JP3996530B2 - 地盤の安定化用管体設置工法、トンネルの先受け工法及び孔曲り修正機能を有する掘削装置 - Google Patents
地盤の安定化用管体設置工法、トンネルの先受け工法及び孔曲り修正機能を有する掘削装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地盤の安定化用管体設置工法、トンネルの先受け工法及び孔曲り修正機能を有する掘削装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
地中構造物、たとえばトンネルを構築する場合、地盤、とりわけ地山を安定化させるために、地中構造物を構築するに先立って、その上方に管体を設置または建込む先受け工法が汎用されている。この管体はこれ自体で、あるいはその管体を注入材の注入通路としさらに補強することで、地盤の安定化に寄与するものである。
【０００３】
近年の大断面のトンネルの指向に伴って先受け工法の必要性がより高まっている。先受け工法には、坑口から施工を開始するパイプルーフ工法やフォアパイリング工法などがあるが、削孔長が短い故に施工能率が高くない問題がある。この種の問題は特許文献１にも指摘されている。
【特許文献１】
特開２０００−２２０３７６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
長尺の管体の設置のためには、目的の掘削線に沿った孔曲りのない削孔が必要である。しかし、孔曲りを検出するセンサー類は比較的高精度のものを得ることができる現状でありながら、削孔過程の途中で孔曲りを確実に修正できる良好な手段がないのが現実である。
【０００５】
したがって、本発明の主たる課題は、削孔過程の途中で孔曲りを確実に修正でき、もって長尺の削孔が可能である地盤の安定化用管体設置工法、トンネルの先受け工法及び孔曲り修正機能を有する掘削装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決した本発明は次記のとおりである。
＜請求項１項記載の発明＞
地盤の安定化用の管体を地盤内に設置する工法であって、
外管及び内管を備え、前記内管の先端部に、打撃力に伴う推進力を与えつつ削孔を行うと、地盤が有する削孔反力との関係で削孔方向が第１の方向に偏心させる力を生じさせる形状の内管ビットが設けられ、かつ前記外管の先端部に、打撃力に伴う推進力を与えつつ削孔を行うと、地盤が有する削孔反力との関係で削孔方向が第２の方向に偏心させる力を生じさせる形状の外管ビットが設けられ、
直線削孔の時には、前記外管ビット及び前記内管ビットについて、その進行方向位置を実質的に同じとし、かつ周方向位置を前記第１の方向と前記第２の方向とが実質的に１８０度反対の位置となるように設定し、軸心回りの回転力及び打撃力のうち少なくとも回転力を与えつつ削孔を行い、
削孔に伴う孔曲りの修正時には、前記内管ビットと前記外管ビットとの周方向位置を相対的に変更させた状態で；
前記内管ビットを前記外管ビットより進行方向前方位置にした状態で、あるいは前記内管ビットと前記外管ビットとの進行方向位置を実質的に同じとした状態で、連続する一方向回転を与えることなくある角度範囲内での揺動を加えながらあるいは加えないで打撃力を与えて削孔を行い、
上記の削孔を目標長まで削孔した後、前記外管は地盤中に残置させて地盤の安定化用の管体とすることを特徴とする地盤の安定化用管体設置工法。
【０００７】
＜請求項２項記載の発明＞
内管ビット及び外管ビットの先端面は、軸心と直交する面に対して交差する傾斜面をそれぞれ有する請求項１記載の地盤の安定化用管体設置工法。
【０００８】
（請求項１及び請求項２における作用効果）
外管ビット及び内管ビットとして、打撃力に伴う推進力を与えつつ削孔を行うと、地盤が有する削孔反力との関係で削孔方向がある方向に偏心させる力を生じさせる形状のものを使用する。たとえば、内管ビット及び外管ビットの先端面が、軸心と直交する面に対して交差する傾斜面をそれぞれ有すると、これに押し込み力が作用すると、ビット（そして管体の先端部も）は斜面の先端に向かう方向に逃げるようになる。本発明はこの原理を積極的に採用するものである。
しかるに、直線削孔の時には、前記外管ビット及び前記内管ビットについて、その進行方向位置を実質的に同じとし、かつ周方向位置を前記第１の方向と前記第２の方向とが実質的に１８０度反対の位置となるように設定し、軸心回りの回転力及び打撃力のうち少なくとも回転力を与えつつ（好ましくは回転力及び打撃力の両者を与えつつ）削孔を行う。この場合、外管ビット及び外管の先端部が第１の方向に、内管ビット及び内管の先端部が第２の方向に、それぞれ逃げるようになるが、第１の方向と第２の方向とは実質的に１８０度反対の位置であるために逃げの力が相殺され、かつ回転力が作用しているので、直線の削孔が保証される。
【０００９】
他方で、削孔に伴う孔曲りの修正時には、前記内管ビットと前記外管ビットとの周方向位置を相対的に変更させた状態で（すなわち第１の方向と第２の方向とは実質的に１８０度反対の位置から変更した状態。１８０度反対位置でない限り、目標の孔曲りの修正方向に対応して、第１の方向と第２の方向との位置が揃った状態のほか、適宜のたとえば９０度、１２０度位置などでもよい。）；前記内管ビットを前記外管ビットより進行方向前方位置にした状態で、あるいは前記内管ビットと前記外管ビットとの進行方向位置を実質的に同じとした状態で、連続する一方向回転を与えることなくある角度範囲内での揺動を加えながらあるいは加えないで打撃力を与えて削孔を行う。
この場合、たとえば簡明に前述の第１の方向と第２の方向との位置が揃った状態を考えると、内管ビット及び内管の先端部が第１の方向に、外管ビット及び外管の先端部が同じ第１の方向にそれぞれ逃げるようになるために、削孔方向が当該方向に変更され、この削孔方向の変更をある長さ続けることで、削孔方向の修正を行うことができる。この際に、前述の９０度の位置とすると、９０度の角度範囲内のある方向（この方向は地盤の抵抗やビットの形状などによって変わる）に逃げるようになるために、削孔方向が当該方向に変更され、この削孔方向の変更をある長さ続けることで、削孔方向の修正を行うことができる。
さらに、この孔曲り修正には、前記内管ビットと前記外管ビットとの進行方向位置を実質的に同じとした状態で行うのが両者の逃げ力が相乗して効果的ではあるが、前記内管ビットを前記外管ビットより進行方向前方位置にした状態であっても、内管ビットの逃げに伴って、外管側も同伴するようになるので孔曲り修正が可能である。また、連続する一方向回転を与えると、孔曲り修正機能（逃げる機能）が消失する傾向にあるために、連続する一方向回転は行わない。さらに、打撃力のみによって削孔前進させることができるほか、削孔能率を高めるためには、ある角度範囲内での揺動を加えながら打撃力を与えて削孔を行うのが望ましい。
【００１０】
上記の削孔を目標長まで削孔した後、前記外管は地盤中に残置させて地盤の安定化用の管体とすることができる。必要により、その後当該管体を通して地盤（地山）の安定化用注入材の注入路などとして利用できる。
【００１１】
＜請求項３項記載の発明＞
地盤の安定化用の管体を地盤内に設置する工法であって、
外管及び内管を備え、前記内管の先端部に内管ビットシューを有し、この内管ビットシューに、軸心より放射方向に伸縮自在となり、収縮時においては掘削面中心が実質的に軸心に一致し、伸長時においては掘削面中心が軸心に対し偏心するよう構成したリーマー片を有し、
直線削孔の時においては、前記リーマー片を収縮させた状態で、軸心回りの回転力及び打撃力のうち少なくとも回転力を与えつつ削孔を行い、
削孔に伴う孔曲りの修正時には、前記リーマー片を伸長させた状態で、連続する一方向回転を与えることなくある角度範囲内での揺動を加えながらあるいは加えないで打撃力を与えて削孔を行い、
上記の削孔を目標長まで削孔した後、前記外管は地盤中に残置させて地盤の安定化用の管体とすることを特徴とする地盤の安定化用管体設置工法。
【００１２】
（作用効果）
この発明においては、内管の先端部に内管ビットシューを有し、この内管ビットシューに、軸心より放射方向に伸縮自在となり、収縮時においては掘削面中心が実質的に軸心に一致し、伸長時においては掘削面中心が軸心に対し偏心するよう構成したリーマー片を有する。
前記リーマー片を収縮させた状態で、軸心回りの回転力及び打撃力のうち少なくとも回転力を与えつつ削孔を行うと、内管ビットシューは掘削面中心が実質的に軸心に一致している状態であるから、直線削孔を行うことでできる。
