JP2006291565A

JP2006291565A - 既設埋設管破砕用カッタヘッド

Info

Publication number: JP2006291565A
Application number: JP2005113569A
Authority: JP
Inventors: Toshiyasu Akiba; 葉利康秋
Original assignee: Sanwa Kizai Co Ltd
Current assignee: Sanwa Kizai Co Ltd
Priority date: 2005-04-11
Filing date: 2005-04-11
Publication date: 2006-10-26

Abstract

【課題】コンクリートおよび鉄筋から成る既設埋設管を効率よく破砕できるとともに、その構造が簡単で小型に構成できる既設埋設管破砕用カッタヘッドを提供する。
【解決手段】本発明のカッタヘッド１０においては、柱状掘削ビット１２の切刃１２ｂが既設埋設管に食い込んでそのコンクリート部分を破砕しつつ、鉄筋を露出させてその切刃１２ｂの両側に押しのける。次いで、柱状掘削ビット１２の切刃１２ｂよりも面板１１に近い側でかつ面板１１の回転方向の後側に配設されている平型カッタ１３の切刃１３ｂが露出した鉄筋に食い込んでこれを切断する。
【選択図】図１

Description

本発明は、地中に埋設されて老朽化した既設埋設管を新しい埋設管に更新する際に既設埋設管を破砕するために用いるカッタヘッドに関し、より詳しくは、コンクリートおよび補強用の鉄筋から成る既設埋設管を効率よく破砕できるように改良されたカッタヘッドに関する。

上下水道等を含む各種用途に供される地中埋設管は、経年変化によって老朽化が進むため、適切な時期に新しい埋設管（更新管）に交換する必要がある。
この場合、既設埋設管が埋設されている個所の地盤を地表面から開削して既設埋設管を掘り出した後に新たな管を吊り込んで埋設し直す方法、あるいは図１０に示したように地表面に掘設した立坑から水平方向に掘進しつつ既設埋設管を撤去して更新管に交換する方法が用いられる。

図１０に示した従来の既設埋設管更新方法においては、既設埋設管１を更新管２に交換するべく地表面Ｇに発進坑３を掘設するとともに、この発進坑３の底部に推進機４を設置する。
そして、推進機４の駆動モータおよび減速機５によってスクリュコンベア６およびその先端に設けられているカッタヘッド７を一体に回転駆動し、カッタヘッド７の前面に突設されている掘削ビット８により既設埋設管１を破砕しつつその周囲の地盤を掘削する。
そして、破砕した既設埋設管１の破片および掘削した周囲の地盤の土砂は、スクリュコンベア６およびケーシング９によって搬送し、発進坑３側に取り出してから地表面Ｇ側に除去する。
これと同時に、推進機４によってスクリュコンベア６，カッタヘッド７および更新管２を前方に一体に推進し、既設埋設管１を更新管２に順次交換する。

ところで、既設埋設管１がコンクリートおよび補強用の鉄筋から成る場合には、コンクリートの破砕と補強用鉄筋の切断を効率よく行う必要がある。
そこで、下記特許文献１に記載されている「既設埋設管敷設替え用シールド機」は、コンクリートを破砕するためのローラビットと、鉄筋を切断するための高速カッタとを備えている。

また、下記特許文献２に記載されている「コンクリート管破砕用カッタヘッド」は、ローラカッタ、ディスクカッタおよびカッタビットを備え、これらのカッタによってコンクリートを破砕しつつ鉄筋を切断するようになっている。

特開平９−２９６６８７号公報特開平１０−８８９７４号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載されている「既設埋設管敷設替え用シールド機」は、鉄筋を切断するための高速カッタを油圧モータによって回転駆動するものであり、その構造が複雑になっている。

また、上記特許文献２に記載されている「コンクリート管破砕用カッタヘッド」は、ローラカッタ，ディスクカッタおよびカッタビットを多数用いるものであり、その構造が複雑になっている。

そこで本発明の目的は、コンクリートおよび鉄筋から成る既設埋設管を効率よく破砕できるばかりでなく、その構造が簡単で小型に構成することができる既設埋設管破砕用カッタヘッドを提供することにある。

