JP2002327596A - 動的圧入推進工法及びこの工法に用いられる推進装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 硬い地盤においても無排土圧入による推進工
法で管路を埋設できる動的圧入推進工法及びこの工法に
用いられる推進装置を提供する。 【解決手段】 発進立坑２に設置された元押装置３を用
いて地盤１内に先端部に先端ヘッド１２を備えた先導体
４を圧入して推進させ、これに推進管５を追従させる無
排土圧入による動的圧入推進工法であって、先端ヘッド
１２を先導体４の内部、あるいは元押装置３に搭載した
振動発生装置により振動可能に構成し、先端ヘッド１２
を、推進方向に平行な前後方向に振動させて地盤１に所
定の振動加速度を与え、この振動加速度により地盤１の
剪断強度を低下させて地盤１の、先端ヘッド１２の近傍
の土粒子を流動化させ、先端ヘッド１２の前面における
抵抗力果を最大限に低減させた状態で掘進を行い、Ｎ値
３０程度まで無排土で圧入を可能とする動的圧入推進工
法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は動的圧入推進工法及
びこの工法に用いられる推進装置に関し、特に、電気通
信用管路、下水道管、ガス管等の管路の地中への埋設
を、非開削で動的に行う動的圧入推進工法、及びこの工
法に用いられる推進装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、電気通信用管路、下水道管、ガス
管等を地中に埋設する場合には、一般に非開削推進工法
が採用されている。この非開削推進工法により管路を地
中に布設する場合、粘性土等の比較的軟らかい地盤にお
いては、無排土圧入による推進工法が行われる。この無
排土圧入による推進工法では、発進立坑を地盤にまず形
成し、この発進立坑に元押装置を設置し、この元押装置
から先導体を管路を布設する方向の地盤に推進させ、こ
の先導体に続けて推進管を連続的に先導体に追従させて
布設している。この無排土圧入による推進工法には、下
記のような種類が知られている。

【０００３】（１）単純な圧入方式 図１に示すように、先導体４、及びこれに追従する推進
管５を発進立坑２に設置されている元押装置３を用い
て、地盤１内に一度に圧入して推進を行う単純な圧入方
式であり、静的圧入推進工法である。

【０００４】（２）複推進による圧入方式 図２(a) に示すように、先端部に先端ヘッド６を搭載し
た先導体４を有し、総推進力を先導体４の先端へッド６
にかかる前面抵抗力と追従する推進管５と地盤１の摩擦
による摩擦抵抗力とに分散して推進可能にする複推進機
構を持つ複推進による圧入方式であり、静的圧入推進工
法である。推進時には、図２(b) に示すように、先導体
４に内蔵された複推進ジャッキ７により先導体４に搭載
した先端ヘッド６を先行させて推進させ、その後に図２
(c) に示すように、先導体４と推進管５とを発進立坑２
に設置されている元押装置３によって推進させる、複推
進による圧入方式である。

【０００５】（３）先端ヘッドの偏心回転による圧入方
式 図３に示すように、先端ヘッド８に効率的に土を排除す
るための動的な作動機構を装備した先導体４を有し、先
端へッド８を図４(a) 〜(c) に示すように先導体４に対
して偏心回転させ、この状態で発進立坑２に設置されて
いる元押装置３を用いて先導体４と推進管５とを地盤１
に圧入する回転式の圧入方式であり、動的な圧入方式で
ある。

【０００６】（４）回転振動による圧入方式 図５に示すように、先端ヘッド８に効率的に土を排除す
るための動的な作動機構を装備した先導体４を有し、図
６(a) に示すように先端へッド８の内部に重錘９と偏心
回転する機構（図示せず）を装備し、図６(a) 〜(c) に
示すように、先端へッド８の内部で重錘９を回転させて
先導体の中心から外周方向に振動を発生させ、この状態
で発進立坑２に設置されている元押装置３を用いて先導
体４と推進管５とを地盤１に圧入する回転振動式の圧入
方式であり、動的な圧入方式である。

【０００７】（５）衝撃式による圧入方式 図７に示すように、先端部が鋭利に形成された先導体
４、及びこれに追従する推進管５を備えるが、先導体４
の内部に図示しない重錘があり、この重錘に地盤１の上
に設置したコンプレッサー１０からエアホース１１によ
り圧搾空気を導き、重錘を前後動させて先導体４の先端
部に衝撃力を発生させ、この状態で自走させて先導体４
と推進管５とを地盤１に圧入する回転振動式の圧入方式
であり、動的な圧入方式である。

