JP6633343B2 - ボーリングロッド - Google Patents

Description

本発明は、ボーリングロッドに関する。

断層破砕帯等の透水性の高い領域（地盤Ｇ）にボーリング掘削（図２の（ａ）参照）を行うと、掘削したボーリング孔口から大量の湧水が発生し、作業効率が低下するおそれがある。
特に、ボーリングロッド１０１を継ぎ足す作業において、大量の湧水Ｗが噴出すると、新たなロッドを追加することが困難になる場合がある（図２の（ｂ）参照）。

また、ボーリング孔口から湧水Ｗが発生すると、ボーリング孔１０２内の水圧が低下することにより孔壁が崩れることも懸念される。
さらに、ボーリングロッド１０１の先端部に取り付けられた掘削機構１０３が、逆流する懸濁湧水により、目詰まりや損傷を受けるおそれがある。

そのため、逆止弁を備えるパッカー装置を口元付近に設けることで湧水の逆流を防止するボーリング工法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
このような逆止弁としては、弁体とバネ部材とを備えた機械式の逆止弁が採用されている。

特開２００５−７６１７６号公報

前記従来のボーリング工法では、ボーリング孔先端部と逆止弁との距離が離れているため、大量かつ高圧の湧水が発生した場合に、ボーリングロッド先端部における湧水の逆流を防止できないおそれがあった。
また、機械式の逆止弁は、土砂が噛みこむことで機能しなくなるおそれがある。

このような観点から、本発明は、大量湧水下でのボーリング掘削を円滑に行うことを可能としたボーリングロッドを提案することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明は、地盤の穿孔に使用するボーリングロッドであって、先端に切削用の先端ビットが固定されているとともに基端側に向かうに従って内径が縮径する縮径区間を先端部に有しており、前記先端ビットには噴射孔が形成されていて、前記縮径区間の最小内径の位置から前記先端ビットまでの空間には、前記縮径区間の最大内径よりも小さく、かつ、前記縮径区間の最小内径および前記噴射孔の内径よりも大きな外径を有した球状の止水エレメントが自由に移動することが可能に内装されていることを特徴としている。

かかるボーリングロッドによれば、ボーリングロッド内を逆流する水の流れ（湧水）が発生した場合に、止水エレメントが水の流れにより基端側に移動してボーリングロッドの内空部分を遮蔽するため、湧水の逆流が防止される。ゆえに、大量湧水下であっても、ボーリングロッドを継ぎ足す作業を円滑に行うことができる。

また、湧水がボーリング孔口から流出することを防止することで、ボーリング孔内の水圧の低下を抑制するため、孔壁が崩れるおそれもない。
なお、止水エレメントは、ボーリングマシンを介して高圧ポンプから送水された水の水圧により、先端側に移動するため、削孔時には内壁面との間に隙間が形成され、ボーリングロッドを遮蔽することはない。

前記ボーリングロッドの前記縮径区間以外の一般区間は、前記最大内径と同等の内径であるのが望ましい。
さらに、前記縮径区間は、基端側に向かうに従って、前記最小内径まで縮径した後、前記最大内径まで拡径しているのが望ましい。

かかるボーリングロッドによれば、縮径区間がテーパー状に形成されているため、ボーリングロッド内において乱流が生じることがない。そのため、ボーリングマシンを介して高圧ポンプから送水された水の水圧が乱流により低下することがない。

本発明のボーリングロッドによれば、大量湧水下でのボーリング掘削を円滑に行うことが可能となる。

（ａ）は本実施形態のボーリングロッドによる穿孔状況を模式的に示す縦断面図、（ｂ）は同ボーリングロッドによる穿孔停止状況を模式的に示す縦断面図である。 （ａ）は従来のボーリングロッドによる穿孔状況を模式的に示す縦断面図、（ｂ）は同ボーリングロッドによる穿孔停止状況を模式的に示す縦断面図である。

本実施形態では、図１の（ａ）に示すように、断層破砕帯等の透水性の高い地盤Ｇを、水平に穿孔するボーリングロッド１について説明する。
ボーリングロッド１の先端には、切削用の先端ビット２が固定されている。

