(57)【要約】【課題】掘削深度に係わらず均一かつ安定した掘削能力が得られる前方駆動式掘削装置及び動力方法を提供すること。【解決手段】地層中に立坑を掘削して、プレキャスト基礎杭工法の杭坑として用いられる前方駆動式掘削装置及び掘削方法において、ドリルビットは、近接に設置された駆動機によって駆動されると同時に、クレーンなどの懸吊装置により前記のドリルビット及び駆動機を吊り上げられる。駆動機の運転に必要な電力或いは高圧油は掘削孔外にある動力源により電力ケーブル或いはオイルパイプを経由して供給される。【選択図】図３
2004263408.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
前方駆動式掘削装置において、地層を掘削するために用いるドリルビットと、該ドリルビットの上方に近接し、脱着可能に連接される、駆動力を備えることでドリルビットを駆動し、掘削作業を行なわせる駆動機と、懸吊昇降機構を備えることで前記駆動機及び前記ドリルビットを懸吊及び昇降させる懸吊装置と、前記駆動機が必要とする操作動力を伝達する動力源伝送機構とを含む、前方駆動式掘削装置。
【請求項２】
前記ドリルビットや駆動機においては、駆動機上方の地下水をドリルビット下方に導く下導通径路、及び駆動機下方の地下水を駆動機上方に導く上導通径路を備える、請求項１に記載の前方駆動式掘削装置。
【請求項３】
駆動機や懸吊装置の懸吊昇降機構間に着脱可能なように介装される伸長パイプを含む、請求項１又は２に記載の前方駆動式掘削装置。
【請求項４】
前記のドリルビットは、主軸及び主軸の外周面に螺旋状に設けられた螺旋羽根盤から構成された螺旋ドリルである、請求項３に記載の前方駆動式掘削装置。
【請求項５】
前記駆動機においては、密閉容器であり、ジョイントを備える筐体と、上端と下端は、それぞれ回転可能なように筐体の上壁と下壁とを支持し、かつその下端が前記ドリルビットの主軸に連接され、駆動する駆動軸と、筐体内に設けられ、懸吊装置の動力源伝送機構より運転に必要な動力が供給され、運転の時に前記駆動軸の回転を駆動する動力機構を含む、請求項１又は２に記載の前方駆動式掘削装置。
【請求項６】
前記筐体の上方には、保護フレームが設けられ、前記のジョイントがその保護フレームに設けられる、請求項５に記載の前方駆動式掘削装置。
【請求項７】
前記ドリルビットの主軸及び前記駆動機の駆動軸は中空のパイプ状構造で、互いに連通して前記の地下水導通径路を構成する、請求項５に記載の前方駆動式掘削装置。
【請求項８】
前記動力機構は、モータ及び関連する減速機構から構成され、減速機構より動力を駆動機の駆動軸に伝達する、請求項５に記載の前方駆動式掘削装置。
【請求項９】
前記ドリルビットの主軸において、その下端に開閉可能の可動錐が設けられる、請求項７に記載の前方駆動式掘削装置。
【請求項１０】
地下水の上導通経路は、縦方向に筐体に穿設された中空パイプから構成される、請求項２に記載の前方駆動式掘削装置。
【請求項１１】
前記中空パイプは、その上端に可動蓋が設けられ、下端に逆止バルブが設けられる、請求項１０に記載の前方駆動式掘削装置。
【請求項１２】
前記の伸長パイプは、異なる管径の多節管体により伸縮可能の方式で順に嵌合され、各管体が相対回転不能のようにする、請求項２に記載の前方駆動式掘削装置。
【請求項１３】
別に除土機を有し、掘削を完成した後に孔底部の残土或いは泥をそれを以って排除する、請求項１に記載の前方駆動式掘削装置。
【請求項１４】
前記の除土機がは回転動作により残土或いは泥を削りとる構造を有する、請求項１２に記載の前方駆動式掘削装置。
【請求項１５】
前記の除土器はドリルビットを取り替えて駆動機に連接され、その駆動機の駆動により操作される、請求項１３に記載の前方駆動式掘削装置。
【請求項１６】
前方駆動式掘削装置において、前記懸吊装置はクレーンである、請求項３に記載の前方駆動式掘削装置。
【請求項１７】
前方駆動式掘削方法において、懸吊装置の懸吊昇降機構が安定に懸吊することにより駆動機及びドリルビットを互いに近くに連接し、前記駆動機の運転に必要な動力を供給することで、前記駆動機を介しドリルビットを駆動して地層に対して掘削作業を行ない、ドリルビットが一定の土石を掘り起こした時に、懸吊装置により駆動機及びドリルビットを一緒に吊上げて掘り起こされた土石を排出する、前方駆動式掘削方法。
【請求項１８】
前記駆動機とドリルビットとが下に向かって移動する、或いは下に向かって掘削する時に、上導通経路によりドリルビット下方の地下水を駆動機上方に導く、請求項１７に記載の前方駆動式掘削方法。
【請求項１９】
前記駆動機とドリルビットとは上に向って移動する時に、下導通経路により駆動機上方の地下水をドリルビット下方に導く、請求項１７又は１８に記載の前方駆動式掘削方法。
【請求項２０】
