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JP4009048B2 - Curved drilling rig - Google Patents

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JP4009048B2
JP4009048B2 JP2000036087A JP2000036087A JP4009048B2 JP 4009048 B2 JP4009048 B2 JP 4009048B2 JP 2000036087 A JP2000036087 A JP 2000036087A JP 2000036087 A JP2000036087 A JP 2000036087A JP 4009048 B2 JP4009048 B2 JP 4009048B2
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JP
Japan
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tube
inner pipe
bent
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inner tube
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Inventor
鉄雄 川人
弘 一色
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ライト工業株式会社
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Publication date
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  • Excavating Of Shafts Or Tunnels (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば、トンネル構築において、トンネル内壁近傍の地盤を改良する際に好適に用いられる曲線掘削装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
一般に、トンネルを構築する場合には、図9に太めの2点鎖線で示すように、トンネル構築予定領域Aの掘削に先立って、このトンネル構築予定領域Aの内壁近傍の地盤(以下、地盤改良領域と称す)Bを改良することが行われている。
これは、トンネル構築予定領域Aを掘削する際に、地下水の湧水や周辺地盤の沈下等と防止するためにとられる処置である。
【0003】
そして、この地盤改良領域Bを改良する方法として従来では、図9に示すように、前記トンネル構築予定領域Aの上端部に、パイロット坑Cを掘削した後に、、図10に示すように、直線状の外管1と、この内部に挿入されるとともに、前記外管1の先端部から前方へ突出して位置させられる掘削ビット2を備えた内管3とを備えた掘削装置を用い、図11に示すように、前記パイロット坑Cから前記地盤改良領域Bへ向けて、改良剤注入用の注入口Dを掘削し、この注入口Dに適宜手段を用いて改良剤を注入するとともに、この改良剤を前記地盤改良領域Bの地盤中に浸透させることにより、前記地盤改良領域Bの地盤を改良するようにしている。
【0004】
ところで、このような従来の地盤改良方法によると、注入口Dを掘削する掘削装置が直線状に形成されていることから、前記地盤改良領域Bに均一に改良剤を注入するには、図11に示すように、前記注入口Dを、一つの鉛直方向の断面内において、角度を変えて多数形成する必要がある。
しかしながら、このような方法によると、一つの鉛直面内について多数の注入口Dを掘削する必要があることから、作業工程が長期化するといった問題点や、改良剤が均一に注入されないといった問題点がある。
【0005】
そこで、このような問題点を解消するための一方法として、図12に一点鎖線で示すように、前記注入口Dを、トンネル構築予定領域Aの内壁面に沿うように湾曲させて形成することが提案されている。
このような注入口Dを形成することにより、注入口Dとトンネル構築予定領域Aの内壁面とが略平行となることから、この内壁面に対して均一な厚さに地盤改良領域Bを形成することができる。
【0006】
一方、このような湾曲した注入口Dを掘削するために従来では、図13に示すように、一定の曲率を有する外管5内に、この外管と同一曲率を有する内管6を挿入し、この内管6の先端部に回転駆動機構7を介して掘削ビット8を取り付けた掘削装置を用いている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図13に示す掘削装置を用いて湾曲した注入口Dを掘削する場合、外管5及び内管6が、ともに同一曲率で湾曲させられていることにより、外管5に対して内管6を相対回転させることができない。
この結果、内管6の先端に装着されている掘削ビット8を回転させるためには、前述したように、前記内管6の先端部に回転駆動機構7を設け、この回転駆動機構7によって前記掘削ビット8を回転させるようにする必要があるが、この回転駆動機構7を外管5の内部に位置させることにより、この外管5の内径が大きくなってしまう。
また、回転駆動機構7を先端部に設けることによって、作動油等の動力を前記回転駆動機構7まで供給する必要があることから、そのための動力供給手段を外管5内に挿入する必要があり、この点からも外管5の大径化が避けられない。
さらに、掘削ビット8の回転を確保するためには、外管5と内管6との相対回動、あるいは、外管5と回転駆動機構7との相対回動を拘束する必要があり、そのための回転防止機構を外管5内に設ける必要があり、一層外管5の大径化が助長される。
したがって、このような従来の技術においては、注入口Dの最小径が制限されてしまうといった不具合がある。
【0008】
一方、改良する地盤の地質によっては、掘削ビット8の回転のみでは掘削が困難で、この掘削ビット8に軸方向のパーカッションを与えて、地盤に衝撃力を与える必要が生じる。
このために、前記回転駆動機構7に加えて、パーカッション機構を内管6の先端部に併設しようとすると、このパーカッション機構が、ある程度の直線的なストロークを必要とし、かつ、このストロークが、前記外管5とその内径とによって規制されることから、パーカッション機構の能力が制限されてしまう。
さらに、前記パーカッション機構を内管6の基端部に設けることにより、寸法の制約を解除してその大型化を図ることも考えられるが、内管6の先端部には回転駆動機構7が設けられており、この回転駆動機構7が、パーカッション機構によって与えられる衝撃力によって損傷を受けることが想定されるため、有効な解決手段とはなり得ていない。
