JP4641824B2 - 管内調査装置 - Google Patents

Description

本発明は上水道管などの管内を調査するための管内調査装置に関する。

管路の敷設方法の一つとして、既設管路の内部に新管を挿入するパイプインパイプ工法が知られている。このパイプインパイプ工法を実施する際には、事前に既設管路の管内を調査して、どのような新管を挿入可能かを検討しておく必要がある。

このための管内調査装置として、たとえば特許文献１には、既設管路における一定距離をおいた２箇所の位置の間に光を通すことによって、その既設管路の有効径を測定することが記載されている。
特公平６−４８１７５号公報

しかし、特許文献１に記載のものは、上記のように既設管路の有効径を測定するだけのものでしかないため、パイプインパイプ工法を実施するための情報量としては満足なものではない。

そこで本発明は、パイプインパイプ工法を実施するための既設管路の管内を詳細に調査できるようにすることを目的とする。

この目的を達成するため本発明は、管路内を走行可能であり、互いに屈曲可能に連結された第１の測定ユニットと第２の測定ユニットとを備え、前記第１の測定ユニットと前記第２の測定ユニットとのそれぞれに、前記管路を構成する管に対して心出しする心出し装置が走行方向の前後に１組ずつ配設されることで、前記第１の測定ユニットと第２の測定ユニットとのそれぞれが心出し状態で走行可能に構成され、前記第１の測定ユニットと第２の測定ユニットとのいずれかに、その測定ユニットが管に心出しされて管と同軸とされたときに周方向に沿った複数の位置でその管の内径を測定可能な内径測定装置を備え、前記管路における管継手を構成する一方の管に第１の測定ユニットが心出しされてこの一方の管と同軸とされるとともに、前記管継手を構成する他方の管に第２の測定ユニットが心出しされてこの他方の管と同軸とされたときに、これら第１の測定ユニットと第２の測定ユニットとの屈曲角を測定することで前記管継手の屈曲角を測定可能な屈曲角測定装置を備え、前記内径測定装置は、この内径測定装置が設けられた測定装置に配設された心出し装置の間に配設され、前記屈曲角測定装置は、前記第１の測定ユニットと前記第２の測定ユニットとの一方の測定ユニットに配設され、接触子と押し当て手段とを有する距離センサと、前記第１の測定ユニットと前記第２の測定ユニットとの他方の測定ユニットに配設されて、前記接触子に接触可能な距離測定対象部とを各測定ユニットの中心軸を中心とする周方向に３組備え、各組の距離センサの接触子は、前記一方の測定ユニットにおいてこの一方の測定ユニットの軸心方向に平行な方向に沿って移動自在な状態で、対応する組の距離測定対象部に向く姿勢で取り付けられ、かつ、前記距離センサの押し当て手段によって前記距離測定対象部に当接する方向に押し当て可能に配設され、前記距離センサの接触子が、対応する組の距離測定対象部に当接することで、前記一方の測定ユニットの軸心方向に平行な方向に沿った距離を測定可能に構成されたものである。

したがって本発明によれば、管路を構成する管の内径を内径測定装置によってその管の周方向に沿った複数の位置で測定することができて、パイプインパイプ工法においてその管路に挿入することができる新管の口径を正確に知ることができるのみならず、屈曲角測定装置によって管路の管継手の屈曲角を測定することができるため、パイプインパイプ工法においてその屈曲した継手を通過させることが必要な新管であって、複数の管が継手接合された新管における、各管の許容最大長さなどを正確に知ることができる。

図１２は、本発明の実施の形態の管内調査装置の全体の概略構成を示す。ここで、１は調査対象としての既設の管路で、複数の管が継手接合された構成となっており、地中において水平方向に敷設されて、上水道などを構成している。この管路１は、人が入ることができない、たとえば口径４００〜７００ｍｍ程度の管路であるとする。管内の調査を行う際には、管路１における適当箇所を地表から開削してピットを形成し、このピットを利用して、本発明にもとづく管内調査装置１０を管路１の内部に搬入する。

