JPH04213694A - 埋設管の無排土推進工法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、埋設管の無排土推進
工法に関し、詳しくは、下水道等の地下埋設管を施工す
る際に、地盤を開削することなく、地中に埋設孔を掘削
形成しながら、形成された埋設孔に埋設管を順次推進さ
せて埋設していくとともに、掘削された土砂を外部に排
出することなく地盤内で処理する、いわゆる無排土推進
工法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】地下埋設管の推進工法として、先端にオ
ーガー等の掘削機構を備えた掘進機で、地中に埋設孔を
掘削しながら、掘削機の掘削推進につづいて埋設管を推
進埋設していく方法があり、この工法は、一般にオーガ
ー工法などと呼ばれている。オーガー工法では、通常、
掘進機で掘削された土砂は、推進埋設される埋設管列の
内部を通して後方に搬送し、埋設管列の後端から立坑あ
るいは地表まで運搬されて廃棄処分される。しかし、こ
の方法では、掘進機から埋設管列の後端まで、狭い埋設
孔の内部に排土の搬送機構を設置する必要があり、装置
が複雑になり、設備コストおよび稼動コストが高くつく
ことや、排土の搬送容量に合わせて掘進機の推進速度を
設定しなければならず推進速度をあまり速くできないこ
と、掘削された土砂を廃棄物として処分する手間および
コストがかかること、などの問題があった。

【０００３】そこで、比較的小口径の埋設管の場合、掘
削された土砂を埋設孔内部で処理して、外部には排土を
出さない、無排土方式の推進工法が採用されている。具
体的には、円錐状等をなす先導体を地盤中に圧入して埋
設孔を形成する。先導体で外周側に排除された土砂は、
埋設孔の内壁すなわち地盤側に圧密されるので、排土を
外部に出すことなく埋設孔を形成することができる。具
体的な無排土推進工法としては、圧縮空気による衝撃圧
入方式あるいは油圧ジャッキによる圧入方式などが採用
されている。しかし、これらの無排土工法では、地盤に
先導体を圧入するのに非常に大きな抵抗があり、先導体
に極めて大きな推進力を加えなくてはならない。そのた
め、推進力を与える元押しジャッキ等の設備が大型化し
、稼動に必要な動力も増大するなどの問題が生じる。

【０００４】上記問題を解消する無排土工法として、以
下に説明する工法が提案されている。その工法は、まず
、先導体の先端に前記オーガー工法のような掘削機構を
備えておき、この先導体すなわち掘進機で、掘進機前面
の地盤を掘削して掘削機の外径に相当する埋設孔を形成
し、掘削された土砂を一旦掘進機の内部に取り込み、取
り込まれた土砂を掘進機の後方で、掘進機の外周面に開
口する排土口から放射方向に押し出して、埋設孔の内壁
から地盤側に圧密する。この工法では、掘進機で地盤を
掘削してから外周の地盤に圧密するので、先導体をむり
やり地盤に圧入するのに比べて、軸方向の抵抗が少なく
、比較的小さな推進力でも推進させることができるとい
うものである。また、上記工法において、掘進機の内部
に、偏心回転する円錐状のコーンロータを設け、このコ
ーンロータの偏心回転に伴う半径方向の力で土砂を排土
口から放射方向に押し出すようにしておくことによって
、土砂の地盤側への圧密を効率的に行う方法も提案され
ている。

【０００５】上記の改良された無排土工法によれば、よ
り低コストで効率的に埋設管の推進埋設施工が行えると
されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記の改良
された無排土工法でも、埋設管の口径が大きくなるのに
つれて掘進機および埋設管列の推進が困難になり、口径
の大きな埋設管には適用できないという問題がある。す
なわち、無排土工法では、埋設管の口径が大きくなるの
に伴って、掘進機で掘削する地盤の掘削径が大きくなり
、大きな掘削径分の大量の土砂を、掘進機外周の地盤に
圧密しなければならないが、この土砂の圧密量が増えれ
ば、推進時の抵抗が増え、大きな推進力が要求されるこ
とになり、地盤の土質によって決まる圧密の許容量を超
えれば、それ以上は圧密が出来なくなり、推進が不可能
になってしまう。

