先受鋼管における端末管
【課題】 地山への打ち込み時における分断を防ぐとともに、地山への打ち込みが済んだ後は、先受鋼管の一部を他の部分から容易に切り落とすことができる先受鋼管における端末管を提供する。
【解決手段】 先受鋼管１は、第一パイプ部材１１および第二パイプ部材１２を備えている。第一パイプ部材１１の後端部には、切欠き部１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃが形成されており、第二パイプ部材１２の先端部には、切欠き部１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃと噛み合う突起部１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃが設けられている。また、第一パイプ部材１１の内側面には、補強鋼管１４が固定されている。補強鋼管１４の先端部は、第一パイプ部材１１から突出して配置されており、この突出部が第二パイプ部材１２の内側に挿入され、嵌め込まれて固定されている。
【解決手段】 先受鋼管１は、第一パイプ部材１１および第二パイプ部材１２を備えている。第一パイプ部材１１の後端部には、切欠き部１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃが形成されており、第二パイプ部材１２の先端部には、切欠き部１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃと噛み合う突起部１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃが設けられている。また、第一パイプ部材１１の内側面には、補強鋼管１４が固定されている。補強鋼管１４の先端部は、第一パイプ部材１１から突出して配置されており、この突出部が第二パイプ部材１２の内側に挿入され、嵌め込まれて固定されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネルの周囲における地山の補強を行うための長尺先受工法などに用いられる先受鋼管における端末管に関する。
【背景技術】
【０００２】
地質条件の悪い地山にトンネルを施工する際、トンネルの周囲において地山の安定化を図る、いわゆる先受工法を行うことがある。この先受工法は、トンネルアーチの外周に沿って先受鋼管を打ち込み、この先受鋼管の端末から供給した硬化剤などをその先端から排出し、地山に硬化剤などを注入することにより、切羽の前方における地中に補強材アーチを形成するというものである。
【０００３】
このような先受工法には、施工するトンネルを拡幅して先受鋼管を配設する拡幅工法と、トンネルを拡幅することなく先受鋼管を配設する無拡幅工法とがある。このうちの無拡幅工法では、先受鋼管を切羽から斜め前方に削孔挿入するので、先受鋼管を打ち込んだ後、トンネル内に先受鋼管の後端部が突出した状態となる。このトンネルに支保工を設けようとすると、先受鋼管の後端部が邪魔になるので、先受鋼管の打ち込みが済んだ後は、先受鋼管の後端部を構成する端末管の後端部が端末管の他の部分から切り落とされる。
【０００４】
このように、端末管の後端部は、先受鋼管の他の部分から切り落とされるものであることから、切り落とし作業を容易にすることが望まれる。このように、切り落としが容易なものとされる先受鋼管として、従来、特開２０００−１４５３９８号公報に開示された注入管（先受鋼管）がある。この注入管は、注入管の長手方向の一部に注入管を分断する節を設けたものである。このような節を注入管の端末部分（切り落とし部分）とその他の部分との間に設けることにより、注入管を半径方向に殴打することで注入管を容易に分断することができるというものである。
【特許文献１】特開２０００−１４５３９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、注入管が地山に打ち込まれる際には、大型の削岩機などが用いられ、注入管自体に大きな打撃力や回転力が加えられる。注入管に加えられる打撃力の向きは、注入管の軸方向に沿っており、また回転力の向きは注入管の軸方向を中心としている。ところが、地山に挿入される過程で注入管が反ったり曲がったりしてしまうことから、実際には、注入管の半径方向に沿った向きにも力の成分が生じてしまう。ここで、上記特許文献１に記載された注入管のような節が設けられていると、注入管を地山に挿入している最中に注入管がこの節の部分から分断されてしまうことがあるという問題があった。特に、地山と注入管との間の摩擦係数が大きくなる場合には、この問題が顕著なものとなる。
【０００６】
そこで、本発明の課題は、地山への打ち込み時における分断を防ぐとともに、地山への打ち込みが済んだ後は、先受鋼管の一部を他の部分から容易に切り落とすことができる先受鋼管における端末管を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決した本発明に係る先受鋼管の端末管は、トンネルの掘削に先立ち、トンネルの掘進方向前方における地山に埋設される先受鋼管における端末管であって、同径の第一パイプ部材および第二パイプ部材を有し、第一パイプ部材および第二パイプ部材の端部同士が向き合った状態で互いに接続されており、第一パイプ部材における第二パイプ部材との接続端および第二パイプ部材における第一パイプ部材との接続端には、それぞれ第二パイプ部材の接続端および第一パイプ部材の接続端とが互いに噛み合う第一噛み合い部および第二噛み合い部が設けられ、第一パイプ部材の接続端部に、第一パイプ部材の長手延長方向に突出する内筒部材が固定され、第一噛み合い部および第二噛み合い部が互いに噛み合わされ、内筒部材が第二パイプ部材に挿入されて固定されているものである。
【０００８】
本発明に係る先受鋼管における端末管では、第一パイプ部材と第二パイプ部材とを有し、その両端部には、それぞれ噛み合い部が形成され、互いに噛み合った状態となっている。このため、先受鋼管に回転力を与えた場合、この噛み合い部によって回転力を好適に伝達するので、回転力によって生じる半径方向の力成分は、この噛み合い部で吸収することができる。また、先受鋼管の軸方向に与えられる打撃力は、第一パイプ部材と第二パイプ部材との間で伝達される。このため、内筒部材に対する回転力および打撃力の影響を小さくすることができる。この内筒部材が第二パイプ部材に挿入されているので、その分回転力や打撃力による分断を防止することができる。さらに、先受鋼管の地山への打ち込みが済んだ後は、ハンマなどで直接半径方向に打撃力を加えると、内筒部材が第一パイプ部材または第二パイプ部材が抜け出そうとするので、小さな力で容易に第二パイプ部材を第一パイプ部材から分断することができる。したがって、先受鋼管の一部を他の部分を容易に切り落とすことができる。
