JP4484294B2 - ノンコア削孔装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ノンコア削孔装置に関し、さらに詳細には、掘削孔の孔壁崩壊を防止しつつ埋設物を埋設する工法に適用される装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
塩化ビニル管、アンカー体、ロックボルトなどの地中埋設物を地中に埋設する際、これらの埋設物は掘削した孔内に挿入されるが、孔壁が崩壊してスムーズに作業ができない場合がある。このような場合、ケーシングを孔内に挿入し、ケーシング内に埋設物を挿入した後、ケーシングを抜管するという工法を採っている。
【０００３】
しかしながら、この工法は、ケーシング挿入孔の掘削→ドリルロッドの抜管→ケーシングの挿入→埋設物の挿入→ケーシングの抜管という工程になるため、工程数が多く、施工時間及び施工コストが増大する。また、ドリルロッドの抜管後にケーシングを挿入するため、孔壁崩壊を見越してケーシング外径よりも十分に大きな削孔径としなければならない。このため、掘削に要する仕事量が増大するだけでなく、排出される掘屑も多くなり環境面でも好ましくない。
【０００４】
また、ロータリパーカッションドリルなどの二重管工法により、掘削完了後インナロッドを抜管し、アウタロッドをケーシングとして孔内に残して埋設物を挿入する工法もある。しかしながら、この工法の場合も、インナロッドの抜管工程を必要とし、またインナロッドそのものを設備しなければならない。さらに、高所あるいは足場上での掘削作業は危険を伴い、設備重量の増加は施工コストの増大に直結する重大な要因となる。また、現場の占有スペースも大きくなり、作業性が損なわれる。
【０００５】
また、ロータリパーカッションドリルによる二重管工法では、インナビットへの回転力と給進力との伝達は、一般に、インナビットをインナロッドにねじ接続することにより行われる。しかし、ねじによる接続は、掘削面に遊びが生じた場合など、振動でねじ緩みを生じや易く、ねじ部折損などのトラブルの原因となることが多い。
【０００６】
さらに、ロータリパーカッションドリルによる二重管工法では、掘削速度を調整するための、アウタビットからのインナビットの出し入れ長さ調整は、先頭インナロッドの長さを変える方法によるのが一般的である。しかし、この方法の場合、先頭インナロッドを数本準備する必要があり、コストがかかるだけでなく、現場での占有スペースも大きくなる。
【０００７】
さらに、ロータリパーカッションドリルによる二重管工法では、インナビットとアウタビットとの直径はめ合隙間は、アウタビットの有効内径の4〜6％であることが一般的である。しかし、このように有効はめ合隙間が大きいとドリルロッド内部に掘屑が侵入し易く、インナロッドを回収する際の障害となる。
【０００８】
この出願人が特開平１０−６１３６２号で提案したノンコア削孔装置を使用して、地中埋設物を挿入する工法も考えられる。しかし、このノンコア削孔装置は、調査ボーリング施工中に必要な深度の土質試料コアを採取するために開発されたものであり、コアの不採取深度で使用されるインナビットアッセンブリがサンプラと交換可能であることが必要条件となっている。このため、埋設物はサンプラの径に制限され、またコアの不採取深度で使用されるインナビットアッセンブリは、長くて重量が大きく、また部品点数も多く製造コストが高い。
【０００９】
拡底式ローラビットとワイヤライン搬送機構を組み合わせた、ロータリボーリングマシンによるウェルマン工法も知られ、実用化されている。しかし、この工法は拡底ビットを使用することが必要条件であるため、インナビットアッセンブリのビット部分の構造が複雑で、コスト高の要因となる。また掘屑の侵入や孔底付近の崩壊などで拡底部分が縮径しない場合があり、トラブルが発生し易い。さらに、クランプ機構が複雑で、ロータリパーカッションドリルなどの衝撃型掘削機で使用する場合、作動部の故障や部品破損によるトラブルを回避することができない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
