JP2017025616A - 標識付きボーリングロッド及びこれを活用したボーリング孔軌跡修正法 - Google Patents

Abstract

【課題】排水ボーリングにおいて孔軌跡制御卯を可能とするボーリング孔軌跡修正法を提供する。
【解決手段】本発明は、設けた標識が単位ボーリングロッドを連結した場合に円周上の同じ位置になるよう揃えて連結する段階と、連結したロッドの１端の最先端部に軌道修正ビットを取り付ける段階と、軌道修正方向に軌道修正ビットが配列されるように、連結したロッドの他端出調整する段階と、軌道修正ビットが配列され方向に孔軌跡修正を行う段階と、からなることを特徴とし、
前記単位ボーリングロッドの両端部には、単位ボーリングロッドを連結した場合に円周上に設けられた標識が各単位ボーリングロッド円周上の同じ位置になるように単位ボーリングロッド連結用の連結部が設けられていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、標識付きボーリングロッド及びこれを活用したボーリング孔軌跡修正法に係り、より詳しくは、標識付きボーリングロッドを適用してボーリングマシンを目標方向にセットし、作業を行なって修正が必要な場合にポンチロット孔軌跡修正を行う標識付きボーリングロッド及びこれを活用したボーリング孔軌跡修正法に関する。

、ボーリング（ｂｏｒｉｎｇ）とはトンネルや井戸など主に地中に円筒状の穴を掘削する作業を言う。日本語では試錐（しすい）もしくは鑿井（さくせい）とも表現され、地質調査、農業、水文学、土木工学、石油、天然ガスなど産業、学術のさまざまな分野において用いられている。
ボーリングには、大きな規模のボーリングと小さな規模のボーリングがある。
大きな規模のボーリングとしてとしては、シェールガスを求めるボーリンがあり、小さな規模のボーリングとして、下水のマンホールとマンホールを連結する比較的短い水平ボーリングなどがあり、推進工法ともいわれている。
近年、大きな規模のボーリング、小さな規模のボーリングともに、孔軌跡制御が求められているが、特にシェールガスを求めるボーリング技術は高い精度の孔軌跡制御を伴うものであり、シェールガス採掘はその技術にささえられている。
大きな規模のボーリング孔軌跡計測は、当然ながら目視計測では不可能であり、ジャイロスコープ等が主に使われている。
ジャイロスコープは起動すると、ジャイロスコープを入れたケース（ボーリ
ングロッドやケーシングの計測したい先端部）が回転しても、ジャイロスコー
プは起動した時の姿勢を維持しており、そのジャイロスコープの姿勢を検出することで、縦から横に曲がっていくボーリングにおいても孔軌跡計測が可能となる。
その計測に合わせて、曲げたい方向に曲げられる掘削機器を付けたボーリングを行い５，０００ に及ぶ深さ（長さ）のボーリングが行われている。

ボーリングは、ボーリングロッドやケーシングに推進力、回転力、ときには、打撃力を加えて、掘り進む行為であり、いずれも、掘削には鉄パイプ（ボーリングロッドやケーシング）が用いられ、鉄パイプを繋ぎながら作業が行われる。
小さな規模の下水管埋設ボーリングである下水管は、下水管が計画より上向きになったり、下水管の中間部に上下の変形が出来ると、汚物が流れない等の障害が発生するため、高い精度の孔軌跡制御が求められる。
下水管埋設ボーリングに用いられる孔軌跡計測には、専用測量機器（トランシット等）の他、目視が多く用いられる。
専用測量機器（トランシット等）は、ボーリング鉄パイプ先端に置かれた先端目標物（見える発光物）を見て、孔軌跡を確認するものであり、目視はボーリング鉄パイプの中を肉眼で覗きボーリング先端がどこの位置にあるか確認する方法である。
これらの方法はボーリング鉄パイプ内径より曲がった場合、計測ができなくなる。

小さな規模のボーリングの１つに集・排水ボーリングがある。
これは、集水井で集めた地下水を自然排水するためのもので予定位置に高い精度が要求される。
精度低下、即ち孔曲がりの発生原因は、種々有り、地質及び地質構造など自然的要因によるもの、使用機械の種類、出力、穿孔経によるもの、機械操作、測量誤差などの人為的要因によるものなどに分けられるが、自然的要因によるものが約半数を占めている。
しかし、排水ボーリングは孔曲がりし易いため、小さな規模のボーリングに用いられる専用測量機器（トランシット等）や目視は使用できず、従来はこれを予定の位置に近付けるのは操作者の技量による、即ち、操作者の腕の見せ所とされていた。

