(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
大口径削孔を掘削する削孔ビットが装着された内管ロッドと、この内管ロッドを内部に収容する外管とを用い、
前記削孔ビットに推力と回転力および打撃力とを加えながら削孔を掘削し、この削孔を掘削する際に、前記内管ロッドの内部に設けた媒体供給通路から前記削孔ビットに冷却媒体を供給するとともに、
前記内管ロッドと外管との間に設けたスライム排出通路を介して、掘削に伴う掘削スライムを外部に排出し、掘削された前記削孔内に前記外管を挿入する削孔工法において、
前記内管ロッドの外周に、外周側にスクリュー羽根が設けられた排土スリーブを嵌着し、前記排土スリーブと前記内管ロッドとの間に、相互に軸方向移動が許容される状態で嵌合される多角形構造の回転力伝達部を設け、前記排土スリーブを前記内管ロッドとともに回転駆動することにより、前記掘削スライムを後方に移動させる削孔工法であって、
前記削孔ビットの推力，回転力，打撃力の駆動源と、前記外管を前引き方式により前記削孔内に挿入する駆動源および前記排土スリーブの回転駆動源とを、前記内管ロッドの後端に配置する単一駆動源であるドリフトとすることを特徴とする大口径削孔工法。
【請求項２】
前記排土スリーブは、内管ロッドと独立していて、削孔様態に応じて着脱することを特徴とする請求項１記載の大口径削孔工法。
【請求項３】
前記排土スリーブと前記内管ロッドとの間に、衝撃力緩和用の緩衝スリーブを介装したことを特徴とする請求項１または２項記載の大口径削孔工法。
【請求項４】
大口径削孔を掘削する削孔ビットが装着された内管ロッドと、この内管ロッドを内部に収容する外管とを備え、
前記削孔ビットに推力と回転力および打撃力とを加えながら削孔を掘削し、この削孔を掘削する際に、前記内管ロッドの内部に設けた媒体供給通路から前記削孔ビットに冷却媒体を供給するとともに、
前記内管ロッドと外管との間に設けたスライム排出通路を介して、掘削に伴う掘削スライムを外部に排出し、掘削された前記削孔内に前記外管を挿入する削孔装置において、
外周側にスクリュー羽根が設けられ、前記内管ロッドの外周に着脱可能に嵌着される排土スリーブを設け、前記排土スリーブと前記内管ロッドとの間に、相互に軸方向移動が許容される状態で嵌合される多角形構造の回転力伝達部を設け、
前記削孔ビットの推力，回転力，打撃力の駆動源と、前記外管を前引き方式により前記削孔内に挿入する駆動源および前記排土スリーブの回転駆動源とを、単一駆動源として、前記内管ロッドの後端に配置したドリフトとすることを特徴とする削孔装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、大口径削孔工法に関し、特に、大口径削孔を掘削する際の、掘削スライムの排出技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
亀裂,すべり面の多い地山や、土砂地山、強度の小さい軟岩、膨張性地山などでのトンネル掘削工事には、掘削に先立って、地山の安定性を図る必要がある。このような性状の地山の安定性を図る工法の一種として、長尺鋼管先受け工法が知られている。
【０００３】
図５には、長尺鋼管先受け工法における地山削孔方法の代表的な施工状態を示している。同図に示した削孔方法では、先端部に削孔ビット１が装着された内管ロッド２と、この内管ロッド２を内部に収納する外管３と、削孔ビット１に推力と回転力および打撃力とを加えるドリフタ４とが用いられる。
【０００４】
内管ロッド２は、両端にねじが刻設された棒体であって、掘削の進行に伴って順次カップリングを介して継ぎ足し連結され、その軸心には、削孔ビット１に冷却媒体aを供給するための媒体供給通路５が貫通形成されている。
【０００５】
外管３は、両端にねじが刻設された中空円筒状の鋼管であって、内管ロッド２と同様に、掘削の進行に伴って、端部同士を相互に螺着することにより継ぎ足し連結され、内部に挿通された内管ロッド２の外周面との間が、掘削に伴って発生する掘削スライムｂの排出通路６となっている。
【０００６】
外管３の後端側には、スイベル７が装着され、このスイベル７には、内管ロッド２の媒体供給通路５と連通する冷却媒体aの供給口８と、排出通路６に連通する掘削スライムbの排出口９とが設けられている。
【０００７】
ドリフタ４は、シャンクロッド１０を介して、内管ロッド２に連結されている。また、ドリフタ４は、下端に設けられたガイドシュー１１を介して、ガイドセル１２に前後移動自在に支持されている。
【０００８】
