JP2010053667A - 先受材設置方法及び先受材設置装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高価な穿孔ビットを使用せずに、切羽の前方の地山に先受材を設置できる方法及び装置を提供する。
【解決手段】トンネル空洞部の切羽におけるトンネル空洞部の内壁面との境界部から切羽よりも前方の地山に向けて内壁面と交差する方向に先受材を挿入して設置する先受材設置方法であって、内面と外面とに貫通する複数の貫通孔を備えた先受材としての外管２の内側に内管３を設置して外管２の先端に設けられた刃と切羽とを接触させて内管３と外管２とを一緒に地山に押し込む押込作業と、地山から外管の先端部の内側に取り込まれた土砂と外管の後端側から内管と外管との間を経由して外管の先端部の内側に噴射された水とが混じり合った泥水を内管の内部空間経由で吸引して内管の外に排出する排出作業とを行うことによって外管を地山に挿入して外管を地山に設置した後に、内管を外管の内側からトンネル空洞部に引き抜いたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、トンネル掘削において、穿孔ビットを使用せずに、切羽の前方の地山に先受材としての有孔管を設置する方法及び装置に関する。

トンネル掘削において、管の内面と外面とに貫通する貫通孔を備えた先受材としての有孔管を切羽前方の地山に設置した後に有孔管の内側及び貫通孔を通して有孔管の周囲の地山に地盤改良剤を注入することによって地山の先行沈下や緩みを防止する先受工法が知られている。
有孔管の設置は、削孔装置を用いて行う。削孔装置は、削孔ロッドと、削孔ロッドの先端に設けられた削孔ビットと、削孔ロッドに回転と打撃を与える削岩機とを備える。削孔ロッドが有孔管の内側に通され、削岩機が削孔ロッドに回転と打撃を与えることで削孔ビットが地山を掘削する。この場合、有孔管の先端と削孔ビットの後端部とを連結して削孔ビットで地山を削孔するとともに有孔管を牽引することにより有孔管を地山中に設置した後に削孔ロッドを回収する方法と、削孔ビットにより地山を掘削するとともに有孔管の後端を押圧して有孔管を地山中に設置した後に削孔ロッド及び削孔ビットを回収する方法とが知られている。
特開２００３−１５５８８８号公報 特開２００４−３３９８３７号公報 特開２００４−１９３５９号公報

しかしながら、従来技術における有孔管の設置作業に必要な削孔ビットは高価であり、施工コストが高くなるといった問題点があった。
本発明は、高価な穿孔ビットを使用せずに、切羽の前方の地山に先受材を設置できる方法及び装置を提供する。

本発明に係る先受材設置方法は、トンネル空洞部の切羽におけるトンネル空洞部の内壁面との境界部から切羽よりも前方の地山に向けて内壁面と交差する方向に先受材を挿入して設置する先受材設置方法であって、内面と外面とに貫通する複数の貫通孔を備えた先受材としての外管の内側に内管を設置して外管の先端に設けられた刃と切羽とを接触させて内管と外管とを一緒に地山に押し込む押込作業と、地山から外管の先端部の内側に取り込まれた土砂と外管の後端側から内管と外管との間を経由して外管の先端部の内側に噴射された水とが混じり合った泥水を内管の内部空間経由で吸引して内管の外に排出する排出作業とを行うことによって外管を地山に挿入して外管を地山に設置した後に、内管を外管の内側からトンネル空洞部に引き抜いたことを特徴とする。
外管を地山への挿入方向に押圧可能なように外管の内側に内管を設置し、外管後端よりも後方に位置させた内管の後端を押圧することにより内管と外管とを一緒に地山に押し込む押込作業を行うことも特徴とする。
切羽に外管の先端部を挿入するための目印となる挿入穴を形成しておき、外管の先端部を挿入穴に挿入した後に、押込作業と排出作業とを行うことも特徴とする。
外管を地山に押し込む際に、外管の上下左右への動きを規制する規制手段を用いたことも特徴とする。
本発明に係る先受材設置装置は、トンネル空洞部の切羽におけるトンネル空洞部の内壁面との境界部から切羽よりも前方の地山に向けて内壁面と交差する方向に長尺な先受材を挿入して設置する先受材設置装置であって、内面と外面とに貫通する複数の貫通孔を備えた先受材としての外管と、外管の内側に設けられた内管と、外管の先端部に設けられた刃と切羽とを接触させて内管と外管とを一緒に地山に押し込む押込装置と、外管の後端側から内管と外管との間を経由させて外管の先端部の内側に水を噴射させる噴射装置と、地山から外管の先端部の内側に取り込まれた土砂と先端部の内側に噴射された水とが混じり合った泥水を内管の内部空間経由で吸引して内管の外に排出する排出装置とを備えたことを特徴とする。
内管が押圧部を備え、外管が押圧部と接触する被押圧部を備え、押圧部が、押込装置により押圧されて被押圧部と接触することで外管を挿入方向に押圧するとともに、外管の先端側の管の内面と内管の先端側の管の外面との間の間隙を塞ぐことによって、当該間隙を経由する外管の管の内面と内管の管の外面との間への泥水の浸入を防ぐことも特徴とする。
外管の先端部が筒状の先導ガイド部材により形成され、先導ガイド部材の先端の刃が、筒の一端に設けられた環線状の先鋭縁により形成されたことも特徴とする。
押込装置が、外管の地山への挿入方向に延長するように設けられて外管及び内管を載置するラックと、ラックに噛み合ってラックの延長方向に沿って往復移動するピニオンと、ピニオンの回転に伴って挿入方向に移動して内管を挿入方向に押圧する押圧体とを備えたことも特徴とする。
押込装置が、外管の地山への挿入方向に延長するように設けられて外管及び内管を載置する載台と、内管を挿入方向に押圧する油圧機構とを備えたことも特徴とする。

