特許 7432931 リングを用いた連結機構付き鋼管、その連結体、および、施工方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-02-08

(45)【発行日】2024-02-19

(54)【発明の名称】リングを用いた連結機構付き鋼管、その連結体、および、施工方法

(51)【国際特許分類】

   E21D 20/00 20060101AFI20240209BHJP

   E21D 9/04 20060101ALI20240209BHJP

【ＦＩ】

E21D20/00 F

E21D9/04 F

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2021025635

(22)【出願日】2021-02-19

(65)【公開番号】P2022100190

(43)【公開日】2022-07-05

【審査請求日】2023-03-06

(31)【優先権主張番号】P 2020214056

(32)【優先日】2020-12-23

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【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】吉田 英憲

(72)【発明者】

【氏名】木村 秀秋

(72)【発明者】

【氏名】福島 義一

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 文彦

【審査官】柿原 巧弥

(56)【参考文献】

【文献】特開２００４－２９３２３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－０４２２３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－３４４３４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－３３２２４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－２９０９９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－３３２４９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－０１３３８３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ２１Ｄ ２０／００

Ｅ２１Ｄ ９／０４

Ｆ１６Ｂ ７／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

鋼管本体と、同形状の第２の鋼管と連結するために前記鋼管本体の一端に設けられたソケット部および他端に設けられた差し込み部とを有し、
前記ソケット部および差し込み部は、前記鋼管本体と同軸の円筒であり、前記ソケット部の内径は、前記差し込み部の外径以上であり、
前記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、
前記差し込み部の外周面には、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、前記差し込み部の外周面から少なくも一部が突出するように配置され、
前記リングは、軸方向の断面形状がくさび形であり、前記鋼管本体に近い側の端面が前記差し込み部の端部に近い側の端面が厚く、前記リングの鋼管本体に近い側の端部は、第２溝から前記差し込み部の外周面上に突出しており、
前記ソケット部の前記第１溝は、前記ソケット部の端部に近い側の底面が、前記鋼管本体に近い側の底面より深く、且つ、前記ソケット部の端部に近い側の底面が、１段深く掘り下げされており、
前記差し込み部に、前記同形状の第２の鋼管のソケット部をかぶせて軸方向に押した場合、前記差し込み部の前記リングが前記第２の鋼管のソケット部の第１溝に係合して前記第２の鋼管を連結し、連結後に前記差し込み部を前記第２の鋼管とは逆方向に移動させた場合、前記第２の鋼管のソケット部の第１溝の１段深く掘り下げられた底面の側面が、前記リングの前記鋼管本体に近い端部の端面と接触することを特徴とするリングを用いた連結機構付き鋼管。

【請求項2】

鋼管本体と、同形状の第２の鋼管と連結するために前記鋼管本体の一端に設けられたソケット部および他端に設けられた差し込み部とを有し、
前記ソケット部および差し込み部は、前記鋼管本体と同軸の円筒であり、前記ソケット部の外径は、前記鋼管本体の外径よりも大きく、前記ソケット部の内径は、前記差し込み部の外径以上であり、
前記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、
前記差し込み部の外周面には、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、前記差し込み部の外周面から少なくも一部が突出するように配置され、
前記差し込み部に、前記同形状の第２の鋼管のソケット部をかぶせて軸方向に押した場合、前記差し込み部の前記リングが、前記第２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リングを用いた連結機構付き鋼管。

【請求項3】

請求項２に記載のリングを用いた連結機構付き鋼管であって、前記ソケット部は、前記鋼管本体とは別部材であり、
前記ソケット部の前記鋼管本体側の端部の内周面には、雌ねじが設けられ、
前記鋼管本体の前記ソケット部側の端部の外周面には、雄ねじが設けられ、
前記雌ねじと雄ねじを螺合させる又は溶接により、前記ソケット部は、前記鋼管本体に固定されていることを特徴とするリングを用いた連結機構付き鋼管。

【請求項4】

請求項１に記載のリングを用いた連結機構付き鋼管であって、
前記差し込み部は、前記鋼管本体の端部に形成された減径部に形成されており、外径が前記鋼管本体の外径よりも小さいことを特徴とするリングを用いた連結機構付き鋼管。

【請求項5】

請求項２又は３に記載のリングを用いた連結機構付き鋼管であって、前記リングは、軸方向の断面形状がくさび形であり、前記鋼管本体に近い側の端面が、前記差し込み部の端部に近い側の端面よりも厚いことを特徴とするリングを用いた連結機構付き鋼管。

