(57)【要約】      （修正有）【課題】非開削工法で既設埋設管を切断するのに適した切断装置を提案する。【解決手段】切断手段部５１と移動手段部５２を有し、前記切断手段部は研磨材を含んだ高圧水を噴出し、円周方向に回転する、ノズル１３を備えたアブレシブノズルヘッド１４と前記アブレシブノズルヘッドに研磨材を供給するアブレシブロータリージョイント１５を有し、前記移動手段部は伸縮自在な直線機構部１９を備えた駆動台車２０を有し、前記切断手段部が前記伸縮自在な直線機構部に締結されている。【選択図】            図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
管体をその内部より研磨材を含んだ高圧水により切断する切断装置であって、切断手段部と移動手段部を有し、前記切断手段部は研磨材を含んだ高圧水を噴出し、円周方向に回転する、ノズルを備えたアブレシブノズルヘッドと前記アブレシブノズルヘッドに研磨材を供給する粉体ロータリージョイントを有し、前記移動手段部は伸縮自在な直線機構部を備えた駆動台車を有し、前記切断手段部が前記伸縮自在な直線機構部に締結されていることを特徴とする切断装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は管体の切断装置に関し、特に、管体をその内部から研磨材を含んだ高圧水により切断し、既設埋設管を地表面を開削することなく新管に更新する非開削工法に適したものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
地中の既設埋設管を更新する管路更新工法は開削工法と非開削工法に大別され、従来、経済性と施工性に優れる開削工法が主に用いられてきたが、市民生活に影響を与えない道路交通の確保、振動や騒音などの建設公害の防止、環境保全の理由などから非開削による工法が適用されるケースが増加している。
【０００３】
非開削工法の場合、地中において埋設管を切断することが必要で、切断手段としてガス切断、プラズマ切断や研磨材を含んだ高圧水によるウォータージェット切断を用いることが提案されている。図７はウォータージェット切断の原理を説明するものでアブレシブノズルを取りつけたアブレシブノズルヘッドを示し、（ａ）は側断面図、（ｂ）は正面外観図を示す。
【０００４】
図において１４００はアブレシブノズルヘッド、１４１０はボデイ、１４２０はアダプタ、１４３０はアブレシブノズル、１４４０はノズルホルダ、１４５０はミキサ、１４６０はウォータージェットノズル、１４７０は高圧水ホース，１４８０はアブレシブホースを示す。
【０００５】
アブレシブノズルヘッド１４００にはアブレシブホース１４８０が取りつけられたボデイ１４１０と高圧水ホース１４７０が取りつけられたアダプタ１４２０を有し、ボデイ１４１０にはアブレシブノズル１４３０がノズルホルダ１４４０によって装着される。
【０００６】
高圧水がウォータージェットノズルより噴射され、ミキサー１４５０内を通過する際に、エジェクタ効果により高圧水周辺の空気が吸引され、ミキサー１４５０内が負圧となり、アブレシブホース１４８０を通じてアブレシブを吸引し、ミキサー１４５０内およびアブレシブノズル１４３０内で高圧水と混合されて、噴射される。
【０００７】
特許文献１は既設管の更新装置及び更新方法に関し、埋設された水道管、ガス管その他の埋設管等の旧管に、軸方向の一端から鞘管または新管を被せるように推進させる推進装置と、旧管を所望の位置で切断する切断手段を備えた更新装置を用い、切断した旧管は切断手段で保持して鞘管または新管の外部に排出させ、非開削で既設管を更新する技術が記載されている。
【０００８】
特許文献１では既設管切断作業に用いる装置として切断刃を備えた切断装置が記載され、高圧の水を旧管に噴射して切断するウォータージェット切断装置を用い得ることが記載されている。
【０００９】
