相対位置検出装置、連結構造、及び連結方法
【課題】地中連結を容易にする相対位置検出装置、連結構造、及び連結方法を提供する。
【解決手段】相対位置検出装置は、第一シールド掘進機１の位置に対する第二シールド掘進機２の相対位置を検出する相対位置検出装置であって、第一シールド掘進機１に設けられ、地盤を掘削するとともに第二シールド掘進機２に向けて伸長するボーリングマシン１０１と、ボーリングマシン１０１に設けられ、第二シールド掘進機２に向けて伸長し、当該第二シールド掘進機２のカッタ部２０２のスリットＳの間隙よりも小径の伸長部１０２と、伸長部１０２に設けられ、放射線を放射する放射部１０３と、第二シールド掘進機２の内部に設けられ、放射部１０３が放射する放射線の位置を検出する放射線検出器２０１と、を備える。
【解決手段】相対位置検出装置は、第一シールド掘進機１の位置に対する第二シールド掘進機２の相対位置を検出する相対位置検出装置であって、第一シールド掘進機１に設けられ、地盤を掘削するとともに第二シールド掘進機２に向けて伸長するボーリングマシン１０１と、ボーリングマシン１０１に設けられ、第二シールド掘進機２に向けて伸長し、当該第二シールド掘進機２のカッタ部２０２のスリットＳの間隙よりも小径の伸長部１０２と、伸長部１０２に設けられ、放射線を放射する放射部１０３と、第二シールド掘進機２の内部に設けられ、放射部１０３が放射する放射線の位置を検出する放射線検出器２０１と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地中掘削に用いられる相対位置検出装置、連結構造、及び連結方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
海底トンネル等の掘削において、両端からシールド掘進機で掘削して掘削路の連結を行う場合、従来、両シールド掘進機を所定位置で相互に一致させる工法が用いられている。この例として、特許文献１に開示されたシールド機相対位置検出装置がある。
【０００３】
この装置は、水平ボーリングロッドの先端部に掘削用のカッタビットを設けている。そして、カッタビットにより地盤を掘削しつつ、この水平ボーリングロッドを一方のシールド機（先着側）から他方のシールド機（後着側）に向けて伸長して、水平ボーリング工を行う。
【０００４】
ここで、水平ボーリングロッドに取り付けられた磁気センサ及びアイソトープセンサを用いて検出された、他方のシールド機（後着側）のカッタディスクスリットを、水平ボーリングロッドが貫通して、その先端部を他方のシールド機（後着側）のバルクヘッドに近接させている。これにより、先端部の位置が検出されて、この検出された位置に基づいて、掘削路の連結が行われる。
【特許文献１】特許第３７０１２７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の装置では、水平ボーリングロッドの先端部にカッタディスクスリットを貫通させ、水平ボーリングロッドごと他方のシールド機（後着側）のチャンバー内に挿入している。このため、このカッタディスクスリットの間隙が水平ボーリングロッドより小さい小口径シールド機では、両端からの地中掘削における相対位置の検出が困難になるという問題があった。
【０００６】
そこで本発明は、両端からの地中掘削における相対位置の検出を容易にする相対位置検出装置を提供することを目的とする。また、本発明は、地中掘削に用いられる管状部材を回転させずに当該管状部材の端部同士の連結を容易にする連結構造及び連結方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち、本発明に係る相対位置検出装置は、第一シールド掘進機の位置に対する第二シールド掘進機の相対位置を検出する相対位置検出装置であって、第一シールド掘進機に設けられ、地盤を掘削するとともに第二シールド掘進機に向けて伸長するボーリングマシンと、ボーリングマシンに設けられ、第二シールド掘進機に向けて伸長し、当該第二シールド掘進機のカッタ部のスリットの間隙よりも小径の伸長部と、伸長部に設けられ、放射線を放射する放射部と、第二シールド掘進機の内部に設けられ、放射部が放射する放射線の位置を検出する放射線検出器と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る相対位置検出装置では、まず、第一シールド掘進機に設けられたボーリングマシンが、第二シールド掘進機に向けて、地盤を掘削しながら伸長する。ここで、当該第二シールド掘進機のカッタ部のスリットの間隙よりも小径の伸長部が、ボーリングマシンから第二シールド掘進機に向けて伸長する。このため、第二シールド掘進機のカッタ部のスリットの間隙がボーリングマシンの径より小さい場合でも、伸長部を第二シールド掘進機内に挿入することができる。そして、伸長部に設けられた放射部が、放射線を放射する。これに対して、第二シールド掘進機の内部で、放射部が放射した放射線の位置が、放射線検出器により検出される。これにより、第一シールド掘進機の位置に対する第二シールド掘進機の相対位置を検出することができる。この結果、両端からの地中掘削における相対位置の検出を容易に行うことができる。
【０００９】
また、伸長部は、地盤を掘削する掘削部を備えるのも好ましい。
【００１０】
これにより、伸長部が第二シールド掘進機に向けて伸長する際に、地盤を掘削することができる。
【００１１】
また、ボーリングマシンは、伸長部の伸長を許容するとともに当該ボーリングマシンが回転する際に伸長部に係止する係止部を備えるのも好ましい。
【００１２】
これにより、伸長部の伸長が許容されるとともに第一シールド掘進機に設けられたボーリングマシンを回転させる際に、ボーリングマシンが備える係止部が、伸長部に係止する。このため、第一シールド掘進機に設けられたボーリングマシンのみを回転させれば、ボーリングマシンに加えて伸長部も同時に回転させることが可能となる。従って、地盤をより効率よく掘削することができる。
【００１３】
また、第二シールド掘進機に向けて伸長部が伸長した長さを計測する伸長計測部と、伸長計測部を収容する管状部と、を相対位置検出装置が備えるのも好ましい。
【００１４】
これにより、伸長計測部が管状部に収容されるため、伸長計測部を例えば地中の泥水や地盤等に汚染させることなく、伸長部が伸長した長さを計測することができる。
【００１５】
また、ボーリングマシンに設けられ、磁気を検出する磁気検出器を相対位置検出装置が備え、第二シールド掘進機は、磁気を発生する磁気材料を含むのも好ましい。
【００１６】
これにより、第二シールド掘進機が含む磁気材料により磁気が発生され、この磁気が、ボーリングマシンに設けられた磁気検出器により検出される。これにより、第二シールド掘進機の位置に対する第一シールド掘進機の相対位置を検出することができる。この結果、両端からの地中掘削における相対位置の検出を、より容易に行うことができる。
【００１７】
本発明に係る連結構造は、地盤の掘削に用いられる管状部材の端部同士を連結する連結構造であって、第一雄ネジ部が外周部に設けられた第一管状部材と、第二雄ネジ部が外周部に設けられた第二管状部材と、第一管状部材の第一雄ネジ部、及び、第二管状部材の第二雄ネジ部に螺合する管状雌ネジ部材と、を備えることを特徴とする。
【００１８】
本発明に係る連結構造では、第一管状部材の第一雄ネジ部、及び、第二管状部材の第二雄ネジ部に、管状雌ネジ部材が螺合する。これにより、管状雌ネジ部材のみを回転させて、第一及び第二雄ネジ部に螺合させることで、地中掘削に用いられる管状部材を回転させずに当該管状部材の端部同士の連結を容易に行うことができる。
【００１９】
また、管状雌ネジ部材が第一及び第二雄ネジ部に螺合した状態で形成される凹部を埋めるスペーサを備えるのも好ましい。
【００２０】
これにより、管状雌ネジ部材が第一及び第二雄ネジ部に螺合した状態で形成される凹部に、スペーサを取り付けて、当該凹部を埋めることができる。このため、第一管状部材と第二管状部材とがより確実に連結される。この結果、第一管状部材と第二管状部材との地中連結を確実に行うことができる。
【００２１】
本発明に係る連結方法は、地盤の掘削に用いられる第一管状部材及び第二管状部材の端部同士を連結する連結方法であって、第一管状部材の外周部に設けられた第一雄ネジ部、及び、第二管状部材の外周部に設けられた第二雄ネジ部に螺合する管状雌ネジ部材を、当該第二雄ネジ部のみに螺合させる第一螺合工程と、第一螺合工程後、第二雄ネジ部の端部、及び、第一雄ネジ部の端部を突き合わせる突き合せ工程と、突き合せ工程後、管状雌ネジ部材のみを回転させ、当該管状雌ネジ部材を第一雄ネジ部に螺合させて、当該管状雌ネジ部材が当該第一雄ネジ部及び当該第二雄ネジ部に螺合した状態にさせる第二螺合工程と、を備えることを特徴とする。
【００２２】
