JP7492411B2

JP7492411B2 - 地中空洞部に対応した小口径推進工法及び小口径推進装置

Info

Publication number: JP7492411B2
Application number: JP2020150038A
Authority: JP
Inventors: 正浩吉本; 克晴佐藤; 奈保美菊池; 昌之井口; 正行露崎
Original assignee: Tokyo Electric Power Co Inc; Tokyo Electric Power Co Holdings Inc
Current assignee: Tokyo Electric Power Co Holdings Inc
Priority date: 2020-09-07
Filing date: 2020-09-07
Publication date: 2024-05-29
Anticipated expiration: 2040-09-07
Also published as: JP2022044422A

Description

特許法第３０条第２項適用発行日：２０２０年８月１日刊行物名：令和２年度土木学会全国大会第７５回年次学術講演会［講演概要集］発行者：公益社団法人土木学会公開者：井口昌之（株式会社関電工内）内藤元昭（株式会社関電工内）露崎正行（露崎工業株式会社内）岡田公彦（株式会社立花マテリアル内）

この発明は、地中への小口径推進工法において、予期していない地中の空洞部に遭遇した際、当該空洞部に充填材を吐出して空洞部を塞ぎ、推進させる、地中空洞部に対応した小口径推進工法及び小口径推進装置に関するものである。

従来、地中への小口径管路の推進工事に際しては、施工前に地上から埋設調査や空洞調査をしているが、深層部や埋設物の下部は、確認することが非常に困難である。

地中に空洞部や軟弱地盤が見つかった場合、地上部から空洞箇所まで掘削または地上部から空洞部まで削孔し、特許文献１に示すように、地上で作成した補修用材を空洞部に充填している。

この様にして、地中の空洞部や軟弱地盤に補修用材を充填した後に、小口径管路の推進工事を行う。

特許第３７３２４２７号公報

しかしながら、上記方法では小口径管路を埋設する箇所の地中調査又は空洞調査を行い、空洞部があった場合に当該空洞部に補修材を注入、充填して空洞部を塞ぎ、その後に小口径管路を埋設する工事を行うという、極めて手間がかかり、工期の長く、費用の高い工事を余儀なくされていた。

そこで、この発明は上述の課題を解決するため、推進工法の施工中において、地中を掘削している最中に空洞部を検出し、空洞部を検出した場合にその場で充填材を吐出して空洞部を埋め、その後推進工事を再開させ、これにより工期を短縮させ、工事コストを抑える等効率のよい工事が可能な地中空洞部に対応した小口径推進工法及びその装置を提供することを目的としたものである。

請求項１の発明は、掘削した発進立坑から、先端ヘッドの先端が傾斜面となっている小口径推進装置の先端ヘッド及びこれに続く布設管を土中に回転させながら押し込む推進工法において、前記先端ヘッドの傾斜面の後部にカメラ、照明具、充填材吐出口を設け、さらに、前記傾斜面に土圧検出センサを設けた小口径推進装置の先端ヘッドを土中に推進させ、前記カメラにより推進前方の地中の撮影と、前記土圧検出センサの土圧検出により空洞部を検出し、空洞部が検出された際、推進を止め、前記充填材吐出口から前記空洞部内に充填材を注入して前記空洞部を埋め、充填材が固化した後、前記先端ヘッド及び布設管を土中に推進させる、地中空洞部に対応した小口径推進工法とした。

また、請求項２の発明は、前記充填材は瞬結型の２液混合タイプのものとした、請求項１に記載の地中空洞部に対応した小口径推進工法とした。

請求項３の発明は、掘削した発進立坑から先端ヘッドの先端が傾斜面となっている小口径推進装置の先端ヘッド及びこれに続く布設管を土中に回転させながら押し込む小口径推進装置において、前記先端ヘッドの傾斜面の後部又は傾斜面の後部を削ってできた垂直面にカメラ、照明具、充填材吐出口を夫々設け、さらに、前記傾斜面に土圧検出センサを設けた、小口径推進装置とした。

