JP4515164B2 - 削孔装置および削孔方法 - Google Patents

Description

本発明は、削孔装置および削孔方法に係り、特に、トンネルの周囲における地山の補強を行うための長尺先受工法などに用いて好適な削孔装置および削孔方法に関する。

地質条件の悪い地山にトンネルを施工する際、トンネルの周囲において地山の安定化を図る、いわゆる先受工法を行うことがある。この先受工法は、トンネルアーチの外周に沿って補強管を打設し、補強管と地山との間に硬化剤などを注入することにより、切羽の前方における地中に補強材アーチを形成するというものである。

このような先受工法における削孔方法として、従来、特開平１１−１７３０５７号公報に開示されたものがある。この削孔方法は、削孔ビットが装着された内管ロッドと、内管ロッドを収容する外管とを用いたいわば二重管構造をなす装置を用いており、内管ロッドには、削孔水やエアなどの冷却媒体を削孔ビットに供給する媒体供給通路が貫通形成されている。内管ロッドには、ドリフタが取り付けられており、ドリフタを駆動することにより内管ロッドを介して削孔ビットに推力、回転、打撃が加えられて削孔が行われる。また、削孔ビットに冷却媒体が供給されることにより、スライムが内管ロッドの外側および外管の内側を通過して、外管ロッドの後端部に送られる。外管の後端側は解放されており、この解放部分がスライムの排出口とされている。
特開平１１−１７３０５７号公報

しかし、上記特許文献１に開示された削孔工法においては、内管から冷却媒体を供給している。このため、冷却媒体（フラッシング媒体）として削孔水が用いられる場合には、スライムの除去などを含めた外管内のフラッシングを好適に行うことができるものの、削孔水を用いた場合には、高圧かつ大量の削孔水を供給すると、削孔孔における孔壁の崩落の危険性などが懸念される。

また、エアなどの気体が冷却媒体（フラッシング媒体）として用いられる場合には、冷媒供給通路が形成されている二重管における内管の径が小さいため、十分な圧力でエアを供給することが困難である。したがって、冷却媒体としてエアなどを用いる場合には、フラッシングを十分に行うことができないという問題があった。

特に、長尺である長尺先受鋼管を用いた場合には、フラッシング媒体として気体を用いた場合に、フラッシングを十分に行うことができないという問題が顕著となるものであった。

また、上記特許文献１に開示された削孔工法では、エアの供給などによるフラッシング作業を行う必要がある。このため、装置構成が複雑となるという問題もあった。

そこで、本発明の課題は、フラッシング媒体として気体を用いた場合でも、フラッシングを確実に行うことができる削孔装置および削孔方法を提供することにある。また、他の課題は、簡素な構成の装置を用いて掘削作業を行うことができる掘削装置および掘削方法を提供することにある。

上記課題を解決した本発明に係る削孔装置は気体噴射孔が形成され、気体噴射孔から気体を噴射しながら地山を掘削するビット部材と、ビット部材の後端部に先端が接続され、気体噴射孔から噴射される気体の流通路が内部に形成された先受鋼管と、先受鋼管の後端部に接続され、先受鋼管に対して気体を供給する気体供給路が形成されたジョイント部材と、ジョイント部材および先受鋼管を介してビット部材の気体噴射孔に気体を供給する気体供給手段と、ジョイント部材に取り付けられ、ジョイント部材および先受鋼管を介してビット部材に掘削力を付与する掘削力付与手段と、を備え、ビット部材およびジョイント部材にそれぞれ接続され、気体供給手段から供給される気体を気体噴射孔に案内する気体案内管が先受鋼管の内側に形成され、先受鋼管と気体案内管との間に、気体の排出路が形成されているものである。

本発明に係る削孔装置においては、フラッシング媒体として液体ではなく気体を用いている。このため、液体を供給した場合などにおける削孔孔における孔壁の崩落の心配などを低くすることができる。

また、本発明に係る掘削装置は、単管構造をなしており、ビット部材に掘削力を付与する掘削力付与手段が、ジョイント部材および先受鋼管を介して接続されている。このため、気体をビット部材に供給するにあたり、径の大きい先受鋼管内に流通させることができる。したがって、掘削部における気圧を高いものとすることができるので、フラッシング媒体として気体を用いた場合でも、フラッシングを確実に行うことができる。

なお、本発明における気体とは、純粋な気体のほか、ミスト状や泡状の添加剤を含有する気液混合体をも含むものである。

ここで、先受鋼管の径は、前記ビット部材の径よりも小径とされており、先受鋼管とビット部材によって掘削された掘削孔との間に、気体の排出路が形成される態様とすることができる。

