JPH07994B2 - 推進工法および推進工法装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、推進工法および推進
工法装置に関し、詳しくは、上下水道を施工するための
比較的小口径の埋設孔あるいはトンネルなどを、地盤を
開削することなく、先導体で直接トンネルを掘削あるい
は圧密形成し、形成されたトンネル内に先導体および先
導体の後方に連結された管体列を推進させていく、いわ
ゆる推進工法と、この推進工法を実施するための装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】推進工法は、地盤を開削しないので、地
表面で広い場所を占拠したり、交通を遮断したりするこ
とがなく、周辺環境を損なうことが少ないなどの利点を
有し、都市やその周辺で、下水道などを施工するのに適
した方法として、広く普及している。

【０００３】推進工法では、先頭で地盤を掘削または圧
密してトンネルを形成する先導体あるいは先導管と、そ
の後方に順次連結された管体の列に、管体列の最後尾側
で出発立坑内に設置された元押しジャッキなどで推進力
を加えて、先導体および管体列を地盤内に推進させてい
く。推進工法で、同時に推進させる管体列の最大長さ、
すなわち、１回に施工するトンネルの長さは、出発立坑
から到達立坑までの距離によってきまる。１度に施工す
るトンネルの長さが長いほど、立坑の数が少なくて済
み、立坑を施工する手間が削減できるなど、施工能率が
高くなり、施工コストも低減できることになる。そこ
で、近年、推進工法における１工程の推進距離が増大す
る傾向にある。

【０００４】推進工法において、先導体および管体列が
地盤内を推進すると、地盤からの摩擦抵抗力が作用す
る。この摩擦抵抗力は、地盤の土質にも影響されるが、
地盤内を推進させる管体列の長さに大きな影響を受け
る。したがって、１工程における推進距離が延びるほ
ど、先導体および管体列に加わる摩擦抵抗力が増え、必
要とされる推進力が増大することになる。推進力を増や
すには、元押しジャッキの容量を大きくする必要があ
り、設備の大型化、設備コストの増大を招く。また、管
体に大きな推進力が加わるので、管体が変形したり損傷
したりする問題が生じる。そのため、機械的強度の高い
材料しか使用できなくなり、使用できる管体の材料に制
限を受けることになる。

【０００５】そこで、管体列に加わる摩擦抵抗力を削減
して、１工程の推進距離が延びても、大きな推進力を必
要とせず、管体の材料も自由に選択できるようにするこ
とが考えられた。具体的には、たとえば、次に説明する
方法がある。先導体の外径を、その後方に連結する管体
の外径よりも大きくしておく方法がある。管体の外径よ
りも大きなトンネルが形成されていれば、管体には地盤
からの摩擦抵抗力が作用せず、スムーズに推進させるこ
とができる。

【０００６】管体の外面と地盤の間に、滑剤を注入する
方法がある。滑剤で管体と地盤の滑りを良くして、摩擦
抵抗力を削減するのである。この方法は、地盤の土質な
どに合わせて、適当な滑剤を選択すれば、摩擦抵抗力の
削減効果は高い。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のよう
な従来における摩擦抵抗力の削減方法だけでは、管体列
が長くなった場合には、充分な効果が達成されないとい
う問題があった。その原因は、先導体で形成されたトン
ネルは、経時とともに、周囲の地盤からの圧力でトンネ
ルの径を狭くしようとする作用が生じ、管体の外面を地
盤が締め付けるようになるのである。この地盤の締め付
け力は、経時とともに増大するので、管体列の後方ほ
ど、地盤からの摩擦抵抗力が大きくなってしまい、前記
した従来の方法では、充分に対応できないのである。

【０００８】このことを、図５に示している。先導体Ｐ
は管体ｐよりも外径が大きくなっている。地盤Ｅ内を先
導体Ｐおよび管体ｐが推進されていくと、先導体Ｐの直
ぐ後方部分（Ａ点）では、管体ｐと地盤Ｅとの間には隙
間があいているので、管体ｐには摩擦抵抗力は作用しな
い。しかし、先導体Ｐから後方に離れるにつれ、地盤圧
力で周囲の地盤Ｅが隙間を埋めて管体ｐの外面に密着す
るようになり、先導体Ｐから一定の距離以上離れたＢ点
では、管体ｐを地盤Ｅが締め付けて、大きな摩擦抵抗力
を作用させることになる。