前記駆動機とドリルビットとは一組の軸方向に伸縮可能で、ただし相対回転不能の多節管体から構成された伸長パイプにより懸吊装置に懸吊される、請求項１７に記載の前方駆動式掘削方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は地層に立坑を掘削するために用いられる前方駆動式掘削装置及び方法に関し、特に、プレキャスト基礎杭工法の杭坑を掘削することにおいて、ドリルビットを駆動するために必要な動力装置をドリルビットの近くに設ける掘削装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えばプレキャスト基礎杭工法などの地層掘削工事において、地層に立坑を掘削する必要が常にある。現在、国内外のプレキャスト基礎杭工法において、立坑（以下、杭坑と称す）を掘削する方法にはリバース（ｒｅｖｅｒｓｅ）工法とオールケーシング（Ｂｅｎｏｔｏ）工法がよく使われている。以下、これらについて、簡単に説明する。
【０００３】
図１に示すように、リバース工法は、まず地表に短筒１０を打ち込み、この短筒１０から地層内部に向って掘削し、掘削孔Ｈを形成する。その掘削装置は、中空のパイプ状のドリルロッド１１の下端に大蒜状のカッタヘッド１２が連結して設けられ、ドリルロッド１１の上端は地面上に設けられる回転盤１３と連結を保持し、付近に設けられている工作機１４により前記回転盤１３に必要な動力が供給される。回転盤１３の上方には、ドリルロッド１１と連通するドリルロッド１５が連設され、回転ジョイント１５ａ及びワイヤーユニット１６ａを通して、ドリルロッド１５の上端をジブ１６に吊り上げる。回転盤１３の近くに大容量の吸い上げポンプ１７（サクションポンプ）が設けられ、吸い上げパイプ１８ａは前記のドリルロッド１５の上端と吸い上げポンプ１７の吸い込み口との間に連接される。工事現場の付近には別に多槽式の沈泥槽１９が設けられ、排泥パイプ１９ａで吸い上げポンプ１７の排出口と沈泥槽１９の第１槽１９ｂとの間が連接される。また、沈泥槽１９の最終槽（図中の第３槽）１９ｃの中に水中ポンプ１９ｄが設けられ、その排出口と掘削口（即ち短筒１０の内部）との間に循環パイプ１９ｅが連接される。
【０００４】
前記リバース工法で施工を行なう場合に、工作機１４の動力は、回転盤１３によってドリルロッド１１に伝達されて、ドリルロッド１１を回転させ、カッタヘッド１２を回転させることで、地層に対して掘削作用を発揮すると同時に、水中ポンプ１９ｄを利用して最終槽１９ｃの水を循環パイプ１９ｅを経由して掘削中の掘削孔Ｈ内に供給し、カッタヘッド１２に掘り起こされる土砂をカッタヘッド１２の回転及び攪拌作用により泥に変換させ、地層に対する掘削の抵抗を削減し、それにより掘削孔Ｈの孔内圧力を保ち、相隣れる地層の圧力で立坑壁面が崩れることを防ぐ。一方、吸い上げポンプ１７は、吸い上げパイプ１８ａ、ドリルロッド１５、ドリルロッド１１により、カッタヘッド１２の近くにある泥を吸い上げ、排泥パイプ１９ａを通して沈泥槽１９の第１槽１９ｂに送り、槽の順に従って流動して沈殿、浄化され、最終槽１９ｃに到着する。
【０００５】
しかしながら、前記リバース工法において、１）掘削孔Ｈが深ければ深いほど、ドリルロッド１１が長くなり、カッタヘッド１２に伝達される工作機１４のトルクが弱くなり、またドリルロッドの強度、細さ、長さとの比率の問題が生じる。２）カッタヘッド１２の掘削作用及び吸い上げポンプ１７の強力な吸い上げ作用により、カッタヘッド１２近辺の空間に強大なマイナス圧力が生じ、抽出される汚泥量が増加することにより、掘削孔の口径が不規則化され、坑の崩れを引き起こす。３）掘削孔の底部の掘削作用及び泥の抽出により、掘削孔上部に導入されるリバース水が急速に流され、孔壁の不安定を引き起こし、立坑の崩れを生じさせ易いほか、掘削孔の底部に残泥を不定期に堆積させる。４）掘削作業が終わった後、孔底に大量な残土或いは泥（数十センチないし数メートル）が溜まりやすく、コンクリートを注入したあと、基礎杭の底部コンクリートに泥と砂とを含ませることで基礎杭の強度及び荷重力を削減する。５）大粒の玉石を吸い上げられず、硬い地層も掘りにくい。６）大量な汚泥及び汚水を沈殿処理するために、工事現場に大型の沈殿槽を設置することを必要とし、環境保全の問題が生じ易く、また大型沈殿槽を設置する空間がとりにくく、施工コストを増加させる、というデメリットがある。
【０００６】
前記のリバース工法の欠点を解決するために、オールケーシング（Ｂｅｎｏｔｏ）工法が開発された。
【０００７】
図２に示すように、前記オールケーシング工法は、直径約１．５ないし２メートルの中空ケーシングチューブ２０を掘削する予定の地層中に押し込むことで、孔壁Ｈを限定、保護する。この工法は、クランプアーム２１ａ及び油圧式押し下げアーム２１ｂを具えるロックオーバー（揺筒機）２１を設置し、クランプアーム２１ａでケーシングチューブ２０をクランプしながら左右に揺動すると同時に、押し下げアーム２１ｂでクランプアーム２１ａを下に押し込むことで、ケーシングチューブ２０を下に向って回転させながら地層中に押し込む。
【０００８】
掘削工事の現場の付近に、ハンマーグラブ（ｈａｍｍｅｒ  ｇｒａｂ）２３を吊り下げるクレーン２２が備えられる。前記ケーシングチューブ２０が旋回或いは揺動されながら地層内の所定する深度に押し込まれたときに、ハンマーグラブ２３によりケーシングチューブ２０内の土砂を掴み出し、付近に待機しているダンプ  カー（図示せず）により運ばれる。ケーシングチューブ２０内の土砂が排出されたあと、鉄筋かご（図４（ｅ）の符号８を参照する）が置かれ、トレミー（ｔｒｅｍｉｅ）パイプ（図４（ｅ）の符号９を参照する）を利用して杭孔の底部からコンクリートを流れ込む。最後に、コンクリートが凝固する前にロックオーバー（揺筒機）２１でケーシングチューブ２０を抜き出す。
