JP2000506578A - 地下資源の探査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、その最も下方に工具を支持する一連のロッドによる地下資源探査装置に関し、該ロッド（７）は、互いに関節で繋がれ、リールの周りに巻き付けられており、塔（１０）での交互の直線状の運動及び連続的にロッドを降ろすための回転運動により作動し、それから、それらをリール（１）の上に再び巻き付ける。

Description

【発明の詳細な説明】 地下資源の探査装置 本発明は、貫入計量器（penetration meter）、即ち、地下調査を行うための 装置に関し、また、特に、限定するものではないが、何十メートルの深さの海底 探査のための装置に関する。 土木工学の基礎を構成する、土地（terrain）の機械的特性を評価するのに一 般に使用される手段の一つは、静止状態の貫入試験（penetration testing）を 行うことであり、これはＣＰＴとして知られている。 この試験は、ロッド（rod）を関係する土地に押し込むことにあり、また、該 ロッドは、その底部端に、貫入の間中、チップ抵抗及び横の摩擦のような種々の パラメーターを測定するのに役立つセンサが備え付けられている。 これらの測定は、該ロッド内の中心の孔に沿って通るケーブルによつて、伝達 される。一般には、ロッドは円筒形であり、３６ｍｍの直径を有している。貫入 は、２ｃｍ／秒の絶え間無い速度で行われる。調査の深さは、したがってロッド の長さは、数メートルから数十メートルの範囲に亙って、周囲の事情に依存して 異なる。ロッドに加える押す力は、土地の抵抗及び調査の深さの関数であって、 一般的には、数メートルトンから２０トンの範囲にあり、その上、試験の値は停 止される。 通常、推力（thrust）は、ロッドの上端部に作用するアクチュエーターによっ て用いられる。実際に、ロッドは互いにネジで止められている連続する要素で作 られている。各要素の長さは、アクチュエーターの長さ及び推力下での曲がりに 耐える能力という実際的な理由で数メーターを越えない。貫入は、複数の段階で 行われ、各段階は、アクチュエーターによって押される一つの要素の長さに相当 する。 陸地の場所を調査するとき、端と端を繋いで接続し、且つロッドに沿う測定ケ ーブルを押す操作は、成し遂げる為には、手動操作を必要とし、それにより、操 作のための時間を著しく延ばすという欠点をもたらす。 海底を調査するときは、手動の介入（manual intervention）を用いることが 、実際上不可能であり、そこで、操作の他のモードが、一連のロッドの要素を、 端と端を繋いで一緒にする接続の問題を取り除くために、開発された。ワンピー スのロッド、即ち、数十メートルであり得る長さを有するワンピースのロッドは 、その端部にアクチュエーターを働かせても、もはや推力がないが、車輪を使用 する連続推力システムによると推力がある。二つの水平軸の車輪は、互いに向か い合っており、向かい合う溝に留められている。車輪を回転することは、駆動力 を適用することを可能にする。このようなシステムの欠点は、駆動力を発達する ようにロッドの車輪により加えられなければならない留める力を関係づけられて いることである。貫入メートルロッドの機械的特性があれば、このシステムは、 一対の車輪に付き数トンの推力をそれより以上に発達するのに使用することがで きない。一般に必要な１２トン又はそれ以上達するためには、数ペアの車輪が互 いの上に積み重ねられなければならない。 そのシステムの主な欠点は、特に深海における使用のために、ロッドは、数十 メートルの長さであり、操作と関連する困難さ及びロッドを使用することの困難 さから生じる。 その欠点を和らげるために、大きい径のリールに管を巻回することを含む『コ イル配管工事』技術（“coil tubing”）を使用することの提案がなされた。巻 回する作業中、管はプラスチック変形（plastic deformation）を受ける。ＣＰ Ｔ試験を行うとき、管は進歩的に巻回されておらず、また一つの組みの圧搾車輪 （presser wheels）により、真直ぐにされており、これにより、それは再びプラ スチック変形を受ける。 このようなシステムは、ワンピースの管により占められる空間と関連つけられ る問題を減少させることを可能にするが、その加工硬化は、貫入メートルロッド が、巻き上げられ、また繰り出される連続作業中に受けるものであり、地面の中 への推力は、数トンだけの力を使用する浅い深さの調査用の小径のロッドへの適 用を制限し、何れにしても、管の急速な質の低下を導く。 