JPS6156388B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、道路下或いは建造物下等の地盤中
に、これを横方向に貫通してトンネルを構築する
場合などに利用される覆工材推進埋設用掘削装置
に関するものである。

〔従来の技術〕 従来、鉄道線路下、道路下或いは建造物下等の
地盤に、これを横切つてトンネル等を構築する工
法として、特開昭53−25038号公報に示すものが
提案されている。この工法は、鉄道線路、道路等
を挾んで両側に立坑を形成し、この一方の立坑か
ら他方の立坑に向けて道路下等を横断するように
中空箱形の覆工材を掘削機により掘削し乍ら推進
させ、これにより覆工材を地盤中に理設すると共
に、このような覆工材を同様にして道路下等の地
盤中に形成されるトンネル等の外郭形状に沿い多
数一連に並べて推進埋設した後、覆工材により包
囲された内部の土砂を掘削除去し、更に土砂除去
後の覆工材内側に鉄筋及び型枠を配設してコンク
リートを打ち込み、且つ覆工材内部にもコンクリ
ートを注入してトネル等を構築するものである。

また、特開昭54−128126号公報には、セグメン
トの内室に、任意数の噴射孔を設けた掘削刃と、
任意数の噴射孔を設けた中空のロツドに排土翼を
有する掘削オーガーを前後方向に移動自在に挿入
し、掘削刃に設けた噴流孔により圧力水を噴射す
ることによつて掘削前方の土砂を撹乱し弛み状態
とし、また、ロツドの噴射孔により圧力水を噴射
することによつて排土翼での土砂の排出を容易に
したセグメント推進理設用掘削装置が開示されて
いる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、特開昭53−25038号公報に開示された
工法に於ける覆工材の地盤への推進には、スクリ
ユーコンベヤを有する掘削機を用いているため、
構造が複雑になると共に、地中に推進される中空
覆工材の断面形状が長方形、正方形、円形或いは
台形形状等になると、これらに適用される掘削機
も覆工材の断面形状に合つた穴を掘削できる構造
のものにしなければならず、従つて、覆工材の断
面形状に合つた各種の掘削機を設備する必要が生
じ、その設備費が膨大なものとなるほか、その管
理も面倒となつて極めて不経済なものとなる。

また、特公昭54−128126号公報に開示された装
置にあつても、立坑内に大掛かりな各種装置を設
け、オーガーを順次接続していくなど構造が複雑
であり、また、地盤の性質に応じて噴流水による
掘削と併せてオーガーの前後の移動を行なう必要
があるなど、操作面で煩わしさがあつた。更に、
土砂を撹乱し弛み状態とし、且つ排土翼による土
砂の排出を容易とするために多量の噴流水が噴射
され、その結果、外部に排出された排土は水分を
多量に含み、後処理が大変であつた。

〔発明の目的〕

本発明は、斯かる実情に鑑み案出されたもの
で、覆工材が推進埋設される地盤の状況に拘ら
ず、覆工材の推進並びにこれに伴い覆工材内に押
し込まれる掘削土の排出処理が能率良く、且つ簡
単に行なえ、また、掘削土砂の切削、搬送のため
のコンパクトな処理ユニツトを中空覆工材の断面
形状及びその大きさに関係なく共有可能にし、断
面形状及びその大きさの異なる各種の中空覆工材
を単一の処理ユニツトを利用して、トンネル等を
構築する道路下等の地中に推進できる覆工材推進
埋設用掘削装置を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

斯かる目的を達成するために、本発明に係る覆
工材推進埋設用掘削装置は、両端が開口され長手
方向に順次連結されて地盤中に推進される中空の
覆工材と、地盤中への先頭覆工材内の前部に着脱
可能に装着され先頭覆工材内を前後に区画するこ
とで圧力室を形成する筐体と、この筐体に回転可
能に取り付けられ、上記先頭覆工材先端より内側
に位置する斜め前方に向け高圧細噴流水を噴射し
て、上記圧力室内に押し込まれた掘削土砂を切削
するノズルと、上記筐体内に配設され上記ノズル
を回転させるモータと、上記ノズルに高圧水を供
給する高圧給水ポンプと、上記筐体に取り付けた
圧縮空気導入管を介して上記圧力室内に切削土砂
搬出のための空気を供給する圧縮空気供給装置
と、上記圧力室に連通するよう上記筐体に連結さ
れ上記圧力室に作用する空気圧により切削土砂を
空気輸送する輸送管とを備えてなるものである。

