特開 2023-91579 鋼管接続用治具

(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】P2023091579

(43)【公開日】2023-06-30

(54)【発明の名称】鋼管接続用治具

(51)【国際特許分類】

   E21D 9/04 20060101AFI20230623BHJP

【ＦＩ】

E21D9/04 F

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021206385

(22)【出願日】2021-12-20

(71)【出願人】

【識別番号】591029921

【氏名又は名称】フジモリ産業株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】521556657

【氏名又は名称】虎乃門建設機械株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003340

【氏名又は名称】弁理士法人湧泉特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】坂根 一聡

(72)【発明者】

【氏名】斉藤 高志

(72)【発明者】

【氏名】齊藤 賢吾

(72)【発明者】

【氏名】中田 秀紀

【テーマコード（参考）】

2D054

【Ｆターム（参考）】

2D054AC20

2D054FA07

(57)【要約】

【課題】トンネル施工の補助工法において、地山に打ち込まれる鋼管を押し込み嵌合方式で一直線に接続する際の作業者の作業負荷を軽減する。
【解決手段】打ち込み用のドリルジャンボ２０のガイドセル２３に鋼管接続治具３０を設ける。鋼管接続治具３０の固定鋼管受け３１をガイドセル２３の先端部に固定する。固定鋼管受け３１の前方に伸縮ガイド４０を介して保持部３２を進退可能に設ける。保持部３２によって。継ぎ足されるべき鋼管１０Ｂを相対移動不能かつ解放可能に保持する。進退駆動部５０によって、保持部３２を進退させる。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

押し込み嵌合によって一直線に連結される複数の鋼管を地山に打ち込むトンネル補助工法に用いる鋼管接続治具であって、
継ぎ足されるべき鋼管を管軸方向へスライド可能に受けるスライド受け部を有して、前記打ち込み用のドリルジャンボのガイドセルの先端部に固定された固定鋼管受けと、
前記固定鋼管受けの前方に進退可能に設けられ、前記継ぎ足されるべき鋼管を相対移動不能かつ解放可能に保持する保持部と、
前記保持部を進退させる進退駆動部と、
を備えたことを特徴とする鋼管接続治具。

【請求項2】

前記保持部が、前記継ぎ足されるべき鋼管の受け部を有する移動鋼管受けと、前記継ぎ足されるべき鋼管をクランプするクランプと、を含むことを特徴とする請求項１に記載の鋼管接続治具。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、山岳トンネル施工の補助工法における鋼管どうしを一直線に接続するための治具に関し、特に、ネジ接合ではなく押し込み嵌合によって接続される鋼管に適用される鋼管接続治具に関する。

【背景技術】

【0002】

ＮＡＴＭ（New Australian Tunneling Method）工法による山岳トンネルの構築に際して、掘削中の地山を補強するために、ＡＧＦ（all ground fasting）工法や鏡ボルト工法等の補助工法が実施されることがある。この種の補助工法においては、例えばドリルジャンボなどの機械を用いて、鋼管を地山に打ち込む。複数の鋼管を順次、一直線に接続することによって長尺化する。一般に、鋼管どうしはネジ接合によって接続される（特許文献１等参照）。新たに継ぎ足す側の鋼管は、ドリルジャンボのガイドセルに搭載されて、打ち込み済の鋼管と一直線に並ぶように配置される。その後、作業者が、パイプレンチやチェーントングなどの工具を用いて、継ぎ足し側の鋼管を人力で引き出して回すことで、打ち込み済の鋼管の末端とネジ接合させる。
かかるネジ接合方式は、継ぎ足し側の鋼管を回転させる必要があるため、時間がかかる。加えて、ネジ接合部が構造的に弱点となる。

【0003】

そこで、ネジ接合に代えて、押し込み嵌合によって鋼管どうしを接続することが提案されている（特許文献２等参照）。押し込み嵌合方式の一方の鋼管の端部には、環状に並んだ複数の係止爪が形成されている。他方の鋼管の端部には、環状の係止溝が形成されている。継ぎ足す側の鋼管を、管軸に沿って、打ち込み済の鋼管へ向けて真っ直ぐ押し込むと、係止爪が弾性変形されながら係止溝に嵌って係止される。これによって、鋼管どうしを直線移動だけでワンタッチで接続できる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１６－１２１４４号公報

