JP4372502B2 - 既設埋設管の更新装置および更新方法 - Google Patents

Description

本発明は、地中に埋設されて老朽化した既設埋設管を新しい埋設管に更新する装置および方法に関し、より詳しくは、更新作業の際に上流側から流れて来る下水や大量の雨水等を地表面に溢出させることなくスムーズに流下させることができるように改良する技術に関する。

上下水道等を含む各種用途に供される地中埋設管は、経年変化によって老朽化が進むため、適切な時期に新しい埋設管（更新管）に交換する必要がある。このとき、許容流量を増加させるために小径な既設埋設管を撤去し、より大径な埋設管に交換する場合がある。

この場合、既設埋設管が埋設されている個所の地盤を地表面から開削して既設埋設管を掘り出した後に新たな管を吊り込んで埋設し直す方法、あるいは図８および図９に示したように地表面に掘設した一方の立坑から他方の立坑へと水平方向に掘進しつつ既設埋設管を撤去して更新管に交換する方法が用いられる。

図８に示した従来の既設埋設の管更新方法においては、既設埋設管１を更新管２に交換するべく地表面Ｇに発進坑３および到達坑４を掘設する。発進坑３の底部に配置された推進機５から前方に延びるスクリュオーガ６およびその先端に設けられているカッタ７は、推進機５の駆動モータ８によって回転駆動される。カッタ７の回転によって破砕された既設埋設管１は円筒状のケーシング９を介して発進坑３側に取り出されて発進坑３の外に除去される。これと同時に、推進機５に設けられている油圧ピストン１０を伸張させることによりシールド管１１および更新管２を前方へと変位させ、既設埋設管１を更新管２に順次交換する。

既設埋設管１を更新管２に交換する作業の際には、図８中に矢印で示したように上流側の管路１２から下水Ｗが流れて来るが、この下水Ｗが更新作業中の既設埋設管１の内部に浸入しないように既設埋設管１の上流端はパッカー１３等により封止される。到達坑４の底部に溜まった下水Ｗは、到達坑４の底部に設けられている水中ポンプ１４によって汲み上げられ、地表面Ｇから発進坑３へと延びる配管１５を介して移送される。そして、配管１５のうち下流側の管路１６の上流端を封止しているパッカー１７を貫通して延びる部分１５ａを介して下流側の管路１６内へと排水される。

また、図９に示した従来の他の既設埋設管の更新方法においては、シールド管１１の内部に設けられている掘削機１８の回転カッタ１９によって既設埋設管１を順次破砕しつつ、図示されない管路を介して給排水される泥水に乗せて土砂および破砕片を発進坑３の外部に排出する。また、掘削機１８から前方に延びている管路２０はシール機構２１を介して前方に延びており、上流側に溜まっている下水Ｗを吸引する。そして、吸引された下水Ｗは、図示されないポンプに接続されている配管２２の先端部分２２ａを介して下流側管路１６内へと排水される（下記特許文献１を参照）。
特開平７−９８０７７号公報

ところで、図８および図９に示した従来の既設埋設管更新方法においては、上流側の管路１２から流れてくる下水Ｗを下流側管路１６へと排出する必要があり、埋設管更新作業中においても下水Ｗの流れを遮断することができない。

しかしながら、既設埋設管１や更新管２に比較すると仮設した配管１５，２２は極めて細いため、降雨に伴って大量の雨水が流れて来ると排水が追いつかず、下水を含んだ雨水が到達坑４から溢出して地表面Ｇを汚濁する。さらには発進坑３内に配置されている推進機５が冠水し、その機構部分が故障することもあった。

そこで本発明の目的は、上流側から流れて来る大量の雨水等を地表面に溢出させることなくスムーズに下流側に流下させることができる既設埋設管の更新装置を提供することにある。

