JPH0657734A - 掘削装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 軟硬互層地盤に適用できる硬軟兼用の掘削装
置を提供する。さらに、穿孔に連続して硬化剤の注入作
業を行えるようにする。 【構成】 外管１と内管とからなる二重管と、内管の先
端に取付けられた穿孔機７と、二重管を回転駆動する装
置と、前方へ噴射する流体を外管を介して供給する装置
と、穿孔機の駆動流体を内管を介して供給する装置とを
具えている。さらに、外管からの流体を側方へ噴射する
噴射口２と、噴射方向を前方あるいは側方に切換える切
換弁とを具える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、岩盤、地盤等に孔を穿
設すると共に、硬化剤等を注入し得る掘削装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】水路、電力路、歩道、車道等のトンネル
の構築においての軟弱地盤、軟硬互層地盤の掘削の補助
工法として、地盤注入等の地盤改良を施工する必要があ
る。この場合、先ず掘削装置で地盤に孔を穿設し、その
後穿設された孔に硬化剤等を注入する。従来の掘削装置
は、主として軟弱地盤に対するものとして開発されてお
り、軟弱・硬岩の互層地盤や軟弱地盤中に点石が介在す
るような場合には、硬さが変化する度にビットを硬岩
用、軟弱用と交換して作業を行っていた。一方、穿孔後
に硬化剤を注入する場合は、掘削装置を孔から抜出した
後に硬化剤の注入装置を改めて挿入して行っている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】軟硬互層地盤等におけ
る作業において、ビットを交換しつつ作業を行うことは
煩雑であり、作業能率を著しく損うという問題があっ
た。また、掘削作業と硬化剤注入作業とを別の装置によ
らなければならないので、能率が悪いばかりでなく装置
全体が大型化するという問題もあった。上述の点に鑑
み、本発明の目的は、硬軟兼用の掘削装置を提供し、も
って作業能率の向上を図ることにある。また、本発明の
目的は、硬化剤等の注入作業をも行える掘削装置を提供
することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、本発明に係る掘削装置では外管とその内側に設けら
れた内管とからなる二重管と、前記内管の先端部に取付
けられると共に先端に前記外管から外部へ露出するビッ
トを有する穿孔機と、前記二重管を前記ビットと共に回
転駆動する装置と、前方へ噴射する流体を前記外管を介
し供給する装置と、前記穿孔機のビットに打撃運動をさ
せる駆動流体を前記内管を介して供給する装置と、を設
けた。また、本発明に係る別の掘削装置では、外管とそ
の内側に設けられた内管とからなる二重管と、前記内管
の先端部に取付けられると共に先端に前記外管から外部
へ露出するビットを有する穿孔機と、前記二重管を前記
ビットと共に回転駆動する装置と、前記穿孔機のビット
に打撃運動をさせる駆動流体を前記内管を介して供給す
る装置と、流体を側方へ噴射する第１の噴射口と、流体
を前方へ噴射する第２の噴射口と、前記外管を介して流
体を供給する装置と、前記外管を介して供給された流体
を前記第１の噴射口あるいは第２の噴射口のいずれかに
導く切換弁と、を設けた。

【０００５】

【作用】外管から供給された圧力流体を前方へ噴射しつ
つ、二重管を回転させることでビットを回転させ、前進
することで穿孔が行われる。硬岩層等に遭遇したとき、
内管に駆動流体を供給すると、穿孔機が作動してビット
が打撃運動を行い、硬岩等を破砕する。一方、切換弁に
て流体を側方にも噴射できるようにすることで、掘削後
に切換弁の切換によつて外管から供給された硬化剤を側
方に噴射して硬化剤の注入が行われる。また、切換弁を
ビットの位置に応じて切換るようにすれば、掘削から注
入への切換弁の切換えは自動的になされる。

【０００６】

【実施例】図１及び図２は本発明の一実施例に係る掘削
装置の要部縦断面図であり、それぞれ前方噴射時及び側
方噴射時を表わしている。図３及び図４はその作業状態
を表わす縦断面図であり、同じくそれぞれ前方噴射時及
び側方噴射時を表わしている。

【０００７】図１〜図４に示すように、二重管を構成す
る外管１の先端部には円周方向１８０度の角度間隔で２
個の第１の噴射口２が穿設されている。外管１の後端部
には流体供給装置である第１の流体用のスイベル３が回
転自在に取付けられる（図３参照）。ここで、本実施例
では第１の流体は硬化剤や圧力水である。