上記の課題を解決するための請求項１に記載した手段は、
既設埋設管を新しい埋設管に更新する際に前記既設埋設管を破砕するために用いられるカッタヘッドであって、
その軸線の回りに回転駆動される円板状の面板と、
前記既設埋設管に向かって突出するように前記面板に突設された柱状部分、およびこの柱状部分の先端に形成されて前記軸線の方向に延びる切刃を有する、前記既設埋設管のコンクリート部分を破砕するための柱状掘削ビットと、
前記柱状掘削ビットの柱状部分に隣接するように前記面板上に固定された板状の本体部分、およびこの本体部分のうち前記面板の回転方向の前端に形成されて前記面板の半径方向に延びる切刃を有する、前記柱状掘削ビットが露出させた前記既設埋設管の補強用鉄筋を切断するための平型カッタと、を備え、
前記平型カッタの切刃は、前記柱状掘削ビットの切刃よりも前記面板に近く、かつ前記柱状掘削ビットの切刃よりも前記面板の回転方向の後側の位置に配置されていることを特徴とする。

すなわち、請求項１に記載した既設埋設管破砕用カッタヘッドを用いて既設埋設管を破砕するときには、面板を回転駆動してその軸線の回りに回転させつつ、柱状掘削ビットおよび平型カッタを既設埋設管の先端に押し付ける。
すると、まず最初に、柱状掘削ビットの切刃が既設埋設管に食い込んでそのコンクリート部分を破砕しつつ、鉄筋を露出させてその切刃の両側に押しのける。
次いで、柱状掘削ビットの切刃よりも面板側でかつ面板の回転方向後側に配設されている平型カッタの切刃が露出した鉄筋に食い込んでこれを切断する。
したがって、柱状掘削ビットと平型カッタとを組み合わせた簡単かつ小型な構造でありながら、コンクリート部分および補強用鉄筋から成る既設埋設管を効率よく破砕することができる。

また、請求項２に記載した手段は、請求項１に記載した既設埋設管破砕用カッタヘッドにおいて、前記柱状掘削ビットの柱状部分が、露出させた鉄筋を前記平型カッタの切刃に案内する案内部を有することを特徴とする。
なお、柱状掘削ビットの柱状部分の基端側ほど平型カッタの切刃に近づくように、面板の表面に対して柱状部分を傾斜させることにより、柱状部分そのものを案内部として用いることができる。
さらに、柱状掘削ビットの柱状部分の基端側ほど隣接する柱状掘削ビットに接近するようにその側面を傾斜させることにより、柱状部分の側面を案内部として用いることができる。

すなわち、請求項２に記載した既設埋設管破砕用カッタヘッドにおいては、柱状掘削ビットの切刃によって露出させられ、かつその切刃の両側に押しのけられた鉄筋が、柱状掘削ビットの柱状部分の案内部によって平型カッタの切刃に案内されるから、平型カッタの切刃によって鉄筋を確実に切断することができる。

また、請求項３に記載した手段は、請求項１または２に記載した既設埋設管破砕用カッタヘッドにおいて、
前記柱状掘削ビットが互いに隙間を開けるように前記面板の半径方向に複数並設され、かつ前記平型カッタの切刃が前記隙間に対して前記面板の回転方向の後側に配設されていることを特徴とする。

すなわち、請求項３に記載した既設埋設管破砕用カッタヘッドにおいては、柱状掘削ビットの切刃によって露出させられ、かつその切刃の両側に押しのけられた鉄筋が、柱状掘削ビット同士の間の隙間内に入り込んで半径方向に位置決めされながら平型カッタの切刃に案内されるから、平型カッタの切刃によって鉄筋を確実に切断することができる。

また、請求項４に記載した手段は、請求項１または２に記載した既設埋設管破砕用カッタヘッドにおいて、
前記柱状掘削ビットが、互いに隙間を開けるように前記面板の半径方向に複数並設された第１組の柱状掘削ビットと、前記第１組の柱状掘削ビットに対し前記面板の回転方向の後側において互いに隙間を開けるように前記面板の半径方向に複数並設された第２組の柱状掘削ビットとを有し、
前記第２組の柱状掘削ビットの隙間が前記第１組の柱状掘削ビットの隙間に対し前記面板の回転方向の後側に配設されており、
かつ前記平型カッタの切刃が前記第２組の柱状掘削ビットの隙間に対し前記面板の回転方向の後側に配設されていることを特徴とする。

