JP4537113B2 - Ground excavation equipment - Google Patents
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本発明は、レーザ光を照射して地盤を溶解し、穴を掘穿する地盤の掘穿装置に関する。 The present invention relates to a ground excavation apparatus for irradiating a laser beam to melt the ground and dig a hole.
従来、この種の地盤の掘穿装置には、例えば、特許文献1(特開平5−118185号公報)記載の技術が知られている。
図5に示すように、この地盤の掘穿装置は、レーザ光照射手段100により、レーザ光101をカッタビット102の前方の岩盤へ照射して、この部分を高熱部103及び脆化部104にし、中央の高熱部103を熱変形、膨張、気化させて、ドロス(溶融、気化した部分)105にし、カッタビット102により、これらのドロス105及び脆化部104を粉砕し、さらに図示外の圧縮空気供給手段により、圧縮空気106を中空ロッド107内を通して岩盤へ噴出させて、上記粉砕したドロス105等を圧縮空気106とともに中空ロッド107の外周壁108に沿って後方へ排出させるものである。
Conventionally, for example, a technique described in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 5-118185) is known for this type of ground excavation apparatus.
As shown in FIG. 5, this ground excavation apparatus irradiates the rock in front of the
ところで、従来の地盤の掘穿装置においては、カッタビット102を回転させて切削を行なっているので、カッタのための動力伝達が必要であることから、距離を長く(深く)掘ることができないという問題があった。例えば、1000mもの深さになると対応ができない。
また、粉砕した岩盤と溶解物を圧縮空気106とともに中空ロッド107の外周壁108に沿って後方へ排出させているが、穴の径が大きい場合、例えば、直径が5mにもなると、圧力が低くなり溶解物を排出できず、この点でも、距離を長く(深く)掘ることができないという問題があった。
By the way, in the conventional ground excavation apparatus, since cutting is performed by rotating the
In addition, the crushed bedrock and dissolved matter are discharged rearward together with the
本発明は上記の問題点に鑑みて為されたもので、穴の距離を長く(深く)しかも穴の径を比較的大きく掘ることができる地盤の掘穿装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a ground excavation apparatus that can dig a relatively long hole with a long (deep) hole distance.
このような目的を達成するための本発明の技術的手段は、レーザ光を照射し地盤を溶解して穴を掘穿する地盤の掘穿装置において、掘穿される穴を密閉する密閉手段と、該密閉手段によって密閉され掘穿される穴の底面に向けてレーザ光を照射するレーザ光照射手段と、上記密閉された穴に挿通されレーザ光によって溶解した溶解物を外に噴出させるパイプとを備えた構成としている。 The technical means of the present invention for achieving such an object includes a sealing means for sealing a hole to be drilled in a ground drilling apparatus for digging a hole by irradiating a laser beam to melt the ground. A laser beam irradiating means for irradiating a laser beam toward the bottom surface of the hole sealed and pierced by the sealing means, and a pipe for ejecting the melted material which is inserted into the sealed hole and melted by the laser beam to the outside It is set as the structure provided with.
これにより、穴を掘穿するときは、レーザ光照射手段から穴の底面に向けてレーザ光を照射すると、穴の底面の地盤が高温となり地盤の土や岩が溶解し溶解物となる。これにより、穴内は密閉されているので、この溶解物により穴内が高圧になり、そのため、パイプを通じて溶解物が外部へ押し出されていき、徐々に穴が掘穿されていく。この場合、地盤を溶解して排出するので、逐一、土や岩石を別途掘り出す必要がなく、穴の形成効率が極めてよくなる。 Thereby, when digging a hole, when the laser beam is irradiated from the laser beam irradiation means toward the bottom surface of the hole, the ground on the bottom surface of the hole becomes high temperature, and the soil and rocks of the ground are melted to be dissolved. Thereby, since the inside of the hole is sealed, the inside of the hole becomes a high pressure by this melt, so that the melt is pushed out through the pipe, and the hole is gradually dug. In this case, since the ground is melted and discharged, it is not necessary to dig up soil and rocks one by one, and the hole formation efficiency is extremely improved.
