2024-158252 地山を補強する連結機構付き鋼管の施工方法、および、連結用治具

(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】P2024158252

(43)【公開日】2024-11-08

(54)【発明の名称】地山を補強する連結機構付き鋼管の施工方法、および、連結用治具

(51)【国際特許分類】

   E21D 9/04 20060101AFI20241031BHJP

   F16B 7/20 20060101ALI20241031BHJP

【ＦＩ】

E21D9/04 F

F16B7/20 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023073296

(22)【出願日】2023-04-27

(71)【出願人】

【識別番号】593172131

【氏名又は名称】株式会社トーキンオール

(74)【代理人】

【識別番号】110000888

【氏名又は名称】弁理士法人山王坂特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】木村 秀秋

【テーマコード（参考）】

2D054

3J039

【Ｆターム（参考）】

2D054FA07

3J039AA03

3J039BB01

3J039FA04

3J039FA13

(57)【要約】

【課題】後続の鋼管を前進させて、先行の鋼管と連結することができ、しかも、鋼管を押すための治具等の取り付け、取り外し不要な構造を提供する。
【解決手段】1本目の鋼管が、地山に埋設され、地山の孔から外部に突出している状態で、２本目の鋼管のソケット部と鋼管本体との外周の段差をセントラライザにより押して、２本目の鋼管の先端のソケット部の内周面を、１本目の前記鋼管の後端の外周面に被せて連結する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

鋼管を用いてトンネル周壁部の地山を補強する施工方法であって、
接続されたロッドに打撃力を与えるドリフタと、前記ドリフタを前記ロッドの軸方向に移動可能に支持するガイドシェルと、前記ガイドシェル上の先端側に固定されたセントラライザと、前記ガイドシェル上に前記セントラライザから前記軸方向に間隔をあけて前記軸方向に移動可能に設置されたサブセントラライザと、前記ガイドシェルを前記軸方向に移動可能に支持する支持装置とを備えた削岩機を用い、前記セントラライザの上に１本目の前記鋼管を搭載し、前記鋼管内に挿入された前記ロッドの後端を前記ドリフタに接続し、前記ドリフタにより前記ロッドに打撃力を与えつつ前記ドリフタを前記ガイドシェル上で前進させることにより、前記ロッドの先端に取り付けられたビットにより前記地山を削孔しながら、形成した孔の中に１本目の前記鋼管を挿入する工程と、
前記１本目の前記鋼管の後端が前記地山の前記孔から外部に突出している状態で、前記ドリフタの前進を停止し、前記ガイドシェルを後退させるとともに前記ドリフタを前記ガイドシェル上で後進させる工程と、
前記ガイドシェルの前記セントラライザおよびサブセントラライザ上に、先端部に外周の半径が鋼管本体の半径より大きいソケット部を備えた２本目の鋼管を、前記ソケット部が、前記セントラライザよりも前記ガイドシェルの先端側に位置するように搭載する工程と、
前記ガイドシェルを前記軸方向に前進させることにより、前記セントラライザにより、２本目の前記鋼管のソケット部と前記鋼管本体との外周の段差を押して前進させ、２本目の前記鋼管の先端の前記ソケット部の内周面を、１本目の前記鋼管の後端の外周面に被せて連結する工程と
有することを特徴とする施工方法。

【請求項2】

請求項１に記載の施工方法であって、前記セントラライザは、Ｕ字型の開口を備え、前記Ｕ字型の開口の底部の曲面は、所定の曲率半径を有し、前記底部の曲面が前記鋼管の側面に接触することにより前記鋼管を支持し、
前記底部の曲面の曲率半径は、前記２本目の鋼管の前記ソケット部の外周の半径より小さく、前記ソケット部以外の前記鋼管本体の外周の半径より大きいことを特徴とする施工方法。

【請求項3】

請求項２に記載の施工方法であって、前記セントラライザは、Ｕ字型の開口を備える本体と、前記本体に固定された押圧部材とを有し、
前記押圧部材は、前記本体のＵ字型の開口の底部の曲率半径を、前記２本目の鋼管の前記ソケット部の外周の半径より小さく、前記鋼管本体の外周の半径より大きい半径に狭める構造を有することを特徴とする施工方法。

【請求項4】

請求項１に記載の施工方法であって、前記２本目の鋼管のソケット部の内周面には、周方向に２以上の第１溝が設けられ、
前記１本目の鋼管の後端には、外周面には、周方向に２以上の第２溝が設けられ、前記第２溝内にはそれぞれ、一部が切り欠かれたＣ字型のリングが、前記鋼管の外周面から少なくとも一部が突出するように配置され、
前記連結する工程では、前記１本目の鋼管の前記リングが、前記２本目の鋼管のソケット部の第１溝に係合することを特徴とする施工方法。

