5885512 採熱管の施工方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5885512

(24)【登録日】2016年2月19日

(45)【発行日】2016年3月15日

(54)【発明の名称】採熱管の施工方法

(51)【国際特許分類】

   F24J 3/08 20060101AFI20160301BHJP

   E02D 7/22 20060101ALI20160301BHJP

   E02D 11/00 20060101ALI20160301BHJP

【ＦＩ】

   F24J3/08

   E02D7/22

   E02D11/00

【請求項の数】8

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2012-5278(P2012-5278)

(22)【出願日】2012年1月13日

(65)【公開番号】特開2013-145072(P2013-145072A)

(43)【公開日】2013年7月25日

【審査請求日】2015年1月7日

(73)【特許権者】

【識別番号】390018717

【氏名又は名称】旭化成建材株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】303046244

【氏名又は名称】旭化成ホームズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100079108

【弁理士】

【氏名又は名称】稲葉 良幸

(74)【代理人】

【識別番号】100109346

【弁理士】

【氏名又は名称】大貫 敏史

(74)【代理人】

【識別番号】100117189

【弁理士】

【氏名又は名称】江口 昭彦

(74)【代理人】

【識別番号】100134120

【弁理士】

【氏名又は名称】内藤 和彦

(72)【発明者】

【氏名】前嶋 匡

(72)【発明者】

【氏名】塚田 義明

(72)【発明者】

【氏名】野田 将司

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 康之

【審査官】 渡邉 洋

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−２２８４１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−３０３０８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−０５２５３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−００９３１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１３３１９４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２４Ｊ ３／００− ３／０８

Ｅ０２Ｄ ７／２２

Ｅ０２Ｄ１１／００

Ｅ２１Ｂ ７／２０

Ｅ２１Ｂ１７／００−１７／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

地盤中に採熱管を施工する方法において、
掘削治具を構成するケーシングを、該ケーシングの先端開口部を閉塞した状態で当該地盤の所定深度まで回転埋設し、
該ケーシング内への採熱管の挿入と、前記ケーシング内への所定量の水溶液の注入とを実施し、
前記ケーシングを回転させながら前記地盤から引き抜く際、前記先端開口部を開いた状態として当該ケーシング内から前記採熱管と前記水溶液の一部を抜き、前記ケーシング内に充填材を投入し、さらに前記ケーシングを前記地盤から引き抜き、これら採熱管と充填材を地盤中に埋設することを特徴とする、採熱管の施工方法。

【請求項2】

地盤中に採熱管を施工する方法において、
掘削治具を構成するケーシングを、該ケーシングの先端開口部を閉塞した状態で当該地盤の所定深度まで回転埋設し、
該ケーシング内への採熱管の挿入と、前記ケーシング内への所定量の水溶液の注入と必要な充填材の投入とを実施し、
前記ケーシングを回転させながら前記地盤から引き抜く際、前記先端開口部を開いた状態として当該ケーシング内から前記採熱管と前記充填材等を抜き、これら採熱管と充填材を地盤中に埋設することを特徴とする、採熱管の施工方法。

【請求項3】

前記ケーシングとして、前記先端開口部に係脱可能な閉塞蓋を備えたものを用いる、請求項１または２に記載の採熱管の施工方法。

【請求項4】

前記閉塞蓋は、前記ケーシング内からの圧力を受けて脱落可能な状態で該ケーシングの先端に係止しているものである、請求項３に記載の採熱管の施工方法。

【請求項5】

前記ケーシングとして、該ケーシングの外周面に螺旋状羽根又は螺旋状溝を備えたものを用いる、請求項１から４のいずれか一項に記載の採熱管の施工方法。

【請求項6】

前記水溶液の注入後、前記充填材を前記ケーシング内へ投入する、請求項１から５のいずれか一項に記載の採熱管の施工方法。

【請求項7】

前記先端開口部を開いた状態とした後、前記ケーシングへ前記充填材を投入する、請求項６に記載の採熱管の施工方法。

【請求項8】

前記螺旋状羽根の羽根径をDw(m)、前記ケーシングの外径をD(m)、前記螺旋状羽根のピッチをP(m)、前記ケーシングの回転数をR(rpm)、前記ケーシングの引き上げ速度をF(m/min)とした時に、前記ケーシングを逆回転することにより下向きの力を受ける前記地盤中の土砂の体積を

