(57)【要約】【課題】  地下深部の初期応力測定を高精度に求める。【解決手段】外部にケーブルがないためこの測定装置をボアホールに岩盤と一体になるように膨張性のグラウトで固め安定した後、その周りの岩盤を同芯状に切り出すことすなわちオーバーコアすることにより歪計に作用していた応力が開放される。この過程のデータは測定装置に記録されておりそのデータを解析することにより初期応力を求めることが出来る。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボーリングされた孔に測定装置を埋設する方法であって、測定装置とモルタルを内蔵したケース管を前記孔内に配置させ、ケース管を前記孔から除去して該孔内に測定装置を配置するとともに該孔を前記モルタルで充填する、ことを特徴とする測定装置の埋設方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は測定装置の埋設方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
我々は新しく開発したワイヤレス・インテリジェント回収型歪計を用いて深部ボアホールにおいて、回収型歪計を埋設設置した後にオーバーコアリングにより初期応力の測定を進めている。このような測定においては測定装置の開発（山内ほか、２０００）はもとより、深部ボアホールの孔底に埋設設置された測定装置・グラウト・岩石を含むコアを同芯でオーバーコアにより取り出す技術の開発(松本ほか、２０００、２００１)も必要であった。これらの問題を克服して現在は深部ボアホールにおいても良好に同芯でオーバーコアが出来るようになってきた。このことにより地下深部の初期応力測定を高精度に求められることが判ってきた（石井ほか、２０００、２００１）。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、まだ応力測定は開発中である。
【０００４】
今回は、水平ボーリング孔において測定装置埋設設置とオーバーコアリングの実験を行った。水平孔での試みは始めてである。この時の技術的な方法について報告する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
現在までインテリジェント回収型歪計(以下、測定装置と呼ぶ)は1 号機から６号機(４号機は製作していない)まで開発され基礎実験を重ねている。この測定装置は、外部に電源線や信号線が出ていない円筒形の密封型である。内部には電源部・Ａ／Ｄ・増幅器・電気回路・ＣＰＵ・メモリー部・温度計・方位計が組み込まれていて、歪計は水平歪計が３成分、斜め歪計が２成分、垂直歪計が１成分搭載されている。
【０００６】
測定装置の１号機は全長０．７ｍ、直径６０ｍｍで、２・３・５ 号機は全長１．７６〜１．９２４ｍで上部は直径５０ｍｍ、下部の歪計は直径４２ｍｍである。６号機は全長が１．９１ｍで上部の直径が４８ｍｍ、歪計部分は直径３８ｍｍと細くなっている。
【発明の効果】
【０００７】
外部にケーブルがないためこの測定装置をボアホールに岩盤と一体になるように膨張性のグラウトで固め安定した後、その周りの岩盤を同芯状に切り出すことすなわちオーバーコアすることにより歪計に作用していた応力が開放される。この過程のデータは測定装置に記録されておりそのデータを解析することにより初期応力を求めることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
水平ボーリング孔と測定装置埋設孔の掘削
水平孔は直径６−１／４インチ(φ１５８．７ｍｍ)で掘削し、この孔に５インチケーシング(孔壁崩落の保護管で外径１３９．８ｍｍ、内径１２６．６ｍｍ)を孔底部まで設置し、外側をフルホールセメンチングする。