【０００９】
ここで、第一噛み合い部と第二噛み合い部との接触面は、それぞれパイプ部材の半径方向に沿って形成されている態様とすることができる。
【００１０】
このように、第一噛み合い部と第二噛み合い部との接触面は、それぞれパイプ部材の半径方向に沿って形成されている。このため第一噛み合い部と第二噛み合い部との間での滑りが防止されるので、回転方向の力をさらに確実に伝達することができる。
【００１１】
また、第一噛み合い部における先端部および第二噛み合い部における先端の一方に鍵部が形成され、第一噛み合い部における先端部および第二噛み合い部における先端の他方に、鍵部に係合する受け部が形成されている態様とすることができる。
【００１２】
このように、第一噛み合い部と第二噛み合い部の先端に、それぞれ鍵部とこの鍵部に係合する受け部が形成されていることにより、第一パイプ部材と第二パイプ部材の分断（抜け出し）をさらに好適に防止することができる。
【００１３】
さらに、内筒部材は、第二パイプ部材に嵌め込まれることによって固定されている態様とすることもできる。
【００１４】
このように、内筒部材が第二パイプ部材に嵌め込まれることにより、第一パイプ部材と第二パイプ部材とを容易に接続することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る先受鋼管における端末管によれば、地山への打ち込み時における分断を防ぐとともに、地山への打ち込みが済んだ後は、先受鋼管の一部を他の部分から容易に切り落とすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して、本発明の第一の実施形態について説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。図１は、本実施形態に係る先受鋼管の側面図、図２先受鋼管を打ち込んだトンネルの断面図である。
【００１７】
図１に示すように、本実施形態に係る先受鋼管１は、先頭管２、第一中間管３、第二中間管４、および端末管５を有している。これらの先頭管２、第一中間管３、第二中間管４、および端末管５は、それぞれの管部分は同径をなしており、先受鋼管１の全体として、同径の管として形成されている。
【００１８】
先頭管２は、地山に最初に打ち込まれる部分であり、その先端にビット部材が取り付けられている。このビット部材によって地山を掘削しながら、先受鋼管１が地山内に打ち込まれる。
【００１９】
先頭管２の後端部には、雄ねじ部が形成され、第一中間管３の先端部には、先頭管２の後端部に形成された雄ねじ部に対応する雌ねじ部が形成されている。先頭管２の後端部に形成された雄ねじ部に、第一中間管３の先端部に形成された雌ねじ部がねじ込まれることによって、先頭管２に対して第一中間管３が固定されている。
【００２０】
また、第一中間管の後端部には、雄ねじ部が形成され、第二中間管４の先端部には、第一中間管３の後端部に形成された雄ねじ部に対応する雌ねじ部が形成されている。第一中間管３の後端部に形成された雄ねじ部に、第二中間管４の先端部に形成された雌ねじ部がねじ込まれることによって、第一中間管３に対して第二中間管４が固定される。
【００２１】
端末管５は、３本のパイプ部材１１〜１３が接続されて構成されている。端末管５は、第一パイプ部材１１、第二パイプ部材１２、および第三パイプ部材１３を有しており、第二中間管４側から順次この順で配置されており、それぞれ互いに固定されている。このうちの第一パイプ部材１１の先端部には雄ねじ部が形成され、第二中間管４の後端部には、第一パイプ部材１１の先端部に形成された雄ねじ部に対応する雌ねじ部が形成されている。第二中間管４の後端部に形成された雄ねじ部に、第一パイプ部材１１の先端部に形成された雌ねじ部がねじ込まれることによって、第二中間管４に対して第一パイプ部材１１が固定される。こうして、第二中間管４に対して、端末管５が固定される。
【００２２】
端末管５の後端部には、図示しない削岩機が取り付け可能とされており、端末管５を介して削岩機に対して先受鋼管１が取り付けられる。この削岩機は、先受鋼管１の軸方向に沿って振動を付与することによって生じる打撃力、および先受鋼管１の長手方向に沿った中心軸回りに付与する回転によって生じる回転力を、取り付けた先受鋼管１に対して伝達する。先受鋼管１は、この打撃力および回転力を地山に伝達し、先端に設けられたビット部材によって地山を掘削し、図２に示すように、地山Ｇ内に打ち込まれる。地山内には、先受鋼管１の打ち込みが終了し、トンネルの掘進が進行して、端末管５が切り落とされた後に、仮想線で示す支保工が構築される。
【００２３】
また、図３に示すように、先受鋼管１の端末管５における第一パイプ部材１１の後端部と第二パイプ部材１２の先端部、および第二パイプ部材１２の後端部と第三パイプ部材１３の先端部とは、それぞれ同様の構成で接続され、固定されている。その態様を第一パイプ部材１１の後端部と第二パイプ部材１２の先端部を例にとって説明する。図４は、第一パイプ部材と第二パイプ部材の接続部分の分解斜視図、図５は、その側断面図、図６（ａ）は、第一パイプ部材の背面図、（ｂ）は、第二パイプ部材の正面図である。
【００２４】
図４および図５に示すように、第一パイプ部材１１の後端部には、その周方向に沿って等間隔で離間して配置された３箇所の切欠き部１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃが形成されている。これらの切欠き部１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃを含む第一パイプ部材１１の後端部が本発明の第一噛み合い部となる。
【００２５】
一方、第二パイプ部材１２の先端部には、第一パイプ部材１１に形成された切欠き部１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃに噛み合う突起部１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃが設けられている。これらの突起部１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃを含んだ第二パイプ部材１２の後端部が本発明の第二噛み合い部となる。
【００２６】
