(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボーリングロッドの先端部に、ビットが係合離脱自在に装着された削孔装置により地盤を掘削する工程と、
所定位置まで掘削した後、前記ビットと前記ボーリングロッドとの係合を解除する工程と、
前記ボーリングロッド内に先端が前記ビットに当接するまで、後端に前記ボーリングロッドの内周を摺動自在なピストンが設けられた管を挿入する工程と、
前記ビット及び前記管を地盤中に残置したまま、前記ピストンに流体圧を作用させながら前記ボーリングロッドを引き抜く工程と
を備えてなることを特徴とする管の設置工法。
【請求項２】
前記管を挿入することにより、前記ビットと前記ボーリングロッドとの係合を解除することを特徴とする請求項１記載の管の設置工法。
【請求項３】
前記ビットと前記ボーリングロッドとの係合部は第１係合部と第２係合部との２つからなり、前記ボーリングロッド内に解除部材を挿入することにより第１係合部の係合を解除し、前記ボーリングロッドを引き抜くことにより第２係合部の係合を解除することを特徴とする請求項１記載の管の設置工法。
【請求項４】
前記ピストンには爪が前記管の後方を向き、前記ボーリングロッドの内周に食い込み可能な環状ラチェットが設けられていることを特徴とする請求項１，２又は３記載の管の設置工法。
【請求項５】
前記ビットには逆止弁が組み込まれていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１記載の管の設置工法。
【請求項６】
前記管は地盤改良用グラウトの注入管であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１記載の管の設置工法。
【請求項７】
ボーリングロッドと、このボーリングロッドの先端部内周に嵌合装着されるビットとを備え、請求項１〜６のいずれか１に記載の管の設置工法に使用する削孔装置であって、
前記ビットを前記ボーリングロッド内周に係合離脱自在に保持するクランプ機構と、
前記ボーリングロッドから前記ビットに回転トルクを伝達するトルク伝達機構とを有し、
前記ビット外周には前記ボーリングロッドの先端が係合して給進力を伝達する環状段付き部が設けられていることを特徴とする削孔装置。
【請求項８】
前記ビットはビット本体と、このビット本体に先端部が固定され、後部が前記ボーリングロッドの内周に嵌合されるビットサブとからなり、
前記クランプ機構は前記ビットサブに設けられて、前記ボーリングロッドの内周に係合離脱自在なラッチ爪からなり、
前記トルク伝達機構は前記ボーリングロッドと前記ビットサブとの嵌合部に設けられていることを特徴とする請求項７記載の削孔装置。
【請求項９】
前記ビットは、後部に前記ボーリングロッドに嵌合される筒状部を有するビット本体と、このビット本体の前記筒状部の内周に嵌合されるビットサブとからなり、
前記クランプ機構は前記ビットサブに設けられて、前記ボーリングロッドの内周に係合離脱自在なラッチ爪と、前記ビット本体の前記筒状部の周壁に設けられた貫通孔に収容され、前記ビットサブが嵌合することにより、半径方向外方に突出して前記ボーリングロッド内周に係合する係合駒とからなり、
前記トルク伝達機構は前記係合駒からなることを特徴とする請求項７記載の削孔装置。
【請求項１０】
前記係合駒は外周に前方向きのテーパ面を有していることを特徴とする請求項９記載の削孔装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、管の設置工法及び削孔装置に関し、さらに詳細には、例えば、地盤改良工においてグラウトを注入するための注入管を地盤中に設置する工法及びその工法を実施するに際して好適な削孔装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年トンネル工事においても、自然環境保護の観点から地下水の無用な排水は制限されている。このようなような状況のもと、トンネル工事に際して軟弱な地盤に遭遇した場合には、トンネル掘削前に補助工法として地盤改良工の施工を余儀なくされることがある。この地盤改良工の１つとして、掘削すべき地山にボーリング孔を掘削した後、ボーリングロッドを抜管し、グラウトの注入管をボーリング孔に挿入してグラウト注入する工法が知られている。特に、注入管に所定ピッチで多数の注入孔を設けるとともに、その外周にゴムスリーブからなる逆止弁を設け、注入管内にダブルパッカを備えたグラウト供給管を挿入して注入孔からグラウトを段階的に吐出させる工法は、ソレタンシュ工法として知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
