JPH0157239B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は埋設されたパイプの交換方法とその
装置に関する。詳しくは、埋設された被交換パイ
プをその場で破砕し、その被交換パイプの内径と
同一もしくはそれより大きい外径を有する交換用
パイプと交換する方法に関する。さらに詳しく
は、この発明は押圧力、牽引力もしくは押圧力と
牽引力との相互作用によつて、埋設されている被
交換パイプ内に挿通され、その際、被交換パイプ
を破砕するとともにその破片を半径方向に押圧し
て周囲の土壌中に埋め込むための装置に関する。
また、この装置のマンドレルには交換用パイプが
取り付けられているので、この装置を被交換パイ
プに挿通してこの被交換パイプを拡開、破砕する
ことによつて形成された通路内に、交換用パイプ
を配設することができる。

この発明は各種のパイプの交換装置に適用でき
るが、説明を省略化するために、ここでは、主に
市街地で使用されている従来の下水道の交換を例
にとつて説明する。下水管はコンクリート、粘土
タイルあるいは鋳鉄、鋼、ノジユラー鋳鉄等の金
属で形成されたパイプを連結して構成される。こ
のような用役パイプは、その一端にベルが形成さ
れ、他端は直管部となつている。この用役パイプ
の直管部は隣接する用役パイプのベル内に嵌着さ
せて使用される。従来は、用役パイプの配管に際
し、その連結部を完全にシールする必要はないと
考えられていたため、小量の液体が常に漏出して
いた。なお、下水管等の用役パイプには内圧が加
えられることはめつたにないので、パイプの連結
部から大量の液体がにじみ出ることはない。

用役パイプは埋設後数年経過すると劣化するこ
とがわかつている。また、下水ガスはコンクリー
ト劣化作用があるが、粘土タイルや金属に対して
は逆の作用を有することが知られている。パイプ
が劣化すると、地殻の変動もしくは陥没によつて
パイプが破断されたり、連結部がはずれて大量の
液体の漏出の原因となる。従つて、用役パイプを
新しいものと交換するための装置が必要となる。

市街地において最初に埋設される用役パイプと
しては、比較的小径のものが使用されている。と
ころで、昨今流量の増大化が必要となつている。
その理由は、水の使用量が増大したこと、もしく
は、住宅地が大型の商業環境に転換されて、大型
の建造物が建設された場合等に備えるためであ
る。商業地区における下水に必要とされる容量を
得るためには、既存のパイプをすべて大径のパイ
プと交換するか、既存のパイプと平行に新たなパ
イプを埋設する必要がある。いずれの場合にも、
地中に穴を掘る必要がある。ところが、用役パイ
プは道路、歩道等の下に埋設されている場合が多
い。一般に、用役パイプの交換をする場合、溝を
掘つて被交換パイプを掘り出すため、パイプ交換
後に道路、歩道等を補修する必要を生じる。従つ
て、道路や歩道をあまり破壊せずに、用役パイプ
の交換が可能な装置の開発が望まれる。大量の液
体を流す必要がある場合には、既存のパイプをそ
れより大径の交換用パイプで置換するのが望まし
い。

従来の用役パイプには次のような欠点もある。
すなわち、液体の円滑な流れが阻害されるという
点である。つまり、用役パイプの各連結部には空
隙が形成され、その部分に堆積物が蓄積されやす
く、その部分で乱流を生じるため、液体が円滑に
流れなくなるのである。したがつて、交換したパ
イプの内面に、従来の用役パイプに見られた不連
続面を生じないような用役パイプの交換装置を開
発する必要がある。

また、下水管内の液体やガスが漏出して地中に
浸透すると、地表の水や地下水等に悪影響があ
る。下水ガスが漏出すると、このガスは地中を通
過して住宅その他の建造物内に侵入するため危険
である。従つて、交換したパイプから漏出を生じ
ないようなパイプ交換装置を提供することが望ま
しい。

市街地においては、用役パイプの交換に際して
困難な面がある。ガスや液体の漏出を防止するた
めに、下水管を取り替えたり修理したりする場合
において、便利なパイプ交換方法としてスリツプ
ライニング（slip lining）法がある。このスリツ
プライニング法は、交換用のプラスチツクパイプ
に押圧力もしくは牽引力を加えて、これを既存の
下水管内に挿通するというものである。ところ
が、下水管が破断したり標準勾配からそれたりし
た場合、スリツプライニングは困難な作業とな
る。さらに、プラスチツクパイプは既存の下水管
内に挿通されるのであるから、当然パイプの内径
は減少する。従つて、既存の下水管より太い下水
管に交換する場合には、スリツプライニング法は
不適当である。スリツプライニング用の装置につ
いては、アメリカ合衆国75221、テキサス、ダラ
ス、ピー・オー・ボツクス2820に所在のニパツ
ク・インコーポレーテツド（Nipack、Inc.）で
製造されているポリエチレンパイプに関するカタ
ログに示されている。

