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(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】2024-10-11
(45)【発行日】2024-10-22
(54)【発明の名称】掘削装置
(51)【国際特許分類】
E21B 7/00 20060101AFI20241015BHJP
E21B 21/00 20060101ALI20241015BHJP
E21B 10/60 20060101ALI20241015BHJP
【ＦＩ】
E21B7/00 A
E21B21/00 A
E21B10/60
【請求項の数】
7
(21)【出願番号】P 2021166674
(22)【出願日】2021-10-11
(65)【公開番号】P2023057259
(43)【公開日】2023-04-21
【審査請求日】2023-10-05
(73)【特許権者】
【識別番号】591063486
【氏名又は名称】一般財団法人先端建設技術センター
(73)【特許権者】
【識別番号】000173784
【氏名又は名称】公益財団法人鉄道総合技術研究所
(73)【特許権者】
【識別番号】000001373
【氏名又は名称】鹿島建設株式会社
(73)【特許権者】
【識別番号】390002233
【氏名又は名称】ケミカルグラウト株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100088155
【弁理士】
【氏名又は名称】長谷川 芳樹
(74)【代理人】
【識別番号】100113435
【弁理士】
【氏名又は名称】黒木 義樹
(74)【代理人】
【識別番号】100122781
【弁理士】
【氏名又は名称】近藤 寛
(74)【代理人】
【識別番号】100133064
【弁理士】
【氏名又は名称】大野 新
(72)【発明者】
【氏名】吉川 正
(72)【発明者】
【氏名】橋立 健司
(72)【発明者】
【氏名】神田 政幸
(72)【発明者】
【氏名】佐名川 太亮
(72)【発明者】
【氏名】田島 新一
(72)【発明者】
【氏名】井出 雄介
(72)【発明者】
【氏名】藤本 達貴
(72)【発明者】
【氏名】関谷 淳一
【審査官】山口 剛
(56)【参考文献】
【文献】特許第４２０５５５１（ＪＰ，Ｂ２）
【文献】特開２０１１－２４７０２８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－１２０１２０（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許第０４４３６１６７（ＵＳ，Ａ）
【文献】特開平０９－１７７０７１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０８－１９３４８２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００５－０９７９３６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０３－１０３５９３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０１－２４４０１６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭５０－１４９１０１（ＪＰ，Ａ）
【文献】実開昭５６－０３３３９１（ＪＰ，Ｕ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｅ２１Ｂ ７／００ － ７／３０
Ｅ２１Ｂ １０／００ － １０／６６
Ｅ２１Ｂ ２１／００ － ２１／１８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
回転動可能及び上下動可能であり、下部に安定液を噴出する下部安定液供給口を有するロッド管と、前記ロッド管の下部に設けられ、前記ロッド管の回転動に伴い掘削孔を掘削する下部ビットと、
前記掘削孔の孔口で安定液を供給する上部安定液供給口を有する安定液供給管と、
前記下部ビットの上方に設けられ、前記下部ビットにより掘削された掘削孔を拡径する拡径ビットと、
下端に泥水を吸引する吸引口を有し、前記吸引口が前記拡径ビットよりも上方に位置する揚泥管と、
を備え、
前記拡径ビットに設けられ、上方に安定液を噴出する拡径ビット安定液供給口をさらに備えた、
掘削装置。
【請求項2】
前記拡径ビットに設けられ、泥水の流向を掘削孔の中心の側に向ける拡径ビット翼をさらに備えた、請求項１に記載の掘削装置。
【請求項3】
回転動可能及び上下動可能であり、下部に安定液を噴出する下部安定液供給口を有するロッド管と、前記ロッド管の下部に設けられ、前記ロッド管の回転動に伴い掘削孔を掘削する下部ビットと、
下端に泥水を吸引する吸引口を有し、前記吸引口が前記下部ビットよりも上方に位置する揚泥管と、
前記掘削孔の孔口で安定液を供給する上部安定液供給口を有する安定液供給管と、
前記ロッド管の外側における前記下部ビットと前記揚泥管の前記吸引口との間の高さの位置に設けられ、泥水を上昇させる上昇翼と、
を備え、
前記ロッド管の下端に設けられ、前記掘削孔の孔底に貫入される貫入部と、
前記孔底に貫入された前記貫入部に対して前記ロッド管を回転動可能に連結する軸受部と、
をさらに備え、
前記ロッド管の前記下部安定液供給口は、前記貫入部が貫入された前記孔底よりも上方に位置する、
掘削装置。
【請求項4】
回転動可能及び上下動可能であり、下部に安定液を噴出する下部安定液供給口を有するロッド管と、前記ロッド管の下部に設けられ、前記ロッド管の回転動に伴い掘削孔を掘削する下部ビットと、
下端に泥水を吸引する吸引口を有し、前記吸引口が前記下部ビットよりも上方に位置する揚泥管と、
前記掘削孔の孔口で安定液を供給する上部安定液供給口を有する安定液供給管と、
前記ロッド管の外側における前記揚泥管の前記吸引口の高さ以上の位置に設けられ、泥水を下降させる下降翼と、
を備えた掘削装置。
【請求項5】
回転動可能及び上下動可能であり、下部に安定液を噴出する下部安定液供給口を有するロッド管と、前記ロッド管の下部に設けられ、前記ロッド管の回転動に伴い掘削孔を掘削する下部ビットと、
下端に泥水を吸引する吸引口を有し、前記吸引口が前記下部ビットよりも上方に位置する揚泥管と、
前記掘削孔の孔口で安定液を供給する上部安定液供給口を有する安定液供給管と、
前記揚泥管の前記吸引口の高さ以上の位置での泥水の流れを抑制する整流板と、
を備えた掘削装置。
【請求項6】
前記整流板は、下方からの泥水の流れにより回転動する整流ファンを有する、請求項５に記載の掘削装置。
【請求項7】
回転動可能及び上下動可能であり、下部に安定液を噴出する下部安定液供給口を有するロッド管と、前記ロッド管の下部に設けられ、前記ロッド管の回転動に伴い掘削孔を掘削する下部ビットと、
