既設埋設管破砕用カッタヘッドの案内装置および案内方法と既設埋設管の更新方法
【課題】 既設埋設管破砕用カッタヘッドを振れ回りを防止しつつ、計画線に沿わせて確実に前進させることができる案内装置を提供する。
【解決手段】 本発明の案内装置１００によれば、上下方向揺動手段６０および水平方向揺動手段７０を用いて揺動部材４０を揺動させることにより、既設埋設管１に係合している係合体３０を基準として、この揺動部材４０の後端に接続されているカッタヘッド７を所望の位置に案内して位置決めし、固定することができる。
【解決手段】 本発明の案内装置１００によれば、上下方向揺動手段６０および水平方向揺動手段７０を用いて揺動部材４０を揺動させることにより、既設埋設管１に係合している係合体３０を基準として、この揺動部材４０の後端に接続されているカッタヘッド７を所望の位置に案内して位置決めし、固定することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地中に埋設されて老朽化した既設埋設管を新しい埋設管に更新する際に既設埋設管および周囲の地盤を掘削するカッタヘッドの進行方向を案内する装置に関し、より詳しくは、掘削反力の不釣り合いによってカッタヘッドが半径方向に大きくずれようとする場合や既設埋設管の進路が曲がっている場合においても、計画線どおりに新しい埋設管を埋設できるようにカッタヘッドの進行方向を正確に案内する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
上下水道等を含む各種用途に供される地中埋設管は、経年変化によって老朽化が進むため、適切な時期に新しい埋設管（更新管）に交換する必要がある。
この場合、既設埋設管が埋設されている個所の地盤を地表面から開削して既設埋設管を掘り出した後に新たな管を吊り込んで埋設し直す方法、あるいは図１０に示したように地表面に掘設した立坑から水平方向に掘進しつつ既設埋設管を撤去して更新管に交換する方法が用いられる。
【０００３】
図１０に示した従来の既設埋設管更新方法においては、既設埋設管１を更新管２に交換するべく地表面Ｇに発進坑３を掘設するとともに、この発進坑３の底部に推進機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によってスクリュコンベア６およびその先端に設けられているカッタヘッド７を一体に回転駆動し、カッタヘッド７の面板から突設されている掘削ビット８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。 さらに、破砕した既設埋設管１の破片および掘削した周囲の地盤の土砂は、スクリュコンベア６およびケーシング９によって移送し、発進坑３側に取り出して地表面Ｇ側に除去する。
これと同時に、推進機４によってスクリュコンベア６，カッタヘッド７，更新管２，先導管１０を一体に前方に推進し、既設埋設管１を更新管２に順次交換する。
【０００４】
また、カッタヘッド７の進行方向にずれが生じた場合に備えて、先導管１０と刃口部１１との間には、複数の方向修正用油圧シリンダ１２が先導管１０の内側に円周方向に等間隔に並設されている。
これにより、これらの油圧シリンダ１２を選択的に伸縮させて先導管１０に対し刃口部１１を傾斜させると、刃口部１１の内周面がカッタヘッド７の外周部を半径方向内側に押すので、カッタヘッド７の進行方向を修正することができる。
【０００５】
一方、カッタヘッドに先行して既設埋設管の内部を移動する案内手段によりカッタヘッドを案内し、既設埋設管の進路に沿わせてカッタヘッドを進行させる技術が提案されている（下記特許文献１，２を参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開平９−２５７８７号公報
【特許文献２】特開２０００−２５７３７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、既設埋設管１の下側に基礎としての丸太やコンクリート等が配設されていると、カッタヘッド７に設けられている掘削ビット８はこれらの丸太やコンクリートを掘削することになり、カッタヘッド７に作用する掘削反力の不釣り合いが生じる。
このとき、カッタヘッド７の外周と先導管の刃口部１１の内周面との間には、その円周方向の全体にわたって隙間が存在するため、カッタヘッド７が刃口部１１の内側で振れ回り、その掘削性が低下することがある。
特に、カッタヘッド７の振れ回りに伴って既設埋設管１に掘削ビット８が食い込むと、カッタヘッド７の回転に連れて既設埋設管１が共回りし、既設埋設管１の破砕効率が大きく低下してしまう。
【０００８】
また、カッタヘッド７に作用する掘削反力の不釣り合いによってカッタヘッド７がその半径方向に大きくずれると、方向修正用油圧シリンダ１２を用いた進行方向の修正ができなくなり、計画線に沿った掘削および更新管２の埋設が不能となる。
【０００９】
また、上記特許文献１に記載されている技術は、既設埋設管の進路に合わせてカッタヘッドの進行方向を案内するものにすぎない。
したがって、既設埋設管の進路が曲がっている場合には、この曲がりに沿って更新管を埋設することになってしまう。
【００１０】
また、上記特許文献２に記載されている技術は、カッタヘッドに先行して既設埋設管内を前進する先行体にセンサを設けるとともに、このセンサから得られる既設埋設管の曲がりや傾斜を表す信号に基づいて方向修正用油圧シリンダの作動を制御するものである。
これにより、カッタヘッドの半径方向のずれ量が方向修正用油圧シリンダによって修正可能なずれ量を上回ると、カッタヘッドの進行方向を修正できなくなってしまう。
【００１１】
そこで本発明の目的は、掘削反力の不釣り合いによってカッタヘッドが半径方向に大きくずれる場合や既設埋設管の進路が曲がっている場合においても、計画線どおりに新しい埋設管を埋設できるようにカッタヘッドの進行方向を正確に案内できる既設埋設管破砕用カッタヘッドの案内装置および案内方法、さらにはそれを用いた既設埋設管の更新方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決するための請求項１に記載した手段は、
既設埋設管を新しい埋設管に更新する際に前記既設埋設管を破砕するカッタヘッドの進行方向を案内するための装置であって、
前記カッタヘッドの前方において前記既設埋設管に挿入されると前記既設埋設管と上下方向および水平方向に係合する係合体と、
その前端が前記係合体に軸支されてその後端が上下方向および水平方向に揺動自在であり、かつ前記後端が前記カッタヘッドに対して揺動自在に接続される揺動部材と、
前記係合体に対して前記揺動部材を上下方向に揺動させる上下方向揺動手段と、
前記係合体に対して前記揺動部材を水平方向に揺動させる水平方向揺動手段と、
前記上下方向揺動手段および前記水平方向揺動手段の作動を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする既設埋設管破砕用カッタヘッドの案内装置。
【００１３】
すなわち、請求項１に記載した既設埋設管破砕用カッタヘッド案内装置によれば、上下方向揺動手段および水平方向揺動手段を用いて揺動部材を揺動させることにより、既設埋設管に係合している係合体を基準として、この揺動部材の後端に接続されているカッタヘッドを所望の位置に位置決めすることができる。
これにより、新しい埋設管を埋設する際の目標である計画線に対し、既設埋設管が上下方向あるいは水平方向に位置ずれしている場合でも、計画線に対してカッタヘッドを正確に位置合わせすることができるから、カッタヘッドを推進する際の進行方向を正確に制御することができる。
また、上下方向揺動手段および水平方向揺動手段を用いて揺動部材が揺動しないように固定すれば、カッタヘッドが回転する際の振れ回りを確実に防止することができる。
【００１４】
また、請求項２に記載した手段は、請求項１に記載した既設埋設管破砕用カッタヘッド案内装置において、
前記カッタヘッドは、その回転軸線と同軸に前記カッタヘッドに取り付けられるとともにその外周面に前記揺動部材の後端が揺動自在に接続される、前方に開口する接続円筒を有しており、
前記接続円筒の内部には、前記カッタヘッドの位置を計測するために用いる第１の計測手段が前記カッタヘッドと同軸に配設されていることを特徴とする請求項１に記載した既設埋設管破砕用カッタヘッドの案内装置。
【００１５】
すなわち、請求項２に記載した既設埋設管破砕用カッタヘッド案内装置によれば、既設埋設管の側からカッタヘッドを見たときに第１の計測手段を視認することができるから、カッタヘッドの位置を正確に計測することができる。
そして、カッタヘッドの計測位置に合わせて制御手段を操作し、上下方向揺動手段および水平方向揺動手段を作動させて揺動部材を揺動させることによりカッタヘッド押動して、カッタヘッドが本来あるべき位置に戻すことができる。
【００１６】
また、請求項３に記載した手段は、請求項２に記載した既設埋設管破砕用カッタヘッド案内装置において、
