JP5571593B2 - 調査ボーリング工法、及びこれに用いるボーリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、地中に孔を掘削し、地質資料としてのコアを採取する調査ボーリングに使用する調査ボーリング工法、及びこれに用いるボーリング装置に関する。

一般に、地中に孔を掘削し、地質資料としてのコアを採取する調査ボーリングでは、ボーリング装置が使用され、ボーリングロッドを回転させながら地中に貫入し、ボーリングロッド下部のコアチューブにコアを収容した後、このコアチューブを地上に引き上げることによりコアチューブを回収して、コアを採取することが行われている。

この種の調査ボーリング工法、及びこれに用いるボーリング装置が例えば特許文献１に記載されている。この文献１のボーリング工法で使用されるボーリング装置は、ボーリングマシン本体と、ボーリングマシン本体に作動連結され、回転力と推力を付与されるボーリングロッド、及びボーリングロッドの下部に設けられ、下端にビットを有し、コアを収容するためのコアチューブとを備える。また、このボーリング装置の付帯設備として、櫓と、掘削水循環設備が併せて設置される。なお、櫓は頂部に滑車が取り付けられ、この滑車にホイスティングロープが巻き掛けられる。このホイスティングロープの一端はボーリングマシン本体に併設された巻上げ機に固定され、他端にボーリングロッド他、各種の部材が吊り下げられる。掘削水循環設備は、ポンプと、ボーリング現場の近くに設けられる掘削水溜りと、ポンプと掘削水溜り、及びポンプとボーリングロッドの上部に設けられるウォータースイベルをそれぞれ接続する配管類とを備え、掘削水溜りの掘削水がポンプによりボーリングロッドを介してコアチューブに供給される。
この調査ボーリング工法では、ボーリングロッドを回転させ、併せてポンプによりボーリングロッドを介して掘削水を供給しながら、このボーリングロッドを地中に貫入し、コアチューブにコアを収容する。そして、このコアチューブを巻上げ機により地上に引き上げて、コアチューブを回収し、コアを採取する。
このように掘削水循環設備により、コアチューブ及びビットの周囲において掘削水（泥水など）を循環させて、コアチューブ及びビットとこれらを貫入する地盤との摩擦を低減することにより、孔底の土層を乱さないように掘削を行っている。

特開２００２−２２７５８０公報

ところで、このような調査ボーリングによる地表面からの空洞調査では、コアサンプリングによりコアが採取されない区画は空洞と判断されており、鍾乳洞の新鮮な石灰岩などのような硬質の岩盤であれば、岩盤の部分と空洞の部分が明確に現れるため、空洞の位置を特定することができ、その規模を把握することができるが、土砂や軟弱な岩盤の場合には、削孔時にコアが流出したり、コアの採取時に土砂の部分が空洞の部分に流動したりして、土砂や軟弱な岩盤の部分と空洞の部分との区別が判然としないことがあり、このため、空洞の位置を特定することやその規模を把握することが困難である、という問題がある。

本発明は、このような従来の問題を解決するものであり、この種の調査ボーリング工法、及びこれに用いるボーリング装置において、孔を掘削し、コアを採取する際に、地中に空洞部分や未固結部分があった場合に、コアの採取率を向上させてコアを地中に存在した状態のとおりに採取し、地中の空洞部分や未固結部分を可視化して、その位置及び規模などを正確に把握できるようにすること、を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、ボーリング装置のボーリングロッドを回転させ、併せて掘削水循環設備により前記ボーリングロッドを介して前記ボーリングロッド下部のコアチューブに掘削水を供給しながら、前記ボーリングロッドを地中に貫入し、前記コアチューブにコアを収容する調査ボーリング工法において、前記ボーリングロッドを貫入する地中の空洞部分及び／又は未固結部分に、当該空洞部分内及び／又は未固結部分内に進入し固化可能な固化材料を送給し充填する、ことを要旨とする。
この場合、固化材料を、ボーリングロッドにおいて掘削水と共通の供給経路により地中に送給してもよく、また、ボーリングロッドにおいて掘削水と異なる供給経路により地中に送給してもよい。さらに、固化材料を、ボーリングロッドを用いることなく、直接、地中に送給してもよい。また、この場合、固化材料は固化した後の当該固化材料が判別可能に色を有することが好ましい。

