JPH086559B2 - 非開削工法における乾式拡孔ヘッド及び乾式拡孔方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、非開削による管埋設工法において用いられ
る拡孔ヘッドおよびこの拡孔ヘッドを用いた拡孔掘削方
法に関し、特に、水を用いることなく乾式で拡孔掘削を
行うことができる新たな拡孔方式を提供するものであ
る。

〔従来の技術〕

交通量の多い道路や市街地などにガス管、水道管等の
比較的小口径の管を埋設する方法として、非開削管埋設
工法が知られている。この工法は、発進立坑から到達立
坑に向かってパイロット管を敷設した後、該パイロット
管に沿って拡孔ヘッド（拡孔ビット）で拡孔しつつ、本
管を順次埋設するものである。前記拡孔ヘッドは、到達
立坑まで貫通したパイロット管の先端に接続され、パイ
ロット管を介して発進立坑側に引き寄せられる過程で拡
孔掘削を行う。拡孔ヘッドは、パイロット管接続側の面
に掘削ビットと排土取入口を有し、後続の埋設管に対し
て回転可能に連結される。

このような拡孔ヘッドを用いた工法における土砂排出
方式として、ヘッド本体内にスクリュー杆を設け、排土
取入口からヘッド内の土砂室に取り込まれた土砂を、ス
クリュー杆を利用してパイロット管方向に送り出すよう
にする方式のものが知られている。この方式は、スクリ
ュー杆の回転数を地盤等の性質に応じて制御することに
より、ヘッド本体内の土砂を圧密状態にして土砂の排出
を行うものである。

また、他の方式として、ヘッド内の土砂室に取り込ん
だ土砂に水を加えてスラリー状とし、これをポンプ等を
用いて排土管により埋設管側に排出するようにしたもの
も知られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、これらのうち前者の方式では、ヘッド内に取
り込まれる土砂が固結状態のものや粘性の高いものであ
る場合、土砂がヘッド内のスクリュー杆等の部材に粘着
したり、或いは、これら部材によって土砂の流れが阻害
されるため、スクリュー杆によるヘッド内からの排土が
円滑に行われず、この結果、羽口にかかる土圧が増加
し、拡孔ヘッドの効率的な推進ができなくなるという問
題がある。

また、後者の方式では、ヘッド本体の土砂室や立坑側
にポンプや土砂排出管を設置しなければならないため、
拡孔ヘッド等の構造が複雑になり、また排土管の接続、
取外しなどにも多大の手間がかかるという難点がある。
また、土砂を水スラリーで排出するため、分離機や送水
ポンプ、水タンク等の付帯設備が必要になり、設備費や
据付面積の増大化を招き、施工コストが高くなるという
欠点もある。

本発明はこのような従来の問題に鑑みなされたもの
で、その第１の目的は、構造が簡単で、しかもヘッド内
に取り込まれた土砂を効率的に排出することができる構
造の拡孔ヘッドを提供することにある。

また、本願第２の目的は、このような拡孔ヘッドを用
い、地山を乱すことなく効率的な掘削を行うことができ
る拡孔掘削方法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

このため本発明の拡孔ヘッドは、前面に掘削ビットと
排土取入口を有するヘッド本体の前面中央部に、先端に
パイロット管との接続部を有し、後端側がヘッド本体内
部に連通した筒状部を形成し、該筒状部内からヘッド本
体内にわたって、パイロット管方向に排土を移送するた
めのスクリュー杆を回転可能に設けてなる拡孔ヘッドで
あって、スクリュー杆内部を中空状にしてパイロット管
側からエアを供給し得るように構成するとともに、ヘッ
ド本体内のスクリュー杆端部に前記エア噴出用のノズル
を設け、スクリュー杆をその長手方向で進退可能に構成
したものである。

また、このような拡孔ヘッドを用いる本発明法は、拡
孔ヘッドをパイロット管に接続し、パイロット管により
ヘッド本体とスクリュー杆を逆方向に回転させつつ、拡
孔ヘッドをパイロット管発進側に引き寄せることにより
拡孔掘削を行うに際し、掘削中、パイロット管を通じて
供給されるエアを、スクリュー杆端部のノズルからヘッ
ド本体内に噴出させ、該噴出エアによりヘッド本体内の
土砂を破砕且つ乾燥させた後、スクリュー杆でパイロッ
ト管側に排出し、且つヘッド本体の回転数とビット切込
量を調整することにより、ヘッド本体前面の土砂を圧密
状態に保持するようにしたものである。

〔作用〕

本発明の拡孔ヘッドは、スクリュー杆端部のノズルか
らヘッド本体の内部（土砂室）に高圧のエアを噴出し、
このエアによりヘッド内の土砂を破砕且つ乾燥させて排
出し易い状態とし、これをスクリュー杆で排出する。ス
クリュー杆はパイロット管を構成する内管によってヘッ
ド本体の回転方向とは逆方向に回転し、その内部に内管
を通じてエアが供給され、このエアが回転するスクリュ
ー杆の前記ノズルから噴射される。この際、スクリュー
杆をその長手方向で進退させることにより、エアをヘッ
ド内の全体に噴射させることができる。

