JP5216896B2 - 低耐荷力推進方式の推進工法用のインナーユニット、及びインナーユニットを含む推進工法用装置 - Google Patents

Description

本発明は、塩化ビニルに代表される合成樹脂推進管を用いる低耐荷力方式であっても長距離の推進を可能とする新しい推進工法に関するものである。より詳細には、該推進工法用推進伝達インナーユニット、該推進伝達インナーユニットを含む低耐荷力方式推進工法用装置に関するものである。

下水道の開削工事に用いる管材料は昭和の年代では鉄筋コンクリート管（ヒューム管）が主体であった。しかし、平成の時代に入ると硫化水素等による鉄筋コンクリート構造物の腐食が問題となり、このため、腐食のない合成樹脂管の中でも特に塩化ビニル管が急速に増加し、現在では鉄筋コンクリート管のシェアーは１％程度まで落ち込む結果となった。

一方、下水道の敷設は道路の下に埋設されることが大半で、交通量の多い幹線道路や商店街、住宅街などでは交通渋滞、振動、騒音などの環境問題が発生することになる。そこで、これらの問題への対処の点から、立坑を掘り、推進工法で下水道管を布設することが多くなって来た。下水道規格では、推進工法に使用する管材料の種類によって、大きな耐荷力を有する鉄筋コンクリート推進管やレジン推進管等を用いて長距離を推進する方式を高耐荷力方式とし、塩化ビニルに代表される合成樹脂推進管を用いて短い距離を推進する方式を低耐荷力方式として分類している。

ただ、短い距離で立坑を構築するのであれば環境問題の解決にはならない。このため、出来るだけ長距離を推進することが要求されている。

しかし、推進工法では、管材料と地山とが直接接触するため、長距離（１００ｍ以上）では管材料と地山との摩擦力が増加し、管材料に大きな耐荷力が必要となる。

以上の理由から、長距離を必要とする推進工事では、腐食問題の点から全般的に使用されなくなっている鉄筋コンクリート推進管を、今だに主体として全般的に使用しなければならないのが現状である。

また、現在では、腐食に強く耐荷力に優れたレジン推進管が開発されているが、レジン推進管は鉄筋コンクリート推進管に比較して非常に高価であるため、あまり採用されていないのが現状である。

そこで、本発明は、以上のとおりの背景から、鉄筋コンクリート推進管の場合の腐食問題についての懸念もなく、高価なレジン推進管を用いることもなく、従来の低耐荷力方式における塩化ビニル推進管等の合成樹脂推進管を用いて長距離推進を可能とする新しい長距離推進工法を実現する、推進工法用推進伝達インナーユニット、及び、該推進伝達インナーユニットを含む推進工法用装置を提供することを課題としている。

本発明の推進工法用推進伝達インナーユニット、及び、該推進伝達インナーユニットを含む推進工法用装置は、上記の課題を解決するものとして以下のことを特徴としている。

第１： 低耐荷力推進方式に使用される推進管材料を推進管とする推進工法に用いられ、推進管と地山との周辺摩擦抵抗力が推進管の許容耐荷力を下回るように、推進管の所要本数ごとに、元押し装置からの推進力を伝達する推進伝達インナーユニットであって、
推進管の後端と次の推進管の前端との狭い間隙に突出・侵入して、推進管のカラー部ないしスパイラル継手付直管のスパイラル継手端面に内接しつつ推進管を推進方向に押圧支持する垂直爪片を持つ推進管支持部材、及び、
垂直爪片を持つ推進管支持部材の外方への突出を可能とし、かつ、推進管が地中の所定の位置に到達した時には、該推進管支持部材の推進伝達インナーユニット内方への後退を可能とする進退機構部を備え、
ａ）該進退機構部には、押し出し・引き込み操作ロッドの押し出し操作に際して、該推進管支持部材に摺接して該垂直爪片を外方に押し出す、操作ロッドの押出し傾斜摺動面と、
ｂ）押し出された該垂直爪片を突出状態で維持するように、該推進管支持部材の推進方向平面と面接触する操作ロッドの突出維持平面と、
ｃ）押し出し・引き込み操作ロッドの引き込み操作に際して、該推進管支持部材に摺接して該垂直爪片を内方に引き込み後退させる、操作ロッドの引き込み傾斜摺動面と、
ｄ）引き込まれ後退した該垂直爪片を後退状態で維持するように、該推進管支持部材の推進方向平面と面接触する操作ロッドの後退維持平面と、
ｅ）押し出し・引き込み操作ロッドの操作で進退する摺動部及び操作ロッドの突出・後退維持平面に平行で面接触する維持平面をもつ該推進管支持部材と、
を具備することを特徴とする低耐荷力方式推進工法用の推進伝達インナーユニット。

