JP3288135B2 - 地中の既設管の交換方法および既設管の拡径装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、地中に埋設されている
鋼管や鋳鉄管等の既設管を、老朽化等の原因により新設
管に交換するに際して好適な、地中の既設管の交換方法
および既設管の拡径装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】上水道や下水道の導管として地中に埋設
されている鋼管や鋳鉄管からなる既設管の一部が、たと
えば老朽化して交換の必要が生じた場合は、埋設部分の
地盤を地表から開削して既設管を掘り出した後、新設管
を繋ぎ直し、再び地盤を埋め戻すといった方法が従来よ
り採用されてきていた。しかしながらこの開削工法は、
少なくとも交換する埋設管の区間の地盤を開削してから
新設管に置き換えた後、再び地盤を埋め戻さなければな
らないので、掘削土量が多くて要する手間と労力が多大
であるとともに、地表の周辺環境に影響を与えること、
さらには道路敷地の地中に埋設されている場合には、工
期中は交通に多大な影響を与えることになるといった幾
つかの問題を抱えている。

【０００３】そこで、上記開削工法に代えて、たとえば
特公昭６０ー２７８７３号公報あるいは実開昭６２ー１
６３３８６号公報に記載されるように、既設管の内部に
テーパ状のブロックを押し入れていくことにより既設管
を拡径して破断させ、これによって拡がった既設管の内
部に、新たに用いる新設管を挿入していく工法が提案さ
れている。このような工法は、交換する既設管の区間の
両側に立坑を設けるのみにとどまるから、地盤の掘削土
量が少なくて済むとともに、地表の周辺環境への影響も
抑えることができる利点を有している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記公報に
記載の工法においては、既設管の内部に押し込んでいく
テーパ状のブロックは、断面が同心円的であるため、既
設管は一様に径方向外側に拡げられることになる。する
と、既設管の上方の地盤が上に押しやられることになっ
て地盤が盛り上がる等の地表への影響が想定され、特に
既設管の埋設深度が浅いとこの影響は顕著になる。

【０００５】また、新たに配管した新設管と既設管との
間には当然間隙が形成されるが、この間隙が存したまま
だと新設管の配管状態が不安定になるので、その間隙に
モルタルやベントナイト等の自硬性の裏込め材を充填注
入して新設管の安定を図ることが必須となるであろう。
上記工法の場合は、既設管に押し込んでいくブロックに
新設管を当てて、実際には新設管を押し込むことにより
既設管の拡径と新設管の配管を同時に行うものであるか
ら、配管完了後、新設管の端部からの裏込め材の充填注
入は実際には困難であり、したがって、新設管に注入孔
を形成してそこから裏込め材を注入せねばならないこと
になる。このように新設管へ注入孔を形成すると、この
注入孔を塞ぐための作業を要することになるとともに、
止水性に問題が生じ、さらには新設管の強度低下を招
く。

【０００６】さらに、上記のように、既設管を拡径する
ブロックを新設管を押すことによって推進させていく
と、既設管を拡径する際の抵抗が大きい場合には新設管
が変形してしまうことが想定され、このような現象が生
じると、それ以上の新設管の推進はおろか後退も不可能
となって、施工に支承をきたすおそれがある。

【０００７】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あって、地中の既設管を拡径してその中に新設管を配管
することにより既設管から新設管に交換するに際して、
特に地表に影響することなく既設管の拡径がなされると
ともに、拡径した既設管への新設管の配管がスムーズに
行え、さらには、配管した新設管と既設管との間に生じ
る間隙への裏込め材の充填注入を、新設管に対して全く
影響を与えることなく行える地中の既設管の交換方法お
よび既設管の拡径装置を提供することを目的としてい
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するためになされたものであって、請求項１の地中の
既設管の交換方法は、既設管の下半部内周面に、該既設
管の長手方向に延在する複数の下半部溝を形成する第１
の工程と、既設管の一端から他端にわたってその内部
に、小径側が既設管の内径よりも小で大径側が既設管の
内径よりも大であり、かつ小径側と大径側との上端面が
直線的に連続するよう形成されたテーパ状の拡径部を有
する断面円形の拡径ブロックを、小径側を前方にして推
進させるにともない、前記下半部溝に沿って既設管の下
半部を破断することにより既設管を全長にわたって拡径
変形させる第２の工程と、拡径変形させた既設管の切り
拡げられた下半部溝に縮径防止部材を配設する第３の工
程と、この後、既設管の内部に、前記新設管を配管する
第４の工程とにより、既設管の内部に新設管を設置する
ことを特徴としている。

【０００９】また、請求項２として、請求項１における
第４の工程の後に、既設管と新設管との間に形成される
間隙に、新設管の端部から裏込め材を充填注入すること
を特徴としている。

【００１０】また、請求項３として、請求項１における
第１の工程に際して、既設管の上半部内周面に、該既設
管の長手方向に延在する上半部溝を形成し、該上半部溝
の深さを、前記下半部溝の深さよりも浅く形成すること
を特徴としている。

【００１１】さらに、請求項４として、請求項１におけ
る第１の工程に際して、既設管の下半部内周面に、該既
設管の長手方向に間隔をおいて周方向に沿う複数の周溝
を連続的または不連続的に形成することを特徴としてい
る。