【０００９】
この種のオールケーシング工法は、確かにリバース工法の欠点を解決したが、ほかの新しい問題を生じさせた。即ち、１）ケーシングチューブ２０を旋回させながら地層中に押し込む時に、ケーシングチューブは壁面と地層との激しい摩擦により係止され、或いはコンクリートを流し込む時間が掛かりすぎてケーシングチューブ２０を抜き出すときにケーシングチューブがコンクリートにより係止されることが発生して、施工の進度に厳重な影響を及ぼす。２）ハンマーグラブ２３は、鋏爪の衝撃で土に挿入され、土石を取り出すため、鋏爪でそれを掴み取るときに、なお大きい隙間があって、孔底の土石を完全に取り除くことができない。３）本工法は、ケーシングチューブ２０の中に乾式の施工を行なうため、ケーシングチューブ２０内外の水位と水圧とが違う状態になる。コンクリートを流し込む時に、杭孔Ｈの底部がコンクリートにより塞がれ、ケーシングチューブ内外の圧力に不均衡をきたし、そのため、コンクリートを流し込む際、ケーシングチューブ底部の水圧により鉄筋かごが浮き上がる。４）一般的に鉄筋かごの保護層の厚さは約１０センチ以下であり、しかし、オールケーシングチューブの管壁の厚さが約４ないし６センチであり、鉄筋かごとケーシングチューブ２０との間にわずか５センチほどしか残らない。だから、コンクリートの級数粒径が５センチを超えると、ケーシングチューブを抜き出す時に、鉄筋かごがケーシングチューブに掛かり上昇する。５）ケーシングチューブ２０を抜き出す時には、ロックオーバー（揺筒機）２１を利用して、ケーシングチューブ２０を左右４５度旋回させ、或いは３６０度旋回させる。鉄筋かごとケーシングチューブとの隙間が小さくなると、鉄筋かごはケーシングチューブ２０に従って旋回して上昇したり、鉄筋かごのもとの構造が破壊されたりする可能性がある。６）基礎杭の孔底は大体地下水層に位置するため、前記工法の杭孔の底部に常に大量の地下水及び砂と泥が湧出されることがある。この種の孔底に湧出される泥と砂とが排除できなくて、かつ、コンクリートを流し込む初期にコンクリートの上浮き効果を生じさせ、甚だしきに至っては空洞現象（泥と砂と水があるだけで、コンクリートはない）を生じさせ、支持点を完全に消失させる。７）前記工法にはその施工条件があり、杭孔が深すぎたり孔径が２メートルを超えたりすると施工ができなく、またロックオーバー（揺筒機）２１及び関連装置を設置する必要があり、それゆえに、施工が空間、地形、地物に甚だしく制限される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来のリバース工法及びオールケーシング工法の前記の各欠点を鑑みて研究開発したものであり、主な目的は、掘削深度に係わらず均一かつ安定した掘削能力が得られる前方駆動式掘削装置及び動力方法を提供することである。本発明のもう一つの目的は、掘削の工程において掘削孔周辺の土圧及び水圧、水流が全て均衡に保たれ、掘削孔の土構造に影響を及ぼさない前方駆動式掘削装置及び動力方法を提供することである。
本発明のもう一つの目的は、現場で汚泥或いは汚水処理を必要とせず、掘削工程に環境保全の要求に適応できる汚染処理施設及び運転が要らず、掘削コストを低減できる前方駆動式掘削装置及び動力方法を提供することである。
本発明のもう一つの目的は、設備が簡素化され、操作が容易で、掘削コストが削減できる前方駆動式掘削装置及び動力方法を提供することである。
本発明のもう一つの目的は、特殊な地形や、施工空間にも、適度な距離で掘削工事を終わらせる前方駆動式掘削装置及び動力方法を提供する。
本発明のもう一つの目的は、随時異なる機能をもつドリルビットに置き換え、異なる硬度の地層に適応させられる前方駆動式掘削装置及び動力方法を提供することである。
【００１１】
本発明のもう一つの目的は、掘削した掘削孔の底部に残土や、湧砂がなく、泥がないことを保てる前方駆動式掘削装置及び動力方法を提供することである。
本発明のさらにもう一つの目的は、ケーシングチューブを地層に押し込む必要がなく、ケーシングチューブにより生じる種々の弊害を避けられる前方駆動式掘削装置及び動力方法を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために、本発明の前方駆動式掘削装置及び動力方法において、地層に対して掘削を実施するドリルビットと、ドリルビットの上方に着脱可能に連接され、駆動力を備えることでドリルビットを駆動し掘削を実施する駆動機と、懸吊昇降機構を備えることで前記の駆動機及びドリルビットを懸吊及び昇降させる懸吊装置と、駆動機に必要な動力を伝送する動力源伝送機構とを含むことを特徴とする。前記のドリルビットと駆動機は、駆動機の上方にある地下水をドリルビットの下方に導く下導通経路、及び駆動機の下方にある地下水を駆動機の上方に導く上導通経路を備える。
【００１３】
前記の前方駆動式掘削装置において、駆動機と懸吊装置の懸吊昇降機構との間に着脱可能に介装される伸長パイプが含まれることを特徴とする。
前記のドリルビットにおいて、主軸及び主軸の外周面に螺旋状のように設けられた螺旋羽根盤が配置された螺旋ドリルである。
【００１４】
