JP2011111829A - 推進工法および地中管路 - Google Patents

Abstract

【課題】余堀りを行いながら地中に所定長さの地中管路を形成していく推進工法において、推進管群に蛇行が生じさせないようにする。
【解決手段】余堀りを行いながら地中に所定長さの地中管路を形成していく推進工法であって、始点ａおよび終点ｂである地中管路２０を形成するに際し、緩和曲線領域Ｙ１，Ｙ２が形成されるように掘進機を進行させる。緩和曲線領域Ｙ１とＹ２の間を単曲線領域Ｘで接続する。直線領域が少ないので、余掘りした掘削穴内で推進管群が蛇行するのを防ぐことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、推進工法およびその推進工法で作られる地中管路に関する。

公共下水道工事など、地下に管を埋設する埋設工事の施工方法として、推進工法が広く採用されている。推進工法は、管を埋設する全体の範囲を開削せず、例えば、コンクリート製の管を順次地中に押し出していくことによって、管を地中に埋設していく施工方法である。以下、本明細書では、前記地中に埋設する管を「推進管」という。

推進工法による埋設工事の概要を、図３を参照して説明する。まず、推進管１０を埋設する始点と終点との位置に、推進管１０を埋設する深さまでの立坑（発進立抗１と到達立抗２）を掘削する。続いて、推進管１０の埋設を行う始点である発進立抗１に設置された元押手段３が、推進管１０の径に相当する径である掘進機４を到達立抗２に向けて押し出すことによって、掘進機４が地中を掘りながら推進する。

元押手段３による押し出し量が最大の状態、例えば、元押手段３によって掘進機４が全て地中に押し込まれた状態となると、掘進機４の後端に推進管１０ａが押しあてられ、元押手段３がこの推進管１０ａを押し出すことによって、掘進機４がさらに押し出される。その後、元押手段３による押し出し量が最大となると、推進管１０ａの後端に次の推進管１０ｂが押しあてられ、元押手段３がこの推進管１０ｂを押し出す。以降、この工程を推進管１０ｃ，１０ｄ，・・について繰り返す。

掘進機４が、推進管１０の埋設を行う終点である到達立抗２に到達したときには、掘進機４の押し出しに使用していた推進管１０が掘進機４の通った経路に埋設されたこととなり、推進管１０による管路が形成される。最後に掘進機４および元押手段３を撤去し、発進立抗１と到達立抗２にマンホールを設置して埋め戻すことによって、推進管の埋設工事が完了する。

上記の推進管の埋設工事において、推進管を埋設する始点と終点とを直線で結ぶ経路上に除去できない障害物が存在する場合があり、その場合には、障害物を回避しながら施工しなければならない。そのために、推進工法においても、始点と終点の全部または一部を曲線で結ぶ曲線施工が必要となる。そのような曲線施工において、曲線としては単曲線、すなわち、曲率半径が曲線区間で一定な曲線が一般に採用されている。また、設計上の曲線経路に沿って掘進機４を地中で進行させるための手法も、特許文献１等に記載されるように、すでに知られている。

このような曲線施工では、真っ直ぐな推進管を、図４に示すように、曲線に沿って推進させることとなるため、掘進機４の先端に、図３に示すように推進管４の径よりも大きな径の掘削具５を取り付け、推進管１０の径よりも大きな径に余掘りされた掘削穴２０を掘削していく、いわゆる余掘り推進工法が一般に行われている。

上記の推進工法に使用される推進管１０には、材質としては、コンクリート製、レジンコンクリート製、陶製、鉄製のものが多く用いられる。そのため、元押手段３が推進管１０を押し出す際に、推進管１０同士が接触すると、その接触している部分に破損が起こりやすい。推進管１０の破損を防ぎ、かつ、推進管１０を推進するための推進力を伝達させるために、推進管１０の端部には、通常、推力伝達材１１が取り付けられる。そのような推力伝達材の好適な一例が、特許文献２に記載されており。この推力伝達材は、発泡ポリスチレン製であって０．３〜０．８の比重を有する板状の低倍発泡成形品である。

