JP3484877B2 - 管路の推進機の先端装置及びトンネルの掘削方法 - 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、通信用管路、下水
管、ガス管等の地中への埋設を、地面を開削しない非開
削工法にて行う際、トンネル掘削にて使用される小口径
管路の推進機の先端装置及び管路の推進埋設用トンネル
の掘削方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、光ファイバ等の地下敷設工事で
は、トンネル掘削機を用いた非開削工法が主流である。
これは、敷設位置が道路の地下等の場合、開削工法では
交通を遮断することになるが、非開削工法では交通を遮
断しないからである。トンネル掘削機械は、管推進先端
装置（先端装置）にて地中を掘り進み、その後にパイロ
ット管と呼ばれる多数の鉄製中空管を接続して、地下に
管路を形成する。

【０００３】先端装置は、パイロット管の固定外管に根
元側が接続され、方向制御用に先端が屈曲した先端装置
外管と、先端側に掘削ビットが設けられ、かつパイロッ
ト管の回転内管に根元側が接続された先端装置内管とを
備えている。従来、この種の先端装置を用いて掘削推進
方向を修正する場合には、元押装置の回転元押し管にて
パイロット管の固定外管及び先端装置外管を所望の向き
に一体的に回転させていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の先端
装置を用いて推進方向を修正する場合、推進距離が長く
なると、地山の周面摩擦抵抗等が大きくなり、元押装置
側の回転元押し管の回転トルクに不足が生じて、パイロ
ット管の固定外管をつかんで回転させることができなく
なるという問題が生じる。

【０００５】ここにおいて本発明の解決すべき主要な目
的は、次の通りである。本発明の第１の目的は、小口径
の通信用管路、下水管、ガス管等の地中への埋設を、地
面を開削しない非開削工法にて効率良く行うのに好適な
管路の推進機の先端装置及びこの装置を使用したトンネ
ルの掘削方法を提供せんとするものである。

【０００６】本発明の第２の目的は、推進距離に制約を
受けることなく、低いトルクの元押装置にて方向修正制
御を行うことができる管路の推進機の先端装置及びこの
装置を使用したトンネルの掘削方法を提供せんとするも
のである。

【０００７】本発明のその他の目的は、明細書、図面、
特に特許請求の範囲の各請求項の記載から自ずと明らか
となろう。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記した課題の解決は、
本発明が次に列挙する新規な特徴的構成手段及び手法を
採用することにより達成される。

【０００９】すなわち、本発明装置の第１の特徴は、先
端装置や元押装置を備えた管路を推進埋設するための推
進機の先端装置であって、二重管構造のパイロット管の
回転内管に根元側が接続され、先端側が数度屈曲した先
端装置内管と、前記先端装置内管の先端に実装された掘
削ビットと、前記パイロット管の固定外管に根元側が接
続され、先端側が掘削方向を案内するために数度屈曲し
た先端装置外管とからなり、前記先端装置内管は、外周
部にバッチが設けられ、さらに前記パイロット管の回転
内管から伝達される回転力及び軸方向の力を受けて軸回
転、及び前進・後退をする構造であり、前記先端装置外
管は、内周部にソケットが設けられ、前記先端装置内管
のバッチと当該ソケットが嵌合して前記先端装置内管の
回転力を受けることにより、前記パイロット管の固定外
管を回転させずに当該先端装置外管の全体又は先端側が
軸回転する構造である管路の推進機の先端装置にある。

【００１０】本発明装置の第２の特徴は、前記本発明装
置の第１の特徴における前記先端装置外管が、外管先端
部と外管後部に２分離されるとともにラックにて接続さ
れ、外管先端部に前記ソケットが設けられ、前記先端装
置内管のバッチと当該ソケットを回転嵌合させるととも
に当該先端装置内管を前進させて当該ラックを切り離す
ことにより、外管先端部のみを当該先端装置内管の回転
力にて回転可能な構造である管路の推進機の先端装置に
ある。

【００１１】本発明装置の第３の特徴は、前記本発明装
置の第１又は第２の特徴における前記先端装置内管が、
前記パイロット管の回転内管を通して供給された水を先
端部から外部に注水する注水口と、当該注水口に取り付
けられ、当該注水口を開閉して注水量を調整する止水弁
とを有する管路の推進機の先端装置にある。

【００１２】本発明装置の第４の特徴は、前記本発明装
置の第１、第２又は第３の特徴における前記先端装置外
管の先端の開口が、斜め切りされた斜截広口である管路
の推進機の先端装置にある。

