JP2010138695A - 掘削体 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、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、接続配管を敷設するための大きさに拡径することが可能な掘削体を提供することを目的としている。
【解決手段】本発明は、掘削ヘッドと前記掘削ヘッドの後部に連結されたロッドユニットとを備えた下穴掘削体と、回転刃具を備えるとともに前記ロッドユニットの軸方向に沿い移動する拡径ビットと拡径ビットに推力を伝達する推進ユニットとを備えた拡径掘削体とを有する掘削体であって、推進ユニットは略半円筒形状の複数の推進部材からなり、推進部材はロッドユニットを半径方向から抱き込んだ状態でロッドユニットの軸方向に沿い一列に配設され、軸心方向において推進部材の一端面には突起が、他端面には突起に嵌め合い可能な溝が形成されており、隣接する推進部材の端部同士は突起と溝とで形成される関節を介して結合されている掘削体である。
【選択図】図１

Description

本発明は、非開削で地中穴を形成するための掘削体に関し、特に、ガス、上下水道などの地下埋設管からの分岐配管敷設用の地中穴を形成するのに好適な掘削体に関する。

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地中に掘削する穴は、供給管のサイズにもよるが、直径が１００ｍｍ程度以上の穴を掘削する場合、下穴を掘削した後これを拡径して形成されることが多い。

地中穴を掘削した後、拡大リーマで地中穴内面を掘削して拡径する技術が、例えば下記特許文献１に開示されている（公知例１）。これは、第１施工ピット及び第２施工ピットの間に地中穴を形成するもので、例えば第１施工ピットから第２施工ピットに向けて推進ユニットを推進して下穴を掘削し、第２施工ピットにおいて、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第１施工ピットに引抜いて行くことにより、拡径穴を形成するものである。

また、下記非特許文献１には、地上から地下埋設管部分へ供給管敷設用地中穴を掘り下げる工法が記載されている（公知例２）。これには、「ＳＤスピーダ工法」と「ＴＰＨ工法」の２つが説明されているが、類似した技術である。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、上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地中穴を拡径していくものである。拡径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、掘削用ビットで拡径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。

特開平５−１４９０８４号公報

「月間下水道」（１９９３年発行、Ｖｏｌ．１６、Ｎｏ．１１）

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、公知例１の工法では作業用ピットを明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、ポリエチレン等可撓性を有する配管材を用いる場合、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、公知例２においては、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。

従って、本発明は、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、接続配管を敷設するための大きさに拡径することが可能な掘削体を提供することを目的とし、特に、曲線状の下穴であっても、これに沿って拡径することができる掘削体を提供することを目的としている。

上記課題を解決する本発明に係わる掘削体は、地中に進入して下穴を形成する掘削ヘッドと前記掘削ヘッドの後部に連結され掘削ヘッドに推力および回転力を伝達する屈曲自在なロッドユニットとを備えた下穴掘削体と、前記ロッドユニットから回転力が伝達されて軸心廻りに回転する回転刃具を備えるとともに前記ロッドユニットの軸方向に沿い移動する拡径ビットと前記拡径ビットの後部に連結され拡径ビットに推力を伝達する推進ユニットとを備えた拡径掘削体とを有する掘削体であって、前記推進ユニットは前記ロッドユニットの外径より大きな内径を有するとともに半径方向から前記ロッドユニットを通すことが可能な開放が軸心に沿い形成された略半円筒形状の複数の推進部材からなり、前記推進部材はその開放を通し前記ロッドユニットを半径方向から抱き込んだ状態で前記ロッドユニットの軸方向に沿いその軸心を揃えて当該ロッドユニットに一列に配設され、軸心方向において前記推進部材の一端面の両側には突起が、他端面の両側には前記突起に嵌め合い可能な溝が形成されており、隣接する推進部材の端部同士は前記突起と溝とで形成される関節を介して結合されている掘削体である。

なお、上記掘削体において、互いに嵌め合った突起と溝が外れないようにするためには、軸心方向において前記推進部材の両端にはリング状の弾性部材を係止可能なピンが設けられ、隣接する推進部材のピン同士には前記弾性部材が係止されていることが望ましい。さらに、推進部材が半径方向にずれることを防止するためには、軸心方向において前記推進部材の一端面の頂部には突起が、他端面の頂部には溝が形成されていることが望ましい。