下端に泥水を吸引する吸引口を有する揚泥管と、
前記掘削孔の孔口で安定液を供給する上部安定液供給口を有する安定液供給管と、
を備え、
前記揚泥管の前記吸引口は、前記掘削孔の孔底であって、前記孔底の中心から離隔した位置に配置され、前記ロッド管の回転動に伴い位置を移動し、
前記ロッド管の下端に設けられ、前記掘削孔の孔底に貫入される貫入部と、
前記孔底に貫入された前記貫入部に対して前記ロッド管を回転動可能に連結する軸受部と、
をさらに備え、
前記ロッド管の前記下部安定液供給口は、前記貫入部が貫入された前記孔底よりも上方に位置する、
掘削装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、掘削装置に関する。
【背景技術】
【0002】
現場打ち杭（場所打ち杭）を築造する工法として、ＢＣＨ（Bottom Circulation Hole）工法が提案されている。例えば、特許文献１には、回転動可能及び上下動可能であり、下部に安定液を噴出する下部安定液供給口を有するロッド管と、ロッド管の下端に設けられ、ロッド管の回転動に伴い掘削孔を掘削する下部ビットと、下端に泥水を吸引する吸引口を有し、吸引口がロッド管の下端よりも上方に位置する揚泥管と、掘削孔の孔口で安定液を供給する上部安定液供給口を有する安定液供給管とを備えた掘削装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特許第４２０５５５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、上記のような技術では、削孔効率及び削孔速度のさらなる向上が望まれている。
【0005】
そこで本発明は、削孔効率及び削孔速度が向上する掘削装置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】
本発明は、回転動可能及び上下動可能であり、下部に安定液を噴出する下部安定液供給口を有するロッド管と、ロッド管の下部に設けられ、ロッド管の回転動に伴い掘削孔を掘削する下部ビットと、掘削孔の孔口で安定液を供給する上部安定液供給口を有する安定液供給管と、下部ビットの上方に設けられ、下部ビットにより掘削された掘削孔を拡径する拡径ビットと、下端に泥水を吸引する吸引口を有し、吸引口が拡径ビットよりも上方に位置する揚泥管とを備え、拡径ビットに設けられ、上方に安定液を噴出する拡径ビット安定液供給口をさらに備えた掘削装置である。
【0007】
この構成によれば、回転動可能及び上下動可能であり、下部に安定液を噴出する下部安定液供給口を有するロッド管と、ロッド管の下端に設けられ、ロッド管の回転動に伴い掘削孔を掘削する下部ビットと、下端に泥水を吸引する吸引口を有る揚泥管と、掘削孔の孔口で安定液を供給する上部安定液供給口を有する安定液供給管とを備えた掘削装置において、下部ビットの上方に設けられ、下部ビットにより掘削された掘削孔を拡径する拡径ビットをさらに備え、揚泥管の吸引口が拡径ビットよりも上方に位置するため、削孔能力が向上し、削孔効率及び削孔速度が向上する。
【0009】
この構成によれば、拡径ビットに設けられ、上方に安定液を噴出する拡径ビット安定液供給口をさらに備えるため、上方に噴出された安定液に伴い、掘削された土砂と安定液とがさらなる攪拌混合によって、比重、粘性等が均質化、最適化することで、流動性が向上して、上昇し易くなり、揚泥管が掘削された土砂を吸引する効率が向上し、削孔効率及び削孔速度が向上する。
【0010】
また、拡径ビットに設けられ、泥水の流向を掘削孔の中心の側に向ける拡径ビット翼をさらに備えることが好適である。
【0011】
この構成によれば、拡径ビットに設けられ、泥水の流向を掘削孔の中心の側に向ける拡径ビット翼をさらに備えるため、掘削された土砂を孔壁方向から揚泥管の吸引口の方向に集中させるとともに、流れを加速させることで、流動性が向上し、揚泥管が掘削された土砂を吸引する効率が向上し、孔壁近くの安定液の品質保持によるマッドケーキの付着を抑制でき、削孔効率、削孔速度及び杭の周面摩擦力が向上する。
【0012】
また、本発明は、回転動可能及び上下動可能であり、下部に安定液を噴出する下部安定液供給口を有するロッド管と、ロッド管の下部に設けられ、ロッド管の回転動に伴い掘削孔を掘削する下部ビットと、下端に泥水を吸引する吸引口を有し、吸引口が下部ビットよりも上方に位置する揚泥管と、掘削孔の孔口で安定液を供給する上部安定液供給口を有する安定液供給管と、ロッド管の外側における下部ビットと揚泥管の吸引口との間の高さの位置に設けられ、泥水を上昇させる上昇翼とを備えロッド管の下端に設けられ、掘削孔の孔底に貫入される貫入部と、孔底に貫入された貫入部に対してロッド管を回転動可能に連結する軸受部と、をさらに備え、ロッド管の下部安定液供給口は、貫入部が貫入された孔底よりも上方に位置する掘削装置である。
【0013】
この構成によれば、回転動可能及び上下動可能であり、下部に安定液を噴出する下部安定液供給口を有するロッド管と、ロッド管の下部に設けられ、ロッド管の回転動に伴い掘削孔を掘削する下部ビットと、下端に泥水を吸引する吸引口を有し、吸引口が下部ビットよりも上方に位置する揚泥管と、掘削孔の孔口で安定液を供給する上部安定液供給口を有する安定液供給管とを備えた掘削装置において、ロッド管の外側における下部ビットと揚泥管の吸引口との間の高さの位置に設けられ、泥水を上昇させる上昇翼をさらに備えるため、下部ビットから揚泥管の吸引口へ掘削された土砂が上昇し易くなり、揚泥管が掘削された土砂を吸引する効率が向上し、削孔効率及び削孔速度が向上する。
【0014】
また、本発明は、回転動可能及び上下動可能であり、下部に安定液を噴出する下部安定液供給口を有するロッド管と、ロッド管の下部に設けられ、ロッド管の回転動に伴い掘削孔を掘削する下部ビットと、下端に泥水を吸引する吸引口を有し、吸引口が下部ビットよりも上方に位置する揚泥管と、掘削孔の孔口で安定液を供給する上部安定液供給口を有する安定液供給管と、ロッド管の外側における揚泥管の吸引口の高さ以上の位置に設けられ、泥水を下降させる下降翼とを備えた掘削装置である。
【0015】
この構成によれば、回転動可能及び上下動可能であり、下部に安定液を噴出する下部安定液供給口を有するロッド管と、ロッド管の下部に設けられ、ロッド管の回転動に伴い掘削孔を掘削する下部ビットと、下端に泥水を吸引する吸引口を有し、吸引口が下部ビットよりも上方に位置する揚泥管と、掘削孔の孔口で安定液を供給する上部安定液供給口を有する安定液供給管とを備えた掘削装置において、ロッド管の外側における揚泥管の吸引口の高さ以上の位置に設けられ、泥水を下降させる下降翼をさらに備えるため、揚泥管の吸引口の高さに掘削された土砂が下降し易くなり、揚泥管が掘削された土砂を吸引する効率が向上し、削孔効率及び削孔速度が向上する。