【００１３】本発明装置の第５の特徴は、前記本発明装
置の第１、第２、第３又は第４の特徴における前記推進
埋設する管路が、小口径の通信用管路、下水管路、又は
ガス管路である管路の推進機の先端装置にある。

【００１４】本発明装置の第６の特徴は、前記本発明装
置の第１、第２、第３、第４又は第５の特徴における前
記パイロット管の回転内管が、元押装置の回転元押し管
にて回転する管路の推進機の先端装置にある。

【００１５】本発明方法の第１の特徴は、パイロット管
の回転内管に根元側が接続され、外周部にバッチが設け
られ、先端側が数度屈曲した先端装置内管と、前記先端
装置内管の先端に実装された掘削ビットと、前記パイロ
ット管の固定外管に根元側が接続されるとともに、斜截
広口を開設した先端側の内周部に前記先端装置内管のバ
ッチと嵌合するソケットが設けられ、先端側が数度屈曲
し、当該バッチとソケットの嵌合時、パイロット管の固
定外管を回転させずに全体又は先端側が軸回転する先端
装置外管とからなる先端装置や元押装置を備えた推進機
を使用して非開削式のトンネル掘削を行い管路の推進埋
設するに当たり、前記バッチと前記ソケットの嵌合を解
いた状態下で、直進方向に掘削する場合には、前記先端
装置内管に接続された掘削ビットを前記先端装置外管の
前記斜截広口から突出回転させ、修正方向に掘削する場
合には、前記先端装置内管に接続された掘削ビットを前
記先端装置外管の前記斜截広口内に一部露出して退入回
転されてなる管路の推進埋設用トンネルの掘削方法にあ
る。

【００１６】本発明方法の第２の特徴は、前記本発明方
法の第１の特徴における前記先端装置外管が、先ず、前
記ソケットに後退位置合せした先端装置内管の前記バッ
チを回転嵌合させ、次に、当該先端装置内管ともども一
体的に前記先端装置外管全体又は先端側のみを切り離し
押出し、引続き、当該先端装置内管の回転力で当該先端
装置外管全体又は先端側のみを所要変位角回転させ、姿
勢制御をして向きを設定し、引続き、前記先端装置内管
ともども一体的に前記先端装置外管全体又は先端側を接
続後退して、推進方向を修正してなる管路の推進埋設用
トンネルの掘削方法にある。

【００１７】本発明方法の第３の特徴は、前記本発明方
法の第１又は第２の特徴における地上の給水ポンプによ
り給水パイプ、及び前記パイロット管の回転内管を通じ
て接続された先端装置内管に水を供給し注水口から外部
に注水することにより掘削部の土を軟化させ、当該先端
装置内管と当該先端装置外管との環隙及びパイロット管
の回転内管と固定外管との環隙を通して掘削泥を排土し
てなる管路の推進埋設用トンネルの掘削方法にある。

【００１８】本発明方法の第４の特徴は、前記本発明方
法の第１、第２又は第３の特徴における前記推進埋設す
る管路が、小口径の通信用管路、下水管路、又はガス管
路である管路の推進埋設用トンネルの掘削方法にある。

【００１９】本発明方法の第５の特徴は、前記本発明方
法の第１、第２、第３又は第４の特徴における前記パイ
ロット管の回転内管が、元押装置の回転元押し管にて回
転する管路の推進埋設用トンネルの掘削方法にある。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施の形態を、その装置例及び方法例に基づいて説明
する。（装置例）図１は本装置例の管路の推進機の先端
装置Ａの概略構成を示し、図２は本装置例の先端装置Ａ
及び元押装置Ｂを用いたトンネル掘削状態を示し、図３
は先端装置Ａの掘削排土機構を示す。

【００２１】トンネル掘削機αは、図２に示すように、
先端装置Ａ、元押装置Ｂからなり、パイロット管Ｃを推
進させて地面を開削することなく、地山を掘削すること
ができる。パイロット管Ｃは、図３に示すように、回転
内管Ｃ１と固定外管Ｃ２の二重管構造をしている。回転
内管Ｃ１は元押装置Ｂの回転元押し管Ｂ１により回転
し、先端装置Ａの掘削ビット３を回転させて土を掘削す
る。回転元押管Ｂには給水パイプが取り付けられ、地上
の給水ポンプ（図を省略）に接続されている。また、元
押装置Ｂと接続されるパイロット管Ｃの固定外管Ｃ２に
は排水パイプが取り付けられ、地上の排水ポンプ（図を
省略）に接続されている。