上記の課題を解決するための請求項１に記載した手段は、
地表面に掘設した発進坑から到達坑へと既設埋設管に沿って前進するカッタ付きのスクリュオーガにより前記既設埋設管を破砕しつつ、前記発進坑内の推進機により更新管を順次推進して前記既設埋設管を更新する装置であって、
前記既設埋設管の内部に敷設される排水管と、
前記到達坑内に流入した下水を汲み上げて前記排水管に排水する排水ポンプと、を備え、
前記スクリュオーガは、
前記更新管の内部で推進される排土用の管状ケーシングと、
前記管状ケーシングの内部において前記推進機により回転駆動される管状スクリュロッドと、
推進方向の前方側と後方側とを連通させる連通部を有しつつ前記カッタを支持する、前記管状スクリュロッドの先端に固定されて一体に回転するカッタヘッドと、
その内周縁と前記管状スクリュロッドの外周面との間に軸線方向から見たときに環状の隙間を開けつつ前記管状ケーシングの内周面に沿って前記管状スクリュロッドの周りに螺旋状に延びるとともに、前記管状スクリュロッドの外周面に突設された支持部材に支持されて前記管状スクリュロッドと一体に回転するスクリュ羽根と、を有し、
前記排水管は、その後端が前記管状スクリュロッドの前端に同軸に接続され、
かつ前記推進機は、前記管状スクリュロッドの後端に同軸に接続されて前記管状スクリュロッドを回転駆動する管状の駆動部を有しており、
前記到達坑内に流入した下水は、前記排水ポンプ、前記排水管、前記管状スクリュロッドおよび前記駆動部を介して前記発進坑側に排水可能であり、
かつ前記到達坑内に流入した大量の雨水は、前記排水管の外周面と前記既設埋設管の内周面との間の隙間、および前記管状スクリュロッドの外周面と前記スクリュ羽根の内周縁との間の隙間を介して前記発進坑側に排水可能に構成されていることを特徴とする。

また、上記の課題を解決するための請求項２に記載した手段は、請求項１に記載した既設埋設管の更新装置に対し、前記発進坑内から前記推進機を吊り上げて地上に退避させた後に、前記管状ケーシングの前記発進坑側の端部と下流側の管路とを接続する接続管をさらに備え、
前記到達坑内に流入した大量の雨水を、前記既設埋設管、前記管状スクリュロッドの外周面と前記スクリュ羽根の内周縁との間の隙間、前記管状ケーシング、および前記接続管を介して前記下流側の管路に排水可能に構成されていることを特徴とする。

また、上記の課題を解決するための請求項３に記載した手段は、請求項１に記載した装置を用いて既設埋設管を更新する方法であって、
前記推進機により前記排水管を順次推進して前記既設埋設管の内部に排水管を敷設し、 敷設した前記排水管の後端に前記管状スクリュロッドを接続するとともに前記管状スクリュロッドの後端に前記駆動部を接続し、
前記推進機を用いて前記管状スクリュロッドを回転駆動することにより前記カッタを回転させて前記既設埋設管を破砕しながら前記スクリュ羽根によって前記発進坑側に破砕片を排出し、
前記推進機を用いて前記管状ケーシングおよび前記更新管を順次推進し、
前記到達坑内に流入した下水を前記排水ポンプ、前記排水管、前記管状スクリュロッドおよび前記駆動部を介して前記発進坑側に排水するとともに、
前記到達坑内に流入した大量の雨水は、前記排水管の外周面と前記既設埋設管の内周面との間の隙間、および前記管状スクリュロッドの外周面と前記スクリュ羽根の内周縁との間の隙間を介して前記発進坑側に排水することを特徴としている。

また、請求項４に記載した手段は、請求項３に記載した既設埋設管の更新方法において、前記発進坑内から前記推進機を吊り上げて地上に退避させた後に、
前記管状ケーシングの前記発進坑側の端部と下流側の管路とを接続管を用いて接続し、
前記到達坑内に流入した大量の雨水を、前記既設埋設管、前記管状スクリュロッドの外周面と前記スクリュ羽根の内周縁との間の隙間、前記管状ケーシング、および前記接続管を介して前記下流側の管路に排水することを特徴としている。

すなわち、従来の既設埋設管の更新装置に用いられているスクリュオーガは、柱状のスクリュロッドの外周面にスクリュ羽根を螺旋状に立設したものである。これにより、スクリュ羽根の内周縁はスクリュロッドの外周面に密着していて両者の間には隙間がない。また、スクリュ羽根の外周縁は、効率的な排土のために管状ケーシングの内周面に接近するように配置されている。
したがって、このような構成の従来のスクリュオーガを介して大量の雨水を排水しようとしても、流れようとする雨水に対する抵抗が大きく、大量の雨水をスムーズに排水することができなかった。
また、スクリュロッドは柱状に延びているので、上流側から到達坑に流入した下水をスクリュロッドを介して発進坑側に排水することはできなかった

これに対して、本発明に係る既設埋設管の更新装置に用いるスクリュオーガにおいては、スクリュロッドの外周面と螺旋状に延びるスクリュ羽根の内周縁との間に隙間が開いているから、この隙間を介して大量の雨水を排水することができる。

また、スクリュロッドおよび推進機の駆動部が管状に構成されているから、到達坑内に流入した少量の下水は、到達坑内に設けた排水ポンプ、既設埋設管内に敷設した排水管路、管状のスクリュロッドおよび推進機の管状の駆動部を介して発進坑側にスムーズに排水することができる。

