ワイヤーライン掘削装置及びその工法
【課題】ワイヤライン掘削装置において、硬質層と軟質層の混在する地層に対して柔軟に対応でき、効率的にコア採取する。
【解決手段】ワイヤライン掘削装置1において、アウター部4はアウターチューブの回転をインナー部5に伝達する回転伝動部4Dと掘削ビット4Cを備え、インナー部はアウターチューブの回転を伝達される回転従動部5Dと互いに交換可能な少なくとも２つの交換部51,52のうちのいずれか１つの交換部とを備え、第１の交換部51は、回転従動部5Dの回転を伝達しないようにベアリング部5E2を介して連結されその下端が掘削ビット4Cよりも上方に位置するシングルインナーチューブ5Cを具備し、第２の交換部52は、回転従動部5Dと共に回転するように連結されその下端が掘削ビット4Cよりも下方に突出するシングルインナーコアチューブ5Kとを具備する。
【解決手段】ワイヤライン掘削装置1において、アウター部4はアウターチューブの回転をインナー部5に伝達する回転伝動部4Dと掘削ビット4Cを備え、インナー部はアウターチューブの回転を伝達される回転従動部5Dと互いに交換可能な少なくとも２つの交換部51,52のうちのいずれか１つの交換部とを備え、第１の交換部51は、回転従動部5Dの回転を伝達しないようにベアリング部5E2を介して連結されその下端が掘削ビット4Cよりも上方に位置するシングルインナーチューブ5Cを具備し、第２の交換部52は、回転従動部5Dと共に回転するように連結されその下端が掘削ビット4Cよりも下方に突出するシングルインナーコアチューブ5Kとを具備する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試錐(ボーリング)工法の一つであるワイヤーライン工法に用いる掘削装置並びにこれを用いた掘削工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ワイヤーライン掘削装置は、下端に掘削ビットをもつアウターチューブと、コアを採取するインナーチューブとを備える。その掘削工法は、アウターチューブにより回転掘削を行い、コアを採取したインナーチューブだけを、ワイヤロープで孔底から吊りあげてコアを除いた後、空になったインナーチューブを再び、孔底に戻すことを繰り返しながら掘進する工法である。掘削効率およびコア採取率は、それ以前の工法に比べて格段に優れている。
【０００３】
図１８及び図１９は、特許文献１に開示されたワイヤーライン掘削装置の概略構成図である。図１８は全体図であり、図１９(ａ)は要部の斜視展開図であり、図１９(ｂ)は要部の断面図である。なお、図１８においては、網掛け部分は断面を、それ以外は側面を示している（後述する各図においても同様）。特許文献１のワイヤーライン掘削装置は、軟弱地層からもコアを確実に回収するべくそれ以前の技術を改良したものである。
【０００４】
ワイヤライン掘削装置１０１は、装置本体部１０２とワイヤライン部１０３とから構成されている。装置本体部１０２は、アウター部１０４とインナー部１０５とを有する。円筒状のアウター部１０４は、掘削孔のほぼ全長に亘って設置され試錐力(回転駆動力)の伝動鋼管であるロッド（図示せず）と、ロッドの下方に連結されたアウターチューブ１０４Ｂと、アウターチューブ１０４Ｂの下端に装着された掘削ビット１０４ｃとを備えている。ロッドとアウターチューブ１０４Ｂは、ロッキングカップリング１０４Ａにより連結されている。アウターチューブ１０４Ｂの上端部に設けたアダプターカップリング１０４Ｇは、インナー部１０５のラッチ部１０５Ｂが開いたときの固定装置である。アウターチューブ１０４Ｂの中間部には、回転伝動部１０４Ｄが形成されている。
【０００５】
一方、インナー部１０５は、アウターチューブ１０４Ｂ内に配置され、上端の吊り金具１０５Ａと、吊り金具の下端に連結されたラッチ部１０５Ｂと、ラッチ部１０５Ｂの下端に連結された送水ジョイント１０５Ｇと、送水ジョイント１０５Ｇの下端に連結された、回転従動部１０５Ｄと、回転従動部の下端に連結された円筒状のインナーコアチューブ１０５Ｃと、インナーコアチューブの下端に装着された掘削ビット１０５Ｐとを備えている。ラッチ部１０５Ｂが、アウターチューブ１０４Ｂに形成された切り欠きに係合することにより、インナー部１０５がアウター部１０４内で所定の位置に支持される。
【０００６】
さらに、ワイヤーライン部１０３は、ワイヤライン１０３Ａと、ワイヤラインの下端に連結されたオーバーショットアッセンブリ１０３Ｂと、オーバーショットアッセンブリの下端に連結されたリフティングドック１０３Ｃとから構成されている。リフティングドック１０３Ｃは、インナー部１０５の吊り金具１０５Ａと係合する。ワイヤライン部１０３を上方に引き上げることにより、インナー部１０５のラッチ部１０５Ｂがアウターチューブ１０４Ｂから離脱し、インナー部１０５を地表まで吊り上げるよう構成されている。
【０００７】
アウター部１０４とインナー部１０５との間には、通水用間隙が設けられている。図１９(ａ)に示すように、送水ジョイント１０５Ｇの外周面には間隙調整用又は振れ止め用のランディング１０５が装着されている。この部分では通水用間隙が遮断されている。従って、通水を確保するために、送水ジョイント１０５においてランディング１０５Ｆより上方に設けた入水口１０５Ｇ１から水を入水させ、送水ジョイント１０５の内部に設けた通水路１０５Ｇ２を経由して、ランディング１０５Ｆの下方に設けた出水口１０５Ｇ３から再び間隙へ出水するよう構成されている。ワイヤライン掘削装置における水の流れを、黒矢印で示している（後述する各図においても同様）。
【０００８】
特許文献１のワイヤライン掘削装置は、アウター部の回転駆動力をインナー部へ伝動するように構成されている。アウターチューブ１０４Ｂの一部に形成された回転伝動部１０４Ｄは、図１９(ａ)の下部(アウターチューブの背面側の半部のみを示す)に示すように、回転伝動部１０４Ｄの内周面には、周方向に複数(偶数個)の伝動突条１０４Ｄ１が所定の幅及び間隔で配置されている。各伝動突条１０４Ｄ１は軸方向に所定の長さで延在しており、隣り合う伝動突条１０４Ｄ１の間には、スプライン嵌合溝１０４Ｄ２とスプライン通水溝１０４Ｄ３が交互に形成されている。一方、インナー部の回転従動部１０５Ｄの外周面には、周方向に複数(伝動突条１０４Ｄ１の半数)の従動突条１０５Ｄ１が所定の幅及び間隔で配置されている。従動突条１０５Ｄ１は、アウターチューブのスプライン嵌合溝１０４Ｄ２内に嵌合する。図１９(ｂ)の断面図に示すように、スプライン嵌合溝１０４Ｄ２と従動突条１０５Ｄ１が嵌合することにより試錐力がアウター部からインナー部へ伝動する。同時に、スプライン通水溝１０４Ｄ３により通水路が確保されている。
【０００９】
特許文献１のワイヤライン掘削装置は、図１８に示すように、インナーコアチューブ１０５Ｃの下端がアウターチューブ１０４Ｂの下端より突出しており、掘削ビット１０５Ｐを装着している。ロッドの回転駆動力は、アウター部１０４の掘削ビット１０４Ｃに作用すると同時に、アウター部１０４からインナー部１０５へ回転駆動力が伝動することにより、インナー部１０５の掘削ビット１０５Ｐにも作用する。インナー部の掘削ビット１０５Ｐは、アウター部の掘削ビット１０４Ｃよりも先行するため、インナーコアチューブ１０５Ｃに収容可能な大きさのコアをコアリフター１０５Ｉにより確実に採取することができる。また、チューブ間隙を通過してアウターチューブ１０４Ｂの下端から噴出する水によりコアが吹き飛ばされることなく採取できる。これは特に軟弱地層において有用である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平１０−１９６２６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
試錐工は、１０００〜２０００mに及ぶこともあり、採取個所の地層が多様に変化することも多い。従って、１つのワイヤライン掘削装置が、硬質層(岩盤、礫等)と軟質層(砂、粘土等)のいずれにも対応可能なであることが好ましい。しかしながら、特許文献１のワイヤライン掘削装置は、専らインナーコアチューブを先行させてアウターチューブと共に回転させるように構成されているので、軟質層の採取や、固結していない砂礫層又は砂礫の崩壊物の回収に向いている。
【００１２】
硬質層に向いている一般的なワイヤライン掘削装置（特許文献１に記載の従来技術である図７参照。アウター部からインナー部への回転伝動機構は無く、アウターチューブのみを回転させて掘削する装置）を用いて硬質層や軟質層の混在する破砕層や砂礫層を掘削進行していくと、ポンプ送水で除去しきれない礫などの崩壊沈殿物が坑内に堆積して、掘削不能となることがしばしば発生する。その場合、アウター部とインナー部の双方を揚管して、特許文献１に記載の掘削装置（アウター部からインナー部への回転伝動機構を具備する装置）に交換し、インナーコアチューブを回転させて崩壊物を回収していた。その後、再びアウター部とインナー部の双方を揚管し、元の一般的なワイヤライン掘削装置に戻して掘削を再開していた。このように、従来は、掘削進行の途中で、アウター部及びインナー部の双方を揚管し、掘削装置全体を交換することを頻繁に行わなければならなかった。このような工法は、作業負担が非常に大きい上に、迅速かつ円滑な施工の支障となっていた。
【００１３】
以上の現状に鑑み、本発明は、ワイヤライン掘削装置及びその工法において、硬質層と軟質層の混在する地層に対して柔軟に対応でき、効率的にコア採取できることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の目的を達成するべく本発明は、以下の構成を提供する。括弧内の半角数字は、後述する図面中の符号であり、参考のために付する。
【００１５】
本発明によるワイヤライン掘削装置の第１の態様は、装置本体部(2)とワイヤライン部(3)とから構成され、前記装置本体部(2)は、円筒状のアウター部(4)と、該アウター部との間に通水用間隙(6)を設けて内部空間に設置されるインナー部(5)とから構成され、前記インナー部(5)は、前記ワイヤライン部(3)により前記アウター部(4)内に投下されかつ吊り上げられる。
（ａ）前記アウター部(4)は、以下の(ａ１)〜(ａ４)の構成を備える。
（ａ１）回転駆動されるロッド。
（ａ２）前記ロッドの下端に連結され該ロッドと共に回転するアウターチューブ(4B)。
（ａ３）前記アウターチューブ(4B)の下端に装着された掘削ビット(4C)。
（ａ４）前記アウターチューブ(4B)の内面に形成され該アウターチューブの回転を前記インナー部(5)に伝達する回転伝動部(4D)。
（ｂ）前記インナー部(5)は、軸方向に上方から下方に向かって、以下の(ｂ１)〜(ｂ６)の構成を備える。
（ｂ１）前記ワイヤライン部(3)の下端に係合脱離可能な吊り金具(5A)。
（ｂ２）前記アウターチューブ(4B)に対し係合脱離可能なラッチ部(5B)。
（ｂ３）前記通水用間隙(6)から前記インナー部(5)の内部へと水を入水させるために形成された入水口(5G21,5G22)。
（ｂ４）前記通水用間隙(6)を閉塞するように前記アウターチューブ(4B)の回転伝動部(4D)と嵌合することにより該アウターチューブの回転を伝達され、かつ前記入水口(5G21,5G22)と連通して軸方向に貫通する第１の通水路(5D5)を形成された回転従動部(5D)。
（ｂ５）前記回転従動部(5D)に連結され前記第１の通水路(5D5)と連通する第２の通水路(5H3)と該第２の通水路から前記通水用間隙(6)へと水を出水させるための出水口(5H2)とを形成された送水ジョイント部(5H)。
（ｂ６）前記送水ジョイント部(5H)に連結される交換部であって、前記インナー部(5)を前記アウター部(4)から取り出した際に互いに交換可能である少なくとも２つの交換部(51,52)のうち、いずれか１つの交換部。
【００１６】
上記の少なくとも２つの交換部は、それぞれ以下の構成を具備する。
（ｂ６１）第１の交換部(51)は、前記回転従動部(5D)の回転を伝達しないようにベアリング部(5E2)を介して連結されその下端が前記アウター部(4)の掘削ビット(4C)よりも上方に位置するシングルインナーチューブ(5C)と、前記第１のシングルインナーチューブの下端近傍に内蔵されたコアリフター(5F)と、を具備する。
【００１７】
（ｂ６２）第２の交換部(52)は、前記回転従動部(5D)と共に回転するように連結されその下端が前記アウター部(4)の掘削ビット(4C)よりも下方に突出するシングルインナーコアチューブ(5K)と、前記シングルインナーコアチューブの下端に装着されたコア収容ビット(5P)と、を具備する。
【００１８】
上記ワイヤライン掘削装置の第１の態様において、前記インナー部(5)は、第３の交換部をさらに有することが、好適である。
第３の交換部は、前記送水ジョイント部(5H)に替えて前記回転従動部(5D)に連結される遮水ジョイント部(5L)と、前記遮水ジョイント(5L)に連結されその下端が前記アウター部(4)の掘削ビット(4C)よりも下方に突出するダブルインナーコアチューブ(5M)であって、前記回転従動部(5D)と共に回転するように連結された外側のインナーコアチューブ(5M1)と、該回転従動部(5D)の回転を伝達しないようにベアリング部(5L8)を介して連結された内側のインナーチューブ(5M2)とからなるダブルインナーコアチューブ(5M)と、前記外側のインナーコアチューブ(5M1)の下端に装着された掘削ビット(5Q)と、を備える。
また、前記遮水ジョイント部(5L)は、前記通水用間隙(6)を遮断するべく外周に装着された弾性材パッカー(5L2)と、前記回転従動部(5D)の第１の通水路(5D5)と連通し軸方向に貫通する第３の通水路(5L3)とを形成され、該第３の通水路(5L3)の下端は前記ダブルインナーコアチューブ(5M)の間隙(5M3)の上端に開口することが、好適である。
【００１９】
本発明によるワイヤライン掘削工法の第１の態様は、上記第１の態様のワイヤライン掘削装置において第１及び第２の交換部を備えたものを用いる。
硬質層からコアを回収する場合、前記回転従動部(5D)に前記送水ジョイント部(5H)及び第１の交換部(51)を連結し、前記通水用間隙(6)の下端から水を噴出させつつ前記アウターチューブ(4B)の掘削ビット(4C)により掘削して前記シングルインナーチューブ(5C)内にコアを回収する。
軟質層からコアを回収する場合、前記回転従動部(5D)に前記送水ジョイント部(5H)及び第２の交換部(52)を連結し、前記シングルインナーコアチューブ(5K)を回転させて前記コア収容ビット(5P)により該シングルインナーコアチューブ(5K)内にコアを回収する。
前記第１及び第２の交換部(51,52)の互いの交換は、前記ワイヤライン部(3)により前記インナー部(5)を吊り上げ前記アウター部(4)から取り出して行う。
【００２０】
上記のワイヤライン掘削工法の第１の態様においては、さらに上記の第３の交換部を用いることが好適である。
前記硬質層と前記軟質層の中間の硬度である準軟質層からコアを回収する場合、前記回転従動部(5D)に前記遮水ジョイント部(5L)及び前記第３の交換部(53)を連結し、前記通水用間隙(6)の下端から水を噴出させず前記ダブルインナーコアチューブ(5M)の間隙(5M3)の下端から水を噴出させつつ前記外側のインナーコアチューブ(5M1)の掘削ビット(5Q)により掘削して前記内側のインナーチューブ(5M2)内にコアを回収する。
前記第１、第２及び第３の交換部(51,52,53)の互いの交換は、前記ワイヤライン部(3)により前記インナー部(5)を吊り上げ前記アウター部(4)から取り出して行う。
【００２１】
本発明によるワイヤライン掘削装置の第２の態様は、装置本体部(2)とワイヤライン部(3)とから構成され、該アウター部との間に通水用間隙(6)を設けて内部空間に設置されるインナー部(5)とから構成され、前記インナー部(5)は前記ワイヤライン部(3)により前記アウター部(4)内に投下されかつ吊り上げられる。
（ａ）前記アウター部(4)は、以下の(ａ１)〜(ａ４)の構成を備える。
（ａ１）回転駆動されるロッド。
（ａ２）前記ロッドの下端に連結され該ロッドと共に回転するアウターチューブ(4B)。
（ａ３）前記アウターチューブ(4B)の下端に装着された掘削ビット(4C)。
（ａ４）前記アウターチューブ(4B)の内面に形成され該アウターチューブの回転を前記インナー部(5)に伝達する回転伝動部(4D)。
（ｂ）前記インナー部(5)は、軸方向に上方から下方に向かって、以下の(ｂ１)〜(ｂ５)の構成を備える。
（ｂ１）前記ワイヤライン部(3)の下端に係合脱離可能な吊り金具(5A)。
（ｂ２）前記アウターチューブ(4B)に対し係合脱離可能なラッチ部(5B)。
（ｂ３）前記通水用間隙(6)から前記インナー部(5)の内部へと水を入水させるために形成された入水口(5G21,5G22)。
（ｂ４）前記通水用間隙(6)を閉塞するように前記アウターチューブ(4B)の回転伝動部(4D)と嵌合することにより該アウターチューブの回転を伝達され、かつ前記入水口(5G21,5G22)と連通し軸方向に貫通する第１の通水路(5D5)を形成された回転従動部(5D)。
（ｂ５）前記回転従動部(5D)に連結される交換部であって、前記インナー部(5)を前記アウター部(4)から取り出した際に互いに交換可能な軟質層用の交換部(54)と準軟質層用の交換部(55)のうち、いずれか１つの交換部。
上記の２つの交換部は、それぞれ以下の構成を具備する。
軟質層用の交換部(54)は、前記回転従動部(5D)に連結されかつ前記第１の通水路(5D5)と連通する第２の通水路(5H3)と前記第２の通水路から前記通水用間隙(6)へと水を出水させるための出水口(5H2)とを形成された送水ジョイント部(5H)と、前記回転従動部(5D)と共に回転するように連結されその下端が前記アウター部(4)の掘削ビット(4C)よりも下方に突出するシングルインナーコアチューブ(5K)と、前記シングルインナーコアチューブ(5K)の下端に装着されたコア収容ビット(5P)と、を具備する。
前記準軟質層用の交換部(55)は、前記回転従動部(5D)に連結される遮水ジョイント部(5L)と、前記遮水ジョイント(5L)に連結されその下端が前記アウター部(4)の掘削ビット(4C)よりも下方に突出するダブルインナーコアチューブ(5M)であって、前記回転従動部(5D)と共に回転するように連結された外側のインナーコアチューブ(5M1)と、該回転従動部(5D)の回転を伝達しないようにベアリング部(5L8)を介して連結された内側のインナーチューブ(5M2)とからなるダブルインナーコアチューブ(5M)と、前記外側のインナーコアチューブ(5M1)の下端に装着された掘削ビット(5Q)と、を具備し、前記遮水ジョイント部(5L)は、前記通水用間隙(6)を遮断するべく外周に装着された弾性材パッカー(5L2)と、前記回転従動部(5D)の第１の通水路(5D5)と連通し軸方向に貫通する第３の通水路(5L3)と、を具備し、前記第３の通水路(5L3)の下端は前記ダブルインナーコアチューブ(5M)の間隙(5M3)の上端に開口する。
