特集／解説

引いて失敗、割ってみました（牽引から拡径破砕に変えて開発に成功 − EXP-工法）

特集／失敗と発想の転換は発展の母

解説引いて失敗、割ってみました(牽引から拡径破砕に変えて開発に成功 − EXP-工法)

大福紀雄

大林道路㈱

1. 概要

び状の破砕機を牽引し管を入替える工法でスター

下水道管路の維持管理費用は、補修の必要な延に適用できなかった。そこで、破砕機の種類を静長が増加すれば、それなりに増加するとしても、的牽引方式から、静的拡径破砕方式へと変更して大幅な予算増は期待できず、そうこうしている間開発を進め、現在に至っている。当初計画した所も下水道管の劣化は待ってはくれない。補修の必定の成果があげられなかった方式を改良し、所期要な管路延長が急激に増加し、これら大量の劣化の目的を達した『EXP- 工法』開発の経緯をまとした管路は必要に応じてすべて補修や改築するこめた。

トしたが、破砕能力不足のため、目指す径と延長とが望ましいが、使える予算は限られており、これからは実施する順番や実施の優先順位を判断しなければならない。

2. 開発の経緯

すでに下水道管渠は、総延長 40 万 km になって劣化し損傷を受けた既設管を現在の位置に場所おり、平均すると 1 年 6 , 000 km が建設されたことを変えずに新管に入れ替えるには、開削して既になり、50 年を超えた下水道は 20 , 000 km 以上で、設管を撤去し、新しく新管を設置する工法がある

毎年 6 , 000 km づつ増加していく。製品規格や施が、都市部等では開削にはさまざまな制約があ工管理基準なども未整備のころ設置した管路は損り、非開削工法が求められることが多い。既設管傷などで補修が通常より必要で、敷設替えが必要と同じ場所に同径以上の新管を設置するには、既となる場合も多い。

設管を除去しなければならない。大規模に土留め

静的改築推進工法である EXP- 工法はこのようをして行う開削工法以外に既設管を除去する方法

な状況から 2003 年開発に取り掛かったもので、は、一般の推進工法と同じ鞘管方式で大きく既設開削以外に適当な補修工法が見当たらない大変形管をカバーするようにして引き抜くか、あるいはの管渠改築を目指した。最初は、既設管内にくさ回転などで切削する方法がある。

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一方、劣化した排水管を修復する工法として、

3. 開発の条件

劣化排水管の内面に樹脂をライニングし、あるいは既成の帯状シートをらせん状に巻きつける管更静的牽引による改築推進工法は、このような生工法がある。これらの工法では、既設管はそ状況で開発に取り掛かった。開発の基本的な考のまま残して、実質的には新旧共同で耐力を確保

え方は、図− 1 に示すように、流下性能の維持あする。新たに新管を設置するより低コストで施工

るいは向上と LCC（ライフサイクルコスト）をが可能であり、非開削であること、人孔から施工考えた経済的な補修方法の開発である。具体的条可能で立坑の設置が必要ないこと、など多くの利件は、表− 1 に示すように、開発の目標として、点があり、現状では非開削の場合にはほとんどこ①工場製造の既製管を使用する。②径は 200 〜の工法で補修が行われている。ただし、この工法600 mm が可能。③既設管径と同じか大きくできは、薄いとはいえ管内面に樹脂を巻きつけるためる（小さくならない）。④既設人孔から施工でき管内径が確実に減少する。また、現地で硬化させる。⑤継手部段差や管のたるみ、扁平化した管もることから、品質の確保にはさらに厳正な管理が施工可能。⑥既設管の中を通水しながら施工可能求められること、段差や扁平化した管ではそのまであること。以上の 6 項目を具体的な目標としてまライニングし有効断面の減少は避けられない、スタートしたが、この中で、①、②、③は、改築などの難点があるが、他に有効な補修工法がない後の新管の流下性能と耐久性を意識したものであために多くの場合採用されている。

り、④、⑤、⑥は、施工工事期間と施工費を意識した条件である。
下水管路の設置目的が下水を流下させることで

図− 1

工法開発の基本的考え方

表− 1

開発で考慮した具体的事項

流下性能の維持、向上
開発条件①工場製造の新管を使用する②径は 200 〜 600 mm の施工可
③新管径は、既設管径以上施工期間の短縮、施工費④既設人孔から施工可能で立坑不要⑤既設管の継手部段差、管のたるみ、扁平化した管も施工できる⑥施工中も通水しながら施工可能̶ 12 ̶

