JPH1122379A - 既設管の布設替え工法及び掘進機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 流体を流しながら既設管を新管に布設替えで
きるし、既設管の状態と異なる状態で新管を布設できる
ようにする。 【解決手段】 既設管４の布設替え部分４ｂ内に仮設管
６を挿入して固定し、この仮設管６で上流側部分４ｃの
流体を下流側部分４ｄに流す。この状態で推進機５を仮
設管６をガイドとして推進して布設替え部分４ｂを切削
・掘削しながら新管１１を布設して新管に布設替えする
工法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、下水道などの流体
が流れる老朽化した既設管を新管に布設替えする工法及
びその工法に用いる掘進機に関する。

【０００２】

【従来の技術】老朽化した既設管を新管に布設替えする
工法としては、例えば特開平２−２１７５９１号公報に
示す第１の工法、特許第２５７８１８４号公報に示す第
２の工法、特開平２−２３６３９２号公報に示す第３の
工法等が知られている。

【０００３】前述の第１の工法は、掘削機を既設管に沿
って推進して地山と既設管を掘削・破壊すると共に、既
設管の掘削・破壊部分よりも上流側をシールし、既設管
に流れる流体を掘進機内部を通して排水し、その掘削・
破壊した跡に新管を布設する工法である。

【０００４】前述の第２の工法は、掘進機を既設管に沿
って推進して地山と既設管を掘削・破壊し、その掘削・
破壊した跡に新管を布設する工法である。

【０００５】前述の第３の工法は、発進立坑から掘進機
を到達立坑に向けて推進ジャッキで推進して既設管を切
削し、所定ストローク切削毎にこの掘進機と推進ジャッ
キとの間に新管をつぎ足しながら到達立坑まで推進して
既設管を新管に布設替えする工法である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】第１の工法によれば、
既設管を流れる流体を推進機内部を通して排水するの
で、既設管に流体を流しながら新管に布設替えできる。
例えば、下水管に下水を流しながら老朽化した下水管を
新管に布設替えできる。

【０００７】しかしながら、この第１の工法は掘進機の
先行壁体を既設管に嵌合して上流側と下流側を水密し、
その先行壁体内部、筒体を通して上流側の流体を下流側
に排水するので、先行壁体と既設管内面との間を確実に
水密することは困難であり、先行壁体と既設管内面との
間から流体が洩れて掘進機内に流れ込むことがある。

【０００８】掘進機内に流体が流れ込むと掘進機と後続
して新管を布設する作業がやりづらくなったりする。

【０００９】特に、既設管が鉄筋コンクリート製の下水
道の場合には、その下水道の内面が凹凸やひび割れの有
る形状のために先行壁体との間を確実に水密することは
困難である。

【００１０】また、掘進機は先行壁体をガイドして既設
管に沿って推進するために、新管は既設管が埋設されて
いたとおりに布設される。このために、既設管が長年の
使用によって土圧等で弯曲している場合には、その弯曲
した状態で新管が布設され、既設管の弯曲等を修正して
正しい状態で新管を布設できない。

【００１１】前述の第２の工法では既設管を布設替えす
る時に流体を流すことができない。このために、下水管
を布設替えする場合には布設替えする区画よりも上流側
の下水管に下水を流すことができない。

【００１２】また、掘進機は既設管をガイドとして推進
しながら既設管を切削するから、第１の工法と同様に新
管は既設管が埋設されていたとおりに布設されるので、
既設管の弯曲等を修正して正しい状態で新管を布設でき
ない。

【００１３】前述の第３の工法では発進立坑と到達立坑
との間の既設管に流体を流すことができない。このため
に、下水管を布設替えする場合には到達立坑よりも上流
側の下水管に下水を流すことができない。

【００１４】そこで、本発明は前述の課題を解決できる
ようにした既設管の布設替え工法及び掘進機を提供する
ことを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段及び作用・効果】第１の発
明は、既設管４の内部に仮設管６を布設し、この布設し
た仮設管６を固定した後に、この仮設管６をガイドとし
て掘進機５を推進して既設管４を切削掘削し、その後に
掘進機５の後部から新管１１を布設することを特徴とす
る既設管の布設替え工法である。