【０００９】
測定装置の埋設孔は孔底部の先にφ６０ｍｍの小孔径を掘削するが、中心位置を掘削するための工夫が必要である。そこで、埋設孔用掘削ビットを孔中心に誘導するために、鋼管（長さ５０ｃｍ）の内側をテーパーにして、埋設孔側にあたる出口の中心穴径を６４ｍｍにした誘導孔用先端シューを製作した。この先端シューをＰＱロッド(外径１１４．３ｍｍ、内径１０３．２ｍｍ)につなぐ。ＰＱロッドもケーシング中心になるように、先端から数ｍまでの外側にケーシングの内径に合わせたセントライザーを取り付ける。５インチケーシングのなかに誘導孔用先端シューをＰＱロッドとともに孔底部までセットする。次に埋設孔掘削のためコアビット(外径５９．９４ｍｍ、内径３６．４ｍｍ)とコアバーレル(コアを収納する容器)をＢＱロッド(外径５６．６ｍｍ、内径４６ｍｍ)につなぎ、ＰＱロッドのなかに送り込む。水平であるためコアビットは下盤にそって送り込まれるが、コアビットがＰＱロッドの先端部分に達すると、誘導孔用先端シューの内側テーパーによって出口の中心穴径にセットできる。この位置から掘削を行えば、ケーシングのほぼ中心に孔径６０ｍｍで長さ２ｍの埋設孔が出来上がる。この時、採取したコアから岩盤を確かめ埋設に適しているか判断する。岩盤が良好であれば、孔内の清水洗浄を行い埋設準備に入る。
【００１０】
PQ ロッドのキーの位置(方位)決め
測定装置に搭載された水平歪計は３成分で１２０度分割になっている。このなかで基準になる歪計位置を表すために、装置外側にキーマークを付けてある。水平孔においては、測定装置のキーマークを真上に向くように埋設設置するための工夫が必要になる。
【００１１】
孔内に設置されたＰＱロッドは先端より５ｍ手前の内側にキー(出っ張りで長さ６ｍｍ)が取り付けてある。このＰＱロッドキー位置が孔内で、どの角度に向いているかを探るため、ＢＱロッドにキー方位管(長さ９４４ｍｍ、直径１０１ｍｍ)をつなぎＰＱロッド内に送り込む。このキー方位管の溝部分がＰＱロッドキーにはまる仕組みになっている。次にＢＱロッド内にφ４０．５ｍｍロッドに接続した円筒形の孔芯測定器(タイマー・丸型フイルム内蔵)を挿入する。孔芯測定器がキー方位管内側のキー位置にセットできる構造になっている。これにより、PQ ロッドキーと方位管と孔芯測定器が一定の向きになる。孔芯測定器のタイマーが作動した後に孔芯測定器を取り出しフイルムを現場で現像する。フイルムには真上の位置とキー位置が印される。このキー印しが真上に対して時計回り何度にあるか見ることにより、PQ ロッドキー位置を確認することが出来る。
【００１２】
測定装置の埋設設置方法とオーバーコアの結果
水平孔では埋設用モルタル(ミルク状で流動性)を小径の埋設孔に置換することはできない、という難しい問題が出た。そこで、測定装置と一緒にモルタルを埋設設置する方法を考えなくてはならない。最初はかなり凝った装置を考えたが、シンプルな工法にすることにした。用意したのはパイプ(以下ここではケース管と呼ぶ)で長さ４ｍ、外径５４ｍｍ、内径５０．７ｍｍである。このケース管の中に測定装置とモルタルを一緒にして埋設孔に設置する方法である。この方法について下記に順次説明する。
【００１３】