さらに、発進坑内から推進機を吊り上げて地上に退避させた後に、管状ケーシングの発進坑側の端部と下流側の管路とを接続管を用いて接続するから、到達坑内に流入した大量の雨水を、管状ケーシングから接続管を介して下流側の管路へとスムーズに排水することができる。

以下、図１乃至図５を参照し、本発明に係る既設埋設管の更新装置および更新方法の一実施形態について詳細に説明する。
なお、以下の説明においては、前述した従来技術と同一の部分には同一の参照符号を用いて重複した説明を省略するとともに推進方向前方を前側と言い、推進方向後方を後側と言う。

まず最初に図１乃至図３を参照し、本実施形態における既設埋設管の更新装置１００について詳細に説明する。

図１に示したように地表面Ｇに掘設した発進坑３の底部には推進機３０が配置されている。
この推進機３０は、後述する排水管５１、スクリュオーガ４０および更新管２等を発進坑３から到達坑４に向かって順次推進するともに、管状スクリュロッド４１を回転駆動する役割を果たす。
また、この推進機３０は、推進方向に延びる管状の駆動部３１を駆動モータ３２によって回転駆動するとともに、推進方向に延びる油圧ピストン３３によって推進板３４を推進方向に往復動させる構造となっている。

管状の駆動部３１は、その前端に排水管５１および管状スクリュロッド４１の後端をそれぞれ接続するためのフランジ３１ａが設けられ、かつその後端には後述する下流側の排水管６１の前端を接続するためのフランジ３１ｂが設けられている。
なお、この管状の駆動部３１の内径は、排水管５１および管状スクリュロッド４１のそれと同一に設定されている。

既設埋設管１を順次破砕しつつその周囲の土砂と共に発進坑３側に排出するスクリュオーガ４０は、推進機３０の管状駆動部３１の前端に接続されて推進方向に同軸に延びるとともに駆動モータ３２により駆動されて一体に回転する管状のスクリュロッド４１を有している。
この管状スクリュロッド４１の前端に固定されたカッタヘッド４２は、図２に示したように合計４個のディスクカッタ４３を回転自在に支持しているが、その周囲には推進方向の前側と後側とを連通させる隙間（連通部）Ｓ１が設けられている。
カッタヘッド４２は、図示されない支持手段によってシールド管４４の内部に回転自在に支持されている。
シールド管４４の内周面には、推進方向に同軸に延びる管状ケーシング４５の前端がテーパー部４５ａを介して接続されている。
また、管状スクリュロッド４１の周りで螺旋状に延びるスクリュ羽根４６は、図３に示したように、その内周縁４６ａと管状スクリュロッド４１の外周面４１ａとの間に、軸線方向から見たときに環状の隙間Ｓ２が開くように配置されている。
さらにスクリュ羽根４６は、管状スクリュロッド４１の外周面４１ａに突設された細長い支持部材４７によって支持されている。
なお、管状スクリュロッド４１およびスクリュ羽根４６は、推進機３０の油圧ピストン３３のストロークとほぼ等しい長さに寸法決めされており、推進方向に並べて互いにフランジ接続することにより発進坑３側から到達坑４に至る長さに連結することができる。

排水管５１は、推進機３０の管状駆動部３１の前端若しくはスクリュオーガ４０の管状スクリュロッド４１の前端に接続されて、管状駆動部３１および管状スクリュロッド４１と共に排水管路５０を形成する。
排水管５１は、推進機３０の油圧ピストン３３のストロークとほぼ等しい長さに寸法決めされており、推進方向に並べて互いにフランジ接続することにより発進坑３側から到達坑４に至る長さに連結することができる。
また、排水管５１には軸受５２を介して支持腕５３が取り付けられており、排水管５１を既設埋設管１の内部で同軸にかつ推進方向に移動自在に支持している。

また、推進機３０の管状駆動部３１の後端フランジ３１ｂには、排水管５１、管状スクリュロッド４１および管状駆動部３１を介して流下してくる下水を下流側管路１６に排水するための排水管６１を着脱自在に接続することができる。
この排水管６１の後端６１ａは、下流側管路１６の上流端を封止しているパッカー１７を貫通して下流側管路１６の内部に延びて、下水を下流側管路１６内に排水する。

