JP2001183266A - ワイヤーライン式地下水採取測定器 - Google Patents

ワイヤーライン式地下水採取測定器

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JP2001183266A
JP2001183266A JP36576499A JP36576499A JP2001183266A JP 2001183266 A JP2001183266 A JP 2001183266A JP 36576499 A JP36576499 A JP 36576499A JP 36576499 A JP36576499 A JP 36576499A JP 2001183266 A JP2001183266 A JP 2001183266A
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water
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Takeo Yamashita
武男 山下
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Abstract

(57)【要約】 【課題】ボーリング孔内における地下水試料の採取と透
水係数、間隙水圧などの各測定を行う際、測定深度毎に
他の地層と遮断するためのケーシングの挿入、抜管作業
などの重複的且つ煩雑な工程を省き、直接裸孔から地層
水の採取と各測定を可能にすることで、著しく作業工程
と作業時間を短縮して、大幅に調査コストを削減できる
装置を提供する。 【解決手段】完掘された裸孔内に地下水採取・測定器を
ワイヤーラインで調査深度まで降下させ、その深度の上
下区間を測定器に装着した膨張パッカーで遮断し、装置
内のポンプで調査区間内の掘削泥水に汚染された地下水
をすべて区間外に排出する。測定器内の透明度センサー
で地下水が採取するに足る純度になったことを確認して
から測定器内の試料タンクにその地下水試料を採取す
る。地下水試料採取管路には圧力計、流量計及び温度計
が取付けてあり、地下水採取過程でのフロー中の圧力と
フロー遮断時の圧力及び流量を計測し、間隙水圧と透水
係数を地下水試料の採取と同時に計測できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、土質調査に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】例えば地中ガスは、一般的に透水性の高
い砂層中の地下水に溶存した状態で存在する。また、土
壌汚染物質も地下水に溶出し拡散される。したがって、
これらの調査法は、いずれの場合にも砂層中の地下水試
料を採取し、分析しなければならない。従来の地下水採
取法は、先ず、先行ボーリングを実施して地質状況を把
握し、調査深度を決定する。次に、地下水採取用の別孔
を調査深度直前まで掘進し、裸孔保護のためのケーシン
グを降下し、採水深度にストレーナーを挿入して採水す
る手法が採られている。調査地点の地盤に精通した調査
者は、調査深度を決定する為の先行調査孔を省略する事
もある。しかし、土質調査と地下水調査を同一孔で行う
手法は、経験的なものだけに不確実は否めない。何れの
場合にも、調査深度が複数ある場合は、上部調査深度ま
でケーシングを降下させ、地下水試料を採取した後ケー
シングを抜管し、下部の調査深度まで再掘進し、再度ケ
ーシングの降下、抜管を行なう必要がある。
【0003】調査深度上部まで掘進した後、試験層上部
の帯水層を遮断する為、ケーシング管を試験深度上部ま
で打込み、更にケーシング内にストレーナーを先端に設
置した採水管を試験深度まで挿入し、管内に残留する掘
削泥水を清水に入替えた後、更に孔内水が純粋な地層水
により置換されるまでポンプで清水を汲み上げ、一昼夜
放置する。
【0004】純粋な地下水が孔内に満たされた後に、地
上のヘリウムガスボンベとパイプで連結された圧力保持
