JP2004076456A - 掘削方法及び掘削装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、大型の作業用ピットを設けることなく、地上から地下埋設管の接続部近傍へ下穴を非開削で掘削し、供給管を敷設するための大きさに拡径することが可能で、特に、一般家庭など供給管を引き込む側に推進機を設置して曲線状の下穴を形成し、引き込み側からその下穴に沿う地中穴を形成できる掘削方法及び掘削装置を提供することを目的としている。
【解決手段】本発明の掘削方法は、地表面に設定した始端部と地中に設定した至端部とを連結する地中穴を形成する掘削方法において、始端部より下穴掘削体を推進して下穴を掘削し、始端部より拡径掘削体を推進して該下穴の軸心に沿い該下穴を拡径し、地中穴を形成することを特徴としている。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非開削で地中穴を形成するための掘削方法及び掘削装置に関し、特に、ガス、上下水道などの地下埋設管から分岐する供給管を敷設する地中穴を形成するのに好適な掘削方法及び掘削装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ガスや上下水道などの地下埋設管から供給管を分岐させるには、地下埋設管部分と供給管敷設部分を地上から掘削して土砂を取り除いた上で作業を進めることが普通であるが、地上からの開削作業が必要であり、作業量が増えるだけでなく、工期も長くなって不経済であり、また道路等を掘り返すことによる地域への影響も無視できない。これを解決するために、非開削で地中穴を形成し、供給管を敷設する非開削工法が提案されている。非開削工法において直径が１００ｍｍ程度以上の地中穴を掘削する場合には、例えば直径が５０ｍｍ程度の下穴を掘削した後その下穴を拡径して地中穴を形成することが多い。
【０００３】
下穴を掘削した後、拡大リーマで下穴内面を拡径して地中穴を形成する工法が、例えば特開平５−１４９０８４号公報に開示されている。特開平５−１４９０８４号公報に開示されている工法は、発進立抗及び到達立抗の間に地中穴を形成するもので、例えば発進立抗から到達立抗に向けて推進ユニットを推進して下穴を掘削し、到達立抗において、推進ユニットを貫通して設けられている駆動軸の先端に拡大リーマを取付け、駆動軸を駆動させて拡大リーマを回転させながら推進ユニットを発進立抗側に引抜くことにより、地中穴を形成するものである。
【０００４】
また、雑誌「月間下水道」（１９９３年発行、Ｖｏｌ．１６、Ｎｏ．１１）には、地上から地下の下水道本管へ取り付け管敷設用地中穴を掘り下げる工法が記載されている。雑誌「月間下水道」（１９９３年発行、Ｖｏｌ．１６、Ｎｏ．１１）には、「ＳＤスピーダ工法」と「ＴＰＨ工法」の２つが説明されているが、類似した工法である。前者は、「奈良市における小口径管推進工法による取り付け管工事について」と題した記事中に記載されており、下水道管を敷設する際に用いられて、地中の本管に向けて直線状ガイドロッドを推進した後、ガイドロッドに貫通するオーガビットとオーガを連結セットし、オーガを回転、推進し、オーガビットにより掘削するものである。掘削により発生する土砂は、オーガで地表へと搬出する。後者は「ハウスコネクションに威力を発揮するＴＰＨ工法」と題した記事に記載されており、前記工法におけるオーガの代わりに、シールドパイプを用いるものであり、シールドパイプ先端に掘削用のビットを取り付け、シールドパイプを回転、推進し、掘削用ビットで掘削していくものである。この工法は、シールドパイプに水を流し込んで、戻り水で排土する。
【０００５】
加えて地上発進型推進機により非開削で地中穴を形成する工法が、例えば特開平１１−２２３２７７号公報に開示されている。特開平１１−２２３２７７号公報に開示されている工法は、予め設けられた発進立抗の近傍の地表面上に設置された推進機と、その発進立抗の対向する内壁を押圧する固定用切ばりと、推進機と固定用切ばりの連結部材からなるものであり、掘削時に推進機へ働く反力を固定用切ばりで受け、反力による推進機の振動を防止し、安定した掘削作業を行うことができるようにするものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
非開削工法においては、できるだけ地上からの開削作業を行わないことが望ましいが、特開平５−１４９０８４号公報に記載されている工法では推進機が内設できるような大型の作業用ピットを設ける必要があり好ましくない。
また、一般家庭へのガスや上水道の供給管のように、ポリエチレン管等可撓性を有する配管を用いる場合、敷設経路途中に他の埋設管等の障害物があっても、これを避けて曲げることができる。従って、敷設用の地中穴は、他の配管等の障害物を回避して迂回し、かつできるだけ小さい曲げ半径で形成することが望ましい。しかし、雑誌「月間下水道」（１９９３年発行、Ｖｏｌ．１６、Ｎｏ．１１）に記載されている工法では、ガイドロッドは直線状であり、拡径して形成される地中穴は直線状のものに限定されるという問題がある。
加えて、ガスや上水道の供給管の引き込み側である例えば一般家庭の敷地は通常狭隘であり、その引き込み側に設置する推進機の据付面積はごく少ないことが望ましい。しかしながら、特開平１１−２２３２７７号公報に記載されている工法では、発進立抗、連結部材および推進機を設ける面積が必要となるため実質的に推進機を設置できなくなるという問題が発生する。
【０００７】
