JPH086864Y2 - 拡底工法用の掘削装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 産業上の利用分野 この考案は、鋼管・ウエル沈下工法において管先端部
の下方を拡掘して鋼管・ウエル等の埋設を容易ならし
め、あるいはリバースサーキュレーション工法など場所
打ちコンクリート施行時の拡底杭孔に適用する拡底工法
の掘削装置に関するものである。

従来の技術 近年、場所打ち杭工法として基礎杭先端部の支持力を
増大し、そして工期の短縮が図れる経済的な基礎杭構築
を目的とした拡底杭孔用掘削装置が種々開発されてきて
いる。これらの掘削装置は、機種も多く、実施例も数多
く示されているが、いずれの場合も軟質地盤などを対象
とした掘削に使用されているものである。また、最近の
土木建築構造物の大形化に伴い、支持地盤を拡底掘削
し、基礎杭あるいは鋼管・ウエル等の先端部を根入れす
ることによって、基礎部の安定性を高め、かつ、支持力
を増大させる拡底掘削工法を実施する作業が多くなり、
更に支持地盤も硬質な岩盤を対象とする傾向が増えてい
る。

一方、現在実用化されている拡底杭孔用掘削機の多く
は、掘削ビット部の刃先として固定バイト型カッタを採
用しており、軟岩部や土壌を対象としている。

考案が解決しようとする課題 この固定バイト型カッタや、一部で実用化されている
硬岩用拡掘ローラカッタを用いて硬質岩盤を拡掘する場
合には次のような欠点が存在する。即ち、固定バイト型
カッタの場合では、回転している掘削ブレードに取り付
けられたバイト型カッタ刃先部は岩盤に対して効率の良
いくい込み掘削を全く行なえない。また、一部で実用化
されている自転しながら回転掘削する硬岩用拡掘ローラ
カッタの場合でも、拡掘機構および構造面でカッタ支持
アームの外側面やローラカッタ端面の最外周ゲージ面が
拡掘作業の進展に従い孔壁に押し付けられ、面接触が異
常に増加し、そして回転制御が発生して拡掘ローラカッ
タ刃先部による岩盤くい込み掘削作用が制止させられる
ので、実質的な拡底掘削が困難となる。

そこで、この考案の目的は、硬質岩盤に対して拡底お
よび孔壁掘削が可能な掘削装置を提供することにある。

課題を解決するための手段 即ち、基礎杭孔の岩盤拡底掘削に際しては掘削カッタ
刃部に対象岩盤に応じた荷重と回転数を与え、岩盤に拡
掘ローラカッタ刃先部が先行してくい込み、回転掘削が
可能なように拡掘ローラカッタ支持枠の一端を支点とす
るリンク機構により、孔壁に対し拡掘ローラカッタ刃先
部が回転しながら弧状軌跡を画くようにくい込み回転掘
削し、拡底および孔壁掘削させることができ、液圧シリ
ンダ駆動による拡開方式を具備していることを特徴とし
た拡底工法用の掘削装置である。

実施例 次に、本考案を図示の実施例により説明する。

第１図は、本考案の掘削装置における拡底掘削機構部
であって、拡掘ローラカッタを縮小格納した状態を示
す。本考案の掘削装置は、地上部の駆動装置により支持
され、かつ回転して掘削力を伝えるドリルパイプ（図示
省略）に接続されて回転駆動し、そして、従来の全断面
掘削を可能にする。

第２図は第１図のａ−ａ′の線断面図であり、第３図
は第１図のｂ−ｂ′の線断面図である。

第１図から第３図に基づいて以下に詳細に説明する。
１は断面円筒状の中心管体であって、その上端の接続フ
ランジ２には回転駆動するドリルパイプ（図示省略）が
連結されている。そして、下端の接続フランジ３には、
中央に掘削屑などを吸い込み排除する吸込口4aを有する
全断面掘削用パイロットローラビット４が取り付けられ
ている。

この中心管体１の中央部には、断面が四角形である上
下摺動用案内部５が形成されており、その中心管体１の
下部には、複数個の拡掘ローラカッタ用支持枠６がピン
７を介して揺動可能に取り付けられてある。この支持枠
６には拡掘ローラカッタ８が自転可能に両端支持され、
支持枠６は、両側面を中心管体１の下部に固着された枠
体1aで揺動自在に嵌合支持されている。また、支持枠６
に両端支持されている拡掘ローラカッタ８を弧状揺動さ
せるため、ピン９を介してアームリンク10が連結されて
いる。

中心管体１の中央部に形成されている案内部５には、
摺動部材11が上下方向摺動可能に一体型で設けられてお
り、この摺動部材11の上部には複数個の液圧シリンダ12
のピストンロッド12aがピン13を介して連結されてい
る。この液圧シリンダ12の基部は、中心管体１の上部に
ピン14により連結されている。一方、この摺動部材11の
下部には、ピン15を介してアームリンク10が拡掘ローラ
カッタ８を両端支持している支持枠６と連接されてい
る。

