JP7289022B1

JP7289022B1 - 口元管および口元管埋設方法

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Publication number: JP7289022B1
Application number: JP2023040603A
Authority: JP
Inventors: 茂宮古
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2023-03-15
Filing date: 2023-03-15
Publication date: 2023-06-08
Anticipated expiration: 2043-03-15

Abstract

【課題】セメントミルクを用いずに掘削孔の口元に強固に固定され、地下水の水圧によって地中から押し出されるのを防ぐことができる、口元管、口元管埋設方法およびこれらに用いられる口元管保持リングを提供する。【解決手段】掘削孔Ｈの口元から所定の深さまで連結される複数本の円管２によって構成されており、各円管２のうち少なくとも１本が、一端部に複数本のスリット３１１と各スリット３１１間に形成された複数枚の拡開片３１２とを有するスリット部３１を備えたスリット管３であるとともに、各円管２のうちスリット管３のスリット部３１側に連結される他の１本が、スリット管３におけるスリット部３１に押入されて拡開片３１２を押し拡げる先細状のテーパー部４１を備えたテーパー管４である。【選択図】図１

Description

本発明は、地盤に開口した掘削孔の口元の地盤が崩壊するのを防止するための口元管、口元管埋設方法およびこれらに用いられる口元管保持リング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その後の掘削作業がスムーズになる。

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、地中を掘削する掘削装置を用いる方法があり、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。

しかしながら、地質試料の採取中に、掘削孔の口元が崩壊してサンプラを貫入させられなくなったり、引き上げることができなくなったりすることがある。そこで、掘削孔の口元に口元管と呼ばれる管を埋設し、口元の地盤崩壊を防ぐ工事が行われる。

また、地質試料を採取した後の口元管は、口元側にバルブなどを設けて、地盤から湧き出る地下水の排出口として利用される。このとき、地下水の水圧によって、口元管が地中から押し出されないように掘削孔と口元管との間にセメントミルクを注入し、硬化させることで前記口元管を地盤に固定している。

特開２００７－７０８７０号公報

しかしながら、トンネル工事における地質試料を採取するための掘削孔は地盤に対して略水平方向に掘削する。そのため注入したセメントミルクが硬化する前に重力によって下方に流れ落ち、上方側に隙間ができるなどして地盤に固定する力が不十分になるという問題がある。固定力が不十分な場合は、地下水の水圧によって、口元管が地中から押し出されてしまう被害に繋がる。

本発明は、以上のような問題点を解決するためになされたものであって、セメントミルクを用いずに掘削孔の口元に強固に固定され、地下水の水圧によって地中から押し出されるのを防ぐことができる、口元管、口元管埋設方法およびこれらに用いられる口元管保持リングを提供することを目的としている。

本発明に係る口元管は、口元管を掘削孔の口元に強固に固定させるという課題を解決するために、掘削孔の口元の地盤が崩壊するのを防止するために前記口元に埋設される口元管であって、前記口元から所定の深さまで連結される複数本の円管によって構成されており、前記各円管のうち少なくとも１本が、一端部に複数本のスリットと前記各スリット間に形成された複数枚の拡開片とを有するスリット部を備えたスリット管であるとともに、前記各円管のうち前記スリット管のスリット部側に連結される他の１本が、前記スリット管における前記スリット部に押入されて前記拡開片を押し拡げる先細状のテーパー部を備えたテーパー管である。

また、本発明の一態様として、口元管を掘削孔に押し込む途中で拡開片が拡開してしまうのを防ぐという課題を解決するために、最先端の前記円管は、前記掘削孔に押し込まれるときに挿入される押込用棒材の先端を係止可能に内方へ突出された係止突出部を備える押込管であってもよい。

さらに、本発明の一態様として、地質試料の採取などを行った後に地下水の排水口として利用できるようにするという課題を解決するために、前記各円管のうち少なくとも１本が、地下水を管内部に集水する集水孔を備えた集水管であってもよい。