本発明に係る先受材設置方法によれば、押込作業と排出作業と行うことによって、高価な穿孔ビットを使用せずに、切羽の前方の地山に先受材としての外管を設置できる。
外管を地山への挿入方向に押圧可能なように外管の内側に内管を設置し、外管後端よりも後方に位置させた内管の後端を押圧することにより内管と外管とを一緒に地山に押し込む押込作業を行うので、内外管間に排出管を入り込ませたり、排出口と排出管とを連結するために外管に開口を設ける必要がなくなり、また、押圧装置の押圧面と水供給ホースや排出管との干渉を無くすことが可能となり、スムーズな押込、噴射、排土を行える。
切羽に外管の先端部を挿入するための目印となる挿入穴を形成しておき、外管の先端部を挿入穴に挿入した後に、押込作業と排出作業とを行うので、外管の先端部の位置決め作業を容易にできる。
外管を地山に押し込む際に、外管の上下左右への動きを規制する規制手段を用いたので、外管の先端側に力をスムーズに伝達できるようになり、地山への外管の押込作業をスムーズに行えるようになる。
本発明に係る先受材設置装置によれば、外管と内管と押込装置と排出装置と噴射装置とを備えたので、高価な穿孔ビットを使用せずに、切羽の前方の地山に先受材としての外管を設置できる。
内管が押圧面を備え、押圧面が、押込装置により押圧されて外管を挿入方向に押圧するとともに、外管の先端側の管の内面と内管の先端側の管の外面との間の間隙を塞ぐことによって、当該間隙を経由する外管の管の内面と内管の管の外面との間への泥水の浸入を防ぐので、泥水が外管の管の内面と内管の管の外面との間を経由せずに内管の内部空間経由で確実に排出される。
外管の先端部が筒状の先導ガイド部材により形成され、先導ガイド部材の先端の刃が、筒の一端に設けられた環線状の先鋭縁により形成されたので、外管が挿入方向に沿って地山を進行する際の抵抗が少なくなり、外管を地山にスムーズに挿入できる。
押込装置が、ラックとピニオンと押圧体とを備えたので、簡単な構成の押込装置によって、外管を容易に地山に設置することができる。
押込装置が、載台と油圧機構とを備えたので、油圧機構の押圧力を制御装置で制御でき、外管を容易に地山に設置することができる。

最良の形態１
図１乃至図５は最良の形態１を示し、図１は先受材設置装置を分解斜視図で示し、図２（ａ）は先受材設置装置を断面図で示し、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ断面を示し、図３（ａ）は押込装置を背面から見て示し、図３（ｂ）は押込装置を示し、図４（ａ）は先受材の先端部を挿入孔に位置決めした状態を示し、図４（ｂ）は先受材を地山に押し込んだ状態を示し、図５（ａ）は二重管体の先端部を挿入孔に位置決めした状態を拡大して示し、図５（ｂ）は外管を地山へ押し込むとともに、排出作業を行っている状態を示す。

トンネル空洞部１１６の切羽１１５におけるトンネル空洞部１１６の内壁面１１７との境界部１１８から切羽１１５よりも前方の地山１０に向けて内壁面１１７と交差する方向に長尺な先受材を挿入して設置する先受材設置装置１は、先受材としての外管２と、内管３と、噴射装置４と、排出装置５と、押込装置６とを備える（図１；図２（ａ）；図７等参照）。

外管２は、例えば６ｍ〜１５ｍ程度の長さの長尺な断面円形の鋼管７（以下、外側長尺管という）と、外側長尺管７の先端に設けられた外管２の先端部としての先導ガイド部材８とを備える。外側長尺管７は、管の内面と外面とに貫通する複数の貫通孔９を備える。この貫通孔９は地山１０中に設置された外管２の周囲の地盤に地盤改良液を供給する際の孔として使用される。尚、図示しないが、貫通孔９には、外管２の内部から外管２の周囲の地山に地盤改良液を供給する際にのみ地盤改良液の圧力によって開く周知の逆止弁が設けられる。

先導ガイド部材８は、断面円形の鋼製の筒状体により形成され、筒の先端に刃１１を備え、筒の後端部に取付部１２を備える。先導ガイド部材８は、刃先１４となる筒の先端の外周縁から筒の後端の方向に傾斜する筒の傾斜内面１３を備え、刃先１４が、筒の傾斜内面１３の先端となる環線状の先鋭縁（筒の先端の外周縁）により形成される。即ち、先導ガイド部材８の先端の刃１１が、筒の一端に設けられた環線状の先鋭縁により形成される。

以上の構成によれば、外管２の先端部が筒状の先導ガイド部材８により形成され、先導ガイド部材８の先端が筒の一端に設けられた環線状の先鋭縁による先鋭な刃１１に形成され、かつ、先導ガイド部材８の筒の外面が径の等しい円周面により形成されたので、外管２が挿入方向に沿って地山１０を進行する際に、外管２の刃１１が地山１０に突き刺さった後に、外管２が挿入方向に沿って地山１０中を進行する際の抵抗が少なくなり、外管２を地山１０にスムーズに挿入できる。つまり、先導ガイド部材８の先端の刃１１が、筒の一端に設けられた環線状の先鋭縁により形成されたことにより、外管２が挿入方向に沿って地山１０を進行する際に土砂に衝突して抵抗となる挿入方向と直交する面が少なくなるので、外管２が挿入方向に沿って地山１０を進行する際の抵抗が少なくなり、外管２を地山にスムーズに挿入できる。

