JP2599625B2 - 既設暗渠の敷設替え掘削装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、既設暗渠を掘進機により、掘削撤去したの
ち、新設暗渠を敷設する既設暗渠の敷設替え掘削装置に
関する。

＜従来の技術＞ 従来、地山等に新設暗渠を敷設するには、切羽面全体
を泥水や泥土を用いて加圧し、地山の崩落を防止しなが
ら掘削する泥水加圧式シールド工法が知られている。一
方、既設の暗渠を掘削撤去して新設暗渠に敷替える工法
も各種提案され、実施されるに至っているが、いずれも
乾式工法によるものであり、これに用いる掘進機もカッ
タビットで土砂の掘削を行なわせ、ディスクカッタおよ
びゲージカッタにより鉄筋およびコンクリートの破砕を
行わせているというものであった。

＜発明が解決しようとする課題＞ このように、既設暗渠の敷替えに乾式工法を用いたの
は、既設暗渠の内空が開放されているため、既設暗渠の
切羽部を密閉状態にすることができず、したがって密閉
部に泥水を加圧するといった従来の泥水加圧式のシール
ド工法を採用することができないという理由にもとずく
ものである。

また、掘進機に配備したディスクカッタおよびゲージ
カッタで、鉄筋コンクリート製の既設暗渠を掘削する場
合、切削ズリの大部分は、鉄筋にコンクリートの大塊が
固着したものであり、その撤去に手間がかかるなどの欠
点があった。

本発明は、上記問題点に着目して成されたものであ
り、その目的は、従来の既設暗渠の敷設替え工法におい
て、切羽を密閉状態に保ち、該密閉部内に泥水を加圧
し、地山の安定を確保しながら、既設暗渠の曲折に沿っ
て既設暗渠の鉄筋を切断しながら掘削を行う既設暗渠の
敷設替え掘削装置を提供することにある。また、この発
明の他の目的は鉄筋コンクリート製の既設暗渠の切削を
行う場合に発生する大塊および鉄筋と小塊ズリを容易に
分離して撤去できる既設暗渠の敷設替え掘削装置を提供
することにある。

＜課題を解決するための手段＞ 本発明に係る既設暗渠の敷設替え掘削装置は、該掘削
装置における掘進機前方の掘削切羽部を既設暗渠の内周
に設けたガイド部材と、該ガイド部材の先端部に設置し
たシール部とにより形成した密閉部内に配設し、前記密
閉部内に加圧水を送入する手段及び既設暗渠の切削ズリ
を加圧水と共に送出する手段と、前記ガイド部材を既設
暗渠に反力をとり上下及び左右に方向を決めるガイド部
材の方向制御装置と、既設暗渠の鉄筋を切断するカッタ
ーとを備えるものとして構成される。

また、本発明に係る別の掘削装置は、ガイド部材と、
シール部とで形成した前記密閉部内に、加圧泥水を圧入
する送入パイプと、掘進機のカッタヘッドの外周から径
方向中央部に向う切削ズリの掻き上げ部材及び該掻き上
げ部材から投入される切削ズリを前記カッタヘッド中央
部に集積する集積室とを配置し、また、該集積室内部に
は大塊ズリおよび鉄筋と小塊ズリに分離する格子板など
の分離手段と、該分離手段により分離した小塊ズリを加
圧泥水と共に送出する送出パイプと、分離した大塊ズリ
および鉄筋を前記集積室から排出するために集積室を密
封する密封手段と既設暗渠の鉄筋を切断する切断カッタ
ーとを備えるものとして構成する。

＜作用＞ 本発明に係る泥水加圧式の既設暗渠の敷設替え工法
は、掘削装置における掘進機の前方における既設暗渠の
内周に配置したガイド部材と、該ガイド部材の先端部の
シール部とにより既設暗渠の掘削切羽部を密閉状態に
し、この密閉部に送入パイプから加圧泥水を圧入するこ
とにより、加圧泥水が掘削面に与える圧力によって既設
暗渠を防止しながら前記掘進機で掘削できると共に、該
掘削により生じた切削ズリも加圧泥水と共に送出パイプ
から外部へ送出し、また、前記ガイド部材に取り付けた
方向制御装置により既設暗渠に反力をとって上下及び左
右に掘進機の掘削方向を制御しながら既設暗渠の鉄筋を
切断することができる。

