(57)【要約】【課題】既設埋設管が金属製のカラーで塩化ビニル管をつなぎ合わせた既設埋設管であっても、金属製のカラーを切削しながら破砕できるようにした既設埋設管の改築推進工法用カッターヘッドを提供する。【解決手段】先導管の軸線回りに回転する面板１８と、超硬チップの切刃を有するビットカッターからなり、前記面板の半径方向に切刃が延びる第１のカッター列２０Ａ、２０Ｃと、超硬合金片または超硬合金粒が溶着された刃部を有するコンポジットカッターからなり、刃部が前記面板の半径方向に延びる第２のカッター列２０Ｂ、２０Ｄと、を有し、第１カッター列２０Ａ、２０Ｃと第２カッター列２０Ｂ、２０Ｄが面板１８の周方向に交互に配設されている。【選択図】図１
2014109103.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
新しい埋設管に先行する先導管の先端に設けたカッターヘッドで既設埋設管を破砕しながら前記新しい埋設管を推進する改築推進工法で用いられるカッターヘッドにおいて、
前記先導管の軸線回りに回転する面板と、
超硬チップの切刃を有するビットカッターからなり、前記面板の半径方向に前記切刃が延びる第１のカッター列と、
前記超硬合金片または超硬合金粒が溶着された刃部を有するコンポジットカッターからなり、刃部が前記面板の半径方向に延びる第２のカッター列と、を有し、
前記第１カッター列と前記第２カッター列が前記面板の周方向に交互に配設されていることを特徴とする既設埋設管の改築推進工法用カッターヘッド。
【請求項２】
前記第１のカッター列は、前記超硬チップの切刃を有するとともに前記超硬合金片または超硬合金粒が溶着された刃部を有するビットカッターとコンポジットカッターの複合型カッターからなることを特徴とする請求項１に記載の既設埋設管の改築推進工法用カッターヘッド。
【請求項３】
前記面板は、外周部に向かって下り勾配に傾斜するテーパー状の前面を有することを特徴とする請求項１に記載の既設埋設管の改築推進工法用カッターヘッド。
【請求項４】
前記既設埋設管は、塩化ビニル製の管が金属製のカラーを介して接続された埋設管であることを特徴とする請求項１に記載の既設埋設管の改築推進工法用カッターヘッド。
【請求項５】
前記面板には、掘削した土砂と、塩化ビニル製の管本体の破砕物のみを取り込み、破壊された前記金属製カラーの取り込みを制限する開口部が形成されたことを特徴とする請求項４に記載の既設埋設管の改築推進工法用カッターヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、既設埋設管の改築推進工法で用いられるカッターヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
上・下水道管は、経年変化によって老朽化が進むために、法定耐用年数５０年とされる既設埋設管は適宜に更新される必要がある。このような既設埋設管を更新する場合、従来は地表面から開削して既設埋設管を掘り出した後、新たな管を埋設し直していたが、近年では、図６に示すように、立坑から水平方向に掘進しつつ既設埋設管１を撤去しながら、同時に更新管２に改築する工法が採用されている。
【０００３】
この既設埋設管の改築推進工法では、まず、地表面Ｇから発進坑３を掘削し、この発進坑３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および先導管の先端に設けられているカッターヘッド８を回転駆動しつつ図示左方向に順次推進し、カッターヘッド８の前面に設けられているビットカッター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。
【０００４】
この間、破砕された既設埋設管１の破片や周囲の地盤の土砂は、ケーシング９内をスクリュコンベア７によって発進坑３に搬送される。
【０００５】
このような既設埋設管の改築推進工法では、既設埋設管１がヒューム管である場合には、管本体のコンクリートの破砕と、鉄筋の切断とをカッターヘッド８で効率よく行う必要があり、従来から例えば特許文献１に記載されているようなローラカッターでコンクリートと鉄筋を細かく破砕できるようにしたカッターヘッドが用いられている。
【０００６】
