(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め第１工程目で埋設管より小さな管口径で埋設された一次推進管に接続する第１接続部と、前記一次推進管に振動を与えることなく振動可能に前記第１接続部に備えた拡径部と、この拡径部を推進方向と平行な前後方向に振動する振動機構と、この振動機構に振動を発生せしめる振動発生装置と、後方に埋設される埋設管に接続する第２接続部と、前記拡径部を所定の振動加速度で振動すべく前記振動発生装置を制御する制御装置と、から構成してなることを特徴とする拡径推進装置。
【請求項２】
前記振動機構が、前記拡径部を推進方向と平行な前後動せしめるピストン部であると共に、前記振動発生装置が、前記ピストン部を振動せしめる流体圧シリンダ、あるいは回転方向を前後往復運動に変換する回転方向変換装置を介して前記ピストン部を振動せしめる回転駆動手段、あるいは前記ピストン部を前後方向に揺動せしめる揺動手段に振動を与える偏心重りを備えた回転駆動手段、とからなることを特徴とする請求項１記載の拡径推進装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、拡径推進装置に関し、特に電気通信用管路、下水道管、ガス管等の管路を地中へ埋設する際に非開削で行う拡径推進装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、竃気通信用管路、下水道管、ガス管等の管路を地中へ非開削推進工法により埋設する場合、１工程方式と２工程方式の二つの方式に大きく分けて採用される。１工程方式としては、図６を参照するに、まず発進立坑１０１並びに到達立坑１０３が地盤に形成され、前記発進立坑１０１に推進ジャッキなどの元押装置１０５が設置され、この元押装置１０５から先導体１０７が管路を埋設する方向の地盤に推進される。上記の先導体１０７の直後に推進管１０９が連続的に追従し、この推進管１０９がそのまま埋設管として布設される。
【０００３】
２工程方式としては、図７（Ａ），（Ｂ）を参照するに、１工程方式と同様に、まず発進立坑１０１並びに到達立坑１０３が地盤に形成され、前記発進立坑１０１に元押装置１０５が設置される。第１工程として、図７（Ａ）に示されているように前記元押装置１０５を用いて推進される先導体１１１の直後に一次推進管１１３が連続的に追従して到達立坑１０３までの埋設対象区間に埋設される。その後、第２工程として、図７（Ｂ）に示されているように前記元押装置１０５を用いて拡径推進装置１１５が前記一次推進管１１３を押し出しながら推進し、この拡径推進装置１１５に後続する埋設管１１７が前記一次推進管１１３と置き換えられていくものである。
【０００４】
一方、上記の非開削推進工法における先導体の推進方式には、掘削方式と静的圧入方式と動的圧入方式の三つの方式に大きく分けられる。
【０００５】
掘削方式としては、図８を参照するに、先導体１１９の先端に備えた掘削ビット１２１により前面の地盤を掘削し、この掘削された排土が排土管１２３または排土オーガを経て後方の発進立坑１０１より排出するものである。なお、埋設管１１７は先導体１１９に後続して追従される。
【０００６】
静的圧入方式としては、図９を参照するに、先導体１２５の先端の土を排出せず、土中に先導体１２５の先端が単純に貫入されていき、先導体１２５に後続する埋設管１１７が埋設されていくものである。
【０００７】
動的圧入方式としては、図１０を参照するに、先導体１２７の先端に振動機構等の動的機構１２９が搭載され、先導体１２７の振動により軟らかくなった前面の土中に先導体１２７の先端を貫入していくもので、無排土圧入方式でありながら硬土質地盤にも適用可能である。
【０００８】
したがって、口径がφ３５０ｍｍ程度以下の埋設管を推進する場合は、比較的柔らかい土質では静的圧入方式が採用され、比較的硬い土質では動的圧入方式が採用され、レキや玉石等の土質では掘削方式が採用される。このように土質条件に応じて様々な先導体の推進方式が選択される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来の静的圧入方式においては、排土を伴わないために高速推進が可能であるが、先導体１０７が前面の抵抗をそのまま受けるため、粘性土等の軟らかい地盤にしか適用できず、適用される管口径もφ３５０ｍｍ程度以下に制限される。
【００１０】
