JP7110033B2

JP7110033B2 - 地質の掘削調査方法

Info

Publication number: JP7110033B2
Application number: JP2018155158A
Authority: JP
Inventors: 雅紀村上; 正吉▲崎▼; 敦志三輪; 健二長橋; 洋田中
Original assignee: K Maikai Co Ltd; Oyo Corp
Current assignee: K Maikai Co Ltd; Oyo Corp
Priority date: 2018-08-22
Filing date: 2018-08-22
Publication date: 2022-08-01
Anticipated expiration: 2038-08-22
Also published as: JP2020029679A

Description

特許法第３０条第２項適用平成３０年３月２５日野島プロジェクト研究成果報告会において発表平成３０年３月２５日京都大学大学院理学研究科野島プロジェクト発行の野島プロジェクト研究成果報告会に発表

本発明は、地盤中に存在する断層や鉱脈などを調査するための技術に関するものである。

下記特許文献１～３には、ボーリングにより地質を調査する技術が記載されている。これらの技術では、ボーリングにより地盤中からコア（試料）を取得し、コアの性状を調べることで、地盤の状態を高い精度で推測することができる。このような技術は、例えば断層の状態を正確に測定するために利用されている。

ところで、従来の技術では、断層の調査の場合、一つの掘削孔について、当該断層と掘削孔とが交わる一点でのコア試料を用いて、一点での断層の調査を行っている。このため、一つの断層につき、複数位置での調査を行うには、複数の掘削孔を掘削する必要がある。すると、距離的に離間した複数の調査用地において掘削櫓を組み立てて掘削を行うことになり、その結果、調査用地の確保が難しくなり、また、掘削コストが嵩むという問題がある。

特開昭６３－１３８０９５号公報特開昭６３－１３８０９６号公報特開２０１５－７１９１１号公報

本発明は、前記した状況に鑑みてなされたものである。本発明の主な目的は、一つの掘削孔又は近傍位置にある二つの掘削孔を用いて、異なる深度での地質特徴の調査が可能となる技術を提供することである。

本発明は、以下の項目に記載の発明として表現することができる。

（項目１）
地盤中に存在する断層や鉱脈などの地質特徴を調査する方法であって、
一つの掘削孔から、地表近傍に存在する前記地質特徴の下方位置に向けて傾斜孔を掘削することにより、前記地盤から第１コアを取得する工程と、
前記第１コアを用いて前記地質特徴の存在を確認する工程と、
前記第１コアにおいて前記地質特徴が存在する場合に、前記一つの掘削孔又はその近傍位置の掘削孔から、鉛直方向に延びる鉛直孔を掘削することにより、前記地盤から第２コアを取得する工程と、
前記第２コアを用いて前記地質特徴の存在を確認する工程と、
前記第１コア及び前記第２コアにおいて前記地質特徴が存在する場合に、前記第１コア及び前記第２コアにおける前記地質特徴の位置関係を用いて、前記地質特徴の存在又は位置を推定する工程と
を備えることを特徴とする地質の掘削調査方法。

（項目２）
前記第１コア及び前記第２コアの位置関係から、前記地質特徴が存在すると推定される位置に向けて、前記鉛直孔から分岐する分岐コントロール孔を掘削することにより、前記地盤から第３コアを取得する工程と
前記第３コアを用いて前記地質特徴の存在を確認する工程と
を備えており、
前記地質特徴の存在又は位置を推定する工程は、前記第３コアにおける前記地質特徴の位置関係をさらに用いている
項目１に記載の掘削調査方法。

（項目３）
前記分岐コントロール孔の位置は、第１コア及び前記第２コアの取得位置の間となる位置に設定されている
項目２に記載の掘削調査方法。

（項目４）
前記分岐コントロール孔の位置は、前記地質特徴の延長方向において、前記第２コアの取得位置よりも、前記第１コアの取得位置から離間する位置に設定されている
項目２に記載の掘削調査方法。

（項目５）
前記第１コアの取得位置を用いて、前記鉛直孔の掘削深さ又は掘削方向を決定する工程をさらに備えている
項目１～４のいずれか１項に記載の掘削調査方法。

（項目６）
前記鉛直孔の掘削深さが深すぎると判断されたときには、前記鉛直孔を、前記地層特徴に接近するように湾曲させて掘削することにより、前記第２コアを取得する構成となっている
項目１～５のいずれか１項に記載の掘削調査方法。

