JP4968135B2 - 孔壁崩落抑制方法、及び試験方法 - Google Patents

Description

本発明は、泥水を使って地盤に掘削されたボーリング孔の孔内で、清水条件下の試験を実施する際に係り、特に孔壁の崩落を抑制する技術に関する。

ボーリング掘削の際にボーリング孔の孔内に注入される泥水は、掘削ビットの冷却及び潤滑を維持し、掘り屑がボーリング孔の孔内に沈殿するのを抑制するとともに、掘り屑をボーリング孔の孔外に運搬排除し、また孔壁の崩落を抑制する役割を担っており、ほとんどのボーリング掘削で使用されている（例えば、特許文献１）。

ところが、ボーリング掘削後、掘削孔内おいて各種試験を行う際に、試験によっては孔内が泥水で満たされたままでは測定することができないものがある。

例えば、光学カメラで孔壁を撮影するボアホールテレビの場合には、孔内が泥水で満たされたままでは、泥水の透明度が低いために孔壁を明瞭に撮影することができない。また、孔内周辺の地下水を採水してその性状を調査する場合には、採水した地下水に泥水が混入してしまうため正確な性状を分析することができない。さらに、孔内周辺の水理学的特性を調査するフローメーター検層を行う場合には、泥水中に含まれるベントナイトによって孔壁表層に不透水性のマッドケーキが形成されることにより、地盤から孔内への地下水の流入が抑制されるために正確な流速を測定できない。

そこで、従来よりこれら試験を実施する場合には、孔内の泥水を清水に置換して行っていた。
特開平９−２３９２９２号公報

しかしながら、孔内の泥水を清水に置換した場合には、孔壁が崩落してしまうおそれがある。そして、万一、孔壁が崩落してしまった場合には、孔内が土砂によって閉塞されてしまい、崩落が試験装置の設置前であれば所定深度に試験装置を下ろせなかったり、試験装置の設置後であれば試験装置が孔内に埋没して孔内から引き上げられないなどの問題が生ずる。また、孔壁の崩落が試験装置を引き上げた後であってもその後ボーリング孔を利用する場合には、再度掘削が必要となる等の不具合が生じてしまう。

したがって、上記のように清水でないと実施できない試験は、ボーリング孔の全域の地盤が、ある程度硬質であって、孔内の泥水を清水に置換しても孔壁の崩落が生じにくいような健全な岩盤等からなる場合でしか実施することができなかった。

また、その場合においても、試験を実施するにあたって、孔壁の崩落の可能性を想定した、例えば、試験装置を使い捨てることや再度掘削を行うことなどを前提とした施工計画を立てる必要があった。そして実際に孔壁崩落が生じてしまうと、試験のコストが増大するとともに工期が延長していた。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、泥水を使って地盤に掘削されたボーリング孔の孔内で清水条件下の試験を実施するに際に、孔壁の崩落を抑制する方法、及び孔内で清水条件下にて行われる試験方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明は、泥水を使って地盤に掘削されたボーリング孔の孔内で、清水条件下の試験を実施する際に、孔壁の崩落を抑制する方法であって、
筒形状を有する本体部と、前記本体部の外周に設けられた膨縮自在なパッカーとを備えるケーシングを、泥水で満たされた前記ボーリング孔の孔内に所定深度まで挿入するケーシング設置工程と、
前記孔内に挿入された前記ケーシングが備えるパッカーを、前記ボーリング孔の孔壁に密着させるように膨張させるパッカー膨張工程と、
前記膨張したパッカーより上方の孔壁が泥水と接触した状態を保持しつつ、前記膨張したパッカーより下方及び前記本体部の内側の泥水を清水に置換する置換工程と、を備える。

