JP5773489B2 - 非破砕型埋設管改築工法及び非破砕型埋設管改築用掘進機 - 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改築するための埋設管改築工法に関し、特に既設埋設管を非破砕で回収する非破砕型埋設管改築工法及びそれに用いる非破砕型埋設管改築用掘進機に関する。

地中に埋設されて各種用途に供される埋設管は、経年により老朽化が進み、適時に新たな埋設管（更新管）と交換することが必要となる。また埋設管のサイズアップの要求から既設埋設管を撤去し、新たなサイズの埋設管と置換することを要する場合がある。

従来は既設埋設管の埋設個所の地盤を開削して既設埋設管を掘り出し、新たな管を吊り込んで埋設する開削工法や、掘削ヘッドを備えた掘進機により既設埋設管を破砕し、新設管を敷設する非開削の推進埋設工法が提案されている。

また、特開２００３−１７６６８９号公報には、既設埋設管の始端位置と終端位置に発進坑と到達坑を掘削し、発進坑内に設置した駆動推進装置により既設埋設管の外周に沿って掘進機及び新設管を推進し、掘進機内の既設埋設管を単位長毎に破砕せず掘進機及び新設管の内部を通し、発進坑内に移動させ、発進坑外へ回収する埋設管改築工法が開示されている。

特開２００３−１７６６８９号公報

しかしながら、従来の開削工法による埋設管改築工法は、既設埋設管路の全長にわたって開削することを要するため、路面の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という問題がある。非開削の推進埋設工法は、既設埋設管がヒューム管であると、鉄筋や管接続のための鋼製継輪が内在するので、これを破断するために特殊なカッタを別に用意する必要があるうえ、切断した鉄筋や鋼製継輪が詰まりやすく、回収不能になるなどの問題がある。

また、特許文献1で開示された埋設管改築工法は、掘進機内の既設埋設管を単位長さ毎に取り外す作業が掘進機の推進をストップしての作業となり、取り外し作業中、掘進機の内壁と既設埋設管の外周との環状空間の切羽が崩壊をおこし切羽が正常に保てなくなり水や土砂等が掘進機内に浸入して既設埋設管の鋼製継輪の取り外し作業が困難になるという問題を有する。

本発明は、上記従来の問題を解決するものであって、鉄筋や鋼製継輪を破砕する特殊なカッターヘッドを用いること無く、既設埋設管の単位長さ毎の取り外し作業を掘進機の内壁と既設埋設管の外周との環状空間からの土砂、地下水の浸入を阻止し安全に実施することが可能な非破砕型埋設管改築工法及び非破砕型埋設管改築用掘進機を提供することを目的とする。

本発明の非破砕型埋設管改築工法は、前記課題を解決するために、地下に埋設された既設埋設管の始端位置に発進立坑を掘削する工程と、発進立坑に先端に掘進用ビットを備え、内径が前記既設埋設管の外径より大きく、内壁部側に楔状の環状圧密刃と切羽保護ゴム堰リングを配置した中空円筒形の掘進機を配置する工程と、前記掘進機及び前記既設埋設管の外径より大きな内径を有する新設管を前記既設埋設管の外周に沿って推進する工程と、前記掘進機の内壁部に配置した前記切羽保護ゴム堰リングが回収する既設埋設管の鋼製継輪から所定の距離前進した位置で前記掘進機の推進を停止する工程と、前記掘進機の切羽保護ゴム堰リングにより前記既設埋設管間との環状の地山からの土砂、地下水の浸入を阻止しつつ回収する既設埋設管の鋼製継輪を除去する工程と、鋼製継輪を除去した単位既設埋設管を前記掘進機及び前記新設管を通して前記発進立坑に搬送する工程と、前記単位既設埋設管を発進立坑外に搬送する工程と、前記各工程を繰り返し既設埋設管を新設管に改築する工程と、を有することを特徴とする。

また、本発明の非破砕型埋設管改築工法は、既設埋設管の鋼製継輪を除去する工程で、前記掘進機の内壁と前記既設埋設管の外周との前記ゴム堰リングで仕切られた環状地山に固化材を注入することを特徴とする。