これらの切欠き部１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃの開口幅と、突起部１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃの幅とは同一とされている。このため、切欠き部１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃに対して、それぞれ突起部１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃが嵌め込み可能とされている。切欠き部１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃに対して、それぞれ突起部１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃが嵌め込まれることによって、第一パイプ部材１１の後端部と第二パイプ部材１２の先端部とが噛み合うようになっている。
【００２７】
さらに、図６（ａ）に示すように、第一パイプ部材１１における切欠き部１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃの側面部は、第一パイプ部材１１の半径方向沿って形成されている。同様に、図６（ｂ）に示すように、第二パイプ部材１２における突起部１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃの側面部は、第二パイプ部材１２の半径方向に沿って形成されている。これらの側面同士が、それぞれ互いの接触面となる。
【００２８】
また、第一パイプ部材１１の後端部における内側面には、本発明の内筒部材である補強鋼管１４が固定されている。補強鋼管１４は、筒状をなしており、その外側径がパイプ部材１１，１２の内側径と略同径とされている。補強鋼管１４は、第一パイプ部材１１に対の内側に挿入され、切欠き部１１Ａ，１１Ｂとの間に形成された突出部における溶接Ｙによって第一パイプ部材１１に固定されている。このとき、補強鋼管１４は第一パイプ部材１１から突出された状態とされている。
【００２９】
さらに、第一パイプ部材１１に固定された補強鋼管１４における第一パイプ部材１１から突出する部分は、第二パイプ部材１２の内側面に沿って挿入されている。ここで、補強鋼管１４の外径は、第二パイプ部材１２の内側面と略同径とされている。このため、補強鋼管１４は、第二パイプ部材１２に嵌め込まれることとなり、補強鋼管１４は、第二パイプ部材１２に嵌め込まれることによって固定されている。
【００３０】
次に、本実施形態に係る先受鋼管を打ち込む際の手順について説明する。
【００３１】
削孔を行う目的としては、軟弱な地山にトンネルを形成するにあたり、トンネルの形成に先立ち、図７に示すように、トンネルＴの形成位置の周囲に、複数の掘削孔を形成し、先受鋼管１を挿入してトンネルの周囲における地山の崩落を防止することである。掘削装置によって形成された複数の掘削孔における先受鋼管１に対して、それぞれ硬化剤などを充填し、切羽の前方における地中に補強材をアーチ状に形成することにより、地山の崩落を防止する。
【００３２】
先受鋼管１の打ち込みを行う際には、まず、先受鋼管１の先頭管２を先端部分に設けられたビット部材を、トンネルＴの切羽における上端部分の地山に押し当て、端末管５の後端部から削岩機によって先受鋼管１に打撃力および回転力を与える。削岩機によって与えられた打撃力および回転力により、先頭管２に先端部に取り付けられたビット部材により地山を掘削し、先受鋼管１を順次地山内に打ち込んでいく。
【００３３】
ここで、先受鋼管を打ち込む際、先受鋼管１には、削岩機からの大きな打撃力および回転力が与えられる。先受鋼管１では、この打撃力および回転力を先端のビット部材に伝達する。端末管５では、打撃力および回転力が第二パイプ部材１２から第一パイプ部材１１に向けて伝達される。これらの打撃力および回転力は、第二パイプ部材１２と第一パイプ部材１１との接合部で直接伝達されるため、確実に伝達される。特に、第二パイプ部材１２における突起部１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃの側面部および第一パイプ部材１１における切欠き部１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃの側面部には、それぞれ半径方向に沿って形成されている。このため、第二パイプ部材１２の突起部１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃが第一パイプ部材１１の切欠き部１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃの側面部を押して回転力を付与する際に、回転力を確実に伝達することができる。
【００３４】
他方、端末管５において、第二パイプ部材１２から第一パイプ部材１１に打撃力および回転力を伝達するに際して、補強鋼管１４とパイプ部材１１，１２との固定が外れて、補強鋼管１４がパイプ部材１１，１２から抜け出して第一パイプ部材１１と第二パイプ部材１２とが離反することが懸念される。これに対して、本実施形態に係る端末管５では、主にパイプ部材１１〜１３の噛み合い部分において、打撃力および回転力を伝達している。このため、補強鋼管１４に伝達される力は小さなものとなるので、補強鋼管１４とパイプ部材１１，１２との固定が外れることを防止することができる。
【００３５】
このようにして先受鋼管１を地山に埋め込んでいくと、図８（ａ）に示すように、先受鋼管１は、端末管５の端部を除いて、そのほとんどが地山に埋め込まれた状態となる。これらの先受鋼管１は、図７に示すように、トンネルＴを掘り進める際の進行先にアーチ状に複数埋め込まれる。このとき、先受鋼管１には、硬化材を流入するとともに、地山内に充填していき、地山を硬化させる。
【００３６】
こうして、先受鋼管１が埋め込まれたら、トンネルＴを掘り進める。その後、図８（ｂ）に示すように、トンネルＴが所定の位置まで掘り進められたら、トンネルＴに支保工としてＨ形鋼２０を設ける。このとき、トンネルＴを掘り進めたことから、トンネルＴには、先受鋼管１における端末管５が突出した状態となっており、この端末管５がＨ形鋼２０を設ける際の邪魔となる。この邪魔を排除するために、図８（ｃ）に示すように、端末管５の一部は、先受鋼管１の他の部分から切り落とされる。
【００３７】