第２：該推進管支持部材の該垂直爪片の外方への突出と内方への後退を可能とする進退機構部が、推進伝達インナーユニットの周面の右方向に突出する部位、左方向に突出する部位、下方向に突出する部位の３系統あり、押し出し・引き込み操作ロッドの操作が、各系統毎に独立して可能となる様に構成されていることを特徴とする請求項１記載の低耐荷力方式推進工法用の推進伝達インナーユニット。
第３：ボールまたは車輪を有し、これによる移動で推進完了後に立坑において押して、あるいは、引き抜いて回収可能とされていることを特徴とする請求項１または２に記載の低耐荷力方式推進工法用の推進伝達インナーユニット。
第４：Ａ）軸方向に連続する複数の推進管、
Ｂ）軸方向に連続する複数の推進管の内部に、軸方向に連続して複数で配備される、請求項１〜３のいずれかの請求項に記載の低耐荷力方式推進工法用の推進伝達インナーユニット、
Ｃ）軸方向に連続する複数の推進管の最先端に配備する掘削用先導体、
Ｄ）軸方向に連続する複数の推進管の最後端に配備する元押し装置、
を含んでなることを特徴とする低耐荷力方式推進工法用装置。

第５：軸方向に連続する複数の推進管が、リブカラー付直管、ＳＵＳカラー付直管、スパイラル継手付直管のいずれか１種或いは複数種から構成されることを特徴とする請求項４に記載の低耐荷力方式推進工法用装置。

第６：推進伝達インナーユニット、推進力伝達ロッドのそれぞれの内部には、掘削用先導体の切り羽を保持するための泥水・泥土を送る管、掘削した土砂を送るための管、掘削動力源等の電力線や油圧配管、測量用中空部、推進管支持部材の進退機構部の押し出し・引き込み操作ロッドの接続軸が設けられていることを特徴とする請求項４または５に記載の低耐荷力方式推進工法用装置。

低耐荷力に使用される推進管材料を、推進管と地山との周辺摩擦抵抗力が推進管の許容耐荷力を下回る本数ごとに、元押しジャッキからの推力を伝達する推進伝達インナーユニットに設置された推進管支持部材の垂直爪片で支持するようにした上記第１の発明の方法によれば、地山と推進管材料との摩擦抵抗は推進管の所要の本数分であり、従来の発進立坑から到達立坑の１スパンの推進延長で発生する地山と推進管材料との摩擦抵抗に比較して非常に小さくなる。

このように管径・土質及び施工条件等により変化する推進管と地山との摩擦抵抗が推進管の許容耐荷力より下回る本数ごとに推進管支持部材の垂直爪片で支持させれば、推進延長は推進管材料で制限されることなく、長距離推進を実現できる。

そして、掘削機が到達立坑に到達し、推進管が到達立坑の必要な位置に達した時には、推進管を支持する必要がなく、又推進伝達インナーユニットを回収しなければならないため、推進管支持部材の垂直爪片が推進管材料を支持していては回収出来ないが、本願発明によれば、垂直爪片を持つ推進管支持部材は、進退機構部により推進伝達インナーユニット内に引込み回収出来る。

上記第２の発明の方法によれば、進退機構部の押し出し・引き込み操作ロッドにより、垂直爪片を持つ推進管支持部材は、推進伝達インナーユニット内に引込み回収出来る。

上記第３の発明の方法によれば、進退機構部の油圧ないし電動のジャッキにより、垂直爪片を持つ推進管支持部材は、推進伝達インナーユニット内に引込み回収出来る。

上記第４の発明の方法によれば、垂直爪片を持つ推進管支持部材をその内部に収納した推進伝達インナーユニットは、ボールまたは車輪を有し、これによる移動で推進完了後に立坑において押して、あるいは、引き抜いて回収可能とされている。

