JPH11159274A - 掘削工具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＷＢＲ工法のような曲がりボーリング工法に
おいて、掘削の方向性を制御しつつ湾曲した掘削抗３を
掘削して所定の位置に正確に曲がり鋼管１１を設置す
る。 【解決手段】 曲がり鋼管１１の先端に一体に取り付け
られる略円筒状のケーシングトップ１２と、このケーシ
ングトップ１２に回転自在に挿入され、ケーシングトッ
プ１２の先端に突出して地盤を掘削する掘削ビット１５
とを備え、ケーシングトップ１２の内径部１２Ｃの中心
軸線Ｘを、外径部１２Ａの中心軸線Ｙに対して偏心させ
ることにより、ケーシングトップ１２の外径部１２Ａの
中心軸線Ｙに対して掘削ビット１５の回転軸線Ｏを偏心
させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばＷｈａｌｅ
Ｂｏｎｅ Ｒｏｏｆ工法（以下、ＷＢＲ工法と称す
る。）のような曲がりボーリング工法において、アーチ
状に湾曲した掘削抗を掘削しつつ曲がり鋼管を打設する
のに用いて好適な掘削工具に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】最近、特に断面の大きな山岳トンネルの
掘削工事における新たな掘削技術として、ＷＢＲ工法が
提案されている。このＷＢＲ工法は、図５に示すよう
に、トンネル１の本坑施工に先だち、まずトンネル１の
頂部付近に導坑２を掘削し、この導坑２の内壁から、ト
ンネル軸に対して垂直な面内において外側下方に向け
て、アーチ状に湾曲した掘削坑３…を掘削工具により掘
削しつつ、この掘削坑３に曲がり鋼管４を挿入、設置す
るものであり、この曲がり鋼管４の挿入、設置後に、周
囲の岩盤に薬液等の注入を行うことにより、周辺地山の
安定を図るとともに、この曲がり鋼管４…を支保工とし
てトンネル１の本坑を掘削してゆく。従って、このよう
なＷＢＲ工法によれば、本坑の掘削前に支保工としての
曲がり鋼管４…が設置されているため、本坑の掘削時に
おいては支保を考慮せずに掘削サイクルを組み立てるこ
とができ、安全かつ短期間でのトンネル掘削を可能とす
ることができる。

【０００３】ここで、このように地盤に掘削坑を掘削し
つつ鋼管を建て込むための掘削工具としては、例えば掘
削パイプの先端に一体に取り付けられる略円筒状のケー
シングトップと、このケーシングトップに回転自在に挿
入され、該ケーシングトップの先端に突出して地盤を掘
削する掘削ビットとを備えた掘削工具であって、特にこ
の掘削ビットが、その回転に伴い外径が拡縮径するビッ
トヘッドを有する、いわゆる拡径ビットが従来知られて
いる。しかして、かかる拡径ビットでは、掘削時にはケ
ーシングトップ先端から突出する上記ビットヘッドが拡
径して、該ビットヘッドに与えられる回転打撃力により
地盤を掘削しつつ、ケーシングトップごと掘削パイプが
前進する一方、掘削パイプが建て込まれた後は、上記ビ
ットヘッドを反対方向に回転させて縮径させることによ
り、ケーシングトップおよび掘削パイプを地中に残した
まま、掘削ビットだけを掘削パイプから引き抜くことが
できる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
拡径ビットを初めとした掘削工具は、そもそも直管状の
掘削パイプを真っ直ぐ地盤に建て込むのに使用されるこ
とを前提としており、その掘削ビットの回転軸線は、掘
削パイプの中心軸線、すなわちケーシングトップの外径
部の中心軸線と同軸とされている。このため、上記ＷＢ
Ｒ工法において、このような掘削工具を、掘削パイプと
される曲がり鋼管４の先端に単に取り付けただけでは、
この曲がり鋼管４が湾曲していることにより、掘削ビッ
トによって掘削された掘削坑３の内周と曲がり鋼管４の
外周との間の間隔が、曲がり鋼管４が建て込まれるに従
いその湾曲方向側では小さく、逆にこの湾曲方向の反対
側では大きくなってゆき、これに案内されるように当該
曲がり鋼管４は、その湾曲方向の反対側にずれて建て込
まれて行くこととなる。そして、これに伴い、この曲が
り鋼管４の先端に取り付けられた上記掘削工具も、上記
湾曲方向の反対側にずれて掘削坑３を掘削してゆくこと
となるため、このような掘削工具では、掘削坑３の方向
性を建て込むべき曲がり鋼管４の湾曲方向に正確に制御
して所定の位置に確実に曲がり鋼管４を設置するのは困
難となるという問題があった。