このとき、端末管５における第一パイプ部材１１と第二パイプ部材１２との間には補強鋼管１４が配設されており、補強鋼管１４には、第一パイプ部材１１に対して溶接Ｙによって簡易に固定され、また、第二パイプ部材１２に対して挿入されているのみである。このため、第二パイプ部材１２部分をハンマ等で叩くことにより、補強鋼管１４は第一パイプ部材１１からはずれ、または第二パイプ部材１２から抜け出す。こうして、第一パイプ部材１１と第二パイプ部材１２とを容易に切離すことができる。その後、図９（ａ）に示すように、トンネルＴに支保工となるＨ形鋼２０を設けていく。それから、図９（ｂ）に示すように、次の先受鋼管１を打ち込んでいく。
【００３８】
このように、本実施形態に係る先受鋼管では、削岩機で大きな力を付与して打ち込みを行った場合でも、端末管の分断を防止することができる一方、先受鋼管の打ち込みが終了した後には、端末管５を容易に切り落とすことができる。このため、たとえば先受鋼管を地山に打ち込む際に、液体を供給せず、またはその供給量を非常に少なくした無水削孔を行い場合でも、先受鋼管を折損しないようにしながら、確実に地山に打ち込むことができる。
【００３９】
次に、本発明の第二の実施形態について説明する。本実施形態では、上記第一の実施形態と比較して、パイプ部材同士の接続態様が主に異なっている。図１０は、本実施形態に係る端末管の側断面図である。図１０に示すように、本実施形態に係る端末管は、第一パイプ部材３０、第二パイプ部材４０、および第三パイプ部材５０を備えており、第二パイプ部材４０における突起部４１には、鍵部４２が形成されている。鍵部４２は、突起部４１の突出方向から見て側方に突出するように設けられている。また、第一パイプ部材３０における切欠き部３１には、受け部３２が形成されている。受け部３２は、第二パイプ部材４０に設けられた鍵部４２と係合するように形成されており、第一パイプ部材３０と第二パイプ部材４０とがそれぞれの軸方向に離反する方向に移動しようとする際、鍵部４２と切欠き部３２とが係合して、第一パイプ部材３０と第二パイプ部材４０との離反を防止するようにしている。その他の部分については、上記第一の実施形態と同様の構成を有している。
【００４０】
第一パイプ部材３０と第二パイプ部材４０とを接続する際には、図１１に示すように、まず、第二パイプ部材４０における突出部４１と第一パイプ部材３０における切欠き部３１に向かい合わせる。このとき、鍵部４２は、第一パイプ部材３０の切欠き部３１に対応する位置に配置されている。それから、第一パイプ部材３０をその軸方向に沿って移動させて、第二パイプ部材４０における突起部４１を第一パイプ部材３０における切欠き部３１に侵入させる。このときには、まだ、鍵部４２と受け部３２とは係合していない状態となっている。それから、第二パイプ部材４０をその軸周りに回転させ、鍵部４２を受け部３２に対して侵入させる。こうして、鍵部４２と受け部３２とが係合される。
【００４１】
本実施形態に係る端末管では、第二パイプ部材４０に鍵部４２が設けられ、第一パイプ部材３０には受け部３２が設けられている。この鍵部４２および受け部３２が設けられているため、削岩機からの打撃力が与えられた際に、第一パイプ部材３０と第二パイプ部材４０との離反を効果的に防止することができる。
【００４２】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。たとえば、上記実施形態では、第一パイプ部材の切欠き部と第二パイプ部材の突起部とをそれぞれ３箇所づつ設けているが、これを２箇所づつ、または４箇所づつ等とすることもできる。また、これらの切欠き部と突起部とは、両者が噛み合うように形成されていればよく、たとえばパイプ部材の周方向に不等間隔で形成されている態様とすることもできる。さらに、上記実施形態では、端末管が第一パイプ部材〜第三パイプ部材の３本のパイプ部材を有しているが、２本または４本以上のパイプ部材を有する態様とすることもできる。また、上記実施形態では、第一パイプ部材の方が第二パイプ部材よりも中間管側に配置されているが、第二パイプ部材の方が第一パイプ部材よりも中間管側（先端側）に配置される態様とすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】先受鋼管の側面図である。
【図２】先受交換を打ち込んだトンネルの側断面図である。
【図３】端末管の側面図である。
【図４】第一パイプ部材と第二パイプ部材の接続部分の分解斜視図である。
【図５】第一パイプ部材と第二パイプ部材の接続部分の側断面図である。
【図６】（ａ）は、第一パイプ部材の背面図、（ｂ）は、第二パイプ部材の正面図である。
【図７】補強材を設けたトンネル周辺の模式的斜視図である。
【図８】先受鋼管を打ち込みながらトンネルの掘削を行う工程を説明するための工程図である。
【図９】図８に続く工程を説明するための工程図である。
【図１０】第二の実施形態に係る端末管の側断面図である。
【図１１】第一パイプ部材と第二パイプ部材との説明手順を説明するための側面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１…先受鋼管
２…先頭管
３…第一中間管
４…第二中間管
５…端末管
１１，３０…第一パイプ部材
１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ…切欠き部
１２…第二パイプ部材
１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ…突起部
１３…第三パイプ部材
１４…補強鋼管
２０…Ｈ形鋼
Ｇ…地山
Ｔ…トンネル
Ｙ…溶接
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネルの周囲における地山の補強を行うための長尺先受工法などに用いられる先受鋼管における端末管に関する。
【背景技術】
【０００２】
地質条件の悪い地山にトンネルを施工する際、トンネルの周囲において地山の安定化を図る、いわゆる先受工法を行うことがある。この先受工法は、トンネルアーチの外周に沿って先受鋼管を打ち込み、この先受鋼管の端末から供給した硬化剤などをその先端から排出し、地山に硬化剤などを注入することにより、切羽の前方における地中に補強材アーチを形成するというものである。
【０００３】
このような先受工法には、施工するトンネルを拡幅して先受鋼管を配設する拡幅工法と、トンネルを拡幅することなく先受鋼管を配設する無拡幅工法とがある。このうちの無拡幅工法では、先受鋼管を切羽から斜め前方に削孔挿入するので、先受鋼管を打ち込んだ後、トンネル内に先受鋼管の後端部が突出した状態となる。このトンネルに支保工を設けようとすると、先受鋼管の後端部が邪魔になるので、先受鋼管の打ち込みが済んだ後は、先受鋼管の後端部を構成する端末管の後端部が端末管の他の部分から切り落とされる。
【０００４】