これに対し、前記リーマー片を伸長させた状態で、連続する一方向回転を与えることなくある角度範囲内での揺動を加えながらあるいは加えないで打撃力を与えると、掘削面中心が軸心に対し偏心するので、その偏心方向に削孔線がずれるようになり、孔曲り修正が可能となる。この場合においても、ある角度範囲内での揺動を加えることで、削孔能率が打撃力のみの場合に比較してより高まる。
【００１３】
＜請求項４項記載の発明＞
トンネル横断面の上方に、トンネル掘削に先立ってトンネル線に沿って管体を建込む先受け工法であって、
外管及び内管を備え、前記内管の先端部に、打撃力に伴う推進力を与えつつ削孔を行うと、地盤が有する削孔反力との関係で削孔方向を第１の方向に偏心させる力を生じさせる形状の内管ビットが設けられ、かつ前記外管の先端部に、打撃力に伴う推進力を与えつつ削孔を行うと、地盤が有する削孔反力との関係で削孔方向を第２の方向に偏心させる力を生じさせる形状の外管ビットが設けられ、
直線削孔の時には、前記外管ビット及び前記内管ビットについて、その進行方向位置を実質的に同じとし、かつ周方向位置を前記第１の方向と前記第２の方向とが実質的に１８０度反対の位置となるように設定し、軸心回りの回転力及び打撃力のうち少なくとも回転力を与えつつ削孔を行い、
削孔に伴う孔曲りの修正時には、前記内管ビットと前記外管ビットとの周方向位置を相対的に変更させた状態で；
前記内管ビットを前記外管ビットより進行方向前方位置にした状態で、あるいは前記内管ビットと前記外管ビットとの進行方向位置を実質的に同じとした状態で、連続な一方向回転を与えることなくある角度範囲内での揺動を加えながらあるいは加えないで打撃力を与えて削孔を行い、
上記の削孔を目標長まで削孔した後、前記外管は地盤中に残置させて地盤の安定化用の管体とすることを特徴とするトンネルの先受け工法。
【００１４】
（作用効果）
本発明は、トンネル横断面の上方に、トンネル掘削に先立ってトンネル線に沿って管体を建込む先受け工法において顕著な利点をもたらす。具体的に、従来、削孔精度の観点から１５ｍ程度、ある程度精度を無視したとしても５０ｍ程度であった削孔長を、１００ｍ以上及び施工機械を選定することで、３００ｍ以上の削孔が可能となることを知見している。
【００１５】
＜請求項５項記載の発明＞
内管ビット及び外管ビットの先端面は、軸心と直交する面に対して交差する傾斜面をそれぞれ有する請求項４記載の地盤のトンネルの先受け工法。
【００１６】
（作用効果）
前述のものと同様である。
【００１７】
＜請求項６項記載の発明＞
トンネル横断面の上方に、トンネル掘削に先立ってトンネル線に沿って管体を建込む先受け工法であって、
外管及び内管を備え、前記内管の先端部に内管ビットシューを有し、この内管ビットシューに、軸心より放射方向に伸縮自在となり、収縮時においては掘削面中心が実質的に軸心に一致し、伸長時においては掘削面中心が軸心に対し偏心するよう構成したリーマー片を有し、
直線削孔の時においては、前記リーマー片を収縮させた状態で、軸心回りの回転力及び打撃力のうち少なくとも回転力を与えつつ削孔を行い、
削孔に伴う孔曲りの修正時には、前記リーマー片を伸長させた状態で、連続する一方向回転を与えることなくある角度範囲内での揺動を加えながらあるいは加えないで打撃力を与えて削孔を行い、
上記の削孔を目標長まで削孔した後、前記外管は地盤中に残置させて地盤の安定化用の管体とすることを特徴とするトンネルの先受け工法。
【００１８】
（作用効果）
本発明は、トンネル横断面の上方に、トンネル掘削に先立ってトンネル線に沿って管体を建込む先受け工法において顕著な利点をもたらす。
【００１９】
＜請求項７項記載の発明＞
外管及び内管を備え、前記内管の先端部に、打撃力に伴う推進力を与えつつ削孔を行うと、地盤が有する削孔反力との関係で削孔方向を第１の方向に偏心させる力を生じさせる形状の内管ビットが設けられ、かつ前記外管の先端部に、打撃力に伴う推進力を与えつつ削孔を行うと、地盤が有する削孔反力との関係で削孔方向を第２の方向に偏心させる力を生じさせる形状の外管ビットが設けられ、
さらに前記外管及び前記内管に軸心回りの回転力を与え、かつ前記内管ビット、または前記内管ビット及び前記外管ビットに対して打撃力を与える削孔駆動手段を備え、
前記外管ビットと前記内管ビットとは係脱自在となり、前記第１の方向と前記第２の方向とが一致した状態での係合、並びに前記第１の方向と前記第２の方向とが実質的に１８０度反対の位置となる状態での係合が選択自在とされ、各係合時において前記外管に対する軸心回りの回転力が前記内管ビットの軸心回りの回転力として伝達可能となっていることを特徴とする孔曲り修正機能を有する掘削装置。
【００２０】
（作用効果）
本発明の装置は、前述の各工法に良好に利用できる。この場合、本発明装置においては、特に、前記外管ビットと前記内管ビットとは係脱自在となり、前記第１の方向と前記第２の方向とが一致した状態での係合、並びに前記第１の方向と前記第２の方向とが実質的に１８０度反対の位置となる状態での係合が選択自在とされ、各係合時において前記外管に対する軸心回りの回転力が前記内管ビットの軸心回りの回転力として伝達可能となっている。したがって、孔曲り修正時において、外管ビットに対し内管ビットを変えることなく、直線削孔を行ってきた内管ビットの係合位置を変えるのみで、孔曲り修正段階に移行できるので、施工能率が高いものとなる（内管ビットの軸心回りの位置変更は基部側から内管を回転させることで容易である）。
【００２１】
＜請求項８項記載の発明＞
内管ビット及び外管ビットの先端面は、軸心と直交する面に対して交差する傾斜面をそれぞれ有する請求項７記載の孔曲り修正機能を有する掘削装置。
【００２２】
＜請求項９項記載の発明＞
外管ビットからの内管ビットの係合を解いて、内管と共に前記内管ビットを前記外管ビットより前方に突き出し可能とされている請求項７または８記載の孔曲り修正機能を有する掘削装置。
【００２３】
（作用効果）
外管ビットからの内管ビットの係合を解いて、内管と共に前記内管ビットを前記外管ビットより前方に突き出し可能とされているので、前述のように、内管ビットの逃げのみによって孔曲り修正を行う際に利用できる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しながらさらに詳説する。
（使用する管体と削孔駆動装置との関係）
使用する管体は、図１及び図２に示すように、たとえば外管１と内管２とからなる二重管であり、これらはたとえばパーカッション削孔駆動装置３に連結されて使用される。削孔駆動装置３は、図１の場合には、トップハンマー方式（ロータリーパーカッション方式）によるもので、二重管の基端に対して打撃力が与えられこれが先端にも伝達され、また、回転力も与えられるものである。図２の場合には先端にダウンザホールを備え、回転力も与えられるものである。その他、外管及び内管に軸心回りの回転力を与えることができ、かつ内管ビット、または内管ビット及び外管ビットに対して打撃力を与えることが可能な限り、適宜の削孔駆動装置を使用可能である。
【００２５】
他方、外管１及び内管２に対して、個別に回転力を与え、あるいは個別に打撃力を与えることが可能な削孔駆動装置を使用することも可能である。したがって、外管１及び内管２に対応して個別の回転力付与手段をそれぞれ設けることができる。また、外管１及び内管２に対応して個別の打撃力与手段をそれぞれ設けることができる。もちろん、回転力付与手段及び又は打撃力与手段は、外管１及び内管２に対して共通化できる。
【００２６】
また、管体は所定長さの単位管体を順次連結させながら、掘進を行うものである。さらに、以下の例においては、二重管の例を採って説明するが、その内管内に他の管体または流路を設けたり、外管との間に他の管体または流路を設けることが可能である。
【００２７】
（削孔の基本概念）
本発明においては、図３及び図４に示すように、外管１の先端に外管ビット１０を設け、内管２の先端に内管ビット２０を設ける。外管ビット１０及び内管ビット２０として、打撃力に伴う推進力を与えつつ削孔を行うと、地盤が有する削孔反力（切削抵抗）との関係で削孔方向をある方向に偏心させる力を生じさせる形状のものを使用する。たとえば、外管ビット１０及び内管ビット２０の先端面が、軸心と直交する面に対して交差する傾斜面をそれぞれ有するものを使用する。
【００２８】
外管ビット１０の詳細を図６及び図７に示した。内管ビット２０の詳細を図８及び図９に示した。さらに、直線削孔時の組み込み状態を図１０に、その側面を図１１に示した。
【００２９】
外管ビット１０及び又は内管ビット２０に、削孔駆動装置３により与えられる押し込み力が作用すると、ビットは斜面の先端に向かう方向に逃げるようになる。
