JP2015134998A - 非破砕型埋設管改築装置及びそれを用いた非破砕型埋設管改築工法 - Google Patents

Abstract

【課題】埋設管の単位長さ毎の取り外し作業を掘進機の内壁と埋設管の外周との環状空間の地山を安定させ、改築作業を安全に実施することが可能な非破砕型埋設管改築装置及びそれを用いた非破砕型埋設管改築工法を提供する。【解決手段】掘進機３の外径及び内径とほぼ同じ外径及び内径の新設管５と、内径が埋設管２の外径より大きく、外径が掘進機３の内径より小さく先端に掘削刃を設置し、原動機１０により回転駆動される埋設管回収装置６と、を備え、埋設管回収装置６は、牽引手段により掘進機３及び新設管５内を前後進可能とし、埋設管回収時、埋設管回収装置６は、掘進機３に軸方向の移動を阻止されると共に回転反力を負担させ、埋設管回収装置６の後部に埋設管２の外周部を把持するチャック１７を配置し、埋設管２を埋設管回収装置６と共廻りに回転させ継ぎ手から１本の埋設管２を分離し回収することを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、地中に埋設されて老朽化した埋設管を新設管に改築するための埋設管改築工法に関し、特に埋設管を非破砕で回収する非破砕型埋設管改築装置及びそれを用いた非破砕型埋設管改築工法に関する。

地中に埋設されて各種用途に供される埋設管は、経年により老朽化が進み、適時に新たな新設管と交換することが必要となる。また埋設管のサイズアップの要求から埋設管を撤去し、新たなサイズの新設管と置換することを要する場合がある。

従来は埋設管の埋設個所の地盤を開削して埋設管を掘り出し、新たな管を吊り込んで埋設する開削工法や、掘削ヘッドを備えた掘進機により埋設管を破砕し、新設管を敷設する非開削の推進埋設工法が提案されている。

また、特開２００３−１７６６８９号公報には、埋設管の始端位置と終端位置に発進立坑と到達立坑を掘削し、発進立坑内に設置した駆動推進装置により既設埋設管の外周に沿って掘進機及び新設管を推進し、掘進機内の既設埋設管を単位長毎に破砕せず掘進機及び新設管の内部を通し、発進立坑内に移動させ、発進立坑外へ回収する埋設管改築工法が開示されている。

特開２００３−１７６６８９号公報

しかしながら、従来の開削工法による埋設管改築工法は、既設埋設管の全長にわたって開削することを要するため、路面の交通障害を起こすと共に騒音や振動が激しく、周辺環境に悪影響を及ぼすという問題がある。非開削の推進埋設工法は、既設埋設管がヒューム管であると、鉄筋や管接続のための鋼製継輪が内在するので、これを破断するために特殊なカッタを別に用意する必要があるうえ、切断した鉄筋や鋼製継輪が詰まりやすく、回収不能になるなどの問題がある。

また、特許文献１で開示された埋設管改築工法は、ウィンチで移動自在とされた保持装置で隣り合う埋設管に跨って保持固定する必要がありその操作が複雑であることと、掘進機の内壁と埋設管の外周との環状空間の切羽が崩壊をおこし切羽が正常に保てなくなり水や土砂等が既設埋設管内に浸入して既設埋設管の鋼製継輪の取り外し作業が困難になるという問題を有する。

本発明は、上記従来の問題を解決するものであって、鉄筋や鋼製継輪を破砕する特殊なカッターヘッドを用いること無く、埋設管の単位長さ毎の取り外し作業を掘進機の内壁と埋設管の外周との環状空間の地山を安定させ、改築作業を安全に実施することが可能な非破砕型埋設管改築装置及びそれを用いた非破砕型埋設管改築工法を提供することを目的とする。

本発明の非破砕型埋設管改築装置工法は、前記課題を解決するために、内径が地下に埋設された埋設管の外径より大きく先端に楔状の環状圧密刃を設置した掘進機と、前記掘進機の外径及び内径とほぼ同じ外径及び内径の新設管と、内径が前記埋設管の外径より大きく、外径が前記掘進機の内径より小さく先端に掘削刃を設置し、原動機により回転駆動される埋設管回収装置と、を備え、前記埋設管回収装置は、牽引手段により前記掘進機及び前記新設管内を前後進可能とし、埋設管回収時、前記埋設管回収装置は、前記掘進機に回転反力と後退止めを負担させ、前記埋設管回収装置の後部に埋設管の外周部を把持するチャックを配置し、埋設管を埋設管回収装置と共廻りに回転させ継ぎ手から１本の埋設管を分離し回収することを特徴とする。