【請求項5】

削岩機の支持装置に軸方向に移動可能に支持されるガイドシェルセットであって、接続されたロッドに打撃力を与えるドリフタと、前記ドリフタを前記軸方向に移動可能に支持するガイドシェルと、前記ガイドシェル上の先端側に固定されたセントラライザと、前記ガイドシェル上に前記セントラライザから前記軸方向に間隔をあけて前記軸方向に移動可能に設置されたサブセントラライザとを有し、
前記セントラライザおよび前記サブセントラライザは、それぞれＵ字型の開口を備え、前記Ｕ字型の開口内に鋼管が配置された場合、前記Ｕ字型の開口の底部の曲面が前記鋼管の側面に接触することにより前記鋼管を支持する構成であり、前記鋼管は、先端部に外周の半径が、鋼管本体の半径より大きいソケット部を備えた構成であり、
前記セントラライザの前記Ｕ字型の開口の底部の曲面は、所定の曲率半径を有し、前記曲率半径は、前記鋼管の前記ソケット部の外周の半径より小さく、前記鋼管本体の外周の半径より大きく、
前記セントラライザは、前記ガイドシェルが前記支持装置によって前記軸方向の前方に移動した場合、前記ソケット部が前記セントラライザよりも前記ガイドシェルの先端側に位置するように搭載された前記鋼管の、前記ソケット部と前記鋼管本体との外周の段差を押して前進させ、前記セントラライザに搭載されている前記鋼管を、先に地山に埋設されて後端が地山から突出している別の鋼管の後端に連結することを特徴とするガイドシェルセット。

【請求項6】

請求項５に記載のガイドシェルセットであって、前記セントラライザは、Ｕ字型の開口を備える本体と、前記本体に固定された押圧部材とを有し、
前記押圧部材は、前記本体のＵ字型の開口の底部の曲率半径を、前記鋼管の前記ソケット部の外周の半径より小さく、前記鋼管本体の外周の半径より大きい曲率半径に狭めることを特徴とするガイドシェルセット。

【請求項7】

請求項６に記載のガイドシェルセットであって、前記押圧部材は、前記本体の前面に固定された所定の板厚の板状部材であり、前記鋼管の前記ソケット部の外周の半径より小さく、前記鋼管本体の外周の半径より大きい曲率半径のＵ字型の開口を有することを特徴とするガイドシェルセット。

【請求項8】

削岩機の支持装置に軸方向に移動可能に支持されるガイドシェルに固定されるセントラライザであって、
Ｕ字型の開口を備え、
前記Ｕ字型の開口内に鋼管が配置された場合、前記Ｕ字型の開口の底部の曲面が前記鋼管の側面に接触することにより前記鋼管を支持し、前記鋼管は、先端部に外周の半径が、鋼管本体の半径より大きいソケット部を備えた構成であり、
前記セントラライザの前記Ｕ字型の開口の底部の曲面は、所定の曲率半径を有し、前記曲率半径は、前記鋼管の前記ソケット部の外周の半径より小さく、前記鋼管本体の外周の半径より大きく、
前記セントラライザは、前記ガイドシェルが前記支持装置によって前記軸方向の前方に移動した場合、前記ソケット部が前記セントラライザよりも前記ガイドシェルの先端側に位置するように搭載された前記鋼管の、前記ソケット部と前記鋼管本体との外周の段差を押して前進させ、前記セントラライザに搭載されている前記鋼管を、先に地山に埋設されて後端が地山から突出している別の鋼管の後端に連結することを特徴とするセントラライザ。

【請求項9】

請求項８に記載のセントラライザであって、Ｕ字型の開口を備える本体と、前記本体に固定された押圧部材とを有し、
前記押圧部材は、前記本体のＵ字型の開口の底部の曲率半径を、前記鋼管の前記ソケット部の外周の半径より小さく、前記鋼管本体の外周の半径より大きい曲率半径に狭めることを特徴とするセントラライザ。

【請求項10】

請求項９に記載のセントラライザであって、前記押圧部材は、前記本体の前面に固定された所定の板厚の板状部材であり、前記鋼管の前記ソケット部の外周の半径より小さく、前記鋼管本体の外周の半径より大きい曲率半径のＵ字型の開口を有することを特徴とするセントラライザ。

【請求項11】

削岩機の支持装置に支持されるガイドシェルに固定されるセントラライザに固定される押圧部材であって、
前記セントラライザは、鋼管を支持するＵ字型の開口を備え、前記鋼管は、先端部に外周の半径が、鋼管本体の半径より大きいソケット部を備え、
前記押圧部材は、前記セントラライザの前記Ｕ字型の開口の底部の曲率半径を、前記鋼管の前記ソケット部の外周の半径より小さく、前記鋼管本体の外周の半径より大きい曲率半径に狭める構造を有することを特徴とする押圧部材。

