JPH08187664A - ウォータージェットによる構造物切断破砕方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 構造物を内部空間から安全・確実かつ効率的
にブロック状に切断破砕する。 【構成】 構造物の空孔内に吊垂挿入して空孔の内部か
らこの構造物をウォータージェットを利用して切断する
切断方法において、ウォータージェットノズル５を備え
た切断装置Ｃを切断開始深度に設置した後、ノズル移動
コントローラ及びサーボモータで駆動される昇降機構Ｂ
と旋回機構４により、切断装置下端に備えたウォーター
ジェットノズル５を所望の昇降及び旋回動作の組み合わ
せによる移動パターンと移動速度でトラバースさせる。
そしてこのノズル５から噴射される高速の水・研磨材混
合ジェットを前記空孔の壁面に所定の距離を保ちながら
衝突せしめ、遠隔操作で前記杭体を連続的にブロック状
に切断破砕する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はシールドトンネル工事等
の地中に構造物を構築する際に障害となる既設の構造
物、すなわち既製杭、場所打ちコンクリート杭、連壁杭
などの基礎杭を対象に、ウォータージェットを用いた遠
隔作業により、これらの障害となる部分を能率よく確実
にブロック状に切断破砕して除去するウォータージェッ
トによる構造物切断破砕方法及びその装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】地下工事において、その施工域内に既製
杭、場所打ちコンクリート杭、連壁杭などの既設の構造
物が施工の障害物となるようなケースが増加している。
とりわけ、シールド工事においては計画路線上に基礎杭
などの障害物があると、施工の安全性や工期に重大な支
障がおよぶ。すなわち、予め杭全体を地上より撤去する
ことができれば問題は少ないが、それが不可能な場合は
シールド掘削機前面の切羽に出現した杭をその場で撤去
しなければならず、極めて難易度の高い施工技術が必要
となる。このため、この種の工事では、掘削機の通過に
先立ち、構造物の障害となる部分を掘進に支障のない程
度に安全かつ効率的に処理する技術が求められている。
地中にある基礎杭を現位置で能率よく切断する方法に
は、高いエネルギー密度、小型で簡素な構造・機構、遠
隔作業機能、小さな反力をもつ方法が望まれ、これには
超高圧水と研磨材とをノズルより被切断物に向けて噴射
するウォータージェット技術が最適である。ウォーター
ジェットを杭の切断に利用した従来技術には、鋼管杭や
鋼管矢板を現位置で切断するための管切断装置が特開平
４−１２２５１５号公報等に開示されている。この装置
は、鋼管内部の所定の位置に当装置を固定し、その位置
でノズルを旋回させて鋼管を輪切り状に円周切断するこ
とが目的である。この装置におけるノズルの移動機構
は、ノズルを装着したフレーム全体を装置軸（鋼管軸と
一致）を中心として高速と低速の二段切換可能に回転せ
しめる回転駆動部と、鋼管壁に近接して配置されたノズ
ル部のみを首振り回動せしめる揺動駆動部との構成より
なり、この駆動機構を用い鋼管の外周に継手部材が固着
されている場合に対応している。すなわち、継手部材が
なく鋼管だけの場合には回転駆動部の高速回転で、一
方、鋼管に継手部材がある場合には継手部材のない部位
を回転駆動部の高速回転、継手部材のある部位では低速
回転と揺動動作との組み合わせで切断するようにしてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
４−１２２５１５号公報に開示される切断装置では、多
様な基礎杭を現位置で切断するとき、次のような問題が
ある。すなわち、 （１） ウォータージェットとして超高圧水（１０００
ｋｇｆ／平方センチメートル以上）のみ噴射する方式
か、あるいは高圧水（約３５０ｋｇｆ／平方センチメー
トル）と研磨材とを予め混合したスラリーの状態でノズ
ルへ圧送し噴射する方式を用いた装置であり、超高圧水
