JP2003120180A - 無排土式管埋設装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 同じ動力で従来の技術よりも一層大口径の埋
設管を埋設することができ、一層硬質の地山で施工する
ことができる無排土式管埋設装置を提供する。 【解決手段】 後部に埋設管４が接続されて推進される
先導体本体１と、先導体本体１の前方に延び先導体本体
１の軸線の周りに回転可能に支持されて回転駆動装置２
２により回転駆動されるシャフト２３と、シャフト２３
に回転可能に支持され先導体本体１の推進により地山に
圧入されて地山を圧密する圧密ヘッド３とを備え、圧密
ヘッド３を多角形の角錐状に形成するとともに、圧密ヘ
ッド３の回転軸心がシャフト２３の回転軸心に対して傾
斜して圧密ヘッド３の先端部付近でシャフト２３の回転
軸心と交わるように、偏心傾斜シャフト２４を介して圧
密ヘッド３を回転可能にシャフト２３で支持して無排土
式管埋設装置を構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、後部に埋設管が接
続されて元押し装置により推進される先導体本体と、こ
の先導体本体の前方に設けられ先導体本体の推進により
地山に圧入されて地山を圧密する圧密ヘッドとを備えた
無排土式管埋設装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】管埋設装置は、ヒューム管等で形成され
た複数の埋設管を先導体の後方に順次連結して、各埋設
管を先導体と共に、発進立坑に設置した元押し装置で推
進することにより順次地中に押し込んで埋設する装置で
ある。この管埋設装置は、大別すると、先導体前方にカ
ッタヘッドを設け、埋設管を推進しながらカッタヘッド
で地山を掘削して掘削土砂を排土することにより埋設管
を埋設する排土式の管埋設装置と、先導体本体の前方に
圧密ヘッドを設け、埋設管を推進して圧密ヘッドを地山
に圧入しながら地山を圧密ヘッドで圧密することにより
埋設管を埋設する無排土式の管埋設装置とに分類され
る。

【０００３】前者の排土式の管埋設装置は、硬質及び軟
質の種々の土質の地山にも埋設管を埋設することが可能
であり、埋設管を大きな曲率で長距離にわたって埋設す
ることができるとともに、大口径の埋設管でも埋設する
ことができる。こうした優れた対応力を有する反面、地
山を掘削するための掘削装置や掘削土砂を機外に排出す
るための排土装置を先導体に設置しなければならないと
ともに、先導体から排出された掘削土砂を地上に搬出す
るための搬出装置や地上に搬出した掘削土砂を処理する
ための設備を要し、莫大な施工コストがかかるという点
で難がある。

【０００４】一方、後者の無排土式の管埋設装置は、掘
削土砂を地上に排出せず無排土のため、こうした装置や
設備を要せず、施工コストが安価で済むという大きな経
済的利点を有する反面、一般的に、Ｎ値３０以下の比較
的軟弱な土質の地盤において３００ｍｍ以下の口径の埋
設管を埋設する場合にしか使用されないという点で難が
あり、適用可能な工事がごく狭い範囲に限られている。
また、前者の管埋設装置と比べて、埋設管を長距離にわ
たって埋設したり、曲率半径の大きい曲線で埋設したり
することも困難である。

【０００５】その理由について述べると、無排土式の管
埋設装置は、通常、円筒状の圧密ヘッドを元押し装置で
推進することにより、その推進方向の圧力だけで、その
推進方向と直角方向のラジアル方向の地山の圧密を促し
て管埋設用の地下坑を形成しようとするものである。す
なわち、圧密力を圧密ヘッドで推進方向に加えると、そ
の圧密力は、広範囲の土砂の崩壊を促しながら周囲の地
山を介して種々の方向に伝達され、究極的には、周辺地
山を圧密ヘッドのラジアル方向へ圧密するように働く。
このように、通常の無排土式の管埋設装置では、ラジア
ル方向への地山の圧密を、推進方向の圧密力を利用して
遠回しに行うため、厖大な元押し推力が必要となる。こ
の元押し推力は、埋設管を推力伝達媒体にして圧密ヘッ
ドに伝達されるため、埋設管の強度よりも大きくするこ
とはできない。

【０００６】そのため、硬質地山で施工したり大口径の
埋設管を埋設したりする場合のように多大の圧密力を要
する場合には、通常の無排土式の管埋設装置は、過大な
元押し推力が必要になって使用できなくなる。また、元
押し推力の多くが地山の圧密に消費されるため、埋設管
を長距離にわたって埋設したり、曲率半径の大きい曲線
で埋設したりする場合には、埋設管と地山の摩擦抵抗に
対向するための推進力が不足して使用できなくなる。こ
うしたことから、この無排土式の管埋設装置について
は、土質対応力（硬軟種々の土質の地山に適応できる能
力）、埋設管径対応力（大小種々の口径の埋設管を埋設
できる能力）及び線形対応力（埋設管を長距離にわたっ
て又は曲率半径の大きい曲線で埋設できる能力）の優れ
た適用範囲の広い装置の開発が望まれている。

【０００７】こうした装置の開発を意図した技術として
特開平８ー１５８７９４号公報に記載のシールド装置に
関する技術を挙げることができる。この従来の技術に係
る装置は、筒状のシールド本体と、このシールド本体に
その軸線の周りに回転可能に支持されたシャフトと、シ
ールド本体より前方の領域に配置されシャフトに回転可
能に支持されたロータと、シャフトをその軸線の周りに
回転させる駆動機構とを備え、ロータを、ほぼ円錐状の
外表面を有するように形成するとともに、ロータの回転
軸線がシールド本体側の部位ほどシャフトの回転軸線か
らシールド本体の半径方向外方へ離れ、ロータの先端部
付近でシャフトの回転軸線と交差するように構成したシ
ールド装置である。

