JP2014125821A - 管支持装置および管の支持方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 管を地山に挿入する際の管のがたつきを抑制し、挿入精度を向上させることができる装置および方法を提供する。
【解決手段】 この装置は、所定の角度で管を挿入する際に用いられる管の一部を支持するための管支持装置であり、管の一部を支持する載置部材１０８と、支持装置１００が設置される設置面に対して垂直方向の載置部材１０８の位置を調整し、調整した位置で載置部材１０８を固定する第１調整機構１０９と、管の長手方向に対して垂直方向に延びる棒状部材１１５と、設置面に対して垂直方向の棒状部材１１５の位置を調整し、管が浮き上がらないように棒状部材１１５を該管の上部に隣接させて固定する第２調整機構１１６とを含む支持装置１００を、管に対して少なくとも２つ設置し、各載置部材１０８の、設置面に対して垂直方向の位置を変えることにより上記角度で管を挿入することを可能にする。
【選択図】 図４

Description

本発明は、地山等に管を挿入する際の挿入精度を向上させるために用いる管支持装置およびその方法に関する。

トンネルを構築する際に使用される補助工法の１つとして、切羽の安定性を向上させ、地表面の沈下の抑制を図るために、鋼管による先受け工法が多く用いられている。その鋼管の長さが５ｍ以上のものを用いた先受け工法として、長尺先受け工法がある。先受け工法は、フォアパイリング工法とも呼ばれ、トンネル掘削に先行して掘削箇所の上部の地山を支持する工法である。

長尺先受け工法では、脆弱な地山が崩れないように先受け部材である鋼管をその地山に挿入する。その鋼管を挿入するための機械として、専用の機械を利用することができるが、汎用機械であるドリルジャンボを使用することができれば、低コストで施工を行うことができるので望ましい。

ドリルジャンボを使用する場合、従来において、図１に示すようなトンネルの形状に合わせて構築されたアーチ状の鋼材１０に、２つの略平行に配置される棒状部１１ａと底上げ金具１１ｂと棒状の逸脱防止ストッパ１１ｃとを備える管支持装置１１を取り付け、その管支持装置１１により鋼管１２を支持しつつ、図２に示すようにドリルジャンボ１３により鋼管１２の長手方向である地山１４へ向けて挿入している。鋼管１２は、例えば、約３ｍの鋼管を継ぎ足し、約１０〜２０ｍとしたものを使用する。それ以上の長い区間を長尺先受けする場合は、図３に示すように一部をオーバーラップさせ、地山１４に設置する。この形状は、傘に似ていることから、アンブレラアーチと呼ばれる。

このような望ましいオーバーラップを実現するためには、矢線Ａで示すトンネル軸方向と平行に鋼管１２を挿入するのではなく、トンネル軸方向に対して所定の角度で傾斜させるように挿入する必要がある。管支持装置１１では、底上げ金具１１ｂ（単なる板または箱体）を現物に合わせて製作しているので、鋼管１２を所定の角度で傾斜させるように挿入し、設置することを可能にしている。

このように所定の角度で鋼管１２を支持する構成としては、従来において、アーチ状の鋼材１０の上面または下面に、複数の鋼管１２を所定の角度で支持する管支持部材を有する構成（特許文献１参照）や、アーチ状の鋼材１０自体に設けられた孔にガイドを備え、鋼管１２をガイドに挿入して、そのガイドが鋼管を所定の角度で支持する構成（特許文献２参照）等もある。

特開２００８−２４８５２８号公報 特開２００８−０７５２９２号公報

上記管支持部材やガイドは、アーチ状の鋼材１０に固定され、所定の角度に傾斜させた短尺のパイプを用いるので、そのパイプと鋼管１２との間にある程度の遊びがないと挿入することができない。しかしながら、遊びがあると、鋼管１２のがたつきが生じ、鋼管１２の地山への挿入精度が低下してしまう。このことは、図１に示した管支持装置１１でも同様のことが言える。

