JP2733000B2 - 水圧式パッカー及びその拡張・収縮方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は水圧式パッカー及びその
拡張・収縮方法に関し、大深度の試錐孔内でパッカーに
よる試錐区間限定を必要とする各種原位置試験装置、例
えばＪＦＴ試験装置、ルジオン試験装置、孔間水理試験
装置、間隙水圧測定装置、流速流向測定装置、地下水採
水装置、孔内載荷試験装置や大深度の試錐孔内に機器を
固定することが必要な試験作業、例えば各種検層機器の
固定、グラウト機器の固定等に利用することができるも
のである。

【０００２】

【従来の技術】近年の地下空間利用計画の進展に伴って
地下深部の水理学的・地球化学的および力学的特性をよ
り高い精度で効率的に把握することが重要となりつつあ
る。そのため、試錐孔内に地上側から拡張・収縮できる
パッカーを挿入し、このパッカーにより深さ方向の区間
を限定して地下水の採取や各種試験を行うことが提案さ
れている。

【０００３】このようなパッカーの拡張・収縮の代表的
例としては、試錐孔内に二重管を挿入し、２つの管の
間を通して機械的にゴムを押しつぶして拡張する機械式
パッカー、試錐孔内に下降させたパッカーゴム内に地
上より空圧を与えて拡張する空圧式パッカー、試錐孔
内に下降させた遮水ゴム内に地上より水圧を与えて拡張
する水圧式パッカー等が知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
〜の方法は、深度百ｍ以深を対象としていないため
に数百ｍ以深の大深度に適用して調査を行うと以下に述
べるような様々な欠点が発生する。

【０００５】機械式パッカーの機構上、深度が増すと
二重管の強度と延びが影響し、パッカーゴムを充分に押
しつぶしているか否かの作動確認が困難となり、またダ
ブルパッカーにする場合は、三重管構造を必要とし、複
雑な構造となり作業部の効率が悪い。

【０００６】空圧式パッカーの地上における拡張圧力
が水深に対する水圧とパッカー拡張圧力の和となり、大
深度においては深度が増すに従って孔内の水圧も増加す
るため（水深１０ｍ当たり約１ｋｇ／ｃｍ² ）、地上の
パッカー制御として高圧を必要とし、危険性が高く専任
の作業者を必要とする。

【０００７】水圧式パッカーは送水チューブ及びパッ
カー内が水で満たされているため、水深に対する水圧は
パッカー内も同じ割合で上昇する。従って、パッカー拡
張圧力は深度に依存することなく一定であり、地上操作
部のパッカー制御は低圧にすることができる。但し、地
下水位が数十ｍから数百ｍ程度と低い試錐孔において
は、送水チューブ内の水の自重によりパッカーの自然拡
張、収縮不能及び過剰な拡張圧力によるパッカーゴムの
破損等が発生する。また、地上からパッカーの拡張・収
縮を制御することは不可能となる。この他、大深度対応
では、パッカー用の送水チューブが長くなり、送水チュ
ーブ内径も試錐孔径の制約から太い送水チューブを用い
られないために、送水チューブ内の抵抗が大きく、特に
収縮には時間がかかる。このため、収縮時のみパッカー
部に内蔵されたバルブの開閉によりパッカー内の水を試
錐孔内に排水し、収縮時間を短縮できる装置もあるが、
地上より送水した水を試錐孔内に排出するため、試錐孔
内の水の水質を変化させてしまうことになる。

