(57)【要約】【課題】地盤中に固い地層が存在する場合であっても、固い地層からの反力によって装置本体が浮き上がるなどの不都合を生じることがなく、効率的に掘削作業を行なうことのできるボーリングマシンを提供する。【解決手段】ボーリングマシン１は、装置本体２と、装置本体２の前方に設けられた掘削用ロッド５と、装置本体２の後方に所定の延出長さを有して延びる、掘削用ロッド５が地盤から受け得る反力Ｒを大きくするための反力対抗用補助部６とを備えている。ボーリングマシン１の運転において許容し得る反力Ｒは、ボーリングマシン１の自重（Ｗ）に、支点Ｐから重心までの長さ（Ｌ２）を乗じた値を、支点Ｐから掘削用ロッド５までの長さ（Ｌ１）で除して得られる値（Ｗ×Ｌ２／Ｌ１）である。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置本体と、該装置本体の前方に設けられた掘削用ロッドを有するボーリングマシンにおいて、上記装置本体の後方に所定の延出長さを有して延びる、上記掘削用ロッドが地盤から受け得る反力を大きくするための反力対抗用補助部を備えていることを特徴とするボーリングマシン。
【請求項２】
上記装置本体の下方に設けられたベースと、上記装置本体と上記ベースの間に介在する、上記ボーリングマシンを水平方向に移動させるための移動用連結部材とを備えており、かつ、上記反力対抗用補助部が、上記ベースと一体的に形成されている請求項１に記載のボーリングマシン。
【請求項３】
上記ボーリングマシンの左右方向に上記装置本体を移動させるために、上記装置本体の下方に、上記ボーリングマシンの左右方向に延びるように形成させたベースを備えており、
上記反力対抗用補助部が、上記ベースの両端付近の各々にて、上記ボーリングマシンの前後方向に延びるように上記ベースと一体的に形成されており、
上記ボーリングマシンの前後方向に上記装置本体を移動させるために、上記反力対抗用補助部の下方に、上記ボーリングマシンの前後方向に延びるように形成させた軌道部材を備えている請求項１に記載のボーリングマシン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地盤を掘削しながらセメントミルク等の改良材を注入して、地盤を改良するためのボーリングマシンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、掘削用ロッドを備えたボーリングマシンを用いて、所定の深さまで地盤を掘削するとともに、掘削用ロッドの下端からセメントミルク等の改良材を地盤中に注入して、地盤を改良することが行なわれている。
このようなボーリングマシンの一例として、例えば、掘削用ロッドの昇降機構を特定の構造としたボーリングマシンが提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−２５２３６８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
固い地層を含む地盤を対象にして、ボーリングマシンを用いた地盤の改良を行なう場合、ボーリングマシンの掘削用ロッドが固い地層に当たったときに、大きな反力を受け、掘削用ロッドを下方に降下させる速度が遅くなるなどの問題がある。
特に、クレーン移動式または匍匐移動式の小型のボーリングマシンにおいては、掘削用ロッドの下端に撹拌翼を設けていると、掘削している地層がそれほど固くなくても、ボーリングマシンの装置本体が、地層から受ける反力によって浮き上がり、掘削作業自体の中断を余儀なくされるおそれがある。そのため、小型のボーリングマシンに対しては、撹拌翼を設けないのが一般的であった。そして、撹拌翼を設けないため、作業効率の向上を図ることができなかった。
【０００５】
