JP2710602B2 - 地中推進装置及び地中推進方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、地中に推進される
推進管と、推進管に挿入されて回転する内管と、内管の
先端に設けられて推進管の前方で回転する掘削ビットを
備えた地中推進装置と、かかる地中推進装置を用いた地
中推進方法に係り、余掘りによる推進管周囲の地盤の沈
下を無くし、特に推進時に地盤との摩擦抵抗が小さく、
高精度で長距離推進を行うことができる地中推進装置及
び地中推進方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】水平ボーリング方式推進管非回転二重ケ
ーシング式推進工法（以下、単に推進工法と呼ぶ。）
は、地中に推進される非回転の推進管と、推進管の内部
に挿入されて回転する内管と、内管の先端に設けられる
掘削ビットとを有している。掘削ビットは推進管の前方
で内管の回転に伴って回転し、推進管の推進によって地
盤を掘削する。掘削された土砂等は内管を介して発進立
坑側に搬送排出される。

【０００３】一般に前記推進工法においては、巨大礫が
含まれている地盤や岩盤層といった過酷な地盤条件にも
対応できるように、大きな推進応力や曲げ応力によって
も変形せず、また上載荷重に耐えうるように鋼管が推進
管として採用される場合が多い。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の推進工法に
用いられている地中推進装置は、巨大礫が含まれている
地盤や岩盤層に適応した機構となっているが、実際の施
工においては、巨大礫の含まれている地盤だけではな
く、部分的に岩盤層であったり、あるいは崩壊しやすい
砂地盤だったりして、推進の対象地盤は一様ではなく、
複雑な地盤の組み合わせとなっている。このため、地中
推進装置の機構は全ての地盤に適応するものであること
が好ましい。巨大礫が含まれている地盤の場合は、推進
に伴い掘削ビットの回転掘削外径線に沿って地盤の崩落
が発生し、推進管の周囲に大きな余掘空間が作られ、そ
れが原因で地盤のゆるみが発生する。岩盤のように崩壊
しない地盤では、推進管と地盤との摩擦抵抗を小さくす
るために推進管の周りに余掘空間を形成しなければなら
ない。対象地盤が崩れやすい砂地盤のような場合には、
余掘空間が形成されるように掘削外径線を推進管外径線
より大きくしても推進管周りの地盤が崩落して余掘空間
は形成されない。

【０００５】ところが推進管の周囲に必要以上の余掘空
間が形成されると、推進管周囲の地盤崩落が促進され、
結果的に地表面沈下が生じる等して近接構造物に影響が
及ぶ。また余掘空間が形成されると推進管と地盤との摩
擦抵抗は低下するが、推進管が余掘空間内で蛇行し、推
進精度が著しく低下し、結果的に長距離の推進が出来な
いという問題を生じた。従来の推進工法においては、推
進方向の修正を次のように行っていた。即ち、内径の中
心と外径の中心が偏芯した推進先導管を、外径が略一致
する推進管に接続し、推進管に内装した内管の先端に設
けた掘削ビットを推進先導管の先方で偏芯して回転させ
る。掘削ビットの先端が描く掘削外径線は推進管の外周
面に対して偏芯し、推進管の周面の一部が地盤に接する
ことによって地盤反力が得られ、これによって推進管の
方向修正が行われる。しかしながら、前述したように実
際の推進対象地盤が複雑に変化するため、この方法では
方向修正の効果は不十分であった。

【０００６】本発明は、前述の課題に鑑みてなされたも
のであり、推進管の周囲に適当な余掘空間を確実に形成
するとともに、推進と同時に余掘空間に注入材を供給す
ることにより、小さい推進抵抗及び良好な推進精度で推
進でき、かつ長距離推進にも適している地中推進装置及
び方法を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載された地
中推進装置は、地中に圧入される推進管と、前記推進管
と中心線を共有する内周面と、前記中心線と異なる中心
線を有する外周面とを有し、前記外周面は周方向の一部
において前記推進管の外周面に一致するとともに前記一
部以外の部分において前記推進管の外周面に対して半径
方向の段差を有している前記推進管の先端に取り付けら
れる推進先導管と、前記推進管内に挿入されて回転する
内管と、前記推進先導管の前方において、前記推進管の
外周面に対する半径方向の段差が最大となる前記推進先
導管の周方向の位置に接する掘削外径線を描いて前記内
管に連動して回転する掘削ビットと、前記掘削ビットの
掘削によって前記推進管の外側に形成された余掘部分に
注入材を注入する注入材供給手段とを有することを特徴
としている。

