(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
推進方向直列に配設された１個以上の殻体及び、推進方向先頭の前記殻体に設けられ前方の地盤を掘削自在な掘削手段を有した掘削マシンと、コンクリート管体と可撓性環材とを推進方向直列に交互に接続して形成し、前記掘削マシンの後方に配置されたフレキシブル推進管と、を備えた掘進装置において、
前記掘削マシンの後方に方向安定装置を接続し、
前記方向安定装置は、推進方向における長さが前記殻体に比べて短いか又は等しい筒体を、推進方向直列に複数配設して有し、
推進方向に隣接する前記筒体間に、ラムをそれぞれ有する複数のジャッキ手段を、当該ジャッキ手段が配設された筒体に隣接する筒体に設けられた受圧壁に対して、前記ラムを当接自在に設け、これら各ジャッキ手段により前記筒体間を押開け自在に設けると共に、
推進方向に隣接する前記筒体間の複数のジャッキ手段は該筒体の周面に沿って配置し、
前記方向安定装置の後方に前記フレキシブル推進管を着脱自在に接続して構成したことを特徴とする掘進装置。
【請求項２】
前記方向安定装置の推進方向における長さは前記推進方向先頭の殻体よりも長いことを特徴とする請求項１記載の掘進装置。
【請求項３】
前記ジャッキ手段は油圧ジャッキであり、前記油圧ジャッキに作用する圧力を計測する圧力計測部を設け、前記圧力計測部における計測結果に基づいて掘進状態に関する情報を出力する情報出力部を設けたことを特徴とする請求項１記載の掘進装置。
【請求項４】
推進方向に隣接する前記筒体間に、これら筒体間の隙間を覆う形で筒状のカラー部材を設け、前記カラー部材を可撓性材料で形成したことを特徴とする請求項１記載の掘進装置。
【請求項５】
前記ジャッキ手段は油圧ジャッキであり、前記複数のジャッキ手段のうち２個以上のジャッキ手段相互間に、これらジャッキ手段相互間で作動油を移動自在に流通させる作動油流通手段を接続したことを特徴とする請求項１記載の掘進装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地中に管を推進させる推進工法において、長距離急曲線の施工を好適に行うことのできる掘進装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
推進工法とは、発進立坑より出発し地盤を掘削する掘削マシンを先頭にして、ヒューム管等の複数の推進管を順次後ろから直列に継ぎ足し、その最後尾を前記立坑内の元押しジャッキで押し込むことにより、上記複数の推進管を地中に敷設する工法である。この推進工法では、複数の推進管を、その管軸に直角な端面どうしを真っ直ぐに当接させながら直列に継ぎ足し推進させる「直線押し」が基本である。しかし今日では、推進工法による曲線施工の要求が高まり、その技術への取り組みも進みつつある。
【０００３】
曲線施工では、曲線に沿って屈曲した状態の隣接する推進管の端面が、平面視で楔状に目開きする。このままでは推進管の端面に応力集中が発生して管破壊を起こしたり、推力伝達方向が定まらず予想外の不正確な曲率曲線などが発生しやすい。従来の曲線施工ではこのような問題を様々な工夫により解決努力してきた。以下、従来の曲線施工を簡単に説明する。
【０００４】
▲１▼目開き部キャンパー挿入工法
曲線に沿って屈曲した状態の隣接する推進管の端面の目開き部（隙間）に小型ジャッキまたは小木片等のキャンパーを差し込み、このキャンバーを介して所定の目開きを保持し、かつ推力を伝達させる方法である。しかし、この方法は以前から試みられて来た方法ではあるが、施工の煩雑さ、不確実さ等の理由から、今日では陳腐化した工法となっている。また、カーブ全長に亘って油圧ジャッキ（ラムジャッキ）を装着する方式は、推力伝達や適切な目開き確保に合理的であるが、高価な装置によるコストアップ及び施工の煩雑さ等の欠点がある。
【０００５】
▲２▼クッション材挿入工法（センプラカーブシステム）
隣接する推進管の管端面間にクッション材を挿入しておき、カーブでは掘削マシンが掘進した軌跡上（掘進孔）を後続の推進管が追随する。カーブでは隣接する推進管相互間の屈曲角に応じてクッション材が変形し、推力伝達面積を確保している。掘削マシンの方向制御は側方地盤の反力を利用して行うので、多くの場合、掘削マシン側方の地盤に反力を得るため、薬液注入などを施して地盤の強度を補強している。このクッション材挿入工法は単純な構造で手間がかからないことから、今日の主流工法となっている。しかしながら、緩曲線施工には有効であり合理的ではあるものの、急曲線施工では推力伝達面積を確保できず、管が破壊したり目開きの大きさがばらついたりする。また、Ｘ、Ｙ両軸のカーブ施工が困難である。
【０００６】
▲３▼ユニットカーブ工法
特公平１−５６２４０号等に開示されている工法である。この工法では隣接する推進管の間に複数の開口調整部材（方向修正ジャッキ）を管周方向に並べて配設している。曲線の築造は、複数の開口調整部材のストローク長さに差を付けて、隣接する推進管どうしの間を屈曲させることにより行う。この推進管の屈曲により掘削マシンの方向が制御される。この工法は上記▲２▼の工法に比べて急曲線施工にある程度対応でき、Ｘ、Ｙ両軸のカーブも施工可能である。しかし、多数のジャッキを使用しなければならない等の問題がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は上記事情に鑑み、煩雑な作業を伴わず、ジャッキ等の機材を有効利用しつつ、急曲線施工を正確かつ経済的に行うことができる、掘進装置を提供することを目的とする。

