JPH07500893A - 砂利充填パイプライン及びパイプラインを敷設する方法と装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 砂利充填パイプライン及びパイプラインを敷設する方法と装置 発明の分野 本発明は全体として地下導管に関し、殊に砂利を充填したバイブラインに関する 。

発明の背景 電力や電気通信信号の伝送用のワイヤケーブルのために、あるいは流体やガスを 搬送するバイブライン等のために、今日、地下導管が広く使用されている。その ような導管の敷設には、土を地表面から掘削可能なような位置では時間がかかり 、コストが高くつくことが問題であり、一方、地表障害物が存在し地表の掘削を 容易に進めることができないような場合には、そうした導管敷設のルートに益々 困難な問題かある。

上述の地表面障害物には高速道路や鉄道が含まれ、同箇所を横断して導管を敷設 するには、掘削し敷設する間に交通を遮断する必要がある。また、同様な障害に は河川が含まれる。その場合、横断導管の敷設には、その規模が大きくなること と、河底を掘削することの困難さのために極端に困難な問題を伴う。

従来の導管敷設方法には、指向性ポーリング法を活用して２つの地表面位置間と 地表障害物下を延びる連絡した地下弧形通路を形成し、導管をその掘削された通 路に沿って敷設するようにしたものがある。そのような地下導管を敷設する従来 の有効な方法がＵＳ特許４．６７９．６３７号（１９８７年７月１４日発行、譲 受人チェリントン・コーポレーション）とＵＳ特許４．７８４．２３０号（１９ ８８年１１月１５日発行、譲受人チェリントン・コーポレーション）に開示され ているが、参照により両者とも本願の記載の一部に組み入れる。

以下、従来技術の若干の欠点を米国出願５５７．９９２号（１９９０年７月２６ 日出願）の「地下道路を拡大する改良方法と装置」　（発明者　マーチン・チェ リントン、瞳受入チェリントン・コーポレーション）に関して述べるが、これも 参照により本願の内容に組み入れる。

水平線線に近い位置に地下導管を設ける際の大きな関心事はリーミング作業（穴 ぐり作業）により発生する掘り屑を除去することである。これらの掘り屑は予備 リーミングとリーミングの作業を阻害すると共に、更にバイブラインの敷設も阻 害する恐れがある。上記掘り屑は、その多くが掘り屑を運ぶ流体よりも重いため 、地下穴の底に沈澱し１、特にリーミング進度が劣っている場合には、それが蓄 積して円周状に詰まった塊を形成すると考えられる。

水平導管の用途の一つは流体とガスを地下領域から除去するためである。例えば １、普通には、帯水層上に存在する人工あるいは天然の障害物のために帯水層に 達することが不可能なような場合でも水平状の井戸を掘って帯水層に達するよう にすることができる。もう一つの用途は、例えば地下領域上部のオイルタンクか ら土壌内へ滲み込んだ危険廃棄物を除去することである。第３の用途はガスや液 体を地上ステーションから地下領域内へ注入することである。

以上の用途ではスロット形パイプや、その他の多孔形ノ々・ｒブを包囲する砂利 のようなフィルター媒質を備えることが望ましい。しかし、これまで、水平穴内 の中心にスロット形バイブを配置し、パイプを前記フィルター媒質で囲むように することは困難であった。

水平穴を砂利と水の混合体で満たし、その水をスロット形バイブ内から除去する ような従来の方法は、垂線からほぼ４５〜５０°の六角を有する井戸の場合には 有効ではないことか判っている。もしスロット形パイプがフィルター媒質で十分 に包囲されていない場合、水平穴からのフィルター媒質でスロット形パイプを詰 まらせる。更に、穴内に掘り屑が残り、それがフィルター媒質に混入し、フィル ターの有効性が減することになる。

従って、フィルター媒質により包囲される水平多孔形ノ（イブの有効な敷設方法 と装置が必要となる。

発明の要約 本発明の目的の一つは、多孔形パイプを内部に置くライナーパイプを使用して該 多孔パイプを掘り穴の中に配置することにある。上記ライナーバイブは、多孔パ イプを穴内の所望位置に残したままで、穴から引き抜かれる。ライナーバイブが 引き抜かれるにつれて、ライナーバイブに取り付けた材料搬送パイプがフィルタ ー材料を穴へ搬送する。

