(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
坑道から上方に掘削されたボーリング孔内に縦長の孔内装置を挿入し、ボーリング孔の下端部を封じると共に孔内装置の上端から下端まで連通した経路によってボーリング孔内の空気を抜きながら該ボーリング孔内に水を溜め、
その後、該孔内装置に所定間隔をおいて設けられたパッカーを膨張させ、
該パッカーによって分画された区画の水圧を該孔内装置に設けられた圧力センサーで測定することを特徴とする地下水圧の測定方法。
【請求項２】
請求項１において、前記孔内装置には前記パッカーに水を送るためのパッカー送水経路が下端から上端にまで延設されると共に、該パッカー送水経路の上端はボーリング孔内に開放した孔内水導入管に連なっており、
且つ該孔内水導入管には、下方向への水の流れのみを許容する逆止弁が設けられており、該孔内水導入管及びパッカー送水経路を介してボーリング孔内の空気を排出することを特徴とする地下水圧の測定方法。
【請求項３】
請求項２において、該孔内水導入管の先端から逆止弁を介して流入した孔内水がパッカー送水経路から流出することを検知すると共に、孔内水面までの水圧を検知してボーリング孔内に満水位まで水が溜ったことを検知することを特徴とする地下水圧の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は地下水圧の測定方法に係り、特に坑道から上方（鉛直上方又は斜め上方）に穿設されたボーリング孔内の地下水圧の測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
地盤調査のため掘削されたボーリング孔内で地下水圧を測定するには、パッカーと呼ばれる流体圧（空気や水）で膨張するゴムを孔内で膨らませ、これによって遮水された区間の地下水圧をこの区間に設置した圧力センサーで測定するという方法をとる。一般的にボーリング孔の直径は６６ｍｍあるいは７６ｍｍと非常に小さいが、測定点数が少なければ、それぞれのパッカー毎に流体圧を送るチューブを接続すること、また、それぞれの圧力センサー毎にケーブルを接続することが可能ではある。しかし、測定点数が増えればそれだけ狭いボーリング孔内のスペースはなくなり、そのような仕組みは物理的に不可能となる。このため最近増えつづける複数点で間隙水圧を長期連続測定するニーズに対応するため、複数のパッカーに流体圧を１本のチューブで送り膨張させることや、また複数のセンサー信号をディジタル伝送方式により一本の伝送路で送ることによりチューブ、ケーブルの本数を最小数で済ますなどの工夫を行っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
最近の土木構造物の地下への建設にともない、地表からの地盤調査に加え、地下のトンネルでの地盤調査も増えてきた。地表からの地盤調査で掘削するボーリング孔の多くは鉛直下向きであるが、地下のトンネルでの地盤調査で掘削するボーリング孔は鉛直下向きのものもあるものの多くは鉛直下向きから角度を持たせた方向であり、場合によっては鉛直上向きに掘削する場合もある。ボーリング孔の向きが水平から下向きであれば自然に孔内には地下水が溜るが、水平から上向きの場合ボーリング孔内から湧水する地下水は自然に流れ出してしまい、ボーリング孔には地下水が溜まらず空気が溜まってしまうことになる。したがってこのような条件で間隙水圧を測定する場合、パッカーが膨張して閉じられた区間には空気が残留することになる。
【０００４】
このため、ボーリング孔内に自然に地下水の溜まらない条件で地下水圧を測定するためには以下の条件が必要となる。
▲１▼ボーリング孔内に水を溜める。
▲２▼ボーリング孔内に溜まった水の上位に残留した空気を水で置き換える。
【０００５】
本発明は、特に上記▲２▼の条件を可能とした地下水圧の測定方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の地下水圧の測定方法は、坑道から上方に掘削されたボーリング孔内に縦長の孔内装置を挿入し、ボーリング孔の下端部を封じると共に孔内装置の上端から下端まで連通した経路によってボーリング孔内の空気を抜きながら該ボーリング孔内に水を溜め、その後、該孔内装置に所定間隔をおいて設けられたパッカーを膨張させ、該パッカーによって分画された区画の水圧を該孔内装置に設けられた圧力センサーで測定することを特徴とするものである。