【請求項12】

請求項１１に記載の押圧部材であって、前記本体の前面に固定された所定の板厚の板状部材であり、前記鋼管の前記ソケット部の外周の半径より小さく、前記鋼管本体の外周の半径より大きい曲率半径のＵ字型の開口を有することを特徴とする押圧部材。

【請求項13】

請求項３に記載された施工方法に用いられる前記鋼管と前記押圧部材のセット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、トンネル工事等において、地山の補強のために地山に打ち込まれる鋼管に関する。

【背景技術】

【0002】

トンネル工事においては、掘削されたトンネルの周壁部の地山を補強するために、地山補強用鋼管（以下、鋼管という）が地山に埋設され、その埋設された鋼管内に固結材が注入される。鋼管には、全長にわたって固結材の吐出孔が設けられており、固結材が吐出孔から地山に浸透し、地山に定着することにより、地山の補強・安定化が図られている。

【0003】

鋼管を地山に打ち込む際には、特許文献１、２に記載されているように、削岩機が用いられる。削岩機には、ガイドシェルがあり、ガイドシェル上にはドリフタが取り付けられている。ドリフタには、先端にビットと呼ばれる削孔工具が取り付けられたロッドが接続され、ロッドは鋼管を貫通するように配置され、鋼管の先端からビットが突出さしている。ドリフタが、ロッドに打撃力と推進力を与えることにより、ビットによって地山が掘削されるのと同時に、ロッドの先端とドリフタの間に位置する鋼管が、掘削により形成された孔の中に埋設されていく。

【0004】

一般的に一本の鋼管の長さは、３ｍ程度であるが、地山の補強に必要な長さは３ｍよりも長いため、鋼管を１本、打設するごとに、後端に新たな鋼管を連結して、再び打設するという作業を繰り返す。

【0005】

鋼管同士を連結する連結部の構造としては、ねじ接続が一般的に用いられている。先行の鋼管の後端には、雄ねじが、後続の鋼管の先端には雌ねじが設けられている。後続の鋼管を人力で回転させ、先端の雌ねじを、先行の鋼管の後端の雄ねじと螺合させ、連結する。

【0006】

一方、先行の鋼管と後続の鋼管を螺合により連結する作業者の負荷を軽減するとともに、連結に要する時間を低減し、迅速に連結を実現するために、特許文献２には、後続の鋼管を前進させるだけで連結可能な連結機構付き鋼管が開示されている。この連結機構は、先行の鋼管の後端の外周面の周方向に沿って溝が設けられ、溝内にＣ字型リングが装着されている。一方、後続の鋼管の先端の内周にも周方向に沿って溝が設けられている。先行の鋼管の後端に、後続の鋼管の先端を被せるように前進させると、先行の鋼管の後端のＣ字型リングが、後続鋼管の先端の内周の溝に係合し、先行の鋼管と後続鋼管が連結される。

【0007】

特許文献２の構造は、後続の鋼管に力を加えながら前進させる必要があるため、後続の鋼管の後端と、ドリフタとの間に、脱着可能な治具を配置し、治具をドリフタで押すことにより、後続の鋼管を前進させる構造を開示している。また、特許文献２には、ガイドシェル上で後続の鋼管の支持するセントラライザと、鋼管の先端の間に脱着可能な治具を配置し、ガイドシェルを前進させることによりセントラライザで鋼管の先端の段差を押して、後続の鋼管を前進させる構成も開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開2019-203362号公報

【特許文献2】特開2022-100190号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

しかしながら、特許文献２のように、治具を用いて、後続の鋼管の後端または先端部の段差を押す構造は、後続の鋼管を先行の鋼管に連結する時のみ治具を取り付ける必要がある。そのため、後続の鋼管を追加するたびに、人手によって治具を鋼管の上に取り付け、鋼管の連結が完了した後は、治具を取外す必要があり、手間がかかる。また、鋼管の連結作業は、ドリフタと鋼管が搭載されたガイドシェルが、地山の打設箇所まで上昇した状態で行うため、治具の取り付け取り外しの際には、作業者の安全を確保しながら、治具の落下を防止する必要もある。