本発明の他の目的は、フィルター材料を、穴内のスロット形パイプの周囲に同大 をフィルター材料で完全に充填するように置くことにある。

図面の簡単な説明 本発明と、その利点が理解できるように添付図面に従って本発明を以下に説明す る。

図１は毒性廃棄物の除去に使用される砂利充填多孔パイプラインの例の断面略図 である。

図２ａ−ｂは第１段階後の、砂利充填の多孔パイプラインを形成する装置の側部 と正面の断面図を示す。

図３ａ−ｂは第２の処理段階後の、図２ａ−ｂの装置の側部と正面の断面図を示 す。

図４は本発明の穴清掃装置の好適例の側面略図である。

図５ａ−ｂは図３の穴清掃装置の側部と正面の断面図である。

図６ａ−ｂはノズルとスロット組立体の詳細断面図である。

発明の詳細な説明 本発明の好適例とその利点を、図面の第１〜６図を参照して説明する。、二の場 合、同じ番号は種々図面の同−又はそれに相当する部分を示す。

図１は毒性廃棄物を除去するために使用する砂利充填パイプラインの例の断面図 を示す。図１に示す例は毒性廃棄物を除去するための砂利充填パイプラインの使 用法を示したものであるが、同パイプラインは液体やガスが所望の地下領域から 引き出されたり、同領域へ注入されるような状態においても有効である。

図１において、制御サブシステム１０はブルーム１４から毒性廃棄物（オイルタ ンク１２から漏洩したものとして示す）を除去する。同サブシステムＩＯはブル ーム１４の領域が多孔部分になっているパイプ１６に接続される。同多孔パイプ １６はフィルター材１８により包囲され、フィルター材１８は多孔パイプ１６を 穴２０の壁から離す。

好適例では、多孔パイプ１６は登録商標ＣＩＲＣＯＭＳＬＯＴの下にプレイナー ト・キルマン（Ｂｒａｉｎａｒｄ−Ｋｉ　１ｍａｎ）より市販されているような スロット形パイプにより構成する。スロット形パイプは０．０１０又は０．０２ ０インチのスロットを有するのが普通であるが、用途によってはその他のスロッ トサイズを使用することもできる。

作業時においては、ブルーム１４からの毒性廃棄物は、制御サブシステム１０が パイプ１６内に位置するポンプによりつくりだされた吸引力に応じて多孔パイプ １６内へ引き込まれる。フィルター材１８（通常は砂利又は砂）によって周囲の 地下領域、殊に穴２０の壁からの物質が多孔パイプ１６を詰まらせる恐れを回避 できる。ぞの後、毒性廃棄物は制御サブシステム１０によって処理されるか、敷 地外の別の毒性廃棄物制画サブシステムへ除去される。

図２ａ−ｂは多孔パイプを穴２０内に配置するために使用される装置の側部断面 図を示す。多孔パイプ１６はライナーパイプ２２内に配置される。ビスト：ノシ ール２４は多孔パイプ１６の端とライナーパイプ２２の延長部分２６間に気密シ ールをつくりだす。トグルアンカー２８はシール２４とスロット形バイブ１６に 接続され、ライナーバイブ２２の延長部分２６内に収縮状態で保持される。搬送 パイプ３０はライナーパイプ２２上に配置され、同バイブ２２に連結される。安 定部材３２をライナーバイブ２２の下部に連結し、ライナーバイブ２２を穴２ｏ のほぼ中心に維持する。支持効果を更に大きくするためにその他の安定部材３２ を使用したり、場合によっては搬送パイプ３ｏを第３の安定部材として働かせる こともできる。

好適例では、上記安定部材はスチール製とするのが普通である。ライナーバイブ ２２は普通、アルミニウムのようなメタルドリルパイプとし、搬送パイプ３ｏは スチールパイプとする。アンカー２８は、金属製とし、トグルアンカー２８をラ イナーバイブ２２から取り外した時、そのアンカ一部材２８ａ−ｂが外部方向に 延び穴２ｏの壁に接触するように、ばねを備えている。

ピストンシール２４は通常の場合、プニルゴム製とする。

ライナーバイブは延長領域２４を切除してなめらかなものとする。

それぞれのライナーと多孔パイプ２２．１６のサイズは用途に応じて変化するこ とになろう。搬送パイプ３０は３／１６インチの大きさの砂利を運ぶためにほぼ １３７４インチの径をもたせるのが普通である。

