JP2001501709A - 公益ラインを除去しポリオレフィン管に取り替える方法 - Google Patents
公益ラインを除去しポリオレフィン管に取り替える方法Info
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Abstract
(57)【要約】
本発明は、公益管即ち主管を除去し、主管をポリオレフィン管に取り替える方法に関する。より詳細には、本発明の独自の装置又は方法は、複数の管ジョイントに連結され、通常はコンクリート製やタイル製である旧い管を切削、はつり、及び研削によって除去する回転ヘッドを備える。ヘッドは旧い管又は地盤を切削し、はつり、研削するローラ刃の外周縁を有する。切り屑はヘッドを内向きに通過する。ヘッドの背部には、ヘッドにより形成された穴を開いてこの穴に収容された非回転部材が設けられ、この部材がポリオレフィン管を穴に引き込むことでポリオレフィン管に取り替えられる。
Description
【発明の詳細な説明】
公益ラインを除去しポリオレフィン管に取り替える方法発明の分野
本発明は、下水道、ガス、水道等の既存の公益ラインを除去し、ポリオレフィ
ン管に取り替える独自の方法に関する。更に、本発明は、旧い公益ラインを除去
又は排除する独自のヘッドにも関する。より詳細には、本発明の独自の装置又は
システムは、一般にはコンクリート又はタイルである旧い管を切削、はつり、及
び研削によって除去する2組のローラ刃を備える回転ヘッドを含む。ヘッドは、
ポリオレフィン管を引いて旧い公益ラインに取り替える部材に取り付けられる。発明の背景
公益ラインの取り替えは、米国や世界の他の国におけるインフラストラクチャ
の更新において重要な部分を占める。この取り替えは、次第に、旧い管を除去し
て新しい管に取り替えるための溝を掘ることなく行われるようになっている。ま
た、取り替える管として、特にポリエチルン管等のポリオレフィン管を用いるこ
とが趨勢となっている。本発明は旧い管を除去してポリエチレン管に取り替える
独自の方法に関する。更に、本発明は、独自のヘッドを含む独自のシステム又は
装置にも関する。
ブリティッシュ・ガスは、ガスラインを米国特許第4,505,302号、第4,674,914
号、及び第4,693,404号に開示されるシステムに取り替えるシステムの開発にお
ける第一人者である。これらの特許の何れにおいても、装置が既存の本管に挿入
され、旋回カッター又は振動型破断装置である上記装置が本管を破壊する。
英国の水研究センターは、管敷設及び取り替え用システムを開示
する米国特許を所有している。米国特許第4,634,313号、及び第4,648,746号は共
に、既存の本管を破壊する空気作動式衝撃装置を有する装置を開示している。
米国特許第4,732,222号、及び第4,981,181号は共に、地面に敷設された旧い管
を破壊あるいは破砕する衝撃装置を開示している。
米国特許第4,723,873号は、埋設された導管即ち既存の本管を圧縮力及び衝撃
力により破壊する前に、冷却により前処理をする方法及び装置を開示している。
米国特許第4,983,071号は、空気作動式衝撃ラムを用いて既存の本管を破壊す
る別の装置を開示している。
上記特許に開示される何れの装置においても、既存の本管を破壊するのに衝撃
装置が必要とされる。しかしながら、大きな衝撃力を用いて本管を破壊するこれ
らの装置によれば、ビルディング及び地表の街路や路地等の周囲構造に損傷を与
える可能性がある。更に、本管を目の粗い地盤内で破壊する場合には、この力は
装置の設計範囲内となろうが、地盤が稠密な場合や、コンクリートが本管を包囲
する場合、あるいは、予測できない木の根等の障害物が存在する場合には、本管
の破壊がうまくゆかない可能性がある。
米国特許第4,507,019号は、既存の本管に挿入される延長・ライン取り替えマ
ンドレルと、このマンドレルに直線運動を付与する動力装置とを備える管取り替
えシステムを開示している。米国特許第4,925,344号は、米国特許第4,507,019号
のシステム用の別のマンドレルを開示している。
