JP5117210B2 - 既設埋設管改築工法用カッタガイド装置および同工法 - Google Patents

Description

本発明は、既設の老朽化した埋設管を破砕しながら新たな埋設管に更新する既設埋設管改築工法および同工法に用いるカッタガイド装置に関する。

上下水道、ガス等のライフラインとして地中に埋設されている埋設管は、経年により老朽化が進むので、耐用年数を越えた埋設管は、適時に新たな管に交換する必要がある。
このような既設埋設管を更新するために、古くは、埋設箇所を地表から開削することで埋設管を掘り出し、新たな管を埋設し直していた。近時は、開削することなく、既設埋設管を破砕しながら、同時に新たな管を推進する改築推進工法が開発されている。

そこで、図５を参照して、従来の改築推進工法について説明する。
図５において、参照番号１０はマンホールを示し、１２は下水道管として用いられている埋設管を示す。

例えば、構築されて５０年以上を経過し、老朽化した埋設管１２を新たに更新するには、図５に示すように、更新管１３を推進するための発進抗１４を掘削し、この発進抗１４に推進機１５を設置する。

推進機１５には、非開削方式による埋設管推進工法に使用される推進機が使用される。この推進機１５では、スクリュー１６の先端に、埋設管１２を破砕するためのカッタヘッド１７が取り付けられており、カッタヘッド１７のカッタで埋設管１２を破砕し、その破片および土砂はスクリュー１６で発進抗１４に移送される。

そして、推進機１５は、埋設管１２の破砕と同時に、新たな更新管１３に推進力を与え、破砕された埋設管１２の長さ分だけ更新管１３を押し込んでいく。このようにして推進していくことで、埋設管１２を更新管１３に入れ替えることができる。

また、従来の改築推進工法では、埋設管１２と更新管１３との軸芯が合っている必要がある。もし更新管１３が埋設管１２の軸芯からずれていると、埋設管１２の全体をカッタヘッド１７で破砕することができず、更新管１３の推進方向が安定しないからである。

そこで、更新管１３の推進方向にずれが生じてきた場合には、カッタヘッド１７の向きを調整できるように、複数の方向修正用シリンダ１８が円周方向に等間隔で設けられている。推進方向のずれを検出して、そのずれた方向に対応した位置の方向修正用シリンダ１８を作動させ、カッタヘッド１７を傾斜させることにより、推進方向を修正することができる。

最近では、このような方向修正用シリンダ１８を利用する他、既設埋設管の内部を移動する案内手段としてカッタヘッドに先行するカッタガイドを設けることにより、カッタヘッドを案内する技術が提案されている（特許文献１）。
特開２００６−２４９６７８号公報

上記特許文献１の案内手段では、カッタヘッドとカッタガイドとは、カッタヘッドの回転がカッタガイドに伝達されないように、軸受を介して連結されている。これにより、推進する間は、カッタガイドがカッタヘッドと共回りを防止できる構造にはなっている。

しかしながら、実際には、カッタガイドがカッタヘッドの動きに引きずられてローリングするという現象が起きることが確認されている。
すなわち、既設管内に挿入したカッタガイドは、カッタヘッドに押されながら進むが、軸受の抵抗等の影響を受けて、カッタヘッドの回転方向へ引きずられて僅かながらローリングを起こす。

カッタガイドには、先導管の推進方向修正動作に対応して動作する方向修正用シリンダが組み込まれており、カッタガイドがローリングしてしまうと、正しい方向に方向修正を誘導することが難しくなる。

このようなローリングが発生した場合は、ローリング量を検知して、そのローリング量と先導管ローリング位置とのずれ量を計算し、正しい修正反力を発生させるという非常に複雑な作業が必要となる。

そこで、本発明の目的は、前記従来技術の有する問題点を解消し、カッタヘッドの回転に引きずられてカッタガイドがローリングするのを防止するともに、ローリングが生じたとしても正しい位置関係に容易に修正することを可能にした既設埋設管改築工法用のカッタガイド装置をおよび同工法を提供することにある。

