JP2007277940A - Method and device for determining ground and cracking used when boring is performed by hydraulic down-the-hole hammer - Google Patents
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- Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)
Abstract
Description
本発明は、水力式ダウンザホールハンマー型ボーリングマシンにより地盤掘削を行いながら、リアルタイムで地盤状況(硬軟、空洞・割れ目の有無・位置など)を把握し、地質、風化劣化状況などを判定する水力式ダウンザホールハンマーによるボーリング孔削孔時の地盤判定および割れ目判定方法および装置に関するものである。 The present invention is a hydraulic down-the-hole that determines the geology, weathering deterioration status, etc. in real time while grasping the ground conditions (hardness / softness, presence / absence / location of cracks, etc.) while excavating with a hydraulic down-the-hole hammer type boring machine. The present invention relates to a ground determination and crack determination method and apparatus when drilling a hole with a hammer.
近年の地下利用は大深度にまで及ぶ場合が多く、調査や工事、あるいはその後のモニタリングなどのために、地下深部まで能率よくボーリング孔を削孔する方法が求められるようになっている。 In recent years, underground use often extends to a large depth, and a method for efficiently drilling a borehole to the deep underground has been required for investigation, construction, or subsequent monitoring.
さらに、都市部やあるいは山間の自然が豊かな条件で掘削する場合、騒音が問題となることが多く、そのため騒音の少ない方法が求められるようになってきている。 Furthermore, when excavating in urban and mountainous conditions, the noise often becomes a problem, so a method with less noise has been demanded.
また、もう一つの要求として、工事の効率化・コストダウンの視点から、できるだけ簡便な方法で地盤状況を迅速に把握する方法が求められるようになってきている。特に大深度ボーリングでは、経済性・迅速性が主要な課題となる場合が多い。 As another requirement, a method for quickly grasping the ground condition by a method as simple as possible has been required from the viewpoint of efficiency of construction and cost reduction. In particular, in deep boring, economy and speed are often the main issues.
ボーリング孔を利用した地質状況の把握手法としては、コア採取やボアホールスキャナ観察がある。いずれも地盤状況の把握精度は高い手法であるが、手間と多大な費用がかかるため、例えばボーリング孔が多い場合は、すべての孔でこの手法を用いることは現実的ではないという問題がある。 Core sampling and borehole scanner observation are methods for grasping geological conditions using boreholes. Although both methods are high in accuracy of grasping the ground condition, it takes time and much cost. For example, when there are many bore holes, it is not practical to use this method for all holes.
これに対し、下記特許文献のように、ボーリング孔削孔時に、削孔データを収集し、そのデータをもとに地盤状況を推定しようとする探査技術が開発されていて、これは、ボーリング孔削孔時に得られるデータから地盤を推定するための指標が、迅速にかつ安価に結果が得られるというメリットがある。
この特許文献1は、ロータリーパーカッションドリルを用いて地盤を削孔する際に、一定深度毎に、ロッドの押込み力とロッドの回転に要する回転トルクの関係を求め、その関係からトルク増加勾配At(=回転トルク増分/押込み力の増分)を求め、土質毎のトルク増加勾配Atの分布を求めることにより土質判別を行うものである。
In this
地盤にボーリング孔を削孔するボーリングマシンのうち、打撃と推力と回転により地盤を削孔するタイプのマシンであるロータリーパーカッション式マシンは、打撃発生機構が地上にあるトップハンマー式と、孔内のビット直上にあるダウンザホールハンマー式に大別される。前記特許文献1のロータリーパーカッションドリルもトップハンマー式のものである。
Among the boring machines that drill boring holes in the ground, the rotary percussion type machine that drills the ground by striking, thrust and rotation is the top hammer type where the hitting mechanism is on the ground, It is roughly divided into the down-the-hole hammer type just above the bit. The rotary percussion drill disclosed in
後者のダウンザホールハンマー式のものはさらに、エア圧で打撃を発生させるものと、水圧で打撃を発生させるものに分けることができる。 The latter down-the-hole hammer type can be further divided into those that generate an impact by air pressure and those that generate an impact by water pressure.
水力式ダウンザホールハンマーは、ビット直上で大きな打撃力を発生させて削孔を行うため、打撃機構が地上部にあるマシンに比べ、ロッド伝達時のエネルギーの減衰がなくエネルギロスが非常に小さく削孔能率がよいという利点がある。さらに、エア式のダウンザホールハンマーに比べると、騒音が少なく粉塵が出ない、地下水位面以下でも掘削が可能という利点をもつ。 The hydraulic down-the-hole hammer generates a large striking force directly above the bit for drilling. Compared to machines with a striking mechanism on the ground, the energy loss during rod transmission is very small and energy loss is very small. There is an advantage that efficiency is good. In addition, it has the advantage of being able to excavate even below the groundwater level, with less noise and no dust, compared to air-type down-the-hole hammers.
したがって、水力式ダウンザホールハンマーを用いたボーリングマシン(以下、水力式ダウンザホールハンマー型マシンと記す)に、前記のような削孔パラメータから地盤状態を判定する装置を装着し、地盤の判定を行いながら大深度まで削孔を行う方法は、実用上非常に効果の高い技術となる。 Therefore, a boring machine using a hydraulic down-the-hole hammer (hereinafter referred to as a hydraulic down-the-hole hammer type machine) is equipped with a device that determines the ground condition from the drilling parameters as described above, and it is large while performing ground judgment. The method of drilling to the depth is a highly effective technique in practice.
