(57)【要約】 【課題】トンネル工事などの地盤穿孔機には、球又は半球面をコイルバネにより弁座に押し付ける逆止弁が用いられるが、コイルバネや弁座が回転及び打撃による衝撃を繰り返し受けるとともに、掘削した土砂を含有した汚水がコイルバネや弁座などに流れ込み、短時間で損耗したり、止水が不完全になったり、故障が頻発し、寿命も短い。【解決手段】高圧水供給路を内部に設けたトンネルロッドを高圧水供給路を内部に設けたビット本体に繋いで、ビット先端部分に設けた噴出孔から高圧水を噴出しながらビットを回転及び打撃運動させながら地盤を掘削する穿孔機において、ビット本体内部に、又はビット本体とトンネルロッドを繋ぐジョイント部材内部に、円筒状のキャビティを設け、該キャビティに、高圧水をビット本体側に流出させるとともに、ビット本体側からの地下水の逆流を阻止するゴムチューブを弁とする装填式逆止弁を内蔵させたことを特徴とする地盤穿孔機。【選択図】  図１
2007070912.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧水供給路を内部に設けたトンネルロッドを高圧水供給路を内部に設けたビット本体に
繋いで、ビット先端部分に設けた噴出孔から高圧水を噴出しながらビットを回転及び打撃
運動させながら地盤を掘削する穿孔機において、ビット本体内部に、又はビット本体とト
ンネルロッドを繋ぐジョイント部材内部に、円筒状のキャビティを設け、該キャビティに
、高圧水をビット本体側に流出させるとともに、ビット本体側からの地下水の逆流を阻止
するゴムチューブを弁とする装填式逆止弁を内蔵させたことを特徴とする地盤穿孔機。
【請求項２】
両端にフランジ状部をそれぞれ設けた管状部材の中央付近を隔壁で遮り、該隔壁を挟んで
両側の位置の該管状部材の管壁にそれぞれ少なくとも１個の孔を設け、トンネルロッド側
の孔を高圧水流出孔、ビット本体側の孔を高圧水流入孔とし、高圧水流出孔は該管状部材
の外側にゴムの弾力を利用して密着させたゴムチューブで覆うことにより逆止弁本体を構
成し、ビット本体又はジョイント部材にトンネルロッドを繋ぐために設けたネジ部に、ト
ンネルロッドをネジ込むことにより、両フランジ状部の面に当接した弾力性パッキンを介
して該逆止弁本体を弾力的に押圧した状態で該円筒状のキャビティに内蔵させたことを特
徴とする請求項１記載の地盤穿孔機。
【請求項３】
両フランジ状部の面に当接した弾力性パッキンの少なくとも一つは長さ５〜３０ｍｍの円
筒状ウレタン樹脂製であることを特徴とする請求項２記載の地盤穿孔機。
【請求項４】
両端にフランジ状部をそれぞれ設けた管状部材の中央付近を隔壁で遮り、該隔壁を挟んで
両側の位置の該管状部材の管壁にそれぞれ少なくとも１個の孔を設け、トンネルロッド側
の孔を高圧水流出孔、ビット本体側の孔を高圧水流入孔とし、高圧水流出孔は該管状部材
の外側にゴムの弾力を利用して密着させたゴムチューブで覆ったことを特徴とする請求項
１〜３のいずれかに記載の地盤穿孔機に用いる逆止弁本体の構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、掘削用ビットによる地盤の穿孔作業中にビット部分に設けた噴出孔から高圧
水を噴出する穿孔機、特にトンネル掘削工事において、地山の地盤固めのための薬液注入
孔の掘削に使用する穿孔機において、トンネルロッド内の高圧水供給路に装填式逆止弁本
体を内蔵した地盤穿孔機に関する。
【背景技術】
【０００２】
水路、電力路、歩道、車道等のトンネルの構築において軟弱地盤、硬軟互層地盤の掘削
の補助工法として、地盤硬化剤の注入等の地盤改良を施工する必要がある。この場合、先
ず掘削装置で地盤に孔を穿設し、その後、穿設された孔に硬化剤等を注入する。この種の