図２（ａ）；（ｂ）に示すように、先導ガイド部材８の筒の外径１５は、外側長尺管７の外径１６よりも大きく形成される。先導ガイド部材８の取付部１２は、外側長尺管７の先端部を嵌め込むための嵌合用孔１７を備える。嵌合用孔１７は、先導ガイド部材８を形成する筒の後端面２０より筒の先端の方向に延長するように設けられた断面円形の孔により形成される。嵌合用孔１７の径１８は、先導ガイド部材８の筒の外径１５よりも小さくて先導ガイド部材８の筒の内径１９よりも大きい。外側長尺管７の先端部の管の外面と嵌合用孔１７の孔の内壁面とが接触するように外側長尺管７の先端部が嵌合用孔１７内に嵌め込まれ、かつ、外側長尺管７の先端部と先導ガイド部材８の取付部１２とが溶接などで互いに連結される。これにより、外側長尺管７と先導ガイド部材８とが同軸に設けられて外管２が形成される。

以上の構成によれば、外側長尺管７の先端部が嵌合用孔１７に嵌め込まれて外側長尺管７と先導ガイド部材８とが連結された状態において、先導ガイド部材８の外面と外側長尺管７の外面との境界部２１で外側長尺管７の管の外面が先導ガイド部材８の筒の外面より外方に突出しないので、外管２が挿入方向に沿って地山１０を進行する際に、上記境界部２１において地山１０に衝突する挿入方向と直交する面がなくなり、外管２が挿入方向に沿って地山１０を進行する際の抵抗が少なくなるので、外管２を地山１０にスムーズに挿入できる。

内管３は、断面円形の長尺な鋼管２５（以下、内側長尺管という）と、内側長尺管２５の先端部の外周面に取り付けられた鋼製の外管押圧部材２６とを備える。外管押圧部材２６は、取付用孔２７と、噴射ノズル２８とを備える。即ち、外管押圧部材２６は、円形板の中央において円形板の先端面３５と後端面４９とに貫通する断面円形の貫通孔により形成された取付用孔２７を備え、かつ、取付用孔２７と円形板の周縁部との間にも円形板の先端面３５と後端面４９とに貫通する断面円形の貫通孔により形成された噴射ノズル２８を備えた中央孔付き円形板により形成される。外管押圧部材２６を形成する円形板の外径２９は、外管２の外側長尺管７の内径２３よりも小さく、かつ、先導ガイド部材８の嵌合用孔１７の孔底面３０に繋がる筒孔開口部の径（即ち、先導ガイド部材８の筒の内径１９）よりも大きい。外管押圧部材２６の取付用孔２７の径２９は、内側長尺管２５の先端部の外面が取付用孔２７の内側に挿入可能な寸法に形成される。そして、外管押圧部材２６の取付用孔２７の内面と内管３の内側長尺管２５の先端部の外面とを接触させるか、あるいは、外管押圧部材２６の取付用孔２７の内面と内管３の内側長尺管２５の先端部の外面との間を泥水が通過しないようにした状態において、外管押圧部材２６と内側長尺管２５の先端部とが溶接などで結合される。外管押圧部材２６の先端面３５と内側長尺管２５の先端面３６とが同一面上に位置されるように結合される。

以上の構成によれば、内管３が内管３の先端側から外管２の後端開口３７を経由して外管２の内側に挿入されて設置された場合、外管押圧部材２６の先端面３５の外周側の面により環状の押圧面４０が形成され、この押圧面４０と先導ガイド部材８の嵌合用孔１７の孔底面３０とが互いに接触することによって、外管押圧部材２６が後述の押込装置６により押圧されて外管２を挿入方向に押圧するとともに、押圧面４０が外管２の先端側の管の内面と内側長尺管２５の先端側の管の外面との間の間隙を塞いで泥水が当該間隙を経由して外管２の管の内面と内管３の管の外面との間（以下、内外管間４１という）に浸入することを防ぐ。すなわち、外管２の先端部としての先導ガイド部材８の内側には、内管３の先端に設けられた押圧部としての押圧面４０により押圧される被押圧部としての孔底面３０を備え、押圧面４０と孔底面３０とが接触するように外管２の内側に内管３を設置し、外管後端よりも後方に位置させた内管３の後端を押圧することにより内管３と外管２とを一緒に地山１０に押し込む押込作業を行う。

つまり、外管２を地山１０への挿入方向に押圧可能なように外管２の内側に内管３を設置するとともに、先導ガイド部材８の内側から泥水が内外管間４１を経由せずに内管３の内部空間４２経由で確実に排出されるように構成した。また、内外管間４１に泥水を経由させないことにより、内外管間４１に設置される後述の水供給ホース５１が泥水によって損傷を受けるようなことを防止できる。

噴射装置４は、加圧した水を外管２の後端開口３７から内外管間４１を経由させて外管２の先導ガイド部材８の内側に噴射する装置であって、上記噴射ノズル２８と、水供給装置４６とを備える。水供給装置４６は、貯水タンク４７と、加圧ポンプ４８と、噴射ノズル２８と加圧ポンプ４８とを繋ぐ水供給ホース５１と、ホースガイド５２と、加圧ポンプ４８と貯水タンク４７とを繋ぐ水供給管３９とを備える。

外管押圧部材２６に形成された噴射ノズル２８は、内管３の先端部における外面と外側長尺管７の先端部における内面との間に設けられて、外管２の後端開口３７から内外管間４１を経由して供給される加圧された水（例えば２００Ｋｇ／ｃｍ^２〜４００Ｋｇ／ｃｍ^２程度の高圧水）を内管３の外面の先端側から先導ガイド部材８の筒の内面５３に沿って噴射させる。噴射ノズル２８は、一定の断面径に形成された貫通孔により形成してもよいし、外管押圧部材２６を形成する円形板の後端面４９から先端面３５に向けて断面径が漸減するような貫通孔により形成してもよい。噴射ノズル２８が、断面径の漸減するような貫通孔により形成された場合には、噴射ノズル２８の出口より噴射される水の流速をより速くでき、しかも、水圧をより高くできて好ましい。

