特開 2023-173154 掘削装置及び地盤調査方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023173154

(43)【公開日】2023-12-07

(54)【発明の名称】掘削装置及び地盤調査方法

(51)【国際特許分類】

   E21B 10/02 20060101AFI20231130BHJP

【ＦＩ】

E21B10/02

【審査請求】未請求

【請求項の数】25

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022085202

(22)【出願日】2022-05-25

(71)【出願人】

【識別番号】393030899

【氏名又は名称】アジア海洋株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100101247

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 俊一

(74)【代理人】

【識別番号】100095500

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 正和

(74)【代理人】

【識別番号】100098327

【弁理士】

【氏名又は名称】高松 俊雄

(72)【発明者】

【氏名】海老海 逸郎

(72)【発明者】

【氏名】岡村 章

(72)【発明者】

【氏名】鳥井 正志

【テーマコード（参考）】

2D129

【Ｆターム（参考）】

2D129AB25

2D129DA11

2D129GA01

2D129GA11

(57)【要約】

【課題】固い地盤に突き当たってもコーンプローブを取り付けたロッドや掘削ビットを取り付けたロッドの回収や設置を繰り返す必要がないようにする。
【解決手段】掘削装置６０は、掘削ロッド５５の先端に取り付けられ、コーンプローブ５１を先端に取り付けたＣＰＴロッド５０を挿通可能な管状の形状を有する本体６１と、本体６１に支持されて掘削方向に対向する環状のクラウンビット６８と、本体６１によってクラウンビット６８の開口６Ｂ内に支持され、コーンプローブ５１及びＣＰＴロッド５０が開口６Ｂを挿通可能なように本体６１の内面に沿って格納された格納位置と、開口６Ｂ内で実質的な範囲を占めて掘削方向に対向する掘削位置との間で可動なコアビット６３とを有している。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

掘削ロッドの先端に取り付けられる掘削装置であって、
コーンプローブを先端に取り付けたＣＰＴロッドを挿通可能な管状の形状を有する本体と、
前記本体に支持されて掘削方向に対向する環状のクラウンビットと、
前記本体によって前記クラウンビットの開口内に支持されたコアビットであって、前記コーンプローブ及び前記ＣＰＴロッドが前記開口を挿通可能なように前記本体の内面に沿って格納された格納位置と、前記開口内で実質的な範囲を占めて掘削方向に対向する掘削位置との間で可動なコアビットと
を含む掘削装置。

【請求項2】

前記本体と同軸上にあって、前記軸方向に移動可能であるように前記本体に支持されたスリーブをさらに含み、前記クラウンビットは前記スリーブの先端に取り付けられ、前記コアビットは、前記本体の先端から掘削方向に延び、前記軸を囲むように配置されて前記本体の径方向に開閉可能である複数のコアビットから構成され、前記スリーブは、前記本体及び前記複数のコアビットを取り囲み、前記本体に対して遠位から近位に移動するにつれて前記複数のコアビットを閉じて前記格納位置から前記掘削位置に案内する請求項１に記載の掘削装置。

【請求項3】

前記複数のコアビットは、同一の形状を有し、前記本体の先端において前記本体の軸について回転方向に対称な位置にある請求項２に記載の掘削装置。

【請求項4】

前記複数のコアビットは、２個以上のコアビットを含む請求項２又は３に記載の掘削装置。

【請求項5】

前記スリーブは、前記掘削方向に進むにしたがい次第に内面の径が縮小するように形成され、前記スリーブが遠位から近位に移動するにつれて前記複数のコアビットの外周を摺動して閉じるように案内するコアビット案内部を含む請求項２に記載の掘削装置。

【請求項6】

前記スリーブが前記本体に対して前記遠位及び前記近位の間の範囲でのみ移動できるように移動範囲を制限する移動範囲制限手段をさらに含む請求項２に記載の掘削装置。

【請求項7】

前記本体に対して前記スリーブを前記遠位から前記近位に向けて付勢する付勢手段をさらに含む請求項２に記載の掘削装置。

【請求項8】

前記複数のコアビットは、開閉可能なように前記本体の先端にヒンジによって取り付けられた請求項２に記載の掘削装置。

【請求項9】

前記スリーブを前記本体の軸の周りの回転について前記本体に拘束する拘束手段をさらに含む請求項２に記載の掘削装置。

【請求項10】

前記クラウンビットは掘削方向に対向する複数の掘削チップを備え、前記複数のコアビットはそれぞれ先端に掘削チップを備える請求項２に記載の掘削装置。

【請求項11】

前記クラウンビットは前記本体の先端に取り付けられ、前記コアビットは、前記本体の軸を含む平面内において、掘削方向に向けて延びた格納位置と、前記軸に向けて延びた掘削位置との間で回転可能なように前記本体に取り付けられ、前記掘削位置から前記格納位置に向けて回転するように付勢された複数のコアビットから構成された請求項１に記載の掘削装置。

【請求項12】

前記複数のコアビットは、同一の形状を有し、前記本体の先端において前記本体の軸について回転方向に対称な位置にある請求項１１に記載の掘削装置。

【請求項13】

前記複数のコアビットは、２個以上のコアビットを含む請求項１１又は１２に記載の掘削装置。

【請求項14】

前記複数のコアビットは、前記格納位置において前記開口内に留まる請求項１１に記載の掘削装置。

【請求項15】

前記複数のコアビットは、前記格納位置において前記開口から掘削方向に突き出した請求項１１に記載の掘削装置。

【請求項16】

前記複数のコアビットは、前記開口に引き込まれる前記コーンプローブにしたがい前記格納位置から前記掘削位置まで回転する請求項１１に記載の掘削装置。

【請求項17】

前記複数のコアビットは、前記開口から突き出される前記コーンプローブにしたがい前記掘削位置から前記格納位置まで回転する請求項１１に記載の掘削装置。

【請求項18】

前記複数のコアビットは、回転可能なように前記本体にヒンジによって取り付けられた請求項１１に記載の掘削装置。

【請求項19】

前記複数のコアビットを前記掘削位置から前記格納位置に向けて回転するように付勢する付勢手段をさらに含む請求項１１に記載の掘削装置。

【請求項20】

前記クラウンビットは掘削方向に対向する複数の掘削チップを備え、前記複数のコアビットは前記掘削位置で掘削方向に対向するように掘削チップを備える請求項１１記載の掘削装置。

【請求項21】

請求項１から１８のいずれか一項に記載の掘削装置を用いて地盤をＣＰＴ調査する地盤調査方法であって、
前記ＣＰＴロッドの先端に取り付けたコーンプローブを地盤に所定の速度で貫入してＣＰＴ調査し、前記コーンプローブは掘削ロッドの先端に取り付けられた掘削装置に挿通されている工程と、
前記ＣＰＴ調査をする工程が、地盤に存在する固い地盤によって前記コーンプローブの貫入が阻まれて中断したときには、前記コーンプローブを前記掘削装置に引き込み、前記掘削装置の前記コアビットを用いて前記固い地盤を取り除く工程と、
前記固い地盤を取り除いた後に、前記ＣＰＴ調査を再開する工程と
を含む地盤調査方法。

【請求項22】

前記固い地盤を掘削する工程は、前記クラウンビットとともに前記コアビットを前記本体の軸の周りに回転させて前記固い地盤を掘削する請求項２１に記載の地盤調査方法。

【請求項23】

前記固い地盤を取り除く工程は、
前記掘削装置を前記固い地盤に接するまで掘削方向に進める工程と、
前記コーンプローブが前記掘削装置内に引き込まれるように前記ＣＰＴロッドを所定の長さにわたって回収して前記コアビットが前記掘削位置にあるようにする工程と
をさらに含む請求項２１に記載の地盤調査方法。

