(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地表近くの地中に埋設された既設管の下方の土を掘削する管下掘削装置であって、
前記既設管上に載置される本体フレームと、この本体フレームに対して相対移動可能なカッタ支持フレームと、前記本体フレームと前記カッタ支持フレームとを相互に移動させる移動手段とを備え、
前記移動手段により前記本体フレームと前記カッタ支持フレームとを交互に移動させることにより掘削を行うように構成する
ことを特徴とする管下掘削装置。
【請求項２】
前記カッタ支持フレームは、下端部に一対の回転カッタを有して前記本体フレームに支持され、前記本体フレームには、前記カッタ支持フレームの移動時にその本体フレームを前記既設管に固定する第１の固定手段が設けられ、前記カッタ支持フレームには、前記本体フレームの移動時にそのカッタ支持フレームを前記既設管に固定する第２の固定手段が設けられる請求項１に記載の管下掘削装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地表近くの地中に埋設された既設管の上方および側方の土が取り去られた後にその既設管の下方の土を掘削する管下掘削装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、天然ガスや石油等を輸送するのに、地表近く（例えば１ｍ程度の深さ）の地中にパイプラインを埋設することが行われている。このパイプラインは、管肌の損傷・腐食防止や、寒冷地での輸送流体の凍結防止のために、管の外周面に合成テープが巻き付けられた状態で埋設されている。
【０００３】
ところで、この種パイプラインは、長年使用していると、外周面に巻き付けられたテープが損傷することにより管肌に損傷・腐食が生じる場合がある。このように管肌が損傷すると、流体輸送そのものに支障を来たすだけでなく、その輸送流体の漏れによって思わぬ事故が発生する危険性がある。このため、埋設後所定期間が経過したパイプラインは、その周囲の土を掘り返して地表面に露出させ、外周面に巻き付けられているテープを交換したり、あるいは腐食した管を新品の管と交換したりする補修作業が必要となってくる。
【０００４】
このパイプラインの補修のための既設管周りの土を掘削する従来装置として、特許文献１および特許文献２に開示されるものがある。これら各特許文献に開示されたものにおいて、管下掘削装置は、水平軸周りに回転される回転カッタを備え、この回転カッタが左側螺旋刃と右側螺旋刃の二重螺旋刃構造とされ、これら螺旋刃により掘削された土砂はその螺旋刃の回転によって左右側方へ排土されるように構成されている。
【０００５】
【特許文献１】
米国特許第５，６０１，３８３号明細書
【特許文献２】
米国特許第６，１５４，９８８号明細書
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来装置ではいずれも、水平配置の回転軸周りにカッタを回転させて、掘削後の土砂を水平方向に排出する構造であるために、隣接する掘削刃間の空隙部に土砂詰まりが生じ易くて排土が効果的に行えず、掘削効率の向上が望めないという問題点がある。なお、このような問題点を解決するために、回転カッタの回転軸を鉛直向きに配置することが考えられるが、このようにした場合には、回転カッタの径を相当大きくしなければ既設管の下方領域をカバーすることができず、装置の大型化および全体重量の増大等が避けられないという新たな問題点が発生する。
【０００７】
また、前記従来装置では、既設管に沿わせて掘削装置を進行させるための操作および既設管に対する掘削装置の相対位置を制御するための操作が煩雑で、誤って既設管を回転カッタにより傷付けてしまう危険性があるという問題点がある。
【０００８】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、排土効率の向上を図り、しかも回転カッタによる掘削動作およびその回転カッタの移動動作を確実に行うことによって、掘削作業を効率的に行うことのできる管下掘削装置を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段および作用・効果】