【０００８】請求項２に記載された地中推進装置は、請
求項１記載の地中推進装置において、前記注入材が、遅
硬性滑材を含んでいることを特徴としている。

【０００９】請求項３に記載された地中推進装置は、請
求項２記載の地中推進装置において、前記注入材がアル
カリ系刺激剤を含んでいることを特徴としている。

【００１０】請求項４に記載された地中推進方法は、請
求項１記載の地中推進装置を使用し、内管を回転させる
とともに推進管を推進し、内管に連動する掘削ビットの
回転により、推進先導管の後方において推進管の外周面
と地盤との間に所定寸法の余掘部分を形成して推進しな
がら、同時に前記余掘部分に遅硬性滑材を含む注入材を
充填していくことを特徴としている。

【００１１】請求項５に記載された地中推進方法は、請
求項１記載の地中推進装置を使用した地中推進方法にお
いて、前記推進先導管の周面の内、前記推進管の外周面
に対する半径方向の段差が最大となる周方向の位置を中
心として地盤反力を受け、前記推進管の推進方向を修正
することを特徴としている。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の実施の第１の形態を図１
〜図４を参照して説明する。本例の地中推進装置１によ
って、地表に開口して形成された発進立坑から推進管が
略水平方向に向けて地中に推進される。発進立坑内に
は、推進機能と回転機能を備えた推進機が設置される。

【００１３】本例の推進管２は鋼管からなる。鋼管は、
巨大礫を含む地盤や岩盤層等の過酷な地盤条件に対応で
きる。推進管２の後端は発進立坑内の推進機に連結さ
れ、自身の中心線に平行な方向に沿って地中に推進され
る。推進管２は、推進の進展に伴い発進立坑側において
順次継ぎ足されていく。

【００１４】図１及び図２に示すように、推進管２の先
端には、推進先導管３が固定されている。推進先導管３
は、管状の基部４と、先端の偏芯部５を有する。基部４
は外径、内径ともに推進管２と同じである。基部４の後
端と推進管２の先端は中心軸Ｃ１を一致させて連結され
る。偏芯部５の内周面は基部４の内周面に連続してい
る。、偏芯部５の内周面と偏芯部５の外周面とは偏芯し
ている。即ち、内周面の中心軸は推進管２及び前記基部
４の中心軸Ｃ１と一致しているが、外周面の中心軸Ｃ２
は推進管２の中心線に対して偏芯している。従って、図
１（ｂ）に示すように、中心軸Ｃ１に直交する平面で切
断した偏芯部５の厚さは、周方向に沿って異なってい
る。偏芯部５の厚さが最も薄い周方向の位置Ａにおい
て、偏芯部５の外周面は前記推進管２及び前記基部４の
外周面に一致している。そして、当該部分以外の部分に
おいては、偏芯部５の外周面は前記推進管２の外周面に
対して半径方向の段差を有しており、前記当該部分から
周方向に１８０°の位置Ｂにおいて、前記段差は最大と
なる。

【００１５】前記推進管２には内管６が挿入される。内
管６の後端は発進立坑内の推進機に連結され、自身の中
心線の回りに回転される。内管６は、推進の進展に伴い
発進立坑側において順次継ぎ足されていく。

【００１６】内管６の先端には円筒形のビットボディ７
が連結されている。ビットボディ７は、内管６と同一の
内径及び中心軸Ｃ１を有する。ビットボディ７の先端部
には掘削ビット８が取り付けられる。ビットボディ７の
先端部７ａは、推進先導管３の偏芯部５の内周面に接し
て回転する。ビットボディ７の後端部７ｂは、推進先導
管３の基部４の内周面との間に間隔を有している。

【００１７】内管６及びビットボディ７と前記推進管２
との間には、ローラベアリング９が設けられている。内
管６及びビットボディ７と前記推進管２との間には、推
進機の側から冷却水が送られている。内管６及びビット
ボディ７の推進管２の内部における回転はローラベアリ
ング９によって安定して支えられる。ローラベアリング
９の発熱は冷却水によって冷却される。

【００１８】図１（ａ）に示すように、前記ビットボデ
ィ７の先端部には掘削ビット８が取り付けられている。
掘削ビット８は、前記推進先導管３の前方に突出してい
る。図１（ｂ）中に鎖線で示すように、掘削ビット８の
掘削外径線Ｌは、前記推進管２の外周面に対する半径方
向の段差が最大となる前記推進先導管３の周方向の位置
Ｂに接し、これ以外の部分では推進先導管３の外径より
も大きい掘削外径線Ｌを描く。即ち、掘削ビット８は、
推進先導管３の偏芯部５の最大肉厚部分以外の所で推進
先導管３の周囲をオーバーカットする。そして、図１
（ａ）中に鎖線で示すように、推進先導管３の偏芯部５
の最大肉厚部分の後方には、これよりも細い推進管２が
あるので、結局推進管２の周囲には一定の余掘空間Ｓが
形成される。

