JP2902576B2 - カーブ推進用推進管 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、トンネル掘削のため土
中に推進される推進管に関し、特にカーブを有するトン
ネルを推進掘削するのに好適なカーブ推進用推進管に関
する。

【０００２】

【従来の技術】遠心力鉄筋コンクリート管、いわゆるヒ
ューム管等からなる推進管を土中に推進しながら、その
先端で切り羽を掘削し、水路やケーブル敷設路等のトン
ネルを構築する推進掘削工法が広く採用されている。こ
のような推進掘削工法は、例えば実公昭５９−４１２６
９号公報、や実開昭６４−３９９９６号公報に示されて
いる。

【０００３】この推進掘削工法では、立抗からトンネル
を構築する地盤まで推進管を降ろし、そこから元押しジ
ャッキや中間ジャッキ等を使用して推進管を地盤の中に
押し進めながら、最も先の推進管の先端で切り羽を掘削
していく。このような推進工法において、土中に推進さ
れる推進管の端部の継ぎ合わせ状態を図７に示す。すな
わち、推進管１ａ、１ｂは、その一方の推進管１ｂの端
部外周に止水用のゴムリング３を嵌め込み、他方の推進
管１ａの端部外周から鋼製のカラー４を延ばしている。
そして、このカラー４の中に前記ゴムリング３を嵌め込
んだ推進管１ｂの端部を嵌合した状態で両推進管１ａ、
１ｂの端部が長手方向に突き合わせられる。このように
して継ぎ合わせられた前後の推進管１ａ、１ｂの端面の
突合せにより、前記ジャッキからの推進力が後方の推進
管１ｂから前方の推進管１ａに伝達される。

【０００４】このような推進掘削工法によりトンネルを
掘削するに当り、掘削するトンネルに曲線部がある場
合、その曲線部の部分では、前後の推進管１ａ、１ｂ
を、その突き合わせた継手部分で折り曲げて推進する工
法が行われている。この場合、前後の推進管１ａ、１ｂ
の端面に楔を打ち込んで推進する方法や、推進管１ａ、
１ｂの端面の間にヒンジを設けて曲げる方法等が提案さ
れている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記のような従来の推
進掘削工法において、曲線部推進時の前後の推進管１
ａ、１ｂの継手における曲げは、カラー４と推進管１ｂ
の端部との余裕の範囲で行われている。ところが、この
カラー４は、本来、推進管１ｂの端部外周に嵌め込まれ
たゴムリング３との接触により、推進管１ａ、１ｂの内
部への土砂や水の浸入の防止を図るものであり、現実に
は止水性の観点から、カラー４と推進管１ｂの端部とに
大きな余裕を与えることはできない。

【０００６】さらに、前記従来の推進管では、推進管１
ｂから推進管１ａの伝達される推力を均等化するため、
それら推進管１ａ、１ｂの間にクッション材としてクッ
ション材２を挿入している。これは、推進管１ａ、１ｂ
の端面に局部的に大きな応力が作用するのを避けるため
である。しかし、曲線部分では、曲線の内側となる部分
や楔を打ち込んだ部分に推力による応力が集中する。こ
のため、クッション材が圧縮破壊されたり、推進力をそ
の先の推進管に正確に伝達できないという課題がある。
これらの理由から、前後の推進管１ｂの継手部分で、そ
れらを曲げることができる角度に自ずと限度がある。

【０００７】推進管１ａ、１ｂは、通常の長さが２００
０〜２５００ｍｍであるが、曲線部の曲率半径が小さい
場合、このように長い推進管を使用すると、曲線部の曲
率に前記推進管１ａ、１ｂの継手における曲げ角度が対
応できない場合がある。そのため、曲線部の曲率半径が
小さい場合、従来の推進掘削工法では、特に短い推進管
を使用し、継手の数を増やしてその曲率半径に対応させ
る必要があった。