本発明の孔壁の崩落を抑制する方法によれば、孔内に挿入されたケーシングが備えるパッカーを膨張させるようにボーリング孔の孔壁に密着させることから、ボーリング孔の孔内領域のうち、パッカーの設置位置より下側及びケーシング本体部の内側の領域（第１の領域）と、パッカーの設置位置より上側であってケーシング本体部の外側の領域（第２の領域）との間の流体の往来が遮断されることになる。これにより、置換工程で第１の領域の泥水を清水に置換しても、第２の領域の泥水はその領域に停留する。この結果、パッカーの設置位置より上側の孔壁は、泥水と接触する状態が保持されるので孔壁に崩落が生じることはなく、パッカーの設置位置より下方、すなわちケーシング先端より下方の孔内において、清水条件下の試験を行うことができる。

また、試験の終了後、孔内の清水を再び泥水に置換し、パッカーを収縮させてケーシングをボーリング孔から引き抜くことにより、ボーリング孔の孔内を元の泥水のみの状態に戻すことができる。これにより、ボーリング孔を利用することができる。

第３の発明は、前記パッカーは、前記本体部の先端部に設けられていることを特徴とする。

また、本発明は、泥水を使って地盤に掘削されたボーリング孔の孔内で清水条件下の試験を実施する方法であって、筒形状を有する本体部と、前記本体部の外周に設けられた膨縮自在なパッカーとを備えるケーシングを、前記孔内に所定深度まで挿入するケーシング設置工程と、前記ボーリング孔の孔内に挿入された前記ケーシングが備えるパッカーを、前記ボーリング孔の孔壁に密着させるように膨張させるパッカー膨張工程と、前記膨張したパッカーより下方及び前記ケーシングの内側の前記泥水を清水に置換する置換工程と、前記清水に置換された前記ボーリング孔の孔内の領域で、清水条件下の試験を行う試験工程と、を備える。

本発明によれば、泥水を使って地盤に掘削されたボーリング孔の孔内で清水条件下の試験を実施する際に、孔壁の崩落を抑制することが可能な方法、及び孔内で清水条件にて行われる試験方法を提供できる。

以下、本発明の好ましい一実施形態について図面に基づき詳細に説明する。
本実施形態に係るケーシングは、ボアホールテレビ、採水、又はフローメーター検層等のボーリング孔の孔内が清水に満たされた状態でなければ実施することができない試験（以下、清水条件下試験という）を行う際に用いられるものである。

図１は、本実施形態に係るケーシング１０の断面図である。
図１に示すように、本実施形態に係るケーシング１０は、本体である鋼管１２と、鋼管１２の先端部の外周に設けられた膨縮自在のパッカー１４とを備えたものである。

鋼管１２としては、例えば、市販されるケーシングパイプ等を用いることができるが、寸法として、掘削したボーリング孔の孔径よりも小さい外径と、清水条件下試験で使用する試験装置を挿通させることが可能な内径と、パッカー１４を所定深度に設置するための長さとを有するものを選定する。

鋼管１２は、例えば、パッカー１４を備えるパッカー付鋼管１２１と、パッカー付鋼管１２１の端部と連結可能な延長用鋼管１２２とから構成され、延長用鋼管１２２の連結数を増加させることにより、ケーシング１０の長さを延長して所定深度にパッカー１４を配置できるようになっている。ここで、鋼管１２間の連結部１２３は、連結時には鋼管１２の外側の泥水が鋼管１２の内部に浸入してこないような密閉構造となっている。

パッカー１４は、例えば、天然ゴム等の伸縮性素材からなるとともに、外形が鋼管１２の周囲を取り囲むような円筒形状を有し、かつ、内部が中空の袋体となっている。

また、パッカー１４には、ボーリング孔の孔口から延長し、当該袋体の内部に連通するようにホース１６が接続されている。このホース１６の孔口側の基端には、流体の注入又は吸出しを制御するためのポンプ１８が設けられている。このポンプ１８によって、ホース１６を通じて水などの流体を袋体の内部に注入し又は内部から吸い出すことにより、パッカー１４の膨縮を制御できるようになっている。

