(57)【要約】【課題】既設の管渠、シールドを破砕しながら管渠、シールドを更新するのに好適な管渠更新装置を提供する。【解決手段】本発明の管渠更新装置は、フロントシールド筒体２の前方に設けられて管渠内壁１３Ａを清浄するスクレーパ機構４と、フロントシールド筒体２に設けられて管渠１３を破砕する破砕機構３とを有し、スクレーパ機構４は、管渠内壁１３Ａに摺接して管渠内壁１３Ａを払拭すると共にフロントシールド筒体２への水の侵入を阻止するブラシシール２３を備え、破砕機構３はアウターコーン５とこのアウターコーン５の内周に設けられたインナーコーン６と、管渠１３の周回り方向及び／又は管軸方向に間隔を開けて複数個配設されてアブレシブウォータジェットを管渠１３に向けて噴射するウォータジェット噴射ノズル１６とを備えている。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フロントシールド筒体の前方に設けられたスクレーパ機構と、フロントシールド筒体に設けられて管渠を破砕する破砕機構とを有し、前記破砕機構は前記管渠の内壁に向けてアブレシブウォータジェットを噴射するウォータジェット噴射ノズルを前記管渠の周回り方向に間隔を開けて複数個設けてなることを特徴とする管渠更新装置。
【請求項２】
前記ウォータジェット噴射ノズルは、前記管渠の周回り方向に設けると共に軸線方向に間隔を開けて前方及び後方に配設することを特徴とする請求項１に記載の管渠更新装置。
【請求項３】
前記管渠の周回り方向に且つ軸線方向に間隔を開けて前方及び後方に配設してなる前記ウォータジェット噴射ノズルのうち、前記前方のウォータジェット噴射ノズルを回転させ前記後方のウォータジェットに噴射ノズルを固定してなることを特徴とする請求項２に記載の管渠更新装置。
【請求項４】
前記軸線方向に間隔を開けて前方及び後方に配設してなる前記ウォータジェット噴射ノズルのうち、前記前方のウォータジェット噴射ノズルが固定され前記後方のウォータジェット噴射ノズルを回転させることを特徴とする請求項２に記載の管渠更新装置。
【請求項５】
前記スクレーパ機構は、その駆動軸を本体駆動軸とは別設してオフセット取付け可能にしたことを特徴とする請求項１に記載の管渠更新装置。
【請求項６】
前記スクレーパ機構は、管渠内壁に摺接して該管渠内壁を払拭すると共に前記フロントシールド筒体への水の侵入を阻止するブラシシールを備えていることを特徴とする請求項１に記載の管渠更新装置。
【請求項７】
前記破砕機構はアウターコーンと該アウターコーンの内周に設けられたインナーコーンとを備え、前記アウターコーンと前記インナーコーンとの相対回転により前記管渠を破砕することを特徴とする請求項１又は請求項６に記載の管渠更新装置。
【請求項８】
前記アウターコーンを回転駆動する回転駆動装置を備えていることを特徴とする請求項７に記載の管渠更新装置。
【請求項９】
前記インナーコーンを回転駆動する回転駆動装置を備えていることを特徴とする請求項７に記載の管渠更新装置。
【請求項１０】
前記フロントシールド筒体には前記管渠を破砕するディスクカッタがそのフロントシールド筒体の周回り方向に間隔を開けて設けられていることを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の管渠更新装置。
【請求項１１】
前記フロントシールド筒体には前記管渠の直径よりも大きな穴径を形成するために管渠の外周を掘削するゲージカッタがそのフロントシールド筒体の周回り方向に間隔を開けて設けられていることを特徴とする請求項１０に記載の管渠更新装置。
【請求項１２】
前記フロントシールド筒体には、泥流を送泥する送泥管と破砕された破砕物を排出する排泥管とが設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項１１のいずれか１項に記載の管渠更新装置。
【請求項１３】
前記破砕機構が鋼線等の切断用カッタを付設したことを特徴とする請求項１ないし請求項１２のいずれか１項に記載の管渠更新装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、既設の管渠を破砕しながら管渠を更新するのに好適な管渠更新装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