と研磨材をノズル部で混合噴射する方式に比べてジェッ
トの切断能力に劣るため、材質・強度・厚み・鉄筋の有
無など多様な杭体の性状に対応が困難である。なお、高
圧水と研磨材とを予め混合する方法では、種々の問題か
らポンプ圧力を高めることは困難である。 （２） 円周切断機能のみであり、被切断物を小さなブ
ロック状に任意に設定して切断することは不可能であ
る。 （３） ノズルの移動速度に調節幅が少なく、被切断物
の種類が限定される。 （４） 回転駆動と揺動駆動を同時に行うと、ノズルの
移動速度が一様でなくなり、またノズルと被切断物との
遠隔距離も揺動動作に応じて変化する。 ウォータージェットによる切断方法では切断性能に及ぼ
す因子として、噴射圧力、ノズル径、噴射水量、研磨材
の種類と供給量、研磨材の供給方法とノズル内の混合部
の形状、被切断物に対するジェットの衝突角度、ノズル
と被切断物との離隔距離、ノズルの移動速度などが重要
になる。なかでもノズルと被切断物との離隔距離、ノズ
ルの移動速度及び研磨材の供給量については施工条件の
設定に比較的自由度がある。すなわち、ウォータージェ
ット切断技術を利用するに当たっては、これらの因子を
被切断物に応じて適切に設定し、かつコントロールする
ことが最も重要であり、通常では被切断物ごとに切断テ
ストを行い、これらの条件を設定している。遠隔作業で
ウォータージェット切断を行う場合、ジェットの切断能
力の保持、すなわちジェットの噴射条件を常に一定に保
持することが不可欠であり、これによって未切断部の発
生を防止しなけらばならない。とりわけジェットの切断
能力を保持するためには、研磨材の単位時間当たりの供
給量の監視及び制御が特に重要である。ノズル部におい
て水ジェットと研磨材を混合する方式における研磨材の
供給方法として、 （ｉ）水ジェットが作る負圧で供給タンクから研磨材を
外気と共に吸引輸送する方法。 （ii）圧縮空気を用いて供給タンクから研磨材を強制的
に水ジェット周りに圧送する方法。 があり後者が一般的である。研磨材は混合部にて水ジェ
ットと混合し加速され、水・研磨材（及び空気）の混合
体としてノズルより噴射されるが、研磨材の定量供給の
面では、かなり不安定な状態になる。すなわち、ノズル
・混合部・弁・ホースの摩耗や詰まり、被切断物周りの
圧力環境、供給タンク内の研磨材の残量、空気湿度、研
磨材の湿潤度合い等が原因で研磨材の供給量が大きく変
動し、研磨材供給ラインの閉塞トラブルに至ることも少
なくない。しかしながら従来技術では、前述の不安定要
因に加えて研磨材により機器が激しく摩耗することか
ら、研磨材供給量の自動調節は殆どなされておらず、ジ
ェットの切断能力を一定に保持することが困難な状況に
ある。さらに、研磨材の噴射の有無を即時に検知して研
磨材供給ラインの閉塞トラブルに対処する技術はこれま
で開発されていない。さらに遠隔作業でウォータージェ
ット切断を行う場合、切断状況を監視しながら作業を進
めることが甚だ困難であるため、目視に替わるモニタリ
ング方法として、水・研磨材混合ジェットの噴射状態や
被切断物の切断状態を常に監視し、未切断状態が発生し
た様子が確認されたときには、これらの異常状態に速や
かに対応するための方法が求められる。従来技術として
ウォータージェットの切断状態を監視する方法には、被
切断物に振動センサを取り付けて被切断物の振動レベル
を検知分析し、この結果に基づいて切断状態と未切断状
態を判別する方法（特公平４ー７１６７８号公報）が提
案されている。しかしこの方法では、被切断物の形状・
被切断物周りの環境・物性条件や拘束条件、振動センサ
の配置条件等により検知される振動波形が様々に変化す
るため、切断状態の判別方法やその基準が個別化し汎用
性がない。とりわけこの方法を地中に埋設されたコンク
リート製の基礎杭に適用した場合は、杭体における振動
伝播の減衰が激しいので、有効な出力信号を得るには切
断位置と被切断物に固着された振動センサとの距離が数
メートル以内に限定され、実用性・信頼性に欠ける。