ポンプ１８としては、パッカー１４をボーリング孔の孔壁に充分に密着させるように膨張させることができる出力を有するものであれば、例えば、手押しポンプ、又は注入圧や注入流量等を自動的に制御可能な機能を備える機械式ポンプ等どのようなものを用いてもよい。ただし、パッカー１４を膨張させたときにパッカー１４が孔壁に密着したかどうかを判断するため、注入圧を監視できる圧力計を備えるものを用いることが好ましい。

なお、円筒形を有するパッカー１４の外径は、収縮時に掘削したボーリングの孔径よりも小さくなるように、また膨張時にボーリングの孔径よりも大きくなるように設計されている。

次に、ケーシング１０を用いて、清水条件下試験を行う手順について説明する。
図２は、本実施形態に係る清水条件下試験を行う手順を示す工程図である。
なお、本手順は、既にボーリング孔２０がボーリング掘削により形成され、その孔内が泥水により満たされた状態から開始するものとする。

図２に示すように、本実施形態に係る試験方法は、ケーシング設置工程Ｓ１０、パッカー膨張工程Ｓ２０、置換工程Ｓ３０、試験工程Ｓ４０とを備える。
ケーシング設置工程Ｓ１０では、ケーシング１０を、泥水で満たされたボーリング孔２０に所定深度まで挿入する。

具体的には、クレーン等を用いて、先ずパッカー付鋼管１２１から垂直に吊上げて孔内部に建て込み、パッカー付鋼管１２１に延長用鋼管１２２を連結することによりケーシング１０を延長させながら、パッカー１４が孔内の所定の深度に到達するまで孔内に建て込んでいく。なお、パッカー１４の設置深度が浅く、パッカー付鋼管１２１のみを孔内に挿入することでパッカー１４を所定の深度に到達することができる場合には、延長用鋼管１２２を連結しなくてもよい。また、ケーシング１０の延長と同時にパッカー１４に接続するホース１６も孔口から延長していく。また、ケーシング１０をボーリング孔２０の孔内に建て込む際には、パッカー１４は収縮した状態にしておく。

パッカー膨張工程Ｓ２０では、所定深度に配置したパッカー１４を、ボーリング孔２０の孔壁に密着させるように膨張させる。

具体的には、孔外に設置されたポンプ１８により、ホース１６を通じてパッカー１４内に流体（例えば、水や空気）を注入していく。この時、ポンプ１８の圧力を監視しておき、この圧力が、パッカー１４が孔壁に密着したことを示す所定圧以上に上昇した時に流体の注入を止め、その後その圧力が所定圧を下回らないように保持させる。

置換工程Ｓ３０では、膨張したパッカー１４より下側及びケーシング１０の内側の泥水を清水に置換する。

具体的には、ボーリング孔２０に泥水吸出用パイプ２２を、ケーシング１０の内側を通してその先端がボーリング孔２０の孔底付近まで到達するように挿入し、泥水吸出用パイプ２２の孔口側からバキュームポンプ等を用いて泥水を吸い上げる。これと同時に、ボーリング孔２０の孔内上部から清水注入用パイプ２４により清水を注入する。これにより、比重の大きい泥水は孔内の下部から泥水吸出用パイプ２２を通じて吸い出され、孔内上部に注入された清水が下部へと移動していき、次第にケーシング１０の内側及びパッカー１４の設置位置より下側の泥水が清水に置換されていく。

以上のＳ１０〜Ｓ３０の工程により、パッカー１４の設置位置より上側の孔壁が泥水と接触した状態を保持しつつ、ケーシング１０の内側及び膨張したパッカー１４の位置より下側を清水に置換することができる。
試験工程Ｓ４０では、試験装置２６をケーシング１０の内側からパッカー１４より下方の清水に置換した位置まで下降させ、清水条件下試験を行う。
なお、清水条件下試験が終了後、さらにボーリング孔２０を掘進する場合には、以下のようにする。

