JP5543885B2

JP5543885B2 - 曲がりボーリング工法及びこれに用いる削孔装置

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Publication number: JP5543885B2
Application number: JP2010216481A
Authority: JP
Inventors: 広明手塚; 利彰安井; 崇寛山内; 敦士川西; 賢二藤本
Original assignee: Maeda Corp
Current assignee: Maeda Corp
Priority date: 2010-09-28
Filing date: 2010-09-28
Publication date: 2014-07-09
Anticipated expiration: 2030-09-28
Also published as: JP2012072567A

Description

本発明は、曲がりボーリング工法及びこれに用いる削孔装置に関するものであり、例えば、地上から建造物の下方に向かって斜めに削孔を行い、建造物の下方に薬液注入作業孔を形成する際に使用する工法及び装置に関するものである。

地震による液状化現象を防止するため、地上から建造物の下方に向かって斜めに削孔を行い、建造物の下方に薬液注入作業孔を形成するための工法として、曲がりボーリング工法が知られている。従来の曲がりボーリング工法では、靱性のある削孔菅の先端部に先端ビットを取り付け、削孔菅を継ぎ足しながら地中に圧入することにより、薬液注入作業孔を形成している。先端ビットは、先細状となったテーパー部を有しており、直線削孔時には、削孔管及び先端ビットを回転させながら削孔し、曲線削孔時には、削孔管及び先端ビットを回転させない状態で地盤中に圧入して、先端ビットのテーパー部に作用する土圧により曲線推進するようになっている（特許文献１参照）。

また、曲がりボーリング技術を用いた薬液注入工法が開示されており（特許文献２参照）、この特許文献２には、削孔管の先端に、回転削孔ビットやダウンザホールハンマーのような削孔装置を取り付けて削孔を行ってもよい旨の記載がある。

特許第４３１４４４０号公報特開２００１−３２３４５０号公報

従来の曲がりボーリング工法では、削孔管を継ぎ足しながら地中に圧入するため、圧入力に限界があり、一般的にはＮ値≦２０程度の砂質土地盤にしか適用できなかった。すなわち、従来の曲がりボーリング工法では、礫混じりの硬質地盤（Ｎ値＞２０）を削孔すると、可撓性を有していなければならない削孔管が塑性化してしまい、削孔を行うことができなくなる場合があった。特に、削孔対象の地盤が一様な土質ではなく、その一部にＮ値＞２０の礫混じりの硬質地盤が存在する場合には、削孔当初には曲がりボーリング工法で削孔できていたにも拘わらず、工事の途中で曲がりボーリング工法を適用することができなくなる等、工事全体に支障を来すおそれがあった。また、表面近くに礫混じり層が存在するが、それよりも深い地盤は曲がりボーリング工法を適用可能な場合もあり、曲がりボーリング工法の適用範囲を広げる工夫が望まれていた。

そこで、削孔管の先端にダウンザホールハンマーを取り付けて打撃削孔を行うことが考えられる。このダウンザホールハンマーを用いた工法は、岩盤等の硬質地盤を削孔するための工法である。すなわち、削孔管の先端に削孔ビット及びパーカッションハンマーを取り付け、削孔管の内部に水や空気等の流動体を供給して、ダウンザホールハンマー内のピストン往復運動により削孔ビットに打撃を与えることにより、Ｎ値＞２０程度の硬質地盤を打撃削孔することができると考えられる。

しかし、従来のダウンザホールハンマーは、内部にピストン機構を備えているため、ダウンザホールハンマーよりも先端側に、位置計測用のジャイロスコープや薬液注入管を挿入することができなかった。このため、ダウンザホールハンマーの基端側で削孔軌跡の計測を行わなければならず、計測精度が低下するという問題があった。また、削孔管の側壁に薬液注入口を設けて、削孔管の径方向外側へ向かって薬液を噴出するような構造とせざるを得なかった。

このように、曲がりボーリング工法は、主要な適用工事が、地上から建造物の下方に向かって斜めに削孔を行い、建造物の下方に薬液注入作業孔を形成するものであり、削孔管内に薬液注入菅を挿通した後、削孔管を引き抜いて、薬液注入管の先端部から地盤中に薬液を注入することにより、目的の箇所に地盤改良体を形成するようになっている。このため、従来の曲がりボーリング工法に対して、既存のダウンザホールハンマーを組み合わせただけでは、適切な薬液注入を行うことができないという問題があった。

