(57)【要約】【課題】  注入外管内や上向きのボーリング孔などに挿入して使用し得る小径かつ高精度の孔曲がり測定装置及びそれを利用した薬液注入工法を提供する。【解決手段】  孔曲がり測定装置は、非磁性体の円筒状容器１０内に、三軸磁気センサ１１と、三軸加速度センサ１３と、信号処理回路部１２と、電源回路及び信号伝送回路部１４を内設し、上記三軸磁気センサの各磁気センサの構造として、棒状の心材にコイルを巻回したものをシリコン系材料にて固定し、さらに振動により軸配置がずれないようホルダに入れて固定した構造とする。薬液注入工法では、ケーシング削孔後、注入外管２を建込んでケーシング１を引き抜いた後、当該注入外管２内にこの孔曲がり測定装置５を挿入して孔曲がりを計測し、その後に注入外管２の中へパッカー付注入内管を建込んで薬液の注入を行う。【選択図】        図１
2006214101.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
削孔内に挿通されて該削孔の曲がりを測定する孔曲がり測定装置であって、
非磁性体材料で形成された円筒状容器内に、互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚの三軸方向の地磁気の強さを測定する三軸磁気センサと、同じくＸ，Ｙ，Ｚの三軸方向の加速度を計測する三軸加速度センサと、上記三軸磁気センサと三軸加速度センサとからの信号を受けて削孔の方位角と傾斜角とを演算する信号処理回路部と、電源回路部と、信号伝送回路部とが内設されてなり、
上記三軸磁気センサは、上記円筒状容器本体の内周部に密着嵌合する非磁性体材料でなるホルダーと、該ホルダーに互いに直交して形成された３つの保持孔内に各々嵌合装着された各方向の磁気センサの単体とを有し、
各磁気センサの単体は、棒状の芯材にコイルが巻回されてその周囲をシリコン系材料にて囲繞固定されていることを特徴とする孔曲がり測定装置。
【請求項２】
地盤を削孔してケーシングを所定深度まで挿入した後、ケーシングの中にシールグラウトを充填し、さらに注入外管を建込んでケーシングを引き抜き、次に注入外管の中へパッカー付注入内管を建込んで薬液の注入を行い地盤改良を行う薬液注入工法において、
上記注入外管を建込んでケーシングを引き抜いた後、該注入外管内に上記請求項１の孔曲がり測定装置を挿入して孔曲がりを計測し、爾後、該注入外管の中へパッカー付注入内管を建込んで、計測した孔曲がり測定値に応じて薬液の注入調整を行うことを特徴とする薬液注入工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小型の孔曲がり測定装置及びそれを利用した薬液注入工法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
地盤改良工法としての薬液注入工法は、地盤の中に固化材（グラウト）を注入して固結土を造成し、地盤の透水性を低下させるとともに地盤を強化するものであり、この中の一つとして二重管ダブルパッカー工法が知られている。
【０００３】
図６及び図７に、この二重管ダブルパッカー工法の施工手順を示す。まず、図７（ａ）に示すように、ドリリングマシン（ロータリーボーリングマシンまたはロータリーパーカッション）４によって地盤を所定深度まで泥水削孔する。この削孔は孔壁保護と後述の注入外管の設置のために、通常はケーシング１による削孔としている（ケーシング削孔工程：図６（ａ）参照）。  
次いで、ジャイロ式測定器を用いて孔の予定角度からの曲がり（鉛直角からの傾斜角）を計測する（孔曲がり測定工程：図６（ｂ−１）、図７（ｂ−１）参照）。  
次いで、図７（ｃ）に示すように、このケーシング１内にシールグラウトを充填する。すなわち、泥水をシール液（ＣＢ液）に変えて孔内を充填する（泥水をシール液に置換する置換工程：図６（ｃ）参照）。このシールグラウトはフレキシブルパイプを孔底まで挿入して充填する。  