本発明に係る連結方法では、まず、第一螺合工程で、管状雌ネジ部材を第二雄ネジ部のみに螺合させる。この後、突き合せ工程で、第二雄ネジ部の端部、及び、第一雄ネジ部の端部を突き合わせる。そして、第二螺合工程で、管状雌ネジ部材のみを回転させ、管状雌ネジ部材を第一雄ネジ部に螺合させて、管状雌ネジ部材が第一雄ネジ部及び第二雄ネジ部に螺合した状態にさせる。これにより、地中掘削に用いられる管状部材を回転させずに当該管状部材の端部同士の連結を容易に行うことができる。
【００２３】
また、第二螺合工程後、管状雌ネジ部材が第一及び第二雄ネジ部に螺合した状態で形成される凹部を埋めるスペーサを、取り付け工程を備えるのも好ましい。
【００２４】
これにより、管状雌ネジ部材が第一及び第二雄ネジ部に螺合した状態で形成される凹部に、スペーサが取り付けられて、当該凹部が埋められる。このため、第一管状部材と第二管状部材とがより確実に連結される。この結果、管状部材を回転させずに当該管状部材の端部同士の連結を確実に行うことができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、両端からの地中掘削における相対位置の検出を容易にする相対位置検出装置を提供することが可能である。また、本発明によれば、地中掘削に用いられる管状部材を回転させずに当該管状部材の端部同士の連結を容易にする連結構造及び連結方法を提供することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を附し、重複する説明は省略する。
【００２７】
図１は、本発明の実施形態に係る相対位置検出装置を設けている第一シールド掘進機１及び第二シールド掘進機２の斜視図である。第一シールド掘進機１及び第二シールド掘進機２のそれぞれは、先端部にカッタ部を設け、トンネルの掘削を行いながら両端から互いに向かって進行していく一般的なシールドマシンとしての機能を有している。
【００２８】
図１に示すように、本実施形態に係る相対位置検出装置は、両シールド掘進機を所定位置で相互に一致させるために、第一シールド掘進機１の位置に対する第二シールド掘進機２の相対位置を、検出するものである。言い換えれば、この装置は、第二シールド掘進機２の位置に対する第一シールド掘進機１の相対位置を、検出するものである。この相対位置検出装置は、ボーリングマシン、伸長部、放射部、放射線検出器、伸長計測部、管状部、及び磁気検出器を備えている。ここでは、ボーリングマシン、伸長部、放射部、伸長計測部、管状部、及び磁気検出器は、第一シールド掘進機１に設けられており、放射線検出器は、第二シールド掘進機２に設けられているとして説明する。
【００２９】
図２は、ボーリングマシン１０１と、第二シールド掘進機２が設けているカッタ部２０２との関係を示す側面図である。
【００３０】
図２に示すように、ボーリングマシン１０１は、先端部にカッタ部１１０を設け、地盤を掘削するマシンである。ボーリングマシン１０１は、回転軸Ａｘの周りでカッタ部１１０を回転させることによって、地盤の掘削を進める。また、ボーリングマシン１０１は、第一シールド掘進機１から第二シールド掘進機２に向けて、伸長することができる。この伸長により、ボーリングマシン１０１は、第一シールド掘進機１から突出した状態となる。このように、ボーリングマシン１０１は、地盤を掘削しながら第二シールド掘進機２に向けて伸長する。また、ボーリングマシン１０１は、後述の伸長部１０２の伸長を許容するとともに伸長部１０２に係止する係止部１１１を備えている。係止部１１１の構造の詳細については、後述する。
【００３１】
ボーリングマシン１０１には、略円筒形状の伸長部１０２が設けられている。伸長部１０２は、ボーリングマシン１０１から第二シールド掘進機２に向けて、ガイド１０９に沿って伸長する部分である。ガイド１０９は、ボーリングマシン１０１の内部に固定されている。なお、伸長部１０２は、先端部に、地盤を掘削する掘削部１０５を有している。このため、伸長部１０２が第二シールド掘進機２に向けて伸長する際に、地盤を掘削することができる。ここで、略円筒形状の伸長部１０２の直径は、６０〜７０ｍｍ程度であり、第二シールド掘進機２の先端部に設けられたカッタ部２０２のスリットＳの間隙よりも小径である。これにより、伸長部１０２を、カッタ部２０２に貫通させて、第二シールド掘進機２内に挿入することができる。伸長部１０２が伸長する様子の詳細については、後述する。
【００３２】
ガイド１０９の後方（即ち、ボーリングマシン１０１内における、伸長部１０２より更に奥の位置）には、伸長計測部１０６が設けられている。伸長計測部１０６は、第二シールド掘進機２に向けて伸長部が伸長した長さ（即ちストローク）を計測するセンサである。伸長計測部１０６は、例えば金属製のロープ１０８を有しており、このロープ１０８を介して、伸長計測部１０６と伸長部１０２とが接続されている。このロープ１０８が引っ張り出された長さに基づいて、ストロークが計測される。
【００３３】
伸長部１０２には、管状部１０７が設けられている。管状部１０７は、伸長計測部１０６を収容する管状の部分である。管状部１０７に伸長計測部１０６を収容することにより、伸長計測部１０６を例えば地中の泥水や地盤等に汚染させることなく、ストロークを計測することができる。
【００３４】
伸長部１０２の先端部には、放射部１０３が設けられている。放射部１０３は、放射性同位元素（ＲＩ、即ちＲａｄｉｏ Ｉｓｏｔｏｐｅ）を含んでおり、放射線を放射する部分である。
【００３５】
ボーリングマシン１０１の先端部であってカッタ部１１０の後方部には、磁気検出器１０４が設けられている。磁気検出器１０４は、磁気を検出する磁気センサであり、後述の磁気材料が発生する磁気を検出することができる。
【００３６】
なお、ボーリングマシン１０１にはその他に、カッタ部１１０を駆動させる駆動外周ギア１１４と、駆動外周ギア１１４を駆動させる駆動ギア１１５と、駆動ギア１１５を油圧で駆動させる油圧モータ１１６と、送泥及び排泥を行う送排泥管１１７と、が設けられている。
【００３７】
第二シールド掘進機２の先端部には、カッタ部２０２が設けられており、このカッタ部２０２より内側の空間には、バルクヘッド２０３が設けられている。放射線検出器２０１は、このバルクヘッド２０３より更に内側の空間に、移動自在に設けられている。即ち、バルクヘッド２０３が、カッタ部２０２と放射線検出器２０１との間に挟まれた位置関係となっている。放射線検出器２０１は、放射線の位置を検出することができるＲＩセンサ（即ちシンチレーションカウンタ）である。放射線検出器２０１は、直径が７５ｍｍの円筒形状を有しており、長さは３００ｍｍ程度である。第二シールド掘進機２内部において、放射線検出器２０１を自在に移動させることが可能である。この放射線検出器２０１によって、放射部１０３が放射する放射線の位置の検出が行われる。
【００３８】
カッタ部２０２は、磁気を発生する磁気材料を含んでいる。この磁気材料とは、例えば棒磁石等である。上記の磁気検出器１０４を用いることによって、この磁気材料が発生する磁気を検出することができる。これにより、第二シールド掘進機２の位置に対する第一シールド掘進機１の相対位置を検出することが可能となる。
【００３９】
図３は、図２に示すカッタ部１１０のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視図である。
【００４０】
図３に示すように、伸長部１０２の先端の掘削部１０５は、回転軸Ａｘに垂直な断面の外形形状に関して、略十字形状をなしている。即ち、掘削部１０５は、この外形形状に関して、外周上に４箇所の凹状部１１２を有する略円形状をなしている。ボーリングマシン１０１の先端のカッタ部１１０は、掘削部１０５を包囲する略輪形状の包囲部１１３を、カッタ部１１０の中心に有している。この包囲部１１３は、掘削部１０５の凹状部１１２に係止する係止部１１１を４箇所備えている。そして、ボーリングマシン１０１のカッタ部１１０を回転軸Ａｘの回りで回転させる際に、カッタ部１１０の係止部１１１のそれぞれが、伸長部の凹状部１１２のそれぞれに係止するように構成されている。このため、ボーリングマシン１０１のカッタ部１１０のみを回転軸Ａｘの周りに回転させれば、カッタ部１１０に加えて掘削部１０５も同時に回転させることができる。なお、この４箇所の係止部１１１は、伸長部１０２が伸長する際のガイドとしての機能を有している。このため、この４箇所の係止部１１１は、この伸長を許容している。ここで、係止部１１１は、回転軸Ａｘの回りの回転に関して２０°の開き角度を有しており、凹状部１１２は、回転軸Ａｘの回りの回転に関して４０°の開き角度を有している。
【００４１】
図４は、伸長部１０２が伸長した状態における、ボーリングマシン１０１と、第二シールド掘進機２が設けているカッタ部２０２との関係を示す側面図である。
【００４２】
図４に示すように、伸長部１０２は、ボーリングマシン１０１から第二シールド掘進機２に向けて、ガイド１０９とカッタ部１１０の包囲部１１３とに沿って伸長する。ここで、伸長部１０２の直径は、カッタ部２０２のスリットＳの間隙よりも小径である。これにより、伸長部１０２を、カッタ部２０２に貫通させて、第二シールド掘進機２内に挿入することができる。このように挿入した状態において、放射線検出器２０１を第二シールド掘進機２内部で自在に移動させることにより、放射部１０３が放射する放射線の位置を検出することができる。
