パイプジャッキングマシンの説明: 種類、仕組み、いつ使用するか

パイプジャッキングマシンとは何ですか?またどのように機能しますか?

あ パイプジャッキマシン ルート全体に沿って開溝を掘る必要がなく、地下パイプを設置するために使用される非開削建設機械の一部です。この機械は、道路、歩道、景観を引き裂くのではなく、発射ピットから受信ピットまで地面を通してパイプ部分を押し込みます (または「ジャッキ」)。このアプローチは、下水道、水道本管、ガスパイプライン、道路、鉄道、河川、密集した市街地の下を走る共同溝などに広く使用されています。

基本的な動作原理には、発射ピット内に配置された強力な油圧ジャッキ フレームが含まれます。このフレームは、制御された軸方向の推力を加えて、通常はカッティングヘッドまたはシールドが取り付けられている先頭パイプセクションを土壌に押し込みます。掘削された材料が切羽から（機械的またはスラリーによって）除去されると、最後のパイプセクションの後ろに新しいパイプセクションが追加され、一連のパイプが反対側の受け入れピットに到達するまで推進プロセスが段階的に続きます。

最新のパイプ推進システムは完全に操縦可能です。つまり、オペレーターはレーザー誘導またはジャイロスコープ システムを使用して、アライメントと勾配をリアルタイムで修正できます。この精度により、正確な傾斜が必要な重力式下水道の設置など、許容差が厳しいプロジェクトに適しています。

推進工機の主な種類

すべてのパイプ推進装置が同じというわけではありません。選択する機械のタイプは、パイプの直径、土壌の状態、ドライブの長さ、プロジェクトの予算によって異なります。最も一般的に使用されるバリアントは次のとおりです。

マイクロトンネリング マシン (MTBM)

マイクロトンネリングボーリングマシンは遠隔操作で、通常は 150 mm から 1,500 mm の範囲のより小さい直径のパイプ用に設計されています。オペレーターは、CCTV フィードとレーザー照準システムを備えた制御キャビンを使用して、地上から機械を制御します。スラリーは、専用の返送パイプを通じて切り粉を地表に戻すために使用されます。 MTBM は精度が高く、適切なカッターヘッド構成を使用すれば、柔らかい粘土、砂利、さらには岩石など、幅広い種類の土壌を処理できます。

土圧バランス (EPB) パイプ推進機

EPB 機械は、発泡体、ベントナイト、またはポリマーで調整された掘削土自体を使用して、切断面の地圧のバランスをとります。これにより地面の沈下が防止され、軟らかい土壌、含水土壌、または混合土壌に最適になります。これらは、表面の沈下を最小限に抑える必要がある都市環境で一般的に使用されます。 EPB タイプのパイプ推進リグは、小径のマイクロトンネリングとより大きな人力トンネルの両方に使用できます。

スラリーシールドパイプジャッキングマシン

これらの機械はベントナイト スラリーで切断面を加圧し、地面を支えながらパイプラインを通じて切りくずを地表に戻します。次に、スラリーは地表の分離プラントで処理され、洗浄されて再循環されます。スラリーマシンは、不安定な地面、緩い砂、地下水面の下で特に効果的です。長距離ドライブでは、オーガベースのシステムよりも高速になる傾向があります。

あuger Boring Machines

あuger boring is a simpler, cost-effective form of pipe jacking used in dry, stable soils. A rotating auger inside the casing pipe carries the cuttings back to the launch pit. These machines are typically used for shorter drives and smaller diameters. They are not steerable, which limits their use to projects where alignment precision is less critical.

パイプラミングマシン

パイプラミングでは、鋼製ケーシングパイプの背面に取り付けられた空気圧または油圧ハンマーを使用します。衝撃力により、パイプは回転したり切断したりすることなく地面を通過します。土壌は単に移動または圧縮されます。この方法は高速かつ強力であるため、粗い粒状土壌の堤防、道路、鉄道の下を通過するのに適しています。ただし、ステアリング機能はなく、短い直線ドライブに最適です。

パイプ推進システムの主要コンポーネント

あ pipe jacking setup is more than just the boring machine at the front. The full system includes several integrated components working together:

