JPH0953388A - 管推進埋設装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 地盤掘削中の方向修正を迅速に且つ高精度に
行なう。 【解決手段】 先頭掘削管（１）の前面にハンマーヘッ
ド（４）を配置し、このハンマーヘッド（４）を先頭掘
削管（１）内のエアハンマー（３）で往復駆動すると共
に、回転駆動機構（２）で軸線（Ｘ−Ｘ）を中心として
回転させながら地盤を掘削する。方向修正時には、油圧
シリンダ等からなる揺動機構（５）でエアハンマー
（３）の外周面を所定方向に押圧し、エアハンマー
（３）及びハンマーヘッド（４）を軸線（Ｘ−Ｘ）を通
る任意の直径方向に揺動させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、道路、電鉄軌道、
堤防、水路等の下方地盤等に上下水道や通信用等の管路
を形成するための管推進埋設装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】地中に塩化ビニール管や鋼管等を埋設す
るための施工法として推進埋設工法がある。この工法
は、竪坑の側壁から先頭掘削管を土中にほぼ水平に挿入
して掘削を行い、先頭掘削管を推進させつつこれに連結
した後続の管を順次孔に挿入することにより、地盤を開
削することなく管を埋設しようとするものである。

【０００３】この推進埋設工法における一般的な掘削方
法としては、先頭掘削管の前面に多数のドリルビットを
取り付け、先頭掘削管に回転力を与えて地盤を掘削する
構造が考えられるが、この構造では、特に岩盤等の硬質
岩盤や多くの岩石を含む地盤を掘削する際にビットの損
耗が激しくなり、能率的な掘削が行なえない欠点があ
る。そこで、このような硬質地盤等では、先頭掘削管に
エアハンマーを取り付け、ハンマーの打撃力で岩盤を破
砕しながら前進するハンマー式の掘削管が広く使用され
ている。

【０００４】ところで、長距離の掘削中には、土質の変
化等により掘削方向が予期しない方向に傾く場合があ
り、また作業者の意思で掘削方向を任意の方向に変更し
なければならない場合もある。従って、先頭掘削管は、
その推進方向を自由に修正できるよう構成するのが望ま
しいが、ハンマー式では、その構造上、方向修正機能を
付加するのは困難であり、かかる機能を有する先頭掘削
管はほとんど見受けられないのが実状である。

【０００５】この点に鑑み、本出願人は、先に平成６年
９月２８日付けで提出した特許出願「削進用先導管装
置」にて、方向修正を可能としたハンマー式の先導管装
置（先頭掘削管）を提案している。この装置は、「先導
管の内部に、先導管の前面に露出し且つ先導管の外径を
越えて半径方向に突出する部分を有する第１ハンマーヘ
ッドを具備した第１ハンマー装置と、先導管の前面に露
出する第２ハンマーヘッドを具備した第２ハンマー装置
とを取り付けた」ものである。

【０００６】この装置によれば、第１ハンマーヘッドが
先導管の外径を越える突出部分で地盤を余分に掘削する
ため、先導管はこの余分掘削方向に曲がりやすくなる。
従って、第１ハンマーヘッドを、先導管をその軸線を中
心として小刻みに揺動させながら衝打し、且つ、第１ハ
ンマーヘッドが担当できない部分を第２ハンマーヘッド
でカバーしつつ掘削すれば、先導管の削進方向を任意の
向きに修正することが可能となる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この方
向修正機構は、先導管の全周のうち一部の範囲内の地盤
を他の部分よりも過剰に掘削すれば、先導管がその方向
に曲がり易くなる点を利用した、いわば間接的な方向修
正法にすぎない。そのため、実際の掘削方向は、掘削方
向の修正信号が送出されてからワンテンポ遅れて変化す
る傾向にあり、また、高精度の方向修正は行なえない欠
点がある。

【０００８】さらに、二つのエアハンマーを必要とする
ことから構造的に複雑であり、製作コストが高騰する点
が問題となる。

【０００９】また、従来装置は、発進竪坑に設置した回
転駆動源で先導管の後方に連結した多数の埋設用管体を
回転させ、これにより先導管全体を回転させて両ハンマ
ーヘッドを揺動させる構造である。すなわち、埋設用管
体は、回転トルクの伝達部材としての役割を果たしてい
る。そのため、管体同士の連結部は、回転時の過大な捻
りモーメントに耐え得るよう溶接等の強固な固定手段で
連結しなければならないが、これでは、先導管の推進に
伴って後続の管体を継ぎ足す際に煩雑な作業（溶接等）
が必要となり、作業能率が低下して工期が著しく長期化
する。この問題は、特に長距離の管埋設を行なう際によ
り一層顕著となる。

【００１０】また、上述の装置に限らず、ハンマー式の
先頭掘削管に共通する問題であるが、粘土層等の軟質地
盤中ではハンマーが地盤を押し固めるだけであり、削進
できないという問題がある。従って、掘削中に地盤が硬
質地盤から軟質地盤に変化した場合には、一旦先頭掘削
管を後退させて孔から抜き取り、先頭掘削管を軟質地盤
用のものに交換した後、再び孔に挿入して掘削を開始し
なければならず、作業が著しく煩雑化する。

