JP5582649B2 - 二重管削孔装置 - Google Patents

Description

本発明は、地盤に孔を穿設するために用いられる二重管削孔装置に関する。より詳細には、本発明は、二重管削孔装置を用いて所定深度まで削孔した後、外管を地中に残存させる（埋め殺す）こと無く、地上側に後退させる（引き上げる或いは引き抜く）技術に関する。

地盤改良工、岩盤グラウチング、グラウンドアンカー工、水抜きボーリング工等の施工時に、地盤に孔を穿設する方法として、ロータリー式ボーリングが一般的である。
ロータリー式ボーリングでは、掘削方向に進む力（給進力）及び回転力が、ボーリングロッド等を介して先端のビットに伝達されて、地盤を掘り進む。
当該給進力及び回転力によって地盤から切り取られた切粉、破砕片、削孔クズ等から成るスライムは、ポンプやエアコンプレッサーから供給される水圧、空気圧等により、ボーリングロッドの内又は外を通過して孔外に排出される。

ロータリー式ボーリングは比較的簡単な設備で削孔することができるが、対象地盤や現場条件等により（特に削孔時間の短縮等のニーズが存在する場合）、ロータリーパーカッション式ボーリングが広く採用されている。
ロータリーパーカッション式ボーリングは、前記ロータリー式ボーリングに打撃力を付加したもので、ボーリングマシンが打撃力の発生源となるトップハンマー方式である。
ロータリーパーカッション式ボーリングでは、強力な打撃力が付加されるため、礫層や転石層でも急速削孔が可能である。
しかし、トップハンマー方式であるため、ボーリングマシンが設置される地上側で騒音が発生する、という課題が存在する。
また、削孔長が長くなり、ボーリングロッドが長くなると、先端のビットに伝達される打撃力が低下する、という課題も存在する。

上述した課題に対し、ダウンザホールハンマー方式を採用すれば、打撃力発生源が地中の先端ビットの手前に位置するため、地上側における騒音が少なくなる。
また、打撃力発生源が地中の先端ビットの手前に位置するダウンザホールハンマー方式を採用すれば、削孔長が長くなり、ボーリングロッドが長くなっても、先端ビットに伝達される打撃力は低下しない。

ダウンザホールハンマー方式を採用して地盤を削孔する際に、対象地盤が硬質な岩盤等であり、孔壁が完全に「自立」する場合には、単管削孔方式が可能である。
これに対して、孔壁が崩れるような地盤については、削孔後にアンカー体等を挿入するためにボーリングロッドを後退すると、孔壁が崩れてしまうので、アンカー体等の挿入が困難となる。係る場合（孔壁が崩れるような地盤について、ダウンザホールハンマー方式を採用して削孔する場合）は、二重管削孔方式を採用することになる。

ダウンザホールハンマー方式においては、ボーリングマシンのスイベルに接続されたボーリングロッド（内管）の先端にダウンザホールハンマーを接続し、ダウンザホールハンマーの先端にパイロットビットを接続する。
削孔時には、ボーリングマシンから伝達された給進力及び回転力をパイロットビットに伝達し、また、ダウンザホールハンマーから打撃力をパイロットビットに伝達することにより、地盤或いは岩盤中を掘り進むことができる。

ダウンザホールハンマーを用いた二重管削孔方式では、ダウンザホールハンマー方式における構成（ボーリングマシン、ボーリングロッド或いは内管、ダウンザホールハンマー、パイロットビット）に加えて、ケーシング（外管）を使用する。
ここで、例えばケーシング（外管）を内管と同じスイベルに接続しても、ケーシング（外管）は給進力及び回転力のみがボーリングマシンから伝達され、内管に接続された打撃源であるダウンザホールハンマーからの打撃力は伝達されていない。そのため、削孔長が長い場合や、対象地盤が硬質な岩盤である場合には、外管の削孔能力が低下してしまい、削孔不能と成ってしまう恐れがある。
そのため、ケーシング（外管）の先端にリングビットを接続し、当該リングビットに内管のパイロットビットを接続することにより、内管先端に接続されたダウンザホールハンマーからの打撃力をケーシング（外管）の先端に伝達することが一般的である。

このように、前記ダウンザホールハンマー方式の二重管削孔で地盤を掘進する際には、パイロットビットに供給された給進力、回転力及び打撃力を主な掘進源としている。
そして、パイロットビットにリングビットを接続し、リングビットをケーシング（外管）に接続することにより、パイロットビットによりケーシング（外管）を連行すると共に、パイロットビットを介して、リングビット及びケーシング（外管）に打撃力を伝達している。

