鋼管の貫入方法及び鋼管貫入用掘削装置
【課題】地中に埋設する鋼管の断面形状が矩形である場合にも、上記鋼管をスムースに地山内に貫入することのできる方法と、これに好適に用いられる鋼管貫入用掘削装置を提供する。
【解決手段】噴射ノズル２１ａ〜２１ｅを貫入する角型管１１の水平方向に配列してノズル装着部材２２に装着するとともに、このノズル装着部材２２の両端側にスイングシャフト２３，２３を取付け、このスイングシャフト２３，２３をバキューム管１２の外周側に取付けた第２の取付部材２４Ｂに装着したエアシリンダ２５を用いて中心軸２３ｋ周りに旋回させることにより、上記噴射ノズル２１ａ〜２１ｅをスイングさせながら、上記角型管１１前方の地山７０を掘削するとともに、噴射ノズル２１ａ，２１ｂ，２１ｃへ供給する配管と、左側に位置する噴射ノズル２１ｄ,２１ｅへ供給する配管とを別系統として、上記角型管１１を上下方向あるいは左右方向へ曲進可能とした。
【解決手段】噴射ノズル２１ａ〜２１ｅを貫入する角型管１１の水平方向に配列してノズル装着部材２２に装着するとともに、このノズル装着部材２２の両端側にスイングシャフト２３，２３を取付け、このスイングシャフト２３，２３をバキューム管１２の外周側に取付けた第２の取付部材２４Ｂに装着したエアシリンダ２５を用いて中心軸２３ｋ周りに旋回させることにより、上記噴射ノズル２１ａ〜２１ｅをスイングさせながら、上記角型管１１前方の地山７０を掘削するとともに、噴射ノズル２１ａ，２１ｂ，２１ｃへ供給する配管と、左側に位置する噴射ノズル２１ｄ,２１ｅへ供給する配管とを別系統として、上記角型管１１を上下方向あるいは左右方向へ曲進可能とした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、トンネルの掘削に先立って設置する支保工である先行支保工のような、アーチ型の地中構造体を構築するために用いられる断面形状が矩形状の鋼管を地山内に貫入する方法とこれに用いられる鋼管貫入用掘削装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、図４（ａ）に示すような、並行して延長する２つのトンネル５０，５０の間に中間ポンプ室などの施設５１を構築する際には、図４（ｂ）に示すように、上記２つのトンネル５０，５０間の地山に鋼管５２を埋設してこれを先行土留工とし、この土留工内部の空間Ｓを掘削して上記施設５１を構築するようにしている。
上記のような鋼管５２を埋設する際には、一般には、埋設鋼管内でオーガースクリューを回転させて土砂を掘削・排土しながら上記埋設管を後方から押圧してこれを地山内に貫入・埋設するオーガー式削孔推進機が用いられている。図５（ａ）〜（ｃ）は従来のオーガー式削孔推進機６０の一構成例を示す図で、このオーガー式削孔推進機６０は断面形状が矩形である角型管６１の内側に円筒状の中空部を有する推進管６２を設置し、この推進管６２内に、先端側にオーガービット６３ａと呼ばれる切削刃を備えたスクリュー６３ｂを備えたオーガー削孔装置６３を取付け、上記オーガービット６３ａを回転させて地山７０の土砂を掘削・排土しながら上記角型管６１を地山７０内へ貫入して埋設するもので、上記推進管６２の、上記角型管６１の先端側に取付けられた案内刃６４の後端部に、上記案内刃６４の背面側に当接する当接部材６５を取付けるとともに、上記推進管６２の後端部とオーガー削孔装置６３の後端部とを推進部材取付け部６６に固定し、上記推進管６２の後端を油圧ジャッキ等の推進装置６７にて推進することにより、上記角型管６１と上記推進管６２とを同時に地山７０内へ貫入することができる（例えば、特許文献１参照）。なお、掘削された土砂は、上記推進管６２と上記スクリュー６３ｂの羽根部との隙間を通って後部に送られ、排水手段６８により外部へ排出される。
【０００３】
また、上記オーガー式削孔推進機６０では、図５（ｂ），（ｃ）に示すように、上記案内刃６４の４隅にウォータージェット噴射装置６９のジェットノズル６９ａをそれぞれ取付けるとともに、このジェットノズル６９ａに耐圧ホース６９ｂを介して高圧水を送るようにしている。これにより、上記オーガービット６３ａによる掘削と同時に、上記各ジェットノズル６９ａから高圧のジェット水により、上記オーガービット６３ａでは掘削しきれなかった上記角型管６１内部の４隅についても掘削することができるので、上記角型管６１をスムースに地山７０内へ貫入・埋設することができる。
【０００４】
一方、複数の噴射ノズルから高圧のジェット水を噴出させるウォータージェット噴射装置を用いて地山を掘削する方法も提案されている。具体的には、図６（ａ），（ｂ）に示すように、掘削装置８０の前面に回転板８１を装着するとともに、この回転板８１に複数の噴射ノズル８２を十字型に配置し、上記回転板８１を回転させながら、圧水ポンプ８３からの高圧のジェット水を地山７０内に噴出させて、掘削装置８０前面の地山７０を掘削する（例えば、特許文献２参照）。
なお、上記構成の掘削装置８０では掘削する形状が円形に限られるので、この掘削装置８０を上記のような角型管６１の貫入に適用する場合には、図７に示すように、上記回転板８１に代えて固定板８４を設け、この固定板８４に噴射ノズル８２を多数配置する必要がある。
【特許文献１】特開２００５−８３００７号公報
【特許文献２】特開２００２−３３２７９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記オーガー式削孔推進機６０などのように、鋼管先端部に切削刃を設けて、上記鋼管を後方よりジャッキなどで押し込んでいく方法では、地盤が軟弱な場合には何とか押し込めるが、粘性土から成る地盤のような場合には、後方からバキュームしても鋼管内に土砂が詰まってしまい、貫入が上手くいかないといった問題点があった。また、硬い地質の場合でも、貫入力を大きくする必要があり、そのため、鋼管の材質の選定や切削刃の種類数などの設定など、種々の問題が発生する。