【請求項24】

前記掘削装置を進める工程は、前記クラウンビットを前記本体の軸の周りに回転させて地盤を掘削する請求項２１に記載の地盤調査方法。

【請求項25】

前記ＣＰＴ調査を再開する工程は、前記固い地盤を取り除く工程により前記固い地盤を取り除くと、前記ＣＰＴロッドの先端に取り付けたコーンプローブを前記掘削装置から突き出してＣＰＴ調査を再開する請求項２１に記載の地盤調査方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、コーン貫入試験（cone penetration test：ＣＰＴ）に用いる掘削装置及びＣＰＴにより地盤を調査する地盤調査方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、地盤を調査するために先端にコーンプローブを取り付けたロッドを一定の速度で地盤に押し込んで貫入抵抗力を測定するコーン貫入試験（ＣＰＴ）が実施されている（ＣＰＴについては、非特許文献１を参照。）。ＣＰＴは、海底の地盤の調査にも利用され、櫓によって支持された作業床や自己昇降式作業台船（self-elevating platform：ＳＥＰ）から海底の地盤に先端にコーンプローブを取り付けたロッドを押し込む技術が提供されている（櫓及びＳＥＰについては、例えば特許文献１及び２を参照。）。

【0003】

コーンプローブを取り付けたロッドを地盤に押し込んでいるときに、コーンプローブが貫入できないような固い地盤に突き当たることがあった。このような場合には、一旦、コーンプローブを取り付けたロッドを地上に回収し、ロッドの先端をコーンプローブから掘削ビットに付け替え、コーンプローブによって形成した孔に掘削ビットを取り付けたロッドを入れて固い地盤を掘削して取り除いていた。その後で、掘削ビットを取り付けたロッドを地上に回収し、ロッドの先端を掘削ビットからコーンプローブに付け替え、掘削ビットによって形成した掘削孔にコーンプローブを取り付けたロッドを入れて掘削した深さにコーンプローブを設置し、ＣＰＴ調査を再開していた。

【0004】

掘削ビットを取り付けたロッドによる掘削作業のときにはコーンプローブを地上に回収しているが、掘削作業の完了後にも掘削ビットを取り付けたロッドを孔内に残し、掘削した深さにコーンプローブを設置してＣＰＴ調査を再開する方法も提供されている。この方法でも、掘削作業を行う度にコーンプローブを地上に回収している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】実開昭５０－７８００２号公報

【特許文献2】実開昭６０－１９５３２４号公報

【非特許文献】

【0006】

【非特許文献1】ＪＩＳ Ａ １２２０：２０１３ 機械式コーン貫入試験方法

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

コーンプローブが固い地盤に突き当たって貫入が妨げられたときには、固い地盤を１～２ｍ程度の深さにわたり取り除き、その都度地盤の固さを測定していた。その場合、１～２ｍを掘削する度にＣＰＴ調査を行うことになり、ＣＰＴ調査の都度コーンプローブ、ロッド等の設置及び回収を繰り返す必要があった。

【0008】

海底の地盤を調査する場合にも、コーンプローブが固い地盤に突き当たって貫入が妨げられたときには、固い地盤を１～２ｍ程度の深さにわたり取り除き、その都度地盤の固さを測定していた。その場合も１～２ｍを掘削する度にＣＰＴ調査を行うことになり、ＣＰＴ調査の都度、水深及び地盤の掘削深さ分にわたりコーンプローブの設置及び回収を繰り返す必要があった。また、ＣＰＴ調査を行うときに掘削ビットと掘削ビットを取り付けたロッドを回収する方法では、定尺の鋼管を接続して構成されたロッドの延長及び回収の作業を繰り返す必要があった。

【0009】

この発明は、上述の実情に鑑みて提案されるものであって、地盤をＣＰＴ調査するときにコーンプローブが貫入できないような固い地盤に突き当たってもコーンプローブを取り付けたロッドや掘削ビットを取り付けたロッドの回収や設置を繰り返し行う必要がないような掘削装置及び地盤調査方法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】

【0010】

上述の課題を解決するために、この発明に係る掘削装置は、掘削ロッドの先端に取り付けられ、コーンプローブを先端に取り付けたＣＰＴロッドを挿通可能な管状の形状を有する本体と、本体に支持されて掘削方向に対向する環状のクラウンビットと、本体によってクラウンビットの開口内に支持されたコアビットであって、コーンプローブ及びＣＰＴロッドが開口を挿通可能なように本体の内面に沿って格納された格納位置と、開口内で実質的な範囲を占めて掘削方向に対向する掘削位置との間で可動なコアビットとを含んでいる。

【0011】

本体と同軸上にあって、軸方向に移動可能であるように本体に支持されたスリーブをさらに含み、クラウンビットはスリーブの先端に取り付けられ、コアビットは、本体の先端から掘削方向に延び、軸を囲むように配置されて本体の径方向に開閉可能である複数のコアビットから構成され、スリーブは、本体及び複数のコアビットを取り囲み、本体に対して遠位から近位に移動するにつれて複数のコアビットを閉じて格納位置から掘削位置に案内してもよい。

【0012】

複数のコアビットは、同一の形状を有し、本体の先端において本体の軸について回転方向に対称な位置にあってもよい。複数のコアビットは、２個以上のコアビットを含んでもよい。

【0013】

スリーブは、掘削方向に進むにしたがい次第に内面の径が縮小するように形成され、スリーブが遠位から近位に移動するにつれて複数のコアビットの外周を摺動して閉じるように案内するコアビット案内部を含んでもよい。

【0014】

スリーブが本体に対して遠位及び近位の間の範囲でのみ移動できるように移動範囲を制限する移動範囲制限手段をさらに含んでもよい。本体に対してスリーブを遠位から近位に向けて付勢する付勢手段をさらに含んでもよい。

【0015】

複数のコアビットは、開閉可能なように本体の先端にヒンジによって取り付けられてもよい。スリーブを本体の軸の周りの回転について本体に拘束する拘束手段をさらに含んでもよい。クラウンビットは掘削方向に対向する複数の掘削チップを備え、複数のコアビットはそれぞれ先端に掘削チップを備えてもよい。

【0016】

クラウンビットは本体の先端に取り付けられ、コアビットは、本体の軸を含む平面内において、掘削方向に向けて延びた格納位置と、軸に向けて延びた掘削位置との間で回転可能なように本体に取り付けられ、掘削位置から格納位置に向けて回転するように付勢された複数のコアビットから構成されていてもよい。

【0017】

複数のコアビットは、同一の形状を有し、本体の先端において本体の軸について回転方向に対称な位置にあってもよい。複数のコアビットは、２個以上のコアビットを含んでもよい。

【0018】

複数のコアビットは、格納位置において開口内に留まってもよい。複数のコアビットは、格納位置において開口から掘削方向に突き出してもよい。

【0019】

複数のコアビットは、開口に引き込まれるコーンプローブにしたがい格納位置から掘削位置まで回転してもよい。複数のコアビットは、開口から突き出されるコーンプローブにしたがい掘削位置から格納位置まで回転してもよい。

【0020】

複数のコアビットは、回転可能なように本体にヒンジによって取り付けられてもよい。複数のコアビットを掘削位置から格納位置に向けて回転するように付勢する付勢手段をさらに含んでもよい。クラウンビットは掘削方向に対向する複数の掘削チップを備え、複数のコアビットは掘削位置で掘削方向に対向するように掘削チップを備えてもよい。

【0021】

この出願に係る地盤調査方法は、前記掘削装置を用いて地盤をＣＰＴ調査し、ＣＰＴロッドの先端に取り付けたコーンプローブを地盤に所定の速度で貫入してＣＰＴ調査し、コーンプローブは掘削ロッドの先端に取り付けられた掘削装置に挿通されている工程と、ＣＰＴ調査をする工程が、地盤に存在する固い地盤によってコーンプローブの貫入が阻まれて中断したときには、コーンプローブを掘削装置に引き込み、掘削装置のコアビットを用いて固い地盤を取り除く工程と、固い地盤を取り除いた後に、ＣＰＴ調査を再開する工程とを含んでいる。

【0022】

固い地盤を掘削する工程は、クラウンビットとともにコアビットを本体の軸の周りに回転させて固い地盤を掘削してもよい。固い地盤を取り除く工程は、掘削装置を固い地盤に接するまで掘削方向に進める工程と、コーンプローブが掘削装置内に引き込まれるようにＣＰＴロッドを所定の長さにわたって回収してコアビットが掘削位置にあるようにする工程とをさらに含んでもよい。