また、前述した従来の動的圧入方式においては、排土を伴わないために高速推進が可能であり、且つ硬土質の地盤での推進が可能であるので、土質適用性が高いが、静的圧入方式と比較すれば小さいものの先導体１０７が前面の抵抗をそのまま受けるため、硬土質地盤においては適用される管口径もφ３５０ｍｍ程度以下に制限される。
【００１１】
したがって、管口径がφ３５０ｍｍ程度以上の埋設管を推進するためには掘削方式に頼らざるを得ない。その結果、図８に示されているように主に１工程掘削方式で直接埋設管１１７を推進する方法か、あるいは２工程掘削方式が用いられ、１工程目は図１１（Ａ）に示されているように静的圧入方式で先導体１１１に後続する細径の一次推進管１１３が推進され、この一次推進管１１３をガイドとして２工程目で図１１（Ｂ）に示されているように図８と同様の掘削方式の拡径装置である掘削ビット１２１を備えた先導体１１９で口径を拡大する方法か、のいずれかの方法がとられる。
【００１２】
上述した管口径φ３５０ｍｍ程度以上の埋設管１１７を推進する場合において、１工程掘削方式を用いる方法では、推進工程が１回で済むが、１回の推進で全てを完了しなければいけないために、掘削機能に加え位置検知機能や方向修正機能等を併せ持った高機能な先導体１０７が必要となるので、自ずと装置の価格が高くなってしまうという問題点があった。
【００１３】
また、先導体１１９の直後に埋設管１１７が追従する方式であるために、埋設管を１本推進する毎に先導体１０７へ供給する動力ホース・ケーブル類の接続作業が発生すると共にこの接続作業は機械化が困難であることから作業の高速化は望めないので、工期全体で考えると必ずしも２工程方式よりスピードが早いわけではないという問題点があった。
【００１４】
さらに、上述したφ３５０ｍｍ程度以上の埋設管１１７を推進する場合において、２工程掘削方式を用いる方法では、推進工程が２回必要であるが、１工程目と２工程目で機能を分担することができるために、それぞれシンプルな装置構成が可能である。また、１工程目は独自の一次推進管を開発可能であるため機械化が容易であるので、工期全体で考えると条件によっては１工程掘削方式よりスピードが早い場合も多い。
【００１５】
しかし、１工程目に静的圧入方式が用いられているため、硬土質に対応するには先導体１０７および一次推進管がφ１００ｍｍ未満の細径のものとならざるを得ないという問題点があった。そのために、先導体１０７に搭載する位置検知機能および方向修正機能は簡易なものに制限され、その結果曲線推進が不可能なものがほとんどであるという問題点があった。
【００１６】
また、上記の１工程掘削方式、２工程掘削方式のいずれの方式であれ、掘削方式は掘削・排土工程があるために圧入方式と比較すると推進速度そのものが遅い。その結果、工期が長くなり、推進コストも高くなると同時に、産業廃棄物となる掘削土砂が大量に排出するので自然環境への負荷も大きいという問題点があった。
【００１７】
この発明は上述の課題を解決するためになされたもので、その目的は、無排土圧入工法であるにもかかわらず、従来の掘削方式のみで可能であった大口径の埋設管に対して高速推進を可能とし、工期短縮および推進コストの削減を図り得る拡径推進装置を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１によるこの発明の拡径推進装置は、予め第１工程目で埋設管より小さな管口径で埋設された一次推進管に接続する第１接続部と、前記一次推進管に振動を与えることなく振動可能に前記第１接続部に備えた拡径部と、この拡径部を推進方向と平行な前後方向に振動する振動機構と、この振動機構に振動を発生せしめる振動発生装置と、後方に埋設される埋設管に接続する第２接続部と、前記拡径部を所定の振動加速度で振動すべく前記振動発生装置を制御する制御装置と、から構成してなることを特徴とするものである。
【００２１】
したがって、拡径部は前記一次推進管に振動を与えることなく振動機構により推進方向と平行な前後方向に振動されるので、拡径部の前面の地盤が流動化され拡径推進時の前面抵抗が低減するため、拡径推進装置が容易に推進して口径を拡大しながら後続に埋設管が敷設される。
【００２２】