特開平０９−０３２４４９号公報

本発明の目的とするところは、排水ボーリングにおいて標識付きボーリングロッド及びこれを活用した孔軌跡制御を可能とするボーリング孔軌跡修正法の提供である。

本発明は、孔軌跡制御用ボーリングロッドであって、
単位ボーリングロッド両端部に設けられた連結部と、
前記単位ボーリングロッド両端部の連結部に隣接して設けられた標識と、
からなることを特徴とする。

前記連結部は、ねじで構成され、前記ねじは、単位ボーリングロッドをねじ留めした場合、ねじ留めされた２つの単位ボーリングロッドの標識の円周方向の位置が同じ位置にあることを特徴とする。

前記標識は前記単位ボーリングロッドの円周上に設けられた円形または多角形の孔であり、単位ボーリングロッド両端部の連結部に隣接して設けられ、単位ボーリングロッドの強度に影響しない大きさであることを特徴とする。

また、本発明は、設けた標識が単位ボーリングロッドを連結した場合に円周上の同じ位置になるよう揃えて連結する段階と、
連結したロッドの１端の最先端部に軌道修正ビットを取り付ける段階と、
軌道修正方向に軌道修正ビットが配列されるように、連結したロッドの他端で調整する段階と、
軌道修正ビットが配列され方向に孔軌跡修正を行う段階と、
からなることを特徴とする。

前記単位ボーリングロッドの両端部には、単位ボーリングロッドを連結した場合に円周上に設けられた標識が各単位ボーリングロッド円周上の同じ位置になるように単位ボーリングロッド連結用の連結部が設けられていることを特徴とする。

前記標識は前記単位ボーリングロッドの円周上に設けられた円形または多角形の孔であることを特徴とする。

前記軌道修正ビットは、ビット先端の円周上の一部に設けられ、ビット先端が設けられた方向に孔が掘られることを特徴とする。

前記標識は単位ボーリングロッド両端部の連結部に隣接して設けられ、単位ボーリングロッドの強度に影響しない大きさであることを特徴とする。

前記連結部はねじ部で形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、単位ボーリングロッドを繋いだ時、各単位ボーリングロッド外周上のポンチマークがボーリングロッド外周上の同一位置に位置するとともに、 ロッド先端に孔軌跡修正ビットが取付けられ、 ポンチマークをボーリング口元で確認でき、修正したい方向にビットを向けることにより排水ボーリングにおいてボーリング孔軌跡修正が可能となる。

横ボーリングを示す図である。 集水ボーリングを示す図である。 排水ボーリングを示す図である。 目視による孔軌跡計測を示す図である。 本発明の孔軌跡制御用ボーリングロッドを示す図である。 ビットを示す図である。

本発明は、排水ボーリングにおいて標識付きボーリングロッド及びこれを活用した孔軌跡制御を可能とするボーリング孔軌跡修正法を提供するものである。
最近、集中豪雨による地滑りの被害が多発している。地滑りの被害を防止する方法として、地滑り地内の地下水圧を低下させる方法があるが、その方法の１つが水抜きボーリングである。
水抜きボーリングには、図１，２に示す横ボーリングと、集水井内から施工する集水ボーリングがある。
横ボーリングは、地表から行う水抜きボーリングであり、集水ボーリングは、集水井や排水トンネルの中から行う水抜きボーリングである。
排水ボーリングは、集水井で集めた地下水を自然排水するために施工するボーリングである。
排水ボーリングは、通常集水井の中から外に向かって削孔するが、先端位置が限定されているため高い削孔精度が要求される。

ボーリングでは、地質、地層の状況次第で曲がりが生じるのでボーリングマシンの給進力、回転数などを変化させて真っ直ぐ掘るようにする。
水平ボーリングで曲がりが発生するのは、軟質地層の場合、地層が軟らかいためロッド先端重量を支えきれないためであり、ロッド先端が下方に曲がりやすい。また、崩壊しやすい地層の場合は、崩壊土砂や掘削土砂が下部に溜まりロッド先端が上方に曲がりやすくなる。
その他、回転による孔曲がり、給進力が大きすぎることによるもの、地層のかたさ変化によるものなどがある。

小規模な例としては、下水管埋設ボーリングの例があり、この場合、マンホールとマンホールを連結する下水管の管径は３０ｃｍから５０ｃｍで、長さは３０ｍから５０ｍである。
下水管は計画より先端が上を向いたり、中間部に弛みが生じると、汚物の流れに支障が生じるため高い精度の孔軌跡制御が求められる。
下水管埋設ボーリングでは、孔軌跡計測が目視で行われることが多い。目視は図４に示す通り、ボーリング鉄パイプの中を肉眼で覗きボーリング先端がどこの位置にいるか確認する方法である。
専用測量機器（トランシット等）が使用される場合もあり、ボーリング鉄パイプ先端に置かれた先端目標物（発光物など）を見て、孔軌跡を確認するが、この方法ではボーリング鉄パイプ内径より曲がりが大きくなった場合は、計測が不可能となる。

