JP6750814B2 - 掘削翼、掘削装置及び掘削工法 - Google Patents

Description

本発明は、掘削流体にて地中を掘削するための掘削翼に関するものである。本発明はまた、前記掘削翼を備える掘削装置及び該掘削装置を用いて行う掘削工法に関するものである。本発明に係る掘削翼、掘削装置及び掘削工法は、掘削流体として固化材液を用いることにより、地盤の掘削と同時に地盤の改良を行うための、地盤改良翼、地盤改良装置及び地盤改良工法として機能する。

本願の出願人は、掘削装置として、次のものを提案している（特許文献１参照）。掘削流体の通路を有する掘削ロッドに掘削翼を垂直方向に回動自在に設ける。この掘削翼には、先端方向に向かう噴射ノズルを設ける。この噴射ノズルはスイベルを介して掘削ロッドの掘削流体通路に連通する。掘削翼は、噴射ノズルからの掘削流体の噴射に基づく反力で水平方向及び垂直方向に回動可能である。そして、噴射ノズルから噴射される掘削流体によって地盤が掘削される。同時に、掘削流体の噴射に基づく反力で、掘削翼が所定の角度まで垂直方向に回動するとともに掘削翼が水平方向にも回動することによって、掘削が進行する。

特開２０１６−６２６０号公報

前記のような掘削装置においては、掘削された泥が噴射ノズルから噴射された掘削流体に対して引き込まれてしまい、掘削流体の噴流速度が減衰されてしまうという問題がある。この問題は、噴射ノズルから噴射される掘削流体の推進力に引っ張られて、回りの泥が吸い寄せられてしまうことに起因する。

本発明は、前記のような事情に鑑みてなされたもので、噴射ノズルから噴射された掘削流体の噴流速度の減衰をできる限り抑制できる掘削翼を提供しようとするものである。本発明はまた、前記掘削翼を備える掘削装置及び該掘削装置を用いて行う掘削工法並びに地盤改良工法を提供しようとするものである。

前記課題を解決するため、本発明に係る掘削翼は、地中に縦方向に挿入される掘削ロッドに取り付けられ、噴射ノズルから噴射される掘削流体によって地中を掘削可能であり、且つ、前記噴射ノズルからの掘削流体の噴射に基づく反力によって、前記掘削ロッドに対して横に開いた開翼状態への変位と前記掘削ロッドを中心とする回転とを生ずる掘削翼であって、前記噴射ノズルから噴射される掘削流体を噴射方向へと滑走させる掘削流体滑走面を備え、該掘削流体滑走面は、前記掘削翼の開翼状態において掘削流体の上方に位置する下向き面と、前記掘削翼の回転方向における掘削流体の後方に位置する前向き面と、を備え、前記下向き面の下方と前記前向き面の回転方向の前方とが開放されていることを特徴とする（請求項１）。本発明で掘削流体とは、セメントミルク等の固化材液や水等、噴射圧で土壌を掘削可能な流体を指す。

本発明によれば、噴射ノズルから噴射される掘削流体が掘削流体滑走面に接触した状態で掘削流体滑走面に沿って滑走する。このため、噴射ノズルから噴射された掘削流体の拡散が抑制され、掘削流体の噴射速度の低減が防止される。

また、噴射ノズルから噴射された掘削流体の上方には掘削流体滑走面の下向き面があり、噴射ノズルから噴射された掘削流体の後方（掘削翼の回転方向の後方）には掘削流体滑走面の下向き面があるので、掘削流体の上方及び後方の泥が掘削流体に引き込まれることが防止される。

掘削流体滑走面の前向き面の回転方向の前方が開放されているので、この開放部分で掘削流体が土壌を掘削する。そして、掘削流体滑走面の下向き面の下方が開放されているので、掘削流体によって掘削された泥土は掘削翼の下方へと円滑に逃がされる。

好適な実施の一形態として、前記前向き面が、前記掘削翼の回転方向の後方へ向かって下向きに傾斜している態様を例示する（請求項２）。このようにすれば、掘削流体によって掘削された泥土が前向き面に案内されて掘削翼の回転方向の後方へ向かって下向きに逃がされるので、掘削された泥土による掘削翼の回転抵抗が小さくなり、好適である。

好適な実施の一形態として、掘削流体によって掘削された泥土を下向き且つ前記掘削翼の回転方向の後方へと排出する排土板が前記前向き面に起立形成されている態様を例示する（請求項３）。この場合、掘削流体によって掘削された泥土が排土板によって掘削翼の回転方向の後方へと下向きに排出されるので、前向き面から泥土が引き剥がされやすくなり、掘削された泥土による掘削翼の回転抵抗が一層小さくなる。

好適な実施の一形態として、前記掘削翼の回転方向の前端縁に土壌への食い込みを促進する爪が形成されている態様を例示する（請求項４）。このようにすれば、掘削翼が土壌に対して食い込みやすくなるので、土壌の掘削効率が向上する。

好適な実施の一形態として、前記噴射ノズルが前記掘削翼の長さ方向に位置をずらして複数配設され、各噴射ノズルに対応して前記掘削流体滑走面が配設されている態様を例示する（請求項５）。このようにすれば、各噴射ノズルから噴射される掘削流体が各掘削流体滑走面に沿って滑走するので、各噴射ノズルから噴射された掘削流体の拡散が抑制され、掘削流体の噴射速度の低減が防止される。複数の噴射ノズルは掘削翼の長さ方向に位置をずらして配設されるので、各噴射ノズルからの掘削流体による掘削担当距離が短くてすむ。各噴射ノズルから噴射される掘削流体は、各噴射ノズルから遠ざかるほど掘削力が減少する。よって、各噴射ノズルからの掘削流体による掘削担当距離が短くてすめば、各噴射ノズルからの掘削流体が大きな掘削力を持つ範囲でのみ掘削を行うことになり、掘削効率が向上する。