【０００４】本発明は構造物の内部空間から安全・確実
かつ効率的にブロック状に切断破砕することを目的とす
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するためになしたもので、地中にある基礎杭等構造物の
空孔内に、ウォータージェットノズルを備え定位置での
固定と昇降動作、及び旋回動作とを選択的に行える切断
装置を吊垂挿入して空孔の内部からこの構造物をウォー
タージェットを利用して切断する切断方法において、ウ
ォータージェットノズルを備えた切断装置を切断開始深
度に設置した後、ノズル移動コントローラ及びサーボモ
ータで駆動される昇降機構と旋回機構により、切断装置
下端に備えたウォータージェットノズルを所望の昇降及
び旋回動作の組み合わせによる移動パターンと移動速度
に従ってトラバースさせ、このノズルから噴射される高
速の水・研磨材混合ジェットを前記空孔の壁面に所定の
距離を保ちながら衝突せしめ、遠隔操作で前記杭体を連
続的にブロック状に切断破砕すると共に、研磨材を定量
に自動調節してジェットの切断能力を一定に保ち、さら
にはノズル部側の適所に固着された加速度センサの出力
振動波形を検知分析することで、研磨材の噴射の有無並
びに切断状態の可否を即時に判定することを要旨とす
る。

【０００５】

【作 用】１０００ｋｇｆ／平方センチメートル以上の
超高圧水を用いたウォータージェットにおいて、研磨材
供給量調節手段にて常に最適な状態で定量を空気圧送供
給する研磨材と高速水ジェットとを混合し、この水ジェ
ットと研磨材の混合ジェットを噴射するノズルを備えた
切断装置を、移動機構により構造物空孔内にて昇降動作
と旋回動作機能を与えて昇降及び旋回可能とし、かつ各
動作の駆動・制御をサーボモータを用いて行うと共に、
任意に設定されたノズルの移動パターンと移動速度に従
って、昇降と旋回の複合動作を自動制御することによ
り、ウォータージェットの切断能力を一定に保持しなが
ら構造物の地下工事の障害となる部分をブロック状に効
率よく切断破砕し除去することができる。また、研磨材
を圧送する圧縮空気については空気流量計及び空気調節
弁による流量調節とドライヤーによる湿分除去を行い、
同時に研磨材の供給については供給量の計測結果に基づ
き研磨材供給タンクに備わる調節弁を操作して、研磨材
と圧縮空気の混合部であるエゼクターへの供給量をほぼ
リアルタイムに自動調節を行い、予め設定された値に研
磨材を定量供給するようにしているから、ウォータージ
ェットの切断能力を一定に保持することができ、確実な
切断が行えるものとなる。さらには加速度センサによる
ジェット噴射状態検知センサをノズル部の適所に固着
し、ジェットの噴射によって発生する振動波形を検知分
析することから、ウォータージェットの切断状況を常時
モニタリングする。ここにノズル側にセンサを直接取り
付けることにより、被切断物側にセンサを取り付ける従
来方法の問題点を解決し、前述の被切断物に関わる諸条
件や切断箇所とセンサ間の距離等に影響されることが少
なく、振動波形として有効かつ安定した出力信号が得ら
れる。具体的には、検知された振動波形の周波数と振動
レベルを基準となる振動波形と比較、すなわち水ジェッ
トのみ噴射した場合の波形、水ジェットと研磨材を噴射
しかつ未切断状態にある波形、水ジェットと研磨材を噴
射しかつ切断状態にある波形と比較することから、研磨
材の噴射の有無及び切断の可否を即時に判定して、研磨
材の供給が停止していたり、あるいは研磨材が供給され
ていても未切断の状態にあれば外部に警報を与え、切断
状態の異常に対処して未切断部の発生を防止することが
できる。

【０００６】

【実施例】本発明のウォータージェットによる構造物切
断破砕方法及びその装置を図示の実施例にもとづいて説
明する。図４は地下工事の施工区域内の地中にある構造
物体内に切断装置Ｃを、ワイヤーロープ方式の昇降装置
を用いて基礎杭Ｐの空孔Ｈ内に挿入吊垂し、これに隣接
して車載型の超高圧水発生ポンプ装置Ｅを設置した実施
例を示す。この実施例においてＡは制御装置、Ｂは昇降
装置、Ｄは研磨材定量供給装置を示す。なお、既製杭の
ように既に空孔Ｈを有するものはこれを利用し、一方空
孔のないものについてはボーリング等を行って、新たに
空孔Ｈを開設して行う。

【０００７】本実施例において、切断装置Ｃは昇降装置
Ｂに備わるワイヤーロープＷを介して吊り下げられ、杭
体Ｐにある空孔Ｈの内部に挿入される。この時、昇降装
置Ｂに設けたロータリーエンコーダ内蔵の深度計Ｂａに
より、切断装置は切断開始深度に正確に設置される。切
断装置にはウォータージェットを噴射するノズルと、こ
のノズルを旋回駆動させるサーボモータを用いた駆動機
構が装備されている。一方、昇降装置にはワイヤーロー
プを巻取るワイヤードラムと昇降用のサーボモータとが
装備されており、この駆動機構を用いて空孔内の切断装
置を昇降させる。

【０００８】切断装置Ｃは、本体フレーム１、本体フレ
ームの中心に配置された回転ロッド３、回転ロッドを回
転可能に支持する回転ロッド受け２、本体フレームを空
孔中心に保持し、かつその昇降動作を案内するための複
数のローラを有する上部ガイド装置７及び下部ガイド装
置６、回転ロッドの下端とノズルブラケットを介して取
り付けられるノズルホルダー３２、ノズルホルダーに着
脱可能に取り付けられるウォータージェットノズル５、
超高圧水発生ポンプ装置からノズル部へ超高圧水を送る
超高圧水供給ホースＨ１、研磨材定量供給装置からノズ
ル部へ研磨材を空気圧送する研磨材供給ホースＨ２、切
断装置の先端に装着されノズル廻りの旋回空間を土砂等
の流入より防護するためのカバー１１，１２、回転ロッ
ドの上端に固着され回転ロッドを回転駆動せしめる旋回
用サーボモータ４、上部ガイド装置を動作させるリンク
及びアクチュエータ、下部ガイド装置を動作させるリン
ク及びアクチュエータなどから構成されている。

【０００９】図１は本実施例における切断装置を詳細に
示す断面図で、この切断装置Ｃは、外周を鋼板で囲われ
たカプセル状の外観を有する筒状をし、かつ各構成部品
を取り付けてこれらを堅固に支承するための十分なる剛
性を持つ本体フレーム１内に本体フレーム１と同心的に
回転ロッド受け２を配設固定すると共に、回転ロッド受
け２の中心に回転ロッド３をこの回転ロッド受け２を貫
通するように配置し、かつ回転ロッド受けの両端部にて
軸受２３，２４及びシール材２５，２５を介して回動自
在に支持しさらにはこの軸受２３，２４の固定と防水を
行うため、軸受２３，２４の夫々の外側には上蓋２１及
び下蓋２２を配設固定する。そして回転ロッド受け２の
上部にはサーボ取付台２６を取り付け、このサーボ取付
台２６にウォータージェットノズルを旋回させる旋回用
のサーボモータ４を設けると共に、このサーボモータ４
のモータ軸に継手４１を介して回転ロッド３の一端側を
接続する。回転ロッドは旋回用サーボモータにより回転
駆動されるが、超高圧水供給ホースＨ１及び研磨材供給
ホースＨ２に支障がないように、その回転角は３６０度
を少し越える範囲に制限されている。また、回転の角速
度はノズル移動コントローラで正確に制御されると共
に、時々刻々の回転位置が検出される。

