JP7185097B1

JP7185097B1 - 地質試料採取方法

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Publication number: JP7185097B1
Application number: JP2022169436A
Authority: JP
Inventors: 茂宮古
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2022-10-21
Filing date: 2022-10-21
Publication date: 2022-12-06
Anticipated expiration: 2042-10-21
Also published as: JP2024061467A

Abstract

【課題】掘削する深さや地盤の状態にかかわらず、地質試料を確実に採取することができるとともに、作業効率をよくすることのできる、地質試料採取方法を提供する。【解決手段】地中を掘削する掘削工程と、インナーロッド２２内にインナーチューブアセンブリ４を固定するインナーチューブアセンブリ固定工程と、インナーチューブアセンブリ４内に地質試料を採取する地質試料採取工程と、スライド管固定用ラッチ６４の係合状態を解除するスライド管固定用ラッチ解除工程と、ラッチ傾倒防止部６３４を軸方向先端側に移動させるラッチ傾倒防止部解除工程と、インナー固定用ラッチ６２を係止溝２６から解除するインナー固定用ラッチ解除工程と、ウォータースイベル３の給排水を入れ替える給排水入替工程と、インナーチューブアセンブリ４を二重管２の基端側へと押し戻し回収するインナーチューブアセンブリ回収工程とを有する。【選択図】図１２

Description

本発明は、二重管掘削装置を用いて地質試料を採取する地質試料採取方法に関するものである。

トンネル工事では、本格的な掘削作業を進める前に地中に含まれる重金属量などの地質調査を実施するために地質資料が採取される。重金属が多く含まれている土壌は産業廃棄物として処理する必要があり、地質調査によって事前準備ができるため掘削作業をスムーズに進めることができるようになる。

従来、このような地質を調査するための地質試料（土、砂、砂利、砕石など）の採取には、地中を掘削する掘削装置（ボーリングマシン）が用いられている。

例えば、特開２００７－７０８７０号公報には、掘削装置としてロータリーパーカッションドリルを用いる地盤調査工法が開示されている（特許文献１）。具体的には、アウターロッドとインナーロッドからなる二重管で掘削し、前記インナーロッドを地盤のコアを採取するサンプラ（以下「インナーチューブアセンブリ」ともいう）と交換した後、サンプラの先端を地盤に当接させた状態で、ドリルの駆動部からサンプラに対して所定のスラスト力及び所定の連続した打撃力を作用させて、サンプラを地盤に貫入させ、前記サンプラをワイヤーラインで引き上げることで、地質試料を採取することができるとされている。

また、特開平１１－６１７９３号公報には、前記サンプラに関して、アウターロッドの内壁面に形成された係止溝に係合するラッチを有するサンプリング装置が開示されている（特許文献２）。この特許文献２によれば、前記ラッチは、回収時にワイヤーにより入口側に引っ張ることで前記係止溝との係合が解除され、インナーチューブアセンブリを回収することができるとされている。

しかしながら、これら特許文献１および特許文献２に記載された発明においては、回収時に引っ張り上げる際のインナーチューブアセンブリ等に係る重力を利用してラッチを解除させる構造となっているため、トンネル工事の地質調査のように水平方向や上り勾配方向に掘削する場合には、重力が利用できずラッチが外れないという問題があった。

そこで、本願の出願人は、水平方向や上り勾配方向に掘削する状況において地質試料を採取したインナーチューブを確実に回収することのできる、インナーチューブアセンブリおよびインナーチューブ回収方法等に関する発明を提案し、特許権を得ている（特許文献３）。具体的には、オーバーショットを連結する際の押し込む力によって、アウターロッドとの固定を解除可能にすることで、解除時にワイヤーで引っ張る必要が無く、水平方向や上り勾配方向に掘削する場合にも解除できるようにした。また、アウターロッドとの固定を解除した後のインナーチューブは、アウターチューブ内に流れ込む地下水の水圧で押し戻して回収するか、またはワイヤーで引き抜くことにより回収するようになっている。

ところで、特開２０１９－７３８６４号公報には、多量湧水・高圧湧水がある自立した地山において、水平方向にシングル管（インナーロッド）をボーリングすることで地質試料を採取する水平ボーリング工法が開示されている（特許文献４）。具体的には、前記地山の口元孔壁に地山コーキングを介して設置した口元管を設け、前記口元管にインナーロッドを挿入し、このインナーロッドと地山の間に口元管側から水を送りながらボーリングマシンによるインナーロッドの給進と打撃・回転によってインナーロッドの先端に取り付けたコアビットで掘削し、この掘削によって削り取ったコア（地質試料）をリバース水と湧水圧によってインナーロッドの基端側へ送って回収するとされている。

特開２００７－７０８７０号公報特開平１１－６１７９３号公報特許第６６７５０４０号公報特開２０１９－７３８６４号公報

しかしながら、特許文献４に記載された発明においては、サンプラを用いずに掘削された地質試料をインナーロッドの基端側に押し流す方法であるため、口元から深い位置から地質試料を採取する場合にはインナーロッドの途中で前記地質試料が詰まり、回収できないという問題がある。

