(57)【要約】【課題】  ボーリングを行うのに、シールド掘削機が支障とならないシールド掘削機およびそれを用いたボーリング工法を提供すること。【解決手段】  シールド掘削機１０の内部からボーリングが行えるシールド掘削機１０であって、カッタ面板１１上のビット２０を脱着可能に構成し、シールド内に内空を前後に遮断する隔壁１２を設けると共に、前記隔壁１２には前後内空１３、１４を連通自在な開閉部３０を備え、シールド掘削機１０の軸方向に伸縮可能で周方向に回転可能なボーリング機械４０を前記開閉部３０の後方に配置し、前記開閉部３０を通じ前記ボーリング機械４０の先端を前記ビット２０の後部に接続して、シールド掘削機１０の軸方向へボーリングすることを特徴とした、シールド掘削機１０である。【選択図】図１
2005163366.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールド掘削機の内部からボーリングが行えるシールド掘削機であって、
カッタ面板上のビットを脱着可能に構成し、
シールド内に内空を前後に遮断する隔壁を設けると共に、前記隔壁には前後の内空を連通自在な開閉部を備え、
シールド掘削機の軸方向に伸縮可能で周方向に回転可能なボーリング機械を前記開閉部の後方に配置し、
前記開閉部を通じ前記ボーリング機械の先端を前記ビットの後部に接続して、シールド掘削機の軸方向へボーリングすることを特徴とした、
シールド掘削機。
【請求項２】
請求項１に記載のシールド掘削機を使用し、シールド掘削機の軸方向に向けてボーリングを行うボーリング工法において、
前記カッタ面板を回転し前記開閉部の前方に前記ビットを位置せしめ、
前記開閉部を貫通してボーリング機械を伸張し、前記ビットの後部に前記ボーリング機械を接続して、
シールド掘削機の軸方向へ向けてボーリングすることを特徴とした、
シールド掘削機を用いたボーリング工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールド掘削機およびそれを用いたボーリング工法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、海底下に存在するメタンハイドレート層からメタンハイドレートを採取して、有効利用しようとする技術が注目を集めている。このメタンハイドレート層は、地盤下に断面レンズ状に広がって存在している。
従来、このメタンハイドレートを採取する場合、陸上からメタンハイドレート層の下部へトンネルを構築し、トンネルから垂直にボーリングを立ち上げて採取したり、或いはトンネルをメタンハイドレート層と同じレベルまで構築し、トンネルの先端からボーリングを行って採取していた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
前記した従来のシールド掘削機およびそれを用いたボーリング工法にあっては、次のような問題点がある。
＜１＞シールド掘削機の内部よりボーリングを行おうとする場合、先端に配置するカッタ面板が支障となる。そこでカッタ面板にボーリング用の隙間（スリット）を設けるが、ボーリング孔が小さいとメタンハイドレートの採取効率が悪く、またスリットを設けることによってビットの数が減少するため、トンネルの施工作業が極端に低下してしまう。
＜２＞また、そのほかのボーリング方法として、ビットを切断して撤去した空洞を利用する方法もあるが、この作業には機外における水中作業が伴うため危険であり、またその地盤に地盤改良を行ったとしても完全に安全とまでは言いきれず、時間も多くかかるので経済面でも優れているとは言い難い。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記のような課題を解決するために、本発明のシールド掘削機は、シールド掘削機の内部からボーリングが行えるシールド掘削機であって、カッタ面板上のビットを脱着可能に構成し、シールド内に内空を前後に遮断する隔壁を設けると共に、前記隔壁には前後内空を連通自在な開閉部を設け、シールド掘削機の軸方向に伸縮可能で周方向に回転可能なボーリング機械を前記開閉部の後方に配置し、前記開閉部を通じ前記ボーリング機械の先端を前記ビットの後部に接続して、シールド掘削機の軸方向へボーリングすることを特徴としたものである。
【０００５】