好適な実施の一形態として、前記噴射ノズルの内で前記掘削翼の最も先端側にある噴射ノズルから噴射される掘削流体を前記掘削翼の回転方向の後方且つ下方へと案内する掘削流体ガイドを備える態様を例示する（請求項６）。この場合、掘削流体ガイドによって掘削流体が掘削翼の回転方向の後方且つ下方へと案内されることで、掘削翼を開翼状態に移行させ開翼状態に保持させるための反力がより強く作用するとともに、掘削ロッドを中心として掘削翼を回転させるための反力もより強く作用する。

好適な実施の一形態として、前記噴射ノズルによる掘削流体の噴射方向が前記掘削翼の先端に近い噴射ノズルほど前記掘削翼の回転方向の後方へと向いている態様を例示する（請求項７）。このようにすれば、掘削ロッドを中心として掘削翼を回転させるための反力が尚一層強く作用するようになる。

好適な実施の一形態として、前記噴射ノズルが前記掘削翼の長さ方向の両側に配設され、いずれの側の噴射ノズルから掘削流体が噴射されるかによって、前記掘削ロッドを中心とする回転の方向が切り替わる態様を例示する（請求項８）。この場合、掘削ロッドを中心とする掘削翼の回転の方向を切り替えることができるので、掘削翼の回動角度範囲を任意に設定することができる。よって、掘削翼の回動角度範囲を必要な角度範囲に限定することで、掘削作業現場の要請に応じた適切な範囲で掘削作業を行うことができる。

好適な実施の一形態として、前記掘削翼の長さ方向の先端側にエア噴射ノズルを備え、該エア噴射ノズルが前記掘削翼の回転方向の後方且つ下方へ向いているか、又は、前記エア噴射ノズルから噴射されるエアを前記掘削翼の回転方向の後方且つ下方へと案内するエアガイドを備えている態様を例示する（請求項９）。このようにすれば、エア噴射ノズルからのエア噴射に基づく反力によって、掘削翼の開翼状態への変位と掘削ロッドを中心とする掘削翼の回転とが促進される。また、エア噴射ノズルから噴射されるエアは、噴射ノズルから噴射される掘削流体と同様に、掘削流体によって掘削された泥土を地上へと押し上げて地中から排出させる作用をも奏する。

本発明に係る掘削装置は、地中に縦方向に挿入される掘削ロッドに前記掘削翼が取り付けられていることを特徴とする（請求項１０）。この掘削装置により、前記掘削翼について既に述べた通りの作用効果が得られる。

好適な実施の一形態として、前記掘削ロッドに対する前記掘削翼の開翼角度を計測する開翼角度計測器と、該開翼角度計測器の計測結果を地上で表示する開翼角度表示器と、を備える態様を例示する（請求項１１）。この場合、掘削ロッドに対する掘削翼の開翼角度を作業員が地上で知ることができるので、地中での作業を精度よく実施することができ、無駄のない工事が可能となる。

好適な実施の一形態として、前記掘削ロッドを中心とする前記掘削翼の回転数を計測する回転計と、該回転計の計測結果を地上で表示する回転数表示器と、を備える態様を例示する（請求項１２）。この場合、掘削翼の回転数を作業員が地上で知ることができるので、地中での作業を精度よく実施することができ、無駄のない工事が可能となる。

好適な実施の一形態として、前記掘削翼を複数備え、該各掘削翼が前記掘削ロッドを中心とする均等な角度間隔で前記掘削ロッドに取り付けられる態様を例示する（請求項１３）。この態様においては、掘削ロッドを中心とする複数の掘削翼の配設バランスがとれているので、複数の掘削翼が回転する際に掘削ロッドの振れが生じにくい。よって、掘削ロッドの振れ止めを別途配設する等の必要がない。

好適な実施の一形態として、前記掘削翼として内側掘削翼と第一の外側掘削翼とを備え、前記内側掘削翼によって前記掘削ロッドを中心とする内側領域が掘削されるとともに、前記第一の外側掘削翼によって前記内側領域の回りの第一の外側領域が掘削される態様を例示する（請求項１４）。この態様によれば、内側掘削翼によって内側領域が掘削されるとともに、第一の外側掘削翼によって内側領域の回りの第一の外側領域が掘削されるので、掘削翼を一つだけ備えたものや、複数の掘削翼で同一の領域を掘削するものよりも、掘削効率が向上する。

好適な実施の一形態として、前記掘削翼として第二の外側掘削翼を備え、該第二の外側掘削翼によって前記第一の外側領域の回りの第二の外側領域が掘削される態様を例示する（請求項１５）。この態様によれば、内側掘削翼によって内側領域が掘削されるとともに、第一の外側掘削翼によって内側領域の回りの第一の外側領域が掘削され、さらに、第二の外側掘削翼によって第一の外側領域の回りの第二の外側領域が掘削されるので、掘削効率が一層向上する。