【0010】

本発明の目的は、後続の鋼管を前進させて、先行の鋼管と連結することができ、しかも、鋼管を押すための治具等の取り付け、取り外し不要な構造を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記目的を達成するために、本発明によれば、鋼管を用いてトンネル周壁部の地山を補強する施工方法が提供される。この施工方法は、接続されたロッドに打撃力を与えるドリフタと、ドリフタをロッドの軸方向に移動可能に支持するガイドシェルと、ガイドシェルの先端側に固定されたセントラライザと軸方向に間隔をあけて配置されたサブセントラライザと、ガイドシェルを支持する支持装置と、支持装置を昇降可能に支持するブームとを備えた削岩機を用いる。本施工方法は、以下の工程を順に行う。まず、セントラライザの上に１本目の鋼管を搭載し、鋼管内に挿入されたロッドの後端をドリフタに接続し、ドリフタによりロッドに打撃力を与えつつドリフタをガイドシェル上で前進させることにより、ロッドの先端に取り付けられたビットにより地山を削孔しながら、形成した孔の中に１本目の鋼管を挿入する。つぎに、１本目の前記鋼管の後端が地山の孔から外部に突出している状態で、ドリフタの前進を停止し、ガイドシェルを後退させるとともに、ドリフタをガイドシェル上で後進させ、かつ、ブームによりガイドシェルを降下させる。つぎに、ガイドシェルのセントラライザおよびサブセントラライザ上に、先端部に外周の半径が鋼管本体の半径より大きいソケット部を備えた２本目の鋼管を、ソケット部が、セントラライザよりもガイドシェルの先端側に位置するように搭載する。ブームを上昇させ、さらに、支持装置上のガイドシェルを軸方向に前進させることにより、セントラライザにより、２本目の鋼管のソケット部と鋼管本体との外周の段差を押してさせ、２本目の鋼管の先端のソケット部の内周面を、１本目の前記鋼管の後端の外周面に被せて連結する。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、鋼管をトンネル周壁部の地山に埋設して地山を補強する施工方法において、後続の鋼管を前進させて、先行の鋼管と連結することができ、しかも、鋼管を押すための治具等の取り付け、取り外し不要な施工方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の実施形態の削岩機２００の全体構成を示す側面図。

【図2】実施形態の削岩機２００のガイドシェル３０１上のセントラライザ３０４と鋼管１００の配置を示すブロック図。

【図3】実施形態で用いる鋼管１００の正面図。

【図4】実施形態のセントラライザ３０４を（ａ）前面から見た図、（ｂ）側面図。

【図5】実施形態のセントラライザ３０４を斜めから撮影した写真。

【図6】実施形態のセントラライザ３０４を（ａ）前面から撮影した写真、（ｂ）斜めから撮影した写真。

【図7】図３の鋼管１００の左側面図。

【図8】図３の鋼管１００の右側面図。

【図9】実施形態で用いる鋼管１００の軸方向の断面図。

【図10】実施形態で用いる鋼管１００の（ａ）ソケット部１０の軸方向の断面図、（ｂ）差し込み部３０の軸方向の断面図。

【図11】実施形態で用いる鋼管１００を２本連結した場合の連結部の軸方向の断面図。

【図12】実施形態において鋼管１００を位置合わせして連結する状態を示す軸方向の断面図。

【図13】実施形態において２本の鋼管１００を連結した連結部の軸方向の拡大断面図。

【図14】実施形態の鋼管１００を地山に打ち込む工法を説明する図。

【発明を実施するための形態】

【0014】

本発明の一実施形態について説明する。

【0015】

まず、本実施形態の削岩機２００について図面を用いて説明する。図１は、削岩機の全体構成を示す側面図であり、図２は、ガイドシェル３０１上のセントラライザ３０４と鋼管１００の配置を示す図である。

【0016】

削岩機２００は、油圧機構を備えた本体５４０と、本体５４０により一端が支持されたブーム５１０と、ブーム５１０の先端に支持された支持装置４００と、支持装置４００の上に搭載されたガイドシェルセット３００とを備えて構成される。また、削岩機２００は、本体５４０により一端が支持された第２ブーム５５０と、第２ブーム５５０の先端に支持されたチャージングケージ５５１も備えられている。

【0017】

本体５４０には、自走を可能にする車輪５３０と、施工時に本体５４０を地面に固定する固定装置５２０と、操作装置（不図示）と、制御装置（不図示）等が備えられている。本体５４０は、操作装置が操作者から受けた操作にしたがって、制御装置の制御下で、ブーム５１０、支持装置４００およびガイドシェルセット３００に油圧による駆動力を与え、所定の動作をさせることができる。

【0018】

ガイドシェルセット３００は、ガイドシェル３０１と、ガイドシェル３０１上に搭載されたドリフタ３０２と、ガイドシェル３０１上に固定されたセントラライザ３０４と、ガイドシェル３０１上に移動可能に搭載されたサブセントラライザ３０５とを備えて構成される。

【0019】

ドリフタ３０２には、ロッド３０３の一端が接続される。ドリフタ３０２は、ロッド３０３に打撃力を与える。

【0020】

ガイドシェル３０１は、ドリフタ３０２をロッド３０３の軸方向（Ｌ方向）に移動可能に支持している。

【0021】

セントラライザ３０４は、ガイドシェル３０１の先端側に固定され、サブセントラライザ３０５は軸方向（Ｌ方向）に沿ってセントラライザ３０４から間隔をあけてガイドシェル３０１上に配置されている。サブセントラライザ３０５は、ガイドシェル３０１の軸方向に移動可能である。

