(57)【要約】【課題】既存の技術を応用して効率のよい大深度大口径立坑機械掘削工法を提供する。【解決手段】異なった場所に所定深度で掘削した第１パイロット孔及び第１スライム排出孔を第１横孔により連通後、第１パイロット孔の孔底部に掘削した第１拡大スペースから第１パイロット孔に沿ってリーミングビットを引き上げ第１パイロット孔を拡孔すると共にスライムを第１スライム排出孔を通じて地上に排出して第１立坑を掘削する第１工程と、第１立坑の孔底部から第２パイロット孔を掘削する一方、第１スライム排出孔と連通する第２スライム排出孔を掘削し、第２横孔により連通後、掘削した第２拡大スペースからリーミングビットを引き上げ第２パイロット孔を拡孔すると共にスライムを第２及び第１スライム排出孔を通じて地上に排出する第２工程とを備える。【選択図】図７
2005030106.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なった場所に所定深度で掘削した第１のパイロット孔及び第１のスライム排出孔のそれぞれ孔底部を第１の横孔によって連通した後、第１のパイロット孔の孔底部に第１の拡大スペースを掘削し、当該第１の拡大スペースから第１のパイロット孔に沿ってリーミングビットを引き上げて第１のパイロット孔を大口径に拡孔すると共に拡孔時に発生したスライムを第１のスライム排出孔を通じて地上に排出することにより第１の立坑を掘削する第１の工程と、
前記第１の立坑の孔底部から第２のパイロット孔を掘削する一方、第１のスライム排出孔と連通する第２のスライム排出孔を掘削し、第２のパイロット孔及び第２のスライム排出孔の孔底部を第２の横孔によって連通した後、第２のパイロット孔の孔底部に第２の拡大スペースを掘削し、当該第２の拡大スペースから第２のパイロット孔に沿ってリーミングビットを引き上げて第２のパイロット孔を大口径に拡孔すると共に拡孔時に発生したスライムを第２及び第１のスライム排出孔を通じて地上に排出することにより第１の立坑と連通する第２の立坑を掘削する第２の工程とを備えていることを特徴とする大深度大口径立坑機械掘削工法。
【請求項２】
前記第１の立坑の掘削後及び第２の立坑の掘削後に、これらの立坑よりも大径の第１の２次拡大スペース及び第２の２次拡大スペースを孔底部に掘削し、当該２次拡大スペースからリーミングビットを立坑に沿って引き上げることにより第１の立坑及び第２の立坑の径を大きくすることを特徴とする請求項１に記載の大深度大口径立坑機械掘削工法。
【請求項３】
前記第２の工程を順次、繰り返すことを特徴とする請求項１又は２に記載の大深度大口径立坑機械掘削工法。
【請求項４】
所定場所に所定深度で掘削したパイロット孔及びパイロット孔とは異なった場所に所定深度で掘削した第１段のスライム排出孔の孔底部を第１段の横孔によって連通した後、パイロット孔と第１段の横孔とが交わる部分に第１段の拡大スペースを掘削し、当該第１段の拡大スペースからパイロット孔に沿ってリーミングビットを引き上げてパイロット孔を大口径に拡孔すると共に拡孔時に発生したスライムを第１段のスライム排出孔を通じて地上に排出することにより第１段の立坑を掘削する第１段の工程と、
前記第１段のスライム排出孔と連通する第２段のスライム排出孔を掘削し、パイロット孔と第２段のスライム排出孔の孔底部を第２段の横孔によって連通した後、パイロット孔と第２段の横孔とが交わる部分に第２段の拡大スペースを掘削し、当該第２段の拡大スペースからパイロット孔に沿ってリーミングビットを引き上げてパイロット孔を大口径に拡孔すると共に拡孔時に発生したスライムを第２段及び第１段のスライム排出孔を通じて地上に排出することにより第１段の立坑と連通する第２段の立坑を掘削する第２段の工程とを備えていることを特徴とする大深度大口径立坑機械掘削工法。
【請求項５】
前記第１段の立坑の掘削後及び第２段の立坑の掘削後に、これらの立坑よりも大径の第１段２次拡大スペース及び第２段２次拡大スペースを孔底部に掘削し、当該２次拡大スペースからリーミングビットを立坑に沿って引き上げることにより第１段の立坑及び第２段の立坑の径を大きくすることを特徴とする請求項４に記載の大深度大口径立坑機械掘削工法。
【請求項６】
前記第２段の工程を順次、繰り返すことを特徴とする請求項４又は５に記載の大深度大口径立坑機械掘削工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地下大深度大口径立坑の掘削工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
地下数百メートルから千メートル級の大深度に建設される高速道路トンネル等の水平坑道や高レベル放射性廃棄物の最終処分用設備等の地下空間が、今後有効活用される動きが拡大することが見込まれている。これらの地下空間には、地上からアクセスするために必要な数メートルから場合によっては十メートルを超える大口径の立坑を掘削することが求められる。この立坑はアクセス坑道とも呼ばれ、地上と地下空間との人や必要部材の搬送だけでなく、管理作業員の出入り、換気、給排水、エネルギーの供給など多様な目的に使用される。
【０００３】
このような立坑の掘削工法として、従来から全断面爆破工法や機械掘削工法が行われている。機械掘削工法の一例として、円筒状鋼管の内側に圧縮空気室を環状に配設したドリルステムの先端に環状のドリルハウジングを取付け、このドリルハウジング内にドリルビットを備えた複数個のドリルユニットを環状に装着した環状掘削手段と、このドリルユニットのドリルビットを前記圧縮空気室からの流体圧駆動で打撃する衝撃破砕手段とを備えたダウンホールドリルを使用した立坑を掘削する立坑掘削工法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また最近、地下千メートル級の大深度自動掘削式立坑掘削工法として、掘削土に水分を加えて流動化し排泥ポンプで連続的に搬出し、岩盤の掘削・排出を同時並行で進められる仕組みが紹介されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開平８−１９９９５８号公報（第３、４頁、図１）
