JP4223436B2 - 既設埋設管更新装置 - Google Patents

Description

本発明は、地中に埋設されて老朽化した既設埋設管を新しい埋設管に更新する際に用いる装置に関し、より詳しくは、新しい埋設管を計画線どおりに正確に埋設できるように改良する技術に関する。

上下水道等を含む各種用途に供される地中埋設管は、経年変化によって老朽化が進むため、適切な時期に新しい埋設管（更新管）に交換する必要がある。

このとき、許容流量を増加させるために小径な既設埋設管を撤去し、より大径な更新管に交換する場合がある。

この場合には、既設埋設管が埋設されている個所の地盤を地表面から開削して既設埋設管を掘り出した後に更新管を吊り込んで埋設し直す方法、あるいは図９に示した工法が用いられる。

図９に示した工法においては、発進坑１内に設置した推進装置２の駆動部３にスクリュオーガ４を接続するとともに、このスクリュオーガ４の先端ヘッド５のカッタにより既設埋設管６を順次破砕する。

破砕した破砕片７は、スクリューオーガ４のスクリュ翼８によりケーシング９を通して発進坑１側に搬送し、発進坑１内から地上に搬出する。

そして、既設埋設管を破砕して除去した跡に更新管１０を順次推進して埋設する。

しかしながら、上述したように地表面を開削して既設埋設管を掘り出した後に更新管を埋設し直す工法においては、既設埋設管の全長にわたる開削工事が必要となるため、開削する路面に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。

また、既設埋設管の埋設位置が深いと開削時に土留めが必要となり、余分な工費が掛かるうえ、狭い場所では近隣の建築物に地盤沈下が発生し易い等の問題がある。

また、図９に示した工法においては、スクリュオーガ４とケーシング９との間の狭い隙間に破砕片７が詰まるおそれがあるため、既設埋設管６を細かく破砕する必要があるという問題がある。

そこで、本願の発明者らは、既設埋設管より大径の仮設管を既設埋設管を覆うように推進するとともに、既設埋設管を破砕することなく仮設管の内部を通して発進坑側に取り出して既設埋設管を仮設管に入れ替えた後、仮設管に後続させて更新管を推進して仮設管を更新管に入れ替える、いわゆる２工程方式の既設埋設管更新工法を開発した（下記特許文献１を参照）。

この工法について図１０および図１１を参照しつつ概説すると、図１０に示したように、既設埋設管１１の外周接続部１１ａを破砕可能なカッタ１２ａを有したシールド管１２を用いて既設埋設管１１を覆うように地盤Ｇを掘削するとともに、シールド管１２の後端に既設埋設管１１より大径な仮設管１３を接続し、かつ発進坑１４内に設置した推進装置１５により仮設管１３を介してシールド管１２に回転駆動力を与えつつ推進する。

そして、発進坑１４内に設けたウィンチ１６と到達坑１７内に設けたウィンチ１８との間で延びるワイヤ１９によって前後方向に移動可能な保持装置２０を、掘削済みの最後端の既設埋設管１１の内部に位置決めし、この既設埋設管１１を保持する。

次いで、ウィンチ１６を作動させることにより、保持した既設埋設管１１を仮設管１３の内部を通して後方に移動させ、発進坑１４から地上に取り出す。

このようにして既設埋設管１１を仮設管１３に入れ替える作業が完了すると、図１１に示したように、発進坑１４側から更新管２１を順次推進しつつ到達坑１７からシールド管１２および仮設管１３を順次取り出すことにより、仮設管１３を更新管２１に入れ替える作業を行う。
特開２００３−５６２８３号公報

ところが、上述した２工程方式の既設埋設管更新工法においては、既設埋設管１１を覆うようにシールド管１２および仮設管１３を推進するため、経年変化に伴う管路の曲がりが既設埋設管１１に生じていると新たに埋設した更新管２１の管路にも曲がりが生じ、計画線通りに更新管２１を埋入できなくなるおそれがあった。

また、シールド管１２および仮設管１３の外径が更新管２１の外径よりも大きいため、埋入した更新管２１の外周面と地盤Ｇとの間に隙間が生じ、更新管２１の埋設位置が下がることがあった。