ガイドセル１２の先端側には、外管３を位置決め支持するセントライザー１３が設けられている。鋼管を埋設して地山cを補強する際には、ドリフタ４を駆動することにより、推力と回転力および打撃力とが、シヤンクロッド１０を介して内管ロッド２および削孔ビット１に伝達され、これにより地山cが掘削されて削孔dが形成される。
【０００９】
このとき、供給口８を介して、削孔水またはエアから選択される冷却媒体aが、媒体供給通路５に供給され、この冷却媒体aは、削孔ビット１から地山cに向けて噴射される。
【００１０】
削孔ビット１により削孔されたくり粉は、冷却媒体aとともに混合されて、掘削スライムbとなり、掘削スライムbは、排出通路６を介して、排出口９から外部に排出される。
【００１１】
削孔ビット１により掘削された削孔d内には、ドリフタ４の推力と打撃とが外管３にその後端側から加えられているので、後押し方式により、外管３が削孔d内に挿入される。
【００１２】
ところが、このような従来の削孔方法には、特に、削孔の直径が大きくなり、例えば、直径が６５ｍｍ以上の大口径の削孔を形成する際に、以下に説明する技術的な課題があった。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
すなわち、直径が６５ｍｍ以上の大口径の削孔を形成する場合には、削孔ビット１により掘削するくり粉の量が非常に多くなり、このため、排出すべき掘削スライムbの量も当然多くなる。
【００１４】
ところが、大量の掘削スライムbを削孔水やエアにより排出しようとすると、大量の削孔水やエアが必要になり、大量の削孔水を用いると、発生する濁水により、作業環境が悪化し、また、大量のエアを用いると、大量の粉塵が発生して、同様に作業環境が悪化する。
一方、図５に示したような内管ロッド２および外管３を用いる二重管方式の削孔方法は、掘削対象地山cが比較的軟弱な場合に採用される方法であり、このような削孔方法では、外管３を所定長さだけ地山c中に埋設すると、内管ロッド２を引き抜くことになるが、このとき、排出通路６内に掘削スライムb中に含まれているくり粉が残っていると、内管ロッド２の引き抜きが非常に難しくなる。
【００１５】
このようなくり粉の残留に伴う問題は、例えば、削孔水やエアの供給圧力を大きくすることにより回避することが可能ではあるが、供給圧力を上げると、地山cに亀裂,すべり面に緩みが発生し、地山cを傷めるという別の問題が発生する。
【００１６】
このような問題に対する解決策として、例えば、特許第２６６６６００号で、本件出願人が既に提案しているように、冷却媒体ａに圧縮空気に帯同された気泡を用いる削孔方法がある。
【００１７】
この特許にかかる削孔方法では、起泡剤溶液と圧縮空気とを気液ニ相流体として削孔ビット１の先端側に圧送し、削孔ビット１の先端の噴射口近傍で乱流を起こすことにより気液ニ相流体を発泡させて気泡を生成し、この気泡を削孔ビット１で掘削したくり粉と混合させて、掘削スライムとして外部に排出する。
【００１８】
冷却媒体aとして削孔ビット1から噴射される気泡は、粘性が高いので、亀裂などに浸透することが非常に少なく、地山を傷める事がなく、また、気泡を混合した掘削スライムは、流動性が大きくなり、削孔d内からくり粉を容易に排出することが可能になる。
ところが、この特許にかかる削孔方法においても、大口径削孔を掘削する際に、気泡の供給量が不足すると、排出通路６内に掘削スライムb中に含まれているくり粉が残留して、内管ロッド２の引き抜きが非常に難しくなるという問題があった。
【００１９】
また、削孔する地山ｃが特殊な条件下にあって、例えば、水や気泡を与えると崩壊するシラス台地や、モンモリナイト鉱物を含有する蛇紋岩質地山で、水によりスレーキングを起こす場合などでは、水や気泡の使用量を極度に制限しなければならず、このような地山の削孔では、上記と同様に、排出通路６内に掘削スライムb中に含まれているくり粉が残留して、内管ロッド２の引き抜きが非常に難しくなるという問題があった。
【００２０】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、気泡の供給量が不足した場合や、供給制限をする必要がある場合でも、掘削スライム中のくり粉が排出通路中に残留することがない大口径削孔工法を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、大口径削孔を掘削する削孔ビットが装着された内管ロッドと、この内管ロッドを内部に収容する外管とを用い、
