JP5631240B2 - 切削用ビット及び既設マンホール取付管渠の耐震化工法 - Google Patents

Description

本発明は、主として下水道用管渠として既設マンホールと管体との結合部分に耐震性を付加するために管体周囲に空隙を形成するための切削用ビット及びこれを用いた既設マンホール取付管渠の耐震化工法に関するものである。

従来、既設マンホールの壁面を貫通して一体化された管体はモルタル等により剛接合されているため地震発生時にはその接合部分が折れ易い。そこで、本発明者らは既設マンホールの耐震化工法を特許文献１により提案している。特許文献１の切削用ビットは、円筒形状のコア本体の軸方向端部に該コア本体の軸方向に突出してダイヤモンドチップを設けた構成であり、該切削用ビットにより切削される環状空隙の幅は概ね１６mmに設定されていた。そして、切削用ビットにより確保された、この環状空隙内に弾性材を充填した場合に確保出来る耐震性能は、マンホールの壁面に対する管体の屈曲角度が１°程度、マンホールと管体との水平変位が４０mm程度である。

特開２００１−４０７５１号公報

しかしながら、３０ｍ〜５０ｍ離間したマンホール間の管体相互が可撓性を有する接続部材によりそれぞれ連結された場合には、耐震性能は特許文献１の程度でも十分であったが、例えば、既設管の内部にライナー等を施した更生管（自立管）のようにマンホール間の管体が一体的に構成され、且つマンホールに剛接合されるような場合には、地震の発生等により地盤の液状化による地盤沈下の影響でマンホール間で一体化された管体の中央部が下に凸の湾曲状態となりその沈下量が大きくなる。この場合の耐震性能として、マンホールの壁面に対する管体の屈曲角度が５°程度、マンホールの壁面に対する管体の水平方向の移動量である抜き出し量が１００mm程度が望まれている。

そのためには、弾性材の弾性性能をより柔らかくすれば可撓性能は向上するが、弾性材が伸びると該弾性材の断面は薄肉となって破断し易く、水密性の確保も困難になる。これを解決するためには、切削される環状空隙の幅を大きくすれば良い。

切削用ビットにより切削される環状空隙幅をより大きくするためには、ダイヤモンドチップの幅を広くする方法があるが、コア本体の円筒体の厚さを変えずにダイヤモンドチップのみを幅広にすると、ダイヤモンドチップの取り付けが強固に出来ず、コア本体からダイヤモンドチップが脱落し易く、ランニングコストが高くなる。

一方、コア本体の円筒体の厚さを大きくすれば、ダイヤモンドチップの取り付けが強固に出来、コア本体からダイヤモンドチップが脱落することもなくなるが、コア本体の重量が増してマンホール内部への搬入／搬出作業に時間がかかり、施工性が悪くなる上、コア本体が高価になるという問題があった。

本発明は前記課題を解決するものであり、その目的とするところは、コア本体の円筒体の厚さを変えないで切削される環状空隙幅をより大きくすることが出来る切削用ビット及びこれを用いた既設マンホール取付管渠の耐震化工法を提供せんとするものである。

前記目的を達成するための本発明に係る切削用ビットの第１の構成は、既設マンホールの壁面を貫通して一体化された管体の外周に沿って該マンホールの壁面を環状に切削する切削用ビットであって、円筒形状のコア本体の軸方向端面に該コア本体の軸方向に突出して所定のピッチで複数設けられた第１の切削刃と、前記第１の切削刃が設けられた前記コア本体の軸方向端部の外周面に該コア本体の径方向において前記第１の切削刃とは一致しない位置で前記第１の切削刃の前記コア本体の外周面からの突出寸法よりも大きな突出寸法だけ該コア本体の径方向に突出して所定のピッチで複数設けられた第２の切削刃とを有し、前記第２の切削刃の前記コア本体の円周方向の長さは、前記第２の切削刃の前記コア本体の軸方向の長さよりも大きく設定されたことを特徴とする。

また、本発明に係る切削用ビットの第２の構成は、前記第１の構成において、前記第１の切削刃の個数を前記第２の切削刃の個数の１．５倍以上、且つ２．５倍以下に設定したことを特徴とする。

また、本発明に係る既設マンホール取付管渠の耐震化工法は、既設マンホール内から該マンホールの壁面を貫通して一体化された管体の外周に沿って、前記第１、第２の構成の切削用ビットを回転させて該マンホールの壁面を環状に切削して該マンホールの壁面と前記管体とを縁切りさせ、該切削によって形成された環状空隙内に、水密性を維持しつつ弾性変形が可能な弾性シーリング材を充填することを特徴とする。

