JP3189714B2 - 掘削工法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、地山の掘削に使用
される掘削工法に係り、特に、掘削孔内に流体を供給
し、掘削により生じた土砂をこの流体とともに回収する
掘削工法に関する。

【０００２】

【従来の技術】掘削工法の一種にリバースサーキュレー
ションドリル工法（以下、ＲＣＤ工法と略称する。）と
呼ばれるものがある。この工法は、ロッドの先端に設置
した掘削工具により穿孔した掘削孔内に水あるいはベン
トナイト等の安定薬液等を注入し、その水圧により孔壁
の崩壊を防止するとともに、掘削により生じた土砂を、
ロッド及び掘削工具内に設けられた流路を介して前記水
あるいは薬液とともに吸引回収する方法である。回収し
た土砂は沈殿池にて沈殿され、上澄は掘削孔内への注入
に循環使用される。

【０００３】しかしながら、上記従来のＲＣＤ工法にお
いては、予め多量の用水を確保しなければならず、かつ
水を掘削孔内に常時供給しなければならないため、運用
にも相応の費用がかかっていた。また、掘削孔壁からの
逸水が多いと、掘削孔内への水の補給が間に合わなくな
り、掘削を続けられなくなる場合があった。一方、沈殿
池用のスペースが必要となり、かつ沈殿池にて回収した
土砂は依然として多量の水分を含むため、その処理も問
題となっていた。更に、泥水による機材や衣類等の汚れ
が生じやすいという問題もあった。

【０００４】そこで、本発明者らは、先に、孔壁確保及
び土砂排出のための水が不要な掘削工法として、例えば
以下に示すような工法を提案した。その掘削工法による
掘削状況の一例を図２に示す。符号１はロッドで、この
ロッド１は、図３に示すように、中央に延設された土砂
排出管（流路）１ａの周囲に、土砂排出用の給気管１
ｂ、ハンマピストン（後述）作動用の給気管１ｃ、及び
ハンマピストンからの排気管１ｄ，１ｅを平行に延設し
たもので、掘削すべき地盤２に対し垂直に立設されてい
る。

【０００５】符号３はロッド１の基端側に設置されたエ
アスイベルで、このエアスイベル３にて、コンプレッサ
Ｃにより圧縮されリザーブタンクＲ内に貯留された圧縮
空気が、給気管３ａから給気管１ｂ，１ｃに供給され、
かつ排気管１ｄ，１ｅからの排気が排気管３ｂから系外
に排出されるようになっている。また、符号４は土砂排
出管１ａから排出された土砂を系外に排出する管路、符
号５はハンマシリンダ（後述）駆動用の回転駆動装置で
ある。

【０００６】符号６は、ロッド１の先端に、ロッド１と
同軸をなすよう支持されたエアハンマで、その中央部に
は、土砂排出管１ａと同軸をなす土砂排出路（流路）６
ａが、エアハンマ６を貫通して形成されている。また、
土砂排出路６ａの側方には、給気管１ｂと同軸をなす給
気路６ｂが延設され、かつその先端は、エアハンマ６内
にて土砂排出路６ａの側面に開口している。

【０００７】符号７は、エアハンマ６の先端に設置され
た掘削工具で、この掘削工具７は、エアハンマ６の先端
にエアハンマ６と同軸をなすよう支持されたデバイス８
と、デバイス８の先端に拡径可能に支持され、かつ先端
面に超硬合金製のチップ（刃体）９が植設された複数の
ブロック１０とから概略構成されている。

【０００８】符号８ａは、デバイス８の基端側中央部
に、土砂排出路６ａと同軸をなすよう延設された土砂排
出路（流路）で、土砂排出路８ａの底面からは、複数の
連通路（流路）８ｂが、デバイス８の先端縁に向け放射
状に延設されている。更に、連通路８ｂの先端は、後述
する図５に示すように、拡径した個々のブロック１０の
掘削回転方向（図４中矢印Ｘ方向）前方側にそれぞれ開
口している。そして、これらロッド１、エアハンマ６及
び掘削工具７は、円筒状をなすケーシング１１内に同軸
をなすよう挿通されている。

