JP6012035B2 - 高圧水削孔装置 - Google Patents

Description

本発明は、高圧水によりコンクリート建造物に対し水平穴を開ける際に用いる削孔装置に関する。

既設鉄筋コンクリート建造物（以下鉄筋コンクリートには、鉄筋の他に形鋼を用いたものや鉄筋・形鋼のどちらも用いていないもの、及びコンクリートの他にモルタル等を用いたもの等を含む）の機能性を向上させる改良工事の工程の一つに、その建造物に新たに高強度の鉄筋を挿入し固定する基礎工事がある。
この基礎工事は、まず建造物に水平穴を開け、その穴に大径の鉄筋を差込むと同時にモルタルを注入し固め一体化を図るものである。この工事により、数十年を経過した橋梁の柱など鉄筋コンクリート建造物の耐久性を向上させたり、その鉄筋を利用して鉄筋コンクリート建造物を新たに付加し、施設の拡幅やバリアフリー等の機能の追加を行ったりすることができる。

上記の工事は、事前にコンクリートの表面をはつり、鉄筋のない部分にドリル用コアを用いてドリルで穴を開ける工法が採用されていた。図８にこの工法により鉄筋コンクリート建造物１に水平穴２を開けるときのドリル削孔装置の使用状況を示す。コラムベース１１を建造物の鉛直面Ｖに取り付け、コラムベース１１にはそれに垂直に立設する円柱形状のコラム１２が備えられている。コラム１２には、ドリル本体６１を伴ったキャリッジ１３を外嵌すると共に、ドリル本体６１にはドリル用コア６２を取り付け、ドリル本体６１によりドリル用コア６２を回転させながらキャリッジ１３にあるハンドル２２を回転させることで、鉛直面Ｖに削孔することができる。

この工法を実施する場合、表面近傍にある鉄筋を露出させ、その鉄筋を避けるように水平穴２を開ける。しかし表面近傍の鉄筋と、内部の鉄筋の位置がずれていたり、水平穴２の水平度が著しくくるっていたりした場合、この方法で削孔すると内部の鉄筋を傷つけることとなり、鉄筋コンクリート建造物１全体の強度を確保することができないと言う問題があった。また、水平穴深さが４、５ｍになる場合には特殊な治具を用いる必要があり、工事全体が大掛かりになるという問題もあった。

上記工法の他高圧水を噴きつけることで水平穴を開ける工法も採用されている（特許文献１）。この場合は、内部の鉄筋を傷つけることはないものの、高精度な水平穴を削孔するためには装置が大掛かりにならざるを得なかった。例えば特許文献１の図１に表されている装置において比較的深さの深い水平穴を削孔する場合は、その深さに応じて装置全体の角度を変更し、それにより前のめりになっていた高圧水噴出管の角度を修正することで高精度に削孔していたが、この装置全体の角度修正機構によりその構成が大掛かりにならざるを得なかった。

特開平１０−２２５９２４号公報

本発明が解決しようとする課題は、鉄筋コンクリート建造物内部の鉄筋を傷つけずに、かつ、簡易な方法で高精度に水平穴の加工を行うことができる高圧水削孔装置を提供することである。すなわち、高圧水による加工を行うことで鉄筋コンクリート建造物内部の鉄筋を傷つけることがなくなり、かつ上記高圧水削孔装置により装置を含む全体構成を大きくすることなく、高精度な水平穴の加工を行うことができる。

本発明では、上記課題を解決するために次の技術的手段を講じる。
すなわち、請求項１記載の発明は、高圧水を噴出する高圧水削孔ノズルヘッドと、この高圧水削孔ノズルヘッドを先端に固定し、軸心を中心に回転する高圧水供給管と、この高圧水供給管を回転させるモータと、
鉛直削孔面に垂直になるように取り付けた軸線が水平のコラムと、
前記コラムの軸線に対し前記高圧水供給管の軸心を平行に保ちながら前記コラムの軸線方向に移動可能で、前記モータ及び前記高圧水供給管を有するキャリッジと、前記コラムが水平になるように姿勢調整可能に固定するコラムベースと、前記コラムの軸線に対し垂直となるように前記コラムと連結されて、前記高圧水供給管を回転可能に軸支する供給管サポータを備え、
前記コラムベースは、前記コラムの軸線が水平になるように調整する姿勢調整機構を備え、前記供給管サポータは、前記コラムの軸線に対し前記高圧水供給管の軸心の姿勢を調整可能とする支持機構を備え、かつ、前記高圧水供給管と同心のリングを有し、このリングに設けた支持機構は、それぞれが半径方向に進退するボールローラを等分に配置した構成とし、前記高圧水削孔ノズルヘッドは、３つの高圧水噴出口を有すると共に、これら高圧水噴出口と前記高圧水供給管とを結ぶ３本の高圧水通路が、高圧水供給管の軸心に対し傾斜角度を設けてあり、そのうち正面から見て高圧水噴出口の中心が前記軸心より最も遠い噴出口を有する高圧水通路の傾斜角度が、他の高圧水噴出口の高圧水通路の傾斜角度よりも大きく設け、更には、前記３つの高圧水噴出口を頂点とする三角形の内側に前記軸心を設けたこと、を特徴とする高圧水削孔装置である。