本発明に係る掘削工法は、前記掘削装置を用い、前記噴射ノズルからの掘削流体の噴射に基づく反力によって前記掘削翼を前記掘削ロッドに対して開いた開翼状態で前記掘削ロッドを中心として回転させながら、且つ、前記掘削ロッドを引き上げながら、前記噴射ノズルから噴射される掘削流体によって地中を掘削することを特徴とする（請求項１６）。

この掘削工法によれば、掘削流体を噴射ノズルに向けて圧送するだけで、地中の掘削が行われる。掘削翼を開翼状態に維持するための力や、掘削ロッドを中心として掘削翼を回転させるための力を、掘削装置に対して外部から供給する必要がない。このため、少ない噴射エネルギーで効率よく掘削作業を進めることができ、エネルギー効率が向上する。

本発明に係る地盤改良工法は、前記掘削工法において前記掘削流体として固化材液を用い、前記噴射ノズルから噴射される固化材液によって地中を掘削すると同時に、該固化材液で土壌を置換又は前記固化材液と土壌とを混合させることにより地盤を改良することを特徴とする（請求項１７）。この地盤改良工法によれば、掘削作業及び置換又は混合作業を同時に進めることができ、エネルギー効率が一層向上する。

本発明の実施の一形態に係る掘削装置の要部の正面図である。 図１の掘削装置における掘削翼の開翼回転状態の斜視図である。 図１の掘削装置による掘削工法を工程順に示す説明図であり、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視図である。 図１の掘削装置による別の態様の掘削工法を工程順に示す説明図である。 図２の状態の掘削翼を下から見たときの平面図である。 図２のＶＩ−ＶＩ矢視断面図であり、切断箇所の詳細は図５のＶＩ−ＶＩ矢視部である。 図２のＶＩＩ−ＶＩＩ矢視断面図であり、切断箇所の詳細は図５のＶＩＩ−ＶＩＩ矢視部である。 他の実施の形態の掘削翼を図５と同じ方向から示した平面図である。 他の実施の形態の掘削翼を図５と同じ方向から示した平面図である。 図９の掘削翼を備える掘削装置による掘削形状を例示する説明図である。 他の実施の形態の掘削装置の説明図である。 図２の掘削装置を上から見たときの平面図である。 他の実施の形態の掘削装置の開翼回転状態を上から見た平面図である。 他の実施の形態の掘削装置の開翼回転状態を上から見た平面図である。 他の実施の形態の掘削装置の開翼回転状態を上から見た平面図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

図１及び図２に示すように、本発明の実施の一形態に係る掘削装置１は、掘削流体通路２を有する掘削ロッド３と、この掘削ロッド３の下方部に取り付けられる掘削翼４と、を備える。掘削ロッド３は上下方向に延び、掘削ロッド３の下方部には水平回転用スイベル５が配設される。この水平回転用スイベル５は垂直軸（掘削ロッドの中心軸線）Ｘを中心として回動自在である。

水平回転用スイベル５の側面には、垂直回転用スイベル６を介して掘削翼４が取り付けられる。この垂直回転用スイベル６は水平軸Ｙを中心として回動自在である。図１，図２の例では、垂直回転用スイベル６が水平回転用スイベル５上に二つ配設され、各垂直回転用スイベル６は、水平回転用スイベル５の側面の、前記垂直軸Ｘを挟んで互いに対向する位置に配設されている。これは、掘削ロッド３の対称位置に二つの掘削翼４，４を配設するためである。但し、掘削翼４の配設数は、いずれか一方の一つだけでも良いし、三つ以上であってもよい。

各掘削翼４には複数の噴射ノズル７，８，９が配設され、これらの噴射ノズル７，８，９は、垂直回転用スイベル６と水平回転用スイベル５とを介して掘削ロッド３の掘削流体通路２に連通している。各掘削翼４は、垂直回転用スイベル６側の基端部４ａからその反対側の先端部４ｂに向けて細長く延びている。そして、掘削流体は、各噴射ノズル７，８，９から掘削翼４の長さ方向へと噴射される。

各掘削翼４は、噴射ノズル７，８，９から掘削流体の噴射がなされていない非噴射状態においては、基端部４ａを上にして掘削ロッド３から垂れ下がっている（図１参照）。そして、各掘削翼４の噴射ノズル７，８，９から掘削流体の噴射がなされると、各掘削翼４には、その噴射力の反力が作用し、この反力で水平方向の回転力と垂直方向の回転力とが付与される。その結果、各掘削翼４は、垂直回転用スイベル６の存在による、掘削ロッド３に対して横に開いた開翼状態への変位と、水平回転用スイベル５の存在による、掘削ロッド３を中心とする水平回転とを生ずる（図２参照）。図２の例では、各掘削翼４の回転方向は矢印Ａで示す方向となる。各掘削翼４の開翼角度は、掘削ロッド３に設けられる図示しないストッパによって最大で９０度に規制される。したがって、各掘削翼４は、掘削ロッド３を中心として最大で水平状態まで開翼可能である。各掘削翼４の最大開翼角度は、必要に応じて９０度より小さく設定することもできる。

なお、図１，図２の例では、掘削ロッド３に対して水平回転用スイベル５を介して垂直回転用スイベル６を設けているが、水平回転用スイベル５を省略し、掘削ロッド３に対して垂直回転用スイベル６を直接的に設けることもできる。この場合には、噴射ノズル７，８，９からの掘削流体の噴射に基づく反力は、掘削ロッド３自体を該掘削ロッド３の中心軸線Ｘの回りで回転させる回転力として作用する。したがって、この場合には、図示しない掘削施工機に対して掘削ロッド３を回転自在に取り付けることによって、掘削翼４が掘削ロッド３と共に水平回転自在可能となる。

