掘削ヘッド及び掘削機

【課題】簡単な構成で、大きな振動や騒音を伴わずに掘削しスムーズに攪拌でき、ビットを容易に傷めることなく、掘削位置のずれを防止できるとともに、硬質地盤もスムーズに掘削可能な掘削ヘッド及びこれを備えた掘削機を提供する。
【解決手段】掘削軸を回転させつつ上下動させて掘削土を攪拌するとともに先端部より固結材を噴出し、地中に固結体を造成する掘削機の掘削軸に軸着する掘削ヘッド２３において、掘削軸先端に取り付ける回転軸２０の周囲に複数の掘削翼２２をらせん状に設け、回転軸２０先端及び掘削翼２２に掘削爪２１を軸方向に沿って複数段設けるとともに、各段には掘削爪を径方向に複数列配置し、且つ、１列に複数の掘削爪２１を設ける。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ソイル柱壁等の土留め壁用の掘削孔を掘削する掘削機先端に取り付ける掘削ヘッド、及び、該掘削ヘッドを備える多軸の掘削機（オーガ）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ソイル柱壁を原位置土混合工法（ＳＭＷ工法）で施工する場合に使用する多軸の掘削機は、例えば、図４、図５に示すように油圧モータおよび減速機からなる駆動機構４に掘削軸５を下方に向けて連結してなり、かつ、この掘削軸５は複数本（図示では５本）並列させ、ロッドを振れ止めのための結束バンド９で結束した。
【０００３】
該掘削軸５は先端に掘削ヘッド５ａを設け、また、途中に断続するスクリュー羽根による攪拌翼兼用の掘削翼５ｂを設けたものであるが、図６に示すように、別途攪拌翼１０を設けるようにしても構わない。また、図示は省略するが、この掘削軸５は中空軸で内部にセメントミルク等の固結液を流通させ、これを掘削ヘッド５ａの吐出口より注出できる。
【０００４】
前記駆動機構４は、掘削軸５を連結した状態で、クローラ等のベースマシン１に起立するリーダーマスト２のトップシーブ３からワイヤーで吊り支する。さらに、駆動機構４は背面に設けた湾曲ブラケット６をリーダーマスト２に沿設したリーダー７に係合させる。図中８はリーダーマスト２の下端に設けた首かせ状の振れ止めで、掘削軸５が上下に貫通する。
【０００５】
駆動機構４により掘削軸５を回転駆動し、掘削ヘッド５ａで錐揉み状に掘削を行うが、かかる掘削時に掘削ヘッド５ａよりセメントミルク等の固結液を吐出させて、土中において原位置土と混合して先行エレメントのソイルセメント壁体を造成する。
【０００６】
また、前記のように複数本の掘削軸５を回転させて掘削するとき、ソイルセメント壁体を連続壁とするために、隣接する掘削軸５の掘削径が互いに一部重なり合うように掘削軸５の間隔を設定するとともに、掘削ヘッド５ａがぶつからないよう掘削軸５の先端位置を交互にずらし、更に、各掘削軸５が隣接するもの同士で逆方向に回転するようにしている。例えば、掘削ヘッド５ａが軸方向前方に位置する掘削軸５（図中両端及び中央の掘削軸５）は先端方向に向かって掘削する際に右方向に回転し、その間に位置して掘削ヘッド５ａが軸方向後方に位置する掘削軸５は左方向に回転する。
【０００７】
ところで、図６に示すように、掘削ヘッド５ａに設ける掘削爪は従来、全て同一平面状に配置されることが一般的であった。このような掘削ヘッド５ａを使用した場合には、全ての掘削爪１１が同時に掘削対象面に接するから、掘削軸５の地盤方向への押圧力が掘削径の全域に渡って分散されてしまい、地盤が硬質地盤である場合などには掘削がスムーズにいかないという問題があった。
【０００８】
また、軸方向前方に位置する掘削軸５が右回転すると、結束バンド９で結束された３軸の掘削軸５の全体が右回転方向にふれてしまい、３軸の全体が捩れて回転する傾向になり、かかる捩れは大深度になるほど大きな曲がりとなって、掘削孔の掘削方向が水平方向においてずれてくる傾向にあるが、掘削軸５の地盤方向への押圧力が掘削径の全域に渡って分散されると、更に掘削方向は中心位置からずれ易くなる。