【0023】

掘削装置を進める工程は、クラウンビットを本体の軸の周りに回転させて地盤を掘削してもよい。ＣＰＴ調査を再開する工程は、固い地盤を取り除く工程により固い地盤を取り除くと、ＣＰＴロッドの先端に取り付けたコーンプローブを掘削装置から突き出してＣＰＴ調査を再開してもよい。

【発明の効果】

【0024】

この発明によると、地盤をＣＰＴ調査するときに固い地盤があることによりコーンプローブを貫入できなくなりＣＰＴ調査を中断した場合でも、コーンプローブを取り付けたロッドや掘削ビットを取り付けたロッドの回収や設置を繰り返し行う必要なく調査を継続することができる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】海底地盤調査装置の概略的な構成を示す図である。

【図2】海底地盤調査装置に用いるロッドの断面図である。

【図3】第１の実施の形態の掘削装置の構造を示す図である。

【図4】第１の実施の形態の掘削装置の構造を示す図である。

【図5】第１の実施の形態の海底地盤調査方法を概略的に説明する図である。

【図6】第１の実施の形態の海底地盤調査方法を説明する図である。

【図7】第１の実施の形態の海底地盤調査方法を説明する図である。

【図8】第２の実施の形態の掘削装置の構造を示す図である。

【図9】第２の実施の形態の掘削装置の構造を示す図である。

【図10】第２の実施の形態の海底地盤調査方法を概略的に説明する図である。

【図11】第２の実施の形態の変形例の掘削装置の構造を示す図である。

【図12】第２の実施の形態の変形例の掘削装置の構造を示す図である。

【図13】比較例の海底地盤調査方法を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

以下、本実施の形態の掘削装置及び地盤調査方法の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。本実施の形態では、海底に設置した櫓によって支持された海水面上の作業床からコーンプローブを先端に取り付けたロッドを一定の速度で地中に貫入しながら深度別の貫入抵抗力を測定するコーン貫入試験（ＣＰＴ）により海底の地盤を調査することを想定している。

【0027】

図１は、本実施の形態の地盤調査方法を実施するための海底地盤調査装置１０の概略的な構成を示す図である。海底地盤調査装置１０は、海底２０１に設置された架台１１と、架台１１によって支持され海水面上まで延びる櫓１２と、櫓１２によって海水面上に支持された作業床２０とを有している。架台１１は、鋼製又はコンクリート製の構造部材によって構成され、底部は海底に着座し、上部に取り付けられた櫓１２を支持している。櫓１２は鋼製の構造部材によって構成され、架台１１の上部から海水面上まで鉛直方向に延びている。作業床２０は、櫓１２の頂部によって支持され、海水面から波による影響を受けないように海水面から所定の高さを確保して設けられている。

【0028】

櫓１２には、作業床２０の直下から海底２０１まで鉛直方向に延びる鋼管によるガイド管１６が取り付けられている。ガイド管１６は、掘削装置６０が先端に取り付けられた鋼管による掘削ロッド５５を挿通して作業床２０から海底２０１まで導いている。掘削装置６０は、海底２０１の地盤２００に貫入されるコーンプローブ５１が先端に取り付けられた鋼管によるＣＰＴロッド５０を挿通している。掘削装置６０の先端には、コーンプローブ５１及びＣＰＴロッド５０を挿通できるような環状のクラウンビットが設けられている。コーンプローブ５１がクラウンビットでは十分に掘削できないような固い地盤に突き当たったときには、コーンプローブ５１を掘削装置６０の内部に引き込み、掘削装置６０に内蔵したコアビットがクラウンビットの開口内で掘削方向に対向するように移動し、クラウンビット及びコアビットで構成された掘削ビットで固い地盤を掘削する。

【0029】

図２は、海底地盤調査装置１０で用いられるＣＰＴロッド５０等の断面図である。図２（ａ）は架台１１の深さにおける切断線ＩＩＡ－ＩＩＡによる断面であり、図２（ｂ）は海底２０１の地盤２００中で掘削ロッド５５の先端に取り付けられた掘削装置６０まで達しない深さにおける切断線ＩＩＢ－ＩＩＢによる断面である。図２（ａ）に示すように、ガイド管１６には、掘削ロッド５５が挿通され、掘削ロッド５５にはさらにＣＰＴロッド５０が挿通されている。図２（ｂ）に示す海底２０１の地盤２００中では、掘削ロッド５５にＣＰＴロッド５０が挿通されている。

【0030】

再び図１を参照すると、作業床２０は２層構造を有し、櫓１２の頂部に設けられた第１層２１においてガイド管１６の直上には、ガイド管１６に挿通されて海底２０１の地盤２００に達する掘削ロッド５５を把持し、回転駆動して推進するための掘削駆動機２５が設けられている。掘削ロッド５５は作業床２０の直下で開口するガイド管１６の上端から突き出し、その上端は掘削駆動機２５を超える高さに達している。掘削ロッド５５は定尺の鋼管を接続して構成され、作業床２０において接続して延長したり、取り外して回収したりすることができる。

【0031】

第１層２１の上層になる第２層２２において、ガイド管１６及び掘削ロッド５５の直上にはガイド管１６及び掘削ロッド５５に挿通されて海底の地盤２００に達するＣＰＴロッド５０を把持し、ＣＰＴロッド５０の先端に取り付けられたコーンプローブ５１が海底２０１の地盤２００に貫入されるように押し込むためのＣＰＴ押込機２７が設けられている。ＣＰＴロッド５０は第１層２１において開口する掘削ロッド５５の上端から突き出してその上端はＣＰＴ押込機２７を超える高さに達している。ＣＰＴロッド５０も定尺の鋼管を接続して構成され、作業床２０において接続して延長したり、取り外して回収したりすることができる。作業床２０には、ＣＰＴロッド５０や掘削ロッド５５を延長又は回収する作業のために、定尺の鋼管を吊り下げることができるクレーンが備えられていてもよい。

【0032】

（第１の実施の形態）
図３及び図４は、第１の実施の形態の掘削装置６０の構造を説明する図である。図３はＣＰＴ調査のために掘削装置６０からコーンプローブ５１を突き出している状態を示し、図４は固い地盤の掘削のために掘削装置６０内にコーンプローブ５１を引き込んで掘削方向にクラウンビット６８とともにコアビット６３が対向するようにした状態を示している。なお、図３及び図４において、それぞれ（ａ）は正面図、（ｂ）は下面図、（ｃ）は断面図である。図３（ｃ）の断面図は図３（ａ）及び図３（ｂ）における切断線ＩＩＩＣ－ＩＩＩＣによるものであり、図４（ｃ）の断面図は図４（ａ）及び図４（ｂ）における切断線ＩＶＣ－ＩＶＣによるものである。

【0033】

図３を参照すると、掘削装置６０は、コーンプローブ５１及びＣＰＴロッド５０を取り囲んで挿通可能に支持する管状の形状の本体６１を有している。本体６１の先端には、掘削方向に延びるように、本体６１の軸（以下では、単に軸又は軸方向として参照することがある。）を取り囲むように軸の周りに回転対称な位置に３個の爪状の形状を有するコアビット６３が取り付けられている。これらのコアビット６３は、本体６１の径方向に可動で開閉可能なように、その基部が本体６１の先端にヒンジ６４によって取り付けられている。コアビット６３の先端には、コアビット６３とともに開閉方向に可動である掘削チップ６５が取り付けられている。コアビット６３及び掘削チップ６５は、超硬合金などで構成されてもよい。

【0034】

また、掘削装置６０は、本体６１と同軸上にあって、本体６１及びコアビット６３を取り囲むスリーブ６７を有している。スリーブ６７は、軸方向に所定の長さを有する管状の形状を有し、先端には環状の形状を有するクラウンビット６８が取り付けられている。クラウンビット６８の開口６Ｂには、コーンプローブ５１及びＣＰＴロッド５０が挿通可能である。クラウンビット６８の掘削方向に対向する面には、軸の周りに回転対称な位置に３個の掘削チップ６９が配置されている。クラウンビット６８及び掘削チップ６９は、超硬合金などで構成されてもよい。