【０００８】従来の無排土式の管埋設装置は、こうした
手段を備えているので、先導体としてのシールド本体の
推進時に、圧密ヘッドとしてのロータを駆動機構の駆動
によりシャフトの回転軸線中心にして公転させながら、
ロータを地山に押し当てて自転させることにより地山を
圧密することができる。すなわち、圧密ヘッドをその公
転力で圧密ヘッドのラジアル方向に押圧しながら転動さ
せることにより、地山をラジアル方向へ圧密するための
力をシャフトの回転駆動力により直接的に付与して地山
を転圧し、管埋設用の穴を形成することができる。

【０００９】したがって、この従来の無排土式の管埋設
装置では、地山をラジアル方向へ圧密する力の相当部分
をシャフトの回転駆動力で充当できるため、回転駆動力
を所望の量だけ増加することにより、埋設管の強度に制
約されることなく大きな圧密力を得ることが可能になっ
て、土質対応力や埋設管径対応力が通常の無排土式の管
埋設装置よりも向上する。また、元押し推力は、地山の
圧密には僅かしか消費されず、その多くを埋設管や先導
体を推進するための力に当てることができるため、埋設
管と地山の摩擦抵抗に対向するための推進力を通常の無
排土式の管埋設装置よりも多く確保することができ、線
形対応力も向上する。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、無排土式の
管埋設装置において、圧密ヘッドで地山を圧密して管埋
設用の穴を形成するには、圧密ヘッドの圧密力により地
山の土砂間の間隙を圧縮する必要がある。そのため、地
山の圧密により間隙比の小さい硬質地山に管埋設用の穴
を形成する場合は、間隙比の大きい軟質地山に形成する
場合よりも、圧密力の影響が及ぶ地山の範囲を広くし
て、できるだけ広範囲の地山の間隙を圧縮して穴を形成
する必要がある。また、大口径の埋設管を埋設する場合
には、大径の穴が形成できるように、小口径の埋設管を
埋設する場合よりも地山への圧密力の影響範囲を広くし
て、圧縮する地山間隙の総容積を大きくする必要があ
る。

【００１１】この点について前記公報に記載の従来の技
術をみると、従来の技術では、圧密ヘッドのラジアル方
向へ大きな圧密力を直接的に作用させることはできる
が、圧密ヘッドを地山に押し当てながら転動させて圧密
力を一定方向に均一に加えるという単調な方法により地
山を圧密するため、大きな圧密力を地山に加えても、圧
密力が地山の限定されたエリアにしか伝達されず、圧密
力の影響が及ぶ地山の範囲が限られている。そのため、
従来の技術では、埋設可能な埋設管の口径や施工可能な
土質の硬さの限界が通常の無排土式の管埋設装置よりは
改善されているものの、未だ満足できる水準には達して
おらず、一層の改善が望まれている。

【００１２】本発明は、こうした要求に応えて創作され
たものであって、その技術課題は、同じ動力で従来の技
術よりも一層大口径の埋設管を埋設することができ、一
層硬質の地山で施工することができる無排土式管埋設装
置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、こうした技術
課題を達成するため、無排土式管埋設装置を構成する場
合に、後部に埋設管が接続されて元押し装置により推進
される先導体本体と、この先導体本体の前方に延び先導
体本体の軸線の周りに回転可能に支持されて回転駆動装
置により回転駆動されるシャフトと、このシャフトに回
転可能に支持され先導体本体の推進により地山に圧入さ
れて地山を圧密する圧密ヘッドとを備え、圧密ヘッドを
多角形の角錐状に形成するとともに、圧密ヘッドの回転
軸心がシャフトの回転軸心に対して傾斜して圧密ヘッド
の先端部付近でシャフトの回転軸心と交わるように、圧
密ヘッドを回転可能にシャフトで支持するように構成し
た。

【００１４】本発明の無排土式管埋設装置は、このよう
に構成されているので、先導体本体を元押し装置で推進
しながらシャフトを回転駆動装置で回転駆動すると、多
角形の角錐状の圧密ヘッドは、シャフトの回転軸心を中
心に公転しながら地山に当接して圧密ヘッドの回転軸心
を中心に自転するとともに前進する。そうすると、圧密
ヘッドは、特に、多角形の角錐状に形成されて回転駆動
装置で回転駆動されるため、その回転駆動力により圧密
ヘッドのラジアル方向への圧密力を付与して圧密ヘッド
の側面で地山を転圧しながら、圧密ヘッドの角部を地山
に食い込ませてその角部の楔作用により地山を崩壊さ
せ、こうした動作を反復する。

【００１５】このように、本発明の無排土式管埋設装置
では、従来の技術のように回転駆動装置の回転駆動力に
より圧密ヘッドのラジアル方向への圧密力を地山に直接
的に付与することに加え、圧密ヘッドの楔作用により地
山を崩壊させて、地山の崩壊運動と崩壊した地山の圧密
運動とを繰り返すため、圧密力の影響が及ぶ地山の範囲
を従来の技術よりも拡大することができて、広範囲の地
山の間隙を圧密ヘッドで圧縮することにより管埋設用の
穴を形成することができる。その結果、埋設可能な埋設
管の口径や施工可能な土質の硬さの限界を向上させるこ
とができて、従来の技術と同じ動力により、従来の技術
よりも一層大口径の埋設管を埋設することができ、か
つ、従来の技術よりも一層硬質の地山で施工することが
できる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明が実際上どのように
具体化されるのかを示す具体化例を図１乃至図１０に基
づいて説明することにより、本発明の実施の形態を明ら
かにする。

