JP4195664B2 - 埋設管の取替え方法及び埋設管取替え用の管内周壁加工装置 - Google Patents

Description

この出願の発明は、管推進機を使用して既設の埋設管を掘削しつつ新設の埋設管を埋設して埋設管を取り替える埋設管の取替え方法及びその方法の実施に使用する埋設管取替え用の管内周壁加工装置に関する。

地下に埋設した下水管等の既設の埋設管が老朽化する等してこれを新しい埋設管に取り替える場合、従来は、既設の埋設管が埋設されている区域を地上から地下に向けて開削した後、既設の埋設管を新しい埋設管に取り替えて埋め戻す開削工法が多用されていた。こうした開削工法による埋設管の取替え方法は、都市部で交通渋滞をもたらすほか、地盤が緩みやすいという問題があった。

こうした問題を解消するため、地中に埋設されている既設の埋設管を管推進機により掘削して排出し、こうして形成された地下坑内に、新しい新設の埋設管を管推進機により推進して埋設することにより、埋設管を取り替える方法が最近開発されている。こうした埋設管の取替え方法に関する技術としては、これまで種々の技術が提案されている。

しかしながら、こうした従来例の技術のうちの多くの技術は、何れも、新設の埋設管を既設の埋設管の埋設経路と同じ位置に埋設して既設の埋設管と取り替える場合にしか使用することができない。そのため、既設の埋設管の埋設経路を部分的に修正して新設の埋設管を埋設する必要が生じた場合には、こうした要求に応えることができない。また、これらの技術は、既設の埋設管をこれと略同形の新設の埋設管に取り替える場合にしか使用することができない。そのため、当該地域の人口の増加や周辺環境の変化から、新設の埋設管の口径を拡大する要求が生じた場合には、こうした要求に応えることもできない。

種々の従来例の技術のうち、こうした問題を解消できる技術としては、特許文献１に記載の既埋設管の置換工法に係る発明を挙げることができる。この特許文献１に記載の従来の技術は、土の支持力を向上するための充填材を既設の埋設管の内部及び外周部一帯に注入することにより、これら内部及び外周部一帯を略均一で十分な支持力を有する状態にした後、既設の埋設管を管推進機としての掘削機で切削してから、新設の埋設管を推進埋設することにより、既設の埋設管を新設の埋設管と取り替えるようにした工法である。

そこで、この従来の技術やこれに関連する事項を、図１３や図１４を用いて説明する。図１３は、従来の一般的な管推進機の先導体を説明するための縦断面図、図１４は、特許文献１に記載の従来の技術に係る既埋設管の置換工法を説明するための縦断面図である。なお、図１３には、後の説明の便のため、管推進機の一般的な使用態様とは異なり、既設の埋設管１内に充填材３を充填した後、既設の埋設管１を先導体１０により掘削している状態を図示している。

これらの図において、１は単位長さに製作されすでに地中の埋設されている既設の埋設管、３はこの既設の埋設管１内に充填されて固化時に強度を有する充填材、１０は前部にカッターヘッド１３を有し後部に新設の埋設管１１を連結して地中を掘進する先導体、１１は単位長さに製作され新たに地中に埋設される新設の埋設管、１２は先導体１０やこの後部に連結された新設の埋設管１１を推進する元押し装置、１３は先導体１０に設けられ回転駆動されて前方の地山を掘削するカッターヘッド、２０は地山、２１は発進立坑、２２は到達立坑である。

管推進機は、大別すると、地中を掘進する先導体１０と、発進立坑２１に設置され先導体１０や新設の埋設管１１を推進する元押し装置１２とで構成され、カッターヘッド１３で地山を掘削しつつ先導体１０や埋設管１１を元押し装置１２で推進することにより新設の埋設管１１を地中に埋設する。この管推進機を使用して管推進工法を実施するときには、図示しない排土管や埋設管１１が先導体１０の後端に連結され、適宜継ぎ足される。埋設管１，１１は、１〜２．４３ｍ程度の単位長さを有し、互いに嵌め合わせて接続することができるようになっている。

図１３には、既設の埋設管１の内部にだけ充填材３を充填した後、こうした管推進機を使用して既設の埋設管１やその周辺をカッターヘッド１３により掘削している状態を示している。既設の埋設管１の内部への充填材の充填は、埋設管１の外周部への充填とは異なり、発進立坑２１側や到達立坑２２側から比較的容易に行えるので、図１３には、充填材３を既設の埋設管１の内部にだけ充填する例を示している。なお、カッターヘッド１３での掘削対象となる既設の埋設管１は、鉄筋コンクリート製であるので、カッターヘッド１３には、ローラビット１３ａを取り付けている。

図１４には、管推進機を使用して特許文献１に記載の従来の技術を実施しているときの実施態様の一例を図示している。この従来の技術では、充填材を既設の埋設管１の内部及び外周部の双方に充填するが、その場合、ここに示す例では、充填材３を、注入の容易な発進立坑２１側や到達立坑２２側から既設の埋設管１内に注入することにより、同埋設管１の内部を通じてその外周部（地山２０）に充填するようにしいている。そのため、既設の埋設管１の管壁には、管内に充填した充填材３を埋設管１の外周部に送り出すための貫通孔１ａを埋設管１の上部や下部等に多数設けている。

図１４には、この貫通孔１ａから埋設管１の外周部に送り出された充填材３を、埋設管１の内部に充填した充填材３と共に図示しているとともに、こうして地盤改良された既設の埋設管１付近の地山２０を先導体１０で掘削し始めたときの状態を示している。なお、充填材３は、地上から注入することもできるが、その場合には、場所的制約のある地上から既設の埋設管１に充填材の注入装置により多数の貫通孔１ａを穿設するという困難な作業を要し実際上は困難である。すなわち、充填材３を既設の埋設管１の内部に充填できるように埋設管１の上部に多数の貫通孔１ａを明けることを要するほか、充填材３を埋設管１の下側の外周部に充填できるように埋設管１の下部にも多数の貫通孔１ａを明けることことが必要となり、多大の時間と費用を要するだけではなく、技術的にも困難が伴う。

