JP6157921B2 - 既設埋設管の改築推進装置 - Google Patents

Description

本発明は、老朽化した下水管等の埋設管を開削せずに新しい管に更新する既設埋設管の改築推進工法を実施するための装置に関する。

下水管等の埋設管は、経年変化によって老朽化が進行したり、地震や地盤の影響により劣化して継続使用に支障が出てくることがある。このような老朽化あるいは劣化した埋設管は、適時に新たな管に更新する必要がある。

従来、既設の埋設管の更新をする場合、地表を開削して埋設管を掘り出してから、更新管を埋設し直していたが、近時では、開削することなく、地中に埋まっている既設管を破砕しながら、同時に更新管を推進する改築推進工法が普及している（例えば、特許文献１参照）。

そこで、図７を参照して、従来の改築推進工法について説明する。
この図７において、参照番号１００は下水道管を示す。老朽化した下水道管１００を更新するには、まず、発進立坑２００を掘削し、この発進立坑２００に更新管１２０を推進するための推進機１６を設置している。
この推進機１６では、スクリュー２２の先端に、下水道管１００を破砕するためのカッターヘッド２０が取り付けられており、カッターヘッド２０のカッタで下水道管１００を破砕し、その破片および土砂はスクリュー２２で発進立抗２００に移送される。

下水道管１００の破砕と同時に、推進機１６は、更新管１２０に推進力を与え、破砕された下水道管１００の長さ分だけ更新管１２０を押し込んでいく。更新管１２０を継ぎ足しながら推進していくことで、既設の下水道管１００を更新管１２０に入れ替えることができる。

従来の改築推進工法では、推進機１６をはじめとする主要な機械設備は発進立坑２００に集中して設置される。通常、既設のマンホールは、推進機を設置するには大きさが足りないため、マンホールを撤去してそこに発進立坑を構築したり、管路の途中に発進立坑を新たに構築しなければならなかった。しかも、発進立坑に設置する機械設備は複雑で大型になるので、大きな発進立坑を構築できる場所も限られる上、その構築に多額の費用がかかっていた。

そこで、本出願人は、発進側マンホールから到達側マンホールまで延びるガイド管を既設管の中に推進経路の計画線上に最初から設置しておき、このガイド管にスクリューを設置するとともに、掘削ヘッドを駆動する駆動装置を先導管内に設置し、さらに推進装置を発進側マンホールに設置するようにした改築推進装置を提案している（特許文献２参照）。

上記特許文献２に開示された改築推進装置では、掘削ヘッドおよびスクリューを駆動する駆動装置を先導管内に設置しているため、シリンダなどの推進装置を既存のマンホールと下水管路などを利用して設置することができるようになる。

特開２００８−０３８４８５号公報 特開２０１３−２３８３０号公報

しかしながら、改築場所によっては、発進立坑として利用するマンホールに都合良く後方に延びる下水管路があるとは限らず、上記特許文献２の改築推進装置を設置できないことも多い。

また、掘削ヘッド（カッターヘッド）やスクリューを駆動する駆動装置を先導管内に設置する場合、出力の大きな駆動装置を組み込むことができないという問題がある。

さらにまた、到達側には、既存のマンホールを利用することになるが、このマンホールの空間には、これといった設備は設置されておらず有効に活用されていなかった。

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、マンホールの後方に下水管がない状況でも、既存のマンホールを利用して、推進ストロークの十分な推進装置を設置することができ、さらに、到達側のマンホールを活用して、高出力の駆動装置を設置し、効率の良い推進、排土を可能にした既設埋設管の改築推進装置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、更新管に先行させる先導管に設けた掘削ヘッドで既設の埋設管を破砕し前記先導管及び更新管内に設けたスクリューにより排土しながら同時に前記更新管を推進させる既設埋設管の改築推進装置において、発進側マンホールに配置され、前記更新管および先導管を推進する推力を発生する推進シリンダを有する推進装置と、到達側マンホールに配置され、前記掘削ヘッドおよび前記スクリューを回転駆動するトルクを出力する回転駆動装置と、前記埋設管内を通して前記回転駆動装置と前記掘削ヘッドとを連結し、前記回転駆動装置の出力するトルクを前記掘削ヘッドに伝動する分割式の伝動ロッドと、を備え、前記推進装置は、前記推進シリンダのフルストロークによる第１段ストロークと第２段ストロークの連続推進ストロークを可能にする推進ストローク倍加機構を有することを特徴とするものである。