特許文献２は、研磨材を混合させた高圧水（５００〜５０００ｋｇｆ／ｃｍ２）を利用した既設埋設管の更新方法に関し、その装置として既設埋設管の径断面上に配置され、噴射ノズルは駆動機のアームに取付けられ径方向円周断面上を移動し、管端部を研削する水圧切削手段を有し、コンクリートと鉄筋による既設埋設管を管端部から逐次、粗砂を混合させた高圧水により研削するものが記載され、該装置による研削量に応じて新管を押圧し管路を新たに形成することが記載されている。
【００１０】
【特許文献１】特開２００２−１３８７９０号公報
【００１１】
【特許文献２】特開平８−８６３８５号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１には研磨材を含んだ高圧水による切断技術を説明する記載はなく、その装置の具体的構成は明らかにされていない。また、特許文献２記載の方法によれば、既設管円周壁面に研磨材を含んだ高圧水を噴射し、既設埋設管全てを切削していくため、大量の水、研削材が必要となると同じに所要時間が長くなる。また、フランジ部を有する既設管の場合、最大管厚部となるフランジ部の管厚分高圧水を噴射するノズル等が必要となり、設備が大規模となり、フランジ部を切断すること自体も容易でない。
【００１３】
更に、水圧切削手段の部分は既設管、新管どちらにも覆われていないため、土圧を維持できない場合、地盤崩壊が懸念される。切断する管に近接して、他の管が埋設されていると損傷させることも懸念される。
【００１４】
本発明は、鋳鉄管等の管体をその内部より切断することが可能で、非開削工法により新管に更新する埋設管更新工法に適した切断装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、鋳鉄管からなる既設埋設管をその内部から高圧水で切断する装置について種々検討し、管胴を円周方向に切断するため、円周方向に回転する切断ノズルに高圧水と研磨材を円滑に供給する機構を備え、更に継手部のフランジを管軸方向に切断することが可能な装置を開発した。
本発明は
１．既設埋設管を研磨材を含んだ高圧水により切断する切断装置であって、切断手段部と移動手段部を有し、前記切断手段部は研磨材を含んだ高圧水を噴出し、円周方向に回転する、ノズルを備えたアブレシブノズルヘッドと前記アブレシブノズルヘッドに研磨材を供給する粉体ロータリージョイントを有し、前記移動手段部は伸縮自在な直線機構部を備えた駆動台車を有し、前記切断手段部が前記伸縮自在な直線機構部に締結されていることを特徴とする既設埋設管の切断装置。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について図面を参照しながら詳細に説明する。図１は本発明に係る切断装置の一実施形態を示すもので、既設管の管内に配置された状態を示す。図１において３は既設管、５は切断装置全体、５１は切断機構部、５２は移動機構部、１３はアブレシブノズル、１４はアブレシブノズルヘッド、１５は粉体ロータリージョイント、１６は高圧水スイベルジョイント、１７は減速機、１８は回転用モータ、１９は伸縮自在な直線機構、２０は駆動台車、２１は高圧水ホース、２２はアブレシブホース、２３は補助車輪、２４は継手部検出器、２５はエアーシリンダである。
【００１７】
切断機構部５１において、アブレシブノズル１３が取付けられたアブレシブノズルヘッド１４は、ノズル回転用モータ１８と減速機１７により所望の速度で既設管３の全円周方向に回転する。
【００１８】
本装置は回転するアブレシブノズルヘッド１４に高圧水と研磨材を供給するため、粉体ロータリージョイント１５と高圧水スイベルジョイント１６を用いることを特徴とし、高圧水は切断装置５の外部から高圧水ホース２１により高圧水スイベルジョイント１６を経てアブレシブノズルヘッド１４に供給される。研磨材はアブレシブホース２２により粉体ロータリージョイント１５に供給される。
【００１９】
図２は粉体ロータリージョイント１５の構造を示すもので、（ａ）は側断面図、（ｂ）は外観正面図を示す。図２において、１５１はボデー部、１５２はカバー部、１５３はコア部、１５４はベアリング、１５５はＸリング、１５６はダストリング、１５７はダストシール、１５８は中空部、１５９、１５９ａは環状中継室、１６０は研磨材送出経路、１６１は圧縮空気送出経路、１６２は研磨材導入経路、１６３は圧縮空気導入経路を示す。
