JP6748900B2 - 削孔用口元装置、削孔装置、及び削孔方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えばトンネル内等の高い水圧がかかる被圧下において削孔を行う際に、止水しながら中口径の削孔を行う削孔用口元装置、削孔装置、及び削孔方法に関するものである。

従来、小口径推進式の削孔装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。小口径推進式の削孔装置では、例えば直径３００ｍｍ〜４００ｍｍの中口径の削孔を行うことが可能である。

また、従来、ロータリーパーカッション式の削孔装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。ロータリーパーカッション式の削孔装置では、削孔対象の壁面に削孔用口元装置を設置することにより、止水しながら削孔することができる。

特開平８−１５２０７９号公報 特開２００３−１８４４９９号公報

しかしながら、小口径推進式の削孔装置では、先端に設置された削孔機械の耐圧が、推進機のシール機構の耐圧性から０．２Ｍｐａ以下となっている。従って、例えば、トンネル内等の０．３Ｍｐａ程度の被圧下において削孔を行うことができない。

また、ロータリーパーカッション式の削孔駆動装置が把持するロッドの直径は、汎用機では最大でも２１６ｍｍであり、例えば直径３００ｍｍの中口径の削孔を行うことができない。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、既存の汎用削孔駆動装置を用いて、被圧下において止水しながら中口径の削孔を行うことができる削孔用口元装置、削孔装置、及び削孔方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る削孔用口元装置は、先端に先端ビットが接続されたロッドであって、該ロッドの径より前記先端ビットの径が大きいロッドが挿入される第１の管状部材と、前記第１の管状部材の管内に設けられており、前記第１の管状部材と前記ロッドとの間を止水する止水手段と、前記第１の管状部材に接続されているゲート式バルブと、前記ゲート式バルブに接続されており、前記先端ビットより内径が大きい第２の管状部材と、前記第２の管状部材に取り付けられており、前記第２の管状部材内からの泥水の排出量を制御する排出バルブと、を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る他の削孔用口元装置は、先端に先端ビットが接続されたロッドであって、該ロッドの径より前記先端ビットの径が大きいロッドが挿入される第１の管状部材と、前記第１の管状部材の管内に設けられており、前記第１の管状部材と前記ロッドとの間を止水する止水手段と、前記第１の管状部材に接続されており、前記先端ビットより内径が大きい第２の管状部材と、前記第２の管状部材に取り付けられており、前記第２の管状部材内からの泥水の排出量を制御する排出バルブと、前記第２の管状部材に接続されているゲート式バルブと、を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る削孔装置は、上記の削孔用口元装置と、前記削孔用口元装置に挿入されているロッドと、前記ロッドの先端に接続されている先端ビットと、前記ロッドを回転駆動させる削孔駆動装置と、を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る削孔方法は、被圧下において、先端に先端ビットが接続されているロッドであって、該ロッドの径より前記先端ビットの径が大きいロッドを削孔駆動装置で回転駆動させて削孔する削孔方法であって、前記ロッドとの間を止水する止水手段が管内に設けられている第１の管状部材に前記ロッドを挿入する挿入工程と、前記先端ビットより内径が大きい第２の管状部材を削孔対象の壁面に固定する固定工程と、前記第１の管状部材と、前記第２の管状部材とを、ゲート式バルブを介して接続する接続工程と、前記第２の管状部材に取り付けられている排出バルブを用いて前記第２の管状部材内からの泥水の排出量を制御しながら削孔する削孔工程と、を含むことを特徴とする。