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、上記従来技術の問題点を一挙に解決し、施工時間が短く、コストも低廉に抑えることができ、しかも施工トラブルの発生がないノンコア削孔装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
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、後端にドリルロッドが接続されるチューブと、
該チューブの先端に装着された環状のアウタビットと、
前記アウタビットの内径部に嵌合されて該内径部を実質的に閉塞するインナビットと、 前記チューブ内に配置され、前記インナビットを前記チューブに固定するためのクランプ機構であって、先端に前記インナビットが直結されるメインシャフトと、このメインシャフトの中間部に設けられ、前記チューブの内周に係合離脱自在に係合して前記メインシャフトを前記チューブの内周に固定するためのラッチ爪とを有するクランプ機構とを備え、
前記メインシャフトは、先端部にその半径方向に掘削水の流入孔が設けられるとともに、該流入孔と連通する送水路が軸線方向に設けられ、該送水路が前記インナビットに設けられた注出孔と連通していることを特徴とするノンコア削孔装置にある。
【００１４】
前記インナビットは前記メインシャフトに多角形若しくはスプラインによる継手により接続され、前記ドリルロッドの回転力が前記クランプ機構を介して前記インナビットに伝達される。前記継手はピンによる抜け止めがなされた構造である。
【００１５】
前記インナビットは前記アウタビットに多角形若しくはスプラインによる継手により嵌合され、前記ドリルロッドの回転力が前記アウタビットを介して前記インナビットに伝達される。前記アウタビットは前記インナビットの落下防止のための縮径部を有し、該縮径部の内径は前記ドリルロッドの有効内径の90％以上100％ 未満であり、前記インナビットとの直径はめ合い隙間は前記縮径部内径の0.1％〜3.0％である。前記アウタビット及び前記インナビットは、チップインサートタイプのものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を図面を参照しながら以下に説明する。図１は、この発明によるノンコア削孔装置の第１の実施の形態を示す軸線方向断面図である。ノンコア削孔装置１０は、チューブ１と、このチューブ１の先端に装着される環状のアウタビット４と、このアウタビット４に嵌合されるインナビット５と、クランプ機構６とにより構成される。
【００１７】
図２はチューブ１の詳細を示す軸線方向断面図である。チューブ１はサブ１２、ロッキングカップ１３及びビットサブ１４からなるチューブアッセンブリであり、これらの部材１２，１３，１４は、各々に形成されたねじ部１５，１６，１７，１８を介して互いに接続される。チューブ１は掘削時において先頭ドリルロッドとして機能し、したがってサブ１２の後端側に形成された雄ねじ部１９には後続のドリルロッドが接続される。また、ビットサブ１４の先端側に形成された雌ねじ部２０にはアウタビット４が接続される。
【００１８】
図３はアウタビット４の側面図、図４は正面図、図５は軸線方向断面図である。アウタビット４は、この実施の形態では、ビットサブ１４の内周にねじ接続され、その接続のための雄ねじ部２１が後端側に形成されている。このアウタビット４の先端掘削面に設けられる切削チップ２２は、インサートタイプのものであり、したがって地層に合わせてチップの変更が可能である。
【００１９】
アウタビット４の内径部２３は、この実施の形態では円筒面である。内径部２３には、インナビット５の落下防止のための縮径部２４が設けられている。縮径部２４の内径ｄ₁ はドリルロッドであるチューブ１の有効内径ｄ₀ の90％以上100％ 未満である。すなわち、この発明によるノンコア削孔装置１０は、特開平１０−６１３６２号に開示されたワイヤラインサンプラ用ノンコア削孔装置と異なり、試料を採取することを目的としていないので、上記範囲特に96％以上の有効内径を確保することができる。