【００１０】回転ロッド３の下端側にはノズルブラケッ
ト３１を取り付け、ノズルブラケット３１にはウォータ
ージェットノズル５を着脱自在に保持するノズルホルダ
ー３２を設けるが、このウォータージェットノズル５が
回転ロッド３の長手軸心を旋回中心として旋回すると
き、ウォータージェットノズル５のノズル先端５１と空
孔の内壁面との間隔が一定となるように、すなわちノズ
ル先端が回転ロッド３の長手軸心を旋回中心として円形
軌跡を画くようにする。

【００１１】また、本体フレーム１を空孔中心に保持
し、かつその昇降動作を案内するための下部ガイド装置
６と上部ガイド装置７とを本体フレーム１に備える。こ
の下部ガイド装置６は回転ロッド受け２の外周に固定し
た下部ガイド用のアクチュエータ６１にて回転ロッド受
けに嵌挿した駆動プレート６２を摺動可能にすると共
に、この駆動プレート６２に複数本例えば１２０度の間
隔で３本のガイドロッド６３，６３，６３の先端を係着
し、この各ガイドロッド６３下端を、本体フレームの外
周に本体フレームを同心的に支持するのに適した１２０
度の間隔で３箇所に配したブラケットに揺動自在に支持
したリンク６４，６４，６４に夫々係着し、この各リン
ク先端にガイドローラ６５，６５，６５を回動自在に支
持して構成し、ガイド装置の押付力を調整して切断装置
を定位置で固定または上下方向の移動を可能とする。

【００１２】本体フレーム１の上部に設ける上部ガイド
７は本体フレーム１の上部端に取り付けたアクチュエー
タ取付台８１とこれと対向する駆動プレート８２との間
に前記下部ガイド装置と同様に本体フレーム１を空孔と
同心的に支持するのに適したガイドを１２０度間隔で３
箇所に配設し、対向するアクチュエータ取付台８１と駆
動プレート８２に夫々ブラケットを介してリンク７１，
７２を対設し、この両リンクの先端を互いに重ねてガイ
ドローラ７３を回動自在に支持して構成するものであ
る。そしてアクチュエータ取付台８１に突設するように
して上部ガイド用のアクチュエータ８を取り付け、この
アクチュエータ８にて駆動プレート８２を移動させ、リ
ンク７１，７２を屈伸させてガイドローラ７３を空孔内
周壁面に対して接離方向に移動させ、ガイドローラ７３
を内周壁面に押圧するようにする。

【００１３】さらにアクチュエータ取付台８１には図１
に示すようにアクチュエータ８の外周部に複数本の連結
ロッド９１を突設し、この連結ロッド９１の先端に吊下
板９を取り付け、この吊下板９に吊垂用のワイヤーロー
プＷ或いは吊垂用ロッドを係着して切断装置Ｃを空孔内
への挿入を可能とする。

【００１４】本体フレームの下端より突出する回転ロッ
ド３の先端にはプレート３３を取り付け、このプレート
にカバー取付ブラケット３４を固定し、下端カバー１１
を取付けると共に、本体フレーム１の下端部にも筒状の
カバー１２を取り付け、このカバー１２と下端カバー１
１との間にノズル先端５１が回動できる隙間を形成して
ノズルよりのジェットの噴射を可能とする。

【００１５】上部と下部のガイド装置６，７は、切断装
置を空孔Ｈの中心に位置決めし、かつその昇降動作を案
内するためのものである。本実施例ではアクチュエータ
にエアシリンダを用い、図示しないエアホースから圧縮
空気を供給してアクチュエータを駆動する。すなわちア
クチュエータの上下方向の伸縮動作が、駆動プレート、
リンク機構を経由して伝達され、ローラが開縮する。ロ
ーラが拡開して空孔内壁に当接すると、切断装置は空孔
中心に位置決めすることができ、ノズル先端５１の出口
と空孔内壁との間隔、いわゆる離隔距離（５〜１００ｍ
ｍ程度）を円周方向に一定に保つことが可能になる。ま
た、ローラの空孔内壁への押し付け力については、空気
圧を調節することにより適切に調整することが可能で、
またローラには横滑りに対して抵抗力のあるもの、例え
ば円周方向に多数の細溝を有する鋼製のもの、あるいは
表面が硬質ゴム製のものを用いる。

【００１６】そしてこの切断装置Ｃは、昇降装置に備わ
る深度計にて所定の深度にセットされる。円周切断する
際には、切断装置を一定深度に保持したまま旋回用サー
ボモータで旋回させて行い、また、ブロック状に切断す
る場合は、旋回用サーボモータによる旋回動作と昇降装
置の昇降用サーボモータによる昇降動作とを適宜組み合
わせて行うものである。

【００１７】回転ロッドの下端に取り付けられたウォー
タージェットノズル５には、研磨材供給ホースＨ２及び
超高圧水供給ホースＨ１から材料が供給され、水・研磨
材（及び空気）の混合体が高速で噴射される。超高圧水
はノズル内部の上流側にある細孔オリフィスから噴射さ
れて高速の水ジェットを形成し、このジェット周りの混
合部５２に供給された研磨材粒子を混合し加速して、ノ
ズル先端５１より混合体のジェットを高速噴射する。ノ
ズルの中心軸は、ジェットが空孔壁面と垂直に衝突する
ように、回転ロッドの軸心と直角かつ半径方向に向かっ
て装着することを基本とするが、ジェットの衝突角が空
孔壁面の垂直線と１０°程度の傾きを持つように配置し
てもよい。またジェットはカバー１１，１２の間の細い
スリットから壁面へ噴射する。