【特許文献2】特開２０２０－１１１８８０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、前記押し込み嵌合方式においては、継ぎ足し側の鋼管を強く押し込んで係止爪を弾性変形させなければならず、例えば１ｋＮ程度の力が必要である。このため、パイプレンチ、チェーントングなどの工具を使っても、人力だけでは、作業負荷が過大であった。加えて、作業は通常、ドリルジャンボのマンゲージ等の高所作業台上で行うために、足元が悪くて踏ん張れずに反力が取りづらく、作業条件がさらに困難になることが多かった。ドリルジャンボの既存の機構をそのまま使用して接合するのも容易ではなかった。
本発明は、かかる事情に鑑み、トンネル施工の補助工法において、地山に打ち込まれる鋼管を押し込み嵌合方式で一直線に接続する際の作業者の作業負荷を軽減することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

前記課題を解決するため、発明者は、鋼管接続治具を用いて、継ぎ足し側の鋼管に対して押し込み力を作業者に代わって付与することを着想した。
本発明は、かかる着想に基づいてなされたものであり、押し込み嵌合によって一直線に連結される複数の鋼管を地山に打ち込むトンネル補助工法に用いる鋼管接続治具であって、
継ぎ足されるべき鋼管を管軸方向へスライド可能に受けるスライド受け部を有して、前記打ち込み用のドリルジャンボのガイドセルの先端部に固定された固定鋼管受けと、
前記固定鋼管受けの前方に進退可能に設けられ、前記継ぎ足されるべき鋼管を相対移動不能かつ解放可能に保持する保持部と、
前記保持部を進退させる進退駆動部と、
を備えたことを特徴とする。

【0007】

前記保持部が、前記継ぎ足されるべき鋼管の受け部を有する移動鋼管受けと、前記継ぎ足されるべき鋼管をクランプするクランプと、を含むことが好ましい。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、トンネル施工の補助工法において、地山に打ち込まれる鋼管を押し込み嵌合方式で一直線に接続する際の作業者の作業負荷を軽減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、本発明の一実施形態に係る鋼管接続用治具を装着したドリルジャンボの側面図である。

【図2】図２（ａ）は、前記鋼管接続用治具を、押し込み準備状態で示す平面図である。図２（ｂ）は、前記押し込み準備状態の鋼管接続用治具の側面図である。

【図3】図３は、前記鋼管接続用治具の分解斜視図である。

【図4】図４（ａ）は、前記鋼管接続用治具を押し込み状態で示す側面図である。図４（ｂ）は、前記鋼管接続用治具を退避状態で示す側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の一実施形態を図面にしたがって説明する。
図１は、ＮＡＴＭ工法によって構築施工中のトンネル１を示したものである。地山２が掘削されてトンネル１が構築されている。施工に際して、地山補強のための補助工法として、例えばＡＧＦ工法によって多数（図では１本だけ図示）の長尺の先受け鋼管９（地山補強管）が切羽前方の地山に打ち込まれている。打ち込みには、ドリルジャンボ２０が用いられている。長尺先受け鋼管９は、複数（例えば４本程度）の鋼管１０によって構成されている。これら鋼管１０が一直線に連結されている。

【0011】

図１に示すように、互いに隣接する２つの鋼管１０における、先端側（図１において左）の鋼管の末端１０ｅ、及び後端側（図１において右）の鋼管の先端１０ｆには、ワンタッチ接続部１１が形成されている。図２（ａ）に示すように、ワンタッチ接続部１１は、先端側の鋼管の末端１０ｅの内周面に形成された環状の係止溝１２と、後端側の鋼管の先端１０ｆに形成された係止爪１３とを含む。例えば、係止溝１２は、クサビ形の凹断面形状に形成されている。係止爪１３は、クサビ形の凸断面形状に形成されている（特許文献２参照）。係止爪１３は、環状をなすとともに、スリット１４によって、複数の係止爪部１３ａに分かれている。係止爪部１３ａひいては係止爪１３が、係止溝１２に係止されている。先端側の鋼管の末端１０ｅの内部に後端側の鋼管の先端１０ｆが差し込まれることによって、係止溝１２に係止爪１３が嵌っている。

【0012】

鋼管１０における係止溝１２及び係止爪１３を含む末端１０ｅ及び先端１０ｆは、好ましくは、高張力鋼によって構成されている。鋼管１０の末端１０ｅ及び先端１０ｆを除く中間部分は、普通鋼によって構成されていてもよい。

