JP4144173B2

JP4144173B2 - 掘削工法および該掘削工法に用いるカッター

Info

Publication number: JP4144173B2
Application number: JP2000309863A
Authority: JP
Inventors: 猛林; 仁也久田; 邦彦田中
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2000-10-10
Filing date: 2000-10-10
Publication date: 2008-09-03
Anticipated expiration: 2020-10-10
Also published as: JP2002115479A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、掘削工具により削孔を形成しつつ該削孔内にケーシングパイプを建て込んでゆく掘削工法、および該掘削工法において削孔内に建て込まれた上記ケーシングパイプからさらに削孔を形成する場合に用いて好適なカッターに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
このように削孔を形成しつつ該削孔内にケーシングパイプを建て込んでゆく掘削工法に用いられる掘削工具としては、例えば図７および図８に示すようなものが知られており、この掘削工具１は、ケーシングパイプ２の先端に溶接等により接合されて取り付けられた略円筒状のケーシングトップ３内に、図示されないロッドを介して軸線Ｏ回りに回転方向Ｔに回転されるとともに、該ロッドとの間に介装されるハンマによって軸線Ｏ方向先端側に打撃力を受ける工具本体４が、その先端を突出させるようにして挿入される。また、上記ケーシングトップ３は、その内径部３Ａがケーシングパイプ２の内径よりも一段縮径するように小さく形成される一方、上記掘削工具１の工具本体４の胴周部４Ａの後端側には、この縮径したケーシングトップ３の内径部３Ａよりも大きく、かつ上記ケーシングパイプ２の内径よりも小さな外径の段部４Ｂが形成されており、この段部４Ｂが上記ケーシングトップ３の内径部３Ａ後端面に当接することにより、掘削工具１はケーシングトップ３に対して、その軸線Ｏ回りに相対回転可能かつ軸線Ｏ方向先端側に向けて係合可能とされている。
【０００３】
ここで、上記掘削工具１は、その工具本体４の先端に複数の掘削ビット５…が上記軸線Ｏから偏心した軸Ｘ回りに回動自在に取り付けられた、いわゆる拡径ビットと称されるものであって、掘削時にはケーシングトップ３の先端に突出した上記掘削ビット５…が、工具本体４の回転により上記軸Ｘ回りに回転して、その外径がケーシングパイプ２の外径よりも僅かに大きくされたところで、互いに隣り合う掘削ビット５…の側面同士が当接して位置決めされるようになされている。また、工具本体４が掘削時の回転方向Ｔと反対側に回転したときには、各掘削ビット５…も上記軸Ｘ回りに反対に回転し、その外径が上記ケーシングトップ３の内径部３Ａの径よりも小さくなるようになされている。
【０００４】
一方、工具本体４の先端面からは上記軸Ｘに沿って断面円形の穴４Ｃ…が形成されていて、各穴４Ｃに、掘削ビット５の後端側に形成された円柱状の軸部５Ａが嵌挿されることにより、該掘削ビット５は上記軸Ｘ回りに回動自在とされる。また、この軸部５Ａには断面半円状の環状溝５Ｂが形成されるとともに、工具本体４の胴周部４Ａには、軸線Ｏに直交する断面においてその外周面から上記穴４Ｃに接する方向に延びて該穴４Ｃの内周に開口する取付孔４Ｄが形成され、上記軸部５Ａを穴４Ｃに嵌挿してこの取付孔４Ｄと軸部５Ａの上記環状溝５Ｂとを軸線Ｏ方向に一致させた上で、取付孔４Ｄに取付ピン６を嵌挿して環状溝５Ｂに係合させることにより、掘削ビット５は軸Ｘ回りの回動が許容されたまま軸線Ｏ方向に係止されて工具本体４に取り付けられることとなる。さらに、この工具本体４の胴周部４Ａには、掘削時に掘削ビット５…によって生成されるくり粉を、ケーシングトップ３の内周との間からケーシングパイプ２内を通して後端側に排出するための複数条のくり粉溝４Ｅ…が、周方向に等間隔かつ軸線Ｏ方向に胴周部４Ａの全長に亙って形成されている。なお、図中に符号４Ｆで示すのは、この掘削工具１の工具本体４を上記ハンマに取り付けるためのシャンク部である。
【０００５】