ところで、既設埋設管には、ヒューム管だけでなく、塩化ビニル管を鉄やステンレスの金属製のカラーでつなぎ合わせた管である場合がある。この種の既設埋設管をビットカッターで破砕する場合は、塩化ビニル管の破砕は容易であるが、鉄やステンレスのカラーを切削して破砕するのは困難になる。
【０００７】
従来から特殊なカッターヘッドとして、トリコーンビットや、星型カッター、ウェーブカッターなどを使ったものが開発されているが、このような特殊カッターヘッドを用いても、鉄やステンレスのカラーを切削することは難しい。
【０００８】
そこで、カラーの切削を行う代わりに、特許文献１に記載されているような既設管の外径より一段大きい管を推進し、既設管をそのままにあるいは破砕して内側に取り込んで回収してから、推進した管の中に新管を入れる引抜推進工法や、非特許文献２に記載されているような既設管を内側から押し割って広げ、その中に新管を入れていく静的破砕推進工法の適用が検討されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平９−２９６６８７号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】No-Dig  Today  ２０１２年１０月号、４６頁、日本非開削技術協会
【非特許文献２】No-Dig  Today  ２０１２年１０月号、１４頁、日本非開削技術協会
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、引抜推進工法では、推進と回収の２工程が必要となり、効率的な改築が行えないという欠点があり、静的破砕推進工法では、曲がりの大きい既設埋設管では施工が困難になるという重大な欠点がある。
【００１２】
本発明の目的は、前記従来技術に有する問題点に鑑み、既設埋設管が金属製のカラーで塩化ビニル管をつなぎ合わせた既設埋設管であっても、金属製のカラーを切削しながら破砕できるようにした既設埋設管の改築推進工法用カッターヘッドを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記の目的を達成するために、本発明は、新しい埋設管に先行する先導管の先端に設けたカッターヘッドで既設埋設管を破砕しながら前記新しい埋設管を推進する改築推進工法で用いられるカッターヘッドにおいて、前記先導管の軸線回りに回転する面板と、
超硬チップの切刃を有するビットカッターからなり、前記面板の半径方向に前記切刃が延びる第１のカッター列と、前記超硬合金片または超硬合金粒が溶着された刃部を有するコンポジットカッターからなり、刃部が前記面板の半径方向に延びる第２のカッター列と、を有し、前記第１カッター列と前記第２カッター列が前記面板の周方向に交互に配設されていることを特徴とするものである。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態による既設埋設管の改築推進工法用カッターヘッドを示す斜視図である。
【図２】同既設埋設管の改築推進工法用カッターヘッドの正面図である。
【図３】同実施形態による既設埋設管の改築推進工法用カッターヘッドが埋設管を切削する状態を図１のＡ矢視方向から示す一部縦断面図である。
【図４】同既設埋設管の改築推進工法用カッターヘッドの切削作用を示す模式図である。
【図５】他の実施形態による既設埋設管の改築推進工法用カッターヘッドの正面図である。
【図６】従来の既設埋設管の改築推進工法を説明する縦断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明による既設埋設管の改築推進工法用カッターヘッドの一実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。  
【００１６】
第１実施形態
図１は、本実施形態による改築推進工法用カッターヘッドを示す斜視図である。図２はカッターヘッドの正面図である。
【００１７】
このカッターヘッド１００は、先導管１２の先端に設けられ、図６に示した従来のカッターヘッド８と同様に、推進機４によって駆動されるスクリュコンベア７とともに回転し、また、推進用の油圧シリンダ６により軸方向に力が加えられる。
【００１８】