【００１６】第１の発明によれば、既設管４の布設替え
する部分４ｂよりも上流側部分４ｃと下流側部分４ｄが
仮設管６で連通され、その上流側部分４ｃと下流側部４
ｄとに仮設管６を通して流体が流通する。

【００１７】これによって、既設管に流体を流しながら
新管に布設替えできる。このため布設替え部分よりも上
流側で下水管に下水を流しながら下水管を布設替えする
ことができる。

【００１８】また、既設管４の上流側部分４ｃと下流側
部分４ｄとに仮設管６を通して流体が流通するから、既
設管４の内面がどのような形状であっても既設管４の布
設替え部分４ｂに流体が洩れることがない。

【００１９】これによって、新管を布設する作業がやり
易くなる。

【００２０】また、既設管４の内部に布設した仮設管６
に沿って掘進機５を推進するので、その仮設管６の中心
を既設管４の中心に対して若干変位して布設すれば、既
設管４の埋設されていた状態と若干異なる状態で新管１
１を布設できる。

【００２１】これによって、既設管４の土圧等による弯
曲を修正して正しい状態で新管を布設できる。

【００２２】第２の発明は、第１の発明において、既設
管４と仮設管６との間に充填材９を充填して仮設管６を
固定する既設管の布設替え工法である。

【００２３】第２の発明によれば、既設管４と仮設管８
との間が充填材９で閉塞された状態で掘進機５によって
切削・掘削するので、鉄筋コンクリート製の既設管４を
切削・掘削する際に、そのコンクリートが切削されて鉄
筋の一部が露出しても、その露出した鉄筋の一部が充填
材９で保持されて内方に大きく動くことがない。

【００２４】これによって、鉄筋を掘削機５で切削し易
くなる。

【００２５】第３の発明は、中心に仮設管貫通孔２９を
有するカッタヘッド２６を備えた掘進機本体２０と、こ
の掘進機本体２０に取付けられて仮設管６に沿って掘進
機本体２０を案内する案内装置と、前記掘進機本体２０
内に設けられてカッタヘッド２６で切削・掘削したもの
を排出する排土装置で構成したことを特徴とする掘進機
である。

【００２６】第３の発明によれば、仮設管６を仮設管貫
通孔２９に貫通し、案内装置で掘進機本体２０を仮設管
６に沿って案内することで、掘進機が仮設管６に沿って
計画通り正しく推進されるし、切削・掘削したものが排
土装置で後方に排出される。

【００２７】これによって、既設管４内に仮設管６を布
設して固定した後に、その仮設管６に沿って推進して既
設管４を切削・掘削する掘進機として好適なものとな
る。

【００２８】第４の発明は、第３の発明におけるカッタ
ヘッド２６の前面を、外周部が内周部よりも前方に突出
した漏斗状とした掘進機である。

【００２９】第４の発明によれば、カッタヘッド２６に
よって切削・掘削されたものはカッタヘッド２６の外方
に拡散せずに中心に向う。

【００３０】これによって、既設管４を切削・掘削した
時に、その切削・掘削したものは既設管４の内方に向う
ので、既設管４よりも外方に埋設された物に悪影響を与
えることがない。

【００３１】第５の発明は、第３の発明における掘進機
本体２０を上下・左右に揺動自在なアーティキュレート
タイプで掘進方向変更可能とし、前記案内装置を掘進機
本体２０に対して径方向に相対変位する調整機構を設け
た掘進機である。

【００３２】第５の発明によれば、掘進機本体２０を上
下・左右に揺動して掘進方向を変更した時に調整機構に
より案内装置を掘進機本体２０に対して径方向に追従さ
せて調整して掘進機本体２０の推進方向の向きに合わせ
て案内装置を相対変位させる。

【００３３】これによって、案内装置を仮設管６に沿っ
て案内しながら推進する時に推進方向に合わせて調整す
ることができる。

【００３４】第６の発明は、第３の発明において、外筒
４１内にスクリュー４２を備えた内筒４３を挿通したス
クリューコンベヤ４０で排土装置とし、この内筒４３内
に仮設管６が挿通するようにしてスクリューコンベヤ４
０を案内装置とした請求項３記載の掘進機である。

