JP2008050810A

JP2008050810A - 鋼管貫入用掘削装置

Info

Publication number: JP2008050810A
Application number: JP2006226953A
Authority: JP
Inventors: Masaru Kawagoe; 勝河越; Akira Mori; 章森; Masao Kajiyama; 雅生梶山; Hajime Iwasaki; 肇岩崎; Naohiro Shimizu; 直博清水; Masatake Tokioka; 誠剛時岡
Original assignee: Kumagai Gumi Co Ltd
Current assignee: Kumagai Gumi Co Ltd
Priority date: 2006-08-23
Filing date: 2006-08-23
Publication date: 2008-03-06

Abstract

【課題】砂質土に限らず、粘土質や硬い土質の地山であっても確実に掘削することができる鋼管貫入用掘削装置を提供する。
【解決手段】複数の噴射ノズル２１をその中心部に孔部２２ｈが設けられたノズル取付部材２２に装着し、かつ、上記孔部２２の周囲に位置する噴射ノズル２１の向きを上記孔部の中心方向に傾けて装着し、かつ、バキューム管１２内に切削刃２５ｋを装着した回転掘削機２６を進退自在に設置するとともに、右側に位置する噴射ノズル２１へ供給する配管２５ａと、左側に位置する噴射ノズル２１へ供給する配管２５ｂとを別系統とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、トンネルの掘削に先立って設置する支保工である先行支保工のような、アーチ型の地中構造体を構築するために用いられる断面形状が矩形状の鋼管を地山内に貫入する方法とこれに用いられる鋼管貫入用掘削装置に関するものである。

従来、鋼管を地山内に貫入して埋設する際には、一般には、埋設鋼管内でオーガースクリューを回転させて土砂を掘削・排土しながら上記埋設管を後方から押圧して、これを貫入・埋設するオーガー式削孔推進機が用いられている。図３（ａ）〜（ｃ）は従来のオーガー式削孔推進機６０の一構成例を示す図で、このオーガー式削孔推進機６０は断面形状が矩形である角型管６１の内側に円筒状の中空部を有する推進管６２を設置し、この推進管６２内に、先端側にオーガービット６３ａと呼ばれる切削刃を備えたスクリュー６３ｂを備えたオーガー削孔装置６３を取付け、上記オーガービット６３ａを回転させて地山７０の土砂を掘削・排土しながら上記角型管６１を地山７０内へ貫入して埋設するもので、上記推進管６２の、上記角型管６１の先端側に取付けられた案内刃６４の後端部に、上記案内刃６４の背面側に当接する当接部材６５を取付けるとともに、上記推進管６２の後端部とオーガー削孔装置６３の後端部とを推進部材取付け部６６に固定し、上記推進管６２の後端を油圧ジャッキ等の推進装置６７にて推進することにより、上記角型管６１と上記推進管６２とを同時に地山７０内へ貫入することができる。なお、、上記オーガー式削孔推進機６０には、上記案内刃６４の４隅にウォータージェット噴射装置６９のジェットノズル６９ａが取付けられており、上記オーガービット６３ａでは掘削しきれなかった上記角型管６１内部の４隅についても掘削するようにしている（例えば、特許文献１参照）。
一方、複数の噴射ノズルから高圧のジェット水を噴出させるウォータージェット噴射装置を用いて地山を掘削する方法も提案されている。具体的には、図４（ａ），（ｂ）に示すように、掘削装置８０の前面に回転板８１を装着するとともに、この回転板８１に複数の噴射ノズル８２を十字型に配置し、上記回転板８１を回転させながら、圧水ポンプ８３からの高圧のジェット水を地山７０内に噴出させて、掘削装置８０前面の地山７０を掘削する（例えば、特許文献２参照）。
２００５−８３００７号公報２００２−３３２９７９５号公報

しかしながら、上記オーガー式削孔推進機６０などのように、鋼管先端部に切削刃を設けて、上記鋼管を後方よりジャッキなどで押し込んでいく方法では、地盤が軟弱な場合には何とか押し込めるが、粘性土から成る地盤のような場合には、後方からバキュームしても鋼管内に土砂が詰まってしまい、貫入が上手くいかないといった問題点があった。また、硬い地質の場合でも、貫入力を大きくする必要があり、そのため、鋼管の材質の選定や切削刃の種類数などの設定など、種々の問題が発生する。
一方、ウォータージェット噴射装置を用いて鋼管を貫入する場合には、砂質土の場合には砂が水圧で崩れるので問題ないが、粘性土から成る地盤のような場合には、ジェット水が当たる部分のみは穴が空くが、全面が均一に掘削されないため鋼管の貫入が難しく、また、ジェット水が当たらない部分は掘れたとしても、塊となって排泥管に入ってくるため、鋼管内に土砂が詰まりやすいといった問題点があった。
また、硬い土質では、ジェット水の圧力や流量を大きくしたとしても、地山を十分に掘削することが困難であった。