【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明のうち請求項１は、推進方向直列に配設された１個以上の殻体（１２）及び、推進方向先頭の前記殻体に設けられ前方の地盤を掘削自在な掘削手段（１５）を有した掘削マシン（１０）と、コンクリート管体（４１）と可撓性環材（４２）とを推進方向直列に交互に接続して形成し、前記掘削マシンの後方に配置されたフレキシブル推進管（４０）と、を備えた掘進装置（１）において、前記掘削マシンの後方に方向安定装置（２０）を接続し、前記方向安定装置は、推進方向における長さ（Ｌ２）が前記殻体に比べて短いか又は等しい筒体（２１）を、推進方向直列に複数配設して有し、推進方向に隣接する前記筒体間に、ラムをそれぞれ有する複数のジャッキ手段を、当該ジャッキ手段が配設された筒体に隣接する筒体に設けられた受圧壁に対して、前記ラムを当接自在に設け、これら各ジャッキ手段により前記筒体間を押開け自在に設けると共に、推進方向に隣接する前記筒体間の複数のジャッキ手段は該筒体の周面に沿って配置し、前記方向安定装置の後方に前記フレキシブル推進管を着脱自在に接続して構成したことを特徴とする。
【０００９】
また本発明のうち請求項２は、前記方向安定装置の推進方向における長さ（Ｌ３）は前記推進方向先頭の殻体よりも長いことを特徴とする。
【００１０】
また本発明のうち請求項３は、前記ジャッキ手段は油圧ジャッキであり、前記油圧ジャッキに作用する圧力を計測する圧力計測部（６０）を設け、前記圧力計測部における計測結果に基づいて掘進状態に関する情報を出力する情報出力部（６１、６２）を設けたことを特徴とする。
【００１１】
また本発明のうち請求項４は、推進方向に隣接する前記筒体間に、これら筒体間の隙間を覆う形で筒状のカラー部材（２１ｂ）を設け、前記カラー部材を可撓性材料で形成したことを特徴とする。
【００１２】
また本発明のうち請求項５は、前記ジャッキ手段は油圧ジャッキであり、前記複数のジャッキ手段のうち２個以上のジャッキ手段相互間に、これらジャッキ手段相互間で作動油を移動自在に流通させる作動油流通手段（１００）を接続したことを特徴とする。
【００１８】
なお、括弧内の番号等は、図面における対応する要素を示す便宜的なものであり、従って、本記述は図面上の記載に限定拘束されるものではない。
【００１９】
【発明の効果】
上記構成により本発明のうち請求項１では、掘削マシンにより曲線掘削を行う際に、ジャッキ手段を介して方向安定装置を掘削すべき計画曲線の曲率に合わせて屈曲させることにより、該方向安定装置をガイドとして前記掘削マシンの姿勢を前記曲率に合わせるようにする。複数の筒体で構成された多関節の方向安定装置が屈曲することで、該方向安定装置は計画曲線に沿って形成された掘削孔における地山壁面に密着でき、該曲線に好適に追従する。これは筒体の長さが殻体よりも短いことにより特に効果的となる。このように、方向安定装置が計画曲線に沿って安定して推進されるので、該方向安定装置を介して推力が伝達される掘削マシンの姿勢、従って掘削方向は安定し、計画曲線から不用意に外れるようなことは防止される。即ち、本発明によると長距離急曲線の施工を正確に行うことができる。
【００２０】
更に上記請求項１では、方向安定装置に後続させるフレキシブル推進管は、計画曲線に沿って正確に掘削された掘削孔に適宜屈曲しながら導入されるので、キャンバー等の設置をする必要がなく煩雑な作業を伴わない。更にフレキシブル推進管は計画曲線において、コンクリート管体どうしの屈曲角に応じて可撓性環材が変形する。可撓性環材は計画曲線内周側が主に圧縮され、続いて厚さの薄い部分の圧縮が収束し、そこを始点として計画曲線外周側が伸びる。このように推力伝達位置の移動が完了した状態になると、フレキシブル推進管は不用意に姿勢を崩すことなく、推力の伝達位置はバランスし、計画曲線の外周側等に膨れるといった挙動もない。つまり、このようなフレキシブル推進管の性質により、曲線施工においては、掘削マシンと方向安定装置とフレキシブル推進管とが３者一体となり計画曲線に合わせて姿勢を保持し、正確な推力伝達により安定した掘削方向を維持することができる。
【００２１】
また本発明のうち請求項１では、着脱自在の方向安定装置を、推進工事の完了後に推進管から取り外して回収し、これを別の施工現場で再利用することができるので、ジャッキ等を含めた機材が無駄にならず有効利用でき、低コストの施工が実現する。
【００２２】
また本発明のうち請求項２では、方向安定装置の長さが掘削の先頭にある殻体よりも長いので、該殻体に対する方向制御反力を得るための壁面接触面積を方向安定装置において得ることができ、曲線施工において正確な掘削方向を実現することができる。
【００２３】
また本発明のうち請求項３では以下の効果を奏する。即ち、もし掘削マシンが計画曲線より外れた場合には、計画曲線とは異なる曲率の掘削孔が形成され、後続の方向安定装置が該掘削孔に導入される。方向安定装置の屈曲状態は計画曲線の曲率に合わせられているので、該掘削孔導入時に方向安定装置の各ジャッキ手段には地山から受ける力による圧力が作用する。従って、該圧力を計測し、この計測結果に基づいて掘進状態に関する情報、即ち計画曲線から外れて掘進しているという情報を出力することにより、計画曲線からのズレをいち早く発見し、掘進方向の修正などの対応をとることができるので好都合である。
【００２４】
また本発明のうち請求項４では、カラー部材が可撓性材料で形成されているので、筒体間が屈曲しても筒体接続部の変形に追従し跳ね上がらない。そして地山と接触しない。これにより推進時の抵抗になりにくく、曲線施工時にもスムーズに推進できる。勿論、該カラー部材により土砂の進入が防止され、止水効果も得られる。
