(57)【要約】【課題】溶存ガス検出方法、溶存ガス検出装置および該溶存ガス検出装置を使用する泥水シールド工法および泥水シールド掘進機を提供する。【解決手段】本発明の溶存ガス検出装置は、泥水シールド工法において切羽から排出される加圧泥水中に溶存するガスを検出する。この装置は、分岐された加圧泥水を導入する試料シリンダー４４と、加圧泥水に接触する空間を生成させるための手段（４６，４８）と、生成された空間に保持されたガスの濃度を測定するガス検出器と５６を含んでいる。さらに、本発明は、溶存ガス検出方法、泥水シールド工法および泥水シールド掘進機を提供する。【選択図】  図３
2004300721.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
泥水シールド工法において切羽を通過した加圧泥水中に溶存するガスを検出する方法であって、該方法は、
前記加圧泥水を分岐させて試料シリンダーに導入する工程と、
前記試料シリンダーに導入された前記加圧泥水に接触する空間を生成させる工程と、
前記空間のガス濃度を測定する工程と
を含む、溶存ガス検出方法。
【請求項２】
前記空間を生成する工程は、
前記試料シリンダーと連通可能に接続されたガス分離シリンダーを気体で充填する工程と、
前記試料シリンダーと前記ガス分離シリンダーとを連通させて、溶存する可燃性ガスを前記ガス分離シリンダーに解放させる工程と
を含む、請求項１に記載の溶存ガス検出方法。
【請求項３】
前記試料シリンダーに加圧泥水を導入する前に、泥水を貯留する工程を含む、請求項２に記載の溶存ガス検出方法。
【請求項４】
前記気体は、空気、または不活性ガスから選択される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の溶存ガス検出方法。
【請求項５】
前記ガス分離シリンダーに解放する前に前記試料シリンダー内の前記加圧泥水の圧力を減少させる工程を含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の溶存ガス検出方法。
【請求項６】
泥水シールド工法において切羽を通過した加圧泥水中に溶存するガスを検出するための装置であって、該装置は、
分岐された加圧泥水を導入する試料シリンダーと、
前記加圧泥水に接触する空間を生成させるための手段と、
前記空間に保持された前記ガスの濃度を測定するガス検出器と
を含む、溶存ガス検出装置。
【請求項７】
さらに、前記試料シリンダーと連通可能に接続され気体で充填され、前記試料シリンダーと連通されて、前記加圧泥水から放出されたガスを保持するガス分離シリンダーとを含む、請求項６に記載の溶存ガス検出装置。
【請求項８】
前記試料シリンダーに加圧泥水を導入する前に、泥水を貯留するための分離槽を含む、請求項６または８に記載の溶存ガス検出装置。
【請求項９】
前記気体は、空気、または不活性ガスから選択される、請求項７に記載の溶存ガス検出装置。
【請求項１０】
前記空間を生成する手段は、前記試料シリンダーに連結されたバルブまたは前記ガス分離シリンダーに解放する前に前記試料シリンダー内の前記加圧泥水を加圧または減圧可能な圧力制御装置である、請求項６〜９のいずれか１項に記載の溶存ガス検出装置。
【請求項１１】
請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の溶存ガス検出方法を使用する、泥水シールド工法。
【請求項１２】
請求項６〜請求項１０のいずれか１項に記載の溶存ガス検出装置を備えた泥水シールド掘進機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、掘進工において、地中に存在する遊離ガスの切羽前面における濃度測定に関し、より具体的には、切羽前面に加圧水を供給しながら掘進工を行う際に、加圧泥水中にとけ込んだ遊離ガスの濃度を測定する、溶存ガス検出方法、溶存ガス検出装置、該溶存ガス検出方法を使用する泥水シールド工法および泥水シールド掘進機に関する。
【従来の技術】
近年では、トンネル、地下空間などの掘削施工において、土中に含まれる遊離ガスが切羽前面に滞留する場合があることが知られている。このようなフリーガスが地下空間に滞留すると、施工性、安全性といった観点から種々の不都合を生じる。このため、シールド掘進機の切羽前面においてフリーガスの濃度を測定することが望まれている。
