(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
長尺状で閉断面形状である閉断面部材における挿入方向の先端側に装着した掘削ユニットで掘削しながら前記閉断面部材を地山に挿入する閉断面部材挿入工法であって、
前記掘削ユニットは、
先端側の掘削部と、
前記閉断面部材の先端と前記掘削部とを接続するアダプタと、
前記閉断面部材の先端と前記掘削部とを伸縮可能に連結する伸縮手段と、
前記掘削部の姿勢を検知する姿勢検知手段と、
該姿勢検知手段による検知結果と関連付けて、前記伸縮手段を伸縮制御する制御部とを備え、
前記掘削部及び前記アダプタを、内部に空洞を有する外殻構造とし、
前記アダプタを、
前記掘削部に接続する掘削部側アダプタと、
前記閉断面部材に接続する部材側アダプタと、
前記掘削部側アダプタ及び前記部材側アダプタを相対移動可能に接続する可動接続部とで構成し、
前記可動接続部を、
前記掘削部側アダプタ及び前記部材側アダプタの対向部分における一方において、他方の外殻の内面に接するように、他方に向かって突出する突出型接続部で構成し、
該突出型接続部における前記他方の内面に接する側の面を、外側向きに突出する曲面形状とするとともに、
外側向きに突出する曲面形状である前記突出型接続部が接する前記他方の内面は、前記突出型接続部が少なくとも前記伸縮手段の伸縮方向に移動可能な面で構成された
閉断面部材挿入工法。
【請求項２】
前記制御部が、
伸長した前記伸縮手段を、前記閉断面部材の挿入量に応じて縮短制御する、あるいは、前記伸縮手段を、前記閉断面部材の挿入に同期して伸長制御する
請求項１に記載の閉断面部材挿入工法。
【請求項３】
前記姿勢検知手段による検知結果に基づいて、前記閉断面部材を挿入する位置を示す設計値に対して前記掘削部がズレた姿勢である場合に、
前記制御部が、前記設計値に対してズレた姿勢である前記掘削部を前記設計値に沿う姿勢となるように姿勢を修正するための距離である修正距離を設定するとともに、
設定した前記修正距離及び修正量に対して、前記閉断面部材の挿入量に応じて前記伸縮手段を伸縮制御する
請求項１又は２に記載の閉断面部材挿入工法。
【請求項４】
前記掘削部、前記アダプタ及び前記閉断面部材が矩形断面であり、
前記伸縮手段を前記矩形断面における隅角部に配置した
請求項１乃至３のうちいずれかに記載の閉断面部材挿入工法。
【請求項５】
地山に挿入する長尺状で閉断面形状である閉断面部材における挿入方向の先端側に装着する掘削ユニットであって、
先端側の掘削部と、
前記閉断面部材の先端と前記掘削部とを接続するアダプタと、
前記掘削部の姿勢を検知する姿勢検知手段と、
該姿勢検知手段による検知結果と関連付けて伸縮制御されるとともに、前記閉断面部材の先端と前記掘削部とを伸縮可能に連結する伸縮手段と、
前記掘削部及び前記アダプタの対向部分において、前記伸縮手段の伸長によって離間する前記対向部分の間を塞ぐ可動接続部とを備え、
前記掘削部及び前記アダプタを、内部に空洞を有する外殻構造とし、
前記伸縮手段によって、前記アダプタに対して前記掘削部を前記挿入方向に対して交差する交差方向に相対移動可能に構成し、
前記可動接続部を、
前記掘削部及び前記アダプタの対向部分における一方において、他方の外殻の内面に接するように、他方に向かって突出する突出型接続部で構成し、
前記交差方向の可動接続部の断面を、外側向きに突出する曲面形状とし、
外側向きに突出する曲面形状である前記突出型接続部が接する前記他方の内面は、前記突出型接続部が少なくとも前記伸縮手段の伸縮方向に移動可能な面で構成された
掘削ユニット。
【請求項６】
前記掘削部、前記アダプタ及び前記閉断面部材が矩形断面である
請求項５に記載の掘削ユニット。
【請求項７】
長尺状で閉断面形状である閉断面部材における挿入方向の先端側に装着した請求項５又は６に記載の掘削ユニットで掘削しながら前記閉断面部材を地山に挿入する閉断面部材挿入制御システムであって、
前記伸縮手段を伸縮制御する制御部を備え、
前記制御部が、
該姿勢検知手段による検知結果と関連付けて、前記伸縮手段を伸縮制御する
閉断面部材挿入制御システム。
【請求項８】
前記閉断面部材の挿入量を検出する挿入量検出手段を備え、
該挿入量検出手段によって検出した前記閉断面部材挿入量に応じて、
前記制御部が、伸長した前記伸縮手段を縮短制御する、あるいは、前記伸縮手段を伸長制御する
請求項７に記載の閉断面部材挿入制御システム。
【請求項９】
前記閉断面部材を挿入する位置を示す設計値を記憶する設計値記憶手段と、
前記設計値に対してズレた姿勢である前記掘削部を前記設計値に沿う姿勢となるように姿勢を修正するための距離である修正距離を設定する修正距離設定手段とを備え、
前記制御部が、
前記姿勢検知手段による検知結果に基づいて、前記設計値に対して前記掘削部がズレた姿勢である場合に、前記設計値に沿う姿勢となるように、設定した前記修正距離及び修正量に対して、前記閉断面部材の挿入量に応じて前記伸縮手段を伸縮制御する
請求項７または８に記載の閉断面部材挿入制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
例えば、小断面ボックスカルバートなどの閉断面部材を地山に挿入する閉断面部材挿入工法、そのための掘削ユニット、及び閉断面部材挿入制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、軌道と道路などの立体交差化において、既設の軌道などの既設構造物の下方に、新設の道路などを構築するアンダーパス構造が採用されている。  
このようなアンダーパス構造として、例えば、特許文献１には、小型掘削装置の後に鋼製の中空パイプを取付け、地山を小型掘削装置で掘削しながら油圧ジャッキで推進して地盤中に挿入し、挿入された中空パイプに対して次の中空パイプを連結継手で連接しながら挿入してトンネルを構築する地下構造物の構築工法について提案されている。