また、これらは、アーチ状の鋼材１０に固定され、上記パイプおよび底上げ金具１１ｂが上下に移動しないので、自由に微調整を行うことができない。このため、これらを他の現場等に転用することは難しく、現物合わせで製作し、設置しなければならない。これでは手間がかかり、コストもかかる。

そこで、鋼管１２のがたつきを抑制し、微調整を行うことができ、その設置にも手間がかからない管支持装置およびその方法の提供が望まれていた。

本発明は、上記課題に鑑み、所定の角度で管を挿入する際に用いられる該管の一部を支持するための管支持装置であって、管の一部を支持する載置部材と、支持装置が設置される設置面に対して垂直方向の載置部材の位置を調整し、調整した位置で載置部材を固定する第１調整機構と、管の長手方向に対して垂直方向に延びる棒状部材と、設置面に対して垂直方向の棒状部材の位置を調整し、管が浮き上がらないように棒状部材を管の上部に隣接させて固定する第２調整機構とを含む支持装置を、管に対して少なくとも２つ設置し、各支持装置が備える各載置部材の、設置面に対して垂直方向の位置を変えることにより、上記角度で管を挿入することを可能にする、管支持装置が提供される。

本発明の管支持装置および管支持方法を提供することにより、管を地山に挿入する際のがたつきを抑制し、管の挿入精度を向上させることができる。また、現場設置の手間を軽減することができる。

従来の管支持装置の構成例を示した図。 ドリルジャンボを使用して管を地山に挿入しているところを示した図。 地山に挿入された複数の管により形成されたアンブレラアーチを例示した図。 本実施形態の管支持装置に用いられる支持装置の構成例を示した図。 本実施形態の管支持装置に用いられる支持装置の構成例を示した斜視図。 図４に示す支持装置が備える載置部材の例を示した断面図。 図４に示す支持装置が備える第１調整機構の例を示した図。 管支持装置を使用して鋼管を支持する処理の流れを示したフローチャート。

図４および図５は、本実施形態の管支持装置に用いられる支持装置の構成例を示した図である。管支持装置は、少なくとも２つの支持装置１００から構成される。図４（ａ）は、この支持装置１００の正面図であり、図４（ｂ）は、その側面図であり、図５は、その斜視図である。支持装置１００は、例えば、トンネル掘削時における長尺先受け工法において、トンネル形状に合わせたアーチ状の鋼材にクランプ等を用いて取り付け、管の長手方向へ向けて地山に挿入する際にその管の一部を支持するために用いられる。ここでは、長尺先受け工法に使用するものとして説明するが、この工法以外であっても、管を高い精度で挿入する必要がある場合に使用することができるものである。

アーチ状の鋼材としては、断面がＨ形であるＨ形鋼を半円状に曲げたものが用いられる。この鋼材を一定間隔でトンネル軸方向へ設置し、複数の鋼材のそれぞれに、支持装置１００をトンネル軸方向へ向けて配列するように取り付け、その配列する複数の支持装置１００により、１本の管を支持する。

管としては、例えば、口径が４〜６インチの鋼管が使用される。鋼管は、他端がドリルジャンボと呼ばれる汎用機械に連結され、一端にはビットと呼ばれる削孔部材が取り付けられる。鋼管の長手方向の途中が、配列する複数の支持装置１００により支持される。

ドリルジャンボに搭載されている削岩機による削孔では、一例として、スリーブと呼ばれる連結部材を用いて、鋼管内の削孔ロッドと削岩機内のシャンクロッドと呼ばれる一定方向に回転する回転部材に連結する。削岩機が削孔ロッドに回転力と推進力および打撃力を加えることにより、ドリルジャンボは、先端のビットにより地山を所定の傾斜角度で削孔し、それに伴ってビット後端部に連結された鋼管を地山の所望の位置に挿入して設置する。ちなみに、削孔終了後に削孔ロッドは回収され、鋼管のみが地山中に残置される。

ドリルジャンボは、上記削岩機が搭載されるブームを複数持ち、同時に複数の鋼管を挿入し設置することが可能である。このドリルジャンボを使用して鋼管を地山の各位置に設置していき、最終的には、図３に示すようなアンブレラアーチを形成する。