本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、砂質土に限らず、粘土質や硬い土質の地山であっても確実に掘削することができる鋼管貫入用掘削装置を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に記載の発明は、埋設用鋼管の貫入方向前面に装着された複数のジェット水噴射ノズルと、これらの噴射ノズルに高圧水を圧送する高圧水供給装置とを備えた鋼管貫入用掘削装置において、上記複数の噴射ノズルを、その中心部に孔部を有するノズル取付部材に、上記鋼管の貫入方向前面に均一にジェット水が当たるように配置するとともに、上記ノズル取付部材の中心部に、切削刃を装着した回転掘削機を進退自在に配置したもので、掘削する地山の土質に応じて、上記回転掘削機を併用可能としたことを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の鋼管貫入用掘削装置において、上記回転掘削機周辺に位置する噴射ノズルの向きを中心方向に傾けて配置したものである。
請求項３に記載の発明は、上記各噴射ノズルの少なくとも一部の噴射ノズルから噴射されるジェット水の圧力または流量を他の噴射ノズルと独立に調整可能としたものである。

本発明によれば、角型管などの埋設用鋼管の貫入方向前面に装着された複数のジェット水噴射ノズルらのジェット水により貫入する鋼管の前面の地山を掘削する鋼管貫入用掘削装置において、上記複数の噴射ノズルを、その中心部に孔部を有するノズル取付部材に、上記鋼管の貫入方向前面に均一にジェット水が当たるように配置するとともに、上記ノズル取付部材の中心部に、切削刃を装着した回転掘削機を進退自在に配置し、掘削する地山の土質に応じて、上記回転掘削機を併用可能としたので、砂質土に限らず、粘土質や硬い土質の地山であっても確実に掘削することができる。
また、上記回転掘削機周辺に位置する噴射ノズルの向きを中心方向に傾けて配置するようにすれば、ジェット水のみの掘削であっても、確実に貫入する鋼管の前面の地山を掘削することができる。
更に、上記各噴射ノズルの少なくとも一部の噴射ノズルから噴射されるジェット水の圧力または流量を他の噴射ノズルと独立に調整可能とし、曲がる側とは反対側の噴射ノズルに供給するジェット水の圧力または流量を、曲がる側の噴射ノズルに供給するジェット水の圧力または流量よりも大きくして、一方の側を余掘りするようにすれば、上下方向あるいは左右方向への曲進が可能となる。

以下、本発明の最良の形態について、図面に基づき説明する。
図１（ａ），（ｂ）は、本発明による鋼管貫入用掘削装置を搭載した角型管推進機１０の概略構成を示す図で、各図において、１１は地山７０に貫入・埋設される断面形状が矩形である角型管、１２は後述する鋼管貫入用掘削装置２０を搭載した中空状の排泥管（バキューム管）、１３は上記角型管１１の先端側に取付けられた案内刃で、この案内刃１３は当該角型管１１の進行方向にいくにしたがって幅が狭くなる直角三角形の断面形状を有している。１４は上記案内刃１３の背面側に当接する当接部材で、上記バキューム管１２は、その開口部が上記当接部材１４よりも前面に突出するように、上記当接部材１４に取付けられている。したがって、上記バキューム管１２の後端部を推進用部材１５に固定し、この推進用部材１５を図示しない油圧ジャッキ等の推進装置にて推進することにより、上記角型管１１と上記バキューム管１２とを同時に地山７０内へ貫入することができる。また、掘削した土砂は上記バキューム管１２の後端部に設けられた排水手段１６を介して外部へ廃棄する。

