JPH035595A - 二重管式地中掘削装置における外管周方向の位置検出用機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は水平推進工法、円弧推進工法等に用いられる二
重管式地中掘削装置における外管周方向の位置検出用機
構に関する。

〔従来の技術〕

ガス管、水道管等を埋設するに当り、非開削法によって
埋設管等を水平状或いは円弧状に掘削推進させる工法が
知られている。

この工法では、削進距離が長くなればなる程、削進方向
に誤差を生じ易く、このため削進途中において度々孔曲
り修正を行う必要がある。

この孔曲り修正方式として従来、 ■刃口とケーシングの間に複数の油圧ジヤツキを設けて
刃口の向きを変えて孔曲りを修正する方式 ■ケーシングの先端に孔曲りを検知する計器や刃口を揺
動させるジヤツキを組込んだパイロットヘッドで孔曲り
を修正する方式 ■先端にベンド部が形成されたダイナドリルを掘削用の
内管に挿入して内管先端から先行掘削し、しかる後この
ドリルに沿わせて内管及び外管を前進させることにより
孔曲り修正を行う方式 等が知られている。

しかし、上記■の方式では、長手方向に短い刃口を油圧
シリンダーで修正するため上圧によっては修正困難な場
合がある。また上記■の方式では、長いパイロットヘッ
ドであることから前記■の方式の問題は解決されるが、
パイロット管とパイロットヘッドがヒンジ組手で接続さ
れているために、刃口の受ける土圧により孔曲りを生じ
やすく、したがって頻繁に孔曲り修正を行う必要があり
、掘削能率を落とすことになる。しかも、この方式では
先端部に油圧シリンダー、曲り検知器、可動部があり、
特に長距離推進の場合、トラブルを起こし易いという問
題がある。さらにまた、上記■、■の方式はいずれも油
圧シリンダー等を使用しているため、その駆動用油圧ホ
ースも長距離推進の場合には長くなり、油圧洩れ等の事
故が発生すると、その復旧に多大の費用と日時を要する
。

また■の方式は修正作業の度にダイナトリ、ル挿脱等の
ツールの組み換えを行う必要があり、その作業が煩雑で
、また削進能率も低くならざるを得ない。

このような従来の装置に対して、本発明者等は、上述の
ような問題を生じることなく、しかも地盤の種類等に関
係なく削進方向の修正を適切に行うことができる装置を
新たに開発した。

この装置は、外管及び内管からなり、これら外管及び内
管を回転させながら先端ビットにより掘削を行う二重管
式の掘削装置であって、内管の先端に起倒可能なりトラ
クトピットを設けるとともに、外管先端側の管孔部を、
外管軸線に対し外管先端方向に向って傾斜状に偏芯させ
、外管の内側に位置した内管部位の外側周方向複数箇所
には、外管内面に当接すべき当接部を突設し、さらに外
管先端側には、前記管孔部偏芯方向と管径方向において
１８０’反対側の管外面部に、外管先端に向って外管軸
線方向に傾斜した傾斜面を設けたものである。

この装置は、偏芯した外管の管孔部に内管の当接部を位
置させて内管を修正方向に向けることにより方向修正を
行う機能と、外管を非回転の状態で押し込むことにより
外管の先端傾斜面で土壁の反力を受け、その力で外管を
曲げ方向修正を行う機能とを備えており、地盤の種類等
に応じて両機能を使い分は或いは併用して削進方向の修
正を行うものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

このような装置で削進方向の修正を行う場合、外管先端
の偏芯した管孔部を修正方向に向け、或いは外管先端の
、傾斜面を修正方向と反対方向に向ける、というように
、外管先端を周方向で位置調整する必要がある。

従来、例えば単管方式の掘削装置において、先端に方向
修正用の傾斜面をもつもの、或いは二重性方式において
、内管先端に傾斜面をもつもの等が知られているが、こ
れらの装置では、順次接続する管に、先行管のマークに
合せてポンチ等でマークを付け、管先端の周方向位置を
知るようにしている。

しかし、削進距離が長くなると管に捩れを生じるため、
上記のような方法では管周方向の精度良い角度検知は難
しい。

例えば、外径２８７　ｍ＋ｓの管を１７０ｍ前後推進さ
せた場合、外管先端と発進側とでは周方向で１５°の誤
差を生じてしまう。したがって、このような検出精度で
は、先端の傾斜面を修正方向に応じて周方向で正確に位
置決めすることは全く望めない。

