JP2001064956A - 地中土壌試料の採取装置 - Google Patents

地中土壌試料の採取装置

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誠 中島
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仁 山内
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 調査地点直上からの開削をせずに、調査地点
直上から水平方向に離隔した地表上の場所から該地点の
土壌試料を採取する装置の提供、地表上の一つの場所か
ら、地中水平方向及び垂直方向に関して多数地点の土壌
試料を採取する装置の提供。 【解決手段】 地表より、サンプリング機構を備えたド
リルヘッドを先端より高圧水を噴射しつつ水平に、若し
くは傾斜して地中に貫入し、地中内の所望の点の土壌試
料を採取する装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は土壌試料の採取装置
に関し、さらに詳しくは地表下所望の複数地点の土壌試
料を該地点垂直方向の開削をすることなく、任意な地表
上の場所から採取する装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、土壌の有害物質からの汚染を監視
・防護する意識、既に汚染された土壌を再生、保全して
いく意識が拡大しており、土壌汚染の状況を把握するた
めの調査技術が重視されてきている。当該技術の内、地
中所望の地点での土壌試料採取装置は、従来装置をもっ
てしては、場所により実施不可能であったり、調査コス
トに占める土壌試料採取に関わるコストの比率が莫大と
なるなどの問題を内在していたので、注目すべき部分で
あった。
【0003】即ち従来一般的な装置では、調査地点直上
からの垂直ボーリングコアによる試料採取が行われてき
たが、そういった問題地点の実情は、稼動中の工場に至
近若しくは直下の場所であったり、粉塵、振動を嫌う精
密機器を扱う工場に影響する場所であったり、床基礎の
ボーリングが困難な場所であったりして事実調査上断念
せざるを得ない場合もあることにあった。さらに、精度
の高い汚染状況を把握するには、多数の垂直ボーリング
を行うなど、コスト的にも容易でない調査を必要とし
た。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的はかかる
従来技術の難点を解決することにあり、調査地点直上か
らの開削をせずに、調査地点直上から水平方向に離隔し
た地表上の場所から該地点の土壌試料を採取することの
できる装置の提供を目的とする。従って、本発明は地表
に障害物がある場合であっても、その直下の地中の土壌
試料を容易に採取することのできる装置の提供をも目的
とする。
【0005】本発明の更なる目的は地表上の一つの場所
から、地中水平方向及び垂直方向に関して多数地点の土
壌試料を採取する装置の提供にある。従って、地表の各
所に障害物がある場合であっても、一つの若しくは数少
ない地表作業場所から該障害物に影響されること無く多
数地点の土壌試料を採取することの可能な装置の提供も
目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の装置は、サンプ
リング機構及びヘッド先端より高圧水を噴射させる機構
を設けたドリルヘッドを含み、地表の貫入開始地点よ
り、地中の土壌試料採取地点に向けて、傾斜して若しく
は水平に、先端より高圧水を噴射しつつ貫入し該試料採
取地点に到達せしめ、而して該サンプリング機構によっ
て土壌試料を採取することを特徴とする。
【0007】本発明の装置におけるドリルヘッドの進行
方向貫入力は油圧装置によってロッドを通じて与えら
れ、ヘッドを回転させることにより噴射水で泥化した地
中を更に容易に直進させることができる。ドリルヘッド
先端はテーパーのついた形状になっているので、回転を
制御することにより進行方向を容易に制御することがで
き、回転を止めて貫入を続ければ、テーパーの傾斜角度
に沿って、方向を変換することができる。ヘッドの貫入
位置はヘッドに装着されている発信機による信号及びロ
ッドの貫入距離、貫入角度によって位置検知できるの
で、それらの情報をフィードバックしてドリルヘッドの
進行を制御することができる。
【0008】試料採取地点に到達すれば、ドリルヘッド
の高圧水の圧力を解除し、貫入を暫時進めると、ドリル
ヘッド先端のサンプリング口を塞いでいたシリンダー内
のピストンが土壌の圧力で後方に押され、シリンダー後
端の底面に突き当たるまでシリンダー内を後退、同時に
土壌がシリンダー内に進入し、シリンダー内を満たす。
しかる後、シリンダーに接続したロッドを地表の作業地
点まで引き戻し、採取した土壌試料を回収する。回収が
終了したなら、再びドリルヘッドを同じ貫入路に従って
貫入し、元の位置に到達させ、次の計画地点へと貫入を
進める。また、戻り道途上で又は最初から、上述の進行
方向制御方法によって、全く別の方向の計画地点へと貫
入を進めることもできる。
【0009】このような本発明の装置によれば、たとえ
所望の試料採取地点の直上に障害物が存在していたとし
ても、適当な貫入開始地点である地表作業場所を設定し