上記特許は、衝撃ではなく回転を用いて既存の本管を破壊するシステムを開示
している。しかしながら、かかるシステムも大きな衝撃を用いるシステムと同様
の欠点を有している。補修されたタップや本管への接続部にセメントが用いられ
る場合、あるいは、木の根や岩石が本管の外側に接している場合には、上記特許
の装置では既存の本管を破壊できない可能性があるのである。
米国特許第4,767,236号は、径方向に拡大可能な複数の管状部材即ちライナー
を備えている。管状部材即ちライナーは、隣接する既存の管の部位に係合して破
断する。この特許の装置は実際的な用途を有しない。
米国特許第4,886,396号、及び、第4,915,543号は、開始シャフトから進行する
シールドトンネル掘削機と、掘削機により掘削された空間に新たなコンクリート
管を押し込むと共に掘削機を前進させる推進装置と、既存のライン内の掘削機の
前方で移動可能なシール装置と、掘削物を地上に排出する排出装置と、下水がシ
ール装置を通って下流側の管ラインへ流れるのを許容する一時的水路装置とを含
むシスデムを開示している。
米国特許第4,930,542号は、短い管が管ラインへ間歇的に端から端まで順次押
し込まれるシステムを開示している。拡大穴あけ機又は同様のブローチ機械が、
管ラインを通して管ストリングの先端に押し込まれる。
上記特許に開示される何れのシステムにおいても、管の除去が完全にうまくゆ
くかどうかは、長さの短い管をある程度の距離にわたって押す能力に依存してい
る。しかしながら、トンネル掘削機や拡大穴あけ機を旧い主管の経路に沿って安
定に導くことはできない。上記特許は、取り替えられるべき主管の完全さによっ
てシステムの移動方向が確保されるものと仮定している。しかしながら、主管の
取り替えは、旧い主管の完全さが損なわれたために行われるのである。
米国特許第5,112,158号は、ヘッドが取り替えられるべき主管の外側を囲み、
既存のラインを切削し破断するシステムを開示している。
本発明の方法及び装置の利点は、旧い主管の除去及びポリオレフィン管への取
り替えの何れにおいても位置合わせ及び品位が安定なことである。本システムは
、既存の接続部やコンクリート製容器
と共に木の根等の障害物を破壊する。熱や摩擦を低減し、穴あけの安定性を改善
するために流体を用いてもよい。また、システムを10フィートのピットに設置
することもできる。従って、本発明は従来技術の欠点を解決するのみならず、公
知の全てのシステムに対して大きな技術的利点を有している。発明の概要
本発明は、公益管即ち主管を除去し、主管をポリオレフィン管に取り替える方
法に関する。より詳細には、本発明の独自の装置即ちシステムは、複数の管接続
部に接続され、一般にはコンクリート製又はタイル製である旧い管を切削、はつ
り、及び研削により除去する回転ヘッドを含む。ヘッドは、旧い管又は地盤を切
削し、はつり、研削し、その切り屑をヘッド内を内向きに通過させるローラ刃の
外周縁を有している。ヘッドの後方には、ヘッドにより形成された穴を開いてこ
の穴に収容された非回転部材が設けられ、この部材がポリオレフィン管を穴へ引
き込むことによりポリオレフィン管に取り替えられる。図面の簡単な説明
図1は、旧い主管を除去する本発明のシステムの側面図である。
図2は、本発明のシステムで用いられるヘッドの好ましい実施例の斜視図であ
る。
図3は、本発明のシステムを動作させるドリルユニットの構成図である。
図4は、本発明のシステムを動作させる動力ユニットの構成図である。好ましい実施例の簡単な説明
本発明の装置システムは、従来技術が有する問題を独自に解決す
るものである。本発明のシステムが作動するためには、既存のラインよりも深い
ピットが必要である。本発明の方法及び装置において、既存のラインの除去され
取り替えられる部位の両端に1つずつ、あわせて2つのピットを設けることが好
ましい。ある特別な状況下では、本発明の方法及び装置は、ラインの除去される
べき部位の一端に設けられた単一のピット、及び、他端に設けられたマンホール
と共に用いられる。
図1を参照するに、本発明のシステム10は、2つのピット(図示せず)の間
