JP4383305B2 - 小口径トンネルを形成するために地中を推進される装置及びこれを用いた推進方法 - Google Patents

Description

本発明は、上下水道用管、通信回線設置用管、ガス管等の敷設管を地中に設置するために設けられる小口径トンネル、より詳細には、地中に設けられた立て坑から地中を直線的に伸び、続いて地上に向けて曲線的に延びる小口径トンネルを形成するために地中を推進される装置及びその推進方法に関する。

従来、このような小口径トンネルを形成するための装置として、継ぎ足し可能の複数の管部からなる真っ直ぐなパイロット管と、直列に配置されかつ複数の水平軸線の周りにそれぞれ揺動可能に互いに連結された複数のロッド部からなるロッドと、前記パイロット管内に配置されかつ前記ロッドの先端部に前記水平軸線と平行な軸線の周りに揺動可能に取り付けられたヘッドであって前記推進の方向における前方から後方に向けて傾斜する下面を有するヘッドとを含むものが提案されている。
特開平１１−１１７６７４号公報

これによれば、立て坑から前記パイロット管とその内部のロッドとを地中に推進することにより前記パイロット管の推進跡に直線的なトンネル部分が形成される。その後、前記ロッドをそのロッド部を継ぎ足しながらその先端部のカッタヘッドを先頭に前記パイロット管外に推進される。このとき、前記カッタヘッドがその下面における地盤からの反力を受け、このために地中を斜め上方に向けて曲線状に推進され、前記ロッドはそのロッド部分が水平軸線の周りの揺動により前記カッタヘッドに追随する。その結果、前記ロッドの推進跡に地上に向けて伸びる曲線状のトンネル部分が形成される。

前記カッタヘッドは前記パイロット管の推進を継続することにより地上に到達し、前記立て坑から地上に伸びる前記直線状及び曲線状に伸びる両トンネル部分からなる小口径トンネルが形成される。その後、前記小口径トンネルへの埋設管の設置のため、地上で前記カッタヘッドを取り外し、代わりに、前記ロッドの先端部に前記埋設管を接続し、前記立て坑に前記ロッドと前記パイロット管とを引き寄せ、これらの一部を前記立て坑内で分解し撤去する。その結果、前記小口径トンネル内に前記埋設管が引き込まれ、設置される。

ところで、前記従来の例にあっては、前記パイロット管が前記ロッドのほかこれよりも大きい直径を有するカッタヘッドをも収容する必要があることから、その直径を大きいものに設定することを余儀なくされる。このため、前記パイロット管の地中推進及び引き抜き時の摩擦力に抗する多大の動力を必要とし、また、このような大きい動力を発揮し得る大型の推進装置及び引き抜き装置と、これらを収容するための大きな立て坑とを必要とする。

本発明は、このような小口径トンネルを形成するための設備の小形化に資する推進置及び推進方法を提供することにある。

本発明は、地中に設けられた立て坑から地中を直線的に伸び、続いて地上に向けて曲線的に延びる小口径トンネルを形成するために用いら推進装置に係り、直列に配置されかつ複数の水平軸を介してそれぞれ揺動可能に互いに連結された複数の管部からなるパイロット管と、該パイロット管の先端部に前記水平軸と平行な水平軸の周りに揺動可能に取り付けられたヘッドであって前記推進の方向における前方から後方に向けて傾斜する下面を有するヘッドと、前記パイロット管内にその長手方向へ移動可能に配置された真っ直ぐなロッドであって、継ぎ足し可能の複数のロッド部からなるロッドとを含む。

また、トンネルの掘削方法に係る本発明は、地中に設けられた立て坑から、前記トンネル掘削装置のヘッドを先頭に前記パイロット管及びその内部の前記ロッドの双方を地中に推進すること、次に、前記トンネル掘削装置のパイロット管のみを推進し、これにより前記パイロット管を地上に到達させることを含む。その後、地上で前記ヘッドを前記パイロット管から取り外し、地中に敷設予定の管を前記パイロット管の先端部に接続し、前記パイロット管及び前記ロッドを前記立て坑に向けて引き、次いで、前記立て坑から前記パイロット管の一部及び前記ロッドの一部を撤去するものとすることができる。

本発明によれば、前記小口径トンネルは、立て坑から、トンネル掘削装置のヘッドを先頭にパイロット管及びその内部のロッドの双方を地中に推進した後、前記パイロット管のみを地中に推進し、これにより前記パイロット管を地上に到達させることにより掘削することができる。また、前記小口径トンネルの形成後、地上で前記ヘッドを前記パイロット管から取り外して該パイロット管の先端部に敷設予定管を接続し、前記パイロット管及び前記ロッドを前記立て坑に向けて引き、前記立て坑から前記パイロット管の一部及び前記ロッドの一部を順次撤去することにより、前記小口径トンネル内に管を敷設することができる。