本発明は、上述した問題を鑑みてなされたものであり、大型の作業用ピットを設けることなく、地上から地下埋設管の接続部近傍へ下穴を非開削で掘削し、供給管を敷設するための大きさに拡径することが可能で、特に、一般家庭など供給管を引き込む側に推進機を設置して曲線状の下穴を形成し、引き込み側からその下穴に沿う地中穴を形成できる掘削方法及び掘削装置を提供することを目的としている。加えて、本発明は、ごく少ない据付面積で推進機を設置できる掘削方法及び掘削装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の掘削方法は、地表面に設定した始端部と地中に設定した至端部とを連結する地中穴を形成する掘削方法において、始端部より下穴掘削体を推進して下穴を掘削し、始端部より拡径掘削体を推進して該下穴の軸心に沿い該下穴を拡径し、地中穴を形成することを特徴としている。また本発明の掘削方法は、前記下穴は弧状部を有することを特徴としている。加えて本発明の掘削方法は、前記地中穴は流体を供給又は排出する管体の敷設用地中穴であり、前記始端部は管体を引き込む側に設定することを特徴としている。
【０００９】
本発明の掘削装置は、下穴を掘削する下穴掘削手段と該下穴掘削手段へ連結すると共に下穴掘削手段へ回転力と推力を伝達し可撓性を有する駆動手段を備えた下穴掘削体と、該駆動手段により回転可能になされた拡径手段と該拡径手段へ連結すると共に拡径手段へ推力を伝達し可撓性を有する推進手段を備えた拡径掘削体とを有する掘削装置であって、（１）地表面に配置する本体部と、（２）本体部に配設すると共に推進方向に沿う案内部を設けた案内手段と、（３）ロッドユニットを連結する回転手段と案内部に嵌装できる案内部材を設けると共に推進ユニットが連結される駆動部と、（４）駆動部に連結し駆動部を推進する推進手段とを備えた推進機を有し、前記駆動手段により回転可能になされた前記拡径手段を回転すると共に、該駆動手段と該拡径手段を同期して推進することを特徴としている。よって、下穴掘削体で形成した下穴を拡径掘削体で拡径して下穴の軸心に沿う地中穴を形成することができる。
【００１０】
また本発明の掘削装置は、前記推進手段が連結し、前記駆動手段を軸心方向に貫通できる挿通部と前記案内部に嵌装できる案内部材を設けた推進具を備えた推進機を有し、該推進具と前記駆動部は、推進具を駆動部の前方に、それぞれの案内部材が案内部に嵌装するよう前記案内手段へ設け、前記回転手段に連結された駆動手段が軸心方向に推進具の挿通部を貫通するよう配設することを特徴としている。なお、前記推進具に連結し推進具を推進する第２の推進手段を有し、前記拡径手段を回転させつつ、第２の推進手段により拡径手段を推進するようにすれば、より掘削作業を効率的に行うことができるので好ましい。
【００１１】
加えて、本発明の掘削装置の前記推進手段は、連接された前記推進部材及び該推進部材と前記駆動手段を掛止する掛止部材からなり、該推進部材及び／又は該掛止部材には地中穴の内径と略同一な外径を有する支持部を設けることを特徴としている。よって、駆動手段を支持部により支持することができる。
【００１２】
更に加えて本発明の掘削装置は、前記拡径手段に設けられる圧力流体供給手段と連通する圧力流体噴出口と、該拡径手段の後方に設けられる流体吸引手段と連通する流体吸引口とを有していることを特徴としている。よって、圧密状態の土砂を高圧水で緩和しつつ地中穴を形成することができる。
【００１３】
また本発明の掘削装置は、下穴を掘削する下穴掘削手段と該下穴掘削手段へ連結すると共に下穴掘削手段へ回転力と推力を伝達し可撓性を有する駆動手段を備えた下穴掘削体と、該駆動手段により回転可能になされた拡径手段と該拡径手段へ連結すると共に拡径手段へ推力を伝達し可撓性を有する推進手段を備えた拡径掘削体とを有する掘削装置において、下穴掘削体と拡径掘削体が連結し地表面に設置する推進機と、その推進機の地表面に対向する面に垂設し、地表面に設けられた縦穴の壁面を利用して推進機を固定する固定装置とを有することを特徴としている。よって、ごく少ない設置面積で推進機を固定することができる。
なお前記固定装置は、リンク機構からなり、そのリンク機構に連結し前記縦穴の壁面に対向する外周面を形成した固定部材を備え、そのリンク機構により固定部材が拡張して壁面を押圧する一対の固定手段と、一端部がその固定手段に連結する駆動部材と、その駆動部材の他端部が連結し前記リンク機構を駆動する直動手段とを有するようにすれば、固定装置をコンパクトにすることができるので好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施態様に係わる掘削装置１の概略構成図である。図１において、掘削装置１は、下穴を掘削する下穴掘削手段と該下穴掘削手段へ連結すると共に下穴掘削手段へ回転力と推力を伝達し、可撓性を有する駆動手段を備えた下穴掘削体２と、該駆動手段で回転可能になされた拡径手段と該拡径手段へ連結すると共に拡径手段へ推力を伝達し、可撓性を有する推進手段を備えた拡径掘削体３と、掘削ヘッド２１と拡径ビット３１へ該回転力と該推力を付与する推進機４とを有している。
【００１５】
そして掘削装置１は、地表面５に設置した推進機４から発進する下穴掘削体２により下穴５２を掘削し、推進機４から発進する拡径掘削体３により該下穴軸心に沿い下穴５２を拡径し、例えば供給管を引き込む地中穴５３または供給管と地下埋設管を接続する接続手段を挿入する地中穴５３を形成するものである。以下、下穴掘削体２、拡径掘削体３及び推進機４それぞれについて説明する。
【００１６】
［下穴掘削体］
下穴掘削体２について図７〜図９に基づいて説明する。
下穴掘削体２は、図７に示すように、下穴を形成する掘削ヘッド２１（下穴掘削手段）と回転力と推力を掘削ヘッド２１へ伝達するロッドユニット２２（駆動手段）を有している。
【００１７】
全体が略円柱状の掘削ヘッド２１には、先端側が先鋭になるように傾斜面２１１を形成し、後端側に雄ネジ２１２を形成している。傾斜面２１１の傾斜角度θは、３０°±１５°の範囲で、掘削する土質や、曲線状穴の曲率を考慮して定めればよい。ロッドユニット２２は、同一の基本構造を有する３種類のロッド部材を一列に接続して組立てたものである。即ち、図８に示すように、ロッドユニット２２は、連結された複数（図８では１５個）の中間ロッド部材２３（２３ａ、２３ｂ、…）の一端側に前部ロッド部材２４を連結し、他端側に後部ロッド部材２５を連結した構造を有するものである。
【００１８】