【０００７】上記問題を詳しく説明する。図４に示すよ
うに、外径Ｄの埋設管を埋設する場合、断面積πＤ２　
／４に相当する範囲の土砂を完全に地盤側に圧密排土し
なければならない。地盤の土質条件と掘進機の有する側
方圧縮能力から、地盤の断面において、埋設孔の内壁を
外周側に圧縮して拡げることのできる距離、すなわち圧
密可能深さをｔとすると、 π（Ｄ＋２ｔ）２　／４−πＤ２　／４が、側方圧縮に
よって形成可能な空隙、すなわち土砂を収容できる空間
の断面積となり、この断面積の中に埋設管の外径断面積
に相当する範囲の土砂が排土されなければならないこと
になる。この場合、掘削土砂の圧密による体積減少率を
αと仮定すれば、 （１−α）πＤ２　／４ の断面積に相当する範囲の土砂が、前記した空隙断面積
の中に完全に取り込まれなければならない。そのため、
埋設孔の内径、すなわち推進埋設する埋設管の外径Ｄに
は、下式の制限が付されることになる。

【０００８】 　　　　　　　　（１−α）πＤ２　／４≦π（Ｄ＋２
ｔ）２　／４−πＤ２　／４すなわち、Ｄ≦｛２／〔（
２−α）０．５　−１〕｝ｔ言い換えると、無排土推進
が可能な埋設管の外径Ｄは、側方圧縮深さをｔ、掘削土
砂の圧密による体積減少率をαとしたときには、｛２／
〔（２−α）０．５　−１〕｝ｔまでと言うことになる
。

【０００９】例えば、従来の無排土推進工法における一
般的な条件であるｔ＝５ｃｍ、α＝０．１（１０％）の
時には、外径Ｄ＝２６．４ｃｍまでの埋設管なら無排土
推進が可能であるが、それ以上の外径を有する埋設管で
は無排土推進が不可能であると言うことになる。なお、
前記した偏心回転コーンロータを使用して圧密能力を高
めたりして、ｔ＝５ｃｍ、α＝０．１５になったとして
も、前式からＤ＝４４．６ｃｍまでの埋設管にしか適用
できない。すなわち、掘削土量が多く、その運搬処分の
コストが施工コスト全体に大きな比重を占め、無排土工
法によるメリットが大きいと考えられる、中口径管や大
口径管の場合には、ほとんど無排土推進工法が適用でき
ないということになってしまう。

【００１０】そこで、この発明の課題は、上記のような
従来の無排土工法における適用管径の限界に関する問題
点を解消し、中・大口径管にも良好に適用できる埋設管
の無排土工法を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する、こ
の発明にかかる埋設管の無排土推進工法は、地盤内を推
進する掘進機の先端で地盤を掘削し、掘削された土砂を
掘進機内に取り込み、取り込まれた土砂を掘進機の外周
で地盤側に圧密排土し、掘進機の後方に形成される埋設
孔に埋設管を推進埋設していく埋設管の無排土推進工法
において、埋設管よりも外径の大きな先端大径部と、埋
設管とほぼ同じ外径の後方部とを備えた掘進機で、埋設
管の外径よりも大きな掘削径で地盤を掘削し、掘進機内
に取り込まれた土砂の少なくとも一部を、掘進機の先端
大径部よりも後方位置で掘進機の外周に排土する。

【００１２】掘進機の基本的な構造は、前記した従来に
おける、地盤の掘削を伴う無排土推進工法と同様のもの
が用いられる。掘進機の先端には、地盤を掘削するビッ
トもしくは掘削刃などを備えた掘削機構が設けられてい
る。掘削機構には、電気モータや油空圧モータなどの駆
動機構が取り付けられている。掘削機構の掘削径は、掘
進機の前方部分を構成する先端大径部の外径とほぼ同じ
か、これより小さく設定されている。掘進機の先端大径
部の外径および掘削機構の掘削径は、推進埋設しようと
する埋設管の外径よりも大きく設定されている。先端大
径部の外径および掘削径は、地盤の土質、掘進機の圧密
能力、あるいは、埋設管の外径などの施工条件によって
決定される。掘削機構で地盤から掘削された土砂は、掘
進機の内部に取り込まれて後方に送られる。

