JPH0941859A - 硬岩層掘削方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】周りの環境に及ぼす悪影響が小さく、硬岩層で
も効率よく掘削する。 【解決手段】先端に掘削ビット１０ａが取り付けられた
ケーシングチューブ１０を回転させながら押し込んで硬
岩層に達するまで掘削する。その後、ケーシングチュー
ブ１０を所定量引き抜き、硬岩用ビット３０が設けられ
た掘削具２８を取り付けたグリップ機構１６をケーシン
グチューブ１０内周に係合させる。ケーシングチューブ
１０を回転させながら押し込んで硬岩用ビット３０によ
り硬岩層を掘削すると共に、ケーシングチューブ１０内
に給水した水を岩屑と共に排出し、更に、ケーシングチ
ューブ１０を所定量押し込んだ後、グリップ機構１６の
係合を解除し、ケーシングチューブ１０を回転させなが
ら押し込んで掘削具２８による削孔を拡張掘削する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術】本発明は、硬岩層の掘削に適する
硬岩層掘削方法及びその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ケーシングチューブを回転さ
せながら押し込んで杭孔を掘削するオールケーシング工
法が知られており、地中に押し込んだケーシングチュー
ブ内の土砂はハンマグラブにより排出している。

【０００３】しかし、硬岩層の岩盤を掘削する場合に
は、ケーシングチューブを回転させながら押し込むこと
はできるものの、ケーシングチューブ内に残る円柱状の
岩盤にハンマグラブを落下させて排出しようとしても、
ハンマグラブが破損してしまい排出できない。

【０００４】そこで、このような硬岩層を掘削する際に
は、振動を加えたチゼルにより掘削するか、あるいは、
ドリルパイプの先端に取り付けた硬岩掘削用のローラビ
ットによるリバースサーキュレーション工法（いわゆる
リバース工法）により掘削していた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、こうし
た従来の工法では、チゼルに振動を加えるために、衝撃
や振動の発生原因となり、周りの環境に影響を及ぼすと
いう問題があった。また、硬岩層の掘削には、大きな回
転トルクや押込力を必要とするが、ドリルパイプによる
大きな回転トルクや押込力の伝達には限界があり、硬岩
層での掘削効率の向上を図り難いという問題があった。

【０００６】そこで本発明は上記の課題を解決すること
を目的とし、周りの環境に及ぼす悪影響が小さく、硬岩
層でも効率よく掘削できる硬岩層掘削方法及びその装置
を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成すべ
く、本発明は課題を解決するため次の方法を取った。即
ち、先端に掘削ビットが取り付けられたケーシングチュ
ーブを回転させながら押し込んで硬岩層に達するまで掘
削した後、前記ケーシングチューブを所定量引き抜き、
硬岩用ビットが設けられた掘削具を取り付けたグリップ
機構を前記ケーシングチューブ内周に係合させ、前記ケ
ーシングチューブを回転させながら押し込んで硬岩用ビ
ットにより硬岩層を掘削すると共に、前記ケーシングチ
ューブ内に給水した水を岩屑と共に排出し、更に、前記
ケーシングチューブを前記所定量押し込んだ後、前記グ
リップ機構の係合を解除し、前記ケーシングチューブを
回転させながら押し込んで前記掘削具による削孔を拡張
掘削することを特徴とする硬岩層掘削方法がそれであ
る。

【０００８】また、かかる目的を達成すべく、本発明は
課題を解決するための手段として次の構成を取った。即
ち、先端に掘削ビットが取り付けられたケーシングチュ
ーブを回転させながら押し込む回転押込機構と、前記ケ
ーシングチューブ内周に係合・離脱可能なグリップ機構
とを備えると共に、硬岩用ビットが設けられた掘削具を
前記グリップ機構に取り付け、前記グリップ機構内を貫
通させて更に前記掘削具の先端で底に向かって開口した
排水管を設けたことを特徴とする硬岩層掘削装置の構成
がそれである。

【０００９】更に、前記排水管にスタビライザを設けた
構成としてもよい。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面に
基づいて詳細に説明する。図２に示すように、１は回転
押込機構で、水平状態に保持されるベースフレーム２
に、昇降フレーム３を昇降する昇降シリンダ４を１組立
設し、昇降フレーム３に軸受け５を介してリング状の回
転部材６を回転可能に支持している。回転部材６の外周
にはギヤ７が形成されており、昇降フレーム３に設けた
油圧モータ８の回転軸に固着した駆動ギヤ８ａとギヤ７
とをアイドルギヤ９を介して噛合させ、油圧モータ８の
回転により回転部材６を回転するように構成されてい
る。

