JP4104340B2

JP4104340B2 - 管路推進装置

Info

Publication number: JP4104340B2
Application number: JP2002030920A
Authority: JP
Inventors: 邦彦有馬; 東吾佐藤
Original assignee: Airec Engineering Corp
Current assignee: Airec Engineering Corp
Priority date: 2002-02-07
Filing date: 2002-02-07
Publication date: 2008-06-18
Anticipated expiration: 2022-02-07
Also published as: JP2003232189A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は道路等の地面を開削することなく地中に通信用ケーブル、電線、上下水道管、ガス管等の挿通用の管路を構築する管路推進装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、通信ケーブル、電線、上下水道管、ガス管等を通す管路を地中に構築する場合、道路等の地面を開削して深い溝を作り、この溝に埋設管を埋め込むということが行われてきた。しかし、このような道路開削工法においては、交通を遮断しなければならず、道路状況に大きな影響を与えることがあるばかりか、掘削機械等で深い溝を掘ることにより生じる騒音や振動が生活環境に多大な影響を及ぼすという問題があった。そこで、近年においては、地面を開削することなく、地中に横向きのトンネルを掘り、このトンネル内に管路を形成する推進工法が開発され、実用化されている。
【０００３】
この推進工法の施行にあたっては、トンネルの一端部となる地面の一部分に発進立坑を、またトンネルの他端部に到達立坑をそれぞれ掘り、発進立坑内に先導体及び元押し装置を設置し、上記先導体をその先端部に設けられたカッタヘッドを駆動させながら元押し装置により押圧することで、地中を水平方向に掘進させる。上記先導体が所定のストロークだけ前進したら、この先導体の後端部に推進管を供給し、さらにこの推進管を元押し装置により押圧することで、上記先導体を推進管とともに前進させる。
【０００４】
このようにして、上記先導体の後部側に推進管を継ぎ足しながら先導体を到達立坑まで前進させ、地中に所定の管路を構築していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、沖積層や湖沼跡地盤などの極軟弱地盤において上記推進工法の施工をする場合、地盤が先導体の先端部に設けられたカッタヘッド及びこのカッタヘッドを駆動するために上記先導体の先端部側に搭載した駆動機構等の重量に耐え切れず、先導体の先端部が下方に傾斜する、所謂ノーズダウンを引き起こすことがある。先導体がノーズダウンを引き起こした状態で地中を掘進し続けると、構築される管路が推進方向に進むにつれて低くなるよう傾斜し、推進計画線からずれるという問題が生じていた。
【０００６】
そこで、上記問題を解決するために種々の方法、例えば、発進立坑と到達立坑との距離を短くし、一度の推進工法の施工において構築される管路と推進計画線とのずれを小さくする方法、上記推進工法を施工する前に地盤に薬液を注入し上記先導体がノーズダウンを起こさない程度に地盤を硬質化する方法、推進管を押し込むのに通常形成されるトンネルよりもやや大径のトンネルを堀り、構築される管路と推進計画線とのずれを推進管とこのトンネルとの間の空間に吸収させる方法などが用いられてきた。しかし、これらの方法にはコストが掛かりすぎたり、施工が大掛かりになるという問題があった。
【０００７】