また、このとき、穴内が高圧になることから、掘穿された穴の側壁には、溶解物が浸透していき、穴の側面で凝固し、硬化した壁体が形成されていく。そのため、別作業で掘穿された穴の側壁を強固にする作業を行なわなくてもよくなり、穴の形成効率が極めてよくなる。また、硬化した壁体により、地下水の噴出を抑えることができるとともに、穴の壁面が崩れることが防止される。 At this time, since the inside of the hole is at a high pressure, the melt penetrates into the side wall of the drilled hole and solidifies on the side surface of the hole to form a hardened wall body. This eliminates the need to reinforce the side wall of the hole drilled in a separate operation, and the hole formation efficiency is extremely improved. Further, the hardened wall body can suppress the ejection of groundwater and prevent the wall surface of the hole from collapsing.
そして、密閉された穴においてレーザ光によって溶解した溶解物を外に噴出させるので、従来のようにカッタビット等の刃がついた掘削機械を用いなくてもよいことから、容易に穴の距離を長く(深く)しかも穴の径を比較的大きく掘穿することができる。 And since the melted material melted by the laser beam is ejected outside in the sealed hole, it is not necessary to use a conventional excavating machine with a blade such as a cutter bit. Long (deep) and relatively large hole diameters can be drilled.
そして、必要に応じ、上記密閉手段を、上記穴の入口に該穴と同軸に形成され開口が閉塞部材で塞がれた筒状のコンクリート製の筒状体で構成している。コンクリート製の筒状体なので、強度が高く、穴内が確実に密閉され、掘穿の際に穴の入口が崩れることが防止される。 If necessary, the sealing means is formed of a cylindrical concrete cylindrical body formed coaxially with the hole at the entrance of the hole and closed with a closing member. Since it is a concrete cylindrical body, the strength is high, the inside of the hole is securely sealed, and the entrance of the hole is prevented from collapsing during digging.
また、必要に応じ、上記パイプを、上記閉塞部材を貫通して設けた構成としている。パイプを設置し易くなる。
更に、必要に応じ、上記閉塞部材に上記パイプをガイドするガイド管を設け、上記パイプを掘穿される穴の距離に応じて連接により延長可能にした構成としている。掘穿したい穴の距離の長さ(深さ)に応じてパイプの長さを調節できるので様々な距離の長さ(深さ)に対応できる。特に、穴の距離の長い(深い)場合に、対応が容易になる。
Moreover, it is set as the structure which provided the said pipe through the said obstruction | occlusion member as needed. It becomes easy to install a pipe.
Further, if necessary, a guide pipe for guiding the pipe is provided on the closing member, and the pipe can be extended by connection according to the distance of a hole through which the pipe is drilled. Since the length of the pipe can be adjusted according to the length (depth) of the distance of the hole to be drilled, it is possible to correspond to the length (depth) of various distances. In particular, when the distance between the holes is long (deep), it becomes easy to cope.
そしてまた、必要に応じ、上記閉塞部材を透光性部材で形成し、上記レーザ光照射手段を、上記穴の外部に設けられ上記透光性部材を通してレーザ光を送光するノズルを備えた送光機で構成している。穴を密閉した状態でレーザ光の照射を確実に行なうことができる。
また、必要に応じ、上記レーザ光照射手段を、上記閉塞部材を貫通しレーザ光を送光するノズルを備えた送光機で構成している。この場合にも、穴を密閉した状態でレーザ光の照射を確実に行なうことができる。
Further, if necessary, the blocking member is formed of a translucent member, and the laser beam irradiation means is provided outside the hole and is provided with a nozzle provided with a nozzle that transmits the laser beam through the translucent member. It consists of a light machine. The laser beam can be reliably irradiated with the hole sealed.
Moreover, the said laser beam irradiation means is comprised with the light transmitter provided with the nozzle which penetrates the said obstruction | occlusion member and transmits a laser beam as needed. Also in this case, the laser beam can be reliably irradiated with the hole sealed.
