JP2011246887A - 埋設管推進機のピンチ弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】帯水砂層を含む地盤を掘り込んだときに湧水が噴出してきても水および土砂を確実に止めることができ、しかもピンチ弁チューブの摩耗による消耗を最小限に抑え、長期間の耐用性を確保できるようにする。
【解決手段】先導管および埋設すべき管内にスクリューを挿通したケーシングを設け、前記スクリューの先端に取り付けられた掘削ヘッドにより地盤を掘削しながら地中に埋設管を推進するための推進機に組み込まれるピンチ弁装置において、ケーシング１２内に形成される加圧エア室３５に導入されたエアにより膨張しケーシング１２とスクリュー１４の間の通路を閉じるピンチ弁チューブ３０を、ケーシング１２に対して回転自在に取り付け、ピンチ弁チューブ３０を開状態にするときにピンチ弁チューブ３０を回転しないように固定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、埋設管推進機のピンチ弁装置に係り、特に、帯水砂層や砂礫層など湧水噴出の可能性のある地盤を施工する場合に、先導管の内部で緊急止水を施すためのピンチ弁装置に関する。

地表を開削する替わりに、推進機で上・下水道管やガス管、電線管等の管を地中に埋設する推進工法が普及している。この種の推進機は、地表から掘り下げた立坑内に設置される。推進機からはスクリューが延び、このスクリューの先端に設けられた掘削ヘッドにより水平方向に地盤を掘削し、掘削した土砂はスクリューで立坑に排出される。かくして先導管に順次管を継ぎ足しながら、管を地中に推進することができる。

管を推進していく地盤によっては、多量の湧水が存在している帯水砂層や砂礫層などからなる地盤を施工しなければならないことがある。このような地盤では、掘削ヘッドが帯水砂層に突き当たると、地盤から水が噴出し、先導管の内部に水と土砂を大量に取り込んでしまうという事態が発生することがある。

水の噴出を放置していると、推進機を設置してある発進立坑が水没してしまうばかりでなく、地盤から必要以上の土砂が排出され、最悪の事態の場合、地盤沈下を引き起こしてしまうという事態に至る。

そこで、帯水砂層を含む地盤に埋設管を推進していく施工工事では、水や土砂の止水対策が必要不可欠となる。

従来から、止水対策として、カッタヘッドの後方にピンチ弁と呼ばれる止水弁を設けることが行われている。この種のピンチ弁は、カッタヘッドの後方位置で、スクリューのロッド部の周囲に当接するまで膨張可能なゴムなどを材質とする特殊なチューブを設けたものである。通常の掘削では、ピンチ弁は開いた状態になっており、土砂を搬送する通路が確保されている。他方、ピンチ弁に圧縮空気が送り込まれると、ピンチ弁チューブは膨張して土砂の搬送通路を閉じるので、噴出してきた水を止水したり、ピンチ弁チューブの開度を調整して土砂の搬送量を制限することができるようになっている。

このようなピンチ弁に関する先行技術としては、例えば、特許文献１、特許文献２を挙げることができる。

特開平７−２０８０７９号公報 特開平９−７８９８５号公報

閉じている状態では、ピンチ弁チューブは、スクリューのロッドに接触している状態にあるため、元来、ゴムなどの摩耗に弱い材料からなるピンチ弁チューブは、スクリューとの摩擦によって早期に消耗してしまい、放置しておくとピンチ弁が作動しなくなるという問題があった。

また、ピンチ弁が配置された位置では、スクリューのロッドに羽根をつけることができないため、ピンチ弁の範囲に亘って羽根が欠如している。このため、相当互層を推進していく過程で搬送する土砂に粘性土が混じってくると、羽根のない部分で粘性土の塊が大きくなってゆき、やがて土砂の搬送通路を閉塞させてしまうという問題があった。