地中には、ライフラインの一つとして重要な下水道管や鉄道、道路を敷設したシールドのセグメント（ＲＣ，ＰＣ）等が埋設されているが、数十年も経つと老朽化が進み、管渠、シールドに亀裂、破損が生じている、また、地殻変動等により、管路やシールドの軸線が狂ったり蛇行し、管渠がヒューム管の場合、管に隙間やズレが生じていることもあり、更には、管渠内壁には油性樹脂等の軟泥物が付着している場合があると共に、本来シールドや管渠内に線材、鋼材、材木片その他の異物が埋設されている場合もある。
【０００３】
そこで、このような材質が多様な混在状態でしかも老朽化の進んだシールドや管渠の修復、更新が問題となりつつある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような老朽化の進んだシールドや管渠を破砕してその更新を行うことのできる管渠更新工法が提案されつつあるが、下水道のヒューム管に例をとると管渠内に付着しているラード等の油性樹脂が混在した軟泥物は管渠の破砕の際に破砕機構の目詰まりの原因となりやすく、また、破砕機構の刃に付着すると切れ味が悪くなり、更には緩衝体としても機能するため、管渠を効率よく破砕し難いものにして更新作業を非効率化するという問題がある。
【０００５】
また、管渠そのものがヒューム管、シールドのセグメント（ＲＣとＰＣ）等で構成され、管渠内に埋入されている線材、鋼材、材木片等の存在のため、その撤去作業に手間がかかるという問題もある。
【０００６】
更には、管渠内に溜まっている水の破砕機構への浸入を阻止しつつ更新工法を実施しなければならないという問題もある。
本発明は、上記の事情に鑑みて為されたもので、その目的は、既設の管渠やシールドのセグメントを破砕しながら新しい管渠、セグメントを推進し高能率で管渠を更新するのに好適な管渠更新装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の管渠更新装置は、フロントシールド筒体の前方に設けられたスクレーパ機構と、フロントシールド筒体に設けられて管渠を破砕する破砕機構とを有し、前記破砕機構は前記管渠の内壁に向けてアブレシブウォータジェットを噴射するウォータジェット噴射ノズルを前記管渠の周回り方向に間隔を開けて複数個設けてなることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の管渠更新装置は、前記ウォータジェット噴射ノズルを、前記管渠の周回り方向に設けると共に軸線方向に間隔を開けて前方及び後方に配設することを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の管渠更新装置は、前記前方のウォータジェット噴射ノズルを回転させ前記後方のウォータジェット噴射ノズルを固定してなることを特徴とする。
【００１０】
請求項４に記載の管渠更新装置は、前記前方のウォータジェット噴射ノズルが固定され前記後方のウォータジェット噴射ノズルを回転させることを特徴とする。
【００１１】
請求項５に記載の管渠更新装置は、前記スクレーパ機構が、その駆動軸を本体駆動軸とは別設してオフセット取付け可能にしたことを特徴とする。
請求項６に記載の管渠更新装置は、前記スクレーパ機構が、管渠内壁に摺接して該管渠内壁を払拭すると共に前記フロントシールド筒体への水の侵入を阻止するブラシシールを備えていることを特徴とする。
【００１２】
請求項７に記載の管渠更新装置は、前記破砕機構がアウターコーンと該アウターコーンの内周に設けられたインナーコーンとを備え、前記アウターコーンと前記インナーコーンとの相対回転により前記管渠を破砕することを特徴とする。
【００１３】
請求項８に記載の管渠更新装置は、前記アウターコーンを回転駆動する回転駆動装置を備えていることを特徴とする。
請求項９に記載の管渠更新装置は、前記インナーコーンを回転駆動する回転駆動装置を備えていることを特徴とする。
【００１４】
請求項１０に記載の管渠更新装置は、前記フロントシールド筒体には前記管渠を破砕するディスクカッタがそのフロントシールド筒体の周回り方向に間隔を開けて設けられていることを特徴とする。
【００１５】
請求項１１に記載の管渠更新装置は、前記フロントシールド筒体には前記管渠の直径よりも大きな穴径を形成するために管渠の外周を掘削するゲージカッタがそのフロントシールド筒体の周回り方向に間隔を開けて設けられていることを特徴とする。
【００１６】
請求項１２に記載の管渠更新装置は、前記フロントシールド筒体に、泥流を送泥する送泥管と破砕された破砕物を排出する排泥管とが設けられていることを特徴とする。
