JPH03197789A - 高品質地質試料採取装置と同方法 - 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、外管を回転させながら押下し、その外管の下
端のビットと内管の下端のシューで地層を掘削すること
により、内管または内管に嵌装しであるサンプル収納管
を地層中に圧入し、それに高品質の試料を進入させるよ
うにした高品質地質試料採取方法とその装置の改良に関
するものである。

【従来の技術】

この種の装置では、大礫等を混入しない地盤ではサンプ
ル収納管への試料の進入は、当該地層が内管の下端のシ
ューで剪断されることによって行われるものであるが、
特に砂層の場合等にはシューによる剪断力を受けること
により体積が膨張して密度が小さくなり、土粒子の配列
状況等の構造組織が若干乱された状態の試料が進入する
ことになり、その採取試料は完全な不撹乱試料とはいえ
なくなる欠点がある。 この欠点を回避する技術として、本出願人会社は、既に
特公昭６２−６１７３０号公報記載のものを開発提供し
ている。 特公昭６２−６１７３０号公報記載の装置を第５図によ
り説明する。 １は、ボーリングロッド２の下端に固着の外管用ヘッド
３に上端を螺合しかつ下端にビット４を螺合させた外管
、６は、外管用ヘッド３にヘアリング７によって相対的
に回転する状態に装架した内管用ロッド８の下端に固着
した内管用ヘッド９に上端を螺合しかつ下端にシュー１
０を螺合させた内管で、そのシュー１０の尖端は外管１
の上記ビット４より外方に延出している。 １１は内管６に嵌合内装した金属または合成樹脂製の円
筒体たるサンプル収納管、１２はピストンで、それは内
管用ロッド８と内管６内に上下端を位置させて内管用ヘ
ッド９に摺動自在に貫通支承させたピストンロッド１３
の下端に固着している。 この装置は、ピストン１２をシュー１０内に降下位置さ
せたときにおいて、内管６内さらに具体的にはサンプル
収納管１１内に用水を充満封入して機能させるピストン
押え機構を備え、該装置を慣行の方法手段にしたがい当
該地層に圧入すると、ピストン１２に上向きの力が加わ
って内管６内の水圧が上昇し、それが水圧調整弁１４の
設定圧力以上になるのにともない対応する量の用水を水
圧調整弁１４を通し外管１内に流出させながら、ピスト
ン１２が相対的に上昇し、サンプル収納管ｌｌ内に試料
を進入させるもので、この試料には、進入中常に水圧！
ｌ！ｉ整弁１４で設定しである圧力がピストン１２を介
して作用するから、当該地層にシュー１０による剪断力
を受けても体積膨張を起こすようなことなく、したがっ
て、自然状態の試料を採取できるとされているものであ
る。 次に第３図に示したような大径の礫（シューの径の１／
４〜１／３程度より大きな径の礫）を混入する地盤では
シューの刃先で地盤を剪断することは困難となり、この
場合は回転するビット２３によって、その下端に当接し
た礫を切削して装置を地中に圧入しな（ではならないが
、この時、次のような問題がある。 すなわち、ビット２３の下に当接した礫５３はビット２
３の回転力により、円周方向の力を受けて動こうとする
。その結果第３図のピストン３０が無かったならば礫５
４は容易に上方に持ち上げられて、礫５３に対する側方
拘束力が消滅するため、礫５３は転勤を生じビット２３
による切削が不可能となる。 この問題を解決する技術として本出願人会社は実開平１
−１０２８４５号公報記載のものを開発提供している。 実開平１−１０２８４５号公報記載のものは、内管下端
のシューを外管下端のビットの外方に延出していないこ
と、及びピストン押え機構が用水式でないこと等におい
て、上記した特公昭６２６１７３０号公報記載のものと
相違するが、内管下端のシュー内にピストンを位置させ
、進入する試料に、ピストン押え機構に設定しである圧
力を常に作用させることは特公昭６２−６１７３０号公
報記載のものと変わるところがない。 ただし、この装置の主目的は大径の礫を混入する地盤に
おいて、第３図に示した礫５４を上から押え付けること
により、礫５３をビット２３によって切削し試料を円滑
容易に装置内に進入させることにある。