さらに加えて、推進ユニットがロッドユニットから浮き上がり外れることを防止するためには、前記ロッドユニットを抱き込んだ前記推進部材の開放側から当該ロッドユニットを抱き込むよう前記推進部材に固定された推進部材の抜け止め具を有することが望ましい。

さらに加えて、掘削作業を簡便にするためには、前記ロッドユニットとは異なる推進手段により前記推進ユニットは推進されることが望ましい。

本発明は次の効果を有している。
１）曲進状の非開削穴であっても、地表側から掘削することができる。
２）曲進穴は、推進方向に向かって３６０度自由な方向に曲がっていても対応できる。
３）拡径ビットの回転力を下穴掘削体から得るので、特別の駆動手段が不要で、拡径掘削体の機構が簡潔である。
４）拡径ビットに推進力を伝達する推進部材は、下穴掘削体の外側からセットできるので、拡径掘削作業を効率良く行なえる。

本発明の掘削体の一例を示す図である。 拡径掘削体の拡径ビットを示す図である。 拡径掘削体の一例を示す側面図である。 推進部材とロッド部材の関係を示す断面図である。 抜け止め具の装着状態を示す図である。 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。 下穴掘削体の一例を示す側面図である。 ロッドユニットの一部断面を含む側面図である。 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。 曲がった状態のロッドユニットが回転する時の中間ロッド部材の挙動を表す図である。 下穴掘削体を用いた穴掘削の一例を示す図である。 拡径掘削体を１ストローク押し込んだ後、ソケットが後退した時の図である。 圧力水噴出及び泥水吸引構造の拡径ビットの一例を示す図である。 推進ユニットを別の推力付与手段で推進する時の状態を示す図である。

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、下穴を掘削する下穴掘削体に、本発明の一実施例に係わる下穴を拡径する拡径用掘削体（以下、拡径掘削体と称す）の係合した状態を示す図である。図１に示すように、下穴掘削体４０は、例えば、地中に進入して穴を形成する掘削ヘッド１と、掘削ヘッド１の後部に連結されて掘削装置（図示せず）からの推力及び回転力を伝達する棒状のロッドユニット２とで構成される。本発明に係わる拡径掘削体４５は、ロッドユニット２に嵌合され、軸方向に沿ってはスライドできるが、軸心廻りはロッドユニット２と噛合って回転力が伝達される回転刃具５１を備えた拡径ビット６２と、拡径ビット６２の後部に連結され、かつロッドユニット２にその軸方向に沿って外装され、推力を伝達する推進ユニット７０を有している。

本発明の拡径掘削体４５の各部は次のように構成されている。
図２に断面で示すように、拡径ビット６２は非回転部５６と回転部５２を有しており、各々の中央部には、ロッドユニット２が貫通できる穴部が形成されている。非回転部５６は、ロッドユニット２の外周部とは非接触でロッドユニット２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５６の小径側外周部には、円筒状の回転部５２が、ラジアル軸受け５４とスラスト軸受け５５を介して回転可能に装着されており、半径方向にセットされた複数本のピン６１で、軸方向への移動で阻止されている。回転部５２の端部には、複数の拡径用刃具５１が、回転半径が回転部５２及び非回転部５６の外径より大きくなるように、ピン５３等で固着されている。

回転部５２の貫通穴部５２ａは、ロッドユニット２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２の外周部断面形状は基本的には円であるが、拡径ビット６２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４にロッドユニット２の半径方向断面図が示されているが、例えば外周部を２対の2面幅状に加工しておく。このロッドユニット２を用いる場合、回転部５２の貫通穴部５２ａは、少なくとも１対の２面幅部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。