【００３５】第６の発明によれば、排土装置と案内装置
がスクリューコンベヤ４０で兼用されるから、構造簡単
となる。

【００３６】

【発明の実施の形態】

（既設管を新管に布設替えする工法）図１（ａ）に示す
ように、地盤１に第１の立坑２と第２の立坑３を形成
し、既設管４の一部分４ａを第１の立坑２、第２立坑３
に露出させる。この第１の立坑２と第２の立坑３との間
の部分４ｂを布設替えする。

【００３７】図１（ｂ）に示すように、既設管４の第１
の立坑２、第２の立坑３に露出した一部分４ａをそれぞ
れ切断して除去する。

【００３８】図１（ｃ）に示すように、第１の立坑２に
掘進機５を設けると共に、既設管４の布設替え部分４ｂ
に仮設管６を挿入し、コンクリート製の支持台７で位置
決めして支持する。この仮設管６の一端部を既設管４の
上流側部分４ｃにシール材（蓋）８を介して突出し、仮
設管６の他端部を掘進機５を貫通して既設管４の下流側
部分４ｄにシール材（蓋）８を介して突出する。

【００３９】このようにすることで、既設管４の上流側
部分４ｃに流れた下水などの流体が仮設管６を通って既
設管４の下流側部分４ｄに流れるから、既設管４の途中
の布設替え部分４ｂを新管と布設替えする際に流体を流
すことができる。

【００４０】図１（ｃ）のように、仮設管６を挿入完了
したら、既設管４の布設替え部分４ｂと仮設管６との間
にモルタル等の充填材９を充填して仮設管５を位置決め
して固定する。

【００４１】図１（ｄ）のように前記掘進機５で既設管
４の布設替え部分４ｂと充填材９と地盤１を掘削・切削
しながら仮設管６をガイドとして第２の立坑３に向けて
掘進し、その掘進した部分１０に新管１１を布設する。

【００４２】図１（ｅ）に示すように、第２の立坑３ま
で掘進して既設管４の布設替え部分４ｂを全て新管１１
と布設替え完了したら、第１の立坑２で新管１１と既設
管４の下流側部分４ｄを継ぎ管で連通すると共に、掘進
機５を第２の立坑３から地上に持ち上げて既設管４の上
流側部分４ｃと新管１１を継ぎ管で連通しながら仮設管
６を撤去する。

【００４３】以上の説明では、既設管４の途中の所定長
さの部分４ｂのみを新管と布設替えする工法について述
べたが、既設管を所定長さ毎に順次布設替えする場合に
は図１（ｅ）の状態となったら、上流側に第３の立坑を
掘削して図１（ｂ）以降の動作を繰り返して行えば良
い。

【００４４】（掘進機の構造）図２と図３に示すよう
に、掘進機本体２０は筒状の前部本体２１と筒状の中間
部本体２２と筒状の後部本体２３を備え、前記前部本体
２１と中間部本体２２はアーティキュレートジャッキ２
４で上下・左右に揺動自在となり、中間部本体２２と後
部本体２３とに推進用ジャッキ２５が取付けてある。こ
れによってアーティキュレート式の掘進機本体を形成し
ている。

【００４５】前部本体２１にはカッタヘッド２６が取付
けてあり、このカッタヘッド２６はモータ２７で回転駆
動される。カッタヘッド２６の前面板２８は外周部が中
心部よりも前方に突出した漏斗状で、その前面板２８の
回転中心には仮設管貫通孔２９が形成してある。

【００４６】前記仮設管貫通孔２９に前述の仮設管６が
貫通する。前述の既設管４はほぼ台形状の鉄筋コンクリ
ート製であり、カッタヘッド２６の掘削範囲は既設管４
の外周形状よりも大きく、カッタヘッド２６で既設管４
及び地盤１、充填材９を掘削できるようにしてある。

【００４７】前記カッタヘッド２６の前面板２８にはデ
ィスクカッタ３０、ギアカッタ３１が取付けてある。カ
ッタヘッド２６を回転駆動することでディスクカッタ３
０で鉄筋コンクリート製の既設管４を切断掘削を行な
い、ギアカッタ３１で切羽円周方向の鉄筋の切断掘削を
行なう。