また、本発明に係る他の削孔方法は、被圧下において、先端に先端ビットが接続されているロッドであって、該ロッドの径より前記先端ビットの径が大きいロッドを削孔駆動装置で回転駆動させて削孔する削孔方法であって、前記ロッドとの間を止水する止水手段が管内に設けられている第１の管状部材に前記ロッドを挿入する挿入工程と、前記先端ビットより内径が大きいガイド管を削孔対象の壁面に固定する固定工程と、前記第１の管状部材に接続されている前記先端ビットより内径が大きい第２の管状部材と、前記ガイド管とを、ゲート式バルブを介して接続する接続工程と、前記第２の管状部材に取り付けられている排出バルブを用いて前記第２の管状部材内からの泥水の排出量を制御しながら削孔する削孔工程と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、既存の汎用削孔駆動装置を用いて、被圧下において止水しながら中口径の削孔を行うことができる削孔用口元装置、削孔装置、及び削孔方法を実現することができる。

図１は、本発明の実施の形態１に係る削孔用口元装置を備える削孔装置の一部を表す模式図である。 図２は、図１に示す削孔用口元装置を拡大した断面図である。 図３は、図１に示す先端ビットの斜視図である。 図４は、図１に示す先端ビットの断面図である。 図５は、図１に示す先端ビットとドライブシューとの接続状態を表す図である。 図６は、本発明の実施の形態１に係る削孔用口元装置が行う被圧下における削孔方法の概要を示すフローチャートである。 図７は、被圧下における削孔方法の手順を示す図である。 図８は、被圧下における削孔方法の手順を示す図である。 図９は、被圧下における削孔方法の手順を示す図である。 図１０は、被圧下における削孔方法の手順を示す図である。 図１１は、被圧下における削孔方法の手順を示す図である。 図１２は、被圧下における削孔方法の手順を示す図である。 図１３は、被圧下における削孔方法の手順を示す図である。 図１４は、被圧下における削孔方法の手順を示す図である。 図１５は、本発明の実施の形態２に係る削孔用口元装置を拡大した断面図である。 図１６は、本発明の実施の形態２に係る削孔用口元装置が行う被圧下における削孔方法の概要を示すフローチャートである。 図１７は、被圧下における削孔方法の手順を示す図である。 図１８は、被圧下における削孔方法の手順を示す図である。 図１９は、被圧下における削孔方法の手順を示す図である。 図２０は、被圧下における削孔方法の手順を示す図である。 図２１は、被圧下における削孔方法の手順を示す図である。 図２２は、被圧下における削孔方法の手順を示す図である。 図２３は、被圧下における削孔方法の手順を示す図である。

以下に、本発明に係る削孔用口元装置、削孔装置、及び削孔方法の実施の形態について、トンネル内等の０．３Ｍｐａ程度の被圧下において直径３００ｍｍの中口径の削孔を行う場合を例に取り、図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る削孔用口元装置を備える削孔装置の一部を表す模式図である。図１に示すように、実施の形態１に係る削孔装置１は、削孔用口元装置２と、削孔用口元装置２に挿入されているロッド３と、ロッド３の先端にドライブシュー４を介して接続されている先端ビット５と、ロッド３を回転駆動させる削孔駆動装置６と、を備える。

図２は、図１に示す削孔用口元装置を拡大した断面図である。図２に示すように、削孔用口元装置２は、ロッド３が挿入される第１の管状部材２１と、第１の管状部材２１の管内に設けられており、第１の管状部材２１とロッド３との間を止水する止水手段としてのプリペンダー２２と、第１の管状部材２１に接続されているゲート式バルブ２３と、ゲート式バルブ２３に接続されており、先端ビット５より内径が大きい第２の管状部材２４と、第２の管状部材２４に取り付けられており、第２の管状部材２４内からの泥水の排出量を制御する排出バルブ２５と、第２の管状部材２４と削孔対象の壁面との接合を補強する補強部２６と、を備える。

第１の管状部材２１は、内径がロッド３の外周よりわずかに大きい。プリペンダー２２は、第１の管状部材２１とロッド３との間を止水し、第１の管状部材２１内の泥水が第１の管状部材２１とロッド３との間から漏れることを防止する。

