JP5632327B2 - 杭の掘削排土システム - Google Patents

Description

本発明は、狭隘な場所などで杭の施工をおこなう場合に利用可能な杭の掘削排土システムに関するものである。

従来、線路脇、高架下又は住宅街などの大型機械を設置するスペースが確保できない場所で杭の施工をおこなうに際して、小型の特殊掘削装置を使用することが知られている（特許文献１など参照）。

この特許文献１に記載された掘削排土装置は、高圧ジェットポンプから供給された高圧ジェット水の水圧によって地盤を切削させるとともに、混気ジェットポンプの吸引力によって掘削された土砂を孔外に排土させる。

このような高圧水（ウォータージェット）と混気ジェットポンプとを組み合わせた装置としては、石油パイプライン等を敷設する際に鋼管内の土砂を除去する管内掘削装置も知られている（特許文献２など参照）。

特許第４１７３１６１号公報 特開平１１−５９８９８号公報

しかしながら、特許文献１，２に開示されている装置のように混気ジェットの吸引力によって削孔からの排土をおこなう構成では、削孔の深度が大きくなると、排土効率が低下したり排土がおこなえなくなったりする。

そこで、本発明は、狭隘な場所での杭の施工が可能となるうえに、削孔から効率的に排土をおこなうことができる杭の掘削排土システムを提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明の杭の掘削排土システムは、エアリフト方式によって掘削土砂を排出させる杭の掘削排土システムであって、先端に地盤を切削するビット及び土砂取込口が設けられるとともに、内部に空気の供給が可能なロッド管を有する掘削機と、前記ロッド管の上端側に接続される孔周辺経路部と、前記孔周辺経路部の下流側に取込口が接続される第１の混気ジェット部と、前記第１の混気ジェット部に接続される高圧給水装置と、前記第１の混気ジェット部の吐出口に上流側が接続される搬送経路部と、前記搬送経路部の下流側に取込口が接続される第２の混気ジェット部と、前記第２の混気ジェット部の吐出口から排出される掘削土砂を貯留させる貯留タンク部と、前記貯留タンク部内に設置されて、泥水の中から水分のみを吸い込んで、高圧の圧力水を前記第２の混気ジェット部に供給する高圧ポンプとを備えており、前記第１の混気ジェット部は、前記第２の混気ジェット部よりも低い圧力の圧力水が前記高圧給水装置から供給されることを特徴とする。

ここで、前記第１の混気ジェット部には、前記第２の混気ジェット部よりも低い圧力の圧力水が前記高圧給水装置から供給される構成とすることができる。また、前記搬送経路部は、前記孔周辺経路部よりも長くすることができる。

さらに、前記孔周辺経路部では、複数の前記第１の混気ジェット部と前記第２の混気ジェット部がそれぞれ２組、並列に接続される構成とすることができる。また、前記搬送経路部に対して、複数の前記第２の混気ジェット部が接続される構成であってもよい。

このように構成された本発明の杭の掘削排土システムは、削孔からの掘削土砂の排土はエアリフト方式によっておこない、孔外における掘削土砂の搬送は、複数の混気ジェット部の圧送力や吸引力によっておこなう。

このため、削孔の深度が大きくなってもエアリフト方式によって効率よく掘削土砂を孔外まで押し上げることができる。また、２つの混気ジェット部を組み合わせた構成となっているため、孔周辺に配置される第１の混気ジェット部が占有する面積を少なくすることができ、狭隘な場所でも杭の施工をおこなうことができるようになる。

特に、第１の混気ジェット部が第２の混気ジェット部よりも圧力の低い圧力水が供給される構成であれば、第１の混気ジェット部を小型化することができ、さらに狭隘な場所でも杭の施工をおこなうことができるようになる。

また、ロッド管と第１の混気ジェット部とを繋ぐ孔周辺経路部よりも、第１の混気ジェット部と第２の混気ジェット部とを繋ぐ搬送経路部の長さを長くすることにより、杭の施工場所から離れた広い場所に占有面積の大きな貯留タンク部を配置することが可能になる。

さらに、複数の混気ジェット部を並列に配置する構成であれば、掘削土砂の排出量が多くなる直径の大きな杭の施工にも適用することができる。また、第１の混気ジェット部に複数の第２の混気ジェット部を接続する構成であれば、第１の混気ジェット部と第２の混気ジェット部との距離が長くなっても、掘削土砂を搬送させることができる。

