JPH0932472A - 既設管路更新装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 掘削物の排出処理を必要とすることなく、既
設管路を更新することができるようにすることにある。 【解決手段】 既設管路更新装置は、筒状のシールド本
体と、該本体の軸線の周りに回転可能に前記本体に支承
されたクランク軸と、前記本体より前方の領域に前記軸
線の方向に順次配置されかつ前記クランク軸に回転可能
に支承された複数のロータであってほぼ円錐形または截
頭円錐形の外表面を互いに共同して規定し、隣り合うロ
ータが互いに異なる方向へ変位された複数のロータと、
前記クランンク軸を前記軸線の周りに回転させる駆動機
構と、前記各ロータの外周面に設けられた複数のビット
とを含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、開削工法によるこ
となく、上水道管、下水道管等の既設管路を更新する装
置および方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】下水道管等の既設管路を開削工法による
ことなく更新する装置の１つとして、掘削機を既設管路
の一端から他端に向けて移動させつつ、既設管路を掘削
機により掘削し、新設管を掘削機による掘削跡に配置す
る装置がある（特開昭６２−２２０６９３号公報）。

【０００３】しかし、この装置では、掘削機による掘削
物を新設管および発進立て坑を介して地上に排出する
等、掘削物の排出処理をしなければならないから、工事
費用が高くなる。

【０００４】

【解決しようとする課題】本発明の目的は、掘削物の排
出処理を必要とすることなく、既設管路を更新すること
ができるようにすることにある。

【０００５】

【解決手段、作用、効果】本発明の既設管路更新装置
は、筒状のシールド本体と、該本体の軸線の周りに回転
可能に前記本体に支承されたクランク軸と、前記本体よ
り前方の領域に前記軸線の方向に順次配置されかつ前記
クランク軸に回転可能に支承された複数のロータであっ
てほぼ円錐形または截頭円錐形の外表面を互いに共同し
て規定し、隣り合うロータが互いに異なる方向へ変位さ
れた複数のロータと、前記クランンク軸を前記軸線の周
りに回転させる駆動機構と、前記各ロータの外周面に設
けられた複数のビットとを含む。

【０００６】更新装置は、クランク軸が回転された状態
で元押し装置等により前進される。各ロータはクランク
軸の回転にともなって少なくとも半径方向へ往復移動
し、ビットはロータの半径方向への往復運動にともなっ
て先端のエッジ部で既設管路に傷を付ける。これによ
り、既設管路は、大小いずれかのロータと該ロータに取
り付けられたビットとにより掘削または破壊される。

【０００７】掘削または破壊により生じた掘削物または
破壊物は、少なくとも大径のロータにより周囲の地盤に
押し付けられ、周囲の地盤内に残される。大径のロータ
およびそれに取り付けられたビットによる掘削または破
壊に起因して小径のロータの周りに移動した掘削物また
は破壊物は、小径のロータにより該小径のロータの周り
に押され、更新装置の前進にともなって大径のロータに
より周囲の地盤に押し付けられる。

【０００８】本発明によれば、円錐形または截頭円錐形
の外表面を互いに共同して規定しかつ互いに異なる方向
へ変位された複数のロータと、各ロータの外周面に設け
られた複数のビットとを用いて既設管路を掘削または破
壊し、掘削または破壊により生じた掘削物または破壊物
をロータにより周囲の地盤に押し付けるようにしたか
ら、開削工法によることなくおよび地上への掘削物の排
出処理をすることなく、既設管路を更新することができ
る。

【０００９】各ビットは、楔状の一端部の尖端にあって
前記ロータの外周面と平行にシールド本体の軸線の方向
へ伸びるエッジ部を有することが好ましい。これによ
り、エッジ部により既設管路に傷を付けるが、ロータの
外周面と平行にシールド本体の軸線の方向へ伸びる長い
エッジ部となるから、円錐形のビットに比べ、エッジ部
の寿命が長くなる。

【００１０】複数の前記ビットは前記ロータの外周面の
仮想的な複数の同心円のそれぞれに設けられており、各
ビットは隣りの同心円上の隣り合う２つのビットの間に
対応する位置に配置されていることが好ましい。これに
より、既設管路に確実に傷を付けることができる。