本発明に係る切削用ビットの第１の構成によれば、第１の切削刃によりコア本体の厚さに対応した幅でマンホールの壁面を環状に切削し、それに連続して第２の切削刃により更に該第２の切削刃の高さに対応した幅でマンホールの壁面を環状に切削することが出来る。これによりコア本体の円筒体の厚さを変えずに環状の切削幅を大きくすることが出来る。またコア本体から切削刃が脱落することも無く、コア本体の重量が変わらないのでマンホール内部への搬入／搬出作業が容易に出来、施工性が良い。マンホールの壁面を環状に切削することで、該マンホールの壁面と管体とを縁切りさせ、該切削によって形成された環状空隙内に、水密性を維持しつつ弾性変形が可能な弾性シーリング材を弾性性能を変えずに充填することが出来る。これにより弾性シーリング材が破断することも無く、水密性の確保も容易である。第１、第２の切削刃による切削によって環状空隙を幅広く形成することが出来、マンホール間の管体相互が一体的に剛接合されるような場合であっても、耐震性能として、マンホールの壁面に対する管体の屈曲角度が５°程度、マンホールの壁面に対する管体の水平方向の抜き出し量が１００mm程度を容易に確保することが出来る。

また、本発明に係る切削用ビットの第２の構成によれば、前記第１の切削刃の個数を前記第２の切削刃の個数の１．５倍以上、且つ２．５倍以下に設定したことで、経済的且つ効率的に所定の環状空隙を切削することが出来る。好ましくは、前記第１の切削刃の個数を前記第２の切削刃の個数の２倍に設定すれば良い。前記第１の切削刃の個数が前記第２の切削刃の個数の１．５倍よりも小さいと第２の切削刃の個数が増えて不経済となる。また、前記第１の切削刃の個数が前記第２の切削刃の個数の２．５倍よりも大きいと第２の切削刃の個数が少なく、切削能力が低下するため施工時間がかかるといった問題がある。

また、本発明に係る既設マンホール取付管渠の耐震化工法によれば、第１、第２の切削刃による切削によって環状空隙を幅広く形成した状態で該マンホールの壁面と管体とを縁切りさせ、該環状空隙内に、水密性を維持しつつ弾性変形が可能な弾性シーリング材を充填することで、マンホールと管体とに異なる外力が作用しても環状空隙内に充填された弾性シーリング材が弾性変形して耐震性能を確保することが出来る。

（ａ）は本発明に係る切削用ビットの構成を示す正面図、（ｂ）は本発明に係る切削用ビットの構成を示す側面図である。 （ａ）は図１（ａ）の部分拡大図、（ｂ）は図１（ｂ）の部分拡大図である。 （ａ）は本発明に係る切削用ビットを用いて本発明に係る既設マンホール取付管渠の耐震化工法を実施する様子を示す断面説明図、（ｂ）は本発明に係る切削用ビットを用いて切削した環状空隙内に水密性を維持しつつ弾性変形が可能な弾性シーリング材を充填した様子を示す断面説明図である。 コア本体の径に対応して第１の切削刃と第２の切削刃とを配置する個数の一例を示す図である。

図により本発明に係る切削用ビット及びそれを用いた既設マンホール取付管渠の耐震化工法の一実施形態を具体的に説明する。

図１〜図３において、１は既設マンホール２の壁面３を貫通して一体化された管体４の外周に沿って該マンホール２の壁面３を環状に切削する切削用ビットである。切削用ビット１は、図１及び図２に示すように、円筒形状のコア本体５と、該コア本体５の軸方向（図１（ｂ）の左右方向）の端面（軸方向端面）５ａに該コア本体５の軸方向に突出して所定のピッチで複数設けられた第１の切削刃６と、前記第１の切削刃６が設けられたコア本体５の軸方向端部の外周面５ｂに該コア本体５の径方向に突出して所定のピッチで複数設けられた第２の切削刃７とを有する。第１の切削刃６と、第２の切削刃７とは、人造ダイヤモンドを金属と焼結したダイヤモンドチップにより構成される。