【００１２】また、請求項５の既設管の拡径装置は、地
中の既設管を新設管に交換するに際して既設管をその内
部から拡径することで該既設管の内側に新設管の配管ス
ペースを確保するための装置であって、既設管の内部に
推進される拡径ブロックと、この拡径ブロックを既設管
の内部に推進させる推進手段とを備え、拡径ブロック
を、小径側が既設管の内径よりも小で大径側が既設管の
内径よりも大であり、かつ小径側と大径側との上端面が
直線的に連続するよう形成された偏芯テーパ状の拡径部
を有する構成としたことを特徴としている。

【００１３】

【作用】本発明の地中の既設管の交換方法によれば、第
１の工程で、既設管の内周面に下半部溝を形成すること
に加え、第２の工程で拡径ブロックを既設管の内部に推
進させていくことにより、既設管は、上端面が既設のま
まのレベルが保持されながら下半部が優先的に拡径変形
し、その結果、既設管の上方の地盤が上に押しやられる
ことがなく、地盤が盛り上がる等の地表への影響が全く
生じない。また、既設管を拡径変形しながら連続的に新
設管を挿入していくのではなく、既設管を拡径変形する
工程と新設管を配設する工程とを完全に分けていること
により、配設した新設管の端部から裏込め材を充填注入
することが可能になるとともに、新設管に裏込め材の注
入孔を形成するなどの無駄な施工が必要なく、かつ新設
管に止水性や強度低下の問題が生じず、さらに、新設管
が変形するおそれもない。また、第３の工程で、切り拡
げられた下半部溝に縮径防止部材を配設することによ
り、既設管の拡径変形状態が保持され、新設管の配設に
支承をきたさない。

【００１４】また、下半部溝に加え、下半部溝よりも浅
い上半部溝を形成すれば、既設管の上半部がヒンジにな
って下半部が優先的に拡径変形してアーチ状になり、既
設管は特に上方からの土圧に対向し得る構造となる。

【００１５】さらに、前記下半部溝に加え、既設管の下
半部内周面に既設管の長手方向に間隔をおいて周方向に
沿う複数の周溝を連続的または不連続的に形成すれば、
既設管の長手方向に直交する方向の剛性が弱化し、拡径
変形がより生じやすくなるとともに、将来既設管を撤去
する際にその撤去作業がしやすくなる。

【００１６】また、本発明の既設管の拡径装置によれ
ば、既設管の内部に推進させられる拡径ブロックの拡径
部が、小径側が既設管の内径よりも小で大径側が既設管
の内径よりも大であり、かつ小径側と大径側との上端面
が直線的に連続するよう形成されたテーパ状に形成され
ているので、既設管における上端面のレベルを既設のま
ま保持しながら下半部を優先的に拡径変形させるに際し
て非常に有効であり、上記方法を的確に実施できるもの
にする。

【００１７】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の一実施例を説
明する。図１および図２において、符号１は地中に埋設
されており老朽化等の原因により交換を要する上水道あ
るいは下水道の導管である既設管（鋼管や鋳鉄管製）、
２は既設管１に代えて新たに配管する新設管、３、４は
本実施例によって既設管１から新設管２に交換するに際
して用いる溝形成装置および拡径装置である。

【００１８】本実施例の既設管１を新設管２に交換する
方法は、既設管１の内周面１ａに、溝形成装置３で複数
の溝５を形成する第１の工程と、既設管１を拡径装置４
で拡径変形させる第２の工程と、拡径変形させた既設管
１の切り拡げられた溝５（下半部溝５ａ、図１３参照）
にキャンパ（縮径防止部材）６を配設する第３の工程
と、この後、既設管１の内部に新設管２を挿入して配管
する第４の工程と、既設管１と新設管２との間に形成さ
れる間隙に、新設管２の端部から裏込め材７（図１７参
照）を充填注入する第５の工程とを主たる工程としてい
る。前記溝５は、後述する如く下半部溝５ａと上半部溝
５ｂとに分けられる。

【００１９】まず、第１の工程を行うに先だって、図１
に示すように、交換を要する区間の既設管１の両端を露
出させるべく地表から地盤Ｇを掘削し立坑Ｇ１、Ｇ２を
それぞれ設ける。なお、既設管１は、一端に形成されて
いるフランジ１ｂに接続することにより複数本繋げられ
て導管となっており、交換を要する既設管１は、１本あ
るいはそれ以上の複数本の場合がある。

【００２０】上記立坑Ｇ１、Ｇ２を設け、その立坑Ｇ
１、Ｇ２に交換を要する範囲の既設管１の両端を露出さ
せたら、前記溝形成装置３によって既設管１の内周面１
ａに前記溝５を形成する。まず溝形成装置３を説明する
と、この溝形成装置３は、図１に示すように、既設管１
の内部をその長手方向に沿って走行可能な台車８と、こ
の台車８に搭載されたプラズマ溶断式のトーチ９と、台
車８を既設管１の両端間にわたって往復走行させる台車
駆動装置１０と、溝５の種類（後述する下半部溝５ａ、
上半部溝５ｂおよび周溝５ｃ）や溝５の形成位置、ある
いは台車８の走行速度等を制御するコントローラ１１と
を備えている。

