JPH09292318A - 地層内ガス検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 トンネル工事においてシールド掘進機の前方
の地層内におけるメタンガスを正確に検出する。 【解決手段】 地層内ガス検出装置１は、シールド掘進
機のバルクヘッドＢＨの背後に設置される二重管構造の
ボーリングマシン２と、送泥ポンプ３と、排泥ポンプ４
と、ガス測定装置７とによって構成されている。ボーリ
ングマシン２によってシールド掘進機の前方の切羽面に
穿孔し、目標の測定開始深度に達したときに、ガス測定
装置７が排泥管路１０から規定量の泥水標本を取り込
み、メタンガス濃度を測定する。ガス濃度と地層の掘削
体積から地山の単位体積中のメタンガス含有量が求めら
れる。測定されたメタンガス含有量データは制御装置１
２へ入力されて表示される。

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

Claims (1)

【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。