(57)【要約】【課題】本発明は、何れの鉄資材による既設埋設管であっても、効率的に地中の既設埋設管の交換を実施することの可能な、地中の既設埋設管の交換方法、及び新設管先導装置を提供する。【解決手段】既設埋設管７の内周面に溝７ａを軸線方向に延在するよう形成する。次に、既設埋設管７内に、新設管先導装置１及びその後部に新設管９を配置し、推進装置１４によって両者を既設埋設管７の軸線方向へ前進させながら、以下の作業を行う。冷却機構３を用いて溝７ａを冷却する。冷却した溝７ａに破断切開機構４を圧接し既設埋設管７を軸線方向に破断切開する。拡径機構５を用いて破断切開した既設埋設管７を法線方向に押し広げ、既設埋設管７を拡径する。新設管先導装置１の前進に伴い、新設管９を新設管先導装置１をガイドとして、破断切開した既設埋設管７の内方に前進させ、これを所定位置に敷設する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地中に埋設された鉄資材よりなる既設埋設管の内周面に、該既設埋設管の軸線方向に延在する複数の溝を形成し、
既設埋設管の一端から他端に向かって順次、前記溝に沿って軸線方向に破断しながら内周面に法線方向の押圧力を作用し、該既設埋設管を全長にわたり拡径変形させ、
拡径変形させた該既設埋設管の内部に新設管を配管する、地中の既設埋設管の交換方法であって、
前記溝を冷却機構を介して冷却した後、該溝に沿って既設埋設管を軸線方向に破断することを特徴とする地中の既設埋設管の交換方法。
【請求項２】
地中に埋設された鉄資材よりなる既設埋設管を新設管に交換する際に用いる新設管先導装置であって、
地中に埋設された既設埋設管の内方に挿入され、既設埋設管内を軸線方向に移動自在とする移動機構を一端側近傍の外周面上に備える新設管先導装置本体と、
前記新設管先導装置本体の中間部の外周面上で放射状に備えられており、前記既設埋設管を軸線方向に破断切開する複数の破断切開機構と、
前記新設管先導装置本体の他端側近傍の外周面上で、前記破断切開機構の配置位置から周方向にずれて放射状に位置するよう備えられており、前記既設埋設管の内周面に法線方向の押圧力を作用する複数の拡径機構を備えるとともに、
該新設管先導装置本体の一端側の端面に、前記既設埋設管の内周面を冷却する冷却機構が備えられることを特徴とする新設管先導装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地中の既設埋設管の交換方法、及び新設管先導装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、地中に埋設されている水道管等の既設埋設管を新設管に交換する方法には、特許文献１及び特許文献２に示すように、既設埋設管に切り込み溝を入れた上で破断機で既設埋設管を破断し、破断した既設埋設管を拡径した状態でその内方に新設管を敷設する工法が知られている。このような方法は、既設埋設管が昭和３５年以前に敷設された伸びの少ない鋳鉄管である場合に最適な工法である。
【０００３】
【特許文献１】
特許第３２６２４１６号公報（第２図参照）
【特許文献２】
特許第３２８８１３５号公報（第２図参照）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、昭和３５年以降に敷設された既設埋設管は、その材質が伸びに強いダクタイル管よりなる場合が多く、上述する方法では、新設管の敷設に必要な径に達するまで既設埋設管を十分拡径できない場合が多い。
【０００５】
上記事情に鑑み、本発明は、何れの鉄資材による既設埋設管であっても、効率よく地中の既設埋設管の交換を実施することの可能な、地中の既設埋設管の交換方法、及び新設管先導装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の地中の既設埋設管の交換方法は、地中に埋設された鉄資材よりなる既設埋設管の内周面に、該既設埋設管の軸線方向に延在する複数の溝を形成し、既設埋設管の一端から他端に向かって順次、前記溝に沿って軸線方向に破断しながら内周面に法線方向の押圧力を作用し、該既設埋設管を全長にわたり拡径変形させ、拡径変形させた該既設埋設管の内部に新設管を配管する、地中の既設埋設管の交換方法であって、前記溝を冷却機構を介して冷却した後、該溝に沿って既設埋設管を軸線方向に破断することを特徴としている。
【０００７】
