特開 2024-120560 先受け鋼管の連結装置及び連結方法

(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】P2024120560

(43)【公開日】2024-09-05

(54)【発明の名称】先受け鋼管の連結装置及び連結方法

(51)【国際特許分類】

   E21D 9/04 20060101AFI20240829BHJP

【ＦＩ】

E21D9/04 F

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023027423

(22)【出願日】2023-02-24

(71)【出願人】

【識別番号】000201478

【氏名又は名称】前田建設工業株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】591245428

【氏名又は名称】虎乃門建設機械株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】523067137

【氏名又は名称】ＤＳＩニッシン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002860

【氏名又は名称】弁理士法人秀和特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】森 英治

(72)【発明者】

【氏名】櫻井 弘毅

(72)【発明者】

【氏名】西島 伸哉

【テーマコード（参考）】

2D054

【Ｆターム（参考）】

2D054AA10

2D054AC20

2D054FA02

2D054FA07

(57)【要約】

【課題】トンネルの地山に打設される先受け鋼管を連結する際、連結部分の強度及び施工性の優れた技術を提供する。
【解決手段】先受け鋼管の連結装置は、トンネル施工用重機の鋼管打設アームに搭載されると共に打設装置の前方に設置された加締め機であって先行鋼管の後端部に後続鋼管を一体に連結する加締め機を備える。加締め機は、後続鋼管の前端部に外嵌された先行鋼管の後端部を外周側から加圧して加締める加締め用ツールを有する。加締め用ツールは、加締め動作時の加締め用圧力と、当該加締め用圧力よりも小さい固定用圧力を択一的に出力可能であり、後続鋼管の前端部に外嵌される前の先行鋼管の後端部に固定用圧力を作用させることによって先行鋼管の後端部を固定し、固定された先行鋼管の後端部に後続鋼管の前端部が挿入された後に加締め用圧力を作用させる。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

トンネルの地山に打設される先受け鋼管の連結装置であって、
トンネル施工用重機の鋼管打設アームに搭載されると共に前記鋼管打設アームに搭載された打設装置の前方に設置された加締め機であって、先行して地山に打設された先行鋼管の後端部に当該先行鋼管に後続して打設される後続鋼管を一体に連結する加締め機を、備え、
前記加締め機は、
前記後続鋼管の前端部に外嵌された前記先行鋼管の後端部を外周側から加圧し、当該先行鋼管の後端部を塑性変形させることで加締める加締め用ツールを有し、
前記加締め用ツールは、加締め動作時の加締め用圧力と、当該加締め用圧力よりも小さい固定用圧力を択一的に出力可能であり、前記後続鋼管の前端部に外嵌される前の前記先行鋼管の後端部に前記固定用圧力を作用させることによって前記先行鋼管の後端部を固定し、固定された前記先行鋼管の後端部に前記後続鋼管の前端部が挿入された後に前記加締め用圧力を作用させる、
先受け鋼管の連結装置。

【請求項2】

前記加締め機は、前記打設装置によって打設される前記鋼管が挿通する囲繞スリーブを有し、
前記囲繞スリーブの内側に形成される中空部に向けて前記加締め用ツールが環状に配置されている、
請求項１に記載の先受け鋼管の連結装置。

【請求項3】

前記連結装置は、前記加締め機に前記後続鋼管を装填するための装填ユニットを更に備え、
前記装填ユニットは、前記加締め用ツールによって固定されている前記先行鋼管の後方から前記後続鋼管を前送りすることで前記先行鋼管の後端部に前記後続鋼管の前端部を挿入させる、
請求項１又は２に記載の先受け鋼管の連結装置。

【請求項4】

トンネルの地山に打設される先受け鋼管の連結方法であって、
トンネル施工用重機の削岩機アームに搭載されると共に前記削岩機アームに搭載された前記先受け鋼管の打設装置の前方に設置された加締め機を用いて、先行して地山に打設された先行鋼管の後端部に当該先行鋼管に後続して打設される後続鋼管を一体に連結する連結工程を有し、
前記加締め機の加締め用ツールは、加締め動作時の加締め用圧力と、当該加締め用圧力よりも小さい固定用圧力を択一的に出力可能であり、
前記連結工程において、
前記後続鋼管の前端部に外嵌される前の前記先行鋼管の後端部に前記固定用圧力を作用させることによって前記先行鋼管の後端部を固定しておき、その状態で前記先行鋼管の後端部に前記後続鋼管の前端部を挿入した後、前記後続鋼管の前端部に外嵌された前記先行鋼管の後端部を外周側から前記加締め用圧力によって加圧することにより当該先行鋼管の後端部を塑性変形させる、
先受け鋼管の連結方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、先受け鋼管の連結装置及び連結方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ＮＡＴＭ（New Austrian Tunneling Method）工法によるトンネル施工の際の補助工法
として、ＡＧＦ（All Ground Fasten）工法が知られている。ＡＧＦ工法では、トンネル
の前方上部からの岩盤の崩落を防止するために、トンネル切羽の周辺部からトンネル軸方向やや斜め上方の地山へ向けて多数の長尺な先受け鋼管を放射状に打ち込み、当該先受け鋼管内を通じて地山改良剤を注入して地山を改良することが行われる。

【0003】

地山への先受け鋼管の打設（打ち込み）は、一般に、ドリフター等の回転打撃機構を有する打設装置を削岩機アームに搭載したトンネル施工用重機（ドリルジャンボ等）の削岩機アームに搭載される打設装置によって行われる。

【0004】

ＡＧＦ工法に用いる先受け鋼管は長尺であるため、通常は、１本あたりの長さが３メートル程度の鋼管を、順次、一直線に継ぎ足しながら、地山に打設する。つまり、先受け鋼管の打設は、鋼管の継ぎ足し（連結）と地山への鋼管打ち込みを交互に行いながら行われる。ここで、鋼管同士を連結する継手技術として、例えば、ネジ方式やバヨネット方式の継手方法が知られている（例えば、特許文献１、２等を参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００４－１９０２７０号公報

