JPH05141184A - 管の推進埋設装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 小口径管を硬質地盤中にも正確且つ効率的に
埋設し得る管の推進埋設装置を提供する。 【構成】 先頭掘削管（20）は、先端部に互いに逆回転
する中心側剪断刃（28）と外周側剪断刃（29）とを同心
状態で具備する。中心側剪断刃（28）は、凸球曲面状を
なして表面に多数の掘削チップを有する。外周側剪断刃
（29）は、円筒状のものであって、先端部と中心側剪断
刃（28）と対向する内径面とに掘削チップ（12）を有す
る。中間掘削管（30）は、内径面に複数のジャッキ装置
（33）を取付けた管体（31）と、管体（31）と先頭掘削
管（20）内に介在する修正板（34）とからなる。ジャッ
キ装置（33）は、修正板（34）にも連結しておき、これ
によってその伸縮時に修正板（34）が揺動する。最終掘
削管（40）は、掘削方向の変化を検知する検知手段を内
部に有する。これらの先頭掘削管（20）、中間掘削管
（30）、最終掘削管（40）は一連に連結してパイロット
管（４）の先端部に取付ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は管の推進埋設装置に関す
るものであり、詳しくは、道路、軌道、堤防、河川等の
地中に、上下水道、通信、あるいは電力ケープル用の管
体を埋設する際に使用される管の推進埋設装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】道路、軌道、堤防、河川等の地中に、上
下水道、通信あるいは電力ケープル用の小口径管を埋設
する場合、推進埋設工法が採用されている。小口径管の
推進埋設工法としては、押込推進方式と牽引推進方式が
一般的であるが、押込推進方式は牽引推進方式に比較し
て効率が悪く、しかも埋設管が塩化ビニル管やヒューム
管である場合には、埋設管の押込推進方向が一定となら
ず蛇行する等の問題がある。このため、現状では牽引推
進方式が賞用されている。

【０００３】上記小口径管の牽引式推進埋設工法の現状
を図８（ａ）（ｂ）に基いて説明する。先ず、図８
（ａ）に示すように、管体埋設予定区間の両端に作業用
の発進立坑（１）と到達立坑（２）を掘削する。続い
て、発進立坑（１）から到達立坑（２）に向ってパイロ
ットヘッド（３）およびこのパイロットヘッド（３）に
順次接続した所定本数のパイロット管（４）を、発進立
坑（１）内に設置した油圧ジャッキ（５）によって尺取
り虫状に逐次押込推進させる。この時、パイロットヘッ
ド（３）が管路埋設路の土砂（８）を圧密排除し、パイ
ロット管（４）の推進を容易ならしめる。

【０００４】そして、先頭に位置するパイロット管
（４）の先端が到達立坑（２）内に到達した時点で、図
８（ｂ）に示すようにパイロット管（４）の先端からパ
イロットヘッド（３）を取外し、当該パイロット管
（４）の先端に拡大ヘッド（６）及び埋設管（７）を取
付け、この拡大ヘッド（６）及び埋設管（７）をパイロ
ット管（４）を介して油圧ジャッキ（５）によって牽引
する。この結果、管埋設経路の土砂（８）は、拡大ヘッ
ド（６）の前進に伴って埋設管（７）の外周に圧密状態
で押付けられる。拡大ヘッド（６）が埋設管（７）の１
本分だけ前進したとき、最先の埋設管（７）の後端に２
本目の埋設管（７）の前端を接続し、上記油圧ジャッキ
（５）の逆起動による牽引動作を再開する。この時、発
進立抗（１）内に突出したパイロット管（４）も１本取
り外す。先頭に位置する埋設管（７）の先端が発進立坑
（１）に到達する迄、所定本数の埋設管（７）について
上記の順次接続と牽引推進動作ならびにパイロット管
（４）の順次取外し動作を繰返す。最先の埋設管（７）
の先端が発進立坑（１）の側壁面から露出した時点で当
該埋設管（７）の先端から最後のパイロット管（４）と
拡大ヘッド（６）を取外す。このようにして、発進立坑
（１）と到達立坑（２）の間に、複数本の埋設管（７）
からなる管路（９）が形成される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の牽引
推進工法では、管埋設経路の土砂（８）をパイロットヘ
ッド（３）で圧密排除しながらパイロット管（４）を押
込推進させているため、パイロットヘッド（３）に圧密
抵抗として大きな圧縮荷重が負荷される。このため、軟
質な地層中に比較的小口径のパイロット管（４）を推進
埋設する場合は問題ないが、礫層や岩盤層のような硬質
地盤に牽引推進工法を適用しようとすると、パイロット
ヘッド（３）が積極掘削機能と排土機能を具備していな
いため、パイロットヘッド（３）に働く圧密抵抗が増大
し、パイロット管（４）の弯曲、さらには、推進能率の
低下等の問題が発生する。そして、パイロット管（４）
の牽引時に埋設管（７）が蛇行してしまう。