【０００８】このように、いずれの圧入方式も、掘削排
土方式による推進工法と比較して、カッタヘッドによる
掘削機構および掘削された土砂を排出するための排士機
構を装備しないために掘進速度が速いこと、システムの
構達がシンプルになるためシステムの価格が安価である
ことから、工事期間を短縮できるとともに工事費を低減
できる特徴を有している。また、無排土のため自然環境
保護に貢献できるという特徴を有している。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、粘性士
等軟らかい均質な地盤においては、単純な圧入方式ある
いは複推進による方式による施工は問題ないが、地盤が
砂質土と粘性土との互層地盤や、砂質土やレキ混じり土
等の硬い地盤においては（１）の単純な圧入方式では発
進立坑に設置される元押装置の総推力が弱いという問題
点があった。

【００１０】また、（２）の複推進による圧入方式で
は、総推力を先端へッドの前面抵抗力と先導体に追従す
る推進管の管周面の摩擦抵抗力とに分散しているもの
の、先端へッドを圧入するための前面抵抗力が高くな
り、土質についてはＮ値１５程度までに適用が限定され
るという問題点を有していた。

【００１１】一方、土質の適用拡大するために動的圧入
推進工法である（３）の先端へッドの偏心回転による圧
入方式では、砂質土やレキ混じり土等の硬い地盤におい
て、先端へッドの偏心回転に必要なトルクが装備上が制
限されるため、前面抵抗力の十分な削減効果が期待でき
ないという問題を有している。

【００１２】また、（４）の回転振動による圧入推進工
法では、先端のみに振動を発生できず先導体全体を振動
させてしまうことから、地下水位の高い地盤では水締め
効果による先導体の地盤からの締め付けられ、先導体を
推進することが不可能になるという問題を有しており、
土質の適用の拡大はもとより実用化まで至っていない状
態である。

【００１３】更に、（５）の衝撃式の圧入推進工法で
は、硬い地盤において推進が可能なものの、圧搾空気を
用いるため推進距離が限定されることと、衝撃力発生の
ための振動や騒音が激しいため、施工現場の環境条件か
らその適用を制限するといった問題を有していた。

【００１４】そこで、本発明は前記従来の圧入方式の有
する問題点を解消し、硬い地盤においても無排土圧入に
よる推進工法で管路を埋設でき、これまで掘削排土方式
の推進工法で行っていた地盤においても無排土で圧入推
進が可能となる動的圧入推進工法及びこの工法に用いら
れる推進装置を提供することを目的としている。

【００１５】また、振動を最小限に抑制可能で、騒音問
題も発生せずに施工可能であり、更には、排土を発生さ
せずに自然環境の保護にも貢献できる動的圧入推進工法
及びこの工法に用いられる推進装置を提供することを目
的としている。

【００１６】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成する本発
明の動的圧入推進工法は、発進立坑に設置された元押装
置を用いて地盤内に先端部に先端ヘッドを備えた先導体
を圧入して推進させ、これに推進管を追従させる無排土
圧入による動的圧入推進工法であって、先端ヘッドを先
導体の内部、あるいは元押装置に搭載した振動発生装置
により振動可能に構成し、先端ヘッドを推進方向に平行
な前後方向に振動させて地盤に所定の振動加速度を与
え、この振動加速度により地盤の剪断強度を低下させて
地盤の先端ヘッドの近傍の土粒子を流動化させ、先端ヘ
ッドの前面における抵抗力果を最大限に低減させた状態
で掘進を行い、Ｎ値３０程度まで無排土で圧入を可能と
したことを特徴としている。

【００１７】この場合、所定の振動加速度を、地盤の固
有振動周波数前後の周波数による振動加速度とし、地盤
を共振状態にするようにすることができる。

【００１８】また、前記目的を達成する本発明の動的圧
入推進工法に使用する推進装置は、発進立坑に設置され
た元押装置と、この元押装置によって推進され、その後
に推進管を追従させる、先端部に先端ヘッドを備えた先
導体と、先導体の内部、あるいは元押装置に搭載され、
先端ヘッドを振動させる振動発生装置と、先端ヘッド
を、その推進方向に平行な前後方向に所定の振動加速度
で振動させるように、振動発生装置を制御する制御装置
とを備えることを特徴としている。

