JP2009299459A - 掘削装置及び掘削方法 - Google Patents

Abstract

【課題】掘削装置において、掘削中に連続ねじ錐の長さを超えても、掘削孔を効率的に形成することができるようにする。
【解決手段】掘削装置１０は、支柱１２に移動可能に取り付けられた掘削駆動部１６と、掘削駆動部１６によって、支柱１２に沿って回転可能に駆動し、移動できる掘削素子２０であって、掘削駆動部１６の下方に配置された連続ねじ錐２２と、連続ねじ錐２２に接続され、掘削駆動部１６によって上方に延びる延長部３０とを有する掘削素子２０と、を含む。そして、移動ヘッド４０が、連続ねじ錐２２と延長部３０との間に配置され、土壌を掘削孔６の壁に押し込むように構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、支柱（mast）と、その上を移動するために取り付けられた掘削駆動部と、掘削駆動によって支柱に沿って回転可能に駆動し、移動できる掘削素子であって、掘削駆動の下方に配置された連続ねじ錐と、連続ねじ錐に接続され、掘削駆動部によって上方へ延びる延長部とを有する掘削素子と、を含む掘削装置に関する。

また、本発明は、掘削素子が、掘削駆動部によって、支柱に沿って回転可能に駆動して移動し、当該掘削素子が、掘削駆動部の下方に配置された連続ねじ錐と、連続ねじ錐に接続され、掘削駆動部によって上方へ延びる延長部と、を含む、掘削方法に関する。

掘削孔を形成するための、特に、基礎要素を形成するための、いわゆる連続ねじ錐を用いることは、長年知られている。連続ねじ錐では、掘削用螺旋（drill helix）が、回転運動によって掘削孔から表面に向けてほぐされた土壌を運ぶために、掘削バーの全長に沿って配置される。連続ねじ錐は、掘削駆動システムによって駆動され、また、通常、垂直に配置される支柱に沿って、掘削方向に移動する。この既知の方法において、掘削孔の深さは、連続ねじ錐の長さ及び支柱の高さによって制限される。

支柱の長さ、または、連続ねじ錐の長さを超えて掘削孔の深さを増大させるために、独国特許第６０１０２２５５Ｔ２号または欧州特許第１６１４８５３Ｂ１号は、延長バーを連続ねじ錐の最上部に配置し、掘削駆動システムによって延長バーを上方に延ばすことを提案している。これにより、掘削孔の深さを、ほぼ延長バーの長さ分増大させることができる。

独国特許第６０１０２２５５Ｔ２号明細書 欧州特許第１６１４８５３Ｂ１号明細書

しかし、機能上の理由により、供給用螺旋（feed helix）を延長バーに取り付けることはできない。このため、連続ねじ錐の長さを超えて、掘削孔を掘り下げる場合、掘削した土壌を供給用螺旋によって、表面に運ぶことができない。従って、土壌は、延長バーの領域で連続ねじ錐の上方の掘削孔に蓄積する。これにより、望ましくない土壌圧縮または掘削孔の閉塞が起こり、その後、掘削孔から掘削素子を引き抜くことが困難になる。さらに、掘削孔の壁が、この領域において損傷する可能性があり、掘削孔に充填材を詰めることによる、掘削孔への基礎要素の搬入に悪影響を与える可能性がある。これを防ぐため、掘削素子を断続的に掘削孔から取り出して、土壌を除去しなければならない。

本発明の目的は、掘削孔を良質に保ちながら、連続ねじ錐を用いて、連続ねじ錐の長さを超えて、掘削孔を効率的に形成することができる掘削装置及び掘削方法を提供することである。