図９は、中間ロッド部材２３の断面図である。中間ロッド部材２３は、軸部２３１とフランジ状の胴部２３２を持つ段付き円筒形状部材である。胴部２３２の外径は、掘削ヘッド２１の外径と同じか、それより小さくする。胴部２３２の中心部には、軸部２３１の外径ｄよりやや大きい内径Ｄの軸部装着穴２３３を形成する。軸部装着穴２３３の端面側にはＯリング装着溝２３４を設ける。胴部２３２には、軸心Ｘと直交する方向（紙面に対して垂直）に、連結用ピン２３７を装着するための胴ピン穴２３５を設ける。軸部２３１には、胴ピン穴２３５と直交する方向に、後述する連結用ピン２３７を装着するための軸ピン穴２３６を設ける。中間ロッド部材２３は、図７及び図８に示すように、隣接する中間ロッド部材２３の軸部装着穴２３３と軸部２３１とが嵌装し、ピン２３７を介して連結する。
【００１９】
前部ロッド部材２４は、中間ロッド部材２３の、軸部装着穴２３３の内径に雌ネジ２４５を形成したものである。後部ロッド部材２５は、同じく軸部２３１の外径に雄ネジ２５６を形成したものである。前記掘削ヘッド２１の雄ネジ２１２と、後部ロッド部材の雄ネジ２５６を同一仕様とし、前部ロッド部材２４の雌ネジ２４５にねじ込み可能とすることにより、掘削ヘッド２１は、前部ロッド部材２４にネジで結合することができる。また、ロッドユニット２２どうしもネジ締結で連結することができ、下穴掘削体２の長さを容易に調整することができる。
【００２０】
前部ロッド部材２４、中間ロッド部材２３、後部ロッド部材２５を相互に組み付けて形成されたロッドユニット２２には、軸心Ｚ（図７、図８参照）が形成される。各ロッド部材は隣接して嵌装した軸部２３１と軸部装着穴２３３をＯリング２３８で圧着しているので、軸心Ｚと同心に保持することができる。また、各ロッド部材間にはゴムシート２６を密接的に装着しているため、ロッドユニット２２にはゴムシート２６の弾性等で定まる所定の曲げ剛性を付与することができる。一方、隣接する中間ロッド部材２３は、軸心Ｚ方向と直交した方向で互いに９０度方向が異なる軸方向回りに揺動することができる。従って、ロッドユニット２２は、軸心Ｚから３６０度の範囲で向きを変えて進むことができるとともに、所定の曲げ力が作用した場合は所定の曲率で曲がることができる。
【００２１】
上述した下穴掘削体２によれば、次のようにして直進穴、曲進穴又は直進穴と曲進穴を掘削することができる。
直進穴を掘削する場合は、後部ロッド部材２５に回転力と推力を作用する。回転力及び推力を、ロッド部材を連結しているピン２３７を介して掘削ヘッド２１へ伝達する。これにより、掘削ヘッド２１先端の傾斜面２１１は回転するので、傾斜面２１１が受ける推進反力の向きは軸心Ｚまわりに順次移動し、ロッドユニット２２には曲がりは発生しない。従って、ロッドユニット２２は真直状態を維持して推進し、直進穴を形成することとなる。
【００２２】
曲進穴を掘削する場合は、掘削進行方向と逆向きに掘削ヘッド２１先端の傾斜面２１１を位置決めし、回転させずに掘削体を推し進める。この時は、掘削ヘッド２１先端が傾斜面２１１からの一方向の反力を受けて、ロッドユニット２２に曲げモーメントが作用する。これにより、中間ロッド部材は、ピン２３７を中心にゴムシート２６の材質や圧縮代等により定まる曲げ剛性に応じた角度だけ傾き、ロッドユニット２２は曲進し、曲率を有する穴を形成することとなる。
下穴掘削体２は、曲進穴を形成した後でも、再度直進穴をあけることができる。これは、ロッドユニット２２が、その特徴的構造により、曲がった掘削穴中でも軸心Ｚ回りに回転することができるからである。
【００２３】
［拡径掘削体］
次に拡径掘削体３について、図２に基づいて説明する。
本実施態様の拡径掘削体３は、ロッドユニット２２の外周面に沿い移動可能なように嵌合する拡径ビット３１（拡径手段）と拡径ビット３１に一端部が連結する推進ユニット３５（推進手段）とを備えている。
【００２４】
図２に断面で示すように、拡径ビット３１は非回転部３３と回転部３４を有しており、各々の中央部には、ロッドユニット２２が貫通できる穴部が形成されてている。非回転部３３は、ロッドユニット２２の外周部とは非接触でロッドユニット２２が挿通される穴部を有する段付き円筒形状部材である。非回転部３３の小径側外周部には、円筒状の回転部３４を、ラジアル軸受け３４２とスラスト軸受け３４３を介して回転可能に装着しており、半径方向にセットされた複数本のピン３４４により軸方向への移動を阻止している。回転部３４の端部には、複数の拡径用刃具３２を、回転半径が回転部３４及び非回転部３３の外径より大きくなるように、ピン３２１等で固着している。
【００２５】
回転部３４の貫通穴部３４１は、ロッドユニット２２の外周部と回転力伝達可能な嵌合い形状に形成されている。後述するように、ロッドユニット２２の外周部断面形状は基本的には円であるが、拡径ビット３１を装着して拡径する工法に用いるには、回転力伝達部を形成するための、軸方向に沿った溝や平面部を加工しておく必要がある。図３にロッドユニット２の半径方向断面図を示しているが、本実施態様においては外周部に２対の平面を設けている。このロッドユニット２２を用いる場合、回転部３４の貫通穴部３４１は、少なくとも１対の平面には嵌合する形状で、かつ軸方向にはスライドできる寸法とする。
【００２６】
推進ユニット３５は、図４に示すように、同一の基本構造を有する複数の推進部材３６（本図では３６ａ、３６ｂ、３５ｃの３本）を一列に接続して組立てたもので、先端の推進部材３６ａは拡径ビット３１の非回転部３３に連接し、後端の推進部材３６ｃは後述の推進具４２に連接するように、ロッドユニット２２に沿って配設する。
【００２７】
推進部材３６は、ロッドユニット２２を半径方向から抱き込んで接続でき、かつロッドユニット２２の回転時に回転力が伝達しないように構成する。即ち、推進部材３６の内周部は、図３に断面図で示すように、例えばロッドユニット２２の外径寸法より大きな内径寸法を有する半円形部と、平行な延長線部からなる壁部を有し一方が開放された略Ｕ字形状とする。また、図４及び図５に示すように、推進部材３６の軸心方向の一端面には先端が円弧状の突起３６１を、また他端面には円弧状溝３６２を、半円形部と延長線部の境界箇所で１８０°対向する位置に設けている。よって、例えば一つの推進部材３６ｂの突起３６１ｂと別の推進部材３６ａの円弧状溝３６２ａは、嵌め合って、円弧状溝廻りに回転可能な関節を形成することができる。複数の推進部材３６は、ロッドユニット２２に沿って節で連接することとなる。
