推進工法体系　�T　推進工法技術編

刃口式推進工法による長距離推進は、切羽掘削作業における緊急避難時の管内の安全な通行性を確保するために、推進管呼び径2000以下は避ける。

泥水式、土圧式、泥濃式等の密閉型機械推進工法により推進管呼び径2000以下の長距離推進を行う場合は、緊急災害時の待避の困難さを考慮して掘進機は遠隔操作とし、掘進中は推進管内に立ち入る必要のない施工方法を選定することが望ましい。

掘進機の切削による孔壁を保持して滑材効果を持続させるために、適切な間隔で先頭管および後続の推進管から自動的に滑材注入を行う方式である。二系統配管で一次は管と地山の間隙分を注入、二次は注入上限圧力と注入時間を設定し自動的に注入するため、注入孔の数が多くなっても、注入位置の選定、注入順序、１ヵ所当りの注入量・注入時間・注入圧力等が任意に設定でき、確実な周面抵抗力の低減効果を得ることができる。（図2.6−1参照）

推進管先頭部分から推進速度に合わせ、同一円周上に一定量の滑材を順次注入すると同時に注入孔後方の攪拌装置により地山と滑材を混合して滑材・地山混合層を形成させる方式である。滑材・地山混合層が長時間滑材効果を保持できるテールボイド層となり、この層で推進管を覆うことにより周面抵抗力の低減を図ることができる。（図2.6−2参照）

掘進機の外径を制御管より大きくし、掘進に伴って発生するテールボイドに固結型滑材を一次注入し、その後方の一次滑材層と推進管の間隔に液状型の二次滑材液状型を同時注入することで、推進管の周囲に二層の滑材層を形成する方式である。一次滑材により二次滑材の地山への逸散や地下水との希釈が防止でき、液状型滑材の効果により周面抵抗力を低減することができる。（図2.6−3参照）

刃口式推進工法における掘削土砂の搬出は、一般にトロバケットにより行われる。トロバケットは人力またはウインチにより引き出すのが一般的であるが、推進延長の増加とともに搬出時間が長くなるため、長距離推進においては、トロバケットによる搬出は現実的でなく、バッテリカ、モノレール等の使用や流体輸送の適用が望ましい。

泥水式推進工法は泥水の還流による流体輸送で掘削土砂の搬出が行われる。しかしながら、長距離推進では輸送管路が長くなり、特に、排泥管路は流体抵抗が大きくなると切羽に設定圧力以上の過剰な水圧が作用し切羽圧力の制御が不可能となる場合がある。したがって、泥水輸送設備計算に基づき、排泥管路中に中継ポンプを設置し、流量（管内流速）の確保と切羽圧力の制御が確実に行えるようにする必要がある。

なお、中継ポンプを推進管内に設置する場合は、中継ポンプの大きさ、設置位置等を検討し、測量の視準および通行路の支障にならないようにしなければならない。また、中押設置箇所では、泥水配管の伸縮の吸収を検討しておかなければならない。

土圧式推進工法における掘削土砂の搬出には、トロバケット又は土砂圧送ポンプが使用されている。

トロバケットの使用は刃口式推進工法と同様に長距離推進においては現実的でなく、バッテリカー、モノレール等の使用が望ましい。

土砂圧送ポンプを使用する場合は、本体および油圧ユニットの大きさ、設置位置等を検討し、測量の視準および推進管内作業の支障にならないようにしなければならない。また、長距離推進においては圧送管路が長くなるため土砂圧送ポンプの輸送能力が不足する場合がある。したがって、土砂の流動性を高める添加材の追加による土砂搬送性の改善、あるいは複数台の土砂圧送ポンプを設置し、段階輸送を行なうことも検討しておく必要がある。

なお、推進管呼び径が比較的小さく土砂圧送ポンプの設置スペースが確保できない場合又は設置すると推進管内の作業に支障が出るような場合は、吸引排土による掘削土砂の搬出も検討する。