このような地盤改良工において、これを要求されるような地山は、もともと崩壊性の地盤であり、また湧水量も多く、このためボーリングした孔壁が崩壊し、また湧水により注入管が挿入不可能となることがある。このような場合、注入管を外管とし、内管にビットを装着した二重管によりボーリング孔を掘削し、内管を引き抜くという二重管掘削工法の適用が考えられる。
【０００４】
しかしながら、この二重管掘削工法の場合、ゴム製逆止弁を有する注入管を外管とすることから、掘削中に外管を前後動させることができず、掘屑の排出をスムーズに行えないという難点があるだけでなく、逆止弁が破損するおそれがある。さらに二重管掘削工法は、管の継ぎ足し・切り離しが煩雑で作業性が悪いという問題もある。
【特許文献１】特開昭６１−１８６６１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この発明は上記のような技術的背景に基づいてなされたものであって、次の目的を達成するものである。
この発明の目的は、崩壊性で湧水量の多い地盤での管の設置にあたり、掘削及びその後に引き続く管の設置をスムーズに行うことができ、しかも例えばゴムスリーブのような管に付設される部材が損傷等を受けることのない管の設置工法及び削孔装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は上記課題を達成するために、次のような手段を採用している。
すなわち、この発明は、ボーリングロッドの先端部に、ビットが係合離脱自在に装着された削孔装置により地盤を掘削する工程と、
所定位置まで掘削した後、前記ビットと前記ボーリングロッドとの係合を解除する工程と、
前記ボーリングロッド内に先端が前記ビットに当接するまで、後端に前記ボーリングロッドの内周を摺動自在なピストンが設けられた管を挿入する工程と、
前記ビット及び前記管を地盤中に残置したまま、前記ピストンに流体圧を作用させながら前記ボーリングロッドを引き抜く工程と
を備えてなることを特徴とする管の設置工法にある。
【０００７】
上記工法において、前記管を挿入することにより、前記ビットと前記ボーリングロッドとの係合を解除する態様を採ることができる。また、前記ビットと前記ボーリングロッドとの係合部は第１係合部と第２係合部との２つからなり、前記ボーリングロッド内に解除部材を挿入することにより第１係合部の係合を解除し、前記ボーリングロッドを引き抜くことにより第２係合部の係合を解除する態様を採ることができる。
【０００８】
また上記工法において、前記ピストンには爪が前記管の後方を向き、前記ボーリングロッドの内周に食い込み可能な環状ラチェットが設けられているとよい。
【０００９】
また、上記工法において、前記ビットには逆止弁が組み込まれている。前記管は地盤改良用グラウトの注入管である。
【００１０】
また、この発明は、ボーリングロッドと、このボーリングロッドの先端部内周に嵌合装着されるビットとを備えた削孔装置であって、
前記ビットを前記ボーリングロッド内周に係合離脱自在に保持するクランプ機構と、
前記ボーリングロッドから前記ビットに回転トルクを伝達するトルク伝達機構とを有し、
前記ビット外周には前記ボーリングロッドの先端が係合して給進力を伝達する環状段付き部が設けられていることを特徴とする削孔装置にある。
【００１１】
より具体的には、前記ビットはビット本体と、このビット本体に先端部が固定され、後部が前記ボーリングロッドの内周に嵌合されるビットサブとからなり、
前記クランプ機構は前記ビットサブに設けられて、前記ボーリングロッドの内周に係合離脱自在なラッチ爪からなり、
前記トルク伝達機構は前記ボーリングロッドと前記ビットサブとの嵌合部に設けられている構造を採用することができる。
【００１２】
また、前記ビットは、後部に前記ボーリングロッドに嵌合される筒状部を有するビット本体と、このビット本体の前記筒状部の内周に嵌合されるビットサブとからなり、
前記クランプ機構は前記ビットサブに設けられて、前記ボーリングロッドの内周に係合離脱自在なラッチ爪と、前記ビット本体の前記筒状部の周壁に設けられた貫通孔に収容され、前記ビットサブが嵌合することにより、半径方向外方に突出して前記ボーリングロッド内周に係合する係合駒とからなり、
前記トルク伝達機構は前記係合駒からなる構造を採用することもできる。この場合、前記係合駒は外周に前方向きのテーパ面を有している構造とするとよい。また、上記各構造において、前記ビットには逆止弁が組み込まれている。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、掘削後にボーリングロッド内に管を挿入して、ビットと管を残してボーリングロッドを引き抜くという手順を取るので、崩壊性で湧水量の多い地盤での管の設置にあたり、掘削及びその後に引き続く管の設置をスムーズに行うことができ、しかも例えばゴムスリーブのような管に付設される部材が損傷等を受けることがないという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