【数7】

とし（ただし、αは、土砂の土質によって異なる排土率）、
外径がD(m)のロッドが逆回転しながら引き上げられることによって前記地盤中に生ずる空洞部の体積を

【数8】

としたとき、

【数9】

となるように、前記ケーシングの回転数Rと引き上げ速度Fを設定して当該ケーシングを前記地盤から引き抜くことを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の採熱管の施工方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、採熱管の施工方法および施工用掘削治具に関する。さらに詳述すると、本発明は、地盤を掘削して採熱管を施工する技術の改良に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、地中熱を融雪や空調等に使用するための手段として、当該地中熱を地中から採取する採熱管（地中熱交換器）が利用されている。このような採熱管を施工する技術としては、例えば、地中に形成した掘削穴に、直線状の往路管と復路管の下端部同士を連結流路で連結して構成したＵ字管を配設するようにしたもの等が知られている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００１−１７４０７３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、上述のごとき施工技術によると、地盤掘削時に泥水や泥土が発生することから、これらを処理する必要が生じる。また、地盤を掘削する機械としてボーリングマシンを用いることが多いのだが、このようなマシンによると比較的小径の孔しか掘削することができず、往路管と復路管の間隔が狭い幅狭のＵ字管しか施工できないことがある。

【0005】

そこで、本発明は、低排土もしくは無排土で掘削することができ、尚かつ幅広の採熱管の施工に適した採熱管の施工方法および施工用掘削治具を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

かかる課題を解決するべく本発明者は種々の検討を行った。例えば、ケーシングを掘削治具として用いれば、低排土もしくは無排土で掘削することが可能となり、また、掘削孔を大型化して幅広の採熱管を地中に施工することも可能となる。ところが、反面、ケーシングを用いると従来にはなかった特有の問題が生じるため、このような問題にも同時に対処しなければならない。これらの問題に対処しつつ課題を解決することについてさらに検討を重ねた本発明者は、かかる課題の解決に結び付く新たな知見を得るに至った。

【0007】

本発明はこの新たな知見に基づくものであり、地盤中に採熱管を施工する方法において、掘削治具を構成するケーシングを、該ケーシングの先端開口部を閉塞した状態で当該地盤の所定深度まで回転埋設し、該ケーシング内への採熱管の挿入と、ケーシング内への所定量の水溶液の注入とを実施し、ケーシングを回転させながら地盤から引き抜く際、先端開口部を開いた状態として当該ケーシング内から採熱管と水溶液の一部を抜き、ケーシング内に充填材を投入し、さらにケーシングを地盤から引き抜き、これら採熱管と充填材を地盤中に埋設することを特徴とする。

【0008】

また、本発明は、地盤中に採熱管を施工する方法において、掘削治具を構成するケーシングを、該ケーシングの先端開口部を閉塞した状態で当該地盤の所定深度まで回転埋設し、該ケーシング内への採熱管の挿入と、ケーシング内への所定量の水溶液の注入と必要な充填材の投入とを実施し、ケーシングを回転させながら地盤から引き抜く際、先端開口部を開いた状態として当該ケーシング内から採熱管と充填材等を抜き、これら採熱管と充填材を地盤中に埋設することを特徴とする。

【0009】

このようにケーシングを用いて地盤を掘削すれば、低排土もしくは無排土で地盤を掘削することが可能となる。また、このようにケーシングを用いて地盤を掘削すれば、掘削孔を大型化して幅広の採熱管を地中に施工することも可能となる。

【0010】

さらには、従来のごとくボーリングマシンを使うとすれば、掘削孔の大径化に伴って高コスト化と施工効率の低下を招きかねないが、この点、ケーシングを使って施工する本発明によれば、高コスト化と施工効率の低下を招くことなく掘削孔を大径化することができる。したがって、この点においても、幅広の採熱管を施工する工法として好適である。

