JP6948897B2

JP6948897B2 - 先進ボーリング口元構造

Info

Publication number: JP6948897B2
Application number: JP2017184340A
Authority: JP
Inventors: 創熊本; 山本　肇; 肇山本
Original assignee: Taisei Corp
Current assignee: Taisei Corp
Priority date: 2017-09-26
Filing date: 2017-09-26
Publication date: 2021-10-13
Anticipated expiration: 2037-09-26
Also published as: JP2019060099A

Description

本発明は、先進ボーリング口元構造に関する。

トンネル工事において、切羽前方の地質や地下水の状況（湧水量や地下水圧等）を把握することを目的として、切羽前方に向けて先進ボーリングを行う場合がある。
例えば、特許文献１には、先端に削孔ビットを備えるとともに内部に圧力計が配置された中空筒状の削孔ロッドを利用して、高圧水を供給しつつ削孔ビットを回転させることにより穿孔を行い、所定の深度（削孔長）毎に地下水圧および地下水量を計測する測定方法が開示されている。特許文献１の測定方法では、口元部分に口元保護管が設けられている。この口元保護管には、孔内に流入した地下水や、穿孔に利用した高圧水等とともに削孔によって発生する掘り屑（カッティングス）を排出するための排水口が形成されている。この排水口は、カッティングスを効率よく排出するために下向きに開口している。地下水圧の測定は、高圧水の供給を停止するとともに、排水口を閉塞した状態で実施する。また、湧水量の測定は、排水口を開口した状態で、排水口に設けられた流量計により行う。

特開２０１７−１２８８８１号公報

斜め上向きあるいは水平に先進ボーリングを穿孔した場合においては、下向きに開口する排水口から排出される湧水量が少なくなると、排水口から空気が入り込むおそれがある。排水口からボーリング孔内に空気が入り込むと、水圧測定の際、空気の圧縮性に起因して測定誤差が生じるおそれがある。
このような観点から、本発明は、斜め上向きあるいは水平方向に穿孔された先進ボーリングを利用して切羽前方の地下水状況を計測する場合において、ボーリング孔内への空気の混入を防止することでより正確な測定を行うことを可能とした先進ボーリング口元構造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、本発明の先進ボーリング口元構造は、ボーリングロッドを挿通した状態でボーリング孔の孔口に設けられた口元保護管と、前記ボーリング孔内の水圧を測定する圧力計とを備えるものであって、前記口元保護管には、下向きに開口する削孔用排水管が接続されているとともに、上向きに立ち上げられた測定用排水管が接続されていることを特徴とする。

かかる先進ボーリング口元構造によれば、測定用排水管が上向きに立ち上げられているため、湧水量が少ない場合であっても、ボーリング孔内に空気が入り込むことがない。そのため、空気の混入に起因する水圧の測定誤差の発生を防止することができる。また、下向きに開口する削孔用排水口からは排水とともに切削屑が排出されるため、ボーリング孔および口元保護管内に切削屑が溜まることが防止されている。

本発明の先進ボーリング口元構造によれば、斜め上向きあるいは水平方向に穿孔された先進ボーリングを利用して切羽前方の地下水状況を計測する場合において、より正確な測定を行うことが可能となる。

本発明の実施形態に係る先進ボーリング口元構造を示す断面図である。他の形態に係る先進ボーリング口元構造を示す断面図である。その他の形態に係る先進ボーリング口元構造を示す断面図である。

本実施形態では、トンネルの切羽前方の地山状況を把握することを目的として実施する先進ボーリングにおいて、斜め上向きに形成されたボーリング孔内への空気の混入を防止することができ、ひいては、切羽前方の地下水状況を正確に測定することができる地下水状況測定方法およびこれに使用する先進ボーリング口元構造について説明する。
本実施形態の先進ボーリング口元構造１は、図１に示すように、口元保護管２と、削孔用排水管３と、測定用排水管４と、圧力計５と、プリペンダー６とを備えている。先進ボーリング口元構造１には、ボーリングロッド７が挿通されている。先進ボーリング口元構造１は、ボーリング孔ＢＨの孔口を保護するとともに、孔口からの高圧水等の噴出を防止する。