本発明の目的は、これらの欠点を緩和し、また、自動的に実施することができ 、且つ試験が行われる間に手動の介入を必要としないコンパクトな装置を使用し て数十メートルにまで貫入できるＣＰＴ型試験を行うことを可能にする。 本発明によると、下層土の探査するための装置は、塔、相互に係合可能なロッ ド、一連のロッドの頂部ロッドの頂部端に圧力を加える手段を備えており、該ロ ッドは互いに蝶番で取り付けられ、ドラムに配置され、該ドラムは、ロッドの長 さに等しい側のある四角の芯部（core of square section）を有し、また、ドラ ムは、固定されている案内部材内で垂直方向に可動の滑り部材（slider）に確保 されているブラケット（bracket）に支持され、さらにまた、ドラムは、その中 央部の周辺に、伸縮可能であり、ドラムを形成する四角い物の角部の異なる一つ と連続して協同する、一対の爪部材又は締め具を備えている。 一連のロッドは、連続する紐状物（string）であり、互いに蝶番で取り付けら れている複数のロッドを備えている。該紐状物は、該ロッドが連続して整列する に至らせられており、固定して動かなくなっている。ドラム上で、ドラムは、出 来れば並んで置かれている。したがって、圧力は常に軸方向に加えられ、それに よって、バックルで締めることを避け、第二に、案内部材は、塔の底部に設けら れる。 操作は次のとおり： 工具が第一のロッドの一端に固定された後に、該第一のロッドは、垂直に配置 される。アクチュエーターは、その第二の端部を押し、それにより、ロッドの長 さに等しい深さにまで、工具を地中下方に貫入させる。その後、アクチュエータ ーのロッドは、持ち上げられ、それにより、ブラケツトを持上げ、同様にドラム を持ち上げる。しかしながら、塔の脇に位置している伸縮可能の複数の爪は、ド ラムの頂部角部を保持する。その結果、ドラムは反時計回りに回転するが、一方 それは持ち上げられる。この１回転の１／４までの回転は、予め、水平位置にあ る次のロッドを垂直位置へ運ぶ。次のサイクルの間中、締め具は収縮され、アク チュエーターは、ドラムを下ろし、工具と一緒の第一のロッドは、一つのロッド の長さに等しい長さまで、第二のロッドによって、地面の中に押し下げられる。 これらの操作は、所望の深さに到達するまで続けられる。 工具は、反対側に持ち上げられ、それから締め具は、それの下方への動きを妨 げ、それにより、それを時計回りに回転させるために、該ドラムの底部にある角 部の回転を妨げる。ロッドは、それらが持ち上げられるように、ドラムの上の互 いに隣の場所に置かれる。 ドラムの重さとそれに加えたその回りに巻回されたロッドの重さ支持すること だけが必要なドラムの軸に、決して大きくない力が、加えられることが観察され る。アクチュエーターからの駆動は、ロッドにのみ、しかもその端部にのみ加え られる。 本発明の他の特性及び利点は、与えられた非限定的な単なる実施例の、次の特 別の実施態様の記載から明らかとなる。図面については、 図１は、本発明の装置の、中央部分の正面図である。 図２は、同一装置の端面図である。 図３は、同一装置のその上方部分の図である。 図４Ａ乃至４Ｄは、地面内にロッドをさげるためのプロセスを説明する図表で ある。 図５Ａ乃至５Ｄは、ロッドを持ち上げるプロセスを説明するための図表である 。 図示の実施例において、駆動は、塔のスライディングラック上のモータ（図示 されていない）によって駆動される歯車の作用により生じる。しかし、一つ又は それ以上のアクチュエーターのロッドに確保されている滑り部材を備えることを 又可能にする。滑り部材の行程は、ロッドの長さに等しい長さから２倍の長さま でなければならない。工具を下層土内に貫入させるために、必要な圧力を加える ものは、滑り部材である。 図１において、そこに見られる装置は、地面に据える構造物を備えているが、 海底により構成されるようにしてもよい。本構造物は、その高さが、ロッドの長 さの２倍の、即ち最大６メートルであるので、公知の装置の高さと比較して、比 較的低い高さの垂直の塔１０を備えている。前記塔１０の頂部には、ブラケット ３が設けられており、それは、腕部材２を介して（図１には一方が見えるのみで ある）ドラム１を支持する。該腕部材２は、ブラケット３の端部に蝶番で取り付 けられている。ドラム１は、四角い断面の芯部１ａを有しており、腕部材２の底 部端に回転可能に確保されている一つの（又は二つの）心棒４に、旋回芯軸的に 取り付けられており、腕部材２は、ブラケット３に、それら自体が相対的に旋回 芯軸的に取り付けられている。図１に示される位置において、ドラム１は。構造 物１０をその面の一つによって支持する。圧力がロッド７に加えられるときに、 この場合は当てはまる。 