【0011】

また、施工工程において、ケーシング挿入工程と掘削工程とが別々の場合、施工に要する時間が長くなり、これに応じてコストが上昇することがある。この点、本発明によれば、ケーシングを、その先端開口部を閉塞した状態で地盤の所定深度まで回転埋設することから、ケーシング挿入工程と掘削工程とが同時である。このため、施工に要する時間が短く、したがってコストを低下させることができる。

【0012】

さらに、本発明においては、ケーシングを回転させながら地盤から引き抜く際、閉塞蓋を解放して当該ケーシングの先端開口部から採熱管と水溶液や充填材とを抜き、最終的にこれら採熱管と充填材を地盤中に埋設するようにしている。これによれば、採熱管を共上がりさせることなく地盤からケーシングを引き抜き、充填材と採熱管を地中部に埋設することができる。

【0013】

加えて、ケーシングを用いることによる特有の問題については以下のとおりである。すなわち、埋設したケーシング内に採熱管を挿入し、さらに充填材を投入した後でケーシングを回転させながら地盤から引き抜こうとすると、採熱管に回転しようとする力が作用し、当該採熱管に捻れを生じさせてしまうおそれがある。この点、本発明では、ケーシング内に所定量の水溶液を注入した後に充填材を投入することとし、これにより、水溶液中を充填材が落下する状態として該充填材の自由落下速度を低下させ、もって、ケーシング内の充填材の充填密度が下がるようにしている。このように充填材の密度を下げることで、ケーシングを回転させながら引き抜いても採熱管が共上がりしなくなり、尚かつ、採熱管に捻れが生じることもなくなる。ケーシング内に所定量の水溶液を注入した後に充填材を投入するばかりでなく、水溶液を注入しながら充填材を投入してもよい。

【0014】

同時に、充填材が水溶液中にあることで、充填材に浮力が作用することにより、管内の充填材に作用する拘束圧が減少し、ケーシング内側面と接触面における摩擦抵抗力が減少し、共回りしづらくなる効果も得られる。共回りを防ぐこの作用は、充填材の内部摩擦角やアーチ効果を発生させる充填材の寸法形状、充填量に依存する拘束圧の大きさと水溶液の水位によって検討されるもので様々な組み合わせが考えられる。

【0015】

上述の施工方法においては、ケーシングとして、先端開口部に係脱可能な閉塞蓋を備えたものを用いることが好ましい。この場合、閉塞蓋は、ケーシング内からの圧力を受けて脱落可能な状態で該ケーシングの先端に係止しているものであることが好ましい。

【0016】

また、ケーシングとして、該ケーシングの外周面に螺旋状羽根や螺旋状溝を備えたものを用いることも好ましい。

【0017】

また、上述の施工方法においては、水溶液の注入後、充填材をケーシング内へ投入することが好ましい。この場合、先端開口部を開いた状態とした後、ケーシングへ充填材を投入することが好ましい。

【0018】

さらに、本発明は、採熱管の施工時、ケーシングを用いて地盤を掘削する掘削治具であって、当該ケーシングの先端に係脱可能であり、ケーシング内の圧力を受けて脱落可能な状態で該ケーシングの先端に係止する閉塞蓋と、当該ケーシングの外周面に形成された螺旋状羽根又は螺旋状溝と、を備え、地盤の所定深度まで埋設された後の当該ケーシング内に投入された水溶液、あるいは水溶液および充填材の重量による圧力により、該ケーシングの引き抜き時に閉塞蓋を脱落させるというものである。

【0019】

このような掘削治具において、ケーシングと地盤との摩擦抵抗を減少させるためにケーシングの外周面に、地盤を撹拌する突起ないしは撹拌翼が設けられていることが好ましい。

【0020】

螺旋状羽根のあるケーシングを引き抜く工程においては、逆回転で引き抜くことで、土砂の排出を抑えることが可能となる。しかしながら、施工条件によっては土砂を過剰に下向きに押し付けることとなり、採熱管に余計な力が作用することとなるだけでなく、ケーシング内にも土砂が入り込み、閉塞されることで採熱管とケーシングが共回りしてしまうおそれがある。この点を考慮すると、本発明のごとくケーシングの回転数と引き上げ速度を設定して当該ケーシングを地盤から引き抜くことが好ましい。すなわち、螺旋状羽根の羽根径をDw(m)、ケーシングの外径をD(m)、螺旋状羽根のピッチをP(m)、ケーシングの回転数をR(rpm)、ケーシングの引き上げ速度をF(m/min)とした時に、ケーシングを逆回転することにより下向きの力を受ける地盤中の土砂の体積を