一方、ウォータージェット噴射装置を用いて角型管を貫入する場合には、砂質土の場合には砂が水圧で崩れるので問題ないが、粘性土から成る地盤のような場合には、ジェット水が当たる部分のみは穴が空くが、全面が均一に掘削されないため鋼管の貫入が難しく、また、ジェット水が当たらない部分は掘れたとしても、塊となって排泥管に入ってくるため、鋼管内に土砂が詰まりやすいといった問題点があった。
そこで、配置する噴射ノズルの数を増やして、ジェット水が前面に均一に当たるようにすることも考えられるが、そのためには多数のノズルが必要であり不経済であるだけでなく、配管も複雑となり高圧水供給装置も大型化する必要があるため、装置が大掛かりになってしまうといった問題点があった。
【０００６】
本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、地中に埋設する鋼管の断面形状が矩形である場合にも、上記鋼管をスムースに地山内に貫入することのできる方法と、これに好適に用いられる鋼管貫入用掘削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】
【０００７】
本発明者らは、鋭意検討の結果、噴射ノズルをスイングさせながらジェット水を噴出させる構成とすれば、少ない数の噴射ノズルでも貫入方向前面の地山を均一に掘削することができることを見出し本発明に到ったものである。
すなわち、本発明の請求項１に記載の発明は、地山内に貫入する鋼管内に推進管を設けるとともに、この推進管の前面に複数のジェット水噴射ノズルを設置して、上記噴射ノズルからのジェット水により上記鋼管の貫入方向前面の地山を掘削しながら上記鋼管と上記推進管とを同時に推進して、上記鋼管を地山内に貫入する鋼管の貫入方法において、上記複数の噴射ノズルを線状に配列するとともに、上記各噴射ノズルを当該ノズルの配列方向と直交する面内にて移動させながら、上記地山を掘削するようにしたことを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の鋼管の埋設方法において、上記線状に配列された噴射ノズルのうち、一方の端部側に位置する噴射ノズルからのジェット水の圧力もしくは流量を、他方の端部側に位置する噴射ノズルからのジェット水の圧力もしくは流量よりも大きくして、上記鋼管を曲進させるようにしたものである。
【０００８】
また、請求項３に記載の発明は、断面形状が矩形の埋設用鋼管の貫入方向前面に装着された複数のジェット水噴射ノズルと、この噴射ノズルに高圧水を圧送する高圧水供給装置とを備えた鋼管貫入用掘削装置であって、上記鋼管の一方の辺に平行に延長し、上記複数の噴射ノズルを保持するノズル装着部材と、上記ノズル装着部材を支持する腕部と、この腕部を揺動（スイング）させる手段とを備え、上記複数の噴射ノズルを当該ノズルの配列方向と直交する面内でスイングさせながら、鋼管の貫入方向前面の地山を掘削するように構成したことを特徴とするものである。
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の鋼管貫入用掘削装置において、上記線状に配列された噴射ノズルのうち、一方の端部側に位置する噴射ノズルへ供給する高圧水の配管と、他方の端部側に位置する噴射ノズルへ供給する高圧水の配管とを別個に設け、上記２つの配管から各噴射ノズルへ供給するジェット水の圧力もしくは流量を独立に設定可能としたものである。
請求項５に記載の発明は、請求項３または請求項４に記載の鋼管貫入用掘削装置において、上記噴射ノズルへ供給する高圧水の配管を上記腕部内に設けたものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、複数のジェット水噴射ノズルを備え、上記噴射ノズルからのジェット水により貫入する鋼管の前面の地山を掘削しながら上記鋼管を地山内に貫入する鋼管の貫入方法において、上記複数の噴射ノズルを線状に配列するとともに、上記ノズルをスイングさせる機構を設けて、高圧のジェット水を当該噴射ノズルの配列方向と直交する面内にてスイングさせながら、上記地山を掘削するようにしたので、少ない数の噴射ノズルでも貫入方向前面の地山を均一に掘削することができる。
このとき、上記線状に配列された噴射ノズルのうち、一方の端部側に位置する噴射ノズルへ供給する高圧水の配管と、他方の端部側に位置する噴射ノズルへ供給する高圧水の配管とを別個に設け、上記一方の端部側に配置された噴射ノズルからのジェット水の圧力もしくは流量を、他方の端部側に配置された噴射ノズルからのジェット水の圧力もしくは流量よりも大きくして、一方の側を余掘りするようにすれば、上記鋼管を上下方向あるいは左右方向へ曲進させることが可能となる。
また、上記噴射ノズルに供給する高圧水の配管を上記腕部内に設けるようにすれば、耐圧ホースが絡んだりするなどの問題もなく、噴射ノズルへ確実に高圧水を供給できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の最良の形態について、図面に基づき説明する。
図１及び図２は、本最良の形態に係る角型管推進機１０の概略構成を示す図で、図１は側面図と正面図、図２は平面図である。また、図３は本発明による鋼管貫入用掘削装置２０の概要を示す斜視図である。各図において、１１は地山７０に貫入・埋設される断面形状が矩形である角型管、１２は高圧のジェット水を噴出する複数の噴射ノズル２１（２１ａ〜２１ｅ）を備えた鋼管貫入用掘削装置２０を搭載した中空状の排泥管（バキューム管）、１３は上記角型管１１の先端側に取付けられた案内刃で、この案内刃１３は当該角型管１１の進行方向にいくにしたがって幅が狭くなる直角三角形の断面形状を有している。１４は上記案内刃１３の背面側に当接する当接部材で、上記バキューム管１２は、その開口部が上記当接部材１４よりも前面に突出するように、上記当接部材１４に取付けられている。したがって、上記バキューム管１２の後端部を図示しない油圧ジャッキ等の推進装置にて推進することにより、上記角型管１１と上記バキューム管１２とを同時に地山７０内へ貫入することができるとともに、掘削した土砂を上記バキューム管１２の後端部に設けられた排水手段１５を介して外部へ廃棄することができる。なお、符号１４ｈは、後述するスイングシャフト２３が上下動可能なように、上記当接部材１４に設けられた、上記角型管１１の上下方向に並行に延長する縦孔である。