【００２０】
図６はクランプ機構６を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は軸線方向断面図である。クランプ機構６はメインシャフト２６と、１対のラッチ爪２７，２７と、スピア２８と、ラッチケース２９とからなっている。図７は、メインシャフト２６の軸線方向断面図である。メインシャフト２６は中間部に半径方向に貫通するラッチ爪収容孔３０を有し、この孔３０にラッチ爪２７，２７が収容されている。ラッチ爪２７，２７は、それらの基端部において、ピン穴３１（図７参照）に挿入されたスプリングピン３２に半径方向に拡縮可能に支持されている。
【００２１】
メインシャフト２６には、その後端からラッチ爪収容孔３０に通じる軸線方向の孔３３が設けられ、この孔３３にスピア２８が嵌合している。スピア２８の先端はラッチ爪収容孔３０まで延びてラッチ爪２７，２７間に挟まれ、これによりラッチ爪２７，２７はスプリングピン３２のばね力に抗して拡開している。スピア２８は後端に係合部３４を有し、この係合部３４に後述するオーバショット８（図１８参照）が係合可能である。
【００２２】
ラッチケース２９はメインシャフト２６及びスピア２８の各外周に嵌合し、ピン３５によりスピア２８と一体化されている。ラッチケース２９にはラッチ爪２７，２７が出入りする窓３６が設けられている。ラッチ爪２７，２７は拡開した状態では窓３６から突出して、ロッキングカップ１３の内周に設けられた環状段部３７に係合し（図１，図２参照）、これによりドリルロッドの給進力がクランプ機構６を介してインナビット５に伝達される。ラッチ爪２７，２７はまた、その一方がロッキングカップ１３の内周に軸線方向に沿って設けられた突条３８に係合し、これによりドリルロッドの回転力がクランプ機構６を介してインナビット５に伝達される。
【００２３】
ラッチ爪２７，２７が支持されるスプリングピン３２は、ラッチケース２９に軸線方向に沿って設けられた長孔３９に受け入れられ、ラッチケース２９はメインシャフト２６に対して長孔３９の長さ範囲で軸線方向に移動可能である。したがって、スピア２８の係合部３４に後述するオーバショットを係合させ、スピア２８を引っ張ると、スピア２８がラッチ爪２７，２７間から抜け出すとともに、ラッチケース２９が移動して窓３６によりラッチ爪２７，２７が閉じられる。
【００２４】
これにより、ラッチ爪２７，２７とロッキングカップ１３の環状段部３７との係合が解除し、クランプ機構６及びこれに接続されたインナビット５すなわちインナビットアッセンブリの回収が可能となる。なお、スピア２８は、メインシャフト２６との間に介在されたＯリング４０の弾性によりメインシャフト２６に固定され、通常はメインシャフト２６から抜け出ないようになっている。
【００２５】
メインシャフト２６の先端側には掘削水の流入孔４１が半径方向に設けられ、この流入孔４１は軸線方向に形成された送水路４２と連通している。送水路４２には、掘屑の逆流を防止するためのチェックボールバルブ４３が設けられている。このチェックボールバルブ４３は浮力で流路を閉鎖するように、樹脂などの比重が１よりも小さい材料で作られている。
【００２６】
メインシャフト２６とインナビット５とは、多角形による継手構造により接続されている。すなわち、メインシャフト２６の先端には外形形状が多角形となっている多角形部４４が形成されている。図８〜図１２は、メインシャフト２６に接続されるインナビット５の詳細を示し、図８は側面図、図９は正面図、図１０は軸線方向断面図、図１１は図１０のＡ−Ａ線断面図、図１２は図１０のＢ−Ｂ線断面図である。
【００２７】
インナビット５はメインシャフト２６の先端に嵌合される環状部４５を有し、この環状部４５の内周の一部にメインシャフト２６の多角形部４４に対応した形状の多角形部４６が形成されている。メインシャフト２６とインナビット５とは、それらの多角形部４４，４６によって接続され、この継手構造によってメインシャフト２６の回転力がインナビット５に伝達される。インナビット５とメインシャフト２６との継手構造は、多角形に限らずスプラインとしてもよい。
