JP3281535B2 - 地層内ガス検出装置 - Google Patents

地層内ガス検出装置

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JP3281535B2 JP10804896A JP10804896A JP3281535B2 JP 3281535 B2 JP3281535 B2 JP 3281535B2 JP 10804896 A JP10804896 A JP 10804896A JP 10804896 A JP10804896 A JP 10804896A JP 3281535 B2 JP3281535 B2 JP 3281535B2
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政美 三浦
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、地層内ガス検出
装置に関するものであり、特に、シールド掘進機の前方
の地山を逐次取り込んでガスの有無及び濃度を検査する
地層内ガス検出装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】シール
ドトンネル工事において掘削すべき地層内にメタンガス
が或る程度以上含まれている場合は、湧出したメタンガ
スが爆発して事故が起こる虞れがある。従って、事前に
地層中のメタンガスの有無並びに濃度を検査して、メタ
ンガスが存在する場合は掘進前にガス対策を行う必要が
あり、地上から地層をボーリングして地質調査とともに
メタンガス調査を行っている。
【0003】しかしながら、地上からのボーリング調査
は、周辺環境条件やコストの関係で、通常300m程度
の間隔で行われるので、層状が不規則な地盤に局所的に
存在するメタンガスを検出できないことがある。
【0004】そこで、シールド掘進機の前方の地層内に
おけるメタンガスの存在を逐次調査可能としてガス検出
の確実性を向上し、メタンガスの湧出による事故の虞れ
を解消するために解決すべき技術的課題が生じてくるの
であり、本発明は上記課題を解決することを目的とす
る。
【0005】
【課題を解決するための手段】この発明は、上記目的を
達成するために提案するものであり、アウタロッド内に
インナロッドを挿入した二重管構造の掘削ロッドを回転
駆動して地山に穿孔するボーリングマシンと、前記アウ
タロッドとインナロッドとの間隙にスイベルジョイント
を介して泥水を圧送する送泥ポンプと、掘削された地層
標本と泥水の混合体を前記インナロッドに接続したスイ
ベルジョイントを介して採取する排泥ポンプと、送泥量
測定器並びに排泥量測定器と、採取された地層標本と泥
水の混合体から地層内のガスの抽出及び分析を行い、送
泥量と排泥量及び抽出されたガス量から掘削した地層の
ガス濃度を算出するガス測定装置とからなり、前記ボー
リングマシンをシールド掘進機のバルクヘッドの背後に
設置し、前記バルクヘッドに設けた止水弁を通じて前記
ボーリングマシンの掘削ロッドを前方へ突出させ、シー
ルド掘進機の前方の地山を穿孔掘削して地山内のガス濃
度を検査する地層内ガス検出装置を提供するものであ
る。
【0006】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の一形態を
図に従って詳述する。図1は地層内ガス検出装置1の構
成を示し、シールド掘進機(図示せず)のバルクヘッド
BHの背後に設置されるボーリングマシン2と、ボーリ
ングマシン2へ泥水を供給する送泥ポンプ3と、掘削さ
れた地山と泥水との混合物を抜き取る排泥ポンプ4と、
ガス抽出器5とガス分析器6とからなるガス測定装置7
とによって構成されている。送泥ポンプ3の吐出泥水量
は、送泥管路8に設けた電磁流量計9、或いは送泥ポン
プに設けたポンプストロークカウンタ等の送泥量測定器
によって計測される。
【0007】また、排泥される泥水量は、ボーリングマ
シン2とガス測定装置7との間の排泥管路10に設けた
電磁流量計11によって計測され、それぞれの計測値が
ガス測定装置7へ入力される。ガス測定装置7は、地上
或いは坑内の制御装置12によって制御され、ガス測定
装置7の測定データは制御装置12からCRTやプリン
タへ出力される。
【0008】図2はボーリングマシン2を示し、ガイド
レール13上にスイベルヘッド14とインナロッドホル
ダ15とが走行自在に装着され、ガイドレール13の両
端のスプロケット(図示せず)に巻架したチェーンをス
イベルヘッド14とインナロッドホルダ15に係着して
スイベルヘッド走行機構が構成されている。スプロケッ
トは油圧モータによって回転駆動され、スイベルヘッド
14とインナロッドホルダ15が前後に走行する。
【0009】スイベルヘッド14の移動量は、スイベル
