JP3883070B2 - 推進管掘進工法 - Google Patents

Description

本発明は下水道や電気通信設備といった地下構造物の築造時に適用される推進管の掘進工法に係り、特に推進管の推進抵抗を効果的に低減させることができる推進管掘進工法に関する。

下水道や電気通信設備といった地下構造物の築造には、地表面の掘削を不要とする管推進工法が多く採用されている。図５は推進工法の手順を示す地中断面図である。同図に示すように推進工法では埋設区間の始端側に発進立杭１が掘削されており、当該発進立杭１の底部には推進管の押出しを行う推進ジャッキ２が備えられている。

こうした発進立杭１から地中に推進管を埋設させるには、まず発進立杭１の底部から推進機械３を稼働させ埋設区間の終端側に向かって掘削を行わせる。そして推進機械３の地中進行によって発生する土砂を掘削穴４から排除するとともに、推進ジャッキ２によって掘削穴４に推進管５を継ぎ足し挿入していく。このように推進管５を掘削穴４に沿って継ぎ足し挿入していくことで、埋設区間に推進管５を埋設させている。

ところで上述した推進工法では、推進管５の外径を推進機械３の外径に対し若干小径に設定し、掘削穴４の径と推進管５の外径との間に滑材となるテールボイド材を充填させテールボイド６を確保することが、長距離および曲線を正確に推進させるための欠かせない要素となっている。すなわち推進管５まわりのテールボイド６の充填率が低下すると掘削穴４に対する推進管５の摩擦力が上昇し、推進管５の推進に不具合をきたす恐れがあった。

このため従来では、推進ジャッキ２の元押し推力の値があらかじめ設定した異常推力レベルを越えると、滑材を推進区間全域に注入して元押し推力の上昇を抑えるようにしている。この例としては特許文献１に記載されているものがある。
特開平０７−１８９５９１号

しかし滑材を推進区間全域に注入すれば、確かに元押し推力の上昇を抑えられるものの、推進管５の全長は工事の終盤ともなると数百メートル以上にも及ぶので大量の滑材を注入する必要があり、工事コストが増大してしまうという問題点があった。
本発明は上記従来の問題点に着目し、低コストで推進管周辺摩擦力を低減することのできる推進管掘進工法を提供することを目的とする。

本発明は地中に送り込まれた推進管の端部に徐々に元押し推力を加えていけば、推進ジャッキ側の推進管から順番に継手部分の間隔が狭まっていく。そして隣り合う推進管の相対位置の変化をもとに推進長に対する元押し推力の変化をとらえていけば推進管途中の摩擦増大範囲を特定できるという知見に基づいて行われたものである。

推進ジャッキ２の元押し推力の値はあらかじめ設定した異常推力レベルとの比較のみに用いられており、摩擦力の増大範囲を特定できるものでは無かった。しかし、通常の摩擦抵抗を持つ推進管区域では、推進管長さにほぼ比例するように元押し推力が上昇するが、推進管途中に摩擦増大範囲が存在すると推進管長さに対して元押し推力は急激に上昇する。このため元押し推力の変化から推進管途中の摩擦増大範囲を特定することができるのである。

このような原理を得たことにより、本発明は、推進管を推進させる際の推進管途中の摩擦増大範囲を特定し、この摩擦増大範囲に位置する推進管の外周囲に滑材を供給して全体の推進摩擦抵抗の低減化を図りつつ推進掘削させるように構成したものである。この場合、前記摩擦増大範囲の特定は、元押し推力を加えることにより、隣り合う推進管の相対位置の変化をもとに推進長に対する元押し推力の変化をとらえて行うものとすればよい。

これは、推進工法により地中に押し込まれる推進管の元押し推力を検知し、この元押し推力があらかじめ設定した異常推力レベルをこえたときに押し込み作業を一旦停止させるとともに前記元押し推力を初期状態から上昇させ、継手に設けた伸縮検知センサからの信号をトリガとして、前記推進ジャッキから前記伸縮検出センサまでの距離に対する前記元押し推力の値を順次計測手段にて計測し摩擦増大範囲を特定することができるので、実現できる。

上記構成によれば、推進ジャッキを稼働させ推進管端部に元押し推力を徐々に加えていくと、推力が推進ジャッキ側の推進管から順々に伝達される。隣り合う推進管の相対位置が変化したときの元押し推力の値を、その伸縮検出センサの推進ジャッキからの距離に対して順次比較していけば、推進ジャッキからの距離に対し、元押し推力が増大することを検出することにより、推進管における摩擦増大範囲を特定することができる。
そして上記手順によって特定した摩擦増大範囲に滑材を注入すれば、摩擦低減が確実になされるとともに、滑材の注入量を最小限に抑えられることができる。

