JP4056604B2 - 地盤の削進装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は上下水道、ガス、電気電話線、その他の主として小口径の各種の管を非開削（地表を掘り起さない）で地中に埋設する為の地盤の削進装置及び該削進装置による削進工法に係り、通常の削進容易な地盤はもとより、岩盤、玉石、礫（レキ）等の地盤、水面下の地盤、土質の緩い地盤等のあらゆる悪条件の地盤を、削進方向を自在に制御し乍ら削進して管を埋設し得るようにした、地盤の削進装置及び該削進装置による削進工法を提供するものである。
【０００２】
【従来技術とその課題】
上下水道、ガス、電気電話線、その他の各種の管を地中に埋設工事する場合、特に、都市市街地においては地表、道路等を開削せず、また道路交通を遮断せずに行うことが必要とされており、よって、通常道路脇等に発進立杭を設け、該坑内に削進装置を設置して削進埋設を行っている。
【０００３】
然るところ、削進埋設する地盤には通常の土壌地盤の他、岩盤、玉石、礫の地盤、水面下の地盤、土質の緩い軟弱地盤、その他種々のものがあり、また、それらが混在しているため、削進装置による削進も一様にはできず、従って、種々の装置を地盤に合わせて交換使用しており、その機器の費用も大なるものがあるが、特に、岩盤、玉石、礫の地盤、水面下の地盤、これらの混在した地盤等の悪条件の地盤を容易かつ効率的に削進埋設するための有効な手段が現時点では未だ提供されていない。
【０００４】
従来、一般的な岩盤、玉石、礫頭の地盤の悪条件の地盤の削進は、ディスクカウンター方式（ソロバン玉方式）、またはギヤ歯による噛込み砕き方式であるが、ディスクカウンター方式のものは大きな押付圧力を必要とするため地盤の土質の変化に対する対応が不十分な欠点があり、高価なディスクカウンターの磨耗が激しく不経済な課題があり、また、ギヤ歯による噛込み砕き方式のものは岩盤に対応できず、また大きな玉石等を噛込み出来ない欠点があり、また両方式共に水面下の地盤や土質の緩い軟弱地盤には対応できない課題があった。
【０００５】
また、従来のエアーハンマー方式のものは、エアーハンマーを地表側、若しくは立坑内等に設置して使用していたため、金属同志の衝突で極めて大な騒音を発散して、作業場、近隣の騒音公害上、到底使用し得ないものであった。
【０００６】
そこで、本発明は本発明削進装置及び該装置による削進工法だけで、通常の地盤はもとより上記の悪条件の地盤まで、あらゆる地盤の削進埋設を極めて容易かつ効率的に行い得るようにして、従来の課題を解決したものである。
【０００７】
【課題を解決する手段】
「削進装置」
本発明は、ベースに回転手段Ａ、Ｂを各正逆回転自在に備え、回転手段Ａは削進ビットの後端にその先端を回転自在に連結した埋設管を回転駆動し、回転手段Ｂは埋設管に内装した排土オーガ、エアーハンマー、及び削進ビットを回転駆動し、ベースは推進架台に推進手段で前進後退動するように備えたものであって、
削進ビットにエアーハンマーを衝突しその衝撃力で地盤を粉砕削進すると同時に、削進ビットに埋設管を連結した場合は、同衝撃力で埋設管を牽引前進すること、削進ビットの回転による削進を共働すること、排土オーガで排土すること、埋設管の回転を上記削進と共働することを、自在に制御して地盤の削進及び埋設管の埋設を行うようにしたことを特徴とする、地盤の削進装置によって課題を解決したものである。なお、削進ビットに埋設管を連結しない場合は、埋設管先端の削進クラウンの回転で削進する。
【０００８】
【実施例】
次に本発明地盤の削進装置の実施例を図面につき説明する。