【００１８】上述のように構成される切断装置は制御装
置Ａによって統括制御されるが、特に切断装置の動作に
ついては制御装置の一部を構成するノズル移動コントロ
ーラＡａで制御される。ノズル移動コントローラでは、
切断経路に対応したノズルの連続的な移動パターンに関
する数値情報と、切断テストより求められたノズルの移
動速度（数１０ｍｍ／ｍｉｎ〜数１００ｍｍ／ｍｉｎ）
が入力され、この入力情報に従って切断装置と昇降装置
とに備わるサーボ機構を駆動させる。すなわち、昇降用
サーボモータと旋回用サーボモータの動作量を検知する
と同時に両サーボモータを制御し、前述の移動パターン
と移動速度に従って精密にノズルを移動させる。また、
制御装置にはノズル移動制御機能のほか、超高圧水発生
ポンプ装置の運転制御機能、研磨材定量供給装置の運転
制御機能などが備わる。

【００１９】超高圧水発生ポンプ装置Ｅは、ポンプ操作
盤、超高圧ポンプ、給水タンクから構成される。給水タ
ンクから低圧で供給された清水は増圧機により所定の設
定圧力（１０００ｋｇｆ／平方センチメートル〜数１０
００ｋｇｆ／平方センチメートルの範囲）まで昇圧さ
れ、超高圧水供給ホースＨ１を経由して切断装置のノズ
ル５に送られる。運転中の圧力値は圧力センサより制御
装置に伝送され、制御装置で常に監視・制御される。も
し、圧力値が設定圧力の許容範囲を外れて増減すれば、
直ちに超高圧ポンプを停止する。この時、同時にノズル
の移動を停止して切断作業を中断するか、あるいはノズ
ルを移動パターンの初期位置まで復帰させ、未切断部分
の発生を防止する。

【００２０】研磨材定量供給装置Ｄは、コンプレッサー
Ｄａ、エアドライヤーＤｂ、空気調節弁、空気流量計と
から構成される圧縮空気供給ラインと、計量器付き研磨
材供給タンクＤｃ、研磨材量調節弁、エゼクターとから
構成される研磨材供給ラインの２系統からなる。またエ
ゼクターで混合された研磨材と空気の混合体は、研磨材
供給ホースを経由して切断装置のノズル部に圧送され
る。固体粒子と空気の混合輸送では、空気流量並びに粒
子と空気の質量流量比を一定にコントロールすることが
最も重要である。このためこの供給装置では、圧縮空気
供給ラインを用いて空気流量を設定値（圧力：５〜１０
ｋｇｆ／平方センチメートル、流量：数立方メートル／
ｍｉｎ〜１０立方メートル／ｍｉｎ）に制御すると同時
に、研磨材供給ラインを用いて研磨材量を設定値（１ｋ
ｇｆ／ｍｉｎ〜１０ｋｇｆ／ｍｉｎ）に制御する。

【００２１】以上の自動調節機能により、エゼクターで
混合された研磨材と空気の混合体は、一定の質量流量比
を保ちつつ定常な輸送状態でノズル５まで圧送されるこ
とになり、被切断物周りの圧力環境等の外乱に影響され
ることなく、研磨材の定量供給が可能になる。エアドラ
イヤーは圧縮空気の結露を防止して研磨材の湿潤状態に
変化を与えないようにする。また研磨材量調節弁には、
閉塞トラブルが少なく調節能力に優れたゲート弁やボー
ル弁を用い、その弁体や弁座には摩耗対策を施し、かつ
所定の稼働時間毎に部品を交換する。研磨材供給タンク
にはロードセル方式の計量器を備え、所定の時間間隔
（例えば３０秒乃至１分毎）で単位時間当たりの研磨材
消費量を計測するが、これには当然のことながら応答遅
れが生ずる。したがって、実作業では、研磨材供給量の
設定値に対して±１０％程度の範囲内に調節できるよう
に、システムを調整することになる。

【００２２】図５〜図７は昇降装置の説明図を示し、図
５は、図４で説明したワイヤーロープ方式による昇降装
置の実施例を示すもので、昇降用サーボモータ、ワイヤ
ードラム、ワイヤーロープ、架台等から構成される。切
断装置はフック等の接合手段を介してワイヤーロープの
先端に吊り下げられる。そしてサーボモータで駆動する
ワイヤードラムの回転により、ワイヤーロープが巻き上
げ・巻き下げられ、切断装置が空孔内を昇降する。前述
の如く、切断装置の昇降動作が円滑に行えるように、切
断装置の上・下部にはローラーを用いたガイド装置が設
けられている。このローラーには横滑りに対する抵抗の
大きなものを使用し、またローラーの空孔内壁への押し
付け力を調節することで、ローラーの横滑りを十分防止
している。しかし、空孔の形成状態や壁面の凹凸状態が
劣悪な場合は、ローラーが昇降中に横滑りして切断装置
が自転する可能性もあり、この場合には切断装置に自転
防止策を必要とする。図５の実施例ではその一例とし
て、切断装置の頂部に定尺のロッドＲと連結ナットで反
力部材を組み立て、昇降装置で反力部材の回転を制止す
る方法を示す。