このように、端末管の後端部は、先受鋼管の他の部分から切り落とされるものであることから、切り落とし作業を容易にすることが望まれる。このように、切り落としが容易なものとされる先受鋼管として、従来、特開２０００−１４５３９８号公報に開示された注入管（先受鋼管）がある。この注入管は、注入管の長手方向の一部に注入管を分断する節を設けたものである。このような節を注入管の端末部分（切り落とし部分）とその他の部分との間に設けることにより、注入管を半径方向に殴打することで注入管を容易に分断することができるというものである。
【特許文献１】特開２０００−１４５３９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、注入管が地山に打ち込まれる際には、大型の削岩機などが用いられ、注入管自体に大きな打撃力や回転力が加えられる。注入管に加えられる打撃力の向きは、注入管の軸方向に沿っており、また回転力の向きは注入管の軸方向を中心としている。ところが、地山に挿入される過程で注入管が反ったり曲がったりしてしまうことから、実際には、注入管の半径方向に沿った向きにも力の成分が生じてしまう。ここで、上記特許文献１に記載された注入管のような節が設けられていると、注入管を地山に挿入している最中に注入管がこの節の部分から分断されてしまうことがあるという問題があった。特に、地山と注入管との間の摩擦係数が大きくなる場合には、この問題が顕著なものとなる。
【０００６】
そこで、本発明の課題は、地山への打ち込み時における分断を防ぐとともに、地山への打ち込みが済んだ後は、先受鋼管の一部を他の部分から容易に切り落とすことができる先受鋼管における端末管を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決した本発明に係る先受鋼管の端末管は、トンネルの掘削に先立ち、トンネルの掘進方向前方における地山に埋設される先受鋼管における端末管であって、同径の第一パイプ部材および第二パイプ部材を有し、第一パイプ部材および第二パイプ部材の端部同士が向き合った状態で互いに接続されており、第一パイプ部材における第二パイプ部材との接続端および第二パイプ部材における第一パイプ部材との接続端には、それぞれ第二パイプ部材の接続端および第一パイプ部材の接続端とが互いに噛み合う第一噛み合い部および第二噛み合い部が設けられ、第一パイプ部材の接続端部に、第一パイプ部材の長手延長方向に突出する内筒部材が固定され、第一噛み合い部および第二噛み合い部が互いに噛み合わされ、内筒部材が第二パイプ部材に挿入されて固定されているものである。
【０００８】
本発明に係る先受鋼管における端末管では、第一パイプ部材と第二パイプ部材とを有し、その両端部には、それぞれ噛み合い部が形成され、互いに噛み合った状態となっている。このため、先受鋼管に回転力を与えた場合、この噛み合い部によって回転力を好適に伝達するので、回転力によって生じる半径方向の力成分は、この噛み合い部で吸収することができる。また、先受鋼管の軸方向に与えられる打撃力は、第一パイプ部材と第二パイプ部材との間で伝達される。このため、内筒部材に対する回転力および打撃力の影響を小さくすることができる。この内筒部材が第二パイプ部材に挿入されているので、その分回転力や打撃力による分断を防止することができる。さらに、先受鋼管の地山への打ち込みが済んだ後は、ハンマなどで直接半径方向に打撃力を加えると、内筒部材が第一パイプ部材または第二パイプ部材が抜け出そうとするので、小さな力で容易に第二パイプ部材を第一パイプ部材から分断することができる。したがって、先受鋼管の一部を他の部分を容易に切り落とすことができる。
【０００９】
ここで、第一噛み合い部と第二噛み合い部との接触面は、それぞれパイプ部材の半径方向に沿って形成されている態様とすることができる。
【００１０】
このように、第一噛み合い部と第二噛み合い部との接触面は、それぞれパイプ部材の半径方向に沿って形成されている。このため第一噛み合い部と第二噛み合い部との間での滑りが防止されるので、回転方向の力をさらに確実に伝達することができる。
【００１１】
また、第一噛み合い部における先端部および第二噛み合い部における先端の一方に鍵部が形成され、第一噛み合い部における先端部および第二噛み合い部における先端の他方に、鍵部に係合する受け部が形成されている態様とすることができる。
【００１２】
このように、第一噛み合い部と第二噛み合い部の先端に、それぞれ鍵部とこの鍵部に係合する受け部が形成されていることにより、第一パイプ部材と第二パイプ部材の分断（抜け出し）をさらに好適に防止することができる。
【００１３】
さらに、内筒部材は、第二パイプ部材に嵌め込まれることによって固定されている態様とすることもできる。
【００１４】
このように、内筒部材が第二パイプ部材に嵌め込まれることにより、第一パイプ部材と第二パイプ部材とを容易に接続することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る先受鋼管における端末管によれば、地山への打ち込み時における分断を防ぐとともに、地山への打ち込みが済んだ後は、先受鋼管の一部を他の部分から容易に切り落とすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して、本発明の第一の実施形態について説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。図１は、本実施形態に係る先受鋼管の側面図、図２先受鋼管を打ち込んだトンネルの断面図である。
【００１７】
図１に示すように、本実施形態に係る先受鋼管１は、先頭管２、第一中間管３、第二中間管４、および端末管５を有している。これらの先頭管２、第一中間管３、第二中間管４、および端末管５は、それぞれの管部分は同径をなしており、先受鋼管１の全体として、同径の管として形成されている。
【００１８】
先頭管２は、地山に最初に打ち込まれる部分であり、その先端にビット部材が取り付けられている。このビット部材によって地山を掘削しながら、先受鋼管１が地山内に打ち込まれる。
【００１９】
先頭管２の後端部には、雄ねじ部が形成され、第一中間管３の先端部には、先頭管２の後端部に形成された雄ねじ部に対応する雌ねじ部が形成されている。先頭管２の後端部に形成された雄ねじ部に、第一中間管３の先端部に形成された雌ねじ部がねじ込まれることによって、先頭管２に対して第一中間管３が固定されている。
【００２０】
また、第一中間管の後端部には、雄ねじ部が形成され、第二中間管４の先端部には、第一中間管３の後端部に形成された雄ねじ部に対応する雌ねじ部が形成されている。第一中間管３の後端部に形成された雄ねじ部に、第二中間管４の先端部に形成された雌ねじ部がねじ込まれることによって、第一中間管３に対して第二中間管４が固定される。