しかるに、このような掘削工具１を用いた掘削工法では、掘削時には上記工具本体４に回転打撃力が与えられることにより、上記掘削ビット５…が拡径した状態で地盤を掘削するとともに、上記段部４Ｂとケーシングトップ３との係合によってケーシングパイプ２が掘削された削孔内に建て込まれて行く。また、こうして所定の深さまで地盤が掘削されてケーシングパイプ２が埋設された後は、工具本体４を掘削時とは反対に回転させることにより、各掘削ビット５…も上記軸Ｘ回りに反転して、ケーシングトップ３に挿通された工具本体４の外径がケーシングトップ３の内径部３Ａよりも小さくなって縮径するので、ケーシングトップ３ごとケーシングパイプ２を地盤に残したまま、工具本体４をケーシングパイプ２から引き抜くことができる。従って、かかる掘削工法によれば、例えば軟弱な地層よりなる地盤を掘削する場合などにおいて、削孔が崩壊するのをケーシングパイプ２によって防ぎつつ掘削を行うことができるため、確実かつ効率的な掘削を行うことが可能となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このようにしてある程度まで削孔を形成してケーシングパイプ２を建て込んだ後で、このケーシングパイプ２の先端からさらに削孔を形成してゆくような場合、しかもこのケーシングパイプ２先端から続けて形成される削孔には、可能な限り大きな掘削径が要求されることが多い。しかるに、このような場合には、上述のようにケーシングパイプ２を地盤に残したまま工具本体４を引き抜き、次いで一般的なダウンザホールビット等の掘削工具をケーシングパイプ２内に挿入してその先端から突出させ、該掘削工具によりケ−シングパイプ２から続けて削孔を形成してゆくのであるが、このケーシングパイプ２の先端には、該ケーシングパイプ２の内径よりも一段縮径した小さな内径部３Ａのケーシングトップ３が取り付けられたままであり、従って続けて削孔を形成する上記ダウンザホールビット等の掘削工具の外径も、このケーシングトップ３の内径部３Ａの内径より小さなものとならざるを得ない。このため、従来はこの続けて形成される削孔に大きな掘削径を確保するにも自ずと限度があった。
【０００７】
本発明は、このような事情を鑑みてなされたもので、上述のように削孔を形成しつつこの削孔内にケーシングトップが先端に設けられたケーシングパイプを建て込み、さらにその先端から続けて削孔を形成する場合において、この続けて形成される削孔により大きな掘削径を確保することができ、しかも効率的な掘削工法を提供し、またかかる掘削工法に用いて好適なカッターを提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明の掘削工法は、ケーシングパイプの先端に該ケーシングパイプの内径よりも小さな内径部を有するケーシングトップを設け、このケーシングパイプ内に掘削工具を挿入して上記ケーシングトップの先端から突出させるとともに上記ケーシングトップの内径部に先端側に向けて係合させて、この掘削工具により削孔を形成しつつ該削孔内に上記ケーシングパイプを建て込み、次いで上記掘削工具にカッターを取り付けて上記ケーシングパイプ内に挿入し、このカッターにより上記ケーシングトップの内径部を切削して取り除くことを特徴とする。従って、このようにケーシングパイプに挿入されたカッターによってケーシングトップの内径部が切削されて取り除かれることにより、その後にケーシングトップの内径と等しい外径の掘削工具をケーシングパイプ内に挿入してケーシングトップ先端から突出させ、より大きな掘削径の削孔を続けて形成することができるとともに、このカッターが、先の削孔を形成する際に用いられた掘削工具に取り付けられてケーシングトップ内径部を切削するものであることから、別にこのカッターを駆動して上記内径部の切削を行うための工具を用意する必要がなく、効率的である。
【０００９】
また、本発明のカッターは、このような掘削工法に用いるカッターであって、上記ケーシングパイプ内に嵌挿可能な外径と、上記ケーシングトップの内径部に挿入される上記掘削工具の胴周部が嵌挿可能な内径とを有する円筒状のカッター本体を備え、このカッター本体に、上記ケーシングトップの内径部を切削する切刃を先端部に設けるとともに、当該カッター本体を上記掘削工具の胴周部に着脱可能とする取付部を設けたものであり、従って、掘削工具の胴周部を円筒状のカッター本体の内周部に嵌挿した上で上記取付部によりカッター本体を掘削工具に取り付けてケーシングパイプ内に嵌挿し、カッター本体ごと掘削工具を回転しつつ先端側に送りを与えることにより、このカッター本体先端部に設けられた切刃によってケーシングトップの内径部を切削して取り除くことができる。