【０００９】図４ないし図６は、本発明に係る掘削工具
７の一例を示すもので、図４及び図５はそれぞれ掘削工
具７の縮径時及び拡径時の正面図、図６は掘削工具の拡
径時の縦断面図である。デバイス８の先端面（底面）に
は、複数（図では３箇所）の軸穴８ｃが、デバイス８の
中心からずれ、かつデバイス８の周に沿って等間隔とな
るよう設けられている。更に、軸穴８ｃには、ブロック
軸１０ａが、それぞれ回転自在かつ抜け止めされて挿入
されている。

【００１０】ブロック軸１０ａの先端には、底面視して
扇状をなす同一形状のブロック１０が、それぞれの側端
面１０ｂ，１０ｃを対向させ、かつその円弧部１０ｄが
全体でデバイス８と略同径をなすよう配設されている。
ここで、ブロック１０に対するブロック軸１０ａの相対
位置は、ブロック１０をケーシング１１の先端から突出
させ、掘削工具７を掘削回転方向（図４中矢印Ｘ方向）
に回転させた際に、地盤２との掘削抵抗によりブロック
１０がそれぞれ自転して、ブロック１０の一方の側端面
１０ｂと円弧部１０ｄとの交差部分がケーシング１１の
外周面より所定の掘削量分だけ突出し、かつその際に各
ブロック１０の隣接する側端面１０ｂ，１０ｃ同士が当
接するよう設定されている。

【００１１】また、図６中符号８ｄは、デバイス８の外
周面に形成された拡径部である。この拡径部８ｄは、ケ
ーシング１１の先端部に形成された縮径部１１ａに基端
側から係合してケーシング１１を支持し、かつ掘削時に
ケーシング１１を先端方向に押圧するためのものであ
る。

【００１２】掘削に際しては、まず、図４に示す状態
で、ブロック１０をケーシング１１の先端から突出させ
る。次いで、回転駆動装置３を駆動すると、この回転
が、ロッド１及びエアハンマ６に内蔵されたハンマシリ
ンダ（図示せず）を介してデバイス８に伝達され、デバ
イス８及びブロック１０が図４中矢印Ｘ方向に回転す
る。また、リザーブタンクＲから給気管３ａ，１ｃを経
て供給された圧縮空気により、エアハンマ６に内蔵され
たハンマピストン（図示せず）が上下に駆動され、その
結果生じる先端方向への衝撃力が、デバイス８を経てブ
ロック１０に付与される。そして、この回転力及び衝撃
力により、チップ９が地盤２を掘削し、掘削孔２０が形
成される。

【００１３】また、ブロック１０の掘削回転に伴い、地
盤２との掘削抵抗によりブロック１０がそれぞれ自転
し、その結果、図５及び図６に示すように、ブロック１
０の一方の側端面１０ｂと円弧部１０ｄとの交差部分が
ケーシング１１の外周面より所定の掘削量分だけ突出
し、外周刃Ａとして掘削孔孔壁部を掘削する。しかも、
外周刃Ａがケーシング１１の外周面より径方向外方に突
出しているため、ケーシング１１が、自重及び縮径部１
１ａと拡径部８ｄとの係合により掘削と同時に下降して
掘削孔２０内に挿入され、その結果、掘削孔壁の崩壊が
防止される。

【００１４】ところで、掘削の結果生じた土砂は、拡径
した個々のブロック１０の掘削回転方向前方側にそれぞ
れ貯留するが、この部位には、図５に示すように連通路
８ｂの先端がそれぞれ開口しているため、この土砂は、
図７中矢印Ｄに示すように、連通路８ｂから土砂排出路
８ａ内に押し出され、更に図７中符号Ｍで示すように、
土砂排出路８ａ，６ａ内を上昇する。

