JP3871938B2 - パッカー機能を有するケーシング - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水質調査等のため掘削後の地下水を採水する装置、又は地層の水理試験装置等に使用されるパッカー機能を有するケーシングである。更に詳しくは、地中深部の所定位置帯水層の地下水のみを採水するため、あるいは地層の水理試験のためのパッカー機能を有するケーシングに関する。
【０００２】
【従来の技術】
地下水の汚染対策や井戸用のために、ボーリング孔を掘削した後、帯水層毎に地下水を採水し、各地層の汚染状況や水質、水量等の水理試験調査が行われている。この地下水を採水するために、例えば、連続採水方式や採水カプセルを用いる方法等が提案されているが、複雑で大規模な装置を伴うので、主に深度の深い地層の調査等に利用されており、工場用地の汚染土の調査やガソリンスタンド等の敷地の調査あるいは水理試験等には適していない。
【０００３】
他の方法として、工場用地等の比較的浅い地層の調査用に、打ち込み式の地下水サンプリング方法に関するものがある。従来の打ち込み方式の方法は、スクリーン（フィルターとも称している）を閉鎖した管体の装置を所定の深度まで打ち込み、続いて外管を所定位置まで引き上げスクリーンを露出させ、この露出部分から管内に地下水を取り込み採水し、これを地表に引き上げて水質等の調査あるいは地層の水理試験等を行う方法である。
【０００４】
前者の場合、パッカーによる孔内地下水等の試験あるいは地層の水理試験を伴う掘削作業においては鋼管ケーシングが使用されるため、パッカーはケーシング下部の裸孔部分に設置され、パッカーを膨張させ採水箇所の上下を遮断し各種試験を行い、試験後は収縮してパッカーを回収して、再び深部の掘削を行っている。掘削終了後にまとめてパッカー試験を行う場合は、設置したケーシングを引き上げて、パッカーの設置部分となる裸孔部分を確保する。
【０００５】
これに関連し本発明と同一出願人は、特許第３０５３５６号公報で、パッカーラバーが取り付けられたパッカー内管と、このパッカー内管の外周に配置され前記パッカーラバーの内周孔に挿入される円錐状カムからなる構成で、パッカー内管の円錐状カムを押圧しパッカーラバーを拡径することにより、所定位置以外の地下水流入を遮断して、所定位置のみの地下水を採水、あるいは地層の水理試験をする技術を提案している。
【０００６】
この技術は、分断されたケーシング間にケーシングを一旦引き上げてから採水所定位置に後でパッカーラバー等を取り付ける方法である。採水後のケーシング回収の困難さと、試験毎にパッカーラバーを取り付けなければならない面倒さがあり、また、ケーシングは調査専用のものとなり、駆動力伝達は出来ない。このため掘削しながら採水可能なケーシングを挿入出来ない等の問題点を含んでいて、さらに改良が求められていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
これら従来の方法は、前者の場合は大深度の地層中に存在する地下水の特性を把握するためのもので、また、後者の場合は小規模の地下水調査あるいは水理試験として公知になっている技術である。前者の場合、掘削しながら採水あるいは地層の水理試験をする場合は、鋼管あるいはＦＲＰ製ケーシングの下部の裸孔部分に採水用の装置を設置し採水あるいは地層の水理試験をすることはできるが、掘削終了後にケーシングを挿入して所定位置の採水あるいは地層の水理試験を行う場合は、挿入してあるケーシングを引き抜き、裸孔部分にパッカーを設置しなければならない。
【０００８】
しかし、ケーシングが抜けなくなった場合は、採水あるいは地層の水理試験が出来ない等の不具合が生じていた。また、近年環境保全対策が厳しくなり、金属物等を地中に残すことは地下水の汚染源にもなってしまうおそれもある。また、ケーシングは採水あるいは地層の水理試験をするときは抜かないで、同一場所にパッカーを設置したものとし、採水あるいは地層の水理試験が終了したときは一体となって地中から回収し、所定位置の地層のみの地下水を採水、あるいは地層の水理試験できることが理想である。
【０００９】
本発明はこのような技術背景のもとに創案されたものであり、主に深い地層の地下水を調査する前者の場合に適用されるものであって、下記目的を達成する。