さらに、このカッター本体の内周に、上記掘削工具の胴周部に形成されたくり粉溝に挿入可能な突条部を形成すれば、この突条部を掘削工具の回転方向に上記くり粉溝に係合させることによってカッター本体の回転方向への取付剛性を向上させることができ、より効率的な切削を行うことができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１および図２は本発明のカッターの一実施形態を示すものであって、このカッター１１は、そのカッター本体１２が図７および図８に示した上記掘削工具１の工具本体４に取付可能かつ上記ケーシングパイプ２に挿入可能とされて、ケーシングトップ３の内径部３Ａを切削するようにされたものである。すなわち、本実施形態のカッター１１は、そのカッター本体１２が、掘削工具１の工具本体４の外形略円柱状の上記胴周部４Ａが嵌挿可能な内径と、上記ケーシングパイプ２内に嵌挿可能な外径とを有する略円筒状に形成されており、また、このカッター本体１２の内周部先端側には一段縮径するように段部１２Ａが形成されていて、当該カッター本体１２内にその後端側から上記工具本体４の胴周部４Ａを嵌挿して該工具本体４の上記段部４Ｂをカッター本体１２の後端面に当接させた状態で、この工具本体４の先端面が上記段部１２Ａに当接するようになされている。
【００１１】
また、このカッター本体１２には、こうしてカッター本体１２内に胴周部４Ａを嵌挿して、工具本体４の先端面と段部４Ｂとをカッター本体１２の段部１２Ａと後端面とに当接させた状態で、胴周部４Ａの外周面に上記取付孔４Ｄ…が開口する位置に、これらの取付孔４Ｄ…とそれぞれ同軸となるように該取付孔４Ｄ…と同数の取付孔１２Ｂ…が形成され、本実施形態における取付部とされている。さらに、このカッター本体１２の内周には、このようにカッター本体１２に工具本体４を嵌挿して当接させた状態で、この工具本体４の胴周部４Ａ外周に形成された上記くり粉溝４Ｅ…にそれぞれ挿入可能な突条１２Ｃ…が形成されており、しかもこれらの突条１２Ｃ…は、上記取付孔４Ｄ…，１２Ｂ…同士を同軸配置した状態で、くり粉溝４Ｆの上記回転方向Ｔ側の壁面に当接可能とされている。そして、このカッター本体１２の先端面には、超硬合金等の硬質材料より成る多数の切刃チップ１３…が周方向に等間隔に植設されていて、その先端は、上記先端面の径方向に亙って該径方向視に二等辺三角形山型をなすようにこの先端面から突出させられ、切刃１３Ａをなしている。
【００１２】
次に、このようなカッター１１を用いた場合の、本発明の掘削工法の一実施形態について、図３ないし図６を用いて説明する。本実施形態では、まず上記掘削ビット５…を工具本体４の先端に取り付けた掘削工具１によって上述のように地盤Ｇに削孔Ｈを形成しつつ、この削孔Ｈに、先端にケーシングトップ３が接合されたケーシングパイプ２を建て込んだ後、一旦掘削ビット５…を縮径させて掘削工具１をケーシングパイプ２から引き抜き、上記取付ピン６…を取付孔４Ｄ…から抜き出して掘削ビット５…を工具本体４から取り外し、これに代えて図３および図４に示すように上記カッター１１を取り付ける。
【００１３】
すなわち、取付ピン６を抜き出して掘削ビット５…を取り外した状態では、工具本体４の胴周部４Ａ外周に取付孔４Ｄ…が開口したままであるので、これに取付孔１２Ｂ…が同軸となるように、カッター本体１２の内周部に上記胴周部４Ａを嵌挿して、工具本体４の先端面、段部４Ｂ、およびくり粉溝４Ｅ…の上記壁面とカッター本体１２の段部１２Ａ、後端面、および突条１２Ｃ…とをそれぞれ当接させた上で、上記取付ピン６よりもやや長い取付ピン１４を、同軸とされた上記取付孔１２Ｂ…，４Ｄ…に嵌挿することにより、カッター本体１２を係止して掘削工具１に取り付ける。従って、この状態で工具本体４の先端面を下向きにしてもカッター本体１２が抜け外れることはない。なお、こうして嵌挿された取付ピン１４の外周端は、カッター本体１２の外周面よりも突出することはない。
【００１４】
