JP2017071957A - 推進装置 - Google Patents

Abstract

【課題】推進装置の推進効率を向上させる。【解決手段】推進管Ｔを介して推進装置１Ａを地中に押し込むことで複数の推進管Ｔで構成される小口径管を地中に埋設する推進装置１Ａにおいて、チャンバ７内の泥土を後方に搬送する前段コンベヤ１０をリボン式のスクリューコンベヤで構成するとともに、前段コンベヤ１０の排土管１０ａの径方向中心位置を推進装置１Ａの径方法中央部に合わせて設置した。また、推進装置１Ａを構成するカッタヘッド３の開口部３ｇの寸法を、前段コンベヤ１０の最大搬送可能礫径に設定した。これにより、比較的大きな礫であってもカッタヘッド３により破砕することなくチャンバ７内に取り込むことができ、玉石等の破砕処理を低減することができるので、推進装置１Ａの推進速度を向上させることができる。したがって、推進装置１Ａの推進効率を向上させることができる。【選択図】図２

Description

本発明は、推進装置に関し、例えば、小口径管の埋設工事に使用する推進装置に適用して有効な技術に関するものである。

推進工法は、推進装置の後方に配置された推進管を介して推進装置を地中に押し込むことで推進管を地中に埋設する工法である。ここで、図１８は従来から用いられている推進装置を側面側から見た概略構成図、図１９は図１８の推進装置のカッタヘッドの正面図を示している。この推進装置５０の前面（切羽に対向する面）にはカッタヘッド５１が推進装置５０内のモータ５２により回転可能な状態で装着されている。このカッタヘッド５１の前面には、地中の巨礫等を破砕する複数のローラカッタ５３等が回転自在の状態で装着されているとともに、破砕された礫や土砂等をカッタヘッド５１の後方のチャンバ５４内に取り込む複数の開口部５５が形成されている。推進装置５０の内部には、コーンクラッシャ５６がその回転軸をカッタヘッド５１の回転軸と一致させて回転可能な状態で設置されている。このカッタヘッド５１により破砕された礫等は、カッタヘッド５１の開口部５５を通じてチャンバ５４内に取り込まれコーンクラッシャ５６によりさらに細かく破砕された後、バルブ５７を介して排泥管５８に送られ、その排泥管５８を通じて外部に排出されるようになっている。なお、推進装置については、例えば、特許文献１，２に記載があり、掘削機の前面に装着されたカッタにより破砕した巨礫等をリボン式スクリューコンベヤによって後方に搬送する構造が開示されている。また、特許文献３〜６には、シールド工法で用いる掘進機の構造が開示されている。

特開昭５９−７６３９７号公報 特開平２−２３６７４号公報 特開２０１２−１２２２５７号公報 特開２０１２−１２２２５８号公報 特開２０１２−１２２２５９号公報 特開２０１２−１２２２６０号公報

ところで、上記図１８等に例示した推進装置においては、切羽の巨礫等をカッタヘッドの前面のローラカッタ等で破砕する上、チャンバ内に収容された礫を排出可能な礫径になるようにコーンクラッシャで破砕するので、推進装置の推進速度が著しく制限される結果、推進装置の推進効率が大幅に低下する、という問題がある。また、地中に多くの礫が存在しているような場合には、カッタヘッドが摩耗したり破損したりする、という問題がある。

本発明は、上述の技術的背景からなされたものであって、その目的は、推進装置の推進効率を向上させることが可能な技術を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の本発明の推進装置は、装置本体をその後方から推進管を介して地中に向かって押し込むことにより前記装置本体を推進させて前記推進管を地中に埋設する推進装置において、前記装置本体の前面に回転可能な状態で装着され切羽を掘削するカッタ盤と、前記装置本体内において前記カッタ盤の後方に設けられ、前記カッタ盤の開口部を通じて取り込まれた掘削土砂を収容する収容部と、前記装置本体内において前記収容部の後方に設けられ、前記収容部内の前記掘削土砂を後方に搬送する第１の排出手段と、前記装置本体内において前記第１の排出手段の外周に２台以上設けられ、前記カッタ盤を回転させる回転駆動手段と、を備え、前記第１の排出手段は、前記収容部内の前記掘削土砂の搬送路を形成する第１の排出管と、前記第１の排出管内に回転可能な状態で設けられ、前記第１の排出管内の前記掘削土砂を搬送する軸無しスクリュー部とを備え、前記第１の排出管の径方向中心位置を前記装置本体の径方向中央部に合わせた状態で設置されており、前記カッタ盤の前記開口部の寸法は、前記第１の排出手段の最大搬送可能礫径に設定されていることを特徴とする。

また、請求項２に記載の本発明は、上記請求項１記載の発明において、前記回転駆動手段と前記カッタ盤とを接続する接続部に、前記収容部内の掘削土砂を掻き上げる掻き上げ部を設けたことを特徴とする。

また、請求項３に記載の本発明は、上記請求項１または２記載の発明において、前記第１の排出手段の後段に、前記第１の排出管に回転可能な状態で接続された第２の排出管と、前記第２の排出管の内壁に固定された螺旋翼部とを備える第２の排出手段を設けたことを特徴とする。

また、請求項４に記載の本発明は、上記請求項１または２記載の発明において、前記第１の排出手段の後段に、前記第１の排出管に接続された第２の排出管と、前記第２の排出管内の掘削土砂を後方に圧送する圧送手段とを備える第３の排出手段を設けたことを特徴とする。

また、請求項５に記載の本発明は、上記請求項１または２記載の発明において、前記第１の排出手段の後段に、前記第１の排出管に回転可能な状態で接続された第２の排出管と、前記第２の排出管の内壁に固定された螺旋翼部と、前記第２の排出管内の掘削土砂を後方に圧送する圧送手段とを備える第４の排出手段を設けたことを特徴とする。

また、請求項６に記載の本発明は、上記請求項１〜５のいずれか１項に記載の発明において、前記切羽、前記収容部および前記第１の排出手段の少なくとも一つに作泥土材および気泡材の少なくとも一つを注入する添加材注入手段を備えたことを特徴とする。

また、請求項７に記載の本発明は、上記請求項１〜５のいずれか１項に記載の発明において、前記装置本体内において前記収容部の後方に設けられ、前記収容部内に泥水を注入する泥水注入手段を設けたことを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、破砕処理を低減することができるので、推進装置の推進効率を向上させることが可能になる。