【００１０】
本発明の目的は、所定位置の地下水を採水、又は水理試験区域の環境を汚染することなく、効率よく採水する地下水採水装置、又は地層の水理試験装置のパッカー機能を有するケーシングを提供することにある。
【００１１】
本発明の他の目的は、深い地層であっても、所定位置にケーシングを引き抜かないで設置し採水位置あるいは水理試験のための地層位置を正確に位置決めすることができる地下水採水装置あるいは水理試験装置のパッカー機能を有するケーシングを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明１のパッカー機能を有するケーシングは、掘削機械により地中を掘削した穴に挿入されるケーシング（１３）の一部を構成するものであって、チューブ状の弾性体（１８ａ，１８ｂ）と、この弾性体（１８ａ，１８ｂ）に沿って配置され、互いに相対移動可能な複数の構成体（１９，４１，４４，４６，４９，５２，５９）とからなり、前記弾性体（１８ａ，１８ｂ）は、前記半径方向、又は前記軸線方向の力を受けたとき拡張可能であり、力を受けないときは前記収縮して復元するとともに、前記ケーシング（１３）の回転力、又は軸線方向の伝達力を伝達することが可能なものであることを特徴とする。
【００１３】
本発明２のパッカー機能を有するケーシングは、本発明１のパッカー機能を有するケーシングにおいて、前記弾性体は、チューブ状の第１弾性体（１８ａ）と、この第１弾性体（１８ａ）に重ねて密着されるチューブ状の第２弾性体（１８ｂ）とからなり、前記構成体（１９，４１，４４，４６，４９，５２，５９）は、前記第１弾性体（１８ａ）と前記第２弾性体（１８ａ）との間に密着挟持されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明３のパッカー機能を有するケーシングは、本発明１又は２のパッカー機能を有するケーシングにおいて、前記構成体（１９，４１，４４，４６，４９，５２，５９）は、１種類以上の異なる形状を備えたプレートからなり、このプレートは相互に凹凸状態ではめ込み連結されていることを特徴とする。
【００１５】
本発明４のパッカー機能を有するケーシングは、本発明２のパッカー機能を有するケーシングにおいて、前記第１弾性体（１８ａ）、及び前記第２弾性体（１８ｂ）は、ゴムチューブで一体的に構成されていることを特徴とする。
【００１６】
本発明５のパッカー機能を有するケーシングは、本発明１ない４のパッカー機能を有するケーシングにおいて、前記ケーシング（１３）は、前記掘削された穴の地下水を採水して検査を行う試験装置のパッカーとして使用されることを特徴とする。
本発明６のパッカー機能を有するケーシングは、本発明１ない４のパッカー機能を有するケーシングにおいて、前記ケーシング（１３）は、前記掘削された穴の地層の水理試験装置のパッカーとして使用されることを特徴とする。
【００１７】
本発明７のパッカー機能を有するケーシングは、本発明３のパッカー機能を有するケーシングにおいて、前記プレートは、前記第１弾性体、及び前記第２弾性体を一体化するために前記弾性体が注入された複数の穴を設けていることを特徴とする。
本発明８のパッカー機能を有するケーシングは、本発明３のパッカー機能を有するケーシングにおいて、前記構成体（５２）の軸線方向に、両端部が前記構成体（５２）の両端部（５３）に固定された線材（５６）を前記プレートに貫通して設けたことを特徴とする。前記線材（５６）は、ピアノ線、帯状材等の長くて弾性を備えた金属、又は非金属の材質で作られたものを意味する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。図１は本発明のパッカー機能を有するケーシングをパッカーに適用した地下水水質試験あるいは水理試験のための掘削採水装置１の全体図である。この掘削採水装置１は、掘削中、又は掘削後に孔内に送り込まれるパッカー２と、このパッカー２の内側に挿入されるインナーパッカー３とで構成されている。
【００１９】