【請求項6】

請求項５に記載のリングを用いた連結機構付き鋼管であって、前記断面形状がくさび形の前記リングは、前記鋼管本体に近い側の端面が、前記差し込み部の中心軸に対して垂直な面であり、前記リングの鋼管本体に近い側の端部は、第２溝から前記差し込み部の外周面上に突出していることを特徴とするリングを用いた連結機構付き鋼管。

【請求項7】

請求項６に記載のリングを用いた連結機構付き鋼管であって、前記ソケット部の前記第１溝は、前記ソケット部の端部に近い側の底面が、前記鋼管本体に近い側の底面よりも深く、
前記ソケット部の前記第１溝の前記ソケット部の端部に近い側の側面は、前記ソケット部の中心軸に対して垂直な面であり、
前記差し込み部に、前記同形状の第２の鋼管のソケット部をかぶせて連結して、差し込み部を前記第２の鋼管とは逆方向に移動させた場合、前記第２の鋼管のソケット部の前記第１溝の前記ソケット部の端部に近い側の側面が、前記くさび形の前記リングの前記鋼管本体に近い側の端面と接触するように構成されていることを特徴とするリングを用いた連結機構付き鋼管。

【請求項8】

請求項７に記載のリングを用いた連結機構付き鋼管であって、前記ソケット部の前記第１溝は、前記ソケット部の端部に近い側の底面が、１段深く掘り下げされていることを特徴とするリングを用いた連結機構付き鋼管。

【請求項9】

請求項１ないし８のいずれか１項に記載のリングを用いた連結機構付き鋼管であって、前記差し込み部の前記第２溝の底面は、前記差し込み部の端部に近い領域が傾斜しており、前記第２溝の前記差し込み部の端部に近い側を前記鋼管本体に近い側よりも浅くしていることを特徴とするリングを用いた連結機構付き鋼管。

【請求項10】

請求項１ないし９のいずれか１項に記載のリングを用いた連結機構付き鋼管であって、前記ソケット部の内周面には、前記同形状の鋼管の差し込み部を差し込んだ場合、当該差し込み部の端部が突き当たる段差部が設けられ、
前記ソケット部の内周面の前記段差部と前記第１溝との間の領域は、差し込まれた前記差し込み部の対応する領域とのクリアランスが０．５ｍｍ以下になるように形成されていることを特徴とするリングを用いた連結機構付き鋼管。

【請求項11】

２以上の鋼管を連結した連結体であって、
前記２以上の鋼管は、請求項１ないし１０のいずれか１項に記載のリングを用いた連結機構付き鋼管であることを特徴とする連結体。

【請求項12】

請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の連結機構付き鋼管を用いて地山を削孔しトンネル周壁部を補強する施工方法であって、
ガイドシェルと、前記ガイドシェル上に軸方向に移動可能に搭載されたドリフタとを備えた削岩機を用い、前記ガイドシェルの上に１本目の前記連結機構付き鋼管を搭載し、前記連結機構付き鋼管内に挿入されたロッドの後端をドリフタに接続し、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本目の前記連結機構付き鋼管を挿入し、
前記１本目の前記連結機構付き鋼管の後端の前記差し込み部が前記地山の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、前記ドリフタを前記ガイドシェル上で後進させ、前記ガイドシェル上に２本目の前記連結機構付き鋼管を搭載し、
２本目の前記連結機構付き鋼管の後端と前記ドリフタとの間に、押し治具を配置し、前記ドリフタを前進させることにより、前記押し治具により２本目の前記連結機構付き鋼管を押して前進させ、２本目の前記連結機構付き鋼管の先端の前記ソケット部を、１本目の前記連結機構付き鋼管の後端の前記差し込み部に被せて連結することを特徴とする施工方法。

