JP4939518B2 - 掘削装置及び掘削方法 - Google Patents

Description

本発明は、マストと、マストに沿って変位可能に案内される掘削キャリッジと、マスト上で掘削キャリッジを移動させる駆動ユニットとを備える、請求項１の前文に記載の掘削装置に関する。

本発明はさらに、掘削孔を築造するための掘削方法であって、第一のロッドと第二のロッドが移動され、特にマスト上で案内される掘削キャリッジで地中に導入される掘削方法に関する。

特に深い孔の掘削に用いられるこの種の掘削装置においては、通常、２つの主要動作モードがある。一方は掘削、もう一方はケーシングパイプによる掘削孔の覆工である。第一の主要動作モードは、動作時間の最大部分を占め、ドリルロッドセグメントの掘進または引き抜きを行うものである。この場合、ロッドセグメントの交換を迅速に行わなければならず、これはその間に掘削部の洗浄(the flushing of the drilling)が中断されるからである。その中で、ドリルヘッドが詰まる危険性がある。

特定の掘削深度に到達すると、掘削孔はケーシングパイプで覆工し、外部から土壌に対抗するようにコンクリートで固めて、掘削孔を安定化させ、たとえばガスまたは石油掘削中に各種の土層の汚染を防止する必要がある。この目的のために、より長いロッドセグメントが取り付けられ、相互に接続され、その後外側からコンクリートで固められる。このために、給進システム(feeding system)には大きな張力が必要となる。

入れ子式のマストを油圧シリンダで移動できる掘削装置は、欧州特許公開第０ １１４ １４６ Ａ号から知られている。

欧州特許公開第０ １１４ １４６ Ａ号公報

本発明は、異なる主要動作モードにおける効率的な動作を可能とする掘削装置と掘削方法を提供することを目的とする。

本発明によれば、上記の目的は、一方で請求項１の特徴を有する掘削装置によって、またもう一方で請求項８の特徴を有する掘削方法によって達成される。好ましい変形は個々の従属請求項に記載されている。

本発明による掘削装置は、駆動ユニットが油圧シリンダ駆動装置とロープウィンチ駆動装置の両方を備える点と、掘削キャリッジを油圧シリンダ駆動装置とロープウィンチ駆動装置に連結できる点と、掘削キャリッジが所望の給進速度または必要な張力に応じて、ロープウィンチ駆動装置または油圧シリンダ駆動装置のいずれかによって操作することができる点とを特徴とする。

２つの異なる駆動装置を備えることで、別々の動作モードを効率的な方法で実行できる。油圧シリンダ駆動装置によって速い給進および移動速度が実現し、これはドリルロッドセグメントの掘進または引き抜き中に特に有利であることが判明している。もう一方のロープウィンチ駆動装置は、たとえばケーシングパイプの挿入による掘削孔の覆工中に有効に使用できる。これらの動作には、高い張力の給進システムが必要となる。これは、ロープウィンチ駆動装置によって低コストでコンパクトに実現でき、ロープウィンチ駆動装置を用いることで、特にチェーンブロックの原理に基づき、巻上げロープの複数のリービング(a multiple reeving)によって高い張力が低い給進速度で利用できる。

原理上は、どちらの動作モードにおいても、掘削キャリッジを油圧シリンダ駆動装置とロープウィンチ駆動装置の両方に接続できる。しかしながら、本発明によれば、掘削キャリッジを油圧シリンダ駆動装置とロープウィンチ駆動装置に交互に接続することのできる連結装置を設置することが特に有益である。この連結装置は、たとえば挿入可能な留めボルトによって手動でも、あるいはたとえば掘削キャリッジのロック機構を作動させる相応の油圧シリンダによって自動でも操作できる。