パイプの修復およびパイプの交換に関しては数
多くの特許が出願されている。米国特許第
4020641号および同第4024721号は小径のパイプの
設置方法に関するものである。この方法において
は、パイプの挿通のための通路は、多段へツドに
従動するパイロツトヘツドによつて形成される。
米国特許第4322180号は、ジヤツキ装置を使用し
たパイプの設置に関する。この場合、ジヤツキ装
置によつてパイプが地中に挿通される。また、米
国特許第4297055号、同第3881558号、同第
4124082号および同第3874463号に述べられている
ように、パイプに押圧力を加えることによつて、
そのパイプを地中に挿通することもできる。この
場合には、パイプ挿通に先立つて、パイロツトホ
ールを形成し、そのパイロツトホールを拡開装置
によつて所定の寸法に拡開させる必要も生じる。
米国特許第3482641号および同第4249620号には、
そのための装置が開示されている。米国特許第
3132701号、同第3656563号および同第4319648号
には、川や路床の下にパイプを設置する方法が開
示されている。そのほか、パイプ設置に関する一
般的なものとして、米国特許第3529682号、同第
4006521号および同第4117895号がある。

この発明の主な目的は既存の下水管を拡開して
破砕することによつて、より大径のパイプと交換
するためのパイプ交換方法およびその装置を提供
することである。

この発明の別の目的は既存のパイプの破砕と交
換用パイプの設置を一工程で行なうためのパイプ
交換方法およびその装置を提供することにある。

この発明の別の目的は路床や歩道の下に埋設さ
れたパイプを交換する場合において、これら路床
や歩道を破壊することなくパイプの交換を行なう
ためのパイプ交換方法およびその装置を提供する
ことである。

この発明の別の目的はパイプ交換用の部材に押
圧力、牽引力もしくは押圧力および牽引力の双方
を加え、この部材を一工程で既存のパイプ内に挿
通することによつて、既存の用役パイプに代わる
パイプを設置するためのパイプ交換方法およびそ
の装置を提供することである。

この発明の別の目的は最小の労働力および低コ
ストで行ないうるパイプ交換方法およびその装置
を提供することである。

この発明のその他の目的および利点は、当業者
であれば、この発明の開示内容から理解できよ
う。なお、発明の詳細な説明において、この発明
の精神が開示されているが、この発明の詳細な説
明はこの発明の範囲を制限するものではない。

要約すれば、この発明の特徴はジヤツキング、
ボーリングおよびパイプ交換が、一工程で同時に
行なわれる点である。用役パイプを交換するため
に、すべての下水施設の所在を確認して掘削作業
が行なわれる。まず、たて穴が掘穿され、既存の
下水管の勾配に合せてボーリングおよびジヤツキ
ングマシンが設置される。そして、４インチ
（10.2cm）のドリルパイプにパイプ拡開部材が取
り付けられる。なお、このドリルパイプは油井掘
削用のドリルパイプと同様のものである。このド
リルパイプによつてジヤツキング時に発生するす
べての負荷が伝達される。パイプ拡開部材の後方
には交換用のパイプが取り付けられる。この交換
用のパイプは通常プラスチツクで形成され、その
外径はパイプ拡開部材の外径より１ないし1/4イ
ンチ（2.5ないし0.6cm）小さいものである。この
交換用のパイプはパイプ拡開部材に取り付けられ
たスイベル部材に固定され、パイプ拡開部材が回
転を伴ないながら既存のパイプ内に挿通されるに
もかかわらず、回転せずに挿通される。また、交
換操作を能率よく行なうために、ドリルパイプお
よび交換用のパイプは一定の長さ（例えば、20フ
イート（６ｍ））に切断してあるので、パイプ交
換時の労働力を少なくすることができる。

ジヤツキングマシンは動力によつて作動する油
圧式のものであり、これによつて、パイプ拡開部
材は回転すると同時に、既存の下水管内に直線的
に挿通される。パイプ拡開部材が回転を伴なつて
下水管内に挿通されると、下水管は破砕され、そ
の破片は半径方向に押圧されて周囲の地中に押し
込まれるため、既存の下水管の内径より大径の通
路が形成されることになる。このパイプの破砕お
よび拡開動作によつて、交換用のパイプの周囲に
稠密に固められた土壌のアーチが形成されるの
で、交換用のパイプが保護される。たて穴内には
既存のパイプの勾配とほぼ平行にサポートトラツ
クが設置され、その上にジヤツキングマシンが設
置される。サポートトラツクに複数の支承部材が
離間して形成され、この支承部材に対して、ジヤ
ツキングマシンのプツシユブロツクから突出可能
な係止部材が係合される。ジヤツキングマシンは
サポートトラツク上の各所定の位置に、係止部材
によつて係止されうるので、ジヤツキングマシン
を各位置においてジヤツキング動作させることに
よつて、パイプ拡開部材を既存のパイプ中に挿通
することができる。また、サポートトラツクとそ
の上で動作するジヤツキングマシンとが協働し、
ジヤツキングマシンのジヤツキング動作によつ
て、長尺のパイプが既存のパイプ中に挿通され
る。パイプが完全に挿通されたら、ジヤツキング
マシンをサポートトラツクから解除し、後方の元
の位置に戻し、次のドリルパイプおよび交換用の
パイプを取り付けて、再びジヤツキング動作を繰
り返す。この操作を繰り返せば、パイプが埋設さ
れている場所の土質にもよるが、最高400フイー
ト（120ｍ）のパイプラインを形成することがで
きる。なお、パイプが埋設されている場所の土質
およびパイプ内の障害物の有無にもよるが、この
発明の方法および装置によれば、パイプ交換の速
度はほぼ100フイート／時（30ｍ／時）である。

