JP2935486B2 - 管推進工法及びその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、管推進工法及びその
装置に関し、特に地盤沈下等を発生させることなく、地
中に上下水道等の管を短い作業時間で推進できるように
した工法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】上下水道の工事では地中に上下水道管を
埋設するのが一般的である。また、観光地や住宅地等で
は地中にケーブル配設用管を埋設し、景観を保護するこ
とが行われる。

【０００３】管を埋設する場合、開削工法が一般的であ
るが、最近は地中に埋設空間を形成しそこに管を推進さ
せる、いわゆる推進工法が採用される傾向にある。例え
ば、図７に示すように、貫孔機（例えば、極東開発工
業株式会社製 エアー式地中貫孔機）９０内のピストン
にエアーを供給して前方への衝撃を発生させ、地盤９１
の礫や玉石を破砕しながら埋設空間９２を貫孔し、そこ
に管を敷設する工法、先端カッターを回転させつつ掘
進機（例えば、株式会社イセキ開発工機製 偏圧破砕型
還流式掘進機）に押推力をかけ、礫や玉石を破砕しなが
ら埋設穴を掘削し、管を敷設する工法、等が知られてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の管推進
工法では、いずれも破砕した土砂を全て地上に搬出して
土中に埋設空間を形成し管を推進させるようにしていた
ので、管径より大き目の埋設空間を形成し、摩擦等に起
因する管推進の抵抗を小さくする必要があったが、実際
には管推進の抵抗は大きく、滑剤等を供給しても作業時
間が長くなるという問題があった。

【０００５】また、破砕した土砂を貫孔機や掘進機内に
取込んで排出するようにしていたので、貫孔機や掘進機
の前方土砂を取込み過ぎて陥没が発生することがあっ
た。特に、地盤が軟弱な場合には推進させた管の上方の
地盤が崩れて空隙ができ、路面等の陥没が発生しやすい
という問題があった。

【０００６】この発明は、かかる問題点に鑑み、地盤沈
下等を発生させることなく、地中に上下水道等の管を短
い作業時間で推進できるようにした管推進工法及びその
装置を提供することを課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】ところで、道路等の地盤
においては、図５(a) に示すように比較的粗な状態の土
砂粒子間の隙間に空気や水分が介在して土砂が構成され
ており、これに高周波振動を与えると、土砂粒子間から
空気が逃げ出し（矢印ａ参照）、土砂が水分の影響で軟
弱化しこれを加圧すると土砂粒子間から水分が逃げ出し
（矢印ｂ参照）、土砂粒子を図５(b) に示すように圧密
できることに着目し、本発明を完成するに至った。

【０００８】即ち、本発明に係る管推進工法は、管状先
進機本体の後端に推進すべき管を取付可能となし、該先
進機本体の先端には略同形状をなす複数の縦割りの分割
ヘッドを組合せて構成してなる先窄まり状の先進ヘッド
を設け、上記各分割ヘッドに高周波振動体を内蔵してな
る先進機と、上記先進機本体又は埋設すべき管を把持
し、前方に推進させる推進機とを備え、先窄まり状の先
進ヘッドから先進ヘッド前方及び周囲の土砂に高周波振
動を与えて該土砂を軟弱化するとともに、上記先進ヘッ
ドに前方推進力を加え、前方軟弱土砂を周囲に圧密して
埋設空間を形成し、該埋設空間に管を推進させるように
する一方、上記複数の各高周波振動体への通電・停止を
制御することによって先進ヘッドの推進方向を修正可能
となしたことを特徴とする。

【０００９】先進ヘッドの形状はその推進によって軟弱
化した前方土砂を周囲に圧密するので、先窄まり状であ
ればよく、例えば三角錐、四角錐等の多角錐状、球面
状、円錐状、円錐台状とすることができる。また、先進
ヘッドの推進中に推進方向に狂いが生じた場合これを修
正するのが望ましい。そこで先進ヘッドの推進中に推進
方向を検知し、推進方向がずれた際には高周波振動を与
える領域又は高周波振動の周波数を制御することによ
り、推進方向を修正するのがよい。高周波振動を与える
領域を制御すると、高周波振動を与えない領域の土砂は
軟弱化されず、又高周波振動の周波数を制御すると、土
砂の軟弱さが変化し、先進ヘッドの周方向の一部の推進
抵抗が変化し、推進方向を修正できるからである。高周
波振動は連続的、間欠的のいずれであってもよく、又１
００Ｈｚ以上の周波数のうちから、土砂の種類や固さ等
の性質に応じて選択するが、道路等、通常の地盤では２
００Ｈｚ〜２４０Ｈｚを採用すればよい。

