JP2006132282A - 既設管入れ替え用のドリル、ならびに既設管入れ替え工法 - Google Patents

Abstract

【課題】地中に埋設されているとともに複数の非金属製管を金属製継手で接続してなる複合構成の既設管を更新管に入れ替える際に前記非金属製管をその内側から管軸方向一方へ破砕するのに用いるドリルにおいて、破砕作業を円滑かつ迅速に行えるようにする。
【解決手段】ドリル４０は、非金属製管３〜５の内径より大きい胴部４１と、この胴部４１の一端側に設けられかつ縮径する先端側の最小径部分の外径が非金属製管の内径より小さい円錐部４２とを有している。円錐部４２と胴部４１の他端側とに、流動性の滑材を吐出させる孔４６ａ，４６ｂが設けられている。
【選択図】図１１

Description

本発明は、地中に埋設されているとともに複数の非金属製管を金属製継手で接続してなる既設管を更新管に入れ替える工法において用いるドリル、ならびに、前記ドリルを用いた既設管入れ替え工法に関する。

例えば既設管が老朽化した場合や、径の異なる管と取り替えたい場合等に、既設管の入れ替えを行う。この既設管の入れ替えは、例えば地面を掘削することにより、既設管を取り出してから、更新管を埋設するようにするが、掘削作業が面倒で手間がかかる。

これに対し、既設管内にロッドを挿入し、このロッドの先端に切断刃を取り付けるとともに、この切断刃に更新管を取り付け、このロッドを引っ張り操作することにより、前記切断刃で前記既設管をその内側から切り裂きながら、更新管を引き込むようにした入れ替え工法が考えられている（特許文献１参照。）。この入れ替え工法では、既設管を金属製管とすることを前提としている。
特開平１１−１１７６７６号公報

上記従来例では、既設管を切断刃で切り裂くときに既設管内を切断刃を通過させるための抵抗が大きく、また、切断刃で切り裂いた既設管の残骸を切断刃の進行方向上流側から牽引している更新管で押しのけにくいことが指摘され、入れ替え作業に手間がかかる。

なお、地中に埋設している既設管として、例えば合成樹脂、石綿または陶等の非金属管の複数個を一列に並べて、非金属製管それぞれを金属製継手で接続したような複合構成になったものもあるが、上記従来例では、このような複合構成の既設管を新管に入れ替えすることをまったく想定していないし、また、入れ替えが困難になると考えられる。

本発明は、地中に埋設されているとともに複数の非金属製管を金属製継手で接続してなる複合構成の既設管を更新管に入れ替える際に、円滑かつ迅速に既設管を破砕できるドリルの提供を目的としている。また、本発明は、地中に埋設されているとともに複数の非金属製管を金属製継手で接続してなる複合構成の既設管を、簡単かつ迅速に更新管に入れ替えできるようにする入れ替え工法の提供を目的としている。

本発明に係る既設管入れ替え用のドリルは、地中に埋設されているとともに複数の非金属製管を金属製継手で接続してなる既設管を更新管に入れ替える工法において前記非金属製管をその内側から管軸方向一方へ破砕するのに用いるものであって、前記非金属製管の内径より大きい胴部と、この胴部の一端側に設けられかつ縮径する先端側の最小径部分の外径が前記非金属製管の内径より小さい円錐部とを有し、前記円錐部と前記胴部の他端側とに、流動性の滑材を吐出させる流路が設けられていることを特徴としている。

この場合、土壌を堀削して既設管を取り出すことなく、地中に埋設された既設管を更新管に入れ替える場合において、既設管を破砕するドリルの進行方向下流側と上流側との両方から滑材を吐出させることが可能になるから、下流側から吐出される滑材が、既設管を破砕しながら進行させる際にドリルと既設管との間に流入してドリルの進行に伴う抵抗を軽減することが可能になり、また、上流側から吐出される滑材が、既設管の破砕残骸の隙
間から地盤に供給されて地盤を緩めることが可能になる。これにより、ドリルによる既設管の破砕が円滑に行えるようになるとともに、更新管の移動で破砕残骸を径方向外向き押しのけやすくなって更新管の設置が容易となる。したがって、入れ替え作業が簡単かつ迅速に行えるようになるので、入れ替えコストの低減が可能になる。