【００３０】
しかるに、直線削孔の時には、図３及び図１０に示すように、外管ビット１０及び内管ビット２０について、その進行方向位置を実質的に同じとし、かつ図１０に示すように、周方向位置を第１の方向（１）（図６及び図７の方向）と第２の方向（２）（図８及び図９の方向）とが実質的に１８０度反対の位置となるように設定し、軸心回りの回転力及び打撃力のうち少なくとも回転力を与えつつ（好ましくは回転力及び打撃力の両者を与えつつ）削孔を行う。
【００３１】
この場合、外管ビット１０及び外管１の先端部が第１の方向（１）に、内管ビット２０及び内管２の先端部が第２の方向（２）に、それぞれ逃げるようになるが、第１の方向と第２の方向とは実質的に１８０度反対の位置であるために逃げの力が相殺され、かつ回転力が作用しているので、直線の削孔が保証される。
【００３２】
他方、削孔に伴う孔曲りの修正時には、外管ビット１０と内管ビット２０との周方向位置を相対的に変更させた状態で、たとえば図４及び図１２に示すように、第１の方向（１）と第２の方向（２）との位置が揃った状態で；たとえば図４及び図１２に図示のように、外管ビット１０と内管ビット２０との進行方向位置を実質的に同じとした状態で、連続する一方向回転を与えることなくある角度範囲内での揺動を加えながらあるいは加えないで打撃力を与えて削孔を行う。
【００３３】
この場合、内管ビット２０及び内管２の先端部が第１の方向（＝第２の方向）に、外管ビット１０及び外管１の先端部が同じ第１の方向（＝第２の方向）にそれぞれ逃げるようになるために、削孔方向が当該方向に変更され、この削孔方向の変更をある長さ続けることで、削孔方向の修正を行うことができる。
【００３４】
この際に、たとえば、図１４に示すように、第１の方向と第２の方向とを９０度の開き角度位置とすると、９０度の開き角度範囲内のある方向（この方向は地盤の抵抗やビットの形状などによって変わる）、すなわち図１４の白抜き矢印方向に逃げるようになるために、削孔方向が当該方向に変更される。
【００３５】
この種の削孔方向の変更をある長さ続けることで、削孔方向の修正を行うことができる。削孔方向の修正が終了したならば、再度前述の直線削孔を行う。
【００３６】
削孔の過程における適宜の時点で、外管１及び内管２の継ぎ足しを行う。この継ぎ足し自体は周知の事項であるので説明を省略する。
【００３７】
ところで、図５及び図１３に示すように、内管ビット２０を外管ビット１０より進行方向前方位置にした状態であっても、内管ビット２０の逃げに伴って、外管１側（外管ビット１０を含め）も同伴するようになるので孔曲り修正が可能である。また、孔曲り修正時において、打撃力のみによって削孔前進させることができるほか、削孔能率を高めるためには、図４及び図５に両端矢付き矢印で示すように、ある角度範囲内での揺動を加えながら打撃力を与えて削孔を行うのが望ましい。
【００３８】
（穿孔装置の第１例の説明）
ここで、図１５に視点を変えて図示した内管ビット２０の構造を参照しながら、穿孔装置の構造を説明する。
【００３９】
外管１の先端に螺合連結などにより一体化される外管ビット１０は、図６および図７に示すように、筒状をなしており、その先端面の中央部分が傾斜面１１とされている。先端面の適宜位置には多数のビット刃１２が一体化されている。さらに、内周面には係合突起１３が突設されている。
【００４０】
他方で、内管２の先端に螺合連結などにより一体化される内管ビット２０は、図８および図９に示すように、有底筒状となり、内部は内管２を通して圧送される切削用水の通路となり、先端の吐出口２４から吐出されるようになっている。内管ビット２０の先端面の中央部分が傾斜面２１とされている。先端面の適宜位置には多数のビット刃２２が一体化されている。さらに、外周面には切削に伴う排泥溝２５，２５が形成されている。
【００４１】
さらに、係合突起１３に対する係合溝２３が形成されている。この係合溝２３の形状は若干複雑であるために、説明用のために図１５にハッチングで示してある。すなわち、図９基準でほぼ１時の位置に、進行方向に沿う直進時溝２３Ａが形成され、ほぼ７時の位置に、進行方向に沿う修正時溝２３Ｂが形成されている。さらに、直進時溝２３Ａ及び修正時溝２３Ｂの後端側には、これらを繋ぐ周方向溝２３Ｃが形成されている。しかも、周方向溝２３Ｃに連通するように進行方向に沿う通り抜け溝２３Ｄが形成されている。
【００４２】
直線削孔時には、直進時溝２３Ａが係合突起１３と係合状態にあり、図１０の矢印方向に外管１が回転するので、外管ビット１０の回転力が係合突起１３を通して伝達され、内管ビット２０も同方向に回転する。
【００４３】
孔曲り修正時には、たとえば内管ビット２０を後方まで前方に押し込んだ後、図１０の回転方向と反対方向に１８０度逆転させた後、内管ビット２０を後方に引き寄せる。これによって、係合突起１３側からみれば、直進時溝２３Ａから外れ、周方向溝２３Ｃに沿って修正時溝２３Ｂの基部まで移動し、その後修正時溝２３Ｂに嵌め込まれる。かくして、図１２に示すように、外管ビット１０と内管ビット２０との係合がなされた状態で、図１２の矢印方向に外管１が回転するので、外管ビット１０の回転力が係合突起１３を通して伝達され、内管ビット２０も同方向に回転する。
【００４４】
図５及び図１３の状態を採るためには、係合突起１３を通り抜け溝２３Ｄ位置に一致させた状態で、内管２を押し出すことで、係合突起１３を周方向溝２３Ｃから通り抜け溝２３Ｄを通して外す。これによって、内管２及び内管ビット２０のみの揺動が可能となる。
【００４５】
なお、修正時溝２３Ｂには、その先端部から、図９の基準で反時計方向に延びる係合溝（図示せず）をさらに形成し、係合突起１３の形状を変形することにより、変形係合突起１３が改変修正時溝２３Ｂから外れにくくするなどの設計変更が可能である。
【００４６】
（穿孔装置の第２例の説明）
穿孔装置の第２例は、図１６及び図１７に示すものである。
【００４７】
この場合の外管１及び内管２を備え、外管１の先端には適宜の外管ビット１０Ａを設ける。内管２の先端部には、内管ビットシュー３０設ける。この内管ビットシュー３０には、軸心より放射方向に伸縮自在となり、収縮時においては掘削面中心が実質的に軸心に一致し、伸長時においては掘削面中心が軸心に対し偏心するよう構成したリーマー片３１が設けられている。リーマー片３１の伸縮には、たとえば内管ビットシュー３０の本体を座とするシリンダのほか、先の穿孔装置の第１例のような溝にリーマー片３１に噛み合わせ、内管２の回転に応じてリーマー片３１が伸縮する構造等を採り得る。
【００４８】
いずれにしても、直線削孔の時においては、リーマー片３１を収縮させた状態で、軸心回りの回転力及び打撃力のうち少なくとも回転力を与えつつ削孔を行う。リーマー片３１を収縮させた状態で、軸心回りの回転力及び打撃力のうち少なくとも回転力を与えつつ削孔を行うと、内管ビットシューは掘削面中心が実質的に軸心に一致している状態であるから、直線削孔を行うことでできる。
【００４９】
これに対し、削孔に伴う孔曲りの修正時には、リーマー片３１を伸長させた状態で、連続する一方向回転を与えることなくある角度範囲内での揺動を加えながらあるいは加えないで打撃力を与えて削孔を行う。リーマー片３１を伸長させた状態で、連続する一方向回転を与えることなくある角度範囲内での揺動を加えながらあるいは加えないで打撃力を与えると、掘削面中心が軸心に対し偏心するので、その偏心方向に削孔線がずれるようになり、孔曲り修正が可能となる。この場合においても、ある角度範囲内での揺動を加えることで、削孔能率が打撃力のみの場合に比較してより高まる。
【００５０】
この例において、リーマー片３１は周方向に複数とすることもできる。
【００５１】
（回転角度の把握例）
前記例からも各時点での、外管ビット１０、特に内管ビット２０角度把握は重要である。そこで、たとえば図１８に示す形態を採れば、管体の継ぎ足し後においても把握できるようになる。すなわち、削孔駆動装置３の回転ヘッド３Ａにロータリーエンコーダなどの回転角検出器４０を設けておく。
【００５２】
当初または適宜の時点で、現在の内管ビット２０の位置をセットしておく。図示の（ａ）の段階ではゼロリセット状態としてある。管体の１本分の削孔が終了したならば、（ｂ）に示すように、外管チャッキング４Ａにより外管１を把持し、回転ヘッド３Ａを逆回転して先の外管１との切り離しを行う。この場合の回転ヘッド３Ａの回転角方位は問題にしない。続いて、（ｃ）のように、内管チャッキング４Ｂにより内管２を把持し、その内管２との回転ヘッド３Ａの切り離しも行う。その際に、内管チャッキング４Ｂにより内管２を把持した時点での回転角度（たとえば１８０度）を回転角検出器４０に記憶させておく。切り離し後の回転ヘッド３Ａの回転角方位は問題にしない。次に（ｄ）に示すように、新たな内管２を持ち込み、先の内管２との連結を行う。その後（ｅ）に示すように、回転角検出器４０に記憶させておいた回転角度（たとえば１８０度）になるまで、回転ヘッド３Ａを回転させ、内管ビット２０の位置をセットする。続いて、新たに持ち込んだ外管１と先の外管１との連結を行う。
