JPH0552092A - 水圧ジエツト式シールド工法及びその掘削ヘツド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 油圧ジャッキを使用せず反力壁の施工も不要
で仮設工事が容易で、しかも方向性の精度が高く掘削速
度も速く、工期が大幅に短縮でき、施工費用も安価で特
に口径が70〜 250mm程度のパイプを長く埋設する場合に
好適である。 【構成】 水平ボーリングマシーンで発進坑20から到達
坑21に向けて予め先進坑30を掘削してから、水平ボーリ
ングマシーンのロッドの先端にワイヤー７を連結し、次
いでロッドを発進坑20に戻してワイヤー７を先進坑30に
挿通し、このワイヤー７の先端に発進坑20側で掘削ヘッ
ド１を連結すると共にここに埋設パイプ４を連結し、こ
の状態で巻上げウィンチを作動させてワイヤー７で掘削
ヘッド１を牽引しながら、掘削ヘッド１の噴射ノズル14
から高圧水19をジェット噴射させて孔30を掘削し、泥水
39は空気供給管13から空気を供給して埋設パイプ４を通
して外部に排出しながら順次掘削してパイプ４を埋設し
て行く。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は先進坑に挿通したワイヤ
ーで掘削ヘッドを牽引しながら、この先端に設けた噴射
ノズルから高圧水をジェット噴射して順次掘削し、同時
に管を埋設するシールド工法及びこれに使用する掘削ヘ
ッドに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】下水管を地中に埋設する場合、あらかじ
め溝を掘ってから下水管を埋設する開掘工法が一般に行
なわれている。しかしながら下水道は規模が小さく且つ
分流式の汚水管が主体となり、土かぶりの大きい小口径
管の工事が増え、しかもこの開掘工法は仮設工事が大掛
りとなり、道路や宅地など周辺環境に与える影響も大き
きことからシールド工法が一部で採用されている。

【０００３】従来、一般的に行なわれているシールド工
法としたは例えば、アイアンモール工法がある。これは
縦溝を形成した後、この壁面に矢板を打ち込んで角筒状
の反力壁を形成し、この反力壁で油圧ジャッキを支持し
て、先ずパイロット管を油圧ジャッキで圧入して先進坑
を形成してから、この先進坑にノズルを取付けたヒュー
ム管を油圧ジャッキで圧入して埋設して行く工法であ
る。

【０００４】しかしながらこのアイアンモール工法は、
縦溝の深さの２倍程度長い矢板を打ち込んで角筒状の反
力壁を施工する必要があり、矢板を打ち込ために大型の
クレーンを使用しなければならない。しかも大口径のヒ
ューム管を圧入する油圧ジャッキは大きな油圧を必要と
するため大型となり、これを設置する縦溝も大きく形成
し、しかも 200トン以上の油圧を発生させるため大形の
油圧ポンプを設置しなけらばならなかった。このため仮
設工事が大掛りとなって工期も長くなり、施工費用も高
くなる欠点があった。

【０００５】また小口径管を埋設する場合は従来、オー
ケーモール工法が多く利用されている。この工法は、オ
ーガスクリューにより先進坑を掘削した後、埋設管を油
圧ジャッキで圧入する方法であるが、これも油圧ジャッ
キを使用することから反力壁を施工や、大型の油圧ポン
プを設置しなけらばなず、工期が長くなり施工費用も高
くなる欠点があった。