本発明にあっては、前記ヘッドが前記パイロット管の先端部に取り付けられている。このことから、従来の例におけるパイロット管によるヘッドの収容及びこれに伴うパイロット管の大径化を回避することができ、これにより前記パイロット管の地中推進抵抗及び引き抜き抵抗をより小さいものとすることができ、したがって、前記パイロット管の推進には比較的小型の推進装置及び引き抜き装置で足り、これらを収容するための小さい立て坑の準備で足りるものとすることができる。

また、前記ロッドは前記パイロット管内にあってその内部でのみ推進及び引き抜きの動作が行われることから、パイロット管外に推進される従来の例と比べて、前記ロッドの推進抵抗及び引き抜き抵抗を大幅に低減することができる。

図１及び図２を参照すると、比較的小口径のトンネル（図示せず）を形成するための推進装置が全体に符号１０で示されている。

前記小口径トンネルは、地中１２に設けられた立て坑（図示せず）から、推進装置１０（より詳細には後記ロッド２２が収容されたパイロット管１８）を地中１２に推進することにより形成される（図３〜図５参照）。このようにして形成される前記小口径トンネルは、前記立て坑から地中１２を直線的に伸び、続いて地上１４に向けて曲線的に伸びている。

前記小口径トンネルには、上下水道管、通信回線用管、ガス管等の敷設管１６（図５）が設置される。

敷設管１６の設置は、前記小口径トンネル内に敷設管１６を引き込むことにより行われる。この引き込みは、推進装置１０に敷設管１６を接続して、前記小口径トンネルから推進装置１０を引き抜くこと、すなわち掘削装置１０を前記立て坑に向けて逆方向へ移動させることにより行うことができる。

推進装置１０は、パイロット管１８と、該パイロット管の先端部（推進方向（図３に矢印Ａで示す方向）における前方（図上左方）の端部）に取り付けられたヘッド２０と、パイロット管１８内にその長手方向へ移動可能に配置されたロッド２２（図２）とを含む。

パイロット管１８は複数の管部２４，２６からなる。これらの管部２４，２６は直列に配置され、かつ複数の水平軸２８を介してそれぞれ揺動可能に互いに連結され、各管部２４，２６は各水平軸２８の周りに揺動可能である。

図示の例では、管部２４，２６は異なる縦断面形状を有し、交互に配置されかつ互いに嵌合状態におかれている。一方の管部２４は単一の管部からなる。これに対し、他方の管部２６は互いに嵌合するように配置された２つの管部からなり、これらの両管部は複数のボルト３０により互いに固定されている。

いずれの管部２４，２６も、ロッド２２の直径よりわずかに大きい内径を有する、前記ロッドのための案内面３２を備える。ロッド２２はこれらの案内面３２に沿ってパイロット管１８内をその軸線方向へ滑動可能である。

ヘッド２０は、パイロット管１８の先端部を規定する管部２４に嵌合されかつ水平軸２８と平行な他の水平軸３４を介して管部２４に取り付けられている。このため、ヘッド２０は水平軸３４の周りに揺動可能である。ここで、ヘッド２０の揺動可能の範囲すなわち揺動角度と、パイロット管の各管部２４，２６の揺動角度とは同一に設定されている。前記揺動角度は、前記小口径トンネルにおける曲線部分の曲がりの程度に合わせて予め所定の値に設定される。

ヘッド２０は推進装置１０の推進方向における前方から後方に向けて下方へ傾斜する下面３６を有する。傾斜面からなるヘッドの下面３６は、パイロット管１８が方向Ａに推進されるとき、地盤から水平方向の推進抵抗力を受けるところ、その分力の一つである上方向力のためにパイロット管１８に対して水平軸３４の周りに（図上と径方向へ）揺動することができる。なお、ヘッド２０の先端には推進の際に地中の砂礫を押し退け、砕くための複数のビット３８が取り付けられている。

他方、パイロット管１８内に配置されたロッド２２は複数の継ぎ足し可能のロッド部４０からなる。互いに隣接する２つのロッド部４０相互の継ぎ足し及び後記取り外しのため、図示の例におけるように、一方（前方）のロッド部４４の後端の内周面及び他方（後方）のロッド部４４の前端の外周面に、それぞれ、互いに螺合可能のねじ溝及びねじ山が設けられている。ロッド部４４相互の連結のためには図示の例に代えて他の公知の連結手段を適用することができる。

ロッド２２はこれを受け入れたパイロット管１８の一部をなす一部の複数の管部２４，２６がこれらの水平軸２８の周りに揺動することを阻止し、これにより管部２４，２６が直線状に伸びる状態を維持する作用をなす。

推進装置１０は、前記立て坑内に設置された液圧ジャッキのような動力源（図示せず）を作動させることにより、初め、ヘッド２０を先頭に地中に水平方向へ真っ直ぐに推進される。この推進のため、前記動力源から、パイロット管１８の後端及びその内部に配置されたロッド２２の後端とに同時に推力を及ぼす。更なる推進のため、前記立て坑内でパイロット管１８には管部２４，２６が、またロッド２２にはロッド部４０が順次に継ぎ足される。

