JP4765950B2

JP4765950B2 - 掘削工具および掘削工法

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Publication number: JP4765950B2
Application number: JP2007028205A
Authority: JP
Inventors: 邦彦田中; 和由中村
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2007-02-07
Filing date: 2007-02-07
Publication date: 2011-09-07
Anticipated expiration: 2027-02-07
Also published as: JP2008190287A

Description

本発明は、ケーシングパイプ先端にリングビットが取り付けられるとともに、このケーシングパイプ内に挿入されたインナーロッド等の伝達部材の先端にはインナービットが取り付けられた、いわゆる二重管式ビットの掘削工具、および該掘削工具を用いた掘削工法に関するものである。

この種の二重管式ビットを有する掘削工具は、例えば橋脚や建物の基礎杭打設工事、法面補強工事におけるアンカー材挿入孔等の掘削において、掘削とケーシングパイプの打設を同時に行うことで掘削孔周辺の軟弱地盤の崩壊を防ぎながら掘削する、同時ケーシング工法に用いられる。そして、このような同時ケーシング工法では、ケーシングパイプの打設後はインナービットや伝達部材を掘削孔から抜き出し、次いでケーシングパイプ内を通して地盤強化用の薬液を注入することで掘削孔底部周辺の軟弱地盤を改良してケーシングパイプと一体化するようにしている。

ここで、このような掘削工法に用いられる二重管式の掘削工具としては、例えば特許文献１に、円筒状のケーシングパイプの先端にリングビットが互いの内外周面を対向させてケーシングパイプの軸線回りに回転自在に取り付けられるとともに、インナービットはこのリングビットと軸線回りに係合可能に取り付けられた掘削工具において、ケーシングパイプとリングビットとの上記内外周面にそれぞれ軸線回りに延びる環状溝を形成して、これらの環状溝が合致することによって画成される環状孔に、軸線に対する径方向に弾性変形可能なＣ型止め輪等の係止部材を介装することにより、軸線方向にリングビットをケーシングパイプに係止させたものが提案されている。

従って、このような掘削工具では、ケーシングパイプとリングビットの一方の内周面または外周面に形成された環状溝に係止部材を弾性変形させつつ他方の環状溝に嵌挿することにより、環状溝同士が合致して環状孔が画成されたところで、係止部材がその弾性によって元の状態に復帰してこの環状孔に介装されるため、比較的簡単な構造できわめて容易にリングビットをケーシングパイプ先端に回転自在としたまま先端側に抜け止めして取り付けることが可能となる。このため、ジャミングなどにより掘削途中で伝達部材およびインナービットを一旦後退させた後、再び前進させて掘削を続行しようとしたときなどに、リングビットがインナービットにより押し出されて外れてしまうような事態が生じるのを防ぐことができる。
特開２００１−１４０５７８号公報

ところが、このような掘削工具を上記同時ケーシング工法に用いた場合には、掘削孔の底部において、打設されたケーシングパイプ先端のリングビットよりも先端側には、注入された薬液が行き渡って軟弱地盤を強化することができるものの、これよりも後端側のケーシングパイプの外周側には薬液を十分に注入することができず、このケーシングパイプの外周部とその周辺の地盤とを確実に一体化することが難しいという問題がある。このような問題を解消するために、ケーシングパイプ自体に逆止弁やスリット等を設けて外周側の地盤に薬液を注入する手段も提案されているが、かかる手段ではケーシングパイプの強度低下を招いて、特に掘削長が長くなると折損事故が生じる傾向が強くなるとともに、ケーシングパイプが高コストになる。さらには、掘削孔の途中に高圧水脈等があると薬液を効率的に注入できない場合もある。

特に最近では、基礎杭を堅固な岩盤内にまで埋設して根付けしたりせずに、岩盤の表面まで掘削孔を形成して薬液を注入することにより岩盤表面の地盤を強化して岩盤と一体化した強化部を形成し、この強化部に基礎杭を根付けして埋設する基礎杭工法も採用されつつある。そして、このような基礎杭工法でも、岩盤表面で薬液により強化した上記強化部を確実に岩盤と一体化させるためには、掘削孔とケーシングパイプ外周部の空隙に確実に薬液を充填する必要があるが、上記従来の掘削工具では上述のようにこのケーシングパイプ外周側に薬液を満遍なく十分に注入することは困難であり、かかる基礎杭工法に好適に用い得る掘削工具が要望されていた。

本発明は、このような背景の下になされたもので、ケーシングパイプの強度低下やコスト高を招いたりすることなく、ケーシングパイプの外周部の地盤に確実かつ十分に薬液を注入して強化した状態で、このケーシングパイプを掘削孔に打設することが可能な掘削工具を提供し、またこのような掘削工具を用いて、上述の基礎杭工法のような強化部を岩盤の表面などに確実に形成してケーシングパイプを埋設することが可能な掘削工法を提供することを目的としている。