このように、先受鋼管の径をビット部材の径よりも小径なものとすることにより、先受鋼管とビット部材との間に気体の排出路が形成され、この排出路を介して気体が掘削孔から排出される。このとき、フラッシング媒体が気体であることから、孔壁の崩落防止効果を高めることができる。

このように、先受鋼管の内部に気体案内管を配置することにより、先受鋼管と気体案内管との間に気体の排出路を形成することができる。このため、先受鋼管と掘削孔との間に気体の排出路を形成する必要がなくなるので、掘削孔の孔壁の崩落をさらに確実に防止することができる。また、本実施形態に係る掘削装置では、先受鋼管の内部に気体案内管を配置するが、気体案内管は、掘削力付与手段とビット部材との間の掘削力の伝達には寄与しないものである。したがって、掘削力付与手段の掘削力をビット部材に伝達するための剛性などを必要としないので、その分気体案内管に対する制約を少なくすることができる。

さらに、気体案内管は、ビット部材およびジョイント部材のうちの少なくとも一方に対して、スライド可能とされている態様とすることができる。

このように、気体案内管がビット部材およびジョイント部材の少なくとも一方に対してスライド可能とされていることにより、ビット部材とジョイント部材との間で前後方向を向いた運動があった場合でも、気体案内管は、ビット部材、ジョイント部材との間で相対的に移動可能となる。したがって、気体案内管に掛かる掘削力を逃がすことができ、気体案内管の破損を防止することができる。

また、気体案内管が、可とう性を有する態様とすることができる。

気体案内管が可とう性を有することにより、気体案内管内における掘削土砂などの先受鋼管内への不着を防止することができる。

さらに、ジョイント部材がスイベルジョイントであり、前記掘削力付与手段は、回転、打撃、および押付による掘削力を付与する態様とすることができる。

このように、ジョイント部材としてスイベルジョイントを用い、掘削力付与手段によって回転、打撃、および押付の掘削力を付与することにより、ビット部材における掘削孔の掘削力を高いものとすることができる。

また、上記課題を解決した本発明に係る掘削方法は、上記の削孔装置を用い、気体供給手段から、ジョイント部材および先受鋼管を介して気体噴射孔に気体を供給するとともに、掘削力付与手段によって、ジョイント部材および先受鋼管を介してビット部材に掘削力を付与し、気体噴射孔から気体を噴射しながら、ビット部材によって削孔を行うことを特徴とする。

本発明に係る掘削方法では、フラッシング媒体として液体ではなく気体を用いている。このため、液体を供給した場合などにおける削孔孔における孔壁の崩落の心配などを低くすることができる。

また、本発明に係る掘削方法は、単管構造を有する掘削装置を用いており、掘削装置におけるビット部材に掘削力を付与する掘削力付与手段が、ジョイント部材および先受鋼管を介して接続されている。このため、気体をビット部材に供給するにあたり、径の大きい先受鋼管内に流通させることができる。したがって、掘削部における気圧を高いものとすることができるので、フラッシング媒体として気体を用いた場合でも、フラッシングを確実に行うことができる。

他方、上記課題を解決した本発明に係る掘削装置は、先端部の断面形状が三角形をなす三角ビット部材が取り付けられた三角ビット部材と、三角ビット部材の後端部に先端部が接続された先受鋼管と、先受鋼管の後端部に接続され、先受鋼管を介して三角ビット部材に掘削力を付与する掘削力付与手段と、を備えるものである。

本発明に係る掘削装置は、ビット部材として、先端部の断面形状が三角形をなす三角ビット部材を用いている。このため、掘削力付与手段によって与えられる掘削力が三角ビットの先端部に伝達され、この先端部から掘削を進めていく。このため、簡素な構成によって高い掘削能力を発揮することができる。

また、上記課題を解決した本発明に係る掘削方法は、上記の掘削装置を用い、掘削力付与手段によって、先受鋼管を介して三角ビット部材に掘削力を付与し、三角ビット部材によって削孔を行うものである。

本発明に係るシールドトンネルの削孔装置および削孔方法によれば、フラッシング媒体として気体を用いた場合でも、フラッシングを確実に行うことができる。また、簡素な構成の装置を用いて掘削作業を行うことができる。

以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、各実施形態において、同一の機能を有する部分については同一の符号を付し、重複する説明は省略することがある。まず、本発明の第一の実施形態について説明する。図１は、本発明の第一の実施形態に係る削孔装置の側断面図である。

図１に示すように、本実施形態に係る削孔装置１は、１本の鋼管を用いた、いわば単管式の削孔装置であり、先受鋼管１０を備えている。先受鋼管１０は、長さ約１０ｍ程度の長尺の鋼管であり、先受鋼管１０の内部が本発明の気体の流通路となる。

