JP5112110B2 - 既設埋設管破砕用カッタヘッド - Google Patents

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、既設埋設管を構成しているコンクリートおよび補強用の鉄筋を効率よく破砕できるように改良する技術に関する。

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と推進用の油圧シリンダ６とにより、スクリュコンベア７およびその先端に設けられているカッタヘッド８を一体に回転駆動しつつ図示左方向へと順次推進し、カッタヘッド８の前面に突設されている掘削ビット８ａ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７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。

ところで、既設埋設管１が鉄筋コンクリートから製造されている場合には、コンクリートの破砕と補強用鉄筋の切断とを効率よく行う必要がある。

そこで、下記特許文献１に記載された「カッタヘッド」は、ローラカッタと螺旋形のローラカッタとを備え、コンクリートおよび鉄筋を細かく破砕するようになっている。

また、下記特許文献２に記載された「カッタヘッド」は、コンクリート部分を破砕するための柱状掘削ビットと、鉄筋を切断するための平型カッタとを備えている。
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「カッタヘッド」においては、ローラカッタおよび螺旋形のローラカッタをそれぞれ回転自在に支持する必要があるため、ベアリングを必要として製造コストが嵩むばかりでなく、その構造が複雑となる。

また、上記特許文献２に記載されている「カッタヘッド」においては、柱状掘削ビットがコンクリート部分を破砕して鉄筋を露出させるため、露出した鉄筋が支持を失い、平型カッタが鉄筋を切断する際に鉄筋が逃げてしまって効率よく切断できない場合があった。

さらに、露出した鉄筋が柱状掘削ビットに巻き付く場合もあった。

そこで本発明の目的は、鉄筋コンクリートから製造された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、
鉄筋コンクリートから製造された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るカッタヘッドであって、
推進方向に延びる軸線の回りに回転駆動される円板状の面板と、
前記面板の前面上に半径方向に並設されてカッタ列を構成する、前記面板の半径方向に延びる切刃を有した複数の平型カッタと、を備え、
前記平型カッタは、前記既設埋設管を切削する超硬チップの切刃を有し、
前記面板の外周側ほど前記面板の前面から離間するように、その切刃が前記面板の前面に対して傾斜しつつ段違いに延びる平型カッタからなる第１のカッタ列と、
前記面板の外周側ほど前記面板の前面に接近するように、その切刃が前記面板の前面に対して傾斜しつつ段違いに延びる平型カッタからなる第２のカッタ列とが、
前記面板の円周方向に交互に並ぶように配設されてい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においては、面板の円周方向に間隔を開けて配設されている第１のカッタ列と第２のカッタ列とで切刃の傾斜方向が交互に異なっている。
これにより、面板を回転駆動すると、鉄筋コンクリート製の既設埋設管に対して各カッタ列が切り込む角度が順番に変化することになるから、コンクリートの材質や鉄筋の配置構造に関わらず既設埋設管を効率よく切削して破砕することができる。

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、
前記既設埋設管を支持している支持部分を掘削する、前記面板の前面外周部に固設された外周カッタをさらに備え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、既設埋設管を支持している基礎コンクリートや材木等の支持部分を面板の前面外周部に固設された外周カッタによって掘削することができるから、各カッタ列が基礎コンクリートや材木等を切削するときの反力によって面板が上方に持ち上げられて掘削方向がずれることを確実に防止することができる。

すなわち、本発明によれば、鉄筋コンクリートから製造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〜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。

第１実施形態のカッタヘッド１００は、図１０に示した従来のカッタヘッド８と同様にスクリュコンベア７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と推進用の油圧シリンダ６とにより、一体に回転駆動されつつ図示左方向に順次推進される構造となっている。

このカッタヘッド１００は、図１および図２に示したように、その軸線の回りに回転駆動される厚板円板状の面板１０と、この面板１０の前面に取り付けられた合計４列のカッタ列２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄと、面板１０の前面外周に固定された合計４個の外周カッタ３０と、各カッタ列の切刃に向かって掘削添加剤を噴射する噴射手段４０とを備えている。

面板１０には、各カッタ列２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ、および外周カッタ３０によって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７側に通過させるための複数の排出穴１１が貫設されている。