【００１１】隣り合うロータの回転軸線がシールド本体
の軸線に関して反対の方向へ平行に偏心されていること
が好ましい。これにより、半径方向へのロータの変位量
がシールド本体の軸線方向の各部位で同じになるから、
既設管路が確実に掘削または破壊される。

【００１２】好ましい実施例においては、前記クランク
軸は、前記本体より前方の部位にあって前記軸線の方向
に順次形成されかつそれぞれ前記ロータを支承する複数
の変位部を有し、隣り合う変位部は前記軸線に関して反
対方向へ偏心されている。

【００１３】本発明の既設管路更新方法は、上記のよう
な更新装置を該更新装置の後部に続く推進管とともに前
進させつつ、前記駆動機構により前記クランク軸を回転
させて前記ロータおよび前記ビットにより既設管路を掘
削または破壊し、掘削または破壊により形成された掘削
物または破壊物を前記ロータにより周囲の地盤に押し付
けることを含む。

【００１４】内径が小径のロータの最大直径より小さい
既設管路は、少なくとも小径のロータおよび該ロータに
取り付けられたビットにより掘削または破壊され、掘削
または破壊により形成された掘削物は小径のロータによ
り該小径のロータの周りの地盤に押し付けられ、さらに
前記掘削物または破壊物は更新装置の前進にともなって
大径のロータによりさらに周囲の地盤に押し付けられ
る。

【００１５】内径が大径のロータの最大直径より小さい
既設管路は、少なくとも大径のロータおよび該ロータに
取り付けられたビットにより既設管路を掘削または破壊
され、掘削または破壊により小径のロータの周りに移動
した掘削物または破壊物は小径のロータにより該小径の
ロータの周りに押され、前記掘削物または破壊物を更新
装置の前進にともなって大径のロータにより周囲の地盤
に押し付けられる。

【００１６】小径のロータおよび大径のロータで掘削ま
たは破壊することができる大きさの既設管路は、小径の
ローラおよび大径のロータならびにそれらのロータに取
り付けられたビットにより掘削または破壊され、掘削ま
たは破壊により形成された掘削物または破壊物は小径の
ロータおよび大径のロータにより周囲の地盤に押し付け
られる。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１〜図３を参照するに、更新装
置１０は、軸線１２を有する円筒状のシールド本体１４
と、軸線１２の周りに回転可能に本体１４に支承された
クランク軸１６と、本体１４より前方の領域に軸線１２
の方向に順次配置されかつクランク軸１６に回転可能に
支承された複数のロータ１８，２０と、クランク軸１６
を軸線１２の周りに回転させる駆動機構２２とを含む。

【００１８】シールド本体１４は、第１の筒状部２４
と、第１の筒状部２４の後端部に連結された第２の筒状
部２６と、第１の筒状部２４の前端に設けられかつシー
ルド本体１４の内部を前記前方の領域から区画する壁部
２８と、第２の筒状部２６内に該第２の筒状部と同軸的
に配置されたボス部３０とを備える。第１および第２の
筒状部２４および２６は、複数のボルト３２により連結
されている。ボス部３０は、壁部２８に接続されている
とともに、複数のリブ３４により第１の筒状部２４に接
続されている。

【００１９】図示してはいないが、シールド本体１４
は、第２の筒状部２６の後端部において油圧式等の複数
の方向修正ジャッキにより、油圧装置、配管設備等が配
置された筒状体に連結される。筒状体に対するシールド
本体１４の向きは、公知のように、少なくとも１つの方
向修正ジャッキを所定の量だけ伸長または収縮させるこ
とにより、修正される。これにより、更新装置１０の前
進方向が修正される。筒状体は、シールド本体１４とほ
ぼ同じ外径寸法を有する。

【００２０】クランク軸１６は、主体部３６と、主体部
３６の一端に順次続く複数の変位部３８，４０とを有し
ており、また変位部３８，４０が壁部２８から前方ヘ突
出するように、主体部３６を壁部２８に複数の軸受４２
により支承されている。