その後、図７（ｄ）に示すように、ケーシング１内に、最先端をキャップで閉鎖した注入外管２の建て込みを行い、ケーシング１を引き抜く（注入外管建て込み後ケーシング引き抜く工程：図６（ｄ）参照）。
【０００４】
上記工程（ａ）〜（ｄ）を繰り返し、全孔削孔する（図６（ｅ）、図７（ｅ）参照）。このとき上記工程（ｄ）において引き抜いたケーシング１は別の箇所の開孔作業に用いられる。
【０００５】
次に、図７（ｆ）に示すように、上記注入外管２の中に、先端部にダブルパッカーを装着したパッカー付注入内管（注入ホース）を建て込み、二重管とする。そして注入内管を軸方向に移動させて、注入内管の噴出孔を注入外管の最深の注入孔に一致させ、地上から薬液を圧送し、注入孔から薬液を地盤中に注入する（ＣＢ液注入実施工程：図６（ｆ）参照）。
【０００６】
次いで、注入内管を上方に移動させることにより噴出孔を直上の注入孔に合わせ、当該注入孔から薬液を地盤中に注入する（図７（ｇ）参照）。 この工程を、最上部の注入孔まで順次行い、各注入孔から薬液を地盤中に注入する（図７（ｈ）参照）。
【０００７】
上記したように、二重管ダブルパッカー工法においては、多数本のケーシング削孔を行い、それぞれが所定の小エリアの地盤改良範囲Ａ（図７（ａ）参照）を受け持ち、全体としてより広い所定範囲の地盤改良を行うものである。このため削孔された孔の傾き（孔曲がり）の程度を知ることは、薬液を所定の地盤改良範囲に満遍なく行き渡らせるように注入調整する上で非常に重要である。
【０００８】
従来、この孔曲がりを測定する機器としては、三軸計測（鉛直角０〜３６０°）が可能なジャイロコンパスを利用したジャイロ式測定器や、例えば、特許文献１に示されているような、非磁性体の円筒状ハウジング内にロッド先端側から、方位計、方位信号処理部、傾斜計、傾斜信号処理部、メモリー部、バッテリー部を内設した削孔情報計測装置が知られている。この特許文献１の削孔情報計測装置では、傾斜計が、２つの加速度センサをそれぞれＸ軸方向及びＹ軸方向に直交配置した二軸式の傾斜計として構成され、また方位計は電子磁気コンパスにより構成されている。
【特許文献１】特開平１０−１４８０８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
一般に、薬液注入工法等で斜めボーリング削孔を行う場合には、設計通り削孔できているかその孔曲がり（傾斜角度、方位角度等）を計測する必要がある。
【００１０】
従来の特許文献１の装置では、非磁性体の円筒状ハウジング内に方位計と傾斜計を内設している。しかし、この傾斜計は二軸式であり、その計測範囲が鉛直角０〜９０弱度（水平）迄である。また、方位計は電子磁気コンパスにより構成され、この電子磁気コンパスは、二軸のフラックスゲートコンパスをジンバルの中に入れ、傾斜角が大きくなったとしてもジンバルにてコンパスは常に水平を保つ構成となっている。この電子磁気コンパスを用いた方位計の構成に起因して、特許文献１の計測装置は小型化が困難であり、下記のような問題点があった。
【００１１】
（１）例えば二重管ダブルパッカー工法の孔曲がり測定に使用しようとした場合、挿入する相手方の口径として６０ｍｍ以上が必要であり、計測装置外径との大小関係から、注入外管（内径４０ｍｍ）内に挿入することはできず、ケーシング内に挿入して計測する必要があった。このため孔曲がりの計測作業中は、ケーシングを抜き取ることができず、この約４０分〜６０分の間、掘削後のボーリングマシン等をそのまま待機させておく必要があった。このことは当該ケーシング及びボーリングマシンを他の削孔のために利用することができない約４０分〜６０分の期間が、各削孔ごとに存在することを意味し、非常に不経済であった。なお、全ての孔について高価なケーシングを用意することは非現実的である。
【００１２】
（２）また地磁気センサタイプの二軸式測定装置では、上向きのボーリング孔を計測できないなど、斜孔について測定限界があり、斜め精度が悪く計測できないボーリング孔もあった。また、コイル芯に環状のパーマロイが使用されていたため、感度が十分でなく、また三軸方向の測定に不向きであった。
