JP3213235U - 方位コア採取装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内管の方位と高さを容易に設定でき、コア回収による中断時間を大幅に短縮できるコア採取装置を提供する。【解決手段】ボーリングロッド２に連結された、回転切削を行うビットを先端に有した外管２３と、ボーリングロッド２内側に位置する回転抑制軸３１と、該回転抑制軸３１に連結された、外管２３の内側に同軸的に位置しコア収納を担う内管４３とを、備え、回転抑制軸３１自由端に他部材を貫設し緊結できる回転抑制軸先端部３５と、該回転抑制軸先端部３５が貫入する内管ヘッド孔４１を有し、内管４３に連結する内管ヘッド４と、該内管ヘッド４と回転抑制軸３１との軸方向位置を調整する調整用スペーサー３７とを有し、回転抑制軸先端部３５には、内管ヘッド４の内管ヘッド孔４１と接する嵌合面に凸部３６若しくは凸部３６と掛合する軸方向の溝部４２の何れか一方を備え、内管ヘッド４には、内管ヘッド孔４１に他方を備えた。【選択図】図１

Description

本考案は、地質調査ボーリングにおいて、方位のわかる乱されないコアの採取に関するものである。

土木建築の分野で、地盤に係る構造物に関して、計画、調査、設計及び施工等あらゆる段階で、地盤の調査は不可欠である。この地盤調査において、最も一般的な調査方法がボーリング調査である。ボーリング調査とは、地盤に孔をあけて行う調査で地層の判別、試料採取、孔内の観測、原位置試験などを実施し、地盤情報を得るものであり、最も広く用いられているボーリングの方法がロータリーボーリングである。

地盤中から試料を採取することをサンプリングといい、サンプリングに用いられる機器をサンプラー（採取装置ともいう。）という。特に重要な構造物の構築に係る地盤情報として、原位置の状態のままの乱れのない資料の採取が必須である。更に、方向性を有する地盤の調査が不可欠な構造物に対しては、正確な方位情報を得ることができる採取が必要である。ダム、トンネル、橋梁基礎、大規模建築物の基礎などの場合である。

前記のロータリーボーリングでは、ボーリングマシンから得られた回転力が外管先端に取付けられた硬度の高いチップを植え付けられたビットに伝わり、その回転掘進によって掘り進められる一方で、外管内に備え付けられた内管には乱されない採取資料が残るといったロータリー２重管式サンプラーが利用されている。更に、観察に供する資料、具体的には地質的構造や含水比や化学的性質を変化させない資料を採取するために、スリーブ内蔵二重管サンプラーを用いる。スリーブ内蔵型では、前記内管の内面に沿って主にプラスティックフィルム製のスリーブが採取資料を覆うように延出され、原位置に近い状態で試料採取される。このスリーブ内蔵型に関して、内管先端にシューを設けるシュー先行型とビット先行型がある。主として岩盤に用いられるのは、ビット先行型で、外管下端のビットにより、地盤を切り出し、内管内にコアを取り込んでいくものである。このロータリーボーリングを利用した試料採取において、できるだけ外管の回転の影響を受けない状態で内管内に資料を採取するため、スイベル機構などを用いた工夫がされている。しかしながら、内管において試料採取する採取装置では、ビットの回転による供回りを避けることは困難であった。特に、ビット先行型においては顕著であった。

この内管の回転を抑制する対策として、特許第４６０９７８３号の提案では、図４に示すように、ボーリングロッド２の内側にボーリングマシン１の外部から固定され、上下方向に連結された固定軸３１を設置した装置によって、ボーリングロッドやビット２４の回転の影響を受けずに原位置の正確な方位情報を有する資料の採取が可能になった。更に、特開２０１２−１２９２８号の提案では、ボーリング孔が水平若しくは傾斜を有する場合には、内管に連結する内管系の軸心に対して偏芯した重心の部材を配置することによって、重力を利用した内管の回転抑制機構を提案している。

特許４６０９７８３号公報 特開２０１２−１２９２８号公報

土木学会編 「第四版土木工学ハンドブック」技報堂出版 ｐ１１０６「地質調査とその応用」ｐ４０４「岩盤の分類」等 公益社団法人地盤工学会編「地盤調査の方法と解説 ニ分冊の１」発売丸善出版ｐ２４９〜ｐ２５３

コアの採取は、内管の長さが１ｍから５ｍ程度であり、概ねこの押込み長さごとに揚管し、コアを内管から取り出し、更に掘進してコアを採取する工程を、調査に必要な長さに至るまで繰り返すことになる。また、掘進している間、掘進水が地上より圧送され、掘進先端のビット等の冷却と潤滑に利用され、この掘進水は外管と孔壁との隙間を通じて排出される。排出の際には、切削屑を取り込み、濁水として地上に排出される。この掘進水は、ボーリングロッド内を通り、ボーリング孔先端部では、図３の拡大図に矢印でその流れを示すように内管４３と外管２３先端部のビット２４のわずかな隙間を通じて、ビット先端の摩擦による熱を冷却するとともに、切削屑を外管外に送り出す。この内管先端とビットの隙間の設定は、外管と内管の軸方向の位置関係によって決定されるものであり、地盤の岩質などに係る掘進速度との関係も考慮して行う必要がある。