前記のように、パイプ拡開部材は押圧力、牽引
力もしくは押圧力と牽引力の双方によつて地中に
押し込まれる。したがつて、牽引用のケーブルを
取り付けるために、パイプ拡開部材の先端にスイ
ベルを取り付けると便利である。スイベルに接続
されたケーブルは既存のパイプ内を通つて、トラ
ツクのウインチに接続されているので、パイプ拡
開部材を牽引することができる。この牽引力によ
つて、既存のパイプ内に通されるパイプ拡開部材
が案内されるので、交換用のパイプと既存のパイ
プの勾配を正しく一致させることができる。つま
り、この牽引力の案内作用によつて、パイプ拡開
部材が既存のパイプに挿通される際、その勾配も
しくは方向がそれることはない。

一方向へのパイプの交換が完了したら、サポー
トトラツク上でジヤツキングマシンの向きを変え
て同様の操作を行なえば、反対方向のパイプの交
換が可能となる。したがつて、たて穴を一つ掘削
すれば、かなり長距離にわたつてパイプの交換が
可能となる。このことは、労働力の削減およびコ
スト低減につながる。

コンクリート、粘土タイル、鋳鉄等各種の材料
で形成された既存のパイプを、前記の方法で交換
することができる。事実上、パイプ拡開部材を挿
通したときに、破砕されうる材料で形成したパイ
プであれば、どのようなパイプでも交換可能であ
る。また、長年の間に、パイプラインの近くに形
成されたフエンス、木等を取り除く必要がない
し、パイプ交換に際してウエルポイント（Well
−pointing）およびトレンチサポート（trench
support）が必要である場合でも、この作業に必
要な部分的な掘削に関するものに限られるので、
コストを最小に抑えることができる。パイプライ
ンが舗装路の下に埋設されている場合であつて
も、この方法および装置によれば、その路面を破
壊せずにパイプ交換ができるため、パイプ交換コ
ストを最小に抑えることができる。

この発明の装置によれば、パイプの破砕、拡開
時に、掘穿泥水等のパイプ安定化剤を地中に注入
することができる。このパイプ安定化剤を注入す
ると、土壌とパイプの破片とによつてより強固な
アーチが形成され、新しく設置されたパイプを保
護することができる。

次に、この発明の一実施例を図面に従つて説明
する。第１図および第２図は地表付近の断面図で
ある。図中１０はパイプ交換システムである。こ
のパイプ交換システム１０によつて、従来の用役
パイプすなわち被交換パイプ１２を交換用パイプ
１４と交換することができる。この場合、交換用
パイプ１４は被交換パイプ１２の内径に比して、
大きくても小さくてもよいし、あるいは同じでも
よい。また、パイプ交換システム１０によれば、
パイプの交換に際して、穴掘りも不要であるし、
被交換パイプ１２を取り除く必要もない。パイプ
を交換する場合、たて穴１６を掘り、このたて穴
１６の底にジヤツキングマシン用のサポートトラ
ツク１８が設置される。すなわち、このサポート
トラツク１８はたて穴１６の底において、地殻２
０に固定されることになる。第７図の下部に示さ
れるように、サポートトラツク１８は平行に設定
された細長い構造部材２２，２４より成り、そし
て、この構造部材２２，２４の端部間はブレース
２６，２８によつて相互に連結されている。な
お、必要に応じて、サポートトラツク１８に対し
て複数本の補助構造部材を取り付ければ、その構
造上の完成度が向上する。第１図に示すように、
たて穴１６の底部に横向きのサポート３０が複数
本設置される。これによつて、サポートトラツク
１８が被交換パイプ１２の勾配に対してほぼ平行
に支持される。また、構造部材２２，２４の長手
方向にそつて、中間支承部材がほぼ等間隔で配列
される。そのうちの一対の支承部材３２，３４を
第７図および第８図に示す。

第１図に示されるジヤツキングマシン３６は、
サポートトラツク１８上に動作可能に支持され
る。このジヤツキングマシン３６にはプツシユブ
ロツク３８が取り付けられている。このプツシユ
ブロツク３８は構造部材２２，２４の間に設置さ
れる。さらに、このプツシユブロツク３８内には
横向きの通路４０が形成されており、この通路４
０内に１対の係止部材４２，４４が、横方向へ動
作可能に装着される。係止装置４６は第８図に示
すようにハンドル５０および動作シヤフト４８よ
り成る。この係止装置４６を手で操作することに
よつて、係止部材４２，４４は通路４０に対して
引つ込められたり突出したりする。第８図に示す
ように、係止装置４２，４４が突出すると、それ
らの先端はそれぞれ支承部材３４，３２と係合
し、相互間の力の伝達が可能となる。このため、
プツシユブロツク３８は、定位置に保持されたま
までも支承部材３２，３４との間で力の伝達可能
となる。従つて、ジヤツキングマシン３６からの
押圧力はサポートトラツク１８に伝達される。