次いで、こうしてカッター本体１２が工具本体４に取り付けられた掘削工具１を再びケーシングパイプ２内に挿入し、上記ロッドによって回転させながら軸線Ｏ方向に前進させて適当な送りを与えることにより、図５に示すようにカッター本体１２先端の切刃１３Ａ…がケーシングトップ３の内径部３Ａにその後端側から食い付いて該内径部３Ａを切削し、これによって切屑が生成されながらこの内径部３Ａが取り除かれていって、この切刃１３Ａ…がケーシングトップ３の先端に達したところで、このケーシングトップ３の内径がカッター本体１２の外径、すなわちケーシングパイプ１２の内径と略等しい大きさに形成される。従って、その後に再びカッター１１ごと掘削工具１をケーシングパイプ２から引き抜き、これに代えて例えば図６に示すようにダウンザホールビット等の他の掘削工具１５をケーシングパイプ２内に挿入して先端のケーシングトップ３から突出させ、掘削を再開することにより、上記削孔Ｈに続けて削孔ｈを形成してゆくことができる。
【００１５】
従って、このような掘削工法によれば、ケーシングトップ３の内径部３Ａが切削されて取り除かれることにより、上記削孔Ｈに続く削孔ｈを形成する掘削工具１５を、その外径がケーシングパイプ２内に挿入可能な最大限の大きさのものとすることができるので、該削孔ｈの掘削径もケーシングパイプ２の内径と略同じ大きさにまで広げることが可能となり、より大きな掘削径を確保することができる。そして、上記構成の掘削工法においては、このケーシングトップ３の内径部３Ａを切削するカッター１１が、先の削孔Ｈを形成する際に用いられた掘削工具１に取り付けられるものであり、例えばケーシングトップ３の内径部３Ａを切削するためだけにケーシングパイプ２内に嵌挿可能な外径の円柱状のカッターを別に用意したりするのに比べ、効率的かつ経済的である。また、ケーシングトップ３の切削が終了した工具本体４は、カッター本体１２を取り外して再び掘削ビット５…を取り付けることにより、削孔を形成する掘削工具１として使用可能である。しかも、本実施形態では、この掘削工具１がロッドを介して軸線Ｏ回りに回転されながら前進して削孔Ｈを形成するものであるのに対し、上記カッター１１も回転されながら前進して切刃１３Ａにより切削を行うものであるので、ハンマによる打撃力は作用しないにしても、掘削時と同様の掘削工具１の操作によって切削も行うことができ、一層効率的である。
【００１６】
一方、このような掘削工法に用いられる上記構成のカッター１１においては、そのカッター本体１２が、ケーシングパイプ２内に嵌挿可能な外径と、ケーシングトップ３の内径部３Ａに挿入される上記掘削工具１の工具本体４の胴周部４Ａが嵌挿可能な内径とを有する円筒状に形成されており、その先端に切刃１３Ａ…が設けられるとともに、取付部としての上記取付孔１２Ｂ…に嵌挿される取付ピン１４…によって工具本体４に着脱可能に取り付けられるので、上述したようにこの工具本体４を回転させつつ前進させることにより、カッター本体１２も一体に回転・前進させられて上記内径部３Ａを切削することが可能となる。また、本実施形態では、このように円筒状のカッター本体１２内に工具本体４の胴周部４Ａが嵌挿されることにより、カッター本体１２の径方向へのがたつきを防ぐとともに、カッター本体１２の中心線を軸線Ｏに正確に一致させることができ、従って上記内径部３Ａに削り残しを生じたり、逆にケーシングトップ３を必要以上に削り落としすぎたりすることがなく、続いて削孔ｈを形成する上記掘削工具１５を確実かつ円滑にケーシングトップ３の先端から突出させることができる。しかも、本実施形態では上記取付ピン１４…が、掘削工具１の工具本体４に掘削ビット５…を係止するための取付孔４Ｄ…に嵌挿されてカッター本体１２を着脱可能に取り付けているので、この工具本体４側に、カッター本体１２を着脱可能に取り付けるための上記取付部に対応する被取付部を改めて形成したりする必要がなく、より効率的である。
【００１７】
さらに、本実施形態のカッター１１では、このように円筒状に形成されて工具本体４の胴周部４Ａが嵌挿されるカッター本体１２の内周部に、この胴周部４Ａに形成されたくり粉溝４Ｅ…に挿入可能な突条部１２Ｃ…が形成されており、上述のように取付孔４Ｄ…，１２Ｂ…を同軸にして取付ピン１４…によりカッター本体１２を工具本体４に取り付けた状態で、これらの突条部１２Ｃ…がくり粉溝４Ｅ…の回転方向Ｔ側を向く壁面に当接可能とされている。このため、本実施形態によれば、この突条部１２Ｃ…とくり粉溝４Ｅ…との当接によって、工具本体４からカッター本体１２に回転トルクを確実に伝えて安定した切削を行うことができるとともに、切削時にカッター本体１２に回転方向Ｔ後方側に作用する負荷を受け止めることができてカッター本体１２の取付剛性の向上を図ることができ、上記取付ピン１４…に過大な負荷が作用して折損を生じたりするような事態を防止することができる。しかも、本実施形態では、上述の取付状態においてカッター本体１２の内周部先端側の段部１２Ａと後端面とが工具本体４の先端面と段部４Ｂとにも当接可能とされており、切削時に工具本体４からカッター本体１２に軸線Ｏ方向先端側へのスラスト力も確実に伝えることができるとともに、カッター本体１２に作用する軸線Ｏ方向後端側に向けての負荷を受け止めて、さらに安定した切削を行うことができる。