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あり、改築した後の管路が第 1 に満足すべき条件
は、流下性能の確保である。採用する劣化管渠の補修工法は、劣化や損傷の程度にあわせて、所定の流下性能を確保した上で、補修後の管路の真の耐久性を含めた経済性で比較選定をしなければならない。施工費を含めた経済性を前提に、さまざまな条件を総合的に考え、その上で許容できる範囲に入る適切な工法を選定する。これらの条件のなかで、管路本来の設置理由である流下性能は、第一の必要条件となる。
さまざまな劣化状況にある既設管を敷設替えす

写真− 1

る改築推進工法は、開発の目標に設定する条件に静的牽引方式の破砕機先導体

よって、施工費や機械の製作費が上昇し、経済的に不可能であり、そのような条件を満足する工法の開発は現実的ではない。EXP- 工法は、いくつ5. 推進力で既設管を破砕か考えた条件から、第一の原則は、流下性能を下

静的破砕機先導体は、先導体先端に取り付けたげない、すなわち管径を小さくしないことを大前

鋼棒を到達側立坑に設置したジャッキで牽引し、提にして開発することにした。

くさび状になった先導体が既設管の中を推進することで既設管を破砕する。到達立坑側に設置した4. 静的牽引方式による改築推進工法の開発

ジャッキは、破砕機を引き込み、同時に既設管の中に食い込んで、内側から破砕する。この牽引力

既設人孔からの施工、特に、内径が 200 mm やは、鋼棒によって破砕機に伝わり、ジャッキによ250 mm の小口径の場合、1 号人孔から施工可能

る牽引力の反力は、到達側立坑（人孔）壁面にとであること、および下水を流しながらの施工が可らせる。発進側立坑に設置したジャッキは、新設能であるかどうかは、PR 効果は大きい。このた管を押し込むために使用される。

め 1 号人孔（内径 90 cm）から施工できる工法の既設管内径が 200 mm あるいは 250 mm の場合開発を目指した。劣化した既設管の中に、先端がは、発進立坑も到達立坑も 1 号人孔になり、設置細く、後端が新設管外形よりやや太くなったくさ可能なジャッキは、内径 90 cm の円形に収まる構び状の装置を引き込めれば、既設管は比較的簡単造である。人孔内での作業性と壁面の強度を考えに破砕し押し広げることが可能で、後方から新管れば、牽引ジャッキの能力は 100 kN が限度であっを挿入することで新管に入替えることができる。

た。破砕機は、長さ 50 cm 程度に分割するので、作

写真− 1 は、この方式の装置で、内径 250 mm 用業性はともかく設置、解体は可能であった。図−の場合、先導体の全長が 1 . 5 m 程度になる。この

2 は、同システムの使用ジャッキの模式図である。

ままでは、既設人孔に入らないが、装置自体が鋼発進側のジャッキ 3 も破砕機の推進に使用可能鉄の塊を削ったもので、約 50 cm の長さに分割し、であるが、その場合、新設管が押込み力に耐えボルトで組み立てることが可能で、人孔の中で組なければならない。1 号人孔内に設置可能な長さ立て、解体が可能になっている。また、装置の中50 cm 程度の推進管はなく、開削用セラミック管心部には径 60 mm の孔が開けてあり、その中にを使用したが、大きな押込み力を新設管に掛けるホースを通すことで汚水を通水しながら改築作業ことはできなかった。

が可能になっている。
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図− 2

静的牽引破砕で使用するジャッキ②、③6. 牽引破砕に必要な推進力

7. 試験施工

静的牽引破砕システムでは、既設管の破砕と周静的牽引破砕方式において、内径 200 mm と辺地盤の押し広げ（新設管を挿入するためには最250 mm 用の先導体を製作し、1 スパン約 10 m の小でも直径で 100 mm、拡径する必要がある）、お入替え用の模擬管を 2 スパン設置し試験施工をよび、破砕機の引き込みを到達側立坑に設置した行った。開削工法で約 2 m 深さに設置した模擬管ジャッキで行う。これらに必要な推進力は、既設路を改築することを試みたが、破砕機が 8 m 進ん管の管材と周辺地盤の土質、管径と破砕機の構だ時点で牽引不能になった。やむを得ず、発進側造、すなわちくさび形状の角度によって変ってくの押込みジャッキを使用し推進させようと試みた