この従来の技術は、既設の埋設管１の内部及び外周部一帯を充填材３の注入により略均一な支持力を有する状態に地盤改良してから同埋設管１やその周辺を掘削するようにしているので、充填材３の注入を理想的な状態で行えれば、既設の埋設管１が周辺の地山に一体的に固定されて、掘削中の埋設管１がカッターヘッド１３の掘削力により変位するようなことはない。また、このように既設の埋設管１の周辺を均質な強度に地盤改良するようにしているので、既設の埋設管１の埋設経路や口径に左右されることなく、所望の口径の新設の埋設管１１を、設定した所望の経路に従って埋設することが可能となる。
特開平９ー２１０２４９号公報（第２−３頁、図１−６）

ところで、地中に埋設されている下水管等の管は、隣り合う既設の埋設管１を互いに嵌合して接続しているが、その場合、埋設管１同士が若干相対変位できるように両者の嵌合部分に隙間を設けるようにしているので、接続された埋設管１同士は、互いに自由に回転することができる。そのため、隣り合う既設の埋設管１を互いに回転しないように一体化してから埋設管１をカッターヘッド１３で掘削しないと、掘削中の埋設管１が図１３に矢印で示すようにカッターヘッド１３と共に回転（供回り）して円滑に掘削することができなくなる。そして、一旦こうした供回りが発生すると、この供回りを解消する術がないために、先導体１０は、やがて掘進不能になる。

この点について特許文献１に記載の従来の技術をみると、この従来の技術では、各既設の埋設管１の内部及び外周部一帯に充填材３を充填して埋設管１の供回りを抑止する方法が採られている。しかしながら、この従来の技術では、各埋設管１の供回りが個々の埋設管と充填材３との接着力及び個々の埋設管と地山との摩擦力により抑止されることとなるので、順次掘削される埋設管１の何れかが、例えば硬い地山２０の掘削時にこれらの接着力及び摩擦力に打ち勝つような回転掘削反力をカッターヘッド１３から受けたときには、その埋設管１に供回りが発生して、先導体１０が掘進不能になる危惧がある。

また、そのような方法により埋設管１の供回を抑止するにしても、充填材３を、常に意図した通りに望ましい状態で充填できるとは限らず、特に既設の埋設管１の外周部については、充填材３が不均一に充填される可能性が大きい。すなわち、地山２０は、大小様々な空隙や硬軟各様の土質が混在する等それ自体均質ではないので、例えば、空隙の多い地山領域では、充填材３がこの地山領域に偏って充填され、また、地下水の湧出する地山領域では、充填材３が地下水で希釈されて強度が低下して本来の機能を発揮することができなくなる。

この出願の発明は、こうした従来の技術にみられる問題を解決するために創作されたものであって、その技術課題は、既設の埋設管の掘削時に掘削中の既設の埋設管がカッターヘッドと共に回転するのを確実に抑止することができる埋設管の取替え方法及びその方法の実施に使用する埋設管取替え用の管内周壁加工装置を提供することにある。

前記の技術課題を達成するため、埋設管の取替え方法に係るこの出願の第１番目の発明及び第２番目の発明では、それぞれ次の１）及び２）の方法を採用し、この出願の埋設管取替え用の管内周壁加工装置の発明では、次の３）のように構成した。

１）前部にカッターヘッドを有し後部に埋設管が連結される先導体を備え、先導体や埋設管を推進しつつカッターヘッドで地山を掘削することにより埋設管を地中に埋設する管推進機を使用して、既設の埋設管をカッターヘッドで掘削しつつ新設の埋設管を埋設して埋設管を取り替える埋設管の取替え方法において、
複数の既設の埋設管の各内周壁に、充填材を埋め込むことができる有底の凹部を加工した後、発進立坑側及び到達立坑側の少なくとも一方から複数の既設の埋設管内に充填材を充填してこれを前記凹部に埋め込むようにし、これにより、これらの既設の埋設管同士を互いに回転しないように一体化して、カッターヘッドによる既設の埋設管の掘削時に掘削中の既設の埋設管がカッターヘッドと共に回転するのを抑止するようにした。

２）前部にカッターヘッドを有し後部に埋設管が連結される先導体を備え、先導体や埋設管を推進しつつカッターヘッドで地山を掘削することにより埋設管を地中に埋設する管推進機を使用して、既設の埋設管をカッターヘッドで掘削しつつ新設の埋設管を埋設して埋設管を取り替える埋設管の取替え方法において、
複数の既設の埋設管の各内周壁に嵌合用の凹部を加工し、次いで、既設の埋設管の内周壁に突設するための突設部材を嵌合用の凹部に嵌合して突設した後、発進立坑側及び到達立坑側の少なくとも一方から複数の既設の埋設管内に充填材を充填して突設部材を充填材内に埋没させ、これにより、これらの既設の埋設管同士を互いに回転しないように一体化して、カッターヘッドによる既設の埋設管の掘削時に掘削中の既設の埋設管がカッターヘッドと共に回転するのを抑止するようにした。

３）前記１）又は２）の埋設管の取替え方法において複数の既設の埋設管の各内周壁に凹部を加工するための埋設管取替え用の管内周壁加工装置を構成する場合に、
既設の埋設管の内周壁に押し付け力を付与して駆動することにより同内周壁に凹部を加工する工具と、この工具が取り付けられる管内周壁加工装置本体と、この管内周壁加工装置本体に設置され既設の埋設管の内周壁の加工時に同埋設管の内周壁に当接させて前記押し付け力の反力を受け得るようにする反力受け部材と、管内周壁加工装置本体に付設されこれを既設の埋設管内で移動可能にする移動手段とを設けて構成した。