【００２８】
前記したように、前端の推進部材３６ａは拡径ビット３１の非回転部３３と連接し、後端の推進部材３６ｃは推進具４２と連接する。従って、前述の推進部材同士の連接におけると同様、非回転部３３には、推進部材３６ａの突起３６１ａと嵌め合って関節をなすような円弧状の溝３３１を形成する。また推進具４２には、推進部材３６ｃの円弧状の溝３６２ｃと嵌め合って関節をなすような、先端が円弧状の突起４２１を形成する。隣接する推進部材３６間、或いは推進部材３６ａと拡径ビット３１間には、関節が外れないように圧縮力を作用させる。その圧縮力は、例えば、各部材に設けたピン３６３にゴム等の弾性部材３６４を係止して付与するようにする。
【００２９】
また、推進部材３６には、図５に示すように、例えば関節に、ロッドユニット２２を推進部材３６とは逆方向から抱き込むように掛止する掛止部材３６５を装着し、推進ユニット３６がロッドユニット２２から浮上がって外れないようにする。従って、突起３６１は、掛止部材３６５を挿入しても関節機能を果すために必要な隙間を確保できるような長さとする。また、掛止部材３６５やピン３６３等は、刃具３２の回転直径の範囲に収まる寸法や構造とする。
【００３０】
前述したように構成される関節は、推進部材３６を通じて拡径ビット３１の非回転部３３に推進機４から付与される推力を伝達するとともに、図６に示すように、推進部材３６をロッドユニット２２の曲がりに合せて傾かせることができる。図６は、関節が円弧状溝廻りに回転する方向に推進ユニット３５が曲がっている場合を示しているが、関節は、円弧状溝廻りに直交する方向にも溝内で傾くことができる。よって推進ユニット３５は、ロッドユニット２２の曲がりに沿い曲折することが可能である。なお、関節は、前記１８０°対向する位置に設けるだけでなく、半円形部頂点である中間位置にも設ければ、関節回転中心が確保されて、推進部材３６が半径方向にずれることがなく好ましい。
【００３１】
図１１に示すように、掛止部材３６５の外径を拡径ビット３１で掘削された地中穴５３の内径と略同一として支持部３６６となし、支持部３６６により拡径ビット３１が通過後のロッドユニット２２を支えるようにしてもよい。支持部３６６の軸心方向の長さ、形状は、支持部３６６により上述した関節の動作を妨害しないよう適宜設定し、例えば図１１に示すように凸でＲ状となっていれば好適である。なお支持部３６６は、推進部材３６の長手方向の一部に設けても良い。支持部３６６を設けることにより、例えば掘削長さが長くなった場合にも、ロッドユニット２２の撓みや座屈を防止することができ、安定して掘削作業を行うことができる。
【００３２】
［推進機］
推進機４について図１に基づいて説明する。
推進機４は、（１）地表面５に配置する本体部４３と、（２）本体部４３に配設すると共に推進方向に沿う案内部４６１を備えた案内手段４６と、（３）ロッドユニット２２が連結される回転手段４１１と案内部４６１に嵌装できる案内部材４１２を備えた駆動部４１と、（４）推進ユニット３５が連結され、ロッドユニット２２を軸心方向に貫通できる挿通部４２２と前記案内部材４１２と同様な案内部材４２３を備えた推進具４２と、（５）駆動部４１に連結し駆動部４１を推進方向に沿い移動させる推進手段４７と、推進機４の動作を制御する制御部４５とを有し、推進具４２と駆動部４１は、推進具４２を駆動部４１の前方に、それぞれの案内部材４１２、４２３が案内部４６１に嵌装するように案内手段４６へ設けると共に、前記回転手段４１１に連結されたロッドユニット２２が軸心方向に推進具４２の挿通部４２２を貫通するよう配設するものである。
【００３３】
また、前記下穴掘削体２と拡径掘削体３を連結し地表面５に設置する推進機４は、推進機４の地表面５に対向する面に垂設し、地表面５に形成した縦穴５１の壁面を利用して推進機４を固設する固定装置６を有するものである。
【００３４】
本体部４３は、案内手段４６を上面に配設する傾動板４３１と、下面が地表面５に接地する底板４３２と、傾動板４３１を傾動する傾動部材４３３とを有している。傾動板４３１と底板４３２は蝶番状に連結したものである。すなわち、傾動板４３１と底板４３２の一方端部には共通に軸４３４を挿着しており傾動板４３１は傾動可能となっている。それぞれの他方端部の内側には、例えばジャッキなどからなる傾動部材４３３が、傾動板４３１と底板４３２を連結するように配設している。上述のように構成される本体部４３により、傾動板４３１の地表面５に対する傾き量を調整し、推進具４２及び駆動部４１に連結する下穴掘削体２及び拡径掘削体３を所定の角度で地中に進入することが可能となる。
【００３５】
案内手段４６は、図１において矢印Ｄで示すように、紙面上で右上から左下の推進方向に沿い配置した、例えばリニアスライドレールなどからなる案内部４６１を有している。案内手段４６には、本体部４３の傾動板４３１へ案内手段４６を固定するための推進方向に沿う長穴（図示せず）が設けられている。
【００３６】
駆動部４１は、ロッドユニット２２の後部ロッド部材２５の雄ネジ２５６が嵌合する雌ネジ４１４を備えた回転手段４１１と、案内部４６１に嵌装できる案内部材４１２を有している。回転手段４１１は、ロッドユニット２２を介して掘削ヘッド２１と拡径ビット３１へ回転力を付与するものである。駆動部４１は、その案内部材４１２が案内部４６１へ嵌装されると共に案内手段４６の後方に配設する。
駆動部４１には、推進手段４７を連結する。推進手段４７は、駆動部４１を推進し、掘削ヘッド２１と拡径ビット３１へ推力を付与するものである。すなわち、推進手段４７の推力は、回転手段４１１を介して駆動部４１へ連結するロッドユニット２２を通じ掘削ヘッド２１へ伝達されると共に、下記で説明するように推進具４２に連結する推進ユニット３５を介して拡径ビット３１へも伝達できる。