また、本発明の非破砕型埋設管改築装置は、前記埋設管回収装置の内壁に掘削刃で掘削された土砂を後部に搬送するスクリューを配置し、前記埋設管回収装置の内部に掘削土砂を前方の埋設管内に搬送するスクリューを配置することを特徴とする。

また、本発明の非破砕型埋設管改築装置は、前記掘進機の前方の内壁に埋設管回収時、前記掘進機内周面と前記埋設管回収装置の外周面間の環状空間に土砂及び地下水の浸入を阻止する手段を配置することを特徴とする。

また、本発明の非破砕型埋設管改築装置は、前記掘進機先端に周辺地盤を固化する薬液注入手段を配置することを特徴とする。

また、本発明の非破砕型埋設管改築工法は、請求項１ないし４のいずれかの非破壊型埋設管改築装置を用い、掘進機内に埋設管回収装置を回転自在に固定して埋設管外周に沿って推進する工程と、埋設管を埋設管回収装置内のチャックにより把持し埋設管を埋設管回収装置と共廻りさせ継ぎ手から１本の埋設管を分離する工程と、埋設管回収装置と掘進機との固定を解除し、埋設管を取り込んだ埋設管回収装置を地上に回収する工程と、埋設管を取り出した埋設管回収装置を再び掘進機内に回転自在に固定して埋設管外周に沿って推進する工程とを備え、前記工程を繰り返して地下に埋設された埋設管を改築することを特徴とする。

内径が地下に埋設された埋設管の外径より大きく先端に楔状の環状圧密刃を設置した掘進機と、前記掘進機の外径及び内径とほぼ同じ外径及び内径の新設管と、内径が前記埋設管の外径より大きく、外径が前記掘進機の内径より小さく先端に掘削刃を設置し、原動機により回転駆動される埋設管回収装置と、を備え、前記埋設管回収装置は、牽引手段により前記掘進機及び前記新設管内を前後進可能とし、埋設管回収時、前記埋設管回収装置は、前記掘進機に回転反力と後退止めを負担させ、前記埋設管回収装置の後部に埋設管の外周部を把持するチャックを配置し、埋設管を埋設管回収装置と共廻りに回転させ継ぎ手から１本の埋設管を分離し回収することで、環状圧密刃で埋設管周囲の地山を圧密して安定化するので切羽の崩落を防止して回収作業をすることが可能となる。また、埋設管を埋設管回収装置のチャックで把持して共廻りさせて継ぎ手から分離して回収することで埋設管を破砕することなく回収することが可能となる。

埋設管回収装置の内壁に掘削刃で掘削された土砂を後部に搬送するスクリューを配置し、埋設管回収装置の内部に掘削土砂を前方の埋設管内に搬送するスクリューを配置することで、掘削土砂を発進立坑まで搬送するする搬送手段を設置する必要がなく、掘削土砂と埋設管を一緒に地表に回収することが可能となる。

掘進機の前方の内壁に埋設管回収時、掘進機内周面と埋設管回収装置の外周面間の環状空間に土砂及び地下水の浸入を阻止する手段を配置することで、掘進機と埋設管回収装置の環状空間を安定した状態として回収作業を実施することが可能となる。

掘進機先端に周辺地盤を固化する薬液注入手段を配置することで、埋設管外周の地山が軟弱な場合でも切羽を安定させて回収作業を実施することが可能となる。

請求項１ないし４のいずれかの非破壊型埋設管改築装置を用い、掘進機内に埋設管回収装置を回転自在に固定して埋設管外周に沿って推進する工程と、埋設管を埋設管回収装置内のチャックにより把持し埋設管を埋設管回収装置と共廻りさせ継ぎ手から１本の埋設管を分離する工程と、埋設管回収装置と掘進機との固定を解除し、埋設管を取り込んだ埋設管回収装置を地上に回収する工程と、埋設管を取り出した埋設管回収装置を再び掘進機内に回転自在に固定して埋設管外周に沿って推進する工程とを備え、前記工程を繰り返して地下に埋設された埋設管を改築することで、掘進機及び埋設管回収装置による推進、掘削の切羽を安定させて効率よく埋設管を破砕することなく回収することが可能となる。

