(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発進立坑（２２）と到達立坑（２３）間の地中に埋設された既設コンクリート管（２）の外径より大きい内径を有する掘進機本体（３）の前部に作業員、資材、作業機械及び破砕物の出入を可能とする中央開口部（５）を備えたリング状カッターヘッド（４）とバルクヘッド（１０）を配置し、前記既設コンクリート管の到達立坑側にエアロックマスター（３８）を配置し、前記掘進機本体内部及び前記既設コンクリート管内を高気圧状態に保持する前後部にエアロックドア（１５、１７）を配置した圧気胴（１４）を前記掘進機本体後部側に配置し、前記圧気胴の後部、又は前記掘進機本体と前記圧気胴との間にセミシールドジャッキ（２０）を配置したセミシールド胴（１９）を一体に連結し、前記セミシールドジャッキと後方の新設管（２１）をアンカー手段により連結し、前記新設管を反力受けとした前記セミシールドジャッキの伸縮により前記掘進機本体を切羽面に対して押圧、引き離し可能とすることを特徴とする既設コンクリート管更新用圧気掘進機。
【請求項２】
前記既設コンクリート管内に延びる排水管が前記掘進機本体、前記圧気胴、及び前記セミシールド胴を貫通して配置されることを特徴とする請求項１に記載の既設コンクリート管更新用圧気掘進機。
【請求項３】
前記掘進機本体、前記圧気胴、及び前記セミシールド胴をそれぞれ防水型とすることを特徴とする請求項１または２に記載の既設コンクリート管更新用圧気掘進機。
【請求項４】
前記掘進機本体の前端がリング状カッターヘッド配置位置より圧気状態下で地山の崩落土砂の掘進機本体内への浸入を防止できる長さだけ前方に突出し、先端に超硬合金製のスリットカッターを備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の既設コンクリート管更新用圧気掘進機。
【請求項５】
前記請求項１〜４のいずれかの既設コンクリート管更新用圧気掘進機を用い、既設コンクリート管内に圧気を遮断するエアロック設備を配置し、掘進機本体内及び既設コンクリート管内を圧気状態として地下水の浸入を防止してドライな作業空間とし、リング状カッターヘッドの回転による既設コンクリート管の破砕と、前記リング状カッターの中央開口部から既設コンクリート管内への作業員、資材、作業機械及び破砕物の出入を行い、前記作業空間内での作業機械及び作業員によるリング状カッターヘッドで破砕が困難な既設コンクリート管の補強ＰＣ鋼材、継手鋼材等の切断・撤去作業を行い、既設コンクリート管破砕後の空間に新設管を敷設することを特徴とする既設コンクリート管の更新工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地中に埋設された雨水の排水管又は下水道等に用いられる既設コンクリート管を破砕しつつ新設管を敷設する既設コンクリート管更新用圧気掘進機とそれを用いた既設コンクリート管の更新工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
地中に埋設された既設コンクリート管を開削工法によることなく更新する装置として、特開平７−９８０７７号公報（従来例１）には、全断面掘進機のように掘削断面全体に回転掘削歯を配置した掘進機により既設コンクリート管を破砕し、その後に新設管を敷設していく既設コンクリート管更新用掘進機が開示されている。また、特開平１０−２２０１７４号公報（従来例２）には、地中に埋設された旧管を残したまま、該旧管を囲んでリング状に掘削し形成される空間に新たな新管を敷設する地中埋設管の更新工法が開示されている。
【特許文献１】特開平７−９８０７７号公報
【特許文献２】特開平１０−２２０１７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来例１の全断面掘削機では、軟鋼（ＳＳ４００）の鉄筋は切断できるが、補強ＰＣ鋼材や既設コンクリート管の継手鋼材は切断できず、カッターに巻き付き、それを取り除くため作業が中断することになる。また、開削により敷設された既設コンクリート管の場合、既設コンクリート管の下部に基礎としての枕木やガラ等が埋設されており、これらを全断面掘削機のカッターで破砕しようとすると基礎部分が動揺し泥土化し、既設コンクリート管が沈下してカッターヘッドによる破砕が困難になるという問題が発生する。さらに、既設コンクリート管の周囲からの地下水の浸入により全断面掘削機による掘削が困難となる問題も発生する。さらに、既設管に分岐や割り込み人孔があると掘削でない。従来例２の既設管更新工法では、Ｎ値の低い地盤の既設管は長年の間に沈下したり、浮き上がったりしており、既設管をガイドとして新管を敷設することが困難になるという問題が発生する。