本発明はこのような従来の問題に鑑みなされたもので、
先端ビットを備えた内管及び外管とからなり、先端部に
、上記傾斜面のような外管を周方向で位置調整すること
により任意な方向への削進方向修正が可能な方向修正機
構を備えた地中掘削装置において、外管先端部の周方向
の位置を簡単且つ確実に検出することができる構造の提
供をその目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

このため本発明は、内管先端側の内部に、圧送体の先端
が内管周方向の定位置で係合し得る受部を設け、内管の
外面及び外管の内面には、周方向において互いに係合し
得る位置決め用の突起を設けたものである。

〔作　　用〕

本発明によれば、まず削進開始に先立ち、外管先端の方
向修正機構（例えば傾斜面）を所定の向き（例えば下向
き）としておき、この状態で内管外面の突起を長手方向
で外管内面の突起位置に合わせた後、内管を特定方向（
例えば時計回り方向）に回転させてその突起を外管側の
突起と係合させる。次いで角度検出器を備えた圧送体を
内管内に送り込み、内管先端側の受部に圧送体の先端を
係合させる。圧送体は、周方向でどのような角度で送り
込まれても、内管周方向の定位置で受は部に対して係合
する。そして、この状態で、圧送体の角度検出器により
周方向の角度をｎ１定しておく。

圧送体を内管から取り出した後、内管及び外管を回転さ
せつつ推進させ、掘削を開始する。この掘削時には、内
管と外管の各突起部は管長手方向において異なる位置に
あり、互いに係合することはない。

掘削途中において削進方向の修正を行う場合には、削進
を止めた状態で内管を外管長手方向で移動させ、その突
起を外管側の突起の位置まで移動させる。次いで内管を
上述した特定の方向に回転させ、その突起を外管側の突
起と係合させる。この状態で角度検出器を備えた圧送体
を内管内に送り込み、その先端を内管先端部の受部に係
合させ、その時の周方向角度を検出する。ここで、圧送
体は周方向において常に定位置で受部に係合し、また内
管はその突起が外管の突起に係合し、前述した掘削前に
突起どうしを係合させた状態と、外管に対する周方向の
位置関係が同じであるため、前記角度検出器の検出角度
から、外管周方向の位置、換言すれば、外管先端傾斜面
等の方向修正機構の向きを知ることができる。

〔実　施　例〕

第１図ないし第６図は本発明の一実施例を示している。

掘削装置は外管１及び内管２からなり、これら外管及び
内管はその発進側の回転・推進装置により回転（通常、
反対方向に回転）せしめられつつ推進される。

前記外管１は、その先端側（図中、Ｌの範囲）の管孔部
３が、外管軸線Ａに対して外管先端方向に向って傾斜状
に偏芯している。図中、ａはこの管孔部の軸線である。

この軸線ａの外管軸線Ａに対する傾斜角度は通常数度程
度の大きさに構成される。

また、外管の先端側の外面には、前記管孔部３の偏芯方
向と１８０＠反対側に傾斜面９が設けられている。この
傾斜面９は外管先端に向って外管軸線方向に傾斜してお
り、本実施例では前記偏芯管孔部とほぼ同じ長さ（Ｌの
範（！ＩＩ＞に構成されている。この傾斜面９の外管軸
線に対する角度も、通常数度程度の大きさに構成される
。なお、この傾斜面９は必ずしも平面状である必要はな
く、長手方向の全部または一部を曲面状に構成してもよ
い。

また、外管内側に位置した内管部位の外側周方向複数箇
所には、外管内面に当接すべき当接部７が突設されてい
る。本装置では、排土が外管１と内管２との間隙Ｓを通
じて発進側に排出されるものであり、このため、前記当
接部７は、この排土用の間隙Ｓを塞がないよう内管周方
向で間隔的に設けられる。

上記構成において、外管１の偏芯した管孔部３と内管２
の当接部７とが第１の方向修正機能を、また外管１の傾
斜面９が第２の方向修正機能をそれぞれ果す。

以上のような構造において、前記当接部７後方の内管内
には、圧送されてきた圧送棒先端部を受は入れるための
受部１３が設けられている。この受部１３は、圧送棒先
端部を嵌挿させるための内管軸線に沿った小径孔であり
、その内面に長手方向に沿ったキー１４が突設されてい
る。本実施例では、受部１３は内管内に前記キー付きの
スリーブを嵌挿することにより構成されている。この受
部１３は、圧送体先端の構造と前記キー１４の作用とに
より、圧送棒先端部を常に内管周方向の定位置で係合さ
せることができる。

前記受部１３より後方の内管外面にはストッパたる突起
１５が設けられ、また、第１図に示す通常の掘削状態に
おいて、前記突起１５よりさらに後方の外管内面にも、
前記突起１５と係合し得る突起１６が設けられている。

