JP5396454B2 - 掘進機 - Google Patents

Description

本発明は、地中の埋設管の撤去工事に用いる掘進機に関する。

従来、推進管により地中に横坑を構築するセミシールド工法、及び、この工法に用いる掘進機が知られている。このセミシールド工法は、発進立坑から到達立坑まで、掘進機によって泥土を掘削して横坑を構築しつつ、掘進機に後続する推進管（ヒューム管）を前方に押し込み、順次継ぎ足していくものである。
また、地中に埋設された老朽管等を撤去する場合、セミシールド工法の掘進機を用い、既設の埋設管を破砕しながら新たな推進管を構築することもできる。

ところで、撤去する埋設管が石綿（アスベスト）管の場合がある。石綿管は、従来農業用水管等に多く用いられている。石綿は、粉塵を吸引すると呼吸器系の健康障害が発生するおそれがあることから、法令等により、粉塵の飛散を防止するための規制が設けられている。そこで石綿管の撤去工事では、このような規制を遵守するため、石綿の破砕片や粉塵の土壌への飛散を防止する技術が必要となる。

例えば、特許文献１に開示された装置は、筒状のヘッドの先端に埋設管を破砕する破砕刃を取り付けると共に、ヘッドの内部に破片搬送用の回転式のスクリューを設けている。そして、破砕刃で破砕した埋設管の破砕片を後方へ搬送して回収する。

特開平４−５４３９１号公報

特許文献１の技術は、スクリューを備えた特殊な専用装置を必要とする。したがって、セミシールド工法の掘進機を用いて既設の埋設管を破砕しながら新たな推進管を構築する工法には適用することができない。
一方、通常の掘進機は、埋設管を破砕するカッタヘッドが最先端に設けられるため、埋設管の破砕時にカッタヘッドの前方に飛散する破砕片を確実に捕集することができないという問題がある。

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、埋設管の撤去工事において破砕片の飛散を防止する掘進機を提供することにある。

請求項１に記載の発明は、地中の埋設管を破砕する掘進機に係る発明である。
当該掘進機は、カッタヘッド、駆動モータおよび延長フードを備える。
カッタヘッドは、掘進機の掘進方向先端部に回転可能に、且つ回転時の最大直径が埋設管の外径よりも大きくなるように設けられる。また、カッタヘッドは、筒状の支持部、及び支持部に取り付けられ泥土を掘削しつつ埋設管を破砕するカッタビットを有する。
駆動モータは、カッタヘッドを回転駆動する。
筒状の延長フードは、カッタヘッドの支持部に接合され、カッタヘッドの径外方向を覆いつつカッタヘッドの先端よりもさらに先端側へ延び、カッタヘッドと一体に回転する。

これにより、カッタヘッドが破砕した埋設管の破砕片を延長フードの内側に捕集し、破砕片や粉塵の土壌中への飛散を防止することができる。したがって、埋設管が、法令等により粉塵の飛散防止の規制が設けられている石綿管等の場合に特に効果がある。

また、請求項２に記載の発明によると、延長フードは、先端面に、延長フード本体の材質よりも硬度の高い硬質材が設けられている。
本発明の掘進機による埋設管撤去工事では、掘進機の最先端部である延長フードの先端面が、カッタヘッドに先行して、掘削範囲の外周部に相当する泥土を環状に掘削する。そして、掘進機が前進すると、カッタヘッドがこの環状掘削部分の内側の泥土を掘削しつつ埋設管を破砕する。

そこで、延長フードの先端面に延長フード本体の材質よりも硬度の高い硬質材を設けることで、延長フードによる先行掘削での掘削性や耐摩耗性が向上する。
硬質材を設ける具体的な構成としては、例えば超硬合金の角材を先端面の周方向に沿って間欠的に埋め込む構成がある。この構成によれば、先端面は、硬質材が埋め込まれた部分と母材露出部とが周方向に交互に配置される。

また他の構成としては、上記の「超硬合金の角材が間欠的に埋め込まれた先端面」に、さらに、超硬チップをろう材で固めたコンポジットロッドを溶着することとしてもよい。これにより、母材露出部を含めた先端面全体がコンポジットロッドの溶着膜で被覆されるため、さらに硬度を高めることができ、先端面での掘削性や耐摩耗性がより向上する。