【００１９】この場合、先導体の内部にセンサを搭載
し、これらのセンサの検出値を制御装置に設けた演算装
置に取り込み、先端ヘッドの前面抵抗を最小とする振動
数、振幅、振動力を演算し、地盤の状況に応じた最適な
振動数、振幅、振動力を先端ヘッドに発生させるように
構成することができる。

【００２０】本発明の動的圧入推進工法及びこの工法に
用いられる推進装置によれば、粘性土から砂質土、砂レ
キ士といった地盤まで、無排土圧入による推進工法で管
路を埋設でき、これまで掘削排土方式の推進工法で行っ
ていた地盤においても無排土で圧入推進が可能である。
このため、推進方向と平行な方向に先端ヘッドを振動さ
せる無排土圧入による本発明の推進工法においては、掘
削機構および排土機構を搭載しないことから、高速で掘
進できることから工事期間が短縮できること、システム
がシンプルなため装置の価格が安価なこと、排土といっ
た産業廃棄物を発生しないことから、工事費が大幅に削
減可能である。

【００２１】また、振動を最小限に抑制可能なことか
ら、騒音といった問題も発生せずに施工可能であり、更
には、排土といった産業廃棄物を発生しないことから、
自然環境の保護にも貢献できる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下添付図面を用いて本発明の実
施の形態を具体的な実施例に基づいて詳細に説明する。
なお、本発明の実施例の構成において、図１から図７で
説明した従来装置の構成部材と同じ構成部材には同じ符
号を付して説明する。

【００２３】図８は本発明の動的圧入推進工法に用いら
れる推進装置の一実施例の構成を示すものである。この
実施例の推進装置も、発進立坑２に設置されている元押
装置３を用いて地盤１内に先端部に先端ヘッド１２を備
えた先導体４を圧入して推進させ、これに推進管５を追
従させる動的圧入推進工法を行うものである。先端ヘッ
ド１２は図示しない駆動機構により推進方向に平行な方
向に振動を行うことができる。先端ヘッド１２の駆動機
構は、先導体４の内部、或いは発進立坑２に設置した元
押装置３に搭載する振動発生機構とすることができる。
この実施例では推進ヘッド１２の形状はフラットである
が、コーン型でもよい。

【００２４】ところで、地盤に振動加速度０．３〜０．
４Ｇ以上を付与すると、図９に示す振動加速度の付与に
より土の剪断強度の低下特性図から分かるように、その
地盤の剪断強度が低下し、土粒子の流動化現象が生じる
ことが一般的に知られている。このような振動加速度の
付与による地盤の剪断強度低下の効果を最大限に引き出
すためには、地盤を共振状態にすることが必要である。

【００２５】地盤を強制減衰振動体として考えると、図
１０に示すような強制減衰振動モデルが出来上がる。図
１１はこの強制減衰振動モデルの一般解を、振動数と加
速度、或いは振幅を軸に示したグラフである。このグラ
フから、共振状態（グラフのピーク部分）となる固有振
動周波数（図には固有振動数と記載）前後で振動加速度
を地盤に付与すれば、地盤の剪断強度を最も効率的に低
下できる。また、振動力を増加させると共振状態を発生
可能な加速度あるいは振幅が増加するので、更に地盤の
剪断強度の低下効果が期待できる。

【００２６】このことから、地盤の固有振動数前後の振
動加速度を、図８に示した先導体４の先端へッド１２を
振動させることによって付与することにより、先導体４
の前面の土の剪断抵抗を低下させることができると共
に、一時的にかつ局所的に土粒子を流動化することがで
き、効率的な土粒子の再配列が可能になり、先導体４の
圧入による前面抵抗力を大幅に低減できることになる。

【００２７】図１２はＮ値２０程度の砂質地盤におい
て、本発明の動的圧入推進工法を用いた場合の、先導体
４の先端ヘッド１２に加わる前面抵抗力の低減効果を、
振動数をパラメータとして示すものである。また、図１
３は静的な単純圧入方式と本発明の動的圧入推進工法に
おける先導体４の先端へッド１２に加わる前面抵抗力の
低減効果を、Ｎ値をパラメータとして示したものであ
る。