ゲート式バルブ２３は、バルブを閉めることにより、第１の管状部材２１と第２の管状部材２４との間を止水する。

第２の管状部材２４は、先端ビット５より内径が大きい。第２の管状部材２４の内径は、例えば３５０ｍｍである。第２の管状部材２４は、管内に先端ビット５を収容可能である。排出バルブ２５は、バルブを調整することにより、第２の管状部材２４内からの泥水の排出量を制御することができる。補強部２６は、溶接等により削孔対象の壁面に固定され、第２の管状部材２４と壁面との接合を補強する。

ロッド３は、例えば鋼管である。ロッド３の直径は、例えば１３５ｍｍ又は２１６ｍｍであり、既存の汎用的に用いられているロータリーパーカッションドリルのロッドの直径である。

ドライブシュー４は、ロッド３の先端に螺合されている。ロッド３を正転させると、ドライブシュー４とロッド３とが螺合され、ロッド３を逆転させると、ドライブシュー４とロッド３との螺合が解除される。

先端ビット５は、例えばクローネンビットである。先端ビット５の径は、ロッド３の径より大きく、例えば３００ｍｍである。図３は、図１に示す先端ビットの斜視図である。図４は、図１に示す先端ビットの断面図である。先端ビット５の先端には、孔５１が形成されている。孔５１からは、ロッド３の基端側からロッド３内を通って先端ビット５まで送られた削孔水が放出される。さらに、先端ビット５は、スプリング５２及び球体である逆止弁５３を有し、孔５１から流入した泥水がロッド３内に流入することが防止されている。

図５は、図１に示す先端ビットとドライブシューとの接続状態を表す図である。図５に示すように、ドライブシュー４と先端ビット５とは、ドライブシュー４の凹部４１と先端ビット５の凸部５４とが互いに嵌合することにより接続される。その結果、ロッド３を正転（図５を基端側から見て左回転）させると、ドライブシュー４から先端ビット５が脱落することが防止される。一方、ロッド３を逆転（図５を基端側から見て右回転）させると、ドライブシュー４から先端ビット５を取り外すことができる。

削孔駆動装置６は、ロッド３を把持して正転及び逆転させる既存の汎用的に用いられているロータリーパーカッションドリルである。

図６は、本発明の実施の形態１に係る削孔用口元装置が行う被圧下における削孔方法の概要を示すフローチャートである。図７〜図１４は、被圧下における削孔方法の手順を示す図である。はじめに、図７に示すように、削孔対象の壁面Ｗに補強部２６を溶接等により固定し、第２の管状部材２４を壁面Ｗに固定する（ステップＳ１０１）。そして、固定した第２の管状部材２４に対向する位置にロッド３を把持した削孔駆動装置６を配置する（ステップＳ１０２）。

続いて、図８に示すように、第１の管状部材２１にロッド３を挿入する（ステップＳ１０３）。このとき、プリペンダー２２によって、第１の管状部材２１とロッド３との間が止水されるように必要な調整を行う。さらに、ロッド３の先端にドライブシュー４を介して先端ビット５を取り付ける（ステップＳ１０４）。具体的には、ロッド３を正転させることで、ロッド３の先端にドライブシュー４を螺合するとともに、ドライブシュー４の凹部４１と先端ビット５の凸部５４とを嵌合させる。

その後、図９に示すように、削孔駆動装置６を操作することによってロッド３を伸ばし、先端ビット５を壁面Ｗに固定された第２の管状部材２４内に挿入する（ステップＳ１０５）。

続いて、図１０に示すように、第１の管状部材２１と第２の管状部材２４とをゲート式バルブ２３を介して接続する（ステップＳ１０６）。具体的には、各部材のフランジをボルト及びナットで締結し、水密に接続する。