前記目的を達成するために、本発明による管下掘削装置は、
地表近くの地中に埋設された既設管の下方の土を掘削する管下掘削装置であって、
前記既設管上に載置される本体フレームと、この本体フレームに対して相対移動可能なカッタ支持フレームと、前記本体フレームと前記カッタ支持フレームとを相互に移動させる移動手段とを備え、
前記移動手段により前記本体フレームと前記カッタ支持フレームとを交互に移動させることにより掘削を行うように構成する
ことを特徴とするものである。
【００１２】
本発明による管下掘削装置は、既設管の上方および側方の土が順次取り去られた後においてその既設管の下方の土を掘削する際に用いられる。本発明においては、本体フレームに対してカッタ支持フレームを推進させつつ掘削がなされ、１ストローク分の推進が終わると、カッタ支持フレームに対して本体フレームを推進させてその本体フレームの引き寄せ動作が行われる。このように移動手段により本体フレームとカッタ支持フレームとを交互に移動させて順次掘削が進められていく。本発明によれば、掘削時において装置本体が既設管に固定されてその位置が保持されるので、既設管の外表面に傷を付けることなく、既設管に沿わせた回転カッタによる掘削動作およびその回転カッタの移動動作を確実に行うことができ、掘削作業を効率的に行うことができる。また、管下掘削装置が自走機能を有していて、自走しつつ掘削作業がなされるので、牽引のための車両を用意することがない。
【００１３】
本発明において、前記カッタ支持フレームは、下端部に一対の回転カッタを有して前記本体フレームに支持され、前記カッタ支持フレームと前記本体フレームとは移動手段により前記既設管に沿って相互に移動可能とされ、前記本体フレームには、前記カッタ支持フレームの移動時にその本体フレームを前記既設管に固定する第１の固定手段が設けられ、前記カッタ支持フレームには、前記本体フレームの移動時にそのカッタ支持フレームを前記既設管に固定する第２の固定手段が設けられるのが好ましい。このように構成されたものでは、第１の固定手段により本体フレームを既設管に固定した状態で移動手段により本体フレームに対してカッタ支持フレームを推進させつつ回転カッタを回転させて掘削がなされ、１ストローク分の推進が終わると、第１の固定手段による固定を解いて第２の固定手段によりカッタ支持フレームを既設管に固定した状態で、本体フレームを推進させ、この後、第１の固定手段にて本体フレームを既設管に固定して再度カッタ支持フレームを推進させて順次掘削が進められていく。こうして、既設管の外表面に傷を付けることなく既設管に沿った管下掘削を効率的に行うことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明による管下掘削装置の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１５】
図１には、本発明の一実施形態に係る管下掘削装置を作業前または取り外し後の状態で表す背面図が示され、図２には、同管下掘削装置を作業状態で表す背面図が示されている。また、図３（ａ）には図１の側面図が、図３（ｂ）には図２の側面図がそれぞれ示されている。
【００１６】
本実施形態において、既設管（埋設管）１は、その外周面にテープが巻き付けられた状態で、地表２から１ｍ程度の深さの位置に埋設されている。この既設管１の補修作業を実行するに際しては、主要機械として油圧ショベル３が用いられ、この油圧ショベル３を含む各重機等が既設管１に平行に進行していくようにされている。また、基本的にその進行方向に向かって既設管１の右方は重機および資材運搬車両等の進行スペースとされ、左方は掘削された土の盛土スペースとされている。ここで、掘削土（盛土）は、既設管１の上方の土（表土）とその下層土とに分離するために、前記盛土スペースのうち進行方向に向かって左側が表土スペース、右側が下層土スペースとされている。また、その補修工程は主として次の９工程からなっている。
（１）第１工程：表土剥ぎ
（２）第２工程：右側側溝掘削
（３）第３工程：左側側溝掘削
（４）第４工程：管下掘削
（５）第５工程：テープ除去、管肌洗浄
（６）第６工程：再テーピング
（７）第７工程：下層土埋め戻し
