(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
掘削孔に挿入され液体が貯留された液体タンク体と、
前記液体タンク体の下部に接続され、前記液体タンク体の液体により拡径する封止部材と、
前記液体タンク体の内部の液体を前記封止部材に供給することで前記封止部材を拡径させて前記掘削孔の内壁に密着させる液体供給手段とを備え、
前記封止部材は、
掘削孔に挿入される本体筒部と、
前記本体筒部の筒面に嵌合され両端部が前記本体筒部に密封固定される弾性材製の封止筒とからなり、
前記封止筒は、ゴム製の筒部に補強シートが介在し、
前記補強シートは前記封止筒と同心状の筒体であり、
前記掘削孔はボーリングロッドで掘削され、
前記封止筒は前記液体タンク体と共に前記ボーリングロッドの内部を通して前記掘削孔に挿入されるものであり、
前記封止筒と前記液体タンク体の間に設けられ、前記ボーリングロッドの内壁に密着して前記ボーリングロッドを封止する上部封止筒と、
前記上部封止筒で封止された前記ボーリングロッドの内部の流体を流入させる流入手段と、
前記封止筒の先端側に設けられ、前記流入手段から供給される流体を前記封止筒で封止された前記掘削孔の先端空間に流出させる流出手段とを備えた
ことを特徴とする封止装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地下岩盤内を掘削しながら掘削孔内に封止部材（パッカー）を設置し封鎖区間を設ける封止装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、放射性廃棄物の地下処分、二酸化炭素の地中貯留、深部鉱山の開発等で地下深所を利用した研究が実施されている。これらの研究では、岩盤の透水性や水質調査を行うことが多く、長尺なボーリングを実施しながらその途中で簡便な方法で調査を行うことが望ましい。
【０００３】
長尺な掘削孔を掘削する際には、ボーリングロッドの中に長さ数ｍのコア管をワイヤで掘削箇所の先端まで降ろし、掘削コアをワイヤで引き上げて岩石コアを収容している。このような掘削装置を用いた試験では、コア管を回収した後、ボーリングロッドを必要に応じて数ｍから数十ｍ引き上げ、露出した岩盤部分で行われる。掘削により露出した直後の岩盤で試験が行えるため、孔壁はきわめて新鮮で孔壁の崩落等により試験が不能になることが少ない。
【０００４】
ボーリングロッドの引き上げにより掘削孔の先端に露出する新鮮な岩盤で試験を行う場合、掘削孔の先端に露出した岩盤部分と外部とを完全に独立させるために、流体圧により膨張自在な膨張体を備えたパッカーが用いられている（例えば、特許文献１参照）。パッカーは、筒状の配管の外周に膨張体（積層ゴム）を嵌合させたものであり、筒体と膨張体の間に地上から流体を供給し、膨張体を膨張させて岩盤やボーリングロッドの内壁に密着させる。
【０００５】
パッカーの膨張に使われる流体は、通常ガスが用いられる。これは、ガスは取り扱いが容易で配管との摩擦が少ないこと、試験箇所が離れていても（掘削孔が深くても）パッカーの膨張が迅速に行えること、更に、試験後のパッカーの回収もガスを抜くことで迅速に行えることによる。特に、試験箇所が深く地下水位が掘削孔口から著しく離れている場合、ガスは水に比べて密度が著しく小さいため、自重ではパッカーは膨張せず、試験前に膨張してしまうことがない。
【０００６】
仮に、試験箇所が地下１５０ｍで地下水位が途中の地下１００ｍにある場合、水でパッカーを膨張させるとした場合、掘削孔口から１５０ｍの配管を延ばし、配管内に水を満たしておく必要がある。この時、既にパッカーの内部には１００ｍ分の水頭圧がかかることになり、パッカーは１ＭＰａの圧力で膨張してしまう。このため、所定の試験箇所に設置する前にパッカーが膨張して試験を行うことができなくなってしまう。
【０００７】
しかし、ガスでパッカーを膨張させると、パッカーに使用されている積層ゴムをガスが通過してガス漏れが生じる虞がある。ガス漏れが生じると、パッカーを所定の圧力で岩盤に密着させることができなくなる。
【０００８】
