JP5547047B2 - 既設管の回収工法およびその装置 - Google Patents

Description

本発明は、下水管などの既設管を非開削の回転推進方式により破砕することなく回収する回収工法およびその装置に関する。

一般に、下水道の本管は道路にそって地中に埋設されている。設置してから年数が経過した下水管は、経年変化や地震により変形やひび割れが発生することが多い。また、道路を通行する車両の荷重を不断に受けるため、管が下がったり破損したりすることがある。このため、耐用年数を超えた下水管は新しい下水管に更新する必要がある。

従来、老朽化した下水管を更新する工法には、地上から道路を開削して古い下水管を掘り出してから、新しい下水管を設置して埋め戻す開削工法が採用されていた。この種の開削工法では、交通量の多い道路での工事が困難になるため、近年では、非開削方式により下水管を更新する工法が開発されており、大きく分けると、拡大破砕方式と、回転切削方式がある。

このうち、拡大破砕方式には、例えば、特許文献１に開示されている工法がある。この拡大破砕工法は、破砕機の先端部を既設管の中に入れ、既設管を強制的に拡径することによって破砕し、拡径された既設管の中に更新管を圧入していく工法である。

他方、回転切削方式による工法には、例えば、特許文献２に開示されている工法がある。この回転切削工法は、既設管を掘削機のカッターで削り取りながら新しい更新管を推進していく工法である。

特開２００７−１４６９６３号公報 特開２００１−３２３７７８号公報

このような従来の既設管の更新工事では、既設管の破砕片が産業廃棄物として処理されずに地中に残ってしまうという問題がある。とりわけ、拡大破砕方式では、既設管がすべて地中に残置されてしまうことになる。

他方、回転切削方式では、破砕片を地上まで排出させるので、産業廃棄物の問題は少ないが、既設管同士を接続する部分には鋼製のカラー部があることが多く、この鋼製カラー部の切削が困難で、カッターの破損や切削片の詰まりが発生して、途中で推進不能になることがあった。

そこで、本発明の目的は、前記従来技術の有する問題点を解消し、既設の老朽化した既設管を全部回収することができる上に、途中でのカッターの破損や切削片の詰まりが発生することなく、効率よく回収工事を進めることができるようにした既設管の回収工法およびその装置を提供することにある。

前記の目的を達成するために、本発明による回収工法は、地中に埋設されている下水道の既設管を非開削工法により回収するための回収工法であって、前記既設管よりも大きな内径を有するケーシングの先端に先導管部を連結し、発進立坑に設置した推進機により、前記先導管部のみを回転させながら該既設管の１本分を覆うように前記ケーシングを１本分推進するケーシング推進工程と、推進した前記ケーシング内を走行する回収台車を該ケーシング内に設置するとともに、前記発進立坑に発進側ウィンチを設置し、前記先導管部の内側にある既設管を前記回収台車に把持させた状態で、前記回収台車を前記発信立坑側から前記発進側ウィンチにより強引し、先導管部内にある単位長さの既設管を残りの既設管から分離するとともに前記回収台車で発進立坑まで搬出する既設管回収工程と、からなり、前記ケーシング推進工程と、既設管回収工程を交互に繰り返しながら到達立坑に到達するまでケーシングを推進しながら既設管すべてを回収することを特徴とするものである。

また、本発明は、地中に埋設されている下水道の既設管を回収する工事を非開削工法で実施するための回収装置であって、前記既設管よりも大きな内径を有する単位管を継ぎ足しながら推進されるケーシングと、前記ケーシングの先端に回転可能に連結され、土砂を掘削するカッターと土砂を排土する内巻羽根を有する先導管部と、前記先導管部に回転トルクを伝達する回転伝達部が取りつけられ、前記ケーシング内で回転可能に支持されたロッド軸と、前記ロッド軸を回転駆動する回転装置と、前記ケーシンクを推進させる推力を発生する推進シリンダを有する推進装置と、前記ケーシング内を走行し、既設管を把持しながら既設管を発進立坑側に搬送する回収台車と、前記発進立坑に設置され、前記先導管部の内側にある既設管を前記回収台車に把持させた状態で、前記回収台車を前記発進立坑側から強引する前記発進側ウィンチと、到達立坑に設置される到達側ウィンチと、からなることを特徴とするものである。

