JPH0235116B2

JPH0235116B2 -

Info

Publication number: JPH0235116B2
Application number: JP57174673A
Authority: JP
Inventors: Tadao Watanabe
Original assignee: WATANABEGUMI KK
Current assignee: WATANABEGUMI KK
Priority date: 1982-10-06
Filing date: 1982-10-06
Publication date: 1990-08-08
Also published as: JPS5965199A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は小径管掘進装置に関する。

上下水道、ガス、電纜などのための小径管は、
従来は、地面に溝を掘つてその中に設置し、その
あと上から土などを被覆して埋設するのが普通で
あつた。

しかし、工事現場によつては、生活環境に支障
を与えるなどの理由から、地面に溝を掘ることが
できないことがある。また、交通障害が大きくな
るような現場の場合には、工事が著しく制限され
る。さらには、周辺地盤への影響や、地上の構造
物への影響等も考慮しなければならなかつた。こ
のように従来の小径管掘進装置には多くの不具合
があつた。

このため、圧密式小径孔穿設方法（例えば特開
昭50−26313号）などが提案された。しかし、圧
密式小径孔穿設方法は排土が操向装置の内部を通
過しないため推進抵抗が大きかつた。しかも、そ
の推進抵抗がすべて油圧シリンダーにかかつてい
た。このため、高出力の油圧シリンダを使用しな
ければならない欠点があつた。実際には高出力の
油圧シリンダーを使用したとしても正確な軌道修
正は難しかつた。

本発明者は、このような実情にかんがみて開削
不可能な場所でも小径管を正確に能率よく埋設す
ることができる小径管掘進装置を長年にわたつて
開発してきた。たとえば、特開昭54−91911号公
報に開示されているように、地中の予め決めた計
画線の方向に埋設小径管と同径の先導管およびそ
れに続く誘導管を掘進台で推進させ、かつ、先導
管の先端で掘削した排土を先導管および誘導管の
中に設けたスクリユーオーガーにより後方に搬送
し、しかも、先導管の前部と後部とを互いに球面
で可動に接合して前後部にそれぞれ枢支した複数
の油圧シリンダを作動させることにより先導管の
進行方向の修正を可能とし、さらに、掘進台の側
に設けたレーザ発光器からのレーザ光線を先導管
に設けた受光器で受けて、予め設定した計画線か
らのズレを検出し、その検出信号に基づいて先導
管の進路を軌道修正していく構成とした小径管埋
設装置を提案した。

この発明は、そのような小径管埋設装置をさら
に改良して、油圧シリンダにかかる荷重を極めて
小さなものにして余計な作動上の負担がかからな
いようにするとともに、多種多様なデータを考慮
に入れて先導管の進路を非常に正確に計画線に合
せて軌道修正できる小径管掘進装置を提供するこ
とを目的としている。

この目的を達成するために、本発明は、掘削用
の刃先を先端に設けていて円筒形の埋設管とほぼ
同じ外径を有し円筒形の内外管を一体構成にした
先導管と、該先導管を構成する互いに球面で可動
に接合した前部および後部と、前記先導管の進行
方向を修正するために前記前部および後部にそれ
ぞれ枢支されていて前記先導管の内外管の間にほ
ぼ等間隔に設けられた４本の油圧シリンダと、該
油圧シリンダにホースを介して接続されていて任
意の油圧シリンダを作動させるための電磁切換弁
と、該電磁切換弁を制御するための操作ボタン
と、該操作ボタン、前記電磁切換弁および前記ホ
ースを介して前記油圧シリンダに油圧を送るため
の油圧ポンプと、該油圧ポンプを駆動するモータ
と、前記先導管の内管中に回転自在に配置されて
いて前記刃先により掘削された排土を後方に搬送
するための先導管用のスクリユーオーガーと、前
記埋設管とほぼ同じ外径を有するとともに前記先
導管に連結されかつ相互にも連結されかつ円筒形
の内外管を一体構成にした所要数の誘導管と、該
誘導管の内管中に回転自在に設けられていて前記
先導管用のスクリユーオーガーに連結されるとと
もに相互にも連結されていて前記排土を後方に搬
送する誘導管用のスクリユーオーガーと、前記先
導管および前記誘導管を地中の予め決められた一
直線の計画線の方向に推進させるために発進用立
坑に設けられた掘進台と、該掘進台の側に設けら
れたレーザ発光器と、該レーザ発光器から前記計
画線の方向に発光されたレーザ光線を受けるよう
に前記先導管の内外管の間の光路に設けられた受
光器と、該受光器により受光される光線の変位を
写し出すシンクロスイープ（掃引）式の位置表示
器と、前記先導管の後部に設けらた傾斜計発信器
と、前記油圧シリンダの各々に対応して前記先導
管に設けられていて各油圧シリンダの制御量を検
出するためのポテンシヨメータと、前記位置表示
器に隣接した位置に配置されていて前記傾斜計発
信器からの信号によつて前記先導管の上下方向の
姿勢を表示する傾斜表示器と、同じく前記傾斜計
発信器からの信号によつて前記先導管のローリン
グ角を表示するローリング角表示器と、前記ポテ
ンシヨメータからの信号によつて各油圧シリンダ
の制御量を表示する制御量表示器を備え、前記傾
斜表示器、前記ローリング角表示器、前記制御量
表示器および前記位置表示器の表示内容に基づい
て前記掘進台の側で操作ボタンを操作することに
より前記先導管を前記一直線の計画線に沿つて直
進させる構成にするとともに、前記先導管の前部
と後部が接合する前記球面の長手方向の投影面積
が広くなるように前記球面の内径を前記球面の外
径のほぼ半分以下に形成して前記先導管の前部に
かかる長手方向の荷重を全て前記先導管の後部で
支える構成にしたことを特徴とする小径管掘進装
置を要旨としている。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施例を
説明する。

