JP4394545B2 - 削孔水量調整装置を備えた先端駆動型ボーリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、軟岩や硬質粘性土の不撹乱試料サンプリングに適した先端駆動型ボーリング装置に関する。

地盤調査を行う場合、地中の土砂や岩石を採集するために、ボーリング装置が使用される。先端駆動型ボーリング装置は、特に大深度での不撹乱試料サンプリングに適している。すなわち、ボーリングロッドの先端部に配置した駆動装置により、先端ビット部のみを回転させる機構であるため、大深度においてもロッドのぶれによる試料の乱れが発生し難いからである（例えば、特許文献１を参照）。
特開平８−６０９７５号公報

従来の圧力水を動力とする先端駆動型ボーリング装置は、ビット部の回転の動力として使用された水が、そのままビット部へ送られる機構である。従来の先端駆動型ボーリングは、硬岩を対象としていたため、駆動装置の動力に用いた圧力水が全てビット部へ供給されても試料を乱す恐れがない。

ところが、軟岩や硬質粘性土をボーリングでサンプリングする際には、ビット部へ供給される削孔水量を適量に調整しないと、試料の粘土分が洗掘され、サンプリング試料の乱れが発生する。すなわち、従来の先端駆動型ボーリング装置を用いると、駆動装置の動力に用いた大量の圧力水が全てビット部へ供給され、軟岩や硬質粘性土をサンプリングする際に粘土分が洗掘されて乱れが生じる問題がある。

従って本発明は、駆動装置の動力に使用された圧力水が削孔水としてビットへ供給されることにより試料の粘土分が洗掘され、サンプリング試料に乱れが発生することを抑制可能な先端駆動型ボーリング装置を提供することを目的とする。

本発明の先端駆動型ボーリング装置は、地上に配置される給進装置により垂直方向に懸架され下端に至る内腔を有するロッドと、前記ロッドの下端に設けられた駆動装置と、前記駆動装置の下端側に支持されたコアチューブと、前記コアチューブの下端部に設けられたビットとを備え、前記駆動装置は、前記ロッドの内腔を通して送水された圧力水を動力として、前記ビット及びコアチューブを回転させる。前記駆動装置と前記コアチューブの間に削孔水量調整装置が設けられ、前記削孔水量調整装置は、前記駆動装置の動力として使用された前記圧力水の一部を、前記ビットの冷却に必要な量を含む所定量に調整し削孔水として前記ビットへ供給し、余剰の前記圧力水を、前記駆動装置の下部から外部へ排水するように構成される。

上記構成の先端駆動型ボーリング装置によれば、駆動装置に送水された大量の水のうち、ビットの冷却等に必要な適量の削孔水量をビットに送水し、他は削孔水量調整装置から排水することにより、先端駆動型ボーリングによる軟岩や硬質粘性土の不撹乱試料のサンプリングが可能となる。

本発明の先端駆動型ボーリング装置において、前記削孔水量調整装置は、前記駆動装置に送水される圧力水量の変化に対して、前記ビットへ供給する削孔水量を一定に調節する機能を有することが好ましい。

また、前記削孔水量調整装置は以下の構成とすることができる。すなわち、前記駆動装置から排出される圧力水が注入される上部通水路と、前記削孔水を前記ビットへ供給する下部通水路と、前記上部通水路と前記下部通水路の間に介在する調整空洞と、前記上部通水路に隣接する位置に配置され前記調整空洞に開口した排出孔と、前記調整空洞内に装着され、前記調整空洞における横断面を閉塞するとともに上下方向には隙間を形成する外形・寸法を有し、中央部に前記上部通水路と前記下部通水路を連通させる調整ノズルを有するダートと、前記ダートを前記上部通水路へ向かって付勢する付勢部材と、前記下部通水路の入口に装着された穴開きボルトとを備える。前記駆動装置から前記上部通水路に注入された前記圧力水のうち、前記ダートの調整ノズル及び前記穴開きボルトのボルトノズルを通過する前記圧力水が、前記下部通水路を通って前記削孔水として前記ビットに供給され、余剰水は、前記調整空洞の上壁面と前記ダートの上面との間の隙間により形成される流路を通って前記排出孔から外部に排水される。前記調整空洞の上壁面と前記ダートの上面との間の隙間の間隔は、前記圧力水による加圧力と前記付勢部材による付勢力の大きさのバランスに応じて変化して、前記上部通水路から前記排出孔に至る流路の断面積が変化することによって、前記排出孔から外部への排水量が調整される。