（項目７）
前記地質特徴は、地盤中の断層、鉱脈、水脈及び空洞のいずれか一つ又は複数である
項目１～６のいずれか１項に記載の掘削調査方法。

本発明によれば、一つの掘削孔又は近傍位置にある二つの掘削孔を用いて、異なる深度で地質特徴の調査を行うことができる。したがって、本発明によれば、距離的に離間して形成された複数の掘削孔を用いる場合に比較して、狭い調査用地を用いて地質調査を行うことができ、また、掘削コストを抑制することが可能になる。

本発明の一実施形態に係る地質掘削調査方法の全体的な手順を示すためのフローチャートである。傾斜孔を掘削する手順を説明するための説明図である。鉛直孔を掘削する手順を説明するための説明図である。傾斜孔と鉛直孔との間に中間的なコントロール孔を掘削する手順を説明するための説明図である。掘削孔の先端側にコントロール孔を掘削する手順を説明するための説明図である。

本発明の一実施形態に係る掘削調査方法を、添付の図面を参照しながら説明する。この実施形態においては、地盤中に存在する地質特徴としての断層を対象として調査する方法を説明するが、地質特徴としては、鉱脈、水脈又は空洞であってもよい。

（図１のステップＳＡ－１）
まず、地表面又はその近傍に存在する地表地震断層を確認する。この作業は、作業者による地表面の探査により、あるいは、適宜な地質探査装置（例えば電磁波の反射波を用いたもの）により行うことができる。地表地震断層が地表面近くに存在する場合、この確認作業は比較的に高精度で行うことができる。

また、この作業においては、周囲の地質的状況や探査結果により、可能であれば、断層の傾斜方向も推定しておくことが好ましい。

（図１のステップＳＡ－２）
ついで、図２に示すように、地表面１に掘削櫓２を設置する。この図において地表地震断層を符号３で示す。この地表地震断層３は、調査対象となる断層４（実際の正確な位置はこの時点では未確定である）の一部である。なお、添付の図面においては、掘削部分を網掛けで示し、コアの採取位置を「○」で示している。

ついで、掘削櫓２の直下に一つの掘削孔５を形成する。ついで、この一つの掘削孔５から、地表近傍に存在する断層（すなわち地質特徴）の下方位置に向けて傾斜孔６を掘削する。ここで、掘削孔５と傾斜孔６とを別々に掘削する必要はなく、傾斜孔６を形成するためのボーリングにより、同時に両者を掘削できる。すなわち、この実施形態における掘削孔５は、地表面部分における傾斜孔６の開口部という程度の意味である。

ついで、傾斜孔６を掘削することにより、図２における符号Ａで示す採取地点において、地盤から第１コアを取得する。本実施形態では、地表地震断層３の直下の位置に向けて傾斜孔６を掘削するので、断層を含むコアを確実に取得することができる。また、断層の傾斜方向も推定しておくことにより、コアの採取位置を正確に推定することができる。仮に、断層の傾斜方向が不明確な場合においても、本実施形態では、地表地震断層３の直下の位置に向けて傾斜孔６を掘削するので、コアを取得する範囲を比較的に狭い範囲にとどめることができるという利点がある。

（図１のステップＳＡ－３）
ついで、採取した第１コア中に断層（すなわち調査対象となる地質特徴）が存在するかを確認する。例えば、コア中にせん断面を確認できれば、断層の存在を確認できる。この確認作業は、作業者により行うことができる。

ここで、コア中に断層を確認することができないときは、推測される他の場所において第１コアを取得する。取得した第１コア中に断層を確認できないときは、予測される場所には断層が存在しないと考えられるので、それ以降の作業を中止する。これにより、無駄な掘削作業を省略することができるという利点がある。

（図１のステップＳＡ－４）
第１コアに断層が存在する場合には、一つの掘削孔５から、鉛直方向に延びる鉛直孔７を掘削する（図３参照）。これにより、地盤から第２コアを取得することができる。ここで、本実施形態では、地表地震断層の位置と、第１コアから推測される断層位置とを用いて、第２コアを取得すべき位置（図３における位置Ｂ）を推測することができる。したがって、第２コアの取得を効率的に行うことができる。

（図１のステップＳＡ－５）
ついで、採取した第２コアを用いて、コア中に断層が存在するかどうかを確認する。予測される位置において第２コアに断層が確認できないときは、以降の作業を中止することができる。これにより、無駄な掘削作業を省略することができる。