泥濃式推進推進工法における掘削土砂の搬出は吸引力により行われ、吸引不可能な大きさの礫をトロバケットにより搬出している。 　吸引排土は、掘削と土砂搬出の調和状態を維持する必要があるが、吸引排土効率は掘進機操作員の技量に負うところが大きい。また、長距離推進になると吸引排土能力が不足する場合があり、吸引排土のために高濃度泥水の添加量を多くしなければならず産廃処理量が多くなる。したがって、複数台の吸引排土設備を設置し、段階輸送を行なうことも検討しておく必要がある。また、吸引排土できない大きい礫の運搬方法も検討しておく必要がある。

トータルステーションは、測距、測角、演算等の機能を自動整準、自動追尾で行うことができるため、推進管内に設置することにより測量時間を短縮することができる。

水管式計測器（液圧差レベル計）は、位置検出が容易であり、計測結果の信頼性が高く計測距離の制約が少ないため、長距離施工における水準測量に適している。

推進管内（切羽部分）にセンサのみを設置して、坑外で推進管内の監視ができる遠隔監視装置を設ける。

推進管内の換気配管は、損失抵抗を計算し、推進管内の作業状況（人員・作業内容）に応じた風量を確保できる風圧を確保する。

推進管内の配線延長が長くなるため電圧降下が大きくなる。したがって、電圧降下が許容範囲内に収まる容量（太さ）の電気ケーブルを使用し、推進管内の照度を確保しなければならない。

停電等に対応するため、別系統の照明または切羽部からの退避時間以上の点灯ができる非常灯を設置する。

推進管内と坑外の連絡設備を必ず設ける。また、停電等に対応するため、別系統の通信・連絡設備を設置する。

地下水位以下の推進工事で、下りまたは水平勾配の場合は、切羽部（掘進機）にポンプを設置して水替えを行わなければならない。

特に、長距離推進においては、配水管の長さによる抵抗を考慮して、必要な揚程が確保できるポンプおよび排水管径を選定しなければならない。

開放型においては、刃口に方向制御ジャッキを設置し、これを操作することにより方向制御を行う。さらに、先頭管の後に補助ジャッキを使用する場合もある。

掘進機の曲線造成能力は、曲線半径、掘進機の長さおよび掘進機の外径により算定された設計折れ角と、掘進機の方向制御ジャッキの折れ曲げ能力（最大折れ角）により検討する。

1. 設計折れ角の算定

   掘進機の設計上の折れ曲げ量（設計折れ角）は、図2.6−6に示すように、掘進機前胴部先端面中心、中折れ箇所中心および後胴部後端面中心が、所定の曲線軌道上にあると仮定して式2.6−1で算定する。

   
   図2.6−6　掘進機の設計折れ角

   ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ （式2.6−1）

2. 掘進機の最大折れ角の算定

   ここに

   θ0	：掘進機の設計折れ角	（度）
   ＬＦ	：掘進機前胴部先端面中心から中折れ箇所中心までの長さ （算定上の中折れ箇所は掘進機前胴部後端面中心とする）	（ｍ）
   ＬＲ	：中折れ箇所中心から掘進機後胴部後端面中心までの長さ	（ｍ）
   Ｒ	：曲線半径	（ｍ）
   Ｄ	：掘進機外径	（ｍ）

   なお、図2.6−7に示すように、掘進機後胴部がプッシャーリング形式で、長さが前胴部に比べて短い場合は、前胴部の折れ曲げに対する後胴部の反力が不足する。このような場合は、プッシャーリングと推進管をテンションロッド等で緊結するなどの方法をとり、十分な反力が得られるような対策を行わなければならない。また、設計折れ角の算定に当たっては、掘進機の後胴部長（Ｌ_Ｒ）を、プッシャーリングと推進管を含めた長さとしなければならない。

