JP3625519B2 - 硬質地盤推進装置および同装置を用いる推進方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、下水道をはじめ、電気、ガスおよび上水道等の地下配管に必要な掘削装置および同装置を用いる掘削方法に関するものであり、特に、硬質地盤を掘削する硬質地盤推進装置および同装置を用いる推進方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
作業員がトンネル内に入れない口径８００ｍｍ以下の比較的小口径の管を地下に敷設する方法は敷設深度が比較的浅い場合には開鑿工法という方法が採用されている。開鑿工法は地上から溝を掘削して管を全長にわたり人手により接続、敷設して、敷設後溝を埋め戻す工法である。しかしながら、敷設する管の深度が比較的大きいものや道路の如く車両の往来の激しい場所、または商店街等地上から溝を掘れない場合などは推進工法と呼ばれる工法が採用される。推進工法は管を推進ジャッキにより地中に押し込むもので、先ず発進立て坑を地上から掘削し、必要深さまで掘削後発進立て坑内に地盤を水平方向に掘削する推進装置を据付け、推進装置に取り付けられた推進管を推進装置により地中に押し込み、推進ジャッキのストロ−ク一杯まで推進管を押し込んだ後推進ジャッキを元の位置に戻し、新たな推進管をセットして押し込んだ推進管と接続させ、次々と推進管を到達立て坑に向けて推進させる工法である。推進方式には軟弱な地盤に適用する推進部分の土砂を押し退けて推進する圧密工法と刃先を回転させて推進地盤を掘削する掘削工法があり、掘削工法には掘削した土砂を排出するため泥水を混入して地上に排出する泥水式推進工法と同じく回転掘削した土砂を回転するオ−ガの推進によって排出するオ−ガ式推進工法がある。
【０００３】
オ−ガ式推進工法は比較的硬質な地盤に適用される工法である。管を推進する際に生じる管前方の抵抗を、オ−ガ刃先の回転および給進によって掘削することにより軽減し、掘削された土砂をオ−ガのスパイラル羽根によって管内の後方に押し出して排除する方法である。
オ−ガ式推進装置は、推進装置基部に設けられた一対のレ−ル上に、推進ジャッキにより推進可能に載置される本体、即ち推進管取付機構と、推進管内部に取付けられ先端にオ−ガ刃先を有するオ−ガを回転する回転機、およびオ−ガを前進または後退させる給進シリンダからなる給進機構とを有するものである。
オ−ガ刃先には刃先を給進機構の押圧力により地盤に食い込ませ、回転によって地盤を切削する切削型刃先（ドラグ型刃先）と大きな給進力によって山型の刃先を地盤に押圧して地盤を圧壊させるロ−ラ型刃先がある。
ドラグ型刃先は主に経済的な理由から比較的に軟質の地盤に適用され、ロ−ラ型刃先は最も硬質の地盤に適用されることが多い。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来の地盤掘削推進装置は、いずれも回転刃先による掘削のため、回転中心部においては刃先の周速度が遅くなり、刃先外周部に比較して掘進能率が悪く、特に玉石、砂礫等の硬質地盤においてはその掘進能力が低下し、また、転石、玉石層では掘削対象となる転石や玉石が固定されていないことにより掘削面が移動し、有効な掘削ができないという問題があった。更に、転石、玉石層等の硬質地盤において著しく掘進能力が低下した場合には地盤掘削推進装置の運転を一時中止し、オ−ガ先端の回転用のオ−ガ刃先または回転ロ−ラ型刃先を取り外し、エアシリンダによる打撃ハンマ刃先と交換し、再度オ−ガ単位体を次々と接続して掘削先端まで到達させ、エアシリンダによるピストン運動によりオ−ガ先端部分の転石、玉石層を粉砕し、再度回転掘削用刃先と交換してオ−ガにより粉砕物等を排出するため、能率が悪く、また面倒であった。
本発明は上記問題点を解決し、転石、玉石または岩盤等特に硬質な地盤においても能率良く地盤を掘削推進することができる硬質地盤推進装置および同装置を用いる推進方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【問題を解決するための手段】