ヘッド走行機構に介装したロータリエンコーダ等の移動
量検出手段(図示せず)によって検出され、制御装置1
2は、駆動負荷判別手段を介して低負荷走行時と穿孔時
の駆動負荷の相違から穿孔開始を判別し、穿孔深度を計
測する。
【0010】スイベルヘッド14には、油圧モータ1
6、ギヤケース17、油圧チャック18が搭載され、油
圧チャック18には後部インナロッド19が装着されて
おり、後部インナロッド19の後端部に装着されたスイ
ベルジョイント20と排泥ポンプ4とが排泥管路10に
よって接続される。
【0011】インナロッドホルダ15には、同図(c)
に示す中空軸21aを有するスイベルジョイント21が
搭載されており、中空軸21aの前部にアウタロッド2
2の後部が結合され、中空軸21a内にインナロッド2
3が挿通される。スイベルジョイント21は送泥管路8
を介して送泥ポンプ3へ接続され、アウタロッド22と
インナロッド23との間隙に泥水が圧送される。
【0012】穿孔時には、インナロッドホルダ15から
後方へ突出するスイベルジョイント21の中空軸21a
をスイベルヘッド14のスピンドル14aへ結合して同
図(a)に示す状態とし、油圧モータ16を回転駆動す
ることによりアウタロッド22が回転駆動される。
【0013】アウタロッド22の前部はガイドレール1
3の前端部のアウタロッドガイド24へ挿通され、図1
に示すバルクヘッドBHの止水ボールバルブ25を通じ
てシールド掘進機の前方へ突出する。
【0014】インナロッド23は後端部にセルフシール
弁が装着されており、複数のインナロッド23を連結可
能な構造となっており、アウタロッド22内へ挿入され
たインナロッド23は、スイベルヘッド14に装着した
後部インナロッド19へ結合されている。
【0015】図3は、アウタロッド22並びにインナロ
ッド23の先端部位を示し、アウタロッド22は、後部
管22aの先端に前部管22bを遊嵌した二分割構造と
なっており、前部管22bの先端に後部管22aと同径
のコアビット26が装着されている。
【0016】前部管22bの後部外周面にはほぼ半周に
亘る螺旋状の溝22cが形成され、後部管22aの前部
内周面に設けた凸部22dが溝22cに係合して前部管
22bは伸縮可能となっており、前部管22bの外部露
出面に弾性ゴム筒状体27が装着されている。
【0017】アウタロッド22をスイベルヘッド14側
からみて時計方向へ回転すると、前部管22bは伸長状
態で後部管22aと共回りする。一方、ボーリング時に
コアビット26の先端を地山へ圧接した状態で後部管2
2aを反時計方向へ逆転すると、後部管22aのみが回
転して前部管22bの螺旋溝22cに沿って前進し、図
4に示すように、前部管22bが相対的に収縮する。こ
のとき、前部管22bの外周面に装着されている弾性ゴ
ム筒状体27は、後部管22aの前端面とコアビット2
6の後端面とによって軸方向へ圧縮され、外径を拡張し
て地山の孔壁に圧接する。これによりボーリング孔内か
らの泥水の漏出が阻止される。
【0018】続いて、地層内ガス調査の手順を説明す
る。地層内ガス調査はシールド掘進機による掘進工程が
中断するセグメント覆工時、あるいは1日の作業開始前
あるいは作業終了後におこなう。
【0019】先ず、図2(a)に示すように、スイベル
ヘッド14とインナロッドホルダ15とをガイドレール
13の最後部へ後退させてアウタロッド22内のインナ
ロッド23をスイベルヘッド14の後部インナロッド1
9に結合するとともに、インナロッドホルダ15のスイ
ベルジョイント21の中空軸21aをスイベルヘッド1
4のスピンドル14aに結合する。
【0020】次に、バルクヘッドBHの止水ボールバル
ブ25を開き、送泥ポンプ3と排泥ポンプ4とを起動さ
せるとともに、アウタロッド22とインナロッド23と
を回転駆動し、スイベルヘッド14を前進させてシール
ド掘進機の放射状カッターブレードの間隙を通じて前方
の切羽面に穿孔する。
【0021】そして、図2(b)に示すように、スイベ
ルヘッド14が移動範囲の前端に達したときに、アウタ
ロッド22とインナロッド23の回転、及び送泥ポンプ
3と排泥ポンプ4を停止し、前述したアウタロッド22
の逆転操作により弾性ゴム筒状体27を変形させて掘削
孔をシールする。
【0022】続いて、インナロッド23とスイベルヘッ
ド14の後部インナロッド19との結合を解除し、図2
(c)に示すように、スイベルヘッド14を初期位置へ
後退させて、他のインナロッド23aをアウタロッド2
2内のインナロッド23と後部インナロッド19との間
に挿入して連結し、インナロッド全体の全長を延長して
インナロッド23による穿孔工程に入りスイベルヘッド
14を前進させる。このようにして所望の深さまで穿孔
することができる。
【0023】そして、上記の穿孔工程中に移動量検出手