以上の方法を可能とする推進伝達インナーユニットを含む低耐荷力方式推進工法用装置も本発明によって実現される。

第５：
Ａ）軸方向に連続する複数の推進管、
Ｂ）軸方向に連続する複数の推進管の内部に、軸方向に連続して複数で配備される、請求項１〜４のいずれかの請求項に記載の低耐荷力方式推進工法用の推進伝達インナーユニット、
Ｃ）軸方向に連続する複数の推進管の最先端に配備する掘削用先導体、
Ｄ）軸方向に連続する複数の推進管の最後端に配備する元押し装置、
Ｅ）元押し装置からの推進力を掘削用先導体に伝達すべく、軸方向に連続する複数の推進力伝達ロッド、
を含んでなる低耐荷力方式推進工法用装置である。

第６：軸方向に連続する複数の推進管が、リブカラー付直管、ＳＵＳカラー付直管、スパイラル継手付直管のいずれか１種或いは複数種から構成される低耐荷力方式推進工法用装置である。
第７：軸方向に連続する複数の推進力伝達ロッドの一部ないし全部が、軸方向に連続して複数で配備される推進伝達インナーユニットで代替可能とされている低耐荷力方式推進工法用装置である。
第８：推進伝達インナーユニット、推進力伝達ロッドのそれぞれの内部には、掘削用先導体の切り羽を保持するための泥水・泥土を送る管、掘削した土砂を送るための管、掘削動力源等の電力線や油圧配管、レーザー測量用中空部、推進管支持部材の進退機構部の押し出し・引き込み操作ロッドの接続軸が設けられている低耐荷力方式推進工法用装置である。

現在、推進工事において塩化ビニル推進管等を使用した低耐荷力方式は、小さな管径１５０ｍｍと２００ｍｍの市場の約９９％を占めている。この管径は下水道の幹線ではなく枝線もしくは幹線への流入に用いられることが多く、短い距離・安価・腐食に適した推進工法として、低耐荷力方式の独壇場となっている。

塩化ビニル推進管は高耐荷力方式の推進管に比較して、軽量で取り扱いが簡易、しかも安価なため、高耐荷力方式に比較して工事期間も短く、安価に施工できる。

しかし、交通事情や道路線形、振動・騒音もしくは住民対策のために立坑を構築出来ない場合はどうしても長距離推進工法を採用しなければならず、高耐荷力方式に頼らざるを得ないのが現状である。

φ３００ｍｍでの塩化ビニル推進管の許容耐荷力は３２．８ｔに対し、高耐荷力方式に使用される鉄筋コンクリート管の許容耐荷力は同じφ３００ｍｍで許容耐荷力（II種）１１１ｔの３倍強、レジン管に至っては最大耐荷力は１５６ｔであり約５倍もの耐荷力を有する。

この許容耐荷力は推進延長に比例するため、高耐荷力方式＝長距離で低耐荷力＝短距離となる。

高耐荷力方式の推進延長は管径・土質及び施工条件などで変化するが、途中で推進ジャッキを用いないで元押しジャッキのみで押せる距離は管径４００ｍｍで最大４００ｍ程度である。

低耐荷力方式の推進延長も管径・土質及び施工条件等によって変化するが、通常３０ｍから９０ｍ程度である。（日本下水道管渠推進技術協会・下水道協会参照）
従って下水道の幹線や上記理由による場合、高耐荷力方式の採用が一般である。

耐腐食に優れたレジン管や陶管等が開発されているが高価であるため採用が少ない。それに対し腐食問題を抱える鉄筋コンクリート推進管が施工単価の安さから未だ市場の約７０％を占めている。

しかし、早く下水道が普及した東京都等の都市では鉄筋コンクリート推進管を使用していたため硫化水素等の腐食がおこり、下水道工事の改修工事に膨大な投資が必要となっている。