さらにまた、前記密閉部内における掘進機のカッタヘ
ッド外周部に設けた切削ズリの掻き上げ部材により、前
記カッタヘッドと切断カッターで掘削と鉄筋の切断を同
時に切削ズリを掻き上げ、前記集積室に切削ズリを投入
し、分離手段により分離した小塊ズリを加圧泥水と共に
送出パイプから送出し、かつ密封手段により集積室を前
記密閉部から密閉状態で隔離したまま、集積室に集積し
た大塊ズリを外部へ排出することができる。

＜実施例＞ 本発明の既設暗渠の敷設替え掘削装置の一実施例とそ
の周辺技術を第１図〜第４図に基づいて説明する。

第１図は本発明の周辺技術としての掘削装置のトンネ
ル軸方向縦断面図、第２図は第１図のＢ−Ｂ断面図、第
３図は第１図のＡ−Ａ断面図、第４図は第１図のＣ−Ｃ
断面図である。

図において、シールド掘削装置１は、地盤２内に敷設
した既設暗渠３を掘削撤去したのちに新設暗渠を敷設す
るものであり、掘進機４と、既設暗渠３の中央開口部７
に掘削切羽部を囲うように密閉して密閉部11を設けるよ
うにしたガイド部材としての円筒形のガイドパイプ５及
びガイドパイプ５の先端部に設置したシール部としての
弾性シール部10と、既設暗渠３に反力をとって上下左右
に方向を決める掘進方向制御装置８とで構成する。

前記掘進機４は、その前部に第２図に示すように、ゲ
ージカッタ21とディスクカッター22をそれぞれ径方向に
等間隔で配置したカッタヘッド６を、またその後部に新
設暗渠18であるセグメントに反力をとって掘削を行う推
進ジャッキ９を有し、さらに前記カッタヘッド６にはガ
イドパイプ５で支持された４本の、サポート12を有す
る。

また、第４図に示すように、密閉部11には、加圧泥水
を送入する送入パイプ14と、密閉部11の内部から加圧泥
水を送出する送出パイプ15とをそれぞれ密閉部11の中段
部と下段部に設けている。

さらに、前記弾性シール部10は、ゴム製袋状のもので
あって、内部に液体又は気体を入れて、既設暗渠３を掘
進機４の推進と共に前進し、かつガイドパイプ５との間
を密閉している。

掘進機４が既設暗渠３に反力をとって掘進するように
した方向制御装置８は、第１図と第３図に示すように、
ガイドローラ位置調整ジャッキ17とガイドローラ19とか
ら成り、ガイドパイプ５の外周に沿って上下及び左右の
４ヵ所に配置され、それぞれがガイドパイプ５の先端部
とガイドローラ盛替ジャッキ13を介して固定している。

上述した掘削装置１を用いた既設暗渠の敷設替え工法
について説明する。

まず、４台の掘進方向制御装置８のガイドローラ位置
調整ジャッキ17を伸長させて、新設暗渠の計画路線に沿
うように既設暗渠３に反力を取ってガイドパイプ５を必
要な断面方向に押付け保持させる。このとき、ガイドロ
ーラ盛替ジャッキ13は油圧開放することでガイドパイプ
５が掘進機４の掘進に従って自由に摺動できるようにし
ておく。

