JPH07208079A - 管埋設機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 施工品質及び施工効率を高めると共に、省力
化に寄与できるピンチ弁開閉操作の自動化を達成してな
る管埋設機械を提供する。 【構成】 ピンチ弁を開閉するピンチ弁開閉手段と、先
導管内の掘削土の土圧を検出する土圧検出手段と、この
土圧検出手段が検出した土圧を、予め設定した基準土圧
と比較し、両者の偏差に応じて前記ピンチ弁開閉手段を
介してピンチ弁を開閉させるコントローラとを有するこ
ととした。また、複数個のピンチ弁を備えるときは、各
ピンチ弁を個別開閉するピンチ弁開閉手段と、先導管内
の掘削土の土圧をピンチ弁毎に個別検出する土圧検出手
段と、この土圧検出手段が検出した各土圧を、ピンチ弁
毎に予め設定した各基準土圧と個別比較し、ピンチ弁毎
の両者の各偏差に応じて前記ピンチ弁開閉手段を介して
各ピンチ弁を個別開閉させるコントローラとを有するこ
ととした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、地中に上下水道管、ガ
ス管、電線管等の管を埋設するための管埋設機械に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】管埋設機械は、発進立坑から到達立坑ま
での間を掘進計画線に沿って発進立坑に備えた推進ジャ
ッキによって先導管に続いて所定長さの埋設管を順次継
ぎ足しつつ地中へ送り出すものである。先導管の先端は
カッタヘッドであり、スクリューが前記カッタヘッドの
発進立坑側から先導管及び順次接続された各埋設管の内
部を経て発進立坑まで設置され、前記カッタヘッドによ
って掘削された土を発進立坑まで搬送する。カッタヘッ
ドとスクリューとは、互いに一体化して一つの駆動源で
回転するもの（以下「一体形」とする）と、互いに分離
してそれぞれ駆動源で回転するもの（以下「分離形」と
する）とがある。以下、特に断らないときは、一体形に
ついて述べる。

【０００３】ところでかかる管埋設機械による先導管推
進工法では、切羽の安定化が、施工精度及び施工効率の
向上に多大な影響を与える。そこで管埋設機械の中に
は、図７に示すように、先導管１のケーシング２の内周
壁に、スクリュー３を囲むように、ピンチ弁４を備える
ことにより、切羽を安定化させるものがある。例えば水
位が高く、かつ、透水係数が大きい滞水砂層のような土
質に対する施工において、かかるピンチ弁４が装備され
てないとすれば、流砂現象を阻止するためのサンドプラ
グ（排土スクリュー内に土砂の詰まった領域）を形成で
きず、掘削中に前記流砂現象が生じ、これによって切羽
が崩壊し、管を埋設することが困難となる。

【０００４】かかるピンチ弁４は、表面処理された特殊
ゴムでできており、圧縮空気の供給又は排気によって膨
縮させられるのが普通である。即ち、図７（ａ）に示す
ように、ピンチ弁４中の圧縮空気Ａを排気させると、搬
送路が開き、掘削土が発進立坑へと搬送される。他方、
図７（ｂ）に示すように、ピンチ弁４中へ圧縮空気Ａを
供給すると、搬送路が閉じ、カッタヘッド内のチャンバ
室からケーシング２内ピンチ弁４までの該ケーシング２
内にサンドプラグが生じ、前記流砂現象（即ち、切羽崩
壊やこれに伴う管埋設不備）を阻止することができるよ
うになる。尚、ピンチ弁４への圧縮空気Ａの供給や排気
は、無段階で調整できるため、状況に応じて止水や排土
量を調整できる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記したように、ピン
チ弁４の効用は非常に高い。しかるに、従来のピンチ弁
４の調整はマニュアル操作で行われている。つまり、オ
ペレータがスクリュー回転速度や搬送土状況等を監視
し、勘と経験とに基づきピンチ弁の開閉を微調整してい
る。それ故、次に掲げる不都合が生じている。