前記回転手段４１１の駆動方法としては例えば電動モータやエアモータ、推進手段４７の駆動方法としては例えば電動シリンダー、エアシリンダーまたは送りネジとモータを使用した送り機構などの部材を使用することができるが、比較的大きな駆動力を得られる油圧モータや油圧シリンダーを使用することが望ましい。
【００３７】
推進具４２は、ロッドユニット２２を軸心方向に貫通できる挿通部４２２と、推進部材３６の円弧状溝３６２と嵌め合って関節をなすような先端が円弧状の突起４２１と、案内部４６１に嵌装できる案内部材４２３を有している。推進具４２は、案内部材４２３が案内部４６１に嵌装されると共に駆動部４１の前方に配設する。また推進具２は、回転手段４１１に連結されたロッドユニット２２が挿通部４２２を貫通するように配設する。
【００３８】
以上のように駆動部４１、推進具４２及び推進手段４７を配設することにより、下穴５２を掘削する際には掘削ヘッド２１を単独に、下穴５２を拡径して地中穴５３を掘削する際にはロッドユニット２１とそれに嵌合する拡径ビット３１を協調して推進することが可能となる。
すなわち、下穴５２を掘削する際には、前方に配設された推進具２へ駆動部４が当接しないように、例えば案内手段４６の推進方向の端部に推進具４２を位置決めし、推進手段４７により駆動部４１のみを前進して掘削ヘッド２１を単独に推進する。
下穴５２を拡径して地中穴５３を掘削する際には、例えば駆動部４１に当接するよう推進具４２を位置決めし、または結合部材（図示せず）により駆動部４１と推進具４２を結合するなどして、駆動部４１が推進具４２を押圧し、それぞれが一体に推進できるようにする。推進手段４７により前進する駆動部４１は、推進具４２を押圧し、推進手段４７の推力を推進具４２へ伝達する。その推力は、推進ユニット３５を介して拡径ビット３１へ作用し、拡径ビット３１を推進する。よって、駆動部４１に連結するロッドユニット２２と推進ユニット３５を介し推進具４２に連結する拡径ビット３１は、推進手段４７により同期して推進することが可能となる。
【００３９】
上述のように、掘削ヘッド２１と拡径ビット３１は、回転手段４１１に連結したロッドユニット２２を介して回転可能であり、掘削ヘッド２１は単独にあるいはロッドユニット２２と拡径ビット３１は協調して推進手段４７が連結した駆動部４１を介し推進可能であるので、掘削ヘッド２１により下穴５２を掘削できると共に、拡径ビット３１により下穴軸心に沿い下穴５２を拡径して地中穴５３を形成することが可能となる。
【００４０】
次に、固定装置６について図１２に基づいて説明する。図１２（ａ）は、固定装置６の正面図、図１２（ｂ）はＣ−Ｃ断面を示したものである。
固定装置６は、図１２（ａ）、（ｂ）に示すように、固定部材６４１、６５１を収納した状態（実線）で、固定装置６を縦穴５１へ挿入し、その後、固定部材６４１、６５１を拡張し（点線）て縦穴５１の内壁を押圧し、推進機４を固定するものである。なお図１に示すように、本実施態様の縦穴５１は略円筒形状をなし、推進機４の直下の地表面５に形成したものである。
【００４１】
固定装置６は、一軸方向に移動可能な直動部材６１１を備えた例えば油圧シリンダーである直動手段６１と、略円柱形状の駆動部材６２と、駆動部材６２を嵌挿できる孔部を備えた案内部材６３と、一対の固定手段６４、６５とを有している。直動手段６１は、底板４３２の下面と直動部材６１１の軸心が略直交すると共に直動部材６１１が下方を向くように配設する。駆動部材６２は、直動部材６１１の先端部にそれぞれの軸心を合せ連結する。案内部材６３は、直動手段６１の下部に設けると共に駆動部材６２を孔部に嵌通するよう配設する。固定手段６４、６５は、駆動部材６２の軸心に対し対称になるようその下部に配設する。固定手段６４、６５の構造は同一であるので、以下固定手段６４についてのみ説明する。
【００４２】
固定手段６４は、駆動部材６２より操作されるリンク機構である。すなわち、固定手段６４は、図１２（ｂ）に示すように、縦穴５１の壁面の曲率と略同一の曲率で形成された外周面を備えた円環の一部をなす断面形状で、半径方向においては駆動部材６２に対し大略同心円状に、軸心方向においては外周面と縦穴５１の壁面が略平行に対向するように配置される固定部材６４４と、図１２（ａ）に示すように、駆動部材６２の先端部に上下の位置関係となるよう設けられる一対の第１のリンク６４２及び６４３と、案内部材６３の先端部に設けられる第２のリンク６４６を有している。
【００４３】
第１のリンク６４１、６４２は、その一方端部がピン６４３によりシャフト６２の先端部に、その他方端部がピン６４５により固定部材６４４の内周部に回動可能なよう連結する。よって、第１のリンク６４１、６４２は、ピン６４３を支点とし、ピン６４５を作用点として回動することが可能となっている。
同様に第２のリンク６４６は、その一方端部がピン６４７により案内部材６３の先端部に、その他方端部がピン６４８により上側のリンク６４１に回動可能なよう連結する。よって、第２のリンク６４６は、ピン６４７を支点とし、ピン６４８を作用点として回動することが可能となっている。
【００４４】
固定装置６を縦穴５１に挿入する際には、図１２（ａ）において実線で示すように、直動部材６１の直動部材６１１はストローク端にあり、よって前記固定部材６４４は収納された状態にある。
固定装置６を縦穴５１に装入した後、直動部材６１の直動部６１１を引き戻し、駆動部材６２を上方に移動させる。上側の第１のリンク６４１には上方に向かう力が作用し、その力は、上側のリンク６４１と第２のリンク６４６を接合しているピン６４８を介して第２のリンク６４６へ伝達される。その力により、第２のリンク６４６は、図１２（ａ）において点線で示すように、支点であるピン６４７を中心として反時計回りに回動し、それに伴い上側のリンク６４１も支点であるピン６４３を中心として時計周りに回動する。その上側のリンク６４１の一端が連結している固定部材６４４は縦穴５１の壁面側へ移動する。同時に、その上側のリンク６４１の下方で固定部材６４４と連結している下側のリンク６４２も支点であるピン６４３を中心として同様に時計回りに回動する。よって、固定部材６４４は収納時の姿勢を保ちつつ拡張し、その外周面は縦穴５１の壁面に当接し、直動手段６１の引き戻し力により縦穴５１の壁面を大きさＥの力で押圧し、推進機４を固定する。