管内調査装置１０は、自走台車１１と、この自走台車１１を走行させるためにこの自走台車１１の後方に配置された制御台車１２とが互いに連結された構成となっている。自走台車１１はモータによって管路１の内部をその軸心方向に走行するように構成され、制御台車１２には、このモータに電力を供給するためのバッテリや、モータの駆動を制御するための信号を受ける無線機や、エア供給源などが搭載されている。すなわち管内調査装置１０は、上記したピット内などに設けられた制御盤からの無線制御によって走行および管内調査を行うように構成されている。

自走台車の前方には管内径測定ユニット１３が配置され、さらにこの管内径測定ユニット１３の前方には継手屈曲角測定ユニット１４が配置されている。これら管内径測定ユニット１３と継手屈曲角測定ユニット１４とは、管路１の内部をその軸心方向に走行自在である。そして、継手屈曲角測定ユニット１４と、管内径測定ユニット１３と、自走台車１１と、制御台車１２とは、それぞれユニバーサルジョイント１５によってこの順に互いに連結されている。これにより、これら継手屈曲角測定ユニット１４と管内径測定ユニット１３と自走台車１１と制御台車１２とは、自走台車１１の走行駆動力によって、継手屈曲角測定ユニット１４を先頭として管路１の内部を一体に走行可能とされている。

継手屈曲角測定ユニット１４の先端には、管路１の内部を観察可能なＣＣＤカメラ１６が搭載されている。

図１は、図１２における継手屈曲角測定ユニット１４と管内径測定ユニット１３とがユニバーサルジョイント１５によって連結されている状態を示す。なお、図１においてはＣＣＤカメラは図示を省略しており、それに代えて、必要に応じて継手屈曲角測定ユニット１４の前方に他の測定ユニットを配置して、この測定ユニットをユニバーサルジョイント１５によって継手屈曲角測定ユニット１４に連結可能なことを示している。

継手屈曲角測定ユニット１４および管内径測定ユニット１３は、いずれも、管路１の内部を走行自在であるとともに、管路１を構成する管に心出しされてこの管と同軸とされることが可能である。以下、この点について説明する。

継手屈曲角測定ユニット１４および管内径測定ユニット１３は、いずれもその中心部に管路１１の軸心方向の中心軸１８を有し、この中心軸１８は、パイプなどによって構成されている。各測定ユニット１４、１３は、それぞれ一対の、走行機能を有する心出し装置１９を備えている。

走行機能を有する心出し装置１９について説明する。図１、図２、図５、図７、図１０に示すように、中心軸１８には第１のスリーブ２０が外ばめ固定され、この第１のスリーブ２０から中心軸１８の軸心方向に距離をおいた位置には第２のスリーブ２１が外ばめ固定されている。また第１のスリーブ２０から第２のスリーブ２１を越えて中心軸１８の軸心方向に距離をおいた位置には、第３のスリーブ２２が、中心軸１８の軸心方向にスライド自在に外ばめされている。さらに第２のスリーブ２１から第３のスリーブ２２を越えて中心軸１８の軸心方向に距離をおいた位置には、第４のスリーブ２４が外ばめ固定されており、第２のスリーブ２１に設けられたブラケット２５と第４のスリーブ２４に設けられたブラケット２６との間には、周方向に沿った適当位置において、中心軸１８と平行な方向の単数または複数のガイドバー２７が設けられている。第３のスリーブ２２は、このガイドバー２７に案内されてスライド自在である。

第２のスリーブ２１における周方向に沿った３箇所の位置には、中心軸１８の軸心を含む面内で揺動自在なようにこの第２のスリーブ２１によって支持されたクレビス形のエアシリンダ３０が設けられている。このエアシリンダ３０は、心出し装置１９の径方向に沿って伸縮可能とされている。そして、各エアシリンダ３０の伸縮端と第１のスリーブ２０との間には、間隔をおいて配置された一対の板材によって構成された第１のリンク３１がわたされ、各エアシリンダ３０の伸縮端と第３のスリーブ２２との間には、同様に一対の板材によって構成された第２のリンク３２がわたされている。第１のリンク３１と第２のリンク３２とは同じ長さで形成され、第１のリンク３１と第１のスリーブ２０との連結点３３と、第２のリンク３２と第３のスリーブ２２との連結点３４とは、中心軸１８の軸心からの径方向に沿った距離が等しくなるように構成されている。３５は、エアシリンダ３０の伸縮端と第１および第２のリンク３１、３２との連結点であり、この連結点３５は、連結点３３、３４よりも中心軸１８の軸心からの径方向に沿った距離が遠くなるように構成されている。これらによって傘の骨に類似した開閉機構が構成され、エアシリンダ３０が伸縮することで、クレビス形のエアシリンダ３０の揺動と第３のスリーブ２２のスライドとを伴って、連結点３５が連結点３３を中心として心出し装置１９の径方向に往復揺動可能である。