【００１１】
上記鋼管貫入用掘削装置２０は、複数の噴射ノズル２１ａ〜２１ｅと、これらの噴射ノズル２１ａ〜２１ｅを装着する、上記角型管１１の水平片に平行に延長する棒状のノズル装着部材２２と、一端が上記ノズル装着部材２２の両端側にそれぞれ接続された２本のスイングシャフト２３とを備えている。上記スイングシャフト２３は、その旋回中心においてベアリング等により中心軸２３ｋに揺動自在に連結されており、この中心軸２３ｋが後述する高圧水入力用配管３２ａ（または、高圧水入力用配管３２ｂ）を介して、上記バキューム管１２の外周側に固定された第１の取付部材２４Ａに連結されている。
上記噴射ノズルの本数及び配置は、上記角型管１１の水平方向の全幅に亘ってジェット水が均一に当たるように設置されるもので、本例では、説明を簡単にするため、噴射ノズルを５本とした。なお、図２では、端部の噴射ノズル２１ａ，２１ｅの向きを幅方向外側に傾けているが、これは、ジェット水が広がっても掘削形状が確実に矩形になるようにするためである。
【００１２】
また、上記バキューム管１２の外周側で、上記第１の取付部材２４Ａの後方（噴射ノズル２１とは反対側）には第２の取付部材２４Ｂが取付けられており、この第２の取付部材２４Ｂに、その稼動方向が上記角型管１１の垂直片に平行になるように２つのエアシリンダ２５が取付けられている。これらエアシリンダ２５の可動部であるシリンダ本体２５ａ表面に取付けられた可動板２６には、ローラベアリング２７ｒを備え、上記スイングシャフト２３を上記中心軸２３ｋ周りに旋回させるための押棒２７が突設されている。一方、上記スイングシャフト２３には、上記押棒２７が挿入される、スイングシャフト２３の延長方向に延長する孔部２３ｈが設けられており、これにより、シリンダ本体２５ａへエアーを供給して、上記シリンダ本体２５ａを上記シャフト２５ｂに沿って上下させて上記押棒２７を上下させることにより、上記スイングシャフト２３を上記中心軸２３ｋを回転中心としてスイングさせることができる。
【００１３】
ところで、上記スイングシャフト２３の最大回転角（エアシリンダ２５の可動範囲）はシリンダ本体２５ａへ供給されるエアーにより制限されるが、本例では、安全のため、上記可動板２６のエアシリンダ２５とは反対側に棒状のストッパー部材２８を設けるとともに、上記掘削装置取付部材２４の上記ストッパー部材２８の上端及び下端に対向する位置にそれぞれリミッタ２９を設け、上記スイングシャフト２３の回転範囲を制限するようにしている。
【００１４】
また、本例では、高圧水供給装置３０から送られる高圧水を上記各噴射ノズル２１ａ〜２１ｅに供給する際に、上記ノズル装着部材２２を角型管１１の案内刃１３側から見て右側に位置する３本の噴射ノズル２１ａ，２１ｂ，２１ｃへ供給する配管と、左側に位置する噴射ノズル２１ｄ,２１ｅへ供給する配管とを別系統としている。詳細には、上記高圧水供給装置３０に連結される２本の耐圧ホース３１ａ，３１ｂをスイングシャフト２３の中心軸２３ｋに連結される高圧水入力用配管３２ａ，３２ｂに連結し、これらの高圧水入力用配管３２ａ，３２ｂを、左右のスイングシャフト２３，２３内に設けられた配管３３ａ，３３ｂを介して、ノズル装着部材２２内に設けられた配管３４ａ,３４ｂと連通させる。これにより、噴射ノズル２１ａ，２１ｂ，２１ｃへ供給されるジェット水の水路と噴射ノズル２１ｄ,２１ｅへ供給されるジェット水の水路は別系統になるので、噴射ノズル２１ａ，２１ｂ，２１ｃから噴射されるジェット水の圧力もしくは流量と噴射ノズル２１ｄ,２１ｅから噴射されるジェット水の圧力もしくは流量とを独立に設定することが可能となる。
また、本例のように、スイングシャフト２３内に高圧水の配管を設けるようにすれば、スイングシャフト２３の回転により耐圧ホースが絡んだりするなどの問題もなく、噴射ノズル２１ａ〜２１ｅへ確実に高圧水を供給できる。
【００１５】
次に、上記鋼管貫入用掘削装置２０を用いて角型管１１の前面の地山７０を掘削する方法について説明する。
角型管１１を直進させながら掘削する場合には、右側の噴射ノズル２１ａ，２１ｂ，２１ｃへ供給するジェット水の圧力及び流量と、左側の噴射ノズル２１ｄ,２１ｅへ供給するジェット水の圧力及び流量とを同じにしてスイングさせながら、上記角型管１１前方の地山７０を掘削するようにすればよい。これにより、ジェット水を角型管１１の前面に均一に噴射させることができるだけでなく、スイングしているため、ジェット水が当たらない部分がない。したがって、地山７０が粘土質であった場合でも、掘削した土砂が粉砕されて泥水状態になるので、バキューム管１２が詰まることがなく、上記土砂をスムースに排出することができる。
また、角型管１１を左右どちらかの方向に曲進させながら掘削する場合には、曲がる側とは反対側の噴射ノズルに供給するジェット水の圧力または流量を、曲がる側の噴射ノズルに供給するジェット水の圧力または流量よりも大きくしてやればよい。具体的には、右側の噴射ノズル２１ａ，２１ｂ，２１ｃへ供給するジェット水の圧力または流量を大きくすると、右側が余掘りされるので地山７０の抵抗が少なくなり、その結果角型管１１は左側に曲がりながら貫入される。
なお、本例では、噴射ノズル２１ａ〜２１ｅは角型管１１の水平片に平行な方向に配列されているので、上下方向に曲進させながら掘削するためには掘削を一時中断し、鋼管貫入用掘削装置２０及び当接部材１４の取付位置を９０度回転させた位置に直してから、上記左右曲進の場合と同様に、曲がる側とは反対側の噴射ノズルに供給するジェット水の圧力または流量を、曲がる側の噴射ノズルに供給するジェット水の圧力または流量よりも大きくした状態で、掘削するようにすればよい。