【００２２】先端装置Ａは、図１に示すように主として
内管１、外管２、掘削ビット３からなる。内管１は、二
重管構造のパイロット管Ｃの回転内管Ｃ１に根元１'側
が接続され、先端側が数度屈曲している。内管１の外周
部にはバッチ４が設けられ、内管１はパイロット管Ｃの
回転内管Ｃ１から伝達される回転力及び軸方向の力を受
けて軸回転、及び前進・後退をする。また、内管１は、
図３に示すようにパイロット管Ｃの回転内管Ｃ１を通し
て供給された水を先端中央から外部に注水する注水口５
と、注水口５を開閉して注水量を調整する止水弁５ａと
を有する。

【００２３】外管２の先端開口は斜めに切られた斜截広
口２'になっており、外管２の根元２"側はパイロット管
Ｃの固定外管Ｃ２に接続され、先端側は掘削方向を案内
するために数度屈曲している。また、外管２は、外管先
端部２ａと外管後部２ｂに２分離されるとともにラック
６にて接続され、外管先端部２ａの内周部にソケット７
が設けられている。ラック６は外管先端部２ａと外管後
部２ｂの接合部に波状の雌雄嵌合溝を設けた構造をして
いる。ラック６の雌雄嵌合溝が接続されると、外管先端
部２ａと外管後部２ｂとが一体になり、ラック６の嵌合
溝が外れると、外管先端部２ａと外管後部２ｂとが分離
する。

【００２４】外管先端部２ａのソケット７は、先端装置
Ａの内管１を後退させて回転させることにより、バッチ
４と雌雄嵌合する。なお、バッチ４は、１個ではなく、
２個以上設けて半回転以下でソケット７と雌雄嵌合させ
る構造にしても良い。掘削ビット３は、先端装置Ａの内
管１の先端に実装され、内管１とともに回転して地山を
掘削する。

【００２５】以上説明したトンネル掘削機αでは、元押
装置Ｂにてパイロット管Ｃを繋ぎながら先端装置Ａの内
管１の先端についている掘削ビット３で地山Ｇを掘削す
る。このとき、図を省略した給水ポンプはタンク内の水
を高圧力で吐出し、給水パイプを経由して回転元押管に
連結された回転内管Ｃ１に供給する。回転内管Ｃ１を通
った水は先端装置Ａの内管１の注水口５から外部の土壁
Ｇ１に注がれる。そして、水は削り取った土Ｇ'と共に
内管１と外管２の環隙８に入り、パイロット管Ｃの回転
内管Ｃ１と固定外管Ｃ２との環隙９、さらに元押装置Ｂ
に取付けられた排水パイプを経由して排水ポンプにて吸
い上げ排土される。

【００２６】（方法例） 次に前記した装置例の先端装置Ａを利用したトンネル掘
削の具体的な方法例について説明する。図７は先端装置
Ａを用いた直進掘削の状態を示し、図８は先端装置Ａを
用いた方向修正掘削の状態を示す。

【００２７】先端装置Ａを利用して掘削方向を直進させ
る場合は、図７に示すように、掘削ビット３を外管２斜
截広口２'から突出させて、掘削ビット３と外管２の先
端側との間に余掘りＸの部分が生じるようにする。ま
た、掘削方向を修正する場合、図８に示すように、ベン
トシューとなっている内管１を外管２の斜截広口２'内
に一部露出して後退することにより、先端装置Ａの外管
２のヘッド部が地盤反力Ｙ（地盤抵抗）により曲がるよ
うにする。

【００２８】図４から図６の(a)から(f)は、掘削方向を
制御するために先端装置Ａの外管２を回転制御する手順
を示す。先端装置Ａの掘削方向を制御する場合は、次の
手順にて行う。図４(a)に示すように、先ず、先端装置
Ａの内管１を外管２の斜截広口２'内に完全に後退さ
せ、内管１のバッチ４と、外管２のソケット７の位置を
合わせる（第１工程）。次に、図４(b)に示すように内
管１を回転（正転）させてバッチ４をソケット７に挿入
する（第２工程）。そして、図５(c)に示すように、バ
ッチ４をソケット７に挿入した状態で、内管１を外管先
端部２ａともども押し出してラック６を切り離す（第３
工程）。このとき、ラック６が外れても、バッチ４とソ
ケット７は嵌合したままである。続いて、図５(d)に示
すように、そのままの状態を維持して先端装置Ａの内管
１を所要変位角だけ回転（正転）させて、ラック６より
も前方に位置する外管先端部２ａを一体的に回転させる
ことにより、屈曲部（ベント部）の姿勢（外管２の姿
勢）を調整する（第４工程）。調整終了後は、図６(e)
に示すように、先端装置Ａの内管１を引き戻し、一体的
に外管２のラック６を接続する。そして、図６(f)に示
すように先端装置Ａの内管１を逆転して、ソケット７を
バッチ４からはずす。