請求項２記載の発明によれば、推進装置の収容部内の泥土等を第１の排出手段に良好に送り込むことができるので、推進装置の推進効率を向上させることが可能になる。

請求項３記載の発明によれば、推進装置の収容部内の泥土圧を安定させることができ、カッタ番のトルクや推力を低減することができるので、推進装置の推進効率を向上させることが可能になる。

請求項４記載の発明によれば、装置構造を簡素化することが可能になる。

請求項５記載の発明によれば、推進装置の後方での泥土の搬送能力を向上させることが可能になる。

請求項６記載の発明によれば、泥土の搬送能力を向上させることが可能になる。

請求項７記載の発明によれば、泥水式の推進装置における推進効率を向上させることが可能になる。

本発明の一実施の形態に係る推進装置を側面側から見た一例の概略構成図である。 図１の推進装置のカッタヘッドの一例の正面図である。 図２のカッタヘッドを側面側から見た一例の概略構成図である。 （ａ）は推進装置の後方に連結される後段コンベヤを構成する排土管の長手方向に沿う要部断面図、（ｂ）は図４（ａ）のＩ−Ｉ線の断面図である。 （ａ）は推進工程中の計画管渠ラインに沿う地盤の要部断面図、（ｂ）は図５（ａ）に続く推進工程中の計画管渠ラインに沿う地盤の要部断面図である。 （ａ）は図５（ｂ）に続く推進工程中の計画管渠ラインに沿う地盤の要部断面図、（ｂ）は図６（ａ）に続く推進工程中の計画管渠ラインに沿う地盤の要部断面図である。 （ａ）は図６（ｂ）に続く推進工程中の計画管渠ラインに沿う地盤の要部断面図、（ｂ）は図７（ａ）に続く推進工程中の計画管渠ラインに沿う地盤の要部断面図である。 （ａ）は図７（ｂ）に続く推進工程中の計画管渠ラインに沿う地盤の要部断面図、（ｂ）は図８（ａ）に続く推進工程中の計画管渠ラインに沿う地盤の要部断面図である。 （ａ）は図８（ｂ）に続く推進工程中の計画管渠ラインに沿う地盤の要部断面図、（ｂ）は図９（ａ）に続く推進工程中の計画管渠ラインに沿う地盤の要部断面図である。 （ａ）はバインダー分の少ない玉石層の掘削時における後段コンベヤの排土管の長手方向に沿う要部断面図、（ｂ）は図１０（ａ）のＩ−Ｉ線の断面図である。 （ａ）はバインダー分が比較的多い玉石層の掘削時における後段コンベヤの排土管の長手方向に沿う要部断面図、（ｂ）は図１１（ａ）のＩ−Ｉ線の断面図である。 本発明の他の実施の形態に係る推進装置のカッタヘッドの一例の正面図である。 図１２のカッタヘッドを側面側から見た一例の概略構成図である。 （ａ）は本発明の他の実施の形態に係る推進装置の後方に連結される後段コンベヤを構成する排土管の長手方向に沿う要部断面図、（ｂ）は図１４（ａ）のＩＩ−ＩＩ線の断面図である。 （ａ）はバインダー分が非常に多い玉石層または粘土層および砂質土層の掘削時における図１４の後段コンベヤの排土管の長手方向に沿う要部断面図、（ｂ）は図１５（ａ）のＩＩ−ＩＩ線の断面図である。 （ａ）はバインダー分が非常に多い玉石層または粘土層および砂質土層の掘削時における後段ンベアの排土管の長手方向に沿う要部断面図、（ｂ）は図１６（ａ）のＩ−Ｉ線の断面図である。 本発明の他の実施の形態に係る推進装置を側面側から見た一例の概略構成図である。 従来から用いられている推進装置を側面側から見た概略構成図である。 図１８の推進装置のカッタヘッドの正面図である。

以下、本発明の一例としての実施の形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための図面において、同一の構成要素には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

（第１の実施の形態）

まず、本実施の形態の推進装置の構成例について図１〜図３を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態に係る推進装置を側面側から見た一例の概略構成図、図２は図１の推進装置のカッタヘッドの一例の正面図、図３は図２のカッタヘッドを側面側から見た一例の概略構成図、図４（ａ）は推進装置の後方に連結される後段コンベヤを構成する排土管の長手方向に沿う要部断面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＩ−Ｉ線の断面図である。なお、符号Ｃｘ，Ｃｙ，Ｃｚは、推進装置の中心線を示している。

本実施の形態の推進装置１Ａは、例えば、直径が７００ｍｍ以下の小口径管（下水道管、水道管、ガス管、電力線用の配管または通信線用の配管等）を推進工法により地中に埋設するのに使用される泥土圧式の推進装置である。この推進装置１Ａは、巨礫が混合される玉石混じり砂礫や玉石を含む地山を掘削する場合に適用することができる他、巨礫が混合されていない玉石混じり砂礫や玉石あるいは砂礫を含む地山を掘削する場合にも適用することができる。なお、推進装置１Ａの後端に配置された推進管Ｔは、小口径管を構成する部材である。この推進管Ｔは、例えば、鉄筋コンクリート製の円筒管からなり、その外径は、例えば、５４０ｍｍ、内径は、例えば、４００ｍｍである。

推進装置１Ａは、例えば、その外形が推進方向に沿って細長い円柱形状に形成されており、装置本体２と、カッタヘッド（カッタ盤）３とを備えている。なお、推進装置１Ａの全長は、例えば、２７６６ｍｍである。また、装置本体２の直径（外径）は、例えば、５６０ｍｍであり、カッタヘッド３の正面の直径（ツース外径）は、例えば、５８５ｍｍである。

装置本体２の外殻を形成するスキンプレート５は、例えば、中空円筒状の鋼製管により形成された２つのスキンプレート５ａ，５ｂを推進装置１Ａの延在方向に沿って直列に並設することで構成されている。このスキンプレート５の前端側において、その前端から装置本体２の内方に後退した位置には、装置本体２内の中空空間を切羽側と機内側とに分ける隔壁６が設けられている。