作業時、図２ａに示す組立体を地表から穴２０内へ押し込む。穴２０の形成法は 以下の通りである。パイプの組立体は多孔パイプ１６がブルーム１４内にほぼ位 置決めされるようになるまで穴２０内に押し込む。

いったん位置決めされると、図３ａ−ｂに示すように、多孔パイプ１６はライナ ーバイブ２２から外される。

図３ａ−ｂは第２段階後に砂利を充填した多孔パイプの敷設状態の側部と正面の 断面図を示す。ピストンシール２４をライナーバイブ２２内に空気又は水圧を加 えることによってライナーバイブ２２から押し出す。この圧力は泥ポンプ又はそ れと同様な装置を使用して地表から供給することができる。いったんトグルアン カー２８がライナーバイブ２２から離れると、アンカ一部材２８ａ−ｂは外部方 向に押し開かれて穴２０の壁へ喰い込む。アンカ一部材２８ａ、２８ｂは穴の壁 ２０へもぐり込む刃を備えることによって多孔パイプ１６を所定位置にロックす る。いったんトグルアンカー２８が固定されると、ライナーバイブ２２は。

通常のポーリング機を使用して除去することができる。ライナーバイブ２２の除 去中、安定部材３２は多孔パイプ１６がほぼ中心に来るようにライナーバイブ２ ２を所望位置に保持する。

ライナーバイブ２２を外すにつれて、搬送パイプ３ｏからフィルター材料１８が 送り出される。フィルター材料は、例えばリード・マニュファクチャリング・オ ブ・ウォルナット社（カリフォルニア化）製のＲＥＥＤ　５ＯＶＡや５ＯＶＥ　 ＧＵＮＣＲＥＴＥ　のような乾燥材料と圧縮空気を混合する機械を使用して搬送 パイプ３ｏ内へ押し込むことができる。フィルター材料１８を搬送パイプ３ｏ内 へ押し込んで、同バイブが穴から引き抜かれる時にフィルター材料１８がライナ ーバイブ２２の端から送り出されるようにすることによってフィルター材料は穴 ２ｏを完全に満たすことになり、穴２０の壁から物が多孔パイプ１６内に進入し て同バイブ１６を閉塞させる原因となるような非充填スペースのポケットが発生 することはなくなる。

上記穴２０は種々の方法で形成することができるが、好適な方法としてはパイロ ット穴（例えば、２インチ穴）を掘ってウォッシュオーバーパイプ（はぼ４イン チまでの大きさ）を使用して拡大する方法が挙げられる。上記フォラシュオーバ ーパイプは、穴を更にほぼ９インチまで拡大するビットを備える。上記方法はＵ Ｓ特許４．００３．４４０号（発明者　チェリントン）に説明されているが、参 照により本願発明の記載に組みいれる。

ライナーバイブ２２の挿入と除去を容易にし、フィルター材料１８に混入する恐 れのある屑物を取り除くためには、穴を形成した後、穴から掘り屑を取り除くこ とが望ましい。

図４は穴清掃装置の好適例の破断図を示す。図４には掘り屑１０２が内部に残っ た穴２０中にある穴清掃装置１００が示されている。穴清掃装置１００の外部は テーパー状の正面１０６を備え、穴清掃装置１００が穴２０の輪郭に従うことが できるようになっている。ハウジング１０８は開口１１０を備え、掘り屑１０２ が穴２０から穴清掃装置１００の内部へ移行できるようになっている。

作業中、穴清掃装置１００は地表上のポーリングモータにより穴内で回転する。

そのため、図５及び６に関して以下に説明するように、一定の圧力差がつくりだ され、掘り屑１０２は開口１１０を通って引き出される。掘り屑１０２は穴２０ から搬出され、固体制御装置（図示せず）によって処理されることになる。

図５ａ−ｂは、それぞれ穴から掘り屑を除去するためにジェットポンプを使用す る穴清掃装置ｌＯＯの側部断面図と正面断面図を示す。ジェットポンプは制御さ れた条件の下で流体（又はガス）の流れを利用して低圧領域をつ（りだし、同領 域には別の材料（この場合は掘り屑）が引き込まれ流体と結合する。ハウジング １０８内部には排出管１１２が存在する。清掃物質は、通常は水やポーリング流 体であって、ハウジング１０８と排出管１１２間に押し入れられる。上記流体は 一本あるいは複数本の供給パイプＩＩ４からチャンバー１１６へ送られる。流体 は同チャンバー１１６から噴射ノズル組立体を通ってディフューザ組立体１２０ 内へ押し入れられる。ディフューザ組立体１２０は排出管１１２と連通ずる。ノ ズル組立体１１８とディフューザ組立体１２０を流れる流体によってベンチコー り効果により一定の圧力差かつくりだされる。この圧力差は掘り屑１０２を開口 １１０を経てディフューザ組立体１２０と連通ずる吸引室１２２内へ引き込むポ ンプの役目を果たす。