次に図４乃至図７を参照し、上述した装置１００を用いて既設埋設管１を更新管２に更新する方法について説明する。

既設埋設管を更新する作業の第１段階においては、図４に示したように、発進坑３の底部に設けた推進機３の油圧ピストン３３を用いて排水管５１を既設埋設管１の内部に順次推進しつつ、複数の排水管５１を互いにフランジ接続して排水管路５０を完成させる。
また、上流側の管路１２の後端をパッカー１３により封止するとともに、上流側の管路１２内に溜まった下水Ｗ１を水中ポンプ１４で汲み上げつつ、排水管路５０の前端に接続した配管１５を介して排水管路５０内に排水する。
また、排水管路５０の後端は推進機３０の管状駆動部３１に接続する。
さらに、推進機３０の管状駆動部３１の後端には排水管６１を接続する。
これにより、上流側の管路１２から流れてきて溜まった下水Ｗ１は、水中ポンプ１４により汲み上げるとともに排水管路５０、管状駆動部３１および排水管６１を介して下流側の管路１６に排水（Ｗ２）することができる。

既設埋設管を更新する作業の第２段階においては、発進坑３の底部に設けた推進機３０の推進板３４を一杯に後退させた後、スクリュオーガ４０および更新管２を発進坑３内に吊り込み、図５に示したように、管状スクリュロッド４１の前端を排水管路５０の後端に接続するとともに、管状スクリュロッド４１の後端を管状駆動部３１の前端に接続する。 次いで、駆動モータ３２を作動させて管状スクリュロッド４１を回転させつつ、油圧ピストン３３を伸張させてスクリュオーガ４０および更新管２を推進する。
これにより、既設埋設管１の後端を管状スクリュロッド４１と一体に回転するディスクカッタ４３によって破砕しつつ、周囲の土砂とともにスクリュ羽根４６によって管状ケーシング４５内を発進坑３内へと搬送して除去することができる。
スクリュオーガ４０および更新管２の推進に伴って排水管路５０の前端が到達坑４内に突出すると、排水管路５０の前端から一つの排水管５１を取り外すとともに、水中ポンプ１４から延びる配管１５の先端を排水管路５０の先端に付け替える。
これにより、既設埋設管１の破砕および更新管２の推進を行いながら、上流側の管路１２から流下してくる下水Ｗ１を下流側の管路１６へと排水（Ｗ２）することができる。

既設埋設管を更新する作業の第３段階においては、図６に示したように、管状スクリュロッド４１とスクリュ羽根４６、管状ケーシング４５、更新管２を順次接続して推進するとともに、排水管路５０の前端の排水管５１を一つずつ取り外す作業、および水中ポンプ１４から延びる配管１５の先端を排水管路５０の先端に付け替える作業を繰り返し、既設埋設管１を更新管２に更新する作業を完了させる。

ところで、天気予報によって大量の雨水の発生が予想されるときには、図７に示したように、発進坑３の内部から推進機３０を吊り上げて地表Ｇに退避させた後、接続管７０を発進坑３内に吊り込み、接続管７０の外管７１を管状ケーシング４５の後端に接続するとともに、接続管７０の内管７２をスライドさせて下流側の管路１６内に接続する。

このとき、図２に示したようにカッタヘッド４２には推進方向の前側と後側とを連通させる隙間Ｓ１が設けられており、かつ図３に示したようにスクリュ羽根４６の内周縁４６ａと管状スクリュロッド４１の外周面４１ａとの間に軸線方向から見たときに環状の隙間Ｓ２が開いているから、スクリュオーガ４０の管状ケーシング４５を介して大量の雨水を排水することができる。

したがって、上流側の管路１２から到達坑４内に流入した大量の雨水は、既設埋設管１、スクリュオーガ４０の管状ケーシング４５および接続管７０を介して下流側の管路内へとスムーズに流下させることができる。

なお、上述の説明においては図示左側の管路１２を上流側とし、かつ図示右側の管路１６を下流側としたが、上流と下流の関係が反対の管路についても本発明の装置および方法を適用できることは言うまでもない。

本発明に係る既設埋設管の更新装置の一実施形態を示す縦断面図。 図１中に示したＩＩ−ＩＩ破断線に沿った横断面図。 図１中に示したＩＩＩ−ＩＩＩ破断線に沿った横断面図。 排水管路を介して下水を排水する状態を示す側面断面図。 既設埋設管の更新作業を開始した状態を示す側面断面図。 既設埋設管の更新作業が進んだ状態を示す側面断面図。 大量の雨水が発生したときの排水状態を示す側面断面図。 従来の既設埋設管の更新装置を示す側面断面図。 従来の既設埋設管の更新装置を示す側面断面図。