• ジャッキフレーム: 発射ピットに設置された主油圧プレス。管弦に押す力を加えます。ジャッキフレームは推力能力によって評価され、通常は 50 トンから大口径ドライブの場合は 2,000 トン以上の範囲にあります。
• カッティングヘッド/シールド: 地面を掘削するパイプストリングの前面にある先頭要素。その設計はさまざまです。岩石用の回転ディスク カッター、柔らかい地面用のオープンフェイス シールド、不安定な土壌用のスラリー加圧チャンバーなどです。
• ジャッキパイプ: 特別に設計されたコンクリート、スチール、または GRP (ガラス強化プラスチック) パイプは、ひび割れすることなくジャッキの力に耐えるように作られています。通常、位置合わせと水密性を確保するために、精密に機械加工された接合部が備わっています。
• 中間ジャッキングステーション (IJS): 長距離のドライブでは、パイプストリングに沿った摩擦がメインジャッキフレームの容量を超える可能性があります。 IJSユニットはパイプストリング内に間隔をあけて設置され、内部から追加の押圧力を提供し、達成可能なドライブ長を大幅に延長します。
• 潤滑システム: ベントナイトまたはポリマーのスラリーは、パイプ壁のポートを通して注入され、パイプと周囲の土壌の間の環状空隙に沿った皮膚摩擦を軽減します。これは、長距離ドライブや粘着性のある粘土の場合に重要です。
• 指導システム: あ laser beam projected from the launch pit to a target inside the machine provides continuous alignment data. More sophisticated projects may use gyroscopic or Total Station-based guidance for curved alignments.
• 腐敗物除去システム: 機械のタイプに応じて、これはスラリー パイプライン、オーガー、コンベア ベルト、または人が入るトンネル用の土砂運搬車システムなどです。

推進管工事と開削溝工事: 直接比較

多くのプロジェクトでは、エンジニアは従来の開削掘削と非開削パイプ推進工のどちらを使用するかを決定する必要があります。プロジェクトの主要な要素全体で 2 つの方法をどのように積み重ねるかは次のとおりです。

土壌条件と機械の選択

パイプ推進プロジェクトにおいて最も重要な決定の 1 つは、適切な機械を一般的な地盤条件に適合させることです。間違ったタイプのカッターヘッドまたはシールドを使用すると、面の不安定性、機械の詰まり、過度の摩耗、またはプロジェクトの失敗が発生する可能性があります。作業を開始する前に徹底的な地盤調査を行うことは必須ではありません。

柔らかい粘土とシルト

これらの土壌は、特に都市部の道路の下や既存の構造物の近くで隆起したり圧迫されたりする傾向があります。クローズドフェイスシールドを備えた EPB マシンは、継続的なフェイスサポートを維持し、地面の動きを最小限に抑えるため、ここではうまく機能します。スクリューコンベア内の調整された土壌は圧力緩衝剤として機能します。

地下水面下の砂と砂利

飽和粒状土壌は不安定なので、スラリーマシンまたは加圧 EPB のいずれかが必要です。ここでは、ベントナイト懸濁液が細孔空間に急速に浸透してトンネル面に安定したフィルターケーキを形成するため、スラリーシステムが特に効果的です。脱水は、常に代替または補足的な手段として評価される必要があります。

混合顔の状態

同じ断面内で岩石と柔らかい土壌の両方に遭遇するドライブは、最も困難なものの 1 つです。このようなシナリオでは、EPB とスラリー操作を切り替えることができるマルチモード機械、またはディスク カッターとスクレーパーの両方を備えた専用の混合粉砕カッターヘッドが使用されます。

ロック

ハードロックパイプの推進作業では、フルフェイスTBMと同様のタングステンカーバイドディスクカッターを備えたカッターヘッドを使用します。岩はすくわれたというよりは欠けて割れた状態です。摩耗率が高く、定期的にカッターヘッドの検査が必要です。これは通常、非常に長いドライブでは人によるアクセスまたは中間アクセス シャフトを意味します。

ドライブの長さの制限とその延長方法

あ fundamental constraint in pipe jacking is the maximum achievable drive length before the friction forces on the pipe string exceed what the jacking frame can overcome. In ordinary conditions and without lubrication, drive lengths might be limited to 80–150 meters. However, with modern techniques and equipment, drives of 500 meters or more are achievable.

ドライブの長さを延長するための主な戦略は次のとおりです。

• ベントナイト潤滑: パイプ壁のポートから潤滑剤を注入すると、皮膚の摩擦が大幅に軽減され、土壌の種類や塗布量によっては 50% 以上減少することもあります。
• 中間ジャッキングステーション: 油圧 IJS リングはパイプストリング内に計画された間隔で取り付けられます。これらは、パイプのセクションを前方に押し出すために順番にアクティブ化され、システム内の単一点にかかる負荷を軽減します。
• 特大カッターヘッド: パイプの外径よりわずかに大きいカッターヘッドを使用すると (環状の空隙が作成され)、パイプと土壌の界面全体に沿った接触摩擦が軽減されます。
• 大容量ジャッキングフレーム: より大型のメインジャッキフレームにアップグレードすると、予期せぬ摩擦の増加に対応できる予備推力容量が追加されます。

推進管で使用される管材

ジャッキ作業で使用されるパイプは、設置時のジャッキ力とパイプラインの運用期間中の使用荷重の両方に耐えられるように、目的に応じて設計されています。最も一般的に使用されるパイプ材料は次のとおりです。