て、各地点の土壌試料の採取が可能である。そして本発
明の装置により容易に地中各地点の土壌試料を採取する
ことにより、汚染物質及び濃度に関する地中内二次元平
面若しくは三次元空間内の多点データを取得し、総合的
に土壌汚染の分布状況を把握することができる。
【0010】本発明のドリルヘッドは金属製円筒状のシ
リンダーの先端を斜めに、例えば傾斜角15°近辺で切
断し、傾斜部分の開口部をちょうど塞ぐ形の金属板、先
端ガイドプレートで覆い好ましくは当該金属板と同形
か、やや大型のカッタープレートを重ねてシリンダーに
固定してある。更に好ましくは、当該カッタープレート
は必要部分に超硬合金を肉盛りし、回転及び推進による
摩耗に備える。シリンダーの先端部は開口しており、当
該開口部がサンプリング口として機能する。サンプリン
グ口は、シリンダーの円筒部分、傾斜部分及びサンプリ
ング口部分にシリンダー内部でちょうど一致する形状の
ピストンによって、ロッド及びシリンダー後部ジョイン
トに貫通する水路を通じて加圧される高水圧のために塞
がれており、通常この状態で、ドリルヘッドはピストン
を貫通している水路及びその先端のノズルより、高圧水
を噴射しつつ推進するようになっている。従って、この
時点では土壌はシリンダー内に進入しない。
【0011】噴射推進用の高圧水は推進方向の土壌を泥
化することによって貫通抵抗を低減し、回転するヘッド
に付帯するカッタープレートの開削力及び油圧による貫
入力と相俟って、ヘッドを土中に推進させる手段として
有効であるが、その圧力は10〜200Gkg/cmの程度
であればよい。
【0012】試料採取地点に到達したなら、高圧水の圧
力を解除して、暫時そのまま地中を推進すると、土壌圧
のためにサンプリング口を塞いでいるピストンは後退
し、土壌がシリンダー内に進入し、ピストンがシリンダ
ー後端の底面に突き当たるまで土壌をシリンダー内に取
りこむことができる。
【0013】ピストンの材質は金属製が好ましいが、目
的の機能を果たすだけの強度及びシリンダーとの適度な
潤滑性を備えていれば、他の材質であっても内部に空洞
があっても構わない。
【0014】ドリルヘッドのシリンダーの先端は摩耗が
激しいので、容易に交換できるように着脱可能にしてお
くことが好ましい。また、後端部分はジョイント構造と
し、土壌試料回収の時のため着脱可能にしておく必要が
あり、更にロッドに接続できる接続固定手段を備えてお
くことも必要である。
【0015】ドリルヘッドに接続されているロッドは進
入方向への圧力伝達、ヘッドの回転力伝達、水圧の伝達
と噴射水の輸送、発信機などが必要とするに電力の供
給、その他ヘッド〜地表作業場所間の信号の伝達などの
役割があるので、進行方向には剛性があり、方向性は自
在に追従できる柔軟性があり且つ土壌粒子の摩擦に耐え
うる力学的性質を備えた材質が好ましく、地中の化学物
質やチューブ内外の水分に耐える材質であることが好ま
しい。前記の機能を備えていればロッドは単一の材料に
よって構成されても、複合材料で構成されてもよい。
【0016】
【発明の実施の形態】以下本発明の地中土壌試料の採取
装置を図に示される実施形態についてさらに詳細に説明
する。ただし、この実施の形態に記載した構成部品の寸
法、材質、形状、その相対的配置などは特に特定的な記
載がない限りは、この発明の範囲をそれのみに限定する
趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。図1及び図2
は本発明の地中土壌試料の採取装置を説明する概略図
で、図1はその垂直断面図、図2は平面図である。図3
及び図4は本発明の方法に用いるドリルヘッドの土壌試
料を採取する機構を説明した模式図である。図5及び図
6は本発明の方法に使用するドリルヘッドの構造の詳細
を現す断面図及び該断面図のA−A’矢視図である。
【0017】図1及び図2に示すように、調査ポイント
である試料採取計画地点(所望の地点)に応じて、地中
貫入試料採取装置2を設置すべき稼動中工場等地上障害
物1を考慮にいれた適切な地表作業場所を設定する。
【0018】地中貫入試料採取装置2はHDD(Horizonta
l Directional Drilling)推進機、試料採取機能を備
えたドリルヘッド3、発信機、及びロッド6等からなっ
ている。調査ポイントまでは本発明の装置のドリルヘッ
ド3は通常のドリルヘッドとして機能し、土壌中をロッ
ドを伴いながら推進する。ロッド6中には高圧の水圧が
かかっており、この水圧はロッド6の先端に着装されて
いるドリルヘッド3内におよび、ピストン9をシリンダ
ー10内の先端12に押しつけ、ヘッドの試料取りこみ
口(サンプリング口)を塞ぎ、ヘッド先端ノズル(図5
参照)より水流を噴射しつつ推進方向の土壌を泥化して
推進する。
【0019】ドリルヘッド3は直進するとき回転し、先
端ガイドプレート13に重ねて固設されたカッタープレ
ート14(図5)により土壌を開削し、前記の水流によ
る泥化と相俟って推進を促進する。カッタープレート1
4は土壌との激しい摩擦に曝されるので、図示はしてな
いが、超硬合金などで肉盛りするなどして対策するのが
好ましい。推進方向は回転を全く止めたときは、ドリル
に付けられたテーパーに沿った方向へ滑るように進むの
で、回転の制御によって、方向を変換することができ
る。推進方向、推進距離の制御はドリルヘッド3内若し