連結点３５には、押圧体３６が取り付けられている。詳細には、押圧体３６は、間隔をおいて配置された一対の板材によって構成されたフレーム３７を有し、このフレーム３７は、心出し装置１９の長さ方向に沿って配置されるとともに、第１および第２のリンク３１、３２を構成する一対の板材どうしの間に設けられ、その長さ方向に沿った中心部において連結点３５に揺動自在に取り付けられている。フレーム３７には、このフレーム３７すなわち心出し装置１９の長さ方向に沿って、複数のローラ３８が遊転自在に支持されている。ローラ３８は、その周面がフレーム３７よりも心出し装置１９の径方向に若干突出するように構成されている。

心出し装置１９は、このような構成であるため、エアシリンダ３０の伸縮によって押圧体３６が心出し装置１９の径方向に移動する。そして、管路１の内部で押圧体３６が径方向の外向きに移動すると、この押圧体３６のローラ３８が、エアシリンダ３０に対応した周方向の３箇所の位置で管路１の内面に押圧され、これによって心出し装置１９は管路１に対して心出しされこの管路１と同軸とされることになる。このとき、フレーム３７は連結点３５に揺動自在に取り付けられているため、管路１の内部に管壁の腐食や錆などによる微小な凹凸が存在するような場合にも、それに対応して揺動することで、心出し装置１９を管路１の内面に確実に対応させることができる。また心出し装置１９は、フレーム３７にローラ３８が設けられていることから、このように押圧体３６が管路１の内面に押圧された心出し状態を維持しながら、管路１の内部をこの管路１の軸心の方向に走行自在となる。このとき、押圧体３６は、エアシリンダ３０のエア圧によって管路１の内面に押圧されているとともに連結点３５に揺動自在に取り付けられているため、管路１の内部に管壁の腐食や錆などによる微小な凹凸が存在するような場合や、管路１の内径が変化するような場合や、管路１を構成する管どうしの継手の部分に段差が存在するような場合でも、それに応じてエアシリンダ３０が伸縮したり押圧体３６が揺動したりすることで、心出し装置１９を管路１の内部において安定して走行させることができる。

管内径測定ユニット１３と継手屈曲各測定ユニット１４とは、いずれも、一本の中心軸１８の前後において、一対の心出し装置１９、１９を管路１の軸心方向に近接した位置に設けた構成であるため、これら心出し装置１９、１９の押圧体３６が管路１の内面に押圧されることで同様に管路１に対して心出しされて管路１と同軸にされる。また、その状態で図１２に示す自走台車１１を走行させることで、この自走台車１１に押されて、心出しされて同軸とされた状態を維持したまま管路１の内部をその軸心方向に移動することができる。

管内径測定ユニット１３における一対の心出し装置１９、１９どうしの間には、管内径測定装置４１が設けられている。以下、この管内径測定装置４１について説明する。図１、図３、図８、図９に示すように、中心軸１８にはフランジ状のブラケット４２が一体に設けられている。ブラケット４２における周方向に沿って等ピッチの８箇所の位置には、それぞれ開閉機構４３が設けられている。この開閉機構４３において、ブラケット４２と一対のリンク４４、４４とフレーム４５とによって、管内径測定装置４１の径方向に揺動可能な平行リンク機構４６が構成されている。この平行リンク機構４６において、フレーム４５は間隔をおいて配置された一対の板材によって構成され、リンク４４、４４は、フレーム４５を構成するこれら一対の板材とブラケット４２とを間に挟むさらに一対の板材によって構成されている。