第１図を参照して、まず、本発明による小径管
掘進装置の動作原理の概略を説明する。地面１に
発進用の立坑２と到達用の立坑３を掘る。小径管
はこれらの２つの立坑２，３の間に一直線の計画
線に沿つて埋設する。発進用の立坑２の底には、
掘進台４を設ける。そして、この掘進台４の掘進
方向を正確に決めてから、まず、埋設用の小径管
とほぼ同じ外径の先導管５の掘進を開始する。先
導管５の掘進が所定のところまで進んだら、その
後は、誘導管６を継ぎ足していく。先導管５で掘
られた土は、先導管５の先端から内部に入つて、
先導管５および誘導管６の中をスクリユーオーガ
ー（後述する）で運ばれて発進用の立坑２のとこ
ろに出てくる。先導管５が到達用の立坑３に到達
したら、今度は、コンクリート管や鋼管などの小
径管を最後尾の誘導管６に接続し、掘進を続け
る。そのとき、到達用の立坑３では、次々に出て
くる誘導管６を回収する。そのような動作を続け
ていけば、最後には、誘導管６の全部が埋設用の
小径管に置き換えられる。

以上のようにして多数の小径管を埋設するので
あるが、その場合、一直線の計画線に沿つて正確
に埋設することが厳しく要求される。その要求を
満たすためには、先導管５を正確に計画線に合わ
せて直進させなければならない。

本発明による小径管掘進装置においては、レー
ザー光線の直進性を利用して、先導管５の推進方
向を非常に正確に制御できる。

第２図を参照して、本発明による小径管掘進装
置の概略を説明する。先導管５は、前部５ａと後
部５ｂとの接合部が互いに対応する球面５ｃに形
成されていて、前部５ａが後部５ｂに対してその
球面５ｃで回転可能になつている。図示例では、
前部５ａと後部５ｂとの間に４本の油圧シリンダ
７がほぼ等間隔に配置されて連結されている。油
圧装置８からの油圧によつて所望の任意の油圧シ
リンダ７を伸縮させ、それにより先導管５の前部
５ａの向きを変えるようになつている。たとえ
ば、制御装置９に設けた４つの操作ボタン１０の
うち上・下・左・右のいずれか１つ又は２つを動
かして、油圧装置８の油圧バルブ１１を選択的に
開閉して、油圧ポンプ１２からの油圧を所望の油
圧シリンダ７に送り、それにより、特定の油圧シ
リンダ７を作動させる。

ポテンシヨメータ１３は各油圧シリンダ７に対
応して設けてあり、その検出信号が制御装置９の
制御量表示器１４に送られ、そこに制御量が表示
される。図には、上方への制御量が1.23mmとして
表示されている。ポテンシヨメータ１３により先
導管５の進行が電気的に制御され、上下左右のバ
ランスを保ちながら高い方向精度を与える。

他方、発進用の立坑２の側には、たとえば掘進
台４の一部にレーザー発光器１５を設ける。この
レーザー発光器１５としては、He−Neガスレー
ザー装置などを使用できる。レーザー発光器１５
からの光線の進路は埋設小径管の計画線に合わせ
て設定する。

また、先導管５の一部に受光器１６を設ける。
この受光器１６はレーザー発光器１５からの光線
を受けて、その信号を制御装置９のシンクロスイ
ープ変換器１７に送り、先導管５と計画線とのズ
レをたとえば点Ｐとして位置表示器１８に表示す
る。