第７図ないし第９図は、前記受部に係合すべき圧送体の
一実施例を示しており、このうち第７図及び第８図が圧
送時、第９図が引抜き時の状態を示している。

圧送体１７は、その中空筒状の本体部１８の先端に前記
礼状の受部１３に嵌挿すべきミュールシュー１９を備え
ている。このミュールシュー１９は先端側が筒状に構成
されるとともに、その先端が鋭角的な斜状に構成され、
さらに、該斜状面の最先端部と周方向で１８０＠反対側
の部位には、シュー長手方向に沿ったスリット状のキー
溝２０が形成されている。

前記本体部１８の中間部における外周には、ゴム等の弾
性体による受圧ピストン２１が設けられている。また、
この受圧ピストン２１前方の本体部には、外周にフリク
ションラバー２２を備えたスライド筒体２３が外嵌され
、該スライド筒体２３と本体部先端側の係止部２４との
間の本体部外側には、コイルスプリング２５が外挿され
ている。

また本体部１８の受圧ピストン後方位置と、前記スライ
ド筒体２３のスライド部位置には、本体内中空部に通じ
る通孔２８ａ　、　２８ｂが設けられ、また、前記スラ
イド筒体２３にも、該スライド筒体が前方にスライドし
た状態で前記通孔２６ｂを連通すべき通孔２７が設けら
れている。

そして、本体部１８の後方には、角度検出器（図示せず
）を内蔵した検出部２８が接続されている。

なお、この検出部２８のケーシングの外側には検出部を
管中心に保持するためのセントラライザー（図示せず）
が設けられている。

以上のような圧送体Ｉ７は、圧送時には、第７図に示す
ようにフリクションラバー２２の作用によってスライド
筒体２３が本体部先端側りに位置し、スライド筒体２３
が本体部の通孔２８ｂを塞ぐ。これによって圧送用の流
体は通孔を介して圧送体の前方に抜けることがなく、受
圧ピストン２１で受圧することができる。一方、圧送体
引抜き（回収）時には、第９図に示すようにフリクショ
ンラバー２２の作用によってスライド筒体２３がコイル
スプリング２５の弾性力に抗して本体部先端側りにスラ
イドし、その通孔２７と本体部側の通孔２６ｂとが連通
ずる。

これにより、圧送体前後の空間は本体部の内部を通じて
連通ずることになり、圧送体の引抜きを容品に行うこと
ができる。

なお、圧送体１７の後端には引抜き用のワイヤが接続さ
れており、内管に送り込まれた圧送体１７は、管発進側
でワイヤを巻取ることにより、発進側に引き出される。

なお、第１図中のその他の構成について説明すると、前
記内管２は、その最先端部にビット・４を有するととも
に、外管から突出すべき先端部の周方向複数箇所（本実
施例では３箇所）に起倒可能なりトラクトビット５を有
している。このリトラクトビット５は、スプリング（図
示せず）等の作用により内管軸線と直交する方向に起立
し、且つその作用に抗して内管先端方向に向って倒れ、
内管の収納部６内に収納されるようになっている。

このようにリトラクトビットを起倒−１能とすることに
より、掘削途中においても内管２を外管１から容易に抜
き出すことができる。なお、リトラクトビット５は、内
管の回転によりほぼ外管外径に相当する掘削孔を形成で
きるような長さを有している。

また内管２の先端には流体噴射ノズル８が設けられ、内
管内を通じて供給された水等の流体をこの噴射ノズル８
から掘削部に噴射するようにしている。

また、外管先端周方向の複数箇所には、ビット１２が設
けられている。

なお、本発明の機構において、圧送体の先端を内管周方
向の定位置で係合させるための受部及び圧送体先端部の
構造は、上記実施例に限定されるものではなく、他の適
宜な構造とすることができる。また、圧送体の全体的な
構造も上記実施例に限定されるものではない。

次に、以上述べた本発明の機構の使用法及び作用を説明
する。

削進開始に先立ち、基準角度の測定を行う。まず、外管
１の傾斜面９を所定の向き、例えば真下に向けた状態と
し、この状態で内管側の突起１５を長手方向で外管側の
突起１６の位置に合わせた後、内管２を特定の方向、例
えば時計回り方向に回転させ、第６図に示すようにその
突起１５を外管側の突起１６と係合させる。