そこで、本発明の目的は、前記従来技術の有する問題点を解消し、帯水砂層を含む地盤を掘り込んだときに湧水が噴出してきても水および土砂を確実に止めることができ、しかもピンチ弁チューブの摩耗による消耗を最小限に抑え、長期間の耐用性を確保できるようにした埋設管推進機のピンチ弁装置を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、ピンチ弁を配置した位置でも、スクリューに羽根を取り付けることが可能な構造にすることで、粘土が入り込んでも搬送通路の詰まりを防止できるようにした埋設管推進機のピンチ弁装置を提供することにある。

前記の目的を達成するために、本発明は、先導管および埋設すべき管内にスクリューを挿通したケーシングを設け、前記スクリューの先端に取り付けられた掘削ヘッドにより地盤を掘削しながら地中に埋設管を推進するための推進機に組み込まれるピンチ弁装置において、前記ケーシング内に形成される加圧エア室に導入されたエアにより膨張し前記ケーシングとスクリューの間の通路を閉じるピンチ弁チューブを、前記ケーシングに対して回転自在に取り付け、前記ピンチ弁チューブを開状態にするときに前記ピンチ弁チューブを回転しないように固定するようにしたことを特徴とするものである。

また、本発明は、先導管および埋設すべき管内にスクリューを挿通したケーシングを設け、前記スクリューの先端に取り付けられた掘削ヘッドにより地盤を掘削しながら地中に埋設管を推進するための推進機に組み込まれるピンチ弁装置において、前記ケーシング内に形成される加圧エア室に導入されたエアにより膨張し、前記ケーシングとスクリューの間の通路を閉じるピンチ弁チューブと、前記ケーシングの内側で回転自在に支持され、前記ピンチ弁チューブを保持するとともに該ピンチ弁チューブの外周面との間に前記加圧エア室を形成する内筒部と、前記ピンチ弁チューブを開状態にするときに前記内筒部を回転しないように該内筒部を固定する回転ロック手段と、を具備したことを特徴とするものである。

また、本発明は、先導管および埋設すべき管内にスクリューを挿通したケーシングを設け、前記スクリューの先端に取り付けられた掘削ヘッドにより地盤を掘削しながら地中に埋設管を推進するための推進機に組み込まれるピンチ弁装置において、前記ケーシングの内側で回転自在に支持され、前記ケーシングの内側に形成された加圧エア室に導入されたエアにより膨張し前記ケーシングとスクリューの間の通路を閉じるピンチ弁チューブを有し、前記ピンチ弁チューブの外周面に周方向に形成された複数の凸部を形成するとともに、前記ケーシングの内周面に前記凸部が係合可能な凹部を形成したことを特徴とするものである。

本発明によれば、帯水砂層を含む地盤を掘り込んだときに湧水が噴出してきても水および土砂を確実に止めることができ、しかもピンチ弁チューブの摩耗による消耗を最小限に抑え、長期間の耐用性を確保することができる。

また、本発明によれば、ピンチ弁を配置した位置でも、スクリューに羽根を途切れなく取り付けることが可能になるので、粘土が入り込んでも搬送通路の詰まりを防止することができる。

本発明の第１の実施形態によるピンチ弁装置が組み込まれた先導管を示す縦断面図である。 同ピンチ弁装置の縦断面図である。 本発明の第１実施形態によるピンチ弁装置が閉じた状態にある先導管を示す縦断面図である。 本発明の第２の実施形態によるピンチ弁装置を示す縦断面図である。 図５のＶ−Ｖ断面を示す横断面図である。 本発明の第２実施形態によるピンチ弁装置が閉じた状態にある先導管を示す縦断面図である。

以下、本発明による埋設管推進機のピンチ弁装置の一実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。
第１実施形態
図１は、ピンチ弁装置が組み込まれた埋設管推進機の先導管を示す縦断面図である。図２は、本発明の第１実施形態によるピンチ弁装置の構成を示す縦断面図である。