先受鋼管１０は、先受鋼管前部１０Ａと先受鋼管後部１０Ｂとを有しており、先受鋼管前部１０Ａの後部と、先受鋼管後部１０Ｂの前部には、継手部が形成されている。これらの継手部同士をネジ結合等することにより、先受鋼管前部１０Ａと先受鋼管後部１０Ｂとが接続されて先受鋼管１０が形成される。また、先受鋼管前部１０Ａおよび先受鋼管後部１０Ｂにおける継手部は、先受鋼管前部１０Ａおよび先受鋼管後部１０Ｂの他の部分よりも厚肉に形成されている。

先受鋼管１０の先端部には、本発明のビット部材である削孔ビット１１が取り付けられており、先受鋼管１０の後端部には、本発明のジョイント部材であるスイベルジョイント１２が取り付けられている。削孔ビット１１は先受鋼管１０の先端部にネジ結合されて固定されている。

図２に示すように、削孔ビット１１の正面には、複数のボタンビット１１Ａが設けられており、これらのボタンビット１１Ａによって地山を掘削して削孔を行う。また、削孔ビット１１には、本発明の気体噴射孔であるエア噴射口１１Ｂが形成されている。削孔ビット１１には、先受鋼管１０を介してフラッシングエアが供給され、このフラッシングエアはエア噴射口１１Ｂから掘削面に向けて噴出される。なお、ボタンビット１１Ａに代えて、出入り可能なクロスビットを用いることもできる。

さらに、削孔ビット１１には、排出エア流通部１１Ｃが形成されている。ボタンビット１１Ａによって地山が掘削されて発生するくり粉は、エア噴射口１１Ｂから排出されたフラッシングエアとともに、排出エア流通部１１Ｃを通って先受鋼管１０と掘削孔との間のクリアランス部分に流入する。また、削孔ビット１１の後端部には、エア流入口１１Ｄが設けられている。先受鋼管１０を流通したフラッシングエアは、エア流入口１１Ｄから削孔ビット１１の内側に流入し、エア噴射口１１Ｂから排出される。なお、この削孔ビット１１は、捨てビットであり、掘削が終了した後、地山内に埋め殺される。

スイベルジョイント１２は、スイベルボディ１３およびスイベルアダプタ１４を備えている。スイベルボディ１３は、筒状の部材であり、その内部にスイベルアダプタ１４が設けられ、スイベルアダプタ１４はスイベルボディ１３に対して相対的に回動可能とされている。また、スイベルジョイント１２のスイベルアダプタ１４は、先受鋼管１０の後端部にネジ結合等されて固定されている。

また、スイベルボディ１３とスイベルアダプタ１４との間には、シール材１５が設けられて。このシール材１５をスイベルボディ１３とスイベルアダプタ１４との間に設けることにより、スイベルアダプタ１４内に供給されたエアがスイベルボディ１３とスイベルアダプタ１４との間から漏れるのを防止している。

さらに、スイベルアダプタ１４には、本発明の気体供給路であるエア通路１６が形成されており、スイベルボディ１３には、エア通路１６に連通するエア流入口１７が設けられている。エア流入口１７には、本発明の気体供給手段であるコンプレッサ１８が接続されている。

コンプレッサ１８は、エア流入口１７を介してスイベルアダプタ１４に形成されたエア通路１６に対して圧縮したエアを供給する。ここで、スイベルアダプタ１４におけるエア通路１６は、スイベルアダプタ１４の周方向に沿って形成された部分と軸方向に形成された部分とを有している。このため、スイベルアダプタ１４がスイベルボディ１３に対して相対的に回転した場合であっても、エア流入口１７から流入したエアをエア通路１６に供給可能とされている。

また、スイベルアダプタ１４の先端部には、先受鋼管１０が接続されており、スイベルアダプタ１４の後端部には、削岩機１９におけるシャンクロッド２０がネジ結合されて固定されている。削岩機１９は、回転、打撃、押付などの掘削力を付与することができ、削岩機１９によって与えられた掘削力は、シャンクロッド２０およびスイベルアダプタ１４を介して先受鋼管１０に与えられ、さらに先受鋼管１０を介して削孔ビット１１に与えられる。また、スイベルアダプタ１４の軸方向に延在するエア通路１６は、先受鋼管１０の内部に流通している。このエア通路１６から流出するエアは、先受鋼管１０内に流入する。

