JP3457565B2 - 推進工法 - 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、推進工法に関し、
詳しくは、市街地における下水道施工などに利用され、
地盤を開削することなく先導体と埋設管とを地盤内に推
進させて埋設管を敷設していく推進工法を対象にしてい
る。

【０００２】

【従来の技術】推進工法は、地上の構築物が障害になら
ず交通を遮断することなく施工できるという利点を有し
ており、下水道のほか、電力配管や通信配管、ガス配管
などの施工にも広く適用されている。推進工法で、先導
体および埋設管を地盤内に推進させる際に、先導体およ
び埋設管と埋設孔すなわち地盤との間に生じる摩擦抵抗
が、推進力に対する大きな抵抗力となり、推進力を発生
させる元押しジャッキの容量として過大なものが必要に
なったり、推進に要するエネルギーが増大し、先導体や
埋設管の各構造部材も耐荷重性の高いものが要求される
という問題がある。

【０００３】この問題を解決するため、先導体および埋
設管と埋設孔との間に、摩擦抵抗を軽減させる滑材を注
入することが提案されている。本願特許出願人が先に特
許出願し特許された特許第２７５６９２４号公報には、
先導体および埋設管列の複数個所に配置された注入孔に
滑材を注入する注入ポンプの作動を、地上などに設置さ
れた滑材注入プラントで集中的に管理制御して、先導体
および埋設管列の所望の位置に所望量の滑材を供給でき
るようする技術が開示されている。また、各注入孔に連
結された注入配管の圧力を監視して、注入圧力が一定に
維持されるように注入ポンプを制御したり、注入圧力が
規定値以上になると注入ポンプを停止させるなどの制御
を行う技術も開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記した先行技術で
は、先導体および埋設管列のどの位置に、どの程度の量
の滑材を注入するのかは、作業者が予め設定した注入圧
力や１個所当たりの注入時間、注入順序などの条件によ
って決めている。しかし、滑材の注入量を注入圧力のみ
で管理した場合、摩擦抵抗すなわち推進力の低減を図る
という目的に対して、過剰量の滑材が注入されたり滑材
量が不足になったりすることがある。１個所当たりの注
入時間を決めると、埋設管列中の位置によって滑材量が
過剰になる位置や過少になる位置が出来てしまう。

【０００５】そのため、実際の施工現場では、作業者が
過去の実績や経験、勘を頼りにして注入圧力や注入量を
微妙に調整していた。これでは、作業者の技量によって
作業成績にバラツキが生じ易く、安定した推進施工が行
い難かった。本発明の課題は、推進工法における滑材の
注入作業を、滑材の注入を適切に管理して効率的かつ経
済的に行うことである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明にかかる推進工法
は、先導体と先導体の後方に連結された埋設管とを地盤
内に推進させて、先導体で形成された埋設孔に埋設管を
敷設していく推進工法において、先導体で埋設孔を形成
しながら、先導体または先導体の直後の埋設管と埋設孔
との間に先導体の掘削径と埋設管の外径との差に対応す
る量の滑材を注入する一次注入工程と、先導体の後方に
連結された各埋設管と埋設孔との間に、推進開始からの
経過日数の関数として算出される量の滑材を注入する二
次注入工程とを含み、前記一次注入工程における滑材の
注入量Ｘが、地盤の透水係数ｋの関数として算出され、
前記二次注入工程における滑材の注入量Ｙが、推進開始
からの経過日数Ｄn と地盤の透水係数ｋとの関数として
算出される。

【０００７】先導体には、地盤を掘削する掘削ビットを
備えた掘削盤、先導体の前面に泥水を供給する泥水供給
機構、掘削された土砂や泥水を排出する排出機構、先導
体の推進方向を変える方向修正ジャッキ、先導体の位置
を埋設管列の後方から測量するレーザ測量機構、その他
の必要な機構装置を備えておくことができる。先導体
は、地盤を圧密して拡幅する圧密コーンを備えたもので
もよい。

【０００８】埋設管は、施工目的に合わせて、各種の材
料からなるものが用いられる。例えば、鋼管、コンクリ
ート管、ヒューム管、ＦＲＰ管、塩ビ管などがある。埋
設管は直管のほか曲管を用いることもできる。先導体お
よび埋設管の推進は、埋設管列の最後尾に元押しジャッ
キなどで推力を加えて推進させたり、先導体から埋設管
列の内部を通って最後尾まで配置された推力伝達軸に元
押しジャッキで推力を加えて推進させたりすればよい。 〔滑材注入機構〕基本的には、通常の推進工法における
滑材注入機構と同様の機構装置が採用される。