穿孔に用いられる穿孔機は、超硬合金チップを固定した先端ビットを回転及び打撃運動さ
せて地盤を破砕すると同時に先端部の開孔から高圧水を噴出して、穿孔された孔の外へ土
砂の削り繰り粉を高圧水流で排出するようにしている。
【０００３】
図６に、トンネル掘削工事における地山の地盤固めのための薬液注入孔の掘削方法の概
念図を示す。図６に示すように、先端に掘削ビット３１を設けた中空のトンネルロッド３
２を用いた穿孔機をトンネルＡ内に設置し、駆動源３３により掘削ビット３１に回転と打
撃を与えて、薬液注入孔３４を地山Ｂ内に掘削する。中空のトンネルロッド３２の内部の
高圧水噴出路（図示せず）に繰り粉排出のための高圧水Ｃを送る。掘削中は繰り粉と水は
中空トンネルロッド３２の外周面と掘削した薬液注入孔３４の孔壁との隙間からトンネル
Ａ内に流れ出すので、流出口は圧空式ゴム３５でトンネルロッド３２をシールし、トンネ
ルＡ内への水の漏れを防止する。
【０００４】
このような穿孔作業では、通常、１本が１．５メートル〜４．５メートル程度の長さの
トンネルロッド３２を数本つなぎながら掘削する。したがって、掘削後一時停止し、次の
トンネルロッドを繋ぐ。これを数回繰り返す。この際、地山Ｂからの地下水がトンネルロ
ッド３２内を通って逆流しないようにする必要がある。また、工事停止時にも、地下水が
トンネルロッド３２内を通って流出しないようにする必要がある。このため、逆止弁付き
穿孔機が種々工夫されている（例えば、特許文献１〜６）。
【０００５】
【特許文献１】実開平５−３０２９２号公報
【特許文献２】特開平９−２５７８０号公報
【特許文献３】特開平１１−１５９２７１号公報
【特許文献４】特開２００１−１５２７７４号公報
【特許文献５】特開２００５−９２７１号公報
【特許文献６】特開２００２−３８８８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
地盤の掘削、特にトンネル掘削における地山の穿孔作業では、地山から地下水をトンネ
ル内に流出させないようにすることにより、自然環境をそのままの姿で保護することが必
要である。すなわち、敷設するトンネル上部にある小川などの流水を枯渇させることなく
、また地下水の水位を下げないようにする必要がある。
【０００７】
トンネル内での地盤硬化剤の注入用孔の掘削工事は、狭い場所で行われるため、トンネ
ルロッドの長さは１メートルから４．５メートルなどいろんな長さのトンネルロッドが使
われる。１本のトンネルロッド分の掘削が進行したら掘削を停止し、トンネルロッドの後
端部に設けたネジ部を取り外し、そこに、次のトンネルロッドの先端部をねじ込んで取り
付け、さらに掘進してゆく。このネジ部の取り外し、取り付けの際に、トンネルロッド内
から地下水が逆流しないようにする必要がある。このため、高圧水噴出路に逆止弁を設け
ることが必要になる。
【０００８】
一般には、前記特許文献１〜４に示されるように、球又は半球面をコイルバネにより弁
座に押し付ける逆止弁が用いられるが、この場合、コイルバネや弁座がビットの回転及び
打撃による衝撃を繰り返し受けるとともに、掘削した土砂を含有した汚水がコイルバネや
弁座などに流れ込み、その間に土砂が挟まり、気密性が悪くなったり、コイルバネや弁座
が短時間で損耗したりして、止水が不完全になったり、故障が頻発し、寿命も短い。よっ
て、ビットの回転及び打撃によるトンネル工事での孔明けなどダイナミックな工事場面に
適用するには、地下水の逆止弁の構造は、完全な止水が長時間可能で、衝撃に耐える構造
、性能を備えることが求められる。また、バネと弁座の場合、瞬時に止水しにくいという