【0035】

本体６１の外面には、軸方向に所定範囲にわたってスリーブ６７を軸方向に移動可能に支持するスリーブ支持部６２が形成されている。スリーブ支持部６２には、スリーブ６７が軸方向に移動可能に案内する第１の外径を有するスリーブ案内部６２ｂ、スリーブ６７の回収方向への移動範囲を制限する第１の外径よりも大きい第２の外径を有する第１のスリーブ止め６２ａ、及びスリーブ６７の掘削方向への移動範囲を制限する第１の外径よりも大きい第３の外径を有する第２のスリーブ止め６２ｃが形成されている。ここで、回収方向とは、掘削方向とは逆にコーンプローブ５１などを作業床２０に回収する方向をいうものとする。スリーブ案内部６２ｂには、突起６６も形成されている。

【0036】

第１のスリーブ止め６２ａ及び第２のスリーブ止め６２ｃは、本体６１に対するスリーブ６７の移動範囲を制限する移動範囲制限手段を構成している。なお、後述するように、スリーブ６７の回収方向への移動範囲は、スリーブ６７と第１のスリーブ止め６２ａとの間に介在するコイルばね６Ａによってさらに制限される。突起６６は、軸の周りの回転対称な位置に３個が配置されてもよい。突起６６は、スリーブ６７が軸について本体６１とともに回転するようにスリーブ６７を本体６１の周方向について拘束している。

【0037】

スリーブ６７の基部には、スリーブ６７が軸方向に移動可能なように、本体６１のスリーブ支持部６２においてスリーブ案内部６２ｂに嵌合して支持される第１の内径よりも小さい第２の内径を有する嵌合部６７ａが形成されている。スリーブ６７は、嵌合部６７ａによって、スリーブ案内部６２ｂを摺動して移動可能なように支持されている。

【0038】

嵌合部６７ａには、突起６６に対応する位置に軸方向を長手方向として延びる案内孔６７ｄが形成されている。案内孔６７ｄは、突起６６の位置に対応するように、軸の周りの回転対称な位置に３個が配置されてもよい。案内孔６７ｄには突起６６が係合され、突起６６は案内孔６７ｄに沿って軸方向に案内される。案内孔６７ｄ及び突起６６は、スリーブ６７は本体６１に対して軸方向には移動可能であるが、周方向への移動、すなわち軸の周りの回転が本体６１に拘束されるようにする拘束手段を構成している。この拘束手段によって、本体６１が軸の周りに回転するとスリーブ６７も一緒に回転することが確保されている。

【0039】

スリーブ６７において、内面の軸方向にスリーブ支持部６２とクラウンビット６８を取り付けた先端との間の所定範囲には、コアビット６３の基部から先端に向けて所定の範囲を格納することができる第１の内径を有するコアビット格納部６７ｂが形成されている。コアビット格納部６７ｂには、コアビット６３が掘削方向に延びてスリーブ６７の内面に接するようなコアビット６３が完全に開いた格納位置においてコアビット６３を格納することができる。また、スリーブ６７において、内面の軸方向にコアビット格納部６７ｂから先端に向かって、コアビット格納部６７ｂの内径から次第に内径が小さくなり、スリーブ６７の先端で第３の内径に達するようにテーパー状の形状に形成されたコアビット案内部６７ｃが形成されている。コアビット案内部６７ｃは、開閉可能なコアビット６３の外周をテーパー状の内面に沿って摺動して、コアビット６３がスリーブ６７に対して掘削方向に進むにつれてコアビット６３が次第に閉じるように案内する。

【0040】

本体６１のスリーブ支持部６２のスリーブ案内部６２ｂには、コイルばね６Ａが巻回されている。コイルばね６Ａは、スリーブ案内部６２ｂの第１の外径よりは大きいが、第１のスリーブ止め６２ａの第２の外径及びスリーブ６７の外径よりは小さい径を有し、第１のスリーブ止め６２ａとスリーブ６７の嵌合部６７ａとが離れるように付勢している。スリーブ６７はコイルばね６Ａの付勢力によって本体６１から離れるように掘削方向に進められ、スリーブ６７の嵌合部６７ａが本体６１の第２のスリーブ止め６２ｃに接するまで付勢される。コイルばね６Ａは、本体６１に対してスリーブ６７を掘削方向に付勢する付勢手段を構成している。

【0041】

ここで、スリーブ６７の嵌合部６７ａが第２のスリーブ止め６２ｃと接する位置は、スリーブ６７が本体６１から最も遠くにあるため、本体６１に対してスリーブ６７が遠位にあると称することにする。また、嵌合部６７ａがコイルばね６Ａを介在させて第１のスリーブ止め６２ａに最も接近した位置は、スリーブ６７が本体６１の最も近くにあるため、本体６１に対してスリーブ６７が近位にあると称することにする。スリーブ６７と本体６１との遠近は、例えばスリーブ６７及び本体６１のそれぞれの重心の間の距離を基準にしてもよい。

【0042】

図３においては、スリーブ６７は本体６１に対して遠位にある。スリーブ６７が本体６１に対して遠位にあるときには、コアビット６３の基部から先端に向けて所定範囲は掘削方向に延びてスリーブ６７の内面に接するように開いて、コアビット６３がスリーブ６７のコアビット格納部６７ｂに格納された格納位置にあることができる。スリーブ６７はコイルばね６Ａによって本体６１から離れるように掘削方向に付勢されているため、本体６１及びスリーブ６７に外力が印加されていない状態においてスリーブ６７は本体６１に対して遠位にある。コーンプローブ５１及びＣＰＴロッド５０を掘削方向にコアビット６３の間に進めることにより、コアビット６３は次第に開いてスリーブ６７の内面に接して掘削方向に延びるように格納位置に移動する。格納位置にあるコアビット６３に形成された間隙によって、コアビット６３を挿通されるコーンプローブ５１及びＣＰＴロッド５０は軸方向に移動可能なように支持される。

【0043】

図４においては、スリーブ６７は本体６１に対して近位にある。前述のように、スリーブ６７はコイルばね６Ａによって本体６１から離れるように掘削方向に付勢されている。このため、スリーブ６７が本体６１に対して近位になるのは、掘削装置６０が固い地盤に突き当たるなどしたとき、固い地盤からの抗力がコイルばね６Ａの付勢力に打ち勝ってコイルばね６Ａが最も縮んだときである。

【0044】

スリーブ６７が本体６１に対して近位にあるときには、コーンプローブ５１及びＣＰＴロッド５０は、コーンプローブ５１の先端が少なくともコアビット６３よりも回収方向に位置するようにされる。このとき、コアビット６３はコーンプローブ５１と干渉することなくテーパー状の内面を有するコアビット案内部６７ｃに案内されて閉じ、先端は互いに接するようにされる。このとき、コアビット６３の先端は、スリーブ６７の先端のクラウンビット６８の開口６Ｂ内に集まって開口６Ｂ内で実質的な範囲を占め、クラウンビット６８とともに掘削方向に対向する。したがって、コアビット６３がクラウンビット６８とともに土壌を掘削するための掘削ビットを構成することを可能にしている。

【0045】

このような掘削装置６０は、掘削方向に延びる掘削ロッド５５と同軸上にあるように、掘削ロッド５５の先端に取り付けられる。掘削装置６０の本体６１は、掘削ロッド５５と同様の径を有するロッドから構成されてもよい。掘削装置６０は、スリーブ６７が本体６１に対して近位にあるときと遠位にあるときでは軸方向の全長が異なるが、掘削ロッド５５を構成する定尺の鋼管と略同じ長さを有してもよい。掘削装置６０は、鉄鋼などの金属で構成されてもよい。

【0046】

第１の実施の形態の掘削装置６０は、図３に示したようにスリーブ６７が本体６１に対して遠位にあるときには、先端にコーンプローブ５１を取り付けたＣＰＴロッド５０を挿通してＣＰＴ調査を可能としている。また、スリーブ６７の先端に環状のクラウンビット６８を備えるため、コーンプローブ５１又はＣＰＴロッド５０の周囲の土壌の掘削を可能にしている。図４に示したようにスリーブ６７が本体６１に対して近位にあるときには、コーンプローブ５１を掘削装置６０内に引き込んでクラウンビット６８の開口６Ｂ内にコアビット６３の先端を集め、掘削方向に対向するクラウンビット６８及びコアビット６３で掘削ビットを構成することにより、優れた掘削能力を発揮することができる。