ここで、従来のように、最初に鉛直孔を掘削してコアを採取した場合、採取したコア中に断層があっても、それが、対象となる地表地震断層から連続するものかどうか（つまり主断層かどうか）を判断できないことが多い。また、推定される地表地震断層の延長方向に向けて鉛直孔を掘削した場合、延長方向の誤差が１°であっても、地中のコア取得位置の誤差が数百メートルにわたることがある。しかも、実際の断層位置が予想より深い場合には、結局、断層位置まで掘削できない場合もある。

これに対して。本実施形態の方法によれば、地表地震断層の位置と、傾斜孔６により取得した第１コア中の断層位置とから、第２コア取得位置を設定できるので、第２コアを精度よく効率的に取得できる。また、想定される第２コアの取得位置が深すぎる場合には、実際の鉛直孔７の掘削作業の前に掘削方法を工夫できるという利点もある。この点については後述する。

第１コア及び第２コアにおいて断層が存在する場合に、第１コア及び第２コアにおける断層の位置、並びに地表地震断層の位置を用いて、断層の存在又は位置を推定することができるが、本実施形態では、引き続いて以下の行程を行う。

（図１のステップＳＡ－６）
予測される位置において第２コアに断層が確認できたときは、第１コア及び第２コアにおける断層の位置関係から、断層が存在すると推定される位置Ｃに向けて、鉛直孔７から分岐する中間的な分岐コントロール孔８を掘削する（図４参照）。本実施形態では、二つの位置Ｃに向けて、１本ずつ分岐コントロール孔８を掘削している。これにより、地盤から第３コアを取得することができる。分岐コントロール孔８の位置は、第１コア及び第２コアの取得位置の間となる位置に設定される。

ここで、本明細書においてコントロール孔とは、掘削経路が湾曲した掘削孔をいう。そのような掘削孔を形成する方法としては、いわゆるダウンホールモータ工法など、各種のものが知られているので、詳しい説明は省略する。また、本実施形態では、掘削後に挿入されるケーシングの先端に経路制御用の部材（例えばウエッジ状の部材）を取り付けて傾斜方向に掘削する方法を採用することもできる。また、図中においては、コントロール掘削により形成された湾曲部を濃い網掛けで示した。また、コントロール孔８は、１本でも３本以上でもよく、また、その延長方向についても特に制約はない。

（図１のステップＳＡ－７）
ついで、採取した第３コアを用いて、このコア内に断層が存在するかどうかを確認する。予測される位置において第３コアに断層が確認できないときは、以降の作業を中止することができる。これにより、それ以降の掘削作業を省略することができる。第３コアにおいて断層が存在する場合に、それまで取得した情報（本例では第１コア及び第２コアにおける断層の位置、並びに地表地震断層の位置）を併せて用いて、断層の存在又は位置を推定することができる。ただし、本実施形態では、引き続いて以下の行程をさらに行う。

（図１のステップＳＡ－８）
予測される位置において第３コアに断層が確認できたときは、第１～第３コアにおける断層の位置、並びに地表地震断層の位置に基づき、断層が存在すると推定される位置Ｄに向けて、鉛直孔７から分岐する分岐コントロール孔９を掘削する（図５参照）。本実施形態では、二つの位置Ｄを通るように、１本の分岐コントロール孔９を湾曲させて掘削している。これにより、地盤から第４コアを取得することができる。

分岐コントロール孔９の位置は、地盤の延長方向において、第２コアの取得位置よりも、第１コアの取得位置から離間する位置（あるいは深部方向に離間する位置）に設定されることになる。

分岐コントロール孔９は、複数本形成されてもよく、また、その延長方向についても特に制約はない。

（図１のステップＳＡ－９及びＳＡ－１０）
ついで、採取した第４コアを用いて、このコア内に断層が存在するかどうかを確認する。予測される位置において第４コアに断層が確認できないときは、断層が存在しないと推測できる。第４コアにおいて断層が存在する場合に、それまで取得した情報（本例では第１～第３コアにおける断層の位置及び地表地震断層の位置）を併せて用いて、断層の存在又は位置を推定することができる。本実施形態では、この段階で断層の状態の最終判定を行うが、条件によってはさらにコントロール孔の掘削を行い、他の箇所でコアを採取して推定を行ってもよい。

本実施形態によれば、一つの掘削孔を用いて、異なる深度で地質特徴の調査を行うことができる。したがって、距離的に離間して形成された複数の掘削孔を用いる場合に比較して、狭い調査用地を用いて地質調査を行うことができ、また、掘削コストを抑制することが可能になるという利点がある。