また、ガスはゴム内部の気泡や積層ゴムの各層の間に侵入しやすいため、ゴム内部や積層ゴムの各層の間にガスが侵入して残存することがあった。新たな試験で掘削を進めるためにガスを抜いてパッカーを縮めようとした場合、ゴム内部や積層ゴムの各層の間に侵入したガスが残存していると、パッカーが十分に縮まず、ボーリングロッドの内部に引き上げることができなくなってしまう。このため、掘削を進めることが不能になり、全ての作業を中断したり、掘削孔を放棄せざるを得ない状況に発展することもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−１８０７７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、ガスよりも分子の大きい液体（水）により封止部材を必要な時にだけ確実に拡径（パッカーを膨張）させることができ、しかも、必要時には封止部材を確実に縮めることができる封止装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するための請求項１に係る本発明の封止装置は、掘削孔に挿入され液体が貯留された液体タンク体と、前記液体タンク体の下部に接続され、前記液体タンク体の液体により拡径する封止部材と、前記液体タンク体の内部の液体を前記封止部材に供給することで前記封止部材を拡径させて前記掘削孔の内壁に密着させる液体供給手段とを備え、前記封止部材は、掘削孔に挿入される本体筒部と、前記本体筒部の筒面に嵌合され両端部が前記本体筒部に密封固定される弾性材製の封止筒とからなり、前記封止筒は、ゴム製の筒部に補強シートが介在し、前記補強シートは前記封止筒と同心状の筒体であり、前記掘削孔はボーリングロッドで掘削され、前記封止筒は前記液体タンク体と共に前記ボーリングロッドの内部を通して前記掘削孔に挿入されるものであり、前記封止筒と前記液体タンク体の間に設けられ、前記ボーリングロッドの内壁に密着して前記ボーリングロッドを封止する上部封止筒と、前記上部封止筒で封止された前記ボーリングロッドの内部の流体を流入させる流入手段と、前記封止筒の先端側に設けられ、前記流入手段から供給される流体を前記封止筒で封止された前記掘削孔の先端空間に流出させる流出手段とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
請求項１に係る本発明では、封止部材に接続された液体タンク体から液体が供給されることにより、封止部材が拡径し、封止部材が掘削孔の内壁に密着する。供給される液体は、封止部材と共に掘削孔に挿入される液体タンク体に貯留され、地上からの長い液体供給配管等を用いることなく液体タンク体を加圧することで簡単に供給することができる。このため、水頭圧の影響がなくなり、必要な時に液体タンク体を加圧することで封止部材を拡径させることができ、液体タンク体の加圧を解放することで封止部材を縮めることができる。また、液体はガスよりも分子が格段に大きいので、封止部材の隙間等に侵入することがなく、封止部材を縮めた際に封止部材の内部に水が残存することがない。
そして、補強シートにより補強されたゴム製の筒部を膨張させることで、掘削孔の内壁に封止筒を密着させることができ、封止筒と同心状の補強シートによりゴム製の筒部が補強され、封止筒の全周に対して均一な補強が行える。
【００１３】
このため、ガスよりも分子の大きい液体（水）により封止部材を必要な時にだけ確実に拡径（パッカーを膨張）させることができ、しかも、必要時には封止部材を確実に縮めることが可能になる。
【００１４】
更に、ボーリングロッドの中に長さ数ｍのコア管をワイヤで掘削箇所の先端まで降ろし、掘削コアをワイヤで引き上げて岩石コアを収容して掘削を行う。そして、コア管を回収した後、ボーリングロッドを必要距離だけ引き上げ、ボーリングロッドの内部を上部封止筒で封止し、露出した掘削孔の部分を封止筒で封止する。流入手段により、上部封止筒で封止された部分のボーリングロッドの内部から流体を流入させ、噴出手段から、封止筒で封止した掘削孔の先端空間に流体を流出させることで、封止筒で封止した空間に流体を満たす。封止された空間の流体の状態を各種機器で試験することにより、掘削孔の流体の水位計測、採取、成分分析等の試験を行う。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の封止装置は、ガスよりも分子の大きい液体（水）により封止部材を必要な時にだけ確実に拡径（パッカーを膨張）させることができ、しかも、必要時には封止部材を確実に縮めることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態例に係る封止装置の全体構成図である。