図１において、参照番号１０は、先導管を示す。この先導管１０は、地中に推進していく管の先端部に接続される。この先導管１０の内側には、ケーシング１２が挿通されている。そして、ケーシング１２の内部には、掘削した土砂を排出するためにスクリュー１４が挿通されている。スクリュー１４には、羽根１５が途中で欠如することなく螺旋状に連続している。スクリュー１４の先端には、掘削ヘッド１６が設けられており、この掘削ヘッド１６は、軸受１７によって回転自在に支承されている。掘削ヘッド１６には複数のカッタービット１８が取り付けられている。掘削ヘッド１６はスクリュー１４とともに回転しながら地盤を掘削し、土砂は刃口１９からケーシング１２内に取り込まれ、スクリュー１４の羽根１５によって後方に搬送されるようになっている。

次に、図１において、参照番号２０は、ピンチ弁装置の全体を示す。このピンチ弁装置２０は、先導管１０の内部において、ケーシング１０の途中に組み込まれている。参照番号３０は、ピンチ弁装置２０の主要な構成要素であるピンチ弁チューブを示す。このピンチ弁チューブ３０は、ゴム、合成ゴム、合成樹脂などの可撓性材料からなる膨張・収縮可能な円筒状の部材である。本発明の第１実施形態では、図２に示すように、先導管１０のケーシング１２の内側には、金属製の内筒部３２が回転自在に取り付けられており、ピンチ弁チューブ３０の両端部は、この内筒部３２に対して押さえ部材３３、３３によって固定されている。

内筒部３２の前後両端側にはスラストブッシュ３４、３４が配置されている。このスラストブッシュ３４、３４はスラスト軸受として機能し、内筒部３２とピンチ弁チューブ３０とは一体的に回転自在に支持されるとともに、軸方向の位置が規制されている。

図１に示されるように、ピンチ弁チューブ３０の内側にあっても、スクリュー１４の羽根１５は途切れずに連続して形成されている。図１では、開いている状態のピンチ弁チューブ３０が表されている。スクリュー１４の羽根１５の外径よりも、ピンチ弁チューブ３０の内径の方が大きくなっており、これによって、ピンチ弁チューブ３０とスクリュー１４の間には土砂を搬送する通路が確保されている。

他方、ケーシング１０の内周面と内筒部３２の外周面との間には、円環状に加圧エア室３５が形成されている。この加圧エア室３５には、エア管３６を通じて高圧のエアが供給される。また、内筒部３２には複数の貫通穴３７が周方向に形成されており、加圧エア室３５から貫通穴３７を流れた高圧エアはピンチ弁チューブ３０を半径方向内側に膨張させるようになっている。

ピンチ弁装置２０では、高圧エアによってピンチ弁チューブ３０が膨張して、その一部がスクリュー１４に押し付けられた状態が閉で、加圧エア室３５に高圧エアが供給されておらず、ピンチ弁チューブ３０は円筒状の初期形状を保持している状態が開である。なお、参照番号３８、３９は、高圧エアが漏出しないようにするシール部材をしている。

次に、図２において、参照番号４０は、内筒部３２が回転しないように固定する回転ロック手段を構成する単動式のエアシリンダを示している。このエアシリンダ４０では、ロッド側にシリンダ室４１が形成されており、エア管３６から分岐したエア通路４２から高圧のエアがシリンダ室４１に供給されるようになっている。また、エアシリンダ４０には、スプリング４３が収容されており、このスプリング４３は、ピストン４４を弾性力で常時前進させる方向に付勢している。シリンダ室４１に高圧エアが供給されると、高圧エアはスプリング４３の弾性力に抗してピストン４４を後退させ、シリンダ室４１が開放されると、スプリング４３の弾性力によってピストン４４が押され、ピストンロッド４５の先端部は内筒部３２の外周面に強く押し付けられるようになっている。

