JP3406891B2 - 礫対応型打撃式小口径推進装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は立坑に設けた元押し装
置により外管及びこれに続く小口径の布設管を地中に押
し込み、これと同時に外管先端部に設けたエアハンマに
より地山を打撃掘削する小口径推進工法及びその装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来礫地盤における直径８００ｍｍ以下
の小口径推進工法は、切削方式と打撃方式が一般に用い
られている。この中で打撃方式は一般にエアハンマの打
撃力で礫を破砕しているため、切削方式に比べ礫の破砕
能力が高い、掘進スピードが速い等の利点が知られてい
る。そして打撃方式の掘進機で礫地盤の地中に管路を布
設する場合、エアハンマの排気エアは前方の地山に排出
している。またこのハンマのビットで粉砕した土砂はビ
ットヘッドの手前のビット本体外周に設けた排土溝を通
して適宜の手段でハンマ後方に搬送している。

【０００３】このエアハンマによる打撃式小口径推進装
置としては、例えば、特許第２７０１２００号がある。
これは、図７及び図８に示すごとく、外管１の先端部に
設けたハンマ装置２のビット本体３の前端のビットヘッ
ド４から前方に排出される排気エアの排気孔の排気孔１
１から、ビットヘッド４の手前のビット本体３の外周に
設けられた排土溝１２の一側に、上記排気エアをＵター
ンさせるガイドフード１３を設け、上記外管１内の上記
ハンマ装置２の外周一端から他端にかけて螺旋形状のか
くはん棒１４を設け、当該ハンマ装置２の後方に当該ハ
ンマ装置２と一体に回転する、外周凸部を設けたクラッ
シャ部５を前部に有する土砂取り込み体６を設け、上記
外管１の後端に接続された布設管１０内の上記クラッシ
ャ部５の後方の土砂取り込み体６に管状のケーシング９
を設け、この中に土砂を搬送するオーガスクリュウ軸７
を設け、上記土砂取り込み体６に上記ケーシング９内に
連絡した土砂取り込み口１６を設け、この土砂取り込み
口１６に近接して水の噴射口２３を設けたものである。

【０００４】これらの装置で土中を掘進するには、まず
上記ハンマ装置２に送る圧縮エアは立坑内の元押し装置
（図示省略）側から布設管１０の内周とケーシング９の
外周との環状間隙に供給され、前方に送られ、外管１内
で土砂取り込み体６を回転自在に支持する軸受部８の後
部外周のガイド孔２０及びこれに続く環状溝１９を通っ
て土砂取り込み体６の空気取り込み孔から空気孔１５に
達し、当該空気孔１５の前端部に設けたハンマ装置２に
入る。また水は上記元押し装置（図示省略）側から注入
され、オーガスクリュウ軸７の中空部７ａを通って土砂
取り込み体６の中空部２１に入り、小径中空部２１ｂか
ら各送水パイプ２２を通ってそれらの先端の各噴射口２
３から噴射される。

【０００５】そしてハンマ装置２の作動によりビット本
体３がハンマ装置２の前端から突出を繰り返す。これに
よりビットヘッド４は地山を連続して打撃する。そして
これらの打撃により地山の礫を粉砕する。その際ハンマ
装置２、土砂取り込み体６及びオーガスクリュウ軸７は
上記元押し装置により一体に回転し、ビット本体３及び
ビットヘッド４も回転しながら打撃することとなる。そ
してこのビットヘッド４の二つのヘッド片４ａは図９に
示すごとく、ビットヘッド４の正回転により拡径する。
またビット本体３の各排気口１１から排気エアーを排出
するが、この排気エアはガイドフード１３により後方に
Ｕターンし、排土溝１２に入りさらにハンマ装置２の外
周と外管１の内周との間を各かくはん棒１４にガイドさ
れて螺旋上に回転しながらハンマ装置２の後方に達す
る。このハンマ装置２の後方には外管１の内周との間隙
を狭くした外周を有するクラッシャ部５が設けられてい
るため、排気エアの一部はこのクラッシャ部５で折り返
すが、他はこのクラッシャ部５の外周を通り、土砂取り
込み体６の両側の土砂取り込み口１６から土砂挿通孔１
７に入る。