これには、前記トップハンマー式ボーリングマシン用の装置を、そのまま水力式ダウンザホールハンマー型マシンに装着して適用する場合が考えられる。これは水力式ダウンザホールハンマー型マシンが、ロータリーパーカッション式マシンと共通のベースマシンを使用しているため可能となる。 In this case, it is conceivable to apply the apparatus for the top hammer type boring machine to the hydraulic type down-the-hole hammer type machine as it is. This is possible because the hydraulic down-the-hole hammer machine uses the same base machine as the rotary percussion machine.
しかし、水力式ダウンザホールハンマー型マシンは、ビット直上で打撃力を発生させる機構であるため、地上部にある油圧機構から作動油圧を測定することにより打撃エネルギーを算出している従来の手法では、打撃力を把握することが出来ないという問題がある。打撃圧力を常時一定として削孔すれば地盤の判定が可能であるが、このやり方では、本来大きな打撃力を有する点に利点のある水力式ダウンザホールハンマー型マシンの打撃力に大幅な制限を加えることになり、長所を生かすことが出来ない。また軟質地盤におけるボーリング孔削孔時に必要以上に打撃力を加えると、孔壁崩壊を招くなど地盤を傷めてしまうことにもなりかねない。 However, since the hydraulic down-the-hole hammer type machine is a mechanism that generates a striking force directly above the bit, in the conventional method in which the striking energy is calculated by measuring the working oil pressure from the hydraulic mechanism on the ground, There is a problem that power cannot be grasped. Ground drilling is possible if the striking pressure is always constant, but the ground can be determined, but this method places a significant limitation on the striking force of a hydraulic down-the-hole hammer type machine, which is advantageous in that it has a large striking power. And cannot take advantage of the advantages. In addition, if the impact force is applied more than necessary when drilling holes in soft ground, the ground may be damaged, for example, the hole wall may collapse.
さらに、水力式ダウンザホールハンマー型マシンでは、ビットの磨耗による打撃力の低下という現象が生ずるが、トップハンマー型マシン用の判定装置ではこれを考慮してデータを補正することが出来ず、判定精度を大きく低下させることになる。 Furthermore, the hydraulic down-the-hole hammer type machine has a phenomenon that the impact force is reduced due to wear of the bit, but the judgment device for the top hammer type machine cannot correct the data taking this into account, and the judgment accuracy is improved. It will be greatly reduced.
このように大深度ボーリングにおいて、トップハンマー式ボーリングマシンを使用した現行の地盤判定法、あるいはトップハンマー用の判定装置を水力式ダウンザホールハンマー型マシンに適用して地盤の判定を行うことは、削孔作業能率および地盤判定精度の両方の面で多くの問題を有しており、大深度ボーリングへの適用の要請には十分答えることが出来ない。 In this way, in deep drilling, applying the current ground judgment method using a top hammer type boring machine, or applying a judgment device for top hammer to a hydraulic down-the-hole hammer type machine, It has many problems in terms of both work efficiency and ground judgment accuracy, and it cannot fully respond to the demand for application to deep boring.
なお、水力式ダウンザホールハンマーを用いたボーリング孔削孔で、削孔パラメータを収録しながら地盤を判定するという手法を採用した場合に、既存のロータリーパーカッション用で用いている地盤判別手法をそのまま違うボーリングマシン・ツールスに適用しているだけでは、削孔速度が地盤状態に応じて速度が変わることを利用してこれを地盤状態の判定基準するものとなる。 In addition, when adopting the method of judging the ground while recording the drilling parameters with the boring hole drilling using hydraulic down-the-hole hammer, the ground discrimination method used for existing rotary percussion is different as it is. If it is only applied to machine tools, it will be used as a criterion for determining the ground condition by utilizing the fact that the drilling speed changes according to the ground condition.
しかし削孔速度は、打撃力・回転圧力、給圧等の削孔仕様を変えた場合にも変化する(特に打撃力の影響が極めて大きい)。削孔仕様の影響を除外するためには、例えば打撃力を常時一定にして削孔すればよいが、実際の削孔では地盤状態に応じて頻繁に打撃力や給圧を変更しており、変更しないと、せっかくの打撃力を生かせなかったり(固い地盤でも低い打撃力で時間をかけて削孔することになる)、あるいは、脆弱な地盤を過大な打撃力で掘削し孔壁をいためてしまうなどの問題がでる。 However, the drilling speed also changes when the drilling specifications such as the striking force, rotational pressure, and supply pressure are changed (particularly the impact of the striking force is extremely large). In order to exclude the influence of the drilling specifications, for example, it is only necessary to drill with a constant striking force, but in actual drilling, the striking force and supply pressure are frequently changed according to the ground condition, If you don't change it, you won't be able to make the most of the striking force (even hard ground will be drilled over time with low striking force), or you will excavate fragile ground with excessive striking force and fill the hole wall Problems such as end.
また水力式ハンマーではビットの磨耗で、地上部で送水圧力を一定にしても、発生する打撃力が変化するということが起こるため、常時打撃力を一定にするということは非常に難しいという問題もある。 Also, with a hydraulic hammer, the impact force that is generated changes even if the water supply pressure is constant on the ground due to wear of the bit, so it is very difficult to make the impact force constant at all times. is there.