この場合、上記ノズルを上記パイプの周囲に複数設けたことが有効である。パイプの周囲からレーザ光が照射されるので、穴の底面の地盤を均等に溶解することができるとともに、中心のパイプに溶解物を導き易くなり、確実に溶解物の排出を行なうことができる。 In this case, it is effective to provide a plurality of the nozzles around the pipe. Since the laser beam is irradiated from the periphery of the pipe, the ground on the bottom surface of the hole can be evenly dissolved, and the melt can be easily guided to the central pipe, so that the melt can be reliably discharged.
更に、必要に応じ、上記密閉された穴内を加圧する加圧手段を備えた構成としている。溶解物により穴内が加圧されることに加えて、加圧手段によっても積極的に加圧できるので、溶解物をパイプから確実に排出させることができ、穴の形成効率を向上させることができる。 Furthermore, it is set as the structure provided with the pressurization means which pressurizes the inside of the said sealed hole as needed. In addition to pressurizing the inside of the hole by the melt, the pressurization means can also positively pressurize, so that the melt can be reliably discharged from the pipe, and the hole formation efficiency can be improved. .
この場合、上記加圧手段を、上記穴の外部に設置され高圧空気を送給する高圧空気送給機と、該高圧空気送給機からの高圧空気を上記穴の内部に導入する導入管とを備えて構成したことが有効である。高圧空気を送り込むだけで穴内を加圧できるので、加圧を容易に行なうことができ、装置も比較的簡易で良く、容易に設置できる。 In this case, the pressurizing means is installed outside the hole and a high-pressure air feeder that feeds high-pressure air, and an introduction pipe that introduces high-pressure air from the high-pressure air feeder into the hole. It is effective to be provided with Since the inside of the hole can be pressurized simply by feeding high-pressure air, the pressurization can be easily performed, and the apparatus can be relatively simple and can be easily installed.
本発明の地盤の掘穿装置によれば、穴内を密閉しレーザ光で穴の底面を溶解するので、この溶解物により穴内を高圧にして、パイプを通じて溶解物を外部へ押し出して排出できるので、逐一、土や岩石を別途掘り出す必要がなく、穴の形成効率を大幅に向上させることができる。また、密閉された穴においてレーザ光によって溶解した溶解物を外に噴出させるので、従来のようにカッタビット等の刃がついた掘削機械を用いなくてもよいことから、容易に穴の距離を長く(深く)しかも穴の径を比較的大きく掘穿することができる。
更に、穴内が高圧になることから、掘穿された穴の側壁には、溶解物が浸透していき、穴の側面で凝固し、硬化した壁体を形成することができ、そのため、別作業で掘穿された穴の側壁を強固にする作業を行なわなくてもよくなり、この点でも、穴の形成効率を向上させることができる。また、硬化した壁体により、地下水の噴出を抑えることができるとともに、穴の壁面が崩れることを防止することができる。
According to the ground excavation device of the present invention, the inside of the hole is sealed and the bottom surface of the hole is melted with laser light, so that the inside of the hole can be made high pressure by this melt, and the melt can be pushed out through the pipe and discharged. It is not necessary to dig up soil and rocks one by one, and the hole formation efficiency can be greatly improved. In addition, since the melted material melted by the laser beam is ejected to the outside in the sealed hole, it is not necessary to use a conventional excavating machine with a blade such as a cutter bit. Long (deep) and relatively large hole diameters can be drilled.
Furthermore, since the inside of the hole is at a high pressure, the melt penetrates into the side wall of the drilled hole and solidifies on the side surface of the hole to form a hardened wall body. Therefore, it is not necessary to perform the work of strengthening the side wall of the hole drilled in step 1. In this respect, the hole formation efficiency can be improved. Moreover, the hardened wall body can suppress the ejection of groundwater and can prevent the wall surface of the hole from collapsing.
以下、添付図面に基づいて、本発明の実施の形態に係る地盤の掘穿装置について詳細に説明する。
図1には、本発明の実施の形態に係る地盤の掘穿装置Sを示している。
この地盤の掘穿装置Sは、レーザ光1を照射して地盤Gを溶解して穴Hを掘穿するもので、その基本的構成は、掘穿された穴Hを密閉する密閉手段Mと、密閉され掘穿される穴Hの底面Bに向けてレーザ光1を照射するレーザ光照射手段Rと、密閉された穴Hに挿通されレーザ光1によって溶解した溶解物を外に噴出させるパイプPと、密閉された穴H内を加圧する加圧手段Kとを備えてなる。
Hereinafter, a ground excavation apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 shows a ground excavation apparatus S according to an embodiment of the present invention.