このように、推進管を推進させる際の推進管途中の摩擦増大範囲を、元押し推力を加えることにより、隣り合う推進管の相対位置の変化をもとに推進長に対する元押し推力の変化をとらえて特定し、この摩擦増大範囲に位置する推進管の外周囲に滑材を供給して全体の推進摩擦抵抗の低減化を図りつつ推進掘削させるように本発明を構成することにより、推進管の推進摩擦低減が確実になされるとともに滑材の注入量を最小限に抑えられ、工事コストの低減を図ることができる。

以下に本発明に係る推進管掘進工法の具体的実施の形態を、図面を参照して、詳細に説明する。
図１は、実施の形態に係る推進管掘進工法を実現するために用いられる推進管周辺摩擦力の測定装置の構成を示した構成説明図である。同図に示すように推進管周辺摩擦力の測定装置１０（以下、測定装置１０）は地表面の掘削を不要とする推進工法に適用される。

推進工法は、推進機械によって設けられた掘削穴にヒューム管や鋼管といった推進管１２を継ぎ足し挿入することで行われ、また推進管１２の掘削穴への押し込みには推進ジャッキが用いられる。

ここで推進管１２の構造を図２に示す。同図（１）に示すように掘削穴へ次々と挿入される推進管１２の側面にはテールボイド注入孔１４が複数周回方向に設けられ（図中では３箇所）、推進管１２の内側から管外側に向かってテールボイド材を送り出し可能にしている。また同図（２）に示すように継ぎ足される推進管１２の間には継手１６が設けられる。当該継手１６には推進管１２の曲線推進が可能なようにパッキン型の多曲線推力伝達装置（ＭＳＴ（Ｐ型））が用いられており、推進ジャッキからの元押し推力を曲線状に伝達可能にしている。また継手１６における外側周囲には鋼製のカラー１８が設けられており、推進時における土砂の管内への侵入を防止するようにしている。

このように推進管１２とともに地中へと押し込められる継手１６には測定装置１０を構成する伸縮検出センサ２０が設けられ、隣り合う推進管１２の相対位置の変動を検知できるようになっている。ここで当該伸縮検出センサ２０は連続する継手１６毎に設ける必要は無く、推進対象となる土砂の性質等によって任意の間隔（例えば当該センサ２０を継手１６の中１個毎に設置）を設定すればよい。

伸縮検出センサ２０の具体的構造を示す。当該伸縮検出センサ２０はリニアスケールエンコーダ２２とパルス信号変換器２６とカウンタ入力モジュール２８にて構成されている。そしてこのような構成からなる複数の伸縮検出センサ２０は、互いにケーブル３０にて接続されるとともに管外に設けられた計測手段３２へと接続される。そして隣り合う推進管１２の相対位置の変化はリニアスケールエンコーダ２２によって検出され、カウンタ入力モジュールからカウンタ値が計測手段３２に出力されるようになっている。

計測手段３２には伸縮検出センサ２０が接続されるとともに、推進ジャッキの元押し操作を行う操作卓３４もケーブルを介して接続される。そして計測手段３２には個々の伸縮検出センサ２０における推進ジャッキからの距離をあらかじめ記憶させておくとともに、伸縮検出センサ２０からの変動値をトリガ信号として、操作卓３４から推進ジャッキの元押し推力の値を取り込み、伸縮検出センサ２０の推進ジャッキからの距離に対する元押し推力の値を計測できるようになっている。ここで複数の伸縮検出センサ２０の判別は推進管１２の内部に設置されたラインコントローラ２４によって行われ、トリガ信号とともに伸縮検出センサ２０の判別信号がラインコントローラ２４から計測手段３２に送られる。

なお当該計測手段３２は上記の条件を満たせば専用機器にこだわることもなく、本実施の形態ではパーソナルコンピュータ３６を使用するようにしている。そして伸縮検出センサ２０と操作卓３４からの信号をパーソナルコンピュータ３６に取り込ませるため、当該パーソナルコンピュータ３６の直前にはアナログ入力モジュール３８とリンカ４０とが設けられている。そしてパーソナルコンピュータ３６では画面上に、伸縮検出センサ２０の推進ジャッキからの距離に対する元押し推力の値を表示できるようになっており直感的に状況を把握できるようになっている。

また伸縮検出センサ２０は特に上述した構成にこだわる必要も無く、リニアスケールエンコーダ２２のかわりにダイヤルゲージ型の変位測定器を用いたり、あるいはアナログ信号のかわりにデジタル信号を計測手段３２への情報伝達として用いてもよい。

このように構成された測定装置１０を地中掘削用の推進工法に適用する手順を説明する。
図３は滑材投入前の推力変動を示す推力状態図であり、同図（１）は推進長に対する元押し推力の変動を示す。推進管１２の必要推力は推進機械における切羽前面抵抗と推進管周辺抵抗との合力によって決定される。そして地中における推進機械の切羽前面抵抗は一定値であり、また管周辺抵抗は地中に埋め込まれた推進管１２の長さの和（全長）に比例することから、理想推力ラインは一次式で表すことができる。