上記課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明の掘削工具は、円筒状のケーシングパイプの先端にリングビットが該ケーシングパイプの軸線回りに回転自在、かつ該軸線方向先端側に抜け止めされつつこの軸線方向に進退可能に取り付けられるとともに、上記ケーシングパイプ内に挿入されて上記軸線回りに回転される伝達部材の先端には、上記リングビットの内周に挿入されて該リングビットと上記軸線方向先端側および該軸線回りに係合可能とされるインナービットが取り付けられてなる掘削工具において、上記リングビットは上記ケーシングパイプの先端に、互いの内外周面を対向させて嵌挿されるとともに、該リングビットの上記軸線方向後端側を向く面を上記ケーシングパイプの先端側を向く面に対向させて取り付けられるとともに、上記リングビットは上記ケーシングパイプに対して、係合手段により上記軸線回りの少なくとも１の回転方向と該軸線方向の少なくとも先端側とに向けて係合可能とされており、この係合手段においては、上記リングビットと上記ケーシングパイプの上記内外周面に互いに螺合する少なくとも一対の雌雄ネジ部が形成されていて、これらのネジ部を上記軸線方向先端側を向く面と後端側を向く面同士が密着するまでねじ込むことにより、上記リングビットが上記ケーシングパイプに対して係合可能とされることを特徴とする。

また、このような掘削工具を用いた本発明の掘削工法は、上記リングビットと上記インナービットとを係合させて上記軸線回りに回転させつつ該軸線方向先端側に前進させることにより掘削孔を形成しながら、この掘削孔に上記ケーシングパイプを建て込み、次いで、上記伝達部材およびインナービットを引き抜き、しかる後、上記係合手段によって上記ケーシングパイプとリングビットとを係合させて上記１の回転方向に回転させるとともに上記軸線方向先端側に前進させて掘削を行うことを特徴とする。

従って、上記掘削工具では、ケーシングパイプとリングビットだけでも掘削が可能となる。そこで、かかる掘削工具を用いたこのような掘削工法を、上述したような強化部に基礎杭を根付けして埋設する基礎杭工法に適用する場合には、まず上述のようにリングビットを、ケーシングパイプに対しては先端側に抜け止めしつつ軸線方向に進退可能かつ回転自在としたまま、その内周に挿入されたインナービットと軸線方向先端側および軸線回りに係合させることにより、伝達部材を介してこのインナービットに伝えられる回転力、打撃力、および推力がリングビットにも伝えられるので、これらインナービットとリングビットとを一体に回転、前進させることにより掘削孔を形成しながら、同時ケーシング工法によりこの掘削孔にケーシングパイプを建て込んでゆく。ここで、リングビットはケーシングパイプに抜け止めされているので、ジャミング等が生じて伝達部材およびインナービットを一旦後退させた後に再び前進させても、リングビットが脱落することはない。

そして、この掘削孔が所定の深さ、例えば上記岩盤の表面に達する深さまで形成されたところで、伝達部材およびインナービットをリングビットおよびケーシングパイプの内周から引き抜くとともに、上記強化部を形成したりするのに必要な深さまでケーシングパイプおよびリングビットを後退させ、これらケーシングパイプおよびリングビット内を通して、リングビット先端から岩盤表面等との間の上記掘削孔底部周辺に薬液を注入する。このとき、薬液は、リングビット先端から岩盤表面等の間で広範囲にわたって放射的に分散するため、先に形成された掘削孔の外周側の地盤にも薬液が注入されて充填されることになる。

しかる後、上記係合手段によってケーシングパイプとリングビットとを係合させて、ケーシングパイプを上記１の回転方向に回転させるとともに軸線方向先端側に前進させると、係合した先端のリングビットも一体に回転、前進して、上記薬液が注入された地盤がリングビットとケーシングパイプだけで掘削され、これらが例えば元の岩盤表面等に達する深さまで埋設される。そして、こうして埋設されたリングビットおよびケーシングパイプの外周部には、掘削孔との空隙部にも満遍なく十分に薬液が充填された状態で地盤が強化された強化部が形成されることになるので、上記構成の掘削工具および掘削工法によれば、ケーシングパイプに逆止弁やスリットを設けたりせずとも、ケーシングパイプの外周側に薬液が注入された地盤を形成したり、こうして薬液注入により地盤が強化された強化部を岩盤表面に確実に形成してケーシングパイプを埋設することが可能となる。

この点、例えば上記特許文献１に記載の掘削工具では、リングビットはケーシングパイプの先端に抜け止めはされているものの、上述のような係合手段を備えることがないために常に回転自在の状態となっているため、ケーシングパイプを回転させてもリングビットが回転力を受けることはなく、掘削は不可能である。また、この抜け止めも、上述のようにリングビットとケーシングパイプの内外周面間に画成された環状孔にＣ型止め輪等の係止部材を介装することによるものであるため、ケーシングパイプを前進させた際にその推力や打撃力がこの係止部材を介してリングビットに伝えられると、該係止部材が破損してリングビットが外れてしまい、やはり掘削不能に陥ってしまう。

そこで、このように掘削不能に陥ることなく、リングビットとケーシングパイプとを確実に係合させるのに、本発明では、上記リングビットをケーシングパイプの先端に、互いの内外周面を対向させて嵌挿するとともに、該リングビットの上記軸線方向後端側を向く面を上記ケーシングパイプの先端側を向く面に対向させて取り付け、上記係合手段においては、上記内外周面に互いに螺合する少なくとも一対の雌雄ネジ部を形成して、これらのネジ部を上記軸線方向先端側を向く面と後端側を向く面同士が密着するまでねじ込むことにより、上記リングビットを上記ケーシングパイプに対して係合可能としている。この場合には、リングビットはケーシングパイプに対し、上記軸線回りにおいて上記雌雄ネジ部のねじ込み方向とは反対向きの回転方向に係合させられて回転力が伝えられるとともに、これらネジ部の螺合と上記先後端側を向く面同士の密着により先端側に向けて係合させられ、ケーシングパイプからの推力や打撃力は専らこの密着した面同士を介して伝えられるので、係合手段の雌雄ネジ部に破損が生じたりすることはなく、確実に掘削を行うことが可能となる。