前記の駆動機は、懸吊ヘッドを備える密閉容器である筐体と、回転可能のように筐体を支持し、その下端が前記のドリルビットに連接されかつそれを駆動し、その上端が筐体を貫く駆動軸と、筐体に設けられ、懸吊装置の動力源伝送機構により運転に必要な動力が供給され、運転するときに前記の駆動軸を駆動し、回転させる動力機構とを含むことを特徴とする。
【００１５】
前記の筐体の上方に、保護フレームがあり、前記の懸吊ヘッドが前記保護フレームに設けられる。前記のドリルビットの主軸及び前記駆動機の駆動軸は、みな中空のパイプ状構造であり、かつ相互に連通して前記の地下水の下導通経路を構成する、前記の動力機構は、油圧モータ及び関連する減速機構から構成され、減速機構により動力を駆動機の駆動軸に伝達する。
【００１６】
前記のドリルビットの主軸は、下端に開閉可能の錐が設けられる。前記の地下水の上導通径路は、筐体の縦方向に貫設される中空平衡パイプから構成される。前記の平衡パイプは、上端に可動蓋が設けられ、下端に逆止めバルブが設けられる。前記の伸長パイプは、異なる直径の多節パイプにより伸縮可能であるが、但し相対回転不能の方式で順番により組み立てられる。
【００１７】
本装置はまた、掘削した後に、掘削孔の底部にある残土或いは泥を取り除く除土機を含むことを特徴とする。前記の除土機は、回転動作により残土或いは泥を削り取る機構であり、かつ、ドリルビットを除土機に置き換えて駆動機に連接し、その駆動機で操作が行われるものである。
【００１８】
本発明の前方駆動式掘削装置において、前記の懸吊装置は、クレーンである。また、本発明は、懸吊装置の懸吊昇降機構により相互に近くに連接されている駆動機及びドリルビットをしっかりと吊り下げ、かつ前記駆動機の運転に必要な動力を供給して、前記駆動機によりドリルビットを駆動し地層に対して掘削操作を行い、一定量の土石がドリルビットにより掘削された時に、懸吊装置により駆動機及びドリルビットを一緒に吊り上げて掘り起こされた土石を取り除く前方駆動式掘削装置を提供する。
【００１９】
また、前記の掘削方法において、駆動機やドリルビットが下に向って移動或いは掘削する時に、上導通径路によりドリルビットの下方にある地下水を駆動機の上方に導く。
【００２０】
さらに、前記の掘削方法において、駆動機やドリルビットが上に向って移動する時に、下導通径路により駆動機の上方にある地下水をドリルビットの下方に導く。
【００２１】
このほか、前記の掘削方法において、駆動機及びドリルビットは、一組の軸方向に伸縮可能であるが、相対回転不能の多節パイプにより構成される伸長パイプを懸吊装置に懸吊するものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図３に示すように、本発明の前方駆動式掘削技術において、使用される主な設備は、ドリルビット３、ドリルビット３の上端に着脱自在に直接連結される駆動機４、前記ドリルビット３と駆動機４とを懸吊し、且つ位置決めする固定伸長パイプ５、及びその固定伸長パイプ５を懸吊する懸吊装置６などが含まれる。
【００２３】
懸吊装置６は、懸吊アーム６１を有する車体６０、懸吊アーム６１の上端に設けられる懸架支持部６２、車体６０の前側に設置される支持アーム６３、支持アーム６３の先端を以って後述の固定伸長パイプ５の上端を挟持する保持部６４を含む。このほか、前記懸吊装置６には、吊りロープ６５０及びオイルパイプ（或いは電力ケーブル）６５１を巻き上げ或いは供給するウインチ６５があり、固定伸長パイプ５の下端を懸吊、支持して、後述のモータに油圧油或いは電力を供給する。基本的に、前記懸吊装置６は、公知の設備で、ここでは詳しく説明しない。図３に示すように、前記掘削装置は、近接方式で組み立てられたドリルビット３と駆動機４とを固定伸長パイプ５の下端に連結し、また、保持部６４で固定伸長パイプ５の上端を挟持し、ウインチから吊ロープ６５０を放出し、懸架支持部６２を経て下に向かって伸び、固定伸長パイプ５の最内側の管体に入り、且つそれと連結する（後述する）。吊ロープ６５０の巻き上げ或いは緩やかな繰り出しを介し、固定伸長パイプ５を伸縮させる。オイルパイプ（或いは電力ケーブル）６５１もウインチ６５の巻き上げ或いは緩やかな繰り出しによって、懸架支持部６２を経由し下に向かって伸び、固定伸長パイプ５に入り、さらに前記の駆動機４に連結して、駆動機４に必要な動力を供給する。車体６０は、地形の許容する程度によって掘削孔Ｈに接近したり、離れたりすることができる。
【００２４】
次に、図４を参照しながら、前記のドリルビット３、駆動機４、固定伸長パイプ５及び懸吊装置６などの設備を利用して、地層に基礎杭坑などの立坑を掘削する工程を簡単に説明する。但し、本文においての説明はプレキャスト基礎杭坑の掘削を対象として説明しているが、事実上如何なる地層の立坑の掘削にも本発明の前方駆動式掘削装置を適用することができる。
【００２５】
工程（１）  掘削する予定の地面を整地、レイアウトし、杭の位置を測定してその位置に坑口のスタンドパイプＳを打ち込む。
【００２６】
工程（２）  図３に示すように、ドリルビット３、駆動機４、伸長パイプ５及び懸吊装置６を組み立て、ドリルビット３及び駆動機４をスタンドパイプＳに入れて、掘削を開始し（詳しい動作は後述する）、取り出した土壌を近傍に待機しているダンプカー（図示せず）に乗せて運ぶ。この方式で掘削と取り出す操作が繰り返し行なわれる。
【００２７】