【0016】
また、本発明は、回転動可能及び上下動可能であり、下部に安定液を噴出する下部安定液供給口を有するロッド管と、ロッド管の下部に設けられ、ロッド管の回転動に伴い掘削孔を掘削する下部ビットと、下端に泥水を吸引する吸引口を有し、吸引口が下部ビットよりも上方に位置する揚泥管と、掘削孔の孔口で安定液を供給する上部安定液供給口を有する安定液供給管と、揚泥管の吸引口の高さ以上の位置での泥水の流れを抑制する整流板とを備えた掘削装置である。
【0017】
この構成によれば、回転動可能及び上下動可能であり、下部に安定液を噴出する下部安定液供給口を有するロッド管と、ロッド管の下部に設けられ、ロッド管の回転動に伴い掘削孔を掘削する下部ビットと、下端に泥水を吸引する吸引口を有し、吸引口が下部ビットよりも上方に位置する揚泥管と、掘削孔の孔口で安定液を供給する上部安定液供給口を有する安定液供給管とを備えた掘削装置において、揚泥管の吸引口の高さ以上の位置での泥水の流れを抑制する整流板をさらに備えるため、揚泥管の吸引口の高さで掘削された土砂の泥水の流れが抑制されるため、揚泥管が掘削された土砂を吸引する効率が向上し、整流板以浅の孔壁の安定液の品質保持によるマッドケーキの付着を抑制でき、削孔効率、削孔速度及び杭の周面摩擦力が向上する。
【0018】
また、整流板は、下方からの泥水の流れにより回転動する整流ファンを有することが好適である。
【0019】
この構成によれば、整流板は、下方からの泥水の流れにより回転動する整流ファンを有するため、揚泥管の吸引口の高さで掘削された土砂の泥水の流れがさらに抑制されるため、揚泥管が掘削された土砂を吸引する効率が向上し、削孔効率及び削孔速度が向上する。
【0020】
また、本発明は、回転動可能及び上下動可能であり、下部に安定液を噴出する下部安定液供給口を有するロッド管と、ロッド管の下部に設けられ、ロッド管の回転動に伴い掘削孔を掘削する下部ビットと、下端に泥水を吸引する吸引口を有する揚泥管と、掘削孔の孔口で安定液を供給する上部安定液供給口を有する安定液供給管とを備え、揚泥管の吸引口は、掘削孔の孔底であって、孔底の中心から離隔した位置に配置され、ロッド管の回転動に伴い位置を移動し、ロッド管の下端に設けられ、掘削孔の孔底に貫入される貫入部と、孔底に貫入された貫入部に対してロッド管を回転動可能に連結する軸受部と、をさらに備え、ロッド管の下部安定液供給口は、貫入部が貫入された孔底よりも上方に位置する掘削装置である。
【0021】
この構成によれば、回転動可能及び上下動可能であり、下部に安定液を噴出する下部安定液供給口を有するロッド管と、ロッド管の下部に設けられ、ロッド管の回転動に伴い掘削孔を掘削する下部ビットと、下端に泥水を吸引する吸引口を有する揚泥管と、掘削孔の孔口で安定液を供給する上部安定液供給口を有する安定液供給管とを備えた掘削装置において、揚泥管の吸引口は、掘削孔の孔底であって、孔底の中心から離隔した位置に配置され、ロッド管の回転動に伴い位置を移動するため、揚泥管が掘削された土砂を吸引する効率が向上し、削孔効率及び削孔速度が向上する。
【0022】
また、本発明は、回転動可能及び上下動可能であり、下部に安定液を噴出する下部安定液供給口を有するロッド管と、ロッド管の下部に設けられ、ロッド管の回転動に伴い掘削孔を掘削する下部ビットと、掘削孔の孔口で安定液を供給する上部安定液供給口を有する安定液供給管と、下部ビットの上方に設けられ、下部ビットにより掘削された掘削孔を拡径する拡径ビットと、下端に泥水を吸引する吸引口を有し、吸引口が拡径ビットよりも上方に位置する揚泥管と、を備え、ロッド管の下部安定液供給口から噴出する安定液には、１０μｍ～数十μｍ以下の径の微細気泡が含まれる掘削装置である。
【0023】
この構成によれば、ロッド管の下部安定液供給口から噴出する安定液には、微細気泡が含まれるため、気泡の上昇に伴い掘削された土砂が上昇し易くなり、揚泥管が掘削された土砂を吸引する効率が向上し、削孔効率及び削孔速度が向上する。
【0024】
また、ロッド管の下端に設けられ、掘削孔の孔底に貫入される貫入部と、孔底に貫入された貫入部に対してロッド管を回転動可能に連結する軸受部とをさらに備え、ロッド管の下部安定液供給口は、貫入部が貫入された孔底よりも上方に位置することが好適である。
【0025】
下部ビットが回転しつつ孔底を掘削するときは、下部ビットと孔底との摩擦が無い方が下部ビットは回転し易い。しかし、下部ビットが効率良く掘削するためには一定の押込み力を下部ビットに与えたいが、下部ビットに与える押込み力が強過ぎると下部ビットは回転し難い。一方、この構成によれば、ロッド管の下端に設けられて掘削孔の孔底に貫入される貫入部と、孔底に貫入された貫入部に対して下部ビットが設けられたロッド管を回転動可能に連結する軸受部とをさらに備えるため、下部ビットに一定の押込み力を与えつつ、下部ビットを容易に回転させることができる。また、下部ビット及びロッド管に与える押込み力が強過ぎると、ロッド管の下部安定液供給口からの安定液の噴出量が下がる可能性がある。一方、この構成によれば、ロッド管の下部安定液供給口は、貫入部が貫入された孔底よりも上方に位置するため、下部ビット及びロッド管の孔底への押込み力が強くても、下部安定液供給口は安定して安定液を噴出できる。
【発明の効果】
【0026】
本発明の掘削装置によれば、削孔効率及び削孔速度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【0027】
【図1】第１実施形態に係る掘削装置を示す側面図である。
【図6】第２実施形態に係る掘削装置を示す側面図である。
【図8】第３実施形態に係る掘削装置のロッド管及び下部ビットを示す側面図である。
【図9】（Ａ）は第４実施形態に係る掘削装置のロッド管、貫入部及び軸受部を示す図であり、（Ｂ）は（Ａ）のα線による横断面図であり、（Ｃ）は（Ａ）のβ線による横断面図である。
【図10】（Ａ）は第５実施形態に係る掘削装置のロッド管、貫入部及び軸受部が分解された状態を示す図であり、（Ｂ）は（Ａ）のγ線による横断面図であり、（Ｃ）は（Ａ）のδ線による横断面図であり、（Ｄ）は（Ａ）のε線による横断面図であり、（Ｅ）は（Ａ）のζ線による横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0028】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態に係る掘削装置について詳細に説明する。図１に示される本発明の第１実施形態の掘削装置１Ａは、ロッド管１０、下部ビット２０、揚泥管３０、安定液供給管４０及び拡径ビット５０を備える。本発明の第１実施形態に係る掘削装置１Ａは、例えば、ＢＣＨ（Bottom Circulation Hole）工法により、現場打ち杭（場所打ち杭）を築造する際に掘削孔１００を掘削するために適用される。ロッド管１０は、不図示の電動機等の動力源により、回転動可能及び上下動可能である。ロッド管１０は、下部に安定液Ｌ１を噴出する下部安定液供給口１１を有する。また、後述するように、ロッド管１０は、下部安定液供給口１１から、固化材Ｌ２及び微細気泡Ｂを噴出する。