推進ユニット７０は、図３に示すように、同一の基本構造を有する複数の推進部材７１（本図では７１ａ、７１ｂ、７１ｃ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７１ａは拡径ビット６２の非回転部５６に連接され、後端の推進部材７１ｃは推力を付与する推進具７２に連接されるように、ロッドユニット２に沿って配設される。推進具７２は、掘削装置７（図１１参照）のソケット８の移動に同調して推進方向に移動する装置に取り付けられ、ロッドユニット２を抱き込むように配設される。

推進部材７１は、ロッドユニット２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２の回転時に回転力が伝達されないように構成されている。即ち、推進部材７１の内周部は、図４に断面図で示すように、例えばロッドユニット２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３及び図５に示すように、推進部材７１の軸心方向の一端面には先端が円弧状の突起８０が、また他端面には円弧状溝８１が、半円形部と延長線部の境界箇所で１８０°対向する位置に形成されており、例えば一つの推進部材７１ｂの突起８０ｂと別の推進部材７１ａの円弧状溝８１ａは、嵌め合って、円弧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７１は、ロッドユニット２に沿って関節で連接される。

前記したように、前端の推進部材７１ａは拡径ビット６２と連接され、後端の推進部材７１ｃは推進具７２と連接される。従って、前述の推進部材同士の連接におけると同様、拡径ビット６２の非回転部５６には、推進部材７１ａの突起８０ａと嵌め合って関節をなすような円弧状の溝５６ａを形成する。また推進具７２には、推進部材７１ｃの円弧状の溝８１ｃと嵌め合って関節をなすような、先端が円弧状の突起７２ａを形成する。隣接する推進部材７１間、或いは推進部材７１ｃと拡径ビット６２間には、関節が外れないように圧縮力を作用させる。圧縮力は、例えば、各部材に設けたピン８５にゴムリング等の弾性部材８４を係止して付与する。

また、推進部材７１には、図５に示すように、例えば関節に、ロッドユニット２を推進部材７１とは逆方向から抱き込むような抜け止め具７５を装着し、推進ユニット７０がロッドユニット２から浮上がって外れないようにする。従って、突起８０は、抜け止め具７５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、抜け止め具７５やピン８５等は、刃具５１の回転直径の範囲に収まる寸法や構造とする。

前述したように構成される関節は、推進具７２からの推力を、推進部材７１を通じて拡径ビット６２の非回転部５６に伝達するとともに、図６に示すように、推進部材７１をロッドユニット２の曲がりに合せて傾かせることができる。図６は、関節が円弧廻りに回転する方向にロッドユニット２が曲がっている場合を示しているが、突起は、円弧廻りに直交する方向にも溝内で傾くことができるので、ロッドユニット２が２自由度で曲がっていても対応することができる。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７１が半径方向にずれることがなく好ましい。

次に、下穴掘削体４０について説明する。
下穴掘削体４０は、図７に示すように、地中穴を形成する掘削ヘッド１と、掘削ヘッド１に推力及び回転力を伝達するロッドユニット２とで構成されている。
掘削ヘッド１は、全体が略円柱状で、先端側が先鋭になるように傾斜面１ａが形成され、後端側に雄ネジ４が形成されている。傾斜面１ａ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２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２は、連結された複数（図８では１５個）の中間ロッド部材１２（１２ａ、１２ｂ、…）の一端側に前部ロッド部材１０が連結され、他端側に後部ロッド部材１１が連結された構造を有する。

図９は、中間ロッド部材１２の断面図である。中間ロッド部材１２は、軸部１４とフランジ状の胴部１３を持つ段付き円筒形状部材である。胴部１３の外径は、掘削ヘッド１の外径と同じか、それより小さくする。胴部１３の中心部には、軸部１４の外径ｄよりやや大きい内径Ｄの軸部装着穴１５が形成されている。軸部装着穴１５の端面側にはＯリング装着溝２１が設けられている。胴部１３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２０を装着するための胴ピン穴１６が設けられ、軸部１４には、胴ピン穴１６と直交する方向に、連結用ピン２０を装着するための軸ピン穴１７が設けられている。胴ピン穴１６と軸ピン穴１７を同一寸法とすることにより、１種類の連結用ピン２０を準備すればよい。