前記揺動部材は、その後端が前記接続筒を水平方向に挟むように間隔を開けて互いに平行に延びる左右一対の板状部材を有していることを特徴とする請求項２に記載した既設埋設管破砕用カッタヘッドの案内装置。
【００１７】
すなわち、請求項３に記載した既設埋設管破砕用カッタヘッド案内装置においては、間隔を開けて互いに平行に延びる左右一対の板状部材によって揺動部材が構成されるから、既設埋設管の側から第１の計測手段を視認するときに揺動部材が邪魔になることがない。
【００１８】
また、請求項４に記載した手段は、請求項３に記載した既設埋設管破砕用カッタヘッド案内装置において、
前記揺動部材の前端を前記係合体に対して軸支する支持手段をさらに備え、
前記支持手段は、前記左右一対の板状部材の前端を水平方向に延びる揺動軸によってそれぞれ軸支する、水平方向に離間して配設された左右一対の支持部を有していることを特徴とする請求項３に記載した既設埋設管破砕用カッタヘッドの案内装置。
【００１９】
すなわち、請求項４に記載した既設埋設管破砕用カッタヘッド案内装置においては、水平方向に離間させて配設した左右一対の支持部によって左右一対の板状部材を支持するから、既設埋設管の側から第１の計測手段を視認するときに支持手段が邪魔になることがない。
【００２０】
また、請求項５に記載した手段は、請求項１に記載した既設埋設管破砕用カッタヘッド案内装置において、
前記係合体は、前記既設埋設管の内部に遊嵌される前後一対の係合部材と、これら前後一対の係合部材を前後方向に接続する接続部材とを有し、
前記前後一対の係合部材の少なくとも一方に、前記係合体の位置を計測するときに用いる第２の計測手段が設けられており、
前記制御手段は、前記第２の計測手段を用いて計測された前記係合体の位置に応じて前記上下方向揺動手段および前記水平方向揺動手段の作動を制御する、
ことを特徴とする請求項１に記載した既設埋設管破砕用カッタヘッド案内装置。
【００２１】
すなわち、請求項５に記載した既設埋設管破砕用カッタヘッド案内装置によれば、既設埋設管の側からカッタヘッドを見たときに第２の計測手段を視認することができるから、係合体、したがって既設埋設管の位置を正確に計測することができる。
また、前後一対の係合部材にそれぞれ第２の計測手段を設けると、係合体、したがって既設埋設管の傾斜を正確に測定することができる。
さらに、カッタヘッドに第１の計測手段が設けられているときには、カッタヘッドに対する係合体の相対位置、したがってカッタヘッドに対する既設埋設管の相対位置を計測することができるから、カッタヘッドによる掘削がさらに進行した場合にカッタヘッドに生じる変位を前もって想定することができる。
これにより、上下方向揺動手段および水平方向揺動手段を前もって作動させることができるから、計画線に対するカッタヘッドの半径方向のずれ量を最小限に抑えることが可能となる。
【００２２】
また、請求項６に記載した手段は、請求項５に記載した既設埋設管破砕用カッタヘッド案内装置において、
前記制御手段は、前記第２の計測手段を用いて計測された前記係合体の位置に応じて、前記カッタヘッドの進行方向を修正するために前記カッタヘッド側に設けられている方向修正油圧シリンダの作動を制御することを特徴とする請求項５に記載した既設埋設管破砕用カッタヘッド案内装置。
【００２３】
すなわち、請求項６に記載した既設埋設管破砕用カッタヘッド案内装置によれば、揺動部材、上下方向揺動手段および水平方向揺動手段を用いたカッタヘッドの進行方向の案内に加えて、カッタヘッド側に設けられている方向修正油圧シリンダも用いることができるから、掘削反力の不釣合によってカッタヘッドがその半径方向に大きくずれようとする場合でも、そのずれを確実に抑制することができる。
【００２４】
また、請求項７に記載した手段は、請求項１乃至６のいずれかに記載した既設埋設管破砕用カッタヘッドの案内装置を用いつつ、既設埋設管破砕用カッタヘッドを案内する方法であって、
前記カッタヘッドが前記既設埋設管を破砕するときに生じる計画線からの位置ずれ方向および位置ずれ量を計測し、
計測された前記位置ずれ方向および前記位置ずれ量に基づき、前記制御手段を介して前記上下方向揺動手段および前記水平方向揺動手段を作動させて前記揺動部材を揺動させ、 前記揺動部材の揺動により前記カッタヘッドをその半径方向に強制的に変位させて、前記計画線に対する前記カッタヘッドの位置ずれを修正することを特徴とする。
【００２５】
すなわち、請求項７に記載した既設埋設管破砕用カッタヘッドの案内方法は、カッタヘッドの位置ずれを修正するときに、上下方向揺動手段および水平方向揺動手段により、揺動部材を上下方向および水平方向にそれぞれ揺動させ、カッタヘッドをその半径方向に強制的に変位させるものであるから、計画線に対するカッタヘッドの位置ずれの修正を極めて正確に制御することができる。
また、既設埋設管の内部において、案内装置が上下方向および水平方向に対して傾いた場合でも、上下方向揺動手段および水平方向揺動手段の作動制御を修正することにより、カッタヘッドの位置ずれの修正を確実に行うことができる。
【００２６】
また、請求項８に記載した手段は、回転駆動されるカッタヘッドを用いて既設埋設管を破砕しつつ、新しい埋設管を推進して既設埋設管を更新する方法であって、
前記カッタヘッドをその半径方向に強制的に変位させる変位手段を備えた案内装置を前記カッタヘッドの前方において前記既設埋設管内に配置し、
前記カッタヘッドが前記既設埋設管を破砕するときに生じる計画線からの位置ずれ方向および位置ずれ量を計測し、
計測された位置ずれ方向および位置ずれ量に基づいて、前記案内装置により前記カッタヘッドをその半径方向に強制的に変位させて前記計画線に対する前記カッタヘッドの位置ずれを修正することを特徴とする。
【００２７】
すなわち、請求項８に記載した既設埋設管の更新方法は、カッタヘッドが既設埋設管を破砕するときに生じる位置ずれを計測しつつ、案内装置によってカッタヘッドをその半径方向に強制的に変位させてカッタヘッドの位置ずれを修正するものであるから、更新管を計画線に沿って正確に埋設することが可能となる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、掘削反力の不釣り合いによってカッタヘッドが半径方向に大きく位置ずれする場合や既設埋設管の進路が曲がっている場合であっても、計画線どおりに新しい埋設管を埋設できるようにカッタヘッドの進行方向を正確に案内可能な既設埋設管破砕用カッタヘッドの案内装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、図１乃至図９を参照し、本発明による既設埋設管破砕用カッタヘッドの案内装置および案内方法と、それを用いた既設埋設管の更新方法の一実施形態について詳細に説明する。
なお、以下の説明においては、前述した従来技術を含めて同一の部分には同一の参照符号を用いて重複した説明を省略し、かつカッタヘッドが前進する方向を前方、カッタヘッド側から既設埋設管を見たときの水平方向を左右方向、鉛直方向を上下方向と言う。
【００３０】
まず最初に図１乃至図６を参照し、本実施形態の既設埋設管破砕用ヘッドカッタの案内装置の構造について詳細に説明する。
【００３１】
図１に示したように、本実施形態の案内装置１００は、図１０に示した従来の既設埋設管更新装置の前方において既設埋設管１の内部に配置されるとともに、その後端がカッタヘッド７に接続されてカッタヘッド７の進行を案内するものである。
なお、既設埋設管更新装置を用いて既設埋設管を更新する方法の基本的な部分は、従来と同様である。
【００３２】
この案内装置１００は、図２および図３に示したように、この案内装置１００をカッタヘッド７の面板に接続するための接続手段２０と、既設埋設管１に挿入されると既設埋設管１と上下方向および水平方向に係合する係合体３０と、その前端が係合体３０に軸支されてその後端が上下方向および水平方向に揺動自在であり、かつその後端が接続手段２０を介してカッタヘッド７に揺動自在に接続される揺動部材４０と、揺動部材４０を係合体３０に対して揺動自在に支持する支持手段５０と、係合体３０に対して揺動部材４０を上下方向に揺動させる上下方向揺動手段６０と、係合体３０に対して揺動部材４０を水平方向に揺動させる水平方向揺動手段７０と、上下方向揺動手段６０および水平方向揺動手段７０の作動を制御する制御手段８０と、係合体３０の位置を計測するために用いる第２の計測手段９０とを備えている。
【００３３】
接続手段２０は、図４および図５に示したように、カッタヘッド７の面板１５と一体に形成され若しくは面板１５に着脱自在に装着されるカッタヘッド７と同軸な支持円筒２１と、この支持円筒２１の内側に軸受２２を介して取り付けられる接続円筒２３とを有している。
そして、接続円筒２３の前側外周面には、揺動部材４０を前後方向に係止するための環状位置決め部材２４，２５が固定されている。