【0009】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたもので、曲線掘削を行う際に、極力小径の掘削を可能にする曲線掘削装置を提供することを第1の目的とし、また、パーカッションを伴う掘削を可能にする曲線掘削装置を提供することを第2の目的とする。
【0010】
本発明の請求項1に記載の曲線掘削装置は、前述した目的を達成するために、 一定曲率に曲げられ、長さ方向に順次連結される複数の曲がり外管と、この曲がり外管内に挿入され、長さ方向に順次連結される直線状の内管と、最先端の内管の先端に設けられた掘削ビットと、前記曲がり外管の外周面を把持し、この曲がり外管を前方に推進させる外管用推進装置と、前記内管の基端部を保持するとともに、この内管を回転及び推進させる内管用回転推進装置とから構成され、前記内管どうしは連結部で連結され、前記連結部は、前方側に位置する前記内管に接続される連結筒と、後方側に位置する前記内管に接続される連結ロッドとを有し、前記連結ロッドの前方側には、長さ方向の両端面に球殻状の摺動面が形成された摺動部材が取り付けられ、前記連結筒の前記摺動部材を挟み込む位置に、前記摺動面に摺動自在に当接する球面受け座が設けられ、前記摺動部材は前記球面受け座に対して前記摺動面方向への相対移動が許容された状態で、前記連結筒の長さ方向への移動が拘束され、前記連結部が、これらの内管を、その軸線を通る面内において屈曲可能に、かつ、軸線周りの相対回動を拘束した状態で連結するようになされていることを特徴とする。
本発明の請求項2に記載の曲線掘削装置は、請求項1に記載の前記内管どうしの連結部が、一方の内管の端部内周面に形成された第1のスプラインと、他方の内管の端部外周面に形成され、前記第1のスプラインに噛合される第2のスプラインとによって構成され、
前記第2のスプラインの周面及び両側面が、その長さ方向の中間部を頂点として両端部に行くにしたがい漸次狭まるようにテーパー状に形成されていることを特徴とする。
本発明の請求項3に記載の曲線掘削装置は、請求項1または2に記載の前記一方の内管の端部に、他方の内管の端面が摺動自在に当接させられる球面受け座が設けられていることを特徴とする。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について、図1ないし図8に基づき説明する。
なお、以下の説明中、図9および図12と共通する部分については同一符号を用いて説明を簡略化する。
図1中、符号10は、本実施形態に係わる掘削装置を示し、この掘削装置10は、一定曲率に曲げられた曲がり外管11と、この曲がり外管11に挿入され、先端部に掘削ビット12が設けられた直線状の内管13と、前記曲がり外管11の外周面を把持し、この曲がり外管11を前方に推進させる外管用推進装置14と、前記内管13の基端部を保持するとともに、この内管13を回転及び推進させる内管用回転推進装置15とから構成され、これらの外管用推進装置14と内管用回転推進装置15とが、前記外管11と内管13とを、前記掘削ビット12が前記外管11の先端から常時突出するような位置関係に保持するようになされているとともに、前記外管11及び内管13が長さ方向に順次連結されるようになされ、かつ、前記内管13どうしの連結部が、これらの内管13を、その軸線を通る面内において屈曲可能に、かつ、軸線周りの相対回動を拘束した状態で連結するようになされた基本構成となっている。
【0012】
ついで、これらの詳細について説明すれば、前記外管用推進装置14は、前記曲がり外管11の基端部(後端部)を回転不可能に把持するように構成されており、また、内管用回転推進装置15は、本実施形態においては、前記内管13の基端部を相対回転を拘束した状態で把持してこの内管13を回転させる回転駆動機構と、この内管13に軸方向のパーカッションを与えるパーカッション機構(何れも図示略)とを備えている。
そして、これらの外管用推進装置14と内管用回転推進装置15は、パイロット抗Cに設置された基台16上に走行可能に設置されており、また、外管用推進装置14と内管用回転推進装置15とは、これらにそれぞれ固定される曲がり外管11と内管13とが、この内管13の先端部に取り付けられている掘削ビット12を前記曲がり外管11の先端部から所定長さ突出した状態に保持するように、その相対的な位置関係が保持されるようになっている。
【0013】
また、前記基台16には、前記外管用推進装置14及び内管用回転推進装置15を、前述した位置関係に保持しつつ前記曲がり外管11の軸方向に推進させるための推進機構17が設けられている。
【0014】
一方、前方に位置させられる内管13の後端部には、図2に示すように、連結筒18が螺着されるとともに、溶接等によって一体に固定されており、この連結筒18の後部内周面には、図3及び図4に詳述するように、直線状の歯によって形成された第1のスプライン19が形成されている。
【0015】
また、後方に位置させられる内管13の先端部には、前記連結筒18内に挿入される連結ロッド20が螺着されており、この連結ロッド20の長さ方向の略中間部には、前記第1のスプライン19に噛合される第2のスプライン21が形成されている。
そして、この第2のスプライン21の各歯21aが、周面及び両側面が、その長さ方向の中間部を頂点として両端部に行くにしたがい漸次狭まるようにテーパー状に形成されている。
【0016】
したがって、これらの第1のスプライン19と第2のスプライン21とにより、前記連結筒18と連結ロッド20とが、その軸線周りの相対回動が拘束されるとともに、前記軸線を通る面内において所定角度(第2のスプライン21のテーパの角度)の範囲内で屈曲可能に連結されるようになされている。
【0017】
また、前記連結ロッド20の先端部には、摺動部材22が取り付けられており、この摺動部材22の先端面が球殻状に突出させられた第1の摺動面22aとなされ、かつ、後端面が、球殻状に窪まされた第2の摺動面22bとなされている。
【0018】
さらに、前記連結筒18の内部には、前記第1のスプライン19の先端に当接させられて、前記連結筒18の後方への移動が拘束され、かつ、前記摺動部材22の第2の摺動面22bが摺動自在に当接させられる第1の球面受け座23が設けられているとともに、前記連結筒18が取り付けられる内管13の後端部に当接させられることにより、連結筒18の前方への移動が拘束され、かつ、前記摺動部材22の第1の摺動面22aが摺動自在に当接させられる第2の球面受け座24が設けられており、これらの第1の球面受け座23と第2の球面受け座24とによって、前記摺動部材22が挟み込まれることにより、この摺動部材22が、両球面受け座23・24の面方向への相対移動が許容された状態で前記連結筒18の長さ方向への移動が拘束されている。