図２にみられるように、ドラム１は、その芯部１ａ上の複数のロッド７を受け 入れ、ロッドは、１３において、互いに蝶番で取り付けられており、いわば、ド ラム１の芯部１ａに並んで、巻回されている。それらは、繰り出され、そして、 その軸の回りに、ドラム１を回転することにより取り入れられる。塔の内側に（ 図１）には、スライドを形成するラック９と係合するピニオン８が設けられてお り、ピニオン８の一方向又は他方向の回転により、ラックの頂部端に確保されて いるブラケット３と共にラック９を上げさせ又は下げさせる。勿論、ラックは、 塔又は構台の垂直案内部材（図示されていない）に滑動可能に設けられている。 即ち、ピニオン８を回転すると、ブラケット３がそのレベルを上げ又はそのレベ ルを下げる。二つの推力の制動機（abutments）１１，１２は、ブラケットの構 成要素（integral portion）を形成する。ピニオン８はモータ（図示されていな い）により駆動される。しかし、他の如何なる機械的、電気的、空気力学的、水 力学的手段は、ブラケットの往復垂直運動を得るのに使用することができ、また 、地面の中に、工具及びロッドを貫入させるのに必要な圧力を得るのに使用する ことができる。 その角部の夫々においては、ドラム１は、それらは、対応クランプ（corre−s ponding）１５と接触に入るときに、旋回軸（pivots）６を形成する突き出たス タッド（studs）又はペグ（peg）を有している。これらの旋回軸は、アクチュエ ーター５のロッドに確保されている対応クランプ又はフォーク１５と連続して協 同する。したがって、フォーク１５は、突き出た第一の位置を取ることができ、 夫々は、スタッド６の一つと係合して、ドラム１のレベルを上げることを防止し 、又はそのレベルを下げることを防止し。それにより、それを軸４の回りに回転 させるが、一方、それらが引込んだ第二の位置にあるときには、フォーク１５は 何の影響も無い。勿論、図２に見られるように、ドラム１は、４個のスタッドを 何れかの側に有しており、またそこには、二つのアクチュエーターがドラムの何 れかの側にある。 図３は、その高い位置の装置を示している。即ち、ピニオン８からの駆動下に おいて、ブラケット３は、その頂部の位置に到達している。工具が下げられてい るときには、爪部１５は、それの引込められた位置に残存しており、ロッドは垂 直に残っている。ロッドは未だにドラムの内側にあり、ロッドの上に直ちに押し 下げて、それより低くし、時計方向に回転するピニオン８により発生する貫入力 をそれに伝達する。比較すると、ロッドの紐状物が持ち上げられるとき、クラン プ１５は、塔の側で、ドラムの底部において、それによって、前記ドラムの下方 へ動くのを妨げる。その結果、ドラムは、対応ロッド（corresponding rod）７ がドラムの上に、加わるように、スタッド６の回りを時計方向に、９０°の角度 を通して回転する。 ロッド要素の位置の低下は、図４Ａ乃至４Ｄに関して、以下に記載される。図 ４は、構造物１０、ドラム１、ブラケット３及びその蝶番で取り付けられた腕部 材のみを示す単純にした流れ図である。図４Ａにおいて、ドラムは、図３に示さ れるようなその最も高い位置にある。ドラム１の一方の側の４っの角部（corner ）は、文字Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤにより識別されている。図４Ｂにおいて、ドラムは 、上に説明したように、ラック又はアクチュエーターからの駆動下に、そのレベ ルが下げられており、そして、それはその最低の位置にあることとなる。それは 、塔に沿う垂直の並進運動（vertical translation）において、一つのロッドの 長さに等しい距離を通して移動させられ、また、その角部は、図４Ａと同一の配 置にある。この位置において、アクチュエーター５は、角部Ａのスタッド又はペ グ６の周囲にクランプ１５と係合しており、それにより、その高さを固定する。 その後、ラック及びブラケット３上方に戻り、ついで、該ドラムは、外方に移動 するドラムの軸を以て、反時計回りに旋回芯軸で回転する。この移動の最後にお いて、ドラムは、図４Ｄに示される位置にあり、そこでは、アクチュエーター５ のロッド及びクランプ１５は、再び、引き込められる。該ドラムは１回転の１／ ４を通して回転し、これはロッドを低下することに相当する。 図５Ａ乃至５Ｄは、どのようにロッドの紐状物が持ち上げられるかを示す流れ 図である。 図５Ａにおいて、該ドラムは、その最低の位置にある。該クランプ１５は、引 っ込められている。