を形成する下方のオーガーフィンとの間を閉鎖もしくは開放すべく揺動自在に取付けられたゲートバルブを備えたスパイラルオーガーを取り付けて上記ケーシング内を順次土中埋設本管に向けて掘削することにより掘削孔を形成する工程と、土中埋設本管貫通後に該掘削孔内に枝管を取り付ける工程とからなるスパイラルオーガーを用いた土中埋設本管に対する枝管の取付け工法に関する。

本願の発明は、オーガーエンペラーの先端部付近に、一端を片側オーガーフィンの下面付近に取り付けた回転軸を支点として自由端が上記片側オーガーフィンとの間に土砂通路を形成する下方のオーガーフィンとの間を閉鎖もしくは開放すべく揺動自在に取付けられたゲートバルブを備えているために、土中埋設本管に向けて設置したケーシング内に沿って順次掘削する場合には、ゲートバルブが掘削土に押し上げられて上下のオーガーフィン間の土砂通路が開放され、逐次土砂通路内に掘削土が採取されるとともに、掘削後スパイラルオーガーを引き上げる際には、ゲートバルブの自由端が自重により落下して上下のオーガーフィン間の土砂通路を閉塞するために、掘削した土砂が落下することがなく、そのすべてを地上に効率よく排土することができる。

また土中埋設本管に向けて円筒状のケーシングを差し込み、該ケーシング内に沿って上記したスパイラルオーガーをボーリングマシンにより順次進行させつつ掘削し、土中埋設本管貫通後に該掘削孔内に枝管を取り付ける取り付け手法においては、ケーシングを土中埋設本管の外周面にまで挿入してケーシング内の土砂を排土するために枝管の接続工事を非開削でおこなうことができる。

さらに土中埋設本管に向けた掘削時の排土効率を高めて土中埋設本管内への土砂流入や本管内詰まりを無くし、また地盤の沈下を著しく減少させ、しかも掘削・排土時のバキューム車使用を不要とすることができ、作業の簡略化と著しいコストの低減、そして良好な自然環境の維持をはかることができる。

以下において本発明の具体的な内容を図示の実施例をもとに説明をする。図１および図２には本発明の実施例であるところの土中埋設本管に向けて埋め込まれたケーシング内に沿って進退可能なスパイラルオーガーＳＡが示されている。同図において１は内部中空の主軸シャフトをあらわし、上端部にはボーリングマシンに取付けるためのオーガースイベルヘッド２を有しており、主軸シャフト１の先端寄り部分の外周面に、主軸シャフト１に沿わせてスパイラル状に施されたオーガーフィン３をスパイラル状に施すことによりオーガーエンペラー４が構成されている。

さらにオーガーエンペラー４の先端部付近には、一端を片側オーガーフィン３ａの下面付近に取り付けた回転軸５を支点として自由端が上記片側オーガーフン３ａとの間に土砂通路を形成する下方のオーガーフィン３ｂとの間を閉鎖〔図１（Ｂ）および図２（Ｂ）参照〕もしくは開放〔図１（Ａ）および図２（Ａ）参照〕すべく揺動自在に取付けられたゲートバルブ６を備えている。

またこのゲートバルブ６は自由端が自重による落下時において下方のオーガーフィン３ｂ平面に対して略隙間なく接し、またその側面部はオーガーフィン３ａおよび３ｂの放射方向突出端に合わせて外方に向けて弧状に突出しており、これによりケーシング内において、ケーシング側壁面と略隙間なく接近できるように構成されている。なお図において７はオーガーフィン３ｂのそれぞれの先端部に形成された掘削刃をあらわしている。

さらに図において８は内部中空の主軸シャフト１の先端開口部に設けられた通気バルブをあらわしており、主軸シャフト１の下端にシャフトの開口部を閉塞し、また開放可能な円盤状の蓋体を、シャフト内を貫通する操作杆８ａの先端部に取り付けるとともに、該操作杆８ａの上端部がボーリングマシンに接続されており、ボーリングマシン側の操作により掘削時にはシャフト開口部を閉塞し、また引き抜き時にはシャフト開口部を開放してエアを放出することができるように構成されている。

