土木学会第65回年次学術講演会(平成22年9月)

Ⅴ‑384

切削式小口径穿孔装置による長尺穿孔時の精度について
ジオスター（株）

正会員

○横尾彰彦

（株）ティ・エス・プランニング正会員

佐藤智（株）ティ・エス・プランニング

正会員

松尾久幸

中籔 朋己

（株）呉英製作所

１．はじめにコンクリート構造物に小口径の深い穴を穿孔し、その孔内空間を利用して劣化調査あるいは補修・補強を行
うための施工技術は、構造物に与える損傷を最小限にでき機動性と経済性に優れることから早期の開発が期待されている。しかしながら、小口径穿孔を長深度で施工する場合、切削工具などの要素を適切に組合せ、コストパフォーマンスに優れたシステムとして構築するには、検証すべき多くの課題が存在する。
本報告は、切削式小口径穿孔装置を用いて長辺が 5.4m のコンクリート試験体を貫通したときの作業状況、精度ならびに今後の課題について報告する。

試験体

２．実験概要形状寸法
縦（長辺）：5.40m
横（短辺）：1.80m
高さ：1.50m

2.1 穿孔装置
実験に用いた穿孔装置と試験体概要を図-１に示す。穿孔装置は、切削工具（ビットおよびロッド）、穿孔治具（バキュームパッド、スライド式アーム、駆動機械保コンクリート仕様
中庸熱セメント
呼び強度：27スランプ：12cm
Gmax：20mm

持治具および駆動機械本体）ならびに切削水循環装置を組合せたものである。
穿孔装置の仕様を表-１に示す。
2.2 穿孔手順

図－1

穿孔の手順は、初めに、

表－1 穿孔装置の仕様

バキュームパッドを穿孔位置上方に仮固定し、アームビット切削工具ロッド（支柱）を連結する。次に、駆動機械端部に取付けた芯出し棒（ガイドピン）を墨出し位置に合わせる。微調

穿孔治具

整して位置確認ができたら、駆動機械を後方にスライド穿孔装置と試験体概要

水循環装置

φ9.0mm

21.8mm

φ15.5mm

24.0mm

φ8.7 ㎜

200mm

φ15.0 ㎜

200mm
300×200 ㎜
846mm

粉末冶金製
高強度鋼
焼入れチッ化処理
バキュームポンプ
スライド式アーム固定
駆動体のスライド：手動

バキュームパッド

鋼製

スライド式アーム

鋼製

駆動機械保持治具

鋼製

駆動機械本体

市販電気ドリル

100V

回転数：8500 回転/分

切削クズ分離方式

呉英製作所製

100V

容量：5～15 リットル

給水機構装備させ、ブッシュ（ロッドを保持し回転方法の力に対してフリーな金具）を格納する芯出しプレートをバキュームパッドの下端に取付ける。アームの水平度を水準器で、穿孔方向に対する平行度（コンクリート面に対しては鉛直度）を基準線からの下げふり２点でそれぞれ確認した後、芯出し棒に換えて、ブッシュの中空部を通してネジ連結したビットとロッドを機械端部に固定する。交換終了後、推進レバーを手動で回転させ、駆動機械の無付加時電流値に対し電流計の針が＋2～4 アンペアの範囲に収まるスピードで、ロッド１本分の長さ 200mm を穿孔する。速度の管理は電流計に目印を付けて目視観察にて行い、200mm の穿孔が終了した後、駆動機械を後方にスライドさせロッド間のネジ連結を解放して新たなロッドを追加連結する。以上の作業を繰返して 5.4m を穿孔した。
キーワード

穿孔装置，小口径，長尺，精度，ビット

連絡先〒355-0001

埼玉県東松山市岡字膳棚 1871

ジオスター（株）技術研究所‑767‑

ＴＥＬ0493-36-1133

土木学会第65回年次学術講演会(平成22年9月)