【0022】

また、支持装置４００は、ガイドシェル３０１を軸方向（Ｌ方向）に移動可能に支持している。

【0023】

セントラライザ３０４およびサブセントラライザ３０５は、それぞれＵ字型の開口を備え、Ｕ字型の開口内に鋼管１００が配置され、鋼管１００を支持する。Ｕ字型の開口内に鋼管１００が配置された場合、Ｕ字型の開口の底部の曲面が、鋼管１００の側面に接触することにより鋼管１００を支持する。

【0024】

図３に示すように、鋼管１００は、その先端部に、外周の半径が、鋼管本体２０の半径より大きいソケット部１０を備えている。鋼管１００の詳しい構造については後述する。

【0025】

セントラライザ３０４のＵ字型の開口の底部の曲面は、所定の曲率半径を有しており、この曲率半径は、鋼管１００のソケット部１０の外周の半径より小さく、鋼管本体２０の外周の半径より大きくなるように設計されている。

【0026】

ここでは、図４～図６に示すように、セントラライザ３０４は、Ｕ字型の開口を備えるセントラライザ本体３１４と、セントラライザ本体３１４に固定された押圧部材３２０とを有する構成としている。押圧部材３２０は、図４に示すように、セントラライザ本体３１４のＵ字型の開口の底部の曲率半径ｒ１を、曲率半径ｒ２に狭めるように構成されている。曲率半径ｒ２は、鋼管１００のソケット部１０の外周の半径より小さく、鋼管本体２０の外周の半径より大きい値である。

【0027】

押圧部材３２０は、具体的には、所定の板厚の板状部材であり、セントラライザ本体３１４の前面にボルト３２１により強固に固定されている。板状部材には、鋼管１００のソケット部１０の外周の半径より小さく、鋼管本体２０の外周の半径より大きい曲率半径のＵ字型の開口が形成されている。押圧部材３２０を構成する板状部材の材質としては、強度が、鋼管１００以上のものが好ましく、一例としては、機械構造用炭素鋼S45C（JIS規格）を用いることができる。

【0028】

なお、セントラライザ本体３１４の前面に押圧部材３２０を固定する方法は、ボルト３２１に限られるものではなく、ボルト以外の固定具を用いる方法や、溶接等により固定具を用いずに固定する方法を用いてもよい。

【0029】

なお、ここでは、押圧部材３２０をセントラライザ本体３１４の前面に固定しているが、押圧部材３２０をガイドシェル３０１上に立設させる構造としてもよい。

【0030】

このように、Ｕ字型の開口の底部の曲率半径が設計されたセントラライザ３０４を用いることにより、鋼管１００をソケット部１０がセントラライザ３０４よりもガイドシェル３０１の先端側に位置するように搭載し、ガイドシェル３０１を、軸方向（L方向）に前進させた場合、セントラライザ３０４は、鋼管１００のソケット部１０と鋼管本体２０との外周の段差１０１を押して前進させる。これにより、セントラライザ３０４に搭載されている鋼管１００（図２の鋼管１００－２）を、先に地山に埋設されて後端が地山の切羽から突出している別の鋼管１００（図２の鋼管１００－１）の後端に連結することができる。

【0031】

本実施形態の押圧部材３２０は、セントラライザ本体３１４に固定されており、脱着する必要がないため、セントラライザ本体３１４からの脱落する恐れがなく、また、作業者が連結時に押圧部材３２０に対して何かの作業をする必要もない。

【0032】

＜連結機構付き鋼管＞
つぎに、本実施形態で用いる鋼管１００について図面を用いて以下に説明する。

【0033】

図３は、リングを用いた連結機構付き鋼管１００の正面図であり、図７および図８は、左側面図および右側面図であり、図９および図１０（ａ）、（ｂ）は、軸方向に沿った断面図である。図１１、図１２および図１３は、２本の鋼管１００を連結した連結部の拡大図である。

【0034】

図３に示すように、鋼管１００は、鋼管本体２０と、鋼管本体２０の一端に設けられたソケット部１０と、他端に設けられた差し込み部３０とを備えて構成される。図１１のように、ソケット部１０と、差し込み部３０は、同形状の第２の鋼管１００（１００－２）と連結するために設けられている。

【0035】

ソケット部１０および差し込み部３０は、図７および図８に示すように、鋼管本体２０と同軸の円筒であり、ソケット部１０の外径は、鋼管本体２０の外径よりも大きく、ソケット部１０の内径は、差し込み部３０の外径以上である。

【0036】

このように、鋼管本体２０よりも外径の大きなソケット部１０を設けたことにより、差し込み部３０の外径を鋼管本体２０の外径とほぼ同等にした場合であっても、差し込み部３０をソケット部１０に挿入して連結することができる。