【００１１】さらに、ハンマーヘッドで破砕した岩石等
は、先頭掘削管及び後続の管体内に配置した排土機構で
発進竪坑に排土する必要があるが、破砕が不十分である
場合には、比較的大きな破砕片が排土機構内で詰まって
排土機能を阻害するおそれもある。

【００１２】そこで、本発明は、以下の点を目的とす
る。

【００１３】 方向修正を直接的且つ迅速に行い、高
精度の方向修正を可能とする。

【００１４】 構造をシンプルにして製作コストを低
減させる。

【００１５】 後続の埋設用管体を簡易な連結構造で
接続可能とする。

【００１６】 軟質地盤、硬質地盤を問わずあらゆる
地盤において、１台の装置で掘削推進可能とする。

【００１７】 掘削土砂による排土経路の閉塞を防止
して安定した排土機能を得る。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明では以下の構成を採用する。

【００１９】 先頭掘削管と、先頭掘削管の前面に当
該先頭掘削管と同軸配置されたハンマーヘッドと、先頭
掘削管の内部に揺動可能に支持され、ハンマーヘッドを
往復駆動する一つの往復駆動源と、先頭掘削管の内部に
配置され、往復駆動源及びハンマーヘッドを軸線を中心
として回転させる回転駆動機構と、往復駆動源及びハン
マーヘッドを任意の直径方向に揺動させる揺動機構とで
管推進埋設装置を構成する。

【００２０】このように、往復駆動源でハンマーヘッド
を往復移動させつつ回転駆動機構で往復駆動源及びハン
マーヘッドを回転させると、地盤が衝打されると共に、
剪断されて細かく破砕される。揺動機構で往復駆動源及
びハンマーヘッドを軸線を通る任意の直径方向に揺動さ
せると、ハンマーヘッドの衝打方向が変化する（衝打方
向は、先頭掘削管の軸線と交差する方向となる）。従っ
て、ハンマーヘッドを先頭掘削管の前面に露出させてお
けば、ハンマーヘッドの衝打方向の変化により、先頭掘
削管の推進方向を直接的に変化させることができ、従来
の間接的な方向修正に比べて迅速且つ高精度な方向修正
が可能となる。ちなみに、従来装置では、方向修正中も
ハンマーヘッドの衝打方向が先頭掘削管の軸線と平行で
あるために、方向修正に時間がかかり高精度の方向修正
は期待できない。

【００２１】また、一つの往復駆動源でも方向修正が可
能となるので、２つのエアハンマーを必要とする従来装
置に比べて構造を簡素化し、製作コストの高騰を抑制す
ることができる。

【００２２】さらに、ハンマーヘッドを、先頭掘削管の
内部に配置した回転駆動機構で回転駆動する構造であ
り、先頭掘削管自体は回転しない。従って、後続の埋設
用管体も非回転とすることができる。そのため、管体に
作用する捻りモーメントを考慮する必要はなく、管体同
士の連結部を剛性の低い簡易な連結構造とすることが可
能である。

【００２３】 ハンマーヘッドの前面に、略半径方向
に向けて連続的に延びる掘削刃を設ける。これにより、
ハンマーヘッドの回転時には、この掘削刃が地盤を削り
取るような作用を呈するので、軟質地盤中でも削進可能
となる。

【００２４】 先頭掘削管の内部で且つハンマーヘッ
ドの背後に隔壁を設けてハンマーヘッドの背後面との間
に破砕空間を形成し、隔壁の前面及びこれに対向するハ
ンマーヘッドの背後面に複数の破砕ビットを取り付け
る。これにより、ハンマーヘッドにより破砕されて破砕
空間に入った破砕片は、ハンマーヘッドの後退時に互い
に接近する両破砕ビットに挟まれてさらに細かく破砕さ
れる。また、ハンマーヘッドの回転動作により、両破砕
ビットに挟まれた破砕片に剪断力が作用するのでより確
実に破砕される。以上により、掘削土砂が十分に細かく
破砕されるので、大きな破砕片等による排土機構の詰ま
りを防止して安定した排土機能を維持することが可能と
なる。

【００２５】 また、往復駆動源をエアハンマーと
し、ハンマーヘッドの前面に半径方向の排土溝を設ける
と共に、この排土溝と破砕空間とを連通する軸方向の排
土溝をハンマーヘッドの外周面に設け、半径方向の排土
溝の内径側にエアハンマーから排出された使用済みのエ
アを導入する導気孔を設ける。これにより、ハンマーヘ
ッドによって破砕された掘削土砂は、半径方向の排土溝
に入ったところで、導気孔からの使用済みエアによって
軸方向の排土溝、さらには破砕空間まで吹き飛ばされ
る。従って、掘削土砂をスムーズに且つ確実に破砕空間
に移送することができる。

【００２６】 ハンマーヘッドの前面を、その中心部
を陥没させた凹面状に形成する。これにより、地盤に作
用するハンマーヘッドからの打撃力（ハンマーヘッド表
面の法線方向に作用する）が軸線の延長線上のほぼ一点
で交わることとなる。そのため、ハンマーヘッドに常時
軸線に向けて自己修正力が作用し、その結果、先頭掘削
管の直進安定性が増大する。

