JP7100322B2 - ウォータージェット削孔構造 - Google Patents

Description

本発明はウォータージェットを用いた削孔技術に関する。特に、ウォータージェットを削孔方向に案内する技術に関する。

構造物の削孔装置にかかる公知技術として以下の特許文献に記載の装置がある。
特許文献１には、ノズルを削孔方向に沿って進退可能な前進後退手段と、ノズルと前進後退手段を二方向に移動させる直交方向移動手段とを備えたウォータージェット削孔装置が開示されている。
また、特許文献２には、駆動モータと、駆動モータの先端に設けたノズルと、後端に設けた剛性ホースと、外方に設けた外筒と、を備えた削孔装置が開示されている。
これらの削孔装置は、スライドベースや高圧ホースによって削孔部を被削孔体内に送り出して直線状に削進するもので、送り出し方向と削孔方向が同一である場合に限られている。

また、本出願人は、コンクリート構造物などに補強用に屈曲した削孔を行う技術を研究開発して、特許文献３（特開２０１７－１４４５５０３号公報）、特許文献４（特開２０１８－１１１１５８号公報）などを提案してきた。そして、さらに鋭意研究開発を続けている。

特開平１１－２８７２０号公報 特許第２８８７２７０号公報 特開２０１７－１４４５０３号公報 特開２０１８－１１１１５８号公報

本願発明は、ウォータージェットを用いた削孔装置において、ガイド管に削孔屑の侵入を防止して、ウォータージェットの送水管をスムーズに挿通し案内するガイド機構を開発することを目的とする。

前記課題を解決すべくなされた本願の第１発明は、送り出し方向と異なる方向に削進するための削孔構造であって、送り出し方向と削孔方向とを連絡するコーナー部に配置するガイド管と、前記ガイド管に挿通する削孔装置と、を少なくとも具備し、削孔装置は、ウォータージェットによって削孔を行う、削孔部と、複数のリング体を積層して屈曲可能であり、先端を前記削孔部に接続する、筒体と、を有しており、ガイド管の先端部に、加圧水を封入した貯留部を形成する注水機構を設けたことを特徴とする。
また、本願の第２発明は、前記第１発明において、注水機構が、ガイド管に設けた注水部と、注水部の前方と後方に設けたシール部と、を備えていることを特徴とする。
また、本願の第３発明は、前記第１発明または第２発明において、ガイド管に、前記筒体の屈曲部を洗浄する洗浄機構をさらに設けたことを特徴とする。
また、本願の第４発明は、前記第１発明乃至第３発明のうち何れか１つの発明において、リング体に、前後方向に貫通する挿通孔が形成されており、削孔装置は、前記挿通孔に挿通する、張力用のワイヤを更に有し、張力用のワイヤは、先端を前記削孔部または最前方のリング体に接続し、後端を張力調整治具に接続したことを特徴とする。

本発明によれば、以下に記載する効果を奏する。
（１）本願発明は、ウォータージェットを用いた削孔装置において、ガイド管に注水機構を設けることにより、削孔屑の侵入を防止することができ、ウォータージェットの送水管をスムーズに挿通し案内することができる。
（２）注水機構を、ガイド管の先端側に設けた注水部と注水部の前方と後方に設けたシール部とで構成することで、両シール部で囲まれた貯留部によって削孔屑の侵入の抑制効果を向上させることができる。
（３）ガイド管に洗浄機構を設けることで、侵入した削孔屑がガイド管内に滞留しないようにできる。特に、リング体を積層した筒体を用いた場合、リング間に混入した削孔屑を洗い流すことができる。
（４）注水及び洗浄機構を備えたガイド管と、リング体を積層した筒体を備えたウォータージェットと、を備えた本発明のウォータージェット装置を用いて削孔することにより、屈曲孔の削孔も正確にスムーズにできる。コンクリート体などの内部に屈曲孔を設けて、補強材などを必要な個所に適用できる。

実施例１に係る削孔装置の使用状態を示す概略図。 実施例１に係る筒体の構成を示す概略図。 実施例１に係る注水機構の構成を示す概略図。 実施例１に係る洗浄機構の構成を示す概略図。 実施例２に係る注水機構の構成を示す概略図。