【００２５】
また本発明のうち請求項５では、油圧ユニットで発生した作動油（圧力油）を１切替弁から２個以上のジャッキ手段に並列供給を行う。従って、隣接する筒体間の目開きを設定するに当たり、作動油流通手段で接続されたジャッキ手段に発生する反力の確実な同調性を図ることができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。図１は本発明による掘進装置の一例を示した斜視図である。推進工法において使用される掘進装置１は、図１に示すように、先頭（図１紙面左側）より、掘削マシン１０、曲線造形装置２０、管周混合装置３０、フレキシブル推進管４０がこの順で推進方向（図１の矢印Ｘ方向）に直列に接続されて構成されている。また掘進装置１の後端、従ってフレキシブル推進管４０の後端には、複数のヒューム管５０が直列に接続されている。
【００２９】
本実施形態での掘削マシン１０は、従来より使用されている中折れ分割胴型の掘削マシンと同様のもの（例えば、セミシールドマシンφ１５００など）となっている。即ち掘削マシン１０は、図１に示すように複数（本実施形態では４つであるが幾つでもよい）のユニット１１（１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ）を推進方向直列に接続して構成されており、各ユニット１１は略同じ長さＬ１（推進方向の長さ）からなる円筒状の殻体１２を有している。但し、各ユニット１１の長さが互いに異なるものを採用しても差し支えない。
【００３０】
先頭のユニット１１Ａは殻体１２の前部（図１の紙面左側）に、前方の地盤を掘削自在なカッタ等を有した掘削手段１５を有している。ユニット１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃの殻体１２内には複数の中折れジャッキ１３が該殻体１２の周面に沿って環状に複数設けられており、これら中折れジャッキ１３のラム側は後側に隣接するユニット１１の殻体１２を推進方向に押圧自在に配置されている。即ち、これら中折れジャッキ１３のストロークを適宜調節することにより、複数のユニット１１相互の屈曲状態を調節することができる。
【００３１】
図２は曲線造形装置２０の平面図（一部断面図）である。所望の曲線を容易に造形するための曲線造形装置であると共に、曲線造形後に該曲線に沿った掘削方向を安定させるための方向安定装置でもある曲線造形装置２０は、図１及び図２に示すように、上述した掘削マシン１０の最後尾のユニット１１Ｄに接続されており、推進方向に直列に配設された複数のユニット２５（２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃ、２５Ｄ）を有している。各ユニット２５は、鋼製の円筒体である筒体２１を有しており、筒体２１の先端側（図２の紙面左側）は挿入部２１ａ、後端側（図２の紙面右側）はカラー部２１ｂとなっている。即ち、各筒体２１の挿入部２１ａは前方に隣接する筒体２１のカラー部２１ｂ内に挿入されており、各筒体２１のカラー部２１ｂ内には後方に隣接する筒体２１の挿入部２１ａが挿入されている。
【００３２】
前記筒体２１は鋼製であるため、該筒体２１の推進方向の長さをできるだけ短くして曲線造形装置２０を形成することが可能となっている（短くしてもコンクリート製に比べて破損に強い）。後述するように、筒体２１の長さをできるだけ短くすることで、急曲線にも対応できる曲線造形装置２０が提供されることになる。但し、強度等の問題をクリアできれば筒体２１を、鋼製以外に、プラスチックやコンクリート等で形成してもよい。
【００３３】
図２等に示す本実施形態では円筒状のカラー部２１ｂが筒体２１と一体型のようになっている。しかしこのカラー部２１ｂを筒体２１とは別体とし、該カラー部２１ｂをゴム等の可撓性材料で形成することも可能である。
【００３４】
図３は筒体内での押圧ジャッキの配置状態を示す図である。各ユニット２５は、図２及び図３に示すように油圧ジャッキからなる複数の押圧ジャッキ２２を、その筒体２１の周面に沿って環状に配設した形で有しており、各押圧ジャッキ２２はシリンダ側が該筒体２１に固定されている。また、各押圧ジャッキ２２のラム２２ａは、該押圧ジャッキ２２が固定されている筒体２１の先端側に向けて配置され、軸方向に突出後退駆動自在になっている。各筒体２１内には、推進方向に対して直角な壁面が後方に向けて形成された受圧壁２３が該筒体２１の内周に沿って設けられており、該筒体２１の後方に隣接する筒体２１に設けられた押圧ジャッキ２２のラム２２ａがこの受圧壁２３の壁面に当接自在になっている。
【００３５】
なお本実施形態では図３に示すように、各筒体２１の押圧ジャッキ２２は８個であり（８個以上でもよい。勿論、施工する曲線がきつくない場合には押圧ジャッキ２２が８個未満、例えば４個であってもよい。）、これら押圧ジャッキ２２は該筒体２１の中心軸ＣＴを中心に対称配置されている。また、本実施形態では押圧ジャッキ２２はラムａ側を前方に向けて配置しているが、押圧ジャッキ２２は前後に隣接する筒体２１間を押開け自在に設置されればよいので、ラム２２ａ側を後方に向けて配置してもかまわない。
【００３６】
更に押圧ジャッキ２２には、図２に示すように、その油圧を計測する圧力計測部６０が設けられており、該圧力計測部６０には、その計測結果について所定の演算を行う演算部６１が接続されている。また該演算部６１には、その演算結果を表示出力するモニタ等の表示手段６２が接続されている。なお、圧力計測部６０は油圧計測以外の方法で押圧ジャッキ２２に作用する圧力を計測するようになっていてもよい。