本発明の実施の形態の杭の掘削排土システムの構成を示した説明図である。 掘削機の上部の構成を示した断面図である。 混気ジェット部の構成を説明する図であって、（ａ）は混気ジェット部の内部の流体の流れを説明する断面図、（ｂ）は混気ジェット部の側面図、（ｃ）は混気ジェット部の上面図である。 実施例１の杭の掘削排土システムの構成を説明する配置図である。 実施例２の杭の掘削排土システムの構成を説明する配置図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態の杭の掘削排土システム１の構成を示した説明図である。

この掘削排土システム１は、エアリフト方式によって掘削土砂を排出させる掘削機２０と、第１の混気ジェット部としての補助混気ジェット５と、掘削機２０と補助混気ジェット５との間の掘削土砂の経路となる孔周辺経路部としての排土ホース４１と、第２の混気ジェット部としての主混気ジェット６と、補助混気ジェット５と主混気ジェット６との間の掘削土砂の経路となる搬送経路部としての搬送ホース４２とを主に備えている。

この掘削機２０は、図１に示すように、地盤を切削する翼状のビット２１と、そのビット２１を先端に取り付けたロッド管２とを備えている。また、ロッド管２の上端には、図２に示すように回転駆動源となるケリーバ２６の下端が接続される。このケリーバ２６は、下部はターンテーブル２７のコッタ２７ａを介して回転自在に支持され、上部はスイベル２３によって回転自在に支持される。

また、図１に示すように、ロッド管２の外周に沿ってエアホース２２が延設される。そして、エアホース２２の下端は、ロッド管２の先端付近に接続され、エアホース２２とロッド管２内とは連通状態になる。

一方、エアホース２２の上部は、図２に示すように、ケリーバ２６の内部で上方に向けて配管される。このエアホース２２は、スイベル２３の不動部に挿入されたエアホース２５ａと連通状態になるように接続される。

そして、このエアホース２５ａには、図１に示すようにコンプレッサ２５が接続されている。このコンプレッサ２５から排出された圧縮された空気は、エアホース２５ａ及びエアホース２２を通って流下し、ロッド管２の先端付近から管内に送り込まれる。

掘削機２０を使った掘削は、送泥管２４によって搬送されるベントナイト溶液などの安定液３１を孔口３ａから注入して、削孔３が安定液３１によって満された状態でおこなわれる。そして、削孔３の孔壁は、安定液３１によって壁表面に形成されるマッドフィルムと安定液３１の液圧とによって保護される。

また、ビット２１によって切削された掘削土砂は、ロッド管２の先端に設けられた土砂取込口２ａから安定液３１とともに取り込まれることになる。すなわち、ロッド管２の先端付近に接続されたエアホース２２から管内に空気が供給されて管内の圧力が低下すると、掘削土砂が土砂取込口２ａから管内に流入し、一緒に取り込まれた安定液３１とともにロッド管２内を上方に搬送される。このような掘削土砂の搬送方式をエアリフト方式という。エアリフト方式によって排土をおこなう場合は、深度が大きくなっても排土能力がほとんど低下しないので、100ｍ以上の大深度の掘削においても排土をおこなうことができる。

また、上述したような掘削機２０を使って掘削をおこない、掘削土砂をロッド管２内で上昇させて排土をおこなう場所打ち杭の施工方法を、一般にリバース工法という。

一方、孔口３ａ上方に突出したスイベル２３には、排土ホース４１の一端を接続する。すなわち、ロッド管２を通ってスイベル２３に流入した掘削土砂は、排土ホース４１に流れ込むことになる。そして、この排土ホース４１は、孔口３ａ周辺に配管される。

排土ホース４１の他端は、補助混気ジェット５の取込口５１に接続される。この補助混気ジェット５の取込口５１付近の接続口５５には、給水ホース７１ａを介して高圧給水装置７１が接続される。

図３は、補助混気ジェット５の構成を説明する図である。図３（ａ）に示すように、補助混気ジェット５の上流側の取込口５１には、掘削土砂（白抜き矢印）を搬送させる排土ホース４１の一端を接続する。

また、同じく補助混気ジェット５の上流側の接続口５５には、給水ホース７１ａの一端を接続する。この給水ホース７１ａから供給される高圧の圧力水（実線矢印）は、接続口５５より内側のノズル５４から噴射され、気体導入口５３から流れ込んだ空気（破線矢印）と混合されて補助混気ジェット５の管内に流れ込む。

この高圧水と空気が混合した流体の速度が高ければ、取込口５１付近の管内が真空状態となり、排土ホース４１内に吸引力が作用することになる。この吸引力によって排土ホース４１内の掘削土砂は補助混気ジェット５内に吸い込まれ、空気と混合された高圧水とともに掘削土砂が下流側に圧送される。