本発明によれば、マストがマスト基部要素とマスト基部要素内に入れ子式に案内される少なくとも１つの入れ子式マスト要素を備えることと、少なくとも１つの入れ子式マスト要素の移動のために、油圧シリンダ駆動装置をマスト基部要素に接続できることが特に好ましい。このように、油圧シリンダ駆動装置は、掘削キャリッジの移動だけでなく、マストの伸縮にも使用できる。マストの入れ子式機能は、マストを略水平の運搬位置から略垂直の動作位置へと旋回させる、掘削装置のセットアップに特に有益であることが判明している。この動作では、マストの寸法が小さければ小さいほど、持ち上げる力は少なくてすむ。さらに、マストの伸展は、掘削後に掘削孔の覆工を行うために、ドリルロッドセグメントより長尺のロッドセグメント付きケーシングパイプを用いる場合に有益である。

掘削キャリッジの移動経路に関する高い柔軟性は、本発明によれば、掘削キャリッジがマスト基部要素に沿った案内のための第一のガイドと、少なくとも１つの入れ子式マスト要素に沿った案内のための少なくとも１つの別のガイドを備えるという点で実現される。入れ子式マスト要素は、その入れ子式機能のために異なる形状を有し、通常、マスト基部要素より小さい。ここで、掘削キャリッジを高い信頼性で案内するために、マスト基部要素は入れ子式マスト要素上の第二のガイドとは異なる第一のガイドを備える。これらは、特にレールあるいは案内溝とすることができる。掘削キャリッジには、これに対応するスライドシューやガイドシューが２つのガイドのために設置され、マストが伸展されたときに、掘削キャリッジはマスト基部要素から入れ子式マスト要素に移行せずに移動できる。入れ子式マスト要素の設置数に応じて、２つより多いガイドを設けてもよい。

さらに、本発明によれば、ロープウィンチ駆動装置が、掘削装置のベッドの上に配置されるロープウィンチと、マストのマストヘッドのプーリ装置を介して案内されるロープを備えるように構成される。この構成により、マストヘッドを通じて掘削キャリッジに大きな張力をかけることができる。これは特に、プーリ装置がチェーンブロックの原理に従ってさらに力を伝送できる場合に当てはまる。ロープウィンチを掘削装置のベッド上に配置することにより、しっかりとした構造となり、装置の安定したベッドに直接力をかけることが可能となる。

これに関して、マストを垂直にし、また垂直の状態から旋回させるために、ロープウィンチ駆動装置をマストに接続できることが特に好ましい。このようにすることで、ロープウィンチ駆動装置は、マストを略水平の運搬位置から垂直の動作位置へと持ち上げるのにも使用できる。このためには、ロープを掘削キャリッジから外し、マストの後方支柱装置に設けられた取り付け地点に取り付けなければならない。

本発明によれば、油圧シリンダ駆動装置が、マストの基部上に配置される少なくとも１つの油圧シリンダを有する点で、安定した構造となる。マストの基部に位置づけられた接続点のほかに、油圧シリンダは、掘削キャリッジ上に取り外し可能に固定された別の接続点も有する。入れ子式マスト要素の入れ子式機能のために、油圧シリンダの取り外し可能な固定点を入れ子式マスト要素に連結し、入れ子式マスト要素を伸縮できる。

本発明による掘削方法は、第一のロッドを導入するには掘削キャリッジが油圧シリンダで移動され、第二のロッドを導入するには掘削キャリッジがロープウィンチ駆動装置で移動されることを特徴とする。油圧シリンダ駆動装置により高速移動が可能となり、これは内側のドリルロッドセグメントにとって特に有利である。一方のロープウィンチ駆動装置は、ケーシングパイプの導入中に必要となる大きな給進力をかけることを可能とする。

本発明によれば、第一のロッドは内側のドリルロッドであり、第二のロッドは外側のパイプロッドであることが有利である。内側のドリルロッドの地面側端部に、ドリルヘッドが位置づけられる。外側のパイプロッドは、掘削孔を補強するために、掘削孔を覆工し、コンクリートで固めるのに使用できる。