また、各掘削翼４の水平回転の回転方向は、正逆いずれの回転方向でもよく、特に限定されない。水平回転用スイベル５に対する各掘削翼４の取付構造によって自由に決定できる。

前記掘削装置１を用いて行う掘削工法は、次のようにして実施される。すなわち、掘削ロッド３を地中に配置した後、噴射ノズル７，８，９からの掘削流体の噴射に基づく反力によって掘削翼４を掘削ロッド３に対して開いた開翼状態で掘削ロッド３を中心として回転させながら、且つ、掘削ロッド３を引き上げながら、噴射ノズル７，８，９から噴射される掘削流体によって地中を掘削する。

この掘削工法によれば、掘削流体を噴射ノズル７，８，９に向けて圧送するだけで、地中の掘削が行われる。掘削翼４を開翼状態に維持するための力や、掘削ロッド３を中心として掘削翼４を回転させるための力を、掘削装置１に対して外部から供給する必要がない。このため、少ないエネルギーで効率よく掘削作業を進めることができ、エネルギー効率が向上する。

次に、図３を参照して、前記掘削工法を実施する際の掘削装置１の動作について説明する。図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視図である。掘削ロッド３の掘削流体通路２へと掘削流体が供給されない間は、掘削翼４は、自重によって下方に垂れ下がった状態となっている。この状態で予め掘削した削孔１０に掘削ロッド３を挿入する（図３（ａ））。

掘削ロッド３の掘削流体通路２へと掘削流体を圧送すると、掘削流体は水平回転用スイベル５と垂直回転用スイベル６とを介して掘削翼４の噴射ノズル７，８，９に供給され、噴射ノズル７，８，９から噴射される。この掘削流体の噴射に基づく反力により、掘削翼４には、水平方向の回転力と垂直方向の回転力とが共に作用し、掘削翼４は水平方向の回転と垂直方向の回転を始める。この時、掘削翼４の噴射ノズル７，８，９から噴射される掘削流体が削孔１０の内壁面に強く衝突して土壌を削り取り、図３（ｂ）に示すように削孔の下方を円錐１１状に拡径する。

掘削翼４が回転を続けると、掘削翼４の垂直方向の回転は、削孔１０の円錐１１状の拡径に伴い順次垂直方向上方に回転して開翼するので、図３（ｂ）から（ｃ）に示すようにそれに応じ掘削ロッド３を下方に移動させると、遂には、掘削翼４は、図３（ｄ）に示すように水平状態にまで開翼する。この水平位置まで開翼したら、ストッパ（図示省略）によりそれ以上の開翼が規制され、掘削翼４は水平状態を保持する。噴射ノズル７，８，９から掘削流体を噴射している間は、掘削翼４には垂直方向への回転力が作用するので、掘削翼４の水平状態は維持される。その後は、掘削翼４は、掘削流体を噴射しつつ水平回転を続けるので、掘削ロッド３を徐々に引き上げることで削孔することができる。

掘削流体としては、セメントミルク等の固化材液や水等、噴射圧で土壌を掘削可能な流体が用いられる。掘削流体としてセメントミルク等の固化材液を用いると、地盤の掘削とともに地盤の改良も同時に行える。ここで地盤の改良とは、地盤の土壌の一部を固化材液で置換したり、地盤中で土壌と固化材液とを混合させたりすることを指す。掘削流体として水を用いる場合には、水によって掘削された泥土は、掘削ロッド３が挿通されている削孔１０内を上方へと押し上げられ、地上へと噴出する。水による掘削が終了した後、形成された削孔内にセメントミルク等の固化材液を供給することで、地盤の改良（固化材液による置換）を行うことができる。

図３では、掘削翼４が開翼するにしたがい掘削ロッド３を下方に移動させる（図３（ｂ））ことによって、削孔１０の孔底近傍で掘削翼４が水平状態となるようにしているが、他の掘削工法として、図４に示すように、掘削ロッド３を下方に移動させることなく、その位置で削孔１０を拡径しつつ掘削翼４を水平状態としてもよい。図４は、削孔１０の孔底において、掘削ロッド３をその位置で（図３のように下方に移動させることなく）掘削翼４を開翼して水平状態とする様子を工程順（（ａ）→（ｂ）→（ｃ）→（ｄ））に示している。

次に、掘削翼４の詳細について説明する。図２中の掘削翼４の一つを下から見た状態が図５に示してある。図５では、開翼状態の掘削翼４を下から示してあるので、掘削翼４が開翼状態のときに下向きとなる面が図５に現れている。また、掘削翼４の水平回転方向が図５に矢印Ａで示してある。なお、図５で見て掘削翼４の裏面（すなわち、掘削翼４が開翼状態のときに上向きとなる面）は、平坦面とされている（図２，図６，図７参照）。

図５に示すように、掘削翼４は、掘削ロッド３に接続される基端部４ａ側に垂直回転用スイベル６を有する。この垂直回転用スイベル６が水平回転用スイベル５の側面に対して、例えばねじ結合等の適宜の方法で結合される（図１参照）。掘削翼４は、基端部４ａ側から先端部（自由端部）４ｂ側へと細長く延びている。掘削翼４には、開翼状態において下向きとなる面に複数の噴射ノズル７，８，９が配設されている。複数の噴射ノズル７，８，９は、掘削翼４の先端に近いものほど掘削翼４の水平回転方向の後方に位置する。図５には、三つの噴射ノズル７，８，９を備えた例を示してあるが、噴射ノズルの数は二つでも四つ以上であってもよい。また、必ずしも複数には限定されず、単一の噴射ノズルを備えるものであってもよい。