【００２１】
端末管５は、３本のパイプ部材１１〜１３が接続されて構成されている。端末管５は、第一パイプ部材１１、第二パイプ部材１２、および第三パイプ部材１３を有しており、第二中間管４側から順次この順で配置されており、それぞれ互いに固定されている。このうちの第一パイプ部材１１の先端部には雄ねじ部が形成され、第二中間管４の後端部には、第一パイプ部材１１の先端部に形成された雄ねじ部に対応する雌ねじ部が形成されている。第二中間管４の後端部に形成された雄ねじ部に、第一パイプ部材１１の先端部に形成された雌ねじ部がねじ込まれることによって、第二中間管４に対して第一パイプ部材１１が固定される。こうして、第二中間管４に対して、端末管５が固定される。
【００２２】
端末管５の後端部には、図示しない削岩機が取り付け可能とされており、端末管５を介して削岩機に対して先受鋼管１が取り付けられる。この削岩機は、先受鋼管１の軸方向に沿って振動を付与することによって生じる打撃力、および先受鋼管１の長手方向に沿った中心軸回りに付与する回転によって生じる回転力を、取り付けた先受鋼管１に対して伝達する。先受鋼管１は、この打撃力および回転力を地山に伝達し、先端に設けられたビット部材によって地山を掘削し、図２に示すように、地山Ｇ内に打ち込まれる。地山内には、先受鋼管１の打ち込みが終了し、トンネルの掘進が進行して、端末管５が切り落とされた後に、仮想線で示す支保工が構築される。
【００２３】
また、図３に示すように、先受鋼管１の端末管５における第一パイプ部材１１の後端部と第二パイプ部材１２の先端部、および第二パイプ部材１２の後端部と第三パイプ部材１３の先端部とは、それぞれ同様の構成で接続され、固定されている。その態様を第一パイプ部材１１の後端部と第二パイプ部材１２の先端部を例にとって説明する。図４は、第一パイプ部材と第二パイプ部材の接続部分の分解斜視図、図５は、その側断面図、図６（ａ）は、第一パイプ部材の背面図、（ｂ）は、第二パイプ部材の正面図である。
【００２４】
図４および図５に示すように、第一パイプ部材１１の後端部には、その周方向に沿って等間隔で離間して配置された３箇所の切欠き部１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃが形成されている。これらの切欠き部１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃを含む第一パイプ部材１１の後端部が本発明の第一噛み合い部となる。
【００２５】
一方、第二パイプ部材１２の先端部には、第一パイプ部材１１に形成された切欠き部１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃに噛み合う突起部１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃが設けられている。これらの突起部１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃを含んだ第二パイプ部材１２の後端部が本発明の第二噛み合い部となる。
【００２６】
これらの切欠き部１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃの開口幅と、突起部１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃの幅とは同一とされている。このため、切欠き部１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃに対して、それぞれ突起部１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃが嵌め込み可能とされている。切欠き部１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃに対して、それぞれ突起部１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃが嵌め込まれることによって、第一パイプ部材１１の後端部と第二パイプ部材１２の先端部とが噛み合うようになっている。
【００２７】
さらに、図６（ａ）に示すように、第一パイプ部材１１における切欠き部１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃの側面部は、第一パイプ部材１１の半径方向沿って形成されている。同様に、図６（ｂ）に示すように、第二パイプ部材１２における突起部１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃの側面部は、第二パイプ部材１２の半径方向に沿って形成されている。これらの側面同士が、それぞれ互いの接触面となる。
【００２８】
また、第一パイプ部材１１の後端部における内側面には、本発明の内筒部材である補強鋼管１４が固定されている。補強鋼管１４は、筒状をなしており、その外側径がパイプ部材１１，１２の内側径と略同径とされている。補強鋼管１４は、第一パイプ部材１１に対の内側に挿入され、切欠き部１１Ａ，１１Ｂとの間に形成された突出部における溶接Ｙによって第一パイプ部材１１に固定されている。このとき、補強鋼管１４は第一パイプ部材１１から突出された状態とされている。
【００２９】
さらに、第一パイプ部材１１に固定された補強鋼管１４における第一パイプ部材１１から突出する部分は、第二パイプ部材１２の内側面に沿って挿入されている。ここで、補強鋼管１４の外径は、第二パイプ部材１２の内側面と略同径とされている。このため、補強鋼管１４は、第二パイプ部材１２に嵌め込まれることとなり、補強鋼管１４は、第二パイプ部材１２に嵌め込まれることによって固定されている。
【００３０】
次に、本実施形態に係る先受鋼管を打ち込む際の手順について説明する。
【００３１】
削孔を行う目的としては、軟弱な地山にトンネルを形成するにあたり、トンネルの形成に先立ち、図７に示すように、トンネルＴの形成位置の周囲に、複数の掘削孔を形成し、先受鋼管１を挿入してトンネルの周囲における地山の崩落を防止することである。掘削装置によって形成された複数の掘削孔における先受鋼管１に対して、それぞれ硬化剤などを充填し、切羽の前方における地中に補強材をアーチ状に形成することにより、地山の崩落を防止する。
【００３２】