前記の目的を達成するために、本発明は、地中に埋設された既設の埋設管をカッタヘッドで破砕しながら、同時に、先行させる先導管とともに新しい更新管を推進機で推進する既設埋設管改築工法に用いられるカッタガイド装置であって、推進機のスクリューから回転トルクが伝達されるカッタヘッドに軸受を介して連結され、前記埋設管の管内に移動自在に挿入されるカッタガイドと、前記埋設管内を前記カッタガイドの先頭に先行し、該埋設管の内周面に食い込み可能なエッジを有し前記エッジが前記埋設管の内周面に食い込んだ状態で転動する転動体と、前記転動体のエッジの向きが進行方向に対してねじれ角をもつように該転動体を揺動させるカム機構と、前記カム機構を駆動する駆動部と、を有するローリング修正装置と、を具備したことを特徴とするものである。

また、本発明は、地中に埋設された既設の埋設管をカッタヘッドで破砕しながら、同時に、先行させる先導管とともに新しい更新管を推進機で推進する既設埋設管改築工法であって、推進機のスクリューから回転トルクが伝達されるカッターヘッドに軸受を介して連結され、前記埋設管の管内に移動自在に挿入されるカッタガイドと、前記埋設管内を前記カッタガイドの先頭に先行し、該埋設管の内周面に食い込み可能なエッジを有する転動体と、前記転動体のエッジの向きが進行方向に対してねじれ角をもつように該転動体を揺動させるカム機構と、前記カム機構を駆動する駆動部と、を有するローリング修正装置を前記埋設管の管内に挿入し、前記転動体のエッジの向きを変えることにより、ねじれ角を強制的に修正し、前記先導管のローリングを修正することを特徴とするものである。

前記既設埋設管改築工法では、前記転動体のエッジの向きを変え、ねじれ角を強制的に修正する替わりに、前記ねじれ角をあえて強制的に与え、前記カッタガイドの反力を利用して斜め誘導を行うようにしてもよい。

本発明によれば、カッタヘッドの回転に引きずられてカッタガイドがローリングするのを防止するともに、ローリングが生じたとしても正しい位置関係に容易に修正することが可能になる。

以下、本発明による既設埋設管改築工法用カッタガイド装置の一実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。
第１実施形態
図１は、本発明による既設埋設管改築工法用カッタガイド装置が適用される推進機を示す。

図１において、参照番号２０は、推進機の全体を示す。この推進機２０には、非開削で埋設管を地中に推進する工法で広く用いられる公知の推進機が使用される。参照番号１２は、推進機２０を使って更新管３０に改築される老朽化した既設の埋設管である。この埋設管１２は、この実施形態では、下水道管に用いられるヒューム管である。埋設管１０の始端位置には立坑１４（以下、発進坑という）が掘削され、推進機２０は発進坑１４に運び込まれる。

推進機２０においては、ベースとなるガイドフレーム２１の上に推進機本体２２が移動可能に設置されている。この推進機本体２２の左右両側には、更新管３０を押し出す推力を発生する油圧シリンダ２３が配設されている。この油圧シリンダ２３のピストンロッドの先端部は、反力受２４に固定されている。推進機本体２２は、トルクを発生する油圧モータ２５を備えている。

推進機本体２２には、次のようなアタッチメントが用いられる。すなわち、アタッチメントは螺旋状にブレードが軸方向に延びているスクリュー１６と、このスクリュー１６の先端に取り付けられるカッターヘッド１７と、更新管３０、先導管３２とから構成されている。

スクリュー１６は、更新管３０の内側のケーシング１９に同軸に収容されており、油圧モータ２５の駆動トルクが図示しない中空式減速機を介してスクリュー１６に伝えられる。これと同時に、更新管３０には、推進機１０から油圧シリンダ２３で発生する推力が加えられる。なお、更新管３０およびスクリュー１６は、推進が延びるにしたがって、１本づつ継ぎ足しながら推進作業を行う。

更新管３０の先端には、先導管３２が接続されている。そして、先導管３２の先端に、カッターヘッド１７が取り付けられている。カッターヘッド１７は、スクリュー１６と一体で回転する。
カッターヘッド１７は、ヘッド本体を構成する円板状の面板３３を有し、この面板３３には、複数個のカッター３４が直径にそって配列されている。 このようなカッターヘッド１７は、先導管３２の先端部に揺動可能に接続されている。そして先導管３２には、あらかじめ設定された推進方向から逸脱した場合に、推進方向を調整する方向修正シリンダ３５が上下左右に４箇所または上下左右等に適当数組み込まれている。この方向修正シリンダ３５は、先導管３２の先端の位置ずれ量に応じて、その位置ずれ量を解消する方向にカッタヘッド１７を揺動させる。