好ましくは、前記円錐部の縮径端側に、ドリル牽引用のロッドの先端が連結されるロッド連結部を設けることができる。

この場合、ドリルの中心部分にロッドを連結してドリルをバランスよく牽引できるようになる。

好ましくは、前記ロッド連結部は、筒状に形成されており、その内周には、ドリル牽引用のロッドの先端に形成されている雄ねじ部が螺合装着される雌ねじ孔が設けられたものとされる。

この場合、ドリルとロッドとの連結を雄雌のねじの締め付けで簡単に行うことが可能になる。

本発明に係る既設管の入れ替え工法は、地中に埋設されているとともに複数の非金属製管を金属製継手で接続してなる既設管を更新管に入れ替える工法であって、既設管における金属製継手の存在位置を認識する準備工程と、前記認識した金属製継手をその内側から破砕する破砕工程と、前記非金属製管をその内側から管軸方向一方へ破砕しながら、その破砕方向上流側から前記既設管の破砕跡に更新管を配置する更新工程とを含み、前記更新工程で非金属製管をその内側から管軸方向一方へ破砕する際に上述したドリルを用い、このドリルの移動に伴いその円錐部と胴部とに設けてある孔から流動性の滑材を吐出させるようにすることを特徴としている。

この場合、土壌内の既設管を破砕して土壌内に残存させた状態で、更新管を設置することが可能になり、土壌を堀削して既設管を取り出して更新管に置き換える古典的な工法に比べて、簡単かつ迅速に入れ替えできる。しかも、更新工程において、ドリルの進行に伴いその進行方向下流側と上流側とから滑材を吐出させるようにしているから、既設管の破砕と更新管の設置とを円滑かつ迅速に行うことができ、更新作業がスムーズに行えるようになる。

好ましくは、前記準備工程は、前記既設管に通ずる二つの立坑を設け、先端に金属探査装置を取り付けたロッドを前記一方立坑側から既設管内に挿入して他方立坑側へ送ることにより前記金属探査装置で金属製継手を検出したうえで、当該検出位置を記録するものとされ、前記破砕工程は、ロッドの先端の前記金属探査装置を継手破砕装置に付け替え、この継手破砕装置を前記準備工程で記録した金属製継手の存在位置に送って、当該金属製継手を破砕するものとされ、前記更新工程は、前記ロッドの先端の継手破砕装置を前記ドリルに付け替えるとともに、このドリルの後端側に更新管を取り付け、このロッドを前記ロッド挿入側の立坑側へ引き戻すことにより前記ドリルで前記既設管の非金属製管をその内側から拡径破砕しながら、当該既設管の破砕跡に更新管を配置するものとされる。

ここでは、要するに、各工程を具体的に特定しており、これらの特定事項により、既設管の入れ替え工法が明確になる。

本発明のドリルによれば、地中に埋設されているとともに複数の非金属製管を金属製継手で接続してなる複合構成の既設管を更新管に入れ替える際に、既設管の破砕および更新
管の設置を円滑かつ迅速に行うことができる。したがって、既設管の入れ替えに要する時間と労力が軽減されるので、入れ替えコストの低減に貢献できる。

また、本発明の入れ替え工法は、地中に埋設されているとともに複数の非金属製管を金属製継手で接続してなる複合構成の既設管を、簡単かつ迅速に更新管に入れ替えできる。したがって、既設管の入れ替えに要する時間と労力が軽減されるので、入れ替えコストの低減に貢献できる。