【００２０】
粉体ロータリージョイント１５はボデー部１５１内にコア部１５３が挿入され、ボデー部１５１を固定し、コア部１５３のみを回転させることが可能となっている。
【００２１】
コア部１５３はベアリング１５４によって保持され、コア部とボデー部の空隙はＸリング１５５、ダストリング１５６、ダストシール１５７によって密閉されている。
【００２２】
コア部１５３には減速機１７（図示しない）が取りつけられ、ノズル回転用モータ１８（図示しない）によって回転する。高圧水はコア部１５３の中心部に設けられた中空部１５８を通る高圧水ホースによってアブレシブノズルヘッド１４に供給される。
【００２３】
ボデー部１５１にはコア部１５３の外周面の全周に亘って一定の空間を形成するように環状中継部１５９が形成されている。研磨材導入経路１６２と研磨材送出経路１６０が環状中継部１５９に開口し、両者は環状中継部１５９を経由して導通している。
【００２４】
研磨材はアブレシブホース２２から研磨材導入経路１６２に供給され、環状中継部１５９を経由して研磨材送出経路１６０に送給される。コア部１５３が回転しても、環状中継部１５９により研磨材送出経路１６０と研磨材導入経路１６３は導通し、研磨材がアブレシブホース２２からアブレシブノズルヘッド１４（図示しない）に円滑に供給される。
【００２５】
尚、研磨材と並行して圧縮空気等の導入ー送出も可能であり、圧縮空気導入経路１６３、圧縮空気送出経路１６１を設け、環状中継部１５９ａによって両者を導通させることが可能である。圧縮空気はアブレシブノズルヘッドに取りつけられる空圧機器などの駆動源とする。
【００２６】
移動機構部５２において、駆動台車２０は前後進可能で、切断機構部５１と移動機構部５２は駆動台車２０に取付けられた伸縮自在な直線機構部１９によって結合されている。伸縮自在な直線機構部１９はアブレシブノズルヘッド１４を管軸方向に滑らかに移動させる。伸縮自在な直線機構部１９として電動シリンダ、油圧シリンダ等が適用可能である。アブレシブノズルヘッド１４が管軸方向に移動するため、継手部のフランジを管軸方向に分割して小さく切断することが可能となり、その除去が容易となる。
【００２７】
尚、切断作業を安定に行うため切断機構部５１には補助車輪２３を取付ける。車輪径は管継手部の段差などを乗り越えるため、極力大きくすることが望ましい。また、切断機構部５１には継手部検出器２４が取り付けられ、継手部位置を取りこんだり、切断状況の確認を行う。継手部検出器２４はＣＣＤカメラが軽量で、外乱も受けにくいため好ましい。
【００２８】
移動機構部５２の後方には複数の腕を管内の径方向に管壁まで伸ばし、切断の際のアブレシブウォータージェットの反力を吸収するエアーシリンダ２５が取りつけられる。
【００２９】
図３は上述した装置を用い、既設埋設管を新管に更新する際の途中経過を模式的に説明する図で、（ａ）〜（ｆ）に施工における各段階を示す。
【００３０】
図３において、１は高圧水遮蔽管を推進する推進機を配置する立坑、２は切断装置を搬入する立坑、３は既設埋設管、３１は既設埋設管の継手部、４は推進機、５は切断装置、６は高圧水遮蔽管、７は切断状況確認用検出器、８は切断装置用ケーブル及びホース、９は球状部材、１０は既設管回収装置、１００はウインチ、１０１は走行台車、１０３はバケット機構、１２は新管を示す。
【００３１】
（ａ）：更新すべき既設管３の両端に立坑１、２を掘削し、立坑４には高圧水遮蔽管を推進する推進機４を配置する。尚、既設管３の継手部３１は、一方が他方を覆うようにはめ込んだ後、ボルトなどで結合され、外周面にはフランジが形成され、管内面側には前後の管の突き合わせ線が観察される。
【００３２】
（ｂ）：切断装置５を立坑２から既設管の管内に搬入し、立坑１に向けて走行させ、全ての継手部（突き合わせ線）の位置を予め検出し、検出した結果に基づいて切断位置を決定する。その後、立坑２に向けて後退しながら、所定の切断位置で既設管を切断する。切断する際、隣接する既設管（図では省略）を損傷しないように高圧水遮蔽管６を切断位置の外側に位置させる。