【０００３】
このような地下構造物の構築方法において、小型掘削装置を用いずとも、刃口を中空パイプなどの閉断面部材の先端に取り付け、刃口内で人力掘削しながら閉断面部材を地山に挿入する方法もあるが、刃口における人力掘削であっても、特許文献１のように小型掘削装置による機械掘削であっても、上部の既設構造物の安全確保のため、掘進に伴う地表面の変位を極力小さくすることが求められており、例えば、１回の掘進量を少なくすることなどの対策が講じられている。
【０００４】
しかしながら、周辺地盤の土圧の作用によって、小型掘削装置や刃口の姿勢が閉断面部材の挿入方向に対してズレた場合などにおいて方向修正するための余掘りや、刃口における人力掘削に伴って地山の内部応力の解放などの影響によって、周辺地盤に影響を与えるおそれがあった。
【０００５】
また、刃口や小型掘削装置の姿勢が挿入方向に対して、上向きや下向きにズレた場合において、そのまま挿入方向に掘進しようとすると、挿入抵抗が増大し、前方の地盤を押し上げ、地表面に大きな変位が生じるおそれがあった。
【０００６】
特に、挿入方向に対して下向きにズレた姿勢を上向きに修正するため、下部に修正部材を設置して掘進する場合においては、刃口や小型掘進機の急激な姿勢変化に伴って、地表面に大きな変位が生じるおそれがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−１３２１８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、この発明は、地表面への影響を低減することができる閉断面部材挿入工法、掘削ユニット及び閉断面部材挿入制御システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明は、長尺状で閉断面形状である閉断面部材における挿入方向の先端側に装着した掘削ユニットで掘削しながら前記閉断面部材を地山に挿入する閉断面部材挿入工法であって、前記掘削ユニットは、先端側の掘削部と、前記閉断面部材の先端と前記掘削部とを接続するアダプタと、前記閉断面部材の先端と前記掘削部とを伸縮可能に連結する伸縮手段と、前記掘削部の姿勢を検知する姿勢検知手段と、該姿勢検知手段による検知結果と関連付けて、前記伸縮手段を伸縮制御する制御部とを備え、前記掘削部及び前記アダプタを、内部に空洞を有する外殻構造とし、前記アダプタを、前記掘削部に接続する掘削部側アダプタと、前記閉断面部材に接続する部材側アダプタと、前記掘削部側アダプタ及び前記部材側アダプタを相対移動可能に接続する可動接続部とで構成し、前記可動接続部を、前記掘削部側アダプタ及び前記部材側アダプタの対向部分における一方において、他方の外殻の内面に接するように、他方に向かって突出する突出型接続部で構成し、該突出型接続部における前記他方の内面に接する側の面を、外側向きに突出する曲面形状とするとともに、外側向きに突出する曲面形状である前記突出型接続部が接する前記他方の内面は、前記突出型接続部が少なくとも前記伸縮手段の伸縮方向に移動可能な面で構成されたことを特徴とする。
【００１０】
あるいは、地山に挿入する長尺状で閉断面形状である閉断面部材における挿入方向の先端側に装着する掘削ユニットであって、先端側の掘削部と、前記閉断面部材の先端と前記掘削部とを接続するアダプタと、前記掘削部の姿勢を検知する姿勢検知手段と、該姿勢検知手段による検知結果と関連付けて伸縮制御されるとともに、前記閉断面部材の先端と前記掘削部とを伸縮可能に連結する伸縮手段と、前記掘削部及び前記アダプタの対向部分において、前記伸縮手段の伸長によって離間する前記対向部分の間を塞ぐ可動接続部とを備え、前記掘削部及び前記アダプタを、内部に空洞を有する外殻構造とし、前記伸縮手段によって、前記アダプタに対して前記掘削部を前記挿入方向に対して交差する交差方向に相対移動可能に構成し、前記可動接続部を、前記掘削部及び前記アダプタの対向部分における一方において、他方の外殻の内面に接するように、他方に向かって突出する突出型接続部で構成し、前記交差方向の可動接続部の断面を、外側向きに突出する曲面形状とし、外側向きに突出する曲面形状である前記突出型接続部が接する前記他方の内面は、前記突出型接続部が少なくとも前記伸縮手段の伸縮方向に移動可能な面で構成されたことを特徴とする。
【００１１】
さらには、長尺状で閉断面形状である閉断面部材における挿入方向の先端側に装着した上述の掘削ユニットで掘削しながら前記閉断面部材を地山に挿入する閉断面部材挿入制御システムであって、前記伸縮手段を伸縮制御する制御部を備え、前記制御部が、該姿勢検知手段による検知結果と関連付けて、前記伸縮手段を伸縮制御することを特徴とする。
【００１２】
上記閉断面部材は、閉断面形状で長尺状のエレメント、あるいは閉断面形状で短尺状のセグメントを連結したもの、いわゆる小断面のボックスカルバートなどの閉断面の構造物とすることができる。
【００１３】
上記掘削部は、人力掘削するための刃口、機械掘削する掘削装置あるいはそれらを併用した掘削とするための掘削部とすることができる。  
なお、先端側の掘削部と、前記閉断面部材の先端と前記掘削部とを接続するアダプタとを備えた掘削ユニットは、掘削先端部及びアダプタとで構成し、掘削ユニット自体を掘削部と称してもよい。
【００１４】
上記伸縮手段は、掘削部及びアダプタに対して上下２か所、断面における４か所ジャッキ、三角形配置した３か所ジャッキ、あるいは、ヒンジと併用し、該ヒンジを枢軸として枢動させるジャッキとすることができ、ジャッキとしては、機械式のねじジャッキやラック駆動ジャッキ、液体作動式の油圧ジャッキ、あるいは空気式のエアージャッキなどとすることができる。
【００１５】