【0047】

したがって、第１の実施の形態の掘削装置６０は、通常はスリーブ６７が本体６１に対して遠位にあるようにして、掘削装置６０を通したＣＰＴロッド５０によりコーンプローブ５１を深さ方向に貫入させてＣＰＴ調査を行うが、コーンプローブ５１の貫入が固い地盤２１０に阻まれたときには、コーンプローブ５１を掘削装置６０内に引き込んだ後、スリーブ６７が本体６１に対して近位にあるようにして掘削方向に対向するクラウンビット６８及びコアビット６３による掘削ビットを構成し、この掘削ビットで固い地盤２１０を取り除くことができる。固い地盤２１０を取り除いた後で、掘削装置６０からＣＰＴロッド５０及びコーンプローブ５１を突き出してＣＰＴ調査を再開することができる。なお、掘削装置６０は３個のコアビット６３を備えていたが、２個又は４個以上のコアビット６３を備えるようにしてもよい。また、突起６６及び案内孔６７ｄは３組が形成されていたが、２組以下又は４組以上が設けられてもよい。

【0048】

図５は、第１の実施の形態の海底地盤調査方法を概略的に説明する図である。図５においては、図１に示した海底地盤調査装置１０の櫓１２及び作業床２０を省略している。

【0049】

図５（ａ）に示すように、コーンプローブ５１が先端に取り付けられたＣＰＴロッド５０は、ガイド管１６、掘削ロッド５５及び掘削ロッド５５の先端に取り付けられた掘削装置６０に挿通されて海底２０１の地盤２００に導かれる。そして、図示しない作業床２０のＣＰＴ押込機２７によって、コーンプローブ５１が所定の速度で地盤２００に貫入するように深さ方向に押し込まれる。掘削装置６０においては、図３に示したように、コイルばね６Ａによってスリーブ６７は本体６１から離れる掘削方向に付勢されている。このため、スリーブ６７は本体６１に対して遠位にあり、スリーブ６７に格納された図示しないコアビット６３は開き、その間隙でコーンプローブ５１及びＣＰＴロッド５０を挿通可能に支持している。海底２０１から所定の深さには、固い地盤２１０が存在している。この固い地盤２１０は、コーンプローブ５１が貫入することができず、掘削装置６０のスリーブ６７の先端のクラウンビット６８によっては十分に掘削することができないような固さを有している。

【0050】

このような固い地盤２１０にコーンプローブ５１が達し、ＣＰＴ調査が阻まれたときには、ＣＰＴ調査は中断される。図示しない作業床２０の掘削駆動機２５は、スリーブ６７の先端にクラウンビット６８が取り付けられた掘削装置６０を回転駆動して、掘削装置６０が固い地盤２１０に達するまで推進する。掘削装置６０が固い地盤２１０に達すると、掘削装置６０のクラウンビット６８では固い地盤２１０の掘削には不足するため、掘削装置６０の推進は阻まれる。掘削装置６０の推進が阻まれると、掘削装置６０の回転駆動を停止し、作業床２０のＣＰＴ押込機２７によって固い地盤２１０に達しているＣＰＴロッド５０を所定の長さにわたって回収し、コーンプローブ５１を掘削装置６０内に引き戻してコーンプローブ５１がコアビット６３よりも回収方向に位置するようにする。

【0051】

図５（ｂ）に示すように、ＣＰＴロッド５０をＣＰＴ押込機２７によって把持してコーンプローブ５１を固い地盤２１０から所定の高さに留置したままで、掘削駆動機２５は先端に掘削装置６０を取り付けた掘削ロッド５５に押圧力を印加してさらに進める。このとき、掘削装置６０においては、固い地盤２１０から及ぼされる抗力が本体６１とスリーブ６７とを離すように付勢するコイルばね６Ａの付勢力に打ち勝ち、コイルばね６Ａは縮んでスリーブ６７は本体６１に対して近位に移動する。図４に示したように、コアビット６３はスリーブ６７のコアビット案内部６７ｃによって閉じるように案内され、コアビット６３の先端は接するようにされる。コアビット６３の先端は、スリーブ６７の先端のクラウンビット６８の開口６Ｂ内に集まってクラウンビット６８とともに掘削方向に対向し、土壌を掘削するための掘削ビットを構成する。このような掘削ビットにおいては、クラウンビット６８及びコアビット６３が共働することにより優れた掘削能力を発揮し、掘削駆動機２５によって回転駆動されることにより固い地盤２１０も掘削することを可能にする。

【0052】

図５（ｃ）に示すように、クラウンビット６８及びコアビット６３が協働して固い地盤２１０を掘削し、掘削装置６０が固い地盤２１０を突き抜けると、固い地盤２１０から掘削装置６０に及ぼされる抗力がなくなり、掘削装置６０の本体６１とスリーブ６７とを離すように付勢するコイルばね６Ａの付勢力によって、コイルばね６Ａは伸びてスリーブ６７は本体６１に対して遠位に移動する。図３に示すように、コアビット６３はスリーブ６７のコアビット格納部６７ｂに格納されてコアビット６３はコーンプローブ５１及びＣＰＴロッド５０を挿通可能に支持する間隙を形成するように開くことができるようになる。図５（ｂ）において固い地盤２１０から所定の高さに留置されていたコーンプローブ５１は、ＣＰＴ押込機２７によって進められてＣＰＴロッド５０とともに掘削ロッド５５及び掘削装置６０を通り、固い地盤２１０を突き抜けて地盤２００に導かれる。そして、コーンプローブ５１が所定の速度で地盤に貫入するように深さ方向に押し込まれ、ＣＰＴ調査が再開される。

【0053】

図６及び図７は、第１の実施の形態の海底地盤調査方法の工程を説明する図である。この図６及び図７は、図５を参照して説明した第１の実施の形態の海底地盤調査方法の概略をさらに詳細に説明するものである。図６及び図７においては、図１に示した海底地盤調査装置１０の架台１１、櫓１２及びガイド管１６を省略し、作業床２０の構成は掘削駆動機２５及びＣＰＴ押込機２７のみを示している。

【0054】

図６（ａ）及び図６（ｂ）は、図５（ａ）に対応している。図６（ａ）に示すように、図示しない作業床２０に設けられたＣＰＴ押込機２７によってコーンプローブ５１が先端に取り付けられたＣＰＴロッド５０を海底２０１の地盤２００に所定の速度で押し込むＣＰＴ調査が行われている。ＣＰＴロッド５０は、掘削ロッド５５及び掘削ロッド５５の先端に取り付けられた掘削装置６０を通って海底の地盤２００に導かれ、コーンプローブ５１が所定の速度で地盤２００に貫入するように深さ方向に押し込まれる。ＣＰＴロッド５０及び掘削ロッド５５は、それぞれ作業床２０で定尺の鋼管を接続して延長することができる。

【0055】

掘削装置６０においては、スリーブ６７はコイルばね６Ａによって本体６１から離れるように掘削方向に付勢され、スリーブ６７は本体６１に対して遠位にある。このため、コアビット６３の基部から先端方向に所定範囲はスリーブ６７のコアビット格納部６７ｂに格納され、コアビット６３はコーンプローブ５１及びＣＰＴロッド５０を挿通できるように開いた状態にある。

【0056】

海底２０１から所定の深さに固い地盤２１０が存在している。コーンプローブ５１がこの固い地盤２１０に突き当たると、貫入が妨げられる。固い地盤２１０は、コーンプローブ５１が貫入することができず、掘削装置６０のスリーブ６７の先端のクラウンビット６８によっては十分に掘削することができないような固さである。

