JPH108867A

JPH108867A - 回転式削孔装置

Info

Publication number: JPH108867A
Application number: JP15858696A
Authority: JP
Inventors: Masaya Kawara; 雅哉瓦
Original assignee: MORIGUMI KK
Current assignee: MORIGUMI KK
Priority date: 1996-06-19
Filing date: 1996-06-19
Publication date: 1998-01-13

Abstract

(57)【要約】【課題】軟質岩盤であっても能率よく掘進することの
できる回転式削孔装置を提供する。【解決手段】先頭掘削管（１）の前端部で回転するリ
ング状掘削刃（２）に４つの掘削手段（35）を回転可能
に取付ける。この掘削手段（35）は、先端側をリング状
掘削刃（２）の内径側で且つ掘進方向側に傾けた自転軸
（Ｒ）を具備しており、その外周面には自転軸（Ｒ）方
向に沿って複数列の掘削チップ（38）が取付けられてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、リング状掘削刃を
回転させて地盤を削孔する回転式削孔装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】地中に塩化ビニール管や鋼管等を埋設す
るための施工法として推進埋設工法がある。この工法
は、竪坑の側壁から先頭掘削管を土中にほぼ水平に挿入
して掘削を行い、先頭掘削管を押込推進させつつこれに
連結した後続の管を順次孔に挿入することにより、地盤
を開削することなく管を埋設しようとするものである。

【０００３】この推進埋設工法における一般的な掘削方
法としては、先頭掘削管の前面に、周方向に複数の掘削
チップを有するリング状掘削刃を配置し、リング状掘削
刃を回転させて地盤を掘削する構造が考えられるが、こ
れでは、特に岩盤を掘削する際に掘削チップの食い付き
が悪く、チップが岩盤上で空回りして能率的な掘削が行
なえない欠点がある。そこで、このような岩盤を含む地
層では、先頭掘削管にエアハンマーを取り付け、ハンマ
ーの打撃力で岩盤を破砕しながら前進するハンマー式の
掘削管が広く使用されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記ハンマ
ー式の掘削管では、岩盤の中でも比較的硬質の岩盤を掘
削する際には問題ないが、砂岩系等の軟質な岩盤を掘削
する際には、ハンマーの破砕作用よりもむしろ破砕片を
押し固める圧密作用が強くなるため、掘削管を能率よく
掘進させることが困難となる。

【０００５】そこで、本発明は、軟質岩盤であっても能
率よく掘進することのできる回転式削孔装置を提供する
ことを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく、
本発明では、リング状の掘削刃を回転させて地中を掘進
するものにおいて、リング状掘削刃の掘進方向側端部
に、先端側をリング状掘削刃の内径側で且つ掘進方向側
に傾けた自転軸と、自転軸の周囲に設けられた掘削工具
とを有する掘削手段を回転可能に取付けた。「掘削工
具」とは、地盤との間の相対運動で地盤を掘削するもの
をいい、チップ状のものに限らず、直線刃等の連続した
刃面を持つものも含まれる。

【０００７】リング状掘削刃の内径側に、リング状掘削
刃の回転方向と逆方向に回転する内径側掘削刃を配置す
るのが望ましい。

【０００８】掘削手段の自転軸の延長線とリング状掘削
刃の中心軸との狭角αは、５５°とするのがよい。

【０００９】掘削手段は、自転軸を中心とする回転体状
の基体と、この基体の外周面に突設した複数の掘削チッ
プとを具備するものとする。具体的には、基体を円板状
としたり、あるいは、基体を自転軸の先端側ほど縮径形
成させ且つ掘削チップを自転軸の軸方向の複数箇所に配
置する。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図１
乃至図３に基づいて説明する。但し、以下の説明では、
本発明を、掘削装置の一種である推進埋設工法で使用さ
れる管埋設装置に適用した場合を例示している。

【００１１】この管埋設装置は、図１に示すように、先
頭掘削管（１）（管体）の先端部に設けたリング状掘削
刃（２）及び内周側掘削刃（３）を互いに逆回転させ、
地盤を掘削しつつ先頭掘削管（１）を油圧ジャッキ等で
水平方向に押し込んで前進させ、その後端部に連結した
パイロット管（図示省略）を順次削孔した孔内に引き込
んで管の埋設を行なうものである。