【０００５】本発明は、このような背景の下になされた
もので、上記ＷＢＲ工法のような曲がりボーリング工法
において、掘削の方向性を制御しつつ湾曲した掘削抗を
掘削して所定の位置に正確に曲がり鋼管を設置すること
が可能な掘削工具を提供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決して、こ
のような目的を達成するために、本発明は、掘削パイプ
の先端に一体に取り付けられる略円筒状のケーシングト
ップと、このケーシングトップに回転自在に挿入され、
該ケーシングトップの先端に突出して地盤を掘削する掘
削ビットとを備え、上記ケーシングトップの外径部の中
心軸線に対して上記掘削ビットの回転軸線を偏心させた
ことを特徴とする。しかるに、このような構成の掘削工
具によれば、掘削ビットの回転軸線がケーシングトップ
の外径部の中心軸線に対して偏心していることにより、
掘削ビットによって掘削される掘削坑の中心線も、ケー
シングトップとともに建て込まれる掘削パイプの中心線
に対して偏心することになり、これによって掘削坑の内
周と掘削パイプの外周との間の間隔は、上記掘削ビット
の回転軸線の偏心方向側が、これとは反対側よりも大き
くなる。

【０００７】従って、例えば上記ＷＢＲ工法などにおい
ては、この掘削ビットの偏心方向を曲がり鋼管（掘削パ
イプ）の湾曲方向と同じ側に設定しておくことにより、
曲がり鋼管がその湾曲方向の反対側にずれて建て込まれ
るのを防ぐことができるとともに、この曲がり鋼管の先
端の掘削ビットも、曲がり鋼管が設置されるべき湾曲方
向に向けて湾曲するように、その掘削方向を制御するこ
とができる。なお、ここで、このように掘削ビットの回
転軸線をケーシングトップの中心軸線に対して偏心させ
るには、例えばケーシングトップの内径部の中心軸線
を、外径部の中心軸線に対して偏心させればよく、この
ような構成をとることにより、掘削ビット自体は従来知
られた上記拡径ビットのような掘削ビットをそのまま使
用することが可能となる。

【０００８】

【発明の実施の形態】図１ないし図３は、本発明の一実
施形態を示すものである。図１に示すように本実施形態
の掘削工具は、掘削パイプとされる曲がり鋼管１１の先
端に、略円筒状のケーシングトップ１２が溶接等によっ
て一体に取り付けられるとともに、このケーシングトッ
プ１２内に、外形略円柱状のデバイス１３の先端にビッ
トヘッド１４を有する掘削ビット１５が、このビットヘ
ッド１４をケーシングトップ１２の先端から突出させて
挿入された構成とされている。また、この掘削ビット１
５の後端には、上記デバイス１３を介してビットヘッド
１４に打撃力を与えるハンマ１６が連結されるととも
に、このハンマ１６のさらに後端側には、それぞれユニ
バーサルジョイント１７…を介してスクリューオーガ１
８…が順次連結されており、このスクリューオーガ１８
…を介して上記デバイス１３からビットヘッド１４に回
転力が与えられる。

【０００９】ここで、本実施形態では、上記掘削ビット
１５は、当該掘削ビット１５の回転に伴いそのビットヘ
ッド１４の外径が拡縮径する、上述した拡径ビットとさ
れている。すなわち、この掘削ビット１５では、上記ビ
ットヘッド１４が先端面に多数のチップ１９…が植設さ
れた複数のブロック２０…により構成され、これらのブ
ロック２０…が上記デバイス１３の先端に、それぞれ当
該掘削ビット１５の回転軸線Ｏから径方向外周側に僅か
に離れた軸回りに回動自在に取り付けられていて、掘削
ビット１５が上記回転軸線Ｏ回りに掘削回転方向に回転
させられた際には、上記ブロック２０…が上記回転軸線
Ｏからの外径が拡がるように回転して位置決めされ、逆
に掘削ビット１５が上記掘削回転方向と逆回りに回転さ
せられた際には、ブロック２０…が回転軸線Ｏからの外
径が収縮するように回転して位置決めされるようになさ
れている。また、当該掘削ビット１５が地盤を掘削する
ことにより発生するくり粉は、上記デバイス１３の先端
から排出される排気により、デバイス１３とケーシング
トップ１２との間から曲がり鋼管１１内に導入され、ス
クリューオーガ１８の回転とともに後端側に送られて排
出される。

