特開 2023-102143 配管切替え方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023102143

(43)【公開日】2023-07-24

(54)【発明の名称】配管切替え方法

(51)【国際特許分類】

   F16L 1/028 20060101AFI20230714BHJP

   E21D 9/06 20060101ALI20230714BHJP

   E21D 11/10 20060101ALI20230714BHJP

【ＦＩ】

F16L1/028 M

E21D9/06 301Z

E21D11/10 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022002541

(22)【出願日】2022-01-11

(71)【出願人】

【識別番号】000000549

【氏名又は名称】株式会社大林組

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】230118913

【弁護士】

【氏名又は名称】杉村 光嗣

(74)【代理人】

【識別番号】100154003

【弁理士】

【氏名又は名称】片岡 憲一郎

(72)【発明者】

【氏名】河野 いづみ

(72)【発明者】

【氏名】渡辺 和哉

【テーマコード（参考）】

2D054

2D155

【Ｆターム（参考）】

2D054AA06

2D054AC01

2D054BA03

2D054EA07

2D155BA01

2D155BB01

2D155DA00

2D155EB10

2D155KA00

2D155KC01

2D155KC06

(57)【要約】

【課題】道路を通行止めにすることなく既存の配管を新たな配管に切替え可能な配管切替え方法を提供することである。
【解決手段】地中に埋設された既存の配管１ａを新たな配管１ｃに切り替える配管切替え方法であって、センサ１５を備えた掘削機１０により、既存の配管１ａの位置をセンサ１５で検知しながら地中を掘削して既存の配管１ａの横に横坑２０を形成する工程と、横坑２０の内部に新たな配管１ｃを設置する工程と、既存の配管１ａを管路３から切り離し、新たな配管１ｃを管路３に接続する工程と、を有することを特徴とする配管切替え方法。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

地中に埋設された既存の配管を新たな配管に切り替える配管切替え方法であって、
センサを備えた掘削機により、前記既存の配管の位置を前記センサで検知しながら地中を掘削して前記既存の配管の横に横坑を形成する工程と、
前記横坑の内部に前記新たな配管を設置する工程と、
前記既存の配管を管路から切り離し、前記新たな配管を前記管路に接続する工程と、を有することを特徴とする配管切替え方法。

【請求項2】

前記掘削機として、平らな側面を備えて掘削方向に垂直な断面がＤ字形状となる外形を有し、複数の接触型の前記センサが前記側面に上下方向に並べて設けられた構成のものを用いる、請求項１に記載の配管切替え方法。

【請求項3】

前記掘削機に、３Ｄプリント式のシールド打設機を設け、
前記シールド打設機により、前記横坑の内周面にシールドを形成しながら掘削を進める、請求項１または２に記載の配管切替え方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、地中に設けられた既存の配管を新たな配管に切り替える配管切替え方法に関する。

【背景技術】

【0002】

地中には、例えば水道管、ガス管、重油等の燃料を輸送するパイプライン、光ファイバー等の通信線を収納する管などの種々の配管が埋設されている。

【0003】

従来、老朽化した既存の配管の新たな配管への切り替えは、道路を開削する開削工事により、老朽化した配管を新たな配管に取り替えることにより行っていた（例えば特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平９－１３２９１７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、開削工事は、道路の大部分を通行止めにして行う必要があるので、工事中は道路を使用することができなくなる、という問題点があった。

【0006】

本発明は、このような問題点を解決することを課題とするものであり、その目的は、道路を通行止めにすることなく既存の配管を新たな配管に切替え可能な配管切替え方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の配管切替え方法は、地中に埋設された既存の配管を新たな配管に切り替える配管切替え方法であって、センサを備えた掘削機により、前記既存の配管の位置を前記センサで検知しながら地中を掘削して前記既存の配管の横に横坑を形成する工程と、前記横坑の内部に前記新たな配管を設置する工程と、前記既存の配管を管路から切り離し、前記新たな配管を前記管路に接続する工程と、を有することを特徴とする。

