JP2005016082A - 既設管路補修用の環状切削装置および既設管路の補修方法 - Google Patents

Abstract

【課題】既設管路補修用の環状切削装置において、既設管の破砕片を効率的に確実に回収することができ、既設管の補修を能率的に行えるようにする。
【解決手段】既設管路を推進される装置本体２２の前部に周状に配置され、周方向に回転して既設管１０を切削する回転切削部３０と、回転切削部３０の前方で装置本体２２に配置され、全体が円筒状をなし、回転切削部３０で切削された既設管の破砕片を回収する回収口４３を有する筒状回収部４０と、筒状回収部４０の内部で中心側から径方向に延びて配置され、周方向に回転して破砕片を移送する複数本の翼片と、筒状回収部４０の前方で装置本体２２に配置され、筒状回収部４０の前面に連通し、破砕片を排出する排出管７４とを備える。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、既設管路補修用の環状切削装置および既設管路の補修方法に関し、詳しくは、下水道などの既設管路を補修する際に、既設管路を推進させて既設管を切削除去する環状切削装置と、このような環状切削装置を用いて既設管路を補修する方法とを対象にしている。
【０００２】
【従来の技術】
過去に施工された下水道の管材料が老化したり損傷したりしたときには、管路の補修が必要になる。このような既設管路の補修技術として、既設管路に既設管を切削除去する環状切削装置を持ち込み、環状切削装置を既設管路内に推進させながら既設管を切削除去し、既設管が切削除去されたあとには、環状切削装置の後端に連結された補修管を敷設していく技術が知られている。
特許文献１には、既設コンクリート管を破砕するカッタヘッドとして、切削刃が歯車状をなすローラカッタを、トンネル掘進機に備えておく技術が示されている。ローラカッタは、コンクリートを破砕するだけでなく、コンクリートに含まれる鉄筋の切断にも有効であるとされている。
【０００３】
本件特許出願人が先に特許出願した特許文献２には、環状切削装置である補修装置に、ロータリビットや固定ビットなどの切削刃を備え周方向に回転する回転切削盤を備えておく技術が示されている。回転切削盤の周辺にホースで水を供給し、回転切削盤の下端付近に開口する排水ホースで、水とともに切削粉や切削片を回収している。補修装置の前方に延びる延長軸に、チェーンなどの牽引手段を連結し、地上からチェーンなどを引っ張って、補修装置を前進させる。回転切削盤が既設管を破砕する際に受ける反力を、補修装置の後方に連結された補修管の内部に延ばした反力受け軸などで受け止めて、補修装置のほうが回転してしまわないようにしている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−８８９７４号公報
【０００５】
【特許文献２】
特開２００２−３５７０８３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の環状切削装置では、既設管の破砕片を確実かつ迅速に排出したり回収したりするのが難しい。
例えば、特許文献１には、ローラカッタで破砕されたコンクリート片や鉄筋を、どのような手段で回収したり排出したりするのかは示されていない。
特許文献２の技術では、排水ホースの狭い開口に、破砕片を確実に集めるのが難しい。排水ホースの狭い開口が、大きな破砕片や長い鉄筋片などで塞がれると、それ以上は破砕片を吸い込み難くなることがある。
【０００７】
本発明の課題は、前記したような従来の環状切削装置における問題点を解消して、既設管の破砕片を効率的に確実に回収することができ、環状切削装置による既設管の補修を能率的に行えるようにすることである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる既設管路補修用の環状切削装置は、既設管路を推進させて既設管路を構成する既設管を切削除去する既設管路補修用の環状切削装置であって、前記既設管路を推進される装置本体と、前記装置本体の前部に周状に配置され、周方向に回転して前記既設管を切削する回転切削部と、前記回転切削部の前方で前記装置本体に配置され、全体が円筒状をなし、回転切削部で切削された既設管の破砕片を回収する回収口を有する筒状回収部と、前記筒状回収部の内部で中心側から径方向に延びて配置され、周方向に回転して前記破砕片を移送する複数本の翼片と、前記筒状回収部の前方で前記装置本体に連結され、前記筒状回収部の前面に開口し、前記破砕片を排出する排出管とを備える。
【０００９】
〔既設管路〕
既設管路には、上下水道、ガス配管、電力配管、通信線配管など、地中あるいは土木建築構造物の内部に埋めこまれて設置される各種管路が含まれる。
既設管路は、直線だけでなく、曲線の場合や、曲線と直線とが組み合わされている場合もある。
既設管路を構成する既設管の材質や形状は、特に限定されない。既設管の断面形状は、基本的には円形であるが、円形以外にも、楕円形や角形なども含まれる。既設管の材質は、下水道などで一般的な鉄筋コンクリート管あるいはヒューム管のほか、陶管や合成樹脂管、ＦＲＰ管なども含まれる。複数の材料層からなる積層管もある。比較的に小口径の下水道には、塩化ビニールなどからなる樹脂管が良く使用されている。既設管の材質に合わせて、環状切削装置の回転切削部に設ける切削刃の配置構造を適切に設定することが望ましい。
【００１０】
既設管の口径は、使用目的や要求性能、材質などの条件によっても異なるが、通常は、口径２５０〜８００ｍｍの範囲の既設管に適用できる。
既設管を切削除去する既設管路の両端には、人孔（マンホール）などの地上につながる立坑が存在する。この立坑から環状切削装置を搬入したり、環状切削装置に供給する切削液や電力、油圧などの供給したり、環状切削装置を牽引するチェーンを引き出したり、環状切削装置で切削された既設管の破砕片を排出したりする。通常は、既設の人孔などが利用できる。必要に応じて、地上から既設管路に到達する立坑を掘削することもできる。