本実施形態では、コア本体５の端面５ａに突出して設けられた第１の切削刃６は、コア本体５の径方向の長さａが１６ｍｍ、コア本体５の円周方向の長さｂが２０ｍｍ、コア本体５の軸方向の長さｃが１０ｍｍで構成されている。一方、コア本体５の端面５ａ近傍の外周面５ｂにコア本体５の径方向に突出して設けられた第２の切削刃７は、コア本体５の円周方向の長さｅが２０ｍｍ以外は、該管体４の呼び径に対応して異なる寸法形状で構成される。ここで、管体４の呼び径とは、概ね管体４の内径を指す。

例えば、管体４の呼び径が２５０ｍｍ〜３５０ｍｍの場合には、第２の切削刃７は、コア本体５の径方向の長さｄが１６ｍｍ、コア本体５の円周方向の長さｅが２０ｍｍ、コア本体５の軸方向の長さｆが１３ｍｍで構成されている。また、管体４の呼び径が４００ｍｍ〜７００ｍｍの場合には、第２の切削刃７は、コア本体５の径方向の長さｄが１３ｍｍ、コア本体５の円周方向の長さｅが２０ｍｍ、コア本体５の軸方向の長さｆが１６ｍｍで構成されている。

図１及び図２は管体４の呼び径が５００ｍｍの場合の一例を示し、コア本体５に設けられる第１の切削刃６の内径ｇは６０４ｍｍ、第１の切削刃６の外径ｈは６３６ｍｍ、第２の切削刃７の外径ｉは６５４ｍｍである。また、第１の切削刃６のコア本体５の内周面よりも内部への突出長さｊは２ｍｍであり、第１の切削刃６のコア本体５の外周面５ｂよりも外部への突出長さｋは３ｍｍである。

管体４の呼び径が５００ｍｍの場合、第１の切削刃６は、コア本体５の円周を３４等分して３４個が等間隔で配置され、第２の切削刃７は、コア本体５の円周を１７等分して１７個が等間隔で配置されている。即ち、図１及び図２に示すように、コア本体５の外周面５ｂ上に等間隔で配置された第２の切削刃７の間の端面５ａ上に２個の第１の切削刃６が配置されている。

同様に、図４に示すように、管体４の呼び径が２５０ｍｍの場合、第１の切削刃６は、コア本体５の円周を１８等分して１８個が等間隔で配置され、第２の切削刃７は、コア本体５の円周を９等分して９個が等間隔で配置されている。即ち、コア本体５の外周面５ｂ上に等間隔で配置された第２の切削刃７の間の端面５ａ上に２個の第１の切削刃６が配置されている。また、比較例として管体４の呼び径が３００ｍｍの場合、第１の切削刃６は、コア本体５の円周を２１等分して２１個が等間隔で配置され、第２の切削刃７は、コア本体５の円周を１０等分して１０個が等間隔で配置されている。即ち、コア本体５の外周面５ｂ上に等間隔で配置された第２の切削刃７の間の端面５ａ上に２個の第１の切削刃６が配置されている。

また、管体４の呼び径が３５０ｍｍの場合、第１の切削刃６は、コア本体５の円周を２４等分して２４個が等間隔で配置され、第２の切削刃７は、コア本体５の円周を１２等分して１２個が等間隔で配置されている。即ち、コア本体５の外周面５ｂ上に等間隔で配置された第２の切削刃７の間の端面５ａ上に２個の第１の切削刃６が配置されている。また、管体４の呼び径が４００ｍｍの場合、第１の切削刃６は、コア本体５の円周を２８等分して２８個が等間隔で配置され、第２の切削刃７は、コア本体５の円周を１４等分して１４個が等間隔で配置されている。即ち、コア本体５の外周面５ｂ上に等間隔で配置された第２の切削刃７の間の端面５ａ上に２個の第１の切削刃６が配置されている。

また、管体４の呼び径が４５０ｍｍの場合、第１の切削刃６は、コア本体５の円周を３０等分して３０個が等間隔で配置され、第２の切削刃７は、コア本体５の円周を１５等分して１５個が等間隔で配置されている。即ち、コア本体５の外周面５ｂ上に等間隔で配置された第２の切削刃７の間の端面５ａ上に２個の第１の切削刃６が配置されている。また、管体４の呼び径が６００ｍｍの場合、第１の切削刃６は、コア本体５の円周を４０等分して４０個が等間隔で配置され、第２の切削刃７は、コア本体５の円周を２０等分して２０個が等間隔で配置されている。即ち、コア本体５の外周面５ｂ上に等間隔で配置された第２の切削刃７の間の端面５ａ上に２個の第１の切削刃６が配置されている。