【0008】

本発明の配管切替え方法は、上記構成において、前記掘削機として、平らな側面を備えて掘削方向に垂直な断面がＤ字形状となる外形を有し、複数の接触型の前記センサが前記側面に上下方向に並べて設けられた構成のものを用いるのが好ましい。

【0009】

本発明の配管切替え方法は、上記構成において、前記掘削機に、３Ｄプリント式のシールド打設機を設け、前記シールド打設機により、前記横坑の内周面にシールドを形成しながら掘削を進めるのが好ましい。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、道路を通行止めにすることなく既存の配管を新たな配管に切替え可能な配管切替え方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】地中に埋設された既存の配管を示す図である。

【図2】立坑に掘削機を配置した状態を示す図である。

【図3】掘削機により地中を掘削して横坑を形成している状態を示す図である。

【図4】図３に示すＡ－Ａ線に沿う断面図である。

【図5】本発明の一実施形態の配管切替え方法に用いられる掘削機の側面図である。

【図6】図５に示す掘削機の正面図である。

【図7】図５に示す掘削機の背面図である。

【図8】（ａ）は横坑の内周面にシールドを形成している状態を示す図であり、（ｂ）はジャッキにより掘削機を前進させている状態を示す図である。

【図9】横坑の形成が完了した状態を示す図である。

【図10】横坑に新たな配管を設置した状態を示す図である。

【図11】横坑に設置した新たな配管を管路に接続した状態を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、図面を参照しつつ本発明の一実施形態を詳細に例示説明する。

【0013】

本発明の一実施形態に係る配管切替え方法は、地中に埋設された既存の配管が老朽化した場合に、当該既存の配管を新たな配管に切り替えるものである。本実施形態では、地中に埋設されている既存の水道管を新たな水道管に切り替える場合を示す。

【0014】

図１に示すように、水道管１は、道路２の下方の地中に埋設された複数の配管１ａが接続部１ｂにより互いに接続された構成を有しており、地中を水平方向に向けて延びて全体として水が流れる管路３を構成している。

【0015】

本実施形態に係る配管切替え方法では、まず、図２に示すように、切替えの対象となる既存の配管１ａの接続部１ｂに接続される両端部分に隣接するとともに道路２に開口する立坑４を形成し、一方の立坑４の内部に、切替えの対象となる既存の配管１ａの一端に隣接させて掘削機１０を配置する。

【0016】

なお、立坑４を設けず、掘削機１０が、地上から斜めに掘削を行って既存の配管１ａの一端に隣接する位置にまで移動するようにしてもよい。

【0017】

次に、図３、図４に示すように、掘削機１０により地中を掘削して、切替えの対象となる既存の配管１ａの横に横坑２０を形成する。

【0018】

ここで、本実施形態の配管切替え方法に用いられる掘削機１０は、所謂シールド掘削機である。掘削機１０は、地上に設けられた運転室から遠隔操作されて無人で動作する無人機となっており、横坑２０の内部に坑夫が入ることなく横坑２０を形成することができる。

【0019】

図５、図６及び図７に示すように、掘削機１０は、筒状のケース体１１を備えている。ケース体１１は、新たに設置する配管の１．５～２倍の直径を有するのが好ましい。例えば、水道管１の直径が２ｍ程度の場合には、ケース体１１の直径は３～４ｍ程度とされる。

【0020】

ケース体１１の外形は、円筒状であるのが好ましいが、本実施形態では、ケース体１１は、その一方の側方のみに鉛直方向に平行な平らな側面１１ａを備えており、掘削方向に垂直な断面がＤ字形状となる外形を有している。

【0021】

詳細は図示しないが、掘削機１０には、掘削機１０に電力を供給する高圧ケーブル、掘削機１０に水等を供給する配管類、制御用のケーブル等が接続されている。掘削機１０は、新たに設置する配管の１．５～２倍の直径の小型のものであるので、配管類として鋼管ではなくホースを用いることができる。これにより、横坑２０の内部での配管類の延長作業を不要として、全ての作業を横坑２０の外部から遠隔で行うことができる。掘削機１０は、掘削した土砂を横坑２０の外部に搬送するベルトコンベアー等の搬送装置を備えた構成とすることもできる。

