JPH04134595U - ケーシング工法用先頭管の刃部構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 回転式オールケーシング工法機用先頭管の刃
部構造を改善して高強度岩盤層や大転石の含まれる地層
を他の工法の併用無しで効率的に経済的に掘削すること
を可能ならしめる。 【構成】 先頭管４の先端に設ける掘削刃を、外刃１、
中央刃３、内刃２の３種として外刃１を先頭管４の外周
側に、中央刃３を肉厚中央部に、内刃２を内周側に各々
管周方向に位置をずらして、かつ外刃１と内刃２は図の
ように管の内外周面から内、外にδ張り出させて取付け
る。このようにして中央刃３で外刃、内刃間に切残され
る部分を削除して外刃１と内刃２の貫入力低下を防止す
る。また、中央刃３の先端を外刃、内刃の先端から０〜
５mm程度後退させて中央刃の早期摩耗、破損を無くす。
さらに、内刃、中央刃、外刃の設置比率を１：１：１.5
〜２.0として各刃の寿命バランスを保ち、以上によって
効率的かつ経済的な掘削を可能ならしめる。

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２−６１０ ８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０〜５mm程度後退させ、さらに、設置刃 数の割合を内刃１、中央刃１、外刃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に対して外刃は１.5〜２.0にした 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２〜５mm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 (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【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、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、設置刃数の割合を内
   刃１、中央刃１、外刃１.5〜２.0にしてあるケーシング
   工法用先頭管の刃部構造。