【００１２】先頭掘削管（１）は鋼管等で円筒状に形成
される。この先頭掘削管（１）は、固定管体（５）の掘
進方向側（図面左方）に回転管体（６）を回転自在に連
結すると共に、回転管体（６）の掘進方向側にリング状
掘削刃（２）及び内周側掘削刃（３）からなる掘削ヘッ
ド（７）を連結したもので、これら固定管体（５）、回
転管体（６）、リング状掘削刃（２）及び内周側掘削刃
（３）は何れも中心軸（Ｏ−Ｏ）を中心として同軸配置
されている。

【００１３】固定管体（５）の内部には、油圧モータ等
からなる回転駆動源（10）が偏心配置される。この回転
駆動源（10）の動力軸（11）は、ピニオン（12）及び第
１中間ギヤ（13）を介して内周側掘削刃（３）の取付け
軸（14）に連結されている。第１中間ギヤ（13）の両側
方には、これと噛合する第２中間ギヤ（図示省略）が配
置されており、この第２中間ギヤは、回転管体（６）の
内径面全周に設けられたインターナルギヤ（15）と噛合
している。以上の構成により、回転駆動源（10）を起動
すると、回転管体（６）の先端部に設けたリング状掘削
刃（２）及び内周側掘削刃（３）が互いに逆方向に回転
駆動される。

【００１４】リング状掘削刃（２）は、回転管体（６）
と一体回転するもので、円筒状に形成された台座（20）
の先端面全周にわたって複数の掘削チップ（21）を焼き
ばめ、ロウ付け、溶接等の手段で交換可能に取付けた構
造である。内周側掘削刃（３）は、略凸球曲面状をなす
本体（30）の表面に同様に複数の掘削チップ（31）を交
換可能に取付けたもので、リング状掘削刃（２）の内径
側に、当該掘削刃（２）の先端部より所定距離だけ後退
させて配置される。上記凸球曲面とは、完全な球曲面の
みを意味するのではなく、図示のごとく複数の平面を組
み合わせて球曲面に近似させたものも含む意である。な
お、内周側掘削刃（３）の形状を凸球曲面状としたの
は、礫、玉石を多く含む地盤でも掘削可能とするためで
あり、内周側掘削刃（３）は、対象地盤の地質に適合す
る任意の形状のものを選択することができる。

【００１５】上記のように、リング状掘削刃（２）と内
周側掘削刃（３）とを逆回転させたことから、両刃
（２）（３）間に挟み込まれた岩盤等の被掘削物には剪
断力が作用し、この剪断力により、被掘削物がより細か
く破砕されるので破砕片が排土装置（16）での搬送途中
で詰まるおそれもない。この剪断効果をより効果的にす
るため、リング状掘削刃（２）の台座（20）内径面に、
内周側掘削刃（３）の掘削チップ（31）と対向させて複
数の掘削チップを取付けておいてもよい（図示せず）。

【００１６】図１及び図２に示すように、リング状掘削
刃（２）の掘進方向側端部（前端部）の内径面であっ
て、その円周等配位置の４箇所にはそれぞれ掘削手段
（35）が配置される。この掘削手段（35）としては、掘
削機能を有する種々のものが使用可能であるが、本実施
形態では、一般に３コーンビットと呼ばれるものを使用
した場合を例示する。

【００１７】この掘削手段（35）は、図３に示すよう
に、回転体形状に形成された基体（36）を、取付け部材
（37）の先端部に突設した支軸（39）に嵌合させて構成
される。基体（36）と支軸（39）との間には複数個のボ
ール（40）が転動可能に介装されており、これによって
基体（36）は自転軸（Ｒ）を中心として回転可能に支持
される。基体（36）は、自転軸（Ｒ）の先端側を縮径さ
せた略円錐状に形成され、その外周面には、軸方向に沿
って複数列（図面では３列）の掘削チップ（38）が脱着
可能に取付けられている。なお、図示は省略するが、取
付け部材（37）にはボール（40）の転動面を潤滑するた
めの給油機構等が内蔵されている。

【００１８】基体（36）は、自転軸（Ｒ）の先端側が先
頭掘削管（１）の内径側で且つ掘進方向側に傾くような
内向き傾斜姿勢で支軸（39）に支持される。この時、掘
削手段（35）は、基体（36）の一部がリング状掘削刃
（２）の最前部よりも掘進方向側に突出する位置に配置
する。これにより、リング状掘削刃（２）による掘削と
同時に又はこれに先立って掘削手段（35）による予備掘
削を行なうことができ、リング状掘削刃（２）の食い付
き性を改善することができる。