• 鉄筋コンクリート管(RCP): 重力下水道や雨水に最も広く使用されている材料。直径 300mm ～ 3,000mm が用意されており、ジャッキ力伝達用のスチール製エンドリングが付いています。圧縮強度は高いですが、亀裂を避けるために慎重な取り扱いが必要です。
• 鋼管: 水道本管やガス管などの圧力パイプラインに使用されます。推進荷重に対する耐性が高く、分割溶接も可能です。多くの場合、腐食防止のために内部 (エポキシ) および外部 (ポリエチレンまたは融着コーティング) がコーティングされます。
• ガラス強化プラスチック (GRP/RTRP): 軽量で耐腐食性があります。化学的または攻撃的な土壌環境で使用されます。 GRP パイプは、座屈することなく圧縮推力に対処できるジャッキ用に特別に設計されている必要があります。
• ダクタイル鉄管: 小径の圧力本管に使用されます。丈夫で耐久性があり、内圧にも強いです。縦方向の推力に対処するには、ジョイントをジャッキに適合させる必要があります。
• ポリマーコンクリート管(PCP): あ composite material offering excellent chemical resistance and smooth internal surface. Used for aggressive sewer environments where standard concrete would corrode over time.

パイプ推進装置の一般的な用途

パイプ推進機は、幅広いインフラ分野で使用されています。既存の構造物や表面の下で大きな混乱を引き起こすことなく作業できるため、現代の土木工学では不可欠なものとなっています。

• 道路と高速道路の交差点: 交通を中断することなく主要道路や高速道路の下に暗渠、排水管、共同溝を設置します。
• 鉄道の地下道: 地上掘削が非現実的または危険な場合に、通電中の線路の下に歩行者用の地下道または共同溝を形成する。
• 川と水路の交差点: 環境や深さの制限により HDD や露天掘りが不可能な河川や河口の下にパイプを設置する。
• 都市下水道システム: 地表の破壊が許容できない密集した都市環境に、正確な勾配制御を備えた重力式下水道を敷設します。
• あirport Infrastructure: 航空機の運航に影響を与えることなく、滑走路や誘導路の下に排水パイプラインとユーティリティパイプラインを設置します。
• 工業用地: 頭上制約やプロセスの継続性により地表掘削ができない既存のプラントや施設を通るパイプラインの配線。

健康、安全、環境への配慮

パイプ推進工は本質的に多くの点で露天掘りよりも安全ですが、露出した溝が少なく、交通のやり取りが少なく、崩壊の危険が少ないため、慎重に管理する必要がある独自の安全上の考慮事項が導入されています。

発射ピットと受信ピットは密閉空間であるため、密閉空間規制に従って管理する必要があります。ピットに入る作業者は、ガス検知装置、適切な個人用保護具、および緊急救出システムを装備する必要があります。ジャッキフレームと油圧システムは非常に大きな力の下で動作するため、有能なオペレーターと定期的な機器検査が必要です。

スラリーベースのシステムの場合、ベントナイト分離プラントでは廃棄スラリーが生成され、地域の環境規制に従って廃棄する必要があります。ベントナイトに汚染された水を雨水管や水路に投棄することは、ほとんどの管轄区域で違法です。準拠したサイトでは、適切な沈殿タンク、リサイクル システム、および認可された廃棄ルートが義務付けられています。

ジャッキ作業、特にパイプの衝突による騒音と振動は、学校、病院、住宅地などの敏感な受容器の近くで監視する必要があります。都市部では、振動の監視や労働時間の制限が許可条件として課されるのが一般的です。

適切な推進工業者の選び方

パイプ推進プロジェクトに適切な請負業者を選択することは、適切な機械を選択することと同じくらい重要です。専門請負業者を入札または指名する際に評価すべき重要な点は次のとおりです。

• プロジェクトに関連する特定の土壌条件とパイプ直径範囲における実証済みの経験。
• 使用するパイプ推進装置の所有権とメンテナンスの記録。サードパーティから機械をレンタルすると、保守性が不確実になる可能性があります。
• あ clear methodology statement covering pit design, ground support, face management, lubrication plan, guidance system, and contingency for unexpected conditions.
• 定義されたトリガーレベルと対応アクションを備えた、既存構造物近くの都市部のドライブ向けの沈下監視提案。
• 過去 3 ～ 5 年以内に完了した同等のプロジェクトからの参照。理想的には検証のための連絡先詳細が記載されています。
• 健康と安全の記録 - RIDDOR 報告対象の事故率を要求し、最近の施行通知を監査します。

最も安価な入札がパイプ推進作業において最良の選択となることはほとんどありません。お客様の特定の条件に適した経験や設備を持たない請負業者は、遅延、修復、請求などで、最初の契約価格の節約よりもはるかに多くの費用がかかる可能性があります。