【００５３】
（孔曲り検出を併用する第１の削孔例）
孔曲りの検出には適宜の検出器を採用できる。たとえば、水平方向の曲がりに関しては機械式ジャイロ、磁気コンパスなどを、鉛直方向の曲がりに関しては傾斜計、液圧差計などを使用できる。
【００５４】
そこで、図１９に示す第１例では、傾斜計５１を内管２の先端部に設け、その鉛直方向の信号を管体内を通して、管体外に取り込むようにする（信号の伝送系は図示せず）。これに対し、水平方向の孔曲り検出のために、ジャイロ５２を挿入するようにする。
【００５５】
施工法を順に説明すると、（ａ）に示すように二重管ロータリーパーカッションによる直線削孔を続け、適宜の長さ分の削孔が終了して時点で、削孔駆動装置３の回転ヘッド３Ａと切り離し、（ｂ）に示すように内管２の基端口から内管２内にジャイロ５２を先端部まで挿入し、その先端部の位置を検出する。位置検出が終了したならば（ｃ）に示すようにジャイロ５２は引き抜く。その後（ｄ）に示すように、管体を回転ヘッド３Ａと接続した状態で、ジャイロ５２の水平方向位置及び傾斜計５１による鉛直方向位置信号に基づいて、外管１（外管ヘッド１０）及び内管２（内管ヘッド２０）の周方向位置を修正した後に、（ｅ）に示すように打撃力による推進を行う。以下は（ｆ）に示すように、ジャイロ５２の挿入及び管路計測、直線削孔、方位修正削孔などを適宜組み合わせ、目標長までの削孔を行う。最終削孔が完了したならば、（ｇ）に示すように内管２を撤去し、外管１を残置した先受け管とする。
【００５６】
この第１の削孔例において、ジャイロ５２などの方位検出器の挿入及び後退に際しては、たとえば図２１に示す形態を採ることができる。すなわち、ジャイロ５２などの方位検出器を内管２内にほぼ液密状態となる関係のケース５３内に収納し、後端をリール巻取り器５４と連結し、内管２内にポンプ５５のホース５６口を連通させる。ポンプ５５からホース５６を通して送水すると、ケース５３を押し進めることができる。後退時には、リール巻取り器５４により引き込むことで後退させることができる。
【００５７】
（孔曲り検出を併用する第２の削孔例）
図２０のように、内管２の先端部内に傾斜計５１及びジャイロ５２を固定しておき、これを用いて削孔を行うこともできる。
【００５８】
すなわち、（ａ）に示すように二重管ロータリーパーカッションによる直線削孔を続け、適宜の長さ分の削孔が終了して時点で、（ｂ）に示すように内管２を適宜長さ後退させながら管路の計測を行う。その後、（ｃ）に示すように、ジャイロ５２の水平方向位置及び傾斜計５１による鉛直方向位置信号に基づいて、外管１（外管ヘッド１０）及び内管２（内管ヘッド２０）の周方向位置を修正した後に、（ｄ）に示すように打撃力による推進を行う。以下は（ｅ）に示すように、ジャイロ５２の挿入及び管路計測、直線削孔、方位修正削孔などを適宜組み合わせ、目標長までの削孔を行う。最終削孔が完了したならば、（ｆ）に示すように内管２を撤去し、外管１を残置した先受け管とする。この例では、ジャイロ５２の挿入及び後退の都度、管体と削孔駆動装置３の回転ヘッド３Ａとの切り離しを行う必要がない利点がある。
【００５９】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明によれば、要すれば、削孔過程の途中で孔曲りを確実に修正でき、もって長尺の削孔が可能である。その他の効果は前述の作用効果の欄に記載してとおりである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 削孔方式の説明図である。
【図２】 他の削孔方式の説明図である。
【図３】 直線削孔状態の概要図である。
【図４】 孔曲り修正削孔状態概要図である。
【図５】 他の孔曲り修正削孔状態概要図である。
【図６】 外管ビットの縦断面図である。
【図７】 その側面図である。
【図８】 内管ビットの縦断面図である。
【図９】 その側面図である。
【図１０】 直線削孔状態の外管ビット及び内管ビットの縦断面図である。
【図１１】 その側面図である。
【図１２】 孔曲り修正削孔状態の外管ビット及び内管ビットの縦断面図である。
【図１３】 他の孔曲り修正削孔状態の外管ビット及び内管ビットの縦断面図である。
【図１４】 方向及び進行方位の説明図である。
【図１５】 視点を変えて図示した内管ビット構造の斜視図である。
【図１６】 別の削孔装置による直線削孔状態の概要図である。
【図１７】 別の削孔装置による孔曲り修正削孔状態の概要図である。
【図１８】 管体の連結及び回転角度検出の説明図である。
【図１９】 孔曲り検出を併用する第１の削孔例の説明図である。
【図２０】 孔曲り検出を併用する第２の削孔例の説明図である。
【図２１】 方位検出器の挿入及び後退装置例説明図である。
【符号の説明】
１…外管、２…内管、３…（パーカッション）削孔駆動装置、３Ａ…回転ヘッド、１０…外管ビット、１１…傾斜面、１３…係合突起、２０…内管ビット、２１…傾斜面、２３…係合溝、２３Ａ…直進時溝、２３Ｂ…修正時溝、２３Ｃ…周方向溝、２４Ｄ…通り抜け溝、３０…内管ビットシュー、３１…リーマー片、５１…傾斜計、５２…ジャイロ、（１）…第１の方向、（２）…第２の方向。
【発明の属する技術分野】
本発明は、地盤の安定化用管体設置工法、トンネルの先受け工法及び孔曲り修正機能を有する掘削装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
地中構造物、たとえばトンネルを構築する場合、地盤、とりわけ地山を安定化させるために、地中構造物を構築するに先立って、その上方に管体を設置または建込む先受け工法が汎用されている。この管体はこれ自体で、あるいはその管体を注入材の注入通路としさらに補強することで、地盤の安定化に寄与するものである。
【０００３】
近年の大断面のトンネルの指向に伴って先受け工法の必要性がより高まっている。先受け工法には、坑口から施工を開始するパイプルーフ工法やフォアパイリング工法などがあるが、削孔長が短い故に施工能率が高くない問題がある。この種の問題は特許文献１にも指摘されている。
【特許文献１】
特開２０００−２２０３７６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
長尺の管体の設置のためには、目的の掘削線に沿った孔曲りのない削孔が必要である。しかし、孔曲りを検出するセンサー類は比較的高精度のものを得ることができる現状でありながら、削孔過程の途中で孔曲りを確実に修正できる良好な手段がないのが現実である。
【０００５】
したがって、本発明の主たる課題は、削孔過程の途中で孔曲りを確実に修正でき、もって長尺の削孔が可能である地盤の安定化用管体設置工法、トンネルの先受け工法及び孔曲り修正機能を有する掘削装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決した本発明は次記のとおりである。
＜請求項１項記載の発明＞
地盤の安定化用の管体を地盤内に設置する工法であって、
外管及び内管を備え、前記内管の先端部に、打撃力に伴う推進力を与えつつ削孔を行うと、地盤が有する削孔反力との関係で削孔方向が第１の方向に偏心させる力を生じさせる形状の内管ビットが設けられ、かつ前記外管の先端部に、打撃力に伴う推進力を与えつつ削孔を行うと、地盤が有する削孔反力との関係で削孔方向が第２の方向に偏心させる力を生じさせる形状の外管ビットが設けられ、
直線削孔の時には、前記外管ビット及び前記内管ビットについて、その進行方向位置を実質的に同じとし、かつ周方向位置を前記第１の方向と前記第２の方向とが実質的に１８０度反対の位置となるように設定し、軸心回りの回転力及び打撃力のうち少なくとも回転力を与えつつ削孔を行い、
削孔に伴う孔曲りの修正時には、前記内管ビットと前記外管ビットとの周方向位置を相対的に変更させた状態で；
前記内管ビットを前記外管ビットより進行方向前方位置にした状態で、あるいは前記内管ビットと前記外管ビットとの進行方向位置を実質的に同じとした状態で、連続する一方向回転を与えることなくある角度範囲内での揺動を加えながらあるいは加えないで打撃力を与えて削孔を行い、
