JP2017193933A - 鉄道地盤、法面、擁壁の改良補強工事用コアドリル - Google Patents

Abstract

【課題】鉄道地盤、法面或いは擁壁の改良補強工事の際、狭い空間でも利用可能な、細かい作業にも使用でき、騒音の少ない小型で軽量化した掘削用コアドリルを提供する。【解決手段】従来実施されていた土中の砂利の破砕を回避するため、コアドリル先端部に設置する超硬質焼結金属チップの寸法を小さくし、その上部形状をアーチ形状にすることにより、小型化、軽量化が可能となり、作業時の騒音発生も著しく低減できた。【選択図】図１

Description

本発明は、特に、トンネル或いは橋梁を除く、鉄道用地盤、法面或いは擁壁を改良補強する際に使用される穿孔用コアドリルに関する。

従来鉄道は、トンネル或いは橋梁を除くと、地上に盛り土をし、側壁をコンクリート壁で強化した構造からなる地上から突起した地盤上に設置されることが多かった。この盛り土部分は土及び砂利からなる複数の層から形成され、最近の自然災害の教訓などからも更なる改良補強が望まれている。
これまでの補強は重機及びパーカッションドリルとを組み合わせ、盛り土の中に細長い穴を形成し、その後ドリル内部に鉄筋を貫通させ、次いで注入したコンクリートミルクを固化させる手法が用いられている。
しかし、作業空間が十分広く、重機の設置が容易な場所では、上記の方法は効率よく作業も進められるが、作業空間が狭い場所、細かい作業が必要な場所、或いは都市部での作業になると重機の設置が難しい、著しい騒音のため作業の実施が困難等の不都合が存在していた。
これまでの技術動向をみると、残念ながらこれら不都合に関してはほとんど考慮がなされておらず、技術的な関心は機械装置の性能向上などに集中していたのが現実であった。

特許文献１は、これまでの検討例に多く見られる一例である。鉄筋コンクリート杭や転石等の地中障害物を効果的に破砕するドリルの提案であって、前記問題点解決には寄与できない内容である。特許文献２は装置の移動を少なくし効率を向上する提案であるが、これも特許文献１と同様前記問題点解決とは直結しない。
特許文献３は高さが低い空間での解体作業で、小型重機を用いてコンクリート構造物を効率よく解体する提案である。空間の狭さに着目している点は評価できるが、重機が横方向に移動でき、狭い空間、重機の使用という点で前記問題点解決には不十分である。
特許文献４は、回転カッターとその前後に設置した切羽により掘削性能保向上させる内容からなる。コアドリルの掘削性能を向上させるという点では機械的に破砕する従来のパーカッションドリルとは異なるが、構造が複雑になるという欠点が新たに生ずる。
特許文献５は、防音装置付きの装置であり、防音に着目した点は大いに評価できる。しかし、重機のみでも容量が大きいのに、更に防音壁を設けることになるため容量的な面ではむしろ退化している。
これらの特許文献を含め、これまでは装置の小型化及び騒音削減を同時に考慮するような提案はなされていない。
特開２０１５−２３２２３５ 特開２０１４−１４１８３９ 特開２０１４−８４５６１ 特開２００４−１９３０２ 特開２００１−１１５７６３

本発明は、前記の現状を考慮し、鉄道地盤改良補強工事用装置の小型化、軽量化を図ることを第１の目的とし、更にこの装置を用いて作業を実施する際発生する騒音の低減を図ることを第２の目的とする。

本発明では上記課題を解決するために、従来当然のこととして考えられていた砂利の破砕を回避し、単に土側へ弾き出す方式を考え出し、この方式について鋭意研究した結果、ドリル先端に設置する超硬質焼結金属チップの大きさ及び形状の改良により、装置の小型化並びに騒音発生防止が可能なことを見出した。
その第１の改良点は、従来３０〜８０ｍｍ程度の寸法を有していた超硬質焼結金属チップを１５ｍｍ以下の寸法まで小型化した点である。これまでは破砕を目的としていたためチップは大きく、重機を使用していたため掘削作業には特に不都合が指摘されていなかった。しかし、装置を小型化し、それに伴い動力源も小型化するとチップの摩擦抵抗が原因で、その負荷によりコアドリルを回転できなくなる不都合が生ずる。コアドリル先端部のチップの小型化は、小型動力源によってもコアドリルの回転を可能とする。
第２の改良点は、チップ表面をアーチ形状にした点である。回転方向に垂直な断面をアーチ形状とし、場合により回転方向の断面もアーチ形状にすることにより、砂利の衝突による抵抗を少なくでき、土の付着、目詰まりも低減できる利点があり、コアドリルの回転に対する負荷の増大を抑制できる。
本発明の第１の特徴は、掘削作業中の砂利の破砕を回避した点にある。これによりチップの寸法を小さくでき、回転のための動力源も小型化できた。
本発明の第２の特徴は、チップの小型化及びチップ形状の改良にある。回転による摩擦抵抗の削減は、動力源の小型化につながると同時に、破砕による騒音発生及び動力源から発生する音の低減に大きく貢献できる。
本発明の第３の特徴は、スパナ止めを採用した点である。これにより、装置の固定が確実になり、コアドリルの回収作業も容易になった。

