JP4230482B2 - 地中埋設管の改築推進工法 - Google Patents

Description

本発明は、掘進機を推進させて既設管を新管に置き換える地中埋設管の改築推進工法に関する。

地中に埋設された下水道管（既設管）は、管内を流下する流体に含まれる酸性物質などにより、コンクリートが劣化し、また鉄筋が腐食していく。そのため、既設管の強度は、地中に埋設された時点から徐々に低下してゆき、断面の破損や継ぎ手からの漏水などが発生することがある。

断面の破損や継ぎ手からの漏水は、不等沈下による継ぎ手の離脱や既設管の段差などを引き起こし、場合によっては、下水の流下に支障をきたすため、所定期間ごとに既設管を新管に置き換える必要がある。

また、処理人口の増加によって埋設当初の計画流量を上回る流量が発生すると、既設管より口径を大きくするために、それまで使用されていた埋設管を新管に更改する場合がある。

従来、既設管を新管に置き換える場合、道路を掘削して既設管を取り除き、その後、新管を設置する、いわゆる開削工法が実施されていた。しかしながら、開削工法は、工事規模が大きく、交通渋滞などの原因となることがある。

そこで、最近では、掘進機を推進させて既設管を破砕し、掘進機の後方に形成される空間部に新管を設置する、いわゆる地中埋設管の改築推進工法が実施されるようになってきている。

ところで、掘進機が推進すると、既設管の破砕片が発生する。そのため、発生した破砕片は、適切な処理がなされなければならない。破砕片の処理方法には、主に２種類の方式が存在する。１つは切削した土砂とともに破砕片を全て掘進機内に取り込む方式であり、もう１つは発生した破砕片を全て地中に留置する方式である（例えば、特許文献１を参照。）。
特開平１１−６３９３号

しかしながら、発生した破砕片を全て取り込む方式は、取り込んだ破砕片が掘進機内もしくは搬送管内でつまらないように、大きなエネルギーで長い時間をかけて既設管の全ての破砕片を小さく破砕する必要がある。破砕片が小さく破砕されずに掘進機内に取り込まれた際には、その破砕片を土砂とともに地上に搬送するための搬送管がつまり、破砕片及び土砂を地上に搬送できず、推進不能となる。さらに、連続的に破砕片及び土砂を取り込んでいるときには、破砕片及び土砂を取り込むための開口部に大きな破砕片がつまり、開口部が塞がれてしまう。

また、発生した破砕片を全て地中に留置する方式は、留置された破砕片の存在によって掘進機の外周面に大きな摩擦力が作用し、掘進機の推進が妨げられたり、新設管が損傷したりすることがある。

本発明は、前記事情を鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、小さなエネルギーで短い時間で既設管を破砕することができ、取り込んだ破砕片で搬送管がつまることが無く、さらに掘進機が円滑に推進することが可能な地中埋設管の改築推進工法を提供することにある。

前記課題を解決し目的を達成するために、本発明の地中埋設管の改築推進工法は、次のように構成されている。

掘進機を推進させて既設管をその周囲の地山とともに切削・破砕する工程と、前記既設管を切削・破砕したときに発生した破砕片のうち、所定寸法より小さいものだけを、前記地山の切削により発生した土砂とともに前記掘進機に形成された開口部から当該掘進機に取り込む工程と、前記掘進機内に取り込まれた破砕片及び土砂を地上に搬送する工程と、前記掘進機に追従して新管を推進させ、前記掘進機の後方に形成される空間部に当該新管を設置する工程とを具備し、前記開口部には、前記所定寸法より小さい破砕片だけを選別する複数の棒状部材が並設されており、前記破砕片のうち、前記複数の棒状部材の隙間を通過したものだけを、当該掘進機内に取り込むようになっており、前記既設管の破砕片を前記掘進機に取り込む工程では、前記複数の棒状部材の隙間を通過する前記破砕片を前記掘進機内へ取り込む時間と、前記掘進機内への取り込みを行わず、前記掘進機の内外の圧力差を無くして、前記複数の棒状部材の隙間に所定寸法を超える大きさの破砕片がつまっている状態を解除し、前記隙間につまっていた破砕片を前記掘進機の後方に移動させる時間とを交互に繰り返す。

本発明によれば、小さなエネルギーで短い時間で既設管を破砕することができ、切削した土砂とともに破砕片を地上に搬送する際に搬送管がつまることがなく、さらに掘進機が円滑に推進することができる。

以下、図面を参照しながら、一実施形態について説明する。
先ず、図１と図２を参照しながら、一実施形態について説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る地中埋設管の改築推進工法を示す概念図、図２は同実施形態に係る掘進機１０の構成を示す概略図である。