（削除）

また、請求項２記載の発明は、前記支持機構が、前記リングに３個のボールローラを等分に配置した構成であることを特徴とする請求項１に記載の高圧水削孔装置である。

また、請求項３記載の発明は、前記キャリッジを動作させる推進モータを設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の高圧水削孔装置である。

また、請求項４記載の発明は、前記コラムベースが矩形状であり、前記姿勢調整機構が、この矩形状の角部に設けられていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の高圧水削孔装置である。

請求項１に記載の発明によれば、高圧水供給管が１、２ｍと短いときは、供給管サポータの支持機構により、高圧水供給管とコラムの平行を保つようにし、高圧水供給管の長さが４、５ｍと長いときは、供給管サポータの支持機構により、高圧水供給管とコラムとの距離を若干短くするように高圧水供給管の軸心を調節できる。これにより、先端が自重で下がり水平穴２の削孔精度が悪くなることを防止し、４、５ｍに達するような深さの水平穴を削孔する場合等であっても、水平穴の削孔精度を向上できる。更に、３つの高圧水噴出口を頂点とする三角形の内側に前記軸心を設けたことから、ノズルヘッドの回転により高圧水が順次作用すると共に噴出口位置のアンバランスな配置による振動を防止できる。
加えて、３つの高圧水噴出口を有すると共に、これら高圧水噴出口と前記高圧水供給管とを結ぶ３本の高圧水通路が、高圧水供給管の軸心に対し傾斜角度を設けてあり、そのうち正面から見て高圧水噴出口の中心が前記軸心より最も遠い噴出口を有する高圧水通路の傾斜角度が、他の高圧水噴出口の高圧水通路の傾斜角度よりも大きく設けたことから、孔を拡張する方向へは１つの噴出口からの高圧水が作用し、軸方向への削孔へは２つの噴出口からの高圧水が作用するので、孔を拡張する方向と比較して軸方向の削孔へ高圧水がより多く供給されることとなり、削孔速度を上げることも可能となり、削孔効率が向上する

さらに、供給管サポータが、高圧水供給管と同軸心のリングを有し、このリングに設けた支持機構が半径方向に進退することにより、高圧水供給管の位置の調整をより容易に行うことが可能となる。

請求項２に記載の発明によれば、請求項２に記載の発明の効果に加えて、支持機構がリングに３個のボールローラを等分に配置した構成であることにより、簡易な構造で高圧水供給管とコラムとの位置関係を容易に調整することが可能となる。

請求項３に記載の発明によれば、請求項１または請求項２に記載の発明の効果に加えて、推進モータにより高圧水ノズルを一定の速度または力で軸方向に動作させることができ、水平穴径のバラツキを少なくすることができる。

請求項４に記載の発明によれば、請求項１から請求項３に記載の発明の効果に加えて、姿勢調整用ボルトを矩形のコラムベースの角部に配置することにより、高圧水供給管と概略平行しているコラムの姿勢を容易に調整することができる。

高圧水削孔装置の使用状況を示した側面図である。 本発明の第一実施形態に係る高圧水削孔ノズルヘッドの正面図及び側面図である。 本発明の第二実施形態に係る高圧水削孔ノズルヘッドの正面図及び側面図である。 本発明に係る高圧水削孔ノズルヘッドからの高圧水の高圧水作用面における噴出軌跡を示した図である。 高圧水削孔装置の供給管サポータの高圧水供給管の軸方向から見た図である。 本発明の高圧水削孔ノズルヘッド等を使用した削孔工程を示した側面図である。 水平穴へのモルタル充填工程を示した側面図である。 ドリル削孔装置の使用状況を示した側面図である。 高圧水削孔装置で削孔した水平穴の正面図である。

上記技術思想に基づいて具体的に構成された実施の形態について以下に図面を参照して説明する。

図１には本発明に係る高圧水削孔装置１０の使用状況の側面図を示す。ドリル本体６１を用いる場合と同じようにコラムベース１１を鉛直面Ｖに取付け、コラムベース１１にはそれに垂直に立設する水平の円柱形状のコラム１２を備えている。ドリルにより削孔する場合と比較すると、高圧水で削孔する場合はコラムベース１１に作用する反力を抑えることができるので、コラムベース１１は鉛直面Ｖに設けたアンカーボルトにコラムベース１１の中央付近を通過させた１本の固定ボルト２３で設置することが可能となる。コラムベース１１はコラム１２の軸方向から見て矩形であり、コラム１２の姿勢調整はこの矩形のコラムベース１１の角部に設けたねじ機構である４本の姿勢調整用ボルト１６を進退させることにより行う。