【００１９】本例の地中推進装置１は、推進管２の周囲
に形成された余掘空間Ｓに注入材を注入する注入材供給
手段１０を有している。注入材供給手段１０は、図示し
ない発進立坑内にある注入材供給源と、注入材供給源に
接続されて内管６内に配設された供給管１１と、推進先
導管３とビットボディ７の間に形成された注入材収納室
１２とを有している。注入材供給源は、注入材を蓄える
貯槽と、該貯槽内の注入材を送りだすポンプ等の搬送手
段を有している。

【００２０】注入材収納室１２は可撓性のリング状のシ
ール材１３によって区画される。ビットボディ７の後端
部７ｂの外周面には、一対の可撓性のリング状のシール
材１３，１３が所定の間隔をおいてそれぞれ固定リング
１４，１４で固定される。シール材１３は推進先導管３
の基部４の内周面に接しており、この注入材収納室１２
に収納された注入材が推進管２と内管６の間の空間に漏
れるおそれはない。推進先導管３の基部４の注入材収納
室１２に対応する部分には、周方向に適当な角度間隔を
おいて１個以上の噴出孔１５が形成されている。注入材
収納室１２に接続された前記供給管１１の端部には逆流
防止弁１６が設けられている。

【００２１】本例において使用される注入材は、推進時
には推進管２と地盤との間の推進抵抗を低減する機能を
有する。また、注入されてから適当な時間が経過する
と、この注入材は固化して前記余掘空間Ｓを充填し、推
進管周囲の地盤の崩壊を防ぎ、余掘空間Ｓにおいて推進
管２が沈下するのを防止する。

【００２２】上記のような機能を有する注入材として
は、自硬性を有しながらも、その硬化開始が遅く、凝結
遅延剤を用いなくとも硬化開始が遅い遅硬性滑材が好ま
しい。例えば、高炉スラグ粉末を含む遅硬性滑材が上記
の目的で使用できる。高炉スラグ粉末は潜在水硬性、即
ち非常に穏やかな水和反応により硬化する特徴を有して
おり、遅硬性滑材として優れた特徴を有している。ま
た、上記遅硬性滑材に、さらにアルカリ系刺激剤を加え
てもよい。アルカリ刺激剤としては、例えばポルトラン
ドセメント、アウイン系セメント、水酸化カルシウム、
無水石膏、炭酸リチウム、炭酸カリウム、炭酸ナトリウ
ム等の物質を用いることができる。要するに、水との反
応によりアルカリ性物質が提供されるもの、あるいはス
ラグを刺激することによりアルカリ性雰囲気にするもの
であればよい。

【００２３】そして、高炉スラグ粉末はアルカリ系刺激
剤によって潜在水硬性が高められ、穏やかな水和反応が
促進される。この為、遅延剤を用いなくとも、任意の時
期に硬化が開始する推進工法用の注入材として用いるこ
とができるのである。アルカリ系刺激剤の種類や量は、
硬化開始の時期により適宜選択すればよい。但し、遅硬
性滑材の硬化開始は実施しようとする推進工法の工程に
合わせて適当に設定し、例えば１〜９０日の間となる量
を加えるのが好ましい。このアルカリ系刺激剤による手
法は、凝結遅延剤にて硬化開始を制御するよりも簡単で
あり、予期しない硬化不良や急結がない。

【００２４】また、上記遅硬性滑材に、さらに滑石粉末
を含めてもよい。このようにすると、自硬性を有するの
みならず、推進管２を推進する際の地盤との摩擦が一層
低減され、滑性効果が高まる。滑石粉末の量は、高炉ス
ラグ粉末１００重量部に対して滑石粉末が１０〜４００
重量部が好ましい。高炉スラグ粉末１００重量部に対し
て滑石粉末が３０〜２００重量部、更には５０〜７５重
量部が一層好ましい。