【００１６】
このように、本最良の形態では、噴射ノズル２１ａ〜２１ｅを貫入する角型管１１の水平方向に配列してノズル装着部材２２に装着するとともに、このノズル装着部材２２の両端側にスイングシャフト２３，２３を取付け、このスイングシャフト２３，２３をバキューム管１２の外周側に取付けた第２の取付部材２４Ｂに装着したエアシリンダ２５を用いて中心軸２３ｋ周りに旋回させることにより、上記噴射ノズル２１ａ〜２１ｅをスイングさせながら、上記角型管１１前方の地山７０を掘削するようにしたので、少ない数の噴射ノズルでも貫入方向前面の地山を均一に掘削することができる。
また、高圧水供給装置３０から送られる高圧水を上記各噴射ノズル２１ａ〜２１ｅに供給する際に、上記ノズル装着部材２２を角型管１１の案内刃１３側から見て右側に位置する３本の噴射ノズル２１ａ，２１ｂ，２１ｃへ供給する配管と、左側に位置する噴射ノズル２１ｄ,２１ｅへ供給する配管とを別系統としたので、例えば、噴射ノズル２１ａ，２１ｂ，２１ｃからのジェット水の圧力もしくは流量を、噴射ノズル２１ｄ,２１ｅからのジェット水の圧力もしくは流量よりも大きくして、右側を余掘りするようにすれば、上記角型管１１を左側に曲進させるなど、上記角型管１１を上下方向あるいは左右方向へ曲進させることができる。
【００１７】
なお、上記最良の形態では、噴射ノズルの本数を５本とし、これを角型管１１の水平方向に配置したが、これに限るものではなく、ジェット水の広がり角度や最大噴射圧または最大流量等の噴射ノズルの仕様により適宜決定されるもので、上記角型管１１の水平方向の全幅に亘ってジェット水が均一に当たるような本数であればよい。また、配置については上下方向に配置してもよい。
また、上記例では、スイングシャフト２３を、エアシリンダ２５を用いてスイングさせたが、ギヤ付モータとクランク機構を用いるなど、他の旋回機構を用いてもよい。
また、上記例では、高圧水の水路を、噴射ノズル２１ａ，２１ｂ，２１ｃへの水路と噴射ノズル２１ｄ,２１ｅへの水路の２系統としたが、高圧水の水路を、例えば、右側の端部に位置する噴射ノズル２１ａへの水路と中央に位置する噴射ノズル２１ｂ，２１ｃ，２１ｄの水路と左側の端部に位置する噴射ノズル２１ｅへの水路の３系統とするなど、３系統以上にしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
以上説明したように、本発明によれば、少ない数の噴射ノズルでも鋼管の貫入方向前面の地山を均一に掘削することができるだけでなく、上記鋼管を上下方向あるいは左右方向へ曲進させることができるので、例えば、先行支保工のような、アーチ型の地中構造体を構築するために用いられる角型鋼管などの断面形状が矩形状の鋼管を容易にかつ効率よく地山内に貫入することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の最良の形態に係る角型管推進機の概略構成を示す側面図と正面図である。
【図２】本最良の形態に係る角型管推進機の概略構成を示す平面図である。
【図３】本最良の形態に係る鋼管貫入用掘削装置の概略構成を示す斜視図である。
【図４】並行して延長する２つのトンネルの間に施設を構築する方法を説明するための図である。
【図５】従来のオーガー式削孔推進機の一構成例を示す図である。
【図６】ウォータージェット噴射装置を用いた掘削装置の一例を示す図である。
【図７】噴射ノズルの配列例を示す図である。
【符号の説明】
【００２０】
１０ 角型管推進機、１１ 角型管、１２ 排泥管（バキューム管）、１３ 案内刃、
１４ 当接部材、１４ｈ 縦孔、１５ 排水手段、
２０ 鋼管貫入用掘削装置、２１ａ〜２１ｅ 噴射ノズル、２２ ノズル装着部材、
２３ スイングシャフト、２３ｋ 中心軸、２３ｈ 孔部、２４Ａ 第１の取付部材、
２４Ｂ 第２の取付部材、２５ エアシリンダ、２５ａ シリンダ本体、
２５ｂ シャフト、２６ 可動板、２７ 押棒、２７ｒ ローラベアリング、
２８ ストッパー部材、２９ リミッタ、３０ 高圧水供給装置、
３１ａ，３１ｂ 耐圧ホース、３２ａ，３２ｂ 高圧水入力用配管、
３３ａ，３３ｂ スイングシャフト内の配管、
３４ａ，３４ｂ ノズル装着部材内の配管、７０ 地山。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、トンネルの掘削に先立って設置する支保工である先行支保工のような、アーチ型の地中構造体を構築するために用いられる断面形状が矩形状の鋼管を地山内に貫入する方法とこれに用いられる鋼管貫入用掘削装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、図４（ａ）に示すような、並行して延長する２つのトンネル５０，５０の間に中間ポンプ室などの施設５１を構築する際には、図４（ｂ）に示すように、上記２つのトンネル５０，５０間の地山に鋼管５２を埋設してこれを先行土留工とし、この土留工内部の空間Ｓを掘削して上記施設５１を構築するようにしている。
上記のような鋼管５２を埋設する際には、一般には、埋設鋼管内でオーガースクリューを回転させて土砂を掘削・排土しながら上記埋設管を後方から押圧してこれを地山内に貫入・埋設するオーガー式削孔推進機が用いられている。図５（ａ）〜（ｃ）は従来のオーガー式削孔推進機６０の一構成例を示す図で、このオーガー式削孔推進機６０は断面形状が矩形である角型管６１の内側に円筒状の中空部を有する推進管６２を設置し、この推進管６２内に、先端側にオーガービット６３ａと呼ばれる切削刃を備えたスクリュー６３ｂを備えたオーガー削孔装置６３を取付け、上記オーガービット６３ａを回転させて地山７０の土砂を掘削・排土しながら上記角型管６１を地山７０内へ貫入して埋設するもので、上記推進管６２の、上記角型管６１の先端側に取付けられた案内刃６４の後端部に、上記案内刃６４の背面側に当接する当接部材６５を取付けるとともに、上記推進管６２の後端部とオーガー削孔装置６３の後端部とを推進部材取付け部６６に固定し、上記推進管６２の後端を油圧ジャッキ等の推進装置６７にて推進することにより、上記角型管６１と上記推進管６２とを同時に地山７０内へ貫入することができる（例えば、特許文献１参照）。なお、掘削された土砂は、上記推進管６２と上記スクリュー６３ｂの羽根部との隙間を通って後部に送られ、排水手段６８により外部へ排出される。