装置本体２内の中空空間内において切羽側（すなわち、カッタヘッド３と隔壁６との間）には、カッタヘッド３により掘削された土砂（掘削土）等を収容するチャンバ（収容部）７が設けられている。一方、装置本体２内の中空空間内において機内側には、添加材注入部８、カッタ駆動部９、前段コンベヤ（第１の排出手段）１０、中折れジャッキ１１、土圧検出部（図示せず）および閉塞監視部（図示せず）等が設けられている。

添加材注入部８は、チャンバ７内の泥土の状態を好適化するためやチャンバ７内の泥土圧を調節するためにチャンバ７内に添加材を注入する機構部であり、高圧ホースと逆止弁とを有している。この高圧ホースは、チャンバ７内に添加材を注入する注入管であり、その注入口をチャンバ７内に表出させた状態で設けられている。逆止弁は、チャンバ７の泥土等が機内に逆流するのを防ぐための弁である。

添加材としては、例えば、ベントナイト溶液等のような作泥土材、気泡材またはその両方が使用される。ベントナイト溶液を主加泥材として用いることにより、チャンバ７内の泥土の不透水性および塑性流動性（自由に変形および移動できる性質）を向上させることができる。また、掘削土砂中の礫分と土砂と共に包み込み、礫分が土砂から分離してしまうのを抑制することで掘削土砂中の土砂と礫分との一体性を向上させることができる。これにより、泥土等の搬送能力を向上させることができる。

また、気泡材を加えることにより、泥土がカッタヘッド３やチャンバ７の壁面に付着するのを抑制または防止することができる。また、気泡材のクッション作用により掘削土砂や作泥土材の圧縮性を高めることができるので、チャンバ７内や前段コンベヤ１０内で礫分が転がり移動するのを抑制することができる。また、チャンバ７内や前段コンベヤ１０内で礫分が転がり移動したとしても気泡材のクッション作用により泥土圧の急激な変動を抑制することができる。さらに、気泡材を加えることにより、止水性を向上させることができる。

作泥土材と気泡材との両方を使用する場合は、添加材注入部８の高圧ホースの注入口付近で作泥土材と気泡材とを混ぜても良いし、作泥土材と気泡材とで注入タイミングをずらすようにしても良い。作泥土材を気泡材と共に使用することにより、泥土圧の安定性を向上させることができるので、切羽の安定性を維持することができる。また、前段コンベヤ１０による礫分の排土を円滑化することができるので、前段コンベヤ１０内での閉塞や噴出の発生を防止することができる。さらに、土砂の粒子同士の付着結合を妨げるという気泡材の分離作用を抑制することもできる。

作泥土材の注入量は、チャンバ７内から前段コンベヤ１０で排土された土砂分の３０％以上となるように設定することが好ましい。これにより、巨礫を破砕した礫や玉石等の礫分を含む掘削土砂に対し、当該礫分を掘削土砂とともに包み込んで当該礫分が土砂から分離してしまうことを抑制することができるので、これら土砂と礫分との一体性を向上させることができる。作泥土材の注入量上限については、対象地山の状況によって設定することが好ましい。

気泡材の注入量は、礫層等を対象とする場合、通常は気泡化状態で単位土量に対し、４０％以上とされていることから、作泥土材の注入による細粒分の増加分を見込めばよい。気泡材の注入量（より具体的には、発泡前の気泡材原液の量）は、チャンバ７内から前段コンベヤ１０で排土された排土量に対し、３％以上に設定することが好ましい。これにより、作泥土材との相互作用によるベアリング効果を得ることができると共に、巨礫を破砕した礫分を含む掘削土砂の圧縮性を向上させることができて泥土圧の急激な変動を防止することができる。注入量上限は、気泡材についても、対象地山の状況によって設定することが好ましい。

カッタ駆動部９は、カッタヘッド３を回転させる回転駆動手段であり、回転モータ９ａと、伝達ギア９ｂと、支持シャフト（接続部）９ｃとを備えている。回転モータ９ａは、例えば、油圧式または電動式の回転駆動源であり、前段コンベヤ１０の外周に沿って２台以上（例えば、２〜３台）並んで設置されている。伝達ギア９ｂは、回転モータ９ａの回転動作を支持シャフト９ｃに伝えるギアである。支持シャフト９ｃは、カッタ駆動部９とカッタヘッド３とを機械的に接続してカッタヘッド３を回転可能な状態で支持する部材である。この支持シャフト９ｃにおいてチャンバ７内の外周には、練混ぜ翼（掻き上げ部）９ｄが支持シャフト９ｃと一体的に形成されている。支持シャフト９ｃおよび練混ぜ翼９ｄは、チャンバ７内の掘削土砂等と添加材とを攪拌し混合し練り混ぜることで不透水性と塑性流動性とを持つ泥土を生成する機能を備えている。また、練混ぜ翼９ｄは、主にチャンバ７内の底部に溜まる泥土を掻き上げて前段コンベヤ１０に送り込む機能も備えている。これにより、チャンバ７内の泥土を前段コンベヤ１０内に良好に送り込むことができるので。推進装置１Ａの推進効率を向上させることができる。

前段コンベヤ１０は、チャンバ７内の泥土等を推進装置１Ａの後方に搬送するための搬送機構部であり、例えば、直径が２００〜２５０ｍｍ程度の回転軸を持たないリボン式のスクリューコンベヤにより構成されている。回転軸を持つスクリューコンベヤの場合は礫等により閉塞し易いのに対して、リボン式のスクリューコンベヤの場合は搬送可能な礫等の最大径（最大搬送可能礫径）を搬送路の半径以上とすることができるので、回転軸を持つスクリューコンベヤでは搬送し得ないような大きさの礫等をも搬送することができる。これにより、本実施の形態の推進装置１Ａにおいては、例えば、直径が１００〜１５０ｍｍ程度の比較的大きな径の玉石等であっても破砕せずにチャンバ７内に取り込むことができる。このため、玉石等の破砕処理を低減することができるので、推進装置１Ａの推進速度を向上させることができる。したがって、推進装置１Ａの推進効率を向上させることができる。