問題もある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、ビット本体内部の円筒状キャビティに、又は、ビット本体は通常のビットと
し、ビット本体とトンネルロッドを連結するジョイント部材内部の円筒状キャビティに、
地下水の逆止弁としてゴムチューブを用いた構造の装填式逆止弁本体を内蔵させることに
よって、上記の課題を解決した。
【００１０】
すなわち、本発明は、（１）高圧水供給路を内部に設けたトンネルロッドを高圧水供給
路を内部に設けたビット本体に繋いで、ビット先端部分に設けた噴出孔から高圧水を噴出
しながらビットを回転及び打撃運動させながら地盤を掘削する穿孔機において、ビット本
体内部に、又はビット本体とトンネルロッドを繋ぐジョイント部材内部に、円筒状のキャ
ビティを設け、該キャビティに、高圧水をビット本体側に流出させるとともに、ビット本
体側からの地下水の逆流を阻止するゴムチューブを弁とする装填式逆止弁を内蔵させた
ことを特徴とする地盤穿孔機、である。
【００１１】
また、本発明は、（２）両端にフランジ状部をそれぞれ設けた管状部材の中央付近を隔
壁で遮り、該隔壁を挟んで両側の位置の該管状部材の管壁にそれぞれ少なくとも１個の孔
を設け、トンネルロッド側の孔を高圧水流出孔、ビット本体側の孔を高圧水流入孔とし、
高圧水流出孔は該管状部材の外側にゴムの弾力を利用して密着させたゴムチューブで覆う
ことにより逆止弁本体を構成し、ビット本体又はジョイント部材にトンネルロッドを繋ぐ
ために設けたネジ部に、トンネルロッドをネジ込むことにより、両フランジ状部の面に当
接した弾力性パッキンを介して該逆止弁本体を弾力的に押圧した状態で該円筒状のキャビ
ティに内蔵させたことを特徴とする上記（１）の地盤穿孔機、である。
【００１２】
また、本発明は、（３）両フランジ状部の面に当接した弾力性パッキンの少なくとも一
つは長さ５〜３０ｍｍの円筒状ウレタン樹脂製であることを特徴とする上記（２）の地盤
穿孔機、である。
【００１３】
また、本発明は、（４）両端にフランジ状部をそれぞれ設けた管状部材の中央付近を隔
壁で遮り、該隔壁を挟んで両側の位置の該管状部材の管壁にそれぞれ少なくとも１個の孔
を設け、トンネルロッド側の孔を高圧水流出孔、ビット本体側の孔を高圧水流入孔とし、
高圧水流出孔は該管状部材の外側にゴムの弾力を利用して密着させたゴムチューブで覆っ
たことを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかの地盤穿孔機に用いる逆止弁本体の構
造、である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の地盤穿孔機に用いる地下水の逆止弁本体の構造は、パッキンを介して逆止弁本
体を弾力的に押圧した状態で円筒状のキャビティに内蔵させた、組み立て、補修、交換が
容易な装填式でありながら、逆止弁本体に伝達される衝撃に耐える構造、性能を備え、土
砂含みの汚水であっても、損傷や逆止弁機能の低下などの問題は全く起こらない。弁機構
がゴムであるために、止水作動は極めてスピーデイに行われる。したがって、土砂含みの
地下水がトンネルロッド内に逆流してくることはない。ゴムチューブ自体は安価であり、
ゴムチューブが損耗した場合も交換が容易で非常に安価に済む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１に、本発明の装填式逆止弁本体をビット本体内部に装填した地盤穿孔機の実施形態
を示す。図２に、図１に示した逆止弁付きビット本体を中空トンネルロッドに結合した実
施形態を示す。
【００１６】
図２に示すように、ビット本体１の超硬チップ４を設けた面と反対側の端部（後端）に