【０００６】またこの外、小口径管を埋設するシールド
工法としては水を供給しながら軟弱になった土をカッタ
ーで掘削して行く泥水式工法も行なわれている。しかし
ながらこの泥水式工法も油圧ジャッキを使用することか
ら反力壁が必要で、しかも先進坑を掘削しないので方向
性が悪くなる欠点があった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記欠点を除
去し、油圧ジャッキを使用せず反力壁の施工も不要で仮
設工事が容易で、しかも方向性の精度が高く掘削速度も
速く、従来に比べて工期が大幅に短縮でき、施工費用も
安価で特に口径が70〜 250mm程度のパイプの埋設に好適
な水圧ジェット式シールド工法及びこれに使用する掘削
ヘッドを提供することを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１記載の
発明は、発進坑と到達坑を形成した後、発進坑から到達
坑に向けて水平ボーリングマシーンでワイヤー外径より
やや大きい先進坑を掘削し、到達坑に到達した水平ボー
リングマシーンのロッド先端に、到達坑側に設置した巻
上げウィンチのワイヤーを連結してから、水平ボーリン
グマシーンのロッドを発進坑側に戻してワイヤーを先進
坑内に挿通し、次いで発進坑に到達したワイヤーの先端
に掘削ヘッドを連結すると共に掘削ヘッドに埋設パイプ
を連結した後、到達坑側に設置した巻上げウィンチのワ
イヤーを巻上げて掘削ヘッドを牽引しながら、この掘削
ヘッドに水圧を供給して先端の噴射ノズルから高圧水を
ジェット噴射して掘削すると共に、同時に掘削ヘッドに
空気を供給して、掘削ヘッド先端の孔の内部の泥水を空
気圧によって埋設パイプを通して発進坑側に排出しなが
ら掘削することを特徴とする水圧ジェット式シールド工
法である。

【０００９】更に請求項２記載の発明は、先端に噴出口
を開口し、後端に埋設パイプの連結部を設けたシリンダ
ーの先端に、ワイヤ連結部を設けたガイド棒を連結し、
前記シリンダー内に仕切り壁を形成して、ここに高圧ポ
ンプに連通する高圧水供給管と、コンプレッサーに連通
する空気供給管とを貫通して取付け、高圧水供給管の先
端に噴射ノズルを取付けると共に、空気供給管の先端を
仕切り壁に開口した泥水排出口に配置したことを特徴と
する掘削ヘッドである。

【００１０】

【作用】本発明の水圧ジェット式シールド工法は、先ず
マンホールの位置に発進坑と到達坑を掘る。次にこの発
進坑と到達坑に巻上げウィンチを取付けた架台を夫々設
置した後、発進坑側に設けた水平ボーリングマシーンで
到達坑側に向かって掘削して行き、ワイヤー外径よりや
や大きい程度の先進坑を掘削する。このようにして水平
ボーリングマシーンのロッドの先端が到達坑に到達した
ら、ここに設置した巻上げウィンチに巻回したワイヤー
の先端をロッドの先端に接続する。

【００１１】この後、水平ボーリングマシーンを反転さ
せて先進坑内を戻して行くと、到達坑側の巻上げウィン
チからワイヤーが繰り出されて先進坑内に導かれる。こ
のようにしてロッドが発進坑側に戻ったら、この先端に
連結されていたワイヤーを外す。

【００１２】次に、このワイヤーの先端を掘削ヘッドの
ガイド棒に連結してガイド棒を先進坑に挿入する。また
高圧水供給管は高圧ホースを介して高圧ポンプに接続
し、空気供給管も高圧ホースを介してコンプレッサーに
接続し、これら高圧ホースを埋設パイプに通してから、
埋設パイプを掘削ヘッドのパイプ連結部に嵌合して連結
する。

【００１３】次いで到達坑に設置した巻上げウィンチを
作動させてワイヤーを巻上げて、先進坑に挿通したワイ
ヤーの先端に連結された掘削ヘッドを牽引する。またこ
れと同時に、高圧ポンプを作動させるとタンク内の水を
吸引して圧縮し、得られた高圧水を高圧ホースを通して
掘削ヘッドの噴射ノズルに供給する。

【００１４】この噴射ノズルから噴射された高圧水は噴
出口から地中にジェット噴射されて掘削ヘッドの外径よ
り僅かに大きい内径で孔を高速掘削することができる。
また空気供給管にはコンプレッサーから圧縮空気が供給
され、泥水排出口から後方に向かって排気されているの
で圧縮空気の流れにより吸引作用が働き、高圧水で掘削
された孔の内部の泥水は、圧縮空気と共に泥水排出口か
ら排出され、埋設パイプ内を通って発進坑内に排出さ
れ、この泥水は汲上げポンプによって地上に汲上げられ
る。このようにして掘削ヘッドを前進させながら同時に
パイプを順次前進させて埋設して行くようになってい
る。