【請求項13】

請求項１２に記載の施工方法であって、
ガイドシェルと、前記ガイドシェル上に搭載された鋼管受治具と、前記ガイドシェル上に軸方向に移動可能に搭載されたドリフタとを備えた削岩機を用い、前記ガイドシェルの前記鋼管受治具上に１本目の前記連結機構付き鋼管を搭載し、前記連結機構付き鋼管内に挿入されたロッドの後端をドリフタに接続し、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本目の前記連結機構付き鋼管を挿入し、
前記１本目の前記連結機構付き鋼管の後端の前記差し込み部が前記地山の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、前記ドリフタを前記ガイドシェル上で後進させ、前記ガイドシェルの前記鋼管受治具上に、前記ソケット部に隣接する前記鋼管本体に押し治具が装着された２本目の前記連結機構付き鋼管を搭載し、
前記ガイドシェルを前進させることにより、前記鋼管受治具により前記押し治具を軸方向に押して、２本目の前記連結機構付き鋼管を前進させ、２本目の前記連結機構付き鋼管の先端の前記ソケット部を、１本目の前記連結機構付き鋼管の後端の前記差し込み部に被せて連結することを特徴とする施工方法。

【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、トンネルの周壁部に複数の鋼管を削孔装置によって所定の間隔で打ち込むＮＡＴＭ(New Austrian Tunneling Method)工法が知られている。鋼管の打ち込み後、必要に応じて、鋼管を通して硬化剤が地山へ注入される。ＮＡＴＭ法に用いられる鋼管は、３メートル程度の長さであるが、地山の補強に必要な長さは、３メートルよりも長いため、鋼管を１本打ち込むたびに、後端に新たな鋼管を連結し、再び打ち込むという動作を繰り返す。

【0003】

鋼管の同士を接続する構造としては、鋼管の一端の内周面に雌ねじが刻まれ、他端の外周に雄ねじが刻まれたものを用い、１本目の鋼管の後端の雄ねじに２本目の鋼管の先端の雌ねじを螺合させることにより連結する構造が主流である（特許文献１参照）。

【0004】

また、特許文献２に開示されている鋼管は、後端の外周面に環状溝が設けられ、Ｃ字形のリングがはめ込まれている。前端の内径は、後端の外径より大きく、内周面に環状溝が設けられている。１本目の鋼管の後端部に、２本目の鋼管の前端部を嵌合すると、１本目の鋼管の後端部のＣ字型リングが、２本目の鋼管の環状溝に係合する。

【0005】

鋼管を地山に打ち込む削岩機は、特許文献１および２に記載されているように、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を、鋼管の内部に軸方向に通し、鋼管の先端からビットを突出させた状態で、ロッドに打撃力と推進力を与える構造である。このとき、鋼管をロッドとともに進めるために、特許文献２に記載されているように、鋼管の後端を押す構造の装置と、特許文献１に記載されているように鋼管の先端をビット近傍に装着し、鋼管の先端を引っ張ることで鋼管を進める構造の装置とがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２０１９－２０３３６２号公報

【文献】特開平９－４２２３９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

特許文献１に記載された鋼管のように、一方の鋼管の端部の内周面に雌ねじが刻まれ、他方の鋼管の端部の外周面に雄ねじが刻まれ、２本の鋼管を螺合させて連結する鋼管構造は、長さ約３ｍ、外径約１０ｃｍの鋼管２本の軸芯を位置合わせし、少なくとも一方の鋼管の全体を回転させながらねじ込む必要がある。そのため、軸心合わせとねじ込む労力が必要であり、作業者の大きな負担になる。

【0008】

一方、特許文献２のように、一方の鋼管の端部の外周面に設けたＣ字型リングを、他方の鋼管の端部の内周面に設けた環状溝と嵌合させることにより連結する構造は、一方の鋼管を軸方向に移動させて押し込むだけでよいため、連結の作業は比較的容易である。この鋼管を地山に打ち込む削岩機として、特許文献２では、ロッドの後端と鋼管の後端とを押しながら進む装置が用いられている。そのため、後ろ側の鋼管が前の鋼管に削岩機によって押し付けられ、鋼管の連結部に離脱方向の力は作用せず、地山への打ち込み中に、鋼管の連結部が外れることを防いでいる。このことは、特許文献２の段落「００１８」にも記載されている。

【0009】

しかしながら近年、削岩機としては、特許文献１のように、鋼管の先端近傍にビットを装着して削孔を進める装置が用いられている。この削岩機の場合、２本目以降の鋼管は、１本目の鋼管に引っ張られながら進むため、鋼管の連結部には、連結部を離脱させる方向の力が作用する。

【0010】

発明者らの実験によれば、特許文献１のように鋼管の先端近傍にビットを装着して、鋼管を引っ張りながら削孔していく装置に、特許文献２のＣ字型リングを環状溝に係合させる連結構造の鋼管を用いた場合、連結部の引張強度不足のため、連結部が外れてしまうという問題が発生することが分かった。