また、本発明の一態様として、地質試料の採取などを行った後に地下水の排水口として利用するときの漏水を防ぐという課題を解決するために、前記各拡開片の基端部側における内周面には、前記テーパー管のテーパー部の先端と前記内周面との間の水密状態を保持する環状パッキンが設けられていてもよい。

本発明に係る口元管保持リングは、口元管を掘削孔に押し込む際にスリット管とテーパー管との距離が離れて脱落するのを防止するという課題を解決するために、前記口元管を前記押込用棒材に保持させる口元管保持リングであって、前記押込用棒材の任意の位置に着脱可能なリング本体と、前記リング本体の先端側において前記口元管と前記押込用棒材との間の隙間に挿入可能に一段細く形成されたセンタリング部とを有する。

本発明に係る口元管埋設方法は、口元管を掘削孔の口元に強固に固定させるという課題を解決するために、前記口元管を掘削孔の口元に埋設する口元管埋設方法であって、地盤に掘削孔を掘削する掘削孔掘削工程と、前記掘削孔の口元に前記口元管を押し込む口元管押込工程と、前記掘削孔に押し込まれた前記口元管の後端側を押し、前記テーパー部により前記スリット部の前記拡開片を押し拡げて前記口元管を前記地盤に固定する口元管固定工程とを有する。

本発明に係る口元管埋設方法は、口元管を掘削孔の口元に強固に固定させるとともに、口元管を掘削孔に押し込む途中で拡開片が拡開したり、スリット管からテーパー管が脱落するのを防止するという課題を解決するために、前記口元管を掘削孔の口元に埋設する口元管埋設方法であって、地盤に掘削孔を掘削する掘削孔掘削工程と、前記押込用棒材を前記口元管に挿入し前記押込用棒材の先端を前記係止突出部に係止させるとともに、請求項５に記載された口元管保持リングを、そのセンタリング部が前記口元管と前記押込用棒材との間の隙間に配置され、かつ前記押込用棒材に固定し、前記口元管を前記押込用棒材に保持させる口元管保持工程と、前記押込用棒材に保持された前記口元管を前記掘削孔の口元に押し込む口元管押込工程と、前記掘削孔に押し込まれた前記口元管の後端側を押し、前記テーパー部により前記スリット部の前記拡開片を押し拡げて前記口元管を前記地盤に固定する口元管固定工程とを有する。

本発明によれば、セメントミルクを用いずに掘削孔の口元に強固に固定され、地下水の水圧によって地中から押し出されるのを防ぐことができる。

本発明に係る口元管の一実施形態を示す斜視図である。本実施形態におけるスリット管およびテーパー管を示す一部断面図である。本実施形態における押込管および集水管を示す一部断面図である。本実施形態の口元管を押込用棒材に保持させた状態を示す断面図である。本実施形態における押込用棒材を備えたボーリングマシンを示す模式図である。本実施形態の口元管保持リングを示す側面図である。本実施形態の口元管埋設方法のフローを示すチャート図である。本実施形態における拡開片を地盤に食い込ませた状態を示す模式図である。

以下、本発明に係る口元管、口元管埋設方法およびこれらに用いられる口元管保持リングの一実施形態について図面を用いて説明する。

本実施形態の口元管１は、掘削孔Ｈの口元（掘削孔Ｈの入口側）に埋設される複数本の円管２によって構成されており、本実施形態では、図１に示すように、一端部にスリット部３１を備えたスリット管３と、前記スリット部３１を拡開させるテーパー部４１を備えたテーパー管４と、最先端の押込管５と、地下水を内部に集水する集水孔６１が形成された集水管６とにより構成されている。以下、各構成について詳細に説明する。

スリット管３は、一端部にスリット部３１を備えた円管２であり、口元管１の各円管２のうち少なくとも１本がこのスリット管３である。本実施形態におけるスリット管３は、図１に示すように、口元側から数えて２本目の位置に配置されている。