ここで、上記のように地中側でリングビットを介して接続された外管であるケーシングを、さらに地上側のスイベルに接続させると、ケーシングが地上側である後方で拘束されることになり、ケーシングに接続されているリングビットは、（掘削方向或いはその逆方向について）自由に移動することができなくなる。そのため、前記パイロットビットから伝達された打撃力によってリングビットが前方（掘削方向）へ移動しようとしても、ケーシングがスイベルに接続されているため、その様なリングビットの前方（掘削方向）への移動も制限される。
また、リングビットに接続されたパイロットビット自体の移動も制限されてしまうので、円滑な削孔が不可能になってしまう。
さらに、（前方或いは掘削方向への）移動を制限されたリングビットを、無理に（前方或いは掘削方向へ）移動させようとして破損しまう恐れも存在する。

そのため、上述したダウンザホールハンマーを用いた二重管削孔方式によって地盤を掘進する際には、外管（ケーシング）はスイベルに接続せず、内管によって外管（ケーシング）が連行される方式が採用される。
係る方式において、内管と外管を直接的に接続する方法では、内管に伝達された回転力が外管（ケーシング）へ常に伝達されるので、外管（ケーシング）と地山（孔壁）との摩擦により回転力が損失し或いは低下し、削孔精度も低下してしまう。そのため、内管と外管（ケーシング）との間にシューを介装して、内管に伝達された回転力がケーシングに伝達されない構造を採用している。

ここで、地盤を削孔する際に、地盤から切り取られた切粉、破砕片、削孔クズ等から成るスライムが、ケーシングと孔壁の隙間に詰まってしまい、ケーシングがそれ以上動かなくなる現象、いわゆる「ジャミング」が生じる場合がある。
その様なジャミングを防止するためには、削孔途中で流体を噴射して（フラッシング）削孔内のスライムを除去し、それと共に、外管（ケーシング）を回転させることにより、ケーシング（外管）と孔壁が一体化することを防止する（いわゆる「縁を切る」）ことが、一般的に行われている。

ところで、上述した様な掘削方式、すなわち、ダウンザホールハンマー方式の二重管削孔により削孔を行った場合には、内管と外管（ケーシング）との間にシューを介装してケーシングに回転力が伝達されない構造であるため、ジャミング解消のために外管を回転させることができない。
そのため、従来技術におけるダウンザホールハンマー方式の二重管削孔では、削孔用のボーリングマシンとは別のボーリングマシンを用意して外管（ケーシング）と接続して、当該別のボーリングマシンにより外管（ケーシング）を回転させることにより、ケーシング（外管）と孔壁が一体化することを防止していた。
或いは、ケーシング（外管）と孔壁が一体化することを積極的に防止せずに、外管（ケーシング）を地上側に後退させることなく、地盤或いは岩盤中に残置していた（埋め殺していた）。

しかし、（削孔用のボーリングマシンとは）別のボーリングマシンを用意することは、工事の費用、設備が増大してしまう事態を招いてしまう。また、当該別のボーリングマシンと外管（ケーシング）を接続する作業も、特殊な方法を採用して実施しなければならない。
一方、外管（ケーシング）を地盤或いは岩盤中に残置させることは、少なくとも埋め殺される外管（ケーシング）の分だけ費用が増大する。
さらに、外管（ケーシング）を地盤或いは岩盤中に残置することができない場合も存在する。

その他の従来技術として、例えば、掘削後に地中に埋め殺すリングビットの掘削刃の数を最小限に抑えることが出来る二重管掘削方式で用いられる二重管掘削ビットが提案されている（特許文献１参照）。
しかし、係る従来技術は、リングビットの掘削刃の数を減少することを目的とするものであり、上述した従来技術の各種問題点を解消するものではない。

特開２０１０−１２１２７５号公報

本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、ダウンザホールハンマーを用いた二重管削孔方式で用いられる二重管掘削ビットであって、外管を地中に残置させる必要がなく、削孔用ではないボーリングマシンを別途設ける必要もない二重管掘削ビットと、そのケーシングを回転させながら地上側に後退させる工法の提供を目的としている。

本発明の二重管削孔装置は、スイベルジョイント（１２）を介して地上側のボーリングマシン（図示せず）に接続された内管（ボーリングロッド１０）と、内管（１０）の地中側先端に接続されたダウンザホールハンマー（１４）と、ダウンザホールハンマー（１４）に接続されたパイロットビット（１６：内管の一部を構成）と、パイロットビット（１６）の半径方向外側に配置され且つパイロットビット（１６）から（凸部１６Ｔと、凸部１６Ｔと相補的な形状の溝２０Ｒの係合により）回転力（Ｒ）及び給進力（ＢＦ：掘削方向に進む力）が伝達可能な円環状のリングビット（２０）と、リングビット（２０）の地上側に接続され且つリングビット（２０）から（突起２０Ｔと溝２２Ｒとの係合により）給進力（ＢＦ）が伝達可能な円環状のケーシングシュー（２２）と、地中側の先端がケーシングシュー（２２）に固着（例えば、溶接）された外管（ケーシング２４）を有し、リングビット（２０）とケーシングシュー（２２）とは掘削方向に対しては一体的に移動するが、リングビット（２０）の回転はケーシングシュー（２２）には伝達されない構成であり、リングビット（２０）には回転伝達用突起（Ｎ１）が形成されており、ケーシングシュー（２２）には回転伝達用突起（Ｎ１）が進入可能な切欠部（Ｎ２）が形成されており、リングビット（２０）における回転伝達用突起（Ｎ１）は、後退時に切欠部（Ｎ２）内に進入し、回転伝達用突起（Ｎ１）が切欠部（Ｎ２）内の側縁（Ｎ２Ｓ）と当接して、リングビット（２０）の回転をケーシングシュー（２２）及び外管（ケーシング２４）に伝達する機能を有していることを特徴としている。