【００２８】本発明では、砂質土からレキ混じり土等の
硬い地盤においても、先端へッド１２のみを推進方向に
平行に振動させるという動的方式を用いることから、先
導体４の前面にのみ上述の振動加速度の効果が得られる
ことが特徴である。図１２は目標とする硬土質地盤（Ｎ
値２０程度）において、本発明の動的圧入推進工法によ
る前面抵抗低減の効果を示したグラフであり、１０〜２
０Ｈｚ程度の振動数を地盤に与えることにより、先導体
４の先端へッド１２に加わる前面抵抗力を３０％以上低
減可能である。

【００２９】また、図１３に示すように、先導体４の装
備能力を１０００ｋＮと考えると、従来の静的圧入推進
工法ではＮ値１５程度までが限界であったのに対して、
本発明の動的圧入推進工法では、同じ装備能力において
土質のＮ値が３０程度の硬い地盤まで、上述の振動加速
度効果により掘進可能となる。

【００３０】更に、本発明による動的圧入推進工法で
は、図１４に示すように先導体４の中に、先端ヘッド１
２の変位径１３、荷重変換器１３、及び加速度計１５等
のセンサを内蔵しており、これらのセンサからの検出デ
ータは演算器１６を通じて運転操作盤１７に入力され、
測定結果がモニタ１８に表示される。また、先端ヘッド
１２への制御信号もこの運転操作盤１７から演算器１６
を介して先導体４に伝えられる。

【００３１】先導体４内に搭載したセンサからの情報に
より、本発明の推進装置の操作者は、先端へッド１２の
前面抵抗力、振動力、振動数、加速度、振幅等をリアル
タイムでモニタ１８によって監視することができ、地盤
の状況に応じて先導体の前面抵抗力を最小にする最適振
動制御を行うことが可能である。具体的には、操作者は
地盤に応じた固有振動数による振動加速度を地盤に付与
し、振動力を増加させて振幅を最大にする振動制御を行
うことができる。即ち、本発明の制御方法によれば、図
１１に示した共振状態を常時発生させると共に、振動加
速度による効果を振動力を増加させることで増大させる
ことができるので、一層効率的に前面抵抗低減効果が得
られる。

【００３２】以上のことから、本発明の推進装置を用い
た動的圧入推進工法では、粘性土から砂質土、レキ混じ
り土といった、これまで掘削排土方式で行ってきた比較
的硬い地盤においても、無排土圧入による高速で掘進が
可能となる。このため、本発明の動的圧入推進工法で
は、比較的硬い地盤における掘削工期を短縮できると共
に、産業廃棄物を発生しないことから工事費を大幅に削
減可能となる。また、振動を最小限に抑制できるため、
周辺への振動騒音といった問題も解決である。更には、
無排土で圧入可能な土質及び口径の適用範囲が広がるた
め、産業廃棄物の発生をいっそう抑制できるため、自然
環境の保護におおいに貢献できる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の先端ヘッ
ドによる推進方向と平行な振動による動的な圧入推進工
法によれば、粘性土から砂質土、砂レキ土といった地盤
まで、無排土圧入による推進工法で管路を埋設できる。
また、これまで掘削排土方式の推進工法で行っていた地
盤においても無排土で圧入推進が可能である。このた
め、推進方向と平行な方向に先端ヘッドを振動させる無
排土圧入による本発明の推進工法においては、掘削機構
および排土機構を搭載しないことから、高速で掘進でき
ることから工事期間が短縮できること、システムがシン
プルなため装置の価格が安価なこと、排土といった産業
廃棄物を発生しないことから、工事費が大幅に削減可能
であるという効果がある。

【００３４】また、振動を最小限に抑制可能なことか
ら、騒音といった問題も発生せずに施工可能であり、更
には、排土といった産業廃棄物を発生しないことから、
自然環境の保護にも貢献できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の単純な圧入方式を行う推進装置の構成を
示す図である。

【図２】従来の複推進方式による圧入方式の推進装置を
示すものであり、(a) は先端ヘッドの推進前の状態、
(b) は先端ヘッドを複推進ジャッキで推進させた状態、
(c) は推進させた先端ヘッドに先導体と推進管を追従さ
せた状態をそれぞれ示す図である。

