JP3220421B2 - 既設管路の更新装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はシールド掘削機を用
いて古い下水道管等の管路を新しい管路に更新する装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】長年の使用によって老朽化した下水道管
を更新するには、下水道管が粘土層や砂質土のような地
下水位下の軟弱地盤中における土被りの浅い部分に埋設
されている場合が多いので、更新時における地盤沈下の
発生を防止するには、泥水式或いは泥土圧式等の全面閉
鎖型シールド掘削機を使用して下水道管の周囲の地盤を
掘削しなければならない。

【０００３】このようなシールド掘削機を用いて下水道
管等の既設管路を更新する方法としては、例えば特開平
５ー２８７９８４号公報に記載されているように、既設
管路の外周に正面ドーナツ形状のシールド掘削機を配設
し、このシールド掘削機によって既設管路の周囲地盤を
掘削しながら該シールド掘削機の後方に既設管路よりも
大径の新設管路を組立てたのち、既設管路を撤去する方
法が採用されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記既
設管路の更新方法によれば、正面ドーナツ形状のシール
ド掘削機の中央に既設管路を貫通させた状態でこの既設
管路の外周面をガイドとしながらシールド掘削機を掘進
させていくものであるから、シールド掘削機を円滑に推
進させるには既設管体の外周面の平滑性が要求され、そ
の上、ヒューム管のように継手部が大径に形成されてい
る管路の場合には大径の継手部がシールド掘削機の前進
の妨げとなって管路の更新が困難となる。

【０００５】さらに、シールド掘削機は上述したよう
に、その中央に既設管路を貫通させた状態でこの既設管
路に沿って掘進するものであるから、既設管路が貫通し
ているために機内の空間部が狭くなり、スクリューコン
ベア等の掘削土砂の排出手段や新設管路を組立てるため
のエレクター、各種機器の作動用油圧ユニット等の設置
が困難となり、その上、既設管路を貫通させたカッタ面
板の中央孔から地下水が機内に浸入して地盤の崩壊や地
盤沈下が生じる虞れがあり、そのため、機内から前方の
地盤に地盤改良用薬剤を注入しなければならず、管路の
更新作業の能率が著しく低下するという問題点がある。

【０００６】本発明はこのような問題点に鑑みてなされ
たもので、その目的とするところは前方地盤の崩壊や地
盤沈下を防止しながら該既設管路の破砕と周囲の地盤の
掘削が円滑且つ能率よく行い得ると共に機内の空間部を
狭めることなく既設管路の更新が効率よく行える既設管
路の更新装置を提供するにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の既設管路の更新装置は、既設管路よりも大
径のトンネルを掘削するカッタ板を備え且つ機内に隔壁
を有するシールド掘削機と、上記既設管路内に設けた遮
断壁と、この遮断壁と上記隔壁との間の空間部を圧気す
る圧気手段とからなり、上記シールド掘削機は既設管路
よりも大径の円筒状スキンプレートの前端開口部に既設
管路の破砕と共にこの既設管路の外周地盤を掘削するビ
ットを備えた回転カッタ板を配設していると共に上記回
転カッタ板の前面中央部に上記既設管路の内周面を受止
する円筒形状のフード部材を突設していることを特徴と
するものである。

【０００８】

【作用】既設管路の内部に配設した遮断壁とシールド掘
削機内に設けた隔壁とで仕切られた空間部内を圧気する
と、その圧気圧がシールド掘削機のカッタ板と既設管路
の後端部との隙間から既設管路の周辺地盤側に作用して
地下水が既設管路内や機内に浸入するのを阻止し、既設
管路周辺の地盤沈下が防止される。この状態でシールド
掘削機によって既設管路を破砕していくと共にその周囲
の地盤を掘削し、掘進に従ってシールド掘削機の後方に
既設管路よりも大径の新たな管路を形成していく。

【０００９】さらに、シールド掘削機のカッタ板側から
前方に突出しているフード部材を既設管路の端部内に挿
入すると、カッタ板に備えている既設管路破砕用ビット
と地盤掘削用ビットとが既設管路の端面とこの既設管路
の外周地盤に押し付けた状態となる。この状態でカッタ
板を回転駆動すると共にシールド掘削機を前進させる
と、既設管路破砕用ビットにより既設管路が破砕される
と共に地盤掘削用ビットによってその周辺地盤が掘削さ
れる。