特開２０００−１８６４９１号公報 特公昭６１−８３２０号公報

前記した余掘りを行う推進工法において、始点と終点との間には、直線経路と曲線経路の双方が存在しているのが普通である。その場合、余掘りされた直線状の掘削路（掘削穴)内を、連続した状態にある複数個の推進管が、元押手段で押し出されながら進んでいくこととなるが、余掘りされた掘削穴２０の径は、推進管１０の径よりも大きいことから、図５に示すように、推進管群が掘削穴２内で蛇行することが起こり得る。そして、直線施工部で蛇行した推進管群がそのまま単曲線施工部に入り込むと、図６に示すよう、曲線施工部でも蛇行状態を維持したまま進行し、場合によっては、逆方向へ蛇行を繰り返すこともある。

推進工法においては、直線施工部で推進管の全面にほぼ均等に作用する応力、単曲線施工部で推進管の局所に作用する集中応力を計算し、それに応じた強さと厚さを持つ推力伝達材を選定して各推力管の端部に取り付けるようにしている。しかし、上記のように直線施工部において推進管群に方向性のない蛇行が生じると、設計時に想定されていない大きさの応力が、推力伝達材内の想定されていない部位に作用することとなり、その部分で推力伝達材は想定されていない圧縮力を受けて潰れが生じる。

このような予期しない潰れが推力伝達材に生じてしまうと、その後において推力伝達材は設計どおりの圧縮を発揮することができず、推進管に作用する応力が許容値を超えてしまい、推進管に破損を起こす恐れがある。そのために、余掘りを行う推進工法において、掘削した管路内で推進管群に蛇行を生じさせないようにすることが求められている。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、掘削具を備えた掘進機と推力伝達材を備えた推進管と元押手段とを用いて余堀りを行いながら地中に所定長さの地中管路を形成していく推進工法において、推進管群に蛇行が生じさせないようにすることを課題とする。

本発明による推進工法は、掘削具を備えた掘進機と推力伝達材を備えた推進管と元押手段とを用いて余堀りを行いながら地中に所定長さの地中管路を形成していく推進工法であって、全部または一部の地中管路形成領域において緩和曲線領域が形成されるように掘進機を進行させることを特徴とする。

本発明による他の推進工法は、掘削具を備えた掘進機と推力伝達材を備えた推進管と元押手段とを用いて余堀りを行いながら地中に所定長さの地中管路を形成していく推進工法であって、前記地中管路は少なくとも１つの単曲線領域を有し、該単曲線領域の始端部と第１の緩和曲線領域の終端部とが同じ曲率半径で接続し、前記単曲線領域の終端部と第２の緩和曲線領域の始端部とが同じ曲率半径で接続するように掘進機を進行させることを特徴とする。

上記のいずれの推進工法においても、掘進機が直線的に進行する領域を持たないようにすることは、より好ましい態様である。

本発明による推進工法では、設計上の管路に沿うようにして余掘りしながら掘進機が進行することで、地中には、そこで使用する推進管の径よりも大きな径を持つ緩和曲線領域が形成される。そして、形成された緩和曲線領域では、推力伝達材を備えた推進管の群は、該曲線の径方向外側に沿うようにして元押手段により連続して推進されるので、緩和曲線領域内で、推進管の群に蛇行が生じることはない。従って、推進管に備えた推力伝達材には設計値どおりの応力が設計した場所に連続して作用することとなり、設計値を超えた圧縮が推力伝達材に生じるのを回避できる。それにより、施工中に、推進管に許容値を超えた応力が作用して破損を起こすのを確実に回避できる。掘進機が緩和曲線領域からそこに接続する単曲線領域に進行しても、推進管群が当該曲線の径方向外側に沿うようにして元押手段により継続して推進されるので、そこでも蛇行が生じることはない。

本発明による推進工法において、形成する地中管路の始点から終点までのすべてが緩和曲線領域として施工されてもよく、あるいは緩和曲線領域と単曲線とが連続した領域として施工されてもよい。この場合には、地中管路領域に直線領域が存在しないので、推進管群に蛇行が生じるのを完全に回避することができる。しかし、始点側の一部あるいは終点側の一部に直線領域があっても、それが短い距離、例えば使用する推進管の数本分の距離であれば、その領域で推進管群に蛇行が生じるのをほぼ回避することができるので、その場合に、所期の目的を達成することができる。