また、リバース水は口元管に連結されたプリペンダー装置によって供給され、地山とインナーロッドの外周との隙間を通って、前記インナーロッドの先端から流入させるように構成されているが、地山に割れ目があったり、砂礫のような透水性の高い地層を通る場合には、地山とインナーロッドの外周との隙間を通るリバース水が前記割れ目や地層から流出して、地質試料をインナーロッドの基端側へ送るのに十分な水圧が得られないという問題もある。

これらの問題から、特許文献４に記載された発明は、地質試料が途中で詰まることなく、かつリバース水が流出しない多量湧水・高圧湧水がある自立した地山でしか用いることのできない工法であり、採取できる地盤が限られるという問題がある。

また、特許文献１および特許文献２に記載された発明においては、上記の通り、水平方向や上り勾配方向の掘削に用いることができないものであるとともに、二重管で掘削した後の地質試料の採取には、二重管からインナーロッドを引き抜き、サンプラと交換する必要があるため、交換作業に多くの時間を要してしまい、作業効率が悪いという問題があった。

本発明は、以上のような問題を解決するためになされたものであり、本願の出願人が発明したインナーチューブアセンブリに基づき開発されたものであって、掘削する深さや地盤の状態にかかわらず、地質試料を確実に採取することができるとともに、二重管の掘削作業から地質試料の採取作業までの作業効率を向上させることのできる、地質試料採取方法を提供することを目的としている。

本発明に係る地質試料採取方法は、地盤の状態にかかわらず地質試料を採取したインナーチューブアセンブリを確実に回収するとともに、インナーロッドの引き抜きなどを行わず、ウォータースイベルによって掘削作業から地質試料の採取作業まで効率よく作業を行うという課題を解決するために、アウターロッドおよびインナーロッドからなる二重管により地中を掘削する二重管掘削装置を用いた地質試料採取方法であって、ウォータースイベルによって前記インナーロッドの基端側から掘削水を供給し、かつ前記アウターロッドの内周面と前記インナーロッドの外周面との間の隙間を通って戻る前記掘削水を基端側から排水するとともに、前記二重管掘削装置によって前記二重管を回転および前進させて、地質試料を採取する深さまで地中を掘削する掘削工程と、インナーチューブアセンブリを前記インナーロッドの基端側から挿入し、かつ前記ウォータースイベルによって供給される押入水の水圧によって先端側の所定位置まで押入することで、付勢力によって自動的に拡開するインナー固定用ラッチを前記インナーロッドの内壁面の係止溝に係合させて前記インナーチューブアセンブリを固定するインナーチューブアセンブリ固定工程と、前記二重管掘削装置によって前記二重管を回転および前進させて、掘削された地質試料を先端から流入させて前記インナーチューブアセンブリ内に採取する地質試料採取工程と、オーバーショットを前記インナーロッドの基端側から挿入し、前記ウォータースイベルによって供給される押入水の水圧によって押入することで、前記インナーチューブアセンブリのスライド管固定用ラッチを傾倒させてラッチ解除用スライド管との係合状態を解除するスライド管固定用ラッチ解除工程と、係合状態が解除された前記ラッチ解除用スライド管を前記ウォータースイベルによる押入水の水圧により先端側に押してメインシャフトの外周面に沿って軸方向先端側にスライドさせることにより、ラッチ傾倒防止部を軸方向先端側に移動させて前記インナー固定用ラッチに対する当接状態を解除するラッチ傾倒防止部解除工程と、スライドされる前記ラッチ解除用スライド管により前記インナー固定用ラッチを付勢力に抗して内方向に傾倒させて前記係止溝から解除するインナー固定用ラッチ解除工程と、前記ウォータースイベルの給水と排水とを入れ替える給排水入替工程と、前記ウォータースイベルによって前記アウターロッドと前記インナーロッドの間の隙間に回収水を注入し、先端から前記インナーロッド内を通って基端側に戻る前記回収水の水圧によって前記インナーチューブアセンブリを前記インナーロッドの基端側に押し戻して回収するインナーチューブアセンブリ回収工程とを有する。

本発明によれば、掘削する深さや地盤の状態にかかわらず、地質試料を確実に採取することができるとともに、二重管の掘削作業から地質試料の採取作業までの作業効率を向上させることができる。