【発明が解決しようとする課題】

上記装置による地質試料採取には、地上に設置したボー
リング機によって所要の回転と下向きの圧力を加えなが
ら該装置を地層中に圧入していくもので、その場合、ビ
ットを冷却するとともに切屑（スライム）を排出するた
めに、ボーリング用流体として例えば水（あるいは水に
ヘントナイトを混合した泥水）を地上のポンプで送給し
、内管のシューの内向きの鋭利な外周面と外管のビット
の内周面との間に形成の隙間から噴出させる（第５図矢
印参照）が、特に礫混じり層においては、サンプリング
しようとしている対象地層の礫と礫との間にある砂、粘
土、シルトあるいはその混合物であるマトリックスを、
上記ボーリング用流体で洗い出しスライムと一緒に排出
してしまうため、上記のように折角ピストン押え機構で
設定の圧力を作用させながらサンプル収納管内に取り入
れた試料も、その粒度組成を必ずしも自然のままとはし
ていないという問題がある。 また、ある程度風化した岩盤の試料採取でも同様な問題
がある。この場合一部の未風化部分は硬いので上記の礫
に相当し風化が進んだ部分はマトリックスに相当する。 本発明の目的はかかる問題を解消することにある。

【課題を解決するための手段】

本発明高品質地質試料採取方法は、ビット２３を有する
外管２０とシュー２８を存する内管２４とを備えた装置
を、その外管２０を回転させながら下向きの圧力を加え
て上記ビット２３及びシュー２８により地層を掘削しつ
つ、該地層に圧入し、ピストン押え機構で所定の圧力に
設定されたピストンに抗して、上記内管２４に内装のサ
ンプル収納管２９．２９’内に試料を進入させる地質試
料採取方法において、ボーリング用流体として泡混入圧
搾空気を使用し、それを、ビット２３に設けた複数の噴
出孔３４からその斜め下外方に向かって噴出したあと上
昇流になるように噴出させるものである。 また、本発明高品質地質試料採取装置は、上端を外管用
ヘッド２２に螺合し下端にビット２３を螺合している外
管２０と、上端を内管用ヘンド２７に螺合し下端にシュ
ー２８を螺合している内管２４とが回転自在に結合する
とともに、内管２４に嵌装したサンプル収納管２９．２
９’、シュー２８内を摺動するピストン３０、及び該ピ
ストン３０の下面に当接する試料に設定圧力を作用させ
るピストン押え機構を備え、上記ビット２３には、その
内側上部から外側下部に向かう複数の噴出孔３４を斜設
し、かつ、該ビット２３の下端内周面を上記シュー２８
の尖端外周面との間に極く微細な間隙を形成する位置に
近接形成してなる。 上記において、ピストン押え機構としては、ピストン３
０の上面に水圧を作用させる構造であってかつ水圧調整
弁を備えたもの、あるいはピストンロンド３１に摩擦パ
ツキン４９で摩擦力を加える構造であってかつその摩擦
力を調整するパツキン押え５０を備えたものとすること
ができ、これらによれば、構成が簡単であるとともに作
動が確実である。

【作用】

本発明方法によれば、サンプル収納管内に、ピストン押
え機構に設定した圧力に抗して試料を進入させるから、
当該地層にシューによる剪断力が加わってもその体積を
膨張するようなことなく、また大礫混しり地盤において
も大礫を容易に切削して円滑に試料を進入させることが
可能である。 その上、ボーリング用流体として泡混入圧搾空気を使用
し、それを、ビットに設けた複数の噴出孔からその斜め
下外方に向かって噴出したあと上昇流になるように噴出
させるので、試料として採取しようとしている孔底下す
なわちピストンの下方地層に、その粒度組成を変える程
にその泡混入圧搾空気を流出入させることがなく、した
がって、当該対象地層のマトリックスを洗い出しスライ
ムと−緒に排出してしまうようなことがなく、自然状態
のままの試料を採取することができるものである。 また、本発明装置によれば、上記本発明方法の実施を簡
単な構成により確実に行うことができるものである。