【００１０】管の埋設作業は地盤に所定の間隔をあけて
複数の作業用縦穴を掘削し、各作業用縦穴から次の作業
用縦穴に向けて先進ヘッドを推進させて管を埋設し、各
作業用縦穴にて埋設した管同士を管で接続することによ
って行うことができる。埋設すべき管が大きく、あるい
は地盤が固く締まっている場合には先進ヘッドの圧密だ
けでは土砂の盛り上がりや他の埋設物への悪影響が懸念
される。そこで、送泥・排泥システムを採用し、推力管
理と推進速度管理を行い、埋設管の体積の１／３〜２／
３程度の土砂を排出し、残りの２／３〜１／３程度の土
砂を圧密するのがよい。この場合、先進ヘッドを中空と
して内部に泥水を循環させ、ヘッド外壁面に複数の孔を
形成し、高周波振動によって軟弱化した土砂を先進ヘッ
ド内に取込んで泥水に混合し、排泥ポンプで送出して地
上の分離機で分離し、分離した泥水はタンクに戻し、送
泥ポンプによって先進ヘッドに送出するようにした送泥
・排泥システムを採用できる。

【００１１】また、本発明に係る管推進装置は、先進ヘ
ッドによって高周波振動を与えて土砂を軟弱化し、該先
進ヘッドを推進させて前方軟弱土砂を周囲に圧密して埋
設空間を形成し、管を推進させるようにした管推進装置
であって、管状先進機本体の後端に推進すべき管を取付
可能となし、該先進機本体の先端には略同形状をなす 複
数の縦割りの分割ヘッドを組合せて構成してなる先窄ま
り状の先進ヘッドを設け、該先進ヘッドの各分割ヘッド
に高周波振動体を内蔵してなる先進機と、上記先進機本
体又は埋設すべき管を把持し、前方に推進させる推進機
とを備え、上記複数の各高周波振動体への通電・停止を
制御することによって先進ヘッドの推進方向を修正可能
となしたことを特徴とする。

【００１２】先進ヘッドが一体物の場合、先進ヘッドを
先進機本体の先端に対して首振り可能に設け、その先進
機本体の中心線に対する角度をシリンダ又は送りねじ機
構等にて調整すると先進ヘッドの推進方向を修正できる
が、先進ヘッドを略同形状をなす縦割りの複数の分割ヘ
ッドを組合せて構成し、各分割ヘッドに高周波振動体を
内蔵すると、複数の各高周波振動体への通電・停止を制
御することによって先進ヘッドの推進方向を修正でき
る。

【００１３】先進ヘッドの推進方向を制御する場合には
推進方向の狂いを検知する必要がある。そこで、先進ヘ
ッドにターゲットを設け、管状先進機本体の背後からレ
ーザーズームを照射してＴＶカメラ等でこれを監視し、
ビーム照射ポイントとターゲット間のずれから推進方向
の狂い及びその狂い量を検知することができる。

【００１４】

【作用及び発明の効果】先進ヘッドに高周波振動を与え
つつ、先進ヘッドに管埋設方向への推進力を加えると、
まず高周波振動によって土砂中の空気が周囲に拡散さ
れ、土砂中の水分の影響が顕著となって土砂が軟弱化す
る。かかる状況で先進ヘッドに前方推進力が加えられる
ので、軟弱土砂中の水分が拡散されつつ、前方軟弱土砂
が周囲に圧密され、土中には管埋設方向に延びる埋設空
間が形成され、そこに管を推進させることができる。

【００１５】従って、先進ヘッド前方の土砂を取込み過
ぎるという問題は発生せず、地盤の陥没が発生すること
はない。しかも、管の埋設空間内壁には土砂が圧密され
ているので、軟弱地盤の場合にも埋設管上方の土砂が崩
れて空隙ができることはなく、地盤沈下を確実に防止で
きる。