このカッターヘッド１００は、先導管１２と同軸に取り付けられ、先導管１２の軸線回りに回転可能に取り付けられる厚い円板状の面板１８を含む。この面板１８の前面には、カッターを半径方向に配列した４つのカッター列２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄが取り付けられている。この実施形態では、カッター列２０Ａ、２０Ｃは、ビットカッターからなるカッター列（第１のカッター列）であり、カッター列２０Ｂ、２０Ｄは、コンポジットカッターからなるカッター列（第２のカッター列）であるというように、２種類の異なるカッター列が交互に配置されている。
【００１９】
そこで、まずビットカッターからなる第１のカッター列２０Ａ、２０Ｃについて説明する。  
第１のカッター列２０Ａ、２０Ｃは、それぞれ３個のカッター本体２１からなり、先端には直線状の切刃２１ａを形成する超硬チップが溶着されたビットカッターによって構成されたカッター列である。それぞれカッター本体２１は隣同士が密着して、切刃２１ａが半径方向にかつ面板１８前面と平行に連続して延びる状態になるように、ボルトを用いて着脱可能に取り付けられている。そして各ビットカッターの切刃２１ａでは、所定の逃げ角、すくい角が設定されている。このような第１のカッター列２０Ａ、２０Ｃは、面板１８の回転中心に関して１８０°対称に配置されている。なお、第１カッター列２０Ａ、２０Ｃについては、この実施形態では、３個のビットカッターからなる例を示したが、カッターヘッド１００の径によって、構成するビットカッターの個数は２〜５個の範囲で変わってくるものである。
【００２０】
次に、コンポジットカッターからなる第２のカッター列２０Ｂ、２０Ｄについて説明する。  
第２カッター列２０Ｂ、２０Ｄは、この実施形態では、カッター本体２２は、第１カッター列２０Ａ、２０Ｂとほぼ同じながさを有しており、ボルトを用いて着脱可能に取り付けられている。
【００２１】
コンポジットカッターは、ビットカッターと異なり、超硬合金片をカッター本体２２に溶着させることで刃部２６が構成されているカッターである。超硬合金片は、１．５〜６．０ミリの大きさのタングステンカーバイト（ＷＣ）からなる超硬片をＣｕ、Ｚｎ、Ｎｉをマトリックスとして用いてカッター本体２２に溶着される。刃部２６では、マトリックスの表面から無数の切れ味鋭い超硬片が突き出ている状態になっている。このような超硬片からなる刃部２６は、所定の幅で面板１８の半径方向に連続するようになっている。また、刃部２６の面板１８の前面からの高さは、第１のカッター列２０Ａ、２０Ｃの切刃２１ａの高さよりも若干２〜１０ミリ高く設定されている。このような第２のカッター列２０Ｂ、２０Ｄは、面板１８の回転中心に関して１８０°対称に配置されている。
【００２２】
以上のように第１のカッター列２０Ａ、２０Ｃと前記第２カッター列２０Ｂ、２０Ｄが全体として面板１８の周方向に交互に配設されているが、これに限定されるものではない。径の大きなカッターヘッドの場合には、第１カッター列は３列、第２カッター列も３列というように、それぞれ交互に配列される。
【００２３】
この実施形態では、その他のカッターとして、外周カッター３０が面板１８の外周部に４箇所設けられている。
【００２４】
また、面板１８には、掘削した土砂と、塩化ビニル製の管本体の破砕物を取り込む開口部３２が第１のカッター列２０Ａ、２０Ｃと第２カッター列２０Ｂ、２０Ｄとの間に形成されている。
【００２５】
次に、本実施形態によるカッターヘッドの作用並びに効果について説明する。  
まず、図３に示されるように、既設埋設管は、塩化ビニル製の管１０１がステンレス製のカラー１０２を介して接続された埋設管であったとする。従来のビットカッターでは、塩化ビニル製の管１０１を切削することは容易であっても、カラー１０２を切削することは非常に困難であった。
【００２６】
これに対して、本実施形態のカッターヘッド１００では、ビットカッターからなる第１のカッター列２０Ａ、２０Ｃと、コンポジットカッターからなる第２のカッター列２０Ｂ、２０Ｄを交互に設けることで、次のようにして、カラー１０２を切削することができる。
【００２７】
ここで、図４は、カッターヘッド１００を回転させたときのカラー１０２に対する切削作用を模式的に示す図である。  