【００１７】まず、図１乃至図７に基づいて基本的な例
を説明する。図１は、本発明の具体化例の無排土式管埋
設装置の側面図、図２は、図１の無排土式管埋設装置の
縦断面図、図３は、図１の無排土式管埋設装置の圧密ヘ
ッドを５角形の角錐状に形成した場合の正面図、図４
は、図１の無排土式管埋設装置の圧密ヘッドを６角形の
角錐状に形成した場合の正面図、図５は、図１の無排土
式管埋設装置の圧密ヘッドを８角形の角錐状に形成した
場合の正面図、図６は、本発明の無排土式管埋設装置の
作用を従来の無排土式管埋設装置と対比して説明するた
めの圧密ヘッドでの地山の圧密時の断面図、図７は、図
１の無排土式管埋設装置において最良の結果をもたらす
ものを説明するための圧密ヘッドの作動時の断面図であ
る。

【００１８】これらの図において、１は後部に埋設管４
が接続され、発進立坑に設置した元押し装置により推進
される先導体本体、１１は先導体本体１の後部をなす後
部ハル、１２は後端部が後部ハル１１の前端外周部に嵌
着されて先導体本体１の前部をなす後部ハル１１よりも
外径の大きい前部ハル、１３は先導体の進路を修正する
ための方向修正ジャッキ、２は前部ハル１２の前端部に
揺動可能に嵌合され方向修正ジャッキ１３で揺動させて
先導体本体１の推進方向を修正できる方向修正部、２２
はこの方向修正部２に固定され後記シャフト２３を回転
駆動する回転駆動装置、２３は先導体本体１の軸線の周
りに回転し得るように方向修正部２に回転可能に支持さ
れて先導体本体１の前方に延び回転駆動装置２２により
回転駆動されるシャフト、３はシャフト２３に回転可能
に支持され先導体本体１の推進により地山に圧入されて
地山を圧密する圧密ヘッド、４はヒューム管等で単位長
さに製作され適宜継ぎ足されて地中に埋設される埋設管
４である。

【００１９】この無排土式管埋設装置は、大別すると、
先導体本体１と方向修正部２と圧密ヘッド３とで構成さ
れて、図示しない元押し装置により推進される。なお、
図１の後方には、管埋設の出発点となる図示しない発進
立坑が設けられており、この発進立坑内には、推進用の
シリンダや押し台等からなり発進立坑の坑壁で反力を取
って先導体本体１や埋設管４を推進する元押し装置が設
置されている。

【００２０】後部ハル１１の後端部は、隔壁としてのバ
ルクヘッド１１１により外界から遮蔽されており、この
バルクヘッド１１１には、方向修正ジャッキ１３等の種
々のアクチュエータに圧油を供給するための油圧ホース
（図示せず）を接続し得るように、油圧継手１１３，１
１４が取り付けられている。また、バルクヘッド１１の
後部には、埋設管４を嵌合して接続するための埋設管嵌
合カラー１１２が付設されており、埋設管４は、この埋
設管嵌合カラー１１２に嵌合されて後部ハル１１の後方
に接続される。後部ハル１１の内部には、方向修正用油
圧マニホルドブロック１９を設置している。この方向修
正用油圧マニホルドブロック１９には、複数の方向修正
ジャッキ１３の油圧管路（図示せず）を開閉するための
多数の電磁弁がまとめて収納されている。

【００２１】先導体本体１の前部としての前部ハル１２
には、図１に示すように、その外表面に、先導体本体１
の前後方向に隆起して延びる隆起部としての突起１２１
を周方向に所定間隔を置いて多数突設している。突起１
２１は、硬い溶接成分を前部ハル１２の外表面に筋状に
溶着することで硬層肉盛りにより形成してもよいし、筋
状の鋼材を前部ハル１２の外表面に溶接することにより
形成してもよい。図１の例では、こうした突起１２１を
突設しているが、突起１２１を設けることは、本発明に
とって有用ではあっても不可欠のことではない。前部ハ
ル１２は、後部ハル１１よりも外径を大きく形成してい
るため、圧密ヘッド３の公転時や先導体本体１の方向修
正時の反力を一手に受けることが可能となり、圧密ヘッ
ド３の公転時や先導体本体１の方向修正時の反力受け部
としての働きをする。

【００２２】前部ハル１２の外周側前端部には、前部ハ
ル１２の前端部と方向修正部２の嵌合個所をシールして
先導体本体１内への土水の浸入を防ぐためのシール２６
が取り付けられている。前部ハル１２の内周側後端部に
は、方向修正ジャッキ１３や後述する方向修正ストロー
ク計１６を取り付けるための支持ブラケット１４が多数
固着されている。方向修正ジャッキ１３は、前部ハル１
２の内周側に、周方向に間隔を置いて３基以上所望の数
設置され、シリンダ部が支持ブラケット１４に回動可能
に軸着されるとともにロッド部が方向修正部２にクレビ
ス１５（ピン等の軸着部材）により回動可能に軸着され
ている。したがって、複数の方向修正ジャッキ１３を適
宜のストローク差をつけて伸縮することにより、方向修
正部２を、前部ハル１２との嵌合個所すなわちシール２
６の何れかの個所を支点にして上下左右の所望の方向に
揺動させることができる。