【００１６】また、地盤を軟弱化し、そこに先進ヘッド
を推進させて軟弱土砂中の水分を拡散させるようにした
ので、管と埋設空間内壁との間に軟弱地盤から出た水分
が廻り込み、管推進の抵抗を小さくするので、それほど
大きな推進力を必要とせず、しかも円滑かつ短時間に管
の推進作業を行うことができる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明を図面に示す具体例に基づいて
詳細に説明する。図１ないし図３は本発明の一実施例に
よる管推進装置を示す。管推進装置は図１及び図２に示
すように先進機１と推進機２とから構成され、上記先進
機１の本体１０は埋設すべき管より所定寸法、例えば１
０ｍｍだけ大きな寸法の管状をなし、該先進機本体１０
の後端には段部が形成されて埋設すべき管が嵌合可能と
なっている。この先進機本体１０はシールを介してパイ
プをボルト連結することによって任意の長さに設定さ
れ、先進機本体１０の先端には先進ヘッド１１が挿入し
て設けられ、両者の間には先進ヘッド１１の振動が先進
機本体１０に伝わるのを防止する制振ゴム板１０１が介
設されている。

【００１８】この先進ヘッド１１は４つの同形状の縦割
りの分割ヘッド１２で構成され、各分割ヘッド１２の基
部１２０には図３に示すようにガイド壁体１２１が傾斜
して固定され、又ヘッド基部１２０には収納凹部１２２
が後方に開口して形成され、該収容凹部１２２内には高
周波振動機（例えば、エクセン株式会社製インナーバイ
ブレーター）１２３が収納され、該高周波振動機１２３
の後端側は先進機本体１０の前後の取付盤１００を挿通
して支持され、高周波振動機１２３の信号線は先進機本
体１０の内部を通って外部の電源設備（図示せず）に至
っている。

【００１９】また、前後の取付盤１００のうち、後側の
取付盤１００は先進機本体１０に溶接され、両取付盤１
００には取付ボルト１２４が挿通されてナット１２５に
螺合され、取付ボルト１２４の先端は固定金具１２６に
固定され、該固定金具１２６には分割ヘッド１２の先端
が係止されており、こうして分割ヘッド１２は先端側が
中空四角錐状になるように組立てられている。

【００２０】他方、推進機２では図１及び図２に示すよ
うに支持盤２０の下端にガイドレール２１が水平に延び
て固定され、又支持盤２０には油圧シリンダ２２が連結
され、該油圧シリンダ２２はシリンダ後端の突部でスラ
イド盤２３を押圧できるとともに、連結ピンでシリンダ
先端をスライド盤２３に着脱可能に連結できるようにな
っており、こうして油圧シリンダ２２にはスライド盤２
３が２段階に支持可能に設けられ、該スライド盤２３は
ガイドレール２１上を進退されるようになっている。こ
のスライド盤２３には挿通穴２３０が形成され、該挿通
穴２３０内面にはチャック（図示せず）が設けられて先
進機本体１１又は埋設すべき管Ｗを把持できるようにな
っている。

【００２１】また、支持盤２０前方の作業床上にはレー
ザー発射装置３０とＴＶカメラ３１が設置され、又推進
機本体１０内には先進ヘッド１１の背後にて標的板３２
が設けられ、該標的板３２はターゲットを中心に分割ヘ
ッド１２に対応して４つに分割されており、レーザービ
ームＬを標的板３２に照射してＴＶカメラ３１で監視
し、レーザービームのターゲットからのずれ量及びずれ
の方向から推進ヘッド１１の推進方向の狂い検知できる
ようになっている。

【００２２】次に、管推進工法について説明する。例え
ば、道路下に水道管Ｗを埋設する場合、まず路面に水道
管Ｗを埋設すべきラインに沿って所定間隔をあけて複数
の作業用縦穴を掘り、該縦穴内にコンクリートを打設し
て作業床を設け、そこに本例の推進装置をクレーン等で
降ろして推進機２を確実に設置する。次に、油圧シリン
ダ２２を収縮させた状態にし、先進機１をスライド盤２
３の挿通穴２３０に挿通してチェッキングした後、油圧
シリンダ２２に油圧を供給してスライド盤２３を前進さ
せながら、先進ヘッド１１内の４つの高周波振動機１２
３に電圧を供給し、先進ヘッド１１から１２０００V.p.
m.（２００Ｈｚ）〜１４４００V.p.m.（２４０Ｈｚ) の
高周波振動を発生させる。