【００２１】台車８は、台車本体８ａに車輪８ｂが装着
されたもので、台車本体８ａの両端にそれぞれ掛けられ
たワイヤロープ１２ａ、１２ｂを、立坑Ｇ１、Ｇ２に設
置した架台１３、１４上のウインチドラム１５ａ、１５
ｂを回して引っ張ることにより、既設管１の内部を往復
走行するようになっている。すなわちワイヤロープ１２
ａ、１２ｂおよびウインチドラム１５ａ、１５ｂにより
前記台車駆動装置１０が構成されている。なお、この場
合の台車８は、図１において矢印（イ）に示す左から右
方向が、スリットを形成するための前進方向である。以
下の説明で台車８の前、後といった類の表現は、台車８
の前進方向を基準としている。

【００２２】台車本体８ａ上の後端部には、サーボモー
タ１６が設置されている。このサーボモータ１６には、
台車本体８ａの後方に向かって突出し、サーボモータ１
６によって軸回りに回動させられる旋回軸１７が連結さ
れている。そしてこの旋回軸１７に、前記トーチ９が取
り付けられている。このトーチ９は、図３に示すよう
に、旋回軸１７に、台車８の後方に向けて、かつ斜めに
配され、径方向に揺動可能にピン結合されている。プラ
ズマが放射されるトーチ９の先端近くには、スタンドオ
フ量ガイドローラ１８が取り付けられている。トーチ９
は、トーチ９と旋回軸１７に掛けられたバネ１９によ
り、旋回軸１７にピン結合されているものの常に既設管
１の内周面１ａ側に付勢されている。これによって、ス
タンドオフ量ガイドローラ１８が既設管１の内周面１ａ
に常に当たる状態になり、トーチ９の先端は、既設管１
の内周面１ａのいずれの部分に対しても一定の間隔がお
かれるようになっている。そして、トーチ９先端からの
プラズマの放射により、既設管１の内周面１ａに溝５が
形成されるようになっている。

【００２３】この場合、台車８を前進させるときにのみ
トーチ９からプラズマを放射して溝５を形成する。これ
により、トーチ９から放射されるプラズマは、常に前進
する台車８の後方に向けて放射され、このため、溶断さ
れる既設管１の肉がトーチ９や台車８等に飛散すること
がないとともに、溝５からのプラズマの抜けもスムーズ
になって、溝５そのものも凹凸の少ない良好な仕上がり
になる。

【００２４】一方の立坑Ｇ１に臨む地表には、プラズマ
供給装置２０が設置され、このプラズマ供給装置２０に
よりトーチ用ケーブル２１を経てトーチ９にプラズマが
供給されるようになっている。トーチ用ケーブル２１
は、前記ウインチドラム１５ａに巻回されており、台車
８の走行にともなって巻き出し・巻き取りがスムーズに
なされるようになっている。

【００２５】また、台車本体８ａの下面であってトーチ
９の前方には、複数の既設管１の継ぎ目を検出する継ぎ
目センサ２２が設けられている。この継ぎ目センサ２２
は、光センサあるいは超音波センサ等からなるもので、
既設管１の内周面１ａと自身との距離を測定し、継ぎ目
に生じている溝を通るとその距離が増したことを検出す
ることにより継ぎ目を検出する構成となっている。

【００２６】コントローラ１１には、サーボモータ１６
によるトーチ９の旋回角度と、ワイヤロープ１２ａ、１
２ｂの長さにもとづく台車８の位置と、継ぎ目センサ２
２からの検出信号が入力されるようになっており、この
コントローラ１１によって、トーチ９からのプラズマ放
射のＯＮ・ＯＦＦと、トーチ９の位置の制御すなわちサ
ーボモータ１６によるトーチ９の旋回および旋回角度
と、台車８の走行（スタート・ストップおよび走行速
度）とが制御されるようになっている。その制御の態様
は、たとえば、トーチ９を固定状態として台車８を走行
させれば、内周面１ａには既設管１の長手方向に延在す
る溝が形成される。また、台車８が停止状態でトーチ９
を旋回させれば、内周面１ａには周方向に沿った溝５が
形成される。そして、台車８の走行とトーチ９の旋回と
を適宜に組み合わせることにより、内周面１ａの任意の
位置に溝５が形成され、さらには蛇行する溝５を形成す
ることもできる。

【００２７】また、既設管１の一端から台車８をスター
トさせて溝５を形成し始めるときには、プラズマの安定
を図るため台車８の速度を通常速度よりも遅くする制御
を行う。さらに、継ぎ目センサ２２からの検出信号が入
力されたら、その時点から台車８を通常速度から減速さ
せ、トーチ９がフランジ１ｂを通過する一定時間が過ぎ
たら元の通常速度に戻す制御を行う。これは、フランジ
１ｂがあるため肉厚が厚くなっている継ぎ目に対し、プ
ラズマの放射時間を長くして所要深さの溝５を形成し得
るためである。

