JP4756213B2 - ボーリング孔の閉塞材原位置における遮水試験方法、ボーリング孔の閉塞材原位置における遮水試験システム、ボーリング孔閉塞材頂部の透水係数解析方法、ボーリング孔閉塞材頂部の強度解析方法、および、ボーリング孔閉塞材の遮水室内実験装置 - Google Patents

Description

本発明は、高レベル放射性廃棄物の地層処分・低レベル放射性廃棄物の地層処分・地下水・石油・天然ガス・地熱・温泉・金属・土木・科学調査その他のボーリング孔掘削工事を伴う全ての技術分野において用いられる測定方法、測定システム、解析方法、および、その室内実験装置に関するものである。
さらに詳細には、本発明は、ボーリング孔に打設した閉塞材の遮水性能や透水係数や強度を試験する測定方法、これに使用される測定システム、その測定に用いる解析方法と、これらの試験を室内にて模擬的に行う室内試験装置に関するものである。
具体的には、本発明は、ボーリング孔の閉塞材原位置において遮水性能を試験できるボーリング孔の閉塞材原位置における遮水試験方法、ボーリング孔の閉塞材原位置における遮水試験を行うことができるボーリング孔の閉塞材原位置における遮水試験システム、ボーリング孔閉塞材頂部の透水係数解析方法、ボーリング孔閉塞材頂部の強度解析方法、および、ボーリング孔閉塞材の遮水室内実験装置に関すものである。

従来、上記の技術分野でボーリング孔を閉塞するために、閉塞材としてベントナイト・セメント・砂・骨材・パッカー等の様々な物質が用いられているが、閉塞後の遮水性を評価する方法はほとんど考慮されることがなく、僅かに、各閉塞材に関して室内試験や野外試験等で得られた物性値を以って遮水性能と見做しているのが現状である。
しかしながら、例えば高レベル放射性廃棄物地層処分の分野では、閉塞材による遮水が不十分な場合、ボーリング孔自体が、隔離の対象となる地質環境と地上との間をつなぐ通路となる可能性があり、地層処分の前提となる天然バリアによる安全確保に大きく影響する。このような可能性のあるボーリング孔に対しては、長期的で安全確実な閉塞工事が要求され、このような閉塞作業においては長期的な安定性の面からベントナイトを主体とした閉塞材が適している。
閉塞材の打設後においても厳密な遮水性能の評価が要求されなければならないが、現状の技術ではボーリング孔内に打設された閉塞材の遮水性を閉塞材原位置で測定、評価する方法は全くない。

例えば、平成１５年度「試錐孔閉塞技術の開発」で実施した文献調査ならびに海外ヒアリングをした結果、高レベル放射性廃棄物地層処分研究の先進研究機関がある米国・スイス・スウェーデンなどの地下研究施設でも未だ類似の手法開発は実現されておらず、室内試験ないし野外試験等で得られた性能値に基づき実際の閉塞の状態を推定するしかないのが現状である。
なお、試験ボーリング孔にパッカードを有するプローブを挿入し、試験ボーリング孔の試験区間をプローブのパッカーで区切り、試験区間内の圧力をセンサーで検出して透水性を試験をする試験方法が提供されている（特許文献１）。
特開平６−１４６２５１号公報