【００１１】
〔環状切削装置〕
環状切削装置の基本的な構造や形状は、既知の環状切削装置と共通する技術が適用できる。
環状切削装置の基本構造は、全体が円筒状をなす。前部には環状に配置された切削刃を有する。環状切削装置を推進させる推進機構や、切削刃を回転させる駆動機構、切削刃に切削液を供給する機構、既設管の破砕片を排出する機構などを備える。
環状切削装置の後端には、既設管に置きかえる補修管が連結できるようにしておくことができる。後端に補修管を連結した環状切削装置を推進させれば、環状切削装置の推進とともに補修管の埋設ができる。
【００１２】
補修管の材質や形状構造は、前記した既設管と共通する技術が適用できる。既設管と同じ材質、同じ形状であってもよいし、既設管とは異なる材質、形状を採用することもできる。
環状切削装置には、装置本体、回転切削部、筒状回収部、排出管などを備えている。
〔装置本体〕
装置本体は、全体が概略筒状をなし、回転切削部、筒状回収部、排出管など、環状切削装置に配置される各種の構造部材や動作機構を収容したり支持したりしておく。
【００１３】
装置本体の前方には、回転切削部および筒状回収部が順次配置されるとともに、筒状回収部の前面には、排出管を連結する取付盤を配置しておくことができる。
取付盤の前面には、排出管の連結継手を設けて、排出管を着脱自在に連結することができる。切削液供給管や油圧配管、電力配線、通信制御配線などの連結継手を設けておくこともできる。
取付盤には、排出管と連通する排出孔を配置し、排出孔の端部を筒状回収部の前面に隣接させて開口しておくことができる。切削液供給管と連通する供給孔を配置し、供給孔を筒状回収部の前面に隣接する位置や回転切削部の近傍に開口しておくことができる。
【００１４】
取付盤と装置本体とは、その間に配置され回転動作を行う回転切削部や筒状回収部の翼片などを含む動作構造の回転動作を阻害しないようにして、一体連結しておくことが望ましい。そのために、環状切削装置の中心を通る固定軸で取付盤を装置本体に連結固定しておくことができる。
取付盤の外形は、既設管の内径よりも小さく設定しておく。取付盤の外周に、既設管の内面に摺動して、取付盤の前後の空間を封止遮断する封止構造を設けておくことができる。
〔回転切削部〕
装置本体の前部に周状に配置される。周方向に回転して既設管を切削する。
【００１５】
基本的には、通常の環状切削装置における回転切削部と共通する技術が適用できる。
回転切削部の外周には、既設管の端面に当接する位置に、工具鋼や工具セラミックなどで形成された切削刃あるいは切削ビットを備えている。切削ビットは、周方向に間隔をあけて複数個所に設けておくことができる。切削ビットには、先端に切削刃を有するブロック状の固定ビットや、外周面に切削刃を有する歯車状ビットがある。
回転切削部で切削された既設管は、不定形状の小さな破砕片になる。既設管が、コンクリートと鉄筋とを含むヒューム管などの場合は、コンクリートからなるブロック状の破砕片と、鉄筋が短く切断された鉄筋片とが混在して生成されることがある。本発明で、破砕片とは、このようなブロック状をなす狭義の破砕片を意味する場合と、ブロック状の破砕片と線状の鉄筋片などを含む全ての破砕物を対象にする場合とがある。特にことわりがない限り、全ての破砕物を含む。
【００１６】
＜歯車状ビット＞
歯車状ビットは、その中心軸を回転切削部の径方向に一致させて配置しておき、回転切削部の回転にともなって、歯車状ビットが中心軸周りに回転しながら既設管を切削するようにしておくことができる。歯車状ビットは、切削刃が中心軸に沿って配置された直歯状のもののほか、切削刃が中心軸に対して傾斜して配置されたはす歯状のもの、ねじれ歯状のものなども採用できる。歯車状ビットは、軸方向で口径が変わるテ−パ状のものも使用できる。
歯車状ビットの取付数は、施工条件によっても異なるが、通常は、２〜１２個の範囲に設定される。歯車状ビットの外周面に設けられる歯形状の切削刃の歯数は、歯車状ビットの口径や切削能力によっても異なるが、通常、３〜１８枚の範囲に設定される。
【００１７】
回転切削部の周方向で複数個所に配置される歯車状ビットについて、歯数が異なる歯車状ビットを組み合わせることができる。これによって、既設管の全周を均等に効率的に切削することができる。同じ歯数の歯車状ビットだけでは、何れの歯車状ビットでも切削刃が当たらず切削されない個所が生じる可能性がある。この切削されない個所では、既設管から分離されずに長く延びるヒゲ状片などが発生する。歯数の異なる歯車状ビットを組み合わせれば、上記問題は解消できる。特に、前記したヒゲ状片が発生し易い塩ビ管などの樹脂管に有効である。
歯数が異なる歯車状ビットは、互いに歯数が１枚だけ違うものの組み合わせでもよいし、歯数が複数枚違うものでもよい。素数になる歯数の組み合わせ、最小公倍数が大きな歯数の組み合わせが好ましい。複数個所の歯車状ビットのうち、１個所の歯車状ビットだけが他の歯車状ビットと歯数が異なっていてもよいし、全ての歯車状ビットが異なる歯数に設定されていてもよい。歯数の異なる歯車状ビットは、口径については同じに設定しておけばよい。
【００１８】
＜回転切削部の駆動＞
回転切削部は、装置本体に備えたモータなどで駆動される。
駆動モータとしては、例えば、油空圧モータや電磁モータが使用できる。
駆動モータの回転数を、既設管の切削に適した回転切削部の回転数に変換する変速部を、駆動モータと回転切削部の間に配置しておくことができる。変速部としては、各種機械装置に組み込まれている減速機あるいは変速装置と同様の技術が適用できる。遊星歯車機構を利用した変速部は、少ない占有スペースで大きな変速率が得られる。また、装置本体と取付盤とを中心の固定軸で連結した場合、変速部は、固定軸の外側空間に配置される必要がある。この場合にも、遊星歯車機構の採用が有利である。
