JP2015140626A - 水圧測定方法、蓋材および水圧測定構造 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易かつ高精度に破砕帯の水圧を測定することを可能とした水圧測定方法、この水圧測定方法に使用する蓋材および水圧測定構造を提供する。【解決手段】破砕帯Ｓ１，Ｓ２を貫通するように多重管構造のケーシング１０を配設する工程と、ケーシング１０の孔口に当該ケーシング１０を構成する管１１，１２，１３同士の隙間を遮蔽する蓋材を取り付ける工程と、ケーシング１０の先端から管１１，１２，１３同士の隙間およびケーシング１０と地山Ｇとの隙間に裏込め材を注入する工程と、破砕帯Ｓ１，Ｓ２の位置においてケーシング１０および裏込め材を貫く測定孔５０を形成する工程と、測定孔５０の前後でケーシング１０の内空を遮蔽した状態で、ケーシング１０内において破砕帯Ｓ１，Ｓ２の水圧を測定する工程とを備える水圧測定方法。【選択図】図１

Description

本発明は、破砕帯の水圧を測定する水圧測定方法、この水圧測定方法に使用する蓋材および水圧測定構造に関する。

ＮＡＴＭトンネル等のトンネル工事では、切羽前方の地山状況（破砕帯の位置）を確認するために、水平ボーリング（探査ボーリング）による前方探査を行う場合がある。

例えば、特許文献１には、切羽から水平ボーリング孔を削孔した後、このボーリング孔内に水圧計が内装されたスクリーン管を挿入し、口元キャップで水平ボーリング孔の口元を閉塞した状態で、水圧計により水圧を測定する方法が開示されている。

特許文献１のスクリーン管には、管の内外を閉塞するパッカーが水圧計の近傍に設置されており、パッカーによりスクリーン管の内外を閉塞することで、所定の位置における地下水の水圧を測定している。

特開２００２−２７６２７７号公報

従来の水圧測定方法（前方探査）では、ケーシングを利用して水平ボーリング孔を削孔し、当該水平ボーリング孔からケーシングを抜き取り、その後、スクリーン管を水平ボーリング孔に挿入する必要がある。ところが、ケーシングを抜き取る作業に手間がかかるとともに、ケーシングの撤去後に水平ボーリング孔の孔壁が崩落した場合にはスクリーン管を挿入できなくなる。
また、凹凸を有した孔壁（地山）とパッカーとの間に隙間が存在していると、地下水が流出してしまうため、正確な水圧を測定することができない。

このような観点から、本発明は、簡易かつ高精度に破砕帯の水圧を測定することを可能とした水圧測定方法、この水圧測定方法に使用する蓋材および水圧測定構造を提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明の水圧測定方法は、破砕帯を貫通するように多重管構造のケーシングを配設する工程と、前記ケーシングの孔口に当該ケーシングを構成する管同士の隙間を遮蔽する蓋材を取り付ける工程と、前記ケーシングの先端から前記管同士の隙間および前記ケーシングと地山との隙間に裏込め材を注入する工程と、前記破砕帯の位置において前記ケーシングおよび前記裏込め材を貫く測定孔を形成する工程と、前記測定孔の前後で前記ケーシングの内空を遮蔽した状態で前記ケーシング内において前記破砕帯の水圧を測定する工程とを備えていることを特徴としている。

かかる水圧測定方法によれば、ケーシングを引く抜く手間を省略できる。また、ケーシングにより孔壁が保護されているため水圧計の設置が容易である。そのため、施工性に優れている。
また、ケーシングと地山との隙間およびケーシングを構成する管同士の隙間に裏込め材を充填するため、地下水の流出を防止し、所望の位置における水圧を高精度に測定することができる。

また、前記管の外側に裏込め材を注入する際に、前記蓋材に形成された排水孔を利用して前記管の外面に沿って流れる地下水の流出量を調整すれば、ケーシングの先端から注入した裏込め材を、地下水の流れを利用してケーシング（管）の外面に沿って流すとともに、前記管の外面に充填することができる。

また、本発明の蓋材は、前記水圧測定方法において使用するものであって、多重管構造のケーシングを構成する管同士の隙間を遮蔽する本体部と、前記本体部に形成された排水孔と、前記ケーシングに前記本体部を固定するための治具とを備えることを特徴としている。
前記蓋材は、前記排水孔の開度を調整する調整弁をさらに備えており、前記排水孔から流出する流体の流量の調整が可能であるのが望ましい。