【００１０】この時、カッタ板の前面を既設管路の端面
に押し付けた状態でカッタ板を回転させると、既設管路
が振れて効率よく破砕することが困難であると共に破砕
しても大きな破砕片となって機内に取り込むことができ
ないが、上記のようにフード部材を既設管路の端部内に
挿入して該既設管路を内面側から支持しているので、既
設管路が振れることなくシールド掘削機の掘進に従って
破砕用ビットにより小片に破砕され、掘削土砂と共に機
内に取り込まれて後方に排出される。さらに、カッタ板
の前面側で既設管路の破砕と前方地盤の掘削を行うの
で、既設管路に影響を受けることなく機内の空間部を有
効に使用できて掘削土砂の排出手段や新設管路の組立て
手段、各種機器類の設置が可能となる。

【００１１】また、上記フード部材は既設管路の端部内
に挿入してその外周面を既設管路の内周面に摺接、支持
させているので、この既設管路の内周面をガイドとして
フード部材を該既設管路の長さ方向に進行してシールド
掘削機が既設管路の長さ方向に正確に掘進する。このフ
ード部材は、カッタ板の前面中央部から前方に向かって
突出させているので、カッタ板と一体に回転する。

【００１２】

【発明の実施の形態】次に、本発明の具体的な実施の形
態を実施例を示す図面について説明すると、図１は地中
に埋設された下水道管等のコンクリート製の既設管路Ａ
をこの既設管路Ａよりも大径のシールド掘削機Ｃによっ
て破砕しながら既設管路Ａの周辺地盤を掘削し、シール
ド掘削機Ｃの後方側で更新管路Ｂを形成していく状態を
示すもので、シールド掘削機Ｃから前方に適宜間隔を存
した既設管路Ａ内に該既設管路Ａを気密的に仕切る遮断
壁Ｄを配設し、この遮断壁Ｄとシールド掘削機Ｃの前端
部内に気密的に張設、固着している隔壁３との間の空間
部19内にコンプレッサからなる圧気手段17によって圧縮
空気を供給して該空間部19内を圧気し、その圧気圧によ
って既設管路Ａとシールド掘削機Ｃとの間の隙間を通じ
て既設管路Ａを周辺地盤を抑え、地下水が既設管路内や
機内に浸入するのを阻止した状態でシールド掘削機Ｃの
カッタ板２によって既設管路Ａを破砕していくと共にそ
の周囲の地盤を掘削し、掘進に従ってシールド掘削機Ｃ
の後方に既設管路Ａよりも大径の新たな管路Ｂを形成し
ていくものである。

【００１３】上記シールド掘削機Ｃは、既設管路Ａより
も大径の円筒状スキンプレート１の前端開口部にカッタ
板２を回転自在に支持していると共にこのカッタ板２の
背面から適宜間隔を存したスキンプレート１の前端部内
に上記隔壁３を固着してこの隔壁３によりカッタ板２側
とスキンプレート１の後方部側を気密に仕切ってあり、
カッタ板２は、その中央部に既設管路Ａ内に挿入して該
既設管路Ａの内周面を受止する適宜長さの円筒形状のフ
ード部材４を前方に向かって水平に突設している。さら
に、このフード部材４の外周面にシール材５を全面的に
固着して該シール材５を既設管路Ａの内周面に摺接させ
ていると共にこのシール材５を介して既設管路Ａを内方
から支持しているものである。また、このフード部材４
の後端は上記カッタ板２の背面と隔壁３との間の空間部
により形成している土砂取込室６に連通した円形通孔７
に形成している。なお、フード部材４の外周面にはシー
ル材５を必ずしも装着する必要はなく、上記圧気圧によ
って既設管路Ａとフード部材４との間の隙間から地下水
が浸入するのを防止することができる。