【００４５】
上述したようにリンク機構を用いて固定手段６４を構成することにより、例えば押圧を付与する手段として固定用切ばりやシリンダーを用いた場合に比べ、固定装置６をコンパクトにすることができる。また、固定装置６を挿入する縦穴５１は、推進機４の直下の地面に形成すればよく、よって推進機４の据付には推進機４を設置できる面積があれば足りる。
【００４６】
上記本実施態様の説明では、縦穴５１は略円筒形状のものとしたが、大略直方体形状に形成されたものでも良く、その際には固定装置６の固定部材６４４、６５４の外周面の形状は平坦面とする。
また固定手段６４、６５は３式以上設けてもよく、例えばシャフト６２の外周部に９０°、６０°などのピッチで複数個設ければ、押圧力を等分に分散されることができ、例えば縦穴５１の壁部の地耐力が低い場合でも壁の崩壊を防止しつつ推進機４を固定することが可能となる。
固定装置６は複数個設けることもでき、例えば推進方向において底板４３２の前後に固定装置６を設ければ、推進方向に発生するモーメント荷重を受けることができ、より確実に推進機４を固定することが可能となる。
【００４７】
次に、本実施態様の掘削方法について、地中穴５３は、例えばガスや水などの流体を供給、排出する管体の敷設用地中穴であり、始端部は管体を引き込む側である例えば一般家庭など民地に設定し、至端部は管体の他端側を接続する例えば地下埋設管９に設定し、その民地から地下埋設管９へ地中穴５３を形成する場合を例として説明する。
【００４８】
図１０、図７、図１を参照しながら、まず下穴掘削について説明する。
まず、図１に示すように、供給管引込み側の地表面５の掘削開始地点の近傍に、推進機４の固定装置６を挿入できる大きさの略円筒形状の縦穴５１を形成し、上述したように推進機４を固設する。
【００４９】
次に、図７に示すように、掘削ヘッド２１に最初のロッドユニット２２ａを接続した下穴掘削体２を組立て、設置した推進機４の駆動部４１の回転手段４１１に挿着する。ここで図１に示すように、下穴掘削体２が所定の進入角度で地中に推進できるよう傾動部材４３３で上板４３１の傾き量を調整する。また、駆動部４１をストローク端まで移動させた際に、回転手段４１１に連結しているロッドユニット２２の後部が、拡径掘削体３の拡径ビット３１の長さ以上で地表から出るように案内手段４６の位置を調整する。その後案内手段４６は、案内手段４６に設けられた長穴により傾動板４３１へ固定する。下穴掘削の際には、推進具４２は案内手段４６の前部に配置する。
【００５０】
次に、図１０に示すように、推進機４の駆動部４１を操作して下穴掘削体２を地中へ発進し、掘削ヘッド２１を回転させつつ斜め下方へ推進する。駆動部４１がストローク端まで押し込まれたら、ロッドユニット２２ａと回転手段４１１の結合を外し、駆動部４１をストローク分後退させる。次いで、新たなロッドユニット２２ｂの前部ロッドユニット２４ｂを、既挿入のロッドユニット２２ａの後部ロッドユニット２５ａにネジ込んで結合するとともに、後部ロッドユニット２５ｂを回転手段４１１に挿着し、駆動部４１の操作を再開する。前記操作を、計画した斜め直進区間Ｓ１の終端部に掘削ヘッド２１が達するまで繰り返す。
【００５１】
水平掘削のための遷移区間としての曲進区間Ｓ２では、下穴掘削体２は掘削ヘッド２１の傾斜面２１１の向きを所定方向に固定して推進のみを行う。例えば掘削方向を斜め下方向から水平方向に修正する場合は、傾斜面２１１を下に向けた状態で、下穴掘削体２を回転させずに推進する。直進区間Ｓ３開始点に達し、掘削ヘッド２１が水平方向になると、下穴掘削体２を再度回転させながら前進させ、目標地下埋設管９の方向に掘削ヘッド２１を推し進める。
【００５２】
ここで、例えば目標地下埋設管９への掘削区間Ｓ３の途中に他の埋設管等障害物があった場合、前記曲進区間及び再直進区間における操作と同様操作をすることにより、迂回することができる。
なお、掘削ヘッド２１の深さおよび傾斜面２１１の向きは、例えば電磁波を発するゾンデ（図示せず）を掘削ヘッド２１に組み込み、その磁界を受信機器で計測することにより検出することができる。
【００５３】
また、ロッドユニット２２は、ロッド部材が円筒形状で、嵌装している軸部と軸部装着穴とはＯリング２３８を圧着しているため、内部に水、空気等の圧力流体を流すことができる。従って、掘削ヘッド２１に、先端に通じる貫通穴を設ければ、ロッドユニット２２内部に供給された例えば圧力水を掘削ヘッド先端から噴出しながら推進することができ、土質等の状態に応じて適用することにより、掘削を容易にすることができる。
【００５４】
次に、拡径動作について図４、図１０及び図１１により説明する。
前述したようにして、所定長さの下穴掘削を終了すると、ロッドユニット２２と回転手段４１１の結合を外し、駆動部４１をストローク分後退させる。次いで、地表に出ているロッドユニット２２に拡径ビット３１を通し、駆動部４１をストローク端まで前進させてロッドユニット２２と回転手段４１１を結合し、ロッドユニット２２をストローク分だけ引き戻す。これにより、地中に推進していた下穴掘削体２は、ストローク分地上に引き戻される。
【００５５】
上記の状態で、図４に示すように、推進具４２を後退させ、駆動部４１の前方の所定位置にセットし、所定数の推進部材３６を、地上に引戻されたロッドユニット２２に沿って軸方向に連接する。最初にセットした推進部材３６ａは、拡径ビット３１の非回転部３３と関節を介して連接し、その後推進部材３６同士を順次同様に関節を介して連接し、最後にセットする推進部材３６ｃの端部に拡径ビット推進部４２を連接する。図４には推進部材３６は３本だけしか示していないが、推進部材３６の長さ、推進手段４７のストローク等の条件に応じてその適宜本数を定めることができる。
