JP2822691B2

JP2822691B2 - 掘削工法

Info

Publication number: JP2822691B2
Application number: JP13145791A
Authority: JP
Inventors: 大志郎宮崎; 明弘佐分利; 猛林
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1991-06-03
Filing date: 1991-06-03
Publication date: 1998-11-11
Anticipated expiration: 2013-11-11
Also published as: JPH0571285A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アンカーの各種工事、
各種作井工事、あるいは各種基礎杭孔工事等に適用され
る掘削工法において、掘削工具を用いて地盤や土砂等を
掘削し、その結果形成された孔の周囲を孔壁崩壊防止用
のパイプで補強してなる掘削工法に係わり、特に、回転
力により掘削するとともに、工程が簡略かつ経済性の高
い掘削工法に関する。

【０００２】

【従来の技術】地盤や土砂等を掘削する工法としては、
従来より例えば特開昭６３−１１７８９号公報に開示さ
れているような掘削工具を用いた工法が知られている。
以下、その工程を、図１０ないし図１３とともに説明す
る。

【０００３】この掘削工具は、図１０ないし図１２に示
すように、圧縮空気を駆動源とするハンマ（図示せず）
の衝撃力およびハンマシリンダ１の回転力を受けるデバ
イス２の底面に、当該デバイス２の中心に対して点対称
に２個の軸穴２ａ，２ｂを形成し、各々の軸穴２ａ，２
ｂに、ブロック軸３ａ，３ｂを軸回りに回転自在にかつ
抜け止めして嵌入し、各々のブロック軸３ａ，３ｂの先
端部に、デバイス２の径とほぼ同径の略半円形状をな
し、かつ先端面に多数のチップ４が植設されたブロック
５ａ，５ｂを互いの直状端面６ａ，６ｂを対向した状態
で設け、ブロック軸３ａ，３ｂの位置を、デバイス２が
所定の方向に回転した際に、ブロック５ａ，５ｂの各々
一方の端部が共にデバイス２の外周面より所定の掘削量
だけ突出し、かつその際に両ブロックの直状端面６ａ，
６ｂが互いに当接するようデバイス２の中心から偏心さ
せてなるものである。

【０００４】上記掘削工具を用いた掘削工法において
は、まず、ブロック５ａ，５ｂをパイプ７先端から突出
させた後、デバイス２をハンマシリンダ１により所定方
向（図１１中矢印Ｘ）に回転させる。すると、ブロック
５ａ，５ｂが、図１１に示すような状態から掘削抵抗に
よりブロック軸３ａ，３ｂを軸として自転し、図１２に
示すように、ブロック５ａ，５ｂの直状端面６ａ，６ｂ
の一端部がデバイス２の外周面より所定量だけ突出する
とともに、直状端面６ａ，６ｂの一部が互いに当接し、
ブロック５ａ，５ｂの自転が停止する。この状態でブロ
ック５ａ，５ｂに前記ハンマの衝撃力およびデバイス２
の回転力を与えると、ブロック５ａ，５ｂが上下動し、
チップ４による地盤１７の局部的な圧潰と剪断破壊が起
こり、掘削が行われる。

【０００５】また、掘削の結果生じた土砂等は、ハンマ
シリンダ１内をハンマピストン１ａが落下する際に吐出
される圧縮空気が、デバイス２の底面に設けた空気孔８
ａ，８ｂから吹き出されることにより当該掘削工具先端
から離間され、その後、デバイス２に設けた排出溝２ｃ
を経由してパイプ７内に移り、そこから更に上方に排出
される。

【０００６】掘削が終了した場合には、ハンマシリンダ
１を前記所定方向と逆の方向に回転させ、ブロック５
ａ，５ｂを図１１の位置へと戻した後、ハンマシリンダ
１を上方へと引き上げることにより、前記掘削工具を、
掘削孔１８の孔壁に触れることなく掘削孔１８内から除
去し、更に、孔壁の崩壊を防止する目的で、図１３に示
すように、掘削孔１８内に、掘削孔１８の内周を覆う円
筒状のケーシングチューブ９を挿入する。ここで、ケー
シングチューブ９の挿入を可能とするために、掘削孔１
８の内径とケーシングチューブ９の外径との間には、十
分な隙間αがなければならない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
掘削工法においては、回転力によるよりもむしろ衝撃力
による掘削を行っているため、掘削工具のブロック５
ａ，５ｂに設けられたチップ４は掘削孔１８の底面側に
向けて凸な曲面状をなしているのが一般的である。一
方、地盤等を掘削する場合、衝撃力による破砕よりも、
剪断によるカッティングの方が掘削時の力が少なくて済
み、小さい荷重で速い掘削速度を得られることが知られ
ている。