【００２７】 揺動機構を、先頭掘削管の内部であっ
て且つその外周部近傍の三箇所以上に軸方向に向けて配
置したシリンダと、このシリンダからの軸方向の押圧力
を直径方向の押圧力に変換してこれを往復駆動源に付与
する変換手段とで構成する。これにより、各シリンダを
選択的に伸張・縮退させれば、変換手段により往復駆動
源、さらにはハンマーヘッドを所望の直径方向に揺動さ
せることができる。この時、シリンダを軸方向に向けて
配置したことから、先頭掘削管の管径をより小さくする
ことが可能となる。

【００２８】 変換手段を、往復駆動源に連結した押
圧部材と、先頭掘削管に固定された曲面状若しくはテー
パ面状の案内面と、押圧部材に設けられ、案内面と接触
してその上を転動する転動手段とで構成し、シリンダの
基端部を先頭掘削管に枢着すると共に、シリンダロッド
の先端部を押圧部材に枢着するとよい。

【００２９】

【発明の実施の形態】本発明装置の第１の実施形態を図
１乃至図７に基づいて説明する。

【００３０】図１に示すように、この埋設装置は、先頭
掘削管（１）、回転駆動機構（２）、往復駆動源
（３）、ハンマーヘッド（４）、揺動機構（５）及び排
土機構（６）を主要な構成要素とする。以下、各要素の
具体的な構成を詳述する。

【００３１】先頭掘削管（１）は、鋼管等からなる円筒
状のもので、後方（発進側をいう）から順に本体（1
0）、揺動部（11）、回転往復部（12）を同軸に連結し
て構成される。本体（10）と揺動部（11）との連結部分
は、揺動部（11）の揺動運動を許容できる連結構造とさ
れ、揺動部（11）と回転往復部（12）との間の連結部分
は、回転往復部（12）の回転運動及び往復スライド運動
を許容できる連結構造とされている。

【００３２】回転駆動機構（２）は、先頭掘削管（１）
の本体（10）内に収納されており、先頭掘削管（１）の
軸線（Ｘ−Ｘ）から偏心させて配置した回転駆動源（1
5：例えば油圧モータ）と、軸線（Ｘ−Ｘ）と同軸に配
置した回転軸（16）と、駆動源（15）の駆動力を回転軸
（16）に伝動するギヤ列（17）とで構成される。回転軸
（16）は、複数のラジアル及びスラストベアリングを有
する軸受部（18）により先頭掘削管（１）に対して回転
自在に支持されており、その先頭側の軸端は、二軸間の
角変位を許容するユニバーサルジョイント（19）、例え
ばスラスト荷重用の球面受け座を有する十字ジョイント
を介し、後述するハンマーアダプタ（21）に連結されて
いる。

【００３３】回転駆動源（15）を起動すると、ギヤ列
（17）を介して回転軸（16）が回転し、さらにユニバー
サルジョイント（19）を介してハンマーアダプタ（2
0）、エアハンマー（３）及びハンマーヘッド（４）が
一定方向に定速（20〜30rpm 程度が望ましい）で回転す
る。

【００３４】往復駆動源（３）は、ハンマー本体（20）
及びハンマーアダプタ（21）からなるエアハンマーで構
成される。ハンマーアダプタ（21）には、共通の給気源
（図示省略）から二股に分かれて延びるエア供給パイプ
（22）（図３参照）がそれぞれ連結されており、このエ
ア供給パイプ（22）から供給された高圧エアによりエア
ハンマー（３）が高速（1500rpm 程度が望ましい）で往
復駆動される。ハンマーアダプタ（21）と両エア供給パ
イプ（22）とは、エアハンマー（３）の回転中もエアが
連続供給されるようスイベル（23）を介して連結されて
いる。

【００３５】往復駆動源（３）としては、上述のエアハ
ンマーに限らず、ハンマーヘッド（４）を往復駆動させ
得る全ての駆動装置が使用可能であり、例えば油圧ハン
マーやモータ等の回転運動をクランク機構を介して往復
運動に変換するもの等が使用可能である。

【００３６】図２及び図４に示すように、ハンマーヘッ
ド（４）は、略円柱状をなし、その前面（4a）は中心部
を後方側に陥没させた凹面状とされている。このハンマ
ーヘッド（４）は、先頭掘削管（１）の回転往復部（1
2）に、その前面開口部を塞ぐようにして固定されてお
り、ハンマーヘッド（４）と回転往復部（12）とは一体
的に回転可能である。ハンマーヘッド（４）の前面（4
a）は、回転往復部（12）の前面開口部よりも前方で外
部に露出させる。

【００３７】ハンマーヘッド（４）の前面（4a）の適所
には、多数のビット（25）がロウ付け等により交換可能
に装着される。またハンマーヘッド（４）の前面（4a）
には、その表面を３分割する３つの径方向排土溝（26）
がその中心部近傍から外縁部にかけて放射状に形成され
ており、各径方向排土溝（26）の外径端部は、ハンマー
ヘッド（４）の外周面に軸方向に沿って設けられた軸方
向排土溝（27）を介してハンマーヘッド（４）の背後の
空間（29：破砕空間）に連通している。

【００３８】各径方向排土溝（26）の内径端部には、導
気孔（30）が形成される。各導気孔（30）は、ハンマー
本体（20）の排気口（図示省略）にそれぞれ接続されて
おり、この排気口から排気された使用済みのエアは各導
気孔（30）に分流して各径方向排土溝（26）に流入す
る。