口元保護管２は、ボーリング孔ＢＨの孔口部分を保護する管材であって、ボーリング孔ＢＨの孔口部分に先端部が挿入されているとともに、基端部が当該ボーリング孔ＢＨから突出している。口元保護管２は、ボーリングロッド７を挿通可能な内径を具備したケーシングであって、ボーリング孔ＢＨと連通している。口元保護管２とボーリング孔ＢＨとの隙間は、充填材９により密閉されている。なお、充填材９を構成する材料は限定されるものではないが、例えばセメント系材料を使用すればよい。

口元保護管２には、削孔用排水管３が接続されている。削孔用排水管３は、口元保護管２の下部に取り付けられていて、下向きに開口している。本実施形態の削孔用排水管３は、口元保護管２よりも小さい内径の管材からなる。削孔用排水管３は、口元保護管２の内空と連通している。また、削孔用排水管３にはバルブ１０が設けられていて、削孔用排水管３の内空を遮蔽可能である。なお、削孔用排水管３の配管方法は限定されるものではなく、例えば、口元保護管２の基端側に接続された接続管に取り付けてもよい。また、削孔用排水管３の内径は限定されるものではない。

口元保護管２の基端部（ボーリング孔ＢＨから突出している側の端部）には、第一接続管１１が連結されている。第一接続管１１は、口元保護管２と同じ内径の管材からなる。なお、第一接続管１１の内径は、必ずしも口元保護管２と同一である必要はない。また、第一接続管１１の長さは、適宜決定すればよい。第一接続管１１には、上向きに立ち上げられた測定用排水管４が取り付けられている。測定用排水管４は、第一接続管１１よりも細径の管材からなり、第一接続管１１の内空と連通している。測定用排水管４にはバルブ１０が設けられていて、測定用排水管４の内空を遮蔽可能である。また、測定用排水管４には、図示しない流量計が設置されている。なお、本実施形態の測定用排水管４は、第一接続管１１の上部に接続されているが、測定用排水管４の少なくとも一部分が上向き（上下方向）に立設されていれば、測定用排水管４の接続箇所は限定されるものではなく、第一接続管１１の側部や下部に接続してもよい。測定用排水管４の開口端は、口元保護管２よりも高い位置にあるのが望ましい。また、測定用排水管４は、口元保護管２に直接取り付けられていてもよい。また、第一接続管１１には、削孔用排水管３と測定用排水管４との２種類の排水管が上下に接続されていてもよい。また、測定用排水管４の内径は、第一接続管１１の内径以下であれば限定されない。さらに、流量計は、必要に応じて設置すればよい。例えば、ストップウォッチとバケツ等を利用して、手動により時間当たりの流量を計測する場合には、流量計は省略してもよい。

第一接続管１１の基端（口元保護管２と反対側の端部）には、第二接続管１２が連結されている。第二接続管１２は、口元保護管２および第一接続管１１と同じ内径の管材からなる。なお、第二接続管１２の内径は、必ずしも口元保護管２と同一である必要はない。また、第二接続管１２の長さは、適宜決定すればよい。第二接続管１２の基端部（第一接続管１１と反対側の端部）には、ボーリングロッド７と第二接続管１２との隙間を遮蔽するためのプリペンダー６が設けられている。なお、口元保護管２に接続管（第一接続管１１や第二接続管１２）が接続されていない場合には、プリペンダー６を口元保護管２に直接設ければよい。また、プリペンダー６は、第一接続管１１の基端部に設けられていてもよい。

圧力計５は、口元保護管２に取り付けられている。圧力計５は、口元保護管２の内部の圧力を測定することにより、ボーリング孔ＢＨ内の水圧を測定する。なお、圧力計５の取り付け個所は、ボーリング孔ＢＨ内の水圧を測定することが可能であれば、限定されるものではなく、例えば、ボーリング孔ＢＨ内に配置してもよいし、第一接続管１１に取り付けてもよい。