また、特にこうして雌雄ネジ部と先後端側を向く面とにより係合手段を構成した場合には、リングビットとケーシングパイプの上記内外周面において、上記一対の雌雄ネジ部のうち一方のネジ部が形成された周面に、他方のネジ部と螺合可能な抜け止めネジ部を、上記軸線に沿った上記他方のネジ部のねじ込み方向後方側に上記一方のネジ部と間隔をあけて形成しておいて、リングビットをケーシングパイプの先端に取り付けた状態で、上記他方のネジ部が軸線方向においてこれら一方のネジ部と抜け止めネジ部との間に緩挿されるように構成することにより、同時ケーシング工法において掘削孔を形成する際には、この抜け止めネジ部に他方のネジ部を係止させてリングビットを先端側に抜け止めするとともに回転自在にケーシングパイプに取り付けることができる。

なお、このような係合手段を採用した場合でも、リングビットをケーシングパイプに抜け止めしつつ回転自在とするだけならば、例えば上記特許文献１に記載されたように、上記内外周面に環状溝を形成して画成される環状孔に弾性変形可能な係止部材を介装してリングビットを係止する構成でもよい。

このように、本発明の掘削工具によれば、インナービットとリングビットとを係合させてこれらによる掘削を行うことができるのは勿論、リングビットとケーシングパイプとを係合させての掘削を行うことも可能な多機能の掘削工具を提供することができ、例えばケーシングパイプの強度低下やコスト高を招いたりすることなく、ケーシングパイプの外周部の地盤に確実かつ十分に薬液を注入して強化した状態で、このケーシングパイプを掘削孔に打設することが可能となる。また、このような掘削工具を用いた本発明の掘削工法によれば、岩盤の表面などにおいてケーシングパイプの外周部にも確実に薬液を注入した状態でリングビットおよびケーシングパイプを埋設することが可能となる。

図１ないし図３は、本発明の掘削工具の一実施形態を示すものである。本実施形態において、ケーシングパイプ１は、必要に応じて順次継ぎ足される円管状のパイプ本体２の先端に円筒状のケーシングトップ３が溶接により同軸に取り付けられて構成されるとともに、このケーシングパイプ１の内周には、図示されないインナーロッド等の打撃、回転、推力を伝達する伝達部材が上記ケーシングパイプ１の中心軸線Ｏと同軸に挿入されて、この伝達部材も必要に応じて順次継ぎ足されて構成され、その最後端は、掘削時に該伝達部材に軸線Ｏ回りの回転力と軸線Ｏ方向先端側に向けての推力を与える掘削装置に連結される。そして、ケーシングパイプ１先端のケーシングトップ３のさらに先端には円環状のリングビット４が取り付けられるとともに、伝達部材の先端には、軸線Ｏ方向先端側に向けての打撃力を与えるやはり図示されないハンマーを介して、インナービット５が取り付けられて上記リングビット４の内周に挿入されている。

上記ケーシングトップ３は、その後端部が、先端部に対して内外径とも一段縮径するように形成されるとともに、その後端縁には後端側に向けて漸次拡径するテーパ部３Ａが形成されており、この後端部を最先端のパイプ本体２の内周に嵌挿した上で、上記先端部の後端をパイプ本体２先端に突き合わせて溶接されることにより取り付けられている。また、このケーシングトップ３の先端部は、その外径がパイプ本体２の外径と略等しくされるとともに内径はパイプ本体２の内径より僅かに大きくされ、この先端部の軸線Ｏ方向先端側を向く面３Ｂすなわち当該ケーシングトップ３の先端面と、ケーシングトップ３の内周面のうち上記先端部と後端部との間の段差部分において同じく軸線Ｏ方向先端側を向く面３Ｃとは、軸線Ｏに垂直な円環状の平坦面とされている。

このケーシングトップ３の先端側に取り付けられる上記リングビット４は、その後端部の外周面が上記ケーシングトップ３の先端部の内周に略嵌挿可能、あるいは緩挿可能な小さな外径とされるとともに、先端部は外周側に拡径してその外径がケーシングトップ３やパイプ本体２の外径よりも大きくされている。また、このリングビット４の内周面は、その先端側が上記ケーシングトップ３の後端部の内周面よりも一段小さな内径に形成されているとともに、後端側はこのケーシングトップ３後端部の内周面よりも僅かに大きな内径とされ、これら先後端の間の段差部には後端側に向かうに従い漸次拡径するテーパ部４Ａが形成されている。従って、本実施形態ではこのリングビット４の後端部の外周面がケーシングパイプ１先端のケーシングトップ３における先端部の内周面と径方向に対向するように嵌挿されるとともに、このケーシングトップ３先端部の軸線Ｏ方向先端側を向く上記面３Ｂと拡径したリングビット４先端部の内周側の後端側を向く面４Ｂ、およびリングビット４の後端面４Ｃとケーシングトップ３の段差部分の上記面３Ｃとが、それぞれ軸線Ｏ方向に対向して取り付けられることになる。