【００４８】前記後部本体２３にはワイヤブラシ式のテ
ールシール３２が取付けてあり、前記中間部本体２２に
はリンク式のセグメントエレクタ３３が取付けてある。

【００４９】前記掘進機本体２０内には排土装置を形成
するスクリューコンベヤ４０が取付けてある。このスク
リューコンベヤ４０は外筒４１内にスクリュー４２を備
えた内筒４３を回転可能に挿入してある。外筒４１に固
設したブラケット４４が中間部本体２２に固設した反力
受け４５にピン４６と径方向の長孔４７で連結され、外
筒４１の中間部は中間部本体２２に回転方向には固定
で、径方向には相対変位可能に支持されている。

【００５０】外筒４１の前部寄りは前部本体２１にゴ
ム、スプリング等の緩衝材４８を介して径方向に相対変
位可能に支持され、この外筒４１の前部寄りと前部本体
２１とに亘って図４に示すように４本の姿勢制御ジャッ
キ４９が回転方向に等間隔で取付けてある。

【００５１】前記外筒４１の後部寄りにガイドローラ５
０が取付けてある。このガイドローラ５０は仮設管６の
外面に接する。前記内筒４３と仮設管６との間は止水シ
ール材５１でシールしてある。

【００５２】前記外筒４１の後部寄りにスクリューコン
ベヤ用のモータ５２が取付けてあり、このモータ５２の
出力側がピニオン、リングギヤ等で内筒４３に連結し、
モータ５２を駆動することで内筒４３がスクリュー４２
とともに回転される。５３はセグメントである。

【００５３】前記外筒４１の後部寄りに図５に示すよう
に排出口５４が設けてあり、この排出口５４の下方にベ
ルトコンベヤ５５が設けてある。外筒４１の前端部には
投入口５６が設けてある。

【００５４】次に掘削動作を説明する。推進用ジャッキ
２５を伸縮することで掘進機本体２０は、スクリューコ
ンベヤ４０の外筒４１に取付けたガイドローラ５０、内
筒４３を案内として仮設管６に沿って推進する。つま
り、スクリューコンベヤ４０が案内装置を形成してい
る。

【００５５】前述のように推進しながらカッタヘッド２
６を回転することで、既設管４のコンクリート壁及び鉄
筋を切削すると共に、充填材９及び地盤１の既設管４の
周囲を掘削する。

【００５６】既設管４の切削片（コンクリート片、鉄筋
片）、掘削ズリ（土砂、充填材片）は投入口５６からス
クリューコンベヤ４０の外筒４１と内筒４３との間に投
入され、スクリュー４２の回転によって後方に搬送さ
れ、排出口５４からベルトコンベヤ５５上に落下し、ベ
ルトコンベヤ５５で後方に排出される。

【００５７】前記カッタヘッド２６の前面板２８は外周
部が中心部よりも前方に突出した漏斗状であるから、既
設管４の切削片、掘削ズリは既設管４の外方に拡散せず
に内方に向う。これによって、既設管４の外周に埋設し
てある他の埋設物に悪い影響を与えることがない。

【００５８】また、仮設管６の外周面付近の充填物９は
カッタヘッド２６の仮設管貫通孔２９の周縁に取付けた
ビット５７で掘削される。

【００５９】また、案内装置を構成するスクリューコン
ベヤ４０の外筒４１はガイドローラ５０で仮設管６の外
周面で支持され、その外筒４１は中間部本体２２に対し
て径方向に変位可能であり、前部本体２１に対して緩衝
材４８で任意方向に変位可能であるから、姿勢制御ジャ
ッキ４９を伸縮することでスクリューコンベヤ４０は掘
進機本体２０に対して径方向に相対変位する。

【００６０】つまり、姿勢制御ジャッキ４９等によって
スクリューコンベヤ４０（案内装置）を径方向に変位す
る調整機構を構成している。

【００６１】このようであるから、アーティキュレート
ジャッキ２４を伸縮して前部本体２１を上下・左右に揺
動することで掘進方向を仮設管６に沿って変更する時に
スクリューコンベヤ４０を前部本体２１に対して相対的
に変位させることで、スクリューコンベヤ４０を常に仮
設管６に正しく沿わせることができる。