【００３７】
なお図２の例で示す曲線造形装置２０には、上述した構成をもつユニット２５が６個あり、これらは機能的に２種類のユニット２５Ａ、２５Ｂに区別されている。即ち、図２の紙面左から、２番目、３番目、５番目、６番目のユニット２５がユニット２５Ａ、図２の紙面左から、４番目、７番目のユニット２５がユニット２５Ｂとなっている。ユニット２５Ａ、２５Ｂの筒体２１の推進方向の長さＬ２は上記掘削マシン１０の殻体１２の長さＬ１よりも十分に小さく（Ｌ２はＬ１の約半分）なっている（但し、筒体２１の長さＬ２を殻体１２の長さＬ１と等しくすることも可能である。）。
【００３８】
なお図２の紙面左から１番目（先頭）のユニット２５は特殊なユニット２５Ｃとなっており、このユニット２５Ｃは掘削マシン１０との接続用であるため、押圧ジャッキ２２が設けられておらず、先端側が掘削マシン１０のユニット１１Ｄ内に挿入している。また、図２の紙面左から８番目（最後尾）のユニット２５も特殊なユニット２５Ｄとなっており、このユニット２５Ｄは後述する管周混合装置３０との接続用であるため、カラー部２１ｂには管周混合装置３０の管体３１の先端側が挿入されている。
【００３９】
上述したユニット２５Ａは、ユニット２５Ｄ以外のどのユニット２５の後方にでも接続可能となっており、該ユニット２５Ａの後方にはユニット２５Ａ又はユニット２５Ｂが接続可能となっている。またユニット２５Ｂは、ユニット２５Ａの後方にだけ接続可能となっており、該ユニット２５Ｂの後方にはユニット２５Ａ又はユニット２５Ｄが接続可能となっている。これにより図２の例では、図２の紙面左から、２、３、４番目のユニット２５Ａ、２５Ａ、２５Ｂにより１つのセット２７が、また図２の紙面左から、５、６、７番目のユニット２５Ａ、２５Ａ、２５Ｂにより別の１つのセット２７が構成されている。つまり、ユニット２５Ｃ、２５Ｄの間に１つ以上で任意の個数のセット２７を状況に合わせて接続することにより、曲線造形装置の推進方向長さＬ３（図１参照）を容易に調整できるようになっている。なお本実施形態での曲線造形装置２０の長さＬ３は上記掘削マシン１０の各殻体１２の長さＬ１よりも十分に長くなっている（長さＬ３は施工すべき曲線の曲率に応じて決定するが、本実施形態では２〜４ｍを想定する）。但し、土質条件等により曲線造形装置２０の長さＬ３を殻体１２の長さＬ１以下にすることも可能である。
【００４０】
一方、管周混合装置３０は、図１に示すように従来より使用されている管周混合装置と同様のものとなっている。即ち、管周混合装置３０は上記曲線造形装置２０の最後尾のユニット２５Ｄと接続された円筒状の管体３１を有しており、該管体３１には、該管体３１の管壁内外を連通する多数の注入孔３２が全周に亘って形成されている。管体３１の内側には、地上に設置された図示しない滑材注入プラントより供給されて来た滑材を前記注入孔３２を介して管体３１の外部に地山に対して注入自在な注入管等の図示しない滑材供給手段が設けられている。従ってこの管周混合装置３０は、多数の注入孔３２よりベントナイト液等の滑材を管体３１と地山との間に注入することができ、これにより該管周混合装置３０に後続するフレキシブル推進管４０或いはヒューム管５０と地山との間の摩擦力を低減させることができる。
【００４１】
なお、管周混合装置３０には、実開平７−１２５９４号（実願平５−４７１５１号）等に開示されているように、管体の外周に滑材注入テールボイドを切削することのできるビットを備えた回動切削体が所定の回動角度をもって正逆回動自在に設けられた「摩擦低減装置」を利用することも有効である。これにより地山との摩擦抵抗がより一層低減される。
【００４２】
図４はフレキシブル推進管を示した図であり、（ａ）はその側方斜視図、（ｂ）は管壁部についての平断面図、（ｃ）はクッション材だけを示した斜視図である。フレキシブル推進管４０は、図１及び図４に示すように公知のＳＲ推進管（曲線推進管）と同様のものとなっている。例えばこのＳＲ推進管は、Vol.13,No.8, 1999の「月刊推進技術」における「現場リポート、いろいろな分野で活躍する下水道推進技術、大中口径用急曲線推進管の開発」等で詳細に説明されている。即ち、本実施形態のフレキシブル推進管４０は、図１及び図４（ａ）に示すように、環状のコンクリート管体４１と環状のクッション材４２とが推進方向に交互に配置される形で多数接続されて構成されている。コンクリート管体４１の推進方向の長さＬ４は上記掘削マシン１０の各殻体１２の長さＬ１よりも十分小さくなっている。
【００４３】
クッション材４２は硬質ポリ塩化ビニル樹脂等により形成された可撓性を有する部材となっている。また、図４（ｂ）、（ｃ）に示すように、クッション材４２の厚さＷは上下に比べて左右が厚くなっている（図１及び図４（ａ）は簡略表示であるため実際とは異なる）。つまり、左右において大きく変形できるようになっている。また、クッション材４２を介して隣接するコンクリート管体４１、４１の間には、該クッション材４２が露出しないように鋼製で円筒状のカラー４３（鋼製のカラーの代わりに可撓性部材のものを採用することも可能）が設置されている（図１及び図４（ａ）は簡略表示であるためカラー４３は省略）。但し、カラー４３と各コンクリート管体４１との間には、各コンクリート管体４１の外周に沿って設けられた可撓ゴム４５が介在している。つまり、カラー４３と可撓ゴム４５により、隣接するコンクリート管体４１、４１が適度な曲げ剛性を発揮できるようになっている。
【００４４】
