JP3718824B2 - 穿孔装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は孔壁の崩落を防止しながら穿孔する穿孔装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＮＡＴＭ工法における地山補強工法として、切羽前方の地山に長尺の管体を貫入させて地山を補強する工法が知られている。この工法の採用にあたっては、穿孔時に管体を挿入し、穿孔終了後に穿孔具を回収する必要性から、拡縮自在のビットを備えた穿孔装置が用いられる。この種の穿孔装置は、削岩機本体に接続される削孔ロッドと、削孔ロッドの先端に取り付けられる穿孔ビットと、穿孔ビットの後方に拡縮自在に設けられるウィングビットを備えていて、管体を外装して穿孔する際、ウィングビットが管体の外径まで拡径し、装置を回収する際はウィングビットが管体を内挿可能な径まで縮径する構造になっている。
【０００３】
前記した従来の穿孔装置には次のような問題点がある。
＜イ＞ ウィングビットの拡縮機構が複雑で高価であるだけでなく打撃力を受けて拡縮機構が故障し易い。
穿孔時の衝撃によりウィングビットの拡縮機構が損傷し、穿孔装置の円滑な抜き取りができない場合がある。
＜ロ＞ ウィングビットの拡縮機構が複雑であるため孔壁との間に削土の排出空間を十分に確保することが困難で削土の排出性が悪い。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は回転運動と打撃運動の伝達性の向上が図れ、しかも切削屑による影響を回避して正確に作動する穿孔装置を提供することにある。
【０００５】
【問題点を解決するための手段】
本発明は、削孔ロッドの先端に接続し、周面に軸方向に沿って傾斜する複数の軸溝を設けた中間ロッドと、中間ロッドの先端に接続した先端ビットと、中間ロッドに回転不能でかつ軸方向に摺動可能に外装した摺動筒と、前記摺動筒に一体に形成し、先端ビットの後方で先端ビットより大径の掘削径を有する中間ビットと、摺動筒を貫挿して中間ロッドの軸溝に摺動自在に嵌合し、中間ビットの後方で中間ビットより大径の掘削径を有する拡縮ビットとを備えた穿孔装置において、中間ロッドと摺動筒の各周面に、相互に嵌合して軸方向の摺動を許容する複数の突条と係合溝を形成すると共に、中間ロッドの環状鍔と摺動筒の端面に、相互に嵌合して中間ロッドの回転運動を摺動筒に伝達する複数の突起体と切欠を夫々形成したことを特徴とする、穿孔装置である。
さらに本発明は前記傾斜溝の底面に清掃溝を形成すると共に、中間ロッド内部の軸路を前記清掃溝に連通させ、傾斜溝内に常時清掃用の流体を吐出可能に構成したことを特徴とする、穿孔装置である。さらに本発明は、中間ロッドの後部にセンタリング機能と排土機能を有するウィングを形成したことを特徴とする、穿孔装置である。
【０００６】
【発明の実施の形態１】
以下図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
【０００７】
＜イ＞全体の説明
図１〜５に穿孔装置１０の一例を示す。
図１において図中符号２０は穿孔装置１０と共に地中に貫挿する管体で、鋼管や樹脂パイプ、有孔管等の管体である。
穿孔装置１０の尾端には中空の削孔ロッド１１が接続していて、さらに削孔ロッド１１が図示しないボーリングマシンに接続していて、穿孔装置１０に回転力と打撃力を付与できるようになっている。
【０００８】
＜ロ＞穿孔装置
穿孔装置１０は先端ビット１２と、先端ビット１２の後方に位置する中間ビット１３と、中間ビット１３の後方で拡縮自在に配置された拡縮ビット１４とを具備している。
