JP2012017595A - 孔掘削工法及び孔掘削装置 - Google Patents

Abstract

【課題】駅構内などの低空頭かつ狭隘空間の施工現場において、地盤改良工などの補助工法を併用することなく、大口径の孔を効率良く掘削することができるようにすること。
【解決手段】保護管２３は掘削孔４５の孔壁との間に隙間が形成される外径を有し、かつ複数の保護リング２６を軸方向に継ぎ足すことによって組み立てられ、先端の保護リング２６をウィンチ２０から繰り出されるワイヤーロープ２１によって常時、懸吊支持し、掘削を停止して掘削ロッド８を継ぎ足す際に、掘削ロッド８を取り囲むように保護リング２６を継ぎ足し、掘削の進行と同時に並行してウィンチ２０からワイヤロープ２１を繰り出して保護管２３を掘削孔４５に落とし込む。
【選択図】図２

Description

この発明は、孔掘削工法及び孔掘削装置に関し、より詳細には、例えば鉄道に近接した駅構内のように、乗降設備等があって狭隘空間で、かつ頭上に屋根などの建築物や電線があって平面的、断面的に厳しい条件下で、大口径の杭孔を掘削する技術に関する。

駅ホームの上方に駅ビルや人工地盤を構築する場合、駅ホーム下方の地盤に基礎杭を設置する必要がある。この場合、近年はコスト削減の目的から、基礎構造物は地中梁を省略した１柱１基礎タイプが主流となり、基礎杭は従来の杭径２．０ｍを越える３．０ｍ以上と大口径化している。

基礎杭としては通常、場所打ちコンクリート杭工法が適用されるが、杭孔掘削のための従来工法（例えば特許文献１参照）は、駅ホーム上の空間を大幅に占有し、またホーム屋根にも支障が生じるなどが原因で、一般乗客がホームを使用しながらの施工は困難であった。また、軌道近接の施工であることから、孔壁防護のための地盤改良工や、軌道防護工（工事桁）などの補助工法を併用する必要があった。

特開平５−３３３４０号公報

この発明は上記のような技術的背景に基づいてなされたものであって、次の目的を達成するものである。
この発明の目的は、駅構内などの低空頭かつ狭隘空間の施工現場において、地盤改良工などの補助工法を併用することなく、大口径の孔を効率良く掘削することができる孔掘削工法及び孔掘削装置を提供することにある。

この発明は上記課題を達成するために、次のような手段を採用している。
すなわち、この発明は、複数本の掘削ロッドを継ぎ足しながら、先端の掘削ロッドに連結されたビットにより地盤に孔を掘削し、その掘削孔に孔壁を保護するための保護管を建て込む孔掘削工法であって、
前記保護管は前記掘削孔の孔壁との間に隙間が形成される外径を有し、かつ複数の保護リングを軸方向に継ぎ足すことによって組み立てられ、
先端の前記保護リングをウィンチから繰り出されるワイヤーロープによって常時、懸吊支持し、
掘削を停止して前記掘削ロッドを継ぎ足す際に、掘削ロッドを取り囲むように前記保護リングを継ぎ足し、
掘削の進行と同時に並行して前記ウィンチから前記ワイヤロープを繰り出して前記保護管を掘削孔に落とし込むことを特徴とする孔掘削工法にある。

より具体的には、上記工法において、前記保護管と前記孔壁との間に裏込め材を充填する。前記保護リングは複数の分割セグメントを周方向に連結することにより組み立てられる。また、前記ワイヤロープは前記先端保護リングの内周に固定されている。

また、この発明は、地盤に孔を掘削し、掘削の進行に伴って掘削孔に孔壁を保護するための保護管を建て込むための孔掘削装置であって、
１対の支柱及び支柱間を連結するビームを有する固定フレームと、
前記支柱に沿って形成された１対のガイドと、
これらガイドに案内されて昇降する可動フレームと、
前記可動フレームに上端部が支持され、順次継ぎ足されて回転駆動される複数本の掘削ロッドと、
先端の掘削ロッドに連結されたビットと、
ワイヤーロープにより前記保護管を懸吊支持し、該ワイヤロープを繰り出すことにより掘削孔に前記保護管を落とし込むためのウィンチと
を備えたことを特徴とする孔掘削装置にある。

