JP5382773B2

JP5382773B2 - 掘削装置に取り付ける回転支持具

Info

Publication number: JP5382773B2
Application number: JP2009029135A
Authority: JP
Inventors: 英二中田
Original assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry
Current assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry
Priority date: 2009-02-10
Filing date: 2009-02-10
Publication date: 2014-01-08
Anticipated expiration: 2029-02-10
Also published as: JP2010185193A

Description

本発明は、地盤等を長距離にわたって横方向に掘削する際に用いられる、掘削装置に取り付ける回転支持具に関する。

近年、高レベル放射性廃棄物を地下深部に処分する研究が実施されており、このための地下研究施設が国内でも２箇所に建設され、さらに炭鉱などの鉱山の地下を利用した研究もおこなわれている。これらの研究は非常に柔らかい堆積岩が対象となっている場合もあり、坑道周辺の岩盤性状調査、水質調査を行う場合、横方向のボーリング掘削が必要となっている。

所望の場所の環境を評価するために地盤に掘削孔を設ける場合、処理部の直下等に延びる掘削孔が必要になる。このため、立坑を設け、立坑から横方向に延びる掘削孔を設けることが従来から実施されている（例えば、特許文献１参照）。横方向に掘削孔を設ける場合、スペースの関係から、切削工具の後端側に複数のロッド部材を連結した装置を用いることが従来から実施されている（例えば、特許文献２参照）。

トンネル内からの環境評価のための掘削孔は直径１０ｃｍ以下の掘削孔であることが多く、安全である範囲やトンネル掘削の影響が及んでいる範囲を明らかにする研究においてはこのような小径の掘削孔を長距離にわたり掘削する必要が生じている。掘削孔が長尺になると、複数のロッド部材を連結して長尺状態になったロッド材が自重によってたわみ、掘削孔の孔壁がロッド部材により削られてしまうことがあった。

このため、限られた径の入り口に対し途中の掘削孔が大径・非円形状になってしまうことがあり、水理、水質試験で設置するゴム製の封止部材（パッカー）による地下水の封止ができなくなると共に、岩盤性状の評価においては予定していた個所に設置する予定であった機器の移動が必要となるなど調査に支障が生じているのが現状であった。

特開２００５−２７０７８６号公報特開２００８−１７５０３０号公報

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、地盤等を長距離にわたって横方向に掘削する際に長尺状態のロッド材の自重によるたわみを抑制することができる、掘削装置に取り付ける回転支持具を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための請求項１に係る本発明の掘削装置に取り付ける回転支持具は、掘削刃部材が設けられた掘削手段に長尺状態のロッド材が接続され、前記ロッド材の軸心周りの回転が伝えられることで前記掘削刃部材を掘削回転させ、前記掘削刃部材の回転により長尺の掘削孔を掘削するに際し、前記長尺状態のロッド材の掘削孔内でのたわみを抑制する掘削装置に取り付ける回転支持具であって、前記掘削孔の径よりも小径の回転ロッド部材と、前記回転ロッド部材の外周に相対的に自在に回転するように設けられた筒部材とからなり、前記筒部材が、軸受を介して前記回転ロッド部材の外周に支持され前記掘削孔の内壁に当接し、前記軸受は、前記回転ロッド部材の軸方向に間をあけて複数設けられ、前記複数の軸受の軸方向の間における前記回転ロッド部材の外周にはスペーサが設けられ、前記軸受が、メタル軸受であり、前記筒部材の端部と前記回転ロッド部材の間には、前記筒部材の軸方向の移動を規制すると共に前記回転ロッド部材に対して前記筒部材を相対的に自在に回転することのできる規制軸受が設けられ、前記規制軸受にはボーリング掘進時に推進力が載荷されないように、前記筒部材と前記規制軸受を受ける前記回転ロッド部材との間にわずかな隙間が設けられていることを特徴とする。

請求項１に係る本発明では、掘削孔の内壁に当接した筒部材に対して回転ロッド部材が回転することで、長尺状態のロッド材が掘削孔に支持された状態で掘削回転され、地盤等を長距離にわたって横方向に掘削する際に長尺状のロッド部材の自重によるたわみを抑制することができる。
そして、軸受を介して筒部材が回転ロッドに対して相対的に支持され、筒部材を確実に相対回転させることができる。
また、スペーサを介して軸方向の複数個所で筒部材を回転ロッド部材に対して相対的に回転支持させることができる。
また、メタル軸受を用いることで筒部材の回転支持部の径方向の寸法を最小限に抑制することができる。
また、筒部材の端部と回転ロッド部材との間に規制軸受が設けられているので、筒部材の端部と回転ロッド部材が軸方向で直接接触することがなく、回転ロッド部材と共に筒部材が連れ回りすることがない。