各カッタ列２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄは、面板１０の前面上に互いに密着するように固定された３個の平型カッタ２１，２２，２３からそれぞれ構成されており、その構造は同一である。

そして、各カッタ列２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄは、面板１０の前面に対して平行に、かつ面板１０の半径方向に連続して延びる切刃を有している。

平型カッタ２１，２２，２３は、面板１０の前面にボルトを用いて着脱自在に取り付けられており、その切刃が摩耗した場合には容易に交換することができる。

また、平型カッタ２１，２２，２３は、その先端に超硬チップ２１ａ，２２ａ，２３ａを有しているが、それらの切刃が面板１０の前面に対して平行にかつ半径方向外側に向かって連続して延びるように、それぞれの形状が設定されている。

超硬チップ２１ａ，２２ａ，２３ａは、鉄筋コンクリートから製造されている既設埋設管１に含まれている鉄筋１ａ，１ｂばかりでなく、そのコンクリート部分をも容易に切削できるようにその材質、硬度、すくい角、逃げ角が設定されている。

外周カッタ３０は、超硬チップ３０ａをその先端に有しており、その切刃は面板１０の軸線（推進方向）に対して平行に延びるとともに、各カッタ列２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄの切刃よりも半径方向外側に位置している。

また、外周カッタ３０は、既設埋設管１を地盤中に支持している基礎コンクリートや、材木、周囲の地盤を掘削できるように、その材質、硬度、すくい角、および逃げ角が設定された超硬チップをその先端に有している。

なお、この外周カッタ３０もまた、面板１０の前面にボルトを用いて着脱自在に固定することができる。

噴射手段４０は、図３に示したように、面板１０の前面中央部に着脱自在に固定された略円柱状の本体部分４１を有している。

この本体部分４１には、面板１０の中心に貫設された貫通孔１０ａと連通する縦孔４２と、この縦孔４２の先端から面板１０の前面に対して平行に延びる複数の横孔４３とがそれぞれ貫設されており、スクリュコンベア７の内部に設けられている図示されない配管を介して掘削添加剤が供給されるようになっている。

本体部分４１の外周面に凹設されている合計４個の凹部４４には噴射ノズル４５がそれぞれ固定されており、横孔４３から供給される掘削添加剤を各カッタ列２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄの切刃に向かって噴射できるようになっている。

さらに、本体部分４１の先端には先端カッタ４６が固定されており、このカッタヘッド１００を地盤中に推進する際に地盤を掘削できるようになっている。

本第１実施形態のカッタヘッド１００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と推進用の油圧シリンダ６とにより、スクリュコンベア７および面板１０をその軸線の回りに一体回転させつつ、油圧シリンダ６によって順次推進して各カッタ列２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄを既設埋設管１の先端に押圧する。

すると、図４に示したように、各カッタ列２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄの切刃が鉄筋コンクリート製の既設埋設管１のコンクリート部分および横鉄筋１ａ，縦鉄筋１ｂを一体に切削して破砕する。

このとき、各カッタ列２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄの切刃が面板１０の前面に対し平行にかつ連続して延びているので、鉄筋コンクリート製の既設埋設管１のコンクリート部分および横鉄筋１ａ，縦鉄筋１ｂを連続的に切削することができる。

また、横鉄筋１ａおよび縦鉄筋１ｂは、コンクリート部分に埋設されている状態で各カッタ列２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄの切刃によってコンクリート部分と共に切断されるから、横鉄筋１ａおよび縦鉄筋１ｂが曲がって逃げることはなく、効率よく切削することができる。

さらに、各カッタ列２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄの切刃に向かって各噴射ノズル４５から掘削添加剤が噴射されるから、切刃を冷却してその切削効率が低下することを防止できる。

加えて、各カッタ列２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄによって切削された既設埋設管１の破片に向かって掘削添加剤が噴射されるから、既設埋設管１の破片を面板１０の排出穴１１を介してスクリュコンベア７に向かって効率よく排出することができる。

第２実施形態
次に、図５〜図９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２００は、上述した第１実施形態のカッタヘッド１００に対し、カッタ列６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃ，６０Ｄの構成を変更したものであるが、それ以外の構成は同一となっている。