【０００８】図３に示すように、外管１の内部には内管
４が固設されていて、内管４の後端部は外管１を貫通し
て外部まで延出し、そこに駆動流体供給装置である第２
の流体用のスイベル５が回転自在に取付けられている。
内管４の後端は回転駆動装置であるパワースイベル６に
接続され、パワースイベル６によって内管４と外管１よ
りなる二重管は一緒に回転駆動されるようになってい
る。ここで、本実施例では第２の流体は圧縮エアであ
る。

【０００９】一方、内管４の先端には穿孔機７が接続さ
れている。図５はこの穿孔機７のみを表わす縦断面図で
あり、以下この図５によって穿孔機７について説明す
る。

【００１０】図５に示すように、ケース８の後端にはバ
ックヘッド９が螺着される一方、ケース８の先端にはチ
ップ１１が取付けられたビット１２がチャック１０を介
してケース８の長手軸方向に沿って摺動自在に嵌着され
ている。このビット１２は外管１の先端部の外部に露出
している。

【００１１】バックヘッド９の中心部には前記内管４と
連通する供給路１３が穿設されている。ケース８内には
バックヘッド９に隣接してバルブ受け１４が固定されて
おり、このバルブ受け１４によって保持されたスプリン
グ１５によってチェックバルブ１６が供給路１３の弁座
１７に押圧されている。即ち、内管４から圧縮エアが供
給されていないときは、チェックバルブ１６はバックヘ
ッド９の供給路１３を閉塞する一方、供給路１３に圧縮
エアが供給されると、該エアの圧力によってスブリング
１５のばね力に抗してチェックバルブ１６を移動させて
供給路１３が開放される。

【００１２】バルブ受け１４に隣接して、ケース８内に
はバルブシート１８が固定されると共に、このバルブシ
ート１８の先端側にはこれと間隔を間けて仕切環１９が
ケース８内に固定されている。これらにバルブシート１
８と仕切環１９には掛渡してインナシリンダ２０が固定
されており、これらでシリンダ室２１を構成している。
シリンダ室２１内にはピストン２２が長手軸方向に摺動
自在に装入される。

【００１３】一方、バルブ受け１４にはその前後を連通
する連通孔２３が設けられている。また、バルブシート
１８には供給孔２４，２５が設けられていて、一方の供
給孔２４はバルブシート１８の前後、即ちバルブ受け１
４側とシリンダ室２１内側を連通すると共に、もう一方
の供給孔２５はバルブ受け１４側とバルブシート１８の
側面に設けられたポート２６とを連通している。これら
両供給孔２４，２５のバルブ受け１４側の開口部にはバ
タフライバルブ２７が配設される。バタフライバルブ２
７はバルブシート１８に揺動自在に取付けられており、
その揺動によって供給孔２４，２５の間口を交互に間閉
するようになっている。

【００１４】バルブシート１８の中心部にはシリンダ室
２１内へ突出するノズル２８が形成されている。一方ピ
ストン２２の中心部には長手軸方向に沿って貫通孔２９
が穿設され、ピストン２２の移動によって貫通孔２９内
にノズル２８が出没するようになっている。また、ピス
トン２２の先端側は小径となっており、この小径部が仕
切環１９に摺動自在に嵌入している。ピストン２２の小
径部と仕切環１９とインナシリンダ２０とで閉じた空所
３０が構成されると共に、インナシリンダ２０にはこの
空所３０とインナシリンダ２０の外部とを連通するポー
ト３１が穿設されている。インナシリンダ２０とケース
８との間には隙間３２が形成されていて、この隙間３２
を介してポート３１と前述のバルブシート１８のポート
２６とが連通している。

【００１５】ピストン２２の先端面は前述のビット１２
の後端面に対向し、ピストン２２が先端方向へ移動する
とピストン２２がビット１２を打撃するようになってい
る。ビット１２の中心部には長手軸方向に沿って貫通孔
３３が穿設され、この貫通孔３３の先端はビット１２の
先端部に開口して第２の射孔口３４とされている。

【００１６】ビット１２の貫通孔３３の先端部には、噴
射口３４から貫通孔３３への逆流を防止する逆止弁３５
が設けられる。逆止弁３５は、貫通孔３３の弁座３６に
係合する弁体３７と、ビット１２に固定されたスプリン
グシート３８と、このスプリングシート３８に保持され
て弁体３７を弁座３６に押圧するスプリング３９とから
なっている。而して、圧縮エアが供給されていないとき
は、弁体３７が貫通孔３３の先端部を閉塞する一方、貫
通孔３３に圧縮エアが供給されると、該エアの圧力によ
ってスプリング３９のばね力に抗して弁体３７を移動さ
せて貫通孔３３が開放される。