上記姿勢検知手段は、傾斜計、加速度計などによって直接掘削部の姿勢を計測するもの、掘削部における二点の三次元位置を計測して掘削部の姿勢を算出するもの、あるいは、姿勢が既知であるアダプタに対する相対位置によって掘削部の姿勢を算出するものなどとすることができる。なお、掘削部の姿勢とは、挿入方向における絶対的傾斜、アダプタに対する相対傾斜、挿入方向に対する相対的傾斜、さらには、ローリングや、ヨーイングとすることができる。
【００１６】
上記伸縮制御は、姿勢検知手段による検知結果に基づいてジャッキを伸縮させる制御、伸縮するジャッキ動作によって挿入される掘削部の姿勢を検知して検知結果をフィードバックし、掘削部の姿勢を保つようにジャッキを伸縮させる制御、さらには、掘削部の挿入量と同期してジャッキを伸縮させる制御などとすることができる。
【００１７】
上記可動接続部は、掘削部側アダプタと一体構成したもの、部材側アダプタと一体構成したもの、掘削部側アダプタや部材側アダプタとは別体で構成し装着したもの、可撓性部材で構成し、掘削部側アダプタや部材側アダプタの両方と一体構成したものなどとすることができる。
【００１８】
上述の前記掘削部側アダプタ及び前記部材側アダプタを相対移動可能とは、閉断面部材の挿入方向に対して交差する方向、つまり前記掘削部側アダプタ及び前記部材側アダプタと相対的に屈曲するように移動すること、あるいは挿入方向に沿って伸縮するように移動することとする。
【００１９】
この発明により、閉断面部材を地山に挿入して地下構造物を構築する際の地表面への影響を低減することができる。  
詳しくは、前記掘削ユニットを、先端側の掘削部と、前記閉断面部材の先端と前記掘削部とを接続するアダプタと、前記閉断面部材の先端と前記掘削部とを伸縮可能に連結する伸縮手段と、前記掘削部の姿勢を検知する姿勢検知手段と、該姿勢検知手段による検知結果と関連付けて、前記伸縮手段を伸縮制御する制御部とを備えているため、掘削部の姿勢を姿勢検知手段で検知し、その検知結果に基づいて、前記閉断面部材の先端に装着されたアダプタと掘削部とを連結する伸縮手段を制御部で伸縮制御することができ、仮に、挿入方向に対して、掘削部の姿勢がズレた場合であっても、例えば、掘削部の挿入量と同期しながら伸縮手段を縮短制御したり、地表面に影響が及ばないように、掘削部の姿勢を維持しながら掘削部を挿入したり、修正したりすることができる。
【００２０】
また、前記アダプタを、前記掘削部に接続する掘削部側アダプタと、前記閉断面部材に接続する部材側アダプタと、前記掘削部側アダプタ及び前記部材側アダプタを相対移動可能に接続する可動接続部とで構成することにより、掘削部側アダプタと部材側アダプタとを可動接続部で接続しているため、閉断面部材に対する掘削部の姿勢を伸縮手段で容易に調整することができる。したがって、精度の良い姿勢制御を行い、閉断面部材の地山への挿入における地表面の影響をより低減することができる。
【００２１】
また、前記掘削部及び前記アダプタを、内部に空洞を有する外殻構造とし、前記可動接続部を、前記掘削部側アダプタ及び前記部材側アダプタの対向部分における一方において、他方の外殻の内面に接するように、他方に向かって突出する突出型接続部で構成し、該突出型接続部における前記他方の内面に接する側の面を、外側向きに突出する曲面を外側に有する形状とすることにより、閉断面部材に対して掘削部が交差する方向に姿勢制御した場合であっても、他方の外殻の内面に接するように、他方に向かって突出する突出型接続部における前記他方の内面に接する側の面を、外側向きに突出する曲面を外側に有する形状としているため、掘削部側アダプタと部材側アダプタとの対向部分に空隙が生じることなく、安全に、閉断面部材に対して掘削部を姿勢制御することができる。
【００２２】
またこの発明の態様として、前記制御部が、伸長した前記伸縮手段を、前記閉断面部材の挿入量に応じて縮短制御する、あるいは、前記伸縮手段を、前記閉断面部材の挿入に同期して伸長制御する、または、前記閉断面部材の挿入量を検出する挿入量検出手段を備え、該挿入量検出手段によって検出した前記閉断面部材挿入量に応じて、前記制御部が、伸長した前記伸縮手段を縮短制御する、あるいは、前記伸縮手段を伸長制御することができる。
【００２３】
上述の伸縮手段を前記閉断面部材の挿入量に応じて縮短制御するとは、掘削部の姿勢を維持しながら、閉断面部材の挿入と同時に挿入速度と同期して伸縮手段を縮短制御すること、閉断面部材の挿入量に応じて、閉断面部材の挿入停止後に伸縮手段を縮短制御すること、あるいは、閉断面部材の挿入と伸縮手段を縮短制御とを交互に行うことなどとする。
【００２４】
この発明により、閉断面部材の挿入量に応じて伸縮手段を縮短制御するため、仮に、閉断面部材の挿入量とは関係なくむやみに伸縮手段を縮短して掘削部の姿勢を制御することで応力解放された地山部分が掘削部前方に露出して崩落するなどの不具合の発生を防止し、安全に掘削部の姿勢を制御して、地表面の影響をより低減することができる。
【００２５】
また、例えば、予め挿入量に応じた伸長量で伸縮手段を伸長して掘削部を先行して挿入し、閉断面部材の挿入に伴って、伸縮手段を縮短することで、あたかも尺取虫のようにして、閉断面部材を挿入することができる。この場合、掘削部の姿勢を維持したり、修正したりするための制御を行いながら伸縮手段を伸長できるとともに、掘削部の挿入と閉断面部材の挿入とを段階的に行うため、上部の地山の引き摺りによる地表面への影響を低減することができる。
【００２６】
またこの発明の態様として、前記姿勢検知手段による検知結果に基づいて、前記閉断面部材を挿入する位置を示す設計値に対して前記掘削部がズレた姿勢である場合に、前記制御部が、前記設計値に対してズレた姿勢である前記掘削部を前記設計値に沿う姿勢となるように姿勢を修正するための距離である修正距離を設定するとともに、設定した前記修正距離及び修正量に対して、前記閉断面部材の挿入量に応じて前記伸縮手段を伸縮制御すること、あるいは、前記閉断面部材を挿入する位置を示す設計値を記憶する設計値記憶手段と、前記設計値に対してズレた姿勢である前記掘削部を前記設計値に沿う姿勢となるように姿勢を修正するための距離である修正距離を設定する修正距離設定手段とを備え、前記制御部が、前記姿勢検知手段による検知結果に基づいて、前記設計値に対して前記掘削部がズレた姿勢である場合に、前記設計値に沿う姿勢となるように、設定した前記修正距離及び修正量に対して、前記閉断面部材の挿入量に応じて前記伸縮手段を伸縮制御することができる。  