【００１５】一方、給気路６ｂには、リザーブタンクＲ
から給気管３ａ，１ｂを経て圧縮空気（流体）が供給さ
れるが、この空気は、図７中矢印Ｅに示すように、側方
から土砂排出路６ａ内に噴出される。すると、給気路６
ｂの開口部位より基端側（上方）では、土砂排出路６ａ
内の土砂Ｍに、多数の気泡（空隙）が形成されるため、
土砂Ｍの密度が相対的に低下する。従って、土砂Ｍはこ
の密度の差及び給気路６ｂからの気流によって基端側へ
と吸引され、その結果、図７中矢印Ｆで示すように、土
砂排出路８ａ，６ａ及び土砂排出管１ａ内を基端側へと
搬送され、管路４から地上に排除される。

【００１６】すなわち、この掘削工法では、掘削孔壁の
確保をケーシング１１にて行い、かつ掘削孔２０からの
土砂の排出を、空気により行うことが可能となってい
る。従って、この掘削工法では、孔壁確保及び土砂排出
のための水が不要となり、その結果、従来のＲＣＤ工法
が有する、用水及び沈殿池用スペースの確保、掘削孔壁
からの逸水による掘削への悪影響、多量の水分を含む回
収土砂の処理、泥水による機材や衣類等の汚れ、等の問
題を回避することができる。また、ケーシング１１の使
用により、掘削孔内に水を常時供給する従来のＲＣＤ工
法に比べ、運用に要する費用も低減される。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、エアハンマ
６におけるハンマピストンの駆動や、掘削の結果生じた
土砂の排出には、給気管１ｂ，１ｃから供給された圧縮
空気が用いられるが、上記工法の場合、外気をコンプレ
ッサＣにより圧縮して得た圧縮空気を、給気管３ａを介
して給気管１ｂ，１ｃに供給している。従って、特に大
径の掘削孔２０では、大容量のコンプレッサＣを多数設
置する必要があった。

【００１８】しかしながら、大容量のコンプレッサＣの
設置は、設備費や燃料費等の増加を招き、かつコンプレ
ッサＣが発生する騒音や排気ガス等が環境に及ぼす影響
も無視できない。本発明は上記事情に鑑みてなされたも
ので、孔壁確保及び土砂排出のための水を用いない掘削
工法において、ハンマピストンの駆動や、掘削の結果生
じた土砂の排出に用いられる圧縮空気を供給するコンプ
レッサＣの規模を縮小することをその目的としている。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明は、ロッドの先端
に設置した掘削工具により穿孔した掘削孔内に流体を導
入し、掘削により生じた土砂を、前記ロッド及び掘削工
具内に設けられた流路を介して前記流体とともに回収す
る掘削工法において、前記掘削工具が、円筒状をなすケ
ーシング内に同軸をなすよう挿通され、かつ前記掘削工
具は、前記ロッドの先端に支持されたエアハンマと、こ
のエアハンマの先端側に設けられ、前記エアハンマの衝
撃力及び回転力を受けるデバイスと、このデバイスの先
端面に、前記デバイスの中心からずれた位置に設けられ
た軸穴と、この軸穴に回転自在に挿入されたブロック軸
と、このブロック軸の先端部に、その外径が前記デバイ
スと略同径をなすよう設けられたブロックと、このブロ
ックの先端面に植設された刃体とを具備し、前記ブロッ
クを前記ケーシングの先端から突出させ、前記デバイス
を掘削回転方向に回転させた際に、前記ブロックの一部
が前記ケーシングの外周面より所定の掘削量分だけ突出
するように、前記ブロックに対する前記ブロック軸の相
対位置を設定するとともに、前記流体を、前記掘削工具
の基端側にて前記流路内に導入し、その結果前記流路内
の基端側に生じる土砂密度の低下により、前記流路内の
土砂を基端側に搬送し、かつ前記エアハンマからの排気
を、ブースターにより増圧後リザーブタンクに貯留し、
更に前記エアハンマの駆動源とすることを特徴としてい
る。

【００２０】この場合、前記リザーブタンク内にて、前
記ブースターにより増圧された空気に、コンプレッサに
より圧縮された空気を混合し、前記エアハンマに還流す
ることが望ましい。更に、前記掘削工具の基端側にて前
記流路内に導入される前記流体には、リザーブタンクに
貯留された空気を用いることが望ましい。

