管設置装置
【課題】管の進行に先立って管の前方において管の断面積よりも幅の広い断面積を掘削できるようにして、地山が硬質地盤である場合でも管を地中においてスムーズに推進させることができる管設置装置を提供する。
【解決手段】断面四角形状の管を地中１０に形成された空洞部１００から地中に設置する場合に、先に地中に入れる管（先頭管６）の先頭開口６ｔの前方に管の推進方向と直交する面と平行な回転中心線Ｌを回転中心として回転する回転掘削体４６を設置し、管を進行させるとともに回転掘削体４６で地中を掘削することにより、管を推進させて地中に設置する管設置装置１において、回転掘削体４６の支柱４２が固定された球体３０と、管の先頭開口側の内側に設置されて球体を球体の中心を回転中心として回転可能に保持する球体回転ガイド部材３１と、球体を球体の中心を回転中心として回す球体駆動手段３２とを備えた。
【解決手段】断面四角形状の管を地中１０に形成された空洞部１００から地中に設置する場合に、先に地中に入れる管（先頭管６）の先頭開口６ｔの前方に管の推進方向と直交する面と平行な回転中心線Ｌを回転中心として回転する回転掘削体４６を設置し、管を進行させるとともに回転掘削体４６で地中を掘削することにより、管を推進させて地中に設置する管設置装置１において、回転掘削体４６の支柱４２が固定された球体３０と、管の先頭開口側の内側に設置されて球体を球体の中心を回転中心として回転可能に保持する球体回転ガイド部材３１と、球体を球体の中心を回転中心として回す球体駆動手段３２とを備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、断面四角形状の管を地中に設置するための管設置装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、断面四角状の管を地中に設置するための管設置装置であって、管の先頭側の内側に管の推進方向と直交する回転中心線を回転中心として回転する回転掘削体を備えた管設置装置が知られている（例えば特許文献１等参照）。
また、断面円形状の曲管（管の中心線が曲線である管）を地中に設置するための管設置装置として、曲管の先頭側に曲管の推進方向に沿った回転中心線を回転中心として回転するカッタヘッドを備え、カッタヘッドの回転中心線を曲管の推進方向と交差する状態にしてカッタヘッドを揺動させることが可能な管設置装置が知られている（例えば特許文献２等参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−５２５２８号公報
【特許文献２】特開２００５−１５５０５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の管設置装置では、地山が硬質地盤である場合、先頭管の先端が硬質地盤に衝突して進行しなくなることがあった。
また、特許文献２の管設置装置では、カッタヘッドが回転可能なようにカッタヘッドの外周面が支持部材によって支持されているので、カッタヘッドの外周面と支持部材との接触支持構造として高精度な摺動装置が必要となり、また、摺動装置における支持部材とカッタヘッドとの接触部が磨耗しやすくなるので、耐久性、コスト等の面で問題がある。
さらに、特許文献１の管設置装置に特許文献２の管設置装置の接触支持構造を採用しようとした場合、上述した耐久性、コスト等の問題ばかりではなく、特許文献１の管設置装置の回転掘削体の回転中心線の向きと特許文献２の管設置装置のカッタヘッドの回転中心線の向きとが異なるため、特許文献１の管設置装置に特許文献２の管設置装置の接触支持構造を採用したとしても、管の進行に先立って管の前方において管の断面積よりも幅の広い断面積を掘削できる構成とはならず、先頭管の先端が硬質地盤に衝突して進行しなくなるという課題を解消できない。
本発明は、管の先頭側に管の推進方向と直交する回転中心線を回転中心として回転する回転掘削体を備え、管の進行に先立って管の前方において管の断面積よりも幅の広い断面積を掘削できるようにして、地山が硬質地盤である場合でも管を地中においてスムーズに推進させることができる管設置装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によれば、断面四角形状の管を地中に形成された空洞部から地中に設置する場合に、先に地中に入れる管の先頭開口の前方に管の推進方向と直交する面と平行な回転中心線を回転中心として回転する回転掘削体を設置し、管を進行させるとともに回転掘削体で地中を掘削することにより、管を推進させて地中に設置する管設置装置において、回転掘削体の支柱が固定された球体と、管の先頭開口側の内側に設置されて球体を球体の中心を回転中心として回転可能に保持する球体回転ガイド部材と、球体を球体の中心を回転中心として回す球体駆動手段とを備えたので、管の進行に先立って管の前方において管の断面積よりも幅の広い断面積で地山を掘削できるようになり、管の前方での余堀が可能となるので、地山が硬質地盤である場合でも管を地中においてスムーズに推進させることが可能な管設置装置を提供できる。
球体駆動手段として、管の互いに平行に対向する一方の一対の壁面と平行でかつ管の互いに平行に対向する他方の一対の壁面と交差するように延長する第１の回転中心線を回転中心として球体を回す球体駆動手段を備えたので、管の前方において他方の一対の壁面と直交する方向である管の左右幅間隔よりも広い左右幅間隔で地山を掘削できるようになるので、地山が硬質地盤である場合でも管を地中においてスムーズに推進させることが可能な管設置装置を提供できる。
球体駆動手段として、回転掘削体の回転中心線と平行な第２の回転中心線を回転中心として球体を回す球体駆動手段を備えたので、管の前方において前記一方の一対の壁面と直交する方向である管の上下幅間隔よりも広い上下幅間隔で地山を掘削できるようになるので、地山が硬質地盤である場合でも管を地中においてスムーズに推進させることが可能な管設置装置を提供できる。
球体駆動手段として、管の中心線と平行な第３の回転中心線を回転中心として球体を回す球体駆動手段を備えたので、管の前方において管の断面積よりも幅の広い断面積で地山を掘削できるようになるので、地山が硬質地盤である場合でも管を地中においてスムーズに推進させることが可能な管設置装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】管設置装置の横断面図（実施形態１）。
【図２】掘削機械揺動駆動装置の分解斜視図（実施形態１）
【図３】掘削機械揺動駆動装置の斜視図（実施形態１）
【図４】先頭管の内部構造を示す斜視図（実施形態１）。
【図５】管設置装置の縦断面図（実施形態１）
【図６】球体回転ガイド部材の後面側を後方側から見た図（図２のＡ−Ａ断面相当図）（実施形態１）。
【図７】回転掘削体の左右揺動状態を示す図（実施形態１）。
【図８】回転掘削体の上下揺動状態を示す図（実施形態１）。
【図９】地中への管の設置方法を示す図（実施形態１）。
【図１０】直管を設置する管設置方法により構築される支保工の例を示す断面図（実施形態１）。
【図１１】曲管を設置する管設置方法により構築される支保工の例を示す断面図（実施形態１）。
【図１２】管設置装置の断面図（実施形態６）。
【図１３】（ａ）は先頭管の先頭部分を示した斜視図、（ｂ）一対の第２の掘削ビット群の関係を示す断面図（実施形態６）。
【図１４】（ａ）は回転掘削体の掘削時の状態を示す図、（ｂ）は回転掘削体の回収時の姿勢状態を示す図（実施形態６）。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
実施形態１
図１乃至図１１に基づいて、実施形態１による地中への管設置方法を実現するための管設置装置１の基本構成及び動作について説明する。
図１に示すように、管設置装置１は、管２と、掘削装置３と、制御装置６５とを備える。尚、以下、図１における上側を管２や管設置装置１の先頭あるいは前側と定義し、図１における下側を管２や管設置装置１の後側と定義し、図１における左右側を管２や管設置装置１の左右側と定義し、図１の紙面と直交する方向の上下側を管２や管設置装置１の上下側と定義して説明する。
【０００８】
管２は、図９；図１１に示すような、円弧を描くように曲がって延長するように形成された曲管（管の中心線が曲線である管）、あるいは、図１０に示すような、真っ直ぐに延長する管（管の中心線が直線である管（以下、直管という））であって、管の中心線と直交する面で管を切断した場合の断面形状が四角状の管により形成される。管２としては例えば鋼製の管が用いられる。管２の大きさは、例えば、管の長さ（前後長さ）が１．５ｍ、左右幅が１．２ｍ、上下幅が０．７ｍである。
そして、図９；図１１に示すように、複数の曲管が順次連結されて地中１０に設置されることによって円弧を描くように曲がって延長する支保工１１が地中１０に構築されたり、図１０に示すように、複数の直管が順次連結されて地中１０に設置されることによって真っ直ぐに延長する支保工１１が地中１０に構築される。
図９に示すように、実施形態１の管設置装置１及び管設置方法によって地中に構築される支保工１１は、先頭に位置される管２（以下、先頭管という）と後続の複数の管２（以下、後続管という）とにより形成される。即ち、支保工１１は、先頭に位置される曲管である先頭管６と先頭管６の後に続くように設けられる後続の複数の曲管である後続管７とにより形成される連続する曲管６７によって構築される。
支保工１１としては、図１１（ａ）に示すように、地中１０に形成された一方の空洞部１００と他方の空洞部１００との間に跨るように複数の管２としての複数の曲管を連続させて構築される支保工１１や、図１１（ｂ）に示すように、地中１０に形成された空洞部１００から出発して当該空洞部１００に戻るように複数の管２としての複数の曲管を連続させて構築される支保工１１や、図１０に示すように、一方の空洞部１００と他方の空洞部１００との間に跨るように複数の管２としての複数の直管を連続させて設置して構築される支保工１１などがある。
【０００９】
図１に示すように、掘削装置３は、掘削機械２６と、掘削機械揺動駆動装置２５と、制御装置６５と、推進装置７０と、水供給装置７５と、排泥装置７６と、を備える。
掘削機械揺動駆動装置２５は、球体３０と、球体回転ガイド部材３１と、球体駆動手段３２とを備える。
【００１０】
実施形態１による掘削装置３は、回転掘削体４６が固定された球体３０と、先頭管６の先頭開口６ｔ側の内側に設置されて球体３０を球体３０の中心を回転中心として回転可能に保持する球体回転ガイド部材３１と、先頭管６の互いに平行に対向する一方の一対の内壁面（例えば先頭管６の左右の内壁面６ａ；６ｂ）と平行でかつ先頭管６の互いに平行に対向する他方の一対の内壁面（例えば先頭管６の上下の内壁面６ｃ；６ｄ）と交差するように延長する球体回転中心軸３０ａ（第１の回転中心線）、及び、先頭管６の互いに平行に対向する前記一方の一対の内壁面及び前記球体回転中心軸３０ａ（第１の回転中心線）と直交するように延長する球体回転中心線３０ｂ（第２の回転中心線）を回転中心として球体３０を回す球体駆動手段３２と、を有した掘削機械揺動駆動装置２５を備える。
掘削機械揺動駆動装置２５は、球体回転ガイド部材３１が先頭管６の先頭開口６ｔ側の内側に前方への移動が規制された状態で設置され、回転掘削体４６の支柱４２が球体３０に固定され、球体３０が球体３０の中心を回転中心として回転可能なように球体回転ガイド部材３１に保持され、球体駆動手段３２が球体３０を球体３０の中心を回転中心として先頭管６の左右方向及び前後方向に回すことで、支柱４２を介して球体３０に固定された回転掘削体４６が先頭管６の前方において先頭管６の左右方向又は上下方向に揺動するよう構成されている。
換言すれば、掘削機械揺動駆動装置２５は、回転掘削体４６の回転中心線Ｌが先頭管６の推進方向と直交する面及び先頭管６の互いに平行に対向する一対の内壁面（例えば先頭管６の上下の内壁面６ｃ；６ｄ）と平行な第１の状態、又は、回転掘削体４６の回転中心線Ｌが先頭管６の互いに平行に対向する前記一対の内壁面と平行でかつ先頭管６の推進方向と直交する面と直交以外の状態で交差する第２の状態（回転掘削体４６の左右揺動状態）、又は、回転掘削体４６の回転中心線Ｌが先頭管６の互いに平行に対向する一対の内壁面（例えば先頭管６の上下の内壁面６ｃ；６ｄ）と平行な状態を維持しつつ先頭管６の前記一対の内壁面と直交する方向に移動する第３の状態（回転掘削体４６の上下揺動状態）となるように、自由に設定することが可能な構成を備える。
【００１１】
球体３０は、球体３０の中心を通って上下の両端が球体３０の球面より突出する球体回転中心軸３０ａ（図４参照）を有する。この球体回転中心軸３０ａは球体回転ガイド部材３１の後述する軸収容部３４内に収容されて先頭管６の左右の内壁面６ａ；６ｂと平行な面上で軸が先頭管６の上下方向に延長するように設置され、かつ、先頭管６の左右の内壁面６ａ；６ｂと平行な面上において軸の上下端側が軸の中心点を回転中心として先頭管６の前後方向に揺動可能に設置される。そして、球体３０は、球体回転ガイド部材３１の後述する球体収容部内に収容されることによって、前記球体回転中心軸３０ａを回転中心として先頭管６の左右方向に回転可能で、かつ、球体３０の中心を通って先頭管６の左右の内壁面６ａ；６ｂ及び球体回転中心軸３０ａと直交する球体回転中心線３０ｂを回転中心として先頭管６の前後方向に回転可能に構成される。
球体３０は、球体３０の中心を通り球体回転中心軸３０ａ及び球体回転中心線３０ｂと直交して球体３０を貫通するように形成された支柱支持貫通孔１３を備える。
回転掘削体４６が取付けられる２つの分岐支柱４３；４３が先頭管６の左右の内壁面６ａ；６ｂに対して直交する状態となるように回転掘削体４６の支柱４２が支柱支持貫通孔１３を貫通した状態で球体３０に固定される。例えば、図１；２に示すように、球体３０の支柱支持貫通孔１３の前側開口の周囲は支柱支持貫通孔１３の中心線と直交する取付平面３０ｃに形成され、支柱４２には当該取付平面３０ｃに接触する取付平面４２ｃを有した固定鍔４２ｘが形成され、支柱４２の後端が支柱支持貫通孔１３を通過して球体３０の後方に突出した状態において固定鍔４２ｘの取付平面４２ｃと球体３０の取付平面３０ｃとが付き合わされてこれら固定鍔４２ｘの取付平面４２ｃと球体３０の取付平面３０ｃとが溶接や固定ボルト等の固定手段により固定される。
【００１２】
球体回転ガイド部材３１は、外周寸法が先頭管６の断面（先頭管６の中心線と直交する断面）の四角形の内周寸法とほぼ同じ寸法の四角形状の平板３１ｘに、球体収容部３３と、軸収容部３４と、排泥管保持貫通孔１４（図４参照）と、水供給管保持貫通孔１５（図４参照）とが形成された構成である。
球体回転ガイド部材３１の平板３１ｘの外周面３１ａには外周面３１ａを一周するようにゴムパッキン等の水密性能維持部材３１ｂが設けられており、平板３１ｘの外周面３１ａと先頭管６の内周面６ｘとが数ｍｍ程度（例えば５ｍｍ）の僅かな隙間を介して対向した状態で、かつ、水密性能維持部材３１ｂと先頭管６の内周面６ｘとが接触して、平板の外周面３１ａと先頭管６の内周面６ｘとの間の水密性が維持されるように、球体回転ガイド部材３１が先頭管６の先頭開口６ｔ側の内側に設置される。水密性能維持部材３１ｂは、平板３１ｘの外周面３１ａを一周するように外周面３１ａに形成された溝３１ｈ内に収容されて外周面３１ａより突出するように設けられることにより、水密性能を十分に発揮できるよう平板３１ｘの外周面３１ａに安定に設置できる。また、水密性能維持部材３１ｂは、平板３１ｘの外周面３１ａの前後側の両方に設けることが好ましい。