キャリッジ１３には図示しない高圧水ポンプからの高圧水を受ける回転自在継手２１と、高圧水供給管１５と、高圧水供給管回転モータ１４とを備え、高圧水供給管回転モータ１４の動力はキャリッジ１３内にある減速装置を介して高圧水供給管１５に伝動し、高圧水供給管１５はその軸心Ｃを中心に電動や空気圧で回転させることが可能な構造となっている。

またコラム１２には、コラム１２とほぼ平行に設けた高圧水供給管１５との位置関係を維持するための供給管サポータ１７を設けている。供給管サポータ１７は、高圧水供給管１５を回転可能に軸支し、高圧水供給管１５を複数接合して４、５ｍに達するような深さの水平穴２を削孔する場合等に、高圧水供給管１５の先端が自重で下がり水平穴２の削孔精度が悪くなることを防止できる構成としている。この供給管サポータ１７の高圧水供給管１５の軸方向からの図を図５に示す。図５の上方には図示しないコラム１２があり、それと概略平行に高圧水供給管１５を設ける。また高圧水供給管１５と概略同軸心となるようにリング１８を設け、そのリング１８に支持機構としてボールローラ２０を３つ等分に設ける。ボールローラ２０はリング１８に溶接したナットによりリング１８の半径方向に進退可能となっている。

コラムベース１１にコラム１２の姿勢調整機構である姿勢調整用ボルト１６を備えると共に、高圧水供給管１５を回転可能に軸支する供給管サポータ１７をコラム１２に設けたことにより、高圧水供給管１５の回転を円滑に行いながら、その姿勢の調整が容易になると共に、一度調整した姿勢を維持することが容易となる。

供給管サポータ１７が、高圧水供給管１５と同軸心のリング１８を有し、このリング１８に設けた支持機構が半径方向に進退することにより、高圧水供給管１５の位置の調整をより容易に行うことが可能となる。

支持機構がリング１８に３個のボールローラ２０を等分に配置した構成であることにより、簡易な構造で高圧水供給管１５とコラム１２との位置関係を容易に調整することが可能となる。

また、姿勢調整用ボルト１６を矩形のコラムベース１１の角部に配置することにより、高圧水供給管１５と概略平行しているコラム１２の姿勢を容易に調整することができる。

高圧水供給管１５の先端には、高圧水削孔ノズルヘッド３０を設ける。この高圧水削孔ノズルヘッド３０は高圧水供給管１５に固定され、高圧水供給管１５の回転動作と共に回転する構成であり、このノズルヘッド３０が自ら削孔した水平穴２に挿入可能な大きさの水平穴２を開けるものである。

図２に高圧水削孔ノズルヘッド３０の第一実施形態を示す。図２（ａ）はこのノズルヘッド３０ａを噴出口側から見た正面図、図２（ｂ）は側面図を示している。この第一実施形態に係る高圧水削孔ノズルヘッド３０ａは、比較的径が大きく深さの浅い孔を加工する場合に用いる。高圧水削孔ノズルヘッド３０ａは、高圧水供給管１５に固定され、高圧水供給管１５の軸心Ｃを中心に回転しながら高圧水を噴出することで鉄筋コンクリートの壁に削孔する。高圧水削孔ノズルヘッド３０ａは、１つの高圧水流入口３１と、３つのほぼ同径の高圧水噴出口３２を有する。高圧水流入口３１は高圧水供給管１５と固定され、この高圧水流入口３１と３つの高圧水噴出口３２との間には、高圧水流入口３１から分岐する３本の高圧水通路４３が設けられており、これらは側面図で示すように側面方向から見て軸心Ｃに対して傾斜角度α１、α２、α３を有している。そして正面図で示すように正面から見て高圧水噴出口３２の中心が軸心Ｃから近い順に３２ａ、３２ｂ、３２ｃとすると、高圧水噴出口３２ｃへ通じる高圧水通路４３の傾斜角度α３が、α２及びα１よりも大きくなるようにしている。３つの高圧水噴出口３２は、一直線に並ばないように構成している。なお側面図とは、高圧水通路４３の軸心と傾斜角度α３を持つ高圧水通路４３の軸心とを含む面を垂直方向から見た図を言う。

ノズルヘッドの３つの高圧水噴出口３２のうち正面から見て噴出口の中心が軸心Ｃより最も遠い高圧水噴出口３２ｃの高圧水通路４３の傾斜角度α３が、他の高圧水噴出口３２ａ、３２ｂの高圧水通路４３の傾斜角度α１、α２よりも大きいことにより、孔を拡張する方向へは１つの噴出口からの高圧水が作用し、軸方向への削孔へは２つの噴出口からの高圧水が作用するので、孔を拡張する方向と比較して軸方向の削孔へ高圧水がより多く供給されることとなり、削孔速度を上げることが可能となる。また、高圧水噴出口３２が３つあり、それらが一直線に並ばず、その３つの噴出口によりなる三角形の内部に軸心Ｃが位置する構成であることで、ノズルヘッド３０ａの回転により高圧水が順次作用すると共に噴出口位置のアンバランスな配置による振動を防止でき、削孔効率を向上できる。