【０００３】
また、上記オーガー式削孔推進機６０では、図５（ｂ），（ｃ）に示すように、上記案内刃６４の４隅にウォータージェット噴射装置６９のジェットノズル６９ａをそれぞれ取付けるとともに、このジェットノズル６９ａに耐圧ホース６９ｂを介して高圧水を送るようにしている。これにより、上記オーガービット６３ａによる掘削と同時に、上記各ジェットノズル６９ａから高圧のジェット水により、上記オーガービット６３ａでは掘削しきれなかった上記角型管６１内部の４隅についても掘削することができるので、上記角型管６１をスムースに地山７０内へ貫入・埋設することができる。
【０００４】
一方、複数の噴射ノズルから高圧のジェット水を噴出させるウォータージェット噴射装置を用いて地山を掘削する方法も提案されている。具体的には、図６（ａ），（ｂ）に示すように、掘削装置８０の前面に回転板８１を装着するとともに、この回転板８１に複数の噴射ノズル８２を十字型に配置し、上記回転板８１を回転させながら、圧水ポンプ８３からの高圧のジェット水を地山７０内に噴出させて、掘削装置８０前面の地山７０を掘削する（例えば、特許文献２参照）。
なお、上記構成の掘削装置８０では掘削する形状が円形に限られるので、この掘削装置８０を上記のような角型管６１の貫入に適用する場合には、図７に示すように、上記回転板８１に代えて固定板８４を設け、この固定板８４に噴射ノズル８２を多数配置する必要がある。
【特許文献１】特開２００５−８３００７号公報
【特許文献２】特開２００２−３３２７９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記オーガー式削孔推進機６０などのように、鋼管先端部に切削刃を設けて、上記鋼管を後方よりジャッキなどで押し込んでいく方法では、地盤が軟弱な場合には何とか押し込めるが、粘性土から成る地盤のような場合には、後方からバキュームしても鋼管内に土砂が詰まってしまい、貫入が上手くいかないといった問題点があった。また、硬い地質の場合でも、貫入力を大きくする必要があり、そのため、鋼管の材質の選定や切削刃の種類数などの設定など、種々の問題が発生する。
一方、ウォータージェット噴射装置を用いて角型管を貫入する場合には、砂質土の場合には砂が水圧で崩れるので問題ないが、粘性土から成る地盤のような場合には、ジェット水が当たる部分のみは穴が空くが、全面が均一に掘削されないため鋼管の貫入が難しく、また、ジェット水が当たらない部分は掘れたとしても、塊となって排泥管に入ってくるため、鋼管内に土砂が詰まりやすいといった問題点があった。
そこで、配置する噴射ノズルの数を増やして、ジェット水が前面に均一に当たるようにすることも考えられるが、そのためには多数のノズルが必要であり不経済であるだけでなく、配管も複雑となり高圧水供給装置も大型化する必要があるため、装置が大掛かりになってしまうといった問題点があった。
【０００６】
本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、地中に埋設する鋼管の断面形状が矩形である場合にも、上記鋼管をスムースに地山内に貫入することのできる方法と、これに好適に用いられる鋼管貫入用掘削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】
【０００７】
本発明者らは、鋭意検討の結果、噴射ノズルをスイングさせながらジェット水を噴出させる構成とすれば、少ない数の噴射ノズルでも貫入方向前面の地山を均一に掘削することができることを見出し本発明に到ったものである。
すなわち、本発明の請求項１に記載の発明は、地山内に貫入する鋼管内に推進管を設けるとともに、この推進管の前面に複数のジェット水噴射ノズルを設置して、上記噴射ノズルからのジェット水により上記鋼管の貫入方向前面の地山を掘削しながら上記鋼管と上記推進管とを同時に推進して、上記鋼管を地山内に貫入する鋼管の貫入方法において、上記複数の噴射ノズルを線状に配列するとともに、上記各噴射ノズルを当該ノズルの配列方向と直交する面内にて移動させながら、上記地山を掘削するようにしたことを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の鋼管の埋設方法において、上記線状に配列された噴射ノズルのうち、一方の端部側に位置する噴射ノズルからのジェット水の圧力もしくは流量を、他方の端部側に位置する噴射ノズルからのジェット水の圧力もしくは流量よりも大きくして、上記鋼管を曲進させるようにしたものである。
【０００８】
また、請求項３に記載の発明は、断面形状が矩形の埋設用鋼管の貫入方向前面に装着された複数のジェット水噴射ノズルと、この噴射ノズルに高圧水を圧送する高圧水供給装置とを備えた鋼管貫入用掘削装置であって、上記鋼管の一方の辺に平行に延長し、上記複数の噴射ノズルを保持するノズル装着部材と、上記ノズル装着部材を支持する腕部と、この腕部を揺動（スイング）させる手段とを備え、上記複数の噴射ノズルを当該ノズルの配列方向と直交する面内でスイングさせながら、鋼管の貫入方向前面の地山を掘削するように構成したことを特徴とするものである。
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の鋼管貫入用掘削装置において、上記線状に配列された噴射ノズルのうち、一方の端部側に位置する噴射ノズルへ供給する高圧水の配管と、他方の端部側に位置する噴射ノズルへ供給する高圧水の配管とを別個に設け、上記２つの配管から各噴射ノズルへ供給するジェット水の圧力もしくは流量を独立に設定可能としたものである。