前記１）の方法を採用した埋設管の取替え方法に係るこの出願の第１番目の発明では、複数の既設の埋設管内に充填材を充填して、これらの埋設管の各内周壁に加工した有底の凹部にこの充填材を埋め込むようにしている。それゆえ、充填材は、管外周側への充填材の逃げ口のない埋設管に充填されることとなり、従来の技術のように、埋設管内に充填される充填材が多数の貫通孔から地山側に流出する恐れはない。そのため、充填材を複数の既設の埋設管の内部に均一かつ密に充填することが可能となり、その当然の結果として、これらの既設の埋設管と充填材との結合力が高められて、各既設の埋設管同士の相対回転が行われにくくなる。

こうしたことに加えて、複数の埋設管の各内周壁に加工した凹部に充填材を埋め込むようにしたことにより、これらの既設の埋設管同士を互いに回転させないように確りと一体化させることができる。そのため、既設の埋設管の掘削時に、カッターヘッドの回転に伴って、掘削中の埋設管に回転力が作用しても、前記凹部に充填した充填材の剪断抵抗により、掘削中の埋設管がカッターヘッドと共に回転するのを抑止することができる。以上のことから、本発明に係る埋設管の取替え方法では、既設の埋設管の掘削時に掘削中の既設の埋設管がカッターヘッドと共に回転するのを確実に抑止することができる。

前記２）の方法を採用した埋設管の取替え方法に係るこの出願の第２番目の発明では、嵌合用の凹部に突設部材を嵌合した、管外周側への充填材の逃げ口のない複数の既設の埋設管に充填材を充填するようにしている。それゆえ、前記第１番目の発明と同様、複数の既設の埋設管内に充填される充填材が地山側に流出する恐れはないので、充填材をこれらの埋設管の内部に均一かつ密に充填することが可能となり、その結果、複数の既設の既設の埋設管と充填材との結合力が高められて、各既設の埋設管同士の相対回転が行われにくくなる。

こうしたことに加えて、複数の既設の埋設管の各内周壁に加工した嵌合用の凹部に突設部材を嵌合して突設し、この突設した突設部材を充填材内に埋没させるようにしたことにより、これらの既設の埋設管同士を互いに回転させないように確りと一体化させることができる。そのため、既設の埋設管の掘削時に、カッターヘッドの回転に伴って、掘削中の埋設管に回転力が作用しても、充填材内に埋没した突設部材がその回転力に対抗して、掘削中の埋設管がカッターヘッドと共に回転するのを抑止することができる。以上の結果、本発明に係る埋設管の取替え方法においても、既設の埋設管の掘削時に掘削中の既設の埋設管がカッターヘッドと共に回転するのを確実に抑止することができる。

前記３）のように構成したこの出願の埋設管取替え用の管内周壁加工装置の発明では、反力受け部材を既設の埋設管の内周壁に当接させるとともに、既設の埋設管の内周壁の加工部に工具を押し付けて駆動し、このとき生じる押し付け力の反力を反力受け部材で受けながら前記内周壁の加工部に工具で凹部を形成する。その際、凹部を長溝状のものに加工する場合等、凹部の加工形態によっては、管内周壁加工装置本体を移動手段により適宜移動しながら凹部を加工する。次いで、この凹部が形成された既設の埋設管と隣り合う次の既設の埋設管にも、同様にの手法により凹部を形成するが、その際、凹部を断続的な穴状のものに加工する場合等、管内周壁加工装置本体を次の既設の埋設管の加工開始位置に移動させる必要があるときには、管内周壁加工装置本体を移動手段により移動する。本発明に係る埋設管取替え用の管内周壁加工装置は、こうした過程を必要回数繰り返すことにより、前記１）又は２）の埋設管の取替え方法の実施に必要な凹部を複数の既設の埋設管の各内周壁に加工する。

以下の説明から明らかなように、埋設管の取替え方法に係るこの出願の第１番目の発明及び第２番目の発明では、それぞれ、「課題を解決するための手段」の項に示した１）及び２）の方法を採用しているので、両発明によれば、既設の埋設管の掘削時にこの埋設管がカッターヘッドと共に回転するのを確実に抑止することができる埋設管の取替え方法を得ることができる。その結果、既設の埋設管の掘削時に、埋設管を円滑に掘削することができなくなったり、先導体が掘進不能になったりするようなことはない。また、これらの何れの発明も、充填材は、既設の埋設管の内部にだけ充填すれば済み、従来の技術のように埋設管の外周部に充填する必要はないので、充填材の消費量を従来の技術よりも少なくすることができて、埋設管の取替え経費を低減することができる。さらに、充填材の充填は、このように既設の埋設管の内部にだけ行えばよいので、充填材を発進立坑側及び到達立坑側の少なくとも一方から埋設管内に充填することによりその充填を容易に行うことができる。

特に、この出願の第２番目の発明では、カッターヘッドの回転に伴って埋設管に作用する回転力に対し、第１番目の発明のように、埋設管の凹部に充填した充填材の剪断抵抗により対抗するのではなく、充填材内に埋没した突設部材により対抗するので、充填材の強度を弱めることが可能となって、埋設管を掘削するときの掘削負荷を低減することができる。第１番目の発明及び第２番目の発明に係る埋設管の取替え方法を実施する場合に、特に、特許請求の範囲の請求項３に記載のように実施すれば、既設の埋設管の取替え距離が短い場合や埋設管の掘削が到達立坑の近くまで進展して未掘削の埋設管の全長が短くなった場合のように、既設の埋設管の外周面と地山との間の摩擦抵抗が少ない場合でも、掘削中の埋設管がカッターヘッドと共に回転するのを確実に抑止することができる。