【0029】
下部ビット２０は、ロッド管１０の下部に設けられ、ロッド管１０の回転動に伴い掘削孔１００を掘削する。揚泥管３０は、下端に泥水１０４を吸引する吸引口３１を有し、吸引口３１が下部ビット２０及び拡径ビット５０よりも上方に位置する。本実施形態では、揚泥管３０は複数に分岐し、掘削孔１００の幅方向に互いに離隔した複数の吸引口３１を有する。安定液供給管４０は、掘削孔１００の孔口１０１で安定液Ｌ１を供給する上部安定液供給口４１を有する。安定液Ｌ１は、通常、掘削孔１００の孔口１０１の近傍まで満たされる。安定液Ｌ１は、孔壁１０３の安定を保つために、掘削孔１００内に注入する液体をいい、地盤の性質等により適当な種類の安定液が選択される。
【0030】
本実施形態の掘削装置１Ａは、下部ビット２０の上方に設けられ、下部ビット２０により掘削された掘削孔１００を拡径する拡径ビット５０をさらに備える。本実施形態では、３段の拡径ビット５０を備える。下部ビット２０の上方に設けられた１段目の拡径ビットは、下部ビット２０よりも大きな外径を有し、下部ビット２０よりも外周側の孔底１０２及び孔壁１０３を掘削する。１段目の拡径ビット５０の上方に設けられた２段目の拡径ビットは、１段目の拡径ビット５０よりも大きな外径を有し、１段目の拡径ビット５０よりも外周側の孔底１０２及び孔壁１０３を掘削する。２段目の拡径ビット５０の上方に設けられた３段目の拡径ビットは、２段目の拡径ビット５０よりも大きな外径を有し、２段目の拡径ビット５０よりも外周側の孔底１０２及び孔壁１０３を掘削する。拡径ビット５０の段数は、適宜、変更可能である。
【0031】
図１及び図２に示されるように、掘削装置１Ａは、拡径ビット５０に設けられ、上方に安定液Ｌ１を噴出する拡径ビット安定液供給口５１をさらに備える。図２に示されるように、拡径ビット５０の近傍において、ロッド管１０の内部には、下方導入管５２が配置されている。下方導入管５２は、下方導入管５２の上方から供給された安定液Ｌ１の一部を下方導入管５２を介して下方導入管５２の下方のロッド管１０に導入する。
【0032】
拡径ビット５０には、一端がロッド管１０の内部と連通し、他端が拡径ビット安定液供給口５１として開口し、拡径ビット５０に沿って拡径ビット５０の内側から外側に延在する上方導入管５３が配置されている。上方導入管５３は、下方導入管５２の上方から供給された安定液Ｌ１の他部を上方導入管５３を介して拡径ビット安定液供給口５１から上方に噴出させる。なお、拡径ビット安定液供給口５１は、上方且つ掘削孔１００の中心の側に、安定液Ｌ１を噴出してもよい。これにより、泥水１０４の流向を掘削孔１００の中心の側に向けることができる。
【0033】
図１に示されるように、掘削装置１Ａは、拡径ビット５０に設けられ、泥水１０４の流向を掘削孔１００の中心の側に向ける拡径ビット翼５４をさらに備える。拡径ビット翼５４は、例えば、拡径ビット５０に孔壁１０３とは距離を隔てた側面に略垂直に配置され、泥水１０４の流向を掘削孔１００の中心の側に向けるように、土砂の上昇速度を上げるために配向された板状部材である。なお、拡径ビット翼５４は、複数段の拡径ビット５０のいずれに設けられていてもよい。
【0034】
掘削装置１Ａは、ロッド管１０の外側における下部ビット２０と揚泥管３０の吸引口３１との間の高さの位置に設けられ、ロッド管１０の回転動に伴い、泥水１０４を上昇させる上昇翼６０Ａをさらに備える。上昇翼６０Ａは、例えば、ロッド管１０の外周面に連続して設けられたスクリュー（オーガ）である。スクリュー状の上昇翼６０Ａは、礫等の泥水１０４の上昇流で揚げ切れないものを機械的に上昇させる効果を有する。また、図３に示されるように、掘削装置１Ａは、例えば、ロッド管１０の外周面に複数設けられた板状部材である上昇翼６０Ｂを備えていてもよい。板状部材からなる上昇翼６０Ｂは、泥水１０４を上昇させる効果を有する。なお、図３の例では、ロッド管１０の下部安定液供給口１１は、ロッド管１０の下端に配置されており、孔底１０２とは接触しないが、下部安定液供給口１１をロッド管１０の下端から上方に配置してもよい。
【0035】
また、上昇翼６０Ａ，６０Ｂは、下部ビット２０で掘削した土砂と下部安定液供給口１１から供給される安定液Ｌ１との相互が分離しないで撹拌混合して、所定の比重（例えば、１．０８～１．１５）と粘性（例えば、０．００１～０．００３Ｐａ・ｓ又は０．００１～０．００５Ｐａ・ｓ）を確保することを可能とし、且つそれらの流れを層流状態とする形状を有していることが好ましい。つまり、上昇翼６０Ａ，６０Ｂは、航空機の層流翼等のように渦が生じ難い形状であることが好ましい。また、上昇翼６０Ａ，６０Ｂの上下方向のピッチ（間隔）と張り出し長とは、掘削土の粒子の大きさに対応し、下部安定液供給口１１から供給される安定液Ｌ１の流れと連動して、土砂を上昇させるのに十分な上向きの流れの速さ（例えば、０．２～１．０ｍ／ｓ）となるように設定されることが好ましい。また、ロッド管１０及び下部ビット２０の回転速度は、粘土及びシルト、砂、礫及び玉石の順に速く設定されることが好ましい。
【0036】
図１に示されるように、掘削装置１Ａは、ロッド管１０の外側における揚泥管３０の吸引口３１の高さ以上の位置に設けられ、ロッド管１０の回転動に伴い泥水１０４を下降させる下降翼７０をさらに備える。下降翼７０は、ロッド管１０の外周面に設けられた板状部材である。下降翼７０は、ロッド管１０の回転動に伴い揚泥管３０に接触しないような掘削孔１００の径方向の長さを有する。下降翼７０は、必要に応じて、ロッド管１０の上下方向に複数段をなすように配置される。なお、下降翼７０は、泥水１０４の流向を掘削孔１００の中心の側に向ける流れを発生させる補助翼が設けられていることが好ましい。
【0037】
拡径ビット翼５４、上昇翼６０Ａ，６０Ｂ及び下降翼７０は、揚泥管３０の吸引口３１に泥水１０４の流向を向けるように、位置、数量、大きさ及び傾きが適宜調整されつつ配置される。拡径ビット翼５４、上昇翼６０Ａ，６０Ｂ及び下降翼７０は、着脱自在でもよく、傾きが変更可能でもよい。
【0038】
図１に示されるように、ロッド管１０の下部安定液供給口１１から噴出する安定液Ｌ１には、１０μｍ～数十μｍ以下の径の微細気泡Ｂが含まれる。微細気泡Ｂは、地上設備に悪影響がなく下部ビット２０まで微細気泡Ｂが消散しない場合は地上設備でロッド管１０に混入される。もし、上記の地上設備での微細気泡Ｂのロッド管１０への混入が不可能な場合には、ロッド管１０の下端又は下部ビット２０にスクリューを設けることにより、微細気泡Ｂを発生させてもよい。微細気泡Ｂは、例えば、揚泥管３０の吸引口３１まで上昇し、吸引口３１よりも上方では消滅することが理想である。