（８）第８工程：管下土締め固め
（９）第９工程：表土埋め戻し
【００１７】
本実施形態において用いられる管下掘削装置４は、前記第１工程（表土剥ぎ）、第２工程（右側側溝掘削）および第３工程（左側側溝掘削）における各作業が終了した後に、前記第４工程（管下掘削）において用いられる。
【００１８】
この管下掘削工程においては、前記第３工程における左側側溝掘削が完了した後方部位において、左右の各側溝５，６の下部を既設管１の下方で相互に連結するように掘削するものである。この管下掘削は、通常タイプの油圧ショベル３を、既設管１の右方に設けられた重機等の進行スペースにその履帯が既設管１と略平行になるように設置し、上部旋回体を進行方向に対して左旋回方向に略９０°旋回させた状態にし、この油圧ショベル３のアーム３ａの先端に取り付けたフック７にてワイヤロープ８を介して管下掘削装置４を吊り下げ、後述するカッタドラム６１，６２を広げた状態で既設管１上にその管下掘削装置４が載置されてその作業を行うように構成されている。なお、ワイヤロープ８の下端部は後述する各ローラフレーム４２，４３に取着される。
【００１９】
前記管下掘削装置４は、後述するように自走機能を有しており、その作業時にワイヤロープ（命綱）９によって油圧ショベル３の作業機の所要部に結合されるとともに、油圧ショベル３側から多数本の油圧ホース１０を介して油圧動力が供給されるように構成されている。
【００２０】
次に、前記管下掘削装置４の詳細構造について説明する。図４には本実施形態の管下掘削装置の平面図が、図５には側面図が、図６には正面図がそれぞれ示されている。また、図７には図５のＺ矢視図が、図８には図５のＡ−Ａ断面図が、図９には図５のＢ−Ｂ断面図が、図１０には図５のＣ−Ｃ断面図がそれぞれ示されている。
【００２１】
図示のように、本実施形態の管下掘削装置４は、既設管１上に載置される本体フレーム１１と、この本体フレーム１１に支持され、下端部に後述するカッタドラム６１，６２を有するカッタ支持フレーム（以下、「ミドルサドル」と称する。）１２とを備えて構成されている。
【００２２】
前記本体フレーム１１は、進行方向の前端部に配され、既設管１を跨ぐ門型形状のフロントサドル１３と、このフロントサドル１３の後方に配され、やはり既設管１を跨ぐ門型形状のリヤサドル１４と、これらフロントサドル１３およびリヤサドル１４の各左右上端部同士を連結するように前後方向に延設されるＩ型断面の左レール１５および右レール１６とを備えて構成されている。
【００２３】
前記フロントサドル１３は、図７に示されているように、フロントサドル本体１７と、このフロントサドル本体１７に対し中間部をピン１８，１９にて支持されて回動される略くの字状の左クランプレバー２０および右クランプレバー２１を備えている。そして、各クランプレバー２０，２１の下端部にはピン２２，２３によってフート（把持部）２４，２５が回動可能に取り付けられ、また各クランプレバー２０，２１の上端部間は開閉用油圧シリンダ２６にて連結され、この開閉用油圧シリンダ２６の伸縮により各フート２４，２５が既設管１に対して接離できるようにされている。また、前記フロントサドル本体１７は、下面側の内面が既設管１の曲率と略同曲率の円弧面に形成され、その中央部下面には既設管１の頂面に接当する接当片２７が取着されて構成されている。こうして、開閉用油圧シリンダ２６を収縮状態にしてフロントサドル本体１７を既設管１上に載置すると、接当片２７が既設管１の頂面に接当されることによりそのフロントサドル本体１７が既設管１に対して位置決めされる。この状態で開閉用油圧シリンダ２６を伸長させると、各クランプレバー２０，２１がピン１８，１９周りに回動されてそれらクランプレバー２０，２１先端のフート２４，２５が既設管１の両側面に押し付けられ、既設管１に対してフロントサドル１３が位置決めされることになる。
【００２４】