上記の削孔を目標長まで削孔した後、前記外管は地盤中に残置させて地盤の安定化用の管体とすることを特徴とする地盤の安定化用管体設置工法。
【０００７】
＜請求項２項記載の発明＞
内管ビット及び外管ビットの先端面は、軸心と直交する面に対して交差する傾斜面をそれぞれ有する請求項１記載の地盤の安定化用管体設置工法。
【０００８】
（請求項１及び請求項２における作用効果）
外管ビット及び内管ビットとして、打撃力に伴う推進力を与えつつ削孔を行うと、地盤が有する削孔反力との関係で削孔方向がある方向に偏心させる力を生じさせる形状のものを使用する。たとえば、内管ビット及び外管ビットの先端面が、軸心と直交する面に対して交差する傾斜面をそれぞれ有すると、これに押し込み力が作用すると、ビット（そして管体の先端部も）は斜面の先端に向かう方向に逃げるようになる。本発明はこの原理を積極的に採用するものである。
しかるに、直線削孔の時には、前記外管ビット及び前記内管ビットについて、その進行方向位置を実質的に同じとし、かつ周方向位置を前記第１の方向と前記第２の方向とが実質的に１８０度反対の位置となるように設定し、軸心回りの回転力及び打撃力のうち少なくとも回転力を与えつつ（好ましくは回転力及び打撃力の両者を与えつつ）削孔を行う。この場合、外管ビット及び外管の先端部が第１の方向に、内管ビット及び内管の先端部が第２の方向に、それぞれ逃げるようになるが、第１の方向と第２の方向とは実質的に１８０度反対の位置であるために逃げの力が相殺され、かつ回転力が作用しているので、直線の削孔が保証される。
【０００９】
他方で、削孔に伴う孔曲りの修正時には、前記内管ビットと前記外管ビットとの周方向位置を相対的に変更させた状態で（すなわち第１の方向と第２の方向とは実質的に１８０度反対の位置から変更した状態。１８０度反対位置でない限り、目標の孔曲りの修正方向に対応して、第１の方向と第２の方向との位置が揃った状態のほか、適宜のたとえば９０度、１２０度位置などでもよい。）；前記内管ビットを前記外管ビットより進行方向前方位置にした状態で、あるいは前記内管ビットと前記外管ビットとの進行方向位置を実質的に同じとした状態で、連続する一方向回転を与えることなくある角度範囲内での揺動を加えながらあるいは加えないで打撃力を与えて削孔を行う。
この場合、たとえば簡明に前述の第１の方向と第２の方向との位置が揃った状態を考えると、内管ビット及び内管の先端部が第１の方向に、外管ビット及び外管の先端部が同じ第１の方向にそれぞれ逃げるようになるために、削孔方向が当該方向に変更され、この削孔方向の変更をある長さ続けることで、削孔方向の修正を行うことができる。この際に、前述の９０度の位置とすると、９０度の角度範囲内のある方向（この方向は地盤の抵抗やビットの形状などによって変わる）に逃げるようになるために、削孔方向が当該方向に変更され、この削孔方向の変更をある長さ続けることで、削孔方向の修正を行うことができる。
さらに、この孔曲り修正には、前記内管ビットと前記外管ビットとの進行方向位置を実質的に同じとした状態で行うのが両者の逃げ力が相乗して効果的ではあるが、前記内管ビットを前記外管ビットより進行方向前方位置にした状態であっても、内管ビットの逃げに伴って、外管側も同伴するようになるので孔曲り修正が可能である。また、連続する一方向回転を与えると、孔曲り修正機能（逃げる機能）が消失する傾向にあるために、連続する一方向回転は行わない。さらに、打撃力のみによって削孔前進させることができるほか、削孔能率を高めるためには、ある角度範囲内での揺動を加えながら打撃力を与えて削孔を行うのが望ましい。
【００１０】
上記の削孔を目標長まで削孔した後、前記外管は地盤中に残置させて地盤の安定化用の管体とすることができる。必要により、その後当該管体を通して地盤（地山）の安定化用注入材の注入路などとして利用できる。
【００１１】
＜請求項３項記載の発明＞
地盤の安定化用の管体を地盤内に設置する工法であって、
外管及び内管を備え、前記内管の先端部に内管ビットシューを有し、この内管ビットシューに、軸心より放射方向に伸縮自在となり、収縮時においては掘削面中心が実質的に軸心に一致し、伸長時においては掘削面中心が軸心に対し偏心するよう構成したリーマー片を有し、
直線削孔の時においては、前記リーマー片を収縮させた状態で、軸心回りの回転力及び打撃力のうち少なくとも回転力を与えつつ削孔を行い、
削孔に伴う孔曲りの修正時には、前記リーマー片を伸長させた状態で、連続する一方向回転を与えることなくある角度範囲内での揺動を加えながらあるいは加えないで打撃力を与えて削孔を行い、
上記の削孔を目標長まで削孔した後、前記外管は地盤中に残置させて地盤の安定化用の管体とすることを特徴とする地盤の安定化用管体設置工法。
【００１２】
（作用効果）
この発明においては、内管の先端部に内管ビットシューを有し、この内管ビットシューに、軸心より放射方向に伸縮自在となり、収縮時においては掘削面中心が実質的に軸心に一致し、伸長時においては掘削面中心が軸心に対し偏心するよう構成したリーマー片を有する。
前記リーマー片を収縮させた状態で、軸心回りの回転力及び打撃力のうち少なくとも回転力を与えつつ削孔を行うと、内管ビットシューは掘削面中心が実質的に軸心に一致している状態であるから、直線削孔を行うことでできる。
これに対し、前記リーマー片を伸長させた状態で、連続する一方向回転を与えることなくある角度範囲内での揺動を加えながらあるいは加えないで打撃力を与えると、掘削面中心が軸心に対し偏心するので、その偏心方向に削孔線がずれるようになり、孔曲り修正が可能となる。この場合においても、ある角度範囲内での揺動を加えることで、削孔能率が打撃力のみの場合に比較してより高まる。
【００１３】
＜請求項４項記載の発明＞
トンネル横断面の上方に、トンネル掘削に先立ってトンネル線に沿って管体を建込む先受け工法であって、
外管及び内管を備え、前記内管の先端部に、打撃力に伴う推進力を与えつつ削孔を行うと、地盤が有する削孔反力との関係で削孔方向を第１の方向に偏心させる力を生じさせる形状の内管ビットが設けられ、かつ前記外管の先端部に、打撃力に伴う推進力を与えつつ削孔を行うと、地盤が有する削孔反力との関係で削孔方向を第２の方向に偏心させる力を生じさせる形状の外管ビットが設けられ、
直線削孔の時には、前記外管ビット及び前記内管ビットについて、その進行方向位置を実質的に同じとし、かつ周方向位置を前記第１の方向と前記第２の方向とが実質的に１８０度反対の位置となるように設定し、軸心回りの回転力及び打撃力のうち少なくとも回転力を与えつつ削孔を行い、
削孔に伴う孔曲りの修正時には、前記内管ビットと前記外管ビットとの周方向位置を相対的に変更させた状態で；
前記内管ビットを前記外管ビットより進行方向前方位置にした状態で、あるいは前記内管ビットと前記外管ビットとの進行方向位置を実質的に同じとした状態で、連続な一方向回転を与えることなくある角度範囲内での揺動を加えながらあるいは加えないで打撃力を与えて削孔を行い、
上記の削孔を目標長まで削孔した後、前記外管は地盤中に残置させて地盤の安定化用の管体とすることを特徴とするトンネルの先受け工法。
【００１４】
（作用効果）
本発明は、トンネル横断面の上方に、トンネル掘削に先立ってトンネル線に沿って管体を建込む先受け工法において顕著な利点をもたらす。具体的に、従来、削孔精度の観点から１５ｍ程度、ある程度精度を無視したとしても５０ｍ程度であった削孔長を、１００ｍ以上及び施工機械を選定することで、３００ｍ以上の削孔が可能となることを知見している。
【００１５】
＜請求項５項記載の発明＞
内管ビット及び外管ビットの先端面は、軸心と直交する面に対して交差する傾斜面をそれぞれ有する請求項４記載の地盤のトンネルの先受け工法。
【００１６】
（作用効果）
前述のものと同様である。
【００１７】
＜請求項６項記載の発明＞
トンネル横断面の上方に、トンネル掘削に先立ってトンネル線に沿って管体を建込む先受け工法であって、
外管及び内管を備え、前記内管の先端部に内管ビットシューを有し、この内管ビットシューに、軸心より放射方向に伸縮自在となり、収縮時においては掘削面中心が実質的に軸心に一致し、伸長時においては掘削面中心が軸心に対し偏心するよう構成したリーマー片を有し、
直線削孔の時においては、前記リーマー片を収縮させた状態で、軸心回りの回転力及び打撃力のうち少なくとも回転力を与えつつ削孔を行い、
削孔に伴う孔曲りの修正時には、前記リーマー片を伸長させた状態で、連続する一方向回転を与えることなくある角度範囲内での揺動を加えながらあるいは加えないで打撃力を与えて削孔を行い、
上記の削孔を目標長まで削孔した後、前記外管は地盤中に残置させて地盤の安定化用の管体とすることを特徴とするトンネルの先受け工法。