【００２２】
本発明によるワイヤライン掘削工法の第２の態様は、上記第２の態様のワイヤライン掘削装置を用いる。
軟質層からコアを回収する場合、前記回転従動部(5D)に前記軟質層用の交換部(54)を連結し、前記シングルインナーコアチューブ(5K)を回転させて前記コア収容ビット(5P)により該シングルインナーコアチューブ(5K)内にコアを回収する。
準軟質層からコアを回収する場合、前記回転従動部(5D)に前記準軟質層用の交換部(55)を連結し、前記通水用間隙(6)の下端から水を噴出させず前記ダブルインナーコアチューブ(5M)の間隙(5M3)の下端から水を噴出させつつ前記外側のインナーコアチューブ(5M1)の掘削ビット(5Q)により掘削して前記内側のインナーチューブ(5M2)内にコアを回収する。
前記軟質層用と準軟質層用の交換部(54,55)の互いの交換は、前記ワイヤライン部(3)により前記インナー部(5)を吊り上げ前記アウター部(4)から取り出して行う。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によるワイヤライン掘削装置は、硬質層と軟質層の混在する地層からコアを採取する場合に、インナー部における交換部を硬質層及び軟質層のそれぞれに最適なものに交換して行うことにより、いずれの地層においても効率的にコア採取できる。
インナー部において、交換部を除いた共通部分は、インナー部の上方部分である。このインナー部の上方部分には、アウター部のアウターチューブに形成された回転伝動部から回転を伝達される回転従動部が含まれており、それによりインナー部の上方部分はアウター部と共に回転する。インナー部の下方部分に連結されるコア回収用の内部空間を有するチューブは、交換部に含まれており、地層に応じて最適な構成のものに交換することができる。
【００２４】
本明細書では、アウター部の「アウターチューブ」の呼称は１つであるが、インナー部のチューブには種類によって異なる呼称を用いている。インナー部のチューブは、回転させないものを「インナーチューブ」と称し、回転させるものを「インナーコアチューブ」と称する。また、インナー部のチューブの呼称として、単管のものに「シングル」を付し、二重管のものに「ダブル」を付すこととする。これらのインナー部のチューブの呼称を、以下にまとめて示す。
・回転させない単管のチューブ：「シングルインナーチューブ」
・回転させる単管のチューブ：「シングルインナーコアチューブ」
・外側チューブを回転させ内側チューブを回転させない二重管のチューブ全体：「ダブルインナーコアチューブ」
・二重管のチューブのうち外側の回転させるチューブ：「インナーコアチューブ」
・二重管のチューブのうち内側の回転させないチューブ：「インナーチューブ」
【００２５】
岩盤、礫等からなる硬い地層である硬質層においては、アウターチューブの掘削ビットにより掘削するので、回転不要なシングルインナーチューブを用いる。従って、硬質層用の第１の交換部では、インナー部上方部分の回転を伝達しないようにベアリング部を介在させてシングルインナーチューブが連結される。シングルインナーチューブの下端は、アウターチューブの掘削ビットよりも上方に位置し、アウターチューブの掘削ビットにより掘削された岩盤等をコアリフターによりシングルインナーチューブ内に取り込む。
【００２６】
砂、粘土等からなる地層又は水分を多く含む地層など軟弱な地層である軟質層においては、アウターチューブの掘削ビットによる掘削は不要であり、シングルインナーコアチューブをアウターチューブより先行させかつ回転させてコアを直接取り込むようにする。従って、軟質層用の第２の交換部は、インナー部の回転従動部の回転をシングルインナーコアチューブに伝達し、シングルインナーコアチューブの下端はアウターチューブの掘削ビットよりも下方に突出する。
【００２７】
硬質層用の第１の交換部を連結した場合は、アウターチューブとシングルインナーチューブの間の通水用間隙の下端から水を噴出しつつ掘削ビットにより掘削を行う。掘削ビットの位置で水を噴出することにより、掘削力を補うとともに掘削ビットの焼き付きを防止することができる。
【００２８】
軟質層用の第２の交換部を連結した場合も、通水用間隙の下端から水が噴出されるが、シングルインナーコアチューブの下端は先行しているため、シングルインナーコアチューブの下端位置には水の影響が及ばない。従って、シングルインナーコアチューブが無水条件下で回転することにより、採取対象のコアが洗い流されることを回避でき、確実にコアを回収できる。この場合、アウターチューブの掘削ビットはシングルインナーコアチューブよりも後行するが、水噴射下での掘削を行うことにより、所定の孔径の掘削孔の形成に寄与する。
【００２９】
第１交換部及び第２交換部の好適例においては、シングルインナーチューブ又はシングルインナーコアチューブの内部空間に存在する水を上方に流出させ、アウターチューブとの間の通水用間隙へと誘導するチェックバルブ部が設けられている。これにより、シングルインナーチューブ又はシングルインナーコアチューブの下端から内部空間へとコアを円滑に取込むことができると同時に、コアから不要な水分を排除することができる。ワイヤラインによるコア回収時には強力な吸引力が働くが、チェック機能でコア脱落を極力防ぐ。
【００３０】
さらに、本発明によるワイヤライン掘削装置の好適例においては、第３の交換部を備える。第３の交換部は、インナー部上方部分と共に回転するダブルインナーコアチューブを具備し、ダブルインナーコアチューブの下端はアウターチューブの掘削ビットより下方に突出し、外チューブの下端に掘削ビットを装着している。そして、ダブルインナーコアチューブより上方に、通水用間隙を遮断してダブルインナーコアチューブの外側のインナーコアチューブと内側のインナーチューブの間隙に水を誘導する遮水ジョイントが連結されている。これにより、通水用間隙の下端からは水を噴出させず、ダブルインナーコアチューブの間隙の下端から水を噴出させる。ダブルインナーコアチューブの間隙は、通水用間隙に比べて狭いため、噴出する水量は少ない。従って、第３の交換部における水の噴出は、第１及び第２の交換部におけるような掘削を補助する効果は少ないが、その替わりに採取対象の地層が水により乱されることもなく、しかも水噴出により掘削ビットの焼き付き防止の効果は得られる。従って、第３の交換部は、第１の交換部が適用される硬質層と、第２の交換部が適用される軟質層の間の中間的な硬さを有する準軟質層に適している。
【００３１】
第１と第２の交換部を、あるいは、第１〜第３の交換部は、ワイヤライン部を用いてインナー部をアウター部から取り出して互いに交換することができる。これにより、アウター部はそのままの状態で、インナー部のみを地層に最適な構成とすることができ、多様な地層が混在する場合にも、迅速かつ確実にコアを回収することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明によるワイヤライン掘削装置１の一実施例における一使用形態を示す全体構成図である。
【図２】（ａ）（ｂ）（ｃ）はそれぞれ、本発明のワイヤライン掘削装置１を３種の地層に適用する場合の各構成を概略的に示した図である。
【図３】図２（ａ）に示した硬質層用構成及び図２（ｂ）に示した軟質層用構成に共通する部分を詳細に示す図である。
【図４】回転伝動部４Ｄと回転従動部５Ｄの嵌合部分の正面（ａ）及び背面（ｂ）を詳細に示した図である。
【図５】硬質層工法に適した第１の交換部を連結したワイヤライン掘削装置の部分図である。
【図６】（ａ１）は、送水ジョイント部５Ｈの斜視図であり、（ａ２）は（ａ１）のＡ断面図であり、（ｂ１）は、ベアリングスピンドル部５Ｅの斜視図であり、（ｂ２）は（ｂ１）の断面図である。
【図７】送水ジョイント部５Ｈとベアリングスピンドル部５Ｅの連結後の一部切り欠き斜視図である。
【図８】軟質層工法に適した第２の交換部をインナー部に連結したワイヤライン掘削装置の部分図である。
【図９】（ａ１）は、送水ジョイント部５Ｈの斜視図であり、（ａ２）は（ａ１）のＡ断面図である。（ｂ１）は、チェックバルブ部５Ｊの斜視図であり、（ｂ２）は（ｂ１）の断面図である。
【図１０】送水ジョイント部５Ｈとチェックバルブ部５Ｊの連結後の斜視図である。
【図１１】準軟質層工法に適した第３の交換部をインナー部に連結したワイヤライン掘削装置の部分図である。
【図１２】（ａ１）は、遮水ジョイント部５Ｌの上部品の斜視図であり、（ａ２）は（ａ１）の上部品の分解側面図であり、（ａ３）は（ａ２）の縦断面図である。（ｂ１）は、遮水ジョイント部５Ｌの下部品の斜視図であり、（ｂ２）は（ｂ１）の下部品の底面図であり、（ｂ３）は（ｂ１）の下部品の縦断面図である。
【図１３】遮水ジョイント部５Ｌの上部品と下部品を螺合して組立てた後の斜視図である。
【図１４】本発明の別の形態であるワイヤライン掘削装置を軟質層と準軟質層の２種の地層に適用する場合の各構成を概略的に示した図である。
【図１５】（ａ）は、大径軟質層用の交換部をインナー部に連結したワイヤライン掘削装置の部分図である。（ｂ）は、大径準軟質層用の交換部を連結したものである。
【図１６】（ａ）は、硬質層１１及び軟質層１２が混在する地層に対して、（ｂ）は、硬質層１１、軟質層１２及び準軟質層１３が混在する地層に対して、（ｃ）は、軟質層１２及び準軟質層１３が混在する地層に対してそれぞれ行う本発明のワイヤライン掘削工法を模式的に示す図である。
【図１７Ａ】図１６（ａ）の掘削工法を実施した調査掘削のデータ結果をまとめた表である。
【図１７Ｂ】図１７Ａの表の続きである。
【図１８】従来のワイヤーライン掘削装置の概略全体構成図である。
【図１９】従来のワイヤーライン掘削装置の要部構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、実施例を示した図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。本発明によるワイヤライン掘削装置は、地質調査等のために地層からコアを採取する試錐すなわちボーリングを行うための装置である。
【００３４】
図１は、本発明によるワイヤライン掘削装置１の一実施例における一使用形態を概略的に示す全体構成図である。ワイヤライン掘削装置１は、部品の一部を交換することにより複数の使用形態をとることが可能であり、すなわち複数の工法に適用可能である。図１は、後述する３つの工法のうち、硬質層工法に適用する形態を示している。
【００３５】
図１を参照して、概略構成を説明する。ワイヤライン掘削装置１は、装置本体部２とワイヤライン部３とから構成されている。装置本体部２は、円筒状のアウター部４と、アウター部の内部空間に設置されるインナー部５とから構成されている。インナー部５が設置されたとき、アウター部４との間に所定の通水用間隙が設けられる。掘削時にはアウター部の上端からポンプにより内部空間に水が送り込まれ、その水は通水用間隙を通過する。ワイヤライン部３は、アウター部４内にインナー部５を投下し、そして吊り上げるために用いられる。
【００３６】
アウター部４は、地上から掘削位置の近傍まで延在するロッド（図示せず）と、ロッドの下端に連結され掘削機能を有するアウターチューブ４Ｂとを備える。ロッドとアウターチューブの間にはロッキングカップリング４Ａが設けられる。アウターチューブ４Ｂの上端部に設けたアダプターカップリング４Ｇは、インナー部５のラッチ部５Ｂが開いたときの固定装置である。ロッドは、地上に設置された駆動装置により回転駆動され、アウターチューブ４Ｂもロッドと共に回転する。アウターチューブ４Ｂの下端には、掘削ビット４Ｃが装着されている。掘削ビット４Ｃは、岩盤掘削も可能なダイヤモンドビットである。
【００３７】
アウターチューブ４Ｂの内面の一部には、アウターチューブ４Ｂの回転をインナー部５に伝達するための回転伝動部４Ｄが形成されている。
【００３８】
インナー部５は、軸方向の最上部に、ワイヤライン部３の下端に係合脱離可能な吊り金具５Ａを具備する。吊り金具５Ａの下端には、アウターチューブ４Ｂの内面凹部に対し係合脱離可能なラッチ部５Ｂを具備する。ラッチ部５Ｂは、インナー部５が上方から投下されたときに開いてアウターチューブ４Ｂと係合し、軸方向上方への力が加わると閉じてアウターチューブ４Ｂから脱離する。
【００３９】
ラッチ部５Ｂの下方には、アウターチューブ４Ｂの回転伝動部４Ｄと嵌合する回転従動部５Ｄが連結されている。回転伝動部４Ｄと回転従動部５Ｄが嵌合することにより、この部分における通水用間隙は閉塞されている。
【００４０】
回転従動部５Ｄよりも下方には、硬質層工法の場合に特徴的なベアリングスピンドル部５Ｅが連結されている。ベアリングスピンドル部５Ｅの下端に、シングルインナーチューブ５Ｃが連結されている。
【００４１】
ワイヤライン部３は、ワイヤライン３Ａと、ワイヤライン３Ａの下端に連結されたオーバーショットアッセンブリ３Ｂと、オーバーショットアッセンブリ３Ｂの下端に連結されたリフティングドック３Ｃとから構成されている。インナー部５をアウター部４内で昇降させるとき、リフティングドック３Ｃはインナー部５の吊り金具５Ａと係合する。
【００４２】
図２は、本発明のワイヤライン掘削装置１を３種の地層に適用する場合の各形態を概略的に示した図である。図２の最も左側には、各形態に共通して用いるアウター部４を示している。インナー部５の回転従動部５Ｄより上方部分もまた、各形態に共通して用いる。インナー部５の下方部分である交換部は、（ａ）が硬質層用の第１の交換部５１、（ｂ）が軟質層用の第２の交換部５２、そして（ｃ）が準軟質層用の第３の交換部５３である。これらの交換部は、互いに交換可能であり、コア採取対象の地層に適合するようにいずれか１つを選択して連結する。異なる交換部への交換は、ワイヤライン部を用いてインナー部５をアウター部４から取り出し、地上で行う。
【００４３】
図２（ａ）は、岩盤等の硬質層からコア採取する場合の構成であり、回転従動部５Ｄの下端に送水ジョイント部５Ｈを連結し、送水ジョイント部５Ｈの下端に第１の交換部５１を連結している。第１の交換部５１は、図１に示した通り、ベアリングスピンドル部５Ｅとシングルインナーチューブ５Ｃとを具備する。
【００４４】
図２（ｂ）は、砂、粘土等の軟質層からコア採取する場合の構成であり、回転従動部５Ｄの下端に送水ジョイント部５Ｈを連結し、送水ジョイント部５Ｈの下端に第２の交換部５２を連結している。第２の交換部５２は、チェックバルブ部５Ｊとシングルインナーコアチューブ５Ｋとを具備する。
【００４５】
図２（ｃ）は、硬質層と軟質層の間の硬度をもつ中間的な層に適用する場合の構成であり、回転従動部５Ｄの下端に第３の交換部５３を連結している。第３の交換部では、第１及び第２の交換部に共通する送水ジョイント部５Ｈに替えて、遮水ジョイント部５Ｌを回転従動部５Ｄの下端に連結している。遮水ジョイント部５Ｌの下端にダブルインナーコアチューブ５Ｍを連結している。
【００４６】
＜硬質層用及び軟質層用に共通する装置形態＞
図３は、図２（ａ）に示した硬質層用の形態及び図２（ｂ）に示した軟質層用の形態に共通する部分を詳細に示す図である。インナー部において軸方向に配置された各部品同士は、基本的に螺合により連結されており、螺合された部品同士は、軸周りの回転を伝達可能である（以下の他の形態についても同様）。インナー部のラッチ部５Ｂの下端には、ランディング部５Ｆが連結されている。ランディング部５Ｆは、略円柱状であり外周に間隙調整用又は振れ止め用のランディング５Ｆ２を装着されている。ランディング部５Ｆは、通水用間隙を確保するために縦方向に複数の通水溝５Ｆ１を形成されている。上方からの水は、ランディング５Ｆ２の内側の通水溝５Ｆ１を通り、下方へ流れる。
【００４７】
ランディング部５Ｆの下端に連結された回転従動部５Ｄの上方部分には、小径の入水部５Ｇが形成されている。入水部５Ｇに形成された複数の入水口５Ｇ２１、５Ｇ２２は、回転従動部５Ｄの内部空間である通水路５Ｄ５に連通している。通水路５Ｄ５は、回転従動部５Ｄを軸方向に貫通している。上方からの水は、入水口５Ｇ２１、５Ｇ２２から回転従動部５Ｄの通水路５Ｄ５に入り、通水路５Ｄ５を通過する。
【００４８】
円筒状のアウターチューブ４Ｂの内周面の回転伝動部４Ｄには、相対的に大径の嵌合上部４Ｄ１と、相対的に小径の嵌合下部４Ｄ２とが形成されている。一方、円筒状の回転従動部５Ｄの中央部分外周面には、相対的に大径の嵌合上部５Ｄ１と、相対的に小径の嵌合下部５Ｄ２とが形成されている。回転伝動部４Ｄの嵌合上部４Ｄ１及び嵌合下部４Ｄ２は、回転従動部５Ｄの嵌合上部５Ｄ１及び嵌合下部５Ｄ２とそれぞれ嵌合する。このとき、回転伝動部４Ｄの嵌合下部４Ｄ２の上向きの螺旋状嵌合面４Ｄ３１が、回転従動部５Ｄの嵌合上部５Ｄ１の下向きの螺旋状嵌合面５Ｄ３１を受けるように嵌合している。
一実施例として、回転伝動部４Ｄの嵌合上部４Ｄ１の円筒部分の外径は100mmであり、回転従動部５Ｄの嵌合下部５Ｄ２の円筒部分の外径は88.9mmである。回転伝動部４Ｄの内周面と回転従動部５Ｄの外周面の径寸法には、インナー部が円滑に入り込みかつ抜け出すための適度な遊びが設けられている。
【００４９】
回転伝動部４Ｄと回転従動部５Ｄとが嵌合する箇所では、通水用間隙６が閉塞されるため、通水用間隙６を水が流れることができない。従って、回転従動部５Ｄの通水路５Ｄ５は、上方からの水を下方へ通過させる迂回路となっている。
【００５０】
回転従動部５Ｄの下端には、送水ジョイント部５Ｈが連結される。送水ジョイント部５Ｈは、円筒状であり、内部空間である通水路５Ｈ３は、回転従動部５Ｄの通水路５Ｄ５と連通している。送水ジョイント部５Ｈは、その下端に別の部品が連結されることにより、底面開口が閉鎖される。通水路５Ｈ３から複数の出水口５Ｈ２が円筒壁を貫通して通水用間隙６へ開口している。上方からの水は、通水路５Ｄ５及び通水路５Ｈ３を経由して、出水口５Ｈ２から再び通水用間隙６へと出る。
【００５１】
図４は、アウター部の回転伝動部４Ｄとインナー部の回転従動部５Ｄの嵌合部分を詳細に示した図である。（ａ）の上図は、回転従動部５Ｄの正面側の斜視図であり、下図は、回転伝動部４Ｄの背面側の半部の斜視図である。（ｂ）の上図は、回転従動部５Ｄの背面側の斜視図であり、下図は、回転伝動部４Ｄの正面側の半部の斜視図である。白抜き矢印は、回転従動部５Ｄが回転伝動部４Ｄに対して上方から嵌合する動きを示している。
【００５２】
回転伝動部４Ｄにおける嵌合上部４Ｄ１と嵌合下部４Ｄ２との境界を形成する嵌合面は、３つの螺旋状嵌合面４Ｄ３１と、隣り合う螺旋状嵌合面４Ｄ３１の最上点と最下点を接続する３つの鉛直嵌合面４Ｄ３２とを交互に配置して形成されている。一方、回転従動部５Ｄにおける嵌合上部５Ｄ１と嵌合下部５Ｄ２との境界を形成する嵌合面は、３つの螺旋状嵌合面５Ｄ３１と、隣り合う螺旋状嵌合面５Ｄ３１の最上点と最下点を接続する３つの鉛直嵌合面５Ｄ３２とを交互に配置して形成されている。