【００３９】ハンマーヘッド（４）の前面（4a）には、
主として軟質地盤の掘削用として、半径方向に向けて連
続的に延びる掘削刃（32）（33）が放射状に取り付けら
れる。掘削刃（32）（33）は、径方向排土溝（26）の、
ハンマーヘッド（４）の回転方向と反対側の縁部に沿っ
て設けられたもの（32）と、この掘削刃（32）間で且つ
半径方向の中央部近傍に設けられた短尺のもの（33）と
からなり、本実施例では、両掘削刃（32）（33）をそれ
ぞれ３つずつ装着した場合を例示している。図５に示す
ように、径方向排土溝（26）に隣接する掘削刃（32）
は、削り取られた土砂が径方向排土溝（26）内に収容さ
れるよう掘削面（32ａ）を当該径方向排土溝（26）側
（回転方向に先行する側）に傾けて配設される。

【００４０】ハンマーヘッド（４）の背後で且つ先頭掘
削管（１）の揺動部（11）の内径面には、その中心部に
ハンマー本体（20）の先端部を嵌入させて厚肉円盤状の
隔壁（35）が装着される。この隔壁（35）は、ハンマー
ヘッド（４）で掘削された土砂が本体（10）の内に侵入
するのを防止するためのもので、その内径面には、ハン
マー本体（20）の回転運動を許容しつつハンマー本体
（20）との間の隙間をシールするシール手段（36）が設
けられる。

【００４１】ハンマーヘッド（４）の背後面、隔壁（3
5）及び先頭掘削管（１）の回転往復部（12）で仕切ら
れた空間は、環状の破砕空間（29）とされる。この破砕
空間（29）は、ハンマーヘッド（４）で掘削された岩盤
片等のうち、比較的大きな礫、玉石等を細かく破砕する
ためのもので、ハンマーヘッド（４）の背後面及び隔壁
（35）の前面に多数の破砕用ビット（37）（37）を取り
付けて構成される。ハンマーヘッド（４）の背後面に
は、ほぼ半径方向に沿って一又は複数の攪拌羽根（38）
が取り付けられる。この攪拌羽根（38）の攪拌作用によ
り、破砕空間（29）中の土砂は、後述するように排土機
構（６）の排土口（6a）まで確実に移送される。

【００４２】揺動機構（５）は、自在継手（19）を中心
として軸線（Ｘ−Ｘ）を通る任意の直径方向にエアハン
マー（３）を揺動させるもので、例えば図６に示すよう
に複数の油圧シリンダ（40）を放射状に配置して構成さ
れる（本実施例では、４つの油圧シリンダ（40）を円周
等配位置に配置した場合を例示している）。各油圧シリ
ンダ（40）は、ピストンロッド（41）を半径方向に向け
てその基端部を本体（10）の内周面に固定しており、ピ
ストンロッド（41）の先端部は、エアハンマ本体（10）
の外周面に被嵌した軸受（42）の外輪に固定されてい
る。以上の構成から、各油圧シリンダ（40）を選択的に
伸長・縮退させれば、エアハンマー（３）、さらにはハ
ンマーヘッド（４）を、それらの回転運動を阻害するこ
となく自在継手（19）を中心として任意の方向に揺動さ
せることが可能となる。

【００４３】排土機構（６）は、ケーシング（45）とケ
ーシング（45）内に配置した排土スクリュー（46）とで
構成される。排土機構（６）の先端部に設けられた排土
口（6a）は、隔壁（35）を貫通して破砕空間（29）に開
口しており、破砕空間（29）で破砕された土砂は、この
排土機構（６）により先頭掘削管（１）及び後続の管体
（図示省略）を通って発進竪坑に搬出される。

【００４４】なお、図１、図２、図３及び図６中の（4
7）は、先頭掘削管（１）及び後続の管体に一連に挿通
されたターゲット管である。このターゲット管（47）と
しては、推進方向のずれを検知し得る公知の検知構造が
すべて使用可能であり、例えばターゲット管（47）の先
端部近傍に発光体を配置してこの発光体の位置変移を発
進竪坑内に配置した撮像手段等で認識するもの等が使用
できる（特開平5-113098号広報等参照）。また、図３及
び図６中の（48）は、掘削箇所に高圧水を供給するため
の注水管であり、（49）は、信号用ケーブル等を収納す
るケーブル管である。

【００４５】本発明装置は、以上の構成である。以下、
この装置による推進埋設手順及び作用を説明する。

【００４６】先ず、管埋設区間の両端に発進竪坑と到達
竪坑とを掘削し、発進竪坑内又はその近傍に油圧ジャッ
キ、制御盤、給気源、高圧水供給用のポンプ、撮像手段
等を据付ける。次に先頭掘削管（１）を油圧ジャッキ等
で水平方向に順次押し込み推進させ、同時にポンプを起
動して注水管（48）から高圧水を噴出しながら先頭掘削
管（１）内の駆動源（15）及びエアハンマー（３）を起
動し、掘削を開始する。先頭掘削管（１）が所定距離だ
け前進したところでその後端部に順次埋設管を継ぎ足
す。