上述した前半の従来技術のように、未だ室内試験ないし野外試験等で得られた性能値に基づき実際の閉塞の状態を推定するしかないのが現状である。
また、上記引用文件１に記載の従来技術のように、通常の地層における原位置での透水性試験はできるものの、恒久的な閉塞を要求されるため高レベル放射性廃棄物地層処分等のボーリング孔閉塞における透水性試験はできないというのが現状であってた。
本試験装置は、高レベル放射性廃棄物の地層処分・低レベル放射性廃棄物の地層処分・地下水・石油・天然ガス・地熱・温泉・金属・土木・科学調査その他のボーリング孔掘削工事を伴う全ての技術分野において、ある特定の深度の地層からその上下に位置する地層へ向かう地下水等の地下流体の移流を妨げる目的で行われるボーリング孔閉塞工事の際に、孔内に打設された閉塞材の遮水性能を原位置で測定して閉塞効果および安全性を証明することができる新規な技術を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明に係るボーリング孔の閉塞材原位置における遮水試験方法は、ボーリング孔を閉塞する閉塞材頂部に測定プローブを降下させ前記測定プローブによりボーリング孔を前記測定プローブの上下を遮蔽する工程と、前記工程でボーリング孔を前記測定プローブの上下を遮蔽した後、前記測定プローブの下側の閉塞材頂部に所定の測定パターンをもって注水し、所定の測定パターンによって圧力、温度を測定して透水係数を求める工程と、前記工程の終了後に、さらに再度注水してブレーク圧力を取得して閉塞材の強度を求める工程と、前記閉塞材の強度を求める工程の終了後に前記遮蔽を解除し、前記測定プローブをボーリング孔から取り出す工程とを備えたことを特徴とするものである。
上記目的を達成するために、請求項２記載の発明に係るボーリング孔の閉塞材原位置における遮水試験システムは、ガス圧または水圧によって拡張してボーリング孔壁面に密着する方式の膨張式パッカーと、前記膨張式パッカーの下端部に設けられた測定基部容器と、前記測定基部容器に設けられ、微小流量での送水が可能で、かつ、圧力計測用導入口を兼ねる注水用導出口と、前記測定基部容器に設けられた前記注水用導出口から水平方向に所定距離離れた位置に設けられた１又は２以上の圧力計測用導入口と、前記各圧力計測用導入口にそれぞれ取り付けられた圧力・温度計測センサーと、前記膨張式パッカーがボーリング孔内に設置されるときに前記膨張式パッカーの上部となる部分に設けた注水部容器と、前記注水部容器の内部に収容され、前記注水用導出口に閉塞材が変形しない程度の圧力で定量または定圧で注水制御可能に注水する注水手段とを備え、ボーリング孔の内部に挿通可能の形状に形成してなる測定プローブと、前記測定プローブの測定基部をボーリング孔の閉塞材上部に載置した後に、測定時に前記膨張式パッカーに所定圧力のガス圧または水圧を供給して前記測定基部容器の底面を閉塞材に強固に押しつけた状態にすることを可能とし、かつ測定終了時に前記ガス圧または水圧を減圧するパッカー制御装置と、前記測定プローブの注水手段の注水を、閉塞材が変形しない程度の圧力で定流量または定圧で一定時間注水した後、注水を停止して注水停止区間を設け、注水停止区間経過後、再度注水してブレーク圧力を取得できるよう制御する測定パターンにより制御するとともに、測定パターンに従って前記圧力・温度計測センサーからの測定データを取込み、取り込んだ測定データから閉塞材原位置の透水係数、あるいは、閉塞材原位置の強度を算出する計測・制御装置とを具備したことを特徴とするものである。
請求項３記載の発明に係るボーリング孔の閉塞材原位置における遮水試験システムは、請求項２記載において、前記注水手段は、微少流量定量ポンプと、微少流量定量ポンプの吐出口と毛細管との間に設けられ孔内圧力がポンプ圧力より高い場合の逆流を防止する電磁弁と、微少流量定量ポンプの吸込口に水を供給する貯水容器とを備え、微少流量定量ポンプの吐出口、電磁弁、毛細管を介して前記測定基部容器に設けられた注水用導出口に送水できるようになっていることを特徴とするものである。
請求項４記載の発明に係るボーリング孔の閉塞材原位置における遮水試験システムは、請求項３記載において、前記微少流量定量ポンプは、電動式カムとシャフトとでシリンダー内のピストンを駆動して、一定量を送水を行うことを可能にしたプランジャー式ポンプからなることを特徴とするものである。
上記目的を達成するために、請求項５記載の発明に係るボーリング孔閉塞材頂部の透水係数解析方法は、ボーリング孔を閉塞する閉塞材頂部に測定プローブ先端を押入し前記測定プローブによりボーリング孔を前記測定プローブの上下を遮蔽する工程と、閉塞材が変形しない程度の圧力で定流量または定圧で一定時間注水した後、注水を停止する工程と、注水停止後の注水停止区間において圧力測定データを得る工程と、前記工程で得た圧力測定データを、解析して当該注水停止区間の透水係数を求める工程とからなることを特徴とするものである。
上記目的を達成するために、請求項６記載の発明に係るボーリング孔閉塞材頂部の強度解析方法は、ボーリング孔を閉塞する閉塞材頂部に測定プローブを降下させ前記測定プローブによりボーリング孔を前記測定プローブの上下を遮蔽する工程と、前記工程でボーリング孔を前記測定プローブの上下を遮蔽した後、前記測定プローブの下側の閉塞材頂部に所定の測定パターンをもって注水し、所定の測定パターンによって圧力、温度を取得する工程と、前記工程の終了後に、さらに再度注水してブレーク圧力を取得する工程と、室内透水試験に供した閉塞材の物性試験で求めた当該閉塞材の強度と前記工程で取得したブレーク圧力との関係とを基にボーリング孔内に打設された閉塞材の強度を求める工程と、を備えたことを特徴とするものである。

本発明によれば、高レベル放射性廃棄物地層処分・低レベル放射性廃棄物地層処分の処分場選定の際に実施される調査ボーリング孔を閉塞する時点での閉塞作業の安全基準を設定する上での評価手法を確立することができる。これによって、処分場において、調査ボーリング実施に伴う調査終了後の閉塞作業の不確実性に対する不安を払拭することで、調査ボーリング地点の選定の自由度を増やすことができる。また、調査ボーリング地点を増加させて調査の精度を向上させて、処分場選定における不確実性を低減させる効果がある。
さらに、放射性廃棄物地層処分分野以外でも、地下水汚染分野において、汚染源の地下水への移行をどのように防止するかは大きな課題である。特に、汚染源が井戸を通じて汚染されていない地下水層と連結することは深刻な問題を生じる。本試験手法ならびに装置を用いることで、これらの閉塞作業においてもひとつの検査基準を与えることで、国・自治体等が実施する地下水汚染対策に対する信頼性を向上させる効果がある。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。
＜ボーリング孔の閉塞材原位置における遮水試験システムの説明＞
図１ないし図５は、本発明を実施形態に係るボーリング孔の閉塞材原位置における遮水試験システムを説明するための図である。
図１は、本発明を実施形態に係るボーリング孔の閉塞材原位置における遮水試験システムを示す構成図である。図２は、本発明を実施形態に係るボーリング孔の閉塞材原位置における遮水試験システムで使用する測定プローブの詳細構成を示す断面図である。図３は、本発明を実施形態に係るボーリング孔の閉塞材原位置における遮水試験システムで使用する測定プローブの測定基部容器の底面を示す図である。

