JP3239788B2 - 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】上記掘削工法に用いられる掘削設備の一
例を図２及び図３に示す。図２中符号１はロッドで、こ
のロッド１は、図３に示すように、中央に延設された流
路１ａの周囲に、ハンマピストン（後述）作動用の給気
管１ｂ、及びハンマピストンからの排気管１ｃ，１ｄ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。

【０００３】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により圧縮された圧縮空気が、給気管３ａから給気管
１ｂに供給され、かつ排気管１ｃ，１ｄ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、コンプレッサＣにより圧縮された圧縮空
気を流路１ａに供給する管路、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。

【０００４】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、流路１ａと同軸をなす流路６ａが、エアハンマ６を
貫通して形成されている。また、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。

【０００５】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流路
で、流路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、空間Ｈを介して同軸
をなすよう挿通されている。

【０００６】図４ないし図６は、上記掘削工法に係る掘
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内には、
ブロック軸１０ａが、それぞれ回転自在かつ抜け止めさ
れて支持されている。

【０００７】ブロック軸１０ａの先端には、先端側から
見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１０
ｄ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１
１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。

【０００８】また、デバイス８の側面は、連通路８ｂの
掘削回転方向前方にてそれぞれ径方向内方に屈曲され、
その結果、デバイス８の側面とケーシング１１の内周面
との間には、この部分にて、空間Ｈと連通する隙間Ｓが
形成されている。一方、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。

【０００９】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５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、コンプレッサＣから給気管３ａ，１ｂ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。

【００１０】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２０の孔壁部を掘削する。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１１ａ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、孔壁の崩壊
が防止される。

【００１１】一方、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、かつその更に前方には隙間Ｓ
が形成されている。また、掘削の開始に伴い、コンプレ
ッサＣから管路４、流路１ａ，６ａ，８ａを経て連通路
８ｂに供給された圧縮空気が、図２中矢印Ｆ1で示すよ
うに連通路８ｂから掘削孔２０内に噴射される。その結
果、掘削の結果生じた土砂は、連通路８ｂから噴射され
る圧縮空気とともに隙間Ｓを経て空間Ｈ内に移送され、
空間Ｈ内を上昇して、図２中矢印Ｆ2で示すように、ケ
ーシング１１の上端から地上へと排出される。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記掘削工
法では、掘削の結果生じた土砂を圧縮空気により排出し
ているため、地盤２が例えば粘土等、気体による搬送性
の低い土壌で構成されている場合には、大容量のコンプ
レッサＣを多数設置して圧縮空気の流量を高めないと、
土砂の排出が困難となる場合があった。

【００１３】しかしながら、圧縮空気の流量が高いと、
連通路８ｂからの圧縮空気の噴射に伴い、掘削孔２０の
うち、特に圧縮空気の噴射を直接受ける部分（図２中Ｂ
で示す部分）の孔壁が崩壊し、その結果、ケーシング１
１が掘削孔２０内にて自立しにくくなるという問題が生
じていた。しかも、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、かつ排出された土砂に
よる粉塵や、コンプレッサＣが発生する騒音や排気ガス
等が周辺環境に及ぼす影響も無視できない。

【００１４】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、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おいて、穿孔すべ
き地盤が気体による搬送性の低い土壌で構成されている
場合でも、掘削孔内におけるケーシングの自立を妨げる
ことなく、かつコストや周辺環境に及ぼす影響を最小に
留めつつ、土砂の排出を可能とすることをその目的とし
ている。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、円筒状をなす
ケーシング内に所定幅の空間を介して同軸をなすよう挿
通されたロッドの先端側に掘削工具を設置し、この掘削
工具により掘削孔を穿孔する掘削工法であって、前記掘
削工具が、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、この軸穴内に回転
自在に支持されたブロック軸と、このブロック軸の先端
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、前記ロッド及び掘削工具内に設けられた流路を介し
て前記掘削孔内に液体を供給して該掘削孔の孔壁が直接
噴射を受けるように該液体を噴射し、掘削により生じた
土砂を、前記掘削孔内から前記空間に導入された前記液
体とともに前記空間を介して回収し、回収された前記液
体を前記流路に還流することをその特徴としている。

【００１６】この場合、前記空間から排出された前記液
体から土砂を除去し、前記液体のみを前記流路に還流す
ることが望ましい。また、前記液体には、例えばベント
ナイト溶液が用いられる。

【００１７】一方、前記掘削工具においては、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。

【００１８】

【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６に示す掘削工法において、特に、掘削
により生じた土砂の回収方法の改良に関するものである
ため、上記図２ないし図６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。

【００１９】本発明の掘削工法に用いられる掘削設備の
一例を図１に示す。図１中符合３０は、ケーシング１１
の上端の周囲に、ケーシング１１を取り囲むよう形成さ
れたリザーブタンクで、リザーブタンク３０にはベント
ナイト溶液が貯留され、かつケーシング１１の上端から
の排出物が、リザーブタンク３０内に貯留されるように
なっている。

