JP2021075847A - 曲線管の推進工法及び推進装置 - Google Patents

Abstract

【課題】曲線管の推進過程において、曲線管先端が進む方向及び到達位置を制御できるようにする。【解決手段】曲線管１０を把持し、曲線に沿って前記曲線管１０を地山中で推進する工法において、前記曲線管１０の進路を制御するにあたり、前記曲線管１０を周方向に回転させて推進する。【選択図】図１

Description

本発明は、曲線管の推進工法及び推進装置に関する。

従来、「ＮＥＷ ＴＵＬＩＰ工法」と称される、曲線管を使用する細径曲線ボーリング工法及び太径曲線パイプルーフ工法が知られている。
これらは、曲線管埋設、ケーブル等の鞘管の埋設、シールドトンネルの地中接合、立抗の地中拡幅、大断面トンネルの支保工、先受け工、トンネル間の切拡げ拡幅などに採用されている。

この種の曲線管を使用するボーリング工法では、特に曲線管の到達位置の管理がきわめて重要である。
このために、ボーリング開始地点及び到達地点の設定、曲線管及びその接合態様、曲線管の推進装置の精度などの管理事項が重要である。

しかしながら、本発明者らが知る限り、直線的な推進工法や地中シールド工法と異なり、曲線管の推進の場合には、一旦、推進を開始した後は、曲線管の到達位置を制御する手段や手法がないのが現状である。

特許第４６０６２２６号公報

そこで、本発明の主たる課題は、曲線管の推進過程において、曲線管先端が進む方向及び到達位置を制御できるようにすることにある。

本発明者らは、図１に示すように、
（１）曲線管１０の後部を右回りＲに回転して推進すると、曲線管１０の先端は左方向にずれて推進される、
（２）曲線管１０の後部を左回りＬに回転して推進すると、曲線管１０の先端は右方向にずれて推進される、
ことを知見した。
推進過程で、前記原理に基づいて、制御操作をすることにより、曲線管の到達位置を制御することができる。

＜第１の態様＞
曲線管を把持し、曲線に沿って前記曲線管を地山中で推進する工法において、
前記曲線管の進路を制御するにあたり、前記曲線管を周方向に回転させて推進する、
ことを特徴とする曲線管の推進工法。

＜第２の態様＞
曲線管を把持し、曲線に沿って前記曲線管を地山中で推進する工法において、
前記曲線管の進路を制御するにあたり、
前記曲線管を、周方向に回転させる手段と、推進させる手段とを別々に動作させて、前記曲線管を周方向に回転させて推進する、
ことを特徴とする曲線管の推進工法。

＜第３の態様＞
曲線管を把持し、曲線に沿って前記曲線管を地山中で推進する工法において、
前記曲線管の進路を制御するにあたり、
前記曲線管を、周方向に回転させる手段と、推進させる手段とを同時的に動作させて、前記曲線管を周方向に回転させながら推進する、
ことを特徴とする曲線管の推進工法。

＜第４の態様＞
曲線管を把持し、曲線に沿って前記曲線管を地山中で推進する工法に使用する推進装置おいて、
設置架台と、
前記設置架台に保持され、前記曲線管に対応して設けられた基体と、
前記基体に対して設けられた、前記曲線管をチャックするチャック手段と、
前記曲線管をチャックした前記チャック手段と共に、前記曲線管を前記基体を反力座として、前記曲線管の周方向に回転させる回転手段と、
前記設置架台を反力座として、前記基体を推進方向に推進する推進ジャッキと、
を含むことを特徴とする曲線管の推進装置。

＜第５の態様＞
曲線管を把持し、曲線に沿って前記曲線管を地山中で推進する工法に使用する推進装置おいて、
設置架台と、
前記曲線管に対応して設けられた可動台と、
前記可動台に対して設けられた、前記曲線管をチャックするチャック手段と、
前記曲線管をチャックした前記チャック手段と共に、前記曲線管を前記可動台を反力座として、前記曲線管をその周方向に回転させる回転手段と、
前記設置架台を反力座として、前記可動台を推進方向に推進する推進ジャッキと、
を含むことを特徴とする曲線管の推進装置。