一方、リヤサドル１４は、図１０に示されているように、リヤサドル本体２８と、このリヤサドル本体２８の下端部に中間部をピン２９，３０にて支持されて回動される略三角形形状の左クランプレバー３１および右クランプレバー３２を備えている。そして、各クランプレバー３１，３２の内端部にはピン３３，３４によってフート（把持部）３５，３６が回動可能に取り付けられ、また各クランプレバー３１，３２の外端部とリヤサドル本体２８上部との間は開閉用油圧シリンダ３７，３８にて連結され、これら開閉用油圧シリンダ３７，３８の伸縮により各フート３５，３６が既設管１に対して接離できるようにされている。また、前記リヤサドル本体２８は、下面側の内面が既設管１の外面に近接する形状に形成され、その左右の下面には既設管１の上面に接当する接当片３９，４０がそれぞれ取着されて構成されている。こうして、各開閉用油圧シリンダ３７，３８を収縮状態にしてリヤサドル本体２８を既設管１上に載置すると、接当片３９，４０が既設管１の上面に接当されることによりそのリヤサドル本体２８が既設管１に対して位置決めされる。この状態で各開閉用油圧シリンダ３７，３８を伸長させると、各クランプレバー３１，３２がピン２９，３０周りに回動されてそれらクランプレバー３１，３２先端のフート３５，３６が既設管１の左右下部側面に押し付けられて、既設管１に対してリヤサドル１４が位置決めされることになる。
【００２５】
また、前記ミドルサドル１２は、図８、図９に示されているように、ミドルサドル本体４１と、このミドルサドル本体４１に対しボルト締結により固着される左ローラフレーム４２および右ローラフレーム４３を備え、各ローラフレーム４２，４３に、左右のレール１５，１６を上下から挟み込むようにローラ４４が取着されて構成されている。こうして、ローラ４４がレール１５，１６に沿って転動することで、ミドルサドル１２が本体フレーム１１に対して前後方向に相対移動される。
【００２６】
図８に示されるように、前記ミドルサドル本体４１の前部には、このミドルサドル本体４１の下端部に中間部をピン４５，４６にて支持されて回動される略くの字状の左クランプレバー４７および右クランプレバー４８が設けられている。そして、各クランプレバー４７，４８の下端部にはピン４９，５０によってフート（把持部）５１，５２が回動可能に取り付けられ、また各クランプレバー４７，４８の上端部間は開閉用油圧シリンダ５３にて連結され、この開閉用油圧シリンダ５３の伸縮により各フート５１，５２が既設管１に対して接離できるようにされている。なお、前記フロントサドル１３およびリヤサドル１４が既設管１上に載置された状態では、ミドルサドル本体４１の円弧状の下面は既設管１の外周面には接当せず、その外周面に対して近接した位置にある。こうして、開閉用油圧シリンダ５３を収縮状態から伸長方向に作動させると、各クランプレバー４７，４８がピン４５，４６周りに回動されてそれらクランプレバー４７，４８先端のフート５１，５２が既設管１の左右側面に押し付けられ、ミドルサドル１２が既設管１に固定される。
【００２７】
また、図９に示されるように、前記ミドルサドル本体４１の後部には、このミドルサドル本体４１の下端部に上端部をピン５４，５５にて支持されて回動されるカッタ装置（回転カッタ）５６，５７が設けられている。そして、各カッタ装置５６，５７の上端部とミドルサドル本体４１とは開閉用油圧シリンダ５８，５９にて連結され、各カッタ装置５６，５７は各開閉用油圧シリンダ５８，５９の伸縮により、ピン５４，５５周りに回動されるようになっている。各カッタ装置５６，５７の先端部には、支持軸周りに回転自在で、かつそのフレーム内に内蔵される油圧モータ６０によって回転駆動されるカッタドラム６１，６２が設けられている。また、前記各カッタ装置５６，５７の既設管１に面する側にはガイド部材６３，６４が配されており、開閉用油圧シリンダ５８，５９の伸長時にそれらガイド部材６３，６４が既設管１の外周面に当接もしくは近接位置まで移動するようにされている。こうして、掘削作業時にミドルサドル１２が既設管１に沿ってスムーズに移動できるようにされている。
【００２８】
前記カッタドラム６１，６２は、外周面に超硬合金よりなる多数個のカッタビットが螺旋状に配されてなり、そのカッタビット先端の包絡面形状が中央部を外方へ向けて突出させた形状にされている。また、このカッタビット先端の包絡面形状は、開閉用油圧シリンダ５８，５９の伸長時に、言い換えればカッタ装置５６，５７の作動時に、カッタドラム６１，６２の中央部より上方部分の包絡面ｐが既設管１の外周面に沿うとともに、この中央部より下方部分の包絡面ｑが対向するカッタドラムの包絡面ｑに近接するようにその形状が設定されている。こうすることで、既設管１の下方の土砂を掘り残しなく効果的に掘削することが可能である。