【００５３】
図４中には、回転方向が矢印で示されている。回転伝動部４Ｄの鉛直嵌合面４Ｄ３２は回転方向を向いており、回転従動部５Ｄの鉛直嵌合面５Ｄ３２は回転方向と逆方向を向いている。斯かる構成において、回転伝動部４Ｄが矢印のように回転すると、回転伝動部４Ｄの鉛直嵌合面４Ｄ３２が、回転従動部５Ｄの鉛直嵌合面５Ｄ３２を押すことにより、回転従動部５Ｄが回転する。
【００５４】
なお、双方の螺旋状嵌合面４Ｄ３１、５Ｄ３１は、径方向外側が高く、径方向内側が低くなるように傾斜していることが好ましい。これは、インナー部を投下したときの衝撃に対して縁部を破損し難くするためである。
【００５５】
さらに、回転従動部５Ｄの３つの螺旋状嵌合面５Ｄ３１の最下点のうち１つの最下点には、他の２つの最下点よりも下方に突出する案内凸部５Ｄ３３が形成されている。一方、回転伝動部４Ｄの３つの螺旋状嵌合面４Ｄ３１の最下点の全てに、案内凹部４Ｄ３３が形成されている。ここで、図４（ａ）下図の白矢印を参照する。インナー部をアウター部内に投下したとき、先ず、回転従動部５Ｄの案内凸部５Ｄ３３が、回転伝動部４Ｄの３つの螺旋状嵌合面４Ｄ３１うちの１つにおける任意の位置に衝突する。衝突後、案内凸部５Ｄ３３は、衝突した螺旋状嵌合面４Ｄ３１の傾斜に沿って下方に移動する。この案内凸部５Ｄ３３の移動に伴ってインナー部は軸周りに回転しつつ下降する。案内凸部５Ｄ３３は、最終的にその最下点に位置する案内凹部４Ｄ３３内に受容される。このようにして、インナー部をアウター部内に投下したとき、アウター部の回転伝動部４Ｄとインナー部の回転従動部５Ｄとが、一度の投下で確実に正しい位置に嵌合することができる。
【００５６】
このように、アウター部からインナー部への回転伝達において螺旋状嵌合面と鉛直嵌合面とを組み合わせることが、最適である。例えば、螺旋状嵌合面のみで構成すると、アウター部の回転力が鉛直方向の過大な力に変換され、インナー部が浮き上がるように働くため、好ましくない。また、鉛直嵌合面のみで構成すると、上述の従来技術で述べたように、インナー部を投下したときに一度で正しい位置に嵌合させることが困難である。
【００５７】
＜硬質層用の装置形態＞
図５は、硬質層工法に適した第１の交換部をインナー部に連結したワイヤライン掘削装置の部分図である。第１の交換部は、送水ジョイント部５Ｈの下端に連結されるベアリングスピンドル部５Ｅと、その下端に連結されるシングルインナーチューブ５Ｃとを具備する。
【００５８】
図６（ａ１）は、送水ジョイント部５Ｈの斜視図であり、（ａ２）は（ａ１）のＡ断面図であり、（ｂ１）は、ベアリングスピンドル部５Ｅの斜視図であり、（ｂ２）は（ｂ１）の断面図である。
【００５９】
図７は、送水ジョイント部５Ｈとベアリングスピンドル部５Ｅの連結後の一部切り欠き斜視図である。
【００６０】
図５、図６及び図７を参照して、第１の交換部について説明する。ベアリングスピンドル部５Ｅの上端の連結部５Ｅ１は、送水ジョイント部５Ｈと連結されている。その下方には、ベアリング部５Ｅ２を具備する。軸部５Ｅ３の周りに配置されたボールベアリングは、下方の筒ケース５Ｅ５内の圧縮スプリング５Ｅ４により押圧支持されている。このベアリング部５Ｅ２が介在することより、上方の回転従動部の回転は、下方に伝達されない。従って、シングルインナーチューブ５Ｃは回転しない。
【００６１】
ベアリングスピンドル部５Ｅの下方部分には、チェックバルブ部５Ｅ６が形成されている。チェックバルブ部５Ｅ６は、シングルインナーチューブ５Ｃの内部空間５Ｃ１の上端に開口した入水口５Ｅ６２と、この入水口５Ｅ６２に設置されたボール弁５Ｅ６１を具備する。チェックバルブ部５Ｅ６の内部には、入水口５Ｅ６２と連通して水平方向に延びる通水路５Ｅ６３が形成され、通水路５Ｅ６３は、通水用間隙６に開口している。チェックバルブ部５Ｅ６は、シングルインナーチューブ５Ｃの内部空間５Ｃ１から水を入水させ通水用間隙６へと水を誘導し、出水させる。これにより、シングルインナーチューブ５Ｃにコアを円滑に収容できる。チェックバルブ部５Ｅ６下部外周の螺子部５Ｅ６４にシングルインナーチューブ５Ｃが連結される。一実施例として、螺子部５Ｅ６４の外径は88.9mmであり、外径88.9mmのシングルインナーチューブ５Ｃが連結される。
【００６２】
シングルインナーチューブ５Ｃの下端は、アウターチューブ４Ｂの下端の掘削ビット４Ｃよりも上方に位置しており、下端近傍にはコアリフター５Ｉが内蔵されている。第１の交換部では、シングルインナーチューブ５Ｃの外径は、掘削ビット４Ｃの内径より若干大きい。掘削ビット４Ｃにより掘削されたコアは、シングルインナーチューブ５Ｃ内に収容される。シングルインナーチューブ５Ｃの内部空間がコアで充填されると、掘削進行ができなくなり、インナー部に上向きの力が掛かることで検知できる。その後、インナー部を吊り上げ、コアを回収する。コアは、コアリフター５Ｉにより支持されているため、インナー部の吊り上げ中にも落下しない。
【００６３】
アウターチューブ４Ｂの掘削ビット４Ｃのやや上方に、リーミングシェル４Ｆを装着することが好適である。リーミングシェル４Ｆは、先行する掘削ビット４Ｃにより掘削された孔を一定の孔径に拡げかつ孔壁を固めることにより、掘削孔の安定性を確保する。アウターチューブ４Ｂの下端近傍の内面には、インナーチューブの軸ぶれを防ぐためのインナーチューブ支持材４Ｅ（通水路は確保されている）が装着されている。
【００６４】
硬質層工法においては、上方から送られた水は、送水ジョイント部５Ｈから通水用間隙６内に出水した後、アウターチューブ４Ｂとインナーチューブ５Ｃの間を通り、掘削ビット４Ｃの位置で下方に噴出する。インナーチューブ５Ｃ内に下方から入った水は、チェックバルブ部５Ｅ６を通り、通水用間隙６内の水に合流する。通水用間隙６の下端から噴出した水は、掘削ビット４Ｃを回り込み、アウター部の外周面と孔壁との間隙を通って上昇する。
【００６５】
図５に示した硬質層工法のアウターチューブ４Ｂ及びシングルインナーチューブ５Ｃの各部の寸法の実施例は、以下の通りである。
・アウターチューブ４Ｂ ：外径117.5mm、内径103.2mm
・掘削ビット４Ｃ ：外径122.04mm、内径78.5mm
・シングルインナーチューブ５Ｃ：外径 88.9mm、内径 82.5mm
・コアリフターケース ：内径 79.5mm
【００６６】
＜軟質層工法における構成＞
図８は、軟質層工法に適した第２の交換部をインナー部に連結したワイヤライン掘削装置の部分図である。第２の交換部は、送水ジョイント部５Ｈの下端に連結されるチェックバルブ部５Ｊと、その下端に連結されるシングルインナーコアチューブ５Ｋとを具備する。
【００６７】
図９（ａ１）は、送水ジョイント部５Ｈの斜視図であり、（ａ２）は（ａ１）のＡ断面図である（送水ジョイント部５Ｈは、図５の硬質層工法の場合と共通）。図９（ｂ１）は、チェックバルブ部５Ｊの斜視図であり、（ｂ２）は（ｂ１）の断面図である。
【００６８】
図１０は、送水ジョイント部５Ｈとチェックバルブ部５Ｊの連結後の斜視図である。
【００６９】
図８、図９及び図１０を参照して、第２の交換部について説明する。上方の回転従動部の回転は、送水ジョイント部５Ｈ及びチェックバルブ部５Ｊを介してシングルインナーコアチューブ５Ｋに伝達されるため、シングルインナーコアチューブ５Ｋは、アウターチューブ４Ｂと共に回転する。シングルインナーコアチューブ５Ｋは、アウター部の掘削ビット４Ｃよりも下方に突出しており、その下端にはコア収容ビット５Ｐが装着されている。掘削ビット４Ｃよりも下方に突出させるため、シングルインナーコアチューブ５Ｋの外径は、掘削ビット４Ｃの内径よりも小さくする必要がある。従って、図５に示した第１の交換部のシングルインナーチューブ５Ｃの外径よりも小さい外径となっている。しかしながら、第２の交換部のシングルインナーコアチューブ５Ｋは、掘削ビット４Ｃよりも先行して直接地層からコアを取り込むため、第１の交換部のシングルインナーチューブ５Ｃよりも肉厚で強固なものとすることが好ましい。シングルインナーコアチューブ５Ｋの掘削ビット４Ｃからの突出長さは、適用する地層に応じて適宜選択されるが、地層が軟弱である程、より長いものを用いることができる。
【００７０】
軟質層では、掘削ビット４Ｃよりも先行するシングルインナーコアチューブ５Ｋの回転のみにより、シングルインナーコアチューブ５Ｋ内にコアを収容できる。コア収容ビット５Ｐは、硬い地層を掘削する必要がないので掘削ビット４Ｃのようなダイヤモンドビットでなくともよい。掘削ビット４Ｃは、シングルインナーコアチューブ５Ｋよりも後行しているが、孔を拡げ孔壁を固める補助的な役割を果たしている。また、通水用間隙６を下降する水は、掘削ビット４Ｃの位置で噴出するが、掘削ビット４Ｃを回り込み、アウター部の外周面に沿って上昇する。従って、シングルインナーコアチューブ５Ｋの下端は、水の影響を受けないため、軟弱な地層が水で乱されたり流されたりしない。これにより、無水条件下でコア採取を行うことができる。
【００７１】
チェックバルブ部５Ｊは、シングルインナーコアチューブ５Ｋの内部空間５Ｋ１の上端に開口した入水口５Ｊ２と、この入水口５Ｊ２に設置されたボール弁５Ｊ１を具備する。チェックバルブ部５Ｊの内部には、入水口５Ｊ２と連通して水平方向に延びる通水路５Ｊ３が形成され、通水路５Ｊ３は、通水用間隙６に開口している。チェックバルブ部５Ｊは、シングルインナーコアチューブ５Ｋの内部空間５Ｋ１から水を入水させ通水用間隙６へと水を誘導し、出水させる。これにより、シングルインナーコアチューブ５Ｋにコアを円滑に収容できる。チェックバルブ部５Ｊ下部外周の螺子部５Ｊ４にシングルインナーコアチューブ５Ｋが連結される。
【００７２】
シングルインナーコアチューブ５Ｋの内部空間がコアで充填されると、インナー部を吊り上げ、コアを回収する。軟質層から得たコアは、シングルインナーコアチューブ５Ｋ内で圧縮され固まっているため、インナー部の吊り上げ中にも落下しない。よって、コアリフターは不要である。
【００７３】
図８に示した軟質層工法におけるアウターチューブ４Ｂ及びシングルインナーチューブ５Ｃの各部の寸法の実施例は、以下の通りである。
・アウターチューブ４Ｂ ：外径117.5mm、内径103.2mm
・掘削ビット４Ｃ ：外径117.5mm、内径 78.5mm
・シングルインナーコアチューブ５Ｋ ：外径 74.0mm、内径 66.6mm
・コア回収ビット５Ｐ(メタルクラウン)：外径 76.0mm、内径 61.0mm
【００７４】
＜準軟質層用の装置形態＞
図１１は、準軟質層工法に適した第３の交換部をインナー部に連結したワイヤライン掘削装置の部分図である。第３の交換部は、上記の第１及び第２の交換部を連結した送水ジョイント部５Ｈに替えて回転従動部に連結される遮水ジョイント部５Ｌを具備する。さらに、遮水ジョイント部５Ｌの下端に連結されるダブルインナーコアチューブ５Ｍを具備する。
【００７５】
図１２（ａ１）は、遮水ジョイント部５Ｌの上部品の斜視図であり、（ａ２）は（ａ１）の上部品の分解側面図であり、（ａ３）は（ａ２）の縦断面図である。図１２（ｂ１）は、遮水ジョイント部５Ｌの下部品の斜視図であり、（ｂ２）は（ｂ１）の底面図であり、（ｂ３）は（ｂ１）の縦断面図である。
【００７６】
図１３は、遮水ジョイント部５Ｌの上部品と下部品を螺合して組立てた後の斜視図である。
【００７７】
図１１、図１２及び図１３を参照して、第３の交換部について説明する。ダブルインナーコアチューブ５Ｍは、外側のインナーコアチューブ５Ｍ１と内側のインナーチューブ５Ｍ２とから構成される二重管である。インナーコアチューブ５Ｍ１とインナーチューブ５Ｍ２の間には、間隙５Ｍ３が存在する。上方の回転従動部の回転は、遮水ジョイント部５Ｌの連結部５Ｌ６を介して外側のインナーコアチューブ５Ｍ１にのみ伝達される。内側のインナーチューブ５Ｍ２は、連結部５Ｌ７に連結されるが、連結部５Ｌ６と連結部５Ｌ７の間にはベアリング部５Ｌ８が介在するため、内側のインナーチューブ５Ｍ２は回転しない。
【００７８】
ダブルインナーコアチューブ５Ｍは、アウター部の掘削ビット４Ｃよりも下方に突出しており、外側のインナーコアチューブ５Ｍ１の下端には掘削ビット５Ｑが装着されている。ダブルインナーコアチューブ５Ｍの、掘削ビット４Ｃからの突出長さは、適用する地層に応じて適宜設定されるが、第２の交換部のシングルインナーコアチューブ５Ｋよりも短い。外側のインナーコアチューブ５Ｍ１の外径は、掘削ビット４Ｃの内径よりも小径とする必要がある。
【００７９】
準軟質層は、硬質層と軟質層の中間の硬さの地層である。従って、第２の交換部を使用するには硬すぎるが、第１の交換部を使用するほど硬くはないという地層に対して第３の交換部が使用される。
【００８０】
図１２に示すように、遮水ジョイント部５Ｌは上下２つの部品を連結してなり、図１２（ａ１）（ａ２）（ａ３）に示す上部品は、回転従動部の下端に連結される軸部５Ｌ１と、その外周に装着された弾性材パッカー５Ｌ２とを具備する。弾性材パッカー５Ｌ２は、カラー部品５Ｌ４を介して螺子部５Ｌ５により軸部５Ｌ１にねじ込まれ固定されている。弾性材パッカー５Ｌ２は、アウターチューブ４Ｂの内面に押し付けられることにより、通水用間隙６をこの位置で遮断している。遮水ジョイント部５Ｌの内部には、図２に示した回転従動部５Ｄの通水路５Ｄ５と連通する通水路５Ｌ３が形成されている。
【００８１】
図１２（ｂ１）（ｂ２）（ｂ３）に示す下部品は、上部品の軸部５Ｌ１の下端に連結される外チューブ連結部５Ｌ６と、ベアリング部５Ｌ８を介して連結された内チューブ連結部５Ｌ７とを具備する。外チューブ連結部５Ｌ６の下部外周の螺子部５Ｌ６１には、外側のインナーコアチューブ５Ｍ１が連結される。内チューブ連結部５Ｌ７の下部外周の螺子部５Ｌ７１には、内側のインナーチューブ５Ｍ２が連結される。この構成により、外チューブ連結部５Ｌ６に連結されたインナーコアチューブ５Ｍ１のみが回転し、内チューブ連結部５Ｌ７に連結されたインナーチューブ５Ｍ２は回転しない。
【００８２】
通水路５Ｌ３は、遮水ジョイント部５Ｌの下部品の外チューブ連結部５Ｌ３の内部で、複数（この実施例では２つ）の通水路に分岐し、分岐した各通水路は、ダブルインナーコアチューブ５Ｍのインナーコアチューブ５Ｍ１とインナーチューブ５Ｍ２の間隙５Ｍ３の上端に開口する出水口５Ｌ３１を具備する。従って、第３の交換部を連結した場合、上方からの水は、回転従動部及び遮水ジョイント部５Ｌの内部を通過してダブルインナーコアチューブ５Ｍの間隙５Ｍ３を通り、間隙５Ｍ３の下端から噴出する。第１及び第２の交換部の場合と異なり、第３の交換部の場合、通水用間隙６の下端からは水は噴出しない。
【００８３】
また、下部品の内チューブ連結部５Ｌ７の底面開口５Ｌ９１から側面開口５Ｌ９２へと貫通する通水路５Ｌ９（この実施例では２つ）が形成されている。この通水路５Ｌ９は、コアを回収するとき、インナーチューブ５Ｍ２の内部空間の水が、間隙５Ｍ３に抜けるためのものである。
【００８４】
準軟質層では、掘削ビット４Ｃよりも先行して回転するダブルインナーコアチューブ５Ｍのインナーコアチューブ５Ｍ１の掘削ビット５Ｑにより掘削し、インナーチューブ５Ｍ２にコアを取り込む。掘削中は、ダブルインナーコアチューブ５Ｍの間隙５Ｍ３の下端から噴出する水が、掘削力を補うとともに焼き付きを防止する。また、掘削ビット５Ｑよりやや上方においてインナーコアチューブ５Ｍ１に出水孔５Ｍ１１を穿設してもよく、ここからも水を放出するようにしてもよい。
【００８５】
しかしながら、ダブルインナーコアチューブ５Ｍの間隙５Ｍ３は、通水用間隙６よりも狭いため、通水用間隙６の下端から水を噴出する場合に比べて水量は少なくなる。上述したように、硬質層では水噴射しつつコア採取し、軟質層では無水条件下でコア採取するが、第３の交換部を用いる準軟質層では、その中間程度の水噴射条件となるように水量を調整している。
【００８６】
図１１に示した準軟質層工法におけるアウターチューブ４Ｂ及びダブルインナーチューブ５Ｍの各部の寸法の実施例は、以下の通りである。
・アウターチューブ４Ｂ ：外径117.5mm、内径103.2mm
・掘削ビット４Ｃ ：外径122.04mm、内径78.5mm
・ダブルインナーチューブ５Ｍ
・インナーコアチューブ５Ｍ１：外径 75.0mm、内径 69.0mm
・コア回収ビット５Ｐ(メタルクラウン)：外径 76.0mm、内径 60.0mm
・インナーチューブ５Ｍ２ ：外径 66.5mm、内径61.5mm
・コアリフターケース ：内径 61mm
【００８７】
上記の硬質層工法、軟質層工法及び準軟質層工法におけるアウターチューブ４Ｂの掘削ビット４Ｃの内径は78.5mmであり、いずれの工法の交換部を組み合わせることも可能である。
【００８８】
各工法を実施したところ、第１交換部のシングルインナーチューブ５Ｃによる採取コア径は78.5mmであり、第２交換部のシングルインナーコアチューブ５Ｋによる採取コア径は61mmであり、第３交換部の内側のインナーチューブ５Ｍ２による採取コア径は60mmであった。
【００８９】
＜大径コアを得る軟質層用及び準軟質層用の装置形態＞
上記の軟質層用及び準軟質層用の第２及び第３の交換部は、硬質層用の第１の交換部とアウター部を兼用している。このため、インナー部の下端をアウター部の掘削ビットより突出させる第２及び第３の交換部では、インナー部のチューブの外径をアウター部の掘削ビットの内径よりも小さくせざるを得ない。その結果、軟質層及び準軟質層から回収するコアの径も小さくなる。
【００９０】
しかしながら、軟質層及び準軟質層において、比較的大径のコアを回収したいという要望がある。硬質層の存在しない地層においては、上記の第１の交換部を用いる必要性がない。第１の交換部と兼用する必要がなければ、第２の交換部と第３の交換部のみを組み合わせた大径コア回収用のワイヤライン掘削装置を用いることが、好適である。
【００９１】
図１４は、本発明のワイヤライン掘削装置であって、軟質層と準軟質層の２種の地層に適用する場合の各形態を概略的に示した図である。図１４の最も左側には、双方に共通して用いるアウター部４を示している。インナー部５の下方部分である交換部は、（ａ）が大径軟質層用の交換部５４、（ｂ）が大径準軟質層用の交換部５５である。これらは、互いに交換可能であり、コア採取対象の地層に適合するようにいずれか１つを選択して用いる。インナー部５の回転従動部５Ｄより上方部分は、共通して用いる、交換部の交換は、ワイヤライン部を用いてインナー部５をアウター部４から取り出し、地上で行う。
【００９２】
大径軟質層用の交換部５４は、径寸法を除いて上記の第２の交換部５２と同じ構成を有する。大径準軟質層用の交換部５５もまた、径寸法を除いて上記の第３の交換部５３と同じ構成を有する。
【００９３】