従来、図４に示す外部固定された固定軸３１と内管４３の連結によって、供回りの回転を抑制する採取装置においては、図５に示すように、固定軸先端付近のねじ部に螺合する内管方位固定ナット３４によって、同じく螺子部に螺合する内管ヘッド４と方位固定ナット間をダブルナット状態として、内管ヘッドを固定軸先端に締結し、方位固定と前記の内管と外管の位置の調節を同時に行う必要があった。この方位固定は、初期設定および繰返しの確認作業の中で操作に熟練と時間を有する工程となっていた。

ボーリングロッドに連結され、回転切削を行うビットを先端に有した外管と、ボーリングロッド内側に位置する回転抑制軸と、該回転抑制軸に連結され、外管の内側に同軸的に位置しコア収納を担う内管とを、備えたコア採取装置において、
回転抑制軸自由端に他部材を貫設し緊結できる回転抑制軸先端部と、該回転抑制軸先端部が貫入する孔を有した、前記内管に連結する内管ヘッドと、該内管ヘッドと前記回転抑制軸との軸方向位置を調整する調整用スペーサーとを有し、前記回転抑制軸先端部には、該先端部が前記内管ヘッドの内管ヘッド孔と接する嵌合面に凸部若しくは凸部と掛合する軸方向の溝部の何れか一方を備え、前記内管ヘッドの内管ヘッド孔に他方を備えたコア採取装置。

本考案は、回転抑制軸先端部若しくは内管ヘッドの貫入孔のいずれかに凸部若しくは該凸部が掛合する軸方向の溝部が設けられ、それらが嵌挿されることによって、回転抑制軸の方位は容易に内管ヘッドを通じて内管の方位と同一のものとなり、一方、外管との軸方向相対位置は回転抑制軸と内管ヘッドに高さ調整用スペーサーを設けることによって、微妙な高さ調整を行い得る。このような方法で内管ヘッドを回転抑制軸先端部に固定することによって、内管の方位と高さを容易に設定でき、コア回収による中断時間を大幅に短縮できる、という利点がある。

図１は、本発明の回転抑制軸先端部周辺の断面図である。（実施例１） 図２は、回転抑制軸先端部周辺の分解説明図である。（実施例１） 図３は、内管及び外管先端部の説明図である。（実施例１） 図４は、固定軸を設けたロータリー式２重管採取装置の説明図である。 図５は、図４の固定軸と内管の連結部の説明図である。

回転抑制軸３１とは、ボーリングロッド２内側に同軸的に設置され、ボーリングロッドの回転の影響を受けることなく、外部からの固定によって若しくは内部機構によって、内管４３が外管２３との供回りによって回転するのを抑制することができる内管と連結する軸をいう。本実施形態では主として、図４に示すボーリングロッドの内側において上方に延びて、外部より固定され且つ上下方向に連結された複数の構成部分からなる固定軸を回転抑制軸として説明する。しかしながら、前記「０００５」に示すように、回転抑制機構に関しては外部からの固定に限らない。また、回転抑制軸自由端とは、回転抑制軸の回転抑制機構を有する長手方向の一方の端部に対して、他方端部を自由端と呼ぶ。その先端部３５とは、回転抑制軸がコア収容を担う内管と連結する内管ヘッド４との連結に関わる部位をいい、具体的には本実施例では、調整用スペーサー係止部３８から内管ヘッド貫入部を含めて内管ヘッド固定螺子部までをいう。一体的になった場合、内管ヘッド固定ナット３９をも含める。

方位のわかるコアとは、縦方向ボーリング、水平方向ボーリングなどボーリングの方向にかかわらず、筒状のコアの長手方向に対して垂直方向に、採取ごとに方向に違いが生じず、原位置での方向のまま採取されるコアをいう。

図１に回転抑制軸先端部３５、内管４３に連結される内管ヘッド４、調整用スペーサー３７、回転抑制軸先端部の凸部３６及び内管ヘッド孔４１の軸方向の溝部４２を断面図で示す。採取装置は、組立て解体のため複数個所の螺合箇所を有しており、図２は、図１の断面図に対して、分解構造図を示すものである。