本発明の目的は前記従来例の不都合を解消し、このような高水圧によりビット直上で打撃エネルギーを発生させることで地盤削孔を行う、水力式ダウンザホールハンマー型マシンの特徴が発揮できる大深度ボーリング、地下水面以下の掘削、騒音の発生が規制されるような環境条件において、地盤の硬軟および空洞、割れ目などを検知し、地質、風化・劣化状況などを精度よく判定し、リアルタイムで表示することができる水力式ダウンザホールハンマーによるボーリング孔削孔時の地盤判定および割れ目判定方法および装置を提供することにある。 The object of the present invention is to solve the disadvantages of the conventional example described above, deep boring capable of exhibiting the characteristics of a hydraulic down-the-hole hammer type machine that performs ground drilling by generating striking energy just above the bit by such high water pressure Under the environmental conditions where the excavation below the groundwater level and the generation of noise are restricted, the soil hardness and cavities, cracks, etc. are detected, and the geology, weathering / degradation status, etc. are accurately determined and displayed in real time. It is an object of the present invention to provide a ground determination method and a crack determination method and apparatus when drilling a boring hole with a hydraulic down-the-hole hammer.
前記目的を達成するため、本発明は、水力式ダウンザホールハンマーを用いた地盤判定および割れ目判定方法として、第1に、削孔パラメータ収録部、解析・地盤状況判定部、結果表示部の3つの機構から構成され、削孔パラメータ収録部は、水力式ダウンザホールハンマー型マシンおよび/またはその付属設備に対して計測装置を取り付け、削孔中に、削孔パラメータである給進力、回転トルク、削孔速度、送水流量、送水圧力を収集し、地盤状況判定部では独自の判定式・評価指標により地盤を評価し、結果表示部ではこれをリアルタイムで表示することを要旨とするものである。 In order to achieve the above object, the present invention provides a ground determination and crack determination method using a hydraulic down-the-hole hammer. First, three mechanisms of a drilling parameter recording unit, an analysis / ground state determination unit, and a result display unit The drilling parameter recording unit is equipped with a measuring device for the hydraulic down-the-hole hammer type machine and / or its accessory equipment, and during drilling, the feed force, rotational torque, drilling parameters that are drilling parameters The gist is to collect speed, water supply flow rate, and water supply pressure, the ground condition determination unit evaluates the ground using its own determination formula and evaluation index, and the result display unit displays this in real time.
第2に、計測装置は、ボーリングマシンの回転部の正回転圧力・逆回転圧力および給進部の押し込み圧力・引き上げ圧力を測定するものとして、作動油圧系統に設置した圧力センサー、削孔深度を測定するものとして巻上げ装置に設置した深度センサー、送水圧力を測定するものとして地上における給水系統に設置した圧力センサー、送水流量を測定するものとして地上における送・排水系統に設置した流量計であること、第3に、送水流量は、高圧ポンプへの供給水と、余剰水として戻るリターン水量を2台の流量計で測定し、その差を持ってなることを要旨とするものである。 Secondly, the measuring device measures the forward rotation pressure / reverse rotation pressure of the rotating part of the boring machine and the indentation pressure / lifting pressure of the feeding part. Depth sensor installed in the hoisting device to measure, pressure sensor installed in the water supply system on the ground to measure water pressure, flow meter installed in the water supply / drainage system on the ground to measure water flow Thirdly, the gist of the water supply flow rate is that the difference between the supply water to the high pressure pump and the return water amount returned as surplus water is measured by two flow meters.
第4に、解析・地盤状況判定部では、正回転圧力・逆回転圧力から回転トルクを、押し込み圧力・引き上げ圧力から給進力を、削孔深度と時間から削孔速度を算出し、これらを送水圧力、送水流量とあわせて深度ごとに整理・表示すること、第5に、深度ごとに得られた削孔パラメータから以下の判定式により削孔エネルギーの指標値Eを算出し、この値にしきい値を設け、これにより地盤の硬軟、空洞部、割れ目を判別することを要旨とするものである。
E=(α×V×A)/(Q×P)
V:掘進速度(m/分)
A:削孔断面積(m2)
Q:送水流量(m3/分)
P:送水圧力(MPa)
α:給進力による補正係数
Fourth, the analysis / ground condition determination unit calculates the rotational torque from the forward rotation pressure / reverse rotation pressure, the feed force from the indentation pressure / lifting pressure, and the drilling speed from the drilling depth and time. Organize and display for each depth together with the water supply pressure and water supply flow rate. Fifth, calculate the index value E of the drilling energy from the drilling parameters obtained for each depth using the following judgment formula, and make this value. The gist is to provide a threshold value, thereby distinguishing the hardness, cavity, and crack of the ground.
E = (α × V × A) / (Q × P)
V: Drilling speed (m / min)
A: Hole cross-sectional area (m 2 )
Q: Water flow rate (m 3 / min)
P: Water supply pressure (MPa)
α: Correction coefficient based on feed force
第6に前記E値による判定に加え、送水流量と送水圧力の変化を指標として、開口割れ目の検知を行うことを要旨とするものである。 Sixthly, in addition to the determination based on the E value, the gist of the present invention is to detect an opening crack using changes in the water supply flow rate and water supply pressure as indices.