上述の修正距離設定手段は、上記修正距離のみを設定したり、ズレ量に応じた修正量とともに上記修正距離を設定する手段とすることができる。
【００２７】
この発明により、設計値に応じた姿勢に掘削部を維持しながら、閉断面部材を挿入することができる。したがって、掘削部が設計値からズレたまま、閉断面部材を設計値通りの方向に無理やり挿入することで地表面に大きな変位が生じるなどの不具合の発生を防止することができる。
【００２８】
また、設定した所望の修正距離に応じて徐々に掘削部の姿勢を制御することで、設計値に対して掘削部の姿勢がズレた場合であっても、急激に掘削部の姿勢を修正制御することによる地表面への影響を防止することができる。また、設定した所望の修正距離に応じて徐々に掘削部の姿勢を修正制御することで、地山へ挿入することによって閉断面部材に作用する負荷を低減することができる。
【００２９】
またこの発明の態様として、前記掘削部、前記アダプタ及び前記閉断面部材が矩形断面であり、前記伸縮手段を前記矩形断面における隅角部に配置することができる。  
この発明により、前記掘削部、前記アダプタ及び前記閉断面部材が円形断面である場合に比べてローリングに関する掘削部の姿勢が地表面に与える影響は大きく、また、挿入時における上部地山との摩擦による地表面への影響が大きくなるが、隅角部に伸縮手段を備えるとともに、挿入に同期して伸縮制御することで、矩形断面の閉断面部材に対する掘削部の姿勢を高精度で制御できるため、地表面への影響を低減しながら高精度で地山に挿入することができる。
【発明の効果】
【００３０】
この発明によれば、地表面への影響を低減することができる閉断面部材挿入工法、掘削ユニット及び閉断面部材挿入制御システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】軌道下に構築する地下横断構造物の概略斜視図。
【図２】同状態の概略縦断面図。
【図３】地盤切削掘削ユニットの説明図。
【図４】地盤切削掘削ユニットの説明図。
【図５】地盤切削ボックス挿入工法について説明する概略正面図。
【図６】地盤切削ボックス挿入システムのブロック図。
【図７】地盤切削ボックス挿入工法のフローチャート。
【図８】掘削部姿勢制御の説明図。
【図９】別の地盤切削ボックス挿入工法のフローチャート。
【図１０】別の掘削部姿勢制御の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下において、軌道２００の下方に小断面ボックスカルバート３１０を挿入して地下横断構造物３００を構築するための地盤切削ボックス挿入工法について、図１乃至図１０とともに説明する。
【００３３】
図１は軌道２００の下方に構築する地下横断構造物３００についての概略斜視図を示し、図２は同状態の概略縦断面図を示している。なお、図２は、複線の軌道２００の中間部分、つまり挿入方向Ｘの中間部分を省略して図示している。また、本明細書において、上述の小断面ボックスカルバート３１０の長手方向Ｘ、並びに小断面ボックスカルバート３１０の挿入方向Ｘは同じ方向であるため、同じ符号Ｘで示している。
【００３４】
図３、図４は刃口ユニット１０の説明図を示し、図５は地盤切削ボックス挿入工法について説明する概略正面図を示し、図６は地盤切削ボックス挿入システム１のブロック図を示し、図７は地盤切削ボックス挿入工法のフローチャートを示し、図８は掘削部姿勢制御の説明図を示している。
【００３５】
詳しくは、図３（ａ）は、小断面ボックスカルバート３１０の先端に刃口ユニット１０を装着した状態の縦断面図を示し、図３（ｂ）は同状態の概略正面図を示し、図４（ａ）は、刃口側アダプタ４０とともに、小断面ボックスカルバート３１０の先端に刃口ユニット１０を装着した状態の平面図を示し、図３（ｂ）は同状態の概略正面図を示している。なお、図４において、刃口ユニット１０の内部における主要機構を点線で図示している。
【００３６】
また、図９は別の地盤切削ボックス挿入工法のフローチャートを示し、図１０は別の掘削部姿勢制御の説明図を示している。
【００３７】
小断面ボックスカルバート３１０を挿入して、下方に地下横断構造物３００を構築する軌道２００は、図１及び図２に示すように、地山４００の上部に、路床４０１ａと路盤４０１ｂとを盛土して盛土部４０１を構成し、盛土部４０１の上にバラスト４０２を締め固め、枕木２０２を長手方向に等間隔で載置し、枕木２０２の上に軌条２０１を固定して構成している。
【００３８】
軌道２００を横断する方向Ｘ（図２において左右方向）に構築する地下横断構造物３００は、上床部３００ａが所定の土被りとなる位置で、地山４００に構築される矩形断面のボックスである。なお、図１及び図２では内側表面や端部がむき出したままの地下横断構造物３００を図示しているが、地下横断構造物３００の用途に応じて、地下横断構造物３００の内部空間３００ｂや端部に舗装やコンクリートを構築したり、化粧版を設置して地下横断構造物３００を完成させてもよい。
【００３９】
このように、地下横断構造物３００は、図２に示すように軌道２００の横断方向両側に予め建て込んだ土留め壁（図示省略）を用いて掘り下げて構築した立坑４２０（発進立坑４２０ａ，到達立坑４２０ｂ）間の軌道２００下の地山４００を貫通する構造物である。
【００４０】
そして、地下横断構造物３００は、図１及び図２に示すように、正面視横長四角形状に配置した小断面ボックスカルバート３１０を挿入方向Ｘに複数連結して構築している。
