JP4656581B2 - 方向制御削孔装置及びそれを用いた削孔方法 - Google Patents

Description

本発明は、地盤内の水を排水するための集水管や排水管、もしくは下水や水道水、ガス、各種ケーブルなどのための地中埋設管等を非開削で地中に建て込む際等において利用される削孔技術や、アースオーガー機による場所打ち杭工法の削孔技術に関するものである。

近時、適宜削孔方向制御を行う削孔方法（以下、方向制御削孔ともいう）を利用して、例えば既設構造物の周囲の地表面から下部地盤に対して曲がり可能な樹脂製管を地中に建て込む工法が開発され、注目されている。
かかる方向制御削孔においては、図１に示すようにして削孔がなされる。すなわち、曲がり可能な削孔軸４０の先端に、軸心方向に対して傾斜した平坦な受圧面６１を有するテーパービット６０を取り付け、同図（ａ）に示すように削孔軸４０を回転させずに推進させると、テーパービット６０の受圧面６１に沿って斜めに作用する力により推進方向が変化し、削孔軸５は地中に曲線推進する。一方、削孔軸４０を回転させつつ推進させたときには、同図（ｂ）に示すように、受圧面６１に作用する力の方向が回転軸心Ｄ１周りの変化により打ち消され、直線的な推進が可能となる。
特開平８−１２０６６１号公報 特開２００４−１０７８８０号公報

しかしながら、従来方法では、直線推進の際に曲がり易いというという問題点があった。また、アースオーガー機による場所打ち杭工法でも同様の問題がある。
そこで、本発明の主たる課題は、直線推進能力を損ねることなく十分な曲線推進能力を発揮できる方向制御削孔装置及びそれを用いた削孔方法を提供することにある。

上記課題を解決した本発明は、次のとおりである。
＜請求項１記載の発明＞
請求項１記載の発明は、回転可能な外管と、外管内に設けられ、この外管とは独立して回転可能な内管と、この内管の先端部に自在継手により接合された回転ロッドと、この回転ロッドの先端部に接続される削孔ビットと、外管の先端部に対して回転自在に支持されると共に、内管の先端部を回転自在に支持し、さらに、回転ロッドの傾斜を許容し、かつ回転自在に支持する誘導管と、を備えた削孔軸を有し、回転ロッドを外管に対して直線状にした状態で、内管を軸心周りに回転させると共に、推進力を与えることにより、直線削孔がなされ、回転ロッドを外管に対して屈曲させた状態で、内管を軸心周りに回転させると共に、推進力を与えることにより、曲線削孔がなされ、回転ロッドを外管に対して屈曲させた状態で、内管及び外管を軸心周りに回転させると共に、推進力を与えることにより、削孔径を拡大させた直線削孔がなされるように構成された、ことを特徴とする方向制御削孔装置である。

＜請求項２記載の発明＞
請求項２記載の発明は、前記外管の軸心と前記誘導管の軸心が偏心するように、前記誘導管は前記外管に取付けられ、前記誘導管の先端部には、球面軸受が取付けられており、この球面軸受により回転ロッドは内管の軸心方向に対して傾斜を許容され、かつ回転自在に支持された、請求項１記載の方向制御削孔装置である。

（作用効果）
回転ロッドを外管に対して直線状にした状態で、内管を軸心周りに回転させると共に、推進力を与えることにより、直線削孔がなされ、回転ロッドを外管に対して屈曲させた状態で、内管を軸心周りに回転させると共に、推進力を与えることにより、曲線削孔がなされ、回転ロッドを外管に対して屈曲させた状態で、内管及び外管を軸心周りに回転させると共に、推進力を与えることにより、削孔径を拡大させた直線削孔を行うことができる。
また、従来のテーパービットを用いる削孔方法では、曲線削孔（推進）に際してビットを回転せずに押し込むため、ビット前方の土砂を崩さずにビット周囲に押し退けることになり、固い地盤では推進不能になることがあった。しかし、本発明では、曲線削孔に際してビットを回転させるため、前方土砂の押し退け・排除を促進させることができ、従来方法では対応できないような固い地盤であっても曲線削孔が可能になる。
さらに、従来のテーパービットでは、受圧面の角度が固定されているためにその角度に応じた曲率でしか曲線削孔することができないのに対し、本発明では、先端部の屈曲角度を任意に設定する構成とすることも可能であり、屈曲角度を段階的あるいは連続的に変化させることも可能である。
上記のことは、場所打ち杭工法の場合でも同様な作用効果を有する。
具体的な構成として、外管の軸心と誘導管の軸心が偏心するように、誘導管を外管に取付け、誘導管の先端部には、球面軸受を取付け、この球面軸受により回転ロッドを内管の軸心方向に対して傾斜を許容し、かつ回転自在に支持する構成とすることができる。