また、スリット管３の先端側は、図２に示すように、雄ネジが形成されており、本実施形態では、集水管６と螺合により連結可能に構成されている。

スリット部３１は、図１および図２に示すように、口元側の端部から他端部（先端側）に向かって形成された複数本のスリット３１１と、各スリット３１１間に形成された複数枚の拡開片３１２とから構成されている。本実施形態におけるスリット部３１は、１２本のスリット３１１と、１２枚の拡開片３１２により構成されている。

拡開片３１２は、後述するように、外側に屈曲することで拡開して周囲の地盤に食い込み、地下水圧（被圧）によって口元管１が掘削孔Ｈから押し出されるのを防ぐものである。拡開片３１２の長さ（スリット３１１の深さ）は、特に限定されるものでは無いが、屈曲した拡開片３１２の先端が掘削孔Ｈの地盤に食い込ませるため、円管２の直径の約０．５～１．５倍の長さに形成されることが好ましい。

また、本実施形態における拡開片３１２は、連結するテーパー管４との摩擦抵抗を増やして抜けにくくするため、内周面に梨地状または線状の細かな凹凸面となる表面加工が施されている。

さらに、本実施形態における拡開片３１２の基端近傍には、テーパー管４との連結部分の止水のための環状パッキン３１３が設けられている。本実施形態における環状パッキン３１３は、水を吸水して膨張する素材で作成されたシート状のパッキンを環状に形成したものであり、図２に示すように、拡開片３１２の基端部における内周面に貼設されている。なお、環状パッキン３１３は、本実施形態のものに限定されるものではなく、市販のゴムシートを環状に形成したものや市販のＯリングなどから適宜選択してもよい。

テーパー管４は、前記スリット部３を拡開させるテーパー部４１を備えた円管２であって、複数本の円管２のうちスリット管３のスリット部３１側に連結される円管２である。

テーパー部４１は、スリット部３１に向けて先細状に形成された部分であり、図２に示すように、先端側の外径は拡開片３１２が拡開する前のスリット部３１の内径よりも小径に形成されている。また、後端側の外径は拡開する前の拡開片３１２の内径よりも大径に形成されており、本実施形態では、スリット管３の外径と同径に形成されている。これにより、テーパー部４１が、スリット部３１に挿入されることで、後述するように、拡開片３１２が押し拡げられ、地盤に食い込むようになっている。

本実施形態におけるテーパー部４１は、拡開片３１２の内周面と同様に、摩擦抵抗を増やして抜け難くするために、図示しないが、外周面が梨地状または線状の細かな凹凸面となる表面加工が施されている。

本実施形態における口元管１は、図１に示すように、このテーパー管４を口元側から数えて１本目の位置に配置し、かつ拡開片３１２が拡開しない程度にテーパー部４１の先端をスリット部３１に挿入した状態で構成されている。

なお、テーパー管４およびスリット管３は、掘削孔Ｈの口元側に配置されていることが好ましいが、配置は特に限定されるのではなく、口元管１の中間や先端側の位置に配置してもよい。また、テーパー管４およびスリット管３の設置数は、１本ずつに限定されるものではなく、複数本設置してもよい。さらに、テーパー管４およびスリット管３の配置の順番は、口元側からテーパー管４、スリット管３の順に配置するものに限定されるものではなく。スリット管３、テーパー管４の順に配置してもよい。

押込管５は、口元管１を構成する複数本の円管２のうち最先端に配置される円管２であって、図１および図３に示すように、その内周面に係止突出部５１を備えており、口元側端部の内周面には集水管６と連結するための雌ネジが形成されている。

係止突出部５１は、口元管１を掘削孔Ｈに押し込む際に前記口元管１に挿入される押込用棒材７の先端に係止するために円管２の内周面に設けられた突起である。つまり口元管１を押し込む力を前記係止突出部５１に伝えることで、前記スリット管３の拡開片３１２に負荷をかけない状態で口元管１を所定の深さまで押し込むことができる。本実施形態における係止突出部５１は、凸形リング状に肉盛り溶接することで形成している。

