JP4272014B2 - 地圧測定装置および地圧測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、地圧測定装置および地圧測定方法に関する。

地下空洞設計等の深部地下開発や地熱エネルギー開発，石油掘削などにおいて、地圧を正確に把握することは、重要な課題の一つである。現在までに地圧計測法として様々な方法が提案されている。その中で応力解放法は最も信頼性の高い方法とされており、多くの実績が報告されている。そのうち円錐孔底ひずみ法は、信頼性の高さ，測定の簡便性，経済性等から注目されている測定方法の一つであり、坑道等からの水平ボーリングを主たる実施対象にしたものである。

前記円錐孔底ひずみ法の実施装置を図４に示す。従来の測定手順としては、まず地圧測定対象の岩盤１等に、削孔機２に駆動される小口径ビット３によるボーリングを行う。次にこのボーリングにより形成された孔内４の孔底６を、円錐ビット７により円錐形に研磨する作業を実施する。

そしてこの円錐形の孔底６を洗浄し、円錐形モールドゲージによるひずみゲージ８の貼付処理を行う。このようにひずみゲージ８を貼り付けた円錐形の孔底６の外周に対し、前記小口径ビット３と同一孔軸、かつ同一外径で薄肉厚のビット５によるボーリングを進めることで前記ひずみゲージ８の周辺地盤９の応力解放を実現する。ひずみゲージ８ではこの応力解放に伴う孔底ひずみの変化を検知し、有線で接続されたボーリング孔外のひずみ計１０に測定値を送信する。ひずみ計１０が受信したひずみ値はコンピュータ１１で処理・記録され、或いはプロッタ１２にて出力される。

上記したような円錐孔底ひずみ法として、コアチューブの先端に所要外径の円筒状のコアバーレルビットを取付けて所定の位置まで穿孔し、前記コアバーレルビットとコアバーレルビットより小径のコアバーレルビットを同心でかつ突出させてカップリングを介して組合せビットとして前記穿孔の孔底を所定の位置まで穿孔し、小径のコアバーレルビットに替えて小径のコアバーレルビットと同径のパイロットビットを同心でかつ突出させてカップリングに取付けて組合せビットとして前記孔底を所定の位置まで穿孔し、パイロットビットに替えて大径部分が前記小径のコアバーレルビットと同径のテーパービットを同心でかつ突出させてカップリングに取付けて組合せビットとして前記孔底を所定の位置まで穿孔して孔底を円錐形に穿孔する円錐孔底穿孔工法（特許文献１参照）などが提案されている。

また、地圧を容易に、しかも精度よく計測できる地圧計測方法を提供するとの目的の下、岩盤の表面をコアリング等で応力解放する前後に映像撮影し、応力解放前後の映像を比較して特定の岩石粒子の変移距離を求めて地圧を計測するようになしたことを特徴とする地圧計測方法（特許文献２参照）なども提案されている。
特開平５−５２０８２号公報 特開平５−１８０７０９号公報

しかしながら、従来提案されてきた円錐孔底ひずみ法は、前記ひずみゲージ貼付用の接着剤の水中での強度発現性が十分でない点、測定装置の構造的に下向きボーリングへの適用が容易でない点、及び（ひずみゲージとレコーダー等とが）有線システムにより結ばれる計測方法であるために地下深部での計測は困難である点、など種々の課題が残されていた。つまり、従来の円錐孔底ひずみ法の測定原理上、下向きボーリングへの適用が困難であった。

そこで本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、円錐孔底ひずみ法における深部地圧計測を可能にする地圧測定装置を提供することを主たる目的とする。

上記課題を解決する本発明の地圧測定装置は、吊下治具を介して垂直坑内に吊下される管体と、当該管体内空の脱着機構に係止部を介して着脱し、スライム除去用のガス噴出を行いつつ下端の歪みゲージを円錐孔底に貼付処理する計測部とを備えることを特徴とする（第１の発明）。

第２の発明は、第１の発明において、吊下治具を介して垂直坑内に吊下される管体と、当該管体内空の脱着機構に係止部を介して着脱し下端の歪みゲージを円錐孔底に貼付処理する計測部とを備える地圧測定装置であって、前記脱着機構が内蔵するバネと連結され上下動可能な凸部と当該凸部を収容する前記係止部内空とが、前記凸部周面において周外に付勢された球体と前記係止部内空の表面における凹部との嵌合により結合してなると共に、前記係止部と、当該係止部の内空へ滑動可能に挿通される前記計測部頂部とが、前記凹部下方と前記計測部頂部との連通孔におけるピン体の挿通により結合してなることを特徴とする。

