JP2010121275A - 二重管式掘削装置 - Google Patents

Abstract

【課題】掘削後に地盤中に残置するリングビットへの掘削刃の設置数を最少に抑えることができる、施工性に優れた二重管式掘削装置を提供する。
【解決手段】二重管式掘削装置１は、インナービット１００が、回転付与面１２３および回転付与部係止面１２６を具備する回転付与部１２０と、打撃付与面１４２を具備する打撃付与部１４０とを有し、アウタービット２００が、被回転面２２４、被係止面２２８および被打撃面２２６を具備する従動部２２０を有している。インナービット１００がアウタービット２００内を軸心方向に移動して、回転付与部１２０が従動部２２０同士の間を通過した後回転した際、回転付与面１２３が被回転面２２４に当接し、さらに、前面方向に移動した際、打撃付与面１４２が被打撃面２２６に当接する。反対に、後面方向に移動した際、回転付与部係止面１２６が被係止面２２８に係止する。
【選択図】図４

Description

本発明は、二重管式掘削装置に関する。

従来、地面や法面あるいはトンネル内壁等の様々な地盤を掘削する装置として、削孔の崩壊を防ぎながら掘削を進めることができる二重管式掘削装置が広く用いられている。
二重管式掘削装置は、前面に掘削刃（掘削チップ、掘削用突起等）を具備するインナービットと、前面または側面に掘削刃を具備する筒状のリングビットとによって掘削ビットを構成し、インナービットをリングビットに挿入して着脱自在に一体化し、該一体化された掘削ビットに回転および打撃を加えながら掘削するものである。
すなわち、掘削が進むに従って、インナービットには回転および打撃を伝達する駆動ロッドを、また、リングビットには掘削中の孔壁の崩壊を防止するためのケーシングパイプを順次連結して所定の深さまで掘削する。そして掘削終了後、インナービットをリングビットから離して駆動ロッドを順次地上に引き上げ、最後にインナービットを回収する。一方、ケーシングパイプとリングビットは地盤中に残置したり、順次地上に引き上げて回収したりする。
そして、発明者等は、掘削力が作用しない時に、不用意にリングビットがインナービットから外れることがなく、また、インナービットを回収する時は、インナービットをリングビットから確実に外すことができる二重管式掘削装置を提供している（例えば、特許文献１参照）。

特許第３８４９７８８号公報（第１−２頁、図１）

前記二重管式掘削装置は優れた施工性を実現したことから、次は、経済性の面からの改善要請があった。すなわち、多数の掘削刃を具備する筒状のリングビットを地盤中に残置するため、高価な掘削刃が１回の掘削に使用されるだけで、複数回の掘削に使用することができなかった。

本発明は、このような要請に応えるものであり、掘削後に地盤中に残置するリングビットへの掘削刃の設置数を最少に抑えながら、掘削後に回収するインナービットへの掘削刃の設置数を増すことができる、施工性に優れた二重管式掘削装置を提供することを目的とする。

（１）本発明に係る二重管式掘削装置は、前面に掘削刃を具備するインナービットと、前面に掘削刃を具備し、前記インナービットに着脱自在なリングビットとを有し、前記インナービットに付与された回転および打撃を前記リングビットに伝達しながら地盤を掘削する二重管式掘削装置であって、
前記インナービットが、前面寄りに形成された軸心に平行な回転付与面および該回転付与面に略直交する角部を形成する回転付与部係止面を具備する回転付与部と、後面寄りに形成された軸心に垂直な打撃付与面を具備する打撃付与部と、を外周面の複数箇所に有し、
前記アウタービットが、前面寄りに形成された軸心に平行な被回転面と、該被回転面に略直交して隅部を形成する被係止面と、該被係止面よりも後面寄りに形成された軸心に垂直な被打撃面と、を具備する従動部を、内周面の複数箇所に有し、
前記インナービットが前記アウタービット内を軸心方向に移動して、前記回転付与部が前記アウタービットの従動部同士の間を通過した後、前記インナービットが回転した際、前記回転付与部の回転付与面が前記アウタービットの被回転面に当接し、
さらに、前記インナービットが前面方向に移動した際、前記打撃付与部の打撃付与面が前記アウタービットの被打撃面に当接すると共に、前記インナービットが後面方向に移動した際、前記回転付与部の回転付与部係止面が前記アウタービットの被係止面に当接することを特徴とする。