以上の構成を有する本実施形態に係る削孔装置を用いた削孔方法について説明する。

削孔を行う目的としては、軟弱な地山にトンネルを形成するにあたり、トンネルの形成に先立ち、図３に示すように、トンネルＴの形成位置の周囲に、複数の掘削孔を形成し、先受鋼管１０を挿入してトンネルの周囲における地山の崩落を防止することである。掘削装置によって形成された複数の掘削孔における先受鋼管１０に対して、それぞれ硬化剤などを充填し、切羽の前方における地中に補強材をアーチ状に形成することにより、地山の崩落を防止する。

また、図４に示すように、先受鋼管１０は、トンネルＴに対してある程度の傾斜を持って配置されている。このように、先受鋼管１０を所定の角度を持って配置し、補強材を形成することにより、高い補強性能を発揮する。なお、トンネル内には、作業用重機Ｍが配備されている。

削孔装置を用いた削孔を行うにあたり、まず、トンネルの形成位置の周囲に、ビット部材１１を押し当て、削岩機１９を駆動する。削岩機１９を駆動することにより、削岩機１９による掘削力が発生する。削岩機１９による掘削力には、回転、打撃、および押付によるものがある。

スイベルジョイント１２におけるスイベルアダプタ１４は、スイベルボディ１３に収容され、スイベルボディ１３に対して相対的に回転可能であるとともに、前後方向への微少な移動が可能とされている。削岩機１９を駆動すると、削岩機１９の掘削力による回転、打撃、および押付による運動は、シャンクロッド２０を介してスイベルアダプタ１４に伝達される。スイベルアダプタ１４は、削岩機１９からの回転運動を受けて、スイベルボディ１３に対して相対的に回転する。また、削岩機１９からの打撃、押付運動を受けてスイベルボディ１３に対して相対的に前後動運動する。

スイベルアダプタ１４が回転運動および前後動運動を行うと、これらの運動は、先受鋼管１０に伝達され、さらに削孔ビット１１に伝達される。先受鋼管１０では、先受鋼管前部１０Ａと先受鋼管後部１０Ｂとを接続する継手部は、それぞれ厚肉に形成されているので、削岩機１９から与えられる掘削力に先受鋼管１０が耐えられるようにされている。削孔ビット１１は、これらの運動を受けて、ボタンビット１１Ａにより、前方の地山に対して回転、打撃、押付の各掘削力を与えて、掘削を進めて先受鋼管１０を地山に侵入させていく。

また、掘削を進めている間、コンプレッサ１８からは、圧縮されたフラッシングエアがエア流入口１７に対して供給されている。エア流入口１７に供給されたフラッシングエアは、エア通路１６を通過して先受鋼管１０へと流入する。

ここで、スイベルアダプタ１４に形成されたエア通路１６は、スイベルアダプタ１４がスイベルボディ１３に対して相対的に移動した場合でも、エア流入口１７との連通が維持されるように形成されているので、エア通路１６には、フラッシングエアが確実に供給される。また、スイベルボディ１３とスイベルアダプタ１４との間にはシール材１５が設けられているので、スイベルボディ１３とスイベルアダプタ１４との間からのフラッシングエアの漏洩を防止することができる。

エア通路１６に流入したフラッシングエアは、そのまま先受鋼管１０の内部に形成されたエア流通路に流入し、このエア流通路を介してビット部材１１におけるエア噴射口１１Ｂから、掘削部Ｅに噴射される。このとき、フラッシングエアは、通過断面積の大きい先受鋼管１０内を流通してエア噴射口１１Ｂから噴射されている。このため、圧力損失がほとんどない状態で供給されているので、掘削部Ｅに対して高い圧力を維持したままのフラッシングエアを噴射することができる。

掘削部Ｅに流入したフラッシングエアは、高い圧力の状態であるので、ビット部材１１によって地山を掘削して発生したくり粉を浮遊させた状態とすることができる。このまま、くり粉を浮遊させたフラッシングエアは、排出エア流通部１１Ｃを介して先受鋼管１０と掘削孔との間に流入する。

ここで、ビット部材１１の径は、先受鋼管１０の径よりも大径とされているので、ビット部材１１で掘削された掘削孔と先受鋼管１０との間には、クリアランス（空隙）が形成されている。この空隙を通過することにより、くり粉を含むフラッシングエアは、先受鋼管１０の後端部方向に移動する。そして、くり粉を含むフラッシングエアは、掘削孔の開口部から外部に排出される。

こうして、掘削が進行し、先受鋼管１０が所定の深さ位置まで埋設されたときに、掘削作業を終了し、その後、先受鋼管１０をスイベルジョイント１２から切離す。それから、先受鋼管１０の内部に硬化剤を充填して、トンネルの周囲の補強を行い、地山の崩落を防止する。このときに、削孔ビット１１は、地山内に埋め殺される。