中心管体１の中央胴部には、液圧シリンダ12や摺動部
材11などを掘削屑や孔内異物スライムなどから保護する
ために外筒16が取り付けられている。

この装置において、中心管体１の上端接続フランジ２
部で連結されているドリルパイプ（図示省略）が回転す
ると、中心管体１、パイロットローラビット４および拡
掘ローラカッタ８が一体となって回転し、地上部の駆動
装置により推力を与えられることで掘削が行われる。

拡掘しない場合は、第１図に示されるように、地上部
からの供給圧油により液圧シリンダ12のピストンロッド
12aは引込められ、摺動部材11が引上げられ、これによ
ってアームリンク10を介して拡掘ローラカッタ８を両端
支持した支持枠６を中心管体１の内側のスペースに揺動
させて格納する。拡掘ローラカッタ８の格納状態での最
外径寸法がパイロットローラビット４の掘削ビット外径
内に納められるため、従来より広く実施されているパイ
ロットローラビット４による全断面岩盤掘削が可能とな
る。

第４図は拡掘ローラカッタを拡開した状態における拡
底工法用の掘削装置を示す。

拡掘を実施する場合には、第４図に示されるように、
地上部からの供給圧油の供給ポート切換制御により液圧
シリンダ12のピストンロッド12aが押し出され、摺動部
材11が押し下げられる。これによって、アームリンク10
を介して支持枠６に両端支持された拡掘ローラカッタ８
が外径側に弧状揺動して拡開される。

拡底径量は、地上部で供給油量を制御することで液圧
シリンダ12のピストンロッド12aの伸縮長を調整し、拡
掘ローラカッタ８の弧状揺動角を変化させ、目標拡底径
量の設定が可能となる。また、リンク機構のアームリン
ク10および支持枠６と拡掘ローラカッタ８の取り付け長
を変えて組み合わせることによっても、拡掘ローラカッ
タ８による拡底径量の設定が種々可能である。

拡底径部の孔壁傾斜角θ（第４図）は、拡掘ローラカ
ッタ８の対象岩盤へのくい込み回転掘削速度と、地上部
での駆動装置による推進速度との相対関係によって決定
され、掘削対象岩盤の状態に応じて変えることが可能で
ある。

このように本考案は、パイロットローラビット４によ
る全断面掘削又は拡掘ローラカッタ８による拡底掘削を
各々単独であるいは両者を併用して使用でき、しかも拡
掘ローラカッタ８および支持枠６部を限られた狭いスペ
ースに格納できる構造を有するものである。

地上部において、掘削対象岩盤に応じてビット荷重お
よび回転数を操作し、液圧シリンダ12のピストンロッド
12aによる上下移動量が拡掘ローラカッタ８の掘削外径
方向への開閉量、即ち拡底径量に変換することができる
ことから、液圧シリンダ12への供給油量を検出するなど
の方法によって容易にピストンロッド12aの移動量より
拡底径量を検出することができる。さらに、リンク機構
を介してピストンロッド12aによる上下移動量を拡掘ロ
ーラカッタ８の開閉量に変換する機構によってわずかな
ピストンロッド12aの移動量でも拡掘ローラカッタ８の
開閉量を大きく変動させることができ、液圧シリンダ12
のピストンロッド12a伸縮長を短く抑えることが可能と
なり、拡開機構部も全体にコンパクトにすることが可能
となる。

第５図は従来の拡掘ローラカッタの拡開機構を示す。
この拡開機構では、カッタを掘削面に対して押し広げ、
拡掘ローラカッタ刃先部が孔壁にくい込み回転掘削を開
始すると、まもなくカッタ掘削刃先部以外のカッタ端面
部の最外周側ゲージ面17やカッタ支持アームの外側面18
が拡掘作業が進行するにつれて孔壁に圧着させられ、面
接触の大幅な増加によって回転摩耗による各部損傷や回
転制動の発生が誘発される。従って、硬質岩盤を掘削対
象とした場合には拡掘が不能となってしまう。

第６図は本考案による拡掘ローラカッタの拡開機構を
示す。この拡開機構では、カッタ刃先部が常に孔壁に対
して先行してくい込み拡掘するように、拡掘ローラカッ
タ用支持枠６の一端であるピン７を支点としたリンク機
構により拡掘ローラカッタ８の最外周ゲージ部（刃先
部）8aが弧状軌跡を画くように拡掘させ、地上部からの
ビット荷重および回転数の掘削負荷によって硬質岩盤に
応じて容易に拡底掘削が可能となる。

第７図は、本考案の掘削装置による縮拡底ビット掘削
試験結果を示す図である。第７図において、直径（図中
φで示す）975mm（図中mmは省略してある）で深さ205mm
進む。その後、直径1020mmで深さ30mmの掘削を行い、次
に直径1080mmで深さ25mmの掘削を行う。以下同様に、掘
削を行っていることを示している。

