JP4195876B2 - 掘削装置 - Google Patents

Description

この発明は、地盤に対し管を貫入及び引抜き可能な掘削装置に関する。

本出願人は、地下水を集める集水管、地盤に水を浸透させる排水管、地盤汚染回復用の薬液注入管など各種の管の敷設を、非開削で且つ発進側からのみの片押し推進で行うのに好適な管の敷設工法を提案している（特願２００３−２１１１１）。

この敷設工法は、掘削流体の通路を設けた内管を有し、ドリルヘッドによる打撃と回転を受けて掘進方向に前進するインナツールと、外管の掘進方向前端部にアウタビットを取付けたアウタツールとを用いて、アウタツールにインナツールを突き当てて、打撃を伴う片押し推進により地盤を推進する二重管掘削を基本としている。こうした二重管掘削により、地盤の所定位置まで推進させると、インナツールを抜管し、敷設用の管と入れ替える。そして、アウタツールを地盤から抜去することで、敷設用の管が地盤に敷設されることになる。

ところで、この敷設工法で用いるインナツールは、内管が複数の管を左ねじで相互に連結して構成されている。したがって、インナツールの後端部は、回転力・打撃力を発生するドリルヘッドのハンマーサブに接続したスイベルのロッドサブに対して、左ねじにて接続される。よって、地盤に対する掘進時には、左ねじが締まる方向である左回転により駆動される。

一方、アウタツールは、外管が複数の管を右ねじで相互に連結して構成されている。したがって、敷設用の管を地盤に残してアウタツールを地盤から抜去する際に、アウタツールの後端部が右ねじ接続であるため、左ねじ接続のロッドサブに対し接続できないという問題がある。アウタツールはその長手方向にわたって地盤の土圧を受けているため、ドリルヘッドの回転力を付与することができれば、スムーズに地盤から抜去することが可能であり、こうした施工時間の短縮の観点からは、回転力を付与してアウタツールを抜去できるようにする必要がある。

以上のような左右のねじ種の不一致の解決策としては、右ねじ接続のロッドサブを有するスイベルや、右ねじ接続のハンマーサブを有するドリルヘッドをアウタツールの抜管専用として別途用意して、掘進時に用いた左ねじ接続のものと掘削現場で交換することが考えられる。しかしながら、これでは一度の工事に複数のドリルヘッドやスイベルが必要であるため、施工コストが嵩んでしまう問題がある。また、掘削現場でスイベルやドリルヘッドを解体し、右ねじ接続のロッドサブやハンマーサブに交換するのは実際には困難であり、これも現実的に有効な解決策とはなりえない。

以上のような従来技術を背景になされたのが本発明であり、その目的は、左右のねじ種に不一致がある管を連結可能な掘削装置の提供にある。

前記目的を達成すべく本発明は、複数本の管をねじ接続した連結管を回転伝達軸に対しねじ接続し、該連結管を回転させつつ地盤に対し貫入及び引抜き可能とした掘削装置について、回転伝達軸に、複数本の管を右ねじ接続した連結管を接続する右ねじ連結部と、複数本の管を左ねじ接続した連結管を接続する左ねじ連結部と、を設け、回転伝達軸の前記何れかの連結部に接続する前記連結管の左右のねじ種の螺合方向と合致する回転方向で、当該連結管を回転させつつ地盤に対し貫入及び引抜き可能とした、ことを特徴とする掘削装置を提供するものである。

この掘削装置によれば、回転伝達軸に右ねじ連結部と左ねじ連結部とを設け、そのうちの何れかの連結部に接続する連結管の左右のねじ種の螺合方向と合致する回転方向で、連結管を回転させながら、地盤に対する貫入と引抜きできるようになっている。このため、左右のねじ種の不一致を超えて、接続対象とする連結管が右ねじ接続でも左ねじ接続でも連結可能であるから、右ねじ接続専用や左ねじ接続専用の掘削装置は不要であり、また掘削現場での回転伝達軸の交換作業も一切不要である。

本発明の掘削装置は、このように、連結管ごとの左右のねじ種の不一致を解消できることを特徴とする。このため、掘削装置の具体例としては、ドリルヘッド、スイベル、ドリルヘッドとスイベルの双方、の何れとしても構成することが可能であり、またドリルヘッドやスイベルの種類を問わず適用できる。したがって、回転伝達軸の具体的形態も、本発明の掘削装置として構成されるドリルヘッドやスイベルなどに応じて構成される。また、ドリルヘッドは、回転力だけを連結管に与えるものでも、回転力と打撃力を連結管に与えるものであっても、何れについても適用できる。