【００２３】すると、高周波振動によって土砂中の空気
が周囲に拡散され、土砂中の水分の影響が顕著となって
土砂が軟弱化し、先進ヘッド１１は油圧シリンダ２２の
加圧力によって軟弱土砂中の水分を拡散して軟弱土砂を
周囲に圧密しつつ前方に推進できる。油圧シリンダ２２
が所定ストロークだけ伸びると、スライド盤２３のチャ
ックを緩め、油圧シリンダ２２を収縮させ、連結ピンで
油圧シリンダ２２のシリンダ先端とスライド盤２３とを
連結し、先進機本体１０をスライド盤２３にチャッキン
グし、上記と同様にして先進機１を推進させる。

【００２４】こうして先進機１が土中に推進されると、
先進機本体１０の後端に埋設すべき水道管Ｗを取付け、
後は上記と同様にして先進機１を次の作業用縦穴に向け
て推進し、後続の水道管Ｗを次々と連結して推進すれ
ば、隣接する作業用縦穴間に水道管Ｗを埋設することが
でき、後は各作業用縦穴にて既に埋設した水道管Ｗ同士
を水道管Ｗで連結し、作業用縦穴を埋め戻せばよい。

【００２５】また、先進機１を土中に推進させている際
には、レーザービームＬを標的板３２を照射しこれをＴ
Ｖカメラ３１で監視しており、何らかの理由で推進方向
が狂った場合にはそれに応じてレーザービームＬの照射
位置が中心ターゲットからずれるが、標的板３２が分割
ヘッド１２に対応して分割され、ずれた方向の分割ヘッ
ド１２が分かるので、その分割ヘッド１２の高周波振動
機１２３への通電を中断し、超音波の発生を停止する
と、ずれ方向側の土砂は軟弱化されず、先進ヘッド１１
の推進抵抗となるのに対し、反対側の土砂は軟弱化され
るので、先進ヘッド１１はずれ方向とは反対側に推進
し、こうして推進方向を修正できる。

【００２６】例えば、図４に示すように、４つの高周波
振動機１２３が作動している場合には図４の一点鎖線で
示すように、土中には先進ヘッド１１の回りに４つの高
周波振動の影響領域ができ、該領域を圧密することがで
きる。推進方向が矢印Ａ方向にずれた場合にはずれ方向
にある高周波振動機１２３ａを停止させると、領域Ｂは
軟弱化されず、先進ヘッド１１の推進抵抗となるので、
先進ヘッド１１は徐々に矢印Ａ方向とは逆方向に戻り、
所定の推進方向に修正することができる。

【００２７】以上のような本実施例の管推進工法では、
高周波振動によって地盤を軟弱化し、そこに先進ヘッド
１１を推進させて軟弱土砂中の水分を拡散させて土砂を
圧密させるようにしたので、先進ヘッド１１前方の土砂
を取込み過ぎるという問題は発生せず、地盤の陥没が発
生することはなく、しかも管Ｗの埋設空間内壁には土砂
が圧密されているので、軟弱地盤の場合にも埋設管上方
の土砂が崩れて空隙ができることはなく、地盤沈下を確
実に防止できる。

【００２８】また、地盤を軟弱化し、そこに先進ヘッド
を推進させて軟弱土砂中の水分を拡散させるようにした
ので、管Ｗと埋設空間内壁との間に軟弱地盤から出た水
分が廻り込み、管推進の抵抗を小さくするので、それほ
ど大きな推進力を必要とせず、しかも円滑かつ短時間に
管の推進作業を行うことができる。本件発明者らの実験
によれば、外径２５ｃｍ、長さ２ｍの水道管を推進させ
るのに、従来の工法では１５分程度必要であったのが、
本工法では１０分以下の時間で推進できることが確認さ
れた。なお、推進抵抗が依然として大きい場合には先進
ヘッド１１から滑剤を送給して抵抗を減少させることも
できる。

【００２９】また、図６は本発明の第２の実施例を示
し、図１ないし図３と同一符号は同一又は相当部分を示
す。本実施例では、各分割ヘッド１２のガイド壁体１２
１には所定の間隔をあけて土砂取込孔１２７が形成さ
れ、先進機本体１０の取付盤１００には送泥ホース４０
及び排泥ホース４１が挿通され、両ホース４０、４１の
先端は先進ヘッド１１の先端中空部に延び、又送泥ホー
ス４０の他端は送泥ポンプ４２を介して泥水タンク４３
に接続され、排泥ホース４１の他端側は排泥ポンプ４４
を介して泥水タンク４３に接続され、排泥ホース４１の
途中には分離機４４に介設されており、こうして送泥・
排泥システム４が構成されている。