【００１７】
請求項１３に記載の管渠更新装置は、前記破砕機構に鋼線等の切断用カッタを付設したことを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
【００１９】
【実施例１】
図１において、１はテールシールド筒体、２はフロントシールド筒体である。テールシールド筒体１には、機内動力分岐箱１Ａ、機内制御盤１Ｂ、機内ユニット動力盤１Ｃ、機内中継箱１Ｄ、方向修正ジャッキ装置１Ｅ等の機械、器具が收設されている。
【００２０】
フロントシールド筒体２は前筒体２Ａと後筒体２Ｂとから構成され、前筒体２Ａと後筒体２Ｂとは方向修正ジャッキ装置２Ｃを介して連結されている。テールシールド筒体１の後方にはフロントシールド筒体２の進行方向（矢印Ａ方向）に向けて推力する推力機構（図示を略す）が設けられている。
【００２１】
前筒体２Ａには破砕機構３とスクレーパ機構４とが設けられている。破砕機構３は、インナーコーン５とアウターコーン６とから大略構成されている。インナーコーン５はアウターコーン６の内周にこのアウターコーン６と同心に設けられている。インナーコーン５は取り付け板７に固定されている。
【００２２】
スクレーパ機構４は管渠１３よりも小さい外径の金属製円筒支持体１４を有する。金属製円筒支持体１４はこれよりも小径の内筒体１４”をスポーク等で内設しておりました前筒体２Ａの前方に設けられて、連結部材１５を介してインナーコーン５に連結されている。その金属製円筒支持体１４には破砕機構３の一部を構成しアブレシブウォータジェットを噴射するウォータジェット噴射ノズル１６（図３参照）がフロントシールド筒体１の周回り方向に及び又は軸線方向に間隔を開けて固設されている。このウォータジェット噴射ノズル１６は半径方向外方に存在する管渠１３の壁面に向けて適宜角度でアブレシブウォータジェットを矢印Ｂで示すように噴射し、管渠１３に対しそのシールド筒体１の進行方向及び又は周方向に所望の切込みを入れて切断しその切断片又は細断片をクラッシャで砕き易くする機能を果たす。管渠１３がヒューム管からなる場合、ジョイント部の鋼材は勿論ピアノ線等も切断される。
【００２３】
フロントシールド筒体２には、回転駆動装置としての減速機付き電動機８が固定され、減速機付き電動機８の出力軸９には出力ギヤ１０が取り付けられ、出力ギヤ１０には内周歯を１１Ａを有する回転伝達ギヤ１１が噛み合わされている。アウターコーン６はその回転伝達ギヤ１１に固定され、インナーコーン５に対して相対回転される。インナーコーン５とアウターコーン６とには、クラッシャヘッド５Ａ、６Ａがそれぞれ設けられている。また、アウターコーン６の先端には、複数個の外周ビット１２（図４参照）がフロントシールド筒体１の周回り方向に設けられ、インナーコーン５とアウターコーン６との相対回転により、管渠１３の破砕が行われる。
【００２４】
金属製円筒支持体１４の先端にはスクレーパ支持円板１７が設けられ、スクレーパ支持円板１７にはスクレーパ１８（図２参照）がその外周に周回り方向に間隔を開けて設けられている。そのスクレーパ支持円板１８は支持軸装置１９に回転可能に支持されている。支持軸装置１９は回転伝達ギヤ２０を有する。金属製円筒支持体１４の内壁には油圧モータ２１が固定され、その油圧モータ２１には出力ギヤ２２が固定され、出力ギヤ２２は回転伝達ギヤ２０に噛み合わされ、スクレーパ支持円板１７はその油圧モータ２１によって回転駆動される。
【００２５】
スクレーパ機構は本体の破砕機構とは別の駆動源で駆動させることで、スクレーパを上合わせで掘進破砕することができる。
そのスクレーパ支持円板１７の回転により管渠１３の内壁に付着している油性樹脂等の軟泥物１３Ｂが除去され、管渠内壁１３Ａが清浄される。金属製円筒支持体１４の外周にはウォータジェット噴射ノズル取り付け位置とスクレーパ取り付け位置との間に環状ブラシシール部材２３が設けられている。この環状ブラシシール部材２３は金属製円筒支持体１４の軸線方向に間隔を開けて一対設けられ、この環状ブラシシール部材２３により管渠内壁の払拭と止水とが図られる。このように環状ブラシシール部材２３を用いることにしたので、管渠内壁１３Ａと金属製円筒支持体１４との間のシールクリアランスを大きくとることができる。
【００２６】