この試験結果から、一定の拡底径に対して所定の深さ
だけ設計通り掘削されていることが理解できる。

考案の効果 本考案は、次に列記する種々の効果を有する。

（１）各種工法における拡底掘削作業の確実な施工とそ
の効率の向上に大きく寄与できる。

（２）拡底掘削と先端ビットによる全断面掘削を単独、
あるいは併用のいずれかを適宜選択し実施し得る。

（３）拡底掘削用カッタおよび先端ビット用カッタの形
式を対象地盤に応じて選定変更することができる。

例えば、図示のローラカッタ形式のほかにブレード形
式、バイト形式など最も掘削条件に適したカッタ形状お
よびカッタ刃先形状を選定して使用することができる。

（４）拡底径量は特に部品交換を必要としないで液圧シ
リンダなどによる上下移動量を調整することで変更可能
であり、リンク機構におけるアームリンク10および支持
枠６と拡掘ローラカッタ８の取り付け長を変更したもの
に交換することでも容易に拡底径量を大きく設定変更で
きる。

（５）液圧シリンダの油圧作動によりリンク機構を介し
て拡掘ローラカッタ８の拡開および縮小格納が確実にで
き、拡開作業状態も地上部で正確に検知することができ
る。

（６）液圧シリンダの作動圧力を増加したり、大負荷容
量の液圧シリンダに交換変更することで、拡掘ローラカ
ッタ８の掘削面に対するくい込み力を増加するなど対象
岩盤に応じて変更可能である。

（７）拡底掘削ならびに先端ビットによる全断面掘削の
掘削屑などは、先端ビット中央部の吸込口4aより中心管
体１の内径を通して逆循環方式で確実に排出することが
でき、掘削深度が深くなれば中心管体１の胴部に沿って
取り付けたエア用通路管1bを利用したエアリフト方式に
よって中心管体１の内径を通して掘削屑の排出も可能で
ある。掘削屑などの排出方式が正、逆循環およびエアリ
フト方式であることを問わず、各種の掘削工法に適用し
得る。

なお、本考案は、図示の一実施例のみに限定されるも
のでなく、カッタの数量や配置などは任意に変えること
が可能であること、リンク機構のアームリンクおよび拡
掘ローラカッタ部を中心管体に上下逆に取り付け改良す
ることで引抜き方向にも拡掘が可能であることなど、そ
の他本考案の要旨を逸脱しない範囲内の変更を含むもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例である掘削装置を示すもので
あって、拡底掘削前の状態を示す縦断面図、第２図は第
１図のａ−ａ′の線断面図、第３図は第１図のｂ−ｂ′
の線断面図、第４図は本考案の一実施例である掘削装置
の拡底掘削状態を示す縦断面図、第５図は従来の拡掘ロ
ーラカッタによる拡底および孔壁掘削の状態を示す説明
図、第６図は本考案の拡掘ローラカッタによる拡底およ
び孔壁掘削の状態を示す説明図、第７図は本考案の掘削
装置による縮拡底ビット掘削試験結果を示す図である。 １……中心管体、1a……中心管体下部固着の枠体、1b…
…エア用通路管、２……中心管体上端の接続フランジ、
３……中心管体下端の接続フランジ、４……パイロット
ローラビット、4a……吸込口、５……中心管体中央部の
上下摺動用案内部、６……拡掘ローラカッタ用支持枠、
７……ピン、８……拡掘ローラカッタ、8a……拡掘ロー
ラカッタの最外周ゲージ部、９……ピン、10……アーム
リンク、11……摺動部材、12……液圧シリンダ、12a…
…液圧シリンダのピストンロッド、13……ピン、14……
ピン、15……ピン、16……保護用の外筒、θ……拡底径
部の孔壁傾斜角、17……従来の拡掘ローラカッタ端面部
の最外周側ゲージ面、18……従来のカッタ支持アームの
外側面。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】中央に設けられた中心管体（１）と、この
   中心管体（１）の上部に取り付けられた複数のシリンダ
   （12）に設けられたピストンロッド手段（12a）と、こ
   のピストンロッド（12a）に連結されたアームリンク手
   段（10）と、上方が前記アームリンク手段（10）に連結
   され、下方が前記中心管体（１）の下部に連結されて揺
   動可能な複数の支持枠手段（６）と、この支持枠手段
   （６）によって両端が支持され、自転可能な複数のロー
   ラカッタ手段（８）とを有する硬質岩盤の拡掘を行う掘
   削装置において、 前記ローラカッタ手段（８）の上部に刃先部（8a）が取
   り付けられており、動作時においては、前記ピストンロ
   ッド手段（12a）が上下移動し、前記アームリンク手段
   （10）を介して前記ローラカッタ手段（８）が前記支持
   枠手段（６）の下方部を支点として開閉し、前記刃先部
   （8a）のみが岩盤に対して接触し、揺動しながら拡掘を
   行う掘削装置。