JP5339466B2

JP5339466B2 - パイプルーフ工法

Info

Publication number: JP5339466B2
Application number: JP2010203275A
Authority: JP
Inventors: 栄治酒井
Original assignee: 株式会社アルファシビルエンジニアリング; ボーディング株式会社
Priority date: 2010-09-10
Filing date: 2010-09-10
Publication date: 2013-11-13
Anticipated expiration: 2030-09-10
Also published as: JP2012057406A

Description

本発明は、地中に連設した複数の鋼管で崩落防護壁を構築するパイプルーフ工法に関する。

主として、都市部において既設地下構造物やインフラパイプラインの直下に地下空間やトンネルを構築する場合において、地下構造物や既設埋設物の配置状況によっては画一的な規定寸法の空間を構築することができない場合も多く、そのような障害物の直下に空間を構築する施工技術は限定される。その中で、一般的には複雑な矩形断面の空間や大断面及び馬蹄型断面を地下に構築する施工法としてパイプルーフ工法が活用されている。

この施工法は、都市トンネルの補助工法以外としても山岳トンネル工法での脆弱な未固結地山を開放型で掘削する（切羽が開放されている）ＮＡＴＭ工法でも、脆弱地盤の緩みや沈下防止の施工技術としても有効である。パイプルーフ工法は、地下空間を掘削する前段階で、概ね外形２００〜１２００ｍｍ程度の鋼管を地中に水平に埋設して掘削断面頂部の地山の安定を確保する施工技術で、内部掘削段階でのクラウン部の地山の崩落を防止して安全施工を確立する補助工法である。

しかし、従来のパイプルーフ工法の施工技術では、単管毎の埋設（一般的には水平圧入工法や推進工法）のために、鋼管毎に雄型継手と雌型継手（様々な継手があるが、一般的にはＳＴ継手やＡＨ継手）で連結する必要があり、鋼管自体の費用以外に継手鋼材が高価となり、経済性では問題も多い。これに対し、複数の鋼管を安価な連結部材で並列に一体的に連結して同時に圧入できるようにし、高価な継手の使用量を軽減して低コストで実施できるようする技術が特許文献１に開示されている。

しかしながら、パイプルーフ工法では、圧入済みの鋼管の雌型継手に次に圧入する鋼管の雄型継手が嵌合される段階で、雌型継手内に侵入した土砂が圧入抵抗を増大させ、継手の変形を余儀なくされる場合も見受けられ、最悪の場合は継手溶接箇所の脱落や鋼管の方向変位が規定内に収まらず、精度不良が発生する場合も多々見受けられる。

特開２００７−１６２２６９号公報

本発明が解決しようとする課題は、従来のこれらの問題点を解消し、雄型継手を雌型継手に嵌合する際、雌型継手内に侵入した土砂を除去することで、嵌合時の抵抗を軽減して継手の変形や溶接箇所の脱落を防止し、鋼管の方向変位を規定内に収めて精度良く施工できるようにすることにある。

