JP2520117Y2

JP2520117Y2 - ケーシング工法用先頭管の刃部構造

Info

Publication number: JP2520117Y2
Application number: JP4163891U
Authority: JP
Inventors: 一晁西内
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1991-06-04
Filing date: 1991-06-04
Publication date: 1996-12-11
Anticipated expiration: 2006-06-04
Also published as: JPH04134595U

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この考案は、橋脚、建築構造物の
基礎杭穴や連続地中壁などの掘削工事に用いられる回転
式オールケーシング工法機用ケーシングパイプ先頭管の
刃部構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】回転式オールケーシング工法機は、ベノ
ト工法機よりも固い地層や岩盤の掘削が可能なことか
ら、急速に増加し、掘削性能を左右する先頭管の刃部構
造も種々の工夫がなされている。

【０００３】例えば、稼動率向上のために、先頭管の先
端に取付ける掘削刃を着脱式にして刃の交換時間を短縮
したり、掘削刃の刃形を管の押込方向及び回転方向の双
方に楔角をもつようにして硬岩等掘削時の掘削抵抗を減
らすと言ったことが行われている。

【０００４】従来の先頭管は、このような掘削刃を外刃
と内刃に分け、図５に示すように外刃１を先頭管４の外
周面よりも外側に、内刃２を管４の内周面よりも内側に
各々適量張り出させて図６に示すように管周方向に交互
に、或いは外刃の刃数が内刃２の刃数よりも多くなる配
列パターンにして管先端に取付けた構造のものが多くを
占めている。

【０００５】また、この構造は、後述するように掘削時
の押込み抵抗が大きくなることから、そのための対応策
として図７に示すように、外刃１、内刃２の他に管厚中
央部に他刃に先行する中央刃３を取付けることも提案さ
れている（実公平２−６１０８号）。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】外刃と内刃を組合わせ
た図５の刃部構造は、一軸圧縮強度が１０００kg／cm²
を越え、しかも節理（割れ目）が少ない岩石層では、外
刃、内刃の刃頂間に山形の岩盤が砕けずに残るので、図
５に示す斜刃５部分の摩擦抵抗が大きくなって（押込抵
抗大）刃先頂部６の貫入力が小さくなる。そのため、刃
先が鎖線で示すように摩耗し摩擦熱による亀裂が生じ易
くなる。また、摩耗が進むと貫入力は更に下がり、その
ために摩耗が更に進行すると言う悪循環に陥ってついに
は掘削不能となる。従って、一軸圧縮強度が１２００kg
／cm²を越えるような岩石層の場合には特に、経済的な
掘削が望めない。

【０００７】一方、実公平２−６１０８号公報に示され
るものは、図７の中央刃３を管軸方向に突出させて先進
させ、外刃、内刃の２種類を用いる一般的刃先構造では
両刃の刃頂間に残される山形状部をこの中央刃で先行掘
削することにより押込抵抗の低減効果を生じさせている
が、この構造は、中央刃３の摩耗、破損が他の刃よりも
多くなる。先行掘削により中央刃の仕事量が他の刃より
多くなる上に、中央刃による掘削溝に外刃、内刃からの
掘削屑が落ち込むため落ち込んだ屑を再粉化する二次破
砕が増加し、そのために、中央刃は摩擦、摩耗が多くな
り、破損数も増加する。高強度岩石層ではその傾向が著
しく、従って、短寿命となる中央刃の交換が頻繁となっ
てこの場合もやはり経済的な掘削が望めない。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この考案は、回転式オー
ルケーシング工法機による高強度岩の経済的掘削を可能
ならしめるため、先頭管の先端に設ける掘削刃を外刃、
中央刃、内刃の３種として管の外周側に外刃を、管厚中
央部に中央刃を、内周側に内刃を各々管周方向に位置を
ずらして配列し、刃先先端が外側に偏った外刃は管の外
周面から外側に、刃先先端が内側に偏った内刃は管の内
周面から内側に各々適量張り出させる。そして、本考案
を特徴づける構成として、中央刃の刃先先端を同一高さ
位置に有る外刃と内刃の刃先先端から管軸方向に０〜５
mm程度後退させ、さらに、外刃の設置刃数を中央刃の刃
数よりも多くする。好ましくは設置刃数の割合を内刃
１、中央刃１に対し、外刃を１.5〜２.0にする。

【０００９】

【作用】外刃、内刃間に破壊されずに残る山形状の切残
し部（図４の鎖線で示す部分）を中央刃が削除するの
で、図１の斜刃５の部分の摩擦抵抗が小さくなり、ケー
シングパイプの回転力と押付圧の合成力が外刃、内刃の
刃頂部に集中するようになる（貫入力低下が抑制され
る）。