【００１３】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、注入外管内や上向きのボーリング孔などに挿入して使用し得る小径かつ高精度の孔曲がり測定装置及びそれを利用した薬液注入工法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するため、請求項１に係る発明では、孔曲がり測定装置を次のように構成する。即ち、削孔内に挿通されて該削孔の曲がりを測定する孔曲がり測定装置は、非磁性体材料で形成された円筒状容器内に、互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚの三軸方向の地磁気の強さを測定する三軸磁気センサと、同じくＸ，Ｙ，Ｚの三軸方向の加速度を計測する三軸加速度センサと、上記三軸磁気センサと三軸加速度センサとからの信号を受けて削孔の方位角と傾斜角とを演算する信号処理回路部と、電源回路部と、信号伝送回路部とが内設されてなり、上記三軸磁気センサは、上記円筒状容器本体の内周部に密着嵌合する非磁性体材料でなるホルダーと、該ホルダーに互いに直交して形成された３つの保持孔内に各々嵌合固定された各方向の磁気センサの単体とを有し、各磁気センサの単体は、棒状の芯材にコイルが巻回されてその周囲をシリコン系材料にて囲繞固定されていることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項２に係る発明では、薬液注入工法を次のように構成する。即ち、地盤を削孔してケーシングを所定深度まで挿入した後、ケーシングの中にシールグラウトを充填し、さらに注入外管を建込んでケーシングを引き抜き、次に注入外管の中へパッカー付注入内管を建込んで薬液の注入を行い地盤改良を行う薬液注入工法において、上記注入外管を建込んでケーシングを引き抜いた後、当該注入外管内に上記請求項１の孔曲がり測定装置を挿入して孔曲がりを計測し、爾後、注入外管の中へパッカー付注入内管を建込んで、計測した孔曲がり測定値に応じて薬液の注入調整を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、次のような優れた効果が得られる。  
請求項１の発明に係る孔曲がり測定装置によれば、従来の方位計の代わりに、三軸磁気センサを設けている。そして、この三軸磁気センサの各方向を指向して設けられる磁気センサ単体の構造として、棒状の心材にコイルを巻回したものの外周をシリコン系材料にて囲繞して固定したので、例えば二重管ダブルパッカー工法における注入外管内に挿入して、孔曲がりを高精度に測定可能な小径のユニットツール装置を構成することができる。要するに、ボーリングの削孔装置によることなく計測を行うことができる。また斜め計測についても計測精度が上がり、上向きのボーリング孔でも計測可能となる。  
さらにまた、振動によりＸ、Ｙ、Ｚ軸配置がずれないよう各磁気センサの単体をホルダの保持孔に入れてシリコン系材料で周囲を囲繞して固定したので、挿入時に大きな振動が伝わった場合にも、厳密なＸ、Ｙ、Ｚ軸配置を正しく維持することができるとともに、シリコン系材料によって振動の緩衝も行うことができる。
【００１７】
請求項２の発明に係る薬液注入工法によれば、注入外管を建込んでケーシングを引き抜いた後、当該注入外管内に上記請求項１の孔曲がり測定装置を挿入して孔曲がりを計測し、その後に注入外管の中へ、例えば先端にダブルパッカーを装着したパッカー付注入内管を建込んで薬液の注入を行う。すなわち、孔曲がりの計測作業は、既にケーシングが抜き取られた注入外管に対して行われるため、ケーシング及びボーリングマシン等を他の削孔のために用いることができる。従って、孔曲がりの計測作業中（４０分〜６０分）、掘削後のボーリングマシン等をそのまま待機させておく必要がなくなり、高効率で薬液注入工法を実施することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