本発明は、コンクリート体などにウォータージェットを用いて削孔するにあたって、削孔方向を案内し特定することができるガイド管であり、該ガイド管とウォータージェットと組み合わせたウォータージェット装置、さらに、削孔案内部のウォータージェット構造である。

＜１＞ウォータージェット
本発明で使用する削孔用のウォータージェットは、特許文献３，４または特願２０１７－１００９１６，特願２０１８－０７８８３１に提案した例を採用することができる。

例えば、特許文献３に提案している噴射用のヘッドとヘッドに高圧水を供給する高圧ホース、高圧ホースに外挿される外挿体を備えたウォータージェットを用いることができる。
外挿体は、コイルスプリング、小リングを積層した屈曲可能な筒体などである。
ウォータージェットのヘッドにつながる高圧ホースは可撓性があり、高圧噴射するヘッドの反力を受けるので掘削方向を安定させるために、外挿体を用いている。
ウォータージェットによる鉄筋コンクリートの削孔は、鉄筋を切断することがない。また、孔の壁面が凸凹になり、充填したモルタルなどの付着性に優れるなどの特徴がある。また、高圧ホースは屈曲性があるので、ヘッドの方向をコントロールすることで屈曲した削孔をすることができる。

また、特許文献４に提案しているウォータージェットは、先端に設けた削孔用ノズルが、削孔ノズルの削孔方向を回転軸として自由回転するヘッドと、ヘッドの後端に接続するロータと、ロータを回転可能な状態で収容するスイベルを具備しており、ロータ内部に形成した連通路の中に高圧ホースからの高圧水を通す連通路を設けている。
ヘッドには、ロータの連通路からの高圧水を、ヘッドの先端から放出して、コンクリート削孔を行う削孔用放出路や、ロータの連通路からの高圧水を、ヘッドの側方から放出することで、ヘッドそのものに回転力を与える自回転用放出路を形成している。

また、特願２０１７－１００９１６で提案している削孔装置は、送り出し方向と異なる方向である削孔方向に向けてウォータージェット等によって削孔できる装置であり、先端に設けた削孔部と、削孔部の後端に接続して送り出しによる力を削孔部へ伝達可能な剛性を備える伝達部と、を具備している。
このうち、伝達部は、巻き方向を異にした態様とした内側コイルスプリングおよび外側コイルスプリングで構成されている。
当該構成によれば、各コイルスプリングを構成する鋼線間に生じる隙間同士がクロスする形となるため、互いに鋼線が隙間に入り込むことは無い。
よって、折曲に伴う各コイルスプリングの位置のズレを抑え、コイルスプリングの復元動作に支障も生じ無い形で両者を整然に近接配置することを実現している。

また、特願２０１８－０７８８３１で提案している削孔装置は、送り出し方向と異なる方向である削孔方向に向けてウォータージェット等によって削孔できる装置であり、先端に設けた削孔部と、削孔部の後端に接続して送り出しによる力を削孔部へ伝達可能な剛性を備える伝達部と、を具備している。
このうち、伝達部は、コイルスプリングで構成した外筒と、複数のリング体を積層配置した内筒とで構成し、内筒に設けた螺旋溝に外筒のコイルスプリングを噛み合わせて、伝達部の曲げ伸ばしの際の形状復元性が良好となるよう構成している。

＜２＞ガイド管
ガイド管は、ウォータージェットを内部に挿通する部材である。
本発明で使用するガイド管は、特願２０１７－１００９１６、特願２０１８－０７８８３１に記載したガイド材を採用することができる。
ガイド管は、削孔箇所の任意の位置に配置することができる。
ガイド管は、特願２０１７－１００９１６、特願２０１８－０７８８３１で記載した伝達部を挿通可能な内径を有する管材を用いることができる。
なお、ガイド管は、直管でも曲管であってもよい。

本発明では、ガイド管に注水機構を設けることで削孔屑の侵入抑制効果を向上させることができる。
また、注水機構とは別にガイド管に洗浄機構を設けることで、削孔屑が侵入したとしてもガイド管内に滞留することを抑制することができる。