【０００８】しかし、短い推進管を使用する場合は、立
抗から頻繁に推進管を降ろさなければならず、ヒンジも
それだけ多くの個所に設けなければならないため、施工
に手数がかかるという課題があった。そのため、より大
きな角度で曲げても、クッション材の圧縮応力の集中が
起らず、推進力を先の推進管に正確に伝達できる推進管
の開発が望まれている。本発明は、前記従来のカーブ推
進用推進管及びそれを使用した推進掘削工法の課題に鑑
み、カーブ推進用推進管の屈曲部でのクッション材の圧
縮応力の集中を無くし、その圧縮破壊を防止すると共
に、曲線部推進に際して先の推進管に正確に推進力を伝
達できるようにすることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明では、前記の目的
を達成するため、管体１１ａ、１１ｂの突き合わせた端
面の間に圧縮変形可能なクッション材１８、１９、２０
を挿入し、このクッション材１８、１９、２０の厚さ
を、管体１１ａ、１１ｂの曲げ軸の両側にいくにしたが
って次第に厚くした。そして、このクッション材１８、
１９、２０の厚さの厚い部分を管体１１ａ、１１ｂの曲
がりの内側と外側とになるように土中を屈曲推進するこ
とで、クッション材１８、１９、２０に生じる最大圧縮
応力となる部分を分散し、その応力集中を避け、屈曲推
進時の推進力の正確な伝達を可能としたものである。

【００１０】すなわち本発明によるカーブ推進用推進管
は、長手方向に屈曲自在に順次突合せられた複数の管体
１１ａ、１１ｂと、これら管体１１ａ、１１ｂの突き合
わせた端面の間に径方向に対向して挿入された圧縮変形
可能なクッション材１８、１９、２０とを有したもの
で、クッション材１８、１９、２０は、管体１１ａ、１
１ｂの曲げ軸の両側にいくに従って次第に厚くなること
を特徴とする。例えば、クッション材１８、１９、２０
は、複数の円弧状のセグメント状部材からなり、これを
重ね合わせることでその厚さを変える。

【００１１】ここで、クッション材１８、１９、２０を
介して突合せられた一対の管体１１ａ、１１ｂの端部に
わたって弾性筒体１３を嵌め込み、この弾性筒体１３の
内周に形成した溝に前記クッション材１４、１５の外周
縁を挟持する。さらに、この弾性筒体１３の外周側に剛
性を有する保護管１２を嵌め込む。

【００１２】

【作用】このような本発明によるカーブ推進用推進管で
は、クッション材１８、１９、２０の厚さの厚い部分を
管体１１ａ、１１ｂの曲がりの内側と外側とすると共
に、クッション材１８、１９、２０の厚さの薄い部分を
屈曲部の支点、すなわち曲げ軸となるようにして管体１
１ａ、１１ｂを所定の方向に曲げながら、管体１１ａ、
１１ｂを推進させる。この場合、管体１１ａ、１１ｂの
端面の間隔は、曲がりの内側となる位置で最も狭く、曲
がりの外側となる位置で最も広い。曲げ軸となる部分で
は、その中間である。従って、仮にクッション材１８、
１９、２０の厚さが管体１１ａ、１１ｂの突き合わせた
端面の全周にわたって均一である場合、クッション材１
８、１９、２０は、曲がりの内側となる位置で最も圧縮
歪を受け、曲がりの外側となる位置で圧縮歪を受けな
い。すなわち、クッション材１８、１９、２０には、曲
がりの内側となる位置に圧縮応力が集中することにな
る。

【００１３】これについて本発明によるクッション材１
８、１９、２０では、管体１１ａ、１１ｂの曲げ軸の両
側にいくに従って次第に厚くなっているので、管体１１
ａ、１１ｂの曲がりの内側、すなわち最も圧縮される部
分が厚くなる。曲げ軸の位置から曲がりの内側となる部
分にわたってクッション材１８、１９、２０の圧縮率を
均一化することができる。これにより、特定の部分に圧
縮応力が集中せず、最大圧縮応力が生じる部分を分散す
ることができる。特に、クッション材１８、１９、２０
を複数の円弧状のセグメント状部材により、これを重ね
合わせることで厚さの違う部分を形成しているもので
は、厚さの厚い部分はセグメント状部材の枚数が多くな
り、複数の部材に圧縮応力を分散することができる。

【００１４】さらに、これらの管体１１ａ、１１ｂに
は、その端部にわたって外周部に弾性筒体１３が嵌め込
まれ、さらにその外周側に剛性を有する保護管１２が嵌
め込まれているため、弾性筒体１３が管体１１ａ、１１
ｂ…と保護管１２との間で変形し、管体１１ａ、１１ｂ
の前記の曲がりを可能とする。また、複数の管体１１
ａ、１１ｂ…が一連のものとして連結され、一体の管と
して取り扱うことが可能である。また、弾性筒体１３と
保護管１２とにより、管体１１ａ、１１ｂの間の水密性
も確保できる。