さらに、接続円筒２３の内部には、既設埋設管１側からカッタヘッド７の位置を計測するときにターゲットとなる発光ダイオード（第１の計測手段）が、カッタヘッド７と同軸に配設されている。
【００３４】
係合体３０は、図２および図３に示したように、前後方向に離間している一対の環状部材３１，３２と、これらの環状部材３１，３２を接続するための接続部材３３，３４，３５とを有している。
前後一対の環状部材３１，３２の外周面には、既設埋設管１の内周面と摺動する摺動部材３６が、それぞれ４個ずつ円周方向に等間隔に固定されている。
なお、一対の環状部材３１，３２と摺動部材３６との間にそれぞれ調整部材を介装することにより、さらに内径の大きい既設埋設管にも対応することができる。
また、一対の環状部材３１，３２の下側において水平に延びる接続部材３３は幅広の厚板から構成されており、支持手段５０を支持する役割を果たしている。
【００３５】
揺動部材４０は、図４および図５に示したように、前述した環状位置決め部材２４，２５の間において接続円筒２３に外嵌される、その内周面が前後方向に円弧状に湾曲している円筒部材４１と、この円筒部材４１の外周面にその後端が固定されて互いに平行に延びる左右一対の板状部材４２，４３とを有している。
これらの板状部材４２，４３は、その前端が左右方向に水平に延びる揺動軸５４ａ，５５ａによって支持手段５０に軸支され、その後端が上下方向に揺動することができる。
また、進行方向左側の板状部材４４の長手方向中央部には、上下方向揺動手段６０の先端を取り付けるためのブラケット４４が固設されている。
【００３６】
支持手段５０は、係合体３０の接続部材３３の上面と平行に延びる底板５１と、この底板５１が上下方向に延びる軸線の回りに揺動できるように軸支する揺動軸５２とを有している。
また、底板５１の左側の後端には、上下方向揺動手段６０の基端を取り付けるためのブラケット５３が垂設されている。
また、底板５１の左右両端には、揺動部材４０を構成している左右一対の板状部材４２，４３の前端をそれぞれ軸支するための支持部５４，５５が立設されている。
なお、左右一対の板状部材４２，４３の前端を軸支している揺動軸５４ａ，５５ａは、平面視において揺動軸５２を左右方向に挟む位置において各支持部５４，５５に挿通されている。
【００３７】
上下方向揺動手段６０は、前述したブラケット４４，５３間に取り付けられる油圧シリンダである。
そのシリンダ本体６１からピストン６２が突出すると揺動部材４０の後端が上方に揺動し、シリンダ本体６１内へとピストン６２が後退すると揺動部材４０の後端が下方に揺動する。
このとき、油圧シリンダ６０は上下方向に対して傾斜して延びるように配設されているから、係合体３０の外径寸法を小さく抑えることができる。
【００３８】
水平方向揺動手段７０は、支持手段５０の右側の支持部５５に連設されているブラケット５５ｂと、係合体３０の前側環状部材３１の後側内壁面に固定されているブラケット３７との間に取り付けられる油圧シリンダである。
そのシリンダ本体７１からピストン７２が突出すると、支持手段５０が揺動軸５２の回りで時計方向に揺動し、揺動部材４０の後端は左方に揺動する。
また、シリンダ本体７１内へとピストン７２が後退すると、支持手段５０が揺動軸５２の回りで反時計方向に揺動し、揺動部材４０の後端が右方に揺動する。
このとき、油圧シリンダ７０は前後方向に水平に延びるように配設されているから、係合体３０の外径寸法を小さく抑えることができる。
【００３９】
制御手段８０は、係合体３０の接続部材３３の前側上面に固定されており、配線８１を介して地表面Ｇ側から送信される操作信号に基づいて各油圧シリンダ６０，７０に供給する圧油の流れを制御し、それによって揺動部材４０の後端の揺動方向および揺動位置を制御する。
また、この制御手段８０は、カッタヘッド７側の方向修正用油圧シリンダ１２の作動も制御できるように構成することができる。
なお、この制御手段８０から各油圧シリンダ６０，７０へと延びる油圧配管の図示は省略されている。
【００４０】
第２の計測手段９０は、図６および図９に示したように、係合体３０を構成している前後一対の環状部材３１，３２の上側内周面にそれぞれ固定された発光ダイオード９１，９２をそれぞれ有しており、係合体３０の位置を計測する際のターゲットとなる。
【００４１】
次に、図１乃至図８を参照し、上述した構造を有する本実施形態の案内装置１００の作動について説明する。
【００４２】
図１に示したように、本実施形態の案内装置１００は、既設埋設管１およびその周囲の地盤を掘削するカッタヘッド７の前方において既設埋設管１の内部に配置される。
このとき、図４および図５に示したように、揺動部材４０の後端に固定されている円筒部材４１が、接続手段２０の接続円筒２３に外嵌され、かつ前後一対の環状位置決め部材２４，２５の間に挟装されている。
これにより、カッタヘッド７が前進すると、後側の環状位置決め部材２４によって円筒部材４１、したがって揺動部材４０が前方に押されるから、案内装置１００の全体がカッタヘッド７と一体に前進する。
【００４３】
また、カッタヘッド７側の支持円筒２１と接続円筒２３との間に軸受２２が介装されているから、カッタヘッド７が回転しても接続円筒２３が回転することはなく、したがって案内装置１００がカッタヘッド７と共回りすることはない。
【００４４】
さらに、円筒部材４１の内周面が図示のように円弧状に湾曲しているから、カッタヘッド７に支持されている接続円筒２３に対して揺動部材４０は滑らかに揺動できる。
なお、この部分に球面継手を用いることもできるが、本実施形態における構造の方が安価であり、製造および交換を容易に行うことができる。
【００４５】
本実施形態の案内装置１００が既設埋設管１の内部を前進するときには、係合体３０の摺動部材３６が既設埋設管１の内壁面上を摺動する。
また、摺動部材３６が取り付けられている一対の環状部材３１，３２が前後方向に離間しており、かつ既設埋設管１の内壁面と摺動部材３６との間の隙間は小さい。
これにより、既設埋設管１の内部における係合体３０のガタつきが小さいから、係合体３０は既設埋設管１の内壁面と上下方向および水平方向に容易に係合し、各油圧シリンダ６０，７０を作動させてカッタヘッド７を変位させる際に生じる反力を既設埋設管１の内壁面に直ちに伝達することができる。
さらに、既設埋設管１の軸線に沿ってほぼ平行に延びる各油圧シリンダ６０，７０を、前後一対の環状部材３１，３２の間に配置する構造であるから、内径の小さい既設埋設管１の内部にも容易に配置することができる。
【００４６】
図４および図５に示したように、更新管２を埋設する基準である計画線と既設埋設管１の軸線とが同軸であるときには、各油圧シリンダ６０，７０をその中立位置に固定する。 すると、揺動部材４０もまた中立位置に固定されるから、カッタヘッド７を計画線と同軸に固定することができる。
これにより、掘削反力の不釣合に起因するカッタヘッド７の振れ回りを防止できるから、既設埋設管１の破砕およびその周囲の地盤の掘削を効率よく行うことができる。
【００４７】
一方、図７に示したように、計画線に対して既設埋設管１が沈下している場合には、上下方向揺動手段の油圧シリンダ６０を伸長させることにより、揺動部材４０の後端を上昇させて、カッタヘッド７を計画線と同軸に固定することができる。
これにより、掘削反力の不釣合に起因するカッタヘッド７の半径方向のずれを防止できるから、カッタヘッド７を計画線に沿わせて前進させることができる。
【００４８】
同様に、例えば既設埋設管１の下側に基礎としての丸太やコンクリートが配設されていると、掘削ビット８がこれらの丸太やコンクリートを掘削する時に生じる反力により、カッタヘッド７は上方に逃げようとする。
このとき、既設埋設管１の側から発光ダイオード（第１の計測手段）２６の位置を計測していて、カッタヘッド７の上方へのずれが認められると、上下方向揺動手段の油圧シリンダ６０を短縮方向に作動させることにより、揺動部材４０の後端を降下させてカッタヘッド７に対して下向きの力を作用させ、カッタヘッド７を強制的に下方に変位させる。
これにより、カッタヘッド７の上方への逃げを防止し、カッタヘッド７を計画線に沿わせて前進させることができる。
【００４９】
他方、図８に示したように、計画線に対して既設埋設管１が進行方向右側にずれている場合には、水平方向揺動手段の油圧シリンダ７０を伸長させることにより、支持手段５０を揺動軸５２回りに時計方向に揺動させる。
すると、揺動部材４０の後端が進行方向左側に移動するから、カッタヘッド７を計画線と同軸に固定することができる。
これにより、掘削反力の不釣り合いに起因するカッタヘッド７の振れ回りを防止できるから、既設埋設管１の破砕およびその周囲の地盤の掘削を効率よく行うことができる。
【００５０】
同様に、例えば既設埋設管１の周囲の地盤のうち進行方向左側の部分が硬いと、カッタヘッド７は進行方向右側に逃げようとする。
このとき、既設埋設管１の側から発光ダイオード（第１の計測手段）２６の位置を計測していて、カッタヘッド７の進行方向右側へのずれが認められると、水平方向揺動手段の油圧シリンダ７０を伸長方向に作動させることにより揺動部材４０の後端を進行方向左側に変位させ、カッタヘッド７に対して進行方向左向きの力を作用させ、カッタヘッド７を強制的に左方に変位させる。