パッカー２は図２に示すように、管体にスリット４を有するストレーナ管５と、このストレーナ管５を挟んで連結し掘進方向上下に２つのパッカー６ａ，６ｂが設けられており、インナーパッカー３は図３に示すように、外周に複数の小穴７ａが明けられた採水パイプ７と、この採水パイプ７を挟んで連結し掘進方向上下に２つの内部パッカー８ａ，８ｂが設けられている。
【００２０】
地中に挿入されたときのパッカー２とインナーパッカー３との相互関係は、ストレーナ管５と採水パイプ７が対峙し、パッカー６ａ，６ｂと内部パッカー８ａ，８ｂが対峙するようになっている。この掘削採水装置１においてパッカー２は、地中に挿入されるケーシングの採水遮断部分をいい、掘削孔壁側に拡張、及び収縮することが可能になっている。掘削採水装置１の採水前処理工程の掘削方法については、同一出願人の特許第３０５３５６３号公報に詳細技術が記載されているので、詳細説明は省略する。本発明の理解のため概要を説明する。
【００２１】
図４は、掘削状態を示す断面図で、この掘削はワイヤーライン工法による。アウターチューブ９の下方部に開閉自在な５体のウィングビット１０が取り付けられている。５体のウィングビット１０はアウターチューブ９の周囲に等間隔で配置されている。ウィングビット１０は開いたときに、５体が並ぶ円周の半径が拡大される。アウターチューブ９が回転駆動されると、掘削用ビット１１により掘削された掘削孔１２の直径が拡大され、大径の拡大掘削孔が形成される。
【００２２】
この拡大された掘削孔１２に掘進と同時に掘削に併行してケーシング１３（パッカー）が挿入される。このケーシング１３の先にはケーシングビット１４が取り付けられ掘削孔１２よりさらに拡大した孔１５を掘る。ケーシング１３の材料として軽くて頑丈であるＦＲＰが用いられている。ウィングビット１０を閉じてアウターチューブを９インナーチューブ１６とともに引き抜いた状態が、図５に示されている。
【００２３】
ケーシング１３は、地中に残された状態である。本発明はこのケーシング１３を前述のパッカー２に置き換え適用したものである。本説明は掘削と同時にケーシング１３を挿入しているが、掘削後に掘削用のケーシング１３を引き抜いて採水専用のケーシングを挿入する場合もある。
【００２４】
図１は、掘削後、掘削採水装置１を採水位置に設置した状態を示す断面図である。パッカー２は、採水箇所においてはスリット４、又は小穴の設けられたストレーナ管５が掘進方向前後をパッカー６ａ，６ｂによって挟まれた状態で設けられ、採水箇所でない部分においてはスリット４、又は小穴のない連結パイプ１７で構成されている。掘削深さに応じこれらのパイプ類は複数個連結され孔内に設置される。
【００２５】
このストレーナ管５はパイプ形状のもので、両端部に雄ねじが設けられ中央部は、円周方向に複数の細い溝即ちスリット４を構成するスクリーン形状となっている。地下水はストレーナ管５を介してインナーパッカー３側に導かれるが、スリット４は、その際、ごみや土砂等が侵入しないようにフィルターの役目をなすものである。このストレーナ管５の両端にねじを介してパッカー６ａ，６ｂが取り付けられる。このパッカー６ａ，６ｂは取り付け部６ｃが雌ねじを構成し、この取り付け部６ｃに中央部がゴムチューブ１８ａ，１８ｂを主体とする拡張、及び収縮可能な外部パッカー部材１８がケーシングの一部として取り付けられている（図６参照）。
【００２６】
このストレーナ管５と連結パイプ１７は鋼管あるいはＦＲＰ等が使用されている。また、パッカー６ａ，６ｂについては詳細を後述するが、パッカーは２つのゴムチューブ１８ａ，１８ｂの間に複数のプレートとしての金属構造体１９を挟んで設けられたもので、半径方向、及び軸線方向に拡張、及び収縮が可能である。プレートの材質は、エンジニアリング・プラスチック、セラミックス等硬質で強度のあるものであれば金属以外でも可能であるが、以降の説明においては、プレートを金属として例示する。ストレーナ管５は、地中の採水すべき帯水層毎に複数箇所設けられている。ストレーナ管５のスリット４、又は小穴は通水用の孔であって、試験用の地下水を採水のためインナーパッカー３側に導くためのものである。
【００２７】
一方、インナーパッカー３は、中心部に採水パイプ７が設けられ、この採水パイプ７の掘進方向上下に内部パッカー８ａ，８ｂが設けられている。この内部パッカー８ａ、８ｂは、間に小穴７ａの明けられた採水パイプ７を挟んで２箇所設けられている。採水パイプ７の両端にねじで結合された連結部材２０を介して支持パイプ２１が取り付けられる。