【００１７】このような構成の穿孔機７において、内管
４を通じてその供給路１３から駆動流体である圧縮エア
が供給されると、供給されたエアはチェックバルブ１６
を開いて、連通孔２３を通り、バタフライバルブ２７に
よって間放されている側の供給孔２４又は２５に入る。
今、図５に示すように、供給孔２４が開放されていると
すると、エアはシリンダ室２１内に人り、ピストン２２
を先端側へ移動させてビット１２を打撃する。この打撃
力は岩盤等へ伝えられてそれを破砕する。

【００１８】一方、ピストン２２が先端側へ移動する
と、空所３０内の圧力が高まり、その圧力はポート３
１、隙間３２、ポート２６を通って供給孔２５へ伝えら
れ、バタフライバルブ２７を作動させる。それにより、
バタフライバルブ２７は供給孔２５を開放すると共に、
供給孔２４を閉塞することになる。従って、その後エア
は供給孔２５を通り、ポート２６、隙間３２、ポート３
１を介して空所３０へ供給され、ピストン２２を後端側
へ移動させる。

【００１９】ピストン２２が後端側へ移動すると、その
過程でノズル２８がピストン２２の貫通孔２９内に嵌入
してこれを閉塞する。すると、ピストン２２の移動に伴
ってシリンダ室２１の圧力が高まり、その圧力が供給孔
２４へ伝えられて、バタフライバルブ２７を前述とは逆
方向に作動させる。而して、バタフライバルブ２７は図
５の状態に戻ることになり、前述の作動が繰り返され
る。

【００２０】一方で、ノズル２８がピストン２２の孔２
９から抜出された状態においてはエアはシリンダ室２１
から貫通孔２９及び３３を通って、逆止弁３５を開放す
ると共に、噴射口３４から前方へ噴射される。この噴射
された圧縮エアは穿孔により生じたクリ粉を孔外へ圧送
する。ここで、穿孔を停止するため圧縮エアの供給を断
つと、逆止弁３５のスプリング３９のばね力によって弁
体３７が貫通孔３３を閉塞する。従って、穿孔された孔
内の泥水、スライム等が噴射口３４から穿孔機内へ侵入
するのか防止される。

【００２１】一方、ビット１２には逆止弁３５の弁座３
６の下流側において、ビット１２の内外を連通する孔４
０が穿設されると共に、その外周部に位置するチャック
１０にもその内外を連通する孔４１が穿設されている。

【００２２】図１及び図２に示すように、外管１とチャ
ック１０との間には、外管１の先端部に位置して、切換
弁であるリング状のスライドバルブ４２が長手軸方向に
摺動自在に嵌入されている。このスライドバルブ４２に
は、外管１と内管４との間の空間と、スライドバルブ４
２の外周側及び内周側とを連通させる孔４３が穿設され
ている。ここで、図１及び図３に示す状態のようにビッ
卜１２が最も後端側へ引込んだ状態において、ビット１
２、チャック１０及びスライドバルブ４２の各孔４０、
４１、４３が互いに連通すると共に、スライドバルブ４
２の孔４３は外管１の噴射口２と位置がくい違うように
互いの位置関係が設定されている。更に、図２及び図４
に示す状態のようにビット１２とスライドバルブ４２が
先端側へ突出した状態においては、ビット１２、チャッ
ク１０及びスライトバルブ４２の各孔４０、４１、４３
は互いに位置がくい違うと共に、スライドバルブ４２の
孔４３は外管１の噴射口２と連通するようになってい
る。

【００２３】次に、このような構成を有する掘削装置の
作用について説明する。掘削時においては、掘削抵抗に
よってビット１２は後端側へ押圧され、図１及び図３に
示すように後へ引込んだ状態となる。地盤掘削にあたっ
ては、パワースイベル６を適当な架台に設置し、パワー
スイベル６の駆動で外管１及び内管４を回転させる。同
時に、軟弱地盤掘削時には第１の流体用のスイベル３に
圧力水を通じると、圧力水はスライドバルブ４２チャッ
ク１０、ビット１２の各項４３、４１、４０を通って先
端の噴射口３４から前方へ噴射される。而して、内管４
の回転に伴うビット１２の回転及び圧力水の噴射によっ
て穿孔が行われる。

【００２４】ー方、硬岩層又は点石に遭遇したときは、
さらに第２の流体用のスイベル５から圧縮エアを通じ
る。すると、前述のように穿孔機７が作動してビット１
２の打撃運動が加わり、効果的に破砕が行われる。

