(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
新しい更新管に先行させる先導管に設けたカッターヘッドで地中に埋設された既設管を破砕しながら同時に前記更新管を推進する既設管の改築推進工法において、
前記既設管の中に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挿入し、前記ガイド管を推進経路の基準となる計画線上に位置決めする工程と、
前記到達側マンホールに土砂を排土するスクリューを前記ガイド管の管内に装入するとともに、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装置と、カッターヘッドと前記スクリューを同時に駆動する駆動装置を内蔵した先導管とを前記発進側マンホールに搬入し、前記先導管に前記スクリューを連結して推進装置を組み立てる工程と、
前記既設管をカッターヘッドで破砕しつつ土砂を前記スクリューにより前記ガイド管内を移送して前記到達マンホールに排土しながら前記先導管と更新管を前記推進装置により推進する工程と、からなり、
前記既設管が曲がりのある既設管の中に前記ガイド管を位置決めする場合は、前記発進側マンホールと到達側マンホールにそれぞれ配置した支持部材を用いて前記ガイド管の両端部を固定して前記ガイド管を前記計画線上に位置決めし、前記発進側マンホール若しくは到達側マンホールの前記支持部材に設けた緊張シリンダにより前記ガイド管を引っ張ることにより、前記ガイド管を緊張状態に保ち、前記既設管と前記ガイド管の間の空間に充填材を充填すること、
を特徴とする既設管の改築推進工法。
【請求項２】
前記既設管が真っ直ぐな既設管の場合には、前記ガイド管をスペーサによって支持することにより計画線上に位置決めすることを特徴とする請求項１に記載の既設管の改築推進工法。
【請求項３】
前記推進装置の推進シリンダは、前記発進側マンホールに通じる改築の対象となっていない既設管にシリンダ本体を収容することを特徴とする請求項１に記載の既設管の改築推進工法。
【請求項４】
新しい更新管に先行させる先導管に設けたカッターヘッドで地中に埋設された既設管を破砕しながら同時に前記更新管を推進する既設管の改築推進装置において、
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装置を発進側マンホールに配置するとともに、推進経路の基準となる計画線上に固定され、到達側マンホールまで延びるガイド管の後端部を前記カッターヘッドに連結し、
前記ガイド管の管内に前記カッターヘッドで掘削した土砂を前記到達側マンホールに排土するスクリューを装入し、前記カッターヘッドと前記スクリューを同時に駆動する駆動装置を前記先導管の先端部に配置し、
前記ガイド管の端部を固定して前記ガイド管を前記計画線上に位置決めする支持部材を前記発進側マンホールと到達側マンホールにそれぞれ配置するとともに、前記既設管と前記ガイド管の間の空間に充填材を充填する際に前記既設管が曲がりのある場合に前記ガイド管を緊張状態に保つ緊張シリンダを前記発進側マンホール若しくは到達側マンホールの前記支持部材に設けたことを特徴とする既設管の改築推進装置。
【請求項５】
前記推進装置は、前記更新管の末端が連結される推進プレートと前記推進プレートを推進方向に案内するガイドレールとを有する推進機本体からなり、前記発進側マンホールには推進シリンダを配置したことを特徴とする請求項４に記載の既設管の改築推進装置。
【請求項６】
前記先導管のカッターヘッドは、カッターが取り付けたられた面板と、前記駆動装置の出力軸に連結されスラストベアリングにより回転自在に支持された回転板と、前記面板と回転板を連結し刃口部を構成するドラムと、Ｕ字形のホッパー部が前記ドラム内で開口し前記ガイド管の末端部に接続される土砂取込管とを備え、前記ドラムの内周面には、土砂を撹拌する複数枚の掻き板が取り付けられていることを特徴とする請求項４に記載の既設管の改築推進装置。
【請求項７】
前記スクリューのスクリュー軸には、軸方向に延びる給水通路が形成され、前記スクリューの先端部には給水管が接続されるスイベルが取り付けられ、前記スクリュー軸の末端部には前記カッターヘッドに注水する噴き出し口が開口していることを特徴とする請求項４に記載の既設管の改築推進装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、老朽化した下水道管等の既設管を開削せずに新しい管に更新する既設管の改築推進工法およびこの工法を実施するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下水道管等の既設管は、経年変化により老朽化が進行したり、地震や地盤の影響で劣化して継続使用に支障が出てくることがある。このような老朽化しあるいは劣化した既設管は、適時に新たな管に交換する必要がある。
【０００３】
従来、既設管の更新は、地表を開削して既設管を掘り出してから、更新管を埋設し直していた。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）。