【００２１】一方、前記掘削工具については、前記軸穴
を、前記デバイスの先端面に、前記デバイスの中心から
ずれ、かつ前記デバイスの周に沿って等間隔となるよう
複数箇所に設け、この軸穴にそれぞれ挿入された前記ブ
ロック軸の先端部に、扇状をなす前記ブロックを、それ
ぞれの側端面を対向させ、かつその円弧部が全体で前記
デバイスと略同径をなすよう設け、前記ブロックを前記
ケーシングの先端から突出させ、前記デバイスを掘削回
転方向に回転させた際に、前記ブロックの一方の側端面
と円弧部との交差部分が前記ケーシングの外周面より所
定の掘削量分だけ突出し、かつその際に隣接する前記側
端面同士が当接するように、前記ブロックに対する前記
ブロック軸の相対位置を設定することが望ましい。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づき、本発明の実
施形態について具体的に説明する。なお、本発明は、上
記図２ないし図７に示す掘削工法において、特にエアハ
ンマへの圧縮空気の供給方法の改良に関するものである
ため、上記図２ないし図７に示す掘削工法に用いられる
ものと同一の構成を有する設備については、同一の符合
を付して、その説明を省略する。

【００２３】図１は、本発明の掘削工法に用いられる掘
削設備の一例を示すもので、図１中矢印Ｇで示す部分
は、ケーシング１１内に挿通されたロッド１の土砂排出
管１ａ、給気管１ｂ，１ｃ、及び排気管１ｄ，１ｅに対
する配管状況を模式的に示している。すなわち、図１中
符号３０は、リザーブタンクＲ内に貯留された圧縮空気
を給気管１ｂ，１ｃに供給するための給気管、符号３１
は、排気管１ｄ，１ｅから排出された空気を、ブースタ
ーＢに供給するための排気管である。

【００２４】また、ブースターＢは排気管３１から供給
された空気を圧縮するための装置で、ブースターＢによ
り圧縮された、排気管１ｄ，１ｅ由来の空気は、管路３
２を介してリザーブタンクＲ内に貯留される。

【００２５】次いで、上記構成を有する掘削設備による
掘削について、特にエアハンマ６及び給気路６ｂへの圧
縮空気の供給方法を中心として以下に説明する。

【００２６】掘削に際しては、上記図４に示す状態で、
ブロック１０をケーシング１１の先端から突出させて回
転駆動装置３を駆動し、デバイス８及びブロック１０を
掘削回転させる。また、リザーブタンクＲから給気管３
０，１ｃを介して供給された圧縮空気により、エアハン
マ６に内蔵されたハンマピストンが上下に駆動され、そ
の結果生じる先端方向への衝撃力により、チップ９が地
盤２を掘削し、掘削孔２０が形成される。ハンマピスト
ンの駆動に用いられた圧縮空気は、排気管１ｄ，１ｅ，
３１を介してブースターＢに供給され、ブースターＢに
て圧縮（増圧）された後、管路３２を介してリザーブタ
ンクＲに還流され、リザーブタンクＲ内に貯留される。

【００２７】また、ブロック１０の掘削回転に伴いブロ
ック１０がそれぞれ自転し、その結果、図５及び図６に
示すように、ブロック１０の端面がケーシング１１の外
周面より所定量だけ突出し、外周刃Ａとして掘削孔孔壁
部を掘削する。更に、ケーシング１１が、掘削と同時に
下降して掘削孔２０内に挿入され、その結果、掘削孔壁
の崩壊が防止される。

【００２８】一方、掘削により生じた土砂は、図７中矢
印Ｄで示すように連通路８ｂから土砂排出路８ａ内に押
し出され、更に土砂排出路８ａ，６ａ内を上昇するが、
土砂排出路６ａには、給気管３０，１ｂ由来の空気が、
図７中矢印Ｅで示すように給気路６ｂから噴出している
ため、この部位より基端側では、土砂排出路６ａ内の土
砂Ｍに多数の気泡（空隙）が形成され、土砂Ｍの密度が
相対的に低下する。従って、土砂Ｍはこの密度の差及び
給気路６ｂからの気流によって、図７中矢印Ｆで示すよ
うに、土砂排出路８ａ，６ａ及び土砂排出管１ａ内を基
端側へと搬送され、管路４から地上に排除される。