第３の発明は、第１または第２の発明において、結合した前記係止部と前記計測部頂部とが、前記脱着機構の押圧に伴って前記係止部が下方移動し前記ピン体を破断することで、結合を解消してなると共に、結合した前記凸部と前記係止部とが、前記脱着機構の押圧に伴って前記係止部が下方移動し前記係止部内空の凹部より前記球体が排出されることで、結合を解消してなることを特徴とする。

第４の発明は、第１〜３のいずれかの発明において、前記管体がジャイロ式方位傾斜計を備えることを特徴とする。

第５の発明は、第１〜４のいずれかの発明において、前記計測部が、前記歪みゲージをテーパ面に貼設した円錐部材と、当該円錐部材下端のガス孔より噴出させるガスを格納したガスボンベと、前記円錐部材の円錐孔底への着底検知手段を有する前記ガスボンベのバルブ解放機構とを備えるものであり、前記バルブ解放機構が、前記着底検知手段により円錐部材の円錐孔底への着底を検知し前記ガスボンベのバルブを継続解放してなることを特徴とする。

第６の発明は、第１〜５のいずれかの発明において、前記計測部が、歪みゲージと共に温度ゲージを備えることを特徴とする。

その他、本願が開示する課題、及びその解決方法は、発明の実施の形態の欄、及び図面により明らかにされる。

本発明によれば、円錐孔底ひずみ法における深部地圧計測が可能となる。

以下に本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。図１は本実施形態における地圧測定装置を示す、（ａ）側断面図、（ｂ）ストレインセル下端面図である。本実施形態における地圧測定装置１００は、円錐孔底ひずみ法の実施装置であり、フック等の吊下治具１０１を介して垂直坑内に吊下される管体１０２と、当該管体１０２の内空１０３の脱着機構１０４に係止部１０５を介して着脱し、スライム除去用のガス噴出を行いつつ下端の歪みゲージ１０６を円錐孔底に貼付処理する計測部１０７とを備える。

本実施形態における前記管体１０２は、外管体１２０と内管体１２１とから構成されている。両管体は、外管体１２０の下端に設けたストッパー部１２２と、このストッパー部１２２に係止される内管体１２１の突出端１２３との組合せにより接続されている。このうち外管体１２０が、前記脱着機構１０４を備えて内空１０３における前記計測部１０７との着脱を実現するものとする。

他方、内管体１２１は、前記外管体１２０の内空１０３で、前記ストッパー部１２２以先の内管体１２１自身の長さを限度としてスライド可能となっている。また、内空１２４において外管体１２０に伴って下降する前記計測部１０７の滑動を許容すると共に、円錐孔底中心へ導くガイド機能を果たす。

従って、内管体１２１の先端が円錐孔底に着底して、外管体１２０の内空１０３を相対的に上方にスライドする一方で、前記計測部１０７は前記内管体１２１の内空１２４を下方にスライドし、円錐孔底に接近していくことになる。

前記内管体１２１は更に、前記計測部１０７の先端（後述するテーパ面１０８）を孔内水から保護する役割を果たす。このため、前記テーパ面１０８の外周に自身の内面１２５で気密に当接し、当該テーパ面１０８と内管体１２１の先端との間に空気室を形成する。つまり、いわゆるダイビングベル機構を実現して、内管体１２１の開口から前記テーパ面１０８へと至る孔内水の流入経路を断つのである。

なお、以降の説明では前記外管体１２０と内管体１２１とを併せて管体１０２として記すものとする。

一方、前記計測部１０７は、前記歪みゲージ１０６をテーパ面１０８に貼設したストレインセル１０９（円錐部材）と、当該ストレインセル１０９の下端のガス孔１１０より噴出させるガスを格納したガスボンベ１１１と、前記ストレインセル１０９の円錐孔底への着底を検知すると共にガスボンベのバルブ開放を担うボンベバルブ押し棒１１２（円錐孔底への着底検知手段およびガスボンベのバルブ開放機構）とを備えるものである。