回避すべき障害物の位置および管路の始点と終点を結ぶ直線からの距離に応じて、形成する地中管路の始点から終点までのすべてを緩和曲線領域とするか、あるいは緩和曲線領域と単曲線領域を組み合わせた領域とするかを選択すればよい。

本出願は、上記した推進工法で施工される地中に形成された地中管路も開示する。その一つは、前記地中管路は、全部または一部の領域に緩和曲線領域を有することを特徴とする、また他の１つは、前記地中管路は少なくとも１つの単曲線領域を有し、該単曲線領域の始端部は第１の緩和曲線領域の終端部と同じ曲率半径で接続しており、該単曲線領域の終端部は第２の緩和曲線領域の始端部と同じ曲率半径で接続していることを特徴とする。

なお、本発明において、「単曲線」とは、その曲線区間で曲線半径（曲率）が一定である曲線をいっており、「緩和曲線」とは、直線から所定の円弧曲線（単曲線）の曲率へ徐々に曲率が変化していく曲線をいっている。また、本発明において、緩和曲線は、直線と円弧曲線（単曲線）の接続領域だけでなく、曲線半径の異なる円弧曲線同士を接続するときにも用いることができる。緩和曲線としては、曲率が一定の比率で変化するクロソイド曲線が代表的なものとして例示できるが、これに限らない。

本発明によれば、掘削具を備えた掘進機と推力伝達材を備えた推進管と元押手段とを用いて余堀りを行いながら地中に所定長さの地中管路を形成していく推進工法において、管路形成中に推進管群が蛇行するのをほぼ抑制することができ、結果として、推力伝達材が設計値以上に圧縮して潰れるのを回避し、それにより、掘削施工中に、推進管に損傷が生じるのを阻止することが可能となる。

本発明による推進工法とその推進工法により形成された地中管路の一例を説明するための図。 従来の推進工法により形成された地中管路の一例を説明するための図。 余掘りを行う推進工法を説明するための図。 推進工法での曲線施工領域を説明するための図。 余掘りされた直線管路内での推進管群の挙動を説明するための図。 余掘りされた曲線管路内での推進管群の挙動を説明するための図。

以下、図１を参照して、本発明の一実施の形態を説明する。図１において、２０は余掘り推進工法によって形成された地中管路であり、基本的には、図３に基づき先に説明した装置および方法を用いて形成されたものである。

地中管路２０において、ａ点は管路始点であり、ｂ点は管路終点である。地中管路２０は障害物を避けるために全体として曲線経路を取っており、その中間部分はｃ点を始点としｄ点を終点とする曲率半径Ｒの単曲線領域Ｘとされている。

そして、地中管路２０の始点であるａ点と単曲線領域Ｘの始点であるｃ点との間は緩和曲線領域Ｙ１で接続されており、地中管路２０の終点であるｂ点と単曲線Ｘの終点であるｄ点との間も緩和曲線領域Ｙ２で接続されている。また、緩和曲線領域Ｙ１の終点すなわち前記ｃ点での曲率半径、および緩和曲線領域Ｙ２の始点すなわちｄ点での曲率半径は、単曲線領域Ｘの曲率半径Ｒの同じ曲率半径となっている。

図２は、同じ地中管路２０を従来の余掘り推進工法で施工する場合の一般例を示しており、地中管路２０の始点であるａ点と単曲線領域Ｘの始点であるｃ点との間は直線領域Ｚ１で接続され、地中管路２０の終点であるｂ点と単曲線Ｘの終点であるｄ点との間も直線領域Ｚ２で接続されている。この場合には、図５に基づき先に説明したように、直線領域Ｚ１あるいはＺ２で、推進管群に蛇行が生じる恐れがある。

一方、図１に示した本発明による形態では、推進管群は、緩和曲線領域Ｙ１およびＹ２において、その径方向外側に沿うようにして元押手段により連続して推進されるようになるので、緩和曲線領域Ｙ１およびＹ２内で、推進管群に蛇行が生じるのを回避できる。蛇行のない状態で緩和曲線領域Ｙ１内を追加した推進管群は、そのままの姿勢で単曲線領域Ｘに進入するので、そこでも推進管群の蛇行は生じない。

それにより、地中管路２０を形成する過程で、推力伝達材１１が設計値以上に圧縮して潰れるのを回避することができ、掘削施工中に、推進管１０に損傷が生じるのを阻止することができる。