【０００７】
このように測定機の縦長の配管によってボーリング孔内の空気を抜くことにより、地下水圧を精度良く測定することが可能となる。
【０００８】
本発明では、孔内装置には前記パッカーに水を送るためのパッカー送水経路が下端から上端にまで延設されると共に、該パッカー送水経路の上端はボーリング孔内に開放した孔内水導入管に連なっており、且つ該孔内水導入管には、下方向への水の流れのみを許容する逆止弁が設けられており、該孔内水導入管及びパッカー送水経路を介してボーリング孔内の空気を排出することが好ましい。
【０００９】
また、孔内水面までの水圧を検知してボーリング孔内に満水位まで水が溜ったことを検知することが好ましい。
【００１０】
さらに、孔内装置の下部に、該ボーリング孔内への注水部を設け、該注水部からボーリング孔内に注水してボーリング孔内に水を溜めるようにしてもよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して実施の形態について説明する。図１〜３は実施の形態に係る地下水圧の測定方法を示す全体図、図４（ａ），（ｂ）はパッカーの構成図、図５はラバー部の断面図、図６はジョイント部の断面図、図７はコネクタケースの断面図、図８は圧力センサーケースの構成図、図９は最上位圧力センサーケースの断面図、図１０は孔内装置の上端部の断面図、図１１は孔内装置の下端部の断面図である。
【００１２】
前述したように、上向きのボーリング孔では、ボーリング孔内から湧水がない場合はもちろん、湧水があったとしても、パッカーを設置することによりボーリング孔内にはエアーが残留することとなる。ボーリング孔内で測定するのは地下水圧であることから、エアーが残留することは測定上好ましくなく、パッカーを設置した際にボーリング孔内にエアーが残留しないような工夫が必要となる。鉛直上向き孔でのエアーの排除方法についての詳細を以下に述べる。
【００１３】
本発明方法に用いられる測定装置は、主として下記より構成される。
【００１４】
▲１▼パッカー加圧装置１００
▲２▼圧力制御弁９７
▲３▼孔口固定装置７０
▲４▼パッカー１０
▲５▼圧力センサーケース３０
▲６▼最上位圧力センサーケース３０’
▲７▼孔内水導入管６１（図１０）
孔内装置（パッカー，圧力センサー）３は、基本的には外径７０ｍｍの円筒形である。パッカー送水経路としてのパッカーチューブや信号伝送ケーブルは、この円筒内を通過しており、唯一試験区間長が長くなる区間のみ、接続ロッド（外径３５ｍｍ）の外周上にテープで固定されている。孔内装置内を通過したパッカー送水経路は、最上位圧力センサー３０’より保護接続管内に配置した孔内水導入管として孔底まで達している。詳細は後述するが、パッカー送水経路が孔の天底（天井）に達することで、ボーリング孔内のエアーの排除を可能としている。
【００１５】
以下に各装置の詳細を述べる。
【００１６】
（１）パッカー加圧装置１００
パッカー加圧装置は、ガスボンベ、圧力調整器、送水タンクから構成される。圧力調整器によって制御された高圧ガスを送水タンク内に導入し、送水タンクから加圧された水をパッカー送水経路へと送る。また、手押しポンプは、１０ｋｇｆ／ｃｍ２以上の水圧供給に用いる。
【００１７】
（２）圧力制御弁９７
パッカーチューブ９０に連なる配管９９に逆止弁９４を配置している。なお、逆止弁９４の前後にフィルタ９３，９５を配置している。９６は開閉弁を示す。仮に、逆止弁９４からパッカー加圧装置側の水圧が減少しても、逆止弁９４によりパッカー送水経路は閉じられ、水圧が維持される。
【００１８】
（３）孔口固定装置７０
ボーリング孔内に挿入した孔内装置を孔口で固定するための装置である。孔口固定装置の詳細を図１１に示す。孔口固定装置７０は、岩盤に設置された４本のアンカーボルト７１で固定されたゴムパッキン押さえプレート７４、該ゴムパッキン押さえプレート７４と岩盤との間にはさまれたゴム７２，７３（硬質及び軟質）、及びゴムパッキン押さえプレート７４に固定されたチャックロック７５により構成される。