【0057】

図６（ｂ）に示すように、コーンプローブ５１が固い地盤２１０に突き当たって貫入が妨げられると、ＣＰＴ調査を中断し、ＣＰＴ押込機２７はＣＰＴロッド５０の押し込みを中断する。ＣＰＴ押込機２７によるＣＰＴロッド５０の把持を解放してもよい。そして、図示しない作業床２０に設けられた掘削駆動機２５によって掘削ロッド５５及び掘削装置６０を回転駆動して推進する。掘削装置６０においては、図３に示したようにスリーブ６７は本体に対して遠位にあり、コアビット６３はスリーブ６７に格納されている。このため、掘削装置６０は、スリーブ６７の先端に備えるクラウンビット６８のみを使用して地盤２００を掘削する。クラウンビット６８のみでは固い地盤２１０の掘削には不足するため、掘削装置６０の推進は固い地盤２１０に達すると阻まれる。

【0058】

図６（ｃ）及び図７（ｄ）は、図５（ｂ）に対応している。図６（ｃ）に示すように、固い地盤２１０によって掘削装置６０のクラウンビット６８による推進が妨げられると、掘削駆動機２５による掘削ロッド５５及び掘削装置６０の回転駆動は中断される。ＣＰＴ押込機２７によってＣＰＴロッド５０が所定の長さにわたって回収され、コーンプローブ５１が掘削装置６０内に引き込まれる。ＣＰＴロッド５０はＣＰＴ押込機２７によって把持され、掘削装置６０においてコーンプローブ５１がコアビット６３よりも回収方向に位置するように、コーンプローブ５１は固い地盤２１０から所定の高さに留置される。

【0059】

その後で、掘削駆動機２５によって掘削ロッド５５を押圧して掘削装置６０を進めると、掘削装置６０は固い地盤２１０に突き当たっているため、固い地盤２１０からの効力が本体６１とスリーブ６７とを互いに離れるように付勢するコイルばね６Ａの付勢力に打ち勝ち、本体６１はスリーブ６７に対して押し込まれ、スリーブ６７は本体６１に対して近位に位置するようになる。このとき、コアビット６３はスリーブ６７のコアビット案内部６７ｃによって閉じるように案内され、コアビット６３の先端は環状のクラウンビット６８の開口６Ｂ内に集まり、クラウンビット６８とともに掘削ビットを構成する。このような掘削ビットにおいては、クラウンビット６８及びコアビット６３が共働することにより優れた掘削能力を発揮し、掘削駆動機２５によって回転駆動されて固い地盤２１０も掘削することを可能にする。

【0060】

図７（ｄ）に示すように、掘削装置６０のクラウンビット６８及びコアビット６３によって固い地盤２１０が掘削され、掘削装置６０が固い地盤２１０を突き抜けて地盤２００に達すると、固い地盤２１０からの抗力がなくなり、スリーブ６７が本体６１から離れるように掘削方向に付勢するコイルばね６Ａの付勢力によってスリーブ６７は本体６１に対して遠位にあるようになる。コアビット６３の基部から先端方向に所定範囲は、スリーブ６７のコアビット格納部６７ｂに格納されて開くことができるようになる。

【0061】

図７（ｅ）及び図７（ｆ）は、図５（ｃ）に対応している。図７（ｅ）に示したように固い地盤２１０から所定の高さの位置で留置されていたコーンプローブ５１は、ＣＰＴ押込機２７によってＣＰＴロッド５０とともに掘削方向に進められ、掘削ロッド５５及び掘削装置６０を通って地盤２００に導かれる。図７（ｆ）に示すように、コーンプローブ５１が地盤２００の深さ方向に貫入され、中断していたＣＰＴ調査は再開される。

【0062】

（第２の実施の形態）
図８及び図９は、第２の実施の形態の掘削装置７０の構造を説明する図である。図８はＣＰＴ調査のために掘削装置７０からコーンプローブ５１を突き出している状態を示し、図９は固い地盤２１０の掘削のために掘削装置７０内にコーンプローブ５１を引き込んで開口７Ａ内にコアビット７４が位置するようにした状態を示している。なお、図８及び図９において、それぞれ（ａ）は正面図、（ｂ）は下面図、（ｃ）は断面図である。図８（ｃ）の断面図は図８（ａ）及び図８（ｂ）における切断線ＶＩＩＩＣ－ＶＩＩＩＣによるものであり、図９（ｃ）の断面図は図９（ａ）及び図９（ｂ）における切断線ＩＸＣ－ＩＸＣによるものである。

【0063】

図８を参照すると、掘削装置７０は、コーンプローブ５１及びＣＰＴロッド５０を取り囲んで挿通可能に支持する管状の形状の本体７１を有している。本体７１の先端には、環状の形状を有するクラウンビット７８が取り付けられている。クラウンビット７８の開口７Ａには、コーンプローブ５１及びＣＰＴロッド５０が挿通可能である。クラウンビット７８の掘削方向に対向する面には、軸の周りに略回転対称な位置に４個の掘削チップ７９が配置されている。クラウンビット７８及び掘削チップ７９は、超硬合金などで構成されてもよい。

【0064】

また、本体７１の先端近くの軸を挟んで対向する位置には、翼状の形状を有する一対のコアビット７４が取り付けられている。これらのコアビット７４は、軸を含む平面内で回転可能であるように、その基部が本体７１の先端から回収方向に所定範囲に設けられたコアビット支持部７３の枠内でヒンジ７５によって支持されている。コアビット支持部７３は、コアビット７４が掘削方向に向けて延びるように開いてコアビット支持部７３に格納された格納位置と、コアビット７４が軸に向かうように閉じて開口７Ａ内で掘削方向に対向する掘削位置（図９（ｃ）を参照）との間にコアビット７４が回転可能な範囲を制限している。コアビット支持部７３のヒンジ７５の軸の周囲には付勢手段としてコイルばね７６が巻回され、コアビット７４が格納位置から掘削位置に向けて回転するように付勢している。コアビット７４には、掘削位置において掘削方向に対向する面に図示しない掘削チップが取り付けられている。コアビット７４及び掘削チップは、超硬合金などで構成されてもよい。

【0065】

図８においては、コアビット７４はコアビット支持部７３に格納された格納位置にある。コーンプローブ５１及びＣＰＴロッド５０が本体７１内を先端に向けて進むと、付勢されて掘削位置にあるコアビット７４は、コーンプローブ５１によって押し開かれ、コーンプローブ５１又はＣＰＴロッド５０の側面によって支持されてコアビット支持部７３に格納された格納位置にあるように維持される。

【0066】

コアビット７４が格納位置にあるときには、コアビット７４はコアビット支持部７３に格納されているため、掘削方向にはクラウンビット７８のみが対向している。クラウンビット７８はコーンプローブ５１又はＣＰＴロッド５０を取り囲むようにコーンプローブ５１又はＣＰＴロッド５０の周囲に位置している。このため、ＣＰＴ調査をしながらコーンプローブ５１又はＣＰＴロッド５０の周囲の掘削を進めることができる。例えば、地盤の抵抗が大きくなってＣＰＴ調査の続行が困難になったときに、コーンプローブ５１又はＣＰＴロッド５０の周囲の地盤を掘削して地盤の抵抗を減少させることができる。

【0067】

図９においては、コーンプローブ５１及びＣＰＴロッド５０は本体７１に引き込まれている。本体７１から突き出していたコーンプローブ５１及びＣＰＴロッド５０が本体７１内に引き込まれると、掘削位置に向けて回転するように付勢されているコアビット７４は引き込まれるコーンプローブ５１にしたがって閉じられる。そして、コーンプローブ５１及びＣＰＴロッドが本体７１に引き込まれているときには、コアビット７４は開口７Ａ内で掘削方向に対向する掘削位置にあるように付勢される。

【0068】

コアビット７４が掘削位置にあるときには、コアビット７４は閉じて開口７Ａ内で実質的な範囲を占め、クラウンビット７８とともに掘削方向に対向する。したがって、コアビット７４がクラウンビット７８とともに土壌を掘削するための掘削ビットを構成することを可能にしている。