Ⅴ‑384

50

３．実験結果および考察
図-2 は、コンクリート試験体の長辺側（5.4m）を貫通させた貫通孔のズレ量は全てが 40mm 以内で、その半数は 20mm以内であった。各ビット径における中心位置のズレ量は、平均値、標準偏差ともに有意差のないことが判った。以上のこ鉛直方向のずれ（mm）反映してプロットしたものである。これによれば、5.4m の標準偏差8.88㎜
標準偏差8.31㎜

20100-10-20とから、5.4m を貫通させた時の中心位置の平均ズレ量は-3020mm 程度で、平均ズレ率が 0.37%（20/5400=1/270）に収-40

まる本装置は、優れた穿孔精度を備えるものと考えられる。

-50

穿孔数：各10点

図-3は、マスコンクリートの長辺側（5.4m）を貫通するのに-50 -40 -30 -20 -10 0
10 20
水平方向のずれ（mm）要した加算穿孔時間（ロッドの連結に要した時間は除く）を、ビ図－2180間と標準偏差を示す。孔内部の切削面はいずれも滑らかで、切削160クズなどが孔内に残るような状況は観察されなかった。また、位140

置出し、水平・鉛直度の確認ならびにロッド連結に要した作業時間は、50分程度であった。今後は、φ15.5mmのバラツキが大きくなった要因の分析と小さくする対策が必要と思われる。
図-4は、電気ドリルの駆動モーター表面温度の推移を、深さ（距加算穿孔時間 （分）ット径ごとに示すものである。図中には各ビット径の平均穿孔時

表面温度は、25℃前後の開始から深さ2.7m までの範囲において、上に凸の形状で徐々に上昇して40℃となった。その後、穿孔終200180① コンクリート試験体の長辺側（5.4m）を貫通させた時の平均ズレ量は、穿孔径による有意差は検出できなかった。また、穿孔駆動モーター表面温度（℃）

は68℃となった。表面温度の上昇過程はドリル径と深度によっ

本試験の結果から、以下の知見を得ることができた。

2図－390４．まとめ

φ15.5 mm
φ9.0 mm60に至り、貫通深さ5.4mまでほぼ直線の関係で上昇して終了時に用しているものと思われる。

φ9.0㎜ ：平均39.3分 標準偏差5.1分
φ15.5㎜ ：平均108.3分 標準偏差21.7分

80100が見られないことから、駆動モーターには想定を超える負荷が作

50

100

2.7mまでの範囲において上に凸の形状で徐々に増加し60℃前後

穿孔において、距離の増加に伴い表面温度は上昇し安定する兆候

40

穿孔精度

120了時までは、ほぼ一定の温度であった。一方、φ15.5mmではて若干の違いが見られた。すなわち、φ15.5mmの3.0m以降の3040離）ごとに示すものである。φ9.0mmの場合、駆動モーターの精度は、平均ズレ率で0.37%（1/270）前後である。

φ15.5㎜
φ9.0㎜
中心30時の穿孔開始点（原点とする）に対する穿孔到達点（解放端）の中心位置について、そのズレ量を穿孔径実寸法の大きさを

φ9.0㎜ ：平均20.9㎜
φ15.5㎜ ：平均18.8㎜

40345678ビットの種類と番号

910ビットの種類と穿孔時間（5.4m）

φ15.5㎜

7060504030
φ9.0㎜

201000900

図－41800 2700 3600
穿孔深さ（mm）

4500

5400

駆動モーターの表面温度② コンクリート試験体の長辺側（5.4m）の加算穿孔時間は、φ9.0mmで40分前後、φ15.5mmでは90分～160分である。今後は、バラツキが大きかったφ15.5mmビットの形状と耐久性の見直しが必要である。
③ 駆動モーターに大きな負荷が作用するφ15.5mmの穿孔を連続して行うには、ビット径に適した駆動モーターの選定あるいは冷却方法の検討を必要とする。さらに、コストパフォーマンスに優れた小口径穿孔システムとして構築するには、穿孔面に対するアームの鉛直性を簡易に確認する方法、ビットとロッドの最適バランス（長さ、質量ならびに隙間）の探求など改善課題のあることも判明した。

‑768‑