なお、特許文献２には、削孔管の先端にダウンザホールハンマーを取り付ける旨の記載があるが、ダウンザホールハンマーの具体的構成については何ら触れられておらず、また、図面を参照すると、削孔管の先端部から離れて設置されているダウンザホールハンマーの基端側に薬液注入口を設けて、削孔管の径方向外側へ向かって薬液を噴出する構成が示されているのみである。

本発明は、上述した事情に鑑み提案されたもので、従来適用が不可能であった硬質地盤であっても適用可能であり、効率よく精度の高い削孔を行うことが可能な曲がりボーリング工法及びこれに用いる削孔装置を提供することを目的とする。

本発明の曲がりボーリング工法及びこれに用いる削孔装置は、上述した目的を達成するため、以下の特徴点を備えている。すなわち、本発明の曲がりボーリング工法は、先細状のテーパー部を有する先端ビットを削孔管の先端部に取り付けて地盤中に圧入し、直線削孔時には、削孔管及び先端ビットを回転させながら削孔し、曲線削孔時には、削孔管及び先端ビットを回転させない状態で地盤中に圧入して、先端ビットのテーパー部に作用する土圧により曲線推進する工法である。

そして、先端ビットの基端側に、削孔管と先端ビットとを連通する中空部が形成されたハンマーを配設して、削孔工程で当該ハンマーにより先端ビットを打撃するとともに、当該ハンマーによる単位時間あたりの先端ビットの打撃回数を増減することにより、削孔管の屈曲度合を調整することを特徴とするものである。

なお、ハンマーに形成された中空部は、位置計測用のジャイロスコープや薬液注入管等を挿通するためのものである。

さらに、上述した曲がりボーリング工法において、ハンマーの中空部を介して先端ビットの基端側まで位置計測用のジャイロスコープを挿入して削孔管の位置計測を行い、削孔終了後に、孔の先端部付近まで薬液注入菅を挿入して、地盤中に薬液注入（硬化剤等の注入）を行うことを特徴とするものである。

本発明の曲がりボーリング工法に用いる削孔装置は、先端ビットを打撃するハンマーを備えており、当該ハンマーは、削孔管と先端ビットとを連通する中空部が形成されており、削孔工程で当該ハンマーにより先端ビットを打撃するとともに、当該ハンマーによる単位時間あたりの先端ビットの打撃回数を増減することにより、削孔管の屈曲度合を調整することを特徴とするものである。上述したように、ハンマーに形成された中空部は、位置計測用のジャイロスコープや薬液注入管等を挿通するためのものである。

このような構成からなる曲がりボーリング工法及びこれに用いる削孔装置では、削孔対象地盤がＮ値≦２０程度の砂質土地盤である場合には、従来の曲がりボーリング工法と同様にして、直線削孔時には、削孔管及び先端ビットを回転させながら削孔し、曲線削孔時には、削孔管及び先端ビットを回転させない状態で地盤中に圧入して、先端ビットのテーパー部に作用する土圧により曲線推進する。

一方、削孔対象地盤がＮ値＞２０程度の硬質地盤の場合には、ハンマーにより先端ビットを打撃することにより、削孔管の圧入を補助する。この際、ハンマーによる先端ビットの単位時間あたりの打撃回数を増減することにより、削孔管の屈曲度合を調整する。すなわち、単位時間あたりのハンマーによる先端ビットの打撃回数を増加させると、圧入だけで削孔する場合と比較して削孔管の屈曲度合いが増加し、単位時間あたりのハンマーによる先端ビットの打撃回数を減少させると、圧入だけの場合に比較して削孔管の屈曲度合いが減少する。

また、削孔工程において、適宜、ハンマーの中空部を介して先端ビットの基端側まで位置計測用のジャイロスコープを挿入して削孔管の位置計測を行う。

削孔が終了すると、先端ビットに取り付けられている閉塞部材を地中に押し出したり、地上に引き抜いたりして先端ビットを中抜きとし、ハンマーの中空部と、中抜きとなった先端ビットを介して削孔の先端部付近まで薬液注入菅を挿入する。そして、削孔管を地上に引き抜き、地中に残置した薬液注入菅により薬液注入を行う。

本発明の曲がりボーリング工法及びこれに用いる削孔装置によれば、削孔対象地盤がＮ値≦２０程度の砂質土地盤である場合には、従来の曲がりボーリング工法と同様にして削孔を行うことができると共に、従来の曲がりボーリング工法では削孔を行うことが困難であったＮ値＞２０程度の硬質地盤の場合であっても、ハンマーにより先端ビットを打撃して削孔管の圧入を補助することにより、削孔を行うことができる。