は雌ネジ６Ａを設け、トンネルロッド３の先端部に設けた雄ネジ６Ｂ（ゆるやかな左ネジ
が一般的）をねじ込んで繋ぐ。トンネルロッド３の後端部には、次のトンネルロッドと繋
ぐための雌ネジ７Ａを設ける。トンネルロッド３の中心部には、高圧水供給路１０を設け
る。トンネルロッド３の後端部は穿孔機の動力源（図示せず）に連結し、回転と打撃が動
力源からトンネルロッド３を介してビット本体１に伝えられる。この穿孔機の駆動機構は
通常使用されるものと同じでよく、詳細な記載は省略する。
【００１７】
トンネルロッド３内部の高圧水供給路１０とビット本体１内部の高圧水供給路１０との
中間部の円筒状キャビティに、高圧水をビット本体１内部側に流出させるとともに、ビッ
ト本体1内部側からの地下水の逆流を阻止する弁としてゴムチューブを用いた逆止弁本体
を装填する。
【００１８】
図３は、本体の一実施形態を示す断面図である。図３に示すように、ビット本体１内部
の円筒状キャビティに装填される逆止弁本体２は、両端にフランジ状部２１Ａ，２１Ｂを
設けた短い管状部材２２からなる。管状部材としては、強度の大きい材料が好ましく、金
属材料、特に炭素鋼や繰り返し使用に適する耐食性と耐摩耗性に優れたステンレス鋼が望
ましい。
【００１９】
管状部材２２の中心軸線は、トンネルロッド３内部の高圧水供給路１０の中心軸線と一
致するようにする。フランジ状部２１Ａ，２１Ｂは、ビット本体１内に装填できるように
、ビット本体１内の円筒状のキャビティの内径よりやや小さい外径を有する。ビット本体
１内部のキャビティの内壁面と逆止弁本体２のフランジ状部２１Ａ，２１Ｂとの間隔は、
逆止弁本体２を該キャビティに装填したときに中心線がズレないように０．５ｍｍ程度以
下とすることが好ましい。なお、キャビテイの内壁面と管状部材２２との間隙の流路断面
積は、高圧水供給水路の流路断断面積以上にとることが好ましい。
【００２０】
図３において、管状部材２２の隔壁１６より下側の位置に高圧水流出孔１１を設ける。
高圧水流出孔１１の中心線方向は図示のように高圧水供給路１０の軸方向と直交する方向
でもよいが、高圧水の噴射圧によりゴムチューブに孔が開くのを避けるためには、図３に
おいて、直交する方向から１５〜４５度程度上方へ傾斜を付けた方が好ましい。孔の形状
は円孔に限らず長孔でもよい。図３において、管状部材２２の隔壁１６より上側の位置に
高圧水流出孔１１から流出した水が流入する高圧水流入孔１３を設ける。高圧水流入孔１
３の数や径は高圧水流出孔１１と同じにすればよい。管状部材２２は、隔壁１６を中心と
して、図３において、上下対称の構造としてもよい。
【００２１】
高圧水流出孔１１、高圧水流入孔１３はそれぞれ１個設ければ機能するが、その場合は
、高圧水供給路１０の直径と同程度の径の高圧水流出孔１１が１箇所に設けられるだけな
ので噴出圧のバランスが悪くなるので、高圧水供給路１０の軸線方向と直交方向に管状部
材２２の管壁の円周上に２個以上を等間隔に設けることが好ましい。
【００２２】
高圧水供給路１０における圧力変動を避けるために、高圧水流出孔１１の流路断面積の
合計はトンネルロッド３の内部の高圧水供給路１０やヘッド５内部の高圧水供給路１０の
流路断面積に等しくなるように作ることが望ましい。高圧水流入孔１３の流路断面積の合
計も高圧水供給路１０の流路断面積に等しくなるように作ることが望ましい。通常、中空
トンネルロッド３内の高圧水供給路１０の径は１０〜２０ｍｍФ程度である。      
【００２３】
高圧水流出孔１１の位置に密着するように管状部材２２の外側にゴムチューブ２３をゴ
ムの弾力を利用して装着する。このためには、管状部材２２の外径よりも小さな内径を有
するゴムチューブ２３をその弾力を利用してフランジ状部２１Ａ又は２１Ｂを通るように