しかし実際の推進長に対する元押し推力の値は、切羽前面抵抗や推進管周辺抵抗が共に変動し、上記の理想推力ラインに示すような正比例のラインを描くことはない。ここで図中ポイントＣに示す元押し推力の増大部分を測定装置１０を用いて調査し元押し推力増大の原因を探る。なお図中ポイントＡおよびポイントＢでの元押し推力の増大は、推進機械の切羽前面抵抗が上昇したことが原因であったが、これは元押し推力の増大後に測定装置１０を用い推進管途中に摩擦増大範囲が確認されなかったことから判断することができる。すなわち前述した通り、推進管１２の必要推力は推進機械における切羽前面抵抗と推進管周辺抵抗との合力によって決定されることから、推進管周辺抵抗に摩擦増大範囲が確認されなければ、元押し推力の増大の原因は推進機械の切羽前面抵抗の上昇であると特定することができる。そして切羽前面抵抗の低減化は、推進機械の排泥バルブやカッター室の清掃を行うことなどで達成することができる。

ポイントＣの状態に示すように理想推力ラインに対し急激に元押し推力が増大した場合には、一旦推進ジャッキを停止させ推進管１２の推進を取りやめる。このように推進作業を一旦停止させた後は、測定装置１０を作動させるとともに推進ジャッキを推進管１２の端部に押し当て徐々に力を加えていく。するとこの推進ジャッキの元押し推力の上昇に伴い、多段に連結された推進管１２は推進ジャッキ側から次々と推進ジャッキの押出し方向へと移動し、継手１６の部分が縮まり隣り合う推進管１２の相対位置が変動する。

ここで推進管１２における継手１６部分には、伸縮検出センサ２０が設けられているので、推進ジャッキ側の伸縮検出センサ２０から順にトリガ信号が発せられる。そしてこのトリガ信号を合図として、推進ジャッキから伸縮検出センサ２０までの距離に対する元押し推力の関係が計測手段３２によって計測される。同図（２）は推進ジャッキから伸縮検出センサ２０までの距離に対する元押し推力の関係を示したグラフである。同図（２）に示すように、図中Ｄの範囲で元押し推力の値が急上昇しているのを確認することができる。また先のポイントＡとポイントＢとで推進機械の切羽前面抵抗を低減させており切羽前面抵抗の要因を削除することができることから、元押し推力の上昇は図中Ｄの範囲による推進管１２の締め付けが原因であると判断することができる。そしてこの元押し推力の上昇は、当該推進管１２の外側周囲に盛られたテールボイドの充填率の低下によって発生していることから、図中Ｄに属する推進管１２のテールボイド注入孔１４から推進管１２の外側に滑材を送り込み、対象推進管１２の外側周囲の摩擦低減を行う。

図４は滑材投入後の推力変動を示す推力状態図である。同図に示すようにポイントＣの位置で滑材を投入した後には、元押し推力の値が低下するのが確認できる。このように個々の推進長に応じた元押し推力の値を求めることにより、推進管１２の締め付け範囲を特定することができる。このため推進管１２の全域に滑材を投入する必要が無く、もって滑材の消費量を最小限度に抑えることができる。

本発明は下水道や電気通信設備の地下埋設物の管路の築造時に適用される。

実施の形態に係る推進管掘進工法の推進管周辺摩擦力の測定装置の構成を示した構成説明図である。 推進管１２の構造を示した説明図である。 滑材投入前の推力変動を示す推力状態図である。 滑材投入後の推力変動を示す推力状態図である。 推進工法の手順を示す地中断面図である。

符号の説明

１………発進立杭、２………推進ジャッキ、３………推進機械、４………掘削穴、５………推進管、６………テールボイド、１０………推進管周辺摩擦力の測定装置、１２………推進管、１４………テールボイド注入孔、１６………継手、１８………カラー、２０………伸縮検出センサ、２２………リニアスケールエンコーダ、２４………ラインコントローラ、２６………パルス信号変換器、２８………カウンタ入力モジュール、３０………ケーブル、３２………計測手段、３４………操作卓、３６………パーソナルコンピュータ、３８………アナログ入力モジュール、４０………リンカ。

Claims (1)

1. 推進管を推進させる際の推進管途中の摩擦増大範囲を、元押し推力を加えることにより、隣り合う推進管の相対位置の変化をもとに推進長に対する元押し推力の変化をとらえて特定し、この摩擦増大範囲に位置する推進管の外周囲に滑材を供給して全体の推進摩擦抵抗の低減化を図りつつ推進掘削させることを特徴とする推進管掘進工法。

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