この図１において、本発明を実施形態に係るボーリング孔の閉塞材原位置における遮水試験システム１は、大別して、ボーリング孔２の内部に挿通可能の円筒形状に形成してなる測定プローブ３と、前記測定プローブ３の一部構成物である膨張式パッカー３０を膨張・収縮させることができるパッカー駆動制御装置５と、前記測定プローブ３への測定パターンに基づく測定加圧制御および測定パターンに基づく計測を行って得た情報より透水係数あるいは閉塞材原位置の強度を求めることができる計測・制御装置７と、その他測定プローブ３をボーリング孔２に挿入したり、ボーリング孔２から取り出したりする測定補助機構９とから構成されたものである。

前記測定プローブ３は、図１および図２に示すように、膨張式パッカー３０と、膨張式パッカー３０の図示下部に設けた測定基部容器３１と、前記膨張式パッカー３０の図示上部に設けた注水部容器３２と、前記注水部容器３２の図示上部に設けた堀管３３と、前記堀管３３の図示上端部に被せたケーブルヘッド３４とが同心状に円筒形状に形成された構造をしている。
前記測定プローブ３は、ケーブルヘッド３４から延長された検層ケーブル１１を測定補助機構９が下降させたり、上昇させたりすることにより、ボーリング孔２の内部に挿入されたり、取り出されたりするようになっている。

さらに詳細に説明すると、前記測定プローブ３は次のような構成を備えている。すなわち、膨張式パッカー３０は、孔内用高圧チューブ１３を介してパッカー駆動制御装置５に連通されており、前記パッカー駆動制御装置５から孔内用高圧チューブ１３を介して供給されるガス圧または水圧によって拡張してボーリング孔２の壁面に密着する方式のパッカーである。
前記測定基部容器３１の底面３１ａには、図３に示すように、微小流量での送水が可能で、かつ、圧力計測用導入口３５ａを兼ねる注水用導出口３５と、前記測定基部容器３１の底面３１ａに設けられていて、圧力計測用導入口３５ａを兼ねる注水用導出口３５から水平方向に離れた所定位置に１又は２以上の圧力計測用導入口３６とが設けられている。

前記測定基部容器３１の内部には、計測センサー３７，３８が収容されている。圧力・温度計測センサー３７は、前記圧力計測用導入口３５ａに連通・取り付けられている。圧力計測センサー３８は、前記圧力計測用導入口３６に連通・取り付けされている。
前記注水部容器３２の内部には、注水手段３９が収容されている。この注水手段３９は、毛細管３９０を介して前記注水用導出口３５に定量または定圧で注水制御可能に注水できるようになっている。
前記測定プローブ３の注水手段３９は、微少流量定量ポンプ３９１と、微少流量定量ポンプ３９１の吐出口と毛細管３９０の間に設けられ孔内圧力がポンプ圧力より高い場合の逆流を防止する電磁弁３９２と、微少流量定量ポンプ３９１の吸込口に水を供給する貯水容器３９３とから構成されており、微少流量定量ポンプ３９１の吐出口、電磁弁３９２、毛細管３９０を介して注水用導出口３５に送水できるようになっている。

さらに詳細に説明すると、前記測定プローブ３の測定基部容器３１の内部に設けられた圧力・温度計測センサー３７は、第１の信号ケーブル３７１を介してケーブルコネクター１５に接続されている。前記測定プローブ３の測定基部容器３１の内部に設けられた圧力計測センサー３８は、第２の信号ケーブル３８１を介してケーブルコネクター１５に接続されている。
前記ケーブルコネクター１５には、第１の電力ケーブル３９１ａを介して微少流量定量ポンプ３９１が接続されており、当該第１の電力ケーブル３９１ａを介して微少流量定量ポンプ３９１を駆動するための電力が微少流量定量ポンプ３９１に供給できるようになっている。同様に、前記ケーブルコネクター１５には、第２の電力ケーブル３９２ａを介して電磁弁３９２が接続されており、当該第２の電力ケーブル３９２ａを介して電磁弁３９２をオン・オフ駆動制御する電力が電磁弁３９２に供給できるようになっている。

前記ケーブルコネクター１５には、集合ケーブル１７、コネクター１９、検層ケーブル１１を介して地上に設置した計測・制御装置７に接続されている。前記検層ケーブル１１は孔内用多芯ケーブルで構成されており、前記第１の信号ケーブル３７１、第２の信号ケーブル３８１、第１の電力ケーブル３９１ａ、および第２の電力ケーブル３９２ａの線数を十分に満たすだけの本数の線を有している。
前記測定補助機構９は、検層ケーブル１１を巻き取るドラムを有するウィンチ９１と、地上に固定した滑車９２と、ボーリング孔２に測定プローブ３を挿入・取り出しするための滑車９３とからなる。測定プローブ３を吊り下げる検層ケーブル１１は、滑車９３、滑車９２を介してウィンチ９１のドラムに巻き取られたり、その逆に巻き出されたりするようになっている。