ピンチ弁チューブ３０が開状態になっているときは、シリンダ室４１に高圧エアは供給されていないので、スプリング４３の弾性力で付勢されたピストンロッド４５が内筒部３２をロックした状態になっている。

次に、以上のように構成されるピンチ弁装置の作用について説明する。

通常の掘削時には、図１に示すようにピンチ弁装置２０は開いた状態にある。このとき、加圧エア室３５には高圧のエアは供給されておらず、ピンチ弁チューブ３０は膨張していないので、ケーシング１２とスクリュー１４の間では土砂の搬送路が連続している。

また、回転ロック手段を構成しているエアシリンダ４０では、スプリング４３の弾性力によってピストンロッド４５はピンチ弁チューブ３０を保持する内筒部３２に対して押し付けられており、内筒部３２と一体のピンチ弁チューブ３０は回転を阻止されたロック状態にある。したがって、掘削が進行している間、ピンチ弁チューブ３０はケーシング１２に固定されている状態になっている。

掘削を続けて粘性土質の地層と砂礫層の互層を推進していく場合、掘削ヘッド１６により掘削された粘性土がケーシング１２内に取り込まれる。この場合、ピンチ弁チューブ３０の配置部位でもスクリュー１４の羽根１５は途切れることなく連続しているので、羽根１５の土砂搬送作用はピンチ弁チューブ３０の内側にある土砂にも及ぶことになる。これにより、粘性土を含む土砂が塊になって土砂搬送路を閉塞させてしまうような事態を確実に防止し、土砂をスクリュー１４によって後方に円滑に搬送することができる。

回転ロック手段を構成しているエアシリンダ４０では、ピンチ弁装置２０による閉止と同時に、シリンダ室４１に高圧のエアが供給され、スプリング４３の弾性力に抗してピストン４４が後退するので、それまで回転しないようにロックされていたピンチ弁チューブ３０は、ロックを解除されてフリーに回転できる状態になる。

図３に示すように、膨張しているピンチ弁チューブ３０では、土砂搬送通路を塞ぐために膨張部の先端はスクリュー１４に圧接している状態にある。したがって、スクリュー１４の回転といっしょにピンチ弁チューブ３０と内筒部３２とが一体で回転するので、ピンチ弁チューブ３０とスクリュー１４の間には摺動摩擦が生じることはない。このため、ピンチ弁チューブ３０の摩耗、消耗を最小限に抑制することができる。これによって、スクリュー１４が摺動する従来のピン弁チューブのように早期に損傷してしまうような不都合をなくし、長期間に亘る耐用性を確保することができる。なお、閉じたピンチ弁チューブ３０はスクリュー１４と一体に回転することになるので、スクリュー１４の羽根１５との相対的な位置関係は変わらない。本実施形態のようにスクリュー１４の全体に途切れることなく羽根１５が形成されていても、ピンチ弁チューブ３０の回転を阻害することはなく、ピンチ弁チューブ３０と羽根１５との間に相対的な摺動が生じることもない。

地盤からの湧水が止まれば、加圧エア室３５は開放されて、ピンチ弁チューブ３０は収縮して図１に示す形状に復元し、ケーシング１２とスクリュー１４の間の土砂搬送路は開通することになる。また、回転ロック手段を構成しているエアシリンダ４０では、スプリング４３の弾性力でピストンロッド４５が内筒部３２に押し付けられるので、内筒部３２の一体のピンチ弁チューブ３０はその回転がロックされる。以後、通常の掘削が再開される。

第２実施形態
次に、本発明に係るピンチ弁装置の第２の実施形態について、図４乃至図６を参照しながら説明する。
この第２実施形態によるピンチ弁装置４８は、第１実施形態のピンチ弁装置２０の構成要素である内筒部３２と、エアシリンダ４０を設ける替わりに、ピンチ弁チューブ３０の形状を利用して、ピンチ弁チューブ３０の回転をロックするようにした実施形態である。