【０００９】したがって、先導体Ｐの外径を管体ｐの外
径よりも大きくしておいても、管体列が長くなると、摩
擦抵抗力の低減効果は無くなってしまうのである。ま
た、滑剤を注入する方法でも、管体列が長くなり、地盤
から管体に加わる圧力もしくは締め付け力が大きくなる
と、滑剤が介在していても、大きな摩擦抵抗力が作用
し、この摩擦抵抗力が管体の耐久力を上回ったり、推進
力の大きな元押しジャッキを使用する必要が生じたりす
ることになる。しかも、この方法では、推進工程中、継
続的に大量の滑剤を注入する必要があるので、滑剤のコ
ストが高くつくという問題もある。

【００１０】そこで、この発明の課題は、管体列の長さ
すなわち１度に施工する推進距離が増えても、地盤から
管体列に加わる摩擦抵抗力が増大せず、必要な推進力が
少なくて済み、使用できる管体の材料にも制限を受けな
い推進工法と、この推進工法を実施する推進工法装置を
提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本願発明者らは、上記課
題を解決するべく研究した結果、管体列の途中に、管体
の外径よりも大きな円盤状のカキ板を取付固定してお
き、このカキ板で地盤を押し除けて、トンネルの内壁と
管体の外周面との間に隙間を作り、地盤からの摩擦抵抗
力を低減する方法を考えだした。しかし、この方法で
は、カキ板で地盤を押し除ける際の抵抗力が、かなり大
きくなるので、この抵抗力の分だけ、管体列を推進させ
るのに必要な推進力が増えてしまい、本来の目的である
推進力の低減が十分に果たせないという欠点があった。

【００１２】そこで、上記課題を解決する、この発明に
かかる推進工法は、先導体で地盤にトンネルを形成しな
がら、先導体の後方に順次連結された管体の列を、先導
体とともにトンネル内に推進させていく推進工法におい
て、管体列の途中で、管体の外周から外方に向かって出
没作動する拡径手段により、周囲の地盤を外周側に圧密
してトンネルを押し拡げる。

【００１３】推進工法の基本的な手段や工程あるいは使
用装置は、従来の通常の推進工法の場合と同様でよい。
先導体は、アースオーガーや岩盤破砕用ビットなどの地
盤を掘削する機構を備えたもの、掘削された土砂を後方
に搬送する搬送コンベアを備えたもの、泥水を供給して
泥水とともに土砂を排出するようにしたもの、円錐状な
どのコーンで地盤を押し除け圧密してトンネルを形成す
るものなど、従来の推進工法でも採用されている各種の
トンネル形成機構を備えた通常の先導体が用いられる。
先導体の外径を、後方に連結する管体の外径よりも大き
く設定しておくのが好ましい。

【００１４】管体は、最終的なトンネル壁を構成する埋
設管の場合と、トンネル形成時のみに使用され、最終的
には、別の材料からなる埋設管に置き換えられる仮管の
場合がある。この発明は、何れの場合にも適用できる
が、仮管を用いた推進工法に適用するのが好ましい。仮
管の材料には、鋼管など、繰り返し使用に適した材料が
用いられる。埋設管の材料には、鋼管、ヒューム管、塩
ビ管その他、埋設管の施工目的に合わせて、各種の材料
が使用される。

【００１５】先導体と管体、あるいは、管体同士の連結
構造は、通常の推進工法の場合と同様でよく、フランジ
やボルトを用いた直線的な連結構造のほか、連結部分で
屈曲できるようにして曲線推進工法に適用させた連結構
造を採用することもできる。管体には、先導体に電源や
油空圧、泥水などを供給するケーブルやパイプが挿通で
きるようにしておく。管体の内部を通して先導体に連結
された軸体に、元押しジャッキで推進力を加えて、先導
体を推進させたり、上記軸体の途中に、管体を内側から
保持する保持機構を設けておいて、軸体に管体を保持さ
せるようにすれば、推進時に、長い管体列の一部のみに
過大な応力が発生するのを防ぐことができる。

