JP5474592B2 - 土壌採取装置 - Google Patents

Description

本発明は、地中の土壌採取目標位置の土壌を採取するための土壌採取装置に関する。

中心軸線に沿って後端面と先端面とに貫通するように延長する内部空間を有して地中に設置される断面円環状の削孔ビット部と、削孔ビット部の内部空間と連通して地上まで連続する内部空間を有したロッド部と、ロッド部及び削孔ビット部の内部空間を経由して削孔ビット部の先端面より地中を推進して削孔ビット部の前方の土壌を採取するサンプリング管とを備えた土壌採取装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−２７０６０８号公報

しかしながら、特許文献１の土壌採取装置によれば、サンプリング管は、ロッド部及び削孔ビット部の内部空間の径よりも小径のものを用いなくてはならないため、サンプリング管の強度を十分に確保できない場合がある。サンプリング管の強度を十分に確保できない場合、サンプリング管を地中に推進させにくくなり、サンプリング管で土壌を採取する作業が困難となるという課題があった。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、サンプリング管を地中に推進させやすく、土壌採取作業を確実容易に行える土壌採取装置を提供する。

本発明に係る土壌採取装置は、ロッド部を介した回転駆動力を受けて中心軸線を回転中心として回転可能な削孔ビット部と、削孔ビット部の先端側の外周面に設けられたビット部側ねじ部と、外管と、外管の内周面に設けられた外管側ねじ部とを備え、外管が外管側ねじ部とビット部側ねじ部とのねじ係合によって削孔ビット部の先端側の外周面に取付けられ、土壌を採取する際には、地中において削孔ビット部を一方方向に回転させることにより削孔ビット部の先端面が外管の内側に後退して外管の先端側に土壌を収容可能な先端開口の外管内部空間を形成する土壌採取可能状態に設定され、土壌採取可能状態でロッド部が押し込まれることにより土壌が外管内部空間に取り込まれるように構成されたので、土壌採取可能状態においてサンプリング管として機能する外管の外管内部空間の径寸法を削孔ビット部の外径寸法以上とできるため、サンプリング管の強度を確保しやすくなり、サンプリング管を地中に推進させやすく、土壌採取作業を確実容易に行えるようになる。
また、本発明に係る土壌採取装置は、中心軸線に沿って後端面と先端面とに貫通するように延長する内部空間を有して地中に設置される断面環状の削孔ビット部と、削孔ビット部の内部空間と連通して地上まで連続する内部空間を有したロッド部と、ロッド部及び削孔ビット部の内部空間を経由して削孔ビット部の先端面より地中に突出して地中を進行可能な土壌採取部とを備え、土壌採取部は、中心軸線を中心とした螺旋体により形成され、当該螺旋体が中心軸線を中心として回転して地中を進行することで地中の土壌が螺旋体で囲まれた空間内に取り込まれるように構成されたので、サンプリング管として機能する螺旋体を地中に推進させやすくなり、土壌採取作業を確実容易に行えるようになる。

（ａ）は土壌採取装置の削孔可能状態を示す図、（ｂ）は土壌採取装置の土壌採取可能状態を示す図（実施形態１）。 （ａ）は削孔時を示す図、（ｂ）は土壌採取時を示す図（実施形態１）。 （ａ）は土壌採取装置の削孔状態時を示す縦断面図（＝削孔ビット部の中心軸線に沿った断面）、（ｂ）は土壌採取装置の土壌採取状態時を示す縦断面図、（ｃ）はゾンデ設置部の横断面図（＝削孔ビット部の中心軸線と直交する断面）（実施形態２）。 （ａ）は削孔時を示す図、（ｂ）は土壌採取時を示す図（実施形態２）。

実施形態１
図２に示すように、実施形態１の土壌採取装置１は、例えば、自由曲線削孔機２のロッド部５の先端５ｔに取付けられて土壌を採取するための装置である。

図１に示すように、土壌採取装置１は、ロッド部５を介した回転駆動力を受けて中心軸線ａを回転中心として回転可能な円柱状の削孔ビット部３と、中心軸線ａと直交する断面が円環形状である例えば金属製の円管により形成された外管４とを備える。
削孔ビット部３は、先端側の外周面に、削孔ビット部３の中心軸線ａに沿って螺旋を描いて延長するように設けられたビット部側ねじ部６を備える。
外管４は、内周面に、削孔ビット部３の中心軸線ａと一致する外管４の中心軸線に沿って螺旋を描いて延長するように設けられた外管側ねじ部７を備える。
即ち、土壌採取装置１は、外管４がビット部側ねじ部６と外管側ねじ部７とのねじ係合によって削孔ビット部３の先端側の外周面に取付けられた構成である。
ビット部側ねじ部６及び外管側ねじ部７は、対応する雄ねじと雌ねじとにより構成される。