また、本発明のボーリング工法は、前記したシールド掘削機を使用し、掘進方向へボーリングを行うボーリング工法において、前記カッタ面板を回転し前記開閉部の前方に前記ビットを位置せしめ、前記開閉部を貫通してボーリング機械を伸張し、前記ビットの後部に前記ボーリング機械を接続して、シールド掘削機の軸方向へ向けてボーリングすることを特徴としたものである。
【発明の効果】
【０００６】
本発明のシールド掘削機およびそれを用いたボーリング工法は、上記した課題を解決するための手段により、次のような効果の少なくとも一つを得ることができる。
＜１＞本発明のシールド掘削機によれば、トンネルの構築に使用したシールド掘削機をそのまま利用してボーリングが行えるので、非常に経済的である。また、カッタ面板には、従来のようにスリットを設ける必要がないので、トンネルの掘削能力を低下させる心配もない。
＜２＞ボーリングを行う際に作業員が切羽に出る必要がないため、安全面でも優れており、またボーリングを行う一連の作業は機械作業であるため、作業速度も迅速である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
【０００８】
＜１＞全体の構造
本発明に係るシールド掘削機１０は、シールド掘削機１０を貫通し前方へ向けてボーリングが行えるもので、ビット２０をカッタ面板１１より脱着可能に構成し、シールド内空を前後に遮断する隔壁１２に開閉部３０を設け、隔壁１２の後方にはボーリング機械４０を配置する構成である（図１）。
以下、本発明を構成する各部について詳述する。
【０００９】
＜２＞ビット
ビット２０は、カッタ面板１１内に配置する地盤を掘削する部材で、カッタ面板１１から脱着可能に構成し、ボーリング作業に利用する。
脱着は、ビット２０の後部にボーリング機械４０の先端を接続して、ボーリング機械４０の伸張機構によりシールド掘削機１０の軸方向に向けてスライドさせ、カッタ面板１１から取り外す。そのため、ビット２０の後部は、カッタ面板１１の背面へ露出した状態とし、またビット２０の形状は、掘削機１０の軸方向にスライドできるように、たとえば円筒形状などの同一断面に形成する。
ビット２０の後部は、たとえば雄螺子若しくは雌螺子に形成し、ボーリング機械４０の先端をそれに接合できる構成とすれば良い。
【００１０】
ビット２０のカッタ面板１１への固定は、たとえば図２に示すようにビット２０の側面に垂直に突起２１を設け、カッタ面板１１にはその突起２１を面板１１の前方から厚み方向に向けて挿入でき、さらにその中途からカッタ面板１１の周方向に曲がる溝２２を形成して、これらを組み合わせて行う。この形態によれば、ビット２０の固定および脱着をボーリング機械４０の回転および伸張という作動により行うことができる。
また、その他の形態としてはビット２０の腹部にビット２０の延設方向に垂直な孔を形成し、伸縮自在な油圧ジャッキをその孔に抜き差し可能に構成する形態としても良い。
【００１１】
ビット２０には、たとえばトリコンビットやローラカッタなどが利用できる。本例ではこの２種のビット２０を使用し、トリコンビットをカッタ面板１１の中央に、ローラカッタをその外周に配置して、トリコンビットをボーリング作業に用いる形態とする。
【００１２】
＜３＞開閉部
開閉部３０は、隔壁１２に設けて、前後の内空を自在に連通し後述のボーリング機械４０を貫通可能に構成するもので、貫通孔と貫通孔を塞ぐ閉塞部材とから構成する。
開閉部３０には、たとえばボーリング機械４０の断面より大きく開放した貫通孔と、その貫通孔を閉塞可能な大きさの面状の鋼板と、両者の間に止水目的で介在させるゴムパッキンとから構成し、隔壁１２に設ける貫通孔の周辺には複数の螺孔を設け、鋼板にはその対峙する位置に孔を設けて、そこにボルトを螺合して接続する形態とできる。
また、貫通孔と鋼板との接続構造には、蝶番で取り合う構成のものや、あるいは鋼板が隔壁１２の面上をスライドするタイプも利用できる。
開閉部３０はボーリング機械の貫通時にも、止水を保持できるものが好ましい。
開閉部３０は隔壁１２上に一箇所だけ配置するのみならず、たとえば複数に配置しても良い。
【００１３】
＜４＞ボーリング機械
ボーリング機械４０は、シールド掘削機１０の軸方向に伸張可能に構成すると共に、周方向に回転可能に構成する部材で、先端にビット２０を接続してボーリングすることができる。