そこで本発明の目的は、上述した従来技術が有する問題点を解消し、更新管を計画線どおりに正確に位置決めするとともに、その位置が下がらないように保持しつつ推進して埋設可能な既設埋設管更新装置を提供することにある。

上記の課題を解決するための請求項１に記載した手段は、
既設埋設管を覆うように地盤を掘削しつつ前記既設埋設管より大径の仮設管を推進して埋設し前記既設埋設管と入れ替える工程と、前記仮設管に後続させて更新管を推進することにより前記仮設管を前記更新管に入れ替える工程とを有する既設埋設管更新工法に用いる既設埋設管の更新装置であって、
前記仮設管の後端に接続されて前記仮設管を押進する押進管と、
その前端が前記押進管の内部に挿入されて前記押進管と推進方向に係合するとともに、その後端が前記更新管の前端に接続されて前記更新管と一体に推進される方向修正管と、
前記押進管に対する前記方向修正管の半径方向位置を修正する、前記押進管に設けられた半径方向位置修正手段と、
前記仮設管および前記更新管を推進する推進機を設けた発進坑側から照準可能な、前記方向修正管に配設された方向ターゲットと、
前記方向修正管の壁面に設けた注入孔を介して前記方向修正管の外壁面と地山との間の隙間に充填材を注入する、前記方向修正管に配設された充填材注入手段と、
を備えることを特徴としている。

すなわち、本発明の既設埋設管更新装置は、半径方向位置修正手段を用いて押進管に対する方向修正管の半径方向位置を修正することにより、仮設管に対する更新管の半径方向位置を修正するものである。

したがって、既設埋設管の管路に経年変化に伴う曲がりが生じているなどして仮設管の位置精度が悪いときでも、方向ターゲットを用いて計画線との誤差を正確に測定しつつ、押進管に対する方向修正管の半径方向位置を修正することにより、計画線と同軸となるように更新管を正確に位置決めすることができる。

そして、方向修正管を半径方向に正確に位置決めした後に、方向修正管の外壁面と地山との間の隙間に充填材を注入することにより、更新管の半径方向位置を確実に保持することができるから、更新管を高い精度で位置決めしつつ推進することができる。

また、請求項２に記載した手段は、請求項１に記載した更新装置において、
前記半径方向位置修正手段が、前記押進管に固設された支持部材によって支持されるとともにそのピストンの先端が前記方向修正管と半径方向に係合する、上下方向および水平方向にそれぞれ延びる一対の油圧シリンダであることを特徴としている。

これにより、上下方向に延びるピストンの変位と水平方向に延びるピストンの変位とを組み合わせて、押進管に対する方向修正管の半径方向の位置決めを３６０度の全周にわたる任意の方向に実施することができる。

また、請求項３に記載した手段は、請求項２に記載した更新装置において、前記支持部材が、上流側の管路から流下して来る雨水を通過させるための開口を有することを特徴としている。

これにより、降雨時に上流側から雨水が流下してきても、本発明の装置がその流れを妨げることがない。

また、請求項４に記載した手段は、請求項１乃至３のいずれかに記載した更新装置において、前記充填材が、前記隙間内に充填された後に硬化する自硬性の滑材であることを特徴としている。

これにより、更新管の外壁面と地山との間の摩擦抵抗を低減させつつ更新管を推進し、硬化した滑材によって更新管を所定の半径方向位置に正確に保持することができる。

本発明によれば、更新管を計画線どおりに正確に位置決めするとともに、その位置が下がらないように保持しつつ推進して埋設可能な既設埋設管更新装置を提供することができる。

以下、図１乃至図８を参照し、本発明に係る既設埋設管更新装置の一実施形態について詳細に説明する。

なお、以下の説明においては、同一の部分には同一の符号を用いて重複した説明を省略するとともに、推進方向を前後方向と言い、かつ鉛直方向を上下方向と言う。

図１に示したように、本実施形態の既設埋設管更新装置１００は、図１０および図１１を参照しつつ前述した２工程方式の既設埋設管更新工法において、仮設管１３を更新管２１に入れ替える際に、最後尾の仮設管１３と最前部の更新管２１との間に介装するものである。