【０００６】この折り返した排気エアはハンマ装置２の
外周を逆流し、ビット本体３の外周と外管１の内周との
隙間から前方の地山に吹き付ける。しかしこれらの排気
エアは地山の礫等に当たって折り返し、ビットヘッド４
の脇から上記排土溝１２に入る。その際これらの排気エ
アは上記粉砕された土砂を巻き込んで上記排土溝１２に
入る。そこで上記の排気エアと合流し、ハンマ装置２の
外周を各かくはん棒１４にガイドされて螺旋状に回転し
ながらクラッシャ部５に達する。そこで当該クラッシャ
部５の回転により当該クラッシャ部５の外周と外管１の
内周との間で土砂が擦りつぶされ、細かい土砂となって
上記排気エアの圧力で各土砂取り込み口１６から各土砂
挿通孔１７に入る。

【０００７】その際各土砂取り込み口１６箇所の噴射口
２３から水が噴射し、土砂に当該水が混ざる。そして適
度の水を含んで各土砂挿通孔１７を通り、環状間隙２６
に入る。そしてケーシング９の内周とオーガスクリュウ
軸７の外周との間に入り、当該オーガスクリュウにより
管路の後方に排出される。

【０００８】この様にして礫地盤の中を掘削推進してい
くが、一定区間（５０ｃｍ〜１ｍ）の掘進終了後に、オ
ーガスクリュウ軸７の中空部７ａ及び土砂取り込み体６
の中空部２１の水を抜き、当該土砂取り込み体６の中空
部２１の段部２１ａに設けた位置計測用のターゲット４
１を立坑内の元押し装置（図示省略）側から測定し、目
的の方向から先端部がずれた場合にはどちらの方向にど
れだけ傾いたかを調べ、元押し装置により布設管１０及
び外管１を回し、傾いた方向に外管１の肉厚部１ａを持
っていき、再び推進して方向修正を行う。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この構
造の場合、掘進時にビットの回転が停止することがあ
る。これは掘進時のビットの打撃による振動によって地
山に緩みが生じ、拡径したヘッド片４ａと４ａとの間に
礫等が崩れ噛み込むことでビットの回転の支障となり、
その抵抗が回転トルクの許容を超え、ビット回転の停止
となると推測される。この場合には、上記ビット本体３
を逆回転させ、ヘッド片４ａ、４ａを縮径させなければ
ならない。また、掘進５０ｃｍ〜１ｍの一定区間ごとに
行う方向修正のためには、上述のごとく、ターゲット視
凖のためのターゲット視凖空間の水抜き作業を行わなけ
ればならない。従って、これらのビットの回転停止の解
除作業や、方向修正のためのターゲット視凖空間の水抜
き作業を行うと、掘削施工作業が長時間に及んでしまう
欠点がある。

【００１０】また、上記ビットの回転停止が発生する
と、すぐにエアコンプレッサを停止するが、エアハンマ
は残圧でしばらく同一地点で地山の打撃を行う。する
と、この打撃の振動で、拡径したヘッド片４ａと４ａと
の間に、周辺地盤が崩れ込み当該地盤にゆるみが発生
し、方向修正のための地盤反力か減少した状態になる。
このようにして発生した地盤のゆるみに応じて方向修正
効果が生じるため、方向変化が不安定となり、安定した
方向修正効果が得られない。

【００１１】そこでこの発明は、エアハンマを用いた打
撃式小口径推進工法において、ビットの回転停止の発生
しない、また、方向修正のためのターゲット視凖の際の
水抜き作業を不要とし、掘進作業を容易かつ時間短縮で
きる装置を提供し、上記課題を解決するものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、立坑
に設けた元押し装置により外管及びこれに続く布設管を
地中に押し込み、これと同時に外管の先端部に設けたエ
アハンマ装置により地山を打撃掘削する小口径推進装置
において、上記ハンマ装置の前端には、ビットを設け、
上記ビットは、上記外管の先端部に当該外管の中心線に
沿って一定幅摺動及び回転自在に係止した環状のリング
ビットと、当該リングビットの内周に挿入して、当該リ
ングビットを前方に押しながら上記エアハンマ装置によ
り上記一定幅だけ突出するセンタービットとから構成
し、上記センタービット内部には、途中から小内径にな
っていて当該センタービット前面に開口部を有する中空
状の排気孔を設け、かつ、当該排気孔の途中部には、当
該センタービットの外周に設けた排土溝へ排気エアをＵ
ターンさせる中空状のガイド孔を設けた礫対応型打撃式
小口径推進装置とした。

