(57)【要約】    【課題】  孔奥の地下水のモニタリングを可能にする。    【解決手段】  先端に削孔ユニット２（削孔ビット２ａを含む）を取付けた第１の管（削孔管）３で削孔して、ボーリング孔４を形成した後、第１の管３を後退させる。第１の管３内に、先端部外周にパッカー９を有する第２の管（取水管）８を挿入し、削孔ユニット２を押し外して、第２の管８の先端部を第１の管３の先端面より突出させる。パッカー９を拡張して、パッカー９の外周面をボーリング孔４の内周面に密着させる。第２の管８内から地下水を取水し、水圧又は流量を測定する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボーリング孔に、第１の管を挿入配置し、
前記第１の管内に、先端部外周にパッカーを有する第２の管を挿入して、前記第２の管の先端部を前記第１の管の先端面より突出させ、
前記パッカーを拡張して、前記パッカーの外周面を前記ボーリング孔の内周面に密着させ、
前記第２の管内から地下水を取水する
ことを特徴とする、地下水の取水方法。
【請求項２】
先端に削孔ビットを取付けた第１の管で削孔して、ボーリング孔を形成した後、前記第１の管を後退させ、
前記第１の管内に、先端部外周にパッカーを有する第２の管を挿入し、前記削孔ビットを押し外して、前記第２の管の先端部を前記第１の管の先端面より突出させ、
前記パッカーを拡張して、前記パッカーの外周面を前記ボーリング孔の内周面に密着させ、
前記第２の管内から地下水を取水する
ことを特徴とする、地下水の取水方法。
【請求項３】
前記第１の管内の前記削孔ビットより後方に逆止弁を備え、
前記第２の管の先端部により前記削孔ビットを押し外すときに、前記逆止弁も押し外すことを特徴とする、請求項２記載の地下水の取水方法。
【請求項４】
前記第２の管は、外管と内管との二重管として、内管の内側、又は、外管と内管との間のいずれか一方を取水ライン、他方を前記パッカーの拡縮用の流体ラインとすることを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の地下水の取水方法。
【請求項５】
前記第２の管の口元側に測定器を配置して、地下水の水圧若しくは流量を測定することを特徴とする、請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の地下水の取水方法。
【請求項６】
ボーリング孔から地下水を取水するシステムであって、
前記ボーリング孔に挿入配置される第１の管と、
前記第１の管内に挿入されて、先端部が前記第１の管の先端面より突出するように配置される取水用の第２の管と、
前記第２の管の先端部外周面に装着されて、拡縮可能なパッカーと、
を含んで構成され、
前記パッカーは、収縮状態では、前記第２の管と共に前記第１の管内を通過可能であり、拡張状態では、外周面が前記ボーリング孔の内周面に密着可能である
ことを特徴とする、地下水の取水システム。
【請求項７】
前記第１の管は、先端に削孔ビットが着脱可能に取付けられていて、前記ボーリング孔の削孔管を兼ね、
前記削孔ビットは、前記第２の管による押圧で、前記第１の管から脱離可能であることを特徴とする、請求項６記載の地下水の取水システム。
【請求項８】
前記第１の管内の前記削孔ビットより後方に逆止弁を備え、
前記逆止弁も、前記第２の管による押圧で、前記第１の管から脱離可能であることを特徴とする、請求項７記載の地下水の取水システム。
【請求項９】
前記第２の管は、外管と内管との二重管として、内管の内側、又は、外管と内管との間のいずれか一方を取水ライン、他方を前記パッカーの拡縮用の流体ラインとすることを特徴とする、請求項６〜請求項８のいずれか１つに記載の地下水の取水システム。
【請求項１０】
前記第２の管の口元側に配置される水圧若しくは流量の測定器を更に含んで構成されることを特徴とする、請求項６〜請求項９のいずれか１つに記載の地下水の取水システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばトンネルの切羽前方の地下水情報（水圧、流量など）のモニタリングに好適に用いることができる、地下水の取水方法及び取水システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