【００４７】エアハンマー（３）を駆動すると、ハンマ
ーヘッド（４）が前後方向に往復移動しながら対向する
地盤（岩盤等）を衝打してこれを破砕する。これと同時
に回転駆動源（15）でハンマーヘッド（４）を回転駆動
すると、地盤とビット（25）との間に剪断力が作用し、
その結果、破砕片はさらに細かく破砕される。上述のよ
うに先頭掘削管（１）の揺動部（11）と回転往復部（1
2）との連結部分は、回転運動及び軸方向のスライド運
動を許容する構造であるから、回転往復部（12）はハン
マーヘッド（４）と一体となって回転・往復する。

【００４８】粉砕された岩盤は、注水管（48）から供給
された高圧水と混じって泥土状となり、径方向排土溝
（26）に流入する。上述のように径方向排土溝（26）の
内径端部に導気孔（30）を設け、この導気孔（30）から
エアハンマー（３）の使用済みエアを径方向排土溝（2
6）に導入しているので、泥土は、外径側に吹き飛ばさ
れて軸方向排土溝（27）、さらには破砕空間（29）に移
送される。従って、泥土が径方向排土溝（26）や軸方向
排土溝（27）内で停滞することもない。

【００４９】破砕空間（29）内に流入した土砂のうち、
大径の土砂（礫、玉石等）は、往復移動するハンマーヘ
ッド（４）の後退時に隔壁（35）及びハンマーヘッド
（４）に設けた破砕用ビット（37）に挟まれて破砕され
る。この時、ハンマーヘッド（４）が回転しているの
で、両ビット（37）（37）間に剪断力が作用し、破砕力
も十分なものとなる。破砕されて十分に細かくなった土
砂は、攪拌羽根（38）によって周方向に攪拌されて排土
機構（６）の排土口（6a）に達し、排土口（6a）から排
土機構（６）を介して発進竪坑に排土される。この時、
予め破砕空間（29）で大きな岩盤片等を破砕しているの
で、これによって排土機構（６）が詰まるおそれもな
い。

【００５０】先頭掘削管（１）の推進に伴い、ハンマー
ヘッド（４）が軟質地盤に達しても、ハンマーヘッド
（４）の前面（4a）に掘削刃（32）（33）を取り付けて
いるので、ハンマーヘッド（４）の回転により、そのま
ま軟質地盤を削り取るようにして削進することができ
る。なお、このような軟質地盤中でも使用済みエアを排
土用として活用するため、エアハンマー（３）を継続駆
動させておくのが望ましい。但し、問題がなければ停止
させておいても構わない。

【００５１】ターゲット管（47）内の検知機構が推進方
向のずれを検知すると、制御装置が揺動機構（５）に修
正信号を送出して当該ずれを修正する方向にハンマーヘ
ッド（４）を揺動させる。すなわち、揺動機構の４つの
油圧シリンダ（40）を選択的に進出・縮退させ、これに
よりエアハンマー（３）を所定方向に押圧してハンマー
ヘッド（４）を傾けるのである（図２中の二点鎖線で示
す）。これにより、ハンマーヘッド（４）の衝打方向が
変化して軸線（Ｘ−Ｘ）に対して非平行となるので、先
頭掘削管（１）の推進方向が変化し、任意の方向に推進
方向を制御することが可能となる。

【００５２】このように、本発明では、ハンマーヘッド
（４）を傾けることにより、その打撃方向を変更する構
造であるから先頭掘削管（１）の推進方向を直接的に制
御することができ、従来の間接的な方向修正に比べてよ
り迅速に且つ高精度に推進方向を修正することができ
る。

【００５３】また、ハンマーヘッド（４）を回転させる
ために先頭掘削管（１）の本体（10）及びその後方に連
結した埋設用管体（図示省略）を回転させる必要はな
く、これらを非回転とすることができるので、管体同士
の連結部は、捻りモーメントを考慮しない簡易な連結構
造（ボルト結合等）とすることができる。従って、従来
装置のように管体同士を溶接等する場合に比べて、管体
を継ぎ足す際の作業労力を軽減でき、能率的に作業を進
行することができる。

【００５４】本発明では、図１及び図２に示すように、
ハンマーヘッド（４）をその中心部を陥没させた滑らか
な断面凹型に形成しているので、通常用いられる中央部
を突出させた断面凸型のハンマーヘッド（断面凸型）に
比べて高い直進性を発揮することができる。これは、図
７（ａ）に示す凸型（従来型）のハンマーヘッド（4'）
では、ハンマーヘッド（4'）から付与された地盤打撃力
（ハンマーヘッド前面の法線方向に作用する）が前方に
拡散するため、推進方向にブレが生じ易くなるのに対
し、同図（ｂ）に示す凹形状のハンマーヘッド（４）で
は、地盤打撃力が軸線（Ｘ−Ｘ）の延長線上の略一点で
交わるため、ハンマーヘッド（４）に常時軸線（Ｘ−
Ｘ）に向かう自己修正力が作用するためと考えられる。

【００５５】以上の動作により、逐次先頭掘削管（１）
を推進させ、先頭掘削管（１）が到達竪坑に達したとこ
ろでこれを取り外せば、地盤を開削することなく両竪坑
間に管路を埋設することができる。