より具体的には、前記支柱はベースに支持され、このベースは固定ベースと、固定ベースに対して第１方向に水平移動自在な可動ベースとを備え、この可動ベースに前記支柱が第１方向と直角な第２方向に水平移動自在に支持されている。また、前記可動フレーム又は固定フレームに前記保護管を前記掘削孔に補助的に押し込むための押込み装置が設けられている。

この発明によれば、掘削を停止して掘削ロッドを継ぎ足す際に、掘削ロッドを取り囲むように保護リングを継ぎ足し、この保護リングの継ぎ足しによって形成される保護管をウィンチから繰り出されるワイヤーロープによって常時懸吊し、掘削の進行と同時に並行して保護管を掘削孔に落とし込むので、駅構内などの低空頭かつ狭隘空間の施工現場においても、孔壁保護のための保護管の建て込みを伴う、大口径の孔掘削を効率よく行うことができる。

孔掘削装置の実施形態を示す平面図である。 孔掘削装置の正面図である。 保護管の軸線方向部分断面図である。 保護管の内面の展開図である。 孔掘削工法の実施形態を示す手順図である。 図５に示した手順に引き続く手順図である。 図６に示した手順に引き続く手順図である。 別の実施形態を示し、固定フレームの平面図である。 同固定フレームの正面図である。 同固定フレームの側面図である。 別の実施形態を示し、可動フレームの正面図である。

この発明の実施形態を図面を参照しながら以下に説明する。図１，図２は、孔掘削装置の実施形態を示している。孔掘削装置は、門型の固定フレーム１を有している。固定フレーム１は１対の支柱２，２と、支柱２，２の上端間を連結するビーム３とからなっている。支柱２，２に沿ってガイドロッド４，４が設けられ、これらガイドロッド４，４に可動フレーム５の両端部に設けられた嵌合部５ａ，５ａが嵌合している。可動フレーム５は、その両端嵌合部５ａ，５ａが支柱２の内部に配置された油圧による作動シリンダ（図示せず）に連結され、ガイドロッド４，４に案内されて昇降する。

可動フレーム５の中央部にはスイベルヘッド６が設けられ、このスイベルヘッド６は油圧による駆動モータ７により回転する。スイベルヘッド６には、複数本の掘削ロッド８が連結され、これら掘削ロッド８は掘削の進行に伴って順次継ぎ足される。掘削ロッド８は長さが１．５ｍ程度で短尺なものである。掘削ロッド８の端部には継ぎ足しのためのフランジ９が設けられている。

先端の掘削ロッド８にはビット１０が連結されている。ビット１０として、この実施形態では、複数の翼を有するウィングビットが用いられている。ウィングビット１０は、掘削ロッド８に連結される軸部１１を有し、この軸部１１に複数の翼１２が設けられている。各翼には削孔径を変えることができる補助ビット１３が半径方向に移動自在に設けられている。

図示の孔掘削装置は、掘削泥水の供給・排出に関してはリバースサーキュレーション式のものである。図示しない給水ポンプに接続された給水管１４は、その先端供給口が掘削孔の上部に位置するように固定フレーム１に支持されている。サクションポンプ１５に接続された排泥水管１６はスイベルヘッド６に接続されている。掘削水は図示しないタンクから給水管１４を通して掘削孔に供給される。掘削によって生じたズリをともなった排泥水はウィングビット１０の軸部１１から吸い込まれ、掘削ロッド８及び排泥水管１６を通してタンクに戻される。すなわち、掘削ロッド８はいわゆるリバースロッドである。