今後も、推進工事に鉄筋コンクリート推進管を使用し続ければ改修工事に膨大な税金を投入することになり、社会の発展を阻害することになる。

本発明は安価・腐食に適した推進工法としての低耐荷力方式で長距離・曲線施工を実現でき、大きく社会の発展に寄与することになる。

本発明の実施の形態について以下に説明する。

まず、本発明が前提としている低耐荷力方式の推進について、高耐荷力方式と対比しつつ説明する。

高耐荷力方式とは、図１にその概要を示したように、鉄筋コンクリート管に代表される高耐荷力方式（１）を用いて推進するもので、該管が元押し装置（２）からの推進力を直接受けてこれを先導体（３）に伝達して施工する方式である。

また、低耐荷力方式とは、図２にその概要を示したように、塩化ビニル管等の低耐荷力管（５）を用いて推進するもので、先導体（３）の推進に必要な元押し装置（２）からの推進力の初期抵抗を推進力伝達ロッド（４）に作用させ、推進管（５）には地山と管外面の抵抗のみを負担させる施工方式である。

つまり、低耐荷力方式は、図３に示すように先導体の推進力の先端抵抗力（Ｆ０）（６）を推進力伝達ロッド（ケーシング、スクリュコンベヤ等）（４）に作用させ、推進管（５）には地山との周面抵抗力のみを負担させる方式である。

先端抵抗力（６）を推進力伝達ロッド（４）に負担させたため、先端抵抗分だけ推進距離を伸ばせることになる。

ただ、このような従来の低耐荷力方式では、図４に示したように、推進管（５−１）を推進管カラー（５−２）を介して順次接続し、推進管（５−１）と地山との周面抵抗力が推進管（５−１）の許容耐荷力を越えない推進延長に制限されていた。

すなわち推進管（５−１）を発進立坑の元押し装置で押し込むため、発進立坑に近い推進管に全推進延長分の周面抵抗力に対抗する大きな力がかかることになる。そのため、低耐荷力の推進管では長距離施工ができない。

しかし、図５に示したように、本発明によって、推進管（５−１）をその許容耐荷力を下回る所要本数の短い延長で推進伝達インナーユニット（８）に設けた推進管支持部材（７）で支持させれば、支持される推進管（５−１）の本数分と地山との周面抵抗力は推進管支持部材（７）を設けている推進伝達インナーユニット（８）に作用することになる。

このように推進管（５−１）の許容耐荷力を下回る本数ごとに推進管支持部材（７）で推進管（５−１）を支持すれば、推進延長の制限は推進伝達インナーユニット（８）の許容耐荷力となる。

従来の低耐荷力方式は、推進管と地山との周面抵抗力が推進管の許容耐荷力を下回る条件で推進延長が決定されていたが、本発明により、短距離での施工に制限されていた従来方法の限界からは解放される。

なお、図５においては、推進伝達インナーユニット（８）は、車輪（１２）を有して、移動可能なものとして例示されている。

推進伝達インナーユニットを鋼材で製作すれば、たとえば図６に対比して示したように、鉄筋コンクリート管よりも許容耐荷力は大きくなり、従来の高耐荷力方式の推進延長を越えることも可能となる。

低耐荷力方式に用いられる推進管材料は塩化ビニル推進管が大半であり、推進管の種類はリブカラー付直管・ＳＵＳカラー付直管・スパイラル継手付直管などがある。

図７、図８および図９には、これら日本下水道協会規格の３種類において本発明での推進管の支持について具体的に例示説明する。

図７に示したように、リブカラー付直管（９−１）型の推進管では、リブカラー（９−２）の内側に推進管の継ぎ目接続端面がある。この端面、すなわち、推進管の後端と次の推進管の前端との狭い間隙に、推進管支持部材（７）の垂直爪片が、突出・侵入して、推進管のカラー部に内接しつつ、推進管を推進方向に押圧支持支持する。

図８に例示したＳＵＳカラー付直管（１０−１）ではＳＵＳカラー（１０−２）内側の管の端面に推進管の継ぎ目接続端面がある。この端面、すなわち、推進管の後端と次の推進管の前端との狭い間隙に、推進管支持部材（７）の垂直爪片が、突出・侵入して、推進管のカラー部に内接しつつ、推進管を推進方向に押圧支持する。