この真っ直ぐな推進の際、ロッド２２は、その前端部４２（図３）がパイロット管１８の前端部を規定する管部２４内に位置するように、パイロット管１８内に維持される。その結果、推進の間、パイロット管１８はヘッド２０の揺動の有無に拘わらず直線状を維持され、前記小口径トンネルの直線部分が形成される。

前記小口径トンネルの直線部分の形成後、パイロット管１８の推進のみを継続し、その内部のロッド２２の推進を停止する。いうまでもなく、この後は、パイロット管１８の推進のためにその管部２４，２６の継ぎ足しは行われるが、ロッド２２のロッド部４０の継ぎ足しは行われない。その結果、ロッド２２による直線性維持の拘束を解かれた、ロッド２２から先の部分であるパイロット管１８の一部がヘッド２０に追随して揺動し、その推進方向が地上１４へと向けられ、前記小口径トンネルの曲線部分が形成される（図４）。

パイロット管１８のみの推進は、埋設管１６の前記小口径トンネル内への設置のため、その先端部の一部とヘッド２０とが地上に到達又は出現するまで行うことが好ましい。

その後、地上で、パイロット管１８からヘッド２０を取り外し、パイロット管１８に埋設管１６を取り付ける。図示の例では、さらに、パイロット管１８の先端部を規定する１つの管部２４をも取り外し、埋設管１６が接続された管状の連結部材４４を水平軸３４を介して管部２６に揺動可能に連結する。連結部材４４に対する埋設管１６の接続及びその取り外しのため、例えば、図５に示すように、連結部材４４の先端部の外周面にねじ山を設け、かつ該ねじ山に螺合可能である、埋設管１６の先端部の内周面にねじ溝を設けることができる。

その後、前記立て坑内の動力源を利用して、逆に、パイロット管１８とロッド２２とを前記立て坑に向けて引く。このとき、前記立て坑内に引き戻されたパイロット管１８の一部である管部２４，２６と、ロッド２２のロッド部４０とのそれぞれの取り外し後、すなわち一方（前方）の管部からの他方（後方）の管部の連結解除、及び一方（前方）のロッド部からの他方（後方）のロッド部の連結解除の後、取り外した管部及びロッド部を前記立て坑外に撤去する。その結果、パイロット管１８の推進跡である前記小口径トンネル内に埋設管１６が引き込まれ、設置される。すなわち、前記小口径トンネル内のパイロット管１８が埋設管１６に置き換えられる。なお、管部２４，２６内を滑動可能に配置されているロッド部４０は、前記動力源に代えて、人力により引き戻すことも可能である。

本発明にあっては、ロッド２２がパイロット管１８内にあって外部に露出していないことから、地盤に対するロッド２２の摩擦抵抗を考慮する必要がなく、このため、ロッド２２は比較的小さい力で推進し及び引き戻すことができる。

また、パイロット管１８はその先端部に取り付けられていることから、従来のようなヘッドの収容に伴う必要以上の外径増大の要請、すなわち埋設管１６の外径を超える外径の設定の要請がない。このため、パイロット管１８の外径を埋設管１６の外径とほぼ同一とすることができ、これにより、地盤に対する接触面積を小さくし、その推進及びその引き戻し時における抵抗を低減することができる。

本発明に係る推進装置の部分側面図である。 推進装置の部分縦断面図である。 地中における直線的推進時の推進装置の部分縦断面図である。 地中における曲線的推進時の推進装置の部分縦断面図である。 地上に到達した時における推進装置の部分縦断面図である。

符号の説明

１０ 推進装置
１６ 敷設管
１８，２４，２６ パイロット管及びその管部
２０，３６ ヘッド及びその下面
２２，４０ ロッド及びそのロッド部
２８，３４ 水平軸

Claims (3)

1. 地中に設けられた立て坑から地中を直線的に伸び、続いて地上に向けて曲線的に延びる小口径トンネルを形成するために地中を推進される装置であって、
   直列に配置されかつ複数の水平軸を介してそれぞれ揺動可能に互いに連結された複数の管部からなるパイロット管と、
   該パイロット管の先端部に前記水平軸と平行な水平軸を介して揺動可能に取り付けられたヘッドであって前記推進の方向における前方から後方に向けて傾斜する下面を有するヘッドと、
   前記パイロット管内にその長手方向へ移動可能に配置された真っ直ぐなロッドであって、継ぎ足し可能の複数のロッド部からなるロッドとを含む、地中推進装置。
2. 地中に設けられた立て坑から、請求項１に記載の地中推進装置のヘッドを先頭に前記パイロット管及びその内部の前記ロッドの双方を地中に推進すること、次に、
   前記地中推進装置のパイロット管のみを推進し、これにより前記パイロット管を地上に到達させることを含む、地中推進方法。
3. その後、地上で前記カッタヘッドを前記パイロット管から取り外すこと、
   地中に敷設予定の管を前記パイロット管の先端部に接続すること、
   前記パイロット管及び前記ロッドを前記立て坑に向けて引くこと、
   次いで、前記立て坑から前記パイロット管の一部及び前記ロッドの一部を撤去することを含む、地中推進方法。
   

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