【００４３】
図５（ａ）は、本発明の実施形態に係る連結構造が分離している状態の側面図である。また、図５（ｂ）は、この連結構造が連結している状態の側面図である。また、図６は、図５に示すスペーサ３４１，３４２を互いに結合させた状態における第二ボーリングマシン３２１及びスペーサ３４１，３４２のＶＩ−ＶＩ線矢視端面図である。
【００４４】
図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施形態に係る連結構造３は、地盤の掘削に用いられる管状部材（例えば上記のボーリングマシン）の端部同士を連結するものである。ここでは、この管状部材は、上記のボーリングマシンと同一の構造であるとして説明する。この連結構造３は、ボーリングマシンの端部同士を連結することによるボーリングマシンの伸長作業を行う際等に用いられる。この連結構造３は、第一ボーリングマシン３１１（第一管状部材）と、第二ボーリングマシン３２１（第二管状部材）と、管状雌ネジ部材３３１と、２つのスペーサ３４１，３４２と、を備えている。なお、スペーサは１つ以上であれば特に限定されない。ここでは、第一ボーリングマシン３１１の先端部とは反対側の後端部３１４に対して、第二ボーリングマシン３２１の先端部３２４を連結する場合について説明する。
【００４５】
第一ボーリングマシン３１１の後端部における第一外周部３１２には、第一雄ネジ部３１３が設けられている。なお、第一雄ネジ部３１３の直径は２６０〜３００ｍｍ程度である。また、管状雌ネジ部材３３１が螺入可能な長さは、１００ｍｍ程度である。
【００４６】
同様に、第二ボーリングマシン３２１の先端部とは反対側の後端部における外周部３２２には、第二雄ネジ部３２３が設けられている。なお、第二雄ネジ部３２３の直径は第一ボーリングマシン３１１の直径と略等しい。また、管状雌ネジ部材３３１が螺入可能な長さは、２００ｍｍ程度である。
【００４７】
管状雌ネジ部材３３１は、内周部に雌ネジ部３３３が設けられている管状の部材である。管状雌ネジ部材３３１の内径は、第一雄ネジ部３１３及び第二雄ネジ部３２３に螺合できるように、第一雄ネジ部３１３及び第二雄ネジ部３２３の外径と略等しく、２４０ｍｍ程度である。また、回転軸Ａｘ方向の長さは２００ｍｍ程度である。なお、管状雌ネジ部材３３１を第一雄ネジ部３１３及び第二雄ネジ部３２３に螺合させた状態で、管状雌ネジ部材３３１を所定の回転方向Ｃ（図５に示すＩＶ−ＩＶ線で矢視した場合における時計回りの方向）に回転させると、管状雌ネジ部材３３１は、第一ボーリングマシン３１１の後端部３１４から先端部に向かう方向に第一雄ネジ部３１３に螺合するように、構成されている。また、この螺合とともに、管状雌ネジ部材３３１は、第二ボーリングマシン３２１の後端部から先端部３２４に向かう方向に第二雄ネジ部３２３に螺合するように、構成されている。
【００４８】
図６と併せて示すように、スペーサ３４１，３４２のそれぞれは、円筒状の部材を、回転軸Ａｘを含む断面で２つに切断した場合に形成される一方及び他方の部材の構造を有している。即ち、スペーサ３４１，３４２のそれぞれは、断面が半円弧状となるような曲面を有する板状の部材である。
【００４９】
このような構造のために、スペーサ３４１，３４２を上記の切断面同士で結合させると、円筒状の部材が形成される。このような結合させると、所定の凹部に嵌合する管状の部材となって、当該凹部を埋めることができる。所定の凹部とは、管状雌ネジ部材３３１が第一雄ネジ部３１３及び第二雄ネジ部３２３に螺合した状態で形成される凹部のことである。スペーサ３４１，３４２を互いに連結させるために、１本の六角穴付ボルト３４３をスペーサ３４１からスペーサ３４２に螺入させる。更に、別の１本の六角穴付ボルト３４３をスペーサ３４２からスペーサ３４１に螺入させる。また、スペーサ３４１，３４２のそれぞれは、水膨張性シールとしての機能を有している。これにより、スペーサ３４１，３４２を所定の凹部に嵌合して当該凹部を埋めた場合に、止水性が確保される。
【００５０】
図７（ａ）〜（ｄ）は、第一ボーリングマシン３１１及び第二ボーリングマシン３２１の端部同士を連結する連結方法を順に説明する説明図である。この連結方法は、図７（ａ）に示す第一螺合工程と、図７（ｂ）に示す突き合せ工程と、図７（ｃ）に示す第二螺合工程と、図７（ｄ）に示す取り付け工程と、を備えている。
【００５１】
まず、図７（ａ）に示すように、第一螺合工程では、管状雌ネジ部材３３１を、上記の回転方向Ｃとは逆の回転方向Ｄに回転させることによって、第二雄ネジ部３２３のみに螺合させ、第二ボーリングマシン３２１の先端部３２４から後端部に向かわせて、第二雄ネジ部の先端部３２４を突出させる。更に、第一ボーリングマシン３１１及び第二ボーリングマシン３２１から、送排泥管１１７、油圧配管ホース、及びケーブル等のそれぞれを、端部同士で接続できる程度まで引出しておく。そして、端部間の距離Ｌ（即ち、第一ボーリングマシン３１１の後端部３１４と、第二ボーリングマシン３２１の先端部３２４との間の距離）を、３００ｍｍ程度とする。
【００５２】
次に、図７（ｂ）に示すように、突き合せ工程では、まず、送排泥管１１７、油圧配管ホース、及びケーブル等のそれぞれの端部同士を接続する。そして、これらを接続して抜けないことを確認し、ビニールテープ等で接続部分を巻き、密閉する。また、送排泥管１１７の抜け止めボルトを２本以上閉め込む。そして、端部間の距離Ｌが３００ｍｍから０ｍｍになるように、第一雄ネジ部３１３の後端部３１４と、突出した第二雄ネジ部３２３の先端部３２４とを突き合わせる。このとき、後端部３１４と先端部３２４との間で間隙が形成されないように突き合わせる。
【００５３】
次に、図７（ｃ）に示すように、第二螺合工程では、管状雌ネジ部材３３１のみを、回転方向Ｃに回転させることによって、第一ボーリングマシン３１１の後端部３１４から先端部に向かう方向に、第二雄ネジ部３２３に螺合させ、ねじ込む。これによって、管状雌ネジ部材３３１が第一雄ネジ部３１３及び第二雄ネジ部３２３に螺合した状態にさせる。このとき、送排泥管１１７、油圧配管ホース、及びケーブル等が、第一ボーリングマシン３１１及び第二ボーリングマシン３２１から、はみ出していないかを確認する。なお、はみ出している場合は、管状雌ネジ部材３３１を、回転方向Ｄに回転させることによって、第一ボーリングマシン３１１及び第二ボーリングマシン３２１を分離し、第一螺合工程からやり直す。第二螺合工程が完了した状態（即ち、管状雌ネジ部材３３１が第一雄ネジ部３１３及び第二雄ネジ部３２３に螺合した状態）では、外周面には上記の凹部が形成されている。
【００５４】
次に、図７（ｄ）に示すように、取り付け工程では、この凹部に対して、２つのスペーサ３４１，３４２を嵌合させて取り付けながら、これらの部材を互いに連結させる。スペーサ３４１，３４２を互いに連結させるために、六角穴付ボルト３４３を用いる。この嵌合及び取り付けによって、凹部を埋めることができる。
【００５５】
次に、本実施形態に係る相対位置検出装置の動作及び作用効果について説明する。
【００５６】
まず、第一シールド掘進機１に設けられたボーリングマシン１０１が、第二シールド掘進機２に向けて、地盤を掘削しながら伸長する。ここで、第二シールド掘進機２のカッタ部２０２のスリットＳの間隙よりも小径の伸長部１０２が、ボーリングマシン１０１から第二シールド掘進機２に向けて伸長する。このため、第二シールド掘進機２のカッタ部２０２のスリットＳの間隙がボーリングマシン１０１の径より小さい場合でも、伸長部１０２を第二シールド掘進機２内に挿入することができる。
【００５７】
そして、伸長部１０２に設けられた放射部１０３が、放射線を放射する。これに対して、第二シールド掘進機２の内部で、放射部１０３が放射した放射線の位置が、放射線検出器２０１により検出される。これにより、第一シールド掘進機１の位置に対する第二シールド掘進機２の相対位置を検出することができる。この位置検出における誤差は、水平方向及び鉛直方向ともに、例えば３ｍｍ程度とすることができる。この結果、両端からの地中掘削における相対位置の検出を容易に行うことが可能となる。
【００５８】
また、伸長部１０２が掘削部１０５を備えることにより、伸長部１０２が第二シールド掘進機２に向けて伸長する際に、地盤を掘削することができる。この結果、掘削作業をより効率よく行うことが可能となる。
【００５９】
また、ボーリングマシン１０１が係止部１１１を備えることにより、伸長部１０２の伸長が許容される。更に、第一シールド掘進機１に設けられたボーリングマシン１０１のカッタ部１１０を回転させる際に、係止部１１１が伸長部１０２に係止する。このため、第一シールド掘進機１に設けられたボーリングマシン１０１のカッタ部１１０のみを回転させれば、カッタ部１１０に加えて伸長部１０２も同時に回転させることが可能となる。従って、地盤をより効率よく掘削することができる。