埋設のときは測定装置とモルタルを一緒に入れたケース管・ジョイント管・ＢＱロッド・キー方位管・ＢＱロッドとつないで孔内にセットしていくが、つなぐときはすべてネジ方式であるので、事前につないでキー方位管の溝の位置をケース管の頭に印しておく。測定装置の先端部分にケース管内径にピッタリ合わせたウレタン(ピストンの役目)を取り付け、測定装置をケース管内にセットする。この時、すでに測定した方位(ＰＱロッドキー)が真上より時計回りに３２度であったなら、ケース管の印しに対して反時計回りに３２度振った位置に測定装置のキーマークを合わせることにより、埋設後に装置キーマークは孔内で真上に設置される。次に、ケース管尻から配合モルタルを注入した後、栓(材質はウレタン)をする。ケース管・ジョイント管そして２ｍのＢＱロッドをつなぎ、このロッドにモルタルを注入してから、モルタルが流失しないようにスポンジで押さえる。セットを終えた一体物をＢＱロッドでＰＱロッド内に送り込み、キー方位管の溝とＰＱロッドキーを合わせる。この位置まで押し込むとケース管先端は埋設孔の孔底手前１０ｃｍの位置にセットできる。次に、ＢＱロッド内にφ４０．５ｍｍロッド(押し棒)をつなぎながら挿入していき、スポンジの位置から一気に押し込みを開始する。この時の圧力で測定装置先端のウレタンがピストンの役目をして、ケース管尻の栓を弾き飛ばし、埋設孔内にモルタルが充填されていく。押し込んだ深度は測定装置先端が孔底部より手前１０ｃｍの位置までである。次に、ケース管を埋設孔より出るように３ｍ引き抜く。スポンジは埋設孔内で膨らんでモルタルの戻りを押さえる。あとは、押し棒とＢＱロッドを地上に引き抜き、最後にＰＱロッドを引揚げる。モルタルの硬化待機期間になる。
【００１４】
水平孔においてケース管(測定装置・モルタル)と接続されたＢＱロッド及び押し棒(４０．５ｍｍロッド)を深い位置まで押し込むには、工夫が必要である。地上において、ＢＱロッドに取り外し自由なワッカを通して、ワイヤーと滑車を介しボーリングマシンの電動ウインチでワイヤーを巻き上げるとＢＱロッドが孔内に送り込まれる仕組みである。３ｍ分のＢＱロッドを孔口まで送り込んだらワッカを外し、次のＢＱロッドをつなぎワッカを通しウインチで巻き上げる。これを繰り返しながら送り込みケース管が規定深度に近づいたら、ボーリングマシンでゆっくり押しながら、埋設孔底部手前１０ｃｍの位置になるようにセットする。押し棒の送り込みも途中までは同じ方法で行う。最後にケース管内の測定装置を埋設孔に押し込むときは、地上において２機のハンドウインチを用いた。押し棒の端に取り付けた冶具に２本のワイヤーと滑車を介して、２機のウインチを同時に巻き揚げながら押し込みをおこなうが、荷重計を見ながらケース管先端の栓が外れたかどうか確認した後に、押し込み長を加減して規定深度まで押し込む。
オーバーコアリングによる回収について
モルタル硬化後に、オーバーコアによる回収をおこなう。使用したコアビットは外径１１６ｍｍ、内径８５．５ｍｍで、コアバーレル(コアを収納する容器)にＨＱロッド(外径８８．９ｍｍ、内径７７．８ｍｍ)をつなぎロッド外側にセントライザーを付けて、５インチケーシングの中に送り込む。地上のボーリングマシンの回転によりオーバーコアを開始するが、掘削深度は水平歪計・斜め歪計・垂直歪計の各位置で一旦回転を止めてデータを取り込みながら行い、最後に岩盤から切離して回収する。回収されたコア(測定装置・コンクリート・岩の一体物)を検証する。
【００１５】
第１回目の結果は硬化したモルタルは測定装置の先端部分と下側に付いているだけで、岩盤とのカップリングは不良であった。原因はＢＱロッド内のスポンジを押し棒で押したときにスポンジの変形によりモルタルが逃げたことと、一気に押し込んだため、測定装置先端のウレタンから先のモルタルがケース管の外側を抜けて、ＰＱロッド内に流れ出た。そのため埋設孔内のモルタルが減少していた。第１回目の埋設は失敗に終わった。
第２回目の埋設