図１５（ａ）は、大径軟質層用の交換部をインナー部に連結したワイヤライン掘削装置の部分図である。同じく（ｂ）は、大径準軟質層用の交換部を連結したものである。図１５(ａ)(ｂ)のワイヤライン掘削装置のアウター部４の掘削ビット４Ｃの内径は、図２のワイヤライン掘削装置の掘削ビット４Ｃよりも大きい。従って、より大きな外径をもつシングルインナーコアチューブ５Ｋ、又はダブルインナーコアチューブ５Ｍを通すことができる。
【００９４】
図１５（ａ）に示した大径軟質層用のアウターチューブ４Ｂ及びシングルインナーコアチューブ５Ｋの各部の寸法の実施例は、以下の通りである。
・アウターチューブ４Ｂ ：外径117.5mm、内径103.2mm
・掘削ビット４Ｃ ：外径122.04mm、内径89.0mm
・シングルインナーコアチューブ５Ｋ ：外径 84.0mm、内径 74.5mm
・コア回収ビット５Ｐ(メタルクラウン)：外径 76.0mm、内径 71.0mm
【００９５】
図１５（ｂ）に示した大径準軟質層用のアウターチューブ４Ｂ及びダブルインナーコアチューブ５Ｍの各部の寸法の実施例は、以下の通りである。
・アウターチューブ４Ｂ ：外径117.5mm、内径103.2mm
・掘削ビット４Ｃ ：外径122.04mm、内径93.06mm
・ダブルインナーチューブ５Ｍ
・インナーコアチューブ５Ｍ１：外径 85.0mm、内径 79.0mm
・コア回収ビット５Ｐ(メタルクラウン)：外径 86.0mm、内径 70.0mm
・インナーチューブ５Ｍ２ ：外径 76.5mm、内径74.5mm
・コアリフターケース ：内径 71mm
【００９６】
図１５(ａ)(ｂ)に示した大径軟質層用及び大径準軟質層用の交換部を備えたワイヤライン掘削装置を実施したところ、大径軟質層用交換部のシングルインナーコアチューブ５Ｋによる採取コア径は71mmであり、大径準軟質層用交換部のダブルインナーコアチューブ５Ｍによる採取コア径は70mmであった。
【００９７】
＜第１及び第２の交換部を用いた掘削工法の例＞
図１６（ａ）は、硬質層１１及び軟質層１２が混在する地層に対して行う本発明のワイヤライン掘削工法を模式的に示す図である。図５に示した第１の交換部と図８に示した第２の交換部とを地層に応じて交換しつつ掘削進行し、コアを回収する。
硬質層１１からコアを回収する場合、回転従動部５Ｄに送水ジョイント部５Ｈ及び第１の交換部を連結する。アウターチューブ４Ｂを回転させる一方、シングルインナーチューブ５Ｃは回転させずに、通水用間隙６の下端から水を噴出させつつアウターチューブ４Ｂの掘削ビット４Ｃにより掘削してシングルインナーチューブ５Ｃ内にコアを回収する。
軟質層１２からコアを回収する場合、回転従動部５Ｄに送水ジョイント部５Ｈ及び第２の交換部を連結する。アウターチューブ４Ｂ及びシングルインナーコアチューブ５Ｋを回転させ、コア収容ビット５Ｐによりシングルインナーコアチューブ５Ｋ内にコアを回収する。
【００９８】
図１７Ａ及び図１７Ｂは、図１６（ａ）の掘削工法を実施した調査掘削のデータ結果をまとめた表である。現場は、北海道手塩郡幌延町浜里１００−１である。深度１０００ｍまで掘削を行い、１５８〜６００ｍの区間においてコア採取を試みた。
【００９９】
図１７Ａ及び図１７Ｂは、深度１６５．５〜２３１．５ｍの区間のコア採取結果を示している。「掘進長」は、掘削装置の掘削した長さであり、「コア長」は、採取したコアの長さであり、コア採取率（％）は、当該区間における平均値を[コア長／掘進長]×１００により計算した。図１７Ａ及び図１７Ｂに示した区間では、シングルインナーチューブ（硬質層用）とシングルインナーコアチューブ（軟質層用）を状況に応じて交換することにより、コア採取を行った。なお、２３１．５ｍより深い深度では、地層が硬く安定していたため、シングルインナーチューブのみを用いてコア採取を行うことができた。
【０１００】
なお、図１７Ａ及び図１７Ｂの表に記載した地層の種類は、当該区間における主たる地層を示しているが、局所的な条件はさらに多様であるので、様々な要因によって同じ地層であっても常に同じコア採取率が得られるとは限らない。コア採取率は、本質的にバラツキの大きいデータであることを注記する。
【０１０１】
コア採取状況は、次の通りであった。
・１６５．５〜１７３．５ｍの区間：シングルインナーチューブでコア採取を開始したが、コア採取率は好ましくなく、１７１．５〜１７３．５ｍで崩落が発生し、掘削続行困難となった。崩落は、断層等の破砕層や軟質の崩壊層に遭遇した際に発生する。そこで、シングルインナーコアチューブに交換した。このとき、シングルインナーコアチューブの突出長さは３ｍとした。シングルインナーコアチューブを用いて崩落発生箇所の沈殿物を全て回収できた。沈殿物には、崩落物の他に、引き上げられなかった残留コアも含まれる。沈殿物の回収は、対象区間において掘削装置の掘進と後退を何回か繰り返して行った。これにより、掘削続行可能となった。
・１７３．５〜１８１．５ｍの区間：シングルインナーコアチューブを用いて６０％のコアを採取できた。特に、１７７．５〜１８０．５ｍの区間のみを見ると、シルト質砂を主とする軟質層でありながら、１００％のコア採取率という良好な結果が得られた。これは、従来の工法では全く得られなかった結果である。
・１８１．５〜１９２．５ｍの区間：再びシングルインナーチューブに交換してコア採取を行い、９０％のコア採取率が得られた。１９１．５〜１９２．５ｍで崩落が発生したため、シングルインナーコアチューブに交換して、崩落による沈殿物を回収した。
・１９２．５〜２３１．５ｍの区間：シングルインナーコアチューブによりコア採取を行い、コア採取率７８％が得られた。途中、２１７．５ｍ付近で崩落が発生したが、沈殿物を回収でき、掘削続行可能となった。この区間も軟質層であり、従来の工法ではコア採取は極めて困難であった。
【０１０２】
＜第１、第２及び第３の交換部を用いた掘削工法の例＞
図１６（ｂ）は、硬質層１１、軟質層１２及び準軟質層１３が混在する地層に対して行う本発明のワイヤライン掘削工法を模式的に示す図である。図５に示した第１の交換部と図８に示した第２の交換部と図１１に示した第３の交換部とを地層に応じて交換しつつ掘削進行し、コアを回収する。
硬質層１１及び軟質層１２における工法は、図１６（ａ）と同じである。
準軟質層１３からコアを回収する場合、回転従動部５Ｄに遮水ジョイント部５Ｌ（送水ジョイント部５Ｈは用いない）を含む第３の交換部５３を連結する。アウターチューブ４Ｂ及びダブルインナーコアチューブ５Ｍのインナーコアチューブ５Ｍ１を回転させかつインナーチューブ５Ｍ２は回転させずに、通水用間隙６の下端から水を噴出させずダブルインナーコアチューブ５Ｍの間隙５Ｍ３の下端から水を噴出させつつインナーコアチューブ５Ｍ１の掘削ビット５Ｑにより掘削してインナーチューブ５Ｍ２内にコアを回収する。
【０１０３】
＜大径軟質層用及び大径準軟質層用の交換部を用いた掘削工法の例＞
図１６（ｃ）は、軟質層１２及び準軟質層１３が混在する地層に対して行う本発明のワイヤライン掘削工法を模式的に示す図である。図１４（ａ）に示した大径軟質層用の交換部と図１４（ｂ）に示した大径準軟質層用の交換部とを地層に応じて交換しつつ掘削進行し、コアを回収する。
軟質層１２における工法は、上記の第２の交換部を用いる場合と同じである。
準軟質層１３における工法は、上記の第３の交換部を用いる場合と同じである。
【符号の説明】
【０１０４】
１：ワイヤライン掘削装置
２：装置本体部
３：ワイヤライン部
３Ａ：ワイヤライン
３Ｂ：オーバーショットアッセンブリ
３Ｃ：リフティングドック
４：アウター部
４Ａ：ロッキングカップリング
４Ｂ：アウターチューブ
４Ｃ：掘削ビット
４Ｄ：回転伝動部
４Ｇ：アダプターカップリング
５：インナー部
５１：第１の交換部
５２：第２の交換部
５３：第３の交換部
５４：大径軟質層用の交換部
５５：大径準軟質層用の交換部
５Ａ：吊り金具
５Ｂ：ラッチ部
５Ｃ：シングルインナーチューブ
５Ｄ：回転従動部
５Ｅ：ベアリング部
５Ｆ：ランディング部
５Ｇ：入水部
５Ｈ：送水ジョイント部
５Ｉ：コアリフター
５Ｊ：チェックバルブ部
５Ｋ：シングルインナーコアチューブ
５Ｌ：遮水ジョイント部
５Ｍ：ダブルインナーコアチューブ
５Ｍ１：インナーコアチューブ
５Ｍ２：インナーチューブ
５Ｐ：コア収容ビット
５Ｑ：掘削ビット
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試錐(ボーリング)工法の一つであるワイヤーライン工法に用いる掘削装置並びにこれを用いた掘削工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ワイヤーライン掘削装置は、下端に掘削ビットをもつアウターチューブと、コアを採取するインナーチューブとを備える。その掘削工法は、アウターチューブにより回転掘削を行い、コアを採取したインナーチューブだけを、ワイヤロープで孔底から吊りあげてコアを除いた後、空になったインナーチューブを再び、孔底に戻すことを繰り返しながら掘進する工法である。掘削効率およびコア採取率は、それ以前の工法に比べて格段に優れている。
【０００３】
図１８及び図１９は、特許文献１に開示されたワイヤーライン掘削装置の概略構成図である。図１８は全体図であり、図１９(ａ)は要部の斜視展開図であり、図１９(ｂ)は要部の断面図である。なお、図１８においては、網掛け部分は断面を、それ以外は側面を示している（後述する各図においても同様）。特許文献１のワイヤーライン掘削装置は、軟弱地層からもコアを確実に回収するべくそれ以前の技術を改良したものである。
【０００４】
ワイヤライン掘削装置１０１は、装置本体部１０２とワイヤライン部１０３とから構成されている。装置本体部１０２は、アウター部１０４とインナー部１０５とを有する。円筒状のアウター部１０４は、掘削孔のほぼ全長に亘って設置され試錐力(回転駆動力)の伝動鋼管であるロッド（図示せず）と、ロッドの下方に連結されたアウターチューブ１０４Ｂと、アウターチューブ１０４Ｂの下端に装着された掘削ビット１０４ｃとを備えている。ロッドとアウターチューブ１０４Ｂは、ロッキングカップリング１０４Ａにより連結されている。アウターチューブ１０４Ｂの上端部に設けたアダプターカップリング１０４Ｇは、インナー部１０５のラッチ部１０５Ｂが開いたときの固定装置である。アウターチューブ１０４Ｂの中間部には、回転伝動部１０４Ｄが形成されている。
【０００５】
一方、インナー部１０５は、アウターチューブ１０４Ｂ内に配置され、上端の吊り金具１０５Ａと、吊り金具の下端に連結されたラッチ部１０５Ｂと、ラッチ部１０５Ｂの下端に連結された送水ジョイント１０５Ｇと、送水ジョイント１０５Ｇの下端に連結された、回転従動部１０５Ｄと、回転従動部の下端に連結された円筒状のインナーコアチューブ１０５Ｃと、インナーコアチューブの下端に装着された掘削ビット１０５Ｐとを備えている。ラッチ部１０５Ｂが、アウターチューブ１０４Ｂに形成された切り欠きに係合することにより、インナー部１０５がアウター部１０４内で所定の位置に支持される。
【０００６】
さらに、ワイヤーライン部１０３は、ワイヤライン１０３Ａと、ワイヤラインの下端に連結されたオーバーショットアッセンブリ１０３Ｂと、オーバーショットアッセンブリの下端に連結されたリフティングドック１０３Ｃとから構成されている。リフティングドック１０３Ｃは、インナー部１０５の吊り金具１０５Ａと係合する。ワイヤライン部１０３を上方に引き上げることにより、インナー部１０５のラッチ部１０５Ｂがアウターチューブ１０４Ｂから離脱し、インナー部１０５を地表まで吊り上げるよう構成されている。
【０００７】
アウター部１０４とインナー部１０５との間には、通水用間隙が設けられている。図１９(ａ)に示すように、送水ジョイント１０５Ｇの外周面には間隙調整用又は振れ止め用のランディング１０５が装着されている。この部分では通水用間隙が遮断されている。従って、通水を確保するために、送水ジョイント１０５においてランディング１０５Ｆより上方に設けた入水口１０５Ｇ１から水を入水させ、送水ジョイント１０５の内部に設けた通水路１０５Ｇ２を経由して、ランディング１０５Ｆの下方に設けた出水口１０５Ｇ３から再び間隙へ出水するよう構成されている。ワイヤライン掘削装置における水の流れを、黒矢印で示している（後述する各図においても同様）。
【０００８】
特許文献１のワイヤライン掘削装置は、アウター部の回転駆動力をインナー部へ伝動するように構成されている。アウターチューブ１０４Ｂの一部に形成された回転伝動部１０４Ｄは、図１９(ａ)の下部(アウターチューブの背面側の半部のみを示す)に示すように、回転伝動部１０４Ｄの内周面には、周方向に複数(偶数個)の伝動突条１０４Ｄ１が所定の幅及び間隔で配置されている。各伝動突条１０４Ｄ１は軸方向に所定の長さで延在しており、隣り合う伝動突条１０４Ｄ１の間には、スプライン嵌合溝１０４Ｄ２とスプライン通水溝１０４Ｄ３が交互に形成されている。一方、インナー部の回転従動部１０５Ｄの外周面には、周方向に複数(伝動突条１０４Ｄ１の半数)の従動突条１０５Ｄ１が所定の幅及び間隔で配置されている。従動突条１０５Ｄ１は、アウターチューブのスプライン嵌合溝１０４Ｄ２内に嵌合する。図１９(ｂ)の断面図に示すように、スプライン嵌合溝１０４Ｄ２と従動突条１０５Ｄ１が嵌合することにより試錐力がアウター部からインナー部へ伝動する。同時に、スプライン通水溝１０４Ｄ３により通水路が確保されている。
【０００９】
特許文献１のワイヤライン掘削装置は、図１８に示すように、インナーコアチューブ１０５Ｃの下端がアウターチューブ１０４Ｂの下端より突出しており、掘削ビット１０５Ｐを装着している。ロッドの回転駆動力は、アウター部１０４の掘削ビット１０４Ｃに作用すると同時に、アウター部１０４からインナー部１０５へ回転駆動力が伝動することにより、インナー部１０５の掘削ビット１０５Ｐにも作用する。インナー部の掘削ビット１０５Ｐは、アウター部の掘削ビット１０４Ｃよりも先行するため、インナーコアチューブ１０５Ｃに収容可能な大きさのコアをコアリフター１０５Ｉにより確実に採取することができる。また、チューブ間隙を通過してアウターチューブ１０４Ｂの下端から噴出する水によりコアが吹き飛ばされることなく採取できる。これは特に軟弱地層において有用である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平１０−１９６２６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
試錐工は、１０００〜２０００mに及ぶこともあり、採取個所の地層が多様に変化することも多い。従って、１つのワイヤライン掘削装置が、硬質層(岩盤、礫等)と軟質層(砂、粘土等)のいずれにも対応可能なであることが好ましい。しかしながら、特許文献１のワイヤライン掘削装置は、専らインナーコアチューブを先行させてアウターチューブと共に回転させるように構成されているので、軟質層の採取や、固結していない砂礫層又は砂礫の崩壊物の回収に向いている。
【００１２】
硬質層に向いている一般的なワイヤライン掘削装置（特許文献１に記載の従来技術である図７参照。アウター部からインナー部への回転伝動機構は無く、アウターチューブのみを回転させて掘削する装置）を用いて硬質層や軟質層の混在する破砕層や砂礫層を掘削進行していくと、ポンプ送水で除去しきれない礫などの崩壊沈殿物が坑内に堆積して、掘削不能となることがしばしば発生する。その場合、アウター部とインナー部の双方を揚管して、特許文献１に記載の掘削装置（アウター部からインナー部への回転伝動機構を具備する装置）に交換し、インナーコアチューブを回転させて崩壊物を回収していた。その後、再びアウター部とインナー部の双方を揚管し、元の一般的なワイヤライン掘削装置に戻して掘削を再開していた。このように、従来は、掘削進行の途中で、アウター部及びインナー部の双方を揚管し、掘削装置全体を交換することを頻繁に行わなければならなかった。このような工法は、作業負担が非常に大きい上に、迅速かつ円滑な施工の支障となっていた。
【００１３】
以上の現状に鑑み、本発明は、ワイヤライン掘削装置及びその工法において、硬質層と軟質層の混在する地層に対して柔軟に対応でき、効率的にコア採取できることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の目的を達成するべく本発明は、以下の構成を提供する。括弧内の半角数字は、後述する図面中の符号であり、参考のために付する。
【００１５】
本発明によるワイヤライン掘削装置の第１の態様は、装置本体部(2)とワイヤライン部(3)とから構成され、前記装置本体部(2)は、円筒状のアウター部(4)と、該アウター部との間に通水用間隙(6)を設けて内部空間に設置されるインナー部(5)とから構成され、前記インナー部(5)は、前記ワイヤライン部(3)により前記アウター部(4)内に投下されかつ吊り上げられる。
（ａ）前記アウター部(4)は、以下の(ａ１)〜(ａ４)の構成を備える。
（ａ１）回転駆動されるロッド。
（ａ２）前記ロッドの下端に連結され該ロッドと共に回転するアウターチューブ(4B)。
（ａ３）前記アウターチューブ(4B)の下端に装着された掘削ビット(4C)。
（ａ４）前記アウターチューブ(4B)の内面に形成され該アウターチューブの回転を前記インナー部(5)に伝達する回転伝動部(4D)。
（ｂ）前記インナー部(5)は、軸方向に上方から下方に向かって、以下の(ｂ１)〜(ｂ６)の構成を備える。
（ｂ１）前記ワイヤライン部(3)の下端に係合脱離可能な吊り金具(5A)。
（ｂ２）前記アウターチューブ(4B)に対し係合脱離可能なラッチ部(5B)。
（ｂ３）前記通水用間隙(6)から前記インナー部(5)の内部へと水を入水させるために形成された入水口(5G21,5G22)。
（ｂ４）前記通水用間隙(6)を閉塞するように前記アウターチューブ(4B)の回転伝動部(4D)と嵌合することにより該アウターチューブの回転を伝達され、かつ前記入水口(5G21,5G22)と連通して軸方向に貫通する第１の通水路(5D5)を形成された回転従動部(5D)。
（ｂ５）前記回転従動部(5D)に連結され前記第１の通水路(5D5)と連通する第２の通水路(5H3)と該第２の通水路から前記通水用間隙(6)へと水を出水させるための出水口(5H2)とを形成された送水ジョイント部(5H)。
（ｂ６）前記送水ジョイント部(5H)に連結される交換部であって、前記インナー部(5)を前記アウター部(4)から取り出した際に互いに交換可能である少なくとも２つの交換部(51,52)のうち、いずれか１つの交換部。
【００１６】
上記の少なくとも２つの交換部は、それぞれ以下の構成を具備する。
（ｂ６１）第１の交換部(51)は、前記回転従動部(5D)の回転を伝達しないようにベアリング部(5E2)を介して連結されその下端が前記アウター部(4)の掘削ビット(4C)よりも上方に位置するシングルインナーチューブ(5C)と、前記第１のシングルインナーチューブの下端近傍に内蔵されたコアリフター(5F)と、を具備する。