さらに図３（Ａ）〜（Ｃ）および図４（Ｄ）〜（Ｆ）には、上記図１および図２に示したスパイラルオーガーＳＡを用いた土中埋設本管に対する枝管の取付けの具体的な手法が示されている。図３において、（Ａ）は土中埋設本管９の枝管取り付け箇所に向けて地表から管状のケーシング１０を推進装入する工程を示したものである。この場合に、管状のケーシング１０はあらかじめ上端部をボーリングマシン１１の主軸伝達ロッド１２の先端に取付けたオーガースイベルヘッド１３に固定され、ボリングマシン１１の押圧力により、順次土中埋設本管９に向けて装入され、先端部を土中埋設本管９の枝管取り付け箇所に向けて装入された状態で固定される。

なお上記ケーシング１０の装入に際しては、格別図示はしていないが、事前にボーリングマシン１１の主軸伝達ロッド１２の先端に地中掘削用のオーガー（従来汎用のものでも可）を取付けて土中埋設本管９の枝管取り付け箇所に向けてケーシング１０装入のための掘削穴Ｈを形成し、またケーシング１０挿入箇所の地盤を予め柔らかくほぐしておくことにより、ケーシング装入作業をより一層容易にすることができる。

つぎに図３（Ｂ）は既述した図１および図２に示したゲートバルブ６を備えたスパイラルオーガーＳＡを用いてケーシング１０内の土砂を排出する工程をあらわしている。スパイラルオーガーＳＡは既述したように、ボーリングマシン１１のオーガースイベルヘッド２に、内部中空の主軸シャフト１先端寄り部分の外周面に、主軸シャフト１に沿わせてオーガーフィン３をスパイラル状に施したオーガーエンペラー４と、該オーガーエンペラー４の先端部付近に、一端を片側オーガーフィン３ａの下面付近に取り付けた回転軸５を支点として自由端が上記片側オーガーフン３ａとの間に土砂通路を形成する下方のオーガーフィン３ｂとの間を閉鎖もしくは開放すべく揺動自在に取付けられたゲートバルブ６を備えたものである。

このスパイラルオーガーＳＡをオーガースイベルヘッド２を介して主軸伝達ロッド１２の先端に取り付けて上記ケーシング１０内に装入し、ボーリングマシン１１により回転させながらケーシング１０内を土中埋設本管に向けて順次掘削進行させることによりケーシング１０内の土砂を残らず掘削して地上に引き上げる。

なおこの場合に、土中埋設本管に向けて順次掘削進行させる際には図１にあらわされているように主軸シャフト１内の操作杆８ａを引き上げて先端部に取り付けた通気バルブ８の円盤状の蓋体を主軸シャフト８の開口部に密着させて閉塞した状態にてケーシング１０内を進行させつつ土砂の掘削をおこなう。

この際ゲートバルブ６は土砂に押圧されて取付け側である片側オーガーフィン３ａ側に押し上げられて下方のオーガーフィン３ｂとの間に形成された土砂通路を開放して土砂を受け入れる〔図１（Ａ）の矢印を参照〕。またスパイラルオーガーＳＡを引き上げる場合においては、スパイラルオーガーＳＡの上方への引き上げに伴ってケーシング１０の内底部付近が次第に負圧となる結果、スパイラルオーガーＳＡの引き上げに大きな負荷がかかることになる。

そこでスパイラルオーガーＳＡの引き上げ時においては、主軸シャフト１内の操作杆８ａを逆に引き下げて主軸シャフト８の開口部から通気バルブ８の円盤状の蓋体を引き離すことにより主軸シャフト８の下端開口部を開口させて地上の大気と通じさせ、あるいは地上から圧搾空気を送り込んでスパイラルオーガーＳＡの引き上げ抵抗を軽減させることによりボーリングマシン１１の付加をより一層軽減させることができる。

