JP5208322B1 - 硬質地盤掘削工法 - Google Patents

Abstract

【課題】岩盤または転石からなる硬質地盤に杭穴を掘削するとき、その掘削作業期間を短縮化することのできる硬質地盤掘削工法を提供することにある。
【解決手段】回転するケーシング１により岩盤又は転石などからなる硬質地盤ａを掘り下げると共にこれと並行して、回転するケーシング１の内部にダウンザホールハンマー装置２が上下方向移動自在に且つ回転が相対的に拘束された状態で設置され、ケーシング１と一体となってケーシング１の回転中心を回転するダウンザホールハンマー装置２によってケーシング１の内部の硬質地盤ａにハンマーグラブ５の落下によるひび割れ誘起用の穴ｂをあけ、ひび割れ誘起用の穴の周囲に残ったリング幅の狭いリング状の硬質地盤をハンマーグラブ５の落下によってケーシング１の内部の硬質地盤ａを当該ハンマーグラブ５で掴める大きさに砕く。
【選択図】 図１

Description

この発明は、地中に岩盤または転石からなる硬質地盤層がある場合に、その部分まで杭穴を掘る必要があるときに用いられる硬質地盤掘削工法に係り、特に、掘削作業期間を短縮化できる硬質地盤掘削工法に関するものである。

岩盤または転石からなる硬質地盤に杭を打ち込む場合、杭を打ち込むための杭穴を事前にあけることになるが、深い場合には５０ｍ以上の深さとなる。この場合の工法としては、先ず、ダウンザホールハンマー装置を使って例えば直径５０ｃｍの小さな穴をあける。このダウンザホールハンマー装置による小穴は、その後に砕岩棒を落下させて硬い岩盤を容易に砕けるようにするためである。
穴の深さが例えば５０ｍの場合、ダウンザホールハンマー装置も５０ｍ掘る。これを使って掘削する場合、数１０ｃｍ掘っては圧縮エアーを送り込んでそのエアーの圧力で、岩石を地上に吐き出している。このようにしながら、所定の深さまで掘った後、ダウンザホールハンマー装置を引き抜く。
次に、例えば直径が１００ｃｍの大きさのケーシングで、ダウンザホールハンマー装置で掘っていた小さな穴の周囲を掘削する。この場合、穴の上部側は、一般に土砂部分で硬くないので、ケーシングで数メートル掘っては、ハンマーグラブでその都度、内部の掘削土砂をつかんで、地上に排出している。
このようにして、穴の下部近くまで掘削を続けるが、下部付近は岩盤になっていて、ハンマーグラブで、つかみ取ることができない。そこで、砕岩棒をケーシングの内部に落下させて岩盤を砕いて小さな岩石にし、ハンマーグラブでつかみ取ることができるようにしている。
このとき、ケーシング内部の穴中央には、前述したように、ダウンザホールハンマー装置による先行の小穴が掘られているので、落下させる砕岩棒で岩盤を容易に砕くことができる。穴中央に、先行して小穴があけられていないときには、砕岩棒を落としても、なかなか硬い岩盤を砕くことができない。しかし中央に小穴が形成されている場合には、硬い岩盤は、それを起点として、ひび割れを起こして砕かれる。
つまり、砕岩棒を落としたとき、岩盤にひび割れを生じさせるためには、落下した砕岩棒の先端部分の硬い地盤の周囲には横向きの力を発生させることが必要となるが、小穴が形成されていないときには、横向きの力は互いに打ち消しあって、岩盤にひび割れを生じない。これに対して、小穴が形成されていると、小穴の空洞部分に横向きの力が伝わって放出されることよって横向きの力が互いに打ち消し合わず、落下した砕岩棒の先端部分の周囲に亀裂が生じて、硬い岩盤にひび割れを容易に起こすことができるのである。
削岩棒を使って、硬い岩盤を砕いた後、ケーシング内部の砕かれた岩石をハンマーグラブでつかみ取り、地上に排出している。このようにして、硬質地盤層に杭用の深い穴を構築している。

しかし、前記した従来の工法では、既に触れたように、先ず、中央にダウンザホールハンマー装置で小穴をあける工程があり、次に、ダウンザホールハンマー装置を引き抜いて、その小穴の外周をケーシングを使って本来の穴をあける作業工程がある。このように、ダウンザホールハンマー装置による工程と、ケーシングによる工程との２つ工程を別々に行うことが必要であり、その分、掘削作業期間が長くなるという不都合があった。