【００２８】
この支持パイプ２１の下端である地中側端部は、キャップ２２により閉鎖されている。支持パイプ２１上には２つの受け部材２３ａ，２３ｂが固定され、この受け部材２３ａ，２３ｂに跨って内部パッカー部材２４が設けられている。この内部パッカー部材２４の両端部の取り付け部８ｃが受け部材２３ａ，２３ｂに固定されている。この取り付け部８ｃに中間部がゴムチューブで構成される拡張、及び収縮可能な内部パッカー部材２４が、ケーシングの一部として取り付けられている。
【００２９】
内部パッカー８ａ，８ｂは、前述のパッカー６ａ，６ｂとは異なり、内部パッカー部材２４がゴムチューブのみの部材であり金属構造体は設けられていない。この内部パッカー８ａ，８ｂは、両端部に取り付け部８ｃを取り付けた構成のもので、支持パイプ２１に固定された２つの受け部材２３ａ，２３ｂに固定され、この支持パイプ２１との間に密閉空間である内部パッカー室２５を形成している。２つの内部パッカー８ａ，８ｂ間には、採水パイプ７に跨ってらせん状に送水ホース２６が、２つの受け部材２３ａ，２３ｂ間に取り付けられている。
【００３０】
地上側の支持パイプ２１には、この支持パイプ２１を覆う状態で、受け部材２３ａに供給管体２７が取り付けられている。地上側には支持パイプ２１と供給管体２７とに跨って分岐部材２８が設けられ、この分岐部材２８と供給管体２７と支持パイプ２１との間に通水路２７ａを設け流体の通路としている。分岐部材２８には、流体を供給する継ぎ手２９が設けられ、この継ぎ手２９に開閉バルブ３０とエアー抜きバルブ、及びゲージ３１が設けられている。
【００３１】
水等の流体は図示していないが、ポンプ等の流体供給装置から開閉バルブ３０を介して供給管体２７の通水路２７ａに供給される。次にパッカーの構造について詳細に説明する。図６は、外部パッカー部材１８を軸方向に対して直角方向に輪切りにした模式的断面図を示している。図のＡ側は、外部パッカー部材１８が収縮している状態を示しており、ゴムチューブ１８ａ，１８ｂに挟まれた金属構造体１９は個々の金属プレート１９ａ，１９ｂが連接している（図１０参照）。
【００３２】
図６のＢ側は外部パッカー部材１８が拡張している状態を示しており、ゴムチューブ１８ａ，１８ｂの弾性変形により、ゴムチューブ１８ａ，１８ｂに挟まれている金属構造体１９は個々の金属プレート１９ａ，１９ｂ間に隙間１９ｃが生じている。図７は外部パッカー部材１８を軸線方向（掘進方向）に展開した模式的展開図の一部である。
【００３３】
図のＣ側は収縮状態を示し、金属構造体１９の各金属プレート１９ａ，１９ｂは連接している。図のＤ側は拡張した状態を示していて、各金属プレート１９ａ，１９ｂ間に隙間１９ｃが生じている。図８は図７のＸ−Ｘ断面図で外部パッカー部材１８は平坦形状をなし、金属構造体１９の金属プレート１９ａ，１９ｂは連接している。図９は図７のＹ―Ｙ断面図で、外部パッカー部材１８は拡張により曲線形状になっている。また、軸方向にも若干弾性変形するので、各金属プレート１９ａ，１９ｂ間には軸線方向側にも隙間１９ｃが生じる。このように外部パッカー部材１８は内部パッカー部材２４側から力を受けると、図９のように曲線状に弾性変形し半径方向や軸線方向に膨らむ。
【００３４】
図１０は、金属構造体１９の構成を平面的に示した部分図である。この金属構造体１９は、２つの薄い金属プレート１９ａ，１９ｂで構成され、一方の金属プレート１９ａは、四角形状の対向する２箇所の角部を凹部状に切り欠かれた形状のプレートである。他方の金属プレート１９ｂは、四角形状の対向する２箇所の角部に長方形状の凸部を設けたプレートである。
【００３５】
この金属プレート１９ｂと金属プレート１９ａが相互に規則正しく配列され、金属プレート１９ａの凹部に金属プレート１９ｂの凸部が挿入された構成になっている。この２つの金属プレート１９ａ，１９ｂから構成される金属構造体１９は、２つのゴムチューブ１８ａ、１８ｂに挟まれ、２つの金属プレート１９ａ，１９ｂの相互関係がずれないようにゴムチューブ１８ａ、１８ｂに固着あるいは成形され一体化している。
【００３６】