また、レール走行式の大型のボーリングマシンにおいても、掘削用ロッドの下端に撹拌翼を設けていると、固い地層中を掘削する際に、圧縮空気を噴出させるなどの処置を講じながら、通常よりも時間をかけて掘削作業を進める必要があった。
上述の事情下において、例えば、小型のボーリングマシンを用いた場合であっても、地盤中の地層の固さにかかわらず、地層からの反力に負けずに、撹拌翼を付けて効率的に地盤の掘削作業を行なうことができれば、好都合である。
そこで、本発明は、地盤中に固い地層が存在する場合であっても、固い地層からの反力によって装置本体が浮き上がるなどの不都合を生じることがなく、効率的に掘削作業を行なうことのできるボーリングマシンを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、ボーリングマシンに対して、掘削用ロッドの位置する側とは反対方向に略水平に延びる延出部分を形成させ、固い地層から大きな反力を受けたときには、この延出部分の端部を支点として、反力のモーメントに対抗するモーメントとして、ボーリングマシンの重量のモーメントを作用させれば、ボーリングマシンが浮き上がらずにすむ限界の反力の大きさを、上記延出部分を設けない場合と比べて増大させることができることを見出し、本発明を完成した。
【０００７】
すなわち、本願発明（請求項１）のボーリングマシンは、装置本体と、該装置本体の前方に設けられた掘削用ロッドを有するボーリングマシンにおいて、上記装置本体の後方に所定の延出長さを有して延びる、上記掘削用ロッドが地盤から受け得る反力を大きくするための反力対抗用補助部を備えていることを特徴とする。
このように反力対抗用補助部を設けることによって、固い地層から受ける反力が大きくても、ボーリングマシンの装置本体が浮き上がる等の不都合を生じることがなく、掘削作業を効率的に行なうことができる。
【０００８】
上述のボーリングマシンの実施形態の一例として、上記装置本体の下方に設けられたベースと、上記装置本体と上記ベースの間に介在する、上記ボーリングマシンを水平方向の任意の方向に移動させるための移動用連結部材とを備えており、かつ、上記反力対抗用補助部が、上記ベースと一体的に形成されているものが挙げられる（請求項２）。
この実施形態は、通常、施工領域の面積が小さかったり、あるいは施工領域の形状が変則的なものであるなどの条件下で、主に小型の装置本体を有するものに適用されるものである。この実施形態のボーリングマシンは、移動用連結部材を有するため、自力で匍匐移動することができ、クレーン等の他の移動手段を要しない。
【０００９】
また、上述のボーリングマシンの実施形態の他の例として、上記ボーリングマシンの左右方向に上記装置本体を移動させるために、上記装置本体の下方に、上記ボーリングマシンの左右方向に延びるように形成させたベース（例えば、長方形の板状の枠体）を備えており、上記反力対抗用補助部が、上記ベースの両端付近の各々にて、上記ボーリングマシンの前後方向に延びるように上記ベースと一体的に、例えば棒状の腕部として形成されており、さらに、上記ボーリングマシンの前後方向に上記装置本体を移動させるために、上記反力対抗用補助部の下方に、上記ボーリングマシンの前後方向に延びるように形成させた軌道部材（例えば、レール）を備えているものが挙げられる（請求項３）。
【００１０】
この実施形態は、通常、施工領域の面積が大きく、軌道部材の設置による施工の効率性の向上を図ることのできる条件下で、主に大型の装置本体を有するものに適用されるものである。
なお、本明細書中において、装置本体、移動台車（ベース）、敷設レール（軌道部材）等を含む地盤改良用の構築体全体に対しても、便宜上、「ボーリングマシン」の語を用いるものとする。、