ラックピニオン組立品（rack-and-pinion assembly）からの 駆動下において、ブラケット３及びドラム１は、図５Ｂに示される位置への垂直 の並進運動において、移動される。この並進運動の移動は、一つのロッド７を地 面から抜き取らせる。それから、該クランプ１５は、上で説明した方法で、前進 させられて、該ドラム１の角部Ｂを保持する。それから、ブラケットは、下方に 戻るが、ドラム１は、クランプ１５により、並進運動における移動を妨げられる 。その結果、ドラムを多少の長さ外方に移動させる腕部により、該ドラムは、そ の角部Ｂの回りを時計回りの方向に回転する。ブラケット３がその最低位置に戻 ったときに、ドラムは、１回転の１／４を通して回転し、紐状物のロッドの一つ が、ドラムに巻き付けられる。該角部Ｂは、クランプ１５を引き込むことにより 解放され、そして該サイクルが再び始まる。 ロッドヒンジシステム（rod hinge systems）は、所定の位置において、自動 的に動かなくすることができ、また、特に、特別な記述を要しない、従来の設計 の、ほぞ（tenons）を、細長い隙間又はほぞ穴内に差し込むことにより、圧力停 止（pressure stops）が行使されるとすぐに束縛から解放できるものである。 したがって、本発明は、連続的に操作するのに簡単な貫入計量器（penetra-ti on meter）を提供することを可能にする。ケーブルは、水面から電力を配達し、 また探知されたデータを戻すのに十分であるので、本発明のその平易さは、近づ くことが困難な海底に配置すること、及び非常に難解な遠隔操作下にそれを操作 することを可能にさせる。 上記の記述は、下層土（subsoil）を探査するための装置に関する。しかし、 本発明は、勿論、例えば、測定ケーブル挿入用又は以前から存在する試錐孔（bo rehole）の底部への管の挿入用の、他の種類の推力ロッドシステム（thrusted r odsystems）として使用することができる。 勿論、多くの変形を、特に、同等の技術手段を代わりに用い、本発明の範囲を 越えることなく、提供することができ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 塔（１０）と、はめ込むことができるロッド（interfittable rods）（７ ）の紐状物（string）と、該ロツドの紐状物の頂部ロツドの頂部端に圧力を加え るための手段と、該紐状物の最初のロツド（first rod）の底部端（bottom end ）に取り付けられている調査工具（eXplora−tion tool）とを備える下層土探査 装置であって、該装置は、該ロツド（７）が、（１３）において、互いに蝶番で 取り付けられ、ある一つのロツドの長さに等しい（equal）側の四角い芯部(１ａ )を有するドラム（１）に配置されており、前記芯部は中心軸（４）のまわりに 回転するように取り付けられていることを特徴とする下層土探査装置。 ２、 塔（１０）に固定されている案内部材（guides）における往復垂直運動に おいて駆動される滑り部材（slider）（９）に、ドラム（１）が確保されている ことを特徴とする請求項１に記載の装置。 ３． ドラム（１）が、塔（１０）に固定されている案内部材に滑るように取り 付けられている滑り部材（９）に確保されているブラケット（３）上の二つの腕 部材（arms）（２）により、旋回芯軸的に（pivotally）取り付けられており、 向かい合う端部がドラムの旋回芯軸（４）を支持する間に、各腕部材の端部の一 つが、ブラケットに旋回芯軸的に取り付けられることを特徴とする請求項２に記 載の装置。 ４． 上へ又は下へのその移動する間に、ドラム（１）を旋回芯軸で旋回させる ように、該ドラム（１）を形成する四角の角部から突き出ている４対のスタッド （６）の夫々と継続的に協同する（co-operating）一対の伸縮可能のクランプ（ １５）を、塔（１０）が有していることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一 項に記載の装置。 ５． ドラム（１）の往復運動と、該複数のロッドを押し下げるために必要な圧 力と、工具とが、ブラケット（３）に確保されるラック（９）と噛み合い且つモ ータにより駆動されるピニオン（８）により得られることを特徴とする先行する 請求項の何れか一項に記載の装置。 ６． 各クランプ（１５）が、アクチュエーター（５）のロッドに取り付けられ ていることを特徴とする先行する請求項の何れか一項に記載の装置。 ７． 滑り部材（９）が、少なくとも一つのアクチュエーターのロッドにより駆 動されることを特徴とする請求項１に記載の装置。