式採水器の内部圧力を採水深度にかかる水圧以上に加圧
してから孔底まで降下し、次に地上のリリースバルブを
開いて採水器内部を減圧することで採水バルブを開き、
採水器内に地下水を採水した後に、内部をヘリウムガス
で再度加圧することで採水バルブを閉鎖してから地上に
回収する。
【0005】前記地下水を採取した後、孔内地下水位を
注水または汲み上げにより一時的に低下または上昇さ
せ、巻尺式の水位計を試験孔に吊り下げて、その水位変
化を径時的に測定しながら、地層の透水係数を測定す
る。
【0006】間隙水圧の測定法は、水頭式と電気式測定
法の2種類があり、調査地層が砂質土や礫層土の場合に
は水頭式、粘性土に対しては、電気式を用いている。水
頭式は、強制的に孔内地下水位を変動させた後に平衡水
位に至るまで行われるので、前記透水係数の測定と平行
して測定できる。粘性土層においては、平衡水位に至る
までの所要時間が長すぎるので、電気式水圧計を観測用
パイプの先端に取付け、調査深度直前まで掘削した孔底
まで挿入し、所定深度に人力で静かに押し込み測定す
る。しかし、水圧計の圧入時に発生した過剰間隙水圧の
消散に時間がかかり、通常24時間以上の測定時間を要す
る。砂層を電気式水圧計で測定する場合は、測定深度上
部をパッカーで遮水してから行なう。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上記の採水法、測定法
は、いずれも試験深度の正確に僅か上部までボーリング
孔を掘削してから、ケーシング管の設置、ストレーナー
管の挿入などの手順を経てその作業を開始するものであ
り、誤って試験深度を通過した後では採水も測定もでき
なかった。
【0008】よって、複数深度の地下水の採取や各測定
をするためには、最初の採取測定深度での作業が終了し
た後に、再度、次の採取測定深度上部まで掘進してか
ら、新たに最初から上記の採取、測定の手順を踏まなけ
ればならなかった。
【0009】本発明は、地下水に溶存しているガス濃度
を測定するため、または地下水質試験をするため、掘削
泥水により汚染されていない純粋な地下水試料を直接裸
孔内から採取すると同時に採取深度の間隙水圧と透水係
数を測定する装置で、従来の作業法の煩雑性、重複性を
解決し、作業員の熟練度に左右されることなく正確な測
定、的確な地下水採取を実現し、且つ、従来法と比べ、
著しく作業工程と時間を短縮して大幅な調査コストの削
減を目的とする。
【0010】
【課題を解決する為の手段】上記の目的を達成するた
め、本発明のワイヤーライン式地下水採取・測定器は、
試験深度の個所数とは無関係に完掘された裸孔内にワイ
ヤーラインにより所定の深度まで降下し、その試験地層
の上下区間を本装置に装着した膨張パッカーで遮断して
純粋な地下水試料を採取するもので、装置本体に複数の
試料採取容器を装着すれば、一回の試料採取毎に本装置
を地上に回収する必要がなく、裸孔内複数深度の地下水
試料を、深度別に各々の地層圧力を保持した状態で採
取、回収できることを特徴とする。
【0011】上記の完掘された試験深度の裸孔壁には、
掘削に用いた泥水のケーキ、所謂マッドケーキが付着し
ており、坑内に残留している泥水と共に純粋な地下水試
料採取の妨げになる。本発明装置は、採取区間を上下の
膨張パッカーで遮断した後、その区間のマッドケーキと
残留泥水及び区間周辺の泥水により汚染された地下水を
汲み取り、試験区間外に排出するためのポンプを装置本
体に装着しているので、より簡便に、直接的に裸孔内の
地層から純粋な地下水試料を採取することができる。
【0012】また、本発明装置は、上記の不純物汲排出
に際し、取水する流体の透過光量を計測するレーザーま
たは光センサーを装置本体内取水管路に装着しているの
で、前記ポンプの運転中に汲排出流体の混濁度は、前記
レーザーまたは光センサの出力をワイヤーライン経由で
地上で観測することにより、上記パッカーで遮断された
区間に流入する流体が、採取するに足る地下水試料であ