以下、本発明の実施形態を図１から図１３に示して説明する。図中、１は土壌であり、この土壌１の内部には、既設管２が地表面と略平行に埋設されている。

この既設管２が老朽化した場合や、径の異なる管と取り替えたい場合等に、既設管２を更新管２ａと入れ替えることを行う。

既設管２は、例えば三つの非金属製管３，４，５を一列に並べてそれぞれを金属製継手６，７で接続した複合構成になっている。また、更新管２ａは、既設管２と同様、三つの非金属製管３ａ，４ａ，５ａを一列に並べてそれぞれを金属製継手６ａ，７ａで接続した複合構成になっている。

既設の非金属製管３〜５は、例えばポリエチレンや塩化ビニール等の合成樹脂、石綿または陶等の非金属材料とされる。新しく入れ替える非金属製管３ａ〜５ａは、ポリエチレンや塩化ビニール等の合成樹脂、あるいは鋼等の金属管といった適宜の材料とすることができる。既設の金属製継手６，７および新しく入れ替える金属製継手６ａ，７ａは、一般的に公知のもので、例えば二つの非金属製管の突合せ端を囲むように配置されて締め付けられるような筒状のものである。

次に、既設管２を更新管２ａと入れ替える作業ならびに手順を詳細に説明する。

また、この入れ替え工法では、堀削装置１０、金属探査装置２０、継手破砕装置３０、ドリル４０を用いるので、まず、これらの構成を説明する。

堀削装置１０は、長尺なロッド１１を螺旋回転させながら送り出したり引き戻したりする機能を有しており、一般的に公知のものを利用できる。

金属探査装置２０は、特定の金属を感知する機能を有しており、一般的に公知の金属探知機等を利用できる。

継手破砕装置３０は、金属製継手６，７をその内側から破砕するものであり、例えば図６に示すように、中心基体３１の外周において９０度ごとの二カ所に油圧ジャッキ３２，３３を設け、各油圧ジャッキ３２，３３のそれぞれ１８０度対向する二カ所に支持脚３４，３５を設けた構成である。つまり、この継手破砕装置３０は、その支持脚３４，３５を破砕対象となる既設管２の金属製継手６，７の内周に当接させた状態で、油圧ジャッキ３２，３３のピストン先端に取り付けてある先鋭部材３６，３７を径方向外向きに突出させることにより金属製継手６，７の内側から破砕するようになっている。この継手破砕装置３０は、図示していないが、円周等間隔の複数ヶ所のすべてに油圧ジャッキを設けた構成であってもよく、特に限定されるものではない。

ドリル４０は、既設管２を拡径破砕するものであり、例えば図１０から図１２に示すように、円柱形の胴部４１と、この胴部４１の一端に設けられる円錐部４２と、円錐部４２
の先端に設けられるロッド連結部４３とを有している。胴部４１の外径は、既設管２の内径および更新管２ａの外径より大きく設定されており、ロッド連結部４３の外径は、既設管２の内径より小さく設定されている。ロッド連結部４３は、円筒形に形成されているとともに、内周が雌ねじ孔になっており、ロッド１１の先端の雄ねじ部１１ａが螺合結合されるようになっている。胴部４１の他端には、更新管２ａを牽引するための連結部材５０が係止される連結部４４が設けられている。円錐部４２の円周数ヶ所には、ビットと呼ばれる先鋭な突起刃４５が設けられている。円錐部４２の円周数ヶ所と胴部４１の他端側の円周数ヶ所とには、流動性の滑材を吐出する噴射孔４６ａ，４６ｂが設けられている。この滑材は、水、あるいは水に泥やベントナイトと呼ばれる成分を添加したもの等が好適に用いられる。

このドリル４０は、堀削装置１０に接続される滑材タンク６０内の滑材が、ロッド１１の中心に設けられる通路１１ｂを経て導入される。このドリル４０は、その中心部分にロッド１１の中心通路１１ｂに連通連結される導入路４０ａが設けられており、この導入路４０ａはそれぞれ放射方向に延びる流路４０ｂ，４０ｃを介して各噴射孔４６ａ，４６ｂに連通連結されている。