また、前段コンベヤ１０は、前段コンベヤ１０を構成する排土管（第１の排出管）１０ａの径方向中心位置を装置本体２（スキンプレート５）の径方向中央部に合わせた状態で設置されている。そして、前段コンベヤ１０は、装置本体２の中心線Ｃｚに沿って延在した状態で設置されている。推進装置１Ａにおいては前段コンベヤ１０の排土管１０ａの外周には複数のカッタ駆動部９を配置するので、排土管１０ａの径方向中心位置を装置本体２の径方向中央部から大きくずらすと推進装置１Ａの径を大きくせざるを得ず、推進装置１Ａを小口径管の埋設工事に適用することができなくなる。これに対して、本実施の形態の推進装置１Ａにおいては、前段コンベヤ１０の排土管１０ａをその径方向中心位置が装置本体２の径方向中央部に合わせた状態で設置したことにより、推進装置１Ａの径を小さくすることができるので、推進装置１Ａを小口径管の埋設工事に適用することができる。なお、ここで言う装置本体２の径方向中央部は、装置本体２の径方向中心は勿論のこと、推進装置１Ａの径が小口径管の埋設工事に適用可能となる範囲で、装置本体２の径方向中心から若干離れた位置までをも含むものである。

前段コンベヤ１０を構成する排土管１０ａは、チャンバ７内の泥土等を後方に搬送するための搬送路を形成する管であり、例えば、２つの排土管１０ａ１，１０ａ２を有している。排土管１０ａ１，１０２は、例えば、円筒状の鋼材からなり、推進装置１Ａの延在方向に沿って直列に並設されている。この排土管１０ａ（１０ａ１）の先端の開口部は、隔壁６を貫通してチャンバ７内に露出されている。なお、排土管１０ａの内径は、例えば、２００ｍｍ程度である。

この排土管１０ａの内部には、軸無しスクリュー部１０ｂが排土管１０ａの内周に沿って回転可能な状態で設置されている。軸無しスクリュー部１０ｂは、その回転動作により排土管１０ａ内の泥土等を後方に押し出すように搬送する搬送部材であり、例えば、２本の軸無しスクリュー部１０ｂ１，１０ｂ２を有している。軸無しスクリュー部１０ｂ１，１０ｂ２は、推進装置１Ａの延在方向に沿って直列に並設されている。

軸無しスクリュー部１０ｂ１は油圧式の回転モータ（図示せず）等により回転可能な状態で排土管１０ａ１内に設置されている。軸無しスクリュー部１０ｂ１を回転駆動する回転モータはカッタ駆動部９の回転モータ９ａの隣接間に配置されている。この軸無しスクリュー部１０ｂ１の先端一部はチャンバ７内に突出している。一方、後方の軸無しスクリュー部１０ｂ２は油圧式の回転モータ（図示せず）等により回転可能な状態で排土管１０ａ２内に設置されている。軸無しスクリュー部１０ｂ２を回転駆動する回転モータは中折れジャッキ１１の隣接間に配置されている。

また、排土管１０ａ１，１０ａ２の繋ぎ目は中折れジャッキ１１の位置に配置されており、その繋ぎ目外周には継手部１０ｃが設置されている。この継手部１０ｃは、例えば、可撓性部材により形成されており、中折れジャッキ１１による推進装置１Ａの中折れ操作と同調して変形するとともに、中折れ操作に起因して排土管１０ａ内の泥土等が外部に漏れるのを防止する役割を有している。なお、軸無しスクリュー部１０ｂ２を省略する場合（軸無しスクリュー部１０ｂを１本で構成する場合）、継手部１０ｃは不要である。

また、排土管１０ａの延在方向の途中位置の外周には複数の添加材注入部１０ｄが設置されている。添加材注入部１０ｄは、排土管１０ａ内の泥土の状態を好適化するためやチャンバ７内の泥土圧を調節するために排土管１０ａ内に添加材を注入する構成部であり、上記添加材注入部８と同様に、高圧ホースおよび逆止弁を有している。添加材注入部１０ｄの高圧ホースの注入口は排土管１０ａ（１０ａ１，１０ａ２）内に露出されている。添加材としては、添加材注入部８で説明したのと同じなので説明を省略する。

さらに、排土管１０ａ（１０ａ２）の後端部には後段コンベヤ１５Ａ（第２の排出手段）の排土管（第２の排出管）１５ｔが推進装置１Ａの軸方向に沿って延在された状態で連結されている。後段コンベヤ１５Ａは、前段コンベヤ１０内で回転する軸無しスクリュー部１０ｂの押し出し作用により送られた泥土等を発進立坑に向かって搬送するための搬送機構部であり、図１および図４に示すように、排土管（第２の排出管）１５ｔと、その内壁面に設置（固定）された螺旋翼部１５ｓとを備えている。排土管１５ｔは、例えば、円筒状の鋼材により形成されており、排土管１０ａの周方向に沿って回転可能な状態で設置されている。これにより、排土管１５ｔを回転させると螺旋翼部１５ｓも回転するので、排土管１５ｔ内の泥土等が機外に搬送されるようになっている。なお、排土管１５ｔの直径は、例えば、２００〜２５０ｍｍである。

この排土管１０ａ（１０ａ２）の後端近傍の外周にも、図１に示すように、添加材注入部１５ｐが設置されている。添加材注入部１５ｐは、排土管１５ｔ内の泥土の状態を好適化するためやチャンバ７内の泥土圧を調節するために排土管１５ｔ内に添加材を注入する構成部であり、上記添加材注入部８と同様に、高圧ホースおよび逆止弁を有している。添加材注入部１５ｐの高圧ホースの注入口は排土管１０ａ（１０ａ２）内に露出されている。添加材としては、添加材注入部８で説明したのと同じなので説明を省略する。

中折れジャッキ１１は、スキンプレート５ａ，５ｂを連結するとともに、推進装置１Ａの推進方向を修正する機器であり、スキンプレート５の内壁においてスキンプレート５ａ，５ｂの境界を跨ぐ位置に、推進装置１Ａの周方向に沿って複数個並んで配置されている。この中折れジャッキ１１に圧油を供給しスキンプレート５ａ，５ｂを予め決められた方向および角度に屈折させた状態で推進装置１Ａを推進することにより、推進装置１Ａの推進方向を制御することが可能になっている。

土圧検出部（図示せず）は、チャンバ７内の泥土による圧力を歪ゲージにより電気信号に変換するセンサ部分であり、その土圧検出面をチャンバ７内に向けた状態で設けられている。推進装置１Ａは、土圧検出部で検出されるチャンバ７内の泥土圧が予め決められた値の範囲になるように管理することで切羽の安定性を維持しながら掘削処理を進めることが可能になっている。