【００４１】
小断面ボックスカルバート３１０は、略四角形型に形成され、断面矩形枠状のプレキャストコンクリート製であり、所定の長さに形成している。そして、所定の長さに形成した小断面ボックスカルバート３１０を複数、長手方向（挿入方向）Ｘにおいて、接続部材（図示省略）で接続して、地下横断構造物３００を構成している。
【００４２】
このような構成の小断面ボックスカルバート３１０は、図３，４，５に示すような刃口ユニット１０を、長手方向Ｘの先端側の小断面ボックスカルバート３１０の先端に装着し、刃口ユニット１０を構成する先端側の刃口２０の内部で掘削作業員が掘削する人力掘削によって、刃口２０の前方の地山４００を掘削しながら、発進立坑４２０ａから基押しジャッキ８０で推進して地山４００に挿入する。
【００４３】
刃口ユニット１０は、図３に示すように、刃口２０と、小断面ボックスカルバート３１０の先端と刃口２０とを連結するアダプタ３０とで構成している。  
刃口２０は、小断面ボックスカルバート３１０と略同じ外形を有する側面視略正方形の外殻状である刃口本体部２１と、刃口本体部２１の上面が前方（図４（ａ）において左方向）に突出する板状の刃先板２２と、刃先板２２の前方において刃先板２２に対して平行に循環するワイヤーソー２３を駆動するワイヤーソー装置２４とで構成する。  
なお、刃口本体部２１における先端側は、刃先板２２の下方において、下向きに後方に向かって傾斜するように形成している。
【００４４】
そして、ワイヤーソー装置２４は後述するアダプタ３０の内部に配置され、刃先板２２の幅方向外側の少し前方には、ワイヤーソー装置２４で回転駆動するワイヤーソー２３の方向を変換する回転プーリー２３ａを備えている。  
平面視左側の回転プーリー２３ａの前方には、傾斜センサ９１を備えている。
【００４５】
なお、ワイヤーソー２３及びワイヤーソー装置２４についての詳しい構成は、出願人らによって出願された発明（特開２０１０―１７４５４２号公報）に開示されているため、詳細な説明を省略する。また、ワイヤーソー装置２４は、後述する地盤切削ボックス挿入システム１の制御部７０（図６参照）に接続され、制御部７０によって駆動制御するように構成している。
【００４６】
刃口２０とともに、刃口ユニット１０を構成するアダプタ３０は、刃口本体部２１の後端側に装着される刃口側アダプタ４０と、小断面ボックスカルバート３１０の先端に装着される部材側アダプタ５０と、これらを伸縮自在に連結する連結ジャッキ６０とで構成している。
【００４７】
刃口側アダプタ４０は、刃口本体部２１と同じ側面形状かつ外殻状であり、連結ジャッキ６０の先端側を枢動可能に取り付けるジャッキ支持部４１を備えている。なお、ジャッキ支持部４１は、側面視略正方形状の刃口側アダプタ４０における隅角部付近のそれぞれに配置している。
【００４８】
部材側アダプタ５０は、前方側のソケット部５１と、後方側の部材側アダプタ本体５２とで構成している。
【００４９】
部材側アダプタ本体５２は、小断面ボックスカルバート３１０の先端に、図示省略する取り付け治具で取り付けられ、刃口側アダプタ４０と同じ側面形状かつ外殻状であり、ジャッキ支持部４１に対応する位置にジャッキ支持部５３を設けている。
【００５０】
ソケット部５１は、部材側アダプタ本体５２の先端側に、前方に向かって突出するように配置され、刃口側アダプタ４０の後端部に内接するように、一回り小さな側面形状かつ外殻状に形成している。
【００５１】
なお、ソケット部５１は、図３（ａ）におけるａ部拡大図に示すように、外面が外側に向かって突出する曲面５１ａとなる縦断面形状で構成している。
【００５２】
連結ジャッキ６０は、刃口側アダプタ４０のジャッキ支持部４１と、部材側アダプタ本体５２のジャッキ支持部５３とに、枢動可能に接続された油圧ジャッキであり、後述する地盤切削ボックス挿入システム１の制御部７０に接続され、制御部７０によって伸縮制御するように構成している。なお、本実施例において、上部に配置された連結ジャッキを上部連結ジャッキ６０ａとし、下部に配置された連結ジャッキを下部連結ジャッキ６０ｂとしている。
【００５３】
このように構成してアダプタ３０は、刃口２０の刃口本体部２１の後端部と、小断面ボックスカルバート３１０の先端とのそれぞれに、適宜の方法で装着・固定されているが、刃口側アダプタ４０は、アダプタ３０の構成部品とせず、刃口本体部２１の後端側の一部で構成してもよい。また、連結ジャッキ６０は、直接刃口本体部２１の後端や、小断面ボックスカルバート３１０の先端に接続してもよい。
【００５４】
このように構成した刃口ユニット１０を用いた地盤切削ボックス挿入システム１は、刃口ユニット１０以外に、図６に示すように、小断面ボックスカルバート３１０を挿入する位置である設計値や、各装置を制御する制御プログラムなどを記憶する記憶部７１と、記憶部７１に記憶した制御プログラムと協働して、各装置を制御する制御部７０と、制御部７０に対して入力操作するための操作部７２と、検出センサ９０と、発進立坑４２０ａに配置した基押しジャッキ８０とを備えている。
【００５５】
操作部７２は、修正距離入力部７２ａや、記憶部７１に記憶する設計値を入力する設計値入力部として機能することができる。
【００５６】
本実施例では、検出センサ９０として、刃口本体部２１の姿勢を検出する傾斜センサ９１と、基押しジャッキ８０の伸長量に基づいて、小断面ボックスカルバート３１０の挿入量を検出する挿入量検出センサ９２とを備えている。
【００５７】
また、基押しジャッキ８０は、図５に示すように、発進立坑４２０ａにおいて、反力壁４３０を反力として、押輪４３１を介して、小断面ボックスカルバート３１０を元押して、地山４００に挿入するための油圧ジャッキであって、例えば、小断面ボックスカルバート３１０の大きさや小断面ボックスカルバート３１０を地山４００に挿入する挿入力に応じて、複数本備えている（８０ａ，８０ｂ，・・・・）。