これらは図２に示すように先端ビット１２、中間ビット１３、拡縮ビット１４の順に穿孔径が段階的に大きく設定されている。
先端ビット１２と中間ビット１３の穿孔径は管体２０の内径以下に設定されていて、また拡縮ビット１４の穿孔径は管体２０の外径とほぼ等しい最大径から、管体２０の内径以下の最小径の範囲で拡縮するように設定されている。
図１に示す先端ビット１２はクロスビット等の公知のビットで、穿孔地盤に応じて適宜選択して使用される。
先端ビット１２は軸路３１を有する中間ロッド３０の一端にストッパリング１６を介して螺着され、中間ロッド３０の他端に螺着した削孔ロッド１１の運動（回転と打撃）が先端ビット１２へ伝達される。
またこれらの削孔ロッド１１，中間ロッド３０には連続した軸路１５，３１が形成されていて、削孔ロッド１１のボーリングマシン側から供給した水やエア等を先端ビット１２の放出路１７から吐出できるようになっている。
【０００９】
＜ハ＞摺動筒
図３は穿孔装置１０の組立図を示すもので、中間ロッド３０に摺動筒４０が摺動自在に外装されていて、中間ロッド３０の外周面に突設した環状鍔３２が摺動筒４０の穿孔方向と反対方向の戻り位置を規制している。
摺動筒４０は穿孔方向の端面に複数の中間ビット１３を形成していて、さらに摺動筒３０の途上に円周方向に沿って拡縮ビット挿通用の複数の窓穴４１が開設されている。
また中間ビット１３や窓穴４１の形成位置を除いた摺動筒４０の内・外周面に、軸線方向に沿って複数の係合溝４３と排出溝４２とが夫々形成されていると共に、排出溝４２の形成位置を除いた摺動筒４０の基端側の端部に、複数の切欠４４が形成されている。
【００１０】
＜ニ＞中間ロッド
図１、３に示すように中間ロッド３０の外周面の途中に大径の環状鍔３２が形成されている。
中間ロッド３０の環状鍔３２より先端ビット１２側の外周面には、軸線に沿って複数の傾斜溝３４が穿設されていると共に、傾斜溝３４の間に前記摺動筒４０の係合溝４３と対応する位置に複数の突条３８が形成されている。
摺動筒４０と当接する環状鍔３２の側面には、前記摺動筒４０の切欠４４と対応する位置に複数の突起体３９が形成されている。（図５参照）
各傾斜溝３４はブロック形の拡縮ビット１４を収容するたの溝で、環状鍔３２から先端ビット１２へ向けて徐々に深さを増すように一定の勾配が付与されている。さらに各傾斜溝３４の底面には、傾斜溝３４に沿って連続した清掃溝３５が凹設されていると共に、各排除溝３５の上流部と軸路３１の間が接続孔３６を通じて連通していて、軸路３１内の水やエア等の一部を分岐させて傾斜溝３４の全体へ供給できるようになっている。これは、切削屑等が傾斜溝３４内に進入するのを防止し、拡縮ビット１４を円滑に摺動させるためである。
また中間ロッド３０の環状鍔３２の後方外周面には、複数の螺旋状のウィング３７が突設されている。ウィング３７は管体２０に対する中間ロッド３０のセンタリング作用と、スライムを含む切削屑の排出作用を併有する部材で、その突出長は管体２０の内径とほぼ等しい寸法に設定されている。尚、ウィング３７を省略する場合もある。
また中間ロッド３０の環状鍔３２の外周面には、軸線方向に沿って連続した排出溝３３が凹設されていて、前記排出溝４２と協働して掘削屑を基端側へ排出できるようになっている。
【００１１】
＜ホ＞中間ロッドと摺動筒の嵌合構造
中間ロッド３０は摺動筒４０の摺動を許容しつつ、摺動筒４０へ回転力を伝達することが要求される。