この補助混気ジェット５の下流側の吐出口５２には、搬送ホース４２の一端が接続される。この搬送ホース４２の下流側となる他端は、図１に示すように主混気ジェット６の取込口６１に接続される。

この主混気ジェット６は、補助混気ジェット５よりも管の内径が大きく、通過可能流量が大きいが、構造は補助混気ジェット５と同じであるため、詳細な説明は省略する。

主混気ジェット６の下流側の端部には、補助混気ジェット５と同様に接続口６５と気体導入口６３が設けられている。この接続口６５には給水ホース７２ａを介して高圧ポンプ７２が接続される。

この高圧ポンプ７２は、貯留タンク部としての中継タンク８の底に沈設される。この中継タンク８には、主混気ジェット６の吐出口６２から排出された安定液３１と掘削土砂とが混合した泥水８１が貯留される。

高圧ポンプ７２は、この泥水８１の中から水分のみを吸い込んで、高圧の圧力水にして主混気ジェット６の管内に供給する。この高圧ポンプ７２から供給される圧力水の圧力は、補助混気ジェット５に高圧給水装置７１から供給される圧力水の圧力よりも高い。また、高圧ポンプ７２によって供給される圧力水の流量は、高圧給水装置７１によって補助混気ジェット５に供給される流量よりも多い。

この主混気ジェット６は、搬送ホース４２内を流れる泥水８１を吸引する機能を有する。搬送ホース４２内の泥水８１は、補助混気ジェット５によって押し出されたものでもあるため、搬送ホース４２の長さが長くなっても、補助混気ジェット５の圧送力と主混気ジェット６の吸引力とによって搬送が可能になる。

中継タンク８に一旦、泥水８１が貯留されると、その泥水中に含まれる大きな礫などが沈降して中継タンク８の底に堆積する。そして、大礫などが除去された泥水８１は、中継タンク８の下部からスラリーポンプ８２によって吸い出され、搬送管８３によってさらに広い泥水処理ヤードまで搬送される。さらに、図示しない泥水処理ヤードでは、泥水８１から砂分などが除去されて安定液３１が再生され、再び送泥管２４を通って削孔３に供給される。

次に、本実施の形態の杭の掘削排土システムを適用した杭の構築方法について説明する。

まず、図１に示すように、杭を構築する施工箇所に近い杭周辺エリアＡ１に、掘削機２０、排土ホース４１、補助混気ジェット５、コンプレッサ２５、高圧給水装置７１などを配置する。

ここで説明する杭の施工箇所は、削孔３位置が線路脇などの非常に狭隘な場所で、その削孔３の近辺には、補助混気ジェット５程度の大きさのものを設置するスペースしか確保することができない。

そして、この杭周辺エリアＡ１から離れたある程度の広いスペースが確保できる場所に中継エリアＡ２を設ける。この中継エリアＡ２には、主混気ジェット６、大型の中継タンク８、スラリーポンプ８２などを配置する。

杭の削孔３を形成するための掘削は、先端にビット２１が取り付けられたロッド管２を、掘削深度に合わせて継ぎ足しながらおこなう。また、削孔３内には、送泥管２４から適宜、安定液３１を注入し、孔壁の崩壊を防ぎながら掘り進める。

一方、ビット２１によって切削されて削孔３の底部付近に滞留する掘削土砂は、エアホース２２から管内に供給される空気によって周辺より圧力が低下した土砂取込口２ａからロッド管２内に取り込まれ、そのままロッド管２に沿って上昇する。

そして、安定液３１と掘削土砂とが混合した泥水８１は、ロッド管２からケリーバ２６、スイベル２３を通って排土ホース４１に送り出される。この排土ホース４１は、スイベル２３と補助混気ジェット５とを繋ぐ、数ｍ程度の比較的に短い管路で、泥水８１はスイベル２３から押し出された勢いと、補助混気ジェット５の吸引力とによって補助混気ジェット５まで搬送される。

補助混気ジェット５と主混気ジェット６とを繋ぐ搬送ホース４２は、数百ｍ程度の長い管路となるが、補助混気ジェット５による圧送力と主混気ジェット６による吸引力とによって泥水８１が搬送され、中継タンク８に排出される。

そして、中継タンク８からスラリーポンプ８２によって吸い出された泥水８１は、搬送管８３によって泥水処理ヤード（図示省略）に搬送され、掘削土砂に起因する砂分などが分離された後に、再び安定液３１として送泥管２４に供給される。