ベース１に回転手段Ａ、Ｂを各正逆回転自在に備え、回転手段Ａは、前進ビットｂの後端にその先端を回転自在に連結した埋設管３を回転駆動し、回転手段Ｂは埋設管３に内装した排土オーガ４、エアーハンマー５、及び削進ビットＤを回転駆動し、ベース１は推進架台２に推進手段６で前進後退動するように備えたものであって、
削進ビットＤにエアーハンマー５の衝撃力を伝達しその衝撃力で地盤７を粉砕削進すると同時に、削進ビットＤに埋設管３を連結した場合は、同衝撃力でビット本体ｂに連結した埋設管３を牽引前進すること、削進ビットＤの回転による削進を共働すること、排土オーガ４で排土すること、及び、埋設管３の回転を上記削進と共働することを、自在に制御して地盤７の削進及び埋設管３の埋設を行うようにしたことを特徴とする、地盤の削進装置である。なお、削進ビットＤに埋設管３を連結しない場合は、埋設管３はその先端の削進クラウン８の回転駆動で削進する。
【０００９】
上記装置の構成例をより具体的に説明すると、中心軸線Ｃ上に排土オーガ４、エアーハンマー５、削進ビットＤを順に連結し、これらをベース１に備えた回転手段Ｂで正逆回転自在に回転駆動すると共に、エアーハンマー５による衝撃を削進ビットＤに伝達して該削進ビットＤで回転粉砕削進し、削進粉砕した排土を排土オーガ４で排土するように備える。
【００１０】
一方、必要に応じて上記排土オーガ４、エアーハンマー５の外周に套嵌した埋設管３の先頭の埋設管３の先端のカラー若しくは削進クラウン８をビット本体ｂの後端のフランジ９に係合すると共に、後端の埋設管３の後端を、ベースに備えた回転手段Ａの取付板１０に着脱自在に取付けたものである。
【００１１】
また、上記取付板１０は回転手段Ａの回転で埋設管３と同転すると同時に設定寸法Ｌ前後摺動自在に備えたものであって、
回転手段Ａで取付板１０、埋設管３を正、逆回転自在に回転駆動すると共に、エアーハンマー５の衝撃力をビット本体ｂのフランジ９から埋設管のカラー若しくは削進クラウン８を経て埋設管３に伝達して、該衝撃力によって埋設管３及び取付板１０を牽引前進するように備えたものであり、
上記のベース１を推進架台２上に推進手段例えば油圧シリンダー６で前進後退動自在に備えたものである。
【００１２】
推進架台２は発進側、例えば、発進立坑１３内に設置し、推進手段例えば油圧シリンダー６でベース１に備えた回転手段Ａ、Ｂその他の全構成を前進後退動するように備えたものであり、該推進架台２の前進後退操作によって、削進ビットＤと共働した削進、埋設管３、排土オーガ４の連結交換、削進貫通後の排土オーガー４の回収を行うように備えたものである。
【００１３】
エアーハンマー５は、エアーによりハンマー５ａ、ピストンの高速連続動を前方に向けて発生する手段であり、該ハンマー、ピストンによる衝撃力を削進ビットＤに伝達して前向きの衝撃力を発生し、該衝撃力で岩盤、玉石等の悪条件地盤を粉砕削進するように備えたものである。
【００１４】
削進ビットに衝撃振動を加える衝撃振動発生手段は、エアーハンマーの他、油圧ハンマー、油圧サーボシリンダー、若しくは、電動ハンマーであって、埋設管内の削進ビットと排土オーガの間に備えたものである。
【００１５】
実施例図１〜３に示す削進ビットＤは、円形の先端面にビットを備えた略短円筒形のビット本体ｂの段付中心孔１４内にハンマービットａを、その先端面１７をビット本体ｂの先端面に合わせると共にそのフランジ部１５を大径孔内壁１４ａとギャップ１６を形成した状態に嵌合設置し、また、ビット本体ｂの後端のフランジ９に埋設管３先端のカラー若しくは削進クラウン８を回転自在に連結して備えたものであり、