【非特許文献１】日経産業新聞（２００３年３月６日発行）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来からの全断面爆破工法は、立坑の底を順次火薬で破砕し、地上の櫓からワイヤで吊るしたバケツを往復させ、スライム（掘削ずり）を地上に搬出する。このため、坑底で人手による作業が必要な上、搬出の度毎に掘削作業を中断するなど危険が伴うとともに効率が悪く施工時間が掛かるなど問題点が多かった。さらに、大深度になるほどバケツを吊るワイヤの太さや重さも増すため、深度に限りがあった。
【０００７】
また、特許文献１の工法は、円筒状鋼管のドリルステムの先端に環状のドリルハウジングを取付けて継げ、保護板を取付けると内側に通路が形成される。この通路には、衝撃破砕によって生じたスライム及び内側に残留した岩石を一旦保持するとともに、排出するハンマーグラブ等が上方から挿入され、掘削によって発生した排土処理を適宜行う。このため坑底での人手作業が不要となるが、破砕された岩石や内側に残留した大きい岩石は、前記通路内で別途チゼル等により搬出が容易な大きさに再破砕する煩雑さがある。さらに、ハンマーグラブをワイヤで吊り往復させ、スライムを地上に搬出することから、大深度になるほどワイヤの太さや重さも増すため、深度に限りがあるという欠点がある。
【０００８】
また、非特許文献１の工法は、全断面爆破工法や特許文献１の工法における上記の欠点を改善するものであるが、排泥ポンプ式の掘削装置が大掛かりで高価となるという問題点がある。
【０００９】
本発明の目的は、今後高速道路等の長距離トンネル、高レベル放射性廃棄物最終処分用設備、地下水力発電所等の地下空間有効活用拡大化の見通しに備え、上記従来のアクセス坑道などの立坑の掘削工法における問題点を解決すべく、既存の簡易な技術を応用してコスト的に有利で、効率のよい大深度大口径立坑機械掘削工法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため本発明の大深度大口径立坑機械掘削工法は、異なった場所に所定深度で掘削した第１のパイロット孔及び第１のスライム排出孔のそれぞれ孔底部を第１の横孔によって連通した後、第１のパイロット孔の孔底部に第１の拡大スペースを掘削し、当該第１の拡大スペースから第１のパイロット孔に沿ってリーミングビットを引き上げて第１のパイロット孔を大口径に拡孔すると共に拡孔時に発生したスライム（掘削ずり）を第１のスライム排出孔を通じて地上に排出することにより第１の立坑を掘削する第１の工程と；第１の立坑の孔底部から第２のパイロット孔を掘削する一方、第１のスライム排出孔と連通する第２のスライム排出孔を掘削し、第２のパイロット孔及び第２のスライム排出孔の孔底部を第２の横孔によって連通した後、第２のパイロット孔の孔底部に第２の拡大スペースを掘削し、当該第２の拡大スペースから第２のパイロット孔に沿ってリーミングビットを引き上げて第２のパイロット孔を大口径に拡孔すると共に拡孔時に発生したスライムを第２及び第１のスライム排出孔を通じて地上に排出することにより第１の立坑と連通する第２の立坑を掘削する第２の工程とを備えていることを特徴とする。
【００１１】
このような大深度大口径立坑機械掘削工法において、第１の立坑の掘削後及び第２の立坑の掘削後に、これらの立坑よりも大径の第１の２次拡大スペース及び第２の２次拡大スペースをそれぞれ孔底部に掘削し、当該２次拡大スペースからリーミングビットを立坑に沿って引き上げることにより第１の立坑及び第２の立坑の径を大きくすることもできる。また、第２の工程を順次繰り返すことが好ましい。
【００１２】
また、上記目的を達成するため本発明による他の大深度大口径立坑機械掘削工法は、所定場所に所定深度で掘削したパイロット孔及びパイロット孔とは異なった場所に所定深度で掘削した第１段のスライム排出孔の孔底部を第１段の横孔によって連通した後、パイロット孔と第１段の横孔との交わる部分に第１段の拡大スペースを掘削し、当該第１段の拡大スペースからパイロット孔に沿ってリーミングビットを引き上げてパイロット孔を大口径に拡孔すると共に拡孔時に発生したスライムを第１段のスライム排出孔を通じて地上に排出することにより第１段の立坑を掘削する第１段の工程と；第１段のスライム排出孔と連通する第２段のスライム排出孔を掘削し、パイロット孔と第２段のスライム排出孔の孔底部を第２段の横孔によって連通した後、パイロット孔と第２段の横孔とが交わる部分に第２段の拡大スペースを掘削し、当該第２段の拡大スペースからパイロット孔に沿ってリーミングビットを引き上げてパイロット孔を大口径に拡孔すると共に拡孔時に発生したスライムを第２段及び第１段のスライム排出孔を通じて地上に排出することにより第１段の立坑と連通する第２段の立坑を掘削する第２段の工程とを備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の大深度大口径立坑機械掘削工法によれば、立坑等のスライム排出において、従来のような立坑を経由して人手や長大なワイヤ吊りによる排出手段を不用とし、立坑に隣接して設けたスライム排出孔から機械的に立坑掘削作業を中断することなくスライムを連続的に排出することができることから、掘削作業が安全で、立坑の掘削効率が高く、工期が短いという利点がある。さらにこれに加えて、通常のレイズドリリングマシンや各種搬送手段などの既存の簡易な技術を適用して大深度大口径の立坑が容易に掘削できることから、工事費用が全体的に安価となるばかりでなく、安定した掘削工事が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照し詳細に説明する。