尚、金属構造体１９を２つのゴムチューブ１８ａ，１８ｂで挟む構成として説明してきたが、成形でパッカー部材を製造する場合は、ゴムチューブと金属構造体は成形段階で一体化され、２つのチューブ状の形態とはならない。この場合、ゴムチューブの一方に相当するもの（１８ａ）を表面側とし、ゴムチューブの他方に相当するもの（１８ｂ）を裏面側と定義する。
【００３７】
従って、ゴムチューブ１８ａ，１８ｂが拡張されたとき金属構造体１９の各金属プレート１９ａ，１９ｂは、ゴムチューブ１８ａ，１８ｂの延びとともに相互に引き離される状態となる。また、金属プレート１９ａ，１９ｂはゴムチューブ１８ａ，１８ｂと一体になっているので、バラバラの状態で離れることはなく拡張の延びの長さに応じて金属プレート１９ａ，１９ｂ間に隙間１９ｃが生じる。この拡張は、半径方向、又は軸線方向に、あるいは半径方向及び軸線方向になされ、どのような方向にも対応できる。
【００３８】
復元するときは、ゴムチューブ１８ａ，１８ｂは収縮して元の形状に戻り、金属構造体１９も各金属プレート１９ａ，１９ｂが元に戻り連接状態となる。この復元構成は、各金属プレート１９ａ，１９ｂすべてが連接状態になっているので、金属であるが故にどの方向に力が加わっても力を伝達することができる。
【００３９】
図１０の状態はゴムチューブ１８ａ，１８ｂが拡張したときの状態を示し、金属プレート１９ａと金属プレート１９ｂとの間に隙間１９ｃが生じている。このように、外部パッカー部材１８はこの２つの金属プレート１９ａ，１９ｂを複数組み合わせて構成することにより、拡張するときはこの隙間１９ｃを有して半径方向及び軸線方向に延びる。
【００４０】
図１１は、金属構造体１９の端部１９ｄを示したものである。この端部１９ｄも薄い金属プレートでできている。この端部１９ｄは一端に金属プレート１９ａ，１９ｂの一部をはめ込まれた状態で、金属構造体１９を保持するようになっており、他端をゴムチューブ１８ａ，１８ｂとともにパッカーの取り付け部６ｃに固定されている。取り付け部６ｃ，８ｃは、パッカー６ａ，６ｂの場合、ストレーナ管５、及び連結パイプ１７にねじ込まれる。内部パッカー８ａ，８ｂの場合は、受け部材２３ａ，２３ｂに取り付けられる。
【００４１】
パッカーの構成に適用したパッカー機能を有するケーシングの構成は、以上のようになっているが、次に本発明のケーシングを採用した掘削採水装置１の採水方法、又は水理試験方法について説明する。前述のように、パッカー２は複数箇所の所定位置にストレーナ管５とパッカー６ａ，６ｂを配置して地中に挿入される。このストレーナ管５は予め採水する帯水層の数に応じて複数個設けられている。本発明の場合は、掘削と同時にパッカー２が挿入され、掘削が終わっても地中に残して置くことが可能である。このときパッカー２は、地上の所定位置に固定部材３２で固定される。
【００４２】
掘削して掘削装置を引き上げた後、パッカー２内にインナーパッカー３を挿入する。インナーパッカー３の採水位置は一箇所であるので、採水パイプの位置をパッカー２の予め決められている帯水層の採水位置、即ち所定のストレーナ管５位置に合わせインナーパッカー３を固定する。この状態はパッカー６ａ，６ｂと内部パッカー８ａ，８ｂの位置も合っていることになる。
【００４３】
次に、図示しないポンプ等の水供給装置から開閉バルブ３０を経て圧力水を供給する。また、供給装置は、空気供給装置であってもよく、この場合は継ぎ手に２９に圧力の加えられた空気を送られることになる。継ぎ手２９には開閉バルブ３０が設けられているので、ハンドルによる開閉バルブ３０の開閉動作で水量の調節ができる。またゲージ３１が取り付けられているので、水圧の状態をゲージ３１の目盛りを目視することにより確認することができる。さらに、エアー抜きバルブでエアーを抜くことができる。圧力水は、継ぎ手２９，分岐部材２８，を通して供給管体２７の通水路２７ａに導かれる。
【００４４】
さらに圧力水は受け部材２３ａに達し、この受け部材２３ａの通水孔２３ｃを介してインナーパッカー３の上部位置にある内部パッカー８ａの内部パッカー室２５に導かれる。圧力水は尚も送られ、受け部材２３ｂの通水孔２３ｄ、送水ホース２６を介して、下部に位置する内部パッカー８ｂの受け部材２３ａの通水孔２３ｅを通り内部パッカー室２５に導かれる。圧力水はこの内部パッカー室２５で受け止められる。この状態で圧力水をさらに送り込むと、内部パッカー室２５の容積が増すとともに上下の内部パッカー部材２４が弾性変形し、この内部パッカー部材２４は拡張しゴムチューブ１８ａ，１８ｂを押圧する。
