(57)【要約】【課題】複数の非円形断面の掘削によって所定全断面に亘る掘削・地盤改良を、掘削残りが生じることなく施工する掘削方法を提供する。【解決手段】非円形断面の掘削孔（Ｈ）を複数削孔して所定範囲内全面の掘削を行う掘削方法であって、その非円形断面は、正方形に内接する正三角形を、その正方形の中心から所定半径（ｒ）の円周軌道（Ｃ）に沿ってその重心回りに所定角速度「ω」で自転しつつ所定角速度「−３ω」で公転し、その正三角形の頂点（Ｍ）の軌跡で描かれた正方形状の断面であり、掘削手段は前記正三角形の重心（Ｅ）と頂点（Ｍ）とを結ぶ線分の少なくとも１つをなすブレードまたはジェットのいずれかであって、その掘削手段を前記所定角速度で円周軌道（Ｃ）を公転しかつ前記所定角速度で重心回りを自転して掘削を行うものであり、相隣り合う掘削孔（Ｈ１、Ｈ２）の断面形状が互いに相補性を有して連続した掘削断面となるように前記円周軌道（Ｃ）の半径（ｒ）に対する掘削手段の重心と頂点との距離（Ｌ）の比（η＝Ｌ／ｒ）を選択して削孔する。【選択図】　図１
2004036246.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非円形断面の掘削孔を複数削孔して所定範囲内全面の掘削を行う掘削方法であって、その非円形断面は、正方形に内接する正三角形をその正方形の中心から所定半径の円周軌道に沿ってその重心回りに所定角速度「ω」で自転しつつかつ所定角速度「−３ω」で公転し、その正三角形の頂点の軌跡で描かれた正方形状の断面形状であり、掘削手段は前記正三角形の重心と頂点とを結ぶ線分の少なくとも１つをなすブレードまたはジェットのいずれかであって、その掘削手段を前記所定角速度で円周軌道を公転しつつかつ前記所定角速度で重心回りを自転して掘削を行うものであり、相隣り合う掘削孔の断面形状が互いに相補性を有して連続した掘削断面となるように前記円周軌道の半径「ｒ」に対する前記掘削手段の重心と頂点との距離「Ｌ」の比「η＝Ｌ／ｒ」を選択し、２つの断面形状を交互に配置して削孔することを特徴とする掘削方法。
【請求項２】
前記２つの断面形状の一方は、前記円周軌道の半径「ｒ」に対する前記掘削手段の重心と頂点との距離「Ｌ」の比「η＝Ｌ／ｒ」が、２．８〜９の範囲内である請求項１の掘削方法。
【請求項３】
前記２つの断面形状の他方は、円周軌道の半径「ｒ」に対する前記掘削手段の重心と頂点との距離「Ｌ」の比「η＝Ｌ／ｒ」が、３２．６３〜４．１８の範囲内である請求項２の掘削方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボーリング孔の掘削作業において、掘削軸に直角の断面が非円形に掘削される掘削方法に関し、特に複数の掘削孔の掘削によって所定範囲全面の掘削（地盤改良）を行う掘削方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ボーリングマシーンによる掘削においては、カッターあるいは高圧水ジェットを回転して掘削を行うので、その掘削断面は円形状となる。しかし、掘削目的によっては、非円形断面が望ましい場合もあり、そこで発明者は、特開２００１−９８８６９号公報に、正多角形状の断面に削孔する掘削方法及び装置について提案している。
【０００３】
この技術によれば、掘削する正Ｎ角形状の掘削孔に対し、そのＮ角形状に内接する正（Ｎ−１）角形状の掘削手段を用い、その掘削手段が所定角速度ωで自転しつつ掘削孔中心を中心とした所定半径の軌道円に沿って所定角速度（１−Ｎ）ωで公転することで、掘削手段（の頂点）が創成する包絡線が正Ｎ角形状を形成して所定正Ｎ角形状の掘削孔を掘削することができる。
【０００４】
この正Ｎ角形状の掘削孔は、正（Ｎ−１）角の回転中心（重心）と頂角とを結ぶ線分（ブレード状のカッターまたは高圧水ジェット）を回転することによっても同様に掘削でき、その一例として正方形状に掘削孔が掘削される例を図１９に示している。図の例では、中心Ｓから半径ｒの軌道円に沿って公転するＥ点を中心に長さＬの線分が回転（自転）し、その先端の軌跡によって１辺が２ａの正方形状の掘削孔が創成されている。
【０００５】