図５の例では、三つの噴射ノズル７，８，９が掘削翼４の長さ方向に位置をずらして配設されている。三つの噴射ノズル７，８，９の向きは同一であり、掘削翼４の長さ方向を向いている。これらの噴射ノズル７，８，９は、掘削翼４の基端部４ａ内に設けられた掘削流体分配器１２と垂直回転用スイベル６とを介して、掘削ロッド３内の掘削流体通路２に連通する。

掘削翼４の先端部４ｂには掘削流体ガイド１３が設けられる。この掘削流体ガイド１３は、複数の噴射ノズル７，８，９の内で掘削翼４の最も先端側にある噴射ノズル９から噴射される掘削流体を掘削翼４の水平回転方向（矢印Ａ）の後方且つ下方へと案内する。図２と図５とにおいて、矢印Ｂが掘削流体ガイド１３による掘削流体の案内方向を示している。掘削流体ガイド１３を設けることで、掘削翼４を開翼状態に移行させ開翼状態に保持させるための反力がより強く作用するとともに、掘削ロッド３を中心として掘削翼４を回転させるための反力もより強く作用する。なお、掘削流体ガイド１３を省略し、掘削翼４の最も先端側にある噴射ノズル９自体を掘削翼４の水平回転方向の後方且つ下方へ向けて配設することで、前記と同様の作用効果を得ることもできる。

掘削翼４には、噴射ノズル７，８から噴射される掘削流体を噴射方向へと滑走させる掘削流体滑走面１４が設けられる。図５の例では、掘削流体滑走面１４が、複数の噴射ノズル７，８，９の内、掘削翼４の最も先端側の噴射ノズル９を除く二つの噴射ノズル７，８のそれぞれに対応させて配設される。

図５〜図７に示すように、各掘削流体滑走面１４は、掘削翼４の開翼状態において掘削流体の上方に位置する下向き面１５と、掘削翼４の水平回転方向（矢印Ａ）における掘削流体の後方に位置する前向き面１６と、を備える。そして、前記下向き面１５の下方と前記前向き面１６の水平回転方向の前方とが開放されている。なお、図６，図７において、符号８ａ，９ａは、噴射ノズル８，９のそれぞれに掘削流体を送るための管路である。

前記構成によれば、掘削翼４の最も先端側の噴射ノズル９を除く噴射ノズル７，８から噴射される掘削流体は、掘削流体滑走面１４に接触した状態で掘削流体滑走面１４に沿って滑走する。このため、掘削翼４の最も先端側の噴射ノズル９を除く噴射ノズル７，８から噴射された掘削流体の拡散が抑制され、掘削流体の噴射速度の低減が防止される。

また、噴射ノズル７，８から噴射された掘削流体の上方には掘削流体滑走面１４の下向き面１５があり、噴射ノズル７，８から噴射された掘削流体の後方（掘削翼の水平回転方向の後方）には掘削流体滑走面１４の下向き面１６があるので、掘削流体の上方及び後方の泥土が掘削流体に引き込まれることが防止される。このため、掘削された泥土によって掘削流体の噴流速度が減衰されることがない。

掘削流体滑走面１４の前向き面１６の水平回転方向の前方が開放されているので、この開放部分で掘削流体が土壌を掘削する。そして、掘削流体滑走面１４の下向き面１５の下方が開放されているので、掘削流体によって掘削された泥土は掘削翼４の下方へと円滑に逃がされる。

掘削流体滑走面１４の前記前向き面１６は、掘削翼４の最大開翼状態において、上から下へと垂直に延びる態様であってもよいが、好ましくは、図６及び図７に示すように、掘削翼４の回転方向の後方へ向かって下向きに傾斜させて設ける。このようにすれば、掘削流体によって掘削された泥土が前向き面１６に案内されて掘削翼４の水平回転方向の後方へ向かって下向きに逃がされるので、掘削された泥土による掘削翼４の回転抵抗が小さくなり、好適である。

図５に示すように、掘削流体滑走面１４の前記前向き面１６には、適数の排土板１７が起立形成される。これらの排土板１７は、掘削流体によって掘削された泥土を下向き且つ掘削翼４の水平回転方向の後方へと排出できる角度で前記前向き面１６に起立形成される。図５と図７とにおいて、矢印Ｃが排土板１７による泥土の排出方向を示している。これらの矢印Ｃから明らかなように、掘削流体によって掘削された泥土が排土板１７によって掘削翼４の水平回転方向の後方へと下向きに案内されて排出される。よって、前向き面１６から泥土が引き剥がされやすくなり、掘削された泥土による掘削翼４の回転抵抗が一層小さくなる。

図２及び図５に示すように、各掘削翼４の水平回転方向の前端縁には、土壌への食い込みを促進する爪１８が形成されている。この爪１８を設けることで、掘削翼４が土壌に対して食い込みやすくなるので、土壌の掘削効率が向上する。爪１８は、図５に示すように、鋸刃状に密に連続させて設けてもよいし、パワーショベルのバケットに形成される爪のように、爪と爪との間に適宜の間隔をおいて設けてもよい。