本発明による既設埋設管の改築推進装置の一実施形態を示す縦断面図である。 同既設埋設管の改築推進装置の平面図である。 本発明の一実施形態による既設埋設管の改築推進装置において、推進装置の第１段ストローク、第２段ストロークの動作を示す平面図である。 本発明の一実施形態による既設埋設管の改築推進装置において、推進装置の第２段ストロークの後にスペーサーを用いた推進動作を示す平面図である。 本発明の既設埋設管の改築推進装置による推進を始めるに先だって、既設埋設管が真っ直ぐな場合の伝動ロッドの設置の方法を説明する断面図である。 本発明の既設埋設管の改築推進装置による推進を始めるに先だって、既設埋設管が曲がっている場合の伝動ロッドの設置の方法を説明する断面図である。 従来の既設埋設管の改築推進装置を示す縦断面図である。

以下、本発明による既設埋設管の改築推進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。
図１、図２は、本実施形態による既設埋設管の改築推進装置を示す図である。図１、図２において、参照番号１００は、改築対象となる既設埋設管である、老朽化した下水管を示している。参照番号１２０は、埋設管１００と入れ替わりに推進される更新管を示している。参照番号１０は、改築推進工法の起点となる発進側の既存のマンホールである。参照番号１２は、終点となる到達側の既存のマンホールを示している。この改築推進工法では、発進立坑や到達立坑は掘らずに、既存のマンホールを発進立坑、到達立坑に利用している。なお、発進側マンホール１０は、推進方向と逆方向にあたる後方に下水管が延びていない構造のマンホールになっている。

本実施形態による改築推進装置では、まず、先導管１４が更新管１２０に先行するように更新管１２０の先端に接続されている。この先導管１４の推進力を発生する推進装置１６は、発進側マンホール１０に設置されている。更新管１２０の末端は、この推進装置１６に接続されている。この推進装置１６の構成については後述する。

先導管１４および更新管１２０の内部では、ケーシング１８が１本ずつ継ぎ足されて軸方向に延びている。このケーシング１８は、先導管１４と同軸に挿着されている。先導管１４の先端には、カッターヘッド（掘削ヘッド）２０が配置されている。このカッターヘッド２０は、ケーシング１８に挿入されているスクリュー２２の先端に連結されている。
カッターヘッド２０の面板には、複数のビットカッター２３が取り付けられている。カッターヘッド２０によって掘削された土砂および埋設管１００の破片は、スクリュー２２によって発進側マンホール１０に移送される。

次に、図１、図２において、参照番号２４は、カッターヘッド２０およびスクリュー２２を回転させる回転駆動装置である。この実施形態による回転駆動装置２４は、到達側マンホール１２に設置されている。この回転駆動装置２４は、駆動モータ２５に加えて減速機を備えており、駆動モータ２５の回転トルクは回転盤２６に伝達されるようになっている。

既設の埋設管１００の中には、図５に示されるように、推進工程に先だって伝動ロッド３０が発進側マンホール１０から到達側マンホール１２まで到達するように設置される。
この伝動ロッド３０の末端は、到達側マンホール１２にある回転駆動装置２４から回転トルクを伝達するために、カッターヘッド２０の中心部に連結される。なお、伝動ロッド３０は、先導管１４の推進のガイドとしても機能するようになっている。

伝動ロッド３０は、単位となるロッドを一本ずつ継手３１とピンを介して接続される分割式のロッドとなっている。この実施形態の場合、回転駆動装置２４の回転盤２６には、角穴のあいたスライド嵌合部２８が設けられており、このスライド嵌合部２８の角穴には、異形の中空ロッドとしての断面４角形の角形中空ロッド３２が摺動自在に嵌合するようになっている。到達側マンホール１２に突き出ている伝動ロッド３０の先頭部は、角形中空ロッド３２に挿入されている。角形中空ロッド３２の先端部にあっては、伝動ロッド３０の先端はピンを介してアダプタ３４によって固定されている。