第一実施形態の高圧水削孔ノズルヘッド３０ａの高圧水流入口３１にはメスの台形ねじが形成され、高圧水供給管１５の外側に形成されたオスの台形ねじと結合する。結合時には液体ガスケットを台形ねじの間に流し込み高圧水の漏洩を防止する。

第一実施形態の高圧水削孔ノズルヘッド３０ａはその高圧水噴出口３２を備えたノズルチップ３３を用いる。第一実施形態のノズルヘッド３０ａではオリフィスにより高圧水を絞るので、高圧水噴出口３２とはオリフィス絞り部分を意味し、高圧水噴出口３２の径とはオリフィスの径を意味する。そして３つのノズルチップ３３に設けたそれらの径は概略同一とすることが望ましい。具体的にはその差が、径の１０％程度とする。径が同一であることにより供給された高圧水が同じように絞られるため、同じ量の高圧水を同じ圧力でそれぞれのノズルチップ３３から図２の中でＨと示した方向に噴出させることができる。ノズルチップ３３はノズルヘッド３０ａの噴出側からねじ込む形式であり、高圧水の噴出時間が一定の時間に達したときに交換する。交換可能であることにより、ノズルヘッド３０ａ自体の寿命を伸ばすことができると共に、連続的に作業を行う場合でもノズルチップ３３のみの交換を行うことで削孔作業が継続でき、作業能率が向上する。

第一実施形態にかかるノズルヘッド３０ａの高圧水による削孔方法について説明する。図９に示すように、鉄筋が水平穴２内部に迫っているものもあり、例えば異径鉄筋のＤ５１（公称直径５０．８［ｍｍ］、節部の高さを考慮して直径５５［ｍｍ］とする）を挿入する場合には、その片側に１０〜２０［ｍｍ］程度の余裕を見て孔を開ける必要がある。よってその場合の必要削孔径は余裕を見るとφ９５［ｍｍ］である。割合としては挿入する鉄筋の公称直径の２倍のプラスマイナス１５％程度である。

次にこの高圧水削孔ノズルヘッド３０ａによって削孔する孔径が、上記の必要削孔径と一致する必要がある。削孔する孔径は、ノズルヘッド３０からの高圧水の作用面Ａ上で、３つの噴出口が描く円の内最大のものとほぼ一致させる必要がある。第一実施形態の高圧水削孔ノズルヘッド３０ａでは図２（ｂ）の下に位置する３２ｃが作用面Ａの上で描く円が、削孔する孔径となる。言い換えると軸心Ｃと垂直であって、噴出口３２からの高圧水が描く円の最大直径が必要削孔径と等しくなる面が、実際の高圧水削孔ノズルヘッド３０による作用面Ａであり、この作用面Ａにおいて効率的に高圧水を作用させることで、必要削孔径の削孔を効率よく行うことができる。

図４に、本発明に係る高圧水削孔ノズルヘッド３０ａからの高圧水の作用面上における噴出軌跡を示す。第一実施形態の高圧水削孔ノズルヘッド３０ａでは、噴出口３２ｃによって描かれる円の直径がｄ３、３２ｂによるものがｄ２、３２ａによるものがｄ１となり、ｄ３が必要削孔径と一致する。第一実施形態では、図２（ｂ）において上側に描いた二つの噴出口３２ａ、３２ｂが水平穴２の軸心方向への加工を主に担当し、下側に描いた一つの噴出口３２ｃが水平穴２の半径方向の加工を主に担当する。このように噴出口３２ｃが作用面において描く円の直径ｄ３よりも噴出口３２ａ、３２ｂが描く円の直径ｄ１、ｄ２が小さい、即ち高圧水噴出口３２のうち正面から見て噴出口の中心が高圧水供給管１５の軸心Ｃより最も遠い噴出口３２ｃを有する高圧水通路の傾斜角度α３が、他の噴出口３２ａ、３２ｂの高圧水通路の傾斜角度α１、α２よりも大きいことにより水平穴２の軸心方向へ適切な圧力の高圧水をより多くの量噴出することができ、特に軸方向への削孔をスムーズに行うことが可能となる。水平穴２の軸心方向への噴出口を、大サイズの一つの噴出口にした場合には、ノズルチップ３３の噴出口に設けたオリフィス等の径が圧力水により削られる量が増えノズルチップ３３の寿命が短くなったり、またオリフィスの径を大きくすることによってノズルヘッド３０ａ内の水圧の低下を招いたりする問題があったが、同径の噴出口を２箇所設けることで上記問題を解決できる。

