JP3739560B2 - 長距離推進工法 - Google Patents
長距離推進工法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は所定距離離間した２箇所に掘削された立坑内に設置された元押しジャッキの推力により先導体と後続の埋設管を地山中に貫入させるようにした非開削工法の一つである推進工法の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
上下水、電気、ガス、通信等の配管の管埋設工事は、油圧ショベル等の掘削機を用いて地上から目的とする管を敷設できる深さの掘溝を掘削して該掘溝底面上に管を敷設した後、掘削した土砂を復土する開削工法と、発進用および到達用の立坑孔のみを地上から垂直に掘削し、発進用立坑から到達用立坑に向けて掘削等の手段により坑道を形成し、この坑道内に配管を敷設する非開削工法とに大別される。配管の埋設深度が比較的浅い場合には、開削工法は非開削工法に較べて施工費用が格段に安いため多用されているが、一般に配管の管埋設工事は道路に沿ってあるいは道路を横切って実施される場合が多いので、道路交通を長期間に亘って遮断しなければならないと共に、工事後の地表面を平坦に保つことが難しいという欠点がある。
【０００３】
このように、開削工法において長期間に亘って交通遮断を必要とするのは、埋設する管の径より幅の広い掘溝を地表から配管の底部の深さまで掘削し、場合によっては掘削土を一時的に残土置場に貯留し、掘溝底部の平面度を調整した後、埋設管を敷き並べて、その後掘削した土砂を復土するという工程を順次行わなければならないためである。さらに、土質が軟弱な場合は土止め壁を構築しなければならないので、交通阻害期間は一層長期間になる。また、下水や川を横切って配管を埋設する工事を行う場合にはそれらを流れる流水を遮断することができないため、それらの流路を回避しながら工事を進めなければならず、面倒で慎重な作業が要求され、手間と時間が余計に掛かってしまう。
【０００４】
一方、非開削工法では道路交通に対する障害は開削工法に較べて軽微であるため、近年、採用が増えているが、開削工法に較べて施工費用がかなり高価であるため、配管埋設費用が高額になってしまうという問題点がある。特に、シールド掘進機により地山を掘削して進行する、主として大口径の坑道を形成するためのシールド工法においては、シールド掘進機を推進させるためのシールドジャッキや掘削した土砂を後方に排出するための排土設備、例えば、シールド掘進機内に配設されるスクリュー搬送軸、送排泥管等の延伸仮設部材あるいは動力供給のための油圧ホースや電力ケーブル等の設備を収納配置するための空間が必要となり、装置が大型化すると共に設備費用が掛かるばかりでなく、壁面支持板（セグメント）を継ぎ足す時に多くの手間を要するという難点がある。
【０００５】
従って、内径７００mm以下の小口径の坑道の掘削にはシールド工法を用いることができない。そこで、比較的短距離のあまり礫塊を含まない土質の地山に対しては、発進用立坑内に設置した元押しジャッキを用いて先導体と埋設用配管を到達用立坑に向けて地中に押し進める推進工法が用いられている。推進工法はシールド工法に較べて小型の推進装置で済み、しかも繰り返し使用が可能なので、施工費用が格段に安価であるという利点を有している。しかし、推進工法は上述のように、先導体と共に埋設用配管全体を後方から元押しジャッキで地中に押し進めることが基本原理になっているので、先導体が突き進む推進距離が長くなるに連れて埋設用配管と坑道壁面との間の摩擦力が増大し、最後尾の埋設用配管を押すのに必要な推進力も増加する。この推進力は例えば、ヒューム管等の埋設用配管の破壊強度以下でなければならないから、推進工法では推進可能な距離が上記事情により必然的に制限されるという欠点を有している。
【０００６】
一方、シールド工法では坑道の先端に位置するシールド掘進機が、その後部に取り付けられて坑道壁面に沿って固定された上記壁面支持板の先端に反力を取ったシールドジャッキにより推進力を得て前進するようになっている。従って、シールド掘進機が前進する際に要する推進力は掘進距離には関係しないから、排土装置の種類や排土能力の違いを無視すれば、シールド掘進機が掘進可能な長さは掘進距離により制限されない。
【０００７】
なお、埋設用配管の破壊強度は管径と対応関係を有しているので、推進工法で推進可能な距離も埋設用配管の管径と一定の対応関係を有している。因に、埋設用配管が内径４００mmの下水ヒューム管である場合には推進工法で推進可能な距離は約５０ｍを越えた程度になる。前述のように、このような小口径の坑道の掘削にはシールド工法を用いることができないが、一般的にシールド掘進機が掘進可能な長さは１〜２ｋｍである。上述のように、先導体が埋設用配管の先頭に位置して単に埋設用配管を導くだけのものである圧密式の推進工法では、先導体が当接する地山の土砂を周囲に押し退けて突き進まなければならないため、先導体は地山から大きな反作用を受ける。従って、この地山からの大きな反作用のために推進可能な距離が著しく制限されたものになる。
【０００８】
そこで、推進工法における推進可能な距離を増加させようとする様々な試みが為されており、例えば、特開昭５７−２９７９７号公報には推進工法に回転掘削方式を適用した管埋設装置の発明が提示されている。即ち、この管埋設装置は掘進機本体の前部に回転自在に支持された回転掘削具を具えると共に、この回転掘削具の先端部に粘性付与液の注入口を開口させ、回転掘削具を回転させながら注入口から粘性付与液を地山に向かって注入し、埋設管の最後部を押圧する油圧シリンダーの押圧力により、掘削された土砂を粘性液と共に埋設管と地山の掘削孔との環状間隙を通って後方に圧送するようになっている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述の管埋設装置では掘進機本体の前部が当接する地山を、外径を埋設管の外径より十分大きく取った回転掘削具を回転させて掘削すると共に、埋設管と地山の掘削孔との間に形成された環状間隙に土砂混合粘性液を充填させてこれを滑材として機能させることにより、地山からの反作用および埋設管と地山の掘削孔との間の摩擦力を共に大幅に低減させて、推進可能な距離を１００〜１５０ｍ（約２〜３倍）に延長することができる。
【００１０】
しかしながら、この管埋設装置を用いても、１００〜１５０ｍ置きに発進用および到達用の立坑孔を掘削形成しなければならず、できるだけ交通の妨げにならない、できるだけ立坑孔設置用の空き地を必要としない等という社会的要請に十分応えるものとなっていない。また、１５０ｍを越える川幅の河川の下を潜って貫通する掘削孔を形成することもできないため、配管埋設工事に適用する場合に大きな制約条件になってしまう。
【００１１】
そこで、推進可能な距離をさらに延長するために、(1) 高耐圧性の仮配管を用いて掘削孔を推進形成し、推進工程終了後に仮配管を本来の埋設管に置換する配管置換方式や、(2) 推進過程の中間の埋設管の間に中押しジャッキを介装し、先導体に掛かる地山からの反作用および埋設管と地山の掘削孔との間の摩擦力を中押しジャッキと元押しジャッキで分担し合うことにより埋設管の最後部に掛かる元押しジャッキからの押圧力を緩和する押し管推進（セミシールド）方式等の方法が検討されている。
【００１２】
しかし、前者の方式では多数の仮配管を用いなければならず、しかも、一旦敷設した仮配管を本来の埋設管に置換する工程が付加されるため、工事費用が嵩むと共に工期が長期間になってしまう。また、後者の方式は推進可能な距離を延長するのに有効な方法ではあるが（推進可能距離は約３００〜５００ｍ）、中押しジャッキの操作や取外し等の作業は人手に因っているため、中押しジャッキによる推進工事の実施が面倒であり、しかも、この方式を採用できるのは埋設管中を作業員が通過できる内径が８００mmφ以上の埋設管を敷設する工事に限られるという問題点がある。
【００１３】
例えば、内径が４００mmφの埋設管を川幅が２００ｍ以上の河川の下を横断して敷設する工事を行う場合には、小口径用の推進機では推進距離が不足する。そこで、この工事を推進工法で行うには埋設管の内径を８００mmφ以上に設計変更して押し管推進方式で工事を行うことになる。また、推進予定の地中の土質が大粒の玉石を含んだ礫土層であった場合には、押し管推進方式でも工事の実施が困難になるので、埋設管の内径を更に１８００mmφ以上に設計変更して礫対応型のシールド掘進機を用いたシールド工法により工事を実施しなければならなくなる。