【００１３】また請求項２項の発明は、請求項１におい
て、上記センタービットの外周に設けた排土溝は、当該
センタービットの外周面側、上記環状のリングビットの
内周面側、または、上記センタービットの外周面側と上
記環状のリングビットの内周面側との両者間に形成され
たものである。

【００１４】また、請求項３の発明は、立坑に設けた元
押し装置により外管及びこれに続く布設管を地中に押し
込み、これと同時に外管の先端部に設けたエアハンマ装
置により地山を打撃掘削する小口径推進装置において、
上記ハンマ装置の前端には、ビットを設け、上記ビット
は、上記外管の先端部に当該外管の中心線に沿って一定
幅摺動及び回転自在に係止した環状のリングビットと、
当該リングビットの内周に挿入して、当該リングビット
を前方に押しながら上記エアハンマ装置により上記一定
幅だけ突出するセンタービットとから構成し、上記セン
タービット内部には、途中から小内径になっていて当該
センタービット前面に開口部を有する中空状の排気孔を
設け、かつ、当該排気孔の途中部には、当該センタービ
ットの外周に設けた排土溝へ排気エアをＵターンさせる
中空状のガイド孔を設け、当該ハンマ装置の後方に当該
ハンマ装置と一体に回転する、外周凸部を有するクラッ
シャ部を設け、このクラッシャ部の後方に管状のケーシ
ングを設け、この中に土砂を搬送するオーガスクリュウ
を設け、上記クラッシャ部の後部に上記ケーシング内に
連絡した土砂取り入れ口を設け、上記オーガスクリュウ
の軸の中空内部に水を充填することなく、元押し装置側
から位置計測用ターゲットを常時視凖できるように送水
パイプを通し、当該送水パイプの端部の、上記土砂取り
入れ口に近接した箇所に、水の噴射口を設けた礫対応型
打撃式小口径推進装置とした。

【００１５】請求項１項の発明において、ハンマ装置を
作動させると、センタービットが前進し、これに伴い、
リングビットも一定幅摺動し、これらのセンタービット
とリングビットで地山を打撃する。センタービットもリ
ングビットと同じ一定幅しか摺動しないので、地山が緩
んでも、それ以上前進することはない。またこれらのハ
ンマ装置、センタービット及びリングビットも回転しな
がらこれらの前後運動を行う。また、上記ハンマ装置の
センタービットから前方に排出される排気エアは排気孔
の途中部に設けた中空状のガイド孔によりＵターンさせ
て上記センタービットの外周に設けた排土溝に沿って後
方に排出され、大部分はハンマ装置の外周と外管の内周
の間隙を通ってハンマ装置の後方に到る。

【００１６】また請求項３項の発明では、上記請求項１
項の作用に加え、ハンマ装置の後方に移送された土砂は
回転するクラッシャ部の外周と外管の内周ですりつぶさ
れ、後部設備を通過できる大きさに細かくされる。そし
て水を加え、流動性を良くしている。そして上記排気エ
アの勢いでオーガスクリュウまで送り、そこでオーガス
クリュウにより布設管の後方に送る。また、オーガスク
リュウの中空部には、水を充填せず、元押し装置側から
位置計測用ターゲットを常時視凖できるように、送水パ
イプを配設している。