支持装置１００は、Ｈ形鋼から構成される１つのアーチ状の鋼材の上側曲面部分の一部を設置面とし、その設置面に一方の面が隣接する底板１０１と、その底板１０１の他方の面に接続され、その他方の面に対して垂直方向に平行に延びる２枚の側板１０２、１０３とを備える。アーチ状の鋼材は、非常に大きい曲率を有することから、その上側曲面部分の一部は、略平坦面とみなすことができる。

底板１０１および側板１０２、１０３は、鋼製の板とされ、溶接等により互いに接続される。底板１０１は、例えば、平板とされるが、アーチ状の鋼材に合わせて一定の曲率を有する板とされていてもよい。側板１０２、１０３は、図４（ｂ）に示すように、共に、設置面に対して垂直方向に延びる３つの穴１０４、１０５、１０６が所定の位置に形成されている。

側板１０２と側板１０３との間には、図４（ａ）に示すように、破線で示される鋼管１２０の一部を支持する下部支持部１０７を有する載置部材１０８が設けられる。下部支持部１０７によって鋼管１２０の一部をしっかり支えるためである。なお、図５では、鋼管１２０との配置関係を理解しやすくするために、鋼管１２０が切断されているが、実際は、支持装置１００から両方に突出するように延びているものである。

下部支持部１０７は、一方に突出する突出部とされ、鋼管１２０を点支持することができるものとされている。なお、点支持に限定されるものではなく、下部支持面とされ、面支持することができるものであってもよい。しかしながら、面支持すると、支持装置１００への鋼管１２０の挿入時に、鋼管１２０と下部支持面とがこすれ、摩擦力が増大するので、点支持のほうが好ましい。

下部支持部１０７は、例えば、図６に示すように断面が半円状に突出した突出部とすることができる。このような半円状の突出部を設けることで、出来る限り鋼管１２０との接触部分を少なくしつつ、鋼管１２０を充分に支持することができ、鋼管挿入時における摩擦抵抗を減少させることができる。これにより、支持装置１００への鋼管１２０の挿入が容易となる。

ここでは半円状の突出部としたが、断面が山形や楕円形等の形状の突出部であってもよい。また、半円状の突出部は、半円部分が、図６に示すように中空とされていなくてもよい。このことは、断面が山形や楕円形等とした場合も同様である。

再び図４および図５を参照して、載置部材１０８は、第１調整機構１０９により設置面に対して垂直方向の位置（高さ位置）が調整される。鋼管１２０は、少なくとも２つの支持装置１００が備える各第１調整機構１０９により各載置部材１０８の下部支持部１０７の高さ位置が調整され、これにより高低差が付けられ、所定の角度に傾斜される。角度は、鋼管１２０の長さや、地山の特性等を考慮して決定することができ、例えば、トンネル軸方向に対して２〜１５°の角度とすることができる。これは一例であり、その範囲以下または以上の角度であってもよいものである。

第１調整機構１０９は、例えば、側板１０２、１０３に設けられた２つの穴１０５、１０６と、載置部材１０８を支持する載置部材支持面と側板１０２または側板１０３と当接する側板当接部とを備える支持部材１１０と、その側板当接部に設けられた穴に挿通され、側板１０２または側板１０３と支持部材１１０とを締結するための締結手段１１１とを含む構成とすることができる。

支持部材１１０は、図４（ａ）に示すように略直方体の単なる板であってもよいが、図７（ａ）に示すように、断面がＬ字形の部材とし、載置部材１０８をしっかり支えることができる構造のものとすることもできる。しかしながら、側板当接部１１２が、図７（ａ）に示すように平面とされている場合、締結手段１１１の緩みが生じたとき、側板１０２との間にずれが生じ、載置部材１０８の高さ位置が変化することになる。これでは、鋼管１２０の挿入方向にずれが生じてしまう。