【００１９】
図１に本実施形態に係る孔曲がり測定装置５の構成を示す。この孔曲がり測定装置５は、非磁性体の円筒状容器１０内に、先端側から順に、三軸磁気センサ（方位計）１１、磁気センサ及び加速度センサの信号処理回路部１２、三軸加速度センサ（傾斜計）１３、電源回路及び信号伝送回路部１４を内設したユニットツール構造となっている。
【００２０】
非磁性体の円筒状容器１０は、具体的には直径３７ｍｍ、長さ７００ｍｍの合成樹脂の円筒容器からなる。この容器１０の内部の下端側に設けられる三軸磁気センサ（方位計）１１は、容器中心軸線に沿ったＸ軸とこれに直交するＹ軸、Ｚ軸の三軸方向についての地磁気の強さを検知するものであり、単軸方向の指向特性に優れた磁気センサの単体１１ａ、１１ｂ、１１ｃが、各々Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向を指向されて三軸配置されている構造である。また容器１０の内部の中程に設けられる三軸加速度センサ１３は、同じように、Ｘ、Ｙ、Ｚの三軸方向に指向させて加速度センサ１３ａ、１３ｂ、１３ｃを三軸配置した構造である。
【００２１】
三軸加速度センサ（傾斜計）１３については、加速度センサ１３ａ、１３ｂ、１３ｃを三軸配置することにより、ツールが傾斜した場合、三軸それぞれの加速度センサ１３ａ、１３ｂ、１３ｃが重力を３成分ベクトルとして計測でき、このことから円筒状容器１０の垂線からの傾斜角度が演算できることになる。
【００２２】
また三軸磁気センサ（方位計）１１については、同様に磁気センサ１１ａ、１１ｂ、１１ｃを三軸配置した構成として、地磁気成分を計測することにより、同様に３成分ベクトルを計測することができる。三軸計測であるから０〜３６０度が計測できる。これら三軸磁気センサ１１と上記の三軸加速度センサ１３の両方のベクトル成分関係から、傾斜した円筒状容器１０の方位（磁北からの角度）が計算できることになる。
【００２３】
ここで、加速度センサの各成分出力をｇ（ｘ，ｙ，ｚ）、磁気センサの各成分出力をＨ（ｘ，ｙ，ｚ）、基準水平面に投影された磁気センサ各成分出力をＨ（ｘ１，ｙ１，ｚ１）とすると、図２に示すような傾斜角θinclと方位角θazmとは次式のように表すことができる。  
θincl＝Ａtan（ｇｙ２＋ｇｚ２）１／２  ／ｇｘ
θazm＝Ａtan（−Ｈｙ１／Ｈｘ１ ）
＝Ａtan｛（Ｈｚ・ｇｙ−Ｈｙ・ｇｚ）・ｇ／Ｈ・（ｇｙ２＋ｇｚ２）−Ｈｙ・ｇｘ・ｙｙ−Ｈｚ・ｇｘ・ｇｚ）｝
また、
ｇ２＝ｇｘ２＋ｇｙ２＋ｇｚ２＝１．０
であり、よって
ｇｘ＝±（１−ｇｙ２−ｇｚ２）１／２ 
となる。
【００２４】
即ち、本実施形態の孔曲がり測定装置においては、方位計が、従来のように電子磁気コンパスにより構成されず、三軸磁気センサ１１及び三軸加速度センサ１３と、その出力の演算処理回路（磁気センサ及び加速度センサの信号処理回路部１２）により構成される点で、従来と大きく異なる。
【００２５】
ところで、上記三軸磁気センサ１１はその小型化とその感度の向上を図るため、図３（ａ），（ｂ）に示すように、単体の各磁気センサ１１ａ、１１ｂ、１１ｃのコイル芯材１１１には、棒状のスーパーパーマロイ（透磁率がパーマロイの１００倍）が使用され、これにコイル１１２を巻回してマグネットメータとした構成とされている。さらに、孔曲がり測定装置を孔内に挿入する際に振動が加わる恐れがあるので、その振動対策として、上記単体の各磁気センサ１１ａ、１１ｂ、１１ｃは、その外周囲をシリコン系材料のクッション材１１３で囲繞して円柱状に固め、これをアルミ製ホルダー１１４に収容して固定保持するようにしている。
【００２６】
アルミ製ホルダー１１４は円柱状をなし、３軸方向に沿って相互に直交する断面円形の保持孔１１５が３つ形成されており、当該各保持孔１１５にそれぞれ単体の各磁気センサ１１ａ、１１ｂ、１１ｃが嵌合装着されるようになっている。また、ホルダー１１４はその外径寸法が円筒状容器１０の内径に合わせられていて、当該円筒状容器１０内にガタつきなく嵌合装着されるようになっている。従って、小型で且つＸ、Ｙ、Ｚ軸の地磁気を鋭敏に捕らえ得る三軸磁気センサ１１を可及的に小型化して構成できる。