〔発明の作用〕

本発明によれば、覆工材の推進に伴い覆工材の
圧力室内に押し込まれてくる掘削土砂を、先頭覆
工材先端より内側に向かつてノズルから回転し乍
ら噴射される高圧細噴流水で切削し、この切削さ
れた土砂を圧力室内に供給される圧縮空気により
輸送管を通して外部に搬送する。そして、筐体内
蔵の覆工材が所定量推進した段階で装置を停止し
た後、次の覆工材を上記覆工材に連結して同一の
推進操作を行なうことによつて、覆工材が順次推
進埋設される。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。

第１図乃至第３図は本発明に係る覆工材推進埋
設用掘削装置の一例を示し、１_１，１_２，……は
所望の断面積を有する正四角筒状の鋼鉄製覆工材
で、各覆工材１_１，１^２，……は、トンネル等を
構築する鉄道線路下等の地盤２中に一方の立坑３
から他方の立坑４方向に向けて圧入式に推進され
るもので、その圧入推進は一方の立坑３内の支圧
壁５と最後部の覆工材１間に介在したオイルジ
ヤツキ装置６によつて行なわれるようになつてい
る。そして、最前部における覆工材１_１の先端開
口縁には地盤２中への覆工材１_１の圧入を容易に
する刃７が形成され、更に最前部覆工材１_１内に
は、その刃７より所望間隔後方に位置して、覆工
材１_１内に押し込められた掘削土砂の切削及び切
削土砂の搬送処理を行なうユニツト８が着脱可能
に配設されている。

上記ユニツト８は、第２図に示す如く両端開口
を壁板９ａ，９ｂにより閉塞した筒状の筐体９を
有し、この筐体９は、その前部壁板９ａを上記最
前部覆工材１_１の内周壁に突設したリング状のフ
ランジ１０にボルト等により取り付けることで覆
工材１_１内に一体に支持されるものである。そし
て、筐体９が固定された段階で、覆工材１_１内が
筐体９の前部壁板９ａによつてフランジ１０の位
置より前後に区画され、覆工材１_１の先端部が地
盤２に圧入されたとき、その先端開口を地盤６で
閉塞することにより覆工材１_１前端部分に圧力室
１１が形成されるようになつている。また、上記
筐体前部壁板９ａの中心には、これを貫通する高
圧水管１２が回転可能に、且つ気密に支持され、
この高圧水管１２の圧力室１１側突出部は所望の
円弧に彎曲されて、その先端に高圧の細い噴流水
ａを斜め前方に噴射ノズル１３が取り付けられて
いる。該ノズル１３から噴射する高圧細噴流水ａ
は、覆工材１_１の推進に伴い覆工材１_１内に押し
込まれる掘削土砂２ａを切削するもので、ノズル
１３からの高圧細噴流水ａは刃７より内側に位置
する覆工材１_１の内周壁面に向け噴射するように
なつている。これは、覆工材１_１内に押し込まれ
た土砂２ａのみを切削し、覆工材１_１が圧入推進
される地盤２に対し高圧細噴流水ａが作用して先
堀りするのを防止するためである。

一方、上記高圧水管１２の筐体９内への突出端
には、スイベル管継手１４を介して高圧送水管１
５が分離可能に接続されており、この高圧送水管
１５は地上等に配置した高圧給水ポンプ１６に接
続することで、掘削に必要な圧力の水をノズル１
３に供給できるようになつている。また、高圧水
管１２の筐体９内突出部には歯車１７が取り付け
られており、この歯車１７は筐体９内に設置した
流体圧モータ１８の回転軸１８ａに取り付けた歯
車１９に噛合されている。そして、このモータ１
８に分離可能な供給パイプ２０を介して、地上等
に設置した圧縮空気供給装置２１から圧縮流体を
供給することによりモータ１８を駆動して、高圧
水管１２を所定の回転数で回転させて、同時にノ
ズル１３を旋回運動させるようになつている。
尚、ノズル１３を回転する動力は非常に小さいも
のでよい。