【図３】従来の先端へッドが偏心回転する圧入方式の推
進装置を示す図である。

【図４】(a) から(c) は図３に示す推進装置の先端へッ
ドの偏心回転を説明する図である。

【図５】従来の先端ヘッドが回転振動する圧入方式の推
進装置を示す図である。

【図６】(a) から(c) は図５に示す推進装置の先端へッ
ドの回転振動を説明する図である。

【図７】従来の先端ヘッドが衝撃振動する圧入方式の推
進装置を示す図である。

【図８】本発明の一実施例の動的圧入方式の推進装置を
示す図である。

【図９】振動加速度の付与による土の剪断強度の低下状
態を示すグラフである。

【図１０】地盤を強制減衰振動体として考えた時の強制
減衰振動モデルを示す図である。

【図１１】図１０の強制減衰振動モデルの振動数と加速
度或いは振幅の関係を示すグラフである。

【図１２】本発明の動的圧入方式の推進装置を用いた振
動工法の砂地盤における振動数と先導体の先端の前面抵
抗力低減効果を示す図である。

【図１３】本発明の動的圧入方式の推進装置を用いた振
動工法の砂地盤におけるＮ値と先導体の先端の前面抵抗
力低減効果を示すグラフである。

【図１４】図８の動的圧入方式の推進装置の最適振動制
御を行うための制御方法を示すシステム図である。

【符号の説明】

１ 地盤 ２ 発進立坑 ３ 元押装置 ４ 先導体 ５ 推進管 ６ 先端ヘッド ７ 複推進ジャッキ ８ 先端ヘッド ９ 重錘 １２ 先端ヘッド １３ 変位計 １４ 荷重変換器 １５ 加速度計 １７ 運転操作盤 １８ モニタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮崎 恭一 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 鮎川 正身 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 日野 英則 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 宮武 昌志 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 Ｆターム(参考） 2D054 AC18 AD32 BA20 EA03 GA42 GA64 GA81 GA92

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発進立坑(2) に設置された元押装置(3)
   を用いて地盤(1) 内に先端部に先端ヘッド(12)を備えた
   先導体(4) を圧入して推進させ、これに推進管(5) を追
   従させる無排土圧入による動的圧入推進工法であって、 前記先端ヘッド(12)を、前記先導体(4) の内部、あるい
   は前記元押装置(3) に搭載した振動発生装置により振動
   可能に構成し、 前記先端ヘッド(12)を、推進方向に平行な前後方向に振
   動させて前記地盤(1)に所定の振動加速度を与え、 この振動加速度により前記地盤(1) の剪断強度を低下さ
   せて前記地盤(1) の、前記先端ヘッド(12)の近傍の土粒
   子を流動化させ、 前記先端ヘッド(12)の前面における抵抗力果を最大限に
   低減させた状態で掘進を行い、 Ｎ値３０程度まで無排土で圧入を可能としたことを特徴
   とする動的圧入推進工法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の動的圧入推進工法であ
   って、前記所定の振動加速度が、前記地盤(1) の固有振
   動周波数前後の周波数による振動加速度であり、前記地
   盤(1) を共振状態とするものであることを特徴とする工
   法。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載の動的圧入推進工
   法に使用する推進装置であって、 発進立坑(2) に設置された元押装置(3) と、 この元押装置(3) によって推進され、その後に推進管
   (5) を追従させる、先端部に先端ヘッド(12)を備えた先
   導体(4) と、 前記先導体(4) の内部、あるいは前記元押装置(3) に搭
   載され、前記先端ヘッド(12)を振動させる振動発生装置
   と、 前記先端ヘッド(12)を、その推進方向に平行な前後方向
   に所定の振動加速度で振動させるように、前記振動発生
   装置を制御する制御装置とを備えることを特徴とする動
   的圧入推進工法に用いられる推進装置。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の動的圧入推進工法に使
   用する推進装置であって、 前記先導体(4) の内部にセンサを搭載し、これらのセン
   サの検出値を前記制御装置に設けた演算装置に取り込
   み、前記先端ヘッド(12)の前面抵抗を最小とする振動
   数、振幅、振動力を演算し、前記地盤(1) の状況に応じ
   た最適な振動数、振幅、振動力を前記先端ヘッド(12)に
   発生させるように構成したことを特徴とする推進装置。