大きな規模のボーリングの例としてはシェールガス掘削がある。
シェールガス採掘の要は、ボーリング孔軌跡制御技術である、この技術確立によるところが極めて大きいとされている。
シェールガス採掘ボーリングは地中深く数千ｍに及ぶため、ボーリング孔軌跡計測は、当然ながら目視計測では不可能であり、ジャイロスコープ等が主に使われている。
孔軌跡計測には、目視とジャイロスコープの他に重力方向（水平器等で計測）と磁力方向（磁石が磁北指す）を計測することで孔軌跡を求める方法もある。

上記の通り孔軌跡制御が行われているボーリングで、孔軌跡修正技術の適用が困難なボーリング工事が地すべり対策・水抜きボーリング工の内の集水ボーリング・集水井・排水ボーリング工法（集・排水ボーリング）である。
地すべり対策で、地下水位を下げることは、極めて有効なことであり、この集・排水ボーリングは地すべり防止に多く採用されており、集水井と集水井の排水管連結、集水井からの地表排水管を敷設する目的で施工される。
この集・排水ボーリングは、管径が１００ ｍｍ〜φ１２５ ｍｍ、排水ボーリング深度が１００ｍ前後であり、径を１００ｍｍとすると、長さ：径比１，０００倍で、中規模のボーリングとと言える。
小規模ボーリングは、目視による簡単、高精度な孔軌跡制御が行われ、その規模に見合った経済効果をあげられ、大規模ボーリングでは、ジャイロスコープ等の高精度機器で目標方向に孔軌跡制御が行われ、資源獲得など大きな経済効果をあげている。

しかし、中規模ボーリングでは、目視による簡単安価な孔軌跡制御ボーリングは使用できず、また高額なジャイロスコープ等と、それに連動した高精度な孔軌跡修正を備えた、孔軌跡制御ボーリングも使用できない。
その上、地すべり排水ボーリングは、対象となる地層に、硬い物（岩石岩塊）と軟らかい物（粘土、砂等）が混在する、などのボーリングにとって難しい問題があった。

本発明は、従来オペレーターの腕に任せられていた排水ボーリングの先端を予定位置に当てる操作を孔軌跡制御技術として確立しようとするものであり、孔軌跡制御用ボーリングロッドを適用してボーリング孔軌跡修正を行うことを特徴とする。
本発明の孔軌跡制御用ボーリングロッド１は、図５に示す通り、
単位ボーリングロッド１の両端部２，３に設けられた連結部４と、
単位ボーリングロッド１の両端部２の連結部４に隣接して設けられた標識５と、からなる。
標識５は単位ボーリングロッド１の円周上に設けられた円形または多角形の孔であり、単位ボーリングロッド１の両端部２，３の連結部４に隣接して設けられ、単位ボーリングロッド１の強度に影響しない大きさとなっている。
連結部４は、ねじ６で構成され、ねじ６は、単位ボーリングロッド１をねじ留めした場合、図５（Ｂ）に示す通り、ねじ留めされた２つの単位ボーリングロッド１の標識５の円周方向の位置が同じ位置になる。

ボーリングロッド１を接続するねじ６にはねじ込み力の加減でねじ込み位置が変わるねじ（テーパーねじ）と、ねじ込みが終わると、その後どんなに力を加えても位置が変わらないねじ（ストレートねじ）がある。
本発明のボーリングロット１にはストレートねじを使用してボーリングロット１を何ｍ繋いでも、ボーリングロット１のねじれは無視できる程度であり、図５（Ｂ）に示す通り標識５が連結されたボーリングロット１の同一の位置に来る。
ボーリングロッド１の標識５は単位ボーリングロッド１の円周上に設けられた円形または多角形の孔であり、単位ボーリングロッド１の両端部２，３の連結部４に隣接して設けられ、単位ボーリングロッド１の強度に影響しない大きさである。