【０００４】
そこで、図１１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１１において、参照番号１２はマンホールを示し、１００は下水道管として用いられていた既設管を示す。
【０００５】
老朽化した既設管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、既設管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のカッタで既設管を破砕し、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。
【０００６】
既設管１００の破砕と同時に、推進機１６は、更新管１２０に推進力を与え、破砕された既設管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、既設管１００を更新管１２０に入れ替えることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−０３８４８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の改築推進工法では、推進機のような機械設備は発進立坑に集中して設置されているため、通常、既設のマンホールでは、推進機を設置するには大きさが足りず、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。
【０００９】
他方、到達側は、既存のマンホール１２を利用しているが、このマンホール１２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。
【００１０】
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、発進側に設置する推進装置等の機械設備を既存のマンホールを利用して設置することができ、到達立坑を構築することなく既設管を改築できるようにした既設管の改築推進方法および装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記の目的を達成するために、本発明は、新しい更新管に先行させる先導管に設けたカッターヘッドで地中に埋設された既設管を破砕しながら同時に前記更新管を推進する既設管の改築推進工法において、前記既設管の中に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挿入し、前記ガイド管を推進経路の基準となる計画線上に位置決めする工程と、前記到達側マンホールに土砂を排土するスクリューを前記ガイド管の管内に装入するとともに、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装置と、カッターヘッドと前記スクリューを同時に駆動する駆動装置を内蔵した先導管とを前記発進側マンホールに搬入し、前記先導管に前記スクリューを連結して推進装置を組み立てる工程と、  前記既設管をカッターヘッドで破砕しつつ土砂を前記スクリューにより前記ガイド管内を移送して前記到達マンホールに排土しながら前記先導管と更新管を前記推進装置により推進する工程と、からなり、前記既設管が曲がりのある既設管の中に前記ガイド管を位置決めする場合は、前記発進側マンホールと到達側マンホールにそれぞれ配置した支持部材を用いて前記ガイド管の両端部を固定して前記ガイド管を前記計画線上に位置決めし、前記発進側マンホール若しくは到達側マンホールの前記支持部材に設けた緊張シリンダにより前記ガイド管を引っ張ることにより、前記ガイド管を緊張状態に保ち、前記既設管と前記ガイド管の間の空間に充填材を充填すること、を特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明は、新しい更新管に先行させる先導管に設けたカッターヘッドで地中に埋設された既設管を破砕しながら同時に前記更新管を推進する既設管の改築推進装置において、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装置を発進側マンホールに配置するとともに、推進経路の基準となる計画線上に固定され、到達側マンホールまで延びるガイド管の後端部を前記カッターヘッドに連結し、前記ガイド管の管内に前記カッターヘッドで掘削した土砂を前記到達側マンホールに排土するスクリューを装入し、前記カッターヘッドと前記スクリューを同時に駆動する駆動装置を前記先導管の先端部に配置し、
前記ガイド管の端部を固定して前記ガイド管を前記計画線上に位置決めする支持部材を前記発進側マンホールと到達側マンホールにそれぞれ配置するとともに、前記既設管と前記ガイド管の間の空間に充填材を充填する際に前記既設管が曲がりのある場合に前記ガイド管を緊張状態に保つ緊張シリンダを前記発進側マンホール若しくは到達側マンホールの前記支持部材に設けたことを特徴とするものである。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明による改築推進装置の一実施形態を示す断面図である。
