JP2002276277A - トンネル水平ボーリングにおける多点水圧測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 トンネル切羽前方の地盤に分布する透水層ご
との地下水圧、水量を切羽位置で把握する。 【解決手段】 トンネル切羽２の前方地盤の所定深さま
で水平ボーリング孔５を削孔し、水平ボーリング孔５内
に、管延長の所定位置に管内外を閉塞可能な管内パッカ
ー２１と外周パッカー２２とからなるパッカー２０とパ
ッカー２０の近傍に間隙水圧計１１とを有する水圧測定
スクリーン管１０を挿入する。口元キャップ７で水平ボ
ーリング孔５の口元を閉塞するとともに、パッカー２０
を膨張させてスクリーン管内及びスクリーン管外周とボ
ーリング孔５の孔壁との間を閉塞する。さらにボーリン
グ孔５内のパッカー２０で区画された区間内を横切る透
水層から流入する地下水で満たし、各間隙水圧計１１位
置での水圧測定を行うようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は水平ボーリングにお
ける多点水圧測定方法に係り、トンネル切羽前方の地盤
に分布する透水層ごとに地下水圧、水量を把握すること
ができるトンネル水平ボーリングにおける多点水圧測定
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来ト
ンネル工事では、トンネルの掘削によって進行するトン
ネル切羽前方に位置する透水層における地下水の状況の
予知を行うことが困難であった。このため、トンネルの
掘削進行に伴い切羽からの高被圧地下水が噴出し、切羽
が崩壊したりトンネル周辺の地下水の水位の低下を生じ
させる等のトラブルのおそれがあった。

【０００３】図５は、従来のトンネル水平水抜きボーリ
ングを行っている状況を示した説明図である。同図に示
した地山の例では、トンネル５０の切羽５１の前方地盤
内にに被圧透水層５２と難透水層５３の互層がトンネル
５０側に向けて傾斜して存在している。このような場合
に、トンネル掘削に先立ち、水平水抜きボーリングによ
ってトンネル切羽からの湧水を防止するために水抜き工
を行うことが多い。この場合には切羽前方に向けて１０
０m程度の長い水平ボーリング孔５５を削孔し、この水
抜きボーリング孔５５内に設置された水抜きスクリーン
管５４を利用して水抜きを行っていた。その際、このボ
ーリング孔５５内に満たされた地下水の水圧をボーリン
グ孔５５の口元５６において公知の差圧水圧計５７等に
よって測定し、被圧地下水の状態等を把握することも行
われている。

【０００４】しかし、このように複数の被圧透水層５２
と難透水層５３とを横切って削孔されたボーリング孔５
５を用いた水圧の測定では、その水圧値がボーリング孔
５５が横切るいずれの被圧透水層５２の水圧が測定され
たものであるか特定することはできず、進行する切羽前
方での予防措置を精度良く立てられないのが現状であっ
た。

【０００５】そこで、本発明の目的は上述した従来の技
術が有する問題点を解消し、トンネル切羽前方にある複
数の透水層における水圧、水量を測定できるようにした
水平ボーリングにおける多点水圧測定方法を提供するこ
とにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明はトンネル切羽前方地盤の所定深さまで水平
ボーリング孔を削孔し、該水平ボーリング孔内に、管延
長の所定位置に管内外を閉塞可能なパッカーと該パッカ
ーの近傍に間隙水圧計とを有する水圧測定スクリーン管
を挿入し、口元キャップで前記水平ボーリング孔の口元
を閉塞するとともに、前記パッカーを膨張させて前記ス
クリーン管内及びスクリーン管外周と前記ボーリング孔
の孔壁との間を閉塞し、前記ボーリング孔内の前記パッ
カーで区画された区間内を横切る透水層から流入する地
下水で満たし、前記各間隙水圧計位置での水圧測定を行
うようにしたことを特徴とする。

【０００７】前記パッカーは、前記水平ボーリング孔が
横切る難透水層内に位置するように前記スクリーン管に
取り付けることが好ましい。

【０００８】このとき、前記パッカーは前記水圧測定ス
クリーン管内に収容される管内パッカーと、前記スクリ
ーン管の外周位置に取り付けられた外周パッカーとから
なり、前記管内パッカーと外周パッカーとを独立して膨
張させる流体を前記ボーリング孔外から供給することが
好ましい。

【０００９】さらに、前記スクリーン管がボーリング孔
内に挿入された状態で、前記外周パッカーをすべて膨張
させ、その後前記管内パッカーを、前記ボーリング孔の
先端側から順次膨張させ、隣接する管内パッカー間の区
間の水圧測定を行うとともに、該区間に流入した地下水
量測定を行うようにすることが好ましい。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の水平ボーリングに
おける多点水圧測定方法の一実施の形態について、添付
図面を参照して説明する。図１は、本発明に使用される
水圧測定スクリーン管１０をトンネル１の切羽前方の地
盤内に設置した状況を示した説明図である。この水圧測
定スクリーン管１０は、透水層４の間にある難透水層３
の位置に合わせて取り付けられた複数のパッカー２０で
区画され、これらのパッカー２０を膨張させることで、
ボーリング孔５を各パッカー２０位置で閉塞できるよう
になっている。本体のスクリーン管１０は、公知の金
網、パンチングメタル等を加工して製作された高い通水
性を有する金属筒状管からなる。図１はスクリーン管１
０に取り付けられた各パッカー２０が膨張し、各パッカ
ー２０部分でボーリング孔５が複数区間に区画され、そ
れぞれの測定区間内に流入した地下水で満たされた状態
での被圧水圧を測定している状態を示している。