ボーリングロッド１は、ボーリングマシン３の動力により、中心軸を中心に回転することで、先端ビット２が地盤Ｇを切削する。
ボーリングロッド１は、中空の筒状部材である。地盤Ｇの切削時は、ボーリングロッド１を通じて、先端ビット２に高圧水が送水される。

ボーリングロッド１の先端部には、縮径区間４が形成されている。
縮径区間４は、ボーリングロッド１の先端側（先端ビット２側）から基端側（ボーリングロッド１の孔口側）に向かうに従って縮径した後、さらに基端側に向かうに従って拡径している。すなわち、縮径区間４は、ボーリングロッド１の先端側および基端側から円錐状に縮径している。

縮径区間４の中間部は最小内径Ｄ_ｍｉｎに縮径されており、縮径区間４の両端部は最大内径Ｄ_ｍａｘに拡径されている。
ボーリングロッド１の縮径区間４以外の一般区間５の内径は、最大内径Ｄ_ｍａｘに形成されている。

最小内径Ｄ_ｍｉｎの大きさは限定されるものではないが、本実施形態では、最大内径Ｄ_ｍａｘの１／３〜２／３の範囲内とする。

縮径区間４の先端側の内空、すなわち、最小内径Ｄ_ｍｉｎの位置から先端ビット２までの空間（以下、「先端空間６」という）には、止水エレメント７が内装されている。
止水エレメント７は、最大内径Ｄ_ｍａｘよりも小さな外径を有しているとともに、最小内径Ｄ_ｍｉｎよりも大きな外径を有した硬質ゴム製の球により構成されている。

止水エレメント７は、他の部材に接続されておらず、縮径区間４の先端空間６内において自由に移動（転動）することが可能である。
なお、止水エレメント７を構成する材料は、球状であれば限定されなく、例えば、金属製の球により構成されていてもよい。

次に、本実施形態のボーリングロッド１によるボーリング掘削方法について説明する。
ボーリング掘削は、ボーリングマシン３の動力によりボーリングロッド１を回転させることで、先端ビット２により地盤Ｇを切削することにより行う。このとき、ボーリングロッド１を介して圧送された水Ｗが先端ビット２から噴射される。

水Ｗがボーリングロッド１内を先端側に向けて圧送されると、止水エレメント７は、先端ビット２側に移動する。
そのため、縮径区間４（最小内径Ｄ_ｍｉｎ）は開口した状態となり、先端ビット２からの水Ｗの噴射が可能となる。

ボーリング孔８の孔口には、プリペンダー９が設置されているため、孔口におけるボーリングロッド１とボーリング孔８との隙間からの湧水（地下水の流出）が防止されている。
そのため、ボーリング孔８内の水圧が地盤Ｇの圧力以上に維持されている。
なお、ボーリング孔８の坑口には、ボーリングロッド１とボーリング孔８との隙間からの湧水（地下水の流出）を防止するための調整装置（図示せず）を設けてもよい。

ボーリング孔８の穿孔は、ボーリングロッド１を延長させながら、所定の深さ（長さ）まで行う。
ボーリンロッド１の延長は、ボーリングロッド１の基端部に、延長用のロッドを継ぎ足すことにより行う。

ボーリングロッド１に延長用のロッドを継ぎ足す際には、図１の（ｂ）に示すように、一旦、ボーリングロッド１の基端部をボーリングマシン３（図示しないポンプ）から取り外す。

ボーリングロッド１をボーリングマシン３から取り外すと（水Ｗの送水を停止すると）、図１の（ｂ）に示すように、ボーリングロッド１内の圧力が、地下水圧（地盤Ｇの圧力）以下になるため、地下水圧によりボーリングロッド１の先端から基端に向かう方向の水Ｗの流れが形成される。

ボーリングロッド１の先端から基端に向かう方向の水Ｗの流れが形成されると、水Ｗの流れに沿って止水エレメント７がボーリングロッド１の基端側に移動する。基端側に移動した止水エレメント７は、最小内径Ｄ_ｍｉｎよりも大きな外径を有しているため、ボーリングロッド１の内面に密着して、縮径区間４を遮蔽する。