本発明の一実施形態による既設管の回収装置の示す断面図である。 同既設管の回収装置が備える回転伝達部のピストンロッドが伸びた状態を示す側面図である。 同既設管の回収装置が備える回転伝達部のピストンロッドが後退した状態を示す側面図である。 回転伝達部のピストンロッドを案内するガイドを示す平面図である。 既設管を回収するのに使用する回収台車を示す平面図である。 同回収台車の側面図である。 同回収台車の動作を示す説明図。 既設管を回収台車で回収する作業を示す断面図である。 既設管を新しく更新した状態の説明図である。

以下、本発明による既設管の回収工法およびその装置の一実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態による既設管の回収工法を実施する装置の構成を示す断面図である。この図１において、参照番号１０は、地中に埋設されている既設管である下水道管を示す。この既設管１０が耐用年数を超えたので回収することになる。参照番号１２は発進立坑であり、参照番号１３は到達立坑である。ここでは到達立坑１３には、既設のマンホールを利用している。参照番号１４は、発進立抗１２に設置されている推進装置を示す。この推進装置１４は、下水管などの推進工法に用いられる従来の推進装置を基本にして、既設管１０を破砕せずにすべて回収する様々な手段を付加した推進装置である。

この実施形態では、推進装置１４は、ベース１５、回転装置１６、ケーシング取付板１７、推進シリンダ１９、背板２８などの各部から構成されている。ケーシング取付板１７には、推進させていくケーシング１８の末端部が固定されている。推力を発生する推進シリンダ１９は、ケーシング取付板１７の左右両側にそれぞれ固定されている。推進シリンダ１９のピストンロッド１９ａは、背板２８に連結されており、ケーシング１８を押し出したときの反力を背板２８で受けるようになっている。

回転装置１６には、ロッド軸２０の単位となるロッド２１が一本ずつ継ぎ足されながら接続される。ロッド軸２０の先頭では、ロッド軸２０を回転自在に支持する支持アーム２２、２３が上下に延びるようになっており、これら支持アーム２２、２３でロッド軸２０を支承する軸受２２ａ、２３ａを支えている。

ケーシング１８は、一本の長さが、例えば、1メートル程度の単位ケーシング１本分が推進する毎に継ぎ足される。ケーシング１８は、既設管１０の外径よりも大きな内径を有している。ケーシング１８の先端には、既設管１０の外側の土砂を掘削しながら排土していくために、先導管としての先端回転部２４が回転自在に接続されている。この先端回転部２４の先端には、カッタチップ２５が円周方向に複数取り付けられている。また、先端回転部２４の内周面には、内巻羽根２７が螺旋状の延びるようになっている。この内巻羽根２７は土砂を後方に排出させるためのスクリューの替わりをするものである。このような先導管としての先端回転部２４の長さは、既設管１０一本分の長さに対応しており、ケーシング１８の１本分を推進すると、先端回転部２４の中に１本分の既設管１０が入るようになっている。

先端回転部２４にロッド軸２０の回転を伝えるのが回転伝達部３０である。この実施形態では、回転伝達部３０の本体には、２つ一組のシリンダ３１ａ、３１ｂが１８０度対称に組み込まれており、それぞれピストンロッド３２ａ、３２ｂが反対方向に伸縮するようになっている。このピストンロッド３２ａ、３２ｂの伸縮によって、先端回転部２４と回転伝達部３０との連結着脱が可能となっている。

ここで、図２は、回転伝達部３０のピストンロッド３２ａ、３２ｂが伸びた状態を示し、図３は、回転伝達部３０のピストンロッド３２ａ、３２ｂが後退した状態を示す。
先端回転部２４の末端には、短円筒形の継手部材３４が固定されており、この継手部材３４には、ピストンロッド３２ａ、３２ｂの先端が着脱自在に嵌合する穴３５ａ、３５ｂが１８０°対称な位置に形成されている。また、ピストンロッド３２ａの先端近くには、高圧の水を土砂に向けて噴射するジェットノズル３６が取り付けられている。