鋼管貫入用掘削装置２０は、上記角型管１１の前面に配置された複数の噴射ノズル２１と、この噴射ノズル２１を取付けるためのノズル取付部材２２と、高圧水を上記噴射ノズル２１に供給するための高圧水供給装置２３と、この高圧水供給装置２３から耐圧ホース２４を介して送られる高圧水を上記噴射ノズル２１に供給するための配管２５（２５ａ，２５ｂ）と、上記バキューム管１２内に進退自在に設置された回転掘削機２６と、この回転掘削機２６を前方に推進するための掘削機推進手段２７とを備えており、この掘削機推進手段２７が上記バキューム管１２の後端部を固定する推進用部材１５に取付けられている。なお、本例に使用されるウォータージェット噴射装置は、上記噴射ノズル２１、高圧水供給装置２３、耐圧ホース２４及び配管２５とにより構成される。
ところで、本例では、上記当接部材１４をノズル取付部材２２として共用しているので、鋼管貫入用掘削装置２０に関する事項について述べる場合には、上記当接部材１４を、以下、ノズル取付部材２２と呼ぶ。
上記ノズル取付部材２２はその中心部に孔部２２ｈが設けられた板状の部材で、その周りには複数の噴射ノズル２１が配置されている。また、上記バキューム管１２の先端部は、上記孔部２２ｈに挿入・固定されており、これにより、上記複数の噴射ノズル２１を角型管１１及びバキューム管１２と同時に地山７０内へ推進させることができる。
本例では、上記孔部２２ｈの周囲に位置する噴射ノズル２１の向きを上記孔部２２ｈの中心方向（ノズル取付部材２２の中心方向）に傾けて装着するようにしている。これにより、回転掘削機２６を使用しない場合にも、上記角型管１１の貫入方向前面にジェット水が均一に当たるので、掘削した土砂を確実に粉砕することができる。したがって、バキューム管１２が詰まることがなく、上記掘削した土砂をスムースに排出することができる。

上記回転掘削機２６は、基台２６ａに設けられたモータ２６ｂの出力軸に取付けられた回転シャフト２６ｃの先端に切削刃２６ｋを装着したもので、使用時には、掘削機推進手段２７により、上記基台２６ａを図示しないレール上で前進させることにより、上記切削刃２６ｋを上記噴射ノズル２１の先端よりも突出させて、上記角型管１１の前面の地山７０を掘削する。また、ジェット水のみで掘削を行う場合には、上記基台２６ａを後退させて、上記切削刃２６ｋを上記噴射ノズル２１の先端よりも後部に位置させるようにする。

また、本例のウォータージェット噴射装置では、上記各噴射ノズル２１のうち、少なくとも一部の噴射ノズルから噴射されるジェット水の圧力または流量を他の噴射ノズルと独立に調整可能としている。具体的には、図１（ｂ）に示すように、角型管１１の案内刃１３側から見て右側に位置する噴射ノズル２１へ供給する配管２５ａと、左側に位置する噴射ノズル２１へ供給する配管２５ｂとを別系統として、右側の噴射ノズルに供給するジェット水の圧力または流量と、左側の噴射ノズルに供給するジェット水の圧力または流量とを異なる値に設定することができるようにしている。

次に、本発明による鋼管貫入用掘削装置２０による地山の掘削方法について説明する。
地山の土質が砂質土である場合には、ジェット水のみによる掘削を行う。本例では、上記のように、ノズル取付部材２２は中心部に設けられた孔部２２ｈ周囲、すなわち、バキューム管１２の周囲に位置する噴射ノズル２１の向きを中心方向に傾けて角型管１１の貫入方向前面にジェット水が均一に当たるようにしているので、図２（ａ）に示すように、上記角型管１１前面を均一に掘削することができる。
また、地山の土質が硬い場合、もしくは、粘性土でジェット水の圧力や流量を大きくしても崩れずに塊になりやすい場合には、最初に回転掘削機２６により掘削する領域の中心を掘削して、地山７０に、図２（ｂ）に示すような芯抜き孔７０Ｈを形成する。これにより、上記地山７０は崩れやすい状態となるので、ジェット水のみによる掘削であっても土砂は粉砕され、塊となることはない。したがって、上記土砂をスムースに排出することができるとともに、上記角型管１１をスムースに貫入することができる。

また、本例では、角型管１１の右側に位置噴射ノズル２１へ供給する配管２５ａと、左側に位置する噴射ノズル２１へ供給する配管２５ｂとを別系統としているので、直進のみならず、左右方向への曲進も可能である。すなわち、左右方向へ曲進する場合には、曲がる側とは反対側の噴射ノズルに供給するジェット水の圧力または流量を、曲がる側の噴射ノズルに供給するジェット水の圧力または流量よりも大きくして、一方の側を余掘りするようにすればよい。具体的には、右側の噴射ノズル２１へ供給するジェット水の圧力または流量を大きくすると、右側が余掘りされるので地山７０の抵抗が少なくなり、その結果角型管１１は左側に曲がりながら貫入される。
なお、上下方向に曲進させながら掘削するためには、角型管１１の上側に位置する噴射ノズル２１へ供給する配管と、下側に位置する噴射ノズル２１へ供給する配管とが別系統となるように、上記配管２５を組み替える必要がある。