【００２３】前部ハル１２の前端部のシール２６を可能
な限り方向修正部２の前方側に配置できるようにするた
め、方向修正部２の外周部には、その後端から前方に向
けて段部を形成することにより、前部ハル１２の前端部
を納めるための環状の空間Ｓが形成されている。また、
方向修正部２の外周には、この空間Ｓ内に納めたシール
２６を接触させるための筒状の方向修正シールカラー２
１が取り付けられている。図２に示す例では、こうした
構造上の工夫により、シール２６を、方向修正部２への
方向修正ジャッキ１３の軸着部すなわちクレビス１５の
位置とほぼ同じ位置（先導体本体１の軸方向においてほ
ぼ同じ位置）に配置しているが、これよりも更に前方の
位置に配置してもよい。支持ブラケット１４と方向修正
部２との間には、各方向修正ジャッキ１３のストローク
を検出することで方向修正部２の揺動角度を計測する方
向修正ストローク計１６がストローク計取付部材１７と
ストローク計支持部材１８とを介して設置されている。

【００２４】方向修正部２の中央部には、シャフト２３
を挿通させることができるシャフト挿通孔が形成され、
シャフト２３は、シャフト挿通孔内に挿通されて多数の
ベアリング２５で方向修正部２の孔壁に回転可能に支持
されている。その場合、シャフト２３は、その回転軸心
を先導体本体１の中心軸線と一致させるようにしていて
先導体本体１の軸線の周りに回転可能に支持されてい
る。このシャフト２３の前端部分には、シャフト２３に
対して圧密ヘッド３を偏心回転するように支持するため
の偏心傾斜シャフト２４が取り付けられている。その場
合、偏心傾斜シャフト２４の軸心は、図２に示すよう
に、シャフト２３の回転軸心に対して圧密ヘッドの先端
部付近で交わるように傾斜させている。圧密ヘッド３
は、こうした偏心傾斜シャフト２４に多数のベアリング
３３で回転可能に支持されている。その結果、圧密ヘッ
ド３は、図１に示すように、その回転軸心がシャフト２
３の回転軸心に対してθの角度で傾斜して圧密ヘッド３
の端部での偏心量がｄとなり、かつ、圧密ヘッド３の先
端部付近でシャフト２３の回転軸心と交わるように、偏
心傾斜シャフト２４を介して回転可能にシャフト２３で
支持される。

【００２５】圧密ヘッド３は、従来の技術のように円錐
状ではなく、正多角形の角錐状に形成している。このよ
うに圧密ヘッド３を角部を有する角錐状に形成した点が
本発明の最大の特徴である。図３乃至図５は、圧密ヘッ
ド３を角錐状に形成する場合の例を示すものであり、図
３は圧密ヘッド３を正５角形の角錐状に形成した例、図
４は圧密ヘッド３を正６角形の角錐状に形成した例、図
５は圧密ヘッド３を正８角形の角錐状に形成した例であ
る。

【００２６】圧密ヘッド３は、後述するように公転しな
がら自転するが、方向修正部２の前端面と圧密ヘッド３
の後端面は、圧密ヘッド３がこうした運動をしたときに
互いに密接できるような曲面形状に形成されている。ま
た、方向修正部２の前端部には、方向修正部２と圧密ヘ
ッド３の対向端面間から土水が浸入するのを防ぐための
多数のシール３４が取り付けられている。圧密ヘッド３
は、圧密ヘッド前部３２とベアリング３３を取り付ける
圧密ヘッド後部３１に二分割してボルト結合するように
構成され、偏心傾斜シャフト２４への圧密ヘッド３の取
付作業を容易に行えるようにしている。

【００２７】この無排土式管埋設装置は、以上のような
構造を備えているので、先導体本体１を発進立坑の元押
し装置で推進しながらシャフト２３を回転駆動装置２２
で回転駆動すると、多角形の角錐状の圧密ヘッド３は、
シャフト２３の回転軸心を中心に公転しながら、地山に
当接して圧密ヘッド３の回転軸心すなわち偏心傾斜シャ
フト２４の軸心を中心に自転するとともに、元押し装置
の推進力で前進する。そうすると、圧密ヘッド３は、特
に、多角形の角錐状に形成されて回転駆動装置２２で回
転駆動されるため、回転駆動装置２２の回転駆動力によ
り圧密ヘッド３のラジアル方向に圧密力を付与して圧密
ヘッド３の側面で地山を転圧しながら、圧密ヘッド３の
角部を地山に食い込ませてその角部の楔作用により地山
を崩壊させ、前進する過程でこうした動作を反復する。

【００２８】この点を、図６を用いて、従来の技術と対
比して説明する。圧密ヘッドを駆動した場合、まず、従
来の技術では、圧密ヘッド３’が円錐状のため、図６
（ｂ）に示すように、圧密ヘッド３’の公転により生じ
る押圧力Ｆｃは、専ら圧密ヘッド３’の周面を通じて圧
密ヘッド３’のラジアル方向へ一様に作用する。そのた
め、大きな圧密力を地山に加えても、圧密力が圧密ヘッ
ド３’の周りの地山の限定されたエリアにしか伝達され
ず、圧密力の影響が及ぶ地山の範囲が比較的狭いものと
考えられる。これに対し、本無排土式管埋設装置では、
圧密ヘッド３が角錐状のため、図６（ａ）に示すよう
に、圧密ヘッド３の公転により生じる押圧力Ｆｃは、従
来の技術と同様、圧密ヘッド３の側面を通じて圧密ヘッ
ド３のラジアル方向へ作用することに加え、圧密ヘッド
３の角部を地山に食い込ませように作用して、楔作用に
より圧密ヘッド３の周り以外の地山も破壊される。すな
わち、圧密ヘッド３の角部の楔作用によりその角部を境
にして異なる方向の応力が地山に作用する等、地山への
圧力のかかり方が不均一であり、地山を剪断破壊するこ
とも期待できるため、地山を広い領域にわたって崩壊さ
せることができる。