このように、本実施形態に係る掘削方法においては、くり粉の排出を行うために供給する媒体として、水などの液体を用いることなく、フラッシングエアを用いている。このため、地山に水などを付加することなどがないので、水などの増加による地山の崩落を防止することができる。

また、スイベルアダプタ１４に先受鋼管１０を接続し、先受鋼管１０の内部にフラッシングエア流通路を形成しているので、フラッシングエアが通過する通路の断面が大きなものとなる。したがって、フラッシングエアの圧力損失は少なくなり、くり粉の排出性を高いものとすることができ、もってフラッシングを確実に行うことができる。さらに、本実施形態に係る掘削方法では、削岩機１９によって回転、打撃、押付による掘削力をビット部材１１に与えている。このため、高い掘削性能を発揮することができる。

次に、本発明の第二の実施形態について説明する。図５は、本発明の第二の実施形態に係る掘削装置の側断面図である。

図５に示すように、本実施形態に係る削孔装置２は、上記第一の実施形態と同様、先受鋼管２１を備えている。先受鋼管２１は、先受鋼管前部２１Ａと、先受鋼管後部２１Ｂとを有しており、先受鋼管前部２１Ａの後端部および先受鋼管後部２１Ｂの先端部には、それぞれ段差を有する互いに嵌め合い可能な継手部が形成されている。これらの継手部は、先受鋼管前部２１Ａおよび先受鋼管後部２１Ｂの他の部分よりも厚肉に形成されており、これらの継手部を嵌め合わせ、ネジ結合によって固定することにより、先受鋼管２１が形成されている。また、先受鋼管後部２１Ｂの後端部には、先受鋼管前部２１Ａの後端部と同様の継手部が形成されている。

また、先受鋼管２１の先端部には、削孔ビット２２がネジ結合されて固定されている。図６に示すように、削孔ビット２２の正面には、複数の複数のボタンビット２２Ａが設けられている。また、削孔ビット２２には、エア噴射口２２Ｂが形成されており、先受鋼管２１を介して供給されたフラッシングエアを掘削面に向けて噴射する。

さらに、削孔ビット２２には、排出エア流通部２２Ｃが形成されている。本実施形態に係る削孔ビット２２における排出エア流通部２２Ｃは、先受鋼管２１の内部に連通しており、排出エア流通部２２Ｃから排出されるくり粉を含むフラッシングエアは、先受鋼管２１の内側に送られる。

先受鋼管２１の内部には、本発明の気体案内管であるサクションホース２３が配設されている。サクションホース２３は、可とう性を有するたとえば塩化ビニルによって形成されており、中間部に設けられホースカップリング２４によって２本のサクションホース前部２３Ａおよびサクションホース後部２３Ｂが接続されて形成されている。また、サクションホース前部２３Ａとサクションホース後部２３Ｂとは、ホースバンドによって固定されている。

このサクションホース２３内をフラッシングエアが通過する。削孔ビット２２の後端部には、エア流入口２２Ｄが形成されており、このエア流入口２２Ｄには、第一アダプタ２５を介してサクションホース２３の先端部が接続されている。サクションホース２３を通過したフラッシングエアは、エア流入口２２Ｄを介して削孔ビット２２内に流入し、エア噴射口２２Ｂから噴出される。また、排出エア流通部２２Ｃから先受鋼管２１内に流入するくり粉を含むフラッシングエアは、先受鋼管２１とサクションホース２３との間に流入する。

先受鋼管２１の後端部には、スイベルジョイント２６が配置されている。スイベルジョイント２６は、上記第一の実施形態と同様のスイベルボディ２７およびスイベルボディ２７の内側に配置されたスイベルアダプタ２８を備えている。スイベルボディ２７には、エア流入口２９が設けられており、エア流入口２９には、上記第一の実施形態と同様のコンプレッサ１８が接続されている。

スイベルアダプタ２８は、スイベルボディ２７に対して相対的に回転方向および前後方向に移動可能であり、スイベルアダプタ２８には、上記第一の実施形態と同様、シャンクロッド２０を介して削岩機１９が接続されている。シャンクロッド２０は、スイベルアダプタ２８にネジ結合されて固定されている。スイベルアダプタ２８には、先受鋼管２１が接続されている。先受鋼管２１の後端部およびスイベルアダプタ２８の前端部には、それぞれ嵌めあい可能な継手部が形成されており、これらの継手部を嵌め合わせ、ネジ結合によって固定することにより、スイベルアダプタ２８と先受鋼管２１とが接続される。