そして、図１１に示すように、削孔駆動装置６を操作することによってロッド３を介して先端ビット５から削孔水を放出しながら、ロッド３を正転させて地山を削孔する（ステップＳ１０７）。このとき、第２の管状部材２４に取り付けられている排出バルブ２５を用いて第２の管状部材２４内からの泥水の排出量を制御しながら削孔を行う。その結果、削孔する孔の中の水圧を調整することができる。また、逆止弁５３により、ロッド３内に泥水が流入することが防止されている。なお、削孔中に圧力がかかる領域には、削孔用口元装置２、ロッド３、ドライブシュー４、及び先端ビット５が配置されているが、この領域に削孔機械のような機械的な構成が配置されていないため、例えば０．３Ｍｐａの水圧がかかっても十分に耐えることができる。

所定の深さの孔Ｈの削孔が完了した後、図１２に示すように、ロッド３を逆転させ、ドライブシュー４及び先端ビット５を取り外す（ステップＳ１０８）。なお、実施の形態１では、ドライブシュー４及び先端ビット５は地山に残置し、回収しない。また、ロッド３の先端にも逆止弁が設けられており、泥水のロッド３内への流入が防止されている。なお、ドライブシュー４及び先端ビット５のロッド３からの取り外しは、ロッド３を縮めドライブシュー４及び先端ビット５を第２の管状部材２４内に収納した後に行ってもよい。その場合には、孔Ｈからの水圧が作用しなくなり、ゲート式バルブ２３や第２の管状部材２４等の撤去が可能になった際に、これらの撤去に合わせてドライブシュー４及び先端ビット５を回収することができる。

さらに、図１３に示すように、削孔駆動装置６を操作することによってロッド３の先端が第１の管状部材２１内に位置するようにロッド３を縮める（ステップＳ１０９）。そして、ゲート式バルブ２３を閉じる（ステップＳ１１０）。その結果、削孔した孔Ｈから泥水が流出することが防止される。なお、削孔後、第２の管状部材２４内にグラウトを充填して、止水性を高めてもよい。

その後、図１４に示すように、第１の管状部材２１をゲート式バルブ２３から取り外す（ステップＳ１１１）。最後にロッド３から第１の管状部材２１を取り外し（ステップＳ１１２）、一連の工程が終了する。

以上説明したように、実施の形態１によれば、既存の汎用機である削孔駆動装置６を用いて、被圧下において止水しながら中口径の削孔を行うことができる。従って、実施の形態１によれば、特殊な削孔駆動装置を用意する手間やコストがかからないため、工期、工費を削減することができる。

（実施の形態２）
実施の形態２に係る削孔装置は、削孔用口元装置を除いて、実施の形態１に係る削孔装置１と同様の構成であるので適宜説明を省略する。

図１５は、本発明の実施の形態２に係る削孔用口元装置を拡大した断面図である。図１５に示すように、削孔用口元装置１０２は、ロッド３が挿入される第１の管状部材１２１と、第１の管状部材１２１の管内に設けられており、第１の管状部材１２１とロッド３との間を止水する止水手段としてのプリペンダー１２２と、第１の管状部材１２１に接続されており、先端ビット５より内径が大きい第２の管状部材１２３と、第２の管状部材１２３に取り付けられており、第２の管状部材１２３内からの泥水の排出量を制御する排出バルブ１２４と、第２の管状部材１２３に接続されているゲート式バルブ１２５と、ゲート式バルブ１２５に接続されているガイド管１２６と、ガイド管１２６と削孔対象の壁面との接合を補強する補強部１２７と、を備える。

第１の管状部材１２１は、内径がロッド３の外周よりわずかに大きい。プリペンダー１２２は、第１の管状部材１２１とロッド３との間を止水し、第１の管状部材１２１内の泥水が第１の管状部材１２１とロッド３との間から漏れることを防止する。

第２の管状部材１２３は、先端ビット５より内径が大きい。第２の管状部材１２３の内径は、例えば３５０ｍｍである。第２の管状部材１２３は、管内に先端ビット５を収容可能である。排出バルブ１２４は、バルブを調整することにより、第２の管状部材１２３内からの泥水の排出量を制御することができる。