なおこの場合に、上記したゲートバルブ６は、その自由端側が自重により下方のオーガーフィン３ｂ側に接して片側オーガーフィン３ａと下方のオーガーフィン３ｂとの間に形成された土砂通路を閉塞するために、スパイラルオーガーＳＡの引き上げに際して掘削採取した土砂がケーシング１０内にこぼれ落ちることがない（図２参照）。

図３（Ｃ）は、土中埋設本管９の枝管取り付け箇所に枝管接続用の接続穴を形成する工程をあらわしている。枝管接続用の接続穴形成にあたっては、事前に前記した図３（Ｂ）によるケーシング１０内の土砂掘削後においてケーシング１０のセンターと土中埋設本管９の枝管取り付け箇所中心との位置合わせの再確認をおこなう。

枝管接続用の接続穴形成に際しては、主軸伝達ロッド１２の先端に土中埋設本管９に対する枝管取付け穴形成用のコアチューブ１４を取り付けてケーシング１０内に装入し、ボーリングマシン１１により主軸伝達ロッド１２を回転させつつケーシング１０先端部より土中埋設本管９に対して枝管接続取付け用の穴を削孔開設する。

図４（Ｄ）は、土中埋設本管９に対する枝管１５の接続工程をあらわしている。枝管１５の接続に際しては主軸伝達ロッド１２の先端に、先端に取り付け部品１５ａを取り付けた枝管１５の上端部を取り付けるとともに、これをケーシング１０内に装入し、ボーリングマシン１１の押圧力によってケーシング１０の先端より上記した取付け部１５ａを土中埋設本管９の接続穴内に圧入圧着させて取り付ける。

図４（Ｅ）は、枝管１５の固定安定化工程をあらわしている。地上の注入機１６および注入ノズル１６ａにより掘削穴Ｈとケーシング１０との隙間に目詰砂利やセメントミルクを注入し、枝管１５の全体を掘削穴Ｈ内に安定化させる。なお図４（Ｆ）はケーシング１０の撤去工程をあらわし、図４（Ｅ）により掘削穴Ｈとケーシング１０との隙間に目詰砂利やセメントミルクを注入した後、固化しないうちにクレーン１７により掘削穴Ｈ内のケーシング１０を引き抜いて撤去し、一連の作業を終了する。なお場合によってはこのケーシング１０は必ずしも引き抜き撤去せずに枝管１５とともに地中に残す場合もある。

実験例

土中埋設本管に対する枝管の取付け工法として、ゲートバルブを備えた本願発明に係るスパイラルオーガー（「密閉式スパイラルオーガー」）を用いた場合と、従来汎用のゲートバルブを備えていないタイプの出願人会社スパイラルオーガー（「開放式スパイラルオーガー」）を用いた場合、そしてスパイラルオーガーを用いずに地盤改良・バキューム車による吸引排土方式（「従来工法」）を用いた各場合について、実験をおこなった結果を以下に示す。

［土質］ ［使用機材］ ［排土状況］
────────────────────────────────────────
非常に柔らかい
砂質土の場合 密閉式スパイラルオーガー 完全排土
開放式スパイラルオーガー 流動性があるために排土困難
削進孔又は本管内に土砂が残留
従来工法 地盤改良、バキューム車により吸引
排土
粘質土の場合 密閉式スパイラルオーガー 完全排土
（ヘドロ状） 開放式スパイラルオーガー 流動性があるために排土困難
削進孔又は本管内に土砂が残留
従来工法 地盤改良、バキューム車により吸引
排土
────────────────────────────────────────
柔らかい
砂質土の場合 密閉式スパイラルオーガー 完全排土
開放式スパイラルオーガー 不完全排土
従来工法 地盤改良、バキューム車により吸引
排土
粘質土の場合 密閉式スパイラルオーガー 完全排土
開放式スパイラルオーガー 鋼管削孔により流動化が発生し排土
困難 削進孔又は本管内に土砂が残留
従来工法 地盤改良、バキューム車により吸引
排土
────────────────────────────────────────
硬い
砂質土の場合 密閉式スパイラルオーガー 完全排土
開放式スパイラルオーガー 完全排土
従来工法 既製オーガー使用、バキューム車に
より吸引
粘質土の場合 密閉式スパイラルオーガー 略完全排土
開放式スパイラルオーガー 完全排土
従来工法 既製オーガー使用、バキューム車に
より吸引

