JP4488573B2 - 浅層掘削用ロータリー式ボーリングマシン装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、地下１０ｍ〜１５ｍの浅深度を対象として、力学的にも化学的にも不撹乱状態の土壌試料のサンプリングを、機動性を伴って軽便に行えるように構成した浅層掘削用ロータリー式ボーリングマシン装置の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、トリクロロエチレン等の揮発性有機化合物や重金属による土壌及び地下水の汚染が深刻な問題となっている。前記汚染物質による土壌や地下水汚染の拡散を防ぐために、汚染源及び汚染範囲を特定して早急な浄化対策を実施することが急務とされている。
【０００３】
現在のところ、土壌汚染を調査する場合には、平成１１年１月に環境庁水質保全局が公表した「土壌・地下水汚染に係る調査・対策指針および運用基準」が基本となる。この指針の中では汚染物質を重金属と揮発性有機化合物に大別して、それぞれの物質を対象とした調査方法について解説している。
【０００４】
そして、「ボーリング調査方法」については、「掘削手法」として下記a)〜d)が紹介されている。
a) ロータリー式ボーリング
b) パーカッション式ボーリング
c) ハンドオーガーボーリング
d) 機械式簡易ボーリング
【０００５】
ちなみに上記a)のロータリー式ボーリングは、ロータリー式ボーリングマシンを使用し、ボーリングロッドの先端に取り付けた、サンプラーを内蔵したビットを回転して地盤を破砕しながら掘削するボーリング方法であり、土壌の測定、地層の把握及び土質試験用として連続した土壌試料の採取が必要な場合に適しており、もっとも一般的に広く利用されている。適用可能な地層の範囲が広く、掘削性能と掘削長さに優れている。
【０００６】
上記b)のパーカッション式ボーリングは、重力による自由落下のハンマー或いはエアーハンマー又は油圧ハンマーの連続打撃により、ビットを地盤へ繰り返し衝突させて対象地盤を破砕しながら掘削するボーリング方法であり、岩盤などのボーリングに適する。コアの採取はできないが、掘削効率が良く、孔曲がりが少ない。
【０００７】
上記c)のハンドオーガーボーリングは、人力によるボーリング方法なので、コスト的には安い。おおむね地下５ｍ以内の浅層において地層や地下水の調査に適している。
【０００８】
上記d)の機械式簡易ボーリングは、土壌ハンマーをガソリンエンジン式の動力ハンマーや油圧ハンマーなどで地盤へ打ち込み、土壌試料を採取するボーリング方法である。掘削の深度は１５ｍまであるが、上記a)に比較して掘削速度が速く、コスト的にも約半分位で済む。
【０００９】
【本発明が解決しようとする課題】
Ｉ） 上記a)のロータリー式ボーリングは、上述の特長を有するけれども、一般に機械装置が大型で、やぐら（三叉）の組立や各種機器類の組合わせ、セッティングなどの設置作業に約半日を要するなど、機動性が悪い。費用的にも上記d)の機械式簡易ボーリングの２倍以上かかることが欠点である。
【００１０】
II） 上記b)のパーカッション式ボーリングは、コアの採取が出来ないので、地層の細かい変化を確認できず、地盤調査の一般的方法（汚染調査用としてではなく）としては不適当との意見がある。また、粘性土や固結土の低い地盤では掘削能率が悪く、掘削不能に陥ることも少なくないという欠点がある。
【００１１】
III） 上記c)のハンドオーガーボーリングは、作業者の労力負担が大きく、しかも削孔速度が遅いので時間がかかる。適用深さに関しても、５ｍが限界の深さで、３ｍ未満が効率的とされる。採取された土壌試料が撹乱された状態であることも欠点である。
【００１２】
IV） 上記d)の機械式簡易ボーリングは、ハンマーの打撃騒音問題が大きく、室内で使用する場合にはガソリンエンジンの排気ガスの問題がある。また、打撃式であるが故に、柔らかい地盤では土壌試料が縮み水分が絞り出されるため、正しい分析試料にならないと指摘されている。そのほか発熱の問題（揮発性有機化合物を気化させる）も指摘されている。
【００１３】
以上の各ボーリング技術の問題点を総括すると、１５ｍ以深のボーリング調査は既往の上記a)に述べたロータリー式ボーリングで対処できるが、１０ｍ〜１５ｍの深度範囲のボーリングに限定して検討すると、もっと軽便で機動性に優れたロータリー式ボーリングマシン装置を開発することが、多くの問題解決に決定的な対策になるものと考えられる。
【００１４】