ところで、この場合において、単純な発想として、ケーシングと外径が同じ大きさのダウンザホールハンマー装置を使用して硬質地盤を掘削することも考えられるが、ダウンザホールハンマー装置の先端に取り付けられる掘削ビットは、直径が５０ｃｍのもので数百万円もするように非常に高価で、直径が１００ｃｍにもなれば数千万円にもなり、しかも、掘削ビットは掘削中に破損し易い消耗品であり、交換の頻度も高い。
また、掘削ビットは高圧エアーによって、１分間に１５００回も上下振動して硬質地盤を激しく打撃しながら掘削する。高圧エアーはコンプレッサーで造り出されるが、直径が１００ｃｍの掘削ビットともなれば、高圧エアーも桁違いに大きくなる。そして桁違いに大きな高圧エアーを造り出すためにはコンプレッサーも超大型のものを何台も必要とする。掘削ビット及びコンプレッサーの費用を考えると、億単位のコストとなって特殊な工事を除いて、経済的でないのが実情である。
さらに、掘削ビットは前記したように、１分間に１５００回も上下振動して硬質地盤を激しく打撃して騒音も大きい。このような中で、直径が倍もある巨大な掘削ビットの使用となれば、単純に考えても、その騒音は４倍にもなり、また、巨大な掘削ビットが上下に激しく振動するともなれば、その周囲に与える振動の影響も尋常ではない。
さらにまた、杭穴を掘った後は、杭穴に鉄筋やコンクリートを流し込むことになる。この場合には事前にダウンザホールハンマー装置を引き抜くことが必要であるが、引き抜いている最中に杭穴の内側面が崩れる。しかも、ダウンザホールハンマー装置の先端の掘削ビットの直径はそれ以外の部分のロッドの直径よりも大きいため、円筒形のロッドを杭穴に残したままで掘削ビットを引き抜くことはできない。つまり杭穴にコンクリートを流し込むときに杭穴の崩壊を防ぐケーシングが必要となる。
このような、経済的な理由、工事に伴う激しい騒音や振動、そして、杭穴の崩壊などの技術的なこともあって、大型のダウンザホールハンマー装置のみによる硬質地盤での杭穴の掘削は不可能であった。

そこで、本願の出願人は、岩盤または転石からなる硬質地盤に杭穴を掘削するとき、その掘削作業期間を短縮化できる新しい硬質地盤掘削工法を発明し、これを平成２４年６月６日に特許出願を行い（特願２０１２−１２９２１７）、平成２４年１１月１６日に特許を受けている（特許第５１３２８２９号）。
この発明は、回転するケーシングにより岩盤又は転石などからなる硬質地盤を掘り下げると共にこれと並行して、回転するケーシングの内部にダウンザホールハンマー装置が上下方向移動自在に且つ回転が相対的に拘束された状態で設置され、ケーシングと一体となってケーシングの回転中心を回転するダウンザホールハンマー装置によってケーシングの内部の硬質地盤に砕岩棒の落下によるひび割れ誘起用の小穴をあけ、砕岩棒の落下によってケーシングの内部の硬質地盤をハンマーグラブで掴める大きさに砕くことを特徴とする硬質地盤掘削工法である。

特願２０１２−１２９２１７（特許第５１３２８２９号）

本願の出願人が先に発明して特許出願（特願２０１２−１２９２１７）を行い、特許を受けた特許第５１３２８２９号の「硬質地盤掘削工法」は、従来工法の欠点を解消し、岩盤または転石からなる硬質地盤に杭穴を掘削するとき、その掘削作業期間を短縮化できる利点を有している。
しかしながら、ダウンザホールハンマー装置で開けられる中央のひび割れ誘起用の穴に対して、その外周のケーシングによる本来の穴の内径が十分に大きくなくその内径差が小さい場合、例えば中央のひび割れ誘起用の穴の内径が６０ｃｍに対してその外周のケーシングの内径が例えば９０ｃｍ程度と小さい場合、中央の穴の周囲に残ったリング状の硬い岩盤部分の半径方向の内径差、つまりリング幅は１５ｃｍ程度と狭く、このリング幅の狭い部分にある硬い岩盤を通常の砕岩装置としての砕岩棒を落下させて砕くのは容易ではないと考えられる。
すなわち、図９に示すように、このリング状のリング幅が狭い硬い岩盤に向けて通常の砕岩装置１０６としての砕岩棒を落下させたとき、砕岩棒の先端部分が狭い部分にある硬い岩盤の表面に直接当たらずに、或いは中央穴の周縁付近に僅かに当たった後、中央の穴の中に滑り落ちて、中央の穴の周囲の硬い岩盤を容易に砕くことができないことが十分に考えられる。
また、ケーシングの内径が小さい場合、硬い岩盤の表面に砕岩装置１０６としての砕岩棒の先端部分が当たった後に、その反動で跳ね返って砕岩棒が傾いたときに、傾いた砕岩棒の上端側の一部が狭い内径のケーシングの内周面に当たって、ケーシングの内周面の一部を傷つけて破損させ、その部分のケーシングを交換させる必要性が生じる恐れも十分に考えられる。

この発明は、上記のような課題に鑑み、その課題を解決すべく創案されたものであって、その目的とするところは、岩盤または転石からなる硬質地盤に杭穴を掘削するとき、その掘削作業期間を短縮化できるのは勿論のこと、ケーシングの内部中央のひび割れ誘起用の穴の外周に残ったリング状の硬い岩盤部分を容易に砕いてハンマーグラブで掴めるようにすることのできる硬質地盤掘削工法を提供することにある。

