(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外管と内管からなる管の該外管と掘削孔との間隙に泥水を満たすとともに、該外管と該内管の間、又は該内管内に水を充填して、該外管に作用する泥水による浮力と、前記管と前記充填された水との重量とを釣り合わせ、管を弧状に地中敷設する方法において、管を押し込み又は引き込み敷設する過程において、該外管と該内管の間と該内管内の一方又は双方において水を排除又は充填することにより、前記した泥水による浮力と管、水との釣合い状態を崩して該管の長さ方向に沿って該管を浮揚又は沈降させて前記掘削孔の孔壁を押圧し、上方又は下方に掘削孔を拡大し、最終的には該外管と該内管の間、又は該内管内に水を充填して、前記泥水による浮力と、該管と該充填された水との重量とを釣り合わせ、管を敷設軌道に配設することを特徴とする浮力を利用して管を弧状に地中敷設する方法。
【請求項２】
該外管に作用する泥水による浮力と、前記管と前記充填された水との重量とを釣り合わせるために、該外管と該内管の間に充填した水、又は該内管内に充填した水を排出することにより、前記した泥水による浮力と管、水との釣合い状態を崩して該管の長さ方向に沿って該管を浮揚させて前記掘削孔の孔壁を押圧し、次いで該外管と該内管の間、又は該内管内に水を充填して、前記泥水による浮力と、該管と該充填された水との重量とを釣り合わせる状態に復帰させることを一度、又は数度行い、管を敷設軌道に配設することを特徴とする請求項１記載の浮力を利用して管を弧状に地中敷設する方法。
【請求項３】
該外管に作用する泥水による浮力と、前記管と前記充填された水との重量とを釣り合わせるために、該外管と該内管の間に水を充填した場合には該充填された水を排出するか、該内管内にも水を充填し、また該内管内に水を充填した場合には該充填された水を排出するか、該外管と該内管の間にも水を充填することにより、前記した泥水による浮力と管、水との釣合い状態を崩して該管の長さ方向に沿って該管を浮揚又は沈降させて前記掘削孔の孔壁を押圧し、次いで該外管と該内管の間、又は該内管内に水を充填して、前記泥水による浮力と、該管と該充填された水との重量との釣合い状態に復帰させ、管を敷設軌道に配設することを特徴とする請求項１記載の浮力を利用して管を弧状に地中敷設する方法。
【請求項４】
該外管に作用する泥水による浮力と、前記管と前記充填された水との重量とを釣り合わせるために、該外管と該内管の間に水を充填した場合には該充填された水を排出するか、該内管内にも水を充填し、また該内管内に水を充填した場合には該充填された水を排出するか、該外管と該内管の間にも水を充填することにより、該外管と該内管の間、及び該内管内に水が存在しない状態、又は該外管と該内管の間、及び該内管内に水を充填した状態にすることに続いて、該外管と該内管の間、及び該内管内に水を充填し、又は該外管と該内管の間、及び該内管内の水を排除することを一度又は数度行って前記した泥水による浮力と管との釣合い状態を崩して該管の長さ方向に沿って該管を浮揚又は沈降させて前記掘削孔の孔壁を押圧し、次いで前記泥水による浮力と、該管と該充填された水との重量との釣合い状態に復帰させ、管を敷設軌道に配設することを特徴とする請求項１記載の浮力を利用して管を弧状に地中敷設する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、泥水を用いながら地中を掘削し、鋼管等の管を弧状に地中敷設する方法に関するものであり、管の敷設軌道の掘削孔の孔壁の状況変化に対して的確に対応し、管を円滑に敷設軌道に配設することに供することができる。
【０００２】
【従来の技術】
ガス、水道、工業用水等の管を非開削で地中に敷設する方法は、各種の工法が実用されている。このうち、比較的大口径管を長距離に渡って弧状に地中敷設する工法として、特公昭６０−５９３９８号公報による技術が開示されている。
特公昭６０−５９３９８号公報において示される、水路等の地表面障害部の下に大口径の埋設管を据え付ける方法について、図６、図７用いて説明すると、
（１）後部にパイロツト管１９を取り付けたドリル２０を用い、水路２１下に弧状のパイロット孔２２を貫通させ、
（２）パイロツト管１９にパイロツト孔２２の全長を占居させながら、リーマ２３の先行端をパイロツト管１９の一端に取付け、