【００４５】
押圧されたゴムチューブ１８ａ，１８ｂも弾性変形し拡張し、掘削孔壁に押し付けられる。ゴムチューブ１８ａ，１８ｂはある程度の幅を有しているので、掘削孔壁に対しては帯状に押圧し地層から掘削孔内へ地下水が侵入するのを防止している。上下のゴムチューブ１８ａ，１８ｂは弾性変形し拡張し、掘削孔壁に押し付けられるので、間に挟まれたストレーナ管５には、他層の地下水は侵入せず、このストレーナ管５の地層領域のみの地下水を取り込むことになる。このようにゴムチューブ１８ａ，１８ｂはある程度の幅を有して掘削孔壁に押圧し、他層からの水侵入を防止した状態を維持し採水あるいは水理試験を行う。
【００４６】
所定の地層からの地下水は、ストレーナ管５のスリット４を介してごみ等が取り除かれた状態でインナーパッカー３側に導かれる。さらに地下水は小穴７ａを通して採水パイプ７内に導かれ、支持パイプ２１内を通り地上に回収し採水あるいは水理試験がなされる。この回収は地層が深いので一般にポンプ等を利用し揚水して行う。
【００４７】
支持パイプ２１の端部にはキャップ２２が取り付けられているので、採水されるべき地下水が再び地層に戻されるようなことはない。回収採水された地下水は、図示していないが所定の試験装置により水質試験あるいは水理試験が行われる。採水あるいは水理試験はこのように行われ水質試験等が終了した後は、パッカー２をストレーナ管５、パッカー６ａ，６ｂを直結したまま全てを地上に引き上げることになる。このため、地中に一部でも部材を残すようなことはない。また、ケーシング１３を設置した状態で、長期間にわたり深度の深い掘削孔であっても、必要なときに繰り返し水理試験や地下水採水試験等が実施できる。
【００４８】
［他の実施の形態］
パッカーの金属構造体は、以上述べた形態以外に他の構成もあるので、次にその実施例を説明する。
図１２は、１種類の金属プレート４０を複数個集合させた金属構造体４１の部分平面図を示したものである。金属プレート４０は略工字形状をなし、三角形状の凸部４０ａと凹部４０ｂを相互にはめ込ませた形態のものである。図の形態はパッカー部材が拡張された状態を示しているので、金属プレート間には隙間４２がある。収縮した場合は、全ての金属プレート４０は相互に連接し一体状態となる。
【００４９】
この形態の場合も力がどの方向（例えば外部採水管の回転方向、又は掘進方向）から加えられても力を伝達することができる。この図の形態を９０度向きを変え横向きにしても効果は変わらない。また、図示していないが、金属プレート４０の三角形状の凸部４０ａと凹部４０ｂの部分を、金属プレートが相互に離脱しない範囲で丸みを帯びたＲ形状にしてもよい。この場合は金属プレート４０に力を受けたときの集中応力が軽減される。
【００５０】
図１３は、１種類の略正方形状の金属プレート４３に三角形状の凸部４３ａと凹部４３ｂを各々２箇所設け、この凸部４３ａと凹部４３ｂを相互にはめ込ませた金属プレート４３を複数個集合させた金属構造体４４の部分平面図を示したものである。この図の場合も図１２と同様に、金属構造体４４が収縮したとき全ての金属プレート４３が連接し一体化し、力がどの方向から加えられても力は伝達できる。
【００５１】
図１４は、図１３と同じ形態であるが、金属プレート４３の凸部４３ａと凹部４３ｂをＲ形状にした金属プレート４５の集合体として金属構造体４６を構成したものである。図１５は、図１３，図１４と基本的相違はないが、金属プレートを凸部のみを有する金属プレート４７と凹部のみを有する金属プレート４８の２種類の金属プレートで構成された金属構造体４９の形態を示した部分平面図である。
【００５２】
図１６は、形状を変えた２種のプレート５０，５１を複数個集合組み合わせた構造体５２の部分平面図を示したものである。これらプレート５０，５１は、図に示すように、構造体５２の回転方向は相互のプレートで規制されるが、軸線方向は規制されていないので、外部から力を加えられると軸線方向にずれる形状である。プレート５０は、構造体５２の端部５３にはめ込まれるプレートで、プレート５１は、構造体５２の主要部をなす部品で、プレート５０にはめ込まれた以降は同じプレート５１同志で相互にはめ込まれる。構造体５２中間部は全てこのプレート５１で構成される。