【０００８】このような掘削を行うには掘削工具を回転
させればよいが、上記従来の掘削工具ではチップ４が掘
削孔１８の底面側に向けて凸な曲面をなしているので、
工具を回転させても十分な剪断力を得ることができず、
回転力のみによる掘削には不向きであった。

【０００９】また、上記掘削工具は、図１２に示すよう
にブロック５ａ，５ｂのデバイス２の外周面より外方へ
突出する一端部（以下、外周刃Ａと称す。）により掘削
を行うものであるが、従来技術におけるブロック５ａ，
５ｂの底面は、その中心部が平面とされてそこにチップ
４が植設され、穿孔時には、このブロック５ａ，５ｂに
衝撃が加わる構成となっているため、穿孔時、ブロック
５ａ，５ｂが振れやすく、この衝撃等に起因してブロッ
ク５ａ，５ｂが破損しやすいという問題があった。

【００１０】更に、上記従来の掘削工法においては、掘
削終了後、改めて掘削孔１８にケーシングチューブ９を
挿入する必要があり、また、掘削孔１８の内径をケーシ
ングチューブ９の外径に対し十分大きくするため、過剰
な掘削を行わなければならないという問題があった。し
かも、掘削孔１８とケーシングチューブ９との間に生じ
た隙間αが大きいため、掘削孔１８内におけるケーシン
グチューブ９の安定性を高める目的で、必要に応じ、ケ
ーシングチューブ９の挿入後、この隙間αにコンクリー
ト等を充填する作業を行うことがあった。そして、これ
らの作業は、工程を複雑化させ、工期を長期化させるの
みならず、資材の節約という点からも問題であった。

【００１１】なお、上記従来の方法においては、地盤１
７を直接安定化させる手段をもたないため、軟弱な地盤
１７に対しては、掘削孔１８の作成が困難であるという
問題もあった。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、回転力を受け
るデバイスの底面に一対の掘削部を設け、各々の掘削部
が、前記デバイスの径とほぼ同径の略半円形状をなし、
かつ先端面に多数のチップが設けられたブロックと、こ
のブロックを支持して前記デバイスの底面に取り付けら
れるブロック軸とを有し、このブロック軸の位置を、前
記デバイスが掘削方向に回転した際に、前記各ブロック
のそれぞれ一方の端部が共に前記デバイスの外周面より
所定の掘削量分だけ突出し、かつその際に前記各ブロッ
クの直状端面が互いに当接するようデバイスの中心から
偏心させてなる掘削工具を用いて被掘削物を掘削すると
ともに、掘削により形成された掘削孔の周囲を孔壁崩壊
防止用のパイプで補強してなる掘削工法において、

【００１３】前記各ブロックの底面と前記直状端面との
間に、両ブロックのそれぞれ一方の端部が共にデバイス
の外周面より所定の掘削量分だけ突出している時に、互
いに対向配置されて前記ブロックの中心にデバイスと同
心円状の凹部を形成する凹陥部を設け、前記チップを前
記デバイスの回転方向側に向けてなる掘削工具と、円筒
状をなし、その内部に前記掘削工具が挿通されたパイプ
とからなる掘削設備を有し、

【００１４】前記ブロックを前記パイプ先端から突出さ
せ、かつ拡径させた状態で掘削を行いつつ前記パイプを
地中に挿入し、掘削終了後、前記ブロックを縮径して前
記掘削工具のみを前記掘削孔より引き上げてなる掘削工
法である。

【００１５】

【作用】本発明においては、掘削工具のチップがデバイ
スの回転方向側を向いているので、デバイスを回転させ
て掘削を行った際に、掘削部位に十分な剪断力が作用
し、回転力による掘削を効果的に行うことができる。そ
して、個々のブロックには、凹陥部が形成されて、ブロ
ックの拡径時にそれらの中心位置に凹部が形成されるた
め、穿孔時に当該ブロックが地盤に食い込む形態とな
り、掘削中にがたつきが生じにくく良好な掘削が行える
とともに、凹部で生じる推進力の分力が、半径方向に作
用して前記ブロックの外周部に作用する力に対抗するよ
うに働き、前記ブロックの首折れを有効に防止すること
ができるため、工具の寿命が延長される。