（２）また、前記アウタービットの従動部に、前面に突出する掘削刃が埋め込まれていることを特徴とする。
（３）また、前記インナービットに、前記回転付与部の回転付与面と前記打撃付与部の打撃付与面との間に、円環状のくびれ部が形成され、該くびれ部に流体流出孔が形成されていることを特徴とする。

（４）また、前記インナービットの打撃付与部同士の間および回転付与部同士の間を連通する、軸心に平行な掘削土砂排出溝が形成されていることを特徴とする。
（５）また、前記インナービットの掘削土砂排出溝に、前面に到達する凹部が形成され、該凹部に流体流出孔が形成されていることを特徴とする。

（ｉ）本発明に係る二重管式掘削装置は、インナービットが前面寄りに回転付与部を有するため、当該回転付与部に掘削刃を設置することが可能になることから、インナービットに設置される掘削刃の数量が増大すると共に、かかる増大分に応じてアウタービットに設置される掘削刃の数量が減少する。よって、掘削毎に廃棄される掘削刃の数量が減少するから、施工に要する施工工具コストが安価になる。
また、インナービットに打撃力が付与された場合、かかる打撃力がインナービットに設置された掘削刃に直接伝わるから、掘削が促進され、施工時間を短縮することができる。

（ｉｉ）また、アウタービットの従動部に掘削刃が埋め込まれているため、掘削刃が堅固に固定されると共に、従動部を除く範囲を薄肉にして、アウタービットの軽量化を図ることが可能になる。
（ｉｉｉ）また、インナービットが、流体流出孔が形成されている円環状のくびれ部を有するから、インナービットとアウタービットとの隙間への掘削土砂の堆積が防止されるから、両者の切り離し作用が容易かつ確実になる。

（ｉｖ）また、インナービットが、全長に渡る軸心に平行な掘削土砂排出溝を有するため、掘削土砂の排出が確実に実行される。
（ｖ）また、インナービットの掘削土砂排出溝に、流体流出孔が形成された凹部が設けられているため、流体流出孔からの注水や空気の吹き出しによって掘削土砂の排出が促進される。

［実施の形態１］
図１〜図３は本発明の実施形態１に係る二重管式掘削装置の構成部材を模式的に示すものであって、図１はインナービットの側面図、図２の（ａ）はインナービットの正面図、図２の（ｂ）はインナービットの背面図、図３の（ａ）はアウタービットの正面図、図３の（ｂ）は図３の（ａ）に示すＸ−Ｘ断面（略側面視）の断面図である。
二重管式掘削装置１はインナービット１００（図１、２）およびアウタービット２００（図３）を有している。なお、図１および図３の（ｂ）において、左方向を前面（正面）または前面側と、右方向を後面（背面）または後面側と、左右方向（前後方向に同じ）を軸方向と、軸方向に直角の方向を円周方向と定義する。また、図中、部位同士の接合部や各部位の稜線には、隅ＲやＲ面取りが施されているが、形状の理解を容易にするため、当該部位を実線にて模式的に示している。

（インナービット）
図１および図２において、インナービット１００は、前面から後面にかけて順次、インナー前面１１０と、インナー前面１１０に連なう回転付与部１２０と、くびれ部１３０と、打撃付与部１４０と、径大部１５０と、掘削機（図示しない）との連結に供する連結部１６０と、インナー後面１７０と、回転付与部１２０、打撃付与部１４０および径大部１５０をそれぞれ円周方向で３分割する３条の掘削土砂排出溝１８０と、を有している。

インナー前面１１０は軸心に垂直な平面であって、軸心からの距離が相違する３ヶ所に、超硬製の掘削刃１１１が埋め込まれ、外周面に沿って等角３ヶ所の凹部１１２が形成されている。したがって、インナービット１００に打撃力が付与された場合、かかる打撃力が掘削刃１１１に直接伝わるから、掘削が促進され、施工時間を短縮することができる。
また、凹部１１２の底には、それぞれ流体流出孔１１３が開口している。流体流出孔１１３は、インナー後面１７０に開口する中心流体路（図示しない）に連通している。