【実施例】

第１図は第１実施例を示すもので、その構成は次のとお
りである。 ２０は外管で、それは、ボーリングロッド２１の下端に
取り付けた外管用ヘッド２２に上端を螺合しかつ下端に
ビット２３を螺合している。 ２４は内管で、それは、外管用ヘッド２２の縦設空処２
２’内にヘアリング２５によって相対的に回転する状態
にして装架した内管用ロッド２６の下端に固着した内管
用ヘッド２７に上端を螺合しかつ下端にシュー２８を螺
合している。 そのシュー２８の尖端は上記ビット２３より外方に僅か
に延出している。 ２９は内管２４に嵌合内装した金属あるいは合成樹脂製
の筒体であるサンプル収納管、３０はピストンで、それ
は、上下端を内管２４内と内管用ワンド２６内とに位置
させて内管用ヘッド２７に摺動自在に貫通支承させたピ
ストンロッド３１の下端に固着している。 この装置を使用するに当たっては、外管２０を外管用ヘ
ッド２２から取り外し、かつ、ピストン３０をシュー２
８内に降下位置させた状態にし、内管用ヘッド２７の注
水孔３３から内管２４内さらに具体的にはサンプル収納
管２９内に用水を入れ、その注水孔３３を所要のプラグ
３３′で閉じるとともに、水抜き孔３２に所定の圧力に
設定した水圧調整弁３２′を取り付け、上記外管２０を
外管用ヘッド２２に再び螺合する。 したがって、上記プラグ及び水圧調整弁並びに用水を収
容する内管２４内及びサンプル収納管２９内は一種のピ
ストン押え機構を構成するもので、本装置を当該地層に
圧入すると、ピストン３０は、水圧が上記設定圧力より
小さいときは動かないが、装置全体にかかる上方からの
押圧力によって水圧が上記設定圧力以上に達すると、水
圧調整弁を通じて用水が抜は出し、ピストン３０はその
分だけ上昇することになる。 すなわち、本装置が地中に押入されるときは、サンプリ
ングされる試料の上面に常に上記設定圧力が加わってい
ることになり、そのために、前述のグイレタンシー現象
が防止され試料が撹乱する度合いは軽減される。 ところで、外管２０に螺合した上記ビット２３は、内側
上部から外側下部に向かって斜設された複数の噴出孔３
４を有するとともに、該ビット２３の下端内周面を、上
記シュー２８の尖端外周面との間に極く微細な間隙を形
成する位置に近接形成している。 これによって、地上の機器から供給された所要のボーリ
ング用流体は、ボーリングロッド２１内、外管用ヘッド
２２内の通路２２′、外管２０と内管２４の間の通路３
５を通じ、その大部分が上記噴出孔３４から外管２０の
斜め下の外方に向かって噴出したあと上昇流となり（第
１図矢印参照）、一部がビット２３の下端内周面とシュ
ー２８の尖端外周面との間の微細間隙から真下方向に噴
出することになるようにしである。 したがって、試料として採取しようとしている孔底下す
なわちピストン３０の下方地層に、その粒度組成を変え
る程のボーリング用流体を流入出させてしまうようなこ
とがないものである。 ３６は、内管用ロンド２６の上側において上記縦設空処
２２′に収容したボールバルブ、３７は外管用ヘッド２
２に設けた空気抜き孔で、ピストン３０が上昇すること
によりピストンロッド３１が内管用ロッド２６内に進入
したとき、その中の空気がボールバルブ３６を開き空気
抜き孔３７を通って排出されるようにしである。 ３８は内管用ロッド２６と外管用ヘッド２２とノ間に介
装したパツキン、３９はピストン３０の外周に嵌着した
パツキン、４０はピストンロッド３１と内管用ヘッド２
７との間に介装したパンキン、４１は同じくピストンロ
ッド３１と内管用ヘッド２７との間に介装したボールコ
ーンクランプで、このボールコーンクランプ４１によっ
て、ピストンロッド３１の上摺動、したがってピストン
３０の上昇は許容されるが、その反対方向への摺動を阻
止するようにしである。 このため、上動しているピストン３０を所要の位置に下
動させるには、本装置の天地を逆にして上記ボールコー
ンクランプ４１の機能を解除する必要がある。 上記構成の本装置ａによる試料の採取は、第２図に例示
するように、下端に該装置ａを取り付けたボーリングロ
ッド２１を地上に設置したボーリング機４２に装着し、
そのボーリングロッド２１にボーリング機４２によって
所定の回転と下向きの圧力を加えて、装置ａをボーリン
グ孔の底部に圧入することによって行われるものである
。 その場合、メインコンプレッサー４３とボーリングロッ
ド２１をエアーホース４４で接続するとともに、その途
中に、発泡用コンプレッサー４５及び泡発生装？１！４
６に接続した発泡用エアホース４７を連結して、本装置
ａに泡混入圧搾空気を送給する。 その泡混入圧搾空気は、大部分がビット２３の噴出孔３