以上の構成によれば、噴射ノズル２８が、外管押圧部材２６の前端面４９より前方の先導ガイド部材８の内側に先導ガイド部材８の筒の内面５３に沿って水を噴射可能なように設けられたので、押込装置６により刃先１４が地山１０に押し込められることで地山１０より崩れて先導ガイド部材８の内側に移動して取り込まれた土砂に確実に水を噴射できて、先導ガイド部材８の内側の土砂を土砂と水とが混じり合った泥水とすることができるので、排土をスムーズにできる。即ち、後述する排出装置５によって排出作業をスムーズに行える。

ホースガイド５２は、例えば、内管３を形成する長尺な鋼管２５が複数の鋼管２５ａを継ぎ足して形成される場合には、継がれる一対の鋼管２５ａの端部のそれぞれに形成される。ホースガイド５２は、継がれる鋼管２５ａの端部周面において互いに９０°づつ隔てた位置にそれぞれ形成された４つの突起５２ａにより形成される。一対の鋼管２５ａ；２５ａの端部に設けられたホースガイド５２の４つの突起５２ａの一端面同士が互いに対応するように突き合わされた状態で、当該突き合わされた突起５２ａ同士が、これら突起５２ａに形成された図外のボルト貫通孔とこれらボルト貫通孔に貫通するボルト５２ｂとこのボルト５２ｂと締結される図外のナットとによるボルトナット結合により結合されることによって一対の鋼管２５ａが継がれる。つまり、ホースガイド５２は、内管３の周面において十字状に突出した４つの突起５２ａを備えた構成である。よって、内管３の周面方向に沿って互いに隣り合う突起５２ａと突起５２ａとの間に水供給ホース５１を通すことにより、水供給ホース５１を外管２と内管３との間に安定に設置できる。また、ホースガイド５２は、断面が十字状であるため、外管２を地山１０に設置した後に、外管２内から内管３を引き抜く場合に、外管２との干渉を少なくでき、引き抜き作業を容易とできる。

水供給ホース５１の先端に固定された取付具６０の先端側の外周面に形成された図外のねじ部と外管押圧部材２６に形成された噴射ノズル２８の後端側の内周面に形成された図外のねじ部とがねじ結合されることによって、噴射ノズル２８の後端部に水供給ホース５１の先端部が結合される。水供給ホース５１の後端と加圧ポンプ４８の吐出口とが連結され、加圧ポンプ４８の吸込口と貯水タンク４７の水出口と水供給管３９で繋がれる。

噴射ノズル２８と水供給ホース５１とにより構成される噴射構造セットは、内管３の外面の周方向において図に示すように例えば９０°隔てて４セット設けられる。尚、噴射構造セットは、１セット以上設ければよい。例えば、内管３の外面の周方向において例えば１８０°隔てて２セット設けるようにしたり、内管３の外面の周方向において例えば１２０°隔てて３セット設けるようにしたり、あるいは４セット以上設けてもよい。

以上の構成によれば、貯水タンク４７からの水が加圧ポンプ４８によって加圧された後に水供給ホース５１及び噴射ノズル２８を介して先導ガイド部材８の内側に噴射される。

排出装置５は、先導ガイド部材８の筒の内側から泥水を内管３の内部空間４２経由で吸引する装置であって、排出路６４と、吸引ポンプ６５と、貯留タンク６３と、排出路６４の終端に位置する排出口６７と吸引ポンプ６５とを繋ぐ吸引管６８と、吸引ポンプ６５と貯留タンク６３とを繋ぐ連結管６９とを備える。排出路６４は、先導ガイド部材８の筒の内部空間５９及び内管の内部空間４２により形成される。排出口６７は、内管３の内側長尺管２５の後端部に設けられる。排出口６７は、図１に示すように、内管３の管の内面と外面とに貫通する吸引管接続部により形成されたり、又は、図２に示すように、内管３の後端開口に接続される吸引接続部材２００の管側接続口２０１により形成される。排出口６７と吸引ポンプ６５の吸込口とが吸引管６８で連結される。吸引ポンプ６５の吐出口と貯留タンク６３の取込口とが連結管６９により連結される。上記吸引接続部材２００は、後端部が閉塞され、内管３の後端開口に接続される管側接続口２０１と吸引管接続口２０２とがＬ字流路により連通された接続管により形成される。内管３の後端開口端面と吸引接続部材２００の管側接続口端面との間に当該間を密接に塞ぐパッキン２０３を介在させて内管３の後端部の外周面とパッキン２０３の外周面と吸引接続部材２００の管側接続部の外周面とを覆う連結具２０４により内管３と吸引接続部材２００とが接続される。図示しないが、連結具２０４は筒体を半割りした２つの半割部材により形成され、この半割部材の両端部にはボルト貫通孔の形成された接合フランジが設けられ、２つの半割部材で内管３及び吸引接続部材２００の外周面を挟みつけるようにした場合に互いに付き合わされる接合フランジをボルト及びナットで締結することで、内管３と吸引接続部材２００とが接続される。

以上の構成によれば、吸引ポンプ６５による吸引力によって、泥水が、先導ガイド部材８の筒の内側から排出路６４、排出口６７、吸引管６８を経由して吸引ポンプ６５内に吸引され、貯留タンク６３に送られる。