図４において、ピンチ弁チューブ３０の両端部は保持部材５０、５１に固定されている。保持部材５０、５１の端面はスラストブッシュ５２、５３に当接するようになっている。このスラストブッシュ５２、５３はピンチ弁チューブ３０を支承するスラスト軸受として機能し、ピンチ弁チューブ３０を回転自在に支持するとともに、軸方向の位置を規制している。

図４に示されるように、ピンチ弁チューブ３０の内側にあっても、スクリュー１４の羽根１５は途切れずに連続して形成されている。図４では、開いている状態のピンチ弁チューブ３０が表されている。スクリュー１４の羽根１５の外径よりも、ピンチ弁チューブ３０の内径の方が大きくなっており、これによって、ピンチ弁チューブ３０とスクリュー１４の間には土砂を搬送する通路が確保されている。

他方、ケーシング１２の内周面とピンチ弁チューブ３０の外周面との間には、円環状の加圧エア室５４が形成されている。この加圧エア室５４には、エア供給口５５に接続されるエア管５６を通じて高圧のエアが供給される。

この実施形態では、図５に示されるように、ケーシング１０において加圧エア室５４を形成している内周面には、複数の凹部５８が一定の間隔で周方向に形成されている。そして、ピンチ弁チューブ３０の外周面には、図４に示されるように、複数の凸部６０が一定の間隔で周方向に形成されており、この第２実施形態では、これらケーシング１０に形成された凹部５８と、ピンチ弁チューブ３０に形成された凸部６０の組み合わせによって、ピンチ弁チューブ３０の回転をロックするロック手段を構成している。

ピンチ弁チューブ３０を閉にするために、加圧エア室５４に高圧エアが供給されると、その高圧エアはピンチ弁チューブ３０を半径方向内側に向けて膨張させるので、このときピンチ弁チューブ３０の凸部６０がケーシング１０側の凹部５８から外れてロックが解除され、ピンチ弁チューブ３０は回転できる状態になる。

通常の掘削時には、ピンチ弁チューブ３０は開状態になっている。加圧エア室５４には高圧エアは供給されていないため、ピンチ弁チューブ３０は膨張していない。このとき、ピンチ弁チューブ３０の凸部６０は、ケーシング１０側の凹部５８に係合しているため、ピンチ弁チューブ３０の回転はロックされた状態になっている。したがって、掘削が進行している間、ピンチ弁チューブ３０はケーシング１２に対して固定されている状態になっている。

掘削する地盤によっては、粘性土質の地層と砂礫層の互層を推進していくことがある。この場合、掘削ヘッド１６により掘削された粘性土がケーシング１２内に取り込まれることになる。ピンチ弁チューブ３０の配置部位でもスクリュー１４の羽根１５は連続しているので、羽根１５の土砂搬送作用はピンチ弁チューブ３０の内側にある土砂にも及ぶことになる。これにより、粘性土を含む土砂が塊になって土砂搬送路が詰まって閉塞されてしまうような事態を確実に防止し、土砂をスクリュー１４によって後方に円滑に搬送することができる。

一方、掘削する地盤が帯水砂層や砂礫層で湧水の可能性が高い地盤である場合、掘削中に大量の湧水がケーシング１２内に流入するという事態が発生することがある。
このような事態が生じた時は、加圧エア室５４に高圧のエアを供給すると、図６に示すように、ピンチ弁チューブ３０は膨張して、ケーシング１２とスクリュー１４の間の搬送通路を閉じ、湧水および土砂の流入を確実に阻止することになる。

そしてピンチ弁チューブ３０が膨張している状態では、凸部６０がケーシング１２の凹部５８から離脱しているのでロックは解除されており、ピンチ弁チューブ３０はフリーに回転することができる。