上記中間ロッド部材１２は、図８及び図９に示すように、隣接するロッド部材と、相互に軸部装着穴１５が軸部１４に嵌装され、ピン２０を介して軸心Ｘ（図４参照）方向に連結できる構造を有する。組み付け精度に関連する因子として、軸部１４の外径ｄ、長さｓ、段部から軸ピン穴１７中心までの距離ｈと、胴部１６の軸部装着穴１５の内径Ｄ、長さＳ、端部から胴ピン穴１６中心までの距離Ｈがあり、その寸法関係は下記のように設定される。
Ｄ＝ｄ＋α
Ｈ＝ｈ−γ
Ｓ＝ｓ−γ＋β
上記α、β、γは、ロッドユニット２を所望の曲率半径に曲げた状態で部材どうしが干渉しないような値とし、予め算出することができるので、適宜設定して用いればよい。

前部ロッド部材１０は、中間ロッド部材１２の、軸部装着穴１５の内径に雌ネジ５が形成されたもので、後部ロッド部材１１は、同じく軸部１４の外径に雄ネジ６が形成されたものである。前記掘削ヘッド１の雄ネジ４と、後部ロッド部材の雄ネジ６を同一仕様とし、前部ロッド部材１０の雌ネジ５にねじ込み可能とすることにより、掘削ヘッド１は、前部ロッド部材１０にネジで結合することができる。また、ロッドユニット２どうしもネジ締結で連結することができ、下穴掘削体４０の長さを容易に調整することができる。

ロッドユニット２は、前部ロッド部材１０、中間ロッド部材１２、後部ロッド部材１１を相互に組み付けて形成され、ロッドユニット２の長さは、中間ロッド材部材１２の個数を地中穴掘削用動力源の推進ストロークに応じて選定することにより調整される。また、施工する穴の長さに合せて、予め必要分のロッドユニットを組立てておくと、効率よく掘削作業を行なうことができる。

次に、図８を参照してロッドユニット２の組立て手順を説明する。
１）前部ロッド部材１０と第１中間ロッド部材１２ａを連結する。
前部ロッド部材１０の軸部１４にリング状のゴムシート２４を挿入する。ゴムシート２４は、厚さが前記γとほぼ同じで、外径が胴部１３の外径とほぼ同じか、圧縮されても胴部から極端にはみ出さないような寸法に形成されている。次いで、第１中間ロッド部材１２ａのＯリング装着溝２１（図９参照）にＯリング１９を装着した後、当該ロッド部材を前部ロッド部材１０の軸部１４に装入する。前部ロッド部材１０の軸ピン穴１７と、第１中間ロッド部材１２ａの胴ピン穴１６ａを合わせ、ピン２０ａを挿通する。ピン２０ａの外径と軸ピン穴１７の内径は隙間ばめとなるような寸法関係を有し、前部ロッド部材１０はピン２０ａを中心に揺動することができるようにする。ピンの長さは、胴部外径より短い寸法として、胴部から突出しないようにするとともに、抜け止めのために止め具等をセットする。

２）第１中間ロッド部材１２ａと第２中間ロッド部材１２ｂを連結し、以降、所定数の中間ロッド部材を順次連結し、最後に後部ロッド部材１１を連結する。
第１中間ロッド部材１２ａの軸部１４ａにゴムシート２４を挿入する。次いで、第２中間ロッド部材１２ｂの軸部装着穴１５ｂにＯリング１９を装着した後、当該ロッド部材を第１中間ロッド部材１２ａの軸部１４ａに装入する。第１中間ロッド部材１２ａの軸ピン穴１７ａに第２中間ロッド部材１２ｂの胴ピン穴１６ｂを合わせ、ピン２０ｂを挿通する。ピン２０ｂの軸中心は、第１中間ロッド部材の胴部に装着されたピン２０ａの軸中心と、９０度だけずれている。ピン２０ｂ外径と軸ピン穴１７ａ内径は隙間ばめとなるような寸法関係を有し、第１中間ロッド部材１２ａはピン２０ｂを中心に揺動することができる。以降、上記と同様にして第３中間ロッド部材１２ｃから後部ロッド部材１１までを連結し、組立作業は終了する。