【００１５】

【実施例】以下本発明を図１ないし図７を参照して詳細
に説明する。図において１は掘削ヘッドで、これはシリ
ンダー２の先端内周縁に先端に向かって内径が拡大した
テーパー状の噴出口３が形成され、後端は埋設パイプ４
を嵌合して連結する連結部５となっている。６は丸棒状
に形成されたガイド棒で、この先端にワイヤー７を連結
する丸孔状のワイヤー連結部８が設けられている。また
ガイド棒６の後部には四角錐の稜線上に十字状に４枚設
けられたガイド羽根９…を介して前記シリンダー２の噴
出口３に接続され、各ガイド羽根９…の間に空間部10…
が形成されている。

【００１６】また前記シリンダー２の内側には仕切り壁
11が設けられ、高圧水供給管12と、空気供給管13とが貫
通して取付けられ、高圧水供給管12の先端に充円錐状に
高圧水19を噴射する噴射ノズル14が取付けられている。
また仕切り壁11には、小径のパイプが貫通して接続され
て泥水排出口15が形成されている。この泥水排出口15に
は前記空気供給管13のＵ字形に湾曲させた先端部が位置
するように取付けられている。更に仕切り壁11の背面に
は、引戻し用のワイヤー16を接続するワイヤー連結部17
が突設されている。

【００１７】上記掘削ヘッドを用いた水圧ジェット式シ
ールド工法について説明する。下水道のマンホールの間
隔は通常50ｍ程度離れているので、先ず図３に示すよう
にマンホールの位置に発進坑20と到達坑21を掘る。次に
この発進坑20と到達坑21に巻上げウィンチ22、23を取付
けた架台24、24を夫々設置する。更に発進坑20の架台24
には水平ボーリングマシーン25が取付けられていると共
に高圧ポンプ26が取付けられ、更に地上にはこれに接続
したタンク27とコンプレッサー28が設置されている。

【００１８】次に発進坑20側に設けた水平ボーリングマ
シーン25にオーガーロッド29を取付けて到達坑21側に向
かって掘削して行く。このオーガーロッド29はスクリュ
ー状の羽根を設けたもので、回転しながら掘削して行く
ようになっている。このようにしてワイヤー７の外径よ
りやや大きい程度の先進坑30を掘削する。オーガーロッ
ド29が到達坑21に到達したら、図４に示すようにここに
設置された巻上げウィンチ23に巻回したワイヤー７の先
端を高さ調整滑車31で案内してオーガーロッド29の先端
に接続する。

【００１９】この後、オーガーロッド29を反転させて先
進坑30内を戻して行くと、図５に示すように巻上げウィ
ンチ23からワイヤー７が繰り出されて先進坑30内に導か
れる。このようにしてオーガーロッド29が発進坑20に戻
ったら、この先端に連結されていたワイヤー７を外す。

【００２０】次に、図７に示すように発進坑20に設けた
掘削ヘッド１の先端のワイヤー連結部８にワイヤー７を
連結してガイド棒６を先進坑30に挿入する。また高圧水
供給管12に埋設パイプ４よりやや長い高圧ホース32が接
続されていると共に、空気供給管13にも埋設パイプ４よ
りやや長い高圧ホース32が接続されている。更に仕切り
壁11に取付けたワイヤー連結部17にも埋設パイプ４より
やや長い引戻し用のワイヤー16が連結されている。この
後、高圧ホース32と引戻し用のワイヤー16を１本目の埋
設パイプ４の内側に通して、その先端をシリンダー後端
のパイプ連結部５に嵌合して連結する。

【００２１】また１本目の埋設パイプ４の後端部には押
えキャップ34を嵌める。この押えキャップ34は横板35の
中央に切頭中空円錐状のクサビ支持具36が固定され、こ
の内側に複数本のスリットを形成した切頭中空円錐状の
クサビ37が嵌合し、クサビ37に引戻し用のワイヤー16を
挿通してクサビ37をクサビ支持具36に嵌合させることに
より、内径が小して引戻し用のワイヤー16を固定し、埋
設パイプ４が掘削ヘッド１と一体となって移動するよう
になっている。

【００２２】次に図６に示すように高圧水供給管12に接
続した高圧ホース32を高圧ポンプ26に接続された別の高
圧ホース32にコネクタ33で連結する。また空気供給管13
に接続した高圧ホース32を、コンプレッサー28に接続さ
れた別の高圧ホース32にコネクター33で連結する。