上記請求項２によるこの発明の拡径推進装置は、請求項１記載の拡径推進装置において、前記振動機構が、前記拡径部を推進方向と平行な前後動せしめるピストン部であると共に、前記振動発生装置が、前記ピストン部を振動せしめる流体圧シリンダ、あるいは回転方向を前後往復運動に変換する回転方向変換装置を介して前記ピストン部を振動せしめる回転駆動手段、あるいは前記ピストン部を前後方向に揺動せしめる揺動手段に振動を与える偏心重りを備えた回転駆動手段、とからなることを特徴とするものである。
【００２３】
したがって、流体圧シリンダに与えられる振動波によりピストン部が推進方向と平行に前後動して拡径ヘッドが推進方向に振動する。あるいは回転駆動手段の回転が回転方向変換装置を介して前後往復運動に変換され、ピストン部が推進方向と平行に前後動して拡径ヘッドが推進方向に振動する。あるいは回転駆動手段で偏心重りが回転することにより振動が発生し、この振動が揺動手段により推進方向に変換され、ピストン部が推進方向と平行に前後動して拡径ヘッドが推進方向に振動する。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２５】
この実施の形態に係わる動的拡径推進工法は、動的圧入方式を用いてＮ値３０程度までの硬土質の地盤において、口径φ３５０ｍｍ以上ないしは４５０ｍｍ程度までの埋設管に対して無排土推進で埋設可能とする２工程動的拡径推進工法である。
【００２６】
図１（Ａ），（Ｂ）を参照するに、この２工程動的拡径推進工法は、まず発進立坑１並びに到達立坑３が地盤に形成され、前記発進立坑１に推進ジャッキなどからなる元押装置５が設置される。第１工程としては、図１（Ａ）に示されているように前記元押装置５を用いて推進される先導体７が例えばφ３５０ｍｍ程度の外径を持つもので、先導体７の先端に振動機構等の動的機構９が搭載されている。この動的機構９により振動する動的圧入方式による先導体７の直後に一次推進管１１が連続的に追従して到達立坑３までの埋設対象区間に埋設される。
【００２７】
第２工程としては、図１（Ｂ）に示されているように前記元押装置５を用いてこの発明の実施の形態の主要部を構成する動的圧入方式を採用した拡径推進装置１３が二次先導体として用いられ、上記の第１工程で埋設された一次推進管１１を押し出しながら推進される。この拡径推進装置１３に後続して埋設管１５が推進され、前記一次推進管１１と置き換えられる。
【００２８】
本発明における拡径推進装置１３は、動的方式として推進方向に平行な前後方向の振動を発生する振動機構が搭載されることを最大の特微とする。
【００２９】
図２を参照するに、第１の実施の形態の拡径推進装置１７としては、第１工程で埋設された一次推進管１１に接続する第１接続部１９が設けられ、この第１接続部１９には拡径部としての例えば拡径ヘッド２１（振動ヘッド）が振動機構により推進方向と平行な前後方向に振動するように備えられている。また、拡径推進装置１７の後部には後方に埋設される埋設管１５に接続する第２接続部２３が設けられている。
【００３０】
上記の振動機構としては、例えば拡径推進装置１７の前部には一次推進管１１を推進すべく押圧するための押出部２５が前方向に延伸されており、この押出部２５の周囲をガイドとして拡径ヘッド２１が前後方向に振動可能に設けられている。したがって振動部分は拡径ヘッド２１のみであって、前方の一次推進管１１および後続の埋設管１５に振動が伝わらない構造である。
【００３１】
さらに、拡径推進装置１７の内部には上記の拡径ヘッド２１に振動を発生せしめる振動発生装置としての例えば油圧シリンダ２７が設けられ、この油圧シリンダ２７には推進方向と平行に配置されて前後動可能な複数のピストンロッド２９を備えたピストン部３１が設けられている。上記の複数のピストンロッド２９の先端に前記拡径ヘッド２１が剛結されている。また、油圧シリンダ２７は油圧に振動波が与えられることにより油圧シリンダ２７のピストン部３１が推進方向に振動する機構となっている。
【００３２】
また、拡径推進装置１７には、上記の拡径ヘッド２１を所定の振動加速度で振動すべく上記の油圧シリンダ２７の油圧の振動波を制御する制御装置３３としての例えば油圧制御装置３５が設けられている。
【００３３】
したがって、油圧シリンダ２７の油圧に与えられた振動波により作動するピストン部３１の複数のピストンロッド２９を介して拡径ヘッド２１が推進方向に振動することになる。
【００３４】
図３を参照するに、第２の実施の形態の拡径推進装置３７としては、第１接続部１９、拡径ヘッド２１、押出部２５、第２接続部２３は、前述した第１の実施の形態の拡径推進装置１７と同様である。