閉塞監視部（図示せず）は、チャンバ７から前段コンベヤ１０に亘る間での土砂の閉塞を監視する構成部である。土砂の閉塞傾向は、攪拌等される土砂に滞留する摩擦熱に起因して土砂温度が上昇することで推定される。閉塞監視部は前段コンベヤ１０の外側に設けられた温度センサと、制御盤とを有している。温度センサは、前段コンベヤ１０で搬送される礫分を含む土砂の温度を前段コンベヤ１０の外側から計測するセンサである。制御盤は、温度センサで計測された土砂温度を表示する機能を有する構成部である。温度センサの土砂温度は、閉塞推定用の設定温度と比較され、閉塞を未然に防ぐためのフィードフォワード制御用のデータとして制御盤に入力される。土砂温度が設定温度に向かい温度上昇傾向が判別された場合、操作者による手動制御もしくは制御盤による自動制御により、添加材注入部８等からチャンバ７内に注入される添加材を増量する。

一方、上記したカッタヘッド３は、地山の切羽を掘削する部材であり、装置本体２の前面（切羽に対向する面）にスキンプレート５の外周に沿って回転可能な状態で支持されている。このカッタヘッド３の前面には、例えば、平面十字状の面板部３ａが設けられている。この面板部３ａには、例えば、複数の円柱型のローラカッタ３ｂが回転自在の状態で装着されている。各ローラカッタ３ｂは、切羽を掘削する掘削部材であり、その表面には複数のビット３ｂｂが固着されている。また、面板部３ａａの外縁には、スクレーパツース３ｃが設置されている。なお、円柱型のローラカッタ３ｂに代えてコーンヘッド型のローラビットや矩形型のビット等のような他の掘削部材を設置しても良い。

また、面板部３ａの中央近傍には、添加材注入部３ｄが設置されている。この添加材注入部３ｄは、チャンバ７内の泥土の状態を好適化するためやチャンバ７内の泥土圧を調節するためにカッタヘッド３の前面の切羽に向けて添加材を注入する構成部であり、上記添加材注入部８と同様に、高圧ホースおよび逆止弁を有している。添加材としては、添加材注入部８で説明したのと同じなので説明を省略する。

また、カッタヘッド３の外周には、十字状の面板部３ａの延在端部同士を繋ぐように円環状の外周リング部３ｅが設けられている。この外周リング部３ｅにおいて切羽側の前面には、複数のビット３ｆが設置されている。さらに、外周リング部３ｅの内周と面板部３ａの外周との間には、カッタヘッド３の前面と背面とを貫通する開口部３ｇが形成されている。この開口部３ｇは、カッタヘッド３により掘削された掘削土砂をチャンバ７内に取り込むための貫通孔であり、カッタヘッド３の先端面（切羽に対向する面）内において、例えば、４箇所に形成されている。本実施の形態においては、カッタヘッド３の開口部３ｇの寸法（例えば、図２の二点鎖線で示す直径Ｒ１）が、上記した前段コンベヤ１０の最大搬送可能礫径に設定されている。これにより、例えば、直径が１００〜１５０ｍｍの比較的大きな礫であってもカッタヘッド３により破砕することなくチャンバ７内に取り込むことができる。このため、玉石等の破砕処理を低減することができるので、推進装置１Ａの推進速度を向上させることができる。また、カッタヘッド３（ビット）の摩耗や破損を低減することができるので、カッタヘッド３（ビット）の修理等の工程を削減することができる。これらにより、推進装置１Ａの推進効率を向上させることができる。また、掘削工費を低減することができる。

次に、本実施の形態の推進方法の一例について図５〜図９を参照して説明する。図５〜図９は推進工程中の計画管渠ラインに沿う地盤の要部断面図である。なお、図面を見易くするため前段コンベヤ１０および後段コンベヤ１５を省略する。

まず、図５（ａ）に示すように、地盤Ｇの地面に対して交差する発進立坑ＨＳと到達立坑ＨＡとを掘削する。続いて、発進立坑ＨＳの底部に推進台２０を設置した後、その上に支圧壁２１および元押ジャッキ２２等のような元押機器を設置する。その後、図５（ｂ）に示すように、発進立坑ＨＳ内の推進台２０上にクレーン等を用いて推進装置１Ａを搭載する。

次いで、図６（ａ）に示すように、カッタヘッド３を回転させた状態で推進装置１Ａの後端を元押ジャッキ２２で推すことにより推進装置１Ａを発進立坑ＨＳの内壁面から地盤Ｇに押し込む。この際、添加材注入部３ｄ，８等から上記添加材を注入する。このため、推進装置１Ａのカッタヘッド３で破砕された礫分を含む土砂は、添加材注入部３ｄから切羽に向けて注入された添加材とカッタヘッド３の回転作用により攪拌混合されつつ推進装置１Ａのチャンバ７内に取り込まれる。チャンバ７内に取り込まれた礫分を含む土砂は、添加材注入部８からチャンバ７内に注入された添加材と攪拌混合される。そして、チャンバ７内において不透水性と塑性流動性とを持つ泥土を生成し充満することで切羽土圧に拮抗する泥土圧を発生させ、その泥土圧を切羽全体に作用させる。また、カッタヘッド３の回転速度を一定にするとともに推進装置１Ａの推進速度や前段コンベヤ１０の軸無しスクリュー部１０ｂの回転速度を調整することにより、隔壁６に設けた土圧計によって測定されるチャンバ７内の泥土圧を常に一定の圧力に保つ。これらにより、切羽の安定を図りながら推進装置１Ａを推進する。

ここで、地盤Ｇに礫や玉石を含む地質である場合、礫等を全て小さく破砕して推進することは非効率的かつ非現実的である。これに対して、本実施の形態においては、例えば、直径が１００〜１５０ｍｍの比較的大きな礫であってもカッタヘッド３により破砕することなくチャンバ７内に取り込むことができる。このため、玉石等の破砕処理を低減することができるので、推進装置１Ａの推進速度を向上させることができる。また、カッタヘッド３（ビット）の摩耗や破損を低減することができるので、カッタヘッド３（ビット）の修理等の工程を削減することができる。これらにより、推進装置１Ａの推進効率を向上させることができる。なお、図１８で示した推進装置５０の場合、日進量が順調時で２．０ｍ／片番、推進速度が２〜３ｍｍ／分であるのに対して、本実施の形態の推進装置１Ａにおいては、日進量を、例えば、５．０ｍ／片番以上、推進速度を、例えば、１０ｍｍ／分以上にすることができた。