４から外管２０の斜め下の外方に向かって噴出したあと
上昇流となって（第１図矢印）、ビット２３の冷却を効
果的に行うとともに発生するスライムを的確に排出する
ものであり、試料として採取しようとしている孔底下す
なわちピストン３０の下方地層に、その粒度組成を変え
るような作用をすることがない。 したがって、自然状態のままの試料を採取することがで
きるものである。 第３図の第２実施例は、内管２４の下端のシュー２８を
外管２０の下端のビット２３の外方に延出することなく
、シュー２８の下端をビット２３の下端よりご（僅か引
っ込めであること、及びピストン押え機構が用水式でな
いことにおいて上記第１実施例の装置ａと相違するが、
内管２４の下端のシュー２８内にピストン３０を位置さ
せ、進入する試料に、ピストン押え機構に設定しである
圧力を常に作用させることによって、当該地層にンユー
２８による剪断力が加わっても体積が膨張しないように
し、自然状態の試料を採取できるようにしたものである
ことにおいては、上記第１実施例と変わるところがない
とともに、大礫を混入する地盤においてはピストンによ
って試料に圧力を作用させることにより、ビット下面に
当接する大礫の転勤を防止して切削を容易にし試料が円
滑にサンプル収納管２９に進入するようになっている。 この第２実施例のピストン押え機構は、内管用ヘッド２
７に形成した下向き回想４８の中央を遣るピストンロッ
ド３１を囲繞するようにして該下向き回想４８に、合成
ゴム等で形成した摩擦パツキン４９を装填し、かつその
下向き回想４８の下面開口に係入したパツキン押え５０
によって、摩擦パンキン４９のピストンロッド３１に対
する摩擦力を適宜調整設定できるようにしているもので
ある。 したがって、第２実施例によれば、摩擦パツキン４９の
摩擦力を例えばサンプリング深さの土被り圧力に調整設
定し、第１実施例の場合と同様にして当該地層に圧入す
ると、ピストン３０は、上記設定圧力で進入してくる試
料の上面を押えながら上昇することになるもので、この
とき、泡混入圧搾空気が、その大部分を噴出孔３４から
外管２０の斜め下の外方に向かって噴出したあと上昇流
となり、ビット２３の冷却及びスライムの排出を行い、
試料として採取しようとしている孔底下すなわちピスト
ン３０の下方地層に、その粒度組成を変えるような悪影
響を与えないこと等は第１実施例の場合と同じである。 次に、第４図の第３実施例は、内管２４の下端のシュー
２８を外管２０の下端のビット２３の外方に延出しない
でやや引っ込めであること、ピストン押え機構が用水式
でないことにおいて、上記第１実施例の装置と相違し、
かつまた、両者はサンプル収納管を異にするが、内管２
４の下端のシュー２８内にピストン３０を位置させ、進
入する試料に、ピストン押え一機構に設定しである圧力
を常に作用させることによって、当該地層にシュー２８
による剪断力が加わっても体積が膨張しないようにし、
自然状態の試料を採取できるとしているものであること
においては、本第３寞施例もまた第１実施例と変わると
ころがないとともに、大礫を混入する地盤では、礫の転
勤を防いでビット２３による切削を容易にする効果を有
することにおいては第２實施例と変わるところがない。 この第３実施例と第２実施例とは、ピストン押え機構を
同しにするが、サンプル収納管を異にしている。 そこで、ピストン押え機構については第４図に同じ符号
を付して説明の重複を避けることとし、サンプル収納管
について述べる。 すなわち、第３実施例のサンプル収納管２９′は、内管
２４の下端内側に設けた環状空想５１に折畳み状態で収
納される薄層合成樹脂製の柔軟な筒体で、その上面開口
に取り付けた天板５２の中央孔をピストンロッド３１に
摺動自在に遊嵌している。 したがって、ピストン３０が上昇するのにともない天Ｗ
１．５２が上昇することによって、サンプル収納管２９
′が内管２４内を上方に伸長し、その中に試料を進入さ
せるものである。 この第３実施例によれば、第２実施例の場合と同様に、
摩擦パツキン４９の摩擦力を適宜調整設定し、同じよう
にして当該地層に圧入すると、ピストン３０は、上記設
定圧力で進入してくる試料の上面を押えながら上昇し、
かつサンプル収納管２９′を内管２４内に伸長させなが
ら試料を、そのサンプル収納管２９′に取り込むことに
なるもので、このとき、泡混入圧搾空気が、その大部分
を噴出孔３４から外管２０の斜め下の外方に向かって噴
出したあと上昇流となり、ビット２３の冷却及びスライ
ムの排出を行い、試料として採取しようとしている孔底
下すなわちピストン３０の下方地層に、その粒度組織を
変えるような悪影響を与えないこと等は第１実施例及び
第２実施例の場合と同しである。