このように回転駆動装置２４の回転トルクを、スライド嵌合部２８に摺動自在に嵌合する角形中空ロッド３２を介して伝動ロッド３０に伝達しているので、先導管１４とともに前進する伝動ロッド３０に回転を伝達して、カッターヘッド２０およびスクリュー２２を回転駆動することが可能となる。なお、角形中空ロッド３２については、外周にスプラインの形成された中空ロッドを用いるようにしてもよい。

次に、推進装置１６の構成について説明する。
図１、図２において、推進装置１６は、２つで一組の推進シリンダ３６を備えており、この推進シリンダ３６によって、先導管１４と更新管１２０とに推進力を与える。

ところで、更新管１２０の一単位の管は、発進側マンホール１０に入れることの可能な長さの管であることが必要である。発進側マンホール１０の直径よりも長い管であると、入れることはできなくなる。他方、あまり短い管であると、一本分を推進した後、管を継ぎ足す作業が頻繁になるから、推進効率は大きく落ちることになる。このため、更新管１２０の単位管には、できるだけ長い管を用い、かつ、推進シリンダ３６にはストロークの長い油圧シリンダを用いることが推進効率を上げるには望ましいことになる。

ところが、この実施形態における発進側マンホール１０のように、下水管路が後方に延びていないようなマンホールでは、推進シリンダ３６にストロークの長い大型の油圧シリンダを用いることができない。すなわち、マンホール１０の円形空間では、推進シリンダ３６のシリンダチューブの長さとピストンロッドの伸長長さを確保しなければならないため、推進シリンダ３６のストロークは必然的に短くならざるをえない。

そこで、推進シリンダ３６を主体とする推進装置１６は、第１段の推進ストロークと第２段の推進ストロークを続けて行えるようにすることで、推進シリンダ３６本来のフルストロークの実質約２倍の推進ストロークを稼ぐことができるようになっている。

図１、図２において、発進側マンホール１０の周壁には、推進装置１６の後背側に受板３７が取り付けられており、この受板３７には、推進シリンダ３６のピストンロッドを連結するための連結座３８が固定されている。

発進側マンホール１０の底部には、一組の案内レール４０が推進方向と平行に設置されている。この案内レール４０の上には、推力板４２を支持する推力板支持台４４がそれぞれスライド可能に載置されている。この推力板４２には、更新管１２０の末端が当接するようになっている。

推進シリンダ３６の本体であるシリンダチューブは、推力板支持台４４に連結されている円筒状のシリンダブラケット４３によって水平な姿勢で支持されている。この推進シリンダ３６は、シリンダブラケット４３にスライド可能に嵌合している。この実施形態の場合、２段連続推進ストロークを可能にする推進ストローク倍加手段として、次のような構造が採用されている。

推進シリンダ３６においては、そのシリンダチューブのロッド側（推進方向後方側）には、第１段ストローク反力伝達部材４６が取り付けられており、この第１段ストローク反力伝達部材４６はシリンダチューブと一体で前後に動くようになっている。第１段ストローク反力伝達部材４６がシリンダブラケット４３の後端に当接している状態で、推進シリンダ３６のピストンロッドが伸長し発進側マンホール１０の内壁を押したとする。この時の反力は、第１段ストローク反力伝達部材４６を介してシリンダブラケット４３から推力板４２に伝達され、推進シリンダ３６のピストンロッドが伸びきるまで、更新管１２０および先導管１４を推進させる推力が発生することになる。以上の過程が第１段ストロークである。

さらに、この実施形態では、図２に示されるように、第２段ストロークを可能にするために、シリンダブラケット４３の推進方向前方側端部には、ピンを入れる第１ピン穴５０が形成されている。そして、推進シリンダ３６のエンド側（推進方向前方側）には第２ピン穴５１が形成されている。