トンネル掘削における大量湧水（突然湧水）は、その対策が後手に回り、施工中断が長期化する。従って、トンネルの切羽前方の地下水情報を事前に掴むことが重要である。
一般的には施工開始前に地表から設置された観測井でモニタリングすることが通常である。しかし、大土被りのトンネルでは観測井は期待できず、トンネル坑内からボーリングで探りながら、トンネル掘削しているのが実状である。更に、大土被りの場合は、湧水帯も高湧水圧を保持していることが懸念される。
【０００３】
トンネル掘削時の切羽前方の湧水圧をモニタリングするためには、特許文献１に示されているように、岩盤の水平方向にボーリング孔を削孔後、ボーリング孔に取水管を挿入し、取水管の外周面とボーリング孔の内周面との間に、パッカーを設置する必要がある。
【０００４】
この場合、パッカーの設置位置は、ボーリング孔の孔手前、孔奥が考えられる。孔手前の方がパッカーの設置・撤去が容易であるが、湧水帯が孔奥にある場合、ボーリング孔の壁面から湧水圧が逃げ、本来の湧水帯の水圧挙動を測定できない。従って、対象とする湧水帯の手前（孔奥）にパッカーを設置することが必須となる。
【０００５】
また、トンネル前方の湧水圧をモニタリングするためには、ボーリング削孔長もポイントとなる。例えば１００〜１５０ｍの中尺の水平方向にボーリングを行って、湧水圧を測定できれば、トンネル進行約１ヶ月先の湧水情報を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−３２４５７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、削孔ロッドにより、例えば１００〜１５０ｍの水平方向のボーリング孔を形成し、削孔ロッドを引き抜いてから、ボーリング孔に、先端部外周にパッカーを有する取水管を挿入して、パッカーを拡張する場合、次のような問題点がある。
【０００８】
取水管と共にパッカーを挿入する前に、前述の１００〜１５０ｍの区間が裸孔となるため、孔崩れが懸念される。そのため、パッカーが引っ掛かって挿入できない、また挿入できた場合でも回収できないことが懸念される。
かかる理由から、１００〜１５０ｍの中尺の水平方向のボーリングにおいて、パッカーを挿入すること自体、これまで殆ど実績がないのが実状である。
【０００９】
本発明は、このような実状に鑑み、ボーリング孔の孔奥からの地下水の取水を可能とする、地下水の取水方法、及び、取水システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の係る地下水の取水方法は、
１）ボーリング孔に、第１の管を挿入配置し、
２）前記第１の管内に、先端部外周にパッカーを有する第２の管を挿入して、前記第２の管の先端部を前記第１の管の先端面より突出させ、
３）前記パッカーを拡張して、前記パッカーの外周面を前記ボーリング孔の内周面に密着させ、
４）前記第２の管内から地下水を取水する
ことを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る地下水の取水方法は、また、
１）先端に削孔ビットを取付けた第１の管で削孔して、ボーリング孔を形成した後、前記第１の管を後退させ、
２）前記第１の管内に、先端部外周にパッカーを有する第２の管を挿入し、前記削孔ビットを押し外して、前記第２の管の先端部を前記第１の管の先端面より突出させ、
３）前記パッカーを拡張して、前記パッカーの外周面を前記ボーリング孔の内周面に密着させ、
４）前記第２の管内から地下水を取水する
ことを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る地下水の取水システムは、