   
   図2.6−7　プッシャーリングの場合

3. 掘進機の最大折れ角の算定

   掘進機を最大限に曲げることのできる最大折れ角（θ_ｍａｘ）は、方向制御ジャッキのストロークと方向制御ジャッキの左右の取付け間隔により規定され、次式により求める。

   ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（式2.6−2）

   ここに

   θmax	：掘進機の設計折れ角	（度）
   Ｓ	：左右の方向制御ジャッキのストローク差	（ｍ）
   ｄ	：左右の方向制御ジャッキの取付け間隔	（ｍ）

4. 折れ曲げ能力（最大折れ角）の確認

   実際の曲線施工においては、レベル方向の制御および掘進機外側の地山反力の状況により、掘進機前胴部・後胴部間の折れ曲げ量の増減が必要になる。経験的に、掘進機の折れ曲げ能力（最大折れ角）は、設計折れ角の1.5倍程度の余裕を持たせるものとし、次式により確認する。

   θ_max≧1.5・θ₀

   また、曲線施工条件が厳しい場合は、掘進機の中折れ箇所を２ヵ所以上設けることも検討する必要がある。

   
   

   曲線推進は、このように刃口あるいは掘進機を折れ曲げ、外側地山の反力により曲線を形成しようとするものであるが、地山の反力が期待できない軟弱層においては、地山反力の確保のため地盤改良やガイド杭の打設が必要となる場合がある。

曲線部では図2.6−8に示すように推進管継手部の目地が開く。継手カラーに覆われている継手には許容開口長（抜出し長）が定められており、開口長さが許容値を超えると継手の止水性が損なわれる。したがって、開口長の制約により、曲線の最小半径は定まる。開口長、開口差および曲線半径との関係を次式に示す。

Ｓ_１＝Ｓ_ｄ＋Ｓ_４・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（式2.6−３）

ここに

Ｓ１	：曲線部外側目地の開口長
Ｓｄ	：曲線部外側、内側目地の開口差
Ｓ４	：曲線部内側目地の開口長
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（式2.6−４）
l	管長（ｍ）
Ｄ２	管外径（図2.6−8に定義する管外径）
Ｒ	曲線半径（ｍ）

なお、Ｓ４は管端部が直接接触して応力集中することを防止するため推進力伝達材を挿入するので折れ角により異なるが５�o程度が必要となる。

JA継手の場合、開口差（Ｓｄ）の限度を30�oとする。

したがって、式2.6−3より、開口長（Ｓ１）＝35�oとした場合の曲線半径の許容範囲の目安は表2.6−１に示す。

表に見るように、最小曲線半径の目安は、標準管（?＝2430�o）を使用した場合、管径の約100倍となる。

また、JB継手の場合の許容開口長は40�o、JC継手の場合は60�oと規格されているが、推進管の折れ角が大きく（曲線半径が小に）なると推進力伝達材が厚くなり、必然的に内側目地開口が大きくなるので、条件に応じて検討する必要がある。

以上のように、設計に当たっては、まず、設計条件が表2.6−1の曲線半径の許容値に入るか否かを検討する。その結果、範囲外の場合には、カラー長の長い管あるいは半管や管長を短くした合製鋼管等の使用を検討する必要がある。