前記削孔ビットに推力と回転力および打撃力とを加えながら削孔を掘削し、この削孔を掘削する際に、前記内管ロッドの内部に設けた媒体供給通路から前記削孔ビットに冷却媒体を供給するとともに、前記内管ロッドと外管との間に設けたスライム排出通路を介して、掘削に伴う掘削スライムを外部に排出し、掘削された前記削孔内に前記外管を挿入する削孔工法において、前記内管ロッドの外周に、外周側にスクリュー羽根が設けられた排土スリーブを嵌着し、前記排土スリーブと前記内管ロッドとの間に、相互に軸方向移動が許容される状態で嵌合される多角形構造の回転力伝達部を設け、前記排土スリーブを前記内管ロッドとともに回転駆動することにより、前記掘削スライムを後方に移動させる削孔工法であって、前記削孔ビットの推力，回転力，打撃力の駆動源と、前記外管を前引き方式により前記削孔内に挿入する駆動源および前記排土スリーブの回転駆動源とを、前記内管ロッドの後端に配置する単一駆動源であるドリフトとするようにした。
このように構成した大口径削孔工法においては、内管ロッドの外周に、外周側にスクリュー羽根が設けられた排土スリーブを嵌着し、排土スリーブを内管ロッドとともに回転駆動することにより、掘削スライムを後方に移動させるので、気泡の供給量が不足した場合や、供給制限をする必要がある場合に、掘削スライムの流動性が低下したとしても、掘削スライム中のくり粉が排出通路中に残留することがなくなる。
前記排土スリーブは、内管ロッドと独立していて、削孔様態に応じて着脱することができる。
この構成によれば、掘削スライムに気泡などの冷却媒体を十分に供給する場合ないしは供給できる場合には、排土スリーブを脱着すればよく、地山の性状に応じて、いずれかを選択することができるので、施工の自由度が増す。
前記排土スリーブと前記内管ロッドとの間には、衝撃力緩和用の緩衝スリーブを介装することができる。
この構成によれば、衝撃に弱いスクリュー羽根をさらに効果的に保護することができる。
また、本発明は、大口径削孔を掘削する削孔ビットが装着された内管ロッドと、この内管ロッドを内部に収容する外管とを備え、前記削孔ビットに推力と回転力および打撃力とを加えながら削孔を掘削し、この削孔を掘削する際に、前記内管ロッドの内部に設けた媒体供給通路から前記削孔ビットに冷却媒体を供給するとともに、前記内管ロッドと外管との間に設けたスライム排出通路を介して、掘削に伴う掘削スライムを外部に排出し、掘削された前記削孔内に前記外管を挿入する削孔装置において、外周側にスクリュー羽根が設けられ、前記内管ロッドの外周に着脱可能に嵌着される排土スリーブを設け、前記排土スリーブと前記内管ロッドとの間に、相互に軸方向移動が許容される状態で嵌合される多角形構造の回転力伝達部を設け、前記削孔ビットの推力，回転力，打撃力の駆動源と、前記外管を前引き方式により前記削孔内に挿入する駆動源および前記排土スリーブの回転駆動源とを、単一駆動源として、前記内管ロッドの後端に配置したドリフトとした。
このように構成した削孔装置によれば、排土スリーブを内管ロッドとともに回転駆動することにより、掘削スライムを後方に移動させるので、気泡の供給量が不足した場合や、供給制限をする必要がある場合に、掘削スライムの流動性が低下したとしても、掘削スライム中のくり粉が排出通路中に残留することがなくなる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、添付図面に基づいて詳細に説明する。図１から図５は、本発明にかかる大口径削孔工法および同工法に用いる削孔装置の一実施例を示している。
【００２３】
同図に示した削孔工法では、先端部に削孔ビット２０が装着された内管ロッド２２と、この内管ロッド２２を内部に収納する外管２４と、削孔ビット２０に推力と回転力および打撃力とを加えるドリフタ２６とが用いられる。
【００２４】
内管ロッド２２は、両端にねじが刻設された棒体であって、掘削の進行に伴って順次カップリング２３を介して継ぎ足し連結され、その軸心には、削孔ビット２０に冷却媒体Ａを供給するための媒体供給通路２８が貫通形成されている。
【００２５】
外管２４は、両端にねじが刻設された中空円筒状の鋼管であって、内管ロッド２２と同様に、掘削の進行に伴って、端部同士を相互に螺着することにより継ぎ足し連結され、内部に挿通された内管ロッド２２の外周面との間が、掘削に伴って発生する掘削スライムＢの排出通路３０となっている。
【００２６】
内管ロッド２２と外管２４の後端側には、スイベル３２が装着され、このスイベル３２には、内管ロッド２２の媒体供給通路２８と連通する冷却媒体Ａの供給口３４と、排出通路３０に連通する掘削スライムＢの排出口３６とが設けられている。
【００２７】