【００１５】

【実施例】次に、図面を参照しながら、本発明の実施例
について具体的且つ詳細に説明する。図４に示すよう
に、本発明の実施例によるカーブ推進用推進管は、或る
程度長さの短い複数の管体１１ａ、１１ｂ…を長手方向
に継ぎ合わせたもので、図４では、４つの管体１１ａ〜
１１ｄにより推進管が構成されている。この管体１１ａ
〜１１ｄは、鉄筋コンクリート管やレジンコンクリート
管等で作られる。

【００１６】図１は、管体１１ａと１１ｂとを継ぎ合わ
せた部分の平面図である。管体１１ａ、１１ｂは、その
端面が互いに突き合わせられているが、その端面の間に
セグメント状のクッション材１８、１９、２０が全体と
してリング状に組み立てられて挿入されている。図２
は、このクッション材１８、１９、２０を分解して示し
ているが、これらクッション材１８、１９、２０は、発
泡成形体、合板、繊維板、パーティクルボード等の圧縮
変形可能な材料から作られた何れも円弧板状のセグメン
ト状部材であり、図示の例では、３枚１組のものが２組
使用されている。

【００１７】クッション材１８は９０°の円弧板状のセ
グメント状部材であり、クッション材１９は１３５°の
円弧板状のセグメント状部材であり、クッション材２０
は１８０°の円弧板状のセグメント状部材である。これ
ら２組のクッション材は、クッション材２０、２０が連
なって３６０°のリング状となり、その他のクッション
材１８、１９は、連なったリング状のクッション材２０
の中心を挟んで対向するようクッション材２０、２０の
同じ面に重ねる。これにより、９０°間隔で厚さの薄い
部分と厚さの厚い部分とを有し、その間で段階的に厚さ
が変わるクッション材１８、１９、２０の複合体が構成
される。すなわち、このクッション材１８、１９、２０
の複合体は、一対のクッション材２０、２０が連なって
全体としてリング板状を呈する。そして、この複合体
は、クッション材２０、２０だけの部分が最も薄く、３
枚のクッション材１８、１９、２０が重なり合った部分
が最も厚く、２枚のクッション材１８、１９が重なり合
った部分がその中間の厚さとなる。すなわち、これらク
ッション材１８、１９、２０の複合体の厚さは３段階に
変化する。

【００１８】例えば、図２の左上の組のクッション材１
８、１９、２０の場合、まず、クッション材１８の両端
からクッション材１９の両端を各々２２．５°突出させ
てクッション材１８とクッション材１９とを重ね合わせ
る。さらに、クッション材２０の右上端をクッション材
１８の右端に揃えると共に、クッション材２０の他端を
クッション材１８の左端より９０°突出させて、クッシ
ョン材１９にクッション材２０を重ねる。また、図２の
右下の組のクッション材１８、１９、２０についても、
各々のクッション材１８、２９、２０が対向するよう同
様にして配置し、重ね合わせる。そして、１８０°の角
度を有するクッション材２０、２０の両端を突き合わ
せ、それを全体として３６０°のリング状に連ねる。な
お、図示の例では、クッション材１８、１９、２０が各
々３枚で１組となっているが、２枚或は４枚以上のクッ
ション材で１組の複合材を構成してもよい。この場合、
複合材の厚さは、２段或は４段以上とすることができ
る。

【００１９】図１に示すように、前記のクッション材１
８、１９、２０を介して端面が突き合わせられた管体１
１ａ、１１ｂの端部の外周にわたって、ゴムや樹脂等の
弾性体からなる弾性筒体１３が嵌め込まれている。図５
に示すように、この弾性筒体１３は、その内周面に凹凸
の溝を有し、これを後述するようにして型枠内に配置
し、管体１１ａ、１１ｂを成形することで、この凹凸の
溝が管体１１ａ、１１ｂの端部外周の凹凸溝に嵌合さ
れ、管体１１ａ、１１ｂが一体化される。この状態で
は、弾性筒体１３が、管体１１ａ、１１ｂの径方向及び
中心軸方向に弾性筒体１３が抜けないように固定されて
いる。また、この弾性筒体１３は、その内周中央部の溝
に、前記クッション材１８、１９、２０の外周部分を挟
持している。この弾性筒体１３は、その中央部と両側部
の幅方向への変形を容易にするため、中央部外周側に溝
２２が形成され、両端部に孔２３が形成されている。

