特許 7293553 地盤掘削装置

(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】

(24)【登録日】2023-06-12

(45)【発行日】2023-06-20

(54)【発明の名称】地盤掘削装置

(51)【国際特許分類】

   E21B 7/08 20060101AFI20230613BHJP

   E02D 3/12 20060101ALI20230613BHJP

   E21B 7/04 20060101ALI20230613BHJP

【ＦＩ】

E21B7/08

E02D3/12 102

E21B7/04 Z

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2019216814

(22)【出願日】2019-11-29

(65)【公開番号】P2021085282

(43)【公開日】2021-06-03

【審査請求日】2022-05-17

(73)【特許権者】

【識別番号】000150110

【氏名又は名称】株式会社竹中土木

(74)【代理人】

【識別番号】100084995

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 和詳

(72)【発明者】

【氏名】津國 正一

【審査官】石川 信也

(56)【参考文献】

【文献】特開２００５－０５４３７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－２８０３６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表平０５－５０１５９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第９６／００６２６４（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ２１Ｂ １／００－４９／１０

Ｅ０２Ｄ ３／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数本のロッドが接続されて構成され、押し込まれながら先端部の掘削オーガが回転して地盤を掘削する掘削ロッドと、
前記ロッド同士を接続し、前記掘削オーガが地盤を掘削するときに前記地盤から受ける反力により軸周りの回転力が発生する接続部と、
前記接続部の少なくとも一つに設けられ、前記接続部の前側の前記ロッドが後側の前記ロッドに対して上下方向に回転自在な第一状態と、上方向にのみ回転可能な第二状態と、回転がロックされた第三状態と、を切り替える切替機構と、
を備えた地盤掘削装置。

【請求項2】

前記切替機構は、歯車と歯止め爪とを有するラチェット機構を有し、
前記第一状態は、前記歯車から前記歯止め爪が離間した状態であり、
前記第二状態は、前記歯車に前記歯止め爪が噛み合うと共に前記歯車の一方向への回転を許容する状態であり、
前記第三状態は、前記歯車に前記歯止め爪が噛み合った状態で固定され、前記歯車が回転しない状態である、
請求項１に記載の地盤掘削装置。

【請求項3】

複数本のロッドが接続されて構成され、押し込まれながら先端部の掘削オーガが回転して地盤を掘削する掘削ロッドと、
前記ロッド同士が接続された接続部の少なくとも一つに設けられ、前記接続部の前側の前記ロッドが後側の前記ロッドに対して、鉛直面内で回転自在な第一状態と、鉛直面内で上方向にのみ回転可能な第二状態と、回転がロックされた第三状態と、を切り替える切替機構と、
を備え、
前記切替機構は、歯車と歯止め爪とを有するラチェット機構を有し、
前記第一状態は、前記歯車から前記歯止め爪が離間した状態であり、
前記第二状態は、前記歯車に前記歯止め爪が噛み合うと共に前記歯車の一方向への回転を許容する状態であり、
前記第三状態は、前記歯車に前記歯止め爪が噛み合った状態で固定され、前記歯車が回転しない状態である、
地盤掘削装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、地盤掘削装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、地盤改良等に用いられて軸部材の地中貫入や引き抜き過程等で供給吐出される改良材と現位置土とを攪拌混合する混合処理装置及び方法に関する技術が開示されている。この先行技術では、昇降装置により地中へ貫入されたり引き抜かれる軸部材を有し、該軸部材の先端側で改良材と現位置土とを混合する。軸部材は、昇降装置により非回転で貫入・引き抜かれる固定軸部、該固定軸部に自在継手を介し連結されてモータを内設している駆動軸部、該駆動軸部に回転可能に支持されてモータにより回転される下端側の回転軸部とを少なくとも有している。同時に、固定軸部に対する駆動軸部及び回転軸部の傾きを自在継手を介し変更する角度調整手段とを備えている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００５－５４３７５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１の技術では、掘削ロッドにおけるロッド同士が接続された接続部の角度調整は、モータを内蔵する駆動軸部で行っている。このように角度調整にモータの駆動力を用いると、高コスト化する。