第7に、結果表示部では、解析・地盤状況判定部で得られたデータのうち、削孔速度、回転トルク、給進力、送水圧力、送水流量、E値を、記録紙およびモニター画面に深度ごとにリアルタイムで表示すること、第8に、E値および送水流量と送水圧力の変化「QとPの変化」に関し、しきい値を入力することにより、リアルタイムで地盤判別表示を行うことを要旨とするものである。 Seventh, the result display unit displays the drilling speed, rotational torque, feed force, water supply pressure, water supply flow rate, and E value on the recording paper and monitor screen among the data obtained by the analysis / ground condition determination unit. Displaying in real time for each depth, Eighth, regarding the changes in E value, water supply flow rate and water supply pressure “changes in Q and P”, by inputting a threshold value, ground discrimination display is performed in real time. It is a summary.
水力式ダウンザホールハンマーによるボーリング孔削孔時の地盤判定および割れ目判定装置としては、削孔パラメータ収録部と、削孔中に、削孔パラメータである給進力、回転トルク、掘進速度、送水流量、送水圧力をこの削孔パラメータ収録部から収集し、独自の判定式・評価指標により地盤を評価する解析・地盤状況判定部、および解析・地盤状況判定部での地盤の評価をリアルタイムで表示する結果表示部の3つの機構から構成され、削孔パラメータ収録部は、水圧式ダウンザホールハンマー型マシンおよび/またはその付属設備に対して、ボーリングマシンの回転部の正回転圧力・逆回転圧力および給進部の押し込み圧力・引き上げ圧力を測定する計測装置として、作動油圧系統に設置した圧力センサー、削孔深度を測定するものとして巻上げ装置に設置した深度センサー、送水圧力を測定するものとして地上における給水系統に設置した圧力センサー、送水流量を測定するものとして地上における送・排水系統に設置した流量計を取り付けたことを要旨とするものである。 As a ground judgment and crack judgment device when drilling boring holes with a hydraulic down-the-hole hammer, the drilling parameter recording unit and the drilling parameters, feed force, rotational torque, drilling speed, water flow rate, Results of collecting the water supply pressure from this drilling parameter recording unit and displaying the evaluation of the ground in the analysis / ground condition determination unit and the analysis / ground condition determination unit that evaluates the ground with its own judgment formula / evaluation index in real time The drilling parameter recording unit is composed of three mechanisms, the display unit, and the hydraulic down-the-hole hammer type machine and / or its accessories. As a measuring device to measure the indentation pressure and pulling pressure, pressure sensor installed in the hydraulic system, measuring the drilling depth A depth sensor installed in the hoisting device, a pressure sensor installed in the water supply system on the ground to measure the water supply pressure, and a flow meter installed in the water supply / drainage system on the ground to measure the water flow rate It is what.
本発明によれば、水力式ダウンザホールハンマー型マシンおよびその付属設備に計測装置を取り付け、削孔中に、削孔パラメータである給進力、回転トルク、削孔速度、送水流量、送水圧力などを収集し、独自の判定式・評価指標により地盤を評価し、これをリアルタイムで表示することで、大深度ボーリング、あるいは騒音規制が厳しい地域でのボーリングにおいて、精度よく、迅速に、安価に地盤判定を行うことが可能となる。 According to the present invention, a measuring device is attached to the hydraulic down-the-hole hammer type machine and its accessory equipment, and the drilling parameters such as feed force, rotational torque, drilling speed, water supply flow rate, water supply pressure, etc. are provided during drilling. Collect and evaluate the ground using its own judgment formulas and evaluation indicators, and display this in real time, so that the ground can be judged accurately, quickly and inexpensively in deep drilling or in areas where noise regulations are strict. Can be performed.
既往のトップハンマー式のボーリングマシンに用いられている装置・手法を水力式ダウンザホールハンマー型マシンに適用した場合は、削孔作業・効率に大きな制約を与えたり、あるいは必要な削孔パラメータを得られず、要求精度を満足しないようなデータしか得られない可能性が高かったが、本発明では、削孔効率に優れる水力式ダウンザホールハンマー型マシンの長所を最大限生かし、かつ必要な削孔パラメータをすべて収集し、機構の異なる二つの判定法でダブルチェックを行いながら地盤判定が出来るため、地盤判定精度が格段に上昇した。 If the equipment and methods used in the existing top hammer type boring machine are applied to a hydraulic down-the-hole hammer type machine, the drilling work / efficiency is greatly restricted, or necessary drilling parameters can be obtained. However, it was highly possible that only data that did not satisfy the required accuracy could be obtained, but in the present invention, the advantages of the hydraulic down-the-hole hammer type machine that excels in drilling efficiency are utilized to the maximum, and necessary drilling parameters are set. Since the ground can be judged while collecting all of them and performing a double check with two judgment methods with different mechanisms, the ground judgment accuracy has increased dramatically.
また、水力式ボアホールハンマーという大深度ボーリング削孔に適した削孔効率のよいボーリング方法と組あわせているため、大深度ボーリングが必要な以下のような分野で大きな効果が期待できる。 In addition, since it is combined with a boring method with high drilling efficiency suitable for deep boring drilling, called a hydraulic borehole hammer, a great effect can be expected in the following fields that require deep boring.
広範囲かつ大深度におよぶ地盤の状況を把握する必要のある地盤調査・建設工事において、大深度まで地盤改良が必要な場合、改良が必要な範囲をリアルタイムで、効率よく把握することができる。 In ground surveys and construction work where it is necessary to grasp the ground conditions over a wide area and at a large depth, if ground improvement is required up to a large depth, the area that needs to be improved can be efficiently grasped in real time.