かかる蓋材によれば、ケーシングの外面に沿って流出する地下水の流量を調整することで、ケーシングの外周囲への裏込め材の注入を確実に行うことが可能となる。

また、本発明の水圧測定構造は、破砕帯を貫通するように地中に配設されたケーシングと、前記ケーシングの外側に形成された裏込め材層と、前記ケーシングの内部に配設された計測用プローブと、前記破砕帯の前後において、前記計測用プローブと前記ケーシングとの隙間を遮蔽するパッカーとを備えており、前記ケーシングの内空と前記破砕帯とを連通するように前記ケーシングおよび前記裏込め材層を貫く貫通孔が形成されていることを特徴としている。
なお、前記ケーシングが多重管構造の場合には、前記ケーシングを構成する管材同士の隙間にも裏込め材層を形成するとよい。

かかる水圧測定構造によれば、ケーシングに沿って地下水が流れることを防止できるので、地下水圧を高精度に測定することが可能となる。

本発明の水圧測定方法、蓋材および水圧測定構造によれば、破砕帯の水圧を簡易かつ高精度に測定することが可能となる。

本実施形態の水圧測定構造を示す縦断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は本実施形態の水圧測定方法の各工程を示す縦断面図である。 （ａ）は本実施形態の蓋材の正面図、（ｂ）は同蓋材の縦断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、図２の（ｃ）に続く水圧測定方法の各工程を示す縦断面図である。

本実施形態では、図１に示すように、水圧測定構造１を利用して切羽Ｋ前方の破砕帯Ｓ１，Ｓ２の水圧を測定する場合について説明する。
本実施形態では、切羽Ｋの前方に２つの破砕帯Ｓ１，Ｓ２が存在する場合について説明するが、破砕帯の数や配置は限定されない。

水圧測定構造１は、切羽Ｋから水平ボーリングを行って形成する。水圧測定構造１は、破砕帯Ｓ１，Ｓ２を貫通するように地中に配設されたケーシング１０と、ケーシング１０の外側に形成された裏込め材層２０と、ケーシング１０の内部に配設された計測用プローブ３０と、破砕帯Ｓ１，Ｓ２の前後において計測用プローブ３０とケーシング１０との隙間を遮蔽するパッカー４０とを備えている。

ケーシング１０には、複数の管１１，１２，１３が重ねられた多重管構造のものを使用する。本実施形態では、３本の管（第一鋼管１１，第二鋼管１２，第三鋼管１３）によりケーシング１０が構成されている場合について説明するが、ケーシング１０を構成する管の本数は限定されない。

第一鋼管１１は、最も外側に配設された最も短い鋼管であって、ボーリング孔の孔口を補強している。
第一鋼管１１の切羽Ｋ（孔口）側の端部にはフランジ１４が形成されている。

第二鋼管１２は、第一鋼管１１の内径よりも小さな外径を有している。第二鋼管１２は、第一鋼管１１よりも長い鋼管により構成されている。
第二鋼管１２は、第一鋼管１１に挿通されており、先端が第一鋼管１１の先端よりも前方に到達するように配管されている。本実施形態では、第二鋼管１２が、第一の破砕帯Ｓ１の貫通している。

第三鋼管１３は、第二鋼管１２の内径よりも小さな外径を有している。第三鋼管１３は、第二鋼管１２よりも長い鋼管により構成されている。
第三鋼管１３は、第二鋼管１２に挿通されており、先端が第二鋼管１２の先端よりも前方に到達するように配管されている。本実施形態では、第三鋼管１３が、第二の破砕帯Ｓ２の貫通している。

裏込め材層２０は、ケーシング１０の外側に注入された裏込め材の硬化体により形成されている。
裏込め材を構成する材料は限定されるものではないが、本実施形態では、コンクリート、モルタル、グラウト等のセメント系材料を使用する。

裏込め材層２０は、ボーリング孔を削孔する際に形成されたケーシング１０と地山Ｇとの隙間に裏込め材を充填することにより形成されている。
また、裏込め材層２０は、第一鋼管１１と第二鋼管１２との隙間および第二鋼管１２と第三鋼管１３との隙間にも形成されている。

水圧測定構造１には、ケーシング１０および裏込め材層２０を貫通する貫通孔５０，５０，…が形成されている。
貫通孔５０は、破砕帯Ｓ１，Ｓ２の位置において、ケーシング１０の内空と地山とを連通している。地下水は貫通孔５０を通ってケーシング１０内へ流入する。なお、各破砕帯Ｓ１，Ｓ２における貫通孔５０の数や配置は限定されない。

計測用プローブ３０は、ケーシング１０に内挿された水圧計である。計測用プローブ３０は、最も内側の管（第三鋼管１３）に挿入されている。
計測用プローブ３０には、計測部３１，３１が形成されている。計測部３１は、破砕帯Ｓ１，Ｓ２の位置に対応して形成されている。