本発明における大深度大口径立坑機械掘削工法は、大口径掘削用レイズドリリングマシンによるレイズボーリング工法を適用したものである。レイズボーリング工法は、口径数百ｍｍ程度のパイロット孔を下向きに穿孔した後、孔底でドリルロッドの先端に拡径されたリーミングビットを取付け、それを回転させながら地上に向けて上向きに引上げて大口径の立坑を掘削する工法である。レイズボーリング工法、レイズドリリングマシンそのものは、公知であるため詳細な説明及び図示は省略する。
【００１５】
〔第１の実施形態〕
第１の実施形態による大深度大口径立坑掘削工法は、図１〜図５に示す第１の工程と図６〜図８に示す第２の工程を備えている。第１の工程においては、図１のように掘削場所Ａに図示しない大口径掘削用レイズドリリングマシンを設置して、いずれも図示しないドリルロッドの先端に取付けられたパイロットビットにより、例えば口径５００ｍｍ程度の第１のパイロット孔１０を例えば１００〜２００ｍ程度の所定深度Ｈ１に掘削する（第１のパイロット孔掘削工程）。
【００１６】
また、掘削場所Ａから例えば１０〜２０ｍ程度の所定距離Ｅ離れた掘削場所Ｂに、いずれも図示しない作業員等昇降用エレベータ又はバケットエレベータなどのスライム排出手段が設置可能な例えば１〜２ｍ程度の適宜径の第１のスライム排出孔２０を第１のパイロット孔掘削工程と同じ所定深度Ｈ１の深さまで掘削する（第１のスライム排出孔掘削工程）。この第１のスライム排出孔掘削工程に用いる掘削装置及び方法は、口径１〜２ｍ程度の孔を掘削することができれば、ロータリー掘削工法、パーカッション掘削工法、ダウンザホールハンマ掘削工法、ケーシング回転掘削工法等、公知の如何なる工法をも使用することが可能であり、掘削対象地層の状態に応じて適宜選定すれば良い。本第１の実施形態においては、中間スタビライザ、ケリーロッド、クロスオーバサブ、カウンターウェイト、ローラースタビライザを介して先端にブラインドビットを連結したドリルユニット、マッドタンク、リバースサクションポンプ等を備え、リバース方式によってスライム（掘削ずり）を排出させるロータリー掘削装置（図示なし）によるロータリー掘削工法を用いた。
【００１７】
第１のパイロット孔掘削工程と第１のスライム排出孔掘削工程の実施順については、限定されず同時、或いはいずれかの掘削工程を先に行っても良い。本第１の実施形態においては、第１のパイロット孔掘削工程により掘削対象地層の状態を確認した上で、第１のスライム排出孔掘削工程に用いる掘削条件を決定するために、第１のパイロット孔掘削工程に続いて第１のスライム排出孔掘削工程を行った。なお、以下に述べる工程において、作業員や必要な機材を昇降する場合やスライムを排出する場合など必要に応じてその都度、スライム排出孔２０内の作業員等昇降用エレベータとスライム排出手段とはいずれか一方が交換設置されることが、スライム排出孔の口径をできるだけ小径に抑えられる点で望ましい。
【００１８】
次に、第１のスライム排出孔２０の孔底部から第１のパイロット孔１０の孔底部に連通するように、図示しないスライム搬送手段が設置可能な例えば略径２ｍ円断面又は略２ｍ四角断面程度の適宜広さの第１の横孔３０を掘削する（第１の横孔掘削工程）。第１の横孔３０の掘削は、第１のスライム排出孔２０から作業員が降下しての手掘り、又は公知の機械掘りのいずれでもよい。
【００１９】
続いて図２に示すように、アクセス坑道として例えば５ｍ程度の大口径立坑を掘削することができ、且つ、分解・組立可能なリーミングビットを分解した状態で搬入して組立てるのに必要な所定広さの第１の拡大スペース４０を、第１の横孔３０と連通する第１のパイロット孔１０の孔底部に掘削する（第１の拡大スペース掘削工程）。この第１の拡大スペース４０の掘削についても第１の横孔３０の掘削の場合と同様に、第１のスライム排出孔２０から作業員が降下しての手掘り、又は公知の機械掘りのいずれでもよい。
【００２０】
第１の拡大スペース掘削工程に続いて、レイズドリリングマシン６０の分解されたリーミングビット６２を第１のスライム排出孔２０から第１の横孔３０を経て第１の拡大スペース４０内に搬入し、そこで組立てる（第１のリーミングビット搬入・組立工程）。このとき、第１のパイロット孔掘削工程で使用した図示しないパイロットビットをドリルロッド６１の先端から取外し、リーミングビット６２をドリルロッド６１の先端に付替える（図３）。
【００２１】
なお、第１の横孔掘削工程の後段で第１のリーミングビット搬入・組立工程の前段までの間において、第１のスライム排出孔２０及び第１の横孔３０の内壁は、崩落防止や防水など安全対策としてそれぞれ適宜公知の方法による保護壁２１、３１が施されることが望ましい（図２及び図３）。また、地層の状態によって、第１の拡大スペース４０の内壁についても、崩落防止や防水など安全対策としてそれぞれ適宜公知の方法による保護壁を設ければ良い。
【００２２】
そして、図４に示すように、レイズドリリングマシン６０のリーミングビット６２を回転させながら第１のパイロット孔１０に沿って引上げ、第１のパイロット孔１０を第１の拡大スペース４０から地上に向けて所定の例えば５ｍ程度の大口径に拡孔することにより第１の立坑５０を掘削する（第１の立坑掘削工程）。図５は、第１の立坑掘削工程及び後述する第１のスライム排出工程が完了した状態を模式的に示す縦断面図である。第１の立坑５０の内壁についても、崩落防止や防水など安全対策として適宜公知の方法による保護壁５１が施されることが望ましい。本第１の実施形態において、第１のパイロット孔１０と第１のスライム排出孔２０の掘削深度を同一のＨ１とした例を示したが、地層の状態や掘削の障害となる埋設物の存在などに応じてそれぞれ異なる掘削深度とし、第１の横孔３０を水平ではなく傾斜して掘削しても良い。