ここで、上記注水手段３９の微少流量定量ポンプ３９１について説明をしておく。図４は、本発明を実施形態に係るボーリング孔の閉塞材原位置における遮水試験システムで使用する測定プローブの内部に設けられた注水手段を構成する微少流量定量ポンプの原理的構成を示す図である。
この図４において、前記微少流量定量ポンプ３９１は、電動式のカム３９１１,シャフト３９１２でシリンダー３９１３の内部のピストン３９１４を駆動して、一定流量の送水を行うプランジャー式ポンプである。この微少流量定量ポンプ３９１の給水口３９１５、注水口３９１６は電磁作動弁３９２に繋がっており、貯水容器３９３に繋がった給水管３９２１を通じて給水を行い、注水用導出口３５に繋がった毛細管３９０を通じて注水を行う。電磁作動弁は二系統あり、給水管３９２１−給水口３９１５ではシリンダー３９１３へ入る方向へ、注水口３９１６−配管３９２２ではシリンダー３９１３から出る方向のみに作動して逆流を防止する逆止弁となっている。このように微少流量定量ポンプ３９１は、電動カム３９１１，シャフト３９１２でシリンダー３９１３の内部のピストン３９１４を駆動して、一定量を送水を行うことを可能にしたプランジャー式ポンプで構成したものである。

図５は、本発明を実施形態に係るボーリング孔の閉塞材原位置における遮水試験システムを示すダイアグラムである。
この図５では、本発明を実施形態に係るボーリング孔の閉塞材原位置における遮水試験システムをダイアグラムで示したものであり、図１ないし図４に示す構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付して説明をする。

この図５において、計測・制御装置７は、孔内用多芯ケーブルからなる検層ケーブル１１を介して測定プローブ３の内部のデータロガー８を介して圧力・温度計測センサー３７および圧力計測センサー３８に接続されている。同様、計測・制御装置７は、孔内用多芯ケーブルからなる検層ケーブル１１を介して測定プローブ３の内部のポンプ制御用電子装置１０を介して微少流量定量ポンプ３９１に接続されるとともに、図示しない電磁弁３９２にも接続されている。
パッカー駆動制御装置５は、パッカー制御装置５１と、 前記パッカー制御装置５１により運転制御される高圧ポンプ５２とから構成されている。前記高圧ポンプ５２の吐出口は、孔内用高圧チューブ１３を介して測定プローブ３の膨張式パッカー３０に接続されている。

＜ボーリング孔の閉塞材原位置における遮水試験方法の説明＞
このように構成されたボーリング孔の閉塞材原位置における遮水試験システムについて図１ないし図５を基に、図６を参照して全体的測定の流れを説明する。ここに、図６は、本発明を実施形態に係るボーリング孔の閉塞材原位置における遮水試験システムを使用して実現されるボーリング孔の閉塞材原位置における遮水試験方法を説明するためのフローチャートである。また、図７は、本発明を実施形態に係るボーリング孔の閉塞材原位置における遮水試験システムを使用して実現されるボーリング孔の閉塞材原位置における遮水試験方法において、試験パターンを示す図である。なお、図７（ａ）は試験パターンに従って微少流量定量ポンプを注水運転・停止するパターンを示し、横軸に時間を、縦軸にポンプ注水量をそれぞれとったものである。図７（ｂ）は試験パターンによって圧力計測センサーが計測した圧力を示し、横軸に時間を、縦軸に計測圧力をそれぞれとったものである。図７（ｃ）は透水係数を求めるためのグラフである。

まず、ボーリング孔２が開けられて必要な処理がなされた後、前記ボーリング孔２の一定区間の閉塞材の打設が完了したものとする。
ここで、試験が開始される。まず、検層ケーブル１１を滑車９３、滑車９２を介してウィンチ９１のドラムに巻き付けて堀管３３を揚管する（Ｓ１０１）。所定の位置に揚管された堀管３３の先端に測定プローブ３をセットする（Ｓ１０２）。ついで、測定プローブ３は、装置上部で、ウィンチ９１のドラムに巻かれた検層ケーブル１１がウィンチ９１の動力により、滑車９２、滑車９３を介して、ボーリング孔２の内部に吊り下げられた状態でボーリング孔２の内部を降下させる（Ｓ１０３）。

前記測定プローブ３がボーリング孔２の内部の閉塞材４の上部に載置されると、パッカー駆動制御装置５のパッカー制御装置５１からの駆動制御指令により高圧ポンプ５２が運転されて、例えば高圧ガス（高圧空気）が高圧ポンプ５２から孔内用高圧チューブ１３を介して測定プローブ３の膨張式パッカー３０に供給される。これにより、測定プローブ３の膨張式パッカー３０は、拡張してボーリング孔２の内壁に密着し、測定プローブ３の膨張式パッカー３０の図示上下に空間を遮断する（Ｓ１０４）。この状態で、測定プローブ３の測定基部容器３１の底面３１ａは、閉塞材４の上に強固に押しつけられた状態になる。

次に、測定プローブ３の内部の圧力・温度計測センサー３７、および、圧力計測センサー３８からの測定データは計測・制御装置７に取り込まれて、前記計測・制御装置７によりバックグラウント圧力・温度を測定し（Ｓ１０５）、計測・制御装置７はバックグラウント圧力・温度が安定していないと判定（例えば、一定時間前の測定値と現時点の測定値との差を取り、その差が所定の基準値を超えていると判定）すると（Ｓ１０６；ＮＯ）、計測・制御装置７は、再び、バックグラウント圧力・温度の測定処理を実行する（Ｓ１０５）。これらステップ１０５，１０６は、バックグラウント圧力・温度が安定するまで（時刻ｔ０〜ｔ１の期間）、計測・制御装置７において実行されることになる。