また、請求項２に係る掘削装置に取り付ける本発明の回転支持具は、前記筒部材には円盤状のフランジ部が設けられ、フランジ部の盤面には流体が流通する流通孔が前記盤面を貫通して形成されていることを特徴とする。

請求項２に係る本発明では、円盤状のフランジ部を掘削孔の内壁に当接させることができ、流通孔により排出流体を流通させることができる。

また、請求項３に係る掘削装置に取り付ける本発明の回転支持具は、前記フランジ部は前記筒部材の軸方向に複数設けられ、前記複数のフランジ部の外周にわたり一つの支持筒部材が嵌合していることを特徴とする。

請求項３に係る本発明では、フランジ部を複数設けて一つの支持筒部材を嵌合させることで、掘削孔の軸方向に対して広い接触面積で支持筒部材を当接させることができ、掘削孔の内壁をフランジ部で削り取ることなく筒部材を回転自在に支持することができる。

本発明の掘削装置に取り付ける回転支持具は、地盤等を長距離にわたって横方向に掘削する際に長尺状のロッド部材の自重によるたわみを抑制することができる。

本発明の一実施形態例に係る回転支持具の概略状況図である。回転支持具の断面図である。図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視図である。

図１には本発明の一実施形態例に係る掘削装置に取り付ける回転支持具の概略状況、図２には回転支持具の断面構造を説明する状況、図３には図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面を見た状態を示してある。

図１に示すように、小径で長尺の掘削孔３を掘削する場合、複数のロッド部材８を連結し、複数のロッド部材８の先端に掘削用の掘削部材を備えた装置が使用される。

掘削孔３が長尺になると、複数のロッド部材８を連結した長尺状態のロッド材が自重によってたわみ、中央部の掘削孔３だけがロッド部材８により削られてしまう虞がある。限られた径の入り口に対し途中の掘削孔３が大径・非円形状になってしまうと、封止部材による封止ができなくなると共に、予定していた形状の部位に対する評価手段（作業具）の選定が困難になることが考えられる。

このため、掘削装置４には複数のロッド部材８の任意のロッド部材８の間に接続され、掘削孔３の内壁面に対して長尺状態のロッド材を回転自在に支持する回転支持具２１が備えられている。

図２、図３に基づいて回転支持具２１を説明する。

図２に示すように、両端の雄ねじａ及び雌ねじｂを挟んで回転ロッド部材２２が備えられ、回転ロッド部材２２の外周には回転支持部材としての筒部材２３が独立して回転できるように取り付けられている。回転ロッド部材２２の軸心部には軸方向に延びる流体流路３１が設けられ、流体流路３１はロッド部材８の流体流路と連通して掘削用の水が供給される。

筒部材２３はオイルレスのメタル軸受２４を介して回転ロッド部材２２に支持され、メタル軸受２４は回転ロッド部材２２の両端部にそれぞれ２個設けられている。メタル軸受２４は高分子油が含有されている無潤滑金属で構成されている。２個のメタル軸受２４の間にはスペーサ３２が設けられ、スペーサ３２を介して間を空けてメタル軸受２４が配されている。これにより、軸方向における回転支持部の支持長さが十分に確保されている。

スペーサ３２を介して２個のメタル軸受２４を配することで、軸方向の複数個所で筒部材２３を回転ロッド部材２２に対して回転支持させることができ、また、メタル軸受２４を用いることで筒部材２３の回転支持部の径方向の寸法を最小限に抑制して筒部材２３を確実に回転自在に支持することができる。

尚、メタル軸受２４は１個もしくは３個以上配することも可能である。

図２、図３に示すように、筒部材２３には円盤状のフランジ部２５が設けられ、フランジ部２５は筒部材２３の軸方向に２個設けられている。フランジ部２５の盤面には流体である排水が流通する流通孔２９が盤面を貫通して周方向に複数形成されている。フランジ部２５の径は掘削孔３の内径と同程度の径とされている。そして、２個のフランジ部２５の外周にわたり一つの支持筒部材２６が嵌合し、支持筒部材２６が掘削孔３の内壁に当接するようになっている。

支持筒部材２６を介して筒部材２３が掘削孔３の内壁に当接することで、筒部材２３に対して回転ロッド部材２２が回転し、筒部材２３が回転ロッド部材２２に対して相対回転自在に支持された状態にされる。２個のフランジ部２５に対して一つの支持筒部材２６を嵌合させることで、掘削孔３の軸方向に対して広い接触面積で筒部材２３側の部材を当接させることができ、掘削孔３の内壁がフランジ部２５で削り取られない状態で筒部材２３を回転自在に支持することができる。