強く拡径して装着する。ゴムチューブ２３の装着後、ゴムチューブ２３のフランジ状部２
１Ｂ側の端部を銅線などのゴムチューブ固定具２４で管状部材２２に締め付けて固定する
。    
【００２４】
ゴムチューブ２３の材料は、十分な弾力性を有する天然ゴムが好ましいが、シリコーン
ゴム、フッ素ゴムなどの合成ゴムなどでもよい。管状部材２２の大きさに応じて、高圧水
流入孔１３はゴムチューブ２３により覆われないように、ゴムチューブ２３の長さ、高圧
水流入孔１３の位置を調節する。
【００２５】
装填式逆止弁本体の一具体例を以下に示す。長さ７７ｍｍ、径３４ｍｍの鋼材の外周を
切削加工して幅５ｍｍのフランジ状部を形成し、内側は、その中央付近に隔壁を残すよう
に孔開け加工した。管状部材の内径は１４ｍｍ、外径は２２ｍｍとした。隔壁を挟んで両
側の位置の管壁に径５ｍｍの孔を設け、トンネルロッド側の孔を高圧水流出孔、ビット本
体側の孔を高圧水流入孔とした。ゴムチューブの材料としては、厚さ１ｍｍ、内径１６ｍ
ｍ、長さ４５ｍｍの天然ゴムを用いた。
【００２６】
掘削時は、動力源によりトンネルロッド３を介してビット本体１に回転及び打撃が与え
られ、これによりビット先端の超硬チップ４付きヘッド５で掘削してゆく。この際、トン
ネルロッド３内部の高圧水供給路１０に、高圧水が送られて逆止弁本体２の入口に到る。
高圧水の供給機構自体は、通常使用されるものと同じでよく、詳細な記載は省略する。  
【００２７】
高圧水供給路１０から逆止弁本体２内に流入した高圧水は、高圧水流出孔１１より管状
部材２２の外側の円筒状キャビティの内壁面との隙間へ噴出する。このとき、ゴムチュー
ブ２３は噴射した高圧水の水圧により押し広げられ、水の通路がビット本体１の円筒状キ
ャビティの内壁面と管状部材２２の外壁面との隙間に確保される。高圧水流出孔１１から
噴出した高圧水は、高圧水流出孔１１と同様に配置された高圧水流入孔１３を通って管状
部材２２内に流入し、ビット本体１のヘッド５内部の高圧水供給路１０へ流れる。
【００２８】
逆止弁本体２内を通過した高圧水は、ヘッド５内部の高圧水供給路１０を通ってビット
本体１の先端の高圧水噴出孔８より勢いよく噴出する。そして、超硬チップ４により削ら
れた土砂の削り繰り粉とともにヘッド５の先端部周縁に設けた土砂の削り繰り粉の抜け溝
９へ流入し、さらに、掘削された孔の内壁とトンネルロッド３の外周面との間の隙間を流
れてトンネル側に排出される。
【００２９】
このようにして、連結されたトンネルロッド一本分の掘削を完了した時点で、掘削を一
時停止し、雌ネジ７Ａ部を駆動源から外し、次のトンネルロッドを雌ネジ７Ａ部にねじ込
んで連結するわけであるが、この時は、ゴムチューブ２３はゴムの弾力によって縮まって
管状部材２２に密着して地下水の逆流はゴムチューブ２３により阻止されるので、高圧水
供給路１０への地下水の逆流は全く起こらない。
【００３０】
掘削開始前に、逆止弁本体２をビット本体１内の円筒状キャビティに装填する。この際
に、図４に示すように、逆止弁本体２の先端側と後端側のフランジ状部２１Ａ，２１Ｂの
面に弾力性パッキン１４と１５をそれぞれ当接させて、ビット本体１の円筒状キャビティ
の開口側から逆止弁本体２を装填する。弾力性パッキン１４と１５の少なくとも一つは、
耐衝撃性とシール性を確保するために、適度の柔らかさと長さ、好ましくは５〜３０ｍｍ
程度の長さを有する円筒状ウレタン樹脂を用いることが好ましい。耐衝撃性は弾力性パッ
キン１４と１５の片側で具備しておればよく、片側は少なくともシール性があればよい。
キャビテイの長さを不必要に長くすると工具費高くなるので、片側は通常の薄いシール用
ゴムパッキンでよい。
【００３１】