続いて、図６（ｂ）に示すように、推進装置１Ａを地盤Ｇに押し込んだ後、クレーン等を用いて発進立坑ＨＳ内の推進台２０上に、例えば、鉄筋コンクリート製の円筒状の推進管Ｔを搭載する。その後、図７（ａ）に示すように、推進管Ｔの後端を元押ジャッキ２２で推すことにより推進管Ｔを発進立坑ＨＳの内壁面から地盤Ｇに押し込むとともに推進装置１Ａを推進させる。この際も図６（ａ）で説明したのと同様にして、切羽の安定を図りながら推進装置１Ａを推進させる。また、この場合も上記と同様に、例えば、直径が１００〜１５０ｍｍの比較的大きな礫であってもカッタヘッド３により破砕することなくチャンバ７内に取り込むことができ、玉石等の破砕処理を低減することができるので、推進装置１Ａの推進速度を向上させることができる。また、カッタヘッド３（ビット）の摩耗や破損を低減することができるので、カッタヘッド３（ビット）の修理等の工程を削減することができる。これらにより、推進装置１Ａの推進効率を向上させることができる。

次いで、図７（ｂ）に示すように、推進管Ｔを地盤Ｇに押し込んだ後、クレーン等を用いて発進立坑ＨＳ内の推進台２０上に新たな推進管Ｔを搭載する。その後、上記と同様に、新たな推進管Ｔの後端を元押ジャッキ２２で推すことにより新たな推進管Ｔを発進立坑ＨＳの内壁面から地盤Ｇに押し込むとともに推進装置１Ａをさらに推進させる。この際も図６（ａ）で説明したのと同様にして、切羽の安定を図りながら推進装置１Ａを推進させる。また、この場合も上記と同様に、例えば、直径が１００〜１５０ｍｍの比較的大きな礫であってもカッタヘッド３により破砕することなくチャンバ７内に取り込むことができ、玉石等の破砕処理を低減することができるので、推進装置１Ａの推進速度を向上させることができる。また、カッタヘッド３（ビット）の摩耗や破損を低減することができるので、カッタヘッド３（ビット）の修理等の工程を削減することができる。これらにより、推進装置１Ａの推進効率を向上させることができる。

このように１本の推進管Ｔの推進工程が終了する毎に推進管Ｔを継ぎ足して推進工程を繰り返すことにより、図８（ａ）に示すように、推進装置１Ａを到達立坑ＨＡ内に押し出した後、図８（ｂ）に示すように、クレーン等を用いて到達立坑ＨＡ内の推進装置１Ａを撤去するとともに、クレーン等を用いて発進立坑ＨＳ内の推進台２０上に新たな推進管Ｔを搭載する。

続いて、図９（ａ）に示すように、発進立坑ＨＳ内の推進管Ｔの後端を元押ジャッキ２２で推すことにより複数の推進管Ｔが連接されることで構成される小口径管ＴＳを地盤Ｇに埋設する。その後、図９（ｂ）に示すように、発進立坑ＨＳおよび到達立坑ＨＡ内にマンホールＭＨを構築して小口径管ＴＳの埋設工事を完了する。

このように本実施の形態の推進方法においては、小口径管ＴＳの埋設工事に際して繰り返し実施される推進工程における推進効率を向上させることができる。また、切羽の破砕処理の低減により掘削部材の寿命を向上させることができるので、掘削部材の修理等の工程を削減することができる。これらにより、小口径管ＴＳの埋設工期を短縮することができる。また、小口径管ＴＳの埋設工費を低減することができる。

次に、推進工程における後段コンベヤ１５Ａでの排土状態の一例について図１０および図１１を参照して説明する。なお、矢印Ｐ１は排土管１５ｔの回転方向を示し、矢印Ｐ２は排土方向を示している。

図１０（ａ）はバインダー分の少ない玉石層の掘削時における後段コンベヤの排土管の長手方向に沿う要部断面図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＩ−Ｉ線の断面図である。この場合、排土管１５ｔ内には礫Ｇｒが多く土砂がほとんどないので、上記添加材注入部１５ｐ（図１参照）を通じて排土管１５ｔ内に添加材を添加することにより、排土管１５ｔ内の塑性流動化を可能な限り促す。

次に、図１１（ａ）はバインダー分が比較的多い玉石層の掘削時における後段コンベヤの排土管の長手方向に沿う要部断面図、図１１（ｂ）は図１１（ａ）のＩ−Ｉ線の断面図である。この場合、排土管１５ｔ内の土砂Ｇｓは満管ではなく、排土管１５ｔの断面の１／２〜１／３程度の土量となっている。この場合も上記添加材注入部１５ｐ（図１参照）を通じて排土管１５ｔ内に添加材を添加することにより排土管１５ｔ内の塑性流動化を可能な限り促す。また、泥土がその粘性により排土管１５ｔの周辺に粘着する場合は、前段コンベヤ１０の後方において、玉石と泥土とが分離する程度まで加水する。

（第２の実施の形態）

図１２は本発明の他の実施の形態に係る推進装置のカッタヘッドの一例の正面図、図１３は図１２のカッタヘッドを側面側から見た一例の概略構成図である。

本実施の形態の推進装置１Ａは、掘削対象の地盤中に、開口部３ｇの直径Ｒ２よりも大きい径の礫があまり無い場合の装置の一例であり、前記第１の実施の形態に対してカッタヘッド３の構造が異なる。このカッタヘッド３の前面の十字状の面板部３ａの中央にはセンタービット３ｈが設置されている。このセンタービット３ｈには、複数のビット３ｈｂが固定されている。また、面板部３ａには、例えば、２個のディスク型のローラカッタ３ｂが回転自在の状態で装着されている。