＜３＞ウォータージェット装置の使用分野
本発明に係るウォータージェット装置を用いることで、トンネルや地下構造物などの鉄筋コンクリートの地山側の補強をする用途に使用することができる。
ウォータージェット装置によってトンネル等の内空側から削孔し、この削孔穴に補強体を挿入または充填することで、地山を補強することができる。
また、本発明に係るウォータージェット装置は、コンクリート体などの内部に配線や配管を行うための孔を形成する用途にも使用することができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施例について説明する。

＜１＞全体構成（図１）
本実施例に係るウォータージェット装置（以下、単に「削孔装置」ともいう。）は、送り出し方向Ｄ１と異なる方向である削孔方向Ｄ２に向けて削孔を要する被削孔体Ｘを対象とする。
本実施例では、削孔装置を、先端に設けた削孔部１０と、削孔部１０の後端に接続する筒体２０と、筒体２０に挿通するワイヤ３０と、ワイヤ３０のテンションを調整する張力調整具４０と、送り出し方向Ｄ１と削孔方向Ｄ２とを連絡するコーナー部Ｘ１に配置するガイド管５０と、ガイド管５０の先端部５１に設ける注水機構６０と、ガイド管５０の屈曲部５２に設ける洗浄機構７０と、を具備する。
本発明に係る削孔装置を使用する際には、図１に示すように、被削孔体Ｘの外から筒体２０を送り出し方向Ｄ１へと送り出していき、削孔方向Ｄ２に屈曲した先で削孔部１０によるウォータージェットでもって被削孔体Ｘを削進していく。
これらの各要素の詳細について以下に説明する。

＜２＞削孔部（図１）
削孔部１０は、被削孔体Ｘの削孔機能を備えた部材である。
本実施例では、図に示すように、削孔部１０を、ヘッド１１と、ヘッド１１を回転可能に接続するスイベル１２と、ヘッド１１へと高圧水を供給可能な高圧ホース１３とを少なくとも備えた、いわゆるウォータージェット式のものを採用している。

＜２．１＞ヘッド
ヘッド１１は、回転しながら高圧水を噴出することで被削孔体Ｘの削孔を行うための部材である。
ヘッド１１は、先端に噴出孔を有するとともにヘッド１１の前後方向を回転軸として回転可能に構成している。
使用時には、ポンプ（図示せず）から供給され、高圧ホース１３を経由して送られる高圧水を、ヘッド１１を回転させながら噴出孔から噴出することで、被削孔体Ｘの削孔を可能としている。

＜２．２＞ヘッド外周面の態様
図１には図示しないが、ヘッド１１の外周面には、ヘッド１１の後方に向かって高圧水を噴出することで削孔屑をヘッド１１の後方へ排除するための排出促進用の噴出孔や、ヘッド１１の側方に向かって高圧水を噴出することでヘッド１１そのものに回転力を与える自回転用の噴出孔を別途設けておいても良い。
また、前記したこれらの機能を兼用した噴出孔を設けても良い。

＜３＞筒体（図１，２）
筒体２０は、送り出しによる力を削孔部１０へ伝達するための部材である。
筒体２０は、送り出し方向Ｄ１と削孔方向Ｄ２が異なる状態であっても、送り出しによる力を削孔部１０へ伝達可能な剛性を備えるものとする。
図２に示すように、本実施例に係る筒体２０は、複数のリング体２１を積層して屈曲可能な筒形状を呈している。
各リング体２１は直線状態において互いに面接触している。
筒体２０の前端は、削孔部１０の後端に接続し、筒体２０の後端は、被削孔体Ｘの外側に設けた送出部に接続している。
また、リング体２１の開口部分によって確保される中空部分に、削孔部１０の後端に接続してある、可撓性を備えた高圧ホース１３を挿通している。
よって、筒体２０は、該筒体２０に収容した高圧ホース１３とともに任意の部分で屈曲可能な形状を呈する。

＜３．１＞リング体（図２）
リング体２１は、複数個を積層配置して筒体２０を構成するための部材である。
リング体２１は、前記筒体２０の軸方向において前後する他のリング体２１と嵌合構造によって脱着自在に構成している。
本実施例では、図２に示すようにリング体２１の基部前方には凹部２１１を設け、基部後方に前記凹部２１１に対応する凸部２１２を設けることで、前記の嵌合構造を実現している。