【数1】

とし（ただし、αは、土砂の土質によって異なる排土率）、
外径がD(m)のロッドが逆回転しながら引き上げられることによって地盤中に生ずる空洞部の体積を

【数2】

としたとき、

【数3】

となるように、ケーシングの回転数Rと引き上げ速度Fを設定して当該ケーシングを地盤から引き抜くことが好ましい。このように設定してケーシングを地盤から引き抜くことにより、土砂を下向きに押し付けることなく施工することが可能となる。

【発明の効果】

【0021】

本発明によれば、低排土もしくは無排土で掘削することができ、尚かつ幅広の採熱管の施工に適した採熱管の施工方法および施工用掘削治具を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本発明に係る採熱管の施工方法の概略を（Ａ）〜（Ｄ）の順に示す図である。

【図2】本発明の一実施形態において、(I)地盤を掘削する工程、(II)掘削治具により所定の深度まで地盤を掘削する工程を示す図である。

【図3】(III)ケーシング内に水溶液を注入し、採熱管を挿入する工程、(IV)ケーシングを逆回転させて地盤からの引き抜きを開始する工程を示す図である。

【図4】(V)閉塞蓋が解放されて先端開口部が開いた状態で、基端開口部から充填材を投入する工程、(VI)ケーシングを逆回転させて地盤からさらに引き上げ、尚かつ充填材をさらに充填する工程を示す図である。

【図5】(VII)ケーシング内に水を注入する工程、(VIII)ケーシング内に充填材を投入する工程を示す図である。

【図6】(IX)上述した(VI)〜(VIII)の工程を繰り返し、掘削孔内に充填材を充填し、地盤からケーシングを引き抜く工程を示す図である。

【図7】（Ａ）先端部近傍が先端に向かって徐々に拡径したケーシングおよび該ケーシングに取り付けられた閉塞蓋を示す図、（Ｂ）当該ケーシングの先端開口部から充填材等が抜ける様子を示す図である。

【図8】回転止めが設けられたケーシングと閉塞蓋の一例を示す図である。

【図9】ケーシングと、該ケーシングの先端開口部に嵌合する傾斜抑止部が形成された閉塞蓋の構造例を示す図である。

【図10】ケーシングと、該ケーシングの先端開口部に嵌合する傾斜抑止部が形成された閉塞蓋の他の構造例を示す図である。

【図11】閉塞蓋の一方向への回転止めであって、ケーシングを逆方向に回転させた際には閉塞蓋を脱落しやすくする係合部の構造例を示す、（Ａ）ケーシングの先端開口部付近の斜視図、（Ｂ）閉塞蓋が取り付けられた状態のケーシングの縦断面図、（Ｃ）閉塞蓋が脱落した状態のケーシングの縦断面図である。

【図12】（Ａ）ケーシング内に充填材が密に詰められた状態、（Ｂ）ケーシングを逆回転しながら引き上げた際に採熱管が共上がりしながら捻れた状態 を参考として示す図である。

【図13】排土率αの考え方を示す図である。

【図14】排土率α＝１の場合について説明する図である。

【図15】排土率α＝０．５の場合について説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、本発明の構成を図面に示す実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。

【0024】

図１等に本発明の実施形態を示す。本実施形態では、ケーシング２からなる掘削治具１を用い、該ケーシング２をその先端開口部２ａを閉塞した状態で当該地盤Ｇの所定深度まで回転埋設し、該ケーシング２内に採熱管３０を挿入した後、当該ケーシング２を回転させながら地盤Ｇから引き抜くことによって当該採熱管３０を施工するというものである（図１参照）。