ハンマービットａの後端にエアーハンマー４が衝突すると該ハンマービットａの先端がビット本体ｂの先端面により突出すると同時に、フランジ部１５がギャップ１６内を前進して大径孔内壁面１４ａに衝突し、該削進ビットＤの前向きの衝撃力で地盤７を粉砕削進し、同時に、ビット本体ｂの衝撃力で後端のフランジ９と埋設管３のカラー若しくは削進クラウン８が衝突して、埋設管３と取付板１０を牽引前進するように備えたものである。
【００１６】
また、例えば、削進ビットＤのビットを備えた先端面１７を設定角度α傾斜して形成したものであり、削進ビットＤの回転を停止した状態でエアーハンマー４の衝撃力によって削進を行ったとき削進ビットＤの先端が傾斜方向に向って削進する作用、または削進ビットの修正方向を中心として設定角度宛往復して正逆回転することにより修正方向に偏って削進する作用を利用して、削進方向を制御するようにしたものであり、
そして、傾斜の設定角度αの大小によって方向修正を小さく緩やかに行うか、大きく急激に行うかを自在に制御するようにしたものである。
なお、実施例では傾斜角度を５〜１０度位に設定して、方向修正距離を１〜２／５００、即ち５００ｍｍに１〜２ｍｍ位に設定している。
【００１７】
回転手段Ａ、Ｂは任意の回転駆動力、例えば、モーター１８、ギヤ１９で中心軸２０、排土オーガ４、エアーハンマー５、削進ビットＤ、及び埋設管３、取付板１０を回転駆動するように備えたものであり、回転手段Ａと取付板１０はスライドキー軸２１、若しくは、スプライン軸の構成で回転伝達して同転すると同時に設定寸法摺動自在に備えたものである。
【００１８】
回転手段Ｂの中心軸２０、及び排土オーガ４の中心軸４ａに２重中空管を用い、中心管の中心孔内の先端にターゲット１２を設置して外部のトランシット１１で削進方向を計測するように備え、中心管と外管の中空空間を通してエアーハンマー５のエアー、電気或は掘削用液を供給するように備えたものである。
【００１９】
【課題を解決する手段】
「前記地盤の削進装置による削進工法」
次に、本発明は前記地盤の削進装置による削進工法によって従来の課題を解決したものである。
以下にその削進工法を前記地盤の削進装置の作用説明を兼ねて記する。
【００２０】
「前記地盤の削進装置による、主として岩盤、玉石、礫等の地盤、水面下の地盤等の悪条件地盤の削進工法」
回転手段Ｂを運転して排土オーガ４、エアーハンマー５、削進ビットＤを回転すると同時に、回転手段Ａを運転して取付板１０、埋設管３を逆回転して、上記回転とエアーハンマー５による削進ビットＤの衝撃力によって地盤７を粉砕削進し、掘削によって生じた排土を削進ビットＤの排土孔２２から埋設管３内に導入し排土オーガ４で後方移送して後端の埋設管３の後方の排出孔２３から外部へ排出し、同時に埋設管３の逆回転で排土オーガ４の排土移送作用を助勢し、また、削進ビットＤの前進と共に、その前向き衝撃力をビット本体ｂのフランジ９からカラー若しくは削進クラウン８に受けて先頭の埋設管３を前方牽引してそれに接続した埋設管３と取付板１０を共に前進するか、または先頭の埋設管３の削進クラウン８の回転で削進し、
上記の削進ビットＤの削進、埋設管３の前進に同調し乍ら更に推進架台２上のベース１を油圧シリンダー等の推進手段１２で加圧推進して、岩盤、玉石等の悪条件地盤７を削進して埋設管３を埋設するようにしたものである。
【００２１】
「前記地盤の削進装置による、削進方向を制御する削進工法」
削進の途中、中心管内のターゲット１２を外部のトランシット１１で計測して削進方向に誤差を発見したときは、回転手段Ｂの運転を停止して、排土オーガ４、エアーハンマー５、削進ビットＤの回転を止め、エアーハンマー５で削進ビットＤの削進を行ない、削進ビットＤの先端面１７の傾斜により傾斜方向へ向って削進する作用、または削進ビットＤの修正方向を中心として設定角度宛（例４５°宛）往復して正逆回転することにより修正方向に偏って削進する作用によって、削進方向を修正し、それをターゲット１２とトランシット１１の計測で確認したのち、回転手段Ｂの運転を再開して再び正常の削進を行うようにした削進工法である。