そこで、図７（ｂ）に示すように、側板当接部１１２と側板１０２とが、互いに嵌合する凹凸を有する嵌合面１１３、１１４を備えるものとすることができる。これにより、鋼管挿入時における振動等により、締結手段１１１の緩みが生じたとしても、嵌合面１１３、１１４により互いの歯が噛み合った状態で保持されるので、載置部材１０８の高さ位置が変化することがなくなり、鋼管１２０の挿入精度を維持することができる。図７では、側板１０２のみを例示したが、側板１０３についても同様の構成を採用することができる。

このように嵌合面１１３、１１４を備える構成は好ましいものの、隣接する歯のピッチ毎に高さ位置が調整されることになるので、微調整を行うことができなくなる。このため、出来る限りの微調整を可能にするべく、出来る限り歯を小さくし、その数を多くすることが望ましい。また、歯は、図７（ｂ）に示すような山形のものに限られない。ここでは凹凸を有する嵌合面１１３、１１４を備える構成を例示したが、同様の効果を有するこれまでに知られた他の構成を採用することも可能である。

締結手段１１１は、例えば、ボルトおよびナットとすることができる。また、締結手段１１１は、ワッシャを含み、ワッシャを介してボルトおよびナットにより、側板１０２または側板１０３と支持部材１１０とを締結することができる。

締結手段１１１としては、そのほか、クランプ等を採用することができる。ここでは、締結手段１１１を用いて締結するように構成しているが、所定の高さ位置となるように調整した後、接着剤を用いて接着したり、溶接したりして、側板１０２または側板１０３と支持部材１１０とを恒久的に固定することも可能である。

第１調整機構１０９による載置部材１０８の高さ位置の調整は、締結手段１１１であるナットを緩め、側板１０２または側板１０３に設けられた穴１０５、１０６に挿通されたボルトを滑動（スライド）させることにより行うことができる。所望の高さ位置に調整された後、ナットを締め付けることにより、載置部材１０８はその位置に固定される。

再び図４および図５を参照して、支持装置１００は、鋼管１２０の長手方向に対して垂直方向に延びる棒状部材１１５と、その棒状部材１１５の、設置面に対して垂直方向の高さ位置を調整し、鋼管１２０が浮き上がらないようにその棒状部材１１５を鋼管１２０の上部に隣接させて固定する第２調整機構１１６とを備える。

棒状部材１１５は、所定径を有する単なる丸棒であってもよいが、丸棒とボールベアリングとを組み合わせ、丸棒を回転可能に構成としたものを採用することも可能である。このように回転可能に構成することで、鋼管１２０の挿入時の摩擦抵抗をさらに低減させることができる。ここでは、ボールベアリングを用いる構成を例示したが、ローラベアリング等、他の手段を用いて丸棒を回転可能に構成することも可能である。

側板１０２、１０３に設けられた１つの穴１０４に、棒状部材１１５の両端が挿通され、第２調整機構１１６により、その棒状部材１１５の高さ位置が調整され、側板１０２および側板１０３に固定される。棒状部材１１５の両端は、一例では、ねじ切りされている。第２調整機構１１６は、側板１０２、１０３に設けられた穴１０４と、棒状部材１１５の両端に螺合されるナットとを含む。この場合も、ワッシャをさらに含むことができる。

棒状部材１１５の高さ位置の調整は、ナットを緩め、穴１０４に挿通された棒状部材１１５をスライドさせることにより行うことができる。この場合も、所望の高さ位置に調整された後、ナットを締め付けることにより、棒状部材１１５はその位置に固定される。

図８に示したフローチャートを参照して、管支持装置を使用して管を支持する方法を説明する。ステップ８００からこの方法を開始し、ステップ８１０では、各支持装置１００につき、各支持装置１００が設置される設置面に対して垂直方向の、鋼管１２０の一部を支持する載置部材１０８の位置を調整し、適切な位置で載置部材１０８を固定する。