【図２】発進側マンホールに設置された推進装置の平面図である。
【図３】図２におけるIII-III矢視図である。
【図４】本発明の一実施形態による改築推進装置の備える先導管の構成を示す断面図である。
【図５】本発明による改築推進工法が適用される曲がりのある既設管の埋設状況を示す断面図である。
【図６】既設管内にガイド管を計画線にそって位置決めする工程を示す断面図である。
【図７】先導管の推進を開始した状況を示す断面図である。
【図８】先導管のカッターヘッドにおける排土作用を示す縦断面図である。
【図９】先導管のカッターヘッドにおける排土作用を示す横断面図である。
【図１０】真っ直ぐな既設管内にガイド管を計画線にそって位置決めする工程を示す断面図である。
【図１１】従来の改築推進装置の構成を示す縦断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明による既設管の改築推進方法および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は、本実施形態による改築推進装置の全体構成を示す図である。図１において、参照番号１００は、改築対象となる既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、既設管１００と入れ替えられることになる更新管を示している。参照番号１０は、改築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、到達側の既存のマンホールを示している。
【００１５】
本実施形態による改築推進装置は、先導管１４と、この先導管１４の推進力を発生する推進装置１６と、先導管１４の先端に接続され到達側マンホール１２まで延び、先導管１４の案内となるとともに土砂の排土通路となるガイド管１８と、を備えている。先導管１４は、更新管１２０の先端に接続されており、この更新管１２０の後端は推進装置１６に接続されている。先導管１４の先端には、カッターヘッド２０が設けられている。ガイド管１８の内部には、カッターヘッド２０によって掘削された土砂および既設管１００の破片を到達側マンホール１２に移送するスクリュー２２が装入されている。
【００１６】
次に、本実施形態による改築推進装置を構成する各部の構成について、図２乃至図４を参照して説明する。  
図２は、発進側マンホール１０に設置される推進装置１６を上からみた図である。図３は、図２のIII-III断面図である。
【００１７】
図２並びに図３において、参照番号２４は、推進力を発生する推進シリンダを示している。この推進シリンダ２４は、発進側マンホール１０に通じている既設管１０２（改築の対象となっていない方の既設管）の中にシリンダ本体を収容するようにして配置されている。この場合、発進側マンホール１０の壁面には、反力受板２５が固定されており、推進シリンダ２４の本体部は、この反力受板２５に支持されている。
【００１８】
推進シリンダ２４のピストンロッド２６は、更新管１２０の末端が連結されている推進プレート２７に連結されている。図２に示されるように、推進プレート２７は、横梁２８を介して平行に並んだ２本のガイドレール２９を案内にして推進方向に移動し、更新管１２０に推進シリンダ２４の推進力を伝達する。
【００１９】
ガイドレール２９の後部は、反力受板２５に固定されており、前部には、それぞれフロントジャッキ３０が設けられており、ガイドレール２９ａ、２９ｂの底部には、レベルジャッキ３２が合計４つ設けられている。フロントジャッキ３０は、ガイドレール２９の平行度を調整するジャッキであり、レベルジャッキ３２は、ガイドレール２９の水平度を調整するジャッキである。
【００２０】
次に、図４は、先導管１４の構成を詳細に示す図である。この先導管１４の内部には、カッターヘッド２０を回転させる駆動機構として、モータ３５と、減速機３６が先導管１４と同軸に設置されている。減速機３６は、取付枠３７に固定されている。
【００２１】
減速機３６の出力軸３８は、カップリング４０を介してカッターヘッド２０を構成する回転板４１に連結されている。また、ガイド管１８の末端には土砂取込管４２が接続されており、この土砂取込管４２の末端はスラストベアリング４３のベアリング押え４４に連結されている。スラストベアリング４３は、スラスト荷重を受ける。回転板４１は出力軸３８によって回転自在に支持されている。出力軸３８は、減速機３６内の図示しないベアリングでスラスト荷重およびラジアル荷重が支えられている。
【００２２】
カッターヘッド２０では、回転板４１とドラム部材４７と面板４５とが一体構造となっており、刃口部を構成している。面板４５には、複数個のカッター４６が取り付けられている。
【００２３】
土砂取込管４２には、図９に示されるように、土砂を受け入れるためにＵ字形に大きく開いた形状のホッパー部４８が形成されている。他方、ドラム部材４７の内周面には、土砂を掻き混ぜる掻き板５０が周方向に所定間隔で複数枚取り付けられている。