伸張機構としては、自体が伸縮するタイプや、あるいは長尺の部材をトンネルの後方から順次前方へ送り出してゆくタイプなどが採用できる。
ボーリング機械４０の先端は、ビット２０の後方に接続可能な構成とし、たとえばそれぞれに凹部もしくは凸部を形成して両者を嵌合、接続するタイプの形態や、或いは楔形状、ねじ構造或いは圧着構造などが採用できる。
【００１４】
ボーリング機械４０はシールド１０内部に固定して、伸縮作業に必要な反力をとる。設置は、たとえば内空に設けた架台に固定し、開閉部３０の後方に配置する。開閉部３０が開放すると、ボーリング機械４０のロッドは隔壁１２を貫通し、内空前部１３および地盤へ向けて伸張することができる。
ボーリング機械４０の構造は、地盤掘削に必要な回転力および押し込み力に必要な耐力を備えておれば特に制約を受けないが、より好ましくは耐水性に優れたものが良い。ボーリング機械４０のロッドは、先端に接続するビット２０の径より小径に形成する。
【００１５】
ボーリング機械４０は、掘削時よりあらかじめシールド１０内に固定する形態や、あるいは必要に応じて取り付ける形態とできる。さらに、固定する架台は、ボーリング機械４０を任意に移動することのできる機器としても良い。この機器に設置すれば、隔壁１２から一定距離だけ離間した位置において、シールド１０の内空１４を自在に移動することができるため、たとえば隔壁１２に複数の開閉部３０を設けた場合でも、一台のボーリング機械４０でボーリング作業を賄うことができる。
【実施例】
【００１６】
本例では、地盤内に存在するメタンハイドレート層よりメタンを採取する方法について、以下説明する。
【００１７】
＜１＞トンネルの構築
本発明のシールド掘削機１０を使用して、地上からメタンハイドレート層５０の存在するレベルまで地盤を掘削し、アクセストンネルを構築する（図３）。メタンハイドレート層５０の近傍まで掘削した後、シールド掘削機１０の掘進を停止する。
【００１８】
＜２＞準備
シールド掘削機１０を停止した後、カッタ面板１１を回転して所要のビット２０を開閉部３０の前方に位置させる。カッタ面板１１の回転は、駆動モータ１５を用いて行う。この駆動モータ１５は、あらかじめシールド１０内に設置しておいても、或いは脱着可能に構成して必要時にのみ設置する形態としても良い。
ビット２０の移動により、ビット２０と、開閉部３０と、ボーリング機械４０がシールド掘削機１０の軸方向に一直線に並ぶ。
【００１９】
次に隔壁１２に配置する開閉部３０を開放する。開閉部３０の鋼板を移動して、シールド前後の内空１３、１４を連通させる。
開閉部３０を解放した後、ボーリング機械４０を前方に向けて伸張する。ボーリング機械４０は、開閉部３０を通じて隔壁１２を貫通し、先端部をカッタ面板１１上のビット２０の後部に接続する。
【００２０】
＜３＞ボーリング作業（図４）
両者を接続した後、必要に応じてボーリング機械４０に回転力を付与し、ビット２０とカッタ面板１１とのロックを解除する。
その後、ボーリング機械４０の伸張と回転作動により、先端のビット２０で地盤をボーリングしてゆく。ボーリング孔が所要の深さに到達した後、ボーリング機械４０を停止する。そしてボーリング機械４０を短縮させ、ビット２０をカッタ面板１１上の元の位置に戻す。その後、ビット２０とボーリング機械４０との接続を解除する。
【００２１】
以上のボーリング作業を必要な分だけ同様にして行い、ボーリング孔を構築してメタンハイドレートの採取を行う。
このように本発明は、シールド掘削機１０を利用してボーリングを行うことができ、またボーリング後もその構造から止水を図りながら所要の作業を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明のシールド掘削機の実施例の説明図。
【図２】ビットとカッタ面板の取り合い詳細図。
【図３】シールド掘削機の実施例の説明図。
【図４】ボーリング作業の説明図。
【符号の説明】
【００２３】
１０・・シールド掘削機
１１・・カッタ面板
１２・・隔壁
１３・・内空前部
１４・・内空後部
２０・・ビット
３０・・開閉部
４０・・ボーリング機械
５０・・メタンハイドレート層
【図１】
2005163366.tif 000003
【図２】
2005163366.tif 000004
【図３】
2005163366.tif 000005
【図４】
2005163366.tif 000006