球体収容部３３は、球体回転ガイド部材３１の平板３１ｘの板面の中央部を貫通する貫通孔により形成され、この貫通孔の内面は、球体３０の球面と同じ曲率の凹状湾曲面により形成される。
球体収容部３３の湾曲面には、当該湾曲面を形成する貫通孔の中心線の周囲を一周するようにゴムパッキン等の水密性能維持部材３３ｂが設けられており、球体３０の球面と球体収容部３３の湾曲面とが数ｍｍ程度（例えば５ｍｍ）の僅かな隙間を介して対向した状態で、かつ、水密性能維持部材３３ｂと球体３０の球面とが接触して、球体３０の球面と球体収容部３３の湾曲面との間の水密性が維持されるように構成される。水密性能維持部材３３ｂは、球体収容部３３の湾曲面に形成された溝３３ｈ内に収容されて湾曲面より突出するように設けられることにより、水密性能を十分に発揮できるよう球体収容部３３の湾曲面に安定に設置できる。
図３に示すように、軸収容部３４は、球体収容部３３の湾曲面より延長するよう平板３１ｘに設けられた孔部により形成され、球体３０が球体回転中心線３０ｂを回転中心として回転運動した場合に球面より突出する球体回転中心軸３０ａの上下端部を前後方向に揺動可能なように収容する構成である。軸収容部３４は、球体回転中心軸３０ａの上端部を前後方向に揺動可能なように収容する上側軸収容部３４ｘと、球体回転中心軸３０ａの下端部を前後方向に移動可能なように収容する上側軸収容部３４ｙとを備える。
【００１３】
図２；図３に示すように、球体回転ガイド部材３１を形成する平板３１ｘは、前板３１Ａと後板３１Ｂとが組み合わされて構成される。
図２に示すように、前板３１Ａは、前側球収容部３３Ａと前側軸収容部３４Ａとを備える。前側球収容部３３Ａは、前板３１Ａの板面の中央部を貫通するように形成されて球体３０の前側球面を受ける凹状の湾曲面により形成される。
前側軸収容部３４Ａは、前側球収容部３３Ａの上部より延長するように前板３１Ａに設けられた前上側軸収容部３４Ａ１と前側球収容部３３Ａの下部より延長するように前板３１Ａに設けられた前下側軸収容部３４Ａ２とを備える。
前上側軸収容部３４Ａ１は、前板３１Ａの後側の板面及び前側球収容部３３Ａの湾曲面に開口し、かつ、前板３１Ａの前側の板面及び上端面に開口しない孔底部を有した孔部により構成される。前下側軸収容部３４Ａ２は、前板３１Ａの後側の板面及び前側球収容部３３Ａの湾曲面に開口し、かつ、前板３１Ａの前側の板面及び下端面に開口しない孔底部を有した孔部により構成される。
後板３１Ｂは、後側球収容部３３Ｂと後側軸収容部３４Ｂとを備える。後側球収容部３３Ｂは、後板３１Ｂの板面の中央部を貫通するように形成されて球体３０の後側球面を受ける凹状の湾曲面により形成される。
後側軸収容部３４Ｂは、後側球収容部３３Ｂの上部より延長するように後板に設けられた後上側軸収容部３４Ｂ１と後側球収容部３３Ｂの下部より延長するように後板に設けられた後下側軸収容部３４Ｂ２とを備える。
後上側軸収容部３４Ｂ１は、後板３１Ｂの前後の板面及び後側球収容部３３Ｂの湾曲面に開口し、かつ、後板３１Ｂの上端面に開口しない孔底部を有した孔部により構成される。後下側軸収容部３４Ｂ２は、後板３１Ｂの前後の板面及び後側球収容部３３Ｂの湾曲面に開口し、かつ、後板３１Ｂの下端面に開口しない孔底部を有した孔部により構成される。
例えば、前板３１Ａと後板３１Ｂとが同じ大きさに形成され、前板３１Ａ及び後板３１Ｂを構成する平板の同じ位置に、一対の前上側軸収容部３４Ａ１及び後上側軸収容部３４Ｂ１、一対の前下側軸収容部３４Ａ２及び後下側軸収容部３４Ｂ２が設けられる。
【００１４】
球体３０の前側球面が前板３１Ａの後側の板面側から前側球収容部３３Ａ内に収容され、かつ、球体３０の後側球面が後板３１Ｂの前側の板面側から後側球収容部３３Ｂ内に収容されることにより、球体３０が前側球収容部３３Ａと後側球収容部３３Ｂとで囲まれた状態となって前側球収容部３３Ａと後側球収容部３３Ｂとで形成された球収容部３３に収容されるとともに、球体回転中心軸３０ａの上下の突出部である上端部３０ｍ；下端部３０ｎが前側軸収容部３４Ａ又は後側軸収容部３４Ｂに収容された状態で、前板３１Ａの後側の板面と後板３１Ｂの前側の板面とが付き合わされて、後板３１Ｂの前側の板面の開口と前板３１Ａの後側の板面の開口とが連通された状態とする。当該状態で前板３１Ａと後板３１Ｂとが溶接等の連結手段で連結されることにより、球体回転中心軸３１ａの上端部３０ｍが前上側軸収容部３４Ａ１と後上側軸収容部３４Ｂ１とで形成された上側軸収容部３４ｘに収容されるとともに、球体回転中心軸３１ａの下端部３０ｎが前下側軸収容部３４Ａ２と後下側軸収容部３４Ｂ２とで形成された下側軸収容部３４ｙに収容され、球収容部３３に収容された球体３０が球体３０の中心を回転中心として回転可能となった球体組立体３００が得られる。尚、上側軸収容部３４ｘ及び後下側軸収容部３４ｙは、先頭管６の上下の内壁面６ｃ；６ｄと直交する垂直線上に設けられることが好ましいが、先頭管６の上下の内壁面６ｃ；６ｄと交差する直線上に設けられていればよい。
そして、球体組立体３００において、後板３１Ｂの後側の板面よりも後方に突出する球体３０の支柱支持貫通孔１３の後側開口の左右両側の球面に球体側連結フランジ３０ｄ；３０ｄを溶接等の固定手段で固定する。
【００１５】
球体駆動手段３２は、球体回転中心軸３０ａを回転中心として球体３０を先頭管６の左右方向に揺動させるための左右の揺動用ジャッキ３５；３５と、球体回転中心線３０ｂを回転中心として球体３０を先頭管６の上下方向に揺動させるための上下の揺動用ジャッキ３６；３６とを備える。
【００１６】
後述するように先頭管６の先頭開口６ｔ側の内面に固定された推進力受け部６３に球体組立体３００の前板３１Ａの前側の板面を接触させて、球体組立体３００の前方への移動が推進力受け部６３で規制される状態に球体組立体３００を設置する。
そして、揺動用ジャッキ３５のピストン３５ａの先端側に設けたピストン側連結フランジ３５ｂと球体３０に取付けられた球体側連結フランジ３０ｄとが図外のボルト・ナット等の固定手段により固定されるとともに、揺動用ジャッキ３５のシリンダ３５ｃの基端側に設けたシリンダ側連結フランジ３５ｄと後述の推進力伝達構成部６４に設けた固定側連結フランジ６４ｒとが図外のボルト・ナット等の固定手段により固定される。
尚、揺動用ジャッキ３５のピストン３５ａの先端及びシリンダ３５ｃの基端には球面軸受３５ｘが設けられており、球体３０が回転するよう運動した場合に球面軸受３５ｘにより揺動用ジャッキ３５が姿勢を変更できるように構成されている。
また、上の揺動用ジャッキ３６はピストン３６ａの先端に球体回転中心軸３０ａの球面より突出する上端部を押圧する押圧板３６ｂを備え、下の揺動用ジャッキ３６はピストン３６ａの先端に球体回転中心軸３０ａの球面より突出する下端部を押圧する押圧板３６ｂを備える。押圧板３６ｂは、先端形状が球体回転中心軸３０ａを取り込む凹部形状に形成される。上の揺動用ジャッキ３６は、ピストン３６ａの先端に設けられた押圧板３６ｂが上側軸収容部３４ｘ内を前後方向に移動可能なようにシリンダ３６ｂの基端側が上側ジャッキ反力受部材１８ａに固定され、下の揺動用ジャッキ３６は、ピストン３６ａの先端に設けられた押圧板３６ｂが下側軸収容部３４ｙ内を前後方向に移動可能なようにシリンダ３６ｂの基端側が下側ジャッキ反力受部材１８ｂに固定される（図４参照）。
【００１７】
以上により、球体駆動手段３２が球体３０を球体３０の中心を回転中心として先頭管６の左右方向及び前後方向に回すことで、支柱４２を介して球体３０に固定された回転掘削体４６を先頭管６の前方において先頭管６の左右方向又は上下方向に揺動させることがでる掘削機械揺動駆動装置２５が構成される。
【００１８】
先頭管６の先頭開口縁６ｚは、地山９９に食い込みやすいように、先細の傾斜面に形成される（図５参照）。
排泥管保持貫通孔１４は、球体回転ガイド部材３１の平板３１ｘの板面の下部側の左右をそれぞれ貫通するように２つ設けられる。水供給管保持貫通孔１５は、球体回転ガイド部材３１の平板３１ｘの板面の上部側の左右をそれぞれ貫通するように２つ設けられる。排泥管保持貫通孔１４；１４には、排泥管７６ｃの先端部が貫通した状態で保持される。水供給管保持貫通孔１５；１５は、水供給管７５ｃの先端部が貫通した状態で保持される（図６参照）。
【００１９】
掘削機械２６は、支持部４０と、回転部４１とを備える。
支持部４０は、１つの支柱４２と２つの分岐支柱４３とが組合されたＴ字状の中空支柱により形成される。２つの分岐支柱４３は、支柱４２の先端部より支柱４２の延長方向と直交する一直線上において互いに離れる方向に延長する。
回転部４１は、回転機構部４５と、回転掘削体４６とを備える。回転機構部４５は、例えばモータ４７により構成される。分岐支柱４３の両方の先端には、それぞれモータマウント４４が設けられ、各モータマウント４４；４４には、モータ４７のケーシング４８が固定される。２つのモータ４７；４７の回転軸４９；４９は、支柱４２の先端部より支柱の延長方向と直交する一直線上（即ち、分岐支柱４３の中心線線上）において互いに離れる方向に延長する。
回転掘削体４６は、例えば円筒部５０ａと円筒部５０ａの他端を閉塞する底板５０ｂとを有した一端開口他端閉塞の円形箱状の回転体５０と、回転体５０の円筒部５０ａの外周面５１に設けられた複数の掘削ビット５２とを備えた構成である。
尚、回転体５０の回転中心線Ｌから回転中心線Ｌと直交する線上を経由した掘削ビット５２の先端までの距離を掘削ビット５２の掘削半径とした掘削ビット５２による掘削径は、先頭管６の上下の内壁面６ｃ；６ｄ間の寸法よりも小さい。
【００２０】
モータ４７は、例えば、流体圧により作動するモータ、あるいは、電気で作動するモータを用いる。例えば油圧モータ（以下、油圧モータ４７と言う）を用いる場合、駆動源２７としての油圧源５５と油圧モータ４７のケーシング４８内とが圧油供給路５６ａ及び油帰還路５６ｂを形成する耐圧ホース５６で繋がれる。即ち、耐圧ホース５６は支持部４０のＴ字状の中空路を介して油圧モータ４７のケーシング４８に接続される。油圧モータ４７は、耐圧ホース５６を介してケーシング４８内に供給される圧油によって回転軸４９が回転するように構成される。
例えば、回転掘削体４６の回転体５０の底板５０ｂの内面５３の円中心と回転軸４９の回転中心とが一致するように、回転体５０の底板５０ｂの内面５３と油圧モータ４７により回転する回転軸４９の先端に設けられた連結板５４とがねじ等の連結具５７により連結される。即ち、２つの回転掘削体４６；４６が先頭管６の先頭開口６ｔよりも前方に位置され、２つの回転掘削体４６；４６が２つの回転軸４９；４９に共通の１つの回転中心線Ｌを回転中心として回転するように構成される。このような２つの回転掘削体４６；４６を備えた構成は、ツインヘッダと呼ばれる。
実施形態１では、上述したように、２つの回転掘削体４６；４６の回転中心線Ｌが先頭管６の推進方向と直交する面と平行な状態及び先頭管６の上下の内壁面６ｃ；６ｄと平行な第１の状態で地山９９を掘削した場合、推進方向と直交する面内における回転掘削体４６の掘削幅を大きくでき、さらに、断面四角形状に掘削できるので、掘削幅に応じた四角幅の管２を容易に地中１０に設置できるようになる。
また、実施形態１では、掘削機械揺動駆動装置２５の左右の揺動用ジャッキ３５；３５を作動させ、球体回転中心軸３０ａを回転中心として球体３０を回すことにより、図７に示すように、２つの回転掘削体４６；４６の回転中心線Ｌが先頭管６の推進方向と直交する面と直交以外の状態で交差しかつ先頭管６の下の内壁面６ｄと平行な第２の状態で地山９９を掘削した場合、先頭管６の前方において先頭管６の左右幅間隔よりも幅の広い左右幅間隔で地山９９を掘削できるので、先頭管６が推進する際に先頭管６の先頭開口６ｔが地山９９の硬質層に衝突する可能性が少なくなり、先頭管６をスムーズに推進させることができるようになる。
さらに、実施形態１では、掘削機械揺動駆動装置２５の上下の揺動用ジャッキ３６；３６を作動させ、球体回転中心線３０ｂ（第２の回転中心線）を回転中心として球体３０を回すことにより、図８に示すように、２つの回転掘削体４６；４６の回転中心線Ｌが先頭管６の下の内壁面６ｄと平行な状態を維持しつつ、先頭管６の上下方向に移動した第３の状態で地山９９を掘削した場合、先頭管６の前方において先頭管６の上下幅間隔よりも幅の広い上下幅間隔で地山９９を掘削できるので、先頭管６が推進する際に先頭管６の先頭開口６ｔが地山９９の硬質層に衝突する可能性が少なくなり、先頭管６をスムーズに推進させることができるようになる。
【００２１】
推進装置７０は、推進駆動源６１と、上述した球体回転ガイド部材３１と、推進駆動源６１による推進力を球体回転ガイド部材３１に伝達する推進力伝達手段６２と、球体回転ガイド部材３１に伝達された推進力を先頭管６に伝達する推進力受け部６３とを備える。
推進力受け部６３は、先頭管６の先頭開口６ｔ側の内側に設置された球体回転ガイド部材３１の前板３１Ａの前側の板面に接触して球体回転ガイド部材３１の前方への移動を規制するとともに球体回転ガイド部材３１に伝達された推進力を先頭管６に伝達することができるように、先頭管６の先頭開口６ｔ側の内面に溶接、ボルト・ナット等の固定手段で固定されている。
推進力伝達手段６２は、推進力伝達構成部６４と、推進力伝達棒状体７１と、推進力伝達用の当て材７２とを備える。
推進力伝達構成部６４は、例えば、Ｈ形鋼を組み合わせて形成される。例えば、案内部材３１の筒の左端後端面と連結されて上下に延長するよう設けられた前左側上下延長柱部６４ａと、案内部材３１の筒の右端後端面と連結されて上下に延長するよう設けられた前右側上下延長柱部６４ｂと、ジャッキ反力受部材１８ａ；１８ｂの左端部と連結されて上下に延長するよう設けられた後左側上下延長柱部６４ｃと、ジャッキ反力受部材１８ａ；１８ｂの右端部と連結されて上下に延長するよう設けられた後右側上下延長柱部６４ｄと、前後方向に延長して先端と前左側上下延長柱部６４ａとが連結され後端と後左側上下延長柱部６４ｃとが連結された左連結部６４ｅと、前後方向に延長して先端と前右側上下延長柱部６４ｂとが連結され後端と後右側上下延長柱部６４ｄとが連結された右連結部６４ｆとを備える。
【００２２】
推進力伝達棒状体７１は、一端から他端までの長さが推進力伝達構成部６４の後端面６４ｘと先頭管６の後端面１０２ｅとの間の最短距離よりも長い寸法に形成された棒状体である。推進力伝達棒状体７１としては例えばＨ形鋼を用いる。
推進力伝達棒状体７１は、中心線が先頭管６の中心線と同一方向を向くように設置される。左側の推進力伝達棒状体７１Ａの先端面と後左側上下延長柱部６４ｃの後面における上下の中央位置とが連結され、右側の推進力伝達棒状体７１Ｂの先端面と後右側上下延長柱部６４ｄの後面における上下の中央位置とが連結される。
【００２３】
推進駆動源６１は、例えば、油圧ジャッキ６１Ａにより構成される。油圧ジャッキ６１Ａのピストンロッド６１ａの先端には押圧板６１ｂが設けられる。油圧ジャッキ６１のシリンダ６１ｃは図外のジャッキ反力受部材に固定されている。
【００２４】
そして、当て材７２を、先頭管６の後端面１０２ｅより後方に突出する左右の推進力伝達棒状体７１Ａ；７１Ｂの他端間に跨るように設置して左右の推進力伝達棒状体７１Ａ；７１Ｂの他端に図外のボルトや万力装置などで連結し、当て材７２における左右の推進力伝達棒状体７１Ａ；７１Ｂの他端間の中央部分を油圧ジャッキ６１Ａの押圧板６１ｂで押圧することにより、油圧ジャッキ６１Ａによる押圧力が、推進力伝達棒状体７１、推進力伝達構成部６４、球体回転ガイド部材３１、推進力受け部６３を介して先頭管６及び回転掘削体４６；４６に伝達されるので、先頭管６が前方に推進するとともに回転掘削体４６；４６が前方に推進する。