請求項２記載の新設管先導装置は、地中に埋設された鉄資材よりなる既設埋設管を新設管に交換する際に用いる新設管先導装置であって、地中に埋設された既設埋設管の内方に挿入され、既設埋設管内を軸線方向に移動自在とする移動機構を一端側近傍の外周面上に備える新設管先導装置本体と、前記新設管先導装置本体の中間部の外周面上で放射状に備えられており、前記既設埋設管を軸線方向に破断切開する複数の破断切開機構と、前記新設管先導装置本体の他端側近傍の外周面上で、前記破断切開機構の配置位置から周方向にずれて放射状に位置するよう備えられており、前記既設埋設管の内周面に法線方向の押圧力を作用する複数の拡径機構を備えるとともに、該新設管先導装置本体の一端側の端面に、前記既設埋設管の内周面を冷却する冷却機構が備えられることを特徴としている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る地中の既設埋設管の交換方法、及び新設管先導装置を図１から図４に示す。本発明は、低温になると割れやすくなる鉄資材の特徴を生かす方法であり、鉄資材よりなる既設埋設管の内周面に溝を設けるとともに、該溝を冷却した上で、溝に沿って既設埋設管を軸線方向に破断切開することにより、何れの鉄資材よりなる既設埋設管をも効率的に拡径することができ、これに伴いその内方への新設管配置をスムーズに実施できることで、地中の既設埋設管を新設管に交換する作業の合理化を図るものである。
【０００９】
図１（ｂ）に示すように、新設管先導装置１は、新設管先導装置本体２、冷却機構３、破断切開機構４、及び拡径機構５を備えている。
新設管先導装置本体２は、地中に埋設されている既設埋設管７よりも小径の筒体よりなる小径先端部２ａと、前記既設埋設管７と交換する新設管９とほぼ同一径の筒体よりなる大径後端部２ｃと、該大径後端部２ｃ及び小径先端部２ａの外周面を滑らかに連結する円錐台よりなるテーパー状中間部２ｂにより構成されている。これらは、何れも軸線が同一水平軸上に位置する状態で、小径先端部２ａと大径後端部２ｃをテーパー状中間部２ｂで連結するように配置することにより、新設管先導装置本体２を形成している。つまり、新設管先導装置本体２の軸線と、小径先端部２ａ、テーパー状中間部２ｂ、及び大径後端部２ｃ各々の軸線は同一水平軸状に存在している。
【００１０】
前記新設管先導装置本体２の一端側に位置する小径先端部２ａには、外周面で周方向に所定の離間間隔をもって複数の開口部８ａが形成されている。該開口部８ａには、新設管先導装置本体２の軸線方向に回転自在なローラよりなる移動機構６が配置されており、該移動機構６は開口部８ａから新設管先導装置本体２の軸線を中心とした放射方向に突出長さを自在に調整できる図示しない支持軸を介して小径先端部２ａに支持される構成となっている。
このように複数の開口部８ａ各々に配置されることで、小径先端部２ａの外周面上に放射状に位置する複数の該移動機構６は、これらの先端部を連結する仮想円弧が、前記既設埋設管７の内径と同一、または若干小さい形状となるように位置決めされ、既設埋設管７の内周面に接触又は若干の隙間を有して対向している。
【００１１】
なお、本実施の形態では、前記周方向に所定の離間間隔をもって配置される複数の開口部８ａ及び開口部８ａに配置される移動機構６が、小径先端部２ａに対して２連に構築されているが、必ずしもこれにこだわるものではなく、単連であっても複数連であっても何れを適用しても良い。
【００１２】
また、小径先端部２ａの端面、つまり前記新設管先導装置本体２の一端側の端面には、図１（ｂ）に示すように、冷却機構３が備えられている。該冷却機構３は、底面が小径先端部２ａと同一径もしくは若干小さい円錐体よりなる外郭３ａと、外郭３ａに複数備えられている液体窒素吹き出しノズル３ｂにより構成されている。
前記外郭３ａは、軸線を新設管先導装置本体２の軸線と同一軸状に配置した状態で、小径先端部２ａの端面に底面を向かい合わせるようにして配置されており、内方には液体窒素が貯留されている図示しない貯留槽が備えられている。
【００１３】
前記液体窒素吹き出しノズル３ｂは、前述した図示しない貯留槽に貯留されている液体窒素を前記既設埋設管７の内周面に向けて噴射する装置であり、前記外郭３ａの円錐面に対して直交する方向、つまり新設管先導装置本体２の頭部より射め前方側に噴射する方向に向けて、図１（ａ）に示すように、円錐面上で周方向に所定の離間間隔をもって複数設置されている。なお、該液体窒素吹き出しノズル３ｂの数量や配置間隔は、後に地中の既設埋設管の交換方法で詳述する、既設埋設管７の内周面に形成する溝７ａの数量や配置位置に応じて決定する。