＜３．１．１＞テーパ面の形成
本実施例に係るリング体２１では、凹部２１１の側面を先端側に向けて先細となるようにテーパを設け、凸部２１２も当該テーパに対応する形状としている。
当該形状によれば、筒体２０の曲げ伸ばしの際の力の伝達性と復元性に優れる。

＜４＞ワイヤ（図１，２）
ワイヤ３０は、該ワイヤ３０に張力（テンション）をかけることで筒体２０の剛性の調整を行うための部材である。
本実施例では、各リング体２１の上下方向に貫通する挿通孔２１３を周方向に間隔をあけて複数設け、この挿通孔２１３にワイヤ３０を挿通している。
ワイヤ３０の一端は最前方のリング体２１に固定し、ワイヤ３０の他端は、後述する張力調整具４０に接続している。

＜４．１＞ワイヤの挿通態様
なお、本発明において、ワイヤ３０の挿通位置は特に限定されず、リング体２１の外周面や内周面に切欠きを設け、この切欠きにワイヤ３０を挿通するように構成してもよい（図示せず）。

＜５＞張力調整具（図１）
張力調整具４０は、ワイヤ３０にかける張力を調整するための部材である。
張力調整具４０は、公知の装置を使用することができる。
張力調整具４０は、筒体２０の後方に設けておき、接続した各ワイヤ３０の他端を緊張することで、各ワイヤ３０にかける張力を調整し、その張力の反力を筒体２０全体に持たせることで、少なくとも筒体２０に剛性を持たせることができる。

＜６＞ガイド管（図１）
ガイド管５０は、送り出し方向Ｄ１と削孔方向Ｄ２とを連絡するコーナー部Ｘ１に配置し、筒体２０を屈曲した状態で保持するための部材である。
ガイド管５０には筒体２０の外径に対応したエルボ管を用いることができる。
本実施例では、ガイド管５０について、出口側の直進部分に相当する先端部５１と、先端部５１の後方に接続する屈曲部５２とに分けて定義している。

＜７＞注水機構（図３）
注水機構６０は、削孔作業で生じた削孔屑を含んだ水（削孔水）が、ガイド管５０材の内部に侵入することを抑制するための手段である。
注水機構の一例を図３に示す。
本実施例では、ガイド管５０の先端部５１に設けた注水機構６０を、先端側シール材６１、後端側シール材６２、およびシール用注水部６３とで構成している。
以下、各要素の詳細について説明する。

＜７．１＞先端側シール材
先端側シール材６１は、ガイド管５０の先端部５１の前方に設けて、筒体２０とガイド管５０との間の隙間をシールするための部材である。
先端側シール材６１は、止水性を有する公知の素材を使用することができる。
本実施例では、ガイド管５０の内周側の全周に渡って配置した円筒状のリップシールによって先端側シール材６１を構成しており、筒体２０を挿入した際にこのリップシールのリップ部分が筒体２０に押し出されて筒体２０とガイド管５０との間を止水することができる。

＜７．１．１＞巻き込み防止態様
また、図３に示すように、リップシールの厚さｔは、ガイド管５０と側壁との隙間の最大長ｈよりも厚いものとしておくことが好ましい。
これは、筒体２０を後退させる際に、リップシールが追従してガイド管５０の内部に巻き込まれることを防止するためである。

＜７．２＞後端側シール材
後端側シール材６２は、ガイド管５０の先端部５１の後方に設けて、筒体２０とガイド管５０との間の隙間をシールするための部材である。
いる。
後端側シール材６２は、止水性が期待できる公知の素材を使用することができる。
本実施例では、ガイド管５０の内周側の全周に渡って配置したＯリングでもって後端側シール材６２を構成している。

＜７．３＞シール用注水部
シール用注水部６３は、先端側シール材６１と後端側シール材６２とによって挟まれた空間に加圧水を注入するための手段である。
本実施例では、ガイド管５０の側壁に、先端側シール材６１と後端側シール材６２とによって挟まれた閉塞空間に連通する注入孔を設けておき、この注入孔を介して公知の装置でもって加圧水を送り込むことで、閉塞空間に加圧水を封入してなる貯留部６４を形成することができる。