また、本発明の非破砕型埋設管改築工法は、鋼製継輪を除去した既設埋設管を前記掘進機本体内で搬送しやすい大きさに切断又は破砕する工程を有することを特徴とする。

また、本発明の非破砕型埋設管改築用掘進機は、既設埋設管の外径より大きな内径を有する中空円筒形の掘進機本体６と、前記掘進機本体の先端部に設置された掘進用ビット９と、前記掘進用ビットの後方の前記掘進機本体内壁部側に配置された楔状の環状圧密刃１０と、楔状圧密刃の底面に固定され外径が前期掘進機本体内径で内径が既設管外径よりも小さい環状円盤からなる切羽保護ゴム堰リング１２と、を備えることを特徴とする。

また、本発明の非破砕型埋設管改築用掘進機は、前記環状圧密刃と前記切羽保護ゴム堰リングを、前記掘進機本体と一体推進又は独立的に進退の選択が可能にすることを特徴とする。

地下に埋設された既設埋設管の始端位置に発進立坑を掘削する工程と、発進立坑に先端に掘進用ビットを備え、内径が前記既設埋設管の外径より大きく、内壁部側に楔状の環状圧密刃と切羽保護ゴム堰リングを配置した中空円筒形の掘進機を配置する工程と、前記掘進機及び前記既設埋設管の外径より大きな内径を有する新設管を前記既設埋設管の外周に沿って推進する工程と、前記掘進機の内壁部に配置した前記切羽保護ゴム堰リングが回収する既設埋設管の鋼製継輪から所定の距離前進した位置で前記掘進機の推進を停止する工程と、前記掘進機の切羽保護ゴム堰リングにより前記既設埋設管間との環状の地山からの土砂、地下水の浸入を阻止しつつ回収する既設埋設管の鋼製継輪を除去する工程と、鋼製継輪を除去した単位既設埋設管を前記掘進機及び前記新設管を通して前記発進立坑に搬送する工程と、前記単位既設埋設管を発進立坑外に搬送する工程と、前記各工程を繰り返し既設埋設管を新設管に改築する工程と、を有することで、破砕して回収することが困難な鉄筋や鋼製継輪を破砕する特殊なカッターヘッドを備えた掘進機を用いること無く既設埋設管を新設管に改築することが可能になり、さらに回収する既設埋設管の鋼製継輪の除去作業が環状空間からの土砂、地下水の浸入を防止して安全な環境の中で容易に実施することが可能になる。
既設埋設管の鋼製継輪を除去する工程で、前記掘進機の内壁と前記既設埋設管の外周との前記ゴム堰リングで仕切られた環状地山に固化材を注入することで、環状地山が水分が多い軟弱土の場合、固化材により軟弱土を固化させ切羽を安定することが可能となる。
鋼製継輪を除去した既設埋設管を前記掘進機本体内で搬送しやすい大きさに切断又は破砕する工程を有することで、発進立坑からの回収された既設埋設管の搬送が容易になり、発進立坑の規模を小さくすることが可能となる。
既設埋設管の外径より大きな内径を有する中空円筒形の掘進機本体と、前記掘進機本体の先端部に設置された掘進用ビットと、前記掘進用ビットの後方の前記掘進機本体内壁部側に配置された楔状の環状圧密刃と、前記掘進用ビットの後方の前記掘進機本体内壁部側に配置された楔状の環状圧密刃と、前記楔状圧密刃の底面に固定された外径が前期掘進機本体内径で内径が既設管外径よりも小さい環状円盤からなる切羽保護ゴム堰リングと、を備えることで、破砕することが困難な鉄筋や鋼製継輪を破砕する特殊なカッターヘッドを備えた掘進機を用いること無く既設埋設管を新設管に改築することが可能になり、さらに回収する既設埋設管の鋼製継輪の除去作業が環状空間からの土砂、地下水の浸入を防止して安全な環境の中で容易に実施することが可能になる。
楔状の環状圧密刃と切羽保護ゴム堰リングを、前記掘進機本体と一体推進又は独立推進の選択が可能にすることで、切羽保護ゴム堰リングと回収する既設埋設管の鋼製継輪の間隔を調整することが可能になり、鋼製継輪除去作業中の環状空間からの土砂、地下水の浸入を確実に防止することが可能になる。

本発明の実施形態を示す図である。 （ａ）（ｂ）発明の実施形態を示す図である。 （ａ）（ｂ）本発明の実施形態を示す図である。 本発明の実施形態を示す図である。 本発明の実施形態を示す図である。