【００１４】
前記新設管先導装置本体２の中間部に位置する前記テーパー状中間部２ｂには、外周面で周方向に所定の離間間隔をもって複数の開口部８ｂが形成されている。該開口部８ｂには、前記新設管先導装置本体２が既設埋設管７の内方を軸線方向に移動することに伴って前記既設埋設管７を軸線方向に破断する、破断切開機構４が配置されており、該破断切開機構４は、開口部８ｂから新設管先導装置本体２の軸線を中心とした放射方向に突出長さを自在に調整できる図示しない支持軸を介してテーパー状中間部２ｂに支持される構成となっている。
【００１５】
これら複数の開口部８ｂ各々に配置されることで、テーパー状中間部２ｂの外周面上に放射状に位置する複数の該破断切開機構４は、先端部を連結する仮想円弧が、前記既設埋設管７の内径よりも若干大きく（実験によると１０ｍｍ程度が良い）なるようその突出長さを位置決めされており、新設管先導装置１を既設埋設管７の内方に配置した際に、破断切開機構４が既設埋設管７の内周面に圧接する構成となっている。なお、該破断切開機構４が備えられる開口部８ｂの数量や配置間隔は、後に地中の既設埋設管の交換方法で詳述する、既設埋設管７の内周面に形成する溝７ａの数量や配置位置に応じて決定する。
【００１６】
前記新設管先導装置本体２の他端側近傍に位置する大径後端部２ｃは、外周面で周方向に所定の離間間隔をもって複数の開口部８ｃが形成されている。該開口部８ｃには、新設管先導装置本体２の軸線を前記既設埋設管７の軸線に合致させることにより、既設埋設管７の内周面に対して、法線方向に押圧力を作用する拡径機構５が配置されており、該拡径機構５は開口部８ｃから新設管先導装置本体２の軸線を中心とした放射方向に突出長さを自在に調整できる図示しない支持軸を介して大径後端部２ｃに支持される構成となっている。
【００１７】
これら複数の開口部８ｃ各々に配置されることで、大径後端部２ｃの外周面上に放射状に配置される複数の拡径機構５は、これらの先端部を連結する仮想円弧が、前記新設管１５の外径よりも若干大きいか同一形状となるように位置決めされて、新設管先導装置１を既設埋設管７の内方に配置した際に、前記破断切開機構４を用いて破断した既設埋設管４を新設管１６よりも大きい径に拡径する。
【００１８】
ところで、複数の前記拡径機構５は、すべてが一様な押圧力を作用するのみでなく、個々で変化させることも可能であり、例えば、大径後端部２ｃの上方に位置する拡径機構５と比較して下方に位置する拡径機構５の押圧力を大きく取り、押圧作業終了後の先端部を連結する仮想円弧の中心点を既設埋設管７の軸線より下方へ偏心させて、既設埋設管７を下方へ拡径する構成としても良い。
このように、押圧力の作用を個々で変化させることにより、複数の前記拡径機構５は、既設埋設管７を所望の方向に向けて、所望の径に拡径することができるものである。
【００１９】
上述する構成の新設管先導装置１は、前記既設埋設管７の内方で、前記新設管先導装置本体２の軸線が、既設埋設管７の軸線と合致するように配置され、前記小径先端部２ａを備える一端側を頭部として、前記移動機構６により前進するものである。
【００２０】
なお、前記新設管先導装置１を構成する新設管先導装置本体２の外形状は、必ずしも上述する構成にこだわるものではなく、軸線を既設埋設管７の軸線と同一水平軸状に合致させた状態で、前記既設埋設管７の内方に挿入できる構成であれば、例えば、小径先端部２ａ、テーパー状中間部２ｂ、及び大径後端部２ｃのすべて同一径とした円筒形にする等、何れの外形状を有する構成としても良い。
【００２１】
上述する新設管先導装置１を用いた地中の既設埋設管の交換方法を、図２から図４に基づいて説明する。
図２（ａ）に示すように、例えば、道路１０の両端部等、前記既設埋設管７の近傍で、既設埋設管７の長さ方向に所定距離だけ離隔した地盤を掘削し、一端に発進立坑１１、他端に到達立坑１２を構築する。このとき、発進立坑１１と到達立坑１２は両者の内方に、既設埋設管７が突出するよう地盤を掘削する。
【００２２】