この場合、後右側上下延長柱部６４ｄの後面における上下の中央位置に連結された右側の推進力伝達棒状体７１Ｂと後左側上下延長柱部６４ｃの後面における上下の中央位置に連結された左側の推進力伝達棒状体７１Ａとを介して推進力伝達構成部６４に伝達された推進力が球体回転ガイド部材３１の後端面３１ｒの四隅部に伝達される構成としたので（図２；図３；図６参照）、球体回転ガイド部材３１に推進力を均等に伝達でき、掘削機械揺動駆動装置２５の揺動動作の安定化が図れる。
【００２５】
水供給装置７５は、水貯留タンク７５ａと、送水用のポンプ７５ｂと、水供給管７５ｃと、水供給管７５ｃの前端開口部を保持する水供給管保持貫通孔１５とを備える。
水供給管７５ｃは例えば鋼管により形成される。前端開口を介して球体回転ガイド部材３１の前面３１ｆの前方の地山９９に水を放出することが可能なように水供給管７５ｃの前端開口側が球体回転ガイド部材３１の水供給管保持貫通孔１５に固定される。水供給管７５ｃの後端開口と送水用のポンプ７５ｂの吐出口とが連通可能に連結される。そして、送水用のポンプ７５ｂの吸込口と水貯留タンク７５ａとが図外の連結管により連通可能に連結される。水供給装置７５は、先頭管６の上部内側の左右側に２系統設けられる。
【００２６】
排泥装置７６は、排泥タンク７６ａと、排泥用のポンプ７６ｂと、排泥管７６ｃと、排泥管７６ｃの前端開口部を保持する排泥管保持貫通孔１４とを備える。
排泥管７６ｃは例えば鋼管により形成される。球体回転ガイド部材３１の前面３０ｆの前方に集まった掘削土を前端開口を介して取り込むことが可能なように排泥管７６ｃの前端開口側が球体回転ガイド部材３１の排泥管保持貫通孔１４に固定される。排泥管７６ｃの後端開口と排泥用のポンプ７６ｂの吸込口とが連通可能に連結される。そして、排泥用のポンプ７６ｂの吐出口と排泥タンク７６ａとが図外の連結管により連通可能に連結される。排泥装置７６は、先頭管６の下部内側の左右側に２系統設けられる。
【００２７】
尚、水貯留タンク７５ａ及び排泥タンク７６ａは、例えば水貯留タンク７５ａと排泥タンク７６ａとが一体となった集合タンク７５Ｘにより構成される。即ち、集合タンク７５Ｘの内部に仕切体７５ｗを設けて集合タンク７５Ｘの内部を２つの領域に区切り、一方の領域を水貯留タンク７５ａとして使用し、他方の領域を排泥タンク７６ａとして使用する。
つまり、最初に一定量の水を集合タンク７５Ｘ内に満たしておき、送水用のポンプ７５ｂを駆動して球体回転ガイド部材３１の前方に水を圧送すると、球体回転ガイド部材３１の前方に圧送された水と回転掘削体４６；４６により掘削された土砂とが混ざって泥水となる。そして、排泥用のポンプ７６ｂを駆動することにより、球体回転ガイド部材３１の前方の泥水が排泥タンク７６ａに排出される。排泥タンク７６ａに排出された泥水中の泥が排泥タンク７６ａの底に沈殿するとともに、仕切体７５ｗを越えて水貯留タンク７５ａに入り込んだ泥水が再び送水用のポンプ７５ｂによって球体回転ガイド部材３１の前方に圧送される。即ち、泥水を循環させて球体回転ガイド部材３１の前方に供給できるようになるので、水の使用量を減らすことができる。また、水よりも比重が大きい泥水を球体回転ガイド部材３１の前方に供給できるので、地盤及び地下水の圧力に抵抗できて、地盤及び地下水の圧力と球体回転ガイド部材３１の前方に供給した圧力とを均等にしやすくなるので、地盤沈下等、地中１０に与える影響を少なくすることができる。また、球体回転ガイド部材３１の前方が泥水化するので、排泥をスムーズに行えるようになり、掘削しやすくなる。
尚、最初から泥水を集合タンク７５Ｘ内に満たしておき、送水用のポンプ７５ｂを駆動して球体回転ガイド部材３１の前方と集合タンク７５Ｘ内との間で泥水を循環させてもよい。
【００２８】
次に管設置装置１による地中１０への管２の設置方法を説明する。
掘削機械２６と、掘削機械揺動駆動装置２５と、当て材７２を除いた推進装置７０と、水供給管７５ｃと、排泥管７６ｃとが組立てられた組立体を、掘削回転体４６側から先頭管６の後端開口を介して先頭管６内に入れていき、球体回転ガイド部材３１の前端面３１ｆと先頭管６の内側に固定された推進力受け部６３とを接触させる。そして、先頭管６の後端面１０２ｅより後方に突出する左右の推進力伝達棒状体７１Ａ；７１Ｂの他端間に跨るように当て材７２を設置して当て材７２を左右の推進力伝達棒状体７１Ａ；７１Ｂの他端に図外のボルトや万力装置などで連結する。そして、送水用のポンプ７５ｂを駆動して球体回転ガイド部材３１の前方に泥水を供給し、球体回転ガイド部材３１の前方と集合タンク７５Ｘ内との間で泥水を循環させるとともに、制御装置６５による制御によって、油圧源５５から油圧モータ４７に圧油を供給して回転掘削体４６を回転させながら、推進駆動源６１を作動させて当て材７２に推進力を加えることで、推進力が、推進力伝達棒状体７１、推進力伝達構成部６４、球体回転ガイド部材３１、推進力受け部６３を介して先頭管６及び回転掘削体４６；４６に伝達され、先頭管６が前方に推進するとともに回転掘削体４６；４６が前方に推進する。この際、制御装置６５による制御によって、左右の揺動用ジャッキ３５；３５を作動させ、球体３０を球体回転中心軸３０ａを回転中心として回すことにより、掘削回転体４６が先頭管６の前方において先頭管６の左右方向に首振りのように揺動して地山９９を掘削する。これにより、先頭管６の前方において先頭管６の左右幅間隔よりも広い左右間隔幅で地山９９が掘削されるので、先頭管６が推進する際に先頭管６の先端が硬質地盤の地山９９に衝突する可能性が少なくなり、先頭管６をスムーズに推進させることができる。また、制御装置６５による制御によって、上下の揺動用ジャッキ３６；３６を作動させ、球体３０を球体回転中心線３０ｂを回転中心として回すことにより、掘削回転体４６が先頭管６の前方において先頭管６の上下方向に首振りのように揺動して地山９９を掘削する。これにより、先頭管６の前方において先頭管６の上下幅間隔よりも広い上下間隔幅で地山９９が掘削されるので、先頭管６が推進する際に先頭管６の先端が硬質地盤の地山９９に衝突する可能性が少なくなり、先頭管６をスムーズに推進させることができる。
先頭管６の後端面１０２ｅを残して先頭管６が地中１０に設置された後、先頭管６の後端面１０２ｅに後続管７を溶接、又は、ボルト等の固定具により接続し、さらに、先頭の推進力伝達棒状体７１の他端と後続の推進力伝達棒状体７１の一端とをボルト、又は、溶接により結合することにより、先頭の推進力伝達棒状体７１の後ろに後続の推進力伝達棒状体７１を継ぎ足すとともに、また、耐圧ホース５６の他端に図外の延長耐圧ホースを継ぎ足し、水供給管７５ｃの他端に図外の延長水供給管を継ぎ足し、排泥管７６ｃの他端に図外の延長排泥管を継ぎ足していく。そして、当て材７２を、後続管７の後端縁より後方に突出する左右の推進力伝達棒状体７１Ａ；７１Ｂの他端間に跨るように設置して、当て材７２を油圧ジャッキ６１Ａのピストンロッド６１ａで押圧しながら、回転掘削体４６；４６を回転駆動させることにより、回転掘削体４６が掘削を行いながら先頭管６が推進し、後続管７が地中に設置される。
以後、同様に、前の後続管７の後端縁に後の後続管７を順次連結して地中１０に設置していくことで、支保工１１を構築できる。
【００２９】
支保工１１を構築した後は、掘削始点となった出発側の空洞部１００内に掘削機械２６等を引き戻して回収する。実施形態１によれば、推進力伝達棒状体７１を継ぎ足していくことから、掘削機械２６等を回収する際には、最後尾の推進力伝達棒状体７１側から推進力伝達棒状体７１の１個長さ分ずつ空洞部１００内に引き戻して、最後尾側から先頭まで順番に推進力伝達棒状体７１を取り外していくことにより、掘削機械２６等を容易に回収できるようになる。この場合、推進装置の一例である油圧ジャッキ６１Ａを掘削始点となる空洞部１００内にのみ設置すればよいので、装置コストを低減できる。
尚、到達側の空洞部１００内に掘削機械２６等を押し出して回収するようしてもよい。
例えば、先頭管６を到達側の空洞部１００に押し出して推進力受け部６３を除去してから、到達側の空洞部１００内に掘削機械２６等を押し出して回収する。この場合、掘削機械２６等を掘削始点となった空洞部１００内に引き戻す作業よりも掘削機械２６等を到達側の空洞部１００内に押し出す作業の方が容易となるので、掘削機械２６等の回収作業が容易となる。
図１１（ｂ）のように、地中１０に形成された１つの空洞部１００から出発して当該空洞部１００に戻るように支保工１１を構築する場合には、掘削機械２６等が１つの空洞部１００の到達口に到達したならば掘削機械２６等を到達口から当該空洞部１００内に押し出すようにして回収すれば、掘削機械２６等の回収作業が容易となるとともに、油圧ジャッキ６１Ａを当該１つの空洞部１００内にのみ設置すればよいので装置コストも低減できる。
【００３０】
実施形態１によれば、管設置装置１が掘削機械揺動駆動装置２５を備えたので、先頭管６の前方の地山９９を回転掘削体４６で掘削する際に球体回転ガイド部材駆動手段３２を作動させて球体３０を回すことにより、回転掘削体４６を先頭管５６の前方において先頭管６の左右方向又は上下方向に揺動させることができ、回転掘削体４６が左右方向又は上下方向に揺動しない場合と比べて、掘削可能な左右幅又は上下幅を大きくできる。即ち、先頭管６の進行に先立って先頭管６の前方において先頭管６の断面積よりも左右幅又は上下幅の広い断面積を掘削でき、先頭管６の前方の左右上下において余堀を行えるようになるので、地山９９が硬質地盤である場合でも、先頭管６を地中１０においてスムーズに推進させることができる。
即ち、球体駆動手段３２として、先頭管６の互いに平行に対向する上下の内壁面６ｃ；６ｄ（一方の一対の壁面）と平行でかつ先頭管６の互いに平行に対向する左右の内壁面６ａ；６ｂ（他方の一対の壁面）と交差するように延長する回転中心軸３０ａ（第１の回転中心線）を回転中心として球体を回すための左右一対の揺動用ジャッキ３５；３５と、回転掘削体４６の回転中心線Ｌと平行な回転中心線３０ｂ（第２の回転中心線）を回転中心として球体を回す上下一対の揺動用ジャッキ３６；３６とを備えたので、先頭管６の前方において、先頭管６の左右の内壁面６ａ；６ｂと直交する方向である先頭管６の左右幅間隔よりも広い左右幅間隔で地山を掘削できるようになるとともに、先頭管６の上下の内壁面６ｃ；６ｄと直交する方向である先頭管６の上下幅間隔よりも広い上下幅間隔で地山を掘削できるようになるので、地山が硬質地盤である場合でも管を地中においてスムーズに推進させることが可能な管設置装置を提供できる。
【００３１】
実施形態２
グリッパ装置を用いて先頭管６を推進させるようにしてもよい。この場合、グリッパ装置は、例えば、球体回転ガイド部材３１の後板３１Ｂに固定されて球体回転ガイド部材３１の後方に延長するように設けられた図外の複数のジャッキ支持体と、ジャッキのシリンダがジャッキ支持体に固定されてジャッキのピストンが伸長することで先頭管６の内面に突っ張るように接触する複数のジャッキとを備えて構成される。
複数のジャッキのピストンを伸長させて先頭管６の内面に突っ張るように作動させた後、先頭管６の後端面１０２ｅを推進ジャッキ６１Ａで押圧して先頭管６を推進させた場合、先頭管６と、掘削機械揺動駆動装置２５と、掘削機械２６とを一緒に推進させることができ、推進力伝達手段６２と推進力受け部６３とを不要とできる。このため、掘削機械２６等を到達側で回収できるようになる。
また、地山９９側から球体回転ガイド部材３１に加わる水圧に十分に対抗できるようになる。
【００３２】
実施形態３
実施形態１では、球体回転中心軸３０ａ及び球体回転中心線３０ｂを回転中心として球体３０を回すことで、回転掘削体４６を先頭管６の前方において先頭管６の左右方向又は上下方向に揺動させるための第１の揺動用ジャッキとしての揺動用ジャッキ３５；３５、及び、第２の揺動用ジャッキとしての揺動用ジャッキ３６；３６を備えた構成を示したが、さらに、先頭管６の中心線（球体３０の支柱支持貫通孔１３及び支柱４２の中心線）を第３の回転中心線とし、この第３の回転中心線を回転中心として球体３０を回して回転掘削体４６の回転中心線Ｌが先頭管６の左右の内壁面６ｃ；６ｄと直交以外の状態で交差するように回転掘削体４６を揺動させるための図外の第３の揺動用ジャッキを設けてもよい。第３の揺動用ジャッキは、例えばピストンが先頭管６の上下方向に伸縮するように設けられた一対の油圧ジャッキにより構成される。尚、球体３０の支柱支持貫通孔１３及び支柱４２の中心線と先頭管６の中心線とが一致しないように回転掘削体４６；４６が設けられる場合には、第３の回転中心線は、先頭管６の中心線と平行な球体３０の支柱支持貫通孔１３及び支柱４２の中心線となる。尚、この場合、球体３０が第３の回転中心線を回転中心として回転する方向に球体３０の軸部３０ｍ、３０ｎも回転するので、軸部３０ｍ、３０ｎを収容する上側軸収容部３４ｘ、下側軸収容部３４ｙは、第３の回転中心線を回転中心として回転する球体３０の回転方向に軸部３０ｍ、３０ｎが移動可能な空間を備えた構成とする。
【００３３】
実施形態４
実施形態３では、第１の揺動用ジャッキ、第２の揺動用ジャッキ、第３の揺動用ジャッキのすべてを備えた構成を示したが、第１の揺動用ジャッキ、第２の揺動用ジャッキ、第３の揺動用ジャッキのうちの１つ以上を備えた構成としてもよい。
【００３４】
実施形態５
上記各実施形態では、一対のジャッキにより構成された第１の揺動用ジャッキ、第２の揺動用ジャッキ、第３の揺動用ジャッキを用いた例を示したが、第１の揺動用ジャッキ、第２の揺動用ジャッキ、第３の揺動用ジャッキを、それぞれ１つのジャッキで構成してもよい。
【００３５】
実施形態６
第１の揺動用ジャッキのみを備えた構成の場合には、回転掘削体として、図１２乃至図１４に示すような、回転体５０の外周面５１より突出するように設けられた掘削刃としての第１の掘削ビット８０及び第２の掘削ビット８１とを備えた構成の回転掘削体４６Ａを用いることにより、先頭管６の前方の上下において余堀を行えるようになる。
複数個の第２の掘削ビット８１が回転体５０の回転中心線Ｌに沿った方向に並べられて第２の掘削ビット群８１０が構成される。
回転体５０の外周面５１には複数のビット取付部８３が点在するように設けられる。第１の掘削ビット８０は、回転体５０の外周面５１に設けられた個々のビット取付部８３に１つ１つ個別に着脱可能に取り付けられる。第２の掘削ビット８１は、回転体５０の外周面に設けられた複数のビット取付部８３に着脱可能に取り付けられるビット設置板８４に設けられる。即ち、第２の掘削ビット群８１０は、ビット取付部８３に取り付けられて回転体５０の回転中心線Ｌ（回転掘削体４６の回転中心線Ｌ）に沿って回転体５０の外周面５１の周面幅（回転中心線Ｌに沿った方向の幅、即ち、回転体５０の回転中心線Ｌに沿った方向の両方の端面）に渡って延長するビット設置板８４のビット設置面８４ａに、複数の第２の掘削ビット８１が回転中心線Ｌに沿った方向に並ぶように着脱可能又は固定的に設けられた構成である。
１つの１つの回転掘削体４６Ａは、複数の第２の掘削ビット群８１０；８１０を備え、２つの第２の掘削ビット群８１０；８１０は、回転体５０の外周面５１の周方向に互いに１８０°離れた位置にそれぞれ設けられた一対の２つの第２の掘削ビット群８１０；８１０が例えば三対設けられる。第１の掘削ビット８０は、回転体５０の外周面５１上において第２の掘削ビット群８１０が設けられていない部分に設けられる。