フレーム４５を構成する一対の板材どうしの間には、遊転式のローラ４７と、エアシリンダ４８と、位置センサ４９とが設けられている。ローラ４７は、その周面がフレーム４５よりも管内径測定装置４１の径方向に若干突出するように構成されている。エアシリンダ４８は、フレーム４５とブラケット４２との間で伸縮するように構成されている。位置センサ４９は、管内径測定装置４１の中心から、フレーム４５よりも径方向に突出したローラ４７の周面までの距離を測定可能な、ワイヤ式変位計などによって構成されている。

管内径測定ユニット１３における前側の心出し装置１９においては、ガイドバー２７は、第２のスリーブ２１のブラケット２５と管内径測定装置４１のブラケット４２との間に設けられている。

管内径測定装置４１は、このような構成であるため、エアシリンダ４８が伸縮することによって平行リンク機構４６が径方向に揺動し、これによってフレーム４５は、図示の姿勢を保ったまま径方向に移動する。心出し装置１９、１９によって管内径測定装置４１を管路１に対して心出しして管路１と同軸としたときに、フレーム４５が径方向の外向きに移動すると、ローラ４７が管路１の内面に押圧され、このときの管内径測定装置４１の中心からローラ４７の周面までの距離が位置センサ４９によって検出される。開閉機構４３は、上述のようにブラケット４２における周方向に沿って等ピッチの８箇所の位置に設けられているため、周方向に１８０度の間隔を置いて配置された一対の開閉機構４３の位置センサ４９によって、管路１におけるある方向に沿った内径を検出することができ、また全体としては周方向に沿った等ピッチの４箇所の位置で管路１の内径を検出することができる。また、各位置センサ４９からの個別の検出データにもとづき管路１の横断面の楕円度やその他の情報を得ることもできる。

エアシリンダ４８によってローラ４７を管路１の内面に常時押し続けることができるので、その状態で上述のように管路１に対する管内径測定ユニット１３の同軸心出し状態を維持しながらこのユニット１３を走行させることで、管路１の内径を連続的に検出することができる。このとき、管路１の内径が変化したり、管路１を構成する管どうしの継手の部分に段差が存在したりするような場合でも、エアシリンダ４８がそれに応じて伸縮することにより、対応することができる。段差のある部分では、それに応じて開閉機構４３が伸縮することで、管内径測定装置４１によって、その段差の大きさなどを検出することができる。

次に継手屈曲角測定ユニット１４について説明する。図１、図４、図５、図６、図７、図１１に示すように、中心軸１８の後端部における第４のスリーブ２４に設けられたブラケット２６には、さらにフランジ状のブラケット５２が取り付けられている。このブラケット５２における、中心軸１８の軸心から径方向に距離をおきかつ周方向に沿って等ピッチとされた３箇所の位置であって、心出し装置１９のエアシリンダ３０やリンク３１、３２や押圧体３６を避けた位置には、それぞれ屈曲角測定装置５３が設けられている。各屈曲角測定装置５３は、中心軸１８の軸心と平行な方向の距離を測定可能な距離センサ５４を備えている。この距離センサ５４は、対象物に接触可能な接触子５５と、この接触子５５を距離測定対象に押し当てるためのエアシリンダとを有した構成となっている。すなわち、屈曲角測定装置５３は、継手屈曲角測定ユニット１４における後側の心出し装置１９の内部に配置された形で設けられている。

図１、図２、図７、図１１に示すように、管内径測定ユニット１３における前側の心出し装置１９の第１のスリーブ２０には、屈曲角測定装置５３に対応した周方向の３箇所の位置において、ブラケット５６によって、屈曲角測定装置５３の方を向いた面板５７が取り付けられている。この面板５７は、上述した対象物を構成するもので、距離センサ５４の接触子５５が押し当てられるように構成されている。これにより距離センサ５４は、継手屈曲角測定ユニット１４のたとえばブラケット５２における距離センサ５４の取り付け部から、面板５７までの距離を検出可能である。

