JP5129583B2 - 長尺工作物の埋設施工装置 - Google Patents

Description

本発明は、地中を掘削した埋設穴に棒状体のような長尺の工作物を埋設する長尺工作物の埋設施工装置に関する。
より詳しくは、棒状の長尺工作物を埋設するための比較的小口径で深い埋設穴を掘削し、掘削した当該埋設穴をスラリー状の埋め戻材で埋め戻した後に長尺工作物を差し込んで埋設する埋設施工に使用する埋設施工装置に関する。

道路上等に電力線や通信線等を架設するための電柱を建て込む建柱工事は、図５に例示するような４トントラック等に積載された掘削装置によりスクリューアースオーガを用いて地中に所定径の穴を掘削し、掘削した穴に電柱を建て込むことにより行なわれている。通常の配電線の電柱（配電柱）の建柱工事では、ブームの先端に設けられた油圧モータによってスクリューアースオーガを回転駆動し直径３０センチ程度の穴を地中に２メートル程度掘削して電柱を建て込む。
このような電柱の建柱工事に伴って電柱上の電気設備と接続する接地電極の埋設工事が行われる。この接地電極は電柱上の電気設備と接続して電気設備の当該接続箇所を大地電位とするもので、接地抵抗を所定値以下に確保しなければならない。そのため、直径２センチ程度の銅製の棒状電極（接地棒）を接地抵抗が所定値以下（１０〜１００オーム）に確保できるように所定の深さまで埋設する。
接地抵抗の値は季節による地下水位の変化等により変動するので、季節を通じて所定値以下の抵抗値を確保するため深さ１０〜３０メートル程度まで埋設される。通常は電柱の近傍に埋設されるが、１箇所で所定の接地抵抗値が確保できない場合には複数箇所に埋設することもある。
上述のとおり、接地電極を構成する接地棒は直径２センチ程度であり、この接地棒の埋設に必要な穴（埋設穴）は、当該接地棒の径の３〜５倍の１０〜１５センチ程度で電柱の建柱における掘削穴よりも小口径の穴である。また、穴の掘削深さも１０〜３０メートルにもなり、このような小口径の埋設穴を掘削する場合、オーガヘッドの熱容量も小さいため、岩盤との摩擦熱で過熱し熱損傷しやすいといった、電柱の建柱工事とは異なる解決すべき工事上の問題が生じる。
また、電柱の建柱に伴って支線を張設する場合があり、その場合に、積雪地域では支線にヒートパイプを添設させ、地中の熱を利用して支線周辺の積雪を溶かすことが行われている。このような場合のヒートパイプの埋設工事においても前述と同様に小口径の埋設穴の掘削および埋設が行われる。図６Ａ、Ｂは、電柱の建柱に伴う棒状の接地電極の埋設や支線に添設したヒートパイプの埋設の概要を示した図である。
特開平９−１８４３８７号公報

深さ１０〜３０メートル程度の穴を掘削する場合、掘削中の掘削土との摩擦によるオーガヘッドの過熱を防止することが必須となる。特に、当初の掘削で砂礫層を掘削している場合でも掘削途中で岩盤層に当たることがしばしばあり、しかも、直径が１０センチ程度（１００〜１５０ミリ）の小口径の埋設穴を掘削するので、オーガヘッドの熱容量も小さく、岩盤との摩擦熱で過熱し熱損傷しやすい。そこで、オーガヘッドに冷却水を供給してオーガヘッドを冷却しながら掘削しなければならず、その場合にオーガヘッド先端から冷却水を噴出させて掘削することが必要である。
このようにしても、掘削中に土砂によってオーガヘッドの冷却水噴出孔が閉塞し冷却水の供給が滞ることがあり、この場合にもオーガヘッドは過熱により損傷することがある。
さらに、工事現場では冷却水を大量に確保することが困難であるという問題もある。
また、直径１００〜１５０ミリ、深さ１０〜３０メートルの穴に接地棒等の長尺な棒状工作物を挿入し、棒の周囲と穴の内側の隙間を埋め戻す場合、埋め戻し土壌を接地棒の周囲に十分に接触させて接地抵抗を所定値以下に確保することが難しいという問題がある。埋め戻した土壌が電極の接地棒に密着していないと設計値どおりの十分に低い接地抵抗が確保できないという問題がある。同様の問題は、例えばヒートパイプの埋設においても埋め戻し土壌がヒートパイプに密着していないと十分に地中の熱を吸熱できないという問題がある。
本発明は、このような棒状の長尺工作物を埋設するための比較的小口径で深い埋設穴の掘削、当該埋設穴への長尺工作物の埋設における問題を解決する埋設施工方法及び、当該埋設施工方法の施工に使用する比較的小口径で深い埋設穴を掘削する埋設施工装置を提供することを目的としている。