【００５６】
拡径は、推進機４より拡径掘削体３を地中へ発進し、駆動部４１の回転手段４１１を回転しつつ駆動部４１を推進して行う。回転手段４１１に連結されているロッドユニット２２は回転しながら軸方向に移動し、同時に駆動部４１により押圧される推進具４２に連結した推進ユニット３５もロッドユニット２２と軸方向相対位置を保ちながら移動する。よって、拡径ビット３１は、推進ユニット３５を介して軸方向に移動するとともに、回転部３４はロッドユニット２２からの回転力が伝達されて回転する。即ち、拡径用刃具３２は回転しながらロッドユニット２２と共に推進するので、下穴を拡径することができる。
【００５７】
下穴掘削体２は、ロッドユニット２２が自由度高く変形するので、直進穴だけでなく曲進穴も掘削できるものであり、拡径される穴は、変形したロッドユニット２２に沿って掘削されなければならない。前記拡径時には、ロッドユニット２２は、１ストローク分後退した位置から回転しながら前進するが、この時は下穴掘削時と異なり、既に掘削した穴中を移動するので、掘削ヘッド２１には掘削反力は作用せず、ロッドユニット２２は掘削済みの下穴が曲線状であっても、下穴に沿って移動しながら軸心Ｚまわりに回転する。前述したように、推進ユニット３５を構成している推進部材３６は関節で連接されているので、ロッドユニット２２の曲がりに合せて推進部材３６を傾けることができ、拡径ビット３１はロッドユニット２２に沿って移動することができる。
【００５８】
上述のようにして１ストローク分の拡径された地中穴５３を形成した後、駆動部４１と推進具４２を１ストローク分だけ引戻す。次いで、前述したと同様に、再び所定数の推進部材３６を連接して、駆動部４１と推進具４２を作動させ、さらに地中穴５３を１ストローク分の長さ延長する。以降、同様な操作を繰返し、地中穴５３を所定長さだけ形成する。図１は、地中を推進した拡径ビット３１が、ロッドユニット２２先端の掘削ヘッド２１の直前まで到達した状態を示している。掘削ヘッド２１の外径をロッドユニット２２の外径より大きくしておけば、拡径ビット３１は掘削ヘッド２１に当接するので、それ以上は進まなくなる。又、ロッドユニット２２の回収時、拡径ビット３１を掘削ヘッド２１で引っかけて引戻すことができるので、掘削ヘッド２１と拡径ビット３１を同時に地中から回収することができる。
【００５９】
以上、圧密で拡径する場合について説明したが、高圧水を噴射しながら拡径することもできる。この場合の拡径ビットを図２に示すが、拡径ビットの非回転部３３に噴出口３３２を設け、継手３７で地上の放水ポンプに連なるホース３８と接続する。また泥水吸引用ホース３９を、拡径ビット非回転部３３の後方に吸引口３９１が開口するように設け、地表の吸引ポンプと接続する。この状態で地表の吐出ポンプを動作させると、噴出口３３２から矢印Ａ方向へと放水され、拡径ビット３１で切り崩した土砂を泥水状態とすることができる。吸引ポンプを動作させると、泥水状態となった土砂を吸引口３９１から矢印Ｂ方向へと吸引し、地表へと排出することができる。
例えば浅い穴を圧密で拡径する場合には、拡径の圧力が地表面５まで達し、拡径された地中穴５３から地表面５までの土質はその圧力でボロボロとなり拡径直後から地中穴５３の崩落が始まる。しかし、上記のように切り崩した土砂を排土して圧密状態を緩和させると、地中穴５３が崩落する危険性は減少する。
【００６０】
上述した掘削装置は、（１）地表面に配置する本体部４３と、（２）本体部４３に配設すると共に推進方向に沿う案内部４６１を設けた案内手段４６と、（３）ロッドユニット２２が連結される回転手段４１１と案内部４６１に嵌装できる案内部材４１２を設けると共に推進ユニット３５が連結される駆動部４１と、（４）駆動部４１に連結し駆動部４１を推進させる推進手段４７とを備えた推進機４を有するようにしてもよい。すなわち、前記推進具４２に設ける、後端の推進部材３６ｃの円弧状の溝３６２ｃと嵌め合って関節をなすような先端が円弧状の突起４２１と同様な突起を駆動部４１に形成し、推進ユニット３５が駆動部４１へ連結できるようにする。よって上述の説明と同様に、ロッドユニット２２に嵌合した拡径ビット３１は回転することができ、そのロッドユニット２２と拡径ビット３１を同期して推進することができ、下穴軸心に沿い下穴５２を拡径し、地中穴５３を形成することが可能となる。
【００６１】
また、前述の拡径動作においては、駆動部４１に設けた回転手段４１１により回転動作と推進手段４７により推進動作を付与したが、回転手段４１１は回転動作のみを行わせ、推進具４２への推進動作は、駆動部４１とは別の第２の推進手段で行わせることもできる。即ち、駆動部４１は軸方向に移動せず、推進具４２だけが第２の推進手段により移動するので、移動しないロッドユニット２２に沿って、推進ユニット３５と拡径ビット３１が地中に推し進められることになる。このため、地中穴を延長するために、推進部材３６を継ぎ足すに際し、ロッドユニット２２を地中から引き抜かなくてもよく、作業能率がよくなる。
【００６２】
また、掘削穴が直線状であれば、拡径は必ずしも下穴を掘削した後に行うようにする必要はなく、同時に掘削することができる。即ち、下穴開け当初の段階、又はソケットの１ストローク分掘削した段階から、拡径掘削体３を下穴掘削体３に組合せ、回転手段４１１を回転させながら推進すれば、直進状下穴が掘削されるすぐ後ろから拡径していくことができる。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、
１）下穴掘削と同様な方向から拡径掘削して、供給管の敷設や接続装置を挿入するための弧状に曲がった地中穴を形成することができ、また下穴掘削体及び拡径掘削体は地上に設置する推進機より発進するので大型の発進立抗や到達立抗の掘削やその復旧といった作業が不要となり、もって能率的に地中穴を形成することができると共に道路などの公共施設を掘り返す必要もないことから地域への影響を極めて少なくすることが可能である。