回転伝達ギヤ２０の外周には環状シールパッキン２４が設けられ、管渠１３に溜まっている水の金属製円筒支持体１４への浸入防止が図られている。なお、回転伝達ギヤ１１にも環状シールパッキン２５が設けられてフロントシールド筒体１への泥水の浸入防止が図られている。
【００２７】
シールド筒体１、２内には送泥管２６、排泥管２７（図５参照）が設けられ、送泥管２６、排泥管２７はインナーコーン５とアウターコーン６との間の破砕物取入れ口２６Ａに向かって開口し、送泥管２６から泥流が矢印Ｃで示すように管渠１３に向かって送出され、破砕された破砕物は泥流と共に矢印Ｄで示すように排泥管２７に取り込まれて外部に排出される。
【００２８】
これによれば、管渠１３に進行方向及び／または管周方向に延びる切込みをアブレシブウォータジェットにより複数箇所入れて、その後に、インナーコーン５とアウターコーン６との協働により管渠１３を破砕するので、破砕効率の格段の向上を図ることができる。
【００２９】
また、管渠１３の内壁１３Ａに付着していた軟泥物１３Ｂはスクレーパ１８により除去されるので、破砕機構３の目詰まり、破砕機構３の刃等への軟泥物１３Ｂの付着による切れ味の悪化も防止できる。
【００３０】
なお、管渠１３間またはシールドのセグメント間には鋼製カラージョイントやゴムシール１３Ｃが存在するが、この鋼製カラージョイント等は超高圧のアブレシブウォータジェットにより切り込みが入れられるため、その破砕と撤去も容易である。
【００３１】
鉄筋入りで厚さ１２０ｍｍのヒューム管接続ジョイント部（鋼製カラー：厚さ５ｍｍ）の切断破砕の実験例を掲げると、ウォータジェットのノズル径をウォータ１ｍｍ、研磨材としてガーネット＃２０のアブレシブのノズル径３ｍｍ、研磨材供給量２ｋｇ／分、ウォータジェット圧力２５０Ｍｐａ、ウォータジェットノズルの進行方向に対するノズル先端方向の傾斜１５°としたとき空気中、水中のいずれについても１００ｍｍ／分の切断速度で切れ残りを全く発生することなくヒューム管とそのジョイント部の切断が完全に行われた。
【００３２】
以上、実施例１について説明したが、外周ビット１２はあってもなくても良いが、あった方が穴の掘削が容易である。
【００３３】
【実施例２】
図６〜図８は本発明に係る管渠更新装置の実施例２の説明図で、ここでは、図６に示すように前筒体２Ａの外周部に環状支持筒２８が設けられている。この環状支持筒２８の先端部はアウターコーン６よりも前方に突出しており、その環状支持筒２８の先端部にはその周回り方向に等間隔を開けて複数個の支持ブラケット２９が設けられ、この各支持ブラケット２９には、それぞれ破砕機構３の一部を構成するディスクカッタ３０（図７参照）が回転可能に支承されている。
【００３４】
ディスクカッタ３０は管渠１３の構造材料としての鋼線材を切断する役割、管渠１３の構造材料としてのコンクリートを破砕する機能を果たす。
ここでは、ディスクカッタ３０は前筒体２Ａの周回り方向に等間隔に配置されているが、図８に示すように２個のディスクカッタ３０を近接集中させて一組のディスクカッタとし、この２個一組のディスクカッタ３０を前筒体２Ａの周回り方向に等間隔に配置しても良い。
【００３５】
【実施例３】
図９〜図１３は本発明に係る管渠更新装置の実施例３の説明図で、ここでは、図９に示すようにアウターコーン６は前筒体２Ａに固定されている。フロントシールド筒体２Ａには軸受け筒３１が設けられ、この軸受け筒３１に回転伝達体３２が回転可能に設けられている。回転伝達体３２の後端部には後歯ギヤ３２Ａが設けられ、回転伝達体３２の先端部には前歯３２Ｂが形設されており、後歯ギヤ３２Ａは出力ギヤ１０に噛み合わされている。インナーコーン５は軸受け筒３１に回転可能に支承されて、そのインナーコーン５には前歯３２Ｂと噛み合う内周歯５Ｂが形成され、減速機付き電動機８の回転が出力ギヤ１０、後歯ギヤ３２Ａ、回転伝達体３２を介してインナーコーン５に伝達され、インナーコーン５が回転駆動される。
【００３６】
軸受け筒３１の中央部には、高圧水配管用穴３１Ａが形成され、この高圧水配管用穴３１Ａを通して配管（図示を略す）がウォータジェット噴射ノズル１６に導かれている。
【００３７】
このウォータジェット噴射ノズル１６は、図１０に示す如く、インナーコーン５に連動して回転する金属製円筒支持体１４に設けられて回転する。従ってフロントシールド筒体２が前進するとウォータジェットによる切込みの形状がらせん状に進行させるものと、円筒支持体１４に摺接するが固定状の金属製円筒支持体１４’に設けられた静止のウォータジェット噴射ノズルをシールド筒体２の軸線方向に前後して設けることができる。