本発明に係る地質試料採取方法に用いられる二重管掘削装置を示す模式図である。本実施形態における二重管の先端部分を示す縦断面図である。本実施形態におけるインナーチューブアセンブリをインナービットの先端位置に保持した状態を示す縦断面図である。本実施形態においてインナーチューブアセンブリをインナービットの先端位置から解除した状態を示す縦断面図である。本実施形態におけるコアバレルヘッドの一実施形態であってラッチ解除用スライド管を半透明に表現した状態を示す斜視図である。図５のコアバレルヘッドを先端側から見た状態示す斜視図である。図３のインナーチューブとコアバレルヘッドとの連結部分を示す拡大断面図である。図３の先端シャフト部（インナー固定用ラッチおよびラッチ傾倒防止部の設置部分）を示す拡大断面図である。本実施形態における先端シャフト部の一部を示す拡大平面図である。図３の後端シャフト部（スライド管用付勢部材およびスライド管固定用ラッチの設置部分）および係合部を示す拡大断面図である。本実施形態における後端シャフト部および係合部を示す拡大平面図である。本実施形態の地質試料採取方法における各工程を示すフローチャートである。

以下、本発明に係る地質試料採取方法に用いられる、二重管掘削装置およびインナーチューブアセンブリの一実施形態について図面を用いて説明する。

本実施形態における二重管掘削装置１は、図１に示すように、アウターロッド２１およびインナーロット２２からなる二重管２を回転および前進させて地中を掘削する装置であり、本実施形態では、前記二重管２を回転および振動させつつ地中に進行させることで地中を掘削することのできるロータリーパーカッションドリルによって構成される。本実施形態における二重管２の基端側には、当該二重管２に対して後述する掘削水や押入水、回収水を供給するウォータースイベル３が設けられている。

アウターロッド２１は、二重管２において外側に配置される管であって、図２に示すように、先端には掘削用のアウタービット２３が装着されている。基端側は他のアウターロッド２１と連結可能に構成されており、掘削する深さに応じて複数のアウターロッド２１を連結することで所定の深さまで掘削できるように構成されている。

アウタービッド２３は、アウターロッド２１の先端に設けられた略筒状の掘削具であり、先端側に複数個の突起が形成されている。硬質の金属等によって形成されており、掘削面に対して回転させながら当接させることで岩盤などの硬い地層も掘削できるようになっている。

インナーロッド２２は、アウターロッド２１内の同心位置に配置される管であって、先端に掘削用のインナービット２４が装着されている。基端側は、アウターロッド２１と同様に、他のインナーロッド２２と連結可能に構成されており、複数のインナーロッド２２を連結することで所定の深さまで掘削できるように構成されている。また、インナーロッド２２の外径は、前記アウターロッド２１の内径より細く形成されており、アウターロッド２１との間に、掘削により発生する土砂や砕石およびそれらを含む掘削水を流通可能な隙間を有している。

インナービット２４は、アウタービット２３と同様に、インナーロッド２４の先端に設けられ、形状は略筒状であり先端は開口していて地質試料を採取する採取口２５となっている。硬質の金属等によって形成されており、先端側には複数個の突起が形成されている。

ウォータースイベル３は、二重管２への給排水を行うものであり、回転している各ロッドに対して給水可能に構成されている。本実施形態におけるウォータースイベル３は、図１に示すように、二重管に対する給排水を行う２つの給排水口３１ａ，３１ｂを備えており、一方の給排水口３１ａはインナーロッド２２内に給排水可能に連結されているとともに、他方の給排水口３１ｂはインナーロッド２２の外周面とアウターロッド２１の内周面との隙間に給排水可能に連結されている。これら給排水口３１ａ，３１ｂは、給水ホースを自在に着脱できるように構成されている。

本実施形態におけるインナーチューブアセンブリ４は、図３および図４に示すように、地質資料を採取するインナーチューブ５と、このインナーチューブ５の後端に連結されるコアバレルヘッド６とから構成される。

インナーチューブ５は、地質試料（土、砂、砂利、岩盤など）を採取するために筒状に形成された部材である。先端には採取口５１が開口しており、インナーロッド２２先端に設けられたインナービット２４の採取口２５と連通するように設置されることにより、進入する地質資料を採取するようになっている。

コアバレルヘッド６は、インナーチューブ５をインナーロッド２２内の先端位置に着脱可能に保持するためのものであり、本願の出願人が取得した特許第６６７５０４０号公報において開示したものと同一のものである。

具体的には、コアバレルヘッド６は、図３ないし図６に示すように、インナーチューブ５の後端に連結されるメインシャフト６１と、このメインシャフト６１の略中央位置に設けられたインナー固定用ラッチ６２と、このインナー固定用ラッチ６２を傾倒させるラッチ解除用スライド管６３と、このラッチ解除用スライド管６３を前記メインシャフト６１に係脱可能に固定するスライド管固定用ラッチ６４とを有する。

メインシャフト６１は、図７および図８に示すように、略円柱状に形成された部材であり、先端から順に、インナーチューブ５を連結するためのチューブ連結部６１１と、このチューブ連結部６１１に連結された先端シャフト部６１２と、この先端シャフト部６１２の後端側で一段細く形成された後端シャフト部６１３と、この後端シャフト部６１３の後端軸心から後方に延出された係合部６１４とを有する。