２工程方式の既設埋設管更新工法は、図１０に示したように、シールド管１２によって既設埋設管１１を覆うように地盤Ｇを掘削しつつ、既設埋設管１１より大径の仮設管１３を推進して埋設して既設埋設管１１と入れ替える工程と、図１１に示したように、仮設管１３に後続させて更新管２１を推進することにより仮設管１３を更新管２１に入れ替える工程とを有している。

このとき、更新管２１の外径は仮設管１３の外径より小さいので、地盤Ｇ中に更新管２１を推進したときには更新管２１の外壁面と地盤Ｇとの間に隙間が生じる。

一方、本実施形態の既設埋設管更新装置１００は、最後尾の仮設管１３の後端に接続されてこの仮設管１３を押進する押進管３０を備えている。

この押進管３０は、図２に示したように、仮設管１３の外径と等しい外径を有するとともに、その前端に固設された接続部３１が仮設管１３の後端の接続部１３ａに接続されており、仮設管１３と一体かつ同軸に推進される。

また、この押進管３０の内部には、図３に示したように、押進管３０の内径に等しい外径を有した円板から４カ所の開口３２ａを取り除くことにより十字形の支持部３２ｂが残っている支持部材３２が、押進管３０の軸線に対して直交するように固設されている。

また、本実施形態の既設埋設管更新装置１００は、更新管２１の外径に等しい外径を有した方向修正管４０を備えている。

この方向修正管４０は、図２に示したように、その前部が押進管３０の内部に入り込んでその前端４１が支持部材３２の表面に当接するとともに、その後端４２が最前部の更新管２１の前端外周に係合して更新管２１と同軸に位置決めされる。

また、この方向修正管４０の後部内壁面には、更新管２１の前面が当接する環状のリブ４３が突設されている。

これにより、発進坑１４内に設けた推進装置１５（図１０参照）が更新管２１を推進する推進力は、更新管２１、リブ４３、方向修正管４０、支持部材３２、押進管３０、接続部３１の順に伝達されて仮設管１３を推進する。

他方、押進管３０の支持部材３２には、押進管３０に対する方向修正管４０の半径方向位置を修正するための油圧シリンダ（半径方向位置修正手段）５０が固定されている。

この油圧シリンダ５０は、上下方向に延びるシリンダ５１から上下方向に出没するピストンロッド５２と、水平方向に延びるシリンダ５３から水平方向に出没するピストンロッド５４とを有している。

そして、上下方向に延びるピストンロッド５２の両端にそれぞれ固設された係合部材５５，５６、および水平方向に延びるピストンロッド５４の両端にそれぞれ固設された係合部材５７，５８は、それぞれ方向修正管４０の内周面に摩擦係合している。

また、方向修正管４０の内部には、発進坑１４の内部に設置したセオドライト等の測定装置６１によって照準可能な方向ターゲット６２が、方向修正管４０の上部内壁面から垂下しているステー６３によって支持されている。

また、方向修正管４０の壁面には、方向修正管４０の外周面と地盤Ｇとの間の隙間に充填材を注入する充填材注入手段の吐出ノズル７１が、円周方向に等間隔に貫設されている（図５参照）。

そして、これらの吐出ノズル７１には、地表面に設置されている図示されない充填材供給装置から延びる配管７２がそれぞれ接続されている。

さらに、押進管３０の後端には、吐出ノズル７１から吐出された充填材が押進管３０と方向修正管４０との間に入り込まないように密封するための弾性シール７３が固設されている。

これにより、配管７２を介して圧送された充填材７４は、吐出ノズル７１から吐出されふて方向修正管４０の外周面と地盤Ｇとの間の隙間内に充満するが、弾性シール７３によって密封されて押進管３０と方向修正管４０との間の隙間内に入り込むことはない。

なお、充填材７４としては、例えばベントナイトに、高吸水性ポリマー、セメント、水、水硬性物質、増粘剤、凝結遅延剤等を混合したものを用いることができる。

次に、本実施形態の既設埋設管更新装置１００を用いて既設埋設管を更新する手順について説明する。

既設埋設管を更新する際には、まず最初に、図１０に示したように従来工法を用いて既設埋設管１１を仮設管１３に入れ替える工事を実施する。

次いで、仮設管１３を更新管２１に入れ替える作業を行う際には、最後尾の仮設管１３の後端に押進管３０の前端を接続した後、発進坑１４内に設置した推進装置１５により方向修正管４０の後端を押して仮設管１３を推進しつつ、既設埋設管更新装置１００を地盤Ｇ内に挿入する。