かかる課題を解決した本発明の構成は、
１）左右に雄型継手と雌型継手をそれぞれ有する鋼管の先端部に掘削機を脱着可能に取り付け、その先頭の継手付きの鋼管の後端に鋼管外径寸法が先頭の継手付きの鋼管の鋼管外径寸法と同じでしかも同鋼管の左右に取り付けられた雄型継手と雌型継手の寸法形状が同じである同寸同構造の継手付きの鋼管を逐次縦列に継ぎ足し、最後尾の継手付きの鋼管を後方から押圧して掘削機で地盤を掘削しながら継手付きの鋼管を地中に圧入し、複数本の継手付き鋼管を地中に圧入した後に、その圧入された継手付きの鋼管の隣接位置に別の同寸同構造の継手付きの鋼管を配置し、しかもこの別の継手付きの先頭の鋼管の先端部にも掘削機を脱着自在に取り付けたものとし、先に地中に圧入した継手付きの鋼管の雌型継手に前記の別の継手付きの鋼管の雄型継手を嵌合させながらその後方に別の同寸同構造の継手付き鋼管を逐次縦列に継ぎ足し、その最後尾の継手付きの鋼管を後方から押圧して先頭の先端部の掘削機で地盤を掘削しながらこの別の継手付きの鋼管を地中に圧入して先に圧入した継手付き鋼管に別の継手付き鋼管を継手で互に連結した状態で地中に圧入し、この工程を繰り返して連設した継手付きの鋼管で崩落防護壁を構築するパイプルーフ工法において、先頭の継手付きの鋼管の雄型継手の先端部に高圧の空気又は水あるいは泥水を噴射する高圧噴射ノズルを設け、その高圧噴射ノズルの噴射で隣接する継手付きの鋼管の嵌合する雌型継手内に侵入した土砂を除去しながら雄型継手を雌型継手に円滑に嵌合できるようにしたことを特徴とする、パイプルーフ工法
２）複数の鋼管を連結部材で並列に一体的に連結し、連結された鋼管のその左右端に雄型継手と雌型継手をそれぞれ設けた継手付きの複連鋼管の各鋼管の先端部に、掘削機をそれぞれ脱着可能に取り付け、その先頭の継手付きの複連鋼管の後端に先頭の連結された複連鋼管の外形寸法が同じでしかも同複連鋼管の左右に取り付けられた雄型継手と雌型継手の寸法形状が同じである同寸同構造の継手付きの複連鋼管を逐次縦列に継ぎ足し、最後尾の継手付きの複連鋼管を後方から押圧して各掘削機で地盤を掘削しながら継手付きの複連鋼管を地中に圧入し、複数本の継手付き複連鋼管を地中に圧入した後に、その圧入された継手付きの複連鋼管の隣接位置に別の同寸同構造の継手付きの複連鋼管を配置し、しかもこの別の継手付きの先頭の複連鋼管の各鋼管の先端部にも掘削機を脱着自在に取り付けたものとし、先に地中に圧入した継手付きの複連鋼管の雌型継手に前記の別の継手付きの複連鋼管の雄型継手を嵌合させながらその後方に別の同寸同構造の継手付き複連鋼管を逐次縦列に継ぎ足し、その最後尾の別の継手付きの複連鋼管を後方から押圧して先頭の先端部の掘削機で地盤を掘削しながら別の継手付きの複連鋼管を地中に圧入して先に圧入した継手付き複連鋼管に別の継手付き複連鋼管を継手で互に連結した状態で地中に圧入し、この工程を繰り返して連設した継手付きの複連鋼管で崩落防護壁を構築するパイプルーフ工法において、先頭の継手付きの複連鋼管の雄型継手の先端部に高圧の空気又は水あるいは泥水を噴射する高圧噴射ノズルを設け、その高圧噴射ノズルの噴射で隣接する継手付きの複連鋼管の雌型継手内に侵入した土砂を除去しながら雄型継手を雌型継手に円滑に嵌合できるようにしたことを特徴とする、パイプルーフ工法
３）高圧の空気又は水あるいは泥水を供給する供給管を雄型継手の前後端に渡って回転可能に配管し、その供給管の先端に高圧噴射ノズルを圧入方向に対して傾けて取り付け、供給管の後端を回転操作して高圧噴射ノズルを回転させながら噴射するようにして雌型継手に侵入した土砂を除去する、前記１）又は２）記載のパイプルーフ工法
４）高圧の空気又は水あるいは泥水を供給する供給管を雄型継手の前後端に渡って配管し、その供給管の先端に高圧噴射ノズルを圧入方向に対して傾けて回転可能に取り付け、掘削機を備えた鋼管の外側に電動又は油圧の回転装置を密閉状に取り付け、その回転装置で高圧噴射ノズル又は高圧噴射ノズルと連結された供給管自体を回転させながら噴射するようにして雌型継手に侵入した土砂を除去する、前記１）又は２）記載のパイプルーフ工法
にある。