【０００２】
上述した地中のフリーガスの濃度を測定する方法は、種々提案されており、例えば特許第２６２６７３３号公報、特許第２９３６１００号公報、特許第２９６５９３７号公報、特許第２８８２４８１号公報に記載のガス濃度検出方法を挙げることができる。例えば特許第第２６２６７３３号公報では、フリーガスを溶存させた掘削泥水を分岐させてガス濃度計測装置に導入し、ガス濃度を検出する方法が開示されている。この方法は、掘削泥水を分岐させる分岐管の途中にガス濃度を検出する装置本体を設置して、泥水中に溶存するフリーガスを測定するものである。
【０００３】
この装置本体は、空気とフリーガスとの混合ガスを生成させ、混合ガスを集ガスキャップ内に集めて測定を行う。特許第２９３６１００号公報において開示された溶存ガスは、エアを噴射させつつ超音波振動を与えて、溶存したフリーガスを泥水から分離するものであり、気液平衡状態にある溶存ガスを効率的に分離する点では充分ではなく、高精度の測定を迅速に行う点では充分なものではなかった。
【０００４】
これを改善するべく、特許第２９３６１００号公報においては、ガス抽出手段に温水を導入することにより水中へのフリーガスの溶存濃度を低下させ、溶解度差の分だけ溶存したフリーガスを分離する技術が開示されている。しかしながら、この技術においてもフリーガスを充分な濃度で分離することができる程度に気液平衡を移動させるには不充分である。このため、特許第２９３６１００号公報に記載の方法は、効率的に溶存ガスを分離するには充分なものではなく、高精度の測定を迅速に行う点では未だ充分なものではなかった。さらに、同様の技術は、特許第２９６５９３７号公報においても、ボーリング工におけるガス濃度の検出に利用されているものの、同様の理由から充分に気液平衡を移動させることができず、高効率に溶存ガスを分離させることができないという不都合については、上述した特許２９３６１００号公報について説明したと同様に充分なものではない。
【０００５】
さらに、特許第２８８２４８１号公報では、水が充填された減圧容器を使用して、溶存するフリーガスを分離する方法が開示されている。この方法によれば、減圧または真空にされ、水の充填された減圧容器に加圧泥水を送ることにより、真空ポンプの吸引作用により、確かに水とともに初期には溶存ガスも分離される。しかしながら、減圧することにより減圧容器内の水もともに気化するので、水の蒸発熱により減圧容器内の試料の温度が低下して行き、この結果溶存ガスの溶解度が増加し、連続する測定を行う場合には安定性や検出対象のガス濃度の安定した高精度の測定を行うことができない、という不都合が生じてしまう。同時に、減圧下でサンプリングを行うため、サンプリングされるガス分子の絶対量も少なく、効率的な検出を行うことができず、誤差も大きいという不都合もあった。
【発明が解決しようとする課題】
すなわち、これまで泥水シールド工法における泥水中の溶存ガスの高効率の放出を可能とする、気液平衡の移動方法を使用する溶存ガス検出方法が必要とされていた。
【０００６】
さらに、これまで泥水シールド工法において高効率でフリーガスの濃度を安定して検出することを可能とする溶存ガス検出装置が必要とされていた。
【０００７】
さらに、上述したフリーガスの高効率で、安定した検出を可能とすることにより、高い施工効率を与えることが可能な泥水シールド工法および泥水シールド掘進機が必要とされていた。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述した従来技術の不都合に鑑みてなされたものであり、本発明は、上記した泥水シールド工法において特に必要とされる溶存ガスの効率的な分離において必要とされる気液平衡の移動を効率的に行うことにより、高効率で安定した泥水中のフリーガスの量を見積もることを可能とする溶存ガス検出方法、溶存ガス検出装置、および該溶存ガス検出方法を使用する泥水シールド工法、および溶存ガス検出装置を含んで構成される泥水シールド掘進機を提供するものである。
【０００９】