従って、前記バルブ押し棒１１２が円錐孔底へ当接すること、つまりストレインセル１０９の円錐孔底への着底により、当該バルブ押し棒１１２は相対的に上方に押し上げられ、前記ガスボンベ１１１のバルブ１１３を継続開放する。

また、前記管体１０２は、（ジャイロ式方位傾斜計用の）駆動バッテリ１１４を伴うメモリ内蔵型ジャイロ式方位傾斜計１１５を備えて自身の坑内における方位や傾斜の程度を検知し、当該検知データを格納することができる。他方、前記計測部１０７は、前記歪みゲージ１０６と共に温度ゲージ１１７を備えて円錐孔底における温度を計測し、当該計測データを前記データロガー１１６に格納することができる。

更に、前記脱着機構１０４は、内蔵バネ１１８と連結され上下動可能な凸部１１９を備えている。この凸部１１９は、当該凸部１１９を収容する前記計測部１０７における係止部１０５の内空と滑動可能とする。

図２は本実施形態における円錐孔底のスライム除去および歪みゲージ貼付処理の概要図である。地盤２００における円錐孔底２０１にストレインセル１０９、つまり当該ストレインセル１０９のテーパ面１０８の歪みゲージ１０６等を接着する際、円錐孔底２０１にスライム２０２が堆積している状況が想定される。

そこで本発明では、適宜なガス（例：窒素ガス）を収めた前記ガスボンベ１１１から、ガス孔１１０にガスを供給し噴出させることで、前記スライム２０２を円錐孔底２０１より排除する処理を可能とする。

この処理手順としては、前記計測部１０７のストレインセル１０９を下降させることで、ボーリング処理により予め形成された円錐孔底２０１に前記バルブ押し棒１１２を当接させる（（ａ）図）。そしてこの当接を更に進めることでバルブ押し棒１１２を相対的に上方に押し上げる。この押し上げ動作に応じて、当該バルブ押し棒１１２と前記バルブ１１３の開閉弁２０３との間のバネ２０４が縮んでいく。例えばこの動作により開閉弁２０３が開き、バルブも開放され始める（（ｂ）図）。

更なるストレインセル１０９の下降により、前記バネ２０４が更に縮むと、当該バネ２０４を拘束していたシェアピン（図示せず）の破壊に至る（（ｃ）図）。すると、前記バネ２０４の反発力が解放され、前記バルブ１１３も継続解放される状態となる（（ｄ）図）。

このように、ガスボンベ１１１内のガスが（全て噴出されるまで）以後継続的にガス孔１１０より噴出される。これにより、円錐孔底２０１に堆積していたスライム２０２は適切に除去されることとなるのである。そして、スライム２０２が除去された円錐孔底２０１に対し、前記歪みゲージ１０６等を備えたストレインセル１０９を良好な接着性でもって貼付することができる。

図３は本実施形態における計測部１０７からの管体１０２の離脱手順を示す図である。なお、前記計測部１０７と管体１０２とは予め結合されているものとする。この結合は、前記脱着機構１０４が内蔵するバネ１１８と連結され上下動可能な凸部１１９と当該凸部１１９を収容する前記係止部１０５の内空３００とが、前記凸部１１９の周面３０１において周外に付勢された球体３０２と前記係止部内空３００の表面における凹部３０３との嵌合より実現されたものである。

また、前記係止部１０５と、当該係止部１０５の内空３００へ滑動可能に挿通される前記計測部頂部３０４とが、前記凹部３０３の下方と前記計測部頂部３０４との連通孔３０５におけるシェアピン３０６（ピン体）の挿通によっても実現されている。このように計測部１０７と管体１０２とが結合した状態は図３（ａ）に示す状態となっている。

一方、上述したように、前記計測部１０７（のストレインセル１０９におけるバルブ押し棒１１２）が前記円錐孔底２０１に到達し、ガス孔１１０からのガス噴出と残存スライム２０２の除去、並びにストレインセル１０９の円錐孔底２０１への到達がなされたとする（（ｂ）図）。この時、バネ１１８が縮み、ストレインセル１０９は一定荷重で円錐孔底２０１に押付けられ始める。