【０００９】
ところで、かかる不都合を解消できる技術が、以下の特許文献において開示されている。
【特許文献１】特開平０７−１５０５４６号公報
【特許文献２】特開平０９−１７７４６２号公報
【特許文献３】特開平０７−２９３１７８号公報
【特許文献４】特開２００２−１２９８６３号公報
【００１０】
図７に示すように、特許文献１記載のソイルセメント杭の造成装置である掘削機は、回転軸１６が外軸１６ａと内軸１６ｂとの２重軸構造となっており、内軸１６ｂに軸着する第１段目の掘削ヘッド１８に対し、この第１段目の掘削ヘッド１８よりも上方で、かつ、外側位置に掘削ビット（掘削爪）９ａを配した第２段目の掘削ヘッド１９を外軸１６ａの外周に設け、第１段目の掘削ヘッド１８を低速回転で、第２段目の掘削ヘッド１９を高速回転で駆動する。
【００１１】
これによれば、第１段目の掘削ヘッド１８を低速回転で駆動して第１段の掘削を行い、次いで、第２段目の掘削ヘッド１９を高速回転で駆動して、この第１段目の掘削ヘッド１８の掘削部の外周を掘削して径の大きい削孔を造成するから、第１段目の掘削径を最終的な掘削径よりも小さく抑えることで第１段目の掘削ヘッド１８の掘削負荷を低減することができ、更に、第２段目の掘削ヘッド１９は既掘削個所の外周のみの掘削で足りるから、掘削の負荷を少なくすることができる。
【００１２】
すなわち、掘削ヘッドにかかる掘削負荷の低減により、硬質地盤においてもスムーズに掘削でき、掘削方向を中心位置からずれにくくすることができる。
【００１３】
また特許文献２において、図８に示すように、回転軸１７に軸着し、先端から下方に向かって流体を高圧噴射する機能を備え且つ上下移動により岩盤を削孔するダウンハンマー１２の上部に、該ダウンハンマー１２よりも径が大きく且つ回転により削孔する岩削り用回転掘削ビット１３を設けて成ることを特徴とする土砂層と岩盤とを削孔する装置が開示されている。
【００１４】
これは、掘削対象となる地盤が硬質地盤の場合であっても、流体を噴出しながらダウンハンマー１２を上下駆動して地盤を削孔し、このダウンハンマー１２により小径に削孔した後でこの周囲を大径の岩削り用回転掘削ビット１３の回転で大径孔に削孔するから、掘削方向における中心位置を維持しつつ、掘削負荷が少なくスムーズに掘削できるものである。
【００１５】
また特許文献３においては、図９に示すように、回転軸１５の先端に軸着する掘削ヘッド１４が、その翼板１４ａの下降側における半径方向の端縁を、回転軸１５への取付け基部を長尺とする所要勾配の傾斜縁１４ｂとするとともに、傾斜縁１４ｂに沿って掘削爪１１ａを配列した掘削機の掘削軸が開示されており、特許文献４においても、図１０に示すように、掘削軸の先端方向に行くにしたがって中心方向に位置するように掘削爪１１ｂを設けている。
【００１６】
これにより、掘削の際には最も回転方向中心に位置する掘削爪１１ａ、１１ｂのみが最初に掘削対象面に接触するため、回転軸からの押圧力が掘削径全域に渡って分散されてしまうことが無く、掘削方向における中心位置を維持しつつ、掘削負荷を低減してスムーズに掘削できる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかし、特許文献１記載の掘削機は、１段目の掘削ヘッドと２段目の掘削ヘッドとで回転速度を変えるため、回転軸を多重軸とすることなどから複雑な構成となり、掘削ヘッドの製作に多くの手間とコストがかかる。
【００１８】