以上の課題を達成するために、請求項１の発明は、回転するケーシングにより岩盤又は転石などからなる硬質地盤を掘り下げると共にこれと並行して、回転するケーシングの内部にダウンザホールハンマー装置が上下方向移動自在に且つ回転が相対的に拘束された状態で設置され、ケーシングと一体となってケーシングの回転中心を回転するダウンザホールハンマー装置によってケーシングの内部の硬質地盤にハンマーグラブの落下によるひび割れ誘起用の穴をあけ、ひび割れ誘起用の穴の周囲に残ったリング幅の狭いリング状の硬質地盤をハンマーグラブの落下によってケーシングの内部の硬質地盤を当該ハンマーグラブで掴める大きさに砕く手段よりなるものである。

また、請求項２の発明は、回転するケーシングにより岩盤又は転石などからなる硬質地盤を掘り下げると共にこれと並行して、回転するケーシングの内部にダウンザホールハンマー装置が上下方向移動自在に且つ回転が相対的に拘束された状態で設置され、ケーシングと一体となってケーシングの回転中心を回転するダウンザホールハンマー装置によってケーシングの内部の硬質地盤に偏心用砕岩装置の落下によるひび割れ誘起用の穴をあけ、ひび割れ誘起用の穴の周囲に残ったリング状の硬質地盤を偏心用砕岩装置の落下によってケーシングの内部の硬質地盤をハンマーグラブで掴める大きさに砕く手段よりなるものである。

課題を解決するための手段よりなる請求項１の発明に係る硬質地盤掘削工法によれば、ケーシングによる硬質地盤の掘削作業とダウンザホールハンマー装置によるケーシング内部のひび割れ誘起用の穴の掘削作業とを同時に行うことができるので、これまで、別々に行われていた２つの工程を１つの工程に短縮できるため、工事期間を大幅に短縮化することができ、また、工期の短縮に起因してコストもその分、安価にすることができる。しかも、ダウンザホールハンマー装置はケーシングの回転中心部に係合されて保持されるために、杭孔が深くなってもダウンザホールハンマー装置の先端が少しずつ傾いて掘削ビットがケーシングの内周側面に接触して、高価な掘削ビットが傷ついて別のものと交換しなければならないという事態を招くこともない。
上記の効果に加えて、ケーシングの内部中央のひび割れ誘起用の穴の外周に残ったリング幅が小さいリング状の硬い岩盤部分は、リング幅が狭いため、ハンマーグラブの自然落下でも容易に砕くことができ、砕岩装置の使用を省略することができる。

また、請求項２の発明に係る硬質地盤掘削工法によれば、ケーシングによる硬質地盤の掘削作業とダウンザホールハンマー装置によるケーシング内部のひび割れ誘起用の穴の掘削作業とを同時に行うことができるので、これまで、別々に行われていた２つの工程を１つの工程に短縮できるため、工事期間を大幅に短縮化することができ、また、工期の短縮に起因してコストもその分、安価にすることができる。しかも、ダウンザホールハンマー装置はケーシングの回転中心部に係合されて保持されるために、杭孔が深くなってもダウンザホールハンマー装置の先端が少しずつ傾いて掘削ビットがケーシングの内周側面に接触して、高価な掘削ビットが傷ついて別のものと交換しなければならないという事態を招くこともない。
上記の効果に加えて、ケーシングの内部中央のひび割れ誘起用の穴の外周に残ったリング状の硬い岩盤部分のリング幅が狭い場合には、通常の砕岩装置の落下では外れ易くて容易に砕くことが難しく、しかも岩盤表面で跳ね返った際に傾いた砕岩装置の上部側がケーシングの内周面に当たって傷つける恐れがあるが、偏心用砕岩装置を使用することにより、ケーシングの内周面側のリング幅が狭い硬質岩盤部分を外すことなく確実に砕くことができ、しかも岩盤表面で跳ね返った際に傾くこともないので、ケーシングの内周面を傷つけることもない。

（Ａ）はこの発明を実施するための形態を示す全体施工図、（Ｂ）は同図（Ａ）のＢ−Ｂ矢視図である。 この発明を実施するための形態を示す別の構造の一部切り欠き概略側面図である。 （Ａ）はこの発明を実施するための形態を示す別の構造の上部係合部材の正面図、（Ｂ）は同図（Ａ）の平面図である。 （Ａ）はこの発明を実施するための形態におけるハンマーグラブの落下による硬質地盤を砕く状況を示す説明図、（Ｂ）は同図（Ａ）の平面図である。 この発明を実施するための形態におけるハンマーグラブの落下で硬質地盤を砕いた後の説明図である。 この発明を実施するための形態における偏心用砕岩装置の斜視図である。 この発明を実施するための形態における偏心用砕岩装置の落下による硬質地盤を砕く状況を示す説明図である。 この発明を実施するための形態におけるハンマーグラブによる岩石を掴み取り時の説明図である。 従来説明図である。