【0025】

ケーシング２は、閉塞蓋３、螺旋状羽根２ｆを備えており、地盤Ｇの所定深度まで埋設された後の当該ケーシング２内に投入された水溶液４０、あるいは該水溶液４０と充填材５０の重量よる圧力により、該ケーシング２の引き抜き時に閉塞蓋３を脱落させるように構成されている（図１等参照）。本実施形態のケーシング２は、筒状の本体部２ｂと、該本体部２ｂの両端に形成された先端開口部２ａおよび基端開口部２ｃとを有しており（図１（Ａ）等参照）、その外周には螺旋状羽根２ｆが形成されている。なお、ここでは周回数が１程度の螺旋状羽根２ｆを有するケーシング２を例示しているが（図１参照）、周回数が複数連続スパイラル状のケーシング２を用いることもできる（図２等参照）。また、特に図示していないが、ケーシング２の先端開口部２ａの近傍に掘削爪を設けて掘削性能をさらに向上させるようにしてもよい。

【0026】

閉塞蓋３は、ケーシング２の先端開口部２ａを閉塞する部材であり、当該先端開口部２ａに係脱可能となっている（図１（Ｃ）等参照）。なお、本明細書でいう閉塞とは、(1)ケーシング２の先端開口部２ａが完全に塞がれた状態の他、(2) 先端開口部２ａが完全に塞がれているわけではないが閉塞蓋３がない場合と比べればケーシング２内への土砂の侵入を減少させることができる状態 をも含む。

【0027】

また、閉塞蓋３は、ケーシング２内の圧力を受けて脱落可能な状態で先端開口部２ａに係止される。一例として、図１等では、閉塞蓋３の周縁と先端開口部２ａとの間にＯリング４を介在させ、該閉塞蓋３を、圧力を受けた際に先端開口部２ａから脱落する程度の嵌め合い強さで係止させている。

【0028】

続いて、本実施形態の掘削治具１を用いた施工時における作業の流れの一例を示す。なお、図１に示したのは本発明の概略であり、以下ではより詳細な作業の内容を示した図２〜図６を参照しながら説明する。

【0029】

(I) ケーシング２の先端開口部２ａを閉塞蓋３で閉塞した状態の掘削治具１を用い、地盤Ｇを掘削する（図２(I)参照）。特に詳しく図示していないが、リーダー、オーガー、振れ止め装置などを備えた杭打機を用いてケーシング２を回転させて無排土で地盤Ｇ中に圧入させるほか、振動圧入を実施して掘削することもできる。掘削状況に応じ、ケーシング２の基端に継ぎ足し用ケーシング２０を接続して継ぎ足しながら施工が進められる。接続方法としては、溶接や機械式継手等を採用することができる。

【0030】

(II)掘削治具１により所定の深度まで地盤Ｇを掘削する（図２(II)参照）。本実施形態では、ケーシング２を正転方向（時計回り）に回転させて掘進させている。

【0031】

(III)ケーシング２の基端開口部２ｃからケーシング２内に水溶液４０を注入し、採熱管３０を挿入する（図３(I)参照）。なお、本明細書でいう「水溶液」は、何らかの成分が混在しあるいは混合していない工業用水など、採熱管３０の周囲に投入された充填材５０と混合させるに適するあらゆる用水を含む（以下、単に水ともいう）。本実施形態においては、水の注入、採熱管３０の挿入を、状況に応じて継ぎ足し用ケーシング２０を通じて行う。

【0032】

(IV)ケーシング２を逆回転（反時計回り）させ、地盤Ｇからの引き抜きを開始する。引き抜き開始後、掘削孔内でケーシング２が引き上げられると、水４０の重量による作用（水圧の作用）で閉塞蓋３が先端開口部２ａから外れ、解放される（図３(II)参照）。