【００１４】
しかし、このように埋設管の内径を本来不必要な大きさまで拡径して対処すると、不必要に大きな埋設管を用いることによる設備費と、不必要に大きな掘削孔を掘削するために、より高度な工法を用いて工事を実施するのに要する工事費と、余分に排出される土砂の処理費等の費用が大幅に増加するため、工事費の総額が高騰してしまう。
本発明は従来技術におけるかかる問題点を解決すべく為されたものであり、大きな埋設管を用いる設計変更を行うことなく推進可能距離を大幅に延長することができる推進工法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、所定距離離間した２箇所の地点にほぼ垂直な方向に掘削された立坑内に設置された元押しジャッキの推力を先導体の後方に順次連結されて導かれる埋設管の後部に作用させて、前記先導体および後続の前記埋設管を他方の前記立坑に向かって地山中をほぼ水平方向に貫入させ、他方の前記立坑まで貫通した前記埋設管をその侭地山中に埋設された恒久的な埋設管として使用するようにした長距離推進工法において、一方の前記立坑から推進した前記先導体が到達可能な限界となる推進距離の地点の近傍まで、前記先導体が地山中に形成する貫入孔の径とほぼ同径の穿孔を他方の前記立坑から形成するとともに、前記穿孔は、他方の立坑から一方の立坑に向かって貫入した他方の先導体および後続の埋設管が双方の立坑の間の所定の地点まで推進した後、一方の立坑から他方の立坑に向かって貫入した一方の先導体の推進に先行して後退して形成されるものであり、後退する際に他方の先導体は一方の先導体が推進してくる側の穿孔内に液状孔壁安定材を注入して該穿孔内の圧力を高めるようにしたものである。
【００１６】
また、本発明は、所定距離離間した２箇所の地点にほぼ垂直な方向に掘削された立坑内に設置された元押しジャッキの推力を先導体の後方に順次連結されて導かれる埋設管の後部に作用させて、前記先導体および後続の前記埋設管を他方の前記立坑に向かって地山中をほぼ水平方向に貫入させ、他方の前記立坑まで貫通した前記埋設管をその侭地山中に埋設された恒久的な埋設管として使用するようにした長距離推進工法において、一方の前記立坑から推進した前記先導体が到達可能な限界となる推進距離の地点の近傍まで、前記先導体が地山中に形成する貫入孔の径とほぼ同径の穿孔を他方の前記立坑から形成するとともに、前記穿孔は、一方の立坑から先導体および後続の埋設管を地山中に貫入させる推進工法とほぼ同様方式の推進工法により、他方の立坑から一方の立坑に向かって貫入し、その後、他方の立坑に向かって後退した先導体および後続の埋設管により形成されたものであり、前記後退した先導体の最大径は一方の立坑から他方の立坑に向かって貫入した一方の先導体の最大径よりやや大きくしたものである。
さらに、本発明は、所定距離離間した２箇所の地点にほぼ垂直な方向に掘削された立坑内に設置された元押しジャッキの推力を先導体の後方に順次連結されて導かれる埋設管の後部に作用させて、前記先導体および後続の前記埋設管を他方の前記立坑に向かって地山中をほぼ水平方向に貫入させ、他方の前記立坑まで貫通した前記埋設管をその侭地山中に埋設された恒久的な埋設管として使用するようにした長距離推進工法において、一方の前記立坑から推進した前記先導体が到達可能な限界となる推進距離の地点の近傍まで、前記先導体が地山中に形成する貫入孔の径とほぼ同径の穿孔を他方の前記立坑から形成するとともに、前記穿孔は、他方の立坑から一方の立坑に向かって貫入した他方の先導体および後続の埋設管が双方の立坑の間の所定の地点まで推進した後、一方の立坑から他方の立坑に向かって貫入した一方の先導体の推進に先行して後退して形成されるものであり、後退する際に他方の先導体は一方の先導体が推進してくる側の穿孔内に低強度固化材を注入した後、該穿孔内を前記低強度固化材で充填固化せしめたものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明を具体化した具体例について詳細に説明する。図１は河川の地下を横断して埋設管を敷設する工事に本発明を適用した具体例に係る工程説明図、図２は一方の立坑側から埋設管を推進圧入させている状態を示す地中断面図である。これらの図において、１（Ａ，Ｂ）は埋設管の先頭に位置して図示しない回転する掘削回転盤に植設された掘削刃により地山を掘削して埋設管を導く先導体、２は所定の長さと径を有し、両端部に互いに接続するための図示しない接続部を具えたヒューム管、鋼管等の埋設管、３（Ａ，Ｂ）は河川Ｒの外側に垂直に掘削された発進用および到達用の立坑、４（Ａ，Ｂ）は立坑３（Ａ，Ｂ）の底部に設置され、埋設管２の最後部を地山側に押し込む元押し装置、４１は次に述べる元押しジャッキの嵌入するピストンを摺動自在に支持する支持台、４２は元押し装置４（Ａ，Ｂ）に固定され、ピストンが水平方向に伸縮可能な元押しジャッキである。なお、図１において、工程▲２▼以後の工程の説明図では元押し装置４（Ａ，Ｂ）の図示を省略した。
【００１９】
先導体１（Ａ，Ｂ）および元押し装置４（Ａ，Ｂ）の構成および動作は前述した従来例のものと変わらないのでそれらの構成および動作に関する詳細な説明は省略する。以下にこの具体例の工程の詳細について説明する。始に、最初の工程▲１▼では立坑３Ａ，３Ｂの互いに対向する側壁の正確に位置決めされた位置にそれぞれ先導体１Ａ，１Ｂを正確に方向決めして当接させ、掘削刃が植設された後述する掘削回転盤を回転させると共に、掘削回転盤の先端部から粘性付与液を地山に向けて注入して先導体１Ａ，１Ｂの先端が当接する地山を掘削しつつ、元押し装置４Ａ，４Ｂの元押しジャッキ４２Ａ，４２Ｂで先導体１Ａ，１Ｂの後端を地山に向けて押し込む。これにより、掘削土砂と粘性付与液が混合された土砂混合粘性液が先導体１Ａ，１Ｂの周囲を回り込んで立坑３Ａ，３Ｂ内に流出する。
【００２０】
先導体１Ａ，１Ｂが地山内に没入すると、元押しジャッキ４２Ａ，４２Ｂのピストンを収縮させた後、先導体１Ａ，１Ｂの後端に埋設管２を互いの当接面に刻設された螺子や棒鋼を用いた嵌合部材等による接続手段により接続しながら継ぎ足して、その後端に元押しジャッキ４２Ａ，４２Ｂのピストンを当接させ、再度地山に向けて押し込む。切羽側から押し出された土砂混合粘性液は先導体１Ａ，１Ｂおよび後続の埋設管２の周囲の環状間隙側に流出する。こうして、最初の埋設管２が地山内に没入すると、最初の埋設管２の後端に２番目の埋設管２を継ぎ足し接続して掘削回転盤による地山の掘削と元押しジャッキ４２Ａ，４２Ｂによる２番目の埋設管２の後端を押し込む作業を繰り返す。
【００２１】
前述のように、先導体１Ａ，１Ｂが地山内に進入する高さと方向は実証的に正確に定められ、それに従って元押しジャッキ４２Ａ，４２Ｂによる押し込み位置と方向が決定され、先導体１Ａ，１Ｂおよび後続の埋設管２が地山内に推進するようになっているので、先導体１Ａ，１Ｂが両立坑３Ａ，３Ｂ側から互いに出会う位置に向かって前進する。なお、先導体１Ａ，１Ｂの出会いを確実にするために、それらの後端部には位置確認手段、例えば、レーザー受光装置が取り付けられており、元押し装置４Ａ，４Ｂに取り付けられた図示しないレーザー発振器から発射されたレーザー光を前述の図示しない受光素子で絶えず検出して、進行方向がずれたならば先導体１Ａ，１Ｂに設けられた図示しない周知の進行方向修正装置により進行方向の修正を行うようになっている。このような進行方向管理の下に埋設管２の推進工程が継続して行われ、工程▲２▼で図示したように、先導体１Ａ，１Ｂは立坑３Ａ，３Ｂの中間部で出くわす。
【００２２】
先導体１Ａ，１Ｂが互いに出会う位置は先導体１Ａ，１Ｂの掘削能力、元押しジャッキ４２Ａ，４２Ｂの推進力、先導体１Ａ，１Ｂが掘削した地山の土質等により前後するが、これらの条件が同じなら立坑３Ａ，３Ｂの間のほぼ中央部になる。また、先導体１Ａ，１Ｂは必ずしも両立坑３Ａ，３Ｂ側から同時進行で掘削する必要はなく、一方の進行に時間的遅れがあったり、あるいは一方の先導体１だけがほぼ中央部まで掘削進行した後、発進した立坑３近傍まで後退し、その後、他方の立坑３から掘削を開始しても良い。この場合は１台の元押し装置４だけを用いて順次両立坑３Ａ，３Ｂ側から掘削進行するようにできる。
【００２３】
さらに、先導体１Ａ，１Ｂは必ずしも立坑３Ａ，３Ｂの間のほぼ中央部で出会う必要はなく、元押し装置４により先導体１が推進可能な距離が立坑３Ａ，３Ｂの間の中央部を越えている場合には、一方の先導体１は立坑３Ａ，３Ｂの間の中央部に達しない位置で掘削進行を停止させても良い。また、双方の立坑３Ａ，３Ｂ側から掘削推進を行った場合に、先導体１Ａ，１Ｂの中の何れを後退させて他方を継続推進させるかは、それぞれの先導体１Ａ，１Ｂが掘削推進してきた地山の土質の違いや埋設管２を推進させるのに必要な推進力の違い等を考慮して適宜決定すれば良い。