次にカッタヘッド６の旋回用の油圧モーター16を駆動
してカッタヘッド６とサポート12とを回転し、これと同
時にスチール、コンクリート又は合成セグメントやヒュ
ーム管等の新設暗渠18の端部に固定した推進ジャッキ９
を伸張して反力を取りながら掘進機４を推進させること
でカッタヘッド６に設けたゲージカッタ21、ディスクカ
ッター22により、既設暗渠３の端面を掘削撤去する。掘
進が進むに連れ、ガイドパイプ５も弾性シール部10と共
に前進するが、方向制御装置８は、ガイドパイプ５に接
するガイドローラ19が回動するのみでその位置を保ち、
ガイドローラ盛替ジャッキ13のみが伸長する。このと
き、密閉部11内には送入パイプ14より加圧泥水が送り込
まれているので、地盤２の崩落を防止し得る水圧を保持
しており、しかもこの泥水は掘削により生じた掘削ズリ
と一緒に送出パイプ15を通して外部へ排出される。

これらの掘削動作は方向制御装置９のガイドローラ盛
替ジャッキ13が伸びきった時点で一時停止し、ついでガ
イドローラ位置調整ジャッキ17を収縮して負荷を解放す
ることでガイドローラ盛替ジャッキ13を収縮して、方向
制御装置８をガイドパイプ５の先端付近へ前進させる。
また掘進によって伸びきった状態の推進ジャッキ９も新
設暗渠18の端部における固定を解除し、収縮させ、これ
によって生じたスペースにセグメントを組み立てて新設
暗渠を構築する。

こうして再び推進ジャッキ９を新設暗渠の端部に固定
し、以下上記と同様な操作を繰り返して既設暗渠の敷設
替えを継続して行く。

上記実施例によれば、既設暗渠内に上・下水などの通
水路、電線ケーブルやガス管が配設している場合にはこ
れらを通過させるための開口部を敷替え工事中にも既設
暗渠と新設暗渠側にもそれぞれ設けておくことができ
る。

本発明に係る既設暗渠の敷設替え掘削装置の実施例を
第５図〜第９図に基づいて説明する。

第５図は本発明の掘削装置のトンネル軸方向縦断面
図、第６図は第５図のＤ−Ｄ断面図、第７図は第５図の
Ｅ−Ｅ断面図、第８図は第５図のＦ−Ｆ断面図、第９図
は第５図のＧ−Ｇ断面図である。

第５図において、シールド掘削装置31は、地盤32内に
敷設した既設暗渠33の切削を行う掘進機34と、密閉部38
を形成する掘進機34のカッタヘッド36の掘進方向に突設
した円筒形のガイド部材35と、ガイド部材35と既設暗渠
33との間にすき間なく配設した後述する弾性シール部37
と、密閉部38内に設置した３台の切断カッター40と、前
記カッタヘッド36の中央部に切削ズリを集積する集積室
41と、既設暗渠33に反力をとって上下及び左右に掘進機
34の掘進方向を定める方向制御装置48とで構成してい
る。

ここで、掘進機34は、掘進機の前方にゲージカッタ42
とディスクカッタ43とを径方向に等間隔で配置したカッ
タヘッド36を有し、その後部には、カッタヘッド36の外
周から径方向中央部に向って等間隔に配設した掻き上げ
部材としての切削ズリの掻き上げ板47と、カッタヘッド
36の旋回用の油圧モーター44と、新設暗渠45の先端部で
反力をとって掘進機34の推進力とする推進ジャッキ46と
からなる（第５図、第８図、第９図）。

また、密閉部38は、加圧泥水を送入する送入パイプ53
を設けている。

さらに、弾性シール部37は、ゴム製袋状部材の内部に
液体又は気体を注入して成形しており、既設暗渠33の内
側面と、ガイド部材35の外側面に環状にそれぞれ密着
し、掘進機36の掘進と共に前進するようにしている。

さらにまた、前記密閉部38内の切断カッター40は、既
設暗渠33内の鉄筋39を暗渠の軸方向に切断するようにな
っている。

集積室41には、その入口に前記掻き上げ板47で投入さ
れる掘削ズリと加圧泥水を遮断する密封手段としてのゲ
ート57と油圧シリンダー56が有り、その内部には小塊ズ
リと大塊ズリおよび鉄筋とを分離する分離手段としての
分離用格子板54が、さらに小塊ズリと加圧泥水の出口に
は送出パイプ55を、大塊ズリおよび鉄筋の出口には開口
蓋60をそれぞれ配置している。