【００１０】さらに、図２および図３に示すように、略
円筒状をなす上記ケーシングトップ１２は、その外径部
１２Ａが上記曲がり鋼管１１と等しい外径とされてい
て、この外径部１２Ａの後端には該曲がり鋼管１１が溶
接等によって接合される段部１２Ｂが形成されている。
一方、このケーシングトップ１２の内径部１２Ｃは、掘
削ビット１５の上記デバイス１３が回転自在に嵌挿可能
な大きさとされており、従って当該ケーシングトップ１
２内に掘削ビット１５が挿入された状態で、該掘削ビッ
ト１５の回転軸線Ｏはこの内径部１２Ｃの中心軸線Ｘと
同軸に配置される。そして、このケーシングトップ１２
の内径部１２Ｃの中心軸線Ｘは、上記外径部１２Ａの中
心軸線Ｙに対し、平行で、かつ偏心量ｅだけ偏心した位
置に配置されており、これに伴い、上記掘削ビット１５
の回転軸線Ｏも、ケーシングトップ１２の外径部１２Ａ
の中心軸線Ｙに対して上記偏心量ｅだけ偏心した位置に
配設されることとなる。

【００１１】なお、このケーシングトップ１２の内径部
１２Ｃの後端側には、上記外径部１２Ａの中心軸線Ｙと
同軸で、かつ内径部１２Ｃよりも上記偏心量ｅだけ大き
な半径を有する断面円形の拡径部１２Ｄが形成されてお
り、従って、上記内径部１２Ｃはこの拡径部１２Ｄに対
し、図３に示すように上記中心軸線Ｘ，Ｙ方向視におい
て、内径部１２Ｃの中心軸線Ｘが外径部１２Ａの中心軸
線Ｙに対して偏心した方向（以下、偏心方向と称す
る。）で内接するように配設される。また、この内径部
１２Ｃと拡径部１２Ｄとの間の部分は、上記偏心方向側
から中心軸線Ｘ，Ｙを中心に反対側に向かうに従い漸次
幅広となるテーパ面１２Ｅとされ、さらに上記内径部１
２Ｃの先端側は、上記中心軸線Ｙを中心として先端側に
向かうに従い拡径するテーパ面１２Ｆとされている。

【００１２】このように構成された掘削工具は、例えば
上述したようなＷＢＲ工法において曲がり鋼管１１の先
端に取り付けられ、上記導坑２に設けられた掘削装置に
より、この導抗２の内壁からトンネル軸に対して垂直な
面内においてアーチ状に湾曲した掘削坑３…を掘削しつ
つ、この掘削坑３に上記曲がり鋼管１１を挿入、設置す
るのに使用される。ここで、この掘削装置は例えば図４
に示すように、掘削坑３に設置される曲がり鋼管１１と
略平行に湾曲するレール２１を備えたベース２２が、上
記レール２１を導抗２の上記掘削坑３を形成すべき内壁
２Ａ側（図４において左側）に向けて上記導抗２内に設
置され、このベース２２の内壁２Ａ側に曲がり鋼管１１
のエントランス（挿入部）２３、ガイドローラ２４、パ
イプクランプ２５、および溶接装置２６が設けられると
ともに、これとは反対側には推進機２７が上記レール２
１に沿って進退可能に設けられ、さらにベース２２の中
央部には曲がり鋼管１１の受け台２８が設けられた構成
とされる。

【００１３】かかる掘削装置に、先端に上記掘削工具が
取り付けられた曲がり鋼管１１は、その後端が上記推進
機２７に保持されて、レール２１に沿って推進機２７と
一体に前進可能とされるとともに、その内部に挿入され
た上記スクリューオーガ１８は、該推進機２７に内蔵さ
れた図示されない回転装置に連結されることにより、上
記ユニバーサルジョイント１７を介して回転可能とされ
る。そして、この回転装置によりスクリューオーガ１８
を介して上記掘削工具の掘削ビット１５を回転しなが
ら、上記ハンマ１６によって掘削ビット１５に打撃力を
与えて掘削坑３を掘削するとともに、上記推進機２７を
前進させることにより、スクリューオーガ１８ごと曲が
り鋼管１１を上記ガイドローラ２４によって案内しつ
つ、エントランス２３から上記掘削坑３に建て込んで行
く。

【００１４】さらに、こうして１本の曲がり鋼管１１が
掘削坑３に建て込まれたなら、この曲がり鋼管１１の後
端部を上記パイプクランプ２５によって保持するととも
に推進機２７を取り外して後退させ、図４に示すように
内部にスクリューオーガ１８が挿入された次の曲がり鋼
管１１を受け台２８に載置する。そして、スクリューオ
ーガ１８，１８同士を連結した後、曲がり鋼管１１，１
１を溶接装置２６によって接合し、さらに受け台２８に
載置された曲がり鋼管１１の後端に上記推進機２７を連
結して、上記と同様に掘削坑３を形成しつつこの曲がり
鋼管１１を挿入し、このような操作を１本ずつ繰り返す
ことにより、多数の曲がり鋼管１１…を順次建て込んで
いく。さらに、こうして所定数の曲がり鋼管１１…が建
て込まれた後は、スクリューオーガ１８…を介して掘削
ビット１５を掘削回転方向と逆方向に回転させてブロッ
ク２０…の外径を収縮させ、次いで曲がり鋼管１１…を
残したまま、推進機２７を後退させて掘削ビット１５お
よびハンマ１６ごとスクリューオーガ１８…を１つずつ
引き抜いて取り外し、掘削坑３に曲がり鋼管１１…だけ
が建て込まれた支保工を形成する。