このように安定液３１を循環させることによって掘削土砂を排土しながら削孔３をおこない、その削孔３に鉄筋籠（図示省略）を挿入し、コンクリートを注入することによって杭が完成する。

次に、本実施の形態の杭の掘削排土システムの作用について説明する。

このように構成された杭の掘削排土システム１は、削孔３からの掘削土砂の排土はエアリフト方式によっておこない、孔外における掘削土砂の搬送は、補助混気ジェット５と主混気ジェット６の２つの混気ジェット部の圧送力と吸引力によっておこなう。

このため、削孔３の深度が大きくなってもエアリフト方式によって効率よく掘削土砂を孔口３ａまで押し上げることができる。従来のサクションポンプを使って掘削土砂を排土させる方式では、削孔３の深度が大きくなると吸引力が低下して排土効率が低下したり、揚程限界によって排土ができなくなったりする。また、サクションポンプは大型で占有面積も大きくなるため、孔口３ａ周辺にそれを設置するスペースが確保できない場合は使用することができない。

これに対してエアリフト方式の排土であれば、削孔３の深度が大きくなっても排土効率の低下がほとんどなく、構成が小型になるため、孔口３ａ周辺の占有面積も少なくすることができる。

そして、杭周辺エリアＡ１には小型の補助混気ジェット５を配置するようにすれば、占有する面積が少なくなり、狭隘な場所でも杭の施工をおこなうことができるようになる。

また、杭周辺エリアＡ１から離れた場所にしか中継タンク８などの大型の設備を設置できない場合でも、補助混気ジェット５に一端を接続した搬送ホース４２の他端に大型の主混気ジェット６を接続することによって、泥水８１の搬送が可能になる。すなわち、補助混気ジェット５が主混気ジェット６よりも供給される圧力水の圧力が低い構成であれば、補助混気ジェット５を小型化することができ、線路脇などの非常に狭隘な場所でも杭の施工をおこなうことができる。

さらに、主混気ジェット６に接続させる高圧ポンプ７２には、中継タンク８に貯留させた泥水８１の水を利用できるので、別途、水タンクを設ける必要がない。

また、中継タンク８を介在させる構成であるため、径の大きな礫などを中継タンク８に沈殿させることができる。この結果、搬送管８３が大礫によって閉塞することがなくなり、スラリーポンプ８２によって泥水処理ヤードまでの搬送を効率よくおこなうことができる。

さらに、ロッド管２と補助混気ジェット５を繋ぐ排土ホース４１よりも、補助混気ジェット５と主混気ジェット６を繋ぐ搬送ホース４２の長さを長くすることにより、杭の施工場所から離れた広い場所まで掘削土砂を搬送させることができるようになり、中継タンク８を配置する場所の選択自由度が大きくなる。

次に、前記実施の形態とは別の形態の杭の掘削排土システムについて、図４を参照しながら説明する。なお、前記実施の形態で説明した内容と同一乃至均等な部分の説明については同一符号を付して説明する。

この実施例１では、削孔３から排出される掘削土砂の排土量が多い場合の構成について説明する。すなわち、杭の直径が大きくなると、その分、掘削によって発生する掘削土砂も多くなるため、それに対応可能な構成について説明する。

なお、前記実施の形態で説明した補助混気ジェット５及び主混気ジェット６の規格を大きくして通過可能流量を高める構成であっても直径の大きな杭の排土に対応できるが、この実施例１では、補助混気ジェット５の規格を上げなくてもよい構成について説明する。

例えば、図４に示した構成では、補助混気ジェット５と主混気ジェット６の組み合わせを２組、並列に配置している。すなわち、それぞれの補助混気ジェット５，５とロッド管２を接続する孔周辺経路部４３を、排土ホース４３ａと分岐管４３ｂとによって形成し、分岐管４３ｂのそれぞれの端部に補助混気ジェット５，５を接続する。そして、それぞれの補助混気ジェット５，５に対して、搬送経路部としての搬送ホース４２Ａ，４２Ｂと主混気ジェット６，６とを接続する。

このように構成された実施例１の杭の掘削排土システムは、杭の直径が大きくなって排土ホース４３ａを流れる泥水８１の流量が増えても、補助混気ジェット５，５と搬送ホース４２Ａ，４２Ｂと主混気ジェット６，６とからなる２つの経路に分配して中継タンク８まで搬送することができるので、補助混気ジェット５，５の規格（サイズ）を大きくしなくてもよい。このため、杭周辺エリアＡ１が狭くても、杭の施工をおこなうことができる。