噴射ノズル２８、ホースガイド５２、水供給ホース５１を装備した内管３が外管２の内側に設置されて二重管体７０が形成される。二重管体７０は、内管３の外管押圧部材２６の先端面と先導ガイド部材８の嵌合用孔１７の孔底面３０とが接触した状態において、内管３の後端部が外管２の後端よりも後方に位置するように形成される。排出口６７は、外管２の後端よりも後方に位置する内管３の後端部に設けられる。そして、外管２の後端よりも後方に位置させた内管３の後端や内管３の後端開口に接続した吸引接続部材の後端を押込装置６によって押圧することにより内管３と外管２とを一緒に地山１０に押し込む後述の押込作業を行う。内管３の後端開口に接続した吸引接続部材２００の後端を押込装置６によって押圧すれば、押込装置６によって内管３を直接押し込む場合に比べて内管３の後端の潰れを防止できる。

尚、外管押圧部材２６の先端面と先導ガイド部材８の嵌合用孔１７の孔底面３０とが接触した状態において、内管３の後端部が外管２の後端よりも前方の外管２の内側に位置する場合、内外管間４１に吸引管６８を入り込ませたり、排出口６７と吸引管６８とを連結するために外管２に開口を設ける必要があり、また、外管２の内側に位置する内管３の後端面７１を後述する押込装置６の押圧面９９で押圧するため、押圧面９９と水供給ホース５１や吸引管６８とが互いに干渉しあって噴射や排出に支障が出る可能性もある。一方、外管押圧部材２６の先端面と先導ガイド部材８の嵌合用孔１７の孔底面３０とが接触した状態において、内管３の後端部が外管２の後端よりも後方に位置するように形成し、外管２の後端よりも後方に位置させた内管３の後端を押圧することにより内管３と外管２とを一緒に地山１０に押し込む押込作業を行う構成とした場合、内外管間４１に吸引管６８を入り込ませたり、排出口６７と吸引管６８とを連結するために外管２に開口を設ける必要がなくなり、また、押圧面９９と水供給ホース５１や吸引管６８との干渉を無くすことが可能となり、スムーズな押込、噴射、排土を行える。

押込装置６は、外管２を地山１０に押し込む装置であって、角度設定装置８０と、押圧装置９０とを備える。角度設定装置８０は、ステッピングモータ８２と、ラック８３と、ステッピングモータ８２を制御する制御装置８１とを備える。ラック８３は外管２の地山１０への挿入方向に延長するように設けられる。ラック８３の延長方向における後端部には軸連結部８４を備える。軸連結部８４には軸連結孔８５が設けられる。軸連結孔８５は、孔の中心線がラック８３の上面（歯面）８６と平行でかつラック８３の延長方向と直交する。回転軸８７（モータ軸あるいはモータ軸と連結された軸）が軸連結孔８５に通され、この回転軸８７の軸心を回転中心として回転軸８７とラック８３とが一緒に回転可能となるように、軸連結孔８５と回転軸８７とがキー８９により結合される。ラック８３上には外管２及び内管３を備えた二重管体７０が載置される。

押圧装置９０は、上記ラック８３と、上記ラック８３の歯３３に噛み合ってラック８３の延長方向に往復移動可能に設けられたピニオン９１と、ピニオン９１を回転駆動するモータ９２と、モータ９２を制御する制御装置９３と、ピニオン９１の往復移動に伴ってラック８３の延長方向に往復移動可能に設けられた押圧体９４とを備える。ピニオン９１の中心に形成された軸連結孔９５と回転軸９６（モータ軸あるいはモータ軸と連結された軸）とがキー３４により結合される。モータ９２のケーシング９７がモータ取付板９８に取り付けられる。モータ取付板９８と押圧体９４とが連結結合される。押圧体９４は、押圧面９９と、保持体１００とを備える。押圧面９９は、ラック８３上に載置された二重管体７０の内管３の後端面７１と接触して当該後端面７１を押圧する。保持体１００は、押圧面９９より突出してラック８３上に載置された二重管体７０の内管３の後端開口３１から内管３の内面に嵌合状態に接触する外面を備えた円筒体（あるいは円柱体）により形成される。押圧面９９は、ラック８３の延長方向と直交する面により形成され、保持体１００は円筒体の中心軸が押圧面９９と直交するように設けられる。

尚、ステッピングモータ８２のケーシング１０５、回転軸８７を回転可能に支持する軸受１０６、ステッピングモータ８２の制御装置８１、モータ９２の制御装置９３は、架台１１０に固定される。ラック８３は、回転軸８７の軸心を回転中心として回転可能となるように、下面１１１を架台面１１２より浮かして設けられる。そして、架台１１０の先端側にはラック８３の先端側の下面を支持する支持面を備える。支持面は、二重管体７０を載置するラック８３の上面８６が水平面に位置されるように、あるいは、ラック８３の先端側の上面がラック８３の後端側の上面よりも上方に位置されるように、ラック８３の先端側の下面を支持する。

以上の構成によれば、二重管体７０をラック８３上に載置して二重管体７０の内管３の後端部を保持体１００で保持して、かつ、押圧面９９と内管３の後端面７１とを接触させた状態として、ステッピングモータ８２を駆動することによって、二重管体７０の地山１０への挿入角度を調整でき、かつ、モータ９２を駆動することによって、二重管体７０を前方へと移動させることができる。つまり、ステッピングモータを用いた角度設定装置８０により、外管２を地山１０への挿入角度に保持する角度保持作業を行うことができるので、様々な大きさの切羽１１５におけるトンネル空洞部１１６の内壁面１１７との境界部１１８から切羽１１５よりも前方の地山１０に向けて外管２を地山１０に挿入できて外管２を地山１０に設置することが可能となる。また、モータ９２とラック８３とピニオン９１とによる簡単な構成の押圧装置９０によって、外管２を容易に地山１０に設置することが可能となる。