したがって、本発明の目的は、地下１０ｍ〜１５ｍの深度範囲（浅層）のボーリングに限定して、揮発性有機化合物や重金属による土壌・地下水汚染の汚染源及び汚染範囲（三次元の分布）の特定、および浄化対策を目的とする掘削と土壌試料の採取に好適で、軽便であり、機動性に優れた軽量タイプの構成に改良した浅層掘削用ロータリー式ボーリングマシン装置を提供することである。
【００１５】
本発明の次の目的は、力学的、化学的にも不撹乱状態の土壌試料のサンプリングを行え、無水掘りや泥水掘りのいずれにも適用可能で、コスト的にも安く使用でき、騒音や振動、排気ガスの問題もほとんどない構成で、実施形態のバリエーションも多様である浅層掘削用ロータリー式ボーリングマシン装置を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係る浅層掘削用ロータリー式ボーリングマシン装置は、
両側面に、後端部の後記移動用車輪とは干渉しない配置と大きさでスライドローラが設置された水平姿勢のベースフレームから垂直に昇降用フレームが立ち上げられており、前記昇降用フレームに沿って昇降する昇降台が設置され、前記昇降台の昇降駆動手段が設けられていること、
前記昇降台に、チャック機構及び同チャック機構の回転駆動手段が設けられ、前記チャック機構に、先端部にサンプラーを備えたボーリングロッドが着脱自在に設けられていること、
前記ベースフレームの後端部に一部がはみ出した配置で移動用車輪が設置されており、同移動用車輪の設置側に、前記昇降用フレームに沿ってハンドルが設置されていること、
前記ベースフレームのスライドローラが嵌まって転がる内向きにコ字形状をなす両側一対のガイドレールを接地部材の上に設けた架台が、そのガイドレールの中へ前記ベースフレームのスライドローラを嵌め合わせて組み合わされており、
前記架台をボーリング対象地面上に固定し、ボーリング作業上の必要の都度ベースフレームをガイドレールに沿って前後方向へ変位可能に構成して、前記チャック機構に着脱自在に設けられたボーリングロッド及びその先端部のサンプラーを回転駆動しつつ前記昇降駆動手段によって昇降台を下降させて送りを与えボーリングを進める構成であることを特徴とする。
【００１７】
請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した浅層掘削用ロータリー式ボーリングマシン装置において、
泥水掘りを行う場合には、前記ボーリングロッドの上端部にデリバリホースがスイベルジョイントを介して接続され、前記デリバリホースを泥水供給手段と接続してサンプラーへ泥水を供給する構成であることを特徴とする。
【００１９】
請求項３に記載した発明は、請求項１又は２に記載した浅層掘削用ロータリー式ボーリングマシン装置において、架台が地盤アンカーによってボーリング対象地面上に固定されていることを特徴とする。
【００２０】
請求項４に記載した発明は、請求項１又は２に記載した浅層掘削用ロータリー式ボーリングマシン装置において、架台が無限軌条車両に取り付け固定されていることを特徴とする。
【００２１】
請求項５に記載した発明は、請求項１又は２に記載した浅層掘削用ロータリー式ボーリングマシン装置において、架台がボーリング専用車に取り付け固定されていることを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態及び実施例】
図１及び図２に示した、請求項１記載の発明に係る浅層掘削用ロータリー式ボーリングマシン装置の実施形態を説明する。
【００２３】
水平姿勢のベースフレーム１から垂直に門形状の昇降用フレーム２が立ち上げられており、前記昇降用フレーム２に沿って昇降する昇降台３が設置されている。前記昇降台３の昇降駆動手段として、ベースフレーム１の上に正転、逆転運転が自在な電気モータ４が設置されている。前記の電気モータ４で回転されるベースフレーム１上の駆動側スプロケットホイール７と、昇降用フレーム２の頂部に設置した従動側スプロケットホイール６との間にエンドレスチエン５が平行掛けとされ、前記エンドレスチエン５の１点が前記昇降台３と緊結されている。
【００２４】
具体的には図３と図４に詳細を示したように、平行掛けとしたエンドレスチエン５の一側は昇降台３の中央部を通過する配置とされ、同昇降台３のほぼ重心位置において交点Ａを緊結されている（図３）。同チエン５の他側は、昇降台３に設けられた円孔Ｂ（図３）の中を自由に通過する構成とされている。
【００２５】
したがって、電気モータ４による駆動側スプロケットホイール７の回転にしたがい、昇降台３はチエン５と共に昇降動作する。
【００２６】