【特許文献2】特開２０１６－６９９０８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、先受け鋼管に用いる鋼管同士をネジ式継手やバヨネット方式で連結する場合、連結部分が強度不足となることが懸念される。また、先受け鋼管に用いる鋼管同士の連結技術に関して、連結部分の強度向上に加えて施工性の優れた技術が望まれている。

【0007】

本開示に係る技術は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、トンネルの地山に打設される先受け鋼管を連結する際、連結部分の強度及び施工性の優れた技術を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

（態様１）
本開示に係る態様１は、トンネルの地山に打設される先受け鋼管の連結装置であって、トンネル施工用重機の鋼管打設アームに搭載されると共に前記鋼管打設アームに搭載された打設装置の前方に設置された加締め機であって、先行して地山に打設された先行鋼管の後端部に当該先行鋼管に後続して打設される後続鋼管を一体に連結する加締め機を、備え、前記加締め機は、前記後続鋼管の前端部に外嵌された前記先行鋼管の後端部を外周側から加圧し、当該先行鋼管の後端部を塑性変形させることで加締める加締め用ツールを有し、前記加締め用ツールは、加締め動作時の加締め用圧力と、当該加締め用圧力よりも小さい固定用圧力を択一的に出力可能であり、前記後続鋼管の前端部に外嵌される前の前記先行鋼管の後端部に前記固定用圧力を作用させることによって前記先行鋼管の後端部を固定し、固定された前記先行鋼管の後端部に前記後続鋼管の前端部が挿入された後に前記加締
め用圧力を作用させる。

【0009】

（態様２）
態様１において、前記加締め機は、前記打設装置によって打設される前記鋼管が挿通する囲繞スリーブを有し、前記囲繞スリーブの内側に形成される中空部に向けて前記加締め用ツールが環状に配置されていてもよい。

【0010】

（態様３）
態様１又は２において、前記連結装置は、前記加締め機に前記後続鋼管を装填するための装填ユニットを更に備え、前記装填ユニットは、前記加締め用ツールによって固定されている前記先行鋼管の後方から前記後続鋼管を前送りすることで前記先行鋼管の後端部に前記後続鋼管の前端部を挿入させてもよい。

【0011】

（態様４）
態様１又は２において、前記加締め機は、前記先行鋼管の後端部を固定した後、前記固定用圧力を解除せずに前記加締め用圧力を前記先行鋼管の後端部に作用させることによって前記先行鋼管の後端部を前記後続鋼管の前端部に加締めてもよい。

【0012】

（態様５）
本開示に係る態様５は、トンネルの地山に打設される先受け鋼管の連結方法であって、トンネル施工用重機の削岩機アームに搭載されると共に前記削岩機アームに搭載された前記先受け鋼管の打設装置の前方に設置された加締め機を用いて、先行して地山に打設された先行鋼管の後端部に当該先行鋼管に後続して打設される後続鋼管を一体に連結する連結工程を有し、前記加締め機の加締め用ツールは、加締め動作時の加締め用圧力と、当該加締め用圧力よりも小さい固定用圧力を択一的に出力可能であり、前記連結工程において、前記後続鋼管の前端部に外嵌される前の前記先行鋼管の後端部に前記固定用圧力を作用させることによって前記先行鋼管の後端部を固定しておき、その状態で前記先行鋼管の後端部に前記後続鋼管の前端部を挿入した後、前記後続鋼管の前端部に外嵌された前記先行鋼管の後端部を外周側から前記加締め用圧力によって加圧することにより当該先行鋼管の後端部を塑性変形させる。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、トンネルの地山に打設される先受け鋼管を連結する際、連結部分の強度及び施工性の優れた技術を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は、実施形態１に係る先受け鋼管の打設システムの概略構成を示す図である。

【図2】図２は、ガイドシェルの概略側面図である。

【図3】図３は、加締め機を後方から眺めた概略図である。

【図4】図４は、先受け鋼管の分解図である。

【図5】図５は、打ち込み用ロッドの分解図である。

【図6】図６は、装填ユニットの概略斜視図である。

【図7】図７は、ドリルジャンボの制御装置及び連結装置のコントローラを説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。本実施形態では、本開示に係る先受け鋼管の連結装置及び連結方法について説明する。本開示に係る先受け鋼管の連結装置及び連結方法は、ＮＡＴＭ（New Austrian Tunneling Method）工法による
トンネル施工の際の補助工法として適用されるＡＧＦ（All Ground Fasten）工法に関す
るものである。

【0016】

＜実施形態１＞
図１は、実施形態１に係る先受け鋼管（ＡＧＦ鋼管）の打設システムＳの概略構成を示す図である。図１には、トンネル施工用重機であるドリルジャンボ１００により先受け鋼管１０を地山に打ち込んでいる状態を概略的に示している。ドリルジャンボ１００は、機体に対して旋回可能に連結されたブーム２、ブーム２に取り付けられた鋼管打設アームとしてのガイドシェル３、ガイドシェル３に搭載されたドリフター４等を備える。図１においては、ドリルジャンボ１００を概略的に示している。

【0017】

ブーム２は、適宜の駆動機構によって伸縮動作、傾動動作、揺動動作、回動動作等が自在である。また、ブーム２には、ガイドシェル３を駆動する駆動機構（図示省略）が設けられており、この駆動機構によってガイドシェル３の水平方向への揺動動作、垂直方向への揺動動作、前後方向への進退動が自在となっている。ドリフター４は、回転打撃機構を有する先受け鋼管１０の打設装置である。

【0018】

図２は、ガイドシェル３の概略側面図である。ガイドシェル３は、例えば概略シグマ形の横断面を有する長尺なガイド外殻部材である。以下、ガイドシェル３の長尺方向を、ガイドシェル３の前後方向として説明する。

【0019】

図２に示すように、ガイドシェル３の上面側には、ドリフター４が搭載されている。ドリフター４は、図示しない駆動機構の作動によって、ガイドシェル３の長尺方向（前後方向）に沿って進退動することが可能になっている。ドリフター４の駆動方式は、例えば油圧式アクチュエータである。但し、上記駆動方式は特に限定されない。