【0022】

掘削機１０は、ケース体１１の前面に掘削用のカッター１２を備えている。掘削機１０は、カッター１２により地中の土砂等を掘削しながら前進することで地中に横坑２０を形成することができる。本実施形態では、カッター１２は、ケース体１１の前面にケース体１１の外周に沿って並べて配置されるとともに周方向に回転する複数の刃１２ａ（図５、図６においては便宜上、１つの刃にのみ符号を付してある。）を備えた構成となっているが、地中を掘削可能なものであれば、例えば刃１２ａが垂直方向に回転するものなど、種々の構成のものであってよい。

【0023】

掘削機１０は、ケース体１１の後面に、３Ｄプリント式のシールド打設機１３を備えた構成とすることができる。シールド打設機１３は、ケース体１１の軸線を中心として回転するとともに径方向外側を向く先端から３Ｄプリント用のマテリアルを吐出するノズル１３ａを備えている。シールド打設機１３は、回転するノズル１３ａの先端から横坑２０の内周面に向けて３Ｄプリント用のマテリアルを吐出することで、横坑２０の内周面に当該内周面に沿った円筒状のシールド３０を形成することができる。シールド打設機１３に用いる３Ｄプリント用のマテリアルとしては、例えば３Ｄプリント用の特殊セメント等の、モルタル材料系のマテリアルを用いることができる。

【0024】

掘削機１０は、ケース体１１の後方にセントルを搭載し、セントルによりシールド３０の成形を補助する構成としてもよい。

【0025】

掘削機１０は、ケース体１１の後面に、さらにジャッキ１４を備えている。本実施形態では、ケース体１１の後面の上半部と下半部とに、それぞれセグメント形状の押圧板１４ａを備えた３つのジャッキ１４が周方向に並べて設けられている。それぞれのジャッキ１４はケース体１１に対して前後方向に進退移動自在となっている。掘削機１０は、横坑２０の内周面に形成されたシールド３０の前端にジャッキ１４を押し付けたときに生じる反力により前進することができる。

【0026】

図８（ａ）に示すように、掘削機１０が前進した後、ジャッキ１４を元の位置にまでケース体１１の側に引き込み、シールド打設機１３のノズル１３ａを回転させながらシールド３０の前端に重ねて３Ｄプリント用のマテリアル１３ｂを吐出することで、シールド３０の前端を延ばすようにシールド３０に新たな前端部分を形成することができる。シールド３０の新たな前端部分が硬化した後、図８（ｂ）に示すように、ジャッキ１４の押圧板１４ａをシールド３０の前端に押し付けることで、その反力により掘削機１０を前進させることができる。この動作を繰り返し行うことで、掘削機１０は、地中を掘削して横坑２０を形成しつつ、掘削が進むのに合わせて横坑２０の内周面にシールド３０を順次形成することができる。

【0027】

図５、図６及び図７に示すように、掘削機１０は、既存の配管１ａの位置を検知可能なセンサ１５を備えている。本実施形態では、ケース体１１の側面１１ａにセンサ１５が設けられている。より具体的には、ケース体１１の側面１１ａの前方側の端部付近と後方側の端部付近とに、それぞれ近接スイッチなどの接触型となる３つの接触型センサ１５ａが上下方向に間隔を空けて並べて設けられている。

【0028】

図４に示すように、掘削機１０は、上下方向の真ん中の接触型センサ１５ａを既存の配管１ａに接触させて配管１ａの位置を接触型センサ１５ａで検知しながら地中を掘削する。すなわち、掘削機１０は、接触型センサ１５ａにより検知される既存の配管１ａの位置を基準として進路を決定し、当該進路に沿って地中の既存の配管１ａの横を掘削して既存の配管１ａの横に横坑２０を形成するように構成されている。

