(57)【要約】 【課題】オーガによる回転掘削の不都合部分を解消するために打撃機掘削機構（ダウンザホールハンマ）を組み込んだアースオーガヘッドにおいて、より効率的で且つ経済効率に優れたアースオーガヘッド及び前記オーガヘッドを使用した掘削工法を提供する。【解決手段】回転筒部１１の周面に排土用の螺旋羽根１２を設けると共に、前記螺旋羽根下端に、外周側が中心側よりも下方に突出した掘削ビット１３を設けた回転掘削機構部１と、前記回転筒部に内装され、打撃体２３が前記掘削ビット下方先端よりも上方位置で収納されるように配設した空圧式の打撃掘削機構部２とを備え、回転掘削機構部と打撃掘削機後部とを各々独立して駆動制御してなる。【選択図】図１
2008157014.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転筒部の周面に排土用の螺旋羽根を設けると共に、前記螺旋羽根下端に、外周側が中心側よりも下方に突出した掘削ビットを設けた回転掘削機構部と、前記回転筒部に内装され、打撃体が前記掘削ビット下方先端よりも上方位置で収納されるように配設した空圧式の打撃掘削機構部とを備えたことを特徴とするアースオーガヘッド。
【請求項２】
打撃掘削機構部における打撃体の外周径を、掘削ビット外周径の１／３以下としてなる請求項１記載のアースオーガヘッド。
【請求項３】
回転掘削機構部の回転筒部の上部に掘削ロッド連結部を設けると共に、前記連結部から内装する打撃掘削機構部の高圧空気受給部に連通する高圧空気供給路を形成し、前記高圧空気供給路途中に外部操作で作動する切換弁を介装すると共に、切換弁によって高圧空気供給路と接続される回転筒部外周に開口した液体吐出路を形成してなる請求項１又は２記載のアースオーガヘッド。
【請求項４】
切換弁が手動切替構造である請求項３記載のアースオーガヘッド。
【請求項５】
回転筒部の周面に排土用の螺旋羽根を設けると共に、前記螺旋羽根下端に、外周側が中心側よりも下方に突出した掘削ビットを設けた回転掘削機構部と、前記回転筒部に内装され、打撃体が前記掘削ビット下方先端よりも上方位置で収納されるように配設した空圧式の打撃掘削機構部とを備えたアースオーガヘッドと適宜な掘削ロッドを連結してアースオーガを形成し、前記アースオーガで穿孔掘削する際に、回転掘削機構部と打撃掘削機後部とを各々独立して駆動制御してなることを特徴とする掘削工法。
【請求項６】
回転筒部の周面に排土用の螺旋羽根を設けると共に、前記螺旋羽根下端に、外周側が中心側よりも下方に突出した掘削ビットを設けた回転掘削機構部と、前記回転筒部に内装され、打撃体が前記掘削ビット下方先端よりも上方位置で収納されるように配設した空圧式の打撃掘削機構部とを備え、回転掘削機構部の回転筒部の上部に掘削ロッド連結部を設けると共に、前記連結部から内装する打撃掘削機構部の高圧空気受給部に連通する高圧空気供給路を形成し、前記高圧空気供給路途中に手動切換弁を介装すると共に、切換弁によって高圧空気供給路と接続される回転筒部外周に開口した液体吐出路を形成してなるアースオーガヘッドを所定の掘削ロッドと連結してアースオーガを形成し、前記アースオーガで穿孔掘削する際に、回転掘削機構部と打撃掘削機構部とを各々独立して駆動制御して所定の深さの掘削孔を形成後、アースオーガを掘削孔から引き抜き、切換弁を操作して高圧空気路と液体吐出路を連通し、再度掘削孔の孔底までアースオーガを下ろし、高圧空気供給路にセメントミルク等の根固め液を供給し、アースオーガを引き抜きながら掘削孔内に根固め液を吐出してなることを特徴とする掘削工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アースオーガヘッド及び前記オーガヘッドを使用した掘削工法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的なアースオーガヘッドは、回転軸の先部に掘削土を排出する螺旋羽根（スクリュー）を備えると共に、下端部に地盤掘削用のビットを設け、前記掘削ビットの回転によって穿孔を行っている（回転掘削）。前記のアースオーガヘッドによる穿孔掘削（回転掘削）は、掘削の途中に硬い岩盤にぶつかった場合に、掘削ビットによる地盤破壊が進まなくなってしまうので、一旦当該硬い岩盤を取り除いた後に、再度掘削作業を行っていた。