【００２９】このように、この無排土式管埋設装置で
は、従来の技術のように回転駆動装置２２の回転駆動力
により圧密ヘッド３のラジアル方向への圧密力を地山に
直接的に付与することに加え、圧密ヘッド３の楔作用に
より地山を広い領域にわたって崩壊させて、地山の崩壊
運動と崩壊した地山の圧密運動とを繰り返すため、圧密
力の影響が及ぶ地山の範囲を広くすることができる。そ
の結果、圧密を受け持つ地山のゾーンを従来の技術より
も拡大することができて、広範囲の地山の間隙を圧密ヘ
ッド３で圧縮することにより管埋設用の穴を形成できる
ため、埋設可能な埋設管４の口径や施工可能な土質の硬
さの限界を向上させることがでる。

【００３０】したがって、この無排土式管埋設装置で
は、従来の技術と同じ動力により、従来の技術よりも一
層大口径の埋設管４を埋設することができ、かつ、従来
の技術よりも一層硬質の地山で施工することができる。
こうした作用効果を発揮できる圧密ヘッド３を多角形の
角錐状に形成する場合、圧密ヘッド３を支障なく公転さ
せながら自転させ、かつ、圧密ヘッド３の角部により楔
作用も発揮させなければならないため、実用上は、４角
形から８角形の角錐状に形成するのが望ましい。本明細
書でいう角錐状とは、後述する図８及び図９の例から分
かるように幾何学的な角錐形だけを意味するものではな
く、以上のような作用効果を奏する上で必要な、楔作用
を発揮させる角部と地山を圧密する面とを有し、幾何学
的な角錐形に近似する形状のものも包含する。

【００３１】ところで、先導体本体１の外径が前後を通
して同径のときには、圧密ヘッド３の公転により生じる
押圧力Ｆｃの反力を先導体本体１の全体で受けることに
なるので、先導体本体１の後端の方向修正シールカラー
２１が上下左右方向に振れて踊ってしまい、埋設管４の
前端部に予期しない力が働いて、埋設管４が破損する恐
れがある。これに対し、図１の例では、先導体本体１を
形成する場合に、先導体本体１の前方部の前部ハル１２
の外径が後方部の後部ハル１１の外径よりも大きくなる
ように形成しているので、圧密ヘッド３の公転時の押圧
力Ｆｃの反力を専ら前部ハル１２で受けることが可能と
なって、先導体本体１の後端部の踊りが緩和され、ひい
ては、埋設管４を破損しにくくすることができる。

【００３２】この無排土式管埋設装置の圧密ヘッド３
は、従来の技術とは異なり角錐状のため、圧密ヘッド３
の回転駆動時における地山との相互作用で従来の技術よ
りは自転しやすく、それだけ自転による反力も大きくな
り、そのため、先導体本体１が従来の技術よりもローリ
ングしやすい。図１の例では、このように前部ハル１２
の外径を後部ハル１１の外径よりも大きくすることに加
えて、前部ハル１２の外周部に突起１２１を多数条突設
しているので、こうした先導体本体１のローリングを抑
制することができるとともに、圧密ヘッド３の公転時の
押圧力Ｆｃの反力による先導体本体１の振れ回りを抑制
する働きもすることもできる。

【００３３】ここに示す例では、特に、前部ハル１２の
前端部に方向修正ジャッキ１３で揺動させ得るように方
向修正部２を設けて、この方向修正部２でシャフト２３
及び回転駆動装置２２やシャフト２３を介して圧密ヘッ
ド３をまとめて支持するようにしたので、無排土式管埋
設装置に対して方向修正機構を簡単な構造で無理なく付
加することができる。その場合、シール２６を、図２に
示すように方向修正部２に対する方向修正ジャッキ１３
の軸着部の位置すなわちクレビス１５の位置と同等の位
置に配置したので、方向修正時における方向修正部２の
揺動支点（シール２６の何れかの個所）が通常よりも前
方に位置することになって、方向修正部２の軸方向の長
さを短くすることができ、ひいては、圧密ヘッド３を含
むシール２６の前方の揺動部分の軸方向の長さを短縮す
ることができる。

【００３４】そのため、その揺動部分が方向修正時に地
山と接触する部分の面積を小さくすることができるの
で、無排土式管埋設装置の方向修正時の反力を減少させ
ることができ、通常よりも小さな方向修正ジャッキ１３
の方向修正力で方向修正することが可能になる。その結
果、同一の方向修正ジャッキ１３を使用して無排土式管
埋設装置を製作する場合には、通常の場合よりも硬い地
山で方向修正することが可能となって、方向修正時の土
質対応力を向上させることができる。また、方向修正時
の土質対応力が同一の無排土式管埋設装置を製作する場
合には、方向修正ジャッキ１３を通常よりも小型化する
ことができるため、その結果捻出された余剰スペースを
利用することにより、回転駆動装置２２を大型化して圧
密ヘッド３の圧密力を向上させることもできる。図２に
は、シール２６をクレビス１５の位置と同等の位置に配
置した例を示したが、シール２６を設計上許容される範
囲でクレビス１５の前方位置に配置すると、以上の効果
が一層顕著に発揮される。

【００３５】図１の無排土式管埋設装置により地山を効
果的に圧密するための圧密ヘッド３の望ましい態様を図
７に基づいて説明する。

【００３６】図７は、圧密ヘッド３の１公転により圧密
した地山を、再度、圧密ヘッド３を公転及び自転させて
圧密しているときの状態を模式的に図示したものであ
り、圧密ヘッド３における角錐部の後端の横断面を図示
している。図７の上部には、前回圧密ヘッド３の側面で
圧密した地山の圧密部に、圧密ヘッド３の再度の公転に
より圧密ヘッド３の角部を大きく食い込ませた状態が示
されている。こうした方法で広い領域にわたって地山の
圧密部を崩壊させて、圧密ヘッド３の側面での圧密時の
圧密力の影響範囲を広くするには、地山の圧密部の中心
線（図７の多角形の辺の中点）の位置に１公転後の圧密
ヘッド３の角部を当てるようにするのが最も望ましい。
そこで、図１の無排土式管埋設装置においてこうした構
造を具現するめの手法を定量的に説明する。