【００１６】また、掘削により形成された掘削孔の内径
が前記掘削孔に挿入されたパイプの外径以上で、かつ前
記内径と、前記外径との差が極めて小さいので、掘削の
際前記掘削孔に挿入されたパイプを直接前記掘削孔の外
壁として使用することができる。そのため、掘削の工程
が簡略化される他、掘削に要する資材が節約される。

【００１７】

【実施例】以下、図１ないし図９を参照して、本発明の
実施例について、更に詳しく説明する。

【００１８】本発明に用いられる掘削工具の例を図１な
いし図３に示す。上記各図において、符号１０は掘削部
を示す。この掘削部１０はブロック１１とこのブロック
１１を支持するブロック軸１２とを主体として構成され
ている。

【００１９】上記ブロック１１は平面略視半円形状をな
す板状のものであり、その上面外周部には外方に向かう
に従い漸次デバイス２の軸方向基端側に傾斜する傾斜面
１１ａが形成されており、この傾斜面１１ａとブロック
１１の上面には多数の刃体１３が設けられている。この
刃体１３は断面略Ｌ字状をなすものであり、一端部がブ
ロック１１の先端面に植設固定された断面Ｌ字状の突部
１３ａと、この突部１３ａの他端部に接合された切刃部
１３ｂとから形成されている。この切刃部１３ｂは円板
状のものであり、超硬基板１３ｃとダイヤモンド層１３
ｄとの一体積層構造となっている。そして、各刃体１３
の刃面となるダイヤモンド層１３ｄが上記デバイス２の
回転方向側に向けられている。

【００２０】また、上記両ブロック１１の底面と直状端
面１１ｂとの間には、両ブロック１１のそれぞれの一方
の端部が共にデバイス２の外周面より所定の掘削量分だ
け突出している時に、互いに対向配置されてブロック１
１の中心にデバイス２と同心円状の凹部１５を形成する
凹陥部１６がそれぞれ形成されている。

【００２１】この凹陥部１６は、図４に示すように、底
部１６ａと、この底部１６ａからブロック１１の先端面
に向かうに従い漸次ブロック１１の外周側に傾斜するテ
ーパ面１６ｂとから構成されている。なお、凹陥部１６
の形状はこれに限ることなく、例えば、図５に示すよう
なテーパ面１６ｂのみを形成した形状や、図６に示すよ
うなテーパ面１６ｂをなくし底面からほぼ垂直に延びる
壁部を形成した形状にしてもよい。

【００２２】一方、上記掘削工具は、上記切削工具とほ
ぼ同径のパイプ１９内に摺動可能に挿通され、パイプ１
９の先端部内周には、デバイス２の外周面に形成された
拡径部（図示せず。）に径合する縮径管２０が、溶接等
の方法で一体に固着されている。

【００２３】更に、パイプ１９の一部には、必要に応
じ、図７および図８に示すように、パイプ１９の壁面を
貫通する貫通孔１９ａが設けられている。この貫通孔１
９ａは、パイプ１９壁面から掘削孔周辺の地盤への液体
の浸出を可能とするためのもので、その形状は、掘削を
行う地盤の地質等に合わせて任意に設定可能である。こ
こで、図７は貫通孔１９ａとしてパイプ１９の軸線方向
に沿ってスリット状の長穴を設けた例、図８は丸穴を設
けた例である。

【００２４】次に、上記掘削工具を用いた本発明におけ
る掘削工法について説明する。図２に示す状態におい
て、ブロック１１をパイプ１９より突出させ、デバイス
２を矢印Ｙ方向に回転させると、ブロック軸１２および
ブロック１１がデバイス２と一体的に同方向へ回転す
る。ブロック１１の回転に伴い、当該ブロック１１が掘
削抵抗によりブロック軸１２を中心に自転し、その結
果、図３に示すようにブロック１１の直上端面１１ｂの
一端がデバイス２の外周面より突出し、この部分が外周
刃Ａとして機能する。ここで、ブロック１１が自転する
とき、各ブロック１１の直状端面１１ｂが相互に当接
し、これらが互いにストッパの機能を果して、各ブロッ
ク１１のそれ以上の自転を規制する。この状態でブロッ
ク１１がデバイス２の回転力を受けて刃体１３により地
中を掘削する。