この出願の埋設管取替え用の管内周壁加工装置の発明では、この出願の第１番目の発明及び第２番目の発明に係る埋設管の取替え方法の実施に必要な凹部を、手狭な既設の埋設管内に人が入らないでも、その内周壁に加工することができる。そのため、人が入れないような小口径の既設の埋設管でも、こうした凹部を加工することができ、また、人が入れるような口径の既設の埋設管であっても、手狭な埋設管内での人力による作業を行わなくても済み、埋設管への凹部の加工作業を効率的に行うことができる。

以下、図１乃至図１２に基づいて、この出願の埋設管の取替え方法及び埋設管取替え用の管内周壁加工装置の発明を実施するための望ましい形態を説明する。

以下に述べるこの出願の第１番目の発明及び第２番目に係る埋設管の取替え方法は、すでに述べた従来の技術と同様、前部にカッターヘッド１３を有し後部に新設の埋設管１１が連結される先導体１０を備え、先導体１０や埋設管１１を推進しつつカッターヘッド１３で地山を掘削することにより埋設管１１を地中に埋設する管推進機を使用して、既設の埋設管１をカッターヘッド１３で掘削しつつ新設の埋設管１１を埋設して埋設管を取り替えるようにしたものである。また、この出願の発明に係る埋設管取替え用の管内周壁加工装置は、この出願の第１番目の発明及び第２番目に係る埋設管の取替え方法の実施に直接使用する既設の埋設管の内周壁の加工装置である。

まず、図１乃至図１０に基づいて、この出願の埋設管の取替え方法の第１番目の発明及びこの出願の埋設管取替え用の管内周壁加工装置の発明を実施するための望ましい実施の形態について具体的に説明する。

図１は、この出願の第１番目の発明に係る埋設管の取替え方法を実施するときの第１の態様を示す縦断面図、図２は、この出願の第１番目の発明に係る埋設管の取替え方法の実施に使用する埋設管取替え用の管内周壁加工装置を示す縦断面図、図３は、図２の横断面図、図４は、図１における既設の埋設管の内部を拡大して示す斜視図、図５は、図１における既設の埋設管の前端部付近を拡大して示す正面図、図６は、図１における既設の埋設管の前端部付近を拡大して示す縦断面図、図７は、図６のＡ−Ａ線断面図、図８は、この出願の第１番目の発明に係る埋設管の取替え方法を実施するときの第２の態様を説明するための既設の埋設管の横断面図、図９は、この出願の第１番目の発明に係る埋設管の取替え方法を実施するときの第３の態様を説明するための既設の埋設管の内部を示す斜視図、図１０は、図９の既設の埋設管の横断面図である。

これらの図おいて既述の図１３及び図１４と同一の符号を付けた部分は、これら図１３及び図１４と同等の部分を表すので、詳述しない。

本実施の形態に係る埋設管の取替え方法は、複数の既設の埋設管１の各内周壁に、充填材３を埋め込むことができる有底の凹部２を加工した後、発進立坑２１側及び到達立坑２２側の少なくとも一方から複数の既設の埋設管１内に充填材３を充填してこれを凹部２に埋め込むようにしたものである。こうした方法を実施すると、先導体１０を掘進させることにより、既設の埋設管１をカッターヘッド１３で掘削するときに、複数の既設の埋設管１同士が互いに回転しないように一体化するため、掘削中の埋設管１がカッターヘッド１３と共に回転して供回りするのを抑止することができる。本埋設管の取替え方法では、こうした方法を基本技術にした上で、図５乃至図７等に基づいて後に詳述する、「到達立坑２２間近の既設の埋設管１の前端部を到達立坑２２の壁部２２ａに対して回転不能に固定する方法」を補助技術として併用している。

こうした埋設管の取替え方法を実施するため、充填材３を埋設管１の内部に充填する場合に、ここに示す例では、図１に示すように、発進立坑２１から到達立坑２２に至る一連の多数の既設の埋設管１の全てに一度に充填している。しかしながら、発進立坑２１から到達立坑２２に至る一連の既設の埋設管１の距離が長いときには、幾度かに分けて充填材３を充填するようにしてもよい。すなわち、充填材３を、一連の埋設管１内にある程度長い距離だけ充填して凹部２に埋め込むようにした後、この距離分、先導体１０を掘進させて埋設管１を掘削し、しかる後、再度、ある程度長い距離だけ充填材３を充填して先導体１０を掘進させ、こうして先導体１０の掘進が進展する都度、一連の埋設管１内に充填材３を所定距離だけ充填するようにすることもできる。

充填材３を一連の既設の埋設管１に一度に充填するときには、発進立坑２１側及び到達立坑２２側の一方から充填してもよいし、双方から充填するようにしてよい。一方、充填材３を幾度かに分けて充填するときには、発進立坑２１側から充填する。充填材３を既設の埋設管１に充填すると、充填材３は、埋設管１の内周壁に形成した凹部２に入り込み固化する。そうすると、埋設管１に回転力を加えても、凹部２に充填されて固化した充填材３の剪断抵抗が埋設管１の回転力に抗する。本埋設管の取替え方法では、こうした充填材３の働きにより既設の埋設管１の供回りを抑止するため、充填材３は、カッターヘッド１３による掘削時に埋設管１に加わる回転トルクに対抗でき、かつ、カッターヘッド１３で掘削可能な強度のものを選定する。こうした充填材３としては、例えば、セメントミルクやセメント・ベントナイト等の固化時に強度のでるものを使用する。