に設けられている。図1の左方のピットにおいて、システム10が組み立てられ
、ポリオレフィン管は地表からこのピットを通して本発明のシステムにより形成
された穴へ引き込まれる。
図1の右方のピットには、本発明のシステム10を作動させるための機器、即ち
、ドリルユニット及び動力ユニット(何れについても後に詳述する)が設けられ
ている。ドリルユニットは、このピットの内部に設置され、動力ユニットは、通
常は、ピットの表面近傍に保持される。
本発明の好ましい実施例において、既存の主管を除去し、この主管をポリオレ
フィン管に取り替える作業を開始するため、ピットは、主管の除去すべき部位の
両端に掘削される。ほとんどの場合、マンホールは約400フィート間隔で配置
され、取り替えられるべき部位は通常は400フィートから800フィートであ
ってマンホールの間隔よりも大きい。本発明の好ましい実施例によれば、システ
ム10を一度設置することで、400フィートから800フィート又はそれ以上
の部位を容易に除去し取り替えることができる。一方のピットは上記部位の一端
に掘削され、他方のピットは他端に掘削される。一方のピット(右側のピット)
では、ドリルユニットは除去されるべき既存の公益ラインの中心に整列するよう
設置され、管ジョイントのストリングがドリルユニットから既存のラインを通っ
て他方のピット(左側のピット)へ押される。本発明のヘッド12
は、左側のピットで組み立てられ、既存のラインと整列した状態で動作を開始す
る。本発明のヘッド12は管ジョイントのドリルストリングにより回転され、左
側のピットから右側のピットへ移動される。
本発明のシステム10の好ましい実施例において、ヘッド12は、管ジョイン
ト14のドリルストリングに接続される。好ましいヘッド12は、第1の組のロ
ーラ刃16を有している。ローラ刃16は溶接等によりシャフト即ち管ジョイン
ト14に接近するように固定され、既存のライン4の内径と係合してライン4の
内周面に切り込む。ヘッド12が回転する際、ローラ刃16は既存のライン4の
内径により保持又は安定化される。バンド18はシャフト即ちジョイント14を
取り囲み、第2の組のローラ刃20を担持している。ローラ刃20は、既存のラ
インを切削、はつり、及び研削により破砕し、その切り屑はヘッド12を通過す
る。図1に示す如く、ローラ刃16は、ローラ刃20とは異なる面内に設けられ
ている。従って、ローラ刃16は、ライン4に係合して除去する際にヘッド12
の安定化を助けるローラ刃20よりも先にライン4に係合する。
本発明の一実施例において、バレル製造(Varel Manufacturing)の8.75
インチの三角錐刃が3分割され、それぞれ単一のコーンを含むローラ刃16とし
てヘッド12のシャフト14に溶接されている。刃20はバレル製造の13.5
インチのホールオープナー(Hole Opener)である。
ヘッド12に用いられるローラ刃のサイズ、刃面の設計、位置、及び、個数は
図示するものに限定されず、種々の要因に応じて変化する。下水や排水に用いら
れる最も一般的なラインはセメント製又はタイル製である。しかしながら、公益
設備がガスの場合は、ラインは鋳鉄製である。特定のローラ刃は(構成材料や設
計のために)特定の状況下で用いられる。サイズ及び設計の何れにおいても岩石
又は金属の切削に適したローラ刃は、ドリル採鉱分野において見出
される。特定のヘッドの設計における要因の一つは、ローラ刃の少なくとも一組
が既存のライン4の全面に係合しなければならないことである。図1からわかる
ように、ローラ刃20は、ローラ刃16により切除されないライン4の残存部に
係合するだけではなく、ライン4よりも大きな外径を有するベル部6にも係合し
て切除する。ヘッド12の特定の構成は、既存の公益ラインの特定の径及び取り
替え用のポリオレフィン管の所望の径によって、図2に示す構成とは異なること
になる。例えば、径が大きく、1フィートを越える場合は、ヘッドに2組のロー
ラ刃が設けられる。特定のヘッドの設計における他の要因は、除去されるべき既
存のライン4の径及びそのラインに置き換わるポリオレフィン管の所望の径であ