【００１９】掘削手段（35）の傾斜角α、すなわち、掘
削手段（35）の自転軸（Ｒ）の延長線と先頭掘削管
（１）の中心軸（Ｏ−Ｏ）との狭角αは、小さすぎると
掘削時に掘削手段（35）が自転せず、大きすぎると十分
な掘削力を発揮できないので、適度の範囲に設定する。
最も好ましい傾斜角度αは、地質や埋設管の口径等に応
じて変動するため、一概にはいえないが５５°程度とす
るのが望ましい。

【００２０】この掘削手段（35）は、リング状掘削刃
（２）の台座（20）の所定位置に軸方向の切り欠きを形
成し、これに取付け部材（37）を嵌合固定することによ
り、台座（20）と一体化される。

【００２１】この構成において、リング状掘削刃（２）
を中心軸（Ｏ−Ｏ）を中心として回転させると、掘削手
段（35）がリング状掘削刃（２）と共に一体回転（公
転）し、さらにこの時に地盤から受ける摩擦力により、
掘削手段（35）が自転軸（Ｒ）を中心として自転する。
これにより、仮にリング状掘削刃（２）が岩盤に食い込
まずに空回りしようとしても、自転・公転する掘削手段
（35）の掘削チップ（38）により、リング状掘削刃
（２）の前面周辺部、特にその内径側の地盤が広い範囲
でリング状に掘削されるため、リング状掘削刃（２）の
対向地盤への食い付き性を回復させることができる。従
って、対象地盤が岩盤であってもスムーズ且つ確実に掘
進可能となる。また、先頭掘削管（１）を元押し装置
（後述する）で押し込むと、その押圧力の一部は掘削手
段（35）を介して自転軸（Ｒ）の内径側延長方向（先頭
掘削管の中心側）に作用し、対向地盤を中心軸（Ｏ−
Ｏ）方向に圧縮する。この圧縮荷重により、対向地盤が
崩れ易くなるので、リング状掘削刃（２）による掘削が
より能率的に行なわれるようになる。

【００２２】このように、本発明装置であれば、岩盤で
あっても掘削可能であり、また、従来のハンマー式のよ
うに破砕した破砕片を押し固める構造ではないので、軟
質岩盤でもスムーズに掘進可能となる。従って、この装
置１台で種々の硬質地層（砂礫層、玉石層、軟質・硬質
岩盤層等）で掘進可能となり、施工コストを大幅に抑制
することが可能となる。

【００２３】掘削手段（35）としては、外周面に掘削工
具（38）を具備し、自転軸（Ｒ）の先端側を先頭掘削管
（１）の掘進方向側で且つ内径側に傾けたものであれ
ば、他の構造のものを用いても構わない。例えば、基体
（36）を円板状としてその外周面に掘削チップを一列に
取付けたものであってもよい。上述のように、自転軸
（Ｒ）方向に複数列の掘削チップ（38）を設けておけ
ば、掘削手段（35）の掘削領域が広くなるのでより好ま
しい。基体（36）は、自転軸の先端側ほど縮径させた形
状であればよく、円錐形の他、半円形等の種々の形状の
ものが適用可能である。また、掘削手段の設置数は４つ
に限られず、地質や削孔径、掘進距離等の諸条件に応じ
て任意の数を選択することができる。

【００２４】以下、この装置による推進埋設手順を説明
する。

【００２５】先ず、管埋設区間の両端に発進竪坑と到達
竪坑とを掘削し、発進竪坑内又はその近傍に油圧ジャッ
キ等の元押し装置、制御盤、高圧水供給用のポンプ、撮
像手段等を据付ける。次に先頭掘削管（１）を油圧ジャ
ッキ等で水平方向に順次押し込み推進させ、同時にポン
プを起動する。ポンプから圧送された高圧水は、先頭掘
削管（１）内に設けた給水管（図示省略）を経て対向地
盤に噴射される。このように掘削部に高圧水を噴出しな
がら先頭掘削管（１）内の回転駆動源（10）を起動し、
リング状掘削刃（２）と内周側掘削刃（３）とを逆方向
に回転させて掘削を開始する。先頭掘削管（１）が所定
距離だけ前進したところでその後端部に順次複数本のパ
イロット管（図示省略）を継ぎ足す。両掘削刃（２）
（３）によって、粉砕された岩盤は、掘削部に供給され
た高圧水と混じって泥土状となり、両掘削刃（２）
（３）の間の隙間から内周側掘削刃の背後空間に流入
し、さらに先頭掘削管（１）内及び後続のパイロット管
内に一連に配置したオーガ式の排土装置（16）によって
発進竪坑に排土される。