以下、図面に記載の発明を実施するための形態に基づいて、この発明をより具体的に説明する。

硬質地盤掘削工法においては、ケーシング１の回転中心にダウンザホールハンマー装置２が挿通され、回転するケーシング１の内部に上下方向移動自在に且つ回転が相対的に拘束された状態でダウンザホールハンマー装置２は設置され、ケーシング１と一体となってケーシング１の回転中心を回転しながら、ケーシング１の回転中心部の硬質地盤ａにダウンザホールハンマー装置２はひび割れ誘起用の穴ｂをあけ、ケーシング１は穴ｂの周囲に円周状に硬質地盤ａを切り欠いて、それぞれ硬質地盤ａを掘削して杭穴ｃを構築する。

この硬質地盤掘削工法では、ケーシング１、ダウンザホールハンマー装置２、チュービング装置３、クレーン４、ハンマーグラブ５、必要に応じて使用される偏心用砕岩装置６などの機器が使用される。また、このケーシング１とダウンザホールハンマー装置２とを係合する上部係合部材７がケーシング１の上部に取り付けられる。

ケーシング１は上下両端が開口され内部が空洞の円筒形の形状を有し、下端には掘削刃１ａが設けられている。使用されるケーシング１の外径は例えば１ｍ前後である。一つのケーシング１の長さは数メートルである。ケーシング１の下端の掘削刃１ａは、掘られる杭穴ｃの外径と同じ外径のもので、ケーシング１は掘られる杭穴ｃの外径より２ｃｍ小さくなっていて、ケーシング１が下向きに掘り進む際に掘削抵抗にならないようになっている。ケーシング１は下端の掘削刃１ａの回転により、地盤を円周状に下向きに掘削しながら掘り進む。

ケーシング１はチュービング装置３によって下向きに回転させられる。下向きに掘り進むケーシング１は、杭穴ｃが深くなるにつれて、その都度、継ぎ足される。杭穴ｃを掘った後、鉄筋やコンクリートが流し込まれるまでの間、ケーシング１は杭穴ｃの崩壊を防ぐ。ケーシング１はコンクリートを流し込みながら引き上げられる。

ダウンザホールハンマー装置２は、ケーシング１の内部の中心部の硬質地盤ａに、ひび割れ誘起用の穴ｂを掘削する。ダウンザホールハンマー装置２の下端となる先端には、例えば外径が６０ｃｍ前後の掘削ビット２ａが取り付けられている。この掘削ビット２ａが例えば１分間に１５００回も上下振動して硬質地盤ａを激しく打撃することによって、硬質地盤ａにひび割れ誘起用の穴ｂをあけて下向きに掘削しながら掘り進む。掘削ビット２ａは高圧エアーで上下に振動する。

ダウンザホールハンマー装置２は先端を除く部分は、中空の円筒形のロッド２ｂからなっている。一つのロッド２ｂの長さは数メートルである。ロッド２ｂの外径は掘削ビット２ａの外径よりも少し径が小さくなっていて、ダウンザホールハンマー装置２が下向きに掘り進む際に、ロッド２ｂの外周側面が穴ｂの内周側面に接触しないに構造になっていて、掘削抵抗にならないようになっている。下向きに掘り進むダウンザホールハンマー装置２は、穴ｂが深くなるにつれて、その都度、ロッド２ｂが継ぎ足される。

ロッド２ｂの外周側面にはその長さ方向に突起２ｃが形成されている。突起２ｃは９０度の等間隔で、或いは１８０度の等間隔でその円周方向に形成されている。突起２ｃはダウンザホールハンマー装置２が上下に振動する際にガイドとして機能する。この突起２ｃは上部係合部材７に形成された係合孔７ａの凹部７ｂと凹凸係合して、上下方向には移動自在であるが、回転方向には相対的に拘束されて、回転するケーシング１と一体となってダウンザホールハンマー装置２を回転させる機能を果たす。

ダウンザホールハンマー装置２の上端には吊具２ｄが取り付けられていて、この吊具２ｄにクレーン４のフック４ａが掛けられて吊られる。ロッド２ｂの内部には掘削ビット２ａを高圧エアーで振動させるためのエアーホース２ｅが配送されている。エアーホース２ｅの他端側はロッド２ｂの上端から吊具２ｄを経て機外に延びて、図示しないエアーコンプレッサーに連結される。

チュービング装置３は、ケーシング１の外周側面を回転駆動させるものである。チュービング装置３は、杭穴掘削地点に設置され、動いたりしないように、アンカー３ａなどによってしっかりと地盤に固定される。チュービング装置３の中央にはケーシング１の外周側面を回転駆動させる駆動孔３ｂが設けられている。チュービング装置３に回転駆動されて、ケーシング１は下向きに掘削しながら掘り進むことができる。