【００１８】
なお、本実施形態では、このカッター本体１２に植設された切刃チップ１３の先端が径方向視に二等辺三角形山型をなしていて、これにより、その切刃１３Ａには負のアキシャルレーキ角が与えられることとなるが、例えばこの切刃チップ１３の先端部分を径方向視に直角三角形山型にして切刃１３Ａのアキシャルレーキ角を０°としたり、あるいはこの切刃１３Ａから回転方向Ｔ側を向くように延びる側面（すくい面）を先端側に向かうに従い回転方向Ｔ側に向かうように傾斜させて切刃１３Ａに正のアキシャルレーキ角を与えるようにしてもよい。また、切刃チップ１３の径方向の幅、すなわち切刃１３Ａの幅は上記実施形態のまま、カッター本体１２の外径をケーシングパイプ２の内径よりも僅かに小さくし、この切刃チップ１３の外周側部分がカッター本体１２の外周面から突出するようにしてもよい。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の掘削工法によれば、削孔を形成する際に使用した掘削工具にカッターを取り付けて、ケーシングトップの内径部を切削して取り除くことにより、この削孔に続いて形成される削孔に大きな掘削径を確保することができるとともに、先の掘削に使用した掘削工具を利用して切削を行うことができるので効率的である。また、このような掘削工法に用いられる本発明のカッターによれば、そのカッター本体に掘削工具の胴周部を嵌挿して取付部によって着脱可能に取り付けることにより、この掘削工具を回転しながら前進させることによって上記ケーシングトップの内周部を切削することができ、さらにこのカッター本体の内周部に、掘削工具外周のくり粉溝に挿入可能な突条部を設ければ、掘削工具からの回転トルクを確実にカッター本体に伝えて安定した切削を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態のカッター１１を示す正面図である。
【図２】図１に示すカッター１１の側面図である。
【図３】図１および図２に示すカッター１１を掘削工具１に取り付けた場合の正面図である。
【図４】図１および図２に示すカッター１１を掘削工具１に取り付けた場合の側面図である。
【図５】本発明の掘削工法の一実施形態を説明する図である。
【図６】本発明の掘削工法の一実施形態を説明する図である。
【図７】本発明に係わる掘削工具１の正面図である。
【図８】図７に示す掘削工具１の側面図である。
【符号の説明】
１，１５掘削工具
２ケーシングパイプ
３ケーシングトップ
３Ａケーシングトップ３の内径部
４工具本体
４Ａ胴周部
４Ｂ，１２Ａ段部
４Ｄ，１２Ｂ取付孔（取付部）
４Ｅくり粉溝
５掘削ビット
６，１４取付ピン
１１カッター
１２カッター本体
１２Ｃ突条
１３Ａ切刃
Ｏ掘削工具１の回転軸線
Ｔ掘削工具１の回転方向

Claims

ケーシングパイプの先端に該ケーシングパイプの内径よりも小さな内径部を有するケーシングトップを設け、このケーシングパイプ内に掘削工具を挿入して上記ケーシングトップの先端から突出させるとともに上記ケーシングトップの内径部に先端側に向けて係合させて、この掘削工具により削孔を形成しつつ該削孔内に上記ケーシングパイプを建て込み、次いで上記掘削工具にカッターを取り付けて上記ケーシングパイプ内に挿入し、このカッターにより上記ケーシングトップの内径部を切削して取り除くことを特徴とする掘削工法。
請求項１記載の掘削工法に用いるカッターであって、上記ケーシングパイプ内に嵌挿可能な外径と、上記ケーシングトップの内径部に挿入される上記掘削工具の胴周部が嵌挿可能な内径とを有する円筒状のカッター本体を備え、このカッター本体に、上記ケーシングトップの内径部を切削する切刃が先端部に設けられるとともに、当該カッター本体を上記掘削工具の胴周部に着脱可能とする取付部が設けられていることを特徴とするカッター。
上記カッター本体の内周には、上記掘削工具の胴周部に形成されたくり粉溝に挿入可能な突条部が形成されていることを特徴とする請求項２に記載のカッター。