＜請求項３記載の発明＞
請求項３記載の発明は、回転可能な外管と、外管内に設けられ、この外管とは独立して回転可能な内管と、この内管の先端部に自在継手により接合された回転ロッドと、この回転ロッドの先端部に接続される削孔ビットと、外管の先端部に対して回転自在に支持されると共に、内管の先端部を回転自在に支持し、さらに、回転ロッドの傾斜を許容し、かつ回転自在に支持する誘導管と、を備えた削孔軸を有する方向制御削孔装置を用いた削孔方法であって、回転ロッドを外管に対して直線状にした状態で、内管を軸心周りに回転させると共に、推進力を与えることにより、直線削孔がなされ、回転ロッドを外管に対して屈曲させた状態で、内管を軸心周りに回転させると共に、推進力を与えることにより、曲線削孔がなされ、回転ロッドを外管に対して屈曲させた状態で、内管及び外管を軸心周りに回転させると共に、推進力を与えることにより、削孔径を拡大させた直線削孔がなされる、ことを特徴とする削孔方法である。

（作用効果）
回転ロッドを外管に対して直線状にした状態で、内管を軸心周りに回転させると共に、推進力を与えることにより、直線削孔がなされ、回転ロッドを外管に対して屈曲させた状態で、内管を軸心周りに回転させると共に、推進力を与えることにより、曲線削孔がなされ、回転ロッドを外管に対して屈曲させた状態で、内管及び外管を軸心周りに回転させると共に、推進力を与えることにより、削孔径を拡大させた直線削孔を行うことができる。

本発明によれば、直線推進能力を損ねることなく十分な曲線推進能力を発揮できる等の利点がもたらされる。

以下、本発明の実施の形態を図２乃至図８に基づき説明する。
図２は、本発明に係る削孔装置の削孔軸１の先端側の部分を示しており、この削孔軸１は、回転自在な外管２と、外管２内に設けられ、この外管２とは独立して回転自在な内管３と、この内管３の先端部に自在継手（ユニバーサルジョイント）４により接合された回転ロッド５と、この回転ロッド５の先端部に接続される削孔ビット６と、外管２の先端部に対して回転自在に支持されると共に、内管３の先端部を回転自在に支持し、さらに、回転ロッド５の傾斜を許容し、かつ回転自在に支持する誘導管（方向制御管）７と、を備えている。

外管２の内周部分は、後述する誘導管７が嵌入している先端部以外では外周部分と同軸中心であり、外管２とその内部に挿入されている内管３とは同軸中心を保っている。一方、外管２の先端部の内周部分は、図４に示すように偏心しており、この内周部分に誘導管７が軸受２Ａ，２Ａを介して回転自在に支持されている。また、この誘導管７の内周部分に取付けられたブッシュ７Ａ，７Ａを介して、内管３は誘導管７に対して回転自在に支持されている。このブッシュ７Ａ，７Ａは、図４に示すように、その内周が偏心しており、これにより誘導管７が外管２に対して回転しても、内管３と外管２が常に同軸心を保てるようになっている。

内管３は、外管２に対して軸受を介して回転自在に支持されており、外管２とは独立して回転可能になっている。内管３の内部には、削孔水が送水され、内管３の先端から後述する誘導管７の内部に削孔水が供給されるようになっている。

内管３の先端部には、自在継手４により回転ロッド５が接合されており、内管３及び外管２の軸中心に対して傾斜し（角度をつけ）ながら、内管３の軸回転が伝達されるようになっている。

また、内管３の内部には電源ケーブルと複数の信号ケーブル（以下、まとめて「ケーブル８」という）が挿入されており、これらはスリップリング９を介して、外管２内に設けられた制御回路と通信回路（以下、まとめて「回路１０」という）に接続されている。

誘導管７は、図２に示すように、その基端側が外管２の先端部内に嵌入されているかたちになっている。外管２の最先端部の内周面には、パッキン材が取付けられており、それにより液密状態になっていると共に、外管２に取付けられた軸受２Ａにより、外管２に対して回転自在に支持されている。そして、図５に示すように、最基端部の外周に取付けられたギア７Ｂが、外管２内に設けられたギヤードモータ２Ｂ，２Ｂの先端部に取付けられたピニオンギアと噛合うことで、回転駆動が可能になっている。この回転は、外管２内に設けられた回転センサ２Ｃにより計測され、前述したケーブル８を介して、回転のデータが地上のコンピュータ（図示せず）に送信されるようになっている。