チューブ連結部６１１は、インナーチューブ５の後端を嵌合させて連結するためのものであり、本実施形態では、図７に示すように、インナーチューブ５を回転自在に支持するため、先端シャフト部６１２との間にベアリング６１５を備えている。

先端シャフト部６１２は、図８および図９に示すように、インナー固定用ラッチ６２およびラッチ傾倒防止部６３４を設置する部分であり、略中央位置にインナー固定用ラッチ６２を収容する第一ラッチ収容孔６１６およびラッチ傾倒防止部６３４を収容する傾倒防止部収容孔６１７が形成されている。

第一ラッチ収容孔６１６は、インナー固定用ラッチ６２を収容する孔である。本実施形態における第一ラッチ収容孔６１６は、前記インナー固定用ラッチ６２がメインシャフト３１の外方向に拡開できるように、上下方向に貫通する孔として形成されている。

傾倒防止部収容孔６１７は、ラッチ傾倒防止部６３４を収容し、かつ当該ラッチ傾倒防止部６３４を軸方向に沿ってスライド可能にする孔であり、第一ラッチ収容孔６１６の先端側に連通するように形成されている。また、傾倒防止部収容孔６１７は、ラッチ傾倒防止部６３４をラッチ解除用スライド管６３と一体的に連結させるため上下方向に貫通する孔として形成されている。

後端シャフト部６１３は、図１０および図１１に示すように、スライド管用付勢部材６１８を装着するとともに、スライド管固定用ラッチ６４を収容するものである。本実施形態における後端シャフト部６１３は、先端シャフト部６１２の外径より細く形成されている。先端シャフト部６１２との間にできる段差により、圧縮ばねからなるスライド管用付勢部材６１８の先端側を係止できるようになっている。

また、後端シャフト部６１３は、スライド管固定用ラッチ６４を収容する第二ラッチ収容孔６１９を有する。第二ラッチ収容孔６１９は、装着されるスライド管用付勢部材６１８より後端側の位置において、上下方向に貫通する軸方向に長い孔として形成されている。

係合部６１４は、インナーチューブ５の回収時にオーバーショットと連結する部分であり、後端シャフト部６１３の後端軸心位置から後方に延出されている。後端部には円錐状に膨出されたオーバーショットに係合する係合凸部６２０が形成されている。

なお、メインシャフト６１における先端シャフト部６１２、後端シャフト部６１３および係合部６１４は、削り出し加工等によって一体形成されていてもよく、複数の部材に分けて形成し、組み立てることで一体的に構成されるようにしてもよい。

インナー固定用ラッチ６２は、インナーロッド２２の内壁面に形成された係止溝２６に係合するものであり、図８に示すように、メインシャフト６１の軸方向に沿った略中間位置に開口された第一ラッチ収容孔６１６に収容されている。本実施形態におけるインナー固定用ラッチ６２は、上下一対の爪付き腕部材６２１，６２１と、この一対の爪付き腕部材６２１，６２１の一端部を軸支する支持軸６２２と、一対の前記爪付き腕部材６２１，６２１の他端部を外方向に拡開させる弾性材６２３とを有する。

爪付き腕部材６２１は、軸方向に長い棒状の部材であり、後端側に形成された支持軸６２２を挿通させる軸孔６２４と、外側面６２５（メインシャフト６１の外方向に向いた面）に凸状に形成された係合爪部６２６とを有する。係合爪部６２６は、インナーロッド２２の内壁面に形成された係止溝２６に係合可能な形状に形成されている。また、前記外側面６２５は、ラッチ解除用スライド管６３により傾倒され易いように、後端側から係合爪部６２６にかけて緩やかな傾斜角にて湾曲形成されている。

支持軸６２２は、上下一対の爪付き腕部材６２１，６２１同士を軸支するものであり、本実施形態では、爪付き腕部材６２１の後端側に形成された軸孔６２４と、メインシャフト６１に形成された軸挿通孔（図示しない）とに挿通されるボルトおよびこのボルトを締結するナットとにより構成されている。なお、支持軸６２２は、ボルトおよびナットによる構成に限定されるものではなく、円筒型の板バネなど、軸支可能な部材から適宜選択してもよい。

弾性材６２３は、支持軸６２２によって軸支された上下一対の爪付き腕部材６２１，６２１を外方向（図３１および図４における上下方向）に拡開させる付勢力を発揮するための弾性材であり、本実施形態では、針金を支持軸６２２に沿うように環状に巻いて形成された、ねじりコイルばねを用いている。なお、弾性材６２３は、ねじりコイルばねに限定されるものではなく、例えば、圧縮コイルばねなどの他のバネ材や、ゴムなどの他の弾性材から適宜選択してもよい。