【００５６】次に、本発明装置の第２の実施形態を図８
乃至図11に基づいて説明する。

【００５７】図８に示すように、この装置は、揺動機構
（５）を除いて図１に示す装置とほぼ同様の構造・機能
を有する。すなわち、回転駆動機構（２）でハンマーヘ
ッド（４）を回転させつつ往復駆動源（３）でハンマー
ヘッド（４）を水平方向に往復移動させて地盤を衝打・
掘削すると共に、掘削土砂を排土機構（６）で排土する
ものである。以下、この装置の具体的構成を図１に示す
装置と異なる点を中心に説明するが、同一の部分には同
一の参照番号を付してその説明を省略する。

【００５８】回転駆動機構（２）は、先頭掘削管（１）
と同軸に配置した油圧モータ等の回転駆動源（15）から
なり、その出力軸は、２つの十字ジョイントを組合せた
ユニバーサルジョイント（51）を介してエアハンマー等
の往復駆動源（３）に連結されている。先頭掘削管
（１）の中間部内径面には、リング状のスラスト受け部
（52）が固定される。このスラスト受け部（52）と、エ
アハンマー（３）のハンマーアダプタ（21）との間に
は、エアハンマー（３）の回転運動を確保すべくスラス
ト軸受（53）が介装されており、エアハンマー（３）で
生じた軸方向の反力は、スラスト軸受（53）及びスラス
ト受け部（52）を介して先頭掘削管（１）に伝達され
る。また、スイベル（23）とダブルジョイント（51）と
の間の軸部には、自動調心型の軸受（54）が装着されて
おり、揺動機構（５）の作動時には、この軸受（52）の
軸受中心（Ｏ）を中心としてエアハンマー（３）及びハ
ンマーヘッド（４）が揺動する。

【００５９】この装置の揺動機構（５）は、図９及び図
10に示すように、揺動駆動源となるシリンダ（40）を、
先頭掘削管（１）の外周部近傍の複数箇所、例えば円周
等配位置の４箇所に軸方向に向けて配置し、このシリン
ダ（40）の押圧力を変換手段（56）で直径方向の押圧力
に変換してエアハンマー（３）及びハンマーヘッド
（４）を揺動させる点を特徴とする。

【００６０】エアハンマー（３）のハンマー本体（20）
の外径面には、リング状の押圧部材（57）が嵌合され
る。この押圧部材（57）の外周面で且つその円周等配位
置の４箇所には、平面視でコ字型をなす枢支部（58）が
閉じた部分を前方に向けて突設されている。押圧部材
（57）の内径寸法は、ハンマー本体（20）の回転運動を
許容できるようハンマー本体（20）の外径よりも僅かに
大きく形成され、また、その内径面には、ハンマー本体
（20）との間の滑り摩擦を軽減できるよう、必要に応じ
てメッキ処理等の摩擦軽減処置が施されている。押圧部
材（57）の前後には、当該押圧部材（57）を前後から挟
み込むようにしてリング状の拘束部材（59）（60）が配
置される。両拘束部材（59）（60）は、何れもハンマー
本体（20）に固定されており、このうち前方の拘束部材
（59）はスラスト軸受（61）を介して押圧部材（57）の
端面を面で支持しており、後方の拘束部材（60）は押圧
部材（57）の端面と面接触している。

【００６１】各シリンダ（40）の基端部は、先頭掘削管
（１）の内径側に突設した支持部（62）に枢軸（63）を
介して回転自在に支持される。また、各シリンダ（40）
のシリンダロッド（40ａ）の先端部は、枢支部（58）の
対向壁間の空間に挿入して枢支部（58）にピン結合され
ている。各枢支部（58）の前方側（図面右側）の端面に
は、ボール（64）と、ボール（64）を前後から挾持して
その脱落を防止する２枚の挾持部材（65）（66）とから
なる転動手段（67）が装着され、ボール（64）の一部分
は、前方の支持部材（65）に設けた孔から外部に露出し
ている。

【００６２】転動手段（67）の前方には、シリンダ（4
0）の押圧力を直径方向の押圧力に変換する案内面（6
8）が設けられる。この案内面（68）としては、例えば
先頭掘削管（１）に固定した曲面状の面が考えられる。
具体的には、リング状の案内部材（69）を先頭掘削管
（１）の内径面に固定し、この案内部材（69）の後方端
面を自動調心軸受（54）の軸受中心（Ｏ：図８参照）を
中心とする曲面状に形成してボール（64）と接触する案
内面（68）とするのである。この他、案内面（68）を曲
面ではなく、テーパ面状に形成してもよい。

【００６３】このように、変換手段（56）は、押圧部材
（57）、転動手段（67）及び案内面（68）をその主要構
成要素とするものである。

【００６４】各シリンダ（40）のシリンダロッド（40
ａ）には、シリンダ（40）の押圧力を計測するためのセ
ンサ（図示せず）が装着される。このセンサの出力は図
示しない制御装置に入力されており、制御装置は各セン
サの検出値に基づいて各シリンダ（40）を適宜選択的に
駆動し、エアハンマー（３）を所定の揺動角まで揺動さ
せる。