【０００６】そこで、本発明は、パイロット管を正確且
つ効率的に土中に埋設し得る管の推進埋設装置を提供す
ることを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明装置は、先頭掘削管、中間掘削管、最終掘削
管を一連に連結したものであって、上記先頭掘削管は、
先端部に互いに逆回転する中心側剪断刃と外周側剪断刃
とを同心状態で具備し、上記中心側剪断刃は、先頭掘削
管の軸線上に配置した凸球曲面形状のものであって表面
に掘削チップを有し、上記外周側剪断刃は、上記中心側
剪断刃を内部に収納する円筒状のものであって、先端の
環状部分及び内径面のうち少なくとも中心側剪断刃との
対向部分に掘削チップを有し、

【０００８】上記中間掘削管は、内径面にジャッキ装置
を取付けてなる管体と、この管体と先頭掘削管との間に
介在し、上記先頭掘削管との連結時に先頭掘削管の後端
面と密着する修正板とからなり、上記修正板は、上記ジ
ャッキ装置と連結してジャッキ装置の伸縮に伴って管体
に対して揺動するよう構成し、

【０００９】上記最終掘削管は、掘削方向の変化を検知
する検知手段を内部に具備する。

【００１０】

【作用】岩盤等の被掘削物は、中心側剪断刃と外周側剪
断刃の有する掘削機能と、両剪断刃の逆回転で生じた剪
断力で掘削・破砕される。破砕された岩盤等は、凸球曲
面形状をなす中心側剪断刃に取り付けた掘削チップと、
円筒状の外周側剪断刃の内径面のうち少なくとも中心側
剪断刃との対向部分にある掘削チップとの協働でさらに
細かく破砕される。掘削作業中に、掘削方向が所定方向
からずれると、このずれを最終掘削管内の検知手段が検
知し、作業者に伝達する。作業者は、このずれを矯正す
べく中間掘削管内のジャッキ装置を適当に伸縮させ、ジ
ャッキ装置に連結した修正板を揺動させる。この修正板
の揺動により、修正板と密着した先頭掘削管の姿勢が変
化し、掘削方向が変化する。

【００１１】

【実施例】以下、図１乃至図７に基いて本発明の一具体
例を説明する。

【００１２】本発明にかかる管の推進埋設装置は、図１
に示すように、先頭掘削管（20）と、中間掘削管（30）
と、最終掘削管（40）とを一連に連結することによって
構成される。

【００１３】先頭掘削管（20）は、礫層、岩盤、あるい
は硬質粘土層等の硬質地盤の掘削手段として設けられた
ものであり、以下その構成を図２に基づいて説明する。

【００１４】固定管体（21）内には、駆動源、例えば油
圧モータ（22）が内蔵されており、この油圧モータ（2
2）の動力軸（22Ａ）に固着されたピニオン（22Ｂ）
を、管体（21）の軸心にベアリング（23Ａ）を介して回
転可能に支持されている剪断刃取付軸（24）の基端部に
固着された太陽歯車（25）と噛合させる。更にこの太陽
歯車（25）は、図３に示す遊星歯車（25Ａ）を介して固
定管体（21）の前端にベアリング（23Ｂ）、（23Ｃ）を
介して回転可能に支持されている回転管体（26）の内周
面に形成されたインターナルギヤ（27）と噛合わせるこ
とによって、上記剪断刃取付軸（24）の前端にボルト
（24Ａ）で固着されている中心側剪断刃（28）および上
記回転管体（26）の前端にボルト（26Ａ）で固着されて
いる外周側剪断刃（29）の回転駆動用の動力伝達装置を
形成している。