具体的に説明すると、カッタ列６０Ａ，６０Ｃは、面板１０の前面上に固定された３個の平型カッタ６１，６２，６３からそれぞれ構成されており、その構造は同一である。

また、カッタ列６０Ｂ，６０Ｄは、面板１０の前面上に固定された３個の平型カッタ６４，６５，６６からそれぞれ構成されており、その構造は同一である。

平型カッタ６１，６２，６３は、面板１０の前面にボルトを用いて着脱自在に取り付けられて、その切刃が摩耗した場合には容易に交換できるようになっている。

また、平型カッタ６１，６２，６３は、図６に示したように超硬チップ６１ａ，６２ａ，６３ａをその先端に有しているが、それらの切刃は、図７に示したように、面板１０の外周側ほど面板１０の前面から離間するように面板１０の前面に対し角度θをなして傾斜しつつ、互いに段違いに延びるように構成されている。

超硬チップ６１ａ，６２ａ，６３ａは、鉄筋コンクリートから製造されている既設埋設管１に含まれている横鉄筋１ａ，縦鉄筋１ｂばかりでなく、そのコンクリート部分を容易に切削できるようにその材質、硬度、すくい角、および逃げ角が設定されている。

同様に、平型カッタ６４，６５，６６もまた面板１０の前面にボルトを用いて着脱自在に取り付けられて、その切刃が摩耗した場合には容易に交換できるようになっている。

また、平型カッタ６４，６５，６６は、図６に示したように、超硬チップ６４ａ，６５ａ，６６ａをその先端に有しているが、それらの切刃は、面板１０の外周側ほど面板１０の前面に接近するように面板１０の前面に対し角度θをなして傾斜しつつ、互いに段違いに延びるように構成されている。

超硬チップ６４ａ，６５ａ，６６ａは、鉄筋コンクリートから製造されている既設埋設管１に含まれている横鉄筋１ａ，縦鉄筋１ｂばかりでなく、そのコンクリート部分を容易に切削できるようにその材質、硬度、すくい角、および逃げ角が設定されている。

これにより、本第２実施形態のカッタヘッド２００においては、面板１０の外周側ほど面板１０の前面から離間するように面板１０の前面に対し傾斜しつつ段違いに延びる切刃を有したカッタ列６０Ａ，６０Ｃと、面板１０の外周側ほど面板１０の前面に接近するように面板１０の前面に対し傾斜しつつ段違いに延びる切刃を有したカッタ列６０Ｂ，６０Ｄとが、面板１０の円周方向に交互に並ぶように配設されている。

本第２実施形態のカッタヘッド２００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と推進用の油圧シリンダ６とにより、スクリュコンベア７および面板１０をその軸線の回りに一体回転させつつ、油圧シリンダ６によって順次推進して各カッタ列６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃ，６０Ｄを既設埋設管１の先端に押圧する。

すると、図８および図９に示したように、各カッタ列６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃ，６０Ｄの切刃が鉄筋コンクリート製の既設埋設管１のコンクリート部分および横鉄筋１ａ，縦鉄筋１ｂを一体に切削して破砕する。

このとき、図８および図９に示したように、カッタ列６０Ａ，６０Ｃの切刃が既設埋設管１に対してなす角度と、カッタ列６０Ｂ，６０Ｄの切刃が既設埋設管１に対してなす角度とは異なっている。

これにより、既設埋設管１は、カッタ列６０Ａ，６０Ｃによって図８に示したように切削される状態と、カッタ列６０Ｂ，６０Ｄによって図９に示したように切削される状態とが、交互に繰り返すように切削される。

これにより、各カッタ列６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃ，６０Ｄは、既設埋設管１を構成しているコンクリートの材質や横鉄筋１ａ，縦鉄筋１ｂの配置構造に関わらず、既設埋設管１を効率よく切削して破砕することができる。

さらに、各カッタ列６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃ，６０Ｄの切刃は、第１実施形態のカッタヘッド１００のように連続しておらず、段違いに延びている。