既に述べたように、各掘削翼４においては、噴射ノズル７，８，９が掘削翼４の長さ方向に位置をずらして複数配設され、掘削翼４の最も先端側の噴射ノズル９を除く噴射ノズル７，８に対応して掘削流体滑走面１４が配設されている（図５参照）。この構成により、噴射ノズル７，８から噴射される掘削流体が掘削流体滑走面１４に沿って滑走する。このため、噴射ノズル７，８から噴射された掘削流体の拡散が抑制され、掘削流体の噴射速度の低減が防止される。複数の噴射ノズル７，８，９は掘削翼４の長さ方向に位置をずらして配設されるので、各噴射ノズル７，８，９からの掘削流体による掘削担当距離が短くてすむ。各噴射ノズル７，８，９から噴射される掘削流体は、各噴射ノズル７，８，９から遠ざかるほど掘削力が減少する。よって、各噴射ノズル７，８，９からの掘削流体による掘削担当距離が短くてすめば、各噴射ノズル７，８，９からの掘削流体が大きな掘削力を持つ範囲でのみ掘削を行うことになり、掘削効率が向上する。

図５の例は、複数の噴射ノズル７，８，９の向きが同一とされている態様である。これに対し、図８に示すように、複数の噴射ノズル１９，２０，２１，２２の向きを異ならせる態様も採用可能である。具体的には、複数の噴射ノズル１９，２０，２１，２２による掘削流体の噴射方向が、掘削翼４の先端に近い噴射ノズルほど掘削翼４の水平回転方向の後方Ｄへと向いている態様である。このようにすれば、各噴射ノズル１９，２０，２１，２２からの掘削流体の噴射に基づく反力が、掘削ロッド３を中心として掘削翼４を水平回転させる方向（矢印Ａ方向）へと尚一層強く作用するようになる。よって、掘削翼４の水平回転力が大きくなり、好適である。なお、図８では、掘削流体滑走面の図示を省略してある。

他の実施の形態の掘削翼２３として、図９に示すように、噴射ノズル２４，２５，２６，２７，２８，２９が掘削翼４の長さ方向の両側に配設され、いずれの側の噴射ノズルから掘削流体が噴射されるかによって、掘削ロッド３を中心とする水平回転の方向が切り替わる態様のものを採用することもできる。図９の例は、掘削翼を刃物に例えれば、両刃式の掘削翼と称することができる。

図９の例では、水平回転用スイベル５と垂直回転用スイベル６，６とを介して、掘削ロッド３に対して単一の掘削翼２３が取り付けてある。この掘削翼２３の長さ方向の片側に、複数（一例として三つ）の噴射ノズル２４，２５，２６を掘削翼２３の長さ方向に位置をずらして設けてある。また、掘削翼２３の他の片側にも、複数（一例として三つ）の噴射ノズル２７，２８，２９を掘削翼２３の長さ方向に位置をずらして設けてある。掘削翼２３の最も先端側の噴射ノズル２６，２９の向きは、掘削翼２３を開翼させるための反力と水平回転させるための反力とが共に強く働くように、掘削翼２３の水平回転方向の後方且つ下向きとされている。また、掘削翼２３の長さ方向の両側に、図５の掘削翼４と同様の爪１８を設けてある。そして、掘削流体の圧送流路を掘削ロッド３内に配設した第一の流路２ａと第二の流路２ｂとに切り替え可能としてある。そして、第一の流路２ａから掘削翼２３の一方の片側の噴射ノズル２４，２５，２６側への掘削流体の供給が行われる。また第二の流路２ｂから掘削特２３の他方の片側の噴射ノズル２７，２８，２９側への掘削流体の供給が行われる。その結果、第一の流路２ａと第二の流路２ｂのいずれの流路を通して掘削翼２３へ向けて掘削流体を供給するかによって、掘削ロッド３を中心とする掘削翼２３の水平回転の方向を矢印Ａ１の方向と矢印Ａ２の方向とに切り替えることができる。これにより、掘削翼２３の回動角度範囲を任意に設定することができる。

すなわち、図５の構成で掘削翼４を一方向に連続的に水平回転させながら掘削ロッド３を引き上げると、掘削ロッド３を上から見て円形の範囲で上方へと掘削が進行することになる。これに対し、図９の構成によれば、掘削翼２３のいずれの側の噴射ノズル２４，２５，２６／２７，２８，２９に掘削流体を供給するかを適宜に切り替えることにより、掘削翼２３の水平回転の角度を所定の角度範囲に限定することができる。このため、例えば図１０（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、必要な角度範囲でのみ掘削を行うことができる。このように、図９の構成によれば、掘削翼２３の水平回動角度範囲を必要な角度範囲に限定することで、不必要な範囲は掘削しない等、掘削作業現場の要請に応じた適切な範囲で掘削作業を行うことができる。

他の実施の形態の掘削翼として、掘削翼４の長さ方向の先端側にエア噴射ノズル３１を備え、該エア噴射ノズル３１から噴射されるエアを掘削翼４の水平回転方向の後方且つ下方へと案内するエアガイド３２を備える態様を採用することもできる。この実施の形態は、図５の構成において、掘削翼４の長さ方向の最も先端側の噴射ノズル９をエア噴射ノズル３１に置換したものに相当する。