削孔ビット部３は、例えば金属製の中実の円柱の一端が斜めに切り落とされたような楕円傾斜面により形成された先端面９を備え、この先端面９に図外の削岩チップを有した構成である。削孔ビット部３は、後部に、断面円形状の中空空間により形成された位置検出センサ設置空間１０を有した位置検出センサ設置部１１を備え、この位置検出センサ設置空間１０内に磁気センサやジャイロセンサなどの図外の位置検出センサが設置固定される。１２は、位置検出センサとしての磁気センサからの磁気信号を削孔ビット部３の外部に伝播可能とするための溝であり、この溝１２内には樹脂１３が充填されている。また、削孔ビット部３は、先端面９に図外の削孔液噴射孔を備え、内部には先端面９と後端面１４とに貫通して削孔液噴射孔とロッド部５の内部空間５ｕとを連通させる図外の削孔液供給路を備える。

自由曲線削孔機２のロッド部５の先端部と削孔ビット部３の後端部とが例えばねじ結合されることで、削孔ビット部３がロッド部５の先端５ｔに取付けられる。ロッド部５は、削孔が進むに伴って例えば金属製の円管により形成されるロッド５ａを複数個順次継ぎ足して構成される。ロッド５ａ同士の連結は、例えば、ネジ継手のような図外の連結部材が用いられる。例えば、図２に示すように、ロッド部５、ロッド部５の先端５ｔに取付けられた削孔ビット部３、ロッド部５を前後動させたり回転させたりするための駆動装置８等により自由曲線削孔機２が構成される。

削孔する際には、削孔ビット部３を後述する一方方向とは反対方向に回転させることにより、土壌採取装置１は、削孔ビット部３の先端面９が外管４の先端開口４ｔよりも前方に突出する削孔可能状態（図１（ａ）に示す状態）に設定される。
そして、土壌を採取する際には、ロッド部５をロッド部５の中心軸線ａを回転中心として一方方向に回転させることで削孔ビット部３を地中において一方方向に回転させることにより、外管４は地盤との摩擦により回転しないので、削孔ビット部３の先端面９が外管４の内側に後退して外管４の先端側に土壌を収容可能な先端開口４ｔの外管内部空間１５を形成する土壌採取可能状態（図１（ｂ）に示す状態）に設定される。この土壌採取可能状態でロッド部５が押し込まれることにより、土壌が外管内部空間１５内に取り込まれる。即ち、土壌採取可能状態においては、外管４がサンプリング管として機能する。

ロッド部５の先端５ｔに土壌採取装置１を備えた自由曲線削孔機２を用いて、例えば、機械工場のような建屋１６下の地中や廃棄物処分場跡のような更地下の地中における土壌採取目標位置６０での汚染された土壌を採取する土壌採取方法を説明する。

まず、土壌採取装置１を削孔可能状態（図１（ａ）に示す状態）に設定し、図２（ａ）に示すように、土壌採取装置１の削孔ビット部３で地中を削孔する。そして、図２（ｂ）に示すように、削孔ビット部３を土壌採取目標位置６０まで到達させる。例えば、削孔ビット部３を土壌採取目標位置６０の深さ位置まで斜め下方向に推進させるようにして斜め下方向に地盤を削孔した後、削孔ビット部３を水平方向に推進させるようにして水平方向に地盤を削孔して削孔ビット部３を土壌採取目標位置６０まで到達させる。
地盤を斜めに削孔する場合には、自由曲線削孔機２の駆動装置８に設けられた図外のモータのような回転駆動源により、ロッド部５をロッド部５の中心軸線ａを回転中心として回転させることによって、削孔ビット部３を一方方向とは反対方向に回転させながら削孔ビット部３を推進させる。
削孔ビット部３の推進方向を変える場合は、ロッド部５を回転させないで、駆動装置８に設けられた図外の油圧シリンダのような押圧装置でロッド部５に推進力を与えて削孔ビット部３の楕円傾斜面に形成された先端面９に土圧が作用するようにすることで、削孔ビット部３の推進方向を変える。これにより、削孔ビット部３及びロッド部５を水平方向に移動させることができる。