【０００８】本発明は上記課題を解決するためのもの
で、深度を問わず確実にパッカーの拡張・収縮作業がで
き、パッカーの拡張・収縮が地下水位の高低に影響され
ず、高圧ガスを使用せず専任の作業者を必要とせずに地
上操作で、かつ短時間に拡張・収縮ができ、パッカー収
縮の際の排水による試錐孔内の水質変化を防止できる水
圧式パッカー及びその拡張収縮方法を提供することを目
的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の水圧式パッカー
は、上端を密閉するキャップを通して送気され、試錐孔
内に挿入されるケーシングと、ケーシング先端部に接続
され、メインバルブ、パッカー拡張用バルブ、パッカー
収縮用バルブを収納するバルブ収納部と、メインバルブ
を介してケーシングに連通する管状ストレーナーで接続
されるとともに連絡管で連通し、バルブ収納部下端に設
けられた上部及び下部パッカー本体とを備え、上部パッ
カーはパッカー拡張用バルブを介してケーシングに連通
し、パッカー収縮用バルブを介して排水口に連通してい
ることを特徴とする。また、本発明の水圧式パッカー
は、前記メインバルブ、パッカー拡張用バルブ、パッカ
ー収縮用バルブは地上のバルブ開閉制御部と配線により
接続されていることを特徴とする。また、本発明の水圧
式パッカーは、ケーシングは複数の管をネジで接続した
構造であり、接続部がＯリングでシールされていること
を特徴とする。また、本発明の水圧式パッカーは、前記
ケーシングは、キャップに接続された送圧用ホースを介
して調圧器、圧力源からなるガス圧制御部に接続されて
いることを特徴とする。また、本発明の拡張・収縮方法
は、ケーシング先端部に上下パッカーを接続し、ケーシ
ングを試錐孔内に降ろしながら試錐孔内の地下水をケー
シングに取り込み、上部からガス圧でケーシング内の地
下水を加圧し、加圧された地下水により上下パッカーを
拡張し、該地下水を試錐孔内へ排水することにより上下
パッカーを収縮するようにしたことを特徴とする。ま
た、本発明の拡張・収縮方法は、互いに連通している上
下パッカーを接続する管状ストレーナとケーシングとの
連通・遮断を制御するメインバルブを開いてケーシング
内へ地下水を取り込み、ケーシング内水位が試錐孔内地
下水位と同程度になった時メインバルブを閉じ、ケーシ
ングと上側パッカーとの連通・遮断を制御する拡張用バ
ルブを開き、ガス圧でケーシング内の地下水を加圧して
地下水により上下パッカーを拡張し、上側パッカーと排
水口との連通・遮断を制御する収縮用バルブを開いてパ
ッカー内の地下水を試錐孔内へ排水して上下パッカーを
収縮することを特徴とする。また、本発明の拡張・収縮
方法は、メインバルブ、拡張用バルブ、収縮用バルブは
地上部の操作により開閉制御されることを特徴とする。

【００１０】

【作用】本発明は試錐孔内に挿入したケーシングを通し
てパッカーを下降させ、ケーシング内に地下水を導き入
れてパッカーが設定深度まで降りた時にケーシング内の
水位を試錐孔内地下水位とほぼ等しくなるようにする。
次いで、ケーシングの地上先端部を閉鎖し、ケーシング
内をガス圧で加圧し、ケーシング内の地下水をパッカー
に送水してパッカーを拡張する。パッカーの拡張圧力は
パッカー内の圧力と設定深度の水圧とが等しいため、遮
水ゴムの必要拡張圧で設定され、深度及び地下水面の条
件に左右されずに操作を行うことが可能である。また、
パッカーの収縮においては試錐孔内へ排水し、採水区間
または試験区間がどのような深度であろうとも、また地
下水位が低下しても安全かつ確実に区間を設定すること
ができる。また、パッカーの拡張に試錐孔内の地下水を
用いるため、収縮時に孔内排水しても孔内の水質変化を
防ぐことができる。

【００１１】

【実施例】図１は本発明の水圧式パッカーの装置構成を
示す図、図２は配管概略図、図３は操作手順を説明する
図である。図中、１は圧力源（窒素ボンベ等）、２は調
圧器、３はバルブ開閉制御部、４はケーシング閉鎖用キ
ャップ、５はＯリング、６はケーシング、７はバルブ制
御用電線、８は導水口、９は給水口、１０はバルブ収納
部、１１はメインバルブ、１２は排水ノズル、１３はパ
ッカー拡張用バルブ、１４はパッカー収縮用バルブ、１
５は上部パッカー本体、１６は遮水ゴム、１７は上下パ
ッカー連絡管、１８はストレーナ、１９は下部パッカー
給排水口、２０は下部パッカー本体、２１は送圧用ホー
ス、２２は排水口、Ａは地表面、Ｂは試錐孔、Ｃは孔内
水位、Ｄはケーシング内水位である。