【０００６】（１）習熟度の高いオペレータでなけれ
ば、高精度かつ高効率な管埋設作業を行うことができな
い。例えばピンチ弁の開度が大き過ぎると、上述したよ
うに、土質によっては、流砂現象による切羽の崩壊が生
ずる。逆にピンチ弁の開度が小さ過ぎると、カッタ及び
スクリューの回転（分離形ならば、スクリュー回転が）
がストール（回転停止）する。即ち、かかる不都合状態
によって施工品質が低下し、かかる不都合状態から正常
状態への復帰作業が付加によって施工効率も低下する。

【０００７】（２）オペレータは、単にピンチ弁の操作
だけでなく、例えば推進速度、カッタスクリュー回転速
度、掘進方向修正及び滑材注入等の操作並びに駆動用の
油圧、空圧、電流及び電圧等の監視、また、次に接続す
る埋設管の準備作業等の諸作業も行っており、その負担
が高いのが実情である。特に、分離形カッタスクリュー
では、カッタとスクリューとの個別回転速度操作も加わ
る。

【０００８】本発明は、上記従来技術の実情に鑑み、施
工品質及び施工効率を高めると共に、省力化に寄与し得
るピンチ弁開閉操作の自動化を達成してなる管埋設機械
を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係わる管埋設機械は、第１構成として、
(a) ピンチ弁を開閉するピンチ弁開閉手段と、(b) 先導
管内の掘削土の土圧を検出する土圧検出手段と、(c) こ
の土圧検出手段が検出した土圧を、予め設定した基準土
圧と比較し、両者の偏差に応じて前記ピンチ弁開閉手段
を介してピンチ弁を開閉させるコントローラとからなる
こととした。

【００１０】また、本発明に係わる管埋設機械は、第２
構成として、(a) 複数個のピンチ弁を個別開閉するピン
チ弁開閉手段と、(b) 先導管内の掘削土の土圧をピンチ
弁毎に個別検出する土圧検出手段と、(c) この土圧検出
手段が検出した各土圧を、ピンチ弁毎に予め設定した各
基準土圧と個別比較し、ピンチ弁毎の両者の各偏差に応
じて前記ピンチ弁開閉手段を介して各ピンチ弁を個別開
閉させるコントローラとからなることとしてもよい。

【００１１】尚、第３構成は、第２構成の管埋設機械に
おいて、「各基準土圧」は、「切羽側から立坑側へと段
階的に変化する値」であることとするのがよい。

【００１２】

【作用】第１構成では、土圧検出手段が掘削土圧を検出
してコントローラへ出力する。コントローラは、前記入
力土圧と予め理論的に設定した基準土圧とを比較し、両
者の偏差に応じてピンチ弁開閉手段を介してピンチ弁を
無段階又は段階的に開閉させる。以上によれば、土質に
応じたピンチ弁開度が自動的に決定される。そして、こ
の結果、切羽が安定化し、かつ、カッタスクリュー回転
（分離形では、スクリュー回転）のストール発生等の不
都合を回避できる。勿論、自動化されているため、オペ
レータの負担も減少する。

【００１３】第２構成は、第１構成の一態様とも考え
る。管埋設機械の中には、極めて泥化率の高い地山に対
しても管埋設できるようにピンチ弁を複数個備えたもの
がある。第２構成は、かかる管埋設機械において、各ピ
ンチ弁を無段階又は段階的に自動制御したものである。
即ち、土圧検出手段がピンチ弁毎に掘削土圧を個別検出
してコントローラへ出力する。コントローラは、前記各
入力土圧と予め理論的に設定したピンチ弁毎の各基準土
圧とを比較し、ピンチ弁毎の両者の偏差に応じてピンチ
弁開閉手段を介して各ピンチ弁を無段階又は段階的に開
閉させる。以上によれば、土質に応じた各ピンチ弁開度
が自動的に決定される。そして、この結果、切羽が安定
化し、かつ、カッタスクリュー回転（分離形では、スク
リュー回転）のストール発生等の不都合を回避できる。
尚、このように、ピンチ弁が複数個設置された管埋設機
械におけるマニュアル操作では、オペレータの負担が極
めて大きくなるが、この操作も第２構成では自動化され
たため、オペレータの負担は当然に減少する。