２）拡径掘削体の推進ユニットに支持部を設けることにより、掘削長さが長くなった場合でも安定して掘削作業を行うことができ、もって一様な大きさの地中穴を能率よく形成することが可能となる。
３）圧密状態の土砂を高圧水で緩和しつつ地中穴を形成することにより、拡径ビットを駆動させる回転力や推力を低減することができ、更にその泥水を地中穴外に吸引排出するので地中穴の崩落が発生し難く、安定した掘削作業を行うことが可能となる。
４）推進機は、下穴掘削体と拡径掘削体を同期又は個別に推進することができるので、掘削状況に応じて掘削作業を行うことが可能である。
５）推進機の固定部を推進機の下面に設けたことにより、推進機の据付には推進機を設置できる面積があれば良く、もって狭隘な民地などからも掘削作業が可能となる。
６）リンク機構により固定手段を形成することによりコンパクトな固定部とすることができ、もって固定部を挿入する縦穴を形成する際にも大掛かりな土木工事をする必要がない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の掘削装置の一例を示す断面図である。
【図２】拡径掘削体の拡径ビットを示す断面図である。
【図３】推進部材とロッド部材の配置関係を示す断面図である。
【図４】拡径掘削体の一例を示す側面図である。
【図５】抜け止め具の装着状態を示す断面図である。
【図６】ロッドユニットに沿って推進ユニットが曲がっている時の状態を示す図である。
【図７】下穴掘削体の一例を示す側面図である。
【図８】ロッドユニットの一部断面を含む側面図である。
【図９】ロッドユニットに用いる中間ロッド部材の軸方向断面図である。
【図１０】下穴掘削体を用いた穴掘削の一例を示す図である。
【図１１】支持部の構造の一例を示す図である。
【図１２】固定部の構造の一例を示す図である。
【符号の説明】
１：掘削装置
２：下穴掘削体、２１：掘削ヘッド、２２：ロッドユニット
３：拡径掘削体、３１：拡径ビット、３５：推進ユニット
４：推進機、４１：駆動部、４２拡径ビット推進部、
４３：本体部、４５：制御部
４６：案内手段
５：地表面、５１：縦穴、５２：下穴、５３：地中穴
６：固定装置
９：埋設管

Claims (10)

1. 地表面に設定した始端部と地中に設定した至端部とを連結する地中穴を形成する掘削方法において、始端部より下穴掘削体を推進して下穴を掘削し、始端部より拡径掘削体を推進して該下穴の軸心に沿い該下穴を拡径し、地中穴を形成することを特徴とする掘削方法。
2. 請求項１に記載の掘削方法において、前記下穴は弧状部を有することを特徴とする掘削方法。
3. 請求項１又は２に記載の掘削方法において、前記地中穴は流体を供給又は排出する管体の敷設用地中穴であり、前記始端部は管体を引き込む側に設定することを特徴とする掘削方法。
4. 下穴を掘削する下穴掘削手段と該下穴掘削手段へ連結すると共に下穴掘削手段へ回転力と推力を伝達し可撓性を有する駆動手段を備えた下穴掘削体と、該駆動手段により回転可能になされた拡径手段と該拡径手段へ連結すると共に拡径手段へ推力を伝達し可撓性を有する推進手段を備えた拡径掘削体とを有する掘削装置であって、
   （１）地表面に配置する本体部と、（２）本体部に配設すると共に推進方向に沿う案内部を設けた案内手段と、（３）ロッドユニットを連結する回転手段と案内部に嵌装できる案内部材を設けると共に推進ユニットが連結される駆動部と、（４）駆動部に連結し駆動部を推進する推進手段とを備えた推進機を有し、
   前記駆動手段により回転可能になされた前記拡径手段を回転すると共に、該駆動手段と該拡径手段を同期して推進することを特徴とする掘削装置。
5. 請求項４に記載の掘削装置であって
   前記推進手段が連結し、前記駆動手段を軸心方向に貫通できる挿通部と前記案内部に嵌装できる案内部材を設けた推進具を備えた推進機を有し、該推進具と前記駆動部は、推進具を駆動部の前方に、それぞれの案内部材が案内部に嵌装するよう前記案内手段へ設け、前記回転手段に連結された駆動手段が軸心方向に推進具の挿通部を貫通するよう配設することを特徴とする掘削装置。
6. 請求項５に記載の掘削装置であって、
   前記推進具に連結し推進具を推進する第２の推進手段を有し、前記拡径手段を回転させつつ、第２の推進手段により拡径手段を推進することを特徴とする掘削装置。
7. 請求項４乃至６のいずれかに記載の掘削装置であって、
   前記推進手段は、連接された前記推進部材及び該推進部材と前記駆動手段を掛止する掛止部材からなり、該推進部材及び／又は該掛止部材には地中穴の内径と略同一な外径を有する支持部を設けることを特徴とする掘削装置。
8. 請求項４乃至７のいずれかに記載の掘削装置であって、
   前記拡径手段に設けられる圧力流体供給手段と連通する圧力流体噴出口と、前記拡径手段の後方に設けられる流体吸引手段と連通する流体吸引口とを有していることを特徴とする掘削装置。
9. 下穴を掘削する下穴掘削手段と該下穴掘削手段へ連結すると共に下穴掘削手段へ回転力と推力を伝達し可撓性を有する駆動手段を備えた下穴掘削体と、該駆動手段により回転可能になされた拡径手段と該拡径手段へ連結すると共に拡径手段へ推力を伝達し可撓性を有する推進手段を備えた拡径掘削体とを有する掘削装置であって、
   下穴掘削体と拡径掘削体が連結し地表面に設置する推進機と、
   その推進機の地表面に対向する面に垂設し、地表面に設けた縦穴の壁面を利用して推進機を固設する固定装置とを有することを特徴とする掘削装置。
10. 請求項９に記載の掘削装置であって、
    前記固定装置は、リンク機構とそのリンク機構に連結し前記縦穴の壁面に対向する外周面を形成した固定部材とを備え、そのリンク機構により固定部材が拡張して壁面を押圧する一対の固定手段と、
    一端部がそのリンク機構に連結する駆動部材と、
    その駆動部材の他端部が連結し前記リンク機構を駆動する直動手段と
    を有することを特徴とする掘削装置。

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