JPH02304112A - 地層の透水試験方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は地層の透水性を測定する技術に関する。更に詳
しく述べると本発明は、軸方向の貫通部を有する水圧検
出パッカーとそれに接続した気密性のチューブを用い、
ガス圧力によりチューブ内の水位を変化させる手法と、
圧力検出手段により試験区間圧力を検出する手法とを組
み合わせて、検出圧力の経時変化から透水係数を求める
技術に関するものである。

この技術は、各種の土木建築工事に先立って、あるいは
種々の科学的要求によって地層内にボーリング孔を掘削
して行う地質、地下水調査の分野において有用である。

［従来の技術］ 地層の透水係数を求めるための従来技術としてはＪＦＴ
試験と呼ばれるものがある。その概略を第６図に示す。

中心部を縦貫する通水管１０と、その外側を取り囲み両
端で固着されて加圧流体の供給により膨張可能なゴムチ
ューブ１１と、前記通水管１０の上端に設けたバルブ１
２を有するニューマチック・パッカー１３を用い、それ
に地上まで達するパイプ１４を接続してボーリング孔１
５内の所定の深さに降ろす。

バルブ１２は当初閉じた状態になっている。また前記パ
イプ１４内の水位を測定するため所定の間隔毎に多数の
電極１６を数珠状に設けた水位検出手段を挿入する。ゴ
ムチューブ１１を膨張させてボーリング孔内をバンカ一
部分で遮水状態にした後、何らかの手段により前記バル
ブ１２を開放する。すると、ボーリング孔１５のパッカ
ー１３より下部の透水性によって決まる速度でパイプ１
４内を水が上昇する。その水位を経時的に電極１６と導
電率計１７で測定する。

つまり水位がある電極に達したときに下部の電極との間
が導通状態になることを利用して、水位がその電極位置
まで達したことを検出する。

パッカー１３の上部のバルブ１２としては、トリップ・
バルブや電磁バルブが用いられ、メンセンジャーの落下
あるいは電気信号によって開放される。

［発明が解決しようとする課題］ 上記のようなＪＦＴ法は比較的精度よく、深さ数十ｍま
での地層の透水性を測定できる唯一の試験方法として利
用されてきた。しかし近年、各種の事情から、更に大き
い深度での透水性の測定が要求されるようになってきて
おり、従来方法では以下のような点で、これらの要望に
応えるには限界がある。

■パッカー上部のバルブは瞬時に開放されなければなら
ない。しかし深度が大きくなると、トリップ・バルブの
場合は機械的操作（メンセンジャーの落下）による開放
が困難になる。電磁バルブの場合は、それにくわわる圧
力が非常に大きくなるため大きな電磁力が必要となり、
それに応じてボーリング孔径を大きくしなげればならず
、また操作用のケーブルを必要とし不便である。特にボ
ーリング孔径を大きくすることは経済的に大きな不利益
となる。更に一旦ボーリング孔内にパッカーを挿入して
試験を行うと、パイプ内に水が入るため、取り出して再
度挿入し直さない限り繰り返し試験を行うことはできな
い。

■バルブはパッカー直上にあるため、バルブを開放した
瞬間、孔壁にほぼその深度の水圧に近い圧力が孔の内側
に向かって発生する。そのため孔壁が破壊されてしまう
ことがあり、精度のよい測定ができなくなる虞れがある
。

■パイプ内に挿入した数珠状の電極によって水位の変化
速度を検知できるが、電極はある間隔をおいて設けられ
ているので水位を連続的に検出することができない。従
って、特に水位の変化速度が小さいときには大きな測定
誤差が生じることになる。

本発明の目的は、上記のような従来技術の欠点を解消し
、測定深度に影響されず、繰り返し試験を行うことがで
き、地質の強弱に自在に対応できるため孔壁の破壊が生
じず、しかも連続的な測定を行うことができ、これらに
よって試験し易く、精度のよい測定結果が得られる地層
の透水試験方法及びそれに用いる装置を提供することに
ある。