【００１６】この発明では、連結された管体列の途中
に、周囲の地盤を外周側に圧密してトンネルを押し拡げ
る拡径手段を備えている。拡径手段は、管体の外径と同
じ位置あるいは内側から、管体の外径よりも外側の外方
に出没移動可能な拡径部材を、モータや油空圧シリンダ
などの駆動源、および、この駆動源に連結されたギヤ機
構、クランク機構、カム機構、リンク機構などの動力伝
達機構で作動させるようになっている。

【００１７】拡径部材は、管体の半径方向に移動するだ
けでもよいし、管体の半径方向および周方向に移動する
ようになっていてもよい。さらに、拡径部材が、管体の
軸方向で推進方向と逆の方向に、すなわち斜め後方に向
けて移動するようになっていてもよい。拡径部材とし
て、円筒状の外周面を有する拡径部材を、管体の中心軸
から偏心した位置を中心にして偏心回転させるようにす
れば、地盤の押し除け作用すなわちトンネルの押し拡げ
作用がスムーズに行われる。拡径部材が、円周方向ある
いは軸方向に分割形成されていて、各分割部材が一定の
順番で移動するようになっていてもよい。

【００１８】拡径手段は、管体の内部空間を遮断しない
ように、前後に貫通する空間を備えたものが好ましい。
拡径手段と前後の管体との連結部分で、土砂や水の侵入
が生じないように、拡径手段と前後の管体の間は密閉状
態で連結しておくのが好ましい。拡径手段に、滑剤の供
給機構を設けておくことができる。上記のような構造の
拡径手段は、管体列に対して、一定の距離ごとに配置し
ておけばよい。拡径手段の配置間隔は、形成するトンネ
ルの径や地盤の土質、管体の材質などの施工条件を考慮
して設定すればよい。管体が仮管の場合には、仮管の撤
去と同時に拡径手段を撤去すればよい。管体が埋設管の
場合には、拡径手段を埋設したままにしておいてもよい
が、拡径手段を分解したり、径を小さくして、埋設管の
内部空間を通じて外部に撤去できるようにしておくのが
好ましい。

【００１９】

【作用】先導体およびこれに連結された管体列を、地盤
内に推進させると、管体列の後方側ほど、周囲の地盤か
ら受ける摩擦抵抗力が大きくなることは、前記したとお
りである。そこで、管体列の途中に、前記したような拡
径手段を設けておいて、周囲の地盤を外周側に圧密して
トンネルを押し拡げると、この拡径手段の位置から後方
の一定範囲では、地盤から管体列に加わる摩擦抵抗力が
大幅に軽減される。

【００２０】拡径手段は、管体の外周に固定設置されて
いるものではないので、管体の推進に対する大きな抵抗
力を生じることがない。すなわち、拡径手段は、推進方
向に対して、少なくとも直交する方向に移動し、管体の
推進方向に逆らって移動するものではないので、管体の
推進に対して大きな抵抗力を生じることはない。また、
拡径手段が外方に突出して地盤を押し拡げた後、拡径手
段が管体の外周内に戻れば、管体の推進に対する、地盤
から拡径手段への抵抗力は加わらなくなる。すなわち、
拡径手段が、管体の外周から出没作動することにより、
管体の推進に対する抵抗力を増大させることなく、地盤
の押し拡げが行えるのである。

【００２１】したがって、拡径手段の作動構造や配置間
隔を適当に設計すれば、拡径手段の作動に伴う抵抗力よ
りも、拡径手段の地盤押し除けで削減される摩擦抵抗力
のほうを、充分に大きくすることができ、全体として、
管体列の推進に必要な推進力を削減し、管体に加わる応
力を軽減することができる。

【００２２】

【実施例】ついで、この発明の実施例を図面を参照しな
がら以下に説明する。図１および図２は、推進工法装置
のうち、拡径手段の装着部分の構造を表している。管体
１０、１０の連結部分に、鋼材などからなる拡径筒体２
０が挿入されている。拡径筒体２０の外径は、管体１０
の外径とほぼ同じ径に形成されている。拡径筒体２０
は、内周側にベアリング２２を介して駆動筒体２４に支
持されている。駆動筒体２４の側面の複数個所に、クラ
ンク軸２６が回転可能に連結され、各クランク軸２６に
は駆動モータ２８が取り付けられている。駆動モータ２
８は、内部にギヤ機構が組み込まれて、モータの回転を
減速した、いわゆるギヤードモータを用いている。

