特開 2022-152588 土砂排出を同時に行う拡孔装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022152588

(43)【公開日】2022-10-12

(54)【発明の名称】土砂排出を同時に行う拡孔装置

(51)【国際特許分類】

   E21D 9/06 20060101AFI20221004BHJP

   F16L 1/028 20060101ALI20221004BHJP

【ＦＩ】

E21D9/06 311B

F16L1/028 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021055416

(22)【出願日】2021-03-29

(71)【出願人】

【識別番号】000002174

【氏名又は名称】積水化学工業株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】505398963

【氏名又は名称】西日本高速道路株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000202

【氏名又は名称】新樹グローバル・アイピー特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】久田 伸一

(72)【発明者】

【氏名】萩原 優太郎

(72)【発明者】

【氏名】藤井 伸也

【テーマコード（参考）】

2D054

【Ｆターム（参考）】

2D054AC18

2D054AD22

2D054BA18

2D054DA13

2D054GA04

2D054GA17

2D054GA19

(57)【要約】

【課題】配管を地中に敷設する際の誘導式水平ドリル工法の拡孔工程においては、土砂を排出しながら、拡孔工程を行えば、円滑に配管を敷設することができる。しかし、従来、中小口径の配管を敷設する場合には、土砂を排出しながら拡孔を行う、適当な拡孔装置が無かった。
【解決手段】拡孔装置３０は、土砂を掘削するための複数の突起３５を有する第１リーマー３１と、第１リーマー３１の後方に接続され、後方を敷設する配管に接続された、土砂を内部に取り込むための第２リーマー３２とを備える。第２リーマー３２は先端部に複数の羽根３８を有し、複数の羽根３８は土砂を削り、複数の羽根３８の隙間には、土砂を吸い込むための穴が形成されている。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

配管を地中に設置する誘導式水平ドリル工法の拡孔工程で用いる拡孔装置であって、
土砂を掘削するための複数の突起を有する第１リーマーと、
前記第１リーマーの後方に接続され、後方を敷設する配管に接続された、土砂を内部に取り込むための第２リーマーと、
を備え、
前記第２リーマーは先端部に複数の羽根を有し、前記複数の羽根は土砂を削り、前記複数の羽根の隙間には、土砂を吸い込むための穴が形成されている、
拡孔装置。

【請求項2】

前記配管の外径は、７５ｍｍ以上３５０ｍｍ以下である、
請求項１に記載の拡孔装置。

【請求項3】

前記第２リーマーは、さらに、前記複数の羽根を取り付ける筒を有し、
前記複数の羽根は、後端部で、かつ、前記筒の中心部分に、切り欠きが形成されている、
請求項１または２に記載の拡孔装置。

【請求項4】

前記複数の羽根は金属製である、
請求項１～３のいずれか１項に記載の拡孔装置。

【請求項5】

前記複数の羽根は、先方から見て十字型に配置されており、かつ、前記拡孔装置の拡孔する方向に沿って配置されている、
請求項１～４のいずれか１項に記載の拡孔装置。

【請求項6】

前記第２リーマーの前記筒の内部で、前記複数の羽根の後端部より後ろに、前記複数の羽根の隙間より吸い込むためのサクションホースの吸込み口が配置されている、
請求項１～５のいずれか１項に記載の拡孔装置。

【請求項7】

前記第１リーマーは回転して土砂を掘削し、前記第１リーマーの回転を前記第２リーマーに伝達しないように、前記第１リーマーと前記第２リーマーは接続されている、
請求項１～６のいずれか１項に記載の拡孔装置。

【請求項8】

前記第１リーマーと前記第２リーマーの距離は、１０ｃｍ以上１００ｃｍ以下である、
請求項１～７のいずれか１項に記載の拡孔装置。

【請求項9】

前記第１リーマーは、さらに、複数の穴を有し、前記複数の穴から、水と、ベントナイトを含む混合物が噴射される、
請求項１～８のいずれか１項に記載の拡孔装置。

【請求項10】

前記混合物は、さらに、充填剤を含む、
請求項９に記載の拡孔装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、配管を地中に敷設する方法で用いる拡孔装置に関する。