誘導管７内は内管３が貫通しており、この内管３は誘導管７に取付けられたブッシュ７Ａにより、誘導管７に対して回転自在に支持されている。このブッシュ７Ａは、前述したように、その内周が偏心しており、これにより誘導管７が外管２に対して回転しても、内管３と外管２が常に同軸心を保てるようになっている。なお、このブッシュ７Ａとしては、オイルレスメタルを使用することが好ましい。ブッシュ７Ａの外周と内周にはパッキン材が取付けられており、誘導管７及び内管３と液密になっている。

誘導管７の先端部には、図２及び図３に示すように、球面軸受７Ｃが取付けられており、この球面軸受７Ｃにより回転ロッド５は内管３の軸心方向に対して傾斜を許容され、かつ回転自在に支持されている。

また、誘導管７の中間に位置する内部には、内部空間７Ｄが形成されており、削孔水を貯める貯留空間として機能し、内管３の先端から供給された削孔水が貯留される、この貯留された削孔水は、回転ロッド５の基端の開口から内部に入り、先端部に接続される削孔ビット６から噴射されるものである。

回転ロッド５の先端部には、削孔ビット６が取付けられている。また、前述したように、自在継手４により内管３の先端部と接合され、内管３及び外管２の軸中心に対して傾斜し（角度をつけ）ながら、内管３の軸回転が伝達されるようになっている。そのため、外管２から屈曲した状態で、削孔軸１が曲線状に推進されることができる。

削孔ビット６は、形状や素材を含めて公知のものでよい。

削孔軸１は、図示しない適宜のベースマシンによって支持され且つ推進力が与えられる。このようなベースマシンは、適宜選択することができ、推進力として打撃力を与える場合には、いわゆるトップハンマー方式（パーカッション方式）やダウンザホール方式のものの他、貫入方式（非打撃式）のものを用いることもできる。すなわち、削孔軸１は直線推進時だけでなく曲線推進時においても軸心周りに回転駆動しても良く、削孔軸１に対して推進力および回転力の両方を与えうるベースマシンを用いることもできる。また、削孔軸１は、上記外管２及び内管３の先端の部分に対して延長用の単位軸を継ぎ足して延長する汎用的な形態を採ることができる。

このように構成された削孔装置では、次のようにして方向制御削孔を行うことができる。すなわち、直線的に推進させるときには、図６に示すように、回転ロッド５を外管２に対して直線状（つまり同軸）にして、削孔軸１を直線状にする。この状態で、削孔軸１に推進力を与えると、削孔軸１は直線状をなしているため直線状に推進される。この推進に際しては、内管３を軸心周りに回転駆動させることにより、回転ロッド５及び削孔ビット６を回転させることができる。また、内管３と共に外管２も回転させてもよい。

これに対して、曲線的に推進させるときには、図７に示すようにする。すなわち、図２及び図５に示すように、外管２内に設けられたギヤードモータ２Ｂを回転させることにより、回転ロッド５における外管２に対する所望の屈曲方向が得られるまで、誘導管７の最基端部の外周に取付けられたギア７Ｂを回転させる。その際、外管２内に設けられた回転センサ２Ｃにより回転量を計測し、回転のデータを地上のコンピュータ（図示せず）に送信する。

この状態で、図７に示すように、外管２を軸心周りに回転させることなく推進力を与え、かつ削孔ビット４を回転させると、削孔ビット４により前方土砂が掘削されつつ削孔軸１が推進されるとともに、回転ロッド５が屈曲しているため、屈曲角度に応じて削孔軸１が曲線状に推進される。

さらに、図８に示すように、外管２に対して回転ロッド５を屈曲させた状態で、内管３と共に外管２も回転させることにより、削孔ビット６が螺旋状の軌跡を描くため、上記の通常の直線推進時の削径孔よりも大きい拡径孔で、削孔をすることができる。なお、この際には、内管３を回転さなせなくてもよい。

このように、本発明では、直線推進時にはそれに適した直線状の削孔軸１とし、また曲線推進時にはそれに適した屈曲した削孔軸１とすることができるため、直線推進能力を損ねることなく十分な曲線推進能力を発揮させることができる。また削孔軸１が屈曲していても、削孔軸１を回転させずに削孔ビット６を回転させることができるため、曲線推進の際にも、必要に応じてまたは常に削孔ビット６を回転させて土砂を削り崩し、前方土砂を押し退け・排除することができる。よって、従来方法では対応できないような固い地盤であっても曲線推進が可能になる。さらに、通常の直線推進時の削孔径よりも大きい径で、削孔をすることもできる。