・・・（式2.6−5）

・・・（式2.6−6）

・・・（式2.6−7）
Ｓ_４はクッション材を挿入するので5mm程度を必要とする。

図2.6−8　曲線推進に伴う曲線、開口長説明図

表2.6−1　呼び径、曲線半径別、管継手部の開口差Sdと曲線半径の許容範囲

注：本表はJA管（標準管）の許容開口差を示している。JA継手の場合、許容開口差Sdは安全を考慮して30mmとしている。

（凡例）

線の上は2.43ｍ管、下は1.2ｍ管である。

※管継手部の折れ角αは呼び径および管長により異なるが、本表に示す数値は計算結果を四捨五入し分単位でまとめたものである。

管を計画した曲線に沿って推進するためには管継手部の目地開口長をほぼ計画値に保つ必要がある。

目地開口長を保持するためには、各継手部に開口部保持材を挿入する。

開口部保持材は、推進力負荷時に管きょ端面を防護する推進力伝達材の役目を果たすため、推進力が管きょ端面の広い範囲に均等に負荷できる構造のものでなければならない。

保持材には、現在次のようなものが使用されている。

(1)推進力伝達材（図2.6−9）

(2)開口調整材（図2.6−10）

図2.6−9
推進力伝達材による目地開口長の保持例

図2.6−10
開口調整材による目地開口長の保持例

1. 推進中の止水

   推進中の管継手からの漏水は推進施工の中断や中止にもなりかねない重大トラブルであるので、慎重に止水方法を検討しなければならない。管継手部の目地開口長を設計値に保持することは困難で、10�o程度のバラツキが出ることもある。この点も考慮して管種、管径、管長等により目地開口長が許容値以下になるように計画する。目地開口長と止水ゴムの関係を図2.6−11に示す。

   
   

   図2.6−11　目地開口長と止水ゴムの関係

2. 推進完了後の止水

   曲線部では目地幅が広くなるので、目地部の充填材および施工には注意が必要である。

図2.6−14に、推進力、水平分力、側方荷重及び側方荷重の分布範囲を模式図として示す。

図2.6−14　BC点に於ける水平分力と側方荷重の模式図

模式図から、水平分力と許容最大側方荷重の釣り合い条件式は、次式で与えられる。

Ｆ_aBC･sinα＝２×1/2×Ｌ/η×√２ｒ×ｑ_ａ

ここで、「コンクリート標準示方書」における安全係数の概念を基に、荷重係数および部材係数の安全係数を考慮し、曲線推進における推進管の安全率を1.5とすると、許容推進力の算定式は次のようになる。

ＦaBC＝＝・・・・(式2.6−11)

ここに

影響範囲係数ηの計算結果を表2.6−3に示す。

表2.6−3　影響範囲係数η

呼び径		800	900	1000	1100	1200	1350	1500	1650	1800	2000
管厚（�o）		80	90	100	105	115	125	140	150	160	175
管長	2.43	2.07	1.19	1.79	1.64	1.57	1.45	1.38	1.32	1.28	1.23
	1.20	1.35	1.27	1.21	1.17	1.13	1.09	1.06	1.04	1.03	1.02

呼び径		2200	2400	2600	2800	3000
管厚（�o）		190	205	220	235	250
管長	2.43	1.19	1.17	1.15	1.13	1.11
	1.20	1.01	1.00	1.00	1.00	1.00

影響範囲係数η(≧1.0）

管の許容等分布側圧（管の保証等分布耐荷力）を表2.6−4に示す。

表2.6−4　許容等分布側圧ｑ_a

管種	呼び径	管厚 �o	r	W	外厚強さP	抵抗曲げモーメント	許容等分布側圧
			m	kN/m	kN/m	Ma kN/m	qa kN/�u
1種	800	80	0.4400	5.31	35.4	5.511	119.112
	900	90	04950	6.72	38.3	6.824	116.521
	1,000	100	0.5500	8.29	41.2	8.296	114.749
	1,100	105	0.6025	9.54	42.7	9.555	110.131
	1,200	115	0.6575	11.40	44.2	11.033	106.787
	1,350	125	0.7375	13.90	47.1	13.496	103.824
	1,500	140	0.8200	17.31	50.1	16.457	102.404
	1,650	150	0.9000	20.36	53.0	19.548	100.974
	1,800	160	0.9800	23.64	55.9	22.959	100.023
	2,000	175	1.0875	28.70	58.9	27.828	98.453
	2,200	190	1.1950	34.24	61.8	33.263	97.461
	2,400	205	1.3025	40.26	64.8	39.374	97.108
	2,600	220	1.4100	46.78	67.7	46.119	97.060
	2,800	235	1.5175	53.78	70.7	53.621	97.427
	3,000	250	1.6250	61.26	73.6	61.825	97.963
2種	800	80	0.4400	5.31	70.7	10.451	225.858
	900	90	0.4950	6.72	76.5	12.837	219.201
	1,000	100	0.5500	8.29	82.4	15.502	214.419
	1,100	105	0.6025	9.54	85.4	17.736	204.429
	1,200	115	0.6575	11.40	88.3	20.254	196.029
	1,350	125	0.7375	13.90	94.2	24.543	188.798
	1,500	140	0.8200	17.31	101.0	29.729	184.996
	1,650	150	0.9000	20.36	106.0	34.716	179.328
	1,800	160	0.9800	23.64	112.0	40.442	176.190
	2,000	175	1.0875	28.70	118.0	48.266	170.761
	2,200	190	1.1950	34.24	124.0	56.900	166.716
	2,400	205	1.3025	40.26	130.0	66.380	163.712
	2,600	220	1.4100	46.78	136.0	76.743	161.511
	2,800	235	1.5175	53.78	142.0	88.028	159.943
	3,000	250	1.6250	61.26	148.0	100.271	158.881