【００１４】カッタ板２には図２に示すように、その円
環状の板面に掘削ビットとして既設管路Ａを破砕するた
めの破砕用ビット８と既設管路Ａの外周地盤を掘削する
ための掘削用ビット９を周方向に交互に配設してあり、
さらに、これらの破砕用ビット８と掘削用ビット９の両
側には既設管路Ａの破砕片と掘削土砂の取込み用開口部
10を穿設している。なお、既設管路Ａの材質や外周地盤
の地質によっては、カッタ板２の面板に破砕用ビット或
いは掘削用ビットのどちらか一方のビットのみを設けて
おき、このビットによって既設管路Ａと外周地盤双方を
破砕・掘削することも可能である。

【００１５】カッタ板２の回転駆動機構は上記隔壁３に
駆動モータ11を装着し、この駆動モータ11の回転軸を土
砂取込室６内に突出させて該回転軸の先端に固着してい
るピニオン12をスキンプレート１の開口端内周面に回転
自在に支持されているカッタ板の後端小径部2aの内周面
に固着した内歯車13に噛合させた構造としている。

【００１６】また、スキンプレート１の前端部内に張設
している上記隔壁３から後方に向かって上記土砂取込室
６内の掘削土砂を排出する土砂排出手段を設けている。
この土砂排出手段は内部を気密に形成したスクリューコ
ンベア14からなり、このスクリューコンベア14の前端開
口部を上記隔壁３の下端部を通じて上記土砂取込室６内
に臨ませていると共にその前端部から後方に向かって斜
め上方に傾斜させた状態で機内に配設されている。15は
スクリューコンベア14のスクリュー軸回転用駆動モータ
である。なお、このスクリューコンベア14はその後端部
に図示していないが掘削土砂を気密室を介して排出する
排出口を設けている。

【００１７】上記スキンプレート１の後部内周面には周
方向に一定間隔毎に複数個の推進ジャッキ16が取付けら
れていて、これらの推進ジャッキ16のピストンロッド先
端のスプレッダ16a を更新管路Ｂの前端面に押し付け、
更新管路Ｂに推進反力をとって掘削機本体であるスキン
プレート１を推進させるように構成している。なお、図
示していないがスキンプレート１の後端内部にはエレク
ターやその他の機器類が配設されている。

【００１８】このように構成した既設管路の更新用シー
ルド掘削機Ｃによって地下水の多い軟弱地盤中に埋設さ
れている既設管路Ａを破砕しながら更新管路Ｂを形成し
ていくには、まず、カッタ板２の中央部から前方に突出
しているフード部材４を破砕すべき既設管路Ａの後端部
内に挿入してその外周シール材５を既設管路Ａの内周面
に摺接させると共にカッタ板２の前面を既設管路Ａの後
端面とその周辺部の地盤に押し付けた状態にする一方、
シールド掘削機Ｃのカッタ板２から突設しているフード
部材４から前方に適宜間隔を存した既設管路Ａ内に該既
設管路Ａを気密に仕切る遮断壁Ｄを配設し、この遮断壁
Ｄの前方側の既設管路Ａ内にコンプレッサ17を設置して
通気管18を通じて遮断壁Ｄとシールド掘削機Ｃの隔壁３
との間における既設管路Ａ内の空間部19に圧縮空気を供
給することにより該空間部19を圧気し、この圧気圧によ
り地下水の浸入を阻止する。なお、コンプレッサ17をシ
ールド掘削機Ｃの隔壁３の背面側に設置して該隔壁３を
通じて空間部19に供給するように構成しておいてもよ
い。

【００１９】この空間部19内に供給された圧縮空気は既
設管路Ａ側に対しては上記遮断壁Ｄによって前方側に漏
出するのを阻止されていると共にシールド掘削機Ｃ側に
おいてはフード部材４内から土砂取込室６内に充満して
隔壁３及び気密に形成されているスクリューコンベア14
により機内後方に漏出するのを阻止されているので、そ
の圧気圧はフード部材４の外周に装着しているシール材
５に対して地下水の浸入を阻止する方向に作用すると共
に土砂取込室６内からはカッタ板２に設けている破砕片
及び掘削土砂取込用開口部10を通じて既設管路Ａ周辺部
の地盤を押圧し地下水が既設管路Ａ内やシールド掘削機
Ｃ内に浸入するのを確実に阻止し得るものである。