具体的に、この実施形態における入れ替え工法は、既設管２における金属製継手６，７の存在位置を認識する準備工程と、認識した金属製継手６，７をその内側から破砕する破砕工程と、既設管２における非金属製管３〜５をその内側から管軸方向一方へ破砕しながら、その破砕方向上流側から前記既設管２の破砕跡に更新管２ａを配置する更新工程とを含む。

以下、各工程を詳細に説明する。

(準備工程）
図１に示すように、土壌１の適宜場所に堀削装置１０により既設管２に通ずる発進坑８と到達坑９とを設ける。なお、発進坑８は、ロッド１１を挿入する側の立坑という意で用いており、また、到達坑９は、ロッド１１が到達する側の立坑という意で用いている。この実施形態では、発進坑８および到達坑９を比較的小さく形成している関係より、特に到達坑９側には、更新管２ａの導入をスムーズにするために、到達坑９の側壁部分から地表面に至る傾斜溝９ａを掘削している。

そして、図２に示すように、ロッド１１を堀削装置１０により螺旋回転させて送り出すことによって土壌１内を堀削しながら発進坑８の内部に挿入させる。この発進坑８に配置されたロッド１１の先端に金属探査装置２０を取り付けて、図３に示すように、この金属探査装置２０を発進坑８側から既設管２内に挿入して到達坑９側へ送ることにより、金属探査装置２０で金属製継手６，７を検出したうえで、当該検出地点の位置情報をオペレータが記録する。この検出地点は、金属探査装置２０の制御系（図示省略）に備える記憶部に自動的に記憶させるようにしてもよい。

このようにしてから、ロッド１１の先端を発進坑８に引き戻し、その先端から金属探査装置２０を取り外す。

（破砕工程）
図４に示すように、発進坑８側に位置するロッド１１の先端に継手破砕装置３０を取り付けてから、図５に示すように、この継手破砕装置３０を前記準備工程で記録した金属製継手６，７の存在位置に送って、継手破砕装置３０で金属製継手６，７を順次破砕する。

このようにして、図７に示すように、ロッド１１をその先端に取り付けてある継手破砕
装置３０を到達坑９に突出させるまで送り、継手破砕装置３０をロッド１１から取り外す。

（更新工程）
図８に示すように、到達坑９に存在するロッド１１の先端にドリル４０を取り付ける。このとき、ロッド１１の先端の雄ねじ部１１ａをドリル４０のロッド連結部４３の雌ねじ孔内に螺合することによって取り付ける。さらに、このドリル４０の胴部４１の他端側の連結部４４に連結部材５０を介して更新管２ａを取り付ける。

このようにしてから、図９および図１０に示すように、ロッド１１を発進坑８側に引き戻すことによりドリル４０で既設管２における非金属製管３〜５を順次その内側から拡径破砕しながら、この既設管２の破砕跡に更新管２ａを配置することを行う。

このロッド１１の引き戻し時には、ロッド１１が螺旋回転しているので、ドリル４０が回転することになって、この回転するドリル４０の突起刃４５によって非金属製管３〜５が拡径されつつ破砕されることになる。

しかも、ドリル４０を引き戻す過程では、円錐部４２に設けてある複数個の噴射孔４６ａと胴部４１の後端に設けてある複数個の噴射孔４６ｂとから流動性の滑材を略連続的に噴射させるようにしている。この場合、ドリル４０の円錐部４２の噴射孔４６ａから噴射される滑材は、ドリル４０の進行に伴いドリル４０と既設管２との間に流れるので、ドリル４０の進行時の抵抗を軽減するとともに、既設管２の破砕残骸からその外径側の土壌１内にしみ込んで地盤を緩やかにし、結果的に既設管２の破砕残骸をドリル４０の外径側へ押しのけやすくなる。また、ドリル４０の胴部４１の後端の噴射孔４６ｂから噴射される滑材は、ドリル４０の進行に伴い既設管２の破砕残骸と更新管２ａとの間に流れて既設管２の破砕残骸からその外径側の土壌１内にしみ込んで地盤を緩やかにするので、更新管２ａが既設管２の破砕残骸をドリル４０の外径側へ押しのけやすくなるとともに、更新管２ａの進行時の抵抗が軽減される。