したがって、既設埋設管１を構成している鉄筋コンクリートのコンクリート部分が堅固なものである場合にも、既設埋設管１を確実に破砕することができる。

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、上述した第１実施形態においては、各カッタ列２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄの切刃が面板１０の前面に対して平行にかつ連続して延びているが、面板１０の前面に対して傾斜しつつ連続して延びるように構成することもできる。

また、カッタ列２０Ａ，２０Ｃの連続して延びる切刃が、面板１０の外周側ほど面板１０の前面から離間するように面板１０の前面に対し傾斜して延びる構成とし、かつカッタ列２０Ｂ，２０Ｄの連続して延びる切刃が、面板１０の外周側ほど面板１０の前面に接近するように面板１０の前面に対し傾斜して延びる構成とすることもできる。

さらに、各カッタ列２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄを構成している各平型カッタ２１，２２，２３の切刃の面板１０の前面に対する高さ位置を変えることにより、各切刃が面板１０の前面に対して平行にかつ段違い（高さ違い）の状態で延びるように構成することもできる。

さらに、上述した第２実施形態においては、各カッタ列６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃ，６０Ｄの切刃が面板１０の前面に対して傾斜しつつ段違いに延びているが、各カッタ列を構成している平型カッタ６１，６２，６３，６４，６５，６６の切刃の面板１０の前面に対する高さ位置を調整することにより、各カッタ列６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃ，６０Ｄの切刃が面板１０の前面に対して傾斜しつつ連続して延びるように構成することもできる。

加えて、面板１０の前面に対して平行に延びる切刃を有した平型カッタと、面板１０の前面に対して傾斜して延びる切刃を有した平型カッタとを組み合わせたカッタ列を用いることもできる。

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。 図１中に示したIII−III破断線に沿った断面図。 図１に示したカッタヘッドの作用を説明する平面図。 第２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５に示したカッタヘッドの正面図。 図５中に示したVII−VII破断線に沿った断面図。 図５に示したカッタヘッドの作用を説明する平面図。 図５に示したカッタヘッドの作用を説明する平面図。 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
５ モータおよび減速機
６ 油圧シリンダ
７ スクリュコンベア
８ カッタヘッド
８ａ カッタ
９ ケーシング
１００ 第１実施形態のカッタヘッド
１０ 面板
１０ａ 貫通孔
１１ 排出穴
２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ カッタ列
２１，２２，２３ 平型カッタ
２１ａ，２２ａ，２３ａ 超硬チップ
３０ 外周カッタ
３０ａ 超硬チップ
４０ 噴射手段
４１ 本体部分
４２ 縦孔
４３ 横孔
４４ 凹部
４５ 噴射ノズル
４６ 先端カッタ
６０Ａ，６０Ｃ 第１のカッタ列
６０Ｂ，６０Ｄ 第２のカッタ列
６１，６２，６３ 平型カッタ
６４，６５，６６ 平型カッタ
６１ａ，６２ａ，６３ａ 超硬チップ
６４ａ，６５ａ，６６ａ 超硬チップ
１００ 第１実施形態のカッタヘッド
２００ 第２実施形態のカッタヘッド

Claims (3)

1. 鉄筋コンクリートから製造された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るカッタヘッドであって、
   推進方向に延びる軸線の回りに回転駆動される円板状の面板と、
   前記面板の前面上に半径方向に並設されてカッタ列を構成する、前記面板の半径方向に延びる切刃を有した複数の平型カッタと、を備え、
   前記平型カッタは、前記既設埋設管を切削する超硬チップの切刃を有し、
   前記面板の外周側ほど前記面板の前面から離間するように、その切刃が前記面板の前面に対して傾斜しつつ段違いに延びる平型カッタからなる第１のカッタ列と、
   前記面板の外周側ほど前記面板の前面に接近するように、その切刃が前記面板の前面に対して傾斜しつつ段違いに延びる平型カッタからなる第２のカッタ列とが、
   前記面板の円周方向に交互に並ぶように配設されていることを特徴とする既設埋設管破砕用カッタヘッド。
2. 前記面板の前面中央部に突設された、前記切刃に向かって掘削添加剤を噴射する噴射手段を備えた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。
3. 前記既設埋設管を支持している支持部分を掘削する、前記面板の前面外周部に固設された外周カッタをさらに備え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。

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