削孔の際には、ロッド部５の内部空間５ｕ及び削孔ビット部３の内部に形成された図外の削孔液供給路を削孔液の供給路として利用するので、ロッド部５の後端を図外の削孔液供給装置に繋ぎ、ロッド部５を回転させるとともに、削孔液供給装置からロッド部５の内部空間５ｕを介して削孔ビット部３に削孔液を圧送して供給する。削孔液としては、水、ベントナイト溶液、ポリマー等の安定液等を用いる。これにより、ロッド部５の内部空間５ｕ、削孔ビット部３内の削孔液供給路を介して削孔ビット部３の図外の削孔液噴射孔から削孔ビット部３の前方の地盤に削孔液が噴射されながら削孔ビット部３が地盤を削孔する。
そして、削孔が進むのに応じてロッド５ａを順次継ぎ足していく動作を繰り返すことにより、削孔ビット部３を土壌採取目標位置６０に到達させる。

土壌採取装置１の削孔ビット部３が土壌採取目標位置６０に到達した後、土壌採取目標位置６０の土壌を採取する際には、土壌採取装置１を土壌採取可能状態（図１（ｂ）に示した状態）に設定した後に、この土壌採取可能状態でロッド部５を前方に押し込む。これにより、土壌採取目標位置６０の土壌が外管４の先端開口４ｔを介して外管内部空間１５内に圧縮状態に充填される。その後、ロッド部５及び土壌採取装置１を削孔始点に引き戻して地上に回収した後、外管４の外管内部空間１５内に採取された土壌を取り出して土壌採取目標位置６０の土壌の成分調査を行う。

尚、作業者は図外のモニターに表示される位置検出センサからの情報（方位情報、距離情報等）を確認しながら、削孔ビット部３を土壌採取目標位置６０に到達させる削孔作業、及び、土壌採取目標位置６０の土壌を外管４の外管内部空間１５内に取り込む土壌採取作業を行う。
また、削孔ビット部３の外周面に外管４の後方への必要以上の移動を阻止するためのストッパ１７（図１参照）を設ければ、外管４がストッパ１７より後方に移動するのを防止でき、ロッド部５を一方方向に一定回数だけ回転させることにより、土壌採取装置１を土壌採取可能状態に早く設定できるので好ましい。

実施形態１の土壌採取装置１によれば、土壌採取可能状態においてサンプリング管として機能する外管４の外管内部空間１５の径寸法が削孔ビット部３の外径寸法以上になる。よって、特許文献１に開示された削孔ビット部と外径寸法の同じ削孔ビット部３を用いた場合、特許文献１に開示された従来技術と比べて径の大きいサンプリング管（外管４）を用いることができる。
従って、特許文献１に開示された削孔ビット部と外径寸法の同じ削孔ビット部３を用いた場合、サンプリング管として機能する外管４の強度を大きくでき、外管４を地中に推進させやすく（押し込みやすく）なるので、土壌採取作業を確実容易に行えるようになるという効果が得られる。
また、特許文献１に開示された削孔ビット部と外径寸法の同じ削孔ビット部３を用いた場合、サンプリング管として機能する外管４の外管内部空間１５を大きくでき、土壌採取量を多くできる。
また、実施形態１の土壌採取装置１は、削孔作業時、土壌採取作業時のいずれにおいても削孔ビット部３内に図外の位置検出センサを備えているので、作業者は図外のモニターに表示される位置検出センサからの情報（方位情報、距離情報等）を確認しながら、削孔作業、及び、土壌採取作業を正確に行える。

実施形態２
図３に示すように、実施形態２の土壌採取装置１は、中心軸線ａ１を断面中心として中心軸線ａ１に沿って後端面２０と先端面２１とに貫通するように延長する内部空間２２を有して地中に設置される断面円環状の削孔ビット部３０と、削孔ビット部３０の内部空間２２と連通して地上まで連続する内部空間５０ｕを有したロッド部５０と、ロッド部５０及び削孔ビット部３０の内部空間５０ｕ；２２を経由して削孔ビット部３０の先端面２１より地中に突出し上記中心軸線ａ１を中心として回転することにより地中を進行可能な土壌採取部４０を備える。

土壌採取部４０は、削孔ビット部３０の中心軸線ａ１を中心とした螺旋体４１により形成される。螺旋体４１は、例えば金属製の長尺板材を、削孔ビット部３０の中心軸線ａ１と一致する螺旋の中心軸線となる一直線の回りに螺旋を描くように巻き、長尺板材の板面が螺旋の中心軸線を中心軸線とする断面円形の円管の内周面及び外周面と同一面となるように形成される。螺旋体４１の先端は先鋭に形成される。

