JP5275831B2 - 地中への温度センサーの設置装置及び設置方法 - Google Patents

Description

本発明は、地中への温度センサーの設置装置及び設置方法に関するものである。

地中の温度を測定することが必要とされる場合がある。
その理由は、廃棄物処分場や廃棄物の不法投棄現場など廃棄物が埋設されている場所等では、廃棄物内の有機物の分解や、酸化反応の進行状態などを、温度を検知することで推定できるからである。
その場合に、埋設されている廃棄物層の任意の位置での状況を直接確認するために、その位置まで掘削して測定を行なうことが必要になる。
そのような作業は大掛りになり、掘削、残土置き場の確保や搬出入などに多くの手間や費用が発生する。
そこで、地中の廃棄物の状況を把握する、間接的ではあるが簡易な方法として、温度を測定する方法が重要な手段として採用されている。
そのための方法として、従来は図５に示すような方法が採用されている。
これはボーリング掘削機で中空外管ａを打ち込んで観測用の井戸として形成し、その井戸の内部に温度センサーｂを吊り降ろし、信号線ｃで温度情報を取得する構造である。
あるいは図６に示すように、外側にセンサーｂを取り付けた中空外管ａを地中に建て込み、信号線ｃで温度情報を取得する構造も知られている。

特開２００８−２７４５７８号公報。 特開２００５−３３６８２２号公報。

＜１＞ 図５に示すような、井戸の内部に温度センサーｂを吊り下げる方法では、井戸の内部の地下水や空気などのガスが、対流により常に移動しているために、どの位置の温度を測定しているのか特定しにくいという問題があった。
＜２＞ 図６に示すような鋼管の外部に温度センサーｂを取り付けて地中に建て込む方法では、測定の位置は正確であるが、建て込み中に温度センサーｂが破損する可能性が高い、という問題があった。

上記のような従来の装置の課題を解決した本発明の地中への温度センサーの設置装置は、地中に貫入する中空外管と、中空外管の先端に取り付けた、先端キャップと、中空外管の内部に配置した、耐熱性内管と、耐熱性内管に設置した温度センサーとより構成し、先端キャップの周囲には、下方への移動を許容し、上方への移動に抵抗するバネ板を形成してあり、耐熱性内管の側面には、センサー窓を開口してあり、この窓の近傍に温度センサーを配置して構成したことを特徴とするものである。
さらに本発明の地中への温度センサーの設置方法は、地中に貫入する中空外管と、中空外管の先端に取り付けた、先端キャップと、中空外管の内部に配置した、耐熱性内管と、耐熱性内管に設置した温度センサーとより構成した温度センサーの設置装置を使用し、下方への移動を許容し、上方への移動に抵抗するバネ板を形成した前記の先端キャップを、中空外管と耐熱性内管の先端に取り付け、その中空外管を、耐熱性内管とともに地中に貫入し、所定の位置まで貫入したのちに、耐熱性内管を地中に残したまま、中空外管を引き抜き、引抜き後の縦孔の壁が崩壊することによって、耐熱性内管の側面のセンサー窓近傍に配置した温度センサーによって地中の温度を測定できるように設置することを特徴としたものである。

本発明の地中への温度センサーの設置方法は以上説明したようになるから次のような効果を得ることができる。
＜１＞ 廃棄物処分場や廃棄物の不法投棄現場など廃棄物が埋設されている場所などの地中内や土壌地盤の地中内の温度を、管の内部を流れている地下水や対流しているガスの温度ではなく、地盤そのものの温度として正確に測定することができる。
＜２＞ 測定のために特別に高額な装置を必要とせず、従来の装置を利用して簡単に設置して地中内の温度を測定することができる。

本発明の地中への温度センサーの設置方法において、中空外管と耐熱性内管を地中に貫入した状態の実施例の説明図。 中空外管を抜き出した状態の説明図。 周囲の地盤が崩壊して耐熱性内管が埋設された状態の説明図。 先端キャップの実施例の斜視図。 従来の温度センサーの設置方法の説明図。 従来の温度センサーの他の設置方法の説明図。

