JP2010242344A - コアサンプリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外管を回転させても、コアチューブが引きずられて回転することがなく、軟らかい地盤であっても硬い地盤であってもコアを乱さずに採取できるコアサンプリング装置を提供する。
【解決手段】掘削ビットを下端に有する外管と、外管に挿入され、上部が地上側に延長され、下部にコアを採取するコアチューブが取り付けられた内管と、地上に設置された地盤調査装置のスライドテーブルに装着され、内管の上部をつかんで回転しないように保持するグリップ機構と外管の上部をつかんで回転させる回転機構が設けられたドリルヘッドと、が備えられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、地盤（土、岩）の試料を採取するコアサンプリング装置に関する。

地盤調査装置には、ロータリーパーカッションドリルが装備される。ロータリーパーカッションドリルには、掘削管に回転、打撃を加えるとともに、給進力を与えるスラスト機構が設けられており、硬い地盤でも効率よく掘り進むことができる。ロータリーパーカッションドリルを用いることで、地盤の硬さを表すＮ値を効率よく換算し算出できる。（特許文献１）（特許文献２）

Ｎ値は、地盤の硬さを示す数値で、具体的には、重量６３．５ｋｇのハンマーを７５ｃｍの高さで自由落下させ、３０ｃｍの深さに達する回数と定義される。Ｎ値が５０なら強固な地盤、Ｎ値が１桁（０〜９）なら軟らかい地盤などと判定される。このＮ値をロータリーパーカッションドリルの削孔指標（ロッドの給進力、回転トルク、打撃エネルギーなど）から換算して求めている。（特許文献２）

詳細な土質分析を行なうには、Ｎ値の他にコアサンプルが必要となる。従来のロータリーパーカッションドリルを使用したコア採取は、掘削管の先端にワイヤライン接続のコアサンプラーを取り付け、回転、打撃、給進力を与えてコアを採取していた。このようなサンプリングは、硬い地盤では有効なものの軟らかい地盤では、コアサンプラーが外管の回転に引きずられて回転してしまい、コアを乱さずに採取することができないとの問題があった。

図２は、従来のロータリーパーカッションドリルを使用したコアサンプラーの断面図（構成例１）である。（Ａ）は使用状態でのコアサンプラーの断面図、（Ｂ）は外管の断面図、（Ｃ）はコアサンプラーのみの断面図である。（Ｃ）に示すように、コアサンプラー１は、採取したコアが収納されるコアチューブ１５と、コアチューブヘッド１５ａと、ラッチ１０からなる。ラッチ１０は、ワイヤライン２４の下端に設けられたオーバーショットアセンブリ２５に嵌合される。（Ｂ）に示すように、外管９は下端に掘削ビット１９が設けられる。（Ａ）に示す状態でコアの採取が行なわれ、コアチューブ１５にコアが採取されると、オーバーショットアセンブリ２５をラッチ１０に嵌合させ、コアサンプラー１を地上に引き揚げる。

図２（Ａ）に示すように、硬い地盤では、掘削ビット１９が切り出した円筒状のコアは、底部が地盤から切り離されてはいないので、コアチューブ１５に入っても回転しない。コアが切り離されるのはコアサンプラー１を地上に引き揚げる時である。一方、コアチューブ１５は、外管９が掘削のため回転されると、一緒に回転することがある。このため、軟らかい地盤では、コアが乱れて採取されることになる。

図３は、従来のロータリーパーカッションドリルを使用したコアサンプラーの断面図（構成例２）である。コアチューブ１５の上部にピストン１２を設けて、外管９の中にかけた水圧でコアチューブ１５を押し下げるようにした。コアチューブ１５を押し下げる時は、外管９には回転、打撃およびスラストを与えない。外管９に引きずられてコアチューブ１５が回転することはないが、コアの採取がうまく行くのは、極めて軟らかい地盤に限られる。また、地盤の硬さに応じて、構成例１と構成例２のコアサンプラーを交換する必要がある。