本発明の実施形態を示す図である。 発明の実施形態を示す図である。 本発明の実施形態を示す図である。 本発明の実施形態を示す図である。 本発明の実施形態を示す図である。 本発明の実施形態を示す図である。 本発明の実施形態を示す図である。 本発明の実施形態を示す図である。

本発明の非破砕型埋設管改築装置及び非破砕型埋設管改築工法を図により説明する。図１は、本発明の非破砕型埋設管改装置の実施形態を示す概略図であり、図２は、図１のÅ−Ａ線断面図、図３は、図１のＢ−Ｂ線断面図である。

非破砕型埋設管改築装置１は、埋設管２の外径より大きな内径を有し、先端にテーパー状の環状圧密刃４を配置した掘進機３を備えている。掘進機３は、発進立坑に配置した元押しジャッキにより埋設管２の外周に沿って推進される。掘進機３の外径及び内径とほぼ同じ外径及び内径の新設管５が掘進機３と共に推進される。

埋設管２の外径より大きな内径を有し、外径が掘進機３の内径より小さい埋設管回収装置６が、発進立坑と到達立坑に配置したウィンチと連結された牽引ワイヤ７により掘進機３及び新設管５内を前後進可能に配置される。埋設管回収装置６は、先端に掘削刃８を取り付けた中空回転筒９と、中空回転筒９の後部に原動機１０と、原動機の駆動軸の駆動力を中空回転筒９に減速伝達するギヤ列を内蔵したタレット１１が配置される。

タレット１１の外周に複数スタビライザー１２が配置される。図１に示される埋設管回収時の埋設管回収装置６の位置では、スタビライザー１２は、掘進機３の内壁に形成された回転支持ブロック１３に形成した前部が閉じた嵌合溝に嵌合し、中空回転筒９の回転時の回転反力を負担すると共に、埋設管回収装置６の前進が阻止される。また、掘進機３の回転支持ブロック１３の後部には、埋設管回収装置６の後退を阻止するストッパー１４が回動自在にピン連結されている。図１に示される状態はストッパー１４が後退阻止の位置にあり、ロック手段により後退阻止位置に保持される。埋設管回収時の埋設管回収装置６の先端掘削刃８の位置は、掘進機３の環状圧密刃４の位置より若干後に位置する。掘進機４の内壁には位置決めローラ２１が複数配置され、埋設管回収装置６の掘進機３内の移動をスムーズにし埋設管回収時の軸心位置の位置決めをする。

埋設管回収装置６の中空回転筒９の内壁には掘削刃８で掘削された土砂を中空回転筒９の回転により後部に搬送する後部搬送スパイラル１５が配置される。後部搬送スパイラル１５の内径は埋設管２の外径より若干大きくする。また、埋設管回収装置６の中空回転筒９の後部に一端を固定された前部搬送スパイラル１６が前方に延びるように配置される。前部搬送スパイラルの外径は埋設管２の内径より小さくする。中空回転筒９と前部搬送スパイラルは同じ方向に回転するので、後部搬送スパイラル１５と前部搬送スパイラル１６の螺旋の方向を逆にして土砂の搬送方向を逆にする。

埋設管回収装置６の中空回転筒９の後部内壁には、後部に行くに従い高さが高くなるテーパー状のチャック１７が配置される。テーパー状のチャック１７の入り口部の内径は埋設管２の外径より大きいが後部に行くに従いその内径が埋設管２の外径より小さくなり埋設管２の外周を確実に把持する機能を有する。

掘進機３の先端部近傍には、掘進機３の内壁と埋設管回収装置６との環状空間への土砂、地下水の浸入を阻止する手段を配置する。図１に示される実施形態では掘進機３の先端近傍に切羽保護ゴム堰リング１８を配置している。埋設管回収時、切羽保護ゴム堰リング１８は埋設管回収装置６の外周に接触し、掘進機３と埋設管回収装置６間の環状空間への
土砂、地下水の浸入を阻止して切羽の安定を図る。

図５に示すように、埋設管回収装置６が１本の埋設管２を回収し後退する場合、埋設管回収装置６の外周に押し付けられていた切羽保護ゴム堰リング１８は、次に回収する埋設管２の外周に押し付け、埋設管２と掘進機３間の環状空間への土砂、地下水の浸入を阻止し切羽の安定を図る。