【0039】
図１及び図４に示されるように、掘削装置１Ａは、掘削孔１００の孔底に固化材Ｌ２を供給する固化材供給口９１を有する固化材供給管９０をさらに備える。固化材Ｌ２は、例えば、孔底１０２の土砂及び泥を固化させるセメントミルク又はモルタルである。固化材供給管９０は、ロッド管１０の内部に配置され、固化材供給口９１は、ロッド管１０の下部安定液供給口１１の上方で、掘削孔１００の孔底に固化材Ｌ２を供給する。なお、固化材供給管９０は、揚泥管３０の内部に配置されていてもよい。また、可能な場合は、固化材供給管９０は、ロッド管１０又は揚泥管３０を兼ねていてもよい。また、固化材Ｌ２の供給は、掘削孔１００の掘削が終了した後でもよい。
【0040】
図１及び図５に示されるように、掘削装置１Ａは、掘削孔１００の孔壁１０３に凹凸を形成する凹凸形成手段５５をさらに備える。図５に示されるように、凹凸形成手段５５は、拡径ビット５０の孔壁１０３と対向する側面に配置された爪状のビットである。凹凸形成手段５５は、孔壁１０３の上下方向に対して、例えば、５０ｍｍ～数百ｍｍ間隔で配置され、ロッド管１０の回転動に伴い、孔壁１０３に凹凸を形成する。なお、凹凸形成手段５５は、高噴射ノズルにより孔壁１０３に凹凸を形成してもよい。
【0041】
掘削装置１Ａは、掘削孔１００の孔壁１０３から泥を除去する泥除去手段５６をさらに備える。泥除去手段５６は、拡径ビット５０の孔壁１０３と対向する側面において凹凸形成手段５５の上方に配置され、孔壁１０３と接触するブラシ５７である。また、泥除去手段５６は、拡径ビット５０の孔壁１０３と対向する側面において凹凸形成手段５５の上方に配置され、孔壁１０３の泥を吸引する吸引ノズル５８である。
【0042】
なお、孔壁１０３に泥が付き難くする薬剤又は材料を吹き付けてもよい。また、孔壁１０３に地盤と同等以上の強度で孔壁１０３に付着して固化する薬剤又は材料を吹き付けてもよい。また、孔壁１０３からの泥の除去時には、孔壁１０３の防護のために、泥水１０４の水位を上げて、孔壁１０３への圧力を増大させてもよい。
【0043】
本実施形態では、回転動可能及び上下動可能であり、下部に安定液Ｌ１を噴出する下部安定液供給口１１を有するロッド管１０と、ロッド管１０の下部に設けられ、ロッド管１０の回転動に伴い掘削孔１００を掘削する下部ビット２０と、下端に泥水１０４を吸引する吸引口３１を有する揚泥管３０と、掘削孔１００の孔口１０１で安定液Ｌ１を供給する上部安定液供給口４１を有する安定液供給管４０とを備えた掘削装置１Ａにおいて、下部ビット２０の上方に設けられ、下部ビット２０により掘削された掘削孔１００を拡径する拡径ビット５０をさらに備え、揚泥管３０の吸引口３１が拡径ビット５０よりも上方に位置するため、削孔能力が向上し、削孔効率及び削孔速度が向上する。
【0044】
拡径ビット５０により、掘削孔１００を拡径でき、ロッド管１０の周辺のクリアランスを確保できる。また、泥土の流れる空間を確保して、泥土を円滑に流すことができる。つまり、礫及び固結粘土等の掘削片が大きく、掘削片が詰まる事態を抑制及び最小化できる。
【0045】
また、本実施形態によれば、拡径ビット５０に設けられ、上方に安定液Ｌ１を噴出する拡径ビット安定液供給口５１をさらに備えるため、上方に噴出された安定液Ｌ１に伴い、掘削された土砂と安定液Ｌ１とがさらなる攪拌混合によって、比重、粘性等が均質化、最適化することで、流動性が向上して、上昇し易くなり、揚泥管３０が掘削された土砂を吸引する効率が向上し、削孔効率及び削孔速度が向上する。つまり、下部安定液供給口１１から供給される安定液Ｌ１と掘削土とが撹拌混合されるが、各段の拡径ビット５０の掘削土が累積することで、泥土の性状（比重、粘性）が上昇して、泥土の上昇機能の低下が生じる可能性がある。そこで、拡径ビット安定液供給口５１により、拡径ビット５０の上部又は中間部で新たな安定液Ｌ１を供給することにより、泥土の性状の最適化を図ることができる。
【0046】
また、本実施形態によれば、拡径ビット５０に設けられ、泥水１０４の流向を掘削孔１００の中心の側に向ける拡径ビット翼５４をさらに備えるため、掘削された土砂を孔壁１０３方向から揚泥管３０の吸引口の方向に集中させるとともに、流れを加速させることで、流動性が向上し、揚泥管３０が掘削された土砂を吸引する効率が向上し、孔壁１０３近くの安定液Ｌ１の品質保持によるマッドケーキの付着を抑制でき、削孔効率、削孔速度及び杭の周面摩擦力が向上する。
【0047】
また、本実施形態によれば、回転動可能及び上下動可能であり、下部に安定液Ｌ１を噴出する下部安定液供給口１１を有するロッド管１０と、ロッド管１０の下部に設けられ、ロッド管１０の回転動に伴い掘削孔１００を掘削する下部ビット２０と、下端に泥水１０４を吸引する吸引口３１を有し、吸引口３１が下部ビット２０よりも上方に位置する揚泥管３０と、掘削孔１００の孔口１０１で安定液Ｌ１を供給する上部安定液供給口４１を有する安定液供給管４０とを備えた掘削装置１Ａにおいて、ロッド管１０の外側における下部ビット２０と揚泥管３０の吸引口３１との間の高さの位置に設けられ、泥水１０４を上昇させる上昇翼６０Ａ，６０Ｂをさらに備えるため、下部ビット２０から揚泥管３０の吸引口３１へ掘削された土砂が上昇し易くなり、揚泥管３０が掘削された土砂を吸引する効率が向上し、削孔効率及び削孔速度が向上する。
【0048】
上昇翼６０Ａ，６０Ｂにより、削孔土砂と泥土とを均質に混ぜて流動性の良い泥水１０４にできる。上昇翼６０Ａ，６０Ｂにより、泥水１０４の流れが加速される。また、上昇翼６０Ａ，６０Ｂにより、上昇翼６０Ａ，６０Ｂの表面に泥土が乗せられて上方に移動させられる。
【0049】
また、本実施形態によれば、回転動可能及び上下動可能であり、下部に安定液Ｌ１を噴出する下部安定液供給口１１を有するロッド管１０と、ロッド管１０の下部に設けられ、ロッド管１０の回転動に伴い掘削孔１００を掘削する下部ビット２０と、下端に泥水１０４を吸引する吸引口３１を有し、吸引口３１が下部ビット２０よりも上方に位置する揚泥管３０と、掘削孔１００の孔口１０１で安定液Ｌ１を供給する上部安定液供給口４１を有する安定液供給管４０とを備えた掘削装置１Ａにおいて、ロッド管１０の外側における揚泥管３０の吸引口３１の高さ以上の位置に設けられ、泥水１０４を下降させる下降翼７０をさらに備えるため、揚泥管３０の吸引口３１の高さに掘削された土砂が下降し易くなり、揚泥管３０が掘削された土砂を吸引する効率が向上し、削孔効率及び削孔速度が向上する。
【0050】
従来のＢＣＨ工法は、ビットを回転動させて掘削を行い、掘削された土砂を送水による上昇流とともに排出しているため、掘削孔の径が大きくなるに伴い、上昇流速が低下して掘削された土砂の排出がスムーズに行われず削孔効率が低下することがあった。特に、比重の大きな礫が有る場合には、礫を上方まで押し上げることができず、孔底に滞留して掘削速度の著しい低下を招いていた。