【００３３】
研磨材を含んだ高圧水により既設管が切断されると研磨材を含んだ高圧水が高圧水遮蔽管６に衝突し、高圧水遮蔽管６を振動させるため、該振動を検出することにより切断状況の確認が可能であり、必要に応じて切断状況確認用検出器（振動センサ７）を取付ける。
【００３４】
高圧水遮蔽管６は複数の所定長さの単位管を管軸方向に連結して構成され、単位管を推進機４により推進させ、所望の長さとする。
【００３５】
切断装置５には、高圧水、研磨材及び駆動用電源を供給するケーブル及びホース８が取付けられ、切断装置の移動が容易なように、ケーブル及びホース８は球状部材９により支持される。
【００３６】
（ｃ）：既設管３を所定の長さで切断した後、切断された部分３ａを、高圧水遮蔽管６内に残存しないように立坑１に搬出する。既設管３の新たな切断位置の外側に高圧水遮蔽管６が位置するように高圧水遮蔽管６の単位管を推進機４により推進し、高圧水遮蔽管６を立坑２に向けて延伸させる。
【００３７】
（ｄ）：既設管３の切断された部分３ｂを排出する際、既設管回収装置１０を用いる場合を示す。既設管回収装置１０は、走行台車１０１、ウインチ１００、バケット機構１０３を備え、走行台車１０１には、立坑１の外部近傍に配置されたウインチ１００からのケーブルが取付けられている。
【００３８】
既設管３の切断された部分３ｂは、走行台車１０１に取りつけたケーブルをウインチ１００により巻き取り、走行台車１０１を移動させ、高圧水遮蔽管内部から立坑１内に搬出される。既設管３の切断された部分３ｂはバケット機構１０３で保持する。エアーバッグ１０２や先端が鉤状のアーム１０４を走行台車１０１に取付け、切断された部分３ｂを取り出すことも可能である。
【００３９】
図４に既設管回収装置１０の構成を示す。図４（ａ）はバケット機構１０３を取付けた場合、図４（ｂ）はアーム１０４を取付けた場合、図４（ｃ）はエアーバッグ１０２を取付けた場合を示す。バケット機構１０３はフランジ部を管軸方向に切断した場合の細かい切断片を収集するため、キャッチバー１０３ｂ、バケット１０３ａに電動シリンダ１０３ｃ，１０３ｄを取りつけ可動させるようにし、切断片を挟んで保持することが可能である。
【００４０】
（ｅ）：更新すべき既設管３が撤去され、高圧水遮蔽管６が立坑１から立坑２に達した段階を示す。
【００４１】
（ｆ）：高圧水遮蔽管６内に新管１２を敷設する段階を示し、既設管回収装置１０の走行台車１０１（図示しない）を新管１２内に搬入し、エアーバッグ１０２（図示しない）を膨張させ、立坑１の外部近傍に配置されたウインチ１００（図示しない）によりケーブルを巻き取り、走行台車１０１（図示しない）を移動させ、高圧水遮蔽管６内に新管１２を取り込む。新管１２の端部に冶具などでケーブルを取付け、ウインチ１００（図示しない）によりケーブルを巻き取り、新管１２を取り込むことも可能である。
【００４２】
以上の説明は既設管の切断除去に応じて、高圧水遮蔽管を延伸させるものであるが、高圧水遮蔽管を立坑１から立坑２にまで挿通させた後、既設管を所定の切断位置で立坑１から立坑２に向けて順次切断除去することも可能である。
【００４３】
図５、６は、既設管の切断手順の一実施例を示し、図５は管胴部を円周方向に切断する場合、図６は更に、既設管継手部のフランジを分割して除去するため管軸方向に切断する場合を示す。フランジが除去されると高圧水遮蔽管と既設埋設管の間隔が広くなり、高圧水遮蔽管の推進がより容易となる。
【００４４】
円周方向に切断する場合は、図５に示すように切断装置を更新すべき既設管全長に亘って走行させ、予め取りこんだ継手位置（突き合わせ線）を基に切断位置を決定する。振動センサによる切断確認を省略しプリセットされた条件で切断することも可能である。
【００４５】
