(57)【要約】【課題】ヒューム管の破砕屑や鉄筋の破片、岩石の破片、あるいは塩ビ管の破片等により止水機能が阻害されずに、確実に止水、土砂の流入を止められるようにする。【解決手段】先導管１０内にケーシング１６の一部の内径が拡大した拡径部３７を配置し、先導管１０とケーシング１６の間に形成される土砂搬出通路を閉塞可能にスクリュー１８に取り付けられ、拡径部３７の端部に形成されたテーパ状の座面３９に着座する止水板３６を拡径部３７内に収容し、止水板３６をスクリュー１８の軸方向に移動させ、止水板３６によって土砂搬出通路を開閉する。【選択図】図１
2014185492.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先導管および更新管内にスクリューを挿通したケーシングを設け、前記スクリューの先端に連結された掘削ヘッドにより既設の埋設管を破砕しながら地中に前記更新管を推進する、埋設管改築推進機に組み込まれる土砂制御装置であって、
前記先導管内に配置され前記ケーシングの一部の内径が拡大した拡径部と、
前記拡径部内に収容され、前記先導管と前記ケーシングの間に形成される土砂搬出通路を閉塞可能にスクリューに取り付けられ、前記拡径部の端部に形成されたテーパ状の座面に着座する止水板と、を備え、
前記止水板を前記スクリューの軸方向に移動させ、前記止水板によって前記土砂搬出通路を開閉するようにしたことを特徴とする埋設管改築推進機の土砂制御装置。
【請求項２】
前記スクリューの先端には、前記スクリューの回転を前記掘削ヘッドの面板に伝達する動力伝達軸が接続され、前記動力先端軸と前記面板と一体の連結軸は軸方向に摺動可能にかつ回転を伝達可能に嵌合することにより、前記止水板の開閉操作に伴う前記スクリューの進退動作が許容されるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の埋設管改築推進機の土砂制御装置。
【請求項３】
前記スクリュー軸の先端部には中空スクリュー軸が接続され、前記中空スクリュー軸内部に、前記止水板の開閉操作を行うシリンダを配置したことを特徴とする請求項１に記載の埋設管改築推進機の土砂制御装置。
【請求項４】
前記スクリューの先端部には、外径の小さくなった小径軸が接続され、前記小径軸にコイルスプリングを装着し、前記コイルスプリングの弾性力によって前記止水板を付勢するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の埋設管改築推進機の土砂制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、埋設管改築推進機の土砂制御装置に係り、特に、地震や地盤の影響で劣化したり、耐用年限に近づいた下水管等の既設埋設管を開削せずに、既設埋設管を撤去しながら更新管を推進する改築推進機に適用される土砂の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地表を開削する替わりに、地表から掘り下げた立坑に推進機を設置し、この推進機で下水管等を水平に推進していく推進工法が普及している。この種の推進工法は、新規の管の推進だけではなく、古くなった下水管等の埋設管を破砕しながら更新管を同時に推進していく改築推進工法にも適用されている。
【０００３】
ここで、図７は、埋設管の改築推進工法の一般的な例を示す。図７において、参照番号１２は、既設の埋設管を示す。１４は、更新管を示している。地表面Ｇからは、発進立坑３が掘られ、この発進立坑３には、推進機４が設置されている。
【０００４】
推進機４には、更新管１４が接続され、更新管１４の先頭には先導管１０が連結されている。更新管１４および先導管１０の内部には、ケーシング１６が同軸に配置され、このケーシング１６を挿通するようにスクリュー１８が設けられている。先導管１０の先端には、掘削ヘッド２０が連結されている。
【０００５】