るか否かを判別できる。
【0013】また、本発明装置本体内の地下水試料採取
管路には圧力計と流量計が取付けてあり、地下水採取過
程でのフロー中の圧力およびフロー遮断時の圧力を計測
し、間隙水圧及び透水係数を地下水試料の採取と同時に
計測できる。
【0014】
【発明実施の形態】図面を参照して本発明の実施の形態
を説明する。図1は、本装置の外形を示しており、信号
伝送用多芯電線を内臓するワイヤーライン26を上端部
のケーブルヘッド31を通し、本図には示されていない
がケーブルヘッド内部のケーブルクランプに接続して装
置本体を孔内に吊り下げる。
【0015】本体の中央部には地下水吸入口1が形成さ
れおり、泥水により汚染された地下水を排出する排出口
8が上部のケーブルヘッドに開口している。地下水吸入
口の上下の孔内を遮断する上部パッカー15と下部パッ
カー16が本装置中央に備えてあり、これらのパッカー
が膨張した際の形状は、28の状態になる。
【0016】装置本体上部の内部は、ポンプ、加圧タン
クおよびバルブ収納室になっており本体下部は純粋な地
下水試料採取タンクを収納する試料タンク収納室29に
なっている。
【0017】図2により作業手順に沿って説明すると、
予め物理検層などにより測定深度、砂層区間長を確認
し、地上において加圧気体タンク10に地下水採取深度
圧力以上にコンプレッサーもしくはガスボンベで加圧し
ておく。また試料タンク22および試料タンク23は真
空に予め減圧しておく。
【0018】次に測定する深度まで本装置を降下させ、
バルブ13を開くと加圧タンク10内の圧搾気体が配管
14に導かれて上部パッカー15と下部パッカー16内
にを送込まれ、それらのパッカーを膨張させてからバル
ブ13を閉じる。圧力計5の変化は、本装置の降下開始
から引上げ終了に至るまで連続して記録される。
【0019】汚染水排出用バルブ17を開き、ポンプ7
の運転を開始すると泥水で汚染された地下水は防砂スク
リーン2を通り、試料吸入口1から吸入され配管3を通
過し、排出口8から遮断区間外に排出される。流量計3
1はポンプ7の運転と同時に地下水の汲み上げ量の計量
を開始し、温度計6で地下水温度を計測し記録する。
【0020】また、地下水の汲み上げ中に透明度センサ
ー4により、泥水に汚染された地下水が純粋な地下水に
切り替る時期をモニターする。汲み上げ水が、純粋な地
下水に切り替った段階でバルブ17を閉じてバルブ18
ないしバルブ19を開き試料タンク22ないし試料タン
ク23に純粋な地下水を採取する。
【0021】試料タンクに地下水試料が採取された後、
バルブ18ないしバルブ19を閉じる。この時、圧力計
5によって計測される圧力を「シャットイン圧力」と呼
び、間隙水圧に相当する。
【0022】パッカーの減圧弁32を開き、内圧を開放
してパッカーを閉じ、次の試験深度まで本装置を移動さ
せるか、若しくは本装置を引上げ回収し、コネクター1
1ないしコネクター12を外し本装置から試料タンクを
取出す。試料取出しバルブ20ないし21は分析室で試
料を取出す際に開かれる。
【0023】図3は、圧力計5と温度計6がボーリング
孔内における本装置の降下開始から引上げ回収迄の経過
を測定したフロー図である。圧力曲線ゼロからAのレベ
ル迄は、本装置が降下を開始し測定深度に到達する過程
の孔内圧力の変化を示し、AからBへの僅かな上昇はパ
ッカーを膨張させた際の孔内圧力変化を示す。
【0024】次に、泥水に汚染された地下水の汲み上げ
開始時のパッカー間孔内の圧力は急激にBからCに下が
り、汲み上げポンプ運転中の圧力記録は、Dにいたるま
で図のように不安定に変動する。泥水による汚染された
地下水が十分に区間から排出され、試料タンク内に地下
水が流入し始める段階で圧力計の指示値は、DからEに
瞬間的にゼロに近い値に低下した後、試料タンク内が地
下水で充満されるにしたがって、徐々に間隙水圧値に回
復する。この際の圧力回復記録を「ビルドアップ曲線」
と呼ぶ。地層の透水係数が高ければビルドアップ時間は