ボーリング孔に挿入配置される第１の管と、前記第１の管内に挿入されて、先端部が前記第１の管の先端面より突出するように配置される取水用の第２の管と、前記第２の管の先端部外周面に装着されて、拡縮可能なパッカーと、を含んで構成され、
前記パッカーは、収縮状態では、前記第２の管と共に前記第１の管内を通過可能であり、拡張状態では、外周面が前記ボーリング孔の内周面に密着可能であることを特徴とする。
【００１３】
ここで、前記第１の管は、先端に削孔ビットが着脱可能に取付けられていて、前記ボーリング孔の削孔管を兼ね、前記削孔ビットは、前記第２の管による押圧で、前記第１の管から脱離可能であるとよい。
また、前記第１の管内の前記削孔ビットより後方に逆止弁を備える場合、この逆止弁も、前記第２の管による押圧で、前記第１の管から脱離可能であるとよい。
また、前記第２の管は、外管と内管との二重管として、内管の内側、又は、外管と内管との間のいずれか一方を取水ライン、他方を前記パッカーの拡縮用の流体ラインとするとよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、第１の管を保孔管としてボーリング孔の孔崩れを防止することができ、パッカーを有する第２の管の挿入が容易となり、パッカーを孔奥に配置することができる。
また、第１の管を削孔管として用い、第２の管で削孔ビット（及び逆止弁）を押し外す方式とすることで、第１の管が削孔管と保孔管とを兼ね、これにより削孔管を抜く作業が不要となり、作業効率を向上できる。また、削孔時は第１の管のみ（一重管）で削孔するので、二重管で削孔する場合に比べ、駆動力の伝達が容易で、必要とする削孔長を確保できる。
また、第２の管を二重管として、パッカー拡張用の流体ラインを確保することで、別途チューブを這わせる必要がなくなり、挿入作業を容易化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る地下水の取水方法の一実施形態を示す工程図
【図２】第１の管と削孔ユニットとの脱離機構の具体例１を示す図
【図３】第１の管と削孔ユニットとの脱離機構の具体例２を示す図
【図４】他の実施形態として第１の管の先端部構造を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して、本発明に係る地下水の取水方法及び取水システムの実施形態について説明する。尚、ここでの地下水の取水は、地下水の水圧若しくは流量の測定のために実施される。
図１は本発明に係る地下水の取水方法（測定方法）の一実施形態を示す工程図である。以下、工程別に説明する。
【００１７】
図１（Ａ）は第１の管（削孔管）３による削孔工程を示している。
トンネルの坑内から、削孔機１により、先端部に削孔ユニット２（削孔ビット２ａを含む）を取付けた第１の管（削孔管）３を回転させて、地中にボーリング孔４を削孔する。
削孔機１は、削孔管を回転駆動しつつ送り動作させるロータリー削孔システムであってもよいし、削孔管を回転駆動しつつ送り方向に打撃動作させるロータリーパーカッション削孔システムであってもよい。
削孔機１は、また、第１の管３内に冷却及び排泥用の水を供給する機能を有している。
【００１８】
削孔ユニット２は、削孔ビット２ａと、逆止弁２ｂと、取付部（係合部）２ｃと含んで、一体にユニット化してある。
削孔ビット２ａは、先端面に複数のビットをリング状に配置して構成されると共に、冷却及び排泥用の水の噴出口を有している。
逆止弁２ｂは、冷却及び排泥用の水を削孔ビット２ａ側に送出する方向にのみ通過させ、削孔ビット２ａ側から第１の管３内への逆流を防止する。
取付部２ｃは、削孔ユニット２を第１の管３に着脱可能（取外し可能）に取付ける部分であり、第１の管３の回転を削孔ビット２ａに伝達する。但し、第１の管３の内部から削孔ユニット２（取付部２ｃ）を押すことで、第１の管３から削孔ユニット２を脱離できる。この脱離機構の具体例については後述する。
【００１９】
第１の管３内に供給された冷却及び排泥用の水は、逆止弁２ｂを経て、削孔ビット２ａより噴出した後、ボーリング孔４の内周面と第１の管３の外周面との隙間を通って、孔口側に戻る。この際、削孔ビット２ａにより掘削された岩盤の掘削ズリが排泥用の水と共にボーリング孔４外に排出される。