【００１９】
回転切削部の回転数は、施工条件によっても異なるが、通常、３０〜５０ｒｐｍ程度に設定される。
回転切削部には、変速部からの回転駆動力を受ける回転筒体を備えておくことができる。回転筒体の外周に歯車状ビットなどの切削ビットを取り付けることができる。回転筒体の中心には取付盤の固定軸を挿通させることができる。
＜反力受＞
回転切削部で既設管を切削すると、切削抵抗によって、環状切削装置には、回転切削部の回転方向とは逆の方向の反力を受ける。
【００２０】
この反力は、環状切削装置あるいは補修管と地盤との間の摩擦力などで吸収することもできるが、反力を受けて吸収する構造を備えておくこともできる。
例えば、環状切削装置から軸方向に反力受軸を延ばし、反力受軸の端部を、管路の外側の人孔などで、回転不能に支持しておくことが有効である。反力受軸の支持を、軸方向への移動を許容するようにしておけば、環状切削装置の推進を阻害することがない。反力受軸を、補修管と同じ程度の長さで継ぎ足し可能に構成しておけば、新たな補修管を継ぎ足すたびに反力受軸も継ぎ足していけばよい。
【００２１】
〔筒状回収部〕
回転切削部の前方で装置本体に配置される。筒状回収部を構成する部材の一部は、回転切削部とともに回転し、残りの一部は装置本体あるいは取付盤に固定設置される。
筒状回収部の全体形状は円筒状をなす。筒状回収部には、円筒状をなし、取付盤を含む装置本体側に固定される外殻と、外殻の内部で周方向に回転する複数本の翼片とを備えておくことができる。
筒状回収部には、回転切削部で切削された既設管の破砕片を回収する回収口を有する。前記した外殻の外周面の一部を切り欠いておけば、回収口が構成できる。回収口は、環状切削装置の使用状態で、筒状回収部の上端になる位置に配置することができる。上端から何れかの方向に少し偏った位置に配置される場合もある。回収口は、通常、１個所設けておけばよいが、複数個所に配置することも可能である。回収口の大きさは、既設管の破砕片が容易に通過できる程度に設定される。
【００２２】
筒状回収部の前後面を、回転切削部の前面と取付盤の背面とで構成することができる。このようにすれば、取付盤の背面に開口させた排出管や切削液供給管を、筒状回収部の内部空間に連通させることが容易である。また、翼片を回転切削部に取り付けて、回転切削部とともに回転させることができる。
〔翼片〕
筒状回収部の内部で中心側から径方向に延びて配置される。翼片は、複数本を筒状回収部の周方向に間隔をあけて配置される。複数本の翼片は、筒状回収部の中央に配置された軸体の外周に取り付けておくことができる。軸体として、中心に孔を有する筒軸を採用すれば、筒軸の内部に取付盤の固定軸を挿通させることができる。
【００２３】
翼片の設置本数は、筒状回収部の寸法形状などによっても異なるが、通常、 ３〜１２本に設定できる。
翼片の形状は、破砕片の移送動作が行い易い形状が好ましい。通常は、平坦な矩形板状が採用されるが、屈曲板状であったり湾曲板状であったりすることもできる。例えば、バケット状に凹んだ翼片などが採用できる。
隣接する翼片間に実質的に閉じた空間が形成されるようにすることが望ましい。例えば、隣接する翼片と、筒状回収部の前面に配置される取付盤の背面、および、筒状回収部の背面に配置される回転切削部の前面と、筒状回収部の外殻の内面とで、正面形が扇形で前後に厚みのある、閉じた空間が構成できる。なお、閉じた空間とは、気密的および水密的に完全に密閉されている必要はなく、破砕片がはみ出したり漏れ出したりし難く、排出管による真空吸引が効率的に行われる程度に、周囲と隔離された状態であればよい。
【００２４】
複数本の翼片は、筒状回収部の内部で周方向に回転する。その結果、筒状回収部の回収口から翼片間の閉じた空間に入った既設管の破砕片は、翼片の回転方向に移送され、排出管の開口位置まで送られる。
＜傾斜翼＞
翼片として、排出管の開口と対面する側辺がその反対側の側辺よりも回転進行方向で後方に配置されるように傾斜する傾斜翼を採用できる。
傾斜翼からなる翼片で移送される既設管の破砕片には、傾斜翼の面と直交する方向に力が加わる。この力のうち、筒状回収部の軸方向と平行な成分が、破砕片を筒状回収部から排出管のほうに押しやる機能を発揮する。これによって、筒状回収部から排出管への破砕片の移行がスムーズに行われる。
【００２５】
傾斜翼の傾斜角度は、破砕片の周方向への移送と軸方向の排出管への移行との両方の機能が適切に発揮されるように設定できる。具体的には、筒状回収部の軸方向に対する傾斜翼の翼面の傾斜角度θを０〜２０°に設定できる。
傾斜翼は、全ての位置で傾斜角度が同じ平坦面状であってもよいし、筒状回収部の軸方向あるいは径方向において、傾斜角度が異なる部分が存在していてもよい。
〔排出量調整片〕
筒状回収部は、複数本の翼片間に生じる扇形空間が全て、破砕片を収容し移送する空間となる。
【００２６】
但し、破砕片の発生量や排出管の排出能力などの条件によって、全ての翼片間の空間に破砕片を収容するのは、無駄が多く、却って作業能率が低下したり、排出管による真空吸引排出が効率的に行えない場合がある。
このような場合に、筒状回収部に着脱自在に配置され、隣接する翼片間の空間を埋める排出量調整片をさらに備えることが有効である。排出量調整片は、複数の翼片間空間のうち、１個所または複数個所に配置できる。周方向に並ぶ翼片間空間に、連続して排出量調整片を配置してもよいし、飛び飛びに配置してもよい。１個所おきの翼片間空間に排出量調整片を配置できる。
【００２７】