また、請求項３に記載の発明によると、延長フードは、基端側の端部に、基端面に向かうにつれて外径が小さくなるテーパ部が形成されている。
これにより、掘進機が掘進方向を修正する等の目的で後退する場合、延長フード周囲の泥土との引っ掛かりを防止することができる。

本発明の一実施形態による掘進機の（ａ）前部、（ｂ）後部の断面図である。 図１のＩＩ方向矢視図である。 （ａ）：図１（ａ）の先端部断面図である。（ｂ）：（ａ）のｂ部拡大図である。（ｃ）：変形例の延長フードのｂ部に相当する拡大図である。 本発明の一実施形態による掘進機の埋設管破砕の作用を示す模式図である。 本発明の一実施形態による掘進機を用いた埋設管撤去工事の工程図である。

以下、本発明の一実施形態による掘進機を図面に基づいて説明する。
（一実施形態）
本発明の一実施形態による掘進機は、土圧式セミシールド機であって、老朽化等の理由により地中の埋設管を撤去する工事に適用される。特に、農業用水管等として使用された石綿（アスベスト）管の撤去工事では、石綿粉塵を吸引すると呼吸器系の健康障害が発生するおそれがあることから、法令等により、石綿粉塵の飛散を防止するための規制が設けられている。こうした背景に基づき、この掘進機は、石綿の破砕片や粉塵の飛散防止を実現するための構成に特徴を有している。

本発明の一実施形態の掘進機１の構成について、図１〜図３を参照して説明する。
図１（ａ）は掘進機１の前部の断面図であり、図１（ｂ）は掘進機１の後部の断面図である。掘進機１は、図１（ａ）の右方に向かって地中を掘進する。
以下、図１（ａ）、（ｂ）および図３（ａ）の右側を「先端側」または「前方」とし、図１（ａ）、（ｂ）および３２（ａ）の左側を「基端側」または「後方」として説明する。

図１（ａ）に示すように、掘進機１は、掘進方向先端部にカッタヘッド２を備える。カッタヘッド２は回転可能であって、且つ回転時の最大直径が撤去対象の埋設管８の外径よりも大きくなるように設けられる。また、掘進機１は、カッタヘッド２の径外方向を覆いつつカッタヘッド２の先端よりもさらに先端側へ延びる延長フード３を備える。
以下、「掘進機本体」というときは、延長フード３を含まず、カッタヘッド２以後の部分をいうこととする。

まず、延長フード３を除く掘進機本体の構成について説明する。
カッタヘッド２は、インナーコーン５２の先端部に接続されており、インナーコーン５２は、掘進機本体の中心軸に沿って設置された駆動モータ５０の出力軸５１に接続されている。そのため、駆動モータ５０が回転すると、インナーコーン５２およびカッタヘッド２は一体に回転駆動される。

カッタヘッド２は、筒状の支持部２０と複数種類のカッタビットとを有する。図２に示すように、支持部２０は、先端側で井桁状を呈している。複数種類のカッタビットは、図２の垂直軸を中心に回転可能なロータリービット２１、図３の水平軸を中心に回転可能なロータリービット２２、その他のカッタビット２３、保護ビット２４等から構成される。ロータリービット２１、２２は、支持部２０の井桁の間の空間に回転可能に支持され、掘削した土圧によって回転する。その他のカッタビット２４は、井桁を構成する枠上に支持される。これらのカッタビットは、カッタヘッド２の回転に伴って泥土を掘削し埋設管を破砕する。また、保護ビット２４は、加泥注入孔２５の中心部に設けられる。

カッタヘッド２によって掘削された泥土や破砕片は、支持部２０の内側を通り後方に送られる。
カッタヘッド２の後方には、掘進機本体の外郭をなす筒状の本体フード４０が設けられる。また、本体フード４０の先端寄りには、インナーコーン５２と径方向に対向するアウターコーン４１が設けられる。本体フード４０およびアウターコーン４１は、非回転、すなわち固定されている。

アウターコーン４１は、内壁に、先端側から基端側に向かって内径が縮径し徐々に厚肉となる凹テーパ形状のすり鉢部４１ａが形成されている。また、インナーコーン５２は、先端側から基端側に向かって外径が拡径するテーパ部５２ａが形成されている。ここで、インナーコーン５２のテーパ部５２ａは、アウターコーン４１のすり鉢部４１ａに対して偏心して形成されているため、アウターコーン４１のすり鉢部４１ａとインナーコーン５２のテーパ部５２ａとの間隔は、インナーコーン５２の回転に伴って連続的に変化する。