る。

が、新設管が破損し推進できなくなった。この時管材や管径、土質が一定とすれば、破砕機の角使用した新設管は、セラミック管を長さ 50 cm に度は小さくする（尖らせる）と必要な推進力は小切断し、継手は通常のはめこみ式で、管外周はウさく、角度を大きくすると必要な推進力も大きくレタン材で防護養生していた。牽引用ジャッキをなる。破砕機の先端径と後端径は、既設管内径設置した到達側の 1 号人孔の壁面もクラックが見と新設管外径で決まるので、必要な推進力を小さられ、これ以上の荷重は掛けられない。径が大きくするためには、破砕機全長を長くすることになくなれば人孔も大きくなり、引き込み用ジャッキる。くさびの角度をいくらにするかが大きな問も大型を使用可能にはなるが、わずか長さ 10 m、題であるが、この時点では同種の例を参考に片側内径 250 mm で、牽引不可能になるのでは、これで平均 2 . 5 度、両側で 5 度に設定した。図− 3 は、以上この方式で開発を進めることは難しいと判断

EC- ミニ先導体の既設管破砕機構である。

した。

図− 3

静的牽引破砕の既設管破砕機構

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図− 4

EXP- 工法で使用するジャッキ①、②、③使用したセラミック管は、推進用ではなく開削構を示す。静的牽引方式との違いは、先導体本工法用であったことも原因のひとつであり、推進体内に破砕拡径用のジャッキを搭載しているこ工法用塩ビ管を使用していればスパン長 10 m 程とで、②の引込み用ジャッキは①の破砕拡径用度は施工可能であったかも知れない。

ジャッキで既設管を破砕し、周辺地盤を押し広げ、既設管と周辺地盤の抵抗をなくした後で先導体を牽引する。③の押込み用ジャッキは、先導体

8. 拡径破砕システム (EXP- 工法 ) の採用が推進した後、新設管を押し込んでいく。

当初の開発目標は、工場で製造したφ 200 〜600 mm の新管に入替え、既設管より内径を小さくしないことを前提に、既設人孔から施工、通水しながら施工という条件で、開発を進めたが、静10. EXP- システムの破砕推進力【既設管破砕】

的牽引破砕システムでは以下の問題があることがEXP- 工法で使用する先導体（エクスパンディッわかった。

ト）には 1 台の油圧ジャッキを搭載しており、後①到達側の引き込みジャッキで、推進と既設管押端部を固定端にして先導体の中央部が拡大縮小すし広げを行えるのは、せいぜい径で 300 mm まる。ジャッキは管延長方向に伸縮し、シリンダ先で、長さ 15 m 程度である。

端と本体外殻のシェルを棒状の部材で接続し、シ②設置する新設管は、必ず推進工法用でなければリンダが伸びた状態で外殻シェルは拡径し、シリならない。適当な推進工法用の新管を調達できンダが収まった状態で外殻シェルは縮小する。

ない。

エクスパンディットは推進時には縮小し、既設適用できる径は、600 mm、長さは 60 m 程度は可能にする必要があり、この条件で開発するために管の破砕していない部分まで引き込まれ、推進が完了してついで破砕機を作動させ破砕する。

引き込み用ジャッキとは別に、既設管の拡径破砕を行うジャッキを本体に搭載する方式とすること

図− 5 にエクスパンディットが既設管を破砕する模式図を示す。

で進めた。したがって、破砕機本体がやや大きく破砕に際し必要な力は、①既設管を内側から押なり、人孔からの発進、回収が難しくなり、通水し広げて破砕する力と、②周辺地盤を必要な径ましながらの施工も小口径では難しくなった。

で押し広げる力である。
【既設管を押し広げて破砕する力】
1 サイクルの推進長さは、破砕機のサイズ、既9. EXP- 工法の破砕機構

設管の種類と径、により変るが一般に 5 cm から

図− 4 に、EXP- 工法の既設管破砕と推進の機
月刊推進技術 Vol. 23 No. 6 200915 cm 程度である。破砕能力の検証では、抵抗が̶ 15 ̶