（３）埋設管２４の一端をリーマ２３の後尾端に、埋設管２４がリーマ２３に関して相対的に回転しないようにして取付け、
（４）埋設管２４及びリーマ２３に対して回転力及び推進力を加え、その際前記のパイロツト管１９を通してリーマ２３に掘削用泥水を与えて該リーマ２３がパイロツト孔２２沿いにパイロツト管１９により案内され、パイロツト孔２２の拡大とともに埋設管２４がパイロツト孔２２沿いに埋設される。
と記述される。
この特公昭６０−５９３９８号公報の技術は、埋設管に対する掘削用泥水の浮力を有利に利用するため、内部の空間を含めた場合の埋設管の密度と、掘削用の泥水の比重との関係に着目し、より大なる埋設管に対しては、中立状態の浮力を確保するため、管の中に重量物を置く、等の手段を講ずる（特公昭６０−５９３９８号公報４頁左欄下から第２行〜下から第１行）。
即ち、地中の掘削用泥水中に置かれた中空状態の埋設管の浮力が埋設管の自重と相殺するように、重量物を付加して中立状態とすることによって、孔壁との摩擦力を低減させ、埋設管の押し込み、又は引き込みを容易にするものである。
【０００３】
このような中立状態の浮力にする手段として提示される中に、特開平４−１１９２７９号公報がある。
この特開平４−１１９２７９号公報は、図８に示すように、水２９を充填した既設老朽管２６内に内部に浮力調整管２７を挿通した新管２８を挿入し（（イ））、新管２８の挿入完了後浮力調整管２７を回収する方法である。浮力調整管２７を引き出し、回収する場合には、新管２８と浮力調整管２７間に水２９を充填し、浮力調整管２７を浮力中立の状態とする（（ロ））。また、（イ）とは別の方法として、（ハ）に示すように、浮力調整管２７内に水３０を充填して自重付加し、新管２８について浮力調整を図る場合が示される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、管の推進距離が長大となる場合、また管が大径となる場合、或いは管の推進作業を中断した場合、掘削孔の孔壁と管の外周面に吸着現象（スタック）による過大な摩擦力を生じることがある。かかる事態が発生すると、管の円滑なる推進を妨げることになり、推進作業を続行させるためには、より強力な押込み力、又は引込み力を作用させて、増大した摩擦力に対抗する必要がある。そのため、押込み・引込み装置を大規模にする必要があった。
【０００５】
本発明の目的は、上述の従来技術の問題点に鑑み、掘削孔の孔壁と管の外周面との吸着現象に対応して、大規模な押込み・引込み装置を必要とすることなく円滑に管を配設する、浮力を利用して管を弧状に地中敷設する方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の、浮力を利用して管を弧状に地中敷設する方法は、外管と内管からなる管の該外管と掘削孔との間隙に泥水を満たすとともに、該外管と該内管の間、又は該内管内に水を充填して、該外管に作用する泥水による浮力と、前記管と前記充填された水との重量とを釣り合わせ、管を弧状に地中敷設する方法において、管を押し込み又は引き込み敷設する過程において、該外管と該内管の間と該内管内の一方又は双方において水を排除又は充填することにより、前記した泥水による浮力と管、水との釣合い状態を崩して該管の長さ方向に沿って該管を浮揚又は沈降させて前記掘削孔の孔壁を押圧し、上方又は下方に掘削孔を拡大し、最終的には該外管と該内管の間、又は該内管内に水を充填して、前記泥水による浮力と、該管と該充填された水との重量とを釣り合わせ、管を敷設軌道に配設することにより構成される。
【０００７】
本発明において、掘削孔の孔壁と管の外周面に吸着現象が発生した場合に、泥水による浮力と管、水との釣合い状態を崩して対処するために、管を浮揚傾向又は沈降傾向の挙動をとらせる手段として、次のようなものが包含される。
（１）該外管に作用する泥水による浮力と、前記管と前記充填された水との重量とを釣り合わせるために、該外管と該内管の間に充填した水、又は該内管内に充填した水を排出することにより、前記した泥水による浮力と管、水との釣合い状態を崩して該管の長さ方向に沿って該管を浮揚させて前記掘削孔の孔壁を押圧し、次いで該外管と該内管の間、又は該内管内に水を充填して、前記泥水による浮力と、該管と該充填された水との重量とを釣り合わせる状態に復帰させることを一度、又は数度行い、管を敷設軌道に配設する。