【００１４】第３構成は、第２構成の一態様である。第
２構成における複数個のピンチ弁にそれぞれ対応させて
予め設定された各基準土圧は、個々には論理的であって
も、全体としてバランスがとれていなければ、施工品質
及び施工効率の低下原因となり得る。そこで、第３構成
は、各基準土圧を切羽側から立坑側へと段階的にかつ論
理的に変化させることとした。

【００１５】

【実施例】第１実施例と第２実施例とにおける管埋設機
械のハード構成例を図１を参照して説明する。同図にお
いて、１は先導管、２はケーシング、３はスクリュー、
４はピンチ弁、５はカッタヘッド、６１はチャンバ内土
圧検出センサ、６２はケーシング内土圧検出センサ、７
はコントローラ、８はエアコンプレッサ、９は圧縮空気
調整弁、９１はピンチ弁４への空圧回路である。コント
ローラ７は、チャンバ内土圧検出センサ６１、ケーシン
グ内土圧検出センサ６２及び圧縮空気調整弁９に電気的
に接続されており、検出情報や指令の入出力が行われ
る。尚、上記要素の内、第１実施例はケーシング内土圧
検出センサ６２を使用せず、他方、第２実施例はチャン
バ内土圧検出センサ６１を使用していない。

【００１６】第１実施例を図２を参照して説明する。コ
ントローラ７は、施工対象土質、該管埋設機械の本体仕
様及び管の埋設深さ等を考慮して予め設定された最適基
準チャンバ内土圧Ｐcsを予め記憶している(110) 。掘進
時、チャンバ内土圧検出センサ６１はチャンバ内土圧Ｐ
c を検出し、コントローラ７に出力する(120) 。コント
ローラ７はこのチャンバ内土圧Ｐc を最適基準チャンバ
内土圧Ｐcsと比較し(130) 、Ｐcs≧Ｐc のときは、圧縮
空気調整弁９に対してピンチ弁圧をΔＰv だけ高めさせ
る(140) 。このように制御することにより、Ｐcs≧Ｐc
のときはＰcs＜Ｐc へと収束する。

【００１７】尚、上記最適基準チャンバ内土圧Ｐcsは次
のように設定される。Ｐcs≧Ｐc のときは、切羽が一瞬
で崩壊する恐れがある。つまり基準チャンバ内土圧Ｐcs
は切羽が一瞬で崩壊しない水準で設定される値である。

【００１８】また、上記ピンチ弁加圧量ΔＰv は次のよ
うに設定される。上述したように、第１実施例によれ
ば、Ｐcs≧Ｐc のときはＰcs＜Ｐc へと収束する。即
ち、ピンチ弁加圧量ΔＰv は、前記収束の仕方（程度や
経過）に影響を与える値となる。従って第１実施例にお
ける図２では、ピンチ弁加圧量ΔＰv は、数式ΔＰv ＝
k1（Ｐcs−Ｐc ）で与えられる値としてあるが、この数
式に限られる値ではない。さらに、係数k1や（Ｐcs−Ｐ
c ）もまた単なる便法的な係数や数式に過ぎない。つま
り、ピンチ弁加圧量ΔＰv は、最適基準チャンバ内土圧
Ｐcsと同様、最適値としてコントローラ７に予め設定し
た値であってもよい。以降の各実施例で現れるピンチ弁
加圧量ΔＰv,ΔＰvi、そしてその各係数k1〜k6もまた、
上記と同趣旨である。従って以降におけるこれらの説明
は省略する。