この発明の実施形態を図面を参照しながら以下に説明する。図１及び図２は、この発明工法の実施形態を示す施工手順図である。図１（ａ）に示すように、掘削開始する地山面には前後にパッカ１ａ，１ｂを有し、中央に掘削水の排水口１ｃを有する口元装置１が設置される。まず、口元装置１に挿通されるボーリングロッド２と、その先端に装着されるビット３とからなる削孔装置によって、所定位置まで掘削する。掘削時にはボーリングロッド２の後端にウォータースイベル４が装着され、さらにこのウォータースイベル４に図示しないドリルヘッドが接続され、このドリルヘッドからボーリングロッド２に給進力と回転力とが伝達される。
【００１５】
また、掘削時には、ウォータースイベル４に掘削水が供給され、この掘削水はボーリングロッド２の内部を通ってビット３の先端から注出される。この時、前部パッカ１ａは「開」、後部パッカ１ｂは「閉」であり、掘屑を伴った掘削水はボーリングロッド２と掘削孔壁との間を通って、排水口１ｃから排出される。
【００１６】
ここで、ビット３が装着されるボーリングロッド２の先端部の詳細構造を図３を参照して説明する。同図（イ）に示すように、ボーリングロッド２は掘進に伴って順次継ぎ足される単位ロッド５と、先頭の単位ロッド５にねじ１０により接続されるロッドサブ１１とからなっている。他方、ビット３はビット本体１２と、このビット本体の外周にねじ１３により接続されるビットサブ１４とからなっている。ビット本体１２及びビットサブ１４の内部には掘削水の流路１５，１６が軸方向に沿ってそれぞれ形成されている。
【００１７】
ビットサブ１４の中間部外周には環状の段付き部１７が形成され、この段付き部１７よりも後方の部分である後部１８がロッドサブ１１の内周に嵌合されている。このビットサブ１４の後部１８とロッドサブ１１との嵌合部１９は、スプライン又は多角形部による嵌合構造となっている。ビットサブ１４の後部１８には、さらに段付き部３２が形成され、この段付き部３２よりも後方の部分に半径方向に貫通するスリット２０が形成されている。このスリット２０にクランプ機構を構成する１対のラッチ爪２２，２２が組み込まれている。これらラッチ爪２２，２２は、各一端がピン２３に枢支され、ばね２４により各他端が常時拡開するように付勢されている。ロッドサブ１１の内周には環状凹部２５が形成され、ラッチ爪２２，２２の他端は、拡開状態で環状凹部２５に係合している。
【００１８】
ビット本体１２は先端面に切削チップ２５を有し、この先端面には流路１５と連通する注出流路２６が開口している。このビット本体１２には逆止弁２７が組み込まれている。逆止弁２７は、この実施形態では、弁体としてのボール２８と、このボール２８の移動経路を規定するスリーブ２９と、環状弁座３０と、ボール２８を弁座３０に向けて付勢するばね３１とからなっている。この逆止弁２７により掘削流体が逆流することはなく、また後述する注入管３５の挿入後も、該注入管３５内に湧水が侵入することはない。
【００１９】
上記構造の削孔装置において、クランプ装置を構成するラッチ爪２２，２２がロッドサブ１１の内周に係合することにより、ビット３はボーリングロッド２に保持される。したがって、掘削中において、ボーリングロッド２を前後動させて掘屑の排出を促す動作をすることが可能である。他方、掘削トルクはビットサブ１４とロッドサブ１１との嵌合部１９を介してビット３に伝達される。給進力は、ロッドサブ１１の先端が係合する段付き部１７を介してビット３に伝達される。また、ボーリングロッド２内に供給された掘削水は、流路１６を通ってばね３１に抗して逆止弁２７を開き、流路１５及び注出流路２６を通ってビット３の先端に供給される。
【００２０】
さて、再び図１を参照して、所定位置まで掘削したら、同図（ｂ）に示すように、前部パッカ１ａを「閉」とし、この部分を除いて口元装置１の他の部分を取り外す。そして、ボーリングロッド２内にグラウトの注入管３５を挿入する。注入管３５は、図３（ロ）に示すように、その先端がビットサブ１４の段付き部３２に当接するまで挿入し、その位置まで挿入すると、ラッチ爪２２，２２が強制的に閉じられ、該ラッチ爪とロッドサブ１１との係合が解除される。この結果、ビット３及び注入管３５を残してボーリングロッド２のみの引抜きが可能となる。
【００２１】