本発明によれば、曲線管の推進過程において、曲線管先端が進む方向及び到達位置を制御できるようになる。

本発明に係る基礎的な知見の説明図である。 曲線ボーリング工法例の説明図である。 第一例の推進装置の要部側面図である。 その第一把持装置の横断面図である。 把持回転装置の横断面図である。 第二例の推進装置の要部側面図である。 その横断面図である。 曲線管内に例示の掘進用先端装置を設置した例の概要縦断面図である。

以下、本発明を、実施の形態の例を挙げて説明する。

曲線ボーリング工法の一例は、例えば図２に示すように、既設のトンネル１からトンネル２に向かって曲線管１０を推進装置３により推進して到達させることを、トンネル方向に位置を変えながら、推進を繰り返して、複数本設置し、既設トンネル１,２間を連絡するものである。この例では曲線管１０を上向きに推進するが、下向きに推進することもできる。
また、前述のように、太径曲線パイプルーフ工法のほか細径曲線ボーリング工法にも本発明は適用可能である。

図１は、本発明に係る基礎的な知見の説明図であり、推進方向は図１の下方から上方に向かう方向の例である（白抜き矢印で図示した。）。既述のように、次の原理に基づく制御を行う。
（１）曲線管１０を右回りＲに回転して推進すると、曲線管１０の先端は左方向にずれて推進される。
（２）曲線管１０を左回りＬに回転して推進すると、曲線管１０の先端は右方向にずれて推進される。
方向制御は主に左右方向であるが、上下方向の制御も地山条件などにより可能である。
曲線管の把持位置は条件によって設定でき、中間部で把持回転できるほか、以下の例示の場合などにおいては、装置の設置条件の制約により、曲線管の後方部となることがある。

＜第一例＞
これを実施するための第一例に係る推進装置３０Ｘを図３、図４及び図５に示した。
地中空間（例えばトンネル内）に推進装置３０Ｘが設置される。
推進装置３０Ｘは、曲線管１０の例えば後部に設けられ（初期掘進時には曲線管１０の中間部に設けられ）、
地山に対して、例えばトンネル１内に設けられた設置架台３１と、
設置架台３１に対して設けられた推進部Ｐ、前方の回転部Ｑ及び後方の連結ホルダ部Ｒを備えている。

設置架台３１は、位置固定でもよいが、図示の例では、設置架台３１は、主架台３１Ａに対して、回転軸芯３１ａを中心として、傾動台３１Ｂがシリンダ３１Ｃにより設置角度を調整可能となっている。設置角度調整後は、固定ボルト３１Ｄにより、設置架台３１に対する傾動台３１Ｂの傾斜角度が固定される。

推進部Ｐの例は図４に示しており、設置架台３１に基体３２が保持されており、この基体３２の幅方向両側部にチャックケース３３が支持軸３４で軸支されている。チャックケース３３には、曲線管１０の外周面に対向して押圧するチャック３５を有しており、油圧によりチャックケース３３を背面座としてチャック３５を曲線管１０の外周面をチャックするチャック手段を構成している。
基体３２の側部には、開閉シリンダ３６が枢支され、その先端はチャックケース３３と連結されている。開閉シリンダ３６の伸縮により、チャックケース３３及びチャック３５の曲線管１０の外周面に対する接離が行われる。
３７は曲線管１０を受け入れてそのセンタリングを図るセンタリングシリンダである。
一方、基体３２の両側部には、抱持体３２Ａが一体化され、この抱持体３２Ａに軸支されたガイド輪３９が、例えば横断面Ｈ形の案内体としての案内レール３８のフランジ３８ａに跨座している。

他方で、図３が参照されるように、傾動台３１Ｂには反力座４１が設けられ、この反力座４１と、推進部Ｐ、例えば基体３２との間には推進ジャッキ４０が連結されている。
かかる推進装置３０Ｘにおいては、曲線管１０の外周面の両側をチャック３５、３５によりチャックした状態で、推進ジャッキ４０を伸長させると、曲線管１０は前方に、かつ上向き又は下向きで推進移動される。
このとき、推進部Ｐは、案内体を構成する、例えばガイド輪３９が、案内レール３８のフランジ３８ａに跨座させながら、フランジ３８ａの曲線に沿って推進移動される。
このような推進移動過程で、曲線管１０の到達位置が目標から外れることが予想される場合には、回転部Ｑを作動させる。

