(57)【要約】   【課題】地盤内の間隙水圧が地層によって大きな差を生じている場合であっても、確実に間隙水圧を計測するとともに保守点検も容易にする。  【解決手段】本発明に係る間隙水圧計測システム１は、間隙水圧計測用パイプ７の上端に水密に塞ぐ栓体１１を取り付けてあるとともに、間隙水圧計測用パイプ７の内部には圧力計測体１４を収容してあり、該圧力計測体は、間隙水圧計測用パイプ７内の水位に連動するようになっている。また、本発明に係る間隙水圧計測システム１は、圧力計測体１４と間隙水圧計測用パイプ７の上端との距離Ｈを計測するレーザー距離計１８を備える。  【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤に穿孔されたボーリング孔内において間隙水圧の計測対象となる地層の上方位置と下方位置に配置された一対の仕切り体と、前記ボーリング孔内に挿通され下端が前記一対の仕切り体で挟まれた計測空間に連通される間隙水圧計測用パイプと、該間隙水圧計測用パイプの上端を水密に塞ぐ栓体と、前記間隙水圧計測用パイプ内に水位連動可能に収容された圧力計測手段と、該圧力計測手段と前記間隙水圧計測用パイプの上端との距離を計測する距離計測手段とから構成するとともに、前記栓体に開閉弁を設けたことを特徴とする間隙水圧計測システム。
【請求項２】
前記一対の仕切り体を複数組で構成して各一対の仕切り体を前記ボーリング孔内において複数の異なる地層の上方位置と下方位置にそれぞれ配置するとともに、前記間隙水圧計測用パイプを複数とし、該各間隙水圧計測用パイプの下端を前記各一対の仕切り体で挟まれた空間にそれぞれ連通した請求項１記載の間隙水圧計測システム。
【請求項３】
前記圧力計測手段を、浮力体と水中にて該浮力体が上方となるように該浮力体に取り付けられた圧力センサーとで構成した請求項１記載の間隙水圧計測システム。
【請求項４】
前記距離計測手段をレーザー距離計で構成するとともに前記圧力計測手段の上面にターゲットプレートを取り付けた請求項１記載の間隙水圧計測システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤、特に岩盤深くの間隙水圧を計測する際に使用される間隙水圧計測システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
大深度地下の利用形態の一つに例えば放射性廃棄物の貯蔵処分施設がある。かかる貯蔵処分施設は、放射能レベルによっては１，０００ｍを越える深さの岩盤内に構築されることがあり、かかる施設を構築するにあたっては、岩盤の強度、透水性あるいは間隙水圧の評価が欠かせない。
【０００３】
ここで、岩盤の間隙水圧を計測するにあたっては、まず、ボーリング孔を深さ方向に穿孔し、次いで、間隙水圧を計測したい所望の地層位置の上下にパッカーを配置することで該パッカーに挟まれた計測空間をボーリング孔の他の空間から遮断し、次いで、計測空間に周囲の地下水を導入し、しかる後、圧力センサーで計測空間内の水圧を計測するシステムが知られている。
【０００４】
かかるシステムによれば、間隙水圧を計測したい地層位置を挟むようにパッカーを多数設置することにより、多区間での間隙水圧を同時に計測することができる。
【０００５】
また、上述のシステムと同様、計測したい地層位置をパッカーで挟み込むとともに、ボーリング孔内に複数のパイプを挿通し、各パイプの一端をパッカーで挟み込まれた地盤内の地層にそれぞれ連通させるとともに他端を地上に向けて立設し、設置深さが既知の圧力センサーで各パイプ内の水圧を計測することにより、上述した地層の間隙水圧を計測するシステムも知られており、かかるシステムによっても、多区間での間隙水圧を同時に計測することができる。
【０００６】
【特許文献１】特開平７−９１１６５
【特許文献２】特許第３３５３７１４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述したシステムのうち、前者のシステムでは、一つの圧力センサーに不具合を生じた場合、ボーリング孔に挿入された全システムを該ボーリング孔から取り出さないと、不具合を生じた圧力センサーの修理ができないというという問題を生じていた。かかる問題は、ボーリング孔が１，０００ｍを越えるような状況になると、きわめて深刻となる。
【０００８】
また、後者のシステムでは、間隙水圧が高いと立設したパイプ長が不足し、間隙水圧が小さいと、パイプ内の水位が圧力センサーの設置位置よりも低下して水圧を計測できないという問題を生じていた。特に、トンネル坑内では、パイプを上方に延設するにも限度があり、計測不能になることが避けられない場合がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、ボーリング孔の深さや設置箇所に依存することなく、また地盤内の間隙水圧が地層によって大きな差を生じている場合であっても、確実に間隙水圧を計測することができるとともに保守点検も容易な間隙水圧計測システムを提供することを目的とする。
