JPH0749755B2 - 高品質地質試料採取装置と同方法 - Google Patents

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て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受容させるよ
うにした高品質地質試料採取装置と同方法に関するもの
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を受容する
ことになり、その採取試料は完全な不攪乱試料とはいえ
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にベアリング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
10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
を通じ外管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11内に試料を受容するもの
で、この試料には、受容中常に水圧調整弁14で設定して
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
は回転するビッド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くてはならないが、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23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54な容易に
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は転動を生じビット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62−61730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、受容す
る試料に、ピストン押え機構に設定してある圧力を常に
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
装置内に受容させることにある。

【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力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
にベ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】

本発明装置の構成は次のとおりである。 ボーリングロッドの下端に取り付けられ、ボーリング機
42により加えられる回転力と下向き圧力により地層に圧
入し、内装のピストン押え機構で所要の圧力に設定して
あるピストンに抗して試料を受容する地質試料採取装置
である。 ボーリングロッド21に上端を連繋する外管20の下端に装
着したビット23が、内側上部から外側下部に向かって傾
斜する複数の噴出孔34を有する。 その外管20内に相対回転が可能な状態に装架した内管24
の下端に装着したシュー28が、その尖端を上記ビット23
の下面とほぼ面一にして、該ビット23の内側に重合位置
している。 ピストン押え機構で所要の圧力に設定されるピストン30
が、降下位置において、その下面を上記シュー28の下端
開口面と面一にする。 ボーリングロッド21に送給した泡混入圧搾空気を、外管
20と内管24との間に形成の通路35を通じ、上記ビット23
の噴出孔34からその斜め下外方に向かって噴出させるよ
うにしてなる。 上記泡混入圧搾空気は、ボーリングロッド21とメインコ
ンプレッサー43とを接続するエアーホース44の途中に、
発泡用コンプレッサー45及び泡発生装置46に基端側を接
続した発泡用エアホース47の先端を接続してボーリング
ロッド21に送給するのが好適である。 本発明方法は、上記構成の高品質地質試料採取装置を、
ボーリング機42により加えられる回転と下向き圧力によ
り地層に圧入しながら、ボーリングロッド21に送給した
泡混入圧搾空気を、外管20と内管24との間の通路35を通
じ、上記ビット23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、所要の
圧力に設定してあるピストン30に抗して試料を受容する
ものである。

【作用】

本発明によれば、ピストン押え機構で所要の圧力に設定
されるピストンであって、降下位置において、その下面
を上記シューの下端開口面と面一にしているピストンに
抗して試料を受容させるので、その受容の最初から当該
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、また大礫混じ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。 さらに、内管のシューの尖端が外管のビットの下面とほ
ぼ面一になっているので、装置内に試料として採取しよ
うとする孔底下すなわちピストンの下方地層部分とその
外方地層部分とをシューで縁切りしつつ、ビットで外方
地層部分を掘削することができ、したがって、試料とし
て受容しようとする地層部分が乱れるのを防止しながら
所期の圧入を行うことができる。 また、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上記下方
地層部分に、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一緒に排出し
てしまうようなことながく、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。

【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。このビット23には、内側上部から外
側下部に向かって傾斜する複数の噴出孔34を設けてい
る。 24は内管で、それは、外管用ヘッド22の縦設空処22′内
にベアリング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。 シュー28は、その尖端をビット23の下面より僅かに延出
しているがほぼ面一といった状態にして、該ビット23の
内側に重合位置し、これらビット32の下端内周面とシュ
ー28の先端外周面との間に極く微細な間隙を形成してい
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はピストンである。 ピストン30は、サンプル収納管29及びシュー28内に昇降
摺動自在にして、かつ、降下位置においては該ピストン
30の下面がシュー28の下端開口面と面一になる関係にお
いて、ピストンロッド31の下端に固着している。 ピストンロッド31は、上下端を内管用ロッド26内と内管
24内とに位置させて内管用ヘッド27に摺動自在に貫通支
承されている。 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28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け出し、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、ダイレタンシー現象が防止
され試料が攪乱する度合いは軽減される。 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35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
にしてある。 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、内管用ロッド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22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
出されるようにしてある。 38は内管用ロッド26と外管用ヘッド22との間に介装した
パッキン、39はピストン30の外周に嵌着したパッキン、
40はピストンロッド31と内管用ヘッド27との間に介装し
たパッキン、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てある。 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及び泡発生装置46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の下方地層部分に、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。 次に、第３図の第２実施例は、シュー28の尖端を実際に
はビット23の下面よりごく僅か引っ込めているがほぼ面
一といった状態にしていること、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
て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動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27
に形成した下向き凹処48の中央を通るピストンロッド31
を囲繞するようにして該下向き凹処48に、合成ゴム等で
形成した摩擦パッキン49を装填し、かつその下向き凹処
48の下面開口に係入したパッキン押え50によって、摩擦
パッキン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、摩擦パッキン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
下方地層部分に、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。 さらに、第４図の第３実施例は、シュー28の尖端を実際
にはビット23の下面よりごく僅か引っ込めているがほぼ
面一といった状態にしていること、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てある圧力を
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実施例もまた第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、礫の転動を
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実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
同じにするが、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処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板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、
摩擦パッキン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の下方地層部分に、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
の場合と同じである。