上述する構成を具備する本発明の二重管掘削装置によれば、後退時においては、リングビット（２０）における回転伝達用突起（Ｎ１）が、ケーシングシュー（２２）に形成された切欠部（Ｎ２）内に進入し、リングビット（２０）が回転すると、回転伝達用突起（Ｎ１）が切欠部（Ｎ２）内の側縁（Ｎ２Ｓ）と当接して、リングビット（２０）の回転がケーシングシュー（２２）及び外管（ケーシング２４）に伝達される。
そのため、スライムが外管（２４）と掘削孔の内壁との間に詰まり、いわゆる「ジャミング」を生じて、外管（２４）が後退方向に動かなくなってしまっても、回転伝達用突起（Ｎ１）、切欠部（Ｎ２）、ケーシングシュー（２２）を介して、リングビット（２０）から外管（２４）に回転が伝達する。
そして外管（２４）を回転すると、いわゆる「縁を切る」ことが行われて、外管（２４）の外周面とその周辺のスライムは剪断され、外管（２４）と図示しない掘削孔内壁との一体化が解除される。そして、外管（２４）は、後退方向に移動可能となり、地上側に後退することが可能になる。

この様に本発明によれば、外管を後退するに際して、削孔用のボーリングマシンとは別のボーリングマシンを用意しなくても、外管（２４）を確実に地上側に後退させることが出来る。そのため、工事の費用、設備の増大を防止することが出来る。そして、削孔用のボーリングマシンとは別のボーリングマシンと外管を接続する特殊な作業も、不要となる。
そして、本発明によれば、後退時に外管を地盤或いは岩盤中に残置させる必要がないので、少なくとも埋め殺される外管（ケーシング）の分だけ費用を節約することが出来る。そして、外管（２４）を地盤或いは岩盤中に残置することができない施行条件の現場であっても、施行することが出来る。

さらに本発明によれば、掘削時には、従来技術におけるダウンザホールハンマー方式の二重管削孔により削孔を行った場合と同様に、パイロットビット（１６）及びリングビット（２０）により、地盤及び岩盤を掘削しつつ、外管（２４）を掘削方向に移動することが出来る。

本発明の実施形態が適用されるダウンザホールハンマーにおける掘削システムを示す側面図である。 図１で示す二重管削孔方式を用いた二重管削孔方式を、使用される部材を分解した状態で示した説明図である。 実施形態における掘削時の配置を示す拡大断面図である。 実施形態で用いられるリングビットの側面図である。 実施形態で用いられるケーシングシューの側面図である。 掘削時におけるリングビットとケーシングシューの相対的な位置を示す部分拡大図である。 後退時におけるリングビットとケーシングシューの相対的な位置を示す部分拡大図である。 後退時における回転伝達用突起Ｎ１と切欠部Ｎ２の相対的な位置を示す部分拡大図である。 掘削時における回転伝達用突起Ｎ１と切欠部Ｎ２の相対的な位置を示す部分拡大図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
最初に図１、図２を参照して、図示の実施形態が適用されるダウンザホールハンマーを用いた二重管削孔方式の一例を図解する。
図１において、ボーリングロッド１０（内管）には、図１の右側でスイベルジョイント１２に接続しており、スイベルジョイント１２は図示しないボーリングマシンに接続されている。
一方、ボーリングロッド１０の地中側（図１では左側）の先端には、ダウンザホールハンマー１４が接続されており、ダウンザホールハンマー１４はパイロットビット１６（内管）と接続している。パイロットビット１６の地中側先端（図１では左端）には掘削用チップ１８が設けられている。