【0005】

本発明は、上記事実を鑑み、掘削ロッドにおけるロッド同士が接続された接続部の角度調整をモータの駆動力を用いることなく行うことが目的である。

【課題を解決するための手段】

【0006】

第一態様は、複数本のロッドが接続されて構成され、押し込まれながら先端部の掘削オーガが回転して地盤を掘削する掘削ロッドと、前記ロッド同士が接続された接続部の少なくとも一つに設けられ、前記接続部の前側の前記ロッドが後側の前記ロッドに対して、鉛直面内で回転自在な第一状態と、鉛直面内で上方向にのみ回転可能な第二状態と、回転がロックされた第三状態と、を切り替える切替機構と、を備えた地盤掘削装置である。

【0007】

第一態様の地盤掘削装置では、掘削ロッドを押し込みながら先端部の掘削オーガが回転して地盤を掘削する。掘削時には、掘削ロッドの先端部の掘削オーガが回転する反力によって、ロッド同士の接続部に回転力が作用する。

【0008】

掘削ロッドにおける接続部に設けられた切替機構が第三状態である場合は、接続部の前側のロッドは後側のロッドに対する鉛直面内の回転がロックされるので、直線状に地盤が掘削される。

【0009】

接続部の切替機構を第二状態に切り替えると、接続部の前側のロッドは後側のロッドに対して鉛直面内の上方向に回転可能となる。よって、掘削オーガが回転する反力によって発生する接続部の回転力で、接続部の前側のロッドは後側のロッドに対して鉛直面内の上方向に回転する。そして、接続部が所望の角度になったと判断すると第三状態に切り替えて固定する。

【0010】

このように、掘削ロッドにおけるロッド同士が接続された接続部の角度調整をモータの駆動力を用いることなく行うことができる。

【0011】

なお、掘削後は、接続部の切替機構を第一状態に切り替えて回転自在にすることで、掘削ロッドを掘削穴から容易に引き抜くことができる。

【0012】

第二態様は、前記切替機構は、歯車と歯止め爪とを有するラチェット機構を有し、前記第一状態は、前記歯車から前記歯止め爪が離間した状態であり、前記第二状態は、前記歯車に前記歯止め爪が噛み合うと共に前記歯車の一方向への回転を許容する状態であり、前記第三状態は、前記歯車に前記歯止め爪が噛み合った状態で固定され、前記歯車が回転しない状態である、第一態様に記載の地盤掘削装置である。

【0013】

第二態様の地盤掘削装置では、歯車と歯止め爪とを有するラチェット機構を用いることで、掘削ロッドにおけるロッド同士が接続された接続部の角度調整をモータの駆動力を用いることなく容易に行うことができる。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、掘削ロッドにおけるロッド同士が接続された接続部の角度調整をモータの駆動力を用いることなく行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】一実施形態の地盤掘削装置を用いた地盤改良装置を模式的に示す側面図である。

【図2】掘削ロッドを横方向から見た側面図である。

【図3】掘削ロッドの接続部を上方から見た平面図である。

【図4】掘削ロッドの接続部を横方向から見た側面図である。

【図5】切替機構が第二状態の接続部の側面図である。

【図6】切替機構が第一状態の接続部の側面図である。

【図7】切替機構が第三状態の接続部の側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

＜実施形態＞
本発明の一実施形態の地盤掘削装置を用いた地盤改良装置について説明する。

【0017】

［構成］
図１に示す地盤改良装置１０は、機械式攪拌工法で地盤改良する装置であり、機能的には地盤Ｇを掘削して掘削穴を形成する地盤掘削部１００と、改良材を吐出して攪拌翼６０により原位置土と改良材とを混合攪拌し地盤改良する地盤改良部５０と、を有している。