（２）該外管に作用する泥水による浮力と、前記管と前記充填された水との重量とを釣り合わせるために、該外管と該内管の間に水を充填した場合には該充填された水を排出するか、該内管内にも水を充填し、また該内管内に水を充填した場合には該充填された水を排出するか、該外管と該内管の間にも水を充填することにより、前記した泥水による浮力と管、水との釣合い状態を崩して該管の長さ方向に沿って該管を浮揚又は沈降させて前記掘削孔の孔壁を押圧し、次いで該外管と該内管の間、又は該内管内に水を充填して、前記泥水による浮力と、該管と該充填された水との重量との釣合い状態に復帰させ、管を敷設軌道に配設する。
（３）該外管に作用する泥水による浮力と、前記管と前記充填された水との重量とを釣り合わせるために、該外管と該内管の間に水を充填した場合には該充填された水を排出するか、該内管内にも水を充填し、該内管内に水を充填した場合には該充填された水を排出するか、該外管と該内管の間にも水を充填することにより、該外管と該内管の間、及び該内管内の双方に水が存在しない状態、又は該外管と該内管の間、及び該内管内の双方に水を充填した状態にすることに続いて、該外管と該内管の間、及び該内管内の双方に水を充填し、又は該外管と該内管の間、及び該内管内の双方の水を排除することを一度又は数度行って前記した泥水による浮力と管との釣合い状態を崩して該管の長さ方向に沿って該管を浮揚又は沈降させて前記掘削孔の孔壁を押圧し、次いで前記泥水による浮力と、該管と該充填された水との重量との釣合い状態に復帰させ、管を敷設軌道に配設する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面とともに説明する。
図１において、既にドリルパイプ４が到達側に到達し、掘進機５によりドリルパイプ４を介してカッター６とリーマ７に回転力を付与して掘削孔８を形成するとともに、リーマ７に後続してユニバーサルジョイント９により非回転に接続された外管２を引き込んでいる状態を示す。カッター６とリーマ７とによる掘削孔８の形成に際し、発進側からドリルパイプ４内に泥水１０を送給し、カッター６及びリーマ７から排出する。排出された泥水１０は、外管２と掘削孔８の間隙を流通して、管の地中での推進を容易にする。
管１は、外管２と内管３からなり、外管２内に内管３が挿通され、外管２と内管３の間に水１３ａを充填して、掘削孔８内の泥水１０による浮力と、外管２と内管３との自重と充填された水１３ａの重量とが平衡するようにする。
本例では、外管２と内管３とが、発進側から並行して配設されているが、外管２を先行させて進行させた後、外管２内に内管３を挿入し、内管３を外管２の先端に到達させ、その後に水１３ａを充填させるようにしてもよい。
【０００９】
図１において、外管２と内管３の間に水１３ａを充填して、泥水１０の浮力に対して釣合いの状態を保ち、管１の敷設作業を行っている。
管１の先端が敷設径路の中央を過ぎ、上向きの径路の途中において（（イ））、管を引き込む掘進機５の負荷が異常に大きくなり、掘削孔８の吸着現象（スタック）を発生した。
この現象を、掘進機５の負荷から検知したので、高圧空気を送って、外管２と内管３の間に充填された水１３ａを排出した（（ロ））。この作業により、管１の浮力に対して釣合いは崩れ、管１に上向きの浮揚力が作用して、管１は長さ方向に沿って掘削孔８の孔壁を押圧し、上方に掘削孔８を拡大するようにする。
次いで、外管２と内管３の間だけでなく、内管３内にも水１３ｂを充填して（（ハ））、（ロ）の場合とは逆方向に管１の浮力に対する釣合いを崩し、管１に下向きの沈降力が作用して、管１は長さ方向に沿って掘削孔８の孔壁を押圧し、下方に掘削孔８を拡大するようにする。
続いて、内管３内の水１３ｂを排出して、元の釣合いの状態を復帰させる。
【００１０】
この作業は、吸着現象の程度によっては、図１の（ハ）の状態から（ロ）の状態に移行し、次いで（ロ）の状態から（ハ）の状態に移行する作業を、一度又は数度繰り返して後、元の釣合いの状態を復帰させるようにしてもよい。
また、浮力に対する釣合いを崩し、また元に復帰させる仕方として、図１の（イ）の状態から（ロ）の状態へ、そして（ロ）の状態から（イ）の状態へ復帰する。また、この作業を繰り返してもよい。
