(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および打撃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、
前記冷却媒体に圧縮空気に帯同された気泡を用い、
前記気泡は、起泡剤混合液と圧縮空気とを混合することにより生成され、この気泡の生成を前記媒体供給通路の直前に設けたスイベルにおいて行い、
前記冷却媒体を前記削孔ビットの先端から地山に向けて噴射することを特徴とする大口径削孔工法。
【請求項２】
前記掘削スライムに消泡剤を混合して、前記気泡を消泡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】
前記外管の先端側に前記推力などの動力伝達部分を設け、前記外管を前引き方式で前記削孔内に挿入することを特徴とする請求項１または２記載の大口径削孔工法。
【請求項４】
前記動力伝達部分は、前記外管の先端に螺着連結されたケーシングシューの内周面に設けた段部と、前記削孔ビットの外周面に設けられ、前記段部に当接する凸部とで構成したことを特徴とする請求項３記載の大口径削孔工法。
【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3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に推力と回転および打撃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、推力と回転および打撃とが、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、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。
【００１５】
掘削スライムｂの排除性は、排出通路６内での流速を確保することがポイントであり、削孔径が大きくなると、径の２乗に比例して、排除媒体(削孔水や空気)の量が増加することになり、作業環境の悪化などに繋がる。
一方、図3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。
【００１６】
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。
【００１７】
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、地山を傷めることなく、掘削スライムの排出を円滑に行い、かつ、作業環境の悪化を招くことがない大口径削孔工法を提供することにある。
【００１８】
【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および打撃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、前記冷却媒体に圧縮空気に帯同された気泡を用い、前記気泡は、起泡剤混合液と圧縮空気とを混合することにより生成され、この気泡の生成を前記媒体供給通路の直前に設けたスイベルにおいて行い、前記冷却媒体を前記削孔ビットの先端から地山に向けて噴射するようにした。
このように構成した大口径削孔工法によれば、冷却媒体に用いる気泡は、削孔水のような液体に比べ、粘性が高く、地山を形成する土粒子の間隙や、亀裂,すべり面に対する浸透性が小さい。
そのため、水に触れることにより、強度が低下する地質や、亀裂,すべり面に緩みが発生するといった、いわゆる地山を傷めるという問題が発生しない。
また、気泡とくり粉とが混合された掘削スライムは、気泡の表面に掘削された土粒子(くり粉)が付着した状態になるので、掘削スライム中の土粒子が粘土化して、排出通路に付着したり、あるいは、粒子が沈降して、排出を阻害することがなくなる。
さらに、気泡とくり粉とが混合された掘削スライムは、気泡の表面に掘削された土粒子(くり粉)が付着した状態になるので、エア削孔のように粉塵が発生することがなく、また、削孔水のように大量の濁水が発生することもない。
また、粘性が高く、管路内の圧送によるロスが大きくなる気泡を、比較的圧送ロスの少ない状態で供給することができる。
前記掘削スライムに消泡剤を混合して、前記気泡を消泡することができる。
この構成によれば、気泡とくり粉とが混合された掘削スライムは、時間の経過とともに、気泡が消泡して体積が減少することになるが、消泡剤を混合することにより、短時間に消泡することができる。
前記外管の先端側に前記推力などの動力伝達部分を設け、前記外管を前引き方式で前記削孔内に挿入することができる。
この構成によれば、従来の後押し方式のように、外管の後端側に推力などの動力伝達部分を設ける必要がなくなり、外管の後端側を開放することができるので、大量の掘削スライムを排出する場合に適した構造とすることができる。
前記動力伝達部分は、前記外管の先端に螺着連結されたケーシングシューの内周面に設けた段部と、前記削孔ビットの外周面に設けられ、前記段部に当接する凸部とで構成することができる。
この構成によれば、簡単な構造により、外管を前引き方式で削孔内に挿入することができる。
なお、このような前引き方式で外管を挿入する際に、掘削スライムの排除にエアブローを用いるシステムが提供されているが、外管の端部から飛び出してくる掘削スライムの速度が非常に大きく、スライムが作業場付近に飛散し、作業場の環境を著しく悪化させると同時に、飛散する掘削スライムに当たると、怪我をするため、削孔中に近寄ることができない程度に危険な状態になるが、本発明では、このような問題も解決できる。
【００１９】
【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および図２は、本発明にかかる大口径削孔工法の一実施例を示している。
【００２０】
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に推力と回転および打撃とを加えるドリフタ２６とが用いられる。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
ドリフタ２６は、シャンクロッド３８を介して、内管ロッド２２に連結されている。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。
【００２５】
ガイドセル４２の先端側には、外管２４を位置決め支持するセントライザー４６が設けられている。このような削孔工法としての基本的な構成は、従来のこの種の工法と同じであるが、本実施例の削孔工法は、特に、直径が６５ｍｍ以上の大口径削孔を掘削する場合に適した工法であって、以下の点に顕著な特徴がある。
【００２６】
すなわち、まず、本実施例の削孔工法では、冷却媒体Ａに圧縮空気Eに帯同された気泡Ｆを用いるようにしている。このため、媒体供給通路２８に連通するスイベル３２の供給口３４には、混合器４８が接続されている。
【００２７】
そして、混合器４８には、圧縮空気Ｅを供給するコンプレッサ５０と、界面活性剤などの起泡剤を含んだ混合溶液Ｇを供給するポンプ５２とが接続され、  混合器４８は、媒体供給通路２８の直前において、圧縮空気Ｅと混合溶液Ｇとの供給を受ける。
【００２８】