以上のようにして組立てられたロッドユニット２には、軸心Ｚ（図８、図１０参照）が形成される。各ロッド部材は、隣接して嵌装された軸部１４と軸部装着穴１５がＯリング１９で圧着されているので、軸心Ｚと同心に保持される。また、各ロッド部材間にはゴムシート２４が密接的に装着されているため、ロッドユニットにはゴムシート２４の弾性等で定まる所定の曲げ剛性が付与される。一方、隣接する中間ロッド部材は、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２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。曲げ剛性は、前記Ｏリング１９及びゴムシート２４の材質の変更や、組み込み時の圧縮代の設定により調整することができる。また、ゴムシート２４は、中間ロッド部材間隙間に土砂が入らないようにシールの役割も果たしている。

上記下穴掘削体４０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１１に回転力と推力を作用させる。回転力及び推力は、ロッド部材を連結しているピン２０を介して掘削ヘッド１に伝達される。これにより、掘削ヘッド１先端の傾斜面１ａは回転するので、傾斜面１ａ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２には曲がりは発生しない。従って、ロッドユニット２は真直状態を維持して推進することになり、直進穴が形成される。
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１先端の傾斜面１ａ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１先端が傾斜面１ａからの一方向の反力を受けて、ロッドユニット２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２０を中心にゴムシート２４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２は曲進することになり、曲率を有する穴が形成される。

前述の下穴掘削体４０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。以下、この時の中間ロッド部材の挙動を、図１１に示すように、紙面上で右上方から左下方に凹状態に湾曲した穴を掘削した後、水平方向に直進穴を掘削しようとする場合を例に、図１０も参照して説明する。

図１０（ａ）は、ちょうど掘削ヘッド１の軸心が水平方向となり、この後下穴掘削体４０を回転させ直進穴を掘削しようとする直前の状態を示したものである。掘削ヘッド１と、ロッドユニット２の前部ロッド部材１０はネジで締結されているので、前部ロッド部材１０の軸心も水平状態である。前部ロッド部材１０と第１中間ロッド部材１２ａはピン２０ａで連結されているが、本図においてはピン２０ａの軸は上下方向にあり、この状態では第１中間ロッド部材１２ａは上下方向に揺動できないため、その軸心も水平方向である。一方、第１中間ロッド部材１２ａと第２中間ロッド部材１２ｂは、前記ピン２０ａと直交する方向に向いたピン２０ｂで連結されており、第２中間ロッド部材１２ｂは、ピン２０ｂ廻りに上下方向に揺動可能であり、掘削穴に沿って右上がりに傾いている。以降の中間ロッド部材は同様なピン結合構造であるため、第３中間ロッド部材１２ｃは、第２中間ロッド部材１２ｂと軸心方向を同一として右上がりに傾いており、第４中間ロッド部材１２ｄは、第３中間ロッド部材１２ｃの軸心よりさらに右上がりに傾いている。このように、曲がった掘削穴中での各中間ロッドは、上記のような状態にある。

図１０（ｂ）は、後部ロッド部材を９０度回転し、中間ロッド部材を介して掘削ヘッド１を９０度旋回させた状態を示したものである。この時の、中間ロッド部材の挙動を、第３、４、５中間ロッド部材１２ｃ、１２ｄ、１２ｅに着目して説明する。
図１０（ａ）の段階では、第４中間ロッド部材１２ｄは第５中間ロッド部材１２ｅと、上下に向いたピン２０ｅで連結されていたため、軸心方向は一致していたが、図１０（ｂ）に示すように、第５中間ロッド部材１２ｅが、図１０（ａ）の位置から９０度旋回するにつれ、ピン２０ｅの軸方向も上下から水平方向へと変るため、第４中間ロッド部材１２ｄは、９０度旋回しながらピン２０ｅの軸廻りに揺動する。これに伴い、第４中間ロッド部材１２ｄと連結した第３中間ロッド部材１２ｃは、ピン２０ｄが水平方向から垂直方向に旋回するにつれて、揺動しながら回転させられる。揺動時には、中間ロッド部材は隣接する中間ロッド部材となす軸心のづれ角度だけ振れる。理解を容易にするために、図１０では中間ロッド部材の傾き状態を誇張して示しているが、実際には数ｍ程度の曲率半径の形成穴に対し、中間ロッド部材の長さを数十ｍｍ程度とすれば、その傾きは非常に微小なものであり、個々の中間ロッド部材は、形成された穴との間に生じている隙間で十分揺動することができる。なお、中間ロッド部材の長さが短いほど小さいブレで回転することができるので、曲率半径の小さい穴を形成する時には好ましい。