複数の既設の埋設管１の内周壁に加工する凹部２は、図１及び図４に示す例では、横断面Ｖ字状をなす底の深い長溝状のものであり、複数の既設の埋設管１にわたって一筋形成している。また、図８に示す例では、図１及び図４に示す例よりも底の浅い長溝状のものであり、こうした凹部２を複数の既設の埋設管１にわたって周方向に間断なく多数形成している。図９及び図１０に示す例では、有底穴状の凹部２を複数の既設の埋設管１のそれぞれの接続部に一つずつ形成している。本埋設管の取替え方法を実施するときには、凹部２は、複数の既設の埋設管１のそれぞれの内周壁の管嵌合部（管の接続部）に最低でも一個所は形成されるようにする。この凹部２は、埋設管１の内部に充填した充填材３を、埋設管１の外周側に流出させないように埋め込むことができる底のある構造であれば、その構造は問わない。

こうした凹部２を複数の既設の埋設管１の各内周壁に加工するための埋設管取替え用の管内周壁加工装置を図２及び図３に基づいて説明する。この図２及び図３に示す例は、図４に示す長溝状の凹部２を加工するための加工装置の例である。

図２及び図３において、３０はカッタ３１が取り付けられる管内周壁加工装置本体、３１は既設の埋設管１の内周壁に押し付け力を付与して回転駆動することにより同内周壁に長溝状の凹部２を加工する工具としての丸鋸状のカッタ、３２はカッタ３１を回転可能に支持するカッタ支持ロッド、３３は管内周壁加工装置本体３０を既設の埋設管１内で移動可能にするための移動手段をなすタイヤによる車輪、３４は管内周壁加工装置本体３０に設置され既設の埋設管１の内周壁の加工時に埋設管１の内周壁に当接させてカッタ３１の前記押し付け力の反力を受ける反力受け部材としての反力ソリ、３５はこの反力ソリ３４をスプリング３６と協働して上下動可能に支持する反力ソリ支持ロッド、３６は管内周壁加工装置本体３０と反力ソリ３４との間に介在させて反力ソリ３４を上方に付勢するスプリング、３７はカッタ支持ロッド３２のブラケット３２ａ側の枢支部を支点にしてこのカッタ支持ロッド３２を上下方向に揺動させるように動作するアームである。

管内周壁加工装置本体３０内には、車輪３３を回転駆動して同装置本体３０を自走できるようにするためのモータが内蔵されている。ここに示す例では、管内周壁加工装置本体３０を既設の埋設管１内で移動可能にするための移動手段を、このようにモータと車輪３３とにより構成している。なお、こうしたモータを設けずに、管内周壁加工装置本体３０を到達立坑２２側からワイヤで牽引して移動させることができるように移動手段を構成してもよい。カッタ３１は、図３に示すように、回転駆動することにより横断面Ｖ字状の溝を形成できるような形状をなしており、図示しないモータにより回転駆動される。反力ソリ３４は、図３に図示のごとく既設の埋設管１の内周壁と円弧状の線で部分接触することができるように上面を球面状に形成している。こうした形状に形成することにより、カッタ３１の押し付け力の反力を確りと受けつつ管内周壁加工装置本体３０の移動時の埋設管１の内周壁との摩擦抵抗を低減することができる。

カッタ支持ロッド３２は、図３に示すようにカッタ３１の両側にそれぞれ配置して一対設置している。これら一対のカッタ支持ロッド３２は、上端部を、ブラケット３２ａを介して管内周壁加工装置本体３０に回動可能に軸着している。また、一対のカッタ支持ロッド３２の下端部には、それぞれブラケット３２ｂを固着して、カッタ３１をこれら一対のブラケット３２ｂに回転可能に軸支している。一対のカッタ支持ロッド３２の各中間部には、ブラケット３２ｃを介してアーム３７がそれぞれ軸着されている。管内周壁加工装置本体３０内には、アーム３７を変位させるように駆動するための油圧シリンダ等の駆動装置が内蔵されている。そして、この駆動装置でアーム３７を変位させることにより、一対のカッタ支持ロッド３２を、ブラケット３２ａ側の同支持ロッド３２の軸着部を中心に上下方向に揺動させてカッタ３１に前記の押し付け力を付与させたり、その押し付け力の付与を解除させたりすることができるように構成されている。

こうした構造を備えた埋設管取替え用の管内周壁加工装置により既設の埋設管１に凹部２を加工するときには、反力ソリ３４をスプリング３６で押し付けるようにして埋設管１の内周壁に当接させるとともに、アーム３７を変位させてカッタ支持ロッド３２を下方に揺動させる。そうすると、カッタ３１は、埋設管１の内周壁の加工部である同内周壁の底部に押し付けられ、その際に生じる押し付け力の反力は、反力ソリ３４で受けられる。そして、これと並行してカッタ３１を回転駆動すると、埋設管１の内周壁の底部に凹部２が形成され、その際、車輪３３を回転駆動して管内周壁加工装置本体３０を漸次前進させると、その内周壁の下部に溝状の凹部２が形成される。

こうして管内周壁加工装置本体３０を前進させながら既設の埋設管１に溝状の凹部２を形成して最初の埋設管１の加工を終了すると、管内周壁加工装置本体３０は、この埋設管１と隣り合う第２の既設の埋設管１の後端付近まで移動するので、この第２の既設の埋設管１の内周壁にも、同様の方法によりカッタ３１で凹部２を形成する。本埋設管取替え用の管内周壁加工装置は、こうした過程を必要回数繰り返すことにより、前述した埋設管の取替え方法の実施に必要な凹部２を複数の既設の埋設管１の各内周壁に加工する。

下水管等の既設の埋設管１には、人が入れないような小口径の管が多いため、埋設管１内に作業員が入って凹部２を加工することができない場合が多々ある。また、既設の埋設管１が人が入れるような管の場合でも、手狭な埋設管１内に作業員が入って凹部２を加工するには、多大の労力と時間を要する。これに対し、本埋設管取替え用の管内周壁加工装置を使用すると、既設の埋設管１内に人が入らないでも、凹部２をその内周壁に機械的に加工することができるので、人が入れないような小口径の既設の埋設管１でも、凹部２を加工することができ、更には凹部２の加工作業を効率的に行うことができる。