【００１１】各パッカー２０の近傍には水圧測定のため
の電気式間隙水圧計１１が設置されている。各間隙水圧
計１１からは、同図に示したように、信号線１２が各パ
ッカー２０で区画されたボーリング孔内を延長されて口
元６部分まで導かれている。信号線１２はさらにトンネ
ル坑内１に設置されたデータロガー１３に接続されてい
る。このデータロガー１３は各水圧計１１から得られた
電気信号を取得し、その信号値を、所定のデータ処理、
加工が可能な公知の測定器録装置である。また、ボーリ
ング孔５の口元６には口元キャップ７が取付けられてい
る。この口元キャップ７は、水密性を保持してボーリン
グ孔５の口元６を完全に閉塞することができる樹脂製キ
ャップで、これにより透水層４からボーリング孔５内に
流入した地下水を孔内に満たすことができる。

【００１２】このような構成からなる水圧測定スクリー
ン管１０を用いることで各パッカー２０で区画された複
数の透水層４位置での水圧をそれぞれ独立して測定する
ことができる。さらにスクリーン管１０内を閉塞する管
内パッカー（構成は後述する）の膨張のタイミングを調
整することにより水圧測定対象区間における地下水のボ
ーリング孔５への流入量も測定することができる。

【００１３】次に、図２〜図４を参照して水圧測定スク
リーン管１０に取り付けられたパッカー２０の構成及び
水圧測定スクリーン管１０の設置方法を説明する。図２
はトンネル切羽から前方地山にあたかじめ削孔された水
平ボーリング孔５内に、管延長の所定位置にパッカーが
取付られた水圧測定スクリーン管１０が挿入されている
状態を示している。水圧測定スクリーン管１０の所定位
置に取り付けられたパッカーは、挿入時にはスクリーン
管１０の直径よりやや大きく、かつボーリング孔５の直
径より小さい直径となるようになっている。このため、
水圧測定スクリーン管１０はボーリング孔５内に支障な
く挿入できる。

【００１４】図３はパッカーのスクリーン管１０への取
り付け状態を示した断面図及び側面図である。図３
（ａ）に示したようにパッカーはスクリーン管１０内部
に設置される管内パッカー２１とスクリーン管１０の外
周に設置される外周パッカー２２から構成されている。
本実施の形態では、パッカーには合成ゴム製パッカーが
使用されており、袋状のパッカー内部に流体が供給され
ることで所定形状に膨張し、スクリーン管１０の管内、
スクリーン管１０の外周面とボーリング孔壁８とにそれ
ぞれ密着してその仕切られた空間を閉塞することができ
る。パッカー２０の他の材質として樹脂コーティングさ
れた布パッカー等を使用することも好ましい。図３
（ｂ）は水圧測定スクリーン管１０の挿入時のパッカー
２０の収納状態を示した側面図である。同図に示したよ
うに、パッカー２０の外径はその収納状態において、ス
クリーン管１０の直径よりわずかに大きく、ボーリング
孔５の内径より十分小さい程度に設定されている。この
とき透水層４からボーリング孔５に流入した地下水はボ
ーリング孔５を通って口元キャップ７（図２）が開放さ
れた状態でに流れ出る。

【００１５】また、スクリーン管１０内の管内パッカー
２１の近傍には間隙水圧計１１が図示しないサポートに
よって管断面のほぼ中央位置に位置するように配置され
ている。この間隙水圧計１１は、先端内部に備えたピッ
クアップ（図示せず）で水圧を電気的信号に変換し、そ
の電気信号は接続された信号線１２を介してトンネル坑
内に設置されたデータロガー１３まで導かれる。

【００１６】管内パッカー２１、外周パッカー２２のそ
れぞれの注入口には流体供給管２３が接続されている。
この流体供給管２３はスクリーン管１０内に配管され、
それぞれの管他端はボーリング孔５の外まで導かれ、ト
ンネル坑内１に設置された流体供給装置２４に接続され
ている。この流体供給装置２４は、本実施の形態では圧
縮空気供給ポンプからなり、流体供給管２３を介して各
パッカー２１，２２に圧縮空気を供給できる。なお、流
体としてはパッカーの膨張状態の保持を確実にするため
に水、作動油等非圧縮性流体を使用しても良い。