【００２１】ロータ１８および２０は、それぞれ、変位
部３８および４０に複数の軸受４４および４６により支
承されている。ロータ１８，２０は、ほぼ截頭円錐形の
外表面を互いに共同して規定する形状に形成されてお
り、小径のロータ２０ほど前側となるようにクランク軸
１６に配置されている。ロータ１８，２０は、ほぼ円錐
形の外表面を規定する形状を有していてもよい。

【００２２】図示の例では、２つのロータ１８，２０が
設けられており、従って２つの変位部３８，４０がクラ
ンク軸１６に形成されている。このため、図示の例で
は、ロータ１８および２０はそれぞれ軸線１２に関して
逆すなわち反対の方向へ変位されており、従って変位部
３８および４０もそれぞれ軸線１２に関して逆の方向へ
変位されている。ロータ１８および２０の変位量は、同
じ値であることが好ましいが、異なる値であってもよ
い。

【００２３】しかし、３以上のロータを用いてもよい。
この場合、隣り合うロータは、軸線に関して反対の方向
へ偏心させることが好ましい。また、３以上のロータの
偏心量は、同じ値であることが好ましいが、異なる値で
あってもよい。

【００２４】図示の例では、ロータ１８および２０はそ
れぞれ軸線１２に関して反対の方向へｅ₁ およびｅ₂ だ
け平行に偏心されており、変位部３８および４０もそれ
ぞれ軸線１２に関して逆の方向へｅ₁ およびｅ₂ だけ平
行に偏心されている。それゆえに、変位部３８および４
０は互いに平行の偏心部である。ｅ₁ およびｅ₂ は、同
じ値であることが好ましいが、異なる値であってもよ
い。

【００２５】駆動機構２２は、油圧モータのような回転
源を備えており、また図示しない複数のボルトによりボ
ス部３０に取り付けられている。駆動機構２２は、その
出力軸４８においてキーによりクランク軸１６の主体部
３６に結合されている。

【００２６】軸受４２，４４，４６が配置された空間
は、潤滑油で満たされている。この潤滑油を土砂から保
護するために、メカニカルシール５０および５２がそれ
それ壁部２８とロータ１８との間および隣り合うロータ
１８，２０の間に配置されている。また、ボス部３０と
主体部３６との間の空間の後端は、シール部材５４によ
り閉鎖されている。さらに、クランク軸１６と最先端の
ロータ２０との間の空間の前端は、キャップ５６により
閉鎖されている。

【００２７】メカニカルシール５０は、壁部２８の前面
に配置されかつクランク軸１６の周りを伸びる座板５８
と、ロータ１８の後面に形成された環状の凹所に配置さ
れかつクランク軸１６の周りを伸びるリング６０と、該
リングを壁部２８の前面に押圧する複数の圧縮コイルば
ね６２とを備える。ばね６２は、ロータ１８に軸線１２
の周りに等角度間隔に形成された凹所に配置されてい
る。しかし、リング６０およびばね６２を壁部２８に配
置し、座板５８をロータ１８の後面に配置してもよい。

【００２８】メカニカルシール５２は、ロータ１８の前
面に配置されかつクランク軸１６の周りを伸びる座板６
４と、ロータ２０の後面に形成された環状の凹所に配置
されかつクランク軸１６の周りを伸びるリング６６と、
該リングをロータ２０の後面に押圧する複数の圧縮コイ
ルばね６８とを備える。ばね６８は、ロータ２０に軸線
１２の周りに等角度間隔に形成された凹所に配置されて
いる。しかし、リング６６およびばね６８をロータ１８
に配置し、座板６４をロータ２０の後面に配置してもよ
い。

【００２９】ロータ１８，２０の外表面には、それぞ
れ、複数のビット７０が設けられている。複数のビット
７０は各ロータの外周面の仮想的な複数の同心円のそれ
ぞれに設けられており、各ビット７０は隣りの同心円上
の隣り合う２つのビット７０の間に対応する位置に配置
されている。キャップ５６に複数のカッタ部７２を取り
付けてもよい。