【0033】

(V)閉塞蓋３が解放されて先端開口部２ａが開いた状態で、基端開口部２ｃから充填材５０を投入する（図４(I)参照）。本実施形態では伝熱効果の高い充填材５０として硅砂を用いているが、これは充填材５０の一例にすぎないことはいうまでもない。また、本実施形態では、所定量の充填材５０をケーシング２内に投入し、ケーシング２を所定量引き上げ、再び所定量の充填材５０をケーシング２内に投入するというように、充填材５０の投入とケーシング２の引き上げとを順番に行うこととしている。ただし、これは施工の手間を考慮した手順であって、可能であるならばケーシング２の引き上げと充填材５０の投入とを同時に行うようにしてもよい。

【0034】

本実施形態のごとく、水４０を注入した後で充填材（硅砂）５０を投入した場合、充填材５０の落下時に作用する抵抗や浮力の影響により当該充填材５０の落下速度が低下する。また、ケーシング２内における充填材５０の充填密度が下がる。

【0035】

(VI)ケーシング２を逆回転させて地盤Ｇからさらに引き上げ、尚かつ充填材５０をさらに充填する（図４(II)参照）。上述のように、本実施形態の施工方法によればケーシング２内における充填材５０の充填密度を下げることができる。この結果、採熱管３０が充填材５０から受ける摩擦抵抗が小さくなることから、ケーシング２を逆回転させながら地盤Ｇから引き上げる際に当該採熱管３０が共上がりしなくなり、尚かつ、採熱管３０に捻れが生じることもなくなる。

【0036】

このようにケーシング２を逆回転させて地盤Ｇからさらに引き上げる際、硅砂の上端面をケーシング２の先端開口部２ａの位置よりも上方に位置させた状態でケーシング２の引き上げをいったん停止させることが好ましい。硅砂の上端面が先端開口部２ａの位置（ケーシング２の先端面）よりも下がると、周辺地盤Ｇがケーシング２内に入り込み、目詰まり等によって、採熱管３０の共上がりやねじれが生じるおそれがあるが、このように硅砂の上端面を先端開口部２ａよりも上に維持することによって、このような事態を回避することができる。なお、継ぎ足し用ケーシング２０は、適時ケーシング２から取り外すことができる。

【0037】

(VII)ケーシング２内に水４０を注入する（図５(I)参照）。ここで追加注入された水４０は、この後の工程で投入される充填材（例えば硅砂）５０の落下時に抵抗や浮力を作用させ、当該充填材５０の落下速度を低下させ、ケーシング２内における充填材５０の充填密度を低下させる。

【0038】

(VIII)ケーシング２内に充填材５０を投入する（図５(II)参照）。本実施形態は、およそケーシングの１本分に相当する量の充填材５０を投入する。ここでは、ケーシング２内の水４０の抵抗や浮力の作用により充填材５０の落下速度が低くなり、しケーシング２内における当該充填材５０の充填密度が低下する。

【0039】

(IX)上述した(VI)〜(VIII)の工程を繰り返すことにより、ケーシング２を引き上げつつ、充填材５０の充填量を増やしていく（図６(I)参照）。

【0040】

(X)掘削孔内に充填材５０を充填し、地盤Ｇからケーシング２を引き抜く。掘削孔内に採熱管３０が挿入されており、尚かつ該採熱管３０の周囲に充填材５０が充填された状態として、一連の施工が終了する（図６(II)参照）。

【0041】

ここまで説明したように、本実施形態によれば、先端開口部２ａが閉塞蓋３で閉塞された形態のケーシング２を圧入させるといった手法により、低排土もしくは無排土で地盤Ｇを掘削することができる。

【0042】

また、ケーシング２内に充填材５０が密に詰められた状態となっている場合、掘削孔からケーシング２を逆回転しながら引き上げると、採熱管が共上がりしたり捻れたりするおそれがあるが（図１２参照、該図１２中では、本実施形態における符号と対応する符号に’を付して表している）、この点、ケーシング２内に投入された充填材５０の密度を下げるようにした本実施形態によれば、採熱管３０が共上がりしたり捻れたりすることなく施工を完了させることができる。

【0043】

さらに、本実施形態においては、水４０の重量による作用（場合によっては、さらに充填材５０の重量が加わった作用）により、掘削孔内の閉塞蓋３が自動的に解放されるようにした構造の掘削治具１を利用している。したがって、ロック機構やジョイント等の複雑な機構を必要としない、比較的簡単な構造の掘削治具１を実現することが可能となっている。