＜７．４＞注水機構の作用効果
前記の通り、ガイド管５０に注水機構６０を設けておくことで、削孔部１０による削孔作業によって発生した削孔屑の混入した削孔水がガイド管５０に近づいてきても、先端側シール材６１および後端側シール材６２で囲まれて、加圧水を封入してある貯留部６４による障壁が形成されているため、ガイド管５０の内部に削孔屑が流入する恐れがなくなる。
また、先端側シール材６１をリップシールで構成している際には、送り出し作業に伴って筒体２０の位置にズレが生じた場合でも、リップシールが筒体２０に追従するため、止水性が確保される。
また、その際に僅かに筒体２０と先端側シール材６１に隙間が生じる場合があるものの、この隙間から貯留部６４に封入している加圧水が隙間から噴出して周辺の削孔水をガイド管５０の出口から遠ざけるように作用するため、削孔屑の流入を抑制する効果も期待できる。

＜８＞洗浄機構（図４）
洗浄機構７０は、筒体２０に洗浄水を注入することでリング体２１間に混入した削孔屑を除去するための要素である。
洗浄機構７０は、ガイド管５０の屈曲部５２に設けて、筒体２０の折曲箇所と前記ガイド管５０との間の隙間に洗浄水を注入する、洗浄用注水部７１を少なくとも含んで構成する。
本実施例では、ガイド管５０の屈曲部５２の側壁に注入孔を設けておき、この注入孔を介して公知の装置でもって洗浄水を送り込むことで、筒体２０の折曲箇所にあるリング体２１の間の隙間２１４に混入した削孔屑を取り除くことができる。

＜８．１＞削孔屑の排出態様
取り除いた削孔屑は、ガイド管５０に別途設けた排出孔（図示せず）や、ガイド管５０の後端側にある筒体２０との隙間から排出すればよい。
なお、取り除いた削孔屑が、ガイド管５０の先端側から排出されることはない。これは、前記した注水機構６０の後端側シール材６２によって、筒体２０とガイド管５０との間が止水されているためである。

＜９＞その他の部材（図１）
本発明に係る削孔装置では、その他の部材として、以下の部材を具備することもできる。

＜９．１＞送出部（図示せず）
送出部は、筒体２０を介して削孔部１０を送り出すための部材である。
本実施例では、送出部として、被削孔体Ｘの壁面に反力を取りつつ、筒体２０Ｂを把持して送り出し方向Ｄ１にスライド可能な構造を採用する。
送出部によって送り出し方向Ｄ１に送り出された筒体２０は、屈曲部５２で屈曲し、削孔方向Ｄ２へと押し出される。

なお、本発明において、送出部を介した筒体２０の送り出し作業は機械に限らず、人力で行っても良い。

＜１０＞使用方法（図１）
再度、図１を参照しながら、本発明に係る削孔装置の使用方法について説明する。
図１では、ＲＣ構造物である被削孔体Ｘにおいて、壁面に対して直角方向に設けたコア孔Ｈ１の先端部分から、壁面に対して平行方向に平行孔Ｈ２を削孔する作業を想定している。

（１）ガイド管の配置・送出部の固定
まず、被削孔体Ｘ内の送り出し方向Ｄ１から削孔方向Ｄ２を連絡するコーナー部Ｘ１において、削孔方向Ｄ２に向かってヘッド１１およびスイベル１２を収容できるスペースを削孔等によって確保する。そして、このスペースに、ヘッド１１とスイベル１２を先端に配置した筒体２０を予め挿通させておいたガイド管５０を配置する。
ガイド管５０の配置時または配置後、送出部に連結した接続管８０の先端にガイド管５０を螺着する。この接続管８０をコア孔Ｈ１内に差し入れて、ガイド管５０の先端側の開口が平行孔Ｈ２の削孔方向Ｄ２を向くように位置合わせする。
その後、被削孔体Ｘの外壁面に送出部をボルトなどで固定することで、ガイド管５０とともに送出部を位置決めする。

（２）筒体の送り出し
次に、送出部でもって筒体２０を把持し、筒体２０を送り出し方向Ｄ１（コア孔Ｈ１の先端方向）へ送り出す。
筒体２０はガイド管５０の内部形状に追従するように屈曲し、ガイド管５０の先端から、平行孔Ｈ２の削孔方向Ｄ２へ直線状に突出する。
筒体２０の送り出しに伴い、スイベル１２は前方に押し出されて削孔部１０を前進させる。