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて、本発明のボーリングマシンの例を説明する。図１は、本発明のボーリングマシンの一例を示す正面図、図２は、図１に示すボーリングマシンの平面図、図３は、本発明のボーリングマシンの他の例を示す正面図、図４は、図３に示すボーリングマシンの平面図である。
【００１２】
まず、図１及び図２に示す本発明のボーリングマシンの一例を説明する。
図１及び図２中、本発明のボーリングマシン１は、装置本体２と、装置本体２の下方に設けられたベース３と、装置本体２とベース３の間に介在する移動用連結部材４と、装置本体２の前方に設けられた掘削用ロッド５と、ベース３の下面に固着され、装置本体２の後方に延出する反力対抗用補助部６とを含むものである。
なお、本明細書中において、特に断らない限り、「前方」とは、装置本体に対して掘削用ロッドが位置する側の方向を意味し、「後方」とは、「前方」の反対側の方向を意味し、「左方」とは、後方から前方に向かう方向に対する左側の方向を意味し、「右方」とは、「左方」の反対側の方向を意味する。
【００１３】
このうち、装置本体２は、ボーリングマシン１の運転条件を設定するための操作部を有するとともに、油圧ポンプ、モータ等の各種構成部品を内部に収容してなるものである。
ベース３は、運転時の装置本体２の安定性を確保し、かつ、移動用連結部材４と共に用いて装置本体２を水平方向に匍匐移動させるためのものである。
移動用連結部材４は、例えば、一端をベースの上面に回動可能に取り付け、他端を装置本体の下面に回動可能に取り付けたうえで、モータ等の動力によって、直立した姿勢と、適宜の角度に傾斜した姿勢とを交互に繰り返すことによって、地盤に対して、装置本体２を水平方向に徐々に移動させることのできる部材である。
なお、移動用連結部材４を省略して、クレーン等の移動手段を用いて、ボーリングマシン１を移動するようにしてもよい。
図１に示すボーリングマシン１は、従来のボーリングマシンに追加部材（反力対抗用補助部６）を加えて構成したものである。従来品を利用せずに本発明のボーリングマシン１を作製する場合には、ベース３と反力対抗用補助部６とは、別々の部材として構成する必要はなく、単一の部材として構成すればよい。
【００１４】
掘削用ロッド５は、装置本体２に取り付けられている筒状のヘッダ７及び筒状のホルダ８に挿通され、これらヘッダ７及びホルダ８によって、鉛直方向に昇降することができるようになっている。例えば、装置本体２に対してヘッダ７が固定されており、ホルダ８が装置本体２に対して鉛直方向に摺動可能に設けられている場合には、最上点（ヘッダ７の近く）まで上昇したホルダ８が、掘削用ロッド５を把持して、把持した状態のまま下方に移動し、最下点に達した時に把持した状態を解き、その後、再び上昇して、最上点に達したら、掘削用ロッド５を把持して下方に移動し、以後、上述と同様の動作を繰り返せば、掘削用ロッド５を地盤中の所定の深さまで下降させることができる。
【００１５】
掘削用ロッド５の下端には、必要に応じて、撹拌翼９を設けることができる。撹拌翼９を設けることによって、一回の掘削で改良可能な面積が大きくなり、施工の効率性を著しく向上させることができる。従来、撹拌翼９を設けることによって装置本体２の浮き上がり等が懸念されていた小型のボーリングマシンであっても、本発明によれば、何ら掘削作業上の支障を生じることなく、撹拌翼９を設けて掘削作業を行なうことができる。
【００１６】
掘削用ロッド５の上端付近には、セメントミルク等の固化材を供給するために外部から導かれたホース１０（図中、一部のみを示す。）が取り付けられており、このホース１０によって供給された固化材が、掘削用ロッド５の内部を下方に移動し、撹拌翼９の端部から地盤中に噴出されるようになっている。