なお、図２０に示すように、回転軌道円の半径ｒに対する（Ｎ―１）角のカッターの中心（正多角形の重心）から頂点までの距離Ｌとの比η＝Ｌ／ｒにより、創成される軌跡（包絡線）形状は変化するので、掘削の目的に応じて適切なη値を選択しなければならない。
【０００６】
また、多数の垂直ボーリングによって全面に地盤改良を行うような場合には、従来の円形の掘削では、図２１に示すように重なりができるので掘削に無駄を生じ、前記正多角形状の掘削を適用しても、掘削断面形状が正確な正多角形とはならないので、図２２に示すように隣接する掘削孔との間に掘削残りが生じることになる。
【０００７】
【知見】
これに対して、本発明者は、種々研究の結果、Ｎ＝４、すなわち正方形状の複数の掘削孔を縦横方向に配し、相隣り合う掘削孔に対して、上記のｒ対Ｌの比ηおよびｒを適切に選択することでこれらの掘削孔が互いに相補性を有して連続した掘削断面が得られることを見出した。
【０００８】
そして、その一例として、一方の掘削孔が　η１＝Ｎ−１＝３　の場合に、他方の掘削孔が相補性を有するためには、理論的に　η２＝１１＋８√２　およびｒ２＝（３−２√２）ｒ１　とすることが最適であることを導いた。
また、実用的には僅少のオーバーラップが生じても問題がないので、一方の掘削孔では　η１＝２．８〜９　の範囲とし、これに対して他方の掘削孔では　η２＝３２．６３〜４．１８　の範囲とするとよいことを見出した。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記研究の結果に基づき、複数の非円形断面の掘削によって所定全断面に亘る掘削・地盤改良を、掘削残りが生じることなく施工できる掘削方法を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の掘削方法は、非円形断面の掘削孔を複数削孔して所定範囲内全面の掘削を行う掘削方法であって、その非円形断面は、正方形に内接する正三角形をその正方形の中心から所定半径の円周軌道に沿ってその重心回りに所定角速度「ω」で自転しつつかつ所定角速度「−３ω」で公転し、その正三角形の頂点の軌跡で描かれる正方形状の断面形状であり、掘削手段は前記正三角形の重心と頂点とを結ぶ線分の少なくとも１つをなすブレードまたはジェットのいずれかであって、その掘削手段を前記所定角速度で円周軌道を公転しつつかつ前記所定角速度で重心回りを自転して掘削を行うものであり、相隣り合う掘削孔の断面形状が互いに相補性を有して連続した掘削断面となるように前記円周軌道の半径「ｒ」に対する前記掘削手段の重心と頂点との距離「Ｌ」の比「η＝Ｌ／ｒ」を選択し、２つの断面形状を交互に配置して削孔することを特徴としている。
なお、ここで角速度の正符号と負符号とは、互いに反対方向に回転することを示している。
【００１１】
そして、前記掘削孔の２つの断面形状の一方は、前記円周軌道の半径「ｒ」に対する前記掘削手段の重心と頂点との距離「Ｌ」の比「η１＝Ｌ／ｒ」が、２．８〜９の範囲内であるのが好ましい（請求項２）。
そして、前記２つの断面形状の他方は、円周軌道の半径「ｒ」に対する前記掘削手段の重心と頂点との距離「Ｌ」の比「η＝Ｌ／ｒ」が、３２．６３〜４．１８の範囲内であるのが好ましい（請求項３）。
なお、この範囲を越えると相補性が失われ、掘削残りやオーバーラップ量が増え、好ましくない。
【００１２】
本発明によれば、正三角形の重心と頂点とを結ぶ線分の少なくとも１つをなすブレードまたはジェットを掘削手段とし、相隣り合う複数の掘削孔を、円周軌道の半径を選択してその半径ｒに対する掘削手段の重心と頂点との距離「Ｌ」の比「η１＝Ｌ／ｒ」を適正に選択し、所定角速度「ω」で重心回りを自転しつつかつ所定角速度「−３ω」で円周軌道を公転して掘削を行うことで、互いに隣り合う掘削孔の断面形状が相補性を有して掘り残しのない連続した掘削孔となる。したがって、所定地盤を全断面連続した掘削が容易に施工できる。
この掘削方法は、地盤の垂直方向に複数の掘削孔を高圧クロスジェットにより削孔して地盤改良を行うのに好適である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明によって所定範囲全面の掘削（地盤改良）を行う地盤を示す平面図である。図において、符号Ｈ１で示す第１の掘削孔は、４辺が凹状の曲線で頂角が鋭角に形成された正方形状の断面であり、隣接する第２の掘削孔Ｈ２は、前記Ｈ１の断面に対して相補性を有する凸状の４辺をもった正方形状の断面となっている。
