JP2011094412A - 先導管の方向修正装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小口径の推進機に方向修正装置の適用を容易にし、上下、左右だけでなく、斜め方向への修正を容易に、一回の操作で安定的に行えるようにする。
【解決手段】先導管２０内に軸心に関して、刃口部２３と連結される４本の方向修正シリンダ４０を対称に配し、方向修正シリンダ４０には、後退限位置から中間位置までを第１段ストローク、中間位置から前進限位置までを第２段ストロークとする主ピストン４２と、主ピストン４２の後端面に当接する短ロッド４７が取り付けられ第１段ストロークをストロークとする補助ピストン４４を設け、主ピストン４２の後退限位置と、主ピストン４２の第１段ストロークである補助ピストン４４の前進限位置と、を同時に設定するストッパー５４を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、上下水道管を埋設したり、既設の埋設管の改修をする推進機に用いられる先導管の方向修正装置に関する。

地表を開削することなく、上・下水道管やガス管、電線管等の管を推進機で地中に埋設する推進工法が普及している。推進機は、地表から掘削した立坑内に設置され、推進機からはスクリューが延び、このスクリューの先端に設けられたカッタヘッドにより水平方向に地盤を掘削し、掘削した土砂はスクリューで立坑に排出される。かくして先導管に順次管を継ぎ足しながら、管を地中に推進することができる。

ところで、従来の推進機では、先導管の推進方向を修正する装置が先導管に設けられている。先導管の推進方向は計画と異なる方向に曲がることがあるからである。

この種の方向修正装置は、一般に、先導管の内部に４本の修正用油圧シリンダを上下左右に配置し、これらの修正用油圧シリンダを作動させて、先導管の先端部の刃口部を揺動させて推進方向の修正を行っている（例えば、特許文献１）。

その他、従来の修正装置では、２本シリンダ方式、８本シリンダ方式が知られている。

特開閉１１−３０３５７４号公報

従来の４本シリンダ方式の修正方法では、それぞれ上下、左右の４方向に対しては、先導管の刃口部を傾けることは容易であるが、斜め右上、斜め右下、斜め左上、斜め左下というような方向に修正をかけるためには、まず、上下に配置したシリンダを作動させて上下方向に修正をかけてから、左右に配置したシリンダを作動させて左右方向に修正をかけるというように、２段階に分けて修正動作する必要があった。

２本シリンダ方式は、１本のロッドで先導管の刃口部を揺動可能に支持し、左右対称に配置した２本のシリンダの伸長量を組み合わせて、上下、左右方向に修正をかけるという方式であるが、シリンダの数が少なく修正の作動力が弱いこと、ストローク量の検知が不可欠となるという問題があった。

８本シリンダ方式は、シリンダの数が多いだけに修正の作動力が大きく、また、８方向に修正をかけることも容易であるという利点がある。しかし、先導管の内部に、８本ものシリンダを組み込まなければならないため、シリンダの収容スペースが大きくなり、小口径の先導管には組み込めることができないという問題がある。

そこで、本発明の目的は、前記従来技術の有する問題点を解消し、小口径の推進機に適用が容易であり、上下、左右だけでなく、斜め方向への修正を容易に、一回の操作で安定的に行えるようにした先導管の方向修正装置を提供することにある。

前記の目的を達成するために、本発明は、先導管に挿通されるスクリューの先端に取り付けられたカッタヘッドにより地盤を掘削しながら地中に埋設管を推進する推進機において、前記先導管の先端に揺動自在に取り付けられた刃口部を揺動させることにより先導管の推進方向を修正する先導管の方向修正装置であって、前記先導管内に軸心に関して対称に配置され、前記刃口部と連結される４本の方向修正シリンダを備え、前記方向修正シリンダは、前記刃口部と連結されるピストンロッドが取り付けられ、後退限位置から中間位置までを第１段ストローク、前記中間位置から前進限位置までを第２段ストロークとする主ピストンと、前記主ピストンの後端面に当接する短ロッドが取り付けられ前記第１段ストロークをストロークとする補助ピストンと、前記主ピストンの後退限位置と、前記主ピストンを第１段ストロークまで押し出す前記補助ピストンの前進限位置と、を同時に設定するストッパーと、を有することを特徴とするものである。

本発明では、４本の前記方向修正シリンダは、前記先導管の軸心に関して９０°対称に、正方形をなす各頂点に配置される。
また、本発明は前記４本の各方向修正シリンダに供給する油圧の流れを切り換える切換弁を有し、先導管の推進方向を上下、左右、上・左右、下・左右の８方向のうち、任意の修正方向に選択する油圧制御回路を備える。