【００２２】
「前記地盤の削進装置による、主として軟弱地盤の削進工法」
主として軟弱な地盤を削進するとき、エアーハンマー５の作動を停止し、回転手段Ａにより埋設管３を逆回転すると同時に、回転手段Ｂにより排土オーガ４、エアーハンマー５、削進ビットＤを正回転し、推進架台２で推進して削進して埋設管３を埋設するようにしたものである。
【００２３】
【効果】
エアーハンマーの直撃力で削進ビットに強大な前方向衝撃を加え岩盤、玉石、礫等の地盤を粉砕削進するため、硬質なまたは特殊な地盤であっても容易かつ効率的に削進できる効果がある。
【００２４】
また、エアーハンマーは金属同志の衝突によって大きな衝撃音を発生するが、本発明の場合、該音の発生場所が主として発進立坑等の地中深い場所であるため、地盤による吸収消音効果が大きく、外部地表側にはあまりもれず、騒音公害問題などにならない利点がある。
【００２５】
エアーハンマーによる前向きの衝撃力を、削進ビットによる地盤の粉砕削進に利用すると同時に、削進ビットに連結した埋設管を牽引前進する力としても利用するようにしたものであり、また、同時に削進ビットも埋設管も回転手段で夫々反対方向に回転するようにしたので、それらが共働作用して極めて効率的な削進及び排土作用が行われ、よって、推進架台による推進力（油圧シリンダー等による）が従来に比し格段（実施例約１／１０）に小さくて済み、その結果装置全体も小形軽量化でき、また発進立坑等も小さくて済む（実施例直径２０００〜２５００ｍｍ）特徴がある。
【００２６】
玉石、礫等の地盤を削進する場合、削進ビットによる削進方向が変位してしまって正しく保っていることが困難であるが、本発明装置及び工法によれば、削進ビットの先端を傾斜して形成し、それを設定角度宛往復して正逆回転することによって削進方向を自在に制御できるようにしたので、岩盤、玉石、礫等の悪条件の地盤でも正確かつ極めて効率的に削進し得る。
【００２７】
エアーハンマーによる前向きの衝撃を削進ビットに加えて岩盤等の地盤を粉砕削進するようにしたので、岩盤等は小さく粉砕され、従って削進ビットの排土孔も小さくて済む利点があり、また排土孔が小さいため水面下地盤等の削進時に掘削泥水圧が高くても埋設管中に過剰に取込まれることがなくてすみ、よって、水面下で崩れやすい地盤等でも安定した削進を行い得る。
【００２８】
以上のように本発明は、各独立して各正逆回転自在な回転手段Ａ、Ｂ、エアーハンマー、及び削進方向制御自在な削進ビットを備えたことを特徴としており、これらを種々に制御作動することによって、通常の地盤はもとより、岩盤、玉石、礫等の地盤、水面下の地盤、軟弱地盤、その他の如何なる悪条件の地盤でも容易にまた極めて効率的に削進して埋設管を埋設できる革新的な効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明削進装置の実施例の構成概略を示す正面断面図。
【図２】図１の要部の拡大断面図で、エアーハンマーが削進ビットに衝突する前の図。
【図３】図２のエアーハンマーの衝突後の図。
【図４】削進方向制御の構成及び工法の説明図。
【図５】図４の左側面図で削進方向制御の構成及び工法の説明図。
【符号の説明】
Ａ 回転手段（モーター、ギヤ等）
Ｂ 回転手段（モーター、ギヤ等）
Ｃ 中心軸線
Ｄ 削進ビット
ｄ´ 鋭角部
ａ ビット本体
ｂ ハンマービット
α 設定傾斜角度
Ｌ 設定寸法
１ ベース
２ 推進架台
３ 埋設管
４ 排土オーガ
４ａ 中心軸
５ エアーハンマー
５ａ ハンマー
６ 推進手段（油圧シリンダー）