【００２０】こうして、地下水の浸入を抑制した状態に
してカッタ板２を回転させながらシールド掘削機Ｃを推
進させると、カッタ板２に設けている破砕用ビット８に
より既設管路Ａの開口後端部が破砕されると共に地盤掘
削用ビット９によってその周辺地盤が掘削され、これら
の破砕片と掘削土砂はカッタ板２の開口部10を通じて土
砂取込室６内に取り込まれる。

【００２１】この時、フード部材４もカッタ板２と一体
的に回転してその外周シール材５を既設管路Ａの後端部
内周面に摺接させながら既設管路Ａの円形内周面上を移
動するので、既設管路Ａがこのフード部材４によって支
持されてその開口後端面に押し付けている破砕用ビット
８による円周方向の破砕力にもかかわらず上下左右に振
動するのを阻止され、既設管路Ａはシールド掘削機Ｃの
掘進に従って小片に破砕されてカッタ板２に設けている
開口部10を容易に通過するものである。

【００２２】土砂取込室６内に取り込まれた既設管路Ａ
の破砕片と掘削土砂はスクリューコンベア14にさらに取
り込まれて後方に搬送され、該スクリューコンベア14の
後端部から土砂運搬車或いはベルトコンベア等の搬出手
段によりトンネル内を後方に排出される。また、既設管
路Ａの開口後端部内にフード部材４を同心的に挿嵌させ
ているので、既設管路Ａの内周面をガイドとしてフード
部材４が正確に既設管路Ａの長さ方向に進行し、シール
ド掘削機Ｃの掘進方向を既設管路Ａの長さ方向に制御し
ながらカッタ板２による既設管路Ａの確実な破砕と共に
前方地盤の掘削が可能となるものである。

【００２３】このように既設管路Ａの破砕と共にその周
辺地盤を掘削しながらシールド掘削機Ｃが一定長、掘進
すると、推進ジャッキ16を後退させてスキンプレート１
の後端部内で１リング分のセグメントを組み立てること
により既設管路Ａよりも大径の一定長の更新管路部ｂを
形成し、再び、この更新管路部ｂに推進ジャッキ16のス
プレッダ16a をその更新管路部ｂの前端面に受止させて
推進ジャッキ16を伸長させることにより該既設管路Ａ部
をトンネル掘削壁面ｔ側に送り出しながらシールド掘削
機Ｃを掘進させ、上述したようにカッタ板２から突設し
ている破砕用ビット８と掘削用ビット９とによって既設
管路Ａの後端部の破砕と地盤の掘削を行うものである。

【００２４】さらに、シールド掘削機Ｃによる一定長の
既設管路Ａの破砕と周辺地盤の掘進毎に一リング分の更
新管路部ｂを組み立てを行って遮断壁Ｄの近くまで既設
管路Ａの後端部が破砕されると、この遮断壁Ｄを前方に
移動させて再び該遮断壁Ｄとシールド掘削機Ｃの隔壁３
間の空間部19内を圧気状態に維持しながらシールド掘削
機Ｃのカッタ板２により既設管路Ａの破砕と周辺地盤の
掘削を行うと共に更新管路部ｂを形成するものであり、
この作業、即ち、既設管路Ａの破砕及び地盤の掘削と更
新管路部ｂの形成とを繰り返し行って既設管路Ａの埋設
跡に該既設管路Ａよりも大径の更新管路Ｂを形成するも
のである。なお、上記遮断壁Ｄには作業員が出入り可能
な前後方向に貫通する通路部ｄが設けられてあり、この
通路部ｄには気密状態に閉止し得る扉体20が設けられて
いて、この扉体20を通じて作業員が既設管路Ａ側からフ
ード部材４内を通って円形通孔７から土砂取込室６内に
入り、カッタ板２の裏面側からビット交換作業を行うも
のである。