昇降台３と、昇降用フレーム２の垂直な支柱部材２ａ、２ａとの間には、昇降台３のブレ止めガイド手段８が、詳細を図３に例示したように構成されている。即ち、昇降用フレーム２の垂直な支柱部材２ａとしてリップ付き溝形鋼が内向きに配置され、そのリップを、昇降台３の側に設けたガイドローラが伝い走る構成とされている。前記のガイドローラは、図４に例示したように、昇降台３の上下方向に２個設置され、昇降台３の水平度を保つ構成とされている。
【００２７】
前記昇降台３には、ボーリングロッド１０を掴むチャック機構１１が上下方向に貫通する構造で設置され、前記チャック機構１１の回転駆動手段が設けられている。チャック機構１１の回転駆動手段として、図３及び図４の実施形態では、前記昇降台３上に正転、逆転運転が自在な電気モータ１２が設置され、チャック機構１１と電気モータ１２とがチエンスプロケット伝達機構により連結されている。したがって、サンプラー１３の貫入、引き抜きを自在に使い分けることができる。
【００２８】
かくして前記チャック機構１１に掴ませたボーリングロッド１０及びその先端のサンプラー１３は、電気モータ１２で一定方向へ回転駆動しつつ、前記昇降駆動手段の電気モータ４により昇降台３を下降させて送りを与えつつボーリングを進めることができる。動力源が電気モータ４、１２であるため、騒音や振動並びに排気などの環境問題は殆ど生じない。電源は一般家庭用の１００Ｖ又は２２０Ｖで十分であり、室内のコンセントへ接続して供給できる。場所によっては発電機を利用する。ただし、動力源として油圧モータその他を採用して実施することもできる。
【００２９】
前記ベースフレーム１の後端部には、車輪下底面がベースフレーム１の底面と同一レベルであり、車輪の一部が後方側へはみ出した配置で移動用車輪１４が設置されている。そして、同車輪１４が設置された後方側に、前記昇降用フレーム２に沿ってハンドル１５が設置されている。
【００３０】
したがって、この浅層掘削用ロータリー式ボーリングマシン装置は、１人の作業員がハンドル１５を両手で掴み、図５に示したように後方側へ適度に傾けると、ベースフレーム１は地面から浮上して移動用車輪１４でのみ支持して移動可能になる。よって、場合によってはたった１人の作業員のみで、地面上を軽便に移動させることができる。ちなみに、装置総重量も２００ｋｇ程度に製作される。
【００３１】
上記の浅層掘削用ロータリー式ボーリングマシン装置は、地盤が柔らかい場合（掘削抵抗が小さい場合）には、一例として図３、図４に例示したようにベースフレーム１の両サイドの角管部材へ補助フレーム１６を伸縮自在に取付け、さらに補助フレーム１６の上に横架材１７を架け渡し、横架材１７の両端位置を、地盤中へねじ込んで固定したアンカーパイル１８と結合して地面上に固定してボーリング作業を進めることができる。
【００３２】
なお、上記の浅層掘削用ロータリー式ボーリングマシン装置は、図示例としては便宜上掘削液を使用しない無水掘りの実施形態を示している。しかし、仮に泥水掘りを行う場合には、図示することは省略したが、公知の泥水供給手段（泥水循環装置）が用意され、そこから配管したデリバリホースを前記ボーリングロッドの上端部へスイベルジョイントを介して接続すると、泥水掘りが可能になる（請求項２記載の発明）。
【００３３】
何れの掘削を行うにせよ、ボーリングロッド１０、サンプラー１３或いは泥水供給手段などは、既往のロータリー式ボーリングに使用されているものと規格を同じくして製作すると、既製品をそのまま使用することが可能であり、安価に容易に実施することができる。
【００３５】
上記構成の浅層掘削用ロータリー式ボーリングマシン装置におけるベースフレーム１の両側面には、およそ左右対称な配置に、且つ後端部の前記移動用車輪１４と干渉しない配置と大きさで、スライドローラ２０が横方向へ突き出る形に複数設置されている。
【００３６】
一方、図６イ、ロに示す構成の架台２１が用意される。この架台２１は、前記ベースフレーム１の両側面に突き出されたスライドローラ２０が嵌まって転がるように内向きにコ字形状をなす両側一対のガイドレール２１ａ、２１ａを接地部材２１ｂの上に固定して設けた構成であり、前記ガイドレール２１ａは後述の操作に必要十分な長さとされる。
【００３７】
前記架台２１の利用法を図７及び図８イ、ロに示した。
【００３８】