図１のボーリングロッド継手部２１は、ボーリングロッド２の最先端の連結箇所である。図１には、ボーリングロッド内に設置される回転抑制軸３１の連結状態をも示している。ボーリングロッドは、継手部を通じてサンプラーヘッド２２と連結され、回転力が伝達される。ボーリングロッド内の回転抑制軸は、方位固定の回転抑制軸継手３２で方位固定状態の連結がされている。ボーリングロッド継手部では、回転抑制軸とボーリングロッドと間に軸受け部３３が設けられている。ボーリングロッドと回転抑制軸の接触を避けながら、ボーリングロッド及び回転抑制軸をそれぞれ連結するためである。

図１には、本考案におけるコア採取装置を示し、サンプラーヘッド２２は外管２３と連結されている。回転抑制軸３１について、回転抑制軸先端部３５で、スペーサー係止部３８と内管ヘッド４の間に調整用スペーサー３７が設置され、内管ヘッドの軸方向位置が調整されている。回転抑制軸先端部は、内管ヘッド孔４１を貫通している。該先端部には軸方向に長手を有する凸部３６が設けられ、内管ヘッド孔の嵌合面に設けられた軸方向の溝部４２に嵌挿されている。該先端部においては、内管ヘッド孔の貫通部の更に先端には螺子部を有し、内管ヘッド固定ナット３９で螺合締結されている。回転抑制軸先端部の凸部が内管ヘッドの軸方向の溝部に嵌挿されることによって、内管ヘッドは、回転抑制軸に対して垂直面の方向が固定される。凸部は、図１に示すように溝部に沿った長手方向に延設されるのが望ましい。溝部との接触面が大きく、摩耗による凸部や溝部の擦り減りの影響が少ないからである。また、組立作業が回転抑制軸先端部に内管ヘッドを嵌める工程であるため、作業の容易性から回転抑制軸先端部に凸部を設ける方が望ましい。

図２は、図１の断面図に対して、分解構造図（一点鎖線は軸方向の中心線であり、機器を示すものではない。）を示すものである。ボーリングロッド２、ボーリングロッド継手部２１、回転抑制軸３１及び回転抑制軸先端部３５、サンプラーヘッド２２、調整用スペーサー３７、内管ヘッド４、内管ヘッド固定ナット３９、内管４３並びに外管２３と、主に組立て手順に従って示している。

図３には、サンプラー先端部断面図を示している。ビット２４が回転掘進に応じて、内管４３内のスリーブ４４内にコア１３が取り残される形で採取され、コアリフター４６（位置のみ図示）の掴縮によって、内管内に採取されることになる。外管２３先端のビットの回転掘進の間、図３では示されていないが、回転抑制軸に連結された内管はその影響を受けることなく無回転で掘進方向へ進みコアを採取する。図３の外管先端部拡大図には、内管と外管との間を掘進水１４が矢印の方向で流れている様子を示している。この掘進水がビット先端の摩擦熱を冷却し、機器間の潤滑に寄与し、ビットで発生する切削屑を孔壁と外管の隙間を通じて地上に排出されている。拡大図に示す内管先端とビットの位置を調整するのが、調整用スペーサー３７の役割である。この間隔は地盤の硬度等により最適の設定がなされなければならない。

１ ボーリングマシン、１１ 地盤、１２ 孔壁、１３ 採取コア、１４ 掘削水
２ ボーリングロッド、２１ ボーリングロッド継手、２２ サンプラーヘッド、２３ 外管、２４ ビット
３ 外部方位固定部、３１ 回転抑制軸（固定軸）、３２ 回転抑制軸継手、３３ ボーリングロッド軸受け部、３４ 内管方位固定ナット
３５ 回転抑制軸先端部、３６ 凸部、３７ 調整用スペーサー、３８ スペーサー係止部、３９ 内管ヘッド固定ナット
４ 内管ヘッド、４１ 内管ヘッド孔、４２ 溝部、４３ 内管、４４ スリーブ、４５ スリーブケース、４６ コアリフター

Claims (3)

1. ボーリングロッドに連結された、回転切削を行うビットを先端に有した外管と、ボーリングロッド内側に位置する回転抑制軸と、該回転抑制軸に連結された、外管の内側に同軸的に位置しコア収納を担う内管とを、備えたコア採取装置において、
   回転抑制軸自由端に他部材を貫設し緊結できる回転抑制軸先端部と、該回転抑制軸先端部が貫入する内管ヘッド孔を有した、前記内管に連結する内管ヘッドと、該内管ヘッドと前記回転抑制軸との軸方向位置を調整する調整用スペーサーとを有し、前記回転抑制軸先端部には、該先端部が前記内管ヘッドの内管ヘッド孔と接する嵌合面に凸部若しくは凸部と掛合する軸方向の溝部の何れか一方を備え、前記内管ヘッドには、内管ヘッド孔に他方を備えたコア採取装置。
2. 凸部が軸方向に長手を有する請求項１の採取装置。
3. 回転抑制軸先端部に凸部を有する請求項１若しくは請求項２の採取装置。

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