ドリフタ２６は、シャンクロッド３８と連結ロッド３９とを介して、内管ロッド２２および外管２４に連結されている。なお、本実施例の場合には、後述するように、外管２４を前引き方式により削孔D内に挿入するので、外管２４をドリフタ２６に連結する必要はない。
【００２８】
また、ドリフタ２６は、下端に設けられたガイドシュー４０を介して、ガイドセル４２に前後移動自在に支持されている。
【００２９】
ガイドセル４２の先端側と中間位置には、外管２４を位置決め支持する一対のセントライザー４６が設けられている。図３は、図１および図２に示した削孔ビット２０の近傍を拡大して示したものであって、本実施例の削孔ビット２０は、リングロストビット２０ａと、インナービット２０ｂとから構成されていて、リングロストビット２０ａに嵌合されたインナービット２０ｂが、ケーシングシュー４６の内部に挿入されている。
【００３０】
インナービット２０ｂの後端側には、内管ロッド２２の先端側が螺着されているとともに、その外周面には、周方向に沿って分断された状態の凹溝２０ｃが、インナービット２０ｂの軸方向に沿って設けられている。
【００３１】
ケーシングシュー４６は、両端が開口した中空円筒体であって、その後端側に、外管２４の先端側が嵌合連結されているとともに、先端側には、リングロストビット２０ａの後端外周部が嵌合されている。
【００３２】
内管ロッド２２の内部に設けられた媒体供給通路２８は、インナービット２０ｂの軸方向に沿って貫通延設され、インナービット２０ｂの先端に開口している。
【００３３】
インナービット２０ｂの外周に設けられた凹溝２０ｃの先端側は、インナービット２０ｂの先端外周縁に開口し、凹溝２０ｃの後端側は、内管ロッド２２の外周面と、外管２４の内周面との間に設けられた掘削スライムＢの排出通路３０に連通している。
【００３４】
そして、インナービット２０ｂとケーシングシュー４６との間には、ドリフタ２６から加えられる推力および打撃力の動力伝達部４８が設けられている。本実施例の動力伝達部４８は、ケーシングシュー４６に設けられた段部５０と、インナービット２０ｂに設けられた凸部５２とから構成されている。
【００３５】
段部５０は、ケーシングシュー４６の軸方向のほぼ中央にあって、その内周面に設けられている。凸部５２は、インナービット２０ｂの後端側外周に突出形成されていて、凹溝２０ｃにより分断され、段部５０と凸部５２とは、相互に当接するようになっている。
【００３６】
段部５０と凸部５２とが相互に当接した状態で、ドリフタ２６から推力および打撃力を加えると、これらの当接部分を介して、この推力および打撃力は、ケーシングシュー４６を介して、外管２４にも伝達され、これにより外管２４を前引き方式により削孔Ｄ内に挿入することができる。
【００３７】
一方、掘削スライムＢの排出通路３０内には、スライムＢの排土部５４が設けられている。この排土部５４は、外周面に周回形成されたスクリュー羽根５６を有し、両端が開口した中空円筒状の排土スリーブ５８と、硬質ゴムなどで構成された中空円筒状の緩衝スリーブ６０とを有している。
【００３８】
排土スリーブ５８は、内管ロッド２２とほぼ同じ長さを有し、その外周に軸方向への移動が許容される状態で嵌着され、その両端開口部分には、内管ロッド２２の連結用カップリング２３の挿通が可能な拡径部６２が設けられている。
【００３９】
内管ロッド２２の先端側に設けられたカップリング２３の外周には、所定の厚みを有するスラストリング６４が突設形成されていて、このスラストリング６４と先端側に配置される排土スリーブ５８の拡径部６２との間には、緩衝スリーブ６０が介装されている。
【００４０】
排土スリーブ５８の中間部分は、内管ロッド２２の連結用カップリング２３の外周に、緩衝スリーブ６０を挿入した状態で、カップリング２３の両側から拡径部６２を挿入するようにして嵌着されている。
【００４１】
この場合、カップリング２３の外形を多角形とし、拡径部６２の内周面をこの多角形が嵌合可能な形状とすることにより、軸方向への移動が可能な状態で、回転力のみを内管ロッド２２から排土スリーブ５８に伝達する回転力伝達部６６が設けられている。
【００４２】
このような多角形の嵌合構造による回転力伝達部６６は、排土スリーブ５８の後端側にも設けられている。この後端側の回転力伝達部６６は、内管ロッド２２の外周に、拡径部６２に嵌合可能な多角形のナット６７を装着することにより構成している。
【００４３】
また、排土スリーブ５８の後端側には、内管ロッド２２と連結される連結ロッド３９の先端側外周にスラストリング６８を嵌合固着し、拡径部６２との間に緩衝スリーブ６０を介装している。
【００４４】