【００１１】回転部材６の内周には、先端に掘削ビット
１０ａが取り付けられたケーシングチューブ１０を挿通
可能なテーパ孔１１が形成されており、テーパ孔１１は
下方に向かって縮径するように形成されている。回転部
材６の上方には、昇降フレーム３に配置されたチャック
シリンダ１２により昇降されるブラケット１３ａが設け
られており、ブラケット１３ａと回転部材６との間に、
ベアリング１３ｂを介して回転フレーム１３ｃがブラケ
ット１３ａと共に昇降するように支持されて配設されて
いる。回転フレーム１３ｃから吊下げられた楔状のチャ
ック部材１４が、テーパ孔１１とケーシングチューブ１
０との間に挿入されている。

【００１２】ケーシングチューブ１０内に、同芯上に配
置される排水管１５は、その先端がケーシングチューブ
１０の先端から突き出る長さに形成されている。ケーシ
ングチューブ１０内の排水管１５には、その外周にグリ
ップ機構１６が設けられている。

【００１３】グリップ機構１６は、排水管１５の外周に
固着された筒部材２０と、ケーシングチューブ１０の内
周に沿って円周上に配置された複数のグリップ部材２２
とを備えている。また、排水管１５の軸方向に移動可能
なウエイト２３を備え、ウエイト２３とグリップ部材２
２とは、ウエイト２３の下方への移動でグリップ部材２
２を径方向に移動して拡開するように、両端が揺動可能
に支持されたリンク２５で連結されている。筒部材２０
とグリップ部材２２との間は、上下一組のリンク２６，
２７で連結されている。

【００１４】グリップ機構１６は、ウエイト２３の自重
によりグリップ部材２２を拡開させて、ケーシングチュ
ーブ１０の内周に係合するように構成されているが、ば
ねの付勢力によりグリップ部材２２を拡開させて係合す
るようにしてもよく、あるいは、ケーシングチューブ１
０の内周に形成した縦溝にグリップ部材２２を挿入し
て、ケーシングチューブ１０を係合させてもよい。

【００１５】筒部材２０の下端には、掘削具２８が固定
されており、掘削具２８の底面には、複数の硬岩用ビッ
ト３０が取り付けられている。硬岩用ビット３０には硬
岩層の掘削に使用される周知のローラビット等が用いら
れる。また、排水管１５は、筒部材２０内を貫通し、そ
の先端が掘削具２８の底面で下方に向かって開口されて
いる。更に、掘削具２８には、軸方向に複数の貫通孔３
１が形成されている（図１参照）。

【００１６】排水管１５の上端側には、スタビライザ３
２が排水管１５に形成された凸部１５ａ，１５ｂ間に摺
動可能に装着されている。スタビライザ３２の外周は、
ケーシングチューブ１０の内周に挿入できる大きさに形
成されており、ケーシングチューブ１０の回転の際に
は、排水管１５の振れを防止できるように構成されてい
る。また、スタビライザ３２とウエイト２３とは一対の
ワイヤ３３により連結されており、スタビライザ３２の
摺動と共にウエイト２３が上下動するように構成されて
いる。

【００１７】排水管１５の上端にはポンプ３４が取り付
けられており、ポンプ３４にはスイベルジョイント３６
を介して排水ホース３８が接続されている。また、図示
しないタンク等から給水される給水管４０の先端が、ケ
ーシングチューブ１０内に開口されている。更に、排水
管１５と並列にエアー送管４２が配置されており、エア
ー送管４２の先端は、排水管１５先端近傍にまで延出さ
れている。

【００１８】次に、前述した本実施例の硬岩層掘削装置
の作動について、掘削工程順と共に図３によって説明す
る。尚、粘土、シルト、砂れき等の一般土質層４８の下
に、硬岩層５０がある地盤の掘削を例に説明する。ま
ず、ケーシングチューブ１０が回転押込機構１に挿入さ
れ、チャックシリンダ１２が駆動されてブラケット１３
ａを下降させる。これにより、ベアリング１３ｂ、回転
フレーム１３ｃを介してチャック部材１４がテーパ孔１
１とケーシングチューブ１０との間に挿入され、チャッ
ク部材１４により回転部材６とケーシングチューブ１０
とが締結される。

【００１９】次に、油圧モータ８が回転駆動されて、駆
動ギヤ８ａ、アイドルギヤ９を介して回転部材６が回転
され、回転部材６の回転と共にケーシングチューブ１０
が回転される。また、昇降シリンダ４を駆動して昇降フ
レーム３を下降させ、回転部材６、チャック部材１４等
を介してケーシングチューブ１０を地中に押し込む。