【００２４】
何れにしても先導体１Ａ，１Ｂの中の一方、例えば、先導体１Ａが所定の目標地点まで掘り進んだならば、元押しジャッキ４２Ａのピストンを収縮させて先導体１Ａと後続の埋設管２群を後退（図１で左方向に移動）させる。この場合は先導体１Ａの掘削回転盤の回転を停止させても良いが、寧ろ、回転させた侭後退した方が坑道壁面の慣らし効果を期待できるので、その方が好ましい。先導体１Ａの後退開始（反転）位置は上述のように、他方の先導体１Ｂと出会った位置でも良いし、出会うまで若干距離を残した位置でも良い。また、先導体１Ａの反転の時点は他方の先導体１Ｂの前進と同時であっても良いし、それに先行して後退を開始しても良い。
【００２５】
後者の場合は一方の先導体１Ａの先端部から他方の先導体１Ｂ側に向けて比重が高く粘性が大きい液状孔壁安定材、例えば、地下水の漏出が少ない地山を掘削する際に地山に注入される粘性付与液を注入しながら後退することにより先導体１Ａの前方側の坑内圧力を所定値に保ち、掘削形成された坑道の壁面から土砂が坑道内に崩落するのを防止する。先導体１Ａと後続の埋設管２群の後退は既に形成された坑道内を移動するだけなので、元押しジャッキ４２Ａに対する負荷は先導体１Ａと後続の埋設管２群と坑道の壁面との間の摩擦力だけになるから、容易に行うことができる。工程▲３▼は先導体１Ａが他方の先導体１Ｂに先行して後退した場合を示したものであり、元押しジャッキ４２Ａの吸引動作により立坑３Ａ内に引き戻された埋設管２は掘削進行時とは逆に先行した埋設管２との間の接続が解除され、取り外されて立坑３Ａ外に排出される。
【００２６】
他方、先導体１Ｂ側では掘削進行状態がその侭継続され、先導体１Ａの到達点に達した後は元押しジャッキ４２Ａにより推進された先導体１Ａの掘削により形成された坑道内を先導体１Ｂと後続の埋設管２群が元押しジャッキ４２Ｂに押されて前進することになるので、先導体１Ｂが当接する地山を掘削しながら進行する際に地山から受けた反作用が無くなるから、比較的容易に進行することができる。そして、工程▲４▼の図に示すように、先導体１Ｂが立坑３Ａに到達した時点で埋設管推進作業が終了する。先導体１Ａの後退と他方の先導体１Ｂの前進を同期して行うようにすれば、先導体１Ａの後退と他方の先導体１Ｂの間の坑道内を満たす粘性付与液の圧力管理にさ程注意を払わなくて済むが、一方で元押しジャッキ４２Ａと４２Ｂを同期制御しなければならない。
【００２７】
上述のように、先導体１Ｂが先導体１Ａの掘削推進によって形成された坑道部分に到達した後は、先導体１Ｂは単に形成されたその坑道内を移動するだけで良いから、元押しジャッキ４２Ｂに掛かる負荷は先導体１Ｂおよび後続の埋設管２群と坑道壁面との摩擦抵抗だけになるから、その時点で大幅に低下する。従って、先導体１Ｂが推進可能な距離も大幅に伸長する。先導体１Ｂが推進可能な距離は先導体１Ｂが推進する土質および形成された坑道壁面の状態によってかなり変動する。
【００２８】
図３は異なる土質の地山を推進掘削した場合の推進距離ｄと元押しジャッキに掛かる推進力Ｆとの関係を示す特性図である。曲線ａはやや軟質で殆ど礫を含まない土質の地山を推進掘削した場合、曲線ｂはやや硬質でかなり礫を含む土質の地山を推進掘削した場合のものを示している。推進掘削を始めた時は、推進力Ｆは何れの場合でも地山の露出面との間の摩擦力は無いから、先導体１Ｂが前進掘削する際に当接する地山から受ける反作用力ｆa ，ｆb だけである。その後、先導体１Ｂの後方に埋設管２が継ぎ足される毎に（推進距離ｄの増加に連れて）、主に埋設管２と地山の露出面（坑道壁面）との間の移動摩擦力が増大し、推進力Ｆが埋設管２の耐荷重強度限界に対応する限界推進力Ｆl に近付くと（推進距離ｄa1，ｄb1）、元押しジャッキ４２Ｂによる埋設管２の推進が難しくなる。
【００２９】
先導体１Ｂがこのほぼ推進限界である推進距離ｄa1，ｄb1まで掘削推進した地点で、到達用立坑３Ｂ側から掘削推進してきた先導体１Ａと出会うように両立坑３Ａ，３Ｂの掘削位置が決められているから、推進距離ｄa1，ｄb1の地点で対向して掘削推進してきた先導体１Ａにより掘り進められた坑道内に進入する。この時点で先導体１Ｂの前面に作用する地山からの反作用力ｆa ，ｆb がほぼ消失するから、元押しジャッキ４２Ｂに要求される推進力Ｆはこの反作用力ｆa ，ｆb だけ急激に低下する。つまり、以後の工程では元押しジャッキ４２Ｂには地山を掘削あるいは押圧するための押圧力が殆ど不要になり、主として形成された坑道の壁面と先導体１Ｂの後方に連結された埋設管２群との間の移動摩擦力に打ち勝つための推進力Ｆだけが要求される。
【００３０】
工程▲２▼の図に示したように、先導体１Ａ，１Ｂが立坑３Ａ，３Ｂの中間部で出くわした後、先導体１Ａの後退と先導体１Ｂの前進とが同期して行われた場合は図４に示すように、先導体１Ａ，１Ｂ間の坑道壁面が内側に崩落することは無いから、先導体１Ｂと後続の埋設管２が先導体１Ａにより掘り進められた坑道内に進入した後でも、坑道の壁面と埋設管２群との間の状態には変化は生じないから、それらの間の移動摩擦力は先導体１Ａ，１Ｂが出会う前と同じ割合で増加する。このように、元押しジャッキ４２Ｂに要求される推進力Ｆの特性曲線ａ，ｂは推進距離ｄa1，ｄb1の地点で反作用力ｆa ，ｆb だけ落ち込むから、到達可能な推進距離はそれぞれｄa2，ｄb2となり、ほぼ倍に延長される。なお、同図において、１１Ａ，１１Ｂは先導体本体、１２Ａ，１２Ｂは先導体本体１１Ａ，１１Ｂの先端部に回転可能に設けられた掘削回転盤である。この場合は先導体１Ａ，１Ｂ間の坑道部分に粘性付与液を注入する工程を省くことができるという利点がある。
【００３１】
但し、先導体１Ａ，１Ｂの掘削回転盤１２Ａ，１２Ｂが回転した状態で当接し続けると、掘削回転盤１２Ａ，１２Ｂ表面に突設された掘削刃が損傷を受ける虞がある。従って、この場合には掘削回転盤１２Ａ，１２Ｂの回転を止めた状態で推進・後退しなければならないが、回転を止めると移動摩擦力が増加する可能性がある。そこで、掘削回転盤１２Ａ，１２Ｂの回転を止めなくても、掘削刃が損傷を受け難くした具体例を説明する。図５および図６はそれぞれかかる目的を叶えるのに適した具体例の先導体１Ａ，１Ｂの斜視図および先導体１Ａ，１Ｂの結合状態を示す模式図である。図５において、１３および１４はそれぞれ先導体１Ａ，１Ｂの掘削回転盤１２Ａ，１２Ｂ前面に設けられた十字状の同形の凹溝および凸状である。この具体例では先導体１Ａ，１Ｂが立坑３Ａ，３Ｂの中間部で出くわした時には、図６に示すように、互いの掘削回転盤１２Ａ，１２Ｂ前面に設けられた凹溝１３と凸状１４を互いに嵌合させ、一体化した状態で推進できるようになっている。この状態では双方の先導体１Ａ，１Ｂ間には全く隙間ができないから、この部分での坑道の壁面の部分崩落を完全に防止することができる。
【００３２】
これに対して、先導体１Ａと後続の埋設管２が先導体１Ｂの前進に先行して後退した場合には、先導体１Ａ，１Ｂ間の坑道壁面が経時的変化や内部圧力変動等により部分的に崩落する可能性がある。部分崩落が生じた時は、落ち込んだ土砂は結局坑道の壁面と埋設管２群との間に回り込み、塊を形成してそれらの間の移動摩擦力を増大させる。従って、この場合は特性曲線ａ′に示すように、到達可能な推進距離はｄa2より少し短いｄa2′となる。
【００３３】
そこで、先導体１Ａが先導体１Ｂの前進に先行して後退した場合でも埋設管２群の坑道の壁面との間の移動摩擦力があまり増大しないようにした他の具体例について説明する。図７は埋設管２群の坑道の壁面との間の移動摩擦力の低減を図った具体例に係る地中断面図である。この具体例では先導体１Ａの掘削回転盤１２Ａの径は先導体１Ｂの掘削回転盤１２Ｂの径よりも若干大きく形成されている。これにより、後退する一方の先導体１Ａの先端と前進する他方の先導体１Ｂの先端との間の坑道壁面に局部的な崩落が生じて土砂が落ち込んでも、坑道壁面と先導体１Ｂの後方に連結された埋設管２群との間には十分な隙間が形成されるから、局部崩落土砂が埋設管２群の推進移動摩擦力を増大させる虞は少ない。
【００３４】