【背景技術】

【0002】

配管を地中に敷設する方法として、地表から開削しない工法が用いられている。非開削な工法としては、誘導式水平ドリル工法が知られている。誘導式水平ドリル工法では、最初に、ドリルパイプの先端に取り付けたドリルヘッドを先導させることにより、地中に先導孔を、配管を敷設する経路に形成する。この先導孔を形成する工程において、ドリルヘッドに内蔵されたビーコン（電磁波発信機）からの信号を地表で探知して、地表からの遠隔制御で先導孔の形成方向を制御する。次に、ドリルパイプの先端に、ドリルヘッドの代わりに、拡孔装置を取り付け、拡孔装置の先に、敷設する配管を取り付ける。そして、ドリルパイプを逆行させ、拡孔装置により、先導孔を拡孔しながら配管を地中に敷設していく（たとえば、特許文献１に記載）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０００－２８２７８０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

拡孔工程において、拡孔により生じた土砂を、地表に排出することにより、拡孔による抵抗を小さくすることができる。特許文献１には、大口径の配管を敷設する拡孔装置は、円滑に土砂を排出することができると開示されている。しかし、中小口径の配管を敷設する場合には、土砂を円滑に排出する拡孔装置が確立されていなかった。

【課題を解決するための手段】

【0005】

第１観点の拡孔装置は、配管を地中に設置する誘導式水平ドリル工法の拡孔工程で用いる拡孔装置であって、
土砂を掘削するための複数の突起を有する第１リーマーと、
前記第１リーマーの後方に接続され、後方を敷設する配管に接続された、土砂を内部に取り込むための第２リーマーと、
を備え、
前記第２リーマーは先端部に複数の羽根を有し、前記複数の羽根は土砂を削り、前記複数の羽根の隙間には、土砂を吸い込むための穴が形成されている。
第２観点の拡孔装置は、第１観点の拡孔装置であって、
前記配管の外径は、７５ｍｍ以上３５０ｍｍ以下である。
第３観点の拡孔装置は、第１観点または第２観点の拡孔装置であって、
前記第２リーマーは、さらに、前記複数の羽根を取り付ける筒を有し、
前記複数の羽根は、後端部で、かつ、前記筒の中心部分に、切り欠きが形成されている。
第４観点の拡孔装置は、第１観点～第３観点のいずれかの拡孔装置であって、前記複数の羽根は金属製である。
第５観点の拡孔装置は、第１観点～第４観点のいずれかの拡孔装置であって、前記複数の羽根は、先方から見て十字型に配置されており、かつ、前記拡孔装置の拡孔する方向に沿って配置されている。
第６観点の拡孔装置は、第１観点～第５観点のいずれかの拡孔装置であって、前記第２リーマーの前記筒の内部で、前記複数の羽根の後端部より後ろに、前記複数の羽根の隙間より吸い込むためのサクションホースの吸込み口が配置されている。
第７観点の拡孔装置は、第１観点～第６観点のいずれかの拡孔装置であって、前記第１リーマーは回転して土砂を掘削し、前記第１リーマーの回転を前記第２リーマーに伝達しないように、前記第１リーマーと前記第２リーマーは接続されている。
第８観点の拡孔装置は、第１観点～第７観点のいずれかの拡孔装置であって、前記第１リーマーと前記第２リーマーの距離は、１０ｃｍ以上１００ｃｍ以下である。
請求項１～７のいずれか１項に記載の拡孔装置。
第９観点の拡孔装置は、第１観点～第８観点のいずれかの拡孔装置であって、前記第１リーマーは、さらに、複数の穴を有し、前記複数の穴から、水と、ベントナイトを含む混合物が噴射される。
第１０観点の拡孔装置は、第９観点の拡孔装置であって、前記混合物は、さらに、充填剤を含む。
なお、本願明細書では、土砂とは、砂、砂利、礫、粘土、シルト又はそれらを任意に混合したものを意味する。

