(57)【要約】【課題】下水道などの改築計画の中で管路設計が見直され、埋設管と更新管とで深さや位置が異なった偏心した場合に、更新管の推進方向の修正を安定して行い、効率の良い改築工事行えるようにする。【解決手段】埋設管１２の始端位置に地表から発進坑１４を開削し、推進機２０を発進抗１４に設置し、埋設管１２を案内走行路として先導管３２に先行する案内装置４０を埋設管１２の管内に入れ、先導管３２が埋設管１２の軸心から偏心しかつ埋設管１２に一部重畳し合う位置を推進位置として、推進機２０を位置決めするとともに、案内装置４０と先導管３２を偏心支持アーム４２で連結し、推進機４０のカッタヘッド１７によって埋設管１２の一部を破砕しつつ推進機により先導管３２を押し込み、埋設管１２を案内走行路および破砕時の反力受けに利用して案内装置４０を先行移動させながら推進する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地中に埋設された既設の埋設管を推進機のカッタヘッドで破砕しながら、同時に、先行させる先導管とともに該更新管を前記推進機を用いて推進する工法であって、
前記埋設管の始端位置に地表から発進坑を開削し、前記推進機を前記発進抗に設置する工程と、
前記埋設管を案内走行路として先導管に先行する案内装置を該埋設管の管内に入れる工程と、
前記先導管が前記埋設管の軸心から偏心しかつ該埋設管に一部重畳し合う位置を推進位置として、該推進機を位置決めするとともに、前記案内装置と前記先導管を偏心支持アームで連結する工程と、
前記推進機のカッタヘッドによって前記埋設管の一部を破砕しつつ前記推進機により該先導管を押し込み、前記埋設管を案内走行路および破砕時の反力受けに利用して前記案内装置を先行移動させながら、前記先導管とともに前記更新管を推進する工程と、
からなることを特徴とする既設埋設管の改築推進工法。
【請求項２】
あらかじめ設定した推進方向に対する前記先導管先端の位置ずれ量を計測し、その位置ずれ量を解消する方向に前記カッタヘッドの向きを調整し、推進方向を修正しながら前記先導管の推進を行う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工法。
【請求項３】
前記先導管の方向修正と連動させ、前記埋設管を方向修正時の反力受けに利用しなから前記偏心支持アームによる先導管の支持姿勢を変えることにより、前記先導管の方向修正を補助する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工法。
【請求項４】
前記埋設管の軸心から前記下方に偏心した位置で、前記先導管を該埋設管と平行に推進することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか項に記載の既設埋設管の改築推進工法。
【請求項５】
地中に埋設された既設の埋設管を推進機ので破砕しながら、同時に、先行させる先導管とともに新しい更新管を推進機を使って推進する装置であって、
前記更新管と、該更新管と同軸にケーシング内に収容したスクリューとが接続される推進機本体と、
前記更新管の先端に接続される先導管と、
前記先導管の先端に取り付けられ、前記スクリューから回転トルクが伝達されるカッターヘッドと、
前記埋設管の管内に移動自在に挿入され、前記埋設管を案内走行路として移動する案内装置と、
前記案内装置と前記先導管を連結し、前記埋設管の軸心から偏心しかつ該埋設管に一部重畳し合う位置で、前記案内装置を介し前記埋設管を反力受けにして先導管を支持する偏心支持アームと、
を具備することを特徴とする既設埋設管の改築推進装置。
【請求項６】
前記偏心支持アームと前記先導管との連結部を前記カッタヘッドと先導管との接続部よりも後方で先導管外周面に設け、この連結部から前記偏心支持アームが前記カッタヘッドおよび先導管の外周面と平行に延びる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。
【請求項７】
前記カッタヘッドを前記先導管の先端部に揺動可能に接続し、前記先導管を、あらかじめ設定された推進方向からの前記先導管先端の位置ずれ量に応じて、その位置ずれ量を解消する方向に前記カッタヘッドを揺動させ、推進方向を調整する方向修正シリンダを備える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。
【請求項８】
前記案内装置は、前記方向修正補助シリンダと前記偏心支持アームとを連結し前記埋設管に対する先導管の相対的の相対的な偏心位置を調整するリンク機構と、前記リンク機構を駆動して、前記先導管の方向修正を補助する方向修正補助シリンダと、を備えることを特徴とする請求項７に記載の既設埋設管の改築推進装置。
【請求項９】