なお、前記実施形態の記載は単なる一例に過ぎず、本発明に必須の構成を示したものではない。各部の構成は、本発明の趣旨を達成できるものであれば、上記に限らない。

例えば、前記した実施形態では、鉛直孔７により第２コアを採取する手順としていた。しかしながら、第１コアの状態を判定した結果、第２コアの取得位置（すなわち鉛直孔の掘削深さ）が深すぎると判断されたときには、鉛直孔７の先端（最深部）近傍を、地盤に接近するように湾曲させて掘削することができる。これにより、鉛直孔７の掘削深さを抑制しつつ、第２コアを取得することができる。すなわち、本実施形態では、鉛直孔７を過剰に深く掘削する必要がなく、その点でも作業コストを抑制することができる。本実施形態では、鉛直方向に掘削後に先端近傍が湾曲された掘削孔も鉛直孔の概念に含まれるものとする。

また、前記実施形態では、地質特徴が地盤中の断層である例を説明したが、地質特徴としては、断層に限らず、鉱脈、水脈及び空洞のいずれかであってもよく、また、これらの組み合わせであってもよい。

さらに、前記実施形態のステップＳＡ－６とステップＳＡ－８の順序を逆にすることもできる。すなわち、中間的な分岐コントロール孔８を、深い位置での分岐コントロール孔９よりも後に形成することができる。

また、前記した実施形態では、一つの掘削孔５から傾斜孔６と鉛直孔７とを掘削することとしたが、近傍位置にある二つの掘削孔５から傾斜孔６と鉛直孔７とを掘削することも可能である。この場合も、実質的に一つの調査用地から傾斜孔６と鉛直孔７とを掘削することが可能になるので、調査用地の確保が容易となり、調査コストを抑制することができる。

１地表面
２掘削櫓
３地表地震断層（地表近傍の地質特徴）
４断層（地質特徴）
５掘削孔
６傾斜孔
７鉛直孔
８傾斜孔と鉛直孔の中間位置での分岐コントロール孔
９鉛直孔の先端側での分岐コントロール孔

Claims

地盤中の地質特徴を調査する方法であって、
一つの掘削孔から、地表近傍に存在する前記地質特徴の下方位置に向けて傾斜孔を掘削することにより、前記地盤から第１コアを取得する工程と、
前記第１コアを用いて前記地質特徴の存在を確認する工程と、
前記第１コアにおいて前記地質特徴が存在する場合に、前記一つの掘削孔又はその近傍位置の掘削孔から、鉛直方向に延びる鉛直孔を掘削することにより、前記地盤から第２コアを取得する工程と、
前記第２コアを用いて前記地質特徴の存在を確認する工程と、
前記第１コア及び前記第２コアにおいて前記地質特徴が存在する場合に、前記第１コア及び前記第２コアにおける前記地質特徴の位置関係を用いて、前記地質特徴の存在又は位置を推定する工程と
を備えており、
前記地質特徴は、地盤中の断層、鉱脈、水脈及び空洞のいずれか一つ又は複数であることを特徴とする地質の掘削調査方法。
前記第１コア及び前記第２コアの位置関係から、前記地質特徴が存在すると推定される位置に向けて、前記鉛直孔から分岐する分岐コントロール孔を掘削することにより、前記地盤から第３コアを取得する工程と
前記第３コアを用いて前記地質特徴の存在を確認する工程と
を備えており、
前記地質特徴の存在又は位置を推定する工程は、前記第３コアにおける前記地質特徴の位置関係をさらに用いている
請求項１に記載の掘削調査方法。
前記分岐コントロール孔の位置は、前記第１コア及び前記第２コアの取得位置の間となる位置に設定されている
請求項２に記載の掘削調査方法。
前記分岐コントロール孔の位置は、前記地質特徴の延長方向において、前記第２コアの取得位置よりも、前記第１コアの取得位置から離間する位置に設定されている
請求項２に記載の掘削調査方法。
前記第１コアの取得位置を用いて、前記鉛直孔の掘削深さ又は掘削方向を決定する工程をさらに備えている
請求項１～４のいずれか１項に記載の掘削調査方法。
前記鉛直孔の掘削深さが深すぎると判断されたときには、前記鉛直孔を、前記地質特徴に接近するように湾曲させて掘削することにより、前記第２コアを取得する構成となっている
請求項１～５のいずれか１項に記載の掘削調査方法。