【００１９】第２実施例を図３を参照して説明する。コ
ントローラ７は、上記同様、各種考慮して予め設定され
た最適基準ケーシング内土圧Ｐksを予め記憶している(2
10)。掘進時、ケーシング内土圧検出センサ６２はケー
シング内土圧Ｐk を検出し、これをコントローラ７へ出
力する(220) 。コントローラ７は、このケーシング内土
圧Ｐk を最適基準ケーシング内土圧Ｐksと比較し(230)
、０．９Ｐks＜Ｐk ＜１．１Ｐksでないときは、圧縮
空気調整弁９に対してピンチ弁圧をΔＰv だけ昇圧又は
降圧させる(240) 。昇圧か又は降圧かは数式ΔＰv ＝k2
（Ｐks−Ｐk ）における（Ｐks−Ｐk ）から得られる正
負の符号で与えられる。別言すれば、コントローラ７
が、０．９Ｐks≧Ｐk では＋ΔＰv と、Ｐk ≧１．１Ｐ
ksでは−ΔＰv と予め設定しておけば、上記数式ΔＰv
＝k2（Ｐks−Ｐk ）は不要となる。以降の実施例で現れ
る数式による符号決定も上記と同様である。従って以降
における数式による符号決定の説明は省略する。

【００２０】尚、上記第１実施例と第２実施例との併用
実施例として、第１実施例のΔＰvと、第２実施例のΔ
Ｐv とを比較し、いずれか大きい方に相当する実施例
（即ち、Ｐcs又はＰks）へ収束させることを例示でき
る。

【００２１】第３実施例と第４実施例とにおける管埋設
機械のハード構成例を図４を参照して説明する。同図に
おいて、１は先導管、２はケーシング、３はスクリュ
ー、４１、４２、４３はピンチ弁、５はカッタヘッド、
６１はチャンバ内土圧検出センサ、６２、６３、６４は
ケーシング内土圧検出センサ、７はコントローラ、８は
エアコンプレッサ、９は圧縮空気調整弁、９１はピンチ
弁４１への空圧回路、９２はピンチ弁４２への空圧回
路、９３はピンチ弁４３への空圧回路である。コントロ
ーラ７は、チャンバ内土圧検出センサ６１、ケーシング
内土圧検出センサ６２、６３、６４及び圧縮空気調整弁
９に電気的に接続されており、検出情報や指令の入出力
が行われる。尚、上記要素の内、第３実施例はチャンバ
内土圧検出センサ６１を使用せず、第４実施例はケーシ
ング内土圧検出センサ６２を使用していない。

【００２２】第３実施例を図５を参照して説明する。コ
ントローラ７は、上記同様、各種考慮して予め設定され
た各ピンチ弁４１、４２、４３毎の最適基準ケーシング
内土圧Ｐks1,Ｐks2,Ｐks3 を予め記憶している(310) 。
掘進時、各ケーシング内土圧検出センサ６２、６３、６
４は各ケーシング内土圧Ｐk1, Ｐk2, Ｐk3を検出し、こ
れらをコントローラ７へ出力する(320) 。コントローラ
７は、各ケーシング内土圧Ｐk1, Ｐk2, Ｐk3を対応する
最適基準ケーシング内土圧Ｐks1,Ｐks2,Ｐks3と比較し
((331)〜(333))、０．９Ｐks1 ＜Ｐk1＜１．１Ｐks1 、
０．９Ｐks2 ＜Ｐk2＜１．１Ｐks2 、また、０．９Ｐks
3 ＜Ｐk3＜１．１Ｐks3 でないときは、圧縮空気調整弁
９に対してピンチ弁圧をΔＰv1, ΔＰv2, ΔＰv3だけそ
れぞれ昇圧又は降圧させる(340) 。昇圧か又は降圧かは
数式ΔＰv1＝k3（Ｐks1 −Ｐk1）、数式ΔＰv2＝k4（Ｐ
ks2 −Ｐk2）、数式ΔＰv3＝k5（Ｐks3 −Ｐk3）の各正
負の各符号で与えられるのは、上記第２実施例と同じで
ある。また、予めコントローラに設定しておけば、かか
る数式だけに限らないことも、上記第２実施例での説明
と同じである。