この要求を満たすため、本発明では中間ロッド３０の突条３８を摺動筒４０の係合溝４３に嵌合させる第１嵌合構造と、中間ロッド３０の突起体３９を摺動筒４０の切欠４４に嵌合させる第２嵌合構造の２つの嵌合手段を組み合わせてた。砂質層等の軟質地盤を掘削するのであれば、第１嵌合構造のみで対処できるが、岩盤等の硬質地盤を掘削する場合、大きな回転トルクや衝撃力が繰り返し作用することから、第１嵌合構造のみでは中間ロッド３０の突条３８と摺動筒４０の係合溝４３の嵌合部が早期に摩滅したりヘタリを起こしたり、摺動筒４０の摺動抵抗が増して拡縮ビット１４の拡縮動作が不確実となるおそれがある。
第１嵌合構造の寿命を延ばす方法としては、突条３８と係合溝４３の形成数を増す方法が考えられるが、傾斜溝３４や拡縮ビット１４の存在により制約があり、これらを増やす設計が困難である。
本発明はこの点に鑑み、第１嵌合手段と第２嵌合手段を組み合わせることで、大きな回転トルクや衝撃力が繰り返し作用しても、嵌合部のヘタリや摩滅を回避して、打撃力と回転力を効率良く伝達できる構造を提供するものである。
【００１２】
＜ヘ＞拡縮ビット
図３，４に拡縮ビット１４の装着構造を示す。
拡縮ビット１４はチップ１４ａを埋設した本体部１４ｂと、本体部１４ｂより大形に形成し、窓穴４１からの抜け出しを規制する矩形の裾部１４ｃとからなり、裾部１４ｃが中間ロッド３０の傾斜溝３４に摺動自在に嵌合され、本体部１４ｂが摺動筒４０の窓穴４１に貫挿され、摺動筒４０の摺動に伴い拡縮ビット１４が傾斜溝３４内を摺動して窓穴４１からのビット突出量が変化するようになっている。すなわち、図１に示す摺動筒４０が環状鍔３２に当接したとき拡縮ビット１４の突出量が中間ビット１３の径を越えて最大となり、反対に摺動筒４０が先端ビット１２方向に摺動するにしたがって拡縮ビット１４が後退し、最小で管体２０の内径以下まで縮径することになる。
また傾斜溝３４に嵌合された拡縮ビット１４の本体部１４ｂの前端がストッパリング１６に当接することで、摺動筒４０の先端ビット１２方向への戻り位置が規制される。
尚、上記した拡縮ビット１４の嵌合構造は例示であってこれに限定されるものではなく、要は摺動を許容しつつ抜け出しを規制できる構造であればよく、公知の各種嵌合構造を採用できる。
【００１３】
【作用】
つぎに穿孔方法について説明する。
【００１４】
＜イ＞穿孔・管体の挿入
図１は穿孔時を示すもので、管体２０に内挿した削孔ロッド１１の基端から回転力と打撃力を付与すると共に、軸路１５を通じてエアや水等の供給を開始する。 このとき摺動筒４０は環状鍔３２に当接するまで後退し、拡縮ビット１４が傾斜溝３４の浅瀬側に摺動して最大径まで突出している。
中間ロッド３０に打撃力が伝わると、突起体３９を含む環状鍔３２の側面を通じて摺動筒４０へ伝えられ、最終的に中間ビット１３と拡縮ビット１４へ伝えられる。
また中間ロッド３０に回転力が伝えられると、中間ロッド３０の突条３８、突起体３９に夫々係合溝４３、切欠４４を介して嵌合する摺動筒４０へ効率良く伝わった後、中間ビット１３と拡縮ビット１４へ伝えられる。
このように、各ビット１２〜１４へ効率良く回転力と打撃力とが伝わると共に、管体２０の断面を異径の三種類のビット１２〜１４で削孔負担を分担しながら穿孔することになる。
一方、軸路１５，３１を通じて供給された水やエアの一部は接続孔３６を通じて傾斜溝３４内の清掃溝３５へ吐出され、傾斜溝３４に進入しようとする掘削屑を排除し続ける。
またスライム化した掘削屑は摺動筒４０と中間ロッド３０の各排出溝３３，４２を経て管体２０内に取り込まれ、さらにウィング３７で以て管体２０の基端側へ排出される。
このように穿孔装置１０による穿孔作業と並行して管体２０を地中に挿入する。
【００１５】
＜ロ＞装置の回収
所定の深さまで穿孔したら、図１の管体２０をそのままにし削孔ロッド１１のみに引抜力を与える。