また、曲線からなる推進計画線に沿って管路を形成する場合、上記先導体の推進方向を強制的に曲げる必要がある。そのような場合には、従来、上記先導体内に複数の油圧ジャッキを設け、これら油圧ジャッキをそれぞれ駆動することで、上記カッタヘッドの角度を変化させ、それによって先導体の推進方向を制御するようにしていた。しかしながら、この方法にも先導体の構成が複雑化するという問題があった。
【０００８】
この発明は、地中に高精度かつ簡単に管路を構築できる管路推進装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、地中を掘削する先導体の後端部に推進管を継ぎ足しながら、この推進管を元押し装置で押圧することで上記先導体を推進させ、地中に上記推進管を押し込んで埋設する管路推進装置において、上記先導体の外周部に一端部が接続された張力伝達材と、上記元押し装置に設けられるとともに上記張力伝達材の他端側に接続され、上記張力伝達材に与える張力の値を制御する張力制御手段を有する緊張手段と、上記張力伝達材の他端部に接続され上記張力伝達材を出入可能な巻取部と、上記張力伝達材の他端側の中途部に設けられ、上記張力伝達材を固定解除可能に形成されたグリッパと、このグリッパと上記緊張手段との間に設けられ、上記張力伝達材を弛張可能に形成された弛張機と、を備え、この緊張手段により上記張力伝達材に上記先導体の回転モーメントに基づいて所定の張力を与えることで、上記後端部と上記推進管との下端側の当接部の一点を支点として上記先導体の姿勢を調整することを特徴とする管路推進装置にある。
【００１３】
この発明によると、先導体の推進方向を容易かつ効果的に制御することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１〜図４はこの発明の第１の実施形態を示す。図１に示す１は通信ケーブル、電線、上下水道管、ガス管等を通す管路が構築される地山、２ａ及び２ｂはそれぞれ上記地山１に掘られた発進立坑及び到達立坑、３及び４はそれぞれ上記発進立坑２ａに設けられた支圧壁及び坑口壁、Ｌは上記管路を構築しようとする推進計画線である。
【００１５】
上記発進立坑２ａの内部にはこの発明の管路推進装置５が設置されている。この管路推進装置５は元押し装置６と先導体７とからなる。元押し装置６は、上記発進立坑２ａの底部に推進計画線Ｌに沿って設けられた平面ほぼ矩形状の架台１１を有する。この架台１１の上面の幅方向ほぼ中心部には長手方向に沿ってガイド部材１２が設けられ、長手方向一端部にはベース板１３がその一側面を上記支圧壁３に接合させるようにして設けられている。
【００１６】
このベース板１３の他側面には第１の油圧ジャッキ１４のシリンダ１４ａが固着されている。この第１の油圧ジャッキ１４には、図示しない駆動装置が接続されており、この駆動装置を作動することで、上記第１の油圧ジャッキ１４の駆動軸１４ｂを上記架台１１の長手方向、つまり、推進計画線Ｌに沿って進退駆動できるようになっている。
【００１７】
上記第１の油圧ジャッキ１４の駆動軸１４ｂの先端部には円板状の押輪１５がほぼ垂直に設けられている。この押輪１５は、その下部に形成された摺動部１５ａが上記ガイド部材１２と係合することで、ガイド部材１２の長手方向に沿ってスライド自在に支持されている。このように、上記押輪１５は上記ガイド部材１２にガイドされることで、上記推進計画線Ｌに沿って円滑に進退駆動されるようになっている。
【００１８】
上記押輪１５の上記第１の油圧ジャッキ１４と反対側の一側面には上記先導体７が着脱可能に接続されている。図２に示すように、上記先導体７は筒状体からなる先導筒体２１を有する。この先導筒体２１の先端部にはカッタヘッド２２が設けられており、内部の先端部側に搭載された油圧モータ２３を駆動することで、土砂を掘削できるようになっている。
【００１９】
つまり、上記先導体７はその先端部のカッタヘッド２２を駆動するとともに元押し装置６の押輪１５によって後端部を押圧されることで、推進計画線Ｌに沿って地中を掘進できるようになっている。