パイロットビット１６の半径方向外側には、円環状のリングビット２０が設けられている。リングビット２０の地中側先端（図１、図２の左端）には、掘削用チップ２１が設けられている。
図２で示すように、パイロットビット１６の地上側端部（図２では右端）には螺旋の一部分の様な凸部１６Ｔが設けられており、リングビット２０の地上側端部（図２では右端）には、パイロットビット１６の凸部１６Ｔと相補的な形状の溝２０Ｒが形成されている。そして、パイロットビット１６の凸部１６Ｔが、リングビット２０の溝２０Ｒに挿入されることにより、パイロットビット１６とリングビット２０とが接続され、パイロットビット１６に作用する回転力、給進力、打撃力は、凸部１６Ｔ及び溝２０Ｒを介して、パイロットビット２０に伝達される。
ところで、パイロットビット１６の凸部１６Ｔとリングビット２０の溝２０Ｒとの嵌合状態が保持されているときは、パイロットビット１６とリングビット２０とは一体的に作動するが、嵌合状態が解除される方向の力が加わることにより、パイロットビット１６とリングビット２０が一体化した状態は解除される。すなわち、図２において、掘削方向（図２の矢印ＢＦ方向）に対して左回りの回転力ＫＬが作用すると、パイロットビット１６の凸部１６Ｔはリングビット２０の溝２０Ｒから解放されて、パイロットビット１６とリングビット２０との一体的が解除される構造となっている。

再び図１、図２において、リングビット２０の地上側（図１、図２の右端）には、円環状のケーシングシュー２２が配置されており、ケーシングシュー２２は、地上側端部（図１、図２の右端）の溶接部Ｗで、ケーシング２４（外管）と固着されている。
図１では、複数設けられたケーシング２４同士がネジ接続されており、図１で示すように、最も地上側（図１では右側）に配置されているケーシング２４の地上側端部（図１の右端）２４Ｅは、スイベルジョイント１２とは離隔している。すなわち、ケーシング２４は、スイベルジョイント１２に対して「フリー」状態となっている。

図２において、リングビット２０の外周面には、円周方向全周に亘って延在する突起２０Ｔが形成されている。そして、ケーシングシュー２２の内周面には、円周方向全周に亘って延在する溝２２Ｒが形成されている。
ここで、図６を参照すると、リングビット２０の突起２０Ｔが、ケーシングシュー２２の溝２２Ｒに嵌合している。そして、リングビッド２０が掘削方向（図６の矢印ＢＦ方向）に移動するときは、突起２０Ｔの地中側（図６では左側）端部２０Ｔｆが、ケーシングシュー２２の溝２２Ｒの地中側（図６では左側）端部２２Ｒｆに当接して、動力を伝達する。
さらに、回転方向（図６の矢印ＫＲ方向及びＫＬ方向）については、詳細を後述する回転伝達用突起Ｎ１が切欠部Ｎ２に嵌合している場合を除き、リングビット２０の回転はケーシングシュー２２には伝達されない構造となっている。そして、図６のリングビット２０が掘削方向（図６の矢印ＢＦ方向）に移動するときは、回転伝達用突起Ｎ１とケーシングシュー２２の地中側端部（図６の左端）２２Ｅとは、適切な間隔が保たれている。
そのため、リングビット２０とケーシングシュー２２は掘削方向（図６の矢印ＢＦ方向）に対しては一体的に移動するが、リングビット２０の回転はケーシングシュー２２には伝達されない。

図１、図２で示す二重管削孔ビットを使用する二重管削孔方式においては、ダウンザホールハンマー１４にパイロットビット１６が接続され、回転力と給進力、及びダウンザホールハンマー１４から伝達される打撃力が、パイロットビット１６とリングビット２０に伝達されて、地盤（岩盤を含む）が削孔される。
地中側（図１、図２の左側）に掘削しつつ移動する際には、ダウンザホールハンマー１４とパイロットビット１６が接続され、凸部１６Ｔ及び溝２０Ｒを介して、パイロットビット１６とリングビット２０は一体的に移動する。
そして、リングビット２０の掘削方向に対する矢印ＢＦ及び矢印ＢＲ（図１）方向の動きは、リングビット２０の突起２０Ｔとケーシングシュー２２の溝２２によりケーシングシュー２２に伝達され、（ケーシングシュー２２とケーシング２４は溶接部Ｗで固着されているので、）ケーシング２４に伝達される。
これにより、地中側（図１、図２の左側）に掘削しつつ移動する際に、ケーシング２４も地中側に連行される。
ここで、リングビット２０の突起２０Ｔとケーシングシュー２２の溝２２Ｒは、矢印ＫＲ及び矢印ＫＬ（図１）方向の回転力は伝達しないので、リングビット２０の回転はケーシングシュー２２には伝達されない。そのため、ケーシング２４の摩擦により、パイロットビット１６及びリングビット２０の回転力が損失することはなく、削孔精度も低下しない。

図２において、リングビット２０には回転伝達用突起Ｎ１が形成され、ケーシングシュー２２の地中側端部（図２では左端）には切欠部Ｎ２が形成されている。
回転伝達用突起Ｎ１、切欠部Ｎ２については、図３〜図９を参照して後述する。

