(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発進立坑(2) に設置された元押装置(3) を用いて地盤(1) 内に先端部に先端ヘッド(12)を備えた先導体(4) を圧入して推進させ、これに推進管(5) を追従させる無排土圧入による動的圧入推進工法であって、
前記先端ヘッド(12)を、前記先導体(4) の内部、あるいは前記元押装置(3) に搭載した振動発生装置により振動可能に構成し、
前記先端ヘッド(12)を、推進方向に平行な前後方向に振動させて前記地盤(1) に前記先導体(4)の内部に搭載されたセンサからの情報に基づく当該地盤(1) の固有振動周波数前後の周波数による振動加速度を与え、前記地盤(1) を共振状態とし、
この振動加速度により前記地盤(1) の剪断強度を低下させて前記地盤(1) の、前記先端ヘッド(12)の近傍の土粒子を流動化させ、
前記先端ヘッド(12)の前面における抵抗力を低減させた状態で掘進を行い、
Ｎ値３０程度まで無排土で圧入を可能としたことを特徴とする動的圧入推進工法。
【請求項２】
請求項１に記載の動的圧入推進工法に使用する推進装置であって、
発進立坑(2) に設置された元押装置(3) と、
後に追従させる推進管(5)を介して前記元押装置(3)によって推進され、先端部に先端ヘッド(12)を、内部にセンサを有する先導体(4) と、
前記先導体(4) の内部、あるいは前記元押装置(3) に搭載され、前記先端ヘッド(12)を振動させる振動発生装置と、
前記先端ヘッド(12)を、その推進方向に平行な前後方向に所定の振動加速度で振動させるように、前記振動発生装置を制御する制御装置と、
前記センサの検出値を取り込み、前記先端ヘッド(12)の前面抵抗を最小とする振動数、振幅、振動力を演算する演算装置と、
を備え、
前記演算装置により演算した振動数、振幅、振動力を前記先端ヘッド(12)に発生させることを特徴とする動的圧入推進工法に用いられる推進装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は動的圧入推進工法及びこの工法に用いられる推進装置に関し、特に、電気通信用管路、下水道管、ガス管等の管路の地中への埋設を、非開削で動的に行う動的圧入推進工法、及びこの工法に用いられる推進装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電気通信用管路、下水道管、ガス管等を地中に埋設する場合には、一般に非開削推進工法が採用されている。この非開削推進工法により管路を地中に布設する場合、粘性土等の比較的軟らかい地盤においては、無排土圧入による推進工法が行われる。この無排土圧入による推進工法では、発進立坑を地盤にまず形成し、この発進立坑に元押装置を設置し、この元押装置から先導体を管路を布設する方向の地盤に推進させ、この先導体に続けて推進管を連続的に先導体に追従させて布設している。この無排土圧入による推進工法には、下記のような種類が知られている。
【０００３】
（１）単純な圧入方式
図１に示すように、先導体４、及びこれに追従する推進管５を発進立坑２に設置されている元押装置３を用いて、地盤１内に一度に圧入して推進を行う単純な圧入方式であり、静的圧入推進工法である。
【０００４】
（２）複推進による圧入方式
図２(a) に示すように、先端部に先端ヘッド６を搭載した先導体４を有し、総推進力を先導体４の先端へッド６にかかる前面抵抗力と追従する推進管５と地盤１の摩擦による摩擦抵抗力とに分散して推進可能にする複推進機構を持つ複推進による圧入方式であり、静的圧入推進工法である。推進時には、図２(b) に示すように、先導体４に内蔵された複推進ジャッキ７により先導体４に搭載した先端ヘッド６を先行させて推進させ、その後に図２(c) に示すように、先導体４と推進管５とを発進立坑２に設置されている元押装置３によって推進させる、複推進による圧入方式である。
【０００５】
（３）先端ヘッドの偏心回転による圧入方式