また、特許文献２記載の装置においては、ダウンハンマーは上下駆動により岩盤を鑿岩するのに適したものではあるが、回転軸を上下動させて固結材などの流体と土砂とを撹拌する際には、ダウンハンマーの上下動により土砂が締まってしまい、ダウンハンマーの存在がスムーズな撹拌の妨げとなってしまう。更に、ダウンハンマーは掘削の際に上下方向の打撃・振動力を使用するため、騒音や周囲に与える振動も大きくなってしまう。
【００１９】
また、特許文献３及び特許文献４の掘削機においては、全ての掘削爪を掘削方向に対して傾斜させて配置しているため、特に掘削ヘッドの先端部分において掘削軸からの押圧力が複数の掘削爪に分散されてしまうことが無いが、逆に地盤などの掘削面から個々の掘削爪に加わる負荷が大きくなり過ぎ、特に先端の掘削爪に大きな負荷がかかるため、掘削爪が容易に破損してしまうおそれがある。
【００２０】
本発明の目的は前記従来例の不都合を解消し、簡単な構成で、大きな振動や騒音を伴わずに掘削しスムーズに攪拌でき、ビットを容易に傷めることなく、掘削位置のずれを防止できるとともに、硬質地盤もスムーズに掘削可能な掘削ヘッド及びこれを備えた掘削機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明は前記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、掘削軸を回転させつつ上下動させて掘削土を攪拌するとともに先端部より固結材を噴出し、地中に固結体を造成する掘削機の掘削軸に軸着する掘削ヘッドにおいて、掘削軸先端に取り付ける回転軸の周囲に複数の掘削翼をらせん状に設け、回転軸先端及び掘削翼に掘削爪を軸方向に沿って複数段設けるとともに、各段には掘削爪を径方向に複数列配置し、且つ、１列に複数の掘削爪を設けることを要旨とするものである。
【００２２】
請求項１記載の本発明によれば、掘削爪を軸方向に沿って複数段に分けて設けるようにしたから、掘削ヘッドの先端が地盤などの掘削面に接触する際、掘削軸からの押圧力は掘削ヘッド先端に位置する段の掘削爪に集中してかかるから、掘削位置がずれず、硬質地盤でもスムーズに掘削できる。またこのとき、各段には掘削爪を径方向に複数列配置し、且つ、１列に複数の掘削爪を設けたから、掘削面に対して複数の掘削爪が同時に接触し、１つの掘削爪に負荷がかかりすぎるのを防いで掘削爪の破損を少なく抑えることが出来る。また、掘削爪をらせん状の掘削翼と回転軸とに設けたので、掘削軸からの押圧力と回転力とを効率良く掘削爪に加えることが出来、回転軸を２重軸構造などの複雑な構成にしなくとも、簡単な構成で掘削位置のずれ防止と硬質地盤のスムーズな掘削が実現できる。また、ダウンハンマーを使わないから掘削に大きな振動や騒音が伴うことが無く、掘削軸の上下動による撹拌も抵抗が少なくスムーズに行うことが出来る。
【００２３】
請求項２記載の発明は、隣接する掘削軸の掘削径が部分的に重なり合う複数の掘削軸を備え、掘削軸の先端位置を交互にずらして配置する掘削機において、掘削方向前方に位置する掘削軸の掘削ヘッドが請求項１記載の掘削ヘッドであることを要旨とするものである。
【００２４】
請求項２記載の本発明によれば、掘削方向前方に位置する掘削軸の掘削ヘッドを前記請求項１記載の掘削ヘッドとしたから、地盤などの掘削面に先に到達することとなる掘削ヘッドにおいて掘削位置のずれが生じず硬質地盤もスムーズに掘削できる。そして、この掘削方向前方に位置する掘削軸に隣接する掘削軸は掘削方向後方に位置するとともに掘削径が部分的に重なり合っているため、掘削方向前方に位置する掘削軸に比べて掘削に要する負荷が少なく、先に掘削した箇所に追随して正しい位置を掘削することとなり、掘削機全体として掘削位置ずれの防止と硬質地盤のスムーズな掘削が実現できる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の掘削ヘッド及びこれを備えた掘削機は、簡単な構成で、大きな振動や騒音を伴わずに掘削しスムーズに攪拌でき、ビットを容易に傷めることなく、掘削位置のずれを防止できるとともに、硬質地盤もスムーズに掘削可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、図面について本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明の掘削ヘッドの１実施形態を示す正面図、図２は同上側面図である。