特開平８−１４４２５７号公報 「コーン貫入試験機兼用穿孔機」 特開平８−２１００７５号公報 「地盤の削孔データを用いた地層の評価方法」

本発明の目的は、外管を回転させても、コアチューブが引きずられて回転することがなく、軟らかい地盤であっても硬い地盤であってもコアを乱さずに採取できるコアサンプリング装置を提供することにある。

本発明によるサンプリング装置は、掘削ビットを下端に有する外管と、前記外管に挿入され、上部が地上側に延長され、下部にコアを採取するコアチューブが取り付けられた内管と、地上に設置された地盤調査装置のスライドテーブルに装着され、前記内管の上部をつかんで回転しないように保持するグリップ機構と前記外管の上部をつかんで回転させる回転機構が設けられたドリルヘッドと、が備えられたものである。

前記コアチューブは、コアチューブヘッドにバネで連結されることが好ましい。

本発明によるコアサンプリング装置によれば、内管の上部を回転しないようにつかむグリップ機構を有するドリルヘッドを設けたので、外管を回転させてもコアチューブが回転することはない。そのため軟らかい地盤のコアを採取する場合でも乱れのないコアを採取できる。

コアチューブをバネでコアチューブヘッドに連結したので、外管の底部から突出させたコアチューブの下端が硬い地盤では縮退され軟らかい地盤では突出するから、軟らかい地盤から硬い地盤まで地盤の硬さに適しており乱れのないコアを採取できる。

本発明によるコアサンプリング装置の断面図である。（Ａ）は全体構成の断面図であり、（Ｂ）は外管の断面図であり、（Ｃ）はコアチューブを有する内管の断面図である。（実施例１） 従来のロータリーパーカッションドリルを使用したコアサンプラーの断面図（構成例１）である。（Ａ）は使用状態でのコアサンプラーの断面図、（Ｂ）は外管の断面図、（Ｃ）はコアサンプラーのみの断面図である。 従来のロータリーパーカッションドリルを使用したコアサンプラーの断面図（構成例２）である。

以下、図面を参照して、本発明によるコアサンプリング装置を説明する。

図１は、本発明によるコアサンプリング装置１００の断面図である。（Ａ）は全体構成の断面図であり、（Ｂ）は外管の断面図であり、（Ｃ）はコアチューブを有する内管の断面図である。図１（Ｃ）に示すように、内管８の上部は、地上側に延長されて、上端には注水口１８と吊り下げリング１７が設けられる。内管８の下部にコアチューブ１５が設けられる。コアチューブ１５はコアチューブヘッド１５ａを介して内管８に連結されている。図１（Ｂ）に示すように、外管９は、下端に掘削ビット１９が設けられ、回転されてコアを切り出すために使用される。コアサンプリング装置１００は、図１（Ｃ）に示すコアチューブ１５を連結した内管８が外管９に挿入され、コアサンプリングに適したドリルヘッド７が設けられたものである。内管８の内部を流れる水は、コアチューブ１５と外管９の間を通過して底部に到達し、掘削ビット１９を冷却する。

図１（Ａ）に示すように、内管８と外管９の上端にコアチューブ１５にコアを採取するための駆動力を与えるドリルヘッド７が設けられる。ドリルヘッド７は、外管９の上部をつかんで回転させる油圧モータおよび外管９をつかむチャックを含む回転機構７ａと、内管８の上部をつかんで回転しないように保持するグリップ機構７ｂとを有する。ドリルヘッド７はスライドテーブル３０に装着される。スライドテーブル３０は、地盤調査装置（図示せず）の支柱に取り付けられ、油圧モータで駆動される無端チェーンによって矢印で示すように上下動する。外管９は、回転機構７ａによって回転され、スライドテーブル３０によって給進力が与えられる。