従って、到達可能な推進距離は特性曲線ａ′の終端であるｄa2′よりも長くすることができる。また、先導体１Ｂ部分が先導体１Ａにより掘り進められた坑道内に進入した後は、先導体本体１１Ｂおよび掘削回転盤１２Ｂと坑道壁面との間に十分な環状の隙間ができるから、先導体１Ｂの推進作業時に元押しジャッキ４２Ｂの押圧力を受けた先導体１Ｂと先導体１Ａとの間の空間を満たす粘性付与液や崩落土砂が先導体本体１１Ｂおよび掘削回転盤１２Ｂの周囲をくぐり抜けて容易に埋設管２群の周囲に流出できるようになるから、その分だけ元押しジャッキ４２Ｂに要求される推進力Ｆの低減に寄与できるという利点もある。
【００３５】
掘削推進しようとする地山の土質が荒い岩礫を多く含むものであった場合には、図３の特性曲線ｂに示すように、地山の掘削時の反作用力ｆb および坑道の埋設管２群の壁面との間の移動摩擦力は共に大きく、従って、到達可能な推進距離ｄb2は、やや軟質で殆ど礫を含まない土質の地山を掘削推進する場合の到達可能な推進距離ｄa2に較べてかなり短い距離になる。そこで、図８に示す地中断面図を参照して、荒い岩礫を多く含む土質の地山であっても、到達可能な推進距離ｄb2をかなり長く取ることができる他の具体例について以下に述べることにする。同図において、１５は掘削回転盤１２Ｂの先端部に開口し、低強度モルタル（セメントベントナイト）から成る低強度固化材を坑道内に注入するための固化材供給管である。
【００３６】
前述の具体例と同様に、双方の立坑３Ａ，３Ｂ側から掘削推進を開始し、先導体１Ａ，１Ｂが立坑３Ａ，３Ｂの中間部で出くわしたなら、先導体１Ａおよび後続の埋設管２群を後退させながら、掘削回転盤１２Ｂの先端部の固化材供給管１５の開口から前進する先導体１Ｂとの間の坑道内に低強度固化材Ｍを注入し、所定期間放置して固化させる。低強度固化材Ｍが十分固化した後、先導体１Ｂの掘削回転盤１２Ｂを回転させると共に元押しジャッキ４２Ｂにより後続の埋設管２群の後端に押圧力を付与させて、先導体１Ａにより掘り進められ、低強度固化材Ｍが注入固化された坑道内を掘削推進させる。固化した低強度固化材Ｍは荒い岩礫を多く含む土質の地山を掘削する場合よりも掘削抵抗が少ないから、先導体１Ａにより掘削形成された坑道内に他方から掘進して進入した先導体１Ｂに対する地山からの反作用力ｆb は低下するから、先導体１Ｂは先導体１Ａにより掘り進められた坑道内を比較的容易に掘削推進することができる。
【００３７】
そして、先導体１Ｂの掘削推進により掘削形成された坑道の壁面は固化した低強度固化材Ｍにより補強され、殆ど局部崩壊を生じない滑らかな表面になる。従って、先導体１Ｂが先導体１Ａにより掘り進められた坑道内を掘削推進する際には、埋設管２群の坑道の壁面との間の移動摩擦力はそれらの間に存在する土砂混合粘性液が滑材として作用するため大幅に低減する。この時の元押しジャッキ４２Ｂに要求される推進力Ｆの特性曲線を図３の曲線ｂ′として示した。上述のように、埋設管２群の坑道の壁面との間の移動摩擦力は極めて小さくなるので、特性曲線ｂ′の勾配は緩く、到達可能な推進距離ｄb2′は先導体１Ａにより掘り進められた坑道内に低強度固化材Ｍを注入固化しなかった場合の到達可能な推進距離ｄb2よりも大幅に延びて極めて実用的価値の優れたものになっている。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、一方の立坑から推進した先導体が到達可能な限界となる推進距離の地点の近傍まで、先導体が地山中に形成する貫入孔の径とほぼ同径の穿孔を他方の立坑から形成したので、一方の先導体が一方の立坑から上記穿孔まで到達した後は、該先導体が地山中に貫入する際に地山から受ける反作用力はほぼ消失し、元押しジャッキに要求される推進力はほぼ貫入孔と穿孔の壁面に対する埋設管の移動摩擦力だけになるから、先導体の後方に連結される埋設管を損傷させずに推進できる距離を大幅に延長させることができる。
【００３９】
また特に、請求項１記載の発明によれば、他方の立坑から一方の立坑に向かって貫入した他方の先導体および後続の埋設管が双方の立坑の間の所定の地点まで推進した後、一方の立坑から他方の立坑に向かって貫入した一方の先導体の推進に先行して後退して穿孔を形成すると共に、後退する際に他方の先導体は一方の先導体が推進してくる側の穿孔内に液状孔壁安定材を注入して該穿孔内の圧力を高めるようにしたので、後退する他方の先導体と推進し続ける一方の先導体との間の空間の圧力低下による該空間の穿孔壁面からの土砂の局部崩落を防止することができる。
【００４０】
また、請求項２記載の発明によれば、他方の立坑から一方の立坑向かって貫入し、その後、他方の立坑に向かって後退する他方の先導体の最大径は一方の立坑から他方の立坑に向かって貫入した一方の先導体の最大径よりやや大きくしたので、後退する他方の先導体と推進し続ける一方の先導体との間の空間の穿孔壁面から土砂の局部崩落が起きても穿孔壁面と推進する埋設管との間に十分な間隙が形成されるから、推進する埋設管が崩落土砂の固まりにより穿孔壁面から大きな移動摩擦力を受けるのを防止できる。
【００４１】
また、請求項３記載の発明によれば、他方の立坑から一方の立坑に向かって貫入した他方の先導体および後続の埋設管が双方の立坑の間の所定の地点まで推進した後、一方の立坑から他方の立坑に向かって貫入した一方の先導体の推進に先行して後退すると共に、後退する際に他方の先導体は一方の先導体が推進してくる側の穿孔内に低強度固化材を注入した後、該穿孔内を低強度固化材で充填固化せしめたので、後退する他方の先導体と低強度固化材が充填された穿孔内を推進し続ける一方の先導体との間の空間の穿孔壁面からの土砂の局部崩落をほぼ完全に防止できるから、推進する埋設管が穿孔壁面から受ける移動摩擦力を極めて小さくでき、埋設管を損傷させずに推進できる距離を飛躍的に延長させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した具体例に係る工程説明図
【図２】一方の立坑側から埋設管を推進圧入させている状態を示す地中断面図
【図３】推進距離ｄと元押しジャッキに掛かる推進力Ｆとの関係を示す特性図
【図４】他方の先導体の後退と一方の先導体の推進動作が同期して行われる場合の状態を示す地中断面図
【図５】双方の一体化を容易にした他方の先導体と一方の先導体の斜視図
【図６】同じく、双方の先導体の結合状態を示す模式図
【図７】後退する先導体の掘削回転盤の径が推進し続ける先導体の径より大きな場合の双方の移動状態を示す地中断面図
【図８】後退する先導体が推進し続ける先導体との間の坑道内に低強度固化材を注入する状態を示す地中断面図
【符号の説明】
１（Ａ，Ｂ） 先導体
２ 埋設管
３（Ａ，Ｂ） 立坑
４（Ａ，Ｂ） 元押し装置
１１（Ａ，Ｂ） 先導体本体
１２（Ａ，Ｂ） 掘削回転盤
１３ 凹溝
１４ 凸条
１５ 固化材供給管
４１ 支持台
４２ 元押しジャッキ
【発明の属する技術分野】
本発明は所定距離離間した２箇所に掘削された立坑内に設置された元押しジャッキの推力により先導体と後続の埋設管を地山中に貫入させるようにした非開削工法の一つである推進工法の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
上下水、電気、ガス、通信等の配管の管埋設工事は、油圧ショベル等の掘削機を用いて地上から目的とする管を敷設できる深さの掘溝を掘削して該掘溝底面上に管を敷設した後、掘削した土砂を復土する開削工法と、発進用および到達用の立坑孔のみを地上から垂直に掘削し、発進用立坑から到達用立坑に向けて掘削等の手段により坑道を形成し、この坑道内に配管を敷設する非開削工法とに大別される。配管の埋設深度が比較的浅い場合には、開削工法は非開削工法に較べて施工費用が格段に安いため多用されているが、一般に配管の管埋設工事は道路に沿ってあるいは道路を横切って実施される場合が多いので、道路交通を長期間に亘って遮断しなければならないと共に、工事後の地表面を平坦に保つことが難しいという欠点がある。
【０００３】
このように、開削工法において長期間に亘って交通遮断を必要とするのは、埋設する管の径より幅の広い掘溝を地表から配管の底部の深さまで掘削し、場合によっては掘削土を一時的に残土置場に貯留し、掘溝底部の平面度を調整した後、埋設管を敷き並べて、その後掘削した土砂を復土するという工程を順次行わなければならないためである。さらに、土質が軟弱な場合は土止め壁を構築しなければならないので、交通阻害期間は一層長期間になる。また、下水や川を横切って配管を埋設する工事を行う場合にはそれらを流れる流水を遮断することができないため、それらの流路を回避しながら工事を進めなければならず、面倒で慎重な作業が要求され、手間と時間が余計に掛かってしまう。
【０００４】
