JPH064149Y2 - 既設の本管を新しい本管と取り替える装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本願考案は地中に埋設した旧管、たとえば水道管やガス
管などを新管に取り替える装置、特に地表を堀り起さず
に新旧管を取り替える装置に関するものである。

［従来の技術］ 旧管とくに鋳鉄管が埋設後老化して機能を果すのが困難
になったり、需要増大のため能力不足を生じて新管と取
り替える必要があるとき、地上を全面掘削して旧管を掘
り出す工法は費用、労力がかかる上、地上の交通の障害
となるので地表を掘り起さずに新旧本管を取り替えるの
が望ましい。

新管を地中の旧管に挿通するいわゆるパイプイナパイプ
方式がこれに該当するが、当然新管の内径は旧管の内径
より小さくなり、ガス、水道の輸送能力の減退をもたら
す。

本願の基礎となる従来技術は第２図と第３図に示すよう
にこの問題を解決する発明で「既設の本管を新しい本管
と取り替える方法と装置」（特公昭６０−２７８７３号
公報）に詳しく開示されている。

第２図において旧管２ａの外径より大きい胴体外径を有
する掘削機１ａはその後端に取り替えるべき新管８又は
その新管の保護スリーブとして役立つライナ９を結合し
ている。

また第３図において、掘削機１ｂは掘進を駆動するため
のエアハンマ１０を内蔵し、このエアハンマを作動させ
るためのエアホース１１を新管内に挿通して後方の圧力
源に連結している。一方掘削機の先端には旧管内をくぐ
り抜けて前方のウインチに連結するケーブルを取付け
る。

掘削機は後方から送られる駆動力によって衝撃的に前進
し、一方前方からはウインチによる牽引力をうけ、前後
の駆動力をうけて旧管を叩打破断しつつ前進しようとす
る。

このとき掘削機の胴体の最大外径は旧管の外径より大き
いように選定してあるから、破砕した旧管を外周へ押し
拡げ、後続する新管又はライナの外径よりも大きい空洞
部を提供し、外径差に当る隙間を利用して円滑に新旧管
の取り替えをすすめることができる。

第２図は前記大きい外径の胴体に固定切削刃３ａを周設
したものであり、第３図は別の実施例で、破砕効果を一
層高めるために掘削機先端に起動自在の切削刃３ａを配
設し、かつ掘削機先端から胴部へ弾丸状に膨出して、そ
の途中で旧管の内面に係止して斜めに押し上げて破砕す
るものである。

［考案が解決しようとする問題点］ 前に述べた従来技術は仲々合理的なすぐれた技術である
が、なお改良すべき問題点がない訳ではない。

その一つとして掘削機の前方部分において旧管を衝撃的
に破断するため、旧管が陶管や鋳鉄管などの非常に脆い
材質の場合は、掘削機前方部分と接触している旧管後端
部分だけではなく、掘削機のかなり前方まで旧管が破断
される。破断された旧管管片および旧管上方の土砂が掘
削機前方において旧管内に落下・堆積するため、掘削機
はそれらの堆積物を乗り越えて旧管内を移動しなければ
ならず、そのため掘削機は徐々に上方に進路を変え、旧
管にそって移動しなくなる。その状態を初期の段階から
悪化して旧管の完全破断が不可となる段階までを３分類
して示したが、第４図Ａ，Ｂ，Ｃ各図である。

この結果 １.掘削機が上方を進行するため、路面に及ぼす影響が
大きい。

（地割れ、舗装面の損傷、路面の隆起など） ２.旧管上方に直交または平行する他管路が存在する場
合、掘削機が上方を進行するため、それら他管路に及ぼ
す影響が大きくなる。

（他管路の管体破損、継手漏洩の危険性が高くなる。） ３.土中を進行するため、旧管にそって移動する場合よ
りも抵抗が増大し、施工性が損なわれる。

４.管上方の土砂が旧管内に落下するため、周辺地盤が
乱される。（地盤が不安定になる。） ５.第４図Ｃよりも過度に上方に掘削機が移動すると、
ウィンチのケーブルが旧管と掘削機との間にはさまり、
ケーブルが切断される。ケーブルが切断されると前方か
らの誘導がなくなり、掘削機はさらに上方に移動し、最
終的には施工不可能となるというような問題点が生じ
る。

もっとも掘削機の長さが大きく切削刃より前方の直円筒
分が先行するために進路前方で破断した旧管破片や土砂
の崩れ落ちるのを妨げる構成をとる従来技術も散見され
る。

すなわち第５図に示す特開昭６２−１２５１９７号公報
や、第６図に示す特開昭５９−１７３４９２号公報がそ
の例である。第５図の技術ではケーシング（掘削機）１
ｃが後端に新管８ｃを接続する拡大アダプタ２０を除
き、旧管２ｃを破断する管破壊刃（切削刃）３ｃの格納
部分もふくめ１本の直円筒で形成されている。すなわち
本願のような先頭の頭部と拡大した外径の胴部の区別が
なく直円筒の途中から管破壊刃３ｃが拡大くさび２１の
円錐面に沿って筒外へ出入する構成であるから、管破壊
刃３Ｃの先行で破断した管片は落下することはできな
い。