図３は、第１の掘進形態を示す図である。
図３に示すように、ボーリング孔２０をさらに掘進する場合には、試験装置２６を撤去し（工程Ｓ５０）、パッカー１４の設置位置より下側及びケーシング１０の内側の清水を再び泥水に置換し（工程Ｓ６０）、パッカー１４を収縮させてケーシング１０をボーリング孔２０から引き抜いて（工程Ｓ７０）、孔内を元の泥水のみの状態に戻す。これにより、当初ボーリング孔２０を掘削する際に用いた掘削機２８を再度用いて掘削を再開することができる（工程Ｓ８０）。

なお、工程Ｓ６０においての清水から泥水への置換は、例えば、泥水吸出用パイプ２２を、孔内に泥水を注入するパイプとして、清水注入用パイプを、清水を吸い出すパイプとして逆に用いることにより、実施することができる。

また、図４は、パッカー１４を収縮させることなく実施可能な第２の掘進形態を示す図である。
図４に示すように、パッカー１４より下方の地盤が、清水条件下でも孔壁の崩落が生じにくいような健全な岩盤等からなるような場合には、試験終了後に試験装置２６を撤去し（工程Ｓ５０）、ボーリング孔２０の内部の清水を泥水に置換することなく、ケーシング１０の内側に挿通可能な形状を有する専用の掘削機２８０を、ケーシング１０の内側を挿通してボーリング孔２０の孔底まで下ろすことにより掘進してもよい（工程Ｓ８２）。

また、図５は、ケーシング自体を用いて掘進する第３の掘進形態を示す図である。
図５に示すように、図２で説明したケーシング設置工程Ｓ１０で、ケーシング１０の先端の鋼管１２に、予め、鋼管１２と同径の円筒形を有し、その周縁部に掘削ビットを備えるリングビット３０を装着したパッカー付鋼管２２１を用いてボーリング孔２０に建て込んでおく。

そして試験終了後、パッカー１４の設置位置よりボーリング孔２０の孔内の清水を泥水に置換し（工程Ｓ６０）、パッカー１４を収縮させて、リングビット３０がボーリング孔２０の孔底に接触するまで、ケーシング１０を、延長用鋼管１２２を連結しながらボーリング孔２０の孔内に下ろしていき、リングビット３０と孔底との接触を保ちながらケーシング１０を周方向に回転させることにより、ボーリング孔２０を掘進する（工程Ｓ８４）。これにより、ケーシング１０をボーリング孔２０から引き抜くことなく、また、専用の掘削機２８０を使用することなく掘進することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、本体である鋼管１２と、鋼管１２の外周に膨縮自在なパッカー１４とを備えるケーシング１０を、泥水で満たされたボーリング孔２０の内部に所定深度まで挿入し、ケーシングに備えるパッカー１４を孔壁に密着させるように膨張させて設置することより、ボーリング孔２０の孔内領域のうち、パッカー１４の設置位置より下側及び鋼管１２の内側の領域（第１の領域）と、パッカー１４の設置位置より上側であって鋼管１２の外側の領域（第２の領域）との間の流体の往来が遮断されることになる。これにより、置換工程Ｓ３０で第１の領域の泥水を清水に置換しても、第２の領域の泥水はその領域に停留する。この結果、パッカー１４の設置位置より上側の孔壁は、泥水と接触する状態が保持されるので孔壁に崩落が生じることはなく、パッカー１４の設置位置より下方、すなわちケーシング１０の先端より下方の孔内において、清水条件下の試験を行うことができる。

本実施形態はこのような特徴を有することにより、清水条件下試験を行なうべくボーリング孔が掘削された地盤の地質条件が、孔内全域の泥水を清水に置換した際に、孔内の下層は孔壁の安定が保たれるような健全な地盤であっても、孔内の上層は孔壁の崩落が生じるような軟弱地盤である場合に、ケーシング１０を用いて、パッカー１４を孔内の健全な地盤と軟弱地盤との間に設置することにより、軟弱地盤からなる上層における孔壁の崩落を抑制することができる。