【００１３】掘進機の後方部は、前記先端大径部よりも
外径が小さく、埋設管の外径とほぼ同じ外径になってお
り、掘進機の先端大径部と後方部の間には段差がついて
いる。掘進機の後方部に、順次埋設管が連結されて、掘
進機の推進とともに埋設管が推進埋設されていく。前記
掘削機構で掘削され、掘進機の後方に送られた土砂は、
先端大径部よりも後方位置で掘進機の外周に排土される
。すなわち、掘進機の先端大径部と後方部との外径の違
いによって生じる段差の垂直壁部分に、掘進機の軸方向
で後方に向かって開口する軸方向排土口、あるいは、掘
進機の後方部外周に開口する後方部排土口などから、土
砂が排土されるようになっている。軸方向排土口は、掘
進機の軸方向と正確に同じ方向を向いているもののほか
、斜め外側を向いて軸方向に対して傾斜していてもよい
。後方部排土口は、掘進機の半径方向を向いていてもよ
いし、斜め後方に向かって傾斜していてもよい。軸方向
および後方部排土口は、掘進機の全周にわたって連続す
る環状をなすものでもよいし、円周方向に間隔をあけて
分割された複数個の排土口が並んでいてもよい。なお、
掘進機には、従来の掘進機と同様に、掘進機の最外周と
なる先端大径部の外周面に放射方向に向かって開口する
最外周排土口を、前記軸方向排土口や後方部排土口とと
もに設けておくこともできる。

【００１４】掘進機の先端大径部よりも後方位置で排土
された土砂は、地盤側に圧密されて埋設孔の内壁を構成
し、この埋設孔に埋設管が推進されていく。掘進機の内
部で土砂の通過部分に、偏心回転するコーンロータを設
けておくことができる。コーンロータは、掘削機構の後
方に位置する先端側が尖った概略円錐形をなし、後方の
外周先端が排土口の近くに配置される。コーンロータは
、前記掘削機構と同様にモータなどの駆動機構で回転さ
れるとともに、コーンロータの中心軸が駆動機構の回転
軸に対して少し偏心して取り付けられる。コーンロータ
が偏心回転すると、土砂を攪拌粉砕しながら、コーンロ
ータの円錐外形に沿って後方外周側へと送り、排土口か
ら地盤側に強い圧力を加えながら土砂を排土することが
できる。すなわち、コーンロータには優れた圧密作用が
ある。コーンロータの外壁構造は、土砂あるいは礫石な
どの衝撃に耐える材料で構成し、礫石などを粉砕できる
ような突起や凹凸形状を設けておくことができる。

【００１５】上記コーンロータの代わりに、油圧シリン
ダなどで作動する圧密板を、土砂の通過経路で円周上に
並べて設置しておき、各圧密板を半径方向に作動させて
、土砂を外周側に押しやり、地盤側への圧密作用を高め
ることもできる。その他にも、土砂を地盤側へと効率的
に圧密できる機構を備えておけば、好ましい。掘進機に
は、上記構造のほかに、掘進機の推進方向を制御する方
向制御機構や、掘進機の推進方向を測量する測量機構、
掘進機に電源や油圧を供給するための配線ケーブルや配
管、掘進機に埋設管を連結支持するための連結機構など
、通常の掘進機と同様の各種機構を設けておくことがで
きる。

【００１６】掘進機に推進力を与えるには、掘進機の後
方に連結した埋設管列の最後尾を、立坑内に設置された
元押しジャッキなどで押圧してもよいし、掘進機の後方
で、埋設管列の内部に鋼管などからなる推進軸体を順次
連結しておき、推進軸体の最後尾を、前記元押しジャッ
キなどで押圧してもよい。この場合、埋設管列は、推進
軸体とは別個に元押しジャッキで押圧してもよいし、埋
設管列の最先端を掘進機に固定しておき、掘進機の推進
に伴って埋設管列を牽引するようにしてよい。さらに、
埋設管列を、その内部に通された推進軸体に保持固定さ
せておき、推進軸体の推進とともに埋設管列を推進させ
ることもできる。このように埋設管列を推進軸体に保持
固定させる方法およびその具体的構造は、本願出願人が
先に特許出願している、特願昭６３−２９８６１９号、
特願平１−１８３２７１号等に詳しく開示されている。

【００１７】埋設管の材料は、ヒューム管、鋼管、強化
プラスチック管、塩ビ管その他、通常の推進工法で利用
されている各種の管材料が使用でき、埋設管の用途も、
下水管、ガス管、電線管その他の任意の地中埋設管に適
用できる。

【００１８】

【作用】掘進機により、埋設管の外径よりも大きな掘削
径で地盤を掘削し、掘進機の先端大径部が推進されてい
くと、先端大径部の外径は、掘進機の後方部および埋設
管の外径よりも大きいので、先端大径部の外径と埋設管
の外径の間に段差すなわち空隙が生じる。この先端大径
部よりも後方位置に形成される空隙部分に土砂を排土す
れば、土砂には地盤側から大きな抵抗が加わらず、極め
てスムーズに排土されて埋設管列の外周を覆うことにな
り、推進に必要な推進力を削減することができる。