埋設管取替え用の管内周壁加工装置について、既設の埋設管１に長溝状の凹部２を加工する装置を例にして述べたが、図９及び図１０に図示の有底穴状の凹部２を加工する装置を構成する場合には、図２及び図３の管内周壁加工装置において、カッタ３１をドリルに換え、このドリルを埋設管１の内周壁の法線方向に押し付け得るように改変する等、この管内周壁加工装置の基本的な構造を変えることなく構成することができる。要するに、有底穴状の凹部２等の種々の凹部２を複数の埋設管１の内周壁に加工する管内周壁加工装置は、既設の埋設管１の内周壁に押し付け力を付与して駆動することによりこの内周壁に凹部を加工する工具と、この工具が取り付けられる管内周壁加工装置本体３０と、この管内周壁加工装置本体３０に設置され埋設管１の内周壁の加工時にこの内周壁に当接させて前記押し付け力の反力を受け得るようにする反力受け部材３４と、管内周壁加工装置本体３０に付設されこれを埋設管１内で移動可能にする車輪３３及びモータ等の移動手段とを設けることにより、図２及び図３の管内周壁加工装置に準じて構成することができる。

以上、第１番目の発明の埋設管の取替え方法に係る基本技術とこの基本技術の実施に使用する埋設管取替え用の管内周壁加工装置とに関する実施の形態について述べたが、以下に、この基本技術の作用効果について説明する。

以上述べた埋設管の取替え方法にあっては、複数の既設の埋設管１内に充填材３を充填して、これらの埋設管１の各内周壁に加工した有底の凹部２にこの充填材３を埋め込むようにしている。それゆえ、充填材３は、管外周側への充填材３の逃げ口のない埋設管１に充填されることとなり、従来の技術のように、埋設管１内に充填される充填材３が多数の貫通孔１ａから管周辺の地山２０の大きな空隙に浸入する等、地山２０側に流出することはない。そのため、充填材３を複数の既設の埋設管１の内部に均一かつ密に充填することが可能となり、その当然の結果として、これらの既設の埋設管１と充填材３との結合力が高められて、各既設の埋設管１同士の相対回転が行われにくくなる。

こうしたことに加えて、複数の既設の埋設管１の各内周壁の凹部２に充填材３を埋め込むようにしたことにより、これらの埋設管１同士を相対回転させないように確りと一体化させることができる。そのため、既設の埋設管１の掘削時に、カッターヘッド１３の回転に伴って掘削中の埋設管１に回転力が作用しても、凹部２に充填した充填材３の剪断抵抗により、埋設管１がカッターヘッド１３と共に回転するのを抑止することができる。以上のことから、本埋設管の取替え方法では、既設の埋設管１の掘削時に掘削中の埋設管１がカッターヘッド１３と共に回転して供回りするのを確実に抑止することができる。その結果、既設の埋設管１の掘削時に、埋設管１を円滑に掘削することができなくなったり、先導体１０が掘進不能になったりするようなことはない。

また、埋設管１の供回りを抑止する場合、充填材３は、既設の埋設管１の内部にだけ充填すれば済み、従来の技術のように既設の埋設管１の外周部に充填する必要はないので、充填材３の消費量を従来の技術よりも少なくすることができて、埋設管の取替え経費を低減することができる。さらに、充填材３の充填は、このように既設の埋設管１の内部にだけ行えばよいので、充填材３を発進立坑２１側及び到達立坑２２側の少なくとも一方から埋設管１内に充填することによりその充填を容易に行うことができる。

ところで、この埋設管の取替え方法は、充填材３が充填された一連の複数の既設の埋設管１を互いに回転させないように一体化させて、この一体状態にある埋設管１の全体の長さを長くし、これにより、埋設管１の外周面と地山２０との間の摩擦抵抗を増加させて埋設管１の供回りを抑止しようとするものである。したがって、一体状態にある埋設管１の全長をある程度長くしないと、一体化された一連の埋設管１がその内部の充填材３と一体となって回転して、地山２０内でローリングする危惧がある。そのため、ここに示す例では、こうした危惧を解消するための供回り防止部材４０を使用した工法を、以上述べた基本技術に対して補助技術として併用している。

そこで、図１及び図５乃至図７に基づき、この供回り防止部材４０を使用した工法について説明する。

これらの図において、４０は到達立坑２２間近の既設の埋設管１の前端部を到達立坑２２の壁部２２ａに対して回転不能に固定するための供回り防止部材、４１は既設の埋設管１に充填する充填材３の中に埋没させて充填材３のローリングを抑止するための横断面十字状の羽根、４２はこの羽根４１が突設され到達立坑２２の壁部２２ａに固定される正面視十字状のベースプレート、４３はこのベースプレート４２に設けたボルト孔に装着してベースプレート４２を到達立坑２２の壁部２２ａに螺着するためのボルトである。

回転防止部材４０は、羽根４１とベースプレート４２とで構成され、これを使用するときには、羽根４１を到達立坑２２間近の既設の埋設管１の内部に挿入した上で、ベースプレート４２を到達立坑２２の壁部２２ａにボルト４３で固定する。そして、既設の埋設管１内に充填材３を充填して羽根４１を埋設管１内の充填材３の中に埋没させると、羽根４１は、埋設管１が充填材３と共に供回りしようとするときに、充填材３を介して埋設管１の供回りに抵抗してその供回りを抑止する。この回転防止部材４０は、既設の埋設管１の埋設距離が短い場合や埋設管１の掘削が進展して未掘削の埋設管１の全長が短くなった場合のように既設の埋設管１の外周面と地山２０との間の摩擦抵抗が少ない作業条件の下で使用するのに好適である。このような場合にこれを使用すると、こうした埋設管１の供回が生じやすい作業条件の下で、その供回りを確実に抑止することができる。