ｄ１がｄ３の約３分の１倍であり、かつｄ２がｄ３の約３分の２倍となるように高圧水通路４３の軸心Ｃに対する傾斜角度を決定する。このような構成により、高圧水の作用位置が均等に割り振られ、削孔をより効率よく行うことができる。なおｄ１とｄ３の比率、又はｄ２とｄ３の比率は作用面Ａにおける比率であり、厳密に決定されるのではなく、プラスマイナス１０％程度の幅を持ち、ほぼ均等に割り振られていれば、この効果を有する。

次に高圧水削孔ノズルヘッド３０ａをその削孔した水平穴２に突入させていくために高圧水削孔ノズルヘッド３０ａの寸法を決定する必要がある。必要削孔径及びノズルヘッド３０の接触を考慮して、高圧水削孔ノズルヘッド３０の回転時の最外径部が決定される。高圧水削孔ノズルヘッド３０は軸心Ｃを中心に２００［ｒｐｍ］で回転する。第一実施形態の高圧水ノズルヘッド３０の断面は、軸心Ｃを対称軸とする線対称となっていないので、必要削孔径から１０［ｍｍ］以上余裕を見て、高圧水削孔ノズルヘッド３０の最外径部を決める必要がある。図２（ｂ）で示すように、第一実施形態のノズルヘッド３０ａの最外径部は下方である。よってＤ５１の鉄筋の場合は必要削孔径である９５［ｍｍ］から、片側１０［ｍｍ］、即ち２０［ｍｍ］を減じ、その２分の１の値よりも、図２（ｂ）で軸心Ｃからノズルヘッド３０ａの最外径部までの距離が小さくなるように設計する。

図３に高圧水削孔ノズルヘッド３０の第二実施形態を示す。図３（ａ）はこのノズルヘッド３０ｂを噴出口側から見た正面図、図３（ｂ）は側面図を示している。以下第一実施形態の高圧水削孔ノズルヘッド３０ａと異なる点について説明する。第二実施形態に係る高圧水削孔ノズルヘッド３０ｂは、比較的径が小さく深さの深い孔を加工する場合に用いる。例えば、必要削孔径としてφ９５［ｍｍ］が求められた場合に、φ６０［ｍｍ］の下穴を開ける第一段階の加工に用いる。

第二実施形態の高圧水削孔ノズルヘッド３０ｂは、回転時の動バランスを確保するために、図３（ｂ）において、外部の形状は回転軸心Ｃを対称軸とする線対称とする。また３つ設けた噴出口３２はほぼ同径であり、かつ毛細管による絞り効果を得るために、その軸径に比して毛細管部の長さを長くするようにした。このような毛細管絞りの場合には、毛細管が高圧水通路４３となる。第二実施形態の高圧水ノズルヘッド３０ｂも、高圧水噴出口３２のうち正面から見て噴出口の中心が高圧水供給管１５の軸心Ｃより最も遠い噴出口３２ｃを有する高圧水通路４３の傾斜角度β３が、他の噴出口３２ａ、３２ｂの高圧水通路４３の傾斜角度β１、β２よりも大きい構成とする。高圧水は毛細管により絞られ、図３（ｂ）の中でＨと示した方向に噴出するようになる。毛細管により絞ることで、オリフィスの場合と比較してその孔径が高圧水により削られる量を抑止することができノズルヘッド３０ｂの寿命を伸ばすことができる。

また、線対称であることから回転による振動を抑えることができ、ノズルヘッド３０ｂの最外径部から最低５［ｍｍ］大きくした値が削孔する孔径となる。即ち削孔する孔径から１０［ｍｍ］を減じた値が高圧水用ノズルヘッド３０ｂの最外径となる。

第二実施形態の高圧水削孔ノズルヘッド３０ｂは、図３（ｂ）において上側に描いた二つの噴出口３２ｂ、３２ｃが水平穴２の軸心方向への加工を担当し、下側に描いた一つの噴出口３２ａが水平穴２の半径方向の加工を担当する。

第二実施形態の高圧水削孔ノズルヘッド３０ｂを使用した後、削孔径を拡張する拡径削孔ノズルヘッドを用いる。この拡径削孔ノズルヘッドは高圧水供給管１５の軸心Ｃを中心に回転しながら高圧水を噴出し、既に削孔された水平の下穴に対してその径を拡げて仕上げ加工を行うものである。

拡径削孔ノズルヘッドは、通常１つの高圧水流入口と、２つの高圧水噴出口を有する。拡径削孔ノズルヘッドの使用に先立って削孔する下穴は原則この拡径削孔ノズルヘッドの径よりも大きく、拡径削孔ノズルヘッドはこの下孔の半径方向の加工を行う。水平穴の拡径作業は、その軸心中央周辺の加工を行う必要がないので、軸方向への加工と半径方向への加工とを等分に行うのが効率的である。高圧水が、高圧水供給管１５の軸心Ｃとなす角は、最も効率的である４５度とするのが望ましい。加えて噴出口へ至る高圧水通路の直線部の長さを一定以上長くすることが望ましい。