図１（Ａ）の引出円の中に示すように、コアチューブ１５とコアチューブヘッド１５ａは、コイル状のバネ１１で連結した。これにより、地盤が軟らかい場合はコアチューブ１５が外管９の底部から突出（Ｇ^＋で示す）する。地盤が硬い場合は押し戻されてバネ１１が縮みコアチューブ１５が縮退（Ｇ⁻で示す）する。これによれば、軟らかい地盤ではコアチューブ１５の下端が掘削ビット１９から離れるので、掘削ビット１９の回転で乱された部分の採取を防ぐことができる。

地盤が硬い場合は、外管９を回転し外管９に給進力を加えて下降させると、コアチューブ１５が地盤に押し戻されて縮退した状態となり、掘削ビット１９で切り出されたコアがコアチューブ１５内に採取される。所定の長さ下降したら、ドリルヘッド７の回転機構７ａの回転を止め、外管の上部はつかまない状態とし、グリップ機構７ｂは内管８をつかんだ状態に保持し、スライドテーブル３０を上方に引き揚げる。これによりコアチューブ１５を地上に取り出して、採取したコアを回収できる。

地盤が軟らかい場合は、外管９を回転し外管９に給進力を加えて下降させると、コアチューブ１５が地盤から受ける力が弱いので、バネ１１が縮まず、コアチューブ１５が外管９の底部から突出した状態となり、掘削ビット１９で切り出されるより早くコアがコアチューブ１５内に採取される。所定の長さ下降したら、ドリルヘッド７の回転機構７ａの回転を止め、外管の上部はつかまない状態とし、グリップ機構７ｂは内管８をつかんだ状態に保持し、スライドテーブル３０を上方に引き揚げる。これによりコアチューブ１５を地上に取り出して、採取したコアを回収できる。

内管８が延長されて長い場合、内管８を地上に引き揚げるには、ドリルヘッド７のグリップ機構７ｂはつかみ換えが生じる。その時は、吊り下げリング１７で内管８をその位置に保持する。そして、グリップ機構７ｂが内管８のより下側をつかむように移動する。

このように、ドリルヘッド７に内管８に連結されたコアチューブ１５を回転させないようするグリップ機構７ｂを設けたので、コアチューブ１５が外管９の回転に引きずられて回転することがなく、コアの採取に乱れが生じない。内管８は外管９から上方に突き出すので、ドリルヘッド７に外管９に打撃を与える機構を設けることはできない。コアの採取は、硬い地盤では打撃を加えない分だけ時間がかかるが、回転と給進力によってコアのサンプリングは問題なく行える。また、硬い地盤から軟らかい地盤に変化しても、図２に示すサンプラーを図３に示すピストン型のサンプラーに交換する必要もない。

本発明は、軟らかい地盤であっても硬い地盤であっても乱れのないコアを採取できるコアサンプリング装置として好適である。

１ コアサンプラー
７ ドリルヘッド
７ａ 回転機構
７ｂ グリップ機構
８ 内管
９ 外管
１０ ラッチ
１１ バネ
１２ ピストン
１５ コアチューブ
１５ａ コアチューブヘッド
１７ 吊り下げリング
１８ 注水口
１９ 掘削ビット
２０ コアキャッチャー
２４ ワイヤライン
２５ オーバーショットアセンブリ
３０ スライドテーブル
１００ コアサンプリング装置
Ｇ＋ コアチューブが外管底部から突出した状態
Ｇ− コアチューブが外管底部内に縮退した状態

Claims (2)

1. 掘削ビットを下端に有する外管と、
   前記外管に挿入され、上部が地上側に延長され、下部にコアを採取するコアチューブが取り付けられた内管と、
   地上に設置された地盤調査装置のスライドテーブルに装着され、前記内管の上部をつかんで回転しないように保持するグリップ機構と前記外管の上部をつかんで回転させる回転機構が設けられたドリルヘッドと、が備えられることを特徴とするコアサンプリング装置。
   
2. 前記コアチューブは、コアチューブヘッドにバネで連結されることを特徴とする請求項１に記載のコアサンプリング装置。
   

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