【００２３】
第１の横孔掘削工程、第１の拡大スペース掘削工程及び第１の立坑掘削工程において生じるスライムは、それぞれ第１の横孔３０から第１のスライム排出孔２０を経由して、例えば図３および図４に示すように、それぞれスクレーパあるいはベルトコンベヤ又はトロッコなどの搬送手段７０及びバケットエレベータなどのスライム排出手段８０により地上に排出する（第１のスライム排出工程）。図３及び図４のスライム排出手段８０は、複数のバケット８１を備えた公知のバケットエレベータを模式的に例示したものである。第１のスライム排出工程は、それぞれ第１の横孔掘削工程、第１の拡大スペース掘削工程及び第１の立坑掘削工程と併行して実施することが望ましい。また、第１の立坑掘削工程においては、スライムの搬送手段７０及びスライム排出手段８０を地上からリモートコントロール可能な、例えばＣＣＤカメラ、通信装置、スイッチユニットやコントロールユニット等を含む制御装置などを備えた公知の搬送・搬出コントロール手段（図示なし）を、地上並びに第１の拡大スペース４０、第１のスライム排出孔２０などに設け、作業員が第１の拡大スペース４０や第１の横孔３０内に留まることなく、第１のスライム排出工程を実施可能とすることが好適である。
【００２４】
以上のような工程を経て第１の工程が終了する。本第１の実施形態においては、ドリルロッド６１を使用しての強力なレイズドリリングマシンにより第１のパイロット孔１０の口径を最終目的の口径にまで一度に拡径した第１の立坑５０を所定深度Ｈ１まで掘削することができる。第１の工程の完了後、第２の工程を実施する。本第１の実施形態における第２の工程では、第１の工程において掘削場所Ａに設置された大口径掘削用レイズドリリングマシンを使用し、ドリルロッドの先端に例えば第１のパイロット孔掘削工程で用いたパイロットビットと同様のパイロットビットを取付け、図６に示すように、第１の立坑の孔底部から、口径５００ｍｍ程度の第２のパイロット孔１２を例えば１００〜２００ｍ程度の所定深度Ｈ２に掘削する（第２のパイロット孔掘削工程）。
【００２５】
第２のパイロット孔掘削工程において、図示しない大口径掘削用レイズドリリングマシンは、例えばドリルユニット、パワーユニット、コントロールユニット、バルブユニット、ドリルポンプ等の各ユニットの全てを地上の掘削場所Ａに設置したままで使用しても良いが、大口径掘削用レイズドリリングマシンの各ユニットの内、ドリルユニットを第１の立坑５０の孔底部の掘削場所Ａにまで吊り降ろし設置しても良い。これにより、ドリルユニットに取付けるドリルロッドの長さを（Ｈ１＋Ｈ２にまで）延長する必要がなくなり、第２のパイロット孔１２の鉛直精度をより向上することができる。
【００２６】
また、第１のスライム排出孔掘削工程と同じ掘削場所Ｂに設置されたロータリー掘削装置によるロータリー掘削工法により、第１のスライム排出孔２０の孔底部から、第１のスライム排出孔２０と同程度の適宜径の第２のスライム排出孔２２を第２のパイロット孔１２と同じ所定深度Ｈ２の深さまで掘削し、第１のスライム排出孔２０と連通させる（第２のスライム排出孔掘削工程）。なお、第２のスライム排出孔掘削工程に用いる掘削装置及び方法は、口径１〜２ｍ程度の孔を掘削することができれば、第１のスライム排出孔掘削工程の場合と同様に公知の如何なる掘削装置、掘削工法をも使用することができ、掘削対象地層の状態に応じて適宜選択すれば良い。また、第１のスライム排出孔掘削工程において選択した掘削した装置、工法とは異なる他の掘削装置や掘削工法であっても選択できる。
【００２７】
なお、第２のパイロット孔掘削工程と第２のスライム排出孔掘削工程との実施順について限定されないことは、第１の工程における第１のパイロット孔掘削工程と第１のスライム排出孔掘削工程の場合と同様である。また、以下に述べる工程において、作業員や必要な機材を昇降する場合やスライムを排出する場合など必要に応じてその都度、第２のスライム排出孔２２内の作業員等昇降用エレベータとスライム排出手段とはいずれか一方が交換設置されることについても、第１の工程の場合と同様である。
【００２８】
そして、図６に示すとおり、第２のスライム排出孔２２の孔底部と第２のパイロット孔１２の孔底部とを連通するように、図示しないスライム搬送手段が設置可能な例えば略径２ｍ円断面又は略２ｍ四角断面程度の適宜広さの第２の横孔３２を掘削する（第２の横孔掘削工程）。第２の横孔掘削工程の掘削方法について、手掘り、又は公知の機械掘りのいずれでも良いことも、第１の横孔掘削工程と同様である。
【００２９】
次に、第２の横孔３２と連通する第２のパイロット孔１２の孔底部に、第１の工程の場合と同様に、５ｍ程度の大口径立坑を掘削するためのリーミングビットを搬入して組立てるのに必要な所定広さの第２の拡大スペース４２を掘削する（第２の拡大スペース掘削工程）。この第２の拡大スペース４２の掘削についても第２の横孔掘削工程の場合と同様に、第２のスライム排出孔２２から作業員が降下しての手掘り、又は公知の機械掘りのいずれでもよい。第２の拡大スペース掘削工程に続いて、レイズドリリングマシン６０の分解されたリーミングビット６２を、第２のスライム排出孔２２から第２の横孔３２を経て第２の拡大スペース４２内に搬入し、組立てる（第２のリーミングビット搬入・組立工程）。第２のパイロット孔掘削工程で使用した図示しないパイロットビットをドリルロッド６１の先端から取外し、組み立てたリーミングビット６２をドリルロッド６１の先端に付替える（図７）。第２の横孔掘削工程の後段で第２のリーミングビット搬入・組立工程の開始前迄の間において、第２のスライム排出孔２２及び第２の横孔３２の内壁は、第１の工程における場合と同様に、適宜公知の方法による保護壁２３及び３３が施されることが望ましい。また、地層の状態などによって、第２の拡大スペース４２の内壁についても、必要に応じて適宜公知の方法により保護壁を設ければ良い。
