JP2753558B2 - 小口径孔掘削装置及び小口径孔推進工法における方向修正方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は道路を掘削せずに地中に管類を布設する小口
径孔掘削装置及び小口径孔推進工法における方向修正方
法に関するものである。

（従来の技術） 従来の技術を図を用いて説明する。

第11図において発進立坑P1と到達立坑P2とが土中に掘
られ、発進立坑P1に元押装置１が設置される。２は方向
修正装置で、３はそれまでの方向修正装置２および元押
装置１により順次圧入されたパイロット管である。

パイロット管は到達立坑P2の所定の位置に確実に到達
しなければならないため、位置検知後及び方向修正装置
により方向修正が適宜行われる。

以下に記述する方向修正力とは、方向修正装置の推進
線と直角に働く土圧のことを言う。

（発明が解決しようとする課題） 従来の方向修正方法の二三を例示する。

（例１） 第12図において方向修正装置２の先端部に円筒状のヘ
ッド４（以降フラットヘッドと呼ぶ）が装着され、フラ
ットヘッドは自由に傾動するよう接続されている。

直進時には第13図に示すように、方向修正装置２はフ
ラットヘッドが直進方向を向くように所定の機構で固定
された状態で地中に推進される。

方向修正時には第14図に示すように、方向修正装置２
はフラットヘッドが方向修正すべき方向に所定の機構で
傾動され、その状態で地中に推進される。

（例２） 第15図において方向修正装置９の外筒部内にテーパヘ
ッド６が収納されており、テーパヘッドが外筒部５の内
側において、回転モータ８により所定の角度だけ回転で
きるような機構を有している。７は油圧ジャッキを示
す。

直進時には第15図に示すように、方向修正装置９は外
筒部内にテーパヘッド６が収納された状態で地中に推進
される。

方向修正時には、第16図に示すように方向修正装置９
の外筒部内において方向修正すべき方向にテーパヘッド
６を回転させ（テーパヘッドの傾斜部を方向修正すべき
方向と反対にむける）、その後、第17図に示すようにテ
ーパヘッド６のみを地中に貫入させ、この状態で方向修
正装置を地中に推進する。

例１の方向修正のメカニズムは第18図に示すように、
フラットヘッド４の側面に加わる土圧により方向修正力
を得るということである。第18図に示すようにフラット
ヘッド４の前面は地中に貫入するにつれて土楔10が形成
されるため、ここには方向修正力は生じ無い。しかし、
この機構では方向修正する土圧を受ける面積が小さく、
方向修正力は弱く十分な修正効果は得られない。また、
第19図に示すようにフラットヘッド４のつけね部分に土
が膠着し（11は膠着した土）、他方向への傾動が不能に
なることも考えられる。

例２の方向修正のメカニズムは第20図に示すように、
フラットヘッド４よりも大きな方向修正力を得るが、方
向修正すべき方向に受動土圧12aが発生し、これが方向
修正を阻害するようはたらき、十分な方向修正効果を得
られない。

もし、十分な方向修正効果を得ることができなけれ
ば、到達立坑の所定の位置にパイロット管を布設するこ
とが不可能となり、再推進等の手戻り作業により工期の
遅延等の問題が生じる。

本発明は上記の欠点を改善するために提案されたもの
で、その目的は、小口径孔推進工法において軟弱な地盤
でも正確な方向制御を行う小口径孔掘削装置及び小口径
孔推進工法における方向修正方法を提供することにあ
る。

（課題を解決するための手段） 上記の目的を達成するため、本発明は円筒状の外筒の
先端に設けられ、前進および傾斜自在に設けられたテー
パヘッドと、前記テーパヘッドを前進させる手段と、前
記テーパヘッドを傾斜させ、かつヒンジ構造からなる折
れ曲がり手段と、前記両手段を駆動するための油圧ジャ
ッキおよびモータとを備えることを特徴とする小口径孔
掘削装置を発明の要旨とするものである。。

さらに本発明は、テーパヘッドを方向修正装置の先端
の外筒部に収納した状態で、テーパヘッドを所定の向き
に回転させる工程と、テーパヘッドのみを、前記テーパ
ヘッドに後続するピストンロッドを油圧ジャッキ等で押
し出し、地中に貫入させる工程と、前記テーパヘッドと
これに後続するロッドの接続のヒンジ構造によって、テ
ーパヘッドを地中に貫入させると共に、テーパヘッドが
ヒンジ部を中心として折れ曲がる工程と、テーパヘッド
は地中に貫入すると同時にヒンジ点を中心に回転するこ
とによって方向修正装置の外径より突出するために、テ
ーパヘッドが地中に貫入にしたがい突出部側（方向修正
側）の土を削り取り間隙を形成し、方向修正側には受動
土圧を発生させないようにする工程とを含み、テーパヘ
ッドの傾斜面に働く土圧及び空隙による受動土圧の２点
により方向修正装置の方向修正力、即ち地中における曲
がり力を大きくし、正確な方向制御を可能にしたことを
特徴とする小口径孔推進工法における方向修正方法を発
明の要旨とするものである。