【００２３】図６は別の実施例であり、テレスコパイプ
方式による昇降装置を示す。この実施例は基本的には図
５の装置と同じであるが、反力部材としてはキー付きの
多段伸縮パイプを用いている。

【００２４】図７はロッド方式による昇降装置を示す。
本実施例における昇降手段は、昇降用サーボモータ、駆
動ラック、ロッドホルダー、昇降ロッド、ロッドガイド
から構成され、切断装置の頂部に建てられた昇降ロッド
（定尺ロッドによる組立物）をロッドホルダーで把持
し、このロッドホルダーをサーボモータで駆動される駆
動ラックの下部に固着した機構により、切断装置を強制
的に昇降させる。

【００２５】図８は円周切断方法の説明図を示す。円周
切断については、切断装置を空孔内の所定深度に保持し
たままの状態で、旋回用サーボモータのみ駆動させる。
ここで、切断線を確実に閉合するために、ノズルの旋回
角度は（３６０度＋α度）とし、切断開始点を越えて切
断終了点がくるように設定する。具体的には、まずノズ
ルを切断開始点の原点位置にセットし、その位置にノズ
ルを固定しながらジェットの噴射を開始する。超高圧発
生ポンプの圧力と研磨材量が設定値に立ち上がった時点
から所定時間の間固定噴射を行い、被切断物を貫通させ
る。次いで、モータを駆動してノズルを切断終了点の角
度位置まで一定の速度で旋回させ、その後、ノズルを切
断開始点まで復帰させる。そして、昇降装置を駆動して
切断装置を所定のピッチ上昇させ、次の円周切断作業に
移る。図示の切断方法では、ノズルを切断開始点に復帰
させる方法として、（３６０度＋α度）逆転させて常に
原点位置に戻す方法を示しているが、逆転をα度に止め
て次段の切断方向を逆転させることも可能である。な
お、杭体をブロック状に切断する場合は、次段の円周切
断作業に入る前にその間を短冊状に切断する作業が必要
になる。

【００２６】図９及び図１０は、上記の短冊状の切断作
業を行うためのノズル移動パターンの設定事例を示す。
図は杭体の切断部を３６０度展開して図示したものであ
り、図９は櫛歯状、図１０は鋸歯状にノズルを移動させ
るパターン図である。ブロック切断においては、下部の
円周切断が終了した後、ブロック切断の開始点にノズル
をセットし、円周切断と同様に固定噴射を行う。次い
で、ノズルの移動パターンに沿って両サーボモータの停
止、昇降、旋回の動作を制御して縦方向の切断を終了す
る。その後、逆転させながら円周切断を行い切断終了点
に到り、次段のブロック切断に移る。このように杭体を
ブロック状に切断する場合は、切断片が切断作業の障害
とならないように、常に杭体の上部方向に向かって作業
を進めていく。なお、図中の実線部分は切断可能な速度
でノズルを移動し、点線部分についてはノズルの移動速
度を大きくして作業効率を高めることが望ましい。

【００２７】また、ジェットの切断能力を一定に保持す
るためには研磨材供給量のコントロールが重要であり、
そのため本実施例においては研磨材定量供給装置を設置
する。また、研磨材の供給量を制御する手段と併せて、
ジェットの切断状態を常時モニタリングしながら研磨材
の噴射の有無や切断の可否を即時に検知して切断装置を
適切に運転管理するためのジェット噴射状態検知センサ
（加速度センサ）Ｓをノズルホルダーないしはノズル等
に設置する。

【００２８】このジェット噴射状態検知センサＳは、ウ
ォータージェットを噴出する際、ノズル５やその周辺に
生じる強い振動現象を検知するものである。この振動現
象には水ジェットが高速流動することに起因する振動成
分の他に、研磨材の混入とその流動による成分、ジェッ
トが被切断物に衝突してスプラッシュあるいは貫通する
ことによる成分等が関与する。すなわち、高速の水ジェ
ットに研磨材を混合しながら噴射するノズル部では、混
合部の壁面やノズル内面に研磨材の粒群が激しく衝突す
る。この衝突による振動成分を検知抽出して、研磨材の
存在の有無を判定するものである。また、水・研磨材混
合ジェットが被切断物に衝突する切断箇所においては、
ジェットが被切断物を貫通せずにスプラッシュして被切
断物表面を叩いている状態と、ジェットが被切断物を貫
通して貫通部の内側面を研削している状態とでは、振動
形態が大きく異なる。この振動形態の違いを振動波形よ
り検知抽出して、被切断物の切断の可否を判定するもの
である。具体的には図１１及び図１２に示すように、ノ
ズル周りの適所に加速度センサからなるジェット噴射状
態検知センサを固着し、このセンサにて検出した振動波
形をリアルタイムに分析する。一方、水ジェットのみを
噴射した場合の振動波形、水ジェットと研磨材を噴射し
かつ未切断状態にある振動波形、水ジェットと研磨材を
噴射しかつ切断状態にある振動波形を分析して、予め基
準となる振動レベルを設定しておく。そして、ある周波
数帯域について、検出波形の振動レベルとそれぞれの基
準となる振動レベルとを比較することから研磨材の噴射
の有無並びに切断状態の可否を即時に判定し、切断状態
に異常があれば警報として外部に報知する。切断状態の
異常警報は、直接オペレーターに報知されると同時に制
御装置に入力され、切断不良が生じないように切断装置
が自動的にコントロールされる。