また、スイベルアダプタ２８にはエア通路３０が形成されており、エア通路３０の流入部はエア流入口２９と接続され、エア通過部の排出口は、第二アダプタ３１を介してサクションホース２３と連結されている。このため、スイベルアダプタ２８の回転に伴ってサクションホース２３も回転する構造をなしている。

さらに、スイベルアダプタ２８には、くり粉を含むエアを外部に排出するくり粉排出部３２が設けられている。くり粉排出部３２は、先受鋼管２１の内側であってサクションホース２３の外側と、スイベルジョイント２６との外側を連通している。また、スイベルボディ２７とスイベルアダプタ２８との間には、上記第一の実施形態と同様のシール材３３が設けられている。

以上の構成を有する本実施形態に係る掘削装置を用いた掘削方法について説明する。

本実施形態に係る掘削方法では、上記第一の実施形態と同様、地山の周囲に補強材を形成するために掘削を行う。掘削を行う際には、トンネルの形成位置の周囲に、ビット部材１１を押し当て、削岩機１９を駆動し、そのまま地山の掘削を進めながら先受鋼管２１を地山に侵入させていく。

先受鋼管２１を地山に侵入させるにあたり、いまだ侵入長さが短い場合には、先受鋼管前部２１Ａとスイベルジョイント２６とを接続して、先受鋼管前部２１Ａを地山に侵入させる。先受鋼管前部２１Ａがほとんど地山に侵入したら、図７（ａ）に示すように、先受鋼管前部２１Ａからスイベルジョイント２６を一旦取り外し、サクションホース前部２３Ａにサクションホース後部２３Ｂをホースカップリング２４で接続する。

続いて、図７（ｂ）に示すように、先受鋼管前部２１Ａと先受鋼管後部２１Ｂとを接続してネジ結合して固定する。さらに図７（ｃ）に示すように、先受鋼管後部２１Ｂとスイベルアダプタ２６とを接続し、ネジ結合して固定するする。このようにして、先受鋼管２１を地山に侵入させることにより、先受鋼管２１を精度よく地山に侵入させることができる。

掘削を進めている間、コンプレッサ１８からは、圧縮されたフラッシングエアがエア流入口２９に対して供給されている。エア流入口２９に供給されたフラッシングエアは、エア通路３０を通過してサクションホース２３内へと流入する。この間、スイベルボディ２７とスイベルアダプタ２８との間にはシール材３３が設けられているので、エア通路３０に供給されたフラッシングエアがスイベルボディ２７とスイベルジョイント２６との間から漏洩することが防止されている。

また、スイベルアダプタ２８はスイベルボディ２７に対して回転しているが、スイベルアダプタ２８が回転している場合でも、エア流入口２９からエア通路３０に対するエアの供給は可能となっている。このため、掘削作業を行っている間、掘削部にフラッシングエアの供給を継続することができる。

サクションホース２３内に流入したフラッシングエアは、削孔ビット２２におけるエア噴射口２２Ｂから噴射される。フラッシングエアは、通過断面積の大きいサクションホース２３内を流通してエア噴射口２２Ｂから噴射されている。このため、圧力損失がほとんどない状態で供給されているので、掘削部に対して高い圧力を維持したままのフラッシングエアを噴射することができる。

掘削部に流入したフラッシングエアは、高い圧力の状態であるので、削孔ビット２２によって地山を掘削して発生したくり粉を浮遊させた状態とすることができる。このまま、くり粉を浮遊させたフラッシングエアは、排出エア流通部２２Ｃを介して先受鋼管１０とサクションホース２３との間に流入する。

先受鋼管２１と、サクションホース２３との間には、クリアランスが設けられている。排出エア流通部２２Ｃに流入したくり粉を含むフラッシングエアは、このクリアランスを通過して、くり粉排出部３２へと送られる。くり粉排出部３２に送られたくり粉を含むフラッシングエアは、くり粉排出部３２からスイベルジョイント２６の外部に排出することができる。

ここで、くり粉が先受鋼管２１の内部を通過することから、先受鋼管２１内へのくり粉の残留が懸念される。この点、サクションホース２３が可とう性を有することから、フラッシングエアを供給する際にわずかな振動を起こす。この振動により、先受鋼管２１内へのくり粉の残留を防止するので、先受鋼管２１内におけるくり粉の残留量を少ない、または無くすことができる。

その後、先受鋼管２１が所定の深さ位置に到達したら、掘削作業を終了する。この後、先受鋼管２１および削孔ビット２２は地山内に埋め殺されるが、サクションホース２３は回収される。その後は、上記第一の実施形態と同様の処理を行う。