請求項５に記載の発明は、請求項３または請求項４に記載の鋼管貫入用掘削装置において、上記噴射ノズルへ供給する高圧水の配管を上記腕部内に設けたものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、複数のジェット水噴射ノズルを備え、上記噴射ノズルからのジェット水により貫入する鋼管の前面の地山を掘削しながら上記鋼管を地山内に貫入する鋼管の貫入方法において、上記複数の噴射ノズルを線状に配列するとともに、上記ノズルをスイングさせる機構を設けて、高圧のジェット水を当該噴射ノズルの配列方向と直交する面内にてスイングさせながら、上記地山を掘削するようにしたので、少ない数の噴射ノズルでも貫入方向前面の地山を均一に掘削することができる。
このとき、上記線状に配列された噴射ノズルのうち、一方の端部側に位置する噴射ノズルへ供給する高圧水の配管と、他方の端部側に位置する噴射ノズルへ供給する高圧水の配管とを別個に設け、上記一方の端部側に配置された噴射ノズルからのジェット水の圧力もしくは流量を、他方の端部側に配置された噴射ノズルからのジェット水の圧力もしくは流量よりも大きくして、一方の側を余掘りするようにすれば、上記鋼管を上下方向あるいは左右方向へ曲進させることが可能となる。
また、上記噴射ノズルに供給する高圧水の配管を上記腕部内に設けるようにすれば、耐圧ホースが絡んだりするなどの問題もなく、噴射ノズルへ確実に高圧水を供給できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の最良の形態について、図面に基づき説明する。
図１及び図２は、本最良の形態に係る角型管推進機１０の概略構成を示す図で、図１は側面図と正面図、図２は平面図である。また、図３は本発明による鋼管貫入用掘削装置２０の概要を示す斜視図である。各図において、１１は地山７０に貫入・埋設される断面形状が矩形である角型管、１２は高圧のジェット水を噴出する複数の噴射ノズル２１（２１ａ〜２１ｅ）を備えた鋼管貫入用掘削装置２０を搭載した中空状の排泥管（バキューム管）、１３は上記角型管１１の先端側に取付けられた案内刃で、この案内刃１３は当該角型管１１の進行方向にいくにしたがって幅が狭くなる直角三角形の断面形状を有している。１４は上記案内刃１３の背面側に当接する当接部材で、上記バキューム管１２は、その開口部が上記当接部材１４よりも前面に突出するように、上記当接部材１４に取付けられている。したがって、上記バキューム管１２の後端部を図示しない油圧ジャッキ等の推進装置にて推進することにより、上記角型管１１と上記バキューム管１２とを同時に地山７０内へ貫入することができるとともに、掘削した土砂を上記バキューム管１２の後端部に設けられた排水手段１５を介して外部へ廃棄することができる。なお、符号１４ｈは、後述するスイングシャフト２３が上下動可能なように、上記当接部材１４に設けられた、上記角型管１１の上下方向に並行に延長する縦孔である。
【００１１】
上記鋼管貫入用掘削装置２０は、複数の噴射ノズル２１ａ〜２１ｅと、これらの噴射ノズル２１ａ〜２１ｅを装着する、上記角型管１１の水平片に平行に延長する棒状のノズル装着部材２２と、一端が上記ノズル装着部材２２の両端側にそれぞれ接続された２本のスイングシャフト２３とを備えている。上記スイングシャフト２３は、その旋回中心においてベアリング等により中心軸２３ｋに揺動自在に連結されており、この中心軸２３ｋが後述する高圧水入力用配管３２ａ（または、高圧水入力用配管３２ｂ）を介して、上記バキューム管１２の外周側に固定された第１の取付部材２４Ａに連結されている。
上記噴射ノズルの本数及び配置は、上記角型管１１の水平方向の全幅に亘ってジェット水が均一に当たるように設置されるもので、本例では、説明を簡単にするため、噴射ノズルを５本とした。なお、図２では、端部の噴射ノズル２１ａ，２１ｅの向きを幅方向外側に傾けているが、これは、ジェット水が広がっても掘削形状が確実に矩形になるようにするためである。
【００１２】
また、上記バキューム管１２の外周側で、上記第１の取付部材２４Ａの後方（噴射ノズル２１とは反対側）には第２の取付部材２４Ｂが取付けられており、この第２の取付部材２４Ｂに、その稼動方向が上記角型管１１の垂直片に平行になるように２つのエアシリンダ２５が取付けられている。これらエアシリンダ２５の可動部であるシリンダ本体２５ａ表面に取付けられた可動板２６には、ローラベアリング２７ｒを備え、上記スイングシャフト２３を上記中心軸２３ｋ周りに旋回させるための押棒２７が突設されている。一方、上記スイングシャフト２３には、上記押棒２７が挿入される、スイングシャフト２３の延長方向に延長する孔部２３ｈが設けられており、これにより、シリンダ本体２５ａへエアーを供給して、上記シリンダ本体２５ａを上記シャフト２５ｂに沿って上下させて上記押棒２７を上下させることにより、上記スイングシャフト２３を上記中心軸２３ｋを回転中心としてスイングさせることができる。
【００１３】
ところで、上記スイングシャフト２３の最大回転角（エアシリンダ２５の可動範囲）はシリンダ本体２５ａへ供給されるエアーにより制限されるが、本例では、安全のため、上記可動板２６のエアシリンダ２５とは反対側に棒状のストッパー部材２８を設けるとともに、上記掘削装置取付部材２４の上記ストッパー部材２８の上端及び下端に対向する位置にそれぞれリミッタ２９を設け、上記スイングシャフト２３の回転範囲を制限するようにしている。
【００１４】
また、本例では、高圧水供給装置３０から送られる高圧水を上記各噴射ノズル２１ａ〜２１ｅに供給する際に、上記ノズル装着部材２２を角型管１１の案内刃１３側から見て右側に位置する３本の噴射ノズル２１ａ，２１ｂ，２１ｃへ供給する配管と、左側に位置する噴射ノズル２１ｄ,２１ｅへ供給する配管とを別系統としている。詳細には、上記高圧水供給装置３０に連結される２本の耐圧ホース３１ａ，３１ｂをスイングシャフト２３の中心軸２３ｋに連結される高圧水入力用配管３２ａ，３２ｂに連結し、これらの高圧水入力用配管３２ａ，３２ｂを、左右のスイングシャフト２３，２３内に設けられた配管３３ａ，３３ｂを介して、ノズル装着部材２２内に設けられた配管３４ａ,３４ｂと連通させる。これにより、噴射ノズル２１ａ，２１ｂ，２１ｃへ供給されるジェット水の水路と噴射ノズル２１ｄ,２１ｅへ供給されるジェット水の水路は別系統になるので、噴射ノズル２１ａ，２１ｂ，２１ｃから噴射されるジェット水の圧力もしくは流量と噴射ノズル２１ｄ,２１ｅから噴射されるジェット水の圧力もしくは流量とを独立に設定することが可能となる。