本実施形態の地下水状況測定方法は、穿孔工程と、測定工程とを繰り返すことにより行う。
穿孔工程では、図１に示すように、ボーリングロッド７を利用してボーリング孔ＢＨを穿孔する。本実施形態のボーリング孔ＢＨは、基端側（孔口側）よりも先端側が高くなるように、斜め上向きに形成する。なお、ボーリング孔ＢＨは水平であってもよい。ボーリングロッド７は中空の筒状部材からなり、ボーリングロッド７の先端にはビット８が固定されている。ボーリングロッド７が図示しないボーリングマシンの動力により中心軸を中心に回転すると、ビット８が地山を切削する。このとき、ボーリングロッド７を通じて、ビット８（ボーリング孔ＢＨの先端部）に高圧水Ｗ_Ｈを送水する。なお、ボーリングロッド７を介してビット８に供給される液体は、必ずしも高圧水Ｗ_Ｈである必要はない。
ボーリング孔ＢＨを穿孔する際には、削孔用排水管３のバルブ１０を開いた状態とし、ボーリング孔ＢＨ内の水分（高圧水Ｗ_Ｈや湧水Ｗ_Ｇ）を削孔用排水管３を通して排水するとともに、地山の切削により発生したカッティングスを削孔用排水管３を通してボーリング孔ＢＨから排出する。なお、穿孔工程では、測定用排水管４のバルブ１０は閉じた状態にしておく。

ボーリング孔ＢＨの先端が所定の位置に到達したら、ボーリングロッド７による穿孔を停止して、測定工程を開始する。このとき、ボーリングロッド７を介したボーリング孔ＢＨの先端部への高圧水Ｗ_Ｈの供給も停止する。なお、測定工程は、ボーリングロッド７のビット８を交換するタイミング、昼夜勤務の交代のタイミング、休工日において実施してもよい。
測定工程では、ボーリング孔ＢＨ内の水圧および湧水量を測定する。測定工程では、湧水量測定作業と、水圧測定作業とを実行する。
湧水量測定作業では、削孔用排水管３を閉塞した状態（削孔用排水管３のバルブ１０を閉じた状態）で、測定用排水管４から排水させた湧水量を流量計により測定する。湧水量の測定は、測定用排水管４から流出する排水が安定した状態（高圧水Ｗ_Ｈの排出が終了した段階）で行う。
水圧測定作業では、削孔用排水管３のバルブ１０および測定用排水管４のバルブ１０を閉じた状態で、ボーリング孔ＢＨ内の水圧を圧力計５により測定する。

以上、本実施形態の先進ボーリング口元構造１およびこれを利用した地下水状況測定方法によれば、測定用排水管４が上向きに立ち上げられているため、湧水量が少ない場合であっても、ボーリング孔ＢＨ内に空気が入り込むことがない。そのため、空気の混入に起因する水圧の測定誤差が生じることを防止することができる。
また、削孔用排水管３は、下向きに開口しているため、排水とともに切削屑（カッティングス）が排出される。そのため、ボーリング孔ＢＨおよび先進ボーリング口元構造１内にカッティングスが溜まることを防止することができる。カッティングスの滞留を防止することで、ボーリングロッド７またはビット８とボーリング孔ＢＨの孔壁との間などにカッティングスが詰まる（引っかかる）ことによって穿孔不能になることを防止することができる。また、滞留したカッティングスに起因する測定誤差が生じることを防止することもできる。

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、接続管（第一接続管１１および第二接続管１２）を介して測定用排水管４やプリペンダー６が設けられている場合について説明したが、測定用排水管４やプリペンダー６は、図２に示すように、口元保護管２に直接設けられていてもよい。接続管を省略することで、先進ボーリング口元構造１の設置時の作業工程を少なくすることが可能となる。
また、前記実施形態では、削孔用排水管３が口元保護管２に取り付けられている場合について説明したが、図３に示すように、口元保護管２に接続された接続管（第一接続管１１）に削孔用排水管３が取り付けられていてもよい。このようにすることで、各管材（口元保護管２および接続管）の軽量化を図り、ひいては、作業性の向上を図ることができる。なお、口元保護管２に接続される接続管の本数は限定されるものではなく、例えば、１本（第一接続管１１のみ）であってもよいし、３本以上であってもよい。

１先進ボーリング口元構造
２口元保護管
３削孔用排水管
４測定用排水管
５圧力計
６プリペンダー
７ボーリングロッド
８ビット
９充填材
１０バルブ
１１第一接続管
１２第二接続管

Claims

ボーリングロッドを挿通した状態でボーリング孔の孔口に設けられた口元保護管と、前記ボーリング孔内の水圧を測定する圧力計と、を備える先進ボーリング口元構造であって、
前記口元保護管には、下向きに開口する削孔用排水管が接続されているとともに、上向きに立ち上げられた測定用排水管が接続されていることを特徴とする、先進ボーリング口元構造。