【0029】

掘削機１０が既存の配管１ａに対して下方に位置ずれを生じた場合には、上側の接触型センサ１５ａが配管１ａに接触することで当該位置ずれが認識されて掘削機１０の進路が上方に修正される。反対に、掘削機１０が既存の配管１ａに対して上方に位置ずれを生じた場合には、下側の接触型センサ１５ａが配管１ａに接触することで当該位置ずれが認識されて掘削機１０の進路が下方に修正される。

【0030】

掘削機１０の進路の修正は、複数のジャッキ１４の作動量を個別に調整することで行われる。

【0031】

本実施形態のように、掘削機１０の前方側の端部付近と後方側の端部付近とに、それぞれ３つの接触型センサ１５ａを設けた構成とした場合には、掘削機１０の前方側部分と後方側部分とにおいて既存の配管１ａの位置を検知することができる。これにより、掘削機１０を既存の配管１ａに平行な姿勢に保つように制御することが可能となる。

【0032】

掘削機１０は、センサ１５として、接触型センサ１５ａに加えて、レーダー、磁気センサ、音響センサ等の非接触型センサ１５ｂを備えた構成とすることもできる。本実施形態では、ケース体１１の側面１１ａには、前方側の真ん中の接触型センサ１５ａの後方及び後方側の真ん中の接触型センサ１５ａの前方に隣接する２つの非接触型センサ１５ｂが設けられている。

【0033】

掘削機１０を、接触型センサ１５ａに加えて非接触型センサ１５ｂを備えた構成とすることで、掘削機１０の進路が側方にずれて接触型センサ１５ａが既存の配管１ａから側方に離間した場合であっても、非接触型センサ１５ｂにより既存の配管１ａの位置を検知し、当該検知情報に基づいて掘削機１０の進路を既存の配管１ａに沿う方向に向けて修正することができる。

【0034】

図９に示すように、掘削機１０が他方の立坑４にまで達すると、一方の立坑４から他方の立坑４にまで達するとともに内周面がシールド３０で覆われた横坑２０が完成する。

【0035】

このように、本実施形態の配管切替え方法では、掘削機１０としてセンサ１５を備えたものを用い、既存の配管１ａの位置をセンサ１５で検知しながら地中を掘削して既存の配管１ａの横に横坑２０を形成するようにしているので、掘削機１０の進行方向の管理に高い技術ないし複雑な制御を用いることなく、既存の配管１ａの横に正確に横坑２０を形成することができる。

【0036】

また、本実施形態の配管切替え方法では、掘削機１０として、平らな側面１１ａを備えて掘削方向に垂直な断面がＤ字形状となる外形を有し、複数の接触型センサ１５ａが側面１１ａに上下方向に並べて設けられた構成のものを用いるようにしたので、掘削機１０が既存の配管１ａに対して上下方向に位置ずれを生じても、当該位置ずれを複数の接触型センサ１５ａにより検知することを可能として、掘削機１０の進行方向の管理をより容易に行い得るようにすることができる。

【0037】

さらに、本実施形態の配管切替え方法では、掘削機１０に、３Ｄプリント式のシールド打設機１３を設け、シールド打設機１３により、横坑２０の内周面にシールド３０を形成しながら掘削を進めるようにしたので、横坑２０に対応した形状のセグメントを用意し、これをエレクターで組み立てる作業を不要として、より容易かつ安価にシールド３０を備えた横坑２０を形成することができる。

【0038】

既存の配管１ａの横に横坑２０が形成されると、次に、図１０に示すように、横坑２０の内部に新たな配管１ｃを設置する。新たな配管１ｃは、例えば、立坑４を通して横坑２０に挿入可能な程度の長さのパイプを複数本接続して構成することができる。