【００１９】また、掘進機の先端大径部の外径と埋設管
の外径との間に出来る空隙が圧密空間として利用できる
ので、掘進機の推進力もしくは圧密能力が小さくても、
必要とする外径の埋設孔が確実に形成でき、前記した従
来方法のように、適用可能な埋設管の外径に制限を受け
ることがない。このことを、図３にしたがって詳しく説
明する。掘進機の前方部外径すなわち掘削径をＤ１　、
埋設管の外径すなわち埋設孔の内径をＤ、前記地盤の圧
密可能深さをｔ、圧密による掘削土砂の体積減少率をα
とすると、 π（Ｄ１　＋２ｔ）２　／４−πＤ２　／４が、掘削土
砂を圧密排土できる空隙の断面積である。この空隙に対
して、圧密排土しなければならない土砂の量は、体積減
少率を考慮して、 （１−α）πＤ１　２　／４となる。

【００２０】そこで、下記の条件が成立する必要がある
。 　　　　　　（１−α）πＤ１　２　／４≦π（Ｄ１　
＋２ｔ）２　／４−πＤ２　／４ここで、Ｄ１　＝βＤ
、ｔ／Ｄ＝γとおくと、上式は、（１−α）β２　≦（
β＋２γ）−１ と書き替えることができる。

【００２１】さらに、上式を整理して、物理的意味を考
慮すれば、β≧｛〔４γ２　＋α（１−４γ２　）〕０
．５　−２γ｝／αという条件のもとで、完全な無排土
推進が可能になる。具体的には、例えば、埋設管の外径
Ｄ＝６５ｃｍ、圧縮深さｔ＝５ｃｍ、体積減少率α＝０
．１とすれば、β≧１．９４４となり、掘進機の掘削径
Ｄ１　をＤ１　＝１２６．４ｃｍ以上に設定しておけば
よいことになる。 同様に、ｔ＝８ｃｍ、α＝０．１５、Ｄ＝１００ｃｍの
場合には、β＝１．６９６で、掘削径Ｄ１　を約１７０
ｃｍに設定しておけばよいことになる。

【００２２】何れにしても、埋設管の外径Ｄと地盤条件
などに合わせて、掘進機の掘削径Ｄ１　を適当に設定す
れば、確実に無排土推進が可能になるのであり、従来の
無排土推進工法のように、埋設管の適用外径に理論的な
限界が生じることはない。また、埋設管の外径が同じで
あれば、従来の方法に比べて掘削土砂の圧密度合が少な
くて済むので、圧密に要するエネルギーすなわち推進力
やコーンロータの駆動力などが小さくて済み、推進機構
や駆動機構の装置コストおよび稼動コストを低減するこ
とができる。

【００２３】

【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。

【００２４】図１は、施工状態における掘進機部分の構
造を示しており、地盤Ｅ内を推進する掘進機１は、先端
大径部１０と、先端大径部１０よりも外径の小さな後方
部２０とからなる。先端大径部１０の先端には、多数の
ビット３１を備えた掘削機構３０が取り付けられている
。掘削機構３０は後方に設置されたモータ４０によって
回転駆動される。掘削機構３０には土砂取込口３２が開
口しており、掘削された土砂を掘進機１内部に取り込む
。

【００２５】掘削機構３０の後方にはコーンロータ５０
が取り付けられ、掘削機構３０と同様にモータ４０で回
転駆動される。コーンロータ５０は、先端が尖った円錐
形をなしている。掘削機構３０およびコーンロータ５０
の外周を覆う、掘進機１の先端大径部１０の内周面１２
は、コーンロータ５０とは逆に、後方側に向かって狭ま
る円錐形をなしている。したがって、掘削機構３０の後
方に送りこまれた土砂は、先端大径部１０の内周面１２
とコーンロータ５０で挟まれたテーパー状の空間を、よ
り狭い後方側へと移動する。コーンロータ５０はモータ
４０の回転軸に対して少し偏心して取り付けられており
、コーンロータ５０全体が偏心回転するようになってい
る。そのため、コーンロータ５０の外周に沿って後方へ
と送られる土砂は、コーンロータ５０の偏心回転に伴う
半径方向の力を受ける。このような過程を経て、土砂も
しくは礫石が細かく砕かれたり、圧密作用を受ける。