一方、非開削工法では道路交通に対する障害は開削工法に較べて軽微であるため、近年、採用が増えているが、開削工法に較べて施工費用がかなり高価であるため、配管埋設費用が高額になってしまうという問題点がある。特に、シールド掘進機により地山を掘削して進行する、主として大口径の坑道を形成するためのシールド工法においては、シールド掘進機を推進させるためのシールドジャッキや掘削した土砂を後方に排出するための排土設備、例えば、シールド掘進機内に配設されるスクリュー搬送軸、送排泥管等の延伸仮設部材あるいは動力供給のための油圧ホースや電力ケーブル等の設備を収納配置するための空間が必要となり、装置が大型化すると共に設備費用が掛かるばかりでなく、壁面支持板（セグメント）を継ぎ足す時に多くの手間を要するという難点がある。
【０００５】
従って、内径７００mm以下の小口径の坑道の掘削にはシールド工法を用いることができない。そこで、比較的短距離のあまり礫塊を含まない土質の地山に対しては、発進用立坑内に設置した元押しジャッキを用いて先導体と埋設用配管を到達用立坑に向けて地中に押し進める推進工法が用いられている。推進工法はシールド工法に較べて小型の推進装置で済み、しかも繰り返し使用が可能なので、施工費用が格段に安価であるという利点を有している。しかし、推進工法は上述のように、先導体と共に埋設用配管全体を後方から元押しジャッキで地中に押し進めることが基本原理になっているので、先導体が突き進む推進距離が長くなるに連れて埋設用配管と坑道壁面との間の摩擦力が増大し、最後尾の埋設用配管を押すのに必要な推進力も増加する。この推進力は例えば、ヒューム管等の埋設用配管の破壊強度以下でなければならないから、推進工法では推進可能な距離が上記事情により必然的に制限されるという欠点を有している。
【０００６】
一方、シールド工法では坑道の先端に位置するシールド掘進機が、その後部に取り付けられて坑道壁面に沿って固定された上記壁面支持板の先端に反力を取ったシールドジャッキにより推進力を得て前進するようになっている。従って、シールド掘進機が前進する際に要する推進力は掘進距離には関係しないから、排土装置の種類や排土能力の違いを無視すれば、シールド掘進機が掘進可能な長さは掘進距離により制限されない。
【０００７】
なお、埋設用配管の破壊強度は管径と対応関係を有しているので、推進工法で推進可能な距離も埋設用配管の管径と一定の対応関係を有している。因に、埋設用配管が内径４００mmの下水ヒューム管である場合には推進工法で推進可能な距離は約５０ｍを越えた程度になる。前述のように、このような小口径の坑道の掘削にはシールド工法を用いることができないが、一般的にシールド掘進機が掘進可能な長さは１〜２ｋｍである。上述のように、先導体が埋設用配管の先頭に位置して単に埋設用配管を導くだけのものである圧密式の推進工法では、先導体が当接する地山の土砂を周囲に押し退けて突き進まなければならないため、先導体は地山から大きな反作用を受ける。従って、この地山からの大きな反作用のために推進可能な距離が著しく制限されたものになる。
【０００８】
そこで、推進工法における推進可能な距離を増加させようとする様々な試みが為されており、例えば、特開昭５７−２９７９７号公報には推進工法に回転掘削方式を適用した管埋設装置の発明が提示されている。即ち、この管埋設装置は掘進機本体の前部に回転自在に支持された回転掘削具を具えると共に、この回転掘削具の先端部に粘性付与液の注入口を開口させ、回転掘削具を回転させながら注入口から粘性付与液を地山に向かって注入し、埋設管の最後部を押圧する油圧シリンダーの押圧力により、掘削された土砂を粘性液と共に埋設管と地山の掘削孔との環状間隙を通って後方に圧送するようになっている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述の管埋設装置では掘進機本体の前部が当接する地山を、外径を埋設管の外径より十分大きく取った回転掘削具を回転させて掘削すると共に、埋設管と地山の掘削孔との間に形成された環状間隙に土砂混合粘性液を充填させてこれを滑材として機能させることにより、地山からの反作用および埋設管と地山の掘削孔との間の摩擦力を共に大幅に低減させて、推進可能な距離を１００〜１５０ｍ（約２〜３倍）に延長することができる。
【００１０】
しかしながら、この管埋設装置を用いても、１００〜１５０ｍ置きに発進用および到達用の立坑孔を掘削形成しなければならず、できるだけ交通の妨げにならない、できるだけ立坑孔設置用の空き地を必要としない等という社会的要請に十分応えるものとなっていない。また、１５０ｍを越える川幅の河川の下を潜って貫通する掘削孔を形成することもできないため、配管埋設工事に適用する場合に大きな制約条件になってしまう。
【００１１】
そこで、推進可能な距離をさらに延長するために、(1) 高耐圧性の仮配管を用いて掘削孔を推進形成し、推進工程終了後に仮配管を本来の埋設管に置換する配管置換方式や、(2) 推進過程の中間の埋設管の間に中押しジャッキを介装し、先導体に掛かる地山からの反作用および埋設管と地山の掘削孔との間の摩擦力を中押しジャッキと元押しジャッキで分担し合うことにより埋設管の最後部に掛かる元押しジャッキからの押圧力を緩和する押し管推進（セミシールド）方式等の方法が検討されている。
【００１２】
しかし、前者の方式では多数の仮配管を用いなければならず、しかも、一旦敷設した仮配管を本来の埋設管に置換する工程が付加されるため、工事費用が嵩むと共に工期が長期間になってしまう。また、後者の方式は推進可能な距離を延長するのに有効な方法ではあるが（推進可能距離は約３００〜５００ｍ）、中押しジャッキの操作や取外し等の作業は人手に因っているため、中押しジャッキによる推進工事の実施が面倒であり、しかも、この方式を採用できるのは埋設管中を作業員が通過できる内径が８００mmφ以上の埋設管を敷設する工事に限られるという問題点がある。
【００１３】
例えば、内径が４００mmφの埋設管を川幅が２００ｍ以上の河川の下を横断して敷設する工事を行う場合には、小口径用の推進機では推進距離が不足する。そこで、この工事を推進工法で行うには埋設管の内径を８００mmφ以上に設計変更して押し管推進方式で工事を行うことになる。また、推進予定の地中の土質が大粒の玉石を含んだ礫土層であった場合には、押し管推進方式でも工事の実施が困難になるので、埋設管の内径を更に１８００mmφ以上に設計変更して礫対応型のシールド掘進機を用いたシールド工法により工事を実施しなければならなくなる。
【００１４】
しかし、このように埋設管の内径を本来不必要な大きさまで拡径して対処すると、不必要に大きな埋設管を用いることによる設備費と、不必要に大きな掘削孔を掘削するために、より高度な工法を用いて工事を実施するのに要する工事費と、余分に排出される土砂の処理費等の費用が大幅に増加するため、工事費の総額が高騰してしまう。
本発明は従来技術におけるかかる問題点を解決すべく為されたものであり、大きな埋設管を用いる設計変更を行うことなく推進可能距離を大幅に延長することができる推進工法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、所定距離離間した２箇所の地点にほぼ垂直な方向に掘削された立坑内に設置された元押しジャッキの推力を先導体の後方に順次連結されて導かれる埋設管の後部に作用させて、前記先導体および後続の前記埋設管を他方の前記立坑に向かって地山中をほぼ水平方向に貫入させ、他方の前記立坑まで貫通した前記埋設管をその侭地山中に埋設された恒久的な埋設管として使用するようにした長距離推進工法において、一方の前記立坑から推進した前記先導体が到達可能な限界となる推進距離の地点の近傍まで、前記先導体が地山中に形成する貫入孔の径とほぼ同径の穿孔を他方の前記立坑から形成するとともに、前記穿孔は、他方の立坑から一方の立坑に向かって貫入した他方の先導体および後続の埋設管が双方の立坑の間の所定の地点まで推進した後、一方の立坑から他方の立坑に向かって貫入した一方の先導体の推進に先行して後退して形成されるものであり、後退する際に他方の先導体は一方の先導体が推進してくる側の穿孔内に液状孔壁安定材を注入して該穿孔内の圧力を高めるようにしたものである。
【００１６】