【００２８】なお、コントローラ１１には、上記各制御
を行うための信号を入出力するためのコントロール用ケ
ーブル（図示略）が、ウインチドラム１５ａ、１５ｂに
接続され、さらに、ウインチドラム１５ｂを介してサー
ボモータ１６に接続される。

【００２９】さて、上記溝形成装置３によって既設管１
の内周面１ａに溝５を形成する第１の工程を説明する
と、まず、両立坑Ｇ１、Ｇ２の底に架台１３、１４を設
置するとともに、ウインチドラム１５ａ、１５ｂ、コン
トローラ１１を設置する。一方の立坑Ｇ１から既設管１
の内部に、トーチ９が設置された側を手前にして台車８
を収容してから、ウインチドラム１５ａ、１５ｂより台
車本体８ａにワイヤロープ１２ａ、１２ｂをセットし、
地表のプラズマ供給装置２０からトーチ用ケーブル２１
を、ウインチドラム１５ａを経てトーチ９に接続する。
また、コントローラ１１から、コントロール用ケーブル
をウインチドラム１５ａ、１５ｂおよびサーボモータ１
６に接続する。

【００３０】以上のセッティングが完了したら、コント
ローラ１１によってトーチ９からプラズマを放射しなが
ら台車８を走行させ、既設管１の内周面１ａに複数の溝
５を既設管１の長手方向に延在するよう形成する。

【００３１】さて、この溝５であるが、図４に示すよう
に、内周面１ａの下半部に形成する下半部溝５ａと、内
周面１ａの上半部に形成する上半部溝５ｂの２種類に分
けて形成する。下半部溝５ａは、左右対称の位置に２箇
所ずつの計４箇所、上半部溝５ｂは中央に１箇所でその
両側に１箇所ずつの計３箇所である。下半部溝５ａと上
半部溝５ｂの違いは、このような形成する位置（既設管
１の下半部と上半部）の違いの他に、その深さにある。
すなわち、図６に示すように、上半部溝５ｂの深さは、
下半部溝５ａの深さよりも浅く、たとえば、既設管１の
肉厚の１／２厚さを境にしてこれよりも下半部溝５ａは
深く、上半部溝５ｂが浅くなるように形成する。しかも
下半部溝５ａは、既設管１の外周面にまで貫通する貫通
溝（スリット）であってもよい。なお、既設管１の設置
箇所によっては、地中水や可燃性ガス、あるいは人体お
よび機器に有害なガス等の有害物が既設管１の内部に侵
入するおそれがある場合には、貫通溝とはしない。

【００３２】上記のように下半部溝５ａおよび上半部溝
５ｂの深さを設定することにより、後で詳述はするが、
第２の工程において既設管１を拡径装置４で拡径変形さ
せた際、下半部溝５ａが上半部溝５ｂよりも深いから既
設管１の下半部が優先的に破断し、かつ上半部の破断が
抑えられる。

【００３３】また、上述の下半部溝５ａおよび上半部溝
５ｂを形成する位置および数は一例であり、これらの条
件は、既設管１の材質や厚さあるいは剛性等によって適
宜に設定される。図５（ａ）、（ｂ）は、下半部溝５ａ
と上半部溝５ｂの形成位置およびその数のパターンの例
を示しており、これらは、いずれにしても既設管１の下
半部が優先的に破断して上半部の破断が抑えられるべ
く、配慮されている。

【００３４】なお、既設管１の材質や厚さあるいは剛性
等を鑑み、後の既設管１を拡径変形させる第２の工程に
おいて拡径変形がスムーズに生じるように、特に既設管
１の下半部の内周面１ａに、下半部溝５ａに交差して周
方向に沿う周溝５ｃを、間隔をおいて複数形成する場合
もある。この周溝５ｃは、図７に示すように、両側の下
半部溝５ａにわたって連続する１本であったり、あるい
は各下半部溝５ａに交差するのみか、あるいは各下半部
溝５ａに交差し、かつその間に間隔がおかれた不連続的
なものといったパターンがある。この周溝５ｃが形成さ
れていると、既設管１の長手方向に直交する方向の剛性
が弱化し、拡径変形がより生じやすくなる。

【００３５】溝形成装置３によって上記のように下半部
溝５ａと上半部溝５ｂを形成するには、台車８を既設管
１の一端（図１の右端）から他端まで走行させながら、
かつトーチ９からプラズマを放射しながら行う。既設管
１の全長にわたって溝５を形成するために、架台１４の
上まで台車８を走行させる。また、１本の溝５を形成し
たら台車８をスタート地点である一端まで戻し、トーチ
９を所定角度旋回させてから繰り返し台車８の走行とト
ーチ９からのプラズマの放射を行う。このように台車８
の往復を繰り返して、上記のように複数の下半部溝５ａ
および上半部溝５ｂを形成する。なお、これら溝５を形
成するにあたって、台車８のスタート時点では、プラズ
マの安定を図るため台車８の速度を通常速度よりも遅く
する。また、継ぎ目センサ２２からの検出信号が入力さ
れた時点から台車８を通常速度から減速させ、トーチ９
が既設管１のフランジ１ｂを通過する時間が過ぎたら、
元の通常速度に戻す制御を行う。これは、前述したよう
に、フランジ１ｂがあるため肉厚が厚くなっている継ぎ
目に対し、プラズマ放射の時間を長くして所要深さの溝
５を形成し得るためである。