また、請求項４の発明は、前記カメラと照明具の設置位置を前記傾斜面の後部において離れて設けた、請求項３に記載の小口径推進装置とした。

また、請求項５の発明は、前記充填材吐出口と土圧検出センサの設置位置を離れて設けた、請求項３又は４に記載の小口径推進装置とした。

また、請求項６の発明は、前記カメラ、照明具、充填材吐出口の前方の傾斜面又は当該傾斜面を削ってできた水平面に、カメラ洗浄ノズル、照明具洗浄ノズル及び充填材吐出口洗浄ノズルを夫々設けた、請求項３～５のいずれかに記載の小口径推進装置とした。

請求項１及び３の発明によれば、小口径推進工事において、事前の地中の空洞部等の調査や空洞部への充填材の注入、充填工事が不要となり、これらの工事のための装置の搬入等も不要となり、工期が短縮されると共に、工事費用が低減する等、効率の良い工事が可能となった。しかも、埋設された小口径管路の周囲に空洞部がなくなり、地中で埋設管路が安定する。

また、請求項２の発明によれば、空洞部に充填する充填材は瞬結型の２液混合タイプであるため、空洞部に注入後、数時間後に固まり、推進工事を早い時期に再開できる。しかも、推進ヘッドの吐出口までは固まらずに搬送できる。

また、請求項４の発明によれば、カメラと照明具との間を離して設けているため、照明具の光がカメラ前面の保護ガラスに当たらず、先端ヘッドの前方の地中を映すことができる。カメラと照明具とが近接していると、カメラ保護ガラスへ照明具からの光が反射し、空洞部の視認ができない。

また、請求項５の発明によれば、充填材吐出口と土圧検出センサの設置位置を離すことにより土圧を誤検知する可能性を低減した。

また、請求項６の発明によれば、カメラ、照明具、充填材吐出口の前方の傾斜面に、カメラ洗浄ノズル、照明具洗浄ノズル及び充填材吐出口洗浄ノズルを夫々設けているため、これらを水で洗浄することにより土砂の付着による各機能の低下を回復できる。

この発明の実施の形態例１の小口径推進装置の先端ヘッドの斜視図である。この発明の実施の形態例１の小口径推進装置の先端ヘッドの断面側面図である。この発明の実施の形態例１の小口径推進装置の前面図である。この発明の実施の形態例１の小口径推進装置の先端ヘッドの、図２におけるＸ－Ｘ線断面図である。この発明の実施の形態例１の小口径推進装置の使用状態を示す断面図である。この発明の実施の形態例１の小口径推進装置を使用する地中の断面図である。

（実施の形態例１）
この発明の実施の形態例１の小口径推進装置Ａを図１～図５に基づいて説明する。

この小口径推進装置Ａは、図５に示すように、地中に掘った立坑１内にベースマシン２を載置、固定し、当該ベースマシン２の押圧装置２ａの先端部に、先端に先端ヘッド３を接続した布設管４の後部を嵌め、当該先端ヘッド３及びこれに続く布設管４を回転させながら、前記押圧装置２ａにより先端ヘッド３及び布設管４を土中に押圧推進させ、推進に伴って布設管４を立坑１内で継ぎ足して行くものである。

当該先端ヘッド３の先端面は斜めに切断された傾斜面５を有し、当該傾斜面５の後部上部を垂直に切り落として垂直面６を形成し、当該垂直面６の中央部に充填材吐出口７その左右に照明具８及びＣＣＤカメラ９を設けている。この様に照明具８とＣＣＤカメラ９を離して設けているのは、両者が近い位置にあると照明具８の光がＣＣＤカメラ９の前面の保護ガラスに反射してしまい、カメラで前方を撮影できないためである。

また、前記垂直面６の前方に、垂直面６に続き水平面１０を設け、当該水平面１０に、前記充填材吐出口７、照明具８及びＣＣＤカメラ９に夫々相応する位置に凹部１１を設けて当該各凹部１１内に充填材吐出口洗浄ノズル１２、照明具洗浄ノズル１３及びカメラ洗浄ノズル１４を設けている。