次いで、角度検出器を備えた圧送体１７を内管２内に送
り込み、圧送体先端のミュールシュー１９を内管２の受
部に嵌挿させる。ミュールシュー１９は、その先端が斜
状に形成されているため、ミュールシュー１９が受部１
３内に周方向でどのような状態で進入しても、ミュール
シューの斜状先端面が受部１３内のキー１４に当接して
周方向でスライドし、そのキー溝２０が受部のキー１４
に係合する。

この状態で角度検出器による角度の検出が行われる。

圧送体１７を内管２から取り出し、内管２を外管１に対
して通常の掘削を行う位置におき、内管２及び外管１を
回転させつつ推進させることにより掘削を開始する。掘
削途中において、削進方向の修正を行う場合、削進を停
止した後、内管２を外管長手方向で移動させて、その突
起１５を外管１の突起１６の位置に合せる。次いで内管
２を掘削前に行ったと同じ方向に回転させ、その突起１
５を外管の突起１６と係合させる。しかる後、圧送体１
７を内管部に送り込み、そのミュールシュー１９を受部
１３に嵌挿、係合させ、角度検出器で周方向の角度を検
出する。

ここで、上記のように圧送体は、キー１４及びキー溝２
０の作用によって周方向において常に定位置で受部１３
に係合し、また突起１５．１６を係合させることによっ
て、内管は掘削開始前に基準角度のａｌ１１定を行った
状態と、外管１に対する周方向の位置関係が同じである
ため、角度検出器の検出角度から、外管１周方向の位置
、すなわち傾斜１ＩＩｌｉ９や偏芯した管孔部３の向き
を知ることができる。

なお、以上に第１図に示す掘削装置の使用法について説
明する。

通常の削進（直進掘り）を行う場合、内管２を外管１に
対し第１図中実線で示す位置、すなわち当接部７が偏芯
した管孔部３内方の非偏芯管孔部ｌＯの内面に当接する
ような位置におき、この状態で外管１及び内管２を回転
させつつ両管を推進させる。掘削部には内管２を通じて
水等の流体が供給され、スラリー化した排土は内管２と
外管１の間隙Ｓから取り込まれ、管の発進側に排出され
る。

掘削途中の任意の段階でジャイロ等による削進方向の検
出が行われ、方向に許容範囲を超える誤差が生じている
場合には、その段階で方向修正を行う。

第１０図（Ａ）〜（Ｄ）は、上記第１の方向修正機能に
より方向修正を行う場合を示している。

第１Ｏ図（Ａ）に示す通常の削進途中において削進方向
修正を行う場合、まず削進を中止して、ジャイロ等によ
り修正量とその方位を検出した後、上述した本発明の機
構により外管周方向の位置を検出し、外管１を、その偏
芯した管孔部３が修正すべき方向に向くよう周方向で位
置調整する。次いで、同図ＣＢ）に示すように内管２だ
けを回転させながら前進させ、その当接部７を管孔部３
の所定箇所に位置させる。ここで、当接部７が外管先端
に近い程、内容の変位量が大き（、大きな修正量が得ら
れるため、必要とする修正量に応じ当接部７の管孔部３
長手方向における位置が選択される。以上により内管２
の先端側は修正すべき方向に向けられることになる。

そして、このような長手方向における外管１と内管２と
の相対的位置関係を維持したまま、第１Ｏ図（Ｃ）に示
すように内管２及び外管１を回転させながら、両管を同
時に推進させる。これにより、内管２によって修正方向
に掘削孔１１が形成され、外管１は内管２に追従するよ
うにして上記掘削孔ＩＩに押し込まれていく。

このような方向修正のための所定長さの削進が完了した
後、第１Ｏ図（Ｄ）に示すように、外管］を内管２に対
して前進させるか、或いは内管２を外管１に対して後退
させることにより、内管２の当接部７を管孔部３の内方
の管内面ＩＯに当接させ、通常の削進を再開する。

また、第１１図（Ａ）及び（Ｂ）は、上記第２の方向修
正機能により方向修正を行う場合を示している。

この場合には、第１１図（Ａ）に示す状態で削進を中止
した後、上記と同様に修正量と方向を検出する。次いで
、上記と同様に外管周方向の位置を検出した後、外管１
の傾斜面９を修正すべき方位と外管径方向で反対方向に
向ける。そして、この状態で内管２を回転させ、外管１
を非回転の状態として両管を同時に推進させる。この推
進により、第１１図（Ｂ）に示すように、外管の傾斜面
９は土壁の反力を受け、外管１は内管２とともに傾斜面
つと反対方向にその向きが修正される。

また、上記第１の方向修正機能と第２の方向修正機能を
併用する場合には、第１０図（Ｃ）において、外管１を
非回転として両管を推進させるものであり、これにより
上述した２つの作用による方向修正が行われる。