図３に示すように、先端ヘッド８に効率的に土を排除するための動的な作動機構を装備した先導体４を有し、先端へッド８を図４(a) 〜(c) に示すように先導体４に対して偏心回転させ、この状態で発進立坑２に設置されている元押装置３を用いて先導体４と推進管５とを地盤１に圧入する回転式の圧入方式であり、動的な圧入方式である。
【０００６】
（４）回転振動による圧入方式
図５に示すように、先端ヘッド８に効率的に土を排除するための動的な作動機構を装備した先導体４を有し、図６(a) に示すように先端へッド８の内部に重錘９と偏心回転する機構（図示せず）を装備し、図６(a) 〜(c) に示すように、先端へッド８の内部で重錘９を回転させて先導体の中心から外周方向に振動を発生させ、この状態で発進立坑２に設置されている元押装置３を用いて先導体４と推進管５とを地盤１に圧入する回転振動式の圧入方式であり、動的な圧入方式である。
【０００７】
（５）衝撃式による圧入方式
図７に示すように、先端部が鋭利に形成された先導体４、及びこれに追従する推進管５を備えるが、先導体４の内部に図示しない重錘があり、この重錘に地盤１の上に設置したコンプレッサー１０からエアホース１１により圧搾空気を導き、重錘を前後動させて先導体４の先端部に衝撃力を発生させ、この状態で自走させて先導体４と推進管５とを地盤１に圧入する回転振動式の圧入方式であり、動的な圧入方式である。
【０００８】
このように、いずれの圧入方式も、掘削排土方式による推進工法と比較して、カッタヘッドによる掘削機構および掘削された土砂を排出するための排士機構を装備しないために掘進速度が速いこと、システムの構成がシンプルになるためシステムの価格が安価であることから、工事期間を短縮できるとともに工事費を低減できる特徴を有している。また、無排土のため自然環境保護に貢献できるという特徴を有している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、粘性士等軟らかい均質な地盤においては、単純な圧入方式あるいは複推進による方式による施工は問題ないが、地盤が砂質土と粘性土との互層地盤や、砂質土やレキ混じり土等の硬い地盤においては（１）の単純な圧入方式では発進立坑に設置される元押装置の総推力が弱いという問題点があった。
【００１０】
また、（２）の複推進による圧入方式では、総推力を先端へッドの前面抵抗力と先導体に追従する推進管の管周面の摩擦抵抗力とに分散しているものの、先端へッドを圧入するための前面抵抗力が高くなり、土質についてはＮ値１５程度までに適用が限定されるという問題点を有していた。
【００１１】
一方、土質の適用拡大するために動的圧入推進工法である（３）の先端へッドの偏心回転による圧入方式では、砂質土やレキ混じり土等の硬い地盤において、先端へッドの偏心回転に必要なトルクが装備上、制限されるため、前面抵抗力の十分な削減効果が期待できないという問題を有している。
【００１２】
また、（４）の回転振動による圧入推進工法では、先端のみに振動を発生できず先導体全体を振動させてしまうことから、地下水位の高い地盤では水締め効果により先導体が地盤から締め付けられ、先導体を推進することが不可能になるという問題を有しており、土質の適用の拡大はもとより実用化まで至っていない状態である。
【００１３】
更に、（５）の衝撃式の圧入推進工法では、硬い地盤において推進が可能なものの、圧搾空気を用いるため推進距離が限定されることと、衝撃力発生のための振動や騒音が激しいため、施工現場の環境条件からその適用が制限されるといった問題を有していた。
【００１４】
そこで、本発明は前記従来の圧入方式の有する問題点を解消し、硬い地盤においても無排土圧入による推進工法で管路を埋設でき、これまで掘削排土方式の推進工法で行っていた地盤においても無排土で圧入推進が可能となる動的圧入推進工法及びこの工法に用いられる推進装置を提供することを目的としている。
【００１５】