また、本実施形態では、このリングビット４の先端面は軸線Ｏに直交する平坦な円環状面とこの円環状面の内外周に連なって内外周側に向かうに従い後端側に傾斜する２つのテーパ面とから構成されており、これらの円環状面および内外周のテーパ面のそれぞれに、超硬合金等の硬質材料よりなるチップ６が多数植設されている。さらに、リングビット４の先端側の内周面には、軸線Ｏに平行に延びる複数条の凹溝４Ｄが、周方向に等間隔に、かつリングビット４先端の内周側の上記テーパ面に植設されたチップ６と干渉しないように形成されている。これらの凹溝４Ｄは、掘削時の上記インナービット５の回転方向後方側の部分が図１の下側に示す凹溝４Ｄのようにリングビット４先端内周の上記テーパ面から上記テーパ部４Ａに亙って貫通して形成される一方、インナービット５の回転方向側の部分は、その後端側に図１の上側に示す凹溝４Ｄのような壁部４Ｅが形成されてテーパ部４Ａには開口しないようにされている。

一方、上記インナービット５は、先端から後端に向けて２段に拡径した後に段階的に縮径する外形多段円柱状をなしており、先端側の１段目の部分の外径はリングビット４の先端側の内周部に、また２段目の部分の外径はケーシングトップ３後端部の内周部に、さらに３段目の最も大きな部分の外径はパイプ本体２の内周部に、それぞれ緩挿可能な大きさとされている。また、このインナービット５の上記１段目の部分の先端面の外周縁部、すなわち当該インナービット５の先端面の外周縁部と、１段目から２段目の間の段差部と、２段目から３段目の部分の段差部とは、それぞれ外周側に向かうに従い後端側に向けて円錐状に広がるテーパ部とされており、このうち１段目から２段目のテーパ部５Ａおよび２段目から３段目のテーパ部５Ｂは、そのテーパ角が上記リングビット４のテーパ部４Ａおよびケーシングトップ３のテーパ部３Ａと等しくされていて、図１に示すようにこれらのテーパ部５Ａ，５Ｂがテーパ部４Ａ，３Ａに当接した状態で、インナービット５の先端がリングビット４の先端よりも突出するように設定されている。

ただし、このインナービット５の上記１段目の部分の外周には、上述のようにリングビット４の先端側内周部に緩挿可能とされたその外径よりも外周側に突出する突条５Ｃが、上記凹溝４Ｃと同数、やはり周方向に等間隔に、かつ軸線Ｏ方向にはそれぞれインナービット５の先端面からやや後退した位置から上記テーパ部５Ａの手前部分にかけて延びるように形成されている。これらの突条５Ｃは、図１下側に示したように上記凹溝４Ｄのテーパ部４Ａへの貫通部に後端側から緩挿可能とされ、かつこうして凹溝４Ｄに緩挿して上述のようにテーパ部４Ａ，３Ａとテーパ部５Ａ，５Ｂを当接させたところで、図１上側に示したように凹溝４Ｄの上記壁部４Ｅよりも先端側に間隔をあけて該凹溝４Ｄ内に収容可能とされている。従って、こうして突条５Ｃを凹溝４Ｄに収容してリングビット４の内周に挿入されたインナービット５は、テーパ部５Ａをテーパ部４Ａに当接させることによりリングビット４に対して軸線Ｏ方向先端側に係合可能、かつ軸線Ｏ回りに回転させたときには突条５Ｃが凹溝４Ｄの周方向を向くいずれかの側壁に当接することで、この軸線Ｏ回りにも係合可能とされてリングビット４と一体に回転させられる。

なお、インナービット５後端側の縮径した部分は上記ハンマーへの取付部とされるとともに、インナービット５の内部には、その後端から上記軸線Ｏに沿って先端側に向けて、このハンマーから送られた圧縮空気等の供給孔５Ｄが形成されており、この供給孔５Ｄはインナービット５の先端側で、外周側に向かうに従い先端側に延びる複数の噴出孔に分岐させられていて、このうち一部の噴出孔はインナービット５の先端面に開口させられるとともに、残りはインナービット５の先端側外周面において、テーパ部４Ａ，５Ａを当接させた状態でリングビット４の先端面に臨む位置に開口させられている。

また、このインナービット５の外周には、軸線Ｏに平行に延びる複数条の掘削屑の排出溝５Ｅが、該インナービット５の先端から最大外径となる上記３段目の部分で外周側に切れ上がるように、かつ周方向には上記突条５Ｃと干渉しないように形成されており、これらの排出溝５Ｅは、インナービット５の先端面では内周側に向けてその溝深さが漸次浅くなるように延設されていて、供給孔５Ｄから分岐した上記一部の噴出孔はこの先端面の排出溝５Ｅ内に開口させられている。さらに、このインナービット５の先端面にも、超硬合金等の硬質材料よりなる多数のチップ６が、テーパ部とされたその外周縁部にかけて、上記排出溝５Ｅと干渉しない位置に多数植設されている。