次に、設置方法を説明する。二重管体７０を形成して、この二重管体７０をラックの上面８６に載置する。噴射装置４及び排出装置５を形成する。切羽１１５に外管２の先端部を挿入するための目印となる挿入穴１１９を形成する。つまり、押込作業を行う前に、切羽１１５にコンクリートを吹き付けて切羽１１５に吹き付けコンクリート層１２０を形成し、この吹き付けコンクリート層１２０に外管２の先端部を挿入するための目印となる挿入穴１１９を形成しておく。このように、切羽１１５に外管２の先端部を挿入するための挿入穴１１９を形成しておくことによって、外管２の先端部の位置決め作業を容易にできる。

そして、架台１１０を切羽１１５側に移動する作業、及び、角度設定装置８０による外管挿入角設定作業と押圧装置９０による内管押圧作業とを行って外管２の先端部を挿入穴１１９に挿入する。つまり、外管２の先端部を位置決めするための位置決め作業を行う。外管２の先端部を挿入穴１１９に挿入した後に、押込装置６の押圧装置９０を駆動して押込作業を行うとともに、排出装置５による排出作業を行う。この排出作業において、吸引ポンプ６５で土砂が吸引されていることを確認した後、又は、確認しながら、噴射装置４により噴射作業を行い、以後、押込作業、排出作業、噴射作業を継続させることで、押圧装置９０により二重管体７０が押されながら、排出装置５により先端ガイド部材８の内側の泥水が吸引されて排出されることで排土が行われるので、二重管体７０が地山１０にスムーズに押し込まれて地山１０に挿入され、地山１０に設置される。
尚、噴射作業は、水が先導ガイド部材８の内側だけで流動して、先導ガイド部材８の刃先１４よりも前方の地山１０に到達しないように、水量や水圧などの条件を設定して行う。二重管体７０が地山１０に設置された後、ピニオン９１をラック８３の後端側に移動させて内管３を外管２の内側からトンネル空洞部１１６に引き抜く。そして、地山１０に設置された外管２の後端開口３７から外管２内に直接又はパッカーを用いて地盤改良液を注入することによって、地盤改良液が外管２の貫通孔９を経由して外管２の周囲の地盤に浸透し、これにより、外管２の周囲の地盤が地盤改良される。その後、切羽１１５を図外の掘削機で掘削する。

最良の形態１によれば、高価の穿孔ビットを用いることなく、トンネル空洞部１１６の切羽１１５におけるトンネル空洞部１１６の内壁面１１７との境界部１１８から切羽１１５よりも前方の地山１０に向けて内壁面１１７と交差する方向に長尺先受材としての外管２を挿入して当該外管２を地山１０中に設置できるので、先受材設置作業のコストを削減できる。
また、最良の形態１によれば、水が先導ガイド部材８の内側だけで流動して、先導ガイド部材８の刃先１４よりも前方の地山１０に到達しないように、水量や水圧などの条件を設定して噴射作業を行うので、これにより、排出作業においての吸引水量を少なくできるとともに、先導ガイド部材８の内側に取り込まれた土砂を泥水にできるので、排土をスムーズにできる。また、水が先導ガイド部材８の刃先１４よりも前方の地山１０に達した場合、先導ガイド部材８の刃先１４の前方の地山に外管２の無い状態で孔が掘削されたり、先導ガイド部材８の周囲に先導ガイド部材８の管径以上の径の孔が余掘されてしまって、当該孔部分が崩れて当該孔部分の上方の地山が地盤沈下を起こすという問題が生じてしまう。さらに、水が先導ガイド部材８の刃先１４よりも前方の地山１０への浸透が進行して時間が経過すると、地山１０が固くなり、二重管体７０が地山１０にスムーズに押し込まれないといった問題も生じてしまう。一方、最良の形態１によれば、水が先導ガイド部材８の刃先１４よりも前方の地山１０に到達しないようにしたので、上述した問題を解消できる。

最良の形態２
図６に示すような押込装置６ａを用いてもよい。押込装置６ａは、角度設定装置８０と、押圧装置１０２とを備える。本形態の場合、角度設定装置は、ステッピングモータ８２と、載台１２５と、ステッピングモータ８２を制御する制御装置８１とを備える。載台１２５は外管２の地山１０への挿入方向に延長するように設けられる。載台１２５の延長方向における後端部には軸連結部８４を備える。軸連結部８４には軸連結孔８５が設けられる。軸連結孔８５は孔の中心線が載台１２５の上面１２３と平行でかつ載台１２５の延長方向と直交する。回転軸８７（モータ軸あるいはモータ軸と連結された軸）が軸連結孔８５内に通され、この回転軸８７の軸心を回転中心として回転軸８７と載台１２５とが一緒に回転可能となるように、軸連結孔８５と回転軸８７とがキー８９により結合される。載台１２５上には外管２及び内管３を備えた二重管体７０が載置される。

押圧装置１０２は、内管３を挿入方向に押圧する油圧機構１０３と、油圧機構１０３を制御する制御装置１０４と、押圧体９４とを備える。油圧機構１０３は載台１２５の上面１２３に設置された搭載台１０４ａに固定されたシリンダ１０９と、油圧によって外管２の地山１０への挿入方向に往復移動可能に設けられたピストン１０７と、制御装置１０４とを備える。ピストン１０７の先端に設けられた取付板１０８に押圧体９４が連結結合される。尚、ステッピングモータ８２のケーシング１０５、回転軸８７を回転可能に支持する軸受１０６、ステッピングモータ８２の制御装置８１、制御装置１０４は架台１１０に固定される。押圧体９４の構成は、最良の形態１の押圧体９４の構成と同じである。