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明に係る間隙水圧計測システムは請求項１に記載したように、地盤に穿孔されたボーリング孔内において間隙水圧の計測対象となる地層の上方位置と下方位置に配置された一対の仕切り体と、前記ボーリング孔内に挿通され下端が前記一対の仕切り体で挟まれた計測空間に連通される間隙水圧計測用パイプと、該間隙水圧計測用パイプの上端を水密に塞ぐ栓体と、前記間隙水圧計測用パイプ内に水位連動可能に収容された圧力計測手段と、該圧力計測手段と前記間隙水圧計測用パイプの上端との距離を計測する距離計測手段とから構成するとともに、前記栓体に開閉弁を設けたものである。
【００１１】
また、本発明に係る間隙水圧計測システムは、前記一対の仕切り体を複数組で構成して各一対の仕切り体を前記ボーリング孔内において複数の異なる地層の上方位置と下方位置にそれぞれ配置するとともに、前記間隙水圧計測用パイプを複数とし、該各間隙水圧計測用パイプの下端を前記各一対の仕切り体で挟まれた空間にそれぞれ連通したものである。
【００１２】
また、本発明に係る間隙水圧計測システムは、前記圧力計測手段を、浮力体と水中にて該浮力体が上方となるように該浮力体に取り付けられた圧力センサーとで構成したものである。
【００１３】
また、本発明に係る間隙水圧計測システムは、前記距離計測手段をレーザー距離計で構成するとともに前記圧力計測手段の上面にターゲットプレートを取り付けたものである。
【００１４】
本発明に係る間隙水圧計測システムにおいては、間隙水圧計測用パイプ内に水位連動可能に圧力計測手段を収容してあるとともに、該圧力計測手段と間隙水圧計測用パイプの上端との距離を距離計測手段で計測するように構成してある。
【００１５】
このようにすると、間隙水圧が小さい場合、一対の仕切り体で挟まれたボーリング孔内の計測空間に流入してきた地下水は、間隙水圧計測用パイプの上端まで水位が到達せず、間隙水圧計測用パイプ内の中間位置にとどまることになるとともに、圧力計測手段はその水位にて静止する。
【００１６】
したがって、圧力計測手段と間隙水圧計測用パイプの上端との距離を距離計測手段で計測し、該距離を間隙水圧計測用パイプの長さから差し引けば、これを水頭差として計測空間の間隙水圧を求めることができる。
【００１７】
なお、このとき、間隙水圧計測用パイプの上方空間が大気圧となるよう、間隙水圧計測用パイプの上端を塞ぐ栓体の開閉弁を開いて大気に解放しておく。
【００１８】
一方、間隙水圧が大きい場合、ボーリング孔内の計測空間に流入してきた地下水は、間隙水圧計測用パイプ内の圧力計測手段を押し上げ、栓体の下面又はボーリング孔の頂部に当接した状態となる。
【００１９】
ここで、圧力計測手段が栓体の下面やボーリング孔の頂部に当接するまでは、間隙水圧計測用パイプの上方に空気が残らないように開閉弁を開いてエア抜き可能な状態にしておき、圧力計測手段が栓体の下面やボーリング孔の頂部に当接した後は、地下水の流出を防止すべく、開閉弁を閉じ、しかる後、圧力計測手段で水圧を計測する。
【００２０】
次に、かかる水圧を水頭差に換算し、これに間隙水圧計測用パイプの長さに相当する水頭差を加えることで計測空間の間隙水圧を求めることができる。
【００２１】
ここで、ボーリング孔内に一対の仕切り体のみ設けるようにしてもかまわないが、これに代えて、前記一対の仕切り体を複数組で構成し、各一対の仕切り体を前記ボーリング孔内において複数の異なる地層の上方位置と下方位置にそれぞれ配置するとともに、前記間隙水圧計測用パイプを複数とし、該各間隙水圧計測用パイプの下端を前記各一対の仕切り体で挟まれた空間にそれぞれ連通したならば、異なる深さ位置における間隙水圧を同時計測することが可能となる。
【００２２】
圧力計測手段は、間隙水圧計測用パイプ内に水位連動可能に収容されておれば、いかなる構成でもよいが、例えば、浮力体と水中にて該浮力体が上方となるように該浮力体に取り付けられた圧力センサーとで構成することが可能である。
【００２３】
距離計測手段は、圧力計測手段と間隙水圧計測用パイプの上端との距離を計測することができるのであれば、接触、非接触問わず、さまざまな公知のセンサーや計測器を採用することが可能であり、例えば、距離計測手段をレーザー距離計で構成するとともに、圧力計測手段の上面にターゲットプレートを取り付けておく構成が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明に係る間隙水圧計測システムの実施の形態について、添付図面を参照して説明する。なお、従来技術と実質的に同一の部品等については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００２５】