なお、係止突出部５１は、リング状に限定されるものではなく、周方向に間隔を開けて形成されていてもよい。また、押込管５は、単独の円管２として構成しているが、スリット管３またはテーパー管４が最先端の円管２となる場合には、その円管２に係止突出部５１を形成して押込管５としての機能を兼ねるようにしてもよい。

集水管６は、地下水を口元管１の管内部に流入させて集水するための円管２であり、複数個の集水孔６１を備えている。本実施形態における集水孔６１は、図１および図３に示すように、長孔状に形成されている。各集水孔６１の大きさや形状は、特に限定されるものではないが、周囲の土砂が管内に侵入しない程度の大きさや形状が好ましい。また、集水孔６１には、土砂の侵入を防止するストレーナーを設けてもよい。

また、集水管６の口元側の口元側端部の内周面にはテーパー管４と連結するための雌ネジが形成されているとともに、先端側の外周面には押込管５と連結するための雄ネジが形成されている。

なお、本実施形態における集水管６は、単独の円管２として構成しているが、スリット管３、テーパー管４および押込管５のいずれかが集水孔６１を備えることで集水管６としての機能を兼ねるようにしてもよい。

次に、押込用棒材７および口元管保持リング８について説明する。

まず、押込用棒材７は、口元管１を掘削孔Ｈに押し込む際に用いられる棒材であり、前記口元管１に挿入されて押込管５の係止突出部５１に係止可能に形成されている。具体的には、押込用棒材７は、図４に示すように、口元管１において内径の最も小さいテーパー管４のテーパー部４１を通過可能で、かつ前記係止突出部５１に係止可能な外径寸法に形成されている。本実施形態における押込用棒材７は、図５に示すように、ボーリングマシンＢによって掘削孔Ｈに対し押し込みおよび引き抜き可能に構成されている。

口元管保持リング８は、口元管１を押込用棒材７で掘削孔Ｈに押し込む際に前記口元管１の口元側を押込用棒材７に保持させるためのものであり、本実施形態では、図４および図６に示すように、押込用棒材７に着脱可能なリング本体８１と、このリング本体８１の先端側に形成されるセンタリング部８２とを有する。

リング本体８１は、押込用棒材７に対して任意の位置に固定できるように複数個に分割可能に構成されている。本実施形態におけるリング本体８１は、左右２つに分解可能な約半円状に形成されており、上下端には互いをボルト止め可能なボルト固定部８１１を有している。

センタリング部８２は、押込用棒材７と口元管１との間の隙間に配置されて後端側の円管２の重さによって拡開片３１２が拡開してしまうのを防ぐものであり、その外径は口元管１の内径とほぼ同径で、かつリング本体８１に対して一段細く形成されている。

そして、口元管保持リング８は、図４に示すように、口元管１に挿入された押込用棒材７に対し、センタリング部８２が口元管１と押込用棒材７との隙間に配置し、リング本体８１の上下端部のボルト固定部８１１をボルトで締結することで前記押込用棒材７に固定される。

次に、本実施形態の口元管１および口元管保持リング８の作用について、本実施形態の口元管埋設方法とともに説明する。

本実施形態の口元管埋設方法は、図７に示すように、掘削孔Ｈを掘削する掘削孔工程と、押込用棒材７に口元管１を保持させる口元管保持工程と、口元管１を掘削孔Ｈに押し込む口元管押込工程と、テーパー管４によって拡開片３１２を拡開させて口元管１を地盤に固定する口元管固定工程とを有する。以下、各工程について説明する。

掘削孔工程は、地盤に口元管１を挿入可能な内径の掘削孔を掘削する工程である（Ｓ１）。具体的には、掘削用のドリルビットを備えた掘削ロッドをボーリングマシンＢ等で回転させながら地盤を押し込み、掘削孔Ｈを口元管１を挿入可能な深さまたはそれ以上の深さまで掘削する。本実施形態では、トンネル工事における地質資料の採取のために、略水平方向に向けて掘削孔Ｈを掘削する。