ラッチ解除用スライド管６３は、インナー固定用ラッチ６２を付勢力に抗して傾倒させて係合爪部６２６を係止溝２６から解除するためのものであり、メインシャフト６１の外周面に対し軸方向へスライド可能に装着されている。本実施形態におけるラッチ解除用スライド管６３は、図８に示すように、メインシャフト６１の先端シャフト部６１２の外径と略同一の内径を有する長尺状の円管として構成されている。

このラッチ解除用スライド管６３は、図５、図６および図７に示すように、略中央位置に上下方向に貫通した傾倒用孔６３１と、後端内周面にリング状に形成された係止用凸部６３２と、この係止用凸部６３２より先端側の内周面にリング状に形成された付勢部材係止用凸部６３３と、一体的に連結されたラッチ傾倒防止部６３４とを有する。

傾倒用孔６３１は、インナー固定用ラッチ６２が拡開できるようにするとともに、その後端縁部６３５でインナー固定用ラッチ６２を傾倒するために開口された孔である。本実施形態における傾倒用孔６３１は、第一ラッチ収納孔６１６と同程度の開口寸法で上下両側に開口している。

係止用凸部６３２は、スライド管固定用ラッチ６４により係止されるものであり、ラッチ解除用スライド管６３の後端内周面にリング状でかつ凸状に形成されている。本実施形態における係止用凸部６３２は、図１０に示すように、後端シャフト部６１３の外径と略同一の内径を有するリング状に形成されている。

付勢部材係止用凸部６３３は、後端シャフト部６１３に装着されたスライド管用付勢部材６１８の後端側を係止するための突起であり、ラッチ解除用スライド管６３の内周面にリング状でかつ凸状に形成されている。本実施形態における付勢部材係止用凸部６３３は、係止用凸部６３２より先端側に形成されており、後端シャフト部６１３の外径と略同一の内径を有するリング状に形成されている。

ラッチ傾倒防止部６３４は、地質資料の採取中などにおいて意図せずインナー固定用ラッチ６２が傾倒するのを防止するためのものである。本実施形態におけるラッチ傾倒防止部６３４は、図８に示すように、その上下幅が拡開状態のインナー固定用ラッチ６２の爪付き腕部材６２１，６２１の隙間に相当する幅に形成されているとともに、後端側に向けて先細になるように形成されている。また、ラッチ傾倒防止部６３４の先端側には、ラッチ解除用スライド管６３と一体的に連結するための連結孔６３６が上下方向に貫通して形成されており、本実施形態では、円筒状に形成された板ばね６３７を用いてラッチ解除用スライド管６３と一体的に連結されている。

スライド管固定用ラッチ６４は、メインシャフト６１に対しラッチ解除用スライド管６３を係脱可能に固定するためのラッチである。本実施形態におけるスライド管固定用ラッチ６４は、図１０に示すように、ラッチ解除用スライド管６３を固定する係合凹溝部６４５を有する上下一対の溝付き腕部材６４１，６４１と、この一対の溝付き腕部材６４１，６４１の一端部を軸支する支持軸６４２と、一対の前記溝付き腕部材６４１，６４１の他端部を外方向に拡開させる弾性材６４３とを有する。

溝付き腕部材６４１は、軸方向に長い棒状の部材であり、先端側に形成された支持軸６４２を挿通させる軸孔６４４と、ラッチ解除用スライド管６３の後端内面に形成された係止用凸部６３２に係合可能な凹溝状に形成された係合凹溝部６４５とを有する。また、前記係合凹溝部６４５より後端側の外側面（上下面）は、オーバーショットの先端によって傾倒され易いように、側面視において縮径するように湾曲状に形成されている。

支持軸６４２は、上下一対の溝付き腕部材６４１，６４１同士を軸支するものであり、本実施形態では、インナー固定用ラッチ６２の支持軸６２２と同様にボルトおよびナットとにより構成されている。なお、支持軸６４２は、ボルトおよびナットによる構成に限定されるものではなく、円筒型の板バネなど、軸支可能な部材から適宜選択してもよい。

弾性材６４３は、支持軸６４２によって軸支された上下一対の溝付き腕部材６４１，６４１を外方向に拡開させる付勢力を発揮するための弾性材であり、本実施形態では、圧縮コイルばねにより構成されている。なお、スライド管固定用ラッチ６４の弾性材６４３は、圧縮コイルばねに限定されるものではなく、例えば、インナー固定用ラッチ６２の弾性材６２３と同様なねじりコイルばねや、その他のバネ材、ゴムなどの他の弾性材から適宜選択してもよい。

また、スライド管固定用ラッチ６４は、図３、図１０および図１１に示すように、第二ラッチ収容孔６１９において、ラッチ解除用スライド管６３を前記インナー固定用ラッチ６２が拡開状態となる位置で係止するように収容されている。このとき、ラッチ解除用スライド管６３は、図５および図６に示すように、先端側にスライドできるようにチューブ連結部６１１との間に十分なスペースがあるように固定されるようになっている。