また、地質条件が、ボーリング孔２０の全域が健全な岩盤等からなる場合においても、ケーシング１０を用いることにより、より一層孔壁の崩落の発生を抑制できるため、試験装置２６の使い捨てによるコスト増や再度掘削による工期延長のリスクを低減する。

また、地質条件が、ボーリング孔２０の全域が軟弱な岩盤等からなる場合においても、少なくともパッカー１４が設置された位置よりも上層の孔壁の崩落を抑制することができる。また、パッカー１４が設置された位置よりも下層の孔壁においても、清水で満たされる区間が、孔内全域の泥水を清水に置換したときと比べて短くなるので、孔壁の崩落を抑制することができる。

また、本実施形態によれば、試験の終了後、孔内の清水を再び泥水に置換し、パッカー１４を収縮させてケーシング１０をボーリング孔２０から引き抜くことにより、孔内を元の泥水のみの状態に戻すことができる。これにより、ボーリング孔２０を利用することができる。

また、ケーシング１０は、ボーリング孔２０から引き抜いた後、別のボーリング孔や別深度で再度同じような試験を実施する場合に、何度も繰り返して使用可能である。これにより、施工コスト軽減に寄与することができる。

本実施形態に係るケーシング１０の断面図である。 本実施形態に係る清水条件下試験を行う手順を示す工程図である。 第１の掘進形態を示す図である。 パッカー１４を収縮させることなく実施可能な第２の掘進形態を示す図である。 ケーシング自体を用いて掘進する第３の掘進形態を示す図である。

符号の説明

１０ ケーシング
１２ 鋼管
１４ パッカー
１６ ホース
１８ ポンプ
２０ ボーリング孔
２２ 泥水吸出用パイプ
２４ 清水注入用パイプ
２６ 試験装置
２８，２８０ 掘削機
３０ リングビット
１２１，２２１ パッカー付鋼管
１２２ 延長用鋼管
１２３ 連結部
Ｓ１０ ケーシング設置工程
Ｓ２０ パッカー膨張工程
Ｓ３０ 置換工程
Ｓ４０ 試験工程

Claims (2)

1. 泥水を使って地盤に掘削されたボーリング孔の孔内で、清水条件下の試験を実施する際に、孔壁の崩落を抑制する方法であって、
   筒形状を有する本体部と、前記本体部の外周に設けられた膨縮自在なパッカーとを備えるケーシングを、泥水で満たされた前記ボーリング孔の孔内に所定深度まで挿入するケーシング設置工程と、
   前記孔内に挿入された前記ケーシングが備えるパッカーを、前記ボーリング孔の孔壁に密着させるように膨張させるパッカー膨張工程と、
   前記膨張したパッカーより上方の孔壁が泥水と接触した状態を保持しつつ、前記膨張したパッカーより下方及び前記本体部の内側の泥水を清水に置換する置換工程と、を備えることを特徴とする孔壁崩落抑制方法。
2. 泥水を使って地盤に掘削されたボーリング孔の孔内で清水条件下の試験を実施する方法であって、
   筒形状を有する本体部と、前記本体部の外周に設けられた膨縮自在なパッカーとを備えるケーシングを、前記孔内に所定深度まで挿入するケーシング設置工程と、
   前記ボーリング孔の孔内に挿入された前記ケーシングが備えるパッカーを、前記ボーリング孔の孔壁に密着させるように膨張させるパッカー膨張工程と、
   前記膨張したパッカーより下方及び前記ケーシングの内側の前記泥水を清水に置換する置換工程と、
   前記清水に置換された前記ボーリング孔の孔内の領域で、清水条件下の試験を行う試験工程と、を備えることを特徴とする試験方法。

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