ハンマーグラブ５はクレーン４で吊られ、ケーシング１の内部に挿入され、ケーシング１内の掘削された土砂、同グラブ５で砕かれた硬質地盤ａや偏心用砕岩装置６で砕かれた硬質地盤ａの岩石を掴んで、ケーシング１の上方に引き上げられ、ケーシング１の上方から外部に排出する。

このハンマーグラブ５は偏心用砕岩装置６の代用として使用されることもある。ひび割れ誘起用の穴ｂの周囲に残ったリング状の硬質地盤ａのリング幅が狭くて、ハンマーグラブ５の自然落下でも十分にリング状の硬質地盤ａを砕くことができる場合である。ハンマーグラブ５が使用可能なリング幅は硬質地盤ａの硬さに影響され、硬質地盤ａが非常に硬い場合にはリング幅は例えば１０ｃｍ〜２０ｃｍが限度であり、硬質地盤ａの硬さが低くなるに従い、リング幅が広い場合も使用可能となる。

偏心用砕岩装置６は、ひび割れ誘起用の穴ｂの周囲に残ったリング状の硬質地盤ａをハンマーグラブ５の自然落下では砕くことが困難な場合に使用される。偏心用砕岩装置６は、偏心用砕岩装置６のワイヤー６ａがクレーン４でケーシング１の内部で中心から外れた偏心した状態で吊られてケーシング１の内部に入れられ、ケーシング１の内部のダウンザホールハンマー装置２でひび割れ誘起用の穴ｂの周囲に残ったリング状の硬質地盤ａの表面に何度も自然落下させられて、硬質地盤ａの表面を砕くものである。

偏心用砕岩装置６は、円筒形状をした本体を有し、その上面は平坦面に形成され、硬質地盤ａの表面を直接に打撃して砕く底面は台形円錐形に形成されている。偏心用砕岩装置６には偏心用の砕岩棒なども含まれる。硬質地盤ａの表面に直接落下する底面は平坦面になっていて、落下した際にずれることがないようになっている。ケーシング１の内部でその中心から常に外れて偏心した状態で自然落下するように、偏心用砕岩装置６の一側面側には偏心部材６ｂが上下に設けられている。偏心部材６ｂはケーシング１内で自然落下する偏心用砕岩装置６の偏心を維持する部材である。

偏心部材６ｂは、平面からみて、例えば扇形を有していて、扇形の周縁の円弧部分の曲率半径はケーシング１の内周面の曲率半径の大きさと略同じで、扇形の中心側が偏心用砕岩装置６の一側面に連結されている。偏心用砕岩装置６はケーシング１の内部でその中心位置を挟んで一方側に偏心部材６ｂが配置され、その反対側に本体がくるように配置されている。偏心部材６ｂによって、偏心用砕岩装置６は確実にケーシング１の内部で中心位置から外れ、ケーシング１の内周縁側に残るリング状の硬質地盤ａの上に位置するようになっている。

上部係合部材７は、ケーシング１の上部に取り付けられる。上部係合部材７は例えば図１や図２、図３に図示される種々の構造が考えられる。何れの構造でも、上部係合部材７はケーシング１の上部に固定される。上部係合部材７の中心部にはダウンザホールハンマー装置２が挿通する円形の係合孔７ａが形成されている。上部係合部材７の中心部はケーシング１の回転中心部と一致する。円形の係合孔７ａの円周縁には、９０度の等間隔で或いは１８０度の等間隔で凹部７ｂが形成されている。この凹部７ｂにはダウンザホールハンマー装置２の外周側面に形成された突起２ｃが凹凸係合する。

凹部７ｂはダウンザホールハンマー装置２の外周側面に形成された突起２ｃより少し大きく、ダウンザホールハンマー装置２が上下に移動する場合にはその移動の妨げとならず、ダウンザホールハンマー装置２は上下方向に移動自在になっている。

その一方で、ダウンザホールハンマー装置２の回転方向に対しては、凹部７ｂと突起２ｃとが係合して回転が相対的に拘束される。ダウンザホールハンマー装置２は自由に回転することができない。つまり、ケーシング１が回転すると、上部係合部材７の凹部７ｂとダウンザホールハンマー装置２の突起２ｃとが凹凸係合して、回転するケーシング１によってダウンザホールハンマー装置２も一体となって同一の角速度で、ケーシング１の回転中心を回転する。

次に、上記発明を実施するための形態の構成に基づく硬質地盤掘削工法について以下説明する。
杭穴掘削地点に、ケーシング１を回転させながら地盤の下側に向けて移動させるチュービング装置３を設置する。設置されたチュービング装置３は動いたりしないように、アンカー３ａなどによってしっかりと地盤に固定される。

チュービング装置３の中央にはケーシング１を駆動させる駆動孔３ｂが設けられているので、ケーシング１をクレーン４で吊って、チュービング装置３の中央の駆動孔３ｂに上から入れる。掘削刃１ａが下端に設けられたケーシング１をチュービング装置３の駆動孔３ｂに挿通させ、ケーシング１の中間部分の外周側面をこのチュービング装置３で回転可能に保持する。