（作用） 従来の技術では方向修正のための大きな土圧を受ける
機構で無かったこと、或いは大きな土圧を受ける機構で
も受動土圧を受けたことにより、十分な方向修正機能を
もたなかったが、本発明は第21図に示すように方向修正
装置の外筒からテーパヘッドを伸ばした際にテーパヘッ
ド自体が折れ曲がり、折れ曲がった状態ではテーパヘッ
ドの先端は方向修正装置の外径より突出するようにし、
その状態で方向修正装置を土中に貫入させることによ
り、テーパヘッド傾斜側に大きな土圧を受けること、さ
らに方向修正側に余掘りを形成することにより、受動土
圧を発生させないことの点により、方向修正装置が大き
な方向修正効果を得ることができる。

（実施例） 次に本発明の実施例について説明する。なお、実施例
は一つの例示であって、本発明の精神を逸脱しない範囲
で、種々の変更あるいは改良を行いうることは言うまで
もない。

第１図は本発明の小口径孔掘削装置の先端部の断面
図、第２図、第３図は第１図において夫々Ａ−Ａ′線,B
−Ｂ′線に沿う断面図、第４図（イ），（ロ）は夫々部
材15と19,15と20のピン13との結合状態、第５図は各部
材の形状、第６図は掘削装置全体を示すものである。

さらに図において、５は外筒、６はテーパヘッド、７
は油圧ジャッキ、８はモータ、９は方向修正装置で、モ
ータの回転軸は油圧ジャッキの中心を貫通している。13
はテーパヘッド回転用のピン、14は土砂排除ゴム、15は
ジャッキ力伝達部材Ａ、16は土砂排除リング、17はスト
ッパリング、18はピストンロッド、19はジャッキ力伝達
部材Ｂ、20はジャッキ力伝達部材Ｃ、21は突起、22は余
掘りを示す。

テーパヘッド６の後部は部材B19と一体に結合されて
おり、部材B19を介してピン13を中心として折れ曲がる
ようになっている。また、部材A15と部材B19はピン13を
介してチョウツガイのように結合されている。さらに部
材C20もピン13を介してチョウツガイのように部材B19に
結合している。

方向修正装置９が地中に推進されている状態におい
て、位置検知後、方向修正が必要無く直進させる場合
は、第16図のように方向修正装置９はテーパヘッド６を
外筒５に収納したまま、推進される。この推進は方向修
正装置９に後続してパイロット管があり、これを元押装
置１が押し出すことにより行われる（第11図参照）。

もし、位置検知の結果、方向修正が必要とされる場合
は、まずテーパヘッド６が外筒５に収納された状態にお
いて方向修正すべき方向にテーパヘッド６を回転させ
る。この時の動作はピストンロッド18に後続する回転モ
ータ８がピストンロッドを回転させるが、ピストンロッ
ド18に装着してある突起21がピストンロッドが回転する
とともに回転し、部材A15に嵌入し、部材A15を回転させ
る。部材A15は19の部材Ｂとピン13を介して結合してあ
るのでテーパヘッドも回転する。なお、部材A15には突
起21が通るように孔が開けられている（第12図参照）。

この後、油圧ジャッキ７によりテーパヘッド６が伸
び、地中に貫入する。この時はピストンロッド18が伸び
ると突起21が部材C20を押し、部材C20はピン13を介して
テーパヘッドと結合しているためテーパヘッド６も押し
出されるわけである。

テーパヘッドが地中に貫入すると、部材C20はピン13
を中心に回転するため、突起21に押されて回転し、部材
B19を押す。部材B19もピン13を中心に回転するようにな
っているため、部材B19と一体になっているテーパヘッ
ド６がヒンジ構造により折れ曲がることになる。テーパ
ヘッド６が外筒に収納されている間は、テーパヘッド６
は外筒５に押さえられており、折れ曲がることは無い。
尚、テーパヘッドが折れ曲がるための力は突起21とピン
13の中心軸がずれているために働くモーメントによる。

折れ曲がったテーパヘッドは外筒より外径が突出する
ような長さをもっているため、方向修正装置の外筒から
テーパヘッドが押し出された状態で方向修正装置が推進
されると外径より突出した分だけの土を削り取る。この
ような機構により、方向修正装置９のテーパヘッド６の
傾斜面に生じる土圧により方向修正すべき力を得、余掘
り22により方向修正を阻害する受動土圧の発生を押さえ
ることができるため、方向修正装置９に大きな方向修正
効果をもたせることが可能となる。

本発明によれば、方向修正装置の先端部に推進方向と
直角な方向の土圧を大きく発生させると同時に、方向修
正を妨げる受動土圧の発生を阻止する余掘りを生じさせ
る構造であるため、従来の方向修正装置に比べ、有効な
方向修正効果を得ることができる。