る。例えば、図1に示すヘッド12は、ある径のライン4を除去し、このライン
をより大きな径の管に取り替える(例えば、8インチのコンクリート管を10イ
ンチのポリエチレン管に取り替え、あるいは、4インチ又は6インチのタイル管
を8インチのポリエチレン管に取り替える)。図1に示す好ましいヘッドは、例
えば木の根やライン4を収容するコンクリート等の旧い既存のライン4を囲むあ
らゆる障害物の切削、はつり、及び研削を行うことができる。更に、このヘッド
はコンクリート製マンホールを切削することもできる。
好ましいシステム10において、スタビライザ24がヘッド12の前方でドリ
ルストリング14に固定されている。スタビライザ24は、ライン4の内径に比
して僅かに小さな外径を有するフィン26を有している。スタビライザ24は、
ヘッド12が回転しつつライン4に係合しながら引っ張られる際に、ヘッド12
の安定性を維持するのに貢献する。ヘッド12の後方には、スイベル30が設け
られている。スイベル30の目的は、ポリオレフィン管引張りアタッチメント部
材40の回転を防止することである。引張り部材40の構成の詳細は、参考のた
め引用した米国特許番号第08/327,556号(発明の名称「プラスティック管用引張
りアタッチメント及びス
リップライニングヘッド」)に記載されている。引張りアタッチメント40は、
好ましくはポリエチレン管であるポリオレフィン管をヘッド12により形成され
た穴へ引き込む。
次に、図3を参照するに、ピット48には、既存のライン4と整列したドリル
ユニット50が設置されている。ドリルユニット50は、遠心モータ52及びト
ランスミッション54を備えている。ギヤボックス56は発生された動力をチャ
ック58の回転に変換する。チャック58は、ドリル管14のジョイントに接続
され、ストリング14全体を回転させる。ドリル管14のジョイントが既存のラ
イン4に挿入される際、新たなジョイントがストリングの図3に示す位置に付加
される。チャック58及びストリング14はラック62に取り付けられたピニオ
ン60により左向きに移動される。チャック58がベース51の左端即ち前部に
接近すると、チャック58に取り付けられたジョイントは分解され、チャック5
8及びモータ52を担持するキャリッジは図示する位置に戻される。ドリル管の
別のジョイントが付加され、動作が繰り返される。公益ライン4の除去は、反転
動作を伴う。図示する位置において、チャック58及びドリルストリング14の
回転は停止され、管のジョイントが取り外されて地表に運ばれる。次に、キャリ
ッジがベース51の左端に移動され、ドリル管14の次のジョイントに取り付け
られる。その後、キャリッジは、チャック58及びドリル管14を回転させなが
ら右方へ移動する。その際、ドリル管14はヘッド12を回転させる。かかる回
転及び軸方向運動によりヘッド12は既存のライン4を更に切削し、はつり、研
削する。液圧ライン64及び66がモータ52に接続され、ドリル管14の回転
及び軸方向運動の動力を供給する。図示する如く、キャリッジはラックアンドピ
ニオン構造に取り付けられている。ただし、チャック58を軸方向に移動させる
のに一組のピストン又はスクリューを用いてもよい。
図4は、本発明のシステム10に用いられる動力ユニット70の
構成を示す。ディーゼルモータや遠心ポンプ等の動力供給源74はタンク76か
ら液圧流体を供給する。スプール80はドリルユニット50のモータ52のライ
ン64及び66への接続に必要な液圧ライン82を担持している。ドリルユニッ
ト50は最大回転数150rpmにおいて4,000ft#のトルクと20,0
00#のプルバックを必要とする。本発明のシステム10に要求される動力を供
給する路面ドリルユニットが製作されている。
好ましい実施例において、動作中に流体が用いられる。水は好ましい流体であ
る。ただし、生物分解性ポリマー又はドリル加工液を用いてもよい。タンク78
からの流体はライン68からチャックへ供給され、ヘッド12が既存のライン4
を通過して引かれる間、ドリル管14に充満する。流体は、シャフト即ちヘッド