前記案内装置は、前記埋設管の内周面を摺動する摺動部材を有する筒形の本体フレームを備えたことを特徴とする請求項８に記載の既設埋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、既設の老朽化した埋設管を破砕しながら新たな埋設管に更新する改築推進工法に係り、特に、既設埋設管の管中心から更新管が偏芯している条件で行う改築推進工法およびこの工法を実施する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上下水道、ガス等のライフラインとして地中に埋設されている埋設管は、経年により老朽化が進むので、耐用年水を越えた埋設管は、適時に新たな管に交換する必要がある。  
このような既設埋設管を更新するため、古くは、埋設箇所を開削することで埋設管を掘り出し、新たな管を埋設し直していた。近時は、開削することなく、既設埋設管を破砕しながら、同時に新たな管を推進する改築推進工法が開発されている。
【０００３】
そこで、図６を参照して、従来の改築推進工法について説明する。  
図６は、改築の対象となる既設の下水道を示す。図６において、参照番号１０はマンホールを示し、１２は下水道管として用いられている埋設管を示す。
【０００４】
構築されて５０年以上を経過し、老朽化した埋設管１２を新たに更新するには、図６に示すように、更新管１３を推進するための発進抗１４を掘削し、この発進抗１４に推進機１５を設置する。
【０００５】
推進機１５には、非開削方式による埋設管推進工法に使用される推進機が使用される。この推進機１５では、スクリー１６の先端に、埋設管１２を破砕するためのカッタヘッド１７が取り付けられており、カッタヘッド１７のカッタで埋設管１２を破砕し、その破片および土砂はスクリュー１６で発進抗１４に移送される。
【０００６】
そして、埋設管１２の破砕と同時に、推進機１５は、新たな更新管１３に推進力を与え、破砕された埋設管１２の長さ分だけ更新管１３を押し込んでいく。このようにして推進していくことで、埋設管１２を更新管１３に入れ替えることができる。
【０００７】
このような従来の改築推進工法では、埋設管１２と更新管１３との軸芯が合っている必要がある。もし更新管１３が埋設管１２の軸芯からずれていると、埋設管１２の全体をカッタヘッド１７で破砕することができず、更新管１３の推進方向が安定しないからである。
【０００８】
そこで、更新管の推進方向にずれが生じてきた場合には、カッタヘッド１７の向きを調整できるように、複数の方向修正用シリンダ１８が円周方向に等間隔で設けられている。推進方向のずれを検出して、そのずれた方向に対応した位置の方向修正用シリンダ１８を作動させ、カッタヘッド１７を傾斜させることにより、推進方向を修正することができる。
【０００９】
このような方向修正用シリンダ１８を利用することの他、カッタヘッドに先行して、既設埋設管の内部を移動する案内手段により、カッタヘッドを案内させる技術が提案されている（特許文献１、２）。
【特許文献１】特開平９−２５７８７号公報
【特許文献２】特開２０００−２５７３７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来の改築推進工法は、埋設管１２と更新管１３との軸芯が一致する場合を前提にして実施されてきた。  
ところが、最近では、埋設管１２の軸芯に対して、敢えて更新管を偏心させて推進させることが新たな技術課題として浮上している。
【００１１】
例えば、下水道計画にあたり、管路設計の基本的な見直しを行う中で、下水管の埋設深さを変更する場合がある。そうすると、既設の埋設管と更新管との間に高さに差が生じるため、従来の改築推進工法では障碍が出てきている。
【００１２】
すなわち、埋設管に対する更新管の偏心量が大きくなると、カッタヘッドに先行して埋設管内の内部を移動する案内手段の作動範囲を越えてしまい、案内手段を使用できなくなるという問題がある。
【００１３】
また、埋設管の一部を破砕することになるので、カッタヘッドにかかる負荷の変動が大きい。このため、カッターヘッドは負荷の軽い方向へ逃げようとする。これを防ぐためには、埋設管の内部に裏込め材を充填する作業を推進作業と並行して行わなければならず、作業効率が大きく低下する。
【００１４】