次に、本実施形態における二重管掘削装置１およびインナーチューブアセンブリ４を用いた地質試料採取方法について説明する。

本実施形態の地質試料採取方法は、図１２に示すように、地質試料を採取する深さまで地中を掘削する掘削工程（Ｓ１）と、ウォータースイベル３からの水圧によってインナーロッド２２内にインナーチューブアセンブリ４を押入して固定するインナーチューブアセンブリ固定工程（Ｓ２）と、インナーチューブアセンブリ４内に地質試料を流入させて採取する地質試料採取工程（Ｓ３）と、ウォータースイベル３からの水圧により押入されるオーバーショットによってスライド管固定用ラッチ６４の係合状態を解除するスライド管固定用ラッチ解除工程（Ｓ４）と、ウォータースイベル３からの水圧により押入されるオーバーショットによってラッチ傾倒防止部６３４を軸方向先端側に移動させるラッチ傾倒防止部解除工程（Ｓ５）と、インナー固定用ラッチ６２を係止溝２６から解除するインナー固定用ラッチ解除工程（Ｓ６）と、ウォータースイベル３の給排水を入れ替える給排水入替工程（Ｓ７）と、ウォータースイベル３からの水圧により前記インナーチューブアセンブリ４を前記二重管２の基端側へと押し戻し地質試料を採取したインナーチューブアセンブリ４を回収するインナーチューブアセンブリ回収工程（Ｓ８）とを有する。以下、各工程について説明する。

掘削工程（Ｓ１）は、地質試料を採取する深さまで地中を掘削する工程であり、二重管掘削装置１を用いた一般的な掘削工程である。具体的には、二重管掘削装置１は、アウターロッド２１およびインナーロッド２２からなる二重管２の先端を掘削面に当接させつつ回転および前進させる。岩盤などの硬い地層においては、アウタービット２３およびインナービット２４が、硬い地層を砕石しながら前進させることができる。複数本のアウターロッド２１およびインナーロッド２２を連結することで地質資料の採取を行う深さまで掘削することができる。

また、掘削工程（Ｓ１）におけるウォータースイベル３は、インナーロッド２２に連結された給排水口３１ａから掘削水を給水する。供給された掘削水は、インナーロッド２２の先端の採取口２５から掘削面に向けて噴出されて、アウタービット２３およびインナービット２４と掘削面との潤滑剤や摩擦により上昇する熱を冷却する冷却水として作用する。その後、掘削水は、掘削により発生した土砂や砕石などとともにアウターロッド２１の内周面と前記インナーロッド２２の外周面との間の隙間を流れて基端側へと戻り、他方の給排水口３１ｂから二重管２の外に排出される。これにより掘削により発生した土砂等が掘削面に溜まること無く、連続して円滑な掘削が行える。

次のインナーチューブアセンブリ固定工程（Ｓ２）は、インナーロッド２２内の先端位置にインナーチューブアセンブリ４を固定する工程である。具体的には、図４に示すように、ラッチ解除用スライド管６３と一体的にラッチ傾倒防止部６３４を先端側に移動させて、インナー固定用ラッチ６２を傾倒可能な状態にする。傾倒用孔６３１の後端縁部６３５で当該インナー固定用ラッチ６２を傾倒させ上下幅をインナーロッド２２内に挿入可能な幅に縮小させる。そして、インナーチューブアセンブリ４をインナーロッド２２内に挿入する。

インナーチューブアセンブリ固定工程（Ｓ２）におけるウォータースイベル３は、インナーロッド２１内に押入水を給水し、その水圧によってインナーチューブアセンブリ４をインナーロッド２１の先端側に移動させる。

インナーチューブアセンブリ４がインナーロッド２２の先端の所定の位置に到達すると、コアバレルヘッド６のインナー固定用ラッチ６２が拡開し、図３に示すように、インナーロッド２２の内壁面に形成された係止溝２６に係合する。具体的には、図８に示すように、ラッチ解除用スライド管６３がスライド管用付勢部材６１８の付勢力により後端側にスライドするとともに、爪付き腕部材６２１が弾性材６２３の付勢力によりメインシャフト６１の外方向に自動的に拡開する。これにより、係合爪部６２６が係止溝２６に嵌入し、インナーチューブアセンブリ４がインナーロッド２２に固定される。

次の地質試料採取工程（Ｓ３）は、インナーチューブアセンブリ４内に地質試料を流入させて採取する工程である。本実施形態では、二重管掘削装置１によって二重管２を回転および前進させる。これにより掘削された土砂や砕石が地質試料としてインナーロッド２２およびインナーチューブ５の採取口２５，５１から流入し、インナーチューブ５内に採取される。

次のスライド管固定用ラッチ解除工程（Ｓ４）は、スライド管固定用ラッチ６４を傾倒させてラッチ解除用スライド管６３との係合状態を解除する工程である。具体的には、オーバーショットをインナーロッド２２内に挿入する。