工程（３）  所定の杭坑の深度まで掘削し続ける。また、必要があれば、拡径装置（図示せず）を利用して杭坑の所定する部位を拡大することができる。このとき、孔底に大体残土が堆積している。
【００２８】
工程（４）  ドリルビット３を取り出し、駆動機４の下に除土機７を装着して、除土機７で孔底の残土を排出する。
【００２９】
工程（５）  鉄筋かご８及びトレミー管９を吊りおろす。
【００３０】
工程（６）  トレミー管９を利用してコンクリートＲを注入すると同時に、注入する進度具合に従ってトレミー管９をゆっくり引き出す。
【００３１】
工程（７）  注入した後、坑口のスタンドパイプＳを取り出して、基礎杭が完成される。
【００３２】
図５に示すように、本発明の前方駆動式掘削装置に使用されるドリルビット３は、螺旋ドリルであり、その中空状の主軸パイプ３０の外周面に螺旋羽根盤３１が設けられ、最下端の螺旋羽根盤３１ａに地層を掘削する複数のカッター３２が設けられる。主軸パイプ３０の上端にピンホール３３ａを備えるジョイント３３が形成されて、後述の駆動機４との連結に使われる。主軸パイプ３０の下端に開閉自在の可動錐３４が設けられる。可動錐３４の構造については、ドリルビット３が上昇し地層と接触しない時、前記可動錐３４は、自身の重量を介して開く。ドリルビット３が下降して地層と接触するとき、前記可動錐３４は、主軸パイプ３０に閉じこめられ、ドリルビット３が掘削作業を行なうときに、土壌が主軸パイプ３０の中に入らないようにする。
【００３３】
図６は、本発明の前方駆動式掘削装置の駆動機４の構造を示す断面図である。前記駆動機４には、筐体４０及びその筐体４０の上方に連設される保護フレーム４１がある。
【００３４】
筐体４０は、実質中空の空間があり、上下端にそれぞれ上蓋４５及び下蓋４６を備え、その内部に動力部４２、駆動軸パイプ４３及び水圧平衡部４７が備えられている。
【００３５】
保護フレーム４１は、筐体４０の頂部に固接されたブラケットの構造体であり、筐体４０の上蓋４５の上に裸出されている各部品を保護し、外力或いは外物からの衝撃が及ばないようにする。
【００３６】
動力部４２は、油圧（或いは電力）モータ４２１、減速ギアセット４２２及び出力ギア４２３を含む。即ち、懸吊装置６からの油圧油（或いは電源）を動力源とする油圧（或いは電力）モータ４２１は、出力した動力を減速ギアセット４２２で減速した後、出力ギア４２３を利用して、動力を後述する駆動軸パイプ４３に伝達し、前記駆動軸パイプ４３を回転させる。符号４２４は、出力ギア４２３をサポートする軸受けであり、４２５は、モータ４２１のサポートブラケットである。前記動力部４２は、需要に応じて筐体４０内に一組或いは対称の二組以上のものを設けることができる。
【００３７】
駆動軸パイプ４３は、旋回可能に上蓋４５と下蓋４６との間を支持する中空管体であり、その下段に動力部４２の出力ギア４２３と噛合する従動ギア４３３が設けられる。前記駆動軸パイプ４３の下端にジョイント４３４が嵌設され、そのジョイント４３４を筐体４０の下蓋４６に突き出して、ドリルビット３の上端のジョイント３３に嵌合し連接させる。前記駆動軸パイプ４３の下端は、可動軸受け４３２及び軸受け拘束板４４６を介し安定かつ旋回自在に下蓋４６に支持されると同時に、前記駆動軸パイプ４３の上端の内周に連接管が嵌装される。前記連接管４４の下端４４は、駆動軸パイプ４３の上端に挿入される。前記連接管４４の上端４４１には、多数の孔が形成されたキャップ４４２を備え、削孔Ｈ内の水を連接管４４及び駆動軸パイプ４３に流出入させる。保護フレーム４１の上にジョイント４１１が設けられ、前記の伸長パイプ５の下端部に連接させる。連接管４４、駆動軸パイプ４３及び上蓋４５を連接する個所にオイルシール４４４を用いて囲んで保護し、連接管４４の外周に可動軸受けを設けたり、軸受けの下部に拘束板４４６を設けたりすることで、安定した旋回を提供し、及び掘削作業中に汚水、汚泥が筐体４０の内部空間に侵入することを防止する。
【００３８】
水圧平衡部４７は、筐体４０の上蓋４５と下蓋４６とを上下端でそれぞれ貫通する導管４７０、開閉自在に導管４７０の上端開口に設けられた可動蓋４７１、及び管内の方向しか開けられないように導管４７０の下端開口に設けられた逆止バルブを備える。前記駆動機４を上から下へ削孔Ｈの中に入れる、或いは下に向かって移動させる時に、図８の矢印が示すように、削孔Ｈ内の地下水は、逆止バルブ４７２、導管４７０及び可動蓋４７１を経由し、筐体４０の上方空間に流動し、駆動機４の上方と下方との水圧を平衡にすることができると同時に、駆動機４の下降抵抗を減少することができる。ただし、前記駆動機４を削孔Ｈ内で下から上へ引き上げるときに、前記の可動蓋４７１及び逆止バルブ４７２が閉められ、筐体４０の上方にある水を前記導管４７０を経由しないように流す。
【００３９】
このほか、前記筐体４０の上蓋４５に注油口４５１が設けられ、筐体４０の内部に潤滑油を注入させることで、減速ギアセット４２２、出力ギア４２３、従動ギア４３３及び関連する動力部品を潤滑、冷却させる。同時に、前記筐体４０内に潤滑油の残存量を計る油計量器４５２がもうけられる。また、下蓋４６に排油口４６１と放水口４６２とを有し、筐体４０内の潤滑油及び水を排出させる。さらに、前記の油（電）ケーブル管６５１もジョイント４１１を経由して筐体４０の中に伸びて入り、モータ４２１に連結され、モータに必要な油圧油（電力）を供給する。