ゲート式バルブ１２５は、バルブを閉めることにより、第２の管状部材１２３とガイド管１２６との間を止水する。補強部１２７は、溶接等により削孔対象の壁面に固定され、ガイド管１２６と壁面との接合を補強する。

図１６は、本発明の実施の形態２に係る削孔用口元装置が行う被圧下における削孔方法の概要を示すフローチャートである。図１７〜図２３は、被圧下における削孔方法の手順を示す図である。はじめに、図１７に示すように、削孔対象の壁面Ｗに補強部１２７を溶接等により固定し、ガイド管１２６を壁面Ｗに固定する（ステップＳ２０１）。そして、固定したガイド管１２６に対向する位置にロッド３を把持した削孔駆動装置６を配置する（ステップＳ２０２）。

続いて、図１８に示すように、第１の管状部材１２１及び第２の管状部材１２３にロッド３を挿入する（ステップＳ２０３）。このとき、プリペンダー１２２によって、第１の管状部材１２１とロッド３との間が止水されるように必要な調整を行う。さらに、ロッド３の先端にドライブシュー４を介して先端ビット５を取り付ける（ステップＳ２０４）。具体的には、ロッド３を正転させることで、ロッド３の先端にドライブシュー４を螺合するとともに、ドライブシュー４の凹部４１と先端ビット５の凸部５４とを嵌合させる。

その後、図１９に示すように、削孔駆動装置６を操作することによってロッド３を伸ばし、先端ビット５を壁面Ｗに固定されたガイド管１２６内に挿入する（ステップＳ２０５）。

続いて、図２０に示すように、第２の管状部材１２３とガイド管１２６とをゲート式バルブ１２５を介して接続する（ステップＳ２０６）。具体的には、各部材のフランジをボルト及びナットで締結し、水密に接続する。

そして、図２１に示すように、削孔駆動装置６を操作することによってロッド３を介して先端ビット５から削孔水を放出しながら、ロッド３を正転させて地山を削孔する（ステップＳ２０７）。このとき、第２の管状部材１２３に取り付けられている排出バルブ１２４を用いて第２の管状部材１２３内からの泥水の排出量を制御しながら削孔を行う。その結果、削孔する孔の中の水圧を調整することができる。また、逆止弁５３により、ロッド３内に泥水が流入することが防止されている。

所定の深さの孔Ｈの削孔が完了した後、図２２に示すように、削孔駆動装置６を操作することによって、ドライブシュー４及び先端ビット５が第２の管状部材１２３内に収容されるようにロッド３を縮める（ステップＳ２０８）。そして、ゲート式バルブ１２５を閉じる（ステップＳ２０９）。その結果、削孔した孔Ｈから泥水が流出することが防止される。なお、削孔後、第２の管状部材１２３内にグラウトを充填して、止水性を高めてもよい。

その後、図２３に示すように、第２の管状部材１２３をゲート式バルブ１２５から取り外す（ステップＳ２１０）。最後にロッド３からドライブシュー４及び先端ビット５を取り外し、さらに第１の管状部材１２１及び第２の管状部材１２３を取り外し（ステップＳ２１１）、一連の工程が終了する。

以上説明したように、実施の形態２によれば、既存の汎用機である削孔駆動装置６を用いて、被圧下において止水しながら中口径の削孔を行うことができる。従って、実施の形態２によれば、特殊な削孔駆動装置を用意する手間やコストがかからないため、工期、工費を削減することができる。また、実施の形態２によれば、ドライブシュー４及び先端ビット５を回収し、再利用することができるため、さらに工費を削減することができる。

以上のように、本発明に係る削孔用口元装置、削孔装置、及び削孔方法は、例えばトンネル内等の高い水圧がかかる被圧下において削孔を行う際に、止水しながら中口径の削孔を行う際に有用であり、特に、既存の汎用削孔駆動装置を用いて、被圧下において止水しながら中口径の削孔を行うことができる削孔用口元装置、削孔装置、及び削孔方法を提供するのに適している。