回転付与部１２０は掘削土砂排出溝１８０によって分断され、円周方向３ヶ所に等角配置され正面視円弧状の突起である。すなわち、回転付与部１２０は、インナー前面１１０に連なって外周面になるほど後方に位置する回転付与部傾斜面１２２と、正面視で反時計回り方向側の回転付与面１２３と、正面視で時計回り方向側の回転付与部土砂排出面１２４と、回転付与部外周面１２５と、回転付与部傾斜面１２２に対向して軸心に垂直な回転付与部係止面１２６と、を有している。そして、回転付与部傾斜面１２２には、超硬製の掘削刃１２１が埋め込まれている。

打撃付与部１４０は掘削土砂排出溝１８０によって分断され、円周方向３ヶ所に等角配置され正面視円弧状の突起である。すなわち、打撃付与部１４０は、くびれ部１３０のくびれ部外周面１３２に連なって外周面になるほど後方に位置する打撃付与面１４２と、正面視で反時計回り方向側および時計回り方向側の打撃部土砂排出面１４３および打撃部土砂排出面１４４と、打撃部外周面１４５とを有している。

径大部１５０は、打撃付与部１４０の打撃部外周面１４５に連なる径大部傾斜面１５２と、径大部外周面１５５とを有し、掘削土砂排出溝１８０によって円周方向３ヶ所に等角に分割されている。すなわち、掘削土砂排出溝１８０によって、径大部土砂排出面１５３および径大部土砂排出面１５４が形成されている。

連結部１６０は径大部１５０の径大部後面１５６に設置されている。連結部１６０には、ダウンザホールハンマー（図示しない）に連結されるスプライン１６１が形成されているが、本発明はこれに限定するものではなく、スプライン１６１に替えて雄ネジを形成したり、あるいは、径大部後面１５６から前面方向に向けて雌ネジを形成してもよい。

（アウタービット）
図３において、アウタービット２００は、筒状体であって、アウター後面２７０側に薄肉の内径大範囲２５０と、アウター前面２１０側に内径大範囲よりは内径が小さい（より厚肉に同じ）の内径小範囲２３０を有している。このとき、内径小範囲２３０にはインナービット１００の回転付与部１２０が侵入自在になるよう、内径大範囲２５０にはケーシングパイプシュー（図示しない）の一部が侵入自在になるよう、それぞれの寸法が設定されている。
また、内径小範囲２３０には、円周方向で３ヶ所等角配置された従動部２２０が内径側（軸心方向に同じ）に突出している。

（従動部２２０）
従動部２２０は、側面視（軸心から外周面に向かって見た景色に同じ）においてＬ字状である。すなわち、アウター前面２１０に連続した内側傾斜面２１３と、従動部前面２２２に平行な被係止面２２８と、従動部前面２２２に平行な被打撃面（打撃受動面に同じ）２２６と、正面視において半時計回り方向の大側面２２３と、軸心に平行する被回転面２２４と、正面視において半時計回り方向の小側面２２７と、を有している。
そして、従動部内面２２５は円筒面の一部であって、その内径はインナービット１００のくびれ部外周面１３１の外径よりも大きくなっている。

したがって、内径小範囲２３０には軸心に略平行する大側面２２３と小側面２２７とに挟まれた、インナービット１００の回転付与部１２０が軸方向に通過自在な回転付与部通過溝２８０が形成されている。
そして、被係止面２２８と被打撃面２２６との距離が、インナービット１００のくびれ部１３０の間隔よりも小さく、被係止面２２８と被打撃面２２６とに挟まれた範囲がくびれ部１３０内に侵入自在になっている。また、被回転面２２４と被係止面２２８とによって形成される懐部に、インナービット１００の回転付与部１２０が反時計回り方向に侵入することが可能になっている。

すなわち、インナービット１００の正面視において反時計回りの回転によって、アウタービット２００の被回転面２２４にインナービット１００の回転付与面１２３が当接する。また、インナービット１００のインナー前面１１０方向の移動によって、アウタービット２００の被打撃面２２６にインナービット１００の打撃付与面１４２が当接する。さらに、インナービット１００のインナー後面１７０方向の移動によって、アウタービット２００の被係止面２２８にインナービット１００の回転付与部係止面１２６が当接する。