鋼管製の外管２４を埋設して地山Ｃを補強する際には、ドリフタ２６を駆動することにより、推力と回転力および打撃力とが、シヤンクロッド３８を介して内管ロッド２２および削孔ビット２０に伝達され、これにより地山Ｃが掘削されて削孔Dが形成される。
【００４５】
このとき、供給口３４を介して、圧縮空気に帯同させた気泡,削孔水,エアから選択される冷却媒体Ａが、媒体供給通路２８に供給され、この冷却媒体Ａは、削孔ビット２０から地山Ｃに向けて噴射される。
【００４６】
削孔ビット２０により削孔されたくり粉は、冷却媒体Ａとともに混合されて、掘削スライムBとなり、掘削スライムBは、排出通路３０を介して、排出口３６から外部に排出される。
【００４７】
この掘削スライムBの排出過程において、本実施例の場合には、ドリフタ２６の回転力が、回転力伝達部６６を介して、各排土スリーブ５８に伝達されるので、排土スリーブ５８は、内管ロッド２２と同じ方向に回転駆動される。
【００４８】
排土スリーブ５８が回転駆動されると、その外周にスクリュー羽根５６が設けられているので、掘削スライムBは、スクリュー羽根５６の回転に伴って、排出通路３０をスイベル３２側、すなわち、後方側に向けて移動させられる。
【００４９】
一方、削孔ビット２０により掘削された削孔Ｄ内には、ドリフタ２６の推力と打撃とが外管２４にその前端側から加えられているので、前引き方式により、外管２４が削孔Ｄ内に挿入される。
【００５０】
このような操作を継続することにより、外管２４が所定長さ地山Ｃに埋設されると、操作を停止して、内管ロッド２２をインナービット２０ｂとともに回収して、削孔工程を終了する。
【００５１】
さて、以上のようにして行われる削孔工法および削孔装置によれば、排土スリーブ５８を内管ロッド２２とともに回転駆動することにより、掘削スライムBをスイベル３２側に移動させるので、気泡の供給量が不足した場合や、供給制限をする必要がある場合に、掘削スライムBの流動性が低下したとしても、掘削スライムB中のくり粉が排出通路３０中に残留することがなくなる。
【００５２】
また、本実施例の場合には、排土スリーブ５８は、内管ロッド２２と独立していて、削孔様態に応じて着脱することができるので、掘削スライムBに気泡などの冷却媒体Aを十分に供給することができる場合、または、冷却Ａを十分に供給可能である場合には、排土スリーブ５８を脱着すればよく、地山の性状に応じて、いずれかを選択することができるので、施工の自由度が増す。
【００５３】
また、本実施例の場合には、排土スリーブ５８と内管ロッド２２との間に、相互に軸方向移動が許容される状態で嵌合される多角形構造の回転力伝達部６６を設けているので、衝撃に弱いスクリュー羽根５６を効果的に保護することができる。
【００５４】
さらにまた、本実施例の場合には、排土スリーブ５８と内管ロッド２２との間には、衝撃力緩和用の緩衝スリーブ６０を介装しているので、衝撃に弱いスクリュー羽根５６をさらに効果的に保護することが可能になる。
【００５５】
【発明の効果】
以上、実施例で詳細に説明したように、本発明にかかる大口径削孔工法および削孔装置によれば、気泡などの冷却媒体の供給不足が発生した場合や、供給制限をした場合でも掘削スライムの排出を円滑に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる大口径削孔工法の一実施例を示す施工状態の説明図である。
【図２】図１の要部拡大図である。
【図３】図２のA部拡大図である。
【図４】図２の要部拡大図である。
【図５】従来の削孔方法の一例を示す施工状態の説明図である。
【符号の説明】
２０                  削孔ビット
２２                  内管ロッド
２４                  外管
２６                  ドリフタ
２８                  媒体供給通路
３０                  排出通路
３２                  スイベル
５４                  排土部
５６                  スクリュー羽根
５８                  排土スリーブ
６０                  緩衝スリーブ
Ａ                    冷却媒体
Ｂ                    掘削スライム
Ｃ                    地山
Ｄ                    削孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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