【００３６】また、必要に応じて前記周溝５ｃを形成す
る際には、台車８を停止させ、サーボモータ１６により
旋回軸１７を介してトーチ９を適宜に旋回させることを
繰り返し行う。

【００３７】以上のようにして既設管１の内周面１ａ全
長にわたって所要のパターンに複数の下半部溝５ａおよ
び上半部溝５ｂ（必要に応じて周溝５ｃも）を形成した
ら、次に、第２の工程として拡径装置４により既設管１
を拡径変形させる。その工程を説明する前に、まず、拡
径装置４を説明する。

【００３８】拡径装置４は、図２に示すように、既設管
１の内部に推進される拡径ブロック３０と、この拡径ブ
ロック３０を既設管１の内部に推進させる推進ジャッキ
（推進手段）４０とを主として構成されている。

【００３９】拡径ブロック３０は、図２および図８に示
すように、先端となる小径部３１から、拡径部３２、大
径部３３が連続して一体成形された断面円形状の筒状体
である。小径部３１は、その外径が既設管１の内径より
も僅かに小さく、既設管１の内部にそのまま挿入可能な
部分として構成されている。大径部３３は、その外径が
既設管１の外径よりも大きく設定されており、この大径
部３３と小径部３１との間に拡径部３２が形成されてい
る。小径部３１、拡径部３２および大径部３３は、上端
面が直線的に連続しており、大径部３３は小径部３１に
対して下方に偏芯している。そして拡径部３２は、小径
部３１と大径部３３に連続する上端面を除く部分が、小
径部３１から大径部３３にかけて緩やかに湾曲するテー
パ状に形成されている。すなわち、拡径部３２の外径
は、小径側および大径側がそれぞれ小径部３１および大
径部３３と同径で、上端面が小径部３１および上端部３
３に連続しながらも、その上端面よりも下の部分が、断
面円形状でありながら、その断面の軸が徐々に下方にず
れていく、すなわち漸次下方に偏芯していくテーパ状に
形成されている。

【００４０】図９および図１０に示すように、小径部３
１と大径部３３の軸芯部には、拡径ブロック３０と一体
化された円柱状の軸芯ブロック３４、３５がそれぞれ設
けられており、これら軸芯ブロック３４、３５には、既
設管１に対して拡径ブロック３０を固定的に係合・非係
合させる複数（この場合小径部３１に４つ、大径部３３
に６つ）の係合シリンダ３６が、放射状に設けられてい
る。この係合シリンダ３６は、軸芯ブロック３４、３５
に固定されたシリンダ本体３６ａ、径方向に伸縮するロ
ッド３６ｂおよびロッド３６ｂの先端に固定された円弧
状の受圧板３６ｃから構成され、拡径ブロック３０に形
成された空所３０ａに配設されている。この係合シリン
ダ３６によると、ロッド３６ｂが伸びると受圧板３６ｃ
が既設管１の内周面１ａに強く押し付けられて拡径ブロ
ック３０は既設管１に係合し固定状態となり、ロッド３
６ｂが縮んで各受圧板３６ｃの外周面によるサークル径
が既設管１の内径より小さくなると、拡径ブロック３０
は既設管１に対して非係合状態となる。

【００４１】推進ジャッキ４０は、上記拡径ブロック３
０の、図２で矢印（ロ）に示す推進方向の前方（図２で
左方）に配されるもので、図１１に示すように、円柱状
の軸芯ブロック４１と、推進ジャッキ４０自身を既設管
１に対し固定的に係合・非係合させるために放射状に配
された複数（この場合４つ）の係合シリンダ４２と、軸
芯ブロック４１の後部に備えられた推進シリンダ４３と
から構成されている。係合シリンダ４２は、前記係合シ
リンダ３６と同様の構成で、軸芯ブロック４１に固定さ
れたシリンダ本体シリンダ４１ａ、径方向に伸縮するロ
ッド４１ｂおよびロッド４１ｂの先端に固定された円弧
状の受圧板４１ｃからなり、ロッド４２ｂの伸縮で推進
ジャッキ４０は既設管１に係合・非係合するようになっ
ている。また、推進シリンダ４３は、シリンダ本体４３
ａが軸芯ブロック４１の後端に固定され、ロッド４３ｂ
が拡径ブロック３０に対して伸縮するようになってお
り、ロッド４３ｂは、拡径ブロック３０における小径部
３１の軸芯ブロック３４にタイロッド４４で連結されて
いる。