【０００９】先導体および埋設管には、その外面に滑材
を吐出する滑材の注入孔と、注入孔に滑材を供給するた
めの注入配管、注入を制御する制御バルブ、制御バルブ
の作動を電子的に制御する制御盤や制御配線などを備え
ておく。推進工法の出発立坑内あるいは地上には、前記
注入配管に滑材を供給する供給装置や滑材を蓄えておく
貯蔵装置、各制御バルブの制御あるいはシステム全体の
制御や管理を行う制御装置などを備えておく。制御装置
には、滑材の注入量を算出したり算出手順をプログラミ
ングできるマイクロコンピュータなどの演算処理装置を
備えておくことが好ましい。

【００１０】滑材としては、通常の推進工法で利用され
ている滑材が使用でき、液状のもの、複数種類の液を組
み合わせるもの、固体状のものなどがある。 〔一次注入工程〕この一次注入工程は、通常の滑材注入
技術で採用されている滑材注入の方法と基本的に共通し
ている。

【００１１】先導体および埋設管を推進させて、先導体
で埋設孔を形成すると、先導体による地盤の掘削径ある
いは拡幅径に相当する埋設孔の内径と、先導体の後部外
径あるいは埋設管の外径との間に間隙が生じる。この間
隙を埋めるように滑材が注入される。したがって、滑材
は、先導体または先導体の直後の埋設管と埋設孔との間
に注入される。

【００１２】１本の埋設管を推進する１連の作業、すな
わち１サイクルの推進作業では、１本の埋設管の外径と
埋設孔の内径との差に対応する間隙が新たに生じること
になるので、この間隙の容積に対応する量の滑材を注入
すればよい。但し、滑材の一部が地盤に浸透したり地下
水に溶けたりするので、それらの変化を考慮して滑材の
注入量を調整するのが好ましい。

【００１３】埋設管１本当たりの一次注入量Ｘを、以下
の算出式の値に設定することができる。 Ｘ＝π×Ｄp ×Ｌp ×（Ｄc −Ｄp ）／２ ×｛１＋log₁₀ （ｋ／１０^-4）／４｝／１０００ …（１） Ｘ ：一次注入量（リットル） Ｄp ：埋設管外径 (cm） Ｌp ：埋設管１本当たりの長さ (cm) Ｄc ：カッタ外径 (cm) ｋ ：地盤の透水係数 (cm/sec) 上記算出式において、「π×Ｄp ×Ｌp ×（Ｄc −Ｄp
）／２」の項は、埋設管と埋設孔との間隙の容積に対
応する基準項であり、「｛１＋log₁₀ （ｋ／１０^-4）／
４｝」の項は、地盤への浸透などで減少する滑材の量に
対応する補正項である。必要に応じて、上記補正項の定
数を調整したり、さらに別の環境条件などの関数となる
補正項を追加することもできる。

【００１４】滑材の注入は、先導体および埋設管の推進
開始と同時に開始し、推進終了と同時に終了するように
注入速度あるいは単位時間当たりの注入量を設定するの
が好ましい。 〔二次注入工程〕前記した一次注入工程は、先導体で新
たに形成された埋設孔と先導体あるいは先導体の直ぐ後
方の埋設管との間に滑材を注入するのに対し、二次注入
工程は、先導体の後方に連結された各埋設管と埋設孔と
の間に、一次注入工程とは別に推進開始からの経過日数
の関数として算出される量の滑材を注入する。

【００１５】一次注入工程で注入された滑材が、経時的
に変化しなければ、各埋設管と埋設孔との間の摩擦抵抗
は適切な状態を維持する。しかし、一次注入工程で注入
された滑材は、経時的に地盤に浸透して吸収されてしま
ったり、地下水と混合されて滑性を失ったり、土中のバ
クテリアの作用で変性されたりして、滑材としての機能
が低下する。この機能低下を防止できる量の滑材を二次
注入工程で注入することになる。

【００１６】したがって、上記目的を達成するための二
次注入工程における注入量は、推進開始からの経過日数
や地盤の透水係数等を考慮して設定することが好まし
い。二次注入工程を行う前に、先に注入された滑材の状
態を検査して、その結果に基づいて二次注入量を決定す
ることもできる。一次注入を行う先導体に近い個所に連
結された埋設管と埋設孔との間では、一次注入された滑
材の減少や劣化は少なく、滑材の二次注入の必要性は少
ない。そこで、先導体の直後に連結される埋設管を１番
として順次後方の埋設管に連番ｎを付けたときに、連番
ｎが境界番号ｎ_c を超える番号の埋設管のみに対して、
二次注入を行い、ｎ_c よりも前方の埋設管には二次注入
を行わないでおくことができる。

【００１７】境界番号ｎ_c の値は、施工条件によって異
なるが、通常はｎ_c ＝４０程度に設定される。このこと
は、本発明は、埋設管の本数が４０本を超える比較的長
距離の推進工法に有用であることを意味している。境界
番号ｎ_c 以降の１本の埋設管毎に注入する二次注入量Ｙ
を、以下の算出式の値に設定することができる。