口元管保持工程は、口元管１を押込用棒材７に保持させる工程である（Ｓ２）。具体的には、図４に示すように、押込用棒材７を口元側から口元管１に挿入し、前記押込用棒材７の先端を最先端の押込管５に形成されている係止突出部５１に係止させるとともに、口元管１の口元側に口元管保持リング８を固定する。リング本体８１は、分割可能に形成されているため任意の位置に着脱することが容易であり、素早く口元管１の口元側に設置することができる。

これにより、口元管１は、係止突出部５１と口元管保持リング８とによりスリット管３とテーパー管４との距離が一定に保たれた状態で押込用棒材７に保持される。

また、センタリング部８２は、口元管１と押込用棒材７との間の隙間に配置することで、後端部の円管２であるテーパー管４を支持し、その重さにより拡開片３１２が拡開してしまうのを防止することができる。

なお、次の口元管押込工程において、口元管１をスリット管３とテーパー管４との距離を保った状態で掘削孔Ｈに押し込むことができる場合は、口元管保持工程は省略してもよい。

口元管押込工程は、掘削された掘削孔Ｈの口元に口元管１を押し込む工程である（Ｓ３）。本実施形態では、押込用棒材７に保持された口元管１をボーリングマシンＢを用いて掘削孔Ｈに所定の深さまで押し込む。このとき押込用棒材７による押込力は係止突出部５１を介して口元管１に伝えられる。よって、最先端の押込管５が連結された他の円管２を引っ張るように押し込むことで、拡開片３１２が押込途中で拡開するのを防ぐことができる。

また、口元管１の後端側は口元管保持リング８によって保持されているため、掘削孔Ｈとの摩擦等により押込途中でスリット管３とテーパー管４との距離が一定に保たれ、スリット部３１からテーパー部４１抜け落ちてしまうことがない。

口元管固定工程は、掘削孔Ｈの所定の深さまで押し込まれた口元管１の後端側を押し、テーパー部４１で拡開片３１２を押し拡げて当該拡開片３１２を地盤に食い込ませ、口元管１を地盤に固定する工程である（Ｓ４）。

具体的には、テーパー管４をスリット管３側に押すことで、先細状のテーパー部４１がスリット部３１に押入される。拡開片３１２は、テーパー部４１に押されて徐々に拡開し、図８に示すように、地盤に食い込む。これにより口元管１は、セメントミルクを使用しなくても掘削孔Ｈの口元に固定される。

テーパー部４１は、先端をスリット部３１より奥まで押し入れ、スリット管３に嵌着させる。本実施形態におけるテーパー部４１の外周面および拡開片３１の内周面に施された凹凸状の表面加工によって、摩擦抵抗が増加し水圧で押し出されるのが防止される。

このように口元の固定された口元管１は、掘削孔Ｈにおける口元の地盤の崩壊を防止する。これにより、地質試料の採取を安全かつ確実に行うことができる。

地質試料を採取した後の口元管１は、地盤から湧き出る地下水の排出口として利用することができる。このとき口元管１は、セメントミルクにより固定されていないため、先端の開口のみならず集水管６の集水孔６１からも地下水を集水することができる。

また、環状パッキン３１３は、スリット管３とテーパー管４との接続部を止水し集めた地下水の漏水を防ぐことができる。

以上のような本実施形態によれば、以下の効果を奏することができる。
１．拡開片３１２が地盤に食い込むことで、口元管１を掘削孔Ｈの口元に強固に固定し、地下水圧による抜け出すのを防止することができる。
２．固定にセメントミルクを用いないため、硬化する時間を要せず、口元管１の後端側を押して拡開片３１２を拡開させるという簡単な作業で、確実に固定することができる。
３．最先端の押込管５における係止突出部５１に押込用棒材７を係止させて押し込むことで、押し込み途中で拡開片３１２が拡開してしまうのを防ぐことができる。
４．口元管保持リング８が最先端に押込管５を配置した口元管１の後端側を保持しているため、スリット管３とテーパー管４との距離が一定に保たれており、押込時に地盤から受ける摩擦抵抗によりテーパー部４１がスリット部３１から抜け落ちるのを防止することができる。
５．地質試料の採取などを行った後に地下水の排水口として利用する際には、集水管６によりセメントミルクにより固定されていない外側の地盤から地下水を集水することができる。
６．環状パッキン３１３によりスリット管３とテーパー管４との接続部分から集水した地下水が漏水するのを防止することができる。

