JP3868889B2 - ボーリング装置およびボーリング方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、土中に導入されるケーシングチューブを有する、穴を掘るためのボーリング装置とボーリング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
関連する先行技術は、ドイツ国特許発明（ＤＥ−Ｃ）２７ ３４ １８５号から公知である。内部ボーリング装置は、クレーンによって土中に配置されたケーシングチューブの中に挿入される。このような周知のボーリング装置は筒状ケーシングを有し、その中に回転運動させるためのモーターが設置されている。ボーリング装置は、穴の底部付近にある固定装置によってケーシングチューブの内側表面に接続される。
【０００３】
ケーシングチューブを使って穴を掘る別の方法は、フランス国出願公開（ＦＲ−Ａ）１５ ９８ ５８６号から公知である。ボーリングオーガは、堀くずを受けるための筒状受容コンテナとともに、結合装置の上に設置されている。ボーリング中、堀くずは受容コンテナの中に輸送される。いっぱいになると、受容コンテナとボーリングオーガが収縮する。受容コンテナは解放されて、ボーリングオーガから離れて半径方向に移動させることができる。ボーリングオーガ用の駆動装置は、マストに移動可能に設置されたキャリッジ上に配置される。
【０００４】
１９５６年ベルリンにおいて発行された、ビエスケ（Bieske）の文献、”井戸建設ハンドブック（Handbuch des Brunnenbaus）”、第１巻、８８，８９ページにおいて、ケーシングチューブを使用しないボーリング方法が開示されている。穴から彫りくずを排除するために、フラッシングラインが使用されている。
【０００５】
基礎を構築するための基礎パイルを作る際、最初に土中に、たとえばドロップハンマまたは振動パイルハンマを使ってケーシングチューブを導入することが知られている。次に、ケーシングチューブ中の土をボーリング装置によって除去することができる。これは特に、ゆるい土の場合に適当である。なぜなら、ケーシングチューブは穴壁の崩壊を防止するからである。
【０００６】
【特許文献１】
ドイツ国特許発明２７３４１８５号
【特許文献２】
フランス国出願公開１５９８５８６号
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ケーシングチューブ中の土を除去するために、通常、ケーシングチューブの内径に適合する外径を有する土オーガが使用される。土オーガを使用する時、垂直マストを有し、その上に土オーガが垂直に移動可能に案内され、同時に回転可能に保持されている特別なボーリング装置を使用することが必要である。通常は可動マウントに設置される垂直マストは数度しか傾けられないため、平坦でない地面またはレベル差の大きな地形で土オーガを使用する場合、問題がある。このような場合、土オーガを備えるボーリング装置のために、まずケーシングチューブ上に水平なプラットフォームを作る必要がある。
【０００８】
さらに、土オーガを備えるボーリングツールは使用できないか、あるいは少なくとも、ケーシングチューブを地中に予め導入するために機器を長期間にわたって修正してからでなければ使用できない。
【０００９】
したがって、本発明の目的は、ケーシングチューブで効率的に穴を掘ることのできるボーリング装置とボーリング方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、この目的は、請求項１に記載の特徴を有するボーリング装置と、請求項７に記載の特徴を有するボーリング方法によって達成される。本発明の好ましい実施形態は、それぞれ従属クレームにおいて示されている。
【００１１】
本発明によるボーリング装置には、
その上端にクレーンアタッチメントを備える結合装置と、
結合装置の下側に配置され、この結合装置と分離および結合可能なボーリングツールと、
中に結合装置が回転および軸方向移動可能に保持され、ケーシングチューブの上に設置するよう構成される取り付けフレームと、
取り付けフレーム上に設置され、結合装置を回転駆動するために構成された駆動装置と、
ケーシングチューブと取り付けフレームとを強固に接続するための接続装置と、
が備えられ、
結合装置は中空で、第一のフラッシングラインと第二のフラッシングラインを有し、
結合装置の上端付近には第一のフラッシングラインに流体を供給するための第一の接続部と、第二のフラッシングラインによって彫りくずを排除するように構成された第二の接続部と、
が設けられている。
【００１２】