また、上記目的を達成するために、本発明は、ボーリングマシン本体と、前記ボーリングマシン本体に作動連結され、回転駆動されるボーリングロッド、及び前記ボーリングロッドの下部に設けられ、コアを収容するためのコアチューブと、前記ボーリングロッド及び前記コアチューブに掘削水を供給し循環させる掘削水循環設備とを備え、前記ボーリングロッドを回転させ、前記ボーリングロッド及び前記コアチューブに掘削水を供給しながら、前記ボーリングロッドを地中に貫入して、前記コアチューブにコアを収容するボーリング装置において、地中の空洞部分及び／又は未固結部分に当該空洞部分内及び／又は未固結部分内に進入し固化可能な固化材料を送給するための固化材料送給装置を備える、ことを要旨とする。

本発明の調査ボーリング工法、及びこれに用いるボーリング装置によれば、上記のとおり、孔を掘削し、コアを採取する際に、ボーリングロッドの貫入先の地中に、空洞部分及び／又は未固結部分に進入し固化可能な固化材料を送給し充填するので、地中に空洞部分や未固結部分があった場合に、当該空洞部分内や未固結部分内で固化材料が固化して当該空洞部分や未固結部分の状態を保持し、この状態を可視化することができ、これにより、コアの採取率が向上し、コアを地中に存在した状態のとおりに採取して、地中の空洞部分や未固結部分の位置及び規模などを正確に把握することができる、という効果を奏する。

本発明による調査ボーリング工法、及びこれに用いるボーリング装置のイメージを示す図 同調査ボーリング工法、及びこれに用いるボーリング装置で採取されたコアのイメージを示す図 同調査ボーリング工法、及びこれに用いるボーリング装置のまた別のイメージを示す図

次に、この発明を実施するための形態について図を用いて説明する。図１にこの調査ボーリング工法に使用するボーリング装置のイメージを示している。図１に示すように、ボーリング装置Ｂ１は、ボーリングマシン本体１と、ボーリングマシン本体１に作動連結され、回転駆動されるボーリングロッド２、及びボーリングロッド２の下部に設けられ、コアを収容するためのコアチューブ３と、ボーリングロッド２及びコアチューブ３に掘削水（水、泥水など）を供給し循環させる掘削水循環設備４とを備え、ボーリングロッド２を回転させ、ボーリングロッド２及びコアチューブ３に掘削水を供給しながら、ボーリングロッド２を地中に貫入して、コアチューブ３にコアを収容するようになっている。