許容推進力の計算結果を表2.6−5に示す。

表2.6−5　BC点における許容推進力F_aBC（kN）

曲線長の許容範囲は、管継手部開口長と曲線半径、測量器機の管内での盛替回数、管の推進方向の許容耐荷力等により決定される。

参考として、次の２項目を満たした場合の適用可能曲線長の目安を表2.6−6に示す。

1. 曲線半径が表2.6−1に示した範囲内である。
2. １ｍ当りの周面抵抗力を5kN/�uに設定した場合に、BC点における推進抵抗が管の推進方向の許容耐荷力の範囲内である。

なお、計画する曲線長が適用可能曲線長を越える場合は、管種の変更（１種→２種）、中押工法の採用等を考慮する必要がある。

表2.6−6　適用可能曲線長目安（周面抵抗力5kN/�u、φ＝30°）

（単位：ｍ） 呼び径 曲線半径（Ｒ）ｍ 75 100 150 200 300 800 97 126 132 139 143 900 　 135 150 159 164 1,000 　 141 167 178 184 1,100 　 　 176 189 195 1,200 　 　 192 208 215 1,350 　 　 200 216 225 1,500 　 　 223 244 255 1,650 　 　 　 263 274 呼び径 曲線半径（Ｒ）ｍ 75 100 150 200 300 1,800 　 　 　 281 294 2,000 　 　 　 307 322 2,200 　 　 　 　 350 2,400 　 　 　 　 367 2,600 　 　 　 　 394 2,800 　 　 　 　 420 3,000 　 　 　 　 446

注：曲線半径Ｒ(ｍ)を求めるにあたり、管継ぎ手部の折れ角αは呼び径および管長により異なるが、本表は、折れ角を四捨五入し分単位でまとめた数値を使用し、標準管（有効長 2.43ｍ）を用いた場合の結果を示している。

曲線区間では推進管が折れ線状になっているため、推進管は曲線の内側で接触する状態となり、内側が推力の伝達経路となる。接触状態は点接触（ポイントタッチ）なので応力が集中して管が破損しやすい。この対策として推進力伝達材を挿入する方法があり、推進力および曲線半径に応じて用いる。推進力伝達材は曲線区間および曲線区間を通過する推進管の継手部に図2.6−15のように左右を空隙として上下に挿入し、推進力伝達材の塑性変形と弾性変形を利用して、推進力を管の上下に分散する。実用上、継ぎ目の狭い側の目地開口長Ｓ４は最小で５�o程度になるように推進力伝達材を入れる。推進力伝達材はある程度の弾性範囲を有し、かつ、ひずみが大きくなると塑性変形を示すものがよい。推進力伝達材の面積は推進管端部面積の約1/2程度とする。

図2.6−15　曲線区間中の推進力伝達材 図2.6−16　元押ジャッキの負荷方法

なお、管長の短い管（半管、１/３管）や大口径管に推進力伝達材を使用する場合は、元押ジャッキの負荷位置によって管にせん断応力および曲げ応力が働き管きょが破損することがあるので、図2.6−16に示すように推進力伝達材と推進力負荷位置および押輪の剛性を検討し、推進管の安全性を確保しなければならない。