【００２９】すなわち、本発明の掘削工法においても、
掘削孔壁の確保をケーシング１１にて行い、かつ掘削孔
２０からの土砂の排出を、空気により行うことが可能と
なっている。従って、孔壁確保及び土砂排出のための水
が不要となり、その結果、従来のＲＣＤ工法が有する、
用水及び沈殿池用スペースの確保、掘削孔壁からの逸水
による掘削への悪影響、多量の水分を含む回収土砂の処
理、泥水による機材や衣類等の汚れ、等の問題を回避す
ることができる。また、ケーシング１１の使用により、
掘削孔内に水を常時供給する従来のＲＣＤ工法に比べ、
運用に要する費用も低減される。

【００３０】しかも、本発明の掘削工法では、排気管１
ｄ，１ｅから排出された空気が排気管３１を介してブー
スターＢに供給され、この空気は更にブースターＢにて
圧縮（増圧）された後、管路３２を介してリザーブタン
クＲ内に還流、貯留されている。ここで、排気管１ｄ，
１ｅから排出された空気は、元来給気管１ｃから供給さ
れた圧縮空気であるため、依然として高圧を維持してお
り、従って、所定圧の圧縮空気を得る場合、ブースター
Ｂにおける空気の圧縮程度は、外気を直接コンプレッサ
Ｃにて圧縮する場合と比較して小さくて済む。その結
果、本発明によれば、大容量のコンプレッサＣを多数設
置せずとも、高圧の圧縮空気をリザーブタンクＲ内に貯
留することが可能となっている。

【００３１】上記の通り、本発明の掘削工法によれば、
従来のコンプレッサＣよりも容量の小さいブースターＢ
により、エアハンマ６及び給気路６ｂに対し、従来と同
様に高圧の圧縮空気を供給することが可能となってい
る。そのため、設備費や燃料費等が低減される他、騒音
や排気ガス等、環境に及ぼす影響も軽減される。

【００３２】なお、外気の更なる供給が必要な場合に
は、図１中右端に示すように、加圧用のコンプレッサＣ
を設けてもよい。この場合、コンプレッサＣはあくまで
不足分の外気をリザーブタンクＲ内に加圧供給するため
のものであるため、その容量は小さくともよい。すなわ
ち、本発明によれば、孔壁確保及び土砂排出のための水
を用いない掘削工法において、コンプレッサＣの規模を
縮小し、その結果、コンプレッサＣの設置に起因する、
コスト及び環境上の問題を軽減することが可能である。

【００３３】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明の掘削工法に
よれば、孔壁確保及び土砂排出のための水を用いない掘
削工法において、ハンマピストンの駆動や、掘削の結果
生じた土砂の排出に用いられる圧縮空気を供給するにあ
たり、従来のコンプレッサよりも容量の小さいブースタ
ーにより、従来と同様に高圧の圧縮空気を供給すること
が可能となっている。更に、コンプレッサを設置した場
合でも、このコンプレッサはあくまで不足分の外気を加
圧供給するためのものであるため、その容量は小さくと
もよい。すなわち、本発明によれば、上記掘削工法にお
いて、コンプレッサの規模を縮小し、その結果、設備費
や燃料費等のコストを低減するとともに、騒音や排気ガ
ス等、環境に及ぼす影響を軽減することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の掘削工法に用いられる掘削設備の一
例を示す図である。

【図２】 従来の掘削工法の一例を示す掘削孔の縦断面
図である。

【図３】 従来の掘削工法に係る工具の構造の例を示す
ロッドのＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。