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、下水道などの改築計画の中で管路設計が見直され、埋設管と更新管とで深さや位置が異なった偏心した場合に、更新管の推進方向の修正を安定して行い、効率の良い改築工事行えるようにした既設埋設管の改築推進工法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記の目的を達成するために、本発明は、地中に埋設された既設の埋設管を推進機のカッタヘッドで破砕しながら、同時に、先行させる先導管とともに該更新管を前記推進機を用いて推進する工法であって、前記埋設管の始端位置に地表から発進坑を開削し、前記推進機を前記発進抗に設置する工程と、前記埋設管を案内走行路として先導管に先行する案内装置を該埋設管の管内に入れる工程と、前記先導管が前記埋設管の軸心から偏心しかつ該埋設管に一部重畳し合う位置を推進位置として、該推進機を位置決めするとともに、前記案内装置と前記先導管を偏心支持アームで連結する工程と、前記推進機のカッタヘッドによって前記埋設管の一部を破砕しつつ前記推進機により該先導管を押し込み、前記埋設管を案内走行路および破砕時の反力受けに利用して前記案内装置を先行移動させながら、前記先導管とともに前記更新管を推進する工程と、からなることを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明は、地中に埋設された既設の埋設管を推進機ので破砕しながら、同時に、先行させる先導管とともに新しい更新管を推進機を使って推進する装置であって、前記更新管と、該更新管と同軸にケーシング内に収容したスクリューとが接続される推進機本体と、前記更新管の先端に接続される先導管と、前記先導管の先端に取り付けられ、前記スクリューから回転トルクが伝達されるカッターヘッドと、前記埋設管の管内に移動自在に挿入され、前記埋設管を案内走行路として移動する案内装置と、前記案内装置と前記先導管を連結し、前記埋設管の軸心から偏心しかつ該埋設管に一部重畳し合う位置で、前記案内装置を介し前記埋設管を反力受けにして先導管を支持する偏心支持アームと、を具備することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、下水道などの改築計画の中で管路設計が見直され、埋設管と更新管とで深さや位置が異なった場合であったも、案内装置を先行させることにより、埋設管を案内走行路および反力受けと利用することにより、更新管の推進方向の修正を安定して行い、効率の良い改築工事行うことができる。
【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の改築推進工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、本実施形態による埋設管の改築推進工法を実施するための推進機を示す。図１において、参照番号２０は、推進機の全体を示す。この推進機２０には、非開削で埋設管を地中に推進する工法で広く用いられる公知の推進機が使用される。参照番号１２は、推進機２０を使って更新管３０に改築される老朽化した既設の埋設管である。この埋設管１２は、この実施形態では、下水道管に用いられるヒュームである。埋設管１０の始端位置には立坑１４（以下、発進坑という）が掘削され、推進機２０は発進坑１１に運び込まれる。
【００１９】
推進機２０においては、ベースとなるガイドフレーム２１の上に推進機本体２２が移動可能に設置されている。この推進機本体２２の左右両側には、更新管３０を押し出す推力を発生する油圧シリンダ２３が配設されている。この油圧シリンダ２３のピストンロッドの先端部は、反力受２４に固定されている。推進機本体２２は、トルクを発生する油圧モータ２５を備えている。
【００２０】
推進機本体２２には、次のようなアタッチメントが用いられる。このアタッチメントは、螺旋状にブレードが軸方向に延びているスクリュー１６と、このスクリュー１６の先端に取り付けられるカッターヘッド１７と、更新管３０、先導管３２とから構成されている。
【００２１】
スクリュー１６は、更新管３０の内側のケーシング１９に同軸に収容されており、油圧モータ２５の駆動トルクが図示しない中空式減速機を介してスクリュー１６に伝えられる。これと同時に、更新管３０には、推進機１０から油圧シリンダ２３で発生する推力が加えられる。なお、更新管３０およびスクリュー１６は、推進が延びるにしたがって、１本づつ継ぎ足しながら推進作業を行う。
【００２２】
更新管３０の先端には、先導管３２が接続されている。そして、先導管３２の先端に、カッターヘッド１７が取り付けられている。  
カッターヘッド１７は、ヘッド本体を構成する円板状の面板３３を有し、この面板３３には、複数個のカッター３４が直径にそって配列されている。カッターヘッド１７の内部では、ベアリング支持部３９を介してスクリュー１６の先端部および面板３３が回転自在に支持されている。スクリュー１６の回転トルクが面板３３に伝達されて面板３３が回転し、カッター３４によって記載された管の破片や掘り崩された土砂は、面板３３に開いている排出口（図示せず）からスクリュー１６に導入される。
【００２３】