すなわち、請求項４に記載した既設埋設管破砕用カッタヘッドにおいては、第１組の柱状掘削ビットの切刃によって露出させられてその両側に押しのけられた鉄筋が、第２組の柱状掘削ビット同士の間の隙間内に入り込んで半径方向に位置決めされる。
そして、第２組の柱状掘削ビット同士の間の隙間内で半径方向に位置決めされている鉄筋を平型カッタの切刃が切断するから、鉄筋が平型カッタの切刃から半径方向に逃げることはなく、鉄筋を確実に切断することができる。

また、請求項５に記載した手段は、請求項４に記載した既設埋設管破砕用カッタヘッドにおいて、
前記第２組の柱状掘削ビットの隙間が、前記第１組の柱状掘削ビットの隙間よりも狭いことを特徴とする。

すなわち、請求項５に記載した既設埋設管破砕用カッタヘッドにおいては、第２組の柱状掘削ビット同士の間の狭い隙間内において鉄筋が半径方向に位置決めされるから、平型カッタの切刃が鉄筋を切断するときにおける鉄筋の半径方向のぶれを小さくすることができ、より一層確実に鉄筋を切断することができる。

すなわち、本発明によれば、コンクリートおよび鉄筋から構成されている既設埋設管を効率よく破砕できるばかりでなく、その構造が簡単で小型な既設埋設管破砕用カッタヘッドを提供することができる。

以下、図１乃至図９を参照し、本発明の既設埋設管破砕用カッタヘッドの各実施形態について詳細に説明する。
なお、以下の説明においては、前述した従来技術を含めて同一の部分には同一の参照符号を用いて重複した説明を省略する。

第１実施形態
まず最初に図１乃至図４を参照し、第１実施形態の既設埋設管破砕用ヘッドカッタについて詳細に説明する。

図１および図２に示したカッタヘッド１０は、図１０に示した従来のヘッドカッタ７と同様にスクリュコンベア６の前端に取り付けられ、推進機４の駆動モータおよび減速機５によって一体に回転駆動される。
このカッタヘッド１０は、その軸線の回りに回転駆動される厚板円板状の面板１１と、この面板１１の前面に取り付けられた合計６本の柱状掘削ビット１２、および合計４個の平型カッタ１３を備え、さらに面板１１には破砕された既設埋設管１の破片および掘削された土砂をスクリュコンベア６側に通過させる複数の排出孔１４が貫設されている。

柱状掘削ビット１２は、面板１１の前面に垂設されて既設埋設管側に延びる柱状部分１２ａと、この柱状部分１２ａの先端に形成されて面板１１の軸線方向に延びる切刃１２ｂとを有している。
本第１実施形態においては、互いに隙間を開けるように半径方向に並設された３本の柱状掘削ビット１２が、面板１１の中心に対して一方の側および他方の側で、面板１１の直径方向に並ぶように配置されている。

平型カッタ１３は、柱状掘削ビット１２の柱状部分１２ａに隣接するように面板１１の前面に固定された厚板状の本体部分１３ａと、この本体部分１３ａのうち面板１１が回転する方向の前端に形成されて面板１１の半径方向に延びる切刃１３ｂとを有している。
本第１実施形態においては、互いに隙間を開けるように半径方向に並設された２つの平型カッタ１３が、面板１１の中心に対して一方の側および他方の側で、面板１１の直径方向に並ぶように配置されている。

また、図２（ｂ）から明らかなように、平型カッタ１３の切刃１３ｂは、柱状掘削ビット１２の切刃１２ｂよりも面板１１に近い位置に配置されている。
さらに、図１および図２（ａ）から明らかなように、平型カッタ１３の切刃１３ｂは、柱状掘削ビット１２の切刃１２ｂに対し面板１１の回転方向の後側に配置されている。