［課題を解決するための手段］ 上記のような技術的課題を解決できる本発明は、軸方向
の貫通部を有する水圧検出パッカーとそれに接続した気
密性のチューブを用い、ガス圧力によりチューブ内の水
位を変化させる技術と、圧力検出手段により試験区間圧
力を直接検出する技術とを組み合わせたものである。

その概略構成を第１図Ａ−Ｃに示す。ニューマチック・
パッカー２０は、中心部を縦貫する通水管２４と、その
外側を取り囲み両端で固着されて加圧流体の供給により
膨張可能なゴムチューブ２６と、該ゴムチューブ２６の
下方の圧力を検出する圧力センサ２８　（圧力検出手段
）を有し、ボーリング孔１５内に挿入される。気密性の
チューブ２２は、下端が前記通水管２４の上部に接続さ
れ、上端が地上まで達する。該チューブ２２の上部（地
上部）には切換弁３０が設けられる。また地上には圧縮
ガス源３２が設置され、前記切換弁３０に接続される。

つまり切換弁３０によって、前記チューブ２２の連通状
態を圧縮ガス源３２側または大気側に切り換え可能にな
っている。更に前記圧力センサ２８の検出信号を、ケー
ブル３４を介して地上で受信し記録する圧力記録装置３
６が設けられる。

同図Ａに示すように、ニューマチック・パ・７カー２０
をボーリング孔１５内の試験区間ＴＺまで挿入する（換
言すれば、設置したバッカー２０よりも下方のボーリン
グ孔内が試験区間ＴＺということになる）。バッカー挿
入時は、切換弁３０は大気側に開放されており、チュー
ブ２２内は大気圧になっている。従って、チューブ２０
内の水位Ｌｔは自然地下水位Ｌｎと一致している。

次に同図Ｂに示すように、切換弁３０を圧縮ガス源３２
側に切り換えてチューブ２２内にガス圧を加える。供給
した圧縮ガスの圧力により前記チューブ２２内の水位Ｌ
ｔは押し下げられる。ガス圧を調整することにより水位
Ｌｔを所定の深さまで降下させる。その深さはバッカー
位置である必要はない。試験区間の孔壁強度などに応じ
てチューブ２２内の任意の位置に止めてよい。

そして同図Ｃに示すようにニューマチック・バッカー２
０を膨張させる。これは地上から別系統で加圧流体をゴ
ムチューブ２６内に供給することにより行う。これによ
ってボーリング孔１５はバンカ一部分で遮水状態になる
。その後、切換弁３０を操作して、チューブ２２内を大
気圧に開放する。試験区間の圧力はチューブ内水位水頭
圧より幾分高い圧力まで一旦降下するが、孔壁からの地
下水の供給に応じてチューブ内水位は上昇し、それに伴
って試験区間圧力も上昇する。その圧力の経時的変化を
圧力記録装置３Ｇによって記録する。このような試験区
間圧力の経時的変化から透水係数を求める。

［作用］ バッカー２０に付属する圧力センサ（圧力検出手段）２
８による検出値は、該圧力センサ２８から自然地下水位
Ｌｎまでの水頭圧を示す。

チューブ２２に圧縮ガスを供給すると、そのガス圧力に
よってチューブ内の水位Ｌｔは降下し、もし圧力センサ
２８で検出されるのと同じ圧力をかければ、水位は圧力
センサ２８の設置位置まで降下させることができる。

チューブ２２内の水位Ｌｔを所定深さまで下げた後、バ
ッカー２０を膨張させてボーリング孔を遮水状態にする
。圧力センサ２８による検出値は当初は膨張に伴って上
昇するが、やがて試験区間の元の本来の自然地下水圧を
示すようになる。

その後、切換弁３０を操作してチューブ２２内圧力を大
気に開放すると、試験区間圧力が大気圧よりも高いため
地下水はチューブ２２内を上昇しようとする。ここで孔
壁から水の供給が全くないとすればチューブ内水位上昇
は起こらず、圧力センサ２８による圧力検出値はチュー
ブ内水頭圧まで一瞬の間に降下するが、孔壁は一般に多
孔質であり、抵抗をもつとはいえ地下水を通すので（第
１図Ｃの矢印Ｗ参照）、チューブ内水位水頭圧より幾分
高い圧力まで一旦降下する。これは従来方法でバルブを
開放した瞬間と対応している。その後、孔壁を通して地
下水が供給される分だけ水位は上昇し、それは水頭圧と
して圧力センサ２８の検出値に反映する。