なお、本発明による地中管路を形成するに際しては、前記したように、基本的に図３に基づき説明した、掘削具５を備えた掘進機４と推力伝達材１１を備えた推進管１０と元押手段３とを用いる従来の余掘り推進工法をそのまま用いることができる。ただし、前記した緩和曲線領域Ｙ１およびＹ２では、掘削具５を備えた掘進機４が設計した緩和曲線に沿って進行するように、掘進機４等の操作を行う。

例えば、緩和曲線としてクロソイド曲線を採用する場合、掘進機４が通過する位置ごとの曲率半径を次式により計算する。

１／Ｒ＝Ｃ・Ｌ （クロソイド曲線式）
Ｒ・Ｌ＝１／Ｃ＝Ａ^２ （クロソイドの基本式）
ここで、Ｒ＝円曲線半径、Ｌ＝クロソイド曲線長、Ｃ＝係数、Ａ＝長さの単位を持った係数（クロソイドのパラメーター）である。
いま、設計条件として、Ａ＝２００とした場合、
Ｒ・Ｌ＝Ａ^２
Ｒ・Ｌ＝１２０^２
Ｒ＝１２０^２／Ｌ
そこで、仮にクロソイド曲線の始点から、Ｌ＝８０ｍ進んだ位置での半径Ｒを計算すると、
Ｒ＝１２０^２／８０
Ｒ＝１８０
したがって、８０ｍ進んだ位置では、掘進機４を曲率半径１８０ｍに対応するように操作すればよいこととなる。

なお、図１では、地中管路２０として、始点がａ点、終点がｂ点で、そこを緩和曲線領域Ｙ１と単曲線領域Ｘと緩和曲線領域Ｙ２とで接続したものを示したが、本発明による推進工法で施工される地中管路は、これに限らない。

例えば、図１では緩和曲線Ｙ１と緩和曲線Ｙ２とが同じ方向に湾曲しているが、回避すべき障害物の位置によっては、一方が他方に対して逆方向に湾曲していてもよい。また、前記ａ点の前に直線領域が接続していてもよく、また前記ｂ点の後に直線領域が接続していてもよい。さらに、始点がａ点であり、終点がｃ点あるいはｄ点である地中管路２０であってもよい。終点がｃ点の場合には緩和曲線のみで、地中管路２０が構成される。

２０…地中管路、
Ｘ…単曲線領域、
Ｙ１，Ｙ２…緩和曲線領域、
ａ…地中管路の始点、
ｂ…地中管路の終点、
ｃ…単曲線領域の始点（緩和曲線領域Ｙ１の終点）、
ｄ…単曲線領域の終点（緩和曲線領域Ｙ２の始点）。

Claims (5)

1. 掘削具を備えた掘進機と推力伝達材を備えた推進管と元押手段とを用いて余堀りを行いながら地中に所定長さの地中管路を形成していく推進工法であって、
   全部または一部の地中管路形成領域において緩和曲線領域が形成されるように掘進機を進行させることを特徴とする推進工法。
2. 掘削具を備えた掘進機と推力伝達材を備えた推進管と元押手段とを用いて余堀りを行いながら地中に所定長さの地中管路を形成していく推進工法であって、
   前記地中管路は少なくとも１つの単曲線領域を有し、該単曲線領域の始端部と第１の緩和曲線領域の終端部とが同じ曲率半径で接続し、前記単曲線領域の終端部と第２の緩和曲線領域の始端部とが同じ曲率半径で接続するように掘進機を進行させることを特徴とする推進工法。
3. 掘進機が直線的に進行する領域を持たないことを特徴とする請求項１または２に記載の推進工法。
4. 推進工法により地中に形成された地中管路であって、該地中管路は全部または一部の領域に緩和曲線領域を有することを特徴とする地中管路。
5. 推進工法により地中に形成された地中管路であって、前記地中管路は少なくとも１つの単曲線領域を有し、該単曲線領域の始端部は第１の緩和曲線領域の終端部と同じ曲率半径で接続しており、前記単曲線領域の終端部は第２の緩和曲線領域の始端部と同じ曲率半径で接続していることを特徴とする地中管路。

Images