【００１８】 Ｙ＝π×Ｄp ×Ｌp ×｛１＋log₁₀ （ｋ／１０^-4）／４｝ ×Ｄn ／１５×０．１／１０００×（Ｎ−ｎ_c ） …（２） Ｄp ：埋設管外径 cm Ｌp ：埋設管１本当たりの長さ cm ｋ ：地盤の透水係数 cm/sec Ｄn ：経過日数 日 Ｎ ：推進中の埋設管の総本数 本（Ｎ＞ｎ_c ） ｎ_c ：境界番号 二次注入工程も、一次注入工程と同様に、先導体および
埋設管の推進開始と同時に開始し、推進終了と同時に終
了するように滑材の注入速度あるいは単位時間当たりの
注入量を設定するのが好ましい。したがって、一次注入
工程と二次注入工程とは同時に進行させることができ
る。

【００１９】

【発明の実施形態】図１に示す実施形態は、推進工法の
全体構成を表す。地盤Ｅに掘削された出発立坑Ｈの側壁
から、先導体１０および先導体１０の後方に連結された
埋設管２０を、出発立坑Ｈに設置された元押しジャッキ
３０で地盤Ｅ内に推進させていく。

【００２０】地上に設置された滑材注入装置１００から
出発立坑Ｈを経て、埋設管２０の内部から先導体１０ま
でに滑材注入配管４０が設置されており、先導体１０お
よび埋設管２０の所定個所から地盤Ｅ側へと滑材を注入
する。 〔装置構造〕図２に詳しく示すように、先導体１０は、
先端に掘削盤１２を備え、掘削盤１２を回転させること
で、前面に備えた掘削ビットが地盤を掘削して地盤に埋
設孔を形成していく。掘削盤１２の外径すなわちカッタ
外径は、先導体１０の後方部分の外径よりも少し大きく
設定されている。したがって、掘削盤１２で掘削された
埋設孔の内径と先導体１０の外径との間には間隙が形成
される。この間隙に滑材を注入することになる。

【００２１】先導体１０および各埋設管２０の外壁に
は、滑材注入孔４４が設けられている。滑材注入孔４４
には、滑材注入配管４０が連結されている。２個所の滑
材注入孔４４に連結された滑材注入配管４０が合流し、
制御バルブ４２を経て、先導体１０および埋設管２０に
沿って配置された滑材注入配管４０の幹線部分に連結さ
れている。

【００２２】各制御バルブ４２は、電気的に制御される
ように制御ケーブル５０で制御ボックス５２に接続され
ている。埋設管２０列に沿って複数の制御ボックス５２
が制御ケーブル５０で順次連結され、制御ケーブル５０
の末端は埋設管２０列の最後尾から地表に延びている。
先導体１０の内部で、最先端の制御バルブ４２に近い位
置の滑材注入配管４０には圧力計４６が取り付けられて
おり、圧力計４６で測定された圧力情報は、制御ケーブ
ル５０を介して制御ボックス５２に送り込まれ、さらに
地表の制御装置に情報が伝達される。

【００２３】図３は、地表に設置された滑材注入装置１
００のうち、二次注入装置の構造を主に示し、制御ケー
ブル５０が接続された中央制御盤５２を備えている。中
央制御盤５２は、図示しない単相１００Ｖ電源で駆動さ
れ、一次注入および二次注入のタイミングや注入量など
を、予め設定されたプログラムにしたがって管理制御す
る。また、作業者が作業に必要な条件設定やデータ入力
を行ったりする入力装置や、注入量などの作業状況を表
示する表示盤なども備えている。中央制御盤５２は、一
次注入装置８０と二次注入用の制御盤５４とに制御ケー
ブル５０で接続されている。一次注入装置８０は基本的
には二次注入装置と同様の構造を備えているので、以下
では二次注入装置の構造を説明する。

【００２４】モータで回転駆動されるミキサ７１に滑材
の材料が投入され、十分に攪拌されて、ミキサ７１の下
部に備えたタンク７２に蓄えられる。タンク７２には滑
材注入配管４０が接続されていて、滑材が送り出され
る。タンク７２にも攪拌機構を備えていて、滑材を攪拌
し続けることができる。滑材注入配管４０の途中には、
モータ７３で駆動される注入ポンプ７４、圧力センサ７
５、電磁流量計７８が配置され、それぞれ制御ケーブル
５０を介して制御盤５４に接続されていて、それぞれの
作動が制御されたり、それぞれの機器で得られた情報が
制御盤５４に取り込まれる。制御盤５４は図示しない３
相２００Ｖの電源で駆動される。注入ポンプ７４は、可
変吐出量ポンプを使うこともできる。