具体的には、最初に、少なくとも２つの支持装置１００を各設置面に設置する。例えば、各支持装置１００につき、底板１０１とアーチ状の鋼材とを、図１に示すようにクランプを用いて締結することにより設置する。そして、各支持装置１００につき、第１調整機構１０９が備える締結手段１１１であるナットを緩める。次に、各支持装置１００につき、側板１０２、１０３の穴１０５、１０６に挿通されたボルトをスライドさせる。

まず、１つの支持装置１００の載置部材１０８の底面の、例えば、鋼管１２０の先端側および末端側の各縁部の高さ位置を決め、ナットを締めてその位置に固定する。高さ位置は、鋼管１２０の長さ、挿入する角度、支持装置１００から地山までの距離等により決定される。次の支持装置１００の載置部材１０８も同様に、高さ位置を決定するが、この支持装置１００が、先の１つの支持装置１００より地山側である場合は、先の１つの支持装置１００の載置部材１０８の高さ位置より高く、ドリルジャンボ側である場合は低くなるように、その高さ位置を決定し、その位置に固定する。これにより、鋼管１２０の挿入角度を、所定の角度として挿入することが可能となる。

ステップ８２０では、各支持装置１００の２枚の側板１０２、１０３、載置部材１０８、棒状部材１１５により形成された開口部に鋼管１２０を挿入する。すなわち、鋼管１２０の長手方向に配列する各支持装置１００の各開口部に鋼管１２０を挿入する。そして、ステップ８３０では、各支持装置１００の第２調整機構１１６により、棒状部材１１５の高さ位置を調整し、鋼管１２０が浮き上がらないように棒状部材１１５を鋼管１２０の上部に隣接させて固定する。各支持装置１００の各棒状部材１１５で鋼管１２０の上部を固定したところで、ステップ８４０で終了する。

ステップ８２０の挿入に際して、各第２調整機構１１６により各棒状部材１１５を上部へ持ち上げ、各開口部を出来るだけ広くしておく。ドリルジャンボにより鋼管１２０をその広くした各開口部に挿入する。ステップ８３０では、まず、各第２調整機構１１６が備えるナットを緩める。次に、各側板１０２、１０３の穴１０４に挿通された各棒状部材１１５をスライドさせて降下させる。そして、各棒状部材１１５が鋼管１２０の上部に隣接する位置に達したところを調整すべき高さ位置とし、その位置でナットを締め、その位置に固定する。

支持装置１００は、第１調整機構１０９を備えることで、鋼管１２０を所定の高さ位置に自由に微調整を行うことができ、この支持装置１００を２つ以上用いることで、高低差を付け、所定の角度で鋼管１２０を挿入することが可能となる。このように高さ位置を調整することが可能であるため、他の現場等への転用が可能となる。また、現物合わせで製作する必要がなくなり、設置の手間を軽減し、余分なコストの発生をなくすことができる。

また、支持装置１００は、第２調整機構１１６を備えることで、鋼管１２０の挿入を妨げることがなく、挿入された鋼管１２０のがたつきを抑制することができる。これにより、鋼管１２０の地山等への挿入精度を向上させることができる。さらに、載置部材１０８を図６に例示したような断面が凸状の突出部を備えるものとすることで、鋼管挿入時の摩擦抵抗を減少させることができ、スムーズに挿入することができる。

これまで本発明の管支持装置および管支持方法について図面に示した実施形態を参照しながら詳細に説明してきたが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態や、追加、変更、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。

上述した実施形態では、鋼管１２０の下部と上部を、載置部材１０８の下部支持部１０７と棒状部材１１５により挟持して、鋼管１２０が上下にがたつくのを抑制しているが、鋼管１２０の側部にも、載置部材１０８や第１調整機構１０９、棒状部材１１５や第２調整機構１１６のような部材や機構を設け、鋼管１２０が左右にがたつくのを抑制することも可能である。

例えば、鋼管１２０の側部に近隣して配置される、上記載置部材１０８や棒状部材１１５のような側部接触部材と、その側部接触部材を移動させ、鋼管１２０の側部に隣接させて固定する、上記第１調整機構１０９や第２調整機構１１６のような第３調整機構とをさらに備えることができる。これは、一例であり、鋼管１２０が左右にがたつくのを抑制することができれば、これ以外の構成を採用することができるものである。