【０００４】
本発明は、前記従来例の持つ課題を解決する、どのような施工条件下でも施工が可能で、既設コンクリート管内でのカッターヘッドによる破砕が困難なＰＣ鋼材、継手鋼材の撤去作業のため作業機械又は作業員の出入を可能とし、地下水の浸入を防止する既設コンクリート管更新用圧気掘進機とそれを用いた既設コンクリート管の更新工法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の既設コンクリート管更新用圧気掘進機は、前記課題を解決するために、発進立坑２２と到達立坑２３間の地中に埋設された既設コンクリート管２の外径より大きい内径を有する掘進機本体３の前部に作業員、資材、作業機械及び破砕物の出入を可能とする中央部に開口部５を備えたリング状カッターヘッド４とバルクヘッド１０を配置し、前記既設コンクリート管の到達立坑側にエアロックマスター３８を配置し、前記掘進機本体内部及び前記既設コンクリート管内を高気圧状態に保持する前後部にエアロックドア１５、１７を配置した圧気胴１４を前記掘進機本体の後部側に配置し、前記圧気胴の後部、又は前記掘進機本体と前記圧気胴との間にセミシールドジャッキ２０を配置したセミシールド胴１９を一体に連結し、前記セミシールドジャッキと後方の新設管２１をアンカー手段５２により連結し、前記新設管を反力受けとした前記セミシールドジャッキの伸縮により前記掘進機本体を切羽面に対して押圧、引き離し可能とすることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の既設コンクリート管更新用圧気掘進機は、前記既設コンクリート管内に延びる排水管が前記掘進機本体、前記圧気胴、及び前記セミシールド胴を貫通して配置されることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の既設コンクリート管更新用圧気掘進機は、前記掘進機本体、前記圧気胴、及び前記セミシールド胴をそれぞれ防水型とすることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の既設コンクリート管更新用圧気掘進機は、前記掘進機本体の前端がリング状カッターヘッド配置位置より圧気状態下で地山の崩落土砂の掘進機本体内への浸入を防止できる長さだけ前方に突出し、先端に超硬合金製のスリットカッターを備えることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の既設コンクリート管の更新工法は、前記請求項１〜４のいずれかの既設コンクリート管更新用圧気掘進機を用い、既設コンクリート管内に圧気を遮断するエアロック設備を配置し、掘進機本体内及び既設コンクリート管内を圧気状態として地下水の浸入を防止してドライな作業空間とし、リング状カッターヘッドの回転による既設コンクリート管の破砕と、前記リング状カッターの中央開口部から既設コンクリート管内への作業員、資材、作業機械及び破砕物の出入を行い、前記作業空間内での作業機械及び作業員によるリング状カッターヘッドで破砕が困難な既設コンクリート管の補強ＰＣ鋼材、継手鋼材等の切断・撤去作業を行い、既設コンクリート管破砕後の空間に新設管を敷設することを特徴とする。
以上
【発明の効果】
【００１２】
本発明の地中に埋設された既設コンクリート管の外径より大きい内径を有する掘進機本体の前部に中央部に開口部を備えたリング状カッターヘッドとバルクヘッドを配設し、掘進機本体内部及び既設コンクリート内を圧気状態に保持する圧気胴を連結する構成により、既設コンクリート管内へのリング状カッターヘッドで破砕困難な補強ＰＣ鋼材、継手鋼材撤去のための作業員、資材、作業機械及び破砕物の出入を可能とし、作業空間を圧気状態として地下水の浸入を防止したドライな作業空間とすることができる。
圧気胴の後部、又は前記掘進機本体と圧気胴との間にセミシールド胴を一体に連結し、さらにセミシールドジャッキと後方の新設管数本をアンカー手段により連結し、掘進機本体を切羽面に対して押圧、引き離し可能とする構成により、掘進機本体のリング状カッターヘッドで既設コンクリート管を破砕中に補強ＰＣ鋼材等が絡まったような場合、掘進機本体を切羽面から引き離し、作業員による撤去作業が可能とすると共に、外径に対して既設コンクリート管更新用圧気掘進機の全体の長さを長くすることができるので、軟弱な地山状態においても推進方向の精度を保持することができる。