【0020】

ドリフター４は、ガイドシェル３の長尺方向（前後方向）に沿って進退動する機体４１と、当該機体４１の前部側に取り付けられたロッド状のシャンクアダプター４２を有する。ドリフター４のシャンクアダプター４２は、ガイドシェル３の長尺方向における前側に向かって延びるように配置されている。シャンクアダプター４２の前端部には、後述する打ち込み用ロッド（延長用ロッド）と接続可能なジョイント部４３が設けられている。ジョイント部４３には、シャンクアダプター４２の外周面に形成されたネジ部（雄ネジ）が形成されている。シャンクアダプター４２は、機体４１内に配置された主軸と一体に接続されており、機体４１が備える回転機構及び打撃機構からの駆動力を打ち込み用ロッドに伝達することができる。なお、ドリフター４は、シャンクアダプター４２を軸周りの正逆方向（時計回り、反時計周り）に回転駆動することができる。なお、シャンクアダプター４２の中心軸を符号Ｘで示す。シャンクアダプター４２の中心軸Ｘは、ガイドシェル３の長尺方向に沿った軸線と平行である。

【0021】

また、図２に示すように、ガイドシェル３の前端部には、先受け鋼管１０の連結装置５が搭載されている。連結装置５は、加締め機６、加締め機６の駆動源５１、これらを設置する架台５２等を備えている。図示のように、加締め機６は架台５２上に載置されており、ガイドシェル３に搭載されたドリフター４の前方に設置されている。また、加締め機６は、シャンクアダプター４２の中心軸Ｘを通る位置に設置されている。本実施形態において、加締め機６の駆動源５１は油圧式であるが、これには限定されない。先受け鋼管１０はドリフター４の移動ストロークに比べて長尺であるため、１本あたりの長さが３メートル程度の鋼管を、順次、連結装置５を用いて一直線に継ぎ足しながら、地山に打設する。

【0022】

また、架台５２には、先受け鋼管１０の打設時にガイドシェル３の姿勢を安定させるための拘束用ピン７が設けられている。拘束用ピン７は、ガイドシェル３の長尺方向（前後
方向）の前方に向かって架台から延びている。拘束用ピン７は、先受け鋼管１０を打設する際、その先端部をトンネルの切羽（掘削面）に当接することで、施工時におけるガイドシェル３の姿勢を安定させる。例えば、拘束用ピン７は、図２に示すように先端部が尖っていてもよい。なお、本実施形態において、拘束用ピン７は任意の部材である。また、図２に示す符号５３は、後述するドリルロッドの回転を拘束するための可動式のオープンエンドレンチ５３である。オープンエンドレンチ５３は、駆動源５１からの油圧によって上下方向に出没自在に駆動される。図２には、没入位置に切り替えられた状態のオープンエンドレンチ５３を実線で示し、突出位置に切り替えられた状態のオープンエンドレンチ５３を破線で示す。突出位置は、没入位置に比べて相対的に上方に突出している。

【0023】

図３は、加締め機６を後方（図２に示すＡ方向）から眺めた概略図である。加締め機６は、先受け鋼管１０を構成する鋼管（図４を参照）の端部同士を加締め加工によって一直線に連結する装置である。加締め加工自体は周知であるため詳しい説明を省略するが、金属に一定以上の力を加えて塑性変形をさせることにより、複数の部品同士を一体に接続する金属加工の一種である。詳細については後述するが、加締め機６は、先行して地山に打設された先行鋼管の後端部に当該先行鋼管に後続して打設される後続鋼管を加締めによって一体に連結する。

【0024】

先受け鋼管１０を構成する鋼管は、ドリフター４によって地山に打設される。本実施形態における加締め機６は、ドリフター４によって打設される鋼管が挿通する筒状の囲繞スリーブ６１を有し、囲繞スリーブ６１の内側には囲繞スリーブ６１と干渉することなく鋼管を挿通させるための中空部６２が形成されている。加締め機６における中空部６２は略円横断面を有しており、その中心はシャンクアダプター４２の中心軸Ｘを通るように設定されている。

【0025】

加締め機６は、先受け鋼管１０を構成する鋼管を外周側から加圧し、当該先行鋼管の後端部を塑性変形させることで加締めるための複数の加締め用ツール６３を有している。複数の加締め用ツール６３は、囲繞スリーブ６１に設けられており、中空部６２を臨むように円環状に並んで配置されている。以下では、囲繞スリーブ６１における前後方向のうち、加締め用ツール６３が配置されている位置を「加締め位置」と呼ぶ。加締め用ツール６３は、先受け鋼管１０を構成する鋼管を外周側から加圧することによって塑性変形させるための金型片であり、駆動源５１からの油圧によって動作する。各加締め用ツール６３は、具体的には、中空部６２の中心に向かって前進移動（図３におけるＢ方向への移動）及び中空部６２の中心から遠ざかる後退移動（図３におけるＣ方向への移動）が可能である。加締め機６は、各加締め用ツール６３を、「鋼管加締め用位置」、「鋼管固定用位置」、及び「退避位置」に切り替え可能である。各加締め用ツール６３が中空部６２の中心から遠ざかる方向（図３におけるＣ方向）に最も後退した退避位置に保持された状態では、中空部６２の直径が先受け鋼管１０を構成する鋼管の外径に比べて相対的に大きくなる。ドリフター４によって鋼管を地山に打設している工程では、各加締め用ツール６３は「退避位置」に保持される。これにより、先受け鋼管１０を構成する鋼管を、囲繞スリーブ６１に挿通させた状態で当該鋼管を地山に円滑に打ち込むことができる。