【００２９】図１３は、杭径：６０ｃｍ、空孔径：４０
ｃｍ、杭長３０ｍの地中にあるコンクリート製の既製杭
を対象に、圧力：２３００ｋｇｆ／平方センチメート
ル、水量：１４リットル／ｍｉｎ、研磨材量：３ｋｇｆ
／ｍｉｎの噴射条件で、図１０のノズル移動パターンに
従って２５ｍ深度の杭部分を切断した際、基準となる振
動レベル（振動波形の分析に基づき周波数帯域として１
〜３ｋＨｚの範囲を選択）の検知結果を示している。本
図の結果によれば、水ジェットと研磨材を噴射せず研磨
材用の圧縮空気のみ噴射した状態（ｄ）、水ジェットと
圧縮空気のみ噴射した状態（ｃ）、水ジェットと研磨材
を噴射しかつ切断状態にある場合（ｂ）、水ジェットと
研磨材を噴射しかつ未切断状態にある場合（ａ）がそれ
ぞれ明確に区別できる。またブロック切断での縦切断と
円周切断の双方において、切断中はほぼ安定した振動波
形が得られている。ここに、切断中に振動レベルがｂの
許容範囲を越えてａの振動レベルに近づけば、水ジェッ
トと研磨材の両方が噴射されているにも関わらず不完全
な切断状態にあると判定される。一方、振動レベルがｂ
の許容範囲を越えてｃの振動レベルに近づけば、研磨材
の供給量不足か閉塞トラブルが発生したものと判定され
る。なおブロック切断と円周切断に規則的にピーク値が
現れているが、これは既に切断されている溝を横切ると
き、溝のエッジをチッピングすることに起因する衝撃的
な波形部分である。従って、ノズル部側に加速度センサ
を取り付けてその振動波形を検知分析することにより、
研磨材の噴射の有無や切断状態の可否を実用的に十分な
レベルで判定することが可能であり、この判定結果に基
づいて外部のシステムに警報を与えることで、切断状態
の異常発生に迅速に対処することができる。

【００３０】

【発明の効果】第１の発明によれば、ウォータージェッ
トノズルを予め定めた移動パターンと移動速度で所望の
昇降及び旋回動作を組み合わせて移動させ、このノズル
から噴射される高速の水・研磨材混合ジェットを空孔の
壁面に所定の距離を保ちながら衝突するようにしている
ため、構造物の地下工事の障害となる部分を遠隔操作で
ブロック状に確実に切断破砕して除去することができ
る。第２の発明によれば、研磨材の供給量を研磨材を圧
送する空気の流量と研磨材計量タンクの計測結果に基づ
いて調整するようにしているのでウォータージェットの
切断能力を一定に保持して確実な切断が行える。第３の
発明によれば、研磨材の噴射の有無及び被切断物の切断
の可否をノズル部に設けたジェット噴射状態検知センサ
にて検知し、常時モニタリングしているので研磨材の供
給が停止あるいは未切断部が発生すれば即時に警報を与
えこれに対処することができるため、ウォータージェッ
トの切断状態が常に監視でき確実な切断が遠隔操作にて
行える。第４の発明によれば、ウォータジェットノズル
を備えた切断装置にサーボモータを用いた昇降機能と旋
回機能とを与えているのでノズルの移動を精密に制御で
きる。また切断装置の上下部にはガイドローラ式のガイ
ド装置を設けているので、このガイドローラの孔壁への
押付力を調整することにより、切断装置を孔内にて固定
或いは昇降可能にして支持でき、構造物をブロック状に
容易に切断できる。さらに研磨材供給調節手段を備えて
いるのでウォータージェットの切断能力を一定に保つこ
とができ均一で確実な切断が行える。第５の発明によれ
ば、ノズル部に配置した加速度センサからなる切断状態
モニタリング手段を設けているため、常に切断状態が確
認できると共に、切断状態の異常発生に迅速に対処でき
る等の利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のウォータージェット切断装置の断面図
である。

【図２】図１におけるII−II線における矢視図である。

【図３】図１におけるIII−III線における矢視図であ
る。

【図４】本発明の使用状態の説明図である。

【図５】ワイヤーロープ式の昇降装置の説明図である。

【図６】テレスコパイプ方式による昇降装置の説明図で
ある。

【図７】ロッド方式による昇降装置の説明図である。

【図８】円周切断方法の説明図である。

【図９】ブロック状切断方法の櫛歯状パターン図であ
る。

【図１０】ブロック状切断方法の鋸歯状パターン図であ
る。

【図１１】ウォータージェットノズルにおける切断時の
説明図である。

【図１２】振動波形を検出するためのブロック説明図で
ある。

【図１３】既製杭の切断作業における振動波形の測定結
果を示すグラフ図である。

【符号の説明】

Ａ 制御装置 Ｂ 昇降装置 Ｃ 切断装置 Ｓ ジェット噴射状態検知センサ １ 本体フレーム ２ 回転ロッド受け ３ 回転ロッド ４ 旋回用サーボモータ ５ ウォータジェットノズル ６ 下部ガイド装置 ７ 上部ガイド装置 ８ 上部ガイド用アクチュエータ ９ 吊下板