この結果を証明する実験結果を以下に示す。

第７図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に先端ヘッド形状を示
す。

（Ａ）は従来の技術の例１で示したもの、（Ｂ）は同
じく例２で示したもの、（Ｃ）は本発明による先端ヘッ
ドである。図において、23はパイプ、24は部材、25はヘ
ッド、26は部材、27,28は圧力計、29は余掘りを示す。
（Ｂ）における余掘り29は（Ｃ）のテーパヘッドの傾斜
部の面積を同じくするために便宜上生じたものでこの部
分は土圧が発生しないため、実験結果には影響は無い。

これらのヘッド25を先端に取りつけたパイロット管ダ
ミー管（50mm×50mmの鋼製の角パイプ，厚さ1.6mm）を
均一に土槽（Ｎ＝０相当の砂質ローム土，含水比20％）
に貫入させ、その時の先端中心部の曲がり量を測定した
結果を第８図に示す。この結果でも明らかなように本発
明による方向修正装置の曲がり量は従来に比べて大き
い。

この要因を調べるため、先端ヘッドに27,28のように
土圧計を取付けた。これにより計測した結果を第９図，
第10図に示す。第９図は土圧計27で計測した土圧の側方
荷重成分、即ち推進線Ｘ−Ｘ′に直角な方向の成分で、
下向きの力を正として示したものである。この結果によ
れば、（Ｂ）と（Ｃ）は同一の土圧でも曲がる量が違う
ということである。さらに第10図は土圧計28の計測した
土圧の側方成分であり、（Ｂ）より（Ｃ）の受動土圧が
小さいことがいえる。

以上の結果及び要因分析により、本発明の方向修正す
る力は大きいものであることがわかる。

（発明の効果） 叙上のように、本発明によれば、方向修正装置の先端
部に推進方向と直角な方向の土圧を大きく発生させると
同時に、方向修正を妨げる受動土圧の発生を阻止する余
掘りを生じさせる構造であるため、従来の方向修正装置
に比べ、有効な方向修正効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の小口径孔掘削装置、第２図は第１図に
おいてＡ−Ａ′線に沿う断面図、第３図はＢ−Ｂ′線に
沿う断面図、第４図（イ），（ロ）は部材の結合状態、
第５図（イ），（ロ）は部材の形状、第６図は装置全体
の概略、第７図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は方向修正のメ
カニズムを解明するための先端ヘッド類、第８図〜第10
図までは方向修正のメカニズム解明実験結果を示す。第
11図は小口径孔推進工法の実施例、第12図は従来の方向
修正装置（例１）の先端ヘッドが傾動可能であることを
表し、第13図は従来の方向修正装置（例１）が直進する
場合の先端形状、第14図は従来の方向修正装置（例１）
が方向修正される時の先端形状、第15図は従来の方向修
正装置（例２）の断面図、第16図は従来の方向修正装置
（例２）のテーパヘッドが回転可能であることを表し、
第17図は従来の方向修正装置（例２）のテーパヘッドが
出た状態を表し、第18図は従来の方向修正装置（例１）
の土圧発生状況を表し、第19図は方向修正装置（例１）
の先端ヘッド部が土が膠着している状況を表し、第20図
は従来の方向修正装置（例２）の土圧発生状況を表し、
第21図は本発明による土圧発生状況を表す。 ５…外筒 ６…テーパヘッド ７…油圧ジャッキ ８…モータ ９…方向修正装置 13…テーパヘッド回転用ピン 14…土砂排除ゴム 15…ジャッキ力伝達部材Ａ 16…土砂排除リング 17…ストッパリング 18…ピストンロッド 19…ジャッキ力伝達部材Ｂ 20…ジャッキ力伝達部材Ｃ 21…突起 22…余掘り

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】円筒状の外筒の先端に設けられ、前進およ
   び傾斜自在に設けられたテーパヘッドと、前記テーパヘ
   ッドを前進させる手段と、前記テーパヘッドを傾斜さ
   せ、かつヒンジ構造からなる折れ曲がり手段と、前記両
   手段を駆動するための油圧ジャッキおよびモータとを備
   えることを特徴とする小口径孔掘削装置。
2. 【請求項２】テーパヘッドを方向修正装置の先端の外筒
   部に収納した状態で、テーパヘッドを所定の向きに回転
   させる工程と、 テーパヘッドのみを、前記テーパヘッドに後続するピス
   トンロッドを油圧ジャッキ等で押し出し、地中に貫入さ
   せる工程と、 前記テーパヘッドとこれに後続するロッドの接続のヒン
   ジ構造によって、テーパヘッドを地中に貫入させると共
   に、テーパヘッドがヒンジ部を中心として折れ曲がる工
   程と、 テーパヘッドは地中に貫入すると同時にヒンジ点を中心
   に回転することによって方向修正装置の外径より突出す
   るために、テーパヘッドが地中に貫入にしたがい突出部
   側（方向修正側）の土を削り取り間隙を形成し、方向修
   正側には受動土圧を発生させないようにする工程と を含み、テーパヘッドの傾斜面に働く土圧及び空隙によ
   る受動土圧の２点により方向修正装置の方向修正力、即
   ち地中における曲がり力を大きくし、正確な方向制御を
   可能にしたことを特徴とする小口径孔推進工法における
   方向修正方法。