くはドリルヘッド3後方に付加着装した発信機(図示せ
ず)などによって位置を検知して行う。
【0020】ドリルヘッド3が調査ポイント(目的地
点)に到達したなら、ドリルヘッド3内の水圧を解除し
て暫時推進すると、図4に示すごとく、土壌の圧力によ
りサンプリング口より土壌試料がヘッド内に推進し試料
土の取りこみが行われる。試料土壌を充填したヘッドは
ロッド6を引き戻すことにより、回収する。一回の採取
量は標準で500CCで目的が達せられるが、長さの長い
サンプラーを使用すれば500CC以上の採取も可能であ
るので、必要に応じヘッドのディメンションをそのよう
に設計するのが好ましい。ヘッドの先端は摩耗が激しい
ので、図5に示すごとく、シリンダー先端12として先
端部分を着脱自在として交換し易いようにしておくのが
好ましい。また、ドリルヘッドはロッドに強く且つ密に
繋ぎ、引き戻す必要もあるので、図5のごとくテーパー
螺子つきのジョイント11としておくことも、好まし
い。
【0021】地中調査サイトに計画した調査ポイント
は、多数あっても図1、図2に示すごとく、地中貫入試
料採取装置2を設置する地表作業場所は本例の場合一箇
所で済み、ドリルヘッド3をその位置に代えて、4及び
5の位置にドリルヘッド3を貫入することができる。
【0022】このように本発明の装置で試料を採取する
ことにより、数少ない地表作業場所から、多数の水平方
向及び垂直方向の地中調査ポイントのデータを取得する
ことができる。即ち、このような地中各所のデータを総
合して、調査サイトの汚染状況の三次元マップを容易に
作成するとがでる。
【0023】
【発明の効果】本発明の装置により、調査地点直上から
の開削をせずに、調査地点直上から水平方向に離隔した
地表上の場所から該地点の土壌試料を採取することがで
き、地表に障害物がある場合であっても、その直下の地
中の土壌試料を容易に採取することができる。さらに、
地表上の一つの場所から、地中水平方向及び垂直方向に
関して多数地点の土壌試料を採取することが可能であ
り、地表の各所に障害物がある場合であっても、一つの
若しくは数少ない地表作業場所から該障害物に影響され
ること無く多数地点の土壌試料を採取することができ
る。よって、地中内の所望の点の土壌試料を容易に採取
することにより、汚染物質及び濃度に関する地中内二次
元平面若しくは三次元空間内の多点データを取得し、総
合的に土壌汚染の分布状況を把握することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の地中土壌試料の採取装置を説明する
垂直断面の概概略図である。
【図2】 本発明の地中土壌試料の採取装置を説明する
平面の概略図である。
【図3】 図3は本発明の装置に用いるドリルヘッドの
土壌試料を採取する機構を説明した模式図である。
【図4】 図4は本発明の装置に用いるドリルヘッドの
土壌試料を採取する機構を説明した模式図である。
【図5】 図5は本発明の装置に使用するドリルヘッド
の構造の詳細を現す断面図である。
【図6】 図6は図5のA−A’矢視図である。
【符号の説明】
3 ドリルヘッド 6 ロッド 9 ピストン 10 シリンダー 11 ジョイント 13 先端ガイドプレート 14 カッタープレート
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大森 祥二郎 東京都品川区東五反田5丁目22番27号 株 式会社関配内 (72)発明者 中島 誠 東京都千代田区六番町2番地 国際航業株 式会社内 (72)発明者 山内 仁 東京都千代田区六番町2番地 国際航業株 式会社内 Fターム(参考) 2D043 AB01 BA08 BB09

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 地表下所望の複数地点の土壌試料を該地
    点垂直方向の開削をすることなく採取する装置におい
    て、地表より、サンプリング機構を備えたドリルヘッド
    を先端より高圧水を噴射しつつ水平に、若しくは傾斜し
    て地中に貫入することを特徴とする、地中内の所望の点
    の地中土壌試料の採取装置。
  2. 【請求項2】 ドリルヘッドを貫入するに当たって、回
    転制御により進行方向を制御することを特徴とする請求
    項1記載の地中内の所望の点の地中土壌試料の採取装
    置。
  3. 【請求項3】 ドリルヘッドのテーパーにより進行方向
    を制御することを特徴とする請求項2記載の地中内の所
    望の点の地中土壌試料の採取装置。
  4. 【請求項4】 ドリルヘッドの先端に設けられたサンプ
    リング口とドリルヘッドを構成するシリンダー内に挿入
    されたピストンによって土壌試料を採取することを特徴
    とする請求項1記載の地中内の所望の点の地中土壌試料
    の採取装置。
  5. 【請求項5】 ドリルヘッド内若しくはドリルヘッド後
    端部に発信機を備え、当該発信機より発信される信号に
    よってサンプリング位置を検知しつつ行うことを特徴と
    する請求項1記載の地中内の所望の点の地中土壌試料の
    採取装置。
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