【0019】
そして、前記連結筒18内に、その先端側から、前記第1の球面受け座23、前記摺動部材22が取り付けられた連結ロッド20、さらに、前記摺動部材22の先端に第2の球面受け座24を当接させるように順次挿入した後に、この連結筒18の先端部に内管13の後端部を螺着して固定することにより、この内管13の連結部が取り付けられる。
さらに、継ぎ足される後方の内管13は、前記連結筒18の後端部から突出させられている連結ロッド20の後端部に螺着されることにより、相互に連結されるようになっている。
【0020】
また、相互に連結される内管13の端面間には弾性材料からなるシール材25が介装され、掘削時に内管13内を流れる水の漏れを防止するようになっている。
【0021】
さらに、本実施形態においては、前記連結筒18は、前記曲がり外管11を連結するカプラ26と重畳する位置に位置させられるようになっている。
【0022】
ついで、このように構成された掘削装置10による掘削操作について説明する。
まず、パイロット坑C内に基台16を設置した後に、この基台16上に外管用推進装置14及び内管用回転推進装置15を設置する。
【0023】
ついで、前端部から掘削ビット12が所定長さ突出させられた状態で内管13が挿入された曲がり外管11の基端部を外管用推進装置14に固定し、さらに、この曲がり外管11の基端部から後方に突出させられている前記内管13の基端部を内管用回転推進装置15に固定する。
【0024】
これより、内管用回転推進装置15によって内管13を回転させつつ推進機構17を起動することにより、外管用推進装置14及び内管用回転推進装置15を地盤Bへ向けて移動させて、前記掘削ビット12を回転させつつ地盤Bに押しつけるとともに、前記内管13の内部にその基端部から掘削水を供給して、この掘削水を内管13の先端から地盤Bへ向けて噴射する。
これによって、前記掘削ビット12によって地盤Bが掘削されるとともに、掘削土が掘削水と混ぜ合わされてスライム化させられるとともに、このスライムが曲がり外管11を経て基端部へ向けて搬送されて、この基端部から外部へ排出される。
そして、地盤Bの地質に対応し、必要に応じてパーカッション機構を起動して、前記内管13を介して掘削ビット12にパーカッションを与えつつ掘削を行う。
このような掘削により、地盤B中に、前記曲がり外管11の曲率に沿った注入口Dが、図12に示すように形成される。
【0025】
そして、前述したような掘削作業に際して、直線状の内管13が、その連結部において、第1のスプライン19と第2のスプライン21とが噛合させられていることにより、前記内管13に回転が確実に与えられる。
また、第2のスプライン21が、その周面及び両側面がテーパー状に形成されていることにより、内管13どうしが、図8にαで示すように、その連結部において折れ曲がることから、これらの内管13が曲がり外管11の内面にほぼ沿うように位置させられた状態で回転させられる。
したがって、内管13と曲がり外管11との抵抗が小さく抑えられ円滑な掘削が行われる。
さらに、内管13にパーカッションを与える際にも、連結ロッド20が摺動部材22及び第2の球面受け座24によって前方の内管13に当接させられていることから、その衝撃力が前方へ確実に伝達される。
【0026】
ここで、内管13に対して、その基端部において回転を与えるものであるから、回転のための機構を曲がり外管11内に設置する必要がなく、この結果、曲がり外管11内に設置される部材の外径を小さくして、曲がり外管11の外径を小さくすることができる。
したがって、掘削する注入口Dの内径を小さくすることができる。
しかも、内管13の先端部分に駆動機構が存在していないことにより、内管13に外部からパーカッションを与えることが可能となり、これによって、曲がり外管11の大径化を伴うことなく固い地層の掘削を可能にする。
【0027】
そして、前記曲がり外管11の長さ分の掘進を行った後に、曲がり外管11及び内管13の把持を解放した後に、外管用推進装置14および内管用回転推進装置15を後退させるとともに、曲がり外管11及び内管13の基端部に、他の曲がり外管11及び内管13を継ぎ足し、これらの曲がり外管11及び内管13を再度把持して前述した作業を繰り返すことにより、図12に示すように、所定長さの注入口Dをトンネル構築予定領域Aの内壁面に沿って形成することができる。
【0028】
なお、前記実施形態において示した各構成部材の諸形状や寸法等は一例であって、設計要求等に基づき種々変更可能である。
たとえば、内管13の連結部を曲がり外管の11のカプラ26と重畳させて位置させた例について説明したが、これらをずらして位置させることも可能である。
このような構成とすることにより、前記連結部を、曲がり外管11の大径部に位置させることができ、これによって、連結部の径方向の寸法を大きくすることができ、この連結部の強度を高めて掘削能力を高めることができる。
【0029】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の掘削装置によれば、直線状の内管を曲がり外管内に挿入し、前記内管の連結部を、その軸線を通る面内において屈曲可能に、かつ、軸線周りの相対回動を拘束した状態で連結したことにより、連結された内管を、曲がり外管の内面にほぼ沿わせることができ、この結果、内管を円滑に回転させることができるとともに、曲線掘削を円滑にかつ確実に行うことができる。
そして、内管に対して、その基端部において回転を与えるものであるから、掘削ビットを回転させるための機構を曲がり外管内に設置する必要がなく、これによって曲がり外管内に設置される部材の外径を小さくして、曲がり外管の外径を小さくすることができ、掘削坑の内径を小さくすることができる。
また、内管の先端部分に駆動機構が存在していないことにより、内管に外部からパーカッションを与えることが可能となり、これによって、曲がり外管の大径化を伴うことなく固い地層の掘削を可能にする。
さらに、直線状の内管を用いることにより、内管の曲げ加工を不要にして、部品コストを軽減することができるといった効果も期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態の基本構成を示す正面図である。
【図2】本発明の一実施形態を示すもので、内管の一部を破断した正面図である。
【図3】本発明の一実施形態を示すもので、連結筒の断面図である。
【図4】本発明の一実施形態を示すもので、連結筒の縦断面図である。
【図5】本発明の一実施形態を示すもので、連結ロッドの側面図である。