This ground excavation apparatus S irradiates the laser beam 1 and melts the ground G to excavate the hole H. The basic structure thereof is a sealing means M for sealing the excavated hole H and The laser beam irradiation means R for irradiating the laser beam 1 toward the bottom surface B of the hole H to be sealed and pierced, and the pipe through which the melted material that has been inserted into the sealed hole H and melted by the laser beam 1 is ejected P and pressurizing means K for pressurizing the inside of the sealed hole H are provided.
密閉手段Mは、穴Hの入口に穴Hと同軸に形成され、開口3が閉塞部材4で塞がれ内部に鉄筋などの補強材5が埋設された筒状のコンクリート製の筒状体6で構成されている。筒状体6内は、空洞になっている。筒状体6は、開口3が例えば直径5mに形成されており、下端7が地表から例えば深さ10mのところに位置するように予め埋設されている。筒状体6の下端7には外向きの鍔部8が設けられ、地盤Gに対する安定が図られている。
また、閉塞部材4は、透光性部材で形成されている。例えば、厚さが約1.5mの円形の耐高温性のガラス製部材で形成され、筒状体6の開口3に嵌め込まれる。
The sealing means M is formed in a cylindrical concrete
Further, the
レーザ光照射手段Rは、穴Hの外部に設けられ透光性部材からなる閉塞部材4を通してレーザ光1を送光するノズル10を備えた送光機11で構成されている。ノズル10は、図2に示すように、閉塞部材4の中心軸を中心に等角度関係で複数(実施の形態では6個)設けられており、レーザ光1を穴Hの軸線に平行に照射する。
The laser light irradiation means R is configured by a light transmitter 11 provided with a
パイプPは、閉塞部材4の中心を貫通して設けられている。閉塞部材4の中心には、パイプPを摺動可能にガイドするガイド管12が固定されている。ガイド管12でパイプPをガイドするのでパイプPを設置し易くなる。パイプP及びガイド管12は例えばタングステン(融点約3400℃)からなる耐高温性の金属材料で形成されている。パイプPは、パイプPを掘穿される穴Hの距離に応じて連接により延長可能に形成されている。例えば、所定長さのパイプ単体Pa(図3)を用い、各パイプ単体Paを、例えばネジ手段(図示せず)を介して連結可能にしている。そして、パイプPの周囲には、送光機11のノズル10が複数設けられることになる。
The pipe P is provided through the center of the
加圧手段Kは、穴Hの外部に設置され高圧空気を送給する高圧空気送給機13と、高圧空気送給機13からの高圧空気を穴Hの内部に導入する導入管14とを備えて構成されている。導入管14の出口部14aは、上記の筒状体6を貫通して設けられ、この出口部14a側の導入管14は筒状体6の外周部の地盤Gに埋設されている。符号15は、導入管14に設けられた逆止弁、符号16は、導入管14に設けられた圧力調整用の減圧弁である。高圧空気送給機13を用いるので、装置も比較的簡易でよく容易に設置できる。
The pressurizing means K includes a high-
従って、この実施の形態に係る掘穿装置Sを用いて、例えば、地表から1000m〜3000mまで、地盤Gを掘穿する場合には、先ず、穴Hを掘穿する場所に、筒状体6を構築する。この場合、地盤Gに約10m程度の深さの穴Hをブルドーザー等で掘る。この穴Hにコンクリート製の筒状体6を、型枠などを用いて構築する。そして、閉塞部材4で筒状体6の開口3を閉塞し、閉塞部材4にガイド管12を設ける。また、高圧空気の導入管14を配管する。高圧空気送給機13を設置し、導入管14に接続する。更に、送光機11を設置する。
この場合、密閉手段Mが、コンクリート製の筒状体6により構成されるので、強度が高く、穴H内が確実に密閉され、掘穿の際に穴Hの入口が崩れることが防止される。
Therefore, for example, when digging the ground G from 1000 m to 3000 m from the ground surface using the digging apparatus S according to this embodiment, first, the
In this case, since the sealing means M is constituted by the concrete