【００２３】第４実施例を図６を参照して説明する。コ
ントローラ７は、上記同様、各種考慮して予め設定され
た各ピンチ弁４１、４２、４３毎の最適基準チャンバ内
土圧Ｐcs及び最適基準ケーシング内土圧Ｐks2,Ｐks3 を
予め記憶している(410) 。掘進時、チャンバ内土圧検出
センサ６１はチャンバ内土圧Ｐc を検出し、各ケーシン
グ内土圧検出センサ６３、６４は各ケーシング内土圧Ｐ
k2, Ｐk3を検出し、これらをコントローラ７へ出力する
(420) 。コントローラ７は、チャンバ内土圧Ｐc を最適
基準チャンバ内土圧Ｐcsと比較し(431) 、Ｐcs≧Ｐc の
ときは、圧縮空気調整弁９に対してピンチ弁圧をΔＰv1
だけ高め(440) 、また、各ケーシング内土圧Ｐk2, Ｐk3
を対応する最適基準ケーシング内土圧Ｐks2,Ｐks3 と比
較し((432),(433)) 、０．９Ｐks2 ＜Ｐk2＜１．１Ｐks
2 、また、０．９Ｐks3 ＜Ｐk3＜１．１Ｐks3 でないと
きは、上記同様、圧縮空気調整弁９に対してピンチ弁圧
をΔＰv2、ΔＰv3だけそれぞれ昇圧又は降圧させる(44
0) 。昇圧か又は降圧かは数式ΔＰv2＝k4（Ｐks2 −Ｐk
2）、数式ΔＰv3＝k5（Ｐks3 −Ｐk3）の正負の各符号
で与えられる。これら各数式及び係数の性質は説明済み
である。

【００２４】尚、第３実施例では、その最適基準ケーシ
ング内土圧Ｐks1,Ｐks2,Ｐks3 は、Ｐks1 ＞Ｐks2 ＞Ｐ
ks3 とするのが好ましく、第４実施例でも、最適基準チ
ャンバ内土圧Ｐcs及び最適基準ケーシング内土圧Ｐks2,
Ｐks3 は、Ｐcs＞Ｐks2 ＞Ｐks3 とするのが好ましい。

【００２５】また、上記図１及び図４のハード構成は、
一体形カッタスクリューについて述べたが、分離形カッ
タスクリューに対して採用することに何ら問題はない。
むしろ、オペレータにとって、分離形カッタスクリュー
の場合は、カッタ回転操作とスクリュー回転操作と操作
数が一体形よりも多いのであるから、上記実施例を分離
形で採用すれば、オペレータの負担軽減はより効果てき
である。

【００２６】また土圧検出センサはピンチ弁１個に対し
て１個に限る必要はなく、１個のピンチ弁に対して複数
個備えてその傾向値を用いるのが好ましい。また、ケー
シング内土圧検出センサの設置は、上記実施例のよう
に、対応するピンチ弁の切羽側に設置するのが好ましい
が、基準ケーシング内土圧Ｐksi の設定に配慮しておけ
ば、発進立坑側に備えてものであってもよい。

【００２７】また、第３実施例における図５では、工程
(331) 〜(333) は順序的に記載されているが、これらの
間での順序は変更できる。第４実施例における図６の工
程(431) 〜(433) も同様である。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係わる管
埋設機械によれば、ピンチ弁の開閉操作を自動化したた
め、次の効果が生ずる。 （１）オペレータの技量に関係なく切羽を安定させられ
るため、施工品質が向上する。 （２）自動的に切羽が安定するため、特殊事態さえ生じ
なければ、推進方向修正やストール発生等の不都合が生
じない。従って、従来技術におけるこれら不都合からの
復帰作業がなくなるため、施工効率が向上する。 （３）オペレータの負担が減少し、他の操作に専念でき
るようになる。