【００２７】
上記の如く小型に構成された三軸磁気センサ１１の各マグネットメータ（磁気センサ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ）は、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の三軸に厳密に固定させておかねばならず、その固定誤差は１／１００以下であることが要請される。１５はＺ軸アラインメントピンを示す。
【００２８】
本実施形態の孔曲がり測定装置５は、孔曲がりを計測するにあたりウインチ又はロッドで孔内を降下されて変位計測をする。外径３７ｍｍと小型で、最小計測径は４０ｍｍであり、口径が４０ｍｍ以上の孔であれば挿入して孔曲がり計測が可能となっている。
【００２９】
ここで、従前の鉛直±５°以上の斜孔や水平孔の孔曲がりを測定可能な二軸計測による測定器にあっては、そのサイズは大きく、約１０ｃｍ以上の孔でないと挿入することができず、よって口径が１０ｃｍを下回るような小径孔ではその孔曲がりを測定することができなかった。例えば、斜め〜水平施工による薬液注入孔の削孔精度を測定しようとした場合、孔曲がり測定器が大きいことから、直径φ１０ｃｍ程度のケーシング削孔を行った直後に、当該ケーシングを介してでしか測定することができなかった。よって、孔曲がりの測定が終わるまでは、当該ケーシングを転用することができず、ケーシング削孔の進捗を遅らせていた。また、このケーシング削孔の遅滞に相乗して、当該従前の測定器ではジャイロを用いているため、その測定の際にはジャイロを保持している油の温度を上げてウォーミングアップしておく必要があり、もって測定に時間を要して一日の測定本数に制約が生じ、これ故ごく少ない本数しか測定ができなかった。
【００３０】
しかし、上記した本実施形態の孔曲がり測定装置は外径が直径３７ｍｍであり、ダブルパッカー工法で使用する注入外管（内径４０ｍｍ）内等、従来では不可能であった小径の孔に挿入して孔曲がりを測定することが可能となる。従って、注入外管を建て込んだ後、ケーシングを抜いても孔曲がりの測定には支障が生じることが無く、当該ケーシングを直ちに次の削孔予定箇所に転用してドリリングマシンによるケーシング削孔を行うことができる。また、本実施形態の孔曲がり測定装置は、測定を行うに際してウォーミングアップする必要がなく、測定時間の可及的な短縮化が図れて、多数本の削孔の孔曲がりを測定可能となる。
【００３１】
以下、上記孔曲がり測定装置を利用した二重管ダブルパッカー工法の施行例について図４、図５及び図７を用いて説明する。
【００３２】
まず、図７（ａ）に示すように、ドリリングマシン（ロータリーボーリングマシンまたはロータリーパーカッション）４によって地盤を所定深度まで泥水削孔する。この削孔は孔壁保護と後述の注入外管の設置のために、ケーシング１（図４）による削孔とする（ケーシング削孔工程：図５（ａ）参照）。
【００３３】
次いで、図７（ｃ）に示すように、このケーシング１内にシールグラウト３（図４）を充填する。すなわち、泥水をシール液（ＣＢ液）に変えて孔内を充填する（泥水をシール液に置換工程：図５（ｃ）参照）。このシールグラウト３はフレキシブルパイプを孔底まで挿入して充填する。
【００３４】
その後、図７（ｄ）に示すように、ケーシング１内に、最先端をキャップで閉鎖した注入外管２（図４）の建て込みを行い、ケーシング１を引き抜く（注入外管建て込み後ケーシング引き抜き工程：図５（ｄ）参照）。
【００３５】
上記工程（ａ）〜（ｄ）を繰り返し、逐次に全孔の削孔を進めていく（図５（ｅ）、図７（ｅ）参照）。このとき上記工程（ｄ）において引き抜いたケーシング１は別の箇所の開孔作業に転用していく。
【００３６】