推進機４は、スクリュー１８を回転駆動するモータおよび減速機を備えており、スクリュー１８の回転とともに掘削ヘッド２０は既設の埋設管１２を破砕しつつその周囲の地盤を掘削する。埋設管１２の破片および土砂は、スクリュー１８によって後方に搬出される。これと同時に、推進機４は、先導管１０と更新管１４を一体で前方に推進する。そして、順次更新管１４が継ぎ足されながら、既設の埋設管１２は更新管１４に置き換えられていく。
【０００６】
このような改築推進工法を実施する場合、管を推進していく地盤によっては、湧水が存在している帯水砂層や砂礫層などを含む地盤を施工しなければならないことがある。このような地盤では、掘削ヘッドが帯水砂層に突き当たると、地層から水が噴出し、水といっしょに大量の土砂が先導管内部に流入してくるという事態が発生することがある。
【０００７】
このような帯水層に突き当たった場合、水と土砂の流入を放置していると、発進立坑の推進機が水没してしまうばかりでなく、最悪の場合、土砂の取り込み過ぎによって、道路の沈下やひび割れが発生する事態に至る。
【０００８】
また、水と土砂の流入により、地層には空隙ができて軟らかくなっているので、掘削ヘッドが柔らかな地層の方に逃げて、推進方向のコントロールが難しくなるという問題も生じる。
【０００９】
そこで、帯水層を含む地盤に下水管等を推進したり改築していく工事では、止水対策が必要不可欠となる。
【００１０】
従来から、止水対策としては、掘削ヘッドの後方で先導管内部中央に空圧式のピンチ弁と呼ばれる止水弁を設けることが行われている。このようなピンチ弁に関する先行技術としては、例えば、特許文献１、特許文献２を挙げることができる。
【００１１】
この種のピンチ弁は、圧縮空気によって膨張可能なゴムなどを材質とする特殊なチューブからなる弁の一種で、通常の推進では、ピンチ弁は開いた状態になってスクリュー回りに土砂を移送する通路が確保されている。他方、ピンチ弁に圧縮空気が送り込まれると、ピンチ弁のチューブは膨張して土砂の移送通路を閉塞するので、噴出してきた水を止水し、あるいはピンチ弁チューブの開度の調整により、土砂の搬送量を制限することができるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平７−２０８０７９号公報
【特許文献２】特開９−７８９８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
既設埋設管の改築推進工事では、既設の古い下水管は、ヒューム管であることが多く、このヒューム管を破砕しながら、新管を推進していくことになる。このため、既設下水管の改築推進工事では、新規に下水管を地中に推進していく場合に較べると、推進速度が遅くなり、帯水層のある地盤を推進していくときの止水対策が格段に重要となる。
【００１４】
ところが、従来の改築推進工事では、破砕したヒューム管の破砕屑や鉄筋の破片、岩石の破片、あるいは塩ビ管の破片等が、土砂に混じって先導管内に取り込まれ、これらの破片がピンチ弁のチューブに突き刺さり、チューブに穴があいてピンチ弁の機能が失われるという問題があった。
【００１５】
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、ヒューム管の破砕屑や鉄筋の破片、岩石の破片、あるいは塩ビ管の破片等により止水機能が阻害されずに、確実に止水、土砂の流入を止めることができ、また、土砂の流入を推進状況に応じて的確にコントロールすることができるようにした埋設管改築推進機の土砂制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前記の目的を達成するために、本発明は、先導管および更新管内にスクリューを挿通したケーシングを設け、前記スクリューの先端に連結された掘削ヘッドにより既設の埋設管を破砕しながら地中に前記更新管を推進する、埋設管改築推進機に組み込まれる土砂制御装置であって、前記先導管内に配置され前記ケーシングの一部の内径が拡大した拡径部と、  前記拡径部内に収容され、前記先導管と前記ケーシングの間に形成される土砂搬出通路を閉塞可能にスクリューに取り付けられ、前記拡径部の端部に形成されたテーパ状の座面に着座する止水板と、を備え、前記止水板を前記スクリューの軸方向に移動させ、前記止水板によって前記土砂搬出通路を開閉するようにしたことを特徴とするものである。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態による埋設管改築推進機の土砂制御装置が組み込まれた先導管の断面図である。