【００１２】図１において、試錐孔Ｂ内に孔径の太い管
状のケーシング（ロッド）６を挿入し、このケーシング
の先端部にパッカーをネジ結合により接続してパッカー
を昇降させる。ケーシング６は複数の管をネジ結合によ
り接続したもので、接続部をＯリング５でシールした構
造とし、接続本数を増やすことにより所定の深さまで延
ばせるようになっている。ケーシング６の上端はケーシ
ング閉鎖用キャップ４で蓋をされ、送水用ホース２１に
より圧力源１、調圧器２を通して加圧されるようになっ
ており、閉鎖用キャップ４とケーシング６との間はＯリ
ング５でシールされる。

【００１３】ケーシング６の先端部には、バルブ収納部
１０、上部パッカー本体１５、下部パッカー本体２０が
一体となってネジ結合により接続され、上部パッカー本
体１５と下部パッカー本体２０との間は孔を開けた管か
らなるストレーナ１８で接続され、また上下パッカー間
は連絡管１７で連通している。バルブ収納部１０にはメ
インバルブ１１、パッカー拡張用バルブ１３、パッカー
収縮用バルブ１４が配置され、地上に設置されたバルブ
開閉制御部３とバルブ制御用電線７で接続されている。

【００１４】メインバルブ１１はこれを開いた状態にし
て、先端にパッカーを接続したケーシング６を試錐孔内
に降ろしていったとき、ストレーナ１８を通して入った
地下水がメインバルブ１１、導水口８を通してケーシン
グ６内に流入させるためのものである。パッカー拡張用
バルブ１３は、ケーシング内に地下水を導入した後メイ
ンバルブ１１を閉じ、圧力源１によりケーシング内を加
圧した時に、給水口９、上部パッカー本体１５、連絡管
１７、下部パッカー給排水口１９を通して上部パッカー
本体１５及び下部パッカー本体２０を加圧し、それぞれ
遮水ゴム１６を拡張するためのものである。パッカー収
縮用バルブ１４は、これを開くとパッカーに導入された
地下水が下部パッカー給排水口１９、上下パッカー連絡
管１７、排水口２２、排水ノズル１２を通して試錐孔内
に排水するためのものである。

【００１５】次に本発明のパッカーによる操作手順を図
２、図３を参照して説明する。パッカーの拡張及び収縮
は、メインバルブ、拡張・収縮用バルブの３つのバルブ
と地上部の空圧操作により行い、パッカーを拡張及び収
縮する場合以下の手順で行う。

【００１６】〔手順１（図３（ａ））〕パッカーを適当
な手段で試錐孔内に吊り下げ、地上部スイッチの操作に
よりメインバルブ１１を開放し、パッカーにケーシング
を接続して試錐孔内の所定深度まで挿入する。装置の挿
入に伴っで地下水がストレーナ１８から上部パッカー本
体１５の中を通り、メインバルブ１１を通してケーシン
グ６内に入り、ケーシング内の水位が上昇する。試錐孔
内の地下水位Ｃとケーシング内水位Ｄがほぼ一致したこ
とを確認した後、メインバルブ１１を閉鎖する。

【００１７】〔手順２（図３（ｂ））〕ケーシング上端
に閉鎖用キャップ４を装着してケーシング上端を閉鎖
し、閉鎖用キャップに送圧用ホース２１、調圧器２、圧
力源１を接続する。