１ 既設埋設管
２ 更新管
３ 発進坑
４ 到達坑
１２ 上流側の管路
１３ パッカー
１４ 水中ポンプ
１５ 配管
１６ 下流側の管路
１７ パッカー
３０ 推進機
３１ 管状駆動部
３２ 駆動モータ
３３ 油圧ピストン
３４ 推進板
４０ スクリュオーガ
４１ スクリュロッド
４２ カッタヘッド
４３ ディスクカッタ
４４ シールド管
４５ 管状ケーシング
４６ スクリュ羽根
４７ 支持部材
５０ 排水管路
５１ 排水管
５２ 軸受
５３ 支持腕
６１ 排水管
７０ 接続管
７１ 外管
７２ 内管
１００ 本発明に係る既設埋設管の更新装置

Claims (4)

1. 地表面に掘設した発進坑から到達坑へと既設埋設管に沿って前進するカッタ付きのスクリュオーガにより前記既設埋設管を破砕しつつ、前記発進坑内の推進機により更新管を順次推進して前記既設埋設管を更新する装置であって、
   前記既設埋設管の内部に敷設される排水管と、
   前記到達坑内に流入した下水を汲み上げて前記排水管に排水する排水ポンプと、を備え、
   前記スクリュオーガは、
   前記更新管の内部で推進される排土用の管状ケーシングと、
   前記管状ケーシングの内部において前記推進機により回転駆動される管状スクリュロッドと、
   推進方向の前方側と後方側とを連通させる連通部を有しつつ前記カッタを支持する、前記管状スクリュロッドの先端に固定されて一体に回転するカッタヘッドと、
   その内周縁と前記管状スクリュロッドの外周面との間に軸線方向から見たときに環状の隙間を開けつつ前記管状ケーシングの内周面に沿って前記管状スクリュロッドの周りに螺旋状に延びるとともに、前記管状スクリュロッドの外周面に突設された支持部材に支持されて前記管状スクリュロッドと一体に回転するスクリュ羽根と、を有し、
   前記排水管は、その後端が前記管状スクリュロッドの前端に同軸に接続され、
   かつ前記推進機は、前記管状スクリュロッドの後端に同軸に接続されて前記管状スクリュロッドを回転駆動する管状の駆動部を有しており、
   前記到達坑内に流入した下水は、前記排水ポンプ、前記排水管、前記管状スクリュロッドおよび前記駆動部を介して前記発進坑側に排水可能であり、
   かつ前記到達坑内に流入した大量の雨水は、前記排水管の外周面と前記既設埋設管の内周面との間の隙間、および前記管状スクリュロッドの外周面と前記スクリュ羽根の内周縁との間の隙間を介して前記発進坑側に排水可能に構成されていることを特徴とする既設埋設管の更新装置。
2. 前記発進坑内から前記推進機を吊り上げて地上に退避させた後に、前記管状ケーシングの前記発進坑側の端部と下流側の管路とを接続する接続管をさらに備え、
   前記到達坑内に流入した大量の雨水を、前記既設埋設管、前記管状スクリュロッドの外周面と前記スクリュ羽根の内周縁との間の隙間、前記管状ケーシング、および前記接続管を介して前記下流側の管路に排水可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載した既設埋設管の更新装置。
3. 請求項１に記載した装置を用いて既設埋設管を更新する方法であって、
   前記推進機により前記排水管を順次推進して前記既設埋設管の内部に排水管を敷設し、 敷設した前記排水管の後端に前記管状スクリュロッドを接続するとともに前記管状スクリュロッドの後端に前記駆動部を接続し、
   前記推進機を用いて前記管状スクリュロッドを回転駆動することにより前記カッタを回転させて前記既設埋設管を破砕しながら前記スクリュ羽根によって前記発進坑側に破砕片を排出し、
   前記推進機を用いて前記管状ケーシングおよび前記更新管を順次推進し、
   前記到達坑内に流入した下水を前記排水ポンプ、前記排水管、前記管状スクリュロッドおよび前記駆動部を介して前記発進坑側に排水するとともに、
   前記到達坑内に流入した大量の雨水は、前記排水管の外周面と前記既設埋設管の内周面との間の隙間、および前記管状スクリュロッドの外周面と前記スクリュ羽根の内周縁との間の隙間を介して前記発進坑側に排水することを特徴とする既設埋設管の更新方法。
4. 前記発進坑内から前記推進機を吊り上げて地上に退避させた後に、
   前記管状ケーシングの前記発進坑側の端部と下流側の管路とを接続管を用いて接続し、
   前記到達坑内に流入した大量の雨水を、前記既設埋設管、前記管状スクリュロッドの外周面と前記スクリュ羽根の内周縁との間の隙間、前記管状ケーシング、および前記接続管を介して前記下流側の管路に排水することを特徴とする請求項３に記載した既設埋設管の更新方法。

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