【００２５】なお、上記掘削工具においては、刃体１３
の切刃部１３ｂのダイヤモンド層１３ｄがデバイス２の
回転方向側を向いているので、デバイス２を回転させて
掘削を行った際に、このダイヤモンド層１３ｄにより掘
削孔の壁面に十分な剪断力が作用し、回転のみによる掘
削でも小さい荷重で高い切削速度を得ることができる。

【００２６】また、掘削時において個々のブロック１１
に形成された凹陥部１６により、ブロック１１の拡径時
にその中心位置に凹部１５が形成されるため、穿孔時に
ブロック１１が地盤に食い込む状態となり、掘削中にが
た付きが生じにくく良好な掘削が行われる。しかも、図
３に示すように、凹部１５で生じる推進力の分力Ｆａ
が、半径方向に作用して外周刃Ａに作用する外圧Ｆｂに
対抗するように働くため、ブロック１１の首折れが有効
に阻止され、工具の寿命が延長する。

【００２７】一方、縮径管２０が前記拡径部の下方に位
置しているため、前記拡径部と縮径管２０との接触およ
びパイプ１９の自重により、パイプ１９先端は掘削とと
もに地盤に食い込み、その結果、掘削孔孔壁の崩壊が有
効に防止されている。

【００２８】掘削が終了した場合には、ハンマシリンダ
１を前記所定方向とは逆方向に回転させ、ブロック１１
を図２の位置へと戻すことにより、掘削工具がパイプ１
９内を摺動可能となるので、ハンマシリンダ１を上方に
引けば、前記掘削工具のみを掘削孔から上方に引き出す
ことができる。その結果、掘削孔内には、図９に示すよ
うに、パイプ１９と縮径管２０のみが残留する。

【００２９】なお、本発明においては、ブロック１１の
拡径時の外径とパイプ１９の内径がほぼ同径とされてい
るので、掘削孔１８の内径と、掘削孔１８に挿入された
パイプ１９の外径との間の隙間は極めて小さくなってい
る。そのため、掘削孔１８内におけるパイプ１９の安定
性は非常に高くなり、パイプ１９を掘削孔１８の外壁と
して直接使用することができる。また、パイプ１９の一
部側面に貫通孔１９ａを設けた場合には、貫通孔１９ａ
から地盤に向け水ガラスやベントナイトのような充填剤
を圧入し、充填剤を、掘削孔１８周辺の地盤１７へと浸
出、拡散させることにより、その部分の地盤１７を強固
なものとするとともに、パイプ１９と地盤１７とを一体
化することもできる。その結果、軟弱な地盤１７に対し
ても常に安定した掘削孔１８が作成される。

【００３０】更に、パイプ１９内に鉄筋かごや鉄骨等の
補強部材を挿入した後コンクリートの打ち込みを行った
場合には、貫通孔１９ａから地盤１７中に浸出したコン
クリートと掘削孔１８内のコンクリートとが貫通孔１９
ａを介してともに凝固するので、非常に安定した基礎杭
が得られる。

【００３１】ここで、拡径可能なブロック１１の分割個
数は３個以上の複数個としてもよく、必要に応じ、ハン
マシリンダ１先端に、上記例のような拡径自在なブロッ
ク１１の代わりに従来形の掘削工具を取り付け、更なる
穿孔を行うこともできる。

【００３２】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明においては、
刃体の切刃部がデバイスの掘削回転方向を向いている回
転掘削工具を用いたため、掘削の際に前記切刃部により
掘削孔の壁面に十分な剪断力が作用し、掘削を効果的に
行うことができる。また、個々のブロックには、凹陥部
が設けられ、ブロックの拡径時にそれらの中心位置に凹
部が形成されるため、穿孔時に当該ブロックが地盤に食
い込む形態となり、掘削中にがた付きが生じにくく良好
な掘削が可能である。更に、前記凹部で生じる推進力の
分力が、前記ブロックの半径方向に作用し、その外周部
に作用する掘削抵抗に対抗するように働く結果、前記ブ
ロックの首折れが有効に防止され、前記工具の寿命が延
長する。