【００５３】
２種の各プレート５０，５１には、各々穴５０ａ，５１ａが設けられている。これらプレート５０，５１は、前述の実施例と同様に２つのゴムチューブに挟まれた構成になっている。構造体５２が成形されるとき、図１６の部分断面図である図１７に示すように、内面のゴムチューブ５４と外面のゴムチューブ５５に２種のプレート５０，５１を挟み、且つ、各穴５０ａ，５１ａを介してゴムが注入され、２つのゴムチューブ５４，５５が一体となる。
【００５４】
この穴５０ａ，５１ａに対してはゴム接着の構成であってもよい。このような構成によりプレート５０，５１は相互にずれることはない。又、これらプレート５０，５１には、構造体５２の軸線方向に沿って、複数のピアノ線５６が貫通挿入されている。このピアノ線５６の端部５６ａは構造体５２の両端部５３に結合している。従って、構造体５２は、このピアノ線を付加したことで、半径方向のみならず軸線方向の外力に対しても強化されることになり、ケーシングが地中に掘削する際の抵抗に充分耐える構造となる。但し、パッカーが拡張するときは、ゴムチューブは変形可能なので、半径方向はその位置で膨らむが、軸方向は、ピアノ線は延びないのでパッカー全体はやや縮む状態となる。
【００５５】
図１８は、図１６の変形例を示している。基本構造は変わらないが、図１６のプレート５１の形状が対称形をなしており、プレート５０にはまり込む形状とし、２種のプレート５７，５８構成としたことが異なる。この例の場合も図１６の場合と同様に、構造体５９の軸線方向にはずれる形状であるので、前述同様に各々のプレート５７，５８に設けられた穴５７ａ，５８ａを介してプレート５７，５８を保持するとともに、ピアノ線５６により軸線方向を強化している。
【００５６】
以上、本発明の実施の形態を述べてきたが、本発明の対象はこれに限定されるものではないことはいうまでもない。パッカー部材の金属構造体にワイヤやピアノ線等鋼線を実施例と異なる形態の補助材として使用してもよい。しかし、この場合は、拡張、及び収縮動作を行うときケーシングの一部がどうしても軸方向にずれることになるので、ずれてもよい場合に適用が可能である。このピアノ線構成の場合も半径方向、及び軸線方向に力を伝達することができる。前記金属構造体１９は、２つのゴムチューブ１８ａ，１８ｂで挟む構成としたものであったが、何れかのゴムチューブ１８ａ，１８ｂの一層のみとし、これに前記金属構造体１９を機械的に固定、又は接着剤で接着したものでも良い。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように、ケーシングのパッカー部を複数の構成体を有する弾性体で構成したので、ケーシング挿入後は、地下水調査の場合、拡張、収縮機能を生かして異なる地層の採水を行うことができ、ケーシングは採水毎にケーシングを抜くことなく所定の帯水層の地下水を採水ることができ、あるいは地層の水理試験ができるようになった。
【００５８】
また、このケーシングは掘削可能な構成体としたので、一体となっている鋼管同様に、回転力、又は押し付け力も伝達できるので、掘削中にこのケーシングを挿入できる。掘削後はこのケーシングですぐ採水、又は水理試験等が可能であり、また、継続して採水あるいは水理試験等ができるので能率を高め、結果的に正確に所定位置の地層の地下水を採水あるいは所定位置の地層の水理試験ができ、精度の高い測定を行うことができることとなった。さらに、構造もシンプルで経済的に低コストな装置の実現を可能とした。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、拡張、収縮機能を有するケーシングを適用した掘削採水装置の全体図である。
【図２】図２は、図１のパッカーのみを示した断面図である。
【図３】図３は、図１のインナーパッカーのみを示した断面図である。
【図４】図４は、掘削機械により掘削している状態を示す部分断面図である。
【図５】図５は、図４の構成で、掘削後掘削装置を引き抜きケーシングを残した状態を示す部分断面図である。