ボーリングは、ボーリングロッド１をボーリングマシンに装着して行う。
通常排水ボーリングで使用するボーリングマシンには、ロータリー式ボーリングマシンとロータリーパーカッション式ボーリングマシンがあり、出来るだけ孔を乱さずに掘り進む場合はロータリー式ボーリングマシンが、岩を破砕して掘り進むような場合は、ロータリーパーカッション式ボーリングマシンが使用される。
ロータリーパーカッション式ボーリングマシンは、図３に示す通り、ドリルヘッドが打撃部と回転部が一体となった構造となっている。ドリルヘッド内部のハンマースプールを油圧で前後に振動させて打撃力を発生させる。回転力は、ドリルヘッドに装着されたオイルモーターにより与えられ、その回転力がハンマーサブに伝えられて駆動される構造となっている。このドリルヘッドが油圧によりガイドセル上を前後に移動することで給進力が得られる。

本発明の実施例では、排水ボーリングは、設置長さが８０ｍであり、ボーリングロッドの直径は１００ｍｍ、長さは１５ｍであった。ボーリングロッドの１端にはボーリングロッド端部から長さ方向に１００ｍｍの雄のストレートねじを切り、他端には、長さ方向に１００ｍｍの雌のストレートねじを切り、ボーリングロッド両端部から長さ方向で各々５０ｍｍの所に標識として直径が１０ｍｍの孔を穿孔した。両端に形成したねじは、単位ボーリングロッドをねじ留めして連結した場合、ねじ留めされた２つの単位ボーリングロッドの標識の円周方向の位置が連結されたボーリングロッドの全ての長さ方向の位置で同じ位置になるようにしている。
実施例では、標識は単位ボーリングロッドの円周上に設けられた１０ｍｍ経の円形の孔であったが、単位ボーリングロッドの強度に影響しない限り大きさ、形状はどのようなものであってもよい。

以下、本発明の ボーリングロッド１を活用したボーリング孔軌跡修正法について説明する。
先ず、設けた標識５が単位ボーリングロッド１を連結した場合に円周上の同じ位置になるよう揃えて連結する。
単位ボーリングロッド１の両端部２，３には、単位ボーリングロッド１を連結した場合に円周上に設けられた標識５が各単位ボーリングロッド１の円周上の同じ位置になるように単位ボーリングロッド連結用の連結部４が設けられている。
連結したボーリングロッド１の１端の最先端部に軌道修正ビットを取り付け、軌道修正方向に軌道修正ビットが配列されるように、連結したボーリングロッド１の他端で調整する。
即ち、目で確認できる口元地上部の標識５の位置をみて修正方向に孔底の修正ビットを合わせ掘削する。
通常ボーリングビットは回転しながら真っ直ぐ掘れるようにビット先端は図６に示す通り、円周上で均一に配置される。修正ビットでは、ビット先端の円周上の一部にビットを配置して円周上の一部で掘削できるようにすれば、その方向にボーリング孔が掘られる。

一般的に、排水ボーリングでは９０〜１１５ｍｍφの排水管が使用される。
本発明の実施例では、１００ｍｍφの排水管を使用した。
排水ボーリングの削孔長さは、８０ｍ以下となっており、本実施例でも６０ｍであった。削孔長が長くなるに従って、大きな回転トルクと給進力が必要となり、さらにスライム排出に長時間を要することになるため長さには限界がある。
本発明によれば、単位ボーリングロッド１を繋いだ時、各単位ボーリングロッド外周上のポンチマーク即ち標識５がボーリングロッド外周上の同一位置に位置するとともに、 ボーリングロッド先端に孔軌跡修正ビットが取付けられ、標識５をボーリング口元で確認でき、修正したい方向にビットを向けることにより排水ボーリングにおいてボーリング孔軌跡修正が可能となる。

１ ボーリングロッド
２，３ 両端部
４ 連結部
５ 標識
６ ねじ

本発明は、孔軌跡制御用ボーリングロッドであって、
長手方向に連結可能な単位ボーリングロッドと、
前記単位ボーリングロッド両端部に設けられねじで構成された連結部と、
前記単位ボーリングロッド両端部の連結部に隣接する単位ボーリングロッドの円周上に設けられた標識と、
を含み、
前記標識が単位ボーリングロッドの円周上に設けられた円形または多角形の孔であること、を特徴とする

前記ねじにより、２つの単位のボーリングロッドをねじ留めした場合、ねじ留めされた２つの単位のボーリングロッドの両端部に設けられた標識の円周方向の位置が円周方向の同じ位置にあることを特徴とする。

前記標識は、単位ボーリングロッドの円周上に設けられた直径１０ｍｍの円形または多角形の外周円が１０ｍｍの孔であり、２つの単位ボーリングロッド端部の連結部に隣接して設けられることを特徴とする。