本発明の非破砕型埋設管改築工法を図により説明する。図１は、本発明の非破砕型埋設管改築工法の実施形態を示す概略図である。

地下に埋設された改築すべき既設埋設管３の始端位置に発進立坑１を掘削する。必要に応じて既設埋設管３の改築終端位置に到達立坑２を掘削する。既存のマンホールを到達立坑２として利用しても良い。既設埋設管３は、所定長さの単位管毎に鋼製継輪４により連結されている。

発進立坑１に掘進機５を設置する。掘進機５は、既設埋設管３の外径より大きな内径を有する中空円筒形の掘進機本体６を備えている。発進立坑１には、掘進機５の既設埋設管３の除去工程の進展に伴い既設埋設管３の外径より大きい内径を有する掘進機５、及び新設管７を推進するための元押ジャッキ８が設置される。掘進機本体６の後部にセミシールド胴（図示せず）を設置し、セミシールド胴に中押しジャッキ（図示せず）を設置し、掘進機本体６に推進力を付与しても良い。

図２は、掘進機本体６の一実施形態の一部拡大図である。中空円筒形の掘進機本体６の先端には、既設埋設管３の外周の地山に沿って推進するための掘進用ビット９が設置される。掘進機本体６の内壁部に楔状の環状圧密刃１０が圧密刃固定ボルト１１により固定される。楔状の環状圧密刃１０は、掘進機本体６が既設埋設管３の外周に沿って推進する際、既設埋設管３と掘進機本体6との間の環状地山を圧密することで地山強度を高めて地山の崩壊を防ぐ機能を有する。

掘進機本体6の内壁部の楔状の環状圧密刃１０の底面部に切羽保護ゴム堰リング１２が固定される。切羽保護ゴム堰リング１２の形状と固定の実施形態を図２（ａ）（ｂ）により説明する。切羽保護ゴム堰リング12は環状円盤であり、その内径は既設埋設管３の外径より小さい。切羽保護ゴム堰リング１２は、楔状の環状圧密刃１０の底面部にゴム堰リング固定ボルト１４で固定する。

図３（ａ）（ｂ）に示すように、切羽保護ゴム堰リング12は環状円盤であり、その内径は既設埋設管３の外径より小さいため、切羽保護ゴム堰リング１２が既設埋設管６に当たると切羽保護ゴム堰リング１２は押し広げられ既設埋設管６の外周壁に密着して既設埋設管３と掘進機本体６間の環状空間からの土砂、地下水の浸入を防止することが可能になる。

図４に示す実施形態は、楔状の環状圧密刃１０と切羽保護ゴム堰リング１２を掘進機本体６と別部材である円筒形の取り付け部材１７に配置する。楔状の環状圧密刃１０は取り付け部材１７に溶接等の手段で固定する。取り付け部材１７は、掘進機本体６と一体に推進するか、取り付け部材１７を掘進機本体６の推進と独立して進退が可能なように推進ジャッキ（図示せず）を備えている。取り付け部材１７を独立して進退可能とすることで、切羽保護ゴム堰リング１２の円筒部１６と回収する既設埋設管３の鋼製継輪４間の間隔を調整することが可能となる。

本発明の非破砕型埋設管改築工法の手順を説明する。第1工程は、改築する既設埋設管３の始端位置に発進立坑１を掘削する工程である。改築する既設埋設管３の終端位置に到達立坑２を掘削しても良いし、既存のマンホールを到達立坑２として活用しても良い。

第２工程は、発進立坑１に先端に掘進用ビット９を備え、既設埋設管３の外径より大きな内径を有し、内壁部に楔状の環状圧密刃１０と切羽保護ゴム堰リング１２を配置した中空円筒形の掘進機本体６からなる掘進機５を配置する。

第３工程は、掘進機５を既設埋設管３の外周に沿って元押しジャッキ８等の推進手段により推進する。掘進機５の推進に伴い、既設埋設管３の外径より大きな内径を有する新設管７を元押しジャッキ8等の推進手段により推進する。

第４工程は、掘進機本体の内壁部に配置した切羽保護ゴム堰リング１２が回収する既設埋設管３の鋼製継輪４から所定距離だけ前進した位置で掘進機5の推進を停止する。図４に示され実施形態のように、切羽保護ゴム堰リング１２が取り付け部材１７に配置され、取り付け部材が掘進機本体６の推進と独立して進退が可能な場合、切羽保護ゴム堰リング１２の位置と回収する既設埋設管３の鋼製継輪４との間隔を微調整することができる。