【0037】

ソケット部１０の内周面には、図９および図１０に示すように、周方向に２以上の第１溝１１が設けられている。

【0038】

一方、差し込み部３０の外周面には、周方向に２以上の第２溝３１が設けられている。第２溝３１内にはそれぞれ、Ｃ字型のリング３２が、差し込み部の外周面３３から少なくも一部が突出するように配置されている（図３、図９および図１０参照）。Ｃ字型のリング３２は、一部が切り欠かれているため、ばね部材として作用する。リング３２の材質は、差し込み部３０およびソケット部１０の材質よりも硬いものであることが望ましい。

【0039】

したがって、図１２に示すように、第１の鋼管１００－１の差し込み部３０に、同形状の第２の鋼管１００－２のソケット部１０を、軸を合わせながらかぶせて軸方向に押した場合、差し込み部３０の２本のリング３２は、第２の鋼管１００－２の内周面によって第２溝３１の内側に押し込まれ、第２の鋼管１００－２のソケット部１０の第１溝１１がリング３２の位置に到達すると、リング３２が差し込み部３０の外周面３３から突出し、第１溝１１に係合する。

【0040】

これにより、図１１のように、第１の鋼管１００－１の差し込み部３０と、第２の鋼管１００－２のソケット部１０とを軸合わせして押し込む動作により容易に２本の鋼管１００－１、１００－２を連結することができる。

【0041】

また、ソケット部１０の端部１６の内周面に図４のように傾斜面１２を設け、ソケット部１０の端部１６における内径を広げておくことにより、連結時の軸合わせに傾斜面１２の高低差分の誤差があっても、ソケット部１０を差し込み部３０に被せることができ、位置合わせの許容度を広げることができる。

【0042】

また、鋼管１００は、ソケット部１０を設け、ソケット部１０の外径は、鋼管本体２０の外径よりも大きいため、差し込み部３０の外径を鋼管本体２０の外径と同等程度にすることが可能である。

【0043】

また、図９に示したように、ソケット部１０は、鋼管本体２０とは別部材により構成されている。ソケット部１０の鋼管本体２０側の端部の内周面には、雌ねじを設けている。一方、鋼管本体２０のソケット部１０側の端部の外周面には、雄ねじを設けている。ソケット部１０の雌ねじと鋼管本体２０の雄ねじを螺合させることにより、ソケット部１０は、鋼管本体２０に固定されている。なお、ソケット部１０の鋼管本体２０への固定方法は、ねじによる固定に限られるものではなく、溶接等の他の固定方法を用いることも可能である。

【0044】

このように、ソケット部１０を鋼管本体２０とは別部材にすることにより、鋼管本体２０よりも外径の大きいソケット部１０の製造を容易にすることができる。

【0045】

リング３２と第１溝１１と第２溝３１の形状について、図１３を用いてさらに詳細に説明する。

【0046】

リング３２は、軸方向の断面形状がくさび形であり、鋼管本体２０に近い側の端面３４が、差し込み部３０の端部３６に近い側の端面３５よりも厚い。

【0047】

また、端面３４は、差し込み部３０の中心軸に対して垂直な面である。しかも、リング３２の端面３４側の端部の上面は、力がリング３２に加わっていない状態で、第２溝３１から外周面３３上に突出するように構成されている。

【0048】

ソケット部１０の第１溝１１は、ソケット部１０の端部１６に近い側の底面１３が、鋼管本体２０に近い側の底面１４よりも深くなるように形成されている。

【0049】

また、ソケット部１０の第１溝１１のソケット部１０の端部１６に近い側の側面１５は、ソケット部１０の中心軸に対して垂直な面である。

【0050】

これにより、第１の鋼管１００－１の差し込み部３０に、同形状の第２の鋼管のソケット部１０を被せて連結して、第１の鋼管１００ー１を第２の鋼管１００－２を引っ張る方向に移動させた場合、第２の鋼管１００－２のソケット部１０の第１溝１１の先端側の側面１５が、くさび形のリング３２の鋼管本体２０に近い側の端面３４と接触する。これにより、第２の鋼管１００－２は、第１溝１１の側面１５とくさび型のリング３２の端面３４とが係合する。第１の鋼管１００－１が第２の鋼管１００ー２を引っ張る方向に移動すると、側面１５がリング３２の端面３４に引っかかることにより、第１の鋼管１００ー１の移動に伴い第２の鋼管１００－２も移動する。

【0051】

このとき、リング３２が２本配置されているため、２つの端面３４で力を分散して第２の鋼管１００－２に伝達でき、連結部の引張強度を高めている。

【0052】

また、ソケット部１０の第１溝１１は、ソケット部１０の端部１６に近い側の底面１３が、１段深く掘り下げされている。これにより、垂直な側面１５の面積を広く確保することができ、リング３２の端面３４との接触面積を広くし、係合を確実にしている。