図９に示したスパイラル継手付直管（１１−１）ではスパイラル継手（１１−２）部より内方の管の端面に、推進管の継ぎ目接続端面がある。この端面、すなわち、推進管の後端と次の推進管の前端との狭い間隙に、推進管支持部材（７）の垂直爪片が、突出・侵入して、スパイラル継手付直管のスパイラル継手端面に内接しつつ、推進管を推進方向に押圧支持する。

推進伝達インナーユニット（８）は、図３に示した推進力伝達ロッド（４）を代替し、兼ねる形態に構成することもできる。図１０、図１１に示される推進伝達インナーユニット（８）は、そのような事例である。

推進伝達インナーユニットは、掘削用先導体の先端にある掘削用切り羽を、破損、摩耗から守って保持するために、その先端に泥水・泥土を送る管と、その先端で掘削した土砂を後方へ送るための管、を備えている。
さらに、推進伝達インナーユニットは、掘削するための動力として電線又は油圧配管、スクリュー、ロッドと滑材を送る管等を通す構造となっている。また、直線施工時にレーザー測量又はトランシット測量が行えるような測量用中空部を保有する。

具体例として泥水方式での説明をすると、たとえば図１０は、送排泥管（１３）を設けた状態の推進伝達インナーユニットを示している。また、図１１は、推進管支持部材を設ける場合の推進伝達インナーユニットを例示したものであって、送排泥管（１３）とともに、滑材管（１４）、動力線（１５）、測量空間（１６）、そして推進管支持部材の引き込みロッド（１７）を設けた状態を示している。

図１２は、推進管支持部材（１８）を設けた推進伝達インナーユニット（８）と、上記引き込みロッド（１７）の動作による推進管支持部材（１８）の出ている（突出）状態と、引き込まれた（後退）状態との変化を示している。

図１３に拡大して例示したように、たとえば、推進管支持部材（１８）と引き込みロッド（１７）によって推進管支持部材（１８）の進退機構部が構成される。引き込みロッド（１７）は推進伝達インナーユニットと推進伝達インナーユニットとの接合ごとに接合され、推進終了時に図１２のように立坑でロッドを動かせば、推進管を支持していた推進管支持部材（１８）が引き込み、推進伝達インナーユニット（８）を回収できることとなる。

図１４は、この動作をさらに拡大して示したものである。そして、図１５は、ＳＵＳカラー付直管（１０−１）の場合に、推進管支持部材（１８）が、ＳＵＳカラー（１０−２）を押上げるよう外方に突出する状態と、内方に後退する状態とを示した概要図である。

このような外方への突出と内方への後退については、推進管支持部材（１８）の形状、構造、大きさ、配置形態等に対応して様々な機構として可能とすることができる。たとえば、図１６に示したように、推進管支持部材（１８）の動作を、油圧や電動のジャッキ（２０）により行うことができる。

高耐荷力方式の推進工法についての一般説明図である。 低耐荷力方式の推進工法についての一般説明図である。 低耐荷力方式の場合の推進力と抵抗力についての一般説明図である。 従来工法の推進延長と周面抵抗力との関係の一般説明図である。 本発明工法の推進延長と周面抵抗力との関係の説明図である。 本発明工法と従来の高耐荷力方式との比較図である。 軸方向に連続する複数のリブカラー付直管（推進管）の支持状況図である。 軸方向に連続する複数のＳＵＳカラー付直管（推進管）の支持状況図である。 軸方向に連続する複数のスパイラル継手付直管（推進管）の支持状況図である。 推進伝達インナーユニットの概要斜視図である。 推進伝達インナーユニットの例示断面図である。 推進管支持部材の動作の例示図である。 推進管支持部材（８）の引き込みロッド（１７）との構成概要図である。 推進管支持部材（１８）の動作の拡大断面斜視図である。 ＳＵＳカラー付直管の場合の動作の拡大断面斜視図である。 ジャッキ（２０）による動作の例示断面図である。