（３）平行孔の削孔
その後、削孔部１０のウォータージェットを稼働させ、削孔部１０から高圧水を噴出させながら、所定の削進速度で筒体２０を送り出し方向Ｄ１へ押し込んで行く。
この押し込み作業により、被削孔体Ｘの内部が削孔部１０によって削孔方向Ｄ２に向かって直線状に削進してゆく。
このとき、ガイド管５０から掘進方向に露出する筒体２０の長さが長くなってきたとしても、筒体２０は十分な剛性を備えているため、削孔部１０が通路内で傾斜しにくくなる。

（４）屈曲角度について
本実施例では、送り出し方向Ｄ１と削孔方向Ｄ２との間の角度（屈曲角度）を９０°としているが、本発明では屈曲角度が本実施例に限定されるものではない。削孔装置の用途に応じて屈曲角度を（０°＜θ＜１８０°）の範囲で任意に設定することができる。

（５）屈曲場所について
本実施例では、被削孔体Ｘの内部に筒体２０の屈曲部５２が位置する状況を想定しているが、本発明は、被削孔体Ｘの外部に筒体２０の屈曲部５２が位置するように使用してもよい。この場合、被削孔体Ｘの周囲の空間が狭小で、削孔装置の取り回しに制限が生じる現場などにおいて好適である。

本発明に係る注水機構６０の別実施例について、図５を参照しながら説明する。
本実施例では、注水機構６０を構成する先端側シール材６１および後端側シール材６２と、洗浄機構７０による洗浄水の先端側の流入を防止するためのシール材とを個別に設けている。
また、ガイド材の側壁の内部に導水路６５を設け、シール用注水部６３から導水路６５を経由して先端側シール材６１および後端側シール材６２で囲んだ貯留部６４に注水されるよう構成している。

また、シール用注水部６３から導水路６５に至る途中において、水が筒体２０側に流れ込んで圧が抜けることの無いよう、適宜Oリングなどを用いて止水箇所を設けておいてもよい。

本発明ではこの導水路６５を、ガイド管５０の周方向に向けて複数箇所設けておいてもよい。この場合、シール用注水部６３から供給する加圧水を、貯留部６４の周囲に均等に配分することができる。

１０：削孔部
１１：ヘッド
１２：スイベル
１３：高圧ホース
２０：筒体
２１：リング体
２１１：凹部
２１２：凸部
２１３：挿通孔
３０：ワイヤ
４０：張力調整具
５０：ガイド管
５１：先端部
５２：屈曲部
６０：注水機構
６１：先端側シール材
６２：後端側シール材
６３：シール用注水部
６４：貯留部
６５：導水路
７０：洗浄機構
７１：洗浄用注水部
Ｄ１：送り出し方向
Ｄ２：削孔方向
Ｘ：被削孔体
Ｘ１：コーナー部
Ｈ１：コア孔
Ｈ２：平行孔

Claims (4)

1. 送り出し方向と異なる方向に削進するための削孔構造であって、
   送り出し方向と削孔方向とを連絡するコーナー部に配置するガイド管と、前記ガイド管に挿通する削孔装置と、を少なくとも具備し、
   削孔装置は、
   ウォータージェットによって削孔を行う、削孔部と、
   複数のリング体を積層して屈曲可能であり、先端を前記削孔部に接続する、筒体と、を有しており、
   ガイド管の先端部に、加圧水を封入した貯留部を形成する注水機構を設けたことを特徴とする、
   ウォータージェット削孔構造。
2. 注水機構は、ガイド管に設けた注水部と、注水部の前方と後方に設けたシール部と、を備えていることを特徴とする、
   請求項１に記載のウォータージェット削孔構造。
3. ガイド管に、前記筒体の屈曲部を洗浄する洗浄機構をさらに設けたことを特徴とする、
   請求項１または２に記載のウォータージェット削孔構造。
4. リング体に、前後方向に貫通する挿通孔が形成されており、
   削孔装置は、前記挿通孔に挿通する、張力用のワイヤを更に有し、
   張力用のワイヤは、先端を前記削孔部または最前方のリング体に接続し、後端を張力調整治具に接続していることを特徴とする、
   請求項１乃至３のうち何れか１項に記載のウォータージェット削孔構造。

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