このボーリング装置Ｂ１において、ボーリングマシン本体１は、原動機、原動機の回転を伝達する変速装置、原動機により回転駆動されるスイベルヘッド及びこのスイベルヘッドに挿通されるスピンドル、スピンドルを昇降駆動する油圧シリンダー及び油圧装置、ホイスティングロープを繰り出し又は巻き上げるための巻上げ機など周知の各種装置からなり、ボーリングロッド２に回転力と推力を付与する構造を有する。ボーリングロッド２は地中に貫入可能なロッドからなり、下部にコアを収容するためのコアチューブ３を具備する。この場合、ボーリングロッド２は中空のロッドで、ロッド内部に掘削水を通すための通水路を有している。コアチューブ３は筒状に形成され、下端にビット３０１を有している。このようにしてボーリングロッド２はボーリングマシン本体１のスピンドルにチャックを介して取り付けられ、ボーリングマシン本体１により回転駆動及び／又は昇降駆動される。また、このボーリング装置Ｂ１には、櫓（図示省略）と、掘削水循環設備４が併せて設置される。櫓は頂部に滑車が取り付けられ、この滑車にホイスティングロープが巻き掛けられる。このホイスティングロープの一端はボーリングマシン本体１の巻上げ機に固定され、他端にボーリングロッド２他、各種の部材が吊り下げられる。掘削水循環設備４は、ポンプ装置４１と、ボーリング現場の近くに設けられる掘削水溜り４０と、ポンプ装置４１と掘削水溜り４０、及びポンプ装置４１とボーリングロッド２の上部に設けられるウォータースイベル４２をそれぞれ接続する配管類（サクションホース４３、デリバリーホース４４、４５）とを有し、ポンプ装置４１により掘削水溜り４０の掘削水をボーリングロッド２を通じてコアチューブ３に供給するようになっている。この掘削水循環設備４にはまた、固化材料投入装置５及び固化材料処理タンク６を有する。固化材料投入装置５は地中の空洞部分及び／又は未固結部分に当該空洞部分内及び／又は未固結部分内に進入し固化可能な固化材料Ｍを送給するための装置で、この固化材料投入装置５により固化材料Ｍをボーリングロッド２及びコアチューブ３を通し、地中の空洞部分内及び／又は未固結部分内に送給するようになっている。この場合、固化材料Ｍは水溶液材料で、オールコアによる調査ボーリングの実施時に掘削に支障のない程度の強度を発現する例えば、ゲル状、ウレタン系材料、高分子ジェル材料などの材料からなり、また、固化後の当該固化材料Ｍが地盤と判別がつきやすいように適宜の色が付けられる。また、この固化材料Ｍは、ボーリング装置Ｂ１の削孔速度に応じて、固化する時間を調整できるものが望ましい。また、特に固化材料Ｍを地中の空洞部分に早期に充填させる必要がある場合は、発泡性を有する材料とする。固化材料投入装置５はボーリングロッド２（上端のウォータースイベル４２）とポンプ装置４１との間にデリバリーホース４４、４５を介して連結され、この固化材料投入装置５により固化材料Ｍを掘削水に送り込み、ボーリングロッド２において掘削水と共通の供給経路により送給する。固化材料処理タンク６は掘削孔に近接する所定の位置に、掘削孔に連通して設置され、掘削孔を循環して戻される固化材料Ｍをこの固化材料処理タンク６に収容する。

この調査ボーリング工法では、ボーリングロッド２を貫入する地中に、ボーリングロッド２を介して、固化材料Ｍを供給し充填して、この固化材料Ｍを地中の空洞部分内及び／又は未固結部分内で固化させつつ、ボーリングロッド２を回転させ、併せてボーリングロッド２を介してコアチューブ３に掘削水を供給しながら、ボーリングロッド２を地中に貫入し、コアチューブ３にコアを収容する。
すなわち、まず、掘削水循環設備４を駆動する。ポンプ装置４１により掘削水を汲み上げ、この掘削水に固化材料投入装置５により固化材料Ｍを送り込みながら、この掘削水をデリバリーホース４５、ウォータースイベル４２を介してボーリングロッド２に送り、このボーリングロッド２を介してコアチューブ３に供給して、この固化材料Ｍを地中の空洞部分内及び／又は未固結部分内に充填して固化させる。この空洞部分内及び／又は未固結部分内で固化材料Ｍの固化が進むにしたがい、ボーリング装置Ｂ１を掘削水循環設備４とともに駆動する。ポンプ装置４１により掘削水をデリバリーホース４４、４５、ウォータースイベル４２を介してボーリングロッド２に送り、このボーリングロッド２を介してコアチューブ３に供給しながら、ボーリングマシン本体１によりボーリングロッド２をコアチューブ３とともに回転させ、地中に回転するコアチューブ３のビット３０１を押圧して、コアチューブ３を地中に貫入し、コアチューブ３にコアを収容する。このようにしてコアチューブ３にコアを収容すると、ボーリングロッド２及びコアチューブ３の回転を停止し、ボーリングロッド２を櫓のホイスティングロープに吊り下げ、巻上げ装置の駆動により引き上げて、コアチューブ３を地上に回収し、コアを採取する。なお、掘削孔で循環され、固化材料Ｍの混じった掘削水は固化材料処理タンク６に排出され、処理される。以上の手順を地中の必要な深さまで繰り返し行う。

図２にこの調査ボーリング工法により採取されたコアのイメージを示している。図２に示すように、採取されたコアＣに空洞部分や未固結部分Ｓがある場合、空洞部分や未固結部分Ｓ内に固化材料Ｍが充填固化されて、この固化材料Ｍにより空洞部分や未固結部分Ｓの可視化が可能となり、このようなコアＣの取り出しにより地層の現状が現状のとおりに現出される。この場合、固化材料Ｍは着色されているので、コアＣの空洞部分や未固結部分Ｓを明確に視認することが可能である。