これにより、カッタヘッド７の進行方向右側への逃げを防止し、カッタヘッド７を計画線に沿わせて前進させることができる。
【００５１】
加えて、図９に示したように、計画線に対して既設埋設管１が進行方向前側に下がっている場合には、既設埋設管１の側から計測したときに、係合体３０の前後の環状部材３１，３２にそれぞれ固定されている発光ダイオード（第２および第３の計測手段）９１，９２に高さのずれが生じる。
この場合には、上下方向揺動手段の油圧シリンダ６０を徐々に伸長させることにより、揺動部材４０の後端を徐々に上昇させる。
【００５２】
同様に、計画線に対して既設埋設管１が進行方向右側に傾斜している場合には、既設埋設管１の側から計測したときに、係合体３０の前後の環状部材３１，３２にそれぞれ固定されている発光ダイオード（第２および第３の計測手段）９１，９２に水平方向のずれ量が変化する。
この場合には、水平方向揺動手段の油圧シリンダ７０を徐々に伸長させることにより、揺動部材４０の後端を徐々に進行方向左側に変位させる。
【００５３】
これにより、掘削反力の不釣り合いに起因するカッタヘッド７の振れ回りを防止して、既設埋設管１の破砕およびその周囲の地盤の掘削を効率よく行うことができる。
また、掘削反力の不釣り合いに起因するカッタヘッド７の半径方向のずれを防止して、カッタヘッド７が計画線に沿って前進するようにその進行方向を案内することができる。
【００５４】
さらに、既設埋設管１の側から発光ダイオード２６の変位を連続時に計測していて、その単位時間あたりのずれ量が所定値を超える場合には、制御手段８０は、上下方向揺動手段の油圧シリンダ６０および水平方向揺動手段の油圧シリンダ７０の作動制御に加えて、カッタヘッド７側の方向修正用油圧シリンダ１２（図１参照）の作動制御も開始する。
これにより、この案内装置１００によるカッタヘッド７の進行方向の修正と、方向修正用油圧シリンダ１２によるカッタヘッド７の進行方向の修正とを足し合わせることができる。
したがって、掘削反力の大きな不釣合によってカッタヘッドがその半径方向に大きくずれようとする場合でも、そのずれを確実に抑制し、計画線に沿わせてカッタヘッド７を前進させることが可能となる。
【００５５】
以上、本発明に係る既設埋設管破砕用カッタヘッドの案内装置の一実施形態について詳しく説明したが、本発明は上述した実施形態によって限定されるものではなく、種々の変更が可能であることは言うまでもない。
例えば、上述した実施形態においては、上下方向揺動手段の油圧シリンダ６０および水平方向揺動手段の油圧シリンダ７０は、それぞれ一つずつ設けられている。
これに対して、各油圧シリンダ６０，７０を２つずつ用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】第１実施形態の既設埋設管破砕用カッタヘッドを示す斜視図。
【図２】図１に示したカッタヘッドの正面図（ａ）および側面図（ｂ）。
【図３】図１に示したカッタヘッドが既設埋設管を破砕する状態を示す断面図。
【図４】図１に示したカッタヘッドの作用を説明する平面図。
【図５】変形例のカッタヘッドの作用を示す平面図（ａ）および正面図（ｂ）。
【図６】変形例のカッタヘッドの作用を示す平面図（ａ）および正面図（ｂ）。
【図７】第２実施形態のカッタヘッドを示す正面図。
【図８】第３実施形態のカッタヘッドを示す正面図。
【図９】変形例のカッタヘッドを示す平面図。
【図１０】従来の既設埋設管の更新装置を示す側面断面図。
【符号の説明】
【００５７】
１ 既設埋設管
２ 更新管
３ 発進坑
４ 推進機
５ 駆動モータおよび減速機
６ スクリュコンベア
７ カッタヘッド
８ 掘削ビット
９ ケーシング
１０ 先導管
１１ 刃口部
１２ 方向修正用油圧シリンダ
１５ 面板
２０ 接続手段
２１ 支持円筒
２２ 軸受
２３ 接続筒
２４，２５ 環状位置決め部材
２６ ＬＥＤ（第１の計測手段）
３０ 係合体
３１ 前側環状部材
３２ 後側環状部材
３３，３４，３５ 接続部材
３６ 摺動部材
３７ ブラケット
４０ 揺動部材
４１ 円筒部材
４２，４３ 板状部材
４４ ブラケット
５０ 支持手段
５１ 底板
５２ 揺動軸
５３ ブラケット
５４，５５ 支持部
５４ａ，５５ａ 揺動軸
５５ｂ ブラケット
６０ 油圧シリンダ（上下方向揺動手段）
６１ シリンダ本体
６２ ピストン
７０ 油圧シリンダ（水平方向揺動手段）
７１ シリンダ本体
７２ ピストン
８０ 制御手段
９１，９２ 発光ダイオード（第２の計測手段）
１００ 既設埋設管破砕用カッタヘッド案内装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地中に埋設されて老朽化した既設埋設管を新しい埋設管に更新する際に既設埋設管および周囲の地盤を掘削するカッタヘッドの進行方向を案内する装置に関し、より詳しくは、掘削反力の不釣り合いによってカッタヘッドが半径方向に大きくずれようとする場合や既設埋設管の進路が曲がっている場合においても、計画線どおりに新しい埋設管を埋設できるようにカッタヘッドの進行方向を正確に案内する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
上下水道等を含む各種用途に供される地中埋設管は、経年変化によって老朽化が進むため、適切な時期に新しい埋設管（更新管）に交換する必要がある。
この場合、既設埋設管が埋設されている個所の地盤を地表面から開削して既設埋設管を掘り出した後に新たな管を吊り込んで埋設し直す方法、あるいは図１０に示したように地表面に掘設した立坑から水平方向に掘進しつつ既設埋設管を撤去して更新管に交換する方法が用いられる。
【０００３】
図１０に示した従来の既設埋設管更新方法においては、既設埋設管１を更新管２に交換するべく地表面Ｇに発進坑３を掘設するとともに、この発進坑３の底部に推進機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によってスクリュコンベア６およびその先端に設けられているカッタヘッド７を一体に回転駆動し、カッタヘッド７の面板から突設されている掘削ビット８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。 さらに、破砕した既設埋設管１の破片および掘削した周囲の地盤の土砂は、スクリュコンベア６およびケーシング９によって移送し、発進坑３側に取り出して地表面Ｇ側に除去する。
これと同時に、推進機４によってスクリュコンベア６，カッタヘッド７，更新管２，先導管１０を一体に前方に推進し、既設埋設管１を更新管２に順次交換する。
【０００４】
また、カッタヘッド７の進行方向にずれが生じた場合に備えて、先導管１０と刃口部１１との間には、複数の方向修正用油圧シリンダ１２が先導管１０の内側に円周方向に等間隔に並設されている。
これにより、これらの油圧シリンダ１２を選択的に伸縮させて先導管１０に対し刃口部１１を傾斜させると、刃口部１１の内周面がカッタヘッド７の外周部を半径方向内側に押すので、カッタヘッド７の進行方向を修正することができる。
【０００５】
一方、カッタヘッドに先行して既設埋設管の内部を移動する案内手段によりカッタヘッドを案内し、既設埋設管の進路に沿わせてカッタヘッドを進行させる技術が提案されている（下記特許文献１，２を参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開平９−２５７８７号公報
【特許文献２】特開２０００−２５７３７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、既設埋設管１の下側に基礎としての丸太やコンクリート等が配設されていると、カッタヘッド７に設けられている掘削ビット８はこれらの丸太やコンクリートを掘削することになり、カッタヘッド７に作用する掘削反力の不釣り合いが生じる。
このとき、カッタヘッド７の外周と先導管の刃口部１１の内周面との間には、その円周方向の全体にわたって隙間が存在するため、カッタヘッド７が刃口部１１の内側で振れ回り、その掘削性が低下することがある。
特に、カッタヘッド７の振れ回りに伴って既設埋設管１に掘削ビット８が食い込むと、カッタヘッド７の回転に連れて既設埋設管１が共回りし、既設埋設管１の破砕効率が大きく低下してしまう。
【０００８】
また、カッタヘッド７に作用する掘削反力の不釣り合いによってカッタヘッド７がその半径方向に大きくずれると、方向修正用油圧シリンダ１２を用いた進行方向の修正ができなくなり、計画線に沿った掘削および更新管２の埋設が不能となる。
【０００９】
また、上記特許文献１に記載されている技術は、既設埋設管の進路に合わせてカッタヘッドの進行方向を案内するものにすぎない。
したがって、既設埋設管の進路が曲がっている場合には、この曲がりに沿って更新管を埋設することになってしまう。