図１に示すように、本実施形態における地中埋設管の改築推進工法では、掘進機１０が使用される。この掘進機１０は、円筒状の掘進機本体１１を備えていて、その前面には既設管ＯＰや地山Ｇを切削・破砕するためのカッター部１２が設けられている。カッター部１２の外径は、掘進機本体１１の外径よりも大きいため、掘進機１０が推進すると、掘進機本体１１と地山Ｇとの間には隙間Ｓが形成される。なお、本実施形態では、既設管ＯＰとして上下水管などが使用される。

カッター部１２の中心部とその周辺の少なくとも１カ所以上には、添加材をカッター部１２の前面に噴射するための添加材吐出口が設けられている。添加材吐出口には、添加材供給管１５が接続されていて、当該添加材供給管１５を通して添加材吐出口に添加材が補給される。これにより、既設管ＯＰやその周囲の地山Ｇを切削・破砕したときに発生した破砕片や土砂は、カッター部１２の回転により添加材と混合され、ペースト状の泥土となる。

図２に示すように、掘進機本体１１の所定位置には、泥土を掘進機本体１１内に取り込むための取込口１４が形成されている。取込口１４には、泥土に含まれる所定寸法よりも大きく破砕された既設管ＯＰの破砕片が取り込まれるのを防止する複数の棒状部材１９が設けられている。なお、棒状部材１９の設置本数と設置間隔は、掘進条件、カッター部の種類、既設管の種類に応じて決定される。

掘進機１０の後端部には、掘進機本体１１内に取り込まれた泥土を地上に導くための排土管２３が設けられている。この排土管２３は、掘進機１０に追従する新管ＮＰ内を通って地上まで延びている。

掘進機本体１１内には、取込口１４から掘進機本体１１内に取り込まれた泥土を排土管２３に押し込んで、当該排土管２３を通して地上に搬送するポンプ１６が設けられている。このポンプ１６は、制御装置１７に接続されていて、当該制御装置によって動作が制御されている。なお、本実施形態では、掘進機本体１１内にポンプ１６が配設されているが、例えば地上に配設されていてもよい。ポンプ１６を地上に配設する場合は、排土管２３を通して泥土を吸引する形態となる。

（置き換え作業）
次に、既設管ＯＰを新管ＮＰに置き換える工程について説明する。

先ず、地山Ｇに発進立坑Ｈが掘削される。また、これとは別工程として、発進立坑Ｈに元押装置３０が設置される。なお、元押装置３０には、予め掘進機１０が搭載されている。

次に、カッター部１２が回転され、掘進機１０が元押装置３０により押圧される。これにより、掘進機１０は、既設管ＯＰとその周囲の地山Ｇを切削・破砕しながら、既設管ＯＰが連なる方向に向かって推進する。なお、掘進機１０の推進により発生した泥土は、掘進機本体１１に設けられた取込口１４から当該掘進機本体１１内に取り込まれる。

ところで、前述したように、本実施形態では、既設管ＯＰとして上下水管が適用されている。通常の上下水管は、鉄筋コンクリート管であることが多いため、多数の鉄筋を備えている。したがって、既設管ＯＰの破砕片の中には、所定寸法を超える長い鉄筋や大きさのコンクリート塊が存在することもある。

しかしながら、所定寸法を超える大きさの鉄筋、コンクリート塊は、取込口１４に設けられた棒状部材１９に阻まれて、掘進機本体１１内に取り込まれることがない。すなわち、掘進機本体１１内に取り込まれる泥土には、棒状部材１９によって選別されたあとの比較的小さな鉄筋、コンクリート塊しか存在しない。

取込口１４から掘進機本体１１内に取り込まれた泥土は、ポンプ１６によって排土管２３を通って地上に搬送される。ポンプ１６の排出動作は、制御装置１７からの指令に従って断続的に行われている。すなわち、本実施形態における地中埋設管の改築推進工法では、所定時間おきに、泥土の取込が行われていない時間と、泥土の排出が行われていない時間とが交互に存在する。

掘進機本体１１内への泥土の取込が行われている時間に発生した泥土は、ポンプ１６によって排土管２３を通って地上に搬送される。しかしながら、泥土の取込が行われていない時間は、掘進機本体１１の内外に圧力差が存在しないため、発生した泥土は、掘進機本体１１内に取り込まれることはなく、掘進機本体１１と地山Ｇとの隙間Ｓを通過して、掘進機１０の後方に設置される新管ＮＰの周囲に充填される。