【0026】

各加締め用ツール６３の駆動機構（例えば、油圧シリンダー）に駆動源５１からの作動油圧が供給されると、各加締め用ツール６３が「退避位置」から中空部６２の中心側（図３におけるＢ方向側）に向かって前進する。なお、各加締め用ツール６３が「退避位置」から「鋼管加締め用位置」に移動する際の各加締め用ツール６３の作動量（退避位置を基準としたときの、各加締め用ツール６３の前進量）は、「退避位置」から「鋼管固定用位置」に移動する際の同作動量に比べて、相対的に大きく設定される。そのため、各加締め用ツール６３を「鋼管加締め用位置」に移動させる際に鋼管に作用する「加締め用圧力」は、各加締め用ツール６３を「鋼管固定用位置」に移動させる際に鋼管に作用する「固定
用圧力」に比べて相対的に大きくなる。加締め機６は、加締め用ツール６３の作動時に、加締め用圧力と、当該加締め用圧力よりも相対的に小さな固定用圧力を択一的に出力することができる。

【0027】

本実施形態において、「加締め用圧力」は、鋼管を適正な塑性変形させることができる圧力として設定される。一方、「固定用圧力」は、鋼管に塑性変形や傷が生じることがなく、且つ、鋼管の軸方向に規定値以内の外力が作用しても鋼管の位置がずれないような適正な圧力として、「加締め用圧力」に比べて相対的に小さな値として設定される。「加締め用圧力」及び「固定用圧力」の具体的な値は特に限定されず、使用する鋼管の仕様や施工条件に応じて適宜設定することができるが、例えば「加締め用圧力」を２００ｂａｒ程度、「固定用圧力」を８０ｂａｒ程度とすることが例示的に挙げられる。

【0028】

図４は、先受け鋼管１０の分解図である。先受け鋼管１０は、先端鋼管ユニット１１、先端鋼管１２、延長用鋼管１３、末端鋼管１４によって構成されている。なお、先受け鋼管１０の全長やその他の条件に応じて延長用鋼管１３の本数を適宜変更することができる。

【0029】

先端鋼管ユニット１１は、先受け鋼管１０の軸方向における先端（前端）を形成する鋼管ユニットであり、末端鋼管１４は先受け鋼管１０の軸方向における末端（後端）を形成する鋼管である。先端鋼管１２は、先端鋼管ユニット１１の後端に接続される鋼管であり、延長用鋼管１３は、先端鋼管１２及び末端鋼管１４の間に連結される鋼管である。

【0030】

先端鋼管ユニット１１の前端側には、地山を削孔するための削孔用ビットを有する削孔ビットユニット１１１が設けられており、削孔ビットユニット１１１の後端に円筒状の鋼管部１１２が連結されている。削孔ビットユニット１１１は、鋼管部１１２の外径よりも若干大きな横断面を有している。削孔ビットユニット１１１の削孔用ビットは、例えば、複数の超硬チップを含んで構成されていてもよい。先端鋼管ユニット１１における削孔ビットユニット１１１の後面（鋼管部１１２内の中空部を臨む面）には、後述する先端アダプター２１（図５を参照）と係脱自在な係合部（図示せず）が設けられている。

【0031】

先端鋼管１２、延長用鋼管１３及び末端鋼管１４は、先端鋼管１２が延長用鋼管１３及び末端鋼管１４に比べて軸方向長さの違いはあるが、実質的に同一構造である。先端鋼管１２、延長用鋼管１３及び末端鋼管１４の前端側には、他の一般部１２１，１３１，１４１に比べて一回り外径が小さな前端小径部１２２，１３２，１４２が設けられている。削孔ビットユニット１１１の鋼管部１１２、先端鋼管１２、延長用鋼管１３及び末端鋼管１４は、外径及び肉厚が同一の鋼管によって形成されている。また、先端鋼管１２、延長用鋼管１３及び末端鋼管１４は、内部が中空で前端部及び後端部を開口端とする円筒鋼管として形成されている。削孔ビットユニット１１１の鋼管部１１２は、内部が中空で後端部を開口端とする円筒鋼管として形成されている。

【0032】

図４に示す先受け鋼管１０の構成例では、まず、先端鋼管ユニット１１における鋼管部１１２の後端部１１３に先端鋼管１２の前端小径部１２２を挿入し、加締め機６によって鋼管同士を連結することで形成された第１鋼管組立ユニットが、ドリフター４によって地山に打設される。その後、先端鋼管１２の後端部１２３に延長用鋼管１３の前端小径部１３２を挿入し、加締め機６によって鋼管同士を連結することで形成された第２鋼管組立ユニットが、ドリフター４によって地山に打設される。最後に、延長用鋼管１３の後端部１３３に末端鋼管１４の前端小径部１４２を挿入し、加締め機６によって鋼管同士を連結することで形成された第３鋼管組立ユニットが、ドリフター４によって地山に打設される。

【0033】

上記のように構成される先受け鋼管１０は、地山への打設完了後、地山へ注入剤（例え
ば、地山改良剤）を注入するための注入孔（図示せず）が適所に設けられている。例えば、注入孔は、先端鋼管１２、延長用鋼管１３、及び末端鋼管１４の周壁形成された貫通孔として形成されていてもよい。注入孔の数、大きさ、位置等は適宜変更することができる。図４に示す符号１５は、地山への先受け鋼管１０の打設完了後、末端鋼管１４の後端部１４３に形成された開口を閉塞するように取り付けられるパッカーである。パッカー１５には、先受け鋼管１０の内部に注入剤を供給するための注入用チューブ１６が付設されており、注入用チューブ１６を通じて先受け鋼管１０内に圧送された注入剤は、先受け鋼管１０の注入孔を通じて地山内に注入され、地山の改良がなされる。

【0034】

図５は、先受け鋼管１０を地山に打ち込むための打ち込み用ロッドの分解図である。打ち込み用ロッド２０は、先端アダプター２１、先端ドリルロッド２２、延長用ドリルロッド２３，２４を有する。図５に示す例では、２本の延長用ドリルロッド２３，２４が図示されているが、その本数は、先受け鋼管１０における延長用鋼管１３の本数等に応じて増減なし得る。