また、本例のように、スイングシャフト２３内に高圧水の配管を設けるようにすれば、スイングシャフト２３の回転により耐圧ホースが絡んだりするなどの問題もなく、噴射ノズル２１ａ〜２１ｅへ確実に高圧水を供給できる。
【００１５】
次に、上記鋼管貫入用掘削装置２０を用いて角型管１１の前面の地山７０を掘削する方法について説明する。
角型管１１を直進させながら掘削する場合には、右側の噴射ノズル２１ａ，２１ｂ，２１ｃへ供給するジェット水の圧力及び流量と、左側の噴射ノズル２１ｄ,２１ｅへ供給するジェット水の圧力及び流量とを同じにしてスイングさせながら、上記角型管１１前方の地山７０を掘削するようにすればよい。これにより、ジェット水を角型管１１の前面に均一に噴射させることができるだけでなく、スイングしているため、ジェット水が当たらない部分がない。したがって、地山７０が粘土質であった場合でも、掘削した土砂が粉砕されて泥水状態になるので、バキューム管１２が詰まることがなく、上記土砂をスムースに排出することができる。
また、角型管１１を左右どちらかの方向に曲進させながら掘削する場合には、曲がる側とは反対側の噴射ノズルに供給するジェット水の圧力または流量を、曲がる側の噴射ノズルに供給するジェット水の圧力または流量よりも大きくしてやればよい。具体的には、右側の噴射ノズル２１ａ，２１ｂ，２１ｃへ供給するジェット水の圧力または流量を大きくすると、右側が余掘りされるので地山７０の抵抗が少なくなり、その結果角型管１１は左側に曲がりながら貫入される。
なお、本例では、噴射ノズル２１ａ〜２１ｅは角型管１１の水平片に平行な方向に配列されているので、上下方向に曲進させながら掘削するためには掘削を一時中断し、鋼管貫入用掘削装置２０及び当接部材１４の取付位置を９０度回転させた位置に直してから、上記左右曲進の場合と同様に、曲がる側とは反対側の噴射ノズルに供給するジェット水の圧力または流量を、曲がる側の噴射ノズルに供給するジェット水の圧力または流量よりも大きくした状態で、掘削するようにすればよい。
【００１６】
このように、本最良の形態では、噴射ノズル２１ａ〜２１ｅを貫入する角型管１１の水平方向に配列してノズル装着部材２２に装着するとともに、このノズル装着部材２２の両端側にスイングシャフト２３，２３を取付け、このスイングシャフト２３，２３をバキューム管１２の外周側に取付けた第２の取付部材２４Ｂに装着したエアシリンダ２５を用いて中心軸２３ｋ周りに旋回させることにより、上記噴射ノズル２１ａ〜２１ｅをスイングさせながら、上記角型管１１前方の地山７０を掘削するようにしたので、少ない数の噴射ノズルでも貫入方向前面の地山を均一に掘削することができる。
また、高圧水供給装置３０から送られる高圧水を上記各噴射ノズル２１ａ〜２１ｅに供給する際に、上記ノズル装着部材２２を角型管１１の案内刃１３側から見て右側に位置する３本の噴射ノズル２１ａ，２１ｂ，２１ｃへ供給する配管と、左側に位置する噴射ノズル２１ｄ,２１ｅへ供給する配管とを別系統としたので、例えば、噴射ノズル２１ａ，２１ｂ，２１ｃからのジェット水の圧力もしくは流量を、噴射ノズル２１ｄ,２１ｅからのジェット水の圧力もしくは流量よりも大きくして、右側を余掘りするようにすれば、上記角型管１１を左側に曲進させるなど、上記角型管１１を上下方向あるいは左右方向へ曲進させることができる。
【００１７】
なお、上記最良の形態では、噴射ノズルの本数を５本とし、これを角型管１１の水平方向に配置したが、これに限るものではなく、ジェット水の広がり角度や最大噴射圧または最大流量等の噴射ノズルの仕様により適宜決定されるもので、上記角型管１１の水平方向の全幅に亘ってジェット水が均一に当たるような本数であればよい。また、配置については上下方向に配置してもよい。
また、上記例では、スイングシャフト２３を、エアシリンダ２５を用いてスイングさせたが、ギヤ付モータとクランク機構を用いるなど、他の旋回機構を用いてもよい。
また、上記例では、高圧水の水路を、噴射ノズル２１ａ，２１ｂ，２１ｃへの水路と噴射ノズル２１ｄ,２１ｅへの水路の２系統としたが、高圧水の水路を、例えば、右側の端部に位置する噴射ノズル２１ａへの水路と中央に位置する噴射ノズル２１ｂ，２１ｃ，２１ｄの水路と左側の端部に位置する噴射ノズル２１ｅへの水路の３系統とするなど、３系統以上にしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
以上説明したように、本発明によれば、少ない数の噴射ノズルでも鋼管の貫入方向前面の地山を均一に掘削することができるだけでなく、上記鋼管を上下方向あるいは左右方向へ曲進させることができるので、例えば、先行支保工のような、アーチ型の地中構造体を構築するために用いられる角型鋼管などの断面形状が矩形状の鋼管を容易にかつ効率よく地山内に貫入することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の最良の形態に係る角型管推進機の概略構成を示す側面図と正面図である。
【図２】本最良の形態に係る角型管推進機の概略構成を示す平面図である。
【図３】本最良の形態に係る鋼管貫入用掘削装置の概略構成を示す斜視図である。
【図４】並行して延長する２つのトンネルの間に施設を構築する方法を説明するための図である。
【図５】従来のオーガー式削孔推進機の一構成例を示す図である。
【図６】ウォータージェット噴射装置を用いた掘削装置の一例を示す図である。
【図７】噴射ノズルの配列例を示す図である。