【００２９】以上の手順により、先端装置Ａの外管先端
部２ａのみを回転させるだけで、ベン卜部の姿勢調整が
可能となり、掘削方向の修正が可能となる。よって、地
山Ｇの局面摩擦抵抗の影響は外管先端部２ａのみが受け
ることとなり、低いトルクの元押装置Ｂ回転元押し管Ｂ
１にて掘削方向の修正制御が可能となる。

【００３０】以上本発明の代表的な装置例及び方法例に
ついて説明したが、本発明は必ずしもこれらの装置例の
手段及び方法例の手法だけに限定されるものではない。
本発明は、その目的を達成し、後述する効果を有する範
囲内において、適宜変更して実施することができるもの
である。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、地
山から受ける周面摩擦抵抗を最小限に軽減するために先
端装置外管のみを回転させて方向修正制御を行うので、
推進距離に制約を受けることなく、しかも低いトルクの
元押装置の回転元押し管にて方向修正制御を行うことが
できるという効果を奏する。

【００３１】特に、本発明によれば、小口径の通信用管
路、下水管、ガス管等の地中への長掘削埋設を、非開削
工法にて効率よく行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の装置例の管路の推進機の先端装置の概
略構成を示す図である。

【図２】同上の装置例の先端装置及び元押装置を用いた
トンネル掘削状態を示した図である。

【図３】同上の装置例の先端装置の掘削排土機構を示し
た図である。

【図４】同上の装置例の先端装置の外管を回転させる手
順を示した図であり、(a)は第１工程、(b)は第２工程を
示す図である。

【図５】同上の装置例の先端装置の外管を回転させる、
図４の続きの手順を示した図であり、(c)は第３工程、
(d)は第４工程を示す図である。

【図６】同上の装置例の先端装置の外管を回転させる、
図５の続きの手順を示した図であり、(e)は第５工程、
(f)は第６工程を示す図である。

【図７】同上の装置例の先端装置を用いた直進掘削の状
態を示した図である。

【図８】同上の装置例の先端装置を用いた方向修正掘削
の状態を示した図である。

【符号の説明】

α…トンネル掘削機 Ａ…先端装置（管路の推進機の先端装置） Ｂ…元押装置 Ｂ１…回転元押し管 Ｃ…パイロット管 Ｃ１…回転内管 Ｃ２…固定外管 Ｇ…地山 Ｇ'…掘削土 Ｇ１…土壁 １…内管 １'…根元 ２…外管 ２'…斜截広口 ２"…根元 ２ａ…外管先端部 ２ｂ…外管後部 ３…掘削ビット ４…バッチ ５…注水口 ５ａ…止水弁 ６…ラック ７…ソケット ８，９…環隙

フロントページの続き (72)発明者 西本 和弘 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 中村 晃 熊本県熊本市坪井二丁目１番42号 西部 電気工業株式会社内 (72)発明者 白川 淳一 東京都台東区元浅草三丁目18番10号 ア イレック技建株式会社内 (72)発明者 田中 純 東京都台東区元浅草三丁目18番10号 ア イレック技建株式会社内 (56)参考文献 特公 平５−81718（ＪＰ，Ｂ２) 実公 平４−17671（ＪＰ，Ｙ２) 実公 昭62−9433（ＪＰ，Ｙ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E21D 9/06