なお、ボーリングマシン１の削孔能力は、掘削用ロッド５のトルク、掘削用ロッド５の先端部分の形状、ボーリングマシン１の自重等の条件によって決定される。また、これらの諸条件は、地盤改良工法の種類や、ボーリングマシンの種類等によって、概ね定まっている。本発明においては、これらの諸条件を変更することなく、かつ、圧縮空気の供給量の増大等の特別な処置を施すことなく、簡易な追加構成部分である反力対抗用補助部６を設けるだけで、掘削作業の効率を高めることができる。
【００１７】
反力対抗用補助部６は、ベース３の下面全体の領域と、ベース３の後方の所定の領域とに亘る、所定の厚み寸法を有する板状の枠体として形成されている。
反力対抗用補助部６は、具体的には、Ｈ形鋼等の部材を、溶接やボルト等の固着具を用いて、所定の形状となるように組み合わせることによって作製することができる。また、反力対抗用補助部６をベース３に固着させる方法についても、溶接や、ボルト等の固着具を用いた方法等を採用することができる。
反力対抗用補助部６は、ベース３と共に堅固に構成されたものであればよく、また、反力（図１中の符号「Ｒ」）に対抗する時の安定した支点（図１中の符号「Ｐ」）を有するものである限り、形状や厚み寸法等が特に限定されることはない。反力対抗用補助部６は、所定の剛性が確保される限りにおいて、図２のように空洞部分１１を有していてもよい。
【００１８】
反力対抗用補助６部によって地盤からの大きな反力に対抗し得ることを、次に説明する。
所定の削孔能力を有する掘削用ロッド５が、固い地層に当たると、図１に示すように上向きに反力Ｒが生じる。一方、ボーリングマシン１の自重によって、図１に示すように下向きに重力Ｗが働いている。この場合、反力対抗用補助部６の後方側の端部（図１中の符号「Ｐ」）を支点として、支点Ｐから掘削用ロッド５までの長さＬ１に、反力Ｒを乗じた値が、支点Ｐからボーリングマシン１の重心までの長さＬ２に、重力Ｗを乗じた値よりも大きければ、支点Ｐを回転中心としてボーリングマシン１が浮き上がることになる。逆に、長さＬ１に反力Ｒを乗じた値が、長さＬ２に重力Ｗを乗じた値よりも小さければ、ボーリングマシン１は、浮き上がることがなく、安定した状態を維持する。
【００１９】
本発明では、反力対抗用補助部６を設けない従来のボーリングマシンにおいて、長さＬ２が小さいために、ボーリングマシンが浮き上がる時の反力Ｒの値が小さいことに着眼して、長さＬ２を大きくすることによって、ボーリングマシンが浮き上がらない反力Ｒの限界値（最大値）の増大を図るものである。
本発明において、Ｌ２／Ｌ１の値は、好ましくは０．３〜０．９、より好ましくは０．５〜０．８、特に好ましくは０．６〜０．７である。
【００２０】
本発明において、反力対抗用補助部６の質量は、大きいほうが、反力に対抗するためのボーリングマシン１全体の重量Ｗが大きくなるので、好ましい。ただし、反力対抗用補助部６の質量が大き過ぎると、ボーリングマシン１の移動に要する電力等のエネルギーが増大するので、適当な値以下に抑えることが望ましい。
【００２１】
次に、図３及び図４に示す本発明のボーリングマシンの他の例を説明する。
図４中、地盤の上には２本の軌道部材（レール）２１が所定の間隔で平行に敷設されており、これら２本の軌道部材２１の上には、車輪２２を下面に付けた２つ（一対）の棒状の細長い反力対抗用補助部２３が載置されているとともに、これら２つの反力対抗用補助部３の間を架け渡すようにして、板状の枠体であるベース２４が形成されている。反力対抗用補助部２３とベース２４は、一体的に形成されており、装置本体２５を載置した移動台車として、モータ２６を動力源として軌道部材２１上を走行するようになっている。
【００２２】
なお、軌道部材２１上を反力対抗用補助部２３の車輪２２が走行する際に脱輪が起きないように、反力対抗用補助部２３には、脱輪防止用手段（図示せず）が設けられている。脱輪防止用手段は、軌道部材２１から所定の高さ以上に車輪が浮き上がることを防止するために、少なくと軌道部材２１の下方に形成された部分を有する断面Ｃ字状等の部分である。