【００１５】上記遊星歯車機構を利用することにより、
中心側剪断刃（28）と外周側剪断刃（29）は、油圧モー
タ（22）の起動時に互いに逆回転する。これにより、岩
盤等の被掘削物は、両剪断刃（28）（29）の有する掘削
機能に加え、両剪断刃（28）（29）間に働く剪断力でよ
り一層細かく破砕される。

【００１６】中心側剪断刃（28）は、図４に示すよう
に、略凸球曲面に成形されたチップ取付構体（11）の表
面に、ねじ込み、圧入、あるいは焼嵌め等の適当な手段
を利用して所定の配設ピッチで多数の掘削チップ（12）
（12）・・・・を着脱可能に取付けて構成し、後述の外周側
剪断刃（29）の先端部より距離（Ｌ）だけ後退させて円
筒状の外周側剪断刃（29）内に配置する。尚、上記凸球
曲面とは、完全な球曲面のみを意味するのではなく、図
示の如く複数の平面を組み合わせて球曲面に近似させた
ものも含む意である。

【００１７】一方、外周側剪断刃（29）は、円筒状の台
座（14）の先端の全周にわたって環状に掘削チップ（1
6）（16）・・・・を多数取付けると共に、台座（14）の内
径面の中心側剪断刃（28）との対向部位に掘削チップ
（15）（15）・・・・を多数取付けて構成する。上記掘削チ
ップ（15）（16）の取付け手段としては、中心側剪断刃
（28）の掘削チップ（12）と同様にねじ込み、圧入、あ
るいは焼嵌め等を利用することができる。

【００１８】上述のように中心側剪断刃（28）を略凸球
曲面形状とする一方、外周側剪断刃（29）の内径面且つ
中心側剪断刃（28）との対向部位に掘削チップ（15）を
取付けたことにより、掘削された岩盤等は、図面右方向
に移動するにつれて、互いに逆回転する掘削チップ（1
2）（15）の協働でより一層細かく破砕される。従っ
て、中心側剪断刃（28）と外周側剪断刃（29）との間に
岩盤等が噛み込んで掘削の継続が困難となるような事態
は起こりにくい。また、中心側剪断刃（28）を外周側剪
断刃（29）の先端部より距離（Ｌ）だけ後退させて配置
したことから、上記作用はさらに効果的に行なわれる。

【００１９】また、上記掘削チップ（12）（15）（16）
を、中心側剪断刃（28）および外周側剪断刃（29）に対
して着脱可能な構造とすることによって、所定の使用期
間が経過した後のチップの交換が容易化され、岩盤等の
噛み込みによって各チップ（12）（15）（16）の一部が
破損した際の部分補修も可能となる。さらに、中心側剪
断刃（28）は、図１に示すように、剪断刃取付軸（24）
の前端に通しボルト（24Ａ）で固着されているから、掘
削すべき地盤の土質に応じて交換することが可能であ
る。外周側剪断刃（29）も回転管体（26）の前端にボル
ト（26Ａ）で固着されているから、中心側剪断刃（28）
の交換あるいは掘削すべき地盤の土質の変化に対応して
交換することができる。

【００２０】先頭掘削管（20）内には、給水ホースおよ
び噴射ノズルからなる高圧水の噴射装置（図示省略）を
配設する。この噴射装置を利用して、中心側剪断刃（2
8）と外周側剪断刃（29）による掘削部分に高圧水を噴
射することにより、両剪断刃（28）（29）の掘削作用が
強化されると共に、排土も円滑に行なわれる。