【００２０】符合３１は、リザーブタンク３０と流路１
ａとを連結する管路で、管路３１中には、リザーブタン
ク３０の貯留物を流路１ａに向け移送するポンプＰが設
置されている。また、リザーブタンク３０内あるいはリ
ザーブタンク３０とポンプＰの間には、ベントナイト溶
液中の土砂を分離する分離手段（図示せず。）が設けら
れている。

【００２１】次いで、上記構成を有する掘削設備による
掘削について、掘削により生じた土砂の回収方法を中心
として以下に説明する。

【００２２】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５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、コンプレッサＣから給気管３
ａ，１ｂ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。

【００２３】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、掘削孔２０の孔壁部を掘削
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、孔壁の崩壊が防止
される。

【００２４】一方、掘削の開始に伴いポンプＰが作動
し、リザーブタンク３０内に貯留されたベントナイト溶
液が、管路３１、流路１ａ，６ａ，８ａを経て連通路８
ｂに供給され、図１中矢印Ｆ3で示すように連通路８ｂ
から噴射される。その結果、掘削の結果生じた土砂は、
連通路８ｂから噴射されるベントナイト溶液とともに隙
間Ｓを経て空間Ｈ内に移送され、空間Ｈ内を上昇して、
図１中矢印Ｆ4で示すように、ケーシング１１の上端か
らリザーブタンク３０内に回収される。リザーブタンク
３０内に回収された土砂は、分離手段にてベントナイト
溶液から分離回収され、ベントナイト溶液のみが、ポン
プＰの作用により管路３１を経て流路１ａに還流され
て、掘削により生じた土砂の回収に再使用される。

【００２５】上記掘削工法では、掘削の結果生じた土砂
をベントナイト溶液とともに排出、回収しているため、
地盤２が、例えば粘土等、気体による搬送性の低い土壌
で構成されている場合でも、土砂の排出性が低下するこ
とはない。従って、ベントナイト溶液の流量を高める必
要がなく、その結果、掘削孔２０の孔壁の崩壊と、それ
に伴う掘削孔２０内におけるケーシング１１の自立性低
下が防止される。

【００２６】また、土砂の排出に用いられたベントナイ
ト溶液がリザーブタンク３０内に回収され、更に管路３
１を経て流路１ａに還流、再使用されるため、ベントナ
イト溶液が無駄とならず、かつ排出されたベントナイト
溶液により掘削孔２０の周辺が汚れることもない。しか
も、大容量のコンプレッサＣやポンプＰが不要なため、
設備費や燃料費等のコストや、騒音や排気ガスの発生等
による周辺環境への影響も低水準に抑えられる。

【００２７】なお、上記の例では、リザーブタンク３０
内に貯留され、土砂の排出に用いられる液体としてベン
トナイト溶液を用いたが、この液体に、単なる水や、あ
るいは他の溶液を用いることももちろん可能である。

【００２８】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、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おいて、穿孔すべき地盤
が気体による搬送性の低い土壌で構成されている場合で
も、掘削孔内におけるケーシングの自立を妨げることな
く、かつコストや周辺環境に及ぼす影響を最小に留めつ
つ、土砂を排出することが可能となる。

【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例
を示す図である。

【図２】 従来の掘削工法に用いられる掘削設備の例を
示す図である。

【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例を示す掘
削工具の拡径時の縦断面図である。

【符号の説明】

１ ロッド １ａ，６ａ，８ａ 流路 ６ ハンマ 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 ３０ リザーブタンク Ｃ コンプレッサ Ｈ 空間 Ｐ ポンプ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉田 和由 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６−248869（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−250191（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−140961（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−96387（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−247783（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−71993（ＪＰ，Ａ) 登録実用新案3005094（ＪＰ，Ｕ) 登録実用新案3005095（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E21B 4/14 E21B 6/00

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円筒状をなすケーシング内に所定幅の空
   間を介して同軸をなすよう挿通されたロッドの先端側に
   掘削工具を設置し、この掘削工具により掘削孔を穿孔す
   る掘削工法であって、 前記掘削工具が、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、この軸穴内
   に回転自在に支されたブロック軸と、このブロック軸の
   先端に、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、 前記ロッド及び掘削工具内に設けられた流路を介して前
   記掘削穴内に液体を供給して該掘削孔の孔壁が直接噴射
   を受けるように該液体を噴射し、掘削により生じた土砂
   を、前記掘削孔内から前記空間に導入された前記液体と
   ともに前記空間を介して回収し、回収された前記液体を
   前記流路に還流することを特徴とする掘削工法。
2. 【請求項２】 前記空間から排出された前記液体から土
   砂を除去し、前記液体のみを前記流路に還流することを
   特徴とする請求項１記載の掘削工法。
3. 【請求項３】 前記液体にベントナイト溶液を用いるこ
   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。