継手屈曲角測定ユニット１４においては、たとえばブラケット５２における上述の距離センサ５４の取り付け部は周方向に沿った３箇所に存在するため、これら３箇所の取り付け部によって、図１１に示すように第１の基準面５８を規定することができる。また面板５７も距離センサ５４に対応して周方向に沿った３箇所に存在するため、これら３箇所の面板５７によって第２の基準面５９を規定することができる。

そして、図１１に示すように、管路１における継手屈曲角測定ユニット１４が存在する部分の管２と管内径測定ユニット１３が存在する部分の管３とがその継手部において互いに屈曲して、それに伴い継手屈曲角測定ユニット１４と管内径測定ユニット１３とが互いに屈曲している場合には、それに対応して第１の基準面５８と第２の基準面５９とが互いに傾斜することになる。そこで、各距離センサ５４によってその距離センサ５４の位置における第１の基準面５８から第２の基準面５９までの距離を検出することによって、第１の基準面５８と第２の基準面５９との傾きθを求めることができる。それによって、継手部における管２、３どうしの屈曲角を求めることができ、この継手部を通過することができる新管の許容最大長さなどを正確に知ることができる。

図示のように、管２、３どうしが屈曲している部分では、それに対応した段差４が発生しているのが通例である。この段差４の存在およびその大きさは、前述のように管内径測定ユニット１３の管内径測定装置４１によって求めることができる。

管内径測定ユニット１３と継手屈曲角測定ユニット１４との内部には、その前後方向に沿って、エアシリンダ３０、４８へのエア配管や、センサ４９、５４などへの配線のために制御台車１２から導かれるサービスパイプ６０がわたされている。このサービスパイプ６０は、図示のように、管内径測定ユニット１３や継手屈曲角測定ユニット１４における各部と干渉しない位置に設けられている。

上記のような構成の管内調査装置１０を用いた管内調査方法について説明する。調査を行おうとする管路１に対して地表からピットを開削し、その部分の管路１を解体などにより開口させて、図１２に示すように、ＣＣＤカメラ１６を備えた継手屈曲角測定ユニット１４と、管内径測定ユニット１３と、自走台車１１と、制御台車１２とを管路１の内部に搬入し、これらをユニバーサルジョイント１５によって互いに連結する。なお、管内調査装置１０を搬入する前に、管路１の内部をスクレーパなどにより清掃しておくことが好ましい。

管路１の内部を調査するときには、その調査している箇所の特定が必要である。このため、上記のピットから管内調査装置１０までの距離を測定可能な手段を用いる。たとえば簡便には、管内調査装置１０にワイヤロープを接続したうえで、その繰り出し長さを測定することによって、管内調査装置１０までの距離を測定することができる。

管内調査に際しては、自走台車１１によって、継手屈曲角測定ユニット１４と管内径測定ユニット１３とを移動させる。このとき、心出し装置１９を作用させることで、これら継手屈曲角測定ユニット１４と管内径測定ユニット１３とは、管路１に対して同軸に心出しされた状態で、この管路１の内部を走行可能である。そして、このように走行しながら、ＣＣＤカメラ１６は、管路１の内部の画像を取得する。管内径測定ユニット１３は、走行しながら、管路１の内径を連続的に測定可能である。

図１１に示すように、管路１を構成する管２と管３とがその継手部において互いに屈曲している箇所では、図示のように継手屈曲角測定ユニット１４を一方の管２の内部に同軸に心出しされた状態で位置させるとともに、管内径測定ユニット１３を他方の管３の内部に同軸に心出しされた状態で位置させ、この状態で上述のようにして管２、３どうしの屈曲角を求める。また、管２、３どうしの屈曲部では段差４が発生していることが通例であるため、管内径測定ユニット１３によってこの段差を測定する。

このとき、たとえばロータリエンコーダを用いることで、管内調査装置１０のローリング状況を調べることができる。また、たとえば振り子やジャイロなどを用いることによって管内調査装置１０の軸心の傾きと回転とを測定可能であり、その測定データと、管内径データおよび屈曲角データとを合わせれば、管路１の状況を正確に把握することができる。