本発明の前記１），２）記載の構成によれば、継手付きの鋼管又は複連鋼管を圧入する際に高圧噴射ノズルから高圧の空気又は水あるいは泥水を噴射させると、その噴射で圧入済みの隣接する継手付きの鋼管又は複連鋼管の雌型継手内の土砂が吹き飛ばされて除去される。したがって、雄型継手を雌型継手に嵌合する際の抵抗が軽減されるから、継手の変形や溶接箇所の脱落が防止され、継手付きの鋼管又は複連鋼管の方向変位を規定内に収めて精度良く施工できる。

本発明の前記２）記載の構成によれば、前記の構成による効果に加え、複数の連結された複連鋼管に左右一対の継手の形成でよいので高価な継手の使用量が軽減されて低コストで実施できるとともに、複数の連結された複連鋼管を同時に圧入できて施工期間を短縮できる。

本発明の前記３）記載の構成によれば、傾いた高圧噴射ノズルの先端が旋回して噴射方向が変化し、圧入済みの隣接する継手付きの鋼管又は複連鋼管の雌型継手内の土砂が広範囲に渡って吹き飛ばされて除去される。したがって、土砂をより確実に隅々まで除去して嵌合時の抵抗をさらに軽減できる。

本発明の前記４）記載の構成によれば、前記３）記載の構成による効果に加え、高圧噴射ノズルの回転を自動化できる。

実施例１の継手付きの２連鋼管の端面図である。実施例１の雄型継手の拡大斜視図である。実施例１の継手付きの２連鋼管の圧入を示す説明図である。実施例１の雌型継手内の土砂の除去を示す説明図である。実施例１の構築された崩落防護壁の正面図である。実施例２の高圧噴射ノズルの構造を示す拡大図である。実施例３の高圧噴射ノズルの回転装置の構造を示す拡大図である。

本発明の供給管は、発進立坑から雄型継手に沿って切羽の位置まで配管する方法と、掘削機内から鋼管の外側に出して配管する方法とがある。以下、本発明を実施するための形態を各実施例と図面に基づいて具体的に説明する。本発明の継手付きの鋼管は請求項１の如く単管又は請求項２の如く複連管の左右に雄・雌型継手を取り付けるタイプがある。

（実施例１）図１〜５に示す実施例１は、高圧噴射ノズルを定位置に固定した継手付きの複連鋼管である２連鋼管を用いたパイプルーフ工法でトンネルの崩落防護壁を構築する例である。図１は実施例１の継手付きの２連鋼管の端面図、図２は実施例１の雄型継手の拡大斜視図、図３は実施例１の継手付きの２連鋼管の圧入を示す説明図、図４は実施例１の雌型継手内の土砂の除去を示す説明図、図５は実施例１の構築された崩落防護壁の正面図である。

図中、１０は二つの鋼管１０ａ，１０ｂを並行に連結した複連鋼管である継手付きの２連鋼管、１０ａ，１０ｂは鋼管、１１は連結部材、１２は雌型継手、１３は雄型継手、１４は高圧噴射ノズル、１５は供給管、１６は給水ホース、２０は掘削機、３０は元押装置、Ｇは地盤、Ｇａは土砂、Ｐはポンプ、Ｗは水である。

実施例１の継手付きの２連鋼管１０は、図１に示すように、２本の鋼管１０ａ，１０ｂをＨ型鋼からなる連結部材１１で並列に溶接して一体的に連結している。３本の鋼管を連結して３連としてもよい。右側の鋼管１０ａの右側面には雌型継手１２を溶接し、左側の鋼管１０ｂの左側面には雄型継手１３を溶接している。