【００２３】駆動モータ２８を回転させると、クランク
軸２６に取り付けられた駆動筒体２４の中心軸が、管体
１０の中心軸の回りを回転移動する。但し、駆動筒体２
４の全体が回転するのではなく、同じ姿勢のままで中心
軸のみが移動することになる。そうすると、駆動筒体２
４に支持された拡径筒体２０も、駆動筒体２４と同様
に、中心軸の回転移動を行い、拡径筒体２０の外周面の
一部が、管体１０の外周から突き出され、拡径筒体２０
の外周面の別の一部は、管体１０の外周内に引っ込むよ
うになるとともに、拡径筒体２０の前記突出個所が、管
体１０の回りを周回するように移動する。拡径筒体２０
は、駆動筒体２４に対して、回転可能に支持されている
ので、拡径筒体２０の外周面がトンネルの内壁面に接触
していると、地盤との摩擦力で、拡径筒体２０は、その
中心軸の回転移動方向とは逆の方向に回転する。このよ
うに、拡径筒体２０が回転することで、拡径筒体２０で
地盤を押し拡げたときに地盤から加わる抵抗力を、より
吸収もしくは軽減することができる。

【００２４】上記したような拡径筒体２０の運動は、一
般に、スリコギ運動あるいはミソスリ運動などと称され
る運動である。管体１０のひとつの半径方向についてみ
れば、拡径筒体２０の外周が、管体１０の内側に入った
り、外側に突き出したりする運動を繰り返すことにな
る。拡径筒体２０や駆動モータ２８などの各作動機構
は、外周側に収容空間が設けられた収容体３０に収容さ
れ、この収容体３０は、前後の端部が管体１０に連結固
定され、収容体３０の中心側には筒状の空間３２があい
ている。したがって、拡径手段の装着部分で、管体１０
の外周側から内部に土砂や水が侵入しないようになって
いる。また、収容体３０の筒状空間３２を利用して、各
種の配管やケーブル、あるいは、土砂排出用のスクリュ
ーコンベアなどを挿通させることができる。

【００２５】上記のような構造の拡径手段を用いて実施
する推進工法は、基本的には従来の通常の推進工法の場
合と同様である。具体的には、先導体の後方に順次連結
される多数の管体１０の列に対して、一定の距離毎に、
管体１０、１０の連結個所に拡径手段を挿入取り付けし
た状態に組み立て、先導体で地盤にトンネルを形成しな
がら、先導体および管体列の後端側から元押しジャッキ
で推進力を加えて、先導体および管体列を推進させてい
く。この推進工程中、前記拡径筒体２０を管体１０の外
周から外方に出没作動させておく。

【００２６】拡径筒体２０が作動すると、拡径筒体２０
が管体１０の内側から外周へと出入りする運動を、全周
方向で繰り返して、トンネル内壁の地盤を外周側に押し
除けることになり、トンネルの径が拡大される。その結
果、拡径筒体２０を取り付けた個所の後方では、地盤か
ら管体列に加わる摩擦抵抗力が軽減され、スムーズな推
進が可能になる。このとき、先導体または管体列の外周
に、滑剤を供給するようにすれば、よりスムーズな推進
が行える。

【００２７】仮管による推進工法を行う場合、まず、管
体１０として仮管を使用して、前記のような推進作業を
行った後、トンネル内に残った仮管１０および拡径手段
をトンネルから撤去し、その後に、所定の埋設管を挿入
敷設すればよい。仮管による推進工程で、充分に大きな
外径のトンネルを形成しておけば、埋設管の挿入は拡径
手段を用いなくてもスムーズに行うことができる。この
方法では、拡径手段を連結するために埋設管に特別な構
造を追加したり、埋設管に拡径手段を着脱する手間をか
けたりする必要がないので、施工が容易になる。

【００２８】つぎに、図３および図４には、拡径手段の
構造が異なる実施例を示している。管体４０の途中に、
内周側に凹んだ収容部４２を設けている。この収容部４
２に拡径手段が設置されている。前記実施例と同様の拡
径筒体５０が、収容部４２に収容され、拡径筒体５０の
側方には、収容部４２を覆う蓋体５６が取り付けられて
いる。拡径筒体５０の両側端に、メタルシールなどのシ
ール材５２、５２を備え、収容部４２の内側壁および蓋
体５６の側端に設けられたシール材５４、５４との間
で、気密状態で摺動するようになっている。