【０００３】
また硬い岩盤掘削の対応手段として空圧打撃方式の掘削ドリル（ダウンザホールハンマ等）によって、岩盤に強い打撃を加えて岩盤を粉砕して穿孔する掘削手段（打撃掘削）が知られている（特許文献１）。前記の打撃掘削は、硬い岩盤に対しては効果的であるが、一般的な地盤に対する穿孔掘削においては、掘削効率が悪い。
【０００４】
そこで回転掘削と打撃掘削の利点を取り入れるように、アースオーガヘッドに空圧打撃方式の掘削ドリル（ダウンザホールハンマ等）を組み込むことが提案されている。
【０００５】
例えば特許文献２（登録実用新案３００４８４８号公報）、同３（特開平９−１７７４６２号公報）、同４（特開平１０−１５９４７４号公報）には、アースオーガヘッドの回転軸を筒状に形成し、当該回転筒内にダウンザホールハンマを配置しているアースオーガヘッドが開示されている。
【０００６】
また掘削孔には、コンクリート既製杭を立て込んだり、鉄筋籠を差し込んで鉄筋コンクリート杭を構築する場合には、前記杭の構築に先立って掘削孔にセメントミルク等の根固め液を充填する。
【０００７】
この根固め液の充填作業は、掘削孔の崩壊を防ぎながら充填する必要があるので、アースオーガを引き抜きながら行う必要がある。そこで前記の回転掘削と打撃掘削の双方を実施できるアースオーガヘッドにおいては、特許文献１，３に示されている通り、掘削ロッドに高圧空気供給路と液体供給路を併設し、且つオーガヘッドに液体噴出口を形成し、掘削終了後にアースオーガを引き抜きながら根固め液を孔底から順次充填するようにしている。
【０００８】
更に特許文献２には、掘削ロッドとオーガヘッドとの間に、オーガヘッドの自重と掘削ロッドの押し込みによって切り替えられる切換弁機構を介装し、高圧空気供給路が液体供給路を兼ねるようにしている。
【０００９】
【特許文献１】特公平７−９１９３０号公報。
【特許文献２】登録実用新案３００４８４８号公報。
【特許文献３】特開平９−１７７４６２号公報。
【特許文献４】特開平１０−１５９４７４号公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで前記のアースオーガヘッドにおけるダウンザホールハンマの組み込み位置を見てみると、特許文献４においては、回転掘削ビットとダウンザホールハンマ部分が同一面に形成されているので、ダウンザホールハンマを駆動せずに、アースオーガヘッドによる回転掘削のみを行なっても、ダウンザホールハンマのヘッドが掘削抵抗となってしまう。このため必ずオーガヘッドの掘削ビットによる回転掘削とハンマの打撃掘削の両方を同時に行わなければ効果的な穿孔掘削ができない。
【００１１】
また特許文献２，３のアースオーガヘッドにおいても、ダウンザホールハンマ部分がオーガヘッドの掘削ビット位置より下方へ突出しているので、基本的にはハンマ打撃掘削が主たる掘削となる。
【００１２】
しかし本来アースオーガの回転掘削の不都合部分を解消するために打撃掘削機構（ダウンザホールハンマ）を組み込んだもので、一般的なオーガ掘削が可能な地盤においては、打撃掘削機構の組み込みが逆に掘削孔率の低下を招いている。
【００１３】
また根固め液の供給構造においても、特許文献１，３に開示されている高圧空気供給路と液体供給路の併設は、掘削ロッドとの連繋作業及び掘削ロッドの継ぎ足し作業に際して、両供給路の密封連結が必要であり、相応の重量を備えた部材における２本の管の連結や二重管の連結作業は非常に煩瑣である。
【００１４】
しかも単なる掘削孔の形成作業のみが必要で、根固め液の供給を行なわない作業においては、前記の２本の管の連結や二重管の連結作業は無駄な作業である。
【００１５】