特に、曲線削孔時に、圧入による削孔と、ハンマーによる先端ビットを打撃する削孔とを組み合わせることにより、従来の圧入のみの削孔と比較して高精度かつ迅速な削孔を行うことができる。

また、圧入による削孔と比較して、削孔管への負担が低減し、削孔管の塑性化防止を図ることができる。

さらに、中空部を有するハンマーを使用することにより、中空部を介して位置計測用のジャイロスコープを先端ビットの基端側まで到達させることができるので、正確な削孔軌跡の計測を行って、高精度の薬液注入を行うことができる。

本発明の実施形態に係る削孔装置及び付属装置の全体構成を示す概略図。先端ビットの断面図。薬液注入管を挿入した状態の孔の断面図。ハンマーの断面図。

以下、図面を参照して、本発明の曲がりボーリング工法及びこれに用いる削孔装置の実施形態を説明する。図１〜図４は本発明の実施形態に係る曲りボーリング工法に用いる削孔装置を示すもので、図１は削孔装置及び付属装置の全体構成を示す概略図、図２は先端ビットの断面図、図３は薬液注入管を挿入した状態の孔の断面図、図４はハンマーの断面図である。

＜曲がりボーリング工法の概要＞
本発明の実施形態に係る曲がりボーリング工法は、先細状のテーパー部を有する先端ビットを削孔管の先端部に取り付けて地盤中に圧入すると共に、地盤の状況に応じて、ハンマーにより先端ビットを打撃して削孔管の圧入を補助することにより、削孔を行う工法である。圧入のみにより削孔を行う場合には、直線削孔時に、削孔管及び先端ビットを回転させながら削孔し、曲線削孔時に、削孔管及び先端ビットを回転させない状態で地盤中に圧入して、先端ビットのテーパー部に作用する土圧により曲線推進する。また、これに加えて、削孔対象地盤がＮ値＞２０程度の硬質地盤の場合には、ハンマーにより先端ビットを打撃することにより、削孔管の圧入を補助するようになっている。そして、ハンマーによる打撃を併用する場合には、単位時間あたりの先端ビットの打撃回数を増減することにより、削孔管の屈曲度合を調整することができる。

＜削孔装置＞
本発明で使用する削孔装置としては、削孔管２０の先端部分を除いて、従来から公知の曲がりボーリング工法に用いる削孔装置を利用することができる。この削孔装置１０は、図１に示すように、基台１１と、基台１１上に載置され、削孔管２０を接続及び切断するための接続切断装置１２と、削孔管２０の挿入角度を調整するための角度調整装置１３と、削孔管２０を推進するための推進駆動装置１４と、を備えている。また、削孔装置１０の後方には、ジャイロスコープ３０に接続された信号ケーブル３１を巻き取るための回転リール１５が配置されている。また、削孔時の溝壁崩壊を防止するためにベントナイト泥水等の削孔補助材を使用するが、この削孔補助材を貯留するための削孔補助材タンク６１と、削孔補助材送出機６０とを備えており、削孔時に、削孔管２０を介して先端ビット４０へ削孔補助材が供給される。

＜先端ビット＞
削孔管２０の先端部には、先端ビット４０が取り付けられている。この先端ビット４０は、図２に示すように、先端治具４１が取り付けられており、先端治具４１の先端面は、先細状となるようなテーパー部４４を有している。そして、圧入のみにより削孔を行う場合には、直線削孔時に、削孔管２０及び先端ビット４０を回転させながら削孔し、曲線削孔時には、削孔管２０及び先端ビット４０を回転させない状態で地盤中に圧入して、先端ビット４０のテーパー部４４に作用する土圧により曲線推進するようになっている。

なお、先端ビット４０は中空状となっており、中空部には閉塞部材４５が取り付けられている。この閉塞部材４５は先端ビット４０に対して着脱可能となっており、削孔が終了して薬液注入管７０を挿入する際に取り外される。

また、先端ビット４０には、削孔管２０を介して送出される削孔補助材を噴出させるための噴出口４２と、削孔管２０の内部と噴出口４２とを連通するための送出管４３とが設けられている。

＜ハンマー＞
本発明で使用するハンマー５０は、一般的なダウンザホールハンマーの部材を改良したもので、ジャイロスコープ３０等を挿通するための中空部が形成されている。このハンマー５０は、図４に示すように、中空状の外筒５１と、外筒５１内に配設したピストン部材５２及び打撃部材５３を備えており、ピストン部材５２に空気や水等の流動体を供給してピストン運動させ、ピストン部材５２の先端部に連結された打撃部材５３により先端ビット４０の基端部を打撃するようになっている。