前記発進立坑１１から既設埋設管７内にプラズマ切断機１３を挿入し、該プラズマ切断機１３に備えられたトーチ１３ａ先端にプラズマを発生させながら、プラズマ切断機１３を既設埋設管７内の軸線方向に沿って一端から他端まで移動させ、既設埋設管７の内周面で周方向に所定の離間間隔をもって、複数の溝７ａを軸線方向に延在するように形成し、既設埋設管７を破断切開し易くする。
【００２３】
なお、図２（ｂ）に示すように、該溝７ａは、外周面には達することのない溝状として形成している。
また、本実施の形態において、前記既設埋設管７の内周面への溝７ａの形成には、プラズマを用いたプラズマ切断機１３を用いているが、必ずしもこれにこだわるものではなく、既設埋設管７の内周面に溝７ａを形成できる装置であれば、何れを用いても良い。
【００２４】
次に、前記到達立坑１２よりプラズマ切断機１０を撤去した後、図３（ａ）に示すように、前記発進立坑２から既設埋設管７内に、冷却機構３を備える一端側を先頭部とし、該先頭部が既設埋設管７の他端側、つまり到達立坑１２を向くように新設管先導装置１を挿入し、該新設管先導装置１を構成する新設管先導装置本体２と既設埋設管７の両者の軸線が同一水平軸上に合致するように位置決めを行う。
【００２５】
この後、前記発進立坑２に前記新設管９を挿入し、新設管先導装置１の後部、つまり大径後端部２ｃに端面どうしが当接するように新設管９を配置するとともに、発進立坑２に推進装置１４を設置して、この推進装置１４によって新設管９を介して新管先導装置１を、既設埋設管７の内方へ前進させる。
【００２６】
該新設管先導装置１は、前記推進装置１４の推進力により既設埋設管７の内方を一端から他端に向けて移動機構６により軸線方向に前進しながら、以下の作業を行う。
まず、前記冷却機構３に備えられた液体窒素吹き出しノズル３ｂを用いて、既設埋設管７の内周面に形成された前記溝７ａに向けて液体窒素を噴射し、図３（ｂ）に示すように、該溝７ａを冷却する。なお、前記液体窒素吹き出しノズル３ｂは、前記既設埋設管７の内周面に形成された溝７ａを的確に冷却できるよう、溝７ａに準じた数量及び配置間隔をもって、冷却機構３を構成する外郭３ａに備えておく。
次に、図３（ｃ）に示すように、冷却した溝７ａに、前記破断切開機構４を圧接させた状態で作動させ、既設埋設管７を軸線方向に破断切開する。なお、本実施の形態では、一列おきの溝７ａに対して破断切開機構４を圧接させているが、必ずしもこれにこだわるものではなく、溝７ａと同じ数量の破断切開機構４を新設管先導装置１に備えても良い。
この後、軸線方向に破断切開した既設埋設管７の内周面に、前記拡径機構５を圧接させて既設埋設管７の法線方向に押し広げ、既設埋設管７を拡径する。なお、前記拡径機構５は、少なくとも軸先方向に分割された既設埋設管７の分割数と同様の数量を、新設管先導装置１に備える構成としている。
【００２７】
これらの作業は、図１に示すように、冷却機構３、破断切開機構４、及び拡径機構５が、この順序で新設管先導装置１を構成する前記新設管先導装置本体２の一端側から他端側に向かって配置されているため、新設管先導装置本体２の一端側を先頭部として新設管先導装置１を前進させるのみで、前記既設埋設管７に、冷却機構３による溝７ａの冷却、破断切開機構４による既設埋設管７の破断切開、及び拡径機構５による既設埋設管７の拡径の順序で実施されるものである。
【００２８】
この後、図４に示すように、新設管先導装置１が前進することにより、前記推進装置１４を介して新設管先導装置１をガイドとして、破断した既設埋設管７の内方を前進する、該新設管先導装置１の後部に配置された新設管９を、既設埋設管７の内方に敷設する。
【００２９】
なお、前記新設管９は、所定の長さにモジュール化されており、新設管先導装置１の前進に伴い、順次新たな新設管９ａを発進立坑２に位置する新設管９の後端に追加設置する。
また、前記推進装置１４は、図３に示すように新設管９を押す推進ジャッキ１４ａと、押圧量を調整するコントローラ１４ｂ及び油圧ユニット１４ｃよりなり、新設管先導装置１１とともに新設管９を既設埋設管７の内方で軸線方向に挿入する装置である。しかし、前記推進装置１４の構成は必ずしもこれにこだわるものではなく、新設管先導装置１及び新設管９を既設埋設管７の内方で軸線方向に押圧することのできる装置であれば、何れを用いても良い。
【００３０】