【0018】

地盤改良装置１０を構成する地盤掘削部１００は、掘削ロッド１１０と装置本体１０２とを有している。

【0019】

図１及び図２に示すように、掘削ロッド１１０は、複数本のロッド１２０と先端ロッド１３０とで構成されている。先端ロッド１３０は、先端に掘削オーガ１３２が設けられ、外周部に前述した攪拌翼６０が設けられている。また、先端ロッド１３０には、図示していない吐出ノズルが設けられている。そして、ロッド１２０同士は接続部１５０で接続されている。

【0020】

図１に示すように、地盤改良装置１０を構成する地盤改良部５０は、攪拌翼６０、図示されていない吐出ノズル、吐出ノズルに接続された供給管５２及びセメントスラリー等の改良材を貯留すると共に改良材を供給管５２に供給する貯留部５４を有している。

【0021】

本実施形態では、攪拌翼６０（図２も参照）及び吐出ノズルは、掘削ロッド１１０の先端ロッド１３０に設けられている。本実施形態では、貯留部５４は、装置本体１０２に設けられているが、これに限定されない。貯留部５４は、装置本体１０２の側の地盤Ｇに設置されていてもよい。また、供給管５２は掘削ロッド１１０内に設けられている。なお、供給管５２は、掘削ロッド１１０の外側に設けられていてもよい。また、図１以外の図では、供給管５２の図示を省略している。

【0022】

地盤改良装置１０は、掘削ロッド１１０の先端ロッド１３０の掘削オーガ１３２を油圧等によって軸心回りに回転させながら押し込んで地盤Ｇに掘削穴を形成する。

【0023】

なお、本実施形態では、掘削時に、先端ロッド１３０の図示してない突出ノズルから改良材を吐出し、攪拌翼６０で原位置土と改良材とを混合攪拌する。また、所望の位置まで掘削したのち、改良材を吐出しないで、掘削ロッド１１０の引き抜くと共に攪拌翼６０で原位置土と改良材とを混合攪拌する。

【0024】

図２、図３及び図４に示すように、掘削ロッド１１０の接続部１５０では、接続部１５０の前側のロッド１２０Ａ（図３及び図４参照）から後側に突出する前側突出部１６２と、接続部１５０の後側のロッド１２０Ｂ（図３及び図４参照）から前側に突出する後側突出部１７２と、が略水平の回転軸部１７５によって接続されている。

【0025】

図３に示すように、回転軸部１７５は、後側突出部１７２に固定され、前側突出部１６２の挿通孔１６３に挿通している。よって、接続部１５０の前後のロッド１２０Ａ、１２０Ｂは、鉛直面内で回転可能となっている。なお、図２に示すように、先端ロッド１３０は、後側のロッド１２０と接続部１５０で接続されている。

【0026】

図３に示すように、接続部１５０の外側は、蛇腹状のカバー１５１で覆われている。なお、図３は、カバー１５１を断面で図示した平面図である。また、図３以外の図では、カバー１５１の図示を省略している。

【0027】

図３及び図４に示すように、接続部１５０には、ラチェット機構２００、離間機構１８０、固定機構１９０及び操作機構２５０を有する切替機構１４０がそれぞれ設けられている。切替機構１４０は、接続部１５０の前側のロッド１２０Ａが後側のロッド１２０Ｂに対して、鉛直面内で回転自在な第一状態と、鉛直面内で上方向にのみ回転可能な第二状態と、回転がロックされた第三状態と、を切り替える機構である。

【0028】

図３及び図４に示すように、ラチェット機構２００は、歯車２１０と歯止め爪２２０とを有している。歯車２１０は、後側突出部１７２に固定された回転軸部１７５の外周面に接合された円筒状の固定部１７６に接合されている。