第１の技術手段は、天板と、底板、胴部で形成され、内部に冷却水が収納される容器の略中心部に回転軸が前記天板と底板にそれぞれ封止されて軸支され、該回転軸には前記容器内において該容器内空間と連通し、前記底板側に開放する中空部が形成され、前記天板には冷却水供給口と圧縮空気供給口が設けられ、前記回転軸の底板側の端部に先端にオーガヘッドが取付けられた中空の掘削管が連結され、前記回転軸の天板側端部に前記掘削管を回転駆動する駆動軸が連結され、前記容器内に圧縮空気および加圧冷却水が供給収納されて前記容器の回転軸及び前記掘削管内の中空部を経て回転駆動されるオーガヘッドに加圧冷却水が供給され、該オーガヘッドを回転しつつ冷却水を噴出して長尺工作物の埋設穴を掘削することを特徴とする長尺工作物の埋設施工装置を特徴とする。

第２の技術手段は、前記冷却水が収納される容器の胴部側面に該容器内に収納された冷却水の水位を示すゲージが設けられていることを特徴とする。

第３の技術手段は、閉塞を開放するための加圧水及び／又は圧縮空気の供給口を有する補助ユニット管が連結されていることを特徴とする。

第４の技術手段は、前記補助ユニット管にスラリー状の埋め戻し材を供給する埋め戻し材充填装置を連結させて、前記埋設穴の埋め戻しに使用することを特徴とする。

本発明により、多様な条件の地に長尺工作物を埋設するための比較的小口径で深い埋設穴を容易に掘削することができ、当該埋設穴にスラリー上の埋め戻し材を充填するので、例えば、接地棒、ヒートパイプ等のような棒状の長尺な工作物を差し込んで容易に埋設することができ、埋め戻し材を長尺工作物全体に十分に密着させて確実に埋設することができる。

図１は本発明に係る長尺工作物の埋設施工方法における比較的小口径で深い埋設穴の掘削工事の概要を説明する図である。
掘削装置の駆動部は従来例の電柱の建柱工事における掘削装置と同様に４トントラック等に積載され、アースオーガはブームの先端部に設けられた回転駆動源の油圧モータにより回転駆動される。油圧モータの回転駆動軸は冷却水タンク１の容器を貫通する回転軸２と連結され、該回転軸の他端側（冷却水タンク容器の底部側）に加圧水及び圧縮空気の供給口を有する中空の補助ユニット管３が連結され、さらに、該補助ユニット管の下部に中空の掘削管ユニット４が複数順次連結され、最先の掘削管ユニット４の先端部にオーガヘッド５が連結されている。
なお、補助ユニット管３は掘削工事中にオーガヘッドが閉塞した場合に圧縮空気及び／又は加圧水を供給する際に用いられるもので、必ずしも常に必要な要素ではなく、補助ユニット管を介せずに直接掘削管ユニットと回転軸を連結してもよい。

冷却水タンク１の容器内の冷却水が冷却水タンク内の回転軸２の冷却水供給口２０（図２）から掘削管ユニット４の中空部に供給され、油圧モータにより回転軸２が回転駆動されて、補助ユニット管３、掘削管ユニット４を介しオーガヘッド５が回転し、冷却水を噴出して掘削が行なわれる。
前記冷却水タンク１には給水ポンプ６により貯水槽１０に貯水された冷却水が供給され、エアポンプ７により圧縮空気が供給されるので、冷却水は所定の水圧で冷却水タンクの回転軸２、補助ユニット管３及び前記掘削管ユニット４の中空部を通って掘削管ユニット先端のオーガヘッド５に供給される。これにより、掘削において、回転駆動されるオーガヘッド５は、先端から冷却水の噴射によって冷却される。
オーガヘッドの先端部には図１の模式図で示すように、冷却水や圧縮空気の噴射孔が形成されている

オーガヘッド先端から噴射した冷却水は掘削された穴（埋設穴）に溜まって埋設穴８の上方に還流する。地表部近くに埋設穴８と連通して前記還流した冷却水が溜まる貯留池９が掘削され、該貯留池９に溜まった還流冷却水は、第２の給水ポンプ６′により貯水槽１０に戻され再利用される。冷却水を循環させて再利用するので、貯水槽１０と貯水タンクに収容される冷却水量によって工事が可能であり、給水設備がない山間地での施工にも対応できる。
また、掘削中にオーガヘッドが閉塞し、冷却水の吐出量が減少するとヘッドが熱損傷する危険があるので、貯留池９の水位を監視し、地表面に戻ってくる還流冷却水の量が少なくなった場合に、十分な冷却が行なわれていないと判断できる。閉塞が起こった場合には、後述（図３）する閉塞土砂の除去作業を行う。
前記貯水槽１０、給水ポンプ６、エアポンプ７等の付帯設備は適宜オーガ駆動装置と共にトラックに積載させることができる。このように、本発明によれば、トラック１台程度の作業スペースを確保すれば、工事を施工することができ、特に、交通量の多い道路などで工事を行なう場合、省スペースで作業が実施できるので、有利である。