この状態で、ガイド管12に、パイプPを挿通し、送光機11及び高圧空気送給機13を駆動する。この場合、図3に示すように、送光機11から照射されたレーザ光1は、閉塞部材4を透過して、穴Hの底面Bの地盤Gに作用する。これにより、穴Hの底面Bの地盤Gが高温となり地盤Gの土や岩が溶解し溶解物Dとなる。そして、穴H内は密閉されているので、この溶解物Dにより穴H内が高圧になり、また、高圧空気送給機13から高圧空気20が送給されていることから、これによって更に高圧になり、そのため、パイプPを通じて溶解物Dが外部へ押し出されていき、徐々に穴Hが掘穿されていく。パイプPの先端Pbは、穴Hの底面Bの溶解物Dのところまで順次挿入して行く。
In this state, the pipe P is inserted into the
この場合、地盤Gを溶解して排出するので、逐一、土や岩石を別途掘り出す必要がなく、穴Hの形成効率が極めてよくなる。また、溶解物Dにより穴H内が加圧されることに加えて、加圧手段Kによっても積極的に加圧できるので、溶解物DをパイプPから確実に排出させることができ、より一層穴Hの形成効率が向上させられる。更に、ノズル10をパイプPの周囲に複数設けたので、パイプPの周囲からレーザ光1が照射されることになり、そのため、穴Hの底面Bの地盤Gを均等に溶解することができるとともに、中心のパイプPに溶解物Dを導き易くなり、確実に溶解物Dの排出を行なうことができるようになる。また、高圧空気20を送り込むだけで穴H内を加圧できるので、加圧を容易に行なうことができる。
In this case, since the ground G is dissolved and discharged, it is not necessary to dig up soil and rocks one by one, and the formation efficiency of the hole H is extremely improved. Moreover, since the inside of the hole H is pressurized by the melt D, it can be positively pressurized by the pressurizing means K, so that the melt D can be reliably discharged from the pipe P. The formation efficiency of the hole H is improved. Further, since a plurality of
また、このとき、穴H内が高圧になることから、掘穿された穴Hの側壁30には、溶解物Dが浸透していき、穴Hの側面で凝固し、硬化した壁体31が形成されていく。そのため、別作業によって掘穿された穴Hの側壁30を強固にする作業を行なわなくてもよくなり、穴Hの形成効率が極めてよくなる。また、硬化した壁体31により、地下水の噴出を抑えることができるとともに、穴Hの壁面が崩れることが防止される。
At this time, since the inside of the hole H becomes a high pressure, the melt D penetrates into the
そして、略パイプ単体Pa分の深さを掘穿したならば、次のパイプ単体Paを先のパイプ単体Paに接続し、パイプPの先端Pbを穴Hの底面Bの溶解物Dのところまで伸ばして行く。この作業を繰り返して掘穿される穴Hの距離を長く(深く)していく。この場合、掘穿したい穴Hの距離の長さ(深さ)に応じてパイプPの長さを調節できるので様々な距離の長さ(深さ)に対応できる。特に、穴Hの距離の長い(深い)場合に、対応が容易になる。 Then, if the depth of the pipe is approximately the depth of the single pipe Pa, the next pipe single body Pa is connected to the previous pipe single body Pa, and the tip Pb of the pipe P reaches the melt D on the bottom surface B of the hole H. Extend it. By repeating this operation, the distance of the hole H to be drilled is increased (deeply). In this case, since the length of the pipe P can be adjusted according to the distance length (depth) of the hole H to be drilled, various lengths (depths) can be accommodated. In particular, when the distance of the hole H is long (deep), it becomes easy to cope.