【図４】 従来の掘削工法に係る掘削工具の一例を示す
掘削工具の縮径時の正面図である。

【図５】 従来の掘削工法に係る掘削工具の一例を示す
掘削工具の拡径時の正面図である。

【図６】 従来の掘削工法に係る掘削工具の一例を示す
掘削工具の拡径時の縦断面図である。

【図７】 従来の掘削工法における土砂の排出法の一例
を示す掘削孔の縦断面図である。

【符号の説明】

１ ロッド １ａ 土砂排出管（流路） ６ エアハンマ ６ａ，８ａ 土砂排出路（流路） ７ 掘削工具 ８ デバイス ８ｂ 連通路（流路） ８ｃ 軸穴 ９ チップ（刃体） １０ ブロック １０ａ ブロック軸 １０ｂ，１０ｃ ブロックの側端面 １０ｄ ブロックの円弧部 １１ ケーシング ２０ 掘削孔 Ｂ ブースター Ｃ コンプレッサ Ｒ リザーブタンク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高木 一弘 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 平１−256692（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−327689（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−247779（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−237794（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−200786（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E21B 10/60 - 10/62 E21B 4/14

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロッドの先端側に設置された掘削工具に
   より掘削孔を形成し、かつ掘削により生じた土砂を、前
   記ロッド及び掘削工具内に設けられた流路を介して、該
   流路に導入された流体とともに回収する掘削工法であっ
   て、 前記掘削工具が、円筒状をなすケーシング内に同軸をな
   すよう挿通され、かつ前記掘削工具は、エアハンマを介
   して前記ロッドの先端に支持され、前記エアハンマの衝
   撃力及び回転力を受けるデバイスと、このデバイスの先
   端面に、前記デバイスの中心からずれた位置に設けられ
   た軸穴と、この軸穴に回転自在に挿入されたブロック軸
   と、このブロック軸の先端部に、その外径が前記デバイ
   スと略同径をなすよう設けられたブロックと、このブロ
   ックの先端面に植設された刃体とを具備し、前記ブロッ
   クを前記ケーシングの先端から突出させ、前記デバイス
   を掘削回転方向に回転させた際に、前記ブロックの一部
   が前記ケーシングの外周面より所定の掘削量分だけ突出
   するように、前記ブロックに対する前記ブロック軸の相
   対位置が設定されるとともに、 前記流体を、前記掘削工具の基端側にて前記流路内に導
   入し、その結果前記流路内の基端側に生じる土砂密度の
   低下により、前記流路内の土砂を基端側に搬送し、かつ
   前記エアハンマからの排気を、ブースターにて増圧後リ
   ザーブタンクに貯留し、更に前記エアハンマに還流して
   前記エアハンマの駆動源とすることを特徴とする掘削工
   法。
2. 【請求項２】 前記リザーブタンク内にて、前記ブース
   ターにて増圧された空気に、コンプレッサにより圧縮さ
   れた空気を混合し、前記エアハンマに還流することを特
   徴とする請求項１記載の掘削工法。
3. 【請求項３】 前記掘削工具の基端側にて前記流路内に
   導入される前記流体として、前記リザーブタンクに貯留
   された空気を用いることを特徴とする請求項１または２
   記載の掘削工法。
4. 【請求項４】 前記軸穴を、前記デバイスの先端面に、
   前記デバイスの中心からずれ、かつ前記デバイスの周に
   沿って等間隔となるよう複数箇所に設け、この軸穴にそ
   れぞれ挿入された前記ブロック軸の先端部に、扇状をな
   す前記ブロックを、それぞれの側端面を対向させ、かつ
   その円弧部が全体で前記デバイスと略同径をなすよう設
   け、 前記ブロックを前記ケーシングの先端から突出させ、前
   記デバイスを掘削回転方向に回転させた際に、前記ブロ
   ックの一方の側端面と円弧部との交差部分が前記ケーシ
   ングの外周面より所定の掘削量分だけ突出し、かつその
   際に隣接する前記側端面同士が当接するように、前記ブ
   ロックに対する前記ブロック軸の相対位置を設定するこ
   とを特徴とする請求項１，２または３記載の掘削工法。