以上の目的を達成するために、本発明の請求項１の装置は、推進ジャッキにより推進する推進管、先端シューおよびその推進方向を修正するパワレンチを備え、前記推進管および先端シューの内側に、回転することにより地盤を掘削する回転ローラ型刃先および掘削屑を排出するオーガを備え、更にその内側に、専用の給進シリンダで往復移動可能な内管を備え、当該内管の先端には内蔵されたエアシリンダにより打撃を与えることができる打撃ハンマ刃先とを備えてなり、前記回転ローラ型刃先により掘削できない硬質地盤のときに打撃ハンマ刃先により粉砕することを特徴としている。
請求項２の発明は、同装置を用いて、硬質地盤が未掘削転石を含む場合に、前記打撃ハンマ刃先を前記回転ローラ型刃先面より後退させて未掘削転石を中心部に集めて粉砕して、オーガによる排出ができる大きさにする硬質地盤推進方法であり、請求項３の発明は、請求項１記載の装置を用いる方法であって、硬質地盤が比較的大きな玉石を含むものである場合に、前記打撃ハンマ刃先を回転ローラ型刃先面より先行突出させて玉石を破砕する硬質地盤推進方法であり、請求項４の発明は、請求項１記載の装置を用いる方法であって、硬質地盤が岩盤である場合に、打撃ハンマ刃先を回転ローラ型刃先面より先行突出させて岩盤に自由面を形成した後、回転ローラ型は刃先により掘削する硬質地盤推進方法であることを特徴としている。
【０００６】
【作用】
本発明の硬質地盤推進装置は、従来の推進装置と異なり、回転することにより掘削屑を排出するオ−ガおよびその先端に取付けられ地盤を掘削する回転ロ−ラ型刃先の内側に、専用の給進シリンダにより前進および後退可能な内管を備え、当該内管の先端部にはエアシリンダにより打撃を与えることができる打撃ハンマ刃先を常時備えているため、あらゆる硬度の地盤を掘削推進することができる。
即ち、軟質地盤においては、打撃ハンマ刃先を使用することなく、オ−ガ先端に取付けられた回転ロ−ラ型刃先により掘削し、オ−ガにより掘削屑を排出しながら推進させれば良く、それほど大きくない転石層に直面した場合は、打撃ハンマ刃先を回転ロ−ラ型刃先面よりも後退させて未掘削転石を中心部に集めて打撃ハンマ刃先をエアシリンダによるピストン運動により、オ−ガによる排出ができる大きさまで破砕して推進させる方法を採用することができ、比較的大きな玉石に直面した場合は、打撃ハンマ刃先を回転ロ−ラ型刃先面より先行させて玉石を破砕し、オ−ガにより排出する方法が能率的である。
更に、岩盤等を掘削する場合は、打撃ハンマ刃先を回転ロ−ラ型刃先面より先行させ、岩盤等に凹み（自由面）を形成させることにより回転ロ−ラ型刃先により掘削可能とし推進させることができる。
【０００７】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に基づき説明する。図１は本実施例の一例を示す硬質地盤推進装置を発進立て坑内に据え付けた状態を示す一部切欠き立面図であり、図２は図１の一部切欠き平面図、図３は本実施例の硬質地盤推進装置の掘削先端において、それほど大きくない転石層に直面した場合であり、打撃ハンマ刃先を回転ローラ型刃先面より後退させて未掘削転石を中心部に集め、打撃ハンマ刃先により破砕する状態を示す。図４は本実施例の硬質地盤推進装置の掘削先端において、掘削面が岩盤に直面した場合であり、打撃ハンマ刃先を回転ローラ型刃先面より先行させ、岩盤等に凹み（自由面）を形成させることにより回転ローラ型刃先により掘削する状態を示す。図５は従来の地盤推進装置を発進立て坑内に据え付けた状態を示す一部切欠き立面図、図６は従来の地盤推進装置の掘削先端に用いられる回転ローラ型刃先がオーガ先端に取付けられ掘削する状態を示す状態説明図、図７は従来の地盤推進装置の掘削先端に用いられる回転ローラ型刃先では掘削できないため、回転ローラ型刃先を打撃ハンマ刃先に取り替えて掘削面の比較的大きな転石または玉石を破砕している状態を示す状態説明図である。