排出量調整片の形状は、翼片間の空間形状に合わせて設定される。基本的には、正面形が扇形で、翼片の幅に相当する厚みを有していればよい。排出量調整片は、中実構造であってもよいし、中空構造であってもよい。排出調整片のうち、筒状回収部の回収口を通過する外周面を除く個所には、肉盗みのための凹部や孔を有することもできる。
排出量調整片の材料は、翼片間の空間を埋めることができれば、各種の構造材料が使用できる。例えば、鋼材などの金属、合成樹脂、セラミック材料、木質材料などがある。
【００２８】
排出量調整片を翼片間に着脱自在に取り付けるには、通常の機械装置における部品の取付手段が適用できる。例えば、ボルトによる締結、嵌合、係合、クリップ金具による締結などが挙げられる。
〔剪断刃〕
筒状回収部の回収口の端縁と翼片の先端とに、互いにすれ違う剪断刃を備えることができる。
回転する翼片が回収口を通過する際に、両者の剪断刃がすれ違い、その間に存在する破砕片を剪断して小さく破砕する。特に、鉄筋片のような線状で長い材料は、剪断刃の間に挟まれ易く、短く剪断することができる。回収口に大きな破砕片が引っ掛かって、翼片の回転が困難になる問題が起こり難い。大きく長い破砕片を排出管に吸い込み易い寸法にできる。
【００２９】
剪断刃の材料は、通常の工具鋼や工具セラミックなどが採用される。翼片の回転方向によって、回収口の一方の端縁だけに剪断刃を設けておいてもよい。
〔排出管〕
既設管の破砕片を回収して排出する機能を有する。筒状回収部の前方で装置本体に固定された状態で配置される。装置本体に固定された取付盤の前面に連結しておくことができる。
排出管は、筒状回収部の前面に連通させておく。具体的には、筒状回収部の翼片間に形成される破砕片の収容空間に隣接する位置に排出管あるいは排出管につながる空間を開口させておけばよい。取付盤に、前面における排出管の連結個所から翼片間の空間に隣接する背面に至る排出孔を貫通させておくことができる。
【００３０】
排出管は、破砕片回収装置に連結される。破砕片回収装置は、通常、地上に設置されるので、排出管は、既設管の内部から人孔などの立坑を経て地上の破砕片回収装置まで延ばして敷設する。破砕片回収装置を、人孔内に設置すれば、排出管は既設管内から人孔まで敷設するだけでよいことになる。
環状切削装置の推進にともなって、環状切削装置から破砕片回収装置までの距離が変動するので、排出管には、敷設距離の変動を吸収する構造を備えておくことが望ましい。
排出管として、可撓性のあるホース材料を使用すれば、前記した敷設距離の変動が吸収し易い。既設管の内部から人孔などを経て地上までの、屈曲や湾曲を必要とする敷設形態にも対応し易い。地上に、排出ホースを巻き取ったり引き出したりできる巻回装置を備えておくこともできる。
【００３１】
排出管の材料は、破砕片の通過によっても損傷し難い耐久性のある材料が好ましい。破砕片回収装置で発生する真空吸引力に耐える保形性を有していることが望ましい。具体的には、繊維材料を編織したり、フィルム材料を積層したり、樹脂材料をコーティングしたりして構成される耐圧ホース材料などが使用できる。
排出管の途中に、破砕片の移送を促進するポンプなどを設けておくこともできる。ポンプによる圧送を行えば、真空吸引が不要になったり、真空吸引の負荷を軽減したりすることができる。
＜破砕片回収装置＞
破砕片回収装置は、真空吸引ポンプなどで真空吸引力を発生し、真空吸引力で破砕片を、環状切削装置から排出管を経て移送し回収する。
【００３２】
破砕片回収装置には、排出管で破砕片とともに吸引される切削液などを破砕片と分離する分離装置を備えておくことができる。破砕片を貯留する破砕片タンクを備えておくこともできる。破砕片をさらに細かく破砕したり粉砕したりする機能を備えておくこともできる。破砕片のうち、コンクリートと鉄筋など材料毎に分離する装置を備えておくこともできる。
〔切削液供給管〕
回転切削部における既設管の切削除去は、乾燥状態でも可能であるが、切削液を供給することで、切削効率が向上し、切削ビットの耐久性を向上させたり、微細な切削粉が飛散するのを防いだりすることができる。また、破砕片を切削液とともに流したり移送したりすることで、破砕片の回収および排出をスムーズに行える。排出管における真空吸引による破砕片の吸い込みは、破砕片のみの場合よりも、液体である切削液とともに吸い込むほうが、効率的である。
【００３３】
切削液としては、水が使用できる。水に油類や潤滑剤などを添加しておくこともできる。通常の土木作業において利用されている各種の切削液を使用してもよい。
切削液は、切削液供給管で回転切削部に供給することができる。切削液供給管は、前記した排出管と同様の取付構造が採用できる。具体的には、取付盤の前面に切削液供給管の連結継手を配置し、取付盤を貫通する供給孔を設け、取付盤の背面に開口する供給孔から筒状回収部および回転切削部に向けて切削液を噴出させることができる。
【００３４】
回転切削部への切削液の供給は、既設管の切削位置の近傍に切削液が効率的に供給されるようにすることが好ましい。破砕片が回転切削部から筒状回収部の回収口に移動する経路で、切削液を供給することが有効である。
回転切削部へ供給された切削液の一部は、切削片の一部や掘削土と混合された状態で、回転切削部の外側から地盤と補修管との間に充填されることになって、周辺地盤の崩壊や地下水の侵入を防ぐ機能を発揮することができる。
〔既設管路の補修方法〕
基本的には、通常の環状切削装置を用いた既設管路の補修方法と共通する装置や手順、施工条件が適用できる。
【００３５】
人孔などから既設管路に搬入された環状切削装置を、既設管路に推進させて既設管路を構成する既設管を切削除去する。
環状切削装置の後端には補修管を連結し、環状切削装置とともに補修管を推進させて既設管が切削除去されたあとに補修管を敷設する。
既設管は、全体を切削除去することもできるし、径方向の一部だけを切削除去して、外周側の一部は残しておくこともできる。この場合、既設管の残された部分の内側を環状切削装置が通過し、既設管の残された部分の内側に補修管が敷設されることになる。