また特許文献２に開示されているアースオーガのように単一供給路を採用し、切換弁を採用する構造は、前記した掘削ロッド等との連結作業は比較的容易であるが、切替操作をオーガヘッドの自重によるヘッドの下方移動と掘削ロッドの押し込みによるヘッドの上方移動によって切り替える構造を採用すると、掘削作業に際しては、打撃体の上下動を伴なうので必ずしもヘッドが常に押し込まれた状態（掘削ロッド側への移動状態）とは限らない。このため、オーガヘッドが掘削ロッドから離れた位置に至る場合も生じ、そのときに掘削土砂を噛み込む可能性が高く、切換弁が液体噴出側に接続した状態となってしまい、打撃掘削は勿論の事、打撃体より上方に位置している掘削ビッドによる回転掘削も出来なくなってしまう。
【００１６】
このようにオーガヘッドの相対位置による切換弁構造は、掘削作業中のオーガヘッド位置が不安定状態に至る場合に、掘削作業自体の進行がなされない虞もあり、しかも複雑な構造を採用することで装置自体が高価となってしまう。
【００１７】
そこで本発明は、効果的な打撃掘削が可能であり、また根固め液の供給も確実に行なうことの出来るアースオーガヘッド及び前記オーガヘッドを使用した新規な掘削工法を提案したものである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明（請求項１）に係るアースオーガヘッドは、回転筒部の周面に排土用の螺旋羽根を設けると共に、前記螺旋羽根下端に、外周側が中心側よりも下方に突出した掘削ビットを設けた回転掘削機構部と、前記回転筒部に内装され、打撃体が前記掘削ビット下方先端よりも上方位置で収納されるように配設した空圧式の打撃掘削機構部とを備えたことを特徴とするものである。
【００１９】
また本発明（請求項５）に係る掘削工法は、前記の掘削ビットを備えた回転掘削機構部と、前記回転筒部に内装される打撃掘削機構部とを備えたアースオーガヘッドを所定の掘削ロッドと連結してアースオーガを形成し、前記アースオーガで穿孔掘削する際に、回転掘削機構部と打撃掘削機構部とを各々独立して駆動制御してなることを特徴とするものである。
【００２０】
而して前記アースオーガヘッドは、従前の掘削工法と同様に掘削ロッドの先端に装着してアースオーガを構成し、前記アースオーガを回転駆動機構と共に所定の重機などによって吊下げ、また掘削ロッド内に設けた管路を利用して駆動空気を供給するようにして穿孔掘削を行なうもので、通常の地盤に対する穿孔掘削は、掘削ビットによる回転掘削によって行なわれる。硬い岩盤に突き当たると、打撃体による打撃掘削も実施し、全体としての掘削効率を高める。
【００２１】
また本発明（請求項３）に係るアースオーガヘッドは、前記のアースオーガヘッドにおいて、特に回転掘削機構部の回転筒部の上部に掘削ロッド連結部を設けると共に、前記連結部から内装する打撃掘削機構部の高圧空気受給部に連通する高圧空気供給路を形成し、前記高圧空気供給路途中に外部操作で動作する切換弁を介装すると共に、切換弁によって高圧空気供給路と接続される回転筒部外周に開口した液体吐出路を形成してなるものである。
【００２２】
そして上記アースオーガヘッドを使用した本発明（請求項６）に係る掘削工法は、上記の掘削孔を掘穿した後、掘削孔から引き抜き、切換弁を操作して高圧空気路と液体吐出路を連通し、再度掘削孔の孔底までアースオーガを下ろし、高圧空気供給路にセメントミルク等の根固め液を供給し、アースオーガを引き抜きながら掘削孔内に根固め液を吐出してなることを特徴とするものである。
【００２３】
従って掘削孔の掘穿作業時には、切換弁が固定状態で何ら支障なく、また一旦引上げて（根固め液注入作業を必要としない場合には、この引上げ作業で終了する）、掘削ロッドを接続した状態でオーガヘッドの切換弁を切り替え操作し、再度掘削孔のアースオーガを立て込み、地上から高圧空気供給路にセメントミルク等の根固め液を供給し、アースオーガを引き抜きながら掘削孔内に根固め液を吐出することで、掘削孔を保持した状態で根固め液が充填される。