この図７（ｂ）の時刻ｔ１の近くになると、バックグラウント圧力・温度が現実に安定するので、計測・制御装置７は、圧力・温度計測センサー３７や圧力計測センサー３８からの測定値を基にバックグランド圧力や温度が安定していると判定すると（Ｓ１０６；ＹＥＳ）、計測・制御装置７は注水手段３９の微少流量定量ポンプ３９１を運転するとともに必要に応じて電磁弁３９２を運転して注水を開始する（時刻ｔ１；Ｓ１０７）。この微少流量定量ポンプ３９１からの注水は、毛細管３９０を介して注水用導出口３５から閉塞材４の上部へ注入される。
前記計測・制御装置７は、前記圧力・温度計測センサー３７・圧力計測センサー３８からの測定データを監視しつつ（Ｓ１０８）、圧力・温度計測センサー３７からの圧力に関する測定データが図７（ｂ）のＰ１に達した時点（時刻ｔ２）で、注水手段３９の微少流量定量ポンプ３９１の運転を停止し注水を停止する（Ｓ１０９）。

そして、計測・制御装置７は、前記時刻ｔ２の終了後から所定区間（時刻ｔ２〜時刻ｔ３）の間、圧力・温度計測センサー３７・圧力計測センサー３８で検出した測定データを収集し（Ｓ１１０）、十分なフォールオフデータを取得したところで（Ｓ１１１）、透水係数の算出処理を行う（Ｓ１１２）。この透水係数の算出処理の詳細については、後述する。

次に、透水係数の算出処理（Ｓ１１２）の終了後に、計測・制御装置７は、再び、図７（ａ），（ｂ）の時刻ｔ３時点で、時刻注水手段３９の微少流量定量ポンプ３９１を運転を開始するとともに、必要に応じて電磁弁３９２を運転することにより（Ｓ１１３）、毛細管３９０を介して注水用導出口３５から閉塞材４の上部に注水を開始する。そして、計測・制御装置７は、前記圧力・温度計測センサー３７、圧力計測センサー３８からの検出測定データを取り込みつつ（Ｓ１１４）、それら測定データを検出してゆく。

前記計測・制御装置７は、圧力・温度計測センサー３７、圧力計測センサー３８から供給される刻々と変化する測定データを監視し続ける（Ｓ１１４−Ｓ１１５；ＮＯ）。ここで、計測・制御装置７は、圧力・温度計測センサー３７、圧力計測センサー３８からの圧力測定データが、図７（ｂ）に示すように、圧力Ｐ２から急激に圧力Ｐ３に低下する圧力Ｐ２を検出すると（Ｓ１１５；ＹＥＳ）、計測・制御装置７は当該圧力Ｐ２をブレーク圧力として記憶し、かつ、注水手段３９の微少流量定量ポンプ３９１の運転を停止する（Ｓ１１６）。そして、計測・制御装置７は、前記ブレーク圧力を基に閉塞材４の強度を算出処理する（Ｓ１１７）。なお、この閉塞材４の強度を算出処理については、後述する。

ボーリング孔の閉塞材原位置における遮水試験方法は、上述した一連の流れで提供できる。このボーリング孔の閉塞材原位置における遮水試験方法は、まとめると、ボーリング孔２を閉塞する閉塞材４の頂部に測定プローブ３を降下させ前記測定プローブ３によりボーリング孔２を前記測定プローブ３の膨張式パッカー３０を膨張させることで測定プローブ３の膨張式パッカー３０の上下で遮蔽する工程（Ｓ１０１〜Ｓ１０６）と、前記工程でボーリング孔２を前記測定プローブ３の膨張式パッカー３０の上下を遮蔽した後、前記測定プローブ３の下側の閉塞材４の頂部に所定の測定パターン（図７（ａ））をもって注水し、所定の測定パターンによって圧力、温度を圧力・温度計測センサー３７、圧力計測センサー３８からの測定データを基に透水係数を求める工程と（Ｓ１０７〜Ｓ１１２）、前記工程の終了後に、さらに再度注水してブレーク圧力を取得して閉塞材の強度を求める工程（Ｓ１１３〜Ｓ１１７）と、前記閉塞材の強度を求める工程の終了後に前記遮蔽を解除し、前記測定プローブをボーリング孔から取り出す工程とを備えたものである。

これにより、一連の処理が終了したので、一つのボーリング孔２の閉塞材４の評価が終了したことになる。したがって、次のボーリング孔２の閉塞材４の評価に移行することになる。
このようなボーリング孔の閉塞材原位置における遮水試験方法によれば、ボーリング孔２を閉塞した閉塞材４の原位置での透水係数、強度が算出でき、確実なる評価が可能になる。