【００２４】
図４に示されるように、ガイド管１８の内部にはスクリュー２２が収容されている。スクリュー２２は、単位となる短いスクリュー軸５２をつなぎ合わせてなり、スクリュー軸５２には螺旋状に羽根５３が形成されている。スクリュー２２の末端は、カップリング４０と連結されており、モータ３５の駆動トルクは、カッターヘッド２０とともにスクリュー軸５２にも伝動されるようになっている。
【００２５】
スクリュー２２の先端部には、スイベル５４が接続されており、このスイベル５４には給水管５５が接続されている。スクリュー軸５２には給水通路５６が軸方向に形成されている。この給水通路５６はカッターヘッド２０まで延び、注水口５７から水がカッターヘッド２２に噴き出されるようになっている。
【００２６】
本実施形態による既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、既設管の改築推進工法について、図５乃至図１０を参照しながら説明する。
【００２７】
図５は、本発明の改築推進工法を実施して更新される既設管の埋設状況を示す図である。この図５に示す既設管は、地震の影響あるいは道路を通る車両からの荷重の影響を受けて、うねるように曲がった既設管１００を示している。
【００２８】
まず、最初は準備工程として、既設管１００の中にガイド管１８を入れる作業を行う。この実施形態では、一本一本のガイド管１８は、発進側マンホール１０への搬入が容易な短いパイプである。発進側マンホール１０では、既設管１００の中に入れたガイド管１８の発進側端部に、別のガイド管１８のねじを締め込むというようにして、一本一本ガイド管１８を継ぎ足していく。
【００２９】
こうして、発進側マンホール１０でのガイド管１８の継ぎ足し作業を続けて、ガイド管１８の先端を到達側マンホール１２まで到達させる。
【００３０】
次に、図６は、ガイド管１８を推進計画線１３０に合わせる工程を示す図である。この計画線１３０は、曲がっている既設管１００のほぼ中心に設定されている。図６に示されるように、到達側マンホール１２では、既設管１００の到達側端部に固定された脚をもつ支持部材７０によってガイド管１８の先端を支持しておく。他方、発進側マンホール１０では、既設管１００の発進側端部に支持フレーム７３が連結されており、ガイド管１８を引っ張る緊張シリンダ７２が支持フレーム７３に設置されている。この緊張シリンダ７２によって、ガイド管１８を引張すると、曲がっている既設管１００を長手方向に締め付けて緊張状態におき、ガイド管１８を計画線１３０上に位置決めすることができる。
【００３１】
以上のようにして、ガイド管１８を推進計画線１３０上に位置決めしたら、次に、図６に示すように、ガイド管１８と既設管１００の間のアニュラー空間に、軽量の発泡モルタルなどの充填材１３２を充填する。この場合、地上に設置されている図示しない充填剤ポンプユニットから延びる配管７６を到達側マンホール１２に引き込みノズル管７７を支持部材７０からガイド管１８と既設管１００の間のアニュラー空間に差し込んで、このアニュラー空間に充填材１３２を充填する。やがて充填剤１３２が固化すると、ガイド管１８は既設管１００の中において計画線１３０と管軸が一致する位置に固定されることになる。その後、発進側マンホール１０では、緊張シリンダ７２とフレーム７３を分解して撤去し、到達側マンホール１２でも、支持部材７０を撤去する。  
なお、ガイド管１８は、推進が進むにしたがって回収していくので、ガイド管１８の外周面には、あらかじめ充填剤の付着防止剤を塗布しておくことが好ましい。
【００３２】
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、図７に示されるように、推進装置１６を組み立てる。本実施形態による推進装置１６では、発進側マンホール１０の底面にガイドレール２９が設置され、このガイドフレール２９の上に推進プレート２７が載置される。推進力を発生する推進シリンダ２４のシリンダ本体は、改修の対象ではない方の既設管１０２の中に設置される。また、スクリュー２２を一本一本連結しながら、スクリュー２２をガイド管１８の中に挿入し、スクリュー２２を到達側マンホール１２まで到達される。推進シリンダ２４のピストンロッド２６とともに推進プレート２７が後退している状態にして、この推進プレート２７に先導管１４を連結する。その後、スクリュー２２の後端部、ガイド管１８の後端部を先導管１４の先端部のカッターヘッド２０に連結する。
【００３３】
また、このとき、既に設置してあるガイド管１８に先導管１４の高さや平行度を調整するために、ジャッキ３０、３２を操作して調整する。
【００３４】
こうして、推進装置１６の準備が整ったら、推進工程を開始することになる。推進開始時には、回転するカッターヘッド２０で既設管１００を破砕しながら土砂を掘削し、先導管１４を推進シリンダ２４で押し出していく。先導管１４の推進が終わったら、カッターヘッド２０の回転を停止する。
【００３５】