次いで、上述した図１の外径３７ｍｍの孔曲がり測定装置５をウインチ又はロッドで降下させて、図４の如く内径４０ｍｍの注入外管２内に挿入し、２ｍおきにウインチを止め、孔の曲がり（方位角及び傾斜角）を計測する（孔曲がり測定工程：図５（ｂ−２）、図７（ｂ−２）参照）。傾斜計の性能については、傾斜角精度±０．１、傾斜角測定範囲０〜９０度以上であり、また方位計の性能については、方位角精度±０．２５度、計測方向は全方位である。
【００３７】
次に、図５（ｆ）に示すように、上記注入外管２の中に、先端部にダブルパッカーを装着したパッカー付注入内管（注入ホース）を建て込み、二重管とする。そして注入内管を軸方向に移動させて、注入内管の噴出孔を注入外管の最深の注入孔に一致させ、計測した孔曲がり測定値に応じて薬液の注入調整を行いつつ、地上から薬液を圧送し、注入孔から図２の如く薬液６を地盤中に注入する（注入実施工程：図５（ｆ）参照）。
【００３８】
次いで、注入内管を上方に移動させることにより噴出孔を直上の注入孔に合わせ、当該注入孔から薬液を地盤中に注入する（図７（ｇ）参照）。 この工程を、最上部の注入孔まで順次行い、各注入孔から薬液を地盤中に注入する（図７（ｈ）参照）。
【００３９】
孔曲がり測定装置５の外径が３７ｍｍと小さくなり注入外管内に挿入可能になったことにより、大径のケーシング削孔時に測定せねばならないという制約がなくなり、注入外管（内径４０ｍ）建込み後に、当該注入外管を通じて孔曲がりを測定することが可能となる。したがって、薬液注入工の施工を途中で止める必要がなくなる。また、測定対象の孔毎にウォーミングアップを行う必要がなく、測定時間が可及的に短縮化されるので、注入外管建込み後にある程度本数をまとめて測定することが可能であり、一日に測定できる本数を大幅に増加することができる。さらに、ケーシング削孔の終了後、直ちに当該ケーシングを次の削孔予定場所に移して転用できるので、削孔工事を効率よく進めることができ工期の大幅な短縮化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の孔曲がり測定装置の概略構成を示す図である。
【図２】孔曲がり測定装置の傾斜角θinclと方位角θazmとを説明する図である。
【図３】図１中に示す三軸磁気センサの概略構成を示す斜視図であり、（ａ）は各軸方向に指向されて設けられる単体の磁気センサを示し、（ｂ）はその単体の磁気センサを保持するホルダーを示す。
【図４】本発明の孔曲がり測定装置を二重管ダブルパッカー工法に利用した形態を示す略図である。
【図５】本発明の二重管ダブルパッカー工法の施工手順を示した図である。
【図６】従来の二重管ダブルパッカー工法の施工手順を示したものである。
【図７】本発明の二重管ダブルパッカー工法の施工手順を、従来の二重管ダブルパッカー工法の施工手順と共に示した図である。
【符号の説明】
【００４１】
１    ケーシング
２    注入外管
３    シールグラウト
４    ドリリングマシン
５    孔曲がり測定装置
６    薬液
１０  非磁性体の円筒状容器
１１  三軸磁気センサ
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ  磁気センサ（単体）
１１１  コイル心材
１１２  コイル
１１３  シリコン材料のクッション材
１１４  アルミ製ホルダー
１１５  保持孔
１２  信号処理回路部
１３  三軸加速度センサ
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ  加速度センサ（単体）
１４  電源回路及び信号伝送回路部
１５  Ｚ軸アラインメントピン
【図１】
2006214101.tif 000003
【図２】
2006214101.tif 000004
【図３】
2006214101.tif 000005
【図４】
2006214101.tif 000006
【図５】
2006214101.tif 000007
【図６】
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【図７】
2006214101.tif 000009