【００１８】〔手順３（図３（ｃ））〕地上部スイッチ
の操作によりパッカー拡張用バルブ１３を開放し、パッ
カー拡張圧力（５ｋｇｆ／ｃｍ² 〜９ｋｇｆ／ｃｍ² ）
を空圧（ガス圧）で送気する。空圧によりケーシング内
の地下水がパッカー拡張用バルブ１３、上部パッカー１
５、下部パッカー２０に送水され、パッカーは拡張す
る。パッカーが充分に拡張し、測定区間の閉鎖を確認後
バルブ１３を閉じ、ケーシング上端を開放してメインバ
ルブ１１を開く。

【００１９】〔手順４（図３（ｄ））〕パッカーで閉鎖
した測定区間を利用して水理試験等の各種調査を実施す
る。この水理試験では、例えば測定区間内の岩盤中の地
下水の水位が地下のどの程度の深度にあるのかを示す間
隙水圧の測定や、回復法による透水試験、パルスによる
透水試験等を行う。

【００２０】間隙水圧の測定は、測定区間を遮水パッカ
ーで閉鎖し、ケーシング内にインナープローブを挿入
し、インナープローブに装着されているインナーパッカ
ーを拡張しケーシング内のインナーパッカーより下の区
間を閉鎖し、インナープローブに装着されている間隙水
圧計で遮水パッカーで閉鎖した測定区間の地下水の圧力
を測定するものである。

【００２１】回復法による透水試験は間隙水圧の測定後
バルブを閉じ、インナーパッカーを収縮して地上へ回収
し、ケーシング内の地下水を地上へ排出する。そしてイ
ンナープローブを再度挿入し、バルブを開放して上昇し
てくる地下水の水位の変化をインナープロブに装着した
間隙水圧計で測定するものである。

【００２２】パルスによる透水試験はインナープローブ
をケーシング内に任意の深度まで挿入し、インナープロ
ーブに装着されているインナーパッカーを拡張し、外部
環境と測定区間を隔離する。次いで、インナープローブ
内のホースを経由して地上より圧力を供給し、インナー
プローブに装着した電磁バルブを一時的に開放して測定
区間内へ伝達し、インナープローブへ装着した間隙水圧
計を用いて岩盤へ吸収されていく圧力変化を測定するも
のである。

【００２３】〔手順５（図３（ｅ））〕地上部スイッチ
の操作でパッカー収縮用バルブ１４を開き、排水ノズル
１２を通してパッカー内の地下水を試錐孔内に排水す
る。この時、パッカーの収縮力（拡張した際の圧力とパ
ッカーゴムの弾性力）で排水ノズルからパッカー内の地
下水を排出する。パッカーの収縮完了後、本装置の次の
測定区間への移動、または地上への引上を行う。

【００２４】

【発明の効果】従来のパッカーの拡張および収縮方法
は、試錐孔内等を利用して数百ｍ以深の大深度で使用す
る場合、大深度に伴う地下水の圧力や昇降作業の効率に
対して考慮されておらず、これに対して、本発明のパッ
カーは、現在ある方法の欠点を取り除くことで安全かつ
確実に制御し、短時間で拡張収縮できるようにしたもの
である。

【００２５】本発明は、パッカーの拡張に試錐孔内の地
下水を用いるため、パッカー収縮時に孔内に排水しても
孔内の水質変化を防ぐことができる。また、パッカー拡
張前にケーシング内に試錐孔内の地下水を取り込み、ケ
ーシング内の水位と試錐孔内の地下水位を一致させてい
るので、パッカー内とパッカー外側の水圧が等しくな
り、深度に依存することなく地上のパッカー制御圧力は
一定の低圧となる。地上のパッカー制御圧力が低圧にな
ることにより安全に作業を行うことが可能であり、ま
た、地下水位の低い試錐孔においても管内水圧によるパ
ッカーの自然拡張及び過剰な管内水圧によるパッカーの
収縮不能及びパッカーゴムの破損は発生しない。また、
孔径の太いケーシングを利用した送水により管内抵抗は
小さくなり、パッカーの拡張時間を短縮することができ
る。さらにパッカーの収縮は内蔵の収縮用バルブを作動
してパッカー拡張用として使用した地下水を試錐孔内に
排出して行うため、パッカーの収縮時間が短縮すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の水圧式パッカーの装置構成を示す図
である。