したがって、スクリュー１４の回転といっしょにピンチ弁チューブ３０は一体で回転するので、ピンチ弁チューブ３０とスクリュー１４の間には摺動摩擦が生じることがない。このため、ピンチ弁チューブ３０の摩耗、消耗を最小限に抑制することができ、長期間に亘る耐用性を確保できる。

地盤からの湧水が止まれば、加圧エア室５４は開放されて、ピンチ弁チューブ３０は収縮して図４に示す形状に復元し、土砂搬送路は開通することになる。また、ピンチ弁チューブの凸部６０はケーシング１２の凹部５８に係合するので、ピンチ弁チューブ３０はその回転がロックされる。以後、通常の掘削が再開される。

１０…先導管、１２…ケーシング、１４…スクリュー、１５…羽根、１６…掘削ヘッド、２０…ピンチ弁装置、３０…ピンチ弁チューブ、３２…内筒部、３４…スラストブッシュ、３５…加圧エア室、４０…エアシリンダ、４１…シリンダ室、４３…スプリング、４５…ピストンロッド、５４…加圧エア室、５８…凹部、６０…凸部

Claims (6)

1. 先導管および埋設すべき管内にスクリューを挿通したケーシングを設け、前記スクリューの先端に取り付けられた掘削ヘッドにより地盤を掘削しながら地中に埋設管を推進するための推進機に組み込まれるピンチ弁装置において、
   前記ケーシング内に形成される加圧エア室に導入されたエアにより膨張し前記ケーシングとスクリューの間の通路を閉じるピンチ弁チューブを、前記ケーシングに対して回転自在に取り付け、前記ピンチ弁チューブを開状態にするときに前記ピンチ弁チューブを回転しないように固定するようにしたことを特徴とする埋設管推進機のピンチ弁装置。
2. 先導管および埋設すべき管内にスクリューを挿通したケーシングを設け、前記スクリューの先端に取り付けられた掘削ヘッドにより地盤を掘削しながら地中に埋設管を推進するための推進機に組み込まれるピンチ弁装置において、
   前記ケーシング内に形成される加圧エア室に導入されたエアにより膨張し、前記ケーシングとスクリューの間の通路を閉じるピンチ弁チューブと、
   前記ケーシングの内側で回転自在に支持され、前記ピンチ弁チューブを保持するとともに該ピンチ弁チューブの外周面との間に前記加圧エア室を形成する内筒部と、
   前記ピンチ弁チューブを開状態にするときに前記内筒部を回転しないように該内筒部を固定する回転ロック手段と、
   を具備したことを特徴とする埋設管推進機のピンチ弁装置。
3. 前記回転ロック手段は、前記内筒部を押圧可能なピストンロッドを回転ロック位置に保持するスプリングが収容されているエアシリンダからなることを特徴とする請求項２に記載の埋設管推進機のピンチ弁装置。
4. 前記エアシリンダには、前記加圧エア室に供給されるエアが分配され、ピンチ弁チューブを閉状態にすると同時にピストンロッドをロック解除位置に戻すようにしたことを特徴とする請求項３に記載の埋設管推進機のピンチ弁装置。
5. 前記内筒部は、該内筒部の軸方向の位置決めをするスラスト軸受部により回転自在に支持されたことを特徴とする請求項２に記載の埋設管推進機のピンチ弁装置。
6. 先導管および埋設すべき管内にスクリューを挿通したケーシングを設け、前記スクリューの先端に取り付けられた掘削ヘッドにより地盤を掘削しながら地中に埋設管を推進するための推進機に組み込まれるピンチ弁装置において、
   前記ケーシングの内側で回転自在に支持され、前記ケーシングの内側に形成された加圧エア室に導入されたエアにより膨張し前記ケーシングとスクリューの間の通路を閉じるピンチ弁チューブを有し、前記ピンチ弁チューブの外周面に周方向に形成された複数の凸部を形成するとともに、前記ケーシングの内周面に前記凸部が係合可能な凹部を形成したことを特徴とする埋設管推進機のピンチ弁装置。

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