また、振動を最小限に抑制可能で、騒音問題も発生せずに施工可能であり、更には、排土を発生させずに自然環境の保護にも貢献できる動的圧入推進工法及びこの工法に用いられる推進装置を提供することを目的としている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成する本発明の動的圧入推進工法は、発進立坑に設置された元押装置を用いて地盤内に先端部に先端ヘッドを備えた先導体を圧入して推進させ、これに推進管を追従させる無排土圧入による動的圧入推進工法であって、先端ヘッドを先導体の内部、あるいは元押装置に搭載した振動発生装置により振動可能に構成し、先端ヘッドを推進方向に平行な前後方向に振動させて地盤に所定の振動加速度を与え、この振動加速度により地盤の剪断強度を低下させて地盤の先端ヘッドの近傍の土粒子を流動化させ、先端ヘッドの前面における抵抗力果を最大限に低減させた状態で掘進を行い、Ｎ値３０程度まで無排土で圧入を可能としたことを特徴としている。
【００１７】
この場合、所定の振動加速度を、地盤の固有振動周波数前後の周波数による振動加速度とし、地盤を共振状態にするようにすることができる。
【００１８】
また、前記目的を達成する本発明の動的圧入推進工法に使用する推進装置は、発進立坑に設置された元押装置と、この元押装置によって推進され、その後に推進管を追従させる、先端部に先端ヘッドを備えた先導体と、先導体の内部、あるいは元押装置に搭載され、先端ヘッドを振動させる振動発生装置と、先端ヘッドを、その推進方向に平行な前後方向に所定の振動加速度で振動させるように、振動発生装置を制御する制御装置とを備えることを特徴としている。
【００１９】
この場合、先導体の内部にセンサを搭載し、これらのセンサの検出値を制御装置に設けた演算装置に取り込み、先端ヘッドの前面抵抗を最小とする振動数、振幅、振動力を演算し、地盤の状況に応じた最適な振動数、振幅、振動力を先端ヘッドに発生させるように構成することができる。
【００２０】
本発明の動的圧入推進工法及びこの工法に用いられる推進装置によれば、粘性土から砂質土、砂レキ士といった地盤まで、無排土圧入による推進工法で管路を埋設でき、これまで掘削排土方式の推進工法で行っていた地盤においても無排土で圧入推進が可能である。このため、推進方向と平行な方向に先端ヘッドを振動させる無排土圧入による本発明の推進工法においては、掘削機構および排土機構を搭載しないことから、高速で掘進できることから工事期間が短縮できること、システムがシンプルなため装置の価格が安価なこと、排土といった産業廃棄物を発生しないことから、工事費が大幅に削減可能である。
【００２１】
また、振動を最小限に抑制可能なことから、騒音といった問題も発生せずに施工可能であり、更には、排土といった産業廃棄物を発生しないことから、自然環境の保護にも貢献できる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下添付図面を用いて本発明の実施の形態を具体的な実施例に基づいて詳細に説明する。なお、本発明の実施例の構成において、図１から図７で説明した従来装置の構成部材と同じ構成部材には同じ符号を付して説明する。
【００２３】
図８は本発明の動的圧入推進工法に用いられる推進装置の一実施例の構成を示すものである。この実施例の推進装置も、発進立坑２に設置されている元押装置３を用いて地盤１内に先端部に先端ヘッド１２を備えた先導体４を圧入して推進させ、これに推進管５を追従させる動的圧入推進工法を行うものである。先端ヘッド１２は図示しない駆動機構により推進方向に平行な方向に振動させることができる。先端ヘッド１２の駆動機構は、先導体４の内部、或いは発進立坑２に設置した元押装置３に搭載する振動発生機構とすることができる。この実施例では推進ヘッド１２の形状はフラットであるが、コーン型でもよい。
【００２４】
ところで、地盤に振動加速度０．３〜０．４Ｇ以上を付与すると、図９に示す振動加速度の付与により土の剪断強度の低下特性図から分かるように、その地盤の剪断強度が低下し、土粒子の流動化現象が生じることが一般的に知られている。このような振動加速度の付与による地盤の剪断強度低下の効果を最大限に引き出すためには、地盤を共振状態にすることが必要である。