【図２】 配管概略図である。

【図３】 操作手順を説明する図である。

【符号の説明】

１…圧力源（窒素ボンベ等）、２…調圧器、３…バルブ
開閉制御部、４…ケーシング閉鎖用キャップ、５…Ｏリ
ング、６…ケーシング、７…バルブ制御用電線、８…導
水口、９…給水口、１０…バルブ収納部、１１…メイン
バルブ、１２…排水ノズル、１３…パッカー拡張用バル
ブ、１５…上部パッカー本体、１６…遮水ゴム、１７…
上下パッカー連絡管、１８…ストレーナ、１９…下部パ
ッカー給排水口、２０…下部パッカー本体、２１…送圧
用ホース、２２…排水口、Ａ…地表面、Ｂ…試錐孔、Ｃ
…孔内水位、Ｄ…ケーシング内水位。

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上端を密閉するキャップを通して送気さ
   れ、試錐孔内に挿入されるケーシングと、ケーシング先
   端部に接続され、メインバルブ、パッカー拡張用バル
   ブ、パッカー収縮用バルブを収納するバルブ収納部と、
   メインバルブを介してケーシングに連通する管状ストレ
   ーナーで接続されるとともに連絡管で連通し、バルブ収
   納部下端に設けられた上部及び下部パッカー本体とを備
   え、上部パッカーはパッカー拡張用バルブを介してケー
   シングに連通し、パッカー収縮用バルブを介して排水口
   に連通していることを特徴とする水圧式パッカー。
2. 【請求項２】 請求項１記載の水圧式パッカーにおい
   て、前記メインバルブ、パッカー拡張用バルブ、パッカ
   ー収縮用バルブは地上のバルブ開閉制御部と配線により
   接続されていることを特徴とする水圧式パッカー。
3. 【請求項３】 請求項１記載の水圧式パッカーにおい
   て、ケーシングは複数の管をネジで接続した構造であ
   り、接続部がＯリングでシールされていることを特徴と
   する水圧式パッカー。
4. 【請求項４】 請求項１記載の水圧式パッカーにおい
   て、前記ケーシングは、キャップに接続された送圧用ホ
   ースを介して調圧器、圧力源からなるガス圧制御部に接
   続されていることを特徴とする水圧式パッカー。
5. 【請求項５】 ケーシング先端部に上下パッカーを接続
   し、ケーシングを試錐孔内に降ろしながら試錐孔内の地
   下水をケーシングに取り込み、上部からガス圧でケーシ
   ング内の地下水を加圧し、加圧された地下水により上下
   パッカーを拡張し、上下パッカー内の地下水を試錐孔内
   へ排水することにより上下パッカーを収縮するようにし
   たことを特徴とする水圧式パッカーの拡張・収縮方法。
6. 【請求項６】 請求項５記載の方法において、互いに連
   通している上下パッカーを接続する管状ストレーナとケ
   ーシングとの連通・遮断を制御するメインバルブを開い
   てケーシング内へ地下水を取り込み、ケーシング内水位
   が試錐孔内地下水位と同程度になった時メインバルブを
   閉じ、ケーシングと上側パッカーとの連通・遮断を制御
   する拡張用バルブを開き、ガス圧でケーシング内の地下
   水を加圧して地下水により上下パッカーを拡張し、上側
   パッカーと排水口との連通・遮断を制御する収縮用バル
   ブを開いてパッカー内の地下水を試錐孔内へ排水して上
   下パッカーを収縮することを特徴とする水圧式パッカー
   の拡張・収縮方法。
7. 【請求項７】 請求項６記載の方法において、メインバ
   ルブ、拡張用バルブ、収縮用バルブは地上部の操作によ
   り開閉制御されることを特徴とする水圧式パッカーの拡
   張・収縮方法。