図１０（ｃ）は、後部ロッド部材を、図１０（ｂ）の位置からさらに９０度回転した状態を示す。この時も、前述したように中間ロッド部材は、各々ピンで回転力を伝達され回転するが、ピン軸方向の変化に伴い、形成穴との隙間で揺動する。このように、ロッドユニット２は、曲線状の穴の中にあってもほぼ軸心Ｚ廻りに回転することができる。従って、後部ロッド部材を回転させながら推進させることにより、掘削ヘッド１の傾斜面１ａから受ける推進反力はバランスされるので、下穴掘削体４０は再び直進し、直進穴が形成される。
これより、所定の曲率半径の穴をあけるべく曲進掘削中に、硬い土質に遭遇するなどで、曲率半径が小さくなったような場合でも、曲進掘削を中止してしばらく直進掘削し、再度曲進掘削を行なうようにすれば、最終的に所定の曲率半径の穴を掘削することができる。

以上、下穴掘削体の一例を図７〜図１０を中心に説明したが、細部の構造は種々変えることができる。例えば、推進ヘッド１と前部ロッド部材の結合、及び後部ロッド部材と後述する掘削装置７のソケット８との結合をネジ結合ではなくピン結合とすることもでき、この場合、ロッド部材は中間ロッド部材で示す１種類にまとめることができる。また、軸部１４と軸部装着穴１５間隙間に、ゴム等弾性材の円環部材を密接的に装着するようにして、前記Ｏリング１９或いはゴムシート２４を省略するようにすることもできる。また、ロッド部材を、連結するピン２０が９０度毎にできるだけ短いピッチ、例えば２０〜７０ｍｍピッチで装着できるような構造にすると、ロッドユニットの曲率半径を小さくすることができ望ましいが、必ずしもこれに限定される必要はなく、２〜３ピッチ毎に方向を変えてもよいし、また例えば６０度づつ装着方向を変えるようにしてもよい。

次に、本発明の掘削方法について、地上から地下埋設管９に向けて分岐管敷設用地中穴を掘削する例で説明する。
図１１、図７を参照しながら、下穴掘削について説明する。
まず、掘削ヘッド１に最初のロッドユニット２ａを接続した下穴掘削体４０を組立て、供給管引込み側の地上に設置した掘削装置７にセットする。掘削装置７には後部ロッド部材１１の軸部雄ネジに嵌合するソケット８が設けてあり、前記ソケット８は掘削装置７に組み込まれた油圧シリンダや油圧モータ（いずれも不図示）により、直進及び回転することができる。この時の掘削装置７は、ソケット８をストローク端まで移動させた時、嵌合されているロッドユニット２の後端部が、拡径掘削体の拡径ビット６２の長さ以上地表から出るように配置する。

次に、掘削装置７を操作して下穴掘削体４０を回転させながら斜め下方に掘削ヘッド１を地中に推進する。下穴掘削体４０が掘削装置のストローク端まで押し込まれたら、ロッドユニット２ａとソケット８の結合を外し、ソケット８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２ｂの前部ロッドユニット１０ｂを、既挿入のロッドユニット２ａの後部ロッドユニット１１ａにネジ込んで結合するとともに、後部ロッドユニット１１ｂをソケット８にネジ込み、掘削装置７の操作を再開する。前記操作を、掘削ヘッド１が計画した斜め直進区間ｓ１の終端部に達するまで繰り返す。

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４０は掘削ヘッド１の傾斜面１ａの向きを所定方向に固定して推進のみを行なう。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１ａを下に向けた状態で、下穴掘削体４０を回転させずに押込む。直進区間ｓ３開始点に達し、掘削ヘッド１が水平方向になると、下穴掘削体４０を再度回転させながら押込み前進させ、目標地下埋設管９の方向に掘削ヘッド１を推し進める。