１ 削孔装置
２、１０２ 削孔用口元装置
３ ロッド
４ ドライブシュー
５ 先端ビット
６ 削孔駆動装置
２１、１２１ 第１の管状部材
２２、１２２ プリペンダー
２３、１２５ ゲート式バルブ
２４、１２３ 第２の管状部材
２５、１２４ 排出バルブ
２６、１２７ 補強部
４１ 凹部
５１ 孔
５２ スプリング
５３ 逆止弁
５４ 凸部
１２６ ガイド管
Ｈ 孔
Ｗ 壁面

Claims (5)

1. 先端に先端ビットが接続されたロッドであって、該ロッドの径より前記先端ビットの径が大きいロッドが挿入される第１の管状部材であって、前記先端ビットより径が小さい第１の管状部材と、
   前記第１の管状部材の管内に設けられており、前記第１の管状部材と前記ロッドとの間を止水する止水手段と、
   前記第１の管状部材に接続されているゲート式バルブと、
   前記ゲート式バルブに接続されており、前記先端ビットより内径が大きい第２の管状部材と、
   前記第２の管状部材に取り付けられており、前記第２の管状部材内からの泥水の排出量を制御する排出バルブと、
   を備えることを特徴とする削孔用口元装置。
2. 先端に先端ビットが接続されたロッドであって、該ロッドの径より前記先端ビットの径が大きいロッドが挿入される第１の管状部材であって、前記先端ビットより径が小さい第１の管状部材と、
   前記第１の管状部材の管内に設けられており、前記第１の管状部材と前記ロッドとの間を止水する止水手段と、
   前記第１の管状部材に接続されており、前記先端ビットより内径が大きい第２の管状部材と、
   前記第２の管状部材に取り付けられており、前記第２の管状部材内からの泥水の排出量を制御する排出バルブと、
   前記第２の管状部材に接続されているゲート式バルブと、
   を備えることを特徴とする削孔用口元装置。
3. 請求項１又は２に記載の削孔用口元装置と、
   前記削孔用口元装置に挿入されているロッドと、
   前記ロッドの先端に接続されている先端ビットと、
   前記ロッドを回転駆動させる削孔駆動装置と、
   を備えることを特徴とする削孔装置。
4. 被圧下において、先端に先端ビットが接続されているロッドであって、該ロッドの径より前記先端ビットの径が大きいロッドを削孔駆動装置で回転駆動させて削孔する削孔方法であって、
   前記ロッドとの間を止水する止水手段が管内に設けられており、前記先端ビットより径が小さい第１の管状部材に前記ロッドを挿入する挿入工程と、
   前記先端ビットより内径が大きい第２の管状部材を削孔対象の壁面に固定する固定工程と、
   前記第１の管状部材と、前記第２の管状部材とを、ゲート式バルブを介して接続する接続工程と、
   前記第２の管状部材に取り付けられている排出バルブを用いて前記第２の管状部材内からの泥水の排出量を制御しながら削孔する削孔工程と、
   を含むことを特徴とする削孔方法。
5. 被圧下において、先端に先端ビットが接続されているロッドであって、該ロッドの径より前記先端ビットの径が大きいロッドを削孔駆動装置で回転駆動させて削孔する削孔方法であって、
   前記ロッドとの間を止水する止水手段が管内に設けられており、前記先端ビットより径が小さい第１の管状部材に前記ロッドを挿入する挿入工程と、
   前記先端ビットより内径が大きいガイド管を削孔対象の壁面に固定する固定工程と、
   前記第１の管状部材に接続されている前記先端ビットより内径が大きい第２の管状部材と、前記ガイド管とを、ゲート式バルブを介して接続する接続工程と、
   前記第２の管状部材に取り付けられている排出バルブを用いて前記第２の管状部材内からの泥水の排出量を制御しながら削孔する削孔工程と、
   を含むことを特徴とする削孔方法。

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