【００３８】
また、図１１に示す如く、金属製円筒支持体１４に固定した静止形のウォータジェット噴射ノズルと、スクレーパ機構とは駆動装置２１’により別駆動される金属製円筒支持体１４’に設けられ回転するウォータジェット噴射ノズルとをシールド筒体２の軸線方向に前後して設けてもよい。
【００３９】
環状支持筒２８には、支持ブラケット２９がその周回り方向に等間隔を開けて設けられ、その支持ブラケット２９にはその周回り方向に交互にディスクカッタ３０とゲージカッタ３３とが図１２に示すように設けられている。そのゲージカッタ３３は管径よりも大きな径の穴を形成するのに用いられ、管渠１３の外周側に存在する土被り等がこれにより掘削される。
【００４０】
ここでは、ディスクカッタ３０とゲージカッタ３３とを交互に等間隔に周回り方向に配置することにしたが、図１３に示すように、ディスクカッタ３０とゲージカッタ３３とを近接集中配置して２個一組とし、この２個一組のカッタを前筒体２Ａの周回り方向に等間隔に配置しても良い。
【００４１】
また、ここでは、ディスクカッタ３０とゲージカッタ３３とを設ける構成について説明したが、図１４〜図１６に示すようにゲージカッタ３０のみをフロントシールド筒体２に配設する構成としても良い。
【００４２】
以上、各実施例について説明したが、前述の如く別駆動としたためスクレーパ機構４の回転軸心をフロントシールド筒体２の中心軸に対してオフセットする構成とすることもできる。
【００４３】
また、スクレーパ１８をフロントシールド筒体２の中心軸線を中心に回転させる構成としたが、スクレーパ１８を回転させない構成とすることもできる。
更に、インナーコーン５をアウターコーン６に対して偏心させる構成とすることもできる。
【００４４】
【発明の効果】
請求項１ないし４に記載の発明によれば、アブレシブウォータジェットにより管渠の延びる方向に延びる切込みを管渠の周回り方向及び／又は進行方向に複数箇所に入れながら管渠の破砕を行うので、その破砕と更新が容易である。
【００４５】
請求項１ないし請求項１３に記載の発明によれば、既設の管渠内壁に付着している軟泥物を払拭してから管渠の破砕を行うので、管渠の破砕と更新を効率よく行うことができる。また、既設の管渠の破砕中の水の浸入も防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１に係る管渠更新装置の縦断面図である。
【図２】図１の矢印Ｉ−Ｉ線に沿う断面図である。
【図３】図１の矢印ＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。
【図４】図１の矢印ＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。
【図５】図１の矢印ＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。
【図６】本発明の実施例２に係る管渠更新装置の縦断面図である。
【図７】図６の矢印Ｖ−Ｖ線に沿う断面図である。
【図８】図７に示すディスクカッタの配置の変形例を示す断面図である。
【図９】本発明の実施例３に係る管渠更新装置の縦断面図である。
【図１０】図９の装置の変形例の縦断面図である。
【図１１】図１の装置の変形例の縦断面図である。
【図１２】図９の矢印ＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う断面図である。
【図１３】図１２に示すディスクカッタとゲージカッタとの配置の変形例を示す断面図である。
【図１４】図９に示す管渠更新装置の変形例を示す縦断面図である。
【図１５】図１４の矢印ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿う断面図である。
【図１６】図１５に示すディスクカッタの配置の変形例を示す断面図である。
【符号の説明】
２…フロントシールド筒体
３…破砕機構
４…スクレーパ機構
５…インナーコーン
６…アウターコーン
１３…管渠
１３Ａ…管渠内壁
１６…アブレシブウォータジェット噴射ノズル
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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