図１３（ｂ）に示すように、回転体５０の外周面５１上で周方向に互いに１８０°離れた位置に設けられた各第２の掘削ビット群８１０；８１０の各掘削ビット８１の先端は、回転体５０の回転中心線Ｌと直交する同一の面８５上に位置しないように設定されている。つまり、一方の第２の掘削ビット群８１０において互いに隣り合う各掘削ビット８１間で掘削されない地盤部分を他方の第２の掘削ビット群８１０の各掘削ビット８１で掘削できるように構成されている。要するに、１つの１つの回転掘削体４６Ａは、一方の第２の掘削ビット群８１０で掘削できない地盤部分を他方の第２の掘削ビット群８１０で掘削できるようにした相補的な一対の第２の掘削ビット群８１０；８１０を備えた構成である。
そして、図１４（ａ）に示すように、回転体５０の回転中心線Ｌから回転中心線Ｌと直交する線上を経由した第１の掘削ビット８０の先端までの第１距離８０ｘ（即ち、第１の掘削ビット８０による掘削半径）と回転体５０の回転中心線Ｌから回転中心線Ｌと直交する線上を経由した第２の掘削ビット８１の先端までの第２距離８１ｘ（即ち、第２の掘削ビットによる掘削半径）とが異なる。
つまり、第１距離８０ｘを掘削半径とした第１の掘削ビット８０による掘削径が、先頭管６の上下の内壁面６ｃ；６ｄ間（先頭管６の一方の一対の壁面の内壁面間）の寸法９ｘよりも小さく設定され、かつ、第２距離８１ｘを掘削半径とした第２の掘削ビット８１による掘削径が、先頭管６の先頭管６の上下の内壁面６ｃ；６ｄ間の寸法９ｘよりも大きく設定されていることにより、回転掘削体４６Ａが先頭管６の先頭開口６ｔを介して先頭管６の前方及び先頭管６の内側に移動可能に構成されている。
即ち、第１距離８０ｘは、回転掘削体４６Ａが先頭管６の内側で回転中心線Ｌを回転中心として回転可能な回転半径寸法に設定されたことによって、回転掘削体４６Ａが管２内を通過可能となり、掘削機械２６を出発側の空洞部１００に引き戻して回収できる。
また、第２距離８１ｘは、回転掘削体４６Ａが先頭管６の内側で回転中心線Ｌを回転中心として回転不可能で、かつ、回転掘削体４６Ａが先頭管６の先頭開口６ｔの前方に位置された場合に回転可能な回転半径に設定される。
即ち、回転掘削体４６Ａが先頭管６の先頭開口６ｔの前方に位置された状態で回転駆動されることによって第１の掘削ビット８０及び第２の掘削ビット８１が先頭管６の先頭開口６ｔの前方位置の地盤を掘削可能であり、かつ、回転掘削体４６Ａが管２（先頭管６及び後続管７）内を通過して管２を出発させた空洞部１００に回収可能に構成される。
以上のような回転掘削体４６Ａを備えたことにより、先頭管６の先頭開口６ｔの前方において先頭開口６ｔの断面よりも上下幅の大きい断面積の孔を掘削できるので、先頭管６の先頭開口縁６ｚが地盤に衝突する前に地盤を掘削できて、管２をよりスムーズに推進させることができる。
また、掘削機械２６の回収時には、図１４（ｂ）に示すように、第２の掘削ビット群８１０の第２の掘削ビット８１の先端が、先頭管６の上の内壁面６ｃと同一平面を示す位置より上方に位置せず、かつ、先頭管６の下の内壁面６ｄと同一平面を示す位置より下方に位置しない状態にしてから、回転掘削体４６Ａを管２内に引き戻して掘削機械２６を出発側の空洞部１００に回収する。
【００３６】
即ち、実施形態６によれば、回転体５０の回転中心線Ｌから回転中心線Ｌと直交する線上を経由した第１の掘削ビット８０の先端までの第１距離８０ｘ（即ち、第１の掘削ビット８０による掘削半径）と回転体５０の回転中心線Ｌから回転中心線Ｌと直交する線上を経由した第２の掘削ビット８１の先端までの第２距離８１ｘ（即ち、第２の掘削ビットによる掘削半径）とが異なるように設定され、第１距離８０ｘを掘削半径とした第１の掘削ビット８０による掘削径が、先頭管６の案内刃管の上下の内壁面６ｃ；６ｄ間の寸法９ｘよりも小さく、第２距離８１ｘを掘削半径とした第２の掘削ビット８１による掘削径が、先頭管６の上下の内壁面６ｃ；６ｄ間の寸法９ｘよりも大きく設定された回転掘削体４６Ａを備えた。このため、先頭管６の先頭開口６ｔより前方に位置する回転掘削体４６Ａを回転させて掘削ビット８０；８１が地盤を掘削することにより、先頭管６の先頭開口６ｔの前方において、先頭管６の管の中心を中心とした四角断面であって先頭管６の先頭開口６ｔの四角断面の幅寸法（回転掘削体４６Ａの径方向に対応する幅寸法、例えば、先頭管６の上下の内壁面６ｃ；６ｄ間の寸法９ｘ）より幅寸法の大きい四角断面の孔を掘削できる。よって、先頭管６の先頭開口縁６ｚが地盤に衝突する前に、先頭管６の先頭開口６ｔよりも前方に位置する地盤を掘削ビット８０；８１により確実に掘削できるので、先頭管６の先頭開口縁６ｚが硬質の地盤に衝突して先頭管６を推進できなくなるような事態を防止でき、地山９９が硬質地盤である場合でも、管２をよりスムーズに推進させることができる。
即ち、第１の揺動用ジャッキを作動させることで、回転掘削体４６Ａによる左右方向の掘削幅が大きくなり、左右の余堀量を多くできるとともに、第２の掘削ビット群８１０を備えたので、第２の掘削ビット８１による掘削によって、先頭管６の前方において先頭管６の上下の内壁面６ｃ；６ｄ（先頭管６の一方の一対の壁面）と直交する方向である先頭管６の上下幅間隔よりも広い上下幅間隔で地山９９を掘削できるようになり、先頭管６の前方において先頭管６の上下幅方向での余堀が可能となるので、地山９９が硬質地盤である場合でも管をよりスムーズに推進させることが可能となる。
また、第１の掘削ビット８０による掘削径が先頭管６の上下の内壁面６ｃ；６ｄ間の寸法９ｘよりも小さいので、掘削機械２６等の回収時には、図１４（ｂ）に示すように、回転掘削体４６Ａが管２内を通過できるようになるので、回転掘削体４６Ａを管２内に通して引き戻すことにより掘削機械２６等を出発側の空洞部１００に回収できる。
【００３７】
また、回転体５０の外周面５１上で周方向に互いに１８０°離れた位置に設けられた各第２の掘削ビット群８１０；８１０の各掘削ビット８１の先端位置が、回転体５０の回転中心線Ｌと直交する同一の面８５上に位置しないように設定されている。つまり、回転体５０の外周面５１上で周方向に互いに１８０°離れた位置に設けられた一対の第２の掘削ビット群８１０；８１０は、回転掘削体４６Ａの回転により一方の第２の掘削ビット群８１０で掘削できない地盤部分を他方の第２の掘削ビット群８１０で掘削できるように構成されているので、先頭管６の先頭開口６ｔの四角断面の幅寸法より幅寸法の大きい四角断面の孔を効率的に掘削でき、管２をよりスムーズに推進させることができる。
【００３８】
また、各第２の掘削ビット群８１０；８１０は、回転中心線Ｌを中心として回転体５０の外周面５１上で周方向に１８０°離れた位置にそれぞれ設けられたので、回転掘削体４６Ａの回転重心を一定に保てるようになり、回転掘削体４６Ａの回転がスムーズになって効率的に掘削できて、管２をよりスムーズに推進させることができる。
また、第２の掘削ビット８１及び第１の掘削ビット８０を備えたので、第２距離８１ｘを掘削半径とした掘削径の孔を第２の掘削ビット８１及び第１の掘削ビット８０によってより効率的に掘削できるようになる。
【００３９】
尚、第２の掘削ビット群８１０は、回転体５０の外周面５１に設けられた個々の取付部８３に個々に取付けられた第２の掘削ビット８１の集合体により構成されてもよい。
【００４０】
また、回転体５０の外周面５１上において回転体５０の回転中心線Ｌに沿った方向の両方の端面に跨って回転中心線Ｌに沿った方向に直線状又は非直線状に個々の第２の掘削ビット８１が個々に並ぶように配置されていたり、回転体５０の外周面５１上において回転体５０の回転中心線Ｌに沿った方向の両方の端面に跨って回転中心線Ｌに沿った方向に直線状又は非直線状に延長する１つの掘削刃を有した第２の掘削ビットを備えた構成の回転掘削体４６Ａであって、回転掘削体４６Ａが管２の内側で回転中心線Ｌを中心として回転不可能で、かつ、先頭管６の先頭開口６ｔの前方位置で回転可能なように構成されていればよい。
【００４１】
第２の掘削ビット群８１０；８１０が回転体５０の外周面５１上で周方向に互いに１８０°離れた位置に設けられていなくてもよい。
要するに、回転掘削体４６Ａは、回転中心線Ｌから回転中心線Ｌと直交する線上を経由した第１の掘削ビット８０の先端までの第１距離８０ｘが、回転掘削体４６Ａが管６の内側で回転中心線Ｌを中心として回転可能な回転半径に設定され、回転中心線Ｌから回転中心線Ｌと直交する線上を経由した第２の掘削ビット８１の先端までの第２距離８１ｘが、回転掘削体４６Ａが管２の内側で回転中心線Ｌを中心として回転不可能で、かつ、回転掘削体４６Ａが先頭管６の先頭開口６ｔの前方に位置された場合に回転中心線Ｌを中心として回転可能な回転半径に設定されればよい。
【００４２】
実施形態７
実施形態６では、第１の掘削ビット８０と第２の掘削ビット８１とを有した回転掘削体を用いたが、掘削ビットとして第２の掘削ビット８１のみを有した回転掘削体を用いてもよい。
要するに、回転掘削体が第１の掘削ビット８０を備えない構成の場合において、回転中心線Ｌから回転中心線Ｌと直交する線上を経由した回転掘削体の回転体５０の外周面５１までの最短距離である第１距離が、回転掘削体が管６の内側で回転中心線Ｌを中心として回転可能な回転半径に設定され、回転中心線Ｌから回転中心線Ｌと直交する線上を経由した第２の掘削ビット８１（掘削ビット）の先端までの第２距離８１ｘが、回転掘削体が管２の内側で回転中心線Ｌを中心として回転不可能で、かつ、回転掘削体４６が先頭管６の先頭開口６ｔの前方に位置された場合に回転中心線Ｌを中心として回転可能な回転半径に設定されればよい。
つまり、第１距離を半径とした回転体５０の直径が、先頭管６の上下の内壁面６ｃ；６ｄ間の寸法よりも小さく設定され、かつ、第２距離８１ｘを掘削半径とした第２の掘削ビット８１による掘削径が、先頭管６の先頭管６の上下の内壁面６ｃ；６ｄ間の寸法９ｘよりも大きく設定されていることにより、回転掘削体４６Ａが先頭管６の先頭開口６ｔを介して先頭管６の前方及び先頭管６の内側に移動可能に構成される。
実施形態７によれば、第２の掘削ビット８１による掘削によって、先頭管６の前方において先頭管６の上下の内壁面６ｃ；６ｄ（先頭管６の一方の一対の壁面）と直交する方向である先頭管６の上下幅間隔よりも広い上下幅間隔で地山９９を掘削できるようになり、先頭管６の前方において先頭管６の上下幅方向での余堀が可能となるので、地山９９が硬質地盤である場合でも管をよりスムーズに推進させることが可能となる。
【００４３】
実施形態８
支柱４２の先端部に地山９９に向けて高圧水を噴射させる図外の噴射ノズルを設け、回転掘削体４６；４６Ａによる掘削とともに当該噴射ノズルより高圧水を噴射するようにした。これにより、回転掘削体４６；４６Ａの前方にも水が行き届いて回転掘削体４６；４６Ａの周囲を水が循環するので回転掘削体４６；４６Ａの周囲の泥水の濃度を均一にでき、回転掘削体４６；４６Ａの前方の泥水を確実に排泥できる。
【００４４】
実施形態９
先頭管６の先頭開口縁６ｚは、先鋭部を備えた構成とした。例えば、先頭管６の左右の壁の先端形状が湾曲凹部状に形成されて先頭管６の先頭開口縁６ｚの４隅部が鋭利な先鋭部に形成された構成とすることで、先頭開口縁６ｚが地山に食い込みやすくなる。
【００４５】
回転掘削体を１つ又は３つ以上備えた掘削機械２６を用いてもよい。
また、掘削機械２６は、先頭管６の推進方向と交差する回転中心線を回転中心として回転する回転掘削体を備えたものであってもよい。
【００４６】
また、管を推進させる方法としては、実施形態１のように管２と掘削装置３とを一緒に押圧して管設置装置１を推進させる方法、実施形態２のように管２の後端面１０２ｅを押圧して管２を推進させるとともにグリッパ装置を介して掘削装置３を牽引させるように推進させる方法等のように、管２と掘削装置３とを一緒に推進させる方法、あるいは、管２と掘削装置３とを別々に押圧して管設置装置１を推進させる方法等がある。
【００４７】
また、先に地中に入れる管の後端に後続管を連結しないようにし、地中に形成された空洞部から先に地中に入れる管のみを地中に設置して当該先に地中に入れる管のみ（即ち、１本の管）による支保工を形成するようにしてもよい。即ち、一方の空洞部１００と他方の空洞部１００とに跨る管を１本の管で形成するようにしてもよい。
【００４８】
また、管２は、断面形状が四角形状のものであればよい。尚、本発明でいう断面形状が四角形状とは、断面長方形、断面正方形、断面台形、断面平行四辺形などの四角形状を指し、四角の角部が面取りされた形状のものも含む。
また、本発明に使用する回転掘削体としては、図５；８に示すような片刃の掘削ビットを備えたものを用いてもよいし、図１４に示すような両刃の掘削ビットを備えたものを用いてもよい。
【００４９】
本発明では、回転掘削体４６の回転中心線Ｌが先頭管６の推進方向と直交する面及び先頭管６の互いに平行に対向する一対の内壁面としての先頭管６の上下の内壁面６ｃ；６ｄと平行な第１の状態に設定されるように回転掘削体４６が設置された構成を示したが、回転中心線Ｌが先頭管６の推進方向と直交する面及び先頭管６の互いに平行に対向する一対の内壁面としての先頭管６の左右の内壁面６ａ；６ｂと平行な第１の状態に設定されるように回転掘削体４６が設置された構成であってもよい。
【００５０】
本発明の空洞部１００は、シールドトンネルのセグメントで囲まれた空洞部、又は、山岳トンネルの壁で囲まれたトンネル空洞部、又は、立坑内の空間等により形成される。そして、本発明により形成される地下空間としては、上述した地下鉄ホームを形成する空間、トンネルの道路や線路における往路空間及び復路空間、トンネルの道路や線路における合流部又は分岐部、トンネルの道路や線路における拡幅部等がある。
【符号の説明】
【００５１】
１ 管設置装置、２ 管、６ 先頭管（管）、６ｔ 先頭開口、７ 後続管（管）、
１０ 地中、２５ 掘削機械揺動駆動装置、２６ 掘削機械、３０ 球体、
３０ａ 回転中心軸（第１の回転中心線）、３０ｂ 回転中心線（第２の回転中心線）、３１ 球体回転ガイド部材、３２ 球体駆動手段、４２ 支柱、４６ 回転掘削体、
１００ 空洞部、Ｌ 回転中心線。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、断面四角形状の管を地中に設置するための管設置装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、断面四角状の管を地中に設置するための管設置装置であって、管の先頭側の内側に管の推進方向と直交する回転中心線を回転中心として回転する回転掘削体を備えた管設置装置が知られている（例えば特許文献１等参照）。
また、断面円形状の曲管（管の中心線が曲線である管）を地中に設置するための管設置装置として、曲管の先頭側に曲管の推進方向に沿った回転中心線を回転中心として回転するカッタヘッドを備え、カッタヘッドの回転中心線を曲管の推進方向と交差する状態にしてカッタヘッドを揺動させることが可能な管設置装置が知られている（例えば特許文献２等参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−５２５２８号公報
【特許文献２】特開２００５−１５５０５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の管設置装置では、地山が硬質地盤である場合、先頭管の先端が硬質地盤に衝突して進行しなくなることがあった。