既設コンクリート管内に延びる排水管を掘進機本体、圧気胴、及びセミシールド胴を貫通して配置する構成により、排水管を地表部分に配置する必要がなく、地表部分の人、車両の通行を阻害しない。
圧気胴の前後部にエアロックドアを配置する構成により、掘進機本体内及び既設コンクリート管内に供給される圧縮空気による圧気状態を保持しつつ作業員、作業機械、資材、破砕物の搬送が可能となる。
掘進機本体、圧気胴、及びセミシールド胴をそれぞれ防水型とする構成により、地下水の湧水量が多い地層においてもドライな作業空間を保持できると共に、大雨時に作業を休止し、圧気胴の前後部エアロックドアを開放し、流入した大量の雨水を掘進機本体、圧気胴、及びセミシールド胴を１本の排水管として排水することが可能となる。
掘進機本体の前端がカッターヘッド配置位置より圧気状態下での崩落土砂の掘進機本体内への浸入を防止できる長さだけ前方に突出し、先端に超硬合金製のスリットカッターを備える構成により、地山からの崩落土砂の掘進機本体内への浸入を防止でき、推進ジャッキによる掘進機本体の地山への推進がスムーズに実施でき、途中に分岐管が存在しても、超硬合金製のスリットカッターで切断できる。
本第１〜第６発明のいずれかの既設コンクリート管更新用圧気掘進機を用い、既設コンクリート管内に圧気を遮断するエアロック設備を配置し、掘進機本体内及び既設コンクリート管内を圧気状態として地下水の浸入を防止してドライな作業空間とし、カッターヘッドの回転による既設コンクリート管の破砕と、前記リング状カッターの中央開口部から既設コンクリート管内への作業員、資材、作業機械及び破砕物の出入を行い、前記作業空間内での作業機械及び作業員によるリング状カッターヘッドで破砕が困難な既設コンクリート管の補強ＰＣ鋼材、継手鋼材等の切断・撤去作業を行い、既設コンクリート管破砕後の空間に新設管を敷設する構成により、前記既設コンクリート管更新用圧気掘進機と同様に、既設コンクリート管内へのリング状カッターヘッドで破砕困難な補強ＰＣ鋼材、継手鋼材撤去のための作業機械及び作業員による作業を可能とし、作業空間を圧気状態として地下水の作業空間内への浸入を防止しドライな作業空間とすることができるので、施工条件の変化にも対応でき、汎用性が高く、効率の良い既設コンクリート管の更新工法とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の実施の形態を図により説明する。図１は、本発明の既設コンクリート管更新用圧気掘進機を用いて地下に埋設された既設コンクリート管の更新状態を示す全体図であり、図２は、図１のＡ−Ａ線の断面図であり、図３は、図１のＢ−Ｂ線の断面図であり、図４は図１の一部拡大図である。
【００１４】
既設コンクリート管更新用圧気掘進機１は、地中に埋設された既設コンクリート管２の外径より大きな内径を有する掘進機本体３を備える。掘進機本体の外径は、新設管の外径にほぼ一致するもので、新設管の内径は、既設コンクリート管２を調査し、その最大センター誤差をカバーできる内径とする。掘進機本体３の前部には、既設コンクリート管２の破砕に必要な部分だけにカッターを設けるリング状カッターヘッド４とし、駆動源により回転駆動されるように配置する。リング状カッターヘッド４は、中央に作業員、資材、作業機及び破砕物の出入が可能な大きな開口部５を形成した面盤６を備え、面盤６に所定間隔毎にローラビット７を回転自在に配置する。リング状カッターヘッド３の回転により、ローラビット７が既設コンクリート管２の端部を破砕する。
【００１５】
掘進機本体３のリング状カッターヘッド４の配置位置から所定距離前方に山止め円筒部８が延びている。山止め円筒部８の突出長さは、圧気状態下で地山の崩落土砂が掘進機本体３内に浸入しない長さとする。山止め円筒部８の先端には、超硬合金製のスリットカッター９を備え、推進ジャッキによる地山への掘進機本体の推進をスムーズとし、分岐管が存在する場合でも、超硬合金製のスリットカッターにより切断できる。
【００１６】
掘進機本体３のリング状カッターヘッド４の後部に中央に開口を備えたバルクヘッド１０を配置する。バルクヘッド１０に、リング状カッターヘッド３を回転駆動する減速機構を備えた駆動手段１１を配置する。また、リング状カッターヘッド４とバルクヘッド１０との間に、リング状カッターヘッド４により破砕された既設コンクリート管２と一部地山の掘削土砂を受けるホッパー１２を設置する。ホッパー１２の下部にはエンドレスベルト等の破砕物搬送手段１３を配置する。