【００４２】さて、上記拡径ブロック３０および推進ジ
ャッキ４０によって、既設管１を拡径変形させる第２の
工程を説明する。まず、拡径ブロック３０にタイロッド
４４で連結した推進ジャッキ４０を既設管１の内部に収
容し、さらに、連続する上端面を最上位置に保持して拡
径ブロック３０の小径部３１を既設管１の内部に収容す
る。このように収容する際には、各係合シリンダ３６、
４２を既設管１に対して非係合状態にしておくととも
に、推進シリンダ４３のロッド４３ｂを伸ばしておく。
次いで、推進ジャッキ４０の係合シリンダ４２のロッド
４２ｂを伸ばして既設管１に受圧板４２ｃを押し付ける
ことにより、推進ジャッキ４０を既設管１に係合し、そ
の状態から推進シリンダ４３のロッド４３ｂを縮める。
すると、拡径ブロック３０の拡径部３２および大径部３
３がロッド４３ｂに引っ張られ、既設管１の内部に推進
させられる。拡径部３２および大径部３３は、既設管１
の内径より大きいわけであるが、これらが推進していく
ことにより、既設管１は、第１の工程で形成された下半
部溝５ａおよび上半部溝５ｂに沿って破断あるいは亀裂
が発生して拡径変形させられ。つまり、拡径ブロック３
０は、拡径部３２および大径部３３が既設管１を拡径変
形させながら推進していく。

【００４３】推進シリンダ４３のロッド４３ｂが縮長側
のストロークエンドに達したら、係合シリンダ３６のロ
ッド３６ｂを縮めて推進ジャッキ４０を既設管１に対し
て非係合状態とするとともに、拡径ブロック３０の係合
シリンダ４２のロッド４２ｂを伸ばして拡径ブロック３
０を既設管１に係合させ、推進シリンダ４３のロッド４
３ｂをストロークエンドまで伸ばす。すると、推進ジャ
ッキ４０自身が、既設管１に係合する拡径ブロック３０
に反力をとって前進する。この後、再び推進ジャッキ４
０を既設管１に係合させるとともに拡径ブロック３０を
非係合状態としてから、推進シリンダ４３のロッド４３
ｂを縮めることにより拡径ブロック３０を推進させ、既
設管１を拡径変形させる。以上の、既設管１に対する推
進ジャッキ４０の係合と拡径ブロック３０の非係合、推
進シリンダ４３の縮長による推進シリンダ４３のストロ
ーク分長さの拡径ブロック３０の推進、既設管１に対す
る推進ジャッキ４０の非係合と拡径ブロック３０の係
合、推進シリンダ４３の伸長による推進シリンダ４３の
推進、を繰り返し行い、拡径ブロック３０を既設管１の
い内部に推進させていく。なお、この推進の手順による
と、最後は推進ジャッキ４０が既設管１から出てしまう
ので、そこから先はウインチで引っ張るなどの他の推進
手段で拡径ブロック３０を推進させ、最終的に、交換す
べき既設管１の全長にわたって拡径ブロック３０を通し
て拡径変形させる。

【００４４】なお、既設管１を拡径変形させる際には、
摩擦熱が発生するが、この摩擦熱で拡径ブロック３０が
過熱状態となって変形等の不具合が生じないよう、拡径
ブロックに冷却水等の冷媒を循環して過熱防止を図ると
好ましい。

【００４５】さて、上記拡径ブロック３０の推進によっ
て拡径変形させられる既設管１は、既設管１の下半部に
形成された下半部溝５ａが、上半部に形成された上半部
溝５ｂよりも深いこと、さらに、上端面が直線的に連続
し、かつ下部が膨出している拡径ブロック３０が推進す
ることにより、下半部溝５ａの部分が上半部溝５ｂより
も優先的に破断する。その結果、図１２および図１３に
示すように、上半部溝５ｂの部分は亀裂が入るものの破
断は免れ、片や下半部溝５ａの部分は拡径ブロック３０
の拡径部３２と大径部３３とにより破断して切り拡げら
れる。

【００４６】このように、下半部溝５ａと上半部溝５ｂ
の深さの違いにより、既設管１は上半部の変形が抑えら
れ、特に上端部は元のままの一定レベルが保持され、か
つ、上半部溝５ｂの部分がヒンジとなって主に既設管１
の下半部が拡径変形する。なお、前述した周溝５ｃを内
周面１ａの下半部に形成しておけば、下半部の長手方向
の剛性が弱化することにより、拡径変形がスムーズに生
じる。このような既設管１の拡径変形により、既設管１
の断面視は下半部が広がったアーチ状を呈し、特に上か
らの土圧に対する耐力が高いものとなる。

【００４７】上記のようにして拡径ブロック３０を既設
管１の内部に推進させて既設管１を拡径変形させたら、
次に、拡径変形させた既設管１の切り拡げられた下半部
溝５ａに、作業員によって複数のキャンパ６を配設する
第３の工程を行う。キャンパ６は、図１４および図１５
に示すように、木や鋳鉄等によりクサビ状に形成された
もので、既設管１の長手方向に延在する下半部溝５ａの
破断部分に、間隔をおいて複数のキャンパ６を、薄肉側
の先端から地盤Ｇに突き刺して埋設する。この際、新設
管２を既設管１の内部に挿入する際に障害にならないよ
うに、厚肉側の後端面が既設管１の内周面１ａよりも内
側に突出しないまで埋設する。このキャンパ６の配設に
より、既設管１に対して周囲から土圧がかかっても、切
り拡げられた下半部溝５ａの幅は保持され、つまりは、
既設管１は拡径変形したままの状態が保持される。