【0044】

なお、螺旋状羽根２ｆのあるケーシング２を引き抜く工程においては、逆回転させながら引き抜くことで、地盤Ｇ中の土砂が排出されるのを抑えることが可能となる。ただし、施工条件によっては土砂を過剰に下向きに押し付けることとなり、採熱管３０に余計な力が作用することとなるだけでなく、ケーシング２内にも土砂が入り込み、閉塞されることで採熱管３０とケーシング２が共回りしてしまうおそれが生じる。この点を考慮し、本実施形態では、ケーシング２の回転数と引き上げ速度を適宜設定することとしている。すなわち、具体的には、螺旋状羽根２ｆの羽根径（羽根部分の最大径）をDw(m)、ケーシング２の外径をD(m)、螺旋状羽根２ｆのピッチ（隣り合う羽根どうしの設置間隔）をP(m)、ケーシング２の回転数をR(rpm)、ケーシング２の引き上げ速度をF(m/min)とした時に、ケーシング２を逆回転することにより下向きの力を受ける地盤中Ｇの土砂の体積を

【数4】

とし（ただし、αは、土砂の土質によって異なる排土率）、さらに、外径がD(m)の仮想的なロッドが逆回転しながら引き上げられることによって地盤Ｇ中に生ずる空洞部の体積を

【数5】

としたとき、

【数6】

となるように、ケーシング２の回転数Rと引き上げ速度Fを設定して当該ケーシング２を地盤Ｇから引き抜く。このように設定したうえでケーシング２を引き抜くこととすれば、土砂を下向きに押し付けることなく施工することが可能となる。

【0045】

ここで、「排土率α」は、ケーシング２が１回転する間に地盤Ｇ中に置いてくる土砂体積のピッチに対する割合（螺旋状羽根２ｆ間の１ピッチ分の体積に対する割合）をいう（図１３参照）。α＝１の場合には、ケーシング２が逆方向（反時計回り）に１回転する間に置いてくる土砂体積Ｖsは、Ｖs＝Ｖ （Ｖは、螺旋状羽根２ｆの１ピッチあたりの土砂体積）となり、１回転で１ピッチ分の土砂をすべて地盤中に置いてくる（戻してくる）状況となる（図１４の特にハッチング部分を参照）。また、α＝０．５の場合には、ケーシング２が逆方向（反時計回り）に１回転する間に置いてくる土砂体積Ｖsは、Ｖs＝０．５Ｖ となり、１回転で０．５ピッチ分の土砂を地盤中に置いてくる（戻してくる）状況となる（図１５の特にハッチング部分を参照）。

【0046】

なお、土質によって異なる排土率αは、０＜α＜２の範囲にて設定することとする。それぞれの土質における好適な例として、粘性土においては、粘性土が崩壊しづらく、ケーシング２の１回転あたりで粘性土を１ピッチ分戻すことが可能であるため０．８≦α≦１の範囲内、砂質土においては、砂質土が粘性土より崩壊しやすく、礫質土よりは崩壊しづらい（砂質土の崩壊しやすさ（しづらさ）が粘性土と礫質土の中間である）ため０．６≦α≦０．９、礫質土においては、礫質土が崩壊しやすく、ケーシング２の１回転あたりで礫質土を１ピッチ分戻すことが難しいため０．６≦α≦０．８の範囲内にて設定したうえでケーシング２を引き抜くこととすれば、土砂を下向きに押付けることなく施工することが可能となる。

【0047】

ここで、ケーシング２に閉塞蓋３を係脱可能に取り付けるようにした構造の好適例を以下に示す（図７〜図１１参照）。

【0048】

ケーシング２の先端部近傍を先端に向かって徐々に拡径させた掘削治具１は、ケーシング２内から充填材５０等をさらに抜けやすくしうる点で好適である（図７（Ｂ）参照）。また、ケーシング２の先端部形状に合わせ、閉塞蓋３の周縁をテーパー状とすれば、閉塞蓋３の周面とケーシング２の傾斜した内周との両方にＯリング４を密着させやすくなるといった利点がある（図７（Ａ））。