【００１７】
掘進機本体３の後部に圧気胴１４をシール材を介して水密に一体に緊結する。圧気胴１４の前部には、開閉自在な前部エアロックドア１５を形成した前部隔壁１６を配置し、後部には開閉自在な後部エアロックドア１７を形成した後部隔壁１８を配置する。圧気胴１４の前後部のエアロックドア１５，１７により区画された空間を、発進立坑２２から出入する作業員、作業機械、資材、破砕物用のマテリアルロック及びマンロックとする。圧気胴１４の前後部のエアロックドア１５、１７を交互に開閉し、作業員、作業機械、資材、破砕物を搬送することにより、掘進機本体３内及び既設コンクリート管２内の圧気状態を保持する。
【００１８】
図４に示されるように、圧気胴１４の後部にセミシールド胴１９をシール材を介して水密に一体に緊結する。セミシールド胴１９には、複数のセミシールドジャッキ２０を配置し、セミシールドジャッキ２０の前端と圧気胴１４の後部をクレビス継手５０により連結固定し、セミシールドジャッキ２０の後端を後続の新設管２１の前端に連結ボルト５１等で固定する。さらに、セミシールドジャッキ２０と後続の新設管２１数本とをタイロッド等のアンカー手段５２で連結する。セミシールドジャッキ２０は、セミシールド胴１９の後部に水密の接続される新設管２１の端部を反力受けとして、圧気胴１４と掘進機本体３を押圧推進し、複数のセミシールドジャッキ２０の伸長量を調節して掘進機本体３の推進方向の制御や、リング状カッターヘッド５の既設コンクリート管２の端部への押圧力を制御する。掘進機本体３のリング状カッターヘッド４により既設コンクリート管２の端面を破砕中に、リング状カッターヘッド４では切断破砕できない補強ＰＣ鋼材が絡まったような場合、後続の新設管２１にアンカー止めされたセミシールドジャッキ２０により、掘進機本体３を既設コンクリート管２の端面から引き離し、作業員がリング状カッター４に絡まった補強ＰＣ鋼材等を撤去する作業をする。セミシールド胴１９を掘進機本体３の後部に連結し、セミシールド胴１９の後部に圧気胴１４を連結してもよい。
【００１９】
既設コンクリート管２が埋設された地表から発進立坑２２と到達立坑２３を所定間隔で掘削する。発進立坑２２と到達立坑２３との間の距離は、地表部の状態や新設管２１の推進埋設のための押圧力等の条件により決定される。
【００２０】
発進立坑２２上の地表部には、新設管２１を吊り下ろす新設管用ホイスト２４と、破砕物搬送用トロバケツ２５を吊り上げ、吊り下ろすトロバケツ用ホイスト２６を移動自在としたテルハクレーン２７が設置され。テルハクレーン２７の下部にトロバケツ２５で搬送される破砕物をダンプトラックの荷台に荷積するための転倒受け台２８、ホッパー２９が配置される。
【００２１】
また、発進立坑２２上の地表部には、掘進機本体３と既設コンクリート管２内を圧気状態とするための圧縮空気を供給するためのコンプレッサ等の圧気ブロワユニット３０が設置される。圧気ブロワユニット３０からの圧縮空気は、地表送気管３１、立坑底マニホールド３２，フレキシブルホース３３，坑内送気管３４を介して掘進機本体３及び既設コンクリート管２内に送られ、掘進機本体内３及び既設コンクリート２内を圧気状態とする。坑内送気管３４は、圧気胴１４の前後隔壁１６，１８を機密に貫通して配置する。
【００２２】
発進立坑２２には、新設管２１と既設コンクリート管更新用圧気掘進機１を推進する押圧ジャッキ（図示せず）の反力受けとなる支圧壁３５を設置する。発進立坑２２と到達立坑２３間の既設コンクリート管２が新設管２１に更新されると、到達立坑２３を新たな発進立坑として、次の区間の既設コンクリート管２を新設管２１に更新する。
【００２３】
新設管２１，セミシールド胴１９、圧気胴１４，掘進機本体３の底部にトロバケツ２５が走行する軌条３６を敷設する。また、新設管２１，セミシールド胴１９、圧気胴１４，掘進機本体３の底部に小口径排水管３７を敷設し、小口径排水管３７は、圧気胴１４の前後隔壁１６，１８を気密に貫通配置される。小口径排水管３７は、既設コンクリート管２内に溜まった流入地下水を発進立坑２２側に排水する。
【００２４】