【0053】

さらに、差し込み部３０の第２溝３１の底面は、差し込み部３０の端部３６に近い領域３７が傾斜している。これにより、第２溝３１の差し込み部３０の端部３６に近い側を鋼管本体２０に近い側の底面よりも浅くしている。

【0054】

このように底面が傾斜した領域３７を設けたことにより、第１の鋼管１００－１が第２の鋼管１００－２を引っ張る方向に移動した場合、くさび形のリング３２の端面３４に、第１溝１１の側面１５が係合し、くさび側のリング３２を傾斜した領域３７に押し付ける方向の力を加える。この際、傾斜した領域３７に沿ってくさび形のリング３２は移動し、上方（外周面３３から突出する方向）に持ち上げられるため、くさび形のリング３２の端面３４が、第２溝３１からさらに上方に突出し、第１溝１１の側面１５との接触面積が大きくなる。よって、第１の鋼管１００－１と第２の鋼管１００－２との接合を強めることができる。

【0055】

また、図１３に示すように、ソケット部１０の内周面には、第２の鋼管１００－１の差し込み部３０を差し込んだ場合、差し込み部３０の端部３６が突き当たる段差部１７が設けられている。ソケット部１０の内周面の段差部１７と第１溝１１との間の領域１８ａ、２つの第１溝１１の間の領域１８ｂ、および、第１溝１１と端部１６との間であって第１溝１１に隣接する領域１８ｃは、差し込まれた差し込み部３０のそれぞれ対応する領域３８ａ，３８ｂ，３８ｃとのクリアランス（隙間）が０．５ｍｍ以下に設計されている。

【0056】

このように、領域１８と領域３８とのクリアランスを０．５ｍｍ以下にすることにより、第１の鋼管１００－１の差し込み部３０に、第２の鋼管１００－２のソケット部１０をかぶせる際に、軸が完全に一致しておらず、曲がった状態でソケット部１０が差し込み部３０に被せられた場合でも、領域１８と領域３８が接触することにより、軸を一致させるガイドとして作用する。これにより、第１の鋼管１００－１の差し込み部３０と、第２の鋼管１００－２のソケット部１０の領域１８と領域３８のクリアランスが０．５ｍｍ以下ではない場合と比較して、容易に連結することができる。

【0057】

上述してきたように、本実施形態で用いる連結機構付き鋼管１００（１００－１，１００－２）は、２本の鋼管１００の端部を容易に連結でき、かつ、連結強度が大きいため、鋼管の先端近傍に削岩機のビットを装着して削孔を進める工法に好適である。

【0058】

＜施工方法＞
トンネル周壁部の地山７５に鋼管１００を打ち込み、地山を補強する施工方法について図１、図２および図１４等を用いて説明する。図１４は、１本目の鋼管１００－１が地山７５に打ち込まれ、２本目の鋼管１００－２がガイドシェル３０１に搭載されている状態を示している。

【0059】

まず、１本目の鋼管１００－１に先端近傍に、削岩用のビットを装着する。鋼管１００－１を地山７５の打設箇所近傍（ここでは切羽７５ａ）に設置された削岩機２００のガイドシェル３０１のセントラライザ３０４とサブセントラライザ３０５に搭載する。後方にドリフタ８０（ビットの駆動源）が搭載されている。ドリフタ３０２のシャンクスリーブ８３に、ロッド３０３－１の後端を接続する。ロッド３０３－１の先端を鋼管１００に挿入し、１本目の鋼管１００－１に固定されたビットに接続する。ロッド３０３－１は、鋼管１００－１と同程度の長さのものを用いる。

【0060】

ドリフタ３０２によりロッド３０３－１に、打撃力を与えながら、ドリフタ３０２をガイドシェル３０１に沿って前方に推し進める。これにより、地山７５を削孔すると同時に１本目の鋼管１００－１を削孔された孔の内部に挿入していくことができる。

【0061】

１本目の鋼管１００－１がほぼ地山７５に打ち込まれ、鋼管１００－１の後端の差し込み部３０が地山７５の切羽７５ａよりも手前に突出している状態（図９）になったならば、ロッド３０３－１をドリフタ３０２のシャンクスリーブ８３から外し、ガイドシェル３０１に沿ってドリフタ３０２を後方に移動させる。

【0062】

ブーム５１０により、ガイドシェル３０１を降下させ、内部にロッド３０３－２が挿入されている２本目の鋼管１００－２をガイドシェル３０１に搭載する。このとき、鋼管１００－２のソケット部１０が、セントラライザ３０４よりもガイドシェル３０１の先端側に位置するように搭載する。特に、図５のように、ソケット部１０と鋼管本体２０の段差１０１がセントラライザ３０４（押圧部材３２０）に接触するように搭載することが好ましい。