【００３７】いま、正多角形の角錐状の圧密ヘッド３の
角数をｎ（図７ではｎ＝６）、圧密ヘッド３の最大半径
（角錐部後端の横断面の多角形における中心から角部ま
での距離）をｒ、シャフト２３に対する圧密ヘッド３の
偏心量（角錐部後端におけるシャフト２３の回転軸心Ｂ
と圧密ヘッド３の回転軸心Ａとの間の距離）をｄとする
と、圧密ヘッド３が１公転して描く円の円周長は、２π
（ｒ＋ｄ）である。一方、圧密ヘッド３が１自転して描
く円の円周長は２πｒであり、図７の多角形に外接する
円における多角形の角部間の円弧の長さ（以下「１ピッ
チ」という。）は、２πｒ／ｎである。

【００３８】そうすると、圧密ヘッド３が１公転して描
く円と圧密ヘッド３が１自転して描く円の円周長の差
は、２π（ｒ＋ｄ）−２πｒ＝２πｄであるから、圧密
ヘッド３は、１公転したとき、１自転した後に更にこの
円周長の差２πｄの分だけ自転することになる。地山の
圧密部の中心線の位置に１公転後の圧密ヘッド３の角部
を当てるようにするためには、この円周長の差２πｄの
長さを、０．５ピッチ、１．５ピッチ、２．５ピッチ…
…というように半ピッチ分の端数を有する値にすればよ
い。ところが、図１の無排土式管埋設装置を実用化する
場合には、偏心量ｄの寸法をそれほど大きくすることは
できないから、円周長の差２πｄは、０．５ピッチとす
るのが最も実際的である。このことを数式で表すと、次
式で表すことができる。

【００３９】２πｄ＝（２πｒ／ｎ）×０．５ ∴２ｎｄ＝ｒ したがって、圧密ヘッド３の構造とシャフト２３の回転
軸心に対する圧密ヘッド３の回転軸心の傾斜角度θとを
前式を満たすように設計すれば、図１の無排土式管埋設
装置により地山を最も効果的に圧密することができる。
すなわち、このように設計すると、前回圧密ヘッド３の
側面で圧密した地山の圧密部に圧密ヘッド３の角部を食
い込ませる場合、その角部を地山の圧密部の中心線の位
置に食い込ませることができて、図７から推察できるよ
うに地山の圧密部に圧密ヘッド３の角部を大きく食い込
ませることができるため、圧密力の影響が及ぶ地山の範
囲をきわめて効果的に拡大することができて、最良の結
果をもたらすように地山を圧密することができる。

【００４０】ここでは、最良の結果をもたらす例を示し
たが、圧密ヘッド３の構造や傾斜角度θを前式を満たす
ように設計しない場合であっても、地山の圧密部の中間
領域（圧密部の中心線及び両側端に対して中心線に近い
側の領域）に１公転後の圧密ヘッドの角部が当たるよう
に圧密ヘッド３の構造や傾斜角度θを定めれば、圧密力
の影響が及ぶ地山の範囲を効果的に拡大することができ
て、限られた動力により地山の圧密を促進することがで
きる。

【００４１】以上、本発明を具体化する場合の基本的な
例について説明したが、次に、その変形例を図４乃至図
１１に基づいて説明する。

【００４２】図８は、図１の無排土式管埋設装置の圧密
ヘッドの形状を変更した第１の変形例を示す要部の縦断
面図、図９は、図１の無排土式管埋設装置の圧密ヘッド
の形状を変更した第２の変形例を示す要部の縦断面図、
図１０は、図１の無排土式管埋設装置に推進時の抵抗軽
減手段を付加した第３の変形例を示す要部の縦断面図で
ある。これらの図においてすでに述べた図１及び図２と
同一の符号を付けた部分は、両図と同等の部分を表すの
で、詳述しない。

【００４３】図８に示す例は、図１の無排土式管埋設装
置において、圧密ヘッド３を圧密ヘッド前部３２と圧密
ヘッド後部３１とで二分割して構成する場合に、圧密ヘ
ッド３の前方部分である圧密ヘッド前部３２の側面の傾
斜がその後方部分である圧密ヘッド後部３１の側面の傾
斜よりも大きくなるように形成したものであり、その他
の点では、すでに述べた例と基本的に変わらない。

【００４４】ところで、圧密ヘッド３の公転により生じ
る前述の押圧力Ｆｃの方向は、圧密ヘッド３の頂角が鋭
角傾向になればなるほど、すなわち圧密ヘッド３の側面
の傾斜が小さくなればなるほど、シャフト２３のラジア
ル方向に近付いて大きい圧密力を地山に加えることがで
きる。しかしながら、圧密ヘッド３の側面の傾斜が小さ
くなりすぎると、圧密ヘッド３の軸方向の長さが長くな
りすぎて、方向修正時の反力が大きくなり、無排土式管
埋設装置の方向修正が行いにくくなる。一方、圧密ヘッ
ド３の前方部分では、未だ圧密されていない相対的に間
隙比の大きい地山を圧密し、圧密ヘッド３の後方部分で
は、圧密ヘッド３の前方部分ですでに圧密された相対的
に間隙比の小さい地山を圧密するので、圧密ヘッド３の
後方部分で地山を圧密するときには、圧密ヘッド３の前
方部分で地山を圧密するときよりも大きい圧密力を地山
に加える必要がある。