このようにすれば、図１３に示すように、土壌１内に埋設されていた既設管２を更新管２ａに入れ替えることができる。

以上説明したように、土壌１に発進坑８および到達坑９を堀削するだけで、後は土壌１内の既設管２を破砕して土壌１内に残存させた状態で、更新管２ａを設置している。

特に、準備工程ではロッド１１の送り操作を行うだけで金属製継手６，７の存在位置を認識するようにしており、また破砕工程ではロッド１１の送り操作と同時に継手破砕装置３０の遠隔操作を行うことで金属製継手６，７を破砕するようにしており、さらに更新工程ではロッド１１の送り操作を行うだけで非金属製管３〜５の破砕と更新管２ａの設置とを同時に行うようにしている。

したがって、地中に埋設されているとともに複数の非金属製管３〜５を金属製継手６，７で接続してなる複合構成の既設管２について、それと同様の更新管２ａに入れ替える作業を、簡単かつ迅速に行うことができる。特に、更新工程において、ドリル４０の進行に伴いその進行方向下流側と上流側とから滑材を吐出させるようにしているから、既設管２の破砕と更新管２ａの設置とを円滑かつ迅速に行うことができ、更新作業がスムーズに行えるようになる。

このように、土壌１を掘削して既設管２を取り出してから、更新管２ａを設置するような古典的な工法に比べて、入れ替え作業が簡単かつ迅速に行えるので、入れ替えに要する
時間と労力が軽減される等、入れ替えコストを低減するうえで有利となる。

以下、本発明の他の実施形態を説明する。

（１）上記ドリル４０については、図示していないが、胴部４１および円錐部４２を中空形状とし、その内部中心に導入路４０ａ用のパイプや噴射孔４６ａ，４６ｂに至る流路４０ｂ，４０ｃ用のパイプを収納配置したような構成とすることができる。

（２）上記入れ替え工法において、準備工程から破砕工程への移行を次のようにしてもよい。つまり、図示していないが、準備工程にて到達坑９側に到達したロッド１１を発進坑８に引き戻さずに、この到達坑９に位置しているロッド１１の先端から金属探査装置２０を取り外して、代わりに継手破砕装置３０を取り付ける。こうしてから、ロッド１１を発進坑８側に牽引することにより前記準備工程で認識した金属製継手６，７の存在位置に順次送って当該金属製継手６，７を順次破砕する。このようにした場合、準備工程の探査動作で送ったロッド１１を引き戻す過程で破砕工程を行えるから、ロッド１１の送り戻しに関連する無駄な動作を省けるようになり、入れ替え作業を効率よく迅速に行えるようになる。

（３）上記入れ替え工法において、破砕工程と更新工程とを同時に行うようにすることができる。つまり、図示していないが、例えば準備工程で金属製継手６，７の存在位置を認識して、金属探査装置２０を取り付けているロッド１１が到達坑９側に到達した状態において、この到達坑９に到達したロッド１１を発進坑８に引き戻さずに、この到達坑９に位置しているロッド１１の先端から金属探査装置２０を取り外して、このロッド１１の先端に、継手破砕装置３０とドリル４０と更新管２ａとをこの順番に取り付ける。こうしてから、ロッド１１を発進坑８側に堀削装置１０で牽引することにより前記準備工程で認識した金属製継手６，７と非金属製管３ａ〜３ｃを順次破砕しながら、その破砕跡に更新管２ａを設置する。このようにした場合、準備工程の探査動作で送ったロッド１１を引き戻す過程で破砕工程と更新工程とを同時に行えるから、ロッド１１の送り戻しに関連する無駄な動作を省けるようになり、入れ替え作業をさらに効率よく迅速に行えるようになる。