パッカー４０，４０は、計測部３１の前後において、計測用プローブ３０の外面に配設されている。
パッカー４０は、樹脂製の袋状部材により構成されており、内部に液体または気体を注入することで膨張する。

パッカー４０は、膨張することでケーシング１０（第二鋼管１２または第三鋼管１３）の内面に密着し、計測用プローブ３０とケーシング１０との隙間を遮蔽する。
なお、パッカー４０の材質、配置、数量等は限定されるものではなく、適宜設定すればよい。

次に、本実施形態の水圧測定方法について説明する。
水圧測定方法は、準備工程と、第一ボーリング工程と、第一蓋材取付工程と、第一裏込め工程と、第二ボーリング工程と、第二蓋材取付工程と、第二裏込め工程と、測定孔形成工程と、計測工程とを備えている。

準備工程では、図２の（ａ）に示すように、地山Ｇに第一鋼管１１を配設し、水平ボーリングの孔口工を行う、つまり、水平ボーリングの孔口の補強を行う。

孔口工は、切羽Ｋから削孔しながら第一鋼管１１を地山Ｇに挿入し、その後、地山Ｇと第一鋼管１１との隙間（第一鋼管１１の外側）に裏込め材を注入する。
第一鋼管１１の外側への裏込め材の注入は、第一鋼管１１の先端から行ってもよいし、切羽Ｋから行ってもよい。

第一ボーリング工程は、図２（ｂ）に示すように、孔口から水平ボーリングを行い、破砕帯Ｓ１を貫通するようにケーシング１０（第二鋼管１２）を配設する工程である。

第一蓋材取付工程は、図２の（ｃ）に示すように、ケーシング１０の孔口に蓋材６０を取り付ける工程である。
蓋材６０は、図３に示すように、ケーシング１０を構成する管同士（第一鋼管１１および第二鋼管１２）の隙間を遮蔽する本体部６１と、本体部６１に形成された複数の流量調整部６２，６２，…と、ケーシング１０に本体部６１を固定するための治具６３とを備えている。

本体部６１は、円形の鋼板からなる。本体部６１の中央には、挿通孔６４が形成されている。また、本体部６１の周縁部には、治具６３を取り付けるための貫通孔（図示せず）が形成されている。
なお、本体部６１の形状や本体部６１を構成する材料は限定されない。

図３の（ｂ）に示すように、本体部６１は、管同士の隙間を遮蔽するように、２本の管（第一鋼管１１および第二鋼管１２）の端部に跨って配設されている。

流量調整部６２は、管同士（第一鋼管１１および第二鋼管１２）の隙間の位置に対応して形成されている。流量調整部６２は、本体部６１を貫通する排水孔と、排水孔の開度を調整する調整弁とを備えている。

本実施形態では、本体部６１を貫通してケーシング１０の隙間に端部が挿入された管材により排水孔を形成する。隙間内における管材の周囲には、止水材が周設されている。なお、排水孔の構成は、限定されるものではない。

図３の（ａ）に示すように、本実施形態では、４つの流量調整部６２，６２，…が等間隔で配設されている。なお、流量調整部６２の配置や数は、１箇所に集中させることなくケーシングの隙間において分散配置されていれば、限定されるものではない。

蓋材６０は、治具６３を介して第一鋼管１１のフランジ１４に固定する。
本実施形態の治具６３は、フランジ１４と本体部６１に形成された貫通孔を挿通したボルトとこのボルトに螺合されたナットにより構成されている。なお、治具６３の構成は限定されるものではない。

第一裏込め工程は、図２の（ｃ）に示すように、第二鋼管１２（ケーシング１０）の先端から、管同士（第一鋼管１１と第二鋼管１２）の隙間およびケーシング１０（第二鋼管１２）と地山Ｇとの隙間に裏込め材を注入する工程である。

裏込め材の注入は、ケーシング１０内に注入管７０を挿入し、注入管７０の先端から裏込め材を排出することにより行う。

注入管７０の先端部には、注入管７０の外面とケーシング１０（第二鋼管１２）の内面との隙間を遮蔽するパッカー７１が固定されている。

パッカー７１は、注入管７０の外面に接着（密着）された樹脂製の袋状部材からなり、液体または気体を注入することにより膨張して、ケーシング１０（第二鋼管１２）の内面に密着するように構成されている。

注入管７０とケーシング１０との隙間がパッカー７１により遮蔽されているため、注入管７０の先端から注入された裏込め材は、ケーシング１０の内空を逆流することなく、ケーシング１０の外側へ注入される。