よって、アウタービット２００には、インナービット１００から回転と打撃とが伝達されると共に、回転と打撃との伝達時に、アウタービット２００とインナービット１００ととの係止が開放され、両者が分離することがない。
また、掘削終了時には、インナービット１００を正面視において時計回りに回転させてインナー後面１７０の方向に引き出せば、インナービット１００の回転付与部１２０はアウタービット２００の回転付与部通過溝２８０を通過するから、両者を容易に分離することができる。

（掘削刃）
アウター前面２１０には外周面になるほどアウター後面２７０に近づく外側傾斜面２１２が形成され、内側傾斜面２１３の従動部２２０に繋がった位置に超硬製の掘削刃２１１が等角配置されている。掘削刃２１１は軸心に対してアウター前面２１０側が開くように傾斜した姿勢で、従動部２２０の大側面２２３と被回転面２２４とに挟まれた厚肉範囲に堅固に埋め込まれている。このため、かかる埋め込み範囲を除く内径小範囲２３０の肉厚を薄くすることが可能になるから、アウタービット２００を軽量にすることができる。
また、掘削刃２１１の外周面側の面は、アウタービット２００の外周面２０１よりも僅かに外側に突出している。このため、アウタービット２００の回転によって掘削された削孔の内径は外周面２０１の外径よりも大きくなり、両者の間には隙間が形成されるから、外周面２０１に摺動抵抗が作用しない状態でアウタービット２００を回転させることができる。

（施工状況）
図４は本発明の実施形態に係る二重管式掘削装置を用いた施工状況を模式的に示す略側面視の断面図である。なお、説明の便宜上、アウタービット２００の断面の手前に位置する（実際は見えない）従動部２２０を複斜線にて表示し、上側と下側で一部（ケーシングパイプシュー）の位相がずれている。また、図１〜３と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。

（ケーシングパイプシュー）
図４において、アウタービット２００のアウター後面２７０にケーシングパイプシュー３００が設置され、ケーシングパイプシュー３００にケーシングパイプ４００が溶接接続されている。そして、ケーシングパイプ４００の内部または外部には掘削装置（図示しない）が配置され、該掘削装置にインナービット１００の連結部１６０が接続されている。

なお、ケーシングパイプシュー３００は、アウタービット２００の内径大範囲２５０に挿入されるアウタービット挿入部３１０と、ケーシングパイプ４００に挿入されるケーシングパイプ挿入部３３０と、両者の中間に位置するフランジ部３２０とを有している。
このとき、ケーシングパイプシュー３００のアウタービット挿入部３１０の長さｂは、ケーシングパイプシュー３００の端面がインナービット１００の径大部傾斜面１５２から最も離れたときの距離ａ（図４の下側の断面参照）よりも大きくなっている（ｂ＞ａ）。したがって、ケーシングパイプシュー３００の端面が径大部傾斜面１５２に最も近づいた場合（当接した場合）でも、アウタービット挿入部３１０がアウタービット２００の内径大範囲２５０から抜け出すことがない（図４の上側の断面参照）。

なお、本発明はアウタービット２００にケーシングパイプシュー３００を設置する要領は限定するものではない。たとえば、アウター後面２７０とフランジ部３２０とを溶接接続したり、内径大範囲２５０に雌ネジを形成し、アウタービット挿入部３１０に雄ネジを形成して、ネジ接続したりして、両者を固定してもよい。あるいは、たとえば、内径大範囲２５０に円周方向の内面溝を形成し、アウタービット挿入部３１０に円周方向の外面溝を形成し、内面溝と外面溝との間にリング状の接合部材（Ｃクリップ等）を設置して、両者を軸心を中心に相対的に回転自在に接続してもよい。

インナービット１００とアウタービット２００との接合は、前記のように、軸心方向の挿入と軸心を中心にした回転とからなるバヨネット機構による。
すなわち、インナービット１００の回転付与部１２０が、アウタービット２００の回転付与部通過溝２８０を通過して前進した後、インナービット１００の回転によって、回転付与部１２０が、アウタービット２００の被回転面２２４と被係止面２２８とによって形成される懐部に侵入し、やがて、回転付与面１２３が被回転面２２４に当接する。よって、インナービット１００の回転がアウタービット２００に伝達される。
また、インナービット１００のインナー前面１１０方向の移動によって、打撃付与面１４２がアウタービット２００の被打撃面２２６に当接するから、インナービット１００からアウタービット２００に打撃が伝達される。