【００２７】
図１、図２に示すように、本発明の掘削ヘッド２３は、後述の掘削機の掘削軸に軸着する基部２０ａを備える回転軸２０の周囲に、らせん状の掘削翼２２を設ける。掘削翼２２の掘削方向先端（図２中下端）は回転軸２０先端よりも掘削方向後方且つ、回転軸２０に対して垂直とする。
【００２８】
この掘削翼２２先端と回転軸２０先端に、掘削爪２１を設ける。このとき、掘削爪２１の配置は、軸中心から径方向に沿って複数列配置する。本実施例においては２列配置し、各列を軸中心から互いの反対側に設ける。また、１列当たりに設ける掘削爪２１の数は複数とする。例えば、回転軸２０先端に設ける掘削爪２１ａの数は、１列当たり２個とし、掘削翼２２先端に設ける掘削爪２１ｂの数は、１列当たり２〜３個とする。
【００２９】
このようにすることで、回転軸２０に設ける掘削爪２１ａが地盤などの掘削面に最初に当接する第１段目となり、掘削翼２２に設ける掘削爪２１ｂがその次に掘削面に当接する第２段目となって、掘削爪２１を複数段に分けて設けることとなる。
【００３０】
なお、本実施例においては、２つの掘削翼２２のうち一方の掘削翼２２ａには２個、他方には３個の掘削爪２１ｂを設ける。また、掘削翼２２に設ける掘削爪２１ｂの列と、回転軸２０に設ける掘削爪２１ａの列は、中心からの角度を互いに９０度ずらして設けるようにする。
【００３１】
この掘削ヘッド２３を取り付けた掘削機の掘削軸付近の１実施形態を、図３に示す。本実施形態における掘削機は５本の掘削軸５を備える多軸掘削機であり、図中１０は攪拌翼、５ｂは掘削翼、９は結束バンドで、その全体構成は図４、図５について既に説明したとおりであるから、ここでの詳細な説明は省略する。
【００３２】
前記のように複数本の掘削軸５を回転させて掘削するとき、ソイルセメント壁体を連続壁とするために、隣接する掘削軸５の掘削径が互いに一部重なり合うように掘削軸５の間隔を設定するとともに、掘削ヘッド２３が互いにぶつからないよう掘削軸５の先端位置を交互にずらし、左右両端及び中央に位置する３本の掘削軸５を掘削方向前方に、その間の２本の掘削軸５を掘削方向後方に位置づける。
【００３３】
この掘削方向前方に位置する３本の掘削軸５の先端に、前記の掘削ヘッド２３を軸着する。また、掘削方向後方に位置する掘削軸５の先端に取り付ける掘削ヘッド５ａは、従来と同様に掘削爪を１平面上に配置するものであって構わない。
【００３４】
次に、動作について説明する。まず、掘削機の掘削軸５の位置を掘削対象となる地盤の所定箇所に合わせ、不図示の駆動機構により掘削軸５を回転駆動する。５本の掘削軸５を回転させながら地盤の掘削面に向けて降ろしていくと、掘削方向前方に位置する３本の掘削軸５の掘削ヘッド２３が先に掘削面に到達し、掘削ヘッド２３で錐揉み状に掘削を行う。
【００３５】
掘削ヘッド２３の掘削爪２１は２段に分けて設けられているため、１段目の掘削爪２１ａが最初に掘削面に接触する。これにより、掘削軸５からの押圧力は１段目の掘削爪２１ａに集中してかかるから、掘削位置がずれず、硬質地盤でもスムーズに掘削できる。また、１段目の掘削爪２１ａを径方向に複数列配置し、且つ、１列に複数の掘削爪を設けたから、掘削面に対して複数の掘削爪２１ａが同時に接触し、個々の掘削爪２１ａに負荷がかかり過ぎるのを防いで掘削爪２１ａの破損を少なく抑えることが出来る。更に、２段目の掘削爪２１ｂの配置についても同様にすることで、掘削爪２１ｂの破損も少なく抑えることが出来る。