本発明によるボーリング方法は、上記のボーリング装置を利用し、前記ボーリング装置はクレーンのケーブルに吊り下げられることを特徴とする。これにより、上述のように有利な方法で穴を効率的に掘ることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明による実施の形態であるボーリング装置はクレーンに吊り下げて使用し、顕著な地表の不均等性またはケーシングチューブとボーリング装置との大きなレベル差があっても、ボーリング方法の性能に影響が及ばないようにすることができる。特に、クレーンケーブルに吊るしたボーリング装置は自動的に垂直方向となり、垂直に穴を掘るために複雑な調整をする必要がなくなる。
【００１４】
有効に穴を掘るために、ボーリング装置の結合装置は中空に構成され、少なくとも２つの流体ラインを備える。第一の流体ラインはボーリングツールから彫りくずや泥を輸送するのに使用できる。もう一方のラインは、流体を供給するのに使用できる。流体は彫りくずを運び出すのを助けるための水でも空気でもよい。しかしながら、フラッシングラインはまた、硬化する懸濁液の供給に使用し、穴からボーリング装置を引き抜く際、穴に硬化可能な懸濁液、特にコンクリートを満たすことができるようにすることもできる。クレーンから吊るしても、ボーリングツールに信頼できるトルクを確実に伝えるために、本発明の実施の形態によるボーリング装置はケーシングチューブの上端の取り付けフレームで設置され、接続装置によってそこに取り外し可能に固定される。接続装置により、回転接続が迅速に解放され、さらに、ボーリング装置がクレーンに吊り下げられたままであることによって、効率的に連続して穴を掘ることができる。
【００１５】
接続装置は、異なるポジティブまたはノンポジティブロッキング装置とすることができる。本発明の実施の形態によれば、接続装置は、ケーシングチューブの上端に取り付けフレームを固定するための油圧保持クランプを備えていることが好ましい。油圧式クランプにより、固定力が高い場合にも、急速な固定、解除が可能となる。
【００１６】
本発明の別の好ましい実施の形態によれば、第一または第二の接続部はスイベルジョイントを有する。そして、結合装置と回転するフラッシングラインは、固定装置、特に穴の外側に設置された流体タンクに確実に接続される。このようなスイベルジョイントは一般に、相互に関して回転可能な２つの回転フランジであり、流体が浸入しないように配置され、一方はフラッシングラインに、もう一方は固定ラインに接続される。
【００１７】
さまざまな装置をボーリングツールとして使用でき、たとえばボーリングバケット等も使用できる。本発明によれば、ボーリングツールはフルカットボーリングヘッド、ボーリングストリングは結合装置内の第一のフラッシングラインと第二のフラッシングラインと接続可能な２つのラインを有する中空構成であることが特に有利である。このようなフルカットボーリングヘッドは、岩等の固い物質を扱うのに特に適している。フラッシングラインによって掘りくずを除去するとともに、非常に深い穴を掘ることも可能である。本発明の実施の形態によるボーリング装置に、各種のボーリングツールを用い、穴を掘る各土層に合わせて最適なボーリングツールを使用することができる。
【００１８】
本発明の実施の形態によれば、ボーリング装置はクレーンジブにかけられたケーブルで吊り下げられされ、第一の引っ張りケーブルがジブに面した側に固定されジブに向かって延び、その反対側にジブの上端に延びる第二の引っ張りケーブルが連結される。クレーンジグに吊り下げられたボーリング装置は、その後、両側から引っ張りケーブルとウィンチの動作を受けることになる。これによって、ボーリング装置の不要な揺れが防止され、ボーリング装置を容易にクレーンジブの側に揺り動かして、この振り切り位置に保持することができる。この振り切り位置では、たとえば、位置決めし、支持パイプ内に移動させるための第二のケーブルによってクレーンを使用することができ、クレーンからボーリング装置を切り離す必要がない。
【００１９】
中空の結合装置の中には、少なくともひとつのフラッシングラインがある。本発明の実施の形態によれば、結合装置はダブルウォール結合装置として構成することができ、内側のコアと外側の結合装置ウォールの間に環状の中空スペースができ、これがフラッシングラインとなる。もう一方のフラッシングラインは、外側に設置するか、内側結合装置の半径方向の内部中空スペース内に設置することができる。
【００２０】
本発明による方法の好ましい実施の形態は、ケーシングチューブの中に第一の穴を掘るステップと、ボーリングストリングを有するボーリングヘッドを結合装置とは別にケーシングチューブの中に導入するステップと、最後に、結合装置が結合部によってボーリングストリングに強固に接続されるステップとを含む。
【００２１】