固定フレーム１の各支柱２，２の下部にはウィンチ２０が設けられている。ウィンチ２０から上方に向けて繰り出されるワイヤロープ２１は、固定フレーム１の上部でプーリ２２により方向変換されて下方に延びている。このワイヤロープ２１に掘削孔を保護するための保護管２３が懸吊支持される。

図３，図４は保護管２３を示している。保護管２３は分割セグメントであるライナープレート２４を組み立てて形成される。ライナープレート２４は周知のもので、波形の鋼板を湾曲加工し、四周にフランジを設けたものである。このライナープレート２４を複数周方向にボルトナット２５により連結し、単位保護リング２６を組み立てる。さらに、単位保護リング２６を軸方向にボルトナット２７により継ぎ足すことにより、保護管２３が組み立てられる。先端（最下段）の保護リング２６の内周にはブラケット２８が設けられ、このブラケット２８にワイヤーロープ２１が固定されている。この先端保護リング２６は、その上部に順次保護リング２６を継ぎ足してこれらを支持することから、治具の役目を担っている。

次に、上記孔掘削装置を使用した孔掘削工法について説明する。実施形態は、この工法により駅ホームの下方の地盤に場所打ちコンクリート杭を築造するために大口径の杭孔を施工する例である。

図１，図２に示すように、線路３０に隣接して仮設の駅ホーム３１が設置される。この仮設駅ホーム３１には後述する孔掘削装置の設置の際に矩形の開口３２が設けられ、その周囲には仮囲い３３が設置される。孔掘削装置の固定フレーム１は、図２から理解されるように仮設駅ホーム３１の屋根３４に達しない低い機高のものである。図１，２において、３５はライナープレートの仮置きスペース、３６は掘削ロッドの仮置きボックス、３７は油圧ユニット、３８は操作盤をそれぞれ示している。

以下、具体的な施工手順を図５〜図７を参照して説明する。まず、図５（ａ）に示すように、杭孔の施工位置にバックホウなどにより先行孔４０を掘削し、口元管４１を設置する。この先行掘削は図１に示した仮設駅ホーム３１を一時的に撤去し、列車走行のない夜間に行われる。先行孔４０は後述する本掘削による杭孔よりも大径の孔である。また、口元管４１は、図３，図４に示したと同様のライナープレート２４を用いて組み立てられる。口元管４１と先行孔４０の孔壁との間にはモルタルなどの裏込め材を充填する。

次に、同図（ｂ）に示すように、先行孔４０の孔底にウィングビット１０を水平に支持するための複数の角材４２を設置する。そして、ウィングビット１０を吊り上げて同図（ｃ）に示すように、このウィングビット１０を先行孔４０に吊り降ろす。また、先行孔４０の孔口には足場板４３を敷き、この足場板４３上で図３，図４に示したようにライナープレート２４を用いて先端保護リング２６を組み立てる。この先端保護リング２６にワイヤロープ２１を取り付けるためのブラケット２８を設けるのは前述したとおりである。

次に、同図（ｄ）に示すように、孔掘削装置を搬入し組み立てる。孔掘削装置は門型の固定フレーム１が先行孔４０を跨ぎ、スイベルヘッド６の軸線と設計杭孔芯とが一致するように設置する。また、ウィンチ２０により先端保護リング２６を吊り下げる。孔掘削装置を設置したら足場板４３は撤去する。そして、仮設駅ホーム３１を設置し、開口３２の周囲には仮囲い３３を施す。以後の本掘削は、列車が走行する時間帯にも行われる。

すなわち、図６（ｅ）に示すように、先端保護リング２６をウィングビット１０上に仮受けし、掘削ロッド８をウィングビット１０の軸部１１に接続する。この掘削ロッド８の接続のために、固定フレーム１にはウィンチ３９（図１，２参照）が設けられている。