チュービング装置３を駆動させて、その中央の駆動孔３ｂに挿通されたケーシング１を回転させながら下向きに掘削させる。ケーシング１の下端の掘削刃１ａは、回転するケーシング１によって、地盤を円周状に下向きに掘削しながら掘り進む。

掘削当初の地盤表面付近は、硬質地盤ａではなく土砂などで構成されているため、ハンマーグラブ５で容易に掴むことができる。このため、ケーシング１の下端の掘削刃１ａによって下向きに円周状に掘り進められたその内部の土砂は、クレーン４で吊られるハンマーグラブ５をケーシング１の内部に垂下し、ハンマーグラブ５を使って掴まれて地上に排出される。

この作業は、ケーシング１による所定の深さ下向きに円周状に掘り進む作業と、所定深さ掘削すると掘削作業を中断し、ケーシング１によって円周状に掘削された内部の土砂をクレーン４で吊られたハンマーグラブ５を使って地上に排出する作業とが交互に繰り返し行われながら、掘削作業が進められる。下向きに掘り進むケーシング１は、深くなるにつれて、その都度、上方から継ぎ足される。継ぎ足されたケーシング１は下向きに延びることになる。

下向きに掘り進むうちに岩盤又は転石などからなる硬質地盤ａにぶち当たると、ケーシング１の下端の掘削刃１ａは硬質地盤ａを円周状に切ることはできるが、円周状に切られたその内部の硬質地盤ａをハンマーグラブ５で掴み取ることができない。ハンマーグラブ５で掴み取れるように、円周状に切られたその内部の硬質地盤ａを砕くことが求められる。

ケーシング１内の硬質地盤ａを砕く作業は、偏心用砕岩装置６を何度も繰り返し自然落下させることにより行われるが、前述したように、偏心用砕岩装置６を落下したとき、硬質地盤ａにひび割れを生じさせるためには、ケーシング１内の硬質地盤ａにひび割れ誘起用の穴ｂを穿設させておくことが必要となる。この穴ｂはダウンザホールハンマー装置２を使って掘られる。

ダウンザホールハンマー装置２をクレーン４で吊り、予め上部係合部材７が上部に取り付けられたケーシング１の内部に入れる。上部係合部材７の中心部分に係合孔７ａが形成されていて、この係合孔７ａにダウンザホールハンマー装置２を挿入することで、ダウンザホールハンマー装置２はケーシング１の回転中心部に入れられる。

掘削先端が硬質地盤ａの表面に当接するダウンザホールハンマー装置２のロッド２ｂの上部側はケーシング１の上端より上方に突出している。この上方に突出しているロッド２ｂの外周側面に上部係合部材７の係合孔７ａが係合する。つまり、上部係合部材７によって、ダウンザホールハンマー装置２の上部側は上下方向には移動自在で且つ回転が相対的に拘束された状態でケーシング１の上部に係合される。

ケーシング１の内部にダウンザホールハンマー装置２を挿入し、その上部側をケーシング１の上部の上部係合部材７に係合して取り付けた後、チュービング装置３を再駆動させる。ケーシング１はチュービング装置３の駆動により、例えば１分間に１〜２回転のゆっくりした速度で回転しながら、その下端の掘削刃１ａで硬質地盤ａを円周状に切る。

上部側がケーシング１の上部に係合されたダウンザホールハンマー装置２は、ケーシング１と一体となって同じ角速度で回転しながら、その先端部分の掘削ビット２ａは上下に激しく振動して硬質地盤ａを打撃して砕く。掘削ビット２ａは１分間に１５００回程、上下に激しく振動する。砕かれた岩石は掘削ビット２ａを上下に振動させる高圧エアーを利用してケーシング１の内部の掘削開始表面まで運ばれる。

ダウンザホールハンマー装置２は、先端の掘削ビット２ａの直径がそれ以外のロッド２ｂの直径より少し大きくなっている。先端以外のロッド２ｂの直径が先端の掘削ビット２ａの直径より小さいのは、下方に向けて掘り進むロッド２ｂの外周側面に掘削された硬質地盤ａの内周側面からの接触抵抗を小さくするためである。このため、ロッド２ｂの外周側面と掘削された硬質地盤ａの内周側面との間には隙間があり、この隙間を利用して、砕かれた岩石は高圧エアーによって吹き上げられて、掘削開始表面まで運ばれるのである。

そして、ケーシング１及びダウンザホールハンマー装置２により、硬質地盤ａを一定の深さ掘り下げると、ダウンザホールハンマー装置２をケーシング１内から引き抜いて、ケーシング１の中央にひび割れ誘起用の穴ｂがあけられその周囲に残ったリング幅の狭いリング状の硬質地盤ａを砕くための作業が引き続き行われる。