雄型継手１３には、図２に示すように、その外側中間部と内側隅部の先端から後端に渡って管径１２ｍｍの供給管１５をそれぞれ溶接して配管し、先頭用となる継手付きの２連鋼管１０の供給管１５の先端部それぞれには高圧噴射ノズル１４を取り付け、後続用となる継手付きの２連鋼管１０の供給管１５には高圧噴射ノズル１４を取り付けずに先頭の供給管１５の後端と直接接続できるようにしている。供給管１５は鋼管１０ｂの内部に配管してもよい。掘削機２０は、先端のカッターが鋼管１０ａ，１０ｂの内径より小径に格納可能な構造で、鋼管１０ａ，１０ｂ内を通過して回収できるようになっている。

図３に示すように、先頭の継手付きの２連鋼管１０の先端部に掘削機２０を取り付け、その継手付きの２連鋼管１０を元押装置３０で後方から押圧して掘削機２０で地盤Ｇを掘削しながら鋼管１０ａ，１０ｂを地中に同時に圧入する。その圧入した先頭の継手付きの２連鋼管１０の後端に後続用の継手付きの２連鋼管１０を必要数継ぎ足し、元押装置３０で順に圧入する。１，２孔目の施工が完了すると、鋼管１０ａ，１０ｂから各掘削機２０を到達側に回収する。施工条件で到達側が開放されない場合は、鋼管１０ａ，１０ｂ内を通じて各掘削機２０を発進側へ引き戻して回収する。圧入された２連鋼管１０の雌型継手１２内には土砂Ｇａが侵入している。

３，４孔目以降の継手付きの２連鋼管１０を圧入する際は、供給管１５の後端に給水ホース１６とポンプＰを接続する。圧入と並行してポンプＰを作動させると、図４に示すように、高圧噴射ノズル１４から高圧の水Ｗが噴射され、その水Ｗが圧入済みの隣接する継手付きの２連鋼管１０の雌型継手１２内の土砂Ｇを吹き飛ばしながら雄型継手１３が雌型継手１２に嵌合される。その後、５，６孔目以降の継手付きの２連鋼管１０もこの工程と同じ工程を繰り返し、連設された多数の鋼管１０ａ，１０ｂで図５に示すアーチ状の崩落防護壁が構築される。

このように、実施例１によれば、水Ｗの噴射で雌型継手１２内の土砂Ｇが除去されるから、雄型継手１３を雌型継手１２に嵌合する際の抵抗が軽減され、継手の変形や溶接箇所の脱落が防止され、継手付きの２連鋼管１０の方向変位を規定内に収めて精度良く施工できる。なお、水Ｗに代えて空気や泥水を用いてもよく、高圧噴射ノズル１４の形状も地下水の有無・土粒子構成・地盤強度・粒度分布・施工延長等の施工条件に応じて選択される。

（実施例２）図６に示す実施例２は、傾いた高圧噴射ノズルと供給管を回転自在に取り付けたパイプルーフ工法の例である。図６は実施例２の高圧噴射ノズルの構造を示す拡大図である。図中、１７は支持金具である。後続用となる継手付きの２連鋼管１０の供給管１５には高圧噴射ノズル１４を取り付けずに先頭の供給管１５の後端と直接接続して回転できるようにしている。

実施例２では、図６に示すように、高圧噴射ノズル１４を供給管１５に対して傾けて取り付け、その供給管１５を雄型継手１３の内側の先端から後端に渡って複数の支持金具１７で回転可能に配管している。

継手付きの２連鋼管１０を圧入する際、ポンプＰで給水して高圧噴射ノズル１４から高圧の水Ｗを噴射させるとともに、供給管１５の後端に手回しハンドル（図示せず）を取り付けて回転させると、傾いた高圧噴射ノズル１４の先端が旋回して水Ｗの噴射方向が変化し、圧入済みの隣接する継手付きの２連鋼管１０の雌型継手１２内の土砂Ｇが広範囲に渡って吹き飛ばされて除去される。したがって、実施例１と比較して土砂Ｇをより確実に隅々まで除去して嵌合時の抵抗をさらに軽減できる。その他、符号、構成、作用効果は実施例１と同じである。