また、前記ダート及び前記穴開きボルトは、前記調整ノズル及び前記ボルトノズルの径が異なる複数種類が備えられ、前記ノズル径の組合わせを選択して装着することにより、削孔水量を大幅に調節するための主調節が可能であるとともに、前記圧力水による加圧力と前記付勢部材による付勢力の大きさのバランスに応じて、前記上部通水路から前記排出孔に至る流路の断面積が変化することにより、削孔水量が前記主調節よりも小幅に調節される構成とすることができる。

また、前記削孔水量調整装置、前記駆動装置、及び前記ロッドの径は、前記コアチューブ、及び前記ビットの径より細いことが好ましい。

以下、本発明の実施の形態における先端駆動型ボーリング装置について、図面を参照して説明する。

図１は、本実施の形態における先端駆動型ボーリング装置の全体構造を示す図である。１は、地上に配置された給進装置を示す。給進装置１は、地面に設置された台座２上に、ポール３等の部材を取付けて構成されている。ポール３は支柱４により垂直に支持され、ポール３の上部には、円筒状のロッド５が把持部材６を介して懸架されている。ロッド５は、軸方向に下端まで貫通した内腔を有し（図２参照）、その内腔には、給水管７を介して圧力水が供給される。

ロッド５の下端には駆動装置８が設けられ、駆動装置８の下端側には、削孔水量調整装置９を介して円筒状のアウターチューブ１０が支持されている。アウターチューブ１０の内腔には円筒状のコアチューブ１１が挿入され、コアチューブ１１の下端部にはビット１２が設けられている。駆動装置８は、ロッド５の内腔を通して送水された圧力水を動力として、アウターチューブ１０、コアチューブ１１、及びビット１２を回転駆動する。アウターチューブ１０及びビット１２と、コアチューブ１１との間には水路（図示せず）が形成され、駆動装置８で使用された圧力水の一部がビット１２に供給されるようになっている。

削孔水量調整装置９の構造について、図２の断面図を参照して説明する。図３（ａ）〜（ｄ）にはそれぞれ、図２のＡ−Ａ断面、Ｂ−Ｂ断面、Ｃ−Ｃ断面、Ｄ−Ｄ断面を示す。削孔水量調整装置９は、駆動装置８の動力として使用された圧力水のうち、ビット１２の冷却に必要な量を含む所定量に調整した削孔水をビット１２へ供給し、余剰の圧力水を、駆動装置８の下部から外部へ排水するための構造を有する。

削孔水量調整装置９は、円筒形の上部本体１３と下部本体１４とを連結して構成されている。上部本体１３の内腔により上部通水路１５が形成され、上部本体１３の上端部外周面には上部ネジ１６が形成されている。上部通水路１５には、駆動装置８（図１参照）から排出される圧力水が注入される。下部本体１４の内腔は下部通水路１７を形成し、下部本体１４の下端部外周面には下部ネジ１８が形成されている。下部通水路１７の上部は、断面の径が十分に大きい調整空洞１９を形成している。従って、上部通水路１５と下部通水路１７とは、調整空洞１９を介在させて連通した構造をなしている。下部通水路１７から下方へ流出する削孔水がビット１２（図１参照）に供給される。

上部本体１３の下端部には、上部通水路１５に隣接する位置で調整空洞１９に開口した排出孔２０が形成されている。上部本体１３の外周面には、排出孔２０と連通する排出溝２１が形成され、排出溝２１の外側はフラッシングチューブ２２により覆われている。それにより、排出溝２１は排出孔２０の上方の排出用流路を形成し、排出口２１ａにおいて外方に開口している。

調整空洞１９内には、ダート２３が装着されている。ダート２３は、調整空洞１９における横断面を閉塞する外形・寸法を有するとともに、上下方向の寸法が調整空洞１９よりも小さく、従って、図２に示されるように、調整空洞１９の一部が隙間として残されている。ダート２３の中央部には、上部通水路１５と下部通水路１７を連通させるためのダートノズル（調整ノズル）２４が形成されている。ダート２３の下方には、ダート２３を上部通水路１５へ向かって付勢する付勢部材であるスプリング２５が配置されている。ダート２３の上端面は、最上部に位置した状態において、上部通水路１５と排出孔２０を閉鎖可能なように形成されている。調整空洞１９と下部通水路１７の境界部には、六角穴開きボルト２６が装着されている。六角穴開きボルト２６のボルトノズル２７を通じて、調整空洞１９と下部通水路１７が連通している。