即ち、当該土壌採取装置１は、土壌採取部４０を構成する螺旋体４１が地中を進行することで地中の土壌が螺旋体４１で囲まれた空間４２内に取り込まれるように構成される。
つまり、螺旋体４１が地中を進行することで螺旋体４１が空間４２内に土壌を取り込むサンプリング管として機能する。この場合、螺旋体４１の進行に伴って螺旋体４１の先端で切り崩された土壌が螺旋体４１で囲まれた空間４２内に取り込まれることで、空間４２内に土壌が押し固められることなく取り込まれるので、採取した土壌の存在していた位置を正確に確認でき、土壌調査を正確に行えるとともに、採取した土壌を地上において取り出す場合に容易に取り出せるようになる。

自由曲線削孔機２のロッド部５の先端部と削孔ビット部３０の後端部とが例えばねじ結合されることで、削孔ビット部３０がロッド部５０の先端５０ｔに取付けられる。
削孔ビット部３０は、中心軸線ａ１と直交する断面が円環形状である円管の一端が斜めに切り落とされたような楕円環状傾斜面により形成された先端面２１を備え、この先端面２１に図外の削岩チップを有した構成である。

削孔ビット部３０の後部には、ゾンデ３１が設置されるゾンデ設置部３２が設けられる。ゾンデ３１とは、磁気センサやジャイロセンサなどの図外の位置検出センサを収容した円管状の収容体であり、円管の外周面には、位置決め突起３３が設けられる。ゾンデ設置部３２は、位置検出センサを収容したゾンデ３１の外形形状に対応した断面円形状でかつ位置決め突起３３が嵌まり込む位置決め溝３４を備えた中空空間３５により形成される。
位置決め溝３４を備えた中空空間３５と削孔ビット部３０の先端側に設けられた位置決め溝３４を備えない中空空間３６とにより、削孔ビット部３０の内部空間２２が形成される。以上の構成により、中空空間３５の位置決め溝３４の先端に止壁３７が形成され、位置決め突起３３の先端面３８と止壁３７とが接触することで、ゾンデ３１は削孔ビット部３０の先端面２１より地盤に突出しないように前方移動が阻止される。
尚、削孔時においては、位置検出センサを収容したゾンデ３１の後端部とゾンデ設置回収用ロッド５１の先端部とが例えばねじ結合されることで、ゾンデ設置回収用ロッド５１の先端に位置検出センサを収容したゾンデ３１が取付けられ、そして、ゾンデ３１及びゾンデ設置回収用ロッド５１をロッド部５０及び削孔ビット部３０の内部空間５０ｕ；２２を経由で移動させ、ゾンデ３１をゾンデ設置部３２に設置した後、ゾンデ３１が後方に逆戻りしないようにゾンデ設置回収用ロッド５１を削孔始点側でロッド部５０やその他の固定物に固定した状態で削孔する。
また、ゾンデ設置部３２には、位置検出センサとしての磁気センサからの磁気信号を削孔ビット部３０の外部に伝播可能とするために、ゾンデ設置部３２の中空空間３５と外部とに貫通する溝４３が形成され、この溝４３内には樹脂４４が充填されている。

ロッド部５０は、削孔が進むに伴って例えば金属製の円管により形成されるロッド５０ａを複数個順次継ぎ足して構成される。当該ロッド部５０は、内部空間５０ｕを取り囲む内壁に上記位置決め溝３４に連通する位置決め溝５４が形成されている以外は、実施形態１で説明したロッド部５と同じ構成である。

また、削孔ビット部３０の先端面２１には、内部空間２２の先端開口４５を閉じる蓋４６が設けられる。この蓋４６は、例えば、ヒンジ４７を介して先端開口４５を開閉可能な構造となっており、図外の弾性手段の弾性力で先端開口４５を閉じる状態に付勢されている。また、この蓋４６には、内部空間２２から削孔ビット部３０の前方の地盤に削孔液を噴射するための削孔液噴射孔４８を備える。削孔液噴射孔４８は、内部空間２２から地盤に削孔液を通過させやすくかつ地盤から内部空間２２に土壌が通過しにくいような寸法に形成される。
実施形態２においては、ロッド部５０及び削孔ビット部３０の内部空間５０ｕ；２２を削孔液供給路として用いる。また、ゾンデ設置部３２の筒壁に、内部空間５０ｕと中空空間３６とに連通する図外の貫通孔を設けて、この貫通孔も削孔液供給路として用いてもよい。