【００２１】さらに、先頭掘削管（20）内には、オーガ
方式の排土装置の先頭部分を配置する。この排土装置
は、発進立抗（１）内に配設された油圧モータ（図示省
略）を駆動源とし、各パイロット管（４）、最終掘削管
（40）、中間掘削管（30）及び先頭掘削管（20）の夫々
に挿通した排土パイプ（５１）内に排土スクリュー（図
示省略）を有するものである。この排土スクリューを上
記油圧モーターで回転させることにより、掘削された岩
盤等が各排土パイプ（51）を通って発進立抗（１）内に
排出される。

【００２２】尚、上記高圧水の噴射装置及びオーガ方式
の排土装置は、ピニオン（22Ｂ）、太陽歯車（25）、遊
星歯車（25Ａ）ならびにインターナルギア（27）からな
る回転駆動力の伝達装置と干渉しない位置に設ける。

【００２３】中間掘削管（30）は、上記先頭掘削管（2
0）の押込推進方向を一定化させるための掘削方向修正
手段として設けられたものである。この中間掘削管（3
0）は、図１及び図５に示すように、管体（31）と、こ
の管体（31）と先頭掘削管（20）との間に介在する修正
板（34）とで構成される。

【００２４】管体（31）内には、油圧流路の切替弁を内
蔵するストロークセンサコントロールユニット（32）を
固設すると共に、円周等配位置に４個の油圧ジャッキ装
置（33）を配設する。上記油圧ジャッキ装置（33）のシ
リンダ部分はブラケット（35）およびピン（36）を介し
て管体（31）の内周壁面上に取付け、ピストンロッドの
先端部分はブラケット（37）およびピン（38）を介して
修正板（34）の内周壁面上に取付ける。さらに、上記修
正板（34）は、その前面に設けられた位置決めピン（3
9）を先頭掘削管（20）の後面プレートに穿設された穴
（39Ａ）［図２参照］内に嵌め込んだ状態でボルト等の
固着手段を利用して先頭掘削管（20）の後端に密着連結
する。

【００２５】上記構成により、ストロークセンサコント
ロールユニット（32）の油路を切替えて４個の油圧ジャ
ッキ装置（33）を選択的に作動させると、修正板（34）
が二点鎖線で示すように種々の方向に揺動する。これに
より、修正板（34）と密着した先頭掘削管（20）の姿勢
が変化し、掘削方向が変化する。

【００２６】最終掘削管（40）は、土質の変化等による
掘削方向の変化を検知するための検知手段を内部に有す
る。図６及び図７に示すように管体（41）の前端に位置
決めピン（46）等の位置決め調整手段を利用して発光
体、例えばLEDを装着したプレート状の視準用ターゲッ
ト（42）を固定配置すると共に、管体（41）の内部に発
進立抗（１）内に設けられたレーザ光線の投射器（図示
省略）から照射されるレーザ光線の投射経路（43）を形
成している。尚、この投射経路（43）は、パイロット管
（４）内にも連続して構成される。管体（41）の前端プ
レート（44）は、図示しない位置決めピン等の固定手段
と締付ボルトを利用して中間掘削管（30）の後端に一体
に接合固着する。管体（41）の外径は、管体（21）およ
び（31）の外径と略等径となるように設計されている。

【００２７】尚、このような掘削方向の検知手段として
は、本出願人が特願平３−２７５１２９号で提案した推
進方向検出機構も適用できる。即ち、上記投射経路（4
3）に、多数の発光体を配設した２つのターゲットを離
隔配置すると共に、発進立坑（１）内にセオドライト等
の撮像手段を配置する。そして、両ターゲットに装着し
た発光体は、各ターゲットで配置態様及び発光色を異な
らせておく。このような構成において、撮像手段で両タ
ーゲットに装着した発光体の位置を認識し、掘削時に生
じる掘削方向の変化を両発光体間の位置ずれでもって検
知するのである。

【００２８】図７において、（47）は先頭掘削管（20）
内に設けられた高圧水の噴射装置に水を供給するための
ホースの挿通穴を表示し、（48）は先頭掘削管（20）内
に設けられた油圧モータ（22）に作動油を供給するため
のホースの挿通穴を表示する。（49）はストロークセン
サコントロールユニット（32）へ電力を供給するための
電線の挿通穴である。