図１は、本実施形態に係る間隙水圧計測システムを示した図である。同図でわかるように、本実施形態に係る間隙水圧計測システム１は、立坑２の底部から水平に延びるトンネル坑３に設けてあり、該トンネル坑の底部から下方に向けて地盤４に穿孔されたボーリング孔５内に配置された仕切り体としての一対のパッカー６，６と、ボーリング孔５内に挿通され下端が一対のパッカー６，６で挟まれた計測空間に位置決めされ連通される間隙水圧計測用パイプ７とを備える。
【００２６】
ここで、一対のパッカー６，６は複数組で構成してあり、間隙水圧の計測対象となる地層の上方位置と下方位置に位置決めしてボーリング孔５内に配置してあるとともに、間隙水圧計測用パイプ７は、一対のパッカー６，６の組数と同じ本数だけ、ボーリング孔５に挿通してあり、各一対のパッカー６，６で挟まれた計測空間８ａ，８ｂ，８ｃにそれぞれその下端を位置決めして連通してある。
【００２７】
間隙水圧計測用パイプ７の上端には図２でわかるように、耐圧性の栓体１１を着脱自在に螺合してあり、間隙水圧計測用パイプ７の上端を水密に塞ぐことができるようになっているとともに、該栓体には開閉弁１２を設けた突出パイプ１３を立設してある。
【００２８】
一方、各間隙水圧計測用パイプ７の内部には、圧力計測手段としての圧力計測体１４をそれぞれ収容してあり、該圧力計測体は、浮力体であるフロート１５と水中にて下面となる側に取り付けられた圧力センサー１６と上面に取り付けられたターゲットプレート１７とからなり、かかる圧力計測体１４は、フロート１５の浮力によって間隙水圧計測用パイプ７内の水位に連動するようになっている。
【００２９】
また、本実施形態に係る間隙水圧計測システム１は図２(b)に示すように、距離計測手段としてのレーザー距離計１８を備えており、該レーザー距離計は、間隙水圧計測用パイプ７の上方開口１９を通過するようにしてレーザーを照射し、該レーザーを圧力計測体１４のターゲットプレート１７で反射させた後、これを受光することで、圧力計測体１４と間隙水圧計測用パイプ７の上端との距離Ｈを計測することができるようになっている。
【００３０】
本実施形態に係る間隙水圧計測システム１を用いて相異なる複数の地層、本実施形態では３つの地層の間隙水圧を同時計測するには、上述したように計測したい地層の上方位置と下方位置にて一対のパッカー６，６をボーリング孔５内に配置するとともに、該パッカーで挟まれた計測空間８ａ，８ｂ，８ｃに下端が位置決めされるように、複数の間隙水圧計測用パイプ７をそれぞれボーリング孔５内に挿通する。
【００３１】
次に、間隙水圧が高い地層に連通させてある間隙水圧計測用パイプ７については、内部に空気が残留しないよう、栓体１１の開閉弁１２を開いて空気を抜きながら、圧力計測体１４が間隙水圧計測用パイプ７の頂部に当接するのを待ち、その後は、図３(a)に示すように開閉弁１２を閉じて水密状態とし、地下水の流出を防止する。
【００３２】
このようにすると、計測空間が８ｃである場合、圧力計測体１４に取り付けられた圧力センサー１６が示す水圧は、計測空間８ｃにおける間隙水圧から間隙水圧計測用パイプの長さＬ（図１参照）に相当する水頭による圧力を差し引いたものとなる。
【００３３】
したがって、計測空間８ｃでの間隙水圧を求めるには、圧力センサー１６が示す圧力値に間隙水圧計測用パイプ７の長さＬに相当する水頭を加えればよい。
【００３４】
一方、間隙水圧が低い地層に連通させてある間隙水圧計測用パイプ７については、内部の空気が大気圧と等しくなるよう、図３(b)に示すように栓体１１の開閉弁１２を開く。
【００３５】
このようにすると、圧力計測体１４は、地下水の水位に連動して昇降可能であるため、該圧力計測体は、間隙水圧計測用パイプ７内の水位で静止する。
【００３６】
かかる状態で栓体１１をいったん取外し、図２(b)で説明したようにレーザー距離計１８で間隙水圧計測用パイプ７の先端から圧力計測体１４までの距離Ｈを計測する。
【００３７】
このようにすると、圧力計測体１４に取り付けられた圧力センサー１６が示す水圧は水面であるため、ほぼ零を示す。
【００３８】
したがって、例えば計測空間８ａでの間隙水圧を求めるには、間隙水圧計測用パイプ７の長さに相当する水頭からレーザー距離計１８で計測された距離Ｈに相当する水頭を差し引けばよい。
【００３９】
以上説明したように、本実施形態に係る間隙水圧計測システム１によれば、間隙水圧が小さい場合、一対のパッカー６，６で挟まれたボーリング孔７内の計測空間に流入してきた地下水は、間隙水圧計測用パイプ７の上端までは到達せず、その水位は間隙水圧計測用パイプ７内の中間位置にとどまるとともに、圧力センサー１６は、間隙水圧計測用パイプ７内の水位近傍に静止する。