【００２０】
ボーリング孔４の孔口側は、拡径されて、第１の管３より大径の口元保護管５により補強されている。
口元保護管５の開口部には、第１の管３を取り囲むように、プリベンタ６が取付けられる。
プリベンタ６は、管体の内周面に全周にわたる環状の袋体を有し、この袋体がエア又は水の供給制御により拡張・収縮することで、プリベンタ６の内周面と第１の管３の外周面との隙間を調整することができる。
口元保護管５にはまた、開閉弁を有する排水ライン７が接続され、前記孔口側に戻った冷却及び排泥用の水は、この排水ライン７から排出される。
【００２１】
第１の管３によるボーリングの進行と共に、削孔機１側で第１の管３が継ぎ足されて、所望の削孔長（例えば１００〜１５０ｍ）が掘削、削孔される。
【００２２】
図１（Ｂ）は第１の管（削孔管）３を後退させる工程を示している。
本工程では、所望の削孔長の実現後、削孔（並びに、冷却及び排泥用の水の供給）を停止し、第１の管３を所定距離後退させる。例えば、湧水帯を通過したことを湧水による排水量の増加で知り、湧水帯の手前まで第１の管３を引き戻す。これにより、ボーリング孔４の先端部と第１の管３の先端部との間に、空間部が形成される。この空間部は削孔ユニット２の脱離空間となると共にパッカー９の拡張空間となる。尚、高湧水圧下でも、湧水（地下水）は逆止弁２ｂによって第１の管３内への侵入を阻止され、第１の管３とボーリング孔４との隙間に逃がすので、第１の管３を安全に後退させることができる。
【００２３】
図１（Ｃ）は第２の管（取水管）８の挿入工程を示している。
本工程では、第１の管（削孔管）３内に、第２の管（取水管）８を挿入する。第２の管８は、先端部外周にパッカー９を有している。パッカー９の収縮状態で、パッカー９の外径は第１の管３の内径より小さい。この挿入時も第１の管３内への湧水の浸入が逆止弁２ｂにより阻止されているので、高湧水圧下でも第２の管８を安全に挿入できる。また、挿入の進行と共に、第２の管８の後端部側に第２の管８を継ぎ足していく。これにより、第２の管（取水管）８の先端部を削孔ユニット２の後端部に当接若しくは近接させる。尚、図１（Ｃ）では省略したが、第２の管８の挿入も削孔機１を用いて行うとよい。
【００２４】
第２の管８は、外管８ａと内管８ｂとの二重管構造であり、内管８ｂの内側が地下水取水時には取水ラインとなる。そして、外管８ａと内管８ｂとの間がパッカー９の拡縮用の流体ライン（エア又は水の供給ライン）となる。
【００２５】
図１（Ｄ）は口元処理及び削孔ユニット脱離工程を示している。
口元処理工程では、口元保護管５からプリベンタ６を取外して、口元保護管５の開口部を蓋１０で塞ぐ。また、第２の管８、詳しくはその内管８ｂの口元に、開閉弁１１をセットし（閉状態）、開閉弁１１の上流側に計測器として圧力計１２及び流量計１３をセットする。
【００２６】
削孔ユニット脱離工程では、第２の管８の先端部を削孔ユニット２に当接又は近接させた状態から、第２の管８を更に挿入方向に押すことで、削孔ユニット２を第１の管３から脱離させる。そして、第２の管８の先端部（パッカー９の部分）を第１の管３の先端面より突出させる。
【００２７】
図１（Ｅ）はパッカー拡張及び測定工程を示している。
パッカー拡張工程では、第２の管（取水管）８の外管８ａと内管８ｂとの間のパッカー拡縮用の流体ラインを通じて、パッカー９へ、エア又は水を送り、パッカー９を外周側に拡張させる。これにより、パッカー９の外周面をボーリング孔４の内周面に密着させる。これにより、第２の管８の先端部外周とボーリング孔４との間の隙間をパッカー９により密閉し、湧水帯から第２の管８の外側への流れを阻止し、湧水帯からの地下水が全て第２の管８内に取込まれるようにする。
【００２８】
測定工程では、地下水の水圧を測定する際は、開閉弁１１を閉じ、圧力計１２の指示値から、水圧を測定する。
また、地下水の流量を測定する際は、開閉弁１１を開き、流量計１３の指示値から、流量を測定する。
かかる測定は、例えば数ヶ月のモニタリング期間の間、必要に応じて行われる。