【0039】

図１０に示すように、既存の配管１ａの横に形成された横坑２０に新たな配管１ｃを設置したならば、次に、図１１に示すように、既存の配管１ａと接続部１ｂとの接続を解除して既存の配管１ａを管路３から切り離し、新たな配管１ｃを接続部１ｂに接続することで管路３に接続する。これにより、水道管１の管路３を構成していた既存の配管１ａを、新たな配管１ｃに切り替えることができる。このとき、横坑２０の横の既存の配管１ａは撤去せず、地中に残したままである。

【0040】

以降、上記と同様の工程で、掘削機１０による掘削ないし横坑２０の形成を、水道管１を構成する次の配管１ａに対して順次行うことにより、水道管１を構成する複数本の既存の配管１ａを、順次新たな配管１ｃに切り替えることができる。

【0041】

このように、本実施形態の配管切替え方法では、掘削機１０としてセンサ１５を備えたものを用い、既存の配管１ａの位置をセンサ１５で検知しながら地中を掘削して既存の配管１ａの横に横坑２０を形成した後、横坑２０の内部に新たな配管１ｃを設置し、既存の配管１ａを管路３から切り離し、新たな配管１ｃを管路３に接続するようにしたので、道路２には立坑４のみを設ければよく、道路２を既存の配管１ａに沿って開削する従来の開削工事を行う場合のように道路２を通行止めにすることなく、既存の配管１ａを新たな配管１ｃに切り替えることができる。これにより、既存の配管１ａを新たな配管１ｃに切り替える際に、長時間に亘って道路２が通行止めにされることをなくして、社会への負担を低減することができる。

【0042】

また、本実施形態の配管切替え方法では、掘削機１０により横坑２０を形成している間は、既存の配管１ａを用いて水道管１による管路３の機能を維持し、掘削機１０により形成された横坑２０の内部に新たな配管１ｃを設置した後、既存の配管１ａを地中に残したまま管路３から切り離し、新たな配管１ｃを管路３に接続することで、新たな配管１ｃを水道管１の管路３として機能させることができるので、開削工事により、既存の配管１ａを取り除いた後、新たな配管１ｃを設置する場合に比べて、水道管１の管路３が機能しない時間を短縮することができる。これにより、既存の配管１ａを新たな配管１ｃに切り替える際に、長時間に亘って断水されることをなくして、社会への負担を低減することができる。

【0043】

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

【0044】

例えば、前記実施形態では、配管１ａ、１ｃを、水道管１を構成するものとしたが、これに限らず、例えば、ガス管、重油等の燃料を輸送するパイプライン、光ファイバー等の通信線を収納する管などの他の配管としてもよい。

【0045】

また、前記実施形態では、掘削機１０として、平らな側面１１ａを備えて掘削方向に垂直な断面がＤ字形状となる外形を有し、複数の接触型センサ１５ａが側面１１ａに上下方向に並べて設けられた構成のものを用いるようにしているが、これに限らず、少なくとも１つのセンサ１５を備えていれば、ケース体１１が側面１１ａを備えない円筒状のものなど、種々の構成の掘削機１０を用いることができる。

【0046】

さらに、前記実施形態では、掘削機１０は、３Ｄプリント式のシールド打設機１３を備えた構成とされているが、これに限らず、シールド打設機１３に替えて、外部から供給されるセグメントを組み立ててシールドを形成するエレクターを備えた構成のものとすることもできる。また、掘削機１０は、シールド打設機１３ないしエレクターを備えない構成とすることもできる。

【符号の説明】

【0047】

１ 水道管
１ａ 配管
１ｂ 接続部
１ｃ 配管
２ 道路
３ 管路
４ 立坑
１０ 掘削機
１１ ケース体
１１ａ 側面
１２ カッター
１２ａ 刃
１３ シールド打設機
１３ａ ノズル
１３ｂ マテリアル
１４ ジャッキ
１４ａ 押圧板
１５ センサ
１５ａ 接触型センサ
１５ｂ 非接触型センサ
２０ 横坑
３０ シールド

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】