ここで、第１段ストロークが完了した時点でのシリンダブラケット４３と推進シリンダ３６の位置関係は、図３（ｂ）に示すようになる。第１段ストロークの過程では、推進シリンダ３６とシリンダブラケット４３とは一体的に動くので、ピン穴５０とピン穴５１は離れた位置関係にある。

その後、推進シリンダ３６のピストンロッドを引っ込ませると、推進シリンダ３６のシリンダチューブはシリンダブラケット４３をスライドしながら推進方向後方側に後退する。その一方、推力板４２と一体のシリンダブラケット４３は動かずに位置を保ったままである。この場合、推進シリンダ３６は後退し切ると、第１ピン穴５０と第２ピン穴５１はちょうど重なり合うようにストロークが設定されている（図３（ｃ）参照）。

そこで、第１ピン穴５０と第２ピン穴５１が重なったところで、ピン４８を入れることになる。推進シリンダ３６のピストンロッドが伸長し発進側マンホール１０の内壁を押した時の反力は、ピン４８を介してシリンダブラケット４３から推力板４２に伝達され、推進シリンダ３６のピストンロッドが伸びきるまで、更新管１２０および先導管１４を推進させることができるようになる（図３（ｄ）参照）。以上の過程が第２段ストロークである。

本実施形態による既設埋設管の改築推進装置は、以上のように構成されるものであり、次に、改築推進工法との関連において、その作用並びに効果について説明する。
まず、図５に示されるように、埋設管１００は折れ曲がることなく真っ直ぐに伸びており、埋設管１００の中心線真直度の精度が良好な場合には、センターガイド式の複数のスペーサー１１０を所々に取り付け、このスペーサー１１０を利用して、発進側マンホール１０から到達側マンホール１２まで突き抜けるように、伝動ロッド３０を埋設管１００内で中心線上に設置する。

なお、埋設管１００の曲がりが大きい場合には、図６に示されるように、緊張装置１３０を発進側マンホール１０に設置し、伝動ロッド３０を、埋設管１００の中心線上で緊張させた状態に保って、到達側マンホール１２から充填材パイプ１１２を挿入して、充填材１１４の注入によって固結するようにすればよい。

次に、推進装置１６を構成する機材を発進側マンホール１０に運び込み、推進装置１６を組み立てる。先導管１４と、ケーシング１８およびスクリュー２２の先頭部分も発進側マンホール１０に運び込まれ、先導管１４内に組み入れられる。また、到達側マンホール１２には、回転駆動装置２４が運びこまれて設置される。先導管１４から到達側マンホール１２に向かって延びる伝動ロッド３０の先端は、角形中空ロッド３２に挿入される。

推進工程では、先導管１４を推進してから、更新管１２０を先導管１４に１本ずつ継ぎ足しながら、推進作業が行われる。

回転駆動装置２４によって、伝動ロッド３０を回転させると、カッターヘッド２０とスクリュー２２が回転する。これと同時に、推進シリンダ３６は先導管１４と更新管１２０の編成を次のように推進させる。

そこで、推進工程における推進装置１６の作用について図３並びに図４を参照しながら説明する。なお、工程初期に先導管１４だけを推進させる場合も、先導管１４と更新管１２０の編成を推進させる場合も同じである。

図３（ａ）は、推進開始初期位置にある推進シリンダ３６と推力板４２、シリンダブラケット４３の位置関係を示す。上述したように、推進シリンダ３６は、２段連続ストローク方式による推進を次のように行うことができる。

図３（ｂ）に示されるように、推進シリンダ３６のピストンロッドが伸長すると、推進シリンダ３６が発進側マンホール１０の周壁を押したときの反力で推力板４２は前進するので、先導管１４と更新管１２０を第１段ストロークＳ1だけ推進させることができる。この間、推力板４２と一体のシリンダブラケット４３と、推進シリンダ３６のシリンダチューブとの相対的な位置関係は変わらない。

次に、図３（ｃ）において、推進シリンダ３６のピストンロッドを引き込ませると、シリンダチューブは後退する。推力板４２の位置はそのままなので、第１ピン穴５０と第２ピン穴５１とが重なり合うようになる。
そこで、重なったピン穴５０、５１にピン４８を差し込んでから、推進シリンダ３６のピストンロッドを伸長すると、図３（ｄ）に示されるように、推力板４２は前進し、先導管１４と更新管１２０の編成を第２段ストロークＳ2だけ推進することができる。