オペレータは、位置表示器１８および制御量表
示器１４と、後述する傾斜表示器３９およびロー
リング角表示器４０とを注視しながら、操作ボタ
ン１０を動かして、先導管５の推進路を軌道修正
していく。

先導管５の上下方向の姿勢及びローリング角を
測定する傾斜計発信器３８を先導管５の後部５ｂ
に設ける。傾斜計発信器３８からの信号は制御装
置９に送る。先導管５の上下方向の姿勢は傾斜表
示器３９に例えば百分率で表示する。傾斜表示器
３９の表示は先導管５の上下方向のみの姿勢を表
わす。そして、先導管５のローリング角はローリ
ング角表示器４０に表示する。

先導管５は計画線を中心にしてローリングしな
いことが望ましいが、実際には、先導管５は掘進
中にわずかにローリングすることが多い。先導管
５がローリングすると、位置表示器１８には先導
管５のローリング角を含んだズレが表示される。
そこで、ローリング角を傾斜計発信器３８で測定
してローリング角表示器４０に表示し、それを知
ることによつて位置表示器１８に表示されたズレ
を補正して、より正確な位置制御を行う。

また、傾斜表示器３９で先導管５の上下方向の
姿勢を知ることによつて適切な制御量を決めるこ
とができ、厳密な軌道修正をすることができる。

第３図を参照して、掘進台４の一例を説明す
る。ベース４ａの両側に２つの案内体４ｂ，４ｃ
が平行に配置してあり、それに沿つて押進板４ｄ
が移動できるようになつている。この押進板４ｄ
にはプランジヤ（図示せず）が連結してあり、押
進板４ｄを油圧の力で押し進める。そうすること
により、先導管５の掘進が行われる。掘進台４に
は、先導管５や誘導管６のスクリユーオーガー
（後述する）を回転させるためのプランジヤーモ
ータ（図示せず）も設けられている。また、誘導
管６を掘進開始前に計画線に正確に合わせてセツ
トするための微調整装置（図示せず）も備えてい
る。その他油圧ホースなども収容できるようにな
つているが、図の簡略化のために図示を省略し
た。

第４図〜第８図を参照して、先導管の一例を詳
細に説明する。

第４図はその半分が断面図になつている。すで
に説明したように、前部５ａと後部５ｂは球面５
ｃで回転可能に接合されている。たとえば、鎖線
Ｘのところまで回動すれば、その分だけ先導管５
は上方に向かつて推進するようになる。前部５ａ
の回転中心は点Ｏで示されている。そのように前
部５ａを回動させるのは複数の油圧シリンダ７で
ある。この図示例には、上下左右の４か所に油圧
シリンダ７が等間隔に前部５ａと後部５ｂにそれ
ぞれ枢支してあるが、図には１つを代表的に示し
た。

先導管５および誘導管６はほぼ全体が円筒形の
内外管によつて二重構造に構成してある。先導管
の内部は円筒状の空間５ｄになつており、そこに
スクリユーオーガー２０が回転自在に配設してあ
る。スクリユー２０ａが回転軸２０ｂに固定して
ある。先導管５の先端に設けた掘削用の刃先２２
の間を通つて矢印Ｙ方向から入つてきた掘進排土
は、スクリユーオーガー２０により後方へ移送さ
れる。

前部５ａと後部５ｂとが接触する球面５ｃの長
手方向の投影面積は、第８図に示すように、でき
るだけ広く形成して前部５ａにかかる長手方向の
荷重を全て後部５ｂで支えるようにする。球面５
ｃの内径R₂は、外径R₁のほぼ半分以下に形成す
る。

第７図は前部５ａの一例を示す部分断面図で、
第８図は第７図に示す前部５ａの球面５ｃを示す
正面図である。

尚、５ｅは油圧シリンダ７のロツドを通すため
の貫通孔、５ｆは油圧シリンダ７のロツドを連結
するための貫通孔である。

第５図と第６図は先導管５の後端部を示してい
る。先導管５の内外管の間には受光器１６が固定
してある。レーザー光線は、発進用の立坑２（第
１図）に配置したレーザー発光器１５（第２図）
から発せられ、途中、誘導管６の光路を通つて、
この受光器１６に到る。また、スクリユーオーガ
ー２０の回転軸２０ｂの後端２０ｃは、誘導管６
のスクリユーオーガーの回転軸の先端に連絡す
る。

油圧ホースや電気ケーブルなどは、図示例で
は、先導管５も誘導管６も、レーザー光線の進路
の両側付近に配備してある。第６図でいえば、受
光器１６の両側部分２２，２３のところである。