このエア噴射ノズル３１には、図示しないエア流路を介して地上からエアを圧送する。このようにすれば、エア噴射ノズル３１からのエア噴射に基づく反力によって、掘削翼４の開翼状態への変位と掘削ロッド３を中心とする掘削翼４の水平回転とが促進される。また、エア噴射ノズル３１から噴射されるエアは、噴射ノズルから噴射される掘削流体と同様に、掘削流体によって掘削された泥土を、削孔１０（図３，図４参照）を通して地上へと押し上げて地中から排出させる作用をも奏する。なお、前記エアガイド３２を省略し、エア噴射ノズル３１自体が掘削翼４の水平回転方向の後方且つ下方へ向いている態様とすることもできる。

他の実施の形態の掘削装置として、図１１に示すように、掘削ロッド３に対する掘削翼４の開翼角度を計測する開翼角度計測器３３と、該開翼角度計測器３３の計測結果を地上で表示する開翼角度表示器３４と、を備える態様を採用することもできる。この場合、掘削ロッド３に対する掘削翼４の開翼角度を作業員が地上で知ることができるので、地中での作業を精度よく実施することができ、無駄のない工事が可能となる。開翼角度計測器３３としては、それ自体公知の種々の形式の角度計を用いることができる。同じく、開翼角度表示器４３も、それ自体公知の種々の形式の表示器を用いることができる。

同じく図１１に示すように、掘削ロッド３を中心とする掘削翼４の回転数を計測する回転計３５と、該回転計３５の計測結果を地上で表示する回転数表示器３６と、を備える態様を採用することもできる。この場合、掘削翼４の回転数を作業員が地上で知ることができるので、地中での作業を精度よく実施することができ、無駄のない工事が可能となる。回転計３５としては、それ自体公知の種々の形式のもの用いることができる。同じく、回転数表示器３６も、それ自体公知の種々の形式の表示器を用いることができる。

既に述べたように、図２の掘削装置１は、二つの掘削翼４，４を備え、これらの掘削翼４，４が掘削ロッド３を中心として対称な位置に配設された態様である。図１２は、図２の掘削装置を上から見たときの平面図である。図１２において、矢印Ａは掘削翼の回転方向を示している。

他の実施の形態の掘削装置として、図１３に示すように、三つの掘削翼４，４，４を備え、該各掘削翼４，４，４が掘削ロッド３を中心とする均等な角度間隔で掘削ロッド３に取り付けられる態様を採用することもできる。図１３において、矢印Ａは掘削翼の回転方向を示している。

図１２及び図１３に例示したように、掘削翼４を複数備え、該各掘削翼４が掘削ロッド３を中心とする均等な角度間隔で掘削ロッド３に取り付けられる態様とすれば、掘削ロッドを中心とする複数の掘削翼４の配設バランスがとれるので、複数の掘削翼４が回転する際に掘削ロッド３の振れが生じにくい。よって、掘削ロッド３の振れを抑止するためのバランサを別途配設する等の必要がない。

他の実施の形態の掘削装置４３として、図１４に示すものを採用することもできる。すなわち、掘削翼として内側掘削翼３７と第一の外側掘削翼３８とを備え、内側掘削翼３７によって掘削ロッド３を中心とする内側領域３９が掘削されるとともに、第一の外側掘削翼３８によって内側領域３９の回りの第一の外側領域４０が掘削される態様の掘削装置である。

内側掘削翼３７としては、すでに述べた掘削翼４を用いることができる。一方、第一の外側掘削翼３８としては、すでに述べた掘削翼４に変更を加えたものを用いる。その変更とは、掘削翼４の長さを伸ばし、掘削翼３８の最も基端部寄りの噴射ノズルの配設位置を、前記内側領域３９の外周位置まで掘削翼３８の先端側にずらして設けることである。よって、第一の外側掘削翼３８は、噴射ノズルのない非掘削関与領域４１を基端部側に有し、非掘削関与領域４１よりも掘削翼３８の先端側が噴射ノズルのある掘削関与領域４２となる。

この態様によれば、内側掘削翼３７によって内側領域３９が掘削されるとともに、第一の外側掘削翼３８の掘削関与領域４２によって内側領域３９の回りの第一の外側領域４０が掘削されるので、掘削翼を一つだけ備えたものや、複数の掘削翼で同一の領域を掘削するものよりも、掘削効率が向上する。

他の実施の形態の掘削装置４４として、図１５に示すものを採用することもできる。図１５の例は、図１４の例に第二の外側掘削翼４５を追加したものである。すなわち、掘削翼として第二の外側掘削翼４５をさらに備え、該第二の外側掘削翼４５によって第一の外側領域４０の回りの第二の外側領域４６が掘削される態様の掘削装置である。

第二の外側掘削翼４５としては、図１４の第一の外側掘削翼３８に変更を加えたものを用いる。その変更とは、第一の外側掘削翼３８の長さを伸ばし、該第一の外側掘削翼３８の最も基端部寄りの噴射ノズルの配設位置を、前記第一の外側領域４０の外周位置まで第二の掘削翼４５の先端側にずらして設けることである。よって、第二の外側掘削翼４５は、噴射ノズルのない非掘削関与領域４７を基端部側に有し、非掘削関与領域４７よりも掘削翼４５の先端側が噴射ノズルのある掘削関与領域４８となる。

この態様によれば、内側掘削翼３７によって内側領域３９が掘削されるとともに、第一の外側掘削翼３８の掘削関与領域４２によって内側領域３９の回りの第一の外側領域４０が掘削され、さらに、第二の外側掘削翼４５の掘削関与領域４８によって第一の外側領域４０の回りの第二の外側領域４６が掘削されるので、掘削効率が一層向上する。