ジヤツキングマシン３６の下部には１対の油圧
シリンダ５２，５４が取り付けられる。この油圧
シリンダ５２，５４の内部にはピストンが備えら
れ、このピストンによつて駆動シヤフト５６，５
８が往復動される。駆動シヤフトの先端にはＵリ
ンク６０，６２が取り付けられている。これらの
Ｕリンク６０，６２はプツシユブロツク３８に突
設された突起に対して、ピン６４，６６によつて
連結される。ジヤツキングマシン３６内に設置さ
れたエンジンによつて作動する油圧装置の作用
で、油圧シリンダ５２，５４が同時に動作される
と、駆動シヤフト５６，５８が押し出され、それ
に伴つて係止部材４２，４４が押し出されて、支
承部材３２，３４と係合する。このとき、ジヤツ
キングマシン３６は前方へ押されるので、パイプ
拡開部材を備えた交換用マンドレルに対して押圧
力が加えられる。駆動シヤフト５６，５８が最大
許容範囲（設計上の差もあるが、例えば30インチ
（76cm）程度）にわたつて押し出されると、油圧
シリンダ５２，５４の動作が停止する。その後、
係止装置４６によつて、係止部材４２，４４が引
つ込められる。次に、油圧シリンダ５２，５４を
逆転させて、駆動シヤフト５６，５８を逆方向に
動作させ、プツシユブロツク３８をジヤツキング
マシン３６側へ動かす。駆動シヤフト５６，５８
が完全に引つ込められると、プツシユブロツク３
８は第２図に示す位置をとる。次に、係止装置４
６を再び手で操作して、係止部材４２，４４を第
８図に示すような突出位置にシフトさせ、これら
を別の１対の支承部材３２，３４と係合させる。
そうすると、ジヤツキングマシン３６はサポート
トラツク１８にそつて前方へ押され得るので、パ
イプ拡開部材を備えた交換用マンドレルを被交換
パイプ１２内に押し込むことができる。

第３図および第４図を参照すると、図中７０は
交換用パイプ１４に取り付けた、パイプ拡開部材
を備えた交換用マンドレルである。このマンドレ
ル７０は前部にガイド部材７２を備えた細長い部
材である。このガイド部材７２は通常円錐形をし
たノーズ部７４と旋回可能な牽引用のスイベル７
６とから成る。このスイベル７６には通し穴７８
が形成してあり、第１図に示すように、この通し
穴７８には牽引用のケーブル８０が接続される。
ガイド部材７２は、必要に応じて、棒材を加工し
た中実の一体品として形成される。スイベル７６
には適当なスラスト軸受が備えられている。ガイ
ド部材７２の後部には、突出部８２が形成されて
いる。この突出部８２の外面には螺子が形成して
あり、テーパ状のパイプ拡開部材８６の内面に形
成された螺子８４と螺合しうる。パイプ拡開部材
８６は一般に前方に向つて細くなつた円錐台形に
形成され、その先端の小径部８８の外径は、パイ
プ１２の内径と同一もしくは小さく形成されてい
る。一方、パイプ拡開部材８６の後端の大径部９
０の外径は、パイプ１２の内径より大きく形成さ
れている。実際には、必要に応じて、大径部９０
の外径は被交換パイプ１２の内径および外径のい
ずれよりも大きく設定することができる。パイプ
拡開部材８６のテーパ面には、硬質金属で形成し
た一定高さのボーリング突起９２が多数埋設され
る。このボーリング突起９２は炭化タングステン
等の硬質材で形成される。パイプ拡開部材８６が
被交換パイプ１２に対して回転を伴つてまつすぐ
押し込まれると、ボーリング突起９２は被交換パ
イプ１２の内面と係合して、かじり動作もしくは
ボーリング動作を行なう。このボーリング動作に
よつて、被交換パイプ１２がコンクリート、粘土
タイル、鋳鉄等、どのような材質であろうと破砕
される。パイプ拡開部材８６の内部には通路９４
が形成してあり、この通路９４内に非円形の細長
い駆動部材９６が嵌挿される。パイプ拡開部材８
６の後端の内面にも螺子９８が形成され、押圧力
伝達部材としても作用するスイベルサポート１０
２の雄螺子部１００が螺合される。スイベルサポ
ート１０２の中央部にはサポートフランジ１０４
が形成してあるが、このサポートフランジ１０４
はスイベル部材１０６のリテナーフランジとして
作用する。スイベル部材１０６には、複数の取り
付け用ボルト１０８によつて交換用パイプ１４の
一端が取り付けられている。

スイベルサポート１０２は、また、マンドレル
７０のパイプ拡開部材８６およびガイド部材７２
を回転させる。スイベルサポート１０２の内部に
は非円形の駆動部材用通路１１０が形成されてい
る。この通路１１０内に非円形の駆動部材９６す
なわちケリーが挿通される。したがつて、この駆
動部材９６は回転することなく往復運動する。駆
動シヤフト９６の後端部には、従来の内部に螺子
を形成したボツクスコネクシヨン１１２が形成さ
れる。このボツクスコネクシヨン１１２内には、
ドリルパイプ１１６の端部に設けられた外面に螺
子を有するピンコネクシヨン１１４が螺合され
る。なお、ここで使用されるドリルパイプ１１６
は油井掘削用のドリルパイプ等である。駆動部材
９６の前端部には、この駆動部材９６より大径の
端末ヘツド１１８がボルト１２０によつて取り付
けられている。端末ヘツド１１８はスイベルサポ
ート１０２の前端部に形成されたシヨルダ１２２
と係合しうるように設定されているので、駆動部
材９６がスイベルサポート１０２から抜けること
はない。このように、駆動部材９６はマンドレル
７０に対して空動き可能に連結されるとともに、
ボツクスコネクシヨン１１２と端末ヘツド１１８
とによつて許容された範囲内で動作可能である。
第４図は、矢印の方向の力によつて、駆動部材９
６が空動き動作を行なつて最大限後退した位置を
示す。第３図はドリルパイプ１１６を介してマン
ドレル７０に加えられた押圧力を示す。