【００３０】各ビット７０は、図４に示すように、棒状
の主体部の一端部を角度θ1 の截頭円錐形に形成し、そ
の一端部の対向する２箇所を角度θ2 のテーパー状に削
除することにより、楔状に形成されている。このため、
各ビット７０は、楔状の一端部７０ａと、該一端部の先
端にあって一方向へ伸びる細長いエッジ７０ｂとを有す
る。各ビット７０は、エッジ７０ｂが各ロータの外周面
と平行に軸線１２の方向へ伸びるように、ロータに取り
付けられている。エッジ７０ｂは、大きい曲率半径のを
有する円弧状であってもよい。各ビット７０の全体、好
ましくは一端部７０ａ、より好ましくはエッジ部７０ｂ
を含む一部がタングステンカーバイトのような超硬質の
金属で作られている。

【００３１】図示の実施例は、管推進工法に用いられる
更新装置であることから、更新装置１０は、発進立て坑
に配置された元押し装置等からの推力を更新装置１０の
後部に続く１以上の推進管を介して受けることにより、
推進管とともに前進される。しかし、更新装置１０の前
進は、最先端に配置された推進管と更新装置の後部との
間に複数のジャッキを配置し、該ジャッキにより行わせ
てもよい。推進管の外径は、シールド本体１４の外径と
ほぼ同じである。

【００３２】更新装置１０が推力を受けている間、クラ
ンク軸１６は回転機構２２により回転される。これによ
り、ロータ１８および２０は、それぞれ、クランク軸１
６の回転にともなって軸線１２の周りに旋回運動（公転
運動）をし、またこのときに外周面を地盤に当接しつつ
旋回することによりクランク軸１６の変位部３８および
４０の軸線の周りに回転運動（自転運動）をする。

【００３３】ロータ１８，２０はクランク軸１６の回転
にともなって少なくとも半径方向へ往復移動し、ビット
７０はロータの半径方向への往復運動にともなってエッ
ジ部７０ｂで既設管路に傷を付ける。これにより、既設
管路は、大小いずれかのロータ１８または２０と該ロー
タに取り付けられたビット７０ｂとにより掘削または破
壊される。

【００３４】掘削または破壊により生じた掘削物または
破壊物は、少なくとも大径のロータ１８により周囲の地
盤に押し付けられ、周囲の地盤に残される。大径のロー
タ１８およびそれに取り付けられたビット７０ｂによる
掘削または破壊に起因して小径のロータ２０の周りに移
動した掘削物または破壊物は、小径のロータ２０により
該小径のロータの周りに押され、更新装置の前進にとも
なって大径のロータ１８により周囲の地盤に押し付けら
れる。その結果、周囲の地盤は圧密される。

【００３５】内径が小径のロータ２０の最大直径より小
さい既設管路は少なくとも小径のロータ２０および該ロ
ータに取り付けられたビット７０により掘削または破壊
され、掘削または破壊により形成された掘削物または破
砕物は小径のロータ２０により周囲の地盤に押し付けら
れ、さらにその掘削物または破壊物は更新装置の前進に
ともなって大径のロータ１８によりさらに周囲の地盤に
押し付けられる。

【００３６】内径が大径のロータ１８の最大直径より小
さい既設管路は、少なくとも大径のロータ１８および該
ロータに取り付けられたビット７０により掘削または破
壊されて小径のロータ２０の周りに移動し、その掘削物
または破壊物は小径のロータ２０により該小径のロータ
の周りに押され、さらにその掘削物または破壊物は更新
装置１０の前進にともなって大径のロータ１８により周
囲の地盤に押し付けられる。

【００３７】さらに、両ロータ１８，２０により掘削ま
たは破壊される大きさを有する既設管路は、大小の両ロ
ータ１８，２０および両ロータに取り付けられたビット
７０により掘削または破壊され、掘削または破壊により
形成された掘削物または破壊物は、更新装置１０の前進
にともなって、両ロータ１８，２０により周囲の地盤に
押し付けられる。