以上説明したように、この調査ボーリング工法によれば、ボーリング装置Ｂ１のボーリングロッド２を回転させ、併せて掘削水循環設備４によりボーリングロッド２を介してボーリングロッド２下部のコアチューブ３に掘削水を供給しながら、ボーリングロッド２を地中に貫入し、コアチューブ３にコアを収容する調査ボーリング工法において、ボーリングロッド２を貫入する地中の空洞部分及び／又は未固結部分に当該空洞部分内及び／又は未固結部分内に進入し固化可能な固化材料Ｍを供給し充填するので、地中に空洞部分や未固結部分がある場合に、空洞部分や未固結部分の内部で固化材料Ｍが固化して当該空洞部分や未固結部分の状態を保持し、これを可視化することができ、これにより、コアの採取率が向上し、コアを地中に存在した状態のとおりに採取して、地中の空洞部分や未固結部分の位置及び規模などを正確に把握することができる。また、この場合、固化材料Ｍを固化後の当該固化材料Ｍを地盤と判別しやすいように着色しているので、コアの空洞部分や未固結部分を明確に視認することができる。

また、このボーリング装置Ｂ１は、ボーリングマシン本体１と、このボーリングマシン本体１に作動連結され、回転駆動されるボーリングロッド２、及びボーリングロッド２の下部に設けられ、コアを収容するためのコアチューブ３と、ボーリングロッド２及びコアチューブ３に掘削水を供給し循環させる掘削水循環設備４、及び地中の空洞部分及び／又は未固結部分に当該空洞部分内及び／又は未固結部分内に進入し固化可能な固化材料Ｍを送給するための固化材料送給装置５とを備え、掘削水循環設備４により掘削水をボーリングロッド２を通じてコアチューブ３に供給し、固化材料投入装置５により固化材料Ｍをボーリングロッド２及びコアチューブ３を通して地中の空洞部分内及び／又は未固結部分内に送給し充填するようにしたので、地中に空洞部分や未固結部分がある場合に、当該空洞部分内や未固結部分内で固化材料Ｍを固化して当該空洞部分や未固結部分の状態を保持し、これを可視化することができ、これにより、コアの採取率が向上し、コアを地中に存在した状態のとおりに採取して、地中の空洞部分や未固結部分の位置及び規模などを正確に把握することができる。

なお、この実施の形態では、ポンプ装置４１により掘削水を汲み上げ、この掘削水に固化材料投入装置５により固化材料Ｍを送り込みながら、この掘削水をこのボーリングロッド２及びコアチューブ３を通して地中に供給するようにして、固化材料Ｍをボーリングロッド２において掘削水と共通の供給経路により送給するようにしたが、例えば、ポンプ装置４１及び固化材料投入装置５を各別にボーリングロッド２に接続して、掘削水と固化材料Ｍを各別にボーリングロッド２に送り込むようにして、固化材料Ｍをボーリングロッド２において掘削水と共通の供給経路により送給するようにしてもよく、また、例えばボーリングロッド２を二重管構造にして、中心の通水路に固化材料投入装置５を接続してこの中心の通水路を通して固化材料Ｍを送給し、その周囲の通水路にポンプ装置４１を接続してこの周囲の通水路を通して掘削水を供給するようにして、固化材料Ｍをボーリングロッド２において掘削水と異なる供給経路により供給するようにしてもよい。

また、この実施の形態では、固化材料Ｍをボーリングロッド２及びコアチューブ３を通じて地中に送り込むようにしたが、ボーリング装置Ｂ１による掘削孔の掘進に合わせて、固化材料Ｍを地中に直接送入するようにしてもよく、その一例を図３に例示している。