次に、第１図および第２図を参照すると、ジヤ
ツキングマシン３６には回動可能な駆動軸１１９
が取り付けられている。そして、この駆動軸１１
９には従来の外面に螺子を形成したピンコネクシ
ヨン１２１が備えられている。一方、ドリルパイ
プ１１６のボツクスコネクシヨン１２３の内面に
は螺子が形成してあるので、このボツクスコネク
シヨン１２１にピンコネクシヨン１２１を螺合さ
せることができる。油圧シリンダ５２，５４の作
用によつて、ジヤツキングマシン３６が前方へ動
かされると、ドリルパイプ１１６を介してピンコ
ネクシヨン１１４に前方への押圧力が加えられ
る。それに伴つて、スイベルサポート１０２ひい
てはパイプ拡開部材８６へ押圧力が加えられるこ
とになる。そうすると、このパイプ拡開部材８６
はこの押圧力によつて被交換パイプ１２内に押し
込まれる。なお、ジヤツキングマシン３６によつ
てパイプ拡開部材８６に伝えられる押圧力は、
160000ないし300000ポンド（72000ないし135000
Kg）の範囲で使用できるが、この範囲に限定され
るものではない。第１図に示すように、マンドレ
ル７０のスイベル７６に接続したケーブル８０を
牽引するために、トラツクに設けたウインチ１２
４等の牽引装置が使用される。この牽引力はマン
ドレル７０のノーズ部７４を案内するために、単
独で加えられる。また、この牽引力によつて被交
換パイプ１２に通されるマンドレル７０の動作を
補助する。第１図に示すように、たて坑の下部に
は、縦長のプーリーサポート１３０によつてプー
リ１２６が設置されている。プーリ１２６にはス
ラスト部材１３２が取り付けられている。このス
ラスト部材１３２はたて坑１２８の壁面に付設さ
れ、トラツク１２４の牽引装置によつてケーブル
８０に牽引力が加えられたときに、プーリ１２６
の動きを抑止する。パイプ１２に対してマンドレ
ル７０を正確に押し込むための牽引力は5000ポン
ド（2250Kg）前後であるが、この値に限定される
ものではなく、目的に応じて決定されるべきもの
である。

次に、第１図および第２図を参照すると、第１
図はジヤツキングマシン３６が最大限前方に押し
やられた場合を示す。すなわち、ドリルパイプ１
１６の長さに応じて、マンドレル７０が被交換パ
イプ１２内に最大限押し込められた状態を示す。
第２図はジヤツキングマシン３６の駆動軸１１９
をドリルパイプ１１６のボツクスコネクシヨン１
２３からはずして、ジヤツキングマシン３６をサ
ポートトラツク１８の最後端まで後退させた状態
を示す。この状態において、パイプ１４の後端に
２本目のパイプ１４を接続し、さらに、ドリルパ
イプ１１６とジヤツキングマシン３６の駆動軸１
１９との間に２本目のドリルパイプ１１６が挿入
される。例えば、ドリルパイプ１１６の外側に取
り付けられたプラスチツク製の２本目のパイプ１
４は、被交換パイプ１２の傾きおよび方向にほぼ
一致させてたて坑１２８内に設置される。次に、
この交換用パイプ１４を１本目のパイプに対して
接合し、ドリルパイプ１１６の前端部を１本目の
ドリルパイプのボツクスコネクシヨン１２３に螺
着し、後端部をジヤツキングマシン３６の駆動軸
に螺着する。ジヤツキングおよびそれと同時に起
るパイプの回転動作は前記した方法で続行され
る。その結果、マンドレル７０は回転運動と直線
運動を同時に行ないながら、パイプ１２内に押し
込まれる。パイプの交換は各ドリルパイプについ
て同様な操作を繰り返すことによつて行なわれ、
その操作はマンドレル７０をすべての被交換パイ
プ１２に通し終るまで燥り返される。なお、元の
被交換パイプ１２が埋設されている土質、パイプ
寸法等によつて異なるが、この発明によれば、
400フイート（120ｍ）程度の長さまでパイプの交
換が可能である。第１図に示すように設計した場
合、たて穴１６はたて坑１２８の両側にそれぞれ
400フイート（120ｍ）離間させて設けられる。こ
のようにして、両たて穴１６の間の距離800フイ
ート（240ｍ）にわたつて、パイプの交換が効率
よく行なわれる。この方法によれば、地表面が破
壊されることがないので、道路や歩道の下のパイ
プを交換する場合に便利である。