このようなカッターヘッド１７は、先導管３２の先端部に揺動可能に接続されている。そして先導管３２には、あらかじめ設定された推進方向から逸脱した場合に、推進方向を調整する方向修正シリンダ３５が上下２カ所に組み込まれておいる。この方向修正シリンダ３５は、先導管３２の先端の位置ずれ量に応じて、その位置ずれ量を解消する方向にカッタヘッド１７を揺動させる。
【００２４】
なお、図１において、先導管３２の先端にはレーザターゲット３６が配置され、このレーザターゲット３６に向けて、推進機２０側に配置したレーザセオドライト３７からレーザが照射される。レーザターゲット３６でのレーザビームの偏位から先導管３２の推進方向のずれを検出できるようになっている。
【００２５】
次に、図１において、参照番号４０は、案内装置を示す。この案内装置４０は、埋設管１２の管内に移動自在に挿入され、先導管３２の推進とともに埋設管１２を案内走行路として移動し先導管３２の推進を案内するようになっている。
【００２６】
図２は、案内装置４０を示す平面図である。この案内装置４０は、筒形の本体フレーム４１を有し、この本体フレーム４１には、軸方向に平行に延びる細長い板状の摺動部材４１ａが複数枚軸心に関して対称に取り付けられており、案内装置４０は、摺動部材４１ａを介して埋設管１２の内周面を摺動できるようになっている。
【００２７】
図１に示されるように、案内装置４０は、偏心支持アーム４２によって先導管３２と連結されている。この実施形態では、埋設管１２の下方に偏心した位置を更新管３０が平行に推進するように計画されており、図３に示すように、先導管３２が埋設管１２の軸心から偏心しかつ埋設管１２に一部重畳し合う位置にあるように偏心支持アーム４２によって支持されている。  
図１において、このような偏心支持アーム４２は、後述するように、案内装置４０を介し埋設管１２を反力受けにして先導管３２を支持するため、次のような構造をもっている。
【００２８】
偏心支持アーム４２と先導管３２との連結部４３は、先導管３２の外周面に固定されている。この連結部４３は、上面が湾曲して張り出した中高の中空箱形構造をもっており、十分な強度が確保されている。この連結部４３は、カッタヘッド１７と先導管３２との接続部よりも後方に設取り付けられている。偏心支持アーム４２は、中高の細長い中空箱形構造を有し、連結部４３から先導管３２およびカッタヘッド１７の外周面に沿って張り出すように平行に延びている。
【００２９】
案内装置４０では、リンクアーム４４が支軸４５を介して揺動自在に支持されている。このリンクアーム４４は、埋設管１２に対する先導管３２の相対的な偏心位置を調整する。リンクアーム４４の先端は連結ピン４６を介して偏心支持アーム４２の先端と連結されている。他方、リンクアーム４４の後端は、ピン４７を介して、方向修正補助シリンダ４８のピストンロッドと連結されている。この方向修正補助シリンダ４８は、先導管３２の方向修正を補助するためにリンクアーム４４を揺動させるためのシリンダであり、案内装置４０の前端に取り付けられたブラケット４９に揺動可能に支持されている。
【００３０】
次に、老朽化した埋設管１２の下側に偏心した位置に更新管３０を推進し、下水道を改築する工程を順を追って説明する。
【００３１】
まず、図４に示すように、埋設管１２の始端位置に発進坑１４を掘削しておく。推進機２０は発進坑１４に設置する。この場合、埋設管１２の終端位置には、既設のマンホール１０があるので、このマンホール１０を到達抗として利用する。
【００３２】
次に、図５に示すように、発進抗１１から埋設管１２の中に案内装置４０を入れる。そしてカッターヘッド１７を取り付けてある先導管３２を推進機２０に接続しておく。先導管３２は、埋設管１２の軸心から下方に所定距離だけ偏心した位置を推進していくので、先導管３２が埋設管１２の軸心から偏心しかつ埋設管１２に一部重畳し合う位置になるように、推進機２０を高さや左右方向の位置を調整しながら推進機２０の位置決めをする。その後、埋設管２０に入れた案内装置４０と先導管３２を偏心支持アーム４２で連結しておく。
【００３３】
こうして、推進の準備が整ったところで、推進機２０でカッタヘッド１７を回転させ、カッター３４で埋設管１２の下部を破砕しつつ推進機２０の油圧シリンダ２３をピストンロッドを伸長させて先導管３２を押し込む。先導管３２の推進が延びるたびに、先導管３２を継ぎ足しなから推進していく。  
図１において、最後尾の先導管３２に引き続き更新管３０を継ぎ足し、以後、同様に更新管３０を継ぎ足しながら推進していく。この更新管３０を推進する過程では、案内装置４０は埋設管１２の中を先導管３２に先行して移動し、先導管３２の推進を案内する。この場合、既設の埋設管１２を案内走行路に利用できるので、先導管３２の推進方向を埋設管１２の方向と一致させることができる。
【００３４】