【００５８】
なお、押輪４３１は、基押しジャッキ８０で伸長するストロークに対応し、基押しジャッキ８０を伸長して小断面ボックスカルバート３１０を挿入し、基押しジャッキ８０を縮短するとともに、基押しジャッキ８０が縮短した部分に押輪４３１を設置して、さらに基押しジャッキ８０を伸長して小断面ボックスカルバート３１０を地山４００に挿入するように構成している。
【００５９】
このように構成した地盤切削ボックス挿入システム１は、連結ジャッキ６０（６０ａ，６０ｂ）、記憶部７１、操作部７２、ワイヤーソー装置２４、傾斜センサ９１、挿入量検出センサ９２、基押しジャッキ８０（８０ａ，８０ｂ・・・）がそれぞれ制御部７０に接続され、制御部７０によって制御されている。なお、制御部７０、記憶部７１及び操作部７２は、例えば、パーソナルコンピュータで構成してもよいし、専用のコンピュータシステムで構成してもよい。
【００６０】
続いて、地盤切削ボックス挿入システム１によって小断面ボックスカルバート３１０を地山４００に挿入する地盤切削ボックス挿入工法の施工方法について、図７とともに説明する。  
まず、連結ジャッキ６０に接続されたワイヤーソー装置２４を駆動制御しながら、基押しジャッキ８０を伸長制御し、傾斜センサ９１で常時、姿勢を計測しながら刃口２０を地山４００に挿入する（ステップｓ１）。
【００６１】
詳しくは、刃口２０を、発進立坑４２０ａに配置した基押しジャッキ８０を伸長制御すると、ワイヤーソー２３で刃先板２２の前方の地山４００を切断し、ワイヤーソー２３によって切断された地山の切断跡に刃先板２２を挿入することができる。
【００６２】
なお、刃口２０における回転プーリー２３ａは、あらかじめ地山４００に挿入方向Ｘに挿通されたガイドパイプ４４０（図４）の内部に配置されているため、回転プーリー２３ａでワイヤーソー２３の方向を変換して、刃口２０の刃先板２２の挿入を許容する切断スリットを地山４００に形成する。そして、刃口２０の前面が地山４００に近づくと、刃口２０内の作業員によって、刃口２０の前方の地山４００を人力掘削して、刃口２０を地山４００に挿入する。なお、刃口２０の前方の地山４００を掘削しても、掘削箇所の上部は先に挿入された刃先板２２によって支持されているため、刃口２０の前方掘削による地中の応力解放の影響を防止することができる。
【００６３】
このようにして、刃口２０を地山４００に挿入しながら、小断面ボックスカルバート３１０の挿入を進めるが、小断面ボックスカルバート３１０の挿入中は、傾斜センサ９１で刃口２０の姿勢を常時計測しており、その計測結果に基づいて、刃口２０が正しい姿勢でない場合（ステップｓ２：Ｎｏ）、制御部７０は、連結ジャッキ６０を制御して、刃口２０の姿勢を調整する（ステップｓ３）。
【００６４】
詳しくは、刃口２０の姿勢が、図８（ａ）に示すように、上向きである場合、下部連結ジャッキ６０ｂを縮短したり、上部連結ジャッキ６０ａを伸長したり、さらには、上部連結ジャッキ６０ａを伸長するとともに、下部連結ジャッキ６０ｂを縮短して、刃口２０が所定の姿勢となるように制御する。
【００６５】
逆に、刃口２０の姿勢が、図８（ｂ）に示すように、下向きである場合、上部連結ジャッキ６０ａを縮短したり、下部連結ジャッキ６０ｂを伸長したり、さらには、下部連結ジャッキ６０ｂを伸長するとともに、上部連結ジャッキ６０ａを縮短して、刃口２０が所定の姿勢となるように制御する。
【００６６】
このように連結ジャッキ６０を伸縮制御して刃口２０の姿勢を調整した場合であっても、図８の拡大図に示すように、ソケット部５１の外側向きに突出する曲面５１ａが刃口側アダプタ４０の内面に接するため、刃口側アダプタ４０と部材側アダプタ５０との対向部分に空隙が生じることなく、安全に、小断面ボックスカルバート３１０に対して刃口２０を姿勢制御することができる。
【００６７】
なお、刃口２０の姿勢が上向きあるいは下向きとなっていることは、絶対的に上向き（下向き）であることのみならず、設計勾配などの基準に対して相対的に上向き（下向き）であってもよい。
【００６８】
このような刃口２０の姿勢制御を正しい姿勢になるまで繰り返し（ステップｓ４：Ｎｏ）、刃口２０の姿勢制御により正しい姿勢になったり（ステップｓ４：Ｙｅｓ）、計測結果が正しい姿勢であることを検出した場合（ステップｓ２：Ｙｅｓ）、制御部７０は、挿入量検出センサ９２に基づいて、小断面ボックスカルバート３１０が所定の挿入量、つまり貫通したか、あるいは、その日の施工ノルマなどの挿入量に達してない場合（ステップｓ５：Ｎｏ）、ステップｓ１に戻って、基押しジャッキ８０を伸長して小断面ボックスカルバート３１０を地山４００に挿入する。逆に、上述したような所定挿入量を挿入した場合（ステップｓ５：Ｙｅｓ）、施工を終了する。
【００６９】
次に、地盤切削ボックス挿入システム１による別の挿入フローについて、図９及び図１０とともに説明する。  
上述の図７に基づく説明では、基押しジャッキ８０によって、刃口ユニット１０及び小断面ボックスカルバート３１０を地山４００に挿入し、連結ジャッキ６０によって、刃口２０の姿勢制御を行う方法について説明したが、図９及び図１０とともに説明する別の挿入方法では、連結ジャッキ６０で予め刃口２０を挿入し、その後、連結ジャッキ６０を縮短制御しながら、基押しジャッキ８０を伸長制御して小断面ボックスカルバート３１０を挿入する方法である。
【００７０】
なお、以降の説明では、刃口２０の姿勢を設計値と比較してズレていた場合に、姿勢制御しながら連結ジャッキ６０を伸長制御する方法として説明するが、上述の図７とともに説明した上述の方法においても、設計値と比較して刃口２０の姿勢制御を行ってもよい。
【００７１】
具体的には、記憶部７１に記憶した設計値を呼び出したうえで（ステップｔ１）、傾斜センサ９１で刃口２０の姿勢を検出して、設計値と比較する（ステップｔ２）。
【００７２】