ポンプ５２から送られる起泡剤を含んだ混合溶液Ｇと圧縮空気Ｅは、気液ニ相状態でスイベル３２に入る。このニ相流は、スイベル３２内の複雑な通路を通過して、媒体供給通路２８に入るが、このスイベル３２の通路を通過する際に発泡し、気泡Ｆとなって通路２８に供給される。
【００３０】
図２は、図１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５４の内部に挿入されている。
【００３１】
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。
【００３２】
ケーシングシュー５４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の先端側が嵌着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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
そして、インナービット２０ｂとケーシングシュー５４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分５６が設けられている。本実施例の動力伝達部分５６は、ケーシングシュー５４に設けられた段部５８と、インナービット２０ｂに設けられた凸部６０とから構成されている。
【００３６】
段部５８は、ケーシングシュー５４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６０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５８と凸部６０とは、相互に当接するようになっている。
【００３７】
段部５８と凸部６０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内管ロッド２２に加えると、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５４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。
【００３８】
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、推力と回転および打撃とが、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。
【００３９】
このとき、供給口３４を介して、圧縮空気Eに帯同させた気泡Ｆからなる冷却媒体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。
【００４０】
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。
【００４１】
外部に排出された掘削スライムＢには、気泡Fが含まれていて、界面活性剤などを発泡させた気泡Ｆは、時間の経過とともに消泡することになるが、短時間に消泡させたい場合には、消泡剤を噴射混合して、掘削スライムＢに含まれている気泡Ｆを消泡させることもできる。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
さて、以上のようにして行われる大口径削孔工法によれば、冷却媒体Aに圧縮空気Eに帯同された気泡Fを用いており、冷却媒体Aに用いる気泡Fは、削孔水のような液体に比べ、粘性が高く、地山Cを形成する土粒子の間隙や、亀裂,すべり面に対する浸透性が小さい。
【００４５】
そのため、水に触れることにより、強度が低下する地質や、亀裂,すべり面に緩みが発生するといった、いわゆる地山Cを傷めるという問題が発生しない。
【００４６】
また、気泡Fとくり粉とが混合された掘削スライムBは、気泡Fの表面に掘削された土粒子(くり粉)が付着した状態になるので、掘削スライムB中の土粒子が粘土化して、排出通路３０に付着したり、あるいは、粒子が沈降して、排出を阻害することがなくなる。
【００４７】
さらに、気泡Fとくり粉とが混合された掘削スライムBは、気泡Fの表面に掘削された土粒子(くり粉)が付着した状態になるので、エア削孔のように粉塵が発生することがなく、また、削孔水のように大量の濁水が発生することもない。
【００４８】
また、本実施例の場合には、気泡Fは、起泡剤混合液Gと圧縮空気Eとを混合することにより生成され、この気泡Fの生成を媒体供給通路２８の直前において行っているので、粘性が高く、管路内の圧送によるロスが大きくなる気泡Fを、比較的圧送ロスの少ない状態で供給することができる。
なお、この場合、起泡剤混合液Gと圧縮空気Eとを気液ニ相状態で送りこみ、削孔ビット２０の近傍において気泡Ｆを生成するようにすれば、より一層ロスを低減することができる。
【００４９】
また、本実施例の場合には、外管２４の先端側に推力などの動力伝達部分５６を設け、外管２４を前引き方式で削孔D内に挿入するようにしており、この構成によれば、従来の後押し方式のように、外管２４の後端側に推力などの動力伝達部分を設ける必要がなくなり、外管２４の後端側を開放することができるので、大量の掘削スライムを排出する場合に適した構造とすることができる。
【００５０】
つまり、図１に示した実施例では、スイベル３２に掘削スライムＢの排出口３６を設けているが、本実施例の場合には、この排出口３６は、必ずしも必要とせず、外管２４の後端を開放して、セントライザー４６により内管ロッド２２と同軸上に支持するだけでよい。
【００５１】
また、このことは、以下のように考えることもできる。すなわち、図１に示した実施例の場合には、冷却媒体Aに気泡Ｆを採用しているので、排出通路３０に屈曲した状態で連通する排出口３６を設けても、気泡Fの粘性により、掘削スライムＢを円滑に排出できる。
【００５２】
ところが、冷却媒体に削孔水やエアを用いる場合には、このような屈曲した排出口３６を設けると、屈曲部分に掘削スライムＢが停滞して、排出の障害となる。
【００５３】
さらにまた、本実施例の場合には、動力伝達部分５６は、外管２４の先端に螺着連結されたケーシングシュー５４の内周面に設けた段部５８と、削孔ビット２０の外周面に設けられ、段部５８に当接する凸部６０とで構成しており、簡単な構造により、外管２４を前引き方式で削孔D内に挿入することができる。
【００５４】
【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によれば、地山を傷めることなく、掘削スライムの排出を円滑に行い、かつ、作業環境の悪化を招くことがない。
【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断面説明図である。
【図２】図１の要部拡大図である。
【図３】従来の削孔工法の一例を示す示す施工状態の断面説明図である。
【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
Ａ                      冷却媒体
Ｂ                      掘削スライム
Ｃ                      地山
Ｄ                      削孔
Ｅ                      圧縮空気
Ｆ                      気泡
【図１】
0003649944.tif 000002
【図２】
0003649944.tif 000003
【図３】
0003649944.tif 000004