なお、図１において、先導管３２の先端にはレーザターゲット３６が配置され、このレーザターゲット３６に向けて、推進機２０側に配置したレーザセオドライトからレーザが照射される。レーザターゲット３６でのレーザビームの偏位から先導管３２の推進方向のずれを検出できるようになっている。

次に、図１において、参照番号４０は、カッタガイドを示す。このカッタガイド４０は、埋設管１２の管内に移動自在に挿入され、先導管３２の推進とともに埋設管１２を案内走行路として移動し先導管３２の推進を案内するようになっている。

このカッタガイド４０は、筒形の本体フレーム４１を有し、この本体フレーム４１には、軸方向に平行に延びる細長い板状の摺動部材４１ａが複数枚軸心に関して対称に取り付けられており、カッタガイド４０は、摺動部材４１ａを介して埋設管１２の内周面を摺動できるようになっている。

図１に示されるように、カッタガイド４０は、カッタヘッド１７と連結されている。この実施形態では、先導管３２は埋設管１２と同軸に推進するようになっており、カッタヘッド１７の先端にある軸受部４３に、カッタガイド４０の後尾にある連結アーム４４がピンを介して連結され、カッタヘッド１７の回転は軸受部４３によってカッタガイド４０に伝わらないようになっている。

埋設管１２にはカッタガイド４０に先行させるようにしてローリング修正装置５０が挿入されている。このローリング修正装置５０は、筒形の本体フレーム５２と、軸方向に取り付けられる複数枚の摺動部材５４とを有する点は、カッタガイド４０と同様であるが、以下のような構成に特徴がある。

すなわち、図２において、ローリング修正装置５０は、埋設管１２の内周面に食い込み可能なエッジ５６ａを有する転動体として用いられる複数のエッジローラー５６と、これらエッジローラー５６のエッジ５６ａの向きを変えることにより、エッジ５６ａが進行方向に対してねじれ角をもつようにエッジローラー５６を揺動させるカム機構５８と、このカム機構５８を駆動する駆動部として用いられる油圧シリンダ６０と、を備えている。

そこで、カム機構５８とエッジローラー５６との協働関係について詳細に説明する。図３は、カム機構５８の動作原理を示す図である。

この実施形態では、エッジローラ５６は、本体フレーム５２の中心に関して対称に４箇所配置されている。エッジローラー５６は、支持軸５９の先端の二股の支持部６１に回転自在に支持されている。エッジローラー５６の外周面には、周方向にエッジ５６ａが形成されている。

本体フレーム５２の中心には、ガイド部材６２が設けられており、このガイド部材６２には、継手部６３を介して支持軸５９が回転自在に取り付けられている。この場合、支持軸５９の軸心は、エッジローラ５６のエッジ部５６ａの頂点を通り、この軸心がエッジローラー５６の揺動運動の中心となるようになっている。

他方、油圧シリンダ６０のピストンロッドの先端は、ガイド部材６２に沿って摺動するスライダ６４が取り付けられている。このスライダ６４には、カム板６５が連結されている。カム板６５には、カム溝６６が形成されており、このカム溝６６には、支持軸５９から直角に延びる係合部６７が係合するようになっている。なお、油圧シリンダ６０は、４つのエッジローラー５３を揺動される共通の駆動源として構成されている。本体フレーム５３の内部には、ローリング角度を検出するための傾斜計７０が設けられている（図２参照）。

次に、老朽化した埋設管１２に沿って更新管３０を推進し、下水道を改築する工程を順を追って説明する。
まず、図１に示すように、埋設管１２の始端位置に発進坑１４を掘削しておく。推進機２０は発進坑１４に設置する。

次に、埋設管１２には、先にローリング修正装置５０を入れ、さらに、このローリング修正装置５０に連結したカッタガイド４０を入れ、カッタヘッド１７に連結アーム４６で連結しておく。先導管３２は、埋設管１２と同軸に推進されていくので、先導管３２が埋設管１２の軸心一致する位置になるように、推進機２０を高さや左右方向の位置を調整しながら推進機２０の位置決めをする。