なお本実施形態でのフレキシブル推進管４０は、図示しない発進立坑より順次継ぎ足して推進させることのできる所定の長さのユニット４６に複数分割されているものとし、例えば図１に示すものは２つのユニット４６、４６からなる例である。フレキシブル推進管４０が何個のユニット４６から構成されるかは施工する曲線部分の長さ等により異なる。施工完了状態で、少なくとも曲線部分にはフレキシブル推進管４０を配置できるようにユニット４６の個数を選択する。
【００４５】
上記掘進装置１のフレキシブル推進管４０の後端には、図１に示すように、従来より推進管として使用されている複数のヒューム管５０が、推進方向に推進力を伝達し得る形で直列に配置されている。各ヒューム管５０の推進方向の長さＬ５は上記掘削マシン１０の各殻体１２の長さＬ１と略同じで、方向安定装置２の各筒体２１の長さＬ２やフレキシブル推進管４０のコンクリート管体４１の長さＬ４に比べて十分に長くなっている。
【００４６】
掘進装置１及びこれに後続するヒューム管５０等は以上のように構成されているので、長距離急曲線を含む管敷設工事を上記掘進装置１を用いて推進工法により行うと以下のようになる。図６乃至図９は急曲線施工の手順を示した模式図である。
【００４７】
まず、図示しない発進立坑から掘削マシン１０を、図示しない元押しジャッキにより地盤に向けて水平に押し込む。この際、掘削マシン１０の先端側では掘削手段１５を介して前方の地盤を掘削するので、該掘削マシン１０は地盤中に推進される。続けて、該掘削マシン１０の後端に曲線造形装置２０を接続すると共に、これを図示しない元押しジャッキにより地盤に向けて押圧し推進させる。続けて、管周混合装置３０を接続し、更に続けてフレキシブル推進管４０の各ユニット４６を順次継ぎ足しながら地盤に推進させていく。所定の個数のユニット４６を継ぎ足してフレキシブル推進管４０全体を推進させると共に、これに続けてヒューム管５０を順次継ぎ足しながら地盤に推進させる。
【００４８】
この状態ではまだ直線状の推進だけであるので、掘削マシン１０、曲線造形装置２０、フレキシブル推進管４０は、いずれも全体に亘って直線状となっている（図１の状態と同じ）。続けて、図示しない発進立坑よりヒューム管５０を順次継ぎ足しながら地盤に推進させることにより、図６に示すように掘進装置１を、掘削マシン１０の先端が変化点Ｐに到達するまで推進させる。この変化点Ｐは長距離急曲線である計画曲線Ｒの始点である。なお、管周混合装置３０の多数の注入孔３２からは滑材が地山側に注入されているので、これに後続するフレキシブル推進管４０及びヒューム管５０は地山との摩擦が低減されてスムーズに推進される。
【００４９】
図６の状態より更に、図示しない発進立坑からヒューム管５０を継ぎ足し押し込んで掘進装置１を前方に推進させる。この推進時に掘削マシン１０においては、計画曲線Ｒに入ろうとするユニット１１の複数の中折れジャッキ１３のストロークを、例えば外周側のストロークを内周側のストロークより大きくするようにして調節し、該ユニット１１を後続のユニット１１に対して屈曲させるようにする。これにより掘削マシン１０の各ユニット１１は順次屈曲して推進し、その結果、図７に示すように掘削マシン１０全体が計画曲線Ｒに沿って推進する。
【００５０】
図７の状態では曲線造形装置２０の先端が変化点Ｐに到達しており、この図７の状態より更に、図示しない発進立坑からヒューム管５０を継ぎ足し押し込んで掘進装置１を前方に推進させる。この推進時に曲線造形装置２０においては、計画曲線Ｒに入ろうとする各ユニット２５の後側に隣接するユニット２５において、複数の押圧ジャッキ２２のストロークを調整する。なお、掘削マシン１０に関しては計画曲線Ｒ上に完全に移行しているので、各中折れジャッキ１３のストロークは変化させず、隣接するユニット１１、１１間の屈曲状態をこのまま保持する。
【００５１】
図５は方向安定装置における隣接する筒体間の状態を説明した平断面図である。曲線造形装置２０については、例えば図５に示すように、計画曲線Ｒに入ろうとするユニット２５の後側のユニット２５において、各押圧ジャッキ２２を駆動してラム２２ａを突出させる。突出させたラム２２ａは前記計画曲線Ｒに入ろうとするユニット２５の受圧壁２３に当接しこれを押圧する。ここで、計画曲線Ｒの内周側の押圧ジャッキ２２のストロークより計画曲線Ｒの外周側の押圧ジャッキ２２のストロークを大きくする（例えば内周側の押圧ジャッキ２２はラム２２ａを完全に引戻した状態にする。）。図５では外周側の押圧ジャッキ２２の様子が示されている。
【００５２】
このストロークの差により、前記計画曲線Ｒに入ろうとするユニット２５は、該計画曲線Ｒの内周側よりも外周側が前方に進められる形で後側のユニット２５に対して屈曲させられ、計画曲線Ｒに沿った姿勢に移行する。このように曲線造形装置２０の各ユニット２５は順次屈曲して推進し、その結果、掘削マシン１０及び曲線造形装置２０全体が計画曲線Ｒに沿って推進する（図８参照）。以降、曲線造形装置２０に関しては計画曲線Ｒ上に完全に移行しているので、各押圧ジャッキ２２のストロークは変化させず、隣接するユニット２５、２５間の屈曲状態をこのまま保持する。掘削マシン１０についても上述した通りである。
【００５３】
更に、図示しない発進立坑からヒューム管５０を継ぎ足し押し込むことにより、図８に示すように掘進装置１を前方に推進させる。掘削マシン１０及び曲線造形装置２０全体が前方への推進力を受けて計画曲線Ｒに沿った状態で推進する。この曲線造形装置２０に後続する管周混合装置３０は推進方向の長さがそれ程長くないので、既に計画曲線Ｒに沿っている掘削マシン１０及び曲線造形装置２０に続きスムーズに計画曲線Ｒに移行していく。また、該管周混合装置３０に後続するフレキシブル推進管４０も同様に該管周混合装置３０に続きスムーズに計画曲線Ｒに移行していく。