【００２８】
メインシャフト２６及びインナビット５にはピン穴４７，４８（図７，図８参照）がそれぞれ設けられ、インナビット５はこれらのピン穴４７，４８に挿入されるピン４９（図６参照）により抜け止めされている。図１に示すように、クランプ機構６に接続されたインナビット５は、アウタビット４に嵌合される。
【００２９】
インナビット５の外形形状は、この実施の形態では、アウタビット４の内周と同様に円筒形である。そして、これらアウタビット４とインナビット５との、はめ合隙間はアウタビット４の縮径部２４の内径の0.1％ 〜3％ となっている。すなわち、アウタビット４の内径部はインナビット５によって実質的に閉塞され、チューブ１内には掘屑やコアが侵入することはない。インナビット５の切削チップ２２もチップインサートタイプのものであり、したがって地層に合わせてチップの変更が可能である。
【００３０】
インナビット５にはメインシャフト２６の送水路４２と連通する送水路５０が軸線方向に設けられ、さらに、この送水路５０から分岐して複数の注出孔５１が設けられている。掘削時において、チューブ１内に掘削水が供給され、この掘削水はメインシャフト２６の流入孔４１及び送水路４２を通って、インナビット５の送水路５０に入り、注出孔５１から掘削孔底に供給される。
【００３１】
図１３は、この発明によるノンコア削孔装置１０の第２の実施の形態を示す軸線方向断面図である。図１４は同ノンコア削孔装置１０に使用されるアウタビット４の側面図、図１５は正面図である。図１６は同ノンコア削孔装置１０に使用されるインナビット５の側面図、図１７は正面図である。以下、第２の実施の形態と、上記で説明した第１の実施の形態との主たる相違点について説明する。
【００３２】
まず、アウタビット４はビットサブ１４の内周ではなく、外周にねじにより接続されている。次に、インナビット５はクランプ機構６のメインシャフト２６に多角形部ではなく、円筒形部５５で嵌合されている。他方、アウタビット４の内径部は多角形部５６となっており、この多角形部５６にインナビット５の外周の多角形部５７が嵌合される。この場合も、多角形に限らず、スプラインによる継手構造とすることも可能である。
【００３３】
したがって、インナビット５にはメインシャフト２６からではなく、アウタビット４から回転力が伝達される。このため、第１の実施の形態でロッキングカップリング１３に設けた突条３８は、この第２実施の形態では設けられていない。なお、インナビット５への給進力は、ラッチ爪２７，２７がロッキングカップリング１３の先端に係合することによって伝達される。その他の点については、第２の実施の形態は第１の実施の形態と同様であり、同様の機能を持つ部材については同一符号を付してある。
【００３４】
次に上記ノンコア削孔装置１０を使用した地中埋設物の埋設工法について説明する。図１８及び図１９は、この発明による地中埋設物の埋設工法の実施の形態を手順ごとに示す断面図である。図１８（ａ）は掘削開始時の状態を示し、ドリルロッド１，１１は掘削機本体２のドリルヘッド３に装着されて、回転力と給進力とが与えられる。ここで、先頭のドリルロッド１は、ノンコア削孔装置１０のチューブ１であり、ドリルロッド１１は通常のドリルロッドである。
【００３５】
掘削の進行に伴ってドリルロッド１１を順次継ぎ足し、図１８（ｂ）に示すように、所定深度まで掘削が完了すると、掘削機本体２にワイヤライン７を取り付ける。このワイヤライン７の先端には、クランプ機構６に係合可能なオーバショット８が設けられている。このオーバショット８を、図１８（ｃ）に示すように、ドリルロッド１，１１…内に挿入してクランプ機構６に係合させる。そして、図１９（ｄ）に示すように、ワイヤライン７を巻き上げることにより、クランプ機構６をドリルロッド１から離脱させ、これによりインナビット５及びクランプ機構６すなわちインナビットアッセンブリを回収する。
【００３６】