【００６２】つまり、仮設管６と掘進機本体２０との間
には径方向の大きなスペースがあるので、掘進機本体２
０を仮設管６に対して上下・左右方向に大きく変位する
ことができるが、仮設管６とスクリューコンベヤ４０の
内筒４３との間の径方向のスペースが小さいので、前述
のように掘進機本体２０を上下・左右に変位させて掘進
方向の向きを変えた時にスクリューコンベヤ４０を掘進
機本体２０に対して相対的に上下・左右に変位させて推
進方向の向きを掘進機本体２０と異ならせ、内筒４３と
仮設管６が干渉しないようにする。

【００６３】前述のようにして所定ストローク掘進した
ら、セグメント５３を巻き立てて新管１１とする。

【００６４】次に掘進機の第２の実施の形態を説明す
る。図６に示すように、掘進機本体２０とカッタヘッド
２６は第１の実施の形態で同一であり、排土装置をベル
トコンベヤ６０としてある。このベルトコンベヤ６０が
掘進機本体２０の中心からずれた位置に取付けられて仮
設管６と干渉しないようにしてある。カッタヘッド２６
で掘削、切削した掘削片、切削片は図７に示すようにシ
ュート６１でベルトコンベヤ６０上に落下される。

【００６５】中間部本体２２に案内装置６２が取付けて
ある。この案内装置６２は図８に示すようにリング状フ
レーム６３に４つのガイドローラ６４を仮設管６の中心
に対して放射状に取付けてある。

【００６６】前記ガイドローラ６４はシリンダ６５で仮
設管６の中心に向けて進退自在となり、これによって調
整機構を構成している。

【００６７】次に掘進機の第３の実施の形態を説明す
る。図９と図１０に示すように、掘進機本体２０は前述
の各実施の形状と同様であり、カッタヘッド２６は外周
カッタヘッド７０と内周カッタヘッド７１で形成してあ
る。

【００６８】外周カッタヘッド７０は外周カッタヘッド
用モータ７２で回転され、その前面板７３は外周部が内
周部よりも前方に突出した漏斗状で、その前面板７３に
ディスクカッタ３０が取付けてある。内周カッタヘッド
７１は筒状体で、その内周面が仮設管貫通孔２９として
あり、内周カッタヘッド用モータ７４で外周カッタヘッ
ド７１と反対方向に回転される。この内周用カッタヘッ
ド７１の前端部に充填材９を切削するビット７５が取付
けてある。

【００６９】前記内周カッタヘッド７１は外周カッタヘ
ッド７１の中心孔７６よりも前方に突出し、この外周カ
ッタヘッド７１の中心孔７６にはテーパ状の筒体７７が
固着してあり、この筒体７７と内周カッタヘッド７１の
外周面とでＶ字状の空間部を形成し、かつその外周面と
筒体７７とにクラッシャ歯７８が固着されて切羽クラッ
シャー７９を構成している。

【００７０】このようであるから、既設管４の切削片や
充填材９の掘削片は切羽クラッシャー７９で破砕され、
その破砕片がカッタヘッド内部空間８０に入り込む。

【００７１】前記カッタヘッド内部空間８０は泥水シー
ル材８１等で他の部分と水密され、送泥管８２と排泥管
８３が突出している。排泥管８３の途中に機内クラッシ
ャー８４が設けてある

【００７２】このようであるから、カッタヘッド内部空
間８０内は送泥管８２で送られた泥水で加圧され、投入
された破砕片は泥水とともに排泥管８３で排出される。
排泥管８３で排出された破砕片は機内クラッシャ８４で
より小さく破砕された後に排泥管８３で排出される。

【００７３】これにより、コンクリート片、鉄筋片を切
羽クラッシャー７９、機内クラッシャー８４でより小さ
く破砕するので、排土装置を泥水排土タイプとすること
ができる。

【００７４】この場合にも中間部本体２２に案内装置６
２が取付けてある。

【００７５】以上の掘進機は掘進機本体２０を複数に分
割して推進用ジャッキ２５で推進するタイプとしたが、
別置きの推進用シリンダの推力を利用して掘進機本体２
０を推進するタイプとしても良い。

【００７６】例えば、図１１に示すように中間部本体２
２に後部本体２３としてスペーサ管９０を接続し、この
スペーサ管９０を推進管９１を介して推進用ジャッキの
推力で推進する。この場合には、推進管９１が新管１１
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の布設替え工法の実施の形態を示す工程
順説明図である。