【００６５】以上の構成において、シリンダ（40）を伸
張させると、案内面（68）上を転動したボール（64）が
内径側に案内され、これによりシリンダ（40）が枢軸
（63）を中心として内径側に揺動する。これに伴い、押
圧部材（57）が内径側に移動してハンマー本体（20）を
図面下側に押圧するので、ハンマーヘッド（４）を図面
下側に揺動させることが可能となる。従って、制御装置
で４つのシリンダを適宜選択して伸張させれば、エアハ
ンマー（３）及びハンマーヘッド（４）を任意の直径方
向に揺動させることが可能となる。なお、図９中の二点
鎖線は、図示しない他のシリンダを伸張させてエアハン
マー（３）を上方に揺動させた時に移動したシリンダ
（40）や転動手段（67）の位置を示している。エアハン
マー（３）を任意の方向に揺動させるためには、シリン
ダ（40）の設置本数は少なくとも３本以上あれば足り、
上述のような４本には限られない。

【００６６】シリンダ（40）を伸張させると、押圧部材
（57）が前方に押し出されるが、上述のように静止する
押圧部材（57）と回転する前方の挾持部材（65）との間
にスラスト軸受（61）を介在させているので、両者の圧
接によりハンマー本体（20）の回転運動が阻害されるこ
ともない（もちろん、後方の挾持部材（66）と押圧部材
（57）との間に同様の軸受を介在させても構わない）。
また、シリンダ（40）を伸張させると、押圧部材（57）
がその前端部のハンマー本体（20）との接触部を中心と
して図面右回りに回転しようとするため、押圧部材（5
7）とハンマー本体（20）との間の隙間量が大きいと、
押圧部材（57）が僅かに傾いて各シリンダ（40）の制御
に支障を来すことも考えられるが、上述のように押圧部
材（57）の前後端面を拘束部材（65）（66）の端面で拘
束しているので、かかる押圧部材（57）の傾きも確実に
回避することが可能となる。

【００６７】このように、図９に示す装置では、揺動機
構（５）の揺動駆動源となるシリンダ（40）を軸方向に
向けて配置しているので、半径方向に配置した場合（図
６参照）に比べ、先頭掘削管（１）の外径寸法をより小
さくすることができ、小口径管の埋設も可能となる。

【００６８】図２では、先頭掘削管（１）を本体（1
0）、揺動部（11）及び回転往復部（12）に区分けして
構成しているが、これに限らず、図11に示すように、一
本の管体で先頭掘削管（１）を構成しても構わない。こ
の場合には、ハンマーヘッド（４）を先頭掘削管（１）
の先端よりも僅かに前方に突出させて非接触とし、揺動
中のハンマーヘッド（４）が先頭掘削管（１）の先端部
と干渉しないようにする。また、ハンマーヘッド（４）
の前面（4a）は、図２に示すような凹面状に限らず、図
11に示すように平面状に形成してもよい。

【００６９】上述したシール手段（36）の具体例として
は、図11に示す構造が考えられる。このシール手段（3
6）は、ハンマー本体（20）の外周部に嵌め込まれた円
筒状の摺接部材（71）と、ゴム等の可撓性材料からなる
シール部材（72）とで構成される。シール部材（72）
は、穴空き円板状の可撓性板材を、その中央部を後方に
張り出させて断面Ｕ字型に形成したもので、その外径端
部は隔壁（35）の内径面に固定され、内径端部は摺接部
材（71）に固定されている。摺接部材（71）は、ハンマ
ー本体（20）の外周面にハンマー本体（20）が回転可能
となる程度の緩いはめあいで嵌合され、その内径面には
ハンマー本体（20）との間のさらなる気密性を確保すべ
くシールリング（73）が装着されている。以上の構成に
より、ハンマー本体（20）の回転運動を許容しつつも、
ハンマー本体（20）と隔壁（35）との間を確実にシール
することが可能となる。

【００７０】なお、以上の説明は、本発明を押し込み式
推進工法に適用した場合の例示であるが、本発明は、押
し込み式に限らず、牽引式推進工法にも同様に適用可能
である。牽引式工法は、先ずパイロットヘッドの後端側
にパイロット管を連結して押し込み推進することによ
り、パイロット管を地盤中に埋設し、次にパイロットヘ
ッドが到達竪坑に達したところで、パイロットヘッドを
拡大ヘッドに交換してパイロット管を発進竪坑側に牽引
し、拡大ヘッドによりパイロット孔を拡径させながら拡
大ヘッドの後端側に連結した管体を地盤中に引き込んで
管路を埋設するものであり（特開平5-141184号公報等参
照）、この場合には、上記先頭掘削管（１）をパイロッ
ドヘッドとして使用すればよい。

【００７１】

【発明の効果】このように、本発明によれば、揺動機構
で先頭掘削管の前面に配置したハンマーヘッドの衝打方
向を変化させるので、先頭掘削管の推進方向を直接的に
変化させることができる。従って、従来の間接的な方向
修正法に比べて迅速且つ高精度な方向修正が可能とな
る。また、一つの往復駆動源でも方向修正が可能となる
ので、２つの往復駆動源を必要とする従来装置に比べて
構造を簡素化し、製作コストの高騰を抑制することがで
きる。さらに、先頭掘削管の後方に連結した埋設用管体
を非回転とすることができるので、管体同士を剛性の低
い簡易な連結構造で連結することができる。従って、管
体を継ぎ足す際の作業労力を軽減でき、作業能率を向上
させて工期を短縮することができる。

【００７２】ハンマーヘッドの前面に、略半径方向に向
けて連続的に延びる掘削刃を設けておけば、軟質地盤中
でも削進可能となるので、軟質地盤、硬質地盤を問わず
あらゆる地盤において１台の装置で掘削推進可能とな
る。