また、本発明は、所定距離離間した２箇所の地点にほぼ垂直な方向に掘削された立坑内に設置された元押しジャッキの推力を先導体の後方に順次連結されて導かれる埋設管の後部に作用させて、前記先導体および後続の前記埋設管を他方の前記立坑に向かって地山中をほぼ水平方向に貫入させ、他方の前記立坑まで貫通した前記埋設管をその侭地山中に埋設された恒久的な埋設管として使用するようにした長距離推進工法において、一方の前記立坑から推進した前記先導体が到達可能な限界となる推進距離の地点の近傍まで、前記先導体が地山中に形成する貫入孔の径とほぼ同径の穿孔を他方の前記立坑から形成するとともに、前記穿孔は、一方の立坑から先導体および後続の埋設管を地山中に貫入させる推進工法とほぼ同様方式の推進工法により、他方の立坑から一方の立坑に向かって貫入し、その後、他方の立坑に向かって後退した先導体および後続の埋設管により形成されたものであり、前記後退した先導体の最大径は一方の立坑から他方の立坑に向かって貫入した一方の先導体の最大径よりやや大きくしたものである。
さらに、本発明は、所定距離離間した２箇所の地点にほぼ垂直な方向に掘削された立坑内に設置された元押しジャッキの推力を先導体の後方に順次連結されて導かれる埋設管の後部に作用させて、前記先導体および後続の前記埋設管を他方の前記立坑に向かって地山中をほぼ水平方向に貫入させ、他方の前記立坑まで貫通した前記埋設管をその侭地山中に埋設された恒久的な埋設管として使用するようにした長距離推進工法において、一方の前記立坑から推進した前記先導体が到達可能な限界となる推進距離の地点の近傍まで、前記先導体が地山中に形成する貫入孔の径とほぼ同径の穿孔を他方の前記立坑から形成するとともに、前記穿孔は、他方の立坑から一方の立坑に向かって貫入した他方の先導体および後続の埋設管が双方の立坑の間の所定の地点まで推進した後、一方の立坑から他方の立坑に向かって貫入した一方の先導体の推進に先行して後退して形成されるものであり、後退する際に他方の先導体は一方の先導体が推進してくる側の穿孔内に低強度固化材を注入した後、該穿孔内を前記低強度固化材で充填固化せしめたものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明を具体化した具体例について詳細に説明する。図１は河川の地下を横断して埋設管を敷設する工事に本発明を適用した具体例に係る工程説明図、図２は一方の立坑側から埋設管を推進圧入させている状態を示す地中断面図である。これらの図において、１（Ａ，Ｂ）は埋設管の先頭に位置して図示しない回転する掘削回転盤に植設された掘削刃により地山を掘削して埋設管を導く先導体、２は所定の長さと径を有し、両端部に互いに接続するための図示しない接続部を具えたヒューム管、鋼管等の埋設管、３（Ａ，Ｂ）は河川Ｒの外側に垂直に掘削された発進用および到達用の立坑、４（Ａ，Ｂ）は立坑３（Ａ，Ｂ）の底部に設置され、埋設管２の最後部を地山側に押し込む元押し装置、４１は次に述べる元押しジャッキの嵌入するピストンを摺動自在に支持する支持台、４２は元押し装置４（Ａ，Ｂ）に固定され、ピストンが水平方向に伸縮可能な元押しジャッキである。なお、図１において、工程▲２▼以後の工程の説明図では元押し装置４（Ａ，Ｂ）の図示を省略した。
【００１９】
先導体１（Ａ，Ｂ）および元押し装置４（Ａ，Ｂ）の構成および動作は前述した従来例のものと変わらないのでそれらの構成および動作に関する詳細な説明は省略する。以下にこの具体例の工程の詳細について説明する。始に、最初の工程▲１▼では立坑３Ａ，３Ｂの互いに対向する側壁の正確に位置決めされた位置にそれぞれ先導体１Ａ，１Ｂを正確に方向決めして当接させ、掘削刃が植設された後述する掘削回転盤を回転させると共に、掘削回転盤の先端部から粘性付与液を地山に向けて注入して先導体１Ａ，１Ｂの先端が当接する地山を掘削しつつ、元押し装置４Ａ，４Ｂの元押しジャッキ４２Ａ，４２Ｂで先導体１Ａ，１Ｂの後端を地山に向けて押し込む。これにより、掘削土砂と粘性付与液が混合された土砂混合粘性液が先導体１Ａ，１Ｂの周囲を回り込んで立坑３Ａ，３Ｂ内に流出する。
【００２０】
先導体１Ａ，１Ｂが地山内に没入すると、元押しジャッキ４２Ａ，４２Ｂのピストンを収縮させた後、先導体１Ａ，１Ｂの後端に埋設管２を互いの当接面に刻設された螺子や棒鋼を用いた嵌合部材等による接続手段により接続しながら継ぎ足して、その後端に元押しジャッキ４２Ａ，４２Ｂのピストンを当接させ、再度地山に向けて押し込む。切羽側から押し出された土砂混合粘性液は先導体１Ａ，１Ｂおよび後続の埋設管２の周囲の環状間隙側に流出する。こうして、最初の埋設管２が地山内に没入すると、最初の埋設管２の後端に２番目の埋設管２を継ぎ足し接続して掘削回転盤による地山の掘削と元押しジャッキ４２Ａ，４２Ｂによる２番目の埋設管２の後端を押し込む作業を繰り返す。
【００２１】
前述のように、先導体１Ａ，１Ｂが地山内に進入する高さと方向は実証的に正確に定められ、それに従って元押しジャッキ４２Ａ，４２Ｂによる押し込み位置と方向が決定され、先導体１Ａ，１Ｂおよび後続の埋設管２が地山内に推進するようになっているので、先導体１Ａ，１Ｂが両立坑３Ａ，３Ｂ側から互いに出会う位置に向かって前進する。なお、先導体１Ａ，１Ｂの出会いを確実にするために、それらの後端部には位置確認手段、例えば、レーザー受光装置が取り付けられており、元押し装置４Ａ，４Ｂに取り付けられた図示しないレーザー発振器から発射されたレーザー光を前述の図示しない受光素子で絶えず検出して、進行方向がずれたならば先導体１Ａ，１Ｂに設けられた図示しない周知の進行方向修正装置により進行方向の修正を行うようになっている。このような進行方向管理の下に埋設管２の推進工程が継続して行われ、工程▲２▼で図示したように、先導体１Ａ，１Ｂは立坑３Ａ，３Ｂの中間部で出くわす。
【００２２】
先導体１Ａ，１Ｂが互いに出会う位置は先導体１Ａ，１Ｂの掘削能力、元押しジャッキ４２Ａ，４２Ｂの推進力、先導体１Ａ，１Ｂが掘削した地山の土質等により前後するが、これらの条件が同じなら立坑３Ａ，３Ｂの間のほぼ中央部になる。また、先導体１Ａ，１Ｂは必ずしも両立坑３Ａ，３Ｂ側から同時進行で掘削する必要はなく、一方の進行に時間的遅れがあったり、あるいは一方の先導体１だけがほぼ中央部まで掘削進行した後、発進した立坑３近傍まで後退し、その後、他方の立坑３から掘削を開始しても良い。この場合は１台の元押し装置４だけを用いて順次両立坑３Ａ，３Ｂ側から掘削進行するようにできる。
【００２３】
さらに、先導体１Ａ，１Ｂは必ずしも立坑３Ａ，３Ｂの間のほぼ中央部で出会う必要はなく、元押し装置４により先導体１が推進可能な距離が立坑３Ａ，３Ｂの間の中央部を越えている場合には、一方の先導体１は立坑３Ａ，３Ｂの間の中央部に達しない位置で掘削進行を停止させても良い。また、双方の立坑３Ａ，３Ｂ側から掘削推進を行った場合に、先導体１Ａ，１Ｂの中の何れを後退させて他方を継続推進させるかは、それぞれの先導体１Ａ，１Ｂが掘削推進してきた地山の土質の違いや埋設管２を推進させるのに必要な推進力の違い等を考慮して適宜決定すれば良い。
【００２４】
何れにしても先導体１Ａ，１Ｂの中の一方、例えば、先導体１Ａが所定の目標地点まで掘り進んだならば、元押しジャッキ４２Ａのピストンを収縮させて先導体１Ａと後続の埋設管２群を後退（図１で左方向に移動）させる。この場合は先導体１Ａの掘削回転盤の回転を停止させても良いが、寧ろ、回転させた侭後退した方が坑道壁面の慣らし効果を期待できるので、その方が好ましい。先導体１Ａの後退開始（反転）位置は上述のように、他方の先導体１Ｂと出会った位置でも良いし、出会うまで若干距離を残した位置でも良い。また、先導体１Ａの反転の時点は他方の先導体１Ｂの前進と同時であっても良いし、それに先行して後退を開始しても良い。
【００２５】
後者の場合は一方の先導体１Ａの先端部から他方の先導体１Ｂ側に向けて比重が高く粘性が大きい液状孔壁安定材、例えば、地下水の漏出が少ない地山を掘削する際に地山に注入される粘性付与液を注入しながら後退することにより先導体１Ａの前方側の坑内圧力を所定値に保ち、掘削形成された坑道の壁面から土砂が坑道内に崩落するのを防止する。先導体１Ａと後続の埋設管２群の後退は既に形成された坑道内を移動するだけなので、元押しジャッキ４２Ａに対する負荷は先導体１Ａと後続の埋設管２群と坑道の壁面との間の摩擦力だけになるから、容易に行うことができる。工程▲３▼は先導体１Ａが他方の先導体１Ｂに先行して後退した場合を示したものであり、元押しジャッキ４２Ａの吸引動作により立坑３Ａ内に引き戻された埋設管２は掘削進行時とは逆に先行した埋設管２との間の接続が解除され、取り外されて立坑３Ａ外に排出される。
【００２６】