このひび割れ誘起用の穴ｂがあけられその周囲に残ったリング幅の狭いリング状の硬質地盤ａを砕く作業は、ハンマーグラブ５叉は偏心用砕岩装置６を使用して行われる。リング状の硬質地盤ａのリング幅が狭くて、ハンマーグラブ５の自然落下でも砕くことが可能な場合には、偏心用砕岩装置６は使用されずに、同ハンマーグラブ５でリング幅の狭いリング状の硬質地盤ａを砕き、砕いた後は同ハンマーグラブ５で掴み取って外部に排出する作業が行われる。この場合には、ハンマーグラブ５と偏心用砕岩装置６とを交互に代えて行う作業を省略でき、作業効率が飛躍的に高まる。

リング状の硬質地盤ａがハンマーグラブ５の自然落下では砕くことができないリング幅を有する場合には、代わりにクレーン４で吊られた偏心用砕岩装置６をケーシング１内に入れて、一定の高さでワイヤー６ａに繋がれた偏心用砕岩装置６をケーシング１の中心からずらして、リング幅の狭いリング状の硬質地盤ａの表面に向けて自然落下させる。落下させた後はワイヤー６ａを引き上げて偏心用砕岩装置６を一定の高さまで引き上げて再びリング幅の狭いリング状の硬質地盤ａの表面に向けて自然落下させる。

この作業を何度も繰り返して、中央のひび割れ誘起用の穴ｂの周囲に残っているリング幅の狭いリング状の硬質地盤ａを砕く。このとき、偏心用砕岩装置６は、ケーシング１の内部の中心から外れ、その周囲のリング幅の狭いリング状の硬質地盤ａの表面の上方位置にセットされているため、確実にリング幅の狭いリング状の硬質地盤ａの表面に落下し続けて、中央のひび割れ誘起用の穴ｂに滑り落ちることはない。

リング状の硬質地盤ａが砕かれてハンマーグラブ５で掴み取れる大きさの岩石になると、偏心用砕岩装置６をケーシング１内から引き抜いて、代わりにクレーン４で吊られるハンマーグラブ５をケーシング１の内部に入れて、砕かれた岩石はハンマーグラブ５によって掴まれて地上に排出される。

この作業は、ケーシング１とダウンザホールハンマー装置２による所定の深さ下向きに掘り進む作業、及びそれに続く偏心用砕岩装置６を使ってのリング幅の狭いリング状の硬質地盤ａを砕く作業と、ケーシング１内部の偏心用砕岩装置６によって砕かれた岩石をクレーン４で吊られたハンマーグラブ５を使って地上に排出する作業とが交互に繰り返し行われながら、掘削作業が進められる。

下向きに掘り進むケーシング１及びダウンザホールハンマー装置２のロッド２ｂは、深くなるにつれて、その都度、上方から継ぎ足される。継ぎ足されたケーシング１及びダウンザホールハンマー装置２は下向きに延びることになる。

この場合において、硬質地盤ａが岩盤からなるときには、ダウンザホールハンマー装置２をケーシング１に先行させて硬質地盤ａの岩盤を掘り下げる。つまり、ダウンザホールハンマー装置２を先に駆動させて、その先端の掘削ビット２ａで少し穴を掘り、遅れてケーシング１を駆動させるのである。その結果、掘削ビット２ａの先端がケーシング１の下端の掘削刃１ａの先端よりも常に深い位置にあり、この上下差を維持した状態で、掘削が行われるのである。

ケーシング１の掘削に先行して、ケーシング１で掘削される硬質地盤ａの岩盤の中央にひび割れ誘起用の穴ｂが既に掘られている場合には、穴ｂの周囲の岩盤を円周状に切るときの抵抗が小さくなるためである。これはケーシング１でリング状の硬質地盤ａの岩盤を円周状に切るとき、ケーシング１の内部側の抵抗が空洞になっている中央に集まって放出されるためである。中央が空洞になっていない場合には内部側の抵抗は放出されないため、ケーシング１で硬質地盤ａの岩盤を掘削するときの抵抗が大きく、掘削刃１ａの磨耗も激しいものとなるからである。

また、硬質地盤ａが転石からなる場合には、ケーシング１をダウンザホールハンマー装置２に先行させて硬質地盤ａの転石を掘り下げる。つまり、ケーシング１を先に駆動させて、その下端の掘削刃１ａで先に硬質地盤ａの転石を円周状に切り、遅れてダウンザホールハンマー装置２を駆動させるのである。その結果、ケーシング１の下端の掘削刃１ａの先端が掘削ビット２ａの先端よりも常に深い位置にあり、この上下差を維持した状態で、掘削が行われるのである。

ダウンザホールハンマー装置２の掘削に先行して、ケーシング１で掘られている場合には、ダウンザホールハンマー装置２の先端の掘削ビット２ａが傾いて掘削するのが防がれるのである。転石はハンマーグラブ５では掴みきれない大きさの岩石の塊で、これが地中に積層状態になっている。一つの大きな塊の岩盤に比べて、上下の転石はその境界部分で表面の硬度や傾きなどに微妙に相違があり、その境界部分で掘削条件が変わって少し不安定になる。少しの不安定で掘削ビット２ａが傾いて掘削したり又破損し易くなるが、掘削しようとする転石の周囲が先行するケーシング１で囲まれているので、転石が平面方向にずれたり傾いたりするのが防がれて安定するからである。