【００３８】既設管路を両ロータ１８，２０により掘削
または破壊するとき、および掘削物または破壊物を両ロ
ータ１８，２０により周囲の地盤に押し付けるとき、シ
ールド本体１４の半径方向への反力がロータ１８，２０
に生じる。この反力がそのままシールド本体１４に伝達
されると、シールド本体１４が地盤に強く押圧されるか
ら、シールド本体１４と地盤との間に大きな摩擦力が生
じ、その結果シールド本体１４の前進に大きな推力を必
要とする。

【００３９】しかし、更新装置１０では、隣り合うロー
タ１８，２０が軸線１２に関して逆の方向へ偏心されて
いるから、ロータ１８の反力の方向とロータ２０の反力
の方向とが逆になる。これにより、ロータ１８の反力と
ロータ２０の反力とが互いに減殺し合うから、シールド
本体１４に作用する反力が小さくなり、前記反力に起因
するシールド本体１４と地盤との間の摩擦力が小さくな
り、その結果シールド本体１４の前進に必要な推力が小
さくなる。

【００４０】また、ロータに生じる反力の方向が同じで
あると、この反力はシールド本体に曲げモーメントとし
て作用する。このような曲げモーメントがシールド本体
に作用すると、更新装置の前進方向が不安定になる。特
に、装置の前進方向を方向修正ジャッキにより修正する
更新装置の場合、シールド本体に作用する曲げモーメン
トにより、更新装置の前進方向が不安定になり、方向修
正を頻繁に実行しなければならないし、方向修正作業が
煩雑になり、方向制御が不安定になる。

【００４１】しかし、更新装置１０では、ロータ１８の
反力とロータ２０の反力とが互いに減殺し合うから、シ
ールド本体１４に曲げモーメントとして作用する反力が
小さくなり、更新装置１０の前進方向が安定化する。ま
た、特に方向修正が可能な装置であるにもかかわらず、
更新装置１０の前進方向が安定化し、方向修正の回数が
減少し、方向修正作業が容易になり、方向制御が安定化
する。

【００４２】更新装置１０によれば、掘削物または破壊
物が周囲の地盤に押し付けられるから、掘削物または破
壊物を更新装置を経て地上に排出する必要がない。ま
た、エッジ部７０ｂがロータの外周面と平行に軸線１２
の方向へ伸びるようにビット７０がロータに配置されて
いるから、円錐形のビットに比べ、エッジ部の寿命が長
くなる。さらに、複数のビットがロータの外周面の仮想
的な複数の同心円のそれぞれに設けられており、各ビッ
トが隣りの同心円上の隣り合う２つのビットの間に対応
する位置に配置されているから、既設管路は確実に傷を
付けられる。

【００４３】複数の前記ビットは前記ロータの外周面の
仮想的な複数の同心円のそれぞれに設けられており、各
ビットは隣りの同心円上の隣り合う２つのビットの間に
対応する位置に配置されていることが好ましい。これに
より、既設管路に確実に傷を付けることができる。

【００４４】更新装置１０のように、隣り合うロータの
回転軸線が軸線１２に関して反対の方向へ平行に偏心さ
れていると、半径方向へのロータの変位量が軸線１２の
方向の各部位で同じになるから、既設管路が確実に掘削
または破壊される。しかし、隣り合うロータの回転軸線
ならびに隣り合う変位部の軸線を、軸線１２に対し、軸
線１２上の適宜な箇所において好ましくは最前部に位置
するロータより前方において軸線１２と交差する傾斜し
た軸線としてもよい。

【００４５】本発明により更新可能な既設管路は、たと
えば、日本工業規格のＢ型管、ヒューム管等の管特に陶
管により構築された管路であることが好ましい。しか
し、本発明は、他の管により構築された既設管路の更新
にも適用することができる。本発明は、上記実施例に限
定されない。たとえば、エッジ部７０ｂがロータの外周
面と平行に軸線１２の方向へ伸びるようにビット７０を
ロータに配置しなくてもよいし、円錐形のビットを用い
てもよく、さらに複数のビットをロータの外周面に不規
則に配置してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の更新装置の一実施例を示す断面図であ
る。