【0011】

本発明の目的は、２本の鋼管の端部を容易に連結でき、かつ、連結強度が大きく、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な鋼管を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0012】

上記目的を達成するために、本発明の地山補強用鋼管は、鋼管本体と、同形状の第２の鋼管と連結するために鋼管本体の一端に設けられたソケット部および他端に設けられた差し込み部とを有する。ソケット部および差し込み部は、鋼管本体と同軸の円筒であり、ソケット部の内径は、差し込み部の外径以上である。ソケット部の内周面は、周方向に２以上の第１溝が設けられている。差し込み部の外周面には、周方向に２以上の第２溝が設けられ、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、差し込み部の外周面から少なくも一部が突出するように配置されている。差し込み部に、同形状の第２の鋼管のソケット部をかぶせて軸方向に押した場合、差し込み部のリングが、第２の鋼管のソケット部の第１溝に係合する。

【0013】

鋼管本体の外径との関係では、例えば、ソケット部の外径を鋼管本体の外径よりも大きくする態様１と、差し込み部３０の外径を鋼管本体の径よりも小さする態様２とを取ることができる。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、鋼管本体の端部に、外径が鋼管本体の外径よりも大きいソケット部を設けたことにより（態様１）、差し込み部の外径を鋼管本体と同等にすることが可能になり、Ｃ字型のリングを配置する第２溝の下の管の厚みを大きくできる。よって、鋼管同士の連結が容易な構造でありながら、連結部の強度を高めることができ、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な鋼管を提供することができる。また本発明によれば、差し込み部の外径を鋼管本体の径よりも小さくすることにより（態様２）、鋼管の連結部の外周面に段差をなくすことができ、地山補強用として用いた場合には、地山への打ち込み作業を円滑に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】実施形態１のリングを用いた連結機構付き鋼管の正面図。

【図2】実施形態１のリングを用いた連結機構付き鋼管の左側面図。

【図3】実施形態１のリングを用いた連結機構付き鋼管の右側面図。

【図4】実施形態１のリングを用いた連結機構付き鋼管の軸方向の断面図。

【図5】実施形態１のリングを用いた連結機構付き鋼管の（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6】実施形態１のリングを用いた連結機構付き鋼管を２本連結した場合の連結部の軸方向の断面図。

【図7】実施形態１のリングを用いた連結機構付き鋼管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8】（ａ）実施形態１のリングを用いた連結機構付き鋼管を連結した連結部の軸方向の拡大断面図、（ｂ）比較例１の鋼管を連結した連結部の軸方向の拡大断面図。

【図9】実施形態２のリングを用いた連結機構付き鋼管の軸方向の断面図。

【図10】実施形態２のリングを用いた連結機構付き鋼管の連結状態を示す軸

【図11】実施形態１の鋼管を地山に打ち込む工法を説明する図。

【図12】実施形態１の鋼管を地山に打ち込む工法で用いる押し治具８４の（ａ）正面図、（ｂ）側面図。

【図13】実施形態１の鋼管を地山に打ち込む工法で用いる押し治具８８の（ａ）側面図、（ｂ）断面図。

【図14】実施例と比較例１，２の鋼管の連結体の引張強度を示すグラフ。

【図15】実施例と比較例１，２の鋼管の連結体の曲げ強度を示すグラフ。方向の断面図。

【発明を実施するための形態】

【0016】

本発明の一実施形態のリングを用いた連結機構付き鋼管について図面を用いて以下に説明する。

【0017】

＜実施形態１＞
図１は、リングを用いた連結機構付き鋼管の正面図であり、図２および図３は、左側面図および右側面図であり、図４および図５（ａ）、（ｂ）は、軸方向に沿った断面図である。図６、図７および図８（ａ）は、２本の鋼管を連結した連結部の拡大図である。

【0018】

図１に示すように、本実施形態の鋼管は、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６のように、ソケット部１０と、差し込み部３０は、同形状の第２の鋼管と連結するために設けられている。

【0019】

ソケット部１０および差し込み部３０は、図２および図３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。

【0020】

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。

【0021】

ソケット部１０の内周面には、図４および図５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。

【0022】

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１、図４および図５参照）。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。