【００４０】
したがって、圧力センサー１６と間隙水圧計測用パイプ７の上端との距離をレーザー距離計１８で計測し、該距離を間隙水圧計測用パイプ７の長さから差し引けば、水頭差という形で計測空間の間隙水圧を求めることができる。
【００４１】
一方、間隙水圧が大きい場合、ボーリング孔７内の計測空間に流入してきた地下水は、間隙水圧計測用パイプ７内の圧力計測体１４を押し上げ、間隙水圧計測用パイプ７の頂部に当接した状態となるので、かかる状態で圧力センサー１６で水圧を計測した後、かかる水圧を水頭差に換算し、これに間隙水圧計測用パイプ７の長さに相当する水頭差を加えることで計測空間の間隙水圧を求めることができる。
【００４２】
また、本実施形態に係る間隙水圧計測システム１によれば、間隙水圧が大きすぎる場合でも、間隙水圧計測用パイプ７から溢れ出て間隙水圧が計測できなくなるといった事態を回避することができるとともに、間隙水圧が小さすぎる場合でも、圧力計測体１４が地下水の水位に連動して昇降するため、間隙水圧計測用パイプ７の上端からの距離をレーザー距離計１８で計測することにより、やはり間隙水圧を計測することができる。
【００４３】
また、本実施形態に係る間隙水圧計測システム１によれば、栓体１１を取り外して圧力計測体１４をいつでも取り出すことができるため、保守点検がきわめて容易になる。
【００４４】
また、本実施形態に係る間隙水圧計測システム１によれば、図４に示すように、立坑２を掘り下げて立坑２′とし、該立坑からトンネル坑３′を水平に展開して間隙水圧を計測し、その計測が終了したならば、再び、同様に立坑を掘り下げ、一定深さになればトンネル坑を水平に展開して同様に間隙水圧を計測することができるので、地表面から例えば１，０００ｍといった深いところでも、容易に間隙水圧を計測することができる。
【００４５】
本実施形態では、距離計測手段をレーザー距離計で構成するとともに圧力計測手段の上面にターゲットプレートを取り付けるようにしたが、本発明の距離計測手段がかかる構成に限定されるものではないことは言うまでもなく、離間した二点の距離を計測する公知の装置を適宜採用することが可能である。
【００４６】
また、本実施形態では、圧力計測手段を、浮力体１５と水中にて該浮力体が上方となるように該浮力体に取り付けられた圧力センサー１６とで構成したが、浮力体１５は必須ではなく、例えば圧力計測手段を間隙水圧計測用パイプ内の水位に連動するように昇降自在に吊持するとともに、かかるワイヤーの巻き出し長さから間隙水圧計測用パイプの上端と圧力計測手段との距離を計測するようにしてもかまわない。
【００４７】
また、本実施形態では、一対のパッカー６，６を複数組で構成して各一対のパッカーをボーリング孔７内において複数の異なる地層の上方位置と下方位置にそれぞれ配置するとともに、間隙水圧計測用パイプ７を複数とし、該各間隙水圧計測用パイプの下端を各一対のパッカー６，６で挟まれた計測空間８ａ，８ｂ，８ｃにそれぞれ連通するようにしたが、計測したい地層が一つの場合、一対のパッカー６，６を一組とするとともに、間隙水圧計測用パイプ７も一本でかまわない。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本実施形態に係る間隙水圧計測システム１の概略図。
【図２】本実施形態に係る間隙水圧計測システム１の詳細図。
【図３】本実施形態に係る間隙水圧計測システム１の作用を示した図。
【図４】変形例に係る間隙水圧計測システム１の概略図。
【符号の説明】
【００４９】
１                            間隙水圧計測システム
５                            ボーリング孔
６                            パッカー（仕切り体）
７                            間隙水圧計測用パイプ
８ａ，８ｂ，８ｃ              計測空間
１１                          栓体
１２                          開閉弁
１４                          圧力計測体（圧力計測手段）
１５                          フロート（浮力体）
１６                          圧力センサー
１７                          ターゲットプレート（距離計測手段）
１８                          レーザー距離計（距離計測手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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