【００１７】
（ｂ６２）第２の交換部(52)は、前記回転従動部(5D)と共に回転するように連結されその下端が前記アウター部(4)の掘削ビット(4C)よりも下方に突出するシングルインナーコアチューブ(5K)と、前記シングルインナーコアチューブの下端に装着されたコア収容ビット(5P)と、を具備する。
【００１８】
上記ワイヤライン掘削装置の第１の態様において、前記インナー部(5)は、第３の交換部をさらに有することが、好適である。
第３の交換部は、前記送水ジョイント部(5H)に替えて前記回転従動部(5D)に連結される遮水ジョイント部(5L)と、前記遮水ジョイント(5L)に連結されその下端が前記アウター部(4)の掘削ビット(4C)よりも下方に突出するダブルインナーコアチューブ(5M)であって、前記回転従動部(5D)と共に回転するように連結された外側のインナーコアチューブ(5M1)と、該回転従動部(5D)の回転を伝達しないようにベアリング部(5L8)を介して連結された内側のインナーチューブ(5M2)とからなるダブルインナーコアチューブ(5M)と、前記外側のインナーコアチューブ(5M1)の下端に装着された掘削ビット(5Q)と、を備える。
また、前記遮水ジョイント部(5L)は、前記通水用間隙(6)を遮断するべく外周に装着された弾性材パッカー(5L2)と、前記回転従動部(5D)の第１の通水路(5D5)と連通し軸方向に貫通する第３の通水路(5L3)とを形成され、該第３の通水路(5L3)の下端は前記ダブルインナーコアチューブ(5M)の間隙(5M3)の上端に開口することが、好適である。
【００１９】
本発明によるワイヤライン掘削工法の第１の態様は、上記第１の態様のワイヤライン掘削装置において第１及び第２の交換部を備えたものを用いる。
硬質層からコアを回収する場合、前記回転従動部(5D)に前記送水ジョイント部(5H)及び第１の交換部(51)を連結し、前記通水用間隙(6)の下端から水を噴出させつつ前記アウターチューブ(4B)の掘削ビット(4C)により掘削して前記シングルインナーチューブ(5C)内にコアを回収する。
軟質層からコアを回収する場合、前記回転従動部(5D)に前記送水ジョイント部(5H)及び第２の交換部(52)を連結し、前記シングルインナーコアチューブ(5K)を回転させて前記コア収容ビット(5P)により該シングルインナーコアチューブ(5K)内にコアを回収する。
前記第１及び第２の交換部(51,52)の互いの交換は、前記ワイヤライン部(3)により前記インナー部(5)を吊り上げ前記アウター部(4)から取り出して行う。
【００２０】
上記のワイヤライン掘削工法の第１の態様においては、さらに上記の第３の交換部を用いることが好適である。
前記硬質層と前記軟質層の中間の硬度である準軟質層からコアを回収する場合、前記回転従動部(5D)に前記遮水ジョイント部(5L)及び前記第３の交換部(53)を連結し、前記通水用間隙(6)の下端から水を噴出させず前記ダブルインナーコアチューブ(5M)の間隙(5M3)の下端から水を噴出させつつ前記外側のインナーコアチューブ(5M1)の掘削ビット(5Q)により掘削して前記内側のインナーチューブ(5M2)内にコアを回収する。
前記第１、第２及び第３の交換部(51,52,53)の互いの交換は、前記ワイヤライン部(3)により前記インナー部(5)を吊り上げ前記アウター部(4)から取り出して行う。
【００２１】
本発明によるワイヤライン掘削装置の第２の態様は、装置本体部(2)とワイヤライン部(3)とから構成され、該アウター部との間に通水用間隙(6)を設けて内部空間に設置されるインナー部(5)とから構成され、前記インナー部(5)は前記ワイヤライン部(3)により前記アウター部(4)内に投下されかつ吊り上げられる。
（ａ）前記アウター部(4)は、以下の(ａ１)〜(ａ４)の構成を備える。
（ａ１）回転駆動されるロッド。
（ａ２）前記ロッドの下端に連結され該ロッドと共に回転するアウターチューブ(4B)。
（ａ３）前記アウターチューブ(4B)の下端に装着された掘削ビット(4C)。
（ａ４）前記アウターチューブ(4B)の内面に形成され該アウターチューブの回転を前記インナー部(5)に伝達する回転伝動部(4D)。
（ｂ）前記インナー部(5)は、軸方向に上方から下方に向かって、以下の(ｂ１)〜(ｂ５)の構成を備える。
（ｂ１）前記ワイヤライン部(3)の下端に係合脱離可能な吊り金具(5A)。
（ｂ２）前記アウターチューブ(4B)に対し係合脱離可能なラッチ部(5B)。
（ｂ３）前記通水用間隙(6)から前記インナー部(5)の内部へと水を入水させるために形成された入水口(5G21,5G22)。
（ｂ４）前記通水用間隙(6)を閉塞するように前記アウターチューブ(4B)の回転伝動部(4D)と嵌合することにより該アウターチューブの回転を伝達され、かつ前記入水口(5G21,5G22)と連通し軸方向に貫通する第１の通水路(5D5)を形成された回転従動部(5D)。
（ｂ５）前記回転従動部(5D)に連結される交換部であって、前記インナー部(5)を前記アウター部(4)から取り出した際に互いに交換可能な軟質層用の交換部(54)と準軟質層用の交換部(55)のうち、いずれか１つの交換部。
上記の２つの交換部は、それぞれ以下の構成を具備する。
軟質層用の交換部(54)は、前記回転従動部(5D)に連結されかつ前記第１の通水路(5D5)と連通する第２の通水路(5H3)と前記第２の通水路から前記通水用間隙(6)へと水を出水させるための出水口(5H2)とを形成された送水ジョイント部(5H)と、前記回転従動部(5D)と共に回転するように連結されその下端が前記アウター部(4)の掘削ビット(4C)よりも下方に突出するシングルインナーコアチューブ(5K)と、前記シングルインナーコアチューブ(5K)の下端に装着されたコア収容ビット(5P)と、を具備する。
前記準軟質層用の交換部(55)は、前記回転従動部(5D)に連結される遮水ジョイント部(5L)と、前記遮水ジョイント(5L)に連結されその下端が前記アウター部(4)の掘削ビット(4C)よりも下方に突出するダブルインナーコアチューブ(5M)であって、前記回転従動部(5D)と共に回転するように連結された外側のインナーコアチューブ(5M1)と、該回転従動部(5D)の回転を伝達しないようにベアリング部(5L8)を介して連結された内側のインナーチューブ(5M2)とからなるダブルインナーコアチューブ(5M)と、前記外側のインナーコアチューブ(5M1)の下端に装着された掘削ビット(5Q)と、を具備し、前記遮水ジョイント部(5L)は、前記通水用間隙(6)を遮断するべく外周に装着された弾性材パッカー(5L2)と、前記回転従動部(5D)の第１の通水路(5D5)と連通し軸方向に貫通する第３の通水路(5L3)と、を具備し、前記第３の通水路(5L3)の下端は前記ダブルインナーコアチューブ(5M)の間隙(5M3)の上端に開口する。
【００２２】
本発明によるワイヤライン掘削工法の第２の態様は、上記第２の態様のワイヤライン掘削装置を用いる。
軟質層からコアを回収する場合、前記回転従動部(5D)に前記軟質層用の交換部(54)を連結し、前記シングルインナーコアチューブ(5K)を回転させて前記コア収容ビット(5P)により該シングルインナーコアチューブ(5K)内にコアを回収する。
準軟質層からコアを回収する場合、前記回転従動部(5D)に前記準軟質層用の交換部(55)を連結し、前記通水用間隙(6)の下端から水を噴出させず前記ダブルインナーコアチューブ(5M)の間隙(5M3)の下端から水を噴出させつつ前記外側のインナーコアチューブ(5M1)の掘削ビット(5Q)により掘削して前記内側のインナーチューブ(5M2)内にコアを回収する。
前記軟質層用と準軟質層用の交換部(54,55)の互いの交換は、前記ワイヤライン部(3)により前記インナー部(5)を吊り上げ前記アウター部(4)から取り出して行う。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によるワイヤライン掘削装置は、硬質層と軟質層の混在する地層からコアを採取する場合に、インナー部における交換部を硬質層及び軟質層のそれぞれに最適なものに交換して行うことにより、いずれの地層においても効率的にコア採取できる。
インナー部において、交換部を除いた共通部分は、インナー部の上方部分である。このインナー部の上方部分には、アウター部のアウターチューブに形成された回転伝動部から回転を伝達される回転従動部が含まれており、それによりインナー部の上方部分はアウター部と共に回転する。インナー部の下方部分に連結されるコア回収用の内部空間を有するチューブは、交換部に含まれており、地層に応じて最適な構成のものに交換することができる。
【００２４】
本明細書では、アウター部の「アウターチューブ」の呼称は１つであるが、インナー部のチューブには種類によって異なる呼称を用いている。インナー部のチューブは、回転させないものを「インナーチューブ」と称し、回転させるものを「インナーコアチューブ」と称する。また、インナー部のチューブの呼称として、単管のものに「シングル」を付し、二重管のものに「ダブル」を付すこととする。これらのインナー部のチューブの呼称を、以下にまとめて示す。
・回転させない単管のチューブ：「シングルインナーチューブ」
・回転させる単管のチューブ：「シングルインナーコアチューブ」
・外側チューブを回転させ内側チューブを回転させない二重管のチューブ全体：「ダブルインナーコアチューブ」
・二重管のチューブのうち外側の回転させるチューブ：「インナーコアチューブ」
・二重管のチューブのうち内側の回転させないチューブ：「インナーチューブ」
【００２５】
岩盤、礫等からなる硬い地層である硬質層においては、アウターチューブの掘削ビットにより掘削するので、回転不要なシングルインナーチューブを用いる。従って、硬質層用の第１の交換部では、インナー部上方部分の回転を伝達しないようにベアリング部を介在させてシングルインナーチューブが連結される。シングルインナーチューブの下端は、アウターチューブの掘削ビットよりも上方に位置し、アウターチューブの掘削ビットにより掘削された岩盤等をコアリフターによりシングルインナーチューブ内に取り込む。
【００２６】
砂、粘土等からなる地層又は水分を多く含む地層など軟弱な地層である軟質層においては、アウターチューブの掘削ビットによる掘削は不要であり、シングルインナーコアチューブをアウターチューブより先行させかつ回転させてコアを直接取り込むようにする。従って、軟質層用の第２の交換部は、インナー部の回転従動部の回転をシングルインナーコアチューブに伝達し、シングルインナーコアチューブの下端はアウターチューブの掘削ビットよりも下方に突出する。
【００２７】
硬質層用の第１の交換部を連結した場合は、アウターチューブとシングルインナーチューブの間の通水用間隙の下端から水を噴出しつつ掘削ビットにより掘削を行う。掘削ビットの位置で水を噴出することにより、掘削力を補うとともに掘削ビットの焼き付きを防止することができる。
【００２８】
軟質層用の第２の交換部を連結した場合も、通水用間隙の下端から水が噴出されるが、シングルインナーコアチューブの下端は先行しているため、シングルインナーコアチューブの下端位置には水の影響が及ばない。従って、シングルインナーコアチューブが無水条件下で回転することにより、採取対象のコアが洗い流されることを回避でき、確実にコアを回収できる。この場合、アウターチューブの掘削ビットはシングルインナーコアチューブよりも後行するが、水噴射下での掘削を行うことにより、所定の孔径の掘削孔の形成に寄与する。
【００２９】
第１交換部及び第２交換部の好適例においては、シングルインナーチューブ又はシングルインナーコアチューブの内部空間に存在する水を上方に流出させ、アウターチューブとの間の通水用間隙へと誘導するチェックバルブ部が設けられている。これにより、シングルインナーチューブ又はシングルインナーコアチューブの下端から内部空間へとコアを円滑に取込むことができると同時に、コアから不要な水分を排除することができる。ワイヤラインによるコア回収時には強力な吸引力が働くが、チェック機能でコア脱落を極力防ぐ。
【００３０】
さらに、本発明によるワイヤライン掘削装置の好適例においては、第３の交換部を備える。第３の交換部は、インナー部上方部分と共に回転するダブルインナーコアチューブを具備し、ダブルインナーコアチューブの下端はアウターチューブの掘削ビットより下方に突出し、外チューブの下端に掘削ビットを装着している。そして、ダブルインナーコアチューブより上方に、通水用間隙を遮断してダブルインナーコアチューブの外側のインナーコアチューブと内側のインナーチューブの間隙に水を誘導する遮水ジョイントが連結されている。これにより、通水用間隙の下端からは水を噴出させず、ダブルインナーコアチューブの間隙の下端から水を噴出させる。ダブルインナーコアチューブの間隙は、通水用間隙に比べて狭いため、噴出する水量は少ない。従って、第３の交換部における水の噴出は、第１及び第２の交換部におけるような掘削を補助する効果は少ないが、その替わりに採取対象の地層が水により乱されることもなく、しかも水噴出により掘削ビットの焼き付き防止の効果は得られる。従って、第３の交換部は、第１の交換部が適用される硬質層と、第２の交換部が適用される軟質層の間の中間的な硬さを有する準軟質層に適している。
【００３１】
第１と第２の交換部を、あるいは、第１〜第３の交換部は、ワイヤライン部を用いてインナー部をアウター部から取り出して互いに交換することができる。これにより、アウター部はそのままの状態で、インナー部のみを地層に最適な構成とすることができ、多様な地層が混在する場合にも、迅速かつ確実にコアを回収することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明によるワイヤライン掘削装置１の一実施例における一使用形態を示す全体構成図である。
【図２】（ａ）（ｂ）（ｃ）はそれぞれ、本発明のワイヤライン掘削装置１を３種の地層に適用する場合の各構成を概略的に示した図である。
【図３】図２（ａ）に示した硬質層用構成及び図２（ｂ）に示した軟質層用構成に共通する部分を詳細に示す図である。
【図４】回転伝動部４Ｄと回転従動部５Ｄの嵌合部分の正面（ａ）及び背面（ｂ）を詳細に示した図である。
【図５】硬質層工法に適した第１の交換部を連結したワイヤライン掘削装置の部分図である。
【図６】（ａ１）は、送水ジョイント部５Ｈの斜視図であり、（ａ２）は（ａ１）のＡ断面図であり、（ｂ１）は、ベアリングスピンドル部５Ｅの斜視図であり、（ｂ２）は（ｂ１）の断面図である。
【図７】送水ジョイント部５Ｈとベアリングスピンドル部５Ｅの連結後の一部切り欠き斜視図である。
【図８】軟質層工法に適した第２の交換部をインナー部に連結したワイヤライン掘削装置の部分図である。
【図９】（ａ１）は、送水ジョイント部５Ｈの斜視図であり、（ａ２）は（ａ１）のＡ断面図である。（ｂ１）は、チェックバルブ部５Ｊの斜視図であり、（ｂ２）は（ｂ１）の断面図である。
【図１０】送水ジョイント部５Ｈとチェックバルブ部５Ｊの連結後の斜視図である。
【図１１】準軟質層工法に適した第３の交換部をインナー部に連結したワイヤライン掘削装置の部分図である。
【図１２】（ａ１）は、遮水ジョイント部５Ｌの上部品の斜視図であり、（ａ２）は（ａ１）の上部品の分解側面図であり、（ａ３）は（ａ２）の縦断面図である。（ｂ１）は、遮水ジョイント部５Ｌの下部品の斜視図であり、（ｂ２）は（ｂ１）の下部品の底面図であり、（ｂ３）は（ｂ１）の下部品の縦断面図である。
【図１３】遮水ジョイント部５Ｌの上部品と下部品を螺合して組立てた後の斜視図である。
【図１４】本発明の別の形態であるワイヤライン掘削装置を軟質層と準軟質層の２種の地層に適用する場合の各構成を概略的に示した図である。
【図１５】（ａ）は、大径軟質層用の交換部をインナー部に連結したワイヤライン掘削装置の部分図である。（ｂ）は、大径準軟質層用の交換部を連結したものである。
【図１６】（ａ）は、硬質層１１及び軟質層１２が混在する地層に対して、（ｂ）は、硬質層１１、軟質層１２及び準軟質層１３が混在する地層に対して、（ｃ）は、軟質層１２及び準軟質層１３が混在する地層に対してそれぞれ行う本発明のワイヤライン掘削工法を模式的に示す図である。
【図１７Ａ】図１６（ａ）の掘削工法を実施した調査掘削のデータ結果をまとめた表である。
【図１７Ｂ】図１７Ａの表の続きである。
【図１８】従来のワイヤーライン掘削装置の概略全体構成図である。
【図１９】従来のワイヤーライン掘削装置の要部構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、実施例を示した図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。本発明によるワイヤライン掘削装置は、地質調査等のために地層からコアを採取する試錐すなわちボーリングを行うための装置である。
【００３４】
図１は、本発明によるワイヤライン掘削装置１の一実施例における一使用形態を概略的に示す全体構成図である。ワイヤライン掘削装置１は、部品の一部を交換することにより複数の使用形態をとることが可能であり、すなわち複数の工法に適用可能である。図１は、後述する３つの工法のうち、硬質層工法に適用する形態を示している。
【００３５】
図１を参照して、概略構成を説明する。ワイヤライン掘削装置１は、装置本体部２とワイヤライン部３とから構成されている。装置本体部２は、円筒状のアウター部４と、アウター部の内部空間に設置されるインナー部５とから構成されている。インナー部５が設置されたとき、アウター部４との間に所定の通水用間隙が設けられる。掘削時にはアウター部の上端からポンプにより内部空間に水が送り込まれ、その水は通水用間隙を通過する。ワイヤライン部３は、アウター部４内にインナー部５を投下し、そして吊り上げるために用いられる。
【００３６】
アウター部４は、地上から掘削位置の近傍まで延在するロッド（図示せず）と、ロッドの下端に連結され掘削機能を有するアウターチューブ４Ｂとを備える。ロッドとアウターチューブの間にはロッキングカップリング４Ａが設けられる。アウターチューブ４Ｂの上端部に設けたアダプターカップリング４Ｇは、インナー部５のラッチ部５Ｂが開いたときの固定装置である。ロッドは、地上に設置された駆動装置により回転駆動され、アウターチューブ４Ｂもロッドと共に回転する。アウターチューブ４Ｂの下端には、掘削ビット４Ｃが装着されている。掘削ビット４Ｃは、岩盤掘削も可能なダイヤモンドビットである。
【００３７】
アウターチューブ４Ｂの内面の一部には、アウターチューブ４Ｂの回転をインナー部５に伝達するための回転伝動部４Ｄが形成されている。
【００３８】