本第１実施形態のカッタヘッド１０を用いて既設埋設管１を破砕するときには、推進機４の駆動モータおよび減速機５によってスクリュコンベア６と一体に面板１１をその軸線の回りに回転させつつ、推進機４によって柱状掘削ビット１２および平型カッタ１３を既設埋設管１の先端に押圧する。
すると、図３に示したように、まず最初に柱状掘削ビット１２の鋭角に形成された切刃１２ｂが既設埋設管１に食い込んで、そのコンクリート部分を破砕しつつ、鉄筋１ａ，１ｂを露出させて切刃１２ｂの両側に押しのける。
次いで、平型カッタ１３の切刃１３ｂが露出した鉄筋１ａ，１ｂを切断する。

このとき、図４に示したように、柱状掘削ビット１２によって露出させられ、かつその切刃１２ｂの両側に押しのけられた鉄筋１ａ，１ｂは、面板１１の半径方向（図示上下方向）に並ぶように配設されている柱状掘削ビット１２同士の間の隙間Ｃ１内に入り込んで半径方向に位置決めされる。
これにより、鉄筋１ａ，１ｂの半径方向の位置ずれを最小限に抑えることができるから、鉄筋１ａ，１ｂが平型カッタ１３の切刃１３ｂから大きく逃げることはなく、切刃１３ｂによってこれらの鉄筋１ａ，１ｂを効率よく切断することができる。

次に、図５および図６を参照し、第１実施形態のカッタヘッド１０の変形例について説明する。

図５に示した変形例においては、柱状掘削ビット１２の柱状部分１２ａが面板１１の表面に対して垂直ではなく、その基端側ほど平型カッタ１３の切刃１３ｂに接近するように傾斜している。
これにより、柱状掘削ビット１２の切刃１２ｂによって露出させられてその両側に押しのけられた鉄筋１ａ，１ｂは、柱状部分１２ａの側面（案内部）１２ｃによって案内されつつ、平型カッタ１３の切刃１３ｂに向かう。

加えて、図６に示した変形例においては、柱状掘削ビット１２の柱状部分１２ａの断面形状が一定ではなく、その基端側ほど隣接する柱状掘削ビット１２に接近するようにその側面（案内部）１２ｃが傾斜している。
これにより、柱状掘削ビット１２の切刃１２ｂによって露出させられてその両側に押しのけられた鉄筋１ａ，１ｂは、隣接する柱状掘削ビット１２の側面（案内部）１２ｃによって面板１１の半径方向に挟まれつつ、平型カッタ１３の切刃１３ｂに向かう。

すなわち、これらの変形例のカッタヘッドにおいては、柱状掘削ビット１２によって露出させられてその切刃１２ｂの両側に押しのけられた鉄筋１ａ，１ｂについて、その半径方向位置をより正確に位置決めすることができるから、平型カッタ１３の切刃１３ｂによって鉄筋１ａ，１ｂを確実に切断することができる。

第２実施形態
次に、図７を参照して第２実施形態のカッタヘッドについて説明する。

第２実施形態のカッタヘッド２０においては、面板２１の前面に、３本の柱状掘削ビット２２を１組とする合計３組の柱状掘削ビット２２が、面板２１の回転方向に１２０度ずつの間隔を開けて配置されている。
また、２個の平型カッタ２３を１組とする合計３組の平型カッタ２３が、面板２１の回転方向に１２０度ずつの間隔を開けて配置されている。
さらに、面板２１のうち、各組の柱状掘削ビット２２と平型カッタ２３との間の部分には、破砕された既設埋設管１の破片および掘削された土砂をスクリュコンベア６側に通過させるための複数の排出孔２４が貫設されている。

すなわち、本第２実施形態のカッタヘッド２０においては、面板２１の回転方向における柱状掘削ビット２２の柱状部分と平型カッタ２３の切刃との間の間隔が狭められているから、露出させた鉄筋１ａ，１ｂを半径方向に位置決めしつつ平型カッタ２３の切刃に向かって案内する精度をより高めることができる。
なお、本第２実施形態においては、３組ずつの柱状掘削ビット２２および平型カッタ２３を配設しているが、さらに多くの組の柱状掘削ビット２２および平型カッタ２３を用いることもできる。