【図6】本発明の一実施形態を示すもので、連結ロッドの縦断面図である。
【図7】本発明の一実施形態を示すもので、連結ロッドに形成された第12のスプライン歯部分の拡大図である。
【図8】本発明の一実施形態の動作を説明するための側面図である。
【図9】一般的なトンネルの構築方法を説明するための概略図である。
【図10】図9に示すトンネル構築方法において注入口掘削に用いられる従来掘削装置を示す要部の断面図である。
【図11】図9に示すトンネル構築方法にける従来の注入口の掘削方法を示す断面図である。
【図12】図4に示すトンネル構築方法にける注入口の掘削方法の他の例を示す断面図である。
【図13】図7に示す注入口の掘削に用いられる従来の掘削装置を示す要部の断面図である。
【符号の説明】
1 外管
2 掘削ビット
3 内管
5 外管
6 内管
7 回転駆動機構
8 掘削ビット
10 掘削装置
11 曲がり外管
12 掘削ビット
13 内管
14 外管用推進装置
15 内管用回転推進装置
16 基台
17 推進機構
18 連結筒
19 第1のスプライン
20 連結ロッド
21 第2のスプライン
21a 歯
22 摺動部材
22a 第1の摺動面
22b 第2の摺動面
23 第1の球面受け座
24 第2の球面受け座
25 シール材
26 カプラ
A トンネル構築予定領域
B 地盤改良領域
C パイロット坑
D 注入口
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a curved excavator that is suitably used for improving the ground near the inner wall of a tunnel, for example, in tunnel construction.
[0002]
[Prior art]
Generally, when constructing a tunnel, as shown by a thick two-dot chain line in FIG. 9, prior to excavation of the tunnel construction planned area A, the ground near the inner wall of the tunnel construction planned area A (hereinafter referred to as ground improvement). Improvement of B) (referred to as region) is underway.
This is a measure taken to prevent groundwater springs and surrounding ground subsidence when excavating the tunnel construction planned area A.
[0003]
Then, as a method of improving the ground improvement region B, conventionally, as shown in FIG. 9, after excavating the pilot mine C at the upper end of the tunnel construction planned region A, as shown in FIG. 11 using an excavator provided with an outer pipe 1 and an inner pipe 3 having a drill bit 2 inserted into the outer pipe 1 and positioned to protrude forward from the tip of the outer pipe 1. As shown in Fig. 4, the improvement agent injection port D is excavated from the pilot mine C to the ground improvement region B, and the improvement agent is injected into the injection port D using appropriate means. The ground of the ground improvement region B is improved by allowing the agent to penetrate into the ground of the ground improvement region B.
[0004]
By the way, according to such a conventional ground improvement method, since the excavator for excavating the injection port D is formed in a straight line, in order to uniformly inject the improvement agent into the ground improvement region B, FIG. As shown in FIG. 2, it is necessary to form a large number of the inlets D at different angles in one vertical cross section.
However, according to such a method, since it is necessary to excavate a large number of injection ports D in one vertical plane, there is a problem that the work process is prolonged, and a problem that the improving agent is not uniformly injected. There is.
[0005]
Therefore, as one method for solving such a problem, the inlet D is formed to be curved along the inner wall surface of the tunnel construction planned area A as shown by a one-dot chain line in FIG. Has been proposed.