【００３５】
また、振動機構としては、拡径推進装置３７の前部に推進方向と平行に配置されて前後動可能な複数のピストンロッド３９を備えたピストン部４１が設けられ、上記の複数のピストンロッド３９の先端に前記拡径ヘッド２１が剛結されている。また、回転駆動手段としての例えば電動モータ４３（又は油圧モータ）が振動発生装置として設けられ、この電動モータ４３の回転を推進方向に平行な前後往復運動に変換する回転方向変換装置としての例えばギヤ機構４５が設けられ、このギヤ機構４５により変換された前後往復運動を上記のピストン部４１に伝達する振動伝達手段４７が設けられている。
【００３６】
したがって、電動モータ４３（又は油圧モータ）の回転がギヤ機構４５により前後往復運動に変換され、この前後往復運動が振動伝達手段４７により伝達されピストン部４１を介して拡径ヘッド２１が推進方向に振動することになる。
【００３７】
図４を参照するに、第３の実施の形態の拡径推進装置４９としては、第１接続部１９、拡径ヘッド２１、押出部２５、第２接続部２３は、前述した第１の実施の形態の拡径推進装置１７と同様である。
【００３８】
また、振動機構としては、拡径推進装置４９の前部に推進方向と平行に配置されて前後動可能な複数のピストンロッド５１を備えたピストン部５３が設けられ、上記の複数のピストンロッド５１の先端に前記拡径ヘッド２１が剛結されている。また、ピストン部５３の後端面と拡径推進装置４９の後部との間はピストン部５３を前後方向に揺動せしめる揺動手段としての例えばスプリング５５により連結されている。また、ピストン部５３には回転駆動手段としての例えば電動モータ５７（又は油圧モータ）が振動発生装置として設けられ、この電動モータ５７の回転駆動軸に偏心重り５９が取り付けられている。
【００３９】
したがって、電動モータ５７（又は油圧モータ）で偏心重り５９が回転することにより振動が発生し、この振動がスプリング５５により推進方向に変換されるので、ピストン部５３を介して拡径ヘッド２１が推進方向に振動することになる。
【００４０】
図５を参照するに、制御装置３３についてより詳しく説明する。
【００４１】
本発明における動的圧入推進工法では、拡径推進装置１３の中には拡径ヘッド２１の後方に突出する検出部６１が設けられ、検出部６１の変位を計測する変位計６３、検出部６１の荷重を電気信号に変換する荷重変換器６５、及び加速度計６７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６９を通じて運転操作盤７１に入力され、測定結果がモニタ７３に表示される。また、拡径ヘッド２１への制御信号もこの運転操作盤７１から演算器６９を介して拡径推進装置１３に伝えられる。
【００４２】
拡径推進装置１３内に搭載したセンサからの情報により、拡径推進装置１３の操作者は、拡径ヘッド２１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７３によって監視することができ、地盤の状況に応じて拡径ヘッド２１の前面低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。
【００４３】
上記構成により、拡径推進装置１３が二次先導体として推進方向に平行な前後方向に振動することにより、拡径推進装置１３の前面の地盤が流動化されるので拡径推進時の前面抵抗が低減する。より詳しくは、上記の前後方向の振動により前面の地盤に振動加速度が発生し、その結果として地盤のせん断抵抗が大幅に低減されるので、静的圧入方式と比較して３０％程度の前面抵抗低減効果が得られる。したがって、拡径推進装置１３が容易に推進して口径を拡大しながら後続に埋設管１５が敷設される。
【００４４】
具体的には、例えば、管口径がφ４５０ｍｍ程度の埋設管１５を推進する場合、最大掘削外径はφ５００ｍｍ程度となるが、第１工程目にφ３５０ｍｍ程度の先導体７を使用することにより、第１工程目と第２工程目の貫入面積、つまり前面抵抗がほぼ同等となり、振動機構の仕様もまた同等でよいものである。つまり、必要最小限の装備能力で効果的な推進が可能となる。
【００４５】
また、第１工程目に、従来の２工程方式のような細径の簡易な先導体ではなく、管口径がφ３５０ｍｍ程度の高機能な先導体７による推進が行われることにより、曲線施工も容易となり、従来の２工程方式のように直線施工に限定されるような欠点も無くなる。
【００４６】