先受鋼管１の打ち込みを行う際には、まず、先受鋼管１の先頭管２を先端部分に設けられたビット部材を、トンネルＴの切羽における上端部分の地山に押し当て、端末管５の後端部から削岩機によって先受鋼管１に打撃力および回転力を与える。削岩機によって与えられた打撃力および回転力により、先頭管２に先端部に取り付けられたビット部材により地山を掘削し、先受鋼管１を順次地山内に打ち込んでいく。
【００３３】
ここで、先受鋼管を打ち込む際、先受鋼管１には、削岩機からの大きな打撃力および回転力が与えられる。先受鋼管１では、この打撃力および回転力を先端のビット部材に伝達する。端末管５では、打撃力および回転力が第二パイプ部材１２から第一パイプ部材１１に向けて伝達される。これらの打撃力および回転力は、第二パイプ部材１２と第一パイプ部材１１との接合部で直接伝達されるため、確実に伝達される。特に、第二パイプ部材１２における突起部１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃの側面部および第一パイプ部材１１における切欠き部１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃの側面部には、それぞれ半径方向に沿って形成されている。このため、第二パイプ部材１２の突起部１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃが第一パイプ部材１１の切欠き部１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃの側面部を押して回転力を付与する際に、回転力を確実に伝達することができる。
【００３４】
他方、端末管５において、第二パイプ部材１２から第一パイプ部材１１に打撃力および回転力を伝達するに際して、補強鋼管１４とパイプ部材１１，１２との固定が外れて、補強鋼管１４がパイプ部材１１，１２から抜け出して第一パイプ部材１１と第二パイプ部材１２とが離反することが懸念される。これに対して、本実施形態に係る端末管５では、主にパイプ部材１１〜１３の噛み合い部分において、打撃力および回転力を伝達している。このため、補強鋼管１４に伝達される力は小さなものとなるので、補強鋼管１４とパイプ部材１１，１２との固定が外れることを防止することができる。
【００３５】
このようにして先受鋼管１を地山に埋め込んでいくと、図８（ａ）に示すように、先受鋼管１は、端末管５の端部を除いて、そのほとんどが地山に埋め込まれた状態となる。これらの先受鋼管１は、図７に示すように、トンネルＴを掘り進める際の進行先にアーチ状に複数埋め込まれる。このとき、先受鋼管１には、硬化材を流入するとともに、地山内に充填していき、地山を硬化させる。
【００３６】
こうして、先受鋼管１が埋め込まれたら、トンネルＴを掘り進める。その後、図８（ｂ）に示すように、トンネルＴが所定の位置まで掘り進められたら、トンネルＴに支保工としてＨ形鋼２０を設ける。このとき、トンネルＴを掘り進めたことから、トンネルＴには、先受鋼管１における端末管５が突出した状態となっており、この端末管５がＨ形鋼２０を設ける際の邪魔となる。この邪魔を排除するために、図８（ｃ）に示すように、端末管５の一部は、先受鋼管１の他の部分から切り落とされる。
【００３７】
このとき、端末管５における第一パイプ部材１１と第二パイプ部材１２との間には補強鋼管１４が配設されており、補強鋼管１４には、第一パイプ部材１１に対して溶接Ｙによって簡易に固定され、また、第二パイプ部材１２に対して挿入されているのみである。このため、第二パイプ部材１２部分をハンマ等で叩くことにより、補強鋼管１４は第一パイプ部材１１からはずれ、または第二パイプ部材１２から抜け出す。こうして、第一パイプ部材１１と第二パイプ部材１２とを容易に切離すことができる。その後、図９（ａ）に示すように、トンネルＴに支保工となるＨ形鋼２０を設けていく。それから、図９（ｂ）に示すように、次の先受鋼管１を打ち込んでいく。
【００３８】
このように、本実施形態に係る先受鋼管では、削岩機で大きな力を付与して打ち込みを行った場合でも、端末管の分断を防止することができる一方、先受鋼管の打ち込みが終了した後には、端末管５を容易に切り落とすことができる。このため、たとえば先受鋼管を地山に打ち込む際に、液体を供給せず、またはその供給量を非常に少なくした無水削孔を行い場合でも、先受鋼管を折損しないようにしながら、確実に地山に打ち込むことができる。
【００３９】
次に、本発明の第二の実施形態について説明する。本実施形態では、上記第一の実施形態と比較して、パイプ部材同士の接続態様が主に異なっている。図１０は、本実施形態に係る端末管の側断面図である。図１０に示すように、本実施形態に係る端末管は、第一パイプ部材３０、第二パイプ部材４０、および第三パイプ部材５０を備えており、第二パイプ部材４０における突起部４１には、鍵部４２が形成されている。鍵部４２は、突起部４１の突出方向から見て側方に突出するように設けられている。また、第一パイプ部材３０における切欠き部３１には、受け部３２が形成されている。受け部３２は、第二パイプ部材４０に設けられた鍵部４２と係合するように形成されており、第一パイプ部材３０と第二パイプ部材４０とがそれぞれの軸方向に離反する方向に移動しようとする際、鍵部４２と切欠き部３２とが係合して、第一パイプ部材３０と第二パイプ部材４０との離反を防止するようにしている。その他の部分については、上記第一の実施形態と同様の構成を有している。
【００４０】
第一パイプ部材３０と第二パイプ部材４０とを接続する際には、図１１に示すように、まず、第二パイプ部材４０における突出部４１と第一パイプ部材３０における切欠き部３１に向かい合わせる。このとき、鍵部４２は、第一パイプ部材３０の切欠き部３１に対応する位置に配置されている。それから、第一パイプ部材３０をその軸方向に沿って移動させて、第二パイプ部材４０における突起部４１を第一パイプ部材３０における切欠き部３１に侵入させる。このときには、まだ、鍵部４２と受け部３２とは係合していない状態となっている。それから、第二パイプ部材４０をその軸周りに回転させ、鍵部４２を受け部３２に対して侵入させる。こうして、鍵部４２と受け部３２とが係合される。
【００４１】
本実施形態に係る端末管では、第二パイプ部材４０に鍵部４２が設けられ、第一パイプ部材３０には受け部３２が設けられている。この鍵部４２および受け部３２が設けられているため、削岩機からの打撃力が与えられた際に、第一パイプ部材３０と第二パイプ部材４０との離反を効果的に防止することができる。