By forming such an inlet D, the inlet D and the inner wall surface of the tunnel construction planned area A are substantially parallel, so the ground improvement region B is formed with a uniform thickness with respect to the inner wall surface. can do.
[0006]
On the other hand, in order to excavate such a curved inlet D, conventionally, as shown in FIG. 13, an inner tube 6 having the same curvature as the outer tube is inserted into the outer tube 5 having a constant curvature. A drilling device in which a drilling bit 8 is attached to the distal end portion of the inner pipe 6 via a rotary drive mechanism 7 is used.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, when the curved inlet D is excavated using the excavator shown in FIG. 13, the outer tube 5 and the inner tube 6 are both curved with the same curvature, so that the inner tube with respect to the outer tube 5 is curved. 6 cannot be rotated relatively.
As a result, in order to rotate the excavation bit 8 attached to the distal end of the inner tube 6, as described above, the rotational drive mechanism 7 is provided at the distal end portion of the inner tube 6, and the rotational drive mechanism 7 causes the Although it is necessary to rotate the excavation bit 8, if the rotational drive mechanism 7 is positioned inside the outer tube 5, the inner diameter of the outer tube 5 is increased.
Further, since the rotational drive mechanism 7 is provided at the distal end portion, it is necessary to supply power such as hydraulic oil to the rotational drive mechanism 7. Therefore, it is necessary to insert power supply means therefor into the outer tube 5. Also from this point, it is inevitable to increase the diameter of the outer tube 5.
Furthermore, in order to ensure the rotation of the excavation bit 8, it is necessary to restrain the relative rotation between the outer tube 5 and the inner tube 6 or the relative rotation between the outer tube 5 and the rotation drive mechanism 7. It is necessary to provide an anti-rotation mechanism in the outer tube 5, which further facilitates increasing the diameter of the outer tube 5.
Therefore, in such a conventional technique, there exists a malfunction that the minimum diameter of the inlet D will be restrict | limited.
[0008]
On the other hand, depending on the geology of the ground to be improved, excavation is difficult only by the rotation of the excavation bit 8, and it is necessary to impart percussion in the axial direction to the excavation bit 8 and to apply impact force to the ground.
For this reason, in addition to the rotational drive mechanism 7, if a percussion mechanism is to be provided at the tip of the inner tube 6, this percussion mechanism requires a certain linear stroke, and this stroke is Since it is regulated by the outer tube 5 and its inner diameter, the ability of the percussion mechanism is limited.
Furthermore, it is conceivable that the percussion mechanism is provided at the proximal end portion of the inner tube 6 to release the size restriction and increase the size thereof. However, a rotational drive mechanism 7 is provided at the distal end portion of the inner tube 6. Therefore, it is assumed that the rotational drive mechanism 7 is damaged by the impact force applied by the percussion mechanism, and thus cannot be an effective solution.
[0009]
The present invention has been made in view of such conventional problems, and it is a first object of the present invention to provide a curved excavation device that enables excavation of a small diameter as much as possible when performing curved excavation. A second object is to provide a curved excavator that enables excavation with percussion.
[0010]
In order to achieve the above-mentioned object, a curved excavation device according to a first aspect of the present invention includes a plurality of bent outer pipes bent to a constant curvature and sequentially connected in a length direction, and inserted into the bent outer pipes. A straight inner pipe that is sequentially connected in the length direction, a drill bit provided at the tip of the most advanced inner pipe, and an outer peripheral surface of the bent outer pipe, and the bent outer pipe is moved forward. The outer tube propulsion device to be propelled, and the inner tube rotation propulsion device for holding and rotating the inner tube while holding the base end portion of the inner tube, the inner tubes are connected by a connecting portion, The connecting portion has a connecting cylinder connected to the inner tube located on the front side and a connecting rod connected to the inner tube located on the rear side, and a length is provided on the front side of the connecting rod. A sliding member with a spherical shell-shaped sliding surface is attached to both end faces in the direction. And a spherical receiving seat slidably contacting the sliding surface is provided at a position sandwiching the sliding member of the connecting cylinder, and the sliding member is in the sliding surface direction with respect to the spherical receiving seat. in a state in which the relative movement is allowed to, the movement in the longitudinal direction of the connecting tube is restrained, the consolidated portion, these inner tubes, bendable in a plane passing through its axis, and, The connection is made in a state where the relative rotation around the axis is constrained.
According to a second aspect of the present invention, there is provided a curved excavation device in which the connecting portion of the inner pipes according to the first aspect is formed with a first spline formed on an inner peripheral surface of an end portion of one inner pipe and the other. A second spline formed on the outer peripheral surface of the end portion of the inner pipe and meshed with the first spline;
The peripheral surface and both side surfaces of the second spline are formed in a tapered shape so as to gradually narrow as they go to both ends with an intermediate portion in the length direction as a vertex.
According to a third aspect of the present invention, there is provided a curved excavation apparatus in which the end face of the one inner pipe according to claim 1 or 2 is slidably brought into contact with the end face of the other inner pipe. Is provided.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
In the following description, the same parts as those in FIGS. 9 and 12 will be simplified by using the same reference numerals.