【図２】封止筒の断面図である。
【図３】封止筒の断面図である。
【図４】掘削孔への設置状況の説明図である。
【図５】掘削孔への設置状況の説明図である。
【図６】掘削孔への設置状況の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１には本発明の一実施形態例に係る封止装置の全体を表す外観を示してある。また、図２、図３には封止筒の部分の詳細を説明するための断面を示してあり、図２は封止筒が膨張していない状態、図３は封止筒が膨張して掘削孔の内壁に密着している状態である。
【００２１】
図１に示すように、本実施例の封止装置２は、筒状のボーリングロッド５（ワイヤーラインロッド）で掘削された掘削孔１に挿入されるもので、封止筒１２を備えた封止部１３（封止部材：パッカー）は、ボーリングロッド５の内部を通して掘削孔１に挿入されるものである。
【００２２】
ボーリングロッド５により形成された小径で長尺の掘削孔１には封止装置２が挿入される。封止装置２の先端側（下端側）には、封止された区画の調査に必要な機器として、例えば、圧力センサー等のモニタ手段３が装備されている。また、封止した区画内に注水を行うための注水手段としての注水穴４が備えられている。
【００２３】
封止装置２には、本体筒部１１の筒面に封止筒１２が嵌合された封止部１３が先端に備えられている。封止部１３の先端側にはモニタ手段３が装備され、封止部１３とモニタ手段３の間には注水穴４が設けられている。封止部１３の上部には中間軸１５を介して上部封止筒１６が接続され、上部封止筒１６には配管１８により外部から膨張ガスが供給される。
【００２４】
上部封止筒１６の上部には流入手段としての流入穴１９を備えた接続軸１７が設けられ、流入穴１９は注水穴４に連通している。上部封止筒１６によりボーリングロッド５が封止された状態で、ボーリングロッド５の内部の水が、流入穴１９から上部封止筒１６、中間軸１５、封止部１３の軸部を通して水が注水穴４に送られ、封止部１３で封止された区画内に注水穴４から注水が行われる。
【００２５】
接続軸１７の上部には液体タンク体としての金属製の水タンク２１が直列に２つ備えられ、２つの水タンク２１の内部は連通状態とされている。水タンク２１は地上で給水が行われて接続軸１７に接続され、水タンク２１には水を圧送するためのガス（例えば、Ｎ２ガス）を供給する配管２２が接続されている。水タンク２１の下部には給水配管２３の一端が接続され、給水配管２３の他端は封止筒１２に接続されている（液体供給手段）。
【００２６】
上述した封止装置２は、封止筒１２を拡径（膨張）させるための水が水タンク２１に貯留され、水タンク２１が封止部１３と同軸状態に備えられて掘削孔１に挿入されるので、地上からの配管等を用いることなく、封止筒１２を拡径させるための水を水タンク２１から直接供給することができる。
【００２７】
このため、地上からの配管のスペースにより、封止筒１２に水を供給する給水配管２３やモニタ手段３等の機器に対する制約を受けることがなくなり、長尺で限られた径の掘削孔１に対しても機器や給水配管２３の制約を受けることが抑制された封止装置２となる。
【００２８】
図２、図３に基づいて封止部１３を説明する。
【００２９】
本体筒部１１の筒面には封止筒１２が嵌合されている。封止筒１２の両端部はかしめ材２５によりそれぞれかしめられて封止された状態になっている。封止筒１２はゴム製の筒部２６ａ、２６ｂで形成され、筒部２６ａ、２６ｂの間には筒体の補強シート２７が介在している。補強シート２７は封止筒１２（筒部２６）と同心状の筒体で構成され、封止筒１２（筒部２６）の全周に対して均一に補強されている。
【００３０】
封止筒１２が嵌合された部位の本体筒部１１には注水孔３１が形成され、注水孔３１は接続管３２により給水配管２３に接続されている。つまり、給水配管２３からの水が接続管３２を通して注水孔３１に送られ、注水孔３１から本体筒部１１と封止筒１２（筒部２６）との間に供給される。水が供給されることにより、ゴム製の筒部２６が膨張して拡径し（図３参照）、掘削孔１の内壁に封止筒１２の外周面が密着され、掘削孔１の岩盤箇所が区画される。