【００２５】
地盤を強制減衰振動体として考えると、図１０に示すような強制減衰振動モデルが出来上がる。図１１はこの強制減衰振動モデルの一般解を、振動数と加速度、或いは振幅を軸に示したグラフである。このグラフから、共振状態（グラフのピーク部分）となる固有振動周波数（図には固有振動数と記載）前後で振動加速度を地盤に付与すれば、地盤の剪断強度を最も効率的に低下できる。また、振動力を増加させると共振状態を発生可能な加速度あるいは振幅が増加するので、更に地盤の剪断強度の低下効果が期待できる。
【００２６】
このことから、地盤の固有振動数前後の振動加速度を、図８に示した先導体４の先端へッド１２を振動させることによって付与することにより、先導体４の前面の土の剪断抵抗を低下させることができると共に、一時的にかつ局所的に土粒子を流動化することができ、効率的な土粒子の再配列が可能になり、先導体４の圧入による前面抵抗力を大幅に低減できることになる。
【００２７】
図１２はＮ値２０程度の砂質地盤において、本発明の動的圧入推進工法を用いた場合の、先導体４の先端ヘッド１２に加わる前面抵抗力の低減効果を、振動数をパラメータとして示すものである。また、図１３は静的な単純圧入方式と本発明の動的圧入推進工法における先導体４の先端へッド１２に加わる前面抵抗力の低減効果を、Ｎ値をパラメータとして示したものである。
【００２８】
本発明では、砂質土からレキ混じり土等の硬い地盤においても、先端へッド１２のみを推進方向に平行に振動させるという動的方式を用いることから、先導体４の前面にのみ上述の振動加速度の効果が得られることが特徴である。図１２は目標とする硬土質地盤（Ｎ値２０程度）において、本発明の動的圧入推進工法による前面抵抗低減の効果を示したグラフであり、１０〜２０Ｈｚ程度の振動数を地盤に与えることにより、先導体４の先端へッド１２に加わる前面抵抗力を３０％以上低減可能である。
【００２９】
また、図１３に示すように、先導体４の装備能力を１０００ｋＮと考えると、従来の静的圧入推進工法ではＮ値１５程度までが限界であったのに対して、本発明の動的圧入推進工法では、同じ装備能力において土質のＮ値が３０程度の硬い地盤まで、上述の振動加速度効果により掘進可能となる。
【００３０】
更に、本発明による動的圧入推進工法では、図１４に示すように先導体４の中に、先端ヘッド１２の変位計１３、荷重変換器１３、及び加速度計１５等のセンサを内蔵しており、これらのセンサからの検出データは演算器１６を通じて運転操作盤１７に入力され、測定結果がモニタ１８に表示される。また、先端ヘッド１２への制御信号もこの運転操作盤１７から演算器１６を介して先導体４に伝えられる。
【００３１】
先導体４内に搭載したセンサからの情報により、本発明の推進装置の操作者は、先端へッド１２の前面抵抗力、振動力、振動数、加速度、振幅等をリアルタイムでモニタ１８によって監視することができ、地盤の状況に応じて先導体の前面抵抗力を最小にする最適振動制御を行うことが可能である。具体的には、操作者は地盤に応じた固有振動数による振動加速度を地盤に付与し、振動力を増加させて振幅を最大にする振動制御を行うことができる。即ち、本発明の制御方法によれば、図１１に示した共振状態を常時発生させると共に、振動加速度による効果を振動力を増加させることで増大させることができるので、一層効率的に前面抵抗低減効果が得られる。
【００３２】