以下図面を参照しながら本発明の地中への温度センサーの設置方法の実施例を説明する。

＜１＞全体の構成。
本発明の地中への温度センサーの設置装置は、中空外管１と、耐熱性内管２と、先端キャップ３と、温度センサー４によって構成する。

＜２＞中空外管。
中空外管１は、地中に貫入するための中空の鋼管、あるいは強度を有する塩ビ管である。
この中空外管１の貫入方法として、各種の公知の装置を利用できる。
たとえばＮ値と同等の情報を得るためのオートマチック・ラム・サウンディング試験機を使用することができる。
この装置は、スウェーデン式標準貫入試験を自動的に行うことができる市販の装置である。
この装置を利用して中空外管１を貫入すると、温度センサー４を設置する地盤のＮ値の測定と、中空外管１の設置を順次連続して行うことができ、あるいは同時に行うことができる。
中空外管１の先端には、後述する先端キャップ３を、取り付け、取り外しが可能なように取り付ける。
そのために中空外管１の先端に凹部を形成しておき、その凹部に、先端キャップ３側から押し出しバネで押し出される鋼球が嵌合するように構成することもできる。

＜３＞先端キャップ（図４）。
中空外管１の先端には先端キャップ３を取り付ける。
なおこの明細書で「先端」とは、中空外管１などを地中に貫入する際の先端のことを言い、「上方」「下方」とは、貫入する際の向きをいう。
この先端キャップ３は、中空外管１を地中に打撃する際に、その先端に設置する部材である。
この先端キャップ３は、円柱状の円柱体３１と、その円柱体３１の先端に形成した円錐台状の先端部３２とより構成する。
そして円柱体３１と先端部３２の間には、周囲に放射状態で、複数本のバネ板３３を突設する。
このバネ板３３は、弾性を備えた薄い板であり、中空外管１を地中へ貫入させる際に、中空外管１の下方への移動を許容し、かつ上方への移動に抵抗するように機能する。
さらに円柱体３１の上部端には小径柱３４を突設し、この小径柱３４に後述する耐熱性内管２の下端を取り付ける。
そのために小径柱３４の外径は、耐熱性内管２の内径にほぼ等しい寸法に構成する。
先端キャップ３と中空外管１とは取り付け、取り外しが可能である。
そのために先端キャップ３の円柱状の本体から、外側へ向けて押し出しバネの弾力によって押し出される鋼球３５を設置しておく。
すると一定以上の引き上げ力が中空外管１に作用すると、鋼球３５が後退して先端キャップ３と中空外管１との結合を解除させることができる。

＜４＞耐熱性内管。
中空外管１の内部の空間には耐熱性内管２を配置する。
この耐熱性内管２も中空の管体であるが、中空外管１ほどの強度を必要とせず、たとえば市販の耐熱性の樹脂管や蛇腹状のフレキシブル管などを利用することができる。
この耐熱性内管２は、その側面に複数個所にセンサー窓２１を開口する。
さらに耐熱性内管２の内部には、センサー４からの検知信号を外部に伝達する信号線を配線する。
耐熱性内管２の先端は、先端キャップ３の小径柱３４に確実に固定する。
そのために例えば、小径柱３４の外周と、耐熱性内管２の先端の内面との間に接着剤を塗布して接着する。
あるいは小径柱３４に耐熱性内管２を嵌合し、外部からひもで拘束するような構成を採用することもできる。

＜５＞温度センサー。
耐熱性内管２に温度センサー４を配置する。
この温度センサー４は、たとえば市販のＴ型熱電対センサーを利用できるが、これに限られるものではない。
複数個の温度センサー４は、各々、耐熱性内管２に開口したセンサー窓２１の近傍に位置させる。
温度センサー４によって得たデータは、耐熱性内管２の内部に配線した信号線を通して、外部へ伝達することが可能である。
無線式の温度センサー４の場合には信号線は不要となる。