【００３３】一方、掘削孔の内径が前記掘削孔に挿入さ
れたパイプの外径以上で、かつ前記内径と前記外径との
差が極めて小さいので、前記パイプを直接掘削孔の外壁
として使用することができる。そのため、掘削の工程が
簡略化される他、掘削に要する資材が節約される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例に用いられる掘削工具の拡
径状態の側面図である。

【図２】本発明の第一実施例に用いられる掘削工具の縮
径状態の底面図である。

【図３】本発明の第一実施例に用いられる掘削工具の拡
径状態の底面図である。

【図４】本発明の第一実施例に用いられる掘削工具の一
部側断面図である。

【図５】本発明の第一実施例に用いられる掘削工具の一
部側断面図である。

【図６】本発明の第一実施例に用いられる掘削工具の一
部側断面図である。

【図７】本発明における、貫通孔の形状の例を示す図で
ある。

【図８】本発明における、貫通孔の形状の例を示す図で
ある。

【図９】本発明の第一実施例における、掘削終了時の状
況を示す掘削孔の側断面図である。

【図１０】従来の掘削工法に用いられる掘削工具の一部
断面図である。

【図１１】従来の掘削工法に用いられる掘削工具の縮径
状態の底面図である。

【図１２】従来の掘削工法に用いられる掘削工具の拡径
状態の底面図である。

【図１３】従来の掘削工法における、掘削終了時の状況
を示す掘削孔の側断面図である。

【符号の説明】

１ハンマシリンダ１ａハンマピストン２デバイス２ａ，２ｂ軸穴２ｃ排出溝３ａ，３ｂ，１２ブロック軸４チップ５ａ，５ｂ，１１ブロック６Ａ，６Ｂ，１１ｂ直状端面７，１９パイプ８ａ，８ｂ空気孔９ケーシングチューブ１０掘削部１１ａ傾斜面１３刃体１３ａ凸部１３ｂ切刃部１３ｃ超硬基板１３ｄダイヤモンド層１５凹部１６凹陥部１６ａ底部１６ｂテーパ面１７地盤１８掘削孔１９ａ貫通孔２０縮径管Ａ外周刃 α 掘削孔の内径と、掘削孔に挿入されたパイプの外径
間の隙間

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者林猛岐阜県安八郡神戸町大字横井字中新田 1528番地三菱マテリアル株式会社岐阜製作所内 (56)参考文献特開昭63−11789（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−219792（ＪＰ，Ａ) 特開平４−41891（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) E21B 3/00 - 4/20 E21B 7/20 - 7/22 E21B 10/00 - 10/66

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】回転力を受けるデバイスの底面に一対の
掘削部を設け、各々の掘削部が、前記デバイスの径とほ
ぼ同径の略半円形状をなし、かつ先端面に多数の刃体が
設けられたブロックと、このブロックを支持して前記デ
バイスの底面に取り付けられるブロック軸とを有し、こ
のブロック軸の位置を、前記デバイスが掘削方向に回転
した際に、前記各ブロックのそれぞれ一方の端部が共に
前記デバイスの外周面より所定の掘削量分だけ突出さ
せ、かつその際に前記各ブロックの直状端面が互いに当
接するようデバイスの中心から偏心させてなる掘削工具
を用いて掘削を行うとともに、掘削により形成された掘
削孔の周囲を孔壁崩壊防止用のパイプで補強してなる掘
削工法において、前記各ブロックの底面と前記直状端面との間に、両ブロ
ックのそれぞれ一方の端部が共にデバイスの外周面より
所定の掘削量分だけ突出する際に、互いに対向配置され
て前記各ブロックの中心にデバイスと同心円状の凹部を
形成する凹陥部を設け、前記刃体の切刃部を前記デバイ
スの回転方向側に向けてなる掘削工具と、円筒状をな
し、前記掘削工具が挿通されたパイプとからなる掘削設
備を有し、前記ブロックを前記パイプ先端から突出させ、かつ拡径
させた状態で掘削を行いつつ前記パイプを地中に挿入
し、掘削終了後、前記ブロックを縮径して前記掘削工具
のみを前記掘削孔より引き上げることを特徴とする掘削
工法。
【請求項２】前記パイプの一部に、前記パイプの壁面
を貫通する貫通孔を形成し、掘削後、前記掘削孔内に充
填剤を圧入して前記貫通孔から地盤中にこの充填剤を浸
出させることを特徴とする請求項１記載の掘削工法。