従来方法では水位上昇を直接電極で検出するが、本発明
では圧力として読み取り、その経時変化から透水係数を
算出する。その計算法は基本的には従来法と同様である
。

［実施例］ 第２図は本発明で使用するニューマチック・バッカーの
一実施例を示し、第３図はその部分拡大断面図を示して
いる。

バンカ一本体４０は、ボーリング・ロッド４２の下端に
、カップリング４４及びロッド短管４６を介して取り付
けられる。このバッカ一本体４０の構造は、中央部を通
水管２４が縦貫し、その外側をゴムチューブ２６が取り
囲み、その上下両端を下部ブロック４８と上部ブロック
５０とに固着した構造である。通水管２４の上端は上部
ブロック５０を介して前記ロッド短管４６の下端に接続
される。カップリング４４の中心貫通孔４５の上端はチ
ューブ２２に接続される。これら通水管２４、上部ブロ
ック５０゜ロッド短管４６、カップリング４４、及びチ
ューブ２２は全て０リングシール等を使用して気密的に
接続されている。

ここでチューブ２２は内径８１ｍのナイロン・チューブ
を使用しており、ボーリング・ロッド４２の側壁に形成
したスロット５２がら引き出して地上へ導くように構成
している。勿論ナイロン・チューブに限定されるもので
はなく、塩化ビニルパイプや鉄製パイプ等でもよい。気
密性を保持でき、かける圧力に対して耐圧性があり、且
つ水圧で変形しないものであるならば材質は任意に選定
してよい。チューブやパイプの径も適宜選定できる。但
し内径が８１ｍより細いと、透水係数が大きく水位上昇
速度が大きい場合には水流に対する抵抗が大きくなり、
またチューブやパイプ内圧を大気に開放する場合の減圧
に時間がかかり、誤差が大きくなるので好ましくない。

ゴムチューブ２６と通水管２４との間の空間は、上部ブ
ロック５０を貫通するガス流路５４を通して、地上から
のパッカー膨張用空気チューブ５６が連通し、それによ
ってゴムチューブ２６を膨張できるようになっている。

バッカ一本体４０の下部ブロック４８には、放射方向に
複数本の水圧検出孔５８が形成され、他方、ロッド短管
４６の外側に圧力センサ６０が設けられている。そして
前記水圧検出孔５８と圧力センサ６０との間は内部圧力
伝達チュープロ２で連結される。圧力センサ６０は、伝
達される水圧を電気信号に変換し、ケーブル３４により
地上の圧力記録装置へ送る。

圧力検出孔５８がバンカ一本体４０の下方に位置してい
るものの、装置構成上、圧力センサ６０がバッカ一本体
４０の上方に設けられているため、検出された圧力は圧
力検出孔５８での水圧に圧力センサ６０までの水頭圧が
加算されたものとなる。しかし、圧力検出孔５８と圧力
センサ６０との距離は一定であるから、その水頭圧は一
定であり、相対値としてみるならば何ら問題はない。必
要があれば、前記水頭圧を差し引くような補正を行えば
よい。また水圧検出孔５８は側方を向いて開口している
ため、通水管２４に流れ込む水流の動圧を受けることが
なく、高精度で測定できる。

なおロッド短管４６の外側は保護カバー６２で覆われ、
内部の圧力センサ６０等を保護している。

第４図及び第５図は本発明方法によって行っ、た透水試
験結果の一例である。ここで第４図はボーリング孔内の
バッカーの位置関係を示しており、第５図は得られた試
験結果である。