そして、このようなインナービット５が内周に挿入された上記リングビット４は、図１に示すようにインナービット５のテーパ部５Ａ，５Ｂがケーシングトップ３のテーパ部３Ａとリングビット４のテーパ部４Ａとに当接した状態で、ケーシングトップ３を含めたケーシングパイプ１に対して軸線Ｏ回りに回転自在、かつこの軸線Ｏ方向先端側に抜け止めされつつ該軸線Ｏ方向に進退可能に取り付けられる一方、インナービット５が内周から抜き出された状態では、係合手段７により、上記軸線Ｏ回りの１の回転方向と該軸線Ｏ方向の先端側とに向けてケーシングトップ３（ケーシングパイプ１）に対し係合可能とされている。

本実施形態では、この係合手段７は、上述のように互いに対向するように嵌挿されたリングビット４後端部の外周面とケーシングトップ３先端部の内周面とに形成された２対の雌雄ネジ部８Ａ〜８Ｄによって構成されている。すなわち、図２に示すようにリングビット４の後端部外周面には２つの雄ネジ部８Ａ，８Ｂが軸線Ｏ方向後端側と先端側とに間隔をあけて形成されるとともに、ケーシングトップ３の先端部内周面にはやはり２つの雌ネジ部８Ｃ，８Ｄが上記間隔と略等しい間隔をあけて先端側と後端側とに形成され、これら雌雄ネジ部８Ａ〜８Ｄは、それぞれ互いに螺合可能なように、そのネジ径やピッチ、リード、ネジ山形状等が等しくされている。

従って、本実施形態の係合手段７では、これら先後端の雄ネジ部８Ａ，８Ｂを雌ネジ部８Ｃ，８Ｄにそれぞれねじ込んでゆくことにより、リングビット４は、その軸線Ｏ方向後端側を向く上記面４Ｂまたは後端面４Ｃあるいはこれら両面４Ｂ，４Ｃがケーシングトップ３の軸線Ｏ方向先端側を向く上記先端面３Ｂまたは上記面３Ｃあるいはこれら両面３Ｂ，３Ｃと密着したところで、図３に示すようにケーシングトップ３に螺着させられ、リングビット４がケーシングトップ３すなわちケーシングパイプ１に対して、軸線Ｏ回りには少なくとも雌雄ネジ部８Ａ〜８Ｄのねじ込み方向と反対向きの回転方向に係合させられるとともに軸線Ｏ方向にはその先後端側両側に係合させられることになる。

なお、互いに略等しくされた上記雄ネジ部８Ａ，８Ｂ間の間隔と雌ネジ部８Ｃ，８Ｄ間の間隔は、ケーシングトップ３の先端側の雌ネジ部８Ｃの軸線Ｏ方向の長さおよびリングビット４の後端側の雄ネジ部８Ａの軸線Ｏ方向の長さよりも長くなるようにされている。また、これら雌雄ネジ部８Ａ〜８Ｄ以外の部分のケーシングトップ３先端部内周面とリングビット４後端部外周面は、ケーシングトップ３とリングビット４とを軸線Ｏに対して同軸に配置したときに、該雌雄ネジ部８Ａ〜８Ｄとの間に僅かな間隔があけられるような内外径とされている。

このような構成の掘削工具において、雌雄ネジ部８Ａ〜８Ｄが形成されたリングビット４とケーシングトップ３とは、先端側からリングビット４後端側の雄ネジ部８Ａをケーシングトップ３先端側の雌ネジ部８Ｃにねじ込んでいって該雌ネジ部８Ａを通り抜けさせ、図１および図２に示したように雄ネジ部８Ａが雌ネジ部８Ｃ，８Ｄの間の部分に位置した状態に取り付けられる。従って、この状態で当該掘削工具の先端を下向きにしても、再び雄ネジ部８Ａを雌ネジ部８Ｃに螺合させて上記とは逆に先端側に抜け出るように回転させない限りは、雄ネジ部８Ａが雌ネジ部８Ｃに当接して係止されることによってリングビット４は上述のように先端側に抜け止めされる。すなわち、本実施形態ではこの雌ネジ部８Ｃがリングビット４の抜け止めネジ部としても作用することになる。また、雄ネジ部８Ａが雌ネジ部８Ｃ，８Ｄ間で進退する範囲、あるいは雌ネジ部８Ｃが雄ネジ部８Ａ，８Ｂ間で進退する範囲でリングビット４はケーシングトップ３に対して進退可能とされ、しかもこの範囲ではリングビット４はケーシングトップ３に対して軸線Ｏ回りに回転自在とされる。

こうしてリングビット４が取り付けられた掘削工具によって掘削を行う場合に、上述したような強化部に基礎杭を根付けして埋設する基礎杭工法に適用した本発明の掘削工法の一実施形態を図４を用いて説明する。本実施形態では、まずリングビット４の内周にインナービット５を挿入してテーパ部５Ａ，５Ｂをテーパ部３Ａ，４Ａに当接させた状態で、このインナービット５の後端部に連結された伝達部材Ｐを介してインナービット５に軸線Ｏ回りの回転力と該軸線Ｏ方向先端側への推力とを与えるとともに、この伝達部材Ｐに備えられたハンマーからインナービット５に同じく先端側への打撃力を与え、図４（ａ）に示すように地盤を掘削してゆく。このとき、上記回転力は上述のように突条５Ｃが凹溝４Ｄの側壁に当接して係合することで、また推力および打撃力はテーパ部５Ａ，４Ａが当接することで、それぞれリングビット４にも伝えられる。