（実施例３）図７に示す実施例３は、高圧噴射ノズルの回転を回転装置で電動化したパイプルーフ工法の例である。図７は実施例３の高圧噴射ノズルの回転装置の構造を示す拡大図である。図中、１５ａはギヤ、１８はモーター、１８ａはピニオン、１８ｂは電源ケーブル、１９はケースである。

実施例３では、図７に示すように、高圧噴射ノズル１４の後部にギヤ１５ａを取り付け、ピニオン１８ａを備えたモーター１８を隣接位置に取り付けてギヤ１５ａと歯合し、モーター１８の電源ケーブル１８ｂを供給管１５と並行に配線して外部の電源（図示せず）と接続し、ピニオン１８ａとモーター１８をケース１９で密閉状に被覆している。高圧噴射ノズル１４は供給管１５に対して傾けて回転自在に取り付け、供給管１５と電源ケーブル１８ｂは途中から鋼管１０ｂの内部に配置し、掘削機２０に供給される掘削用の泥水の一部を供給管１５に分岐して供給できるようにしている。

継手付きの２連鋼管１０を圧入する際、掘削機２０に供給された泥水の一部を供給管１５で高圧噴射ノズル１４に供給して噴射させるとともにモーター１８を作動させると、傾いた高圧噴射ノズル１４の先端が旋回して泥水の噴射方向が変化し、実施例２と同様に圧入済みの隣接する継手付きの２連鋼管１０の雌型継手１２内の土砂Ｇが広範囲に渡って吹き飛ばされて除去される。したがって、実施例１と比較して土砂Ｇをより確実に除去して嵌合時の抵抗をさらに軽減でき、しかも実施例２と比較して高圧噴射ノズル１４の回転を自動化できる。

なお、実施例３では高圧噴射ノズル１４の回転方式として電動のモーター１８を例示したが、油圧モーターを採用することもでき、さらには噴射用の水Ｗの水圧を利用した水圧モーターも可能である。また、高圧噴射ノズル１４単体の回転だけでなく、高圧噴射ノズル１４と連結された供給管１５自体を回転させるようにしてもよい。その他、符号、構成、作用効果は実施例１と同じである。

本発明の技術は、トンネルや地中埋設物の防護工・地山の崩落防止・建造物や道路等の沈下防止等に利用される。

１０継手付きの２連鋼管
１０ａ，１０ｂ鋼管
１１連結部材
１２雌型継手
１３雄型継手
１４高圧噴射ノズル
１５供給管
１５ａギヤ
１６給水ホース
１７支持金具
１８モーター
１８ａピニオン
１８ｂ電源ケーブル
１９ケース
２０掘削機
３０元押装置
Ｇ地盤
Ｇａ土砂
Ｐポンプ
Ｗ水