さらに、本発明によれば、第一のロッドは第一のロッドセグメントで構成され、第二のロッドは第二のロッドセグメントで構成されること、第一のロッドセグメントの長さは第二のロッドセグメントの長さより短いこと、第二のロッドの導入前に、入れ子式マスト要素をマスト基部要素上で伸展させて延長すること、第二のロッドは、伸張されたマストに沿って掘削キャリッジを移動させることによって、地中に１セグメントずつ導入されることが好ましい。あるいは、第一のロッドのセグメントは、第二のロッドのセグメントより長くてもよい。

本発明による掘削方法では、両方の主要動作モードにおいて効率的な操作が可能となる。たとえば、ドリルロッドによる掘削においては、掘削キャリッジをマスト基部要素のみに沿って移動させることができる。この場合、より短尺のドリルロッドセグメントを利用できる。もう一方の主要動作モードで、たとえば掘削孔の覆工のためにより長尺のケーシングパイプを第二のロッドとして使用する場合、このような長いロッドセグメントのためにマストを伸ばすことができる。

本発明によれば、掘削装置と掘削方法をすべて実現でき、この掘削装置では、同等の性能を有する従来の掘削装置と比較して、大幅なコスト削減が可能となる。なぜなら、ロープウィンチ駆動装置で油圧シリンダの高い給進速度と、これと同時に必要な高い給進力の両方を実現するためには、ロープウィンチ駆動装置の寸法を非常に大きくいなければならないからである。

本発明は、異なる主要動作モードにおける効率的な動作を可能とする掘削装置と掘削方法を提供することができるという効果を奏する。

本発明を、図にその概略が示される好ましい実施例に関連してさらに説明する。

図１，２は本発明による第一の掘削装置１０を示しており、これはベッド１２を備え、その中にエネルギーと油圧の供給のためのコンテナ型パワーユニット１４が配置されている。ベッド１２の反対側の端部にフォーク形の地盤支持手段１６が設置され、これが掘削孔フレーム５の周辺に延びる。フォーク形の地盤支持手段１６の脚部に、マスト２３がＶ字型バイポッド２０によって回転可能に接続されている。マスト２３の、掘削孔フレーム５と反対方向の後ろ側では、このマストは、いわゆるＡトレッスル(A-trestle)を備える支柱装置１８を通じて、ベッド１２に関して支持される。

マスト２３からバイポッド２０への移行部に、箱形の制御ステーション６２を備える略水平に伸びる掘削テーブル２２が取り付けられている。フォーク形地盤支持手段１６に関して支柱２１によって支持される掘削テーブル２２の下に、対応する取り付け装置を備える噴出防止手段６０が、個々のロッドセグメントのネジ留めおよび切断に関して周知の方法で設置されている。

図の実施例の掘削装置１０において、マスト２３は、マスト基部要素２４とともに入れ子式に設計され、この中で入れ子式マスト要素２６は変位可能に案内される。マスト基部要素２４と入れ子式マスト要素２６は、その前面にレール状のガイドを有し、これに沿って、回転ヘッド５２を備える掘削キャリッジ５０がマスト２３上で変位可能に案内される。マスト側の面において、掘削キャリッジ５０は第一のガイド５４と第二のガイド５６としてガイドシューを備え、これらはそれぞれマスト基部要素２４上のガイドまたは入れ子式マスト要素２６上のガイドとともに、掘削キャリッジ５０を高い信頼性で線形変位させる。

本発明によれば、掘削キャリッジ５０は、油圧シリンダ駆動装置４０およびロープウィンチ駆動装置３０の両方によって移動できる。ロープウィンチ駆動装置３０は、回転駆動装置を備えるドラム形ロープウィンチ３２を備える。ロープウィンチ３２は、ベッド１２の上の、フォーク形地盤支持手段１６とパワーユニット１４の間に配置される。マストヘッド２８に設置される偏位プーリ３４により、ここでは図示されていないロープが、プーリ装置３６を介してマスト２３に沿って掘削キャリッジ５０に接続される。プーリ装置３６におけるロープの複数のリービングにより、チェーンブロックの原理で掘削キャリッジ５０を変位させるための張力が増大し、張力の増大と同程度に、ロープウィンチ駆動装置３０の変位速度が低下する。