水中に溶解したガスの溶解度は、水温が高い方が小さいので、できるだけ、温度は高く保持する必要がある。一方で気液平衡を考えると、液体に対する気体の溶解度は、平衡状態では気相中の気体成分のモル分率に比例する。さらに測定装置の検出に際しては、圧力が高ければ高いほど一定の体積をサンプリングしたときの分子の絶対数は多く、検出される目的のフリーガスの分子数は多くなる。このため、ガス分離は、できるだけ高圧下で行うことが好ましい。そこで本発明では、泥水は気体とは異なり、実質的に非圧縮性流体であり、加圧しても体積変化を生じさせずに、エネルギーを蓄積させることができる点に注目した。以下、加圧泥水に対して加えられた圧力を急に解放する場合について考察する。
【００１０】
加圧泥水は、実質的には非圧縮性流体なので、加圧による収縮はほとんどない。このため、減圧させたとしても加圧泥水は実質的にその体積は変化せず、エネルギーを蓄積できる。一方で、泥水には圧力が加えられており、切羽前面に供給された後には、大気圧以上の溶解度でフリーガスを含有している。すなわち、加圧泥水に対して、略大気圧下の閉鎖系で気液平衡を生成させることが可能な空間を生成させることができれば、加圧泥水に含まれたフリーガスが、略大気圧下での溶存量にまで低下し、その差分の溶存フリーガスが気液平衡状態にある気相中に解放されることになる。
【００１１】
本発明は泥水が実質的に非圧縮性流体であることに着目し、気体とは異なり、加圧泥水に対して気液平衡となる気相を与える別な空間を生成することができれば、効率的に溶存するフリーガスの抽出を行うことができるという着想の下になされたものである。
【００１２】
すなわち、本発明の請求項１の発明によれば、泥水シールド工法において切羽を通過した加圧泥水中に溶存するガスを検出する方法であって、該方法は、
前記加圧泥水を分岐させて試料シリンダーに導入する工程と、
前記試料シリンダーに導入された前記加圧泥水に接触する空間を生成させる工程と、
前記空間のガス濃度を測定する工程と
を含む、溶存ガス検出方法が提供される。
【００１３】
本発明の請求項２の発明によれば、前記空間を生成する工程は、
前記試料シリンダーと連通可能に接続されたガス分離シリンダーを気体で充填する工程と、
前記試料シリンダーと前記ガス分離シリンダーとを連通させて、溶存する可燃性ガスを前記ガス分離シリンダーに解放させる工程と
を含む、溶存ガス検出方法が提供される。
【００１４】
本発明の請求項３の発明によれば、前記試料シリンダーに加圧泥水を導入する前に、泥水を貯留する工程を含む、溶存ガス検出方法が提供される。
【００１５】
本発明の請求項４の発明によれば、前記気体は、空気、または不活性ガスから選択される、溶存ガス検出方法が提供される。
【００１６】
本発明の請求項５に記載の発明によれば、前記ガス分離シリンダーに解放する前に前記試料シリンダー内の前記加圧泥水の圧力を減少させる工程を含む、溶存ガス検出方法が提供される。
【００１７】
本発明の請求項６に記載の発明によれば、泥水シールド工法において切羽を通過した加圧泥水中に溶存するガスを検出するための装置であって、該装置は、
分岐された加圧泥水を導入する試料シリンダーと、
前記加圧泥水に接触する空間を生成させるための手段と、
前記空間に保持された前記ガスの濃度を測定するガス検出器と
を含む、溶存ガス検出装置が提供される。
【００１８】
本発明の請求項７の発明によれば、さらに、前記試料シリンダーと連通可能に接続され気体で充填され、前記試料シリンダーと連通されて、前記加圧泥水から放出されたガスを保持するガス分離シリンダーとを含む、溶存ガス検出装置が提供される。
【００１９】
本発明の請求項８の発明によれば、前記試料シリンダーに加圧泥水を導入する前に、泥水を貯留するための分離槽を含む、溶存ガス検出装置が提供される。
【００２０】
本発明の請求項９の発明によれば、前記気体は、空気、または不活性ガスから選択される、溶存ガス検出装置が提供される。
【００２１】
本発明の請求項１０の発明によれば、前記空間を生成する手段は、前記試料シリンダーに連結されたバルブまたは前記ガス分離シリンダーに解放する前に前記試料シリンダー内の前記加圧泥水を加圧または減圧可能な圧力制御装置である、溶存ガス検出装置が提供される。
【００２２】
本発明の請求項１１の発明によれば、上述したいずれかに記載の溶存ガス検出方法を使用する、泥水シールド工法が提供される。
【００２３】