他方、先導体１Ｂ側では掘削進行状態がその侭継続され、先導体１Ａの到達点に達した後は元押しジャッキ４２Ａにより推進された先導体１Ａの掘削により形成された坑道内を先導体１Ｂと後続の埋設管２群が元押しジャッキ４２Ｂに押されて前進することになるので、先導体１Ｂが当接する地山を掘削しながら進行する際に地山から受けた反作用が無くなるから、比較的容易に進行することができる。そして、工程▲４▼の図に示すように、先導体１Ｂが立坑３Ａに到達した時点で埋設管推進作業が終了する。先導体１Ａの後退と他方の先導体１Ｂの前進を同期して行うようにすれば、先導体１Ａの後退と他方の先導体１Ｂの間の坑道内を満たす粘性付与液の圧力管理にさ程注意を払わなくて済むが、一方で元押しジャッキ４２Ａと４２Ｂを同期制御しなければならない。
【００２７】
上述のように、先導体１Ｂが先導体１Ａの掘削推進によって形成された坑道部分に到達した後は、先導体１Ｂは単に形成されたその坑道内を移動するだけで良いから、元押しジャッキ４２Ｂに掛かる負荷は先導体１Ｂおよび後続の埋設管２群と坑道壁面との摩擦抵抗だけになるから、その時点で大幅に低下する。従って、先導体１Ｂが推進可能な距離も大幅に伸長する。先導体１Ｂが推進可能な距離は先導体１Ｂが推進する土質および形成された坑道壁面の状態によってかなり変動する。
【００２８】
図３は異なる土質の地山を推進掘削した場合の推進距離ｄと元押しジャッキに掛かる推進力Ｆとの関係を示す特性図である。曲線ａはやや軟質で殆ど礫を含まない土質の地山を推進掘削した場合、曲線ｂはやや硬質でかなり礫を含む土質の地山を推進掘削した場合のものを示している。推進掘削を始めた時は、推進力Ｆは何れの場合でも地山の露出面との間の摩擦力は無いから、先導体１Ｂが前進掘削する際に当接する地山から受ける反作用力ｆa ，ｆb だけである。その後、先導体１Ｂの後方に埋設管２が継ぎ足される毎に（推進距離ｄの増加に連れて）、主に埋設管２と地山の露出面（坑道壁面）との間の移動摩擦力が増大し、推進力Ｆが埋設管２の耐荷重強度限界に対応する限界推進力Ｆl に近付くと（推進距離ｄa1，ｄb1）、元押しジャッキ４２Ｂによる埋設管２の推進が難しくなる。
【００２９】
先導体１Ｂがこのほぼ推進限界である推進距離ｄa1，ｄb1まで掘削推進した地点で、到達用立坑３Ｂ側から掘削推進してきた先導体１Ａと出会うように両立坑３Ａ，３Ｂの掘削位置が決められているから、推進距離ｄa1，ｄb1の地点で対向して掘削推進してきた先導体１Ａにより掘り進められた坑道内に進入する。この時点で先導体１Ｂの前面に作用する地山からの反作用力ｆa ，ｆb がほぼ消失するから、元押しジャッキ４２Ｂに要求される推進力Ｆはこの反作用力ｆa ，ｆb だけ急激に低下する。つまり、以後の工程では元押しジャッキ４２Ｂには地山を掘削あるいは押圧するための押圧力が殆ど不要になり、主として形成された坑道の壁面と先導体１Ｂの後方に連結された埋設管２群との間の移動摩擦力に打ち勝つための推進力Ｆだけが要求される。
【００３０】
工程▲２▼の図に示したように、先導体１Ａ，１Ｂが立坑３Ａ，３Ｂの中間部で出くわした後、先導体１Ａの後退と先導体１Ｂの前進とが同期して行われた場合は図４に示すように、先導体１Ａ，１Ｂ間の坑道壁面が内側に崩落することは無いから、先導体１Ｂと後続の埋設管２が先導体１Ａにより掘り進められた坑道内に進入した後でも、坑道の壁面と埋設管２群との間の状態には変化は生じないから、それらの間の移動摩擦力は先導体１Ａ，１Ｂが出会う前と同じ割合で増加する。このように、元押しジャッキ４２Ｂに要求される推進力Ｆの特性曲線ａ，ｂは推進距離ｄa1，ｄb1の地点で反作用力ｆa ，ｆb だけ落ち込むから、到達可能な推進距離はそれぞれｄa2，ｄb2となり、ほぼ倍に延長される。なお、同図において、１１Ａ，１１Ｂは先導体本体、１２Ａ，１２Ｂは先導体本体１１Ａ，１１Ｂの先端部に回転可能に設けられた掘削回転盤である。この場合は先導体１Ａ，１Ｂ間の坑道部分に粘性付与液を注入する工程を省くことができるという利点がある。
【００３１】
但し、先導体１Ａ，１Ｂの掘削回転盤１２Ａ，１２Ｂが回転した状態で当接し続けると、掘削回転盤１２Ａ，１２Ｂ表面に突設された掘削刃が損傷を受ける虞がある。従って、この場合には掘削回転盤１２Ａ，１２Ｂの回転を止めた状態で推進・後退しなければならないが、回転を止めると移動摩擦力が増加する可能性がある。そこで、掘削回転盤１２Ａ，１２Ｂの回転を止めなくても、掘削刃が損傷を受け難くした具体例を説明する。図５および図６はそれぞれかかる目的を叶えるのに適した具体例の先導体１Ａ，１Ｂの斜視図および先導体１Ａ，１Ｂの結合状態を示す模式図である。図５において、１３および１４はそれぞれ先導体１Ａ，１Ｂの掘削回転盤１２Ａ，１２Ｂ前面に設けられた十字状の同形の凹溝および凸状である。この具体例では先導体１Ａ，１Ｂが立坑３Ａ，３Ｂの中間部で出くわした時には、図６に示すように、互いの掘削回転盤１２Ａ，１２Ｂ前面に設けられた凹溝１３と凸状１４を互いに嵌合させ、一体化した状態で推進できるようになっている。この状態では双方の先導体１Ａ，１Ｂ間には全く隙間ができないから、この部分での坑道の壁面の部分崩落を完全に防止することができる。
【００３２】
これに対して、先導体１Ａと後続の埋設管２が先導体１Ｂの前進に先行して後退した場合には、先導体１Ａ，１Ｂ間の坑道壁面が経時的変化や内部圧力変動等により部分的に崩落する可能性がある。部分崩落が生じた時は、落ち込んだ土砂は結局坑道の壁面と埋設管２群との間に回り込み、塊を形成してそれらの間の移動摩擦力を増大させる。従って、この場合は特性曲線ａ′に示すように、到達可能な推進距離はｄa2より少し短いｄa2′となる。
【００３３】
そこで、先導体１Ａが先導体１Ｂの前進に先行して後退した場合でも埋設管２群の坑道の壁面との間の移動摩擦力があまり増大しないようにした他の具体例について説明する。図７は埋設管２群の坑道の壁面との間の移動摩擦力の低減を図った具体例に係る地中断面図である。この具体例では先導体１Ａの掘削回転盤１２Ａの径は先導体１Ｂの掘削回転盤１２Ｂの径よりも若干大きく形成されている。これにより、後退する一方の先導体１Ａの先端と前進する他方の先導体１Ｂの先端との間の坑道壁面に局部的な崩落が生じて土砂が落ち込んでも、坑道壁面と先導体１Ｂの後方に連結された埋設管２群との間には十分な隙間が形成されるから、局部崩落土砂が埋設管２群の推進移動摩擦力を増大させる虞は少ない。
【００３４】
従って、到達可能な推進距離は特性曲線ａ′の終端であるｄa2′よりも長くすることができる。また、先導体１Ｂ部分が先導体１Ａにより掘り進められた坑道内に進入した後は、先導体本体１１Ｂおよび掘削回転盤１２Ｂと坑道壁面との間に十分な環状の隙間ができるから、先導体１Ｂの推進作業時に元押しジャッキ４２Ｂの押圧力を受けた先導体１Ｂと先導体１Ａとの間の空間を満たす粘性付与液や崩落土砂が先導体本体１１Ｂおよび掘削回転盤１２Ｂの周囲をくぐり抜けて容易に埋設管２群の周囲に流出できるようになるから、その分だけ元押しジャッキ４２Ｂに要求される推進力Ｆの低減に寄与できるという利点もある。
【００３５】
掘削推進しようとする地山の土質が荒い岩礫を多く含むものであった場合には、図３の特性曲線ｂに示すように、地山の掘削時の反作用力ｆb および坑道の埋設管２群の壁面との間の移動摩擦力は共に大きく、従って、到達可能な推進距離ｄb2は、やや軟質で殆ど礫を含まない土質の地山を掘削推進する場合の到達可能な推進距離ｄa2に較べてかなり短い距離になる。そこで、図８に示す地中断面図を参照して、荒い岩礫を多く含む土質の地山であっても、到達可能な推進距離ｄb2をかなり長く取ることができる他の具体例について以下に述べることにする。同図において、１５は掘削回転盤１２Ｂの先端部に開口し、低強度モルタル（セメントベントナイト）から成る低強度固化材を坑道内に注入するための固化材供給管である。
【００３６】
前述の具体例と同様に、双方の立坑３Ａ，３Ｂ側から掘削推進を開始し、先導体１Ａ，１Ｂが立坑３Ａ，３Ｂの中間部で出くわしたなら、先導体１Ａおよび後続の埋設管２群を後退させながら、掘削回転盤１２Ｂの先端部の固化材供給管１５の開口から前進する先導体１Ｂとの間の坑道内に低強度固化材Ｍを注入し、所定期間放置して固化させる。低強度固化材Ｍが十分固化した後、先導体１Ｂの掘削回転盤１２Ｂを回転させると共に元押しジャッキ４２Ｂにより後続の埋設管２群の後端に押圧力を付与させて、先導体１Ａにより掘り進められ、低強度固化材Ｍが注入固化された坑道内を掘削推進させる。固化した低強度固化材Ｍは荒い岩礫を多く含む土質の地山を掘削する場合よりも掘削抵抗が少ないから、先導体１Ａにより掘削形成された坑道内に他方から掘進して進入した先導体１Ｂに対する地山からの反作用力ｆb は低下するから、先導体１Ｂは先導体１Ａにより掘り進められた坑道内を比較的容易に掘削推進することができる。