次に、図２〜図７を参照して、図示の実施形態の要部と、掘削時の態様について説明する。
図３は、掘削時（リングビット１６が地中側に前進する際）におけるパイロットビット１６、リングビット２０、ケーシングシュー２２、ケーシング２４を示している。
掘削時には、前述したように、パイロットビット１６の凸部１６Ｔとリングビット２０の溝２０Ｒとの接続が解除される方向（図２の矢印ＫＬ方向）へ回転させないように、凸部１６Ｔと溝２０Ｒとの接続を保持しながら掘削することにより、パイロットビット１６に伝達される給進力（掘削方向ＢＦへ進行しようとする力）、回転力、打撃力等がリングビット２０に伝達される。

図３及び図６で示す掘削時には、リングビット２０の突起２０Ｔの地中側縁部（前縁）２０Ｔｆが、ケーシングシュー２２の溝２２Ｒの地中側縁部（前縁）２２Ｒｆに当接しており、リングビット２０に伝達される給進力を、ケーシングシュー２２及びケーシング２４に伝達している。
図３及び図６の例では、掘削時において、リングビット２０の突起２０Ｔの地上側縁部（後縁）２０Ｔｒが、ケーシングシュー２２の溝２２Ｒの地上側縁部（後縁）２２Ｒｒには当接しておらず、例えば、９ｍｍの間隔が設けられている。
上述した様に、リングビット２０に回転力が伝達されても、リングビット２０の突起２０Ｔがケーシングシュー２２の溝２２Ｒ内を空回りするのみであるため、突起２０Ｔ及び溝２２Ｒを介して、回転力がケーシングシュー２２及びケーシング２４に伝達されることはない。

リングビット２０先端面には掘削用チップ２１が溶接され、さらにその後方の領域（リングビット前縁部）２０Ｆの一部にはピンＰＮ１が埋設されている。そして、リングビット前縁部２０Ｆとケーシングシュー２２の地中側端部（前端）２２Ｅとの間の環状の空間（例えば、矢印ＢＲ方向の間隔は９ｍｍ）には、ピンＰＮ１の地上側部分（図３では右側部分）が、回転伝達用突起Ｎ１として（例えば、矢印ＢＲ方向に７ｍｍだけ）突出している。
図３及び図６で示す掘削時には、回転伝達用突起Ｎ１の地上側端部（先端）Ｎ１Ｅは、ケーシングシュー２２の地中側端部（前端）２２Ｅには当接していない。図６で示すように、回転伝達用突起Ｎ１の地上側端部（先端）Ｎ１Ｅとケーシングシュー前端２２Ｅの間には、隙間Ｗ（図３の例では、矢印ＢＲ方向の間隔が２ｍｍの隙間）が存在する。

図３では明示されていないが、図１、図２、図５〜図９で示す様に、ケーシングシュー２２の前端２２Ｅには、切欠部Ｎ２が形成されている。
そして、前述した様に掘削時においては、回転伝達用突起Ｎ１は切欠部Ｎ２内には進入しない。そのため、掘削時において、回転伝達用突起Ｎ１と切欠部Ｎ２が係合することにより、リングビット２０に回転力がケーシングシュー２２に伝達されることはない。

次に、パイロットビット１６を地上側（図３の矢印ＢＲ方向）へ後退させる際（後退時：引き抜き時）の態様を説明する。
後退時でも、前述したようなパイロットピット１６とリングビット２０の接続を解放する方向（図２の矢印ＫＬ方向）への回転力を生じさせない限り、パイロットビット１６とリングビット２０とは一体的に作動する。

図６、図７において、リングビット２０を地上側（図６、図７の右側）に後退させようとする力ＢＲにより、リングビット２０が地上側に移動すると、リングビット２０の突起２０Ｔの地上側縁部（後縁）２０Ｔｒが、ケーシングシュー２２の溝２２Ｒの地上側縁部（後縁）２２Ｒｒに当接する。その結果、後退させようとする力ＢＲが、ケーシングシュー２２及びケーシング２４に伝達される。
このとき、回転伝達用突起Ｎ１の地上側端部（先端）Ｎ１Ｅがケーシングシュー前端２２Ｅに当接してしまわないように、回転伝達用突起Ｎ１を切欠部Ｎ２に進入させるべく、リングビット２０を回転して位置調整を行なう。
このように、パイロットビット１６の後退時にも、突起２０Ｔと溝２２Ｒとが「面で接触」することにより、スムーズな移動を可能とし、回転伝達用突起Ｎ１の地上側端部（先端）Ｎ１Ｅがケーシングシュー２２の端部に当接することによる「片利き」を防止している。

ここで、前述した様に、掘削時の態様では、リングビット２０が回転した場合に、リングビット２０の突起２０Ｔがケーシングシュー２２の溝２２Ｒ内を空回りするのみであるため、突起２０Ｔ及び溝２２Ｒを介して、リングビット２０の回転がケーシングシュー２２に伝達されることはない。
しかし、図７を参照すると、後退時において回転伝達用突起Ｎ１を切欠部Ｎ２に進入させた状態で、リングビット２０に回転力ＫＲを与えた場合には、回転伝達用突起Ｎ１の側面Ｎ１Ｓと切欠部Ｎ２内の側縁Ｎ２Ｓが当接し、リングビット２０の回転は、回転伝達用突起Ｎ１及び切欠部Ｎ２を介してケーシングシュー２２に伝達される。