本発明によれば、本目的は、請求項１の特徴を有する掘削装置と、請求項１１の特徴を有する掘削方法によって達成される。好ましい実施形態は、各従属項に明記される。

本発明の掘削装置は、移動ヘッド（displacement head）が、連続ねじ錐と延長部との間に配置されることを特徴とする。

連続ねじ錐の長さを超えて掘削孔を掘り下げる場合、移動ヘッドは、上端に向けて運ばれる土壌を、連続ねじ錐の真上の掘削孔の壁の中へと脇へ押し込む。このように、土壌は、掘削孔の中に蓄積されることがないので、閉塞することがない。むしろ、移動ヘッドは、土壌を脇へ押し込むので、掘削孔の壁を積極的に圧縮し、さらに安定させる。これにより、掘削孔の安定性及び質が向上し、掘削孔の崩落を積極的に防ぐ。このように、本発明の掘削装置を用いて、延長部の端部が届くまで、単一連続動作で、連続ねじ錐の長さを超えて掘削孔を掘り下げることができる。これにより、より深い掘削孔の形成を大幅に迅速化し、さらに、運び去られる掘削した土壌の量を低減することができる。

原理上、延長部は、どのような形状でもよい。特に、延長部は、テレスコープバー、または、いくつかの部分から成るバーでもよい。本発明によれば、延長バーは、外面に駆動隆起部分（drive ridge）を有するケリーバー（Kelly bar）として設計されることが特に好ましい。通常、一体成形のバーの外面にある駆動隆起部分は、掘削駆動システムから延長部にトルクを伝達するために、掘削駆動システムの出力装置の対応する同調因子と動作可能なように相互作用する。駆動隆起部分は、環状の掘削駆動システムによって延長部が軸方向に移動できるように、掘削軸に平行に配置されている。さらに、掘削駆動システムから延長部に軸方向の力を伝達するために、横方向の隆起部分を有する、いわゆる係止凹部を設けてもよい。

特に深い掘削深度を達成するため、本発明によれば、連続ねじ錐の長さが、支柱の長さ、または、掘削駆動部の最大移動距離とほぼ等しいことが好ましい。支柱に沿って移動可能な掘削駆動部の最大移動距離は、このように利用することができる。掘削孔は、その深さが、連続ねじ錐の長さに対応しており、このように効率的に形成することができる。

基礎要素を搬入するため、本発明によれば、連続ねじ錐及び／または延長部が中空コア管を有することが好ましい。このように、中空コア管によって、掘削孔を掘り下げた後、掘削素子から直接、充填材、特に、例えば、コンクリートなどの、凝固させたり硬化性懸濁液を送り込めることが好ましい。このため、１つ以上の排出開口が、連続ねじ錐の下端部に設けられる。これにより、掘削孔から連続ねじ錐を引き抜きながら、同時に、掘削孔を底から充填させることができる。

本発明の掘削素子には、幅広い種類の移動ヘッドを用いることができる。従って、延長部と連続ねじ錐との間において、軸方向に対称な移動ヘッド、掘削軸に対して偏心した移動ヘッド、または、他の移動ヘッドを用いることができる。

本発明によれば、特に、移動ヘッドが、直径が掘削直径とほぼ等しい、円筒形の移動部を有することが好ましい。掘削直径は、連続ねじ錐上の掘削用螺旋の外径によって、または、連続ねじ錐の下端部の対応する放射状の先端によって、予め定められる。移動部は、土質によって、掘削直径よりも若干小さいか、大きくすることができる。直径を等しくすることにより、掘削孔に移動ヘッドを挿入すること、及び、掘削孔から連続ねじ錐を引き抜くことが容易になるので、好ましい。

本発明によれば、移動ヘッドが、直径が連続ねじ錐の中心管の直径から移動部の直径まで上方に向けて増大する、下方円錐部を有することが好ましい。これにより、移動ヘッドまで運ばれる土壌を、徐々に掘削孔の壁に押し込むことができる。また、掘削孔への移動ヘッドの挿入も容易になる。

本発明によれば、土壌を掘削動作中に移動部へ、上方に向けて、運ぶことができる下方螺旋を下方円錐部に設けることにより、掘削孔への移動ヘッドの挿入が、さらに改善される。このように、この下方螺旋は、移動部の円錐状の外面に位置し、連続ねじ錐の供給用螺旋と同じ運搬方向を有する。