本発明の請求項１２の発明によれば、上述のいずれかに記載の溶存ガス検出装置を備えた泥水シールド掘進機が提供される。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示した実施の形態をもって説明するが、本発明は後述する実施の形態に限定されるものではない。図１は、本発明の泥水シールド掘進機により、トンネルの構築を行ないながら、本発明の溶存ガス検出を行う実施の形態を示した図である。図１に示されるように、本発明の泥水シールド掘進機は、概ね泥水シールド掘進機の中心軸を中心として回動する刃口１０ａを備えたカッター１０と、泥水を供給するための供給装置１２と、泥水供給配管１４と泥水排出配管１６とを備えている。カッター１０は、刃口１０ａを切羽前面に押圧しながら地盤を掘進して、シールド・トンネル１８を構築している。
【００２５】
カッター１０の掘削する切羽前面には、泥水供給配管１４により加圧水が供給されていて、地中に含まれた遊離ガス（以下、フリーガスとして参照する。）をシールドしつつ、掘進工を可能とさせている。例えば、本発明において使用することができるシールド掘進機としては、同一の出願人により出願された特開２００２−３８８８３号公報に記載のシールド掘進機や、特開２００３−０４１８８４号公報に記載された泥水シールド掘進機を挙げることができ、これらに開示されたシールド掘進機に対して、泥水供給システムおよび本発明の溶存ガス検出装置を配設することにより構成することができる。
【００２６】
地中に含まれたフリーガスは、掘進工の進行に伴って切羽前面から坑内へと放出されるが、切羽前面に供給される泥水中にも溶解し、泥水排出配管１６と供給装置１２とを介して、循環または排出されている。図１に示した実施の形態では、泥水排出配管１６を介して排出された泥水は、その一部が分岐管２０により本発明の溶存ガス検出装置へと送られ、溶存ガスの検出のために提供されている。図１に示した特定の実施の形態では、加圧泥水は、地表に配置された中央管理室２２へと送られ、中央管理室２２に設置された溶存ガス検出装置において溶存ガスの分析が行われている。その結果は、データ管理システムによりモニタされ、坑内で作業する作業者に対してその時点における切羽前面のフリーガス状態を知らせることができる構成とされている。本発明において説明する図面に示した具体的な実施の形態では、溶存ガス検出装置、データ管理システムは、地表の中央管理室２２に配置されている。しかしながら、本発明においては、トンネル坑内に上述した溶存ガス検出装置およびデータ管理システムを設置することもできる。
【００２７】
図２は、本発明において使用される供給装置１２の一部内部構成および本発明の溶存ガス検出装置の概略的構成を示した図である。供給装置１２は、泥水シールド工法を行うための泥水を図示しないカッターへと供給する。また、図２に示された実施の形態では、供給された加圧泥水は、切羽前面を循環され、フリーガスをシールドさせつつ、溶解させる。フリーガスを溶解した泥水は、泥水排出配管１６を通して、廃棄または再循環されるなど、施工の便宜を考慮して適切に処理が行われている。
【００２８】
泥水は、通常では、概ねゲージ圧３×（１０１．３２５ｋＰａ）程度の圧力として供給され、その流量は、数ｍ３／ｍｉｎ程度とされている。また、本発明においては、検出対象とされるフリーガスとしては、メタン、プロパン、ブタンといった炭化水素化合物の他、硫化水素、二酸化硫黄、メルカプタンなど含イオウ可能物など、地中に含有される可能性がある可燃性の有機ガスおよび火山性の有機または無機ガス、その他窒息性のガスなどを挙げることができる。
【００２９】
泥水排出配管１６の途中には、分岐管２４が設置されていて、加圧泥水を溶存ガス検出装置３０へと分岐させている。分岐管２４により分岐された加圧泥水は、本発明の溶存ガス検出装置３０へと導入され、ガス分離が行われる構成とされている。また、分岐管２４には、清掃またはエアパージを行うためのバルブ２６ａおよびフィルタ２６ｂが連設されており、加圧泥水は、本発明の説明する特定の実施の形態では、バルブ２８ａ、ストレーナ２８ｂといった部材を介して溶存ガス検出装置３０へと導入されている。
【００３０】
溶存ガス検出装置３０は、より詳細には後述するが、試料シリンダーと、ガス分離シリンダーとを少なくとも含む構成とされている。ガス分離シリンダー中に解放されたフリーガスは、適切な方法を使用して濃度計測が行われる。図２に示された計測されたフリーガスのデータは、データ管理システム３２へと送られてデータ解析が実行される。データ管理システム３２は、概ねデータ処理コンピュータ３６と、データを出力するためのレーザプリンタ、インクジェット・プリンタといった出力手段３４とを含んで構成されており、フリーガスの濃度変動を、周期的に計測することができる構成とされている。