実施形態２の土壌採取装置による削孔作業及び土壌採取作業を説明する。
まず、ゾンデ設置回収用ロッド５１の先端に取付けたゾンデ３１を削孔ビット部３０のゾンデ設置部３２に設置した状態で削孔作業を行っていき、削孔ビット部３０を土壌採取目標位置６０に到達させる（図４（ａ）参照）。この削孔作業時においては、削孔ビット部３０内に図外の位置検出センサを備えているので、作業者は図外のモニターに表示される位置検出センサからの情報（方位情報、距離情報等）を確認しながら、削孔ビット部３０を土壌採取目標位置６０に到達させる削孔作業を正確に行える。
削孔ビット部３０が土壌採取目標位置６０に到達したことを確認した後、ゾンデ設置回収用ロッド５１及びゾンデ３１をロッド部５０の内部空間５０ｕを介して回収する。
次に、螺旋体４１の後端に設けられた結合部材４９と土壌採取用ロッド５２の先端部とが例えばねじ結合されることで、土壌採取用ロッド５２の先端に螺旋体４１が取付けられた後に、螺旋体４１及び土壌採取用ロッド５２をロッド部５０及び削孔ビット部３０の内部空間５０ｕ；２２を経由で移動させ、螺旋体４１の先端を削孔ビット部３０の蓋４６に接触させる。
そして、土壌採取用ロッド５２をさらに押し込んだ後に図外の回転駆動装置によって土壌採取用ロッド５２の中心軸線ａ１を回転中心として土壌採取用ロッド５２を回転させると、螺旋体４１が先端開口４５を介して地中に突出し、地中を進行する。この場合、螺旋体４１が螺旋の進行方向に回転するように土壌採取用ロッド５２を回転させる。これにより、螺旋体４１の先端が地盤を削孔しながら地中を進行し、地中を進行するに伴って螺旋体４１で囲まれた空間４２内に土壌採取目標位置６０の土壌が取り込まれる（図３（ｂ）；図４（ｂ）参照）。
その後、土壌採取用ロッド５２及び螺旋体４１をロッド部５０の内部空間５０ｕを介して地上に回収した後、螺旋体４１で囲まれた空間４２内に採取された土壌を取り出して土壌採取目標位置６０の土壌の成分調査を行う。

実施形態２の土壌採取装置１によれば、サンプリング管として機能する螺旋体４１を地中に推進させやすくなり、土壌採取作業を確実容易に行えるようになる。

本発明の土壌採取装置１は、自由曲線削孔ではなく地上から直下に削孔する際に使用することも可能である。また、本発明の土壌採取装置は、土壌汚染された土壌を調査するため採取だけでなく、セメント等の改良材で地盤改良された場所に所定量の改良材が入っているかを確認するための調査等、土壌中の調査したい物質の量を測定するための土壌を採取する場合にも利用できる。

１ 土壌採取装置、３；３０ 削孔ビット部、４ 外管、５；５０ ロッド部、
５ｕ；５０ｕ ロッド部の内部空間、６ ビット部側ねじ部、７ 外管側ねじ部、
１５ 外管内部空間、２２ 削孔ビット部の内部空間、４０ 土壌採取部、
４１ 螺旋体、４２ 螺旋体で囲まれた空間。

Claims (2)

1. ロッド部を介した回転駆動力を受けて中心軸線を回転中心として回転可能な削孔ビット部と、削孔ビット部の先端側の外周面に設けられたビット部側ねじ部と、外管と、外管の内周面に設けられた外管側ねじ部とを備え、
   外管が外管側ねじ部とビット部側ねじ部とのねじ係合によって削孔ビット部の先端側の外周面に取付けられ、
   土壌を採取する際には、地中において削孔ビット部を一方方向に回転させることにより削孔ビット部の先端面が外管の内側に後退して外管の先端側に土壌を収容可能な先端開口の外管内部空間を形成する土壌採取可能状態に設定され、土壌採取可能状態でロッド部が押し込まれることにより土壌が外管内部空間に取り込まれるように構成されたことを特徴とする土壌採取装置。
2. 中心軸線に沿って後端面と先端面とに貫通するように延長する内部空間を有して地中に設置される断面環状の削孔ビット部と、削孔ビット部の内部空間と連通して地上まで連続する内部空間を有したロッド部と、ロッド部及び削孔ビット部の内部空間を経由して削孔ビット部の先端面より地中に突出して地中を進行可能な土壌採取部とを備え、
   土壌採取部は、中心軸線を中心とした螺旋体により形成され、当該螺旋体が中心軸線を中心として回転して地中を進行することで地中の土壌が螺旋体で囲まれた空間内に取り込まれるように構成されたことを特徴とする土壌採取装置。

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