また、上記筐体９には、その前後両壁板９ａ，
９ｂを貫通する状態にして一対の圧縮空気導入管
２２，２３が配設され、この一方の圧縮空気導入
管２２の圧力室１１内突出端は直接圧力室１１内
に開口されており、また、他方の圧縮空気導入管
２３の圧力室１１への突出部は彎曲されて後述の
土砂導入管２４の開口端に向けて開口され、更
に、上記両圧縮空気導入管２２，２３の筐体９外
突出端には、それぞれ分離可能なエア供給ホース
２５，２６を介して上記圧縮空気供給装置２１が
連結されている。上記土砂導入管２４は、ノズル
１３からの高圧細噴流水ａで切削された掘削土砂
を圧力室１１内に加えられる圧縮空気により圧力
室１１外に搬出案内するためのもので、その一端
は筐体９の前部壁板９ａを貫通して圧力室１１内
に開口され、更に筐体９の後部壁板９ｂを貫通す
る突出端には、掘削土砂輸送管２７が分離可能に
接続され、その他端は地上等の掘削土排出位置に
開口されている。

次に、上記構成の覆工材推進埋設用掘削装置を
利用して鉄道線路下或いは建造物下の地盤中にト
ンネルを構築するときの地山のゆるみ、崩れ防止
のための外部を覆工材により形成する場合につい
て説明する。

まず、第１図に示す如く鉄道線路或いは建造物
を挾んで両側に形成した一方の立坑３内に於て、
トンネルを構築しようとする立坑壁にユニツト８
を装着した中空覆工材１_１を水平に支持して、そ
の刃７側を対向させ、且つユニツト８の高圧水管
１２には高圧給水ポンプ１６に連結されている送
水管１５を、モータ１８には圧力流体供給パイプ
２０を、また、圧縮空気導入管２２，２３には圧
縮空気供給装置２１と連結されているエア供給ホ
ース２５，２６を、更に土砂導入管２４には土砂
輸送管２７をそれぞれ接続する。しかる後、オイ
ルジヤツキ装置６を駆動して覆工材１_１を地盤２
中に圧入推進させると同時に、高圧給水ポンプ１
６及び圧縮空気供給装置２１を起動する。これに
より、高圧給水ポンプ１６からの圧力水は送水管
１５、スイベル管継手１４を通して高圧水管１２
に圧送され、ノズル１３より高圧細噴流水ａが圧
力室１１の斜め前方に向けて噴射されると共に、
モータ１８の回転駆動によりノズル１３が旋回運
動する。また、圧縮空気供給装置２１からの圧縮
空気は、ホース２５，２６及び供給管２２，２３
を通つて圧力室１１内に供給される。

斯かる状態で、覆工材１_１が地盤中を推進する
に伴い覆工材１^１の圧力室１１内に掘削土砂２ａ
が押し込まれると、覆工材１_１の断面形状に応じ
た柱状の掘削土砂２ａは、旋回運動するノズル１
３からの高圧細噴流水ａによつて進入先端から第
２図の如く円錐形状に順次切削される。このと
き、例えばノズル１３の回転数60r.p.m.，覆工材
１_１の推進速度を60cm／minとした場合、高圧細
噴流水ａにより切削される掘削土砂２ａのピツチ
幅は１cmとなり、覆工材１_１の圧力室１１内に進
入してくる掘削土砂２ａを充分に切削し得る。ま
た、ノズル１３から噴射される高圧細噴流水ａの
圧力を100〜200Kg／cm²，噴流水径（ノズル開口
径）を1.0〜1.5mmとした場合、該高圧細噴流水ａ
による一般の地盤土質に対する切削有効射程距離
は20cm以上である。そして、ノズル１３からの高
圧細噴流水ａによる切削排土の含水比は、推進さ
れる天然地盤の含水比に対し数10％増加するのみ
であるから、切削された排出土砂が圧力室１１内
に噴射される水によつて泥状に変質されることが
ない。このことは、後述する切削土砂の搬出及び
地上に搬出された後の処理を容易にする。更にま
た、高圧細噴流水ａが覆工材１_１の刃７より内側
に入つた内壁に射突されるようにノズル１３の位
置と噴射角度を定めてあるので、内壁に衝突した
高圧細噴流水ａは水圧を弱めながら扇状に拡散
し、因つて、高圧細噴流水ａが覆工材１_１の刃７
より前の地盤を破砕することがないため、先堀り
による覆工材の直進性が損なわれることもない。
尚、軟弱地盤では、高圧細噴流水ａの噴射到達点
を第３図に示す場合より、更に内側にすることが
望ましい。