【００５４】
即ち、フレキシブル推進管４０は計画曲線Ｒにおいて、コンクリート管体４１、４１どうしの屈曲角に応じてクッション材４２が変形する。クッション材４２は計画曲線Ｒの内周側（図４（ｃ）の左右いずれかの部分）が主に圧縮され、続いて厚さＷの薄い部分（図４（ｃ）の上下の部分）の圧縮が収束すると、そこを始点として計画曲線Ｒの外周側（図４（ｃ）の左右いずれかの部分）が伸びる。このように推力伝達位置の移動が完了した状態（即ちコンクリート管体４１が完全に計画曲線Ｒ上に移行した状態）になると、推力の伝達位置はバランスし、計画曲線Ｒの外周側等に膨れるといった挙動はない。主に圧縮されるのは厚さＷが厚くなっている図４（ｃ）の左右の部分であるため、応力集中が生じず、推力の好適な伝達が保証される。
【００５５】
また、上述したようにフレキシブル推進管４０は計画曲線Ｒに沿って掘削された掘削孔ｒ（図８参照）に適宜屈曲しながら導入されるので、ヒューム管等を曲線部で推進させる際に行っていたようなキャンバー等の設置作業が不要となり煩雑な作業から解放される。また水平方向（左右方向）へのカーブだけでなく上下方向のカーブにも対応可能である。なお、正確な曲線を構築することは管路構築の基本であり、可能な限り正確に行う必要はあるが、地質条件等により不本意にズレることもある。このような場合に、掘削マシン１０や曲線造形装置２０等による掘削孔の曲線が不正確であっても、フレキシブル推進管４０は不正確曲線孔に沿って滑動することになり、フレキシブル推進管４０自体に無理な応力は発生させない。これにより管の破損などが防止される。
【００５６】
なお、「従来技術」で説明した▲２▼クッション材挿入工法（センプラカーブシステム）の場合ではクッション材が上下部分のみ貼られており、しかもその厚みが一様であることから、曲線に入った当初では本実施形態のフレキシブル推進管４０と同じように力点の移動と共にクッション材が圧縮され目開きが開口しはじめる。しかし、圧縮が収束した後にも、外側の地山からの側圧により更に開口する。従って、目開きの開口長は側圧による影響を受け、バラツキが生じたり、掘進途中で変化したりするといった不都合が生じていた。これに対して本実施形態で採用したフレキシブル推進管４０は既に説明したように上記不都合が解消されており、掘削マシン１０等に対して好適に推力を伝達でき、掘削マシン１０の方向制御に有利となる。
【００５７】
図８の状態より、図示しない発進立坑からヒューム管５０を更に継ぎ足し押し込むことにより、掘進装置１を図示しない到着立坑まで推進させる。これにより掘削マシン１０及び曲線造形装置２０及び管周混合装置３０は前記到着立坑において回収され、次の施工に再利用される。これは、管周混合装置３０の後端部とフレキシブル推進管４０の先端部とが着脱自在となっている（つまり曲線造形装置２０側とフレキシブル推進管４０側とが着脱自在である）ので実現されている。特に曲線造形装置２０が回収・再利用可能なことにより、ジャッキ等を含めた機材が無駄にならず有効利用でき、低コストの施工が実現する。
【００５８】
以上のようにフレキシブル推進管４０は、図９に示すように、前記図示しない到着立坑から計画曲線Ｒの変化点Ｐまでに亘って敷設され、該変化点Ｐから図示しない発進立坑までに亘ってはヒューム管５０が直線状に敷設された。これらフレキシブル推進管４０及びヒューム管５０は下水道等として利用される。
【００５９】
上述したように本実施形態では、掘削マシン１０により計画曲線Ｒの掘削を行う際に、曲線造形装置２０を該計画曲線Ｒの曲率に合わせて屈曲させることにより、該曲線造形装置２０をガイドとして掘削マシン１０の姿勢を計画曲線Ｒの曲率に合わせるようにした。複数の筒体２１で構成された多関節の曲線造形装置２０が屈曲することで、該曲線造形装置２０は計画曲線Ｒに沿って形成された掘削孔ｒ（図８）における地山壁面に密着でき、支圧面積が確保でき、該曲線Ｒに好適に追従する。これは筒体２１の長さＬ２が殻体１２の長さＬ１等よりも十分に短いことに起因する。このように、曲線造形装置２０が計画曲線Ｒに沿って安定して推進されるので、該曲線造形装置２０を介して推力が伝達される掘削マシン１０の姿勢、従って掘削方向は安定し、計画曲線Ｒから不用意に外れるようなことは防止される。よって、本実施形態で例示したような長距離急曲線の施工を正確に行うことができる。
【００６０】
また、曲線造形装置２０全体の長さＬ３が掘削マシン１０の先頭の殻体１２の長さＬ１よりも長いので、該殻体１２に対する方向制御反力を得るための壁面接触面積を方向安定装置において得ることができ、曲線施工において正確な掘削方向を実現することができる。
【００６１】
更に、曲線造形装置２０の複数の押圧ジャッキ２２に作用する圧力（油圧）が圧力計測部６０により随時計測されており、この計測結果が演算部６１に逐次伝送されている。ところで演算部６１には、曲線造形装置２０が現在推進している直線経路或いは計画曲線Ｒにおいて、正確な経路で推進すると仮定した場合の該曲線造形装置２０の各押圧ジャッキ２２に作用する圧力の予測値が予め計算され保存されている。そして演算部６１は、この予測値と上記伝送されてきた計測結果とを比較してその差等を掘進状態に関する情報としてモニタ等の表示手段６２を介して出力する。
【００６２】