薬剤やセメントを注入することにより透水性を改良する工事では、注入が必要な開口割れ目や空洞部を、効率的に把握することが可能である。 In construction to improve water permeability by injecting chemicals or cement, it is possible to efficiently grasp open cracks and cavities that require injection.
杭基礎工事やアンカー工事などでは、基礎地盤として適切な地盤であるか否かを即時に判定できる。 In pile foundation work, anchor work, etc., it can be immediately determined whether or not the ground is suitable as a foundation ground.
前記の分野では、従来の技術としてコア観察、ボアホールスキャナ観察があるが、いずれも削孔に加え、別途、時間と多大な費用がかかる。またボアホールスキャナ観察では、地盤の状態が悪いと、カメラの挿入、回収が困難となる場合がある。これに対し本手法では、いずれの場合も、注入孔、杭挿入孔、アンカー孔の削孔といった工事工程上必要な作業の中で、地盤判定が可能であるので、非常に効率がよく、その上で必要な情報を迅速に提供できるため、工事自体の能率向上に大きく寄与できる。また、騒音が規制される住宅地、山岳部などでの調査・施工時に大きな効力を発揮することが可能である。 In the above-mentioned field, there are a core observation and a borehole scanner observation as conventional techniques, but both of them take time and a lot of cost in addition to drilling. In borehole scanner observation, if the ground is in poor condition, it may be difficult to insert and retrieve the camera. On the other hand, in this method, in any case, the ground can be determined in the work necessary for the construction process such as injection hole, pile insertion hole, anchor hole drilling, so it is very efficient. Since the necessary information can be provided quickly, it can greatly contribute to the efficiency improvement of the construction itself. In addition, it can be very effective when conducting surveys and construction work in residential areas and mountainous areas where noise is restricted.
以下、図面について本発明の実施の形態を詳細に説明する。図1は本発明の水力式ダウンザホールハンマーによるボーリング孔削孔時の地盤判定および割れ目判定方法および装置の1実施形態を示す説明図で、本発明で使用する装置としては、「削孔パラメータ収録部」、「解析・地盤状況判定部」、「結果表示部」の3つの機構から構成される。これらの装置をベースマシンとなるボーリングマシン24に装着する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory view showing one embodiment of a ground determination and crack determination method and apparatus at the time of drilling with a hydraulic down-the-hole hammer according to the present invention. As an apparatus used in the present invention, a “drilling parameter recording unit” ”,“ Analysis / Ground Condition Judgment Unit ”, and“ Result Display Unit ”. These devices are mounted on a
水力式ダウンザホールハンマー23は、ボーリングマシン24により建て込まれて地盤を掘削するものである。ダウンザホールハンマーは周知のごとく、ピストンの動きでハンマーを上下動させて発生する打撃により掘削を行うものであるが、図2に示す水圧式ダウンザホールハンマー23もビット直上で打撃力を発生させる機構として、ピストンケース17をビット25の直上に配置している。
The hydraulic down-the-
図2は、水力式ダウンザホールハンマーの構造を示すもので、図中、1はトップサブ、2、7、9、15、20はオーリング、3はフィルターサポート、4はフィルター、5はシム、6はリッド、8はバルブ、10はバルブハウス、11はスライディングケース、12はピストン、13はインナーチューブ、14はピストンブッシング、16はシール、18はガイドスリーブ、19はビットリテーナーリング、21はドライバーサブ、22はスリーブである。 FIG. 2 shows the structure of a hydraulic down-the-hole hammer. In the figure, 1 is a top sub, 2, 7, 9, 15, 20 are O-rings, 3 is a filter support, 4 is a filter, 5 is a shim, 6 Is a lid, 8 is a valve, 10 is a valve house, 11 is a sliding case, 12 is a piston, 13 is an inner tube, 14 is a piston bushing, 16 is a seal, 18 is a guide sleeve, 19 is a bit retainer ring, 21 is a driver sub , 22 are sleeves.
ボーリングマシン24は、ベースマシンでもあり、水圧式ダウンザホールハンマー23の推進装置24a、回転装置24b、フィードチェーン・ローラ24c、チャック装置24dを有するが、「削孔パラメータ収録部」は、図3にも示すように、ベースマシンであるボーリングマシン24とその付属設備に対して、以下のような計測装置を設けて削孔時のデータを収集し、記録する装置である。
The
図3は、各装置に設置するセンサーの配置と測定項目を示したもので、推進装置の押し込み圧力・引き上げ圧力を測定するため地上駆動部の作動油圧系統に設置した圧力センサー27a、b、および回転装置24bの正回転圧力・逆回転圧力を測定するため地上駆動部の作動油圧系統に設置した圧力センサー28a、28b、フィードチェーン・ローラ24cに設置して深度センサーとして削孔深度を測定するロータリーエンコーダもしくはワイヤーエンコーダ27、地上における給水系統に設置して送水圧力を測定する圧力センサー30、地上における送・排水系統に設置して送水流量を測定する電磁流量計29、削孔中断時のデータ収集を停止するためチャック装置24dの閉開を測定する圧力センサー31からなる。
FIG. 3 shows the arrangement and measurement items of the sensors installed in each device.