図３に示すように、この調査ボーリングでは、ボーリングロッド２下部のコアチューブ３が所謂シュー先行型のサンプラーとして構成されている。すなわち、このコアチューブ３は、ボーリングロッド２にサンプラーヘッド３１を介して接合される、下端にメタルクラウン（ビット）３２を有するアウターチューブ３３と、サンプラーヘッド３１にサンプリングチューブヘッド３４を介して連結されて、アウターチューブ３３の内側に所定の隙間を介して配設される、下端に刃先であるシュー３５を有するサンプリングチューブ３６とを備えて構成される。このコアチューブ３では、サンプラーヘッド３１はボーリングロッド２に直結され、下部に雌ねじ部３１２を有するヘッド部３１１と、ヘッド部３１１の雌ねじ部３１２にねじ締結可能な雄ねじ部３１４を有し、ヘッド部３１１の下部にねじを介して連接される連結部３１３とからなる。この場合、ヘッド部３１１は、ボーリングロッド２の通水路２０に連通し、このヘッド部３１１の下面側でかつ雌ねじ部３１２の外側に開口される通水口３０を有し、また、軸芯上に上端側は閉塞されて外周面側に開口し、下端側は雌ねじ部３１２に貫通される水抜き孔３１０を有する。このヘッド部３１１の水抜き孔３１０の所定の位置に逆流防止弁３１５が設けられる。ヘッド部３１１の雌ねじ部３１２と連結部３１３の雄ねじ部３１４はサンプリングチューブ３６のシュー３５の突出長さを調節するための調節ねじ３１６をなす。雄ねじ部３１４は軸芯に水抜き孔３１０を有し、連結部３１３は雄ねじ部３１４の水抜き穴３１０に連通する筒状に形成され、サンプリングチューブヘッド３４の連結に際し、連結部３１３内部にスプリング３１７が介装されて、下端開口が軸挿通部を有する固定部材３１８により閉じられる。また、サンプリングチューブヘッド３４は、サンプラーヘッド３１の連結部３１３に連結される小径部３４１と、サンプリングチューブ３６を固定するための大径部３４２とからなる。この場合、小径部３４１は上端部に外周方向に突出するフランジ３４１ｆを有し、また、軸芯上に水抜き孔３１０を有する。大径部３４２は小径部３４１の水抜き孔３１０に連通する筒状に形成される。そして、このサンプリングチューブヘッド３４の小径部３４１がサンプラーヘッド３１の連結部３１３内にスプリング３１７を介して挿入され、この連結部３１３に固定部材３１８が固定されて、サンプリングチューブヘッド３４とサンプラーヘッド３１がスイベル構造３４０により連結される。このようにしてアウターチューブ３３はサンプラーヘッド３１のヘッド部３１１の外周面下部に固定されて、下方に延ばされ、このアウターチューブ３３の内側で、サンプリングチューブ３６がサンプリングチューブヘッド３４の大径部３４２の外周にビスを介して固定され、下方に延ばされる。

この調査ボーリング工法においても、ボーリングロッド２を貫入する地中に固化材料Ｍを供給し充填して、この固化材料Ｍを地中の空洞部分内及び／又は未固結部分内で固化させつつ、ボーリングロッド２を回転させ、併せてボーリングロッド２を介してコアチューブ３に掘削水を供給しながら、ボーリングロッド２を地中に貫入し、コアチューブ３にコアを収容する。
すなわち、まず、固化材料投入装置により、ボーリングロッド２を貫入する地中（掘削孔）に、直接、固化材料Ｍを送給し、この固化材料Ｍを掘削孔内の内壁とボーリングロッド２及びコアチューブ３の外周面との間を通して、地中の空洞部分及び／又は未固結部分内に充填し固化させる。この空洞部分内及び／又は未固結部分内で固化材料Ｍの固化が進むにしたがい、ボーリング装置を掘削水循環設備とともに駆動する。ポンプ装置により掘削水をデリバリーホース、ウォータースイベルを介してボーリングロッド２に送り、このボーリングロッド２を介してコアチューブ３のアウターチューブ３３とサンプリングチューブ３６との間に掘削水を流入させながら、アウターチューブ３３を回転させて、メタルクラウン３２により地盤を掘削する。この場合、アウターチューブ３３が回転しても、サンプリングチューブヘッド３４とサンプラーヘッド３１との間のスイベル構造３４０により、サンプリングチューブ３６はアウターチューブ３３に連動せず、回転することがないので、サンプリングチューブ３６のシュー３５を回転することなく地盤に貫入して、サンプリングチューブ３６内にコアＣを取り込む。なお、このとき、サンプリングチューブ３６内に取り込まれたコアＣは逆流防止弁３１５の作用により脱落することがない。このようにしてコアチューブ３にコアＣを取り込んだ後、既述のとおり、ボーリングロッド２の回転を停止し、ボーリングロッド２を櫓のホイスティングロープに吊り下げ、巻上げ装置の駆動により引き上げて、コアチューブ３を地上に回収し、コアＣを採取する。採取されたコアＣは、空洞部分や未固結部分Ｓがある場合に、空洞部分や未固結部分Ｓ内に固化材料Ｍが固化され、この固化材料Ｍにより空洞部分や未固結部分Ｓの可視化が可能となり、このようなコアＣの取り出しにより地層の現状が現状のとおりに現出される。この場合、固化材料Ｍは着色されていることにより、コアＣの空洞部分や未固結部分Ｓを明確に視認することが可能である。なお、掘削孔内に残された固定材料Ｍは掘削水とともに、掘削孔内で、コアチューブ３の各部の軸芯に形成された水抜き穴３１０を通じて循環され、掘削孔の外部、又は既述の固化材料処理タンクに排出される。以上の手順を地中の必要な深さまで繰り返し行う。