【００４８】次に、拡径変形した状態が保持されている
既設管１の内部に、既設管１と同径の新設管２を挿入し
て配管する第４の工程を行うが、その前に、既設管１の
内部に前述の裏込め材７を挿入される新設管２と既設管
１との間に形成される間隙５０に充填注入するための注
入管５１を、既設管１の全長にわたって配設する。注入
管５１は、鋼管等のつぶれにくい材質が望ましく間隙５
０に配され得る細い管であり、その内部と外部とを通じ
る注入口（図示略）が長手方向に多数点在形成されてい
る。この注入管５１を、図１６に示すように、既設管１
と新設管２の間に形成される間隙５０のもっとも間が空
くであろう箇所に配設する。

【００４９】このように注入管５１を配した後に、前記
新設管２を既設管１の一端から挿入する。新設管２の挿
入は、新設管２にワイヤを引っ掛けてウインチで引っ張
る等の手段により行う。

【００５０】既設管１の内部に新設管２を挿入して配管
が完了したら、前記注入管５１の一端から、つまり新設
管２の端部から裏込め材７を高圧注入する。その際注入
管５１の他端は塞いでおく。これにより、図１７に示す
ように、裏込め材７は注入管５１の注入口より既設管１
と新設管２との間隙に充填されていく。

【００５１】以上で、既設管１の内部に新設管２が設置
され、交換工事が完了する。本方法によれば、第１の工
程で、既設管１の内周面に形成する溝５のうち、下半部
に形成する下半部溝５ａが上半部に形成する上半部溝５
ｂよりも浅いこと、そして、第２の工程で、上端面より
も下部が漸次偏芯しながら拡径する拡径部３２を有する
拡径ブロック３０を既設管１の内部に推進させていくこ
とにより、既設管１は、上端面が既設のままのレベルが
保持されながら下半部が優先的に拡径変形し、その結
果、既設管１の上方の地盤が上に押しやられることがな
く、地盤が盛り上がる等の地表への影響が全くない。こ
の作用効果は、既設管１の埋設深度が浅い場合に特に有
効である。

【００５２】また、既設管１を拡径変形しながら連続的
に新設管２を挿入していくのではなく、既設管１を拡径
変形する工程（第２の工程）と新設管２を挿入する工程
（第４の工程）とを完全に分け、これら工程の間に裏込
め材７を注入するための注入管５１を既設管１の内部に
配設することにより、挿入した新設管２の端部から裏込
め材７を充填注入することが可能となる。つまり、新設
管２に裏込め材７の注入孔を形成するなどの無駄な施工
を要せず無垢のまま新設管２を使用でき、このため、新
設管２には止水性や強度低下の問題が生じない。

【００５３】さらに、拡径ブロック３０を新設管２を押
すことによって推進させていく従来方法とは異なり、上
述の如く分けているから、新設管２が変形してしまうお
それがなく容易に新設管２の推進を実行できる。

【００５４】また、既設管１の内周面１ａに、溝形成装
置３によって前記周溝５ｃを形成しておけば、将来地盤
Ｇを開削して既設管１を撤去する際、主に既設管１の上
半部の外周面に、周溝５ｃに対応させて周溝を形成すれ
ば、既設管１の撤去がしやすくなるといった利点があ
る。

【００５５】なお、上記実施例では、既設管１の上端面
を既設のレベルに保持して拡径しているが、これに加
え、既設管１の側方や下方に他の既設管があってそれに
影響を及ぼしたくない場合には、その方向に面する部分
に上記上半部溝５ｂのような浅い溝を形成するととも
に、拡径ブロック３０を推進させる際に直線的な上端面
を他の既設管側に合わせて既設管１内を推進させる。こ
れによって、他の既設管の方向へは既設管１が拡径変形
せず、影響を及ぼさない。

【００５６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の地中の既
設管の交換方法によれば、第１の工程で、既設管の内周
面に下半部溝を形成することに加え、第２の工程で拡径
ブロックを既設管の内部に推進させていくことにより、
既設管の上方の地盤が上に押しやられることがなく地盤
が盛り上がる等の地表への影響が全く生じない。また、
既設管を拡径変形しながら連続的に新設管を挿入してい
くのではなく、既設管を拡径変形する工程と新設管を配
設する工程とを完全に分けているから、配設した新設管
の端部から裏込め材を充填注入することが可能になると
ともに、新設管に止水性や強度低下の問題が生じず、さ
らに、新設管が変形してしまうおそれがない。また、第
３の工程で切り拡げられた下半部溝に縮径防止部材を配
設すれば、既設管の拡径変形状態が保持され、新設管の
配設に支承をきたすおそれがない。

【００５７】また、下半部溝に加え、下半部溝よりも浅
い上半部溝を形成すれば、既設管の上半部がヒンジにな
って下半部が優先的に拡径変形してアーチ状になり、既
設管を特に上方からの土圧に対向し得るものとすること
ができる。

【００５８】さらに、前記下半部溝に加え、複数の周溝
を連続的または不連続的に形成すれば、既設管の長手方
向に直交する方向の剛性が弱化して拡径変形がより生じ
やすくなるとともに、将来既設管を撤去する際にその撤
去作業がしやすくなる。