＜ボーリング孔閉塞材頂部の透水係数解析方法＞
本発明の実施の形態に係るボーリング孔閉塞材頂部の透水係数解析方法について、上記図１ないし図７を参照して説明する。本発明の実施の形態に係るボーリング孔閉塞材頂部の透水係数解析方法は、ボーリング孔２を閉塞する閉塞材４の頂部に測定プローブ３を降下させ前記測定プローブ３の膨張式パッカー３０によりボーリング孔２を前記測定プローブ３の膨張式パッカー３０の上下を遮蔽する工程（図６のＳ１０１〜Ｓ１０６）と、前記計測・制御装置７からの指令により測定プローブ３の注水手段３９の微少流量定量ポンプ３９１を運転して閉塞材４が変形しない程度の圧力（図７（ａ）の圧力Ｐ１）で定流量または定圧で一定時間注水した後、注水を停止する工程（図６のＳ１０７ ３１０９）と、注水停止後の圧力低下区間（図７（ｂ）の時刻ｔ２〜時刻ｔ３）において圧力測定データを得る工程（図６のＳ１１０、Ｓ１１１）と、前記工程で得た圧力測定データを、Horner Plot法（図７（ｃ）を用いる）に基づいて解析して当該圧力低下区間の透水係数を求める工程とからなるものである。

ここで、Horner Plot法とは、水井戸、石油井などの透水係数を求めるために使用される方法で、一定流量で一定時間の注水あるいは揚水を行い、注水あるいは揚水を停止した後の経過時間における圧力遷移区間において、横軸にHorner 時間と呼ばれる〔（注水あるいは揚水を行った時間）＋（注水あるいは揚水を停止した後の経過時間）〕÷（注水あるいは揚水を停止した後の経過時間）の対数を、その縦軸にその時に観測された圧力値を取ると、その片対数グラフの途中に現れる直線部分の傾きは、井戸周辺の地層が欽一な多孔質の物体であると仮定した場合の透水係数と比例する原理によって、井戸の透水係数を求めるものである。
なお、ここで、透水係数をｋ、流量をＱ［ｍ³／ｓ］、有効層厚をｈ［ｍ］、水の粘性係数をμ、透水量係数をｋｈ／μ［ｍ³／Ｐａ・ｓ］、Horner Plot法によって得た傾きをｍとすると、
ｋｈ／μ＝Ｑ／（ｌｏｇ（ｅ）４πｍ） ・・・［数式１］
となる。

さらにこの数式１について説明すると、この数式１は井戸における水理試験の理論的解析式を示したものである。まず、井戸の周辺の地層の透水係数ｋは、地層の有効層厚ｈ、水の粘性係数μ、井戸に注水した注水流量Ｑと注水時間ｔ、注水停止後の時間△ｔ、および、その時の圧力値Ｐとの関係で、横軸に△ｔ（ｔ＋△ｔ）の対数を、縦軸に圧力Ｐをそれぞれ取ったグラフ（図７（ｃ）参照）の上の直線部分の傾きｍを求た場合には、この数式１から透水係数ｋを求めることができる。

＜ボーリング孔閉塞材頂部の強度解析方法の説明＞
本発明の実施の形態に係るボーリング孔閉塞材頂部の強度解析方法について、図１ないし図７を参照して説明する。
このボーリング孔閉塞材頂部の強度解析方法は、ボーリング孔２を閉塞する閉塞材４の頂部に測定プローブ３を降下させ前記測定プローブ３の膨張式パッカー３０によりボーリング孔２を前記測定プローブ３の膨張式パッカー３０の上下を遮蔽する工程（Ｓ１０１〜Ｓ１０６）と、前記工程でボーリング孔２を前記測定プローブ３の膨張式パッカー３０の上下を遮蔽した後、前記測定プローブ３の下側の閉塞材４の頂部に所定の測定パターン（図７（ａ）の時刻ｔ１〜ｔ２）をもって注水し、所定の測定パターンによって圧力、温度を取得する工程（Ｓ１０７〜Ｓ１１２）と、前記工程の終了後に、さらに図７（ａ）に示す注水量で再度注水してブレーク圧力（図７（ｂ）の圧力Ｐ２）を取得する工程（Ｓ１１３〜Ｓ１１６）と、室内で求めた当該閉塞材４の強度と前記工程（Ｓ１１３〜Ｓ１１６）で取得したブレーク圧力（Ｐ２）との関係とを基にボーリング孔２の内部に打設された閉塞材４の強度を求める工程（Ｓ１１７）とを備えたものである。
このようなボーリング孔閉塞材頂部の強度解析方法によって、閉塞材４の現実の強度を求めることができる。

以上は、ボーリング孔の閉塞材源一での遮水試験等に慣例した内容を記載したが、この場合の測定プローブに共通した特徴は、測定プローブに、閉塞材頂部に圧力をかけるための注水部容器３２（注水手段３９）、いわゆる微小流量定量ポンプ３９１、電磁弁３９２ならびに貯水容器３９３を内蔵している点である。この構造を構成することによって、従来例では、地上からボーリング孔を貫通した圧力水供給パイプ等によってボーリング孔底部に圧力水を供給していたものを、圧力水供給パイプ等の手段が不要で、全体としてコンパクトで、安価なボーリング孔の閉塞材原位置における遮水試験方法等を実現することができる。

＜ボーリング孔閉塞材の遮水室内実験装置の説明＞
図８は、本発明に係るボーリング孔閉塞材の遮水室内実験装置を示すブロック図である。この図８において、本発明に係るボーリング孔閉塞材の遮水室内実験装置は、測定プローブ３での測定を模擬するための試験装置であって、測定プローブ３の各機能の検証および取得データを用いた解析技術の検証を行うことを目的とする。