【００２９】
また、図４、図５および図１０に示されているように、前記リヤサドル本体２８の左右下部位置には、筒状部材６５，６６が前部を開放するようにして配され、この筒状部材６５，６６の底部（後端部）と前記ミドルサドル本体４１の後端部との間には推進用油圧シリンダ（本発明における「移動手段」に相当する。）６７，６８がそのロッド６７ａ，６８ａを後方側にして配されている。こうして、推進用油圧シリンダ６７，６８を伸長させると、リヤサドル１４とミドルサドル１２との相互間の距離が離れ、推進用油圧シリンダ６７，６８を収縮させると、それら両者の相互間の距離が接近する。なお、前記筒状部材６３，６４は、推進用油圧シリンダ６５，６６のストロークを確保する役目をするとともに、それら推進用油圧シリンダ６５，６６のロッド６５ａ，６６ａの外面を覆う役目をする。
【００３０】
次に、この管下掘削装置４を用いる掘削作業について説明する。まず、作業に先立って、油圧ショベル３のアーム３ａの先端にフック７を取り付け、このフック７にワイヤロープ８を介して管下掘削装置４を吊り下げ、各開閉用油圧シリンダ２６，３７，３８，５３，５８，５９を収縮させた状態、言い換えればフロントサドル１３のフート２４，２５、リヤサドル１４のフート３５，３６およびミドルサドル１２のフート５１，５２を広げた状態にするとともに、カッタドラム６１，６２を広げた状態（図１参照）にし、更には推進用油圧シリンダ６７，６８を収縮させた状態（図５の二点鎖線参照）にし、この状態で管下掘削装置４を既設管１の上方からその既設管１上に載置する。なお、予め管下掘削装置４をセットする部分の管下部の土砂は排除されている。
【００３１】
こうして、管下掘削装置４を既設管１上に載置した後、フロントサドル１３における開閉用油圧シリンダ２６およびリヤサドル１４における開閉用油圧シリンダ３７，３８を伸長させて、各フート２４，２５；３５，３６を既設管１の外面に押し付け、フロントサドル１３、リヤサドル１４、左レール１５および右レール１６よりなる本体フレーム１１を既設管１に固定する。これと同時に、ミドルサドル１２における開閉用油圧シリンダ５８，５９を伸長させて、カッタドラム６１，６２を相互に接近させることによりそれらカッタドラム６１，６２およびガイド部材６３，６４を所定位置にセットする。
【００３２】
次いで、このセット状態でカッタドラム６１，６２をモータ６０により回転させることにより、既設管１の下方の土（下層土）を掘削するとともに、推進用油圧シリンダ６７，６８を伸長させて掘削作業が行われていく。このとき、ミドルサドル１２は左右のレール１５，１６に沿って案内されて既設管１に対して回転することなく推進されていく。なお、カッタドラム６１，６２の回転により掘削された土は、カッタドラム６１，６２の支持軸に略直交する方向である外側の斜め下方に排出される。
【００３３】
この後、推進用油圧シリンダ６７，６８が伸びきって１ストローク分の推進が終わると、ミドルサドル１２における開閉用油圧シリンダ５３を伸長させて各フート５１，５２を既設管１の外面に押し付け、ミドルサドル１２を既設管１に固定する。これと同時に、フロントサドル１３における開閉用油圧シリンダ２６およびリヤサドル１４における開閉用油圧シリンダ３７，３８を収縮させて、既設管１を把持していた各フート２４，２５；３５，３６をフリーにする。この状態で推進用油圧シリンダ６７，６８を収縮させることで本体フレーム１１を前方へ移動させる。
【００３４】
こうして、推進用油圧シリンダ６７，６８をストロークエンドまで縮めると、再度各フート２４，２５；３５，３６を既設管１の外面に押し付け、フロントサドル１３、リヤサドル１４、左レール１５および右レール１６よりなる本体フレーム１１を既設管１に固定するとともに、フート５１，５２の押し付け状態を解除する。そして、再度カッタドラム６１，６２を回転させるとともに、推進用油圧シリンダ６７，６８を伸張させて掘削作業を順次行っていく。なお、この掘削作業中ワイヤロープ９を緩めておくことにより作業が妨げられることはない。また、油圧ショベル３は掘削作業の進展に合わせて移動させていく。
