JPH10196281A - 管推進工法及び管推進機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 オペレータの勘と経験によることなく、塑性
流動性の良好な泥土を経済的に生成できるように作泥材
の注入が行える管推進技術を提供する。 【解決手段】 先導体の後方に後続管を連結して推進し
ながらカッタヘッドで掘削穴を掘削して後続管を地中に
埋設し、その過程で、作泥材を掘削土砂に注入して塑性
流動性のある泥土を生成し、その泥土を先導体と掘削穴
との間の環状間隙に充填して、先導体の土砂取り込み口
から取り込んで地上に圧送するようにした管推進機にお
いて、環状間隙を通過する泥土の切羽寄り及び砂取り込
み口寄りの各泥土圧をそれぞれ計測する前側土圧計１及
び後側土圧計２を先導体に設け、土圧計１，２で計測さ
れた泥土圧が入力されて両泥土圧の差を演算しその演算
結果の値を予め設定されたしきい値と比較する判断部４
と、その比較結果に基づいて前者の値を後者の値に近付
けるように作泥材注入装置６を制御する指令部５とを有
するコントローラ３を設けて、作泥材の注入量を調整す
るようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、先導体の後方に後
続管を連結し、後続管を推進しながら後続管前方のカッ
タヘッドで掘削穴を掘削して後続管を地中に埋設すると
ともに、その過程で、作泥材を掘削土砂に注入して塑性
流動性のある泥土を生成し、その泥土を先導体と掘削穴
との間の環状間隙に充填して、先導体を通じて地上に排
出するようにした管推進技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】直径８００ｍｍ以下の小口径の管を地中
に埋設する工法として、管推進工法と称する工法が従来
から一般に知られている。この管推進工法は、カッタヘ
ッドを有する先導体の後方に、ヒューム管等で構成した
アダプタ管や埋設管を順次連結し、これら先導体の後方
に連結される後続管を、発進立坑内に設置した元押しジ
ャッキで推進しながら前方の地山を先導体で掘削して、
各後続管を順次地中に押し込んで埋設して行く工法であ
る。管推進機は、こうした管推進工法を実施するため、
先導体と元押しジャッキとで構成された装置である。従
来一般に用いられている在来の管推進機では、後続管を
推進して埋設する際に前部の地山を圧密しながら後続管
を貫入しなければならないため、後続管に大きな貫入抵
抗が作用することとなり、後続管を長距離にわたって推
進することが困難となる。

【０００３】こうしたことから、出願人は、後続管を貫
入する際、前部の地山を後続管よりもやや大径に掘削す
るとともに、掘削土砂に粘性付与液としての作泥材を注
入、撹拌混合して塑性流動性のある泥土を生成し、その
泥土を、先導体と掘削孔との間の環状隙間に充填して、
後続管の貫入抵抗を軽減できるようにした管推進機を先
に開発した。この管推進機は、先導体や後続管よりも若
干大径の穴を掘削して先導体や後続管と掘削穴との間に
環状間隙を形成できる掘削外径を有するカッタヘッドが
先導体の前端部に設けられている。先導体の内部には、
地上から作泥材供給用ポンプで送られる作泥材をカッタ
ヘッドの先端部に供給するための、作泥材注入手段を構
成する作泥材供給通路が設けられている。また、このカ
ッタヘッドの先端部には、作泥材供給通路から供給され
る作泥材を掘削土砂に放射状に注入するための作泥材注
入口が設けられている。この作泥材注入口から注入され
た作泥材は、カッタヘッド等の回転により掘削土砂と撹
拌混合されて塑性流動性のある泥土を生成するが、この
泥土は、先導体の外周と掘削穴との間に形成される環状
間隙を通過する。この環状間隙を通過する泥土を先導体
内部に取り込んで、後続管の内部に敷設した排出管を通
じて地上に排出するため、先導体の下部後方には、泥土
を先導体内部に取り込むための土砂取り込み口が形成さ
れているとともにその泥土を地上に排出するための土砂
排出用ポンプが設けられている。この土砂排出用ポンプ
には、通常、泥土をシリンダに取り込んでピストンで排
土管に押し込むことにより泥土を圧送する方式のポンプ
である圧送ポンプを用いるが、泥土を地上に排出できる
ポンプであれば、他のタイプのポンプを用いてもよい。