その結果、刃口２０の姿勢が設計値通りであれば（ステップｔ３：Ｙｅｓ）、刃口２０の前方の地山４００を掘削しながら、図１０（ａ）に示すように、全連結ジャッキ６０を伸長制御して、小断面ボックスカルバート３１０に対して刃口２０を前方移動する（ステップｔ４）。  
そして、挿入量検出センサ９２で小断面ボックスカルバート３１０の挿入量、つまり基押しジャッキ８０の伸長量を検出しながら、基押しジャッキ８０を伸長制御するとともに、刃口２０の姿勢を維持しながら、連結ジャッキ６０を縮短制御する（ステップｔ５）。つまり、基押しジャッキ８０の伸長と、連結ジャッキ６０の縮短とを、刃口２０の姿勢を維持しながら、同期させて制御することで、図１０（ｂ）に示すように、刃口２０の位置は維持されたまま、小断面ボックスカルバート３１０が前方移動して地山４００に挿入される。
【００７３】
逆に、刃口２０の姿勢が設計値通りでない場合、つまり設計値からズレている場合（ステップｔ３：Ｎｏ）、操作部７２の修正距離入力部７２ａを操作して、修正距離及び修正量を入力し（ステップｔ６）、制御部７０は、入力された修正距離でズレた刃口２０の姿勢を修正するように制御する（ステップｔ７）。
【００７４】
具体的には、挿入量検出センサ９２で小断面ボックスカルバート３１０の挿入量、つまり基押しジャッキ８０の伸長量を検出しながら、基押しジャッキ８０を伸長制御するとともに、刃口２０の姿勢を修正しながら、連結ジャッキ６０を縮短制御する（ステップｔ８）。
【００７５】
つまり、基押しジャッキ８０の伸長と、連結ジャッキ６０の縮短とを、刃口２０の姿勢を修正しながら、同期させて制御することで、位置が維持された刃口２０の姿勢は修正されながら、小断面ボックスカルバート３１０が前方移動して地山４００に挿入される。
【００７６】
そして、入力された修正距離に達すまで繰り返し（ステップｔ９：Ｎｏ）、修正距離に達した状態で（ステップｔ９：Ｙｅｓ）、刃口２０の姿勢が設計値通りであるか判定し、刃口２０の姿勢が設計値通りでない場合（ステップｔ１０：Ｎｏ）はステップｔ６に戻って、刃口２０の姿勢が設計値通りになるまで繰り返す。
【００７７】
刃口２０の姿勢が設計値通りになったことが検出されると（ステップｔ１０：Ｙｅｓ）、制御部７０は、挿入量検出センサ９２に基づいて、小断面ボックスカルバート３１０が所定の挿入量、つまり貫通したか、あるいは、その日の施工ノルマなどの挿入量に達してない場合（ステップｔ１１：Ｎｏ）、ステップｔ２に戻って、連結ジャッキ６０を伸長して刃口２０を地山４００に挿入する。逆に、上述したような所定挿入量を挿入した場合（ステップｔ１１：Ｙｅｓ）、施工を終了する。
【００７８】
このように、長尺状で閉断面形状である小断面ボックスカルバート３１０における挿入方向Ｘの先端側に装着した刃口ユニット１０で掘削しながら小断面ボックスカルバート３１０を地山４００に挿入する地盤切削ボックス挿入工法は、刃口ユニット１０を、先端側の刃口２０と、小断面ボックスカルバート３１０の先端と刃口２０とを接続するアダプタ３０と、小断面ボックスカルバート３１０の先端と刃口２０とを伸縮可能に連結する連結ジャッキ６０と、刃口２０の姿勢を検知する傾斜センサ９１と、傾斜センサ９１による刃口２０の検知結果と関連付けて、連結ジャッキ６０を伸縮制御する制御部７０とを備えたことにより、小断面ボックスカルバート３１０を地山４００に挿入して地下構造物を構築する際の地表面への影響を低減することができる。
【００７９】
詳しくは、刃口ユニット１０を、先端側の刃口２０と、小断面ボックスカルバート３１０の先端と刃口２０とを接続するアダプタ３０と、小断面ボックスカルバート３１０の先端と刃口２０とを伸縮可能に連結する連結ジャッキ６０と、刃口２０の姿勢を検知する傾斜センサ９１と、傾斜センサ９１による刃口２０の検知結果と関連付けて、連結ジャッキ６０を伸縮制御する制御部７０とを備えたことにより、刃口２０の姿勢を傾斜センサ９１で検知し、その検知結果に基づいて、小断面ボックスカルバート３１０の先端に装着されたアダプタ３０と刃口２０とを連結する連結ジャッキ６０を制御部７０で伸縮制御することができ、仮に、設計値に対して、刃口２０の姿勢がズレた場合であっても、例えば、刃口２０の挿入量と同期しながら連結ジャッキ６０を縮短制御したりして、地表面に影響が及ばないように、刃口２０の姿勢を修正することができる。
【００８０】
また、アダプタ３０を、刃口２０に装着する刃口側アダプタ４０と、小断面ボックスカルバート３１０に接続する部材側アダプタ５０と、刃口側アダプタ４０及び部材側アダプタ５０を相対移動可能に接続するソケット部５１とで構成したため、刃口側アダプタ４０と部材側アダプタ５０とをソケット部５１で接続することとなり、小断面ボックスカルバート３１０に対する刃口２０の姿勢を連結ジャッキ６０で容易に調整することができる。したがって、精度の良い姿勢制御が行い、小断面ボックスカルバート３１０の地山４００への挿入における地表面の影響をより低減することができる。
【００８１】
また、刃口２０及びアダプタ３０を、内部に空洞を有する外殻構造とし、ソケット部５１を、部材側アダプタ５０の先端側において、刃口側アダプタ４０の内面に接するように、突出するソケット部５１で構成し、ソケット部５１における曲面５１ａを、外側向きに突出する曲面を外側に有する形状とすることにより、小断面ボックスカルバート３１０に対して刃口２０が交差する方向に姿勢制御した場合であっても、刃口側アダプタ４０と部材側アダプタ５０との対向部分に空隙が生じることなく、安全に、小断面ボックスカルバート３１０に対して刃口２０を姿勢制御することができる。
【００８２】
また、刃口２０、アダプタ３０及び小断面ボックスカルバート３１０が矩形断面であり、連結ジャッキ６０を矩形断面における隅角部に配置しているため、円形断面に比べてローリングに関する刃口２０の姿勢が重要となるが、矩形断面の小断面ボックスカルバート３１０に対する刃口２０の姿勢を高精度で制御できるため、地表面への影響を低減しながら高精度で地山４００に挿入することができる。