一方、ホース２５，２６及び供給管２２，２３
を通つて圧力室１１内に吹き込まれた圧縮空気
は、土砂導入管２４及び輸送管２７を介して地上
に排出されるが、切削された土砂はこの圧縮空気
の流れに従つて土砂導入管２４内に押し込まれ、
そして、この土砂導入管２４内を輸送管２７方向
に順次移送されると同時に、輸送管２７内をその
出口方向に向けて連続して空気輸送されて地上に
搬出される。このとき、土質によつては、その粘
性のために切削土砂が土砂導入管２４の入口部や
土砂導入管２４及び輸送管２７の内部に付着して
これらを閉塞する状態とするが、斯かる状態では
圧力室１１内の空気圧力が上昇するため、この圧
力によつて土砂導入管２４等に詰つた土砂は突出
的輸送状況を示すことになり、その結果、土砂導
入管２４等の土砂は詰ることなく輸送管２７の出
口側に確実に押し出されることになる。従つて、
覆工材１_１の推進に伴い高圧細噴流水ａにより順
次切削される土砂を、圧縮空気によつて順調に、
且つ連続して搬出できるものである。

このようにして、ユニツト８内蔵の覆工材１_１
が所定量推進されたならば、高圧給水ポンプ１６
及び圧縮空気供給装置２１からユニツト８への圧
力水及び空気の供給を停止すると共に、オイルジ
ヤツキ装置６を後退させ、且つ送水管１５、圧力
供給パイプ２０、供給ホース２５，２６及び輸送
管２７を途中で分離した後、次の中空覆工材１_２
を地中に圧入推進させた上記覆工材１_１の後端に
連結し、この覆工材１_２内を通して、分離した上
記送水管１５、圧力流体供給パイプ２０、供給ホ
ース２５，２６及び輸送管２７同士を直接、或い
は覆工材１_２の長さに相当するそれぞれの継ぎ足
し管を介して連結する。しかる後、オイルジヤツ
キ装置６を再び前進動作させて覆工材１_２を覆工
材１_１と共に地盤中に圧入推進させ、覆工材１_１
の圧力室１１内に進入する掘削土砂をノズル１３
からの高圧細噴流水ａにより切削すると同時に、
その切削された土砂を圧縮空気により土砂導入管
及び輸送管２７を介して地上に搬出する。

以下、前記と同様な手順に基づき覆工材１_３，
……を順次連結して反対側の立坑４に達するまで
覆工材の圧入推進を繰り返し行なう。このように
して反対側の立坑４まで覆工材を圧入推進したな
らば、ユニツト８を覆工材１_１から取り外し、且
つユニツト８に接続されている送水管１５、圧力
供給パイプ２０、供給ホース２５，２６及び輸送
管２７をユニツト８から分離し、次の覆工材の地
盤への圧入推進に供される。

上述の如き覆工材の圧入推進方式によるトンネ
ル外郭は、覆工材１を第４図に示す如く互いに連
結されたアーチ状配列に圧入推進することにより
構成されるものであり、そして、互いに隣合う覆
工材１同士は、その長手方向に形成した係合部２
８，２９によつて互いに結合され、また、この係
合部２８，２９は既設の覆工材１に隣接して新た
に圧入推進させる覆工材１のガイドとして機能す
る。

尚、本実施例に係る装置を用いて行なう圧入推
進方式に適用される覆工材１の形状は、上記正四
角形状のものに限らず、第５図の如き長方形状の
もの、第６図に示すような梯形状のもの、或いは
第７図に示すような三角形状のものであつても良
い。この場合、それぞれの覆工材１内に装着され
るユニツト８と覆工材１との位置関係は第５図〜
第７図に示すものとなる。また、上記第３図或い
は第５図に示す形状の覆工材１を利用してトンネ
ル外郭を形成した場合には門形の外郭となり、第
３図或いは第５図に示す形状の覆工材１と第６図
に示す梯形状の覆工材１を用いてトンネル外郭を
構成した場合には、第４図に示すようなアーチ形
の外郭となる。更にまた、第７図に示す２等辺三
角形状の覆工材１を利用した場合には、第８図に
示すような六角形状のトンネル外郭が形成される
ことになる。