図３において、上記の後退時の態様で、回転力ＫＲを与えた場合には、リングビット２０の回転が回転伝達用突起Ｎ１及び切欠部Ｎ２を介してケーシングシュー２２に伝達されるため、当該回転力は溶接部分Ｗを介してケーシング２４に伝達される。
さらに、図６、図７を参照して、任意の距離まで後退させた前記パイロットビット１６を、前述した掘削時と同様に前進させる（図６、図７の矢印ＢＦ方向に移動させる）と、回転伝達用突起Ｎ１は切欠部Ｎ２から解放されるため、リングビット２０への回転力はケーシングシュー２２に伝達されないので、スムーズな掘削が再開可能になる。

このようにして、回転伝達用突起Ｎ１、切欠部Ｎ２、ケーシングシュー２２を介してリングビット２０から伝達された回転力により、ケーシング２４を回転しながら前後進し、且つ、液体を噴射することにより、「フラッシング」が可能となる。
また、地盤から切り取られた切粉、破砕片、削孔クズ等から成るスライムが、ケーシング２４と掘削孔内壁（図示せず）の隙間に詰まってしまい、いわゆる「ジャミング」が生じて、ケーシング２４が動かなったとしても、回転伝達用突起Ｎ１、切欠部Ｎ２、ケーシングシュー２２を介して、リングビット２０からケーシング２４に回転力が伝達されてケーシング２４が回転すれば、いわゆる「縁を切る」ことが行われて、ケーシング２４と図示しない孔壁の一体化が解除され、ケーシング２４を地上側に後退させることが可能になる。

図１〜図９を参照して説明した掘削及び後退作業を実行するためには、リングビット２０の回転伝達用突起Ｎ１と、ケーシングシュー２２の切欠部Ｎ２の各種寸法が、所定の条件を充足する必要がある。
以下、図４〜図９を主として参照しつつ、回転伝達用突起Ｎ１と切欠部Ｎ２の仕様について述べる。

図９を参照して上述した様に、掘削時において、回転伝達用突起Ｎ１の先端Ｎ１Ｅと、ケーシングシュー２２の前端２２Ｅの間には、隙間Ｗ（例えば、２ｍｍの隙間）が存在する。
この隙間Ｗの寸法が大き過ぎると、リングビット前縁部２０Ｆの地上側端部（図９では右端部）２０Ｆｅと、ケーシングシュー２２の前端２２Ｅとの間における寸法δ（図示の例では、例えば９ｍｍ）の環状の空間が大きくなり過ぎてしまい、当該環状空間（幅寸法δ）に異物が進入してしまう恐れがある。
一方、隙間Ｗの寸法が小さ過ぎると、掘削時において、回転伝達用突起Ｎ１の先端Ｎ１Ｅが、ケーシングシュー２２の前端２２Ｅと干渉してしまい、先端Ｎ１Ｅが摩耗してしまう。
出願人による研究では、隙間Ｗは、１ｍｍ〜３ｍｍの範囲が適当であることが分っている。

図４において、回転伝達用突起Ｎ１の長さ（端部２０Ｆｅから先端Ｎ１Ｅまでの長さ）を符号ａで示し、リングビット前縁部２０Ｆの端部２０Ｆｅと突起２０Ｔの前縁２０Ｔｆの間隔を符号ＣＬで示し、突起２０Ｔの幅寸法（前縁２０Ｔｆから後縁２０Ｔｒまでの距離）を符号ｂで示す。
そして、図５において、切欠部Ｎ２の深さ（ケーシングシュー２２の前端２２Ｅと切欠部Ｎ２の底部ＫＡｅとの距離）を符号Ｄで示し、切欠部Ｎ２の底部ＫＡｅと溝２２Ｒの前縁２２Ｒｆの距離を符号Ｌ２で示し、溝２２Ｒの幅寸法（前縁２２Ｒｆから後縁２２Ｒｒまでの距離）を符号Ｈ２で示す。
掘削時には、図６で示すように、リングビット２０の突起２０Ｔの前縁２０Ｔｆが、ケーシングシュー２２の溝２２Ｒの前縁２２Ｒｆに当接する。そして、上述した様に、回転伝達用突起Ｎ１の先端Ｎ１Ｅと、ケーシングシュー２２の前端２２Ｅの間には、隙間Ｗ（図６）が存在する。
従って、以下の式が成り立つ。
Ｄ＋Ｈ２＝ＣＬ−ａ−Ｗ・・・（１）