さらに、本発明によれば、移動ヘッドが、直径が移動部の直径から延長部の直径まで上方に向けて、次第に細くなる、上方円錐部を有することが好ましい。この配置により、上方から移動ヘッドに落ちる土壌を、移動部の移動ゾーンに送ることができる。

本発明によれば、この効果は、掘削動作中、土壌を移動部へ、下方に向けて運ぶことができる上方螺旋を上方円錐部に設けることで、助長される。このように、この螺旋は、連続ねじ錐の螺旋、または、下方円錐部に設けられた螺旋に対して逆ピッチ方向を有する。上方螺旋は、上方から落ちる土壌を積極的に移動部のゾーンに運ぶ。

本発明の好ましい実施形態において、移動部及び／または移動部の少なくとも１つの円錐部は、さらに、移動素子を備える。移動素子は、土壌を掘削孔の壁に押し込んだり、取り込む働きを高める、溶接片または弓形形状素子でもよい。同時に、移動素子は、強力な土壌除去を受けた場合、容易に交換可能な摩耗部品となることができる。

本発明の掘削方法は、連続ねじ錐の長さと等しい第１掘削深度になるまで続く第１掘削ステップにおいて、土壌を、連続ねじ錐によって表面まで運び、第１掘削深度から始まる第２掘削ステップにおいて、掘削された土壌を、連続ねじ錐によって、土壌を掘削孔の壁に押し込む移動ヘッドに供給することを特徴とする。

連続ねじ錐の長さを超えて掘削孔を掘り下げ、掘削孔の壁を固定し、掘削した土壌の蓄積を防ぐことに関する上記の効果は、本発明のこの方法を用いて達成される。この掘削方法により、掘削孔を、単一連続動作、または、多くのステップで断続的に形成することができ、掘削素子は、一定の時間間隔で、または、一定の深さで引き抜かれる。特に、移動ヘッドが掘削孔の壁を複数回通り過ぎることにより、掘削孔の壁を効果的に固定することができる。

基礎要素の形成に関しては、本発明によれば、基礎要素を形成するのに用いられる充填材を、最終深度に達した時に掘削孔に導入することが好ましい。充填材は、例えば、砂、石灰などの乾燥材料、または、コンクリート混合物などの硬化性懸濁液でもよい。充填材は、連続ねじ錐の中央芯管（central core tube）から掘削孔に導入することが好ましい。

本発明の掘削装置及び掘削方法によれば、掘削孔を良質に保ちながら、連続ねじ錐を用いて、連続ねじ錐の長さを超えて、掘削孔を効率的に形成することができる。

本発明の掘削方法の開始における本発明の掘削装置の側面図である。 第１掘削ステップの完了時の、図１に示された掘削装置の側面図である。 第２掘削ステップにおける、図１及び図２に示された装置の側面図である。 第１掘削ステップの期間の本発明の掘削装置の部分図である。 第２掘削ステップの期間の本発明の掘削装置の部分図である。

本発明の掘削方法は、本発明の掘削装置１０とともに図１から図３に図示されている。図１に示すように、掘削装置１０は、ベース１４上に調整機構１３を介して枢動可能に取り付けられた、ほぼ垂直に配置された支柱１２を有する。本実施形態では、ベース１４は、回転可能な上部構造を有するクローラ式の車両の形状である。

スライド１８は、移動のため、支柱１２に沿って、ケーブル引張機構（cable pully mechanism）を介して既知の方法で設けられる。環状掘削駆動部１６は、棒状の掘削素子２０を駆動する目的で、スライド１８上に設けられる。掘削素子２０は、下方部に、中央導管またはコアチューブ２４から成る、いわゆる連続ねじ錐２２を有し、連続ねじ錐２２の外面には、供給用螺旋２６がほぼ全長にわたって延びている。土壌を除去する切断部２８が、連続ねじ錐２２の下端部に既知の方法で形成される。