図２は前記冷却水タンク１の構造を示す図である。タンク容器は胴部１１、天板部１２、底板部１３で形成され、タンクの略中心部に前記天板部１２と底板部１３により軸支される回転軸２を有している。
回転軸２の天板部側の端部は前記油圧モータなどの駆動軸に連結され、底板部側の端部には前記補助ユニット管３又は掘削管ユニット４が接続される。
天板部、底板部における回転軸の軸受け（軸支部）１４にはそれぞれベアリング１５、とパッキン１６が設けられ、回転する軸を封止すると共に支持（軸支）するように構成されている。また、回転軸２は中空でタンク内から底板側の端部に通じる通路となる冷却水の供給口２０が形成されている。
天板には冷却水の給水口１７と圧縮空気の給気口１８が形成され、胴部には冷却水タンク内の冷却水の水位を示すゲージ１９が設けられている。

上記の構造により、給水ポンプ６によって貯水槽１０から供給された冷却水をエアポンプ７により供給される圧縮空気によって任意の水圧で前記底板側の回転軸２に連結される補助ユニット管又は掘削管ユニットを通じてオーガヘッドへ冷却水を供給することができる。また、タンクの胴部に設けた水位ゲージ１９の水位により冷却水の水圧を監視できるので、オーガヘッドの閉塞の有無も監視することもできる。

補助ユニット管３は後述するオーガヘッドに閉塞が生じた場合に当該閉塞を除去するために適宜高気圧給気装置、高圧給水装置を接続して圧縮空気及び加圧水の一方又は両方を供給するものである。
次に、掘削中の閉塞の発生及びその除去について説明する。
図３は、本発明における埋設穴の掘削状況を示す図である。図３のＡは、掘削中にオーガヘッドが岩盤に遭遇した状況を示しており、オーガヘッドは回転駆動され掘削管から供給される冷却水を噴射して岩盤を掘削しており、冷却水は掘削穴を還流して貯留池９に還流する。
それ故、還流水の貯留池９を監視し、所定量の冷却水が還流していればオーガヘッドに閉塞が発生していないことがチェックできる。

しかし、オーガヘッドに閉塞が生じた場合、冷却水はオーガヘッドから噴射しなくなるので冷却水が貯留池に還流しなくなる。また、冷却水タンクの水位ゲージ１９の監視により水圧が上昇することでも閉塞を検知できる。
このように閉塞の発生を検知した場合には、図３−Ｂに示すようにオーガヘッドを一旦約１０センチほど上昇させ、冷却水タンクの下部に連結した補助ユニット管３を介して圧縮空気又は加圧水のいずれか又は両方を供給しオーガヘッドの冷却水噴出孔に閉塞した土砂を除去する。このように閉塞除去用の補助ユニット管３を設けることにより簡単にオーガヘッドに生じた閉塞を除去することができる。
なお、図示の例の場合、補助ユニット管の圧縮空気供給部、加圧水供給部は常時は閉鎖されており、また、除去作業の際には冷却水タンクからの冷却水の供給を停止する弁装置等が適宜設けられる。

所定の深さまでの掘削が完了すると、オーガヘッドの回転駆動を停止すると共に冷却水の供給を停止し、埋設穴より掘削管を引き上げ、埋め戻し作業に移る。
上述のようにして所定の深さまで掘削した埋設穴を埋め戻す場合には、掘削管ユニット先端のオーガを取り外して仮栓２８を取り付けると共に、補助ユニット管３に連結された高圧給水装置側の接続部を取り外し、埋め戻し材充填装置２３を連結する。次に補助ユニット管３の冷却水タンク１側と高気圧吸気装置側を封止した後に、埋め戻し材充填装置２３からスラリー状の埋め戻し材を注入することにより、埋設穴を埋め戻すことができる。
図４は、別途埋め戻しユニット管２１を取り付けて埋設穴を埋め戻す場合の工事を説明する図である。埋戻し作業については、図４を用いて説明する。
掘削された埋設穴からは掘削管ユニット４等が引き上げられ、代わりに埋設穴へ液状化した土壌のようなスラリー状の埋め戻し材を充填する先端を仮栓２８で閉塞した中空の注入管ユニット２７が挿入される。注入管ユニット２７の開放端側に該埋め戻し材の供給口２２を有する埋め戻しユニット管２１が連結され、その埋め戻し材の供給口２２には埋め戻し材充填装置２３が連結される。