【００２３】
ベース２４は、装置本体２５を支持しかつ走行させるための２本のレール状の案内部２８と、これら２本の案内部２８の間に形成されている網部２９（例えば、メッシュ状のエキスパンドメタル）とから構成されている。
ベース２４の案内部２８の上には、案内部２８に沿って走行することのできる車輪２７を有する装置本体２５が、載置されている。なお、装置本体２５を走行させる機構は、凸状のレールである案内部と、凹状の車輪との組み合わせであってもよいし、あるいは、溝状の案内部と、凸状の車輪との組み合わせ等であってもよい。装置本体２５の車輪２７の脱輪防止のために、脱輪防止手段を設けていることは、上述の軌道部材２１と反力対抗用補助部２３の車輪２２との間の脱輪防止と同様である。
【００２４】
装置本体２５は、ボーリングマシン２０の運転条件を設定するための操作部を有するとともに、油圧ポンプ、モータ等の各種構成部品を内部に収容してなるものである。
装置本体２５の前面には、リーダ３０が鉛直方向に立設して固着されている。リーダ３０の上部にはヘッダ３１が設けられており、リーダ３０の下部にはホルダ３２が設けられている。そして、ヘッダ３１及びホルダ３２によって、掘削用ロッド３３が下方に降下し、地盤中を掘削するようになっている。掘削用ロッド３３が撹拌翼３４を有すること、及び、ホース３５によってセメントミルク等の固化材が供給され、撹拌翼３４から固化材が噴射されることについては、上述の図１に示すボーリングマシン１と同様である。
【００２５】
以上のように構成されたボーリングマシン２０において、装置本体２５は、装置本体２５自身が備えている車輪２７によって、ボーリングマシン２０の左右方向に移動可能である。また、装置本体２５は、装置本体２５の下方に位置するベース２４と一体的に形成されている反力対抗用補助部２３が備えている車輪２２によって、ボーリングマシン２０の前後方向に移動可能である。すなわち、装置本体２５は、２本の軌道部材２１によって囲まれた領域内の任意の位置に迅速に移動することができ、この領域内の地盤改良を効率的に行なうことができる。
【００２６】
反力対抗用補助部２３によって、地盤からの大きな反力に対抗し得ることは、図１に示すボーリングマシン１と全く同様である。
すなわち、掘削用ロッド３３が固い地層に当たると、図３に示すように上向きに反力Ｒが生じる。一方、ボーリングマシン２０の自重（ただし、軌道部材を除く図３に示す部分）によって、図３に示すように下向きに重力Ｗが働いている。この場合、反力対抗用補助部２３の後方側の２つの車輪２２（図３中の符号「Ｐ」）を支点として、支点Ｐから掘削用ロッド３３までの長さＬ１に、反力Ｒを乗じた値が、支点Ｐからボーリングマシン２０の重心までの長さＬ２に、重力Ｗを乗じた値よりも大きければ、支点Ｐを回転中心としてボーリングマシン２０が浮き上がろうとする。逆に、長さＬ１に反力Ｒを乗じた値が、長さＬ２に重力Ｗを乗じた値よりも小さければ、ボーリングマシン２０は、浮き上がることがなく、安定した状態を維持する。
図３中、Ｌ２／Ｌ１の値は、好ましくは０．３〜０．８、より好ましくは０．４〜０．７、特に好ましくは０．５〜０．６である。
【００２７】
【実施例】
以下、実験例に基づいて本発明を説明する。
［実施例１］
二重管ロッドの先端付近に特殊撹拌翼を装着してなる掘削用ロッドを備えた小型のボーリングマシン（質量：３トン程度）を用意した。このボーリングマシンは、図１及び図２に示す形態を有するものであり、装置本体の後方側の縁部から１．２ｍの延出長さを有する反力対抗用補助部（Ｈ形鋼を組み合わせたもの）を有するように作製した。