【００４０】
実際に使用される場合に、図８に示すように、伸長パイプ５の下端が保護フレーム４１の上端４１１ｂに連接され、全ての駆動機４（ドリルビットを含む）を懸吊し、モータ４２１の動力を減速ギアセット４２２、出力ギア４２３、従動ギア４３３を経由して駆動軸パイプ４３に伝達し、旋回すると同時に、前記駆動軸パイプ４３の旋回力もまた下端のジョイント４３４を経由して、ドリルビット３のジョイント３３に伝達され、ドリルビット３を回転させ、地層の土壌を掘削する機能を発揮する。
【００４１】
掘削の作業中に、図８に示すように、ドリルビット３に連接された主軸パイプ３０上端の駆動機４は、前記ドリルビット３の回転を駆動し、そのカッタビットで地層を切り取り、掘削する。切り取られ、掘削された土は螺旋羽根盤３１に従ってその中に取り入れられる。各螺旋羽根盤３１の間に掘削された土が大体充満したとき、前記ドリルビット３を駆動機４と一緒に吊り上げ、それらの土を近傍に待機しているダンプカーに入れ、工事現場から運ばれる。また、ドリルビット３を吊り上げ、可動錐３４を開くときに、補充水が主軸パイプ３０及び開かれた可動錐３４の開口を経由して削孔Ｈに流れ込み、補充し、削孔の水圧を平衡にし、削孔の孔壁を安定かつ完全に保持して、崩れないようにする。
【００４２】
図７は、前記の駆動機４を懸吊する伸長懸吊管５を示す図である。その中で、図７Ａは、その縮合状態の部分を示す断面図であり、図７Ｂ，７Ｃ，７Ｄは、それぞれ最外層管体５０、中間管体５１、５２及び内層管体５３の横断面図であり、図７Ｅは、前記伸長パイプの伸び状態を示す断面図である。前記伸長管５は、互いに異なる内、外径を持ち、順に従って入れ子のように組み立てられる多数の管体５０、５１、５２、５３により伸縮可能であるが、相対回転不能の方式で構成されるものである。管体５０の上端に頂蓋５００が設けられ、その中央に吊りリング５４を通させる開口５０１が形成され、下端に受止板５０２が備えられる。前記受止板５０２の内径はちょうど管体５１を通させることができると同時に、前記管体５０の下段の内周壁に内支持ブロック５０３及び内周壁の縦方向に伸びるガイドレール５０４が形成される。前記伸長パイプ５の伸び状態において、後述の次の内側管体５１の上フランジ５１０を受け止め、支持することができる。ガイドレール５０４は、次の管体５１のガイド溝（後述する）を導き、滑動させることで、管体５１が管体５０に沿って上下に伸縮する時に、相対に回転させないようにする。
【００４３】
管体５０内にはめられた次の管体５１は、その上端に外に向かって上フランジ５１０が形成され、前記上フランジ５１０の外径が管体５０の内径よりすこし小さくされることで、管体５０に沿って上下を移動することができる。前記管体５１の下端が下に向かって貫通し、管体５０の受止板５０２を突出す。また、前記管体５１の下端に受止板５１１が設けられ、その内径を前記の管体５１の外径より小さくし、その外径を前記の管体５０の受止板５０２の内径より大きくする。このようにして、管体５１は、管体５０から下に向かって移動し、伸びる時に、上フランジ５１０を介し管体５０の内支持ブロック５０３に受け止め、支持され、上下二個所の接触を介し両管体の縦軸方向にの伸びることを保持する。管体５１は管体５０の中に引き込まれる時に、受止板５１１を介しその下端を管体５０の下端の受止板５０２の外に突出されるように維持する。このほか、管体５１の下段の内周壁にも管体５０の内支持ブロック５０３と同じ作用の内支持ブロック５１２が設けられる。また、管体５１の受止板５１１に凹溝（図示せず）が設けられ、管体５０のガイドレール５０４に滑動的に嵌合させられ、及び周壁に次の管体５２のガイド溝（後述する）を導くガイドレール５１３が設けられ、管体５２を管体５１に沿って上下に伸縮させる時、相対に回転しないようにする。
【００４４】
管体５２の構造は、同じく上端に上フランジ５２０が形成され、下端も管体５１の下端を突出すように受止板５２１が設けられると同時に、管体５２の下段の内周壁にも内支持ブロック５２２が設けられ、かつ内周壁に縦方向に伸びるガイドレール５２３が設けられ、及び受止板５２０にガイド溝（図示せず）が設けられる。前記管体５２の構造は前記管体５１と大体同じため、再び説明しない。
管体５２内に入れられた最内側の中空管体５３の上端に、頂蓋５３０が固設され、その中に開口５３１が設けられ、吊りリング５４及びオイルパイプ（或いは電力ケーブル）６５１を通過させ、下端が管体５２下端の受止板５２１を突出し、受止板５３２を設ける。前記受止板５３２の直径が、管体５２下端の受止板５２１の内径より大きくされる。前記受止板５３２を介し、管体５３が管体５２の中に引っ込まれる時に、その下端を管体５２の下方に保たせられる。また、頂蓋５３０の外周縁に前記管体５２の内周壁のガイドレールと滑動可能に嵌合されるガイド溝（図示せず）が形成され、管体５３を管体５２に沿って上下に伸縮できるが、相対に回転しない。同時に、前記管体５３の頂蓋５３０の下表面にも内支持ブロック５３３が設けられ、後述の吊りリング５４を支持する。
【００４５】
吊りリング５４は、上端に懸吊装置６の吊りロープ６５０或いは吊りホック（図示せず）を連結させるリング５４０、管体５３の中にある支持ブロック５４１、及び頂板５００、５３０を貫通し、リング５４０と支持ブロック５４１とを連結させる連接ロッドから構成される。