また第６図の従来技術では、先端の頭部４ｄは破砕刃３
ｄのついた掘削機の胴部１ｄと分離可能な構成であり、
頭部４ｄから突出した雄ねじ３０が胴部１ｄの軸心に設
けた雌ねじ３１と螺合して一体的に組立られているの
で、前例と同じ効果は期待できる。

しかしながら地中に埋設された旧管路は必ずしも直線と
は限らず随所で屈曲しているのが普通であるから第５図
や第６図のように全長に亘って固定した剛体で掘削機を
構成する時は、この屈曲路に順応して進路を変更するこ
とができず、長い非掘削工法では重大な障害となる懸念
がある。

屈曲管路に対応して推進機を誘導する試みとしては第７
図に示す特開昭６１−８８０８４号公報もあるが、その
構成は斜め上方に起き上がる掘削刃３ｅが円錐台形の掘
削機胴部１ｅに起伏自在に格納されている。この胴部の
前方にはこれより小径の接続部４１，連結金具４２を経
てスペーサーボール４０と接続している。また胴部の後
方にはこれより小径の連結部４３を経てセラミックス４
４を周設した円錐台形４５を回転し、掘削刃３ｅによっ
て破砕され、またはひび割れの生じた旧管やその周囲の
土砂を削り取るように設定している。

スペーサーボール４０はその外径を旧管の内径にほぼ等
しくて嵌め込み、旧管内を挿通したワイヤロープ１２ｅ
を介して前方から牽引されるので、旧管路が途中で屈曲
してもこの管路に沿って前進し、連結金具４２を介して
後続する掘削機をそのカーブに沿って案内すると謳って
いる。

しかしこの従来技術は第８図に示すように先行するスペ
ーサーボールの後方には連結金具４２や胴部１ｅより小
径の接続部４１があって旧管の内面との間に中空部分が
生じる構成であり、掘削刃３ｅの後方にも小径の連結部
４３と破砕箇所との間に中空部分があるから、掘削刃で
破砕を受けた旧管の管片や土砂は胴部１ｅの前後に崩落
し、進路を塞がれた装置全体は、この崩落物に乗り上げ
て進路を狂わせてしまう。すなわち第４図Ａ，Ｂ，Ｃに
おいて指摘したのと同じ障害をさらに深刻に生じること
が予想される。

本考案は以上に述べた問題点を解決するため、掘削機の
前方旧管内に破断した旧管の破片や土砂が落下して掘削
機の進路を妨げることなく円滑に直進できるとともに、
旧管路が屈曲している場合にはこの曲路につき当って前
進が妨げられることなく曲路に順応して前進できる掘削
機の提供を目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 本考案に係る旧管を新管に取り変える装置は掘削機の大
きい外径の胴部の先端方向へ、旧管内径Ｒよりやや小さ
い外径ｄを有し、長さＬは外径ｄの少なくとも２倍の円
筒状の頭部を離脱防止可撓継手を介して着脱自在に装着
したことにより前記の問題点を解決した。

［作用と実施例］ 本考案の作用を実施例を示す第１図に基いて説明する。

第１図の掘削機１の旧管２の内径より大きい胴体の外径
をＤとすると、このＤの部分が旧管の内面側へ入りこん
で斜めに押し上げて旧管２を破砕する。本実施例では切
削刃３が装着されて破砕作用を受け持つ。

この破砕部の先に旧管内へ嵌合する円筒状の頭部４を離
脱防止可撓継手６を介して接続している。

この頭部４の外径ｄは旧管の内径とさほど大きな差を有
しないで、嵌合と言える程度に内径内に進入する。この
頭部の長さＬは旧管の材質、口径、管厚、掘削機の衝撃
力などを考慮して設定し、工事現場の旧管路の状態によ
って最も適当なものに取り替えれば、１台の掘削機でい
ろいろな現場に適合した更新工法を進めることができ
る。

頭部の長さＬを外径ｄの少なくとも２倍としたのは、頭
部が屈曲した旧管内で嵌合したとき胴体の前後が管壁に
それぞれ逆方向へ挾圧されて後続する掘削機を強制的に
旧管の管軸へ進路修正させるのに足る長さとい意味で限
定したが、実際上は第１図で見られるように外径ｄの２
〜３倍程度あれば十分である。