図７に示される実施形態では、掘進機３に流体の供給により膨張するゴム製の前方環状パッカー１９と後方環状パッカー２０を配置する。埋設管回収時、後方環状パッカー２０に流体を供給し膨張させ、埋設管回収装置６の外周に押し付けて掘進機３と埋設管回収装置６間の環状空間への土砂、地下水の浸入を阻止して切羽の安定を図る。

図８に示されるように、埋設管回収装置６が１本の埋設管２を回収し後退する場合、埋設管回収装置６の外周に押し付けられていた後方環状パッカー２０の流体を抜き後方環状パッカー２０を収縮させる。そして前方環状パッカー１９に流体を供給して前方環状パッカー１９を膨張させ、次に回収する埋設管２の外周に押し付け、埋設管２と掘進機３間の環状空間への土砂、地下水の浸入を阻止し切羽の安定を図る。

非破砕型埋設管改築装置１を用いた非破砕埋設管改築工法について説明する。地下に埋設された改築すべき埋設管２の始端位置に発進立坑を掘削し、埋設管２の改築終端位置に到達立坑を掘削する。発進立坑に掘進機３を設置する。掘進機３は、埋設管２の外径より大きな内径を有する中空円筒形の掘進機本体を備えている。発進立坑には、埋設管２の回収工程の進展に伴い埋設管２の外径より大きい内径を有する掘進機３、及び新設管５を推進するための元押ジャッキが設置される。

掘進機３の先端の環状圧密刃４の位置を回収する埋設管２の先端に位置させる。発進立坑と到達立坑に配置したウィンチにより牽引される牽引ワイヤ７により掘進機３及び新設管５内を前後に移動可能な埋設管回収装置６を発進立坑に配置する。

埋設管回収装置６を牽引ワイヤ７により掘進機３内を前進させる。タレット１１の外周に形成されたスタビライザー１２を掘進機３の回転支持ブロック１３に形成した前方が閉じた嵌合溝に嵌合する。スタビライザー１２が嵌合溝に嵌合することにより埋設管回収装置６の前進が阻止されると共に、原動機１０により回転駆動される中空回転筒９の回転反力を掘進機３が負担する。

掘進機３の回転支持ブロック１３の後部に回転支持ブロック１３の形成位置と位置をずらして軸方向に平行な位置と軸方向と直交する方向に回動可能なストッパー１４を配置する。ストッパー１４が軸方向と平行な状態では、埋設管回収装置６は通過可能である。埋設管回収装置６のスタビライザー１２が回転支持ブロック１３の嵌合溝に嵌合し前進が阻止された状態でストッパー１４を軸方向と直交する方向に回動し、ストッパー１４がタレット１１の後部に接触し、埋設管回収装置６の後退が阻止される。ストッパー１４が軸方向に直交する位置に回動した際、その状態を保持するロック装置を設ける。

元押ジャッキで掘進機３を埋設管２の外周に沿って推進する。掘進機３の推進に伴い環状圧密刃４が周辺地山を圧密し崩落を阻止し切羽を安定させる。埋設管２の周辺地山が軟弱で環状圧密刃４による圧密が不十分なケースでは、図６に示すように、環状圧密刃４に形成した固化性薬液注入口４ａから埋設管２外周の地山に固化性薬液を注入し、軟弱な地山を固化して切羽を安定させる。

掘進機３と一緒に推進される埋設管回収装置６の原動機１０を駆動し中空回転筒９を回転駆動する。環状圧密刃４により圧密された地山又は固化性薬液により安定化した地山を掘削刃８により掘削する。掘削された土砂は、中空回転筒９内壁に配置した後部搬送スパイラル１５により中空回転筒９の後部に搬送する。後部に搬送された掘削土砂は、中空回転筒９内に配置した前部搬送スパイラル１６により回収される埋設管２内に搬送する。

掘進機３と埋設管回収装置６の埋設管２外周に沿った推進により埋設管２は、埋設管回収装置６の中空回転筒９の後部内壁に形成したテーパー状のチャック１７の位置に達する。テーパー状のチャック１７は埋設管２の外周を確実に把持する。テーパー状のチャック１７に把持された埋設管２は中空回転筒９と共廻りし、継ぎ手から１本の埋設管２を分離する。