【００２３】次いで到達坑21に設置した巻上げウィンチ
23を作動させてワイヤー７を巻上げて、先進坑30に挿通
したワイヤー７の先端に連結された掘削ヘッド１を牽引
する。またこれと同時に、高圧ポンプ26が作動させると
タンク27内の水を吸引して圧縮し、得られた高圧水19を
高圧ホース32を通して掘削ヘッド１の噴射ノズル14に供
給する。

【００２４】この噴射ノズル14から噴射された高圧水19
は図７に示すように充円錐状になって噴出口３から地中
にジェット噴射されて掘削する。この掘削される孔38の
内径は、噴射される高圧水19の水圧や水量、ノズル形状
及び噴出口３の内径及びテパー角度を調整することによ
り、シリンダー２の外径より僅かに大きい内径で高速掘
削することができる。また、空気供給管13にはコンプレ
ッサー28から圧縮空気が供給され、泥水排出口15から排
気されているので圧縮空気の流れにより吸引作用が働い
て、高圧水19で掘削された孔38の内部の泥水39は、圧縮
空気と共に泥水排出口15から排出され、埋設パイプ４内
を通って発進坑20内に排出される。この泥水39は図示し
ない汲上げポンプによって地上に汲上げられる。

【００２５】このようにしてワイヤー７で牽引しながら
掘削ヘッド１で高圧水19を充円錐状にジェット噴射させ
て前進して行き、１本目の埋設パイプ４が発進坑20内に
少し残った状態で、巻上げウィンチ23と高圧ポンプ26及
びコンプレッサー28を停止する。この後、クサビ37を外
して引戻し用のワイヤー16を緩めてから押えキャップ34
を埋設パイプ４から外す。また接続されている高圧ホー
ス32、32も夫々コネクター33、33を外して分離する。次
に掘削ヘッド１に連結されている高圧水供給用の高圧ホ
ース32と空気供給用の高圧ホース32に夫々埋設パイプ４
とほぼ長さの等しい別の高圧ホース32をコネクター33を
介して連結すると共に、掘削ヘッド１に連結した引戻し
用のワイヤー16に、埋設パイプ４とほぼ長さの等しい別
の引戻し用のワイヤー16をＵボルト40で連結する。

【００２６】次に50cm程度後部が残っている１本目の埋
設パイプ４の後端に、ゴムリングを介して２本目の埋設
パイプ４を接続し、この内側に新たに連結した高圧ホー
ス32、32と引戻し用のワイヤー16を挿通する。この後、
図６に示すように２本目の埋設パイプ４の後端部に押え
キャップ34を嵌める。この押えキャップ34のクサビ支持
具36とクサビ37に図７と同様に引戻し用のワイヤー16を
挿通してからクサビ37を嵌合させてワイヤー16を固定す
る。

【００２７】この後、再び巻上げウィンチ23と高圧ポン
プ26及びコンプレッサー28を作動させて同様にワイヤー
７で牽引しながら埋設パイプ４の１本分の長さだけ掘削
し、レーザーレベルで水平を見ながら以下同様の作業を
繰り返して埋設パイプ４…を順次繋ぎ足しながら掘削し
て行く。また本発明は充円錐状になって噴出する水圧ジ
ェットで掘削するので、掘削された孔38の開口率が小さ
くシリンダー２の外径よりやや大きい程度で、埋設パイ
プ４の部分では圧密状態となって空隙がほとんどなくな
る。このようにして掘削ヘッド１が到達坑21に到達して
埋設パイプ４が全長に亘って埋設されたら、ここで掘削
ヘッド１を外して工事を完了する。

【００２８】なお地中に埋設している石などに当った時
や、掘削方向がずれた時などには、発進坑20側の巻上げ
ウィンチ22を駆動させて引戻し用のワイヤー16を巻上
げ、掘削ヘッド１を戻すようになっている。