その他、覆工材の形状は上記実施例のものに限
らず、例えば円形、或いは外周形状が複雑に凹凸
する形状のものであつても良く、また、覆工材の
圧入推進により構成されるトンネル等の外郭構造
も、上記実施例に述べたものに限定されないこと
は勿論である。また、動力はエアに限定すること
なく、油圧であつても良い。

従つて、本実施例によれば、掘削土砂処理のた
めのユニツト８を中空覆工材断面形状及びその大
きさに関係なく共通化することができる。また、
コンパクトなユニツト８を覆工材１_１内に装着す
ることによつて、覆工材１_１の推進に伴い高圧細
噴流水ａにより順次切削された土を人手を要する
ことなく自動的に、且つ高能率に外部に搬出でき
ると共に、覆工材１_１の圧力室１１内に押し込ま
れた掘削土２ａを高圧細噴流水ａにより切削する
ため、覆工材１_１に対しこれに押し込まれる掘削
土２ａの摩擦抵抗がなくなり、その分だけ覆工材
１_１に対する推進押圧力を小さくでき、排土能率
の向上に伴い各種形状の覆工材の地中への圧入推
進が容易となつた。また、従来のようなカツタに
よる切削機構でないため、構造が簡単となり、故
障も少なくなるほか、覆工材に対するユニツトの
交換、取扱いも容易である。加えて、掘削土砂の
状況如何に拘らず、覆工材１_１に押し込まれた掘
削土２ａのみを高圧細噴流水ａで切削すればよい
ため、掘削操作が容易であり、また、掘削土２ａ
の切削に供される噴流水は、旋回運動するノズル
１３からの流量の少ない高圧の細噴流水であるた
め、この噴流水によつて切削された土が含水過多
となる虞がなく、このため、搬出された土の後処
理が容易となり、しかも、土砂の搬出を空気輸送
で行なうため、機構も簡単で、故障の極めて少な
いものとなる等、種々の優れた効果を有する。

〔発明の効果〕

このように、本発明によれば、単一の処理ユニ
ツトを利用して断面形状及びその大きさの異なる
各種の中空覆工材を地中に圧入推進することが可
能となると共に、コンパクトな処理ユニツトを覆
工材内に装着することによつて、覆工材に対する
推進押圧力が軽減し、また、掘削土砂の状況に拘
らず能率の良い覆工材の推進埋設が可能となり、
また、掘削土砂の搬出並びに搬出された土の後処
理も容易となつた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る覆工材推進埋設用掘削装
置を利用して覆工材を地盤中に圧入推進させる場
合の全体概略図、第２図は本発明実施例に係る覆
工材推進埋設用掘削装置の断面図、第３図は本発
明実施例の左側面図、第４図は本発明実施例によ
り形成されたトンネル外郭の例の説明図、第５図
乃至第７図は本発明に於ける覆工材の他の例を示
す側面図、第８図は第７図に示す覆工材を利用し
て外郭を形成した場合の説明図である。 １_１〜１_１……覆工材、２……地盤、７……
刃、８……ユニツト、９……筐体、１１……圧力
室、１２……高圧水管、１３……ノズル、１５…
…高圧送水管、１６……高圧給水ポンプ、１８…
…モータ、２１……圧縮空気供給装置、２２，２
３……圧縮空気導入管、２４……土砂導入管、２
５，２６……エア供給ホース、２７……土砂輸送
管。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 両端が開口され長手方向に順次連結されて地
   盤中に推進される中空の覆工材と、地盤中への先
   頭覆工材内の前部に着脱可能に装着され先頭覆工
   材内を前後に区画することで圧力室を形成する筐
   体と、この筐体に回転可能に取り付けられ、上記
   先頭覆工材先端より内側に位置する斜め前方に向
   け高圧細噴流水を噴射して、上記圧力室内に押し
   込まれた掘削土砂を切削するノズルと、上記筐体
   内に配設され上記ノズルを回転させるモータと、
   上記ノズルに高圧水を供給する高圧給水ポンプ
   と、上記筐体に取り付けた圧縮空気導入管を介し
   て上記圧力室内に切削土砂搬出のための空気を供
   給する圧縮空気供給装置と、上記圧力室に連通す
   るよう上記筐体に連結され上記圧力室に作用する
   空気圧により切削土砂を空気輸送する輸送管とを
   備えてなることを特徴とする覆工材推進埋設用掘
   削装置。