止水エレメント７がボーリングロッド１内を遮蔽することで、ボーリングロッド１からの湧水（地下水の逆流）を防止した状態で、延長用のロッドの継ぎ足し作業を行う。

以上、本実施形態のボーリングロッド１によれば、大量湧水を含む地盤Ｇにおけるボーリング掘削を円滑に進めることができる。
すなわち、ボーリング掘削時は、ボーリングロッド１を介して輸送した水Ｗにより、ボーリング孔８内の水圧を地盤Ｇの地下水圧以上に保持しているため、孔壁の崩落を防止することができる。

また、ボーリング掘削（水Ｗの送水）を中断した際には、止水エレメント７がボーリング１の内空を遮蔽するため、ボーリングロッド１を介しての湧水を防止することができる。そのため、ボーリング孔８内の水圧を保持することで、孔壁の崩落等を防止することができる。また、孔口における湧水を防止することで、延長用ロッドの追加等の孔口における作業を効率的に行うことができる。

また、ボーリングロッド１の先端部において、ボーリングロッド１の内空を遮蔽することで、ボーリングロッド１内への地下水の流入（逆流）を防止することできる。そのため、ボーリングロッド１や先端ビット２等への土砂の流入による悪影響（目詰まり等）を防止することができる。

止水エレメント７は、固定されることなく、先端空間６内で自由に動くことが可能に配設されているため、土砂等により移動が妨げられて、止水機能が低下するおそれがない。
テーパー状に形成された縮径区間４と止水エレメント７との簡易な構成のため、従来の機械式の止水手段（逆止弁）に比べて、安価である。

縮径区間４はテーパー状に縮径（拡径）しているため、ボーリングロッド１内において乱流が生じることがない。そのため、ボーリングマシン３を介して高圧ポンプ（図示せず）から送水された水Ｗの水圧が乱流により低下することがない。

止水エレメント７が球状のため、先端空間内の水の流れにより止水エレメント７が回転した場合であっても、止水性能が低下することがない。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、前述の実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。

例えば、前記実施形態では、ボーリングロッド１を利用して、水平にボーリング孔を穿孔する場合について説明したが、ボーリング孔の角度は限定されない。
また、ボーリングの施工目的は限定されるものではなく、例えば、調査ボーリングや水抜きボーリングとして実施してもよい。

ボーリングロッド１を利用したボーリング工事は、トンネル坑内で行ってもよいし、明りの現場で行ってもよい。

前記実施形態では、縮径区間４の最大内径Ｄ_ｍａｘと一般区間５の内径とが同等である場合について説明したが、一般区間５の内径はこれに限定されない。
また、縮径区間４は、基端側に向かうに従って最小内径Ｄ_ｍｉｎまで縮径した後、必ずしも徐々に拡径している必要はない。

前記実施形態では、縮径区間４が、ボーリングロッド１の先端から縮径する場合について説明したが、縮径区間４は必ずしもボーリングロッド１の先端から開始している必要はない。

１ ボーリングロッド
２ 先端ビット
３ ボーリングマシン
４ 縮径区間
５ 一般区間
６ 先端空間
７ 止水エレメント
８ ボーリング孔
９ プリペンダー
Ｄ_ｍｉｎ 最小内径
Ｄ_ｍａｘ 最大内径
Ｇ 地盤
Ｗ 水

Claims (3)

1. 地盤の穿孔に使用するボーリングロッドであって、
   先端に切削用の先端ビットが固定されているとともに、基端側に向かうに従って内径が縮径する縮径区間を先端部に有しており、
   前記先端ビットには、噴射孔が形成されていて、
   前記縮径区間の最小内径の位置から前記先端ビットまでの空間には、前記縮径区間の最大内径よりも小さく、かつ、前記縮径区間の最小内径および前記噴射孔の内径よりも大きな外径を有した球状の止水エレメントが自由に移動することが可能に内装されていることを特徴とする、ボーリングロッド。
2. 前記縮径区間以外の一般区間は、前記最大内径と同等の内径であることを特徴とする、請求項１に記載のボーリングロッド。
3. 前記縮径区間は、基端側に向かうに従って、前記最小内径まで縮径した後、前記最大内径まで拡径していることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のボーリングロッド。

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