第３実施形態
次に、図８を参照して第３実施形態のカッタヘッドについて説明する。

第３実施形態のカッタヘッド３０は、それぞれ面板３１の直径方向に並ぶように配設された第１組の柱状掘削ビット，第２組の柱状掘削ビット、および平型カッタの組を備えている。

第１組の柱状掘削ビットは、互いに隙間Ｃ１を開けるように面板３１の半径方向に並設された３本の柱状掘削ビット３２を、面板３１の中心に対して一方の側および他方の側にそれぞれ配置して面板３１の直径方向に並ぶように配設したものである。
同様に、第２組の柱状掘削ビットは、第１組の柱状掘削ビットに対し面板３１の回転方向の後側において、互いに隙間Ｃ２を開けるように面板３１の半径方向に並設された３本の柱状掘削ビット３３を、面板３１の中心に対して一方の側および他方の側にそれぞれ配置して面板３１の直径方向に並ぶように配設したものである。
そして、平型カッタの組は、第２組の柱状掘削ビットに対し面板３１の回転方向の後側において、面板３１の半径方向に並設された２個の平型カッタ３４を、面板３１の中心に対して一方の側および他方の側にそれぞれ配置して面板３１の直径方向に並ぶように配設したものである。
さらに、面板３１のうち、各組の柱状掘削ビットおよび平型カッタの間の部分には、破砕された既設埋設管１の破片および掘削された土砂をスクリュコンベア６側に通過させるための複数の排出孔３５が貫設されている。

加えて、第２組の柱状掘削ビットの各隙間Ｃ２は、第１組の柱状掘削ビットの各隙間Ｃ１に対して面板３１の回転方向の後側に配設されている。
また、各平型カッタ３４の切刃３４ａは、第２組の柱状掘削ビットの隙間Ｃ２に対し面板３１の回転方向の後側に配設されている。
さらに、第２組の柱状掘削ビットの隙間Ｃ２は、第１組の柱状掘削ビットの隙間Ｃ１よりも狭く設定されている。

すなわち、本第３実施形態のカッタヘッド３０においては、第１組の柱状掘削ビット３２の切刃によって露出させられてその両側に押しのけられた鉄筋１ａ，１ｂが、第２組の柱状掘削ビット３３の間の隙間Ｃ２内に入り込んで半径方向に位置決めされる。
そして、第２組の柱状掘削ビット３３の間の隙間Ｃ２内において半径方向に位置決めされている鉄筋１ａ，１ｂを平型カッタ３４の切刃３４ａが切断するから、鉄筋１ａ，１ｂが平型カッタ３４の切刃３４ａから半径方向に逃げることはなく、切刃３４ａによって鉄筋１ａ，１ｂを確実に切断することができる。

このとき、本第３実施形態のカッタヘッド３０においては、第１組の柱状掘削ビット３２の間の隙間Ｃ１が大きく、第２組の柱状掘削ビット３３の間の隙間Ｃ２が小さく設定されている。
これにより、第１組の柱状掘削ビット３２によって既設埋設管１のコンクリート部分を大きく破砕して鉄筋１ａ，１ｂを露出させつつ、第２組の柱状掘削ビット３３によってコンクリート部分と鉄筋１ａ，１ｂとを分離させながら鉄筋１ａ，１ｂを半径方向に位置決めし、平型カッタ３４の切刃３４ａに案内することができる。
したがって、本第３実施形態カッタヘッド３０によれば、既設埋設管のコンクリート部分をより一層効率的に破砕しつつ、鉄筋１ａ，１ｂをより一層確実に破断することができる。

なお、図９に示した変形例においては、第２組の柱状掘削ビット３３が、面板３１の前面に対して垂直ではなく、その基端側ほど平型カッタ３４の切刃３４ａに接近するように傾斜している。
これにより、第１組の柱状掘削ビット３２によって露出させられた鉄筋１ａ，１ｂは、第２組の柱状掘削ビット３３の側面（案内部）によってその半径方向位置が正確に位置決めされつつ平型カッタ３４の切刃３４ａに案内されるから、切刃３４ａによって鉄筋１ａ，１ｂを確実に切断することができる。