【００１０】
また、上記特許文献２に記載されている技術は、カッタヘッドに先行して既設埋設管内を前進する先行体にセンサを設けるとともに、このセンサから得られる既設埋設管の曲がりや傾斜を表す信号に基づいて方向修正用油圧シリンダの作動を制御するものである。
これにより、カッタヘッドの半径方向のずれ量が方向修正用油圧シリンダによって修正可能なずれ量を上回ると、カッタヘッドの進行方向を修正できなくなってしまう。
【００１１】
そこで本発明の目的は、掘削反力の不釣り合いによってカッタヘッドが半径方向に大きくずれる場合や既設埋設管の進路が曲がっている場合においても、計画線どおりに新しい埋設管を埋設できるようにカッタヘッドの進行方向を正確に案内できる既設埋設管破砕用カッタヘッドの案内装置および案内方法、さらにはそれを用いた既設埋設管の更新方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決するための請求項１に記載した手段は、
既設埋設管を新しい埋設管に更新する際に前記既設埋設管を破砕するカッタヘッドの進行方向を案内するための装置であって、
前記カッタヘッドの前方において前記既設埋設管に挿入されると前記既設埋設管と上下方向および水平方向に係合する係合体と、
その前端が前記係合体に軸支されてその後端が上下方向および水平方向に揺動自在であり、かつ前記後端が前記カッタヘッドに対して揺動自在に接続される揺動部材と、
前記係合体に対して前記揺動部材を上下方向に揺動させる上下方向揺動手段と、
前記係合体に対して前記揺動部材を水平方向に揺動させる水平方向揺動手段と、
前記上下方向揺動手段および前記水平方向揺動手段の作動を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする既設埋設管破砕用カッタヘッドの案内装置。
【００１３】
すなわち、請求項１に記載した既設埋設管破砕用カッタヘッド案内装置によれば、上下方向揺動手段および水平方向揺動手段を用いて揺動部材を揺動させることにより、既設埋設管に係合している係合体を基準として、この揺動部材の後端に接続されているカッタヘッドを所望の位置に位置決めすることができる。
これにより、新しい埋設管を埋設する際の目標である計画線に対し、既設埋設管が上下方向あるいは水平方向に位置ずれしている場合でも、計画線に対してカッタヘッドを正確に位置合わせすることができるから、カッタヘッドを推進する際の進行方向を正確に制御することができる。
また、上下方向揺動手段および水平方向揺動手段を用いて揺動部材が揺動しないように固定すれば、カッタヘッドが回転する際の振れ回りを確実に防止することができる。
【００１４】
また、請求項２に記載した手段は、請求項１に記載した既設埋設管破砕用カッタヘッド案内装置において、
前記カッタヘッドは、その回転軸線と同軸に前記カッタヘッドに取り付けられるとともにその外周面に前記揺動部材の後端が揺動自在に接続される、前方に開口する接続円筒を有しており、
前記接続円筒の内部には、前記カッタヘッドの位置を計測するために用いる第１の計測手段が前記カッタヘッドと同軸に配設されていることを特徴とする請求項１に記載した既設埋設管破砕用カッタヘッドの案内装置。
【００１５】
すなわち、請求項２に記載した既設埋設管破砕用カッタヘッド案内装置によれば、既設埋設管の側からカッタヘッドを見たときに第１の計測手段を視認することができるから、カッタヘッドの位置を正確に計測することができる。
そして、カッタヘッドの計測位置に合わせて制御手段を操作し、上下方向揺動手段および水平方向揺動手段を作動させて揺動部材を揺動させることによりカッタヘッド押動して、カッタヘッドが本来あるべき位置に戻すことができる。
【００１６】
また、請求項３に記載した手段は、請求項２に記載した既設埋設管破砕用カッタヘッド案内装置において、
前記揺動部材は、その後端が前記接続筒を水平方向に挟むように間隔を開けて互いに平行に延びる左右一対の板状部材を有していることを特徴とする請求項２に記載した既設埋設管破砕用カッタヘッドの案内装置。
【００１７】
すなわち、請求項３に記載した既設埋設管破砕用カッタヘッド案内装置においては、間隔を開けて互いに平行に延びる左右一対の板状部材によって揺動部材が構成されるから、既設埋設管の側から第１の計測手段を視認するときに揺動部材が邪魔になることがない。
【００１８】
また、請求項４に記載した手段は、請求項３に記載した既設埋設管破砕用カッタヘッド案内装置において、
前記揺動部材の前端を前記係合体に対して軸支する支持手段をさらに備え、
前記支持手段は、前記左右一対の板状部材の前端を水平方向に延びる揺動軸によってそれぞれ軸支する、水平方向に離間して配設された左右一対の支持部を有していることを特徴とする請求項３に記載した既設埋設管破砕用カッタヘッドの案内装置。
【００１９】
すなわち、請求項４に記載した既設埋設管破砕用カッタヘッド案内装置においては、水平方向に離間させて配設した左右一対の支持部によって左右一対の板状部材を支持するから、既設埋設管の側から第１の計測手段を視認するときに支持手段が邪魔になることがない。
【００２０】
また、請求項５に記載した手段は、請求項１に記載した既設埋設管破砕用カッタヘッド案内装置において、
前記係合体は、前記既設埋設管の内部に遊嵌される前後一対の係合部材と、これら前後一対の係合部材を前後方向に接続する接続部材とを有し、
前記前後一対の係合部材の少なくとも一方に、前記係合体の位置を計測するときに用いる第２の計測手段が設けられており、
前記制御手段は、前記第２の計測手段を用いて計測された前記係合体の位置に応じて前記上下方向揺動手段および前記水平方向揺動手段の作動を制御する、
ことを特徴とする請求項１に記載した既設埋設管破砕用カッタヘッド案内装置。
【００２１】
すなわち、請求項５に記載した既設埋設管破砕用カッタヘッド案内装置によれば、既設埋設管の側からカッタヘッドを見たときに第２の計測手段を視認することができるから、係合体、したがって既設埋設管の位置を正確に計測することができる。
また、前後一対の係合部材にそれぞれ第２の計測手段を設けると、係合体、したがって既設埋設管の傾斜を正確に測定することができる。
さらに、カッタヘッドに第１の計測手段が設けられているときには、カッタヘッドに対する係合体の相対位置、したがってカッタヘッドに対する既設埋設管の相対位置を計測することができるから、カッタヘッドによる掘削がさらに進行した場合にカッタヘッドに生じる変位を前もって想定することができる。
これにより、上下方向揺動手段および水平方向揺動手段を前もって作動させることができるから、計画線に対するカッタヘッドの半径方向のずれ量を最小限に抑えることが可能となる。
【００２２】
また、請求項６に記載した手段は、請求項５に記載した既設埋設管破砕用カッタヘッド案内装置において、
前記制御手段は、前記第２の計測手段を用いて計測された前記係合体の位置に応じて、前記カッタヘッドの進行方向を修正するために前記カッタヘッド側に設けられている方向修正油圧シリンダの作動を制御することを特徴とする請求項５に記載した既設埋設管破砕用カッタヘッド案内装置。
【００２３】
すなわち、請求項６に記載した既設埋設管破砕用カッタヘッド案内装置によれば、揺動部材、上下方向揺動手段および水平方向揺動手段を用いたカッタヘッドの進行方向の案内に加えて、カッタヘッド側に設けられている方向修正油圧シリンダも用いることができるから、掘削反力の不釣合によってカッタヘッドがその半径方向に大きくずれようとする場合でも、そのずれを確実に抑制することができる。
【００２４】
また、請求項７に記載した手段は、請求項１乃至６のいずれかに記載した既設埋設管破砕用カッタヘッドの案内装置を用いつつ、既設埋設管破砕用カッタヘッドを案内する方法であって、
前記カッタヘッドが前記既設埋設管を破砕するときに生じる計画線からの位置ずれ方向および位置ずれ量を計測し、
計測された前記位置ずれ方向および前記位置ずれ量に基づき、前記制御手段を介して前記上下方向揺動手段および前記水平方向揺動手段を作動させて前記揺動部材を揺動させ、 前記揺動部材の揺動により前記カッタヘッドをその半径方向に強制的に変位させて、前記計画線に対する前記カッタヘッドの位置ずれを修正することを特徴とする。
【００２５】
すなわち、請求項７に記載した既設埋設管破砕用カッタヘッドの案内方法は、カッタヘッドの位置ずれを修正するときに、上下方向揺動手段および水平方向揺動手段により、揺動部材を上下方向および水平方向にそれぞれ揺動させ、カッタヘッドをその半径方向に強制的に変位させるものであるから、計画線に対するカッタヘッドの位置ずれの修正を極めて正確に制御することができる。
また、既設埋設管の内部において、案内装置が上下方向および水平方向に対して傾いた場合でも、上下方向揺動手段および水平方向揺動手段の作動制御を修正することにより、カッタヘッドの位置ずれの修正を確実に行うことができる。
【００２６】
また、請求項８に記載した手段は、回転駆動されるカッタヘッドを用いて既設埋設管を破砕しつつ、新しい埋設管を推進して既設埋設管を更新する方法であって、