【図６】図６は、パッカー部材を輪切りにした模式的断面図で、Ａ部が収縮状態を、Ｂ部が拡張状態を示している。
【図７】図７は、パッカー部材の金属構造体配列を示す展開平面図で、Ｃ部は収縮状態を、Ｄ部は拡張状態を示している。
【図８】図８は、図７のＸ−Ｘ断面図である。
【図９】図９は、図７のＹ−Ｙ断面図である。
【図１０】図１０は、金属プレートをはめ合い集合させた金属構造体を示す部分平面図である。
【図１１】図１１は、パッカー部材の端部を示し金属構造体の取り付け部分の部分平面図である。
【図１２】図１２は、金属構造体の他の実施形態を示す部分平面図で、金属プレートが略工字形状をなすものである。
【図１３】図１３は、金属構造体の他の実施形態を示す部分平面図で、金属プレートが略四角形状をなすものである。
【図１４】図１４は、金属構造体の他の実施形態を示す部分平面図で、金属プレートのはめ合い部がＲ形状をなすものである。
【図１５】図１５は、金属構造体の他の実施形態を示す部分平面図で、金属プレートが略四角形状で凹凸２種類で構成されるものである。
【図１６】図１６は、金属構造体の他の実施形態を示す部分平面図で、金属プレートが変則四角形状をなし組み合わされた構成を示す。
【図１７】図１７は、図１６の部分断面図である。
【図１８】図１８は、金属構造体の他の実施形態を示す部分平面図で、２種の対称形をなす金属プレートが組み合わされた構成を示す。
【符号の説明】
１…掘削採水装置
２…パッカー
３…インナーパッカー
５…ストレーナ管
６ａ，６ｂ…外部パッカー
７…採水パイプ
８ａ，８ｂ…内部パッカー
１８ａ，１８ｂ…ゴムチューブ
１９、４１，４４，４６、５２、５９…金属構造体
１９ａ，１９ｂ…金属プレート

Claims (8)

1. 掘削機械により地中を掘削した穴に挿入されるケーシングの一部を構成するものであって、
   チューブ状の弾性体と、
   この弾性体に沿って配置され、互いに相対移動可能な複数の構成体とからなり、
   前記弾性体は、前記半径方向、又は前記軸線方向の力を受けたとき拡張可能であり、力を受けないときは前記収縮して復元するとともに、前記ケーシングの回転力、又は軸線方向の伝達力を伝達することが可能なものである
   ことを特徴とするパッカー機能を有するケーシング。
2. 請求項１に記載のパッカー機能を有するケーシングにおいて、
   前記弾性体は、チューブ状の第１弾性体と、この第１弾性体に重ねて密着されるチューブ状の第２弾性体とからなり、前記構成体は、前記第１弾性体と前記第２弾性体との間に密着挟持されていることを特徴とするパッカー機能を有するケーシング。
3. 請求項１又は２に記載のパッカー機能を有するケーシングにおいて、
   前記構成体は、１種類以上の異なる形状を備えたプレートからなり、このプレートは相互に凹凸状態ではめ込み連結されていることを特徴とするパッカー機能を有するケーシング。
4. 請求項２に記載のパッカー機能を有するケーシングにおいて、
   前記第１弾性体、及び前記第２弾性体は、ゴムチューブで一体的に構成されていることを特徴とするパッカー機能を有するケーシング。
5. 請求項１ないし４から選択される１項に記載のパッカー機能を有するケーシングにおいて、
   前記ケーシングは、前記掘削された穴の地下水を採水して検査を行う試験装置のパッカーとして使用されることを特徴とするパッカー機能を有するケーシング。
6. 請求項１ないし４から選択される１項に記載のパッカー機能を有するケーシングにおいて、
   前記ケーシングは、前記掘削された穴の地層の水理試験装置のパッカーとして使用されることを特徴とするパッカー機能を有するケーシング。
7. 請求項３に記載のパッカー機能を有するケーシングにおいて、
   前記プレートは、前記第１弾性体、及び前記第２弾性体を一体化するために前記弾性体が注入された複数の穴を設けていることを特徴とするパッカー機能を有するケーシング。
8. 請求項３に記載のパッカー機能を有するケーシングにおいて、
   前記構成体の軸線方向に、両端部が前記構造体（５２）の両端部（５３）に固定された線材（５６）を前記プレートに貫通して設けたことを特徴とするパッカー機能を有するケーシング。

Images