【００４５】図８に示す無排土式管埋設装置は、こうし
たことを考慮して、圧密ヘッド後部３１と比べてそれほ
ど大きい圧密力を必要としない圧密ヘッド前部３２の側
面の傾斜を大きくすることにより、その軸方向の長さを
できるだけ短くし、相対的に大きい圧密力を必要とする
圧密ヘッド後部３１の側面の傾斜を小さくすることによ
り大きい圧密力を地山に加え得るようにしている。その
ため、図８の例では、必要な圧密力を確保しながら、圧
密ヘッド３の軸方向の全長を短くして方向修正時の反力
を低下させることができる。

【００４６】図９に示す例は、図１の無排土式管埋設装
置において、圧密ヘッド３における圧密ヘッド前部３２
の先端部に、先行して地山に圧入するための楔状の傾斜
を有する先行圧入部３２１を形成して、この先行圧入部
３２１の楔状の傾斜を圧密ヘッド前部３２の側面の傾斜
よりも大きくするように構成したものであり、その他の
点では、すでに述べた例と基本的に変わらない。

【００４７】圧密ヘッド３の先端がシャープに尖ってい
ると、圧密ヘッド３を礫や玉石混じりの地山に圧入した
場合、圧密ヘッド３が礫や玉石に当たって意図しない方
向に転向する危惧があり、その結果、運転が手間取った
り、方向修正の操作が困難になったりする。図９に示す
例では、圧密ヘッド前部３２の先端部に先行圧入部３２
１を形成してその先端部の傾斜を大きくしているため、
圧密ヘッド前部３２の側面の傾斜角度を小さくしても、
圧密ヘッド３が礫や玉石に当たって意図しない方向に転
向するのを防ぐことができる。

【００４８】図１０に示す例は、先導体本体１を、先導
体本体１の前方部である前部ハル１２の外径が先導体本
体１の後方部である後部ハル１１の外径よりも大きくな
るように形成して、前部ハル１２を圧密ヘッド３の公転
時等の反力受け部とした図１の無排土式管埋設装置にお
いて、潤滑用液体を前部ハル１２と地山との間に供給で
きるように潤滑用液体の供給口１２２を前部ハル１２に
開口させるようにしたものである。こうした構造を得る
ため、ここでは、前部ハル１２の前方部を後方部よりも
肉厚にすることにより前部ハル１２の前方部の内周側に
肉厚部を形成して、この肉厚部に潤滑液供給管路１２３
を形成するとともに、この潤滑液供給管路１２３に、管
継手１２５を介して潤滑液供給ホース１２４を接続して
いる。この潤滑液供給ホース１２４は、先導体本体１及
び埋設管４の内部を経由して発進立坑側に引き出され、
ベントナイト溶液等の潤滑液が供給される。

【００４９】ところで、この無排土式管埋設装置では、
圧密ヘッド３の公転により押圧力Ｆｃが地山に作用して
いるときには、通常の管埋設装置よりも大きな反力が反
力受け部としての前部ハル１２に作用して、推進時に地
山との摩擦抵抗が大きくなる。この摩擦抵抗が大きくな
りすぎると、元押し推力の多くが摩擦抵抗で消費される
ため、推進可能な先導体本体１の掘進距離が低下する
等、線形対応力が悪くなる。図１０に示す例では、前部
ハル１２と地山との間に潤滑用液体を供給するようにし
ているので、前部ハル１２を始めとする先導体本体１と
地山との摩擦抵抗、さらには埋設管４と地山との摩擦抵
抗を潤滑用液体により軽減することができて、線形対応
力の向上に資する。

【００５０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
は、「課題を解決するための手段」の項に示した手段を
採用しているので、本発明の無排土式管埋設装置によれ
ば、圧密力の影響が及ぶ地山の範囲を従来の技術よりも
拡大することができて、同じ動力により、従来の技術よ
りも一層大口径の埋設管を埋設することができ、かつ、
従来の技術よりも一層硬質の地山で施工することができ
る。本発明を具体化する場合に、特に、特許請求の範囲
の請求項２に記載のように具体化すれば、圧密力の影響
が及ぶ地山の範囲を効果的に拡大することができて、限
られた動力により地山の圧密を促進することができる。

【００５１】本発明を具体化する場合に、特に、特許請
求の範囲の請求項３に記載のように具体化すれば、先導
体本体の後端部の踊りが緩和され、ひいては、埋設管を
破損しにくくすることができるとともに、圧密ヘッドの
自転による反力に起因する先導体本体のローリングや圧
密ヘッドの公転による反力に起因する先導体本体の振れ
回りを抑制することができる。本発明を具体化する場合
に、特に、特許請求の範囲の請求項４に記載のように具
体化すれば、圧密ヘッドの前方部分の側面の傾斜角度を
小さくしても、圧密ヘッドが礫や玉石に当たって意図し
ない方向に転向するのを防ぐことができる。本発明を具
体化する場合に、特に、特許請求の範囲の請求項５に記
載のように具体化すれば、先導体本体と地山との摩擦抵
抗さらには埋設管と地山との摩擦抵抗を潤滑用液体によ
り軽減することができて、線形対応力の向上に資する。