上述する構成によれば、既設埋設管７を新設管９に交換するに際し、前記既設埋設管７の内周面に形成した軸方向に延在する溝７ａを、冷却機構３を用いて冷却した上で、該７ａに沿って既設埋設管７を軸方向に切断する。これにより、前記既設埋設管７が何れの鉄資材を用いている場合にも、その材質によらず、低温になると割れやすくなる鉄資材の特徴を生かして、容易に前記既設埋設管７を破断切開することができる。したがって、既設埋設管７の破断切開と拡径、及び拡径した既設埋設管７の内方への新設管９の挿入に至る、一連の既設埋設管の交換に係る作業をスムーズで効率的に実施することが可能となり、工費削減及び工期短縮に寄与することが可能となる。
【００３１】
また、前記新設管先導装置１は、頭部に冷却機構３を備えることにより、何れの鉄資材を用いた既設埋設管７に対しても適用でき、開削工法を用いることなく、効率的に上述する一連の既設埋設管の交換に係る作業を実施できることから、既設埋設管７の交換に開削工法を適用した際に生じることが想定される様々な建設公害を排除することが可能となり、環境保全に寄与することが可能となる。
【００３２】
【発明の効果】
請求項１記載の地中の既設埋設管の交換方法によれば、地中に埋設された鉄資材よりなる既設埋設管の内周面に、該既設埋設管の軸線方向に延在する複数の溝を形成し、既設埋設管の一端から他端に向かって順次、前記溝に沿って軸線方向に破断しながら内周面に法線方向の押圧力を作用し、該既設埋設管を全長にわたり拡径変形させ、拡径変形させた該既設埋設管の内部に新設管を配管する、地中の既設埋設管の交換方法であって、前記溝を冷却機構を介して冷却した後、該溝に沿って既設埋設管を軸線方向に破断する。
【００３３】
これにより、前記既設埋設管が何れの鉄資材を用いている場合にも、その材質によらず、低温になると割れやすくなる鉄資材の特徴を生かして、容易に前記既設埋設管を破断切開することができる。したがって、既設埋設管の破断切開と拡径、及び拡径した既設埋設管の内方への新設管の挿入に至る、一連の既設埋設管の交換に係る作業をスムーズで効率的に実施することが可能となり、工費削減及び工期短縮に寄与することが可能となる。
【００３４】
請求項２記載の新設管先導装置によれば、地中に埋設された鉄資材よりなる既設埋設管を新設管に交換する際に用いる新設管先導装置であって、地中に埋設された既設埋設管の内方に挿入され、既設埋設管内を軸線方向に移動自在とする移動機構を一端側近傍の外周面上に備える新設管先導装置本体と、前記新設管先導装置本体の中間部の外周面上で放射状に備えられており、前記既設埋設管を軸線方向に破断切開する複数の破断切開機構と、前記新設管先導装置本体の他端側近傍の外周面上で、前記破断切開機構の配置位置から周方向にずれて放射状に位置するよう備えられており、前記既設埋設管の内周面に法線方向の押圧力を作用する複数の拡径機構を備えるとともに、該新設管先導装置本体の一端側の端面に、前記既設埋設管の内周面を冷却する冷却機構が備えられる。
【００３５】
これにより、頭部に冷却機構を備えることにより、何れの鉄資材を用いた既設埋設管に対しても破断切開機構による既設埋設管を破断切開を実施できる。つまり、新設管先導装置は、何れの鉄資材を用いた既設埋設管に対しても適用でき、開削工法を用いることなく、効率的に上述する一連の既設埋設管の交換に係る作業を実施できることから、既設埋設管の交換に開削工法を適用した際に生じることが想定される様々な建設公害を排除することが可能となり、環境保全に寄与することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る新設管先導装置の詳細を示す図である。
【図２】本発明に係る新設管先導装置を用いた地中の既設埋設管の交換方法の施工工程（その１）を示す図である。
【図３】本発明に係る新設管先導装置を用いた地中の既設埋設管の交換方法の施工工程（その２）を示す図である。
【図４】本発明に係る新設管先導装置を用いた地中の既設埋設管の交換方法の施工工程（その３）を示す図である。
【符号の説明】
１  新設管先導装置
２  新設管先導装置本体
３  冷却機構
４  破断切開機構
５  拡径機構
６  移動機構
７  既設埋設管
８ａ  開口部
８ｂ  開口部
８ｃ  開口部
９  新設管
１０  道路
１１  発進立坑
１２  到達立坑
１３  プラズマ切断機
１４  推進装置
【図１】
2005036427.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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