最後に、図１１及び図１２に基づき、この出願の埋設管の取替え方法の第２番目の発明を実施するための望ましい実施の形態について具体的に説明する。

図１１は、この出願の第２番目の発明に係る埋設管の取替え方法を実施するときの一態様を説明するための既設の埋設管の内部を示す斜視図、図１２は、内部に充填材が充填された状態にある図１１の既設の埋設管の横断面図である。これらの図おいて既述の図と同一の符号を付けた部分は、同図と同等の部分を表すので、詳述しない。

本実施の形態に係る埋設管の取替え方法は、複数の既設の埋設管１の各内周壁に嵌合用の凹部２’を加工し、次いで、既設の埋設管１の内周壁に突設するための突設部材５を嵌合用の凹部２’に嵌合して突設した後、発進立坑２１側及び到達立坑２２側の少なくとも一方から複数の既設の埋設管１内に充填材３を充填して突設部材５を充填材３内に埋没させるようにしたものである。こうした方法を実施すると、先導体１０を掘進させることにより、既設の埋設管１をカッターヘッド１３で掘削するときに、複数の既設の埋設管１同士が互いに回転しないように一体化するため、掘削中の埋設管１がカッターヘッド１３と共に回転して供回りするのを抑止することができる。

複数の既設の埋設管１の内周壁に加工する嵌合用の凹部２’は、図４に図示の既述の凹部２と同様、横断面Ｖ字状をなす底の深い長溝状のものであり、複数の既設の埋設管１にわたって一筋形成している。したがって、この凹部２’は、図２及び図３に図示の既述の埋設管取替え用の管内周壁加工装置により加工することができる。第２番目の発明に係る埋設管の取替え方法の場合には、凹部２’は、突設部材５を嵌合するためのものであるので、必ずしも有底のものである必要はなく、前記の管内周壁加工装置で凹部２’を更に深く加工してスリット状のものにしてもよい。突設部材５は、こうした嵌合用の凹部２’に嵌合させることができる横断面Ｖ字状の嵌合部を有して長尺の棒状体をなし、この嵌合部を嵌合用の凹部２’に嵌合したときに既設の埋設管１の内周壁から一部突出するように形成されている。この突設部材５は、カッターヘッド１３による掘削時に埋設管１に加わる回転トルクに対抗でき、かつ、カッターヘッド１３で掘削可能な強度のものを選定し、例えば、硬質の合成樹脂で製作する。

施工現場において突設部材５を複数の既設の埋設管１の凹部２’に嵌合するときには、例えば、発進立坑２１及び到達立坑２２の一方を作業の拠点にして、長尺の突設部材５を凹部２’に嵌め込みながら既設の埋設管１の奥に順次押し込んでゆく。また、長尺の突設部材５を発進立坑２１及び到達立坑２２の双方からそれぞれ凹部２’に嵌め込んでゆき、埋設管１の奥の方で合体させて一本化こともできる。こうした作業が終了した後、既設の埋設管１内に充填材３を充填するが、埋設管１への充填材３の充填は、すでに述べた方法と同様の方法で行えばよい。充填材３は、第１番目の発明の方法と同様、固化時に強度のでるものを使用するが、後述するように、第１番目の発明の方法で用いる充填材３よりも強度の弱いものを使用することもできる。この埋設管の取替え方法を実施するときには、前述した供回り防止部材４０を必要に応じて使用することができる。

本実施の形態に係る埋設管の取替え方法では、凹部２と同様の有底の凹部２’に突設部材５が嵌合された、管外周側への充填材３の逃げ口のない複数の既設の埋設管１に充填材を充填するようにしているので、第１番目の発明に係る方法と同様、埋設管１内に充填される充填材３が地山２０側に流出することはない。そのため、充填材３を複数の既設の埋設管１の内部に均一かつ密に充填することが可能となり、その結果、これらの既設の埋設管１と充填材３との結合力が高められて、各既設の埋設管１同士の相対回転が行われくくなる。ここに示す例では、嵌合用の凹部２’を有底のものにしているが、この凹部２’を底のないスリット状のものに形成しても、凹部２’は、突設部材５を嵌合することにより閉塞されて、複数の既設の埋設管１には、充填材３の逃げ口ができないので、同様の作用効果を奏する。

こうしたことに加えて、複数の埋設管１の各内周壁に加工した嵌合用の凹部２’に突設部材５を嵌合して突設し、この突設した突設部材５を充填材３内に埋没させるようにしたことにより、これらの既設の埋設管１同士を互いに回転させないように確りと一体化させることができる。そのため、既設の埋設管１の掘削時に、カッターヘッド１３の回転に伴って、掘削中の埋設管１に回転力が作用しても、充填材３内に埋没した突設部材５がその回転力に対抗して、掘削中の埋設管１がカッターヘッド１３と共に供回りするのを抑止することができる。

以上のことから、本埋設管の取替え方法においても、既設の埋設管１の掘削時に掘削中の埋設管１がカッターヘッド１３と共に回転するのを確実に抑止することができる。本埋設管の取替え方法は、こうした効果を含めて、前述した第１番目の発明に係る埋設管の取替え方法が奏する効果と同様の効果を奏する。加えて、掘削中の埋設管１に作用する回転力に対し、第１番目の発明に係る埋設管の取替え方法のように、埋設管１の凹部２に充填した充填材３の剪断抵抗により対抗するのではなく、充填材３内に埋没した突設部材５により対抗するので、充填材３の強度を弱めることが可能となって、埋設管１を掘削するときの掘削負荷を低減することができる。本埋設管の取替え方法では、仮に、突設部材５が凹部２’から外れている個所が一部にあたとしても、この個所の凹部２’には、埋設管１に充填させる充填材３が充填されて第１番目の発明に係る埋設管の取替え方法と同様のメカニズムにより供回り抑止機能を発揮するので、格別支障は生じない。