このように、密閉された穴Hにおいてレーザ光1によって溶解した溶解物Dを外に噴出させるので、従来のようにカッタビット等の刃がついた掘削機械を用いなくてもよいことから、容易に距離を長く(深く)しかも穴Hの径を比較的大きく掘穿することができる。また、穴H内が密閉されているので穴H内が加圧されることから溶解物Dを容易に排出することができ、そのため、この点でも容易に距離を長く(深く)しかも穴Hの径を比較的大きく掘穿することができる。 As described above, since the melt D melted by the laser beam 1 is ejected to the outside in the sealed hole H, it is not necessary to use an excavating machine with a blade such as a cutter bit as in the prior art. In addition, the distance can be long (deep) and the diameter of the hole H can be relatively large. Further, since the inside of the hole H is sealed, the inside of the hole H is pressurized, so that the melt D can be easily discharged. Therefore, also in this respect, the distance can be easily increased (deep) and the hole H The diameter can be drilled relatively large.
また、外部に排出された溶解物Dは、例えば、以下の用に供することができる。例えば、建築用のブロックに成形する。成形は、金型等を用いる。この際に、金型等を冷却水で冷却し、この熱交換により加熱された冷却水を用いて、種々に熱利用を図ることができる。 Moreover, the melt | dissolution matter D discharged | emitted outside can be provided for the following, for example. For example, it is formed into a building block. For the molding, a mold or the like is used. At this time, the mold or the like is cooled with cooling water, and heat can be used in various ways using the cooling water heated by this heat exchange.
次に、本発明の別の実施の形態を示す。図4に示すように、これは、上記実施の形態と異なって、レーザ光照射手段Rを、閉塞部材4を貫通しレーザ光1を送光するノズル10を備えた送光機11で構成している。閉塞部材4はコンクリートで形成されている。ノズル10は、閉塞部材4の中心軸を中心に等角度関係で複数(実施の形態では6個)設けられており、レーザ光1を穴Hの軸線に平行に照射する。従って、この実施の形態に係る掘穿装置Sによっても、上記と同様の作用,効果を奏する。尚、ノズル10は、パイプPの先端Pbの近傍に延長可能に構成してもよい。
Next, another embodiment of the present invention will be described. As shown in FIG. 4, this is different from the above embodiment in that the laser beam irradiation means R is constituted by a light transmitter 11 provided with a
本発明によれば、距離を長く(深く)しかも穴の径を比較的大きく掘ることができるので、例えば、地熱を取り出す穴として利用できる。この場合、例えば、地上から水を注入し、地下(例えば1000〜3000m)において加熱し、これを取り出して、所謂地熱発電の用に供することができる。また、各種トンネルとして、あるいは各種構造物の柱のための穴等種々の穴として応用できることは勿論である。 According to the present invention, since the distance can be long (deep) and the diameter of the hole can be relatively large, it can be used, for example, as a hole for extracting geothermal heat. In this case, for example, water can be injected from the ground, heated in the underground (for example, 1000 to 3000 m), taken out, and used for so-called geothermal power generation. Of course, it can be applied as various tunnels or various holes such as holes for pillars of various structures.
S 掘穿装置
G 地盤
H 穴
M 密閉手段
R レーザ光照射手段
K 加圧手段
P パイプ
Pa パイプ単体
Pb 先端
1 レーザ光
3 開口
4 閉塞部材
5 補強材
6 筒状体
7 下端
8 鍔部
10 ノズル
11 送光機
12 ガイド管
13 高圧空気送給機
14 導入管
14a 出口部
15 逆止弁
16 減圧弁
D 溶解物
20 高圧空気
30 側壁
31 壁体
DESCRIPTION OF SYMBOLS S Digging device G Ground H Hole M Sealing means R Laser light irradiation means K Pressurization means P Pipe Pa Pipe single-piece | unit Pb Tip 1 Laser light 3
Claims (9)
掘穿される穴を密閉する密閉手段と、
該密閉手段によって密閉され掘穿される穴の底面に向けてレーザ光を照射するレーザ光照射手段と、
上記密閉された穴に挿通されレーザ光によって溶解した溶解物を外に噴出させるパイプとを備えたことを特徴とする地盤の掘穿装置。 In the excavation device of the ground that irradiates the laser beam and melts the ground to dig a hole,
Sealing means for sealing the hole to be drilled;
Laser light irradiation means for irradiating a laser beam toward the bottom surface of the hole sealed and dug by the sealing means;
A ground excavation apparatus comprising: a pipe that is inserted into the sealed hole and ejects melted material melted by laser light to the outside.
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