In FIG. 1, reference numeral 10 denotes a drilling device according to the present embodiment. The drilling device 10 is inserted into the bent outer tube 11 bent to a constant curvature, and a drill bit is inserted into the bent outer tube 11. 12, a linear inner tube 13 provided with an outer peripheral surface of the bent outer tube 11, a propulsion device 14 for an outer tube that propels the bent outer tube 11 forward, and a proximal end portion of the inner tube 13 And an inner tube rotation propulsion device 15 for rotating and propelling the inner tube 13. The outer tube propulsion device 14 and the inner tube rotation propulsion device 15 include the outer tube 11 and the inner tube 13. In such a manner that the excavation bit 12 always protrudes from the tip of the outer tube 11 and the outer tube 11 and the inner tube 13 are sequentially connected in the length direction. And the above The connecting portions of 13 have a basic configuration in which the inner pipes 13 are connected in a state where the inner tube 13 can be bent in a plane passing through the axis and the relative rotation around the axis is constrained. .
[0012]
Next, these details will be described. The outer tube propulsion device 14 is configured to grip the base end portion (rear end portion) of the bent outer tube 11 in a non-rotatable manner. In the present embodiment, the rotation propulsion device 15 includes a rotation drive mechanism that rotates the inner tube 13 by gripping the proximal end portion of the inner tube 13 in a state in which relative rotation is constrained, and an axial direction of the inner tube 13. And a percussion mechanism (both not shown) for providing the percussion.
The outer tube propulsion device 14 and the inner tube rotation propulsion device 15 are installed so as to be able to run on the base 16 installed in the pilot anti-C, and the outer tube propulsion device 14 and the inner tube rotation propulsion device are provided. The device 15 includes a bent outer tube 11 and an inner tube 13 fixed to each of them, and the excavation bit 12 attached to the distal end portion of the inner tube 13 has a predetermined length from the distal end portion of the bent outer tube 11. The relative positional relationship is maintained so as to maintain the protruding state.
[0013]
The base 16 is provided with a propulsion mechanism 17 for propelling the outer tube propulsion device 14 and the inner tube rotation propulsion device 15 in the axial direction of the bent outer tube 11 while maintaining the positional relationship described above. It has been.
[0014]
On the other hand, as shown in FIG. 2, a connecting tube 18 is screwed to the rear end portion of the inner tube 13 positioned at the front, and is integrally fixed by welding or the like. As described in detail in FIGS. 3 and 4, a first spline 19 formed by linear teeth is formed on the inner peripheral surface.
[0015]
In addition, a connecting rod 20 inserted into the connecting cylinder 18 is screwed to the distal end portion of the inner tube 13 positioned at the rear, and a substantially intermediate portion in the length direction of the connecting rod 20 includes: A second spline 21 that meshes with the first spline 19 is formed.
And each tooth | gear 21a of this 2nd spline 21 is formed in the taper shape so that a peripheral surface and both side surfaces may become narrow gradually as it goes to both ends with the intermediate part of the length direction as a vertex.
[0016]
Therefore, the first spline 19 and the second spline 21 restrict the relative rotation of the connecting cylinder 18 and the connecting rod 20 about the axis thereof, and in a plane passing through the axis. It is configured to be connected so as to be able to bend within an angle (the taper angle of the second spline 21).
[0017]
Further, a sliding member 22 is attached to the distal end portion of the connecting rod 20, and the distal end surface of the sliding member 22 is a first sliding surface 22a projecting in a spherical shell shape, and The rear end surface is a second sliding surface 22b recessed in a spherical shell shape.
[0018]
Further, the connecting cylinder 18 is brought into contact with the tip of the first spline 19 to restrain the rearward movement of the connecting cylinder 18, and the sliding member 22 has a second end. A first spherical receiving seat 23 on which the sliding surface 22b is slidably contacted is provided, and is connected to the rear end portion of the inner tube 13 to which the connecting cylinder 18 is attached. There are provided second spherical receiving seats 24 in which the forward movement of the cylinder 18 is restricted and the first sliding surface 22a of the sliding member 22 is slidably contacted. When the sliding member 22 is sandwiched between the first spherical receiving seat 23 and the second spherical receiving seat 24, the sliding member 22 is relatively moved in the surface direction of the both spherical receiving seats 23 and 24. In the length direction of the connecting cylinder 18 in a state where the There has been constrained.
[0019]
Then, in the connecting cylinder 18, from the tip end side, the first spherical receiving seat 23, the connecting rod 20 to which the sliding member 22 is attached, and a second spherical surface at the tip of the sliding member 22. After sequentially inserting the receiving seats 24 into contact, the connecting portion of the inner tube 13 is attached by screwing and fixing the rear end portion of the inner tube 13 to the tip of the connecting tube 18.
Further, the rear inner pipe 13 to be joined is connected to each other by being screwed to the rear end portion of the connecting rod 20 projected from the rear end portion of the connecting cylinder 18. .
[0020]
Further, a sealing material 25 made of an elastic material is interposed between the end faces of the inner pipes 13 connected to each other so as to prevent leakage of water flowing in the inner pipe 13 during excavation.
[0021]
Further, in the present embodiment, the connecting cylinder 18 is positioned so as to overlap with the coupler 26 that connects the bent outer tube 11.