【００２９】拡径筒体５０の内周側には、ベアリング６
２を介して駆動筒体６０が設けられている。駆動筒体６
０は、その内周にベアリング６４を介して、収容部４２
の底面に支持されている。駆動筒体６０は、その内周形
状は管体４０の中心軸と同心の円筒面に形成されている
が、外周形状は管体４０の中心軸から距離ｅだけ偏心し
た円筒面になっている。

【００３０】駆動筒体６０の一側端にはメインギヤ６６
が設けられている。メインギヤ６６には、複数個所にピ
ニオンギヤ６８が噛み合っている。各ピニオンギヤ６８
には、駆動モータ７０が連結されている。駆動モータ７
０は収容部４２に固定されている。駆動モータ７０を回
転させると、ピニオンギヤ６８からメインギヤ６６に回
転が伝達され、駆動筒体６０が回転する。駆動筒体６０
の外周形状は偏心しているので、駆動筒体６０の外周に
設けられた拡径筒体５０は、駆動筒体６０の偏心に合わ
せて、偏心回転を行うことになる。この拡径筒体５０の
動き自体は、前記した実施例の場合と同様である。すな
わち、拡径筒体５０の、ひとつの半径方向についてみれ
ば、外周面が管体４０の外周から出たり入ったりするこ
とになる。このとき、拡径筒体５０の外周面が半径方向
に出入りする距離は、前記駆動筒体６０の偏心量ｅに対
して、２ｅの距離となる。

【００３１】この実施例の拡径手段を用いた場合も、前
記実施例と同様にして推進工法を行うことができる。上
記実施例では、地盤から拡径筒体５０に加わる半径方向
の抵抗力が、駆動筒体６０を介して収容部４２の固定構
造で受けられているので、ピニオンギヤ機構６６、６８
や駆動モータ７０などに過大な抵抗力が加わらず、スム
ーズに作動させることができる点で優れている。

【００３２】

【発明の効果】以上に述べた、この発明にかかる推進工
法および推進工法装置は、管体列の途中で、前記拡径手
段を用いて、周囲の地盤を外周側に圧密してトンネルを
押し拡げるので、地盤から管体列に加わる摩擦抵抗力が
大幅に軽減される。その結果、管体列を推進させるのに
必要な推力が小さくて済み、推進用の元押しジャッキな
どの設備が小型化あるいは小容量化でき、推進速度を上
げることもできる。また、一度に推進させることのでき
る管体列の長さが延びるので、立坑の設置間隔を短くす
ることができ、立坑の施工に要する手間とコストを削減
でき、従来の推進工法では不可能な長距離推進も可能に
なる。

【００３３】管体に加わる摩擦抵抗力が小さくなれば、
管体の材料として、剛性や耐久性に劣る材料でも使用で
きるようになり、従来の推進工法は適用できなかった材
料からなる埋設管の推進施工も可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施例となる拡径手段の構造をあ
らわす断面図

【図２】 同上の作動状態をあらわす概略断面図

【図３】 別の実施例をあらわす断面図

【図４】 拡径手段の側面図

【図５】 推進工法における地盤の状態を表す概略説明
図

【符号の説明】

１０、４０ 管体 ２０、５０ 拡径筒体 ２２、６２、６４ ベアリング ２４、６０ 駆動筒体 ２６ クランク軸 ２８、７０ 駆動モータ ６６、６８ ピニオンギヤ機構

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 先導体で地盤にトンネルを形成しなが
   ら、先導体の後方に順次連結された管体の列を、先導体
   とともにトンネル内に推進させていく推進工法におい
   て、管体列の途中で、管体の外周から外方に向かって出
   没作動する拡径手段により、周囲の地盤を外周側に圧密
   してトンネルを押し拡げることを特徴とする推進工法。
2. 【請求項２】 地盤にトンネルを形成する先導体と、先
   導体の後方に順次連結される管体と、先導体および管体
   列をトンネル内で推進させる推進手段を備えた推進工法
   装置において、管体列の途中に装着され、管体の外周か
   ら外方に向かって出没作動し、周囲の地盤を外周側に圧
   密してトンネルを押し拡げる拡径手段を備えていること
   を特徴とする推進工法装置。