さらに、掘削終了時、インナービット１００を掘削時とは反対の方向に回転して、インナー後面１７０の方向に引き出せば、インナービット１００の回転付与部１２０はアウタービット２００の回転付与部通過溝２８０を通過するから、両者を容易に分離することができる。
すなわち、掘削された削孔にアウタービット２００やケーシングパイプ４００等を残置して、インナービット１００を回収することができる。このとき、アウタービット２００には設置される掘削刃２１１は最少数に抑えられているから、掘削刃２１１の廃棄数が抑えられている。また、インナービット１００に設置された多くの掘削刃１１１は、繰返し使用されることになる。よって、施工の要する掘削工具のコストが安価になる。

以上、インナービット１００では３条の掘削土砂排出溝１８０によって、回転付与部１２０等が円周方向で３分割され、これに対応して、アウタービット２００では、従動部２２０が円周方向で３ヶ所等角配置されているが、本発明は掘削土砂排出溝１８０の数量を限定するものではなく、２条または４条以上であってもよい（これに伴って従動部２２０が２ヶ所または４ヶ所以上であってもよい）。

［実施の形態２］
図５および図６は本発明の実施形態２に係る二重管式掘削装置を説明するものであって、図５は構成部材であるアウタービットの側面視の断面図、図６は施工状況を模式的に示す略側面視の断面図である。なお、実施の形態１（図４等）と同じ部分または相当する部分にはこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。

（アウタービット）
図５において、アウタービット５００は、実施の形態１におけるアウタービット２００の内径大範囲２５０のアウター後面２７０の近くに、所定幅の雌ネジ５５０を設けたものである。

（ケーシングパイプシュー）
図６において、ケーシングパイプシュー６００は、実施の形態１におけるケーシングパイプシュー３００のアウタービット挿入部３１０に雌ネジ５５０に螺合する所定幅の雄ネジ６１０を設けたものである。
このとき、雄ネジ６１０のネジ山の外径が、アウタービット５００のアウター後面２５０の内径より僅かに小さくなっているから、雄ネジ６１０の雌ネジ５５０への螺合を進めると、やがて、雄ネジ６１０は雌ネジ５５０から離脱して、アウター後面２５０内に侵入して、軸方向に移動自在になる。
すなわち、ケーシングパイプシュー６００（ケーシングパイプ４００に同じ）は、アウタービット５００に対して、軸方向に所定の距離だけ移動自在でありながら、雄ネジ６１０を雌ネジ５５０に再度螺合して、相対的に回転しない限り、両者は離れることがない。したがって、鉛直方向に掘削するとき、仮に、インナービット１００とアウタービット５００とが離れるようなことが起こったとしても、アウタービット５００が単独で地盤内に落下するようなことがない。

なお、図６において、ケーシングパイプシュー６００のアウタービット挿入部３１０の外周に雄ネジ６１０が、アウタービット５００のアウタービット挿入部３１０の内周に雌ネジ５５０が、それぞれ設けられているが、本発明はこれに限定するものではなく、アウタービット挿入部３１０の内周に雌ネジを設け、アウタービット５００の外周面２０１に雄ネジを設けてもよい。このとき、アウタービット挿入部３１０の外径をフランジ部３２０の外径と略同じにして内径を拡大し、一方、アウタービット５００の外周面２０１のアウター後面２７０に近い範囲の外径を小さくして、アウタービット挿入部３１０の中に侵入自在にする。
また、図６において、連結部１６０の先端には図示しない雄ネジが形成され、該雄ネジがインナービット１００に形成された図示しない雌ネジに螺合して、両者が連結されているが、本発明はかかる連結要領をネジ接合に限定するものではない。

本発明は、軟弱土砂、砂礫層、岩盤層等の各種地盤や、コンクリート等の各種構造物を掘削する二重管式掘削装置に広く利用することができる。

本発明の実施形態に係る二重管式掘削装置の構成部材であるインナービットを模式的に示す側面図。 図１に示すインナービットを模式的に示す正面図と背面図。 本発明の実施形態に係る二重管式掘削装置の構成部材であるアウタービットを模式的に示す正面図と略側面視の断面図。 図１に示す二重管式掘削装置を用いた施工状況を模式的に示す略側面視の断面図。 本発明の実施形態２に係る二重管式掘削装置を説明する構成部材であるアウタービットの側面視の断面図。 本発明の実施形態２に係る二重管式掘削装置の施工状況を模式的に示す略側面視の断面図。