例えば、もし掘削マシン１０が計画曲線Ｒより外れて進んでいる場合には、本来の計画曲線Ｒとは異なる曲率の掘削孔ｒが形成され、後続の曲線造形装置２０が該掘削孔ｒに強制的に導入されることになる。曲線造形装置２０の屈曲状態は本来の計画曲線Ｒの曲率に合わせられているので、該掘削孔ｒに導入されると曲線造形装置２０の各押圧ジャッキ２２には地山から受ける力による本来発生するはずのない圧力が作用する（こね現象）。上述した演算部６１で演算した予測値と計測結果との差は、前記本来発生するはずのない圧力を表すものであり、掘削マシン１０の掘削方向がズレているという掘進状態を示すものとなる。従って、このような掘進状態に関する情報を逐次出力することにより、計画曲線Ｒからのズレ等をいち早く発見し、ズレが大きくなる前に掘進方向の修正などの対応を迅速にとることができるので好都合である。但し、各押圧ジャッキ２２に対して単に圧力計だけを設けておき、該圧力計で計測される圧力を作業員が読み取り、読み取った圧力に基づいて作業員自らが掘進状態等を判断することも可能である。なお、このような掘進状態に関する情報を出力する機能の有無は本発明の構成において任意であるので、掘進状態に関する情報を出力する機能を持たずに本発明を構成することも可能である。
【００６３】
また、曲線造形装置２０のカラー部２１ｂが鋼製等の可撓性のない部材で形成されていると、曲線施工時には隣接する筒体２１、２１が屈曲して目開きを形成するため、カラー部２１ｂが外周側に跳ね上がる。そのため、跳ね上がりによりできた隙間に土砂が流入し、例えば直線又は逆カーブ施工時に目開きを解消しようとしても、土砂を噛み込んだ状態であるため目開き解消が不可能となる。その結果として、正確なカーブ形成に不都合が生じる可能性がある。また、カラー部２１ｂには止水用ゴム輪を装着するが、上記跳ね上がりにより止水性機能も阻害される。しかし、曲線造形装置２０のカラー部２１ｂをゴム等の可撓性材料で形成した場合には、筒体２１、２１間が屈曲してもカラー部２１ｂが筒体接続部の変形に追従し跳ね上がらない。そして地山と接触しない。これにより推進時の抵抗になりにくく、曲線施工時にもスムーズに推進できる。また、跳ね上がりが解消されるので土砂の進入が防止され、止水効果も確保されることになる。また本構造は比較的省スペースで連接部が構成できるため、小断面管においても適用できる利点がある。
【００６４】
なお掘削マシン１０に関しては、繰り返し再利用する観点から止水性および屈曲構造は高度な加工を行っている。折れ曲がり部に土砂の噛み込みが発生することは避けられないが、強力な中折れジャッキ１３での屈曲の繰り返し動作を行いながら噛み込みを解除している。しかし急曲線施工においては、この問題を解決する必要はある。急曲線施工用の掘削マシン１０では屈曲部の箇所を増やすことにより殻体１２、１２間の開きは小さくなるが、掘削マシン１０の構造上、屈曲部を増やすには限界があり、またコストアップにつながる。そのため掘削マシン１０の屈曲箇所は本実施形態のように最大３〜４箇所程度であろう。基本的な対策としては、上述したような曲線造形装置２０の可撓性材料によるカラー部２１ｂと同様のもの（ゴムカバー）を掘削マシン１０の連接部である殻体１２、１２間に設置して正確なカーブ形成を行うことが可能である。
【００６５】
また、曲線造形装置２０の押圧ジャッキ２２は各筒体２１毎に８個であった（図３参照）。これにより、ローリングが発生した場合にカーブ設定に最適な位置でのジャッキ配置を選定することを可能とした。また、図示しない油圧ユニットで発生した圧力油を１切替弁から２本の押圧ジャッキ２２（複数本）に並列供給を行い、筒体２１、２１間の目開きを設定するに当たり、２本の押圧ジャッキ２２に発生する反力の確実な同調性を図るようにすると効果的である（連通管油圧回路）。この具体例として例えば図３の二点鎖線で示すように、８個の押圧ジャッキ２２のうち、上２個の押圧ジャッキ２２、２２相互間、下２個の押圧ジャッキ２２、２２相互間に、これら押圧ジャッキ２２、２２相互間で作動油を移動自在に流通させる作動油連通パイプ１００（作動油流通手段）をそれぞれ接続する。これにより作動油連通パイプ１００で接続された押圧ジャッキ２２、２２は、作動油の自由な流通により、外力等に応じてストロークが自動的に適宜調整されることになる。なお、１本ジャッキでは、そのジャッキ能力は大きなものが必要となるが、複数本の使用により小能力で済むという利点がある。また、ジャッキ反力点が分散できることからジャッキ反力構造材に支圧応力集中が発生しないという利点もある。例えば４本ジャッキ配置等では、カーブ形成時（開口）の偶力発生作用に効率的でない。８本ジャッキ配置は管端部に配置できることから開口偶力に合理性がある。なお、このような連通管油圧回路等の作動油流通手段の有無は本発明の構成において任意であるので、作動油流通手段を持たずに本発明を構成することも可能である。
【００６６】
［マシンコントロール原理の説明］
上述した実施形態により曲線造形装置２０を含む掘削装置１の構成及び作用・効果等を説明したが、本発明の特徴でもある曲線造形装置（方向安定装置）を利用したマシンコントロール原理を簡単な例により補足説明する。
【００６７】
図１０は、掘削マシン１０と曲線造形装置２０との関係を模式的に示した図である。図１０では理解しやすい例とするため、中折れの無いタイプの掘削マシン１０を採用した。また、曲線造形装置２０については複数のユニット２５を一体のように図示した（実際は複数のユニット２５からなる）。最も先頭位置にある押圧ジャッキ２２のラム２２ａだけを示し、このラム２２ａは掘削マシン１０の後端部を押圧自在に配置した。
【００６８】