【0029】

図５に示すように、歯車２１０の歯２１２は、一方側（図４では時計回り側）に傾けられている。歯止め爪２２０は、前側突出部１６２に回転自在に設けられている（図３も参照）。また、歯止め爪２２０は、爪部２２２が歯車２１０の歯２１２に噛み合うように、ばね部材２０２によって押し当てられている。このようなラチェット機構２００は、歯車２１０が順方向（この図では反時計回り方向）に回転する際には、爪部２２２は歯２１２を乗り越えるので回転可能であるが、逆方向に回そうとすると爪部２２２が歯２１２に食い込むので回転しない。

【0030】

なお、この図５の状態が、接続部１５０の前側のロッド１２０Ａが後側のロッド１２０Ｂに対して、鉛直面内で上方向にのみ回転可能な第二状態である。

【0031】

図６に示すように、離間機構１８０は、長孔１８４に沿って移動する離間軸部１８２を有している。そして、離間軸部１８２が長孔１８４に沿って移動することで、歯止め爪２２０の爪部２２２が歯車２１０の歯２１２に噛み合った状態から歯止め爪２２０の爪部２２２が歯車２１０から離間した状態に切り替わる。爪部２２２が歯車２１０から離間した状態では、歯車２１０は両方向に回転可能になる。

【0032】

なお、この図６の状態が、接続部１５０の前側のロッド１２０Ａが後側のロッド１２０Ｂに対して、鉛直面内で回転自在な第一状態である。

【0033】

図７に示すように、固定機構１９０は、固定爪１９２を有し、固定爪１９２が回転することで、歯止め爪２２０に設けられた軸部１９４に引っ掛かり、歯止め爪２２０の爪部２２２が歯車２１０の歯２１２に噛み合った状態で固定される。よって、歯車２１０は、回転しないで固定される。

【0034】

なお、この図７の状態が、接続部１５０の前側のロッド１２０Ａが後側のロッド１２０Ｂに対して、鉛直面内での回転がロックされた第三状態である。

【0035】

図４に示すように、操作機構２５０は、長孔２５３に沿って移動する操作軸部２５２を有している。操作軸部２５２は、掘削ロッド１１０の前側に付勢されている。操作機構２５０は、図示されていないギア及びクランク等の機構を有し、離間機構１８０の離間軸部１８２を移動させる機能及び固定機構１９０の固定爪１９２を回転させる機能を備えている。そして、長孔２５３に沿って操作軸部２５２を移動させることで、離間機構１８０の離間軸部１８２の移動及び固定機構１９０の固定爪１９２の回転が行わる。本実施形態では、操作機構２５０の操作軸部２５２を移動する毎に、第一状態、第二状態及び第三状態の順番で切り替わる機構となっている。

【0036】

操作機構２５０の操作軸部２５２にはワイヤー２６０が接続されている。ワイヤー２６０は、掘削ロッド１１０内に配線されている。そして、ワイヤー２６０を、図示されていない作業者が操作して操作軸部２５２を移動し、第一状態、第二状態及び第三状態を切り替える。

【0037】

［地盤改良方法］
次に、地盤改良方法の一例について説明する。

【0038】

図１に示すように、本実施形態では、地盤改良装置１０は地盤Ｇに構築された構造物２０の直下を地盤改良する。また、構造物２０の直下の地盤Ｇにおいて、できるだけ水平方向に沿って掘削穴を形成し、構造物２０の直下の地盤Ｇの浅い位置まで地盤改良する。

【0039】

地盤改良装置１０を構成する掘削ロッド１１０の先端ロッド１３０の掘削オーガ１３２を油圧等によって軸心回りに回転させながら押し込んで地盤Ｇに掘削孔を形成する。この掘削時には、掘削ロッド１１０の先端ロッド１３０の掘削オーガ１３２が回転する反力によって、ロッド１２０同士の接続部１５０に軸回りの回転力が発生する。

【0040】

掘削ロッド１１０における接続部１５０に設けられた切替機構１４０が第三状態である場合は、接続部１５０の前側のロッド１２０Ａは後側のロッド１２０Ｂに対する鉛直面内の回転がロックされ固定されているので、直線状に地盤Ｇが掘削される。