さらに、本発明は、前記各方向修正シリンダは、前記先導管の内部にシリンダ収容室を仕切る取付板に嵌合する固定部材を介してシリンダチューブが取り付けられる。

前記各方向修正シリンダのシリンダチューブの側面には、前記主ピストンが収容される主シリンダ室に圧油を供給するポートが形成され、前記固定部材に前記補助ピストンを作動させる補助シリンダ室に圧油を供給するポートが形成される。

本発明によれば、小口径の推進機に適用が容易であり、上下、左右だけでなく、斜め方向への修正を容易に、一回の操作で安定的に行うことができる。

本発明による先導管の方向修正装置が適用される推進機を示す側面図である。 同先導管の方向修正装置が組み込まれる先導管の縦横断面図である。 本発明の一実施形態による先導管の方向修正装置を構成する方向修正シリンダを示す縦断面図である。 図３の方向修正シリンダにおいて、第１段ストロークでの動作を示す縦断面図である。 図３の方向修正シリンダにおいて、第２段ストロークでの動作を示す縦断面図である。 方向修正シリンダを制御する油圧回路図を示す図である。 方向修正シリンダの配置と、刃口部が中立位置にある先導管先端部を示す縦断面図である。 方向修正の方向と方向修正シリンダのストロークとの関係を示す図表である。 刃口部が下向きに傾いた状態の先導管先端部を示す縦断面図である。 刃口部が斜め上向きに傾いた状態の先導管先端部を示す縦断面図である。

以下、本発明による先導管の方向修正装置の一実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。
図１において、参照番号１０は、本発明の方向修正装置が適用される推進機の全体を示す。この推進機１０には、埋設管を地中に非開削で推進する工法で広く用いられる公知の推進機が利用される。参照番号７０は老朽化した既設管である。参照番号８０は、更新管を示している。この更新管８０は、例えば、ヒューム管である。

更新管８０の始端位置には立坑１４（以下、発進立坑という）が掘削され、推進機１０はこの発進立坑１４に運び込まれる。
推進機１０においては、ベースとなるガイドフレーム１５の上に推進機本体が移動可能に設置されている。この推進機本体の左右両側には、更新管８０を押し出す推力を発生する油圧シリンダ１６が配設されている。この油圧シリンダ１６のピストンロッドの先端部は、反力受け１７に固定されている。

推進機１０の本体には、先導管２０、更新管８０が順に継ぎ足される。
図２は、先導管２０の構成を示す縦断面図である。先導管２０の先端には、刃口部２３が接続されている。先導管２０の内部では、ケーシング２１に同軸的にスクリュー１８が収容されている。このスクリュー１８は推進機１０まで延びている。カッターヘッド２２は、スクリュー１８の先端に取り付けられスクリュー１８と一体で回転する。

カッターヘッド２２は、円板状の面板２５を含む。面板２５の前面には、所要数のカッター２６が所定の位置に取り付けられている。また、面板２５には、土砂等を取り込む図示しない開口部が開口しており、土砂等は開口部から刃口部２３の内部に導入され、スクリュー１８によって発進立坑１４まで移送される。

図２において、刃口部２３は、揺動可能に先導管２０の先端に接続されている。この刃口部２３は、円筒状の刃口リング２７を含む。刃口リング２７の内側には、径が狭くなるように傾斜するガイド部２８が取り付けられている。また、刃口リング２７の端部には、次に説明する方向修正シリンダ４０からの押圧力を受ける受け板３０が取り付けられている。受け板３０には、刃口リング２７と同径の継手３１が固定され、先導管２０の先端にも継手３２が接続されている。継手３１、３２の間には、ゴムシール３３が装着されている。

先導管２０の先端部においては、受け板３０とブラケット３４の間に、方向修正シリンダ４０を収容する空間３６が形成されている。この方向修正シリンダ４０によって、刃口リング２７を揺動させ、推進方向を強制的に修正できるようになっている。この方向修正シリンダ４０は、９０°ずつ対称に４カ所に配置されている。

図３は、方向修正シリンダ４０の縦断面を示す。この方向修正シリンダ４０のシリンダチューブ４１の内部には、主ピストン４２と補助ピストン４４とからなる２つのピストンが収容されている。主ピストン４２には、ピストンロッド４３が取り付けられており、このピストンロッド４３は、先端金具４５を介して刃口部２３の受け板３０に当接されている。先端金具４５の端面は曲面４６に加工されており、この曲面４６で受け板３０に当接するようになっている。補助ピストン４４には、短ロッド４７が取り付けられ、この短ロッド４７は主ピストン４２の後端面に当接している。