ヘッド内の固結状態にある土砂や粘性の高い土砂は、
この高圧エアにより破砕、乾燥して流動化し、回転する
スクリュー杆によって容易にパイロット管側に移送、排
出される。

また、このような拡孔ヘッドを用いた拡孔掘削では、
ヘッド内に噴出されたエアが排土取入口から流出して地
山を乱すおそれがあり、このため本発明法では、土砂取
込量をヘッド本体の回転数とビット切込量を調整するこ
とにより制限し、ヘッド本体前面（切羽面）の土砂を圧
密状態に保持する。すなわち、計算上の掘削断面積の例
えば1/3〜2/3程度の範囲で土砂取り込みを行い、残りの
2/3〜1/3程度の土砂はヘッドの前面で圧密しながら掘削
を行う。このようにすることにより、ヘッド本体内のエ
アの外部への流出を抑えることができ、高圧エア供給に
よる地山の乱れ等の問題を適切に回避しつつ、効率的な
拡孔掘削を行うことができる。また、ヘッド内からのエ
アの抜けが抑えられるため、エアのバック圧力によりヘ
ッド内からの土砂の排出性が効果的に高められる。

〔実施例〕

第１図および第２図は本発明による拡孔ヘッドの一実
施例を示している。

拡孔ヘッドはヘッド本体１と該ヘッド本体１の後部に
回転可能に接続される管体100とから構成されている。
なお、前記管体100には埋設予定管（以下、埋設管とい
う）が溶接等により接続されるようになっている。

前記ヘッド本体１は、その前面に排土取入口２と掘削
ビット３を有している。すなわち、ヘッド本体前面の半
径方向には、ヘッド本体１の内部（土砂室Ｓ）に土砂を
取り込むためのスリット状の排土取入口２が複数設けら
れており、またこれら排土取入口２に沿って複数の掘削
ビット３が設けられている。

ヘッド本体１の前面中央部には、先端にパイロット管
との接続部６（雌ねじ部）を有し、後端側がヘッド本体
の内部に連通した筒状部４が設けられている。

筒状部４内からヘッド本体内にわたって、排土移送用
のスクリュー杆５が回転可能且つ長手方向進退可能に設
けられている。

このスクリュー杆５は、エアが流通できるようその内
部が中空状に構成され、また、そのヘッド本体側の端部
には複数のエア噴出用ノズル7a〜7cが設けられている。
このうち、ノズル7aがヘッド本体の径方向、ノズル7bが
斜め前方、ノズル7cが斜め後方をそれぞれ向いており、
これらノズルによりヘッド本体内部全体にエアを噴射で
きるようにしている。このようなスクリュー杆５はパイ
ロット管を構成する内管（図示せず）に接続され、この
内管により回転せしめられるとともに、内管を通じてエ
アの供給を受ける。

ヘッド本体１の後部には、回転継手８を介して管体10
0が回転可能に接続されている。この回転継手８は、ヘ
ッド本体の後部に固定された軸体81と、管体100側でこ
れを軸支する軸受82とにより構成されている。

その他図面において、９は減摩剤、10は減摩剤供給管
である。

次に、このような拡孔ヘッドを用いる本発明の拡孔方
法を説明する。

拡孔ヘッド（イ）は、第３図に示すように発進立坑Ｘ
から到達立坑Ｙまで貫通したパイロット管（ハ）の先端
に取付けられ、発進立坑Ｘ側に引き寄せられつつ拡孔掘
削が行われる。すなわち、拡孔ヘッド（イ）は駆動装置
（ニ）の駆動力により回転しつつ発進立坑Ｘ方向に後退
するパイロット管（ハ）によって、ヘッド本体１のみが
回転せしめられつつ牽引され、前面の掘削ビット３によ
って地盤を拡孔掘削する。そして、管体100はその後部
に埋設管（ロ）を連行し、非回転の状態でヘッド本体１
に追随する。拡孔ヘッド（イ）に導かれる埋設管（ロ）
は拡孔ヘッドの進行にともなって到達立坑Ｙ側で継ぎ足
され、拡孔ヘッドが発進立坑Ｘ側に到達することによ
り、その埋設が完了する。なお、このような管埋設工程
では通常、到達立坑Ｙ側で管押しジャッキ（ホ）により
埋設管（ロ）の後端を押圧し、埋設管（ロ）の推進力が
補われる。

掘削により生じた土砂は排土取入口２からヘッド本体
１の内部（土砂室）に取り込まれ、さらにヘッド本体の
回転方向と逆方向に回転するスクリュー杆５のスクリュ
ーにより、パイロット管方向に排出、移送される。

スクリュー杆５にはパイロット管（ハ）の内管を通じ
てエアが供給され、このエアは回転するスクリュー杆端
部のノズル7a〜7cからヘッド本体内に噴射され、ヘッド
本体内の固結状態にある土砂や粘性の高い土砂を破砕、
乾燥させ、排出が容易なように流動化させる。なお、こ
の際スクリュー杆５をその長手方向で進退させることに
より、ノズル7a〜7cからのエアをヘッド本体内全体に行
きわたらせることができる。また、スクリュー杆５はヘ
ッド本体とは逆方向に回転するため、前記エアによる破
砕効果がより高められる。