このように、本実施形態に係る掘削方法においては、上記第一の実施形態と同様、水などの増加による地山の崩落を防止することができ、フラッシングエアの圧力損失は少なくなり、くり粉の排出性を高いものとすることができ、もってフラッシングを確実に行うことができる。また、削岩機１９によって回転、打撃、押付による掘削力をビット部材１１に与えているため、高い掘削性能を発揮することができる。

さらに、本実施形態に係る掘削方法では、くり粉を含むフラッシングエアが先受鋼管２１の内部を通過して排出される。このため、フラッシングエアが先受鋼管の外部を通過しないようにすることができるので、さらに確実に地山の崩落を防止することができる。

続いて、本発明の第三の実施形態について説明する。図８は、本発明の第三の実施形態に係る削孔装置の側断面図である。本実施形態に係る削孔装置は、上記第二の実施形態と同様、単管の先受鋼管内にサクションホースを設けたものであるが、サクションホースと削孔ビットおよびサクションホースとスイベルアダプタとの接続態様が主に異なる。

図８に示すように、本実施形態に係る削孔装置３は、上記第二の実施形態と同様の先受鋼管２１を備えている。先受鋼管２１の先端部には、削孔ビット２２が取り付けられており、削孔ビット２２におけるエア流入口２２Ｄには、サクションホース２３が直接取り付けられている。

サクションホース２３は、削孔ビット２２におけるエア流入口２２Ｄに対して、スライド可能に取り付けられている。また、削孔ビット２２のエア流入口２２Ｄにおけるサクションホース２３との接続部分には、シール材３５が設けられている。このシール材３５により、サクションホースが前後方向に摺動しながらスライドした際に、エア流入口２２Ｄとサクションホース２３との間からのフラッシングエアの漏洩を防止している。
エア流入口２２Ｄには、シール材３５が設けられており、サクションホース２３は、削孔ビット２２におけるエア流入口２２Ｄにスライド可能に取り付けられている。

さらに、サクションホース２３の後端部には、スイベルジョイント２６におけるスイベルアダプタ２８が接続されている。スイベルアダプタ２８には、エア通路３０が形成されており、エア通路３０とサクションホース２３とは連通している。サクションホース２３とスイベルアダプタ２８とはスライド可能に接続されており、スイベルアダプタ２８におけるサクションホース２３との接続部分には、シール材３６が設けられている。このシール材３６により、サクションホースが前後方向に摺動しながらスライドした際に、スイベルアダプタ２８とサクションホース２３との間からのフラッシングエアの漏洩を防止している。その他の点については、上記第二の実施形態と同様の構成を有している。

本実施形態に係る削孔装置３では、上記第二の実施形態に係る削孔装置２による削孔方法と同様、削岩機１９によって、スイベルアダプタ２８および先受鋼管２１を介して削孔ビット２２に掘削力を付与し、地山を掘削する。また、地山の掘削を行う間、コンプレッサ１８から圧縮されたフラッシングエアがスイベルジョイント２６に形成されたエア通路３０に供給される。このフラッシングエアは、サクションホース２３を介して削孔ビット２２のエア噴射口２２Ｂから噴射される。それから、排出エア流通部２２Ｃをくり粉とともに通り、先受鋼管２１の内側とサクションホース２３の外側との間のクリアランス部分を通過して、スイベルジョイント２６に形成されたくり粉排出部３２から排出される。

また、削孔作業を行っている間、削岩機１９からの掘削力がスイベルアダプタ２８を介して先受鋼管２１およびサクションホース２３に伝達されている。ここで、先受鋼管２１に伝達される掘削力は、削孔ビット２２に伝達されるが、サクションホース２３は、この掘削力のうち、前後方向を向いた運動によって、スイベルアダプタ２８と削孔ビット２２との間で挟まれてストレスとなることが考えられる。この点、サクションホース２３と削孔ビット２２およびサクションホース２３とスイベルアダプタ２８との間はスライド可能とされている。このため、サクションホース２３に掛かる掘削力を逃がすことができるので、サクションホース２３の破損を防止することができる。

次に、本発明の第四の実施形態について説明する。図９は、本発明の第四の実施形態に係る削孔装置の側断面図である。

図９に示すように、本実施形態に係る削孔装置４は、上記第一の実施形態と同様の先受鋼管１０を備えている。先受鋼管１０の先端には、断面が三角形である円錐形状をなす削孔ビット４０が取り付けられている。また、先受鋼管１０の後端部には、上記第一の実施と同様のスイベルジョイント２６が設けられており、スイベルジョイント２６は、スイベルボディ２７およびスイベルアダプタ２８を備えている。先受鋼管１０は、スイベルジョイント２６におけるスイベルアダプタ２８に接続されている。

また、スイベルアダプタ２８には、シャンクロッド２０を介して削岩機１９が接続されている。削岩機１９は、上記各実施形態と同様、回転、打撃、および押付による掘削力を与えることができる。