【0063】

ロッド３０３－２の後端をシャンクスリーブ８３に接続する。ドリフタ３０２を前進させ、ロッド３０３－２の先端を鋼管１００－２の先端から前方に突出させる。

【0064】

ブーム５１０により、ガイドシェル３０１を上昇させ、１本目の鋼管１００－１の後端近傍まで移動させる。１本目の鋼管１００－１のロッド３０３－１の後端と、２本目の鋼管１００ー２のロッド３０３－２の先端とを軸合わせし、ロッドスリーブを用いて仮止めする。これにより、１本目の鋼管１００－１と２本目の鋼管１００－２もほぼ軸合わせされた状態となる。

【0065】

支持装置４００上のガイドシェル３０１を軸方向（L方向）に前進させることにより、セントラライザ３０４により、２本目の鋼管１００－２のソケット部１０と鋼管本体２０との外周の段差１０１を押して、２本目の鋼管１００－２を前進させる。このとき、図４に示すように、セントラライザ３０４（押圧部材３２０）の前面のＵ字型の開口の内周に沿った部分が、段差１０１に接触し、段差１０１を押す。

【0066】

これにより、２本目の鋼管１００－２のソケット部１０の先端の開口が、１本目の鋼管１００－１の差し込み部３０の後端を被せられ（図２参照）、さらに、支持装置４００上のガイドシェル３０１を軸方向（L方向）に前進させることにより、圧力をかけて、２本目の鋼管１００－２のソケット部１０を１本目の鋼管１００－１の差し込み部３０に図１１のように被せることができる。

【0067】

これにより、１本目の鋼管１００－１の２本のＣ字型のリング３２が、図１３のように２本目の鋼管１００－２のソケット部１０の２本の第１溝１１に係合し、２本目の鋼管１００－１の先端を、１本目の鋼管１００－１の後端に連結することができる。

【0068】

このように、第２の鋼管１００－２の段差１０１を、セントラライザ３０４で押して、前進させて押し込む動作により、容易に２本の鋼管１００－１、１００－２を連結することができる。

【0069】

１本目の鋼管１００－１と、２本目の鋼管１００－２の連結と同時に、ロッド３０３－１とロッド３０３－２もロッドスリーブを介して連結されている。よって、再びドリフタ３０２でロッド３０３－１，３０３－２に打撃力を与えながら、ドリフタ３０２をガイドシェル３０１に沿って推し進めることにより、地山７５を削孔すると同時に２本目の鋼管１００－２を削孔された孔の内部に打ち込んでいくことができる。

【0070】

このとき、２本目の鋼管１００－２は、１本目の鋼管１００－１に引っ張られて削孔された孔の中を進んでいくため、連結部には、２本の鋼管１００を引き離す方向の力が加わるが、鋼管１００－１、１００－２の引張に対する連結強度は、大きいため、外れない。

【0071】

この動作を繰り返すことにより、必要な本数の鋼管１００を順次地山に打ち込むことができる。

【0072】

また、上述の工法では、鋼管１００－１の先端近傍に削岩機のビットを装着して、ビットが削孔しながら、鋼管１００－１を引っ張っていく工法について説明したが、これに限られない。鋼管の後端を削岩機で推しながら削孔を進める工法において、鋼管１００－１と鋼管１００－２との連結時に、セントラライザ３０４により、鋼管１００－２の段差１０１を押す本実施形態の施工方法を用いることももちろん可能である。

【0073】

本実施形態では、セントラライザ３０４により、鋼管１００－２の段差１０１を押す施工方法であるため、以下のような効果を得られる。
（ａ）作業者が、鋼管１００を押す治具を取り付けたり、あるいは取り外すことが不要になり、作業者の手間を省略できる。これにより、鋼管の打設作業の自動化が可能になる。
（ｂ）治具が不要になったことで、治具を落下させる恐れがなく、作業者の安全を確保できる。

【符号の説明】

【0074】

１０ ソケット部
１２ 傾斜面
１３ 底面
１４ 底面
１５ 側面
１６ 端部
１７ 段差部
１８ 領域
１８ａ 領域
１８ｂ 領域
１８ｃ 領域
２０ 鋼管本体
３０ 差し込み部
３２ リング
３３ 外周面
３４ 端面
３５ 端面
３６ 端部
３７ 領域
３８ 領域
３８ａ 領域
７５ 地山
７５ａ 切羽
８０ ドリフタ
８３ シャンクスリーブ
ｒ１ 曲率半径
ｒ２ 曲率半径
１００ 鋼管
１００－１ 鋼管
１００－２ 鋼管
１０１ 段差
２００ 削岩機
３００ ガイドシェルセット
３０１ ガイドシェル
３０１ セントラライザ
３０２ ドリフタ
３０３ ロッド
３０４ セントラライザ
３０５ サブセントラライザ
３１４ セントラライザ本体
３２０ 押圧部材
３２１ ボルト
４００ 支持装置
５１０ ブーム
５２０ 固定装置
５３０ 車輪
５４０ 本体
５５１ チャージングケージ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】