本実施の形態においても、外周リング部３ｅの内周と面板部３ａの外周との間には、カッタヘッド３の前面と背面とを貫通する４つの開口部３ｇが設けられており、その開口部３ｇの寸法（例えば、図１２の二点鎖線で示す直径Ｒ２）が、上記した前段コンベヤ１０の最大搬送可能礫径に設定されている。これにより、例えば、直径が１００〜１５０ｍｍの比較的大きな礫であってもカッタヘッド３により破砕することなくチャンバ７内に取り込むことができる。このため、玉石等の破砕を低減することができるので、推進装置１Ａの推進速度を向上させることができる。また、カッタヘッド３（ビット）の摩耗や破損を低減することができるので、カッタヘッド３（ビット）の修理等の工程を削減することができる。これらにより、推進装置１Ａの推進効率を向上させることができる。

（第３の実施の形態）

図１４（ａ）は本発明の他の実施の形態に係る推進装置の後方に連結される後段コンベヤを構成する排土管の長手方向に沿う要部断面図、図１４（ｂ）は図１４（ａ）のＩＩ−ＩＩ線の断面図である。

本実施の形態においては、後段コンベヤの変形例について説明する。本実施の形態においては、後段コンベヤ１５Ｂ（第３の排出手段）に、軸無しスクリュー部が設けられておらず、その代わりに排土管１５ｔの外周に泥土圧送部１５ｅが設けられている。泥土圧送部１５ｅは、排土管１５ｔ内に圧縮したエアまたは加泥材等を注入することで排土管１５ｔ内の泥土等を排土方向Ｐ２に搬送する構成部であり、排土管１５ｔの長手方向に沿って所定の間隔毎に設置されている。この場合の排土管１５ｔは回転せず固定されている。

ここで、図１５（ａ）はバインダー分が非常に多い玉石層または粘土層および砂質土層の掘削時における図１４の後段コンベヤの排土管の長手方向に沿う要部断面図、図１５（ｂ）は図１５（ａ）のＩＩ−ＩＩ線の断面図である。この場合も上記添加材注入部１５ｐ（図１参照）を通じて排土管１５ｔ内に添加材を添加することで排土管１５ｔ内の塑性流動化を可能な限り促す。そして、泥土圧送部１５ｅを通じて排土管１５ｔ内に圧縮したエアまたは加泥材を注入することにより排土管１５ｔ内の礫Ｇｒや土砂Ｇｓを含む泥土等の排出を促す。ここでは、後段コンベヤ１５の排土管１５ｔ内に土砂等が充填されていることにより、泥土等の塑性流動性を高い水準で維持したままチャンバ７内の泥土圧の安定性を維持することができるので、カッタヘッド３のトルクや推力を低減することができる。このため、推進装置１Ａの推進効率を向上させることができる。また、推進装置１Ａで掘削した泥土を発進立坑に向かって良好に排出することができる。

このような本実施の形態においては、後段コンベヤ１５Ｂの排土管１５ｔを回転させるための回転機構を無くせるので、装置の小型軽量化および簡素化を推進することができる。このため、装置のコストを低減することができる。

（第４の実施の形態）

図１６（ａ）はバインダー分が非常に多い玉石層または粘土層および砂質土層の掘削時における後段ンベアの排土管の長手方向に沿う要部断面図、図１６（ｂ）は図１６（ａ）のＩ−Ｉ線の断面図である。

本実施の形態においては、後段コンベヤの変形例について説明する。本実施の形態においては、後段コンベヤ１５Ｃ（第４の排出手段）の排土管１５ｔの先端面側に、排土管１５ｔ内に圧縮したエアまたは加泥材等を注入することで排土管１５ｔ内の泥土等を排土方向Ｐ２に搬送する泥土圧送部１５ｅが設置されている。また、前記第１の実施の形態の図４で説明した後段コンベヤ１５Ａと同様に、後段コンベヤ１５Ｃを構成する排土管１５ｔの内壁に螺旋翼部１５ｓが設けられているとともに、排土管１５ｔが回転するように設けられている。

この場合も上記添加材注入部１５ｐ（図１参照）を通じて排土管１５ｔ内に添加材を添加することで排土管１５ｔ内の塑性流動化を可能な限り促す。そして、排土管１５ｔを回転させるとともに、泥土圧送部１５ｅを通じて排土管１５ｔ内に圧縮したエアまたは加泥材を注入することにより排土管１５ｔ内の礫Ｇｒや土砂Ｇｓを含む泥土等の排出を促す。ここでも、後段コンベヤ１５の排土管１５ｔ内に土砂等が充填されていることにより、泥土等の塑性流動性を高い水準で維持したままチャンバ７内の泥土圧の安定性を維持することができるので、カッタヘッド３のトルクや推力を低減することができる。このため、推進装置１Ａの推進効率を向上させることができる。また、推進装置１Ａで掘削した泥土を発進立坑に向かって良好に排出することができる。

このような本実施の形態においては、後段コンベヤ１５Ｃの排土管１５ｔ内に螺旋翼部１５ｓを設けるとともに、泥土圧送部１５ｅを設けることにより、排土管１５ｔの泥土の排出能力を向上させることができる。

（第５の実施の形態）

図１７は本発明の他の実施の形態に係る推進装置を側面側から見た一例の概略構成図である。

本実施の形態の推進装置１Ｂは、カッタヘッド３の後方の装置本体２内に設けられたチャンバ７に送泥ポンプにより泥水を圧送し、チャンバ７内の泥水の圧力を切羽の土圧および地下水圧に拮抗する圧力にして切羽の安定を図りながらカッタヘッド３を切羽に押し当て回転させることにより掘削を行う泥水式の推進装置である。なお、推進装置１Ｂのカッタヘッド３の正面は、図２や図１２で説明したのと同じである。

推進装置１Ｂを構成する装置本体２内の上部側には、送泥管（泥水注入手段）２５が設置されている。この送泥管２５は、チャンバ７内に泥水を送る配管である。送泥管２５の先端部（放泥口）は、隔壁６の正面内の上部を貫通してチャンバ７に達している。すなわち、送泥管２５により送られた泥水は、推進装置１Ｂの正面内の上部側からチャンバ７内に供給されるようになっている。一方、送泥管２５の後端側は、チャンバ７から装置本体２内および掘削坑を通じて掘削坑外に延び、掘削坑外において送泥ポンプ（図示せず）を介して泥水槽（図示せず）に機械的に接続されている。なお、泥水槽は、掘削坑外において泥水処理装置（図示せず）に機械的に接続されている。