そこで、ボーリングロッド２の引抜きを行うのであるが、注入管３５は単にボーリングロッド２の中に入っているだけであるので、また、特に湧水量の多い地盤の場合ビット３に水圧が作用することから、ボーリングロッド２に伴ってビット３及び注入管３５も掘削孔から抜け出るおそれがある。これを防止するために、図１（ｂ）に示すように、注入管３５の後端に予めピストン３６を装着しておき、さらに注入管３５の挿入が完了した後に、図１（ｃ）に示すようにボーリングロッド２の後端にウォータースイベル４を再び装着する。
【００２２】
そして、図２（ｄ）に示すように、ウォータースイベル４からボーリングロッド２内に水あるいは空気などの流体を供給し、ピストン３６に流体圧を作用させながら、すなわち注入管３５を押圧しながらボーリングロッド２を引き抜く。これにより、注入管３５がボーリングロッド２に伴って抜け出ることはない。
【００２３】
ここで、ピストン３６の詳細構造を図４を参照して説明する。ピストン３６は、ピストン本体３７と、その前面に固定された筒状カプラー３８とからなる。注入管３５の後端には継手管３９が固定され、カプラー３８は継手管３９の外周に軸受４０を介して回転自在に嵌合されている。ピストン本体３７は環状の部材であり、外周にボーリングロッド２の内周を軸方向に摺動自在なシール部材４１が設けられている。このピストン本体３７の後端には、その開口を閉鎖するキャップ４２が着脱自在に取り付けられている。
【００２４】
さて、再び図２を参照し、ボーリングロッド２を引抜いて、同図（ｅ）に示すように、ロッドサブ１１が口元装置の前部パッカ１ａ付近に達したら、このロッドサブ１１と、これに接続されている短尺の単位ロッド５を残して引き抜きを完了する（図３（ハ）も併せて参照）。
【００２５】
そして、同図（ｆ）に示すように、ウォータースイベル４を取り外し、さらに同図（ｇ）に示すようにピストン３６のキャップ４２（図４参照）を取り外し、注入管３５を通してグラウトを地山に注入する。
【００２６】
図６はグラウト注入例を示し、ソレタンシュ工法と同様にグラウト注入する場合、注入管３５に長さ方向に所定ピッチで注入孔７０を設けるとともに、注入孔７０の外周にゴムスリーブ（逆止弁）７１を被着する。グラウト注入時には図示しないダブルパッカを有する供給管を注入管３５内に挿入し、注入孔７０の両側をパッカして供給管から供給されるグラウトを注入孔７０から吐出させる。
【００２７】
図５はピストン３６の別の実施形態を示す断面図である。この実施形態では、ピストン本体３７は後部に外径が後端にかけて漸減するテーパ筒状部４３を有している。そして、このテーパ筒状部４３の外周に、前後をばね４４によって支持された環状ラチェット４５が軸方向に移動自在に嵌合されている。
【００２８】
ラチェット４５の爪４６は注入管３５の後方を向いており、したがって、ボーリングロッド２の引抜き時には爪４６はボーリングロッド２の内周に食い込むことがなく、該ボーリングロッド２を引き抜くことができる。他方、ボーリングロッド２の引抜き完了後、ウォータースイベル４を取り外したとき（図２（ｆ）の状態）、注入管３５に掘削孔から抜け出るような力Ｆが作用した場合には、爪４６は短尺ロッド５の内周に食い込もうとする。このため、注入管３５が掘削孔から抜け出るのを防止できる。このようなピストン構造は、湧水量が多く、ビット３に大きな水圧が作用する地盤での施工に有効である。
【００２９】
図７は削孔装置の別の実施形態を示す断面図である。同図（イ）に示すように、ビット３がビット本体１２とビットサブ１４とからなる点は、上記実施形態と同様である。この実施形態では、ビット本体１２の外周に環状の段付き部５０が形成され、ビット本体１２はこの段付き部５０よりも後方にロッドサブ１１の内周に嵌合される筒状部５１を有している。ビットサブ１４は、内部に掘削流体の流路１６を形成する筒状のものであり、前部にビット本体１２の筒状部５１に嵌合される小径部５２を有している。
【００３０】
ビットサブ１４には半径方向に貫通するスリット２０が形成されている。このスリット２０にクランプ機構を構成する１対のラッチ爪５３，５３が組み込まれている。各ラッチ爪５３は、２つの爪部５３ａ，５３ｂを有する略Ｌ字形のもので、その基部においてピン５４に枢支されている。１対のラッチ爪５３，５３は、ばね５５により各一方の爪部５３ａ，５３ａが互いに拡開するとともに、各他方の爪部５３ｂ，５３ｂどうしが閉じるように常時付勢されている。爪部５３ａ，５３ａは、拡開状態でロッドサブ１１の内周に形成された環状凹部２５に係合している。
【００３１】
ビット本体１２の筒状部５１の周壁には周方向に間隔を置いて複数の貫通孔５６が設けられ、この貫通孔５６には係合駒５７が収容されている。係合駒５７は、筒状部５１にビットサブ１４の小径部５２を嵌合させることにより、貫通孔５６から半径方向外方に突出して、ロッドサブ１１の内周に設けられた環状凹部５８に係合するようになっている。係合駒５７は、外周に前方向きのテーパ面５９を有している。その他、ビット３に逆止弁２７が組み込まれること等は、上記実施形態と同様であり、同一部材には同じ符号を付してある。