【００３６】
既設管の破砕片は、回転切削部から筒状回収部、排出管を経て、地上に排出し回収することができる。地上に設置された破砕片回収装置で、排出管を真空吸引すれば、筒状回収部からの破砕片の取り出し、および、排出管での移送が効率的に行われる。
特に、筒状回収部では、翼片間の閉じた空間に収容された破砕片あるいは破砕片と切削液との混合物を、排出管に吸い出すので、真空吸引力が外に漏れることなく効率的に、破砕片などの吸引に作用し、確実かつ迅速に破砕片を排出回収することができる。例えば、開放された空間で排出管の開口から真空吸引すると、回転切削部から直接に破砕片を吸い込んだり、回転掘削部と既設管や地盤との隙間から空気が入り込んで真空吸引能力が無駄になったりする。大量の破砕片が、排出管の開口に一度に吸い込まれて詰まってしまうような問題も起こる。翼片間の閉じた小さな空間だけを真空吸引すれば、上記のような問題は起こり難い。
【００３７】
【発明の実施の形態】
図１に示す実施形態は、既設の下水道管路を補修する場合を示す。
〔全体構成〕
地上から地盤Ｅに掘削設置された人孔１１、１４をつないで下水が流通する下水道管路が設置されている。下水道管路は、ヒューム管からなる既設管１０で構築されている。図２に詳しく示すように、既設管１０は、全体がコンクリートからなるとともに、内部には補強用の鉄筋１２が埋めこまれている。
〔環状切削装置〕
図１に示すように、既設管路の内部に環状切削装置２０が挿入され、一方の人孔１４から他方の人孔１１へと推進される。環状切削装置２０の前部には、既設管１０を切削除去する回転切削部３０を備える。回転切削部３０の前方には、既設管１０の破砕片を回収する筒状回収部４０を備える。
【００３８】
＜牽引チェーン＞
環状切削装置２０の前方には牽引チェーン７０が連結されている。牽引チェーン７０は、既設管１０の内部を人孔１１に引き出され、人孔１１に備えたスプロケットプーリ７２で人孔１１の上方に向かって地上まで引き出されている。図示を省略したが、地上には牽引チェーン７０を巻き取る牽引装置が設置されている。牽引チェーン７０を引っ張ることで環状切削装置２０が推進する。
＜ホース類＞
環状切削装置２０の前方には、回転切削部３０に水あるいは潤滑剤などを含む切削液を供給する切削液供給ホース７６、および、筒状回収部４０で回収された既設管１０の破砕片を切削液とともに回収する排出ホース７４が連結されている。何れのホース７４、７６も、既設管１０の内部から人孔１１を経て地上に引き出されている。切削液供給ホース７６は、地上に設置された切削液供給装置７７に接続される。切削液供給装置７７は、ポンプなどを備え、切削液を切削液供給ホース７６に圧送する。排出ホース７４は、地上に設置された破砕片回収装置７５に接続される。破砕片回収装置７５は、真空吸引ポンプなどを備え、排出ホース７４を介して破砕片および切削液を真空吸引する。破砕片回収装置７５では、破砕片と切削液とを分離して、切削液を切削液供給装置７７に供給して再使用することもできる。
【００３９】
環状切削装置２０の前方には、回転切削部３０を駆動する油圧モータへの油圧ホース７８や、図示しない電力供給線、通信制御線なども接続される。
＜補修管と反力受軸＞
環状切削装置２０の後方には、補修管１６が連結され、環状切削装置２０とともに推進させられる。人孔１４の内部で、補修管１６の後端には順次新たな補修管１６が連結されていく。
環状切削装置２０の後方で補修管１６の内部には、反力受軸８０が連結されている。反力受軸８０は補修管１６の内部を人孔１４まで延び、人孔１４の内壁に固定された反力受部材８６に支持されている。反力受部材８６は、反力受軸８０の軸回りの回転は阻止するが軸方向の摺動は許容する。その結果、環状切削装置２０は、回転切削部３０で既設管１０を切削する際の抵抗により発生する反力で、環状切削装置２０のほうが逆方向に回転させられることがない。
【００４０】
反力受軸８０は、補修管１６と同様に、環状切削装置２０の推進にともなって順次後端に連結されて継ぎ足されていく。また、反力受軸８０には、支持車輪８４を有する。支持車輪８４は、反力受軸８０の重量を支え、補修管１６の内壁に沿って転動する。
〔環状切削装置の詳細構造〕
図２に示すように、全体が筒状をなす環状切削装置２０は、鋼製で筒状をなす本体部２２に、油圧モータ２３が収容されている。油圧モータ２３は前記した油圧ホース７８から供給される油圧で駆動される。
【００４１】
本体部２２の前方には、本体部２２と同じ筒状をなす変速部２４が配置されている。変速部２４の内部には、遊星歯車機構などの変速機構を備え、油圧モータ２３の回転力が入力される。
＜回転切削部＞
変速部２４の前方には、回転切削部３０が配置されている。回転切削部３０には、変速部２４から回転力が伝達される回転筒体３２を有する。回転筒体３２の中央には、固定軸２５が配置されている。固定軸２５は、変速部２４の非回転構造を介して装置本体２２に固定されている。回転筒体３２は固定軸２５の回りを回転する。図示を省略するが、回転筒体３２と固定軸２５との間には、軸受構造や封止構造を設けて、スムーズな回転ができるとともに、外部から水や切削粉などの異物が侵入しないようにしておく。
【００４２】
回転筒体３２の外周には、歯車状ビット３４が周方向に一定の間隔をあけて複数個取り付けられている。歯車状ビット３４は、回転筒体３２の径方向を中心軸にして回転する。歯車状ビット３４の周面には、歯車を構成する歯形のような凹凸からなる切削刃が設けられている。歯車状ビット３４が、既設管１０の端面に当接し、回転筒体３２の回転とともに歯車状ビット３４も回転して、既設管１０を切削する。