７ 地盤
８ カラー若しくは削進クラウン
９ フランジ
１０ 取付板
１１ トランシット
１２ ターゲット
１３ 発進立坑
１４ 段付中心孔
１４ａ 大径孔内壁
１５ フランジ部
１６ ギャップ
１７ 先端面
１８ モーター
１９ ギヤ
２０ 中心軸
２１ スライドキー軸
２２ 排土孔
２３ 排出孔

Claims (12)

1. ベースに回転手段Ａ、Ｂを各正逆回転自在に備え、回転手段Ａは削進ビットの後端にその先端を回転自在に連結した埋設管を回転駆動し、回転手段Ｂは埋設管に内装した排土オーガ、エアーハンマー、及び削進ビットを回転駆動し、ベースは推進架台に推進手段で前進後退動するように備えたものであって、
   削進ビットにエアーハンマーの衝撃力を伝達しその衝撃力で地盤を粉砕削進すると同時に、削進ビットの回転による削進と衝撃力を共働すること、排土オーガで排土すること、埋設管の回転を上記削進と共働することを、自在に制御して地盤の削進及び埋設管の埋設を行うようにしたことを特徴とする、
   地盤の削進装置。
2. 中心軸線上に排土オーガ、エアーハンマー、削進ビットを順に連結し、これらをベースに備えた回転手段Ｂで正逆回転自在に回転駆動すると共に、エアーハンマーによる衝撃力を削進ビットに伝達して該削進ビットで回転粉砕削進し、削進粉砕した排土を排土オーガで排土するように備える一方、上記排土オーガ、エアーハンマーの外周に套嵌した埋設管の先頭の埋設管の先端のカラー若しくは削進クラウンを削進ビットの後端のフランジに係合すると共に、後端の埋設管の後端を、ベースに備えた回転手段Ａの取付板に着脱自在に取付けたものであり、また、上記取付板は回転手段Ａの回転で埋設管と同転すると同時に設定寸法前後摺動自在に備えたものであって、
   回転手段Ａで取付板、埋設管を正逆回転自在に回転駆動すると共に、エアーハンマーの衝撃力を削進ビットのフランジから埋設管のカラー若しくは削進クラウンを経て埋設管に伝達して、該衝撃力によって埋設管及び取付板を牽引前進するように備えたものであり、
   上記のベースを推進架台上に油圧シリンダー等の推進手段で前進後退動自在に備えたものである、
   請求項１の地盤の削進装置。
3. 推進架台は発進立坑内等に設置し、油圧シリンダーでベースに備えた回転手段Ａ、Ｂその他の全構成を前進後退動するように備えたものであり、
   該推進架台の前進後退操作によって、削進ビットと共働した削進、埋設管、排土オーガの連結交換、削進貫通後の排土オーガの回収をおこなうように備えたものである、
   請求項１の地盤の削進装置。
4. エアーハンマーは中心軸線上の削進ビットの直後位置に備え、エアーによりハンマー、ピストンの高速連続動を前方に向けて発生する手段であり、該ハンマー、ピストンの衝撃力を削進ビットに伝達して前向きの衝撃力を発生し、該衝撃力で岩盤、玉石等の悪条件地盤を粉砕削進するように備えたものである、
   請求項１の地盤の削進装置。
5. 削進ビットに衝撃振動を加える衝撃振動発生手段は、エアーハンマーの他、油圧ハンマー、油圧サーボシリンダー、若しくは、電動ハンマーであって、埋設管内の中心軸線上の削進ビットと排土オーガの中間位置に備えたものである、
   請求項１の地盤の削進装置。
6. 削進ビットＤは、円形の先端面にビットを備えた略短円筒形のビット本体ｂの段付中心孔内にハンマービットａを、その先端面をビット本体ｂの先端面に合わせると共にそのフランジ部と大径孔内壁の間にギャップを形成した状態に嵌合設置し、また、ビット本体ｂの後端のフランジに埋設管先端のカラー若しくは削進クラウンを回転自在に連結して備えたものであり、