インナー部５は、軸方向の最上部に、ワイヤライン部３の下端に係合脱離可能な吊り金具５Ａを具備する。吊り金具５Ａの下端には、アウターチューブ４Ｂの内面凹部に対し係合脱離可能なラッチ部５Ｂを具備する。ラッチ部５Ｂは、インナー部５が上方から投下されたときに開いてアウターチューブ４Ｂと係合し、軸方向上方への力が加わると閉じてアウターチューブ４Ｂから脱離する。
【００３９】
ラッチ部５Ｂの下方には、アウターチューブ４Ｂの回転伝動部４Ｄと嵌合する回転従動部５Ｄが連結されている。回転伝動部４Ｄと回転従動部５Ｄが嵌合することにより、この部分における通水用間隙は閉塞されている。
【００４０】
回転従動部５Ｄよりも下方には、硬質層工法の場合に特徴的なベアリングスピンドル部５Ｅが連結されている。ベアリングスピンドル部５Ｅの下端に、シングルインナーチューブ５Ｃが連結されている。
【００４１】
ワイヤライン部３は、ワイヤライン３Ａと、ワイヤライン３Ａの下端に連結されたオーバーショットアッセンブリ３Ｂと、オーバーショットアッセンブリ３Ｂの下端に連結されたリフティングドック３Ｃとから構成されている。インナー部５をアウター部４内で昇降させるとき、リフティングドック３Ｃはインナー部５の吊り金具５Ａと係合する。
【００４２】
図２は、本発明のワイヤライン掘削装置１を３種の地層に適用する場合の各形態を概略的に示した図である。図２の最も左側には、各形態に共通して用いるアウター部４を示している。インナー部５の回転従動部５Ｄより上方部分もまた、各形態に共通して用いる。インナー部５の下方部分である交換部は、（ａ）が硬質層用の第１の交換部５１、（ｂ）が軟質層用の第２の交換部５２、そして（ｃ）が準軟質層用の第３の交換部５３である。これらの交換部は、互いに交換可能であり、コア採取対象の地層に適合するようにいずれか１つを選択して連結する。異なる交換部への交換は、ワイヤライン部を用いてインナー部５をアウター部４から取り出し、地上で行う。
【００４３】
図２（ａ）は、岩盤等の硬質層からコア採取する場合の構成であり、回転従動部５Ｄの下端に送水ジョイント部５Ｈを連結し、送水ジョイント部５Ｈの下端に第１の交換部５１を連結している。第１の交換部５１は、図１に示した通り、ベアリングスピンドル部５Ｅとシングルインナーチューブ５Ｃとを具備する。
【００４４】
図２（ｂ）は、砂、粘土等の軟質層からコア採取する場合の構成であり、回転従動部５Ｄの下端に送水ジョイント部５Ｈを連結し、送水ジョイント部５Ｈの下端に第２の交換部５２を連結している。第２の交換部５２は、チェックバルブ部５Ｊとシングルインナーコアチューブ５Ｋとを具備する。
【００４５】
図２（ｃ）は、硬質層と軟質層の間の硬度をもつ中間的な層に適用する場合の構成であり、回転従動部５Ｄの下端に第３の交換部５３を連結している。第３の交換部では、第１及び第２の交換部に共通する送水ジョイント部５Ｈに替えて、遮水ジョイント部５Ｌを回転従動部５Ｄの下端に連結している。遮水ジョイント部５Ｌの下端にダブルインナーコアチューブ５Ｍを連結している。
【００４６】
＜硬質層用及び軟質層用に共通する装置形態＞
図３は、図２（ａ）に示した硬質層用の形態及び図２（ｂ）に示した軟質層用の形態に共通する部分を詳細に示す図である。インナー部において軸方向に配置された各部品同士は、基本的に螺合により連結されており、螺合された部品同士は、軸周りの回転を伝達可能である（以下の他の形態についても同様）。インナー部のラッチ部５Ｂの下端には、ランディング部５Ｆが連結されている。ランディング部５Ｆは、略円柱状であり外周に間隙調整用又は振れ止め用のランディング５Ｆ２を装着されている。ランディング部５Ｆは、通水用間隙を確保するために縦方向に複数の通水溝５Ｆ１を形成されている。上方からの水は、ランディング５Ｆ２の内側の通水溝５Ｆ１を通り、下方へ流れる。
【００４７】
ランディング部５Ｆの下端に連結された回転従動部５Ｄの上方部分には、小径の入水部５Ｇが形成されている。入水部５Ｇに形成された複数の入水口５Ｇ２１、５Ｇ２２は、回転従動部５Ｄの内部空間である通水路５Ｄ５に連通している。通水路５Ｄ５は、回転従動部５Ｄを軸方向に貫通している。上方からの水は、入水口５Ｇ２１、５Ｇ２２から回転従動部５Ｄの通水路５Ｄ５に入り、通水路５Ｄ５を通過する。
【００４８】
円筒状のアウターチューブ４Ｂの内周面の回転伝動部４Ｄには、相対的に大径の嵌合上部４Ｄ１と、相対的に小径の嵌合下部４Ｄ２とが形成されている。一方、円筒状の回転従動部５Ｄの中央部分外周面には、相対的に大径の嵌合上部５Ｄ１と、相対的に小径の嵌合下部５Ｄ２とが形成されている。回転伝動部４Ｄの嵌合上部４Ｄ１及び嵌合下部４Ｄ２は、回転従動部５Ｄの嵌合上部５Ｄ１及び嵌合下部５Ｄ２とそれぞれ嵌合する。このとき、回転伝動部４Ｄの嵌合下部４Ｄ２の上向きの螺旋状嵌合面４Ｄ３１が、回転従動部５Ｄの嵌合上部５Ｄ１の下向きの螺旋状嵌合面５Ｄ３１を受けるように嵌合している。
一実施例として、回転伝動部４Ｄの嵌合上部４Ｄ１の円筒部分の外径は100mmであり、回転従動部５Ｄの嵌合下部５Ｄ２の円筒部分の外径は88.9mmである。回転伝動部４Ｄの内周面と回転従動部５Ｄの外周面の径寸法には、インナー部が円滑に入り込みかつ抜け出すための適度な遊びが設けられている。
【００４９】
回転伝動部４Ｄと回転従動部５Ｄとが嵌合する箇所では、通水用間隙６が閉塞されるため、通水用間隙６を水が流れることができない。従って、回転従動部５Ｄの通水路５Ｄ５は、上方からの水を下方へ通過させる迂回路となっている。
【００５０】
回転従動部５Ｄの下端には、送水ジョイント部５Ｈが連結される。送水ジョイント部５Ｈは、円筒状であり、内部空間である通水路５Ｈ３は、回転従動部５Ｄの通水路５Ｄ５と連通している。送水ジョイント部５Ｈは、その下端に別の部品が連結されることにより、底面開口が閉鎖される。通水路５Ｈ３から複数の出水口５Ｈ２が円筒壁を貫通して通水用間隙６へ開口している。上方からの水は、通水路５Ｄ５及び通水路５Ｈ３を経由して、出水口５Ｈ２から再び通水用間隙６へと出る。
【００５１】
図４は、アウター部の回転伝動部４Ｄとインナー部の回転従動部５Ｄの嵌合部分を詳細に示した図である。（ａ）の上図は、回転従動部５Ｄの正面側の斜視図であり、下図は、回転伝動部４Ｄの背面側の半部の斜視図である。（ｂ）の上図は、回転従動部５Ｄの背面側の斜視図であり、下図は、回転伝動部４Ｄの正面側の半部の斜視図である。白抜き矢印は、回転従動部５Ｄが回転伝動部４Ｄに対して上方から嵌合する動きを示している。
【００５２】
回転伝動部４Ｄにおける嵌合上部４Ｄ１と嵌合下部４Ｄ２との境界を形成する嵌合面は、３つの螺旋状嵌合面４Ｄ３１と、隣り合う螺旋状嵌合面４Ｄ３１の最上点と最下点を接続する３つの鉛直嵌合面４Ｄ３２とを交互に配置して形成されている。一方、回転従動部５Ｄにおける嵌合上部５Ｄ１と嵌合下部５Ｄ２との境界を形成する嵌合面は、３つの螺旋状嵌合面５Ｄ３１と、隣り合う螺旋状嵌合面５Ｄ３１の最上点と最下点を接続する３つの鉛直嵌合面５Ｄ３２とを交互に配置して形成されている。
【００５３】
図４中には、回転方向が矢印で示されている。回転伝動部４Ｄの鉛直嵌合面４Ｄ３２は回転方向を向いており、回転従動部５Ｄの鉛直嵌合面５Ｄ３２は回転方向と逆方向を向いている。斯かる構成において、回転伝動部４Ｄが矢印のように回転すると、回転伝動部４Ｄの鉛直嵌合面４Ｄ３２が、回転従動部５Ｄの鉛直嵌合面５Ｄ３２を押すことにより、回転従動部５Ｄが回転する。
【００５４】
なお、双方の螺旋状嵌合面４Ｄ３１、５Ｄ３１は、径方向外側が高く、径方向内側が低くなるように傾斜していることが好ましい。これは、インナー部を投下したときの衝撃に対して縁部を破損し難くするためである。
【００５５】
さらに、回転従動部５Ｄの３つの螺旋状嵌合面５Ｄ３１の最下点のうち１つの最下点には、他の２つの最下点よりも下方に突出する案内凸部５Ｄ３３が形成されている。一方、回転伝動部４Ｄの３つの螺旋状嵌合面４Ｄ３１の最下点の全てに、案内凹部４Ｄ３３が形成されている。ここで、図４（ａ）下図の白矢印を参照する。インナー部をアウター部内に投下したとき、先ず、回転従動部５Ｄの案内凸部５Ｄ３３が、回転伝動部４Ｄの３つの螺旋状嵌合面４Ｄ３１うちの１つにおける任意の位置に衝突する。衝突後、案内凸部５Ｄ３３は、衝突した螺旋状嵌合面４Ｄ３１の傾斜に沿って下方に移動する。この案内凸部５Ｄ３３の移動に伴ってインナー部は軸周りに回転しつつ下降する。案内凸部５Ｄ３３は、最終的にその最下点に位置する案内凹部４Ｄ３３内に受容される。このようにして、インナー部をアウター部内に投下したとき、アウター部の回転伝動部４Ｄとインナー部の回転従動部５Ｄとが、一度の投下で確実に正しい位置に嵌合することができる。
【００５６】
このように、アウター部からインナー部への回転伝達において螺旋状嵌合面と鉛直嵌合面とを組み合わせることが、最適である。例えば、螺旋状嵌合面のみで構成すると、アウター部の回転力が鉛直方向の過大な力に変換され、インナー部が浮き上がるように働くため、好ましくない。また、鉛直嵌合面のみで構成すると、上述の従来技術で述べたように、インナー部を投下したときに一度で正しい位置に嵌合させることが困難である。
【００５７】
＜硬質層用の装置形態＞
図５は、硬質層工法に適した第１の交換部をインナー部に連結したワイヤライン掘削装置の部分図である。第１の交換部は、送水ジョイント部５Ｈの下端に連結されるベアリングスピンドル部５Ｅと、その下端に連結されるシングルインナーチューブ５Ｃとを具備する。
【００５８】
図６（ａ１）は、送水ジョイント部５Ｈの斜視図であり、（ａ２）は（ａ１）のＡ断面図であり、（ｂ１）は、ベアリングスピンドル部５Ｅの斜視図であり、（ｂ２）は（ｂ１）の断面図である。
【００５９】
図７は、送水ジョイント部５Ｈとベアリングスピンドル部５Ｅの連結後の一部切り欠き斜視図である。
【００６０】
図５、図６及び図７を参照して、第１の交換部について説明する。ベアリングスピンドル部５Ｅの上端の連結部５Ｅ１は、送水ジョイント部５Ｈと連結されている。その下方には、ベアリング部５Ｅ２を具備する。軸部５Ｅ３の周りに配置されたボールベアリングは、下方の筒ケース５Ｅ５内の圧縮スプリング５Ｅ４により押圧支持されている。このベアリング部５Ｅ２が介在することより、上方の回転従動部の回転は、下方に伝達されない。従って、シングルインナーチューブ５Ｃは回転しない。
【００６１】
ベアリングスピンドル部５Ｅの下方部分には、チェックバルブ部５Ｅ６が形成されている。チェックバルブ部５Ｅ６は、シングルインナーチューブ５Ｃの内部空間５Ｃ１の上端に開口した入水口５Ｅ６２と、この入水口５Ｅ６２に設置されたボール弁５Ｅ６１を具備する。チェックバルブ部５Ｅ６の内部には、入水口５Ｅ６２と連通して水平方向に延びる通水路５Ｅ６３が形成され、通水路５Ｅ６３は、通水用間隙６に開口している。チェックバルブ部５Ｅ６は、シングルインナーチューブ５Ｃの内部空間５Ｃ１から水を入水させ通水用間隙６へと水を誘導し、出水させる。これにより、シングルインナーチューブ５Ｃにコアを円滑に収容できる。チェックバルブ部５Ｅ６下部外周の螺子部５Ｅ６４にシングルインナーチューブ５Ｃが連結される。一実施例として、螺子部５Ｅ６４の外径は88.9mmであり、外径88.9mmのシングルインナーチューブ５Ｃが連結される。
【００６２】
シングルインナーチューブ５Ｃの下端は、アウターチューブ４Ｂの下端の掘削ビット４Ｃよりも上方に位置しており、下端近傍にはコアリフター５Ｉが内蔵されている。第１の交換部では、シングルインナーチューブ５Ｃの外径は、掘削ビット４Ｃの内径より若干大きい。掘削ビット４Ｃにより掘削されたコアは、シングルインナーチューブ５Ｃ内に収容される。シングルインナーチューブ５Ｃの内部空間がコアで充填されると、掘削進行ができなくなり、インナー部に上向きの力が掛かることで検知できる。その後、インナー部を吊り上げ、コアを回収する。コアは、コアリフター５Ｉにより支持されているため、インナー部の吊り上げ中にも落下しない。
【００６３】
アウターチューブ４Ｂの掘削ビット４Ｃのやや上方に、リーミングシェル４Ｆを装着することが好適である。リーミングシェル４Ｆは、先行する掘削ビット４Ｃにより掘削された孔を一定の孔径に拡げかつ孔壁を固めることにより、掘削孔の安定性を確保する。アウターチューブ４Ｂの下端近傍の内面には、インナーチューブの軸ぶれを防ぐためのインナーチューブ支持材４Ｅ（通水路は確保されている）が装着されている。
【００６４】
硬質層工法においては、上方から送られた水は、送水ジョイント部５Ｈから通水用間隙６内に出水した後、アウターチューブ４Ｂとインナーチューブ５Ｃの間を通り、掘削ビット４Ｃの位置で下方に噴出する。インナーチューブ５Ｃ内に下方から入った水は、チェックバルブ部５Ｅ６を通り、通水用間隙６内の水に合流する。通水用間隙６の下端から噴出した水は、掘削ビット４Ｃを回り込み、アウター部の外周面と孔壁との間隙を通って上昇する。
【００６５】
図５に示した硬質層工法のアウターチューブ４Ｂ及びシングルインナーチューブ５Ｃの各部の寸法の実施例は、以下の通りである。
・アウターチューブ４Ｂ ：外径117.5mm、内径103.2mm
・掘削ビット４Ｃ ：外径122.04mm、内径78.5mm
・シングルインナーチューブ５Ｃ：外径 88.9mm、内径 82.5mm
・コアリフターケース ：内径 79.5mm
【００６６】
＜軟質層工法における構成＞
図８は、軟質層工法に適した第２の交換部をインナー部に連結したワイヤライン掘削装置の部分図である。第２の交換部は、送水ジョイント部５Ｈの下端に連結されるチェックバルブ部５Ｊと、その下端に連結されるシングルインナーコアチューブ５Ｋとを具備する。
【００６７】
図９（ａ１）は、送水ジョイント部５Ｈの斜視図であり、（ａ２）は（ａ１）のＡ断面図である（送水ジョイント部５Ｈは、図５の硬質層工法の場合と共通）。図９（ｂ１）は、チェックバルブ部５Ｊの斜視図であり、（ｂ２）は（ｂ１）の断面図である。
【００６８】
図１０は、送水ジョイント部５Ｈとチェックバルブ部５Ｊの連結後の斜視図である。
【００６９】
図８、図９及び図１０を参照して、第２の交換部について説明する。上方の回転従動部の回転は、送水ジョイント部５Ｈ及びチェックバルブ部５Ｊを介してシングルインナーコアチューブ５Ｋに伝達されるため、シングルインナーコアチューブ５Ｋは、アウターチューブ４Ｂと共に回転する。シングルインナーコアチューブ５Ｋは、アウター部の掘削ビット４Ｃよりも下方に突出しており、その下端にはコア収容ビット５Ｐが装着されている。掘削ビット４Ｃよりも下方に突出させるため、シングルインナーコアチューブ５Ｋの外径は、掘削ビット４Ｃの内径よりも小さくする必要がある。従って、図５に示した第１の交換部のシングルインナーチューブ５Ｃの外径よりも小さい外径となっている。しかしながら、第２の交換部のシングルインナーコアチューブ５Ｋは、掘削ビット４Ｃよりも先行して直接地層からコアを取り込むため、第１の交換部のシングルインナーチューブ５Ｃよりも肉厚で強固なものとすることが好ましい。シングルインナーコアチューブ５Ｋの掘削ビット４Ｃからの突出長さは、適用する地層に応じて適宜選択されるが、地層が軟弱である程、より長いものを用いることができる。
【００７０】
軟質層では、掘削ビット４Ｃよりも先行するシングルインナーコアチューブ５Ｋの回転のみにより、シングルインナーコアチューブ５Ｋ内にコアを収容できる。コア収容ビット５Ｐは、硬い地層を掘削する必要がないので掘削ビット４Ｃのようなダイヤモンドビットでなくともよい。掘削ビット４Ｃは、シングルインナーコアチューブ５Ｋよりも後行しているが、孔を拡げ孔壁を固める補助的な役割を果たしている。また、通水用間隙６を下降する水は、掘削ビット４Ｃの位置で噴出するが、掘削ビット４Ｃを回り込み、アウター部の外周面に沿って上昇する。従って、シングルインナーコアチューブ５Ｋの下端は、水の影響を受けないため、軟弱な地層が水で乱されたり流されたりしない。これにより、無水条件下でコア採取を行うことができる。
【００７１】
チェックバルブ部５Ｊは、シングルインナーコアチューブ５Ｋの内部空間５Ｋ１の上端に開口した入水口５Ｊ２と、この入水口５Ｊ２に設置されたボール弁５Ｊ１を具備する。チェックバルブ部５Ｊの内部には、入水口５Ｊ２と連通して水平方向に延びる通水路５Ｊ３が形成され、通水路５Ｊ３は、通水用間隙６に開口している。チェックバルブ部５Ｊは、シングルインナーコアチューブ５Ｋの内部空間５Ｋ１から水を入水させ通水用間隙６へと水を誘導し、出水させる。これにより、シングルインナーコアチューブ５Ｋにコアを円滑に収容できる。チェックバルブ部５Ｊ下部外周の螺子部５Ｊ４にシングルインナーコアチューブ５Ｋが連結される。
【００７２】
シングルインナーコアチューブ５Ｋの内部空間がコアで充填されると、インナー部を吊り上げ、コアを回収する。軟質層から得たコアは、シングルインナーコアチューブ５Ｋ内で圧縮され固まっているため、インナー部の吊り上げ中にも落下しない。よって、コアリフターは不要である。
【００７３】
図８に示した軟質層工法におけるアウターチューブ４Ｂ及びシングルインナーチューブ５Ｃの各部の寸法の実施例は、以下の通りである。
・アウターチューブ４Ｂ ：外径117.5mm、内径103.2mm
・掘削ビット４Ｃ ：外径117.5mm、内径 78.5mm
・シングルインナーコアチューブ５Ｋ ：外径 74.0mm、内径 66.6mm
・コア回収ビット５Ｐ(メタルクラウン)：外径 76.0mm、内径 61.0mm
【００７４】
＜準軟質層用の装置形態＞
図１１は、準軟質層工法に適した第３の交換部をインナー部に連結したワイヤライン掘削装置の部分図である。第３の交換部は、上記の第１及び第２の交換部を連結した送水ジョイント部５Ｈに替えて回転従動部に連結される遮水ジョイント部５Ｌを具備する。さらに、遮水ジョイント部５Ｌの下端に連結されるダブルインナーコアチューブ５Ｍを具備する。
【００７５】
図１２（ａ１）は、遮水ジョイント部５Ｌの上部品の斜視図であり、（ａ２）は（ａ１）の上部品の分解側面図であり、（ａ３）は（ａ２）の縦断面図である。図１２（ｂ１）は、遮水ジョイント部５Ｌの下部品の斜視図であり、（ｂ２）は（ｂ１）の底面図であり、（ｂ３）は（ｂ１）の縦断面図である。
【００７６】
図１３は、遮水ジョイント部５Ｌの上部品と下部品を螺合して組立てた後の斜視図である。
【００７７】
図１１、図１２及び図１３を参照して、第３の交換部について説明する。ダブルインナーコアチューブ５Ｍは、外側のインナーコアチューブ５Ｍ１と内側のインナーチューブ５Ｍ２とから構成される二重管である。インナーコアチューブ５Ｍ１とインナーチューブ５Ｍ２の間には、間隙５Ｍ３が存在する。上方の回転従動部の回転は、遮水ジョイント部５Ｌの連結部５Ｌ６を介して外側のインナーコアチューブ５Ｍ１にのみ伝達される。内側のインナーチューブ５Ｍ２は、連結部５Ｌ７に連結されるが、連結部５Ｌ６と連結部５Ｌ７の間にはベアリング部５Ｌ８が介在するため、内側のインナーチューブ５Ｍ２は回転しない。
【００７８】
