JPH0774582B2 - リバースサーキュレーション工法用掘削機の垂直建入れ精度管理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、リバースサーキュレーション工法用掘削機の
垂直建入れ精度管理装置に関するものである。

〔従来の技術〕

リバースサーキュレーション工法に用いる掘削機は、第
９図（イ）に示すように、地上部（例えば、スタンドパ
イプａの上端部等）に支承フレームｂを介してロータリ
ーテーブルｃを設置し、ロータリーテーブルｃの中央回
転板部分には、下端部に掘削ビットｄを備えたドリリン
グパイプｅを上下方向にのみスライド自在に貫通させ、
ロータリーテーブルｃのケーシング内部に装備された油
圧モータ等で前記ロータリーテーブルｃの中央回転板部
を駆動することにより、ドリリングパイプｅを回転駆動
し、先端の掘削ビットｄを回転させつつ地中に貫入させ
るように構成されている。

従って、本体が回転しない地中連続壁用掘削機のように
傾斜計を付設して掘削中に垂直精度を測定するわけには
いかない。

このため、従来では、図示のように、掘削ビットｄが地
層の傾斜等の影響を受けて垂直方向から外れた方向に掘
り進み、ドリリングパイプｅが湾曲して掘削孔ｆが傾斜
しても、掘削途中では、これを検知できず、第９図
（ロ）に示すように、掘削を完了し、掘削機を移動させ
た後、超音波孔壁測定器ｇを掘削孔ｆ内に降ろして、孔
壁の垂直精度を測定しており、いわゆる「後手管理」と
なっていた。

また、上記のような「後手管理」であるが故に、垂直度
の狂いに起因する杭芯のズレに起因する補強工事等を行
わずに済むように、杭孔の掘削時点で十分な垂直精度を
確保するためには、掘削ビットｄの貫入速度を遅くして
ゆっくりと掘削する必要があり、地盤の状況に応じた能
率良い施工は不可能であった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、ドリリングパイプｅは、ウインチ等で吊り下
げられており、元々自重によって垂直姿勢を保つように
なっているので、降下速度（掘削ビットｄの貫入速度）
が遅い程、殊に、掘削ビットｄの貫入速度が遅くて回転
速度が速い程、垂直精度が高くなり、貫入速度が速くて
回転速度が遅い程、地層の傾斜等による影響を強く受
け、ドリリングパイプｅが傾斜しやすい。

従って、リバースサーキュレーション工法用掘削機にお
いても、掘削ビットｄの貫入速度や回転速度の制御によ
って、垂直度の修正は可能であるから、掘削中に垂直精
度が連続的に検知できれば掘削ビットｄの回転速度や貫
入速度を最適な値に制御して、垂直精度の高い杭孔を能
率良く施工できることになる。

上記の現状に鑑み、本発明は、リバースサーキュレーシ
ョン工法用掘削機において、掘削中に垂直精度を連続的
に計測管理することにより、杭の垂直精度と施工能率の
向上とを可能にしたリバースサーキュレーション工法用
掘削機の垂直建入れ精度管理装置を提供するものであ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために、本発明が講じた技術的手
段は、次の通りである。即ち、本発明によるリバースサ
ーキュレーション工法用掘削機の垂直建入れ精度管理装
置は、先端に掘削ビットが装備されたドリリングパイプ
を回転駆動するためのロータリーテーブルの固定側（回
転しない）部分であるケーシング部分から４本の略水平
なアームを十字状に突出させ、これらのアームの先端側
を支承フレームで支持し、前記アームのうち、少なくと
も互いに直角に位置する２本のアームに歪ゲージを付設
し、ドリリングパイプの傾斜に伴って発生するアームの
歪量からドリリングパイプの傾斜度を検知する手段と、
その検知結果に基づいて掘削ビットの貫入速度又は貫入
速度と回転速度を制御する手段とを備えて成るものであ
る。

〔作用〕

上記の構成によれば、掘削ビットが地中を垂直に掘り進
んでいる場合はドリリングパイプが垂直に保たれるた
め、ドリリングパイプには曲げ力が発生せず、十字状の
アームにはロータリーテーブルの自重や回転反力による
一定量の歪が発生するだけであり、歪ゲージの出力は一
定（基準値）である。

掘削ビットの掘り進み方向が垂直方向に対して何れかの
方向にずれると、ドリリングパイプに曲げ力が発生し、
当該ドリリングパイプはロータリーテーブルを上下方向
にのみ摺動自在に貫通しているので、十字状のアームに
ドリリングパイプの曲げ力に対応した歪が生じる。