【００２９】なお上記実施例では２ｍ程度の埋設パイプ
４を繋ぎ足しながら掘削して行く場合について示した
が、可撓性のある長いコルゲートパイプを埋設する場合
には予め長い高圧ホース32と引戻し用のワイヤー16をコ
ルゲートパイプ内に挿通しておけば良い。また本発明は
下水管を埋設する場合に限らず、上水管や電線埋設管の
埋設などにも広く適用することができる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明した如く本発明に係る水圧ジェ
ット式シールド工法及びその掘削ヘッドによれば、予め
水平ボーリングマシーンでワイヤーよりやや大きい先進
坑を掘削し、到達坑側の巻上げウィンチに捲回したワイ
ヤーを先進坑に挿通してから、埋設パイプを連結した掘
削ヘッドにワイヤーを連結し、ワイヤーで掘削ヘッドを
牽引しながら、掘削ヘッドの噴射ノズルから高圧水をジ
ェット噴射させて孔を掘削し、泥水は空気を供給して外
部に排出しながら掘削して行くので、油圧ジャッキを使
用せず反力壁の施工も不要で仮設工事が容易で、しかも
方向性の精度が高く、掘削速度も早く従来に比べて工期
が３分の１に短縮でき、施工費用も安価で特に口径が70
〜 250mm程度のパイプを長く埋設する場合の好適であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による掘削ヘッドを示す断面
図である。

【図２】図１に示す掘削ヘッドのＡーＡ線断面図であ
る。

【図３】本発明の工法により水平ボーリングマシーンで
先進坑を掘削している状態を示す説明図である。

【図４】本発明の工法により到達坑に到達した水平ボー
リングマシーンの先端にワイヤーを連結した状態を示す
説明図である。

【図５】本発明の工法により水平ボーリングマシーンを
発進坑に戻して先進坑内にワイヤーを挿通した状態を示
す説明図である。

【図６】本発明の工法により掘削ヘッドをワイヤーで牽
引しながら掘削してパイプを埋設している状態を示す説
明図である。

【図７】図６の掘削ヘッド部分を拡大して示す断面図で
ある。

【符合の説明】

１ 掘削ヘッド ２ シリンダー ３ 噴出口 ４ 埋設パイプ ５ パイプ連結部 ６ ガイド棒 ７ ワイヤー 11 仕切り壁 12 高圧水供給管 13 空気供給管 14 噴射ノズル 15 泥水排出口 19 高圧水 20 発進坑 21 到達坑 22 巻上げウィンチ 23 巻上げウィンチ 24 架台 25 水平ボーリングマシーン 26 高圧ポンプ 28 コンプレッサー 29 オーガーロッド 30 先進坑 32 高圧ホース 34 押えキャップ 38 孔 39 泥水

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発進坑と到達坑を形成した後、発進坑か
   ら到達坑に向けて水平ボーリングマシーンでワイヤー外
   径よりやや大きい先進坑を掘削し、到達坑に到達した水
   平ボーリングマシーンのロッド先端に、到達坑側に設置
   した巻上げウィンチのワイヤーを連結してから、水平ボ
   ーリングマシーンのロッドを発進坑側に戻してワイヤー
   を先進坑内に挿通し、次いで発進坑に到達したワイヤー
   の先端に掘削ヘッドを連結すると共に掘削ヘッドに埋設
   パイプを連結した後、到達坑側に設置した巻上げウィン
   チのワイヤーを巻上げて掘削ヘッドを牽引しながら、こ
   の掘削ヘッドに高圧水を供給して先端の噴射ノズルから
   高圧水をジェット噴射して掘削すると共に、同時に掘削
   ヘッドに空気を供給して、掘削ヘッド先端部の孔の内部
   の泥水を空気圧によって埋設パイプを通して発進坑側に
   排出しながら掘削することを特徴とする水圧ジェット式
   シールド工法。
2. 【請求項２】 先端に噴出口を開口し、後端に埋設パイ
   プの連結部を設けたシリンダーの先端に、ワイヤ連結部
   を設けたガイド棒を連結し、前記シリンダー内に仕切り
   壁を形成して、ここに高圧ポンプに連通する高圧水供給
   管と、コンプレッサーに連通する空気供給管とを貫通し
   て取付け、高圧水供給管の先端に噴射ノズルを取付ける
   と共に、空気供給管の先端を仕切り壁に開口した泥水排
   出口に配置したことを特徴とする掘削ヘッド。