【００６０】
また、相対位置検出装置が伸長計測部１０６及び管状部１０７を備えることにより、伸長計測部１０６を例えば地中の泥水や地盤等に汚染させることなく、伸長部１０２が伸長した長さを計測することができる。
【００６１】
また、第二シールド掘進機２が含む磁気材料により磁気が発生され、この磁気が、ボーリングマシン１０１に設けられた磁気検出器１０４により検出される。これにより、第二シールド掘進機２の位置に対する第一シールド掘進機１の相対位置を検出することができる。この結果、両端からの地中掘削における相対位置の検出を、より容易に行うことができる。
【００６２】
次に、本実施形態に係る連結構造３及び連結方法の動作及び作用効果について説明する。
【００６３】
上記の第一螺合工程及び突き合せ工程を経た後で、管状雌ネジ部材３３１のみを回転方向Ｃに回転させる。これにより、第一ボーリングマシン３１１の第一雄ネジ部３１３、及び、突出した第二ボーリングマシン３２１の第二雄ネジ部３２３に、管状雌ネジ部材３３１が螺合する（第二螺合工程）。この結果、第一ボーリングマシン３１１も第二ボーリングマシン３２１も回転させずに、これらボーリングマシンの端部同士の地中連結を容易に行うことができ、作業効率の向上が可能となる。また、第一雄ネジ部３１３及び管状雌ネジ部材３３１と、第二雄ネジ部３２３及び管状雌ネジ部材３３１とは、それぞれ、雄ネジ部と管状雌ネジ部材３３１とが互いに螺合しているため、回転軸Ａｘ方向に関する引抜き力を確保することができる。
【００６４】
ここで、地盤の掘削に用いられる管状部材やボーリングマシン等の端部同士を接合する際には、従来、溶接によって接合する工法が用いられてきた。しかしながら、溶接作業を行うのに必要な作業スペースは一般的に狭小であるため、全周（即ち、接合する部分全て）を溶接することが困難であった。これに対して、本実施形態に係る連結構造３及び連結方法によれば、管状雌ネジ部材３３１のみを回転方向Ｃに回転させることだけで、第一ボーリングマシン３１１も第二ボーリングマシン３２１も回転させずに、これらボーリングマシンの端部同士の地中連結を容易に行うことができ、作業効率の向上が可能となる。
【００６５】
また、溶接による工法を用いた場合、連結したボーリングマシンを分割させる際にガス切断作業が必要となるため、ボーリングマシン内部の電子機器等を傷つけてしまう恐れがある。これに対して、本実施形態に係る連結構造３及び連結方法によれば、管状雌ネジ部材３３１のみを回転方向Ｄに回転させることだけで、ボーリングマシンの端部同士の分割を容易に行うことができ、作業効率の向上が可能となる。
【００６６】
また、第一ボーリングマシン３１１及び第二ボーリングマシン３２１内に電子機器等が設置されているためにこれら２つのマシンを回転軸Ａｘの周りに回転させることができない場合でも、管状雌ネジ部材３３１のみを回転方向Ｃに回転させるだけで連結が可能なため、作業効率の向上が可能となる。
【００６７】
また、連結構造３が１つ以上のスペーサ３４１，３４２を備えることにより、管状雌ネジ部材３３１が第一雄ネジ部３１３及び第二雄ネジ部３２３に螺合した状態で形成される凹部に、１つ以上のスペーサ３４１，３４２を取り付けて嵌合させ、凹部を埋めて、管状雌ネジ部材３３１の回転を防止することができる（取り付け工程）。このため、第一ボーリングマシン３１１と第二ボーリングマシン３２１とが、より確実に連結される。この結果、第一ボーリングマシン３１１と第二ボーリングマシン３２１との地中連結を確実に行うことができる。
【００６８】
以上、本発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。なお、上記の実施形態及び下記の変形例は、本発明の範囲を制限するものではなく、当業者がこれらの実施形態及び変形例を本発明の特許請求の範囲の主題に反することなく発展させることができるものである。
【００６９】
例えば、上記のスペーサの数は、２つであるが、１つ以上であれば特に限定されず、３つでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の実施形態に係る相対位置検出装置を設ける第一及び第二シールド掘進機の斜視図である。
【図２】ボーリングマシンとカッタ部との関係を示す側面図である。
【図３】図２に示すカッタ部のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視図である。
【図４】ボーリングマシンとカッタ部との関係を示す側面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る連結構造の側面図である。
【図６】図５に示すボーリングマシン及びスペーサのＶＩ−ＶＩ線矢視端面図である。
【図７】連結方法を順に説明する説明図である。
【符号の説明】
【００７１】
１…第一シールド掘進機
２…第二シールド掘進機
３…連結構造
３０…水平ボーリングロッド
３１…先端部
４０…バルクヘッド
１０１…ボーリングマシン
１０２…伸長部
１０３…放射部
１０４…磁気検出器
１０５…掘削部
１０６…伸長計測部
１０７…管状部
１０８…ロープ
１０９…ガイド
１１０…カッタ部
１１１…係止部
１１２…凹状部
１１３…包囲部
１１４…駆動外周ギア
１１５…駆動ギア
１１６…油圧モータ
１１７…送排泥管
２０１…放射線検出器
２０２…カッタ部
２０３…バルクヘッド
３１１…第一ボーリングマシン
３１２…第一外周部
３１３…第一雄ネジ部
３１４…後端部
３２１…第二ボーリングマシン
３２２…第二外周部
３２３…第二雄ネジ部
３２４…先端部
３３１…管状雌ネジ部材
３３３…雌ネジ部
３４１，３４２…スペーサ
３４３…六角穴付ボルト
Ａ，Ｂ…シールド機
Ａｘ…回転軸
Ｃ，Ｄ…回転方向
Ｌ…距離
Ｓ…スリット。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地中掘削に用いられる相対位置検出装置、連結構造、及び連結方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
海底トンネル等の掘削において、両端からシールド掘進機で掘削して掘削路の連結を行う場合、従来、両シールド掘進機を所定位置で相互に一致させる工法が用いられている。この例として、特許文献１に開示されたシールド機相対位置検出装置がある。
【０００３】
この装置は、水平ボーリングロッドの先端部に掘削用のカッタビットを設けている。そして、カッタビットにより地盤を掘削しつつ、この水平ボーリングロッドを一方のシールド機（先着側）から他方のシールド機（後着側）に向けて伸長して、水平ボーリング工を行う。
【０００４】
ここで、水平ボーリングロッドに取り付けられた磁気センサ及びアイソトープセンサを用いて検出された、他方のシールド機（後着側）のカッタディスクスリットを、水平ボーリングロッドが貫通して、その先端部を他方のシールド機（後着側）のバルクヘッドに近接させている。これにより、先端部の位置が検出されて、この検出された位置に基づいて、掘削路の連結が行われる。
【特許文献１】特許第３７０１２７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の装置では、水平ボーリングロッドの先端部にカッタディスクスリットを貫通させ、水平ボーリングロッドごと他方のシールド機（後着側）のチャンバー内に挿入している。このため、このカッタディスクスリットの間隙が水平ボーリングロッドより小さい小口径シールド機では、両端からの地中掘削における相対位置の検出が困難になるという問題があった。
【０００６】
そこで本発明は、両端からの地中掘削における相対位置の検出を容易にする相対位置検出装置を提供することを目的とする。また、本発明は、地中掘削に用いられる管状部材を回転させずに当該管状部材の端部同士の連結を容易にする連結構造及び連結方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち、本発明に係る相対位置検出装置は、第一シールド掘進機の位置に対する第二シールド掘進機の相対位置を検出する相対位置検出装置であって、第一シールド掘進機に設けられ、地盤を掘削するとともに第二シールド掘進機に向けて伸長するボーリングマシンと、ボーリングマシンに設けられ、第二シールド掘進機に向けて伸長し、当該第二シールド掘進機のカッタ部のスリットの間隙よりも小径の伸長部と、伸長部に設けられ、放射線を放射する放射部と、第二シールド掘進機の内部に設けられ、放射部が放射する放射線の位置を検出する放射線検出器と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る相対位置検出装置では、まず、第一シールド掘進機に設けられたボーリングマシンが、第二シールド掘進機に向けて、地盤を掘削しながら伸長する。ここで、当該第二シールド掘進機のカッタ部のスリットの間隙よりも小径の伸長部が、ボーリングマシンから第二シールド掘進機に向けて伸長する。このため、第二シールド掘進機のカッタ部のスリットの間隙がボーリングマシンの径より小さい場合でも、伸長部を第二シールド掘進機内に挿入することができる。そして、伸長部に設けられた放射部が、放射線を放射する。これに対して、第二シールド掘進機の内部で、放射部が放射した放射線の位置が、放射線検出器により検出される。これにより、第一シールド掘進機の位置に対する第二シールド掘進機の相対位置を検出することができる。この結果、両端からの地中掘削における相対位置の検出を容易に行うことができる。