【００３５】
本実施形態の管下掘削装置４によれば、この管下掘削装置４を既設管１上に載置すれば、既設管１の外表面に傷を付けることなく、この既設管１に沿って自走して管下掘削を効率的に行うことができる。しかも、掘削時においてカッタ装置５６，５７を支持する支持軸が鉛直軸線に対して先端側が内側方向に傾斜するように配されているので、掘削中にカッタドラムが目詰まりを起すことなく、掘削土砂を重力の方向に沿うように斜め外下方へスムーズに排出することができる。また、カッタ装置の回転軸を鉛直向きに配置するものに比べて、カッタ径を小さくすることができるので、装置のコンパクト化と軽重量化とを図ることができる。さらに、油圧ショベルの動力源によって駆動されるので、これによっても装置のコンパクト化を図ることができる。
【００３６】
本実施形態においては、カッタドラムに取着されるカッタビットの詳細構造について説明していないが、このカッタビットについては、掘削対象となる地盤が湿地もしくは普通土の場合と、硬岩の場合とで交換できるようにするのが好ましい。
【００３７】
なお、本実施形態におけるフート２４，２５；３５，３６およびその駆動部が、本発明における第１の固定手段に対応し、本実施形態におけるフート５１，５２およびその駆動部が、本発明における第２の固定手段に対応する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る管下掘削装置を作業前または取り外し後の状態で示す背面図である。
【図２】図２は、管下掘削装置を作業状態で示す背面図である。
【図３】図３（ａ）は、図１の側面図、図３（ｂ）は図２の側面図である。
【図４】図４は、管下掘削装置の平面図である。
【図５】図５は、管下掘削装置の側面図である。
【図６】図６は、管下掘削装置の正面図である。
【図７】図７は、図５のＺ矢視図である。
【図８】図８は、図５のＡ−Ａ断面図である。
【図９】図９は、図５のＢ−Ｂ断面図である。
【図１０】図１０は、図５のＣ−Ｃ断面図である。
【符号の説明】
１                                    既設管（埋設管）
２                                    地表
３                                    油圧ショベル
４                                    管下掘削装置
１０                                  油圧ホース
１１                                  本体フレーム
１２                                  カッタ支持フレーム
１３                                  フロントサドル
１４                                  リヤサドル
１５，１６                            レール
２０，２１，３１，３２，４７，４８    クランプレバー
２４，２５，３５，３６，５１，５２    フート（把持部）
２６，３７，３８，５３，５８，５９    開閉用油圧シリンダ
４４                                  ローラ
５６，５７                            カッタ装置（回転カッタ）
６１，６２                            カッタドラム
６７                                  推進用油圧シリンダ
【図１】
0003821767.tif 000002
【図２】
0003821767.tif 000003
【図３】
0003821767.tif 000004
【図４】
0003821767.tif 000005
【図５】
0003821767.tif 000006
【図６】
0003821767.tif 000007
【図７】
0003821767.tif 000008
【図８】
0003821767.tif 000009
【図９】
0003821767.tif 000010
【図１０】
0003821767.tif 000011