また、特許文献２の管設置装置では、カッタヘッドが回転可能なようにカッタヘッドの外周面が支持部材によって支持されているので、カッタヘッドの外周面と支持部材との接触支持構造として高精度な摺動装置が必要となり、また、摺動装置における支持部材とカッタヘッドとの接触部が磨耗しやすくなるので、耐久性、コスト等の面で問題がある。
さらに、特許文献１の管設置装置に特許文献２の管設置装置の接触支持構造を採用しようとした場合、上述した耐久性、コスト等の問題ばかりではなく、特許文献１の管設置装置の回転掘削体の回転中心線の向きと特許文献２の管設置装置のカッタヘッドの回転中心線の向きとが異なるため、特許文献１の管設置装置に特許文献２の管設置装置の接触支持構造を採用したとしても、管の進行に先立って管の前方において管の断面積よりも幅の広い断面積を掘削できる構成とはならず、先頭管の先端が硬質地盤に衝突して進行しなくなるという課題を解消できない。
本発明は、管の先頭側に管の推進方向と直交する回転中心線を回転中心として回転する回転掘削体を備え、管の進行に先立って管の前方において管の断面積よりも幅の広い断面積を掘削できるようにして、地山が硬質地盤である場合でも管を地中においてスムーズに推進させることができる管設置装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によれば、断面四角形状の管を地中に形成された空洞部から地中に設置する場合に、先に地中に入れる管の先頭開口の前方に管の推進方向と直交する面と平行な回転中心線を回転中心として回転する回転掘削体を設置し、管を進行させるとともに回転掘削体で地中を掘削することにより、管を推進させて地中に設置する管設置装置において、回転掘削体の支柱が固定された球体と、管の先頭開口側の内側に設置されて球体を球体の中心を回転中心として回転可能に保持する球体回転ガイド部材と、球体を球体の中心を回転中心として回す球体駆動手段とを備えたので、管の進行に先立って管の前方において管の断面積よりも幅の広い断面積で地山を掘削できるようになり、管の前方での余堀が可能となるので、地山が硬質地盤である場合でも管を地中においてスムーズに推進させることが可能な管設置装置を提供できる。
球体駆動手段として、管の互いに平行に対向する一方の一対の壁面と平行でかつ管の互いに平行に対向する他方の一対の壁面と交差するように延長する第１の回転中心線を回転中心として球体を回す球体駆動手段を備えたので、管の前方において他方の一対の壁面と直交する方向である管の左右幅間隔よりも広い左右幅間隔で地山を掘削できるようになるので、地山が硬質地盤である場合でも管を地中においてスムーズに推進させることが可能な管設置装置を提供できる。
球体駆動手段として、回転掘削体の回転中心線と平行な第２の回転中心線を回転中心として球体を回す球体駆動手段を備えたので、管の前方において前記一方の一対の壁面と直交する方向である管の上下幅間隔よりも広い上下幅間隔で地山を掘削できるようになるので、地山が硬質地盤である場合でも管を地中においてスムーズに推進させることが可能な管設置装置を提供できる。
球体駆動手段として、管の中心線と平行な第３の回転中心線を回転中心として球体を回す球体駆動手段を備えたので、管の前方において管の断面積よりも幅の広い断面積で地山を掘削できるようになるので、地山が硬質地盤である場合でも管を地中においてスムーズに推進させることが可能な管設置装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】管設置装置の横断面図（実施形態１）。
【図２】掘削機械揺動駆動装置の分解斜視図（実施形態１）
【図３】掘削機械揺動駆動装置の斜視図（実施形態１）
【図４】先頭管の内部構造を示す斜視図（実施形態１）。
【図５】管設置装置の縦断面図（実施形態１）
【図６】球体回転ガイド部材の後面側を後方側から見た図（図２のＡ−Ａ断面相当図）（実施形態１）。
【図７】回転掘削体の左右揺動状態を示す図（実施形態１）。
【図８】回転掘削体の上下揺動状態を示す図（実施形態１）。
【図９】地中への管の設置方法を示す図（実施形態１）。
【図１０】直管を設置する管設置方法により構築される支保工の例を示す断面図（実施形態１）。
【図１１】曲管を設置する管設置方法により構築される支保工の例を示す断面図（実施形態１）。
【図１２】管設置装置の断面図（実施形態６）。
【図１３】（ａ）は先頭管の先頭部分を示した斜視図、（ｂ）一対の第２の掘削ビット群の関係を示す断面図（実施形態６）。
【図１４】（ａ）は回転掘削体の掘削時の状態を示す図、（ｂ）は回転掘削体の回収時の姿勢状態を示す図（実施形態６）。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
実施形態１
図１乃至図１１に基づいて、実施形態１による地中への管設置方法を実現するための管設置装置１の基本構成及び動作について説明する。
図１に示すように、管設置装置１は、管２と、掘削装置３と、制御装置６５とを備える。尚、以下、図１における上側を管２や管設置装置１の先頭あるいは前側と定義し、図１における下側を管２や管設置装置１の後側と定義し、図１における左右側を管２や管設置装置１の左右側と定義し、図１の紙面と直交する方向の上下側を管２や管設置装置１の上下側と定義して説明する。
【０００８】
管２は、図９；図１１に示すような、円弧を描くように曲がって延長するように形成された曲管（管の中心線が曲線である管）、あるいは、図１０に示すような、真っ直ぐに延長する管（管の中心線が直線である管（以下、直管という））であって、管の中心線と直交する面で管を切断した場合の断面形状が四角状の管により形成される。管２としては例えば鋼製の管が用いられる。管２の大きさは、例えば、管の長さ（前後長さ）が１．５ｍ、左右幅が１．２ｍ、上下幅が０．７ｍである。
そして、図９；図１１に示すように、複数の曲管が順次連結されて地中１０に設置されることによって円弧を描くように曲がって延長する支保工１１が地中１０に構築されたり、図１０に示すように、複数の直管が順次連結されて地中１０に設置されることによって真っ直ぐに延長する支保工１１が地中１０に構築される。
図９に示すように、実施形態１の管設置装置１及び管設置方法によって地中に構築される支保工１１は、先頭に位置される管２（以下、先頭管という）と後続の複数の管２（以下、後続管という）とにより形成される。即ち、支保工１１は、先頭に位置される曲管である先頭管６と先頭管６の後に続くように設けられる後続の複数の曲管である後続管７とにより形成される連続する曲管６７によって構築される。
支保工１１としては、図１１（ａ）に示すように、地中１０に形成された一方の空洞部１００と他方の空洞部１００との間に跨るように複数の管２としての複数の曲管を連続させて構築される支保工１１や、図１１（ｂ）に示すように、地中１０に形成された空洞部１００から出発して当該空洞部１００に戻るように複数の管２としての複数の曲管を連続させて構築される支保工１１や、図１０に示すように、一方の空洞部１００と他方の空洞部１００との間に跨るように複数の管２としての複数の直管を連続させて設置して構築される支保工１１などがある。
【０００９】
図１に示すように、掘削装置３は、掘削機械２６と、掘削機械揺動駆動装置２５と、制御装置６５と、推進装置７０と、水供給装置７５と、排泥装置７６と、を備える。
掘削機械揺動駆動装置２５は、球体３０と、球体回転ガイド部材３１と、球体駆動手段３２とを備える。
【００１０】
実施形態１による掘削装置３は、回転掘削体４６が固定された球体３０と、先頭管６の先頭開口６ｔ側の内側に設置されて球体３０を球体３０の中心を回転中心として回転可能に保持する球体回転ガイド部材３１と、先頭管６の互いに平行に対向する一方の一対の内壁面（例えば先頭管６の左右の内壁面６ａ；６ｂ）と平行でかつ先頭管６の互いに平行に対向する他方の一対の内壁面（例えば先頭管６の上下の内壁面６ｃ；６ｄ）と交差するように延長する球体回転中心軸３０ａ（第１の回転中心線）、及び、先頭管６の互いに平行に対向する前記一方の一対の内壁面及び前記球体回転中心軸３０ａ（第１の回転中心線）と直交するように延長する球体回転中心線３０ｂ（第２の回転中心線）を回転中心として球体３０を回す球体駆動手段３２と、を有した掘削機械揺動駆動装置２５を備える。
掘削機械揺動駆動装置２５は、球体回転ガイド部材３１が先頭管６の先頭開口６ｔ側の内側に前方への移動が規制された状態で設置され、回転掘削体４６の支柱４２が球体３０に固定され、球体３０が球体３０の中心を回転中心として回転可能なように球体回転ガイド部材３１に保持され、球体駆動手段３２が球体３０を球体３０の中心を回転中心として先頭管６の左右方向及び前後方向に回すことで、支柱４２を介して球体３０に固定された回転掘削体４６が先頭管６の前方において先頭管６の左右方向又は上下方向に揺動するよう構成されている。
換言すれば、掘削機械揺動駆動装置２５は、回転掘削体４６の回転中心線Ｌが先頭管６の推進方向と直交する面及び先頭管６の互いに平行に対向する一対の内壁面（例えば先頭管６の上下の内壁面６ｃ；６ｄ）と平行な第１の状態、又は、回転掘削体４６の回転中心線Ｌが先頭管６の互いに平行に対向する前記一対の内壁面と平行でかつ先頭管６の推進方向と直交する面と直交以外の状態で交差する第２の状態（回転掘削体４６の左右揺動状態）、又は、回転掘削体４６の回転中心線Ｌが先頭管６の互いに平行に対向する一対の内壁面（例えば先頭管６の上下の内壁面６ｃ；６ｄ）と平行な状態を維持しつつ先頭管６の前記一対の内壁面と直交する方向に移動する第３の状態（回転掘削体４６の上下揺動状態）となるように、自由に設定することが可能な構成を備える。
【００１１】
球体３０は、球体３０の中心を通って上下の両端が球体３０の球面より突出する球体回転中心軸３０ａ（図４参照）を有する。この球体回転中心軸３０ａは球体回転ガイド部材３１の後述する軸収容部３４内に収容されて先頭管６の左右の内壁面６ａ；６ｂと平行な面上で軸が先頭管６の上下方向に延長するように設置され、かつ、先頭管６の左右の内壁面６ａ；６ｂと平行な面上において軸の上下端側が軸の中心点を回転中心として先頭管６の前後方向に揺動可能に設置される。そして、球体３０は、球体回転ガイド部材３１の後述する球体収容部内に収容されることによって、前記球体回転中心軸３０ａを回転中心として先頭管６の左右方向に回転可能で、かつ、球体３０の中心を通って先頭管６の左右の内壁面６ａ；６ｂ及び球体回転中心軸３０ａと直交する球体回転中心線３０ｂを回転中心として先頭管６の前後方向に回転可能に構成される。
球体３０は、球体３０の中心を通り球体回転中心軸３０ａ及び球体回転中心線３０ｂと直交して球体３０を貫通するように形成された支柱支持貫通孔１３を備える。
回転掘削体４６が取付けられる２つの分岐支柱４３；４３が先頭管６の左右の内壁面６ａ；６ｂに対して直交する状態となるように回転掘削体４６の支柱４２が支柱支持貫通孔１３を貫通した状態で球体３０に固定される。例えば、図１；２に示すように、球体３０の支柱支持貫通孔１３の前側開口の周囲は支柱支持貫通孔１３の中心線と直交する取付平面３０ｃに形成され、支柱４２には当該取付平面３０ｃに接触する取付平面４２ｃを有した固定鍔４２ｘが形成され、支柱４２の後端が支柱支持貫通孔１３を通過して球体３０の後方に突出した状態において固定鍔４２ｘの取付平面４２ｃと球体３０の取付平面３０ｃとが付き合わされてこれら固定鍔４２ｘの取付平面４２ｃと球体３０の取付平面３０ｃとが溶接や固定ボルト等の固定手段により固定される。
【００１２】
球体回転ガイド部材３１は、外周寸法が先頭管６の断面（先頭管６の中心線と直交する断面）の四角形の内周寸法とほぼ同じ寸法の四角形状の平板３１ｘに、球体収容部３３と、軸収容部３４と、排泥管保持貫通孔１４（図４参照）と、水供給管保持貫通孔１５（図４参照）とが形成された構成である。
球体回転ガイド部材３１の平板３１ｘの外周面３１ａには外周面３１ａを一周するようにゴムパッキン等の水密性能維持部材３１ｂが設けられており、平板３１ｘの外周面３１ａと先頭管６の内周面６ｘとが数ｍｍ程度（例えば５ｍｍ）の僅かな隙間を介して対向した状態で、かつ、水密性能維持部材３１ｂと先頭管６の内周面６ｘとが接触して、平板の外周面３１ａと先頭管６の内周面６ｘとの間の水密性が維持されるように、球体回転ガイド部材３１が先頭管６の先頭開口６ｔ側の内側に設置される。水密性能維持部材３１ｂは、平板３１ｘの外周面３１ａを一周するように外周面３１ａに形成された溝３１ｈ内に収容されて外周面３１ａより突出するように設けられることにより、水密性能を十分に発揮できるよう平板３１ｘの外周面３１ａに安定に設置できる。また、水密性能維持部材３１ｂは、平板３１ｘの外周面３１ａの前後側の両方に設けることが好ましい。
球体収容部３３は、球体回転ガイド部材３１の平板３１ｘの板面の中央部を貫通する貫通孔により形成され、この貫通孔の内面は、球体３０の球面と同じ曲率の凹状湾曲面により形成される。
球体収容部３３の湾曲面には、当該湾曲面を形成する貫通孔の中心線の周囲を一周するようにゴムパッキン等の水密性能維持部材３３ｂが設けられており、球体３０の球面と球体収容部３３の湾曲面とが数ｍｍ程度（例えば５ｍｍ）の僅かな隙間を介して対向した状態で、かつ、水密性能維持部材３３ｂと球体３０の球面とが接触して、球体３０の球面と球体収容部３３の湾曲面との間の水密性が維持されるように構成される。水密性能維持部材３３ｂは、球体収容部３３の湾曲面に形成された溝３３ｈ内に収容されて湾曲面より突出するように設けられることにより、水密性能を十分に発揮できるよう球体収容部３３の湾曲面に安定に設置できる。
図３に示すように、軸収容部３４は、球体収容部３３の湾曲面より延長するよう平板３１ｘに設けられた孔部により形成され、球体３０が球体回転中心線３０ｂを回転中心として回転運動した場合に球面より突出する球体回転中心軸３０ａの上下端部を前後方向に揺動可能なように収容する構成である。軸収容部３４は、球体回転中心軸３０ａの上端部を前後方向に揺動可能なように収容する上側軸収容部３４ｘと、球体回転中心軸３０ａの下端部を前後方向に移動可能なように収容する上側軸収容部３４ｙとを備える。
【００１３】
図２；図３に示すように、球体回転ガイド部材３１を形成する平板３１ｘは、前板３１Ａと後板３１Ｂとが組み合わされて構成される。
図２に示すように、前板３１Ａは、前側球収容部３３Ａと前側軸収容部３４Ａとを備える。前側球収容部３３Ａは、前板３１Ａの板面の中央部を貫通するように形成されて球体３０の前側球面を受ける凹状の湾曲面により形成される。
前側軸収容部３４Ａは、前側球収容部３３Ａの上部より延長するように前板３１Ａに設けられた前上側軸収容部３４Ａ１と前側球収容部３３Ａの下部より延長するように前板３１Ａに設けられた前下側軸収容部３４Ａ２とを備える。
前上側軸収容部３４Ａ１は、前板３１Ａの後側の板面及び前側球収容部３３Ａの湾曲面に開口し、かつ、前板３１Ａの前側の板面及び上端面に開口しない孔底部を有した孔部により構成される。前下側軸収容部３４Ａ２は、前板３１Ａの後側の板面及び前側球収容部３３Ａの湾曲面に開口し、かつ、前板３１Ａの前側の板面及び下端面に開口しない孔底部を有した孔部により構成される。
後板３１Ｂは、後側球収容部３３Ｂと後側軸収容部３４Ｂとを備える。後側球収容部３３Ｂは、後板３１Ｂの板面の中央部を貫通するように形成されて球体３０の後側球面を受ける凹状の湾曲面により形成される。