方向修正シリンダ４０では、主ピストン４４と補助ピストン４４の間に主シリンダ室４９が形成されており、この主シリンダ室４９には、シリンダチューブ４１に開口するＢポートから圧油が供給される。ロッドカバー４８と主ピストン４４の間にはシリンダ室５１が形成され、Ｃポートから圧油が供給される。また、補助ピストン４４とヘッドカバー５０の間に補助シリンダ室５３が形成されている（図４参照）。ヘッドカバー５０と固定部材５２を貫通するようにして、油通路が形成されており、この補助シリンダ室５３には固定部材５２の端面に開口しているＡポートから圧油が供給される。なお、固定部材５２は、ブラケット３４から突き出るように嵌合しているので、ナット３５を締結することで、方向修正シリンダ４０を固定することができる。

主ピストン４２と補助ピストン４４の間には、ストッパー５４が設けられている。このストッパー５４は、シリンダチューブ４１の内周面から突出した凸部を形成している。図３では、主ピストン４２はストッパー５４に当接しており、このとき主ピストン４２は、後退限位置にある。そして、補助ピストン４４の方も、後退限位置にあり、前進してストッパー５４に当接する位置が前進限位置である。この実施形態では、次のように、主ピストン４２と補助ピストン４４とをストッパー５４で規制することにより、２段階のシリンダストロークを実現している。

Ａポートから供給される圧油により、補助ピストン４４が図３に示す後退限位置から図４に示すようにストッパー５４に当接するまで前進すると、補助ピストン４４は、主ピストン４２を図４に示す中間位置まで押し出す。この間の主ピストン４２の行程が第１段のストロークＳ1である。

次に、Ｂポートから圧油が主シリンダ室４９に供給されると、主ピストン４２は図５に示す前進限位置まで前進する。主ピストン４２が中間位置から前進限位置までの行程が第２段ストロークＳ2である。なお、この実施形態では、第１段ストロークＳ1と第２段ストロークＳ2との関係はＳ2＝Ｓ1になるように、ストッパー５４の取付位置が設定されている。なお、２段ストロークをした場合には、主ピストン４２は、後退限位置からの関係では、１段ストロークＳ1の２倍の行程を移動することになる。

図６は、方向修正シリンダ４０の動作を制御する油圧回路を示す図である。この図６において、参照番号６０は、油圧ユニットを示す。この油圧ユニット６０からは油圧ライン６１が伸び、この油圧ライン６１は途中で油圧ライン６２ａ、６２ｂの二手に分岐する。このうち、油圧ライン６２ａには、第１段ストローク用の電磁弁６３ａ乃至６３ｄが並列に設けられ、各電磁６３ａ乃至６３ｄの下流は、各方向修正シリンダ４０のＡポートに接続され、もう一方の油圧ライン６２ｂには、第２段ストローク用の電磁弁６４ａ乃至６４ｄが並列に設けられ、各電磁弁６４ａ、６４ｄの下流は、各方向修正シリンダ４０のＢポートに接続されている。

一方、各方向修正シリンダ４０のＣポートには油圧ラインが接続され、これらは合流して油圧ライン６５として油圧ユニット６０に接続されている。油圧ユニット６０には、方向切換電磁弁６６が設けられている。ソレノイド６７ａが励磁されると、圧油は油圧ライン６１に供給され、第１段ストローク用の電磁弁６２ａ乃至６２ｄ、第２段ストローク用の電磁弁６４ａ、６４ｄを開閉を選択的に組み合わせることで、各方向修正シリンダ４０のストロークを第１段または第２段のストロークで前進させることができる。ソレノイド６７ｂが励磁されると、圧油は油圧ライン６５を通ってシリンダ室５１に供給され、各方向修正シリンダ４０の主ピストン４２を初期位置に戻すことができる。

本実施形態による先導管の方向修正装置は、以上のように構成されるものであり、次に、その作用並びに効果について説明する。
図７（ａ）は、各方向修正シリンダ４０の配置を示す。この配置は、推進方向に向かってみた配置位置を表している。図７（ｂ）は、それぞれ方向修正シリンダ４０は作動しておらず、中立位置にある状態の刃口リング２７を示す。

刃口リング２７が中立位置にあるときには、図３に示したように、各方向修正シリンダ４０では、主ピストン４２はストッパー５４に当たっている状態にある。したがって、真っ直ぐに推進する間は、地盤からの反力を受けても主ピストン４２は、ストッパー５４によって支持されることになるので、大きな反力がかかっても、刃口部２３を安定して支持することができる。

図８は、図７（ａ）のように方向修正シリンダ４０が配置された場合に、方向修正するときのシリンダストロークの関係を示す。

先導管２０の推進方向を下向きに修正する場合を考える。この場合は、左上、右上に配置される＃２、＃３の各方向シリンダ４０は、第１段ストロークＳ1で作動させ、左下、右下に配置される＃１、＃４の方向修正シリンダ４０は作動させないようにすればよい。これにより、図９に示すように、刃口リング２７が傾くので、推進方向を下向きに修正することができる。