次いで、図１に示したように発進坑１４の内部に設置したセオドライト等の測定装置６１によって方向ターゲット６２を照準し、更新管２１を埋設する基準となる計画線Ｌに対する方向修正管４０の軸線のずれ量を測定する。

ずれが生じている場合には、地上に設けた図示されない圧油供給装置から圧油を供給し、油圧シリンダ５０のピストン５２，５４を上下方向および水平方向にそれぞれ進退させることにより、押進管３０に対する方向修正管４０の半径方向位置を修正する。

次いで、方向修正管４０の後端に更新管２１の前端を接続した後、地表面に設置されている図示されない充填材供給装置から配管７２を介して充填材７４を供給すると、方向修正管４０および更新管２１の外周面と地盤Ｇとの間の隙間内に充填材７４が充満して充填層７５が形成される。

この充填層７５は、方向修正管４０および更新管２１が計画線Ｌと同軸に延びるように方向修正管４０および更新管２１を半径方向に保持する。

次いで、推進装置１５を用いて更新管２１の後端を押すことにより、更新管２１、方向修正管４０，押進管３０および仮設管１３を一体に推進する。

このとき、更新管２１は充填層７５によって半径方向に位置決めされつつ保持されているので、計画線Ｌどおりに更新管２１を推進することができる。

次いで、推進装置１５を後退させ、図１に示したように発進坑１４の内部に設置したセオドライト等の測定装置６１によって方向ターゲット６２を照準し、更新管２１を埋設する基準となる計画線Ｌに対する方向修正管４０の軸線のずれ量を再び測定する。

このとき、仮設管１３の位置精度が悪く、図６に示したように押進管３０が計画線Ｌに対して下方に位置ずれしていると、方向修正管４０の前端もまた計画線Ｌに対して下方に位置ずれしている。

そこで、図７に示したように、油圧シリンダ５０を作動させることにより、方向修正管４０の前端部分の軸線が計画線Ｌと同軸となるように方向修正管４０の半径方向位置を修正する。

次いで、図８に示したように、地表面に設置されている充填材供給装置から配管７２を介して充填材７４を供給することにより、方向修正管４０および更新管２１の外周面と地盤Ｇとの間の隙間内に充填材７４を充満させて充填層７５を形成する。

これにより、方向修正管４０および更新管２１を計画線Ｌと同軸となるように半径方向に保持しつつ推進することが可能となる。

そして、上述した作業を繰り返して仮設管１３を更新管２１に入れ替える作業が完了したときには、方向修正管４０の後端を更新管２１の前端から分離した後、既設埋設管更新装置１００を図１１に示したように到達坑１７から取り出す。

すなわち、本実施形態の既設埋設管更新装置１００を用いると、油圧シリンダ５０によって押進管３０に対する方向修正管４０の半径方向位置を修正することにより、仮設管１３に対する更新管２１の半径方向位置を修正することができる。

したがって、既設埋設管１１の管路に経年変化に伴う曲がりが生じているなどして仮設管１３の埋入位置精度が低いときでも、方向ターゲット６２を用いて計画線Ｌとの誤差を正確に測定しつつ、押進管３０に対する方向修正管４０の半径方向位置を修正することにより、計画線Ｌと同軸となるように更新管２１を正確に位置決めすることができる。

そして、方向修正管４０を半径方向に正確に位置決めした後に、方向修正管４０および更新管２１の外壁面と地山との間の隙間に充填材を注入することにより、更新管２１の半径方向位置を確実に保持することができるから、更新管２１を高い精度で位置決めしつつ推進装置１５によって推進することができる。

また、油圧シリンダ５０が上下方向に延びるピストン５２と水平方向に延びるピストン５４とを組み合わたものであるから、押進管３０に対して方向修正管４０を半径方向に位置決めする作業を、簡単な操作によって、かつ３６０度にわたる任意の方向に実施することができる。

また、油圧シリンダ５０を支持している支持部材３２に４つの開口３２ａが貫設されており、かつ支持部材３２の十字型の支持部分３２ｂが十字型の油圧シリンダ５０と前後方向に重なり合っているから、降雨に伴って上流側の管路から雨水が流下してきても、本実施形態の既設埋設管更新装置１００がその流れを妨げることはない。