本発明の利点は次の通りである。第１の利点は、掘削作業中の砂利の破砕を回避したことにより、チップを砂利の破砕に必要な寸法まで大きくする必要が無くなった点である。チップの寸法及び形状に関する制限がなくなったことは装置作成上大きな利点となる。第２の利点は、超硬質焼結金属チップを小型化し、且つ表面構造をアーチ形状にすることにより、摩擦抵抗を低減し、動力源の小型化、更には装置の小型化、軽量化を可能にした点である。第３の利点は、砂利の破砕を回避したことにより、破砕が原因の騒音発生を排除できた点である。最近の都市部での騒音に対する関心は高く、騒音低減の波及効果は大きい。第４の利点は、回転動力源の小型化が可能となったことにより、掘削装置そのものも小型化、軽量化が可能となり、従来重機が使用不可能な場所においても掘削作業を実施できるようになったことは、特に空間が狭い都市部での工事に大きく貢献できる。第５の利点は、重機を使用する必要が無くなったことにより、重機が発生する騒音を除去できたことである。第６の利点は、重機を必要としないため、工事に必要な時間、作業準備、細かい作業など作業場の自由度が増した点である。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図１は盛り土された鉄道地盤及びその改良補強のためにコアドリルが利用される１形態を示す概念図である。鉄筋及びその表面を覆うコンクリートミルクの複数の柱により地盤は補強される。本発明はこの工事を実施する盛り土の側面部分の空間が狭い場合に有用なコアドリルを提案するものである。
図２は従来から利用されているパーカッションドリルのイメージ図であるが、コアドリル先端部に設置される超硬質焼結金属チップの寸法は、盛り土中に存在する砂利を破砕するのに十分な大きさを有し、重機の強力な動力源により高速で砂利を破砕しながら土中に侵入していく。
これに対し、本発明のチップは寸法が小さく、その断面形状はアーチ状である。その実施例の１例を図３、図４に示す。本発明のコアドリルでは土中の砂利を破砕することは困難であるが、砂利を土中に弾き出すことは可能であり、掘削する上で不都合は生じない。破砕が不必要で、回転に対する摩擦抵抗も小さいことからコアドリルを回転駆動する動力源は小型化可能で、且つ軽量化も可能である。
本発明の超硬質焼成金属チップの材質はこれまで利用されている材料を使用でき、寸法のみが直径或いは長さ方向の寸法が１５ｍｍ以下と大幅に小さくなる。上面から見たチップの形状は円形、楕円形或いは角部がアーチ状となる細長い形状と任意に選択することができる。コアドリルの回転方向に垂直な断面はアーチ状を有することが必須であり、これにより砂利との衝突による抵抗が軽減され、土による目詰まりも解消できる。回転方向の断面はアーチ状を有していても、場合により四角状でも特に差支えはないが、できるなら全体に角部がアーチ状に保たれる構造がより好ましい。
チップとコアドリルシャンクとの接合は、図５に示すようにチップの脚部をコアドリルシャンク内の溝に埋め込み、溶接することが望ましい。これによりチップとコアドリルシャンクの結合が強化され、工事中にチップの外れ等の事故を防ぐことができる。
工事中コアドリルシャンクは、スパナ止めして用いられることが望ましい。これによりコアドリルの固定が確実になるだけでなく、コアドリルの取り外しも容易になり、工事の効率化が図れる。

超硬質焼結金属チップの上面からの形状が円形で、その外形が１５ｍｍであり、且つ上部の形状がアーチ状であるチップを先端部に設置したコアドリルを用い、モーター能力単相１１５Ｖ、３ｋＷの動力源により鉄道地盤側面から掘削を実施した。約８ｍの深さまで掘削には特に問題がなく、コアドリルによる穿孔が可能であった。装置は１ｍ×１ｍ×１ｍの設置空間に余裕をもって設置可能であった。また装置設置位置から５ｍ離れた位置で測定した騒音値（音圧レベル）は１５ｄＢであった。