フロントページの続き (72)発明者 松井 和彦 大阪府大阪市此花区伝法４丁目３番55号 株式会社鴻池組内 (72)発明者 今井 省三 大阪府大阪市此花区伝法４丁目３番55号 株式会社鴻池組内 (72)発明者 大橋 昭 大阪府大阪市此花区伝法４丁目３番55号 株式会社鴻池組内 (72)発明者 松生 隆司 大阪府大阪市此花区伝法４丁目３番55号 株式会社鴻池組内 (72)発明者 中筋 弘章 東京都新宿区荒木町13番地の４ 住友建設 株式会社内 (72)発明者 前山 公夫 兵庫県神戸市中央区北本町通１丁目１番23 号 川鉄物流株式会社内 (72)発明者 久米 和男 兵庫県神戸市中央区北本町通１丁目１番23 号 川鉄物流株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 構造物の空孔内に吊垂挿入して空孔の内
   部からこの構造物をウォータージェットを利用して切断
   する切断方法において、ウォータージェットノズルを備
   えた切断装置を切断開始深度に設置した後、ノズル移動
   コントローラ及びサーボモータで駆動される昇降機構と
   旋回機構により、切断装置下端に備えたウォータージェ
   ットノズルを所望の昇降及び旋回動作の組み合わせによ
   る移動パターンと移動速度でトラバースさせると共に、
   このノズルから噴射される高速の水・研磨材混合ジェッ
   トを前記空孔の壁面に所定の距離を保ちながら衝突せし
   め、遠隔操作で前記杭体を連続的にブロック状に切断破
   砕することを特徴とするウォータージェットによる構造
   物切断破砕方法。
2. 【請求項２】 ウォータージェットの切断能力を一定に
   保持して未切断部の発生を防止するために、研磨材を圧
   送する圧縮空気の流量を設定値に自動調節し、かつ湿分
   除去を行い、併せて研磨材の供給を計量器付き研磨材供
   給タンクの計測結果に基づき操作することにより、研磨
   材供給量を設定値に自動調節し、これによりウォーター
   ジェットノズルへ圧送する単位時間当たりの研磨材量を
   一定にコントロールすることを特徴とする請求項１記載
   のウォータージェットによる構造物切断破砕方法。
3. 【請求項３】 ウォータージェットの切断状態を常時モ
   ニタリングして未切断部の発生を防止するために、加速
   度センサによるジェット噴射状態検知センサをウォータ
   ージェットノズル部の適所に固着し、ジェット噴射状態
   検知センサより出力される振動波形を検知分析し、この
   検知結果を水ジェットのみ噴射した場合の振動波形、水
   ジェットと研磨材を噴射しかつ未切断状態にある振動波
   形、水ジェットと研磨材を噴射しかつ切断状態にある振
   動波形等の予め測定した基準となる振動波形と比較する
   ことにより、研磨材の噴射の有無並びに被切断物の切断
   の可否を即時に判定して、研磨材の供給が停止、あるい
   は研磨材が供給されていても未切断の状態にあれば外部
   に警報を与え、切断状態の異常に対処することを特徴と
   する請求項１記載のウォータージェットによる構造物切
   断破砕方法。
4. 【請求項４】 構造物の空孔内に吊垂挿入して空孔の内
   部からこの構造物をウォータージェットを利用して切断
   する切断方法に使用される装置であって、深度計にて切
   断開始深度に位置決めして空孔内に吊り下げられた切断
   装置の停止・昇降等の動作を予め設定された位置・速度
   で制御するためのサーボモータを用いた昇降装置と、筒
   形をした本体フレームの中心に配置された回転ロッドを
   サーボモータで駆動し回転ロッドの下端に装着されたノ
   ズルの停止・旋回等の動作を予め設定された位置・速度
   で制御すると共にこの本体フレームの外周上・下部両ガ
   イド装置により空孔中心に位置決めしかつ昇降動作を案
   内するようになした切断装置と、２つのサーボモータの
   動作量を検知及び制御し昇降と旋回の複合動作で形成さ
   れるノズルの移動を任意に設定された移動パターンと移
   動速度に従って精密に自動制御する制御装置と、さらに
   は圧縮空気にてノズルに圧送される単位時間当たりの研
   磨材量を一定に自動調節しかつ湿分除去を行い、ウォー
   タージェットの切断能力を一定に保持する研磨材供給量
   調節手段とから構成され、切断装置にはノズルをトラバ
   ースさせながら高速の水・研磨材混合ジェットを構造物
   の空孔壁面に向かって噴射し、構造物を所望のブロック
   状に切断破砕するためのウォータージェットノズルを備
   えたことを特徴とするウォータージェットによる構造物
   切断破砕装置。
5. 【請求項５】 ノズル部の適所に固着された加速度セン
   サの振動波形を検知分析することにより、研磨材の噴射
   の有無及び切断の可否を即時に判定する切断状態モニタ
   リング手段を加えた請求項４記載のウォータージェット
   による構造物切断破砕装置。