【０００９】
また、伸長部は、地盤を掘削する掘削部を備えるのも好ましい。
【００１０】
これにより、伸長部が第二シールド掘進機に向けて伸長する際に、地盤を掘削することができる。
【００１１】
また、ボーリングマシンは、伸長部の伸長を許容するとともに当該ボーリングマシンが回転する際に伸長部に係止する係止部を備えるのも好ましい。
【００１２】
これにより、伸長部の伸長が許容されるとともに第一シールド掘進機に設けられたボーリングマシンを回転させる際に、ボーリングマシンが備える係止部が、伸長部に係止する。このため、第一シールド掘進機に設けられたボーリングマシンのみを回転させれば、ボーリングマシンに加えて伸長部も同時に回転させることが可能となる。従って、地盤をより効率よく掘削することができる。
【００１３】
また、第二シールド掘進機に向けて伸長部が伸長した長さを計測する伸長計測部と、伸長計測部を収容する管状部と、を相対位置検出装置が備えるのも好ましい。
【００１４】
これにより、伸長計測部が管状部に収容されるため、伸長計測部を例えば地中の泥水や地盤等に汚染させることなく、伸長部が伸長した長さを計測することができる。
【００１５】
また、ボーリングマシンに設けられ、磁気を検出する磁気検出器を相対位置検出装置が備え、第二シールド掘進機は、磁気を発生する磁気材料を含むのも好ましい。
【００１６】
これにより、第二シールド掘進機が含む磁気材料により磁気が発生され、この磁気が、ボーリングマシンに設けられた磁気検出器により検出される。これにより、第二シールド掘進機の位置に対する第一シールド掘進機の相対位置を検出することができる。この結果、両端からの地中掘削における相対位置の検出を、より容易に行うことができる。
【００１７】
本発明に係る連結構造は、地盤の掘削に用いられる管状部材の端部同士を連結する連結構造であって、第一雄ネジ部が外周部に設けられた第一管状部材と、第二雄ネジ部が外周部に設けられた第二管状部材と、第一管状部材の第一雄ネジ部、及び、第二管状部材の第二雄ネジ部に螺合する管状雌ネジ部材と、を備えることを特徴とする。
【００１８】
本発明に係る連結構造では、第一管状部材の第一雄ネジ部、及び、第二管状部材の第二雄ネジ部に、管状雌ネジ部材が螺合する。これにより、管状雌ネジ部材のみを回転させて、第一及び第二雄ネジ部に螺合させることで、地中掘削に用いられる管状部材を回転させずに当該管状部材の端部同士の連結を容易に行うことができる。
【００１９】
また、管状雌ネジ部材が第一及び第二雄ネジ部に螺合した状態で形成される凹部を埋めるスペーサを備えるのも好ましい。
【００２０】
これにより、管状雌ネジ部材が第一及び第二雄ネジ部に螺合した状態で形成される凹部に、スペーサを取り付けて、当該凹部を埋めることができる。このため、第一管状部材と第二管状部材とがより確実に連結される。この結果、第一管状部材と第二管状部材との地中連結を確実に行うことができる。
【００２１】
本発明に係る連結方法は、地盤の掘削に用いられる第一管状部材及び第二管状部材の端部同士を連結する連結方法であって、第一管状部材の外周部に設けられた第一雄ネジ部、及び、第二管状部材の外周部に設けられた第二雄ネジ部に螺合する管状雌ネジ部材を、当該第二雄ネジ部のみに螺合させる第一螺合工程と、第一螺合工程後、第二雄ネジ部の端部、及び、第一雄ネジ部の端部を突き合わせる突き合せ工程と、突き合せ工程後、管状雌ネジ部材のみを回転させ、当該管状雌ネジ部材を第一雄ネジ部に螺合させて、当該管状雌ネジ部材が当該第一雄ネジ部及び当該第二雄ネジ部に螺合した状態にさせる第二螺合工程と、を備えることを特徴とする。
【００２２】
本発明に係る連結方法では、まず、第一螺合工程で、管状雌ネジ部材を第二雄ネジ部のみに螺合させる。この後、突き合せ工程で、第二雄ネジ部の端部、及び、第一雄ネジ部の端部を突き合わせる。そして、第二螺合工程で、管状雌ネジ部材のみを回転させ、管状雌ネジ部材を第一雄ネジ部に螺合させて、管状雌ネジ部材が第一雄ネジ部及び第二雄ネジ部に螺合した状態にさせる。これにより、地中掘削に用いられる管状部材を回転させずに当該管状部材の端部同士の連結を容易に行うことができる。
【００２３】
また、第二螺合工程後、管状雌ネジ部材が第一及び第二雄ネジ部に螺合した状態で形成される凹部を埋めるスペーサを、取り付け工程を備えるのも好ましい。
【００２４】
これにより、管状雌ネジ部材が第一及び第二雄ネジ部に螺合した状態で形成される凹部に、スペーサが取り付けられて、当該凹部が埋められる。このため、第一管状部材と第二管状部材とがより確実に連結される。この結果、管状部材を回転させずに当該管状部材の端部同士の連結を確実に行うことができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、両端からの地中掘削における相対位置の検出を容易にする相対位置検出装置を提供することが可能である。また、本発明によれば、地中掘削に用いられる管状部材を回転させずに当該管状部材の端部同士の連結を容易にする連結構造及び連結方法を提供することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を附し、重複する説明は省略する。
【００２７】
図１は、本発明の実施形態に係る相対位置検出装置を設けている第一シールド掘進機１及び第二シールド掘進機２の斜視図である。第一シールド掘進機１及び第二シールド掘進機２のそれぞれは、先端部にカッタ部を設け、トンネルの掘削を行いながら両端から互いに向かって進行していく一般的なシールドマシンとしての機能を有している。
【００２８】
図１に示すように、本実施形態に係る相対位置検出装置は、両シールド掘進機を所定位置で相互に一致させるために、第一シールド掘進機１の位置に対する第二シールド掘進機２の相対位置を、検出するものである。言い換えれば、この装置は、第二シールド掘進機２の位置に対する第一シールド掘進機１の相対位置を、検出するものである。この相対位置検出装置は、ボーリングマシン、伸長部、放射部、放射線検出器、伸長計測部、管状部、及び磁気検出器を備えている。ここでは、ボーリングマシン、伸長部、放射部、伸長計測部、管状部、及び磁気検出器は、第一シールド掘進機１に設けられており、放射線検出器は、第二シールド掘進機２に設けられているとして説明する。
【００２９】
図２は、ボーリングマシン１０１と、第二シールド掘進機２が設けているカッタ部２０２との関係を示す側面図である。
【００３０】
図２に示すように、ボーリングマシン１０１は、先端部にカッタ部１１０を設け、地盤を掘削するマシンである。ボーリングマシン１０１は、回転軸Ａｘの周りでカッタ部１１０を回転させることによって、地盤の掘削を進める。また、ボーリングマシン１０１は、第一シールド掘進機１から第二シールド掘進機２に向けて、伸長することができる。この伸長により、ボーリングマシン１０１は、第一シールド掘進機１から突出した状態となる。このように、ボーリングマシン１０１は、地盤を掘削しながら第二シールド掘進機２に向けて伸長する。また、ボーリングマシン１０１は、後述の伸長部１０２の伸長を許容するとともに伸長部１０２に係止する係止部１１１を備えている。係止部１１１の構造の詳細については、後述する。
【００３１】
ボーリングマシン１０１には、略円筒形状の伸長部１０２が設けられている。伸長部１０２は、ボーリングマシン１０１から第二シールド掘進機２に向けて、ガイド１０９に沿って伸長する部分である。ガイド１０９は、ボーリングマシン１０１の内部に固定されている。なお、伸長部１０２は、先端部に、地盤を掘削する掘削部１０５を有している。このため、伸長部１０２が第二シールド掘進機２に向けて伸長する際に、地盤を掘削することができる。ここで、略円筒形状の伸長部１０２の直径は、６０〜７０ｍｍ程度であり、第二シールド掘進機２の先端部に設けられたカッタ部２０２のスリットＳの間隙よりも小径である。これにより、伸長部１０２を、カッタ部２０２に貫通させて、第二シールド掘進機２内に挿入することができる。伸長部１０２が伸長する様子の詳細については、後述する。
【００３２】