【０００４】この従来の管推進機は、こうした構造を備
えているので、元押しジャッキで後続管を推進しつつカ
ッタヘッドを回転駆動すると、カッタヘッドで切羽を切
削して掘削穴を掘削するとともに、この掘削穴を掘削す
る過程で、作泥材が先導体内の作泥材供給通路を経由し
てカッタヘッド先端部の作泥材注入口に供給され、同注
入口から掘削土砂に放射状に注入される。そうすると、
この作泥材と掘削土砂とが撹拌混合されて塑性流動性の
ある泥土が生成され、この泥土は、先導体外周の環状間
隙内に圧入充填されて後方に送られ、次いで、先導体後
方の土砂取り込み口から圧送ポンプに取り込まれ、後続
管内に敷設された排泥管を通じて地上に圧送されて排出
される。その場合、泥土の一部は、そのまま、後続管と
掘削穴との間の環状間隙にも残留して潤滑剤の働きをす
る。その結果、先導体外周の環状間隙や後続管外周の環
状間隙を通過する泥土の塑性流動性により、後続管や先
導体と掘削穴の穴壁を形成する地山との間の摩擦力を低
減してこれらの貫入抵抗が軽減される。そのため、この
従来の管推進機では、後続管の推進距離が長くなって
も、在来の管推進機に比べて低推力でこれを押し込むこ
とができ、後続管の長距離の推進が可能となる。こうし
た作泥材を掘削土砂に注入して塑性流動性のある泥土を
生成する管推進機については、これまでに数多く特許公
報で出願広告や出願公開がされているが、この種の管推
進機を記載した特許公報の一例として、ここに、特開昭
５９ー１９９９９６号公報を示すので、技術内容の詳細
は、こうた特許公報を参照されたい。

【０００５】ところで、こうした管推進工法を効果的か
つ経済的に実施できるようにするには、掘削土砂への作
泥材の注入量を適切に調整することが必要である。この
作泥材の注入量は、管推進機で掘削される掘削土砂の単
位体積当たりに注入される作泥材の量である。この作泥
材の注入量が少ないと、泥土は、塑性流動性が低下して
相対的に密度が大きく硬い状態となり、その結果、先導
体や後続管の貫入抵抗が増大するとともに、泥土の圧送
ポンプによる地上への圧送もそれだけ困難になる。そし
て、極端な場合には、泥土が先導体外周の環状間隙に詰
まった状態になって後続管の推進が不能となり、あるい
は、後続管内に敷設された排泥管が閉塞したり圧送ポン
プが停止したりして泥土を地上へ排出できなくなる。一
方、作泥材の注入量が多過ぎると、貫入抵抗が減少して
この限りでは好ましいものの、作泥材の材料費が増大
し、しかも、これを産業廃棄物として処理しなければな
らないため、排土処理に多大の経費を要することとな
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このように、作泥材の
注入量を適切に調整することは、管推進工法を実施する
上できわめて重要な要素になるが、こうした作泥材の注
入量の調整は、これまでは、オペレータが土砂の性状を
みながら経済性を考えて勘と経験により行っていた。し
かるに、こうした作泥材の注入量の調整は、多次元の周
辺条件を種々考慮しながら行わないと、適切に実施する
ことができない。すなわち、地山が粘性土であるか砂礫
土であるかというような地山の性状を考慮するほか、管
推進機で掘削される掘削土砂の体積が管推進機の掘進速
度により定まるために、管推進機の掘進速度も考慮して
行う必要があり、さらには、作泥材の性能それ自体も考
慮して行う必要がある。このように、作泥材の注入量の
調整は、多様な条件を種々考慮しながら行わなければな
らず、しかも、作泥材の使用量ができるだけ少なくても
済むように経済的に行わなければならないため、オペレ
ータの勘と経験だけに頼っていては、これを常時適切に
行うことは困難である。こうしたことから、従来は、オ
ペレータが工費節減を重視するあまり、作泥材の注入量
を必要以上に倹約し、先導体外周の環状間隙を泥土で閉
塞させたり地上への排土をできなくしたりして、管推進
工法の続行が不能になるという例もみられた。