超硬質焼結金属チップの上面からの形状が長方形で、その回転方向の長さが１５ｍｍであり、且つ回転方向に垂直な断面の上部形状がアーチ状であることを除いては実施例１と同様の掘削を行った。約８ｍの深さまで掘削には特に問題がなく、コアドリルによる穿孔が可能であった。装置は１ｍ×１ｍ×１ｍの設置空間に余裕をもって設置可能であった。また装置設置位置から５ｍ離れた位置で測定した騒音値（音圧レベル）は１５ｄＢであった。

従来使用されているタイプと同様な、外径５０ｍｍの超硬質焼結金属チップを使用したこと以外は実施例１と同様な掘削を行った。掘削開始と同時にモーターへの負荷が増大し、回転が困難となり、モーターの温度が急上昇したため作業を中止した。

重機を使用し、モーター能力を２０ｋＷとした以外は実施例３と同様の掘削を行った。約８ｍの深さまで掘削には特に問題はなく、コアドリルによる穿孔が可能であった。装置は１ｍ×１ｍ×１ｍの設置空間に収納するには大き過ぎ、設置空間に制約があることが明確になった。また装置設置位置から５ｍ離れた位置で測定した騒音値（音圧レベル）は７０ｄＢであった。

コアドリルシャンクの中間ネジ接合部にスパナ掛けを施し、コアドリルを固定した以外は実施例１とどうような掘削を行った。約８メートルの深さまで掘削には特に問題はなく、コアドリルによる穿孔が可能であった。装置は１ｍ×１ｍ×１ｍの設置空間に余裕をもって設置可能であった。またコアドリルの固定が簡単で、安定した作業を実施できた。装置設置位置から５ｍ離れた位置で測定した騒音値（音圧レベル）は１３ｄＢであった。

盛り土からなる鉄道地盤及び地盤改良補強工事の一実施例の概略説明図である。 従来用いられているパーカッションドリルの一実施例の上面からの概略説明図である。 本発明におけるコアドリル端部の一実施例の上面からの概略説明図である。 本発明におけるコアドリル端部のチップの一実施例の横断面概略説明図である。 本発明におけるコアドリルビットとチップの接続を示す一実施例の横断面概略説明図である。

本発明のコアドリルは、特に鉄道地盤、法面或いは擁壁の改良補強工事用として、小型化、軽量化が可能であり、狭い空間での工事、細かい作業が要求されるような工事、並びに都市部において騒音を考慮する必要のある工事などにおいて重機を組み込んだ装置とは別の分野で有用であり、騒音が問題になる場所での工事には、環境保持の点で大いに貢献できる。

１ コンクリート壁
２ 鉄道列車
３ 盛り土（土＋砂利９
４ コアドリル
５ 鉄筋
６ コンクリートミルク
７ 超硬質焼結金属チップ
８ コアドリルビット
９ 本発明の超硬質焼結金属チップ
１０ コアドリルビット
１１ 本発明の超硬質焼結金属チップ
１２ コアドリルビット
１３ チップ頭部
１４ チップ脚部
１５ コアドリルビット

Claims (5)

1. 鉄道地盤、法面、或いは擁壁の改良補強工事用のコアドリルであって、コアドリルの頭部に設置する超硬質焼成金属チップの上面寸法が直径或いは長手方向の長さが１５ｍｍ以下であり、且つコアドリル回転方向に垂直な断面の上部がアーチ状であることを特徴とする鉄道地盤、法面或いは擁壁の掘削用コアドリル。
2. 超硬質焼成金属チップの回転方向の断面の上部が四角形或いはアーチ状であることを特徴とする請求項１記載の鉄道地盤、法面或いは擁壁の掘削用コアドリル。
3. 超硬質焼成金属チップがその脚部をコアドリルシャンク中に設けられた溝中に埋め込まれ、次いで溶接により接合されていることを特徴とする請求項１及び請求項２記載の鉄道地盤、法面或いは擁壁の掘削用コアドリル。
4. 超硬質焼成金属チップの一部がコアドリルシャンクの外側に突出していることを特徴とする請求項１、請求項２及び請求項３記載の鉄道地盤、法面或いは擁壁の掘削用コアドリル。
5. コアドリルの固定がスパナ止めにより実施されていることを特徴とする請求項１、請求項２及び請求項３記載の鉄道地盤、法面或いは擁壁の掘削用コアドリル。

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