ガイド１０９の後方（即ち、ボーリングマシン１０１内における、伸長部１０２より更に奥の位置）には、伸長計測部１０６が設けられている。伸長計測部１０６は、第二シールド掘進機２に向けて伸長部が伸長した長さ（即ちストローク）を計測するセンサである。伸長計測部１０６は、例えば金属製のロープ１０８を有しており、このロープ１０８を介して、伸長計測部１０６と伸長部１０２とが接続されている。このロープ１０８が引っ張り出された長さに基づいて、ストロークが計測される。
【００３３】
伸長部１０２には、管状部１０７が設けられている。管状部１０７は、伸長計測部１０６を収容する管状の部分である。管状部１０７に伸長計測部１０６を収容することにより、伸長計測部１０６を例えば地中の泥水や地盤等に汚染させることなく、ストロークを計測することができる。
【００３４】
伸長部１０２の先端部には、放射部１０３が設けられている。放射部１０３は、放射性同位元素（ＲＩ、即ちＲａｄｉｏ Ｉｓｏｔｏｐｅ）を含んでおり、放射線を放射する部分である。
【００３５】
ボーリングマシン１０１の先端部であってカッタ部１１０の後方部には、磁気検出器１０４が設けられている。磁気検出器１０４は、磁気を検出する磁気センサであり、後述の磁気材料が発生する磁気を検出することができる。
【００３６】
なお、ボーリングマシン１０１にはその他に、カッタ部１１０を駆動させる駆動外周ギア１１４と、駆動外周ギア１１４を駆動させる駆動ギア１１５と、駆動ギア１１５を油圧で駆動させる油圧モータ１１６と、送泥及び排泥を行う送排泥管１１７と、が設けられている。
【００３７】
第二シールド掘進機２の先端部には、カッタ部２０２が設けられており、このカッタ部２０２より内側の空間には、バルクヘッド２０３が設けられている。放射線検出器２０１は、このバルクヘッド２０３より更に内側の空間に、移動自在に設けられている。即ち、バルクヘッド２０３が、カッタ部２０２と放射線検出器２０１との間に挟まれた位置関係となっている。放射線検出器２０１は、放射線の位置を検出することができるＲＩセンサ（即ちシンチレーションカウンタ）である。放射線検出器２０１は、直径が７５ｍｍの円筒形状を有しており、長さは３００ｍｍ程度である。第二シールド掘進機２内部において、放射線検出器２０１を自在に移動させることが可能である。この放射線検出器２０１によって、放射部１０３が放射する放射線の位置の検出が行われる。
【００３８】
カッタ部２０２は、磁気を発生する磁気材料を含んでいる。この磁気材料とは、例えば棒磁石等である。上記の磁気検出器１０４を用いることによって、この磁気材料が発生する磁気を検出することができる。これにより、第二シールド掘進機２の位置に対する第一シールド掘進機１の相対位置を検出することが可能となる。
【００３９】
図３は、図２に示すカッタ部１１０のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視図である。
【００４０】
図３に示すように、伸長部１０２の先端の掘削部１０５は、回転軸Ａｘに垂直な断面の外形形状に関して、略十字形状をなしている。即ち、掘削部１０５は、この外形形状に関して、外周上に４箇所の凹状部１１２を有する略円形状をなしている。ボーリングマシン１０１の先端のカッタ部１１０は、掘削部１０５を包囲する略輪形状の包囲部１１３を、カッタ部１１０の中心に有している。この包囲部１１３は、掘削部１０５の凹状部１１２に係止する係止部１１１を４箇所備えている。そして、ボーリングマシン１０１のカッタ部１１０を回転軸Ａｘの回りで回転させる際に、カッタ部１１０の係止部１１１のそれぞれが、伸長部の凹状部１１２のそれぞれに係止するように構成されている。このため、ボーリングマシン１０１のカッタ部１１０のみを回転軸Ａｘの周りに回転させれば、カッタ部１１０に加えて掘削部１０５も同時に回転させることができる。なお、この４箇所の係止部１１１は、伸長部１０２が伸長する際のガイドとしての機能を有している。このため、この４箇所の係止部１１１は、この伸長を許容している。ここで、係止部１１１は、回転軸Ａｘの回りの回転に関して２０°の開き角度を有しており、凹状部１１２は、回転軸Ａｘの回りの回転に関して４０°の開き角度を有している。
【００４１】
図４は、伸長部１０２が伸長した状態における、ボーリングマシン１０１と、第二シールド掘進機２が設けているカッタ部２０２との関係を示す側面図である。
【００４２】
図４に示すように、伸長部１０２は、ボーリングマシン１０１から第二シールド掘進機２に向けて、ガイド１０９とカッタ部１１０の包囲部１１３とに沿って伸長する。ここで、伸長部１０２の直径は、カッタ部２０２のスリットＳの間隙よりも小径である。これにより、伸長部１０２を、カッタ部２０２に貫通させて、第二シールド掘進機２内に挿入することができる。このように挿入した状態において、放射線検出器２０１を第二シールド掘進機２内部で自在に移動させることにより、放射部１０３が放射する放射線の位置を検出することができる。
【００４３】
図５（ａ）は、本発明の実施形態に係る連結構造が分離している状態の側面図である。また、図５（ｂ）は、この連結構造が連結している状態の側面図である。また、図６は、図５に示すスペーサ３４１，３４２を互いに結合させた状態における第二ボーリングマシン３２１及びスペーサ３４１，３４２のＶＩ−ＶＩ線矢視端面図である。
【００４４】
図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施形態に係る連結構造３は、地盤の掘削に用いられる管状部材（例えば上記のボーリングマシン）の端部同士を連結するものである。ここでは、この管状部材は、上記のボーリングマシンと同一の構造であるとして説明する。この連結構造３は、ボーリングマシンの端部同士を連結することによるボーリングマシンの伸長作業を行う際等に用いられる。この連結構造３は、第一ボーリングマシン３１１（第一管状部材）と、第二ボーリングマシン３２１（第二管状部材）と、管状雌ネジ部材３３１と、２つのスペーサ３４１，３４２と、を備えている。なお、スペーサは１つ以上であれば特に限定されない。ここでは、第一ボーリングマシン３１１の先端部とは反対側の後端部３１４に対して、第二ボーリングマシン３２１の先端部３２４を連結する場合について説明する。
【００４５】
第一ボーリングマシン３１１の後端部における第一外周部３１２には、第一雄ネジ部３１３が設けられている。なお、第一雄ネジ部３１３の直径は２６０〜３００ｍｍ程度である。また、管状雌ネジ部材３３１が螺入可能な長さは、１００ｍｍ程度である。
【００４６】
同様に、第二ボーリングマシン３２１の先端部とは反対側の後端部における外周部３２２には、第二雄ネジ部３２３が設けられている。なお、第二雄ネジ部３２３の直径は第一ボーリングマシン３１１の直径と略等しい。また、管状雌ネジ部材３３１が螺入可能な長さは、２００ｍｍ程度である。
【００４７】
管状雌ネジ部材３３１は、内周部に雌ネジ部３３３が設けられている管状の部材である。管状雌ネジ部材３３１の内径は、第一雄ネジ部３１３及び第二雄ネジ部３２３に螺合できるように、第一雄ネジ部３１３及び第二雄ネジ部３２３の外径と略等しく、２４０ｍｍ程度である。また、回転軸Ａｘ方向の長さは２００ｍｍ程度である。なお、管状雌ネジ部材３３１を第一雄ネジ部３１３及び第二雄ネジ部３２３に螺合させた状態で、管状雌ネジ部材３３１を所定の回転方向Ｃ（図５に示すＩＶ−ＩＶ線で矢視した場合における時計回りの方向）に回転させると、管状雌ネジ部材３３１は、第一ボーリングマシン３１１の後端部３１４から先端部に向かう方向に第一雄ネジ部３１３に螺合するように、構成されている。また、この螺合とともに、管状雌ネジ部材３３１は、第二ボーリングマシン３２１の後端部から先端部３２４に向かう方向に第二雄ネジ部３２３に螺合するように、構成されている。
【００４８】
図６と併せて示すように、スペーサ３４１，３４２のそれぞれは、円筒状の部材を、回転軸Ａｘを含む断面で２つに切断した場合に形成される一方及び他方の部材の構造を有している。即ち、スペーサ３４１，３４２のそれぞれは、断面が半円弧状となるような曲面を有する板状の部材である。
【００４９】
このような構造のために、スペーサ３４１，３４２を上記の切断面同士で結合させると、円筒状の部材が形成される。このような結合させると、所定の凹部に嵌合する管状の部材となって、当該凹部を埋めることができる。所定の凹部とは、管状雌ネジ部材３３１が第一雄ネジ部３１３及び第二雄ネジ部３２３に螺合した状態で形成される凹部のことである。スペーサ３４１，３４２を互いに連結させるために、１本の六角穴付ボルト３４３をスペーサ３４１からスペーサ３４２に螺入させる。更に、別の１本の六角穴付ボルト３４３をスペーサ３４２からスペーサ３４１に螺入させる。また、スペーサ３４１，３４２のそれぞれは、水膨張性シールとしての機能を有している。これにより、スペーサ３４１，３４２を所定の凹部に嵌合して当該凹部を埋めた場合に、止水性が確保される。
【００５０】
図７（ａ）〜（ｄ）は、第一ボーリングマシン３１１及び第二ボーリングマシン３２１の端部同士を連結する連結方法を順に説明する説明図である。この連結方法は、図７（ａ）に示す第一螺合工程と、図７（ｂ）に示す突き合せ工程と、図７（ｃ）に示す第二螺合工程と、図７（ｄ）に示す取り付け工程と、を備えている。