本発明に係るボーリング孔閉塞材の遮水室内実験装置４０は、図８に示すように、ボーリング孔等の閉塞材４を収容可能とする圧力容器４１と、前記圧力容器４１に閉塞材４を収容したときに、閉塞材４の上部の任意の場所に差し込み可能とともに閉塞材４の上部に注水できる注水用導出口４２と、注水用導出口４２から所定の距離だけ離して設け、前記閉塞材４の上部の任意の場所に差し込み可能な測定用導入口４３と、前記圧力容器４１の上部および下部の圧力を目視可能な圧力計４４，４５と、前記注水用導出口４２の圧力・温度と測定用導入口４３の圧力を測定できる温度・圧力測定センサー４６と、前記注水用導出口４２に注水を可能とする注水手段４７と、前記温度・圧力測定センサー４６からの測定データを取込み解析する測定データ解析手段（パーソナルコンピュータ）４８とを備えたものである。

このような構成のボーリング孔閉塞材の遮水室内実験装置についてさらに説明する。圧力容器４１に封入された閉塞材４の上部から注水用導出口４２および測定用導入口４３が差し込まれる。注水用導出口４２および測定用導入口４３は、自由に位置を変えることができ、様々な条件で設計する測定プローブ３の検証を行うことができる構造となっている。
圧力容器４１には、下部にバルブ付き排水口５１および圧力容器４１の下面圧力を観測するための圧力計４４があり、上部より加圧して閉塞材４の中に含まれる余分な水分を排出することができる。また、上面には圧力容器４１の上面圧力計測を観測するための圧力計４５がついている。注水用導出口４２には、開閉可能なバルブ５２を介して、圧力を大気に開放可能な三方バルブ５３が毛細管で繋がっており、さらに毛細管で微少流量定量ポンプ４７に繋がっている。

一方、測定用導入口４３には、開閉可能なバルブ５４を介して毛細管で圧力・温度計４６が繋がっており、連続的に圧力・温度を観測することが可能である。圧力・温度計４６は、コンピュータ４８においてデータをデジタル値で連続的に記録することが可能である。
本装置は、測定装置の設計段階で、設計値を室内において模擬的に検証して、適切な測定プローブ３の性能値を得るための検証実験を行うことができる。また、得たデータを解析法の検証に用いることで、解析法が適正であるかの性能判定を行うことができる。

＜その他＞
本発明に係るボーリング孔の閉塞材原位置における遮水試験方法、ボーリング孔閉塞材頂部の透水係数解析方法、および、ボーリング孔閉塞材頂部の強度解析方法、ならびにボーリング孔の閉塞材原位置における遮水試験システム・ボーリング孔閉塞材の遮水室内実験装置を用いることで、高レベル放射性廃棄物地層処分・低レベル放射性廃棄物地層処分の処分場選定の際に実施される調査ボーリング孔を閉塞する時点での閉塞作業の安全基準を設定する上での評価手法を確立することができる。これによって、処分場において、調査ボーリング実施に伴う調査終了後の閉塞作業の不確実性に対する不安を払拭することで、調査ボーリング地点の選定の自由度を増やすことができる。また、調査ボーリング地点を増加させて調査の精度を向上させて、処分場選定における不確実性を低減させる効果がある。

さらに、放射性廃棄物地層処分分野以外でも、地下水汚染分野において、汚染源の地下水への移行をどのように防止するかは大きな課題である。特に、汚染源が井戸を通じて汚染されていない地下水層と連結することは深刻な問題を生じる。本試験手法ならびに装置を用いることで、これらの閉塞作業においてもひとつの検査基準を与えることで、国・自治体等が実施する地下水汚染対策に対する信頼性を向上させる効果がある。

本発明を実施形態に係るボーリング孔の閉塞材原位置における遮水試験システムを示す構成図である。 本発明を実施形態に係るボーリング孔の閉塞材原位置における遮水試験システムで使用する測定プローブの詳細構成を示す断面図である。 本発明を実施形態に係るボーリング孔の閉塞材原位置における遮水試験システムで使用する測定プローブの測定基部容器の底面を示す図である。 本発明を実施形態に係るボーリング孔の閉塞材原位置における遮水試験システムで使用する測定プローブの内部に設けた注水手段を構成する微少流量定量ポンプの原理的構成を示す図である。 本発明を実施形態に係るボーリング孔の閉塞材原位置における遮水試験システムを示すダイアグラムである。 本発明を実施形態に係るボーリング孔の閉塞材原位置における遮水試験システムを使用して実現されるボーリング孔の閉塞材原位置における遮水試験方法を説明するためのフローチャートである。 本発明を実施形態に係るボーリング孔の閉塞材原位置における遮水試験システムを使用して実現されるボーリング孔の閉塞材原位置における遮水試験方法において、試験パターンを示す図である。 本発明に係るボーリング孔閉塞材の遮水室内実験装置を示すブロック図である。

符号の説明

１ ボーリング孔の閉塞材原位置における遮水試験システム
２ ボーリング孔
３ 測定プローブ
４ 閉塞材
５ パッカー駆動制御装置
７ 計測・制御装置
９ 測定補助機構
１１ 検層ケーブル
１３ 孔内用高圧チューブ
３０ 膨張式パッカー
３１ 測定基部容器
３２ 注水部容器
３３ 堀管
３４ ケーブルヘッド
３５ 注水用導出口
３６ 圧力計測用導入口
３７ 圧力・温度計測センサー
３８ 圧力計測センサー
３９ 注水手段
４０ ボーリング孔閉塞材の遮水室内実験装置
４１ 圧力容器
４２ 注水用導出口
４３ 測定用導入口
４４，４５ 圧力計
４６ 温度・圧力測定センサー
４７ 注水手段
４８ 測定データ解析手段（パーソナルコンピュータ）
３９１ 微少流量定量ポンプ
３９２ 電磁弁
３９３ 貯水容器
３９１１ カム
３９１２ シャフト
３９１３ シリンダー
３９１４ ピストン