図１０に示すように変化点Ｐ（曲線始点部）において、曲線造形装置２０の推力作用位置を強制的に曲線外側にする。例えば、予め押圧ジャッキ２２のラム２２ａを全て伸ばして関節における隣接部位（受圧壁２３）にラム２２ａの先端を当接しておき、図１０の状態になった時点で計画曲線Ｒの内側（図１０の紙面下側）の押圧ジャッキ２２だけラム２２ａを縮める。計画曲線Ｒの内側の押圧ジャッキ２２のラム２２ａの先端と関節における隣接部位との間にはクリアランスが形成される。この時、掘削マシン１０前面の反力ＦＣ（マシン面板に作用する土圧）はマシン軸心ＣＴに作用し、曲線造形装置２０からの推力ＦＤは曲線外周側のラム２２ａを介して掘削マシン１０に作用する。これにより掘削マシン１０には、曲線内側に回転させる偶力ＭＴが発生し、掘削マシン１０は容易に（自然に）曲線内側に向きを変えて計画曲線Ｒに沿って進んでいく。
【００６９】
図１１は、掘削マシン１０と曲線造形装置２０に関する状態変化を示した図である。図１１では掘進装置１における状態変化と力の関係を模式的に示している。図１１（ａ）の状態は上記図１０の状態に対応する。即ち、変化点Ｐにおいて曲線造形装置２０の推力作用位置を強制的に曲線外側にして、掘削マシン１０に偶力ＭＴを発生させ、掘削マシン１０の向きを曲線内側に変えた。なお、図１１ではカーブする方向が図１０とは左右逆であるが、これは作図都合上の差異であり技術的に異なるものを示している訳ではない。また、曲線造形装置２０については複数のユニット２５を大きく２部分に分けて図示した。図１１では管周混合装置３０を備えないタイプの例であり、曲線造形装置２０の押圧ジャッキ２２やフレキシブル推進管４０のクッション材４２等は図示を省略した。図中の矢印は推力或いは地山からの反力を示している。
【００７０】
更に推進を進めて、図１１（ｂ）のように掘削マシン１０が計画曲線Ｒの中に入っても、曲線造形装置２０内の各ユニット２５どうしにおける推力ＦＤの作用位置を強制的に曲線外側にすることで、上記図１１（ａ）と同様に、先行するユニット２５に曲線内側に回転させる偶力ＭＴを発生させ、曲線造形装置２０の各ユニット２５は容易に（自然に）曲線内側に向きを変えて計画曲線Ｒに沿って進んでいく。
【００７１】
更に推進を進めて、図１１（ｃ）のように掘削マシン１０からフレキシブル推進管４０までが完全に計画曲線Ｒ内に入った状態では、曲線造形装置２０内の押圧ジャッキ２２で強制的に適正な開口長（ユニット２５間の目開き）を保持することで、掘削マシン１０と曲線造形装置２０がきれいな曲線をなす一体の剛体となる。そうなることで曲線の方向を安定させることができ、掘削マシン１０は続けてきれいな曲線を掘削することができる。また、追従するフレキシブル推進管４０は掘削孔がきれいな曲線であるため、よけいな側圧が作用しないので好都合である。
【００７２】
従来のように曲線造形装置を利用しない場合には、掘削マシンの方向修正ジャッキ（中折れジャッキ）によりマシン先端側の方向を強制的に変更していた。
しかしこれでは、マシン軸心に作用する地山からの反力と、後続の管からの推力との作用により、掘削マシンが曲線外側に回転する偶力を受けていた。その結果、掘削マシンは計画曲線外側の側方地盤から反力を受けて掘削方向を変更することになり、計画通りのきれいな曲線が造形できなかった。しかし、上記実施形態では、曲線造形装置２０を利用することにより、掘削マシン１０の方向を無理なく容易に（自然に）変更することができ、計画曲線に入った後にはガイドとして安定的に掘削マシン１０を推進させることができる。
【００７３】
なお本発明の技術思想に基づく掘進装置は、少なくとも曲線造形装置を備えて構成される。例えば掘進装置は、上記実施形態で説明した、掘削マシン１０と、曲線造形装置２０と、管周混合装置３０と、フレキシブル推進管４０とのうち、管周混合装置３０だけが無い構成或いは管周混合装置３０とフレキシブル推進管４０とが無い構成などをとることができる。また、掘進装置は、掘削マシンをもたず曲線造形装置だけで構成することもできる。この場合、曲線造形装置の先端部にカッタ等の掘削手段を直接設置する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による掘進装置の一例を示した斜視図。
【図２】曲線造形装置の平面図（一部断面図）。
【図３】筒体内での押圧ジャッキの配置状態を示す図。
【図４】フレキシブル推進管を示した図。
【図５】曲線造形装置における隣接する筒体間の状態を説明した平断面図。
【図６】急曲線施工の手順を示した模式図。
【図７】急曲線施工の手順を示した模式図。
【図８】急曲線施工の手順を示した模式図。
【図９】急曲線施工の手順を示した模式図。
【図１０】掘削マシンと曲線造形装置との関係を模式的に示した図。
【図１１】掘削マシンと曲線造形装置とに関する状態変化を示した図。
【符号の説明】
１          掘進装置
１０        掘削マシン
１２        殻体
１５        掘削手段
２０        方向安定装置（曲線造形装置）
２１        筒体
２１ｂ      カラー部材（カラー部）
２２        ジャッキ手段（押圧ジャッキ）
３０        滑材注入手段（管周混合装置）
４０        フレキシブル推進管
４１        コンクリート管体
４２        可撓性環材（クッション材）
５０        ヒューム管（推進管）
６０        圧力計測部
６１        情報出力部（演算部）
６２        情報出力部（表示手段）
【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】
0004583630.tif 000009
【図９】
0004583630.tif 000010
【図１０】
0004583630.tif 000011
【図１１】
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