一方、後退時においては、図７で示すように、リングビット２０を地上側（図７では右側）に移動することにより、突起２０Ｔの後縁２０Ｔｒが、ケーシングシュー２２の溝２２Ｒの後縁２２Ｒｒと当接する。
掘削時には、突起２０Ｔの前縁２０Ｔｆがケーシングシュー２２の溝２２Ｒの前縁２２Ｒｆに当接しているので、掘削時から後退時に移行する際に、突起２０Ｔは、溝２２Ｒの前縁２２Ｒｆに当接している位置から、溝２２Ｒの後縁２２Ｒｒと当接する位置まで後退する（地上側に移動する）ことになる。その際の突起２０Ｔの移動量ｍは、 ｍ＝Ｈ２−ｂ となる。
後退時において、回転伝達用突起Ｎ１が切欠部Ｎ２内に進入する長さを符号Ｘ（図８参照）とすれば、 ｍ＝Ｘ＋Ｗ となる。
さらに、後退時の回転伝達用突起Ｎ１の先端Ｎ１Ｅと切欠部Ｎ２の底部ＫＡｅの隙間寸法を符号Ｙ（図８参照）とすれば、 Ｙ＝Ｗ＋Ｄ−ｍ となる。
すなわち、突起２０Ｔの移動量ｍには、次の関係式が成り立つ。
ｍ＝Ｈ２−ｂ＝Ｗ＋Ｘ＝Ｗ＋Ｄ−Ｙ・・・（２）

図８で示すように、回転伝達用突起Ｎ１の先端Ｎ１Ｅと、切欠部Ｎ２の底部（地上側端面）ＫＡｅ間の隙間における幅寸法Ｙは、回転伝達用突起Ｎ１の先端Ｎ１Ｅが切欠部Ｎ２の底部ＫＡｅと干渉しない様に設けられた余裕代である。
係る隙間の幅寸法Ｙが０未満であると、突起２０Ｔの後縁２０Ｔｒがケーシングシュー２２の溝２２Ｒの後縁２２Ｒｒと当接する前に、回転伝達用突起Ｎ１の先端Ｎ１Ｅが切欠部Ｎ２の底部ＫＡｅに当接してしまうため、前述した様に「片利き」となり、幅寸法Ｙが小さ過ぎても、掘削時において、回転伝達用突起Ｎ１の先端Ｎ１Ｅと切欠部Ｎ２の底部ＫＡｅとの隙間に入ったスライム等により干渉してしまう恐れがある。
一方、上式（２）より、前記幅寸法Ｙは、切欠部Ｎ２の深さＤ及び隙間Ｗから突起２０Ｔの移動量ｍを引いた数値となる。突起２０Ｔの移動量ｍは、突起２０Ｔの幅寸法ｂと溝２２Ｒの幅寸法Ｈ２から一義的に決定されているので、前記幅寸法Ｙが大き過ぎると、切欠部Ｎ２の深さＤを大きくしなければならず、切欠部Ｄ内に異物が進入してしまう恐れが大きくなってしまう。
出願人による研究では、回転伝達用突起Ｎ１の先端Ｎ１Ｅと切欠部Ｎ２の底部ＫＡｅの隙間寸法Ｙは、１ｍｍ〜３ｍｍの範囲が適当であることが分った。

ここで、前述した「フラッシング」或いは「縁切り」時においては、回転伝達用突起Ｎ１が、切欠部Ｎ２の側縁Ｎ２Ｓと当接することにより、ケーシング２４を回転するための力を伝達するので、後退時に回転伝達用突起Ｎ１が切欠部Ｎ２内に進入する長さＸが小さ過ぎると、剪断力により、回転伝達用突起Ｎ１が破損して、リングビット２０から脱落してしまう恐れがある。
出願人の研究によれば、後退時に回転伝達用突起Ｎ１が切欠部Ｎ２内に進入する長さＸは、３ｍｍ以上であれば、ケーシング２４を回転するための力を伝達しても、破損しないことが判明している。

さらに、回転伝達用突起Ｎ１を形成するピンＰＮ１の断面積（回転伝達用突起Ｎ１の断面積）を符号Ａとすれば、 Ａ≧Ｐ／（σＳ） なる式で表現される。ここで、「Ｐ」はケーシング２４を回転するのに必要な力、「σ」はピンＰＮ１を構成する材料の限界応力、「Ｓ」は安全係数である。
ピンＰＮ１の断面は円形であるので、ピンＰＮ１（回転伝達用突起Ｎ１）の断面における半径寸法ｒは、 ｒ≧（Ｐ／σＳπ）^１／２ なる式で表現される。ここで、「π」は円周率である。

切欠部Ｎ２の円周方向長さＮ２ＣＬが小さ過ぎると、後退時に回転伝達用突起Ｎ１が切欠部Ｎ２に進入することが難しくなってしまう。
一方、切欠部Ｎ２の円周方向長さＮ２ＣＬが大き過ぎると、切欠部Ｎ２内に異物が進入し易くなってしまう。
出願人の研究では、切欠部Ｎ２の円周方向長さＮ２ＣＬは、ピンＰＮ１或いは回転伝達用突起Ｎ１の直径（＝２ｒ）の２倍以上で、ケーシングシュー２２の円周方向全周寸法の１／４以下が適当である。