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１の深さおよび傾斜面１ａ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１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。

また、ロッドユニット２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リングが圧着されているため、内部に水、空気等の圧力流体を流すことができる。従って、掘削ヘッドに、先端に通じる貫通穴を設ければ、ロッドユニット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。

次に、拡径動作について説明する。
前述したようにして、所定長さの下穴掘削を終了させると、ロッドユニット２とソケット８の結合を外し、ソケット８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２に拡径ビット６２を通し、ソケット８をストローク端まで前進させてロッドユニット２と結合し、ストローク分引き戻す。これにより、地中に推進していた下穴掘削体４０は、ストローク分地上に引き戻される。この状態で、所定数の推進部材７１を、地上に引戻されたロッドユニット２に沿って軸方向に連接する。最初にセットした推進部材７１ａは、拡径ビット６２の非回転部５６と関節を介して連接し、その後推進部材７１同士を順次同様に関節を介して連接する。最後にセットする推進部材７１ｃの端部に推進具７２が連接できるようにする。この時の状態を図３に示す。図３には推進部材７１は３本だけしか示していないが、推進部材７１の長さ、ソケット８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。

拡径も、掘削装置７を作動させて、ソケット８を回転させながら軸方向に移動させて行なう。この時、ソケット８に接続されているロッドユニット２は、回転しながら軸方向に移動するが、同時に推進具７２もロッドユニット２と軸方向相対位置を保ちながら移動する。これにより、拡径ビット６２は、推進ユニット７０を介して軸方向に移動するとともに、回転部５２はロッドユニット２からの回転力が伝達されて回転する。即ち、刃具５１は回転しながらロッドユニット２と共に推進するので、下穴を拡径することができる。

下穴掘削体４０は、ロッドユニット２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２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２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１には掘削反力は作用せず、ロッドユニット２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７０を構成している推進部材７１は関節で連接されているので、ロッドユニット２の曲がりに合せて推進部材７１を傾けることができ、拡径ビット６２はロッドユニット２に沿って移動することができる。

掘削装置７のソケット８を、回転させながら１ストローク分だけ軸方向に移動し、この駆動力で、拡径ビット６２を回転させて１ストローク分の拡径穴を形成すると、図１２に示すようにソケット８を１ストローク分引戻す。この時、推進具７２と後端の推進部材７１ｃは容易に分離し、また拡径した状態でも拡径ビット６２と土壌には抵抗があるので、ロッドユニット２に引きずられて拡径ビット６２及び推進ユニット７０が引戻されることはほとんどない。しかし、拡径ビット６２と土壌の抵抗が少なく、ロッドユニット２につられて推進ユニット７０と一緒に地表に戻されるような場合は、抜け止め具７５を後端の推進部材７１ｃと推進具７２の関節にも入れておき、ソケット８引戻し時に掘削装置７にストッパー８９をセットし、抜け止め具７５を押えるようにすると、戻りを阻止することができる。

次いで、前述したと同様に、再び所定数の推進部材７１を連接して、掘削装置７を作動させ、さらに拡径穴を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、拡径穴を所定長さだけ形成する。図１は、地中を推進した拡径ヘッド６２が、ロッドユニット２先端の掘削ヘッド１の直前まで到達した状態を示している。掘削ヘッド１の外径をロッドユニット２の外径より大きくしておけば、拡径ヘッド６２は掘削ヘッド１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２の回収時、拡径ヘッド６２を掘削ヘッド１で引っかけて引戻すことができるので、掘削ヘッド１と拡径ヘッド６２を同時に地中から回収することができる。

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１３に示すが、拡径ビットの非回転部５６に噴出口９０を設け、継手９１で地上の放水ポンプに連なるホース９２と接続する。また泥水吸引用ホース９４を、拡径ビット非回転部５６の後方に吸引口９３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９０から矢印９５方向へと放水され、拡径ビット６２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９３から矢印９６方向へと吸引し、地表へと排出することができる。浅い穴を圧密で拡径する等、拡径の圧力が地盤上面まで達する場合、拡径穴から地盤面までの土質はボロボロとなり、この状態で拡径を続けると拡径直後から拡径穴の崩落が始まる。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、拡径穴が崩落する危険性は減少する。