【００２５】また、上記遅硬性滑材に、さらに起泡剤を
混合してもよい。さらに起泡剤を用いることによって遅
硬性滑材の単位容積質量や流動性を制御でき、材料の沈
下が少なくなり、遅硬性滑材として一層好ましいものと
なる。なお、起泡剤としては、例えばラウリル硫酸ナト
リウム、ラウリル硫酸アンモニウム等の陰イオン系界面
活性剤が上げられる。起泡剤の量は、高炉スラグ粉末１
００重量部に対して起泡剤が０．０２〜０．５重量部が
好ましい。高炉スラグ粉末１００重量部に対して起泡剤
が０．１〜０．２重量部の範囲は一層好ましい。

【００２６】上記遅硬性滑材に、更に吸水性樹脂を混合
してもよい。吸水性樹脂を用いることによって余剰水を
吸収し、ブリーディングを起きにくくし、保水性の高い
遅硬性滑材となる。なお、吸水性樹脂としては、例えば
アクリル系あるいはメタクリル系樹脂の金属塩、ポリビ
ニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ゼラチン系の
樹脂等が挙げられる。吸水性樹脂の量は、高炉スラグ粉
末１００重量部に対して吸水性樹脂が０．０５〜３重量
部が好ましい。高炉スラグ粉末１００重量部に対して吸
水性樹脂が０．１〜０．９重量部の範囲は一層好まし
い。

【００２７】上記遅硬性滑材に、更にベントナイトを混
合してもよい。ベントナイトを用いることによってブリ
ーディングを起きにくくし、かつ水中における材料の不
分離性を高める。ベントナイトの量は、高炉スラグ粉末
１００重量部に対してベントナイトが０．２〜３５重量
部が好ましい。高炉スラグ粉末１００重量部に対してベ
ントナイトが５〜２０重量部の範囲は一層好ましい。

【００２８】上記遅硬性滑材と水とを練混ぜ、これを前
記地中推進装置１において注入剤として使用する。推進
時には推進管２と地盤との摩擦が低減され、推進終了後
には硬化して推進管２と地盤を安定化する。

【００２９】本装置による推進区間が長くなり、多くの
推進管２等を継ぎ足した場合には、図３に示すように、
推進先導管３とビットボディ７の間の空間以外に、途中
の推進管２と内管６の間にも注入材収納室１２を設け
る。その構成は前記注入材収納室１２と略同一であり、
対応する部分には同一の符号を付して説明を省略する。
なお、途中の注入材収納室１２を設ける場合には、注入
材収納室１２の両側に連通するバイパス管１７を設け、
推進管２と内管６の間に供給される水を途中の注入材収
納室１２の前方に送ることができるようにする。

【００３０】推進管２の途中に注入材収納室１２を設け
る場合には、図４に示すように構成してもよい。内管６
の外周面に供給管固定リング１８を配置し、ボルト等に
よって固定する。管固定リング１８には少なくとも１か
所の孔１８ａが形成されており、内管６を貫通して取り
付けられた供給管１１がこの孔１８ａに結合されてい
る。供給管固定リング１８の両外側には一対の第１のシ
ール材１３ａ，１３ａが配置され、これらのシール材１
３ａはその両外側に固定された一対の押さえリング１
９，１９によって前記供給管固定リング１８との間に保
持される。一対の押さえリング１９，１９の両外側には
一対の第２のシール材１３ｂ，１３ｂが配置され、これ
らのシール材１３ｂはその両外側に固定された一対のバ
ックアップリング２０，２０と前記押さえリング１９，
１９とによって固定される。

【００３１】図４に示す注入材収納室１２の構成によれ
ば、２対４本のリング状のシール材１３ａ，１３ｂが推
進管２と内管６の間をシールするので、供給管１１から
供給される注入材の圧力が相当に高くても、推進管２と
内管６の間に注入材がもれるおそれは少ない。

【００３２】以上の構成における作用を説明する。推進
機を駆動し、内管６を回転させるとともに推進管２を地
中に圧入し、掘削ビット８を地盤に切り込ませる。図１
に示すように、掘削ビット８は推進管２の周囲に一定の
余掘空間Ｓを形成していく。

【００３３】発進立坑から送られた前記遅硬性滑材を含
む注入材は、注入材収納室１２に供給され、噴出孔１５
から前記余掘空間Ｓに供給される。推進管２の周囲には
十分な余掘空間Ｓがあり、かつ余掘空間Ｓは注入材で満
たされるので、推進管２が地盤から受ける推進抵抗は従
来に比べて低い。本装置が地盤から直接受ける摩擦抵抗
は、推進先導管３の一部が受ける分のみであり、その他
の部分には地盤からは殆ど摩擦抵抗は加わらない。推進
管２に加わる荷重は小さく、推進管２は多数本を継ぎ足
した状態であっても蛇行することなく高い精度で推進で
きる。