裏込め材を注入は、流量調整部６２を利用して、管（第二鋼管１２）の外面に沿って流れる地下水の流出量を調整しながら行う。

こうすることで、管（第二鋼管１２）の外側（第一鋼管１１と第二鋼管１２との隙間）の地下水圧が、地山の水圧よりも高くなるため、地山からの湧水の混入が防止され、ひいては、裏込め材が地下水によって希釈されることを防止できる。

また、流量調整部６２により地下水の流量を調整することで、管（第二鋼管１２）の外面に沿って切羽Ｋ側に向かう地下水の流れが形成されるようになるので、裏込め材を管の外側に充填しやすくなる。

流量調整部６２から裏込め材が流出し、管（第二鋼管１２）の外面（第一鋼管１１と第二鋼管１２との隙間）への裏込め材の充填が確認されたら、流量調整部６２を遮蔽するとともに裏込め材の注入を停止し、裏込め材の養生を行う。裏込め材が固化したら蓋材６０を取り外す。

第二ボーリング工程は、図４（ａ）に示すように、孔口から水平ボーリングを行い、破砕帯Ｓ２を貫通するようにケーシング１０（第三鋼管１３）を配設する工程である。

第二蓋材取付工程は、図４の（ｂ）に示すように、ケーシング１０の孔口に蓋材６０を取り付ける工程である。

蓋材６０は、治具６３を介して第一鋼管１１のフランジ１４に固定することで、管同士（第二鋼管１２と第三鋼管１３）の隙間を遮蔽する。

第二裏込め工程は、図４の（ｂ）に示すように、第三鋼管１３（ケーシング１０）の先端から、管同士（第二鋼管１２と第三鋼管１３）の隙間およびケーシング１０（第三鋼管１３）と地山Ｇとの隙間に裏込め材を注入して、裏込め材層２０を形成する工程である。
なお、裏込め材の注入方法の詳細は、第一裏込め工程と同様なため、詳細な説明は省略する。

測定孔形成工程は、破砕帯Ｓ１，Ｓ２の位置において、ケーシング１０および裏込め材層２０を貫く測定孔５０，５０，…（図１参照）を形成する工程である。

測定孔５０，５０，…は、ケーシング１０（第三鋼管１３）の内空から、パーフォレーションにより穿孔する。
パーフォレーションとは、火薬と弾丸（金属片等）が充填された容器を所定の位置に配置し、火薬を爆発させることにより飛び散った弾丸がケーシング１０と裏込め材層２０を貫通して、測定孔５０，５０，…を形成する方法である。なお、弾丸の形状や材質は限定されない。

計測工程は、測定孔５０，５０，…の前後をパッカー５０により遮蔽した状態で、ケーシング１０内において、プローブ３０により破砕帯Ｓ１，Ｓ２の水圧を測定する工程である。

水圧の測定は、図１に示すように、測定部３１の前後において、パッカー４０，４０を膨張させることにおり、ケーシング１０内を遮蔽した状態で行う。

以上、本実施形態の水圧測定方法および水圧測定構造１によれば、パッカー４０，４０により、地下水の流出が防止されているため、高精度の破砕帯Ｓ１，Ｓ２の水圧を測定することができる。

また、ケーシング１０と地山Ｇとの隙間および管同士（第一鋼管１１と第二鋼管１２および第二鋼管１２と第三鋼管１３）の隙間は、裏込め材層２０により遮蔽されているため、ケーシング１０に沿って地下水が流出することも防止されている。
したがって、破砕帯Ｓ１，Ｓ２の水圧を高精度に測定することができる。

ケーシング１０を利用して水圧測定構造１を形成しているため、地山Ｇが崩落することがなく、水圧測定構造１の構築が容易であるとともに、水圧の測定を確実に行うことができる。

多重管構造のケーシング１０を利用することで、長距離（例えば１０００ｍ以上）の水平ボーリングを行うことができ、複数の破砕帯の測定を１本の水平ボーリングにより行うことができる。
そのため、前方探査に要する時間と手間を削減することができ、ひいては、トンネル工事の施工期間の短縮が可能となる。

蓋材６０を設置した状態で裏込め材の注入を行うため、大量湧水が生じている状況であっても、固化前の裏込め材が孔口から流出してしまうことを防止することができ、ひいては、確実かつ高品質に裏込め材層を形成することができる。
また、蓋材６０の流量調整部６２を利用して地下水の流量を調整することで、裏込め材を確実にケーシング１０の外側に回り込ませることができる。