【００２０】
なお、上記カッタヘッド２２には図示しない噴出口が設けられており、この噴出口からは、地中を掘進する先導体７の先端部側に作泥材を供給できるようになっている。
【００２１】
図３に示すように、上記先導筒体２１の外周部には長手方向に沿って複数、この実施の形態では３つの排土溝２４が周方向に対してほぼ６０度の間隔で形成されている。なお、これら排土溝２４のうちの１つ（２４ａ）は上記先導体７の最上部に形成されている。
【００２２】
図２に示すように、上記各排土溝２４の中途部にはそれぞれ排土口２５が上記先導筒体２１の内側へ開口するように形成されている。各排土口２５には排土管２６の一端がそれぞれ接続されている。上記各排土管２６はそれぞれ圧送ポンプ２７を有しており、他端は地上に設けられた図示しない排土タンクに接続されている。
【００２３】
上記先導筒体２１の最上部に設定された排土溝２４ａには、排土口２４の後部側に、張力伝達材としてのワイヤ２９の一端がフック２８を介して接続されている。このワイヤ２９は中途部にグリッパ３０を有しており、他端部側は、図１に示すように上記発進立坑２ａ内に設けられた巻き取り部４１に巻き取られている。
【００２４】
図４に示すように、上記グリッパ３０には緊張ワイヤ３１の一端が接続されている。この緊張ワイヤ３１の他端は上記押輪１５の上部に設けられた緊張手段及び張力制御手段としてのバランサ３２に係合リング３３を介して接続されており、中途部には弛張機３４が設けられている。
【００２５】
上記バランサ３２はフレーム３５を有する。このフレーム３５は、平行に離間対向して配置された押圧板３６ａ及び上記係合リング３３を備えた引張り板３６ｂの四隅部をそれぞれ連結棒３７で連結することで、ほぼ矩形箱型に形成されており、上記各連結棒３７を上記押輪１５に穿設された通孔３８に挿通させることで、上記押輪１５にスライド自在に設けられている。
【００２６】
上記押輪１５と上記押圧板３６ａとの間には第２の油圧ジャッキ３９が設けられている。この第２の油圧ジャッキ３９のシリンダ３９ａは上記押輪１５の内側面に固着され、駆動軸３９ｂの先端部は上記押圧板３６ａの内側面に固着されている。
【００２７】
上記第２の油圧ジャッキ３９は図示しない圧力調整装置を備えている。この圧力調整装置は、上記先導体７の内部に設けられこの先導体７の姿勢を検出する図示しない姿勢センサに接続されており、上記駆動軸３９ｂに上記姿勢センサによって検出された先導体７の姿勢に応じた推進力を与えられるように上記シリンダ３９ａ内の油圧を制御するようになっている。
【００２８】
すなわち、上記バランサ３２は、上記姿勢センサと連動して引張り板３６ｂを介して上記ワイヤ２９及び緊張ワイヤ３１に所要の張力、すなわち、後述するように上記先導体７に生じる回転モーメントに抵抗する所要の荷重を与えられるようになっている。
【００２９】
なお、上記フレーム３５は、駆動軸３９ｂの最大伸長時において、上記押輪１５の一側面と上記引張り板３６ｂの内側面との間に所定の間隔が形成されるように設定されている。つまり、上記引張り板３６ｂと押輪１５とが干渉することで、上記駆動軸３９ｂの伸長駆動が妨げられないようになっている。
【００３０】
次に上記構成の管路推進装置５を使用する際の作用について説明する。
【００３１】
発進立坑２ａ内に上記管路推進装置５を設置したならば、ワイヤ２９の中途部がグリッパ３０にグリップされていることを確認するとともに弛張機３４により上記ワイヤ２９及び緊張ワイヤ３１の弛みを取り除く。次いで、上記先導体７の先端部に設けられたカッタヘッド２２を駆動するとともに、この先導体７の後端部を元押し装置６の押輪１５によって押圧する。それによって、図５に示すように、上記先導体７を推進計画線Ｌに沿って掘進させる。
【００３２】