【００１４】
そして、これらの第１および第２の掘削孔Ｈ１、Ｈ２は、図２に模式的に示すボーリング軸１の先端にオフセットして設けられたモニター２から所定距離で交叉する高圧水クロスジェット（交叉噴流）Ｊ、Ｊによってそれぞれ掘削されている。
そのモニター２はボーリング軸１の回転中心Ｓから半径ｒオフセットされ、ボーリング軸１の回転に対して１／３の角速度で逆方向に回転しており、モニター２からの高圧水ジェットＪ、Ｊは、モニター２の中心Ｅから距離Ｌの点Ｍで交叉している。また、このモニター２の回転半径ｒとジェットＪ、Ｊの交叉点Ｍまでの距離Ｌとの比η＝Ｌ／ｒを、後記するような所定値に設定するので、ｒおよびＬを可変に構成するのが好ましい。
【００１５】
以下、図３を参照して掘削方法の態様を第１の掘削孔Ｈ１について説明する。掘削孔Ｈ１の中心とボーリング軸１の回転中心Ｓとが一致し、モニター２の中心Ｅは、ボーリング軸１の中心Ｓから半径ｒ１の軌道Ｃに沿って、図示例では角速度ωで右回りに自転しながら、角速度３ωで左まわりに公転している。また、高圧水ジェットＪ、Ｊはモニター２の中心Ｅからの距離Ｌで交叉している。そして、η１＝Ｌ／ｒ１＝３の関係になっている。
【００１６】
すなわち、図示（時間ｔ）の状態では、モニター２は、θ＝−ωｔ回転（自転）し、軌道Ｃ上をφ＝３ωｔ回転（公転）した位置で、モニターの中心ＥからＬ＝３ｒの点ＭまでジェットＪよって掘削されている。こうして、さらに自転および公転をしてボーリング軸１が３回転するとモニター２は１回転し、図４に示すように１回りの掘削が終わる。
【００１７】
一方、隣接する第２の掘削孔Ｈ２の掘削は、η２＝（１１＋８√２）とし、かつ、ｒ２＝（３−２√２）Ｌ／３として同様に施工することで、図５に示すように掘削孔Ｈ１とＨ２とは相補性となり、互いに連続した掘削孔が削孔できる。
【００１８】
なお、上記第２の掘削孔Ｈ２のη２、ｒ２は以下のようにして導かれる。
まず、第１の掘削孔（手裏剣状４角形）Ｈ１の形状は、
2004036246.tif 000003
で表せる。ここに、η１＝Ｎ−１＝３である。
そして、ｔ＝０のときのｘは、　　ｘ＝２ｒ　であり、
また、ωｔ＝π／４（手裏剣状４角形の頂角部）では、
ｘ＝ｙ＝ｒ（３√２／２＋√２／２）＝２√２ｒ
次に、第２の掘削孔（大福餅状４角形）Ｈ２の形状を、
2004036246.tif 000004
と表し、以下、図６に示すように、式（２）に、点Ａ｛（４√２−２）ｒ２，０｝、および点Ｂ｛２√２ｒ２，２√２ｒ２｝を通る条件を与えてη２、ｒ２を求める。
ｘ２＝ｒ２η２ｃｏｓωｔ−ｒ２ｃｏｓ（−３）ωｔにωｔ＝０を代入すると、
（４√２−２）ｒ＝ｒ２（η２―１）　　　　　　　　　・・・（３）
点Ｂでは、ｘ２＝ｙ２であるから、（１）式の右辺第１項にωｔ＝π／４を代入すると等しくなるし、また第２項にωｔ＝π／４を代入しても、
ｃｏｓ（−３π／４）＝ｓｉｎ（−３π／４）となる。
したがって、（２）式に、ｘ２＝ｙ２＝２√２ｒ、ωｔ＝π／４を代入して、２√２ｒ＝ｒ２・η２／√２−ｒ２（−１／√２）
すなわち、
４ｒ＝ｒ２（η２＋１）　　　　　　　　　　　　　　　・・・（４）
（３）式と（４）式から、
（４√２―２）／４＝（η２−１）／（η２＋１）
したがって、
η２＝（４√２−２）／（６−４√２）＝１１＋８√２　・・・（５）
これより（３）式を用い
ｒ２＝４ｒ／（η２＋１）＝４ｒ／（１１＋８√２＋１）
＝（３−２√２）ｒ
以上をまとめると、
2004036246.tif 000005
となる。
【００１９】
なお、上記実施形態は、掘削手段として、正三角形の重心（モニターの回転中心Ｅ）から頂点Ｍまでを結ぶ１つの線分をクロスジェットＪで掘削している例であり、正三角形の各頂点へ向けての３本のクロスジェットを用いて掘削しても良い。その際は、ボーリング軸の１回転（モニターの１／３回転）で正方形状の掘削ができる。
【００２０】
以下、第１の掘削孔Ｈ１のη１（＝Ｌ／ｒ１）が上記値以外、すなわち２．８〜９の値である場合の各実施例を図７〜図１８に示す。
図７は、η１＝２．８の第１の掘削孔Ｈ１の掘削断面を示し、図８には、その孔Ｈ１に相補性を有するη２＝３２．６３の断面の第２の掘削孔Ｈ２を隣接して示している。