本発明によれば、張力がより小さい場合により迅速に変位させるために、掘削キャリッジ５０は、油圧シリンダ駆動装置４０に連結することができる。油圧シリンダ駆動装置４０は、断面がＵ字型のマスト２３に沿って、その内部空間に延在する、油圧シリンダ４２を備える。油圧シリンダ４２は、下側の取り付け点４４と上側の取り付け点４６を有する。これらの取り付け点４４，４６により、油圧シリンダ４２は、マスト２３の基部、掘削キャリッジ５０または変位可能な入れ子式マスト要素２６に選択的に接続できる。

本発明によれば、入れ子式マスト要素２６は、特により長尺のロッドセグメントを掘進させ、あるいは引き抜かなければならない場合に、マスト２３を伸ばすためにマスト基部要素２４から伸展させることができる。所望の給進速度または必要な張力に応じて、掘削キャリッジ５０は、ロープウィンチ駆動装置３０または油圧シリンダ駆動装置４０のいずれかによって操作することができる。

図３は、掘削装置１０の、アセンブリを折り畳んだ状態を示し、マスト２３は、バイポッド２０の下側端部に位置するピボットジョイント１７によって、フォーク形の地盤支持手段１６に接続されている。力を軽減させるために引き込まれた状態にあるマスト２３を上昇させるのに、ロープウィンチ駆動装置３０を使用できる。このために、一部のみ示されているロープ３３は、折り畳まれた支柱装置１８によってマスト２３に接続される。このように、マスト２３は、その水平の運搬位置から垂直の動作位置に、またその逆に旋回することができる。

別の掘削装置１０が図４に示される。この掘削装置１０は前述の掘削装置に略対応する。上記の装置と異なり、このケースでは箱型の中間要素を備える異なる支柱装置１８が選択されている。

図４による掘削装置１０は、掘削現場で一般的に使用される機械とともに示されている。第一のロッドセグメント７１は、周知のハンドリング装置７０により、水平の開始位置から垂直位置へと旋回され、掘削テーブル２２と同じ高さまで持ち上げられる。掘削キャリッジ５０により、第一のドリルロッドセグメント７１は、相互にネジ留めされて第一のロッドを形成し、１セグメントずつ地中に導入される。第一のロッドの取り外しは、反対の順序で行われる。

さらに、第二のロッドセグメント７２で構成される第二のロッドは、掘削キャリッジ５０とともに導入することができる。図４の説明図において、このロッドセグメントはパイプロッド保管場所(store)に配置される。第二のロッドセグメント７２の長さは、第一のロッドセグメント７１の長さより大きい。より長尺の第二のロッドセグメント７２を移動させるために、図のようにマスト２３を伸展させることができ、これによって掘削キャリッジ５０は、上部マストヘッド２８の方向に移動されると、第二のロッドセグメント７２を受け、これをそれぞれ地中に導入するか、あるいは地中から引き抜くことができる。

図５，６には、本発明によるさらに別の掘削装置１０が示されている。この装置は、前述の掘削装置に略対応しており、以下では異なる細部の構成のみ説明する。

図５，６による掘削装置１０において、固定されたマスト長さの一体型マスト２３が設けられている。マスト２３の長さは、ロッドセグメントの最大予想長さにマッチするように設計されている。より短いロッドセグメントの場合は、掘削キャリッジ５０だけがその都度マスト２３上の必要な高さまで移動される。

本発明による第一の掘削装置の斜視図である。 図１の掘削装置の側面図である。 図１の掘削装置の、マストが枢動した状態の斜視図である。 本発明による別の掘削装置を機械に取り付けた状態の斜視図である。 本発明によるまた別の掘削装置の斜視図である。 図５の掘削装置の正面図である。