【００３０】
第２のリーミングビット搬入・組立工程完了の後、レイズドリリングマシン６０のリーミングビット６２を回転させながら引上げ、第２のパイロット孔１２を第２の拡大スペース４２から地上に向けて第１の立坑掘削工程の場合と同様に、所定の例えば５ｍ程度の大口径に拡孔することにより第２の立坑５２を掘削する（第２の立坑掘削工程）。図７及び図８は、それぞれ第２の立坑掘削工程を開始した状態、及び第２の立坑掘削工程が完了した状態を模式的に示す縦断面図である。第２の立坑５２の内壁についても、第１の立坑５０の場合と同様に保護壁５３が施されることが望ましい。また、第２のパイロット孔１２と第２のスライム排出孔２２との掘削深度を同一のＨ２とした例を示したが、第１の工程の場合と同様に、地層の状態などに応じてそれぞれ異なる掘削深度とし、第２の横孔３２を水平から傾斜して掘削しても良い。
【００３１】
第２の横孔掘削工程、第２の拡大スペース掘削工程及び第２の立坑掘削工程において生じるスライムは、それぞれ第２の横孔３２から第２のスライム排出孔２２及び第１のスライム排出孔２０を経由して、第１の工程の場合と同様のスクレーパあるいはベルトコンベヤ又はトロッコなどの搬送手段７０及びバケットエレベータなどのスライム排出手段８０により地上に排出する（第２のスライム排出工程）。第２のスライム排出工程は、それぞれ第２の横孔掘削工程、第２の拡大スペース掘削工程及び第２の立坑掘削工程と併行して実施することが望ましい。また、第２の立坑掘削工程において発生するスライムの搬送・排出のための第２のスライム排出工程では、第１の工程の場合と同様の搬送・搬出コントロール手段（図示なし）を、地上並びに第２の拡大スペース４２、第２のスライム排出孔２２などに設け、作業員が第２の拡大スペース４２や第２の横孔３２内に留まることなく実施可能とすることが望ましい。
【００３２】
以上のような工程を経て、第１の工程及び第２の工程が終了する。第２の工程では、レイズドリリングマシンにより第２のパイロット孔１２の口径を目的の口径、例えば５ｍ程度の所定口径にまで一度に拡径した所定深度Ｈ２の第２の立坑５２を掘削することが可能である。本第１の実施形態による第１の工程及び第２の工程によって、第１の立坑５０と第１の立坑５０に連通する第２の立坑５２との合計掘削深度Ｈ１＋Ｈ２  として、例えば、２００〜４００ｍまで掘削することができる。このような第１の実施形態による大深度大口径立坑掘削工法によれば、立坑等のスライム排出において、従来のような立坑を経由して人手や長大なワイヤ吊りによる排出手段を不用とし、立坑に隣接して設けたスライム排出孔から機械的に立坑掘削作業を中断することなくスライムを連続的に排出することができることから、掘削作業が安全で、立坑の掘削効率が高く、工期が短いという利点がある。さらには、通常のレイズドリリングマシンや各種搬送手段などの既存の簡易な技術を適用して大深度大口径の立坑が容易に掘削できることから、工事費用が全体的に安価となるばかりでなく、安定した掘削工事が可能である。
【００３３】
なお、本第１の実施形態では、図５に示した第１の立坑掘削工程及び第１のスライム排出工程が完了した状態から、必要に応じて第１の立坑５０の径をより大径に、例えば、１０ｍ程度の所定口径にまで拡径することもできる。すなわち、図９に示すように、第１の立坑５０よりも大径の例えば１０ｍ程度の大口径立坑を掘削することができ、且つ、分解・組立可能な大型リーミングビットを分解した状態で搬入して組立てるのに必要な所定広さの第１の２次拡大スペース４３を第１の立坑５０の孔底部に掘削する（第１の２次拡大スペース掘削工程）。第１の２次拡大スペース４３の掘削は、第１の拡大スペース４０の掘削の場合と同様、第１のスライム排出孔２０から作業員が降下しての手掘り、又は公知の機械掘りのいずれでもよい。
【００３４】
第１の２次拡大スペース掘削工程の後段において、レイズドリリングマシン６０の分解された大型リーミングビット６４を第１のスライム排出孔２０から第１の横孔３０を経て第１の２次拡大スペース４３内に搬入し、組立てる。分解された大型リーミングビット６４は、第１の立坑５０から吊降ろして搬入することもできる（第１の大型リーミングビット搬入・組立工程）。組み立てた大型リーミングビット６４をドリルロッド６１の先端に取り付ける。次に、レイズドリリングマシン６０の大型リーミングビット６４を回転させながら第１の立坑５０に沿って引上げ、第１の立坑５０を第１の２次拡大スペース４３から地上に向けて所定の例えば１０ｍ程度の大口径に拡孔することにより第１の２次拡径立坑５４（図示なし）を掘削する（第１の２次拡径立坑掘削工程）。第１の２次拡径立坑掘削工程にて発生したスライムは、第１のスライム排出工程と同様にして地上に排出すれば良く、また、第１の２次拡径立坑５４の内壁には、第１の立坑５０の保護壁５１の場合と同様に保護壁が施されることが望ましい。
【００３５】
また、第２の立坑掘削工程及び第２のスライム排出工程が完了した状態から、必要に応じて、第２の立坑５２の径を第１の２次拡径立坑５４と同程度の口径にまで拡径することもできる。第１の２次拡大スペース掘削工程の場合と同様にして、第１の２次拡大スペース４３と同程度の広さで第２の立坑５２より大径の第２の２次拡大スペース４４（以降、図示なし）を第２の立坑５２の孔底部に掘削する（第２の２次拡大スペース掘削工程）。
【００３６】