一般的なダウンザホールハンマーは、例えば特開平１０−８８６９号公報等に記載されており、このような一般的なダウンザホールハンマーのハンマー部分を改良して中空状とすることにより、本発明で使用するハンマー５０を作成することができる。本発明で使用するハンマー５０の動作原理は、従来の一般的なダウンザホールハンマーと同様である。

＜削孔方法＞
次に、本発明の曲がりボーリング工法について説明する。本発明の曲がりボーリング工法は、地上に設置した削孔装置１０の接続切断装置１２により削孔管２０を接続しながら、推進駆動装置１４により削孔管２０を地盤中に圧入すると共に、地盤の状況に応じて、ハンマー５０により先端ビット４０を打撃して削孔を行う。

この際、Ｎ値≦２０程度の砂質土地盤を削孔する場合には、先端ビット４０の圧入だけで削孔を行い、礫混じりの硬質地盤（Ｎ値＞２０）を削孔する場合には、先端ビット４０の圧入だけではなく、ハンマー５０により先端ビット４０を打撃して削孔を行う。なお、Ｎ値≦２０程度の砂質土地盤を削孔する場合にも、ハンマー５０により先端ビット４０を打撃して、削孔の補助を行ってもよい。

また、単位時間あたりのハンマー５０による先端ビット４０の打撃回数を増減することにより、削孔管２０の屈曲度合を調整する。すなわち、単位時間あたりの打撃回数を増加させると、削孔管２０の屈曲度合いが増加する一方、単位時間あたりの打撃回数を減少させると、削孔管２０の屈曲度合いが減少する。ここで、打撃回数は、特に限定されるものではなく、掘削対象となる地盤の状況（Ｎ値や礫の混ざり具合）に応じて適宜変更して実施することができる。

そして、削孔の進行に伴って随時、削孔管２０内へジャイロスコープ３０を挿入する。この際、回転リール１５を回転させながら信号ケーブル３１を削孔管２０内へ押し込み、ジャイロスコープ３０を先端ビット４０へ向かって挿入する。ジャイロスコープ３０が先端ビット４０の位置まで到達すると、回転角度計測機構（図示せず）により先端ビット４０の向きを検出する。この際、ジャイロスコープ３０は、ハンマー５０の中空部を介して、先端ビット４０の基端側まで到達するので、正確な削孔軌跡の計測を行うことができる。

なお、回転角度計測機構は、どのような機構であってもよく、例えば、先端ビット４０の基端部に固定磁石部を取り付けると共に、ジャイロスコープ３０の先端部に回転磁石部を回転可能に取り付けて、回転磁石部を固定磁石部に近接させ、パルスエンコーダ等からなる回転角度計測器により回転磁石部の回転角度を検出する機構とすることができる。

この状態から、回転リール１５により信号ケーブル３１を巻き取って、ジャイロスコープ３０を引き込みながら、ジャイロスコープ３０の引き込み軌跡（削孔軌跡）を計測する。ジャイロスコープ３０の信号ケーブル３１及び回転角度計測機構の信号ケーブル（図示せず）は、コンピュータ（図示せず）に接続されており、コンピュータにより先端ビット４０の向き及びジャイロスコープ３０の引き込み軌跡（削孔軌跡）を演算し、ディスプレイ装置等に表示する。

そして、計測された先端ビット４０の向きに基づいて、以降の削孔方向を予測して、ディスプレイ装置等に表示する。このようにして予測された先端ビット４０の方向が、予定の計画線と異なる場合には、削孔管２０及び先端ビット４０を回転させて先端ビット４０の向きを制御し、削孔方向を決定すればよい。この際、削孔管２０及び先端ビット４０の回転に伴い、ディスプレイ装置に表示される予定計画線も変化させる。このように、削孔の進行に伴って随時、削孔軌跡を計測しながら削孔方向を修正することにより、精度の高い削孔を行うことができる。

＜薬液注入＞
上述した工程により削孔が終了すると、先端ビット４０に取り付けられている閉塞部材４５を地中に押し出したり、地上に引き抜いたりして先端ビット４０を中抜きとし、削孔管２０の基端側（地上部）から、ハンマー５０の中空部及び先端ビット４０の中抜き部を介して薬液注入菅７０を挿入する。そして、削孔管２０を地上に引き抜き、図３に示すように、地中に残置した薬液注入菅７０により、地盤中に薬液注入（硬化剤の注入）を行う。この際、上述したように、正確な削孔軌跡の計測が行われているため、高精度の薬液注入を行うことが可能となる。