次に、図１９（ｅ）に示すように、ドリルロッド１，１１…内にアンカ体や塩化ビニル管などの地中埋設物９を挿入し、その挿入後図１９（ｆ）に示すように、ドリルロッド１，１１…を順次抜管する。このようにして、図１９（ｇ）に示すように、埋設工法の施工が完了する。なお、インナビット５のアウタビット４からの出入り長さは、掘削速度に影響を与える。この出入り長さは、有効長さが異なる複数本のインナビット５を準備しておき、交換することにより容易に調整可能である。
【００３７】
以下、本発明の実施の形態によって得られる利点を列挙する。
（１）ロータリパーカッションドリルによる二重管工法のように、インナロッドを設備する必要がないので、インナロッドの抜管作業をインナビットアッセンブリのワイヤライン回収作業に置き換えることができ、作業時間が大幅に短縮される。同時に作業員の肉体的な負担が軽減される。また、インナロッドが占有する現場スペースがなくなり、作業環境にゆとりができる。
【００３８】
因みに、インナロッドの抜管に要する時間は、通常１分／本である。したがって、例えば深度５０ｍの掘削をする場合、掘削完了後のインナロッドの抜管に要する時間は５０分となる。これに対し、本発明ではオーバショットの挿入と回収に４分、インナビットアッセンブリの管理等に２分程度で合計６分となり、88％の時間短縮となる。
【００３９】
二重管ドリルロッドのロッド重量の一例を挙げると、アウタロッドが47kg、インナロッドが28kgで合計75kgである。そして、作業員２名でこれをハンドリングするのが標準的である。本発明によれば、ドリルロッドは単管であってインナロッドが不要となるので、ハンドリング重量は47kgとなり37％の作業負担の軽減が可能となる。また、インナロッド５０本の重量は1400kgであり、これが軽減されると運搬や足場の耐荷重に関し、極めて有利となる。
【００４０】
（２）特開平１０−６１３６２号に開示されたワイヤラインサンプラ用ノンコア削孔装置と異なり、試料を採取することを目的としていないので、インナビットがインナロッドを介することなくクランプ機構に直結される。したがって、インナビットアッセンブリは、構成が簡素となるため、コスト的に有利であり、故障などのトラブル発生の確率も低い。
【００４１】
（３）多角形もしくはスプラインによる継手構造と抜け止めピンとの組合せにより、インナビットがクランプ機構に固定されるので、ねじ接続の場合のような緩みによるトラブルの心配がない。また、片手ハンマなどの簡単な工具で分解可能であり、現場でのビット交換が容易である。
【００４２】
（４）有効長さの異なるインナビットでアウタビットからの出入り長さを調整するので、長さの異なる先頭インナロッドを準備する方法に比べ、占有スペースが少なく、運搬や調整作業も容易である。
【００４３】
（５）アウタビットの内径部がインナビットによって実質的に閉塞され、両者間の直径はめ合隙間はタイトであるので、掘屑の侵入が防止され、インナビットアッセンブリの回収が容易である。また、インナビットアッセンブリへの曲げ応力が緩和され、製品の疲労寿命を延ばす効果が得られる。
【００４４】
（６）ウェルマン工法と異なり、拡底ビットを使用することがないため、インナビットアッセンブリのビット部分の構造が簡素であり、低コストで製造することができ、また作動部の故障や部品破損によるトラブルの発生を回避することができる。
【００４５】
上記実施の形態は例示にすぎず、この発明は種々の改変が可能である。例えば、上記実施の形態では埋設物を鉛直方向に埋設する例が示されているが、水平方向にあるいは斜め下方や上方に埋設する場合でも、同方向に掘削して埋設することが可能である。また、アウタビットやインナビットのビット形状、クランプ機構の構造等々は、この発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更可能である。さらに、この発明によるノンコア削孔装置は、上記埋設工法のみに適用されるものではなく、その他種々の工法に適用し得ることはいうまでもない。
【００４６】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、インナロッドの抜管作業が不要であるので、施工時間が極めて短く、コストも低廉に抑えることができ、しかも施工トラブルの発生を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、この発明によるノンコア削孔装置の第１の実施の形態を示す軸線方向断面図である。