高圧水通路の直線部分を一定以上長くする方法として、例えばノズルヘッド内で高圧水通路を屈曲させることにより、直線部分を確保したノズルヘッドを使用することができる。

直線部分の長さを一定以上長くすることにより噴出口から噴出した高圧水が広がることなく１本の線で適切に高圧水作用点に供給され、高圧水の圧力と水量を損なうことがないので、高能率の削孔を行うことが可能となる。

この場合２本の高圧水通路は、同一平面上にはなく立体的に交差するように形成すると高圧水流入口から二つに分流した高圧水は、再度交わることなく外部へ噴出するようになる。加えて２つの高圧水噴出口を、軸線Ｃを中心とした円上に等分に配置すると、高圧水の噴出によって生じる半径方向の力等を互いに相殺でき、振動を抑制することができる。

図１により本発明に係る高圧水削孔装置１０の使用方法を説明する。水平穴２を開ける予定の鉛直面Ｖにアンカーボルト（図示しない）を打ち込み、コラムベース１１をボルトで固定する。コラムベース１１にはコラム１２及びキャリッジ１３が事前に取り付けられているので、コラム１２の水平を確保するように姿勢調整用ボルト１６を用いてコラムベース１１の姿勢を調整する。次にキャリッジ１３に、高圧水削孔ノズルヘッド３０を先端に取り付けた高圧水供給管１５を固定する。この際に高圧水供給管１５の長さが１、２［ｍ］と短いときは、供給管サポータ１７により高圧水供給管１５とコラム１２の平行を確保するようにし、高圧水供給管１５の長さが４、５［ｍ］と長いときは供給管サポータ１７により高圧水供給管１５とコラム１２との距離を若干短くするようにする。最後にキャリッジ１３の回転自在継手２１に高圧水ポンプからの高圧水を受けることができるように耐圧ホースをつなぐ。

高圧水削孔装置１０の使用者は、まず高圧水供給管回転モータ１４により高圧水供給管１５を、その軸心Ｃを中心として回転させる。回転数は２５０［ｒｐｍ］前後に設定するが、モータ回転数を変化させることにより変更可能である。その後高圧水ポンプを稼動させ、高圧水を耐圧ホースから高圧水供給管１５を通過させ、回転する高圧水削孔用ノズル３０の先端から鉛直面Ｖに噴射する。ポンプにより得られる高圧水の圧力は１５０［ＭＰａ］であり、流量は８０［ｌｉｔｅｒ／ｍｉｎ］である。削孔開始時は鉛直面Ｖに噴射された水が周囲に影響を与えないよう、その周辺をカバー（図示しない）で覆う。

図６に２ｍ以上の比較的深さの深い水平穴２を削孔する場合の削孔手順を示す。（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の順に水平穴２の深さが深くなっている。２ｍ以上の水平穴２であるので、第二実施形態で示したノズルヘッド３０ｂを高圧水供給管１５に取付け、上記の手順に従って高圧水削孔装置１０の準備を行う。高圧水を噴出させ、図６（ａ）にあるように鉛直面Ｖに削孔を始める。キャリッジ１３に備えているハンドル２２を回転させることにより、コラム１２側面のラックを利用して、キャリッジ１３を鉛直面Ｖに向かって前進させ、それにより高圧水を噴出する高圧水削孔ノズルヘッド３０を挿入させ削孔を行う。このとき破砕屑は水の流れにより適宜外部に排出される。図６（ｂ）にあるように、キャリッジ１３が鉛直面Ｖに最も近づくと高圧水の噴出を止める。そして、高圧水供給管１５をキャリッジ１３から取り外し、キャリッジ１３を元の位置に後退させ、次に高圧水供給管１５を長くする継ぎ配管を行う。その配管は高圧水供給管１５と同径であることが望ましい。長くなった高圧水供給管１５を再びキャリッジ１３に固定し、高圧水削孔ノズルヘッド３０ｂの位置が下がらないように供給管サポータ１７で位置調整を行う。そして図６（ｃ）に示すように、高圧水を噴出させながら削孔を継続する。これにより高圧水供給管１５等を挿入するのに十分な下孔を必要深さだけ削孔する。

所定位置まで下穴の削孔を終えた後はノズルヘッドを拡径削孔ノズルヘッドに交換し、再度鉛直面Ｖから必要削孔径が確保できるように削孔を行う。Ｄ５１のように大きな異径鉄筋を挿入する場合は、下孔を削孔した後拡径削孔ノズルヘッドにより加工を行うという二段階の加工を行うことにより、加工時間が短縮できる。