【図２】（Ａ）は図１に示す更新装置の一部の拡大断面
図であり、（Ｂ）はビットのエッジ部の方向を示す図で
ある。

【図３】（Ａ）は図１に示す更新装置の左方から見た拡
大端面図であり、（Ｂ）はビットのエッジ部の方向を示
す図である。

【図４】ビットの一実施例を示す図であって、（Ａ）は
平面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は右側面図である。

【符号の説明】

１０ 更新装置 １２ シールド本体の軸線 １４ シールド本体 １６ クランク軸 １８，２０ ロータ ２２ 駆動機構 ３６ クランク軸の主体部 ３８，４０ クランク軸の変位部（偏心部） ５０，５２ メカニカルシール ７０ ビット ７０ａ ビットの一端部 ７０ｂ ビットのエッジ部

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 筒状のシールド本体と、該本体の軸線の
   周りに回転可能に前記本体に支承されたクランク軸と、
   前記本体より前方の領域に前記軸線の方向に順次配置さ
   れかつ前記クランク軸に回転可能に支承された複数のロ
   ータであってほぼ円錐形または截頭円錐形の外表面を互
   いに共同して規定し、隣り合うロータが互いに異なる方
   向へ変位された複数のロータと、前記クランンク軸を前
   記軸線の周りに回転させる駆動機構と、各ロータの外周
   面に設けられた複数のビットとを含む、既設管路更新装
   置。
2. 【請求項２】 各ビットは、楔状の一端部の尖端にあっ
   て前記ロータの外周面と平行に前記軸線の方向へ伸びる
   エッジを有する、請求項１に記載の更新装置。
3. 【請求項３】 複数の前記ビットは前記ロータの外周面
   の仮想的な複数の同心円のそれぞれに設けられており、
   各ビットは隣りの同心円上の隣り合う２つのビットの間
   に対応する位置に配置されている、請求項１または２に
   記載の更新装置。
4. 【請求項４】 隣り合うロータの回転軸線はシールド本
   体の軸線に関して反対の方向へ平行に偏心されている、
   請求項１，２または３に記載の更新装置。
5. 【請求項５】 前記クランク軸は、前記本体より前方の
   部位にあって前記軸線の方向に順次形成されかつそれぞ
   れ前記ロータを支承する複数の変位部を有し、隣り合う
   変位部は前記軸線に関して反対方向へ変位されている、
   請求項１，２，３または４に記載の更新装置。
6. 【請求項６】 請求項１〜５のいずれか１項に記載の更
   新装置を該更新装置の後部に続く推進管とともに前進さ
   せつつ、前記駆動機構により前記クランク軸を回転させ
   て前記ロータおよび前記ビットにより既設管路を掘削ま
   たは破壊し、掘削または破壊により形成された掘削物ま
   たは破壊物を前記ロータにより周囲の地盤に押し付ける
   ことを含む、既設管路の更新方法。
7. 【請求項７】 少なくとも小径のロータおよび該ロータ
   に取り付けられたビットにより前記既設管路を掘削また
   は破壊しつつ、掘削または破壊により形成された掘削物
   を小径のロータにより該小径のロータの周りの地盤に押
   し付け、前記掘削物または破壊物を更新装置の前進にと
   もなって大径のロータによりさらに周囲の地盤に押し付
   ける、請求項６に記載の更新方法。
8. 【請求項８】 少なくとも大径のロータおよび該ロータ
   に取り付けられたビットにより前記既設管路を掘削また
   は破壊しつつ、掘削または破壊により小径のロータの周
   りに移動した掘削物または破壊物を小径のロータにより
   該小径のロータの周りに押し、前記掘削物または破壊物
   を更新装置の前進にともなって大径のロータにより周囲
   の地盤に押し付ける、請求項６に記載の更新方法。
9. 【請求項９】 小径および大径のロータならびに該ロー
   タに取り付けられたビットにより前記既設管路を掘削ま
   たは破壊するとともに、掘削または破壊により形成され
   た掘削物または破壊物を小径および大径のロータにより
   周囲の地盤に押し付ける、請求項６に記載の更新方法。