【図２】図２はチューブの詳細を示す軸線方向断面図である。
【図３】図３はアウタビットの側面図である。
【図４】図４は同アウタビットの正面図である。
【図５】図５は同アウタビットの軸線方向断面図である。
【図６】図６はクランプ機構を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は軸線方向断面図である。
【図７】図７は、メインシャフトの軸線方向断面図である。
【図８】図８はインナビットの側面図である。
【図９】図９は同インナビットの正面図である。
【図１０】図１０は同インナビットの軸線方向断面図である。
【図１１】図１１は図１０のＡ−Ａ線断面図である。
【図１２】図１２は図１０のＢ−Ｂ線断面図である。
【図１３】図１３は、この発明によるノンコア削孔装置の第２の実施の形態を示す軸線方向断面図である。
【図１４】図１４はアウタビットの側面図である。
【図１５】図１５は同アウタビットの正面図である。
【図１６】図１６はインナビットの側面図である。
【図１７】図１７は同インナビットの正面図である。
【図１８】図１８は、この発明による地中埋設物の埋設工法の実施の形態を手順ごとに示す断面図である。
【図１９】図１９は、図１８に引き続く手順を示す断面図である。
【符号の説明】
１：チューブ（ドリルロッド）
３：ドリルヘッド
４：アウタビット
５：インナビット
６：クランプ機構
７：ワイヤライン
８：オーバショット
９：地中埋設物
１０：ノンコア削孔装置
２２：切削チップ
２３：内径部
２４：縮径部
２６：メインシャフト
２７：ラッチ爪
２８：スピア
２９：ラッチケース
３４：係合部
３６：窓
４４：多角形部
４６：多角形部
５６：多角形部
５７：多角形部

Claims (6)

1. 後端にドリルロッドが接続されるチューブと、
   該チューブの先端に装着された環状のアウタビットと、
   前記アウタビットの内径部に嵌合されて該内径部を実質的に閉塞するインナビットと、 前記チューブ内に配置され、前記インナビットを前記チューブに固定するためのクランプ機構であって、先端に前記インナビットが直結されるメインシャフトと、このメインシャフトの中間部に設けられ、前記チューブの内周に係合離脱自在に係合して前記メインシャフトを前記チューブの内周に固定するためのラッチ爪とを有するクランプ機構とを備え、
   前記メインシャフトは、先端部にその半径方向に掘削水の流入孔が設けられるとともに、該流入孔と連通する送水路が軸線方向に設けられ、該送水路が前記インナビットに設けられた注出孔と連通していることを特徴とするノンコア削孔装置。
2. 前記インナビットは前記メインシャフトに多角形若しくはスプラインによる継手により接続され、前記ドリルロッドの回転力が前記クランプ機構を介して前記インナビットに伝達されることを特徴とする請求項１記載のノンコア削孔装置。
3. 前記継手はピンによる抜け止めがなされた構造であることを特徴とする請求項２記載のノンコア削孔装置。
4. 前記インナビットは前記アウタビットに多角形若しくはスプラインによる継手により嵌合され、前記ドリルロッドの回転力が前記アウタビットを介して前記インナビットに伝達されることを特徴とする請求項１記載のノンコア削孔装置。
5. 前記アウタビットは前記インナビットの落下防止のための縮径部を有し、該縮径部の内径は前記ドリルロッドの有効内径の90％以上100％ 未満であり、前記インナビットとの直径はめ合い隙間は前記縮径部内径の0.1％〜3.0％であることを特徴とする請求項１，２，３又は４記載のノンコア削孔装置。
6. 前記アウタビット及び前記インナビットは、チップインサートタイプのものであることを特徴とする請求項１，２，３，４又は５記載のノンコア削孔装置。

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