【００２５】滑材注入配管４０は途中で分岐し、バイパ
スバルブ７６を経てミキサ７２に戻るバイパス配管を構
成している。 〔滑材注入作業〕滑材注入を行う前に、現場条件を十分
に把握しておくことが望ましい。特に、地盤の土質を全
管路長にわたって検討する。土質のうち、透水係数や地
下水の有無およびその動きなどが重要である。その他、
塩分やバクテリアの存在も滑材の機能に及ぼす影響が大
きい。

【００２６】滑材注入の基本は、推進開始時から終了時
まで、先導体および埋設管と埋設孔との間の空隙（テー
ルボイドとも呼ばれる）が、滑材によって常に充満され
た状態に維持することである。滑材の存在が、推力の低
減を図ると同時に、周辺地盤への悪影響を最小限に抑え
る機能を果たす。図１に示すように、先導体１０および
埋設管２０の推進と同時に、先導体１０の外面からは一
次注入の滑材Ｌx が注入され、予め決められた境界番号
ｎ_c よりも後方の埋設管２０からは二次注入の滑材Ｌy
が注入される。境界番号ｎ_c は例えばｎ_c ＝４０に設定
される。一次注入量および二次注入量は前記算出式
（１）（２）などで計算しておき、その全量を推進開始
時から注入開始し、推進終了と同時に注入も完了するよ
うに注入速度を設定する。

【００２７】このような推進作業およびそれと同時に行
う滑材注入作業を繰り返すことで、所定の管路長にわた
る推進施工が行われる。図４には、推進距離と二次注入
量の関係を示す。この場合、推進距離が１００ｍまで
は、埋設管２０の総本数Ｎが境界番号ｎ_c を超えないの
で、二次注入は行われない。推進距離が１００ｍを超え
ると、埋設管２０列の後尾側の埋設管２０から順次二次
注入が開始される。

【００２８】推進距離が延びるにつれて経過日数Ｄn も
増えるので、埋設管２０の１本当たりの二次注入量Ｙも
増えていく。１日に複数本の埋設管２０が推進されるの
で、二次注入量Ｙは、１日分の延長距離毎に段階的に増
えていく。図５には、一次注入量Ｘと、二次注入量Ｙを
全管路で合計した二次注入総量ΣＹと、一次注入量Ｘお
よび二次注入総量ΣＹを合計した総注入量の変化を表し
ている。一次注入量Ｘは推進距離に比例して増え、それ
に二次注入総量ΣＹが付け加わることになる。

【００２９】

【発明の効果】本発明の推進工法は、先導体および埋設
管の推進に伴って行われる滑材注入を、新たに形成され
る埋設孔と先導体および埋設管の間を埋める一次注入工
程と、一次注入された滑材が経時的に機能低下するのを
補うために推進開始からの経過日数の関数として算出さ
れる量の滑材を、後方の埋設管と埋設孔との間に注入す
る二次注入工程との両方で行うことにより、埋設管列の
全長にわたって滑材の機能を良好に発揮させることがで
き、長期間あるいは長距離に及ぶ推進作業を行っても、
必要な推進力が過大にならずに、効率的かつ経済的な推
進施工を実施することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態を表す模式的製造工程図

【図２】 地下部分の配置構造図

【図３】 地上部分の配置構造図

【図４】 二次注入量の変化線図

【図５】 注入量の変化線図

【符号の説明】

１０ 先導体 １２ 掘削盤 ２０ 埋設管 ３０ 元押しジャッキ ４０ 滑材注入配管 ４２ 制御バルブ ４４ 注入孔 ５０ 制御ケーブル ５２ 制御ボックス １００ 滑材供給装置 Ｅ 地盤 Ｈ 立坑

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】先導体と先導体の後方に連結された埋設管
   とを地盤内に推進させて、先導体で形成された埋設孔に
   埋設管を敷設していく推進工法であって、 前記先導体で埋設孔を形成しながら、先導体または先導
   体の直後の埋設管と埋設孔との間に先導体の掘削径と埋
   設管の外径との差に対応する量の滑材を注入する一次注
   入工程と、 前記先導体の後方に連結された各埋設管と埋設孔との間
   に、推進開始からの経過日数の関数として算出される量
   の滑材を注入する二次注入工程とを含み、 前記一次注入工程における滑材の注入量Ｘが、地盤の透
   水係数ｋの関数として算出され、 前記二次注入工程における滑材の注入量Ｙが、推進開始
   からの経過日数Ｄn と地盤の透水係数ｋとの関数として
   算出される 推進工法。
2. 【請求項２】前記二次注入工程が、先導体から後方の埋
   設管に順次付けられる連番ｎが予め決められた境界番号
   ｎ_cを超える番号の埋設管のみに対して行われる請求項
   １に記載の推進工法。