図３（ａ）は、図２のＡ−Ａ断面における、排出溝２１の断面形状を示す。図３（ｂ）は、図２のＢ−Ｂ断面における、ダート２３と排出孔２０の接触部の断面である。圧力水が送水されない時は、ダート２３により排出孔２０は閉鎖され、圧力水の送水により開口する。図３（ｃ）は、図２のＣ−Ｃ断面におけるスプリング２５を示す。図３（ｄ）は、図２のＤ−Ｄ断面における六角穴開きボルト２６の形状を示す。

この構成において、圧力水が通水されていない場合は、スプリング２５の作用によりダート２３が上部へ持ち上げられ、排出孔２０が閉鎖されている。圧力水が通水されると、駆動装置８の動力として使われた圧力水は、上部通水口１５を通って、ダート２３に達する。圧力水が作用すると、スプリング２５が収縮し、ダート２３と排出孔２０の間に隙間が生じて、ビット２１の冷却等に必要な削孔水以外の水は、排出孔２０より排水される。

駆動装置８から上部通水路１５に注入された圧力水のうち、ダート２３のダートノズル２４及び六角穴開きボルト２６のボルトノズル２７を通過する圧力水が、下部通水路１７を通って削孔水としてビット１２に供給される。余剰水は上述のように、調整空洞１９の上壁面とダート２３の上面との間の隙間により形成される流路を通って排出孔２０から外部に排水される。調整空洞１９の上壁面とダートの上面２３との間の隙間の間隔は、圧力水による加圧力とスプリング２５による付勢力の大きさのバランスに応じて変化して、上部通水路１５から排出孔２０に至る流路の断面積が変化する。それにより、排出孔２０から外部への排水量が調整される。このようにして排出孔２０からの排水量を調整することにより、駆動装置８に送水される圧力水量の変化に応じて、ビット１２へ供給する削孔水量を一定に調節する機能を得ることができる。

削孔水量調整装置９に送水される圧力水量は、サンプリングを行う軟岩や硬質粘性土の硬さによって異なるため、ダート２３と六角穴開きボルト２６のノズル径は種々のものが用意される。圧力水量に応じたノズル径の組合わせを選択して装着することで、削孔水量を概略一定に保つことができる。すなわち、ダート２３と六角穴開きボルト２６のノズル径の組合わせの選択により、削孔水量を大幅に調節するための主調節を行う。すなわち、駆動装置８に送水される圧力水量が多い場合は、小さなノズル径を有するダート２３と六角穴開きボルト２６を用い、逆に圧力水量が少ない場合は、大きなノズル径を有するダート２３と六角穴開きボルト２６を用いることにより、圧力水量の変化に対して、削孔水量を一定に調節する。

また圧力水による加圧力とスプリング２５による付勢力の大きさのバランスに応じて、排出孔２０からの排水量が調整されることにより、削孔水量が主調節よりも小幅に調節される。すなわち、圧力水量が増加した場合は、スプリング２５が収縮してダート２３が下降することで、ダート２３と排出孔２０の隙間が増加し外部への排水量が増加する。逆に、圧力水量が減少した場合は、ダート２３と排出孔２０の隙間が減少し外部への排水量が減少する。このようにして、微小な圧力水量の変化に対しては、スプリング２５により調整が行われる。

図４に示すように、図２の削孔水量調整装置９と、上部に位置する駆動装置８とは、上部ネジ１６により連結されている。削孔水量調整装置９と、下部に位置するアウターチューブ１０とは、下部ネジ１８により連結されている。下部通水路１７から流出する削孔水は、アウターチューブ１０とコアチューブ１１との間に形成された水路を通してビット１２（図１参照）に供給される。図示されるように、ロッド５、駆動装置８、及び削孔水量調整装置９の外径は、アウターチューブ１０の外径に比べて細く設定されている。それにより、排出口２１ａから排出される余剰水が、ロッド５、駆動装置８、及び削孔水量調整装置９とボーリング孔壁の隙間を通って地上へ排水され易い構造が得られる。その結果、削孔水量調整装置９から排水された水が、ビット１２に至って試料を乱すことを防止する効果を高めることができる。