【0049】

また、掘削治具１に、閉塞蓋３の回転止めを設けておくことも好適である。このような掘削治具１においては、ケーシング２が回転する際、閉塞蓋３が相対的に回転するのを抑止して同量回転させることができる（図８参照）。これによれば、閉塞蓋３が相対回転してＯリング４を潰しながらケーシング２の先端開口部２ａに嵌り込むといった事態や、相対回転した閉塞蓋３が傾いて外れるといった事態を回避することができる。このような回転止めは、例えば、ケーシング２の先端開口部２ａに設けた突起２ｇや、該突起２ｇが嵌合するように閉塞蓋３に設けた切り欠き３ａなどで構成することができる。

【0050】

また、閉塞蓋３に、ケーシング２の先端開口部２ａに嵌合する傾斜抑止部３ｂを当該閉塞蓋３の上面から立ち上がるように形成することも好適である（図９、図１０参照）。このような傾斜抑止部３ｂは、ケーシング２の先端開口部２ａに嵌合した状態となることによって、当該閉塞蓋３が相対的に傾いてケーシング２から外れる事態を抑止する。

【0051】

さらには、掘削治具１に、閉塞蓋３の一方向への回転止めであって、ケーシング２を逆方向に回転させた際には閉塞蓋３を脱落しやすくする係合部を設けておくことも好適である。このような係合部は、例えば、ケーシング２の先端開口部２ａに設けた、傾斜辺２ｓを備えた切り欠き２ｈと、該切り欠き２ｈに嵌合する、傾斜辺３ｓを備えた突起３ｃとで構成することができる。このような係合部を備えた掘削治具１においては、係合部が、ケーシング２が埋設される方向に回転している間は閉塞蓋３の相対的回転を抑止し、さらにケーシング２が逆回転する際には、傾斜辺２ｓと傾斜辺３ｓとの間に、ケーシング２から閉塞蓋３を強制的に引き離す（脱落させる）力を作用させて該閉塞蓋３を解放しやすくする（図１１参照）。

【0052】

なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、図２〜図６に示した実施形態では、(a)ケーシング２内に注水してから閉塞蓋３を解放し、ケーシング２内に充填材５０を投入したが、これは好適例にすぎず、この他、(b)注水しながら充填材５０を同時に投入し、それから閉塞蓋３を解放する (c)注水後、充填材５０を投入し、それから閉塞蓋３を解放するようにすることもできる。

【0053】

また、上述した実施形態において、閉塞蓋３の先端形状（鉛直下方を向く面の形状）を錐形状としたり、該錐形状の表面にさらに螺旋状羽根を付けたり、あるいは掘削刃や爪を付けたりすることによって掘削性能を向上させることもできる。

【0054】

また、ケーシング２の外周面に撹拌翼２ｋをさらに設け、ケーシング２を回転埋設する際、掘削した地盤Ｇを同時に撹拌できるようにすることも好ましい（図１（Ａ）中の二点鎖線参照）。

【0055】

また、上述した実施形態においては、螺旋状羽根２ｆを備えてケーシング２を例示したが（図１等参照）、このようなケーシング２は、螺旋状羽根２ｆと螺旋状羽根２ｆとの間に螺旋状溝（図２において符号２ｅで示す）が形成されているものと捉えることもできる。要は、いずれにせよ、当該ケーシング２を回転させたときに軸方向への所望の推進力（掘進力、引き上げ力）を作用させうるものであれば羽根でも溝でもよく、さらにはその具体的な形態がとくに限定されることもない。

【産業上の利用可能性】

【0056】

本発明は、地盤を掘削して採熱管を施工するための技術として好適である。

【符号の説明】

【0057】

１…掘削治具
２…ケーシング
２ａ…先端開口部
２ｅ…螺旋状溝
２ｆ…螺旋状羽根
２ｋ…撹拌翼
３…閉塞蓋
３０…採熱管
４０…水（水溶液）
５０…充填材
Ｇ…地盤

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】