また、比較例として管体４の呼び径が７００ｍｍの場合、第１の切削刃６は、コア本体５の円周を４５等分して４５個が等間隔で配置され、第２の切削刃７は、コア本体５の円周を２０等分して２０個が等間隔で配置されている。即ち、コア本体５の外周面５ｂ上に等間隔で配置された第２の切削刃７の間の端面５ａ上に２個の第１の切削刃６が配置されている。

図４に示すように、第１の切削刃６の個数が第２の切削刃７の個数の１．５倍以上、且つ２．５倍以下に設定される。

本実施形態のコア本体５は、図１に示すように５分割されたものを図示しない連結具により連結して構成された一例であるが、径の小さいコア本体５は一体的に構成される。

図３は本発明に係る既設マンホール取付管渠の耐震化工法を適用した場合の一例を示す図である。図３（ａ）に示すように、既設マンホール２の蓋体を開放して該既設マンホール２内に芯出し装置11、ドライブ装置12、切削機本体13、切削用ビット１を搬入して該既設マンホール２内で図３（ａ）に示すように組み立てる。切削用ビット１はコア本体５の軸方向の一端部に設けられた固定板５ｃの固定用孔5c1にボルト止め等により切削機本体13の油圧回転駆動部が連結され、該コア本体５の回転中心軸14の一端部が芯出し装置11により芯出しされる。切削機本体13及び切削用ビット１は、油圧式のドライブ装置12により既設マンホール２内を水平方向（図３（ａ）の左右方向）に移動可能に支持される。

そして、切削機本体13を回転駆動して切削用ビット１を回転させると共に、ドライブ装置12により切削機本体13及び切削用ビット１を図３（ａ）の右方向に移動させて既設マンホール２内から該マンホール２の壁面３を貫通して一体化された管体４の外周に沿って、該マンホール２の壁面３を第１の切削刃６と第２の切削刃７により環状に切削して該マンホール２の壁面３と管体４とを縁切りさせる。そして、図３（ｂ）に示すように、第１の切削刃６と第２の切削刃７との切削によって形成された環状空隙８内に水密性を維持しつつ弾性変形が可能なウレタン樹脂製、シリコン樹脂製、或いは吸水材を含有する水膨張ゴム材等の弾性シーリング材９を充填する。尚、環状空隙８内のマンホール外側には、水膨張性を有したポリウレタンフォーム等のバックアップ材10が充填され、貫通穴からなる環状空隙８内に弾性シーリング材９を充填する際のバックアップを行う。図３（ｂ）では、環状空隙８の切削幅（管体４の径方向の長さ）が２５ｍｍ以上とされ、弾性シーリング材９の厚さ（管体４の軸方向の長さ）を３０ｍｍ以上とした一例である。環状空隙８の切削幅が２５ｍｍの場合にはバックアップ材10の断面は３０mm×３０mmのものが使用される。

上記切削用ビット１によれば、第１の切削刃６によりコア本体５の厚さに対応した幅でマンホール２の壁面３を環状に切削し、それに連続して第２の切削刃７により更に該第２の切削刃７の高さに対応した幅でマンホール２の壁面３を環状に切削することが出来る。これによりコア本体５の円筒体の厚さを変えずに環状の切削幅を大きくすることが出来る。またコア本体５から第１の切削刃６が脱落することも無く、コア本体５の重量が変わらないのでマンホール２内部への搬入／搬出作業が容易に出来、施工性が良い。

マンホール２の壁面３を環状に切削することで、該マンホール２の壁面３と管体４とを縁切りさせ、該切削によって形成された環状空隙８内に、水密性を維持しつつ弾性変形が可能な弾性シーリング材９を弾性性能を変えずに充填することが出来る。これにより弾性シーリング材９が破断することも無く、水密性の確保も容易である。第１、第２の切削刃６，７による切削によって環状空隙８を幅広く形成することが出来、マンホール２間の管体４相互が一体的に剛接合されるような場合で地震の発生等により地盤の液状化による地盤沈下の影響でマンホール２間で一体化された管体４の中央部が下に凸の湾曲状態となりその沈下量が大きくなる場合であっても、耐震性能として、マンホール２の壁面３に対する管体４の屈曲角度が５°程度、マンホール２の壁面３に対する管体４の水平方向の抜き出し量が１００mm程度のときに、外水圧が０．０５ＭＰａを確保するためには、第１の切削刃６と第２の切削刃７とにより切削される環状空隙８の幅（図１（ａ）に示す｛第２の切削刃７の外径ｉ｝−｛第１の切削刃６の内径ｇ｝）が２５ｍｍ以上確保出来れば十分であることが実験的に判明した。