【０００７】本発明は、こうした従来の管推進工法にみ
られる問題を解消しようとするものであって、その技術
課題は、オペレータの勘と経験によることなく、塑性流
動性の良好な泥土を経済的に生成できるように作泥材の
注入が行える管推進工法及び管推進機を提供することに
ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明のこうした技術課
題は、 １）カッタヘッドを有する先導体の後方に後続管を連結
し、後続管を推進しながらカッタヘッドで掘削穴を掘削
して後続管を地中に埋設するとともに、その過程で、作
泥材を掘削土砂に注入して塑性流動性のある泥土を生成
し、その泥土を先導体と掘削穴との間の環状間隙に充填
して、先導体を通じて地上に排出するようにした管推進
工法において、「環状間隙を通過する泥土の泥土圧を、
前後所定間隔を置いて計測し、計測した前後の泥土圧の
差を所定の圧力値に近付けるように作泥材の掘削土砂へ
の注入量を調整するようにした」こと、 ２）カッタヘッドと作泥材注入手段と土砂排出用ポンプ
とを有し後端部に後続管を接続する先導体を備え、後続
管を推進しながらカッタヘッドで掘削穴を掘削して後続
管を地中に埋設するとともに、その過程で、作泥材注入
手段により作泥材を掘削土砂に注入して塑性流動性のあ
る泥土を生成し、その泥土を先導体と掘削穴との間の環
状間隙に充填して先導体の土砂取り込み口から取り込ん
で土砂排出用ポンプで地上に排出するようにした管推進
機において、「環状間隙を通過する泥土の切羽寄りの泥
土圧を計測する前側土圧計と環状間隙を通過する泥土の
土砂取り込み口寄りの泥土圧を計測する後側土圧計とを
先導体に設け、前側土圧計で計測した泥土圧と後側土圧
計で計測した泥土圧との差に基づいて作泥材の掘削土砂
への注入量を調整するようにした」ことの何れによって
も達成される。

【０００９】前記１）の管推進工法に関するこの出願の
第１番目の発明は、前記１）の技術手段を採用している
ので、前側土圧計で計測した泥土圧と後側土圧計で計測
した泥土圧との差に基づいて作泥材の掘削土砂への注入
量を調整することができて、従来のように地山の性状、
掘進速度、作泥材の性能等の多様な条件を考慮すること
なく、作泥材の注入量の調整が適切に行える。前記２）
の管推進機に関するこの出願の第２番目の発明も、前記
２）の技術手段を採用しているので、同様の作用を奏す
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】前記したこの出願の管推進工法に
関する発明及び管推進機に関する発明は、共に、産業上
の利用分野及び解決しようとする課題が同じ発明であっ
て、根底をなす技術的発想も軌を一にするものである。
そこで、以下に、この出願の管推進機に関する発明が実
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
に基づいて説明することにより、この出願の各発明の実
施の形態を明らかにする。図１は、本発明の具体化例の
管推進機における作泥材注入量調整装置に関するシステ
ム構成図である。本発明の具体化例の管推進機は、カッ
タヘッドと作泥材供給通路等の作泥材注入手段と圧送ポ
ンプとを有し後端部に後続管を接続する先導体を備え、
後続管を推進しながらカッタヘッドで掘削穴を掘削して
後続管を地中に埋設するとともに、その過程で、作泥材
を、作泥材注入手段によりカッタヘッド先端部の作泥材
注入口から掘削土砂に注入して塑性流動性のある泥土を
生成し、その泥土を先導体と掘削穴との間の環状間隙に
充填し、先導体の土砂取り込み口から取り込んで圧送ポ
ンプで地上に圧送し排出するようにしている点におい
て、基本的構造が前述の従来の管推進機と変わらない。