【００１７】

【実施例】以下この発明の実施例を図に基づいて説明す
る。図１に示すごとく、外管１の先端部内に円筒状のハ
ンマ装置２を設け、このハンマ装置２の前端にビット本
体３を設けている。このビット本体３は、上記ハンマ装
置２の前端に固定した略丸棒状のセンタービット５１
と、このセンタービット５１の外周に設けた環状のリン
グビット５２とから構成されている。このリングビット
５２は、外管１の先端内に大部分が挿入され、前後端に
設けたフランジ部５２ａとフランジ部５２ｂとの間の外
周に、外管１の先端部内周に固定した環状の補助金具５
３が挿入されていることにより、外管１の中心軸に沿っ
て一定幅摺動自在及び回転自在に係止されている。そし
て前端のフランジ部５２ａが補助金具５３にぶつかるこ
とにより、後方への摺動が規制され、外管１内には挿入
不可能となっており、また、後端のフランジ部５２ｂが
補助金具５３にぶつかることにより、前方への摺動幅が
規制されている。

【００１８】また、上記センタービット５１は、上記リ
ングビット５２の内周に摺動自在にに挿入され、後端に
設けたフランジ部５１ａが上記リングビット５２の後端
のフランジ部５２ｂを押圧自在となっている。また、こ
のセンタービット５１の中央部には、ハンマ装置２から
の排気エアの中空状の排気孔５４が設けられ、途中で内
径を小さくして、ビッドヘッド前面に開口部５４ａを有
している。また、当該センタービット５１の外周二箇所
とこれに対向したリングビット５２の内周箇所には、図
２に示すごとく、センタービット５１及びリングビット
５２の前端から後端まで達する排土溝５５、５５を設
け、上記センタービット５１の排気孔５４の途中部から
排気エアを各排土溝５５にＵターンさせる中空状のガイ
ド孔５６、５６を設けている。排土溝５５、５５は、リ
ングビット５２の内周面側だけに設けてもよいし、セン
タービット５１の外周面側だけに設けてもよい。また、
排土溝の個数を２以上としてもよい。また、図３Ａに示
すごとく、オーガスクリュウ軸７の中空部７ａ内には送
水パイプ５７が設けられ（図中、多数の点は送水を表し
ている）、この送水パイプ５７はさらに、上記図８の土
砂取り込み体６の中空部２１内を通って、上記図８の送
水パイプ２２に連結されている。また、図３Ｂのよう
に、中空部７ａ内に配設した内径のやや小さい同心管５
７ａと中空部７ａとの間を送水パイプ（図中、多数の点
は送水を表している）としてもよい。また、円外管１の
先端部の一側には、図１及び図４乃至６に示すように、
方向修正のための肉厚部１ａを設けている。

【００１９】そして、上記ハンマ装置２を作動させる
と、図４に示すごとく、センタービット５１が前進して
打撃し、図５に示すごとく、センタービット５１のフラ
ンジ部５１ａが、リングビット５２の後端のフランジ部
５２ｂに衝突し、双方のビットが一体となって地山を打
撃する。その際、打撃力が地山の強度に勝ると、図６の
ように、リングビット５２の後端のフランジ部５２ｂが
補助金具５３に衝突し、これと同時に外管１を引っ張る
こととなる。このため双方のビットはそれ以上前方へ進
まないので、地山の緩みは生じない。また、外管１に推
進力を付与することとなる。その後元押し装置からの圧
力で外管１が前進すると図４の状態に戻り、これらの動
作を繰り返す。

【００２０】また、これらの打撃の際のハンマ装置２か
らの排気エアはセンタービット５１の排気孔５４から前
方に排気され、一部は、内径の小さな開口部５４ａから
排気されるが、大部分は二つの各ガイド孔５６を通って
Ｕターンし、各排土溝５５に入る。一方、上記ハンマビ
ットに打撃された地山は粉砕され、粉砕された土砂が上
記センタービット５１とリングビット５２との間に設け
た各排土溝５５に入り、Ｕターンした排気エアに吹き飛
ばされてビット本体３の後方に運ばれる。さらにハンマ
装置２の外周と外管１の内周との間を、図７に示すごと
く、各かくはん棒１４にガイドされて螺旋状に回転しな
がらハンマ装置２の後方に達する。このハンマ装置２の
後方には、図８に示すごとく、外管１の内周との間隙を
狭くした外周を有するクラッシャ部５が設けられている
ため、排気エアの一部はこのクラッシャ部５で折り返す
が、他はこのクラッシャ部５の外周を通り、土砂取り込
み体６の両側の土砂取り込み口１６から土砂挿通孔１７
に入る。