【0023】

したがって、図７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。

【0024】

これにより、図６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。

【0025】

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。

【0026】

また、本実施形態では、ソケット部１０を設け、ソケット部１０の外径は、鋼管本体２０の外径よりも大きくしているため、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。これにより、溝３１の下の管の厚さ（肉厚）Ｔ31を、比較例（図８（ｂ））のようにソケット部を設けず、一方の端部の外周面を削り、他方の端部の内周面を削って連結する構成（特許文献２参照）の溝１３１の下の厚さ（肉厚）Ｔ131よりも厚くすることができる。

【0027】

これにより、鋼管１００－１，１００－２の連結部の引張および曲げ強度を、比較例（図８（ｂ））よりも大きくすることができる。引張および曲げ強度について、後で詳しく説明する。

【0028】

また、本実施形態では、図４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している。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。

【0029】

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。

【0030】

リング３２と第１溝１１と第２溝３１の形状について、図８（ａ）を用いてさらに詳細に説明する。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

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。

【0038】

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。

【0039】

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。

【0040】

また、図８（ａ）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。

【0041】

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。

【0042】

上述してきたように、本実施形態のリングを用いた連結機構付き鋼管は、２本の鋼管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。

【0043】

＜実施形態２＞
実施形態１のリングを用いた連結機構付き鋼管は、図４及び図６に示したように、ソケット部１０の外径を鋼管本体の外径よりも大きいものとし、これにより鋼管の内径が一様である構成としてが、本実施形態は、差し込み部３０の径（外径及び内径）を鋼管本体の径よりも小さくして、鋼管本体端部に形成したソケット部１０に、同形状の鋼管の差し込み部３０を連結する構成としたものである。

【0044】

本実施形態の連結機構付き鋼管の軸方向に沿った断面図を図９に示す。図９に示すように、鋼管１００－１の一端部は、鋼管自体の厚みは一定のまま縮径した縮径部が形成されており、径が一定となる端部に差し込み部３０が形成されている。差し込み部３０の外周面の構造は、実施形態１と同様であり、外周面に、周方向の溝（第２溝）３１が２以上形成されている。この第２溝３１には、それぞれ、Ｃ型リング（図９では図示省略）が配置されている。

【0045】

一方、鋼管１００－１の他端部（図９では、鋼管１００－１と連結される同形状の鋼管１００－２の他端部）には、差し込み部３０が差し込まれるソケット部１０が形成されている。ソケット部１０の内周面には、実施形態１と同様に、２以上の溝（第１溝）１１が形成されており、端部に傾斜面が形成され、端部における内径が広げられている。溝１１と傾斜面を除くソケット部１０の内径は、差し込み部３０の外径（溝３１が形成されている部分以外の外径）と同じかわずかなクリアランスを持つ程度に大きく、傾斜面から他の鋼管の差し込み部３０をソケット部１０に差し込むことができる。

【0046】

ソケット部１０に他の鋼管の差し込み部３０を差し込んだ時に、その第２溝３１に嵌合しているＣ型リングが第１溝１１と係合し、両鋼管を連結することは実施形態１と同様である。２本の鋼管が連結された状態では、図１０に示すように、２本の鋼管の連結部において、ほぼ外径の変化はなくなり、且つ内周面についても、なめらかな径の変化はあるが大きな段差がないので、後述する地山補強用として連結しながら地山に打ち込んでいくときに、抵抗なく打ち込み作業を行うことができる。

【0047】

本実施形態においても、実施形態１と同様に、２以上の鋼管の連結が容易で且つ連結強度の高い連結機構付き鋼管が提供される。また本実施形態によれば、鋼管の連結部の段差がないことから、地山への打ち込み作業をより円滑に行うことができる。

【0048】

以下、地山７５に鋼管１００を打ち込む工法の一例について図１１を用いて説明する。

【0049】

まず、１本目の鋼管１００－１の先端近傍に、削岩機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のガイドシェル８１にセットする。ガイドシェル８１には、鋼管の芯を掘削方向に合致させるために一対の鋼管受治具（セントラライザー／サブセントラライザー）８２が設けられ、その後方にドリフタ８０（ビットの駆動源）が搭載されている。ドリフタ８０にロッド７０－１を連結し、ロッド７０－１を鋼管１００－1に挿入し、ロッド７０－１の先端を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７０－１は、鋼管１００－１と同程度の長さのものを用いる。ロッド７０－１の後端をドリフタ８０に取り付けられたシャンクスリーブ８３に接続する。ドリフタ８０からロッド７０－１に打撃力を与えながら、ドリフタ８０をガイドシェル８１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。