本発明の先端駆動型ボーリング装置は、先端駆動型ボーリングによる軟岩や硬質粘性土の不撹乱サンプリングを可能とし、大深度での軟岩や硬質粘性土のサンプリングに用いるボーリング装置として有用である。

本発明の実施の形態における先端駆動型ボーリング装置を示す正面図 同先端駆動型ボーリング装置を構成する削孔水量調整装置の縦断面図 同削孔水量調整装置の各部の横断面を示す断面図 同削孔水量調整装置の上下要素との接続部分の構造を示す断面図

符号の説明

１ 給進装置
２ 台座
３ ポール
４ 支柱
５ ロッド
６ 把持部材
７ 給水管
８ 駆動装置
９ 削孔水量調整装置
１０ アウターチューブ
１１ コアチューブ
１２ ビット
１３ 上部本体
１４ 下部本体
１５ 上部通水路
１６ 上部ネジ
１７ 下部通水路
１８ 下部ネジ
１９ 調整空洞
２０ 排出孔
２１ 排出溝
２１ａ 排出口
２２ フラッシングチューブ
２３ ダート
２４ ダートノズル
２５ スプリング
２６ 六角穴開きボルト
２７ ボルトノズル

Claims (5)

1. 地上に配置される給進装置により垂直方向に懸架され下端に至る内腔を有するロッドと、前記ロッドの下端に設けられた駆動装置と、前記駆動装置の下端側に支持されたコアチューブと、前記コアチューブの下端部に設けられたビットとを備え、前記駆動装置は、前記ロッドの内腔を通して送水された圧力水を動力として、前記ビット及びコアチューブを回転させる先端駆動型ボーリング装置において、
   前記駆動装置と前記コアチューブの間に削孔水量調整装置が設けられ、
   前記削孔水量調整装置は、前記駆動装置の動力として使用された前記圧力水の一部を、前記ビットの冷却に必要な量を含む所定量に調整し削孔水として前記ビットへ供給し、余剰の前記圧力水を、前記駆動装置の下部から外部へ排水するように構成された先端駆動型ボーリング装置。
2. 前記削孔水量調整装置は、前記駆動装置に送水される圧力水量の変化に対して、前記ビットへ供給する削孔水量を一定に調節する機能を有する請求項１に記載の先端駆動型ボーリング装置。
3. 前記削孔水量調整装置は、前記駆動装置から排出される圧力水が注入される上部通水路と、前記削孔水を前記ビットへ供給する下部通水路と、前記上部通水路と前記下部通水路の間に介在する調整空洞と、前記上部通水路に隣接する位置に配置され前記調整空洞に開口した排出孔と、前記調整空洞内に装着され、前記調整空洞における横断面を閉塞するとともに上下方向には隙間を形成する外形・寸法を有し、中央部に前記上部通水路と前記下部通水路を連通させる調整ノズルを有するダートと、前記ダートを前記上部通水路へ向かって付勢する付勢部材と、前記下部通水路の入口に装着された穴開きボルトとを備え、
   前記駆動装置から前記上部通水路に注入された前記圧力水のうち、前記ダートの調整ノズル及び前記穴開きボルトのボルトノズルを通過する前記圧力水が、前記下部通水路を通って前記削孔水として前記ビットに供給され、余剰水は、前記調整空洞の上壁面と前記ダートの上面との間の隙間により形成される流路を通って前記排出孔から外部に排水され、
   前記調整空洞の上壁面と前記ダートの上面との間の隙間の間隔は、前記圧力水による加圧力と前記付勢部材による付勢力の大きさのバランスに応じて変化して、前記上部通水路から前記排出孔に至る流路の断面積が変化することによって、前記排出孔から外部への排水量が調整される請求項１に記載の先端駆動型ボーリング装置。
4. 前記ダート及び前記穴開きボルトは、前記調整ノズル及び前記ボルトノズルの径が異なる複数種類が備えられ、前記ノズル径の組合わせを選択して装着することにより、削孔水量を大幅に調節するための主調節が可能であるとともに、
   前記圧力水による加圧力と前記付勢部材による付勢力の大きさのバランスに応じて、前記上部通水路から前記排出孔に至る流路の断面積が変化することにより、削孔水量が前記主調節よりも小幅に調節される請求項１に記載の先端駆動型ボーリング装置。
5. 前記削孔水量調整装置、前記駆動装置、及び前記ロッドの径は、前記コアチューブ、及び前記ビットの径より細い請求項１に記載の先端駆動型ボーリング装置。

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