次に、トンネルロッド３の雄ネジ６Ｂをビット本体１の雌ネジ６Ａへねじ込み、介在す
る弾力性パッキン１４、１５の弾力を利用して逆止弁本体２を固定する。逆止弁本体２の
長さと２個の弾力性パッキン１４，１５の厚みを合わせた合計長及びキャビティの長さと
雄ネジ６Ｂの長さは、このように雄ネジ６Ｂをねじ込んだときに逆止弁本体２を所望の圧
力で弾性的にキャビティに押圧して固定できるように設計する必要がある。弾力性パッキ
ン１４、１５は、逆止弁本体２を固定するとともに、高圧水に対するシールとビットの回
転及び打撃の衝撃をクッションの作用により緩和し、ビット本体１内のキャビティに内蔵
した逆止弁本体２が破壊するのを防止する。
【００３２】
図５は、上記の逆止弁本体２をジョイント部材２５のキャビティに内蔵した実施形態を
示す。この実施形態は、２本のトンネルロッド３を繋ぐジョイント部材２５の内部に逆止
弁本体２を内蔵させた構造である。図２に示すトンネルロッド３の後端の雌ネジ部７Ａに
ねじ込むことができるように、図１に示すビット本体１のヘッド５に当る部分に代えてネ
ジ部１７を設けて、その内部に高圧水供給路１０を設けている。このジョイント部材２５
を使用する場合は、ビット自体は逆止弁を設けていない通常のビットを用い、これにジョ
イント部材２５を繋ぐことで、逆止弁つきビットと同様の地下水の逆流防止性能を発揮で
きる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明の地盤穿孔機に使用する装填式逆止弁本体は、簡単な構造で製作費が安価であり
、これをビット本体内部のキャビティ又はジョイント部材内部のキャビティに装填して使
用した場合、逆止弁本体の耐久性が大きく、長期間の繰り返し使用によっても地下水の逆
流防止効果が発揮でき、穿孔作業効率を大幅に向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の装填式逆止弁本体をビット本体内部のキャビティに装填した地盤穿孔機の実施形態を示すビットの先端平面図（ａ）と断面図（ｂ）。
【図２】図１に示した逆止弁付きビット本体を中空トンネルロッドに結合した実施形態を示す断面図。
【図３】本発明の地盤穿孔機に使用する装填式逆止弁本体の構造の一実施形態を示す断面図。
【図４】本発明の地盤の穿孔機に使用する装填式逆止弁本体と弾力性パッキンの組み合わせを示す概念斜視図。
【図５】本発明の装填式逆止弁本体をジョイント部材内部のキャビティに装填した地盤穿孔機の実施形態を示す断面図。
【図６】トンネル掘削工事における地山の地盤固めのための薬液注入孔を形成するための地盤掘削方法の概念図。
【符号の説明】
【００３５】
１  ビット本体
２  逆止弁本体
３  トンネルロッド
４  超硬チップ
５  ヘッド
６Ａ  雌ネジ
６Ｂ  雄ネジ
７Ａ  雌ネジ
８  高圧水噴出孔
９  土砂の削り繰り粉の抜け溝
１０  高圧水供給路
１１  高圧水流出孔
１３  高圧水流入孔
１４  弾力性パッキン
１５  弾力性パッキン
１６  隔壁
１７  ネジ部
２１Ａ  フランジ状部
２１Ｂ  フランジ状部
２２  管状部材
２３  ゴムチューブ
２４  ゴムチューブ固定具
２５  ジョイント部材
Ａ  トンネル
Ｂ  地山
Ｃ  高圧水
３１  掘削ビット
３２  トンネルロッド
３３  駆動源
３４  薬液注入孔
３５  圧空式ゴム
【図１】
2007070912.tif 000003
【図２】
2007070912.tif 000004
【図３】
2007070912.tif 000005
【図４】
2007070912.tif 000006
【図５】
2007070912.tif 000007
【図６】
2007070912.tif 000008