【００４６】
管体５３下端の受止板５３２の下面にもジョイント５５が設けられ、駆動機４上端のジョイント４１１と連接させる。（図８、１０を参照する）。
【００４７】
前記伸長パイプ５が使用される場合に、懸吊装置６の支持アーム６３先端の保持部６４で管体５０の上端を挟持し（図３を参照する）、吊りロープ６５０で吊りリング５４のリング５４０と連接し、吊りロープ６５０の吊りおろし或いは巻き上げで伸長パイプ５を伸縮させる。即ち、吊りロープ６５０を吊りおろす時に、管体５３は、自重及び懸吊重量によって下降し、頂蓋５３０が管体５２の内支持ブロック５２２（図７Ｅの示す通り）に接触する。吊りロープ６５０が巻き上げられる時に、管体５３は、管体５２の中に引き込まれる（図７Ａの示す通り）。吊りロープ６５０が引き続き吊りおろされると、管体５２、５１の順に同じ作用で下へ滑り落ち、伸長パイプ５を完全に伸びさせる。吊りロープ６５０を巻き上げる時に、管体５３、５２、５１の順で図７Ａの状態に引き込まれる。
【００４８】
伸長パイプ５の構造からみると、前記図７の構造は、ただ例示的なもので、支持強度さえ十分にあれば、及び伸縮自在に制御できれば、いかなる相対に回転しない伸縮管状の構造にも利用できる。
【００４９】
図９は、本発明の前方駆動式掘削作業に合わせて使用される従来の除土器７を示す図である。前記除土器７は、外径が削孔Ｈよりやや小さい円桶７０の上端に、駆動機４のジョイント４３４と連接できるジョイント７１を設け、円桶７０の中に主軸（図示せず）を有し、下端に可動ヒンジ７２ａで一端を桶底に枢設し、ほかの一端を掛止機構７２ｂで桶底に掛けたり外したりすることが自在に操られる密閉蓋７２が設けられる。前記密閉蓋には、一個所或いは二個所の開口７３があり、その開口７３に設けられる可動蓋７４を利用して開口をふさぐと同時に、開口７３の側辺に下に向けて斜めに伸びるきさげが設けられる。前記の掛止機構７２ｂは、円桶上部に設けられるプルロッド機構７６より、密閉蓋７２を掛けたり開けたりする。
【００５０】
除土器７を使用する場合、図１０に示すように、そのジョイント７１で駆動機４下端のジョイント４３４と連接し、駆動機４の駆動で除土器７を回転させ、密閉蓋７２に設けられたきさげを利用して削孔Ｈ内の残土或いは泥を開口７３を経て桶内に押し込む。前記除土器７を巻き上げる時に、桶内の残土重量及び可動蓋７４の自重により可動蓋７４を閉じ、桶内の残土を落ちないようにする。桶内の残土をおろしたい時に、プルロッド機構７６を引っ張り、掛止機構７２ｂをはずして密閉蓋７２を開かせることで、桶内の残土をおろすことができる。このような方式で、掘削杭孔底の残土、泥を排除することができる。
【００５１】
前記の機構、連接及び操作方式による工法を従来のリバース工法及びオールケーシング工法と比較すると、本発明の前方駆動式掘削装置においては、１）駆動機４はドリルビット３に近設されるために、駆動機４はドリルビット３に対する駆動力が掘削深度に影響を受けなく、恒常の駆動力を保つことができ、杭孔の深度、ドリルロッドのトルクとの問題がない。同様の駆動力を用いる場合に、より大口径の掘削施工またより速い速度で掘削施工を完了させることができる。
【００５２】
２）掘削の作業期間に、掘削杭孔の底部（ドリルビット）付近にある地下水が駆動機４の導管４７０を経由して駆動機４の上方に流すことで、削孔の上下水圧を平衡に保たせ、ドリルビット３及び駆動機４の下降抵抗を大幅に減少することができる。駆動機４及びドリルビット３を引き上げる時に、駆動機４上方の水が連接管４４、駆動軸パイプ４３及びドリルビット３の主軸パイプ３０を経由して、ドリルビット３の下方に流れることができ、駆動機４の上昇抵抗を大幅に減少すると同時に、ドリルビット３を引き上げる時にその下方に生じされる真空空間の所要水量を補充する。駆動機４とドリルビット３とは順調に昇降することが達せられ、その上方の水圧が平衡かつ安定的に保たれ、孔壁の土壌構造と圧力とを破壊したり変えたりすることがないために、孔の崩れ或いは湧砂も生じがたい。
【００５３】
３）螺旋式羽根盤を利用して、より穏やかな、漸進する方式で地層の土を掘り起こし、掘削中に水を加えず、螺旋羽根盤上の土を完全に取り出し、ダンプカーに直接移して運ばせるために、沈殿槽、循環水、吸い上げポンプなどの汚水、汚泥処理施設がまったくいらず、施工空間、施工コスト、設備コスト及び運転コストを大幅に低減することができ、施工速度及び工事現場の環境要求をレベルアップすることができる。
【００５４】
４）ドリルビットと駆動機との掘削作業が完成した後、再び、除土機を利用して孔底の残土や泥を排出することができ、コンクリート基礎杭の下部に砂が混ざったり、泥が混入したりする欠点が生じず、基礎杭の品質と負荷力とを確保することができる。
【００５５】
５）掘削設備は、懸吊装置、駆動機、ドリルビット及び除土器などしか有さず、工作機、回転盤、オールケーシング、ロックオーバー（揺筒機）などの大型動力設備が要らないために、設備が簡単で、操作も容易で動力の使用効率を高めることができる。
【００５６】
６）駆動機とドリルビットとは伸長パイプ及び吊りロープを介し懸吊状態で掘削施工が行われ、懸吊装置の他にその周囲にその他の設備を設置する必要がないために、クレーン車が安定して駐車できれば、その懸吊アームの届く範囲内であれば傾斜地或いは凸凹の地点にも掘削施工が行える。