【発明の効果】
【００２４】
本発明は上記の構成であり、掘削ビットによる回転掘削を独立して行なうことで、通常の地盤に対する穿孔掘削が効率的に行うことができ、硬い岩盤にぶつかった場合には打撃体による打撃掘削を加えることで、掘削ビットによる穿孔効率が悪い岩盤穿孔も効率的に行うことができたものである。
【００２５】
またオーガヘッドに液体吐出路と、高圧空気供給路との外部操作切換弁を設けたものであるから、一旦アースオーガを引き抜く作業が増えるが、液体供給路を別に設けた従前のアースオーガに比較して、掘削ロッドが安価であり、掘削ロッドの接続作業も容易であり、且つ確実に各作業を実施できるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
次に本発明の実施形態について説明する。図１乃至３は第一の実施形態を示したもので、このアースオーガヘッドは、回転掘削機構部１と、打撃掘削機構部２とを備えたものである。
【００２７】
回転掘削機構部１は基本的に従前のアースオーガヘッドと同様な構成で、回転筒部１１の周面に排土用の螺旋羽根１２を設けると共に、前記螺旋羽根１２の下端に、外周側が中心側よりも下方に突出した掘削ビット１３を設けたもので、特に掘削ビット１３は、外周側が中心側よりも下方に突出した構造としたものである。
【００２８】
また回転筒部１１の上端には掘削ロッドＡとの連結軸部１４を設け、回転筒部１１及び連結軸部１４には、後述する打撃掘削機構部２の駆動源となる高圧空気の供給路１５を内設してなるものである。
【００２９】
打撃掘削機構部２は、所謂ダウンザホールハンマと称される空圧式駆動の掘削機構で、頂部に高圧空気受給部２１を設け、前記高圧空気受給部２１が高圧空気供給路１５と接続されるように本体部２２を回転筒部１１内に組み込んだもので、高圧空気を供給すると、先端に掘削ビッド１３を稙立している打撃体２３が高速で突出し、打撃体２３が掘削面に衝突するとその衝撃（反動）で弁の切り替えを行ない、高圧空気を打撃体２３の開口部から噴射して掘削岩盤粉を空気流で排出すると共に、打撃体２３が復帰する構造を備えたもので、この繰り返しによって掘削進行するものである。
【００３０】
また打撃体２３の収納位置が、前記掘削ビット１３下方先端よりも上方位置となり、打撃突出位置が掘削ビット１３の下方先端よりも下方（下記外形寸法の場合には、約２０ｃｍ程度）に位置するように回転筒部１１に組み込まれるようにしたものである。
【００３１】
更に打撃体２３の外周径を、掘削ビット外周径の１／３以下としてなる。例えばφ５００ｍｍの掘削孔を穿孔する際には打撃体２３の外形寸法をφ１５０ｍｍとする。前記寸法を採用した場合に、φ５００ｍｍの掘削孔を全てダウンザホールハンマによって穿孔すると、駆動するために空気消費量が４３立方ｍ／分が必要となり、φ１５０ｍｍとすると駆動空気消費量は９立方ｍ／分で充分となる。
【００３２】
また前記の第一実施形態のアースオーガヘッドを採用した本発明の掘削工法は、従前の掘削工法と同様に、周面に排出スクリューや、孔壁圧密用コテ板を設けると共に、内部に打撃掘削機構部２の駆動用高圧空気の供給路を内設した所定の掘削ロッドの先端に装着してアースオーガを構成し、前記掘削ロッドを回転駆動機構に接続し、所定の重機などによって吊下げ穿孔掘削を行なうもので、回転駆動機構の動作制御と、打撃掘削機構の動作制御を独立して行うようにしたものである。
【００３３】
従って通常の地盤Ｂに対しての掘削作業は、回転駆動機構のみを動作させて穿孔掘削を行い、当該掘削は、掘削孔Ｃの外周部分を掘削ビット１３で掘り起こし、掘削孔Ｃの切り羽中心部分は、内側に配置されている掘削ビット１３による掘り起こしで崩壊し、螺旋羽根１２で掘削土が排出される。
【００３４】
掘削地盤が硬い岩盤Ｄに至ると、掘削ビット１３による掘削進行が遅れると共に、掘削孔Ｃの切羽の崩壊が生じ難く、掘削進行速度が遅れてしまう。その遅れを検知すると、打撃掘削機構部２を動作させる。