前記カッタヘッドをその半径方向に強制的に変位させる変位手段を備えた案内装置を前記カッタヘッドの前方において前記既設埋設管内に配置し、
前記カッタヘッドが前記既設埋設管を破砕するときに生じる計画線からの位置ずれ方向および位置ずれ量を計測し、
計測された位置ずれ方向および位置ずれ量に基づいて、前記案内装置により前記カッタヘッドをその半径方向に強制的に変位させて前記計画線に対する前記カッタヘッドの位置ずれを修正することを特徴とする。
【００２７】
すなわち、請求項８に記載した既設埋設管の更新方法は、カッタヘッドが既設埋設管を破砕するときに生じる位置ずれを計測しつつ、案内装置によってカッタヘッドをその半径方向に強制的に変位させてカッタヘッドの位置ずれを修正するものであるから、更新管を計画線に沿って正確に埋設することが可能となる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、掘削反力の不釣り合いによってカッタヘッドが半径方向に大きく位置ずれする場合や既設埋設管の進路が曲がっている場合であっても、計画線どおりに新しい埋設管を埋設できるようにカッタヘッドの進行方向を正確に案内可能な既設埋設管破砕用カッタヘッドの案内装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、図１乃至図９を参照し、本発明による既設埋設管破砕用カッタヘッドの案内装置および案内方法と、それを用いた既設埋設管の更新方法の一実施形態について詳細に説明する。
なお、以下の説明においては、前述した従来技術を含めて同一の部分には同一の参照符号を用いて重複した説明を省略し、かつカッタヘッドが前進する方向を前方、カッタヘッド側から既設埋設管を見たときの水平方向を左右方向、鉛直方向を上下方向と言う。
【００３０】
まず最初に図１乃至図６を参照し、本実施形態の既設埋設管破砕用ヘッドカッタの案内装置の構造について詳細に説明する。
【００３１】
図１に示したように、本実施形態の案内装置１００は、図１０に示した従来の既設埋設管更新装置の前方において既設埋設管１の内部に配置されるとともに、その後端がカッタヘッド７に接続されてカッタヘッド７の進行を案内するものである。
なお、既設埋設管更新装置を用いて既設埋設管を更新する方法の基本的な部分は、従来と同様である。
【００３２】
この案内装置１００は、図２および図３に示したように、この案内装置１００をカッタヘッド７の面板に接続するための接続手段２０と、既設埋設管１に挿入されると既設埋設管１と上下方向および水平方向に係合する係合体３０と、その前端が係合体３０に軸支されてその後端が上下方向および水平方向に揺動自在であり、かつその後端が接続手段２０を介してカッタヘッド７に揺動自在に接続される揺動部材４０と、揺動部材４０を係合体３０に対して揺動自在に支持する支持手段５０と、係合体３０に対して揺動部材４０を上下方向に揺動させる上下方向揺動手段６０と、係合体３０に対して揺動部材４０を水平方向に揺動させる水平方向揺動手段７０と、上下方向揺動手段６０および水平方向揺動手段７０の作動を制御する制御手段８０と、係合体３０の位置を計測するために用いる第２の計測手段９０とを備えている。
【００３３】
接続手段２０は、図４および図５に示したように、カッタヘッド７の面板１５と一体に形成され若しくは面板１５に着脱自在に装着されるカッタヘッド７と同軸な支持円筒２１と、この支持円筒２１の内側に軸受２２を介して取り付けられる接続円筒２３とを有している。
そして、接続円筒２３の前側外周面には、揺動部材４０を前後方向に係止するための環状位置決め部材２４，２５が固定されている。
さらに、接続円筒２３の内部には、既設埋設管１側からカッタヘッド７の位置を計測するときにターゲットとなる発光ダイオード（第１の計測手段）が、カッタヘッド７と同軸に配設されている。
【００３４】
係合体３０は、図２および図３に示したように、前後方向に離間している一対の環状部材３１，３２と、これらの環状部材３１，３２を接続するための接続部材３３，３４，３５とを有している。
前後一対の環状部材３１，３２の外周面には、既設埋設管１の内周面と摺動する摺動部材３６が、それぞれ４個ずつ円周方向に等間隔に固定されている。
なお、一対の環状部材３１，３２と摺動部材３６との間にそれぞれ調整部材を介装することにより、さらに内径の大きい既設埋設管にも対応することができる。
また、一対の環状部材３１，３２の下側において水平に延びる接続部材３３は幅広の厚板から構成されており、支持手段５０を支持する役割を果たしている。
【００３５】
揺動部材４０は、図４および図５に示したように、前述した環状位置決め部材２４，２５の間において接続円筒２３に外嵌される、その内周面が前後方向に円弧状に湾曲している円筒部材４１と、この円筒部材４１の外周面にその後端が固定されて互いに平行に延びる左右一対の板状部材４２，４３とを有している。
これらの板状部材４２，４３は、その前端が左右方向に水平に延びる揺動軸５４ａ，５５ａによって支持手段５０に軸支され、その後端が上下方向に揺動することができる。
また、進行方向左側の板状部材４４の長手方向中央部には、上下方向揺動手段６０の先端を取り付けるためのブラケット４４が固設されている。
【００３６】
支持手段５０は、係合体３０の接続部材３３の上面と平行に延びる底板５１と、この底板５１が上下方向に延びる軸線の回りに揺動できるように軸支する揺動軸５２とを有している。
また、底板５１の左側の後端には、上下方向揺動手段６０の基端を取り付けるためのブラケット５３が垂設されている。
また、底板５１の左右両端には、揺動部材４０を構成している左右一対の板状部材４２，４３の前端をそれぞれ軸支するための支持部５４，５５が立設されている。
なお、左右一対の板状部材４２，４３の前端を軸支している揺動軸５４ａ，５５ａは、平面視において揺動軸５２を左右方向に挟む位置において各支持部５４，５５に挿通されている。
【００３７】
上下方向揺動手段６０は、前述したブラケット４４，５３間に取り付けられる油圧シリンダである。
そのシリンダ本体６１からピストン６２が突出すると揺動部材４０の後端が上方に揺動し、シリンダ本体６１内へとピストン６２が後退すると揺動部材４０の後端が下方に揺動する。
このとき、油圧シリンダ６０は上下方向に対して傾斜して延びるように配設されているから、係合体３０の外径寸法を小さく抑えることができる。
【００３８】
水平方向揺動手段７０は、支持手段５０の右側の支持部５５に連設されているブラケット５５ｂと、係合体３０の前側環状部材３１の後側内壁面に固定されているブラケット３７との間に取り付けられる油圧シリンダである。
そのシリンダ本体７１からピストン７２が突出すると、支持手段５０が揺動軸５２の回りで時計方向に揺動し、揺動部材４０の後端は左方に揺動する。
また、シリンダ本体７１内へとピストン７２が後退すると、支持手段５０が揺動軸５２の回りで反時計方向に揺動し、揺動部材４０の後端が右方に揺動する。
このとき、油圧シリンダ７０は前後方向に水平に延びるように配設されているから、係合体３０の外径寸法を小さく抑えることができる。
【００３９】
制御手段８０は、係合体３０の接続部材３３の前側上面に固定されており、配線８１を介して地表面Ｇ側から送信される操作信号に基づいて各油圧シリンダ６０，７０に供給する圧油の流れを制御し、それによって揺動部材４０の後端の揺動方向および揺動位置を制御する。
また、この制御手段８０は、カッタヘッド７側の方向修正用油圧シリンダ１２の作動も制御できるように構成することができる。
なお、この制御手段８０から各油圧シリンダ６０，７０へと延びる油圧配管の図示は省略されている。
【００４０】
第２の計測手段９０は、図６および図９に示したように、係合体３０を構成している前後一対の環状部材３１，３２の上側内周面にそれぞれ固定された発光ダイオード９１，９２をそれぞれ有しており、係合体３０の位置を計測する際のターゲットとなる。
【００４１】
次に、図１乃至図８を参照し、上述した構造を有する本実施形態の案内装置１００の作動について説明する。
【００４２】
図１に示したように、本実施形態の案内装置１００は、既設埋設管１およびその周囲の地盤を掘削するカッタヘッド７の前方において既設埋設管１の内部に配置される。
このとき、図４および図５に示したように、揺動部材４０の後端に固定されている円筒部材４１が、接続手段２０の接続円筒２３に外嵌され、かつ前後一対の環状位置決め部材２４，２５の間に挟装されている。
これにより、カッタヘッド７が前進すると、後側の環状位置決め部材２４によって円筒部材４１、したがって揺動部材４０が前方に押されるから、案内装置１００の全体がカッタヘッド７と一体に前進する。
【００４３】
また、カッタヘッド７側の支持円筒２１と接続円筒２３との間に軸受２２が介装されているから、カッタヘッド７が回転しても接続円筒２３が回転することはなく、したがって案内装置１００がカッタヘッド７と共回りすることはない。