【００５７】
７）ドリルビットと駆動機とは脱着式であるために、違う硬度の地層の掘削需要により、違う機能のドリルビットを取り替えることができる（例えば、拡径ドリルビット）。さらに、振動或いは打撃機能を加えることで掘削機能のフレキシブル化を大幅に高めることができる。
【００５８】
８）従来のリバース工法及びオールケーシング工法の欠点を完全に取り除くことができる。
【００５９】
本発明の前方駆動式掘削装置の実施形態は、前記のようであり、ただ、前記の説明は本発明の例示にすぎず、その実施態様或いは権利範囲を限定しようとするものではない。本発明の技術精神と特徴とを逸脱することなく従来技術の補充、修飾や変形などを行う事すべてが本発明の権利範囲に属する。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のリバース工法を示す概略説明図。
【図２】従来のオールケーシング工法を示す概略説明図。
【図３】本発明の前方駆動式掘削装置の実施形態を示す概略説明図。
【図４】（ａ）ないし（ｇ）は図３に示した本発明の前方駆動式掘削装置の掘削工法を示す実施手順図。
【図５】図３に示した本発明の実施形態に用いられる掘削機（螺旋ドリル）の実施例の立体構成図。
【図６】図３に示した本発明の実施形態に用いられる駆動機の実施例の断面構成図。
【図７】（Ａ）ないし（Ｅ）は本発明の掘削装置を懸吊する伸長パイプの第１実施例の断面図。
【図８】本発明の掘削装置のドリルビットと駆動機とを懸吊して、組み合わせて使用した状態を示す側面図。
【図９】本発明の前方駆動式掘削装置に応じて使用される従来の除土機の断面構成図。
【図１０】本発明の駆動機と除土機との組み合わせて使用した状態を示す図。
【符号の説明】
Ｈ      堀削抗孔
Ｓ      スタンドパイプ
１０    短筒
１１    ドリルロッド
１２    カッタヘッド
１３    回転盤
１４    工作機
１５    ドリルロッド
１５ａ  回転ジョイント
１６    ジブ
１６ａ  ワイヤーユニット
１７    吸い上げポンプ
１８ａ  吸い上げパイプ
１９    沈泥槽
１９ａ  排泥管
１９ｂ  第１槽
１９ｃ  最終槽
１９ｄ  水中ポンプ
１９ｅ  循環パイプ
２０    中空ケーシングチューブ
２１    ロックオーバー（揺筒機）
２１ａ  クランプ  アーム
２１ｂ  押し下げアーム
２２    クレーン
２３    ハンマーグラブ
３      ドリルビット
３０    主軸パイプ
３１    螺旋羽根盤
３２    カッタビット
３３    ジョイント
３３ａ  ピンホール
３４    可動錐
４      駆動機
４０    筐体
４１    保護フレーム
４１１  ジョイント
４２    動力部
４２１  油圧（電力）モータ
４２２  減速ギアセット
４２３  出力ギア
４２４  軸受け
４２５  モータブラケット
４３    駆動軸パイプ
４３２  下端軸受け
４３３  従動ギア
４３４  ジョイント
４４    連接管
４４    連接管下端
４４１  連接管上端
４４２  キャップ
４４３  孔
４４４  オイルシール
４４５  可動軸受け
４４６  拘束板
４５    上蓋
４５１  注油口
４６    下蓋
４６１  排油口
４６２  放水口
４７    平衡部
４７０  導管
４７１  可動蓋
４７２  逆止バルブ
５      伸長パイプ
５０    管体
５００  頂蓋
５０１  開口
５０２  内受止板
５０３  内支持ブロック
５１    管体
５１０  上外フランジ
５１１  受止板
５１２  内支持ブロック
５２    管体
５２０  上フランジ（受止板）
５２１  受止板
５２２  内支持ブロック
５３    管体
５３０  頂蓋
５３１  開口
５３２  受止板
５３３  支持ブロック
５４    吊りリング
５４０  リング
５４１  支持ブロック
５４２  吊ワイヤー（スチールワイヤー）
５５    ジョイント
６      懸吊装置
６０    車体
６１    懸吊アーム
６２    懸架支持部
６３    支持アーム
６４    保持部
６５    ウインチ
６５０  吊りロープ
６５１  動力ケーブル
７      徐土機
７０    円桶
７１    ジョイント
７２ａ  可動ヒンジ
７２ｂ  掛止機構
７２    密閉蓋
７３    開口
７４    可動蓋
７５    きさげ
７６    プルロッド機構
８      鉄筋かご
９      トレミー（ｔｒｅｍｉｅ）管
【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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【図６】
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【図７】
2004263408.tif 000009
【図８】
2004263408.tif 000010
【図９】
2004263408.tif 000011
【図１０】
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