方向制御装置48は、第６図に示すように、ガイド部材
35の外周に沿って上下及び左右の４ヵ所に設置してお
り、それぞれがガイド部材位置調整ジャッキ49を伸縮し
て、ガイド部材35を必要な断面方向に押付け保持するガ
イドローラ50を設けている。

上記した構成より成る掘削装置31の掘進機構について
説明する。

まず、４台の方向制御装置48のガイド部材位置調整ジ
ャッキ49をそれぞれ伸長し、既設暗渠33に反力を取って
ガイド部材35を必要な断面方向に押付け保持させる。次
に油圧モータ44を駆動しカッタヘッド36を回転させ、こ
れと同時に、新設暗渠45の端部に固定した掘進ジャッキ
46を伸長して反力をとりながら、掘進機34を推進し、カ
ッタヘッド36に設けたゲージカッタ42、ディスクカッタ
43で既設暗渠33の端面を掘削する。このとき、密閉部38
内には送入パイプ53より加圧泥水が送り込まれており、
密閉部38内は地盤32の崩落を防止し得る水圧を保持して
いる。さらに、前記既設暗渠33の掘削と同時に切断カッ
タ40の油圧ジャッキ51を収縮するとカッタ部52は既設暗
渠33の側壁に入り込み、掘進機34の前進と共に鉄筋39を
切断していく。切断された鉄筋39や切削ズリは、掻き上
げ板47によって掻き上げられ、集積室41の上部開口部よ
り集積室41内に加圧泥水と共に入る。集積室41内の分離
用格子板54で、鉄筋などの大塊ズリは格子板54の上部に
集積し、小塊ズリは格子板54の下部に落下して送出パイ
プ55を通して排水と共に外部へ排出される。集積室41の
上部が大塊ズリで満杯になった時点で、送入・送出パイ
プ53,55のバルブ58,59を全閉にし、油圧シリンダー56で
ゲート57を閉じ集積室41を密封する。次に集積室41の外
側部に設けた開口蓋60をはずし、密閉部38の外側から鉄
筋などの大塊ズリを撤去する。撤去した後、開口蓋60を
閉じて集積室41を密封した後、油圧シリンダー56を作動
させて密閉部38側のゲート57を開け、バルブ58,59を全
開にして再び加圧水の送排出を行い上記掘削動作を続け
る。

またこれらの掘進動作は掘進機の前進によって推進ジ
ャッキ46が伸びきった時点で一時停止し、推進ジャッキ
６の新設暗渠45端部での固定を解除して収縮させ、これ
によって生じたスペースにセグメントを組み立てて、新
設暗渠を構築する。

こうして再び推進ジャッキ46を新設暗渠端部に固定
し、以下上記と同様な操作を繰り返して既設暗渠の敷設
替えを継続する。

なお、上記した２つの実施例における掘進機4,36と掘
削方向を決定する方向制御装置8,48は、一連のコンピュ
ータ操作によって自動制御することもできる。また、２
つの実施例ではセグメントの組立式により新設暗渠を説
明したが、この他にヒューム管又は場所打ち工法による
新設暗渠の敷設替えが考えられる。

＜効果＞ 以上のように、本発明に係る既設暗渠の敷設替え掘削
装置によれば、既設暗渠の内周にガイド部材と該ガイド
部材の先端部に設置したシール部とにより、この間に密
閉部が形成され、該密閉部内に水圧を掛けることによ
り、切羽を安定に保持しながら掘削できるため、地盤沈
下あるいは周辺地下構造物への影響がなくなり、既設暗
渠内に下水等が滴下しても通水しながらの掘進も可能と
なる。