歯車状ビット３４の前方中心側には、内周切削ビット３６が配置されている。内周切削ビット３６は、既設管１０の内周面に当接して、内周面の突出する部分を切削したり、歯車状ビット３４で切削された既設管１０の破砕片の内周への突出部分を切断したりすることができる。
【００４３】
＜取付盤＞
回転切削部３０の前方には、回転切削部３０との間に間隙をあけて、固定軸２５の先端が固定された取付盤５０が配置されている。取付盤５０の前面には、切削液供給ホース７６、排出ホース７４、および、牽引チェーン７０の端部が連結される。切削液供給ホース７６は、取付盤５０の上端近くに連結されている。排出ホース７４は、取付盤５０の下端近くに連結されている。牽引チェーン７０は、取付盤５０の中心位置に連結されている。
切削液供給ホース７６は、取付盤５０を貫通する供給孔５２を通じて、取付盤５０の背面側に連通して開口している。排出ホース７４は、取付盤５０を貫通する排出孔５４を通じて、取付盤５０の背面側に連通して開口している。
【００４４】
取付盤５０の外周には、環状の弾性リップ５６が取り付けられている。弾性リップ５６は、既設管１０の内周面に当接して摺動し、取付盤５０の前後の空間を封止する。取付盤５０の背面側に供給される切削液や、既設管１０の破砕片などが、取付盤５０の前方に漏れるのを阻止できる。
＜筒状回収部＞
取付盤５０の背面と回転切削部３０の間に、筒状回収部４０が配置されている。
図３にも示すように、筒状回収部４０は、円筒状をなす外殻４２と、外殻４２の内側空間で周方向に回転する複数本の翼片４６とを有する。図３では、６本の翼片４６が等角度で配置されている。外殻４２は取付盤５０に固定設置されている。翼片４６は、固定軸２５の外周に回転可能に支持された筒軸４１の外周に支持されている。筒軸４１は、回転切削部３０の回転筒体３２に支持されている。したがって、固定された外殻４２の内部で、筒軸４１および複数本の翼片４６で構成される回転翼が周方向に回転することになる。
【００４５】
翼片４６の幅は、取付盤５０と、回転切削部３０で回転筒体３２の前面に配置された仕切板３８との間隔をほぼ塞ぐように設けられている。したがって、外殻４２の内部空間は、複数本の翼片４６同士の間で、前後の取付盤５０および仕切板３８に囲まれた扇形に隔離された小空間に分かれている。
外殻４２の上端には、外殻４２の一部を途切らせて、回収口４３が設けられている。回収口４３の端縁と、各翼片４６の先端とには、互いに擦り合う剪断刃４４、４７が取り付けられている。翼片４６の剪断刃４７が、回収口４３を通過して回収口４３の剪断刃４４と擦り合わされるときに、その間に挟まれた部材を剪断する。
【００４６】
〔筒状回収部の動作〕
図３（ａ）に示すように、回転切削部３０で切削された既設管１０の破砕片１０ａが、切削液とともに、回収口４３から、翼片４６同士の間の扇形空間に落ち込む。破砕片１０ａには、既設管１０に埋め込まれていた鉄筋の破片１２ａも含まれている。翼片４６の回転にともなって、破砕片１０ａおよび鉄筋片１２ａは、外殻４２の内周に沿って移送される。
図３（ｂ）に示すように、比較的に長い鉄筋片１２ａは、外殻４２の外側まで張り出しているので、翼片４６が回収口４３を通過する際に、翼片４６の先端の剪断刃４７と、回収口４３の剪断刃４４との間に挟み込まれて剪断され、比較的に短い状態の鉄筋片１２ａになって、送られていく。
【００４７】
図３（ｃ）に示すように、翼片４６で囲まれた扇形空間が、取付盤５０の下端の排出孔５４に対応する位置まで移動すると、排出ホース７４を介して排出孔５４に加わっている真空吸引力によって、扇形空間内に存在する鉄筋片１２ａを含む破砕片１０ａは切削液とともに、排出孔５４から排出ホース７４に吸引されて排出される。このとき、閉鎖された比較的に狭い扇形空間を真空吸引するので、吸引力が外部に漏れることが少なく、扇形空間内の破砕片１０ａおよび鉄筋片１２ａを強力に効率的に吸い込むことができる。排出孔５４に大量の破砕片１０ａが一度に吸い込まれて、排出孔５４や排出ホース７４が詰まってしまう問題も起こり難い。
【００４８】
なお、図３（ａ）〜（ｃ）では、破砕片１０ａの移動を判り易く説明するために、翼片４６で挟まれた１個所の扇形空間のみに破砕片１０ａが存在するように図示している。実際には、回収口４３を通過する全ての扇形空間に順次、破砕片１０ａが供給され、鉄筋片１２ａが剪断刃４４、４７で剪断され、排出孔５４から吸い出されるという行程を繰り返す。
〔補修方法〕
図１に示すように、既設管１０の補修は、既設管１０を撤去し、そのあとに補修管１６を敷設する。
【００４９】
補修作業の前に、人孔１１、１４間の既設管路に、下水が流れ込まないように、人孔１１、１４でせき止めておくことができる。人孔１１から人孔１４に、既設管路を通さないバイパス流路を仮設しておくこともできる。例えば、人孔１１，１４の外側で管路をせき止め、バイパスホースを人孔１１から地表および人孔１４へと敷設することができる。
補修作業では、人孔１４の内部に環状切削装置２０を搬入する。環状切削装置２０を分解して人孔１４に搬入したあと、人孔１４の底で環状切削装置２０を組み立てることもできる。
【００５０】
環状切削装置２０を、人孔１４に開口する既設管１０の端部に配置する。環状切削装置２０の前部には、人孔１１側から既設管１０の内部を通した牽引チェーン７０や切削液供給ホース７６、排出ホース７４などを連結しておく。環状切削装置２０の後部は、反力受軸８０を介して反力受部材８６に支持させておく。
牽引チェーン７０で環状切削装置２０を引っ張りながら、環状切削装置２０の油圧モータ２３で回転切削部３０を作動させる。回転切削部３０とともに筒状回収部４０も作動する。切削液供給ホース７６からは切削液を供給し、排出ホース７４からは真空吸引を行う。
【００５１】
既設管１０の端部が切削されて破砕片１０ａおよび鉄筋片１２ａが発生する。破砕片１０ａなどは、切削液とともに筒状回収部４０の回収口４３から翼片４６間の扇形空間に収容され、排出口５４から排出ホース７０に吸引排出される。