【0051】
そうした場合に、一般的なＢＨ（Boring Hole）工法では、掘削により生じた泥水の比重を上げることによって礫を浮遊し易くさせて排出を促すことが行われているが、泥水の比重を上げると孔壁にマッドケーキが付着し易いため、本設杭では認められていないのが現状である。
【0052】
そこで、本実施形態では、泥水１０４の比重を上げることなく、下部ビット２０及び揚泥管３０の吸引口３１の近傍に、掘削孔１００内に上昇流を発生させる整流装置である上昇翼６０Ａ，６０Ｂ、拡径ビット安定液供給口５１及び拡径ビット翼５４を配置することで、沈降し易い土砂を巻き上げて掘削効率を向上させるように改良した。
【0053】
さらに、本実施形態では、揚泥管３０の吸引口３１の近傍に上昇流を抑制する整流装置である下降翼７０を配置することで、すでに掘削が完了した範囲の掘削孔１００内の安定液Ｌ１を静水状態にして孔壁１０３の安定を保つ構造とした。
【0054】
このように、本実施形態は、一つの掘削孔１００の中の水を、揚泥管３０の吸引口３１の下方の「掘削水循環領域」と、揚泥管３０の吸引口３１の上方の「安定液静水領域」との二つに分けることにより、掘削効率と孔壁品質の向上を図るものである。
【0055】
また、本実施形態によれば、揚泥管３０は、掘削孔１００の幅方向に互いに離隔した複数の吸引口３１を有するため、掘削孔１００の径が大きくなったとしても、揚泥管３０が掘削された土砂を吸引する効率を維持できる。
【0056】
また、本実施形態によれば、ロッド管１０の下部安定液供給口１１から噴出する安定液Ｌ１には、１０μｍ～数十μｍ以下の径の微細気泡Ｂが含まれるため、微細気泡Ｂの上昇に伴い掘削された土砂が上昇し易くなり、揚泥管３０が掘削された土砂を吸引する効率が向上し、削孔効率及び削孔速度が向上する。１０μｍ～数十μｍ以下の小さな径の微細気泡Ｂであれば、揚泥管３０の吸引の動力となるサクションポンプの動作不良を防止できる。また、通常の径の微細気泡では、上方向の狭い範囲にしか土砂を連行させる効力を発揮しないが、１０μｍ～数十μｍ以下の小さな径の微細気泡Ｂであれば、広範囲に土砂を連行させる効力を発揮する。また、本実施形態の微細な微細気泡Ｂは、下部ビット２０及び拡径ビット５０への土粒子の付着を引き剥がす。また、本実施形態の微細な微細気泡Ｂは、上昇翼６０Ａ，６０Ｂ及び下降翼７０の回転抵抗を低減する。
【0057】
また、本実施形態の微細気泡Ｂは安定液Ｌ１に含まれるコロイド粒子と結合することでコロイド粒子に浮力を付加する。コロイド粒子は安定液Ｌ１中に滞留することなく上昇するためマッドケーキの形成の進展防止に寄与する。さらに、本実施形態の微細気泡Ｂは、既に形成されたマッドケーキを引き剥がしマッドケーキ厚減少に寄与する。また、掘削完了後に鉄筋籠を建て込み安定液Ｌ１とコンクリートとを置換する際に、本実施形態の微細気泡Ｂは鉄筋籠と安定液Ｌ１の摩擦を低減させることにより、鉄筋籠に付着したベントナイトを低減させる。また、本実施形態の微細気泡Ｂ中に炭酸ガスを注入することにより置換されたコンクリートを緻密化させることができる。
【0058】
また、本実施形態によれば、ロッド管１０の下部安定液供給口１１は、ロッド管１０の下端から上方に離隔した位置に配置されているため、ロッド管１０の下端の孔底への押込み力が強くても、下部安定液供給口１１は安定して安定液Ｌ１を供給できる。
【0059】
また、本実施形態によれば、掘削孔１００の孔底１０２に固化材Ｌ２を供給する固化材供給口９１を有する固化材供給管９０をさらに備えるため、孔底１０２の土砂及び泥を固化材で固化させることにより、揚泥管３０が固化された土砂及び泥を吸引する効率が向上し、削孔効率及び削孔速度が向上する。
【0060】
また、本実施形態によれば、掘削孔１００の孔壁１０３に凹凸を形成する凹凸形成手段５５をさらに備えるため、掘削孔１００にコンクリートを打設し、現場打ち杭を築造した際に孔壁１０３の摩擦力を向上させることができる。
【0061】
また、本実施形態によれば、掘削孔１００の孔壁１０３から泥を除去する泥除去手段５６をさらに備えるため、掘削孔１００にコンクリートを打設し、現場打ち杭を築造した際に孔壁１０３の摩擦力を向上させることができる。
【0062】
なお、以上説明した本実施形態の掘削装置１Ａにおいて、拡径ビット５０、上昇翼６０Ａ，６０Ｂ及び下降翼７０のいずれか１つを備えていればよく、拡径ビット５０、上昇翼６０Ａ，６０Ｂ及び下降翼７０のいずれかが省略されてもよい。また、本実施形態の掘削装置１Ａにおいて、拡径ビット安定液供給口５１、拡径ビット翼５４、整流ファン８２、微細気泡Ｂの混入、固化材供給管９０、凹凸形成手段５５及び泥除去手段５６のいずれかは省略されてもよい。
【0063】
以下、本発明の第２実施形態の掘削装置について説明する。図６に示される本発明の第２実施形態の掘削装置１Ｂは、上記第１実施形態の掘削装置１Ａの下降翼７０に替えて整流板８０を備える。図６及び図７に示されるように、整流板８０は、揚泥管３０の吸引口３１の高さ以上の位置での泥水１０４の流れを抑制する。整流板８０は、揚泥管３０に接触しないような径を有する円板状部材である。図７に示されるように、整流板８０は、ロッド管１０が挿通されるロッド管挿通孔部８１を有する。ロッド管１０の外周面とロッド管挿通孔部８１の内周面とは接続されていないため、ロッド管１０の回動動に対して、整流板８０は回転動しない。
【0064】
整流板８０は、下方からの泥水１０４の流れにより回転動する整流ファン８２を有する。図７の例では、整流板８０は、平面視で互いに対称な位置に４つの整流ファン８２を有する。平面視で互いに対向する４つの整流ファン８２は、下方からの泥水１０４の流れによってロッド管１０の回転動と逆方向に回転動する。これにより、下方からの泥水１０４の流れが消失され、泥水１０４は静水状態となるため、整流板８０の回転動が防止される。なお、整流板８０の掘削孔１００での深度の維持のために、揚泥管３０又は孔口１０１から整流板８０まで延在する不図示の支持部材により整流板８０が支持されてもよい。
【0065】
本実施形態によれば、回転動可能及び上下動可能であり、下部に安定液Ｌ１を噴出する下部安定液供給口１１を有するロッド管１０と、ロッド管１０の下部に設けられ、ロッド管１０の回転動に伴い掘削孔１００を掘削する下部ビット２０と、下端に泥水を吸引する吸引口３１を有し、吸引口３１が下部ビット２０よりも上方に位置する揚泥管３０と、掘削孔１００の孔口１０１で安定液Ｌ１を供給する上部安定液供給口４１を有する安定液供給管４０とを備えた掘削装置１Ｂにおいて、揚泥管３０の吸引口３１の高さ以上の位置での泥水１０４の流れを抑制する整流板８０をさらに備えるため、揚泥管３０の吸引口３１の高さで掘削された土砂の泥水１０４の流れが抑制されるため、揚泥管３０が掘削された土砂を吸引する効率が向上し、整流板８０以浅の孔壁１０３の安定液Ｌ１の品質保持によるマッドケーキの付着を抑制でき、削孔効率、削孔速度及び杭の周面摩擦力が向上する。