【００２９】
モニタリング終了後は、パッカー拡縮用の流体ラインを通じて、パッカー９から、エア又は水を抜き、パッカー９を収縮させる。その後、パッカー９を有する第２の管８を第１の管３内を通して引き抜く。尚、モニタリング期間（例えば数ヶ月）の間、第１の管３を残置することにより、第２の管８の抜管まで安全に行うことができる。
次いで、第１の管３を引き抜く。従って、脱離した削孔ユニット２は回収しない。
【００３０】
次に、削孔ユニット２の脱離機構について、具体例を説明する。
図２は第１の管３と削孔ユニット２との脱離機構の具体例１を示す図である。
本例では、第１の管３の先端部内周と削孔ユニット２の後端の取付部２ｃ外周とは、互いに嵌合し、取付部２ｃに半径方向に貫通させて設けたキーブロック２１で、回転方向に強固に連結している。これに対し、軸方向には、キーブロック２１の係合斜面２１ａにより脱離可能としている。そして、キーブロック２１は、固定ピン２２により、取付部２ｃの内周に嵌合させた固定リング２３に固定されている。固定ピン２２は押し切り可能である。
【００３１】
従って、第２の管８の先端部で削孔ユニット２の後端の取付部２ｃを押すことにより、キーブロック２０の係合斜面２０ａに沿う移動とあいまって、固定ピン２２を押し切り、キーブロック２０を外すことができ、第１の管３から削孔ユニット２を脱離することができる。
【００３２】
すなわち、削孔ユニット２（削孔ビット２ａを含む）は、第１の管３の先端部に、キーブロック２１を介して、回転方向に強固に、軸方向（特に離間方向）に弱く係合するように取付けられ、第２の管８で削孔ユニット２を第１の管３から離間させる方向に押圧することにより、削孔ユニット２を取外すことができる。
【００３３】
図３は第１の管３と削孔ユニット２との脱離機構の具体例２を示す図である。
本例では、第１の管３の先端部３ａに、削孔時の回転方向に開口する係合溝３１を有し、削孔ユニット２の後端の取付部２ｃの外周に、係合ピン３２を有する。
係合溝３１と係合ピン３２とは、第１の管３の削孔時の回転方向に係合し、第１の管３の回転を削孔ユニット２（削孔ビット２ａ）に伝達する。
【００３４】
従って、第１の管３を削孔時の回転方向と逆方向に回転させて、係合溝３１と係合ピン３２との係合を外してから、第２の管８の先端部で削孔ユニット２の後端部を押すことにより、第１の管３から削孔ユニット２を脱離することができる。
【００３５】
すなわち、削孔ユニット２（削孔ビット２ａを含む）は、第１の管３の先端部に、係合溝３１と係合ピン３２とで、第１の管３の削孔時の回転方向に係合するように取付けられていて、第１の管３を逆転させて係合を解除した後に、第２の管８で削孔ユニット２を押圧することにより、削孔ユニット２を取外すことができる。
【００３６】
本実施形態によれば、
１）先端に削孔ユニット２（削孔ビット２ａを含む）を取付けた第１の管（削孔管）３で削孔して、ボーリング孔４を形成した後、第１の管３を後退させ、
２）第１の管３内に、先端部外周にパッカー９を有する第２の管（取水管）８を挿入し、削孔ユニット２を押し外して、第２の管８の先端部を第１の管３の先端面より突出させ、
３）パッカー９を拡張して、パッカー９の外周面をボーリング孔４の内周面に密着させ、
４）第２の管８内から地下水を取水する。
【００３７】
かかる工程とすることにより、第１の管３を保孔管としてボーリング孔４の孔崩れを防止することができ、パッカー９を有する第２の管８の挿入が容易となり、パッカー９を孔奥に配置することができる。
また、第１の管３を削孔管として用い、第２の管８で削孔ユニット２（削孔ビット２ａを含む）を押し外す方式とすることで、第１の管３が削孔管と保孔管とを兼ね、これにより削孔管を抜く作業が不要となり、作業効率を向上できる。また、削孔時は第１の管３のみ（一重管）で削孔するので、二重管で削孔する場合に比べ、駆動力の伝達が容易で、必要とする削孔長を確保でき、削孔時間も短縮できる。
【００３８】