【００１１】図１に基づいて本発明の具体化例の管推進
機の特徴的な技術内容について説明する。図１におい
て、１，２は、先導体と掘削穴との間の環状間隙を通過
する泥土の泥土圧を前後所定間隔を置いて計測するた
め、先導体の前後に設けた土圧計で、１は環状間隙を通
過する泥土の切羽寄りの泥土圧を計測する前側土圧計、
２は環状間隙を通過する泥土の土砂取り込み口寄りの泥
土圧を計測する後側土圧計である。ところで、作泥材と
掘削土砂とが撹拌混合されて生成される泥土は、前述し
たように、後続管や先導体と掘削穴との間の摩擦力を低
減してこれらの貫入抵抗を減少させる働きをし、その貫
入抵抗の減少度は、泥土の塑性流動性の良否により定ま
るが、この塑性流動性の良否は、先導体と掘削穴との間
の環状間隙を通過する泥土の前後の圧力差によって知る
ことができる。すなわち、泥土の塑性流動性が相対的に
良好であれば、先導体と掘削穴との間の環状間隙を通過
する泥土の前後の圧力差は相対的に小さくなり、逆に、
泥土の塑性流動性が悪くなると、泥土は、それだけ密度
が大きく硬くなって圧力伝達がされにくくなり、その圧
力差は大きくなる。したがって、先導体と掘削穴との間
の環状間隙を通過する泥土の前後の圧力差は、泥土の塑
性流動化が良好に行われているか否かの指標になる。土
圧計１，２は、こうした環状間隙を通過する泥土の前後
の圧力差をみるために設けられたものである。この泥土
の前後の圧力差を正確にみれるようにするには、前側土
圧計１及び後側土圧計２は、それぞれ、先導体の前端部
及び先導体下部の土砂取り込み口近くに設けるのが望ま
しい。そして、前側土圧計１を先導体の前端部に設ける
場合に先導体の上部側に設けると、前記環状間隙におけ
る泥土の上下のヘッド差も圧力差に反映されることとな
るため、泥土の塑性流動化の程度を一層精度よく把握す
ることができる。

【００１２】３は、前側土圧計１で計測した泥土圧と後
側土圧計２で計測した泥土圧との圧力差を演算し、その
圧力差に基づいて作泥材の掘削土砂への注入量を自動的
に調整できるようにしたコントローラであり、こうした
ことを可能にするために判断部４と指令部５とを備えて
いる。６は、作泥材を先導体の作泥材注入手段に送るた
めの作泥材注入装置で、作泥材の吐出量を増減できる作
泥材供給ポンプとこの作泥材供給ポンプの吐出量等を制
御する制御手段とからなる。コントローラ３の判断部４
は、比較演算機能を有し、前側土圧計１の計測結果に関
する電気信号と後側土圧計２の計測結果に関する電気信
号とが入力され、これらの信号に基づいて、前側土圧計
１の計測結果と後側土圧計２の計測結果との差に相当す
る土圧計の圧力差に関する値が演算される。また、判断
部４においては、この土圧計の圧力差に関する値のしき
い値が予め設定されて記憶されており、判断部４で演算
された土圧計の圧力差に関する値がこのしきい値と比較
される。この土圧計の圧力差に関する値のしきい値は、
先導体と掘削穴の間の環状間隙を通過する泥土の前後の
圧力差が塑性流動性の良好な泥土を経済的に生成するの
に適切な値になるように設定されている。換言すると、
管推進工法を支障なく実施できる程度に塑性流動性の良
好な泥土が必要最小限の作泥材の注入量で得られるよう
に設定されている。ちなみに、この点について実験した
ところ、前側土圧計１と後側土圧計２とを２〜３ｍ程度
離して先導体下部に設けた場合、少なくとも、これらの
土圧計１，２で計測した両泥土圧の圧力差を０．１〜
０．２ＫｇＦ／ｃｍ² 以下にすれば、管推進工法を支障
なく実施できることが判明した。コントローラ３の指令
部５では、判断部４から出力される土圧計の圧力差に関
する値と前記しきい値との比較結果の信号に基づいて作
泥材注入装置６へ指令信号を出力して、作泥材注入装置
６のポンプが吐出する作泥材の量を制御する。具体的に
は、判断部４で土圧計の圧力差に関する値を前記しきい
値と比較した結果、前者の値が後者の値よりも大きい場
合には作泥材の吐出量を増加させ、前者の値が後者の値
よりも小さい場合には作泥材の吐出量を減少させるよう
に、作泥材注入装置６を制御する。