本埋設管の取替え方法は、すでに述べた第１番目の発明に係る種々の態様の埋設管の取替え方法と併用することができ、例えば、埋設管１の埋設区間のうちのカーブの多い区間では１番目の発明に係る方法を実施し、直線区間では本埋設管の取替え方法を実施するというように、それぞれの方法に適した用法で併用することにより、埋設管の取替えを適切に行うことができる。特に、第１番目の発明に係る図４の埋設管の取替え方法では、本埋設管の取替え方法と同様の形状の長溝状の凹部２を形成するので、両方法を併用すると、一つの埋設管取替え用の管内周壁加工装置を共用して長溝状の凹部２や凹部２’を形成することができ、作業の段取りを複雑化させることなく、埋設管の取替えを効率的に行うことができる。

この出願の第１番目の発明に係る埋設管の取替え方法を実施するときの第１の態様を示す縦断面図である。 この出願の第１番目の発明に係る埋設管の取替え方法の実施に使用する埋設管取替え用の管内周壁加工装置を示す縦断面図である。 図２の横断面図である。 図１における既設の埋設管の内部を拡大して示す斜視図である。 図１における既設の埋設管の前端部付近を拡大して示す正面図である。 図１における既設の埋設管の前端部付近を拡大して示す縦断面図である。 図６のＡ−Ａ線断面図である。 この出願の第１番目の発明に係る埋設管の取替え方法を実施するときの第２の態様を説明するための既設の埋設管の横断面図である。 この出願の第１番目の発明に係る埋設管の取替え方法を実施するときの第３の態様を説明するための既設の埋設管の内部を示す斜視図である。 図９の既設の埋設管の横断面図である。 この出願の第２番目の発明に係る埋設管の取替え方法を実施するときの一態様を説明するための既設の埋設管の内部を示す斜視図である。 内部に充填材が充填された状態にある図１１の既設の埋設管の横断面図である。 従来の一般的な管推進機の先導体を説明するための縦断面図である。 特許文献１に記載の従来の技術に係る既埋設管の置換工法を説明するための縦断面図である。

符号の説明

１ 既設の埋設管
２ 凹部
２’ 嵌合用の凹部
３ 充填材
５ 突設部材
１０ 先導体
１１ 新設の埋設管
１２ 元押し装置
１３ カッタヘッド
２０ 地山
３０ 管内周壁加工装置本体
３１ カッタ
３２ カッタ支持ロッド
３３ 車輪
３４ 反力ソリ
３５ 反力ソリ支持ロッド
３６ スプリング
４０ 供回り防止部材
４１ 羽根
４２ ベースプレート
４３ ボルト

Claims (4)

1. 前部にカッターヘッドを有し後部に埋設管が連結される先導体を備え、先導体や埋設管を推進しつつカッターヘッドで地山を掘削することにより埋設管を地中に埋設する管推進機を使用して、既設の埋設管をカッターヘッドで掘削しつつ新設の埋設管を埋設して埋設管を取り替える埋設管の取替え方法において、複数の既設の埋設管の各内周壁に、充填材を埋め込むことができる有底の凹部を加工した後、発進立坑側及び到達立坑側の少なくとも一方から複数の既設の埋設管内に充填材を充填してこれを前記凹部に埋め込むようにし、これにより、これらの既設の埋設管同士を互いに回転しないように一体化して、カッターヘッドによる既設の埋設管の掘削時に掘削中の既設の埋設管がカッターヘッドと共に回転するのを抑止するようにしたことを特徴とする埋設管の取替え方法。
2. 前部にカッターヘッドを有し後部に埋設管が連結される先導体を備え、先導体や埋設管を推進しつつカッターヘッドで地山を掘削することにより埋設管を地中に埋設する管推進機を使用して、既設の埋設管をカッターヘッドで掘削しつつ新設の埋設管を埋設して埋設管を取り替える埋設管の取替え方法において、複数の既設の埋設管の各内周壁に嵌合用の凹部を加工し、次いで、既設の埋設管の内周壁に突設するための突設部材を嵌合用の凹部に嵌合して突設した後、発進立坑側及び到達立坑側の少なくとも一方から複数の既設の埋設管内に充填材を充填して突設部材を充填材内に埋没させ、これにより、これらの既設の埋設管同士を互いに回転しないように一体化して、カッターヘッドによる既設の埋設管の掘削時に掘削中の既設の埋設管がカッターヘッドと共に回転するのを抑止するようにしたことを特徴とする埋設管の取替え方法。
3. 請求項１又は請求項２に記載の埋設管の取替え方法において、到達立坑側における既設の埋設管の前端部を到達立坑の壁部に対して回転不能に固定するようにしたことを特徴とする埋設管の取替え方法。
4. 請求項１又は請求項２に記載の埋設管の取替え方法において複数の既設の埋設管の各内周壁に凹部を加工するための埋設管取替え用の管内周壁加工装置であって、既設の埋設管の内周壁に押し付け力を付与して駆動することにより同内周壁に凹部を加工する工具と、この工具が取り付けられる管内周壁加工装置本体と、この管内周壁加工装置本体に設置され既設の埋設管の内周壁の加工時に同埋設管の内周壁に当接させて前記押し付け力の反力を受け得るようにする反力受け部材と、管内周壁加工装置本体に付設されこれを既設の埋設管内で移動可能にする移動手段とを設けて構成したことを特徴とする埋設管取替え用の管内周壁加工装置。

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