【００７３】ハンマーヘッドの背後に隔壁を設けてハン
マーヘッドの背後面との間に破砕空間を形成し、隔壁の
前面及びハンマーヘッドの背後面に複数の破砕ビットを
取り付けることにより、掘削土砂が十分に細かく破砕さ
れる。従って、排土機構の詰まりを防止して安定した排
土機能を維持することができる。

【００７４】また、往復駆動源をエアハンマーとし、ハ
ンマーヘッドの前面に半径方向の排土溝を設けると共
に、この排土溝と破砕空間とを連通する軸方向の排土溝
をハンマーヘッドの外周面に設け、半径方向の排土溝の
内径側にエアハンマーから排出された使用済みのエアを
導入する導気孔を設けると、掘削土砂をスムーズに且つ
確実に破砕空間に移送することができ、排土能率のより
一層の向上を図ることができる。

【００７５】ハンマーヘッドの前面を、その中心部を陥
没させた凹面状に形成することにより、先頭掘削管の直
進安定性を増大させることができる。

【００７６】揺動機構を、先頭掘削管の内部であって且
つその外周部近傍の三箇所以上に軸方向に向けて配置し
たシリンダと、このシリンダからの軸方向の押圧力を直
径方向の押圧力に変換してこれを往復駆動源に付与する
変換手段とで構成すれば、先頭掘削管の小径化が可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる先頭掘削管の全体構造を示す断
面図である。

【図２】ハンマーヘッド近傍の拡大断面図である。

【図３】図１中のＡ−Ａ線での断面図である。

【図４】ハンマーヘッドの正面図である。

【図５】図４中のＣ−Ｃ線での断面図である。

【図６】図１中のＢ−Ｂ線での断面図である。

【図７】（ａ）図は、ハンマ−ヘッドの従来形状を示す
断面図であり、（ｂ）図は、本発明にかかるハンマーヘ
ッドの形状を示す断面図である。

【図８】本発明の第２の実施形態を示す断面図である。

【図９】図８に示す装置における揺動機構の拡大断面図
である。

【図１０】図９中のＤ−Ｄ線での断面図である。

【図１１】先頭掘削管の先端部における他の構成例を示
す断面図である。

【符号の説明】

１ 先頭掘削管 ２ 回転駆動機構 ３ 往復駆動源（エアハンマー） ４ ハンマーヘッド 4a ハンマーヘッド前面 ５ 揺動機構 26 半径方向の排土溝 27 軸方向の排土溝 29 破砕空間 30 導気孔 32・33 掘削刃 35 隔壁 40 シリンダ 56 変換手段 57 押圧部材 67 転動手段 68 案内面 Ｘ−Ｘ 軸線

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 先頭掘削管と、先頭掘削管の前面に当該
   先頭掘削管と同軸配置されたハンマーヘッドと、先頭掘
   削管の内部に揺動可能に支持され、ハンマーヘッドを往
   復駆動する一つの往復駆動源と、先頭掘削管の内部に配
   置され、往復駆動源及びハンマーヘッドを軸線を中心と
   して回転させる回転駆動機構と、往復駆動源及びハンマ
   ーヘッドを任意の直径方向に揺動させる揺動機構とを具
   備することを特徴とする管推進埋設装置。
2. 【請求項２】 ハンマーヘッドの前面に、略半径方向に
   向けて連続的に延びる掘削刃を設けたことを特徴とする
   請求項１記載の管推進埋設装置。
3. 【請求項３】 先頭掘削管の内部で且つハンマーヘッド
   の背後に隔壁を設けてハンマーヘッドの背後面との間に
   破砕空間を形成し、隔壁の前面及びこれに対向するハン
   マーヘッドの背後面に複数の破砕ビットを取り付けたこ
   とを特徴とする請求項１記載の管推進埋設装置。
4. 【請求項４】 往復駆動源をエアハンマーとし、ハンマ
   ーヘッドの前面に半径方向の排土溝を設けると共に、こ
   の排土溝と破砕空間とを連通する軸方向の排土溝をハン
   マーヘッドの外周面に設け、半径方向の排土溝の内径側
   に前記エアハンマーから排出された使用済みのエアを導
   入する導気孔を設けたことを特徴とする請求項３記載の
   管推進埋設装置。
5. 【請求項５】 ハンマーヘッドの前面を、その中心部を
   陥没させた凹面状に形成したことを特徴とする請求項１
   記載の管推進埋設装置。
6. 【請求項６】 揺動機構を、先頭掘削管の内部であって
   且つその外周部近傍の三箇所以上に軸方向に向けて配置
   したシリンダと、このシリンダからの軸方向の押圧力を
   直径方向の押圧力に変換してこれを往復駆動源に付与す
   る変換手段とで構成したことを特徴とする請求項１記載
   の管推進埋設装置。
7. 【請求項７】 変換手段が、往復駆動源に連結した押圧
   部材と、先頭掘削管に固定された曲面状若しくはテーパ
   面状の案内面と、押圧部材に設けられ、案内面と接触し
   てその上を転動する転動手段とからなり、シリンダの基
   端部を先頭掘削管に枢着すると共に、シリンダロッドの
   先端部を押圧部材に枢着したことを特徴とする請求項６
   記載の管推進埋設装置。