なお、図４に示すように、継手部材３４では、ピストンロッド３２ａ、３２ｂの先端が穴３５ａ、３５ｂにうまく嵌まるように案内するガイド３７ａ、３７ｂが周方向に形成されている。

図１に示すように、地上には、水を圧送する水用ポンプユニット３８と、圧油を回転伝達部３０に供給する油圧ポンプユニット４０が設置されている。この場合、水用ポンプユニット３８、油圧ポンプユニット４０からそれぞれ延びるチューブは、回転装置１６に設けているスイベル４２に接続されている。スイベル４２は、二重スイベルになっていて、そのうち1つのスイベルは圧力水をジェットノズル３６に送るためのスイベルであり、もう1つのスイベルは、回転伝達部３０を作動させる圧油を供給する油圧ライン用である。

次に、図１において、参照番号５０は、既設管１０を回収するために、ケーシングを移動する回収台車を示している。ここで、図５は、回収台車５０の平面図、図６は回収台車５０の側面を示す図、図７は、回収台車５０の動作を示す図である。

この回収台車５０は、移動するための台車５１と、回収すべき既設管１０を掴むことができる一対の押えアーム５２とを備えている。台車５１には、前後左右に車輪５３が設けられている。台車５１の両側からは一対のアーム支持部５４が立ち上がっている。押えアーム５２は、アーム支持部５４において軸５５を介して揺動自在に支持されている。押えアーム５２が固定されているボス部材５６からは、押えアーム５２と例えば９０°角度をなしてレバー部材５７が下方に延びている。このレバー部材５７の先端部には、台車５１を移動させるとともに、押えアーム５２を開閉させるためにソケットを介してワイヤー５８が連結されている。図１に示すように、このワイヤー５８の一端は発進立抗１２に設置されている発進側ウィンチ５９に巻き付けられており、ワイヤー５８の他端は到達立坑１３に設置されている到達側ウィンチ６０に巻き付けられている。台車５１の前部からは、押えアーム５２と協働して既設管１０を把持する管支持部６２が前方に突き出ている。押えアーム５２の先端および管支持部６２には、既設管１０を食い込む歯６３、６４がそれぞれ形成されている。

図１において、発進側ウィンチ５９からワイヤー５８を繰り出しつつ、到達側ウィンチ６０によりワイヤー５８を巻き取っていくと、回収台車５０は押えアーム５２が開いたまま前進することができる。これとは逆に、発進側ウィンチ５９でワイヤー５８を巻き取ると、押えアーム５２が図７に示すように回動して、既設管１０の端を管支持部６２とともに把持することができる。そして、発進側ウィンチ５９でさらにワイヤー５８を巻き取ることで、既設管１０を把持したまま回収台車５０を発進抗１２まで搬出し、既設管１０を回収することができるようになっている。

本実施形態による既設管の回収装置は、以上のように構成されるものであり、次に、この既設管の回収装置を用いて実施する既設管の回収工法について、工程を順に追いながら説明する。

図１において、発進立坑１２に設置している推進装置１４は、次のようにして既設管１０の外側を先端回転部２４で掘削しながら既設管１０を覆うようにケーシング１８を推進していく。
ロッド軸２０の回転を先端回転部２４に伝える回転伝達部３０では、ピストンロッド３２ａ，３２ｂが伸長した状態になっており、ロッド軸２０の回転は回転伝達部３０を介して先端回転部２４に伝達される。先端回転部２４は回転しながら推力が与えられて推進していくが、このときジェットノズル３６からは、既設管１０と先端回転部２４の間に取り込まれた土砂に向けて高圧の水が噴出されるので、硬く固まった土砂も水のジェット流によって粉砕されて流動し易くなるため、内巻バネ２７による排土が容易になり、詰まりが生じることなく掘削効率を高めることができる。