また、転石はハンマーグラブ５では掴みきれない大きさの岩石ばかりでなく、ハンマーグラブ５で掴みきれる大きさの岩石と積層状態になっていることもある。又ダウンザホールハンマー装置２で砕いた転石の周囲の他の転石が内側に崩壊してしまい、同じ深さの位置を掘削し直さなければならない後戻りの作業となったり、杭穴内周側面を緩めたりするが、砕こうとする転石の周囲がケーシング１で囲まれているので、杭穴内周側面が崩壊するのが防がれて安定するからである。

以上の作業を繰り返しながら、岩盤又は転石などからなる硬質地盤ａに深い杭穴ｃ、深い場合には５０ｍにも達する杭穴ｃを掘削することになるが、ケーシング１による掘削作業とダウンザホールハンマー装置２による掘削作業が同時に行われるので、作業期間を大幅に短縮することが可能となり、工期の短縮に起因してコストもその分、安価にすることができる。

所定の深さの杭穴ｃがあけられると、杭穴ｃの内周側面はケーシング１の外周側面によって保持されてその崩壊が防がれる。それからケーシング１の内部に杭を補強する鉄筋が挿入され、コンクリートが流し込まれる。そして、コンクリートを流し込みながら、杭穴ｃの内周側面が崩壊しないように注意しながらケーシング１をチュービング装置３で引き上げる。このようにして、杭穴ｃに鉄筋及びコンクリートが打設されて、支持杭や基礎杭が構築される。

なお、この発明は上記発明を実施するための形態に限定されるものではなく、この発明の精神を逸脱しない範囲で種々の改変をなし得ることは勿論である。また、上記発明を実施するための形態において、偏心用砕岩装置６はリング幅が小さいリング状の硬い岩盤部分を砕く場合で説明したが、リング幅が狭くないリング状の硬い岩盤部分を砕く場合にもそのまま使用できるのは勿論である。

１ ケーシング
１ａ 掘削刃
２ ダウンザホールハンマー装置
２ａ 掘削ビット
２ｂ ロッド
２ｃ 突起
２ｄ 吊具
２ｅ エアーホース
３ チュービング装置
３ａ アンカー
３ｂ 駆動孔
４ クレーン
４ａ フック
５ ハンマーグラブ
６ 偏心用砕岩装置
６ａ ワイヤー
６ｂ 偏心部材
７ 上部係合部材
７ａ 係合孔
７ｂ 凹部
ａ 硬質地盤
ｂ 穴
ｃ 杭穴

Claims (5)

1. 回転するケーシングにより岩盤又は転石などからなる硬質地盤を掘り下げると共にこれと並行して、回転するケーシングの内部にダウンザホールハンマー装置が上下方向移動自在に且つ回転が相対的に拘束された状態で設置され、ケーシングと一体となってケーシングの回転中心を回転するダウンザホールハンマー装置によってケーシングの内部の硬質地盤にハンマーグラブの落下によるひび割れ誘起用の穴をあけ、ひび割れ誘起用の穴の周囲に残ったリング幅の狭いリング状の硬質地盤をハンマーグラブの落下によってケーシングの内部の硬質地盤を当該ハンマーグラブで掴める大きさに砕くことを特徴とする硬質地盤掘削工法。
2. 回転するケーシングにより岩盤又は転石などからなる硬質地盤を掘り下げると共にこれと並行して、回転するケーシングの内部にダウンザホールハンマー装置が上下方向移動自在に且つ回転が相対的に拘束された状態で設置され、ケーシングと一体となってケーシングの回転中心を回転するダウンザホールハンマー装置によってケーシングの内部の硬質地盤に偏心用砕岩装置の落下によるひび割れ誘起用の穴をあけ、ひび割れ誘起用の穴の周囲に残ったリング状の硬質地盤を偏心用砕岩装置の落下によってケーシングの内部の硬質地盤をハンマーグラブで掴める大きさに砕くことを特徴とする硬質地盤掘削工法。
3. ダウンザホールハンマー装置をケーシングに先行させて岩盤を掘り下げる請求項１又は請求項２に記載の硬質地盤掘削工法。
4. ケーシングをダウンザホールハンマー装置に先行させて転石を掘り下げる請求項１又は請求項２に記載の硬質地盤掘削工法。
5. ダウンザホールハンマー装置の上部側は、ケーシング上部に上部係合部材により上下方向移動自在且つ回転が相対的に拘束された状態でケーシングの上部に係合されて、ダウンザホールハンマー装置は回転するケーシングと一体となって回転して硬質地盤にひび割れ誘起用の穴をあける請求項１又は請求項２に記載の硬質地盤掘削工法。

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