【0035】

先端ドリルロッド２２、延長用ドリルロッド２３，２４は、軸方向に延びる長尺な鋼製のロッド部材であり、前端側に前端側ジョイント部ＦＪが形成され、後端側に後端側ジョイント部ＲＪが形成されている。先端ドリルロッド２２は、延長用ドリルロッド２３，２４に比べて長い点を除いて実質的に同一構造である。上述した各ドリルロッドの前端側ジョイント部ＦＪには外周面に雄ネジが形成されている。一方、各ドリルロッドの後端側ジョイント部ＲＪには、他のドリルロッドにおける前端側ジョイント部ＦＪ、或いは、上述したシャンクアダプター４２におけるジョイント部４３を挿入可能な中空状インサート構造を有している。そして、後端側ジョイント部ＲＪの内面には、他のドリルロッドにおける前端側ジョイント部ＦＪ、或いは、上述したシャンクアダプター４２におけるジョイント部４３に形成された雄ネジと螺合可能な雌ネジが形成されている。

【0036】

先端アダプター２１は、先端ドリルロッド２２の前端側に接続されるアダプターである。先端アダプター２１の後端側には、他のドリルロッドと同様、内面に雌ネジが形成された後端側ジョイント部ＲＪが形成されている。先端アダプター２１は、後端側ジョイント部ＲＪと先端ドリルロッド２２の前端側ジョイント部ＦＪとを連結することで先端ロッドユニット２５を形成する。

【0037】

さらに、先端アダプター２１の前端側には前端側ジョイント部２６が設けられている。前端側ジョイント部２６は、先端鋼管ユニット１１の係合部と係脱自在となっている。具体的には、先端アダプター２１の前端側ジョイント部２６は、前端側ジョイント部２６を軸周りに正逆方向（時計回り、反時計周り）に回転駆動することで、先端鋼管ユニット１１の係合部に対する係合とその解除を容易に切り替えることができる構造となっている。例えば、先端アダプター２１の前端側ジョイント部２６を先端鋼管ユニット１１の係合部と当接した状態で、先端アダプター２１を軸中心として反時計周りに回転させることによって、先端鋼管ユニット１１の係合部に対して先端アダプター２１の前端側ジョイント部２６を係合させることができる。一方、先端アダプター２１を時計周りに回転させることによって、先端鋼管ユニット１１の係合部に対する先端アダプター２１の係合を容易に解除することができる。

【0038】

また、図５に示す符号２７は、オープンエンドレンチ５３が作動して没入位置から突出位置に切り替えられた際に、オープンエンドレンチ５３と係合するレンチ係合部である。レンチ係合部２７は、先端ドリルロッド２２及び延長用ドリルロッド２３，２４に形成されており、オープンエンドレンチ５３との係合によって軸回りの回転が拘束（規制）される。先端ドリルロッド２２及び延長用ドリルロッド２３，２４のレンチ係合部２７は、オープンエンドレンチ５３と係合可能な対向する一対の平面を含んで構成されていてもよい
。また、図５に示すように、先端ドリルロッド２２及び延長用ドリルロッド２３，２４のレンチ係合部２７は、先端ドリルロッド２２及び延長用ドリルロッド２３，２４における後端側ジョイント部ＲＪ寄り（近傍）の部分に形成されている。

【0039】

図６は、先受け鋼管１０を構成する鋼管を加締め機６に装填するための装填ユニット３０の一例を示す概略斜視図である。装填ユニット３０は、ガイドシェル３に搭載されている。装填ユニット３０は、特に、先行して地山に打設された先行鋼管の後端部に当該先行鋼管に後続して打設される後続鋼管を継ぎ足す際、当該後続鋼管を加締め機６に装填することで作業性の向上に資する。ここでいう後続鋼管としては、上述した延長用鋼管１３及び末端鋼管１４が該当する。

【0040】

装填ユニット３０は、ガイドシェル３の前後方向に沿って離れた２箇所に設けられる取付フレーム３１（後方の取付フレーム３１は図示せず）によってガイドシェル３に取り付けられている。取付フレーム３１は、ドリフター４の動作と干渉しない位置に配置されている。

【0041】

装填ユニット３０は、支持ロッド３２、支持ロッド３２に設けられた前方グリッパー３３及び後方グリッパー３４、油圧シリンダー３５等を有している。支持ロッド３２は、ガイドシェル３の前後方向と平行(つまり、ドリフター４におけるシャンクアダプター４２
の中心軸Ｘと平行)に支持されている。前方グリッパー３３及び後方グリッパー３４は、
開閉式の把持機構であるトング３６を開閉動作することで先受け鋼管１０を構成する各種鋼管の把持やその解除が自在である。

【0042】

ここで、前方グリッパー３３は支持ロッド３２に対して固定式である一方、後方グリッパー３４は支持ロッド３２に沿って摺動自在であり、支持ロッド３２の延在方向（前後方向）に沿って往復動が可能である。油圧シリンダー３５は、固定式の前方グリッパー３３と可動式の後方グリッパー３４間に架け渡されており、作動油圧によって伸縮することで後方グリッパー３４を支持ロッド３２の前後方向に沿って前進又は後進させることができる。

【0043】

後続鋼管としての延長用鋼管１３や末端鋼管１４は、鋼管内に延長用ドリルロッド２３，２４を挿入した状態で装填ユニット３０によって加締め機６に装填される場合がある。この場合、先行鋼管に接続した延長用鋼管１３や末端鋼管１４の打設する準備作業として、鋼管内に挿入された延長用ドリルロッド２３，２４の後端側ジョイント部ＲＪをドリフター４のシャンクアダプター４２におけるジョイント部４３と接続する必要がある。

【0044】

そこで、本実施形態における後方グリッパー３４は、後続鋼管（延長用鋼管１３や末端鋼管１４）に挿入された延長用ドリルロッド２３，２４の後端側ジョイント部ＲＪを把持可能なドリルロッド把持機構３７が設けられている。ドリルロッド把持機構３７は、後続鋼管（延長用鋼管１３や末端鋼管１４）の後端部１３３，１４３から外部に突出する後端側ジョイント部ＲＪの把持と、その解除が自在である。ドリルロッド把持機構３７の開閉動作は、後方グリッパー３４におけるトング３６の開閉動作と連動して行われるように構成されていてもよい。また、ドリルロッド把持機構３７によって延長用ドリルロッド２３，２４の後端側ジョイント部ＲＪが把持された状態では、当該延長用ドリルロッド２３，２４が後続鋼管（延長用鋼管１３や末端鋼管１４）と同芯位置に保持されるようになっている。