従って、図４（ａ）に示したように地盤にはケーシングパイプ１よりも大きなこのリングビット４の外径に準ずる内径の掘削孔Ｈが形成され、さらに推力および打撃力はテーパ部５Ｂ，３Ａの当接によってケーシングトップ３を介してケーシングパイプ１全体にも伝えられるので、掘削孔Ｈの形成と同時にケーシングパイプ１も前進してこの掘削孔Ｈ内に打設されてゆく。なお、図１に示したように、こうしてテーパ部５Ａ，５Ｂをテーパ部３Ａ，４Ａに当接させた状態で、リングビット４の上記雄ネジ部８Ａはケーシングトップ３の雌ネジ部８Ｃ，８Ｄ間に、ケーシングトップ３の上記雌ネジ部８Ｃはリングビット４の雄ネジ部８Ａ，８Ｂ間にそれぞれ位置させられ、また上記回転力の方向は、上述のように雌雄ネジ部８Ａ，８Ｃが再び螺合して先端側に抜け出ることのない方向とされる。

こうして、同時ケーシング工法により掘削孔Ｈが所定の深さまで形成されてケーシングパイプ１が打設されたなら、図４（ｂ）に示すようにケーシングパイプ１ごとリングビット４およびインナービット５や伝達部材Ｐ等を一旦後退させ、次いで係合手段７によってリングビット４をケーシングパイプ１（ケーシングトップ３）に対して係合させた上で、図４（ｃ）に示すようにインナービット５および伝達部材Ｐ等をリングビット４およびケーシングパイプ１の内周から引き抜く。

ここで、このように係合手段７によって雌雄ネジ部８Ａ〜８Ｄを螺合させてリングビット４をケーシングパイプ１（ケーシングトップ３）に対し係合させるには、上記インナービット５をケーシングパイプ１から引き抜く前に、一旦上記凹溝４Ｄの壁部４Ｅが形成された側に突条５Ｃが位置するようにインナービット５を回転させてから後退させて突条５Ｃを壁部４Ｅに当接させ、さらにインナービット５を後退させてリングビット４の雄ネジ部８Ａ，８Ｂをケーシングトップ３の雌ネジ部８Ｃ，８Ｄの先端側から当接させてから、これら雌雄ネジ部８Ａ〜８Ｄが螺合するようにインナービット５を回転させつつ後退させればよい。従って、上記凹溝４Ｄにおいて壁部４Ｅが形成される側は、こうして雌雄ネジ部８Ａ〜８Ｄを螺合させる際のインナービット５の回転方向側となり、また螺合させられたリングビット４が上述のようにケーシングパイプ１とともに回転させられて再び掘削を行う際の回転方向は、ケーシングトップ３に対してリングビット４が螺合させられる際の回転方向の反対向きとされる。

次いで、こうしてリングビット４およびケーシングパイプ１を後退させることにより中空となったケーシングパイプ１内を通して、図４（ｄ）に示すようにリングビット４の先端から薬液を掘削孔Ｈの底部に注入し、強化部Ｒを形成する。例えば、上述のように堅固な岩盤の表面にこの薬液注入による強化部Ｒを形成して基礎杭を根付けする場合には、掘削孔Ｈを一旦この岩盤表面に達する深さまで形成し、リングビット４およびケーシングパイプ１は、リングビット４の先端と岩盤表面との間に必要な大きさの強化部Ｒを形成し得る間隔が確保される深さまで後退させればよい。こうして岩盤表面との間に間隔をあけたリングビット４先端から薬液を注入すると、薬液はこの間の部分で例えば放射状に拡がって分散させられ、先に岩盤表面までの間に形成された掘削孔Ｈの外周側にも薬液が充填されて強化部Ｒが形成されることになる。

そして、本実施形態では、上述のように係合手段７によってリングビット４がケーシングトップ３に対して軸線Ｏ回りの上記回転方向と軸線Ｏ方向先端側とに向けて係合させられているので、ケーシングパイプ１を介してこのリングビット４に軸線Ｏ回りの回転力と軸線Ｏ方向先端側への推力、場合によっては打撃力を与えて、これらリングビット４とケーシングパイプ１だけにより、言い換えれば二重管の外管単体だけで再び掘削を行い、例えば図４（ｅ）に示すように上記強化部Ｒにリングビット４およびケーシングパイプ１を埋設して掘削孔Ｈの底部にまで到達させる。すなわち、上述のようにこの係合手段７の上記雌雄ネジ部８Ａ〜８Ｄを螺合させて、図３に示したようにリングビット４の後端側を向く上記面４Ｂ，４Ｃの少なくとも一方をケーシングトップ３の先端側を向く上記面３Ｂ，３Ｃの少なくとも一方と密着させることにより、リングビット４はケーシングパイプ１に対して上記ねじ込み方向の反対向きの回転方向と軸線Ｏ方向先端側とに係合するため、この回転方向にケーシングパイプ１を回転させることにより回転力が、また密着した上記面３Ｂ，３Ｃと面４Ｂ，４Ｃを介して推力および打撃力がリングビット４に伝えられ、その先端のチップ６によって掘削が可能となるのである。