このようにしても上記実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。

Ｂ１ ボーリング装置
１ ボーリングマシン本体
２ ボーリングロッド
２０ 通水路
３ コアチューブ
３０１ ビット
３０ 通水口
３１ サンプラーヘッド
３１０ 水抜き孔
３１１ ヘッド部
３１２ 雌ねじ部
３１３ 連結部
３１４ 雄ねじ部
３１５ 逆流防止弁
３１６ 調節ねじ
３１７ スプリング
３１８ 固定部材
３２ メタルクラウン（ビット）
３３ アウターチューブ
３４ サンプリングチューブヘッド
３４０ スイベル構造
３４１ 小径部
３４１ｆ フランジ
３４２ 大径部
３５ シュー
３６ サンプリングチューブ
４ 掘削水循環設備
４０ 掘削水溜り
４１ ポンプ装置
４２ ウォータースイベル
４３ サクションホース
４４、４５ デリバリーホース
５ 固化材料投入装置
６ 固化材料処理タンク
Ｃ コア
Ｓ 空洞部分及び／又は未固結部分
Ｍ 固化材料

Claims (6)

1. ボーリング装置のボーリングロッドを回転させ、併せて掘削水循環設備により前記ボーリングロッドを介して前記ボーリングロッド下部のコアチューブに掘削水を供給しながら、前記ボーリングロッドを地中に貫入し、前記コアチューブにコアを収容する調査ボーリング工法において、
   前記ボーリングロッドを貫入する地中の空洞部分及び／又は未固結部分に、当該空洞部分内及び／又は未固結部分内に進入し固化可能な固化材料を送給し充填する、
   ことを特徴とする調査ボーリング工法。
2. 固化材料をボーリングロッドにおいて掘削水と共通の供給経路により地中に送給する請求項１に記載の調査ボーリング工法。
3. 固化材料をボーリングロッドにおいて掘削水と異なる供給経路により地中に送給する請求項１に記載の調査ボーリング工法。
4. 固化材料をボーリングロッドを用いることなく直接地中に送給する請求項１に記載の調査ボーリング工法。
5. 固化材料は固化した後の当該固化材料が判別可能に色を有する請求項１乃至４のいずれかに記載の調査ボーリング工法。
6. ボーリングマシン本体と、前記ボーリングマシン本体に作動連結され、回転駆動されるボーリングロッド、及び前記ボーリングロッドの下部に設けられ、コアを収容するためのコアチューブと、前記ボーリングロッド及び前記コアチューブに掘削水を供給し循環させる掘削水循環設備とを備え、前記ボーリングロッドを回転させ、前記ボーリングロッド及び前記コアチューブに掘削水を供給しながら、前記ボーリングロッドを地中に貫入して、前記コアチューブにコアを収容するボーリング装置において、
   地中の空洞部分及び／又は未固結部分に当該空洞部分内及び／又は未固結部分内に進入し固化可能な固化材料を送給するための固化材料送給装置を備える、
   ことを特徴とするボーリング装置。

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