第２の２次拡大スペース掘削工程の後、分解された大型リーミングビット６４を、第１及び第２のスライム排出孔２０及び２２から第２の横孔３２を経て第２の２次拡大スペース４３内に搬入し、組立てる。分解された大型リーミングビット６４は、第１の２次拡径立坑５４及び第２の立坑５２から吊降ろして搬入することもできる。組み立てた大型リーミングビット６４をドリルロッド６１の先端に取り付ける（第２の大型リーミングビット搬入・組立工程）。次に、レイズドリリングマシン６０の大型リーミングビット６４を回転させながら第２の立坑５２に沿って引上げ、第２の立坑５２を第２の２次拡大スペース４４から地上に向けて所定の例えば１０ｍ程度の大口径に拡孔することにより第２の２次拡径立坑５５を掘削する（第２の２次拡径立坑掘削工程）。第２の２次拡径立坑掘削工程にて発生したスライムは、第２のスライム排出工程と同様にして地上に排出すれば良く、また、第２の２次拡径立坑５５の内壁には、第２の立坑５２の保護壁５３の場合と同様に保護壁が施されることが望ましい。これにより、さらに大口径の大深度立坑を精度良く掘削することが可能である。
【００３７】
また、本第１の実施形態においては、第２の工程の後、必要に応じて第２の工程と同様の第３の工程を続けて行うこともでき、さらに、第２の工程と同様の第４の工程、・・・、第ｎの工程を行っても良い。この様に第２の工程を順次繰り返すことにより、掘削対象地層の状態に応じて例えば１０００ｍを超えるような立坑の掘削も可能となる。なお、ここで第１の工程として、第１の２次拡大スペース掘削工程、第１の大型リーミングビット搬入・組立工程及び第１の２次拡径立坑掘削工程を加えて実施し、また、第２の２次拡大スペース掘削工程、第２の大型リーミングビット搬入・組立工程及び第２の２次拡径立坑掘削工程を第２の工程として加え、第２の工程を順次繰り返すことにより、１０ｍ級の大口径立坑を１０００ｍ級の大深度で掘削することも可能となる。
【００３８】
〔第２の実施形態〕
次に、第２の実施形態による大深度大口径立坑掘削工法について、図１０〜図１４を参照して詳細に説明する。ただし、本第２の実施形態による大深度大口径立坑掘削工法は、主に第１の実施形態における掘削工法において、パイロット孔の掘削深度を大とし、スライム排出孔を複数段にて掘削するように変更した工法であり、その他の構成、掘削条件の変更可能範囲、使用する装置の選択可能範囲など第１の実施形態と同一の事項については、重複を避ける為説明を省略する。
【００３９】
第２の実施形態による大深度大口径立坑掘削工法は、図１０〜図１１に示す第１段の工程と図１２〜図１４に示す第２段の工程を備えている。第１段の工程においては、図１０のように掘削場所Ａに図示しない大口径掘削用レイズドリリングマシンを設置して、いずれも図示しないドリルロッドの先端に取付けられたパイロットビットにより、例えば口径５００ｍｍ程度の複数段用パイロット孔１６を例えば２００〜４００ｍ程度の所定深度ＨＰｎに掘削する（複数段用パイロット孔掘削工程）。
【００４０】
また、掘削場所Ａから例えば１０〜２０ｍ程度の所定距離Ｅ離れた掘削場所Ｂに、いずれも図示しない作業員等昇降用エレベータ又はバケットエレベータなどのスライム排出手段が設置可能な例えば１〜２ｍ程度の適宜径の第１段のスライム排出孔２６を複数段用パイロット孔掘削工程より浅い所定深度ＨＥ１、例えば１００〜２００ｍの深さまで掘削する（第１段のスライム排出孔掘削工程）。第１段のスライム排出孔掘削工程に用いる掘削装置及び方法は、第１の実施形態の場合と同様である。
【００４１】
次に、第１段のスライム排出孔２６の孔底部から複数段用パイロット孔１６と連通するように、図示しないスライム搬送手段が設置可能な例えば略径２ｍ円断面又は略２ｍ四角断面程度の適宜広さの第１段の横孔３６を掘削する（第１段の横孔掘削工程）。第１段の横孔３６の掘削は、第１段のスライム排出孔２６から作業員が降下しての手掘り、又は公知の機械掘りのいずれでもよい。この第１段の横孔掘削工程においては、第１段の横孔３６と交わる部分より下方の複数段用パイロット孔１６が埋まることのないように板などで覆う等の処置を施しておけば良い。
【００４２】
続いて図１１に示すように、アクセス坑道として例えば５ｍ程度の大口径立坑を掘削することができ、且つ、分解・組立可能なリーミングビットを分解した状態で搬入して組立てるのに必要な所定広さの第１段の拡大スペース４６を、複数段用パイロット孔１６の第１段の横孔３６と連通して交わる部分に掘削する（第１段の拡大スペース掘削工程）。第１段の拡大スペース掘削工程における掘削方法については、第１の実施形態における第１の拡大スペース掘削工程の場合と同様である。
【００４３】
第１段の拡大スペース掘削工程に続いて、レイズドリリングマシン６０の分解されたリーミングビット６２を第１段のスライム排出孔２６から第１段の横孔３６を経て第１段の拡大スペース４６内に搬入し、そこで組立てる（第１段のリーミングビット搬入・組立工程）。このとき、複数段用パイロット孔掘削工程で使用した図示しないパイロットビットをドリルロッド６１の先端から取外し、リーミングビット６２をドリルロッド６１の先端に付替える。なお、第１段の横孔掘削工程の後段で第１段のリーミングビット搬入・組立工程の前段までの間において、第１段のスライム排出孔２６及び第１段の横孔３６の内壁は、第１の実施形態の場合と同様に、それぞれ保護壁２７及び３７が施されることが望ましい。また、地層の状態によって、第１段の拡大スペース４６の内壁についても、第１の実施形態の場合と同様に必要に応じて保護壁を設ければ良い。
【００４４】
第１段のリーミングビット搬入・組立工程の後、図１１に示すように、レイズドリリングマシン６０のリーミングビット６２を回転させながら複数段用パイロット孔１６に沿って引上げ、複数段用パイロット孔１６を第１段の拡大スペース４６から地上に向けて所定の例えば５ｍ程度の大口径に拡孔することにより第１段の立坑５６を掘削する（第１段の立坑掘削工程）。第１段の立坑５６の内壁についても、第１の実施形態における第１の立孔掘削工程の場合と同様に保護壁５７が施されることが望ましい。また、本第２の実施形態において、第１段の横孔３６をほぼ水平に掘削した例を示したが、第１の実施形態における第１の横孔３０と同様に、水平から傾斜して掘削しても良い。