   ハンマービットａにエアーハンマーの衝撃力が伝達すると該ハンマービットａの先端がビット本体ｂの先端面により突出すると同時に、フランジ部がギャップ内を前進して大径孔内壁面に衝突し、該削進ビットＤの前向きの衝撃力で地盤を粉砕削進し、同時に、ビット本体ｂの衝撃力で後端のフランジと埋設管のカラー若しくは削進クラウンが衝突して、埋設管と取付板を牽引前進するように備えたものである、
   請求項１の地盤の削進装置。
7. 削進ビットＤのビットを備えた先端面を設定角度傾斜して形成し、該削進ビットＤを修正方向を中心として設定角度宛往復して正逆回転するように備えたものであり、また、傾斜の設定角度の大小によって方向修正を小さく緩やかに行うか、大きく急激に行うかを自在に制御するように備えたことを特徴とする、
   請求項１の地盤の削進装置。
8. 回転手段Ａと取付板はスライドキー軸、若しくは、スプライン軸の構成で回転伝達して同転すると同時に設定寸法摺動自在に備えたものである、
   請求項１の地盤の削進装置。
9. 回転手段Ｂの中心軸、及び排土オーガの中心軸に２重中空管を用い、中心管の中心孔内の先端にターゲットを設置して外部のトランシットで削進方向を計測するように備え、中心管と外管の中空空間を通してエアーハンマーのエアー、電気或いは掘削用液を供給するように備えたものである、
   請求項１の地盤の削進装置。
10. 回転手段Ｂを運転して排土オーガ、エアーハンマー、削進ビットＤを正回転すると同時に、回転手段Ａを運転して取付板、埋設管を逆回転して、
    上記回転とエアーハンマーによる削進ビットＤの衝撃力によって地盤を粉砕削進し、掘削によって生じた排土を削進ビットＤの排土孔から埋設管内に導入し排土オーガで後方移送して後端の埋設管の後方から外部へ排出し、同時に埋設管の逆回転で排土オーガの排土移送作用を助勢し、
    また、削進ビットＤの前進と共に、その前向き衝撃力をビット本体ｂのフランジからカラー若しくは削進クラウンに受けて先頭の埋設管が前方牽引され、それに接続した埋設管と取付板が共に前進し、
    上記の削進ビットＤの削進、埋設管の前進に同調し乍ら更に推進架台上のベースを油圧シリンダー等の推進手段で加圧推進して、岩盤、玉石等の悪条件地盤を削進して埋設管を埋設するようにしたことを特徴とする、
    請求項１の地盤の削進装置による削進工法。
11. 削進の途中、中心管内のターゲットを外部のトランシットで計測して削進方向に誤差を発見したときに、
    回転手段Ａによる取付板、埋設管の回転は継続したまま、回転手段Ｂの運転を停止して、排土オーガ、エアーハンマー、削進ビットの回転を止め、
    エアーハンマーを作動して削進ビットの衝撃力により地盤の削進を行ないつつ、削進ビットの先端面の傾斜により傾斜方向へ向かって削進する作用、または削進ビットの修正方向を中心として設定角度宛往復して正逆回転することにより修正方向に偏って削進する作用によって、削進方向を修正目的方向に修正し、それをターゲットとトランシットの計測で確認したのち、回転手段Ｂの運転を再開して再び正常の削進を行うようにし、
    また、回転手段Ｂの運転停止中は回転手段Ａによる埋設管の逆回転によって、埋設管内の排土を排土オーガの羽根に沿って後方移送し排出するようにしたことを特徴とする、
    請求項１の地盤の削進装置による削進工法。
12. 主として軟弱地盤を削進するとき、エアーハンマーの作動を停止し、回転手段Ａにより埋設管を正回転すると同時に、回転手段Ｂにより排土オーガ、エアーハンマー、削進ビットを回転し、推進架台で推進して削進して埋設管を埋設するようにしたことを特徴とする、
    請求項１の地盤の削進装置による削進工法。

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