また、（イ）の状態から、次のステップとして内管３内にも水を充填し、次いでこの充填した水だけを排出すること、或いはこれらのステップを繰り返すこともできる。この他として、（イ）の状態から、次のステップとして内管３内にも水を充填し、次いで外管２と内管３の間に及び内管３内にある双方の水を排出すること、或いは続いて外管２と内管３の間に及び内管３内の双方に水を充填させる等のステップを適宜介入させ、元の釣合いの状態を復帰させるようにしてもよい。
【００１１】
次に、図２において、内管３内に水１３ｂを充填して、泥水１０の浮力に対して釣合いの状態を保ち、管１の敷設作業を行っている。
管１の先端が敷設径路の中央を過ぎ、上向きの径路の途中において（（イ））、管を引き込む掘進機５の負荷が異常に大きくなり、掘削孔８の吸着現象（スタック）を発生した。
この現象を、掘進機５の負荷から検知したので、高圧空気を送って、内管３内に充填された水１３ｂを排出した（ロ）。この作業により、管１の浮力に対して釣合いは崩れ、管１に上向きの浮揚力が作用して、管１は長さ方向に沿って掘削孔８の孔壁を押圧し、上方に掘削孔８を拡大するようにする。
次いで、内管３内にだけでなく、外管２と内管３の間にも水１３ａを充填（（ハ））して、（ロ）の場合とは逆方向に管１の浮力に対する釣合いを崩し、管１に下向きの沈降力が作用して、管１は長さ方向に沿って掘削孔８の孔壁を押圧し、下方に掘削孔８を拡大するようにする。
続いて、外管２と内管３間の水１３ａを排出して、元の釣合いの状態を復帰させる。
【００１２】
この作業は、吸着現象の程度によっては、図２（ハ）の状態から（ロ）の状態に移行し、（ロ）の状態から（ハ）の状態に移行することを、一度又は数度繰り返して後元の釣合いの状態を復帰させるようにしてもよい。
また、浮力に対する釣合いを崩し、また元に復帰させる仕方として、（イ）の状態から（ロ）の状態へ、そして（ロ）の状態から（イ）の状態へ復帰する。また、この作業を繰り返してもよい。
また、（イ）の状態から、次のステップとして外管２と内管３の間にも水１３ａを充填し、次いでこの充填した水だけを排出すること、或いはこれらのステップを繰り返すこともできる。
図１、図２により示した作業のステップは、管の釣合い状態を崩して孔壁による抵抗を緩和、減少させ、或いは管を浮揚又は沈降させて孔壁を拡大するということで、上記に準じてその他の各種のステップをとることができる。
【００１３】
図３に管１への注・排水管１２と注・排気管１１を取り付けた状態を示す。注・排水管１２ａは外管２と内管３間の水の注・排水を行い、注・排水管１２ｂは内管３内の水の注・排水を行う。また、注・排気管１１ａは外管２と内管３間の空気の注・排気を行い、注・排気管１１ｂは内管３内の空気の注・排気を行う。外管２と内管３の先端には、それぞれ蓋１４、１５を設けて、水封を保ち、外管２と内管３間の後端、及び内管３の後端を密封するための蓋１６、１７を設けて、注・排気管から高圧空気を送った際の注・排水管からの水の排出を可能とする。１６ａ、１７ｂはそれぞれ蓋１６、１７における注・排気孔である。
【００１４】
図４、図５は管が吸着状態になり、管内への水の給・排水により管の釣合い状態を崩して吸着現象を除去し、管の釣合い状態に復帰する各ステップでの管の挙動を断面図により例示する。
図４は外管２と内管３間に水１３ａを充填して釣合い状態にあった管が吸着状態になり（（イ））、水１３ａを排水して上向きの浮揚力を付与し（（ロ））、次いで外管２と内管３間、及び内管３内に水１３ａ、１３ｂを充填して下向きの浮揚力を付与し（（ハ））、内管３内の水１３ｂを排除し、元の管の釣合い状態に復帰させる。
図５は内管３内に水１３ｂを充填して釣合い状態にあった管が吸着状態になり（（イ））、水１３ｂを排水して上向きの浮揚力を付与し（（ロ））、次いで外管２と内管３間、及び内管３内に水１３ａ、１３ｂを充填して下向きの浮揚力を付与し（（ハ））、外管２と内管３間の水１３ａを排除し、元の管の釣合い状態に復帰させる（（ニ））。
図４、図５のいずれの場合も、管の浮揚、沈降により掘削孔８の孔壁を押圧し、掘削孔８の孔壁の大きさを拡大するように働く。
【００１５】
【実施例】
本発明の実施例を図面を参照して説明する。
図１により実施例を説明する。
管１は、外径１２７ｍｍのドリルパイプ４の後端にカッター６、リーマ７、ユニバーサルジョイント９を介して結合される。ここで、管１は外径８００ｍｍの本管２と、外径６００ｍｍの内管３からなる。
（１）外管２と内管３の間に予め水１３ａを注水し、泥水１０による浮力と、管１と充填した水１３ａの重量とが釣合い状態になるようにする。注水には、外径５０ｍｍの注・排水管を用いる。