次に、同図（ｆ）に示すように、可動フレーム５を下降させ、スイベルヘッド６に掘削ロッド８を接続し、可動フレーム５によりウィングビット１０を吊り下げる。そして、ウィングビット１０を仮受けしていた角材４２を撤去し、先行孔４０には掘削水（ベントナイト泥水）を注入する。また、ライナープレート２４により掘削ロッド８を取り囲むように、保護リング２６を所要段数組み立てる。このとき、ワイヤーロープ２１は既に組み立てられた保護リング２６の内側に位置しているので、組立ての邪魔にならない。この保護リング２６は掘削終了まで、ウィンチから繰り出されるワイヤロープ２１により常時懸吊される。

以上のようにして準備が整ったら、掘削を開始する。すなわち、可動フレーム５を下降させることによりウィングビット１０に地盤への押込み力（給進力）を与えるとともに、掘削ロッド８を回転させることによりウィングビット１０に回転力を与えて地盤を掘削する。また、掘削の進行に伴ってウィンチ２０からワイヤロープ２１を繰り出し、保護リング２６を先行孔４０内に下降させる。

同図（ｇ）は、先行孔４０から０．５ｍの深度まで本掘削し、掘削ロッド８の継ぎ足しのために可動フレーム５を上昇させた状態を示している。固定フレーム１にはウィングビット１０に接続された掘削ロッド８を支持する仮受けフレーム４４が垂下して設けられている。この仮受けフレーム４４に、スイベルヘッド６からいったん切り離された掘削ロッド８及びウィングビット１０が仮受けされる。この状態で新たな掘削ロッド８が継ぎ足され、またライナープレートにより新たな保護リング２６が所要段数組み立て・接続される。

以下、同図（ｈ）及び図７（ｉ）に示すように、掘削を停止して可動フレーム５を上昇させた状態での掘削ロッド８の継ぎ足し及び保護リング２６の組み立て・接続と、可動フレーム５を下降させての掘削とを繰り返し、杭孔４５を掘削する。この杭孔４５は先行孔４０よりも径が小さく、かつ保護リング２６よりも幾分か径が大きい孔である。したがって、掘削の進行に伴ってウィンチ２０からワイヤロープ２１を繰り出すことにより、保護リング２６（保護管２３）を杭孔４５に徐々に落とし込み、孔壁を保護することができる。そして、この杭孔４５の孔壁と保護リング２６との間の隙間にはモルタルなどの裏込め材料が充填される。因みに、図７（ｉ）は、先行孔４０から１．５ｍの深度まで掘削した状態を示している。

その後、同図（ｊ）に示すように、所定深度（先行孔４０から３ｍ）に達したら掘削を終了し、掘削ロッド８及びウィングビット１０を仮受けフレーム４４により仮受けし、可動フレーム５を上昇させる。そして、同図（ｋ）に示すように、先行孔４０の口元に仮受けビーム４６を設置し、ワイヤロープ２１を切断してこれを仮受けビーム４６に仮受けさせる。次いで、同図（ｌ）に示すように、ウィングビット１０を縮径して可動フレーム５の昇降を繰り返し、上部の掘削ロッド８を順次切り離すことにより、全掘削ロッド８及びウィングビット１０を回収する。

図８〜図１０は、この発明の別の実施形態を示している。固定フレーム１の支柱２は、そのベース５０が固定ベース５１と可動ベース５２とからなっている。可動ベース５２は固定ベース５１に対しビーム３と直角方向（Ｘ−Ｘ’方向）に水平移動するように構成されている。また、支柱２は可動ベース５２に対しビーム３と同方向（Ｙ−Ｙ’方向）に水平移動するように構成されている。図１０に示すガイド５３は、これら可動ベース５２及び支柱２の移動を案内するためのものである。

以上のような構成により、図８に示すように、固定フレーム１はＸ−Ｘ’方向にδＸ、Ｙ−Ｙ’方向にδＹの範囲で水平移動可能であり、したがってスイベルヘッド６を同範囲で移動させることができる。これにより、スイベルヘッド６の軸線と設計杭孔芯とを容易に一致させることができ、施工精度を向上させることができる。