【0013】

なお、先受け鋼管９の内部には、掘削ロッド２４（図１にのみ図示）が挿通されている。掘削ロッド２４の先端には掘削ビット２５が設けられている。掘削ロッド２４の後端は、ドリルジャンボ２０のガイドセル２３上のドリフタ２６に接続されている。

【0014】

図１に示すように、前記鋼管１０どうしの接続のために、鋼管接続治具３０が用意されている。鋼管接続治具３０は、ドリルジャンボ２０に組み込まれている。ドリルジャンボ２０の機体２１からブーム２２が延び、ブーム２２の先端にガイドセル２３が設けられている。ガイドセル２３の先端に鋼管接続治具３０が取り付けられている。好ましくは、鋼管接続治具３０は、ガイドセル２３に対して、取り付け・取り外し可能である。

【0015】

図２（ａ）及び同図（ｂ）に示すように、鋼管接続治具３０は、固定鋼管受け３１と、保持部３２と、伸縮ガイド４０（ガイド部材）と、進退駆動部５０を備えている。固定鋼管受け３１は、厚めの鋼板によって構成されている。該固定鋼管受け３１が、ガイドセル２３の長手方向（前後方向）と直交するように向けられ、ガイドセル２３の先端面に突き当てられて固定されている。図３に示すように、固定鋼管受け３１は、一対の凸板部３１ａ，３１ｂを有している。凸板部３１ａ，３１ｂは、固定鋼管受け３１の底部の左右両側部から上方へ突出されている。左右の凸板部３１ａ，３１ｂの上端高さは互いに異なっている。これら凸板部３１ａ，３１ｂの間にスライド受け部３１ｃが形成されている。スライド受け部３１ｃは、固定鋼管受け３１を前後に貫くとともに固定鋼管受け３１の上端に開放されたＵ字穴形状をなし、継ぎ足されるべき鋼管１０Ｂをガイドセル２３の長手方向へスライド可能に受ける。鋼管１０Ｂの管軸方向は、ガイドセル２３の長手方向へ向けられている。
ガイドセル２３に備え付けの鋼管用セントラライザーを、固定鋼管受け３１として利用してもよい。

【0016】

図３に示すように、ガイドセル２３の先端から前方へ伸縮ガイド４０が突出されている。伸縮ガイド４０は、筒状の固定ガイド部４１と、それよりひとまわり小さい筒状の可動ガイド部４２を含み、二重筒構造になっている。伸縮ガイド４０の軸方向は、ガイドセル２３の長手方向へ向けられている。固定ガイド部４１及び可動ガイド部４２の断面は、四角形であるが、これに限らず、円形であってもよい。固定ガイド部４１の後端部が、固定鋼管受け３１に固定されている。図２（ｂ）及び図４（ａ）に示すように、固定ガイド部４１の内部に可動ガイド部４２が軸方向へ進退可能に収容されている。可動ガイド部４２の進退によって、伸縮ガイド４０が軸方向（前後方向）へ伸縮される。

【0017】

固定鋼管受け３１の前方（図２（ｂ）において左方）に伸縮ガイド４０を介して保持部３２が配置されている。保持部３２は、伸縮ガイド４０の伸縮によって前後方向へ進退可能である。かつ、保持部３２は、鋼管１０Ｂを、当該保持部３２に対して相対移動不能かつ解放可能に保持する。

【0018】

詳しくは、図２（ａ）に示すように、保持部３２は、移動鋼管受け３３と、クランプ３４を含む。移動鋼管受け３３は、固定鋼管受け３１と同様に、厚めの鋼板によって構成されている。該移動鋼管受け３３が、ガイドセル２３の長手方向（前後方向）と直交するように向けられ、可動ガイド部４２の先端面に突き当てられて固定されている。図３に示すように、移動鋼管受け３３は、一対の凸板部３３ａ，３３ｂを有している。凸板部３３ａ，３３ｂは、移動鋼管受け３３の底部の左右両側部から上方へ突出されている。左右の凸板部３３ａ，３３ｂの上端高さは互いに異なっており、しかも、高低が固定鋼管受け３１の凸板部３１ａ，３１ｂとは、左右逆になっている。凸板部３３ａ，３３ｂの間に受け部３３ｃが形成されている。受け部３３ｃは、移動鋼管受け３３を前後に貫くとともに移動鋼管受け３３の上端に達するＵ字穴形状をなしている。受け部３３ｃは、鋼管１０Ｂを受ける。
移動鋼管受け３３ひいては保持部３２と、固定鋼管受け３１とが、前後に対向されるとともに、伸縮ガイド４０を介して接近・離間可能に連結されている。