パッカーを膨張させるにつれて試験区間圧力は一時的に
高くなるが、やがて元の状態（自然地下水位）に戻る。

その時点で切換弁を操作しチューブ内圧を大気に開放す
る。すると試験区間圧力は低下し、その後、徐々に元の
状態に戻る。ここで孔壁からの水の供給が全くない場合
を想定すると、その場合にはチューブ内水位上昇は起こ
らず圧力検出値はチューブ内水頭圧まで一瞬の間に降下
する（符号ａで示す）はずである。そして、その後に水
の供給があれば、圧力は仮想線Ｃのような曲線を描いて
上昇することになる。し７かし実際には孔壁は多孔質で
あり、チューブ内圧を大気に開放する切換弁操作と同時
に地下水が供給されるので実線で示すような曲線を描く
。第５図で、範囲す内での圧力の経時的変化から透水係
数を算出する。

また本実施例ではその後、更に試験を行っている。この
ように本発明ではチューブ内の水位降下量を一定にして
、あるいはチューブ内の水位降下量を変化させて、繰り
返し試験を行うことができ、それによって測定精度が高
くなる。

なおこの試験にはパッカーから地上までのチューブとし
て内径３７ｍφ、外径４５鶴φの剛性パイプを使用した
。

［発明の効果］ 本発明は、従来技術のようにボーリング孔内深部にある
バルブを開放するのではなく、地上の切換弁を操作する
方法なので、パッカーの設置深度による制約はなく、ボ
ーリング孔径を大きくする必要もなく、確実に操作でき
る。また従来方法ではパッカー上部のパイプ内に水があ
る状態では試験ができないのでパッカー挿入後は１回し
か試験を行えないが、本発明ではチューブ内の水をガス
圧力で降下させるため何回でも繰り返し試験を行うこと
ができ、測定精度が向上する。

本発明では上記のようにチューブ内の水をガス圧力で降
下させるため、チューブ内にかけるガス圧力を調整する
ことによってチューブ内試験初期水位をどの位置（深さ
）にでも設定できる。このため孔壁が破壊されないよう
に、地質の強弱に自在に対応でき、測定可能な範囲が広
がる。

更に本発明では圧力検出手段によって試験区間圧力を直
接測定するため、連続的な測定ができ、透水係数が小さ
く水位変化速度が小さい場合でも、高精度の測定を行な
える。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ、Ｂ、Ｃは本発明の概略説明図、第２図はそれ
に用いるに好適なパッカーの一実施例を示す説明図、第
３図はその拡大断面図である。また第４図は本発明に基
づいて実施した透水試験におけるボーリング孔内のパッ
カー位置関係を示す説明図、第５図はそれにより得られ
た試験結果を示すグラフ、第６図は従来技術の説明図で
ある。 １５・・・ボーリング孔、２０・・・パッカー、２２・
・・チューブ、２４・・・通水管、２６・・・ゴムチュ
ーブ、２８・・・圧力センサ、３０・・・切換弁、３２
・・・圧縮ガス源、３６・・・圧力記録装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、圧力検出手段を有し軸方向に貫通部をもつニューマ
   チック・パッカーに、その貫通部と連通する気密性のチ
   ューブを接続してボーリング孔内の試験区間まで挿入し
   、圧縮ガスを供給して前記チューブ内の水位を下げた後
   、パッカーを膨張させてボーリング孔をパッカー部分で
   遮水状態にし、その後チューブ内圧力を大気に開放し、
   試験区間圧力の経時的変化から透水係数を求めることを
   特徴とする地層の透水試験方法。 ２、中心部を縦貫する通水管、その外側を取り囲み両端
   で固着されて加圧流体の供給により膨張可能なゴムチュ
   ーブ、該ゴムチューブ下方の圧力を検出する圧力検出手
   段を有し、ボーリング孔内に挿入されるニューマチック
   ・パッカーと、下端が前記通水管に接続され上端が地上
   まで達する気密性のチューブと、地上に設置した圧縮ガ
   ス源と、前記チューブの連通状態を前記圧縮ガス源側ま
   たは大気側に切り換え可能な切換弁と、前記圧力検出手
   段の検出信号を記録する圧力記録装置とからなる地層の
   透水試験装置。