環状切削装置２０が一定の距離を推進する毎に、人孔１４で、環状切削装置２０の後端に順次、補修管１６を連結していく。補修管１６の内部には反力受軸８０も設置される。人孔１４には、地表から順次、補修管１６および反力受軸８０を搬入する。
このようにして、牽引チェーン７０による環状切削装置２０の推進とともに、既設管１０の切削除去が進行し、補修管１６の推進埋設が進行する。既設管１０の切削除去によって発生した破砕片１０ａは鉄筋片１２ａとともに、筒状回収部４０で回収されて、排出ホース７０から破砕片回収装置７５に回収される。破砕片回収装置７５で回収された破砕片１０ａなどは廃棄処分にすればよい。
【００５２】
環状切削装置２０の推進に伴って、排出ホース７４や切削液供給ホース７６の長さは余ってくる。余った長さ分は、人孔１１内あるいは地表で折り返したり巻回したりしておけばよい。
環状切削装置２０が、人孔１１に到達し、既設管１０が全て切削除去され、既設管路の全体が補修管１６で置きかえられれば、補修作業は完了する。
環状切削装置２０その他の作業資材は、人孔１１、１４から搬出する。
その後、補修管１６と人孔１１，１４との接続個所をコンクリートで覆ったり、補修管１６の内面を仕上げたり、補修管１６の内部に必要な構造物や設備を設置したりするなど、通常の既設管路の補修作業と同様の作業を行うこともできる。下水道をせき止めていた場合は、せき止め構造を撤去して、下水道が流通できるようにする。
【００５３】
〔翼片の傾斜〕
図４に示す実施形態は、筒状回収部４０における翼片４６の構造が、前記実施形態と異なる。基本的な構造は前記実施形態と共通するので、相違点を主にして説明する。
図４は、筒軸４１の外周に配置された翼片４６のうち、筒軸４１の下方側を進行する翼片４６を真上からみたところの断面形状を表す。２点鎖線で示す翼片４６は、上方側を進行する翼片４６である。下方側と上方側とでは、真上からみたときの進行方法および傾斜方向が逆に表示される。
【００５４】
筒軸４１の下方側を進行する翼片４６の取付角度が傾斜角度θだけ傾斜している。すなわち、翼片４６の回転進行方向（図では下から上）に対して、仕切板３８側が進行方向の前方側になり取付盤５０側が後方側になるように傾斜を付けている。筒軸４１の中心軸方向に対して翼片４６がなす角度を傾斜角度θで表している。
翼片４６に傾斜角度θが付いていると、翼片４６によって移送される破砕片１０ａは、周方向ではなく周方向から傾いた斜め方向に力を受ける。翼片４６から受ける力のうち、翼片４６の進行方向と直交する方向の力成分によって、破砕片１０ａは、取付盤５０の排出孔５４側へと効率的に押しやられることになる。排出孔５４に加わる真空吸引力と協働して、破砕片１０ａを確実かつ迅速に排出することができる。
【００５５】
〔排出量調整片〕
図５に示す実施形態は、筒状回収部４０に排出量調整片４８を用いること以外の基本的な構造は、前記実施形態と共通している。
排出量調整片４８は、翼片４６間に構成される扇形空間に対応する外形の鋼材などからなるブロック片である。
排出量調整片４８を、翼片４６間の扇形空間に嵌め入れ、ボルト４９などで仕切板３８あるいは回転筒体３２に取り付ける。図５では、６個の扇形空間のうち、１個おきの３個所に排出量調整片４８を取り付けている。
【００５６】
このような状態の筒状回収部４０では、回収部４３に供給された破砕片１０ａが、排出量調整片４８が取り付けられていない個所でのみ、翼片４６間の扇形空間に収容され、排出孔５４から排出される。なお、排出孔５４の前面を排出量調整片４８が通過している間は、扇形空間から排出孔５４を経て排出ホース７４へ吸い込まれる破砕片１０ａなどはない。
したがって、全ての翼片４６間の扇形空間で破砕片１０ａを回収し排出する場合に比べて、破砕片１０ａの回収排出量が半分になる。
既設管１０の口径や厚み、環状切削装置２０の稼動条件などによって、破砕片１０ａの発生量が少ない場合は、一つの扇形空間で回収し排出する破砕片１０ａの量が少なくなり、排出ホース７４の吸引能力が無駄になったり非効率的になったりする。
【００５７】
排出量調整片４８を用いて、一つの扇形空間で回収し排出する破砕片１０ａの量が適切になるように調整しておけば、排出ホース７４の吸引能力を無駄なく効率的に発揮させることができる。
〔塩ビ管用の環状切削装置〕
図６および図７に示す実施形態は、既設管１０が塩ビ管の場合に適した構造を示す。基本的な構造や動作は前記実施形態と共通するので、相違点を主に説明する。
図６に示すように、環状切削装置２０は、本体部２２に油圧モータ２３が収容され、変速部２４から回転切削部の回転筒体３２に回転力が伝達される。
【００５８】
回転切削部３０には、前記実施形態と同様の回転する歯車状ビット３４と、回転筒体３２に固定されたままの切削ブロック６０とを備えている。切削ブロック６０は、その前面に固定された切削ビット６２を有している。
塩ビ管からなる既設管１０は、歯車状ビット３４と切削ブロック６０との両方で切削される。なお、既設管１０の外径は、環状切削装置２０の外径よりも少し小さい。したがって、環状切削装置２０が推進すると、既設管１０を切削除去するとともに既設管１０の外側の地盤も掘削してトンネル径を拡大しながら推進していく。このとき、切削ビット６０の回転外径が、掘削されるトンネル径を決めることになる。
【００５９】
図７に示すように、回転筒体３２の外周には、周方向に６０°毎の間隔で歯車状ビット３４と切削ブロック６０とが交互に配置されている。３個の歯車状ビット３４と３個の切削ブロック６０が存在する。