このようにして、第１段ストロークＳ1と第２段ストロークＳ2の２段連続推進が終わったら、ピン４８を抜いて推進シリンダ３６のピストンロッドを引き込ませる。さらに、推力板４２を初期位置に手動で戻すと、図３（ａ）の推進開始位置と同じ状態になる。このとき更新管１２０の末端と推力板４２の間には、それまでの２段階ストローク推進分Ｓ1＋Ｓ2のスペースが空くことになる。

そこで、図４（ａ）に示されるように、更新管１２０の末端と推力板４２の間にできたスペースを利用して、２段階ストローク推進分の長さを有し、更新管と同径の管状のスペーサー６０を更新管１２２の末端と推力板４２の間に組み入れることになる。

このスペーサー６０を用いた推進では、上述した図３（ａ）乃至図３（ｄ）の第１段ストロークＳ1と第２段ストロークＳ2の２段連続推進を全くに同様に繰り返すことになる。これによって、図４（ｂ）、図４（ｃ）に示されるように、２段階ストローク推進の２倍のストロークを稼いで先導管１４と更新管１２０の編成を推進することができる。

このようにして、後方に管路がないような発進側マンホール１０であっても、設置が容易な比較的短いストロークの推進シリンダ３６を設置し、連続ストローク倍加機構と組み合わせることで、実質的に２倍のストロークを実現することができ、さらには、２段階ストローク推進分の長さのスペーサー６０を利用して、２段階連続ストローク推進をすることにより、推進シリンダ３６の実質的に４倍のストロークを稼ぐことが可能になる。スペーサー６０を用いた推進が完了した時点では、更新管１２０の１本分の推進ができる。また、推進シリンダ３６には、口径の大きな油圧シリンダを採用することで大きな推力を確保することができる。

以上は、先導管１４と更新管１２０の編成を推進する工程での推進装置の作用についての説明であるが、次に、推進工程での回転駆動装置２４の作用について説明する。

図１において、回転駆動装置２４によってスライド嵌合部２８に嵌合している角形中空ロッド３２が回転すると、その回転は伝動ロッド３０からカッターヘッド２０およびスクリュー２２に伝動される。したがって、上述した推進装置１６によって推進される先導管１４では、カッターヘッド２０の回転によってビットカッター２３が既設の埋設管である下水管１００を破砕し、また地盤を掘削する。これらの破砕片や土砂は先導管１４の内部に取り込まれ、スクリュー２２によって発進側マンホール１０まで移送される。

なお、更新管１２０の１本分を推進し終わり、継ぎ足し作業をするときには、アダプタ３４を取り外してから、角形中空ロッド３２を元の位置に押し戻し、突き出た１単位分の伝動ロッドを取り外す作業が行われる。

このような回転駆動装置２４は、推進装置１６とは別に、到達側マンホール１２に設置されるので、出力の大きな駆動モータをもつ大型のものを設置することができるので、大きなトルクでカッターヘッド２０およびスクリュー２２を駆動することができる。これにより、掘削効率を高めるとともに、スクリュー２２に排土の詰まりが生じるのを防止することができる。

さらに、この実施形態では、伝動ロッド３０は、推進計画線上に配置されているので、伝動ロッド３０は、カッターヘッド２０やスクリュー２２に回転を伝動するだけではなく、先導管１４の案内としても機能するので、曲がりのある精度の悪い既設の埋設管１００であっても推進途中での方向修正を必要とせずに計画線にそって推進させることができる。

１０…発進側マンホール、１２…到達側マンホール、１４…先導管、１６…推進装置、１８…ケーシング、２０…カッターヘッド、２２…スクリュー、２３…ビットカッター、２４…回転駆動装置、２８…スライド嵌合部、３０…伝動ロッド、３２…角形中空ロッド、３６…推進シリンダ、３７…受板、３８…連結座、４０…案内レール、４２…推力板、４３…シリンダブラケット、４６…第１段ストローク反力伝達部材、４８…ピン、５０…第１ピン穴、５１…第２ピン穴、１００…埋設管、１２０…更新管