【符号の説明】
【００２０】
１０ 角型管推進機、１１ 角型管、１２ 排泥管（バキューム管）、１３ 案内刃、
１４ 当接部材、１４ｈ 縦孔、１５ 排水手段、
２０ 鋼管貫入用掘削装置、２１ａ〜２１ｅ 噴射ノズル、２２ ノズル装着部材、
２３ スイングシャフト、２３ｋ 中心軸、２３ｈ 孔部、２４Ａ 第１の取付部材、
２４Ｂ 第２の取付部材、２５ エアシリンダ、２５ａ シリンダ本体、
２５ｂ シャフト、２６ 可動板、２７ 押棒、２７ｒ ローラベアリング、
２８ ストッパー部材、２９ リミッタ、３０ 高圧水供給装置、
３１ａ，３１ｂ 耐圧ホース、３２ａ，３２ｂ 高圧水入力用配管、
３３ａ，３３ｂ スイングシャフト内の配管、
３４ａ，３４ｂ ノズル装着部材内の配管、７０ 地山。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地山内に貫入する鋼管内に推進管を設けるとともに、この推進管の前面に複数のジェット水噴射ノズルを設置して、上記噴射ノズルからのジェット水により上記鋼管の貫入方向前面の地山を掘削しながら上記鋼管と上記推進管とを同時に推進して、上記鋼管を地山内に貫入する鋼管の貫入方法において、上記複数の噴射ノズルを線状に配列するとともに、上記各噴射ノズルを当該ノズルの配列方向と直交する面内にて移動させながら、上記地山を掘削するようにしたことを特徴とする鋼管の貫入方法。
【請求項２】
上記線状に配列された噴射ノズルのうち、一方の端部側に位置する噴射ノズルからのジェット水の圧力もしくは流量を、他方の端部側に位置する噴射ノズルからのジェット水の圧力もしくは流量よりも大きくして、上記鋼管を曲進させるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の鋼管の貫入方法。
【請求項３】
断面形状が矩形の埋設用鋼管の貫入方向前面に装着された複数のジェット水噴射ノズルと、この噴射ノズルに高圧水を圧送する高圧水供給装置とを備えた鋼管貫入用掘削装置であって、上記鋼管の一方の辺に平行に延長し、上記複数の噴射ノズルを保持するノズル装着部材と、上記ノズル装着部材を支持する腕部と、この腕部を揺動させる手段とを備え、上記複数の噴射ノズルを当該ノズルの配列方向と直交する面内で揺動させながら、鋼管の貫入方向前面の地山を掘削するように構成したことを特徴とする鋼管貫入用掘削装置。
【請求項４】
上記線状に配列された噴射ノズルのうち、一方の端部側に位置する噴射ノズルへ供給する高圧水の配管と、他方の端部側に位置する噴射ノズルへ供給する高圧水の配管とを別個に設け、上記２つの配管から各噴射ノズルへ供給するジェット水の圧力もしくは流量を独立に設定可能としたことを特徴とする請求項３に記載の鋼管貫入用掘削装置。
【請求項５】
上記噴射ノズルへ供給する高圧水の配管を上記腕部内に設けたことを特徴とする請求項３または請求項４に記載の鋼管貫入用掘削装置。
【請求項１】
地山内に貫入する鋼管内に推進管を設けるとともに、この推進管の前面に複数のジェット水噴射ノズルを設置して、上記噴射ノズルからのジェット水により上記鋼管の貫入方向前面の地山を掘削しながら上記鋼管と上記推進管とを同時に推進して、上記鋼管を地山内に貫入する鋼管の貫入方法において、上記複数の噴射ノズルを線状に配列するとともに、上記各噴射ノズルを当該ノズルの配列方向と直交する面内にて移動させながら、上記地山を掘削するようにしたことを特徴とする鋼管の貫入方法。
【請求項２】
上記線状に配列された噴射ノズルのうち、一方の端部側に位置する噴射ノズルからのジェット水の圧力もしくは流量を、他方の端部側に位置する噴射ノズルからのジェット水の圧力もしくは流量よりも大きくして、上記鋼管を曲進させるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の鋼管の貫入方法。
【請求項３】
断面形状が矩形の埋設用鋼管の貫入方向前面に装着された複数のジェット水噴射ノズルと、この噴射ノズルに高圧水を圧送する高圧水供給装置とを備えた鋼管貫入用掘削装置であって、上記鋼管の一方の辺に平行に延長し、上記複数の噴射ノズルを保持するノズル装着部材と、上記ノズル装着部材を支持する腕部と、この腕部を揺動させる手段とを備え、上記複数の噴射ノズルを当該ノズルの配列方向と直交する面内で揺動させながら、鋼管の貫入方向前面の地山を掘削するように構成したことを特徴とする鋼管貫入用掘削装置。
【請求項４】
上記線状に配列された噴射ノズルのうち、一方の端部側に位置する噴射ノズルへ供給する高圧水の配管と、他方の端部側に位置する噴射ノズルへ供給する高圧水の配管とを別個に設け、上記２つの配管から各噴射ノズルへ供給するジェット水の圧力もしくは流量を独立に設定可能としたことを特徴とする請求項３に記載の鋼管貫入用掘削装置。
【請求項５】
上記噴射ノズルへ供給する高圧水の配管を上記腕部内に設けたことを特徴とする請求項３または請求項４に記載の鋼管貫入用掘削装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００８−５０８０９（Ｐ２００８−５０８０９Ａ）
【公開日】平成２０年３月６日（２００８．３．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２２６９４７（Ｐ２００６−２２６９４７）
【出願日】平成１８年８月２３日（２００６．８．２３）
【出願人】（０００００１３１７）株式会社熊谷組 (551)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年３月６日（２００８．３．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年８月２３日（２００６．８．２３）
【出願人】（０００００１３１７）株式会社熊谷組 (551)
【Ｆターム（参考）】
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