吸引室１２２内の切り屑１０２は、更に、ディフューザ組立体１２０内に引き込 まれ、そこで流体と混合されて排出管１１２を介して地表へと搬送される。

図５ｂは図４の穴清掃装置１００の好適例を示す正面断面図を示す。同側では供 給管１１４を３本使用して流体をハウジング１０８と排出管１１２間の領域から チャンバー１１６へ搬出する。

好適例では、開口１１０はハウジング１０８外部を貫いて孔を設けることによっ て構成する。ハウジングの回転中、孔は掘り屑をディフューザ組立体１２０内へ 移行可能な大きさにまで破砕することになる。かくして、開口１１０の大きさは 噴射ノズル組立体１１８とディフューザ組立体１２０間のスペースに基づいて決 定する必要がある。図示の例では、３／４インチ径の孔が有効であることが判っ た。

その代わり、ハウジング１０８の周囲に掘り屑を小さくする格子その他の構造を 使用することも可能である。

ノズル組立体１１８とディフューザ組立体間のスペースは穴清掃装置１００の動 作にとって重要である。最適の長さは穴２０を掘削する地表の組成や、噴射ノズ ルから出る流体の速度、およびディフューザ組立体１２０の形を含む一連の要素 によって決める。図示の例は最大の清掃作用を与えるように調節可能なノズル（ 図６ｂ）を示す。また、ディフューザ組立体１２０の形も穴清掃作業の効率に影 響を及ぼす。

図６ａはノズル組立体１１８とディフューザ組立体１２０の詳細断面略図を示す 。噴射ノズル組立体１１８は外側スリーブ１２４を備え、その内部に内側スリー ブ１２６が位置する。ノズルハウジング１２８は内側スリーブ１２６内にねじ込 む。ねじ１３０によってノズルハウジング１２８は内側スリーブ１２６内へ伸縮 することが可能となる。

ロックナツト１３２はノズルハウジングを所定位置に保持する。噴射ノズル先端 １３４はノズルｊ”％ウジレグ１２８によって保持する。図示の例は特定の用途 に対する最適の形を決定する実験を行うのに適する。普通の場合、その最適の形 を決定した後に固定した長さの噴射ノズルを使用することになる。

ディフューザ組立体１２０は、ディフューザ１３８か接続される外側スリーブ１ ３６を備える。外側スリーブ１３８は排出管１１２に連結する。

図６ｂは噴射ノズル組立体１１８の詳細な側部断面図である。本図はノズルハウ ジング１２８と内側スリーブ１２６間のねじの詳細を示す。また、同図には上記 組立体小部品どうしの間にシール効果を維持するための０リングも示されている 。

以上、本発明の穴清掃装置は、地表方向に引っ張られる間に掘り屑を除去する働 きをするとして説明したが、同装置か穴内前方に押し込まれる間に掘り屑を除去 するようにすることも可能である。ＵＳ特許出願７８９．３５６およびＵＳ特許 出願７９０．２２３の［掘削穴清掃方法ならびに装置」と「ロータリーポンプを 使用する掘削穴清掃方法ならびに装置」　（発明者は共にチェリントン）と題す る発明にはその他の穴リーミング清掃装置が示されているが、本発明と同時に出 願したもので、参照により本願の記載に組み入れる。