連続ねじ錐２２の長さは、支柱１２の長さに合わせられ、支柱１２の長さとほぼ等しい。説明する実施形態では、支柱の長さは約２０メートルであり、連続ねじ錐の長さは約１５メートルである。連続ねじ錐２２の長さは、支柱１２の長さよりも多少短いが、これは、実質的に、スライド１８を含む掘削駆動部１６の大きさ及び長さによる。

移動ヘッド４０は、図４及び図５を参照して以下により詳細に説明するが、掘削駆動部１６の下方で、連続ねじ錐２２の最上端に接続される。移動ヘッド４０に隣接して、棒状の延長部３０が取り付けられ、掘削駆動部１６の下方に配置された移動ヘッド４０から、環状の掘削駆動部１６を通って上方に延びる。駆動方向に長手方向に伸びる駆動隆起部３２は、ケリーバーのように、延長部３０の外面に配置される。掘削駆動部１６のトルクは、これらの駆動隆起部３２によって、延長部３０に伝達され、駆動素子２０全体に伝達される。駆動隆起部３２は、さらに、既知の方法で、同時トルク伝達により、掘削駆動部１６に対して延長部３０を軸方向に移動させることができる。

図２に示す第１掘削ステップでは、掘削孔６を、連続ねじ錐２２の最上端に達するまで掘り下げる。この第１掘削ステップの間、切断部２８によって除去された土壌が、供給用螺旋２６によって、上方に向けて、掘削孔６の外へ運ばれる。第１掘削ステップが完了すると、掘削駆動部１６が、最大移動距離に達するまで、すなわち、図１に示す上部初期位置から支柱の下端部の下端位置まで、移動する。さらに掘削孔６を掘り下げるため、掘削素子２０は、固定された掘削駆動部１６によって、延長部３０を越えてさらに下へと移動する。掘削装置１０は、実質的に、掘削素子２０の重さ及び供給用螺旋２６の推進作用によって、掘削方向に下方へと著しく進むことができる。しかし、代わりに、掘削駆動部１６が、リセットされ、延長部３０が、掘削方向に積極的に移動してもよい。

第２掘削ステップでは、除去された土壌を、連続ねじ錐２２の供給用螺旋２６によって、表面に運ぶことはできない。掘削孔６に入った棒状延長部３０の領域の閉塞を防ぐため、本発明によって提案されているように、移動ヘッド４０が、この除去された土壌を掘削孔の壁の中へと脇へ押し込む。棒状延長部が図３に示すように下端位置へと移動する、第２掘削ステップが完了すると、充填材を、延長部３０の内部空洞及びコアチューブ２４を介して、延長部３０の最上端の懸濁液口３４から、連続ねじ錐２２の下端部の掘削孔６へと供給することができる。

図４は、第１掘削ステップの期間の、本発明の掘削方法を示す。ここでは、掘削孔６が、連続ねじ錐２２によって地面２に形成される。供給用螺旋２６が、除去された土壌４を、表面３に向けて掘削孔６の外へ上方に運ぶ。掘削された土壌４は、既知の方法で、ここから除去し、運び去ることができる。

連続ねじ錐２２のコアチューブ２４の最上端には、（ここでは図示しない）移動ヘッド４０が回転不可に連結された、チューブ接続部２５が配置される。

第１掘削ステップが完了し、掘削駆動部１６が最大移動距離に達し、連続ねじ錐２２が全長にわたって地面２を貫通すると、移動ヘッド４０は、図５に示すように、上方に向けて運ばれる土壌４を、掘削孔７の壁の中へと脇へ押し込む。

好ましい実施形態では、移動ヘッド４０は、外面に帯状の移動素子４４が配置された、略中央円筒形移動部４２を有する。外面に下方螺旋４８を備える下方円錐部４６が、移動部４２の下方に配置される。下方螺旋４８は、除去された土壌４を移動部４２の領域に運ぶ働きをする。