一方、推進装置１Ｂの前段コンベヤ１０を構成する排土管１０ａの後端部には、排土管１０ａよりも小径の排泥管２６が開閉部２７を介して機械的に接続されている。排泥管２６は、前段コンベヤ１０から運ばれた泥水（チャンバ７内の掘削土砂を含む泥水）を掘削坑外に排出する配管である。排泥管２６の後端側は、掘削坑内を通じて途中の排泥ポンプ（図示せず）を介して掘削坑外に延び、掘削坑外において上記した泥水処理装置に機械的に接続されている。すなわち、チャンバ７内の掘削土砂を含む泥水は、前段コンベヤ１０から排泥管２６を通じて掘削坑外へ搬送され、掘削坑外の泥水処理装置により土砂と泥水に分離され、比重や粘性等が調整された後、泥水槽に送られ、再び送泥管２５を通じてチャンバ７（切羽）へ送られるようになっている。これ以外は、前記第１の実施の形態や第２の実施の形態で説明したものと同じである。

本実施の形態の推進装置１Ｂにおいても、カッタヘッド３の開口部３ｇ（図２および図１２参照）の寸法が、前段コンベヤ１０の最大搬送可能礫径に設定されていることにより、例えば、直径が１００〜１５０ｍｍの比較的大きな礫であってもカッタヘッド３により破砕することなくチャンバ７内に取り込むことができる。このため、玉石等の破砕処理を低減することができるので、推進装置１Ｂの推進速度を向上させることができる。また、カッタヘッド３（ビット）の摩耗や破損を低減することができるので、カッタヘッド３（ビット）の修理等の工程を削減することができる。これらにより、推進装置１Ｂの推進効率を向上させることができる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本明細書で開示された実施の形態はすべての点で例示であって、開示された技術に限定されるものではない。すなわち、本発明の技術的な範囲は、前記の実施の形態における説明に基づいて制限的に解釈されるものでなく、あくまでも特許請求の範囲の記載に従って解釈されるべきであり、特許請求の範囲の記載技術と均等な技術および特許請求の範囲の要旨を逸脱しない限りにおけるすべての変更が含まれる。

以上のように、本発明に係る推進装置は、小口径管の埋設工事に適用して有効である。

１Ａ，１Ｂ 推進装置
２ 装置本体
３ カッタヘッド
３ａ 面板部
３ｂ ローラカッタ
３ｂｂ ビット
３ｃ スクレーパツース
３ｄ 添加材注入部
３ｅ 外周リング部
３ｆ ビット
３ｇ 開口部
５，５ａ，５ｂ スキンプレート
６ 隔壁
７ チャンバ
８ 添加材注入部
９ カッタ駆動部
９ａ 回転モータ
９ｂ 伝達ギア
９ｃ 支持シャフト
９ｄ 練混ぜ翼
１０ 前段コンベヤ
１０ａ，１０ａ１，１０ａ２ 排土管
１０ｂ，１０ｂ１，１０ｂ２ 軸無しスクリュー部
１０ｃ 継手部
１０ｄ 添加材注入部
１１ 中折れジャッキ
１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ 後段コンベヤ
１５ｔ 排土管
１５ｓ 螺旋翼部
１５ｐ 添加材注入部
２０ 推進台
２１ 支圧壁
２２ 元押ジャッキ
２５ 送泥管
２６ 排泥管
２７ 開閉部
Ｔ 推進管
Ｇ 地盤
Ｇｒ 礫
Ｇｓ 土砂
ＨＳ 発進立坑
ＨＡ 到達立坑

Claims (7)

1. 装置本体をその後方から推進管を介して地中に向かって押し込むことにより前記装置本体を推進させて前記推進管を地中に埋設する推進装置において、
   前記装置本体の前面に回転可能な状態で装着され切羽を掘削するカッタ盤と、
   前記装置本体内において前記カッタ盤の後方に設けられ、前記カッタ盤の開口部を通じて取り込まれた掘削土砂を収容する収容部と、
   前記装置本体内において前記収容部の後方に設けられ、前記収容部内の前記掘削土砂を後方に搬送する第１の排出手段と、
   前記装置本体内において前記第１の排出手段の外周に２台以上設けられ、前記カッタ盤を回転させる回転駆動手段と、
   を備え、
   前記第１の排出手段は、前記収容部内の前記掘削土砂の搬送路を形成する第１の排出管と、前記第１の排出管内に回転可能な状態で設けられ、前記第１の排出管内の前記掘削土砂を搬送する軸無しスクリュー部とを備え、前記第１の排出管の径方向中心位置を前記装置本体の径方向中央部に合わせた状態で設置されており、
   前記カッタ盤の前記開口部の寸法は、前記第１の排出手段の最大搬送可能礫径に設定されていることを特徴とする推進装置。
2. 前記回転駆動手段と前記カッタ盤とを接続する接続部に、前記収容部内の掘削土砂を掻き上げる掻き上げ部を設けたことを特徴とする請求項１記載の推進装置。
3. 前記第１の排出手段の後段に、前記第１の排出管に回転可能な状態で接続された第２の排出管と、前記第２の排出管の内壁に固定された螺旋翼部とを備える第２の排出手段を設けたことを特徴とする請求項１または２記載の推進装置。
4. 前記第１の排出手段の後段に、前記第１の排出管に接続された第２の排出管と、前記第２の排出管内の掘削土砂を後方に圧送する圧送手段とを備える第３の排出手段を設けたことを特徴とする請求項１または２記載の推進装置。
5. 前記第１の排出手段の後段に、前記第１の排出管に回転可能な状態で接続された第２の排出管と、前記第２の排出管の内壁に固定された螺旋翼部と、前記第２の排出管内の掘削土砂を後方に圧送する圧送手段とを備える第４の排出手段を設けたことを特徴とする請求項１または２記載の推進装置。
6. 前記切羽、前記収容部内および前記第１の排出手段の少なくとも一つに作泥土材および気泡材の少なくとも一つを注入する添加材注入手段を備えたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の推進装置。
7. 前記装置本体内において前記収容部の後方に設けられ、前記収容部内に泥水を注入する泥水注入手段を設けたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の推進装置。

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