更に、フランジを切断する場合は、フランジが継手部（突き合わせ線）の一方側にのみ形成されることから、継手部（突き合わせ線）に対するフランジの位置を確認後、フランジを切断する。この際、搬出しやすいように径断面が３分割されるように管軸方向に切断することが好ましい。管軸方向に切断された部分が分割されるようにフランジ前後を円周方向に切断するがその時期は特に規定しない。
【００４６】
本発明は、対象とする既設埋設管の材質を特定せず、鋳鉄管、鉄筋コンクリート管等に適用可能である。
【００４７】
【発明の効果】
本発明によれば、既設管をその管内から切断でき、非開削工法が可能となる。
また、既設管の管胴部を円周方向に切断したり、継手フランジ部を管軸方向に切断するなど所望の軌跡で切断できるため、作業能率が向上し、産業上極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る切断装置の構成を模式的に示す図
【図２】粉体ロータリージョイントの構成を示す図で（ａ）は側断面図、（ｂ）は正面外観図を示す。
【図３】本発明の一実施形態に係る既設埋設管の切断装置を用いた更新工法による経過を模式的に示す図で（ａ）〜（ｆ）は各段階を示す。
【図４】既設管回収装置の構成を模式的に示す図で（ａ）はバケット機構、（ｂ）は鉤つきアーム、（ｃ）はエアーバッグを取付けた場合を示す図。
【図５】本発明の一実施形態に係る切断装置を用いた更新工法において円周切断する際の手順を示す図
【図６】本発明の一実施形態に係る切断装置を用いた更新工法において円周切断と継手部フランジ切断する際の手順を示す図
【図７】ウォータジェットの原理を説明する図で、（ａ）はアブレシブノズルを取りつけたアブレシブノズルヘッドの断面図、（ｂ）は正面外観図を示す。
【符号の説明】
１        一端の立坑
２        他端の立坑
３        既設埋設管
３ｂ      既設埋設管の切断された部分
３１      既設埋設管の継手部
４        推進機
５        切断装置
５１      切断機構部
５２      移動機構部
６        高圧水遮蔽管
７        切断状況確認用検出器（振動センサ）
８        切断装置用ケーブル及びホース
９        球状部材
１０      既設管回収装置
１００    ウインチ
１０１    走行台車
１０２    エアバッグ
１０３    バケット機構
１０４    鉤つきアーム
１２      新管
１３      アブレシブノズル
１４      アブレシブノズルヘッド
１５      粉体ロータリージョイント
１５１    ボデー部
１５２    カバー部
１５３    コア部
１５４    ベアリング
１５５    Ｘリング
１５６    ダストリング
１５７    ダストシール
１５８    中空部
１５９    、１５９ａ  環状中継室
１６０    研磨材送出経路
１６１    圧縮空気送出経路
１６２    研磨材導入経路
１６３    圧縮空気導入経路
１６      高圧水スイベルジョイント
１７      減速機
１８      回転用モータ
１９      電動シリンダ
２０      駆動台車
２１      高圧水ホース
２２      アブレシブホース
２３      補助車輪
２４      継手部検出器
２５      エアーシリンダ
（従来技術）
１４００    アブレシブノズルヘッド
１４１０    ボデイ
１４２０    アダプタ
１４３０    アブレシブノズル
１４４０    ノズルホルダ
１４５０    ミキサ
１４６０    ウォータージェットノズル
１４７０    高圧水ホース
１４８０    アブレシブホース
【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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【図６】
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【図７】
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