既設コンクリート管２内にはエアロックマスター３８を配置する。エアロックマスター３８は、既設コンクリート管２の内壁に気密に当接するシールリングを備えた隔壁に第１エアロックドア３９が形成され、隔壁後部に形成され気密筺体の後部に第２エアロックドア４０が形成される。第１エアロックドア３９と第２エアロックドア４０で区画された気密筺体内を、到達立坑２３側から作業員が既設コンクリート管２内に出入するためのマンロック４１としても良い。エアロックマスター３８には、作業空間内の換気のための排気逃がし弁４２と、作業空間内の圧力を調節する圧力調節弁４３を設置する。エアロックマスター３８は、既設コンクリート管２内の所定の位置に固定する固定式しても良いし、到達立坑２３に設置したウィンチ等の牽引手段（図示せず）により、既設コンクリート管２の更新に応じて到達立坑２３側に移動する移動式としても良い。
【００２５】
圧気胴１４のマテリアルロックとエアロックマスター３８のマンロック４１により圧気状態に保持された既設コンクリート管２内には、発進立坑２２側から搬送される移動自在な作業台車４４が配置される。作業台車４４にはブレーカ等の破砕工具４５が設備される。作業空間内でリング状カッターヘッド４では破砕が困難な既設コンクリート管２の継手鋼材４６や補強ＰＣ鋼材を、作業台車４４の破砕工具４５、及び作業員の作業により切断撤去する。
【００２６】
到達立坑２３には、次の更新区間の既設コンクリート２から水が流れ込むため、水中ポンプ４７を配置する。水中ポンプ４７によりポンプアップされる排水は、到達立坑２３を経て、地表部に配置した排水管により発進立坑２２側に搬送すると、地表部の道路の人、車両の通行の邪魔になることがある。そのため、水中ポンプ４７からポンプアップされた排水は、エアロックマスター３８と圧気胴１４の前後部隔壁１６、１８を気密に貫通する大口径排水管４８により発進立坑２２側に搬送し、既に更新された新設管内に排水する。この場合、掘進機本体３のリング状カッターヘッド４による既設コンクリート管２の破砕と推進が進むので、大口径排水管４８の一部に伸縮管４９を介在させ、大口径排水管４８の１本分の長さを掘進すると、大口径排水管４８を１本撤去し、伸縮管４９を延ばして繋ぐことを繰り返す。
【００２７】
既設コンクリート管２が雨水管等の場合、大きな降雨があると増水し、水中ポンプ４７，大口径排水管４８による排水では処理しきれなくなる。このような場合、作業を休止し、圧気胴の前後のエアロックドア１５、１７及びエアロックマスター３８の第１、第２エアロックドア３９、４０を開放し、雨水を既設コンクリート管２、掘進機本体３、圧気胴１４，セミシールド胴１９、新設管２１からなる一本の連続する配水管とし発進立坑２１側に搬送し、既に更新された新設管２１に排水する。１本の排水管とするため、掘進機本体、圧気胴、及びセミシールド胴をそれぞれ防水型とし、さらに、坑内で使用する機器も全て防水型とする。
【００２８】
以上のように、本発明の既設コンクリート管更新用圧気掘進機とそれを用いた既設コンクリート管の更新工法により、各種困難な施工条件の下でも、既設コンクリート管の更新が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施形態を示す全体概略図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】図１の一部拡大図である。
【符号の説明】
【００３０】
１：既設コンクリート管更新用圧気掘進機、２：既設コンクリート管、３：掘進機本体
、４：リング状カッターヘッド、５：中央開口部、６：面盤、７：ローラビット、８：山止め円筒部、９：スリットカッター、１０：バルクヘッド、１１：駆動手段、１２：ホッパー、１３：破砕物搬送手段、１４：圧気胴、１５：前部エアロックドア、１６：前部隔壁、１７：後部エアロックドア、１８：後部隔壁、１９：セミシールド胴、２０：セミシールドジャッキ、２１：新設管、２２：発進立坑、２３：到達立坑、２４：新設管用ホイスト、２５：トロバケツ、２６：トロバケツ用ホイスト、２７：テルハクレーン、２８：転倒受け台、２９：ホッパー、３０：圧気ブロワユニット、３１：地表送気管、３２：立坑底マニホールド、３３：フレキシブルホース、３４：坑内送気管、３５：支圧壁、３６：軌条、３７：小口径配水管、３８：エアロックマスター、３９：第１エアロックドア、４０：第２エアロックドア、４１：マンロック、４２：排気逃がし弁、４３：圧力調節弁、４４、作業台車、４５：破砕工具、４６：継手鋼材、４７：水中ポンプ、４８：大口径排水管、４９：伸縮管、５０：クレビス継ぎ手、５１：連結ボルト、５２：アンカー手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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