図７は、水平穴２へのモルタル充填工程を示した側面図である。所定位置までの削孔を終えた後は、鉄筋３の挿入とモルタルの充填を行い、新コンクリート（モルタル）と旧コンクリートの一体化を図ることで、橋梁の柱など鉄筋コンクリート建造物の耐久性を向上させたり、鉄筋コンクリート建造物を新たに付加し、施設の拡幅やバリアフリー等の機能の追加を行ったりすることができる。モルタルには高流動無収縮で、耐震補強工事で実績が多いプレミックスタイプのものを用いる。

図７（ａ）に示すように、まず既設コンクリート建造物１の鉛直面Ｖのアンカーボルトを利用して、上面が開放したモルタル受け箱５１をその鉛直面Ｖに、削孔された水平穴２の開口部を囲うように固定する。なおモルタル受け箱５１について、鉛直面Ｖに対向する面を背面、上側を上面、下側を下面と表現し、後に述べる鉄筋差込口５５がある面を正面とし図７では下面に設けた傾斜面をいう。即ち第１の工程は、モルタル受け箱５１の背面に開口した接続口５４を水平穴２の開口部に接続するモルタル受け箱固定工程である。通常モルタル受け箱５１の背面の接続口５４の径は水平穴２より大きくし、モルタル受け箱５１の鉛直面Ｖとの接触面には液体シールを施し、その接触面からモルタルが漏れないようにする。なおモルタル受け箱５１について内部状況を確認するために上面が開放されているので、一部開放されている場合や、間接的な方法により内部状況を確認する手段があることを含む。

第２の工程としては図７（ｂ）に示すようなモルタル注入工程である。即ち、ナイロンチューブなどの可撓性チューブであるモルタル注入パイプ５２を、モルタル受け箱５１の上面より接続口５４を経て水平穴２の奥部まで差込み、そのパイプ５２により水平穴２の奥からその内部にモルタルを注入する工程である。モルタル受け箱５１に蓋があり、そこにモルタル注入パイプ５２が通過する孔を設ける場合もある。また鉄筋３が通過するモルタル受け箱５１の正面には、後の工程で鉄筋３が差込まれる鉄筋差込口５５を設けると共にその鉄筋差込口５５にはパッキン５３を設ける。このパッキン５３の内周の径は鉄筋３と径よりも小さくし、鉄筋３が通過するまではモルタルを漏れ出ないようにウェス５６などでその部分を覆うことでモルタルの漏れを防止している。モルタルはハンドミキサーで混練りし、チューブポンプを用いて圧送する。注入初期においては削孔時の水が水平穴２からあふれてくるので、鉄筋差込口５５から水を廃棄し、注入したモルタルが出てくることを確認した後その開放部分をウェス５６で閉じてモルタルを漏れないようにする。注入したモルタルの量から判断し、徐々にモルタル注入パイプ５２を水平穴２から抜き取る。そしてモルタルの注入は、モルタル受け箱５１を利用して水平穴２の最上部から５［ｃｍ］程度上まで行う。この場合、水平穴２内部の下方はモルタルが十分に行き渡るものの、上方の凹形状の細部までは届いていない場合がある。

第３の工程としては図７（ｃ）に示すような鉄筋差込工程である。即ちモルタル受け箱５１の正面からパッキン５３を設けた鉄筋差込口５５を通過させながら鉄筋３を挿入する。その際ウェス５６は事前に抜き取る。第３の工程を実施すると同時に、最後の第４の工程を実施する。第４の工程としては、水平穴２内部からあふれ出たモルタルを接続口５４よりモルタル受け箱５１に受止めるモルタル受止め工程となる。モルタル受け箱５１の正面から鉄筋差込口５５を通過させて鉄筋３を挿入することで、その挿入圧により水平穴２上方の凹形状の細部までモルタルが押出してモルタルを行き渡らせ、構造物の強度を確保することができる。加えてモルタル受け箱５１により水平穴２の口部分を囲むことができているので作業場へのモルタルの漏出を防止し作業環境を悪化させることがなくなる。

また、充填箱５１の後方の鉄筋３が通過する面にパッキン５３を設けることで、モルタル受け箱５１からのモルタルの漏れを少なく抑えることが可能となる。

挿入後すぐにパッキン５３と鉄筋３との間のシールを行い、モルタル受止め工程後水平穴２の最上部から１０［ｃｍ］程度上までモルタルを注ぐ。これは重力により水平穴２へのモルタルの充填を確実に行うためである。

鉄筋３を差込んでから１日程度時間をおき、モルタルが固化するのを待つ。モルタルが固化したあとモルタル受け箱５１を取り外し、水平穴２からはみ出たモルタルの固化部分を除去する。

供給管サポータ１７にボールローラを採用したが、通常の深溝玉軸受などを採用し、その軸受の外周を高圧水供給管１５と接触させることも可能である。この場合コストを抑えることが可能となる。