これらの充填材吐出口洗浄ノズル１２、照明具洗浄ノズル１３及びカメラ洗浄ノズル１４から、前記充填材吐出口７、照明具８及びＣＣＤカメラ９に水を噴射させて、洗浄するようになっている。従って、これらの充填材吐出口７、照明具８及びＣＣＤカメラ９の前面が土砂で塞がれて夫々の機能が低下するのを防ぐ。

また、前記傾斜面５には土圧検出センサであるダイヤフラム１５が設けられ、当該ダイヤフラム１５の裏面から先端ヘッド３内部に伸びた土圧検出ロッド１６の他端が同じく先端ヘッド３内部に設けた土圧検出スイッチ１７に接続されている。この土圧検出スイッチ１７は、先端ヘッド３の傾斜面５に土砂があるときは当該土砂の土圧を前記ダイヤフラム１５で検出し、警報が鳴り（オン）、空洞部に達した時点で土圧を検出せず、警報が止まる（オフ）ようになっている。

また、前記充填材吐出口７から出てくる充填材は硬化後に掘進を再開することから、再施工可能な条件である一軸圧縮強度０．５Ｎ／ｍｍ^２程度となる、粉末粘土に水とセメント及び混和剤から成る材料と珪酸ソーダを２ショットで混錬する瞬結型充填材を使用する。

従って、図２に示すように、先端ヘッド３の充填材吐出口７の手前まで粉末粘土に水とセメント及び混和剤から成る材料を配管１８で搬送し、珪酸ソーダは配管１９で搬送して、充填材吐出口７の手前でこれらを混錬して充填材吐出口７から外部に吐出する構成となっている。

また、前記充填材吐出口７と土圧検出センサのダイヤフラム１５とは離れた位置に設けている。これも両者が近い位置にあると、充填材の吐出圧をダイヤフラム１５で誤検知してしますおそれを回避するためである。

また、前記充填材吐出口洗浄ノズル１２、照明具洗浄ノズル１３及びカメラ洗浄ノズル１４には、夫々布設管４内を通した配管から洗浄水が供給されている。

また、図２において先端ヘッド３の中心軸位置にターゲット２０が設けられている。このターゲット２０を使って、先端ヘッド３の向きを検出し、先端ヘッド３を回転させて前記傾斜面５の向きを変えて推進の方向修正を行う。

以上の構成の小口径推進装置Ａを使用して布設管４を土中に掘進させていくには、図５に示すように、立坑１のベースマシン２の押圧装置２ａの先端部に、先端に先端ヘッド３を接続した布設管４の後部を把持し、当該先端ヘッド３及びこれに続く布設管４を回転させながら、前記押圧装置２ａにより先端ヘッド３及び布設管４を土中に押圧推進させて行く。

この様な推進工事において、図６に示すように、土中の空洞部Ｂに先端ヘッド３が到達すると、前記ＣＣＤカメラ９により空洞部Ｂを視認できる。これは照明具８の光で空洞部Ｂが照らされ、これを前記ＣＣＤカメラ９で撮影し、立坑１内又は地上のモニタに前記カメラの画像を映して作業者が確認する。また、これと同時に土圧検出スイッチ１７による警報が止む。

この様に空洞部Ｂの確認をすると、作業者は小口径推進装置Ａの運転を止め、立坑１又は地上から充填材を配管１８及び１９を通して先端ヘッド３まで搬送し、充填材吐出口７の手前で粉末粘土に水とセメント及び混和剤から成る材料と珪酸ソーダを２ショットで混錬する。そしてこれを充填材吐出口７から空洞部Ｂ内に注入、充填する。また、前記充填材吐出口７には一定時間毎に充填材吐出口洗浄ノズル１２から洗浄水をかけて吐出口が塞がらないように洗浄する。

前記空洞部Ｂへの充填材の充填が終わると、数時間充填材の硬化を待つ。そして一定時間後に再び小口径推進装置Ａを稼働させると、硬化した充填材の土圧により前記土圧検出スイッチ１７がオンとなり警報が鳴る。これにより充填材が硬化していることが分かり、推進工事を再開させる。また、前記警報が鳴らない場合は前記充填材の硬化が未だされていないことが分かり、硬化を待つこととなる。