即ち、掘削の深度が５ｍ、１０ｍ、１５ｍのように深くなると、ボーリングロッド１０も複数本を継ぎ足してそれなりに対処する。一方、土壌試料の採取作業（サンプリング）は、調査対象深度に到達した段階で段階的に数回繰り返す。その際にはサンプラー１３の引き揚げ及び再挿入を、上記ロータリー式ボーリングマシン装置によって機械的に行えることは勿論であるが、同装置を利用する前後の段階では、サンプラー１３及び長いボーリングロッド１０を作業員の手で上げ下げする方が、作業能率の向上に好ましいとされる。昇降ストロークがせいぜい１ｍ前後で昇降速度も遅いロータリー式ボーリングマシン装置による上げ下げ作業ではとうてい間尺に合わないからである。
【００３９】
そこで、上記架台２１を調査対象地盤の直上位置に固定して設置し、架台２１の前記ガイドレール２１ａの中へ、上記ロータリー式ボーリングマシン装置の前記ベースフレーム１の両側面に突き出したスライドローラ２０を嵌め合わせて組み合わせる（図７、図８）。
【００４０】
そして、図８イのように当該ロータリー式ボーリングマシン装置を利用してサンプラー１３を所定深さのボーリング対象地盤中へ掘削貫入して土壌試料の採取を行う。その後、引き抜きを開始し、地盤抵抗が小さくなって手作業が可能になった時点ではボーリングロッド１０の該当する継手部分を解体して分離し、さらにロッド１０とチャック機構１１との関係も解除する。そして、図８ロに示すように、ロータリー式ボーリングマシン装置はそのベースフレーム１のガイドローラ２０を転がして矢印Ｃ方向へ後退移動させボーリングロッド１０と昇降台３との干渉を解除する。その結果、作業員は邪魔物がない条件で、長いボーリングロッド１０と共にサンプラー１３を手で速やかに引き揚げることができる。また、サンプラーを交換した後は、再び長いボーリングロッド１０と共にサンプラー１３を手で速やかに孔中へ再挿入することができる。その後再びボーリング対象地盤中へサンプラーが到達した段階で、図８イのようにロータリー式ボーリングマシン装置を元の位置まで前進移動させ、そのチャック機構１１とボーリングロッド１０との取り合い作業を行い、掘削貫入の工程を進める。
【００４１】
かくすると、ロータリー式ボーリングを、１人の作業員でも軽便に機動的に能率良く実施することができる。
【００４２】
ところで、ロータリー式ボーリングの宿命として、ボーリングロッド１０の回転と押し込みのために必要十分な反力を確保することが肝要である。上記構成のロータリー式ボーリングマシン装置の自重量（約２００ｋｇ以下を想定）で前記反力が不足する場合には、上記構成の架台２１を有効利用することができる。
【００４３】
即ち、架台２１を固定すると、そのガイドレール２１ａの中へスライドローラ２０を嵌め合わせ組み合わせる結果、必然的に、ロータリー式ボーリングマシン装置に固定力（反力）を付与できるからである。前記架台２１を何処に設置するかにより、ロータリー式ボーリングの機動性を確保することもできる。
【００４４】
上記の考えに基いて、図９は、架台２１を公知の地盤アンカー２２によってボーリング対象地面の上へ直接固定し、この架台２１へ浅層掘削用ロータリー式ボーリングマシン装置を組み合わせた実施形態を示している（請求項３記載の発明）。地盤アンカー２２としては、例えば図４に示したアンカーパイル１８などを好適に採用できる。地盤アンカーの代用として、十分に重い重錘を架台２１の上に載せて対処することもできる。
【００４５】
図１０は、架台２１を無限軌条車両２３の上に取り付け固定し、浅層掘削用ロータリー式ボーリングマシン装置を組み合わせた実施形態を示している（請求項４に記載した発明）。無限軌条車両２３の重量で押し込み反力を得ることができ、無限軌条の接地面での抵抗で回転に対する反力を得ることができる。しかもボーリング調査対象地盤への位置移動を機動的に行える。
【００４６】
図１１は、架台２１がボーリング専用車２４の床部に取り付け固定され、同架台２１へ浅層掘削用ロータリー式ボーリングマシン装置が組み合わせた実施形態を示している（請求項５に記載した発明）。ボーリング専用車２４に図示例の如き箱２５を搭載し、更に床面にボーリングに必要な大きさ、形状の開口を設けておくと、全天候型のボーリング作業を行うことができる。位置移動の機動性に優れることは図１０の場合と同じである。
【００４７】
勿論、架台２１と浅層掘削用ロータリー式ボーリングマシン装置との組み合わせは、必要に応じて解除したり、交換することも実施される。
【００４８】
【本発明が奏する効果】
請求項１乃至５記載の発明に係る浅層掘削用ロータリー式ボーリングマシン装置によれば、特に地下１０ｍ〜１５ｍの深度範囲（浅層）のロータリー式ボーリングを、軽量タイプの構成で軽便に、機動性に優れた内容で実施することができる。コスト的にも安く実施できる。そして、揮発性有機化合物や重金属による土壌・地下水汚染の汚染源及び汚染範囲（三次元の分布）の特定、および浄化対策を目的とする掘削と土壌試料の採取に好適に使用できる。