【００１７】図４各図は、管内パッカー２１及び外周パ
ッカー２２を膨張させた状態を示している。水圧測定ス
クリーン管１０がボーリング孔５内の所定深さまで挿入
された段階で流体供給装置２４から圧縮空気を供給する
ことにより、管内パッカー２１はスクリーン管１０内を
閉塞するように、外周パッカー２２はスクリーン管１０
とボーリング孔壁８との間を閉塞するようにそれぞれ膨
張する。これにより、パッカー位置で、スクリーン管１
０内外が完全に閉塞され、前後位置のパッカー間で区画
されたボーリング孔５はこの範囲を横切る透水層４から
流入した地下水により満たされる。この位置での水圧を
測定することで、対象となる複数の透水層４の水圧を把
握することができる。

【００１８】また、想定されている透水層４からの地下
水量（湧水量）を推定するために、その透水層４位置か
らの湧水を直接測定することもできる。すなわち、あら
かじめ水圧測定スクリーン管１０に取り付けられた外側
パッカーを全て膨張させ、管内パッカー２１をボーリン
グ孔５の先端側から順次膨張させてボーリング孔５の口
元６からの湧水量を測定し、パッカーで区画された区間
のでの湧水量の差分を求めることで、対象としている透
水層４位置での地下水流出量を知ることができる。この
結果、ボーリング孔５内の地下水量の把握ができ、トン
ネル切羽進行時の対策工を容易に計画することができ
る。

【００１９】

【発明の効果】以上に述べたように本発明によれば、ト
ンネル切羽の進行前に切羽前方位置の地下水の水圧や水
量を推定することができるため、あらかじめ切羽位置で
の対策工を立案することが容易となる。また、掘削前に
切羽前方位置の地下水流水量を予測できるのでトンネル
坑内での排水計画を容易に立案できる。さらに、トンネ
ル周辺の地下水低下の有無を予想することができ、周辺
環境への影響も予め考慮することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による水平ボーリングにおける多点水圧
測定方法の一実施の形態を示したボーリング孔の縦断断
面図。

【図２】水平ボーリングにおける多点水圧測定方法にお
ける水圧測定スクリーン管の設置状況を示したボーリン
グ孔内縦断面図。

【図３】水圧測定スクリーン管に取り付けられたパッカ
ーの収納状態における構成を示した断面図、側面図。

【図４】水圧測定スクリーン管に取り付けられたパッカ
ーの膨張状態における構成を示した断面図、側面図。

【図５】従来の水抜きスクリーン管によるボーリング孔
５内の水圧測定状況を示したボーリング孔内縦断面図。

【符号の説明】

１ トンネル ２ 切羽 ３ 難透水層 ４ 透水層 ５ ボーリング孔 ７ 口元キャップ ８ ボーリング孔壁 １０ スクリーン管 １１ 間隙水圧計 １３ データロガー ２０ パッカー ２１ 管内パッカー ２２ 外周パッカー ２３ 流体供給管 ２４ 流体供給装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡辺 浩平 東京都港区芝浦一丁目２番３号 清水建設 株式会社内 (72)発明者 多田 浩幸 東京都港区芝浦一丁目２番３号 清水建設 株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】トンネル切羽前方地盤の所定深さまで水平
   ボーリング孔を削孔し、該水平ボーリング孔内に、管延
   長の所定位置に管内外を閉塞可能なパッカーと該パッカ
   ーの近傍に間隙水圧計とを有する水圧測定スクリーン管
   を挿入し、口元キャップで前記水平ボーリング孔の口元
   を閉塞するとともに、前記パッカーを膨張させて前記ス
   クリーン管内及びスクリーン管外周と前記ボーリング孔
   の孔壁との間を閉塞し、前記ボーリング孔内の前記パッ
   カーで区画された区間内を横切る透水層から流入する地
   下水で満たし、前記各間隙水圧計位置での水圧測定を行
   うようにしたことを特徴とする水平ボーリングにおける
   多点水圧測定方法。
2. 【請求項２】前記パッカーは、前記水平ボーリング孔が
   横切る難透水層内に位置するように前記スクリーン管に
   取り付けられたことを特徴とする請求項１に記載の水平
   ボーリングにおける多点水圧測定方法。
3. 【請求項３】前記パッカーは前記水圧測定スクリーン管
   内に収容される管内パッカーと、前記スクリーン管の外
   周位置に取り付けられた外周パッカーとからなり、前記
   管内パッカーと外周パッカーとを独立して膨張させる流
   体が前記ボーリング孔外から供給されるようにしたこと
   を特徴とする請求項１または請求項２に記載の水平ボー
   リングにおける多点水圧測定方法。
4. 【請求項４】前記スクリーン管がボーリング孔内に挿入
   された状態で、前記外周パッカーをすべて膨張させ、そ
   の後前記管内パッカーを、前記ボーリング孔の先端側か
   ら順次膨張させ、隣接する管内パッカー間の区間の水圧
   測定を行うとともに、該区間に流入した地下水量測定を
   行うようにした請求項３に記載の水平ボーリングにおけ
   る多点水圧測定方法。