Claims (6)

1. ボーリング孔を閉塞する閉塞材頂部に測定プローブを降下させ前記測定プローブによりボーリング孔を前記測定プローブの上下を遮蔽する工程と、
   前記工程でボーリング孔を前記測定プローブの上下を遮蔽した後、前記測定プローブの下側の閉塞材頂部に所定の測定パターンをもって注水し、所定の測定パターンによって圧力、温度を測定して透水係数を求める工程と、
   前記工程の終了後に、さらに再度注水してブレーク圧力を取得して閉塞材の強度を求める工程と、
   前記閉塞材の強度を求める工程の終了後に前記遮蔽を解除し、前記測定プローブをボーリング孔から取り出す工程と
   を備えたことを特徴とするボーリング孔の閉塞材原位置における遮水試験方法。
2. ガス圧または水圧によって拡張してボーリング孔壁面に密着する方式の膨張式パッカーと、
   前記膨張式パッカーの下端部に設けられた測定基部容器と、
   前記測定基部容器に設けられ、微小流量での送水が可能で、かつ、圧力計測用導入口を兼ねる注水用導出口と、
   前記測定基部容器に設けられた前記注水用導出口から水平方向に所定距離離れた位置に設けられた１又は２以上の圧力計測用導入口と、
   前記各圧力計測用導入口にそれぞれ取り付けられた圧力・温度計測センサーと、
   前記膨張式パッカーがボーリング孔内に設置されるときに前記膨張式パッカーの上部となる部分に設けた注水部容器と、
   前記注水部容器の内部に収容され、前記注水用導出口に閉塞材が変形しない程度の圧力で定量または定圧で注水制御可能に注水する注水手段とを備え、ボーリング孔の内部に挿通可能の形状に形成してなる測定プローブと、
   前記測定プローブの測定基部をボーリング孔の閉塞材上部に載置した後に、測定時に前記膨張式パッカーに所定圧力のガス圧または水圧を供給して前記測定基部容器の底面を閉塞材に強固に押しつけた状態にすることを可能とし、かつ測定終了時に前記ガス圧または水圧を減圧するパッカー制御装置と、
   前記測定プローブの注水手段の注水を、閉塞材が変形しない程度の圧力で定流量または定圧で一定時間注水した後、注水を停止して注水停止区間を設け、注水停止区間経過後、再度注水してブレーク圧力を取得できるよう制御する測定パターンにより制御するとともに、測定パターンに従って前記圧力・温度計測センサーからの測定データを取込み、取り込んだ測定データから閉塞材原位置の透水係数、あるいは、閉塞材原位置の強度を算出する計測・制御装置とを具備したことを特徴とするボーリング孔の閉塞材原位置における遮水試験システム。
3. 前記注水手段は、微少流量定量ポンプと、微少流量定量ポンプの吐出口と毛細管との間に設けられ孔内圧力がポンプ圧力より高い場合の逆流を防止する電磁弁と、微少流量定量ポンプの吸込口に水を供給する貯水容器とを備え、微少流量定量ポンプの吐出口、電磁弁、毛細管を介して前記測定基部容器に設けられた注水用導出口に送水できるようになっていることを特徴とする請求項２記載のボーリング孔の閉塞材原位置における遮水試験システム。
4. 前記微少流量定量ポンプは、電動式カムとシャフトとでシリンダー内のピストンを駆動して、一定量を送水を行うことを可能にしたプランジャー式ポンプからなることを特徴とする請求項３記載のボーリング孔の閉塞材原位置における遮水試験システム。
5. ボーリング孔を閉塞する閉塞材頂部に測定プローブ先端を押入し前記測定プローブによりボーリング孔を前記測定プローブの上下を遮蔽する工程と、
   閉塞材が変形しない程度の圧力で定流量または定圧で一定時間注水した後、注水を停止する工程と、
   注水停止後の注水停止区間において圧力測定データを得る工程と、
   前記工程で得た圧力測定データを、解析して当該注水停止区間の透水係数を求める工程とからなることを特徴とするボーリング孔閉塞材頂部の透水係数解析方法。
6. ボーリング孔を閉塞する閉塞材頂部に測定プローブを降下させ前記測定プローブによりボーリング孔を前記測定プローブの上下を遮蔽する工程と、
   前記工程でボーリング孔を前記測定プローブの上下を遮蔽した後、前記測定プローブの下側の閉塞材頂部に所定の測定パターンをもって注水し、所定の測定パターンによって圧力、温度を取得する工程と、
   前記工程の終了後に、さらに再度注水してブレーク圧力を取得する工程と、
   室内透水試験に供した閉塞材の物性試験で求めた当該閉塞材の強度と前記工程で取得したブレーク圧力との関係とを基にボーリング孔内に打設された閉塞材の強度を求める工程と、
   を備えたことを特徴とするボーリング孔閉塞材頂部の強度解析方法。

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