【００３２】
この実施形態の場合、クランプ機構は第１，第２の２つの係合部からなり、１対のラッチ爪５３，５３及び係合駒５７がそれぞれ第１，第２係合部に相当する。このクランプ機構によってビット３がボーリングロッド２に保持される。したがって、上記実施形態の場合と同様、掘削中において、ボーリングロッド２を前後動させて掘屑の排出を促す動作をすることが可能である。他方、掘削トルクは係合駒５７を介してロッドサブ１１からビット３に伝達される。給進力は、ロッドサブ１１の先端が係合する段付き部５０を介してビット３に伝達される。
【００３３】
注入管３５を設置するためには、掘削後（図１（ａ）の状態）、図７（イ）に示すように、ボーリングロッド２内に先端に突起６０を有する係合解除部材（スピアと称される）６１を挿入し、突起６０をラッチ爪５３，５３の一方の爪部５３ｂ，５３ｂに係合させ、両爪部５３ｂ，５３ｂ間を拡開させる。これにより、他方の爪部５３ａ，５３ａが互いに閉じる方向に回動し、爪部５３ａ，５３ａとロッドサブ１１との係合が解除される（第１係合部の解除）。次いで、係合解除部材６１を引き抜くと、ビットサブ１４の小径部５２がビット本体１２の筒状部５１から抜け出し、ビットサブ１４は係合解除部材６１に伴って引き抜かれる。ビットサブ１４を引き抜いた状態が図７（ロ）である。
【００３４】
次いで、図７（ハ）に示すように、ボーリングロッド２内に注入管３５を先端がビット本体１２の筒状部５１に当接するまで挿入する。そして、図１（ｃ），（ｄ）に示したように、注入管３５の後端ピストン３６に流体圧を作用させながらボーリングロッド２を引抜く。引抜き操作をすると、図７（ニ）に示すように、係合駒５７の外周はテーパ面５９を有していることから、ボーリングロッド２の引抜きによって係合駒５７がビット本体１２の筒状部５１内に押し込まれる。すなわち、係合駒５７とロッドサブ１１との係合が解除し（第２係合部の解除）、ボーリングロッド２を引き抜くことが可能となる。ボーリングロッド２の引抜き後の工程は、図１（ｅ），（ｆ），（ｇ）と全く同様である。
【００３５】
この実施形態の削孔装置を用いた工法の場合、ラッチ爪５３，５３の係合を解除する独自の工程が必要になり、前述の実施形態よりも工程数が多くなるものの、ビットサブ１４を回収できるという利点がある。また、ビット３は第１，第２の係合部をもつクランプ機構によってロッドサブ１１に保持されるので、ボーリングロッド２を前後動させてもガタつくことがないという利点もある。
【００３６】
上記実施形態は例示にすぎず、ビットの形状や、クランプ機構の構造等は種々の態様を採ることができ、この発明は上記実施形態に限定されるものではない。また、この発明はグラウト注入用の注入管のみならず、ストレーナ管など一般の管の設置工法に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】この発明工法の実施形態を示す施工手順図である。
【図２】図１に引き続く施工手順図である。
【図３】削孔装置の詳細を示す断面図である。
【図４】ピストンの詳細を示す断面図である。
【図５】ピストンの別の実施形態を示す断面図である。
【図６】注入施工の一例を示す断面図である。
【図７】削孔装置の別の実施形態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１      口元装置
１ａ    前部パッカ
１ｂ    後部パッカ
１ｃ    排水口
２      ボーリングロッド
３      ビット
４      ウォータースイベル
５      単位ロッド
１１      ロッドサブ
１２      ビット本体
１４      ビットサブ
１７      段付き部
１９      嵌合部
２０      スリット
２２      ラッチ爪
２７      逆止弁
２８      ボール
３５      注入管
３６      ピストン
３７      ピストン本体
３８      筒状カプラー
４０      軸受
４１      シール部材
４２      キャップ
４３      テーパ筒状部
４５      環状ラチェット
４６      爪
５０      段付き部
５１      筒状部
５２      小径部
５３      ラッチ爪
５６      貫通孔
５７      係合駒
５８      環状凹部
５９      テーパ面
６０      突起
６１      係合解除部材
【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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