【００１８】
（作用効果）
本発明は、トンネル横断面の上方に、トンネル掘削に先立ってトンネル線に沿って管体を建込む先受け工法において顕著な利点をもたらす。
【００１９】
＜請求項７項記載の発明＞
外管及び内管を備え、前記内管の先端部に、打撃力に伴う推進力を与えつつ削孔を行うと、地盤が有する削孔反力との関係で削孔方向を第１の方向に偏心させる力を生じさせる形状の内管ビットが設けられ、かつ前記外管の先端部に、打撃力に伴う推進力を与えつつ削孔を行うと、地盤が有する削孔反力との関係で削孔方向を第２の方向に偏心させる力を生じさせる形状の外管ビットが設けられ、
さらに前記外管及び前記内管に軸心回りの回転力を与え、かつ前記内管ビット、または前記内管ビット及び前記外管ビットに対して打撃力を与える削孔駆動手段を備え、
前記外管ビットと前記内管ビットとは係脱自在となり、前記第１の方向と前記第２の方向とが一致した状態での係合、並びに前記第１の方向と前記第２の方向とが実質的に１８０度反対の位置となる状態での係合が選択自在とされ、各係合時において前記外管に対する軸心回りの回転力が前記内管ビットの軸心回りの回転力として伝達可能となっていることを特徴とする孔曲り修正機能を有する掘削装置。
【００２０】
（作用効果）
本発明の装置は、前述の各工法に良好に利用できる。この場合、本発明装置においては、特に、前記外管ビットと前記内管ビットとは係脱自在となり、前記第１の方向と前記第２の方向とが一致した状態での係合、並びに前記第１の方向と前記第２の方向とが実質的に１８０度反対の位置となる状態での係合が選択自在とされ、各係合時において前記外管に対する軸心回りの回転力が前記内管ビットの軸心回りの回転力として伝達可能となっている。したがって、孔曲り修正時において、外管ビットに対し内管ビットを変えることなく、直線削孔を行ってきた内管ビットの係合位置を変えるのみで、孔曲り修正段階に移行できるので、施工能率が高いものとなる（内管ビットの軸心回りの位置変更は基部側から内管を回転させることで容易である）。
【００２１】
＜請求項８項記載の発明＞
内管ビット及び外管ビットの先端面は、軸心と直交する面に対して交差する傾斜面をそれぞれ有する請求項７記載の孔曲り修正機能を有する掘削装置。
【００２２】
＜請求項９項記載の発明＞
外管ビットからの内管ビットの係合を解いて、内管と共に前記内管ビットを前記外管ビットより前方に突き出し可能とされている請求項７または８記載の孔曲り修正機能を有する掘削装置。
【００２３】
（作用効果）
外管ビットからの内管ビットの係合を解いて、内管と共に前記内管ビットを前記外管ビットより前方に突き出し可能とされているので、前述のように、内管ビットの逃げのみによって孔曲り修正を行う際に利用できる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しながらさらに詳説する。
（使用する管体と削孔駆動装置との関係）
使用する管体は、図１及び図２に示すように、たとえば外管１と内管２とからなる二重管であり、これらはたとえばパーカッション削孔駆動装置３に連結されて使用される。削孔駆動装置３は、図１の場合には、トップハンマー方式（ロータリーパーカッション方式）によるもので、二重管の基端に対して打撃力が与えられこれが先端にも伝達され、また、回転力も与えられるものである。図２の場合には先端にダウンザホールを備え、回転力も与えられるものである。その他、外管及び内管に軸心回りの回転力を与えることができ、かつ内管ビット、または内管ビット及び外管ビットに対して打撃力を与えることが可能な限り、適宜の削孔駆動装置を使用可能である。
【００２５】
他方、外管１及び内管２に対して、個別に回転力を与え、あるいは個別に打撃力を与えることが可能な削孔駆動装置を使用することも可能である。したがって、外管１及び内管２に対応して個別の回転力付与手段をそれぞれ設けることができる。また、外管１及び内管２に対応して個別の打撃力与手段をそれぞれ設けることができる。もちろん、回転力付与手段及び又は打撃力与手段は、外管１及び内管２に対して共通化できる。
【００２６】
また、管体は所定長さの単位管体を順次連結させながら、掘進を行うものである。さらに、以下の例においては、二重管の例を採って説明するが、その内管内に他の管体または流路を設けたり、外管との間に他の管体または流路を設けることが可能である。
【００２７】
（削孔の基本概念）
本発明においては、図３及び図４に示すように、外管１の先端に外管ビット１０を設け、内管２の先端に内管ビット２０を設ける。外管ビット１０及び内管ビット２０として、打撃力に伴う推進力を与えつつ削孔を行うと、地盤が有する削孔反力（切削抵抗）との関係で削孔方向をある方向に偏心させる力を生じさせる形状のものを使用する。たとえば、外管ビット１０及び内管ビット２０の先端面が、軸心と直交する面に対して交差する傾斜面をそれぞれ有するものを使用する。
【００２８】
外管ビット１０の詳細を図６及び図７に示した。内管ビット２０の詳細を図８及び図９に示した。さらに、直線削孔時の組み込み状態を図１０に、その側面を図１１に示した。
【００２９】
外管ビット１０及び又は内管ビット２０に、削孔駆動装置３により与えられる押し込み力が作用すると、ビットは斜面の先端に向かう方向に逃げるようになる。
【００３０】
しかるに、直線削孔の時には、図３及び図１０に示すように、外管ビット１０及び内管ビット２０について、その進行方向位置を実質的に同じとし、かつ図１０に示すように、周方向位置を第１の方向（１）（図６及び図７の方向）と第２の方向（２）（図８及び図９の方向）とが実質的に１８０度反対の位置となるように設定し、軸心回りの回転力及び打撃力のうち少なくとも回転力を与えつつ（好ましくは回転力及び打撃力の両者を与えつつ）削孔を行う。
【００３１】
この場合、外管ビット１０及び外管１の先端部が第１の方向（１）に、内管ビット２０及び内管２の先端部が第２の方向（２）に、それぞれ逃げるようになるが、第１の方向と第２の方向とは実質的に１８０度反対の位置であるために逃げの力が相殺され、かつ回転力が作用しているので、直線の削孔が保証される。
【００３２】
他方、削孔に伴う孔曲りの修正時には、外管ビット１０と内管ビット２０との周方向位置を相対的に変更させた状態で、たとえば図４及び図１２に示すように、第１の方向（１）と第２の方向（２）との位置が揃った状態で；たとえば図４及び図１２に図示のように、外管ビット１０と内管ビット２０との進行方向位置を実質的に同じとした状態で、連続する一方向回転を与えることなくある角度範囲内での揺動を加えながらあるいは加えないで打撃力を与えて削孔を行う。
【００３３】
この場合、内管ビット２０及び内管２の先端部が第１の方向（＝第２の方向）に、外管ビット１０及び外管１の先端部が同じ第１の方向（＝第２の方向）にそれぞれ逃げるようになるために、削孔方向が当該方向に変更され、この削孔方向の変更をある長さ続けることで、削孔方向の修正を行うことができる。
【００３４】
この際に、たとえば、図１４に示すように、第１の方向と第２の方向とを９０度の開き角度位置とすると、９０度の開き角度範囲内のある方向（この方向は地盤の抵抗やビットの形状などによって変わる）、すなわち図１４の白抜き矢印方向に逃げるようになるために、削孔方向が当該方向に変更される。
【００３５】
この種の削孔方向の変更をある長さ続けることで、削孔方向の修正を行うことができる。削孔方向の修正が終了したならば、再度前述の直線削孔を行う。
【００３６】
削孔の過程における適宜の時点で、外管１及び内管２の継ぎ足しを行う。この継ぎ足し自体は周知の事項であるので説明を省略する。
【００３７】
ところで、図５及び図１３に示すように、内管ビット２０を外管ビット１０より進行方向前方位置にした状態であっても、内管ビット２０の逃げに伴って、外管１側（外管ビット１０を含め）も同伴するようになるので孔曲り修正が可能である。また、孔曲り修正時において、打撃力のみによって削孔前進させることができるほか、削孔能率を高めるためには、図４及び図５に両端矢付き矢印で示すように、ある角度範囲内での揺動を加えながら打撃力を与えて削孔を行うのが望ましい。
【００３８】
（穿孔装置の第１例の説明）
ここで、図１５に視点を変えて図示した内管ビット２０の構造を参照しながら、穿孔装置の構造を説明する。
【００３９】
外管１の先端に螺合連結などにより一体化される外管ビット１０は、図６および図７に示すように、筒状をなしており、その先端面の中央部分が傾斜面１１とされている。先端面の適宜位置には多数のビット刃１２が一体化されている。さらに、内周面には係合突起１３が突設されている。