【００１０】岩石等の脆性物は、狭い面積に圧力を集中
して断裂状切削−破壊の連続で掘削するのがいわゆる省
エネと刃先摩耗の低減面で有利とされているが、この考
案によれば中央刃の働きによってそのような掘削形態を
維持することができる。

【００１１】また、中央刃は刃先先端が他刃（外刃、内
刃）のそれと同一レベル又は他刃の刃先先端よりも少し
後退しているので、中央刃の仕事量の増加、二次破砕の
増加が起こらない。この中央刃の後退量があまり大きい
と貫入力低下の防止効果が薄れるので、その量は最大で
５mm程度にしておくのがよい。

【００１２】さらに、刃数の比率を、内刃、中央刃が各
１に対して外刃を好ましくは１.5〜２.0になるように増
加させたことにより各刃の寿命バランスが良くなる。こ
の種の工法では、ケーシングパイプ内の土砂や岩柱（コ
ア）をハンマーグラブで掴み出すので転石、土砂は管の
外側から内側に向って流れようとし、その力が外刃に働
く。また、外刃が受ける穴外周壁からの反力は内刃より
も大きく、その上、外刃は穴外周壁との間に詰まった掘
削屑との摩擦も多くなる。そのため、外刃の仕事量がど
うしても他の刃より多くなるが、これによって外刃の摩
耗損傷が他刃に先行すると掘削速度が低下する。内刃、
中央刃、外刃の数が１：１：１の比率では外刃の摩耗破
損が多くなることが実験でも証明されている。

【００１３】これに対し、外刃の設置比率を高めると１
刃当りの仕事量が少なくなって外刃の寿命が延びる。但
し、外刃数が過大になると、これもまた他の刃との寿命
バランスがとれない。上記１.5〜２.0の値は適正配分の
比率として見い出したものであり、これによって各刃の
寿命差が縮まる。例えば、比較的石英分の少ない玄武岩
や安山岩では１（内刃）：１（中央刃）：１.5（外
刃）、石英分の多い花崗岩、花崗斑岩などでは１：１：
２の割合が寿命バランスを良くした。

【００１４】

【実施例】図１及び図２にこの考案の刃部構造の一例を
示す。図１に示すように、外刃１は刃先頂部６が先頭管
４の外周側に偏ったものを、内刃２は刃先頂部が管４の
内周側に偏ったものを、中央刃３は刃先頂部が中心に有
るものをそれぞれ用いている。外刃１、内刃２の刃先頂
部の片寄り割合は、通常、刃幅ｗに対し１０〜４０％と
し、地盤が硬くなるにつれてその割合を小さくする方法
が採られるが、この点に関しては実施例も同じにしてい
る。

【００１５】これ等の各刃は、外刃１を先頭管４の外周
側に、内刃２を管４の内周側に、中央刃３を管厚中央部
に位置させて先頭管４の先端に着脱自在に取付けてあ
る。ここで用いた着脱構造は、各刃の本体後部に図３に
示すような割り溝７を設け、これを先頭管の先端に溶接
されているホルダ８にクレビス嵌合させてボルト９で固
定する。勿論これ以外の構造であってもよい。

【００１６】また、外刃１は先端側が管４の外周面から
外側に、内刃２は先端側が管４の内周面から内側に共に
δ突出するように逆向きに少し傾けてある。δの突出量
は管の内外周にクリアランスを生じさせるためのもので
あって５〜１０mm程度確保する。

【００１７】さらに、中央刃３はその先端（刃先頂部
６）を、内刃、外刃の先端から管軸方向にl後退させて
ある。この後退量lは０〜５mm、より好ましくは２〜５m
mである。

【００１８】図２は各刃の配列パターンの一例であっ
て、外刃１、中央刃３、内刃２の順に並べてある。この
配列は、掘削屑の管内への取込量が多くなるので、管外
周のクリアランス部に掘削屑が詰って摩擦が増加するの
を防ぐのに効果がある。

【００１９】なお、外刃１は寿命バランスの面からその
数を他の刃２、３よりも多くするが、この場合の配列パ
ターンとしては、例えば外刃、外刃、中央刃、内刃の
配列パターンを６回繰返す。外刃、外刃、中央刃、内
刃−外刃、中央刃、内刃の配列パターンを３回繰返す。
上記の配列の後ろに外刃、外刃、中央刃、内刃の配
列パターンを１パターン加える。と言ったことが考えら
れる。