ボーリングバケットや土オーガといった、異なるボーリングツールで第一の穴を掘ることが可能である。ボーリングツールに結合装置を取り付け、たとえばゆるい地盤では、その状態で使用して第一の穴を掘ることができる。したがって、ケーシングチューブの中に自由空間が作られ、これを使って、ボーリングストリングを有するボーリングヘッドを導入、調整することができる。これによって、異なるボーリングツールを使用して効率的な貫通速度を得ることが可能であり、ボーリングストリングを有するフルカットボーリングヘッドは、固い物質を扱うのに特に適している。
【００２２】
本発明の実施の形態によれば、前記方法はさらに、ボーリングストリングを備えるボーリングヘッドが、結合装置に固定される前にケーシングチューブの中の保持装置によって接続位置に保持される点、固定後に保持装置が解除され、その間、ボーリング装置はケーブルに吊るしたままである点、最後に、取り付けフレームがケーシングチューブと一緒に回転するよう接続されている点で発展される。これにより、ボーリングヘッドのボーリングストリングをボーリング装置の結合装置に確実に、同時に迅速に接続することができる。
【００２３】
結合装置に接続するためにケーシングチューブ内にボーリングストリングを特に効率的に固定するために、保持装置が、放射状にケーシングチューブの方向に移動可能な支持フォークを有し、ボーリングストリングのフランジを保持位置に静止させる、少なくともひとつのキャリッジが設けられる。特に、プラットフォーム上のケーシングチューブの上端の周辺上に２，３または４本の保持フォークが均等に分散される。支持フォークの幅はボーリングストリングの外径に対応し、ボーリングストリングの径の大きなフランジまたはカラーは保持フォークの上、したがって、所望の保持位置に留まる。これにより、ケーシングチューブ外でボーリング装置の結合装置に容易に接続することができる。
【００２４】
本発明のクレーンの場合、横たわる土層の中に導入したケーシングチューブを通してボーリング装置で穴を掘る点で有利である。支持パイプを比較的ゆるい土壌の中に打ち込むことが可能である。しかしながら、よりゆるい土層を越えて延びる基礎パイルが必要な場合、まず、支持パイプ内のよりゆるい土層を第一のボーリングツール、たとえばボーリングバケットで除去することができる。同じボーリング装置に第二のボーリングツール、特にボーリングストリング付きのフルカットボーリングヘッドを使用することが可能であり、それによって、ケーシングチューブの下にあるより固い、岩状の土壌を効率的に除去することができる。
【００２５】
ボーリングツールへの圧力は、対応する油圧シリンダを通じて、伸縮結合装置によって加えられる。しかしながら、ボーリング中、結合装置を取り付けフレーム内で軸方向に自由に移動できるように案内し、結合装置の重量がボーリングツールを圧迫するようにすると特に効果的であり、エネルギーを節約できる。ボーリングストリングに負荷重量を与え、ボーリングツールに十分な圧力を加えて、スピーディに掘り進めることも可能である。
【００２６】
本発明によるボーリング方法の好ましい実施形態では、ボーリング中、フラッシングエアを第一のフラッシングラインを使って供給し、第二のフラッシングラインを通じて、流体およびフラッシングエアまたは掃気によって掘りくずを除去することができる。この方法によれば、堀くずを特に効率的に運搬でき、スピーディに掘り進めることができる。
【００２７】
図１によれば、ジブ６を有するクレーン４がフローティングポンツーン２の上に設置されている。基礎パイルを作るために、２本のケーシングチューブ４６がすでにゆるい土層３の中の川床に打ち込まれている。水面を越えて延びる第一のケーシングチューブ４６の中には、クレーン４とケーブル５でボーリングツールが挿入される。管状ボーリングストリング１９を備えるフルカットボーリングヘッド１８で構成されるボーリングツールは、ケーブル５によって、ボーリングストリング１９の径の大きなカラー２１の明確に定められた高さまで下げられる。
【００２８】
ボーリングツールは、保持装置４２によってこの位置に固定される。この目的のために、ケーシングチューブ４６の上端にある円形プラットフォーム４３の上に移動可能に設置された２つのフェーシングキャリッジ４４がボーリングストリング１９に向かって半径方向に設置（インフィード: infeed）されている。図中にはないが、径の大きなカラー２１の下に保持フォークが入り、カラー２１が、２つのキャリッジ４４の保持フォーク上の保持位置に載るようになっている。
【００２９】
ケーブル５は次にボーリングツールから解放され、クレーン４はポンツーン２の上に設置された結合装置１０をつかむことができる。結合装置１０は、ケーシングチューブ４６の中に固定されたボーリングツールの上に位置づけられる。これを図２に示す。次に、クレーンアタッチメント１４の上方のケーブル５に設置された結合装置１０は、ボーリングストリング１９の上端まで下げられ、これとともに回転するよう接続される。任意で、結合装置１０とボーリングストリング１９の間に、さらに別のボーリングストリング部品を使用し、所望のボーリング深さを得てもよい。