前記のように、パイプをより許容流量の大きい
パイプに交換する必要を生じる場合もあるし、内
壁の滑らかなパイプに交換して、流体の乱流を防
止したり、流れの効率を向上させることが望まし
い場合もある。このような場合、この発明が役に
立つ。元のパイプをより大径のパイプで交換する
ために、パイプ拡開部材８６の大径部９０は元の
被交換パイプ１２の内径より大きく設定されてい
る。マンドレル７０が元の被交換パイプ１２内に
押し込まれると、ジヤツキングマシン３６によつ
てドリルパイプ１１６からマンドレル７０に加え
られる押圧力とマンドレル７０の回転との相互作
用によつて、被交換パイプ１２は細かく粉砕され
る。この粉砕効果は被交換パイプ１２の内部のか
じり動作によつて向上する。なお、このかじり動
作は、ボーリング突起９２が被交換パイプ１２内
に回転しながら押し込まれるときに発生する。被
交換パイプ１２が粉砕されると、パイプ拡開部材
８６の外側テーパ面８７はこの粉砕されたパイプ
の破片に対してカムの作用をし、これらの破片を
半径方向外側へ押し出して、被交換パイプ１２を
囲繞する土壌中へ押し込む。そうすると、被交換
パイプ１２を囲繞する土壌は稠密になり、その結
果、新たに設置された交換用パイプ１４の周囲に
は、十分に固められたアーチが形成される。この
アーチは、マンドレルのカム作用によつて、土壌
中に押し込まれたパイプ１２の破片によつて強化
されている。

また、パイプ拡開時に、従来の油井掘削用の液
体等の安定液を土壌中に注入して、交換用パイプ
１４の周囲の土壌を固めることが望ましい。さら
に、マンドレル７０に対して潤滑剤を注入すれ
ば、マンドレル７０を被交換パイプ１２内に押し
込むために必要な押圧力を減じることができる。
従つて、第５図および第６図に示すようなマンド
レル１４０を使用することもできる。このマンド
レル１４０はガイド部材１４２を有する。そし
て、このガイド部材１４２にはテーパ状のノーズ
部１４６が取り付けられ、さらにこのノーズ部１
４６には、スイベル１４４が取り付けられてい
る。このガイド部材１４２はテーパ状のパイプ拡
開部材１４８に螺着されている。パイプ拡開部材
１４８の内部には通路１５０が形成され、この通
路１５０内に非円形の縦長の駆動部材１５２が挿
通される。この駆動部材１５２はスイベルサポー
ト１５６に形成した非円形の通路１５４に挿通さ
れる。なお、このスイベルサポート１５６は交換
用パイプ１４のスイベル部材１５８を支持すると
ともに、押圧力を伝達する作用を有する。駆動部
材１５２の内部には流体用の通路１６０が形成さ
れる。そして、この通路１６０はドリルパイプ１
６４に形成された流体用の通路１６２と連通して
いる。また、駆動部材１５２には通路１６０と交
差する通路１６６が形成され、この通路１６６に
よつて、通路１６０とパイプ拡開部材１４８の通
路１５０とが連通される。さらに、パイプ拡開部
材１４８には通路１５０と連通する流出路１６
８，１７０が形成される。通路１５０に達した掘
削液あるいは土壌固化用および潤滑用の液体は、
流出路１６８，１７０から流れ出る。マンドレル
１４０はドリルパイプ１６４の回動に伴つて回動
するので、流出路１６８，１７０から流れ出る液
体は、粉砕されたパイプ１２の破片の間を通つて
土壌中に均一に分散される。この液体によつて土
壌が固化されるので、被交換パイプ１２にマンド
レル１４０を押し込むことによつて形成される稠
密に固められた土壌のアーチがさらに強化され
る。また、この液体を注入することによつて、摩
擦が軽減され、挿通が容易になる。通路１５０内
の液体が漏出しないように、シール部材１７２が
設けられる。このシール部材１７２によつて、流
出路１６８，１７０からの液体の流出が確実に行
なわれる。

パイプの交換は、押圧力もしくは押圧力と牽引
力との相互作用によつて行なうよりも、牽引力の
みによつて行なうのが望ましい場合もある。その
場合、パイプの交換は第９図中１８０で示すよう
な装置で行なわれる。ここで使用されるサポート
トラツク１８２は第１，２図および第７図のサポ
ートトラツク１８と構造、機能ともに類似してい
る。ジヤツキングマシン１８４は回転駆動機構を
有し、ドリルパイプ１８８に螺着される駆動軸１
８６を回転させる。ジヤツキングマシン１８４は
ジヤツキングマシン３６と類似したジヤツキング
機構を備えている。すなわち、第７図における油
圧シリンダ５２，５４と類似した油圧シリンダお
よびプツシユブロツク３８と類似したプルブロツ
クが備えられている。従つて、ジヤツキングマシ
ン１８４によつて、ドリルパイプ１８８は回転さ
れると同時に牽引され、交換されるパイプ１９０
から引き抜かれる。

第９図および第１０図に示されるマンドレル１
９２が被交換パイプ１９０内に挿通されると、そ
のパイプ１９０は粉破され、破片は半径方向に押
され、パイプ１９０を囲繞する土壌中に押し込ま
れる。そうすると、その土壌は固められ、交換用
パイプ１９４を挿通しうる通路が形成される。な
お、交換用パイプ１９４の外径は被交換パイプ１
９０の外径に比べて大きくてもよい。マンドレル
１９２にはコネクタ１９６が備えられる。このコ
ネクタ１９６の内部には螺子を有するボツクスコ
ネクシヨン１９８が形成してあり、ドリルパイプ
１８８の外面に形成した螺子付のピンコネクシヨ
ン２００と螺合される。また、コネクタ１９６は
外面に螺子を形成した突出部２０２を有し、この
突出部２０２がパイプ拡開部材２０６の内部に形
成した螺子２０４に螺合される。このパイプ拡開
部材２０６には、必要に応じて液体用の通路２０
８が形成される。そして、土壌固化用および潤滑
用の液体は、この通路２０８を通つて流出路２１
０，２１２へと導かれる。通路２０８はコネクタ
１９６の内部に形成された液体用の通路２１４と
連通しているので、従来の油井掘削液等の液体
は、ドリルパイプ１８８内に圧入されると、通路
２０８，２１４を介して流出路２１０，２１２か
ら流出する。また、パイプ拡開部材２０６は円錐
台形に形成され、そのテーパ面２１６には、硬質
のボーリング突起２１８が複数個埋設されてい
る。従つて、マンドレル１９２が回転されながら
被交換パイプ１９０内に挿通されると、このボー
リング突起２１８によつて、被交換パイプ１９０
の内面にかじり動作およびボーリング動作が付与
される。