【0045】

また、固定式の前方グリッパー３３は、加締め機６の近傍かつ後段に配置される。前方グリッパー３３は、トング３６を閉じた状態でも後続鋼管（延長用鋼管１３や末端鋼管１４）を遊嵌した状態に把持するように構成されている。つまり、前方グリッパー３３は、
トング３６によって後続鋼管（延長用鋼管１３や末端鋼管１４）を把持した状態であって、前方グリッパー３３に対する後続鋼管の前後方向へのスライドが許容されるようになっている。そのため、前方グリッパー３３及び後方グリッパー３４によって後続鋼管を把持した状態から、後方グリッパー３４を支持ロッド３２に沿って前進させることによって、後続鋼管を加締め機６に向かって前送りすることができる。

【0046】

更に、装填ユニット３０は、支持ロッド３２を図６に示すＤ方向及びＥ方向に所定範囲で回動させることができ、支持ロッド３２の回動に追従して前方グリッパー３３及び後方グリッパー３４を旋回させることができる。前方グリッパー３３及び後方グリッパー３４がＤ方向に旋回（外旋回）すると、ドリフター４の走行経路上から前方グリッパー３３及び後方グリッパー３４が退避した退避位置に位置付けられる。一方、前方グリッパー３３及び後方グリッパー３４がＥ方向に旋回（内旋回）すると、前方グリッパー３３及び後方グリッパー３４に把持された後続鋼管（延長用鋼管１３や末端鋼管１４）と、ドリルロッド把持機構３７に把持された延長用ドリルロッド２３，２４が、シャンクアダプター４２の中心軸Ｘ及び先行鋼管と同軸上に配置された状態（以下、「同軸配置状態」という）となる。この同軸配置状態から、後方グリッパー３４を支持ロッド３２に沿って前進させることで、後続鋼管（延長用鋼管１３や末端鋼管１４）と、当該後続鋼管に挿入された延長用ドリルロッド２３，２４が加締め機６に向かって装填され、先行鋼管の後端部に後続鋼管の前端部を人手に拠らず機械的に挿入させることができる。

【0047】

図７は、ドリルジャンボ１００の制御装置８及び連結装置５のコントローラ９を説明する図である。制御装置８は、例えば入力装置、処理装置、出力装置などを備えたコンピュータであり、ドリルジャンボ１００の操縦席に設置されていてもよい。図７に示す例では、制御装置４０は、ドリルジャンボ１００のブーム２、ガイドシェル３、ドリフター４等を制御するコントローラ８１、操作盤８２、キーボード８３、ポインティングデバイス８４、ディスプレイ装置８５等を有する。連結装置５のコントローラ９は、例えばワイヤレス型のコンピュータ端末装置であり、加締め機６及び装填ユニット３０に対する動作指令を受け付ける入力装置として各種スイッチ類を備えている。コントローラ９,８１は、各
種プログラムを実行するためのプロセッサや、プロセッサの動作に必要な各種プログラムや各種情報を記憶する記憶装置（記憶部）等を含んで構成することができる。

【0048】

次に、打設システムＳによる先受け鋼管１０の打設方法について例示的に説明する。

【0049】

まず、先受け鋼管１０を打設する準備工程として、先端鋼管ユニット１１と先端鋼管１２を加締め機６の加締めによって相互連結し、第１鋼管組立ユニットを組み立てる。第１鋼管組立ユニットの組み立ては、ドリルジャンボ１００のガイドシェル３を坑内地面近傍に配置した状態で行うことができる。先端鋼管ユニット１１と先端鋼管１２の連結に当たり、例えば、先端鋼管ユニット１１における後端部１１３が、加締め用ツール６３が配置されている加締め位置に合致するように先端鋼管ユニット１１を加締め機６の囲繞スリーブ６１内（中空部６２）に挿入する。ここで、先端鋼管ユニット１１の前端側には削孔ビットユニット１１１が設けられているため、加締め機６の囲繞スリーブ６１における前方側から先端鋼管ユニット１１を中空部６２に挿入してもよい。そして、加締め機６の囲繞スリーブ６１における後方側から先端鋼管１２の前端小径部１２２を中空部６２に挿入し、当該前端小径部１２２を先端鋼管ユニット１１における後端部１１３に挿入した状態で加締め機６を動作させる。そして、加締め機６によって先端鋼管ユニット１１における後端部１１３を先端鋼管１２の前端小径部１２２に一体に加締め、第１鋼管組立ユニットを組み立てる。

【0050】

また、準備工程において、先端鋼管１２の後端に継ぎ足す後続鋼管としての延長用鋼管１３と延長用ドリルロッド２３を用意し、延長用ドリルロッド２３が挿入された延長用鋼
管１３を装填ユニット３０の前方グリッパー３３及び後方グリッパー３４に把持させると共に、ドリルロッド把持機構３７によって延長用ドリルロッド２３の後端側ジョイント部ＲＪを把持させる。このとき、前方グリッパー３３及び後方グリッパー３４は退避位置に保持されている。

【0051】

更に、準備工程においては、ドリフター４のシャンクアダプター４２に先端ロッドユニット２５を予め接続しておく。つまり、シャンクアダプター４２のジョイント部４３に先端ドリルロッド２２の後端側ジョイント部ＲＪがネジ接続され、先端ドリルロッド２２の前端側ジョイント部ＦＪに先端アダプター２１の後端側ジョイント部ＲＪがネジ接続される。これらのネジ接続は手動で行ってもよい。