【００３５】
打撃掘削機構部２が動作すると、硬い岩盤Ｄに対して打撃体２３が打撃を加えて、岩盤Ｄを粉砕し、亀裂Ｅを生じさせて掘削を進めるものである。
【００３６】
このように通常掘削は回転掘削機構部１を動作させて掘削し、掘削ビット１３による掘削が困難な箇所においてのみ、打撃掘削機構部２を動作させ、しかも打撃掘削機構部２を小径としたものであるから、駆動空気量が少なくて済み、それに伴なって付帯設備費も低廉となり、全体において経済的効率の面からも、又作業効率の面からも優れた工法である。
【００３７】
図４，５に例示したアースオーガヘッドは、本発明の第二の実施形態で、基本構造は前記第一実施形態と同様で、特に回転筒部１１内における高圧空気供給路１５の途中に、切換弁１６を介装すると共に、前記切換弁１６によって高圧空気供給路１５と接続される回転筒部外周に開口した液体吐出路１７を設け、液体吐出路１７の開口端に逆止弁１８を設けたものである。
【００３８】
特に前記切換弁１６は、手動或いは機械的に動作させるもので、外部からの操作によって切替動作が為されるようにしたものである。
【００３９】
前記の第二実施形態の第一実施形態のアースオーガヘッドを採用した本発明の掘削工法は、穿孔掘削作業と根固め液充填作業で構成される。
【００４０】
穿孔掘削作業は、切換弁１６の弁体を高圧空気が打撃掘削機構部２に供給される位置にして（図５イ）、前記した第一実施形態の穿孔掘削と同様に実施する。特に切換弁１６は外部操作によってのみ切替動作が為されるものであるから、掘削作業時には切換弁１６が不用意に動作することがなく適確な穿孔掘削作業が行われる。
【００４１】
前記の穿孔掘削作業を終了すると、一旦アースオーガ（掘削ロッドＡとオーガヘッドを連結した状態）を掘削孔Ｃから引き抜き、地表で切換弁１６を操作して高圧空気供給路１５と液体吐出路１７と連通状態とし、再度掘削孔Ｂに差し入れ、孔底までアースオーガを下ろす。
【００４２】
前記の状態で、地表からセメントミルク等の根固め液を高圧空気供給路１５に供給しながら順次アースオーガを引き抜き、掘削孔Ｃを保持した状態で根固め液が充填されることになる。
【００４３】
従って掘削ロッド及びアースオーガヘッドに高圧空気路と液体供給路の二本構成の従前のアースオーガに比較して、汎用性のある掘削ロッドを使用することができ、アースオーガ形成作業（掘削ロッド接続作業）の煩雑さ並びに部材（オーガヘッド及び掘削ロッド）の安価性を考慮すると、アースオーガの引き抜き再挿入の作業の増加があっても総合的に充分に優れているものである。
【００４４】
またアースオーガヘッドの自重による自動切換弁を備えた従前のアースオーガヘッドに比較しても、粉塵・小石が舞い上がっている切羽における切換弁の作動不良の発生を考慮すると、アースオーガの引き抜き再挿入の作業の増加があっても総合的に充分に作業性において優れているものである。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の第一実施形態の全体図。
【図２】同使用状態の説明図（通常掘削）。
【図３】同使用状態の説明図（岩盤掘削）。
【図４】同第二実施形態の全体図。
【図５】同切換弁の説明図。
【符号の説明】
【００４６】
１        回転掘削機構部
１１      回転筒部
１２      螺旋羽根
１３      掘削ビット
１４      連結軸部
１５      高圧空気供給路
１６      切換弁
１７      液体吐出路
１８      逆止弁
２        打撃掘削機構部
２１      高圧空気受給部
２２      本体部
２３      打撃体
【図１】
2008157014.tif 000003
【図２】
2008157014.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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