以上、本発明に係る既設埋設管破砕用カッタヘッドの各実施形態ついて詳しく説明したが、本発明は上述した実施形態によって限定されるものではなく、種々の変更が可能であることは言うまでもない。
例えば、上述した各実施形態においては柱状掘削ビットが面板の前面に対して垂直であり、あるいは面板の回転方向に傾斜している。
これに対して、面板の半径方向の内側あるいはまた外側に向けて柱状掘削ビットを傾斜させることもできる。

第１実施形態の既設埋設管破砕用カッタヘッドを示す斜視図。図１に示したカッタヘッドの正面図（ａ）および側面図（ｂ）。図１に示したカッタヘッドが既設埋設管を破砕する状態を示す断面図。図１に示したカッタヘッドの作用を説明する平面図。変形例のカッタヘッドの作用を示す平面図（ａ）および正面図（ｂ）。変形例のカッタヘッドの作用を示す平面図（ａ）および正面図（ｂ）。第２実施形態のカッタヘッドを示す正面図。第３実施形態のカッタヘッドを示す正面図。変形例のカッタヘッドを示す平面図。従来の既設埋設管の更新装置を示す側面断面図。

符号の説明

１既設埋設管
１ａ，１ｂ鉄筋
２更新管
３発進坑
４推進機
６スクリュコンベア
７カッタヘッド
８カッタ
９ケーシング
１０第１実施形態のカッタヘッド
１１面板
１２柱状掘削ビット
１２ａ柱状部分
１２ｂ切刃
１３平型カッタ
１３ａ本体部分
１３ｂ切刃
１４排出孔
２０第２実施形態のカッタヘッド
２１面板
２２柱状掘削ビット
２３平型カッタ
２４排出孔
３０第３実施形態のカッタヘッド
３１面板
３２第１組の柱状掘削ビット
３３第２組の柱状掘削ビット
３４平型カッタ
３４ａ切刃
３５排出孔

Claims

既設埋設管を新しい埋設管に更新する際に前記既設埋設管を破砕するために用いられるカッタヘッドであって、
その軸線の回りに回転駆動される円板状の面板と、
前記既設埋設管に向かって突出するように前記面板に突設された柱状部分、およびこの柱状部分の先端に形成されて前記軸線の方向に延びる切刃を有する、前記既設埋設管のコンクリート部分を破砕するための柱状掘削ビットと、
前記柱状掘削ビットの柱状部分に隣接するように前記面板上に固定された板状の本体部分、およびこの本体部分のうち前記面板の回転方向の前端に形成されて前記面板の半径方向に延びる切刃を有する、前記柱状掘削ビットが露出させた前記既設埋設管の補強用鉄筋を切断するための平型カッタと、を備え、
前記平型カッタの切刃は、前記柱状掘削ビットの切刃よりも前記面板に近く、かつ前記柱状掘削ビットの切刃よりも前記面板の回転方向の後側の位置に配置されていることを特徴とする。
前記柱状掘削ビットの柱状部分は、露出させた鉄筋を前記平型カッタの切刃に案内する案内部を有することを特徴とする請求項１に記載した既設埋設管破砕用カッタヘッド。
前記柱状掘削ビットが互いに隙間を開けるように前記面板の半径方向に複数並設され、かつ前記平型カッタの切刃が前記隙間に対して前記面板の回転方向の後側に配設されていることを特徴とする請求項１または２に記載した既設埋設管破砕用カッタヘッド。
前記柱状掘削ビットが、互いに隙間を開けるように前記面板の半径方向に複数並設された第１組の柱状掘削ビットと、前記第１組の柱状掘削ビットに対し前記面板の回転方向の後側において互いに隙間を開けるように前記面板の半径方向に複数並設された第２組の柱状掘削ビットとを有し、
前記第２組の柱状掘削ビットの隙間が前記第１組の柱状掘削ビットの隙間に対し前記面板の回転方向の後側に配設されており、
かつ前記平型カッタの切刃が前記第２組の柱状掘削ビットの隙間に対し前記面板の回転方向の後側に配設されている、
ことを特徴とする請求項１または２に記載した既設埋設管破砕用カッタヘッド。
前記第２組の柱状掘削ビットの隙間が、前記第１組の柱状掘削ビットの隙間よりも狭いことを特徴とする請求項４に記載した既設埋設管破砕用カッタヘッド。