【００３４】推進管２の周囲に形成される余掘空間Ｓは
周方向について一定であるが、推進先導管３の偏芯部５
の周囲においては一定ではない。偏芯部５の半径方向の
厚さが大きい部分（前記位置Ｂ）では余掘空間Ｓが無い
か又は小さいので地盤から反力を受ける。偏芯部５の半
径方向の厚さが小さい部分（前記位置Ａ）では余掘空間
Ｓが大きく、地盤と推進先導管３との間に空隙が生じる
ので、地盤から受ける反力は小さい。従って、推進先導
管３は常に余掘が大きい方に向けて偏芯した反力を地盤
から受ける。そこで、推進方向の精度を保つために、推
進中適当な時間又は推進距離の間隔をおいて、推進管２
と共に推進先導管３を回転させる。これによって余掘が
大きくなる部分を周方向の等位置に適当に分散すれば、
推進先導管３が偏って推進される方向を全周方向に振り
分けることができ、結果として所期の推進方向の精度が
保たれる。

【００３５】推進管２が図示しない到達立坑に到達し、
推進が完了する。推進管２から内管６等を引き抜き、地
中の推進管２が管路として残される。推進管２の周囲に
は余掘空間Ｓがあるが、ここは前記注入材によって充填
されており、この注入材は成分の遅硬性滑材によって適
当な時期に硬化するので、推進管２は地中で安定する。

【００３６】

【発明の効果】本発明の地中推進装置及び地中推進方法
によれば、推進管の先端に推進管外径より大きい余掘空
間を形成するように外径を大きくした外周面を有すると
ともに外周面の中心線が内周面の中心線に対して偏芯し
た推進先導管を設け、推進先導管の周囲を偏芯して掘削
することによって推進管の周囲に一定の余掘空間を形成
し、その余掘空間内に遅硬性滑材を含む注入材を注入し
て推進を行った。このため、推進時には地盤から受ける
反力が極めて小さくなり、よって高い推進方向修正効果
が得られる。また、推進終了後、余掘空間に注入した注
入材が適当な時期に硬化するため、地中の推進管は安定
し、特に崩壊性の地盤において高い効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の実施の一形態の先端部におけ
る断面図、（ｂ）は（ａ）のａ−ａ切断線における断面
図である。

【図２】図１（ａ）のｂ−ｂ切断線における断面図であ
る。

【図３】本発明の実施の一形態の中央部における断面図
である。

【図４】本発明の実施の一形態における注入材収納室付
近の拡大断面図である。

【符号の説明】

１ 地中推進装置 ２ 推進管 ３ 推進先導管 ６ 内管 ８ 掘削ビット １０ 注入材供給手段

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 地中に圧入される推進管と、 前記推進管と中心線を共有する内周面と、前記中心線と
   異なる中心線を有する外周面とを有し、前記外周面は周
   方向の一部において前記推進管の外周面に一致するとと
   もに前記一部以外の部分において前記推進管の外周面に
   対して半径方向の段差を有している前記推進管の先端に
   取り付けられる推進先導管と、 前記推進管内に挿入されて回転する内管と、 前記推進先導管の前方において、前記推進管の外周面に
   対する半径方向の段差が最大となる前記推進先導管の周
   方向の位置に接する掘削外径線を描いて前記内管に連動
   して回転する掘削ビットと、 前記掘削ビットの掘削によって前記推進管の外側に形成
   された余掘部分に注入材を注入する注入材供給手段と、 を有する地中推進装置。
2. 【請求項２】 前記注入材が、遅硬性滑材を含んでいる
   請求項１記載の地中推進装置。
3. 【請求項３】 前記注入材が、アルカリ系刺激剤を含ん
   でいる請求項２記載の地中推進装置。
4. 【請求項４】 請求項１記載の地中推進装置を使用した
   地中推進方法において、内管を回転させるとともに推進
   管を推進し、内管に連動する掘削ビットの回転により、
   推進先導管の後方において推進管の外周面と地盤との間
   に所定寸法の余掘部分を形成して推進しながら、前記余
   掘部分に遅硬性滑材を含む注入材を充填していく地中推
   進方法。
5. 【請求項５】 請求項１記載の地中推進装置を使用した
   地中推進方法において、前記推進先導管の周面の内、前
   記推進管の外周面に対する半径方向の段差が最大となる
   周方向の位置を中心として地盤反力を受け、前記推進管
   の推進方向を修正する地中推進方法。