すると図６に示すように拡縮ビット１４が摺動筒４０と共に先端ビット１２側へ摺動する。摺動筒４０の摺動に伴い、摺動筒４０に嵌挿する各拡縮ビット１４は傾斜溝３４の深部側へ移動することで徐々に摺動筒４０の窓穴４１内に後退し、拡縮ビット１４がストッパリング１６に当接すると、拡縮ビット１４は管体２０の内径以下まで縮径することになる。
このように削孔ロッド１１に引抜力を与えて拡縮ビット１４を縮径させ、穿孔装置１０を回収する。
地中に残置した管体２０は薬液注入管として或いはフォアパイル等として要する。
【００１６】
【発明の実施の形態２】
中間ロッド３０は削孔ロッド１１で代用しても良い。
また中間ロッド３０と摺動筒４０の嵌合構造は凹凸の組み合わせを逆にしてもよい。
すなわち、摺動筒４０に突条を形成すると共に中間ロッド３０側に係合溝を形成したり、、摺動筒４０に突起体を形成し、中間ロッド３０の環状鍔３２側に切欠を形成してもよい。
【００１７】
【発明の効果】
本発明は以上説明したようになるから次のような効果を得ることができる。
＜イ＞ 中間ロッドと摺動筒の間を２種類の嵌合手段で嵌合させたので、大きな回転力や打撃力を与えても嵌合部が摩滅したりヘタリを起こさずに確実にこれらの運動を伝達できるため、装置の耐久性が向上する。
＜ロ＞ 傾斜溝内に清掃溝を設けて掘削屑の進入を阻止できるため、拡縮ビットの摺動が円滑となり拡縮ビットの拡縮を確実に行える。
＜ハ＞ 中間ロッドに設けたウィングにより削孔時にセンタリングを図れると共に、排土性能が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 穿孔装置の縦断面図
【図２】 図１におけるII−IIの矢視図
【図３】 穿孔装置の分解図
【図４】 図１におけるIV−IVの断面図
【図５】 中間ロッドと摺動筒の嵌合部の部分拡大図
【図６】 拡縮ビットの縮径時における穿孔装置の縦断面図
【符号の説明】
１０ 穿孔装置， １１ 削孔ロッド， １２ 先端ビット，
１３ 中間ビット， １４ 拡縮ビット １５ 軸路， ２０ 管体，
３０ 中間ロッド， ３１ 軸路， ３２ 環状鍔， ３３ 排出溝．
３４ 傾斜溝， ３５ 清掃溝， ３６ 接続孔， ３７ ウィング，
３８ 突条， ３９ 突起体， ４０ 摺動筒， ４１ 窓穴，
４２ 排出溝， ４３ 係合溝， ４４ 切欠，

Claims (3)

1. 削孔ロッドの先端に接続し、周面に軸方向に沿って傾斜する複数の軸溝を設けた中間ロッドと、中間ロッドの先端に接続した先端ビットと、中間ロッドに回転不能でかつ軸方向に摺動可能に外装した摺動筒と、前記摺動筒に一体に形成し、先端ビットの後方で先端ビットより大径の掘削径を有する中間ビットと、摺動筒を貫挿して中間ロッドの軸溝に摺動自在に嵌合し、中間ビットの後方で中間ビットより大径の掘削径を有する拡縮ビットとを備えた穿孔装置において、
   中間ロッドと摺動筒の各周面に、相互に嵌合して軸方向の摺動を許容する複数の突条と係合溝を形成すると共に、
   中間ロッドの環状鍔と摺動筒の端面に、相互に嵌合して中間ロッドの回転運動を摺動筒に伝達する複数の突起体と切欠を夫々形成したことを特徴とする、
   穿孔装置。
2. 請求項１において、前記傾斜溝の底面に清掃溝を形成すると共に、中間ロッド内部の軸路を前記清掃溝に連通させ、傾斜溝内に常時清掃用の流体を吐出可能に構成したことを特徴とする、穿孔装置。
3. 請求項１又は請求項２において、中間ロッドの後部にセンタリング機能と排土機能を有するウィングを形成したことを特徴とする、穿孔装置。

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