【0019】

図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、移動鋼管受け３３の前方にクランプ３４が配置されている。好ましくは、クランプ３４は、移動鋼管受け３３の前面に突き当てられている。クランプ３４は、鋼管１０Ｂにおける移動鋼管受け３３より前方部分の外周に着脱可能に装着されている。

【0020】

図３の実線にて示すように、クランプ３４は、一対のクランプ部材３４ａと、締め込み具３４ｂを含む。各クランプ部材３４ａは、半円状に形成されている。一対のクランプ部材３４ａどうしが、ヒンジ３４ｃを介して回転可能に連結されている。図３の二点鎖線にて示すように、これらクランプ部材３４ａが、鋼管１０Ｂを両側から挟み付けている。クランプ部材３４ａにおけるヒンジ３４ｃとは１８０度反対側の端部どうしが、締め込み具３４ｂによって分離可能に連結されている。締め込み具３４ｂは、例えばボルト等を含む。締め込み具３４ｂが緊締されることによって、クランプ３４が鋼管１０Ｂの外周に固定される。締め込み具３４ｂを緩めて外すことで、クランプ３４が鋼管１０Ｂから分離される。

【0021】

図２（ａ）に示すように、進退駆動部５０は、一対の油圧シリンダ５１を含む。一対の油圧シリンダ５１が、伸縮ガイド４０を挟んで左右両側（図２（ａ）において上下）に配置されている。各油圧シリンダ５１のシリンダ部５２が、ガイドセル２３の側方に連結されて支持されている。油圧シリンダ５１のピストンロッド５３の先端部が、移動鋼管受け３３に直接又はブラケット（図示省略）を介して連結されている。図示は省略するが、ドリルジャンボ２０の一部の油圧ホースが油圧シリンダ５１に接続されている。これによって、油圧シリンダ５１の油圧駆動力がドリルジャンボ２０から供給されている。
一対の油圧シリンダ５１からなる進退駆動部５０の伸縮駆動によって、伸縮ガイド４０が伸縮されるとともに、保持部３２が進退される。

【0022】

前記の鋼管接続治具３０は、次のように使用される。
＜打ち込み工程＞
図１に示すように、ドリルジャンボ２０によって先受け鋼管９を地山２に打ち込む。先受け鋼管９のうち最後尾の鋼管１０Ａが完全に地山２に埋まる前に打ち込みを停止し、末端１０ｅをトンネル１内へ突出させておく。

【0023】

＜鋼管設置工程＞
続いて、図３に示すように、継ぎ足すべき鋼管１０Ｂを、鋼管接続治具３０の移動鋼管受け３３から固定鋼管受け３１に跨るように設置する。鋼管接続治具３０を、移動鋼管受け３３の受け部３３ｃに差し入れて支持させるとともに、固定鋼管受け３１のスライド受け部３１ｃに差し入れて支持させる。
＜掘削ロッド継ぎ足し工程＞
前記鋼管設置工程と前後して、掘削ロッド２４（図１）を鋼管１０Ｂの長さ分だけ継ぎ足す。

【0024】

＜クランプ装着工程＞
図２（ａ）及び同図（ｂ）に示すように、鋼管１０Ｂにおける移動鋼管受け３３の前方部分には、クランプ３４を装着してクランプする。一対のクランプ部材３４ａによって鋼管１０Ｂを両側から挟み付け、締め込み具３４ｂを緊締することで、鋼管１０Ｂにクランプ３４を固定する。好ましくは、クランプ３４を移動鋼管受け３３の前面に突き当てる。

【0025】

＜位置決め工程＞
続いて、図２（ａ）及び同図（ｂ）に示すように、ドリルジャンボ２０のブーム２２を操作することによって、鋼管１０Ｂの管軸を先行して打設した先受け鋼管９の管軸と一致させるとともに、鋼１０Ｂの先端１０ｆを、直前の鋼管１０Ａの末端１０ｅと近接させる。好ましくは、ドリルジャンボ２０の操作者（図示省略）とは別の作業者Ａを、高所作業台２７で鋼管１０Ａ，１０Ｂの接続予定部の近くに配置して、作業者Ａが確認しながら位置決めを行う。