【００３７】
そして、先導体１Ｂの掘削推進により掘削形成された坑道の壁面は固化した低強度固化材Ｍにより補強され、殆ど局部崩壊を生じない滑らかな表面になる。従って、先導体１Ｂが先導体１Ａにより掘り進められた坑道内を掘削推進する際には、埋設管２群の坑道の壁面との間の移動摩擦力はそれらの間に存在する土砂混合粘性液が滑材として作用するため大幅に低減する。この時の元押しジャッキ４２Ｂに要求される推進力Ｆの特性曲線を図３の曲線ｂ′として示した。上述のように、埋設管２群の坑道の壁面との間の移動摩擦力は極めて小さくなるので、特性曲線ｂ′の勾配は緩く、到達可能な推進距離ｄb2′は先導体１Ａにより掘り進められた坑道内に低強度固化材Ｍを注入固化しなかった場合の到達可能な推進距離ｄb2よりも大幅に延びて極めて実用的価値の優れたものになっている。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、一方の立坑から推進した先導体が到達可能な限界となる推進距離の地点の近傍まで、先導体が地山中に形成する貫入孔の径とほぼ同径の穿孔を他方の立坑から形成したので、一方の先導体が一方の立坑から上記穿孔まで到達した後は、該先導体が地山中に貫入する際に地山から受ける反作用力はほぼ消失し、元押しジャッキに要求される推進力はほぼ貫入孔と穿孔の壁面に対する埋設管の移動摩擦力だけになるから、先導体の後方に連結される埋設管を損傷させずに推進できる距離を大幅に延長させることができる。
【００３９】
また特に、請求項１記載の発明によれば、他方の立坑から一方の立坑に向かって貫入した他方の先導体および後続の埋設管が双方の立坑の間の所定の地点まで推進した後、一方の立坑から他方の立坑に向かって貫入した一方の先導体の推進に先行して後退して穿孔を形成すると共に、後退する際に他方の先導体は一方の先導体が推進してくる側の穿孔内に液状孔壁安定材を注入して該穿孔内の圧力を高めるようにしたので、後退する他方の先導体と推進し続ける一方の先導体との間の空間の圧力低下による該空間の穿孔壁面からの土砂の局部崩落を防止することができる。
【００４０】
また、請求項２記載の発明によれば、他方の立坑から一方の立坑向かって貫入し、その後、他方の立坑に向かって後退する他方の先導体の最大径は一方の立坑から他方の立坑に向かって貫入した一方の先導体の最大径よりやや大きくしたので、後退する他方の先導体と推進し続ける一方の先導体との間の空間の穿孔壁面から土砂の局部崩落が起きても穿孔壁面と推進する埋設管との間に十分な間隙が形成されるから、推進する埋設管が崩落土砂の固まりにより穿孔壁面から大きな移動摩擦力を受けるのを防止できる。
【００４１】
また、請求項３記載の発明によれば、他方の立坑から一方の立坑に向かって貫入した他方の先導体および後続の埋設管が双方の立坑の間の所定の地点まで推進した後、一方の立坑から他方の立坑に向かって貫入した一方の先導体の推進に先行して後退すると共に、後退する際に他方の先導体は一方の先導体が推進してくる側の穿孔内に低強度固化材を注入した後、該穿孔内を低強度固化材で充填固化せしめたので、後退する他方の先導体と低強度固化材が充填された穿孔内を推進し続ける一方の先導体との間の空間の穿孔壁面からの土砂の局部崩落をほぼ完全に防止できるから、推進する埋設管が穿孔壁面から受ける移動摩擦力を極めて小さくでき、埋設管を損傷させずに推進できる距離を飛躍的に延長させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した具体例に係る工程説明図
【図２】一方の立坑側から埋設管を推進圧入させている状態を示す地中断面図
【図３】推進距離ｄと元押しジャッキに掛かる推進力Ｆとの関係を示す特性図
【図４】他方の先導体の後退と一方の先導体の推進動作が同期して行われる場合の状態を示す地中断面図
【図５】双方の一体化を容易にした他方の先導体と一方の先導体の斜視図
【図６】同じく、双方の先導体の結合状態を示す模式図
【図７】後退する先導体の掘削回転盤の径が推進し続ける先導体の径より大きな場合の双方の移動状態を示す地中断面図
【図８】後退する先導体が推進し続ける先導体との間の坑道内に低強度固化材を注入する状態を示す地中断面図
【符号の説明】
１（Ａ，Ｂ） 先導体
２ 埋設管
３（Ａ，Ｂ） 立坑
４（Ａ，Ｂ） 元押し装置
１１（Ａ，Ｂ） 先導体本体
１２（Ａ，Ｂ） 掘削回転盤
１３ 凹溝
１４ 凸条
１５ 固化材供給管
４１ 支持台
４２ 元押しジャッキ
Claims (3)
- 所定距離離間した２箇所の地点にほぼ垂直な方向に掘削された立坑内に設置された元押しジャッキの推力を先導体の後方に順次連結されて導かれる埋設管の後部に作用させて、前記先導体および後続の前記埋設管を他方の前記立坑に向かって地山中をほぼ水平方向に貫入させ、他方の前記立坑まで貫通した前記埋設管をその侭地山中に埋設された恒久的な埋設管として使用するようにした長距離推進工法において、
一方の前記立坑から推進した前記先導体が到達可能な限界となる推進距離の地点の近傍まで、前記先導体が地山中に形成する貫入孔の径とほぼ同径の穿孔を他方の前記立坑から形成するとともに、
前記穿孔は、他方の立坑から一方の立坑に向かって貫入した他方の先導体および後続の埋設管が双方の立坑の間の所定の地点まで推進した後、一方の立坑から他方の立坑に向かって貫入した一方の先導体の推進に先行して後退して形成されるものであり、
後退する際に他方の先導体は一方の先導体が推進してくる側の穿孔内に液状孔壁安定材を注入して該穿孔内の圧力を高めるようにしたことを特徴とする長距離推進工法。 - 所定距離離間した２箇所の地点にほぼ垂直な方向に掘削された立坑内に設置された元押しジャッキの推力を先導体の後方に順次連結されて導かれる埋設管の後部に作用させて、前記先導体および後続の前記埋設管を他方の前記立坑に向かって地山中をほぼ水平方向に貫入させ、他方の前記立坑まで貫通した前記埋設管をその侭地山中に埋設された恒久的な埋設管として使用するようにした長距離推進工法において、
一方の前記立坑から推進した前記先導体が到達可能な限界となる推進距離の地点の近傍まで、前記先導体が地山中に形成する貫入孔の径とほぼ同径の穿孔を他方の前記立坑から形成するとともに、
前記穿孔は、一方の立坑から先導体および後続の埋設管を地山中に貫入させる推進工法とほぼ同様方式の推進工法により、他方の立坑から一方の立坑に向かって貫入し、その後、他方の立坑に向かって後退した先導体および後続の埋設管により形成されたものであり、
前記後退した先導体の最大径は一方の立坑から他方の立坑に向かって貫入した一方の先導体の最大径よりやや大きくしたことを特徴とする長距離推進工法。 - 所定距離離間した２箇所の地点にほぼ垂直な方向に掘削された立坑内に設置された元押しジャッキの推力を先導体の後方に順次連結されて導かれる埋設管の後部に作用させて、前記先導体および後続の前記埋設管を他方の前記立坑に向かって地山中をほぼ水平方向に貫入させ、他方の前記立坑まで貫通した前記埋設管をその侭地山中に埋設された恒久的な埋設管として使用するようにした長距離推進工法において、
一方の前記立坑から推進した前記先導体が到達可能な限界となる推進距離の地点の近傍まで、前記先導体が地山中に形成する貫入孔の径とほぼ同径の穿孔を他方の前記立坑から形成するとともに、
前記穿孔は、他方の立坑から一方の立坑に向かって貫入した他方の先導体および後続の埋設管が双方の立坑の間の所定の地点まで推進した後、一方の立坑から他方の立坑に向かって貫入した一方の先導体の推進に先行して後退して形成されるものであり、
後退する際に他方の先導体は一方の先導体が推進してくる側の穿孔内に低強度固化材を注入した後、該穿孔内を前記低強度固化材で充填固化せしめたことを特徴とする長距離推進工法。
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Applications Claiming Priority (1)
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1998
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| JPH11229764A (ja) | 1999-08-24 |
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