以上のことから、本発明の推進装置を用いた動的圧入推進工法では、粘性土から砂質土、レキ混じり土といった、これまで掘削排土方式で行ってきた比較的硬い地盤においても、無排土圧入による高速で掘進が可能となる。このため、本発明の動的圧入推進工法では、比較的硬い地盤における掘削工期を短縮できると共に、産業廃棄物を発生しないことから工事費を大幅に削減可能となる。また、振動を最小限に抑制できるため、周辺への振動騒音といった問題も解決である。更には、無排土で圧入可能な土質及び口径の適用範囲が広がるため、産業廃棄物の発生をいっそう抑制できるため、自然環境の保護におおいに貢献できる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の先端ヘッドによる推進方向と平行な振動による動的な圧入推進工法によれば、粘性土から砂質土、砂レキ土といった地盤まで、無排土圧入による推進工法で管路を埋設できる。また、これまで掘削排土方式の推進工法で行っていた地盤においても無排土で圧入推進が可能である。このため、推進方向と平行な方向に先端ヘッドを振動させる無排土圧入による本発明の推進工法においては、掘削機構および排土機構を搭載しないことから、高速で掘進できることから工事期間が短縮できること、システムがシンプルなため装置の価格が安価なこと、排土といった産業廃棄物を発生しないことから、工事費が大幅に削減可能であるという効果がある。
【００３４】
また、振動を最小限に抑制可能なことから、騒音といった問題も発生せずに施工可能であり、更には、排土といった産業廃棄物を発生しないことから、自然環境の保護にも貢献できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の単純な圧入方式を行う推進装置の構成を示す図である。
【図２】  従来の複推進による圧入方式の推進装置を示すものであり、(a) は先端ヘッドの推進前の状態、(b) は先端ヘッドを複推進ジャッキで推進させた状態、(c) は推進させた先端ヘッドに先導体と推進管を追従させた状態をそれぞれ示す図である。
【図３】従来の先端へッドが偏心回転する圧入方式の推進装置を示す図である。
【図４】  (a) から(c) は図３に示す推進装置の先端へッドの偏心回転を説明する図である。
【図５】従来の先端ヘッドが回転振動する圧入方式の推進装置を示す図である。
【図６】  (a) から(c) は図５に示す推進装置の先端へッドの回転振動を説明する図である。
【図７】従来の先端ヘッドが衝撃振動する圧入方式の推進装置を示す図である。
【図８】本発明の一実施例の動的圧入方式の推進装置を示す図である。
【図９】振動加速度の付与による土の剪断強度の低下状態を示すグラフである。
【図１０】地盤を強制減衰振動体として考えた時の強制減衰振動モデルを示す図である。
【図１１】図１０の強制減衰振動モデルの振動数と加速度或いは振幅の関係を示すグラフである。
【図１２】本発明の動的圧入方式の推進装置を用いた振動工法の砂地盤における振動数と先導体の先端の前面抵抗力低減効果を示す図である。
【図１３】本発明の動的圧入方式の推進装置を用いた振動工法の砂地盤におけるＮ値と先導体の先端の前面抵抗力低減効果を示すグラフである。
【図１４】図８の動的圧入方式の推進装置の最適振動制御を行うための制御方法を示すシステム図である。
【符号の説明】
１  地盤
２  発進立坑
３  元押装置
４  先導体
５  推進管
６  先端ヘッド
７  複推進ジャッキ
８  先端ヘッド
９  重錘
１２  先端ヘッド
１３  変位計
１４  荷重変換器
１５  加速度計
１７  運転操作盤
１８  モニタ
【図１】
0003683509.tif 000002
【図２】
0003683509.tif 000003
【図３】
0003683509.tif 000004
【図４】
0003683509.tif 000005
【図５】
0003683509.tif 000006
【図６】
0003683509.tif 000007
【図７】
0003683509.tif 000008
【図８】
0003683509.tif 000009
【図９】
0003683509.tif 000010
【図１０】
0003683509.tif 000011
【図１１】
0003683509.tif 000012
【図１２】
0003683509.tif 000013
【図１３】
0003683509.tif 000014
【図１４】
0003683509.tif 000015