本発明においては、削孔軸１の先端部が基端側部分に対して屈曲自在とされる限り、上記例の構造に限定されるものではない。

また、本発明は、非開削で地中に建て込む際等において利用される非開削削孔工法に用いられるだけでなく、アースオーガー機（掘削装置）の削孔軸（掘削軸）としても用いることができるため、場所打ち杭工法にも用いることができる。

一般的に、掘削装置に要求される掘削深度はより深まる傾向にあるが、この掘削装置はその装置構造の点から、また、地盤強度の深さ方向のばらつきに伴う反力により、掘削過程で徐々に曲がったり、捩じれたりすることが多い。掘削軸の傾斜・捩じれが過度に生じると、造成される改良体が設計通りにならず、特に先行して造成した改良体と、次に造成した改良体との間に、大きな未改良部分が生じることがある。

そこで、本発明に係る削孔軸を用いることにより、傾斜・捩じれが生じた際に、曲線推進させて傾斜・捩じれを戻し、その後、通常の直線推進を行うようにすることができる。

従来例の説明図である。 本発明に係る削孔軸先端部の縦断面図である。 Ｉ−Ｉ断面図である。 ＩＩ−ＩＩ断面図である。 ＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。 直線削孔状態の削孔軸先端部の縦断面図である。 曲線削孔状態の削孔軸先端部の縦断面図である。 拡径の直線削孔状態の削孔軸先端部の縦断面図である。

符号の説明

１…削孔軸、２…外管、２Ａ…軸受、２Ｂ…ギヤードモータ、２Ｃ…回転センサ、３…内管、４…自在継手（ユニバーサルジョイント）、５…回転ロッド、６…削孔ビット、７…誘導管（方向制御管）、７Ａ…ブッシュ、７Ｂ…球面軸受、７Ｃ…球面軸受、７Ｄ…内部空間、８…ケーブル、９…スリップリング、１０…回路。

Claims (3)

1. 回転可能な外管と、外管内に設けられ、この外管とは独立して回転可能な内管と、この内管の先端部に自在継手により接合された回転ロッドと、この回転ロッドの先端部に接続される削孔ビットと、外管の先端部に対して回転自在に支持されると共に、内管の先端部を回転自在に支持し、さらに、回転ロッドの傾斜を許容し、かつ回転自在に支持する誘導管と、を備えた削孔軸を有し、
   回転ロッドを外管に対して直線状にした状態で、内管を軸心周りに回転させると共に、推進力を与えることにより、直線削孔がなされ、
   回転ロッドを外管に対して屈曲させた状態で、内管を軸心周りに回転させると共に、推進力を与えることにより、曲線削孔がなされ、
   回転ロッドを外管に対して屈曲させた状態で、内管及び外管を軸心周りに回転させると共に、推進力を与えることにより、削孔径を拡大させた直線削孔がなされるように構成された、
   ことを特徴とする方向制御削孔装置。
2. 前記外管の軸心と前記誘導管の軸心が偏心するように、前記誘導管は前記外管に取付けられ、
   前記誘導管の先端部には、球面軸受が取付けられており、この球面軸受により回転ロッドは内管の軸心方向に対して傾斜を許容され、かつ回転自在に支持された、請求項１記載の方向制御削孔装置。
3. 回転可能な外管と、外管内に設けられ、この外管とは独立して回転可能な内管と、この内管の先端部に自在継手により接合された回転ロッドと、この回転ロッドの先端部に接続される削孔ビットと、外管の先端部に対して回転自在に支持されると共に、内管の先端部を回転自在に支持し、さらに、回転ロッドの傾斜を許容し、かつ回転自在に支持する誘導管と、を備えた削孔軸を有する方向制御削孔装置を用いた削孔方法であって、
   回転ロッドを外管に対して直線状にした状態で、内管を軸心周りに回転させると共に、推進力を与えることにより、直線削孔がなされ、
   回転ロッドを外管に対して屈曲させた状態で、内管を軸心周りに回転させると共に、推進力を与えることにより、曲線削孔がなされ、
   回転ロッドを外管に対して屈曲させた状態で、内管及び外管を軸心周りに回転させると共に、推進力を与えることにより、削孔径を拡大させた直線削孔がなされる、
   ことを特徴とする削孔方法。

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