さらに、歯車状ビット３４は、３個所の歯車状ビット３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃが、互いに異なる。具体的には、各歯車状ビット３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃの径は同じであるが歯数が異なる。例えば、歯車状ビット３４Ａの歯数は１２枚、歯車状ビット３４Ｂの歯数は９枚、歯車状ビット３４Ｃの歯数は１５枚である。
このように歯数が異なる歯車状ビット３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃを組み合わせると、回転筒体３２の回転に伴って歯車状ビット３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃも回転しながら既設管１０を切削していくときに、既設管１０の特定位置に対して、一つの歯車状ビット３４Ａは歯の谷間が通過して切削されなかったとしても、次に通過する歯車状ビット３４Ｂ、Ｃでは、歯の山が当接して切削することができる。
【００６０】
同じ歯数の歯車状ビット３４では、周期的に繰り返し切削される個所と切削され難い個所とが生じて、全周におけるスムーズな切削が行い難くなる。既設管１０の端面に、いつまでも切り落とされず長く延びるヒゲ状の樹脂片が残ったりする。このような現象は、既設管１０の材料が、粘りのある塩ビ管などの樹脂管の場合、顕著に発生する。
これに対し、歯数の異なる歯車状ビット３４を組み合わせれば、前記した作用によって、既設管１０の全周を均等に切削することができる。前記したヒゲ状の樹脂片は成長するまでもなく直ぐに切断されて、細かな破砕片１０ａになる。
【００６１】
【発明の効果】
本発明にかかる既設管路補修用の環状切削装置は、既設管を切削する回転切削部に隣接して、回転切削部で切削された既設管の破砕片を回収する回収口を有する筒状回収部を備えている。筒状回収部の内側を周方向に回転する複数本の翼片が、破砕片を回収口から排出管まで、確実かつ効率的に破砕片を移送する。翼片で仕切られた小さな扇形空間毎に、回収口から排出管に隣接する位置までの移送を行い、扇形空間毎に、破砕片を排出管に吸い出して排出するので、排出管への排出効率が良くなり、無駄に大きな真空吸引装置を採用することがなくなる。破砕片などが、筒状回収部以外の場所に滞留したり詰まったりすることもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を表す既設管路の補修作業の全体構成図
【図２】環状切削装置の全体構造図
【図３】筒状回収部の回収移送動作を段階的に示す断面図
【図４】翼片の変更形態を示す断面図
【図５】排出量調整片の使用状態を示す断面図
【図６】環状切削装置の別の実施形態を示す全体構造図
【図７】回転切削部の配置構造を示す正面図
【符号の説明】
１０ 既設管
１１、１４ 人孔
１６ 補修管
２０ 環状切削装置
３０ 回転切削部
４０ 筒状回収部
４２ 外殻
４３ 回収口
４４、４８ 剪断刃
４６ 翼片
４７ 筒軸
５０ 取付盤
５２ 供給孔
５４ 排出孔
７０ 牽引チェーン
７４ 排出ホース
７６ 切削液供給ホース
７８ 油圧ホース

Claims (8)

1. 既設管路を推進させて既設管路を構成する既設管を切削除去する既設管路補修用の環状切削装置であって、
   前記既設管路を推進される装置本体と、
   前記装置本体の前部に周状に配置され、周方向に回転して前記既設管を切削する回転切削部と、
   前記回転切削部の前方で前記装置本体に配置され、全体が円筒状をなし、回転切削部で切削された既設管の破砕片を回収する回収口を有する筒状回収部と、
   前記筒状回収部の内部で中心側から径方向に延びて配置され、周方向に回転して前記破砕片を移送する複数本の翼片と、
   前記筒状回収部の前方で前記装置本体に連結され、前記筒状回収部の前面に開口し、前記破砕片を排出する排出管と
   を備える既設管路補修用の環状切削装置。
2. 前記筒状回収部の回収口の端縁と前記翼片の先端とに、互いにすれ違う剪断刃をさらに備える
   請求項１に記載の既設管路補修用の環状切削装置。
3. 前記筒状回収部の前方で前記装置本体に連結され、前記回転切削部に切削液を供給する切削液供給管をさらに備える
   請求項１または２に記載の既設管路補修用の環状切削装置。
4. 前記翼片が、前記排出管の開口と対面する側辺がその反対側の側辺よりも回転進行方向で後方に配置されるように傾斜する傾斜翼である
   請求項１〜３の何れかに記載の既設管路補修用の環状切削装置。
5. 前記筒状回収部に着脱自在に配置され、隣接する前記翼片間の空間を埋める排出量調整片をさらに備える
   請求項１〜４の何れかに記載の既設管路補修用の環状切削装置。
6. 前記回転切削部が、周方向の複数個所に配置され、径方向を中心軸にして回転する歯車状ビットを有し、
   前記複数個所の歯車状ビットは、歯数の異なる歯車状ビットが組み合わせられている
   請求項１〜５の何れかに記載の既設管路補修用の環状切削装置。
7. 既設管路を構成する既設管を切削除去して補修管に置きかえる既設管路の補修方法であって、
   請求項１〜６の何れかに記載の環状切削装置を既設管路に推進させて既設管路を構成する既設管を切削除去する工程（ａ）と、
   前記環状切削装置の後端に連結された前記補修管を、環状切削装置とともに推進させて既設管が除去されたあとに敷設する工程（ｂ）と
   を含む既設管路の補修方法。
8. 前記排出管を、前記筒状回収部の前方から前記既設管路の内部を経て地上までにわたって敷設して地上に設置された真空吸引機能を有する破砕片回収装置に連結しておき、前記環状切削装置で切削除去された前記既設管の破砕片を、排出管を経て破砕片回収装置で真空吸引して回収する工程（ｃ）をさらに含む
   請求項７に記載の既設管路の補修方法。

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