上述した図示の実施形態によれば、掘削時には、パイロットビット１６の凸部１６Ｔがリングビット２０の溝２０Ｒに当接して、パイロットビット１６に伝達される給進力がリングビット２０に伝達される。ここで、パイロットビット１６の凸部１６Ｔがリングビット２０の溝２０Ｒが嵌合しているため、パイロットビット１６に伝達される回転力Ｒも、リングビット２０に伝達される。
そして、リングビット２０の突起２０Ｔの前縁２０Ｔｆがケーシングシュー２２の溝２２Ｒの前縁２２Ｒｆに当接しているため、リングビット２０に伝達される給進力は、ケーシングシュー２２及びケーシング２４に伝達される。
そのため、パイロットビット１６及びリングビット２０により、地盤を掘削しつつ、ケーシング２４を掘削方向に移動することが出来る。

後退時においては、リングビット２０に後退方向ＢＲへの動力が付与されると、リングビット２０の突起２０Ｔの後縁２０Ｔｒがケーシングシュー２２の溝２２Ｒの後縁２２Ｒｒに当接し、ケーシングシュー２２及びケーシング２４を地上側に移動することが出来る。そして、リングビット前縁部２０Ｆにおける回転伝達用突起Ｎ１が、ケーシングシュー前端２２Ｅの切欠部Ｎ２内に進入するので、リングビット２０が回転すると、回転伝達用突起Ｎ１が切欠部Ｎ２内の側縁Ｎ２Ｓと当接して、リングビット２０の回転をケーシングシュー２２及びケーシング２４に伝達する。
そのため、スライムがケーシング２４と掘削孔内壁（図示せず）の隙間に詰まってしまい、いわゆる「ジャミング」が生じても、ケーシング２４が掘削方向或いは後退方向に動かなくなってしまっても、回転伝達用突起Ｎ１、切欠部Ｎ２、ケーシングシュー２２を介して、リングビット２０からケーシング２４に回転力を伝達してケーシング２４を回転することにより、いわゆる「縁を切る」ことが行われて、ケーシング２４と図示しない孔壁の一体化が解除され、ケーシング２４を地上側に後退させることが可能になる。

図示の実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではないことを付記する。

１０・・・ボーリングロッド１０
１２・・・スイベルジョイント
１４・・・ダウンザホールハンマー
１６・・・パイロットビット
１６Ｔ・・・パイロットビットの凸部
１８・・・掘削用チップ
２０・・・リングビット
２０Ｒ・・・リングビットの溝
２０Ｔ・・・リングビットの突起
２１・・・掘削用チップ
２２・・・ケーシングシュー
２２Ｒ・・・ケーシングシューの溝
２４・・・ケーシング
Ｎ１・・・回転伝達用突起
Ｎ１Ｅ・・・回転伝達用突起先端
ＰＮ１・・・ピン
Ｎ２・・・切欠部
Ｗ・・・回転伝達用突起先端とケーシングシュー前端の隙間
δ・・・リングビット前縁部端部とケーシングシュー前端の間の寸法
ａ・・・リングビット前縁部端部から突起先端までの長さ
ｂ・・・リングビットの突起の幅寸法
ＣＬ・・・リングビット前縁部端部とリングビットの突起前縁の間隔
Ｄ・・・切欠部の深さ
Ｌ２・・・切欠部底部とケーシングシューの溝前縁までの距離
Ｈ２・・・ケーシングシューの溝の幅寸法
ｍ・・・リングビットの突起の移動量
Ｘ・・・後退時に回転伝達用突起が切欠部内に進入する長さ
Ｙ・・・回転伝達用突起の先端と切欠部底部の隙間寸法
Ｎ２ＣＬ・・・切欠部Ｎ２の円周方向長さ

Claims (1)

1. スイベルジョイントを介して地上側のボーリングマシンに接続された内管と、内管の地中側先端に接続されたダウンザホールハンマーと、ダウンザホールハンマーに接続されたパイロットビットと、パイロットビットの半径方向外側に配置され且つパイロットビットから回転力及び給進力が伝達可能な円環状のリングビットと、リングビットの地上側に接続され且つリングビットから給進力が伝達可能な円環状のケーシングシューと、地中側の先端がケーシングシューに固着された外管を有し、リングビットとケーシングシューとは掘削方向に対しては一体的に移動するが、リングビットの回転はケーシングシューには伝達されない構成であり、リングビットには回転伝達用突起が形成されており、ケーシングシューには回転伝達用突起が進入可能な切欠部が形成されており、リングビットにおける回転伝達用突起は、後退時に切欠部内に進入し、回転伝達用突起が切欠部内の側縁と当接して、リングビットの回転をケーシングシュー及び外管に伝達する機能を有していることを特徴とする二重管削孔装置。

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