【００３１】
また、データ管理システム３２は、通知装置３８を含んで構成されている。通知装置３８は、ガス濃度の状況を坑内に通知する信号や警報を生成して、坑内に配設された表示装置または警報装置を作動させている。より具体的には、データ処理コンピュータ３６は、受け取ったガス濃度値を判断し、通知装置３８を駆動する駆動信号を、測定されたデータと、所定のしきい値との比較に応答して、応答信号を生成して通知装置３８を駆動制御して、ガス濃度に関連した情報を坑内作業者に通知することができる構成とされている。
【００３２】
図３は、本発明の溶存ガス検出装置３０の実施の形態の詳細なブロック図である。図３に示した溶存ガス検出装置３０は、説明する実施の形態では、切羽からの泥水をいったん貯留させるための貯留槽４０を備えている。貯留槽４０は、泥水中に縣濁した土質成分、岩石成分などを分離する。縣濁成分が可能な限り除去された加圧泥水は、バルブ４２を開くことにより試料シリンダー４４へと送られる。試料シリンダー４４は、油圧駆動されるピストンなどの圧力制御装置４６を含んで構成されている。圧力制御装置４６は、例えば油圧またはメカニカルに駆動されるピストンまたはシリンダーを含んで構成することができる、容量可変の構成とすることが好ましい。
【００３３】
圧力制御装置４６は、貯留槽４０からの加圧泥水の流入に対応して、バルブ４２を通過する加圧泥水の流量と、圧力制御装置４６が備えるピストンまたはシリンダーの移動に対応して、移動速度と位置とを調整して、実質的に圧力変化を生じさせないように、適正に試料シリンダー４４の容積を生成させている。また、バルブ４２は、圧力制御装置４６と協動して加圧泥水の圧力を実質的に維持させるように、バルブの開度、すなわち加圧泥水の流量を調節することもできる。
【００３４】
上述した移動操作により、加圧泥水は、概ね循環されていた時点での圧力で、試料シリンダー４４に蓄積される。この時点では、バルブ４８は閉じられているので、ガス分離シリンダー５０と、試料シリンダー４４とは連通されていない。また、ガス分離シリンダー５０には、少なくとも大気圧の空気、または窒素、ネオン、アルゴン、キセノンといった不活性ガスが充填されている。また、ガス分離シリンダー５０は、本発明の説明している実施の形態では、試料シリンダー４４が加圧手段４６との関係において形成する最大容積以上の容積を有する構成とすることができる。
【００３５】
具体的には、説明した実施の形態では、ガス分離シリンダー５０は、試料シリンダー４４と同一の容積とすることができる。さらに、本発明においては、試料シリンダー４４に収容された加圧泥水が全部ガス分離シリンダー５０へと移動してしまった場合にでも空間を与えることができるように、ガス分離シリンダー５０を大きな容積として設計することもできるし、また適切に泥水の流入を制御できる場合には、ガス分離シリンダー５０の容積を、試料シリンダー４４よりも小さく設計することもできる。
【００３６】
図３に示した実施の形態では、試料シリンダー４４と、ガス分離シリンダー５０との間には、バルブ４８が設けられている。このバルブ４８は、試料シリンダー４４と、ガス分離シリンダー５０との間を連通可能に連結している。バルブ４８は、図３において説明する実施の形態では、バルブ４８は、加圧泥水に接触する気相を生成させ、低圧化での気液平衡状態を生成させるための手段として機能する。バルブ４８は、加圧泥水が、試料シリンダー４４に蓄積された後に開かれ、試料シリンダー４４と、ガス抽出シリンダー５０とを連通させることにより、新たな気液平衡状態を生成させる。本発明の図３に示した実施の形態では、加圧泥水は、ガス分離シリンダー５０へとバルブ４８の解放と同時に、ガス分離シリンダー５０との圧力差に応じて移動する。
【００３７】
さらに試料シリンダー４４に蓄積された加圧泥水は、同時に、加圧された状態で溶存しているフリーガスの成分を、加圧泥水の圧力よりも低圧の平衡状態となるまで例えば気泡として放出する。また、この場合に、圧力制御装置４６を、加圧泥水の移動に応じて位置制御させることにより、泥水の移動量を制御することもできる。また、ガス分離シリンダー５０には、加圧泥水の噴出を制御するために、じゃま板を形成させておき、加圧泥水の噴出のエネルギーを衝撃エネルギーへと変換させることにより、よりいっそう分離効率を向上させることができる。この目的から、バルブ４８の解放前に圧力制御手段４６を駆動して、加圧泥水の圧力をさらに高めておくこともできる。