【発明の効果】

【0006】

本実施形態の拡孔装置は、配管が中小口径の配管の場合であっても、第２リーマーが土砂を内部に取り込み、土砂を地表に排出することができるので、地中の余分な土砂が除かれ、土砂の抵抗が減って、拡孔を円滑に進めることができる。
また、一般的な誘導式水平ドリル工法は、パイプを敷設した場合、土壌を圧密してしまうが、本工法では、パイプ容積分の土砂を排出する為、土壌負荷を軽減できる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】第１実施形態の配管を敷設する方法を示すフローチャートである。

【図2A】工程（ａ）を模式的に説明する図である。

【図2B】工程（ｃ）を模式的に説明する図である。

【図3】第１実施形態の拡孔装置３０の図である。

【図4】第１実施形態の第２リーマー３２の内部を示す図である。

【図5】第１実施形態の第２リーマー３２について、フック３２ａ側から筒３９側を見た概略図である。

【図6】第２実施形態の第２リーマー３２１の内部を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

＜第１実施形態＞
本実施形態において、地中に敷設する配管５０は水道管またはガス管である。配管５０は、中小口径の配管である。配管５０の口径（内径）は、７５ｍｍ以上３５０ｍｍ以下である。配管５０は、鉄管であってもよいし、ポリエチレン管であってもよい。ポリエチレン管が特に適している。

【0009】

本実施形態において、配管を敷設する場所は、道路の脇の地中であってもよいし、その他の地中であってもよい。高速道路の脇の地中であってもよい。

【0010】

本実施形態の方法は、高速道路のトンネル消火管の敷設に特に適している。高速道路のトンネル消火管は、高速道路のトンネルの管理員通路の地下に埋められている。管理員通路の地下には、砂が充填されている。

【0011】

本実施形態の配管を敷設する方法を図面を用いて説明する。本実施形態の配管を敷設する方法は、誘導式水平ドリル工法と呼ばれている。

【0012】

本実施形態の配管を敷設する方法は、図１のフローチャートに示すように、主に、（ａ）～（ｃ）の工程を有している。

【0013】

まず、図２Ａに示すように、地中における敷設配管の起点または終点となる、発進坑１１と到達坑１２とを準備する。発進坑１１と到達坑１２の水平距離は、例えば、３０ｍ以上１５０ｍ以下である。上記高速道路のトンネル消火管の敷設においては、新たに穴(埋設用発進口、到達口)を準備しなくても、高速道路の管理員通路の地下にあるハンドホールが発進坑１１、到達坑１２として利用できる場合がある。

【0014】

次に、ドリルユニット２１にドリルパイプ２２を接続し、さらに、ドリルパイプ２２の先端にドリルヘッド２３を取付けたものを準備する。

【0015】

そして、工程（ａ）では、図２Ａに示すように、発進坑１１から到達坑１２に向かって、削孔していく。ドリルヘッド２３は、ビーコン（電磁波発信機）を内蔵しており、地中から電波を発信する。地表では作業員がドリルヘッド２３からの電波を受信し、ドリルヘッドの位置、進行方向を検知する。地表の作業員は、ドリルヘッド２３に信号を送って、あるべき進行方向に削孔が行われるように、ドリルヘッド２３の進行方向を制御する。このようにして、発進坑１１から到達坑１２まで、先導孔が形成される。先導孔とは、敷設する配管よりも径の小さな穴である。

【0016】

次に、工程（ｂ）では、ドリルパイプ２２を先導したドリルヘッド２３を取り外し、拡孔装置３０を取付け、さらに拡孔装置３０の先に敷設する配管５０を取付ける。言い換えると、配管５０を接続された拡孔装置３０の先端をドリルパイプ２２に取り付ける。

【0017】

工程（ｃ）では、図２Ｂに示すように、拡孔装置３０が、先導孔を拡孔しながら配管５０を地中に配置する。

【0018】

拡孔装置３０は、図３に示すように、第１リーマー３１と、第２リーマー３２とを有している。

【0019】

第１リーマー３１は、バックリーマーとも呼ばれる。第１リーマー３１は、先端部がドリルパイプ２２に接続されており、掘削（拡孔）時は、ドリルパイプ２２の回転とともに回転する。第１リーマー３１は複数の突起３５を有している。突起３５は掘削（拡孔）時に土を削る。