さらに、第１工程、第２工程とも動的圧入方式であるため、掘削方式が介在する従来の方式と比較して非常に高速推進が可能となり、工期の短縮および推進コストの削減できる。さらに、掘削土砂を最小限に抑えられるので、自然環境の保護にも大いに貢献できる。
【００４７】
以上のように、Ｎ値３０程度までの硬土質地盤において、従来であれば掘削方式の介在無しには推進することが不可能だった管口径φ４５０ｍｍ程度の埋設管１５については、無排土圧入工法である動的圧入方式で推進可能となる。したがって、無排土工法であるために非常に高速に施工できるので、工期の短縮および推進コストが削減できる。また、産業廃棄物である排土の発生を抑制できるので、自然環境の保護に大いに貢献できる。
【００４８】
なお、この発明は前述した実施の形態に限定されることなく、適宜な変更を行うことによりその他の態様で実施し得るものである。
【００５０】
【発明の効果】
以上のごとき発明の実施の形態の説明から理解されるように、請求項１の発明によれば、前記一次推進管に振動を与えることなく振動機構により拡径部を推進方向と平行な前後方向に振動できるので、拡径部の前面の地盤を流動化せしめて拡径推進時の前面抵抗を低減できる。したがって、拡径推進装置を容易に推進せしめて口径を拡大しながら後続に埋設管を敷設できる。
【００５１】
請求項２の発明によれば、流体圧シリンダに与えられる振動波によりピストン部を推進方向と平行に前後動せしめて拡径ヘッドを推進方向に振動できる。あるいは回転駆動手段の回転を回転方向変換装置を介して前後往復運動に変換でき、ピストン部を推進方向と平行に前後動せしめて拡径ヘッドを推進方向に振動できる。あるいは回転駆動手段で偏心重りを回転せしめることにより振動を発生でき、この振動を揺動手段により推進方向に変換することによりピストン部を推進方向と平行に前後動せしめて拡径ヘッドを推進方向に振動できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態の動的拡径推進工法を示すもので、（Ａ）は第１工程の推進工法で、（Ｂ）は第２工程の推進工法の概略説明図である。
【図２】この発明の第１の実施の形態の拡径推進装置の概略説明図である。
【図３】この発明の第２の実施の形態の拡径推進装置の概略説明図である。
【図４】この発明の第３の実施の形態の拡径推進装置の概略説明図である。
【図５】この発明の実施の形態の制御装置の制御システム図である。
【図６】従来の１工程方式の推進工法の概略説明図である。
【図７】従来の２工程方式の推進工法を示すもので、（Ａ）は第１工程の推進工法で、（Ｂ）は第２工程の推進工法の概略説明図である。
【図８】従来の先導体の推進方式を示すもので、掘削方式の概略説明図である。
【図９】従来の先導体の推進方式を示すもので、静的圧入方式の概略説明図である。
【図１０】従来の先導体の推進方式を示すもので、動的圧入方式の概略説明図である。
【図１１】従来の２工程方式の推進工法を示すもので、（Ａ）は第１工程の静的圧入方式の推進工法で、（Ｂ）は第２工程の掘削方式の推進工法の概略説明図である。
【符号の説明】
７  先導体
９  動的機構
１１  一次推進管
１３  拡径推進装置
１５  埋設管
１７，３７，４９  拡径推進装置（第１，第２，第３の実施の形態の）
１９  第１接続部
２１  拡径ヘッド（拡径部）
２３  第２接続部
２７  油圧シリンダ（振動発生装置）
３１，４１，５３  ピストン部（振動機構）
３３  制御装置
４３  電動モータ（回転駆動手段；振動発生装置）
４５  ギヤ機構（回転方向変換装置）
５５  スプリング（揺動手段；振動機構）
５７  電動モータ（回転駆動手段；振動発生装置）
５９  偏心重り（振動機構）
【図１】
0003872376.tif 000002
【図２】
0003872376.tif 000003
【図３】
0003872376.tif 000004
【図４】
0003872376.tif 000005
【図５】
0003872376.tif 000006
【図６】
0003872376.tif 000007
【図７】
0003872376.tif 000008
【図８】
0003872376.tif 000009
【図９】
0003872376.tif 000010
【図１０】
0003872376.tif 000011
【図１１】
0003872376.tif 000012