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】先端装置や元押装置を備えた管路を推進埋
   設するための推進機の先端装置であって、 二重管構造のパイロット管の回転内管に根元側が接続さ
   れ、先端側が数度屈曲した先端装置内管と、前記先端装
   置内管の先端に実装された掘削ビットと、前記パイロッ
   ト管の固定外管に根元側が接続され、先端側が掘削方向
   を案内するために数度屈曲した先端装置外管とからな
   り、 前記先端装置内管は、外周部にバッチが設けられ、さら
   に前記パイロット管の回転内管から伝達される回転力及
   び軸方向の力を受けて軸回転、及び前進・後退をする構
   造であり、 前記先端装置外管は、内周部にソケットが設けられ、前
   記先端装置内管のバッチと当該ソケットが嵌合して前記
   先端装置内管の回転力を受けることにより、前記パイロ
   ット管の固定外管を回転させずに当該先端装置外管の全
   体又は先端側が軸回転する構造である、 ことを特徴とする管路の推進機の先端装置。
2. 【請求項２】前記先端装置外管は、 外管先端部と外管後部に２分離されるとともにラックに
   て接続され、外管先端部に前記ソケットが設けられ、前
   記先端装置内管のバッチと当該ソケットを回転嵌合させ
   るとともに当該先端装置内管を前進させて当該ラックを
   切り離すことにより、外管先端部のみを当該先端装置内
   管の回転力にて回転可能な構造である、 ことを特徴とする請求項１に記載の管路の推進機の先端
   装置。
3. 【請求項３】前記先端装置内管は、 前記パイロット管の回転内管を通して供給された水を先
   端部から外部に注水する注水口と、当該注水口に取り付
   けられ、当該注水口を開閉して注水量を調整する止水弁
   とを有する、 ことを特徴とする請求項１又は２に記載の管路の推進機
   の先端装置。
4. 【請求項４】前記先端装置外管の先端の開口は、 斜め切りされた斜截広口である、 ことを特徴とする請求項１、２又は３に記載の管路の推
   進機の先端装置。
5. 【請求項５】前記推進埋設する管路は、 小口径の通信用管路、下水管路、又はガス管路である、 ことを特徴とする請求項１、２、３又は４に記載の管路
   の推進機の先端装置。
6. 【請求項６】前記パイロット管の回転内管は、 元押装置の回転元押し管にて回転する、 ことを特徴とする請求項１、２、３、４又は５に記載の
   管路の推進機の先端装置。
7. 【請求項７】パイロット管の回転内管に根元側が接続さ
   れ、外周部にバッチが設けられ、先端側が数度屈曲した
   先端装置内管と、前記先端装置内管の先端に実装された
   掘削ビットと、前記パイロット管の固定外管に根元側が
   接続されるとともに、斜截広口を開設した先端側の内周
   部に前記先端装置内管のバッチと嵌合するソケットが設
   けられ、先端側が数度屈曲し、当該バッチとソケットの
   嵌合時、パイロット管の固定外管を回転させずに全体又
   は先端側が軸回転する先端装置外管とからなる先端装置
   や元押装置を備えた推進機を使用して非開削式のトンネ
   ル掘削を行い管路の推進埋設するに当たり、 前記バッチと前記ソケットの嵌合を解いた状態下で、 直進方向に掘削する場合には、前記先端装置内管に接続
   された掘削ビットを前記先端装置外管の前記斜截広口か
   ら突出回転させ、 修正方向に掘削する場合には、前記先端装置内管に接続
   された掘削ビットを前記先端装置外管の前記斜截広口内
   に一部露出して退入回転される、 ことを特徴とする管路の推進埋設用トンネルの掘削方
   法。
8. 【請求項８】前記先端装置外管は、 先ず、前記ソケットに後退位置合せした先端装置内管の
   前記バッチを回転嵌合させ、 次に、当該先端装置内管ともども一体的に前記先端装置
   外管全体又は先端側のみを切り離し押出し、 引続き、当該先端装置内管の回転力で当該先端装置外管
   全体又は先端側のみを所要変位角回転させ、姿勢制御を
   して向きを設定し、 引続き、前記先端装置内管ともども一体的に前記先端装
   置外管全体又は先端側を接続後退して、 推進方向を修正する、 ことを特徴とする請求項７記載の管路の推進埋設用トン
   ネルの掘削方法。
9. 【請求項９】地上の給水ポンプにより給水パイプ、及び
   前記パイロット管の回転内管を通じて接続された先端装
   置内管に水を供給し注水口から外部に注水することによ
   り掘削部の土を軟化させ、当該先端装置内管と当該先端
   装置外管との環隙及びパイロット管の回転内管と固定外
   管との環隙を通して掘削泥を排土する、 ことを特徴とする請求項７又は８に記載の管路の推進埋
   設用トンネルの掘削方法。
10. 【請求項１０】前記推進埋設する管路は、 小口径の通信用管路、下水管路、又はガス管路である、 ことを特徴とする請求項７、８又は９に記載の管路の推
    進埋設用トンネルの掘削方法。
11. 【請求項１１】前記パイロット管の回転内管は、 元押装置の回転元押し管にて回転させる、 ことを特徴とする請求項７、８、９又は１０に記載の管
    路の推進埋設用トンネルの掘削方法。