【００３６】
また、掘削爪２１をらせん状の掘削翼２２と回転軸２０とに設けたので、掘削軸５からの押圧力と回転力とを効率良く掘削爪２１に加えることが出来、回転軸２０を２重軸構造などの複雑な構成にしなくとも、簡単な構成で掘削位置のずれ防止と硬質地盤のスムーズな掘削が実現できる。また、ダウンハンマーを使わないから掘削に大きな振動や騒音が伴うことが無い。
【００３７】
更に、掘削軸５を回転させながら下向きに降ろして掘削を進めると、掘削方向後方に位置する２本の掘削軸５の掘削ヘッド５ａが掘削面に到達し、掘削ヘッド５ａで錐揉み状に掘削を行う。なお、掘削軸５の回転により隣接する掘削軸５の掘削翼５ｂや撹拌翼１０同士がぶつかり合わないよう、各掘削軸５が隣接するもの同士で逆方向に回転するようにする。
【００３８】
このとき、掘削ヘッド５ａの掘削径は掘削ヘッド２３の掘削径と部分的に重なり合っているため、掘削方向前方に位置する掘削軸５の掘削ヘッド２３に比べて掘削に要する負荷が少なく、先に掘削した箇所に追随して正しい位置を掘削することとなり、掘削機全体として掘削位置ずれの防止と硬質地盤のスムーズな掘削が実現できる。
【００３９】
そして、掘削時に掘削ヘッド２３及び掘削ヘッド５ａよりセメントミルク等の固結液を吐出させて、更に掘削軸５を回転させながら上下動することにより、土中において原位置土と混合して先行エレメントのソイルセメント壁体を造成する。掘削ヘッド２３及び掘削ヘッド５ａはいずれもダウンハンマーを使用せず、スクリュータイプであるから、掘削軸５の上下動による固結液と原位置土との撹拌も抵抗が少なくスムーズに行うことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の掘削ヘッドの１実施形態を示す正面図である。
【図２】本発明の掘削ヘッドの１実施形態を示す側面図である。
【図３】本発明の掘削機の掘削軸付近の１実施形態を示す側面図である。
【図４】従来の多軸掘削機の１例を示す正面図である。
【図５】従来の多軸掘削機の１例を示す側面図である。
【図６】従来の掘削機の掘削軸付近の１例を示す側面図である。
【図７】従来の掘削ヘッドの第２例を示す側面図である。
【図８】従来の掘削ヘッドの第３例を示す側面図である。
【図９】従来の掘削ヘッドの第４例を示す側面図である。
【図１０】従来の掘削ヘッドの第５例を示す側面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１ベースマシン２リーダーマスト
３トップシーブ４駆動機構
５掘削軸５ａ掘削ヘッド
５ｂ掘削翼６湾曲ブラケット
７リーダー８振れ止め
９結束バンド９ａ掘削ビット
１０攪拌翼１１、１１ａ、１１ｂ掘削爪
１２ダウンハンマー１３岩削り用回転掘削ビット
１４掘削ヘッド１４ａ翼板
１４ｂ傾斜縁１５，１６回転軸
１６ａ外軸１６ｂ内軸
１７回転軸１８第１段目の掘削ヘッド
１９第２段目の掘削ヘッド２０回転軸
２０ａ基部２１、２１ａ、２１ｂ掘削爪
２２、２２ａ掘削翼２３掘削ヘッド

【特許請求の範囲】
【請求項１】
掘削軸を回転させつつ上下動させて掘削土を攪拌するとともに先端部より固結材を噴出し、地中に固結体を造成する掘削機の掘削軸に軸着する掘削ヘッドにおいて、掘削軸先端に取り付ける回転軸の周囲に複数の掘削翼をらせん状に設け、回転軸先端及び掘削翼に掘削爪を軸方向に沿って複数段設けるとともに、各段には掘削爪を径方向に複数列配置し、且つ、１列に複数の掘削爪を設ける掘削ヘッド。
【請求項２】
隣接する掘削軸の掘削径が部分的に重なり合う複数の掘削軸を備え、掘削軸の先端位置を交互にずらして配置する掘削機において、掘削方向前方に位置する掘削軸の掘削ヘッドが請求項１記載の掘削ヘッドである掘削機。

【図１】