従って、こうしてリングビット４とケーシングパイプ１先端のケーシングトップ３とを螺合させて係合させ、回転力と推力、場合によっては打撃力も与えることにより前進させて例えば上述のように掘削孔Ｈの底部に到達させた状態では、これらリングビット４およびケーシングパイプ１の外周部にも、満遍なく十分に上記薬液が充填されて強化された強化部Ｒが形成されることになる。このため、上記掘削工具および該掘削工具を用いた上述のような掘削工法によれば、ケーシングパイプ１に逆止弁やスリットを設けたりせずとも、すなわちケーシングパイプ１の強度低下やコスト高を招いたりすることなく、上記強化部Ｒをリングビット４やケーシングパイプ１の外周側に空隙部を残さずに形成することができ、この強化部Ｒを介してケーシングパイプ１を根付けして、例えば上記岩盤表面等に確実に固定することが可能となる。

また、本実施形態の掘削工具では、上述のようにリングビット４とケーシングトップ３（ケーシングパイプ１）とを軸線Ｏ回りの回転方向と軸線Ｏ方向先端側とに係合させるのに、これらリングビット４とケーシングトップ３との互いに対向する内外周面に形成した雌雄ネジ部８Ａ〜８Ｄを螺合させるとともに、軸線Ｏ方向に同じく対向する先後端側を向く面３Ｂ，３Ｃ，４Ｂ，４Ｃを密着させるようにしている。このため、これらケーシングパイプ１とリングビット４とをより強固に係合させることができるとともに、雌雄ネジ部８Ａ〜８Ｄの螺合によって面３Ｂ，３Ｃ，４Ｂ，４Ｃを押し付けるようにして密着させることができるので、ケーシングパイプ１からの推力や特に打撃力を一層確実かつ効率的にリングビット４に伝えて掘削を行うことが可能となる。

しかも、本実施形態では、リングビット４とケーシングトップ３との互いに対向する内外周面に二対の雌雄ネジ部８Ａ〜８Ｄが形成されて、雌雄ネジ部８Ａ，８Ｃ同士および雌雄ネジ部８Ｂ，８Ｄ同士がそれぞれ互いに螺合可能とされており、すなわちこれら二対の雌雄ネジ部８Ａ〜８Ｄによって係合手段７を構成しているので、一層強固にこれらリングビット４とケーシングトップ３とを係合、もしくは一体化させることができる。加えて、上記軸線Ｏ方向に対向する面も、本実施形態ではケーシングトップ３側とリングビット４側とで二対の面３Ｂ，３Ｃ，４Ｂ，４Ｃが備えられているので、これらの面３Ｂ，４Ｂ同士と面３Ｃ，４Ｃ同士をそれぞれ互いに同時に密着可能に形成すれば、上記推力や打撃力をさらに効率的に伝播させることが可能となる。ただし、これら二対の面３Ｂ，３Ｃ，４Ｂ，４Ｃは、雌雄ネジ部８Ａ〜８Ｄをねじ込んだときに少なくとも面３Ｂ，４Ｂ同士あるいは面３Ｃ，４Ｃ同士の一方が密着可能とされて係合手段７を構成するようにされていればよく、他方の面同士の間には間隔が開けられていてもよい。

さらに、本実施形態では、このようにリングビット４を二対の雌雄ネジ部８Ａ〜８Ｄによってケーシングトップ３に螺合させることにより係合させているのに合わせて、リングビット４後端側の雄ネジ部８Ａを雌ネジ部８Ｃ，８Ｄの双方に、またケーシングトップ３先端側の雌ネジ部８Ｃは雄ネジ部８Ａ，８Ｂの双方に螺合可能となるように、すなわちすべての雌雄ネジ部８Ａ〜８Ｄのネジ径やピッチ、リード、ネジ山形状等が等しくなるように形成されている。そして、これにより、インナービット５をリングビット４に係合させて掘削を行うときには、上記雄ネジ部８Ａが雌ネジ部８Ｃに後端側から当接することによりリングビット４が先端側に抜け止めされるとともに軸線Ｏ回りに回転自在とされるので、インナービット５とリングビット４との一体回転が阻害されることがなく、またジャミング等によりインナービット５を一旦引き抜いてリングビット４内周に再び挿入する場合でも、リングビット４が外れて脱落してしまうような事態も防止することができる。

ただし、本実施形態ではこのように二対の雌雄ネジ部８Ａ〜８Ｄをケーシングトップ３とリングビット４の内外周面に形成しているが、これら内外周面の一方には軸線Ｏ方向に間隔をあけた２つの等しい雄ネジ部または雌ネジ部が、他方にはこれらの雄ネジ部または雌ネジ部と螺合可能な１つの雌ネジ部または雄ネジ部がそれぞれ少なくとも形成されていれば、リングビット４をケーシングトップ３に螺合させて係合可能とするとともに、インナービット５を係合させたときには先端側に抜け止めしつつ回転自在に支持することができる。この場合には、上記内外周面の一方に形成された２つの雄または雌ネジ部の一方と他方の雌または雄ネジ部とが係合手段を構成することになる。また、本実施形態では雌ネジ部８Ｃ，８Ｄを形成したケーシングトップ３の先端側内周面に、雄ネジ部８Ａ，８Ｂを形成したリングビット４の後端側外周面を対向するように嵌挿させてこれら雌雄ネジ部８Ａ〜８Ｄを螺合させるようにしているが、これとは逆にリングビット４の後端部内周面にケーシングトップ３の先端部外周面を対向させるように嵌挿して、このケーシングトップ３側に雄ネジ部８Ａ，８Ｂを、リングビット４側に雌ネジ部８Ｃ，８Ｄを形成するようにしてもよい。