【0041】

しかし、ある程度掘削したのち、接続部１５０の切替機構１４０を第二状態に切り替えると、接続部１５０の前側のロッド１２０Ａは後側のロッド１２０Ｂに対して鉛直面内の上方向にのみ回転可能とする。これにより、掘削オーガ１３２が回転する反力によって発生する接続部１５０の回転力で、接続部１５０の前側のロッド１２０Ａは後側のロッド１２０Ｂに対して鉛直面内の上方向に回転する。

【0042】

そして、前側のロッド１２０Ａは後側のロッド１２０Ｂに対して所望の角度になったと判断すると第三状態に切り替えて固定する掘削を継続する。

【0043】

これを繰り返すことで、図１に示すように、掘削ロッド１１０全体が下に凸の円弧状になり、構造物２０の直下の地盤Ｇにて、水平又略水平に掘削穴を形成することができる。

【0044】

掘削が終了すると、接続部１５０の切替機構１４０を第一状態にして接続部１５０を回転自在にし、掘削ロッド１１０を引き抜く。

【0045】

本実施形態では、掘削時に、先端ロッド１３０の図示してない突出ノズルからセメントスラリー等の改良材を吐出し、攪拌翼６０で原位置土と改良材とを混合攪拌する。また、引き抜き時は、改良材を吐出しないで、攪拌翼６０で原位置土と改良材とを混合攪拌する。これにより、構造物２０の直下の地盤Ｇの浅い位置に、水平又略水平に地盤改良体が造成され、地盤改良される。

【0046】

なお、掘削時に改良材を吐出することで地盤Ｇが軟らかくなり、前述した前側のロッド１２０Ａの後側のロッド１２０Ｂに対する鉛直面内の上方向の回転が容易になる。

【0047】

［作用及び効果］
次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。

【0048】

掘削ロッド１１０の接続部１５０の切替機構１４０を前側のロッド１２０Ａが後側のロッド１２０Ｂに対して、鉛直面内で上方向にのみ回転可能な第二状態と、回転がロックされた第三状態と、を切り替えることで、前側のロッド１２０Ａの後側のロッド１２０Ｂに対する角度調整をモータの駆動力を用いることなく行うことができる。

【0049】

また、掘削後は、接続部１５０の切替機構１４０を第一状態に切り替えて回転自在にすることで、掘削ロッド１１０を掘削穴から容易に引き抜くことができる。

【0050】

したがって、構造物２０の直下の地盤Ｇの浅い位置まで地盤改良が可能になる。

【0051】

＜その他＞
尚、本発明は上記実施形態及び変形例に限定されない。

【0052】

例えば、上記実施形態では、全ての接続部１５０に切替機構１４０が設けられているが、これに限定されない。接続部１５０の一以上に切替機構１４０が設けられていればよい。

【0053】

また、例えば、上記実施形態では、ワイヤー２６０で切替機構１４０を操作したが、これに限定されない。ワイヤー以外、例えば電気モータ等によって切替機構１４０を操作する構成であってもよい。

【0054】

また、例えば、上記実施形態では、切替機構１４０は、ラチェット機構２００を用いたが、これに限定されない。切替機構には、どのような機構を用いてもよい。

【0055】

また、上記実施形態では、建物２の直下の地盤Ｇを水平又は略水平になるように掘削したが、これに限定されない。例えば、地盤Ｇを鉛直方向及び斜め方向等に掘削する場合にも本発明を適用することができる。

【0056】

更に、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得る。

【符号の説明】

【0057】

１０ 地盤改良装置
１００ 地盤掘削部（地盤掘削装置の一例）
１１０ 掘削ロッド
１２０ ロッド
１３２ 掘削オーガ
１４０ 切替機構
１５０ 接続部
２００ ラチェット機構
２１０ 歯車
２２０ 歯止め爪
Ｇ 地盤

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】