この様にして、推進工事の途中で空洞部Ｂに遭遇しても、当該空洞部Ｂを充填材で埋めて推進工事を進めることができる。

なお、上記実施の形態例１では、充填材を具体的に示しているが、再施工可能な条件である一軸圧縮強度が０．１５Ｎ／ｍｍ^２～０．５５Ｎ／ｍｍ^２の範囲であれば他のものでもよい。

また、上記実施の形態例１では、照明具８とＣＣＤカメラ９を離して設けているが、この構成はこの発明の必須要件ではない。また、充填材吐出口７とダイヤフラム１５の位置構成も同様に必須要件ではない。

また、上記実施の形態例１では先端ヘッド３の傾斜面５の後部を削って垂直面６及び水平面１０とし、前記垂直面６に充填材吐出口７、照明具８及びＣＣＤカメラ９を設け、前記水平面１０に凹部１１を設けてこれらの凹部１１に充填材吐出口洗浄ノズル１２、照明具洗浄ノズル１３及びカメラ洗浄ノズル１４を設けたが、これらの垂直面６及び水平面１０を設けずに、傾斜面５の後部に充填材吐出口７、照明具８及びＣＣＤカメラ９を、また、これらの前方の傾斜面５に充填材吐出口洗浄ノズル１２、照明具洗浄ノズル１３及びカメラ洗浄ノズル１４を夫々設けてもよい。

Ａ小口径推進装置Ｂ空洞部
１立坑２ベースマシン
２ａ押圧装置３先端ヘッド
４布設管５傾斜面
６垂直面７充填材吐出口
８照明具９ＣＣＤカメラ
１０水平面１１凹部
１２充填材吐出口洗浄ノズル１３照明具洗浄ノズル
１４カメラ洗浄ノズル１５ダイヤフラム
１６土圧検出ロッド１７土圧検出スイッチ
１８配管１９配管
２０ターゲット

Claims

掘削した発進立坑から、先端ヘッドの先端が傾斜面となっている小口径推進装置の先端ヘッド及びこれに続く布設管を土中に回転させながら押し込む推進工法において、
前記先端ヘッドの傾斜面の後部にカメラ、照明具、充填材吐出口を設け、さらに、前記傾斜面に土圧検出センサを設けた小口径推進装置の先端ヘッドを土中に推進させ、前記カメラにより推進前方の地中の撮影と、前記土圧検出センサの土圧検出により空洞部を検出し、空洞部が検出された際、推進を止め、前記充填材吐出口から前記空洞部内に充填材を注入して前記空洞部を埋め、充填材が固化した後、前記先端ヘッド及び布設管を土中に推進させることを特徴とする、地中空洞部に対応した小口径推進工法。
前記充填材は瞬結型の２液混合タイプのものとしたことを特徴とする、請求項１に記載の地中空洞部に対応した小口径推進工法。
掘削した立坑から先端ヘッドの先端が傾斜面となっている小口径推進装置の先端ヘッド及びこれに続く布設管を土中に回転させながら押し込む小口径推進装置において、
前記先端ヘッドの傾斜面の後部又は傾斜面の後部を削ってできた垂直面にカメラ、照明具、充填材吐出口を夫々設け、さらに、前記傾斜面に土圧検出センサを設けたことを特徴とする、小口径推進装置。
前記カメラと照明具の設置位置を前記傾斜面の後部において離れて設けたことを特徴とする、請求項３に記載の小口径推進装置。
前記充填材吐出口と土圧検出センサの設置位置を離れて設けたことを特徴とする、請求項３又は４に記載の小口径推進装置。
前記カメラ、照明具、充填材吐出口の前方の傾斜面又は当該傾斜面を削ってできた水平面に、カメラ洗浄ノズル、照明具洗浄ノズル及び充填材吐出口洗浄ノズルを夫々設けたことを特徴とする、請求項３～５のいずれかに記載の小口径推進装置。