これにより、カッタヘッド２から後方に送られた掘削物は、まず、土圧に破砕される。さらに、土圧により破砕されない硬質の礫等も、アウターコーン４１のすり鉢部４１ａとインナーコーン５２のテーパ部５２ａとの間に挟まれ圧縮されることにより破砕される。そして、隔壁４２に形成された排土口４２ａから排土バルブ４３に入り、排泥管７を通って排出される。

駆動モータ５０の径外方向には、制御管６０の内壁に４個の方向修正ジャッキ６１が周方向に均等に配置されている。方向修正ジャッキ６１を適宜駆動させることにより掘進機１の推進方向が制御される。駆動モータ５０の後方には、図１（ｂ）に示すように、電磁弁６６、油圧ユニット６７、可塑剤注入口６８等が設けられている。また、駆動モータ５０の出力軸５１の上方、及び、電磁弁６６の上方には磁気発生装置４４、６４が設けられている。これらの磁気発生装置４４、６４が発生する磁気を図示しないセンサが検出することで、掘進機１の姿勢や掘進位置を正確に把握することができる。

掘進機本体の後部には、推進管（ヒューム管）９が連結される。推進管９は、一般にコンクリート管である。推進管９は、掘進機１の掘進に伴い、後述する発進架台の推進用ジャッキ（図５参照）によって、前方に押し込まれる。推進管９の内部には、排泥管７に接続される排泥ホース７５が発進立坑９１まで延設される（図５参照）。

次に、本実施形態の掘進機１の特徴的部分である延長フード３の構成および作用効果について、図３、図４を参照して説明する。
図３（ａ）に示すように、筒状の延長フード３は、基端側の内壁がカッタヘッド２の支持２０の外壁に外挿され、溶接により接合されている。延長フード３は、カッタヘッド２の先端よりもさらに先端側へ延びており、駆動モータ５０によりカッタヘッド２と一体に回転駆動される。

延長フード３は、カッタヘッド２が掘削した掘削物の破片が飛散することを防止する。特に、石綿管の撤去工事では、法令等による規制を遵守するため、石綿の破砕片や粉塵の土壌中への飛散を防止することが求められる。そこで、図４に示すように、カッタヘッド２の先端側まで延びる延長フード３を備えることで、カッタヘッド２が破砕した石綿管８の破砕片８１を延長フード３の内側に捕集し、破砕片や粉塵の土壌中への飛散を防止することができる。

図４に示すように、延長フード３の内側に捕集された石綿破砕片８１は、泥土等の掘削物に混じって、アウターコーン４１とインナーコーン５２との間を通り、隔壁４２の排土口４２ａから排土バルブ４３に入る。そして、排泥管７、排泥ホース７５を通って排出され、産業廃棄物として処理される。

延長フード３は、先端面３０に、本体の材質よりも硬度の高い硬質材３１が設けられている。具体的には、本体は、例えば一般鋼材で製作されている。先端面３０には、例えば図３（ｂ）に示すように、硬質材３１としての超硬合金の角材が、先端面３０の周方向に沿って間欠的に埋め込まれている。すなわち、先端面３０は、硬質材３１が埋め込まれた部分と母材露出部３２とが周方向に交互に配置される。このような態様の先端面３０を「メタルクラウン」という。
掘進機１の掘進作業では、延長フード３の先端面３０は、カッタヘッド２に先行して掘削範囲の外周部に相当する泥土を環状に掘削する。そこで、先端部３０をメタルクラウンで構成することにより、先行掘削での掘削性や耐摩耗性が向上する。

また、図３（ｃ）に示す変形例では、図３（ｂ）の態様のメタルクラウン（先端面）３０全体に、さらにコンポジットロッド３３が溶着されている。このコンポジットロッド３３は、超硬チップ３４をろう材で固めたものである。これにより、母材露出部３２を含めた先端面３０全体がコンポジットロッド３３の溶着膜で被覆されるため、さらに硬度を高めることができ、先端面３０での掘削性や耐摩耗性がより向上する。