【００４０】
他方で、内管２の先端に螺合連結などにより一体化される内管ビット２０は、図８および図９に示すように、有底筒状となり、内部は内管２を通して圧送される切削用水の通路となり、先端の吐出口２４から吐出されるようになっている。内管ビット２０の先端面の中央部分が傾斜面２１とされている。先端面の適宜位置には多数のビット刃２２が一体化されている。さらに、外周面には切削に伴う排泥溝２５，２５が形成されている。
【００４１】
さらに、係合突起１３に対する係合溝２３が形成されている。この係合溝２３の形状は若干複雑であるために、説明用のために図１５にハッチングで示してある。すなわち、図９基準でほぼ１時の位置に、進行方向に沿う直進時溝２３Ａが形成され、ほぼ７時の位置に、進行方向に沿う修正時溝２３Ｂが形成されている。さらに、直進時溝２３Ａ及び修正時溝２３Ｂの後端側には、これらを繋ぐ周方向溝２３Ｃが形成されている。しかも、周方向溝２３Ｃに連通するように進行方向に沿う通り抜け溝２３Ｄが形成されている。
【００４２】
直線削孔時には、直進時溝２３Ａが係合突起１３と係合状態にあり、図１０の矢印方向に外管１が回転するので、外管ビット１０の回転力が係合突起１３を通して伝達され、内管ビット２０も同方向に回転する。
【００４３】
孔曲り修正時には、たとえば内管ビット２０を後方まで前方に押し込んだ後、図１０の回転方向と反対方向に１８０度逆転させた後、内管ビット２０を後方に引き寄せる。これによって、係合突起１３側からみれば、直進時溝２３Ａから外れ、周方向溝２３Ｃに沿って修正時溝２３Ｂの基部まで移動し、その後修正時溝２３Ｂに嵌め込まれる。かくして、図１２に示すように、外管ビット１０と内管ビット２０との係合がなされた状態で、図１２の矢印方向に外管１が回転するので、外管ビット１０の回転力が係合突起１３を通して伝達され、内管ビット２０も同方向に回転する。
【００４４】
図５及び図１３の状態を採るためには、係合突起１３を通り抜け溝２３Ｄ位置に一致させた状態で、内管２を押し出すことで、係合突起１３を周方向溝２３Ｃから通り抜け溝２３Ｄを通して外す。これによって、内管２及び内管ビット２０のみの揺動が可能となる。
【００４５】
なお、修正時溝２３Ｂには、その先端部から、図９の基準で反時計方向に延びる係合溝（図示せず）をさらに形成し、係合突起１３の形状を変形することにより、変形係合突起１３が改変修正時溝２３Ｂから外れにくくするなどの設計変更が可能である。
【００４６】
（穿孔装置の第２例の説明）
穿孔装置の第２例は、図１６及び図１７に示すものである。
【００４７】
この場合の外管１及び内管２を備え、外管１の先端には適宜の外管ビット１０Ａを設ける。内管２の先端部には、内管ビットシュー３０設ける。この内管ビットシュー３０には、軸心より放射方向に伸縮自在となり、収縮時においては掘削面中心が実質的に軸心に一致し、伸長時においては掘削面中心が軸心に対し偏心するよう構成したリーマー片３１が設けられている。リーマー片３１の伸縮には、たとえば内管ビットシュー３０の本体を座とするシリンダのほか、先の穿孔装置の第１例のような溝にリーマー片３１に噛み合わせ、内管２の回転に応じてリーマー片３１が伸縮する構造等を採り得る。
【００４８】
いずれにしても、直線削孔の時においては、リーマー片３１を収縮させた状態で、軸心回りの回転力及び打撃力のうち少なくとも回転力を与えつつ削孔を行う。リーマー片３１を収縮させた状態で、軸心回りの回転力及び打撃力のうち少なくとも回転力を与えつつ削孔を行うと、内管ビットシューは掘削面中心が実質的に軸心に一致している状態であるから、直線削孔を行うことでできる。
【００４９】
これに対し、削孔に伴う孔曲りの修正時には、リーマー片３１を伸長させた状態で、連続する一方向回転を与えることなくある角度範囲内での揺動を加えながらあるいは加えないで打撃力を与えて削孔を行う。リーマー片３１を伸長させた状態で、連続する一方向回転を与えることなくある角度範囲内での揺動を加えながらあるいは加えないで打撃力を与えると、掘削面中心が軸心に対し偏心するので、その偏心方向に削孔線がずれるようになり、孔曲り修正が可能となる。この場合においても、ある角度範囲内での揺動を加えることで、削孔能率が打撃力のみの場合に比較してより高まる。
【００５０】
この例において、リーマー片３１は周方向に複数とすることもできる。
【００５１】
（回転角度の把握例）
前記例からも各時点での、外管ビット１０、特に内管ビット２０角度把握は重要である。そこで、たとえば図１８に示す形態を採れば、管体の継ぎ足し後においても把握できるようになる。すなわち、削孔駆動装置３の回転ヘッド３Ａにロータリーエンコーダなどの回転角検出器４０を設けておく。
【００５２】
当初または適宜の時点で、現在の内管ビット２０の位置をセットしておく。図示の（ａ）の段階ではゼロリセット状態としてある。管体の１本分の削孔が終了したならば、（ｂ）に示すように、外管チャッキング４Ａにより外管１を把持し、回転ヘッド３Ａを逆回転して先の外管１との切り離しを行う。この場合の回転ヘッド３Ａの回転角方位は問題にしない。続いて、（ｃ）のように、内管チャッキング４Ｂにより内管２を把持し、その内管２との回転ヘッド３Ａの切り離しも行う。その際に、内管チャッキング４Ｂにより内管２を把持した時点での回転角度（たとえば１８０度）を回転角検出器４０に記憶させておく。切り離し後の回転ヘッド３Ａの回転角方位は問題にしない。次に（ｄ）に示すように、新たな内管２を持ち込み、先の内管２との連結を行う。その後（ｅ）に示すように、回転角検出器４０に記憶させておいた回転角度（たとえば１８０度）になるまで、回転ヘッド３Ａを回転させ、内管ビット２０の位置をセットする。続いて、新たに持ち込んだ外管１と先の外管１との連結を行う。
【００５３】
（孔曲り検出を併用する第１の削孔例）
孔曲りの検出には適宜の検出器を採用できる。たとえば、水平方向の曲がりに関しては機械式ジャイロ、磁気コンパスなどを、鉛直方向の曲がりに関しては傾斜計、液圧差計などを使用できる。
【００５４】
そこで、図１９に示す第１例では、傾斜計５１を内管２の先端部に設け、その鉛直方向の信号を管体内を通して、管体外に取り込むようにする（信号の伝送系は図示せず）。これに対し、水平方向の孔曲り検出のために、ジャイロ５２を挿入するようにする。
【００５５】
施工法を順に説明すると、（ａ）に示すように二重管ロータリーパーカッションによる直線削孔を続け、適宜の長さ分の削孔が終了して時点で、削孔駆動装置３の回転ヘッド３Ａと切り離し、（ｂ）に示すように内管２の基端口から内管２内にジャイロ５２を先端部まで挿入し、その先端部の位置を検出する。位置検出が終了したならば（ｃ）に示すようにジャイロ５２は引き抜く。その後（ｄ）に示すように、管体を回転ヘッド３Ａと接続した状態で、ジャイロ５２の水平方向位置及び傾斜計５１による鉛直方向位置信号に基づいて、外管１（外管ヘッド１０）及び内管２（内管ヘッド２０）の周方向位置を修正した後に、（ｅ）に示すように打撃力による推進を行う。以下は（ｆ）に示すように、ジャイロ５２の挿入及び管路計測、直線削孔、方位修正削孔などを適宜組み合わせ、目標長までの削孔を行う。最終削孔が完了したならば、（ｇ）に示すように内管２を撤去し、外管１を残置した先受け管とする。
【００５６】
この第１の削孔例において、ジャイロ５２などの方位検出器の挿入及び後退に際しては、たとえば図２１に示す形態を採ることができる。すなわち、ジャイロ５２などの方位検出器を内管２内にほぼ液密状態となる関係のケース５３内に収納し、後端をリール巻取り器５４と連結し、内管２内にポンプ５５のホース５６口を連通させる。ポンプ５５からホース５６を通して送水すると、ケース５３を押し進めることができる。後退時には、リール巻取り器５４により引き込むことで後退させることができる。
【００５７】
（孔曲り検出を併用する第２の削孔例）
図２０のように、内管２の先端部内に傾斜計５１及びジャイロ５２を固定しておき、これを用いて削孔を行うこともできる。
【００５８】
すなわち、（ａ）に示すように二重管ロータリーパーカッションによる直線削孔を続け、適宜の長さ分の削孔が終了して時点で、（ｂ）に示すように内管２を適宜長さ後退させながら管路の計測を行う。その後、（ｃ）に示すように、ジャイロ５２の水平方向位置及び傾斜計５１による鉛直方向位置信号に基づいて、外管１（外管ヘッド１０）及び内管２（内管ヘッド２０）の周方向位置を修正した後に、（ｄ）に示すように打撃力による推進を行う。以下は（ｅ）に示すように、ジャイロ５２の挿入及び管路計測、直線削孔、方位修正削孔などを適宜組み合わせ、目標長までの削孔を行う。最終削孔が完了したならば、（ｆ）に示すように内管２を撤去し、外管１を残置した先受け管とする。この例では、ジャイロ５２の挿入及び後退の都度、管体と削孔駆動装置３の回転ヘッド３Ａとの切り離しを行う必要がない利点がある。