本発明に係る既設管の入れ替え工法の一実施形態で、準備工程の初期段階を示す説明図である。 図１の続きを示す説明図である。 図２の続きを示す説明図である。 図３に続く破砕工程の初期段階を示す説明図である。 図４の続きを示す説明図である。 図５の（６）−（６）線断面を拡大して示す矢視図である。 図５の続きを示す説明図である。 図７に続く更新工程の初期段階を示す説明図である。 図８の続きを示す説明図である。 図９のドリルで破砕している様子を示す説明図である。 図１０のドリルを先端側から見た斜視図である。 図１１のドリルを後端側から見た斜視図である。 交換完了した状態を示す説明図である。

符号の説明

１ 土壌
２ 既設管
３〜５ 既設管の非金属製管
６，７ 既設管の金属製継手
２ａ 更新管
３ａ〜５ａ 更新管の非金属製管
６ａ，７ａ 更新管の金属製継手
８ 発進坑
９ 到達坑
１０ 堀削装置
１１ ロッド
４０ ドリル
４１ 胴部
４２ 円錐部
４０ａ 導入路
４０ｂ，４０ｃ 流路
４６ａ，４６ｂ 噴射孔

Claims (5)

1. 地中に埋設されているとともに複数の非金属製管を金属製継手で接続してなる既設管を更新管に入れ替える工法において前記非金属製管をその内側から管軸方向一方へ破砕するのに用いるドリルであって、
   前記非金属製管の内径より大きい胴部と、この胴部の一端側に設けられかつ縮径する先端側の最小径部分の外径が前記非金属製管の内径より小さい円錐部とを有し、
   前記円錐部と前記胴部の他端側とに、流動性の滑材を吐出させる流路が設けられていることを特徴とする既設管入れ替え用のドリル。
2. 請求項１に記載の既設管入れ替え用のドリルにおいて、
   前記円錐部の縮径端側に、ドリル牽引用のロッドの先端が連結されるロッド連結部が設けられていることを特徴とする既設管入れ替え用のドリル。
3. 請求項２に記載の既設管入れ替え用のドリルにおいて、
   前記ロッド連結部は、筒状に形成されており、その内周には、ドリル牽引用のロッドの先端に形成されている雄ねじ部が螺合装着される雌ねじ孔が設けられていることを特徴とする既設管入れ替え用のドリル。
4. 地中に埋設されているとともに複数の非金属製管を金属製継手で接続してなる既設管を更新管に入れ替える工法であって、
   既設管における金属製継手の存在位置を認識する準備工程と、
   前記認識した金属製継手をその内側から破砕する破砕工程と、
   前記非金属製管をその内側から管軸方向一方へ破砕しながら、その破砕方向上流側から前記既設管の破砕跡に更新管を配置する更新工程とを含み、
   前記更新工程で非金属製管をその内側から管軸方向一方へ破砕する際に請求項１から３のいずれかに記載のドリルを用い、このドリルの移動に伴いその円錐部と胴部とに設けてある孔から流動性の滑材を吐出させるようにすることを特徴とする既設管の入れ替え工法。
5. 請求項４に記載の既設管の入れ替え工法において、
   前記準備工程は、前記既設管に通ずる二つの立坑を設け、先端に金属探査装置を取り付けたロッドを前記一方立坑側から既設管内に挿入して他方立坑側へ送ることにより前記金属探査装置で金属製継手を検出したうえで、当該検出位置を記録するものであり、
   前記破砕工程は、ロッドの先端の前記金属探査装置を継手破砕装置に付け替え、この継手破砕装置を前記準備工程で記録した金属製継手の存在位置に送って、当該金属製継手を破砕するものであり、
   前記更新工程は、前記ロッドの先端の継手破砕装置を前記ドリルに付け替えるとともに、このドリルの後端側に更新管を取り付け、このロッドを前記ロッド挿入側の立坑側へ引き戻すことにより前記ドリルで前記既設管の非金属製管をその内側から拡径破砕しながら、当該既設管の破砕跡に更新管を配置するものであることを特徴とする既設管の入れ替え工法。
   
   

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