回転部Ｑの一例を図５に示した。これを説明すると、設置架台３１、図示例においては傾動台３１Ｂ上に、上面が円弧面をもった受け台３１Ｃが一体化されており、この受け台３１Ｃの円弧面上に、下面が対応する円弧面を有する支持体５２が配置されている。
支持体５２には、曲線管１０の両側面に対向する、チャック手段５１，５１が一体化されている。
チャック手段５１は、ケース５１ｂと、このケース５１ｂ内に設けられたチャック５１ａと、チャック５１ａを曲線管１０に押し出しチャッキング操作を行う押圧部５１ｃとを含む。
一方、設置架台３１には、図示例では傾動台３１Ｂに一体化された支持台３１Ｅには、伸縮ジャッキ５４が支軸５４ａを介して設けられおり、他端部は支持体５２に固定されたブラケット５２ａと連結している。
伸縮ジャッキ５４の伸縮に伴って、支持体５２及びチャック手段５１，５１は、曲線管１０の軸芯回りに所定角度、回転する。

曲線管１０内には、適宜の又は公知の先端装置が設けられる。その一例の形態を図８に示した。
すなわち、曲線管１０内に先端装置７０が同軸に設けられている。図示では部材及び機器を直線状に図示している。また、要部のみを図示し、詳細は図示していない概略図である。
先端装置７０は、先端部にカッターヘッド７１を有し、曲線管１０の先端から若干の長さ突出し、油圧モータ７３により、カッターヘッド７１及びコーンロータ７２が回転し、削孔泥水を導管７４を通して後方に取り込むようになっている。
また、チャッキング装置７５は曲線管１０内面から押圧することにより、それより前方の機材を固定する機能を担っている。
７６はジャイロを内装した機内の制御盤、７７はローリング計、７８はピッチング計であり、先端装置７０における掘進制御を行うために利用される。

以上の第一例においては次のように動作する。
曲線管１０の推進方向を、例えば前記ジャイロ７６からの信号に基づき、修正する必要が生じた場合、回転部Ｑのチャック手段５１，５１により、曲線管１０の後部をチャックした状態で、伸縮ジャッキ５４の伸縮量を調整して、曲線管１０を周方向に所定角度回転させる。
この回転方向と曲線管１０の推進方向との関係は既述のとおりである。
なお、順序として、曲線管１０の周方向の回転角度を設定した後、推進ジャッキ４０，４０により曲線管１０を推進させるのが望ましい。
この推進とともに、先端装置７０による掘進を行い、曲線管１０を前進させる。
所定長の前進が終了した時点で、後続の単位曲線管を持ち込み、既存の曲線管１０と連結し、同様の作動により曲線管１０の前進を図る。既存の曲線管１０と単位曲線管との連結には、既存の曲線管１０の推進部Ｐのチャック、後続の単位曲線管の連結ホルダ部Ｒのチャックが利用される。
なお、連結ホルダ部Ｒの詳細は図示していないが、後続の単位曲線管を観音開き方式でチャックする構造のものである。

＜第二例＞
第一例においては、曲線管１０を回転させた後に、これを推進させるものである。また、推進部Ｐと回転部Ｑとが別体であるものである。
この第一例のほか、曲線管１０を回転させながら、これを推進させる第二例も提案される。
この第二例を実施するための、推進部Ｐと回転部Ｑとが一体となった、推進装置構成の一例は図６及び図７に示すものである。この図示例も概念図であることを断っておく。

すなわち、第二例に係る推進装置３０Ｙにおいては、
設置架台３１、図示例では傾動台３１Ｂと、
曲線管１０の例えば後部に設けられた可動台６２と、
可動台６２対して設けられた、曲線管１０の後部をチャックするチャック手段６６（例えば図４のチャックと同様である。）と、
曲線管１０の後部をチャックしたチャック手段６６と共に、曲線管１０を可動台６２を反力座として、曲線管１０をその周方向に回転させる、例えば図５の例と同様な伸縮ジャッキからなる回転手段６５と、
設置架台３１、図示例では傾動台３１Ｂを反力座として、可動台６２を推進方向に推進する推進ジャッキ６３と、
を含む。

図示例においては、可動台６２が例えば傾動台３１Ｂに係合して、所定曲率に沿って推進ジャッキ６３，６３により移動するようになっている。
可動台６２に回転架台６４が、例えば一対の伸縮ジャッキ６５，６５を介して保持されている。
回転架台６４には、既述のように、例えば第一例と同様なチャック手段６６，６６が設けられており、曲線管１０をチャックするようになっている。
かかる第二例においては、曲線管１０の推進方向を、例えば前記ジャイロからの信号に基づき、修正する必要が生じた場合、チャック手段６６，６６により、曲線管１０の後部をチャックした状態で、伸縮ジャッキ６５，６５の伸縮量を調整して、曲線管１０を周方向に回転させる。
この回転方向と曲線管１０の推進方向との関係は既述のとおりである。
必要ならば、図５の例と同様に、伸縮ジャッキ６５は一本のみでもよい。