後側軸収容部３４Ｂは、後側球収容部３３Ｂの上部より延長するように後板に設けられた後上側軸収容部３４Ｂ１と後側球収容部３３Ｂの下部より延長するように後板に設けられた後下側軸収容部３４Ｂ２とを備える。
後上側軸収容部３４Ｂ１は、後板３１Ｂの前後の板面及び後側球収容部３３Ｂの湾曲面に開口し、かつ、後板３１Ｂの上端面に開口しない孔底部を有した孔部により構成される。後下側軸収容部３４Ｂ２は、後板３１Ｂの前後の板面及び後側球収容部３３Ｂの湾曲面に開口し、かつ、後板３１Ｂの下端面に開口しない孔底部を有した孔部により構成される。
例えば、前板３１Ａと後板３１Ｂとが同じ大きさに形成され、前板３１Ａ及び後板３１Ｂを構成する平板の同じ位置に、一対の前上側軸収容部３４Ａ１及び後上側軸収容部３４Ｂ１、一対の前下側軸収容部３４Ａ２及び後下側軸収容部３４Ｂ２が設けられる。
【００１４】
球体３０の前側球面が前板３１Ａの後側の板面側から前側球収容部３３Ａ内に収容され、かつ、球体３０の後側球面が後板３１Ｂの前側の板面側から後側球収容部３３Ｂ内に収容されることにより、球体３０が前側球収容部３３Ａと後側球収容部３３Ｂとで囲まれた状態となって前側球収容部３３Ａと後側球収容部３３Ｂとで形成された球収容部３３に収容されるとともに、球体回転中心軸３０ａの上下の突出部である上端部３０ｍ；下端部３０ｎが前側軸収容部３４Ａ又は後側軸収容部３４Ｂに収容された状態で、前板３１Ａの後側の板面と後板３１Ｂの前側の板面とが付き合わされて、後板３１Ｂの前側の板面の開口と前板３１Ａの後側の板面の開口とが連通された状態とする。当該状態で前板３１Ａと後板３１Ｂとが溶接等の連結手段で連結されることにより、球体回転中心軸３１ａの上端部３０ｍが前上側軸収容部３４Ａ１と後上側軸収容部３４Ｂ１とで形成された上側軸収容部３４ｘに収容されるとともに、球体回転中心軸３１ａの下端部３０ｎが前下側軸収容部３４Ａ２と後下側軸収容部３４Ｂ２とで形成された下側軸収容部３４ｙに収容され、球収容部３３に収容された球体３０が球体３０の中心を回転中心として回転可能となった球体組立体３００が得られる。尚、上側軸収容部３４ｘ及び後下側軸収容部３４ｙは、先頭管６の上下の内壁面６ｃ；６ｄと直交する垂直線上に設けられることが好ましいが、先頭管６の上下の内壁面６ｃ；６ｄと交差する直線上に設けられていればよい。
そして、球体組立体３００において、後板３１Ｂの後側の板面よりも後方に突出する球体３０の支柱支持貫通孔１３の後側開口の左右両側の球面に球体側連結フランジ３０ｄ；３０ｄを溶接等の固定手段で固定する。
【００１５】
球体駆動手段３２は、球体回転中心軸３０ａを回転中心として球体３０を先頭管６の左右方向に揺動させるための左右の揺動用ジャッキ３５；３５と、球体回転中心線３０ｂを回転中心として球体３０を先頭管６の上下方向に揺動させるための上下の揺動用ジャッキ３６；３６とを備える。
【００１６】
後述するように先頭管６の先頭開口６ｔ側の内面に固定された推進力受け部６３に球体組立体３００の前板３１Ａの前側の板面を接触させて、球体組立体３００の前方への移動が推進力受け部６３で規制される状態に球体組立体３００を設置する。
そして、揺動用ジャッキ３５のピストン３５ａの先端側に設けたピストン側連結フランジ３５ｂと球体３０に取付けられた球体側連結フランジ３０ｄとが図外のボルト・ナット等の固定手段により固定されるとともに、揺動用ジャッキ３５のシリンダ３５ｃの基端側に設けたシリンダ側連結フランジ３５ｄと後述の推進力伝達構成部６４に設けた固定側連結フランジ６４ｒとが図外のボルト・ナット等の固定手段により固定される。
尚、揺動用ジャッキ３５のピストン３５ａの先端及びシリンダ３５ｃの基端には球面軸受３５ｘが設けられており、球体３０が回転するよう運動した場合に球面軸受３５ｘにより揺動用ジャッキ３５が姿勢を変更できるように構成されている。
また、上の揺動用ジャッキ３６はピストン３６ａの先端に球体回転中心軸３０ａの球面より突出する上端部を押圧する押圧板３６ｂを備え、下の揺動用ジャッキ３６はピストン３６ａの先端に球体回転中心軸３０ａの球面より突出する下端部を押圧する押圧板３６ｂを備える。押圧板３６ｂは、先端形状が球体回転中心軸３０ａを取り込む凹部形状に形成される。上の揺動用ジャッキ３６は、ピストン３６ａの先端に設けられた押圧板３６ｂが上側軸収容部３４ｘ内を前後方向に移動可能なようにシリンダ３６ｂの基端側が上側ジャッキ反力受部材１８ａに固定され、下の揺動用ジャッキ３６は、ピストン３６ａの先端に設けられた押圧板３６ｂが下側軸収容部３４ｙ内を前後方向に移動可能なようにシリンダ３６ｂの基端側が下側ジャッキ反力受部材１８ｂに固定される（図４参照）。
【００１７】
以上により、球体駆動手段３２が球体３０を球体３０の中心を回転中心として先頭管６の左右方向及び前後方向に回すことで、支柱４２を介して球体３０に固定された回転掘削体４６を先頭管６の前方において先頭管６の左右方向又は上下方向に揺動させることがでる掘削機械揺動駆動装置２５が構成される。
【００１８】
先頭管６の先頭開口縁６ｚは、地山９９に食い込みやすいように、先細の傾斜面に形成される（図５参照）。
排泥管保持貫通孔１４は、球体回転ガイド部材３１の平板３１ｘの板面の下部側の左右をそれぞれ貫通するように２つ設けられる。水供給管保持貫通孔１５は、球体回転ガイド部材３１の平板３１ｘの板面の上部側の左右をそれぞれ貫通するように２つ設けられる。排泥管保持貫通孔１４；１４には、排泥管７６ｃの先端部が貫通した状態で保持される。水供給管保持貫通孔１５；１５は、水供給管７５ｃの先端部が貫通した状態で保持される（図６参照）。
【００１９】
掘削機械２６は、支持部４０と、回転部４１とを備える。
支持部４０は、１つの支柱４２と２つの分岐支柱４３とが組合されたＴ字状の中空支柱により形成される。２つの分岐支柱４３は、支柱４２の先端部より支柱４２の延長方向と直交する一直線上において互いに離れる方向に延長する。
回転部４１は、回転機構部４５と、回転掘削体４６とを備える。回転機構部４５は、例えばモータ４７により構成される。分岐支柱４３の両方の先端には、それぞれモータマウント４４が設けられ、各モータマウント４４；４４には、モータ４７のケーシング４８が固定される。２つのモータ４７；４７の回転軸４９；４９は、支柱４２の先端部より支柱の延長方向と直交する一直線上（即ち、分岐支柱４３の中心線線上）において互いに離れる方向に延長する。
回転掘削体４６は、例えば円筒部５０ａと円筒部５０ａの他端を閉塞する底板５０ｂとを有した一端開口他端閉塞の円形箱状の回転体５０と、回転体５０の円筒部５０ａの外周面５１に設けられた複数の掘削ビット５２とを備えた構成である。
尚、回転体５０の回転中心線Ｌから回転中心線Ｌと直交する線上を経由した掘削ビット５２の先端までの距離を掘削ビット５２の掘削半径とした掘削ビット５２による掘削径は、先頭管６の上下の内壁面６ｃ；６ｄ間の寸法よりも小さい。
【００２０】
モータ４７は、例えば、流体圧により作動するモータ、あるいは、電気で作動するモータを用いる。例えば油圧モータ（以下、油圧モータ４７と言う）を用いる場合、駆動源２７としての油圧源５５と油圧モータ４７のケーシング４８内とが圧油供給路５６ａ及び油帰還路５６ｂを形成する耐圧ホース５６で繋がれる。即ち、耐圧ホース５６は支持部４０のＴ字状の中空路を介して油圧モータ４７のケーシング４８に接続される。油圧モータ４７は、耐圧ホース５６を介してケーシング４８内に供給される圧油によって回転軸４９が回転するように構成される。
例えば、回転掘削体４６の回転体５０の底板５０ｂの内面５３の円中心と回転軸４９の回転中心とが一致するように、回転体５０の底板５０ｂの内面５３と油圧モータ４７により回転する回転軸４９の先端に設けられた連結板５４とがねじ等の連結具５７により連結される。即ち、２つの回転掘削体４６；４６が先頭管６の先頭開口６ｔよりも前方に位置され、２つの回転掘削体４６；４６が２つの回転軸４９；４９に共通の１つの回転中心線Ｌを回転中心として回転するように構成される。このような２つの回転掘削体４６；４６を備えた構成は、ツインヘッダと呼ばれる。
実施形態１では、上述したように、２つの回転掘削体４６；４６の回転中心線Ｌが先頭管６の推進方向と直交する面と平行な状態及び先頭管６の上下の内壁面６ｃ；６ｄと平行な第１の状態で地山９９を掘削した場合、推進方向と直交する面内における回転掘削体４６の掘削幅を大きくでき、さらに、断面四角形状に掘削できるので、掘削幅に応じた四角幅の管２を容易に地中１０に設置できるようになる。
また、実施形態１では、掘削機械揺動駆動装置２５の左右の揺動用ジャッキ３５；３５を作動させ、球体回転中心軸３０ａを回転中心として球体３０を回すことにより、図７に示すように、２つの回転掘削体４６；４６の回転中心線Ｌが先頭管６の推進方向と直交する面と直交以外の状態で交差しかつ先頭管６の下の内壁面６ｄと平行な第２の状態で地山９９を掘削した場合、先頭管６の前方において先頭管６の左右幅間隔よりも幅の広い左右幅間隔で地山９９を掘削できるので、先頭管６が推進する際に先頭管６の先頭開口６ｔが地山９９の硬質層に衝突する可能性が少なくなり、先頭管６をスムーズに推進させることができるようになる。
さらに、実施形態１では、掘削機械揺動駆動装置２５の上下の揺動用ジャッキ３６；３６を作動させ、球体回転中心線３０ｂ（第２の回転中心線）を回転中心として球体３０を回すことにより、図８に示すように、２つの回転掘削体４６；４６の回転中心線Ｌが先頭管６の下の内壁面６ｄと平行な状態を維持しつつ、先頭管６の上下方向に移動した第３の状態で地山９９を掘削した場合、先頭管６の前方において先頭管６の上下幅間隔よりも幅の広い上下幅間隔で地山９９を掘削できるので、先頭管６が推進する際に先頭管６の先頭開口６ｔが地山９９の硬質層に衝突する可能性が少なくなり、先頭管６をスムーズに推進させることができるようになる。
【００２１】
推進装置７０は、推進駆動源６１と、上述した球体回転ガイド部材３１と、推進駆動源６１による推進力を球体回転ガイド部材３１に伝達する推進力伝達手段６２と、球体回転ガイド部材３１に伝達された推進力を先頭管６に伝達する推進力受け部６３とを備える。
推進力受け部６３は、先頭管６の先頭開口６ｔ側の内側に設置された球体回転ガイド部材３１の前板３１Ａの前側の板面に接触して球体回転ガイド部材３１の前方への移動を規制するとともに球体回転ガイド部材３１に伝達された推進力を先頭管６に伝達することができるように、先頭管６の先頭開口６ｔ側の内面に溶接、ボルト・ナット等の固定手段で固定されている。
推進力伝達手段６２は、推進力伝達構成部６４と、推進力伝達棒状体７１と、推進力伝達用の当て材７２とを備える。
推進力伝達構成部６４は、例えば、Ｈ形鋼を組み合わせて形成される。例えば、案内部材３１の筒の左端後端面と連結されて上下に延長するよう設けられた前左側上下延長柱部６４ａと、案内部材３１の筒の右端後端面と連結されて上下に延長するよう設けられた前右側上下延長柱部６４ｂと、ジャッキ反力受部材１８ａ；１８ｂの左端部と連結されて上下に延長するよう設けられた後左側上下延長柱部６４ｃと、ジャッキ反力受部材１８ａ；１８ｂの右端部と連結されて上下に延長するよう設けられた後右側上下延長柱部６４ｄと、前後方向に延長して先端と前左側上下延長柱部６４ａとが連結され後端と後左側上下延長柱部６４ｃとが連結された左連結部６４ｅと、前後方向に延長して先端と前右側上下延長柱部６４ｂとが連結され後端と後右側上下延長柱部６４ｄとが連結された右連結部６４ｆとを備える。
【００２２】
推進力伝達棒状体７１は、一端から他端までの長さが推進力伝達構成部６４の後端面６４ｘと先頭管６の後端面１０２ｅとの間の最短距離よりも長い寸法に形成された棒状体である。推進力伝達棒状体７１としては例えばＨ形鋼を用いる。
推進力伝達棒状体７１は、中心線が先頭管６の中心線と同一方向を向くように設置される。左側の推進力伝達棒状体７１Ａの先端面と後左側上下延長柱部６４ｃの後面における上下の中央位置とが連結され、右側の推進力伝達棒状体７１Ｂの先端面と後右側上下延長柱部６４ｄの後面における上下の中央位置とが連結される。
【００２３】
推進駆動源６１は、例えば、油圧ジャッキ６１Ａにより構成される。油圧ジャッキ６１Ａのピストンロッド６１ａの先端には押圧板６１ｂが設けられる。油圧ジャッキ６１のシリンダ６１ｃは図外のジャッキ反力受部材に固定されている。
【００２４】
そして、当て材７２を、先頭管６の後端面１０２ｅより後方に突出する左右の推進力伝達棒状体７１Ａ；７１Ｂの他端間に跨るように設置して左右の推進力伝達棒状体７１Ａ；７１Ｂの他端に図外のボルトや万力装置などで連結し、当て材７２における左右の推進力伝達棒状体７１Ａ；７１Ｂの他端間の中央部分を油圧ジャッキ６１Ａの押圧板６１ｂで押圧することにより、油圧ジャッキ６１Ａによる押圧力が、推進力伝達棒状体７１、推進力伝達構成部６４、球体回転ガイド部材３１、推進力受け部６３を介して先頭管６及び回転掘削体４６；４６に伝達されるので、先頭管６が前方に推進するとともに回転掘削体４６；４６が前方に推進する。
この場合、後右側上下延長柱部６４ｄの後面における上下の中央位置に連結された右側の推進力伝達棒状体７１Ｂと後左側上下延長柱部６４ｃの後面における上下の中央位置に連結された左側の推進力伝達棒状体７１Ａとを介して推進力伝達構成部６４に伝達された推進力が球体回転ガイド部材３１の後端面３１ｒの四隅部に伝達される構成としたので（図２；図３；図６参照）、球体回転ガイド部材３１に推進力を均等に伝達でき、掘削機械揺動駆動装置２５の揺動動作の安定化が図れる。
【００２５】
水供給装置７５は、水貯留タンク７５ａと、送水用のポンプ７５ｂと、水供給管７５ｃと、水供給管７５ｃの前端開口部を保持する水供給管保持貫通孔１５とを備える。
水供給管７５ｃは例えば鋼管により形成される。前端開口を介して球体回転ガイド部材３１の前面３１ｆの前方の地山９９に水を放出することが可能なように水供給管７５ｃの前端開口側が球体回転ガイド部材３１の水供給管保持貫通孔１５に固定される。水供給管７５ｃの後端開口と送水用のポンプ７５ｂの吐出口とが連通可能に連結される。そして、送水用のポンプ７５ｂの吸込口と水貯留タンク７５ａとが図外の連結管により連通可能に連結される。水供給装置７５は、先頭管６の上部内側の左右側に２系統設けられる。
【００２６】
排泥装置７６は、排泥タンク７６ａと、排泥用のポンプ７６ｂと、排泥管７６ｃと、排泥管７６ｃの前端開口部を保持する排泥管保持貫通孔１４とを備える。
排泥管７６ｃは例えば鋼管により形成される。球体回転ガイド部材３１の前面３０ｆの前方に集まった掘削土を前端開口を介して取り込むことが可能なように排泥管７６ｃの前端開口側が球体回転ガイド部材３１の排泥管保持貫通孔１４に固定される。排泥管７６ｃの後端開口と排泥用のポンプ７６ｂの吸込口とが連通可能に連結される。そして、排泥用のポンプ７６ｂの吐出口と排泥タンク７６ａとが図外の連結管により連通可能に連結される。排泥装置７６は、先頭管６の下部内側の左右側に２系統設けられる。
【００２７】
尚、水貯留タンク７５ａ及び排泥タンク７６ａは、例えば水貯留タンク７５ａと排泥タンク７６ａとが一体となった集合タンク７５Ｘにより構成される。即ち、集合タンク７５Ｘの内部に仕切体７５ｗを設けて集合タンク７５Ｘの内部を２つの領域に区切り、一方の領域を水貯留タンク７５ａとして使用し、他方の領域を排泥タンク７６ａとして使用する。