前記管体１０２の重み、つまりは脱着機構１０４の押圧に伴って前記係止部１０５が下方移動し、前記シェアピン３０６を破断する。また、前記係止部１０５の下方移動に伴って前記係止部内空３００の凹部３０３より前記球体３０２が排出される。これにより、前記脱着機構１０４の凸部１１９は、前記係止部１０５の内空３００において上方に滑動可能となり、管体１０２と計測部１０７との離脱を図ることができる（図（ｄ））。

この離脱処理がなされる際には、前記ストレインセル１０９が円錐孔底２０１において接着されている。その後、円錐孔底２０１に接着されたストレインセル１０９の周囲をオーバーコアリングし応力解放を図る。応力解放がなされたならば、歪みゲージ１０６に由来する円錐孔底２０１のひずみデータがデータロガー１１６に格納される。なお、オーバーコアリング終了後は、ストレインセル１０９およびデータロガー１１６はボーリングコアと共に回収されることとなる。

以上本実施の形態について説明したが、上記実施例は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物も含まれる。

本実施形態における地圧測定装置を示す、（ａ）側断面図、（ｂ）ストレインセル下端面図である。 本実施形態における円錐孔底のスライム除去および歪みゲージ貼付処理の概要図である。 本実施形態における計測部からの管体の離脱手順を示す図である。 従来における円錐孔底ひずみ法の実施装置を示す図である。

符号の説明

１００ 地圧測定装置
１０１ フック、吊下治具
１０２ 管体
１０３ （管体の）内空
１０４ 脱着機構
１０５ 係止部
１０６ 歪みゲージ
１０７ 計測部
１０８ （ストレインセルの）テーパ面
１０９ ストレインセル、円錐部材
１１０ ガス孔
１１１ ガスボンベ
１１２ ボンベバルブ押し棒（円錐孔底への着底検知手段およびガスボンベのバルブ解放機構）
１１３ （ガスボンベの）バルブ
１１４ 駆動バッテリ（ジャイロ式方位傾斜計用）
１１５ ジャイロ式方位傾斜計
１１６ データロガー
１１７ 温度ゲージ
１１８ 内蔵バネ
１１９ 凸部
１２０ 外管体
１２１ 内管体

Claims (6)

1. 吊下治具を介して垂直坑内に吊下される管体と、当該管体内空の脱着機構に係止部を介して着脱し、スライム除去用のガス噴出を行いつつ下端の歪みゲージを円錐孔底に貼付処理する計測部とを備えることを特徴とする地圧測定装置。
2. 吊下治具を介して垂直坑内に吊下される管体と、当該管体内空の脱着機構に係止部を介して着脱し下端の歪みゲージを円錐孔底に貼付処理する計測部とを備える地圧測定装置であって、
   前記脱着機構が内蔵するバネと連結され上下動可能な凸部と当該凸部を収容する前記係止部内空とが、前記凸部周面において周外に付勢された球体と前記係止部内空の表面における凹部との嵌合により結合してなると共に、
   前記係止部と、当該係止部の内空へ滑動可能に挿通される前記計測部頂部とが、前記凹部下方と前記計測部頂部との連通孔におけるピン体の挿通により結合してなることを特徴とする請求項１に記載の地圧測定装置。
3. 結合した前記係止部と前記計測部頂部とが、前記脱着機構の押圧に伴って前記係止部が下方移動し前記ピン体を破断することで、結合を解消してなると共に、
   結合した前記凸部と前記係止部とが、前記脱着機構の押圧に伴って前記係止部が下方移動し前記係止部内空の凹部より前記球体が排出されることで、結合を解消してなることを特徴とする請求項１または２に記載の地圧測定装置。
4. 前記管体がジャイロ式方位傾斜計を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の地圧測定装置。
5. 前記計測部が、前記歪みゲージをテーパ面に貼設した円錐部材と、当該円錐部材下端のガス孔より噴出させるガスを格納したガスボンベと、前記円錐部材の円錐孔底への着底検知手段を有する前記ガスボンベのバルブ解放機構とを備えるものであり、
   前記バルブ解放機構が、前記着底検知手段により円錐部材の円錐孔底への着底を検知し前記ガスボンベのバルブを継続解放してなることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の地圧測定装置。
6. 前記計測部が、歪みゲージと共に温度ゲージを備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の地圧測定装置。