Claims (8)

1. 更新管に先行させる先導管に設けた掘削ヘッドで既設の埋設管を破砕し前記先導管及び更新管内に設けたスクリューにより排土しながら同時に前記更新管を推進させる既設埋設管の改築推進装置において、
   発進側マンホールに配置され、前記更新管および先導管を推進する推力を発生する推進シリンダを有する推進装置と、
   到達側マンホールに配置され、前記掘削ヘッドおよび前記スクリューを回転駆動するトルクを出力する回転駆動装置と、
   前記埋設管内を通して前記回転駆動装置と前記掘削ヘッドとを連結し、前記回転駆動装置の出力するトルクを前記掘削ヘッドに伝動する分割式の伝動ロッドと、を備え、
   前記推進装置は、前記推進シリンダのフルストロークによる第１段ストロークと第２段ストロークの連続推進ストロークを可能にする推進ストローク倍加機構を有することを特徴とする既設埋設管の改築推進装置。
2. 前記推進装置は、
   前記発進側マンホールの周壁に固定され前記推進シリンダのピストンロッドの先端が連結される連結座と、
   前記発進側マンホールの底に推進方向と平行に敷設された案内レールと、
   前記先導管または前記更新管の末端が当接し、前記推進シリンダの発生する推力を伝達する推力板と、
   前記推力板を支持し、前記案内レール上に移動可能に載置された推力板支持台と、
   前記推力板支持台に水平な姿勢で取り付けられ、前記推進シリンダの本体が摺動可能に嵌合するシリンダブラケットと、を備えることを特徴とする請求項１に記載の既設埋設管の改築推進装置。
3. 前記推進ストローク倍加機構は、
   前記推進シリンダの本体のロッド側に取り付けられ、前記第１段ストロークの行程で前記推進シリンダの本体が前進したときに前記シリンダブラケットに当接し、前記シリンダブラケットを介して前記推力板に反力を伝達する第１段反力伝達板を有し、
   前記シリンダブラケットの前方側端部に第１ピン穴を形成するとともに、前記推進シリンダの本体のエンド側に第２ピン穴を形成し、
   前記第１段ストロークが完了した後、前記推進シリンダの本体がフルストロークで後退したときに前記第１ピン穴と第２ピン穴とが重なり合い、当該第１ピン穴と第２ピン穴に第２段ストローク反力伝達ピンを挿入することで、前記推進シリンダの本体と前記シリンダブラケットを連結し、前記第２段ストロークの行程で前記推進シリンダの本体が前進したときに前記シリンダブラケットを介して反力を前記推力板に伝達するようにしたことを特徴とする請求項２に記載の既設埋設管の改築推進装置。
4. 前記第２段ストロークの行程が完了した後、前記推力板の位置を初期位置に戻したときに、前記先導管または前記更新管の末端と前記推力板の間に取り付け可能な管状のスペーサーを有することを特徴とする請求項３に記載の既設埋設管の改築推進装置。
5. 前記回転駆動装置は、
   前記伝動ロッドの先頭ロッドが嵌挿されかつ固定される異形の中空ロッドと、
   前記中空ロッドが回転を伝達可能にかつ摺動自在に嵌合するスライド嵌合部を有する回転盤と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載の既設埋設管の改築推進装置。
6. 前記伝動ロッドは、推進経路の基準となる計画線上にあらかじめ設置され、前記先導管の方向修正をする推進ガイドを兼ねるようにしたことを特徴とする請求項５に記載の既設埋設管の改築推進装置。
7. 前記伝動ロッドは、前記埋設管の精度がよい場合にはセンターガイドを介して前記埋設管内に設置されるようにしたことを特徴とする請求項６に記載の既設埋設管の改築推進装置。
8. 前記伝動ロッドは、前記埋設管の精度が悪い場合には、前記埋設管の中心線上で緊張させた状態で充填材により固結されることを特徴とする請求項６に記載の既設埋設管の改築推進装置。