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図− 5

エクスパンディットの管破砕方法（模式図）

大きければ①サイクルの推進長さを小さくすれば示す。エクスパンディットは , 外形が推進方向によいので、ここでは 10 cm とする。

対し片側 7 度の角度をもっており、既設管の端部既設管がヒューム管φ 300 の場合、破砕に必要な力（1 サイクルあたり）P 1 は、とは 1 箇所で接する。既設管がヒューム管の場合、破砕によって既設管は管厚程度ずつ破砕していく

P 1 ＝ t × w ×σ bが、既設管が塩ビ管の場合はある程度の幅で一気＝ 0 . 03 × 0 . 1 × 300 × 104に破砕される。このためここでは、破砕幅 w ＝＝ 9000 N ＝ 9 . 0 kN

0 . 1 m とすると、

ここで、t：管厚（m）
φ 300ヒューム管 t ＝ 30 mm

ジャッキが推進方向直角方向に必要な力は、

w：1 サイクル推進長さ（m）0 . 1 m/ サイクル
σ b：コンクリート管の引張強度

300 N/cm

P ＝ P 1 +P 22＝ 9 . 0 + 85 . 7（3 . 0 MPa）

＝ 94 . 7 kN

引張破壊荷重を外圧管の破壊荷重とすれば、10 cm あたりジャッキのシリンダ方向と、管押し広げ材の方向は 30 度〜 45 度程度の変化をする。
（図− 7 参照）

P 1 ＝（51 . 1 kN/m）/ 10 ＝ 5 . 1 kN

45 度とすれば、必要なジャッキ能力は、となって 9 . 0 kN の 1 / 1 . 8 程度になる。

Pj ＝ P/cos 45°＝ 134 kN
EXP- 300 型エクスパンディットの拡縮能力は、【エクスパンディットの拡径能力】
砂地盤で、E ＝ 2800 N として、N ＝ 5 とすればPm ＝ 544 kN>Pj となる。

E ＝ 14000 kN/m 2

EXP- 工法は、90 cm の人孔から施工するのはν＝ 0 . 3 として非常に困難が伴う。また、新管として押し込む推空洞内面圧力は、
P 0 ＝ 14000 / 1 . 3 × 1 × 0 . 05 ＝ 910 kN/m

進管もそれなりの長さに切断し、短尺に製造し2なければならないため、管自体の調達もやや困

10 cm ずつ推進するので、難である。以上のことから、原則として内径 1 . 5

呼び径 300 の場合、必要な 1 サイクル圧力は〜 2 . 0 m の立坑を築造して行うこととしたが、人P 2 ＝ 910 × 0 . 3 ×π× 0 . 1 ＝ 85 . 7 kN

孔からの発進、回収の要望は高いため、φ 200 と【地盤を押し出す力と管を破砕する力の和〉

φ 250 に関しては全長を短くした EXP- 機を製作

図− 6 にエクスパンディットと既設管の関係をし人孔からの施工を可能にしている。下水を流し̶ 16 ̶

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ながらの施工と破砕残片の除去は破砕機の機構め、中心とすることはあきらめざるを得ない。しがそうなっており、今更機械の改造を行えないのかしながら、英国やドイツでは大量に製造され、で、この条件はあきらめることになった。

径 1200 mm までは一般的に使用されており、輸入によることにすれば入手は確実にできるが、下水道協会認定品の問題と、需要に合わせて短期間で納品できるようにするには輸入、在庫、販売、運搬などの問題が大きいため中心と考えるのは困難である。

12. エクスパンディットの適用
開発工法は、2006 年 3 月下水道新技術推進機構の新技術審査証明を受けたが、その場合の適用範
囲は、既設管呼び径 200 〜 600 になっている。エ
図− 6

空洞拡径による地盤の抵抗の考え方

クスパンディットは、既設下水道管の呼び径にあわせた破砕機が必要で、破砕機本体と押込み用のジャッキ装置、牽引装置の組み合わせになっている。機械のラインナップは表− 2 のようになっている。表に示すように機械サイズ番号に対して、1 サイズで複数の既設管に対応可能であるが、後端径は固定値であるので新管はあまりサイズの違うものは使いにくい。このようなことを検討して、既設管内径、新管外径から使用するエクスパンディットを決めている。写真− 2 は EXP- 250、
写 真 − 3 は、 新 管 に 塩 ビ 管 を 使 用 す る 場 合 の図− 7