＜６＞温度センサーの設置。
次に上記の部材を使用して行う、温度センサー４の設置方法について説明する。

＜７＞中空外管と耐熱性内管の設置。
先端キャップ３の尾端に中空外管１と、耐熱性内管２を取り付ける。
そして中空外管１を廃棄物処分場や廃棄物の不法投棄現場など廃棄物が埋設されている場所に貫入する。
中空外管１の貫入によって、先端キャップ３を介して固定した耐熱性内管２も同時に地中に引き込まれる。
中空外管１の地中への貫入作業はたとえば前記したようにオートマチック・ラム・サウンディング試験機によるＮ値の測定作業をそのまま利用して行うこともできる。
ところで、中空外管１の先端の先端キャップ３は、放射方向にバネ板３３が張り出している。
このバネ板３３は、先端キャップ３下方への移動を許容し、上方への移動に抵抗するために採用した構造である。
そのために、中空外管１の下向きの貫入に際してはバネ板３３は上向きに反り返って地中に貫入することになる。
このように、中空外管１の先端に取り付けた、先端キャップ３のバネ板３３が上向きに反り返ることによって、中空外管１の地中への貫入がよりスムーズとなり、鉛直線から外れる曲り現象の発生を阻止することができる。

＜８＞中空外管の引き抜き。
所定の位置まで中空外管１と耐熱性内管２を貫入させたら、貫入を停止する。
そして、耐熱性内管２を地中に残したまま、中空外管１のみを地上に引き抜上げる。
その際に、中空外管１に一定以上の引き上げ力を作用させて、例えば両者間に介在させた鋼球３５を引き込ませ、両者を分離させることができる。
あるいは両者間を簡易な接着で一体化しておき、中空外管１へ一定以上の引き上げ力を作用させて両者を分離させることもできる。

＜９＞縦孔の崩壊。
中空外管１の引き抜きによって、耐熱性内管２の周囲には空間が発生する。
すると、引抜き後の縦孔の壁が徐々に崩壊して空間を充填する。
特に廃棄物処理場などでは粘土層とは異なって、短時間の間で縦孔は埋まってしまう。
すると、耐熱性内管２の側面のセンサー窓２１近傍に配置した温度センサー４には、直接周囲の地盤の材料が接することになる。
そのために温度センサー４は地中において、その近傍の地下水の温度、あるいは地盤の温度を直接計測することができる。
この時、耐熱性内管２を例えば蛇腹管のようなフレキシブル管にしておくことが望ましい。
すると耐熱性内管２は縦孔の崩壊状況に沿うように変形、追従することになり、測定位置の地盤に密着して正確な位置での誤差のない適正な温度測定が可能になる。
また同時に耐熱性内管２や温度センサー４類の破損も防止することができる。

１：中空外管
２：耐熱性内管
３：先端キャップ
３１：円柱体
３３：バネ板
４：温度センサー

Claims (2)

1. 地中に貫入する中空外管と、
   中空外管の先端に取り付けた、先端キャップと、
   中空外管の内部に配置した、耐熱性内管と、
   耐熱性内管に設置した温度センサーとより構成し、
   先端キャップの周囲には、下方への移動を許容し、上方への移動に抵抗するバネ板を形成してあり、
   耐熱性内管の側面には、センサー窓を開口してあり、この窓の近傍に温度センサーを配置して構成した、
   地中への温度センサーの設置装置。
2. 地中に貫入する中空外管と、
   中空外管の先端に取り付けた、先端キャップと、
   中空外管の内部に配置した、耐熱性内管と、
   耐熱性内管に設置した温度センサーとより構成した温度センサーの設置装置を使用し、
   下方への移動を許容し、上方への移動に抵抗するバネ板を形成した前記の先端キャップを、中空外管と耐熱性内管の先端に取り付け、
   その中空外管を、耐熱性内管とともに地中に貫入し、
   所定の位置まで貫入したのちに、耐熱性内管を地中に残したまま、中空外管を引き抜き、
   引抜き後の縦孔の壁が崩壊することによって、
   耐熱性内管の側面のセンサー窓近傍に配置した温度センサーによって地中の温度を測定できるように設置することを特徴とする、
   地中への温度センサーの設置方法。

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