このアームの歪量は、歪ゲージにより電気信号として出
力され、この出力信号に基づいてアームの歪量を計測す
ることによって、ドリリングパイプの傾斜度が検知され
る。

そしてこの検知結果に基づいてアームの歪量がゼロにな
るように、つまり歪ゲージの出力が基準値となるよう
に、掘削ビットの貫入速度又は貫入速度と回転速度を制
御することにより、ドリリングパイプが垂直に修正され
る。

従って、ドリリングパイプの曲がりが生じない範囲で、
掘削ビットの回転速度や貫入速度を可及的に大にし、垂
直精度を確保できる範囲で、最大掘削能力を発揮させる
ことができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図（イ），（ロ）に示すように、地表から地下水位
よりも下方に達するスタンドパイプ１を打ち込み、ハン
マグラブ２等を用いて中掘りを行う。

しかる後、第１図（ハ）〜（ニ）に示すように、リバー
スサーキュレーション工法用掘削機を設置し、図外のウ
インチ等により吊り下げ支持されたドリリングパイプ３
をロータリーテーブル４で回転駆動しつつ、自重で降下
させて、地盤の掘削作業を行う。泥水は、ドリリングパ
イプ３先端の掘削ビット５からドリリングパイプ３、ス
イベルジョイント６を経て排出される。７はロータリー
テーブル４の支承フレームであり、スタンドパイプ１又
は架台８の上に固定されている。

ロータリーテーブル４は、図外の油圧ポンプユニットに
接続されており、第２図、第３図に示すように、角孔を
有する中央回転板部分5aと、当該中央回転板部分5aを回
転駆動する油圧モータを内蔵したケーシング部分5bとか
ら構成されている。

尚、ドリリングパイプ３のうち、ロータリーテーブル４
に挿通される部分には、中央回転板部分5aの角孔と上下
方向にのみ摺動自在に嵌合するケリーバーが使用されて
いる。

前記ケーシング部分5bには、その外周部から、図示の通
り、４本の略水平な角軸状のアーム9a,9b,9c,9dを十字
状に突出させてある。そして、これらのアーム9a,9b,9
c,9dの先端側を支承フレーム７で支持し、前記各アーム
9a,9b,9c,9dには、周囲４面に、歪量に応じて抵抗値が
変化する４個の歪ゲージRx₁,Rx₂,Rx₃,Rx₄を接着等の手
段により付設し、第５図のようなブリッジ回路を構成し
てある。

ロータリーテーブル４を支承フレーム７にアーム9a,9b,
9c,9dを介して支持させてあるため、ドリリングパイプ
３を挿通していない状態を想定すると、この状態では、
十字状のアーム9a,9b,9c,9dには、第６図（イ）に示す
ように、ロータリーテーブル４の自重による歪と、第６
図（ロ）に示すように、中央回転板部分5aの回転反力に
よる歪が発生する。これらの歪は、ドリリングパイプ３
の垂直度の如何に関係なく生じ、しかも歪量が一定であ
るから、このときの全アーム9a,9b,9c,9dの歪ゲージか
ら出力される信号の総計を基準値とすることができる。

掘削ビット５の掘り進み方向が垂直線に対して何れかの
方向にずれると、ドリリングパイプ３に曲げ力が発生す
る。ドリリングパイプ３はロータリーテーブル４を上下
方向にのみ摺動自在に貫通しているので、十字状のアー
ム9a,9b,9c,9dのいずれかに、第７図に示すように、ド
リリングパイプ３の曲げ力に対応した歪が生じ、当該ア
ーム（例えば、9aと9c）の歪ゲージRx₁,Rx₂,Rx₃,Rx₄が
歪量に応じて電気信号を出力することになる。

そして、全アーム9a,9b,9c,9dに付設した歪ゲージRx₁,R
x₂,Rx₃,Rx₄から出力される信号量の総計を、前記歪ゲー
ジRx₁,Rx₂,Rx₃,Rx₄、比較器10、増幅器11等よりなる検
知手段12で計測することにより、ドリリングパイプ３の
傾斜度を検知するように構成してある。

13は、可変抵抗等を備えたウインチ制御盤14によりドリ
リングパイプ吊下げ用ウインチのモータM₁への電流量を
調整して掘削ビット５の貫入速度を制御すると共に、電
磁式の流量調整弁15によりロータリーテーブル４の油圧
モータM₂に対する圧油供給量を調整して掘削ビット５の
回転速度を制御する制御手段であり、前記検知手段12に
よる検知結果に基づいてウインチ制御盤14及び流量調整
弁15に対する制御信号を出力するように構成されてい
る。