上記先導体７が地中を上記第１の油圧ジャッキ１４のストロークのほぼ半分まで掘進したならば、上記グリッパ３０による上記ワイヤ２９のグリップを解除し、図６に示すように、この先導体７を上記押輪１５から分離して、先導体７の後部側に第１の推進管５３を供給する。そして、上記ワイヤ２９の中途部を上記グリッパ３０でグリップし、この第１の推進管５３を元押し装置６で押圧することで上記先導体７を第１の推進管５３とともに前進させる。
【００３３】
上記先導体７及び上記第１の推進管５３が地中を上記第１の油圧ジャッキ１４のストロークのほぼ半分まで前進したならば、上記グリッパ３０によるワイヤ２９のグリップを解除し、図７に示すように、上記第１の推進管５３の後端部を上記押輪１５から分離して、上記第１の推進管５３の後部側に第２の推進管５４を供給する。そして、上記ワイヤ２９の中途部を上記グリッパ３０でグリップし、この第２の推進管５４を上記元押し装置６で押圧する。
【００３４】
このようにして、上記先導体７の後部側に推進管を継ぎ足しながら、上記先導体７を推進計画線Ｌに沿って到達立坑２ｂまで前進させ、先導体７の後部側に継ぎ足される推進管で地中に所定の管路を構築する。
【００３５】
なお、上記推進管としては上記先導筒体２１の外径寸法よりやや小さな外径寸法を有するヒューム管等が用いられる。すなわち、上記先導体７が地中を掘進することで形成されるトンネル５１の内周面と各推進管の外周面との間には２０〜３０ｍｍ程度の掘削ボイド５２が形成される。
【００３６】
このとき、図５〜図８に示すように、上記先導体７は上記ワイヤ２９を上記巻き取り部４１から引き出しながら前進しており、この巻き取り部４１から引き出されたワイヤ２９は上記先導筒体２１の排土溝２４ａ及び推進管の外周部の掘削ボイド５２内を挿通している。
【００３７】
上記先導体７が地中を掘進するときは、上記カッタヘッド２２に設けられた図示しない噴出口からこの先導体７の先端部側に作泥材が供給される。それによって、上記カッタヘッド２２によって形成された掘削土砂は、上記作泥材と混合し止水性と流動性を備えた泥土となる。
【００３８】
この泥土化した掘削土砂の大半は、上記先導筒体２１の外周面に形成された排土溝２４内を移送され、その中途部に形成された排土口２５から先導筒体２１内に取り込まれる。上記先導筒体２１内に取り込まれた掘削土砂は、圧送ポンプ２７によって排土管２６を通じて地上に設けられた排土タンクに排出される。
【００３９】
上記泥土化した掘削土砂の一部は、上記排土溝２４内を先導筒体２１の後端部側まで移送され上記掘削ボイド５２内に流入する。それによって、上記各推進管の外周部は上記泥土によって充填されるから、地下水等が掘削ボイド５２内に浸入し難くなっている。
【００４０】
上記先導体７には、その先端部に設けられたカッタヘッド２２及び内部の先端部側に設けられた油圧モータ２３などの重量によって、図７に回転中心Ｐで示す点を中心とし、矢印Ｘで示す方向に回転しようとする回転モーメントが働く。通常、この回転モーメントは地盤反力によって支持されているが、軟弱地盤等において上記管路推進装置５を使用する場合には、地盤が上記重量に耐え切れず、先導体７がノーズダウンを引き起こす。
【００４１】
上記先導体７がノーズダウンを引き起こすと、上記バランサ３２によって上記ワイヤ２９及び緊張ワイヤ３１に上記先導体７に生じている回転モーメントに抵抗する所要の張力が与えられる。すなわち、上記先導体７には上記回転中心Ｐを中心とし、矢印Ｙで示す方向に回転しようとする対抗回転モーメントが働き、それによって、上記先導体７の先端部が上方に引き上げられる。
【００４２】
上記構成の管路推進装置５によれば、上記先導体７の姿勢を常に監視し、この先導体７がノーズダウンを引き起こすと上記ワイヤ２９に張力を与えて、その姿勢を補正するようになっている。そのため、極軟弱地盤においても、上記先導体７の推進方向を制御することができるから、管路を推進計画線Ｌに沿って正確に構築できる。
【００４３】