【００４４】
さらに、円筒部材４１の内周面が図示のように円弧状に湾曲しているから、カッタヘッド７に支持されている接続円筒２３に対して揺動部材４０は滑らかに揺動できる。
なお、この部分に球面継手を用いることもできるが、本実施形態における構造の方が安価であり、製造および交換を容易に行うことができる。
【００４５】
本実施形態の案内装置１００が既設埋設管１の内部を前進するときには、係合体３０の摺動部材３６が既設埋設管１の内壁面上を摺動する。
また、摺動部材３６が取り付けられている一対の環状部材３１，３２が前後方向に離間しており、かつ既設埋設管１の内壁面と摺動部材３６との間の隙間は小さい。
これにより、既設埋設管１の内部における係合体３０のガタつきが小さいから、係合体３０は既設埋設管１の内壁面と上下方向および水平方向に容易に係合し、各油圧シリンダ６０，７０を作動させてカッタヘッド７を変位させる際に生じる反力を既設埋設管１の内壁面に直ちに伝達することができる。
さらに、既設埋設管１の軸線に沿ってほぼ平行に延びる各油圧シリンダ６０，７０を、前後一対の環状部材３１，３２の間に配置する構造であるから、内径の小さい既設埋設管１の内部にも容易に配置することができる。
【００４６】
図４および図５に示したように、更新管２を埋設する基準である計画線と既設埋設管１の軸線とが同軸であるときには、各油圧シリンダ６０，７０をその中立位置に固定する。 すると、揺動部材４０もまた中立位置に固定されるから、カッタヘッド７を計画線と同軸に固定することができる。
これにより、掘削反力の不釣合に起因するカッタヘッド７の振れ回りを防止できるから、既設埋設管１の破砕およびその周囲の地盤の掘削を効率よく行うことができる。
【００４７】
一方、図７に示したように、計画線に対して既設埋設管１が沈下している場合には、上下方向揺動手段の油圧シリンダ６０を伸長させることにより、揺動部材４０の後端を上昇させて、カッタヘッド７を計画線と同軸に固定することができる。
これにより、掘削反力の不釣合に起因するカッタヘッド７の半径方向のずれを防止できるから、カッタヘッド７を計画線に沿わせて前進させることができる。
【００４８】
同様に、例えば既設埋設管１の下側に基礎としての丸太やコンクリートが配設されていると、掘削ビット８がこれらの丸太やコンクリートを掘削する時に生じる反力により、カッタヘッド７は上方に逃げようとする。
このとき、既設埋設管１の側から発光ダイオード（第１の計測手段）２６の位置を計測していて、カッタヘッド７の上方へのずれが認められると、上下方向揺動手段の油圧シリンダ６０を短縮方向に作動させることにより、揺動部材４０の後端を降下させてカッタヘッド７に対して下向きの力を作用させ、カッタヘッド７を強制的に下方に変位させる。
これにより、カッタヘッド７の上方への逃げを防止し、カッタヘッド７を計画線に沿わせて前進させることができる。
【００４９】
他方、図８に示したように、計画線に対して既設埋設管１が進行方向右側にずれている場合には、水平方向揺動手段の油圧シリンダ７０を伸長させることにより、支持手段５０を揺動軸５２回りに時計方向に揺動させる。
すると、揺動部材４０の後端が進行方向左側に移動するから、カッタヘッド７を計画線と同軸に固定することができる。
これにより、掘削反力の不釣り合いに起因するカッタヘッド７の振れ回りを防止できるから、既設埋設管１の破砕およびその周囲の地盤の掘削を効率よく行うことができる。
【００５０】
同様に、例えば既設埋設管１の周囲の地盤のうち進行方向左側の部分が硬いと、カッタヘッド７は進行方向右側に逃げようとする。
このとき、既設埋設管１の側から発光ダイオード（第１の計測手段）２６の位置を計測していて、カッタヘッド７の進行方向右側へのずれが認められると、水平方向揺動手段の油圧シリンダ７０を伸長方向に作動させることにより揺動部材４０の後端を進行方向左側に変位させ、カッタヘッド７に対して進行方向左向きの力を作用させ、カッタヘッド７を強制的に左方に変位させる。
これにより、カッタヘッド７の進行方向右側への逃げを防止し、カッタヘッド７を計画線に沿わせて前進させることができる。
【００５１】
加えて、図９に示したように、計画線に対して既設埋設管１が進行方向前側に下がっている場合には、既設埋設管１の側から計測したときに、係合体３０の前後の環状部材３１，３２にそれぞれ固定されている発光ダイオード（第２および第３の計測手段）９１，９２に高さのずれが生じる。
この場合には、上下方向揺動手段の油圧シリンダ６０を徐々に伸長させることにより、揺動部材４０の後端を徐々に上昇させる。
【００５２】
同様に、計画線に対して既設埋設管１が進行方向右側に傾斜している場合には、既設埋設管１の側から計測したときに、係合体３０の前後の環状部材３１，３２にそれぞれ固定されている発光ダイオード（第２および第３の計測手段）９１，９２に水平方向のずれ量が変化する。
この場合には、水平方向揺動手段の油圧シリンダ７０を徐々に伸長させることにより、揺動部材４０の後端を徐々に進行方向左側に変位させる。
【００５３】
これにより、掘削反力の不釣り合いに起因するカッタヘッド７の振れ回りを防止して、既設埋設管１の破砕およびその周囲の地盤の掘削を効率よく行うことができる。
また、掘削反力の不釣り合いに起因するカッタヘッド７の半径方向のずれを防止して、カッタヘッド７が計画線に沿って前進するようにその進行方向を案内することができる。
【００５４】
さらに、既設埋設管１の側から発光ダイオード２６の変位を連続時に計測していて、その単位時間あたりのずれ量が所定値を超える場合には、制御手段８０は、上下方向揺動手段の油圧シリンダ６０および水平方向揺動手段の油圧シリンダ７０の作動制御に加えて、カッタヘッド７側の方向修正用油圧シリンダ１２（図１参照）の作動制御も開始する。
これにより、この案内装置１００によるカッタヘッド７の進行方向の修正と、方向修正用油圧シリンダ１２によるカッタヘッド７の進行方向の修正とを足し合わせることができる。
したがって、掘削反力の大きな不釣合によってカッタヘッドがその半径方向に大きくずれようとする場合でも、そのずれを確実に抑制し、計画線に沿わせてカッタヘッド７を前進させることが可能となる。
【００５５】
以上、本発明に係る既設埋設管破砕用カッタヘッドの案内装置の一実施形態について詳しく説明したが、本発明は上述した実施形態によって限定されるものではなく、種々の変更が可能であることは言うまでもない。
例えば、上述した実施形態においては、上下方向揺動手段の油圧シリンダ６０および水平方向揺動手段の油圧シリンダ７０は、それぞれ一つずつ設けられている。
これに対して、各油圧シリンダ６０，７０を２つずつ用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】第１実施形態の既設埋設管破砕用カッタヘッドを示す斜視図。
【図２】図１に示したカッタヘッドの正面図（ａ）および側面図（ｂ）。
【図３】図１に示したカッタヘッドが既設埋設管を破砕する状態を示す断面図。
【図４】図１に示したカッタヘッドの作用を説明する平面図。
【図５】変形例のカッタヘッドの作用を示す平面図（ａ）および正面図（ｂ）。
【図６】変形例のカッタヘッドの作用を示す平面図（ａ）および正面図（ｂ）。
【図７】第２実施形態のカッタヘッドを示す正面図。
【図８】第３実施形態のカッタヘッドを示す正面図。
【図９】変形例のカッタヘッドを示す平面図。
【図１０】従来の既設埋設管の更新装置を示す側面断面図。
【符号の説明】
【００５７】
１ 既設埋設管
２ 更新管
３ 発進坑
４ 推進機
５ 駆動モータおよび減速機
６ スクリュコンベア
７ カッタヘッド
８ 掘削ビット
９ ケーシング
１０ 先導管
１１ 刃口部
１２ 方向修正用油圧シリンダ
１５ 面板
２０ 接続手段
２１ 支持円筒
２２ 軸受
２３ 接続筒
２４，２５ 環状位置決め部材
２６ ＬＥＤ（第１の計測手段）
３０ 係合体
３１ 前側環状部材
３２ 後側環状部材
３３，３４，３５ 接続部材
３６ 摺動部材
３７ ブラケット
４０ 揺動部材
４１ 円筒部材
４２，４３ 板状部材
４４ ブラケット
５０ 支持手段
５１ 底板
５２ 揺動軸
５３ ブラケット
５４，５５ 支持部
５４ａ，５５ａ 揺動軸
５５ｂ ブラケット
６０ 油圧シリンダ（上下方向揺動手段）
６１ シリンダ本体
６２ ピストン
７０ 油圧シリンダ（水平方向揺動手段）
７１ シリンダ本体
７２ ピストン
８０ 制御手段
９１，９２ 発光ダイオード（第２の計測手段）
１００ 既設埋設管破砕用カッタヘッド案内装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
既設埋設管を新しい埋設管に更新する際に前記既設埋設管を破砕するカッタヘッドの進行方向を案内するための装置であって、
前記カッタヘッドの前方において前記既設埋設管に挿入されると前記既設埋設管と上下方向および水平方向に係合する係合体と、
その前端が前記係合体に軸支されてその後端が上下方向および水平方向に揺動自在であり、かつ前記後端が前記カッタヘッドに対して揺動自在に接続される揺動部材と、