以上の構成によれば、二重管体７０を載台に載置して二重管体７０の内管３の後端部を保持体１００で保持して、かつ、押圧面９９と内管３の後端面７１とを接触させた状態として、ステッピングモータ８２を駆動することによって、二重管体７０の地山１０への挿入角度を調整できる。そして、制御装置１０４が油圧機構１０３を制御して外管２の地山１０への挿入方向にピストン１０７を伸ばすことで二重管体７０を地山１０に設置する。制御装置１０４が油圧機構１０３を制御して挿入方向と逆方向にピストン１０７を戻すことで内管３を外管２の内側からトンネル空洞部１１６に引き抜く。油圧機構１０３を用いた場合、押圧力を制御装置１０４で制御でき、外管２を容易に地山１０に設置することができる。

尚、６ｍ以上のピストンストロークを持つ油圧機構１０３は特殊装置であるため、例えば、５０ｃｍ〜１ｍ程度のピストンストロークを持つ油圧機構１０３を用いて、ピストン１０７を伸ばして二重管体７０を５０ｃｍ〜１ｍ程度押圧する毎にピストン１０７を縮退させた後に押圧面９９と内管３の後端面７１との間にピストン１０７の力を押圧面９９に伝達する伝達材（例えば、後端面７１が押圧面９９と接触し、先端面が内管３の後端面７１と接触する鋼管）を設置すればよい。

最良の形態３
図７（ａ）；（ｂ）に示すように、トンネル空洞部１１６の切羽１１５におけるトンネル空洞部１１６の内壁面１１７とのアーチ状（上半円状）の境界部１１８から切羽１１５よりも前方の地山１０に向けて内壁面１１７と交差する方向に長尺な先受材を複数本挿入して設置する場合は、上記アーチ状に対応した半円筒状の外周面１２６を架台面１２７として備えた架台１２８と、この架台面１２７の周方向に所定間隔を隔てて設けられた複数の押込装置６とを備えた装置を使用すればよい。図７（ａ）は複数の二重管体７０の先端部を挿入穴１１９に位置決めした状態を示し、図７（ｂ）は複数の二重管体７０の地山１０に設置した状態を示す。

最良の形態４
図８に示すように、回転軸８７の軸心を回転中心としてラック８３や載台１２５の先端側を上下動させる油圧ジャッキのような昇降装置３００を用いた角度設定装置を使用してもよい。

最良の形態５
最良の形態１乃至４において、外管２は長いので外管２を地山１０に押し込む際に外管２が上下左右に振れ動きやすい。外管２を地山１０に押し込む際に外管２が上下左右に振れ動いてしまうと、内管３の後端側に加えられた力が外管２の先端側に伝達されにくくなって、外管２の先端側に力をスムーズに伝達できず、外管２を地山１０に押し込みにくくなる。
そこで、図９に示すように、外管２を地山１０に押し込む際に、外管２の上下左右への動きを規制する規制手段３０１を用いる。規制手段３０１は、ラック８３や載台１２５の上に載置された外管２をラック８３や載台１２５の方向に押え込むように外管２の上面を抑えて外管の上方への移動を規制する上規制板３０２と、外管２の右側に設けられて外管の右側への移動を規制する右規制板３０３と、外管２の左側に設けられて外管の左側への移動を規制する左規制板３０４と、外管２の下側への移動を規制する下規制板３０５として機能するラック８３や載台１２５とにより構成される。この規制手段３０１を用いることによって、外管２を地山１０に押し込む際の外管２の上下左右の振れ動きを防止できるので、地山１０中に既に入り込んだ外管２を地山１０中で真っ直ぐに進行させることができるとともに、まだ地山１０中に入っていない外管２を地山１０に真っ直ぐに挿入できる。特に、外管２の長さが長い場合に、地山１０に近い位置に規制手段３０１を設ければ効果的である。

最良の形態６
空気を混入させた水を噴射するようにすれば、空気を混入させない場合と比べて噴射力が同じで水量を少なくできるので、排出作業においての吸引水量を少なくできるとともに、先導ガイド部材８の内側に取り込まれた土砂を泥水にできるので、排土をスムーズにできる。

外側長尺管７と別体の先導ガイド部材８を用いずに、外側長尺管７の先端そのものを先鋭な環線状の刃１１に形成した構成の外管２としてもよい。この場合、外管２の先端よりも中央寄り側の外管２の内側に、内管３の外管押圧部材２６の押圧面４０と接触して外管２の先端側の管の内面と内管３の先端側の管の外面との間の間隙を塞ぐ被押圧面を設ければよい。刃１１は、必ずしも先鋭な環線状の刃でなくともよい。例えば、外管２の先端が細く形成されたような環線状の刃でもよいし、外管２の先端が鋸刃状に形成された刃でもよい。尚、外管２と内管３と刃１１は、断面円形状のものに限らず、断面矩形状、その他の形状のものを用いてもよい。

内管３の先端に設けられた外管押圧部材２６として、外周にねじ部が形成された中央孔付き円形板を用いるとともに、先導ガイド部材８の筒の内面や外管２の内面にねじ部を形成し、これらねじ部をねじ結合してもよい。この場合、外管２を地山１０に設置した後に、内管３を回してねじ結合を解除して内管３をトンネル空洞部１１６に引き抜くことができる。この構成によれば、外管２の先端側の管の内面と内管３の先端側の管の外面との間の間隙を確実に塞ぐことができる。また、内管３と外管２とが一体化された二重管体７０を形成できるので、二重管体７０の取扱いが容易となる。尚、この構成とした場合、押込作業の際に外管２を押圧することも可能となる。外管２を押す場合は、外管２に水供給ホース５１や吸引管６８を引き出すための穴や切り欠きを設ければよい。