【００２１】この折り返した排気エアはハンマ装置２の
外周を逆流し、ビット本体３の上記センタービット５１
のフランジ部５１ａに当たって折り返し、そこで上記排
気エアと合流する。図８に示すごとく、両側の土砂取り
込み口１６に入った土砂は、各土砂取り込み口１６箇所
の噴射口２３から水が噴射し、当該土砂に水が混ざる。
そして適度の水を含んで土砂は各土砂挿通孔１７を通
り、環状間隙２６に入る。そしてケーシング９の内周と
オーガスクリュウ軸７の外周との間に入り、当該オーガ
スクリュウにより管路の後方に排出される。

【００２２】この様にして、外管１及び布設管１０は土
中を推進するが、オーガスクリュウ軸７内に水がないた
め、いつでも元押し装置側からターゲットを視準でき、
それ故方向修正ができる。また、打撃推進中に、土質の
変化や摩耗等に応じて、センタービット５１及びハンマ
装置２等を、リングビット５２及び外管１を残したまま
引き抜き、センタービット５１の交換が可能である。

【００２３】なお、上記実施の形態例では、センタービ
ット５１の外周と、リングビット５２の内周との間に、
排土溝５５を設けたが、センタービット５１の外周の
み、又は、環状のリングビットの内周のみに排土溝を設
ける構成でも良い。

【００２４】

【発明の効果】請求項１項の発明では、ビットの構成
を、外管の先端部に当該外管の中心線に沿って一定幅摺
動及び回転自在に係止した環状のリングビットと、当該
リングビットの内側に挿入して、当該リングビットを前
方に押しながら上記エアハンマ装置により上記一定幅だ
け突出するセンタービットとからなる構成としたため、
従来技術に生じたような、ビットの打撃の振動による地
山の緩みやビットの回転停止が防止でき、切羽の乱れを
最小限に抑え、安定した方向修正効果が得られる。ま
た、センタービット及びリングビットは外管に係止され
て一定幅しか突出しないため、これにより外管を引っ張
ることとなり、外管に推進力を付与することになる。従
って、元押し装置側では、外管を前方に押圧する力を小
さくでき、押圧ジャッキを小型化できる。また、上述の
如く排土溝に入った土砂を、Ｕターンした上記排気エア
がハンマ装置の後方に搬送するため、極めて効率の良い
排土方法である。その上、上述のように、ビットを、リ
ングビットの内周にセンタービットを挿入した構成とし
たことにより、従来のごとく、ビットヘッドを回転さて
拡径しながら地山を打撃するのと異なり、土砂が詰まっ
たりせず、ビットが回転不能になることはない。従って
上記事項と相俟って、スムーズな推進作業ができ、作業
時間を短縮することができる。

【００２５】また請求項３項の発明では上記請求項１項
の効果に加え、ハンマ装置の後方に移送された土砂は回
転するクラッシャ部の外周と外管の内周ですりつぶさ
れ、細かな粒径となる。そしてこれに水を加え、流動性
を良くしているため、上記排気エアの力でオーガスクリ
ュウまで土砂をスムーズに搬送できる。そしてそこでオ
ーガスクリュウにより布設管の後方に送る。従って土砂
の排出が極めて容易である。また、オーガスクリュウ軸
の中空部に送水パイプを設け、このパイプにより水を通
すため、当該中空部には常時水が入っておらず、推進し
ながら元押し装置側でターゲットを常時視凖できるの
で、従来のごとく、ターゲット視凖のため、ターゲット
の視凖空間の水抜き作業が不要である。それ故、所定の
方向に精度良く推進が可能であり、かつ推進施工の作業
時間をより短縮することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例の装置の前部を示す断面側面
図である。

【図２】この発明の実施例の装置の正面図である。

【図３】この発明の実施例の装置のオーガスクリュウ箇
所の布設管内の縦断面図であって、図３Ａ及び図３Ｂ
は、オーガスクリュウ軸内に設けた送水パイプの異なる
形態を示すものである。