【0066】
また、本実施形態によれば、整流板８０は、下方からの泥水１０４の流れにより回転動する整流ファン８２を有するため、揚泥管３０の吸引口３１の高さで掘削された土砂の泥水１０４の流れがさらに抑制されるため、揚泥管３０が掘削された土砂を吸引する効率が向上し、削孔効率及び削孔速度が向上する。
【0067】
上記第１実施形態の掘削装置１Ａと同様に、本実施形態では、揚泥管３０の吸引口３１の近傍に上昇流を抑制する整流装置である整流板８０を配置することで、すでに掘削が完了した範囲の掘削孔１００内の安定液Ｌ１を静水状態にして孔壁１０３の安定を保つ構造とした。
【0068】
このように、上記第１実施形態の掘削装置１Ａと同様に、本実施形態は、一つの掘削孔１００の中の水を、揚泥管３０の吸引口３１の下方の「掘削水循環領域」と、揚泥管３０の吸引口３１の上方の「安定液静水領域」との二つに分けることにより、掘削効率と孔壁品質の向上を図るものである。
【0069】
なお、以上説明した本実施形態の掘削装置１Ｂにおいて、整流板８０を備えていればよく、拡径ビット５０、及び上昇翼６０Ａ，６０Ｂのいずれかが省略されてもよい。また、本実施形態の掘削装置１Ｂにおいて、拡径ビット安定液供給口５１、拡径ビット翼５４、整流ファン８２、微細気泡Ｂの混入、固化材供給管９０、凹凸形成手段５５及び泥除去手段５６のいずれかは省略されてもよい。
【0070】
以下、本発明の第３実施形態の掘削装置について説明する。図８に示される本発明の第３実施形態の掘削装置１Ｃは、上記第１実施形態の掘削装置１Ａと同様に、ロッド管１０、下部ビット２０、揚泥管３０、不図示の安定液供給管４０、拡径ビット５０、固化材供給管９０、凹凸形成手段５５及び泥除去手段５６を備え、ロッド管１０の下部安定液供給口１１から噴出する安定液Ｌ１には、１０μｍ～数十μｍ以下の径の微細気泡Ｂが含まれる。なお、本実施形態では、揚泥管３０の吸引口３１は必ずしも下部ビット２０よりも上方に位置する必要はなく、可能であれば、揚泥管３０の吸引口３１は下部ビット２０の下端と同じ高さでもよい。一方、本実施形態の掘削装置１Ｃは、上記第１実施形態の掘削装置１Ａの上昇翼６０Ａ，６０Ｂ、下降翼７０、拡径ビット安定液供給口５１及び拡径ビット翼５４は備えていない。また、本実施形態の掘削装置１Ｃは、上記第２実施形態の掘削装置１Ｂの整流板８０は備えていない。
【0071】
本実施形態の掘削装置１Ｃでは、揚泥管３０の吸引口３１は、掘削孔１００の孔底１０２であって、孔底１０２の中心から離隔した位置に配置され、ロッド管１０の回転動に伴い位置を移動する。揚泥管３０は、ロッド管１０の周囲を外部の泥水１０４から封止しつつ囲繞する上部非回転部３２と、上部非回転部３２の下方でロッド管１０の周囲を外部の泥水１０４から封止しつつ囲繞する下部回転部３３とを有する。
【0072】
上部非回転部３２は、ベアリング３４を介してロッド管１０との間を封止されつつ、ロッド管１０が回転動可能なようにロッド管１０に連結されている。上記の構造により、ロッド管１０の回転動に伴い、上部非回転部３２は回転動しない。上部非回転部３２は、揚泥管３０の孔口１０１側と一体化している。上部非回転部３２の内部は、揚泥管３０の孔口１０１側と連通している。
【0073】
下部回転部３３は、ロータリージョイント３５を介して上部非回転部３２との間を封止されつつ、回転動しない上部非回転部３２に対して回転動可能なように上部非回転部３２と連結されている。下部回転部３３の下部は、ロッド管１０との間を封止されつつロッド管１０と一体化されている。上記の構造により、ロッド管１０の回転動に伴い、下部回転部３３は回転動する。下部回転部３３の内部は、上部非回転部３２の内部と連通している。下部回転部３３は、揚泥管３０の吸引口３１の側と一体化している。下部回転部３３の内部は、揚泥管３０の吸引口３１の側と連通している。
【0074】
揚泥管３０の吸引口３１の側は、孔底１０２の中心のロッド管１０から離隔した位置に配置されている。したがって、ロッド管１０の回転動に伴い、ロッド管１０と一体化されている下部回転部３３は回転動し、下部回転部３３と一体化した揚泥管３０の吸引口３１の側は、孔底１０２の中心から離隔しつつ平面視でロッド管１０を中心とした円を描くように位置を移動する。揚泥管３０の吸引口３１の側と、揚泥管３０の孔口１０１側とは、上部非回転部３２及び下部回転部３３を介して互いに連通しているため、吸引口３１で吸引された泥水１０４は孔口１０１まで揚げられる。
【0075】
本実施形態によれば、回転動可能及び上下動可能であり、下部に安定液Ｌ１を噴出する下部安定液供給口１１を有するロッド管１０と、ロッド管１０の下部に設けられ、ロッド管１０の回転動に伴い掘削孔１００を掘削する下部ビット２０と、下端に泥水１０４を吸引する吸引口３１を有する揚泥管３０と、掘削孔１００の孔口１０１で安定液Ｌ１を供給する上部安定液供給口４１を有する安定液供給管４０とを備えた掘削装置１Ｃにおいて、揚泥管３０の吸引口３１は、掘削孔１００の孔底１０２であって、孔底１０２の中心から離隔した位置に配置され、ロッド管１０の回転動に伴い位置を移動するため、揚泥管３０が掘削された土砂を吸引する効率が向上し、削孔効率及び削孔速度が向上する。
【0076】
つまり、ＢＣＨ工法では、泥水１０４の比重が小さいため、掘削により生じたスライム１０５が孔底１０２に溜まりやすい。特に、ロッド管１０の下部安定液供給口１１が配置される孔底１０２の中心から離隔した部位では、安定液Ｌ１の流れが遅く、揚泥管３０の吸引口３１の位置が一定であるため、スライム１０５が溜まりやすい。一方、本実施形態では、揚泥管３０の吸引口３１は、掘削孔１００の孔底１０２に配置され、孔底１０２の中心から離隔しつつ平面視でロッド管１０を中心とした円を描くように位置を移動するため、溜まりやすい位置のスライム１０５を効率良く吸引できる。
【0077】
なお、以上説明した本実施形態の掘削装置１Ｃにおいて、拡径ビット５０、微細気泡Ｂの混入、固化材供給管９０、凹凸形成手段５５及び泥除去手段５６のいずれかは省略されてもよい。
【0078】
以下、本発明の第４実施形態の掘削装置について説明する。図９（Ａ）、図９（Ｂ）及び図９（Ｃ）に示されるように、本実施形態の掘削装置１Ｄは、上記の第１実施形態の掘削装置１Ａ、第２実施形態の掘削装置１Ｂ及び第３実施形態の掘削装置１Ｃのいずれかの構成に加えて、ロッド管１０の下端に設けられ、掘削孔１００の孔底１０２に貫入される貫入部１２Ａと、孔底１０２に貫入された貫入部１２Ａに対してロッド管１０を回転動可能に連結する軸受部１３Ａとをさらに備える。また、ロッド管１０の下部安定液供給口１１は、貫入部１２Ａが貫入された孔底１０２よりも上方に位置する。本実施形態では、ロッド管１０の下部安定液供給口１１は、貫入部１２Ａが貫入された孔底１０２よりも上方であって、下部ビット２０の下方に位置する。