【００５１】
まず、図７（ａ）に示すように、第一螺合工程では、管状雌ネジ部材３３１を、上記の回転方向Ｃとは逆の回転方向Ｄに回転させることによって、第二雄ネジ部３２３のみに螺合させ、第二ボーリングマシン３２１の先端部３２４から後端部に向かわせて、第二雄ネジ部の先端部３２４を突出させる。更に、第一ボーリングマシン３１１及び第二ボーリングマシン３２１から、送排泥管１１７、油圧配管ホース、及びケーブル等のそれぞれを、端部同士で接続できる程度まで引出しておく。そして、端部間の距離Ｌ（即ち、第一ボーリングマシン３１１の後端部３１４と、第二ボーリングマシン３２１の先端部３２４との間の距離）を、３００ｍｍ程度とする。
【００５２】
次に、図７（ｂ）に示すように、突き合せ工程では、まず、送排泥管１１７、油圧配管ホース、及びケーブル等のそれぞれの端部同士を接続する。そして、これらを接続して抜けないことを確認し、ビニールテープ等で接続部分を巻き、密閉する。また、送排泥管１１７の抜け止めボルトを２本以上閉め込む。そして、端部間の距離Ｌが３００ｍｍから０ｍｍになるように、第一雄ネジ部３１３の後端部３１４と、突出した第二雄ネジ部３２３の先端部３２４とを突き合わせる。このとき、後端部３１４と先端部３２４との間で間隙が形成されないように突き合わせる。
【００５３】
次に、図７（ｃ）に示すように、第二螺合工程では、管状雌ネジ部材３３１のみを、回転方向Ｃに回転させることによって、第一ボーリングマシン３１１の後端部３１４から先端部に向かう方向に、第二雄ネジ部３２３に螺合させ、ねじ込む。これによって、管状雌ネジ部材３３１が第一雄ネジ部３１３及び第二雄ネジ部３２３に螺合した状態にさせる。このとき、送排泥管１１７、油圧配管ホース、及びケーブル等が、第一ボーリングマシン３１１及び第二ボーリングマシン３２１から、はみ出していないかを確認する。なお、はみ出している場合は、管状雌ネジ部材３３１を、回転方向Ｄに回転させることによって、第一ボーリングマシン３１１及び第二ボーリングマシン３２１を分離し、第一螺合工程からやり直す。第二螺合工程が完了した状態（即ち、管状雌ネジ部材３３１が第一雄ネジ部３１３及び第二雄ネジ部３２３に螺合した状態）では、外周面には上記の凹部が形成されている。
【００５４】
次に、図７（ｄ）に示すように、取り付け工程では、この凹部に対して、２つのスペーサ３４１，３４２を嵌合させて取り付けながら、これらの部材を互いに連結させる。スペーサ３４１，３４２を互いに連結させるために、六角穴付ボルト３４３を用いる。この嵌合及び取り付けによって、凹部を埋めることができる。
【００５５】
次に、本実施形態に係る相対位置検出装置の動作及び作用効果について説明する。
【００５６】
まず、第一シールド掘進機１に設けられたボーリングマシン１０１が、第二シールド掘進機２に向けて、地盤を掘削しながら伸長する。ここで、第二シールド掘進機２のカッタ部２０２のスリットＳの間隙よりも小径の伸長部１０２が、ボーリングマシン１０１から第二シールド掘進機２に向けて伸長する。このため、第二シールド掘進機２のカッタ部２０２のスリットＳの間隙がボーリングマシン１０１の径より小さい場合でも、伸長部１０２を第二シールド掘進機２内に挿入することができる。
【００５７】
そして、伸長部１０２に設けられた放射部１０３が、放射線を放射する。これに対して、第二シールド掘進機２の内部で、放射部１０３が放射した放射線の位置が、放射線検出器２０１により検出される。これにより、第一シールド掘進機１の位置に対する第二シールド掘進機２の相対位置を検出することができる。この位置検出における誤差は、水平方向及び鉛直方向ともに、例えば３ｍｍ程度とすることができる。この結果、両端からの地中掘削における相対位置の検出を容易に行うことが可能となる。
【００５８】
また、伸長部１０２が掘削部１０５を備えることにより、伸長部１０２が第二シールド掘進機２に向けて伸長する際に、地盤を掘削することができる。この結果、掘削作業をより効率よく行うことが可能となる。
【００５９】
また、ボーリングマシン１０１が係止部１１１を備えることにより、伸長部１０２の伸長が許容される。更に、第一シールド掘進機１に設けられたボーリングマシン１０１のカッタ部１１０を回転させる際に、係止部１１１が伸長部１０２に係止する。このため、第一シールド掘進機１に設けられたボーリングマシン１０１のカッタ部１１０のみを回転させれば、カッタ部１１０に加えて伸長部１０２も同時に回転させることが可能となる。従って、地盤をより効率よく掘削することができる。
【００６０】
また、相対位置検出装置が伸長計測部１０６及び管状部１０７を備えることにより、伸長計測部１０６を例えば地中の泥水や地盤等に汚染させることなく、伸長部１０２が伸長した長さを計測することができる。
【００６１】
また、第二シールド掘進機２が含む磁気材料により磁気が発生され、この磁気が、ボーリングマシン１０１に設けられた磁気検出器１０４により検出される。これにより、第二シールド掘進機２の位置に対する第一シールド掘進機１の相対位置を検出することができる。この結果、両端からの地中掘削における相対位置の検出を、より容易に行うことができる。
【００６２】
次に、本実施形態に係る連結構造３及び連結方法の動作及び作用効果について説明する。
【００６３】
上記の第一螺合工程及び突き合せ工程を経た後で、管状雌ネジ部材３３１のみを回転方向Ｃに回転させる。これにより、第一ボーリングマシン３１１の第一雄ネジ部３１３、及び、突出した第二ボーリングマシン３２１の第二雄ネジ部３２３に、管状雌ネジ部材３３１が螺合する（第二螺合工程）。この結果、第一ボーリングマシン３１１も第二ボーリングマシン３２１も回転させずに、これらボーリングマシンの端部同士の地中連結を容易に行うことができ、作業効率の向上が可能となる。また、第一雄ネジ部３１３及び管状雌ネジ部材３３１と、第二雄ネジ部３２３及び管状雌ネジ部材３３１とは、それぞれ、雄ネジ部と管状雌ネジ部材３３１とが互いに螺合しているため、回転軸Ａｘ方向に関する引抜き力を確保することができる。
【００６４】
ここで、地盤の掘削に用いられる管状部材やボーリングマシン等の端部同士を接合する際には、従来、溶接によって接合する工法が用いられてきた。しかしながら、溶接作業を行うのに必要な作業スペースは一般的に狭小であるため、全周（即ち、接合する部分全て）を溶接することが困難であった。これに対して、本実施形態に係る連結構造３及び連結方法によれば、管状雌ネジ部材３３１のみを回転方向Ｃに回転させることだけで、第一ボーリングマシン３１１も第二ボーリングマシン３２１も回転させずに、これらボーリングマシンの端部同士の地中連結を容易に行うことができ、作業効率の向上が可能となる。
【００６５】
また、溶接による工法を用いた場合、連結したボーリングマシンを分割させる際にガス切断作業が必要となるため、ボーリングマシン内部の電子機器等を傷つけてしまう恐れがある。これに対して、本実施形態に係る連結構造３及び連結方法によれば、管状雌ネジ部材３３１のみを回転方向Ｄに回転させることだけで、ボーリングマシンの端部同士の分割を容易に行うことができ、作業効率の向上が可能となる。
【００６６】
また、第一ボーリングマシン３１１及び第二ボーリングマシン３２１内に電子機器等が設置されているためにこれら２つのマシンを回転軸Ａｘの周りに回転させることができない場合でも、管状雌ネジ部材３３１のみを回転方向Ｃに回転させるだけで連結が可能なため、作業効率の向上が可能となる。
【００６７】
また、連結構造３が１つ以上のスペーサ３４１，３４２を備えることにより、管状雌ネジ部材３３１が第一雄ネジ部３１３及び第二雄ネジ部３２３に螺合した状態で形成される凹部に、１つ以上のスペーサ３４１，３４２を取り付けて嵌合させ、凹部を埋めて、管状雌ネジ部材３３１の回転を防止することができる（取り付け工程）。このため、第一ボーリングマシン３１１と第二ボーリングマシン３２１とが、より確実に連結される。この結果、第一ボーリングマシン３１１と第二ボーリングマシン３２１との地中連結を確実に行うことができる。
【００６８】
以上、本発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。なお、上記の実施形態及び下記の変形例は、本発明の範囲を制限するものではなく、当業者がこれらの実施形態及び変形例を本発明の特許請求の範囲の主題に反することなく発展させることができるものである。
【００６９】
例えば、上記のスペーサの数は、２つであるが、１つ以上であれば特に限定されず、３つでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の実施形態に係る相対位置検出装置を設ける第一及び第二シールド掘進機の斜視図である。
【図２】ボーリングマシンとカッタ部との関係を示す側面図である。