【図２】図１の埋設管改築推進機の土砂制御装置において止水板が閉じた状態の断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態による埋設管改築推進機の土砂制御装置が組み込まれた先導管の断面図である。
【図４】図３の埋設管改築推進機の土砂制御装置において止水板が閉じた状態の断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態による埋設管改築推進機の土砂制御装置が組み込まれた先導管の断面図である。
【図６】図５の埋設管改築推進機の土砂制御装置において止水板が閉じた状態の断面図である。
【図７】従来の埋設管改築推進工法の示す概要図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明による埋設管改築推進機の土砂制御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、本発明の第１実施形態による土砂制御装置が組み込まれた埋設管改築推進機の先導管を示す縦断面図である。
【００１９】
図１において、参照番号１０は、先導管を示している。参照番号１２は、既設の古くなった下水管を示す。この下水管１２は、ヒューム管からなっている。
【００２０】
この先導管１０は、地中に推進していく新しい更新管１４の先端に接続される。先導管１４の内部には、ケーシング１６が同軸に挿通されており、このケーシング１６には、掘削した土砂や、既設の下水管１２の破砕屑を後方に排出するためのスクリュー１８が挿通されている。スクリュー１８には、羽根１９が螺旋状に連続している。
【００２１】
スクリュー１８の先端には、次のような掘削ヘッド２０が連結されている。この実施形態では、掘削ヘッド２０は、円筒部材２１と、複数のカッタービット２２が取り付けられている面板２３と、この面板２３とスクリュー１８に連結する連結軸２４とを含む。
【００２２】
円筒部材２１は、先導管１０の先端に連結されている。面板２３の裏面には、円筒状のベアリング保持部材２５が同軸に取り付けられており、このベアリング保持部材２５と円筒部材２１の間には、面板２３を回転自在に支承するベアリング２６が設けられている。また、先導管１０の先端部には、複数の推進方向制御用の油圧シリンダ２８が円周方向に等間隔で例えば４箇所に配置されている。これら推進方向制御用の油圧シリンダ２８のビストンロッド２８ａは、円筒部材２１の内側に取り付けられている突き当て部材２９に当接するようになっている。これら推進方向制御用の各油圧シリンダ２８のピストンロッド２８ａの前進量を調整することで、掘削ヘッド２０を任意の方向に傾かせ、推進方向を制御することができる。
【００２３】
スクリュー１８の先端には、スプライン軸あるいは、六角形のような多角形の横断面を有する動力伝達軸３０が連結されている。面板２３と一体の連結軸２４の内径部は、動力伝達軸３０の横断面形状と対応した形状になっており、動力伝達軸３０は、連結軸２４に摺動自在でかつ回転を伝達可能に嵌合するようになっている。
【００２４】
このような動力伝達軸３０は、スクリュー１８の回転を面板２３に伝達する。面板２３は回転しながら、カッタービット２２で既設の下水管１２を砕きながら地盤を掘削することができる。このとき、土砂や下水管１２の破砕屑は、面板２３の開口から掘削ヘッド２０内部の刃口に取り込まれ、スクリュー１８の羽根１９によって後方に移送される。
【００２５】
なお、スクリュー１８には水や固化剤などの薬剤を供給する通路３２が軸方向に形成されている。動力伝達軸３０にも通路３３が軸方向に形成されている。この通路３３には、供給管３４が摺動自在に嵌合しており、この供給管３４は、面板２３に設けられているノズル部３５に接続されている。
【００２６】