【００２０】この弾性筒体１３の外周の全周にわたっ
て、その両側部を除く中央部に凹溝が形成され、これに
鋼等の金属或は強化樹脂等からなる円筒形状の保護管１
２が嵌め込まれている。このような、クッション材１
８、１９、２０、弾性筒体１３及び保護管１２を有する
管体１１ａ〜１１ｄは、同じ型枠内で同時に成形して製
造される。すなわち、円筒形の型枠の円筒成形面の所定
の位置に保護管１２を張り、その内側に弾性筒体１３を
張る。さらに、この弾性筒体１３の内周中央の溝に沿っ
て前述のようにして組み合わせたクッション材１８、１
９、２０を嵌め込む。また、型枠内に鉄筋（図示せず）
を組み立てる。そして、型枠を回転ローラに乗せて回転
しながら、その中に生コンクリートを投入し、回転によ
る遠心力で締め固めると共に、脱水し、推進管を成形す
る。これにより、クッション材１８、１９、２０により
互いに分離された管体１１ａ、１１ｂ…が成形され、弾
性筒体１３は、その内周の凹凸がそれら管体１１ａ、１
１ｂ…の端部外周に埋め込まれる形で隣接する管体１１
ａ、１１ｂ…の端部にわたって嵌め込まれる。

【００２１】図１に示すように、推進管を構成する管体
１１ａ〜１１ｄのうち、一方の端の管体１１ａの端部に
は、外周面が段階的に径の細くなった段部１４を有する
雄の継手部が形成されている。また、他方の端の管体の
端部には、端面に前記のようなクッション材１８、１
９、２０が嵌め込まれ、その外周に前述のような保護管
１２を嵌合し、これを端面から突出した雌の継手部が形
成されている。

【００２２】このようにな構成を有するカーブ推進用推
進管を用いて、曲線部分を推進する場合、図３に示すよ
うに、クッション材２０のみからなる薄い部分を支点と
して、その両側の３枚のクッション材１８、１９、２０
が重ねられた厚い部分の一方を圧縮させることで、管体
１１ａ、１１ｂを折り曲げる。これによって、全体とし
て図４で示すように、推進管が数カ所で折り曲げられ、
曲線部分での推進が可能となる。また、前記のような端
の管体１１ｄの端部に形成された雌の継手部には、その
保護管１２の内側に、他の推進管の管体１１ａの雄の継
手部が嵌合される。このとき、雄の継手部の段部１４の
部分にゴム輪等の止水材１７を設けると共に、管体１１
ａとクッション材２０との間にリング状のガスケット１
５を挿入する。

【００２３】図５は、クッション材１８、１９、２０や
弾性筒体１３が直線部分あるいは曲線部分で変形する様
子を示している。上側が推進管の曲がりの内側となる部
分であり、クッション材１８、１９、２０が圧縮されて
いる。他方、下側が推進管の曲がりの外側となる部分で
あり、クッション材１８、１９、２０が圧縮されていな
い。このように、クッション材１８、１９、２０の圧縮
率は、その部位によって異なり、後者から前者にいくに
従ってクッション材１８、１９、２０に生じる圧縮応力
は異なる。なお、曲がりの外側部分では、曲がり角が大
きい場合、弾性筒体１３のクッション材１８、１９、２
０を挟持している溝がクッション材１８、１９、２０の
自由厚みより広がる場合もあり、また逆に曲がり角が小
さく、且つ推進抵抗が大きい場合等は、曲がりの外側部
分でもクッション材１８、１９、２０が圧縮される場合
もある。

【００２４】図６は、管体１１ａ、１１ｂの曲げ軸とな
る位置から曲がりの内側にわたる位置のクッション材１
８、１９、２０の圧縮応力を示したグラフである。Ａが
３枚の挿材１８、１９、２０が挿入された曲がりの内側
部分、Ｂが２枚の挿材１９、２０が挿入された部分、Ｃ
が１枚の挿材２０のみが挿入された曲げ軸となる部分で
ある。ここでは、屈曲角度を、一点鎖線、破線、実線の
順に３段階に変えて各位置での圧縮応力の変化をシュミ
ュレートした。