圧力センサー27aはフィードシリンダ内の押し込み(推進)側に供給される作動油圧を、圧力センサー27bはフィードシリンダ内の引き上げ(後退)側に供給される作動油圧を測定し、その差から給進力を求めている。圧力センサー28aは、回転シリンダ内の正回転側に供給される作動油圧を、圧力センサー28bは逆回転側に供給される作動油圧を測定し、その差から回転トルクを求めている。
The
水力式ダウンザホールハンマーへ供給される高圧水の供給系統は、図1の高圧ポンプ32、清水タンク33、原水タンク34、高圧バルブ35、水中ポンプ36、ろ過装置37から構成される。
The supply system of high-pressure water supplied to the hydraulic down-the-hole hammer includes the high-
送水流量は、水力式ダウンザホールハンマー23に高圧水を供給する高圧ポンプ32から直接供給される量を流量計等により測定するか、もしくは高圧ポンプ32への供給水(サプライ)と、余剰水として戻る(リターン)水量を、2台の流量計31で測定し、その差を持って送水量とする方法を用いる場合が考えられる。
For the water supply flow rate, the amount directly supplied from the high-
送水圧力のより高精度の測定を行う場合は、高性能の圧力センサーを用いて、ビット稼動に伴う水の脈動を含めて測定し、その結果から打撃回数を求めることも可能である。 In the case of measuring the water supply pressure with higher accuracy, it is possible to use a high-performance pressure sensor to measure the water pulsation accompanying the bit operation, and to obtain the number of hits from the result.
本発明は、従来の地上駆動部の作動油圧で収集できる削孔パラメータは地上部で収集し、ビット直上で水圧により打撃を発生する機構であるため地上での収集が不可能な打撃力は、打撃力との相関が高い削孔中の送水圧力と送水流量を収集・記録して、これから推定する機構とした。これらセンサーで得られたデータは記録部に送られ、時間ごとに記録される。 In the present invention, the drilling parameters that can be collected by the hydraulic pressure of the conventional ground drive unit are collected at the ground part, and the striking force that cannot be collected on the ground is a mechanism that generates a blow by water pressure immediately above the bit. A mechanism that collects and records the water pressure and flow rate in the drilling hole, which has a high correlation with the impact force, and estimates it from this. Data obtained by these sensors is sent to a recording unit and recorded every time.
「解析・地盤状況判定部」はパソコンによるもので、正回転圧力・逆回転圧力から回転トルクを、押し込み圧力・引き上げ圧力から給進力を、削孔深度と時間から削孔速度を算出し、これらを送水圧力、送水流量とあわせて深度ごとに整理・記録する。 The “analysis / ground condition determination unit” is based on a personal computer, calculates the rotational torque from the forward rotation pressure and reverse rotation pressure, the feed force from the indentation pressure and the lifting pressure, and the drilling speed from the drilling depth and time. These are organized and recorded for each depth along with the water pressure and water flow rate.
削孔中、打撃力(すなわち送水流量、送水圧力)や給圧、回転圧力を変えていない場合は、地盤状況は削孔速度にそのまま反映されるため、削孔速度の大小により地盤の硬軟、空洞部、開口割れ目の推定が可能である。 If the striking force (ie, water flow rate, water pressure), supply pressure, or rotational pressure is not changed during drilling, the ground condition will be reflected directly in the drilling speed. Cavity and opening cracks can be estimated.
このとき開口割れ目や空洞部は周辺の岩盤・地盤に比べ極端に削孔に対する抵抗力が小さく、削孔速度が速いため、深度に応じて整理された削孔速度チャート上で開口幅・空洞幅に応じたピークをなす。これにより開口割れ目・空洞との判定が可能である。地質・岩種については、相対的な削孔速度の変化により、地質・岩種の違いを推定することが出来る。 At this time, the opening cracks and cavities are extremely less resistant to drilling and faster than the surrounding rocks and ground, and the drilling speed is faster, so the opening width and cavity width are shown on the drilling speed chart arranged according to the depth. The peak corresponding to is made. As a result, it is possible to determine an opening crack or a cavity. Regarding geology and rock types, differences in geology and rock types can be estimated by changing the relative drilling speed.
図4は、削孔中、打撃力(すなわち送水流量、送水圧力)や給圧、回転圧力を変えていない場合に得られる削孔パラメータを、深度ごとに整理したチャート図の模式例であるが、グラフ上で削孔速度は、軟質部や空洞部では硬質部に比べ相対的に遅くなり、開口割れ目箇所では、急激に値が上昇して、割れ目幅に応じた針状のピークを示す。 FIG. 4 is a schematic example of a chart diagram in which the drilling parameters obtained when the striking force (that is, the water supply flow rate, the water supply pressure), the supply pressure, and the rotation pressure are not changed during the drilling are arranged for each depth. On the graph, the drilling speed is relatively slow in the soft part and the hollow part as compared with the hard part, and the value sharply increases at the opening crack part, and shows a needle-like peak corresponding to the crack width.
しかし、通常のボーリング孔削孔では、打撃力、給圧、回転トルクを変化させて削孔する。この場合は、削孔条件が異なるため、単純に削孔速度だけから地質・岩種・開口割れ目、空洞などを精度よく判別することは困難である。よって、以下の判定式により削孔エネルギーの指標値Eを算出し、この値にしきい値を設け、これにより地盤の硬軟、空洞部、割れ目を判別する。
E=(α×V×A)/(Q×P)
V:掘進速度(m/分)
A:削孔断面積(m2)
Q:送水流量(m3/分)
P:送水圧力(MPa)
α:給進力による補正係数
However, in normal boring holes, holes are formed by changing the striking force, supply pressure, and rotational torque. In this case, since the drilling conditions are different, it is difficult to accurately determine the geology, rock type, opening crack, cavity, and the like simply from the drilling speed. Therefore, the index value E of the drilling energy is calculated according to the following determination formula, and a threshold value is provided for this value, thereby determining the hardness of the ground, the hollow portion, and the crack.