【0069】

このような掘削装置７０は、掘削方向に延びる掘削ロッド５５と同軸上にあるように、掘削ロッド５５の先端に取り付けられる。本体７１は、基部に設けられたねじ部７２によって、掘削ロッド５５の先端にねじ接合されている。掘削装置７０は、鉄鋼などの金属で構成されてもよい。

【0070】

第２の実施の形態の掘削装置７０は、図８に示したように先端にコーンプローブ５１を取り付けたＣＰＴロッド５０を挿通してＣＰＴ調査を可能としている。また、本体７１の先端に環状のクラウンビット７８を備えるため、コーンプローブ５１又はＣＰＴロッド５０の周囲の土壌の掘削を可能にしている。図９に示したようにコーンプローブ５１が本体７１に引き込まれたときには、コアビット７４はクラウンビット７８の開口７Ａ内において掘削方向に対向するような掘削位置にあるように付勢されているため、掘削方向に対向するクラウンビット７８及びコアビット７４で掘削ビットを構成することにより、優れた掘削能力を発揮することができる。

【0071】

したがって、クラウンビット７８は掘削位置にあるコアビット７４と共働することによって、固い地盤２１０に対しても掘削を進めることができる。また、コアビット７４は付勢によって引き込まれるコーンプローブ５１にしたがって閉じられるため、コアビット７４はコーンプローブ５１を覆いながら開口７Ａ内に格納される。コアビット７４は引き込まれるコーンプローブ５１にしたがい土壌の侵入に妨げることなく掘削位置に到達することができるため、コアビット７４の開閉の安定した動作が確保される。なお、掘削装置７０は２枚のコアビット７４を備えていたが、３枚以上のコアビット７４を備えるようにしてもよい。

【0072】

図１０は、第２の実施の形態の海底地盤調査方法を概略的に説明する図である。図１０においては、図１に示した海底地盤調査装置１０の櫓１２及び作業床２０を省略している。

【0073】

図１０（ａ）に示すように、コーンプローブ５１が先端に取り付けられたコーンプローブ５１は、ガイド管１６、掘削ロッド５５及び掘削ロッド５５の先端に取り付けられた掘削装置７０に挿通されて海底２０１の地盤２００に導かれる。そして、図示しない作業床２０のＣＰＴ押込機２７によって、コーンプローブ５１が所定の速度で地盤２００に貫入するように深さ方向に押し込まれる。海底２０１から所定の深さには、固い地盤２１０が存在している。この固い地盤２１０は、コーンプローブ５１が貫入することができず、掘削装置７０の本体７１の先端に取り付けられたクラウンビット７８によっては十分に掘削することができないような固さを有している。

【0074】

このような固い地盤２１０にコーンプローブ５１が達し、ＣＰＴ調査が阻まれたときには、ＣＰＴ調査は中断される。図示しない作業床２０の掘削駆動機２５は、掘削装置７０を回転駆動してクラウンビット７８によって土壌を掘削し、掘削装置７０が固い地盤２１０に達するまで推進する。掘削装置７０が固い地盤２１０に達すると、クラウンビット７８では固い地盤２１０の掘削には不足するため、掘削装置７０の推進は阻まれる。掘削装置７０の推進が阻まれると、掘削装置７０の回転駆動を停止し、作業床２０のＣＰＴ押込機２７によって固い地盤２１０に達しているＣＰＴロッド５０を所定の長さにわたって回収し、コーンプローブ５１を掘削装置７０内に引き戻すようにする。このとき、掘削装置７０において格納位置にあるコアビット７４は、付勢力によりコーンプローブ５１にしたがって閉じて掘削装置７０の本体７１内の開口７Ａ内で掘削方向に対向する掘削位置にされる。

【0075】

図１０（ｂ）に示すように、ＣＰＴロッド５０をＣＰＴ押込機２７によって把持してコーンプローブ５１を固い地盤２１０から所定の高さに留置したままで、掘削駆動機２５は先端に掘削装置７０を取り付けた掘削ロッド５５に押圧力を印加してさらに進める。このとき、掘削装置７０において、掘削位置にあるコアビット７４はクラウンビット７８とともに掘削方向に対向し、土壌を掘削するための掘削ビットを構成する。このような掘削ビットにおいては、クラウンビット７８及びコアビット７４が共働することにより優れた掘削能力を発揮し、掘削駆動機２５によって回転駆動されることにより固い地盤２１０も掘削することを可能にする。

【0076】

図１０（ｃ）に示すように、クラウンビット７８及びコアビット７４が協働して固い地盤２１０を掘削し、掘削装置７０が固い地盤２１０を突き抜けると、図１０（ｂ）において固い地盤２１０から所定の高さに留置されていたコーンプローブ５１は、ＣＰＴ押込機２７によって進められてＣＰＴロッド５０とともに掘削ロッド５５及び掘削装置７０を通り、固い地盤２１０を突き抜けて地盤２００に導かれる。このとき、掘削装置７０において掘削位置にあったコアビット７４は開口７Ａから突き出すコーンプローブ５１によって押し開かれ、コアビット支持部７３に格納された格納位置にされる。そして、コーンプローブ５１が所定の速度で地盤に貫入するように深さ方向に押し込まれ、ＣＰＴ調査が再開される。

【0077】

（変形例）
図１１及び図１２は、第２の実施の形態の変形例の掘削装置７０の構造を説明する図である。第２の実施の形態の掘削装置７０においては格納位置のコアビット７４はコアビット支持部７３に格納されて土壌の掘削には寄与しなかったのに対し、変形例の掘削装置７０において格納位置のコアビット７４は先端が本体７１の先端から突出してクラウンビット７８とともに土壌の掘削に寄与する点において相違している。変形例の他の構成は第２の実施の形態と同様であるため、対応する構成部材には共通する参照番号を付すことにする。

【0078】

図１１はＣＰＴ調査のために変形例の掘削装置７０からコーンプローブ５１を突き出した状態を示し、図１２は固い地盤２１０の掘削のために変形例の掘削装置７０内にコーンプローブ５１を引き込んで開口７Ａ内にコアビット７４が位置するようにした状態を示している。なお、図１１及び図１２において、それぞれ（ａ）は正面図、（ｂ）は下面図、（ｃ）は断面図である。図１１（ｃ）の断面図は１１（ａ）及び図１１（ｂ）における切断線ＸＩＣ－ＸＩＣによるものであり、図１２（ｃ）の断面図は図１２（ａ）及び図１２（ｂ）における切断線ＸＩＩＣ－ＸＩＩＣによるものである。

【0079】

図１１を参照すると、変形例の掘削装置７０は、コーンプローブ５１及びＣＰＴロッド５０を取り囲んで挿通可能に支持する管状の形状の本体７１を有している。本体７１の先端には、環状の形状を有するクラウンビット７８が取り付けられている。クラウンビット７８の開口７Ａには、コーンプローブ５１及びＣＰＴロッド５０が挿通可能である。クラウンビット７８の掘削方向に対向する面には、軸の周りに略回転対称な位置に４個の掘削チップ７９が配置されている。クラウンビット７８及び掘削チップ７９は、超硬合金などで構成されてもよい。

【0080】

また、本体７１の先端近くの軸を挟んで対向する位置には、翼状の形状を有する一対のコアビット７４が取り付けられている。これらのコアビット７４は、軸を含む平面内で回転可能であるように、その基部が本体７１の先端から回収方向に所定範囲に設けられたコアビット支持部７３の枠内でヒンジ７５によって支持されている。コアビット支持部７３は、コアビット７４が掘削方向に向けて延びるように開いてコアビット支持部７３に格納された格納位置と、コアビット７４が軸に向かうように閉じて開口７Ａ内で掘削方向に対向する掘削位置（図９（ｃ）を参照）との間にコアビット７４が回転可能な範囲を制限している。変形例においては、コアビット７４は格納位置においても全体がコアビット支持部７３に格納されることはなく、コアビット７４の先端は掘削方向にコアビット支持部７３の外に延び、本体７１の先端に取り付けられたクラウンビット７８の開口７Ａから掘削方向に突き出している。コアビット支持部７３のヒンジ７５の軸の周囲には付勢手段としてコイルばね７６が巻回され、コアビット７４が格納位置から掘削位置に向けて回転するように付勢している。変形例のコアビット７４には、掘削位置において掘削方向に対向する面とともに、格納位置においてクラウンビット７８の開口７Ａから突き出す先端にも図示しない掘削チップが取り付けられている。コアビット７４及び掘削チップは、超硬合金などで構成されてもよい。