このような構成であるから掘削機先端に叩打されている
旧管後端部だけでなく、掘削機のかなり前方まで旧管が
破断された場合でも旧管内径に嵌合する落下防止機構が
存在するため、旧管の管片および旧管上方の土砂が旧管
内に落下することはない。そのため掘削機は落下した管
片および土砂を乗り越えることがないので、掘削機は上
方に移動せず、確実に旧管にそって進行するという独特
の作用を生じる。

さらに更新すべき旧管路が屈曲している場合にも容易に
その管内へ頭部が嵌入し後続する推進機を正確に誘導す
るように首を振るという作用も併せて生じる。

すなわち頭部４は、第１０図に示すように屈曲した旧管
の管路へ差しかかると可撓性継手の作用によって単独で
旧管のカーブに沿って方向を変えるが、後続する掘削機
はそのまま前進しようとするから頭部４はその胴体の先
端Ａと後端Ｂで上下相反する押圧力を受け掘削機との継
手面へ作用してその姿勢を強制的に頭部と同一軸線に修
正する。長さＬが大きいほど梃子の原理でこの強制力は
強くなるが、長過ぎると曲率の大きい屈曲旧管へ全長が
嵌入できず、結果的には外径ｄの２〜３倍あれば十分で
ある。

この作用をほぼ同じ目的で構成された第７図の従来技術
について見ると、第９図Ａ，Ｂに示すような状態が想定
される。図Ａではスペーサーボール４０が屈曲した旧管
２ｅへ差しかかった状態を示し、ここで後続する円錐台
形の胴部１ｅを方向変換させる作用が求められる。しか
し現実的には図Ｂで示すようにスペーサーボールは前方
からの牽引力と後方の負荷の間にあって旧管との接点Ｐ
を支点として回動し、連結金具４２の連結接面では空滑
りが起って胴部１ｅの姿勢を屈曲した旧管路へ適合させ
る強制力が発揮されないという大きな相違が生じる。

［考案の効果］ 掘削機は確実に旧管にそって進行し、上方に移動するこ
とはないから、路面および旧管上方に存在する他管路に
及ぼす影響は著しく軽微であり、特に旧管上方の土砂の
落下がないため、周辺地盤を乱すことがなく、路面の陥
没・亀裂などの問題が発生しない。

また掘削機進行時に抵抗力が増大しないので、施工性能
（例、掘削機の進行速度など）が損なわれず、かつウィ
ンチのケーブルが切断されることもないため、施工中に
施工不可能となるような危惧もなくなる。

さらに既設管中心と掘削機中心とが一致するように維持
されるので掘削機先端に配設された切削刃が旧管後端部
を全周均等に叩打し、旧管の破断が容易となる。

従来のように掘削機先端部がテーパー形式でそのテーパ
ー部に切削刃が配設されている場合、掘削機の傾きなど
により切削刃が片当りし、旧管が完全に破断されないこ
とも予想される。

さらに長大になり勝な掘削機の全長を先頭で継手構造を
介して分離し、発進坑内で接続することを可能としたか
ら発進坑の大きさを従来より小さくすることができると
いう効果も派生する。

また継手構造とした利点には、異なる外径の円筒状の頭
部を準備しておけば旧管の管径が異なってもその管径に
適合した嵌合ができるから、土砂の落下防止など主目的
の達成に貢献する副次的効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の実施例を示す正面図、第２図と第３図
は従来技術の異なる実施例を示す正面図、第４図Ａ，
Ｂ，Ｃは従来技術の実施上の問題点を説明する正面図、
第５図から第７図はそれぞれ異なる別の従来技術の実施
例を示す正面図、第８図と第９図Ａ，Ｂは第７図に示す
従来技術の問題点を示す正面図、第１０図は本考案の作
用を示す正面図。 １……掘削機、２……旧管、４……頭部 ６……離脱防止可撓継手 Ｄ……掘削機の最大外径、ｄ……平行部の外径 Ｌ……平行部の長さ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 柴田 裕介 大阪府大阪市西区北堀江１丁目12番19号 株式会社栗本鐵工所内 (72)考案者 近藤 憲二 大阪府大阪市西区北堀江１丁目12番19号 株式会社栗本鐵工所内 (56)参考文献 特開 昭62−125197（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−88084（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】地中に埋設された既設の本管（以下「旧
   管」という）より大きい外径の胴部を有する掘削機の後
   端に新しい本管または新しい本管の保護スリーブとして
   役立つライナ（以下「新管」という）を取付け、両者が
   共に前進して掘削機の先端が旧管内へ入り込み、前記大
   きい外径の胴部によって旧管を破砕しつつ前進し空隙を
   おしひろげて旧管を新管と取り替える装置において、掘
   削機の前記大きい外径の胴部の先端方向に旧管内径Ｒよ
   りやや小さい外径ｄを有し、長さＬは外径ｄの少なくと
   も２倍の円筒状の頭部を離脱防止可撓継手を介して着脱
   自在に装着したことを特徴とする旧管を新管と取り替え
   る装置。