【0020】

また、第１リーマー３１は、複数の孔３６を有している。複数の孔３６から水、ベントナイトを含む混合物が噴射される。混合物は、水とベントナイトと充填剤とを含むのがより好ましい。充填剤は、アクリル酸塩、または、高吸収性ポリマーなどの吸水性樹脂である。図２Ｂに示すように、混合物（泥水）は、泥水ユニット車４０からドリルユニット２１、ドリルパイプ２２を経由して第１リーマー３１に供給されたものである。混合物は、掘削した土砂に適度の粘度を与え、掘削を容易にし、第２リーマー３２からの土砂の取り込みを容易にし、また、トンネルの壁と配管５０との摩擦を下げる役割を担うものである。

【0021】

第１リーマーの接続フック３１ａと第２リーマー接続フック３２ａは、第１リーマー３１の回転を第２リーマー３２に伝えないように、両者を接続している。言い換えると、第１リーマーの接続フック３１ａは、第１リーマーの回転部分とベアリングを介して接続されており、第１リーマーの回転部分の回転力が、第１リーマーの接続フック３１ａには直接伝わらないようになっている。また、第１リーマー３１と第２リーマー３２の間は、適切な距離が保たれている。第１リーマー３１と第２リーマー３２との間隔Ｄを図３に示すように、フック３１ａを除いた第１リーマ―３１の後端部と、フック３２ａを除いた第２リーマ―３２の羽根３８の先端部との距離で定義する。第１リーマー３１と第２リーマー３２との間隔Ｄは、たとえば、５０ｃｍである。好ましくは、１０ｃｍ以上１００ｃｍ以下である。間隔Ｄは、送風能力と吸引能力、土質の関係で決定される。距離が長くなると吸引できる土砂が少なくなり、近すぎると多くなり、好ましくない。

【0022】

第２リーマー３２は、図３～５に示すように、外側の筒３９と、筒３９の内面に溶接された羽根３８と、羽根の前方部分に溶接されたフック３２ａと、を備えている。第２リーマーは土砂切リーマーと呼んでもよい。第２リーマー３２は、先頭を第１リーマー３１に接続され、後ろ側を配管５０に接続されている。

【0023】

第２リーマーの先端部分には、複数の羽根３８が配置されている。本実施形態の場合には、４枚の羽根が配置されている。羽根３８は、金属製である。より好ましくは鉄製である。羽根３８と羽根３８との間には、隙間が形成されている。羽根は土砂を削り取り、削り取られた土砂は、羽根３８と羽根３８の間の隙間より、第２リーマー３２の内部に吸い込まれ、さらに、サクションホース４２により吸い込まれて、第２リーマー３２の内部から除去される。

【0024】

羽根３８の後端、中央部分は、図４に示すように切り込み３８ａによって、切り取られている。羽根３８には、土砂が付着しやすく、羽根３８の間の隙間を塞ぎ、土砂の吸い込み効率を低下させる。羽根３８の後端、中央部の切り込み３８ａによって、羽根の面積は減少し、付着する土砂の量が減少する。つまり、切り込み３８ａによって、土砂の吸込み、排出が円滑に行われるようになる。

【0025】

また、第２リーマー３２の内部には、サクションホース４２が配置されている。図４、５に示すように、サクションホース４２の吸い込み口は、羽根３８よりも後ろ側で、下側に配置されるのが好ましい。サクションホース４２の吸い込み口が下側が良い理由は、土砂及び水は、下側に溜まるからである。また羽根３８の後端よりも前に出ると、羽根３８に付着した土砂を吸い込み損ねる恐れがある。図２Ｂに示すように、サクションホース４２は、敷設する配管５０の内部を経由して、地表で高圧吸引車４３に接続される。高圧吸引車４３は、第２リーマー３２内部に侵入した土砂をサクションホース４２を経由して吸引する。