図において符号１は推進管、２は先端シュー、３はオーガ刃先、４はオーガ、５は回転機、６は給進シリンダ、７はターゲットランプ、８はトランシット、９はパワーレンチ、１０は回転口一ラ型刃先、１１は打撃ハンマ刃先、１１ａは打撃ハンマ刃先、１２は内管、１３は中空回転軸、１４は推進ジャッキ、１５はレール、１６はエアシリンダ、１７および１８はベース固定ジャッキ、１９は綱矢板、２０はコンクリート、２１は地盤、２２は硬質地盤、２３は転石、２４は軟質地盤、２５は大きな玉石または岩整を示す．
【０００８】
地下に電気、ガス、上下水道等の地下配管を敷設するためには、先ず地盤推進装置を据え付ける発進立て坑および到達立て坑を地上から掘削する。地盤推進装置の大きさは長さ３〜７ｍ、幅１〜２．５ｍ、高さ１．５〜２ｍ位であるので、必要な機種に応じて発進立て坑を掘る必要がある。深さは敷設する管の深さに応じて変化するが大体２〜７ｍ位である。図１および図２に示す如く地上から発進立て坑を掘り、土崩れを防ぐため、穴の周囲を鋼矢板１９で覆い、地盤推進装置を据え付ける底面はコンクリ−ト２０を打設する。地盤推進装置を発進立て坑に降ろし、ベ−ス固定ジャッキ１７および１８により装置を固定する。このように据え付けることにより先端シュ−２を先端に設けた推進管１を硬質地盤２２に推進させることによる反動力をベ−ス固定ジャッキ１７により鋼矢板１９を経由して地盤２１に受けさせることができる。
図１および図２においては、先端シュ−２を先端に設けた推進管１、先端に回転ロ−ラ型刃先１０を取り付けたオ−ガ４およびその内側に先端にエアシリンダ１６により駆動する打撃ハンマ刃先１１を取り付けた内管１２をセットした状態が示されているが、これらは掘削推進が進むにつれ、次々と各単位体を継ぎ足して掘削推進させるものである。図１において８はトランシットであり、内管１２のエアシリンダ１６の後部に設けたタ−ゲットランプ７を肉眼で観察することにより推進方向が正しいか否かを監視し、方向が正しくない場合はパワレンチ９を作動させて先端シュ−２を先端に設けた推進管を回転させ推進方向を修正する。
図２に示す１４は推進ジャッキであり、この推進ジャッキ１４により回転機５、給進シリンダ６、中空回転軸１３を始め前記全ての部品を搭載した推進機本体をレ−ル１５上を摺動させることにより推進方向へ推進または元の位置に後退させる。給進シリンダ６は先端にエアシリンダ１６により駆動する打撃ハンマ刃先１１を取り付けた内管１２専用の給進シリンダであり、本発明の各種推進方法に応じて内管を前進または後退させることができる。回転機５は先端に回転ロ−ラ型刃先１０を取り付けたオ−ガ４および前記給進シリンダ６により前進または後退する内管１２を回転させることができる。
図３は本発明の推進方法を示す状態図であり、オ−ガ４による掘削屑の排出能率が低下した場合に、打撃ハンマ刃先１１を回転ロ−ラ型刃先面より給進シリンダ６を作動させて後退させ、推進ジャッキ１４および回転ロ−ラ型刃先１０の回転により未掘削転石２３を中心部に集めて、エアシリンダ１６を作動させて転石２３を破砕させながら推進させる状態を示している。
ボ−リング調査により、比較的大きな玉石のある地盤に対しては、打撃ハンマ刃先１１を今度は回転ロ−ラ型刃先より先行させて玉石を破砕させながら推進させると能率が良い。
図４に示す如く、大きな玉石または岩盤２５等を掘削する場合は、打撃ハンマ刃先１１を回転ロ−ラ型刃先面より先行させ、エアシリンダ１６を作動させて岩盤等に凹み（自由面）を形成させることにより、回転ロ−ラ型刃先１０を回転させて岩盤等を破砕しながら推進させることができる。
【０００９】
図５は従来の地盤推進装置を示すもので、大体の機能は本願発明と同じであるが、従来の地盤推進装置は本願発明の硬質地盤推進装置と異なり、先端に打撃ハンマ刃先１１を取り付けた内管１２を有しておらず、必要に応じてその都度オ−ガ４の先端の刃先をオ−ガ刃先３、図６に示す如く回転ロ−ラ型刃先１０または図７に示す如く打撃ハンマ刃先１１ａと交換して推進させているため、軟質地盤に対しては良好であるが、硬質地盤に対しては掘削能率が低下する。従来の地盤推進装置の給進シリンダ６は、オ−ガ４を前進または後退させるものであり、回転機５はオ−ガ４を回転させるものである。