段及び制御装置12によって穿孔深度が目標の測定開始
深度に達したことが検知されたときに、制御装置12か
ら自動または手動でガス検出工程の開始指令が入力され
ると、ガス抽出器5が排泥管路から規定量の泥水標本を
取り込み、加熱、加振、攪拌のガス抽出プロセスを実行
する。
【0024】ガス分析器6は、抽出されたメタンガスと
大気との混合ガスから泥水標本中のメタンガス濃度を測
定し、測定区間の掘削時に使用された総泥水量(電磁流
量計によって計測される)中のメタンガスの総量を算出
する。そして、掘削長(スイベルヘッド14の移動量検
出手段によって計測される)と掘削断面積とから求めた
掘削地山の体積と、メタンガスの総量とから単位体積
(1m3 )あたりの土中のメタンガス含有量が求められ
る。
【0025】以上のプロセスによって測定された単位体
積の土中のメタンガス含有量データは制御装置12へ入
力されて表示される。尚、この発明は上記の実施形態に
限定するものではなく、この発明の技術的範囲内におい
て種々の改変が可能であり、この発明がそれらの改変さ
れたものに及ぶことは当然である。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の地層内ガ
ス検出装置は、シールド掘進機の掘進経路の地層内にお
けるメタンガスの有無及びその濃度をシールド掘進機に
先行して調査できるので、メタンガスが地層内に局所的
に存在する場合であっても、正確に検出することが可能
となり、ガス事故の虞れが解消されて安全性の向上に寄
与する発明である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態を示し、地層内ガス検出装置
の構成解説図。
【図2】(a)(b)(c)は、それぞれ本発明の地層
内ガス検出装置のボーリングマシンを示し、その作動解
説図である。
【図3】(a)は図2のボーリングマシンの掘削ロッド
の先端部位断面図であり、(b)は(a)のA−A線矢
視断面図である。
【図4】アウタロッドにより掘削孔をシールした状態を
示す断面図。
【符号の説明】
1 地層内ガス検出装置 2 ボーリングマシン 3 送泥ポンプ 4 排泥ポンプ 5 ガス抽出器 6 ガス分析器 7 ガス測定装置 9,11 電磁流量計 12 制御装置 14 スイベルヘッド 15 インナロッドホルダ 20,21 スイベルジョイント 19,23 インナロッド 22 アウタロッド 22a 後部管 22b 前部管 23 インナロッド 25 止水ボールバルブ 27 弾性ゴム筒状体 BH バルクヘッド
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川原 正樹 東京都台東区台東2丁目9番5号 ハッ ピーミシンビル6F 株式会社エヌエル シー内 (56)参考文献 特開 平7−293199(JP,A) 特開 平2−297039(JP,A) 特開 平7−217375(JP,A) 特開 平5−280279(JP,A) 特開 平6−88481(JP,A) 特開 平4−73084(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 1/22 G01N 1/08

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アウタロッド内にインナロッドを挿入し
    た二重管構造の掘削ロッドを回転駆動して地山に穿孔す
    るボーリングマシンと、前記アウタロッドとインナロッ
    ドとの間隙にスイベルジョイントを介して泥水を圧送す
    る送泥ポンプと、掘削された地層標本と泥水の混合体を
    前記インナロッドに接続したスイベルジョイントを介し
    て採取する排泥ポンプと、送泥量測定器並びに排泥量測
    定器と、採取された地層標本と泥水の混合体から地層内
    のガスの抽出及び分析を行い、送泥量と排泥量及び抽出
    されたガス量から掘削した地層のガス濃度を算出するガ
    ス測定装置とからなり、前記ボーリングマシンをシール
    ド掘進機のバルクヘッドの背後に設置し、前記バルクヘ
    ッドに設けた止水弁を通じて前記ボーリングマシンの掘
    削ロッドを前方へ突出させ、シールド掘進機の前方の地
    山を穿孔掘削して地山内のガス濃度を検査する地層内ガ
    ス検出装置。
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CN110500101B (zh) * 2019-09-24 2024-06-21 中电建铁路建设投资集团有限公司 一种用于土压平衡盾构的有害气体处理装置及处理方法

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