【0050】

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１１）になったならば、ビットとロッド７０－１の係合を外してから、ロッド７０－１をドリフタ８０のシャンクスリーブ８３から外し、ガイドシェル８１に沿ってドリフタ８０を後方に移動させる。

【0051】

ガイドシェル８１を降下させ、内部にロッド７０－２が挿入されている２本目の鋼管１００－２をガイドシェル８１に搭載し、ロッド７０－２をシャンクスリーブ８３に接続する。ドリフタ８０を前進させ、ロッド７０－２の先端を鋼管１００－２の先端から前方に突出させる。

【0052】

ガイドシェル８１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７０－１の後端と、２本目の鋼管１００ー２のロッド７０－２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。２本目の鋼管１００－２を前方に移動させ、そのソケット部１０の開口の入り口を、１本目の鋼管１００－１の差し込み部３０の後端を被せる。このとき、本実施形態では、ソケット部１０の先端に傾斜面１２を設けて、先端の内径を広げているため、差し込み部３０にソケット部１０を容易に被せることができる。

【0053】

２本目の鋼管１００－２とシャンクスリーブ８３との間に、押し治具８４をセットする。押し治具８４は、図１２（ａ），（ｂ）に正面図と側面図をそれぞれ示したように、ロッド７０－２が挿入される切り欠き８９がそれぞれ設けられた円板８５，８６を所定の長さＬ１の軸部材８７の両端に固定した構造である。押し治具８４は、切り欠き８９にロッド７０－２の側面が挿入されるようにセットする。セット完了後、所定のフィード圧又は打撃によりドリフタ８０をガイドシェル８１に沿って前進させると、円板８６がシャンクスリーブ８３に押され、押し治具８４がドリフタ８０およびロッド７０－２とともに前進し、２本目の鋼管１００－２の後端に押し治具８４の円板８５が接触する。さらに、ドリフタ８０を前進させると、押し治具８４に２本目の鋼管１００－２が押され、２本目の鋼管１００－２の先頭のソケット部１０が、１本目の鋼管１００－１の後端の差し込み部３０にかぶさる状態で押され、ソケット部１０の２本の第１溝１１に、差し込み部３０の２つのリング３２が挿入されて係合し、ソケット部１０と差し込み部３０が係合する。これにより、図１１のように第２の鋼管１００－２を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。なお、押し治具８４の軸方向の長さＬ１は、ソケット部１０の長さを考慮して、ソケット部１０を前方の鋼管１００－１の差し込み部３０で連結させることができる長さに設計されている。

【0054】

このとき、ソケット部１０の内周面の突き当りの段差１７近くの領域１８と、差し込み部３０の外周面の先端部の領域３８とのクリアランスを０．５ｍｍ以下に設計しているため、２本目の鋼管１００－２の軸が、１本目の鋼管１００－１の軸に対して曲がったまま、ソケット部１０が差し込み部３０に被せられた場合であっても、領域１８と領域３８とが当接することにより、ガイドとなって、２本目の鋼管１００－２の向きを、１本目の鋼管１００－１の軸に一致させることができる。よって、軸の位置合わせの許容されるずれ量を、比較的大きくすることができる。

【0055】

１本目の鋼管１００－１と、２本目の鋼管１００－２の連結を確認したら、押し治具８４を取り外す。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７０－１とロッド７０－２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８０でロッド７０－１，７０－２に打撃力を与えながら、ドリフタ８０をガイドシェル８１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。

【0056】

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、本実施形態の鋼管１００は、引張強度が大きいため、外れない。

【0057】

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。

【0058】

なお、上述した打ち込み工法では、押し治具８４によって鋼管１００－２を後ろから押すことにより前進させ、前方の鋼管１００－１と連結させたが、連結させる方法は、この方法に限られるものではなく、別の方法を用いることも可能である。例えば、図１３（ａ），（ｂ）に側面図と断面図を示したように、ソケット部１０に隣接する鋼管本体２０に、円筒を軸方向に沿って切断した片側の部材である半円筒形の押し治具８８、または、半円筒形の部材を２つ合わせてヒンジ等で開閉可能な円筒形の押し治具８８を装着しておく。この押し治具８８を、セントラライザー８２で押すことにより、鋼管１００－２を前進させ、ソケット部１０を前方の鋼管１００－１の差し込み部３０と連結させる構成にすることが可能である。セントラライザー８２は、ガイドシェル８１に固定されており、ガイドシェル８１を前進させることにより、セントラライザー８２を前進させることができる。なお、ソケット部１０を前方の鋼管１００－１の差し込み部３０と連結させた後、押し軸８８を取り外す。