【００３０】送泥・排泥システム４において、送泥ポン
プ４２及び排泥ポンプ４４が作動されると、先進ヘッド
１１の先端中空部には送泥ホース４０を介してタンク４
３内の泥水が送給され、先進ヘッド１１周囲の土砂圧と
先端中空部内の圧力差によって高周波振動によって軟弱
化した土砂の一部が土砂取込孔１２７から先進ヘッド１
１内部に取込まれて泥水と混合される。この土砂と混合
された泥水は排泥ホース４１を介して地上の分離機４５
に送られて泥水と分離され、泥水はタンク４３に戻され
て先進ヘッド１１内に循環され、又分離された土砂は車
両に積み込まれ、廃棄される。

【００３１】従って、水道管Ｗの外径が大きく、あるい
は地盤がＮ値２０以上に固く締まっていて先進ヘッド１
１の圧密だけでは土砂の盛り上がりや他の埋設物への悪
影響が懸念される場合にも送泥・排泥システム４を作動
させることにより、水道管Ｗの体積の１／３〜２／３程
度の量の土砂を排出し、残りの２／３〜１／３程度の土
砂を圧密させることができ、土砂の盛り上がりや他の埋
設物への悪影響を防止できる。なお、かかる作業を円滑
に行う場合には推力管理と推進速度管理を適切に行う必
要がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例による管推進装置を示す概
略斜視図である。

【図２】 上記管推進装置における推進作業状態を示す
断面図である。

【図３】 上記管推進装置における先進ヘッドを示す拡
大断面図である。

【図４】 上記管推進装置における作用を説明するため
の図である。

【図５】 課題を解決するための手段を説明するための
図である。

【図６】 本発明の他の実施例を示す図である。

【図７】 従来の管推進工法を１例を示す図である。

【符号の説明】

１ 先進機 １０ 先進機本体 １１ 先進ヘッド １２ 分割ヘッド １２３ 高周波振動機 ２ 推進機 Ｗ 管

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 管状先進機本体の後端に推進すべき管を
   取付可能となし、該先進機本体の先端には略同形状をな
   す複数の縦割りの分割ヘッドを組合せて構成してなる先
   窄まり状の先進ヘッドを設け、上記各分割ヘッドに高周
   波振動体を内蔵してなる先進機と、上記先進機本体又は
   埋設すべき管を把持し、前方に推進させる推進機とを備
   え、 先窄まり状の先進ヘッドから先進ヘッド前方及び周囲の
   土砂に高周波振動を与えて該土砂を軟弱化するととも
   に、上記先進ヘッドに前方推進力を加え、前方軟弱土砂
   を周囲に圧密して埋設空間を形成し、該埋設空間に管を
   推進させるようにする一方、上記複数の各高周波振動体
   への通電・停止を制御することによって先進ヘッドの推
   進方向を修正可能となしたことを特徴とする管推進工
   法。
2. 【請求項２】 先進ヘッドの推進中に、前方軟弱土砂の
   埋設すべき管の１／３〜２／３の容積を泥水として先進
   ヘッド内を経て外部に排土し、２／３〜１／３の前方軟
   弱土砂を圧密するようにした請求項１記載の管推進工
   法。
3. 【請求項３】 管を埋設すべき地盤に所定の間隔をあけ
   て複数の作業用縦穴を掘削し、各作業用縦穴から次の作
   業用縦穴に向けて先進ヘッドを推進させて管を埋設し、
   各作業用縦穴にて埋設した管同士を管で接続するように
   した請求項１又は２記載の管推進工法。
4. 【請求項４】 先進ヘッドによって高周波振動を与えて
   土砂を軟弱化し、該先進ヘッドを推進させて前方軟弱土
   砂を周囲に圧密して埋設空間を形成し、管を推進させる
   ようにした管推進装置であって、 管状先進機本体の後端に推進すべき管を取付可能とな
   し、該先進機本体の先端には略同形状をなす複数の縦割
   りの分割ヘッドを組合せて構成してなる先窄まり状の先
   進ヘッドを設け、該先進ヘッドの各分割ヘッドに高周波
   振動体を内蔵してなる先進機と、上記先進機本体又は埋
   設すべき管を把持し、前方に推進させる推進機とを備
   え、 上記複数の各高周波振動体への通電・停止を制御するこ
   とによって先進ヘッド の推進方向を修正可能となした こ
   とを特徴とする管推進装置。