第５工程は、掘進機本体６と既設埋設管３間の環状空間の地山からの土砂、地下水の浸入を切羽保護ゴム堰リング１２で阻止して、安全な環境で既設埋設管３の継手４を除去する作業を実施する。

第５工程で、掘進機本体６と既設埋設管３間の環状空間の地山が水分の多い軟弱土の場合、切羽保護ゴム堰リング１２と既設埋設管３外周のシール部から地下水が漏出することがある。図５に示される実施形態は、このようなケースに対応するためのもので、掘進機本体６と既設埋設管３間の切羽保護ゴム堰リング１２で仕切られた環状空間の地山に注入管１８を通して軟弱な地山を固化して安定化するために固化材を注入する。固化材としては、入手が容易で安価なセメントミルク、セメントモルタル等が適している。

第６工程は、鋼製継輪４が除去された既設埋設管３を掘進機本体６と後続する新設管７を通して発進立坑１に搬送し、発進立坑１から外部に搬送する。鋼製継輪４が除去された既設埋設管３を掘進機本体６内で搬送しやすい大きさに切断又は破砕する工程を含めても良い。

第７工程は、前記第１〜第６工程を繰り返し、既設埋設管３を新設管７に改築する。

以上のように本発明によれば、破砕することが困難な鉄筋や鋼製継輪を破砕する特殊なカッターヘッドを備えた掘進機を用いること無く既設埋設管を新設管に改築することが可能になり、さらに回収する既設埋設管の鋼製継輪の除去作業が環状空間からの土砂、地下水の浸入を防止し安全な環境で実施することが可能になる。

１： 発進立坑、２：到達立坑、３：既設埋設管、４：鋼製継輪、５：掘進機、６：掘進機本体、７：新設管、８：元押ジャッキ、９：掘進用ビット、１０：楔状の環状圧密刃、１１：圧密刃固定ボルト、１２：切羽保護ゴム堰リング、１４：ゴム堰リング固定ボルト、１７：取り付け部材、１８：注入管

Claims (5)

1. 地下に埋設された既設埋設管の始端位置に発進立坑を掘削する工程と、
   発進立坑に先端に掘進用ビットを備え、内径が前記既設埋設管の外径より大きく、内壁部側に楔状の環状圧密刃と切羽保護ゴム堰リングを配置した中空円筒形の掘進機を配置する工程と、
   前記掘進機及び前記既設埋設管の外径より大きな内径を有する新設管を前記既設埋設管の外周に沿って推進する工程と、
   前記掘進機の内壁部に配置した前記切羽保護ゴム堰リングが回収する既設埋設管の鋼製継輪から所定の距離前進した位置で前記掘進機の推進を停止する工程と、
   前記掘進機の切羽保護ゴム堰リングにより前記既設埋設管間との環状の地山からの土砂、地下水の浸入を阻止しつつ回収する既設埋設管の鋼製継輪を除去する工程と、
   鋼製継輪を除去した単位既設埋設管を前記掘進機及び前記新設管を通して前記発進立坑に搬送する工程と、
   前記単位既設埋設管を発進立坑外に搬送する工程と、
   前記各工程を繰り返し既設埋設管を新設管に改築する工程と、
   を有することを特徴とする非破砕型埋設管改築工法。
2. 既設埋設管の鋼製継輪を除去する工程で、前記掘進機の内壁と前記既設埋設管の外周との前記ゴム堰リングで仕切られた環状地山に固化材を注入することを特徴とする請求項１に記載の非破砕型埋設管改築工法。
3. 鋼製継輪を除去した単位既設埋設管を前記掘進機本体内で搬送しやすい大きさに切断又は破砕する工程を有することを特徴とする請求項１に記載の非破壊型埋設管改築工法。
4. 既設埋設管の外径より大きな内径を有する中空円筒形の掘進機本体と、
   前記掘進機本体の先端部に設置された掘進用ビットと、
   前記掘進用ビットの後方の前記掘進機本体内壁部側に配置された楔状の環状圧密刃と、
   前記楔状の環状圧密刃の底面に固定される環状円盤でその内径が既設埋設管の外径よりも小さな切羽保護ゴム堰リングと、
   を備えることを特徴とする非破砕型埋設管改築用掘進機。
5. 前記楔状の環状圧密刃と前記切羽保護ゴム堰リングを、前記掘進機本体と一体推進又は独立的に進退の選択が可能にすることを特徴とする請求項４に記載の非破砕型埋設管改築用掘進機。

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