【００２９】以下、上記構成からなる管の推進埋設装置
の操作方法を説明する。

【００３０】先ず、管埋設区間の両端に発進立抗（１）
と到達立抗（２）を掘削し、発進立抗（１）内またはそ
の近傍の適当な位置に油圧ジャッキ（５）、掘削制御
盤、掘削方向の制御盤、高圧水供給用のポンプ、レーザ
光線の投射装置、オーガ方式の排土装置（50）駆動用の
油圧モータ等を据付ける。埋設管（７）としては、例え
ば、外径200mmの塩化ビニール管を用意し、これに対応
して外径約250mmの先頭掘削管（20）、外径約241mmの中
間掘削管（30）および最終掘削管（40）の順次接合構体
からなる推進埋設装置を用意する。一方、この推進埋設
装置の後端に接続するパイロット管（４）として、両端
に接続構体を具えた外径約240mmの鋼管を用意する。掘
削する地盤が硬質の砂礫層もしくは岩盤層であることを
考慮して、外周側剪断刃（29）の外径を260mmに設定
し、これに対応して油圧モータ（22）の仕様と、高圧水
の噴射圧を選定する。例えば、油圧モータ（22）の仕様
として、回転数28rpm、通常使用圧力80kgf／cm²、瞬間
最高圧力115kgf／cm²、通常出力トルク45kgf・m、瞬間
最高出力トルク65kgf・m、必要油量9.5 l／minを選定す
ると共に、外周側剪断刃（29）の仕様として、回転トル
ク190 kgf・m、回転数6.5rpmを選定し、また、中心側剪
断刃（28）の仕様として、回転トルク45kgf・m、回転数
28rpmを選定する。高圧水の圧力は45kgf／cm²に設定す
る。

【００３１】上記準備作業を終了した後、発進立抗
（１）内に設けた油圧ジャッキ（５）を起動し、先頭掘
削管（20）、中間掘削管（30）、最終掘削管（40）を接
合して得た推進埋設装置と、その後端に順次接続した複
数本のパイロット管（４）を到達立抗（２）に向って押
込推進させる。 この押込み推進の途上で、油圧モータ
（22）を起動して中心側剪断刃（28）と外周側剪断刃
（29）を遊星歯車機構を介して反対方向に回転させ、高
圧水の噴射下に管埋設経路上の岩盤等を平均粒径10mm前
後に細かく剪断破砕する。剪断破砕された岩盤等は、噴
射された水と一緒になってオーガ方式の排土装置（50）
により、排土パイプ（51）を通って発進立抗（１）内に
排土される。

【００３２】上記押込推進の途上で、発進立抗（１）側
に設置されたレーザ光線投射装置から最終掘削管（40）
内に装着されている視準用ターゲット（42）に向ってレ
ーザ光線が投射される。掘削経路上の岩盤等の状況によ
って掘削負荷の作用方向が変化すると、視準用ターゲッ
ト（42）に対するレーザ光線の投射位置がずれ、これに
よる光量の変化が中間掘削管（30）内に装着されている
ストロークセンサコントロールユニット（32）で入力信
号の変化として読取られる。このストロークセンサコン
トロールユニット（32）から送出される出力信号に基
き、発進立坑（１）側で作業員が各油圧ジャッキ装置
（33）のピストンロッドのストロークを個別に変化さ
せ、修正板（34）を揺動させて掘削方向の修正動作を行
なう。これにより、先頭掘削管（20）の推進方向が自動
的に修正され、推進埋設装置の後端に接続したパイロッ
ト管（４）に直線的な前進押込姿勢が与えられる。

【００３３】上記前進押込姿勢の制御下に、推進埋設装
置と、その後端に順次接続したパイロット管（４）を到
達立抗（２）に向って押込推進させることによって、発
進立抗（１）と到達立坑（２）の間が複数本のパイロッ
ト管（４）によって直線的に連通させられる。