[0022]
Next, the excavation operation by the excavator 10 configured as described above will be described.
First, after installing the base 16 in the pilot mine C, the outer pipe propulsion device 14 and the inner pipe rotary propulsion device 15 are installed on the base 16.
[0023]
Next, the base end portion of the bent outer tube 11 into which the inner tube 13 is inserted in a state where the excavation bit 12 protrudes from the front end portion by a predetermined length is fixed to the outer tube propulsion device 14, and the bent outer tube 11 is further fixed. The base end portion of the inner tube 13 protruding rearward from the base end portion of the inner tube is fixed to the inner tube rotary propulsion device 15.
[0024]
Thus, the outer tube propulsion device 14 and the inner tube rotation propulsion device 15 are moved toward the ground B by starting the propulsion mechanism 17 while the inner tube 13 is rotated by the inner tube rotation propulsion device 15, and the excavation is performed. While rotating the bit 12 against the ground B, the drilling water is supplied into the inner pipe 13 from its base end, and the drilled water is sprayed from the tip of the inner pipe 13 toward the ground B.
As a result, the ground B is excavated by the excavation bit 12 and the excavated soil is mixed with excavated water to be slimmed, and the slime is bent and conveyed toward the base end through the outer tube 11, The gas is discharged from the base end to the outside.
Then, corresponding to the geology of the ground B, the percussion mechanism is activated as necessary, and excavation is performed while giving the percussion to the excavation bit 12 through the inner pipe 13.
By such excavation, an inlet D along the curvature of the bent outer tube 11 is formed in the ground B as shown in FIG.
[0025]
In the excavation work as described above, the linear inner pipe 13 rotates with the inner pipe 13 because the first spline 19 and the second spline 21 are engaged with each other at the connecting portion. Is definitely given.
Further, since the peripheral surface and both side surfaces of the second spline 21 are tapered, the inner pipes 13 are bent at the connecting portion as indicated by α in FIG. The inner tube 13 is bent and rotated while being positioned so as to substantially follow the inner surface of the outer tube 11.
Therefore, the resistance between the inner pipe 13 and the bent outer pipe 11 is kept small, and smooth excavation is performed.
Further, when the percussion is given to the inner tube 13, the connecting rod 20 is brought into contact with the front inner tube 13 by the sliding member 22 and the second spherical seat 24, so that the impact force is forward. Is reliably transmitted to.
[0026]
Here, since rotation is given to the inner tube 13 at the base end portion, it is not necessary to install a mechanism for rotation in the bent outer tube 11, and as a result, in the bent outer tube 11. It is possible to reduce the outer diameter of the bent outer tube 11 by reducing the outer diameter of the installed member.
Therefore, the inner diameter of the inlet D to be excavated can be reduced.
In addition, since there is no drive mechanism at the distal end portion of the inner tube 13, it becomes possible to give percussion to the inner tube 13 from the outside, whereby a hard formation without bending the outer diameter of the bent outer tube 11. Allows excavation.
[0027]
And after performing excavation for the length of the bent outer tube 11, after releasing the grip of the bent outer tube 11 and the inner tube 13, the outer tube propulsion device 14 and the inner tube rotary propulsion device 15 are retracted, By adding the other bent outer tube 11 and the inner tube 13 to the base ends of the bent outer tube 11 and the inner tube 13, and again holding the bent outer tube 11 and the inner tube 13 and repeating the above-described operation, As shown in FIG. 12, the injection port D having a predetermined length can be formed along the inner wall surface of the tunnel construction planned area A.
[0028]
Note that the shapes, dimensions, and the like of the constituent members shown in the above embodiment are merely examples, and various changes can be made based on design requirements and the like.
For example, although the example in which the connecting portion of the inner pipe 13 is bent and overlapped with the eleven couplers 26 of the outer pipe has been described, it is also possible to shift these positions.
With such a configuration, the connecting portion can be positioned at the large-diameter portion of the bent outer tube 11, thereby increasing the radial dimension of the connecting portion. The strength can be increased and the drilling capacity can be increased.
[0029]
【The invention's effect】
As described above, according to the excavating apparatus of the present invention, the straight inner pipe is bent and inserted into the outer pipe, and the connecting portion of the inner pipe can be bent in a plane passing through the axis, and the axis By connecting in a state in which the relative rotation of the surroundings is constrained, the connected inner pipe can be bent substantially along the inner surface of the outer pipe, and as a result, the inner pipe can be smoothly rotated, Curved excavation can be performed smoothly and reliably.
And since it gives rotation to the inner pipe at its base end, it is not necessary to install a mechanism for rotating the excavation bit in the bent outer pipe, and thereby a member installed in the bent outer pipe Thus, the outer diameter of the bent outer pipe can be reduced, and the inner diameter of the excavation pit can be reduced.
In addition, since there is no drive mechanism at the tip of the inner pipe, it becomes possible to give percussion to the inner pipe from the outside. enable.
Furthermore, by using a straight inner tube, it is possible to expect the effect that the bending of the inner tube is not required and the cost of parts can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view showing a basic configuration of an embodiment of the present invention.