【００２５】一方、掘削装置を若干後退させると、ビッ
ト１２の前に空隙ができ、この状態で第２の流体用のス
イベル５から圧力をかけると、図２及び図４に示すよう
に、ビット１２及びスライドバルブ４２が前方へ押出さ
れた状態となる。

【００２６】すなわち、所定の位置にて穿孔が終了する
と、掘削装置を若干後退させて第１の流体用のスイベル
３から硬化剤を外管１内に通じる。すると、硬化剤の圧
力によってスライドバルブ４２が押出されて外管１の側
面の噴射口２が開放され、そこから硬化剤が長手軸方向
に対して垂直方向に噴射される。この硬化剤の噴射を行
うと同時に、パワースイベル６によって外管１を回転さ
せると共に適宜掘削装置を後退移動させることで、円筒
型に固結体を地盤中に形成することができる。

【００２７】

【発明の効果】以上、実施例を挙げて詳細に説明したよ
うに本発明によれば、圧力流体の噴射や穿孔機の作動を
適宜切換えることで、地盤等の軟硬に即座に対処するこ
とができ軟硬互層地盤等における掘削作業の能率を向上
させることができる。また、切換弁によって流体を側方
にも噴射できるようにすることで、掘削後にそのまま硬
化剤を注入することができ、注入作業を含めた全体の作
業能率の向上が図れると共に、装置全体のコンパクト化
も図れる。

【００２８】

【図面の簡単な説明】

【図１及び図２】本発明の一実施例にかかる掘削装置の
要部縦断面図であり、それぞれ前方噴射時及び側方噴射
時を表わしている。

【図３及び図４】その作業状態を表わす縦断面図であ
り、同じくそれぞれ前方噴射時及び側方噴射時を表わし
ている。

【図５】本発明の一実施例の穿孔機のみを表わす縦断面
図である。

【符号の説明】

１ 外管 ２ 第１の噴射口 ３ スイベル ４ 内管 ５ スイベル ６ パワースイベル ７ 穿孔機 １２ ビット ３４ 第２の噴射口 ４２ スライドバルブ

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成４年９月１７日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項１

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１５】ピストン２２の先端面は前述のビット１２
の後端面に対向し、ピストン２２が先端方向へ移動する
とピストン２２がビット１２を打撃するようになってい
る。ビット１２の中心部には長手軸方向に沿って貫通孔
３３が穿設され、この貫通孔３３の先端はビット１２の
先端部に開口して第２の噴射口３４とされている。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２３】次に、このような構成を有する掘削装置の
作用について説明する。掘削時においては、掘削抵抗に
よってビット１２は後端側へ押圧され、図１及び図３に
示すように、後へ引込んだ状態となる。地盤掘削にあた
っては、パワースイベル６を適当な架台に設置し、パワ
ースイベル６の駆動で外管１及び内管４を回転させる。
同時に、軟弱地盤掘削時には、第１の流体用のスイベル
３に圧力水を通じると、圧力水はスライドバルブ４２、
チャック１０、ビット１２の各孔４３、４１、４０を通
って先端の噴射口３４から前方へ噴射される。而して、
内管４の回転に伴うビット１２の回転及び圧力水の噴射
によって穿孔が行われる。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】外管とその内側に設けられた内管とからな
   る二重管と、前記内管の先端部に取付けられると共に先
   端に前記外管から外部へ露出するビットを有する穿孔機
   と、前記二重管を前記ビットと共に回転駆動する装置
   と、前方へ噴射する流体を前記外管を介し供給する装置
   と、前方へ噴射する流体を前記外管を介し供給する装置
   と、前記穿孔機のビットに打撃運動をさせる駆動流体を
   前記内管を介して供給する装置と、を具えたことを特徴
   とする掘削装置。
2. 【請求項２】外管とその内側に設けられた内管とからな
   る二重管と、前記内管の先端部に取付けられると共に先
   端に前記外管から外部へ露出するビットを有する穿孔機
   と、前記二重管を前記ビットと共に回転駆動する装置
   と、前記穿孔機のビットに打撃運動をさせる駆動流体を
   前記内管を介して供給する装置と、流体を側方へ噴射す
   る第１の噴射口と、流体を前方へ噴射する第２の噴射口
   と、前記外管を介して流体を供給する装置と、前記外管
   を介して供給された流体を前記第１の噴射口あるいは前
   記第２の噴射口のいずれかに導く切換弁と、を具えたこ
   とを特徴とする掘削装置。
3. 【請求項３】請求項２記載の掘削装置において、前記ビ
   ットは前後方向に移動自在であり、該ビットの位置によ
   つて前記切換弁の切換位置が規制されることを特徴とす
   る掘削装置。