Claims

左右に雄型継手と雌型継手をそれぞれ有する鋼管の先端部に掘削機を脱着可能に取り付け、その先頭の継手付きの鋼管の後端に鋼管外径寸法が先頭の継手付きの鋼管の鋼管外径寸法と同じでしかも同鋼管の左右に取り付けられた雄型継手と雌型継手の寸法形状が同じである同寸同構造の継手付きの鋼管を逐次縦列に継ぎ足し、最後尾の継手付きの鋼管を後方から押圧して掘削機で地盤を掘削しながら継手付きの鋼管を地中に圧入し、複数本の継手付き鋼管を地中に圧入した後に、その圧入された継手付きの鋼管の隣接位置に別の同寸同構造の継手付きの鋼管を配置し、しかもこの別の継手付きの先頭の鋼管の先端部にも掘削機を脱着自在に取り付けたものとし、先に地中に圧入した継手付きの鋼管の雌型継手に前記の別の継手付きの鋼管の雄型継手を嵌合させながらその後方に別の同寸同構造の継手付き鋼管を逐次縦列に継ぎ足し、その最後尾の継手付きの鋼管を後方から押圧して先頭の先端部の掘削機で地盤を掘削しながらこの別の継手付きの鋼管を地中に圧入して先に圧入した継手付き鋼管に別の継手付き鋼管を継手で互に連結した状態で地中に圧入し、この工程を繰り返して連設した継手付きの鋼管で崩落防護壁を構築するパイプルーフ工法において、先頭の継手付きの鋼管の雄型継手の先端部に高圧の空気又は水あるいは泥水を噴射する高圧噴射ノズルを設け、その高圧噴射ノズルの噴射で隣接する継手付きの鋼管の嵌合する雌型継手内に侵入した土砂を除去しながら雄型継手を雌型継手に円滑に嵌合できるようにしたことを特徴とする、パイプルーフ工法。
複数の鋼管を連結部材で並列に一体的に連結し、連結された鋼管のその左右端に雄型継手と雌型継手をそれぞれ設けた継手付きの複連鋼管の各鋼管の先端部に、掘削機をそれぞれ脱着可能に取り付け、その先頭の継手付きの複連鋼管の後端に先頭の連結された複連鋼管の外形寸法が同じでしかも同複連鋼管の左右に取り付けられた雄型継手と雌型継手の寸法形状が同じである同寸同構造の継手付きの複連鋼管を逐次縦列に継ぎ足し、最後尾の継手付きの複連鋼管を後方から押圧して各掘削機で地盤を掘削しながら継手付きの複連鋼管を地中に圧入し、複数本の継手付き複連鋼管を地中に圧入した後に、その圧入された継手付きの複連鋼管の隣接位置に別の同寸同構造の継手付きの複連鋼管を配置し、しかもこの別の継手付きの先頭の複連鋼管の各鋼管の先端部にも掘削機を脱着自在に取り付けたものとし、先に地中に圧入した継手付きの複連鋼管の雌型継手に前記の別の継手付きの複連鋼管の雄型継手を嵌合させながらその後方に別の同寸同構造の継手付き複連鋼管を逐次縦列に継ぎ足し、その最後尾の別の継手付きの複連鋼管を後方から押圧して先頭の先端部の掘削機で地盤を掘削しながら別の継手付きの複連鋼管を地中に圧入して先に圧入した継手付き複連鋼管に別の継手付き複連鋼管を継手で互に連結した状態で地中に圧入し、この工程を繰り返して連設した継手付きの複連鋼管で崩落防護壁を構築するパイプルーフ工法において、先頭の継手付きの複連鋼管の雄型継手の先端部に高圧の空気又は水あるいは泥水を噴射する高圧噴射ノズルを設け、その高圧噴射ノズルの噴射で隣接する継手付きの複連鋼管の雌型継手内に侵入した土砂を除去しながら雄型継手を雌型継手に円滑に嵌合できるようにしたことを特徴とする、パイプルーフ工法。
高圧の空気又は水あるいは泥水を供給する供給管を雄型継手の前後端に渡って回転可能に配管し、その供給管の先端に高圧噴射ノズルを圧入方向に対して傾けて取り付け、供給管の後端を回転操作して高圧噴射ノズルを回転させながら噴射するようにして雌型継手に侵入した土砂を除去する、請求項１又は２記載のパイプルーフ工法。
高圧の空気又は水あるいは泥水を供給する供給管を雄型継手の前後端に渡って配管し、その供給管の先端に高圧噴射ノズルを圧入方向に対して傾けて回転可能に取り付け、掘削機を備えた鋼管の外側に電動又は油圧の回転装置を密閉状に取り付け、その回転装置で高圧噴射ノズル又は高圧噴射ノズルと連結された供給管自体を回転させながら噴射するようにして雌型継手に侵入した土砂を除去する、請求項１又は２記載のパイプルーフ工法。