【００２９】殊に第２発明では、次の効果が顕著であ
る。 （１）故障時のバックアップ ピンチ弁の位置は、先導管内のため、施工中に故障した
場合、施工を中止せずに修理をすることがほぼ不可能で
ある。なぜならば、先導管は地中にあり、修理をするた
めには先導管を引き抜かなければならないので施工中止
という重大な問題になってしまう。複数のピンチ弁があ
れば、あるピンチ弁が故障しても他のピンチ弁でバック
アップできるので、施工を中止する危険性は無くなる。 （２）土圧制御のため ピンチ弁は、その構造からエアで加圧した弁を使用して
いるが、そのためにピンチ弁の許容範囲を越えた圧力が
かかった場合には、ピンチ弁で噴発を止めることが出来
ない。しかし、ピンチ弁を複数使用する事により、ある
ピンチ弁で止める事が出来なかった圧力を、次のピンチ
弁で止めることが可能であり、安全な施工を行うことが
可能となる。 （例）装備されたピンチ弁の耐圧をＡ、かかった圧力を
Ｂとすると Ｂ＞Ａの場合 １つのピンチ弁が装備されている場合：噴発する。 ２つのピンチ弁が装備されている場合：１つ目のピンチ
弁でもれた分の圧力がピンチ弁のＡを越えていなければ
問題が生じない。 ２つ以上のピンチ弁の場合 ：ピンチ弁で減圧
し、最後のピンチ弁で耐圧を越えていなければ問題がな
い。

【００３０】また第３発明では、圧力を徐々に落とすこ
とで２つ目以降は流量を確保しながら制御できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例及び第２実施例のハード構成図であ
る。

【図２】第１実施例のフローチャート図である。

【図３】第２実施例のフローチャート図である。

【図４】第３実施例及び第４実施例のハード構成図であ
る。

【図５】第３実施例のフローチャート図である。

【図６】第４実施例のフローチャート図である。

【図７】先導管のピンチ弁部の断面図であり、（ａ）は
ピンチ弁が開いた状態図、（ｂ）はピンチ弁が閉じた状
態図である。

【符号の説明】

１ 先導管 ２ ケーシング ３ スクリュー ４、４１〜４３ ピンチ弁 ５ カッタヘッド ６１ チャンバ内土圧検出センサ ６２〜６４ ケーシング内土圧検出センサ ７ コントローラ ８ エアコンプレッサ ９ 圧縮空気調整弁 ９１〜９３ 空圧回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤井 松幸 神奈川県平塚市万田1200 株式会社小松製 作所研究所内 (72)発明者 糟谷 哲之 大阪府枚方市上野３−１−１ 株式会社小 松製作所大阪工場内 (72)発明者 高木 厚司 大阪府枚方市上野３−１−１ 株式会社小 松製作所大阪工場内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 (a) ピンチ弁を開閉するピンチ弁開閉手
   段と、(b) 先導管内の掘削土の土圧を検出する土圧検出
   手段と、(c) この土圧検出手段が検出した土圧を、予め
   設定した基準土圧と比較し、両者の偏差に応じて前記ピ
   ンチ弁開閉手段を介してピンチ弁を開閉させるコントロ
   ーラと、以上を有することを特徴とする管埋設機械。
2. 【請求項２】 (a) 複数個のピンチ弁を個別開閉するピ
   ンチ弁開閉手段と、(b) 先導管内の掘削土の土圧をピン
   チ弁毎に個別検出する土圧検出手段と、(c) この土圧検
   出手段が検出した各土圧を、ピンチ弁毎に予め設定した
   各基準土圧と個別比較し、ピンチ弁毎の両者の各偏差に
   応じて前記ピンチ弁開閉手段を介して各ピンチ弁を個別
   開閉させるコントローラと、以上を有することを特徴と
   する管埋設機械。
3. 【請求項３】 各基準土圧は、切羽側から立坑側へと段
   階的に変化する値であることを特徴とする請求項２記載
   の管埋設機械。