先導管２０の推進方向を上向きに修正する場合には、左下、右下に配置される＃１、＃４のそれぞれの方向修正シリンダ４０を第１段ストロークＳ1で作動させれば、刃口リング２７を上向きに傾動させ推進方向を上向きに修正することができる。

同様に、先導管２０を右向きに修正する場合には、左下、左上に配置される＃１、＃２の方向修正シリンダ４０を第１段ストロークＳ1にし、左向きに修正する場合には、右下、右上に配置される＃３、＃４の方向修正シリンダ４０を第1段ストロークＳ1で作動させればよい。

本実施形態による方向修正装置では、第１段ストロークＳ１の２本の方向修正シリンダ４０と、第２段ストロークＳ2の１本の方向修正シリンダ４０を組み合わせることにより、図８に示すように、下左、上左、上右、下右の方向にも先導管２０の推進方向を修正することができる。

まず、先導管２０の推進方向を上右の方向に修正する場合を考える。この場合は、図１０に示すように、左上、右下の＃２、＃４の方向修正シリンダ４０を第１段ストロークＳ１にして、左下の＃１の方向修正シリンダ４０を第２段ストロークＳ2にすればよい。

同様に、下左、上左、下右の方向に修正するときも図８に示すようにように、第１段ストロークＳ１と第２段ストロークＳ2を組み合わせればよい。

以上のようにして、斜め方向を含む８方向に推進方向を修正することができ、しかも、４本の方向修正シリンダ４０により修正動作を実現しているため、小口径用の先導管２０であっても、方向修正シリンダ４０を組み込むことができるので、小口径推進での方向修正をどの方向に関しても１回の操作で行えるようになる。

また、従来のシリンダ４本方式の既存の方向修正装置において、方向修正シリンダを交換することで、本発明の方向修正装置に転換することが容易にできるという利点がある。

また、各方向修正シリンダ４０は、主ピストン４２と補助ピストン４４を１つのシリンダチューブ４１に収容することで二段階のストロークを実現しているために、シリンダチューブ４１をブラケット３４に直接固定することできるようになるので、油圧の配管がし易いという利点もある。

１０…推進機、１８…スクリュー、２０…先導管、２２…カッターヘッド、２３…刃口部、２７…刃口リング、３０…受け板、４０…方向修正シリンダ、４２…主ピストン、４４…補助ピストン、５４…ストッパー、６０…更新管

Claims (5)

1. 先導管に挿通されるスクリューの先端に取り付けられたカッタヘッドにより地盤を掘削しながら地中に埋設管を推進する推進機において、前記先導管の先端に揺動自在に取り付けられた刃口部を揺動させることにより先導管の推進方向を修正する先導管の方向修正装置であって、
   前記先導管内に軸心に関して対称に配置され、前記刃口部と連結される４本の方向修正シリンダを備え、
   前記方向修正シリンダは、
   前記刃口部と連結されるピストンロッドが取り付けられ、後退限位置から中間位置までを第１段ストローク、前記中間位置から前進限位置までを第２段ストロークとする主ピストンと、
   前記主ピストンの後端面に当接する短ロッドが取り付けられ前記第１段ストロークをストロークとする補助ピストンと、
   前記主ピストンの後退限位置と、前記主ピストンを第１段ストロークまで押し出す前記補助ピストンの前進限位置と、を同時に設定するストッパーと、
   を有することを特徴とする先導管の方向修正装置。
2. ４本の前記方向修正シリンダは、前記先導管の軸心に関して９０°対称に、正方形をなす各頂点に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の先導管の方向修正装置。
3. 前記４本の各方向修正シリンダに供給する油圧の流れを切り換える切換弁を有し、先導管の推進方向を上下、左右、上・左右、下・左右の８方向のうち、任意の修正方向に選択する油圧制御回路を備えることを特徴とする請求項１に記載の先導管の方向修正装置。
4. 前記各方向修正シリンダは、前記先導管の内部にシリンダ収容室を仕切る取付板に嵌合する固定部材を介してシリンダチューブが取り付けられたことを特徴とする請求項１に記載の先導管の方向修正装置。
5. 前記各方向修正シリンダのシリンダチューブの側面には、前記主ピストンが収容される主シリンダ室に圧油を供給するポートが形成され、前記固定部材に前記補助ピストンを作動させる補助シリンダ室に圧油を供給するポートが形成されたことを特徴とする請求項４に記載の先導管の方向修正装置。

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