測定装置先端のピストンの役目をするウレタンに溝を付けてモルタルの通過が出来るようにした。ケース管尻に栓をしてモルタルを注入後に測定装置を挿入する。ウレタンの溝を通ってモルタルは装置側に揚がってくる。次に、１回目と同じ２ｍＢＱロッドを接続してモルタルを追加する。押す側は、ＢＱロッド内径に合わせた円柱ウレタンをはめる。このウレタンがピストンの役目をする。ピストンの次にスポンジを挿入し、ケース管と一緒にＰＱロッド内に送り込み、規定深度にセットする。２回目の埋設は一気に押し込まないで押し棒で５０ｃｍ押し込んで先端の栓を弾き飛ばし、ケース管を１．６ｍ引き抜くと孔内にモルタルが充填しはじめる。次に、押し棒で、測定装置を孔底部より手前１０ｃｍの位置まで押すと、モルタルは埋設孔内に増量される。最後にケース管を埋設孔から出るまで引き抜く。オーバーコアの結果、硬化モルタルは測定装置全長の８０％で頭部には付いていなかったが、歪計部分には良好に密着していた。モルタル減少の原因はＢＱ内径４６ｍｍのピストンがケース管内径５０．７ｍｍに達したときの内径差によりモルタルが逃げたためである。応力測定において、歪計の部分が岩盤とカップリングされておれば良いので、成功したと考えた。しかし、コアのハツリを行った結果、硬化モルタル(φ６０ｍｍ)は完全な円柱ではなく、上側に細く平坦な部分が孔底部に行くに従って先細りしていた。この原因について検討した結果、モルタルが硬化するときの遊離水であることが判明した。
【００１６】
垂直孔において遊離水は問題になっていなかったので、この遊離水対策を早急に考え、減水剤の有無をメーカーに問い合わせ、適応した脱水減化剤(ＴＦ−１)を購入した。
【００１７】
垂直孔における埋設用モルタル配合比はセメント１・水０．５・ジプカル(膨張剤)０．０７ でボーリング孔が深く埋設設置に時間がかかる場合は遅延硬化剤を配合する。
【００１８】
今回の実験では塩ビ管(内径５０ｍｍ、長さ２ｍ)７ 本を用意して、セメント・水・ジプカル・マイテイー・ベントナイトを使用して配合比を替えたものを作った。塩ビ管を５度の傾きにして置いて硬化待ちをした。このうち２本はモルタルが固まりはじめるまでの間、５〜１０ 分間隔で塩ビ管を回してみた(ミキサー車の原理)。モルタル硬化後に塩ビ管をカットして検証した結果、７本とも完全な円柱にならず、上側にわずかな平坦部分が現れていた。次に、脱水減化剤を使用して配合比を替えたものを５本作ってみた。硬化後の確認では３本が良好であった。一番良かったのは、円柱の真上に髪の毛１本ぐらいの線がわずかできていた。この時の配合比は、セメント１・水０．６ に対して脱水減化剤(ＴＦ−１)を０．０４ 使用したものである。この配合比で３回目の埋設を行うことにした。
【００１９】
１回目と２回目の経験から、ＢＱロッドとケース管の内径差によるモルタルの逃げを避けるため、２ｍＢＱロッドに追加モルタルを入れるのを止めて、ケース管内だけのモルタル容量で埋設設置することにした。測定装置頭部に直接、スポンジとウレタン(ピストン役)を取り付ける冶具を作った。ケース管尻に栓をしてモルタルを５リットル注入し、ケース管内に測定装置を挿入すると、先端のウレタン溝を通りモルタルが揚がってくる。さらに押し込んでいき、装置頭部のウレタンがピッタリとケース管の中に収まりセット完了である。ただし、埋設孔内でモルタル硬化後に真上に出来るであろう細い線を避けるため、装置キーマークの位置は真上ではなく、９０度の位置になるようにセットした。この状態で孔内に送り込み、規定深度にセットする。押し棒により測定装置を１３７ｃｍ押し込んでからケース管を１４２ｃｍ引いておき、再度押し棒で測定装置先端が孔底部より１０ｃｍ手前の位置まで押し込むと測定装置は埋設孔に埋設設置される。押し引きによりモルタルの流失を最小限に押さえ、ピストン役のウレタンの先に取り付けたスポンジが膨らんでモルタルの戻りを止める方法で埋設設置を行った。
【００２０】
この発明は、上記発明の実施の形態及び実施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。