12のジョイント14の開口90の全体に存在している。流体はローラ刃16及
び20の周囲に蓄積する熱を低減する。更に、流体は、摩擦を低減すると共に、
ライン4の破片を固め、ポリオレフィン管がヘッド12により形成された穴を引
かれる際の穴の安定性を向上させる。
上述した如く、本発明のシステムは既存の公益主管を除去する。主管を破壊す
るのに衝撃を用い、あるいは、主管を破壊するのにマンドレルを用いる等の従来
のシステムは、旧い既存の主管の最低部を除去することができない。従って、新
たな管は必ず最低部の上に設置されることになる。これに対して、本発明は、旧
い既存の管の低部を既に破壊された側部や頂部と共に切断、はつり、及び研削に
より除去する。既存の旧いラインをガイドとして用いる従来の技術によれば、既
存の旧いラインの上部が完全でない場合には、システムは地表に向けて持ち上が
ろうとするし、完全さが回復した場合には、システムは既存のラインに再度入る
ことができない。また、システムが既存のラインを囲む場合には、システムはよ
り深く掘削しようとするため、完全さが回復した場合に既存のラインを再び囲む
ことができない。これに対して、本発明のシステムのヘッドは、既
存のラインの表面に何が存在しようと回転する一組のローラ刃と、最低部に設置
され、2つ目の組のローラ刃が既存のラインの残部切削、はつり、及び研削によ
り除去するのを補助するスタビライを用いる。
【手続補正書】特許法第184条の8第1項
【提出日】平成9年5月12日(1997.5.12)
【補正内容】
請求の範囲
1. 既存の公益主管を除去し、該主管をポリオレフィン管に取り替える方法で
あって:
前記主管の部位の両端を露出させ;
管ジョイントのドリルストリングをドリルユニットに取り付け、前記ドリルス
トリングを前記主管の露出した部位の一端から他端へ前記主管の内部に延ばし;
前記ドリルユニットから前記ドリルストリングへ直線引張り運動及び回転運動
を付与し;
前記ドリルストリングに取り付けられたヘッドにより支持された第1及び第2
の組のローラ刃を前記主管の内部で回転させ、前記ローラ刃が前記主管に係合し
、切り込み、切削して切り屑にする際、前記ローラ刃の少なくとも一方の組を前
記主管の全面に係合させ、前記切り屑を、開けられた穴から移動する前記ヘッド
に通過させ;
前記切り屑を前記穴に収集する;各段階からなる方法。
2. それぞれ前記主管の前記部位の一端に配置された入口ピット及び出口ピッ
トを掘削し;
前記ドリルユニットを前記出口ピットの内部に設置して前記主管の中心と整列
させる;各段階を更に含む請求項1記載の方法。
3. 前記ヘッドが回転する際、その安定性を維持する段階を更に含む請求項1
記載の方法。
4. 前記ローラ刃に流体を供給する段階を更に含む請求項1記載の方法。
5. 前記ポリオレフィン管を前記穴へ引き込むのに非回転管引張り部材を用い
る段階を更に含む請求項1記載の方法。
6. 既存の公益主管を除去し、該主管をポリオレフィン管に取り替える装置で
あって:
管ジョイントのドリルストリングと;
前記ドリルストリングに連結されたヘッドと;
前記ヘッドに取り付けられた複数のローラ刃と;
前記ヘッドに取り付けられたスイベルと;
前記スイベルに取り付けられた管引張りアタッチメント部材と;
前記管引張りアタッチメント部材に取り付けられたポリオレフィン管と;
前記ドリルストリングを回転させると共に、前記ドリルストリング、前記ヘッ
ド、前記スイベル、前記管引張りアタッチメント部材、及び前記ポリオレフィン
管に直線引張り運動を付与する手段とを備える装置。
7. 前記主管の内径よりも僅かに小さな外径を有すると共に、前記主管内の前
記ヘッドより前方に配置され、前記ドリルストリングに取り付けられたスタビラ
イザを更に備えた請求項6記載の装置。
8. 前記ローラ刃は2組のローラ刃よりなり、各組は異なる面で回転する請求
項6又は7記載の装置。
9. 前記ドリルストリングを通して前記ヘッドに流体を供給する手段を更に備
えた請求項6記載の装置。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE,
DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,IT,L
U,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF
,CG,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE,
SN,TD,TG),AP(KE,LS,MW,SD,S
Z,UG),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD
,RU,TJ,TM),AL,AM,AT,AU,AZ
,BB,BG,BR,BY,CA,CH,CN,CZ,
DE,DK,EE,ES,FI,GB,GE,HU,I
S,JP,KE,KG,KP,KR,KZ,LK,LR
,LS,LT,LU,LV,MD,MG,MK,MN,
MW,MX,NO,NZ,PL,PT,RO,RU,S
D,SE,SG,SI,SK,TJ,TM,TR,TT
,UA,UG,UZ,VN
(72)発明者 レバー,クリーヴ シー
アメリカ合衆国,テキサス州 77503,パ
サデナ,ベルトウェイ・8・イースト
1516番,スイート 1501
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1. 既存の公益主管を除去し、該主管をポリオレフィン管に取り替える方法で あって: 既存の公益主管の面に係合する複数のローラ刃を回転させ、前記主管を切削し 、はつり、研削して、その切り屑を前記ローラ刃を支持するヘッドに内向きに通 過させ; 前記ローラ刃を支持する前記ヘッドに前記主管の軸に沿った直線運動を付与し ; 前記ローラ刃を支持する前記ヘッドの後方に、前記回転ローラ刃により形成さ れた穴に収容され、ポリオレフィン管が接続された非回転アタッチメント部材を 引張る;各段階よりなる方法。 2. 前記公益主管の除去され取り替えられるべき部位の端部を露出させるピッ トを掘削する段階を更に備えた請求項1記載の方法。 3. ドリルユニットを前記ピットの内部に設置し; ドリル管のストリングを前記ドリルユニットから除去されるべき前記主管を通 して第2のピットへ延ばし; スタビライザと、前記ローラ刃を担持する前記ヘッドと、スイベルと、前記ポ リオレフィン管が接続された前記部材とを取り付ける;各段階を備えた請求項2 記載の方法。 4. 回転の間、前記ドリル管に流体を供給する段階を更に備えた請求項3記載 の方法。 5. 既存の公益主管を除去し、該主管をポリオレフィン管に取り替える装置で あって: ヘッドに取り付けられた複数のローラ刃と; 前記ポリオレフィン管を取り付けるアタッチメント部材と; 前記ヘッドと前記アタッチメント部材との間に取り付けられたスイベルと; 前記ヘッドを回転させると共に、前記ヘッド、前記スイベル、及び前記アタッ チメント部材に軸方向運動を付与する手段とを備える装置。 6. 前記ヘッドに連結され、前記主管の直径よりも僅かに小さな外径を有する スタビライザを更に備えた請求項5記載の装置。 7. 前記ローラ刃は2組のローラ刃よりなり、各組は異なる平面内で回転する 請求項5記載の装置。 8. 既存の公益主管を除去し、該主管をポリオレフィン管に取り替える装置で あって: ドリル管のストリングに連結され、除去される前記主管の直径よりも僅かに小 さな外径を有するスタビライザと; 前記スタビライザに連結されたヘッドに取り付けられた複数のローラ刃と; 前記ポリオレフィン管を取り付けるアタッチメント部材と; 前記ヘッドと前記アタッチメント部材との間に取り付けられたスイベルと; 前記ドリル管を回転させると共に、前記ヘッド、前記スイベル、及び前記アタ ッチメント部材に軸方向運動を付与する手段とを備える装置。 9. 前記ドリル管に回を付与する手段を更に備えた請求項8記載の装置。 10. 回転の間、前記ドリル管に流体を供給する手段を更に備えた請求項9記 載の装置。
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