逆円錐形の下方円錐部４６は、導管接続部２５を用いて、連続ねじ錐２２に回転不可に接続される。下方円錐部４６の直径は、コアチューブ２４の直径から円筒移動部４２の直径まで、継続的に増大する。

逆に、上方螺旋５２を有する上方円錐部５０は、移動部４２の上方に配置される。上方螺旋５２は、下方螺旋４８の運搬方向に対して反対の運搬方向を有し、土壌は、上方螺旋５２によって、通常の掘削方向に、中央移動部４２へ下方へと運ばれる。

上方円錐部５０は、直円錐形状であり、その直径は、移動部４２の直径から棒状延長部３０のほぼ直径まで、上方に向けて、均一に次第に細くなる。棒状延長部３０は、上方チューブ接続部を介して、移動ヘッド４０に回転不可に接続される。

Claims (12)

1. 掘削装置であって、
   支柱と、
   前記支柱に移動可能に取り付けられた掘削駆動部と、
   前記掘削駆動部によって、前記支柱に沿って回転可能に駆動し、移動できる掘削素子であって、前記掘削駆動部の下方に配置された連続ねじ錐と、前記連続ねじ錐に接続され、前記掘削駆動部によって上方に延びる延長部とを有する掘削素子と、を含み、
   移動ヘッドが、前記連続ねじ錐と前記延長部との間に配置される、掘削装置。
2. 請求項１に記載の掘削装置であって、
   前記延長部が、外面に駆動隆起部を有するケリーバーとして構成される、掘削装置。
3. 請求項１に記載の掘削装置であって、
   前記連続ねじ錐の長さが、前記支柱の長さ、または、前記掘削駆動部の最大移動距離とほぼ等しい、掘削装置。
4. 請求項１に記載の掘削装置であって、
   前記連続ねじ錐及び前記延長部の少なくとも一方が、中空コア管を有する、掘削装置。
5. 請求項１に記載の掘削装置であって、
   前記移動ヘッドが、直径が掘削直径とほぼ等しい、円筒形の移動部を有する、掘削装置。
6. 請求項５に記載の掘削装置であって、
   前記移動ヘッドが、直径が前記連続ねじ錐の中心管の直径から前記移動部の直径まで、上方に向けて増大する下方円錐部を有する、掘削装置。
7. 請求項６に記載の掘削装置であって、
   掘削動作中に、土壌を前記移動部へ、上方に向けて運ぶ下方螺旋が、前記下方円錐部に配置される、掘削装置。
8. 請求項５に記載の掘削装置であって、
   前記移動部が、直径が前記移動部の直径から前記延長部の直径まで、上方に向けて、減少する、上方円錐部を有する、掘削装置。
9. 請求項８に記載の掘削装置であって、
   掘削動作中に、土壌を前記移動部へ、下方に向けて運ぶ上方螺旋が、前記上方円錐部に配置される、掘削装置。
10. 請求項５に記載の掘削装置であって、
    前記移動部、及び／または、前記円錐部のうち少なくとも一方が、移動素子を備える、掘削装置。
11. 特に、掘削素子が、掘削駆動部によって回転し、支柱に沿って移動し、前記掘削素子が、前記掘削駆動部の下方に配置された連続ねじ錐と、前記連続ねじ錐に接続され、前記掘削駆動部によって上方に延びる延長部とを有する、前記請求項１に記載の掘削装置を実現する掘削方法であって、
    前記連続ねじ錐の長さとほぼ等しい第１掘削深度になるまで続く第１掘削ステップにおいて、土壌を、前記連続ねじ錐によって表面まで運び、前記連続ねじ錐の前記第１掘削深度から始まる第２掘削ステップにおいて、掘削孔の壁に土壌を押し込む前記移動ヘッドに土壌を供給する、掘削方法。
12. 基礎要素を生成する方法であって、
    掘削孔が、請求項１１に記載の掘削方法によって生成され、最終掘削深度に達した場合、充填材を前記掘削孔に入れて前記基礎要素を形成する、方法。

Images