本実施形態では、スクリュー１８を収容しているケーシング１６のうち、先導管１０の内部にあるケーシング１６ａの一部分には、止水板３６を収容可能なように内径の大きくなった止水板収容空間と弁座を形成する拡径部３７が設けられている。
【００２７】
図２に示されるように、止水板３６は、金属または硬質プラスチックを材料とする円錐台形状の部材であり、図７に示した推進機４に設けられている位置調整用の図示しない油圧シリンダに駆動されてスクリュー１８とともに前進すると、縮径するテーパのついた座面３９に着座するようになっている。この状態では、ケーシング１６とスクリュー１８の間に形成されている土砂搬出通路は止水板３６によって閉塞されることになる。
【００２８】
本実施形態による埋設管改築推進機の土砂制御装置は、以上のように構成されるものであり、次に、その作用並びに効果について説明する。  
通常の改築推進時では、図１に示されるように、止水板３６は、座面３９から離れており、土砂搬出通路はケーシング１６とスクリュー１８との間で連続した状態になっている。したがって、スクリュー１８とともに掘削ヘッド２０の面板２３が回転すると、カッタービット２２によって破砕された下水管１２の破砕屑や、土砂は、先導管１０内に取り込まれ、スクュー１８の羽根１９によって後方の発進立坑まで移送される。
【００２９】
次に、掘削ヘッド２０が帯水砂層や砂礫層などを含む地盤に突き当たり、湧水が流れ込んできた場合について説明する。
【００３０】
このとき、図２に示されるように、スクリュー１８が推進機に設けられている油圧シリンダにより前方に押されると、止水板３６も移動し座面３９に着座する。動力伝達軸３０は、連結軸２４に摺動自在に嵌合するようになっているため、スクリュー１８の軸方向の移動が可能になる。この結果、土砂搬出通路は、止水板３６により閉塞され、水と土砂の流入を確実に止めることができる。このような止水板３６は土砂搬出通路を開閉する弁体として機能する。ヒューム管のコンクリート破片や、鉄筋の破片が土砂に混じっている場合、従来のピンチ弁のゴムチューブでは穴があいて弁としての機能が失われることがあったが、本実施形態の止水板３６は、金属あるいは硬質プラスチックを材質としているので、止水弁としての機能を確実に発揮させることができる。
【００３１】
止水板３６で土砂搬出通路を閉塞している間、スクリュー１８と同軸の通路３２から固化剤が供給される。この固化剤は供給管３４を通って面板２３のノズル部３５から地盤に向けて注入される。このような固化剤の注入により地盤が固まり、湧水が止んだら、スクリュー１８を後方に後退させることによって、止水板３６を座面から離間させ、土砂搬出通路を開いて、改築推進が再開される。
【００３２】
このようにして、湧水といっしょに土砂が先導管１０の中へ流入することを確実に阻止できるので、道路の沈下やひび割れを引き起こさずに下水管の改築推進工事を進めることができ、また、工事途中で湧水が発生した場合でも湧水を止める作業を効率良く進めることができる。
【００３３】
第２実施形態  
次に、本発明の第２実施形態による埋設管改築推進機の土砂制御装置について、図３、図４を参照しながら説明する。なお、図３、図４において、図１、図２の第１実施形態と同一の構成要素には同一の参照番号を付してその詳細な説明は省略する。  
この第２実施形態は、土砂搬出通路を開閉する止水板４０を開閉駆動する油圧シリンダ４２をスクリュー１８の内部に設置するようにした実施形態である。
【００３４】
先導管１０の内部にあるスクリュー１８の一部には、中空スクリュー軸４３が用いられている。この中空スクリュー軸４３の内部には、シリンダエンド側にクレビス４４を有する油圧シリンダ４２が配置されており、ピン４５によって支持されている。
【００３５】
止水板４０は、中空スクリュー軸４３の外周面を摺動可能な円環部４６と、中空スクリュー軸４３の内部を移動し油圧シリンダ４２と連結される連結部４７と、から構成されている。円環部４６と連結部４７とは中空スクリュー軸４３の半径方向に延びる連結棒４８によって連結されている。なお、中空スクリュー軸４３には、軸方向に長さをもつ長穴４９が形成されており、この長穴４９に連結棒４８は遊嵌するようになっている（図３参照）。