E = (α × V × A) / (Q × P)
V: Drilling speed (m / min)
A: Hole cross-sectional area (m 2 )
Q: Water flow rate (m 3 / min)
P: Water supply pressure (MPa)
α: Correction coefficient based on feed force
図5はE値と対応する地盤状況を深度ごとに示したものである。グラフ上でE値が相対的に高くなるのは軟質な部分や空洞部であり、開口割れ目箇所では、急激に値が上昇して、割れ目幅に応じた針状のピークを示すことで検知が可能である。 FIG. 5 shows the ground condition corresponding to the E value for each depth. On the graph, the E value is relatively high in the soft part and the hollow part, and at the opening crack part, the value rises rapidly, and it is detected by showing the acicular peak corresponding to the crack width. Is possible.
このとき、より精度よい判定を行うためには、あらかじめコアやボアホールスキャナ画像などから、実際の地盤の状況と指標値Eとの照合を図っておき、劣化していない部分の地質・岩種ごとのE値、割れ目や 空洞部のE値を把握し、その境界の値(しきい値)を用いて、それ以後におこなう削孔時において得られたE値に線引きを行い、値に応じて地質・岩種や割れ目・空洞を判定する図5に、岩種の違うA岩、B岩(B岩のほうが相対的に軟質)、健岩部と開口割れ目のしきい値を決め、地質を判定する方法を模式的に示した。コアやボアホールスキャナ画像との照合は、多くの孔で行う必要はなく、地質・岩種が同一の範囲で一孔程度照合作業を行えば十分である。 At this time, in order to make a more accurate judgment, the actual ground condition is checked against the index value E from the core or borehole scanner image, etc. Understand the E value of cracks and E values of cracks and cavities, and use the boundary value (threshold value) to draw the E value obtained during subsequent drilling and Judgment of geology, rock type, cracks and cavities Figure 5 shows the threshold values of A and B rocks with different rock types (B rock is relatively softer), healthy rocks, and open cracks. The method to do was shown typically. The collation with the core or borehole scanner image does not have to be performed for many holes, and it is sufficient to perform collation for about one hole in the same geology and rock types.
また、水圧式ダウンザホールハンマー23では、ビット磨耗により高圧ポンプから吐出される高圧水の送水圧力を一定に管理しても送水流量が変化し打撃力が低下するという特性があり、このため、打撃力を一定にして削孔を行うということが難しいが、E値では式の分子側に送水流量と送水圧力の積をとることによりこの影響を除外することができる。
Further, the hydraulic down-the-
水圧式ダウンザホールハンマー23では打撃力がきわめて大きいため、給進力による削孔速度への影響は少ない。このため通常α=1を用いているが、地盤によっては給進力が削孔速度に大きな影響をもたらす場合がある。このような場合には、先行削孔データから相関関係を求めて、給進力による補正係数を決定する。
With the hydraulic down-the-
本手法では、削孔速度の変化を元に算出されたE値とは別の原理である水力式ダウンザホールハンマーの打撃発生機構に基づいた手法によっても、開口われ目の検知を行うことが可能である。図6に送水流量と送水圧力の変化から開口割れ目を検知する方法を概略的に示す。 In this method, it is also possible to detect open cracks by a method based on a hydraulic down-the-hole hammering mechanism, which is a principle different from the E value calculated based on the change in drilling speed. is there. FIG. 6 schematically shows a method for detecting an opening crack from changes in the water supply flow rate and the water supply pressure.
水圧式ダウンザホールハンマー23は、ハンマー部に高圧水を送ることによりビットに打撃を発生させるが、ビットに負荷がかからない場合は、水はビット先端から噴出す形となっている。ビットに負荷がかかると高圧水が別の排出経路に誘導され、吐出・停止を繰り返すことにより打撃が生ずる仕組みとなっている。したがってビット先端に負荷がかからないような、開口割れ目、空洞では、高圧水は急に前方に吐出して、送水圧力が急激に低下し、逆に送水流量が急激に増加する。このような現象が現れた箇所を、開口割れ目、空洞部として判別・検知することが出来る。特に開口割れ目部では、急な変化によりグラフ上で明瞭なピークを形成するため、検知しやすい。
The hydraulic down-the-
通常の地盤におけるボーリング孔削孔では、地盤の状態に応じて削孔打撃力や推進力、回転トルクなどを細かく変えながら削孔するため、削孔速度もそれに影響を受ける。前出E値による判定は、この影響を極力除外するため打撃力の指標(具体的には送水流量と送水圧力の積)を式に取り込み、さらに給進力による補正を考慮しているが、それでも、開口割れ目が密集するような割れ目ゾーンや、岩盤の状態が悪く頻繁に打撃力や給圧を変えないと削孔が困難となるような箇所では、細かい開口割れ目の検知精度はどうしても低下する可能性がある。このため、本発明では、前記E値による判定だけでなく、この「送水圧力、送水流量の変化」も地盤判定の指標としており、機構の異なる二つの指標により、精度の高い地盤判定が可能となる。開口割れ目の検知のみであれば、打撃力や給圧・回転トルクの変化の影響をほとんど受けない指標である「送水圧力、送水流量の変化」だけでも検知可能である。 In borehole drilling in ordinary ground, drilling is performed while finely changing the drilling striking force, propulsive force, rotational torque, etc. according to the state of the ground, so the drilling speed is also affected by it. In order to eliminate this effect as much as possible, the judgment based on the E value mentioned above incorporates an index of impact force (specifically, the product of the water supply flow rate and the water supply pressure) into the equation, and further considers correction by the feed force. Nevertheless, the accuracy of detection of fine opening cracks is inevitably reduced in crack zones where the opening cracks are dense, or in places where rock formation is poor and drilling is difficult unless the striking force and supply pressure are changed frequently. there is a possibility. For this reason, in the present invention, not only the determination based on the E value but also this “change in water supply pressure and water supply flow rate” is used as an index for ground determination, and it is possible to perform highly accurate ground determination by using two indexes with different mechanisms. Become. If only opening cracks are detected, it is possible to detect only “changes in water supply pressure and water flow rate”, which is an index that is hardly affected by changes in impact force, supply pressure, and rotational torque.