【図４】この発明の実施例の装置のビットの第１動作説
明図である。

【図５】この発明の実施例の装置のビットの第２動作説
明図である。

【図６】この発明の実施例の装置のビットの第３動作説
明図である。

【図７】従来例の装置の前部を示す断面側面図である。

【図８】従来例の装置の図８につづく中部を示す断面側
面図である。

【図９】従来例の装置のビットヘッドを拡げた状態を示
す拡大正面図である。

【符号の説明】

１ 外管 ２ ハンマ装置 ３ ビット本体 ５ クラッシャ
部 ６ 土砂取り込み体 ７ オーガスク
リュウ軸 ９ ケーシング １０ 布設管 ２３ 噴射口 ５１ センター
ビット ５２ リングビット ５３ 補助金具 ５４ 排気孔 ５５ 排土溝 ５６ ガイド孔 ５７ 送水パイ
プ

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E21D 9/06 311 E21D 9/12 E21D 9/08 E21B 4/14

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】立坑に設けた元押し装置により外管及びこ
   れに続く布設管を地中に押し込み、これと同時に外管の
   先端部に設けたエアハンマ装置により地山を打撃掘削す
   る小口径推進装置において、 上記ハンマ装置の前端には、ビットを設け、 上記ビットは、上記外管の先端部に当該外管の中心線に
   沿って一定幅摺動及び回転自在に係止した環状のリング
   ビットと、当該リングビットの内周に挿入して、当該リ
   ングビットを前方に押しながら上記エアハンマ装置によ
   り上記一定幅だけ突出するセンタービットとから構成
   し、 上記センタービット内部には、途中から小内径になって
   いて当該センタービット前面に開口部を有する中空状の
   排気孔を設け、かつ、当該排気孔の途中部には、当該セ
   ンタービットの外周に設けた排土溝へ排気エアをＵター
   ンさせる中空状のガイド孔を設けたことを特徴とする、
   礫対応型打撃式小口径推進装置。
2. 【請求項２】 上記センタービットの外周に設けた排土
   溝は、当該センタービットの外周面側、上記環状のリン
   グビットの内周面側、または、上記センタービットの外
   周面側と上記環状のリングビットの内周面側との両者間
   に形成されることを特徴とする、請求項１に記載の礫対
   応型打撃式小口径推進装置。
3. 【請求項３】立坑に設けた元押し装置により外管及びこ
   れに続く布設管を地中に押し込み、これと同時に外管の
   先端部に設けたエアハンマ装置により地山を打撃掘削す
   る小口径推進装置において、 上記ハンマ装置の前端には、ビットを設け、 上記ビットは、上記外管の先端部に当該外管の中心線に
   沿って一定幅摺動及び回転自在に係止した環状のリング
   ビットと、当該リングビットの内周に挿入して、当該リ
   ングビットを前方に押しながら上記エアハンマ装置によ
   り上記一定幅だけ突出するセンタービットとから構成
   し、 上記センタービット内部には、途中から小内径になって
   いて当該センタービット前面に開口部を有する中空状の
   排気孔を設け、かつ、当該排気孔の途中部には、当該セ
   ンタービットの外周に設けた排土溝へ排気エアをＵター
   ンさせる中空状のガイド孔を設け、 当該ハンマ装置の後方に当該ハンマ装置と一体に回転す
   る、外周凸部を有するクラッシャ部を設け、このクラッ
   シャ部の後方に管状のケーシングを設け、この中に土砂
   を搬送するオーガスクリュウを設け、上記クラッシャ部
   の後部に上記ケーシング内に連絡した土砂取り入れ口を
   設け、上記オーガスクリュウの軸の中空内部に水を充填
   することなく、元押し装置側から位置計測用ターゲット
   を常時視凖できるように送水パイプを通し、当該送水パ
   イプの端部の、上記土砂取り入れ口に近接した箇所に、
   水の噴射口を設けたことを特徴とする、礫対応型打撃式
   小口径推進装置。