また、従来の切削方式とは異なり、既設管１０そのものは切削せずに、既設管１０の外側を排土するだけであるため、先端回転部２４のカッター２５が既設管１１を接続する継手である鋼製カラーなどで破損するようなこともなく、円滑に掘削を進めることができる。しかも、ケーシング１８は回転させずに、その前方にある先端回転部２４を回転させる構成を採用しているので、回転装置１６の駆動トルクが小さくても済み装置の小型化省力化を図ることができる。

こうして、ケーシング１８を１本分推進したら、先端回転部２４の回転を一旦停止して、既設管１０を回収するため推進を中断する。このとき、回収する1本分の既設管１０は先端回転部２４の中に入っている。

推進機１４で回転装置１６が停止すると、図３に示すように、回転伝達部３０においてピストンロッド３２ａ、３２ｂが後退して、回転伝達部３０と先端回転部２４との連結が外れる。そして、このピストンロッド３２ａ、３２ｂの後退によって、ケーシング１８の内面との間に既設管１０が通過できる空間ができることになる。

そこで、発進立抗１２から回収台車５０をケーシング１６内部に入れ、発進側ウィンチ５９からワイヤー５８を繰り出しつつ到達側ウィンチ６０でワイヤー５８を巻き取りながら回収台車５０を既設管１０に向かって前進させる。図７において、回収台車５０が回転伝達部３０の手前まで進み、既設管１０の末端を把持可能な位置まで前進したところで、発進側ウィンチ５９と到達側ウィンチ６０を一端停止する。今度は逆に、発進側ウィンチ５９でワイヤー５８を引っ張ると、ワイヤー５８は回収台車５０の押えアーム５４と一体のレバー部材５７に連結されているので、押えアーム５４は回動して管支持部６２とで既設管１０を把持する。さらに、発進側ウィンチ６０でワイヤー５８を引っ張り既設管１０を強引すると、やがてジョイントの部分から一本分の既設管１０が抜けるに至る。このとき、到達側ウィンチ６０ではワイヤー５８を引く方向にテンションをかけておくことで、既設管１０が抜けたときの反動で到達立坑１３に飛び出すのを防止しながら安全に抜くことができる。しかる後、図８に示すように、到達側ウィンチ６０でワイヤー５８を繰り出しながら発進側ウィンチ５９でワイヤー５８を巻き取っていくことで、回収台車５０で把持したまま一本分の既設管１０を発進立坑１２に回収することができる。このとき、回転伝達部３０では、ピストンロッド３２ａ、３２ｂが引っ込んでいるので、既設管１０を運び出すのに回転伝達部３０が障害となることはない。
以下、同様にして、１本分のケーシング１８を推進する毎に、既設管１０を１本分回収することを繰り返すことで、最終的にケーシング１８を到達立坑１３まで推進し、同時に全ての既設管１０を回収することができる。このように、既設管１０をすべて回収するため、産業廃棄物として地中に残置されることによる環境問題を回避できる。

既設管１０の回収が完了したら、先端回転部２４は、到達立坑１３で解体して回収する。ロッド軸２０については、単位となるロッド２１を推進機１４で後退させ発進立坑１２で１本ずつ外して回収し、その後推進機１４を発進立坑１２から搬出する。

こうして、既設管１０の回収が終了したら、次に、図９においてケーシング１８の中に、新しい下水管７０を挿入する。この下水管７０は、塩化ビニル製の下水管が好適である。このとき、下水管７０の外周部には、適当な間隔をおいて円弧形状のスペーサ７２を予め取り付けておく。下水管７０を一本ずつケーシング１８の中に入れながら継ぎ足していき、マンホール７４から到達立坑１３として使われたマンホールまで管路を延ばしていく。このような下水管７０の延伸作業は、ケーシング１８に下水管７０を入れるだけであり、また、下水管７０は軽く取り扱いの容易な塩ビ管であるために、簡易に効率よく進めることができる。またスペーサ７２を取り付けてあるので、下水管７０をケーシング１８と同軸に延伸させることができる。