【発明の効果】

以上に詳述したところから明らかなとおり本発明方法に
よれば次の効果を奏する。 ■　内管に内装したサンプル収納管内に、ピストン押え
機構に設定した圧力に抗して試料を進入させるから、当
該地層に上記内管の下端のシューによる剪断力が加わっ
てもその体積を膨張するようなことがない。 ■　大礫を混入する地盤においては、その大礫の転勤を
防いでこれを切削しながら装置を地中に圧入することが
できる。 ■　ボーリング用流体として泡混入圧搾空気を使用し、
しかもそれを、外管の下端のビットに設けた複数の噴出
孔からその斜め下外方に向かって噴出したあと上昇流に
なるように噴出させるので、試料として採取しようとし
ているボーリング孔底下すなわちピストンの下方地層に
、その粒度組成を変える程に泡混入圧搾空気を流出入さ
せることがない。 したがって、当該対象地層のマトリックスを洗い出しス
ライムと一緒に排出してしまうようなことがなく、粒度
組成が自然状態の試料を採取することができる。 ■　以上の総合的効果として、大礫を混入しない地盤で
も、また混入した地盤においても、その密度９組織構造
、及び粒度組成が不変の全く自然状態のままの試料が採
取できるものである。 また、本発明装置によれば、本発明方法の実施を簡単な
梼成により確実に行うことができるものである。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図は第１実施
例の縦断面図、第２図は実施状況の説明図、第３図は第
２実施例の縦断面図、第４図は第３実施例の縦断面図、
第５図は公知例の縦断面図である。 ２２・・・・・・外管用ヘッド、２３・・・・・・ビッ
ト、２０・・・・・・外管、２７・・・・・・内管用ヘ
ッド、２８・・・・・・シュ、２４・・・・・・内管、
２９．２９’・・・・・・サンプル収納管、３０・・・
・・・ピストン、３４・・・・・・噴出孔、３１・・・
・・・ピストンロッド、４９・・・・・・摩擦ハンキン
、５０・・・・・・パツキン押え。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ビットを有する外管とシューを有する内管とを備え
   た装置を、その外管を回転させながら下向きの圧力を加
   えて上記ビット及びシューにより地層を掘削しつつ、該
   地層に圧入し、ピストン押え機構で所定の圧力に設定さ
   れたピストンに抗して、上記内管内または内管に嵌装の
   サンプル収納管内に試料を進入させる地質試料採取方法
   において、ボーリング用流体として泡混入圧搾空気を使
   用し、それを、ビットに設けた複数の噴出孔からその斜
   め下外方に向かって噴出したあと上昇流になるように噴
   出させることを特徴とする高品質地質試料採取方法。 ２、上端を外管用ヘッドに螺合し下端にビットを螺合し
   ている外管と、上端を内管用ヘッドに螺合し下端にシュ
   ーを螺合している内管とが回転自在に結合するとともに
   、内管に嵌装したサンプル収納管、シュー内及びサンプ
   ル収納管内を摺動するピストン、及び該ピストンの下面
   に当接する試料に設定圧力を作用させるピストン押え機
   構を備え、上記ビットには、その内側上部から外側下部
   に向かう複数の噴出孔を斜設し、かつ、該ビットの下端
   内周面を上記シューの尖端外周面との間に極く微細な間
   隙を形成する位置に近接形成してなることを特徴とする
   高品質地質試料採取装置。 ３、ピストン押え機構が、ピストンの上面に水圧を作用
   させる構造であってかつ水圧調整弁を備えてなることを
   特徴とする請求項２記載の高品質地質試料採取装置。 ４、ピストン押え機構が、ピストンロッドに摩擦パッキ
   ンで摩擦力を加える構造であってかつその摩擦力を調整
   するパッキン押えを備えてなることを特徴とする請求項
   ２記載の高品質地質試料採取装置。