１ 高耐荷力管
２ 元押し装置
３ 先導体
４ 推進伝達ロッド
５ 低耐荷力管
５−１ 推進管
５−２ 推進管カラー
６ 先端抵抗力
７ 推進管支持部材
８ 推進伝達インナーユニット
９−１ リブカラー付直管
９−２ リブカラー
１０−１ ＳＵＳカラー付直管
１０−２ ＳＵＳカラー
１１−１ スパイラル継手付直管
１０−２ スパイラル継手
１２ 車輪
１３ 送排泥管
１４ 滑材管
１５ 動力線
１６ 測量用中空部
１７ 推進管支持装置の引き込みロッド
１８ 推進管支持部材
２０ 元押し装置のジャッキ

Claims (6)

1. 低耐荷力推進方式に使用される推進管材料を推進管とする推進工法に用いられ、推進管と地山との周辺摩擦抵抗力が推進管の許容耐荷力を下回るように、推進管の所要本数ごとに、元押し装置からの推進力を伝達する推進伝達インナーユニットであって、
   推進管の後端と次の推進管の前端との狭い間隙に突出・侵入して、推進管のカラー部ないしスパイラル継手付直管のスパイラル継手端面に内接しつつ推進管を推進方向に押圧支持する垂直爪片を持つ推進管支持部材、及び、
   垂直爪片を持つ推進管支持部材の外方への突出を可能とし、かつ、推進管が地中の所定の位置に到達した時には、該推進管支持部材の推進伝達インナーユニット内方への後退を可能とする進退機構部を備え、
   ａ）該進退機構部には、押し出し・引き込み操作ロッドの押し出し操作に際して、該推進管支持部材に摺接して該垂直爪片を外方に押し出す、操作ロッドの押出し傾斜摺動面と、
   ｂ）押し出された該垂直爪片を突出状態で維持するように、該推進管支持部材の推進方向平面と面接触する操作ロッドの突出維持平面と、
   ｃ）押し出し・引き込み操作ロッドの引き込み操作に際して、該推進管支持部材に摺接して該垂直爪片を内方に引き込み後退させる、操作ロッドの引き込み傾斜摺動面と、
   ｄ）引き込まれ後退した該垂直爪片を後退状態で維持するように、該推進管支持部材の推進方向平面と面接触する操作ロッドの後退維持平面と、
   ｅ）押し出し・引き込み操作ロッドの操作で進退する摺動部及び操作ロッドの突出・後退維持平面に平行で面接触する維持平面をもつ該推進管支持部材と、
   を具備することを特徴とする低耐荷力方式推進工法用の推進伝達インナーユニット。
2. 該推進管支持部材の該垂直爪片の外方への突出と内方への後退を可能とする進退機構部が、推進伝達インナーユニットの周面の右方向に突出する部位、左方向に突出する部位、下方向に突出する部位の３系統あり、押し出し・引き込み操作ロッドの操作が、各系統毎に独立して可能となる様に構成されていることを特徴とする請求項１記載の低耐荷力方式推進工法用の推進伝達インナーユニット。
3. ボールまたは車輪を有し、これによる移動で推進完了後に立坑において押して、あるいは、引き抜いて回収可能とされていることを特徴とする請求項１または２に記載の低耐荷力方式推進工法用の推進伝達インナーユニット。
4. Ａ）軸方向に連続する複数の推進管、
   Ｂ）軸方向に連続する複数の推進管の内部に、軸方向に連続して複数で配備される、請求項１〜３のいずれかの請求項に記載の低耐荷力方式推進工法用の推進伝達インナーユニット、
   Ｃ）軸方向に連続する複数の推進管の最先端に配備する掘削用先導体、
   Ｄ）軸方向に連続する複数の推進管の最後端に配備する元押し装置、
   を含んでなることを特徴とする低耐荷力方式推進工法用装置。
5. 軸方向に連続する複数の推進管が、リブカラー付直管、ＳＵＳカラー付直管、スパイラル継手付直管のいずれか１種或いは複数種から構成されることを特徴とする請求項４に記載の低耐荷力方式推進工法用装置。
6. 推進伝達インナーユニットの内部には、掘削用先導体の切り羽を保持するための泥水・泥土を送る管、掘削した土砂を送るための管、掘削動力源等の電力線や油圧配管、測量用中空部、推進管支持部材の進退機構部の押し出し・引き込み操作ロッドの接続軸が設けられていることを特徴とする請求項４または５に記載の低耐荷力方式推進工法用装置。

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