つまり、最初に一定量の水を集合タンク７５Ｘ内に満たしておき、送水用のポンプ７５ｂを駆動して球体回転ガイド部材３１の前方に水を圧送すると、球体回転ガイド部材３１の前方に圧送された水と回転掘削体４６；４６により掘削された土砂とが混ざって泥水となる。そして、排泥用のポンプ７６ｂを駆動することにより、球体回転ガイド部材３１の前方の泥水が排泥タンク７６ａに排出される。排泥タンク７６ａに排出された泥水中の泥が排泥タンク７６ａの底に沈殿するとともに、仕切体７５ｗを越えて水貯留タンク７５ａに入り込んだ泥水が再び送水用のポンプ７５ｂによって球体回転ガイド部材３１の前方に圧送される。即ち、泥水を循環させて球体回転ガイド部材３１の前方に供給できるようになるので、水の使用量を減らすことができる。また、水よりも比重が大きい泥水を球体回転ガイド部材３１の前方に供給できるので、地盤及び地下水の圧力に抵抗できて、地盤及び地下水の圧力と球体回転ガイド部材３１の前方に供給した圧力とを均等にしやすくなるので、地盤沈下等、地中１０に与える影響を少なくすることができる。また、球体回転ガイド部材３１の前方が泥水化するので、排泥をスムーズに行えるようになり、掘削しやすくなる。
尚、最初から泥水を集合タンク７５Ｘ内に満たしておき、送水用のポンプ７５ｂを駆動して球体回転ガイド部材３１の前方と集合タンク７５Ｘ内との間で泥水を循環させてもよい。
【００２８】
次に管設置装置１による地中１０への管２の設置方法を説明する。
掘削機械２６と、掘削機械揺動駆動装置２５と、当て材７２を除いた推進装置７０と、水供給管７５ｃと、排泥管７６ｃとが組立てられた組立体を、掘削回転体４６側から先頭管６の後端開口を介して先頭管６内に入れていき、球体回転ガイド部材３１の前端面３１ｆと先頭管６の内側に固定された推進力受け部６３とを接触させる。そして、先頭管６の後端面１０２ｅより後方に突出する左右の推進力伝達棒状体７１Ａ；７１Ｂの他端間に跨るように当て材７２を設置して当て材７２を左右の推進力伝達棒状体７１Ａ；７１Ｂの他端に図外のボルトや万力装置などで連結する。そして、送水用のポンプ７５ｂを駆動して球体回転ガイド部材３１の前方に泥水を供給し、球体回転ガイド部材３１の前方と集合タンク７５Ｘ内との間で泥水を循環させるとともに、制御装置６５による制御によって、油圧源５５から油圧モータ４７に圧油を供給して回転掘削体４６を回転させながら、推進駆動源６１を作動させて当て材７２に推進力を加えることで、推進力が、推進力伝達棒状体７１、推進力伝達構成部６４、球体回転ガイド部材３１、推進力受け部６３を介して先頭管６及び回転掘削体４６；４６に伝達され、先頭管６が前方に推進するとともに回転掘削体４６；４６が前方に推進する。この際、制御装置６５による制御によって、左右の揺動用ジャッキ３５；３５を作動させ、球体３０を球体回転中心軸３０ａを回転中心として回すことにより、掘削回転体４６が先頭管６の前方において先頭管６の左右方向に首振りのように揺動して地山９９を掘削する。これにより、先頭管６の前方において先頭管６の左右幅間隔よりも広い左右間隔幅で地山９９が掘削されるので、先頭管６が推進する際に先頭管６の先端が硬質地盤の地山９９に衝突する可能性が少なくなり、先頭管６をスムーズに推進させることができる。また、制御装置６５による制御によって、上下の揺動用ジャッキ３６；３６を作動させ、球体３０を球体回転中心線３０ｂを回転中心として回すことにより、掘削回転体４６が先頭管６の前方において先頭管６の上下方向に首振りのように揺動して地山９９を掘削する。これにより、先頭管６の前方において先頭管６の上下幅間隔よりも広い上下間隔幅で地山９９が掘削されるので、先頭管６が推進する際に先頭管６の先端が硬質地盤の地山９９に衝突する可能性が少なくなり、先頭管６をスムーズに推進させることができる。
先頭管６の後端面１０２ｅを残して先頭管６が地中１０に設置された後、先頭管６の後端面１０２ｅに後続管７を溶接、又は、ボルト等の固定具により接続し、さらに、先頭の推進力伝達棒状体７１の他端と後続の推進力伝達棒状体７１の一端とをボルト、又は、溶接により結合することにより、先頭の推進力伝達棒状体７１の後ろに後続の推進力伝達棒状体７１を継ぎ足すとともに、また、耐圧ホース５６の他端に図外の延長耐圧ホースを継ぎ足し、水供給管７５ｃの他端に図外の延長水供給管を継ぎ足し、排泥管７６ｃの他端に図外の延長排泥管を継ぎ足していく。そして、当て材７２を、後続管７の後端縁より後方に突出する左右の推進力伝達棒状体７１Ａ；７１Ｂの他端間に跨るように設置して、当て材７２を油圧ジャッキ６１Ａのピストンロッド６１ａで押圧しながら、回転掘削体４６；４６を回転駆動させることにより、回転掘削体４６が掘削を行いながら先頭管６が推進し、後続管７が地中に設置される。
以後、同様に、前の後続管７の後端縁に後の後続管７を順次連結して地中１０に設置していくことで、支保工１１を構築できる。
【００２９】
支保工１１を構築した後は、掘削始点となった出発側の空洞部１００内に掘削機械２６等を引き戻して回収する。実施形態１によれば、推進力伝達棒状体７１を継ぎ足していくことから、掘削機械２６等を回収する際には、最後尾の推進力伝達棒状体７１側から推進力伝達棒状体７１の１個長さ分ずつ空洞部１００内に引き戻して、最後尾側から先頭まで順番に推進力伝達棒状体７１を取り外していくことにより、掘削機械２６等を容易に回収できるようになる。この場合、推進装置の一例である油圧ジャッキ６１Ａを掘削始点となる空洞部１００内にのみ設置すればよいので、装置コストを低減できる。
尚、到達側の空洞部１００内に掘削機械２６等を押し出して回収するようしてもよい。
例えば、先頭管６を到達側の空洞部１００に押し出して推進力受け部６３を除去してから、到達側の空洞部１００内に掘削機械２６等を押し出して回収する。この場合、掘削機械２６等を掘削始点となった空洞部１００内に引き戻す作業よりも掘削機械２６等を到達側の空洞部１００内に押し出す作業の方が容易となるので、掘削機械２６等の回収作業が容易となる。
図１１（ｂ）のように、地中１０に形成された１つの空洞部１００から出発して当該空洞部１００に戻るように支保工１１を構築する場合には、掘削機械２６等が１つの空洞部１００の到達口に到達したならば掘削機械２６等を到達口から当該空洞部１００内に押し出すようにして回収すれば、掘削機械２６等の回収作業が容易となるとともに、油圧ジャッキ６１Ａを当該１つの空洞部１００内にのみ設置すればよいので装置コストも低減できる。
【００３０】
実施形態１によれば、管設置装置１が掘削機械揺動駆動装置２５を備えたので、先頭管６の前方の地山９９を回転掘削体４６で掘削する際に球体回転ガイド部材駆動手段３２を作動させて球体３０を回すことにより、回転掘削体４６を先頭管５６の前方において先頭管６の左右方向又は上下方向に揺動させることができ、回転掘削体４６が左右方向又は上下方向に揺動しない場合と比べて、掘削可能な左右幅又は上下幅を大きくできる。即ち、先頭管６の進行に先立って先頭管６の前方において先頭管６の断面積よりも左右幅又は上下幅の広い断面積を掘削でき、先頭管６の前方の左右上下において余堀を行えるようになるので、地山９９が硬質地盤である場合でも、先頭管６を地中１０においてスムーズに推進させることができる。
即ち、球体駆動手段３２として、先頭管６の互いに平行に対向する上下の内壁面６ｃ；６ｄ（一方の一対の壁面）と平行でかつ先頭管６の互いに平行に対向する左右の内壁面６ａ；６ｂ（他方の一対の壁面）と交差するように延長する回転中心軸３０ａ（第１の回転中心線）を回転中心として球体を回すための左右一対の揺動用ジャッキ３５；３５と、回転掘削体４６の回転中心線Ｌと平行な回転中心線３０ｂ（第２の回転中心線）を回転中心として球体を回す上下一対の揺動用ジャッキ３６；３６とを備えたので、先頭管６の前方において、先頭管６の左右の内壁面６ａ；６ｂと直交する方向である先頭管６の左右幅間隔よりも広い左右幅間隔で地山を掘削できるようになるとともに、先頭管６の上下の内壁面６ｃ；６ｄと直交する方向である先頭管６の上下幅間隔よりも広い上下幅間隔で地山を掘削できるようになるので、地山が硬質地盤である場合でも管を地中においてスムーズに推進させることが可能な管設置装置を提供できる。
【００３１】
実施形態２
グリッパ装置を用いて先頭管６を推進させるようにしてもよい。この場合、グリッパ装置は、例えば、球体回転ガイド部材３１の後板３１Ｂに固定されて球体回転ガイド部材３１の後方に延長するように設けられた図外の複数のジャッキ支持体と、ジャッキのシリンダがジャッキ支持体に固定されてジャッキのピストンが伸長することで先頭管６の内面に突っ張るように接触する複数のジャッキとを備えて構成される。
複数のジャッキのピストンを伸長させて先頭管６の内面に突っ張るように作動させた後、先頭管６の後端面１０２ｅを推進ジャッキ６１Ａで押圧して先頭管６を推進させた場合、先頭管６と、掘削機械揺動駆動装置２５と、掘削機械２６とを一緒に推進させることができ、推進力伝達手段６２と推進力受け部６３とを不要とできる。このため、掘削機械２６等を到達側で回収できるようになる。
また、地山９９側から球体回転ガイド部材３１に加わる水圧に十分に対抗できるようになる。
【００３２】
実施形態３
実施形態１では、球体回転中心軸３０ａ及び球体回転中心線３０ｂを回転中心として球体３０を回すことで、回転掘削体４６を先頭管６の前方において先頭管６の左右方向又は上下方向に揺動させるための第１の揺動用ジャッキとしての揺動用ジャッキ３５；３５、及び、第２の揺動用ジャッキとしての揺動用ジャッキ３６；３６を備えた構成を示したが、さらに、先頭管６の中心線（球体３０の支柱支持貫通孔１３及び支柱４２の中心線）を第３の回転中心線とし、この第３の回転中心線を回転中心として球体３０を回して回転掘削体４６の回転中心線Ｌが先頭管６の左右の内壁面６ｃ；６ｄと直交以外の状態で交差するように回転掘削体４６を揺動させるための図外の第３の揺動用ジャッキを設けてもよい。第３の揺動用ジャッキは、例えばピストンが先頭管６の上下方向に伸縮するように設けられた一対の油圧ジャッキにより構成される。尚、球体３０の支柱支持貫通孔１３及び支柱４２の中心線と先頭管６の中心線とが一致しないように回転掘削体４６；４６が設けられる場合には、第３の回転中心線は、先頭管６の中心線と平行な球体３０の支柱支持貫通孔１３及び支柱４２の中心線となる。尚、この場合、球体３０が第３の回転中心線を回転中心として回転する方向に球体３０の軸部３０ｍ、３０ｎも回転するので、軸部３０ｍ、３０ｎを収容する上側軸収容部３４ｘ、下側軸収容部３４ｙは、第３の回転中心線を回転中心として回転する球体３０の回転方向に軸部３０ｍ、３０ｎが移動可能な空間を備えた構成とする。
【００３３】
実施形態４
実施形態３では、第１の揺動用ジャッキ、第２の揺動用ジャッキ、第３の揺動用ジャッキのすべてを備えた構成を示したが、第１の揺動用ジャッキ、第２の揺動用ジャッキ、第３の揺動用ジャッキのうちの１つ以上を備えた構成としてもよい。
【００３４】
実施形態５
上記各実施形態では、一対のジャッキにより構成された第１の揺動用ジャッキ、第２の揺動用ジャッキ、第３の揺動用ジャッキを用いた例を示したが、第１の揺動用ジャッキ、第２の揺動用ジャッキ、第３の揺動用ジャッキを、それぞれ１つのジャッキで構成してもよい。
【００３５】
実施形態６
第１の揺動用ジャッキのみを備えた構成の場合には、回転掘削体として、図１２乃至図１４に示すような、回転体５０の外周面５１より突出するように設けられた掘削刃としての第１の掘削ビット８０及び第２の掘削ビット８１とを備えた構成の回転掘削体４６Ａを用いることにより、先頭管６の前方の上下において余堀を行えるようになる。
複数個の第２の掘削ビット８１が回転体５０の回転中心線Ｌに沿った方向に並べられて第２の掘削ビット群８１０が構成される。
回転体５０の外周面５１には複数のビット取付部８３が点在するように設けられる。第１の掘削ビット８０は、回転体５０の外周面５１に設けられた個々のビット取付部８３に１つ１つ個別に着脱可能に取り付けられる。第２の掘削ビット８１は、回転体５０の外周面に設けられた複数のビット取付部８３に着脱可能に取り付けられるビット設置板８４に設けられる。即ち、第２の掘削ビット群８１０は、ビット取付部８３に取り付けられて回転体５０の回転中心線Ｌ（回転掘削体４６の回転中心線Ｌ）に沿って回転体５０の外周面５１の周面幅（回転中心線Ｌに沿った方向の幅、即ち、回転体５０の回転中心線Ｌに沿った方向の両方の端面）に渡って延長するビット設置板８４のビット設置面８４ａに、複数の第２の掘削ビット８１が回転中心線Ｌに沿った方向に並ぶように着脱可能又は固定的に設けられた構成である。
１つの１つの回転掘削体４６Ａは、複数の第２の掘削ビット群８１０；８１０を備え、２つの第２の掘削ビット群８１０；８１０は、回転体５０の外周面５１の周方向に互いに１８０°離れた位置にそれぞれ設けられた一対の２つの第２の掘削ビット群８１０；８１０が例えば三対設けられる。第１の掘削ビット８０は、回転体５０の外周面５１上において第２の掘削ビット群８１０が設けられていない部分に設けられる。
図１３（ｂ）に示すように、回転体５０の外周面５１上で周方向に互いに１８０°離れた位置に設けられた各第２の掘削ビット群８１０；８１０の各掘削ビット８１の先端は、回転体５０の回転中心線Ｌと直交する同一の面８５上に位置しないように設定されている。つまり、一方の第２の掘削ビット群８１０において互いに隣り合う各掘削ビット８１間で掘削されない地盤部分を他方の第２の掘削ビット群８１０の各掘削ビット８１で掘削できるように構成されている。要するに、１つの１つの回転掘削体４６Ａは、一方の第２の掘削ビット群８１０で掘削できない地盤部分を他方の第２の掘削ビット群８１０で掘削できるようにした相補的な一対の第２の掘削ビット群８１０；８１０を備えた構成である。
そして、図１４（ａ）に示すように、回転体５０の回転中心線Ｌから回転中心線Ｌと直交する線上を経由した第１の掘削ビット８０の先端までの第１距離８０ｘ（即ち、第１の掘削ビット８０による掘削半径）と回転体５０の回転中心線Ｌから回転中心線Ｌと直交する線上を経由した第２の掘削ビット８１の先端までの第２距離８１ｘ（即ち、第２の掘削ビットによる掘削半径）とが異なる。
つまり、第１距離８０ｘを掘削半径とした第１の掘削ビット８０による掘削径が、先頭管６の上下の内壁面６ｃ；６ｄ間（先頭管６の一方の一対の壁面の内壁面間）の寸法９ｘよりも小さく設定され、かつ、第２距離８１ｘを掘削半径とした第２の掘削ビット８１による掘削径が、先頭管６の先頭管６の上下の内壁面６ｃ；６ｄ間の寸法９ｘよりも大きく設定されていることにより、回転掘削体４６Ａが先頭管６の先頭開口６ｔを介して先頭管６の前方及び先頭管６の内側に移動可能に構成されている。
即ち、第１距離８０ｘは、回転掘削体４６Ａが先頭管６の内側で回転中心線Ｌを回転中心として回転可能な回転半径寸法に設定されたことによって、回転掘削体４６Ａが管２内を通過可能となり、掘削機械２６を出発側の空洞部１００に引き戻して回収できる。
また、第２距離８１ｘは、回転掘削体４６Ａが先頭管６の内側で回転中心線Ｌを回転中心として回転不可能で、かつ、回転掘削体４６Ａが先頭管６の先頭開口６ｔの前方に位置された場合に回転可能な回転半径に設定される。
即ち、回転掘削体４６Ａが先頭管６の先頭開口６ｔの前方に位置された状態で回転駆動されることによって第１の掘削ビット８０及び第２の掘削ビット８１が先頭管６の先頭開口６ｔの前方位置の地盤を掘削可能であり、かつ、回転掘削体４６Ａが管２（先頭管６及び後続管７）内を通過して管２を出発させた空洞部１００に回収可能に構成される。