「結果表示部」では、前記「解析・地盤状況判定部」で得られたデータのうち、削孔速度、回転トルク、給進力、送水圧力、送水流量、E値を、図8に示すように、記録紙およびモニター画面38に深度ごとにリアルタイムで表示する。
In the “result display section”, among the data obtained by the “analysis / ground condition determination section”, the drilling speed, rotational torque, feed force, water supply pressure, water supply flow rate, E value are as shown in FIG. In addition, the recording paper and the
また、E値に関しては、しきい値を入力することにより、リアルタイムで地盤判別表示も可能である。 Further, regarding the E value, the ground discrimination display can be performed in real time by inputting a threshold value.
図8は、実際に本手法を適用した結果である。ここではボアホールスキャナ観察により得られたデータと照合して、判定精度の確認を行っている。 FIG. 8 shows the result of actually applying this method. Here, the accuracy of determination is confirmed by comparing with data obtained by borehole scanner observation.
本発明の実施の手順は下記の通りである。
(1)削孔に先立ち、ベースマシンであるボーリングマシン24および周辺装備に本発明装置を装着する。
(2)掘削仕様(打撃圧、給圧など)は可能であれば打撃圧・給圧いずれかを固定し測定するのが望ましいが、ボーリング孔の出来上がり品質を確保することを優先とし、地盤に応じてオペレータが適宜調整してかまわない。
(3)E値あるいは送水流量、送水圧力の変化から地質の変化、空洞部、軟質部や開口われ目の検知を行う。
(4)計測対象となるボーリング孔が複数ある場合は、データの精度を上げるため1孔でコア観察データやボアホールスキャナ観察データとの照合を行い、E値のしきい値等を設定したうえで、以後の検知を行うのが望ましい。
The procedure for carrying out the present invention is as follows.
(1) Prior to drilling, the apparatus of the present invention is mounted on the
(2) Excavation specifications (blow pressure, supply pressure, etc.) should be measured with either the blow pressure or supply pressure fixed if possible, but priority is given to ensuring the quality of the borehole and The operator may adjust accordingly.
(3) Detection of changes in geology, cavities, soft parts and open cracks from changes in E value, water supply flow rate, and water supply pressure.
(4) If there are multiple boreholes to be measured, check the core observation data and borehole scanner observation data with one hole and set the threshold value for the E value, etc. to increase the accuracy of the data. It is desirable to perform subsequent detection.
1 トップサブ
2 オーリング
3 フィルターサポート
4 フィルター
5 シム
6 リッド
7 オーリング
8 バルブ
9 オーリング
10 バルブハウス
11 スライディングケース
12 ピストン
13 インナーチューブ
14 ピストンブッシング
15 オーリング
16 シール
17 ピストンケース
18 ガイドスリーブ
19 ビットリテーナーリング
20 オーリング
21 ドライバーサブ
22 スリーブ
23 水圧式ダウンザホールハンマー
24 ボーリングマシン
24a 推進装置
24b 回転装置
24c フィードチェーン/ローラ
24d チャック装置
25 ビット
26 ロータリーエンコーダ
27a、27b 圧力センサー
28a、28b 圧力センサー
29 電磁流量計
30 圧力センサー
31 圧力センサー
32 高圧ポンプ
33 清水タンク
34 原水タンク
35 高圧バルブ
36 水中ポンプ
37 ろ過装置
38 モニター画面
1 Top sub 2
Claims (9)
E=(α×V×A)/(Q×P)
V:掘進速度(m/分)
A:削孔断面積(m2)
Q:送水流量(m3/分)
P:送水圧力(MPa)
α:給進力による補正係数 The index value E of the drilling energy is calculated from the drilling parameters obtained for each depth by the following judgment formula, and a threshold value is provided for this value, whereby the hardness, cavity, and crack of the ground are discriminated. The ground judgment and crack judgment method at the time of boring drilling by the hydraulic type down-the-hole hammer in any one of Claim thru | or 4.
E = (α × V × A) / (Q × P)
V: Drilling speed (m / min)
A: Hole cross-sectional area (m 2 )
Q: Water flow rate (m 3 / min)
P: Water supply pressure (MPa)
α: Correction coefficient based on feed force
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