尚、互いに直角な二方向（Ｘ方向とＹ方向）にアーム9
a,9b,9c,9dが突設されている状態において、ドリリング
パイプ３がＸ方向に曲がると、Ｘ方向のアーム（例え
ば、9aと9c）に歪が発生しドリリングパイプ３がＹ方向
に曲がるとＹ方向のアーム（例えば、9bと9d）に歪が発
生し、X,Yの中間的な方向にドリリングパイプ３が曲が
るとX,Y両方向のアーム（9aと9c、9bと9d）に歪が発生
することになるので、前記歪ゲージRx₁,Rx₂,Rx₃,Rx
₄は、十字状のアーム9a,9b,9c,9dのうち、少なくとも互
いに直角に位置する２本のアームに付設すれば足りるの
であるが、この実施例では、第７図に示すように、ドリ
リングパイプ３に曲げ力が発生した際、同一直線上に位
置するアームの歪量を重畳して計測し、信号量を多くす
るために、４本のアーム9a,9b,9c,9d全部に歪ゲージR
x₁,Rx₂,Rx₃,Rx₄を付設している。

上記の構成によれば、掘削ビット５が地中を垂直に掘り
進んでいる場合はドリリングパイプ３が垂直に保たれる
ため、歪ゲージRx₁,Rx₂,Rx₃,Rx₄の出力は一定である。

掘削ビット５の掘り進み方向が垂直線に対して何れかの
方向にずれると、ドリリングパイプ３に曲げ力が発生す
るので、いずれかのアーム9a,9b,9c,9dにドリリングパ
イプ３の曲げ力に対応した歪が生じる。この歪量は歪ゲ
ージRx₁,Rx₂,Rx₃,Rx₄により電気信号として出力され、
比較器10で前述した基準値と比較される。歪量の信号が
基準値以上であれば、ドリリングパイプ３が傾斜してい
ると判断し、制御手段15が制御信号を出力し、歪量の信
号が基準値と等しくなるように掘削ビット５の貫入速度
と回転速度を制御する。換言すれば、アーム9a,9b,9c,9
dの歪量に変化が生じないように、掘削ビット５の貫入
速度と回転速度を自動制御しながら、掘削を進行するこ
とになる。

尚、掘削ビット５の回転速度を一定に保ち、貫入速度だ
けを制御するようにしてもよい。

〔発明の効果〕

本発明は、上述した構成よりなり、リバースサーキュレ
ーション工法用掘削機による地盤の掘削中に垂直精度を
連続的に計測管理できるので、ドリリングパイプの曲が
りが生じない範囲で、掘削ビットの回転速度や貫入速度
を可及的に大にし、垂直精度を確保できる範囲で、最大
掘削能力を発揮させて、垂直精度の高い杭孔を能率良く
施工することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第８図は本発明の一実施例を示し、第１図
（イ）〜（ニ）はリバースサーキュレーション工法用掘
削機の垂直建入れ精度管理装置を説明するための工程
図、第２図はリバースサーキュレーション工法用掘削機
の要部側面図、第３図は同上掘削機の要部平面図、第４
図は第３図のIV−IV線断面拡大図、第５図は各アームに
取り付けた歪ゲージの回路図、第６図（イ），（ロ）は
ロータリーテーブルの自重と回転反力によるアームの歪
を説明する作用図、第７図はドリリングパイプに曲げ力
が発生した際のアームの歪を説明する作用図、第８図は
上記の垂直建入れ精度管理装置の構成を説明するブロッ
ク図である。 第９図（イ），（ロ）は従来例の説明図である。 ３……ドリリングパイプ、４……ロータリーテーブル、
5b……ケーシング部分、9a,9b,9c,9d……アーム、12…
…検知手段、13……制御手段、Rx₁,Rx₂,Rx₃,Rx₄……歪
ゲージ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】先端に掘削ビットが装備されたドリリング
   パイプを回転駆動するためのロータリーテーブルのケー
   シング部分から４本の略水平なアームを十字状に突出さ
   せ、これらのアームの先端側を支承フレームで支持し、
   前記アームのうち、少なくとも互いに直角に位置する２
   本のアームに歪ゲージを付設し、ドリリングパイプの傾
   斜に伴って発生するアームの歪量からドリリングパイプ
   の傾斜度を検知する手段と、その検知結果に基づいて掘
   削ビットの貫入速度又は貫入速度と回転速度を制御する
   手段とを備えて成るリバースサーキュレーション工法用
   掘削機の垂直建入れ精度管理装置。