【００３６】
次に、以上のように構成される第２実施形態の作用について説明する。
【００３７】
湧水の発生もなく順調に改築推進作業が行われているときには、図３に示されるように、油圧シリンダ４２のピストンロッド４２ａは引っ込んだ状態になっている。止水板４０は、座面３９から離れており、ケーシング１６とスクリュー１８との間に土砂搬出通路が開かれている状態になっている。カッタービット２２によって破砕された下水管１２の破砕屑や、土砂は、スクリュー１８の回転によって、土砂搬出通路を後方の発進立坑まで移送される。
【００３８】
次に、湧水とともに土砂が先導管１０内に流れ込んできた場合には、図４に示されるように、油圧シリンダ４２のピストンロッド４２ａが伸長して、止水板４０は座面３９に押し付けられるので、土砂搬出通路は止水板４０によって閉塞される。この結果、水と土砂の流入を確実に止めることができる。その際、土砂に鉄筋の破片等が混じっていても、止水弁としての機能を維持できる点は第１実施形態と同様である。
【００３９】
なお、この第２実施形態では、止水板４０を開閉する油圧シリンダ４２が中空スクリュー軸４３の内部に組み込まれている構造になっているため、第１実施形態と異なり、止水板４０の開閉に際して、スクリュー１８を軸方向に移動させる必要はなくなり、スクリュー１８の先端の構造を改造しなくても済む利点がある。
【００４０】
第３実施形態  
次に、図５、図６は、本発明の第３実施形態による埋設管改築推進機の土砂制御装置を示す。なお、図５、図６において、図１、図２の第１実施形態と同一の構成要素には同一の参照番号を付してその詳細な説明は省略する。
【００４１】
この第３実施形態は、止水板５０をコイルスプリング５２の弾性力により付勢し、土砂搬出通路を閉塞するようにした実施形態である。
【００４２】
先導管１０の内部にあるスクリュー１８の一部には、径が小さくなってコイルスプリング５２を巻装することが可能な小径軸５３が形成されている。小径部５３の外側には、円筒部５４がスクリュー軸１８と一体に形成されている。この円筒部５４には、止水板５０と一体の円筒スリーブ５５が摺動可能に嵌合するようになっている。
【００４３】
この実施形態の場合、止水板５０は円環状の止水板であり、スクリュー１８の小径部５３に摺動自在に嵌合するようになっている。そして、コイルスプリング５２の弾性力によって、止水板５０は常時座面３９に押しつけられる方向に付勢されている。
【００４４】
以上のように構成される第３実施形態によれば、掘削ヘッド２０の刃口内が取り込まれた土砂で一杯になると、その土圧は、コイルスプリング５２の弾性力に抗して、止水板５０を押し下げることになる。これにより、止水板５０は座面３９から離れるので、土砂搬出通路が開かれる。
【００４５】
これに対して、刃口内の土砂が搬出されてしまい少なくなると、土圧よりもコイルスプリング５２の弾性力が勝り、図６に示されるように、止水板５０は座面３９に押しつけられ、その結果、土砂搬出通路は閉塞される。
【００４６】
湧水が発生し、水と土砂が掘削ヘッド２０の刃口内に大量に取り込まれた場合も同様であり、水の混じった土砂の圧力で、止水板５０が開くことになるが、掘削を中断して土砂が排出されるのを待つと、止水板５０は自動的に閉じられるので、水の流入が止まらなくなるのを防止することが可能になる。
【符号の説明】
【００４７】
１０…先導管、１２…既設の埋設管、１４…更新管、１６…ケーシング、１８…スクリュー、１９…羽根、２０…掘削ヘッド、２１…円筒部材、２２…カッタービット、２３…面板、２６…ベアリング、２８…推進方向制御用の油圧シリンダ、３０…動力伝達軸、３５…ノズル部、４２…油圧シリンダ、５２…コイルスプリング
【図１】
2014185492.tif 000003
【図２】
2014185492.tif 000004
【図３】
2014185492.tif 000005
【図４】
2014185492.tif 000006
【図５】
2014185492.tif 000007
【図６】
2014185492.tif 000008
【図７】
2014185492.tif 000009