【００８３】
また、小断面ボックスカルバート３１０の挿入量を検出する挿入量検出センサ９２を備え、挿入量検出センサ９２によって検出した小断面ボックスカルバート３１０の挿入量に応じて、制御部７０が、伸長した連結ジャッキ６０を縮短制御することにより、仮に、小断面ボックスカルバート３１０の挿入量とは関係なくむやみに連結ジャッキ６０を縮短して刃口２０の姿勢を制御することで刃口２０前方に応力解放された地山４００部分が露出して崩落するなどの不具合の発生を防止し、安全に刃口２０の姿勢を制御して、地表面の影響をより低減することができる。
【００８４】
また、挿入量検出センサ９２によって検出した小断面ボックスカルバート３１０の挿入量に応じて、制御部７０が、連結ジャッキ６０を伸長制御することにより、例えば、挿入量に応じた伸長量で連結ジャッキ６０を伸長して刃口２０を先行して挿入し、小断面ボックスカルバート３１０の挿入に伴って、連結ジャッキ６０を縮短することで、あたかも尺取虫のようにして、小断面ボックスカルバート３１０を挿入することができる。この場合、刃口２０の姿勢を維持しながら連結ジャッキ６０を伸長できるとともに、刃口２０の挿入と小断面ボックスカルバート３１０の挿入とを段階的に行うため、上部の地山４００の引き摺りによる地表面への影響を低減することができる。
【００８５】
また、小断面ボックスカルバート３１０を挿入する位置を示す設計値を記憶する記憶部７１を備え、傾斜センサ９１による検知結果に基づいて、設計値に対して刃口２０がズレた姿勢である場合に、制御部７０が、設計値に沿う姿勢となるように連結ジャッキ６０を伸縮制御することにより、設計値に応じた姿勢に刃口２０を維持しながら、小断面ボックスカルバート３１０を挿入することができる。したがって、刃口２０が設計値からズレたまま、小断面ボックスカルバート３１０を設計値通りの方向に無理やり挿入することで地表面に大きな変位が生じるなどの不具合の発生を防止することができる。
【００８６】
また、設計値に対してズレた姿勢である刃口２０を設計値に沿う姿勢となるように姿勢を修正するための距離である修正距離を設定する修正距離入力部７２ａを備え、制御部７０が、設定した修正距離に対して、小断面ボックスカルバート３１０の挿入量に応じて連結ジャッキ６０を伸縮制御することにより、設定した所望の修正距離に応じて徐々に刃口２０の姿勢を制御することで、設計値に対して刃口２０の姿勢がズレた場合であっても、急激に刃口２０の姿勢を制御することによる地表面への影響を防止することができる。また、設定した所望の修正距離に応じて徐々に刃口２０の姿勢を制御することで、地山４００へ挿入することによって小断面ボックスカルバート３１０に作用する負荷を低減することができる。
【００８７】
この発明の構成と、上述の実施例との対応において、この発明の閉断面部材は、小断面ボックスカルバート３１０に対応し、
以下同様に、
伸縮手段は、連結ジャッキ６０に対応し、
掘削部側アダプタは、刃口側アダプタ４０に対応し、
姿勢検知手段は、傾斜センサ９１に対応し、
制御部は、制御部７０に対応し、
可動接続部及び突出型接続部は、ソケット部５１に対応し、
他方の内面に接する側の面は、曲面５１ａに対応し、
閉断面部材挿入制御システムは、地盤切削ボックス挿入システム１に対応し、
挿入量検出手段は、挿入量検出センサ９２に対応し、
設計値記憶手段は、記憶部７１に対応し、
修正距離設定手段は、修正距離入力部７２ａに対応するも、
この発明は、上述の実施形態の構成のみに限定されるものではなく、多くの実施の形態を得ることができる。
【００８８】
例えば、小断面ボックスカルバート３１０の代わりに、閉断面形状で長尺状のエレメント、あるいは閉断面形状で短尺状のセグメントを連結したものを刃口側アダプタ４０に挿入してもよい。  
また、上述の説明では刃口ユニット１０における刃口２０内部で人力掘削を行ったが、刃口２０に代わって機械掘削するための掘削装置を装着してもよい。
【００８９】
上記連結ジャッキ６０は、刃口２０及びアダプタ３０に対して断面における４か所に備えたが、上下２本のジャッキで構成してもよいし、ヒンジとジャッキとを併用し、ヒンジを枢軸として枢動可能に構成してもよい。
【００９０】
また、刃口２０の姿勢を傾斜センサ９１で検出したが、刃口２０における二点の三次元位置を計測して刃口２０の姿勢を算出してもよく、あるいは、姿勢が既知であるアダプタ３０に対する相対位置によってアダプタ３０の姿勢を算出してもよい。
【００９１】
また、ソケット部５１を部材側アダプタ５０に装着したが、刃口側アダプタ４０に装着してもよく、刃口側アダプタ４０や部材側アダプタ５０とは別体で構成し装着してもよく、さらには可撓性部材で構成し、刃口側アダプタ４０及び部材側アダプタ５０の両方に装着してもよい。
【符号の説明】
【００９２】
１…地盤切削ボックス挿入システム
１０…刃口ユニット
２０…刃口
３０…アダプタ
４０…刃口側アダプタ
５０…部材側アダプタ
５１…ソケット部
５１ａ…曲面
６０…連結ジャッキ
７０…制御部
７１…記憶部
７２ａ…修正距離入力部
９１…傾斜センサ
９２…挿入量検出センサ
３１０…小断面ボックスカルバート
４００…地山
Ｘ…挿入方向
【図１】
0006518443.tif 000002
【図２】
0006518443.tif 000003
【図３】
0006518443.tif 000004
【図４】
0006518443.tif 000005
【図５】
0006518443.tif 000006
【図６】
0006518443.tif 000007
【図７】
0006518443.tif 000008
【図８】
0006518443.tif 000009
【図９】
0006518443.tif 000010
【図１０】
0006518443.tif 000011