符号の説明

１ 二重管式掘削装置
１００ インナービット
１１０ インナー前面
１１１ 掘削刃
１１２ 凹部
１１３ 流体流出孔
１２０ 回転付与部
１２１ 掘削刃
１２２ 回転付与部傾斜面
１２３ 回転付与面
１２４ 回転付与部土砂排出面
１２５ 回転付与部外周面
１２６ 回転付与部係止面
１３０ くびれ部
１３２ くびれ部外周面
１４０ 打撃付与部
１４２ 打撃付与面
１４３ 打撃部土砂排出面
１４４ 打撃部土砂排出面
１４５ 打撃部外周面
１５０ 径大部
１５２ 径大部傾斜面
１５３ 径大部土砂排出面
１５４ 径大部土砂排出面
１５５ 径大部外周面
１５６ 径大部後面
１６０ 連結部
１６１ スプライン
１７０ インナー後面
１８０ 掘削土砂排出溝
２００ アウタービット
２０１ 外周面
２１０ アウター前面
２１１ 掘削刃
２１２ 外側傾斜面
２１３ 内側傾斜面
２２０ 従動部
２２２ 従動部前面
２２３ 大側面
２２４ 被回転面
２２５ 従動部内面
２２６ 被打撃面
２２７ 小側面
２２８ 被係止面
２３０ 内径小範囲
２５０ 内径大範囲
２７０ アウター後面
２８０ 回転付与部通過溝
３００ ケーシングパイプシュー
３１０ アウタービット挿入部
３２０ フランジ部
３３０ ケーシングパイプ挿入部
４００ ケーシングパイプ
５００ アウタービット
５５０ 雌ネジ
６００ ケーシングパイプシュー
６１０ 雄ネジ

Claims (5)

1. 前面に掘削刃を具備するインナービットと、前面に掘削刃を具備し、前記インナービットに着脱自在なリングビットとを有し、前記インナービットに付与された回転および打撃を前記リングビットに伝達しながら地盤を掘削する二重管式掘削装置であって、
   前記インナービットが、前面寄りに形成された軸心に平行な回転付与面および該回転付与面に略直交する角部を形成する回転付与部係止面を具備する回転付与部と、後面寄りに形成された軸心に垂直な打撃付与面を具備する打撃付与部と、を外周面の複数箇所に有し、
   前記アウタービットが、前面寄りに形成された軸心に平行な被回転面と、該被回転面に略直交して隅部を形成する被係止面と、該被係止面よりも後面寄りに形成された軸心に垂直な打撃受動面と、を具備する従動部を、内周面の複数箇所に有し、
   前記インナービットが前記アウタービット内を軸心方向に移動して、前記回転付与部が前記アウタービットの従動部同士の間を通過した後、前記インナービットが回転した際、前記回転付与部の回転付与面が前記アウタービットの被回転面に当接し、
   さらに、前記インナービットが前面方向に移動した際、前記打撃付与部の打撃付与面が前記アウタービットの被打撃面に当接すると共に、前記インナービットが後面方向に移動した際、前記回転付与部の回転付与部係止面が前記アウタービットの被係止面に当接することを特徴とする二重管式掘削装置。
2. 前記アウタービットの従動部に、前面に突出する掘削刃が埋め込まれていることを特徴とする請求項１記載の二重管式掘削装置。
3. 前記インナービットに、前記回転付与部の回転付与面と前記打撃付与部の打撃付与面との間に、円環状のくびれ部が形成され、該くびれ部に流体流出孔が形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の二重管式掘削装置。
4. 前記インナービットの打撃付与部同士の間および回転付与部同士の間を連通する、軸心に平行な掘削土砂排出溝が形成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の二重管式掘削装置。
5. 前記インナービットの掘削土砂排出溝に、前面に到達する凹部が形成され、該凹部に流体流出孔が形成されていることを特徴とする請求項４記載の二重管式掘削装置。

Images