前記係合体に対して前記揺動部材を上下方向に揺動させる上下方向揺動手段と、
前記係合体に対して前記揺動部材を水平方向に揺動させる水平方向揺動手段と、
前記上下方向揺動手段および前記水平方向揺動手段の作動を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする既設埋設管破砕用カッタヘッドの案内装置。
【請求項２】
前記カッタヘッドは、その回転軸線と同軸に前記カッタヘッドに取り付けられるとともにその外周面に前記揺動部材の後端が揺動自在に接続される、前方に開口する接続円筒を有しており、
前記接続円筒の内部には、前記カッタヘッドの位置を計測するために用いる第１の計測手段が前記カッタヘッドと同軸に配設されていることを特徴とする請求項１に記載した既設埋設管破砕用カッタヘッドの案内装置。
【請求項３】
前記揺動部材は、その後端が前記接続筒を水平方向に挟むように間隔を開けて互いに平行に延びる左右一対の板状部材を有していることを特徴とする請求項２に記載した既設埋設管破砕用カッタヘッドの案内装置。
【請求項４】
前記揺動部材の前端を前記係合体に対して軸支する支持手段をさらに備え、
前記支持手段は、前記左右一対の板状部材の前端を水平方向に延びる揺動軸によってそれぞれ軸支する、水平方向に離間して配設された左右一対の支持部を有していることを特徴とする請求項３に記載した既設埋設管破砕用カッタヘッドの案内装置。
【請求項５】
前記係合体は、前記既設埋設管の内部に遊嵌される前後一対の係合部材と、これら前後一対の係合部材を前後方向に接続する接続部材とを有し、
前記前後一対の係合部材の少なくとも一方に、前記係合体の位置を計測するときに用いる第２の計測手段が設けられており、
前記制御手段は、前記第２の計測手段を用いて計測された前記係合体の位置に応じて前記上下方向揺動手段および前記水平方向揺動手段の作動を制御する、
ことを特徴とする請求項１に記載した既設埋設管破砕用カッタヘッド案内装置。
【請求項６】
前記制御手段は、前記第２の計測手段を用いて計測された前記係合体の位置に応じて、前記カッタヘッドの進行方向を修正するために前記カッタヘッド側に設けられている方向修正油圧シリンダの作動を制御することを特徴とする請求項５に記載した既設埋設管破砕用カッタヘッド案内装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載した既設埋設管破砕用カッタヘッドの案内装置を用いて、前記カッタヘッドの進行方向を案内する方法であって、
前記カッタヘッドが前記既設埋設管を破砕するときに生じる計画線からの位置ずれ方向および位置ずれ量を計測し、
計測された前記位置ずれ方向および前記位置ずれ量に基づき、前記制御手段を介して前記上下方向揺動手段および前記水平方向揺動手段を作動させて前記揺動部材を揺動させ、 前記揺動部材の揺動により前記カッタヘッドをその半径方向に強制的に変位させて、前記計画線に対する前記カッタヘッドの位置ずれを修正することを特徴とする既設埋設管破砕用カッタヘッドの案内方法。
【請求項８】
回転駆動されるカッタヘッドを用いて既設埋設管を破砕しつつ、新しい埋設管を推進して既設埋設管を更新する方法であって、
前記カッタヘッドをその半径方向に強制的に変位させる変位手段を備えた案内装置を前記カッタヘッドの前方において前記既設埋設管内に配置し、
前記カッタヘッドが前記既設埋設管を破砕するときに生じる計画線からの位置ずれ方向および位置ずれ量を計測し、
計測された位置ずれ方向および位置ずれ量に基づいて、前記案内装置により前記カッタヘッドをその半径方向に強制的に変位させて前記計画線に対する前記カッタヘッドの位置ずれを修正することを特徴とする既設埋設管の更新方法。
【請求項１】
既設埋設管を新しい埋設管に更新する際に前記既設埋設管を破砕するカッタヘッドの進行方向を案内するための装置であって、
前記カッタヘッドの前方において前記既設埋設管に挿入されると前記既設埋設管と上下方向および水平方向に係合する係合体と、
その前端が前記係合体に軸支されてその後端が上下方向および水平方向に揺動自在であり、かつ前記後端が前記カッタヘッドに対して揺動自在に接続される揺動部材と、
前記係合体に対して前記揺動部材を上下方向に揺動させる上下方向揺動手段と、
前記係合体に対して前記揺動部材を水平方向に揺動させる水平方向揺動手段と、
前記上下方向揺動手段および前記水平方向揺動手段の作動を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする既設埋設管破砕用カッタヘッドの案内装置。
【請求項２】
前記カッタヘッドは、その回転軸線と同軸に前記カッタヘッドに取り付けられるとともにその外周面に前記揺動部材の後端が揺動自在に接続される、前方に開口する接続円筒を有しており、
前記接続円筒の内部には、前記カッタヘッドの位置を計測するために用いる第１の計測手段が前記カッタヘッドと同軸に配設されていることを特徴とする請求項１に記載した既設埋設管破砕用カッタヘッドの案内装置。
【請求項３】
前記揺動部材は、その後端が前記接続筒を水平方向に挟むように間隔を開けて互いに平行に延びる左右一対の板状部材を有していることを特徴とする請求項２に記載した既設埋設管破砕用カッタヘッドの案内装置。
【請求項４】
前記揺動部材の前端を前記係合体に対して軸支する支持手段をさらに備え、
前記支持手段は、前記左右一対の板状部材の前端を水平方向に延びる揺動軸によってそれぞれ軸支する、水平方向に離間して配設された左右一対の支持部を有していることを特徴とする請求項３に記載した既設埋設管破砕用カッタヘッドの案内装置。
【請求項５】
前記係合体は、前記既設埋設管の内部に遊嵌される前後一対の係合部材と、これら前後一対の係合部材を前後方向に接続する接続部材とを有し、
前記前後一対の係合部材の少なくとも一方に、前記係合体の位置を計測するときに用いる第２の計測手段が設けられており、
前記制御手段は、前記第２の計測手段を用いて計測された前記係合体の位置に応じて前記上下方向揺動手段および前記水平方向揺動手段の作動を制御する、
ことを特徴とする請求項１に記載した既設埋設管破砕用カッタヘッド案内装置。
【請求項６】
前記制御手段は、前記第２の計測手段を用いて計測された前記係合体の位置に応じて、前記カッタヘッドの進行方向を修正するために前記カッタヘッド側に設けられている方向修正油圧シリンダの作動を制御することを特徴とする請求項５に記載した既設埋設管破砕用カッタヘッド案内装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載した既設埋設管破砕用カッタヘッドの案内装置を用いて、前記カッタヘッドの進行方向を案内する方法であって、
前記カッタヘッドが前記既設埋設管を破砕するときに生じる計画線からの位置ずれ方向および位置ずれ量を計測し、
計測された前記位置ずれ方向および前記位置ずれ量に基づき、前記制御手段を介して前記上下方向揺動手段および前記水平方向揺動手段を作動させて前記揺動部材を揺動させ、 前記揺動部材の揺動により前記カッタヘッドをその半径方向に強制的に変位させて、前記計画線に対する前記カッタヘッドの位置ずれを修正することを特徴とする既設埋設管破砕用カッタヘッドの案内方法。
【請求項８】
回転駆動されるカッタヘッドを用いて既設埋設管を破砕しつつ、新しい埋設管を推進して既設埋設管を更新する方法であって、
前記カッタヘッドをその半径方向に強制的に変位させる変位手段を備えた案内装置を前記カッタヘッドの前方において前記既設埋設管内に配置し、
前記カッタヘッドが前記既設埋設管を破砕するときに生じる計画線からの位置ずれ方向および位置ずれ量を計測し、
計測された位置ずれ方向および位置ずれ量に基づいて、前記案内装置により前記カッタヘッドをその半径方向に強制的に変位させて前記計画線に対する前記カッタヘッドの位置ずれを修正することを特徴とする既設埋設管の更新方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００６−２４９６７８（Ｐ２００６−２４９６７８Ａ）
【公開日】平成１８年９月２１日（２００６．９．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−６３８４４（Ｐ２００５−６３８４４）
【出願日】平成１７年３月８日（２００５．３．８）
【出願人】（０００１７７４１６）三和機材株式会社 (144)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年９月２１日（２００６．９．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月８日（２００５．３．８）
【出願人】（０００１７７４１６）三和機材株式会社 (144)
【Ｆターム（参考）】
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