また、本発明は、設けた標識が２つの単位ボーリングロッドを連結した場合に、連結された２つの単位ボーリングロッドの管端部に設けられた標識の円周方向の位置が円周上の同じ位置になるよう揃えて連結する段階と、
連結した単位ボーリングロッドの１端の最先端部に軌道修正ビットを取り付ける段階と、
前記軌道修正ビットは、連結した単位ボーリングロッドの１端の最先端部に取り付けられ、歯形であるビットは前記軌道修正ビットの自由端である前記軌道修正ビット先端の管断面の円周リング部の一部に設けられ、ビットが設けられた方向に孔が掘られるように連結したボーリングロッドの他端で調整する段階と、
軌道修正方向にボーリングロッドの１端の最先端部の軌道修正ビットが配列されるように、連結したボーリングロッドの他端で調整する段階と、
軌道修正ビットが配列され方向に孔軌跡修正を行う段階と、
からなり、
前記標識は、前記単位ボーリングロッド両端部の連結部に隣接した円周上に設けられた円形または多角形の孔であり、２つの単位ボーリングロッドを連結した時点では、連結された２つの単位ボーリングロッドの標識の円周方向の位置が円周方向の同じ位置にあり、孔軌跡修正作業時には、連結された２つの単位ボーリングロッドの標識の円周方向の位置の円周方向のずれを基にボーリング孔軌跡の修正を行うことを特徴とする。

前記単位ボーリングロッドの両端部には、単位ボーリングロッドを連結した場合に円周上に設けられた標識が各単位ボーリングロッド円周上の同じ位置になるように単位ボーリングロッド連結用の連結部が設けられていることを特徴とする。

前記標識は前記単位ボーリングロッドの円周上に設けられた円形または多角形の孔であることを特徴とする。

前記軌道修正ビットは、連結した単位ボーリングロッドの１端の最先端部に取り付けられ、歯形であるビットは前記軌道修正ビットの自由端である前記軌道修正ビット先端の管断面の円周リング部の一部に設けられ、ビットが設けられた方向に孔が掘られることを特徴とする。

前記標識は単位ボーリングロッド両端部の連結部に隣接して設けられ、単位ボーリングロッドの円周上に設けられた直径１０ｍｍの円形または多角形の外接円の直径が１０ｍｍの孔であることを特徴とする。

Claims (11)

1. 孔軌跡制御用ボーリングロッドであって、
   単位ボーリングロッド両端部に設けられた連結部と、
   前記単位ボーリングロッド両端部の連結部に隣接して設けられた標識と、
   からなることを特徴とする標識付きボーリングロッド。
2. 前記連結部は、ねじで構成されていることを特徴とする請求項１記載の標識付きボーリングロッド。
3. 前記ねじは、単位ボーリングロッドをねじ留めした場合、ねじ留めされた２つの単位ボーリングロッドの標識の円周方向の位置が同じ位置にあることを特徴とする請求項２記載の標識付きボーリングロッド。
4. 前記標識は前記単位ボーリングロッドの円周上に設けられた円形または多角形の孔であることを特徴とする請求項１記載のボーリングロッド。
5. 前記標識は単位ボーリングロッド両端部の連結部に隣接して設けられ、単位ボーリングロッドの強度に影響しない大きさであることを特徴とする請求項１記載のボーリングロッド。
6. 設けた標識が単位ボーリングロッドを連結した場合に円周上の同じ位置になるよう揃えて連結する段階と、
   連結したロッドの１端の最先端部に軌道修正ビットを取り付ける段階と、
   軌道修正方向に軌道修正ビットが配列されるように、連結したロッドの他端で調整する段階と、
   軌道修正ビットが配列され方向に孔軌跡修正を行う段階と、
   からなることを特徴とするボーリング孔軌跡修正法。
7. 前記単位ボーリングロッドの両端部には、単位ボーリングロッドを連結した場合に円周上に設けられた標識が各単位ボーリングロッド円周上の同じ位置になるように単位ボーリングロッド連結用の連結部が設けられていることを特徴とする請求項６記載のボーリング孔軌跡修正法。
8. 前記標識は前記単位ボーリングロッドの円周上に設けられた円形または多角形の孔であることを特徴とする請求項６記載のボーリング孔軌跡修正法。
9. 前記軌道修正ビットは、ビット先端の円周上の一部に設けられ、ビット先端が設けられた方向に孔が掘られることを特徴とする請求項６記載のボーリング孔軌跡修正法。
10. 前記標識は単位ボーリングロッド両端部の連結部に隣接して設けられ、単位ボーリングロッドの強度に影響しない大きさであることを特徴とする請求項６記載のボーリング孔軌跡修正法。
11. 前記連結部はねじ部で形成されていることを特徴とする請求項７記載のボーリング孔軌跡修正法。

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