【００５２】本発明を具体化する場合に、特に、特許請
求の範囲の請求項６に記載のように具体化すれば、無排
土式管埋設装置に対して方向修正機構を簡単な構造で無
理なく付加することができる。本発明を具体化する場合
に、特に、特許請求の範囲の請求項７に記載のように具
体化すれば、圧密ヘッドを含むシールの前方の揺動部分
の軸方向の長さを短縮することができて無排土式管埋設
装置の方向修正時の反力を減少させることができ、その
ため、通常よりも小さな方向修正ジャッキの方向修正力
で方向修正することが可能になる。本発明を具体化する
場合に、特に、特許請求の範囲の請求項８に記載のよう
に具体化すれば、必要な圧密力を確保しながら、圧密ヘ
ッドの軸方向の全長を短くして方向修正時の反力を低下
させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の具体化例の無排土式管埋設装置の側面
図である。

【図２】図１の無排土式管埋設装置の縦断面図である。

【図３】図１の無排土式管埋設装置の圧密ヘッドを５角
形の角錐状に形成した場合の正面図である。

【図４】図１の無排土式管埋設装置の圧密ヘッドを６角
形の角錐状に形成した場合の正面図である。

【図５】図１の無排土式管埋設装置の圧密ヘッドを８角
形の角錐状に形成した場合の正面図である。

【図６】本発明の無排土式管埋設装置の作用を従来の無
排土式管埋設装置と対比して説明するための圧密ヘッド
での地山の圧密時の断面図である。

【図７】図１の無排土式管埋設装置において最良の結果
をもたらすものを説明するための圧密ヘッドの作動時の
断面図である。

【図８】図１の無排土式管埋設装置の圧密ヘッドの形状
を変更した第１の変形例を示す要部の縦断面図である。

【図９】図１の無排土式管埋設装置の圧密ヘッドの形状
を変更した第２の変形例を示す要部の縦断面図である。

【図１０】図１の無排土式管埋設装置に推進時の抵抗軽
減手段を付加した第３の変形例を示す要部の縦断面図で
ある。

【符号の説明】

１ 先導体本体 １１ 後部ハル １１２ 埋設管嵌合カラー １２ 前部ハル １２１ 突起 １２２ 潤滑用液体の供給口 １２３ 潤滑液供給管路 １２４ 潤滑液供給ホース １３ 方向修正ジャッキ １５ クレビス ２ 方向修正部 ２１ 方向修正シールカラー ２２ 回転駆動装置 ２３ シャフト ２４ 偏心傾斜シャフト ２６ シール ３ 圧密ヘッド ３１ 圧密ヘッド後部 ３２ 圧密ヘッド前部 ３２１ 先行圧入部 ４ 埋設管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大木 正巳 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内 Ｆターム(参考） 2D054 AC18 BA19 BB01 BB04

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 後部に埋設管が接続されて元押し装置に
   より推進される先導体本体と、この先導体本体の前方に
   延び先導体本体の軸線の周りに回転可能に支持されて回
   転駆動装置により回転駆動されるシャフトと、このシャ
   フトに回転可能に支持され先導体本体の推進により地山
   に圧入されて地山を圧密する圧密ヘッドとを備え、圧密
   ヘッドを多角形の角錐状に形成するとともに、圧密ヘッ
   ドの回転軸心がシャフトの回転軸心に対して傾斜して圧
   密ヘッドの先端部付近でシャフトの回転軸心と交わるよ
   うに、圧密ヘッドを回転可能にシャフトで支持するよう
   に構成したことを特徴とする無排土式管埋設装置。
2. 【請求項２】 角錐状の圧密ヘッドの構造及びシャフト
   の回転軸心に対する圧密ヘッドの回転軸心の傾斜角度を
   定める場合、１公転後の圧密ヘッドの角部が圧密ヘッド
   の側面による地山の圧密部の中間領域に当たるように定
   めたことを特徴とする請求項１に記載の無排土式管埋設
   装置。
3. 【請求項３】 先導体本体を、その前方部の外径が後方
   部の外径よりも大きくなるように形成するとともに、先
   導体本体の前方部の外表面に、先導体本体の前後方向に
   隆起して延びる隆起部を複数突設したことを特徴とする
   請求項１又は請求項２に記載の無排土式管埋設装置。
4. 【請求項４】 圧密ヘッドの先端部に、先行して地山に
   圧入するための楔状の傾斜を有する先行圧入部を形成し
   て、この先行圧入部の楔状の傾斜を圧密ヘッドの前方部
   分の側面の傾斜よりも大きくするように構成したことを
   特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３に記載の無
   排土式管埋設装置。
5. 【請求項５】 先導体本体を、前方部の外径が後方部の
   外径よりも大きくなるように形成するとともに、潤滑用
   液体を先導体本体の前方部と地山との間に供給できるよ
   うに潤滑用液体の供給口を先導体本体の前方部に開口さ
   せたことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに
   記載の無排土式管埋設装置。
6. 【請求項６】 先導体本体の前端部に方向修正部をシー
   ルを介して揺動可能に嵌合して、方向修正部を先導体本
   体に対して揺動させ得るように両者に方向修正ジャッキ
   に軸着するとともに、この方向修正部にシャフトを回転
   可能に支持して圧密ヘッドをシャフトに支持して方向修
   正部の前方に配置し、回転駆動装置を方向修正部に取り
   付けたことを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか
   に記載の無排土式管埋設装置。
7. 【請求項７】 シールを、方向修正部に対する方向修正
   ジャッキの軸着部の位置と同等の位置又はその位置より
   も前方の位置に配置したことを特徴とする請求項６に記
   載の無排土式管埋設装置。
8. 【請求項８】 圧密ヘッドを多角形の角錐状に形成する
   場合、圧密ヘッドの前方部分の側面の傾斜がその後方部
   分の側面の傾斜よりも大きくなるように形成したことを
   特徴とする請求項６又は請求項７に記載の無排土式管埋
   設装置。