【0079】
貫入部１２Ａは、鉛直方向に延在し、側面視で下端が頂角をなす二等辺三角形状の板材から構成されている。側面視で二等辺三角形状の板材の表面及び裏面のそれぞれには、鉛直方向に延在し、側面視で下端が鋭角をなす直角三角形状の板材の直角を挟むいずれかの辺が接合されている。貫入部１２Ａは、平面視で十字状をなす。軸受部１３Ａは、軸方向が鉛直方向に延在するボールベアリングである。貫入部１２Ａの上端は、軸受部１３Ａの下端に接合されている。軸受部１３Ａは、孔底１０２に貫入され、孔底１０２に固定された貫入部１２Ａに対して、ロッド管１０の外周面を回転動可能に軸支する。ロッド管１０の下部安定液供給口１１は、平面視で十字状をなす貫入部１２Ａの板材の間から外部に連通し、安定液Ｌ１を噴出する。
【0080】
下部ビット２０が回転しつつ孔底１０２を掘削するときは、下部ビット２０と孔底１０２との摩擦が無い方が下部ビット２０は回転し易い。しかし、下部ビット２０が効率良く掘削するためには一定の押込み力を下部ビット２０に与えたいが、下部ビット２０に与える押込み力が強過ぎると下部ビット２０は回転し難い。一方、本実施形態では、ロッド管１０の下端に設けられて掘削孔１００の孔底１０２に貫入される貫入部１２Ａと、孔底１０２に貫入された貫入部１２Ａに対して下部ビット２０が設けられたロッド管１０を回転動可能に連結する軸受部１３Ａとをさらに備えるため、下部ビット２０に一定の押込み力を与えつつ、下部ビット２０を容易に回転させることができる。
【0081】
また、下部ビット２０及びロッド管１０に与える押込み力が強過ぎると、ロッド管１０の下部安定液供給口１１からの安定液Ｌ１の噴出量が下がる可能性がある。一方、本実施形態によれば、ロッド管１０の下部安定液供給口１１は、貫入部１２Ａが貫入された孔底１０２よりも上方に位置するため、下部ビット２０及びロッド管１０の孔底１０２への押込み力が強くても、下部安定液供給口１１は安定して安定液Ｌ１を噴出できる。本実施形態では、押込み力を一定に保持可能である。また、下部安定液供給口１１から噴出される安定液Ｌ１の流れにより、孔底１０２は掘られる。本実施形態では、押込み力と安定液Ｌ１の流れとにより孔底１０２が掘られ、下部ビット２０が下がった分、下部ビット２０で掘削がなされる。
【0082】
また、本実施形態では、孔底１０２に貫入部１２Ａが貫入され、軸受部１３Ａにより、孔底１０２に貫入された貫入部１２Ａに対してロッド管１０が回転動可能に連結されるため、ロッド管１０の回転の安定性が向上する。このため、円錐状の孔底１０２の頂角（ピット角）を緩め、孔底１０２が緩やかになることで、孔底１０２にスライムが溜まり難くなる。このため、下部ビット２０の高さを縮めることが可能となり、揚泥管３０の吸引口３１を下部ビット２０に近づけることができ、揚泥能力がさらに高まる。
【0083】
以下、本発明の第５実施形態の掘削装置について説明する。図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）、図１０（Ｃ）、図１０（Ｄ）及び図１０（Ｅ）に示されるように、本実施形態の掘削装置１Ｅは、上記の第１実施形態の掘削装置１Ａ、第２実施形態の掘削装置１Ｂ及び第３実施形態の掘削装置１Ｃのいずれかの構成に加えて、ロッド管１０の下端に設けられ、掘削孔１００の孔底１０２に貫入される貫入部１２Ｂと、孔底１０２に貫入された貫入部１２Ｂに対してロッド管１０を回転動可能に連結する軸受部１３Ｂとをさらに備える。また、ロッド管１０の下部安定液供給口１１は、貫入部１２Ｂが貫入された孔底１０２よりも上方に位置する。本実施形態では、ロッド管１０の下部安定液供給口１１は、貫入部１２Ｂが貫入された孔底１０２よりも上方であって、下部ビット２０の下方に位置する。
【0084】
貫入部１２Ｂは、環状基部１４と板状先端部１５とから構成されている。板状先端部１５は、上記の第４実施形態の貫入部１２Ａと同様に、鉛直方向に延在し、側面視で下端が頂角をなす二等辺三角形状の板材から構成されている。側面視で二等辺三角形状の板材の表面及び裏面のそれぞれには、鉛直方向に延在し、側面視で下端が鋭角をなす直角三角形状の板材の直角を挟むいずれかの辺が接合されている。板状先端部１５は、平面視で十字状をなす。環状基部１４は、平面視で円環状をなす部材である。環状基部１４の下端には、板状先端部１５の上端が接合されている。
【0085】
軸受部１３Ｂは、軸方向が鉛直方向に延在するスラストベアリングである。軸受部１３Ｂの下端には、貫入部１２Ｂの環状基部１４の上端が接合される。軸受部１３Ｂの上端には、ロッド管１０の下端が接合される。軸受部１３Ｂは、孔底１０２に貫入され、孔底１０２に固定された貫入部１２Ｂに対して、ロッド管１０の下端を回転動可能に軸支する。ロッド管１０の下部安定液供給口１１は、平面視で円環状をなす環状基部１４の円環の内側と、平面視で十字状をなす板状先端部１５の板材の間とから外部に連通し、安定液Ｌ１を噴出する。本実施形態においても、上記第４実施形態と同様の効果を奏する。
【0086】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく様々な形態で実施される。例えば、貫入部１２Ａ，１２Ｂ、軸受部１３Ａ，１３Ｂ、拡径ビット５０、上昇翼６０Ａ，６０Ｂ、下降翼７０、整流板８０、拡径ビット安定液供給口５１、拡径ビット翼５４、整流ファン８２、固化材供給管９０、凹凸形成手段５５及び泥除去手段５６の形状、位置及び数量は適宜変更可能である。また、上記の掘削装置１Ｃにおいて、揚泥管３０の吸引口３１が、掘削孔１００の孔底１０２であって、孔底１０２の中心から離隔した位置に配置され、ロッド管１０の回転動に伴い位置を移動すれば、その構造は適宜変更可能である。
【符号の説明】
【0087】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ…掘削装置、１０…ロッド管、１１…下部安定液供給口、１２Ａ，１２Ｂ…貫入部、１３Ａ，１３Ｂ…軸受部、１４…環状基部、１５…板状先端部、２０…下部ビット、３０…揚泥管、３１…吸引口、３２…上部非回転部、３３…下部回転部、３４…ベアリング、３５…ロータリージョイント、４０…安定液供給管、４１…上部安定液供給口、５０…拡径ビット、５１…拡径ビット安定液供給口、５２…下方導入管、５３…上方導入管、５４…拡径ビット翼、５５…凹凸形成手段、５６…泥除去手段、５７…ブラシ、５８…吸引ノズル、６０Ａ，６０Ｂ…上昇翼、７０…下降翼、８０…整流板、８１…ロッド管挿通孔部、８２…整流ファン、９０…固化材供給管、９１…固化材供給口、１００…掘削孔、１０１…孔口、１０２…孔底、１０３…孔壁、１０４…泥水、１０５…スライム、Ｌ１…安定液、Ｌ２…固化材、Ｂ…微細気泡。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】