このように、本最良の形態では、複数の噴射ノズル２１をその中心部に孔部２２ｈが設けられたノズル取付部材２２に装着し、かつ、上記孔部２２ｈの周囲に位置する噴射ノズル２１の向きを上記孔部の中心方向に傾けて装着するとともに、バキューム管１２内に切削刃２５ｋを装着した回転掘削機２６を進退自在に設置して貫入する角型管１１の前面を掘削するようにしたので、掘削面にジェット水が均一に当てることができるとともに、硬い地盤や粘土質の地盤を掘削するときには、ウォータージェット噴射装置と回転掘削機２６とを併用した掘削ができる。したがって、砂質土に限らず、粘土質や硬い土質の地山であっても、角型管１１を確実に地山７０内に貫入させることができる。
また、右側に位置する噴射ノズル２１へ供給する配管２５ａと、左側に位置する噴射ノズル２１へ供給する配管２５ｂとを別系統としたので、上記角型管１１を左右方向へ曲進させることができる。

なお、上記最良の形態では、バキューム管１２の周囲に位置する噴射ノズル２１の向きを中心方向に傾けたが、噴射ノズル２１の装着方法はこれに限るものではなく、角型管１１の貫入方向前面にジェット水が均一に当たるような配置であればよい。
また、上記例では、地山の土質が硬い場合や粘性土の場合、回転掘削機２５に芯抜き孔７０Ｈを形成した後、ジェット水による掘削を行ったが、掘削する地盤や回転掘削機２５の性能、あるいは、ウォータージェット噴射装置の性能によっては、ジェット水による掘削と回転掘削機２５による掘削を同時に行ってもよい。あるいは、最初にジェット水による掘削と回転掘削機２５による掘削を交互に行ない、その後、ジェット水のみによる掘削を行ってもよい。
また、上記例では、断面形状が矩形である角型管１１を貫入する場合について説明したが、本発明の鋼管貫入用掘削装置２０は噴射ノズル２１を固定する方式であるので、角型管１１に限らず、断面形状が多角形や円形である鋼管の貫入にも適用可能である。
また、上記例では、高圧水の水路を２系統としたが、高圧水の水路を、例えば、「右上、右下、左上、左下」の４系統とすれば、配管２５を組み替えることなく、左右方向への曲進と上下方向への曲進を同時に行うことができる。

以上説明したように、本発明によれば、地山の土質によらず、確実に鋼管を貫入することができるだけでなく、上記鋼管を上下方向あるいは左右方向へ曲進させることができるので、例えば、先行支保工のような、アーチ型の地中構造体の構築に用いられる角型鋼管などの断面形状が矩形状の鋼管を容易にかつ効率よく地山内に貫入することができる。

本発明の最良の形態に係る角型管推進機の概略構成を示す側面図と正面図である。本発明の鋼管貫入用掘削装置による掘削方法を説明するための図である。従来のオーガー式削孔推進機の一構成例を示す図である。ウォータージェット噴射装置を用いた掘削装置の一例を示す図である。

符号の説明

１０角型管推進機、１１角型管、１２排泥管（バキューム管）、１３案内刃、
１４当接部材、１５推進用部材、１６排水手段、
２０鋼管貫入用掘削装置、２１噴射ノズル、２２ノズル取付部材、２２ｈ孔部、
２３高圧水供給装置、２４耐圧ホース、２５，２５ａ，２５ｂ配管、
２６回転掘削機、２６ａ基台、２６ｂモータ、２６ｃ回転シャフト、
２６ｋ切削刃、２７掘削機推進手段、７０地山。

Claims

埋設用鋼管の貫入方向前面に装着された複数のジェット水噴射ノズルと、これらの噴射ノズルに高圧水を圧送する高圧水供給装置とを備えた鋼管貫入用掘削装置において、上記複数の噴射ノズルを、その中心部に孔部を有するノズル取付部材に、上記鋼管の貫入方向前面に均一にジェット水が当たるように配置するとともに、上記ノズル取付部材の中心部に、切削刃を装着した回転掘削機を進退自在に配置して成ることを特徴とする鋼管貫入用掘削装置。
上記回転掘削機周辺に位置する噴射ノズルの向きを中心方向に傾けて配置したことを特徴とする請求項１に記載の鋼管貫入用掘削装置。
上記各噴射ノズルの少なくとも一部の噴射ノズルから噴射されるジェット水の圧力または流量を他の噴射ノズルと独立に調整可能としたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の鋼管貫入用掘削装置。