蓋材６０がケーシング１０に着脱可能に固定されているため、裏込め材注入と水平ボーリングを交互に行うことが可能となる。

蓋材６０には、複数の流量調整部６２，６２，…が形成されているため、裏込め材の充填完了を確認することができる。また、流量調整部６２によって、地下水の流出量を調節できるので、裏込め材を確実に充填させることができ、ひいては、裏込め材層を高品質に形成することができる。

また、各流量調整部６２から流出する流体を調べることで、どの部分から充填が行われ完了したかを確認することができる。
ケーシング１０の隙間の充填状況の確認を、従来から行われている孔内検層による確認に加え、ケーシング１０の隙間の任意の位置毎に確認することができるため、より高品質な施工が可能となる。

ケーシング１０により地山の崩落等を抑制することができ、したがって、高品質に施工を行うことができる。
また、パーフォレーションにより、所望の位置に計測孔５０を形成するため、破砕帯Ｓ１，Ｓ２における水圧の測定を確実に行うことができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、前述の実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。

例えば、前記実施形態では、本発明の水圧測定方法および水圧測定構造により２つの破砕帯の水圧を測定する場合について説明したが、測定可能な破砕帯の数は限定されるものではない。
また、ケーシングの長さは限定されるものではなく、適宜設定すればよい。

前記実施形態では、蓋材により、孔口においてケーシングを構成する管同士の隙間を遮蔽するとともに地下水の流出量を調整するものとしたが、蓋材に代えてパッキンにより管同士の隙間の遮蔽および地下水の流出量の調整を行ってもよい。

前記実施形態では、ボーリング工程（第一ボーリング工程、第二ボーリング工程）、蓋材取付工程（第一蓋材取付工程、第二蓋材取付工程）および裏込め工程（第一裏込め工程、第二裏込め工程）を２回ずつ繰り返すことにより、第二鋼管と第三鋼管を配設するものとしたが、ボーリング工程、蓋材取付工程および裏込め工程を繰り返す回数は、ケーシングを構成する管の本数に応じて適宜設定すればよい。

前記実施形態では、パーフォレーションにより測定孔を形成したが、測定孔の形成方法は、パーフォレーションに限定されない。

１ 水圧測定構造
１０ ケーシング
１１ 第一鋼管（管）
１２ 第二鋼管（管）
１３ 第三鋼管（管）
２０ 裏込め材層
３０ プローブ
３１ 計測部
４０ パッカー
５０ 測定孔
６０ 蓋材
６１ 本体部
６２ 流量調整部
６３ 治具
７０ 注入管
Ｇ 地山
Ｋ 切羽
Ｓ１，Ｓ２ 破砕帯

Claims (6)

1. 破砕帯を貫通するように多重管構造のケーシングを配設する工程と、
   前記ケーシングの孔口に当該ケーシングを構成する管同士の隙間を遮蔽する蓋材を取り付ける工程と、
   前記ケーシングの先端から前記管同士の隙間および前記ケーシングと地山との隙間に裏込め材を注入する工程と、
   前記破砕帯の位置において前記ケーシングおよび前記裏込め材を貫く測定孔を形成する工程と、
   前記測定孔の前後で前記ケーシングの内空を遮蔽した状態で、前記ケーシング内において前記破砕帯の水圧を測定する工程と、を備えることを特徴とする、水圧測定方法。
2. 前記管の外側に裏込め材を注入する際に、前記蓋材に形成された排水孔を利用して前記管の外面に沿って流れる地下水の流出量を調整することを特徴とする、請求項１に記載の水圧測定方法。
3. 請求項１または請求項２に記載の水圧測定方法において使用する蓋材であって、
   多重管構造のケーシングを構成する管同士の隙間を遮蔽する本体部と、
   前記本体部に形成された排水孔と、
   前記ケーシングに前記本体部を固定するための治具と、を備えることを特徴とする蓋材。
4. 前記排水孔の開度を調整する調整弁をさらに備えており、
   前記排水孔から流出する流体の流量の調整が可能であることを特徴とする、請求項３に記載の蓋材。
5. 破砕帯を貫通するように地中に配設されたケーシングと、
   前記ケーシングの外側に形成された裏込め材層と、
   前記ケーシングの内部に配設された計測用プローブと、
   前記破砕帯の前後において、前記計測用プローブと前記ケーシングとの隙間を遮蔽するパッカーと、を備える水圧測定構造であって、
   前記ケーシングの内空と前記破砕帯とを連通するように前記ケーシングおよび前記裏込め材層を貫く貫通孔が形成されていることを特徴とする水圧測定構造。
6. 前記ケーシングが、多重管構造であって、
   前記ケーシングを構成する管材同士の隙間に裏込め材層が形成されていることを特徴とする、請求項５に記載の水圧測定構造。

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