【0052】

次いで、ドリルジャンボ１００のブーム２及びガイドシェル３を操作し、地山における鋼管打設目標位置に先端鋼管ユニット１１の削孔ビットユニット１１１が正対するように位置合わせを行う。この位置合わせが終わると、ドリフター４を前進させつつシャンクアダプター４２を反時計周りに回転させる。ここで、加締め機６における中空部６２の中心は、シャンクアダプター４２の中心軸Ｘを通るように設定されているため、ドリフター４を前送りすることで先端アダプター２１の前端側ジョイント部２６が先端鋼管ユニット１１の係合部に係合する。これにより、ドリフター４におけるシャンクアダプター４２の回転力が先端鋼管ユニット１１に伝達され、先端鋼管ユニット１１及び先端鋼管１２が一体となった第１鋼管組立ユニットが回転を開始する。これにより、先端鋼管ユニット１１の削孔ビットユニット１１１を先端として、第１鋼管組立ユニットを地山に打設することができる。なお、ドリフター４によって鋼管を地山に打設する際には、各加締め用ツール６３が退避位置に保持されると共に、オープンエンドレンチ５３が没入位置に保持されている。これにより、ドリフター４によって鋼管を円滑に打設することができる。

【0053】

ここで、第１鋼管組立ユニットの打設は、地山に打ち込まれている先端鋼管１２の後端部１２３が加締め機６の囲繞スリーブ６１の長さ方向における加締め位置に合致する時点で完了する。ドリフター４の作動を停止して第１鋼管組立ユニットの打設が完了すると、加締め機６の各加締め用ツール６３における出力が、固定用圧力に切り替えられる。すなわち、加締め機６の各加締め用ツール６３を退避位置から鋼管固定用位置に切り替え、加締め用ツール６３によって先端鋼管１２の後端部１２３の位置がずれないように固定する。これによれば、先端鋼管１２（先行鋼管）の後端部１２３に単独で固定用圧力を作用させることによって、後に挿入される延長用鋼管１３の前端小径部１３２を正確な位置まで導くことができるようになる（延長用鋼管１３の挿入動作については後述する。）。

【0054】

この状態から、ドリフター４におけるシャンクアダプター４２を鋼管打設時とは反対側の時計周り方向に回転させることで、先端鋼管ユニット１１に対する先端アダプター２１の係合を解除する。その後、加締め機６のオープンエンドレンチ５３を作動させ、没入位置から突出位置に切り替える。その結果、先端ドリルロッド２２のレンチ係合部２７がオープンエンドレンチ５３によって係合されることで、先端ドリルロッド２２の回転が規制される。そこで、次に、ドリフター４におけるシャンクアダプター４２を時計周り方向に回転させる。これにより、ドリフター４におけるシャンクアダプター４２から先端ドリルロッド２２の後端側ジョイント部ＲＪを取り外すことができる。ドリフター４におけるシャンクアダプター４２を先端ドリルロッド２２から取り外した後は、オープンエンドレンチ５３が没入位置へと切り替えられる。

【0055】

次に、ドリフター４を一旦後退させた後、先端鋼管１２の後端に継ぎ足す後続鋼管としての延長用鋼管１３と延長用ドリルロッド２３を装填ユニット３０によって装填する。具体的には、延長用鋼管１３と延長用ドリルロッド２３を保持する前方グリッパー３３及び後方グリッパー３４を退避位置から内旋回させることによって同軸配置状態に移行させる
。なお、前方グリッパー３３及び後方グリッパー３４を内旋回させる際には、延長用鋼管１３と干渉しない位置までドリフター４を後退させておく。そして、上述した同軸配置状態から後方グリッパー３４を前進させることで、後続鋼管としての延長用鋼管１３と延長用ドリルロッド２３を加締め機６に向かって前送りする。そして、加締め機６の各加締め用ツール６３によって固定されている先端鋼管１２（先行鋼管）における後端部１２３に対して、延長用鋼管１３（後続鋼管）における前端小径部１３２が所定の位置まで挿入された時点で延長用鋼管１３（後続鋼管）の前送りが停止される。例えば、延長用鋼管１３における前端小径部１３２の根元（前端小径部１３２と一般部１３１の境界部）まで先端鋼管１２の後端部１２３に挿入された時点で延長用鋼管１３の前送りが停止される。

【0056】

この状態から、加締め機６の各加締め用ツール６３における出力が固定用圧力から加締め用圧力に切り替えられる。つまり、加締め機６は、先端鋼管１２（先行鋼管）の後端部１２３を固定した後、加締め用圧力を先端鋼管１２の後端部１２３に作用させる。すなわち、加締め機６の各加締め用ツール６３を、鋼管固定用位置から鋼管加締め用位置に移動させる。その結果、延長用鋼管１３（後続鋼管）の前端小径部１３２に外嵌された先端鋼管１２（先行鋼管）の後端部１２３を外周側から加締め用圧力によって加圧することととなり、各加締め用ツール６３が鋼管加締め用位置に移動することで、先端鋼管１２の後端部１２３が適正な塑性変形を起こすことによって先端鋼管１２の後端部１２３が延長用鋼管１３の前端小径部１３２に加締められる。これにより、先行鋼管としての先端鋼管１２に後続鋼管としての延長用鋼管１３を一体に連結することができる（連結工程）。これにより、第１鋼管組立ユニットに延長用鋼管１３が継ぎ足された第２鋼管組立ユニットが形成される。なお、先端鋼管１２の後端部１２３を加締める際、当該後端部１２３に加締め用圧力を継続して作用させる加締め継続時間は予め設定しておくことができる。加締め継続時間は、適正な加締めが行われる範囲内で自由に設定することができるが、数秒程度で適正な加締めを十分に行うことができる。

【0057】

第１鋼管組立ユニットに対する延長用鋼管１３の継ぎ足しが完了した後、前方グリッパー３３及び後方グリッパー３４のトング３６による延長用鋼管１３の把持を解除すると共に、ドリルロッド把持機構３７による延長用ドリルロッド２３の把持を解除する。そして、前方グリッパー３３及び後方グリッパー３４を外旋回させることによって再び退避位置へと退避させる。また、第２鋼管組立ユニットの打設を開始する前の準備工程として、第２鋼管組立ユニットの打設が完了した後に延長用鋼管１３（先行鋼管）に継ぎ足す末端鋼管１４及び延長用ドリルロッド２４を用意し、延長用ドリルロッド２４が挿入された末端鋼管１４を装填ユニット３０の前方グリッパー３３及び後方グリッパー３４に把持させると共に、ドリルロッド把持機構３７によって延長用ドリルロッド２４の後端側ジョイント部ＲＪを把持させておく。