このような拡孔掘削において、本発明法ではヘッド本
体の回転数とそのビット切込量を調整することによって
ヘッド本体１への土砂取込量を制限し、第４図に示すよ
うにヘッド本体１前面で土砂を圧密しながら掘削を行
う。すなわち、ヘッド本体１内に高圧エアを噴出させる
本発明法では、エアが排土取入口から掘削部に流出して
その地山を乱すおそれがある。これに対し、上述のよう
に土砂取込量を制限することによってヘッド前面を圧密
することにより、エアの流出が防止され、地山を安定し
て保持しつつ掘削を行うことができる。加えて、ヘッド
内からのエアの抜けがなくなるため、エアのバック圧力
により、ヘッド内からの土砂の排出性が高められ、効率
的な排土が可能になる。

拡孔ヘッドの掘削量は下式により求められる。

Ｑ＝π（Ｄ−ｄ）Ｎ・ｔ 但し、D:拡孔ヘッド外径 d:パイロット管外径 N:ヘッド本体回転数 t:ビット切込量 本発明では、通常、土砂取込量をQ/3〜2Q/3程度に制
限するようにヘッドの回転数とビット切込量をコントロ
ールし、ヘッド前面に土砂圧密状態を形成する。

第５図は掘削装置全体の概略図である。図中、11はエ
アポンプ、12はエアと土砂を分離するための分離機、13
は排土流量計であり、この排土流量計13により土砂の取
り込み量を管理する。

〔発明の効果〕

以上述べた本発明の拡孔ヘッドは、その構造が極めて
簡単であり、しかも、回転するスクリュー杆端部のノズ
ルからヘッド本体の内部に高圧のエアを噴出し、ヘッド
内の土砂を破砕且つ乾燥させるため、スクリュー杆によ
る土砂の排出を円滑且つ効率的に行うことができる。

また、このような拡孔ヘッドを用いる本発明法によれ
ば、ヘッド内への土砂取込量をヘッド本体の回転数とビ
ット切込量を調整することにより制限し、ヘッド本体前
面の土砂を圧密状態に保持するため、ヘッド本体内のエ
アの外部への流出を抑えることができ、高圧エア供給に
よる地山の乱れ等の問題を適切に回避しつつ、乾式によ
る効率的な拡孔掘削を行うことができる。また、拡孔ヘ
ッド内からのエアの抜けが抑えられるため、エアのバッ
ク圧力により、ヘッド内からの土砂の排出性を効率的に
高めることができる。さらに、本発明法は簡単な構造の
拡孔ヘッドを用いるだけで済み、しかも、従来の水スラ
リー排土方式で必要とされるような送水ポンプや分離機
等の付帯設備が全く不要であり、このため設備据付面積
が極めて少なくて済み、また設備費も上記方式に較べ大
幅に節減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明に係る拡孔ヘッドの一実施
例を示すもので、第１図は縦断面図、第２図は第１図中
II−II線に沿う断面図である。第３図は本発明の拡孔方
法を示す説明図である。第４図は拡孔ヘッド前面の圧密
状態を示す説明図である。第５図は本発明の実施に供さ
れる掘削装置の概略図である。 図において、１はヘッド本体、２は排土取入口、３は掘
削ビット、４は筒状部、５はスクリュー杆、7a〜7cはノ
ズル、（イ）は拡孔ヘッド、（ロ）は埋設管、（ハ）は
パイロット管である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】前面に掘削ビットと排土取入口を有するヘ
   ッド本体の前面中央部に、先端にパイロット管との接続
   部を有し、後端側がヘッド本体内部に連通した筒状部を
   形成し、該筒状部内からヘッド本体内にわたって、パイ
   ロット管方向に排土を移送するためのスクリュー杆を回
   転可能に設けてなる拡孔ヘッドであって、スクリュー杆
   内部を中空状にしてパイロット管側からエアを供給し得
   るように構成するとともに、ヘッド本体内のスクリュー
   杆端部に前記エア噴出用のノズルを設け、スクリュー杆
   をその長手方向で進退可能に構成してなる非開削工法に
   おける乾式拡孔ヘッド。
2. 【請求項２】請求項（１）の拡孔ヘッドをパイロット管
   に接続し、パイロット管によりヘッド本体とスクリュー
   杆を逆方向に回転させつつ、拡孔ヘッドをパイロット管
   発進側に引き寄せることにより拡孔掘削を行うに際し、
   掘削中、パイロット管を通じて供給されるエアを、スク
   リュー杆端部のノズルからヘッド本体内に噴出させ、該
   噴出エアによりヘッド本体内の土砂を破砕且つ乾燥させ
   た後、スクリュー杆でパイロット管側に排出し、且つヘ
   ッド本体の回転数とビット切込量を調整することによ
   り、ヘッド本体前面の土砂を圧密状態に保持することを
   特徴とする非開削工法における乾式拡孔方法。