３ 掘削ロッド
４ 掘削翼
７，８，９ 噴射ノズル
１３ 掘削流体ガイド
１４ 掘削流体滑走面
１５ 下向き面
１６ 前向き面
１７ 排土板
１８ 爪
１９，２０，２１，２２ 噴射ノズル
２４，２５，２６ 噴射ノズル
２７，２８，２９ 噴射ノズル
３１ エア噴射ノズル
３２ エアガイド
３３ 開翼角度計測器
３４ 開翼角度表示器
３５ 回転計
３６ 回転数表示器
３７ 内側掘削翼
３８ 第一の外側掘削翼
３９ 内側領域
４０ 第一の外側領域
４５ 第二の外側掘削翼
４６ 第二の外側領域

Claims (17)

1. 地中に縦方向に挿入される掘削ロッドに取り付けられ、噴射ノズルから噴射される掘削流体によって地中を掘削可能であり、且つ、前記噴射ノズルからの掘削流体の噴射に基づく反力によって、前記掘削ロッドに対して横に開いた開翼状態への変位と前記掘削ロッドを中心とする回転とを生ずる掘削翼であって、前記噴射ノズルから噴射される掘削流体を噴射方向へと滑走させる掘削流体滑走面を備え、該掘削流体滑走面は、前記掘削翼の開翼状態において掘削流体の上方に位置する下向き面と、前記掘削翼の回転方向における掘削流体の後方に位置する前向き面と、を備え、前記下向き面の下方と前記前向き面の回転方向の前方とが開放されている、掘削翼。
2. 前記前向き面が、前記掘削翼の回転方向の後方へ向かって下向きに傾斜している、請求項１に記載の掘削翼。
3. 掘削流体によって掘削された泥土を下向き且つ前記掘削翼の回転方向の後方へと排出する排土板が前記前向き面に起立形成されている、請求項１又は２に記載の掘削翼。
4. 前記掘削翼の回転方向の前端縁に土壌への食い込みを促進する爪が形成されている、請求項１，２又は３に記載の掘削翼。
5. 前記噴射ノズルが前記掘削翼の長さ方向に位置をずらして複数配設され、各噴射ノズルに対応して前記掘削流体滑走面が配設されている、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の掘削翼。
6. 前記噴射ノズルの内で前記掘削翼の最も先端側にある噴射ノズルから噴射される掘削流体を前記掘削翼の回転方向の後方且つ下方へと案内する掘削流体ガイドを備えている、請求項５に記載の掘削翼。
7. 前記噴射ノズルによる掘削流体の噴射方向が前記掘削翼の先端に近い噴射ノズルほど前記掘削翼の回転方向の後方へと向いている、請求項５又は６のいずれか一項に記載の掘削翼。
8. 前記噴射ノズルが前記掘削翼の長さ方向の両側に配設され、いずれの側の噴射ノズルから掘削流体が噴射されるかによって、前記掘削ロッドを中心とする回転の方向が切り替わる、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の掘削翼。
9. 前記掘削翼の長さ方向の先端側にエア噴射ノズルを備え、該エア噴射ノズルが前記掘削翼の回転方向の後方且つ下方へ向いているか、又は、前記エア噴射ノズルから噴射されるエアを前記掘削翼の回転方向の後方且つ下方へと案内するエアガイドを備えている、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の掘削翼。
10. 地中に縦方向に挿入される掘削ロッドに請求項１乃至９のいずれか一項に記載の掘削翼が取り付けられている、掘削装置。
11. 前記掘削ロッドに対する前記掘削翼の開翼角度を計測する開翼角度計測器と、該開翼角度計測器の計測結果を地上で表示する開翼角度表示器と、を備える、請求項１０に記載の掘削装置。
12. 前記掘削ロッドを中心とする前記掘削翼の回転数を計測する回転計と、該回転計の計測結果を地上で表示する回転数表示器と、を備える、請求項１０又は１１に記載の掘削装置。
13. 前記掘削翼を複数備え、該各掘削翼が前記掘削ロッドを中心とする均等な角度間隔で前記掘削ロッドに取り付けられている、請求項１０，１１又は１２に記載の掘削装置。
14. 前記掘削翼として内側掘削翼と第一の外側掘削翼とを備え、前記内側掘削翼によって前記掘削ロッドを中心とする内側領域が掘削されるとともに、前記第一の外側掘削翼によって前記内側領域の回りの第一の外側領域が掘削される、請求項１０乃至１３のいずれか一項に記載の掘削装置。
15. 前記掘削翼として第二の外側掘削翼を備え、該第二の外側掘削翼によって前記第一の外側領域の回りの第二の外側領域が掘削される、請求項１４に記載の掘削装置。
16. 請求項１０乃至１５のいずれか一項に記載の掘削装置を用い、前記噴射ノズルからの掘削流体の噴射に基づく反力によって前記掘削翼を前記掘削ロッドに対して開いた開翼状態で前記掘削ロッドを中心として回転させながら、且つ、前記掘削ロッドを引き上げながら、前記噴射ノズルから噴射される掘削流体によって地中を掘削する、掘削工法。
17. 請求項１６に記載の掘削工法において前記掘削流体として固化材液を用い、前記噴射ノズルから噴射される固化材液によって地中を掘削すると同時に、該固化材液で土壌を置換又は前記固化材液と土壌とを混合させることにより地盤を改良する、地盤改良工法。