【００１５】しかして、上記構成の掘削工具では、上記
曲がり鋼管１１の先端に取り付けられるケーシングトッ
プ１２の外径部１２Ａの中心軸線Ｙに対して、掘削ビッ
ト１５の回転軸線Ｏが偏心させられているので、この回
転軸線Ｏの偏心方向を曲がり鋼管１１の湾曲方向に設定
することにより、掘削ビット１５によって掘削される掘
削坑３の中心線も、ケーシングトップ１２とともに建て
込まれる曲がり鋼管１１の中心線に対して上記湾曲方向
側に偏心することになり、これによって掘削坑３の内周
と曲がり鋼管１１の外周との間の間隔は、上記曲がり鋼
管１１の湾曲方向側が、これとは反対側よりも大きくな
る。このため、上記推進機２７によって曲がり鋼管１１
が建て込まれる際に、曲がり鋼管１１の湾曲方向側で掘
削坑３との間隔が小さくなることはなく、従って曲がり
鋼管１１が建て込まれるに従いその湾曲方向とは反対側
にずれて行くのを防ぐことができるとともに、曲がり鋼
管１１先端の掘削ビット１５も、曲がり鋼管１１の湾曲
方向に案内されるようにその掘削方向が制御されること
となるので、上記構成の掘削工具によれば、曲がり鋼管
１１…の湾曲に合わせて掘削坑３を形成し、所定の位置
に確実かつ正確に曲がり鋼管１１…を挿入して設置する
ことが可能となる。

【００１６】また、本実施形態では、このようにケーシ
ングトップ１２の外径部１２Ａの中心軸線Ｙに対して掘
削ビット１５の回転軸線Ｏを偏心させるに際して、ケー
シングトップ１２の内径部１２Ｃの中心軸線Ｘを外径部
１２Ａの中心軸線Ｙに対して偏心させるようにしてい
る。このため、本実施形態によれば、掘削ビット１５自
体は従来知られた公知の拡径ビット等を使用することが
可能となり、上述のような作用効果を奏しつつも、比較
的安価な掘削工具を提供することができる。なお、本実
施形態では、上記掘削ビット１５としてこのように拡径
ビットを使用しているが、掘削すべき地盤が崩壊しやす
い場合などには、例えば一般的なダウンザホールビット
等を用いることも可能である。

【００１７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ＷＢＲ工法のような曲がりボーリング工法においても、
掘削ビットによる掘削方向を掘削パイプの湾曲に合わせ
て制御することができ、これにより掘削パイプを所定の
位置に正確かつ確実に挿入して設置することが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態を示す掘削工具および該
掘削工具が取り付けられた掘削パイプ（曲がり鋼管１
１）の側断面図である。

【図２】 図１に示す実施形態のケーシングトップ１２
の側断面図である。

【図３】 図１に示す実施形態のケーシングトップ１２
の正面図である。

【図４】 図１に示す実施形態の掘削工具によりＷＢＲ
工法を行う場合の掘削装置を示す図である。

【図５】 ＷＢＲ工法の概略を示す図である。

【符号の説明】

２ 導抗 ２Ａ 導抗２の内壁 １１ 曲がり鋼管（掘削パイプ） １２ ケーシングトップ １２Ａ ケーシングトップ１２の外径部 １２Ｃ ケーシングトップ１２の内径部 １３ デバイス １４ ビットヘッド １５ 掘削ビット １６ ハンマ １８ スクリューオーガ ２２ ベース ２７ 推進機 Ｏ 掘削ビット１５の回転軸線 Ｘ ケーシングトップ１２の内径部１２Ｃの中心軸線 Ｙ ケーシングトップ１２の外径部１２Ａの中心軸線 ｅ 中心軸線Ｙに対する中心軸線Ｘの偏心量

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 茂 岐阜県安八郡神戸町大字横井字中新田1528 番地 三菱マテリアル株式会社岐阜製作所 内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 掘削パイプの先端に一体に設けられる略
   円筒状のケーシングトップと、このケーシングトップに
   回転自在に挿入され、該ケーシングトップの先端に突出
   して地盤を掘削する掘削ビットとを備え、上記ケーシン
   グトップの外径部の中心軸線に対して上記掘削ビットの
   回転軸線が偏心していることを特徴とする掘削工具。
2. 【請求項２】 上記掘削ビットの回転軸線は、上記ケー
   シングトップの内径部の中心軸線と同軸とされるととも
   に、この内径部の中心軸線が、当該ケーシングトップの
   上記外径部の中心軸線に対して偏心していることを特徴
   とする請求項１に記載の掘削工具。