ダブルインナーコアチューブ５Ｍは、アウター部の掘削ビット４Ｃよりも下方に突出しており、外側のインナーコアチューブ５Ｍ１の下端には掘削ビット５Ｑが装着されている。ダブルインナーコアチューブ５Ｍの、掘削ビット４Ｃからの突出長さは、適用する地層に応じて適宜設定されるが、第２の交換部のシングルインナーコアチューブ５Ｋよりも短い。外側のインナーコアチューブ５Ｍ１の外径は、掘削ビット４Ｃの内径よりも小径とする必要がある。
【００７９】
準軟質層は、硬質層と軟質層の中間の硬さの地層である。従って、第２の交換部を使用するには硬すぎるが、第１の交換部を使用するほど硬くはないという地層に対して第３の交換部が使用される。
【００８０】
図１２に示すように、遮水ジョイント部５Ｌは上下２つの部品を連結してなり、図１２（ａ１）（ａ２）（ａ３）に示す上部品は、回転従動部の下端に連結される軸部５Ｌ１と、その外周に装着された弾性材パッカー５Ｌ２とを具備する。弾性材パッカー５Ｌ２は、カラー部品５Ｌ４を介して螺子部５Ｌ５により軸部５Ｌ１にねじ込まれ固定されている。弾性材パッカー５Ｌ２は、アウターチューブ４Ｂの内面に押し付けられることにより、通水用間隙６をこの位置で遮断している。遮水ジョイント部５Ｌの内部には、図２に示した回転従動部５Ｄの通水路５Ｄ５と連通する通水路５Ｌ３が形成されている。
【００８１】
図１２（ｂ１）（ｂ２）（ｂ３）に示す下部品は、上部品の軸部５Ｌ１の下端に連結される外チューブ連結部５Ｌ６と、ベアリング部５Ｌ８を介して連結された内チューブ連結部５Ｌ７とを具備する。外チューブ連結部５Ｌ６の下部外周の螺子部５Ｌ６１には、外側のインナーコアチューブ５Ｍ１が連結される。内チューブ連結部５Ｌ７の下部外周の螺子部５Ｌ７１には、内側のインナーチューブ５Ｍ２が連結される。この構成により、外チューブ連結部５Ｌ６に連結されたインナーコアチューブ５Ｍ１のみが回転し、内チューブ連結部５Ｌ７に連結されたインナーチューブ５Ｍ２は回転しない。
【００８２】
通水路５Ｌ３は、遮水ジョイント部５Ｌの下部品の外チューブ連結部５Ｌ３の内部で、複数（この実施例では２つ）の通水路に分岐し、分岐した各通水路は、ダブルインナーコアチューブ５Ｍのインナーコアチューブ５Ｍ１とインナーチューブ５Ｍ２の間隙５Ｍ３の上端に開口する出水口５Ｌ３１を具備する。従って、第３の交換部を連結した場合、上方からの水は、回転従動部及び遮水ジョイント部５Ｌの内部を通過してダブルインナーコアチューブ５Ｍの間隙５Ｍ３を通り、間隙５Ｍ３の下端から噴出する。第１及び第２の交換部の場合と異なり、第３の交換部の場合、通水用間隙６の下端からは水は噴出しない。
【００８３】
また、下部品の内チューブ連結部５Ｌ７の底面開口５Ｌ９１から側面開口５Ｌ９２へと貫通する通水路５Ｌ９（この実施例では２つ）が形成されている。この通水路５Ｌ９は、コアを回収するとき、インナーチューブ５Ｍ２の内部空間の水が、間隙５Ｍ３に抜けるためのものである。
【００８４】
準軟質層では、掘削ビット４Ｃよりも先行して回転するダブルインナーコアチューブ５Ｍのインナーコアチューブ５Ｍ１の掘削ビット５Ｑにより掘削し、インナーチューブ５Ｍ２にコアを取り込む。掘削中は、ダブルインナーコアチューブ５Ｍの間隙５Ｍ３の下端から噴出する水が、掘削力を補うとともに焼き付きを防止する。また、掘削ビット５Ｑよりやや上方においてインナーコアチューブ５Ｍ１に出水孔５Ｍ１１を穿設してもよく、ここからも水を放出するようにしてもよい。
【００８５】
しかしながら、ダブルインナーコアチューブ５Ｍの間隙５Ｍ３は、通水用間隙６よりも狭いため、通水用間隙６の下端から水を噴出する場合に比べて水量は少なくなる。上述したように、硬質層では水噴射しつつコア採取し、軟質層では無水条件下でコア採取するが、第３の交換部を用いる準軟質層では、その中間程度の水噴射条件となるように水量を調整している。
【００８６】
図１１に示した準軟質層工法におけるアウターチューブ４Ｂ及びダブルインナーチューブ５Ｍの各部の寸法の実施例は、以下の通りである。
・アウターチューブ４Ｂ ：外径117.5mm、内径103.2mm
・掘削ビット４Ｃ ：外径122.04mm、内径78.5mm
・ダブルインナーチューブ５Ｍ
・インナーコアチューブ５Ｍ１：外径 75.0mm、内径 69.0mm
・コア回収ビット５Ｐ(メタルクラウン)：外径 76.0mm、内径 60.0mm
・インナーチューブ５Ｍ２ ：外径 66.5mm、内径61.5mm
・コアリフターケース ：内径 61mm
【００８７】
上記の硬質層工法、軟質層工法及び準軟質層工法におけるアウターチューブ４Ｂの掘削ビット４Ｃの内径は78.5mmであり、いずれの工法の交換部を組み合わせることも可能である。
【００８８】
各工法を実施したところ、第１交換部のシングルインナーチューブ５Ｃによる採取コア径は78.5mmであり、第２交換部のシングルインナーコアチューブ５Ｋによる採取コア径は61mmであり、第３交換部の内側のインナーチューブ５Ｍ２による採取コア径は60mmであった。
【００８９】
＜大径コアを得る軟質層用及び準軟質層用の装置形態＞
上記の軟質層用及び準軟質層用の第２及び第３の交換部は、硬質層用の第１の交換部とアウター部を兼用している。このため、インナー部の下端をアウター部の掘削ビットより突出させる第２及び第３の交換部では、インナー部のチューブの外径をアウター部の掘削ビットの内径よりも小さくせざるを得ない。その結果、軟質層及び準軟質層から回収するコアの径も小さくなる。
【００９０】
しかしながら、軟質層及び準軟質層において、比較的大径のコアを回収したいという要望がある。硬質層の存在しない地層においては、上記の第１の交換部を用いる必要性がない。第１の交換部と兼用する必要がなければ、第２の交換部と第３の交換部のみを組み合わせた大径コア回収用のワイヤライン掘削装置を用いることが、好適である。
【００９１】
図１４は、本発明のワイヤライン掘削装置であって、軟質層と準軟質層の２種の地層に適用する場合の各形態を概略的に示した図である。図１４の最も左側には、双方に共通して用いるアウター部４を示している。インナー部５の下方部分である交換部は、（ａ）が大径軟質層用の交換部５４、（ｂ）が大径準軟質層用の交換部５５である。これらは、互いに交換可能であり、コア採取対象の地層に適合するようにいずれか１つを選択して用いる。インナー部５の回転従動部５Ｄより上方部分は、共通して用いる、交換部の交換は、ワイヤライン部を用いてインナー部５をアウター部４から取り出し、地上で行う。
【００９２】
大径軟質層用の交換部５４は、径寸法を除いて上記の第２の交換部５２と同じ構成を有する。大径準軟質層用の交換部５５もまた、径寸法を除いて上記の第３の交換部５３と同じ構成を有する。
【００９３】
図１５（ａ）は、大径軟質層用の交換部をインナー部に連結したワイヤライン掘削装置の部分図である。同じく（ｂ）は、大径準軟質層用の交換部を連結したものである。図１５(ａ)(ｂ)のワイヤライン掘削装置のアウター部４の掘削ビット４Ｃの内径は、図２のワイヤライン掘削装置の掘削ビット４Ｃよりも大きい。従って、より大きな外径をもつシングルインナーコアチューブ５Ｋ、又はダブルインナーコアチューブ５Ｍを通すことができる。
【００９４】
図１５（ａ）に示した大径軟質層用のアウターチューブ４Ｂ及びシングルインナーコアチューブ５Ｋの各部の寸法の実施例は、以下の通りである。
・アウターチューブ４Ｂ ：外径117.5mm、内径103.2mm
・掘削ビット４Ｃ ：外径122.04mm、内径89.0mm
・シングルインナーコアチューブ５Ｋ ：外径 84.0mm、内径 74.5mm
・コア回収ビット５Ｐ(メタルクラウン)：外径 76.0mm、内径 71.0mm
【００９５】
図１５（ｂ）に示した大径準軟質層用のアウターチューブ４Ｂ及びダブルインナーコアチューブ５Ｍの各部の寸法の実施例は、以下の通りである。
・アウターチューブ４Ｂ ：外径117.5mm、内径103.2mm
・掘削ビット４Ｃ ：外径122.04mm、内径93.06mm
・ダブルインナーチューブ５Ｍ
・インナーコアチューブ５Ｍ１：外径 85.0mm、内径 79.0mm
・コア回収ビット５Ｐ(メタルクラウン)：外径 86.0mm、内径 70.0mm
・インナーチューブ５Ｍ２ ：外径 76.5mm、内径74.5mm
・コアリフターケース ：内径 71mm
【００９６】
図１５(ａ)(ｂ)に示した大径軟質層用及び大径準軟質層用の交換部を備えたワイヤライン掘削装置を実施したところ、大径軟質層用交換部のシングルインナーコアチューブ５Ｋによる採取コア径は71mmであり、大径準軟質層用交換部のダブルインナーコアチューブ５Ｍによる採取コア径は70mmであった。
【００９７】
＜第１及び第２の交換部を用いた掘削工法の例＞
図１６（ａ）は、硬質層１１及び軟質層１２が混在する地層に対して行う本発明のワイヤライン掘削工法を模式的に示す図である。図５に示した第１の交換部と図８に示した第２の交換部とを地層に応じて交換しつつ掘削進行し、コアを回収する。
硬質層１１からコアを回収する場合、回転従動部５Ｄに送水ジョイント部５Ｈ及び第１の交換部を連結する。アウターチューブ４Ｂを回転させる一方、シングルインナーチューブ５Ｃは回転させずに、通水用間隙６の下端から水を噴出させつつアウターチューブ４Ｂの掘削ビット４Ｃにより掘削してシングルインナーチューブ５Ｃ内にコアを回収する。
軟質層１２からコアを回収する場合、回転従動部５Ｄに送水ジョイント部５Ｈ及び第２の交換部を連結する。アウターチューブ４Ｂ及びシングルインナーコアチューブ５Ｋを回転させ、コア収容ビット５Ｐによりシングルインナーコアチューブ５Ｋ内にコアを回収する。
【００９８】
図１７Ａ及び図１７Ｂは、図１６（ａ）の掘削工法を実施した調査掘削のデータ結果をまとめた表である。現場は、北海道手塩郡幌延町浜里１００−１である。深度１０００ｍまで掘削を行い、１５８〜６００ｍの区間においてコア採取を試みた。
【００９９】
図１７Ａ及び図１７Ｂは、深度１６５．５〜２３１．５ｍの区間のコア採取結果を示している。「掘進長」は、掘削装置の掘削した長さであり、「コア長」は、採取したコアの長さであり、コア採取率（％）は、当該区間における平均値を[コア長／掘進長]×１００により計算した。図１７Ａ及び図１７Ｂに示した区間では、シングルインナーチューブ（硬質層用）とシングルインナーコアチューブ（軟質層用）を状況に応じて交換することにより、コア採取を行った。なお、２３１．５ｍより深い深度では、地層が硬く安定していたため、シングルインナーチューブのみを用いてコア採取を行うことができた。
【０１００】
なお、図１７Ａ及び図１７Ｂの表に記載した地層の種類は、当該区間における主たる地層を示しているが、局所的な条件はさらに多様であるので、様々な要因によって同じ地層であっても常に同じコア採取率が得られるとは限らない。コア採取率は、本質的にバラツキの大きいデータであることを注記する。
【０１０１】
コア採取状況は、次の通りであった。
・１６５．５〜１７３．５ｍの区間：シングルインナーチューブでコア採取を開始したが、コア採取率は好ましくなく、１７１．５〜１７３．５ｍで崩落が発生し、掘削続行困難となった。崩落は、断層等の破砕層や軟質の崩壊層に遭遇した際に発生する。そこで、シングルインナーコアチューブに交換した。このとき、シングルインナーコアチューブの突出長さは３ｍとした。シングルインナーコアチューブを用いて崩落発生箇所の沈殿物を全て回収できた。沈殿物には、崩落物の他に、引き上げられなかった残留コアも含まれる。沈殿物の回収は、対象区間において掘削装置の掘進と後退を何回か繰り返して行った。これにより、掘削続行可能となった。
・１７３．５〜１８１．５ｍの区間：シングルインナーコアチューブを用いて６０％のコアを採取できた。特に、１７７．５〜１８０．５ｍの区間のみを見ると、シルト質砂を主とする軟質層でありながら、１００％のコア採取率という良好な結果が得られた。これは、従来の工法では全く得られなかった結果である。
・１８１．５〜１９２．５ｍの区間：再びシングルインナーチューブに交換してコア採取を行い、９０％のコア採取率が得られた。１９１．５〜１９２．５ｍで崩落が発生したため、シングルインナーコアチューブに交換して、崩落による沈殿物を回収した。
・１９２．５〜２３１．５ｍの区間：シングルインナーコアチューブによりコア採取を行い、コア採取率７８％が得られた。途中、２１７．５ｍ付近で崩落が発生したが、沈殿物を回収でき、掘削続行可能となった。この区間も軟質層であり、従来の工法ではコア採取は極めて困難であった。
【０１０２】
＜第１、第２及び第３の交換部を用いた掘削工法の例＞
図１６（ｂ）は、硬質層１１、軟質層１２及び準軟質層１３が混在する地層に対して行う本発明のワイヤライン掘削工法を模式的に示す図である。図５に示した第１の交換部と図８に示した第２の交換部と図１１に示した第３の交換部とを地層に応じて交換しつつ掘削進行し、コアを回収する。
硬質層１１及び軟質層１２における工法は、図１６（ａ）と同じである。
準軟質層１３からコアを回収する場合、回転従動部５Ｄに遮水ジョイント部５Ｌ（送水ジョイント部５Ｈは用いない）を含む第３の交換部５３を連結する。アウターチューブ４Ｂ及びダブルインナーコアチューブ５Ｍのインナーコアチューブ５Ｍ１を回転させかつインナーチューブ５Ｍ２は回転させずに、通水用間隙６の下端から水を噴出させずダブルインナーコアチューブ５Ｍの間隙５Ｍ３の下端から水を噴出させつつインナーコアチューブ５Ｍ１の掘削ビット５Ｑにより掘削してインナーチューブ５Ｍ２内にコアを回収する。
【０１０３】
＜大径軟質層用及び大径準軟質層用の交換部を用いた掘削工法の例＞
図１６（ｃ）は、軟質層１２及び準軟質層１３が混在する地層に対して行う本発明のワイヤライン掘削工法を模式的に示す図である。図１４（ａ）に示した大径軟質層用の交換部と図１４（ｂ）に示した大径準軟質層用の交換部とを地層に応じて交換しつつ掘削進行し、コアを回収する。
軟質層１２における工法は、上記の第２の交換部を用いる場合と同じである。
準軟質層１３における工法は、上記の第３の交換部を用いる場合と同じである。
【符号の説明】
【０１０４】
１：ワイヤライン掘削装置
２：装置本体部
３：ワイヤライン部
３Ａ：ワイヤライン
３Ｂ：オーバーショットアッセンブリ
３Ｃ：リフティングドック
４：アウター部
４Ａ：ロッキングカップリング
４Ｂ：アウターチューブ
４Ｃ：掘削ビット
４Ｄ：回転伝動部
４Ｇ：アダプターカップリング
５：インナー部
５１：第１の交換部
５２：第２の交換部
５３：第３の交換部
５４：大径軟質層用の交換部
５５：大径準軟質層用の交換部
５Ａ：吊り金具
５Ｂ：ラッチ部
５Ｃ：シングルインナーチューブ
５Ｄ：回転従動部
５Ｅ：ベアリング部
５Ｆ：ランディング部
５Ｇ：入水部
５Ｈ：送水ジョイント部
５Ｉ：コアリフター
５Ｊ：チェックバルブ部
５Ｋ：シングルインナーコアチューブ
５Ｌ：遮水ジョイント部
５Ｍ：ダブルインナーコアチューブ
５Ｍ１：インナーコアチューブ
５Ｍ２：インナーチューブ
５Ｐ：コア収容ビット
５Ｑ：掘削ビット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置本体部(2)とワイヤライン部(3)とから構成され、前記装置本体部(2)は、円筒状のアウター部(4)と、該アウター部との間に通水用間隙(6)を設けて内部空間に設置されるインナー部(5)とから構成され、前記インナー部(5)は、前記ワイヤライン部(3)により前記アウター部(4)内に投下されかつ吊り上げられるワイヤライン掘削装置(1)において、
（ａ）前記アウター部(4)は、
（ａ１）回転駆動されるロッドと、
（ａ２）前記ロッドの下端に連結され該ロッドと共に回転するアウターチューブ(4B)と、
（ａ３）前記アウターチューブ(4B)の下端に装着された掘削ビット(4C)と、
（ａ４）前記アウターチューブ(4B)の内面に形成され該アウターチューブの回転を前記インナー部(5)に伝達する回転伝動部(4D)と、を備え、
（ｂ）前記インナー部(5)は、軸方向に上方から下方に向かって、
（ｂ１）前記ワイヤライン部(3)の下端に係合脱離可能な吊り金具(5A)と、
（ｂ２）前記アウターチューブ(4B)に対し係合脱離可能なラッチ部(5B)と、
（ｂ３）前記通水用間隙(6)から前記インナー部(5)の内部へと水を入水させるために形成された入水口(5G21,5G22)と、
（ｂ４）前記通水用間隙(6)を閉塞するように前記アウターチューブ(4B)の回転伝動部(4D)と嵌合することにより該アウターチューブの回転を伝達され、かつ前記入水口(5G21,5G22)と連通して軸方向に貫通する第１の通水路(5D5)を形成された回転従動部(5D)と、
（ｂ５）前記回転従動部(5D)に連結され前記第１の通水路(5D5)と連通する第２の通水路(5H3)と該第２の通水路から前記通水用間隙(6)へと水を出水させるための出水口(5H2)とを形成された送水ジョイント部(5H)と、
（ｂ６）前記送水ジョイント部(5H)に連結される交換部であって、前記インナー部(5)を前記アウター部(4)から取り出した際に互いに交換可能である少なくとも２つの交換部(51,52)のうち、いずれか１つの交換部と、を備え、
（ｂ６１）第１の交換部(51)は、
前記回転従動部(5D)の回転を伝達しないようにベアリング部(5E2)を介して連結されその下端が前記アウター部(4)の掘削ビット(4C)よりも上方に位置するシングルインナーチューブ(5C)と、
前記第１のシングルインナーチューブの下端近傍に内蔵されたコアリフター(5F)と、を具備し、
（ｂ６２）第２の交換部(52)は、
前記回転従動部(5D)と共に回転するように連結されその下端が前記アウター部(4)の掘削ビット(4C)よりも下方に突出するシングルインナーコアチューブ(5K)と、
前記シングルインナーコアチューブの下端に装着されたコア収容ビット(5P)と、を具備することを特徴とするワイヤライン掘削装置。
【請求項２】
請求項１に記載のワイヤライン掘削装置において、前記インナー部(5)はさらに第３の交換部を備え、該第３の交換部は、
前記送水ジョイント部(5H)に替えて前記回転従動部(5D)に連結される遮水ジョイント部(5L)と、
前記遮水ジョイント(5L)に連結されその下端が前記アウター部(4)の掘削ビット(4C)よりも下方に突出するダブルインナーコアチューブ(5M)であって、前記回転従動部(5D)と共に回転するように連結された外側のインナーコアチューブ(5M1)と、該回転従動部(5D)の回転を伝達しないようにベアリング部(5L8)を介して連結された内側のインナーチューブ(5M2)とからなるダブルインナーコアチューブ(5M)と、
前記外側のインナーコアチューブ(5M1)の下端に装着された掘削ビット(5Q)と、を具備し、
前記遮水ジョイント部(5L)は、前記通水用間隙(6)を遮断するべく外周に装着された弾性材パッカー(5L2)と、前記回転従動部(5D)の第１の通水路(5D5)と連通し軸方向に貫通する第３の通水路(5L3)とを形成され、該第３の通水路(5L3)の下端は前記ダブルインナーコアチューブ(5M)の間隙(5M3)の上端に開口することを特徴とするワイヤライン掘削装置。