１０…鋼材、１１…管支持装置、１１ａ…棒状部、１１ｂ…底上げ金具、１１ｃ…逸脱防止ストッパ１１ｃ、１２…鋼管、１３…ドリルジャンボ、１４…地山、１００…支持装置、１０１…底板、１０２、１０３…側板、１０４〜１０６…穴、１０７…下部支持部、１０８…載置部材、１０９…第１調整機構、１１０…支持部材、１１１…締結手段、１１２…側板当接部、１１３、１１４…嵌合面、１１５…棒状部材、１１６…第２調整機構、１２０…鋼管

Claims (8)

1. 所定の角度で管を挿入する際に用いられる該管の一部を支持するための管支持装置であって、
   前記管の一部を支持する載置部材と、
   支持装置が設置される設置面に対して垂直方向の前記載置部材の位置を調整し、調整した前記位置で前記載置部材を固定する第１調整機構と、
   前記管の長手方向に対して垂直方向に延びる棒状部材と、
   前記設置面に対して垂直方向の前記棒状部材の位置を調整し、前記管が浮き上がらないように前記棒状部材を該管の上部に隣接させて固定する第２調整機構と
   を含む前記支持装置を、前記管に対して少なくとも２つ設置し、各前記支持装置が備える各前記載置部材の、前記設置面に対して垂直方向の位置を変えることにより、前記角度で前記管を挿入することを可能にする、管支持装置。
2. 前記支持装置は、前記設置面に隣接する底板と、前記底板に接続され、前記設置面に対して垂直方向に延びる２枚の側板とをさらに含み、
   前記載置部材は、前記２枚の側板間に配置され、前記管は、前記２枚の側板と前記載置部材と前記棒状部材とにより形成される開口部に挿入され、前記載置部材と前記棒状部材とによって挟持される、請求項１に記載の管支持装置。
3. 前記２枚の側板にはそれぞれ、前記設置面に対して垂直方向に延びる３つの穴が形成されていて、前記３つの穴のうち１つの穴は、前記棒状部材を滑動可能にして前記第２調整機構により該棒状部材の位置を調整するために使用され、残りの２つの穴は、前記第１調整機構が備える締結手段を滑動可能にして前記載置部材の位置を調整するために使用される、請求項２に記載の管支持装置。
4. 前記第１調整機構は、前記載置部材を支持する載置部材支持面と、前記側板と当接する側板当接部とを備える支持部材と、前記側板当接部に設けられた穴に挿通され、前記側板と前記支持部材とを締結するための前記締結手段とを含む、請求項３に記載の管支持装置。
5. 前記側板当接部と前記側板とが、互いに嵌合する凹凸を有する嵌合面を備える、請求項４に記載の管支持装置。
6. 前記載置部材は、前記管を点支持するための突出部を備え、前記棒状部材は、回転可能に構成されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の管支持装置。
7. 前記管の側部に近隣して配置される側部接触部材と、前記側部接触部材を移動させ、前記管の側部に隣接させて固定する第３調整機構とをさらに含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載の管支持装置。
8. 所定の角度で管を挿入するために管支持装置を用いて該管の一部を支持する方法であって、
   前記管支持装置が備える少なくとも２つの支持装置の各々につき、第１調整機構により、前記支持装置が設置される設置面に対して垂直方向の、前記管の一部を支持する載置部材の位置を調整し、調整した前記位置で前記載置部材を固定する段階と、
   前記管を、各前記支持装置が備える前記載置部材と前記管の長手方向に対して垂直方向に延びる棒状部材との間に挿入する段階と、
   各前記支持装置につき、第２調整機構により、前記設置面に対して垂直方向の前記棒状部材の位置を調整し、前記管が浮き上がらないように前記棒状部材を該管の上部に隣接させて固定する段階とを含み、
   前記載置部材を固定する段階において、各前記載置部材の、前記設置面に対して垂直方向の位置を変えることにより前記角度で前記管を挿入することを可能にする、方法。