以上の構成を有する本実施形態に係る削孔装置４においては、削岩機１９による掘削力を、先受鋼管１０を介して削孔ビット４０に伝達している。削孔ビット４０では、削岩機１９によって与えられる掘削力によって、地山を掘削していき、先受鋼管１０を地山に侵入させる。

ここで、削孔ビット４０の先端部は、円錐形状をなしている。このため、削岩機１９による掘削力を、削孔ビット４０に対して先受鋼管１０を介して伝達するのみで、地山の掘削を行うことができる。したがって、簡素な構成の掘削装置でありながら、高い掘削性能を発揮することができる。

なお、本実施形態において、削孔ビットとして円錐形状をなすものを用いているが、先端が尖鋭状である断面三角形状をなす他の形状の削孔ビットを用いることもできる。具体的には、三角錐、四角錐などの多角錐体を用いることもできる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明してが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。たとえば、上記第二、第三の実施形態において、くり粉排出口をスイベルジョイントに設けているが、くり粉排出口を先受鋼管の後部に設ける態様とすることができる。また、上記各実施形態では、トンネル掘削の際の地山の補強のために用いているが、他の削孔工法、たとえばＢＡＦ工法（脚部補強工法）に用いることなどもできる。

第一の実施形態に係る削孔装置の側断面図である。 第一の実施形態における削孔ビットの正面図である。 補強材を設けたトンネル周辺の模式的斜視図である。 トンネルを掘削する状態を示す側断面図である。 第二の実施形態に係る削孔装置の側断面図である。 第二の実施形態における削孔ビットの正面図である。 先受鋼管の接続工程を示す工程図である。 第三の実施形態に係る削孔装置の側断面図である。 第四の実施形態に係る削孔装置の側断面図である。

符号の説明

１〜４削孔装置
１０，２１…先受鋼管
１１，２２，４０…削孔ビット
１２，２６…スイベルジョイント
１３，２７…スイベルボディ
１４，２８…スイベルアダプタ
１５，３３，３５，３６…シール材
１６，３０…エア通路
１７，２９…エア流入口
１８…コンプレッサ
１９…削岩機
２０…シャンクロッド
２３…サクションホース
２４…ホースカップリング
２５…第一アダプタ
３１…第二アダプタ
３２…くり粉排出部

Claims (6)

1. 気体噴射孔が形成され、前記気体噴射孔から気体を噴射しながら地山を掘削するビット部材と、
   前記ビット部材の後端部に先端が接続され、前記気体噴射孔から噴射される気体の流通路が内部に形成された先受鋼管と、
   前記先受鋼管の後端部に接続され、前記先受鋼管に対して気体を供給する気体供給路が形成されたジョイント部材と、
   前記ジョイント部材および前記先受鋼管を介して前記ビット部材の気体噴射孔に気体を供給する気体供給手段と、
   前記ジョイント部材に取り付けられ、前記ジョイント部材および前記先受鋼管を介して前記ビット部材に掘削力を付与する掘削力付与手段と、
   を備え、
   前記ビット部材および前記ジョイント部材にそれぞれ接続され、前記気体供給手段から供給される気体を前記気体噴射孔に案内する気体案内管が前記先受鋼管の内側に形成され、
   前記先受鋼管と前記気体案内管との間に、前記気体の排出路が形成されていることを特徴とする削孔装置。
2. 前記気体案内管は、前記ビット部材および前記ジョイント部材のうちの少なくとも一方に対して、スライド可能とされている請求項１に記載の削孔装置。
3. 前記気体案内管が、可とう性を有する請求項２に記載の削孔装置。
4. 前記先受鋼管の径は、前記ビット部材の径よりも小径とされており、
   前記先受鋼管と前記ビット部材によって掘削された掘削孔との間に、前記気体の排出路が形成されている請求項１〜請求項３のうちのいずれか１項に記載の削孔装置。
5. 前記ジョイント部材がスイベルジョイントであり、
   前記掘削力付与手段は、回転、打撃、および押付による掘削力を付与する請求項１〜請求項４のうちのいずれか１項に記載の削孔装置。
6. 請求項１〜請求項５のうちのいずれか１項に記載の削孔装置を用い、
   前記気体供給手段から、前記ジョイント部材および前記先受鋼管を介して前記気体噴射孔に気体を供給するとともに、
   前記掘削力付与手段によって、前記ジョイント部材および前記先受鋼管を介して前記ビット部材に掘削力を付与し、
   前記気体噴射孔から気体を噴射しながら、前記ビット部材によって削孔を行うことを特徴とする削孔方法。

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