１本の埋設管２を継ぎ手から分離し、埋設管回収装置６内のテーパー状のチャック１７で把持した状態で原動機１０の駆動を停止し、元押しジャッキによる掘進機３の推進も停止する。ストッパー１４のロックを解除し、ストッパー１７を軸方向に平行な位置に回動する。後方環状パッカー２０を収縮させ、牽引ワイヤ７による牽引で１本の埋設管２を把持した埋設管回収装置６を掘進機３及び新設管５内を通して発進立坑まで搬送し、発進立坑から地表に搬送する。地表で原動機３を逆回転することによりテーパー状のチャック１７による埋設管２の把持を解除し、掘削土砂を内蔵した埋設管２を埋設管回収装置６から取り出す。埋設管回収装置６を発進立坑に搬送中、切羽保護ゴム堰リング１８又は前方環状パッカー１９が次に回収する埋設管２の外周に押し付けられ、次の埋設管回収作業が開始するまでの期間の切羽を安定化する。

埋設管２を取り出した埋設管回収装置６を発進立坑から新設管及び掘進機３内を移動させ、掘進機３内の埋設管回収時の位置に配置する。このような工程を繰り返して地下に埋設された埋設管２を新設管５に改築する。

以上のように、本発明の非破砕型埋設管改築装置及びそれを用いた非破砕型埋設管改築工法によれば、環状圧密刃で埋設管周囲の地山を圧密して安定化するので切羽の崩落を防止して回収作業をすることが可能となる。また、埋設管を埋設管回収装置のチャックで把持して共廻りさせて継ぎ手から分離して回収することで埋設管を破砕することなく効率よく回収することが可能となる。

１：非破砕型埋設管改築装置、２：埋設管、３：掘進機、４：環状圧密刃、４ａ：固化性薬液注入口，５：新設管、６：埋設管回収装置、７：牽引ワイヤ、８：掘削刃、９：中空回転筒、１０：原動機、１１：タレット、１２：スタビライザー、１３：回転支持ブロック、１４：ストッパー、１５：後部搬送スパイラル、１６：前部搬送スパイラル、１７：チャック、１８：切羽保護ゴム堰リング、１９：前方環状パッカー、２０：後方環状パッカー、２１：位置決めローラ

Claims (5)

1. 内径が地下に埋設された埋設管の外径より大きく先端に楔状の環状圧密刃を設置した掘進機と、
   前記掘進機の外径及び内径とほぼ同じ外径及び内径の新設管と、
   内径が前記埋設管の外径より大きく、外径が前記掘進機の内径より小さく先端に掘削刃を設置し、原動機により回転駆動される埋設管回収装置と、を備え、
   前記埋設管回収装置は、牽引手段により前記掘進機及び前記新設管内を前後進可能とし、埋設管回収時、前記埋設管回収装置は、前記掘進機に軸方向の移動を阻止されると共に回転反力を負担させ、前記埋設管回収装置の後部に埋設管の外周部を把持するチャックを配置し、埋設管を埋設管回収装置と共廻りに回転させ継ぎ手から１本の埋設管を分離し回収することを特徴とする非破砕型埋設管改築装置。
2. 前記埋設管回収装置の内壁に掘削刃で掘削された土砂を後部に搬送するスクリューを配置し、前記埋設管回収装置の内部に掘削土砂を前方の埋設管内に搬送するスクリューを配置することを特徴とする請求項１に記載の非破壊型埋設管改築装置。
3. 前記掘進機の前方の内壁に埋設管回収時、前記掘進機内周面と前記埋設管回収装置の外周面間の環状空間に土砂及び地下水の浸入を阻止する手段を配置することを特徴とする請求項１又は２に記載の非破壊型埋設管改築装置。
4. 前記掘進機先端に周辺地盤を固化する薬液注入手段を配置することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の非破壊型埋設管改築装置。
5. 請求項１ないし４のいずれかの非破壊型埋設管改築装置を用い、掘進機内に埋設管回収装置を回転自在に固定して埋設管外周に沿って推進する工程と、埋設管を埋設管回収装置内のチャックにより把持し埋設管を埋設管回収装置と共廻りさせ継ぎ手から１本の埋設管を分離する工程と、埋設管回収装置と掘進機との固定を解除し、埋設管を取り込んだ埋設管回収装置を地上に回収する工程と、埋設管を取り出した埋設管回収装置を再び掘進機内に回転自在に固定して埋設管外周に沿って推進する工程とを備え、
   前記工程を繰り返して地下に埋設された埋設管を改築することを特徴とする非破壊型埋設管改築工法。

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