その後、発進側マンホール１０では、先導管１４の後端部に更新管１００の一本分を接続する作業を行なう。到達側マンホール１２では、先導管１４の推進とともに、到達側マンホール１２に突き出てきたガイド管１８とスクリュー２２を取り外す作業を行う。
【００３６】
先導管１４への更新管１００の接続が終わったら、推進を再開する。以後、更新管１００の一本分を推進する毎に、発進側マンホール１０では更新管１００を継ぎ足し、更新側マンホール１２では、ガイド管１８とスクリュー４２を取り外していく。
【００３７】
図１に示されるように、先導管１４とともに更新管１００を推進していく工程では、先導管１４の管内に配置されているモータ３５と減速機３６によって、カッターヘッド２０およびスクリュー２２が回動駆動される。このため、発進側マンホール１０に設置される推進装置１６には、従来の推進装置のように、カッターヘッド２０の駆動機構を設置する必要がなくなり、推進装置１６の構成を大幅に簡素化することができる。そして、推進力を発生する推進シリンダ２４を既設管１０２の中に設置するようにすれば、本実施形態のように、発進立坑を掘るまでもなく既存のマンホール１０を利用して推進装置１６を設置することができる。
【００３８】
また、先導管１４は、計画線１３０上に固定されているガイド管１８と連結されているので、推進方向はガイド管１８の延びる方向のみ推進するように拘束されている。このため、従来のように、曲がりを測定し、随時推進方向を修正するというような作業は必要なく、計画線１３０にそって真っ直ぐに更新管１２０を精度良く推進することができる。
【００３９】
次に、図８並びに図９は、カッターヘッド２０での排土の作用を示す図である。先導管１４の刃口部の内部には、横断面がＵ字形の土砂取込管４２が設けられ、回転板４１と面板４５との間にあるドラム部材４７には、掻き板５０が取り付けられている。カッターヘッド２０のカッター４６で既設管１００を破砕しまた土砂を掘削すると、既設管１００の破片や土砂は、図８に示されるように、刃口部のドラム部材４７の中に取り込まれる。
【００４０】
カッターヘッド２０の回転とともにドラム部材４７は回転し、破片や土砂は掻き板５０によって堰きとめられて上方に移動してから、Ｕ字形に開いたホッパー部４８をもつ土砂取込管４２の中に落下することになる。なお、スクリュー２２の先端部には、スイベル５４が取り付けられ、スクリュー軸５２の内部には、水を流す通路が軸方向にカッターヘッド２０まで延びており、水は噴き出し口５７からカッターヘッド２０に噴き出される。このように、掘削する間は、スイベル５４から水を供給してカッターヘッド２０に注水をすることで、掘削効率を高めることができる。
【００４１】
図８に示されるように、スクリュー２２の羽根５３は、土砂取込管４２まで延びており、この土砂取込管４２に取り込まれた破片や土砂は、スクリュー２２の回転とともにガイド管１８の中を到達側マンホール１２まで移送されていく。到達側マンホール１２では、移送されてくる排土をタンク５８に受けて、排土が一杯になったらタンク５６ごと地上に運び出すことになる。このようにして、到達側マンホール１２の空間を有効に活用して、掘削した破片や土砂を効率よく排出することができる。
【００４２】
以上のようにして、先導管１４および更新管１２０を到達側マンホール１００まで推進することで、既設管１００を更新管１２０に更新することができる。
【００４３】
以上の実施形態は、既設管１００に曲がりがある場合の改築推進工法であるがあるが、本発明の改築推進工法は、図１０に示すような曲がりのない既設管１００にも適用することができる。
【００４４】
図１０において、計画線１３０は、曲がりのない真っ直ぐな既設管１００のほぼ中心に設定されている。ガイド管１８には、半径方向に突き出ているスペーサ１４０が、例えば４本一組で取り付けられている。既設管１００の内部において、ガイド管１８は、スペーサ１４０によって管軸が計画線１３０に一致するように支持されている。  
発進側マンホール１０では、一本ずつガイド管１８を接続しスペーサ１４０を取り付けながら既設管１００に挿入する。
【００４５】
以後、発進側マンホール１２へ推進装置１６の機材を搬入し、組み立ててから先導管１４および更新管１２０を到達側マンホール１００まで推進していく。この推進工程は、既設管１００が曲がっている場合と同様であるので、説明は省略する。
【符号の説明】
【００４６】
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…ガイド管、２０…カッターヘッド、２２…スクリュー、２４…推進シリンダ、２７…推進プレート、３５…モータ、３６…減速機、４７…ドラム部材、４５…面板、５３…羽根
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
0005705672.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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