このボーリングマシンを用いて、空気連行型超高圧噴射撹拌工法によって地盤を改良した。具体的には、セメント系の固化材スラリーを、特殊撹拌翼の噴出口から、圧縮空気で包み込むようにしながら３９．２ＭＰａの圧力で地盤内の側方へ噴射しつつ、掘削用ロッドを回転させながら上昇させることによって、大径の改良された柱体を造成した。なお、圧縮空気は、掘削用ロッドと掘削孔との隙間の中を上方に移動し、それに伴い、掘削スライムを安定的かつ確実に地上に排出させることができた。
【００２８】
掘削作業中、Ｎ値が２０以上の固い地層に当たったが、地層からの反力に負けてボーリングマシンが浮き上がることがなく、掘削作業を良好な状態で継続することができた。
この実験から、従来の小型のボーリングマシンを用いた場合には、１．５６ｔｆ（１．５×１０４Ｎ）の掘削力であったものが、反力対抗用補助部を設けることによって、２．３５ｔｆ（２．３×１０４Ｎ）の掘削力にまで高めることができることがわかった。
【００２９】
［実施例２］
単管ロッドの先端付近に撹拌翼を装着してなる掘削用ロッドを備えた大型のボーリングマシン（軌道部材を除く質量：８．５トン程度）を用意した。このボーリングマシンは、図３及び図４に示す形態を有するものであり、地盤上に２本の軌道部材（レール）を敷設して、これらの軌道部材の上に、４つの車輪を有する走行台車（反力対抗用補助部とベースとからなるもの）を載置し、さらに、ベースの案内部の上に、４つの車輪を有する装置本体を載置したものである。
【００３０】
反力対抗用補助部の後方側の車輪と、掘削用ロッドとの距離は、２．９ｍであった。また、置本体の後方側の縁部から１．２ｍの延出長さを有する反力対抗用補助部（Ｈ字鋼を組み合わせたもの）を有するように作製した。
このボーリングマシンを用いて、空気連行型超高圧噴射撹拌工法によって地盤を改良した。具体的には、セメント系の固化材スラリーを、特殊撹拌翼の噴出口から、圧縮空気で包み込むようにしながら３９．２ＭＰａの圧力で地盤内の側方へ噴射しつつ、掘削用ロッドを回転させながら上昇させることによって、大径の改良された柱体を造成した。なお、圧縮空気は、掘削用ロッドと掘削孔との隙間の中を上方に移動し、それに伴い、掘削スライムを安定的かつ確実に地上に排出させることができた。
【００３１】
掘削作業中、Ｎ値が２０以上の固い地層（厚さ３〜５ｍ程度）に当たったが、地層からの反力に負けてボーリングマシンが浮き上がるなどの問題は生じず、掘削作業を効率的に行なうことができた。
掘削用ロッドに掛かる最大荷重は、４．３ｔｆ（４．３×１０４Ｎ）と算出され、そのうち有効荷重を８０％とすると、３．５ｔｆ（３．４×１０４Ｎ）の掘削力が得られたことがわかった。
【００３２】
【発明の効果】
本発明のボーリングマシンは、掘削用ロッドが位置する側とは反対の方向に延びる反力対抗用補助部を備えているので、地盤中の固い地層に当たり、大きな反力を受けた場合であっても、装置本体が浮き上がる等の不都合を生じることがなく、掘削作業を効率的に行なうことができる
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のボーリングマシンの一例を示す正面図である。
【図２】図１に示すボーリングマシンの平面図である。
【図３】本発明のボーリングマシンの他の例を示す正面図である。
【図４】図３に示すボーリングマシンの平面図である。
【符号の説明】
１，２０  ボーリングマシン
２，２５  装置本体
３，２４  ベース
４  移動用連結部材
５，３３  掘削用ロッド
６，２３  反力対抗用補助部
７，３１  ヘッダ
８，３２  ホルダ
９，３４  撹拌翼
１０，３５  ホース
１１  空洞部分
２１  軌道部材（レール）
２２，２７  車輪
２６  モータ
２８  案内部
２９  網部
３０  リーダ
【図１】
2004316308.tif 000003
【図２】
2004316308.tif 000004
【図３】
2004316308.tif 000005
【図４】
2004316308.tif 000006