【００１３】本発明の具体化例の管推進機は、このよう
な技術手段を採用しているので、作泥材注入装置６の駆
動により作泥材を掘削土砂に注入して泥土を生成して、
その泥土を先導体と掘削穴との間の環状間隙に充填しな
がら後続管を推進する一方、土圧計１，２は、先導体と
掘削穴との間の環状間隙を通過する泥土の泥土圧を前後
所定間隔を置いて計測し、コントローラ３は、これらの
計測結果の差に相当する土圧計の圧力差に関する値を演
算してその値をしきい値と比較する。そして、その値が
しきい値を超えた場合には、コントローラ３が作泥材注
入装置６を制御して掘削土砂への作泥材の注入量を増加
させるため、後続管を推進するための推力が増加するの
を防ぐことができるとともに圧送ポンプによる排土を円
滑に進めることができ、管推進工法を支障なく進めるこ
とができる。また、土圧計の圧力差に関する値がしきい
値の範囲内にある場合には、掘削土砂への作泥材の注入
量を減らすため、管推進工法に支障を来さない限度で作
泥材の注入量を節減できて管推進工法をきわめて経済的
に実施することができる。こうしたコントローラ３によ
る作泥材注入装置６の制御は、作泥材の注入量の調整結
果が土圧の変化に表れるまでにある程度の時間を要する
ので、迅速な応答性をもって小刻みに行う必要はない。
そのため、コントローラ３での演算や比較の処理を、例
えば３０秒ごとに行うようにして、その間は、こうした
処理を行わないようにする。

【００１４】このように、本発明の具体化例によれば、
オペレータの勘と経験によることなく、塑性流動性の良
好な泥土を経済的に生成できるように作泥材の注入が行
える管推進機が得られる。その結果、作泥材を余分に注
入することなく、後続管の推進や泥土の地上への排出を
常に円滑に進めることができる。本具体化例の管推進機
では、前側土圧計１及び後側土圧計２で計測した両泥土
圧の差に基づいて作泥材の掘削土砂への注入量を調整す
る場合にコントローラ３を用いて調整するようにしてい
るが、前側土圧計１と後側土圧計２とを先導体に設け
て、先導体と掘削穴との間の環状間隙を通過する泥土の
泥土圧を前後所定間隔を置いて計測することにより、計
測した前後の泥土圧の差を知ることができれば、オペレ
ータは、その泥土圧の差だけを考慮して作泥材の注入量
を適切に調整することができ、従来のように地山の性
状、掘進速度、作泥材の性能等の多様な条件を考慮て作
泥材の注入量を調整する必要はなくなるので、コントロ
ーラ３を設けることは、本発明にとって不可欠のことで
はない。しかしながら、こうしたコントローラ３を設け
た場合、作泥材の注入量を自動的に調整することができ
るため、オペレータは、先導体の推進方向の調整等先導
体の推進操作だけに専念できて、オペレータの運転負担
を軽減することできる。本具体化例の管推進機では、前
側土圧計１及び後側土圧計２で計測した両泥土圧の差に
基づいて作泥材の掘削土砂への注入量を調整する場合
に、その泥土圧の差を予め設定された値と比較して、前
者の値が後者の値よりも大きいときに作泥材の注入量を
増加させ、前者の値が後者の値よりも小さいときに作泥
材の注入量を減少させるようにしているが、要は、前者
の値を後者の値に近付けるように調整すればよい。本具
体化例の管推進機では、土圧計を前後一対設けて泥土圧
の差を１区域についてだけ計測するようにしているが、
土圧計を更に多く設けて泥土圧の差を複数区域について
計測するようにして、泥土圧の差に関する複数データを
総合的に勘案して作泥材の掘削土砂への注入量を調整す
るようにすることもでき、こうした手法を採用すれば、
作泥材の注入量の調整を一層的確に行うことができる。