また、本発明に係る切削用ビット１によれば、第１の切削刃６の個数が第２の切削刃７の個数の１．５倍以上、且つ２．５倍以下に設定したことで、経済的且つ効率的に所定の環状空隙８を切削することが出来る。好ましくは、第１の切削刃６の個数が第２の切削刃７の個数の２倍である。第１の切削刃６の個数が第２の切削刃７の個数の１．５倍よりも小さいと第２の切削刃７の個数が増えて不経済となる。また、第１の切削刃６の個数が第２の切削刃７の個数の２．５倍よりも大きいと第２の切削刃７の個数が少なく、切削能力が低下するため施工時間がかかるといった問題がある。

また、上記既設マンホール取付管渠の耐震化工法によれば、第１、第２の切削刃６，７による切削によって環状空隙８を幅広く形成した状態で該マンホール２の壁面３と管体４とを縁切りさせ、該環状空隙８内に、水密性を維持しつつ弾性変形が可能な弾性シーリング材９を充填することで、既設管からなる管体４の内部にライナー等を施した更生管（自立管）のようにマンホール２間の管体が一体的に構成されるような場合で地震の発生等により地盤の液状化による地盤沈下の影響でマンホール２間で一体化された管体４の中央部が下に凸の湾曲状態となりその沈下量が大きくなる場合であっても耐震性能としてマンホール２の壁面３に対する管体４の屈曲角度が５°程度、マンホール２の壁面３に対する管体４の水平方向の移動量である抜き出し量が１００mm程度が確保出来、マンホール２と管体４とに異なる外力が作用しても環状空隙８内に充填された弾性シーリング材９が弾性変形して耐震性能を確保することが出来る。

本発明の活用例として、主として下水道用管渠として既設マンホールと管体との結合部分に耐震性を付加するために管体周囲に空隙を形成するための切削用ビット及びこれを用いた既設マンホール取付管渠の耐震化工法に適用出来る。

１ …切削用ビット
２ …既設マンホール
３ …壁面
４ …管体
５ …コア本体
５ａ …端面
５ｂ …外周面
５ｃ …平板部
６ …第１の切削刃
７ …第２の切削刃
８ …環状空隙
９ …弾性シーリング材
10 …バックアップ材
11 …芯出し装置
12 …ドライブ装置
13 …切削機本体
14 …回転中心軸
ａ，ｄ…第１、第２の切削刃のコア本体の径方向の長さ
ｂ，ｅ…第１、第２の切削刃のコア本体の円周方向の長さ
ｃ，ｆ…第１、第２の切削刃のコア本体の軸方向の長さ
ｇ…第１の切削刃の内径
ｈ…第１の切削刃の外径
ｉ…第２の切削刃の外径
ｊ…第１の切削刃のコア本体の内周面よりも内部への突出長さ
ｋ…第１の切削刃のコア本体の外周面よりも外部への突出長さ

Claims (3)

1. 既設マンホールの壁面を貫通して一体化された管体の外周に沿って該マンホールの壁面を環状に切削する切削用ビットであって、
   円筒形状のコア本体の軸方向端面に該コア本体の軸方向に突出して所定のピッチで複数設けられた第１の切削刃と、
   前記第１の切削刃が設けられた前記コア本体の軸方向端部の外周面に該コア本体の径方向において前記第１の切削刃とは一致しない位置で前記第１の切削刃の前記コア本体の外周面からの突出寸法よりも大きな突出寸法だけ該コア本体の径方向に突出して所定のピッチで複数設けられた第２の切削刃と、
   を有し、
   前記第２の切削刃の前記コア本体の円周方向の長さは、前記第２の切削刃の前記コア本体の軸方向の長さよりも大きく設定されたことを特徴とする切削用ビット。
2. 前記第１の切削刃の個数を前記第２の切削刃の個数の１．５倍以上、且つ２．５倍以下に設定したことを特徴とする請求項１に記載の切削用ビット。
3. 既設マンホール取付管渠の耐震化工法であって、
   既設マンホール内から該マンホールの壁面を貫通して一体化された管体の外周に沿って、請求項１または請求項２に記載の切削用ビットを回転させて該マンホールの壁面を環状に切削して該マンホールの壁面と前記管体とを縁切りさせ、該切削によって形成された環状空隙内に、水密性を維持しつつ弾性変形が可能な弾性シーリング材を充填することを特徴とする既設マンホール取付管渠の耐震化工法。

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