供給管サポータ１７のリングの内側に、高圧水供給管１５の外径と同じ穴を有するエンジニアプラスチックなど摩擦係数の低い材料を接着して軸受とし、それらを分割して高圧水供給管１５を挟む構成とすることもできる。より簡易な構成とすることでコストを抑えることが可能である。またボールローラと比較して高圧水供給管との接触面積を大きくでき、高圧水供給管周りの系の固有振動数を上げ、振動を抑制することができる。

キャリッジ１３に設けたハンドルで装置の使用者が手動でキャリッジ１３を鉛直面Ｖ方向へ動作させ、削孔する構成を上げたが、ハンドルの代わりに推進用モータを設けることも可能である。コンクリート建造物１の内部は、均一な材料であることはまれなので、この推進用モータは位置を高精度に制御するものではなく、力制御を行うものであることが望ましい。

第４の工程であるモルタル受止め工程のあとすぐに、水平穴２を閉塞する漏れ止め板により水平穴２のシールを行うことも可能である。この漏れ止め板は鉄筋３と同径の孔を開けて、その直径部分で２分割されており、その部分で鉄筋３を挟み込む。その後モルタル受け箱５１を取り外し、水平穴２の開口部のシールを行う。

モルタル受止め工程の後に、水平穴２を閉塞する漏れ止め板で水平穴２を封止し、モルタル受け箱５１を取り外す工程を含むことで、迅速にモルタル受け箱５１を取り外すことができ、全体工程に掛ける時間を短縮できる。

１ コンクリート建造物
２ 水平穴
３ 鉄筋
１０ 高圧水削孔装置
１１ コラムベース
１２ コラム
１３ キャリッジ
１４ 高圧水供給管回転モータ
１５ 高圧水供給管
１６ 姿勢調整用ボルト
１７ 供給管サポータ
１８ リング
２０ ボールローラ
２１ 回転自在継手
２２ ハンドル
３０ 高圧水削孔ノズルヘッド
３０ａ 第一実施形態の高圧水削孔ノズルヘッド
３０ｂ 第二実施形態の高圧水削孔ノズルヘッド
３１ 流入口
３２ 高圧水噴出口
２４ ノズルチップ
４３ 高圧水通路
５１ モルタル受け箱
５２ モルタル注入パイプ
５３ パッキン
５４ 接続口
５５ 鉄筋差込口
５６ ウェス
６１ ドリル本体
６２ ドリル用コア
Ａ 高圧水作用面
Ｃ 高圧水供給管軸心
Ｈ 高圧水
Ｓ 噴出角度変更点
Ｖ 鉛直面

Claims (4)

1. 高圧水を噴出する高圧水削孔ノズルヘッドと、
   この高圧水削孔ノズルヘッドを先端に固定し、軸心を中心に回転する高圧水供給管と、この高圧水供給管を回転させるモータと、
   鉛直削孔面に垂直になるように取り付けた軸線が水平のコラムと、
   前記コラムの軸線に対し前記高圧水供給管の軸心を平行に保ちながら前記コラムの軸線方向に移動可能で、前記モータ及び前記高圧水供給管を有するキャリッジと、
   前記コラムが水平になるように姿勢調整可能に固定するコラムベースと、前記コラムの軸線に対し垂直となるように前記コラムと連結されて、前記高圧水供給管を回転可能に軸支する供給管サポータを備え、
   前記コラムベースは、前記コラムの軸線が水平になるように調整する姿勢調整機構を備え、
   前記供給管サポータは、前記コラムの軸線に対し前記高圧水供給管の軸心の姿勢を調整可能とする支持機構を備え、かつ、前記高圧水供給管と同心のリングを有し、このリングに設けた支持機構は、それぞれが半径方向に進退するボールローラを等分に配置した構成とし、
   前記高圧水削孔ノズルヘッドは、３つの高圧水噴出口を有すると共に、これら高圧水噴出口と前記高圧水供給管とを結ぶ３本の高圧水通路が、高圧水供給管の軸心に対し傾斜角度を設けてあり、そのうち正面から見て高圧水噴出口の中心が前記軸心より最も遠い噴出口を有する高圧水通路の傾斜角度が、他の高圧水噴出口の高圧水通路の傾斜角度よりも大きく設け、更には、前記３つの高圧水噴出口を頂点とする三角形の内側に前記軸心を設けたこと、を特徴とする高圧水削孔装置。
2. 前記支持機構が、
   前記リングに３個のボールローラを等分に配置した構成であることを特徴とする請求項１に記載の高圧水削孔装置。
3. 前記キャリッジを動作させる推進モータを設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の高圧水削孔装置。
4. 前記コラムベースが矩形状であり、
   前記姿勢調整機構が、この矩形状の角部に設けられていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の高圧水削孔装置。

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