符号の説明

５ 掘削孔フレーム、１０ 掘削装置、１２ ベッド、１４ パワーユニット、１６ 地盤支持手段、１７ ピボットジョイント、１８ 支柱装置、２０ バイポッド、２１ 支柱、２２ 掘削テーブル、２３ マスト、２４ マスト基部要素、２６ 入れ子式マスト要素、２８ マストヘッド、３０ ロープウィンチ駆動装置、３２ ロープウィンチ、３３ ロープ、３４ 偏位プーリ、３６ プーリ装置、４０ 油圧シリンダ駆動装置、４２ 油圧シリンダ、４４，４６ 取り付け点、５０ 掘削キャリッジ、５２ 回転ヘッド、５４ 第一のガイド、５６ 第二のガイド、６０ 噴出防止装置、６２ 制御ステーション、７０ ハンドリング装置、７１，７２ ロッドセグメント。

Claims (10)

1. マストと、
   マストに沿って変位可能に案内される掘削キャリッジと、
   マスト上でキャリッジを移動させるための駆動ユニットと、
   を備える掘削装置であって、
   駆動ユニットは油圧シリンダ駆動装置とロープウィンチ駆動装置の両方を備え、
   掘削キャリッジは、油圧シリンダ駆動装置とロープウィンチ駆動装置に連結でき、所望の給進速度または必要な張力に応じて、ロープウィンチ駆動装置または油圧シリンダ駆動装置のいずれかによって操作することができることを特徴とする掘削装置。
2. 請求項１に記載の掘削装置であって、
   連結装置が設置され、これによって掘削キャリッジが油圧シリンダ駆動装置とロープウィンチ駆動装置に交互に接続されることが可能であることを特徴とする掘削装置。
3. 請求項１に記載の掘削装置であって、
   マストはマスト基部要素と、マスト基部要素内に入れ子式に案内される少なくとも１つの入れ子式マスト要素を備え、
   少なくとも１つの入れ子式マスト要素を移動させるために、油圧シリンダ駆動装置は入れ子式マスト要素に連結されることが可能であることを特徴とする掘削装置。
4. 請求項３に記載の掘削装置であって、
   掘削キャリッジは、マスト基部要素に沿って案内するための第一のガイドと、少なくとも１つの入れ子式マスト要素に沿って案内するための、少なくとも１つの別の第二のガイドを備えることを特徴とする掘削装置。
5. 請求項３に記載の掘削装置であって、
   ロープウィンチドライブは、掘削装置のベッドの上に設置されるロープウィンチと、マストヘッド上のプーリ装置を介して案内されるロープを備えることを特徴とする掘削装置。
6. 請求項１に記載の掘削装置であって、
   ロープウィンチ駆動装置は、マストを旋回させるためにマストに接続されることが可能であることを特徴とする掘削装置。
7. 請求項１に記載の掘削装置であって、
   油圧シリンダ駆動装置は、マストの基部に配置される少なくとも１つの油圧シリンダを備えることを特徴とする掘削装置。
8. 第一のロッドと第二のロッドが移動され、マスト上で案内される掘削キャリッジとともに地中に導入される、請求項１に記載の掘削装置で実現する掘削孔築造のための掘削方法であって、
   第一のロッドを導入するために、掘削キャリッジは油圧シリンダ駆動装置で移動され、
   第二のロッドを導入するために、掘削キャリッジはロープウィンチ駆動装置で移動されることを特徴とする掘削方法。
9. 請求項８に記載の掘削方法であって、
   第一のロッドは内側のドリルロッドであり、第二のロッドは外側のパイプロッドであることを特徴とする掘削方法。
10. 請求項８に記載の掘削方法であって、
    第一のロッドは第一のロッドセグメントで構成され、第二のロッドは第二のロッドセグメントで構成され、
    第一のロッドセグメントは、第二のロッドセグメントの長さより小さい長さを有し、
    第二のロッドの導入前にマストが伸展され、
    第二のロッドは、伸展されたマストに沿って掘削キャリッジを移動させることにより、１セグメントずつ地中に導入されることを特徴とする掘削方法。

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