【００３０】
ボーリングストリング１９と回転するよう結合装置１０の結合部１２を接続するために、略図的に示されたフラッシングライン２６，２８がボーリングストリング１９内の対応するラインに接続される。
【００３１】
保持装置４２の２つのキャリッジ４４は、ボーリングストリング１９から半径方向に取り外され、結合装置１０はケーブル５によって、結合装置１０の取り付けフレーム２０がケーシングチューブ４６の上端に載るまで、さらに下げられる。接続装置２２の保持クランプ２４は、ケーシングチューブ４６の縁辺周辺に噛み合い、取り付けフレーム２０をこのパイプ４６に固定する。
【００３２】
ボーリングヘッド１８は、ケーブル５を下げることにより、結合装置１０の結合部１２を軸方向に移動させ、ゆるい土層３の表面上に設置される。
【００３３】
ボーリングストリング１９を有するボーリングヘッド１８は、取り付けフレーム２０上に設置された油圧駆動装置１６によって回転され、ボーリングヘッド１８は、図３に示すように、ケーシングチューブ４６内の土３を取り除き、さらに下げることにより、穴４０を岩の多い土層７へと掘り進める。
【００３４】
矢印Ｐ１の方向に、第一の接続部２７によって第一のフラッシングラインの中に空気が送られ、掃気が第二のフラッシングライン２８の中に放出され、ボーリングヘッドによって穴４０から掘りくずが取り除かれる。第二の接続部２９により、ボーリング装置１０の上端で、堀くずが矢印Ｐ２の方向に取り除かれる。
【００３５】
穴を掘る際、基礎パイルを作るために、コンクリートおよび任意でスチールの補強を設けることができる。結合装置１０は、単純な方法でクレーン４によって次のケーシングチューブ４６に運ばれ、ポンツーン２の複雑な改造、再調整は不要である。
【００３６】
図４に示す本発明の別の実施の形態において、ボーリングツールとしてボーリングバケット１１を備える結合装置１０は、クレーン４のジブ６にかけられたケーブル５によって、上記のように吊り下げられる。結合装置１０の不要な揺れを防止し、ジブ６の上の結合装置１０が一方の側に揺れるように、結合装置１０とジブ６の間に、第一の引っ張りケーブル３１を設置する。ケーブル３１は、図示されていないウィンチによって張り、一方の側に揺れることができるようにする。第二の引っ張りケーブル３２は、結合装置１０の、ジグ６から遠い側に連結される。第二の引っ張りケーブル３２は、結合装置１０からジブポイント８まで延びる。ジブポイント８にはガイドプーリが備えられ、これがケーブル５を超えて、ジブ６から明確に定義された量だけ延びる。第二のホーリングケーブル３２と第一のホーリングケーブル３１の相応の緊張を通じて、結合装置１０の不要な揺れに抗することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ケーシングチューブにボーリングツールを導入する図である。
【図２】 結合装置をボーリングツールに取り付ける図である。
【図３】 穴を掘る時の本発明によるボーリング装置の図である。
【図４】 本発明の別のボーリング装置をクレーンに吊り下げた時の側面略図である。
【符号の説明】
５ ケーブル、６ ジブ、１０ 結合装置、１２ 結合部、１６ 油圧駆動装置（駆動装置）、１８ フルカットボーリングヘッド（ボーリングツール）、１９ 筒状ボーリングストリング（ボーリングツール）、２０ 取り付けフレーム、２２ 接続装置、２６ 第一のフラッシングライン、２７ 第一の接続部、２８ 第二のフラッシングライン、２９ 第二の接続部、３１ 第一の引っ張りケーブル、３２ 第二の引っ張りケーブル、４３ 円形プラットホーム、４６ ケーシングチューブ。

Claims (12)

1. 土中に導入するケーシングチューブを用いて穴を掘るためのボーリング装置であって、
   上端にクレーンアタッチメントを有する結合装置と、
   前記結合装置の下側に配置され、前記ケーシングチューブに挿入された状態で、前記結合装置と分離および結合可能なボーリングツールと、
   前記結合装置を回転および軸方向に移動可能に内部に保持し、前記ケーシングチューブ上に設置されるように構成された取り付けフレームと、
   前記取り付けフレーム上に設置され、前記結合装置を回転駆動するように構成された駆動装置と、
   前記ケーシングチューブと前記取り付けフレームとの間のトルクを受けられる接続を実現するための接続装置と、
   を備え、
   前記結合装置は中空で、第一のフラッシングラインと第二のフラッシングラインを有し、
   前記結合装置の上端付近に前記第一のフラッシングラインに流体を供給するための第一の接続部と、該第二のフラッシングラインを通じて掘りくずを除去するために接続された第二の接続部が設けられている、
   ことを特徴とするボーリング装置。