パイプ交換機能をもたせるために、マンドレル
１９２のパイプ拡開部材２０６の内面には、螺子
付開口部２２０が形成されている。そして、この
螺子付開口部２２０に対して、スイベルサポート
フランジ２２４を備えた雄螺子付きのコネクタ２
２２が螺合される。このスイベルサポートフラン
ジ２２４にはスイベル部材２２６が支承され、こ
のスイベル部材２２６に対して、交換用パイプ１
９４がボルト２２８によつて連結される。

第９図および第１０図に示すパイプ交換装置の
使用に際し、まず、ドリルパイプ１８８を接続し
ながら被交換パイプ１９０内に挿通する。ドリル
パイプ１８８を被交換パイプ１９０内に挿通し終
つたら、ドリルパイプ１８８の先端のピンコネク
シヨン２００にマンドレル１９２を連結させる。
次いで、ジヤツキングマシン１８４を第９図のサ
ポートトラツク１８２の右端に設定し、スイベル
部材２２６に対して交換用パイプ１９４をボルト
２２８によつて連結させる。次に、ジヤツキング
マシン１８４を動作させて、駆動軸１８６ひいて
はドリルパイプ１８８を回転させる。それと同時
に、ジヤツキングマシン１８４に備えられた油圧
シリンダも動作され、ジヤツキングマシン１８４
は左方へ移動するので、ドリルパイプ１８８を介
してマンドレル１９２に牽引力が付与される。そ
の結果、マンドレル１９２はパイプ１９０内を左
方へ直線的に移動する。このとき、マンドレル１
９２は回転しているので、ボーリング突起２１８
によつて被交換パイプ１９０の内面がかじられ
る。交換用パイプ１９４はマンドレル１９２に対
して施回可能に結合されているが、この交換用パ
イプ１９４は回転を伴うことなく横穴内に引き込
まれる。なお、この横穴は、テーパ面２１６のカ
ム作用によつて粉破された被交換パイプ１９０の
破片が半径方向に押されることによつて形成され
るものである。また、このカム作用によつて被交
換パイプ１９０の破片が土壌中に押し込まれる
と、周囲の土壌が稠密になるので、新規に埋設さ
れた交換用パイプ１９４の周囲には、十分に固め
られたアーチが形成される。さらに、土壌をより
強固に固めたり、潤滑機能をもたせるために、掘
穿泥水等の液体が必要な場合には、ドリルパイプ
１８８にその液体を注入し、流出路２１０，２１
２から土壌中に流出させる。