尚、フランジ部２５を備えた筒部材２３を交換することで、掘削孔３の径が変更になった場合に対処することができる。

両端の雄ねじａ、雌ねじｂと筒部材２３の端部の間には、筒部材２３の軸方向の移動を規制すると共に回転ロッド部材２２に対して筒部材２３を相対的に回転自在に支持する規制軸受としてベアリング２７が設けられている。ボーリング掘進時に推進力が載荷されないように、筒部材２３とベアリング２７を受ける回転ロッド部材２２との間にわずかな隙間が設けられている。

筒部材２３の端部と回転ロッド部材２２との間にベアリング２７が設けられているので、筒部材２３の端部と回転ロッド部材２２が軸方向で直接接触することがなく、回転ロッド部材２２と共に筒部材２３が連れ回りすることがない。

上述した回転支持具２１は、複数のロッド部材８の任意のロッド部材８の間に接続され、掘削孔３の内壁に支持筒部材２６が当接した状態で掘削が実施される。即ち、支持筒部材２６が掘削孔３の内壁に当接して筒部材２３により回転ロッド部材２２が回転支持された状態で、複数のロッド部材８及び回転ロッド部材２２が回転して掘削部材５の掘削回転が実施される。

従って、回転支持具２１の部位で長尺状態のロッド材が掘削孔３に支持された状態で掘削回転され、地盤等を長距離にわたって横方向に掘削する際に、長尺状態のロッド材の自重によるたわみを抑制することができる。これにより、中央部の掘削孔３だけがロッド材により削られてしまう等で掘削孔３が変形することがなくなり、封止部材等の機器や工具を確実に適用することができる。

掘削を行う際には、ロッド部材８の流体流路及び回転ロッド部材２２の流体流路３１を通して図示しない掘削部材に給水が行われ、掘削後の泥水等は、ロッド部材８と掘削孔３の間の隙間、及び、回転支持具２１のフランジ部２５の流通孔２９を流通して外部に排出される。

本発明は、地盤等を長距離にわたって横方向に掘削する際に用いられる回転支持具の産業分野で利用することができる。

また、本発明は、地盤等を長距離にわたって横方向に掘削し測定機器等を所定の箇所に設置する産業分野で利用することができる。

３掘削孔
２１回転支持具
２２回転ロッド部材
２３筒部材
２４メタル軸受
２５フランジ部
２６支持筒部材
２７ベアリング
２９流通孔
３１流体流路
３２スペーサ

Claims

掘削刃部材が設けられた掘削手段に長尺状態のロッド材が接続され、前記ロッド材の軸心周りの回転が伝えられることで前記掘削刃部材を掘削回転させ、前記掘削刃部材の回転により長尺の掘削孔を掘削するに際し、前記長尺状態のロッド材の掘削孔内でのたわみを抑制する掘削装置に取り付ける回転支持具であって、
前記掘削孔の径よりも小径の回転ロッド部材と、
前記回転ロッド部材の外周に相対的に自在に回転するように設けられた筒部材とからなり、
前記筒部材が、軸受を介して前記回転ロッド部材の外周に支持され前記掘削孔の内壁に当接し、
前記軸受は、前記回転ロッド部材の軸方向に間をあけて複数設けられ、前記複数の軸受の軸方向の間における前記回転ロッド部材の外周にはスペーサが設けられ、
前記軸受が、メタル軸受であり、
前記筒部材の端部と前記回転ロッド部材の間には、前記筒部材の軸方向の移動を規制すると共に前記回転ロッド部材に対して前記筒部材を相対的に自在に回転することのできる規制軸受が設けられ、
前記規制軸受にはボーリング掘進時に推進力が載荷されないように、前記筒部材と前記規制軸受を受ける前記回転ロッド部材との間にわずかな隙間が設けられている
ことを特徴とする掘削装置に取り付ける回転支持具。
請求項１に記載の掘削装置に取り付ける回転支持具において、
前記筒部材には円盤状のフランジ部が設けられ、フランジ部の盤面には流体が流通する流通孔が前記盤面を貫通して形成されている
ことを特徴とする掘削装置に取り付ける回転支持具。
請求項２に記載の掘削装置に取り付ける回転支持具において、
前記フランジ部は前記筒部材の軸方向に複数設けられ、前記複数のフランジ部の外周にわたり一つの支持筒部材が嵌合している
ことを特徴とする掘削装置に取り付ける回転支持具。