【００３４】この後、到達立抗（２）内で先頭掘削管
（20）、中間掘削管（30）、最終掘削管（40）をパイロ
ット管（４）の先端から取外し、さらに、駆動用の油圧
モータを含むオーガ方式の排土装置（50）の一部分は発
進立抗（１）側で取外す。そして最先のパイロット管
（４）の先端にねじ込み等の接続手段を利用して１本目
の埋設管、例えば外径200mmの塩化ビニール管（７）を
接続し、発進立抗（１）に設けた油圧ジャッキ（５）を
逆起動してパイロット管（４）による埋設管（７）の牽
引推進を開始する。以後、最先の埋設管（７）の前端が
発進立抗（１）の前壁に到達する迄複数本の埋設管
（７）について接続動作と、油圧ジャッキ（５）による
牽引推進動作を繰返す。これによって、到達立抗（２）
と発進立抗（１）の間に所定本数の埋設管（７）からな
る管路が形成される。

【００３５】

【発明の効果】本発明では、中心側剪断刃と外周側剪断
刃を互いに逆回転させていることから、被掘削物は、両
剪断刃の掘削機能に加えて、両剪断刃間に働く剪断力に
より確実に且つ効率よく破砕されていく。

【００３６】また、中心側剪断刃を凸球曲面に形成して
円筒状の外周側剪断刃内に収納すると共に、外周側剪断
刃の内径面のうち少なくとも中心側剪断刃との対向部に
掘削チップを取付けたことから、破砕された岩盤等は、
両剪断刃間を通過する際にさらに細かく破砕される。こ
の結果、両剪断刃間で岩盤等を噛み込んで掘削不能とな
ることもなくなり、掘削作業を安定して継続することが
できる。

【００３７】さらに、掘削中に先頭掘削管の掘削方向の
ずれを検知した作業者は、中間掘削管内のジャッキ装置
を適宜作動させることにより、掘削方向を容易に所定の
方向に修正させることができる。

【００３８】このような点から本発明装置によれば、従
来装置では困難であった礫層や岩盤層のような硬質地盤
中にも、効率的に且つ正確に管路を構成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る管の推進埋設装置の縦断面図であ
る。

【図２】先頭掘削管の縦断面図である。

【図３】図２中のＡ−Ａ線での断面図である。

【図４】中心側剪断刃及び外周側剪断刃の縦断面図及び
正面図である。

【図５】中間掘削管の縦断面図である。

【図６】最終掘削管の縦断面図である。

【図７】中間掘削管側から眺めた最終掘削管の正面図で
ある。

【図８】（ａ）は従来の管推進埋設装置によるパイロッ
ト管の押込状態を示す図であり、（ｂ）は同じく埋設管
の引込状態を示す図である。

【符号の説明】

４ パイロット管 ７ 埋設管 12 掘削チップ 15 掘削チップ 16 掘削チップ 20 先頭掘削管 28 中心側剪断刃 29 外周側剪断刃 30 中間掘削管 31 管体 33 ジャッキ装置 34 修正板 40 最終掘削管

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 先頭掘削管、中間掘削管、最終掘削管を
   一連に連結したものであって、 上記先頭掘削管は、 先端部に互いに逆回転する中心側剪断刃と外周側剪断刃
   とを同心状態で具備し、上記中心側剪断刃は、先頭掘削
   管の軸線上に配置した凸球曲面形状のものであって表面
   に掘削チップを有し、上記外周側剪断刃は、上記中心側
   剪断刃を内部に収納する円筒状のものであって、先端の
   環状部分及び内径面のうち少なくとも中心側剪断刃との
   対向部分に掘削チップを有し、 上記中間掘削管は、 内径面にジャッキ装置を取付けてなる管体と、この管体
   と先頭掘削管との間に介在し、上記先頭掘削管との連結
   時に先頭掘削管の後端面と密着する修正板とからなり、
   上記修正板は、上記ジャッキ装置と連結してジャッキ装
   置の伸縮に伴って管体に対して揺動するよう構成し、 上記最終掘削管は、 掘削方向の変化を検知する検知手段を内部に具備するこ
   とを特徴とする管の推進埋設装置。