【００３１】
封止筒１２は掘削孔１の岩盤に直接密着するため、伸縮量の差が大きくなり、水で膨張させている。上部封止筒１６はボーリングロッド５の内壁に密着するため、伸縮量の差が小さいので、軽量化を測るために膨張ガスで膨張させている。
【００３２】
ゴム製の筒部２６を水により膨張させているため、岩盤孔壁に的確に密着させることができ、密着を解除するため水タンク２１側に排水を行った際に本体筒部１１と封止筒１２（筒部２６）との間の水を確実に排水することができる。また、筒部２６ａ、２６ｂの間に補強シート２７が介在していても、分子の小さい空気と異なり、筒部２６ａ、２６ｂの間に水が浸入することがないので、排水後に筒部２６の膨張を確実に解除することができる。
【００３３】
封止部１３を掘削孔１から抜き外す際に、水タンク２１のガス圧を解放し、ボーリングロッド５に水を注入して注水穴４から水を供給し、供給された水の圧力により筒部２６を縮めた時に、膨張したままの部位が筒部２６に存在することがなく、封止部１３を容易に抜き外すことができる。
【００３４】
図４から図６に基づいて上述した封止装置２の使用状況を具体的に説明する。
【００３５】
図４には封止装置２が使用される掘削孔を形成している状態の断面、図５にはボーリングロッド５の内側から封止装置２を掘削孔１に挿入した状態の断面、図６には掘削孔１の先端部位の内壁に封止筒１２の外周面を密着させてシールした状態の断面を示してある。図に示した例は、掘削孔１の先端区画における流体の拡散状況（該当岩盤の流体の拡散状況）を検証するため、封止装置２を用いて所定密閉区画の部位の水圧の変化を検出するものである。
【００３６】
図４に示すように、ボーリングロッド５の先端にはビット筒３５が取り付けられ、ビット筒３５には岩盤を削るためのビット３６が設けられている。岩盤に対してボーリングロッド５を回転ながら掘進させ、所定距離（深さ）の掘削孔１が掘削され、岩盤の採取等が必要に応じて実施される（図中点線で示してある）。所定深さの掘削孔１が掘削された後、ボーリングロッド５が所定距離（数ｍから数十ｍ）だけ引き上げられる（図中実線で示してある）。
【００３７】
図５に示すように、ボーリングロッド５の内側から封止装置２を掘削孔１に吊り下げて挿入し、中間軸１５から先の部位をビット筒３５から突出させ、上部封止筒１６から上の部位をボーリングロッド５の内部に配するようにする。
【００３８】
即ち、上部封止筒１６の下側にはストッパ３７が設けられ、図示しない吊り具を用いて封止装置２をボーリングロッド５の内部に吊り下げ、ストッパ３７をビット筒３５の内側に当接させる。これにより、中間軸１５から先の部位がビット筒３５から突出し、上部封止筒１６から上の部位がボーリングロッド５の内部に配される状態にされる。
【００３９】
この状態で、外部から配管１８を介して上部封止筒１６に膨張ガスを供給する。また、配管２２から水を圧送するためのガスを水タンク２１内に供給することにより、水タンク２１の内部の水が給水配管２３から封止筒１２に圧送される。
【００４０】
上部封止筒１６に膨張ガスが供給されることで、上部封止筒１６が膨張してボーリングロッド５の下部の内壁に密着し、ボーリングロッド５の下部が密閉される。封止筒１２の注水孔３１（図２参照）に給水配管２３から接続管３２（図２参照）を通して水が圧送されることで、本体筒部１１と封止筒１２（筒部２６）との間に水が供給されて筒部２６が膨張して拡径し、掘削孔１の内壁に封止筒１２の外周面が密着して掘削孔１の先端岩盤の箇所（注水穴４、モニタ手段３が配される箇所）が区画される。
【００４１】
上部封止筒１６及び封止筒１２により所定箇所が密閉された状態で、ボーリングロッド５の内部に水が溜まる。つまり、地下水は、上部封止筒１６で密閉された部位の上側のボーリングロッド５の内部に既知の容量を持って溜まり、流入穴１９から上部封止筒１６、中間軸１５、封止部１３の軸部を通して注水穴４に送られる。封止部１３で密閉された掘削孔１の部位に注水穴４から水が送られ、密閉された部位に水が満たされる。
【００４２】