なお、この他の構成及び作用効果については、前記実施の形態又は他の実施例と略同様であるため説明を省略する。

次に、前記実施の形態及び実施例１とは別の形態の杭の掘削排土システムについて、図５を参照しながら説明する。なお、前記実施の形態又は実施例１で説明した内容と同一乃至均等な部分の説明については同一符号を付して説明する。

この実施例２では、杭周辺エリアＡ１と中継エリアＡ２との距離が長距離になる場合でも対応可能な構成について説明する。なお、上述した前記実施の形態及び実施例１の構成においても杭周辺エリアＡ１と中継エリアＡ２とは離れているが、それよりも長距離の搬送が必要になった場合でも対応可能な構成について説明する。

また、前記実施の形態で説明した補助混気ジェット５及び主混気ジェット６の規格を大きくして搬送距離を長くすることもできるが、この実施例２では、補助混気ジェット５の規格を上げなくてもよい構成について説明する。

例えば、図５に示した構成では、１台の補助混気ジェット５に搬送経路部４４を介して２台の主混気ジェット６，６が接続される。すなわち、搬送経路部４４は、分岐管４４ａとそれに接続される２本の搬送ホース４４ｂ，４４ｃとによって形成され、搬送ホース４４ｂ，４４ｃのそれぞれの端部に主混気ジェット６，６を接続する。

このように構成された実施例２の杭の掘削排土システムは、杭周辺エリアＡ１と中継エリアＡ２との距離が長くなっても、２台の主混気ジェット６，６によって吸引力が高められているので、掘削土砂を搬送させることができる。また、補助混気ジェット５の規格（サイズ）を大きくしなくてもよいため、杭周辺エリアＡ１が狭くても、杭の施工をおこなうことができる。

なお、この他の構成及び作用効果については、前記実施の形態又は他の実施例と略同様であるため説明を省略する。

以上、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態及び実施例に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。

例えば、前記実施の形態及び実施例では、第１の混気ジェット部を補助混気ジェット５とし、第２の混気ジェット部を主混気ジェット６として規格を変えたが、これに限定されるものではなく、第１の混気ジェット部と第２の混気ジェット部とは同じ規格であってもよい。また、第２の混気ジェット部の方が小型であってもよい。

１ 掘削排土システム
２０ 掘削機
２ ロッド管
２ａ 土砂取込口
２１ ビット
３ 削孔
４１ 排土ホース（孔周辺経路部）
４２ 搬送ホース（搬送経路部）
５ 補助混気ジェット（第１の混気ジェット部）
５１ 取込口
５２ 吐出口
６ 主混気ジェット（第２の混気ジェット部）
６１ 取込口
６２ 吐出口
７１ 高圧給水装置
７２ 高圧ポンプ
８ 中継タンク（貯留タンク部）
４２Ａ，４２Ｂ 搬送ホース（搬送経路部）
４３ 孔周辺経路部
４４ 搬送経路部

Claims (3)

1. エアリフト方式によって掘削土砂を排出させる杭の掘削排土システムであって、
   先端に地盤を切削するビット及び土砂取込口が設けられるとともに、内部に空気の供給が可能なロッド管を有する掘削機と、
   前記ロッド管の上端側に接続される孔周辺経路部と、
   前記孔周辺経路部の下流側に取込口が接続される第１の混気ジェット部と、
   前記第１の混気ジェット部に接続される高圧給水装置と、
   前記第１の混気ジェット部の吐出口に上流側が接続される搬送経路部と、
   前記搬送経路部の下流側に取込口が接続される第２の混気ジェット部と、
   前記第２の混気ジェット部の吐出口から排出される掘削土砂を貯留させる貯留タンク部と、
   前記貯留タンク部内に設置されて、泥水の中から水分のみを吸い込んで、高圧の圧力水を前記第２の混気ジェット部に供給する高圧ポンプとを備えており、
   前記第１の混気ジェット部は、前記第２の混気ジェット部よりも低い圧力の圧力水が前記高圧給水装置から供給されることを特徴とする杭の掘削排土システム。
2. 前記孔周辺経路部では、複数の前記第１の混気ジェット部と前記第２の混気ジェット部がそれぞれ２組、並列に接続されることを特徴とする請求項１に記載の杭の掘削排土システム。
3. 前記搬送経路部に対して、複数の前記第２の混気ジェット部が接続されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の杭の掘削排土システム。