水供給ホース５１の先端部を外管押圧部材２６の先端面３５よりも前方に突出させ、この水供給ホース５１の先端開口を噴射ノズル２８としてもよい。

先受材としての外管２として、例えば６ｍ〜１５ｍ程度の長さの鋼管７を使用する場合を説明したが、本発明においては、６ｍ以下の外管や１５ｍ以上の外管も使用可能である。

先受材設置装置の分解斜視図（最良の形態１）。 （ａ）は先受材設置装置の断面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ断面図（最良の形態１）。 （ａ）は押込装置を後方から見た図、（ｂ）は押込装置の側面図（最良の形態１）。 （ａ）は二重管体の先端部を切羽に位置決めした状態を示し、（ｂ）は地山に外管を押し込んだ状態を示す図（最良の形態１）。 （ａ）は二重管体の先端部が挿入穴に位置決めされた状態を拡大して示し、（ｂ）は噴射装置から噴射した水により崩れた地山の泥水を吸引しつつ二重管体を地山へ押し込む状態を拡大して示す図（最良の形態１）。 （ａ）は押込装置を後方から見た図、（ｂ）は押込装置の側面図（最良の形態２）。 （ａ）は複数の二重管体の先端部を挿入穴に位置決めした状態を示し、（ｂ）は複数の二重管体を地山に設置した状態を示す図（最良の形態３）。 上下動ジャッキを用いた角度設定方法を示す図（最良の形態４）。 （ａ）は規制手段を示す斜視図、（ｂ）は規制手段と外管との関係を示す正面図（最良の形態５）。

符号の説明

１ 先受材設置装置、２ 外管、３ 内管、４ 噴射装置、６ 押込装置、
８ 先導ガイド部材、９ 貫通孔、１１ 刃、４０ 押圧面、４２ 内部空間、
８３ ラック、９１ ピニオン、９４ 押圧体、１０３ 油圧機構、１１５ 切羽、
１１６ トンネル空洞部、１１７ 内壁面、１１８ 境界部、１１９ 挿入穴、
１２５ 載台、３０１ 規制手段。

Claims (9)

1. トンネル空洞部の切羽におけるトンネル空洞部の内壁面との境界部から切羽よりも前方の地山に向けて内壁面と交差する方向に先受材を挿入して設置する先受材設置方法であって、内面と外面とに貫通する複数の貫通孔を備えた先受材としての外管の内側に内管を設置して外管の先端に設けられた刃と切羽とを接触させて内管と外管とを一緒に地山に押し込む押込作業と、地山から外管の先端部の内側に取り込まれた土砂と外管の後端側から内管と外管との間を経由して外管の先端部の内側に噴射された水とが混じり合った泥水を内管の内部空間経由で吸引して内管の外に排出する排出作業とを行うことによって外管を地山に挿入して外管を地山に設置した後に、内管を外管の内側からトンネル空洞部に引き抜いたことを特徴とする先受材設置方法。
2. 外管を地山への挿入方向に押圧可能なように外管の内側に内管を設置し、外管後端よりも後方に位置させた内管の後端を押圧することにより内管と外管とを一緒に地山に押し込む押込作業を行うことを特徴とする請求項１に記載の先受材設置方法。
3. 切羽に外管の先端部を挿入するための目印となる挿入穴を形成しておき、外管の先端部を挿入穴に挿入した後に、押込作業と排出作業とを行うことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の先受材設置方法。
4. 外管を地山に押し込む際に、外管の上下左右への動きを規制する規制手段を用いたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の先受材設置方法。
5. トンネル空洞部の切羽におけるトンネル空洞部の内壁面との境界部から切羽よりも前方の地山に向けて内壁面と交差する方向に長尺な先受材を挿入して設置する先受材設置装置であって、内面と外面とに貫通する複数の貫通孔を備えた先受材としての外管と、外管の内側に設けられた内管と、外管の先端部に設けられた刃と切羽とを接触させて内管と外管とを一緒に地山に押し込む押込装置と、外管の後端側から内管と外管との間を経由させて外管の先端部の内側に水を噴射させる噴射装置と、地山から外管の先端部の内側に取り込まれた土砂と先端部の内側に噴射された水とが混じり合った泥水を内管の内部空間経由で吸引して内管の外に排出する排出装置とを備えたことを特徴とする先受材設置装置。
6. 内管が押圧部を備え、外管が押圧部と接触する被押圧部を備え、押圧部が、押込装置により押圧されて被押圧部と接触することで外管を挿入方向に押圧するとともに、外管の先端側の管の内面と内管の先端側の管の外面との間の間隙を塞ぐことによって、当該間隙を経由する外管の管の内面と内管の管の外面との間への泥水の浸入を防ぐことを特徴とする請求項５に記載の先受材設置装置。
7. 外管の先端部が筒状の先導ガイド部材により形成され、先導ガイド部材の先端の刃が、筒の一端に設けられた環線状の先鋭縁により形成されたことを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の先受材設置装置。
8. 押込装置が、外管の地山への挿入方向に延長するように設けられて外管及び内管を載置するラックと、ラックに噛み合ってラックの延長方向に沿って往復移動するピニオンと、ピニオンの回転に伴って挿入方向に移動して内管を挿入方向に押圧する押圧体とを備えたことを特徴とする請求項５乃至請求項７のいずれかに記載の先受材設置装置。
9. 押込装置が、外管の地山への挿入方向に延長するように設けられて外管及び内管を載置する載台と、内管を挿入方向に押圧する油圧機構とを備えたことを特徴とする請求項５乃至請求項７のいずれかに記載の先受材設置装置。