スライド管固定用ラッチ解除工程（Ｓ４）におけるウォータースイベル３は、インナーロッド２２内に押入水を供給し、その水圧によってオーバーショットを先端側に押入する。本実施形態では、インナーロッド２２の外周とアウターロッド２１の内周との間の隙間を通って押入水が二重管２の外に排出されるため、オーバーショットを流れに載せてスムーズに押入することができる。

水圧によりオーバーショットの円筒状の先端をコアバレルヘッド６のスライド管固定用ラッチ６４の後端側に嵌め入れる。これにより、スライド管固定用ラッチ６４の溝付き腕部材６４１は、オーバーショットの先端縁部により内方向に押されて、弾性材６４３の付勢力に抗して内方向に傾倒する。このとき溝付き腕部材６４１の後端側が湾曲しているため、スムーズに傾倒させることができる。スライド管固定用ラッチ６４を傾倒させることで係合凹溝部６４５がラッチ解除用スライド管６３の係止用凸部６３２から外れる。つまりラッチ解除用スライド管６３との係合状態を解除する。これによりラッチ解除用スライド管６３が先端方向にスライド可能な状態になる。

次のラッチ傾倒防止部解除工程（Ｓ５）は、係合状態が解除されたラッチ解除用スライド管６３を先端側に押してメインシャフト６１の外周面に沿って軸方向先端側にスライドさせることによりラッチ傾倒防止部６３４を軸方向先端側に移動させてインナー固定用ラッチ６２に対する当接状態を解除する工程である。

ラッチ傾倒防止部解除工程（Ｓ５）におけるウォータースイベル３は、インナーロッド２２内に押入水を供給し、その水圧によってラッチ解除用スライド管６３をオーバーショットとともに水圧により先端側に押す。本実施形態におけるラッチ傾倒防止部６３４は、ラッチ解除用スライド管６３に一体的に連結されているため、連動して軸方向先端側に移動する。これによりラッチ傾倒防止部６３４がインナー固定用ラッチ６２における一対の爪付き腕部材６２１，６２１の間から先端側に移動し、インナー固定用ラッチ６２に対する当接状態が解除される。

次のインナー固定用ラッチ解除工程（Ｓ６）は、スライドされるラッチ解除用スライド管６３によりインナー固定用ラッチ６２を付勢力に抗して内方向に傾倒させてインナーロッド２２の係止溝２６から解除する工程である。

本実施形態ではラッチ解除用スライド管６３の傾倒用孔６３１の後端縁部６３５でインナー固定用ラッチ６２を傾倒する。これにより爪付き腕部材６２１が内方向に傾倒し、図４に示すように、係合爪部６２６がインナーロッド２２の係止溝２６から解除される。ラッチ解除用スライド管６３は、前記爪付き腕部材６２１の外側面６２５が後端側から係合爪部６２６にかけて緩やかに傾斜しているため、スムーズに傾倒させることができる。これにより、インナーチューブアセンブリ４は、インナーロッド２２の基端側に引っ張る動作を要することなく、インナーロッド２２内を移動可能な状態になる。

次の給排水入替工程（Ｓ７）は、ウォータースイベル３のそれまでの給排水口３１ａ、３１ｂを入れ替える工程である。具体的には、インナーロッド２２に連結された給排水口３１ａから給水ホースを取り外して排水口とし、アウターロッド２１と連結された給水口３１ｂに給水ホースを取り付けて給水口にする。これにより二重管２内の水の流れは掘削工程（Ｓ１）からラッチ傾倒防止部解除工程（Ｓ５）までとは逆方向になる。

次のインナーチューブアセンブリ回収工程（Ｓ８）は、インナー固定用ラッチ解除工程（Ｓ６）によってインナーロッド２２との固定が解除されたインナーチューブアセンブリ４を水圧によって二重管２の基端側へと押し戻して回収する工程である。具体的には、アウターロッド２１側と連結された給排水口３１ｂから回収水を注入する。回収水は、アウターロッド２１の内周面とインナーロッド２２の外周面との間の隙間から先端側に流れ、インナーロッド２２の採取口２５から流入する。回収水はその水圧によってインナーチューブアセンブリ４を前記二重管２の基端側へと押し戻す。

このとき回収水はインナーロッド２２の周囲にはアウターロッド２１があるため地中に流出することがなく、仮に掘削面が礫などの透水性の高い地層であったとしても開口面積は少ないため殆どの回収水はインナーロッド２２内に流入する。よって、インナーロッド２２内のインナーチューブアセンブリ４に強い水圧がかかり確実に基端側に押し戻し、回収することができる。

基端側に押し戻されたインナーチューブアセンブリ４は、インナーロッド２２から抜き取り、インナーチューブ５内に取り込まれた地質試料を回収し、地質試料の採取を終了する。