また、前述の拡径動作においては、掘削装置７に設けたソケット８で回転動作と推進動作を付与したが、ソケット８は回転動作のみを行わせ、推進具７２への推進動作は、掘削装置７とは別のシリンダー等の手段で行なわせることもできる。即ち、図１４に示すように、ソケット８は軸方向に移動せず、推進具７２だけが移動するので、移動しないロッドユニット２に沿って、推進ユニット７０と拡径ビット６２が地中に推し進められることになる。このため、拡径穴を延長するために、推進部材７１を継ぎ足すに際し、ロッドユニット２を地中からわざわざ引き抜かなくてもよく、作業能率がよくなる。

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な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、拡径掘削体を下穴掘削体に組合わせ、ソケット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。

以上の説明では、下穴掘削体についても詳細に記述したが、本発明の最大の特徴は、下穴掘削体からの回転力を受けて回転する拡径ビットと、下穴掘削体に沿って変形することができる推進ユニットを具有していることにあり、前述した構造以外の下穴掘削体を用いた場合でも、下穴掘削体が回転し、かつ拡径ビットのガイドとして用いることができるものであれば、その構造に制限はない。

１…掘削ヘッド、 ２…ロッドユニット、 ８…ソケット、
１０…前部ロッド部材、 １１…後部ロッド部材、 １２…中間ロッド部材、
１９…Ｏリング、 ２０…ピン、 Ｘ…ロッド部材の軸心、
Ｚ…ロッドユニットの軸心、 ４０…下穴掘削体、 ４５…拡径掘削体、
５１…刃具、 ５２…拡径ビット回転部、 ５６…拡径ビット非回転部、
６２…拡径ビット、 ７０…推進ユニット、 ７１…推進部材、
７２…推進具、 ７５…抜け止め具、 ８０…突起、 ８１…溝１

Claims (5)

1. 地中に進入して下穴を形成する掘削ヘッドと前記掘削ヘッドの後部に連結され掘削ヘッドに推力および回転力を伝達する屈曲自在なロッドユニットとを備えた下穴掘削体と、前記ロッドユニットから回転力が伝達されて軸心廻りに回転する回転刃具を備えるとともに前記ロッドユニットの軸方向に沿い移動する拡径ビットと前記拡径ビットの後部に連結され拡径ビットに推力を伝達する推進ユニットとを備えた拡径掘削体とを有する掘削体であって、前記推進ユニットは前記ロッドユニットの外径より大きな内径を有するとともに半径方向から前記ロッドユニットを通すことが可能な開放が軸心に沿い形成された略半円筒形状の複数の推進部材からなり、前記推進部材はその開放を通し前記ロッドユニットを半径方向から抱き込んだ状態で前記ロッドユニットの軸方向に沿いその軸心を揃えて当該ロッドユニットに一列に配設され、軸心方向において前記推進部材の一端面の両側には突起が、他端面の両側には前記突起に嵌め合い可能な溝が形成されており、隣接する推進部材の端部同士は前記突起と溝とで形成される関節を介して結合されている掘削体。
2. 軸心方向において前記推進部材の両端にはリング状の弾性部材を係止可能なピンが設けられ、隣接する推進部材のピン同士には前記弾性部材が係止されている請求項１に記載の掘削体。
3. 軸心方向において前記推進部材の一端面の頂部には突起が、他端面の頂部には溝が形成されている請求項１または２のいずれかに記載の掘削体。
4. 前記ロッドユニットを抱き込んだ前記推進部材の開放側から当該ロッドユニットを抱き込むよう前記推進部材に固定された推進部材の抜け止め具を有する請求項１乃至３のいすれかに記載の掘削体。
5. 前記ロッドユニットとは異なる推進手段により前記推進ユニットは推進される請求項１乃至４のいずれかに記載の掘削体。

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