したがって、取込口１４に配設された棒状部材１９の隙間に、所定寸法を超える大きさの鉄筋、コンクリート塊がつまったとしても、掘進機本体１１内への泥土の取込が行われないことによって、これらの鉄筋やコンクリート塊は、掘進機１０が元押装置３０により前方に進むことで掘進機本体１１の後方に移動することになる。そのため、取込口１４の閉塞状態はすぐに解除される。

なお、掘進機本体１１内に取り込まれなかった泥土には、所定寸法を超える大きさの鉄筋、コンクリート塊も含まれているが、これらは軟らかい泥土に包まれているので、掘進機１０や新管ＮＰ等を損傷させることはない。また、新管ＮＰの設置が不安定となることはない。

（本実施形態による作用）
本実施形態における地中埋設管の改築推進工法において、発生した泥土に含まれる鉄筋、コンクリート塊のうち、所定寸法を超える大きさのものは、取込口１４に設けられた棒状部材１９によって、掘進機１０内に取り込まれないようになっている。

そのため、掘進機１０内に取り込まれた泥土には、事前に決められた所定寸法に満たない大きさの鉄筋、コンクリート塊しか含まれていないから、当該泥土が排土管２３を通って地上に搬送されるときに、掘進機１０内もしくは排土管２３内で鉄筋、コンクリート塊がつまることがない。

さらに、事前に決められた所定寸法を超える大きさの鉄筋、コンクリート塊を取り込まないことによって、既設管の全ての鉄筋やコンクリート塊を細かくする必要が無くなるから、小さなエネルギーで、しかも短い時間で既設管の破砕を行うことが可能となる。

本実施形態における地中埋設管の改築推進工法において、泥土の取込及び排出動作は交互に行われ、取込排出が断続的に行われている。すなわち、掘進機１０の推進中に、泥土の取込が行われない期間が存在している。そのため、泥土に含まれる所定寸法を超える大きさの鉄筋、コンクリート塊により取込口１４の棒状部材１９の隙間が閉塞されても、これら鉄筋やコンクリート塊は、掘進機１０が元押装置３０により前方に進むことで、泥土の取込が停止すると同時に、掘進機１０の後方に移動することになる。したがって、取込口１４の閉塞状態は、すぐに開放されるから、泥土の取込が円滑かつ効率的に行われる。

本実施形態における地中埋設管の改築推進工法において、発生した泥土の一部は、掘進機本体１１内に取り込まれ、排土管２３を通って地上に搬送される。そのため、既設管の破砕片を全て地中に留置する場合に比べて、掘進機１０の掘進機本体１１と地山Ｇとの間に生じる摩擦が低減するから、掘進機１０や新管ＮＰの推進が円滑となる。さらに、発生した泥土を全て取り込む場合に比べて、地上に搬送する泥土が減るため、産業廃棄物を減らす効果もある。

本発明は、前記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、前記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。

本発明の一実施形態に係る地中埋設管の改築推進工法を示す概念図。 同実施形態に係る掘進機の構成を示す概略図。

符号の説明

１０…掘進機（掘進機）、１１…掘進機本体、１４…取込口（開口部）、ＯＰ…既設管、ＮＰ…新管、Ｇ…地山。

Claims (1)

1. 掘進機を推進させて既設管をその周囲の地山とともに切削・破砕する工程と、
   前記既設管を切削・破砕したときに発生した破砕片のうち、所定寸法より小さいものだけを、前記地山の切削により発生した土砂とともに前記掘進機に形成された開口部から当該掘進機に取り込む工程と、
   前記掘進機内に取り込まれた破砕片及び土砂を地上に搬送する工程と、
   前記掘進機に追従して新管を推進させ、前記掘進機の後方に形成される空間部に当該新管を設置する工程と、を具備し、
   前記開口部には、前記所定寸法より小さい破砕片だけを選別する複数の棒状部材が並設されており、前記破砕片のうち、前記複数の棒状部材の隙間を通過したものだけを、当該掘進機内に取り込むようになっており、
   前記既設管の破砕片を前記掘進機に取り込む工程では、前記複数の棒状部材の隙間を通過する前記破砕片を前記掘進機内へ取り込む時間と、前記掘進機内への取り込みを行わず、前記掘進機の内外の圧力差を無くして、前記複数の棒状部材の隙間に所定寸法を超える大きさの破砕片がつまっている状態を解除し、前記隙間につまっていた破砕片を前記掘進機の後方に移動させる時間とを交互に繰り返すことを特徴とする地中埋設管の改築推進工法。

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