（２）推進距離１０００ｍのうち、７００ｍの地点で、推力が２００ｔｏｎから徐々に上昇し、３００ｔｏｎに達したため、推進作業を中断した。
（３）管１の後端部から注・排水管（図３で１２ａ、１２ｂ）を管１の敷設軌道最下点まで挿入し、注・排気孔１６ａ、１７ｂを備えた蓋１６、１７を管１の後端部に接続した。詳細は図３において示す。
（４）蓋の接続後、コンプレッサー（図示せず）により空気の注・排気孔１６ａから空気を注入し、外管２と内管３の間の水１３ａを管１外に排出する。排水により浮力の釣合い状態は崩れ、管１は浮力勝ちとなって上方に浮揚する挙動を呈する。
（５）次いで、外管２と内管３の間、及び内管３内に注・排水管１２ａ、１２ｂを介して水を注水する。注水により自重勝ちとなり、管１は下方に沈降する挙動を呈する。
（６）続いて、上記（４）、（５）の作業を５回繰り返した後、最終的には外管２と内管３の間に水を注水、充填して元の（１）の状態とし、管１の引込み作業を再開した。その時の推力は２００ｔｏｎであり、管１の外周の吸着現象は解消し、管を円滑に軌道敷設することができた。
【００１６】
図２により他の実施例を説明する。
管１は、外径１２７ｍｍのドリルパイプ４の後端にカッター６、リーマ７、ユニバーサルジョイント９を介して結合される。ここで、管１は外径１０００ｍｍの外管２と、外径６００ｍｍの内管３からなる。
（１）内管３内に予め水１３ｂを注水し、泥水１０による浮力と、管１と充填した水１３ｂの重量とが釣合い状態になるようにする。注水には、外径５０ｍｍの注・排水管を用いる。
（２）推進距離１０００ｍのうち、５００ｍの地点で、推進作業を一時中断し、２４ｈｒ後に推進作業を再開したところ、推力が３００ｔｏｎに達したため、推進作業再開を中止した。
（３）管１の後端部から注・排水管（図３で１２ａ、１２ｂ）を管１の敷設軌道最下点まで挿入し、注・排気孔１６ａ、１７ｂを備えた蓋１６、１７を管１の後端部に接続した。詳細は図３において示す。
（４）蓋の接続後、コンプレッサー（図示せず）により空気の注・排気孔１７ｂから空気を注入し、内管３内の水１３ｂを管１外に排出する。排水により浮力の釣合い状態は崩れ、管１は浮力勝ちとなって上方に浮揚する挙動を呈する。
（５）次いで、内管３内に水を注水、充填して元の（１）の状態とし、管１の引込み作業を再開した。その時の推力は２００ｔｏｎであり、管１の外周の吸着現象は解消することができた。
【００１７】
【発明の効果】
本発明によって、次のような効果を奏する。
本発明は、管の外周面において生起する掘削孔の孔壁の吸着現象に対処して、管が孔壁から受ける摩擦抵抗を減少し、また掘削孔を拡大し、地下における管の推進を容易にし、管を円滑に配設することができる。また、管内への水の充填、或いは排出ということで、吸着現象を解消可能となるので、掘進機を大容量にする必要がなく、設備上の観点からも有利であることがいえる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明においる実施例を説明する図である。
【図２】本発明における他の実施例を説明する図である。
【図３】管へ注・排水管と注・排気管を取り付けた状態を説明する図である。
【図４】吸着現象を解消する場合の管への注・排水と、管の挙動を説明する図である。
【図５】図４とは別の、吸着現象を解消する場合の管への注・排水と、管の挙動を説明する図である。
【図６】従来の技術を示す図である。
【図７】図６の部分の詳細図である。
【図８】他の従来の技術を示す図である。
【符号の説明】
１  管
２  外管
３  内管
４  ドリルパイプ
５  掘進機
６  カッター
７  リーマ
８  掘削孔
９  ユニバーサルジョイント
１０  泥水
１１  注・排気管
１２  注・排水管
１３、１３ａ、１３ｂ  水
１４  蓋
１５  蓋
１６  蓋
１７  蓋
１８  姿勢計測装置
１９  パイロット管
２０  ドリル
２１  水路
２２  パイロット孔
２３  リーマ
２４  埋設管
２５  水
２６  既設老朽管
２７  浮力調整管
２８  新管
２９  水
３０  水
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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