短く、逆であれば長くなる。この「ビルドアップ曲線」
から測定区間の地層の透水係数を算出できる。
【0025】
【発明の効果】本発明によれば、ボーリング孔を一気に
最終深度まで掘削した後、任意の試験区間で地下水の採
取が可能である。従来の調査方法においては、一孔で2
ヶ所の試験区間がある場合、ケーシングの設置と抜管を
試験深度毎に繰返す重複的作業が、本発明の方法では不
必要となる。また、試験区間での地下水温度測定、地下
水圧力及び透水係数は、地下水の採取と同時に測定でき
るので、従来法の透水係数測定で試験区間毎に地下水汲
み上げ後の地下水位復帰測定に約一日づつを費やす待ち
時間を必要としない。
【0026】孔内の試験区間上下を2個のパッカーの膨
張により遮断することにより、従来調査方法ではとかく
起こり易い区間外との差圧による泥水やその他の地下水
の混入が避けられ、全く純粋な地下水試料が採でき、ま
た同様に地下水圧より高い泥水水頭圧力の影響を受けな
いので、精度の高い地下水圧力と透水係数の測定が可能
となり、より信頼性の高い調査手法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明実施の形態の装置本体外形概念図であ
る。
【図2】本発明実施の形態の装置内部機構概念図であ
る。
【図3】本装置による温度、圧力測定予想図
【符号の説明】 1試料吸入口 2スクリーン 3配管 4透明度センサー 5圧力計 6温度計 7ポンプ 8排出口 9スクリーン 10加圧タンク 11コネクター 12コネクター 13電磁弁 14配管 15上部パッカー 16下部パッカー 17電磁弁 18手動コック 19手動コック 20手動コック 21手動コック 22試料タンク 23試料タンク 24ボーリング孔 25孔壁 26ワイヤーライン 27ポンプ、加圧タンク及びバルブ収納室 28パッカー膨張時の形状 29試料タンク収納室 30エンドキャップ 31ケーブルヘッド 32流量計

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ボーリングによる地中ガス及び地下水質
    調査に際し、本採取装置を掘削された裸孔内にワイヤ−
    ラインで釣り下げ、任意の地下水採取深度で、本体の試
    料採取口の上下に装着した二個の膨張型パッカーによ
    り、採取口上下の裸孔内区間を遮断して、その区間の地
    下水試料を装置本体内に採取することを特徴とするワイ
    ヤーライン式地下水採取測定器。
  2. 【請求項2】 上記地下水採取・測定器において、ボー
    リング孔に一回の降下中に、採取深度別に各々の地層圧
    力を保持した状態で地下水試料を採取するための一個又
    は複数個の密閉容器を持った請求項1記載のワイヤーラ
    イン式地下水採取測定器。
  3. 【請求項3】上記地下水採取・測定器により地下水試料
    を採取する前段階において、上記パッカーにより遮断し
    た採取区間内の裸孔壁に付着しているマッドケーキと裸
    孔内に残留している掘削泥水および採取区間周辺地層に
    侵入した泥水濾過水等の不純物を汲み取り、それらを採
    取区間外に排出するポンプを装着している請求項1又は2
    記載のワイヤーライン式地下水採取測定器。
  4. 【請求項4】上記地下水採取および不純物汲排出に際
    し、取水する流体の透過光量の差を判別するレーザーま
    たは光センサーを装置本体取水口または装置内配管経路
    に装着している請求項1又は2又は3記載のワイヤーラ
    イン式地下水採取測定器。
  5. 【請求項5】 上記地下水採取・測定器において、地下
    水採取過程で、間隙水圧及び透水係数を計測する圧力計
    と流量計を装置内の地下水採取配管経路に装着している
    請求項1から4のいずれかの項記載のワイヤーライン式
    地下水採取測定器。
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