さらに、方向修正管４０および更新管２１の外壁面と地山との間の隙間に注入する充填材７４を自硬性の滑材としているので、方向修正管４０および更新管２１の外壁面と地山との間の摩擦抵抗を低減させつつ更新管２１を容易に推進するとともに、硬化した滑材によって更新管２１を所定の半径方向位置に正確に保持することができる。

以上、本発明に係る既設埋設管更新装置の一実施形態について詳しく説明したが、本発明は上述した実施形態によって限定されるものではなく、種々の変更が可能であることは言うまでもない。

例えば、上述した実施形態においては、充填材７４を吐出する吐出ノズル７１が方向修正管４０の外壁面に一列に並ぶように配置されているが、吐出ノズル７１を複数の列として配置できることは言うまでもない。

本発明の装置を用いて既設埋設管の更新作業を行う状態を模式的に示す縦断面図。 図１中に示した本発明の装置を拡大して示す縦断面図。 図２中のＡ〜破断線に沿った横断面図。 図２中のＢ〜破断線に沿った横断面図。 図２中のＣ〜破断線に沿った横断面図。 計画線に対して方向修正管が位置ずれした状態を示す縦断面図。 計画線に合わせて方向修正管を位置決めした状態を示す縦断面図。 充填材を充填した状態を示す縦断面図。 既設埋設管を破砕しつつ更新する従来工法を示す縦断面図。 既設埋設管を取り出しつつ仮設管に入れ替える従来工法を示す縦断面。 仮設管を更新管に入れ替える従来工法を示す縦断面図。

符号の説明

１１ 既設埋設管
１２ シールド管
１３ 仮設管
１４ 発進坑
１５ 推進装置
１６，１８ ウィンチ
１７ 到達坑
１９ ワイヤ
２０ 保持装置
２１ 更新管
３０ 押進管
３１ 接続部
３２ 支持部材
３２ａ 開口
３２ｂ 支持部分
４０ 方向修正管
４１ 前端
４２ 後端
４３ リブ
５０ 油圧シリンダ（半径方向位置修正手段）
５１，５３ シリンダ
５２，５４ ピストンロッド
５５，５６，５７，５８ 係合部材
６１ 測定装置
６２ 方向ターゲット
６３ ステー
７１ 吐出ノズル
７２ 配管
７３ 弾性シール
７４ 充填材
７５ 充填層
１００ 既設埋設管更新装置

Claims (4)

1. 既設埋設管を覆うように地盤を掘削しつつ前記既設埋設管より大径の仮設管を推進して埋設し前記既設埋設管と入れ替える工程と、前記仮設管に後続させて更新管を推進することにより前記仮設管を前記更新管に入れ替える工程と、を有する既設埋設管更新工法に用いる既設埋設管の更新装置であって、
   前記仮設管の後端に接続されて前記仮設管を押進する押進管と、
   その前端が前記押進管の内部に挿入されて前記押進管と推進方向に係合するとともに、その後端が前記更新管の前端に接続されて前記更新管と一体に推進される方向修正管と、
   前記押進管に対する前記方向修正管の半径方向位置を修正する、前記押進管に設けられた半径方向位置修正手段と、
   前記仮設管および前記更新管を推進する推進機を設けた発進坑側から照準可能な、前記方向修正管に配設された方向ターゲットと、
   前記方向修正管の壁面に設けた注入孔を介して前記方向修正管の外壁面と地山との間の隙間に充填材を注入する、前記方向修正管に配設された充填材注入手段と、
   を備えることを特徴とする既設埋設管更新装置。
2. 前記半径方向位置修正手段は、前記押進管に固設された支持部材によって支持されるとともにそのピストンの先端が前記方向修正管と半径方向に係合する、上下方向および水平方向にそれぞれ延びる一対の油圧シリンダであることを特徴とする請求項１に記載した既設埋設管更新装置。
3. 前記支持部材は、上流側の管路から流下して来る雨水を通過させるための開口を有することを特徴とする請求項２に記載した既設埋設管更新装置。
4. 前記充填材は、前記隙間内に充填された後に硬化する自硬性滑材であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載した既設埋設管更新装置。

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