注入管ユニット２７は冷却水が残っている埋設穴８に挿入されるが、注入管ユニットの先端は仮栓２８で閉塞されているので注入管ユニット内に埋設穴に残っている冷却水が入り込むことはない。
埋め戻し材充填装置２３には投入口２４より液状化した土壌のようなスラリー状の埋め戻し材が投入されると共に空気加圧装置２５より圧縮空気が供給されることにより、埋め戻し材２６が埋め戻しユニット管２１の埋め戻し材の供給口２２から注入管ユニット２７の中空部内へ供給される。
供給された埋め戻し材２６が注入管ユニット内を満たした段階で、空気加圧装置２５による圧縮空気の圧力を少し高めることにより注入管ユニットの先端の仮栓２８が除去され、該先端より土壌などの埋め戻し材２６が埋設穴の最深部から充填される。
埋め戻し材の充填と共に注入管ユニットを順次引き上げることにより、埋設穴の底部から埋め戻し材２６が残っている冷却水と置換して充填され、地表部まで至り埋め戻しが完了する。
なお、注入管ユニットは引き上げと共に連結数が減らされる。

例えば、接地電極のような棒状の長尺工作物の埋設であれば、液状化した土壌によって埋め戻しされるが、埋め戻しが完了した埋設穴の埋め戻し土壌部分に地表より、直径２センチ程度の銅製の棒状接地電極を差し込むことは簡単であり、長尺工作物の埋設工事を容易に施工することができる。
さらに、長尺工作物は埋設穴に充填されたスラリー状の埋め戻し材に差し込んで埋設するので、長尺工作物全体に亘って埋め戻し材との密着性を高めることができ、確実な埋設を実現できる。この点は、接地電極やヒートパイプのような棒状の長尺工作物の埋設に必須なことである。
しかし、本発明の工法は、接地電極の埋設に限らず、また、埋め戻し材も土壌に限られることはなく、種々の長尺工作物の埋設工事の施工に適用できるものであり、埋設工作物や工事の態様によって、例えば生コンなどの埋め戻し材にも適用できることは明らかである。

本発明による埋設穴の掘削の概要を説明する図である。 本発明による埋設穴の掘削に用いる掘削装置の冷却水タンクの詳細を示す図である。 本発明による埋設穴の掘削工事の様子を示す図である。 本発明の埋設工法における埋設穴の埋め戻し工事を説明する図である。 電柱の健柱に用いられるスクリューアースオーガを示す図である。 接地棒の埋設、ヒートパイプの埋設を示す図である。

符号の説明

１…冷却水タンク、２…回転軸、３…補助ユニット管、４…掘削管ユニット、５…オーガヘッド、８…埋設穴、９…貯留池、１４…回転軸の軸受、１９…水位ゲージ、２１…埋め戻しユニット管、２３…埋め戻し材充填装置、２５…空気加圧装置、２６…埋め戻し材、２７…注入管ユニット、２８…仮栓。

Claims (4)

1. 天板と、底板、胴部で形成され、内部に冷却水が収納される容器の略中心部に回転軸が前記天板と底板にそれぞれ封止されて軸支され、該回転軸には前記容器内において該容器内空間と連通し、前記底板側に開放する中空部が形成され、前記天板には冷却水供給口と圧縮空気供給口が設けられ、前記回転軸の底板側の端部に先端にオーガヘッドが取付けられた中空の掘削管が連結され、前記回転軸の天板側端部に前記掘削管を回転駆動する駆動軸が連結され、前記容器内に圧縮空気および加圧冷却水が供給収納されて前記容器の回転軸及び前記掘削管内の中空部を経て回転駆動されるオーガヘッドに加圧冷却水が供給され、該オーガヘッドを回転しつつ冷却水を噴出して長尺工作物の埋設穴を掘削することを特徴とする長尺工作物の埋設施工装置。
2. 前記冷却水が収納される容器の胴部側面に該容器内に収納された冷却水の水位を示すゲージが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の長尺工作物の埋設施工装置。
3. 閉塞を開放するための加圧水及び／又は圧縮空気の供給口を有する補助ユニット管が連結されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の長尺工作物の埋設施工装置。
4. 前記補助ユニット管にスラリー状の埋め戻し材を供給する埋め戻し材充填装置を連結させて、前記埋設穴の埋め戻しに使用することを特徴とする請求項３に記載の長尺工作物の埋設施工装置。

Images