こうして、推進の準備が整ったところで、推進機２０でカッタヘッド１７を回転させ、カッター３４で埋設管を破砕しつつ推進機２０の油圧シリンダ２３をピストンロッドを伸長させて先導管３２を押し込む。先導管３２の推進が延びるたびに、更新管３０、スクリュー１６、ケーシング１９を継ぎ足しなから推進していく。
更新管３０を推進する過程では、カッタガイド４０は埋設管１２の中を先導管３２に先行して移動し、先導管３２の推進を案内する。この場合、何も問題がなく、順調に進めば、既設の埋設管１２を案内走行路に利用できるので、先導管３２の推進方向を埋設管１２の方向と一致させることができる。

ところが、実際には、カッタヘッド１７の回転の影響を受けて、ガイドガイド４０にローリングが生じることがある。カッターガイド４０がローリングすると、ローリング修正装置５０も同じようにローリングすることになる。このとき、ローリング修正装置５０は次のように動作する。

ローリング修正装置５０が埋設管１２を進んでいくときには、エッジローラ５６は、そのエッジ５６ａが埋設管１２の内周面に食い込んだ状態で転動している。仮に、ローリングがなく、真っ直ぐに進んでいる場合には、図３（ａ）に示すように、エッジ５６ａの向きは進行方向に一致していることになる。

ここで、図３（ｂ）に示すように、カッタガイド４０が矢印方向にローリングしたとすると、ローリング修正装置５０の全体を同じ方向にねじろうとする力が加わる。そうすると、エッジローラ５６は支持軸５９を揺動軸として徐々に回り、エッジ５６ａの向きは、進行方向に対してねじれ角αをもつようになる。

そこで、図３（ｂ）において、油圧シリンダ６０を作動し、カム板６５を矢印方向に動かすと、エッジローラ５６を逆方向に揺動させて、エッジ５６の向きを進行方向に徐々に向けることができる。

エッジローラ５６の向きを徐々に変えるにしたがって、ローリング修正装置５０の全体が元の姿勢に戻っていき、カッタガイド４０も元の正しい位置関係に戻る。このときのカッタガイド４０の姿勢は、傾斜計７０で確認することができる。

以上のようにして、カッタガイド５６がローリングしても、それを簡易に修正できるので、ローリングの影響を受けて先導管３２の誘導方向に狂いが生じるのを防止し、正確に誘導することができる。

なお、本実施形態のローリング修正装置５０では、駆動部として油圧シリンダ６０を備えているので、ローリングがない場合に、あえてエッジローラ５６のエッジ５６ａの向きを変えることにより、ねじれ角を強制的に与え、カッタガイド４０の反力を利用して微妙な斜め誘導を行うことも可能である。他方、エッジローラ５６は、そのエッジ５６ａが埋設管１２の内周面に食い込んだ状態で転動しているので、真っ直ぐに推進しているときには、ローリング修正装置５０のエッジローラ５６が制約になってカッタガイド４０のローリングを抑制するようになる。

第２実施形態
次に、本発明の第２実施形態について、図４を参照して説明する。
この第２実施形態は、第１実施形態と異なり、ローリング修正装置５０には、駆動部としての油圧シリンダを設ける替わりに、次のような錘を利用した駆動部を設けた実施形態である。なお、図４では、第１実施形態と同一の構成要素には、同一の参照符合を付して、その説明は省略する。

図４において、駆動部は、カム機構を構成するカム円板７０と、錘７２とを組み合わせている。この場合、カム円板７０は、ローリング修正装置５０の中心にある継手部６３に同軸に回動可能に取り付けられている。このカム円板には、４つ配置されているエッジローラ５６のそれぞれに対応するカム溝７４が４箇所半径方向に形成されている。このカム溝７４には、エッジローラ５６の揺動中心になる支持軸５６に形成された係合部６７が係合している。

このようなカム機構のカム円板７０には、錘７２が取り付けられている。この実施形態では、ローリング修正装置５０に円滑な揺動と必要十分な質量を確保できるように、錘７２は扇形のものが使用されている。

以上のような第２実施形態の作用について説明する。

ローリング修正装置５０が埋設管１２を進んでいくときには、エッジローラ５６は、そのエッジ５６ａが埋設管１２の内周面に食い込んだ状態で転動している。仮に、ローリングがなく、真っ直ぐに進んでいる場合には、図４（ｂ）に示すように、エッジ５６ａの向きは進行方向に一致していることになる。

図４（ａ）に示すように、カッタガイド４０が矢印方向にローリングしたとすると、ローリング修正装置５０の全体に同じ方向にねじろうとする力が加わる。そうすると、エッジローラ５６は支持軸５９を揺動軸として徐々に回り、エッジ５６ａの向きは、進行方向に対してねじれ角をもつようになる。