【発明の効果】

以上に詳述したところから明らかなとおり、本発明によ
れば次の効果を奏する。 ピストン押え機構で所要の圧力に設定されるピストン
であって、降下位置において、その下面を上記シューの
下端開口面と面一にしているピストンに抗して試料を受
容させるので、その受容の最初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、また大礫混じ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。 内管のシューの尖端が外管のビットの下面とほぼ面一
になっているので、装置内に試料として採取しようとす
る孔底下すなわちピストンの下方地層部分とその外方地
層部分とをシューを縁切りしつつ、ビットで外方地層部
分を掘削することができ、したがって、試料として受容
しようとする地層部分が乱れるのを防止しながら所期の
圧入を行うことができる。 ボーリング用流体として泡混入圧搾空気を使用し、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上記下方地層部
分に、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一緒に排出してしま
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。

【図面の簡単な説明】

図面の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。 20……外管、21……ボーリングロッド、23……ビット、
24……内管、34……噴出孔、28……シュー、30……ピス
トン、34……メインコンプレッサー、44……エアーホー
ス、45……発泡用コンプレッサー、46……泡発生装置、
46……発泡用エアホース。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ボーリングロッドの下端に取り付けられ、
   ボーリング機により加えられる回転力と下向き圧力によ
   り地層に圧入し、内装のピストン押え機構で所要の圧力
   に設定してあるピストンに抗して試料を受容する地質試
   料採取装置であって、ボーリングロッドに上端を連繋す
   る外管の下端に装着したビットが、内側上部から外側下
   部に向かって傾斜する複数の噴出孔を有すること、その
   外管内に相対回転が可能な状態に装架された内管の下端
   に装着したシューが、その尖端を上記ビットの下面とほ
   ぼ面一にして、該ビットの内側に重合位置しているこ
   と、ピストン押え機構で所要の圧力に設定される上記ピ
   ストンが、降下位置において、その下面を上記シューの
   下端開口面と面一にする構成であること、上記ボーリン
   グロッドに送給した泡混入圧搾空気を、外管と内管との
   間に形成された通路を通じ、上記ビットの噴出孔からそ
   の斜め下外方に向かって噴出させるようにしてなること
   を特徴とする高品質地質試料採取装置。
2. 【請求項２】ボーリングロッドの下端に取り付けられ、
   ボーリング機により加えられる回転力と下向き圧力によ
   り地層に圧入し、内装のピストン押え機構で所要の圧力
   に設定してあるピストンに抗して試料を受容する地質試
   料採取装置であって、ボーリングロッドに上端を連繋す
   る外管の下端に装着したビットが、内側上部から外側下
   部に向かって傾斜する複数の噴出孔を有すること、その
   外管内に相対回転が可能な状態に装架された内管の下端
   に装着したシューが、その尖端を上記ビットの下面とほ
   ぼ面一にして、該ビットの内側に重合位置しているこ
   と、ピストン押え機構で所要の圧力に設定される上記ピ
   ストンが、降下位置において、その下面を上記シューの
   下端開口面と面一にする構成であること、上記ボーリン
   グロッドとメインコンプレッサーとを接続するエアーホ
   ースの途中に、発泡用コンプレッサー及び泡発生装置に
   基端側を接続した発泡用エアホースの先端を接続してい
   ること、上記ボーリングロッドに送給した泡混入圧搾空
   気を、外管と内管24との間に形成した通路を通じ、上記
   ビットの噴出孔からその斜め下外方に向かって噴出させ
   るようにしてなることを特徴とする高品質地質試料採取
   装置。
3. 【請求項３】ボーリングロッドに上端を連繋する外管の
   下端に装着したビットが、内側上部から外側下部に向か
   って傾斜する複数の噴出孔を有し、その外管内に相対回
   転が可能な状態に装架された内管の下端に装着したシュ
   ーが、その尖端を上記ビットの下面とほぼ面一にして、
   該ビットの内側に重合位置し、ピストン押え機構で所要
   の圧力に設定されるピストンが、降下位置において、そ
   の下面を上記シューの下端開口面と面一にしてなる高品
   質地質試料採取装置を、ボーリング機により加える回転
   力と下向き圧力により地層に圧入しながら、上記ボーリ
   ングロッドに送給した泡混入圧搾空気を、外管と内管と
   の間に形成した通路を通じ、上記ビットの噴出孔からそ
   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、所要の圧力に設定してある上記ピストンに
   抗して試料を受容することを特徴とする高品質地質試料
   採取方法。
4. 【請求項４】ボーリングロッドに上端を連繋する外管の
   下端に装着したビットが、内側上部から外側下部に向か
   って傾斜する複数の噴出孔を有し、その外管内に相対回
   転が可能な状態に装架した内管の下端に装着したシュー
   が、その尖端を上記ビットの下面とほぼ面一にして、該
   ビットの内側に重合位置し、ピストン押え機構で所要の
   圧力に設定されるピストンが、降下位置において、その
   下面を上記シューの下端開口面と面一にしてなる高品質
   地質試料採取装置を、ボーリング機により加えられる回
   転力と下向き圧力により地層に圧入しながら、上記ボー
   リングロッドとメインコンプレッサーとを接続するエア
   ーホースの途中に先端を接続し、基端側を発泡用コンプ
   レッサー及び泡発生装置に基端側を接続した発泡用エア
   ホースにより、上記ボーリングロッドに送給した泡混入
   圧搾空気を、外管と内管との間に形成した通路を通じ、
   上記ビット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、所要の圧力に設
   定してある上記ピストンに抗して試料を受容することを
   特徴とする高品質地質試料採取方法。