また、既設暗渠に反力をとって上下及び左右に方向を
定めるガイド部材に方向制御装置と切断カッターを設け
ることにより、既設暗渠掘削時に掘削反力が掘削装置を
偏向させるように作用しても、正しい掘進方向が変化す
ることはなく、しかも既設トンネルの鉄筋を掘削機の掘
削に先立って切断しながら確実な掘進方向の制御が可能
となる。

さらにまた、前記密閉部内における掘進機のカッタヘ
ッドに切削ズリの掻き上げ部材を設けたので、該カッタ
ーヘッドで切削を行いながら同時に切削ズリの掻き上げ
を行うことができる。また、該掻き上げ部材から投入さ
れる切削ズリを集積する集積室と、該集積室には集積室
を密封する密封手段とを配設したので、密閉部内の水圧
を保持し、地山の崩落を防止しつつ、前記集積室から密
閉部外部へ大塊ズリを搬出でき、鉄筋コンクリート製の
既設暗渠の切削撤去を行う場合にも大きな効果が期待で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の周辺技術に係る掘削装置のトンネル軸
方向縦断面図、第２図は掘進機のカッタヘッドを示す第
１図のＢ−Ｂ断面図、第３図はガイド部材先端部付近の
第１図のＡ−Ａ断面図、第４図は第１図におけるＣ−Ｃ
断面図、第５図は本発明に係る既設暗渠の敷設替え掘削
装置のトンネル軸方向縦断面図、第６図は方向制御装置
の配置を示す第５図のＤ−Ｄ断面図、第７図は切断カッ
ターの配置を示す第５図のＥ−Ｅ断面図、第８図は第５
図におけるＦ−Ｆ断面図、第９図は第５図におけるＧ−
Ｇ断面図である。 1,31……シールド掘削装置、3,33……既設暗渠、4,34…
…掘進機、5,35……ガイド部材、8,48……方向制御装
置、10,37……弾性シール部（シール部）、11,38……密
閉部、12……サポート、14,53……送入パイプ、15,55…
…送出パイプ、39……鉄筋、41……集積室、47……掻き
上げ板、54……分離用格子板、57……ゲート。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】既設暗渠を掘削撤去し、新設暗渠を敷設す
   る掘削装置において、 該掘削装置における掘進機前方の掘削切羽部を囲む既設
   暗渠の内周に配置したガイド部材と、該ガイド部材の先
   端部に設置したシール部とにより密閉部を形成し、該密
   閉部内に加圧泥水を圧入する送入パイプ及び既設暗渠の
   切削ズリを加圧泥水と共に送出する送出パイプと、前記
   既設暗渠に反力をとって上下及び左右に掘進機の掘進方
   向を決めるガイド部材に取り付けた方向制御装置と、前
   記ガイド部材に既設暗渠の鉄筋を切断する切断カッター
   とを備えて成る既設暗渠の敷設替え掘削装置。
2. 【請求項２】既設暗渠を掘削撤去し、新設暗渠を敷設す
   る掘削装置において、 該掘削装置における掘進機前方の掘削切羽部を囲む既設
   暗渠の内周に配置したガイド部材と、該ガイド部材の先
   端部に設置したシール部とにより密閉部を形成し、該密
   閉部内に加圧泥水を圧入する送入パイプと、掘進機のカ
   ッタヘッドの外周から径方向中央部に向う切削ズリの掻
   き上げ部材及び該掻き上げ部材から投入される切削ズリ
   を集積する集積室とを配置し、該集積室内部には投入さ
   れた切削ズリを大塊と小塊に分類する分離手段と、該分
   離手段により分離した小塊ズリを加圧泥水と共に送出す
   る送出パイプと、前記分離手段により分離した大塊ズリ
   を前記集積室から排出するために前記密閉部より集積室
   を密封する密封手段とを具備し、前記ガイド部材には既
   設暗渠に反力をとって上下及び左右に掘進機の掘進方向
   を決める方向制御装置と、既設暗渠の鉄筋を切断する切
   断カッターとを取り付けて成る既設暗渠の敷設替え掘削
   装置。