【図２】掘進機の第１の実施の形態を示す断面図であ
る。

【図３】カッタヘッドの前面図である。

【図４】図２のＡ−Ａ断面図である。

【図５】図２のＢ−Ｂ断面図である。

【図６】掘進機の第２の実施の形態を示す断面図であ
る。

【図７】図６のＣ−Ｃ断面図である。

【図８】図６のＤ−Ｄ断面図である。

【図９】掘進機の第３の実施の形態を示す断面図であ
る。

【図１０】カッタヘッドの前面図である。

【図１１】掘進機の第４の実施の形態を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１…地盤 ２…第１の立坑 ３…第２の立坑 ４…既設管 ４ａ…一部分 ４ｂ…布設替え部分 ４ｃ…上流側部分 ４ｄ…下流側部分 ５…掘進機 ６…仮設管 ７…支持台 ８…シール材 ９…充填材 １０…掘削部分 １１…新管 ２０…掘進機本体 ２１…前部本体 ２２…中間部本体 ２３…後部本体 ２４…アーティキュレートジャッキ ２５…推進用ジャッキ ２６…カッタヘッド ２７…モータ ２８…前面板 ２９…仮設管貫通孔 ３０…ディスクカッタ ３１…ギアカッタ ３２…テールシール ３３…セグメントエレクタ ４０…スクリューコンベヤ ４１…外筒 ４２…スクリュー ４３…内筒 ４４…ブラケット ４５…反力受け ４６…ピン ４７…長孔 ４８…緩衝材 ４９…姿勢制御ジャッキ ５０…ガイドローラ ５１…止水シール材 ５２…モータ ５３…セグメント ５４…排出口 ５５…ベルトコンベヤ ５６…投入口 ６０…ベルトコンベヤ ６１…シュート ６２…案内装置 ６３…リング状フレーム ６４…ガイドローラ ６５…シリンダ ７０…外周カッタヘッド ７１…内周カッタヘッド ７２…外周カッタヘッド用モータ ７３…前面板 ７４…内周カッタヘッド用モータ ７５…ビット ７６…中心孔 ７７…筒体 ７８…クラッシャ歯 ７９…切羽クラッシャー ８０…カッタヘッド内部空間 ８１…泥水シール材 ８２…送泥管 ８３…排泥管 ８４…機内クラッシャー ９０…スペーサ管 ９１…推進管

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 既設管（４）の内部に仮設管（６）を布
   設し、この布設した仮設管（６）を固定した後に、この
   仮設管（６）をガイドとして掘進機（５）を推進して既
   設管（４）を切削掘削し、その後に掘進機（５）の後部
   から新管（１１）を布設することを特徴とする既設管の
   布設替え工法。
2. 【請求項２】 既設管（４）と仮設管（６）との間に充
   填材（９）を充填して仮設管（６）を固定する請求項１
   記載の既設管の布設替え工法。
3. 【請求項３】 中心に仮設管貫通孔（２９）を有するカ
   ッタヘッド（２６）を備えた掘進機本体（２０）と、こ
   の掘進機本体（２０）に取付けられて仮設管（６）に沿
   って掘進機本体（２０）を案内する案内装置と、前記掘
   進機本体（２０）内に設けられてカッタヘッド（２６）
   で切削・掘削したものを排出する排土装置で構成したこ
   とを特徴とする掘進機。
4. 【請求項４】 カッタヘッド（２６）の前面を、外周部
   が内周部よりも前方に突出した漏斗状とした請求項３記
   載の掘進機。
5. 【請求項５】 掘進機本体（２０）を上下・左右に揺動
   自在なアーティキュレートタイプで掘進方向変更可能と
   し、前記案内装置を掘進機本体（２０）に対して径方向
   に相対変位する調整機構を設けた請求項３記載の掘進
   機。
6. 【請求項６】 外筒（４１）内にスクリュー（４２）を
   備えた内筒（４３）を挿通したスクリューコンベヤ（４
   ０）で排土装置とし、この内筒（４３）内に仮設管
   （６）が挿通するようにしてスクリューコンベヤ（４
   ０）を案内装置とした請求項３記載の掘進機。