以下、同様に、図９には、η１＝２．９の掘削孔Ｈ１を、図１０には対応するη２＝２６．４１０１の掘削孔Ｈ２を隣接して示している。
図１１には、η１＝３．１の掘削孔Ｈ１を、図１２には対応するη２＝１９．４１２の掘削孔Ｈ２を隣接している。
図１３には、η１＝３．５の掘削孔Ｈ１を、図１４には対応するη２＝１３．１５０１の掘削孔Ｈ２を隣接している。
図１５には、η１＝５の掘削孔Ｈ１を、図１６には対応するη２＝（２３＋１８√２）／７の掘削孔Ｈ２を隣接している。
そして、図１７には、η１＝９の掘削孔Ｈ１を、図１８には対応するη２＝（５９＋５０√２）／３１の掘削孔Ｈ２を隣接している。
【００２１】
以上のように、η１＝Ｌ／ｒ１を、２．８〜９に選択すれば、頂角部の丸まりの小さい掘削孔Ｈ１が掘削でき、これと相補性を有する第２の掘削孔Ｈ２のη２＝Ｌ２／ｒ２を求め、その値によるモニター２の回転半径ｒ２、ジェットＪの交叉点までの距離Ｌ２で掘削することにより全面地盤を連続した掘削を行うことができる。
なお、これらの図から判るように、η１は３に近い値とするのが好ましく、９に近づくとオーバーラップ量が増加してくる。また、２．８以下にすると、頂角部がループ状となり、これも好ましくない。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように構成された本発明によれば、
（１）　相隣り合う複数の掘削孔を、円周軌道の半径を選択してその半径「ｒ」に対する掘削手段の重心と頂点との距離「Ｌ」の比「η１＝Ｌ／ｒ」を適正に選択し、掘削を行うことで、互いに隣り合う掘削孔の断面形状が相補性を有して掘り残しのない連続した掘削が行え、所定地盤を全断面連続した掘削が容易に施工できる。
（２）　上記η１＝Ｌ／ｒ１の値を２．８〜９の範囲内に選択して掘削すれば、相隣り合う断面の重なり合いを問題のない小さい量にできる。
（３）　この掘削方法は、地盤の垂直方向に複数の掘削孔を高圧クロスジェットにより削孔して地盤改良を行うのに好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明により連続掘削される地盤を示す平面図。
【図２】本発明を施工する掘削手段の一実施形態を示す斜視図。
【図３】本発明による掘削方法を説明する図。
【図４】η１＝３の掘削孔の形状を示す平面図。
【図５】η１＝３の第１の掘削孔と相補性を有する第２の掘削孔とを示す平面図。
【図６】第１の掘削孔と相補性を有する第２の掘削孔の包絡線を示す図。
【図７】η１＝２．８の掘削孔の形状を示す平面図。
【図８】η１＝２．８の第１の掘削孔と相補性を有する第２の掘削孔とを示す平面図。
【図９】η１＝２．９の掘削孔の形状を示す平面図。
【図１０】η１＝２．９の第１の掘削孔と相補性を有する第２の掘削孔とを示す平面図。
【図１１】η１＝３．１の掘削孔の形状を示す平面図。
【図１２】η１＝３．１の第１の掘削孔と相補性を有する第２の掘削孔とを示す平面図。
【図１３】η１＝３．５の掘削孔の形状を示す平面図。
【図１４】η１＝３．５の第１の掘削孔と相補性を有する第２の掘削孔とを示す平面図。
【図１５】η１＝５の掘削孔の形状を示す平面図。
【図１６】η１＝５の第１の掘削孔と相補性を有する第２の掘削孔とを示す平面図。
【図１７】η１＝９の掘削孔の形状を示す平面図。
【図１８】η１＝９の第１の掘削孔と相補性を有する第２の掘削孔とを示す平面図。
【図１９】正三角形による正方形の創成を説明する図。
【図２０】ηを変数とした場合の創成される４角形状孔の輪郭形状を示す図。
【図２１】複数の掘削孔で地盤全面を掘削する場合を示す図。
【図２２】４角形状の掘削孔で地盤全面を掘削し堀残しが生じた場合を示す図。
【符号の説明】
Ｈ１、Ｈ２・・・掘削孔
Ｓ・・・ボーリング軸回転（公転）中心
Ｅ・・・モニター回転（自転）中心
Ｍ・・・クロスジェット交点
Ｃ・・・モニター回転軌道
１・・・ボーリング軸
２・・・モニター
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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