【００２５】次に、既設管路Ａとシールド掘削機Ｃ間の
空間部19を圧気状態に維持しながら既設管路Ａの更新中
において、カッタ板２に装着している更新管路破砕用ビ
ット８や地盤掘削用ビット９が磨滅或いは欠損した場合
におけるビット取り替え方法について説明する。まず、
ビットの取り替えが必要となった生じた場合には、図３
に示すように上記遮断壁Ｄの前方近傍部分における既設
管路Ａ内にこの遮断壁Ｄと同一構造の遮断壁D'を配設
し、該遮断壁D'の扉20を開いてこれらの遮断壁Ｄ、D'間
の空間部内に図４に示すように作業員が入ったのち空間
部内の気密を保持するためにその扉20を閉じ、次いで、
後方側の遮断壁Ｄの扉20を開いて図５に示すようにフー
ド部材４内からシールド掘削機Ｃの土砂取込室６内に入
ってカッタ板２の裏面側から更新管路破砕用ビット８や
地盤掘削用ビット９の交換を行うものである。この間は
既設管路Ａ内の空間部19内を圧気状態に維持して地下水
の浸入を阻止している。なお、既設管路Ａが鉄筋コンク
リート製である場合にはコンクリート破砕用ビット８を
鉄筋コンクリート破砕用ビットに交換する。

【００２６】ビットの交換後、作業員が遮断壁Ｄの扉20
を閉止して空間部19内の圧気が漏出するのを防止しなが
ら前方の遮断壁D'から既設管路Ａ内を通じて外部に退出
し、前方側の遮断壁D'を撤去すると共に後方側の遮断壁
Ｄを前方に移動させて空間部19内を圧気状態に維持しな
がら、上述したように再び既設管路Ａの破砕と更新管路
Ｂの形成を行うものである。

【００２７】以上の実施例において、シールド掘削機Ｃ
のカッタ板２の中央部から前方に突出している円筒形状
のフード部材４の内部を円形通孔７を通じて土砂取込室
６内に連通させているが、図６に示すように該フード部
材４の後端をカッタ板２の面板2bによって密閉した構造
としておいてもよい。その他の構造は上記トンネル掘削
機Ｃと同じであるので、同一部分に同一符号を付してそ
の説明を省略する。

【００２８】上記カッタ板２の面板2bには気密に閉止で
きる開閉扉21が設けられており、ビット交換時には作業
員が遮断壁Ｄ、D'によって気密に保持された既設管路Ａ
内の空間部19を通じてこの開閉扉21を開放して土砂取込
室６内に入ることによりビット交換作業を行うものであ
る。なお、このようにカッタ板２が全面閉鎖構造の場合
には機内側から既設管路Ａ内の空間部19に圧縮空気を供
給することができなく、従って、遮断壁Ｄを通じて上記
同様に圧縮空気の供給を行う。また、土砂取込室６は全
面閉鎖構造であるため、土砂取込室６内は気密に形成さ
れ、従って、この土砂取込室６内を一定圧に圧気してお
くことによって地下水が土砂取込室６内に浸入するのを
防止することができる。

【００２９】なお、更新すべき既設管路Ａとして下水道
管の場合について説明したが、ガス管や配線管を更新す
る場合にも本発明を適用できるものである。また、更新
管路Ｂとして更新用シールド掘削機の後方でセグメント
を組立てることにより形成したが、更新用シールド掘削
機により掘進しながら既製の埋設管を推進工法によっ推
進埋設してもよい。さらに、遮断壁Ｄ、D'として扉体20
を備えている構造のものを用いたが、内部に圧縮空気を
供給することにより膨張させて既設管路Ａの内周面に圧
着させ、その圧縮空気を排除することにより収縮するエ
アバッグを採用してもよく、或いは、通路部ｄの前後開
口端にそれぞれ扉体を設けている遮断壁を用いれば、単
一の遮断壁によって上記空間部19を気密に保持しながら
作業員が出入りすることができる。