また、本実施形態によれば、第１の管３内の削孔ビット２ａより後方に、排泥用の水の逆流を防止する逆止弁２ｂを備え、第２の管８の先端部により削孔ビットを押し外すときに、逆止弁２ｂも押し外すようにすることで、逆止弁２ｂが地下水の取水を妨げるのを回避でき、地下水の取水を確実なものとすることができる。
【００３９】
また、本実施形態によれば、第２の管８は、外管８ａと内管８ｂとの二重管として、内管８ｂの内側、又は、外管８ａと内管８ｂとの間のいずれか一方を取水ライン、他方をパッカー９拡縮用の流体ラインとすることができる。そして、次のような効果が得られる。
パッカー９挿入用の第２の管８が一重管の場合、管内を取水ラインとすると、別途パッカー９拡縮用の流体ライン（チューブ）を這わせる必要がある、１００ｍを超える挿入では、挿入作業が煩わしいだけでなく、途中で流体ライン（チューブ）の損傷・切断が懸念される。
そこで、本実施形態のように、水圧等のモニタリング用の取水ラインと、パッカー９拡縮用の流体ラインとに分けて使用できる、二重管とすることで、挿入作業が極めて容易となる。
【００４０】
また、本実施形態によれば、第２の管８の口元側に測定器（圧力計１２及び流量計１３）を配置して、地下水の水圧若しくは流量を測定することにより、孔奥の地下水の状況を安全にモニタリングすることができる。
【００４１】
上記の実施形態では、第１の管（削孔管）３内の削孔ビット２ａの後方に配置されて、冷却及び排泥用の水の逆流を防止する逆止弁２ｂは、削孔ビット２ａと一体にユニット化してある（削孔ユニット２）。
図４に本発明の他の実施形態として、逆止弁を削孔ビットと別構成とした例を示す。本例では、第１の管（削孔管）３の先端部に削孔ビット２ａが取付部２ｃを介して取付けられる。逆止弁２ｂは第１の管３内の削孔ビット２ａより後方位置に嵌着される。
この場合は、第１の管３内に第２の管８を挿入することで、先ず逆止弁２ｂを押し外し、次いで削孔ビット２ａを押し外すことで、これらを脱落させることができる。
【００４２】
また、上記の実施形態では、先端に削孔ユニット２（削孔ビット２ａを含む）を取付けた第１の管３が削孔管と保孔管とを兼ねるようにし、それゆえ、第２の管８で削孔ユニット２を脱離する工程を有するが、予め削孔ロッド（ドリルロッド、ボーリングロッド、ケーシングロッドなどを含む）により形成したボーリング孔に、削孔ロッドを抜いた後に、第１の管３を保孔管として挿入する構成とすることもできる。この場合は、削孔ユニット２を脱離する工程は不要となる。
【００４３】
すなわち、
１）ボーリング孔４に、第１の管（保孔管）３を挿入配置し、
２）第１の管３内に、先端部外周にパッカー９を有する第２の管（取水管）８を挿入して、第２の管８の先端部を前記第１の管３の先端面より突出させ、
３）パッカー９を拡張して、パッカー９の外周面を前記ボーリング孔４の内周面に密着させ、
４）第２の管８内から地下水を取水する。
【００４４】
このようにしても、第１の管３を保孔管としてボーリング孔４の孔崩れを防止することができ、パッカー９を有する第２の管８の挿入が容易となり、パッカー９を孔奥に配置することができる。
【００４５】
また、図示の実施形態はあくまで本発明を例示するものであり、本発明は、説明した実施形態により直接的に示されるものに加え、特許請求の範囲内で当業者によりなされる各種の改良・変更を包含するものであることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００４６】
１  削孔機
２  削孔ユニット
２ａ  削孔ビット
２ｂ  逆止弁
２ｃ  取付部（係合部）
３  第１の管（削孔管、保孔管）
４  ボーリング孔
５  口元保護管
６  プリベンタ
７  排水ライン
８  第２の管（取水管）
８ａ  外管
８ｂ  内管
９  パッカー
１０  蓋
１１  開閉弁
１２  圧力計
１３  流量計
【図１】
2018021315.tif 000003
【図２】
2018021315.tif 000004
【図３】
2018021315.tif 000005
【図４】
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