以上のような回転掘削体４６Ａを備えたことにより、先頭管６の先頭開口６ｔの前方において先頭開口６ｔの断面よりも上下幅の大きい断面積の孔を掘削できるので、先頭管６の先頭開口縁６ｚが地盤に衝突する前に地盤を掘削できて、管２をよりスムーズに推進させることができる。
また、掘削機械２６の回収時には、図１４（ｂ）に示すように、第２の掘削ビット群８１０の第２の掘削ビット８１の先端が、先頭管６の上の内壁面６ｃと同一平面を示す位置より上方に位置せず、かつ、先頭管６の下の内壁面６ｄと同一平面を示す位置より下方に位置しない状態にしてから、回転掘削体４６Ａを管２内に引き戻して掘削機械２６を出発側の空洞部１００に回収する。
【００３６】
即ち、実施形態６によれば、回転体５０の回転中心線Ｌから回転中心線Ｌと直交する線上を経由した第１の掘削ビット８０の先端までの第１距離８０ｘ（即ち、第１の掘削ビット８０による掘削半径）と回転体５０の回転中心線Ｌから回転中心線Ｌと直交する線上を経由した第２の掘削ビット８１の先端までの第２距離８１ｘ（即ち、第２の掘削ビットによる掘削半径）とが異なるように設定され、第１距離８０ｘを掘削半径とした第１の掘削ビット８０による掘削径が、先頭管６の案内刃管の上下の内壁面６ｃ；６ｄ間の寸法９ｘよりも小さく、第２距離８１ｘを掘削半径とした第２の掘削ビット８１による掘削径が、先頭管６の上下の内壁面６ｃ；６ｄ間の寸法９ｘよりも大きく設定された回転掘削体４６Ａを備えた。このため、先頭管６の先頭開口６ｔより前方に位置する回転掘削体４６Ａを回転させて掘削ビット８０；８１が地盤を掘削することにより、先頭管６の先頭開口６ｔの前方において、先頭管６の管の中心を中心とした四角断面であって先頭管６の先頭開口６ｔの四角断面の幅寸法（回転掘削体４６Ａの径方向に対応する幅寸法、例えば、先頭管６の上下の内壁面６ｃ；６ｄ間の寸法９ｘ）より幅寸法の大きい四角断面の孔を掘削できる。よって、先頭管６の先頭開口縁６ｚが地盤に衝突する前に、先頭管６の先頭開口６ｔよりも前方に位置する地盤を掘削ビット８０；８１により確実に掘削できるので、先頭管６の先頭開口縁６ｚが硬質の地盤に衝突して先頭管６を推進できなくなるような事態を防止でき、地山９９が硬質地盤である場合でも、管２をよりスムーズに推進させることができる。
即ち、第１の揺動用ジャッキを作動させることで、回転掘削体４６Ａによる左右方向の掘削幅が大きくなり、左右の余堀量を多くできるとともに、第２の掘削ビット群８１０を備えたので、第２の掘削ビット８１による掘削によって、先頭管６の前方において先頭管６の上下の内壁面６ｃ；６ｄ（先頭管６の一方の一対の壁面）と直交する方向である先頭管６の上下幅間隔よりも広い上下幅間隔で地山９９を掘削できるようになり、先頭管６の前方において先頭管６の上下幅方向での余堀が可能となるので、地山９９が硬質地盤である場合でも管をよりスムーズに推進させることが可能となる。
また、第１の掘削ビット８０による掘削径が先頭管６の上下の内壁面６ｃ；６ｄ間の寸法９ｘよりも小さいので、掘削機械２６等の回収時には、図１４（ｂ）に示すように、回転掘削体４６Ａが管２内を通過できるようになるので、回転掘削体４６Ａを管２内に通して引き戻すことにより掘削機械２６等を出発側の空洞部１００に回収できる。
【００３７】
また、回転体５０の外周面５１上で周方向に互いに１８０°離れた位置に設けられた各第２の掘削ビット群８１０；８１０の各掘削ビット８１の先端位置が、回転体５０の回転中心線Ｌと直交する同一の面８５上に位置しないように設定されている。つまり、回転体５０の外周面５１上で周方向に互いに１８０°離れた位置に設けられた一対の第２の掘削ビット群８１０；８１０は、回転掘削体４６Ａの回転により一方の第２の掘削ビット群８１０で掘削できない地盤部分を他方の第２の掘削ビット群８１０で掘削できるように構成されているので、先頭管６の先頭開口６ｔの四角断面の幅寸法より幅寸法の大きい四角断面の孔を効率的に掘削でき、管２をよりスムーズに推進させることができる。
【００３８】
また、各第２の掘削ビット群８１０；８１０は、回転中心線Ｌを中心として回転体５０の外周面５１上で周方向に１８０°離れた位置にそれぞれ設けられたので、回転掘削体４６Ａの回転重心を一定に保てるようになり、回転掘削体４６Ａの回転がスムーズになって効率的に掘削できて、管２をよりスムーズに推進させることができる。
また、第２の掘削ビット８１及び第１の掘削ビット８０を備えたので、第２距離８１ｘを掘削半径とした掘削径の孔を第２の掘削ビット８１及び第１の掘削ビット８０によってより効率的に掘削できるようになる。
【００３９】
尚、第２の掘削ビット群８１０は、回転体５０の外周面５１に設けられた個々の取付部８３に個々に取付けられた第２の掘削ビット８１の集合体により構成されてもよい。
【００４０】
また、回転体５０の外周面５１上において回転体５０の回転中心線Ｌに沿った方向の両方の端面に跨って回転中心線Ｌに沿った方向に直線状又は非直線状に個々の第２の掘削ビット８１が個々に並ぶように配置されていたり、回転体５０の外周面５１上において回転体５０の回転中心線Ｌに沿った方向の両方の端面に跨って回転中心線Ｌに沿った方向に直線状又は非直線状に延長する１つの掘削刃を有した第２の掘削ビットを備えた構成の回転掘削体４６Ａであって、回転掘削体４６Ａが管２の内側で回転中心線Ｌを中心として回転不可能で、かつ、先頭管６の先頭開口６ｔの前方位置で回転可能なように構成されていればよい。
【００４１】
第２の掘削ビット群８１０；８１０が回転体５０の外周面５１上で周方向に互いに１８０°離れた位置に設けられていなくてもよい。
要するに、回転掘削体４６Ａは、回転中心線Ｌから回転中心線Ｌと直交する線上を経由した第１の掘削ビット８０の先端までの第１距離８０ｘが、回転掘削体４６Ａが管６の内側で回転中心線Ｌを中心として回転可能な回転半径に設定され、回転中心線Ｌから回転中心線Ｌと直交する線上を経由した第２の掘削ビット８１の先端までの第２距離８１ｘが、回転掘削体４６Ａが管２の内側で回転中心線Ｌを中心として回転不可能で、かつ、回転掘削体４６Ａが先頭管６の先頭開口６ｔの前方に位置された場合に回転中心線Ｌを中心として回転可能な回転半径に設定されればよい。
【００４２】
実施形態７
実施形態６では、第１の掘削ビット８０と第２の掘削ビット８１とを有した回転掘削体を用いたが、掘削ビットとして第２の掘削ビット８１のみを有した回転掘削体を用いてもよい。
要するに、回転掘削体が第１の掘削ビット８０を備えない構成の場合において、回転中心線Ｌから回転中心線Ｌと直交する線上を経由した回転掘削体の回転体５０の外周面５１までの最短距離である第１距離が、回転掘削体が管６の内側で回転中心線Ｌを中心として回転可能な回転半径に設定され、回転中心線Ｌから回転中心線Ｌと直交する線上を経由した第２の掘削ビット８１（掘削ビット）の先端までの第２距離８１ｘが、回転掘削体が管２の内側で回転中心線Ｌを中心として回転不可能で、かつ、回転掘削体４６が先頭管６の先頭開口６ｔの前方に位置された場合に回転中心線Ｌを中心として回転可能な回転半径に設定されればよい。
つまり、第１距離を半径とした回転体５０の直径が、先頭管６の上下の内壁面６ｃ；６ｄ間の寸法よりも小さく設定され、かつ、第２距離８１ｘを掘削半径とした第２の掘削ビット８１による掘削径が、先頭管６の先頭管６の上下の内壁面６ｃ；６ｄ間の寸法９ｘよりも大きく設定されていることにより、回転掘削体４６Ａが先頭管６の先頭開口６ｔを介して先頭管６の前方及び先頭管６の内側に移動可能に構成される。
実施形態７によれば、第２の掘削ビット８１による掘削によって、先頭管６の前方において先頭管６の上下の内壁面６ｃ；６ｄ（先頭管６の一方の一対の壁面）と直交する方向である先頭管６の上下幅間隔よりも広い上下幅間隔で地山９９を掘削できるようになり、先頭管６の前方において先頭管６の上下幅方向での余堀が可能となるので、地山９９が硬質地盤である場合でも管をよりスムーズに推進させることが可能となる。
【００４３】
実施形態８
支柱４２の先端部に地山９９に向けて高圧水を噴射させる図外の噴射ノズルを設け、回転掘削体４６；４６Ａによる掘削とともに当該噴射ノズルより高圧水を噴射するようにした。これにより、回転掘削体４６；４６Ａの前方にも水が行き届いて回転掘削体４６；４６Ａの周囲を水が循環するので回転掘削体４６；４６Ａの周囲の泥水の濃度を均一にでき、回転掘削体４６；４６Ａの前方の泥水を確実に排泥できる。
【００４４】
実施形態９
先頭管６の先頭開口縁６ｚは、先鋭部を備えた構成とした。例えば、先頭管６の左右の壁の先端形状が湾曲凹部状に形成されて先頭管６の先頭開口縁６ｚの４隅部が鋭利な先鋭部に形成された構成とすることで、先頭開口縁６ｚが地山に食い込みやすくなる。
【００４５】
回転掘削体を１つ又は３つ以上備えた掘削機械２６を用いてもよい。
また、掘削機械２６は、先頭管６の推進方向と交差する回転中心線を回転中心として回転する回転掘削体を備えたものであってもよい。
【００４６】
また、管を推進させる方法としては、実施形態１のように管２と掘削装置３とを一緒に押圧して管設置装置１を推進させる方法、実施形態２のように管２の後端面１０２ｅを押圧して管２を推進させるとともにグリッパ装置を介して掘削装置３を牽引させるように推進させる方法等のように、管２と掘削装置３とを一緒に推進させる方法、あるいは、管２と掘削装置３とを別々に押圧して管設置装置１を推進させる方法等がある。
【００４７】
また、先に地中に入れる管の後端に後続管を連結しないようにし、地中に形成された空洞部から先に地中に入れる管のみを地中に設置して当該先に地中に入れる管のみ（即ち、１本の管）による支保工を形成するようにしてもよい。即ち、一方の空洞部１００と他方の空洞部１００とに跨る管を１本の管で形成するようにしてもよい。
【００４８】
また、管２は、断面形状が四角形状のものであればよい。尚、本発明でいう断面形状が四角形状とは、断面長方形、断面正方形、断面台形、断面平行四辺形などの四角形状を指し、四角の角部が面取りされた形状のものも含む。
また、本発明に使用する回転掘削体としては、図５；８に示すような片刃の掘削ビットを備えたものを用いてもよいし、図１４に示すような両刃の掘削ビットを備えたものを用いてもよい。
【００４９】
本発明では、回転掘削体４６の回転中心線Ｌが先頭管６の推進方向と直交する面及び先頭管６の互いに平行に対向する一対の内壁面としての先頭管６の上下の内壁面６ｃ；６ｄと平行な第１の状態に設定されるように回転掘削体４６が設置された構成を示したが、回転中心線Ｌが先頭管６の推進方向と直交する面及び先頭管６の互いに平行に対向する一対の内壁面としての先頭管６の左右の内壁面６ａ；６ｂと平行な第１の状態に設定されるように回転掘削体４６が設置された構成であってもよい。
【００５０】
本発明の空洞部１００は、シールドトンネルのセグメントで囲まれた空洞部、又は、山岳トンネルの壁で囲まれたトンネル空洞部、又は、立坑内の空間等により形成される。そして、本発明により形成される地下空間としては、上述した地下鉄ホームを形成する空間、トンネルの道路や線路における往路空間及び復路空間、トンネルの道路や線路における合流部又は分岐部、トンネルの道路や線路における拡幅部等がある。
【符号の説明】
【００５１】
１ 管設置装置、２ 管、６ 先頭管（管）、６ｔ 先頭開口、７ 後続管（管）、
１０ 地中、２５ 掘削機械揺動駆動装置、２６ 掘削機械、３０ 球体、
３０ａ 回転中心軸（第１の回転中心線）、３０ｂ 回転中心線（第２の回転中心線）、３１ 球体回転ガイド部材、３２ 球体駆動手段、４２ 支柱、４６ 回転掘削体、
１００ 空洞部、Ｌ 回転中心線。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
断面四角形状の管を地中に形成された空洞部から地中に設置する場合に、先に地中に入れる管の先頭開口の前方に管の推進方向と直交する面と平行な回転中心線を回転中心として回転する回転掘削体を設置し、管を進行させるとともに回転掘削体で地中を掘削することにより、管を推進させて地中に設置する管設置装置において、
回転掘削体の支柱が固定された球体と、管の先頭開口側の内側に設置されて球体を球体の中心を回転中心として回転可能に保持する球体回転ガイド部材と、球体を球体の中心を回転中心として回す球体駆動手段とを備えたことを特徴とする管設置装置。
【請求項２】
球体駆動手段として、管の互いに平行に対向する一方の一対の壁面と平行でかつ管の互いに平行に対向する他方の一対の壁面と交差するように延長する第１の回転中心線を回転中心として球体を回す球体駆動手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の管設置装置。
【請求項３】
球体駆動手段として、回転掘削体の回転中心線と平行な第２の回転中心線を回転中心として球体を回す球体駆動手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の管設置装置。
【請求項４】
球体駆動手段として、管の中心線と平行な第３の回転中心線を回転中心として球体を回す球体駆動手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の管設置装置。
【請求項１】
断面四角形状の管を地中に形成された空洞部から地中に設置する場合に、先に地中に入れる管の先頭開口の前方に管の推進方向と直交する面と平行な回転中心線を回転中心として回転する回転掘削体を設置し、管を進行させるとともに回転掘削体で地中を掘削することにより、管を推進させて地中に設置する管設置装置において、
回転掘削体の支柱が固定された球体と、管の先頭開口側の内側に設置されて球体を球体の中心を回転中心として回転可能に保持する球体回転ガイド部材と、球体を球体の中心を回転中心として回す球体駆動手段とを備えたことを特徴とする管設置装置。
【請求項２】
球体駆動手段として、管の互いに平行に対向する一方の一対の壁面と平行でかつ管の互いに平行に対向する他方の一対の壁面と交差するように延長する第１の回転中心線を回転中心として球体を回す球体駆動手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の管設置装置。
【請求項３】
球体駆動手段として、回転掘削体の回転中心線と平行な第２の回転中心線を回転中心として球体を回す球体駆動手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の管設置装置。
【請求項４】
球体駆動手段として、管の中心線と平行な第３の回転中心線を回転中心として球体を回す球体駆動手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の管設置装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１３−１００６７５（Ｐ２０１３−１００６７５Ａ）
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４４６７０（Ｐ２０１１−２４４６７０）
【出願日】平成２３年１１月８日（２０１１．１１．８）
【出願人】（０００００１３１７）株式会社熊谷組 (551)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月８日（２０１１．１１．８）
【出願人】（０００００１３１７）株式会社熊谷組 (551)
【Ｆターム（参考）】
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