【0059】

押し治具８８は、外径がソケット部１０の外径よりも大きく、内径は、鋼管本体２０の外径より大きくソケット部１０の外径よりも小さい構造とする。押し治具８８の軸方向の長さＬ２は、ソケット部１０の長さを考慮して、ソケット部１０を前方の鋼管１００－１の差し込み部３０で連結させることができる長さに設計されている。

【0060】

また、上述の工法では、鋼管の先端近傍に削岩機のビットを装着する工法について説明したが、これに限られず、鋼管の後端を削岩機で推しながら削孔を進める工法に、本実施形態の鋼管１００を用いることももちろん可能である。
さらに以上の説明では、実施形態１の連結機構付き鋼管を用いた例を説明したが、実施形態２の連結機構付き鋼管を用いても同様の効果が得られることは言うまでもない。

【0061】

＜実施例＞
実施例として、上述の実施形態の鋼管１００を製造した。

【0062】

ソケット部１０の長さ１２０ｍｍ、その外径１２０ｍｍ、差し込み部３０の長さ５４ｍｍ、その外径１１４．３ｍｍ、鋼管本体２０の外径１１４．３ｍｍとし、ソケット部１０と鋼管本体２０と差し込み部３０を合わせた全長は、３１００ｍｍとした。内径は、全長にわたって、１０２．３ｍｍとした。鋼材は、ＳＴＫ４００を用いた。リングの材質は、ＳＴＫ４００よりも硬い材料を用いた。

【0063】

＜比較例１＞
比較例１として、図８（ｂ）の構造の鋼管を製造した。鋼管本体の外径および内径、ならびに、材質は、実施例の鋼管本体２０と同じにした。比較例１の鋼管の全長は、実施例の鋼管の全長と同じにした。

【0064】

比較例１の鋼管の一端は、連結部として、外周面を削り、厚さを半分にして、溝１３１を設けた。他端は、連結部として、内周面を削り、厚さを半分にして、溝１１１を設けた。

【0065】

＜比較例２＞
比較例２として、一端は外周面に雄ねじを形成し、他端は、内周面に雌ねじを形成した。鋼管本体の外径および内径、ならびに、材質は、実施例の鋼管本体２０と同じにした。比較例２の鋼管の全長は、実施例の鋼管の全長と同じにした。

【0066】

＜引張強度と曲げ強度の測定＞
実施例の２本の鋼管１００－１，１００－２を連結して連結体とし、引張強度と曲げ強度を測定した。

【0067】

引張強度の測定装置（方法）としては、株式会社東京衡機製造所製 アムスラー型万能材料試験機 ＡＵ－５００を用いた。

【0068】

曲げ強度の測定装置（方法）としては、株式会社東京衡機製造所製 アムスラー型万能材料試験機 ＡＵ－５００を用いた。

【0069】

同様に、比較例１の２本の鋼管を連結し、引張強度と曲げ強度を測定した。また、比較例２の２本の鋼管を連結し、引張強度と曲げ強度を測定した。

【0070】

測定結果を図１４および図１５に示す。

【0071】

引張強度は、図１４から明らかなように、比較例１が１１０ｋＮ程度、比較例２が３４０ｋＮ程度であるのに対し、実施例の鋼管の連結体は、４１０ｋＮであり、比較例１、２よりも大きいことが確認された。

【0072】

曲げ強度は、図１５から明らかなように、比較例１が２５ｋＮ程度、比較例２が４７ｋＮ程度であるのに対し、実施例の鋼管の連結体は、６５ｋＮであり、比較例１，２よりも大きいことが確認された。

【符号の説明】

【0073】

１０…ソケット部、１１…第１溝、１２…傾斜面、１３…底面、１４…底面、１５…側面、１６…端部、１７…段差部、１８ａ，１８ｂ，１８ｃ…領域、２０…鋼管本体、３０…差し込み部、３１…第２溝、３２…Ｃ字型のリング、３３…外周面、３６…端部、３７…傾斜した領域、３８a,３８b,３８c…領域、８０…ドリフタ、８１…ガイドシェル、８２…鋼管受治具（セントラライザー/サブセントラライザー）、８３…シャンクスリーブ、８４…押し治具、８５，８６…円板、８７…軸部材、８８…押し治具、８９…切り欠き

【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】

【図15】