【請求項３】
請求項１に記載のワイヤライン掘削装置を用いたワイヤライン掘削工法において、
硬質層からコアを回収する場合、前記回転従動部(5D)に前記送水ジョイント部(5H)及び第１の交換部(51)を連結し、前記通水用間隙(6)の下端から水を噴出させつつ前記アウターチューブ(4B)の掘削ビット(4C)により掘削して前記シングルインナーチューブ(5C)内にコアを回収し、
軟質層からコアを回収する場合、前記回転従動部(5D)に前記送水ジョイント部(5H)及び第２の交換部(52)を連結し、前記シングルインナーコアチューブ(5K)を回転させて前記コア収容ビット(5P)により該シングルインナーコアチューブ(5K)内にコアを回収し、
前記第１及び第２の交換部(51,52)の互いの交換は、前記ワイヤライン部(3)により前記インナー部(5)を吊り上げ前記アウター部(4)から取り出して行うことを特徴とするワイヤライン掘削工法。
【請求項４】
請求項２に記載のワイヤライン掘削装置を用いたワイヤライン掘削工法において、
硬質層からコアを回収する場合、前記回転従動部(5D)に前記送水ジョイント部(5H)及び第１の交換部(51)を連結し、前記通水用間隙(6)の下端から水を噴出させつつ前記アウターチューブ(4B)の掘削ビット(4C)により掘削して前記シングルインナーチューブ(5C)内にコアを回収し、
軟質層からコアを回収する場合、前記回転従動部(5D)に前記送水ジョイント部(5H)及び第２の交換部(52)を連結し、前記シングルインナーコアチューブ(5K)を回転させて前記コア収容ビット(5P)により該シングルインナーコアチューブ(5K)内にコアを回収し、
前記硬質層と前記軟質層の中間の硬度である準軟質層からコアを回収する場合、前記回転従動部(5D)に前記遮水ジョイント部(5L)及び前記第３の交換部(53)を連結し、前記通水用間隙(6)の下端から水を噴出させず前記ダブルインナーコアチューブ(5M)の間隙(5M3)の下端から水を噴出させつつ前記外側のインナーコアチューブ(5M1)の掘削ビット(5Q)により掘削して前記内側のインナーチューブ(5M2)内にコアを回収し、
前記第１、第２及び第３の交換部(51,52,53)の互いの交換は、前記ワイヤライン部(3)により前記インナー部(5)を吊り上げ前記アウター部(4)から取り出して行うことを特徴とするワイヤライン掘削工法。
【請求項５】
装置本体部(2)とワイヤライン部(3)とから構成され、該アウター部との間に通水用間隙(6)を設けて内部空間に設置されるインナー部(5)とから構成され、前記インナー部(5)は前記ワイヤライン部(3)により前記アウター部(4)内に投下されかつ吊り上げられるワイヤライン掘削装置(1)において、
（ａ）前記アウター部(4)は、
（ａ１）回転駆動されるロッドと、
（ａ２）前記ロッドの下端に連結され該ロッドと共に回転するアウターチューブ(4B)と、
（ａ３）前記アウターチューブ(4B)の下端に装着された掘削ビット(4C)と、
（ａ４）前記アウターチューブ(4B)の内面に形成され該アウターチューブの回転を前記インナー部(5)に伝達する回転伝動部(4D)と、を備え、
（ｂ）前記インナー部(5)は、軸方向に上方から下方に向かって、
（ｂ１）前記ワイヤライン部(3)の下端に係合脱離可能な吊り金具(5A)と、
（ｂ２）前記アウターチューブ(4B)に対し係合脱離可能なラッチ部(5B)と、
（ｂ３）前記通水用間隙(6)から前記インナー部(5)の内部へと水を入水させるために形成された入水口(5G21,5G22)と、
（ｂ４）前記通水用間隙(6)を閉塞するように前記アウターチューブ(4B)の回転伝動部(4D)と嵌合することにより該アウターチューブの回転を伝達され、かつ前記入水口(5G21,5G22)と連通し軸方向に貫通する第１の通水路(5D5)を形成された回転従動部(5D)と、
（ｂ５）前記回転従動部(5D)に連結される交換部であって、前記インナー部(5)を前記アウター部(4)から取り出した際に互いに交換可能な軟質層用の交換部(54)と準軟質層用の交換部(55)のうち、いずれか１つの交換部と、を備え、
（ｂ５１）前記軟質層用の交換部(54)は、
前記回転従動部(5D)に連結されかつ前記第１の通水路(5D5)と連通する第２の通水路(5H3)と前記第２の通水路から前記通水用間隙(6)へと水を出水させるための出水口(5H2)とを形成された送水ジョイント部(5H)と、
前記回転従動部(5D)と共に回転するように連結されその下端が前記アウター部(4)の掘削ビット(4C)よりも下方に突出するシングルインナーコアチューブ(5K)と、
前記シングルインナーコアチューブ(5K)の下端に装着されたコア収容ビット(5P)と、を具備し、
（ｂ５２）前記準軟質層用の交換部(55)は、
前記回転従動部(5D)に連結される遮水ジョイント部(5L)と、
前記遮水ジョイント(5L)に連結されその下端が前記アウター部(4)の掘削ビット(4C)よりも下方に突出するダブルインナーコアチューブ(5M)であって、前記回転従動部(5D)と共に回転するように連結された外側のインナーコアチューブ(5M1)と、該回転従動部(5D)の回転を伝達しないようにベアリング部(5L8)を介して連結された内側のインナーチューブ(5M2)とからなるダブルインナーコアチューブ(5M)と、
前記外側のインナーコアチューブ(5M1)の下端に装着された掘削ビット(5Q)と、を具備し、
前記遮水ジョイント部(5L)は、前記通水用間隙(6)を遮断するべく外周に装着された弾性材パッカー(5L2)と、前記回転従動部(5D)の第１の通水路(5D5)と連通し軸方向に貫通する第３の通水路(5L3)と、を具備し、前記第３の通水路(5L3)の下端は前記ダブルインナーコアチューブ(5M)の間隙(5M3)の上端に開口することを特徴とするワイヤライン掘削装置。
【請求項６】
請求項５に記載のワイヤライン掘削装置を用いたワイヤライン掘削工法において、
軟質層からコアを回収する場合、前記回転従動部(5D)に前記軟質層用の交換部(54)を連結し、前記シングルインナーコアチューブ(5K)を回転させて前記コア収容ビット(5P)により該シングルインナーコアチューブ(5K)内にコアを回収し、
準軟質層からコアを回収する場合、前記回転従動部(5D)に前記準軟質層用の交換部(55)を連結し、前記通水用間隙(6)の下端から水を噴出させず前記ダブルインナーコアチューブ(5M)の間隙(5M3)の下端から水を噴出させつつ前記外側のインナーコアチューブ(5M1)の掘削ビット(5Q)により掘削して前記内側のインナーチューブ(5M2)内にコアを回収し、
前記軟質層用と準軟質層用の交換部(54,55)の互いの交換は、前記ワイヤライン部(3)により前記インナー部(5)を吊り上げ前記アウター部(4)から取り出して行うことを特徴とするワイヤライン掘削工法。
【請求項１】
装置本体部(2)とワイヤライン部(3)とから構成され、前記装置本体部(2)は、円筒状のアウター部(4)と、該アウター部との間に通水用間隙(6)を設けて内部空間に設置されるインナー部(5)とから構成され、前記インナー部(5)は、前記ワイヤライン部(3)により前記アウター部(4)内に投下されかつ吊り上げられるワイヤライン掘削装置(1)において、
（ａ）前記アウター部(4)は、
（ａ１）回転駆動されるロッドと、
（ａ２）前記ロッドの下端に連結され該ロッドと共に回転するアウターチューブ(4B)と、
（ａ３）前記アウターチューブ(4B)の下端に装着された掘削ビット(4C)と、
（ａ４）前記アウターチューブ(4B)の内面に形成され該アウターチューブの回転を前記インナー部(5)に伝達する回転伝動部(4D)と、を備え、
（ｂ）前記インナー部(5)は、軸方向に上方から下方に向かって、
（ｂ１）前記ワイヤライン部(3)の下端に係合脱離可能な吊り金具(5A)と、
（ｂ２）前記アウターチューブ(4B)に対し係合脱離可能なラッチ部(5B)と、
（ｂ３）前記通水用間隙(6)から前記インナー部(5)の内部へと水を入水させるために形成された入水口(5G21,5G22)と、
（ｂ４）前記通水用間隙(6)を閉塞するように前記アウターチューブ(4B)の回転伝動部(4D)と嵌合することにより該アウターチューブの回転を伝達され、かつ前記入水口(5G21,5G22)と連通して軸方向に貫通する第１の通水路(5D5)を形成された回転従動部(5D)と、
（ｂ５）前記回転従動部(5D)に連結され前記第１の通水路(5D5)と連通する第２の通水路(5H3)と該第２の通水路から前記通水用間隙(6)へと水を出水させるための出水口(5H2)とを形成された送水ジョイント部(5H)と、
（ｂ６）前記送水ジョイント部(5H)に連結される交換部であって、前記インナー部(5)を前記アウター部(4)から取り出した際に互いに交換可能である少なくとも２つの交換部(51,52)のうち、いずれか１つの交換部と、を備え、
（ｂ６１）第１の交換部(51)は、
前記回転従動部(5D)の回転を伝達しないようにベアリング部(5E2)を介して連結されその下端が前記アウター部(4)の掘削ビット(4C)よりも上方に位置するシングルインナーチューブ(5C)と、
前記第１のシングルインナーチューブの下端近傍に内蔵されたコアリフター(5F)と、を具備し、
（ｂ６２）第２の交換部(52)は、
前記回転従動部(5D)と共に回転するように連結されその下端が前記アウター部(4)の掘削ビット(4C)よりも下方に突出するシングルインナーコアチューブ(5K)と、
前記シングルインナーコアチューブの下端に装着されたコア収容ビット(5P)と、を具備することを特徴とするワイヤライン掘削装置。
【請求項２】
請求項１に記載のワイヤライン掘削装置において、前記インナー部(5)はさらに第３の交換部を備え、該第３の交換部は、
前記送水ジョイント部(5H)に替えて前記回転従動部(5D)に連結される遮水ジョイント部(5L)と、
前記遮水ジョイント(5L)に連結されその下端が前記アウター部(4)の掘削ビット(4C)よりも下方に突出するダブルインナーコアチューブ(5M)であって、前記回転従動部(5D)と共に回転するように連結された外側のインナーコアチューブ(5M1)と、該回転従動部(5D)の回転を伝達しないようにベアリング部(5L8)を介して連結された内側のインナーチューブ(5M2)とからなるダブルインナーコアチューブ(5M)と、
前記外側のインナーコアチューブ(5M1)の下端に装着された掘削ビット(5Q)と、を具備し、
前記遮水ジョイント部(5L)は、前記通水用間隙(6)を遮断するべく外周に装着された弾性材パッカー(5L2)と、前記回転従動部(5D)の第１の通水路(5D5)と連通し軸方向に貫通する第３の通水路(5L3)とを形成され、該第３の通水路(5L3)の下端は前記ダブルインナーコアチューブ(5M)の間隙(5M3)の上端に開口することを特徴とするワイヤライン掘削装置。
【請求項３】
請求項１に記載のワイヤライン掘削装置を用いたワイヤライン掘削工法において、
硬質層からコアを回収する場合、前記回転従動部(5D)に前記送水ジョイント部(5H)及び第１の交換部(51)を連結し、前記通水用間隙(6)の下端から水を噴出させつつ前記アウターチューブ(4B)の掘削ビット(4C)により掘削して前記シングルインナーチューブ(5C)内にコアを回収し、
軟質層からコアを回収する場合、前記回転従動部(5D)に前記送水ジョイント部(5H)及び第２の交換部(52)を連結し、前記シングルインナーコアチューブ(5K)を回転させて前記コア収容ビット(5P)により該シングルインナーコアチューブ(5K)内にコアを回収し、
前記第１及び第２の交換部(51,52)の互いの交換は、前記ワイヤライン部(3)により前記インナー部(5)を吊り上げ前記アウター部(4)から取り出して行うことを特徴とするワイヤライン掘削工法。
【請求項４】
請求項２に記載のワイヤライン掘削装置を用いたワイヤライン掘削工法において、
硬質層からコアを回収する場合、前記回転従動部(5D)に前記送水ジョイント部(5H)及び第１の交換部(51)を連結し、前記通水用間隙(6)の下端から水を噴出させつつ前記アウターチューブ(4B)の掘削ビット(4C)により掘削して前記シングルインナーチューブ(5C)内にコアを回収し、
軟質層からコアを回収する場合、前記回転従動部(5D)に前記送水ジョイント部(5H)及び第２の交換部(52)を連結し、前記シングルインナーコアチューブ(5K)を回転させて前記コア収容ビット(5P)により該シングルインナーコアチューブ(5K)内にコアを回収し、
前記硬質層と前記軟質層の中間の硬度である準軟質層からコアを回収する場合、前記回転従動部(5D)に前記遮水ジョイント部(5L)及び前記第３の交換部(53)を連結し、前記通水用間隙(6)の下端から水を噴出させず前記ダブルインナーコアチューブ(5M)の間隙(5M3)の下端から水を噴出させつつ前記外側のインナーコアチューブ(5M1)の掘削ビット(5Q)により掘削して前記内側のインナーチューブ(5M2)内にコアを回収し、
前記第１、第２及び第３の交換部(51,52,53)の互いの交換は、前記ワイヤライン部(3)により前記インナー部(5)を吊り上げ前記アウター部(4)から取り出して行うことを特徴とするワイヤライン掘削工法。
【請求項５】
装置本体部(2)とワイヤライン部(3)とから構成され、該アウター部との間に通水用間隙(6)を設けて内部空間に設置されるインナー部(5)とから構成され、前記インナー部(5)は前記ワイヤライン部(3)により前記アウター部(4)内に投下されかつ吊り上げられるワイヤライン掘削装置(1)において、
（ａ）前記アウター部(4)は、
（ａ１）回転駆動されるロッドと、
（ａ２）前記ロッドの下端に連結され該ロッドと共に回転するアウターチューブ(4B)と、
（ａ３）前記アウターチューブ(4B)の下端に装着された掘削ビット(4C)と、
（ａ４）前記アウターチューブ(4B)の内面に形成され該アウターチューブの回転を前記インナー部(5)に伝達する回転伝動部(4D)と、を備え、
（ｂ）前記インナー部(5)は、軸方向に上方から下方に向かって、
（ｂ１）前記ワイヤライン部(3)の下端に係合脱離可能な吊り金具(5A)と、
（ｂ２）前記アウターチューブ(4B)に対し係合脱離可能なラッチ部(5B)と、
（ｂ３）前記通水用間隙(6)から前記インナー部(5)の内部へと水を入水させるために形成された入水口(5G21,5G22)と、
（ｂ４）前記通水用間隙(6)を閉塞するように前記アウターチューブ(4B)の回転伝動部(4D)と嵌合することにより該アウターチューブの回転を伝達され、かつ前記入水口(5G21,5G22)と連通し軸方向に貫通する第１の通水路(5D5)を形成された回転従動部(5D)と、
（ｂ５）前記回転従動部(5D)に連結される交換部であって、前記インナー部(5)を前記アウター部(4)から取り出した際に互いに交換可能な軟質層用の交換部(54)と準軟質層用の交換部(55)のうち、いずれか１つの交換部と、を備え、
（ｂ５１）前記軟質層用の交換部(54)は、
前記回転従動部(5D)に連結されかつ前記第１の通水路(5D5)と連通する第２の通水路(5H3)と前記第２の通水路から前記通水用間隙(6)へと水を出水させるための出水口(5H2)とを形成された送水ジョイント部(5H)と、
前記回転従動部(5D)と共に回転するように連結されその下端が前記アウター部(4)の掘削ビット(4C)よりも下方に突出するシングルインナーコアチューブ(5K)と、
前記シングルインナーコアチューブ(5K)の下端に装着されたコア収容ビット(5P)と、を具備し、
（ｂ５２）前記準軟質層用の交換部(55)は、
前記回転従動部(5D)に連結される遮水ジョイント部(5L)と、
前記遮水ジョイント(5L)に連結されその下端が前記アウター部(4)の掘削ビット(4C)よりも下方に突出するダブルインナーコアチューブ(5M)であって、前記回転従動部(5D)と共に回転するように連結された外側のインナーコアチューブ(5M1)と、該回転従動部(5D)の回転を伝達しないようにベアリング部(5L8)を介して連結された内側のインナーチューブ(5M2)とからなるダブルインナーコアチューブ(5M)と、
前記外側のインナーコアチューブ(5M1)の下端に装着された掘削ビット(5Q)と、を具備し、
前記遮水ジョイント部(5L)は、前記通水用間隙(6)を遮断するべく外周に装着された弾性材パッカー(5L2)と、前記回転従動部(5D)の第１の通水路(5D5)と連通し軸方向に貫通する第３の通水路(5L3)と、を具備し、前記第３の通水路(5L3)の下端は前記ダブルインナーコアチューブ(5M)の間隙(5M3)の上端に開口することを特徴とするワイヤライン掘削装置。
【請求項６】
請求項５に記載のワイヤライン掘削装置を用いたワイヤライン掘削工法において、
軟質層からコアを回収する場合、前記回転従動部(5D)に前記軟質層用の交換部(54)を連結し、前記シングルインナーコアチューブ(5K)を回転させて前記コア収容ビット(5P)により該シングルインナーコアチューブ(5K)内にコアを回収し、
準軟質層からコアを回収する場合、前記回転従動部(5D)に前記準軟質層用の交換部(55)を連結し、前記通水用間隙(6)の下端から水を噴出させず前記ダブルインナーコアチューブ(5M)の間隙(5M3)の下端から水を噴出させつつ前記外側のインナーコアチューブ(5M1)の掘削ビット(5Q)により掘削して前記内側のインナーチューブ(5M2)内にコアを回収し、
前記軟質層用と準軟質層用の交換部(54,55)の互いの交換は、前記ワイヤライン部(3)により前記インナー部(5)を吊り上げ前記アウター部(4)から取り出して行うことを特徴とするワイヤライン掘削工法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７Ａ】
【図１７Ｂ】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７Ａ】
【図１７Ｂ】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２０１１−２１４３８７（Ｐ２０１１−２１４３８７Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７３１１８（Ｐ２０１０−２７３１１８）
【出願日】平成２２年１２月８日（２０１０．１２．８）
【出願人】（５０９０４４０９５）アーストラストエンジニアリング株式会社 (4)
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月８日（２０１０．１２．８）
【出願人】（５０９０４４０９５）アーストラストエンジニアリング株式会社 (4)
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