【００２０】ケーシングチューブ１０を回転させながら
押し込み、掘削ビット１０ａにより掘削すると、内側に
は土砂が残る。この土砂は、クレーンで吊り上げた図示
しないハンマグラブを落下させ、ハンマグラブによりケ
ーシングチューブ１０の外部に排出する。ケーシングチ
ューブ１０を用いて掘削することにより、孔壁崩壊を確
実に防止しながら大深度の掘削ができ、高い鉛直性の杭
孔が得られる。従って、一般土質層４８が厚い場合であ
っても適用できる。

【００２１】これを繰り返して掘削し、掘削ビット１０
ａが硬岩層５０に達したときには、押し込みを停止し、
昇降シリンダ４を駆動して昇降フレーム３を上昇させ、
図３（イ）に示すように、ケーシングチューブ１０を地
中から所定量引き抜く。この所定量は、後述する掘削具
２８により硬岩層５０を１工程で掘削できる最大量であ
り、筒部材２０の長さ等や硬岩層５０の硬さ等により適
宜決定すればよい。

【００２２】次に、図３（ロ）に示すように、掘削具２
８を取り付けたグリップ機構１６を排水管１５と共にケ
ーシングチューブ１０内に挿入する。その際には、図１
に示すように、スタビライザ３２に締結したワイヤ５２
をクレーンのフック５４に掛けて吊り上げる。これによ
り、凸部１５ｂを介して排水管１５が吊り上げられると
共に、ワイヤ３３を介してウエイト２３が吊り上げられ
る。これにより、グリップ機構１６では、リンク２５，
２６，２７によりグリップ部材２２がケーシングチュー
ブ１０の中心に向かって移動して縮小され、ケーシング
チューブ１０内に挿入できるようになる。

【００２３】硬岩用ビット３０が硬岩層５０に当たり、
更に、フック５４が下降されてワイヤ５２が緩められる
と、ウエイト２３が自重により下降し、リンク２５を介
してグリップ部材２２がケーシングチューブ１０の径方
向外側に向かって拡開される。よって、グリップ部材２
２がケーシングチューブ１０の内周に押し付けられ、グ
リップ機構１６とケーシングチューブ１０とが係合され
る。

【００２４】一方、給水管４０からケーシングチューブ
１０内に給水する。給水する際の水位は、地面と同じあ
るいはそれよりも低いレベルであってもよい。孔壁崩壊
の防止はケーシングチューブ１０で行われ、給水量は岩
屑の吸入に必要な量があれば十分である。尚、排水ホー
ス３８はワイヤ５６により吊り上げて支えればよい。

【００２５】次に、回転押込機構１によりケーシングチ
ューブ１０を回転させながら押し込み、グリップ機構１
６を介して掘削具２８を一体的に回転させると共に、硬
岩層５０に押し付ける。よって、掘削具２８の硬岩用ビ
ット３０により硬岩層５０が掘削される。ケーシングチ
ューブ１０を介して掘削具２８に回転トルク、押込力が
伝達されるので、大きな回転トルク及び押込力を硬岩用
ビット３０に付与でき、効率よく掘削できる。

【００２６】また、給水された水は、貫通孔３１を通
り、排水管１５、ポンプ３４、スイベルジョイント３
６、排水ホース３８を介してケーシングチューブ１０内
から排水する。排水は、掘削具２８の中央で下方に向か
って開口された排水管１５から吸入されるので、硬岩用
ビット３０による岩屑も同時に吸入され、ケーシングチ
ューブ１０外に排出される（図３（ハ））。尚、同時に
エアー送管４２から圧縮空気を供給して、岩屑のリフト
を助けるようにしてもよい。

【００２７】硬岩層５０の掘削に伴って、ケーシングチ
ューブ１０も下降し、掘削具２８により掘削される削孔
５８の径はケーシングチューブ１０の内径よりも小さい
ので、ケーシングチューブ１０の先端の掘削ビット１０
ａが再び硬岩層５０に突き当たる。

【００２８】その際には、スタビライザ３２を図示しな
いクレーンによりワイヤ５２を介して吊り上げる。これ
により、ウエイト２３がワイヤ３３を介して吊り上げら
れ、リンク２５を介してグリップ部材２２が縮小され、
グリップ機構１６とケーシングチューブ１０との係合が
解除される。

【００２９】更に、ケーシングチューブ１０を回転しな
がら押し込み、掘削ビット１０ａにより硬岩層５０を掘
削する。硬岩用ビット３０により掘削された削孔５８を
掘削ビット１０ａによる径にまで拡張する。また、掘削
ビット１０ａによる掘削は、硬岩用ビット３０により掘
削した深さに達するまで行う（図３（ニ））。この際に
も、排水管１５を介して岩屑が排出される。