上記の実験結果からみても明らかであるように、枝管を土中埋設本管に接続する工事に際しては、一般的には本管の埋設されている土質が柔らかいほど排土が困難となるが、本願発明におけるゲートバルブを備えたスパイラルオーガー（「密閉式スパイラルオーガー」を用いた場合においては土質が非常に柔らかい場合であっても完全排土が可能となり、掘削時の排土効率を高めて土中埋設本管内への土砂流入や本管内詰まり、あるいは地盤の沈下を著しく減少させ、また排土時のバキューム車使用を不要とし、自然環境維持の面においても著しく貢献できることが明らかとなった。

本発明の一実施例であるスパイラルオーガーの掘削時における側面図。 本発明の一実施例であるスパイラルオーガーの引き上げ時における側面図。 本発明のスパイラルオーガーを用いた土中埋設本管に対する枝管の取付け工法の工程段階説明図（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）。 本発明のスパイラルオーガーを用いた土中埋設本管に対する枝管の取付け工法の工程段階説明図（Ｄ）（Ｅ）（Ｆ）。

符号の説明

ＳＡ スパイラルオーガー
１ 主軸シャフト
２ オーガースイベルヘッド
３ オーガーフィン
３ａ 片側オーガーフン
３ｂ 下方のオーガーフィン
４ オーガーエンペラー
５ 回転軸
６ ゲートバルブ
７ 掘削刃
８ 通気バルブ
８ａ 操作杆
９ 土中埋設本管
１０ ケーシング
１１ ボーリングマシン
１２ 主軸伝達ロッド
１３ オーガースイベルヘッド
１４ コアチューブ
１５ 枝管
１５ａ 取付け部
１６ 注入機
１６ａ 注入ノズル
１７ クレーン
Ｈ 掘削穴

Claims (4)

1. ボーリングマシンの主軸伝達ロッドに取り付けられ、土中埋設本管に向けて埋め込まれたケーシング内に沿って進退可能なオーガーであって、該オーガーは内部中空の主軸シャフト先端寄り部分の外周面に、主軸シャフトに沿わせてオーガーフィンをスパイラル状に施したオーガーエンペラーと、該オーガーエンペラーの先端部付近に、一端を片側オーガーフィンの下面付近に取り付けた回転軸を支点として自由端が上記片側オーガーフンとの間に土砂通路を形成する下方のオーガーフィンとの間を閉鎖もしくは開放すべく揺動自在に取付けられたゲートバルブを備えていることを特徴としたスパイラルオーガー。
2. スパイラルオーガーが土中埋設本管に対する枝管取付け用であるところの請求項１に記載のスパイラルオーガー。
3. 土中埋設本管に向けて円筒状のケーシングを差し込む工程と、ボーリングマシンの主軸伝達ロッドに、内部中空の主軸シャフト先端寄り部分の外周面に、主軸シャフトに沿わせてオーガーフィンをスパイラル状に施したオーガーエンペラーと、該オーガーエンペラーの先端部付近に、一端を片側オーガーフィンの下面付近に取り付けた回転軸を支点として自由端が上記片側オーガーフンとの間に土砂通路を形成する下方のオーガーフィンとの間を閉鎖もしくは開放すべく揺動自在に取付けられたゲートバルブを備えたスパイラルオーガーを取り付けて上記ケーシング内を順次土中埋設本管に向けて掘削する工程と、土中埋設本管貫通後に該掘削孔内に枝管を取り付ける工程とからなるスパイラルオーガーを用いた土中埋設本管に対する枝管の取付け工法。
4. 主軸シャフトの先端部には掘削時にシャフト開口部を閉塞するとともに、引き抜き時にシャフト開口部を開放する通気バルブが取り付けられているところの請求項３に記載のスパイラルオーガーを用いた土中埋設本管に対する枝管の取付け工法。

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