【００４５】
第１段の横孔掘削工程、第１段の拡大スペース掘削工程及び第１段の立坑掘削工程において生じるスライムは、それぞれ第１段の横孔３６から第１段のスライム排出孔２６を経由して、例えば、それぞれスクレーパあるいはベルトコンベヤ又はトロッコなどの搬送手段７０及びバケットエレベータなどのスライム排出手段８０により地上に排出する（第１段のスライム排出工程）。図１１に示したスライム排出手段８０は、複数のバケット８１を備えた公知のバケットエレベータを模式的に例示したものである。第１段のスライム排出工程の実施条件、使用可能な装置などは、第１の実施形態における第１のスライム排出工程の場合と同様である。
【００４６】
以上の工程を経て本第２の実施形態における第１段の工程が終了し、第２段の工程を実施する。第２の実施形態における第２段の工程では、図１２に示すように、第１段のスライム排出孔掘削工程と同じ掘削場所Ｂに設置されたロータリー掘削装置によるロータリー掘削工法により、第１段のスライム排出孔２６の孔底部から、第１段のスライム排出孔２６と同程度の適宜径の第２段のスライム排出孔２８を所定深度ＨＥ２の深さまで掘削し、第１段のスライム排出孔２６に連通させる（第２段のスライム排出孔掘削工程）。なお、第２段のスライム排出孔掘削工程に用いる掘削装置及び方法の適用可能範囲などは、第１の実施形態における第２のスライム排出孔掘削工程の場合と同様である。
【００４７】
次に、第２段のスライム排出孔２８の孔底部と複数段用パイロット孔１６とを連通するように、図示しないスライム搬送手段が設置可能な例えば略径２ｍ円断面又は略２ｍ四角断面程度の適宜広さの第２段の横孔３８を掘削する（第２段の横孔掘削工程）。第２段の横孔掘削工程の掘削方法について、手掘り、又は公知の機械掘りのいずれでも良いことなどは、第１段の横孔掘削工程と同様である。
【００４８】
第２段の横孔掘削工程の後、図１３に示すように、第２段の横孔３８と連通する複数段用パイロット孔１６とが交わる部分に、第１段の工程の場合と同様に、５ｍ程度の大口径立坑を掘削するためのリーミングビットを搬入して組立てるのに必要な所定広さの第２段の拡大スペース４８を掘削する（第２段の拡大スペース掘削工程）。この第２段の拡大スペース４８の掘削についても第２段の横孔掘削工程の場合と同様に、第１段のスライム排出孔２６及び第２段のスライム排出孔２８から作業員が降下しての手掘り、又は公知の機械掘りのいずれでもよい。
【００４９】
第２段の拡大スペース掘削工程に続いて、分解されたリーミングビット６２を、第１段及び第２段のスライム排出孔２６及び２８から第２段の横孔３８を経て第２段の拡大スペース４８内に搬入し、組立てる（第２段のリーミングビット搬入・組立工程）。第２段のパイロット孔掘削工程で使用した図示しないパイロットビットをドリルロッド６１の先端から取外し、組み立てたリーミングビット６２をドリルロッド６１の先端に付替える。第２段の横孔掘削工程の後段で第２段のリーミングビット搬入・組立工程の開始前迄の間において、第２段のスライム排出孔２８及び第２段の横孔３８の内壁は、第１段の工程における場合と同様に、保護壁２９及び３９が施されることが望ましい。また、地層の状態などによって、第２段の拡大スペース４８の内壁についても、必要に応じて適宜公知の方法により保護壁を設ければ良い。
【００５０】
第２段のリーミングビット搬入・組立工程完了の後、レイズドリリングマシン６０のリーミングビット６２を回転させながら引上げ、複数段用パイロット孔１６を第２段の拡大スペース４８から地上に向けて第１段の立坑掘削工程の場合と同様に、所定の例えば５ｍ程度の大口径に拡孔することにより第２段の立坑５８を掘削する（第２段の立坑掘削工程）。図１３及び図１４は、それぞれ第２段の立坑掘削工程を開始した状態、及び第２段の立坑掘削工程が完了した状態を模式的に示す縦断面図である。第２段の立坑５８の内壁については、第１段の立坑５６の場合と同様に保護壁５９が施されることが望ましい。また、本第２の実施形態として、第２段の横孔３８をほぼ水平に掘削した例を示したが、第１の実施形態における第２の横孔３２の場合と同様に、水平から傾斜して掘削しても良い。
【００５１】
第２段の横孔掘削工程、第２段の拡大スペース掘削工程及び第２段の立坑掘削工程において生じるスライムは、それぞれ第２段の横孔３８から第２段のスライム排出孔２８及び第１段のスライム排出孔２６を経由して、第１段の工程の場合と同様の搬送手段７０及びスライム排出手段８０により地上に排出する（第２段のスライム排出工程）。第２段のスライム排出工程は、それぞれ第２段の横孔掘削工程、第２段の拡大スペース掘削工程及び第２段の立坑掘削工程と併行して実施することが望ましい。また、第２段の立坑掘削工程において発生するスライムの搬送・排出のための第２段のスライム排出工程では、第１段の工程の場合と同様の搬送・搬出コントロール手段（図示なし）を、地上並びに第２段の拡大スペース４８、第２段のスライム排出孔２８などに設け、作業員が第２段の拡大スペース４８や第２段の横孔３８内に留まることなく実施可能とすることが望ましい。
【００５２】
以上のような工程を経て、第１段の工程及び第２段の工程が終了する。第２段の工程では、レイズドリリングマシンにより複数段用パイロット孔１６の口径を目的の口径、例えば５ｍ程度の所定口径にまで一度に拡径した所定深度ＨＥ２の第２段の立坑５８を掘削することが可能である。