【0026】

サクションホース４２の外径は、通常、５０ｍｍ以上１１０ｍｍ以下である。サクションホース４２の外径は、高圧吸引車４３の吸引力やサクションホース４２の長さにも依存するが、適切な外径でないと土砂を適切に吸引できない。一方、敷設する配管５０の口径は、本実施形態では、上述した通り、７５ｍｍ以上３５０ｍｍ以下と中小口径である。たとえば、敷設する配管５０の口径（内径）が１３０ｍｍであり、サクションホース４２の外径が９１ｍｍである。このように中小口径の配管の場合には、第２リーマー３２や配管５０の内部で、サクションホース４２の外側の空間が狭くなる。そうすると、サクションホース４２で第２リーマー３２の内部を吸引した時に、サクションホース４２の外側から十分な空気が供給されなくなり、第２リーマー内部の空気が不足する。そうすると、空気と一緒に排出されていた土砂の排出にも支障をきたすようになる。

【0027】

そこで、本実施形態においては、図２Ｂに示すように、地表に設置したコンプレッサー４５より、高圧空気を拡孔装置３０に供給する。コンプレッサー４５よりの高圧空気ホース４４を、外から、敷設する配管５０の内部で、サクションホース４２の外部の空間に配置する。敷設する配管５０の長さは、敷設時に例えば、１０ｍ以上１００ｍ以下程度である。このとき、高圧空気ホース４４の吹出口は、敷設する配管５０の先端（地中端）から１ｍ以上後退した位置、かつ、配管５０の後端（地上端）から先に向かって、１ｍ以上のところに(できるだけ前方に)配置するのが好ましい。高圧空気ホース４４の吹出口が、敷設する配管５０の先端（地中端）に近くなりすぎると、吹出空気の圧力が強くなりすぎ、配管５０の後端（地上端）に近すぎると、十分な空気を拡孔装置に送れない恐れがある。適切な位置に吹出口を配置することにより、適度の圧力、適度の量の空気を拡孔装置３０に供給することができる。

【0028】

以上説明したように、本実施形態の配管の敷設方法は、第２リーマー３２の内部に、高圧空気をサクションホース４２の外から供給するので、第２リーマー３２内部の空気が不足するのを防ぎ、第２リーマー３２内部の土砂の排出が円滑に行われる。

【0029】

また、本開示によれば、圧縮空気を配管５０内に供給するが、一般の送風機によって空気を送っても不十分である。これは、配管５０が中小配管の口径しかなく、かつ、配管が１０ｍ～１００ｍといった長さなので、送風機では十分な空気が拡孔装置３０まで到達しないためである。

【0030】

＜第２実施形態＞
第２実施形態の拡孔装置３０１は、第２リーマー３２１の先端部の形状が、第２リーマー３２と異なっていることを除いて、第１実施形態の拡孔装置３０と同じである。
本実施形態の第２リーマー３２１は、図６に示すように、外側の筒３９１が第２リーマー３２１の先端部まで伸びている。また羽根３８１は、筒３９１の先端まで広がっている。外側の筒３９１が先端まで伸びていることにより、筒３９１の先端から第１リーマー３１の端部との間の距離が短くなっている。そのため、第１リーマー３１が先導して掘削していく際に、第１リーマー３１の通過後、第２リーマーの筒部３９１の到着までに上部土砂が崩落してしまい、配管５０敷設後に、配管５０の周囲、上部に空隙が発生するのを防止することができる。したがって、第２実施形態の第２リーマー３２１は、粒径が細かい土砂の場合(砂等)、型崩れしやすい土質に適している。
粒径が細かい土砂の場合(砂等)、型崩れしやすい土質の場合には、第２実施形態の第２リーマー３２１を用い、型崩れしない土質、または粒径が大きい場合には、第１実施形態の第１リーマー３２を用いるというふうに、使い分けてもよい。
以上、本開示の実施形態を説明したが、特許請求の範囲に記載された本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。

【符号の説明】

【0031】

１１ 発進坑
１２ 到達坑
２１ ドリルユニット
２２ ドリルパイプ
２３ ドリルヘッド
３０ 拡孔装置
３１ 第１リーマー
３２ 第２リーマー
３３ 接続部
３５ 突起
３６ 孔
３８ 羽根
４０ 泥水ユニット車
４２ サクションホース
４３ 高圧吸引車
４４ 高圧空気ホース
４５ コンプレッサー
５０ （敷設する）配管

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】