【００３０】

【発明の効果】以上のように本発明の既設管路の更新装
置によれば、既設管路の内部に遮断壁を配設してこの遮
断壁とシールド掘削機内に設けた隔壁とで仕切られた空
間部内を圧気するので、その圧気圧によって地下水が既
設管路内や機内に浸入するのを確実に防止することがで
き、従って、既設管路の周辺地盤の崩壊や沈下を生じさ
せることなくシールド掘削機を円滑に掘進させて既設管
路の更新作業が能率よく行えるものであり、その上、上
記圧気状態を維持しながら既設管路の後端側から上記シ
ールド掘削機によって既設管路をその周囲の地盤の掘削
と共に破砕してシールド掘削機内に取り込むものである
から、シールド掘削機の前面側で既設管路の破砕と前方
地盤の掘削を行うので、既設管路に影響を受けることな
くシールド掘削機の機内に広い作業空間を確保すること
ができ、掘削土砂の排出手段や新設管路の組立て手段、
各種機器類の設置が可能となる。

【００３１】さらに、既設管路よりも大径の円筒状スキ
ンプレートの前端開口部に既設管路の破砕用ビットとこ
の既設管路の外周地盤の掘削用ビットとを備えた回転カ
ッタ板を配設すると共に上記回転カッタ板の前面中央部
に上記既設管路の内周面を受止する円筒形状のフード部
材を突設し、このフード部材を既設管路の端部内に挿入
するので、回転カッタ板に備えている既設管路破砕用ビ
ットと地盤掘削用ビットとを既設管路の端面とこの既設
管路の外周地盤とに正確に押し付けた状態とすることが
でき、この状態で回転カッタ板を回転駆動すると共に掘
削機本体であるスキンプレートを前進させることによっ
て既設管路の開口端部の破砕と同時にその周辺地盤を円
滑に掘削していくことができる。

【００３２】その上、回転カッタ板側から前方に突出し
ているフード部材を既設管路の端部内に挿入して該既設
管路を内面側から支持しているので、該フード部材によ
り既設管路の振れを防止することができ、従って、既設
管路破砕用ビットによって既設管路を小片に破砕するこ
とができて掘削土砂と共に機内に容易に取り込むことが
できて既設管路の破砕と周辺地盤の掘削とが能率よく行
えるものである。

【００３３】また、上記フード部材は既設管路の端部内
に挿入してその外周面を既設管路の内周面に摺接、支持
させているので、この既設管路の内周面をガイドとして
フード部材を該既設管路の長さ方向に摺動させながらト
ンネル掘削機を既設管路の長さ方向に正確に掘進させる
ことができる。このフード部材は、回転カッタ板の前面
中央部から前方に向かって突出させているので、該フー
ド部材をカッタ板の回転により既設管路の内周面に沿っ
て同心円的に一体回転させることができ、従って、トン
ネル掘削機を常に正確な方向に向けて掘進させることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】既設管路を更新している状態の簡略縦断側面
図、

【図２】そのカッタ板の正面図、

【図３】既設管路内に圧気状態を維持するための前後遮
断壁を配設した状態の簡略縦断側面図、

【図４】圧気された空間部に作業員が入った状態の簡略
縦断側面図、

【図５】作業員がトンネル掘削機側に入った状態の簡略
縦断側面図、

【図６】トンネル掘削機の別な構造を示す簡略縦断側面
図。

【符号の説明】

１ スキンプレート ２ カッタ板 ３ 隔壁 ４ フード部材 ５ シール材 ６ 土砂取込室 ８ 破砕用ビット ９ 掘削用ビット 17 コンプレッサ 19 空間部 Ａ 既設管路 Ｂ 更新管路 Ｃ シールド掘削機 Ｄ 遮断壁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E21D 9/06 311 E21D 9/06 301 E21F 15/00 F16L 1/024

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 既設管路よりも大径のトンネルを掘削す
   るカッタ板を備え且つ機内に隔壁を有するシールド掘削
   機と、上記既設管路内に設けた遮断壁と、この遮断壁と
   上記隔壁との間の空間部を圧気する圧気手段とからな
   り、上記シールド掘削機は既設管路よりも大径の円筒状
   スキンプレートの前端開口部に既設管路の破砕と共にこ
   の既設管路の外周地盤を掘削するビットを備えた回転カ
   ッタ板を配設していると共に上記回転カッタ板の前面中
   央部に上記既設管路の内周面を受止する円筒形状のフー
   ド部材を突設していることを特徴とする既設管路の更新
   装置。