【００２６】以上の動作により、逐次先頭掘削管（１）
を推進させ、先頭掘削管（１）が到達竪坑に達したとこ
ろでこれを取り外せば、地盤を開削することなく両竪坑
間にパイロット管からなる管路を形成することができ
る。さらに、その後、先頭のパイロット管に先頭掘削管
（１）に代えて塩化ビニール管等の埋設管を連結し、発
進竪坑に設けた油圧ジャッキを逆起動してパイロット管
による埋設管の牽引推進を開始する。以後、最先の埋設
管の前端が発進竪坑に到達するまで、パイロット管１本
分だけ牽引するごとに新たなパイロット管を先のパイロ
ット管の後端に順次継ぎ足せば、到達竪坑と発進竪坑と
の間に埋設管からなる管路が形成される。この管路は、
例えば、道路、軌道、堤防、河川等の直下に、上下水
道、通信あるいは電力ケーブルを通すための管路として
用いることができる。

【００２７】本実施形態では、先頭掘削管（１）の後端
にパイロット管や埋設管を順次継ぎ足し、地中に管路を
形成する場合を説明したが、本発明装置は、埋設管を用
いることなく、単に地盤への削孔のみを目的とする削孔
装置にも同様に適用可能である。また、先頭掘削管
（１）内に回転駆動源（10）を配置し、リング状掘削刃
のみを回転させて後続の他の管体（パイロット管、埋設
管等）を非回転としているが、回転駆動源を発進竪坑に
配置し、管体全体を回転させてリング状掘削刃を回転さ
せる構造のものにも同様に適用可能である。

【００２８】

【発明の効果】このように、本発明装置であれば、掘削
対象地盤が岩盤でも掘削可能となり、また、従来のハン
マー式のように破砕した破砕片を押し固める構造ではな
いので、軟質岩盤でもスムーズに掘進可能となる。従っ
て、この装置１台で、砂礫層、玉石層、軟質・硬質岩盤
層等の種々の地層が混在する地盤にも対応可能となり、
施工能率を大幅に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した管埋設装置の断面図である。

【図２】上記管埋設装置の正面図である。

【図３】上記管埋設装置に用いる掘削手段の拡大断面図
である。

【符号の説明】

１先頭掘削管２リング状掘削刃３内周側掘削刃５揺動機構７掘削ヘッド 10 回転駆動源 35 掘削手段 36 基体 38 掘削工具（掘削チップ）Ｏ−Ｏ中心軸Ｒ自転軸 23 変換手段 24 押圧部材 25 案内面 26 転動手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】リング状の掘削刃を回転させて地中を掘
進するものにおいて、リング状掘削刃の掘進方向側端部
に、先端側をリング状掘削刃の内径側で且つ掘進方向側
に傾けた自転軸と、自転軸の周囲に設けられた掘削工具
とを有する掘削手段を回転可能に取付けたことを特徴と
する回転式削孔装置。
【請求項２】リング状掘削刃の内径側に、リング状掘
削刃の回転方向と逆方向に回転する内径側掘削刃を配置
した請求項１記載の回転式削孔装置。
【請求項３】掘削手段の自転軸の延長線とリング状掘
削刃の中心軸との狭角αが５５°である請求項１又は２
記載の回転式削孔装置。
【請求項４】掘削手段が、自転軸を中心とする回転体
状の基体と、この基体の外周面に突設された複数の掘削
チップとを具備することを特徴とする請求項１乃至３何
れか記載の回転式削孔装置。
【請求項５】基体が円板状である請求項４記載の回転
式削孔装置。
【請求項６】基体を自転軸の先端側ほど縮径形成する
と共に、掘削チップを自転軸の軸方向の複数箇所に配置
した請求項４記載の回転式削孔装置。