以上のようにすれば、
（１）ＣＣＤカメラ１６による管内状況の測定と、
（２）管内径測定ユニット１３による管内径の測定および段差の測定と、
（３）継手屈曲角測定ユニット１４による管路１における管継手の屈曲角の測定と、
（４）距離測定手段による発進位置からの進行距離の測定と、
（５）ロータリエンコーダなどによる管内調査装置１０のローリング状況の測定や、振り子やジャイロなどを用いることによる管内調査装置１０の軸心の傾きおよび回転の測定などと、
を行うことができ、パイプインパイプ工法を実施するための既設管路の管内を詳細に調査することができる。なお、上述のように管内調査装置１０すなわち制御台車１２は無線制御方式のものであるため、ピットからたとえば５００ｍ程度はなれた位置においても管内を調査することができ、その調査スパンを大きくとることができる。

本発明の実施の形態の管内調査装置の要部を示す図である。 図１における走行機能を有する心出し装置の動作を説明する図である。 図１における管内径測定ユニットの要部の詳細図である。 図１における継手屈曲角測定ユニットの要部の詳細図である。 図１におけるＡ−Ａ線に沿った横断面の拡大図である。 図１におけるＢ−Ｂ線に沿った横断面の拡大図である。 図１におけるＣ−Ｃ線に沿った横断面の拡大図である。 図１におけるＤ−Ｄ線に沿った横断面の拡大図である。 図１におけるＥ−Ｅ線に沿った横断面の拡大図である。 図１におけるＦ−Ｆ線に沿った横断面の拡大図である。 図１における継手屈曲角測定ユニットの動作を説明する図である。 本発明の実施の形態の管内調査装置の全体を示す図である。

符号の説明

１ 既設の管路
１１ 自走台車
１３ 管内径測定ユニット
１４ 継手屈曲角測定ユニット
１９ 走行機能を有する心出し装置
４１ 管内径測定装置
５３ 屈曲角測定装置

Claims (1)

1. 管路内を走行可能であり、互いに屈曲可能に連結された第１の測定ユニットと第２の測定ユニットとを備え、
   前記第１の測定ユニットと前記第２の測定ユニットとのそれぞれに、前記管路を構成する管に対して心出しする心出し装置が走行方向の前後に１組ずつ配設されることで、前記第１の測定ユニットと第２の測定ユニットとのそれぞれが心出し状態で走行可能に構成され、
   前記第１の測定ユニットと第２の測定ユニットとのいずれかに、その測定ユニットが管に心出しされて管と同軸とされたときに周方向に沿った複数の位置でその管の内径を測定可能な内径測定装置を備え、
   前記管路における管継手を構成する一方の管に第１の測定ユニットが心出しされてこの一方の管と同軸とされるとともに、前記管継手を構成する他方の管に第２の測定ユニットが心出しされてこの他方の管と同軸とされたときに、これら第１の測定ユニットと第２の測定ユニットとの屈曲角を測定することで前記管継手の屈曲角を測定可能な屈曲角測定装置を備え、
   前記内径測定装置は、この内径測定装置が設けられた測定装置に配設された心出し装置の間に配設され、
   前記屈曲角測定装置は、
   前記第１の測定ユニットと前記第２の測定ユニットとの一方の測定ユニットに配設され、接触子と押し当て手段とを有する距離センサと、
   前記第１の測定ユニットと前記第２の測定ユニットとの他方の測定ユニットに配設されて、前記接触子に接触可能な距離測定対象部と
   を各測定ユニットの中心軸を中心とする周方向に３組備え、
   各組の距離センサの接触子は、前記一方の測定ユニットにおいてこの一方の測定ユニットの軸心方向に平行な方向に沿って移動自在な状態で、対応する組の距離測定対象部に向く姿勢で取り付けられ、かつ、前記距離センサの押し当て手段によって前記距離測定対象部に当接する方向に押し当て可能に配設され、
   前記距離センサの接触子が、対応する組の距離測定対象部に当接することで、前記一方の測定ユニットの軸心方向に平行な方向に沿った距離を測定可能に構成された
   ことを特徴とする管内調査装置。

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