加えて、延長フード３の基端側の端部、すなわちカッタヘッド２の支持部２０に接合される部分には、基端面３６に向かうにつれて外径が小さくなるテーパ部３５が形成されている。これにより、掘進機１が掘進方向を修正する等の目的で後退する場合、延長フード３周囲の泥土との引っ掛かりを防止することができる。

次に、本実施形態の掘進機１を用いた石綿管撤去工事の工程について、図５を参照して説明する。
（ａ）測量：
地表面Ｇの下に埋設されている撤去対象の石綿管８の始点および終点に、発進立坑９１および到達立坑９２を築造する。発進立坑９１にて石綿管８の前に測量機９３を設置し、石綿管８の正確な方向、距離等を測量する。

（ｂ）エアモルタル充填：
石綿管８の内部にエアモルタルＭを充填する。これにより、石綿管８破砕時の粉塵の飛散が抑制される。
（ｃ）発進架台、掘進機設置：
発進立坑９１に発進架台９４、及び先端に延長フード３を備えた掘進機１を設置する。掘進機１のカッタヘッド２の直径は、石綿管８の外径よりも一回り大きくなるように設定される。例えば、外径２５０ｍｍの石綿管８に対し、カッタヘッド２の直径が４００ｍｍの掘進機１が用いられる。

（ｄ）改築推進及び推進管押し込み：
掘進機１の掘進作業により石綿管８を破砕しつつ発進架台９４の推進ジャッキが推進管９を押し込むことで、石綿管８の埋設されていた場所に推進管９が置き換わって構築される。掘進機１が掘削した泥土や石綿管８の破砕片は、推進管９内に延設される排泥ホース７５を経由して発進立坑９１側へ排出される。

（ｅ）掘進機到達：
掘進機１の先端部が到達立坑９２に到達する。
（ｆ）掘進機到達回収：
掘進機１を到達立坑９２から地上に回収するとともに、最前部の推進管９が到達立坑９２に達するまで、発進架台９４の推進ジャッキにより推進管９を押し込む。

この撤去工事が完了すると、新たに構築された推進管９が地中に残る。この推進管９が不要な場合には、例えば、一旦構築した推進管９を発進立坑９１側へ引き抜きつつ、それによって生じる横坑に到達立坑９２側から充填物を順次埋めていくという方法がある。

上述した特徴的な構成以外の掘進機の構成は、上記実施形態における構成に限らない。また、本発明の掘進機は、土圧式セミシールド機に限らず、他のセミシールド機に適用されてもよい。また、破砕される埋設管は石綿管に限らず、土壌中への破砕片や粉塵の飛散防止が望まれる他の材質の埋設管であってもよい。
以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。

１ ・・・掘進機、
２ ・・・カッタヘッド、
２０ ・・・支持部、
２１、２２・・・ロータリービット（カッタビット）、
２３ ・・・カッタビット、
３ ・・・延長フード、
３０ ・・・先端面、
３１ ・・・硬質材、
３３ ・・・コンポジットロッド、
３４ ・・・超硬チップ、
３５ ・・・テーパ部、
３６ ・・・基端面、
４０ ・・・本体フード、
４１ ・・・アウターコーン、
５０ ・・・駆動モータ、
５２ ・・・インナーコーン、
７ ・・・排泥管、
８ ・・・埋設管（石綿管）、
８１ ・・・破砕片、
９ ・・・推進管、
９１ ・・・発進立坑、
９２ ・・・到達立坑。

Claims (3)

1. 地中の埋設管を破砕する掘進機であって、
   当該掘進機の掘進方向先端部に回転可能に、且つ回転時の最大直径が前記埋設管の外径よりも大きくなるように設けられ、筒状の支持部、及び前記支持部に取り付けられ泥土を掘削しつつ前記埋設管を破砕するカッタビットを有するカッタヘッドと、
   前記カッタヘッドを回転駆動する駆動モータと、
   前記カッタヘッドの前記支持部に接合され、前記カッタヘッドの径外方向を覆いつつ前記カッタヘッドの先端よりもさらに先端側へ延び、前記カッタヘッドと一体に回転する筒状の延長フードと、
   を備えることを特徴とする掘進機。
2. 前記延長フードは、先端面に、前記延長フードの本体の材質よりも硬度の高い硬質材が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の掘進機。
3. 前記延長フードは、基端側の端部に、基端面に向かうにつれて外径が小さくなるテーパ部が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の掘進機。

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