【００４２】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。たとえば、上記実施形態では、第一パイプ部材の切欠き部と第二パイプ部材の突起部とをそれぞれ３箇所づつ設けているが、これを２箇所づつ、または４箇所づつ等とすることもできる。また、これらの切欠き部と突起部とは、両者が噛み合うように形成されていればよく、たとえばパイプ部材の周方向に不等間隔で形成されている態様とすることもできる。さらに、上記実施形態では、端末管が第一パイプ部材〜第三パイプ部材の３本のパイプ部材を有しているが、２本または４本以上のパイプ部材を有する態様とすることもできる。また、上記実施形態では、第一パイプ部材の方が第二パイプ部材よりも中間管側に配置されているが、第二パイプ部材の方が第一パイプ部材よりも中間管側（先端側）に配置される態様とすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】先受鋼管の側面図である。
【図２】先受交換を打ち込んだトンネルの側断面図である。
【図３】端末管の側面図である。
【図４】第一パイプ部材と第二パイプ部材の接続部分の分解斜視図である。
【図５】第一パイプ部材と第二パイプ部材の接続部分の側断面図である。
【図６】（ａ）は、第一パイプ部材の背面図、（ｂ）は、第二パイプ部材の正面図である。
【図７】補強材を設けたトンネル周辺の模式的斜視図である。
【図８】先受鋼管を打ち込みながらトンネルの掘削を行う工程を説明するための工程図である。
【図９】図８に続く工程を説明するための工程図である。
【図１０】第二の実施形態に係る端末管の側断面図である。
【図１１】第一パイプ部材と第二パイプ部材との説明手順を説明するための側面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１…先受鋼管
２…先頭管
３…第一中間管
４…第二中間管
５…端末管
１１，３０…第一パイプ部材
１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ…切欠き部
１２…第二パイプ部材
１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ…突起部
１３…第三パイプ部材
１４…補強鋼管
２０…Ｈ形鋼
Ｇ…地山
Ｔ…トンネル
Ｙ…溶接
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネルの掘削に先立ち、前記トンネルの掘進方向前方における地山に埋設される先受鋼管における端末管であって、
同径の第一パイプ部材および第二パイプ部材を有し、前記第一パイプ部材および前記第二パイプ部材の端部同士が向き合った状態で互いに接続されており、
前記第一パイプ部材における前記第二パイプ部材との接続端および前記第二パイプ部材における前記第一パイプ部材との接続端には、それぞれ前記第二パイプ部材の接続端および前記第一パイプ部材の接続端とが互いに噛み合う第一噛み合い部および第二噛み合い部が設けられ、
前記第一パイプ部材の接続端部に、前記第一パイプ部材の長手延長方向に突出する内筒部材が固定され、
前記第一噛み合い部および前記第二噛み合い部が互いに噛み合わされ、前記内筒部材が前記第二パイプ部材に挿入されて固定されていることを特徴とする先受鋼管における端末管。
【請求項２】
前記第一噛み合い部と前記第二噛み合い部との接触面は、それぞれ前記パイプ部材の半径方向に沿って形成されている請求項１に記載の先受鋼管における端末管。
【請求項３】
前記第一噛み合い部における先端部および前記第二噛み合い部における先端の一方に鍵部が形成され、
前記第一噛み合い部における先端部および前記第二噛み合い部における先端の他方に、前記鍵部に係合する受け部が形成されている請求項１または請求項２に記載の先受鋼管における端末管。
【請求項４】
前記内筒部材は、前記第二パイプ部材に嵌め込まれることによって固定されている請求項１〜請求項３のうちのいずれか１項に記載の先受鋼管における端末管。
【請求項１】
トンネルの掘削に先立ち、前記トンネルの掘進方向前方における地山に埋設される先受鋼管における端末管であって、
同径の第一パイプ部材および第二パイプ部材を有し、前記第一パイプ部材および前記第二パイプ部材の端部同士が向き合った状態で互いに接続されており、
前記第一パイプ部材における前記第二パイプ部材との接続端および前記第二パイプ部材における前記第一パイプ部材との接続端には、それぞれ前記第二パイプ部材の接続端および前記第一パイプ部材の接続端とが互いに噛み合う第一噛み合い部および第二噛み合い部が設けられ、
前記第一パイプ部材の接続端部に、前記第一パイプ部材の長手延長方向に突出する内筒部材が固定され、
前記第一噛み合い部および前記第二噛み合い部が互いに噛み合わされ、前記内筒部材が前記第二パイプ部材に挿入されて固定されていることを特徴とする先受鋼管における端末管。
【請求項２】
前記第一噛み合い部と前記第二噛み合い部との接触面は、それぞれ前記パイプ部材の半径方向に沿って形成されている請求項１に記載の先受鋼管における端末管。
【請求項３】
前記第一噛み合い部における先端部および前記第二噛み合い部における先端の一方に鍵部が形成され、
前記第一噛み合い部における先端部および前記第二噛み合い部における先端の他方に、前記鍵部に係合する受け部が形成されている請求項１または請求項２に記載の先受鋼管における端末管。
【請求項４】
前記内筒部材は、前記第二パイプ部材に嵌め込まれることによって固定されている請求項１〜請求項３のうちのいずれか１項に記載の先受鋼管における端末管。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００６−３２８８６５（Ｐ２００６−３２８８６５Ａ）
【公開日】平成１８年１２月７日（２００６．１２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１５６１６７（Ｐ２００５−１５６１６７）
【出願日】平成１７年５月２７日（２００５．５．２７）
【出願人】（０００００１３７３）鹿島建設株式会社 (1,387)
【出願人】（３９１０６６１５７）ドリルマシン株式会社 (6)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１２月７日（２００６．１２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年５月２７日（２００５．５．２７）
【出願人】（０００００１３７３）鹿島建設株式会社 (1,387)
【出願人】（３９１０６６１５７）ドリルマシン株式会社 (6)
【Ｆターム（参考）】
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