【００４９】
本発明の浅層掘削用ロータリー式ボーリングマシン装置によれば、ロータリー式ボーリングであるが故に、力学的、化学的にも不撹乱状態の土壌試料のサンプリングを行え、無水掘りや泥水掘りのいずれにも適用可能である。
【００５０】
更に騒音や振動、排気ガスの問題もほとんどない条件で、しかも実施形態のバリエーションも多様なロータリー式ボーリングを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 請求項１記載の発明に係る浅層掘削用ロータリー式ボーリングマシン装置の主要部を示した正面図である。
【図２】 図１の側面図である。
【図３】 前記装置の主要部の構造詳細を示した平面図である。
【図４】 前記装置の一部を破断して示した側面図である。
【図５】 上記装置の使用例を示した側面図である。
【図６】 イ、ロは架台の実施形態を示した正面図と側面図である。
【図７】 請求項１記載の発明に係る浅層掘削用ロータリー式ボーリングマシン装置の実施形態を示した正面図である。
【図８】 イ、ロは図７の装置の使用状態を示す側面図である。
【図９】 請求項３記載の発明に係る浅層掘削用ロータリー式ボーリングマシン装置の実施形態を示した側面図である。
【図１０】 請求項４記載の発明に係る浅層掘削用ロータリー式ボーリングマシン装置の実施形態を示した側面図である。
【図１１】 請求項５記載の発明に係る浅層掘削用ロータリー式ボーリングマシン装置の実施形態を示した側面図である。
【符号の説明】
１ ベースフレーム
２ 昇降用フレーム
３ 昇降台
４ 電気モータ（昇降駆動手段）
１０ ボーリングロッド
１１ チャック機構
１２ 電気モータ（回転駆動手段）
１４ 移動用車輪
１５ ハンドル
２０ ガイドローラ
２１ａ ガイドレール
２１ｂ 接地部材
２１ 架台
２２ 地盤アンカー
２３ 無限軌条車輌
２４ ボーリング専用車

Claims (5)

1. 両側面に、後端部の後記移動用車輪とは干渉しない配置と大きさでスライドローラが設置された水平姿勢のベースフレームから垂直に昇降用フレームが立ち上げられており、前記昇降用フレームに沿って昇降する昇降台が設置され、前記昇降台の昇降駆動手段が設けられていること、
   前記昇降台に、チャック機構及び同チャック機構の回転駆動手段が設けられ、前記チャック機構に、先端部にサンプラーを備えたボーリングロッドが着脱自在に設けられていること、
   前記ベースフレームの後端部に一部がはみ出した配置で移動用車輪が設置されており、同移動用車輪の設置側に、前記昇降用フレームに沿ってハンドルが設置されていること、
   前記ベースフレームのスライドローラが嵌まって転がる内向きにコ字形状をなす両側一対のガイドレールを接地部材の上に設けた架台が、そのガイドレールの中へ前記ベースフレームのスライドローラを嵌め合わせて組み合わされており、
   前記架台をボーリング対象地面上に固定し、ボーリング作業上の必要の都度ベースフレームをガイドレールに沿って前後方向へ変位可能に構成して、前記チャック機構に着脱自在に設けられたボーリングロッド及びその先端部のサンプラーを回転駆動しつつ前記昇降駆動手段によって昇降台を下降させて送りを与えボーリングを進める構成であることを特徴とする、浅層掘削用ロータリー式ボーリングマシン装置。
2. 泥水掘りを行う場合には、前記ボーリングロッドの上端部にデリバリホースがスイベルジョイントを介して接続され、前記デリバリホースを泥水供給手段と接続してサンプラーへ泥水を供給する構成であることを特徴とする、請求項１に記載した浅層掘削用ロータリー式ボーリングマシン装置。
3. 架台が地盤アンカーによってボーリング対象地面上に固定されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載した浅層掘削用ロータリー式ボーリングマシン装置。
4. 架台が無限軌条車両に取り付け固定されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載した浅層掘削用ロータリー式ボーリングマシン装置。
5. 架台がボーリング専用車に取り付け固定されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載した浅層掘削用ロータリー式ボーリングマシン装置。

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