【図３】図２に示すカッタ部のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視図である。
【図４】ボーリングマシンとカッタ部との関係を示す側面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る連結構造の側面図である。
【図６】図５に示すボーリングマシン及びスペーサのＶＩ−ＶＩ線矢視端面図である。
【図７】連結方法を順に説明する説明図である。
【符号の説明】
【００７１】
１…第一シールド掘進機
２…第二シールド掘進機
３…連結構造
３０…水平ボーリングロッド
３１…先端部
４０…バルクヘッド
１０１…ボーリングマシン
１０２…伸長部
１０３…放射部
１０４…磁気検出器
１０５…掘削部
１０６…伸長計測部
１０７…管状部
１０８…ロープ
１０９…ガイド
１１０…カッタ部
１１１…係止部
１１２…凹状部
１１３…包囲部
１１４…駆動外周ギア
１１５…駆動ギア
１１６…油圧モータ
１１７…送排泥管
２０１…放射線検出器
２０２…カッタ部
２０３…バルクヘッド
３１１…第一ボーリングマシン
３１２…第一外周部
３１３…第一雄ネジ部
３１４…後端部
３２１…第二ボーリングマシン
３２２…第二外周部
３２３…第二雄ネジ部
３２４…先端部
３３１…管状雌ネジ部材
３３３…雌ネジ部
３４１，３４２…スペーサ
３４３…六角穴付ボルト
Ａ，Ｂ…シールド機
Ａｘ…回転軸
Ｃ，Ｄ…回転方向
Ｌ…距離
Ｓ…スリット。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一シールド掘進機の位置に対する第二シールド掘進機の相対位置を検出する相対位置検出装置であって、
前記第一シールド掘進機に設けられ、地盤を掘削するとともに前記第二シールド掘進機に向けて伸長するボーリングマシンと、
前記ボーリングマシンに設けられ、前記第二シールド掘進機に向けて伸長し、当該第二シールド掘進機のカッタ部のスリットの間隙よりも小径の伸長部と、
前記伸長部に設けられ、放射線を放射する放射部と、
前記第二シールド掘進機の内部に設けられ、前記放射部が放射する前記放射線の位置を検出する放射線検出器と、
を備えることを特徴とする相対位置検出装置。
【請求項２】
前記伸長部は、地盤を掘削する掘削部を備えることを特徴とする請求項１に記載の相対位置検出装置。
【請求項３】
前記ボーリングマシンは、前記伸長部の伸長を許容するとともに当該ボーリングマシンが回転する際に前記伸長部に係止する係止部を備えることを特徴とする請求項２に記載の相対位置検出装置。
【請求項４】
前記第二シールド掘進機に向けて前記伸長部が伸長した長さを計測する伸長計測部と、
前記伸長計測部を収容する管状部と、
を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の相対位置検出装置。
【請求項５】
前記ボーリングマシンに設けられ、磁気を検出する磁気検出器を備え、
前記第二シールド掘進機は、磁気を発生する磁気材料を含む
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の相対位置検出装置。
【請求項６】
地盤の掘削に用いられる管状部材の端部同士を連結する連結構造であって、
第一雄ネジ部が外周部に設けられた第一管状部材と、
第二雄ネジ部が外周部に設けられた第二管状部材と、
前記第一管状部材の前記第一雄ネジ部、及び、前記第二管状部材の前記第二雄ネジ部に螺合する管状雌ネジ部材と、
を備えることを特徴とする連結構造。
【請求項７】
前記管状雌ネジ部材が前記第一及び第二雄ネジ部に螺合した状態で形成される凹部を埋めるスペーサを備えることを特徴とする請求項６に記載の連結構造。
【請求項８】
地盤の掘削に用いられる第一管状部材及び第二管状部材の端部同士を連結する連結方法であって、
前記第一管状部材の外周部に設けられた第一雄ネジ部、及び、前記第二管状部材の外周部に設けられた第二雄ネジ部に螺合する管状雌ネジ部材を、当該第二雄ネジ部のみに螺合させる第一螺合工程と、
前記第一螺合工程後、前記第二雄ネジ部の端部、及び、前記第一雄ネジ部の端部を突き合わせる突き合せ工程と、
前記突き合せ工程後、前記管状雌ネジ部材のみを回転させ、当該管状雌ネジ部材を前記第一雄ネジ部に螺合させて、当該管状雌ネジ部材が当該第一雄ネジ部及び当該第二雄ネジ部に螺合した状態にさせる第二螺合工程と、
を備えることを特徴とする連結方法。
【請求項９】
前記第二螺合工程後、前記管状雌ネジ部材が前記第一及び第二雄ネジ部に螺合した状態で形成される凹部を埋めるスペーサを取り付ける取り付け工程を備えることを特徴とする請求項８に記載の連結方法。
【請求項１】
第一シールド掘進機の位置に対する第二シールド掘進機の相対位置を検出する相対位置検出装置であって、
前記第一シールド掘進機に設けられ、地盤を掘削するとともに前記第二シールド掘進機に向けて伸長するボーリングマシンと、
前記ボーリングマシンに設けられ、前記第二シールド掘進機に向けて伸長し、当該第二シールド掘進機のカッタ部のスリットの間隙よりも小径の伸長部と、
前記伸長部に設けられ、放射線を放射する放射部と、
前記第二シールド掘進機の内部に設けられ、前記放射部が放射する前記放射線の位置を検出する放射線検出器と、
を備えることを特徴とする相対位置検出装置。
【請求項２】
前記伸長部は、地盤を掘削する掘削部を備えることを特徴とする請求項１に記載の相対位置検出装置。
【請求項３】
前記ボーリングマシンは、前記伸長部の伸長を許容するとともに当該ボーリングマシンが回転する際に前記伸長部に係止する係止部を備えることを特徴とする請求項２に記載の相対位置検出装置。
【請求項４】
前記第二シールド掘進機に向けて前記伸長部が伸長した長さを計測する伸長計測部と、
前記伸長計測部を収容する管状部と、
を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の相対位置検出装置。
【請求項５】
前記ボーリングマシンに設けられ、磁気を検出する磁気検出器を備え、
前記第二シールド掘進機は、磁気を発生する磁気材料を含む
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の相対位置検出装置。
【請求項６】
地盤の掘削に用いられる管状部材の端部同士を連結する連結構造であって、
第一雄ネジ部が外周部に設けられた第一管状部材と、
第二雄ネジ部が外周部に設けられた第二管状部材と、
前記第一管状部材の前記第一雄ネジ部、及び、前記第二管状部材の前記第二雄ネジ部に螺合する管状雌ネジ部材と、
を備えることを特徴とする連結構造。
【請求項７】
前記管状雌ネジ部材が前記第一及び第二雄ネジ部に螺合した状態で形成される凹部を埋めるスペーサを備えることを特徴とする請求項６に記載の連結構造。
【請求項８】
地盤の掘削に用いられる第一管状部材及び第二管状部材の端部同士を連結する連結方法であって、
前記第一管状部材の外周部に設けられた第一雄ネジ部、及び、前記第二管状部材の外周部に設けられた第二雄ネジ部に螺合する管状雌ネジ部材を、当該第二雄ネジ部のみに螺合させる第一螺合工程と、
前記第一螺合工程後、前記第二雄ネジ部の端部、及び、前記第一雄ネジ部の端部を突き合わせる突き合せ工程と、
前記突き合せ工程後、前記管状雌ネジ部材のみを回転させ、当該管状雌ネジ部材を前記第一雄ネジ部に螺合させて、当該管状雌ネジ部材が当該第一雄ネジ部及び当該第二雄ネジ部に螺合した状態にさせる第二螺合工程と、
を備えることを特徴とする連結方法。
【請求項９】
前記第二螺合工程後、前記管状雌ネジ部材が前記第一及び第二雄ネジ部に螺合した状態で形成される凹部を埋めるスペーサを取り付ける取り付け工程を備えることを特徴とする請求項８に記載の連結方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００７−３０８９０１（Ｐ２００７−３０８９０１Ａ）
【公開日】平成１９年１１月２９日（２００７．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１３６９５４（Ｐ２００６−１３６９５４）
【出願日】平成１８年５月１６日（２００６．５．１６）
【出願人】（０００００１３７３）鹿島建設株式会社 (1,387)
【出願人】（３９１００４７９１）カジマメカトロエンジニアリング株式会社 (13)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１１月２９日（２００７．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年５月１６日（２００６．５．１６）
【出願人】（０００００１３７３）鹿島建設株式会社 (1,387)
【出願人】（３９１００４７９１）カジマメカトロエンジニアリング株式会社 (13)
【Ｆターム（参考）】
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