上述した各方向修正機能の選択は、削進すべき地盤の種
類に応じて行われ、自立性地盤の場合には主として第１
の方向修正機能が、また、崩壊性地盤の場合には主とし
て第２の方向修正機能が用いられる。特に、第２の方向
修正機能は、崩壊性地盤において顕著な方向修正作用を
有する。本発明者等の実験によれば、外径２８５ｍｍの
サイズの外管を用い、管孔部３の外管軸線に対する角度
及び傾斜面９の角度を７″、管孔部３及び傾斜面９の長
さを５００ｍｍとした本掘削装置により、崩壊性地盤に
おいて方向修正（上方向への修正）を行ったところ、第
１の方向修正機能を用いた場合では、推進距離３ｍにつ
き外管が０．５艶上方に持ち上がっただけであるのに対
し、第２の方向修正機能を用いた場合には、同じ推進距
離で４ｃｍ上方に持ち上がることが確認された。このよ
うに第２の方向修正機能が崩壊性地盤において大きな効
果を発揮するのは、方向修正を外管自体を曲げることに
より行うため、修正時の押し込み力（上述した実験例の
場合、７　ｔｏｎ前後）を外管全体で受けることになり
、これによって押し込み時における土壁の崩壊が防止さ
れることによるためである。これに対し、内管先端に傾
斜面を有する従来装置や上述した第１の方向修正機能の
ように、内管を曲げ、外管をそれに追従させるようにし
た場合、修正時の押し込み力のほとんど総てを外管から
突出した内管先端部で受けることになり、このため、そ
の部分の土壁に内管から大きな力が作用して土壁崩壊が
生じ、内管が元の方向（修正前の方向）に戻されてしま
う。

なお、本掘削装置は、水平推進工法だけでなく管を円弧
状に推進させる円弧推進工法にも適用することができ、
この場合には、直進掘削と上記方向修正機能を用いて上
方へ方向修正する掘削とを交互に繰り返すことにより管
を円弧状に推進させる。

また、本掘削装置は、外管自体を埋設管とする工法、及
び外管をパイロット管として用い、削進到達側で外管に
拡孔ビットを接続し、拡孔ビットをその後部に埋設管を
連行させつつ外管により発進側に引き寄せるようにする
工法のいずれにも適用することができる。

なお、本発明の機構は、第１図に示すような装置に限ら
ず、二重答方式で先端に方向修正用機構を備えたあらゆ
る掘削装置に適用できる。例えば、第１図に示す装置に
おいて、外管先端の傾斜面９だけを有する掘削装置、或
いは偏芯した管孔部３だけを有する掘削装置にも適用で
きる。

〔発明の効果〕

以上述べた本発明によれば、掘削中における外管周方向
の位置を高精度且つ確実に検出することができるため、
削進管の方向修正を精度良く行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第６図は本発明の機構を有する掘削装置の
一実施例を示すもので、第１図は縦断面図、第２図は第
１図中■−■線に沿う断面図、第３図は第１図中■−■
線に沿う断面図、第４図は第１図中ＶＴ−Ｖｌ線に沿う
断面図、第５図は第１図中■−ｖ線に沿う断面図、第６
図は内管及び外管の各突起が係合した状態で示す断面図
である。第７図ないし第９図は角度検出器を備えた圧送
体の一例を示すもので、第７図は圧送時における縦断面
図、第８図は第７図中■−■線に沿う矢視図、第９図は
引抜き時における縦断面図である。第１０図＜Ａ）〜（
Ｄ）は第１図に示す掘削装置において第１の方向修正機
能を用いて方向修正を行う場合を段階的に示す説明図で
ある。第１１図（Ａ）及び（Ｂ）は同じく第２の方向修
正機能を用いて方向修正を行う場合を示す説明図である
。 図において、１は外管、２は内管、３は管孔部、５はリ
トラクトピット、７は当接部、９は傾斜面、１３は受部
、１４はキー、１５．１８は突起、１７は圧送体、１９
はミュールシュー、２０はキー溝である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 先端ビットを備えた内管及び外管とからなり、先端部に
   、外管を周方向で位置調整することにより任意な方向へ
   の削進方向修正が可能な方向修正機構を備えた地中掘削
   装置における外管周方向の位置検出機構において、内管
   先端側の内部に、圧送体の先端が内管周方向の定位置で
   係合し得る受部を設け、内管の外面及び外管の内面には
   、周方向において互いに係合し得る位置決め用の突起を
   設けたことを特徴とする二重管式地中掘削装置における
   外管周方向の位置検出用機構。