(57)【特許請求の範囲】
【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、
排水管に摺動可能に装着したスタビライザを吊り下げると共に、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と前記スタビライザとをワイヤにより連結して前記排水管と共に前記ケーシングチューブ内に挿入し、
前記硬岩用ビットが前記硬岩層に当たって前記グリップ機構が前記ケーシングチューブ内周に係合し、
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前記排水管を介して排出し、
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、前記スタビライザを介して前記ワイヤにより前記グリップ機構を吊り上げて前記グリップ機構と前記ケーシングチューブとの係合を解除し、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。
【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、該排水管にスタビライザを摺動可能に装着して前記スタビライザと前記グリップ機構をワイヤで連結して前記スタビライザの摺動により前記ワイヤを介して前記グリップ機構と前記ケーシングチューブ内周とを係合・離脱させることを特徴とする硬岩層掘削装置。
【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、
排水管に摺動可能に装着したスタビライザを吊り下げると共に、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と前記スタビライザとをワイヤにより連結して前記排水管と共に前記ケーシングチューブ内に挿入し、
前記硬岩用ビットが前記硬岩層に当たって前記グリップ機構が前記ケーシングチューブ内周に係合し、
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前記排水管を介して排出し、
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、前記スタビライザを介して前記ワイヤにより前記グリップ機構を吊り上げて前記グリップ機構と前記ケーシングチューブとの係合を解除し、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る。
【０００９】
また、該排水管にスタビライザを摺動可能に装着して前記スタビライザと前記グリップ機構をワイヤで連結して前記スタビライザの摺動により前記ワイヤを介して前記グリップ機構と前記ケーシングチューブ内周とを係合・離脱させることを特徴とする硬岩層掘削装置の構成がそれである。
【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１０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２２とは、ウエイト２３の下方への移動でグリップ部材２２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１０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３１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３２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１３ａ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１１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１０ａ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２８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２２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１６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３６、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１０ａ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１５、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１０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
【図１】
0003648289.tif 000002
【図２】
0003648289.tif 000003
【図３】
0003648289.tif 000004