封止部１３で密閉された部位の状況変化をモニタ手段３で監視することにより、密閉された部位の岩盤における水の状況を把握することができる。例えば、モニタ手段３には、水圧を経時的に記録できる圧力センサーが耐圧容器に入れられて設置され、ボーリングロッド５内に蓄えられる地下水の水位を計測する。また、モニタ手段３には、一定の水圧がかかると、チャック弁が開き、地下水、ガスを採取できる容器が取り付けられる。採取した地下水・ガスは地下深部の岩盤部分から湧出する地下水・ガスとして成分分析に供される。
【００４３】
封止装置２を抜き外す場合、水タンク２１のガス圧を解放し、ボーリングロッド５に水を注入して注水穴４から水を供給し、供給された水の圧力により筒部２６の水を水タンク２１に排水して筒部２６を縮め、筒部２６の掘削孔１への密着を解除する。この場合、分子の小さいガスと異なり、水タンク２１の水を使用しているため、上部封止筒１６よりも大きく拡径する封止筒１２の積層ゴムの筒部２６の間に水が浸入することがなく、排水後に筒部２６の膨張を確実に解除することができる。このため、封止装置２を抜き外す（ワイヤラインでボーリングロッド５の内部に引き上げる）ことができ、抜き外しの際にゴム製の筒部２６に亀裂などの破損が生じることがない。
【００４４】
ボーリングロッド５の先の最下部の封止部１３は、膨張して岩盤に密着させると共にビット筒３５を通過させなければならないため、膨張した時の径はボーリングロッド５の外径よりも大きく、縮んだときの径がビット筒３５の径よりも小さくなる必要がある。このため、収縮量と膨張量の差が大きくなり、ゴムの気泡や積層間に流体が侵入することを避けなければならない。このため、上述した実施例では、積層ゴムを通過しない分子の大きな水を使って封止部１３を膨張させている。
【００４５】
上述した封止装置２は、水タンク２１がボーリングロッド５内の上部封止筒１６の直上に接続されているので、地上からの配管等を用いて水を供給する必要がなく、水タンク２１からの水を用いて封止筒１２を迅速に拡径（膨張）させることができる。この時、地上からの配管のスペースは、水タンク２１の水を圧送するためのガスの配管スペースだけとなる。
【００４６】
また、地上から離れた地下深所においても水頭圧の影響をなくして水の自重が封止筒１２にかかることがないので、封止筒１２に対する圧力を高くすることなく確実に縮めた状態にすることができ、封止部１３を引き上げる時に、ボーリングロッド５の先端のビット筒３５の内側を容易に通過させることができる。
【００４７】
従って、ガスよりも分子の大きい水により封止筒１２を膨張させることができ、しかも、ボーリングロッド５内に引き上げる時には封止筒１２を確実に縮めることが可能になる。
【００４８】
尚、上述した封止装置２は、２つの水タンク２１を備えた構成を例に挙げて説明したが、水タンク２１の数は１つまたは３つ以上にすることも可能である。つまり、掘削孔１の径に応じて封止筒１２を膨張させる容量が変わるため、膨張させる容量に応じて水タンク２１の数は１つまたは３つ以上にされる。また、所望のガスや水を採取する手段や種々の計測機器を備えたものをボーリングロッド５内の水タンク２１の上に設置することができ、地下水・ガスの採取を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、地盤等に掘削された掘削孔を部分的に封止するための封止装置の産業分野で利用することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１  掘削孔
２  封止装置
３  モニタ手段
４  注水穴
５  ボーリングロッド
１１  本体筒部
１２  封止筒
１３  封止部
１５  中間軸
１６  上部封止筒
１７  接続軸
１９  流入穴
２１  水タンク
２２  配管
２３  給水配管
２５  かしめ材
２６  筒部
２７  補強シート
３１  注水孔
３２  接続管
３５  ビット筒
３６  ビット
【図１】
0005522685.tif 000002
【図２】
0005522685.tif 000003
【図３】
0005522685.tif 000004
【図４】
0005522685.tif 000005
【図５】
0005522685.tif 000006
【図６】
0005522685.tif 000007