このような状態になると、錘７２の重心が変化するため、錘７２はカム円板７０を元の位置に復元させようとする。この結果、カム円板７０が元の位置に戻る過程で、エッジローラ５６のエッジ５６ａの向きが進行方向に一致している初期位置に自動的に引き戻される。

以上のようにして、この実施形態によれば、ローリングが生じても、錘７２を利用して自動的に正しい位置関係に修正することができる。

本発明の第１実施形態によるカッタガイド装置を示す断面図。 同カッタガイド装置の要部を示す断面図。 同カッタガイド装置の備えるローリング修正装置の動作原理を示す図。 本発明の第２実施形態によるカッタガイド装置におけるローリング修正装置の動作原理を示す図。 従来の既設埋設管改築工法の説明図。

符号の説明

２０ 推進機
３０ 更新管
３２ 先導管
４０ カッタガイド
４４ 連結アーム
５０ ローリング修正装置
５６ エッジローラ
５６ａ エッジ
５８ カム機構
６０ 油圧シリンダ
６５ カム板
６６ カム溝
７０ カム円板
７２ 錘
７４ カム溝

Claims (8)

1. 地中に埋設された既設の埋設管をカッタヘッドで破砕しながら、同時に、先行させる先導管とともに新しい更新管を推進機で推進する既設埋設管改築工法に用いられるカッタガイド装置であって、
   推進機のスクリューから回転トルクが伝達されるカッタヘッドに軸受を介して連結され、前記埋設管の管内に移動自在に挿入されるカッタガイドと、
   前記埋設管内を前記カッタガイドの先頭に先行し、該埋設管の内周面に食い込み可能なエッジを有し前記エッジが前記埋設管の内周面に食い込んだ状態で転動する転動体と、前記転動体のエッジの向きが進行方向に対してねじれ角をもつように該転動体を揺動させるカム機構と、前記カム機構を駆動する駆動部と、を有するローリング修正装置と、
   を具備したことを特徴とする既設埋設管改築用のカッタガイド装置。
2. 前記転動体は、進行方向に垂直で前記エッジの頂点を通る揺動中心軸を有し、周方向に該エッジが形成された円筒形のローラーからなることを特徴とする請求項１に記載の既設埋設管改築工法用のカッタガイド装置。
3. 前記転動体は、前記ローリング修正装置の中心に関して対称に複数個の前記転動体が配置されることを特徴とする請求項２に記載の既設埋設管改築工法用のカッタガイド装置。
4. 前記駆動部は、前記カム機構のカム板を進行方向に前後動させる油圧シリンダからなることを特徴とする請求項１に記載の既設埋設管改築工法用のカッタガイド装置。
5. 前記駆動部は、前記ローリング修正装置の中心軸に同軸に回動可能に取り付けられた前記カム機構のカム円板と、前記カム円板の回転位置を前記転動体のエッジの方向が進行方向に一致させる初期位置に引き戻そうとする錘と、からなることを特徴とする請求項１に記載の既設埋設管改築工法用のカッタガイド装置。
6. 前記カッタガイドのローリング角度を検出する傾斜計をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の既設埋設管改築工法用のカッタガイド装置。
7. 地中に埋設された既設の埋設管をカッタヘッドで破砕しながら、同時に、先行させる先導管とともに新しい更新管を推進機で推進する既設埋設管改築工法であって、
   推進機のスクリューから回転トルクが伝達されるカッタヘッドに軸受を介して連結され、前記埋設管の管内に移動自在に挿入されるカッタガイドと、前記埋設管内を前記カッタガイドの先頭に先行し、該埋設管の内周面に食い込み可能なエッジを有する転動体と、前記転動体のエッジの向きが進行方向に対してねじれ角をもつように該転動体を揺動させるカム機構と、前記カム機構を駆動する駆動部と、を有するローリング修正装置を前記埋設管の管内に挿入し、
   前記転動体のエッジの向きを変えることにより、ねじれ角を強制的に修正し、前記先導管のローリングを修正することを特徴とする既設埋設管改築工法。
8. 前記転動体のエッジの向きを変え、ねじれ角を強制的に修正する替わりに、前記ねじれ角をあえて強制的に与え、前記カッタガイドの反力を利用して斜め誘導を行うことを特徴とする請求項７に記載の既設埋設管改築工法。

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