さらに、本実施形態の掘削工法では、掘削孔Ｈを形成した後にケーシングパイプ１ごとリングビット４およびインナービット５や伝達部材Ｐ等を後退させ、次いでインナービット５および伝達部材Ｐを回転させつつ後退させて係合手段７によりリングビット４をケーシングパイプ１（ケーシングトップ３）に係合させた後に、インナービット５および伝達部材Ｐ等をリングビット４およびケーシングパイプ１の内周から引き抜いているが、先にリングビット４をケーシングパイプ１に係合させた後に、インナービット５および伝達部材Ｐ等を引き抜いたり、ケーシングパイプ１およびリングビット４を一旦後退させたりしてもよい。また、例えばリングビット４を掘削孔Ｈの底部に接地させることによりその回転を拘束した状態としておいて、ケーシングパイプ１を上記雌雄ネジ部８Ａ〜８Ｄが螺合する方向に回転させつつ前進させることにより、係合手段７によってリングビット４とケーシングパイプ１とを係合させることも可能であり、この場合には先にインナービット５および伝達部材Ｐ等を引き抜いておくこともできる。

また、上記実施形態では、リングビット４を先端側に抜け止めするのに、上述のように雌雄ネジ部８Ａ，８Ｃを螺合させて後端側に通り抜けさせることにより互いの先後端を当接させて係止するようにしているが、単にリングビット４を回転自在としつつ抜け止めするだけなら、例えば上記特許文献１に記載されたようにケーシングトップ３とリングビット４の互いに対向する内外周面に、合致して断面例えばＴ字状の環状孔を画成する環状溝を形成して、この環状溝に係止部材を介装するすることによりリングビット４を係止するようにしてもよい。

本発明の一実施形態の掘削工具を示す側断面図である。図１に示す実施形態における係合手段７の非係合の状態を示す拡大断面図である。図１に示す実施形態における係合手段７の係合状態を示す拡大断面図である。図１に示す実施形態による本発明の掘削工法の一実施形態を説明する図である。

符号の説明

１ケーシングパイプ
３ケーシングトップ
４リングビット
５インナービット
６チップ
７係合手段
８Ａ〜８Ｄ雌雄ネジ部
Ｏケーシングパイプ１の軸線

Claims

円筒状のケーシングパイプの先端にリングビットが該ケーシングパイプの軸線回りに回転自在、かつ該軸線方向先端側に抜け止めされつつこの軸線方向に進退可能に取り付けられるとともに、上記ケーシングパイプ内に挿入されて上記軸線回りに回転される伝達部材の先端には、上記リングビットの内周に挿入されて該リングビットと上記軸線方向先端側および該軸線回りに係合可能とされるインナービットが取り付けられてなる掘削工具において、
上記リングビットは上記ケーシングパイプの先端に、互いの内外周面を対向させて嵌挿されるとともに、該リングビットの上記軸線方向後端側を向く面を上記ケーシングパイプの先端側を向く面に対向させて取り付けられるとともに、上記リングビットは上記ケーシングパイプに対して、係合手段により上記軸線回りの少なくとも１の回転方向と該軸線方向の少なくとも先端側とに向けて係合可能とされており、この係合手段においては、上記リングビットと上記ケーシングパイプの上記内外周面に互いに螺合する少なくとも一対の雌雄ネジ部が形成されていて、これらのネジ部を上記軸線方向先端側を向く面と後端側を向く面同士が密着するまでねじ込むことにより、上記リングビットが上記ケーシングパイプに対して係合可能とされることを特徴とする掘削工具。
上記リングビットと上記ケーシングパイプの上記内外周面には、上記一対の雌雄ネジ部のうち一方のネジ部が形成された周面に、他方のネジ部と螺合可能な抜け止めネジ部が、上記軸線に沿った上記他方のネジ部のねじ込み方向後方側に上記一方のネジ部と間隔をあけて形成されていて、上記リングビットを上記ケーシングパイプの先端に取り付けた状態で、上記他方のネジ部が上記軸線方向においてこれら一方のネジ部と抜け止めネジ部との間に緩挿されることを特徴とする請求項１に記載の掘削工具。
請求項１または請求項２に記載の掘削工具を用いた掘削工法であって、上記リングビットと上記インナービットとを係合させて上記軸線回りに回転させつつ該軸線方向先端側に前進させることにより掘削孔を形成しながら、この掘削孔に上記ケーシングパイプを建て込み、次いで上記係合手段によって上記ケーシングパイプとリングビットとを係合させるとともに上記伝達部材およびインナービットを引き抜き、しかる後、上記ケーシングパイプとリングビットとを上記１の回転方向に回転させるとともに上記軸線方向先端側に前進させて掘削を行うことを特徴とする掘削工法。