なお、第６図には、スクリユーオーガー２０の
図示が省略してある。

第９図は誘導管の一例を示す。誘導管６は推力
の伝達、直進保持および掘進排土の搬出が主な役
目である。その外径は埋設小径管の外径と同じに
なつている。これにより、埋設完了後の沈下・陥
没を防ぐことができる。また、誘導管６は内外管
による二重構造になつていて、中間にレーザー光
線用の通路２５が設けてあり、内部空間６ａには
スクリユーオーガー２６が回転自在に設けてあ
る。スクリユーオーガー２６の一端には、先導管
５と同じオスの連結部２６ａが形成してあり、他
端にはメスの連結部２６ｂが形成してある。これ
により、先導管５および誘導管６のスクリユーオ
ーガーの推力の伝達を可能とする。

先導管５の前部５ａの制御について、第１０
図、第１１図を参照して、以下に詳しく説明す
る。

前述のように、先導管５の前部５ａと後部５ｂ
の間には４本の油圧シリンダ７−１，７−２，７
−３，７−４が連結されている。第１０図は第２
図に示す先導管５のＡ−Ａ断面図である。第１０
図ではスクリユーオーガー２０の図示は省略して
ある。先導管５の前部５ａの制御は上下の油圧シ
リンダ７−１，７−３と左右の油圧シリンダ７−
２，７−４の２方向の組合せで行う。

先導管５が計画線よりも下方及び右方にズレて
いる場合は、次のようにして制御する。

まず、４つの操作ボタン１０のうち「上」のボ
タンを押す。すると、電磁切換弁３０が作動し、
符号３０ａで示す油圧回路が開になる。そうする
と、ホース３２から油圧シリンダ７−１及び７−
３に油が送られ、一方の油圧シリンダ７−１のロ
ツドは引込み、他方の油圧シリンダ７−３のロツ
ドは伸びる。こうして前部５ａは少しずつ上方を
向くようになり、先導管５は少しずつ上方に進
む。油はホース３３を通つて油タンク３６へ戻
る。このとき、電磁切換弁３１は作動していない
ので、油圧シリンダ７−２および７−４は動かな
い。従つて、油圧シリンダ７−２および７−４は
前部５ａが上を向くときの支点になる。

なお、３７は油圧ポンプ１２を駆動するモータ
である。

次に４つの操作ボタン１０のうち「左」のボタ
ンを押すと、電磁切換弁３１が作動し、符号３１
ａで示す油圧回路が開となる。そうすると、ホー
ス３４から油圧シリンダ７−２及び７−４に油が
送られ、油圧シリンダ７−２のロツドが引込み、
油圧シリンダ７−４のロツドは伸びる。こうして
前部５ａは少しずつ左方を向くようになり、先導
管５は少しずつ左方へ進む。油はホース３５を通
つて油タンク３６へ戻る。このとき、電磁切換弁
３０は作動しないので、油圧シリンダ７−１およ
び７−３は動かない。従つて、油圧シリンダ７−
１および７−３は前部５ａが左を向くときの支点
になる。

この一連の制御動作によつて先導管５はあらゆ
る向きに方向修正することができる。また、各油
圧シリンダの制御量も任意に変えることができ
る。

本発明による小径管掘進装置は以上のように構
成されているので、工事公害（交通障害、騒音、
振動等）による環境破壊を最小限にくいとめるこ
とができ、しかも、周辺地盤への悪影響も皆無で
ある。さらに、地上に構造物が存在していても、
その下で施工が可能なため、人家密集地、狭い道
路等、開削不可能な地域では抜群の威力を発揮で
きる。

特に、本発明によれば、レーザ光線によつて極
めて正確に設定された一直線の計画線に沿つて多
種多様な生のデータに基づいて即時に推進路を軌
道修正できるので、地中の計画線近くに既存の埋
設物があつても、それを確実に避けて、正確に所
定の場所に小径管を埋設できる。しかも、先導管
の前部と後部とが接合する球面の長手方向の投影
面積を広くするように球面の内径を球面の外径の
ほぼ半分以下に形成して先導管の前部にかかる長
手方向の荷重を全て先導管の後部で支える構成に
したので、各油圧シリンダにかかる荷重は極めて
小さく、各油圧シリンダには余計な作動上の負担
がかからないため、先導管の方向修正を非常に迅
速かつ精密に行えるという顕著な効果が得られ
る。