図１１は、この発明のさらに別の実施形態を示している。この実施形態では、可動フレーム５に複数の油圧ジャッキ５４が設けられている。油圧ジャッキ５４の作動ロッドはシュー５５を介して多数の保護リング２６で構成される保護管２１の上端面に当接可能となっている。保護管２１と杭孔４５の孔壁との間には前述のように隙間が形成され、保護管２１は杭孔４５に落とし込まれるが、孔壁の一部崩壊等により両者間の摩擦が大きくなった場合、保護管２１の下降が困難になることが懸念される。このような場合、油圧ジャッキ５４を作動させ、保護管２１を強制的に杭孔４５に押し込むことにより、トラブルを回避することができる。この油圧ジャッキ５４は固定フレーム１に設けるようにしてもよい。

上記実施形態は例示にすぎず、この発明は種々の態様を採ることができる。例えば、上記実施形態では杭孔を掘削する場合について説明したが、この発明は井戸孔等各種目的の孔掘削に適用でき、特に低空頭かつ狭隘空間の施工現場での施工に有効である。

１ 固定フレーム
２ 支柱
３ ビーム
５ 可動フレーム
６ スイベルヘッド
８ 掘削ロッド
１０ ウィングビット
１４ 給水管
１６ 排泥水管
２０ ウィンチ
２１ ワイヤーロープ
２４ ライナープレート
２６ 保護リング
３１ 仮設駅ホーム
４０ 先行孔
４５ 杭孔

Claims (7)

1. 複数本の掘削ロッドを継ぎ足しながら、先端の掘削ロッドに連結されたビットにより地盤に孔を掘削し、その掘削孔に孔壁を保護するための保護管を建て込む孔掘削工法であって、
   前記保護管は前記掘削孔の孔壁との間に隙間が形成される外径を有し、かつ複数の保護リングを軸方向に継ぎ足すことによって組み立てられ、
   先端の前記保護リングをウィンチから繰り出されるワイヤーロープによって常時、懸吊支持し、
   掘削を停止して前記掘削ロッドを継ぎ足す際に、掘削ロッドを取り囲むように前記保護リングを継ぎ足し、
   掘削の進行と同時に並行して前記ウィンチから前記ワイヤロープを繰り出して前記保護管を掘削孔に落とし込むことを特徴とする孔掘削工法。
2. 前記保護管と前記孔壁との間に裏込め材を充填することを特徴とする請求項１記載の孔掘削工法。
3. 前記保護リングは複数の分割セグメントを周方向に連結することにより組み立てられることを特徴とする請求項１又は２記載の孔掘削工法。
4. 前記ワイヤロープは前記先端保護リングの内周に固定されていることを特徴とする請求項１，２又は３記載の孔掘削工法。
5. 地盤に孔を掘削し、掘削の進行に伴って掘削孔に孔壁を保護するための保護管を建て込むための孔掘削装置であって、
   １対の支柱及び支柱間を連結するビームを有する固定フレームと、
   前記支柱に沿って形成された１対のガイドと、
   これらガイドに案内されて昇降する可動フレームと、
   前記可動フレームに上端部が支持され、順次継ぎ足されて回転駆動される複数本の掘削ロッドと、
   先端の掘削ロッドに連結されたビットと、
   ワイヤーロープにより前記保護管を懸吊支持し、該ワイヤロープを繰り出すことにより掘削孔に前記保護管を落とし込むためのウィンチと
   を備えたことを特徴とする孔掘削装置。
6. 前記支柱はベースに支持され、このベースは固定ベースと、固定ベースに対して第１方向に水平移動自在な可動ベースとを備え、この可動ベースに前記支柱が第１方向と直角な第２方向に水平移動自在に支持されていることを特徴とする請求項５記載の孔掘削装置。
7. 前記可動フレーム又は固定フレームに前記保護管を前記掘削孔に補助的に押し込むための押込み装置が設けられていることを特徴とする請求項５又は６記載の孔掘削装置。

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