2. 請求項１に記載のボーリング装置であって、前記接続装置は、それとともに前記取り付けフレームを前記ケーシングチューブの上端に固定することのできる油圧保持クランプを有することを特徴とするボーリング装置。
3. 請求項１に記載のボーリング装置であって、前記第一の接続部と前記第二の接続部の少なくとも一方はスイベルジョイントを有することを特徴とするボーリング装置。
4. 請求項１に記載のボーリング装置であって、前記ボーリングツールはボーリングストリングを有するフルカットボーリングヘッドであり、前記ボーリングストリングは中空で、前記結合装置の中の前記第一のフラッシングラインと前記第二のフラッシングラインに接続できる２本のラインを有することを特徴とするボーリング装置。
5. 請求項１に記載のボーリング装置であって、クレーンのジブにかけられたケーブルによって吊り下げられ、ジブに面する側には、ジブまで延びる第一の引っ張りケーブルが固定され、反対側にはジブの上端まで延びる第二の引っ張りケーブルが連結されていることを特徴とするボーリング装置。
6. 請求項１に記載のボーリング装置であって、前記結合装置は、内側のコアを形成する内壁と、外側の外壁の間に環状の中空スペースを有するダブルウォール結合装置として構成されていることを特徴とするボーリング装置。
7. ボーリング装置を用いたボーリング方法であって、
   前記ボーリング装置は、
   その上端にクレーンアタッチメントを有する結合装置と、
   前記結合装置の下側に配置されたボーリングツールと、
   前記結合装置を回転および軸方向に移動可能に内部に保持し、ケーシングチューブ上に設置されるよう構成された取り付けフレームと、
   前記取り付けフレーム上に設置され、前記結合装置の回転を駆動するよう構成された駆動装置と、
   前記ケーシングチューブと前記取り付けフレームとの間にトルクを受けられる接続を実現するための接続装置と、
   を備え、
   前記結合装置は中空で、第一のフラッシングラインと第二のフラッシングラインを有し、
   前記結合装置の上端付近には、前記第一のフラッシングラインに流体を供給するための第一の接続部と、前記第二のフラッシングラインを通じて掘りくずを除去するよう構成された第二の接続部が備えられ、
   当該ボーリング方法は、
   前記ケーシングチューブを土中に導入するステップと、
   第一の穴を前記ケーシングチューブ内に掘るステップと、
   前記ケーシングチューブ内に、ボーリングストリングを有するボーリングヘッドを前記ボーリングツールとして配置するステップと、
   前記ケーシングチューブ内に配置された前記ボーリングヘッドのボーリングストリングに、前記ケーシングチューブ上に、クレーンのケーブルから吊り下げられた前記結合装置を強固に結合するステップと、
   前記取り付けフレームを前記接続装置によって前記ケーシングチューブに固定するステップと、
   前記駆動装置により前記ボーリングツールを駆動して、地面に穴を掘り、一方で前記第一のフラッシングラインによって流体を導入し、前記第二のフラッシングラインで掘りくずを除去するステップと、
   を含む、ボーリング方法。
8. 請求項７に記載のボーリング方法であって、
   前記ボーリングヘッドは、前記結合装置に接続される前に、ケーシングチューブ内の保持装置によって、接続位置に保持され、
   固定後、前記保持装置は解除され、一方で、前記ボーリング装置は依然としてケーブルから吊り下げられた状態にあり、
   前記取り付けフレームは前記ケーシングチューブに、トルクを受けられる配置が得られるよう、強固に結合される、
   ことを特徴とするボーリング方法。
9. 請求項８に記載のボーリング方法であって、前記保持装置は前記ケーシングチューブに向かって放射状に移動可能な保持フォークを備える少なくともひとつのキャリッジを有し、ケーシングチューブ内において、前記ボーリングストリングのフランジが保持位置に静止することを特徴とするボーリング方法。
10. 請求項７に記載のボーリング方法であって、前記ボーリング装置は、前記ケーシングチューブを通して、ケーシングチューブが導入された土中に降ろされることを特徴とするボーリング方法。
11. 請求項７に記載のボーリング方法であって、ボーリング中、前記結合装置は前記取り付けフレーム内に、軸方向に自由に移動可能な方法で案内され、前記結合装置の重量が前記ボーリングツールを圧迫することを特徴とするボーリング方法。
12. 請求項７に記載のボーリング方法であって、ボーリング中、前記第一のフラッシングラインによって掃気が供給され、前記第二のフラッシングラインは流体と掃気で掘りくずを除去することを特徴とするボーリング方法。

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