φ 250 用 で あ る EXP- 250 V、 写 真 − 4 は、EXP-

エクスパンディットの破砕機構

600 R の試験破砕の状況、図− 5 は、EXP- 500 である。

11. 新設管表− 2

新管はコンクリート管、塩ビ管、セラミック管、レジンコンクリート管など推進工法用管であればどれも使用可能である。ただし立坑をできるだけ小さくするため、使用する新管の長さは 1 m（半管）を標準としており、特殊サイズとなる推EXP- 200 V
EXP- 250 V

200 V
200 V、250 V

E- 2

EXP- 200
EXP- 250
EXP- 300

200 C、300 V
250 C、350 V
300 C、400 V

E- 3

EXP- 350EXP- 400
EXP- 450

350 C、450 V
400 C、450 R
450 C、500 R

E- 4

EXP- 500
EXP- 600

500 C、600 R
600 C、700 R

坑を大きくしなければならない。当初新管の中心に据えようとしたセラミック管は、国内で推進用セラミック管の製造が行われなくなっているた
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既設管呼び径E- 1進用管の入手が可能かの条件がつき、これより長い 2 m 管（標準サイズ）などを使用する場合は立

EXP- システム

破砕機型式

C：ヒューム管、V：塩ビ管、R：レジン管特集／解説

写真− 2

写真− 3

引いて失敗、割ってみました（牽引から拡径破砕に変えて開発に成功 − EXP-工法）

エクスパンディット EXP- 250

写真− 4EXP- 600 R による管破砕試験施工

1 号人孔から施工可能な EXP- 250 V

写真− 5ヒューム管φ 500 用の EXP- 500

め、新管は推進管であればなんでもよいことにす

13. まとめる。コンクリート管、塩ビ管、レジン管、もちろ

EXP- 工法の開発は、2003 年からはじめ、まだんセラミック管も OK であることにした。

6 年強であるので記憶されている方も多いと思う

この時開発した静的牽引破砕機は新工法でも牽が、当初「エコセラミック管入替工法」という名引のみによるパイプ破砕機として、呼び径 200 と称でスタートしている。この工法は、新管にセラ250 に限って存在し使用可能である。

ミック管を使用する。セラミック管はコンクリー

下水道管の劣化は、管の内面が少し劣化する程ト管のように劣化することが一切ないので、耐久度のものから、管路の線形が大きく変わってしま性は 5 倍、10 倍になる。セラミック管は汚泥焼却うものまでさまざまである。管の内面が劣化する灰を混入して焼成するので下水の環境に大いに貢程度であれば、早めの対策として内面に樹脂をラ献する、ということを声高に謳っていた。ところ

イニングする更生工法が最適なリニューアル工法

が、汚泥焼却灰を混入したセラミック管の製造がである。施工費の点でも人孔からの施工が可能で困難で、開削工法用管では使用が難しいことがわあること、施工に伴う廃棄物が一切でないこと、かったため、セラミック管にこだわっては工法の多数の工法が競争していることなどの理由で、開開発や普及自体が進まないことになった。このた削とよい勝負をできるものになっている。

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静的改築推進工法の開発は、牽引方式から拡径破砕方式に移行したがその間の経緯をまとめてみ【参考文献】
1）平井、張、佐藤「エコ TMS・管入替工法」基礎た。今から考えれば、当初から拡径破砕方式にし工、2005 年 8 月号、pp. 48 - 53、総合土木研究所ておけばよかったことになるが、静的牽引方式の2）平井、張、佐藤「エクスパンディットによる管入施工限界を把握したことで拡径破砕方式に移行で替工法の開発」第 16 回非開削技術研究報告会報告

きたものと考えている。

書、pp. 91 - 98、2005 年 11 月 JSTT

エコセラミック管入替工法から始まって約 6 年3）平井、張、佐藤「エクスパンディットによる排水で、下水道新技術推進機構の技術審査証明を得て管リニューアル」建設機械 2006 年 1 月号 pp. 41 - 46

すでに 3 年経過した。この先は、技術的には、関連する技術の整備がいくらか必要であり、主要な執筆者紹介

施工機械であるエクスパンディットを効果的に整大林路道路㈱管路部〒131-8540

備していかなければならない。

東京都墨田区堤通1-19-9

Tel：03-3618-6530

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Fax：03-3618-6641