FIG. 2 shows an embodiment of the present invention and is a front view in which a part of an inner tube is broken.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a connecting cylinder, showing an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a longitudinal sectional view of a connecting cylinder, showing an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a side view of a connecting rod according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a longitudinal sectional view of a connecting rod, showing an embodiment of the present invention.
FIG. 7 shows an embodiment of the present invention and is an enlarged view of a twelfth spline tooth portion formed on the connecting rod.
FIG. 8 is a side view for explaining the operation of one embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a schematic diagram for explaining a general tunnel construction method;
10 is a cross-sectional view of a main part showing a conventional excavation apparatus used for inlet excavation in the tunnel construction method shown in FIG.
11 is a cross-sectional view showing a conventional method for excavating an inlet in the tunnel construction method shown in FIG. 9. FIG.
12 is a cross-sectional view showing another example of the method for excavating the inlet in the tunnel construction method shown in FIG. 4. FIG.
13 is a cross-sectional view of a main part showing a conventional excavator used for excavation of the injection port shown in FIG. 7. FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Outer pipe 2 Excavation bit 3 Inner pipe 5 Outer pipe 6 Inner pipe 7 Rotation drive mechanism 8 Excavation bit 10 Excavator 11 Bending outer pipe 12 Excavation bit 13 Inner pipe 14 Outer pipe propulsion apparatus 15 Inner pipe rotation propulsion apparatus 16 Base 17 Propulsion mechanism 18 Connecting cylinder 19 First spline 20 Connecting rod 21 Second spline 21a Teeth 22 Sliding member 22a First sliding surface 22b Second sliding surface 23 First spherical receiving seat 24 Second spherical surface Receiving seat 25 Sealing material 26 Coupler A Tunnel construction planned area B Ground improvement area C Pilot mine D Inlet

Claims (3)

一定曲率に曲げられ、長さ方向に順次連結される複数の曲がり外管と、
この曲がり外管内に挿入され、長さ方向に順次連結される直線状の内管と、
最先端の内管の先端に設けられた掘削ビットと、
前記曲がり外管の外周面を把持し、この曲がり外管を前方に推進させる外管用推進装置と、
前記内管の基端部を保持するとともに、この内管を回転及び推進させる内管用回転推進装置とから構成され、
前記内管どうしは連結部で連結され、
前記連結部は、前方側に位置する前記内管に接続される連結筒と
後方側に位置する前記内管に接続される連結ロッドとを有し、
前記連結ロッドの前方側には、長さ方向の両端面に球殻状の摺動面が形成された摺動部材が取り付けられ、
前記連結筒の前記摺動部材を挟み込む位置に、前記摺動面に摺動自在に当接する球面受け座が設けられ、
前記摺動部材は前記球面受け座に対して前記摺動面方向への相対移動が許容された状態で、前記連結筒の長さ方向への移動が拘束され、
前記連結部が、これらの内管を、その軸線を通る面内において屈曲可能に、かつ、軸線周りの相対回動を拘束した状態で連結するようになされていることを特徴とする曲線掘削装置。
A plurality of bent outer tubes bent to a constant curvature and sequentially connected in the length direction;
A straight inner pipe inserted into the bent outer pipe and sequentially connected in the length direction;
A drill bit provided at the tip of the most advanced inner pipe,
An outer tube propulsion device that grips the outer peripheral surface of the bent outer tube and propels the bent outer tube forward;
While holding the base end portion of the inner tube, it is composed of an inner tube rotation propulsion device that rotates and propels the inner tube,
The inner pipes are connected by a connecting part,
The connecting portion is a connecting cylinder connected to the inner pipe located on the front side ;
A connecting rod connected to the inner pipe located on the rear side;
On the front side of the connecting rod, a sliding member having a spherical shell-like sliding surface formed on both end faces in the length direction is attached,
A spherical seat that is slidably in contact with the sliding surface is provided at a position sandwiching the sliding member of the connecting cylinder,
The sliding member is restrained from moving in the length direction of the connecting tube in a state in which relative movement in the sliding surface direction is allowed with respect to the spherical seat.
Curve drilling the consolidation unit, these inner tubes, bendable in a plane passing through its axis, and characterized in that it is adapted to connected while constraining the relative rotation about the axis apparatus.
前記内管どうしの連結部が、一方の内管の端部内周面に形成された第1のスプラインと、他方の内管の端部外周面に形成され、前記第1のスプラインに噛合される第2のスプラインとによって構成され、
前記第2のスプラインの周面及び両側面が、その長さ方向の中間部を頂点として両端部に行くにしたがい漸次狭まるようにテーパー状に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の曲線掘削装置。
A connecting portion between the inner pipes is formed on the outer peripheral surface of the end portion of one inner pipe and the outer peripheral surface of the end portion of the other inner pipe, and is engaged with the first spline. And a second spline,
The peripheral surface and both side surfaces of the second spline are formed in a tapered shape so as to gradually narrow toward the both ends with the intermediate portion in the length direction as a vertex. Curve drilling rig.
前記一方の内管の端部に、他方の内管の端面が摺動自在に当接させられる球面受け座が設けられていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の曲線掘削装置。  The curved excavation according to claim 1 or 2, wherein a spherical receiving seat on which an end surface of the other inner pipe is slidably contacted is provided at an end of the one inner pipe. apparatus.
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