【００２０】内刃、中央刃が各６本に対し、外刃が１２
本（設置比率２.0）となるの配列パターンは大転石の
混在する花崗岩に適し、一方、内刃、中央刃が各６本に
対し外刃が９本（設置比率1.５０）となるの配列パタ
ーンは玄武岩、砂岩等に適する。また、内刃、中央刃が
各６本に対し外刃が１１本（設置比率1.５７）となる
の配列パターンは、安山岩、花崗岩等の掘削に適する。

【００２１】以下に、効果の確認試験結果を記す。

【００２２】試験は直径１.5ｍのケーシングパイプ先頭
管に超硬合金の切刃チップを有する掘削刃を取付けて一
軸圧縮強度１２００〜１５００kg／cm²の花崗岩の大転
石（直径１.5ｍ以上）が存在する地層を掘削した。

【００２３】まず、比較のために計２４個の内刃、外刃
を交互に取付けた図５の従来構造で掘削を進めたとこ
ろ、外刃の破損が多く、破損前の摩耗状況も外刃が内刃
より大きかった。そのため、延穿孔長は１.2〜２.0ｍ止
まりであった。

【００２４】そこで、外刃、外刃、内刃の配列にして外
刃数を内刃の２倍にしたところ、今度は内刃の摩耗が早
まった。なお、内刃、外刃の摩耗の大小は掘削溝のコー
ナアールＲ₁、Ｒ₂（図４参照）の大きさから判断した
（摩耗大の刃側がコーナアールは大となる）。

【００２５】次に、中央刃を先進させる図７の構造での
掘削を試みたが、これは中央刃のみが破損し、穿孔長は
延びなかった。

【００２６】この後、図２のパターンで掘削刃を取付け
た本考案の刃部構造にしたところ、図４の掘削跡から判
るようにバランスのとれた刃先摩耗となり、延穿孔長が
２.5〜３ｍに延びた。高強度岩盤をこれだけの深さに掘
れれば、これまでは衝撃式のダウンザホールドリルを用
いる複合工法を必要とした工事、例えば岩盤への根入れ
掘削長が２ｍ程度の基礎杭穴の掘削、直径が２ｍ程度の
大転石が含まれる地層の掘削をダウンザホールドリルな
しで実施でき、作業効率、掘削コスト面で非常に有利に
なる。

【００２７】

【考案の効果】以上述べたように、この考案によれば、
中央刃を設けて内刃、外刃の貫入力低下を無くし、ま
た、中央刃は刃先頂部が外刃、内刃のそれよりも管軸方
向前方に出ないようにして早期の摩耗、破損を無くし、
さらに、刃数の配分比を適正にして各刃の寿命バランス
を保つようにしたので、掘削刃の寿命延長、交換回数削
減、掘削速度の維持が計れ、高強度岩石層や大転石の含
まれる地層を効率良く、経済的に掘削することが可能に
なる。よって、工期短縮と工費削減に寄与でき、回転式
オールケーシング工法の用途拡大にもつがる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この考案の刃部構造の一例を管の回転方向前方
から見た状態にして示す断面図

【図２】図１の掘削刃の配列パターンの一例を示す正面
図

【図３】図１の刃の取付構造の一例を示す斜視図

【図４】掘削跡（溝）を示す断面図

【図５】従来の一般的な刃部構造を管の回転方向前方か
ら見て示す図

【図６】図５の刃部構造における掘削刃の配列パターン
の一例を示す図

【図７】中央刃を先行させる刃部構造を管の回転方向前
方から見て示す図

【符号の説明】

１外刃２内刃３中央刃４先頭管５斜刃６刃先頂部７割り溝８ホルダ９ボルト

Claims

(57)【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】先頭管の先端に設ける掘削刃を外刃、中
央刃、内刃の３種として管の外周側に外刃を、管厚中央
部に中央刃を、内周側に内刃を各々管周方向に位置をず
らして配列し、刃先先端が外側に偏った外刃は管の外周
面から外側に、刃先先端が内側に偏った内刃は管の内周
面から内側に各々適量張り出させて成るケーシング工法
用先頭管において、中央刃の刃先先端を同一高さ位置に
有る外刃と内刃の刃先先端から管軸方向に０〜５mm程度
後退させ、さらに、外刃の刃数を中央刃の刃数よりも多
くしてあることを特徴とするケーシング工法用先頭管の
刃部構造。
【請求項２】設置刃数の割合を、内刃１、中央刃１に
対し、外刃１.5〜２.0にしてある請求項１記載のケーシ
ング工法用先頭管の刃部構造。