以上のような本実施形態の地質試料採取方法によれば、以下の効果を奏することができる。
１．地質試料をインナーロッド２２に直接流入させずに、インナーチューブアセンブリ４に採取させて回収することで地質試料がインナーロッド２２内に詰まることがないため、掘削する深さに関わらず確実に地質試料を採取することができる。
２．インナーチューブアセンブリ４の回収時にインナーロッド２２の外周にアウターロッド２１があることで、回収水が地中に流出せず、強い水圧で基端側に押し戻すことができるため、地盤の状態にかかわらず確実に地質試料を採取することができる。
３．本願の出願人の発明したインナーチューブアセンブリ４を用いることで、垂直方向のみならず、トンネル工事に必要な水平や僅かな勾配があるような場合であってもウォータースイベル３による水圧だけでインナーチューブアセンブリ４の固定、解除および回収を行うことができる。
４．インナーロッド２２の抜き取りや他の部品との交換の必要が無く、インナーチューブアセンブリ４の固定および解除と、回収とはウォータースイベル３の給排水の入れ替えによって簡単に切り替えることができるため、掘削作業から地質試料の回収作業まで、効率よく作業を行うことができる。

なお、本発明に係る地質試料採取方法は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜変更することができる。例えば、地質試料採取工程（Ｓ３）において、インナーチューブ５に地質試料が流入しにくいときには、ウォータースイベル３の給排水を入れ替え、アウターロッド２１側に給水することで、地質試料が給水された水とともにインナーチューブ５内に流入するようにしてもよい。

１二重管掘削装置
２二重管
３ウォータースイベル
４インナーチューブアセンブリ
５インナーチューブ
６コアバレルヘッド
２１アウターロッド
２２インナーロッド
２３アウタービット
２４インナービット
２５採取口
２６係止溝
３１ａ、３１ｂ給排水口
５１採取口
６１メインシャフト
６２インナー固定用ラッチ
６３ラッチ解除用スライド管
６４スライド管固定用ラッチ
６１１チューブ連結部
６１２先端シャフト部
６１３後端シャフト部
６１４係合部
６１５ベアリング
６１６第一ラッチ収容孔
６１７傾倒防止部収容孔
６１８スライド管用付勢部材
６１９第二ラッチ収容孔
６２０係合凸部
６２１爪付き腕部材
６２２支持軸
６２３弾性材
６２４軸孔
６２５外側面
６２６係合爪部
６３１傾倒用孔
６３２係止用凸部
６３３付勢部材係止用凸部
６３４ラッチ傾倒防止部
６３５後端縁部
６３６連結孔
６３７板ばね
６４１溝付き腕部材
６４２支持軸
６４３弾性材
６４４軸孔
６４５係合凹溝部

Claims

アウターロッドおよびインナーロッドからなる二重管により地中を掘削する二重管掘削装置を用いた地質試料採取方法であって、
ウォータースイベルによって前記インナーロッドの基端側から掘削水を供給し、かつ前記アウターロッドの内周面と前記インナーロッドの外周面との間の隙間を通って戻る前記掘削水を基端側から排水するとともに、前記二重管掘削装置によって前記二重管を回転および前進させて、地質試料を採取する深さまで地中を掘削する掘削工程と、
インナーチューブアセンブリを前記インナーロッドの基端側から挿入し、かつ前記ウォータースイベルによって供給される押入水の水圧によって先端側の所定位置まで押入することで、付勢力によって自動的に拡開するインナー固定用ラッチを前記インナーロッドの内壁面の係止溝に係合させて前記インナーチューブアセンブリを固定するインナーチューブアセンブリ固定工程と、
前記二重管掘削装置によって前記二重管を回転および前進させて、掘削された地質試料を先端から流入させて前記インナーチューブアセンブリ内に採取する地質試料採取工程と、
オーバーショットを前記インナーロッドの基端側から挿入し、前記ウォータースイベルによって供給される押入水の水圧によって押入することで、前記インナーチューブアセンブリのスライド管固定用ラッチを傾倒させてラッチ解除用スライド管との係合状態を解除するスライド管固定用ラッチ解除工程と、
係合状態が解除された前記ラッチ解除用スライド管を前記ウォータースイベルによる押入水の水圧により先端側に押してメインシャフトの外周面に沿って軸方向先端側にスライドさせることにより、ラッチ傾倒防止部を軸方向先端側に移動させて前記インナー固定用ラッチに対する当接状態を解除するラッチ傾倒防止部解除工程と、
スライドされる前記ラッチ解除用スライド管により前記インナー固定用ラッチを付勢力に抗して内方向に傾倒させて前記係止溝から解除するインナー固定用ラッチ解除工程と、
前記ウォータースイベルの給水と排水とを入れ替える給排水入替工程と、
前記ウォータースイベルによって前記アウターロッドと前記インナーロッドの間の隙間に回収水を注入し、先端から前記インナーロッド内を通って基端側に戻る前記回収水の水圧によって前記インナーチューブアセンブリを前記インナーロッドの基端側に押し戻して回収するインナーチューブアセンブリ回収工程と
を有する前記地質試料採取方法。