【００３８】
また、本発明では、加圧泥水に接触する空間を形成する手段として、圧力制御装置４６を使用することもできる。本発明の説明するこの実施の形態では、バルブ４８を解放させる前に圧力制御装置４６を駆動させて、内部の加圧泥水を減圧することにより、試料シリンダー４４内に気液平衡を達成する空間を形成させる。本発明の上述した他の実施の形態では、気液平衡を形成させるための空間は、試料シリンダー４４内に形成されることになる。このため、ガス分離シリンダー５０は特に設けることが必要でない。
【００３９】
しかしながら、本発明のさらに別の実施の形態では、解放されたフリーガスの濃度むらを防止するために、ガス分離シリンダー５０を残しておき、気体と解放されたフリーガスとを混合する混合空間として使用することもできる。上述した減圧工程により、試料シリンダー４４中に溶存するフリーガスが分離して試料シリンダー４４中において気液平衡空間が形成される。その後、バルブ４８を開き、圧力制御装置４６を準静的に駆動させて、分離した溶存ガスをガス分離シリンダー５０へと移動させて、検出を行う構成を採用することもできる。
【００４０】
ガス分離シリンダー５０に分離・放出された溶存ガスは、セパレータ５２などを通して吸引ポンプ５４により吸引され、ガス検出器５６へと送られる。ガス検出器５６は、分離された溶存ガスの濃度を測定することにより、加圧泥水中に溶存していたフリーガスの量を推定することができる。ガス分離シリンダー５０の容積、ガス分離シリンダー５０に充填される気体の圧力、および試料シリンダーに採取される加圧泥水の量は予め規定されているので、ガス検出器５６による濃度測定により、溶存するフリーガスの量を推定することができる。
【００４１】
表１には、フリーガスがメタンであると仮定した場合の泥水の温度に対するメタンの溶解度（ｍＬ／Ｌ）を示す。表１に示すように、加圧泥水の温度が高い方が溶解度が小さくなっていることが示されている。また、加圧泥水の圧力が高くなればなるほど溶解度は増加することが示される。
【００４２】
【表１】
2004300721.tif 000003
【００４３】
本発明は、本質的に加圧された非圧縮性流体から溶存ガスを加圧泥水の圧力以下のできるだけ高い圧力下の気体中に解放させる構成を採用する。上述したように、非圧縮性流体は、加圧された状態から圧力が除去された状態とされた場合でも、大きな体積変化は生じない。このため、加圧泥水から圧力を除去させたからといって、圧縮性気体のような断熱膨張による温度低下も、真空ポンプを使用する吸引に伴う気化熱による加圧泥水の温度低下を生じさせることがない。むしろ本発明では、加圧泥水が予め保持する高いエネルギーを利用して位置エネルギー、運動エネルギーまたは衝撃エネルギーへの変換を行なうことを可能とするので、さらに泥水の温度を高めることを可能とする。一方、表１に示すように、気体の所定の液体への溶解度は、液体の温度が高まれば逆に減少するので、本発明においては、加圧泥水のエネルギーを効果的にガス分離のために使用するもの、ということができる。
【００４４】
加えて、本発明においてガス分離シリンダーにおける抽出は、分離効率の程度の差は生じるものの、略大気圧から加圧泥水のゲージ圧までの間の比較的高い圧力の下で行うことができる。ここで、熱力学的に混合気体の溶解度の気液平衡を検討する。混合気体と液相との気液平衡においては、溶解量と気相におけるモル分率は比例関係にある。気相中に同一のモル分率で異なる気体が存在する場合には、平衡時点における溶解度は、モル分率に比例したものとなる。このことは、気相における圧力を高く保持させればさせるほど、同一のモル分率まで溶存ガスが抽出できるので、一定のサンプリング容積内に含まれるフリーガスの分子数を増加させることが可能となる。本発明では、上述した理由から、より高精度の測定を行うことを可能となる。さらに、加圧下でサンプリングを行うこと、および圧力除去によって体積が実質的に増加しないので、加圧の程度やサンプリング量に対する制限が緩和され、より容易に測定を行うことが可能となる。
【００４５】