また、必要に応じて、マンドレル７０，１４
０，１９２を回転させずに牽引して、パイプの交
換を行なうことも可能である。

前記のように、この発明は前記目的を達成しう
るものであり、さらに、前記方法および装置に固
有の目的をも達成しうるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明によるパイプ交換作業を示す
断面図、第２図はドリルパイプからジヤツキング
マシンを分離して後方へ移動させた場合を示す第
１図に類似する断面図、第３図はパイプに連結し
たこの発明のマンドレルの断面図、第４図はドリ
ルパイプを後方へ移動させた場合を示す第３図に
類似する断面図、第５図はこの発明の別の実施例
によるマンドレルの断面図、第６図は第５図の６
−６線断面図、第７図は第１図の７−７矢視図、
第８図は第１図の８−８線断面図、第９図はこの
発明の別の実施例によるパイプ交換作業を示す断
面図、第１０図は第９図の実施例において使用さ
れるマンドレルの断面図である。 １２，１９０……被交換パイプ、１４，１９４
……交換用パイプ、１８，１８２……サポートト
ラツク、３２，３４……支承部材、３６，１８４
……ジヤツキングマシン、３８……プツシユブロ
ツク、４２，４４……係止部材、５２，５４……
油圧シリンダ、７０，１４０，１９２……マンド
レル、８６，１４８，２０６……パイプ拡開部
材、８７，２１６……テーパ面、８８……小径
部、９０……大径部、９２，２１８……ボーリン
グ突起、１１６，１６４，１８８……ドリルパイ
プ、１１９，１８６……駆動軸、２２２……コネ
クタ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被交換パイプの中心軸に合せてパイプを破砕
   して交換するためのマンドレルを設置する段階
   と、前記被交換パイプを破砕する段階と、破砕さ
   れたパイプの破片を半径方向外側に押圧して周囲
   の土壌中に押し込むことによつて、交換用パイプ
   の外径より大きい内径を有する横穴を形成する段
   階と、前記交換用パイプを前記横穴内に挿通する
   段階とから成ることを特徴とするパイプ交換方
   法。 ２ 前記被交換パイプを破砕する段階、破砕され
   たパイプの破片を半径方向外側に押圧して周囲の
   土壌中に押し込むことによつて、交換用パイプの
   外径より大きい内径を有する横穴を形成する段
   階、および前記交換用パイプを前記横穴内に挿通
   する段階が、前記マンドレルの一回の通過によつ
   て行なわれることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載のパイプ交換方法。 ３ テーパ面を有する前記マンドレルを前記被交
   換パイプ内に通すことによつて、前記被交換パイ
   プを破砕する段階、および破砕されたパイプの破
   片を半径方向外側に押圧して周囲の土壌中に押し
   込むことによつて、交換用パイプの外径より大き
   い内径を有する横穴を形成する段階が同時に行な
   われ、前記テーパ面によつて前記被交換パイプが
   拡開されて破砕されるとともに、その破片が半径
   方向外側に押圧され、周囲の土壌中に押し込まれ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   パイプ交換方法。 ４ 前記マンドレルが回転運動を伴つて前記被交
   換パイプ内に挿通されることを特徴とする特許請
   求の範囲第３項記載のパイプ交換方法。 ５ 前記マンドレルが押圧力によつて前記被交換
   パイプ内に挿通されることを特徴とする特許請求
   の範囲第３項記載のパイプ交換方法。 ６ 前記マンドレルが牽引力によつて前記被交換
   パイプ内に挿通されることを特徴とする特許請求
   の範囲第３項記載のパイプ交換方法。 ７ 前記マンドレルが押圧力および牽引力によつ
   て前記被交換パイプ内に挿通されることを特徴と
   する特許請求の範囲第３項記載のパイプ交換方
   法。 ８ パイプ拡開部材を有する細長いマンドレル
   と、被交換パイプ内に前記マンドレルを挿通する
   ための装置と、前記マンドレルに取り付けられた
   コネクタとから成り、前記パイプ拡開部材の外径
   が前記被交換パイプの内径より大きく形成され、
   かつ、交換用パイプを前記被交換用パイプ内に直
   線的に挿通させるために、前記コネクタに対して
   前記交換用パイプの一端が連結されていることを
   特徴とするパイプ交換装置。 ９ 被交換パイプ内に前記マンドレルを挿通する
   ための装置が、前記マンドレルに対して押圧力を
   加えるための装置より成ることを特徴とする特許
   請求の範囲第８項記載のパイプ交換装置。 １０ 被交換パイプ内に前記マンドレルを挿通す
   るための装置が、前記マンドレルに対して牽引力
   を加えるための装置より成ることを特徴とする特
   許請求の範囲第８項記載のパイプ交換装置。 １１ 被交換パイプ内に前記マンドレルを挿通す
   るための装置が、前記マンドレルに対して押圧力
   および牽引力を同時に加えるための装置より成る
   ことを特徴とする特許請求の範囲第８項記載のパ
   イプ交換装置。 １２ 前記マンドレルを前記被交換パイプ内に挿
   通するための装置によつて、前記マンドレルに対
   して直線動作および回転動作が同時に加えられる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第８項記載のパ
   イプ交換装置。 １３ 前記パイプ拡開部材が円錐台形に形成さ
   れ、前記パイプ拡開部材の小径部が前記被交換パ
   イプの内径より小径に形成され、前記パイプ拡開
   部材の大径部が前記被交換パイプの内径より大径
   に形成されていることを特徴とする特許請求の範
   囲第８項記載のパイプ交換装置。 １４ 前記パイプ拡開部材には複数個の硬質のボ
   ーリング突起が埋設され、前記ボーリング突起は
   前記パイプ拡開部材の半径方向外向きに突設さ
   れ、前記被交換パイプと係合することを特徴とす
   る特許請求の範囲第１３項記載のパイプ交換装
   置。 １５ 前記被交換パイプ内に前記マンドレルを挿
   通するための装置が、前記被交換パイプの勾配に
   対してほぼ平行に設置されたサポートトラツク
   と、前記サポートトラツクに支持されたジヤツキ
   ングマシンと前記ジヤツキングマシンと前記マン
   ドレルとを相互連結する動力伝達装置とから成
   り、前記サポートトラツクには支承部材が離間し
   て設置され、前記ジヤツキングマシンは前記支承
   部材と協働して動力を伝達することを特徴とする
   特許請求の範囲第８項記載のパイプ交換装置。 １６ 前記ジヤツキングマシンが、エンジンによ
   つて駆動される駆動部と、係止部材を有するブロ
   ツク装置と、前記駆動部と前記ブロツク装置とを
   相互に連結する油圧装置とから成り、前記駆動部
   によつて前記動力伝達装置および前記マンドレル
   が回転され、また、前記油圧装置の動作によつ
   て、前記駆動部が前記サポートトラツクに対して
   直線的に動作し、前記動力伝達装置および前記マ
   ンドレルが直線動作を行なうことを特徴とする特
   許請求の範囲第１５項記載のパイプ交換装置。 １７ 前記油圧装置によつて、前記駆動部を前記
   サポートトラツクに対して動作させるための押圧
   力が付与されることを特徴とする特許請求の範囲
   第１６項記載のパイプ交換装置。 １８ 前記油圧装置によつて、前記駆動部を前記
   サポートトラツクに対して動作させるための牽引
   力が付与されることを特徴とする特許請求の範囲
   第１６項記載のパイプ交換装置。