次に、ケーシング１８と下水管７０の間の空間に充填材を注入する。充填材は、地表に設置しているポンプユニットから充填材をパイプを通して送り注入する。その後、発進立坑１２を埋め戻して改築工事が完了する。

１０…既設管、１２…発進立坑、１３…到達立坑、１４…推進装置、１６…回転装置、１８…ケーシング、１９…推進シリンダ、２０…ロッド軸、２４…先端回転部、２７…内巻羽根、３０…回転伝達部、３２ａ、３２ｂ…ピストンロッド、３６…ジェットノズル、５０…回収台車、５８…ワイヤー、５９…発進側ウィンチ、６０…到達側ウィンチ、７０…下水管

Claims (6)

1. 地中に埋設されている下水道の既設管を非開削工法により回収するための回収工法であって、
   前記既設管よりも大きな内径を有するケーシングの先端に先導管部を連結し、発進立坑に設置した推進機により、前記先導管部のみを回転させながら該既設管の１本分を覆うように前記ケーシングを１本分推進するケーシング推進工程と、
   推進した前記ケーシング内を走行する回収台車を該ケーシング内に設置するとともに、前記発進立坑に発進側ウィンチを設置し、前記先導管部の内側にある既設管を前記回収台車に把持させた状態で、前記回収台車を前記発信立坑側から前記発進側ウィンチにより強引し、先導管部内にある単位長さの既設管を残りの既設管から分離するとともに前記回収台車で発進立坑まで搬出する既設管回収工程と、からなり、
   前記ケーシング推進工程と、既設管回収工程を交互に繰り返しながら到達立坑に到達するまでケーシングを推進しながら既設管すべてを回収することを特徴とする既設管の回収工法。
2. 前記ケーシング推進工程では、先端にカッターを有する前記先導管部をケーシングの先頭に回転可能に取り付け、前記推進機からロッド軸を介して前記先導管部に回転を伝達して前記ケーシングを推進することを特徴とする請求項１に記載の既設管の回収工法。
3. 前記ケーシング推進工程では、高圧のジェット水流を土砂に噴射しながら土砂を排土することを特徴とする請求項１に記載の既設管の回収工法。
4. 地中に埋設されている下水道の既設管を回収する工事を非開削工法で実施するための回収装置であって、
   前記既設管よりも大きな内径を有する単位管を継ぎ足しながら推進されるケーシングと、
   前記ケーシングの先端に回転可能に連結され、土砂を掘削するカッターと土砂を排土する内巻羽根を有する先導管部と、
   前記先導管部に回転トルクを伝達する回転伝達部が取りつけられ、前記ケーシング内で回転可能に支持されたロッド軸と、
   前記ロッド軸を回転駆動する回転装置と、前記ケーシンクを推進させる推力を発生する推進シリンダを有する推進装置と、
   前記ケーシング内を走行し、既設管を把持しながら既設管を発進立坑側に搬送する回収台車と、
   前記発進立坑に設置され、前記先導管部の内側にある既設管を前記回収台車に把持させた状態で、前記回収台車を前記発進立坑側から強引する前記発進側ウィンチと、
   到達立坑に設置される到達側ウィンチと、
   からなることを特徴とする既設管の回収装置。
5. 前記回転伝達部は、前記先端部に着脱可能に連結される複数のピストンロッドを有するシリンダを備え、前記ピストンロッドに先端部には、高圧のジェット水流を土砂に向けて噴出するジェットノズルを取り付けたことを特徴とする請求項４に記載の既設管の回収装置。
6. 前記回収台車は、前記ケーシング内を走行する台車と、前記台車に固定された管支持部と、前記台車に回動自在に支持され先端で前記支持部と協働して既設管を把持する押えアームと、を備え、前記発進側ウィンチと到達側ウィンチの双方に巻き掛けられたワイヤーを前記押えアームと一体のレバーに連結したことを特徴とする請求項４に記載の既設管の回収装置。

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