カッターヘッド１００がカラー１０２の端面に押しつけられながら回転すると、コンポジットカッターからなる第２のカッター列２０Ｂ、２０Ｄの方が、ビットカッターからなる第１のカッター列２０Ａ、２０Ｃよりも先行して、カラー１０２の端面に切り込んでいく。コンポジットカッターの刃部２６では、無数の切れ味鋭い超硬片が突き出ており、これらの超硬片がカラー１０２の端面に食い込み、カラー１０２の端面に多数の傷や切り込みを生じさせる。仮に、コンポジットカッターがないとすると、ビットカッターの切刃２１ａは、カラー１０２の端面を滑ってしまうだけで切削することはできない。
【００２８】
ところが、ビットカッターに先行するようにして、コンポジットカッターの超硬片がカラー１０２の端面に傷や切り込みによってぎざぎざや凹凸の付いた予備的な破壊面を形成するので、後行するビットカッターの切刃２１ａは、これらの予備的な破壊面を滑ることなく、外周側に押し広げながら破砕して切削していくことが可能になる。なお、カラー１０２を切削した切りくずが外周側に逃げやすいように、面板１８の前面には、中心から下り勾配のテーパーを付けておくと好適である。
【００２９】
こうして、カッターヘッド１００が回転していくと、先行するコンポジットカッターによる予備的破壊面の形成と、後行するビットカッターによる予備的破壊面の切削が繰り返されるので、従来の星形カッターやウェィブカッターなどに比べてもカラー１０２を格段に効率よく切削することができる。したがって、従来の改築推進工法により、既設埋設管の更新を効率良く進めることができる。
【００３０】
カラー１０２の切削が進んでいくと、短くなったカラーは、潰されて破壊された残骸となるが、面板１８の開口部３２は狭いので、破壊されたカラーの残骸は先導管内に入りこむことがない。
【００３１】
他方、塩化ビニル製の管１０１を切削するときには、ビットカッターの切刃２１ａは管１０１の端面に食い込んで容易に切削していく。このとき生じた切りくずは細かいので、開口部３２から先導管１２内に取り込まれて、土砂とともにスクリュコンベアによって後方に搬送される。
【００３２】
第２実施形態  
次に、本発明の第２実施形態について、図５を参照して説明する。なお、図１と同一の構成要素には同一の参照番号を付してその詳細な説明は省略する。
【００３３】
この第２実施形態では、第１のカッター列２０Ａ、２０Ｃは、ビットカッターからなるカッター列である点は第１実施形態と同様であるが、さらに、第１のカッター列２０Ａ、２０Ｃでは、カッター本体２１の前面に、超硬合金片を溶着させることで刃部３６を形成することにより、ビットカッターとコンポジットカッターの複合型カッターとして構成されている。超硬合金片を肉盛りだけで形成する場合、刃部３６の高さを切刃２１ａの高さよりも高くするのが難しいことがある。この場合には、カッター本体２１に台座を取り付け、その台座に超硬合金片を溶着するようにしてもよい。
【００３４】
以上のように構成される第２実施形態によれば、超硬合金片の溶着された刃部２６、３６が二重になっているため、カラー１０２を切削する場合に、ビットカッターに先行して、刃部２６、３６が続けざまにカラー１０２の端面に切り込みのより深い予備的破壊面を形成することができるようになるので、後行するビットカッターの切刃２１ａによる切削をより容易にすることができ、低トルク、低推力、低振動での効率良い掘削を実現することができる。
【００３５】
以上、本発明に係る既設埋設管の改築推進工法用カッターヘッドについて、好適な実施形態を挙げて説明したが、コンポジットカッターでは、粒状の超硬合金を溶着するようにしてもよい。また、既設埋設管は、塩化ビニルの管１０１を金属製のカラー１０２で接続したもの以外にも、鉄筋の入ったコンクリート製の既設埋設管であってもよい。
【符号の説明】
【００３６】
１…既設埋設管、２…更新管、４…推進機、６…推進用油圧シリンダ、７…スクリュコンベア、９…ケーシング、１２…先導管、１８…面板、２０Ａ、２０Ｃ…第１のカッター列、２０Ｂ、２０Ｄ…第２のカッター列、２１ａ…切刃、２６…刃部、１００…カッターヘッド、１０１…塩化ビニル管、１０２…カラー
【図６】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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