【0026】

＜押し込み工程＞
次いで、進退駆動部５０の油圧シリンダ５１を伸長駆動して、移動鋼管受け３３を前進させる。すると、図４（ａ）に示すように、移動鋼管受け３３と共に、該移動鋼管受け３３に突き当てられたクランプ３４が前進され、クランプ３４に固定された鋼管１０Ｂが前進される。鋼管１０Ｂは、スライド受け部３１ｃ上を滑る。伸縮ガイド４０は伸長される。

【0027】

前進する鋼管１０Ｂの先端１０ｆが鋼管１０Ａの末端１０ｅに押し込まれ、係止爪１３が弾性変形されながら係止溝１２と嵌合して係止される。これによって、鋼管１０Ｂの先端１０ｆが鋼管１０Ａの末端１０ｅとワンタッチ接続され、鋼管１０Ｂを打設中先受け鋼管９に継ぎ足すことができる。
進退駆動部５０によって押し込み力を得ることができ、作業者Ａが人力で押し込む必要が無い。したがって、作業者Ａは、前記位置決め工程を行えば済む。これによって、作業者Ａの負担を大幅に軽減することができる。

【0028】

＜退避工程＞
その後、締め込み具３４ｂを緩めることによって、鋼管１０Ｂをクランプ３４から解放する。好ましくは、クランプ３４を鋼管１０Ｂから撤去する。さらに、図４（ｂ）に示すように、油圧シリンダ５１を収縮させることによって、移動鋼管受け３３を後退（退避）させるとともに、伸縮ガイド４０を収縮させる。このとき、受け部３３ｃが、鋼管１０Ｂに沿って摺動される。

【0029】

＜打ち込み工程再開＞
続いて、ドリフタ２６（図１）をガイドセル２３に沿って前進させて鋼管１０Ｂの末端に接続し、ドリルジャンボ２０による先受け鋼管９の打ち込みを再開する。
移動鋼管受け３３を後退（退避）させておくことによって（図４（ｂ））、鋼管接続治具３０が鋼管打ち込みの障害となるのを避けることができる。したがって、打ち込み再開時にクランプ３４だけを撤去すれば、鋼管接続治具３０全体をガイドセル２３から撤去する必要は無い。

【0030】

以上の操作を、先受け鋼管９を構成する鋼管１０の本数分だけ繰り返す。これによって、地山２に所定長さの先受け鋼管９を打ち込むことができる。

【0031】

本発明は、前記実施形態に限らず、種々の改変をなすことができる。
例えば、移動鋼管受け３３が、鋼管１０Ｂを固定するクランプを一体に有していてもよい。移動鋼管受け３３の受け部３３ｃが、鋼管１０Ｂを解放可能にクランプするクランプであってもよい。この場合、鋼管設置工程において、継ぎ足すべき鋼管１０Ｂを移動鋼管受け３３に支持させる際に、移動鋼管受け３３と一体のクランプによって鋼管１０Ｂをクランプする。続いて、進退駆動部５０による押し込み工程によって、移動鋼管受け３３及びそれと一体のクランプが前進されることで、鋼管１０Ｂが前進されて鋼管１０Ａと接続される。その後、退避工程の際は、移動鋼管受け３３と一体のクランプを緩めて、鋼管１０Ｂからクランプを解放したうえで、移動鋼管受け３３及びそれと一体のクランプを後退させる。
伸縮ガイド４０が進退駆動部５０を一体に有していてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0032】

本発明は、山岳トンネルの構築施工における地山補強のための補助工法に適用可能である。

【符号の説明】

【0033】

１ トンネル
２ 地山
９ 長尺先受け鋼管
１０ 鋼管
１０Ｂ 継ぎ足されるべき鋼管
１０ｅ 末端
１０ｆ 先端
１１ ワンタッチ接続部
１２ 係止溝
１３ 係止爪
１３ａ 係止爪部
１４ スリット
２０ ドリルジャンボ
２１ 機体
２２ ブーム
２３ ガイドセル
２４ 掘削ロッド
２５ 掘削ビット
２６ ドリフタ
３０ 鋼管接続治具
３１ 固定鋼管受け
１ｃ スライド受け部
３２ 保持部
３３ 移動鋼管受け
３３ｃ 受け部
３４ クランプ
３４ａ クランプ部材
３４ｂ 締め込み具
３４ｃ ヒンジ
４０ 伸縮ガイド
５０ 進退駆動部
５１ 油圧シリンダ
５２ シリンダ部
５３ ピストンロッド

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】