【0081】

図１１においては、コアビット７４はコアビット支持部７３に格納された格納位置にある。コーンプローブ５１及びＣＰＴロッド５０が本体７１内を先端に向けて進むと、付勢されて掘削位置にあるコアビット７４は、コーンプローブ５１によって押し開かれ、コーンプローブ５１又はＣＰＴロッド５０の側面によって支持されてコアビット支持部７３に格納された格納位置にあるように維持される。

【0082】

コアビット７４が格納位置にあるときには、変形例のコアビット７４はクラウンビット７８の開口７Ａから先端が突き出しているため、掘削方向にはクラウンビット７８とともにコアビット７４が対向している。クラウンビット７８及びコアビット７４はコーンプローブ５１又はＣＰＴロッド５０を取り囲むようにコーンプローブ５１又はＣＰＴロッド５０の周囲に位置している。このため、ＣＰＴ調査をしながらコーンプローブ５１又はＣＰＴロッド５０の周囲の掘削を進めることができる。例えば、地盤の抵抗が大きくなってＣＰＴ調査の続行が困難になったときに、コーンプローブ５１又はＣＰＴロッド５０の周囲の地盤を掘削して地盤の抵抗を減少させることができる。

【0083】

図１２においては、コーンプローブ５１及びＣＰＴロッド５０は本体７１に引き込まれている。本体７１から突き出していたコーンプローブ５１及びＣＰＴロッド５０が本体７１内に引き込まれると、掘削位置に向けて回転するように付勢されているコアビット７４は引き込まれるコーンプローブ５１にしたがって閉じられる。そして、コーンプローブ５１及びＣＰＴロッドが本体７１に引き込まれているときには、コアビット７４は開口７Ａ内で掘削方向に対向する掘削位置にあるように付勢される。

【0084】

コアビット７４が掘削位置にあるときには、コアビット７４は閉じて開口７Ａ内で実質的な範囲を占め、クラウンビット７８とともに掘削方向に対向する。したがって、したがって、コアビット７４がクラウンビット７８とともに土壌を掘削するための掘削ビットを構成することを可能にしている。

【0085】

このような変形例の掘削装置７０は、掘削方向に延びる掘削ロッド５５と同軸上にあるように、掘削ロッド５５の先端に取り付けられる。本体７１は、基部に設けられたねじ部７２によって、掘削ロッド５５の先端にねじ接合されている。掘削装置７０は、鉄鋼などの金属で構成されてもよい。

【0086】

変形例の掘削装置７０は、図１１に示したように先端にコーンプローブ５１を取り付けたＣＰＴロッド５０を挿通してＣＰＴ調査を可能としている。また、変形例の掘削装置７０は、コーンプローブ５１又はＣＰＴロッドを取り囲むように配置されたクラウンビット７８及び格納位置のコアビット７４によって、コーンプローブ５１又はＣＰＴロッド５０の周囲の土壌の掘削を可能としている。図１２に示したようにコーンプローブ５１が本体７１に引き込まれたときには、コアビット７４はクラウンビット７８の開口７Ａ内において掘削方向に対向するような掘削位置にあるように付勢されているため、掘削方向に対向するクラウンビット７８及びコアビット７４で掘削ビットを構成することにより、優れた掘削能力を発揮することができる。

【0087】

したがって、クラウンビット７８は掘削位置にあるコアビット７４と共働することによって、固い地盤２１０に対しても掘削を進めることができる。また、コアビット７４は付勢によって引き込まれるコーンプローブ５１にしたがって閉じられるため、コアビット７４はコーンプローブ５１を覆いながら開口７Ａ内に格納される。コアビット７４は引き込まれるコーンプローブ５１にしたがい土壌の侵入に妨げることなく掘削位置に到達することができるため、コアビット７４の開閉の安定した動作が確保される。なお、掘削装置７０は２枚のコアビット７４を備えていたが、３枚以上のコアビット７４を備えるようにしてもよい。

【0088】

以上説明したような本実施の形態の掘削装置及び海底地盤調査方法によると、海底２０１の地盤２００をＣＰＴにより調査するときにコーンプローブ５１の貫入が阻まれるような固い地盤２１０に突き当たっても、掘削装置の先端のクラウンビットと開口内に位置するコアビットとが協働することにより固い地盤２１０を取り除くことができる。したがって、コーンプローブ５１を取り付けたＣＰＴロッド５０や掘削ビットを取り付けた掘削ロッド５５の回収や設置を繰り返し行う必要なく調査を継続することができる。

【0089】

このため、本実施の形態によると、調査期間が短縮できるので、支援船の使用日数の短縮による費用削減及び調査作業人件費、調査機器リース費用の削減ができる。また、調査期間が短縮できるため、海象の急変などには対応しやすくなり、調査の安全性が向上する。さらに、固い地盤２１０に遭遇した場合での、ＣＰＴ調査から地盤の掘削排除への作業変更が迅速にでき、必要に応じて掘削ピッチを短くして、その都度ＣＰＴ調査により掘削地盤の強度を確認が素早くできる。これにより、固い地盤でもほぼ連続的に地盤調査ができる。

【0090】

なお、本実施の形態の海底地盤調査方法は、櫓１２に支持された海水面上の作業床２０について説明したが、これに限定されない。例えば、作業床２０は、自己昇降式作業台船（ＳＥＰ）に設置してもよい。また、本実施の形態においては、海底地盤調査方法について説明したが、これに限定されない。本実施の形態は、海底地盤調査方法に限らず、陸上の地盤調査方法にも適用することができる。この場合、作業床２０は地上に設けることになり、作業床２０と海底２０１とを結んでいたガイド管１６は不要になる。

【0091】

（比較例）
図１３は、比較例の掘削装置及び海底地盤調査方法を説明する図である。図１３においては、図６及び図７と同様に、図１に示した海底地盤調査装置１０の架台１１及び櫓１２を省略し、作業床２０の構成は掘削駆動機２５及びＣＰＴ押込機２７のみを示している。

【0092】

図１３（ａ）に示すように、ＣＰＴロッド５０の先端に取り付けられたコーンプローブ５１は、海水面上の作業床からガイド管１６通って海底の地盤２００に導かれ、ＣＰＴ押込機２７によって所定の速度で押し込まれている。固い地盤２１０によってコーンプローブ５１が阻まれたため、ＰＣＴ調査は中断している。

【0093】

図１３（ｂ）に示すように、先端にコーンプローブ５１を取り付けたＣＰＴロッド５０は作業床に完全に回収される。そして、底面の全体に超硬合金などによる掘削ビットが形成されたノンコア型ビット８０を先端に取り付けた掘削ロッド５５を掘削駆動機２５によって回転駆動して推進し、固い地盤２１０を取り除く。

【0094】

ノンコア型ビット８０によって固い地盤２１０を取り除いた後、先端にノンコア型ビット８０を取り付けた掘削ロッド５５は作業床に完全に回収される。その後で、先端にコーンプローブ５１が取り付けられたＣＰＴロッド５０が、ノンコア型ビット８０の掘削孔を通して固い地盤２１０の下の地盤２００まで導かれ、ＣＰＴ調査が再開される。

【産業上の利用可能性】

【0095】

この発明は、ＣＰＴによる地盤の調査に利用することができる。

【符号の説明】

【0096】

１０ 海底地盤調査装置
１１ 架台
１２ 櫓
１６ ガイド管
２０ 作業床
２５ 掘削駆動機
２７ ＣＰＴ押込機
５０ ＣＰＴロッド
５１ コーンプローブ
５５ 掘削ロッド
６０ 掘削装置
６１ 本体
６３ コアビット
６７ スリーブ
６８ クラウンビット
６９ 掘削チップ
７０ 掘削装置
７１ 本体
７４ コアビット
７８ クラウンビット
２００ 地盤
２０１ 海底
２１０ 固い地盤

【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】