前記掘削装置は、回転伝達軸を、外周側の筒状回転軸と、内周側の内側回転軸と、の二つの回転軸で構成できる。この場合、内側回転軸は、筒状回転軸から軸方向で突出する長さとして構成することも、また筒状回転軸から軸方向で突出しない長さとして構成することもできる。このうち後者の場合にはさらに、筒状回転軸の内周面に、内周側回転軸に接続されて回転する前記何れかの連結管の外周面を支持する支持面を設けたものとして構成される。これによれば、内周側回転軸により回転する連結管が筒状回転軸の支持面にて支持されるため、連結管の回転を安定して行える。

以上のような本発明の掘削装置に連結可能な連結管は、右ねじ接続又は左ねじ接続であることを除いて、ドリルロッド、ケーシング管などの用途の異同を問わす適用できるものである。すなわち、前述の従来例に本発明の掘削装置を適用すれば、掘削時には左ねじ接続のインナツールを連結可能であり、アウタツールの抜管時には右ねじ接続であるアウタツールを連結可能である。しかしながら、本発明の掘削装置の用途は、これに限られるものではなく、例えば、左ねじ連結部には小径の掘削ツールを接続し、右ねじ連結部には大径の掘削ツールを接続するというように、同じ用途の連結管に使用することもできる。

本発明の掘削装置によれば、右ねじ、左ねじの種類に拘わらず一台で連結可能な管種を拡大することができるので、右ねじ接続専用や左ねじ接続専用の掘削装置が不要であり、また掘削現場での回転伝達軸の交換作業が一切不要である。よって、施工時間を短縮し、施工コストを低減することができる。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施形態では、前述の従来例と同一の管の敷設工法への適用例について説明する。すなわち、複数本の管を相互に左ねじ接続したインナツールと、複数本の管を相互に右ねじ接続したアウタツールと、を用いる片押し推進の二重管掘削を基本とし、地盤の所定位置まで推進させたならば、インナツールを抜管し、敷設用の管と入れ替えて、そして、アウタツールを回転させつつ地盤から抜去することで、敷設用の管を地盤に敷設する、という工法である。

図１は地盤掘削時の使用状態を示す図であり、本実施形態の掘削装置１は、ロータリパーカッションドリルであるドリルヘッド２と、スイベル３と、を備えている。なお、図示は省略するが、ドリルヘッド２は、ドリルヘッド２に推進力を与える推進装置のガイドセルに沿って移動する基台に固定されている。

ドリルヘッド２の前端から突出する「回転伝達軸」としてのハンマーサブ４は、ドリルヘッド２による回転力及び打撃力の伝達部分であり、大径部４ａと小径部４ｂとで構成される。大径部４ａの外周面には左ねじ連結部４ｃが形成されており、小径部４ｂの外周面には右ねじ連結部４ｄが形成されている。

スイベル３は、大別して「回転伝達軸」としてのロッドサブ５、スイベルケース６、リテーナ７、後端カバー８で構成される。ロッドサブ５の後端側には、前述したハンマーサブ４の左ねじ連結部４ｃと回転係合する左ねじ連結部５ａが形成される。また、ロッドサブ５の前端側には、筒状部５ｂが形成される。この筒状部５ｂの内周面には左ねじ連結部５ｃが形成される。これらロッドサブ５の前端側と後端側とを区切る隔壁には、貫通孔５ｄが形成されており、ハンマーサブ４の小径部４ｂは、ここを通して筒状部５ｂの内部に突出している。スイベルケース６には、掘削流体の供給口６ａが形成されており、掘削流体は、環状通路６ｂを通じてロッドサブ５の筒状部５ｂへと流れるようになっている。こうして筒状部５ｂの内部に流れ込んだ掘削流体は、マスタカップリング９の内部を通じて、その先端に接続したインナツール１０に供給される。以上のほか、１１はグリースニップル、１２はクッションラバーである。

インナツール１０の後端部は、マスタカップリング９の前端部に対して左ねじ接続で連結される。マスタカップリング９の後端部には、左ねじ連結部９ａが形成されており、前述のロッドサブ５の左ねじ連結部５ｃに対して螺合により連結される。

以上のように、インナツール１０をマスタカップリング９を介して左ねじ接続で連結した掘削装置１は、ドリルヘッド２が与える左回転の回転力が、ハンマーサブ４、ロッドサブ５によって、マスタカップリング９とインナツール１０に与えられる。これによって、インナツール１０は、各所における左ねじ接続が緩むことなく、回転掘削が可能となっている。また、打撃力についても、これと同じ経路で伝達されることで、インナツール１０による打撃掘削が可能となっている。