また、施工精度がよくなるため、長距離及び曲線の施工が可能となるばかりか、方向修正に要する時間が短縮されるため、工期の短縮が図れる。しかも、上記先導体７の外周部にワイヤ２９を接続し、このワイヤ２９に張力を与える機構を押輪１５に設けるだけでよく、特に上記先導体７の構成を変える必要がないため、低いコストで種々の先導体に適用することができる。さらに、上記管路推進工法の施工終了後に先導体７を撤去する際には、上記ワイヤ２９を容易に撤去することができる。
【００４４】
また、上記ワイヤ２９を上記先導体７の最上部に接続している。そのため、上記回転中心Ｐと上記先導体７の張力が与えられる作用点との距離が大きくなるから、上記先導体７をより小さな力で引き上げることができる。
【００４５】
さらに、上記ワイヤ２９は、上記先導体７の排土溝２４ａ及び上記掘削ボイド５２内を挿通するように設けられているため、上記ワイヤ２９は上記トンネル５１の内壁との摩擦で切断するのが防止されている。しかも、上記掘削ボイド５２には流動性を有する泥土が充填されるため、緊張時に上記ワイヤ２９にかかる抵抗が小さくなる。また、薬液注入等の地盤改良が不要となるため地下水等を汚染することがない。
【００４６】
図９と図１０はこの発明の第２の実施の形態を示す。この実施の形態は、上記先導体７の変形例であって、上記ワイヤ２９を上記先導体７の上部に形成された排土溝２４ａにだけではなく、３つの排土溝２４にそれぞれワイヤ２９の一端を接続したものである。
【００４７】
上記押輪１５の各ワイヤ２９と対応する位置にはそれぞれ上記バランサ３２が設けられており、これらバランサ３２には各ワイヤ２９の他端がそれぞれ接続されている。それによって、曲線からなる推進計画線に沿って管路を構築する場合にも、上記各バランサ３２によって各ワイヤ２９に与える張力の大きさを制御することで、上記先導体７の推進方向を自由かつ容易に変化させることができるから、管路を推進計画線に沿って正確かつ容易に構築することができる。
【００４８】
なお、上記管路推進装置５および管路推進工法は、作業者が入ることができない８００ｍｍ以下の小口径管の布設工事において、特に有効である。
【００４９】
【発明の効果】
この発明によれば先導体の姿勢を簡単に制御できるから、管路を推進計画線に沿って高精度に構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施の形態を示す概略図。
【図２】同実施の形態に係る先導体の概略図。
【図３】図２のＡ―Ａ線に沿った断面図。
【図４】バランサの構成図。
【図５】同実施の形態の管路推進装置を使用する際の第１の説明図。
【図６】同実施の形態の管路推進装置を使用する際の第２の説明図。
【図７】同実施の形態の管路推進装置を使用する際の第３の説明図。
【図８】同実施の形態の管路推進装置を使用する際の第４の説明図。
【図９】この発明の第２の実施の形態に係る先導体の概略図。
【図１０】図９のＢ−Ｂ線に沿った断面図。
【符号の説明】
５…管路推進装置
６…元押し装置
７…先導体
２９…ワイヤ
３２…バランサ

Claims

地中を掘削する先導体の後端部に推進管を継ぎ足しながら、この推進管を元押し装置で押圧することで上記先導体を推進させ、地中に上記推進管を押し込んで埋設する管路推進装置において、
上記先導体の外周部に一端部が接続された張力伝達材と、
上記元押し装置に設けられるとともに上記張力伝達材の他端側に接続され、上記張力伝達材に与える張力の値を制御する張力制御手段を有する緊張手段と、
上記張力伝達材の他端部に接続され上記張力伝達材を出入可能な巻取部と、
上記張力伝達材の他端側の中途部に設けられ、上記張力伝達材を固定解除可能に形成されたグリッパと、
このグリッパと上記緊張手段との間に設けられ、上記張力伝達材を弛張可能に形成された弛張機と、を備え、
この緊張手段により上記張力伝達材に上記先導体の回転モーメントに基づいて所定の張力を与えることで、上記後端部と上記推進管との下端側の当接部の一点を支点として上記先導体の姿勢を調整することを特徴とする管路推進装置。