【００１０】
【発明の効果】
本発明によれば、次のような顕著な効果を奏する。
１）オ−ガの内側に専用の給進シリンダにより前進および後退可能な内管を備え、内管の先端部にはエアシリンダにより打撃を与えることができる打撃ハンマ刃先を常時備えているため、硬質地盤に対しても能率よく掘削推進することができる。
２）通常の大きさの転石等を含有する地盤に対しては、打撃ハンマ刃先を回転ロ−ラ型刃先面より後退させて未掘削転石を中心部に集めて打撃ハンマ刃先により破砕する方法を採用することにより、能率よく掘削推進することができる。
３）比較的大きな玉石に対しては、打撃ハンマ刃先を回転ロ−ラ刃先面より先行させて玉石を破砕する方法を採用することにより、能率よく掘削推進することができる。
４）岩盤等を掘削する場合は、打撃ハンマ刃先を回転ロ−ラ型刃先面より先行させ、岩盤等に凹み（自由面）を形成させることにより、回転ロ−ラ型刃先により掘削可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の硬質地盤推進装置の一部切り欠き垂直断面図。
【図２】図１の一部切欠き平面図。
【図３】本発明の硬質地盤推進装置を用いて、打撃ハンマ刃先を回転ロ−ラ型刃先面より後退させて破砕する方法を示す説明図。
【図４】本発明の硬質地盤推進装置を用いて、打撃ハンマ刃先を回転ロ−ラ型刃先面より先行させ、岩盤等に凹み（自由面）を形成させ、回転ロ−ラ型刃先を回転させて岩盤等を破砕する方法を示す説明図。
【図５】従来の地盤推進装置の一部切り欠き垂直立面図。
【図６】従来の回転ロ−ラ型刃先を示す一部切欠き説明図。
【図７】従来の打撃ハンマ刃先を示す一部切欠き説明図。
【符号の説明】
１ 推進管
２ 先端シュ−
３ オ−ガ刃先
４ オ−ガ
５ 回転機
６ 給進シリンダ
７ タ−ゲットランプ
８ トランシット
９ パワレンチ
１０ 回転ロ−ラ型刃先
１１ 打撃ハンマ刃先
１１ａ 打撃ハンマ刃先
１２ 内管
１３ 中空回転軸
１４ 推進ジャッキ
１５ レ−ル
１６ エアシリンダ
１７ ベ−ス固定ジャッキ
１８ ベ−ス固定ジャッキ
１９ 鋼矢板
２０ コンクリ−ト
２１ 地盤
２２ 硬質地盤
２３ 転石
２４ 軟質地盤
２５ 大きな玉石または岩盤

Claims (4)

1. 推進ジャッキにより推進する推進管、先端シューおよびその推進方向を修正するパワレンチを備え、前記推進管および先端シューの内側に、回転することにより地盤を掘削する回転ローラ型刃先および掘削屑を排出するオーガを備え、更にその内側に、専用の給進シリンダで往復移動可能な内管を備え、当該内管の先端には内蔵されたエアシリンダにより打撃を与えることができる打撃ハンマ刃先とを備えてなり、前記回転ローラ型刃先により掘削できない硬質地盤のときに打撃ハンマ刃先により粉砕することを特徴とする硬質地盤推進装置。
2. 請求項１記載の装置を用いる方法であって、硬質地盤が未掘削転石を含む場合に、前記打撃ハンマ刃先を前記回転ローラ型刃先面より後退させて未掘削転石を中心部に集めて粉砕して、オーガによる排出ができる大きさにすることを特徴とする硬質地盤推進方法。
3. 請求項１記載の装置を用いる方法であって、硬質地盤が比較的大きな玉石を含む場合に、前記打撃ハンマ刃先を前記回転ローラ型刃先面より先行突出させて玉石を破砕することを特徴とする硬質地盤推進方法。
4. 請求項１記載の装置を用いる方法であって、硬質地盤が岩盤である場合に、前記打撃ハンマ刃先を前記回転ローラ型刃先面より先行突出させて岩盤に自由面を形成した後、前記回転ローラ型刃先により掘削することを特徴とする硬質地盤推進方法。

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