＜従来技術との比較＞
本発明の曲がりボーリング工法及びこれに用いる削孔装置１０では、削孔管２０の圧入だけではなく、ハンマー５０を用いて先端ビット４０を打撃して削孔の補助を行っているため、従来の曲りボーリング工法と比較して、以下のような優れた利点がある。

第１に、ハンマー５０を用いて先端ビット４０を打撃することにより削孔能力が向上し、従来の曲りボーリング工法では適用が困難であったＮ値＞２０の砂礫混じりの硬質地盤であっても削孔を行うことが可能となる。また、削孔能力が向上することにより、従来の曲りボーリング工法と比較して、Ｎ値≦２０以下の地盤において削高速度を早めることが可能となる。

第２に、ハンマー５０により先端ビット４０を打撃するだけではなく、単位時間あたりの打撃回数を調整することにより、高精度の掘削を行うことが可能となる。

第３に、削孔管２０と略同径の内径を確保したハンマー５０を使用することにより、ハンマー５０の中空部を介して、先端ビット４０の基端部まで計測用のジャイロスコープ３０を挿入することができる。また、削孔終了後には、ハンマー５０の中空部を介して、孔の先端部付近まで薬液注入管７０を挿入することができる。このため、正確な削孔軌跡を計測して設計通りに形成された削孔の先端部付近まで薬液注入管７０を挿入して、削孔終了後の薬液注入を容易かつ精度良く行うことが可能となる。

第４に、ハンマー５０の駆動力として空気を使用した場合には、水を使用した場合と比較して廃泥量を低減することが可能となる。

第５に、ハンマー５０により直接、先端ビット４０を打撃して削孔することにより、圧入だけで削孔管２０を地盤中に押し込む場合と比較して、削孔管２０への負担が軽減し、削孔管２０の塑性硬化を防止することが可能となる。

第６に、ハンマー５０による先端ビット４０の打撃は地盤中で行われるため、従来のパーカッションハンマーのように空中で打撃を行う場合と比較して、低騒音かつ低振動で削孔を行うことが可能となる。

１０削孔装置
１１基台
１２接続切断装置
１３角度調整装置
１４推進駆動装置
１５回転リール
２０削孔管
３０ジャイロスコープ
３１信号ケーブル
４０先端ビット
４１先端治具
４２噴出口
４３送出管
４４テーパー部
４５閉塞部材
５０ハンマー
５１外筒
５２ピストン部材
５３打撃部材
６０削孔補助材送出機
６１削孔補助材タンク
７０薬液注入管

Claims

先細状のテーパー部を有する先端ビットを削孔管の先端部に取り付けて地盤中に圧入し、直線削孔時には、前記削孔管及び前記先端ビットを回転させながら削孔し、曲線削孔時には、前記削孔管及び前記先端ビットを回転させない状態で地盤中に圧入して、前記先端ビットの前記テーパー部に作用する土圧により曲線推進する曲がりボーリング工法において、
前記先端ビットの基端側に、前記削孔管と前記先端ビットとを連通する中空部が形成されたハンマーを配設して、削孔工程で当該ハンマーにより前記先端ビットを打撃するとともに、当該ハンマーによる単位時間あたりの前記先端ビットの打撃回数を増減することにより、前記削孔管の屈曲度合を調整することを特徴とする曲がりボーリング工法。
前記ハンマーの中空部を介して前記先端ビットの基端側まで位置計測用のジャイロスコープを挿入して、前記削孔管の位置計測を行うことを特徴とする請求項１に記載の曲がりボーリング工法。
削孔工程終了後に、孔の先端部付近まで薬液注入管を挿入して、地盤中に薬液注入を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の曲がりボーリング工法。
先細状のテーパー部を有する先端ビットを削孔管の先端部に取り付けて地盤中に圧入し、直線削孔時には、前記削孔管及び前記先端ビットを回転させながら削孔し、曲線削孔時には、前記削孔管及び前記先端ビットを回転させない状態で地盤中に圧入して、前記先端ビットの前記テーパー部に作用する土圧により曲線推進する曲がりボーリング工法に用いる削孔装置において、
前記先端ビットの基端側に配置されて、前記先端ビットを打撃するハンマーを備え、
前記ハンマーは、前記削孔管と前記先端ビットとを連通する中空部が形成されており、削孔工程で当該ハンマーにより前記先端ビットを打撃するとともに、当該ハンマーによる単位時間あたりの前記先端ビットの打撃回数を増減することにより、前記削孔管の屈曲度合を調整することを特徴とする曲がりボーリング工法に用いる削孔装置。