【００２５】このように、クッション材１８、１９、２
０の全体的な厚みを３段階に変えているので、このグラ
フに示した通り、圧縮応力が各位置に分散され、Ａ部の
みに圧縮応力が集中しない。これに対し、厚さの均一な
クッション材を挿入した場合、例え曲がりの内側に近い
部分のみにクッション材を挿入したとしても、図６の二
点鎖線で示すように、曲がりの内側にいくに従って圧縮
応力が急激に増大し、極端な応力集中が見られる。この
ため、クッション材にはその降伏点をはるかに越える圧
縮応力が集中し、クッション材が破壊される原因とな
る。また、管体１１ａ、１１ｂの端面全体で推進力を受
けることができないので、先の推進管に正確に推進力を
伝達できない。

【００２６】なお、前記の実施例では、推進管を用いて
横方向に曲がった曲線部推進を行う場合について説明し
たが、推進管を前述の状態から９０°回転させた配置と
すれば、縦方向に曲がった曲線部の推進も行うことがで
きることはもちろんである。さらに、図示してないが、
推進管を構成する管体１１ａ、１１ｂ…の中央にクレー
ンで吊り上げるためのアイナット等を取り付けておき、
これにワイヤーを掛けて推進管をクレーンで吊り、搬送
や立抗への吊り降ろし等を行えば、推進管を容易に搬
送、設置できる。

【００２７】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、管
体１１ａ、１１ｂの曲がりの内側部分のクッション材１
８、１９、２０に極端に圧縮応力が集中せず、管体１１
ａ、１１ｂを屈曲させながら、それに推力を与えて地中
に推進させることができる。これにより、推進力を先の
推進管に均等に伝達することができると共に、クッショ
ン材１８、１９、２０の圧縮破壊等を起すことなく、円
滑且つ正確に曲線推進を行うことができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例であるカーブ推進用推進管を一
部切り欠いた要部平面図である。

【図２】同実施例に使用されるクッション材の分解斜視
図である。

【図３】同実施例であるカーブ推進用推進管を曲げた状
態の要部平面図である。

【図４】同実施例であるカーブ推進用推進管を曲げた状
態の全体平面図である。

【図５】同実施例であるカーブ推進用推進管を曲げた状
態の内側部分と外側部分の要部拡大横断平面図である。

【図６】同実施例であるカーブ推進用推進管のクッショ
ン材の位置と圧縮応力とをシュミュレートしたグラフで
ある。

【図７】従来例であるカーブ推進用推進管を曲げた状態
の要部平面図である。

【符号の説明】

１１ａ 管体 １１ｂ 管体 １３ 弾性筒体 １２ 保護管 １８ クッション材 １９ クッション材 ２０ クッション材

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 土中に推進されてトンネルを掘削する推
   進管であって、互いに屈曲自在に長手方向に順次突合せ
   られた複数の管体（１１ａ）、（１１ｂ）と、これら管
   体（１１ａ）、（１１ｂ）の突き合わせた端面の間に挿
   入された圧縮変形可能なクッション材（１８）、（１
   ９）、（２０）とを有する推進管において、クッション
   材（１８）、（１９）、（２０）は、管体（１１ａ）、
   （１１ｂ）の曲げ軸の両側にいくに従って次第に厚くな
   ることを特徴とするカーブ推進用推進管。
2. 【請求項２】 クッション材（１８）、（１９）、（２
   ０）を介して突合せられた一対の管体（１１ａ）、（１
   １ｂ）の端部にわたってこれらの外周部に嵌め込まれた
   剛性を有する保護管（１２）を有することを特徴とする
   請求項１に記載のカーブ推進用推進管。
3. 【請求項３】 クッション材（１８）、（１９）、（２
   ０）を介して突合せられた一対の管体（１１ａ）、（１
   １ｂ）の端部にわたってこれらの外周部と保護管（１
   ２）との間に嵌め込まれ、前記クッション材（１４）、
   （１５）の外周縁を挟持する弾性筒体（１３）を有する
   ことを特徴とする請求項２に記載のカーブ推進用推進
   管。
4. 【請求項４】 クッション材（１８）、（１９）、（２
   ０）は、複数の円弧状のセグメント状部材からなり、こ
   れを重ね合わせることで厚さを変えていることを特徴と
   する請求項２〜３の何れかに記載のカーブ推進用推進
   管。