以上、本発明とその利点を詳解したが、請求範囲に規定する本発明の精神と範囲 から逸脱せずに、本発明に種々の変更、置換、変形を施すことか可能なことを理 解されたい。

平成　６年　４月２８日

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. １．水平な地表下の穴内にフィルター材料により包囲された多孔パイプを敷設す る装置において、多孔パイプを前記穴内に配置する作業を行う間に、同多孔パイ プを内蔵して保持するライナーパイプと、多孔パイプを穴内の所望位置に維持し ながら前記ライナーパイプを穴から除去する装置と、 ライナーパイプに連結され、ライナーパイプを除去しながら前記フィルター材料 を穴へ搬送する材料搬送パイプと、から成るパイプ敷設装置。
2. ２．前記ライナーパイプ除去装置が、多孔パイプの一端をライナーパイプの外側 に移動させる装置と、多孔パイプに連結され同パイプを地表下へ係留するアンカ ーと、から成る請求項１のパイプ敷設装置装置。
3. ３．前記ライナーパイプ除去装置が、一定の圧力差をライナーパイプの内側と外 側間につくりだす装置と、ライナーパイプと多孔パイプ間に配置され、前記空圧 差に応じて多孔パイプをライナーパイプに対して移動させるシールと、から成る 請求項１のパイプ敷設装置。
4. ４．前記アンカーが、第１と第２のばね負荷アンカー部分を備え、圧縮状態では 多孔パイプ内に嵌まっている請求項２のパイプ敷設装置装置。
5. ５．前記材料搬送パイプがライナーパイプに固定的に取り付けられる請求項１の パイプ敷設装置。
6. ６．前記パイプ敷設装置装置が、更に、材料搬送パイプに連結され、材料を受け 取り、同材料を圧縮ガスと混合し同材料を材料搬送パイプで送り込む装置を備え る請求項１のパイプ敷設装置。
7. ７．前記パイプ敷設装置が、更に、ライナーパイプを穴内に位置決めして穴壁と 多孔パイプ間に所望の距離を維持する位置決め手段を備える請求項１のパイプ敷 設装置。
8. ８．地表下領域から危険物質を回収する装置において、地表面に対してほぼ平行 に配置され、前記危険物質を搬送する働きをする多孔パイプと、 地表下領域内に多孔パイプを保持する突出した部分を有するアンカーと、 多孔パイプを包囲して地表下物質による多孔パイプの閉塞を防止するフィルター 材料層と、 前記危険物質をパイプから排出するポンプと、から成る地表下領域から危険物質 を回収する装置。
9. ９．前記アンカーが、第１と第２のアンカー部材と、同アンカー部材を押して開 かせるばねと、を備える請求項８の地表下領域から危険物質を回収する装置。
10. １０．前記フィルター材料層が砂利層より成る請求項８の地表下領域から危険物 質を回収する装置。
11. １１．前記多孔パイプがスロット形パイプより成る請求項８の地表下領域から危 険物質を回収する装置。
12. １２．前記スロット形パイプが、ＰＶＣスロット形パイプより成る請求項１１の 地表下領域から危険物質を回収する装置。
13. １３．地表下の穴内に材料を充填した多孔パイプを敷設する方法において、多孔 パイプを内蔵保持し地表下穴内の搬送パイプへ連結されるライナーパイプを配置 し、多孔パイプを穴内に固定し、ライナーパイプを除去すると同時に、前記材料 を搬送パイプを経由して穴へ搬送し、多孔管を包囲させる段階、より成る多孔パ イプを敷設する方法。
14. １４．前記多孔パイプの穴内固定段階が、ライナーパイプから多孔パイプの一端 を押し出し、同パイプ端に取り付けられたアンカー部材を延ばして穴側部と接触 させる段階を備える請求項１３の多孔パイプを敷設する方法。
15. １５．前記多孔パイプの一端をライナーパイプから押し出す段階が、ライナーパ イプの内側と外側間に一定の圧力差をつくりだす段階を備える請求項１３の多孔 パイプを敷設する方法。
16. １６．前記ライナーパイプの除去段階が、多孔パイプが穴壁から所望位置に維持 されるようにライナーパイプを除去する段階を含む請求項１３の多孔パイプを敷 設する方法。
17. １７．前記ライナーパイプの除去段階が、ライナーパイプを穴壁から隔てる段階 を含む請求項１６の多孔パイプを敷設する方法。
18. １８．前記ライナーパイプの除去段階が、ライナーパイプを除去すると同時に、 搬送パイプを経て砂利を穴へ搬送し、多孔パイプを包囲させる段階より成る請求 項１３の多孔パイプを敷設する方法。
19. １９．前記多孔パイプを敷設する方法が、更に、ライナーパイプを穴の内部に配 置する前に、掘り屑を穴から除去する段階を備える請求項１３の多孔パイプを敷 設する方法。
20. ２０．前記掘り屑の除去段階が、ジェットポンプを使用して掘り屑を除去する段 階より成る請求項１９の多孔パイプを敷設する方法。