曲線管１０を周方向に回転させながら、推進ジャッキ６３，６３により曲線管１０を推進させる。
この推進とともに、先端装置７０によるボーリングを行い、曲線管１０を前進させる。
曲線管１０を周方向に回転させながら、推進ジャッキ６３，６３により曲線管１０を推進させる第二例においては、回転と推進を、同時的あるいは細かい時間又は距離単位で行うことができるので、曲線管１０（先端）の推進方向の修正を適確に行うことができる。

上記例においては、推進部Ｐ、前方の回転部Ｑ及び後方の連結ホルダ部Ｒを有しているが、本発明において必須の要素ではない。
推進部Ｐ、回転部Ｑ及び連結ホルダ部Ｒの前後方向の位置関係は適宜変更することができる。
たとえば、最前方で回転を図るほか、中間で回転を図る、最後方で回転を図るものでもよい。
同様の観点から、中間で推進を図るほか、最前方で推進を図るほか、最後方で推進を図るものでもよい。
さらに、推進部Ｐ、回転部Ｑ及び連結ホルダ部Ｒのそれぞれは複数を設けてもよい。

本発明は、「ＮＥＷ ＴＵＬＩＰ工法」以外にも、曲線管の推進一般に適用できる。また、曲線管の口径に限定はないが、細径曲線（例えば５００ｍｍ以下の）ボーリング工法に好適に適用できる。

３、３０Ｘ、３０Ｙ…推進装置、１０…曲線管、３１…設置架台、３１Ｂ…傾動台、３２…基体、３３…チャック手段、４０…推進ジャッキ、５１…チャック手段、５４…伸縮ジャッキ（回転手段）、６３…推進ジャッキ、７０…先端装置、Ｐ…推進部、Ｑ…回転部、Ｒ…連結ホルダ部。

Claims (5)

1. 曲線管を把持し、曲線に沿って前記曲線管を地山中で推進する工法において、
   前記曲線管の進路を制御するにあたり、前記曲線管を周方向に回転させて推進する、
   ことを特徴とする曲線管の推進工法。
2. 曲線管を把持し、曲線に沿って前記曲線管を地山中で推進する工法において、
   前記曲線管の進路を制御するにあたり、
   前記曲線管を、周方向に回転させる手段と、推進させる手段とを別々に動作させて、前記曲線管を周方向に回転させて推進する、
   ことを特徴とする曲線管の推進工法。
3. 曲線管を把持し、曲線に沿って前記曲線管を地山中で推進する工法において、
   前記曲線管の進路を制御するにあたり、
   前記曲線管を、周方向に回転させる手段と、推進させる手段とを同時的に動作させて、前記曲線管を周方向に回転させながら推進する、
   ことを特徴とする曲線管の推進工法。
4. 曲線管を把持し、曲線に沿って前記曲線管を地山中で推進する工法に使用する推進装置おいて、
   設置架台と、
   前記設置架台に保持され、前記曲線管に対応して設けられた基体と、
   前記基体に対して設けられた、前記曲線管をチャックするチャック手段と、
   前記曲線管をチャックした前記チャック手段と共に、前記曲線管を前記基体を反力座として、前記曲線管の周方向に回転させる回転手段と、
   前記設置架台を反力座として、前記基体を推進方向に推進する推進ジャッキと、
   を含むことを特徴とする曲線管の推進装置。
5. 曲線管を把持し、曲線に沿って前記曲線管を地山中で推進する工法に使用する推進装置おいて、
   設置架台と、
   前記曲線管に対応して設けられた可動台と、
   前記可動台に対して設けられた、前記曲線管をチャックするチャック手段と、
   前記曲線管をチャックした前記チャック手段と共に、前記曲線管を前記可動台を反力座として、前記曲線管をその周方向に回転させる回転手段と、
   前記設置架台を反力座として、前記可動台を推進方向に推進する推進ジャッキと、
   を含むことを特徴とする曲線管の推進装置。

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