【００５９】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明によれば、要すれば、削孔過程の途中で孔曲りを確実に修正でき、もって長尺の削孔が可能である。その他の効果は前述の作用効果の欄に記載してとおりである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 削孔方式の説明図である。
【図２】 他の削孔方式の説明図である。
【図３】 直線削孔状態の概要図である。
【図４】 孔曲り修正削孔状態概要図である。
【図５】 他の孔曲り修正削孔状態概要図である。
【図６】 外管ビットの縦断面図である。
【図７】 その側面図である。
【図８】 内管ビットの縦断面図である。
【図９】 その側面図である。
【図１０】 直線削孔状態の外管ビット及び内管ビットの縦断面図である。
【図１１】 その側面図である。
【図１２】 孔曲り修正削孔状態の外管ビット及び内管ビットの縦断面図である。
【図１３】 他の孔曲り修正削孔状態の外管ビット及び内管ビットの縦断面図である。
【図１４】 方向及び進行方位の説明図である。
【図１５】 視点を変えて図示した内管ビット構造の斜視図である。
【図１６】 別の削孔装置による直線削孔状態の概要図である。
【図１７】 別の削孔装置による孔曲り修正削孔状態の概要図である。
【図１８】 管体の連結及び回転角度検出の説明図である。
【図１９】 孔曲り検出を併用する第１の削孔例の説明図である。
【図２０】 孔曲り検出を併用する第２の削孔例の説明図である。
【図２１】 方位検出器の挿入及び後退装置例説明図である。
【符号の説明】
１…外管、２…内管、３…（パーカッション）削孔駆動装置、３Ａ…回転ヘッド、１０…外管ビット、１１…傾斜面、１３…係合突起、２０…内管ビット、２１…傾斜面、２３…係合溝、２３Ａ…直進時溝、２３Ｂ…修正時溝、２３Ｃ…周方向溝、２４Ｄ…通り抜け溝、３０…内管ビットシュー、３１…リーマー片、５１…傾斜計、５２…ジャイロ、（１）…第１の方向、（２）…第２の方向。
Claims (9)
- 地盤の安定化用の管体を地盤内に設置する工法であって、
外管及び内管を備え、前記内管の先端部に、打撃力に伴う推進力を与えつつ削孔を行うと、地盤が有する削孔反力との関係で削孔方向が第１の方向に偏心させる力を生じさせる形状の内管ビットが設けられ、かつ前記外管の先端部に、打撃力に伴う推進力を与えつつ削孔を行うと、地盤が有する削孔反力との関係で削孔方向が第２の方向に偏心させる力を生じさせる形状の外管ビットが設けられ、
直線削孔の時には、前記外管ビット及び前記内管ビットについて、その進行方向位置を実質的に同じとし、かつ周方向位置を前記第１の方向と前記第２の方向とが実質的に１８０度反対の位置となるように設定し、軸心回りの回転力及び打撃力のうち少なくとも回転力を与えつつ削孔を行い、
削孔に伴う孔曲りの修正時には、前記内管ビットと前記外管ビットとの周方向位置を相対的に変更させた状態で；
前記内管ビットを前記外管ビットより進行方向前方位置にした状態で、あるいは前記内管ビットと前記外管ビットとの進行方向位置を実質的に同じとした状態で、連続する一方向回転を与えることなくある角度範囲内での揺動を加えながらあるいは加えないで打撃力を与えて削孔を行い、
上記の削孔を目標長まで削孔した後、前記外管は地盤中に残置させて地盤の安定化用の管体とすることを特徴とする地盤の安定化用管体設置工法。 - 内管ビット及び外管ビットの先端面は、軸心と直交する面に対して交差する傾斜面をそれぞれ有する請求項１記載の地盤の安定化用管体設置工法。
- 地盤の安定化用の管体を地盤内に設置する工法であって、
外管及び内管を備え、前記内管の先端部に内管ビットシューを有し、この内管ビットシューに、軸心より放射方向に伸縮自在となり、収縮時においては掘削面中心が実質的に軸心に一致し、伸長時においては掘削面中心が軸心に対し偏心するよう構成したリーマー片を有し、
直線削孔の時においては、前記リーマー片を収縮させた状態で、軸心回りの回転力及び打撃力のうち少なくとも回転力を与えつつ削孔を行い、
削孔に伴う孔曲りの修正時には、前記リーマー片を伸長させた状態で、連続する一方向回転を与えることなくある角度範囲内での揺動を加えながらあるいは加えないで打撃力を与えて削孔を行い、
上記の削孔を目標長まで削孔した後、前記外管は地盤中に残置させて地盤の安定化用の管体とすることを特徴とする地盤の安定化用管体設置工法。 - トンネル横断面の上方に、トンネル掘削に先立ってトンネル線に沿って管体を建込む先受け工法であって、
外管及び内管を備え、前記内管の先端部に、打撃力に伴う推進力を与えつつ削孔を行うと、地盤が有する削孔反力との関係で削孔方向を第１の方向に偏心させる力を生じさせる形状の内管ビットが設けられ、かつ前記外管の先端部に、打撃力に伴う推進力を与えつつ削孔を行うと、地盤が有する削孔反力との関係で削孔方向を第２の方向に偏心させる力を生じさせる形状の外管ビットが設けられ、
直線削孔の時には、前記外管ビット及び前記内管ビットについて、その進行方向位置を実質的に同じとし、かつ周方向位置を前記第１の方向と前記第２の方向とが実質的に１８０度反対の位置となるように設定し、軸心回りの回転力及び打撃力のうち少なくとも回転力を与えつつ削孔を行い、
削孔に伴う孔曲りの修正時には、前記内管ビットと前記外管ビットとの周方向位置を相対的に変更させた状態で；
前記内管ビットを前記外管ビットより進行方向前方位置にした状態で、あるいは前記内管ビットと前記外管ビットとの進行方向位置を実質的に同じとした状態で、連続な一方向回転を与えることなくある角度範囲内での揺動を加えながらあるいは加えないで打撃力を与えて削孔を行い、
上記の削孔を目標長まで削孔した後、前記外管は地盤中に残置させて地盤の安定化用の管体とすることを特徴とするトンネルの先受け工法。 - 内管ビット及び外管ビットの先端面は、軸心と直交する面に対して交差する傾斜面をそれぞれ有する請求項４記載の地盤のトンネルの先受け工法。
- トンネル横断面の上方に、トンネル掘削に先立ってトンネル線に沿って管体を建込む先受け工法であって、
外管及び内管を備え、前記内管の先端部に内管ビットシューを有し、この内管ビットシューに、軸心より放射方向に伸縮自在となり、収縮時においては掘削面中心が実質的に軸心に一致し、伸長時においては掘削面中心が軸心に対し偏心するよう構成したリーマー片を有し、
直線削孔の時においては、前記リーマー片を収縮させた状態で、軸心回りの回転力及び打撃力のうち少なくとも回転力を与えつつ削孔を行い、
削孔に伴う孔曲りの修正時には、前記リーマー片を伸長させた状態で、連続する一方向回転を与えることなくある角度範囲内での揺動を加えながらあるいは加えないで打撃力を与えて削孔を行い、
上記の削孔を目標長まで削孔した後、前記外管は地盤中に残置させて地盤の安定化用の管体とすることを特徴とするトンネルの先受け工法。 - 外管及び内管を備え、前記内管の先端部に、打撃力に伴う推進力を与えつつ削孔を行うと、地盤が有する削孔反力との関係で削孔方向を第１の方向に偏心させる力を生じさせる形状の内管ビットが設けられ、かつ前記外管の先端部に、打撃力に伴う推進力を与えつつ削孔を行うと、地盤が有する削孔反力との関係で削孔方向を第２の方向に偏心させる力を生じさせる形状の外管ビットが設けられ、
さらに前記外管及び前記内管に軸心回りの回転力を与え、かつ前記内管ビット、または前記内管ビット及び前記外管ビットに対して打撃力を与える削孔駆動手段を備え、
前記外管ビットと前記内管ビットとは係脱自在となり、前記第１の方向と前記第２の方向とが一致した状態での係合、並びに前記第１の方向と前記第２の方向とが実質的に１８０度反対の位置となる状態での係合が選択自在とされ、各係合時において前記外管に対する軸心回りの回転力が前記内管ビットの軸心回りの回転力として伝達可能となっていることを特徴とする孔曲り修正機能を有する掘削装置。 - 内管ビット及び外管ビットの先端面は、軸心と直交する面に対して交差する傾斜面をそれぞれ有する請求項７記載の孔曲り修正機能を有する掘削装置。
- 外管ビットからの内管ビットの係合を解いて、内管と共に前記内管ビットを前記外管ビットより前方に突き出し可能とされている請求項７または８記載の孔曲り修正機能を有する掘削装置。
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