次に、図２で示すのは、インナツール１０による回転打撃掘削を終えてから、インナツール１０を引き戻して抜管し、敷設用の管と入れ替えた後に、アウタツール１１を地盤から抜去する時の使用状態である。この際には、マスタカップリング９を取り外し、ロッドサブ１２を使用する。アウタツール１１の後端部は、このロッドサブ１２の前端部に対して右ねじ接続で連結される。ロッドサブ１２の後端部には、右ねじ連結部１２ａが形成されており、前述のロッドサブ５の筒状部５ｂの内部へ突出するハンマーサブ４の小径部４ｂの右ねじ連結部４ｄに対して螺合により連結される。

以上のように、アウタツール１１をロッドサブ１２を介して右ねじ接続で連結した掘削装置１は、ドリルヘッド２が与える右回転の回転力が、ハンマーサブ４によって、ロッドサブ１２とアウタツール１１に与えられる。これによって、アウタツール１１は、各所における右ねじ接続が緩むことなく、大きな土圧を受けていても、回転させつつ地盤からスムーズに引抜くことができるようになる。また、この際には、ロッドサブ１２の外周面が、ロッドサブ５の前端側内周面と部分的に当接して支持されるので、ロッドサブ１２の回転を安定して行うことが可能である。

次に、以上の実施形態による掘削装置１の変形例について説明する。

前記実施形態では、インナツール１０のマスタカップリング９をロッドサブ５に連結し、アウタツール１１のロッドサブ１２をハンマーサブ４に連結する例としたが、ロッドサブ５に右ねじ連結部を、ハンマーサブ４に左ねじ連結部を形成して、連結を逆としてもよい。

前記実施形態では、マスタカップリング９とロッドサブ１２をアダプタロッドとして用いる例を示したが、インナツール１０やアウタツール１１を直接連結するようにしてもよい。

前記実施形態では、インナツール１０とマスタカップリング９でなる「連結管」と、アウタツール１１とロッドサブ１２でなる「連結管」を例示したが、これらは実施する工法に応じて変更することができる。

前記実施形態では、右ねじ連結部４ｄ、左ねじ連結部５ｃが双方共に雄ねじであるが、雌ねじとしてもよい。

前記実施形態では、ハンマーサブ４の小径部４ｂを、ロッドサブ５の筒状部５ｂの内部に位置するようにしているが、筒状部５ｂよりも軸方向で長く形成することも、また筒状部５ｂの前端位置と同じ位置となる長さで形成してもよい。

前記実施形態では、ハンマーサブ４の小径部４ｂに右ねじ連結部４ｄを形成したが、ロッドサブ５に、小径部４ｂと同様の突出部を設け、そこに右ねじ連結部を形成してもよい。

前記実施形態では、ドリルヘッド２をロータリパーカッションドリルとし、スイベル３をウォータースイベルとして「掘削装置」を構成する例を示したが、他種類のドリルヘッドやスイベルでもよい。

一実施形態による掘削装置の一の使用状態を示す断面図。 一実施形態による掘削装置の他の使用状態を示す断面図。

符号の説明

１ 掘削装置
２ ドリルヘッド
３ スイベル
４ ハンマーサブ（回転伝達軸）
４ａ 大径部
４ｂ 小径部
４ｃ 左ねじ連結部
４ｄ 右ねじ連結部
５ ロッドサブ（回転伝達軸）
５ａ 左ねじ連結部
５ｂ 筒状部
５ｃ 左ねじ連結部
５ｄ 貫通孔
６ スイベルケース
６ａ 供給口
６ｂ 環状通路
７ リテーナ
８ 後端カバー
９ マスタカップリング（連結管）
９ａ 左ねじ連結部
１０ インナツール（連結管）
１１ アウタツール（連結管）
１２ ロッドサブ（連結管）
１２ａ 右ねじ連結部

Claims (2)

1. 複数本の管をねじ接続した連結管を回転伝達軸に対しねじ接続し、該連結管を回転させつつ地盤に対し貫入及び引抜き可能とした掘削装置において、
   回転伝達軸に、複数本の管を右ねじ接続した連結管を接続する右ねじ連結部と、複数本の管を左ねじ接続した連結管を接続する左ねじ連結部と、を設け、回転伝達軸の前記何れかの連結部に接続する前記連結管の左右のねじ種の螺合方向と合致する回転方向で、当該連結管を回転させつつ地盤に対し貫入及び引抜き可能とした、ことを特徴とする掘削装置。
2. 回転伝達軸を、外周側の筒状回転軸と、内周側で筒状回転軸から軸方向で突出しない内側回転軸とで構成し、筒状回転軸の内周面に、内周側回転軸に接続されて回転する前記何れかの連結管の外周面を支持する支持面を設けた請求項１記載の掘削装置。

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