【００１５】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、この出
願の管推進工法に関する第１番目の発明及び管推進機に
関する第２番目の発明は、それぞれ、「課題を解決する
手段」の項の１）及び２）に示した技術手段を採用して
いるので、これらの各発明によれば、オペレータの勘と
経験によることなく、塑性流動性の良好な泥土を経済的
に生成できるように作泥材の注入が行える管推進工法及
び管推進機が得られる。その結果、作泥材を余分に注入
することなく、後続管の推進や泥土の地上への排出を常
に円滑に進めることができる。この出願の管推進機に関
する第２番目の発明を具体化する場合、特に特許請求の
範囲の請求項３に記載の技術手段を採用すれば、こうし
た効果を奏することに加え、オペレータは、先導体の推
進方向の調整等先導体の推進操作だけに専念できて、オ
ペレータの運転負担を軽減できるという効果を併せ奏す
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管推進機における作泥材注
入量調整装置に関するシステム構成図である。

【符号の説明】

１ 前側土圧計 ２ 後側土圧計 ３ コントローラ ４ 判断部 ５ 指令部 ６ 作泥材注入装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 遠藤 信昭 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 (72)発明者 茂呂 隆 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

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 カッタヘッドを有する先導体の後方に後
   続管を連結し、後続管を推進しながらカッタヘッドで掘
   削穴を掘削して後続管を地中に埋設するとともに、その
   過程で、作泥材を掘削土砂に注入して塑性流動性のある
   泥土を生成し、その泥土を先導体と掘削穴との間の環状
   間隙に充填して、先導体を通じて地上に排出するように
   した管推進工法において、環状間隙を通過する泥土の泥
   土圧を、前後所定間隔を置いて計測し、計測した前後の
   泥土圧の差を所定の圧力値に近付けるように作泥材の掘
   削土砂への注入量を調整するようにしたことを特徴とす
   る管推進工法。
2. 【請求項２】 カッタヘッドと作泥材注入手段と土砂排
   出用ポンプとを有し後端部に後続管を接続する先導体を
   備え、後続管を推進しながらカッタヘッドで掘削穴を掘
   削して後続管を地中に埋設するとともに、その過程で、
   作泥材注入手段により作泥材を掘削土砂に注入して塑性
   流動性のある泥土を生成し、その泥土を先導体と掘削穴
   との間の環状間隙に充填して先導体の土砂取り込み口か
   ら取り込んで土砂排出用ポンプで地上に排出するように
   した管推進機において、環状間隙を通過する泥土の切羽
   寄りの泥土圧を計測する前側土圧計と環状間隙を通過す
   る泥土の土砂取り込み口寄りの泥土圧を計測する後側土
   圧計とを先導体に設け、前側土圧計で計測した泥土圧と
   後側土圧計で計測した泥土圧との差に基づいて作泥材の
   掘削土砂への注入量を調整するようにしたことを特徴と
   する管推進機。
3. 【請求項３】 前側土圧計で計測した泥土圧と後側土圧
   計で計測した泥土圧との差に基づいて作泥材の掘削土砂
   への注入量を調整する場合に、前側土圧計で計測した泥
   土圧と後側土圧計で計測した泥土圧とが入力されてこれ
   らの泥土圧の差を演算し、その演算結果の値を予め設定
   されたしきい値と比較して、前者の値が後者の値よりも
   大きいときに作泥材の注入量を増加させ、前者の値が後
   者の値よりも小さいときに作泥材の注入量を減少させる
   ように制御するコントローラを設けて調整するようにし
   たことを特徴とする請求項２の管推進機。