【００２６】掘進機１の先端大径部１０と後方部２０と
の段差部分の直ぐ後方で、後方部２０の外周に後方部排
土口６０が開口している。コーンロータ５０に沿って後
方に移動した土砂は、後方部排土口６０から地盤側へと
排土される。排土された土砂は、先端大径部１０の外径
と後方部２０の外周との間に生じる空隙に収容され他状
態で圧密され、後方部２０の後方に連結される埋設管（
図示せず）の外径に相当する埋設孔が形成される。

【００２７】掘進機１の後方部２０は、先端大径部１０
に固定された前筒部２２と、埋設管列を連結する後筒部
２４が、方向制御ジャッキ２６で屈曲自在に連結されて
おり、前筒部２２すなわち先端大径部１０および掘削機
構３０が自由に首を振れるようになっていて、推進方向
の修正が容易に行える。上記のような構造を有する掘進
機１を用いて埋設管の推進埋設を行うと、掘削機構３０
で先端大径部１０の外径に相当する範囲の地盤を掘削し
、掘削された土砂は、掘削機構３０の土砂取込口３２か
ら掘進機１内部に取り込まれる。土砂はコーンロータ５
０に沿って後方に送られるとともに、コーンロータ５０
の偏心回転により外周方向へと押しやられる。後方部排
土口６０まで送られた土砂は、先端大径部１０と後方部
２０の間の段差によって形成された空隙部分に送り出さ
れる。排土された土砂および地盤の内壁部分の一定厚み
までが圧密されることによって、掘削された土砂の全体
が、埋設管の外周部分に完全に圧密される。このように
して、掘進機１が推進されるとともに、推進機１の後方
に形成される埋設孔に埋設管が推進埋設されていき、掘
進機１で掘削された土砂は埋設管の外周部分に完全に埋
め戻される。

【００２８】つぎに、図２に示す実施例では、前記実施
例と排土口の構造が異なっている。すなわち、この実施
例では、先端大径部１０と後方部２０の段差部分に存在
する垂直壁部分に、掘進機１の軸方向で後方を向いて開
口した軸方向排土口６４を備えている。軸方向排土口６
４から後方に向かって送り出される土砂は、地盤からの
抵抗力が小さくなるので、排土がスムーズに行える。ま
た、この実施例では、先端大径部１０の外周、すなわち
掘進機１の最外周面に開口する最外周排土口６２を備え
ている。したがって、掘削機構３０で掘削された土砂の
うち、一部は軸方向排土口６４から排土され、残りの一
部は最外周排土口６２から排土されることになる。

【００２９】

【発明の効果】以上の述べた、この発明にかかる埋設管
の無排土推進工法によれば、埋設管の外径よりも大きな
掘削径で地盤を掘削し、掘削された土砂を、掘進機の先
端大径部と埋設管の外径との間に構成される空隙を利用
して、地盤側に圧密して排土するようにしているので、
土砂の圧密排土が非常にスムーズに行える。特に、埋設
管の外径に合わせて、掘進機の先端大径部と掘削径を適
当に選択するだけで、いかなる口径の埋設管でも容易に
推進埋設することが出来るので、従来の無排土推進工法
では適用困難であった、中口径あるいは大口径の埋設管
に対しても無排土で推進埋設することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例を示す施工状態の断面図であ
る。

【図２】別の実施例を示す施工状態の断面図である。

【図３】この発明における土砂の圧密状態を説明する埋
設孔の断面図である。

【図４】従来の方法における土砂の圧密状態を説明する
埋設孔の断面図である。

【符号の説明】

１　　　　掘進機 １０　　先端大径部 ２０　　後方部 ３０　　掘削機構 ６０　　後方部排土口 ６２　　最外周排土口 ６４　　軸方向排土口 Ｅ　　　　地盤

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　地盤内を推進する掘進機の先端で地盤
   を掘削し、掘削された土砂を掘進機内に取り込み、取り
   込まれた土砂を掘進機の外周で地盤側に圧密排土し、掘
   進機の後方に形成される埋設孔に埋設管を推進埋設して
   いく埋設管の無排土推進工法において、埋設管よりも外
   径の大きな先端大径部と、埋設管とほぼ同じ外径の後方
   部とを備えた掘進機で、埋設管の外径よりも大きな掘削
   径で地盤を掘削し、掘進機内に取り込まれた土砂の少な
   くとも一部を、掘進機の先端大径部よりも後方位置で掘
   進機の外周に排土することを特徴とする埋設管の無排土
   推進工法。