本第２の実施形態による第１段の工程及び第２段の工程によって、第１段の立坑５６と第１段の立坑５６に連通する第２段の立坑５８との合計掘削深度ＨＥ１＋ＨＥ２＝ＨＰｎ、例えば、２００〜４００ｍまで掘削することができる。このような第２の実施形態による大深度大口径立坑掘削工法によれば、長大なドリルロッドを使用しての既存の強力なレイズドリリングマシンによりパイロット孔を所定深度ＨＰｎまで一度に掘削するため、段毎のパイロット孔掘削位置調整、ビットの交換などの手間が不要となる。したがって、第１の実施形態の場合の利点に加えて、一層掘削効率が高く、工期が短いという利点がある。
【００５３】
なお、本第２の実施形態においても、第１の実施形態の場合と同様にして、第１段の立坑掘削工程及び第１段のスライム排出工程が完了した状態から、必要に応じて第１段の立坑５６の口径をより大径に、例えば、１０ｍ程度の所定口径にまで拡径することもできる。以降図面および詳細な説明は省略するが、第１の実施形態における第１の２次拡大スペース掘削工程、第１の大型リーミングビット搬入・組立工程及び第１の２次拡径立坑掘削工程と同様の、それぞれ第１段の２次拡大スペース掘削工程、第１段の大型リーミングビット搬入・組立工程及び第１段の２次拡径立坑掘削工程を実施すれば良い。また、第２段の立坑掘削工程及び第２段のスライム排出工程が完了した状態から、必要に応じて、第２段の立坑５８の口径を第１段の立孔５６の口径を拡径した口径と同程度の口径にまで拡径することもできる。第１の実施形態における第２の２次拡大スペース掘削工程、第２の大型リーミングビット搬入・組立工程及び第２の２次拡径立坑掘削工程と同様の、それぞれ第２段の２次拡大スペース掘削工程、第２段の大型リーミングビット搬入・組立工程及び第２段の２次拡径立坑掘削工程を実施すれば良い。これにより、さらに大口径の大深度立坑を精度良く掘削することが可能である。
【００５４】
また、本第２の実施形態においては、第２段の工程の後、必要に応じて第２段の工程と同様の第３段の工程を続けて行うこともできる。さらに、第２段の工程と同様の第４段の工程、…、第ｎ段の工程を行っても良く、複数段用パイロット孔１６の掘削深度ＨＰｎに至るまで、第２段の工程を順次繰り返すことができる。これにより、立坑掘削対象地点の地層の状態に合わせて多数段に分けることができ、４００〜５００ｍ程度に至るような大深度大口径立坑を精度良く掘削することが可能であり、第１の実施形態の場合に比しても、より工期を短縮することが可能である。また、第１段の工程及び第２段の工程を順次繰り返しても良く、これにより、掘削対象地層の状態に応じて例えば１０００ｍ級の大深度大口径立坑の掘削も可能となる。そして、ここで第１段の工程として、第１段の２次拡大スペース掘削工程、第１段の大型リーミングビット搬入・組立工程及び第１段の２次拡径立坑掘削工程を加えて実施し、また、第２段の２次拡大スペース掘削工程、第２段の大型リーミングビット搬入・組立工程及び第２段の２次拡径立坑掘削工程を第２段の工程として加えて実施することもできる。これにより、１０ｍ級の大口径立坑を１０００ｍ級の大深度で掘削することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の第１の実施形態による大深度大口径立坑掘削工法の第１の工程進行状態を順次模式的に示す縦断面図である。
【図２】同、第１の工程進行状態を順次模式的に示す縦断面図である。
【図３】同、第１の工程進行状態を順次模式的に示す縦断面図である。
【図４】同、第１の工程進行状態を順次模式的に示す縦断面図である。
【図５】同、第１の工程完了状態を模式的に示す縦断面図である。
【図６】同、第２の工程進行状態を順次模式的に示す縦断面図である。
【図７】同、第２の工程進行状態を順次模式的に示す縦断面図である。
【図８】同、第２の工程完了状態を模式的に示す縦断面図である。
【図９】本発明の第１の実施形態の変形形態による大深度大口径立坑掘削工法の第１の工程進行状態を模式的に示す縦断面図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態による大深度大口径立坑掘削工法の第１段の工程進行状態を順次模式的に示す縦断面図である。
【図１１】同、第１段の工程進行状態を順次模式的に示す縦断面図である。
【図１２】同、第２段の工程進行状態を順次模式的に示す縦断面図である。
【図１３】同、第２段の工程進行状態を順次模式的に示す縦断面図である。
【図１４】同、第２段の工程完了状態を模式的に示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００５６】
１０、１２、１６    パイロット孔
２０、２２、２６、２８    スライム排出孔
３０、３２、３６、３８    横孔
４０、４２、４３    拡大スペース
５０、５２、５６、５８    立坑
６０    レイズドリリングマシン
６１    ドリルロッド
６２、６４    リーミングビット
７０    搬送手段
８０    スライム排出手段
【図１】
2005030106.tif 000003
【図２】
2005030106.tif 000004
【図３】
2005030106.tif 000005
【図４】
2005030106.tif 000006
【図５】
2005030106.tif 000007
【図６】
2005030106.tif 000008
【図７】
2005030106.tif 000009
【図８】
2005030106.tif 000010
【図９】
2005030106.tif 000011
【図１０】
2005030106.tif 000012
【図１１】
2005030106.tif 000013
【図１２】
2005030106.tif 000014
【図１３】
2005030106.tif 000015
【図１４】
2005030106.tif 000016