【0058】

上記の準備工程の終了後、再び、ドリフター４のシャンクアダプター４２を反時計周りに回転させながら前進させる。これにより、シャンクアダプター４２が延長用ドリルロッド２３の後端側ジョイント部ＲＪと接続され、次いで、延長用ドリルロッド２３の前端側ジョイント部ＦＪが先端ドリルロッド２２の後端側ジョイント部ＲＪに接続され、最終的に先端アダプター２１の前端側ジョイント部２６が先端鋼管ユニット１１の係合部に係合することで、第２鋼管組立ユニットの地山への打設が開始される。

【0059】

第２鋼管組立ユニットの打設は、地山に打ち込まれている延長用鋼管１３の後端部１３３が加締め機６の囲繞スリーブ６１における加締め位置に合致する時点で完了し、ドリフター４の作動が停止される。第２鋼管組立ユニットの打設が完了した後の手順は、第１鋼管組立ユニットの打設完了後の場合と基本的に同様である。すなわち、加締め機６の各加締め用ツール６３を退避位置から鋼管固定用位置に切り替え、加締め用ツール６３によって延長用鋼管１３の後端部１３３の位置がずれないように固定する。この状態から、ドリ
フター４におけるシャンクアダプター４２を時計周り方向に回転させて先端鋼管ユニット１１に対する先端アダプター２１の係合を解除した後、加締め機６のオープンエンドレンチ５３を作動させ没入位置から突出位置に切り替える。

【0060】

次に、ドリフター４におけるシャンクアダプター４２を時計周り方向に回転させ、ドリフター４におけるシャンクアダプター４２から延長用ドリルロッド２３の後端側ジョイント部ＲＪを取り外す。そして、オープンエンドレンチ５３を再び没入位置へと切り替え、ドリフター４を適正位置まで後退させた後、装填ユニット３０に保持されている末端鋼管１４及び延長用ドリルロッド２４を加締め機６に装填する。すなわち、前方グリッパー３３及び後方グリッパー３４を退避位置から内旋回させることによって同軸配置状態に移行させた後、後方グリッパー３４を前進させることで末端鋼管１４及び延長用ドリルロッド２４を前送りする。そして、加締め機６の各加締め用ツール６３によって固定されている延長用鋼管１３（先行鋼管）における後端部１３３に対して、末端鋼管１４（後続鋼管）における前端小径部１４２が根元まで挿入された時点で末端鋼管１４の前送りが停止され、加締め機６の各加締め用ツール６３における出力が固定用圧力から加締め用圧力に切り替えられる。

【0061】

これにより、延長用鋼管１３の後端部１３３が末端鋼管１４の前端小径部１４２に加締められる結果、延長用鋼管１３に後続鋼管としての末端鋼管１４を一体に連結することができる（連結工程）。これにより、第２鋼管組立ユニットに末端鋼管１４が継ぎ足された第３鋼管組立ユニットが形成される。その後、前方グリッパー３３及び後方グリッパー３４のトング３６による末端鋼管１４の把持を解除すると共に、ドリルロッド把持機構３７による延長用ドリルロッド２４の把持を解除し、前方グリッパー３３及び後方グリッパー３４を外旋回させることによって退避位置へと退避させる。以降は、第２鋼管組立ユニットの打設時と同様な手順により、第３鋼管組立ユニットを打設することができる。これにより、地山への先受け鋼管１０の打設が完了する。

【0062】

以上のように、本実施形態における先受け鋼管１０の連結装置５によれば、先行して地山に打設された先行鋼管の後端部に当該先行鋼管に後続して打設される後続鋼管を一体に連結する加締め機６を備える。このように先行鋼管と後続鋼管を加締めによって連結する手法を採用することで、継手部分が強度不足となることを抑制できる。すなわち、先受け鋼管１０を構成する鋼管同士をネジ式継手やバヨネット方式で接続する場合には継手部分が強度面での弱点になり易い。これに対して、本実施形態に係る加締め継手方式によれば、先受け鋼管１０を構成する鋼管同士の継手部分に断面欠損が生じないばかりか、連結される鋼管の端部同士が互いに重なり合って連結されるため、鋼管の一般部に比べて継手部分の強度を高めることも可能である。

【0063】

更に、加締め機６の加締め用ツール６３は、加締め動作時の加締め用圧力と、鋼管固定時の固定用圧力を択一的に出力可能とし、後続鋼管の前端部に外嵌される前の先行鋼管の後端部に単独で固定用圧力を作用させることによって先行鋼管の後端部を固定し、固定された先行鋼管の後端部に後続鋼管の前端部が挿入された後に加締め用圧力を作用させるように構成している。これによれば、加締め機６によって先行鋼管と後続鋼管を一体に連結する前に、加締め機６に対する先行鋼管の相対位置がずれてしまうことを抑制できる。例えば、先行鋼管の後端部に対する後続鋼管における前端部の挿入に先立って先行鋼管の固定をしない場合、その後の挿入過程での後続鋼管による押し込み等に起因して先行鋼管の位置がずれてしまうことが想定される。この場合、先行鋼管と後続鋼管の適正な連結が困難になる虞がある。そして、このような不具合を解消するためには、ガイドシェル３を前後に移動するなど大掛かりな位置合わせが必要になり、施工性が悪化する虞がある。これに対して、本実施形態においては、加締め機６に対する先行鋼管の相対位置がずれることを抑制できるため、先行鋼管と後続鋼管を適正に連結することが容易となる上、施工性も
向上させることが可能となる。

【0064】

以上、本発明の実施形態を説明したが、これらはあくまで例示にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づく種々の変更が可能である。

【符号の説明】

【0065】

２・・・ブーム
３・・・ガイドシェル
４・・・ドリフター
５・・・連結装置
６・・・加締め機
１０・・・先受け鋼管
３０・・・装填ユニット
６１・・・囲繞スリーブ
６３・・・加締め用ツール
１００・・・ドリルジャンボ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】