さらに、古い埋設管１２の場合、開削工法により敷設されていることが多く、並べた枕木６２の上に埋設管１２が載っていることがある。その場合、埋設管１２をカッターヘッド１７で破砕するときにはいっしょに枕木６２も破砕することになる。ところが、枕木６２の中には、コンクリート製のものがあり、破砕するときの抵抗が大きく、また抵抗の変動も大きく、カッターヘッド１７が抵抗により振られて安定した破砕ができなかった。
【００３５】
これに対して、本実施形態では、案内装置４０が埋設管１２を移動するので、埋設管１２の内周面に案内装置４０を当接させ、すなわち埋設管１２を反力受けにして偏心支持アーム４２で先導管３２を安定した姿勢に支えることができるため、コンクリート製の枕木６２があっても、安定して破砕を行うことができる。
【００３６】
このようにして、埋設管１２を反力受けに利用して、安定した推進を行なっている間にも、適宜、先導管３２の推進方向が、あらかじめ設定された推進方向と一致しているか否かが、適宜、レーザセオドライト３７からレーザ光をレーザーターゲット３６に照射することにより計測される。
【００３７】
計測の結果、先導管３２の推進方向にずれがあることがわかれば、次のようにして、方向修正シリンダ３５を作動させることにより、位置ずれ量を解消する方向にカッタヘッド１７の向き・姿勢を調整し、推進方向を修正することができる。
【００３８】
例えば、先導管３２の推進方向が下方にずれていた場合には、下方に配置された方向修正シリンダ３５のピストンロッドを伸ばし、上側に配置された方向修正シリンダ３５のピストンロッドを引き込むことにより、カッターヘッド１７を上向きに傾かせればよい。推進方向が上にずれていた場合は、この反対と動作となる。
【００３９】
このような方向修正を実行する際には、方向修正に伴う抵抗が生じるが、上述と同じようにして、埋設管１２を反力受けに利用して、偏心支持アーム４２で先導管３２を支えることができるので、安定した方向修正を行うことができる。
【００４０】
しかも、本実施形態によれば、案内装置４０には、方向修正補助シリンダ４８が設けられているので、先導管３２に設けた方向修正シリンダ３５と協働して、埋設管１２を方向修正時の反力受けに利用しなから、偏心支持アーム４２による先導管３２の支持姿勢を修正できる。例えば、推進方向が下方にずれていた場合には、方向修正シリンダ３５でカッタヘッド１７を上に引き上げるとともに、方向修正補助シリンダ４８のピストンロッドを引き込み、偏心支持アーム４２を引き上げるようにすればよい。カッターヘッド１７は重量があるので、とりわけ、地盤が柔らかいと、カッターヘッド１７の重さで先導管３２が沈下しがちになり、修正をかけてもなかなか効きないことがある。このような状況にあっても、方向修正シリンダ３５と方向修正補助シリンダ４８を協働させることで、先導管３２の方向修正を補助し、より方向修正動作を安定かつ正確に行うことが可能となる。
【００４１】
案内装置４０が埋設管１２先端側まで移動したら、マンホール１０側から取り出してから地表に回収する。また、カッタヘッド１７で埋設管１２を最後まで破砕したら、カッターヘッド１７とマンホール６０側に取り外して回収する。以下、更新管３０の推進を続けなから、先導管３２の回収を行い、更新管３０がマンホール６０側に到達するまで推進する。
【００４２】
以上、本発明に係る埋設管の改築推進工法について、好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明に係る工法は、埋設管に対して下方に偏心した場合だけでなく、左右方向に偏心した場合にも、同じようにして適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明による埋設管の改築推進工法を実施する推進機を示す側面図。
【図２】同埋設管の改築推進工法に用いる案内装置を示す平面図。
【図３】本発明による埋設管の改築推進工法において老朽化した埋設管と先導管の位置関係を示す図。
【図４】本発明の実施形態による改築推進工法において、発進抗に推進機を設置する工程を示す側面図。
【図５】本発明の実施形態による改築推進工法において、埋設管に案内装置を入れ、推進を始める工程を示す側面図。
【図６】従来の改築推進工法を説明する図。
【符号の説明】
【００４４】
１２  埋設管
１７  カッターヘッド
２０  推進機
３０  更新管
３２  先導管
３５  方向修正シリンダ  
４０  案内装置
４２  偏心支持アーム
４４  リンクアーム
４８  方向修正補助シリンダ
【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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