表２には、本発明において、試料シリンダーの最大容積およびガス分離シリンダーの容積を共に１．５Ｌとし、所定圧力でメタンを飽和させた水溶液についてガス分離を行った場合に、大気圧の空気を充填したガス分離シリンダー内のメタン濃度を示す。表２に示されるように、加圧水溶液の圧力と、ガス分離シリンダー内の圧力とが等しい場合には検出可能な程度に分離できてはないものの、加圧飽和水溶液の圧力が高くなればなるほど、同一のサンプリング量にもかかわらず、ガス分離シリンダー内におけるメタン濃度（容量％）は増加していることが示されている。なお、下記表に示した本発明における圧力は、加えた圧力を１０１．３２５ｋＰａで除算したゲージ圧を意味する。
【００４６】
【表２】
2004300721.tif 000004
【００４７】
図４は、本発明の溶存ガス検出方法の工程図を示す。本発明の溶存ガス検出方法は、工程１０において、加圧泥水をまず、貯留槽に取り込み、土質成分などを分離する。ついで、工程１２において試料シリンダーに所定量の加圧泥水を採取する。この時点までは、加圧泥水の圧力を、例えばゲージ圧で、３×（１０１．３２５ｋＰａ）に保持させておく。
【００４８】
ついで、工程１４では、試料シリンダーとガス分離シリンダーとを連通させて、加圧泥水に接し、気液平衡を生成するための空間を強制的に形成させる。このためには、バルブ４８を解放するか、または圧力制御手段４６を駆動させて、加圧泥水の圧力を、バルブ４８を閉じたまま低下させることによっても行うことができる。この際、バルブ４８を解放するためには、具体的には例えば炭酸水の栓を急に抜いた場合のように飽和状態で溶解しているフリーガスが分離されることになる。また、このとき同時にガス分離シリンダーの圧力は大気圧以上なので、一定容積の気体成分にはもっとも高い効率で溶存ガスが含まれることになる。工程１６では、気体をサンプリングし、工程１８で、ガス検出器によりガス濃度を測定する。図４に示された実施の形態では、工程２０で、測定結果を使用してフリーガスの情報を坑内に与える。
【００４９】
本発明の上述した一連の工程は、１サイクルを約１０ｍｉｎ以下で行うことができる。このため、泥水シールド工法の掘進工中においても周期的に高い精度の測定を行うことができることが示された。
【００５０】
上述したように、本発明によれば、上記した泥水シールド工法において特に必要とされる溶存ガスの効率的な分離において必要とされる気液平衡の移動を効率的に行うことを可能とすることにより、高効率で安定した泥水中のフリーガスの量を見積もることを可能とする溶存ガス検出方法、溶存ガス検出装置、および該溶存ガス検出方法を使用する泥水シールド工法、および溶存ガス検出装置を含んで構成される泥水シールド掘進機を提供することができる。
【００５１】
これまで本発明を図面に示した具体的な実施の形態をもって説明してきたが、本発明は図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、バルブ、ストレーナなどの配置、細部の詳細な構成、圧力および加圧の程度については、現場での実施および当業者における技術的常識の範囲内において適宜選択・設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の泥水シールド掘進機および泥水シールド工の概略的な説明図。
【図２】本発明の溶存ガス検出装置における泥水採取部を詳細に示した図。
【図３】本発明の溶存ガス検出装置における溶存ガス検出装置を詳細な構成を示した図。
【図４】本発明の溶存ガス検出方法の工程図。
【符号の説明】
１０…カッター
１０ａ…刃口
１２…供給装置
１４…泥水供給配管
１６…泥水排出配管
１８…シールド・トンネル
２０…分岐管
２２…中央管理室
２４…分岐管
２６ａ…バルブ
２６ｂ…フィルタ
２８ａ…バルブ
２８ｂ…ストレーナ
３０…溶存ガス検出装置
３２…データ管理システム
３４…出力手段
３６…データ処理コンピュータ
３８…通知装置
４０…貯留槽
４２…バルブ
４４…試料シリンダー
４６…圧力制御装置
４８…バルブ
５０…ガス分離シリンダー
５２…ストレーナ
５４…吸引ポンプ
５６…ガス検出器
【図１】
2004300721.tif 000005
【図２】
2004300721.tif 000006
【図３】
2004300721.tif 000007
【図４】
2004300721.tif 000008