さらに詳しくいえば、位置表示器、傾斜表示
器、ローリング角表示器および制御量表示器の表
示内容に基づいて逐一４本の油圧シリンダの各々
の適切な制御量を決めて各油圧シリンダを制御
し、予め設定した一直線の計画線に合せて先導管
の進路を極めて正確に軌道修正していくことがで
きる。先導管の前部にかかる長手方向の荷重が油
圧シリンダに影響することがほとんどないので、
位置表示器、傾斜表示器、ローリング角表示器お
よび制御量表示器の表示内容に基づいて各油圧シ
リンダを正確に所望の制御量分だけスムーズかつ
的確に作動させて先導管の進路を軌道修正でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による小径管掘進装置の動作原
理を簡単に示した図、第２図は本発明装置の概略
を示した説明図、第３図は掘進台に先導管を設定
した状態を示す概略斜面図、第４図は先導管の先
端部分を示した部分断面図、第５図は先導管の後
端部分を示した部分断面図、第６図は先導管の後
端部分を示す端面図、第７図は先導管の前部を示
す部分断面図、第８図は第７図に示す前部の球面
を示す正面図、第９図は誘導管を示す部分断面
図、第１０図は第２図に示す先導管のＡ−Ａ断面
図、第１１図は先導管の制御に使用する油圧回路
図である。２……発進用の立坑、３……到達用の立坑、４
……掘進台、５……先導管、５ａ……前部、５ｂ
……後部、５ｃ……球面、６……誘導管、７……
油圧シリンダ、８……油圧装置、９……制御装
置、１５……レーザー発光器、１６……受光器、
２０……スクリユーオーガー、２２……掘削用刃
先。３０，３１……電磁切換弁、３２，３３，３
４，３５……ホース、３６……油タンク、３７…
…モータ、３８……傾斜計発信器、３９……傾斜
表示器、４０……ローリング角表示器。

Claims

【特許請求の範囲】

１掘削用の刃先を先端に設けていて円筒形の埋
設管とほぼ同じ外径を有し円筒形の内外管を一体
構成にした先導管と、該先導管を構成する互いに
球面で可動に接合した前部および後部と、前記先
導管の進行方向を修正するために前記前部および
後部にそれぞれ枢支されていて前記先導管の内外
管の間にほぼ等間隔に設けられた４本の油圧シリ
ンダと、該油圧シリンダにホースを介して接続さ
れていて任意の油圧シリンダを作動させるための
電磁切換弁と、該電磁切換弁を制御するための操
作ボタンと、該操作ボタン、前記電磁切換弁およ
び前記ホースを介して前記油圧シリンダに油圧を
送るための油圧ポンプと、該油圧ポンプを駆動す
るモータと、前記先導管の内管中に回転自在に配
置されていて前記刃先により掘削された排土を後
方に搬送するための先導管用のスクリユーオーガ
ーと、前記埋設管とほぼ同じ外径を有するととも
に前記先導管に連結されかつ相互にも連結されか
つ円筒形の内外管を一体構成にした所要数の誘導
管と、該誘導管の内管中に回転自在に設けられて
いて前記先導管用のスクリユーオーガーに連結さ
れるとともに相互にも連結されていて前記排土を
後方に搬送する誘導管用のスクリユーオーガー
と、前記先導管および前記誘導管を地中の予め決
められた一直線の計画線の方向に推進させるため
に発進用立坑に設けられた掘進台と、該掘進台の
側に設けられたレーザ発光器と、該レーザ発光器
から前記計画線の方向に発光されたレーザ光線を
受けるように前記先導管の内外管の間の光路に設
けられた受光器と、該受光器により受光される光
線の変位を写し出すシンクロスイープ（掃引）式
の位置表示器と、前記先導管の後部に設けらた傾
斜計発信器と、前記油圧シリンダの各々に対応し
て前記先導管に設けられていて各油圧シリンダの
制御量を検出するためのポテンシヨメータと、前
記位置表示器に隣接した位置に配置されていて前
記傾斜計発信器からの信号によつて前記先導管の
上下方向の姿勢を表示する傾斜表示器と、同じく
前記傾斜計発信器からの信号によつて前記先導管
のローリング角を表示するローリング角表示器
と、前記ポテンシヨメータからの信号によつて各
油圧シリンダの制御量を表示する制御量表示器を
備え、前記傾斜表示器、前記ローリング角表示
器、前記制御量表示器および前記位置表示器の表
示内容に基づいて前記掘進台の側で操作ボタンを
操作することにより前記先導管を前記一直線の計
画線に沿つて直進させる構成にするとともに、前
記先導管の前部と後部が接合する前記球面の長手
方向の投影面積が広くなるように前記球面の内径
を前記球面の外径のほぼ半分以下に形成して前記
先導管の前部にかかる長手方向の荷重を全て前記
先導管の後部で支える構成にしたことを特徴とす
る小径管掘進装置。