なお、本発明に係る口元管、口元管埋設方法およびこれらに用いられる口元管保持リングは、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、スリット管３は、テーパー管４よりも口元側（口元管１の後端側）に配置してもよい。また、各円管２の連結構造は、ネジ構造に限定されるものではなく、嵌着や溶着などにより連結してもよい。さらに、掘削孔掘削工程において掘削孔Ｈを掘削する方向は略水平方向に限定されるものではなく、垂直方向や水平に対して傾斜した斜め方向など、適宜応用することが可能である。

１口元管
２円管
３スリット管
４テーパー管
５押込管
６集水管
７押込用棒材
８口元管保持リング
３１スリット部
４１テーパー部
５１係止突出部
６１集水孔
８１リング本体
８２センタリング部
３１１スリット
３１２拡開片
３１３環状パッキン
８１１ボルト固定部
Ｈ掘削孔
Ｂボーリングマシン

Claims

掘削孔の口元の地盤が崩壊するのを防止するために前記口元に埋設される口元管であって、
前記口元から所定の深さまで連結される複数本の円管によって構成されており、
前記各円管のうち少なくとも１本が、一端部に複数本のスリットと前記各スリット間に形成された複数枚の拡開片とを有するスリット部を備えたスリット管であるとともに、
前記各円管のうち前記スリット管のスリット部側に連結される他の１本が、前記スリット管における前記スリット部に押入されて前記拡開片を押し拡げて地盤に食い込ませる先細状のテーパー部を備えたテーパー管である、前記口元管。
最先端の前記円管は、前記掘削孔に押し込まれるときに挿入される押込用棒材の先端を係止可能に内方へ突出された係止突出部を備える押込管である、請求項１に記載の口元管。
前記各円管のうち少なくとも１本が、地下水を管内部に集水する集水孔を備えた集水管である、請求項１または請求項２に記載の口元管。
前記各拡開片の基端部側における内周面には、前記テーパー管のテーパー部の先端と前記内周面との間の水密状態を保持する環状パッキンが設けられている、請求項１または請求項２に記載の口元管。
最後端の前記円管の口元側に、前記押込用棒材の任意の位置に着脱可能なリング本体と、前記リング本体の先端側において前記口元管と前記押込用棒材との間の隙間に挿入可能に一段細く形成されたセンタリング部とを有する口元管保持リングを備えた、請求項２に記載の口元管。
請求項１に記載された口元管を掘削孔の口元に埋設する口元管埋設方法であって、
地盤に掘削孔を掘削する掘削孔掘削工程と、
前記掘削孔の口元に前記口元管を押し込む口元管押込工程と、
前記掘削孔に押し込まれた前記口元管の後端側を押し、前記テーパー部により前記スリット部の前記拡開片を押し拡げて前記口元管を前記地盤に固定する口元管固定工程と
を有する前記口元管埋設方法。
請求項５に記載された口元管を掘削孔の口元に埋設する口元管埋設方法であって、
地盤に掘削孔を掘削する掘削孔掘削工程と、
前記押込用棒材を前記口元管に挿入し前記押込用棒材の先端を前記係止突出部に係止させるとともに、最後端の前記円管の口元側における口元管保持リングを、そのセンタリング部が前記口元管と前記押込用棒材との間の隙間に配置され、かつ前記押込用棒材に固定し、前記口元管を前記押込用棒材に保持させる口元管保持工程と、
前記押込用棒材に保持された前記口元管を前記掘削孔の口元に押し込む口元管押込工程と、
前記掘削孔に押し込まれた前記口元管の後端側を押し、前記テーパー部により前記スリット部の前記拡開片を押し拡げて前記口元管を前記地盤に固定する口元管固定工程と
を有する前記口元管埋設方法。