【００３０】この工程により、ケーシングチューブ１０
を所定量引き抜いた分の深さに硬岩層５０を掘削でき、
この深さで硬岩層５０の掘削深さが十分な場合には、ス
タビライザ３２をクレーンにより吊り上げて、排水管１
５、グリップ機構１６、掘削具２８をケーシングチュー
ブ１０の外に取り出す。そして、図示しない鉄筋籠を挿
入し、コンクリートを打設すると共に、回転押込機構１
の昇降シリンダ４を駆動して、ケーシングチューブ１０
を引き抜く。

【００３１】一方、硬岩層５０を更に掘削するときに
は、スタビライザ３２を上昇させてグリップ機構１６と
ケーシングチューブ１０との係合を解除してから、ケー
シングチューブ１０を再び所定量引き抜き、スタビライ
ザ３２を下降させてグリップ機構１６とケーシングチュ
ーブ１０とを係合する。そして、ケーシングチューブ１
０を回転させながら押し込み、掘削具２８により硬岩層
５０を掘削して、前述した工程を繰り返す。これによ
り、硬岩層５０を所定の深さにまで掘削することができ
る。尚、図３（ニ）に示すように、ケーシングチューブ
１０や排水管１５を継ぎ足して、その全長を延長すれ
ば、種々の深さに対応できる。

【００３２】以上本発明はこの様な実施例に何等限定さ
れるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲にお
いて種々なる態様で実施し得る。

【００３３】

【発明の効果】以上詳述したように本発明の硬岩層掘削
方法は、一般土質層をケーシングチューブにより掘削
し、一般土質層の下の硬岩層をケーシングチューブ、グ
リップ機構を介して大きな回転トルク、押込力が伝達さ
れる掘削具により効率よく掘削することができると共に
周りの環境に与える悪影響も小さく、岩屑は排水と共に
効率よく排出できるという効果を奏する。

【００３４】また、硬岩層掘削装置は、一般土質層をケ
ーシングチューブにより掘削することができると共に、
掘削ビットが硬岩層に達したときには、グリップ機構を
ケーシングチューブに係合させて、ケーシングチュー
ブ、グリップ機構を介して硬岩用ビットにより硬岩層を
掘削し、岩屑は排水管から排出するので、大きな回転ト
ルク、押込力で掘削でき、効率よく掘削することができ
ると共に周りの環境に与える悪影響も小さい。スタビラ
イザを設けることにより、排水管の振れを防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例としての硬岩層掘削装置の一
部を断面で示す斜視図である。

【図２】本実施例の硬岩層掘削装置の断面図である。

【図３】本実施例の硬岩層掘削方法の工程順を示す説明
図である。

【符号の説明】

１…回転押込機構 １０…ケーシングチューブ １０ａ…掘削ビット １５…排水管 １６…グリップ機構 ２８…掘削具 ３０…硬岩用ビット ３２…スタビライザ ４０…給水管 ４８…一般土質層 ５０…硬岩層 ５８…削孔

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 先端に掘削ビットが取り付けられたケー
   シングチューブを回転させながら押し込んで硬岩層に達
   するまで掘削した後、前記ケーシングチューブを所定量
   引き抜き、硬岩用ビットが設けられた掘削具を取り付け
   たグリップ機構を前記ケーシングチューブ内周に係合さ
   せ、 前記ケーシングチューブを回転させながら押し込んで硬
   岩用ビットにより硬岩層を掘削すると共に、前記ケーシ
   ングチューブ内に給水した水を岩屑と共に排出し、 更に、前記ケーシングチューブを前記所定量押し込んだ
   後、前記グリップ機構の係合を解除し、前記ケーシング
   チューブを回転させながら押し込んで前記掘削具による
   削孔を拡張掘削することを特徴とする硬岩層掘削方法。
2. 【請求項２】 先端に掘削ビットが取り付けられたケー
   シングチューブを回転させながら押し込む回転押込機構
   と、前記ケーシングチューブ内周に係合・離脱可能なグ
   リップ機構とを備えると共に、硬岩用ビットが設けられ
   た掘削具を前記グリップ機構に取り付け、前記グリップ
   機構内を貫通させて更に前記掘削具の先端で底に向かっ
   て開口した排水管を設けたことを特徴とする硬岩層掘削
   装置。
3. 【請求項３】 前記排水管にスタビライザを設けたこと
   を特徴とする請求項２記載の硬岩層掘削装置。