【００５９】また、本発明の既設管の拡径装置によれ
ば、既設管の内部に推進させられる拡径ブロックの拡径
部が、小径側が既設管の内径よりも小で大径側が既設管
の内径よりも大であり、かつ小径側と大径側との上端面
が直線的に連続するよう形成されたテーパ状に形成され
ているから、既設管の下半部を優先的に拡径変形させる
に際して非常に有効であり、上記方法を的確に実施でき
るものにする。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例によって既設管の内周面に溝
を形成している状態の側面図である。

【図２】本発明の一実施例によって既設管を拡径してい
る状態の側面図である。

【図３】プラズマを放射して既設管の内周面に溝を形成
するトーチの側面図である。

【図４】複数の溝（下半部溝および上半部溝）が形成さ
れた既設管の断面図である。

【図５】（ａ）、（ｂ）既設管の内周面に形成する溝の
他のパターンの例を示す断面図である。

【図６】下半部溝と上半部溝の違いを示す断面図であ
る。

【図７】既設管の内周面に形成する周溝のパターンの例
を示す平面図である。

【図８】拡径ブロックの正面図である。

【図９】図２のＰーＰ線断面矢視図である。

【図１０】図２のＱーＱ線断面矢視図である。

【図１１】図２のＲーＲ線断面矢視図である。

【図１２】拡径変形後の既設管の断面図である。

【図１３】拡径変形後の既設管の要部断面図である。

【図１４】切り拡げられた下半部溝およびそこに配設す
るキャンパを示す斜視図である。

【図１５】同側断面図である。

【図１６】裏込め材の注入管の配設箇所を示す断面図で
ある。

【図１７】一実施例によって既設管から新設管への交換
が完了した状態を示す断面図である。

【符号の説明】

１…既設管、１ａ…既設管の内周面、２…新設管、３…
溝形成装置、４…拡径装置、５ａ…下半部溝、５ｂ…上
半部溝、６…キャンパ（縮径防止部材）、７…裏込め
材、３０…拡径ブロック、３２…拡径ブロックの拡径
部、４０…推進ジャッキ（推進手段）、５０…間隙

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菊池 雄一 東京都港区芝浦一丁目２番３号 清水建 設株式会社内 (72)発明者 大久保 研二 東京都港区芝浦一丁目２番３号 清水建 設株式会社内 (72)発明者 小田原 卓郎 東京都港区芝浦一丁目２番３号 清水建 設株式会社内 (72)発明者 脇 登志夫 東京都港区芝浦一丁目２番３号 清水建 設株式会社内 (72)発明者 田中 良昌 石川県小松市符津町ツ23 株式会社小松 製作所 粟津工場内 (72)発明者 野村 直也 石川県小松市符津町ツ23 株式会社小松 製作所 粟津工場内 (56)参考文献 特開 平３−194276（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F16L 1/024

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 地中の既設管を新設管に交換する方法で
   あって、 既設管の下半部内周面に、該既設管の長手方向に延在す
   る複数の下半部溝を形成する第１の工程と、 既設管の一端から他端にわたってその内部に、小径側が
   既設管の内径よりも小で大径側が既設管の内径よりも大
   であり、かつ小径側と大径側との上端面が直線的に連続
   するよう形成されたテーパ状の拡径部を有する断面円形
   の拡径ブロックを、小径側を前方にして推進させるにと
   もない、前記下半部溝に沿って既設管の下半部を破断す
   ることにより既設管を全長にわたって拡径変形させる第
   ２の工程と、 拡径変形させた既設管の切り拡げられた下半部溝に縮径
   防止部材を配設する第３の工程と、 この後、既設管の内部に、前記新設管を配管する第４の
   工程とにより、 既設管の内部に新設管を設置することを特徴とする地中
   の既設管の交換方法。
2. 【請求項２】 前記第４の工程の後に、前記既設管と前
   記新設管との間に形成される間隙に、新設管の端部から
   裏込め材を充填注入することを特徴とする請求項１記載
   の地中の既設管の交換方法。
3. 【請求項３】 前記第１の工程に際して、前記既設管の
   上半部内周面に、該既設管の長手方向に延在する上半部
   溝を形成し、 該上半部溝の深さは、前記下半部溝の深さよりも浅く形
   成することを特徴とする請求項１記載の地中の既設管の
   交換方法。
4. 【請求項４】 前記第１の工程に際して、前記既設管の
   下半部内周面に、該既設管の長手方向に間隔をおいて周
   方向に沿う複数の周溝を連続的または不連続的に形成す
   ることを特徴とする請求項１記載の地中の既設管の交換
   方法。
5. 【請求項５】 地中の既設管を新設管に交換するに際し
   て既設管をその内部から拡径することで該既設管の内側
   に新設管の配管スペースを確保するための装置であっ
   て、 前記既設管の内部に推進される拡径ブロックと、この拡
   径ブロックを既設管の内部に推進させる推進手段とを備
   え、 前記拡径ブロックは、小径側が既設管の内径よりも小で
   大径側が既設管の内径よりも大であり、かつ小径側と大
   径側との上端面が直線的に連続するよう形成された偏芯
   テーパ状の拡径部を有することを特徴とする既設管の拡
   径装置。