【００１９】
岩盤面が平らである場合、岩盤とゴムパッキン押さえプレート７４にはさまれたゴム７２，７３は、ゴムパッキン押さえプレート７４をナット７６で締め付けることにより、岩盤面に圧着する。ただし、岩盤面が平らでない場合には、ゴム７２，７３と岩盤面にウエスや粘土をつめ、ゴムパッキン押さえプレート７４を締め付ける。
【００２０】
チャックロック７５は、チャックリング押出入プレート７７、チャックリング７８、チャックボデー７９から構成される。チャックボデー７９はゴムパッキン押さえプレート７４にボルトナット８０で固定されており、このチャックボデー７９の中心にチャックリング７８を入れ、チャックリング押出入プレート７７をチャックボデー７９にボルトナット８１で固定する。チャックリング７８は、チャックリング押出入プレート７７をボルトナット８１で締め付けることにより内径が狭まり、外径７０ｍｍの孔内装置を円周上に働く圧縮力で固定する。
【００２１】
（４）パッカー１０
パッカー１０の構造について次に説明する。図４（ａ），（ｂ）に示す通り、パッカー１０はラバー部１１、ラバー部上端につながるジョイント部１２、同じく下端につながるジョイント部１３の３つのパーツにより構成されている。
【００２２】
図５はラバー部１１の拡大図、図６はジョイント部１２の拡大図、図７はジョイント部１３の拡大図である。
【００２３】
外径３５ｍｍの接続ロッドにテープで固定されたチューブ１７は、図７のテーパ状の挿入ガイドケース１４の溝１５を通過し、外径７０ｍｍのコネクタケース１６内に侵入する。チューブ１７は送水管コネクタ１８に接続され、チューブ１７内の水は、両端に２本のＯリングのついた送水管差し込み継手１９を経て、図５に示すマンドレル２０とラバーパイプ２１、パッカーラバー２２間に供給される。パッカーラバー２２の膨張は、ここに高圧の水を送ることにより行われる。
【００２４】
さらに、マンドレル２０とラバーパイプ２１、パッカーラバー２３間の水は、送水管差し込み継手２４（図６）を経て、送水管コネクタ２５に接続されたチューブ２６により、上側の装置へ送水される。ジョイント部１２，１３には、圧力センサーからの信号伝送用ケーブルの中継用のコネクタ１２ａ，１３ａが設けられている。
【００２５】
（５）圧力センサーケース３０
圧力センサーケース３０の詳細図を図８（ａ）〜（ｄ）に示す。なお、図８（ｂ），（ｃ），（ｄ）は図８（ａ）のＢ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線及びＤ−Ｄ線に沿う断面図である。
【００２６】
パッカーチューブ２６は、接続袋ナット３１の溝３２を通過し、外径７０ｍｍのコネクタケース３３内に引き込まれる。チューブ２６は送水管コネクタ３４に接続され、圧力センサーケース３０内に配置した送水継手管３５を介して、反対側の送水管コネクタ３６に接続されたチューブ３７へ送水される。
【００２７】
圧力センサーケース３０内には隔壁３０ａ，３０ｂによって上室３０Ａ，中室３０Ｂ、下室３０Ｃが形成されている。
【００２８】
上室３０Ａは、透口３０ｃを介して外部に通じており、この透口３０ｃを介して上室３０Ａに流入した水の静水圧が圧力センサー２８によって検出される。センサー２８の信号は、回路板２８Ｃと隔壁３０ｂのコネクタ２８Ｂを介して信号伝送用ケーブルによって下段側へ伝達される。
【００２９】
上段側の圧力センサーケース３０からの信号伝送ケーブルは上室３０Ａ内に引き込まれ、隔壁３０ａのコネクタ２８Ａの上端に接続されている。該コネクタ２８Ａの下端は、中室３０Ｂ内を引き回されたリード線によって回路板２８Ｃに接続されている。
【００３０】
（６）  最上位圧力センサーケース３０’
最上位圧力センサーケース３０’の詳細図を図９（ａ）〜（ｃ）に示す。なお、図９（ｂ），（ｃ），（ｄ）は図９（ａ）のＢ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線及びＤ−Ｄ線に沿う断面図である。
【００３１】
圧力センサーケース３０と異なる点は、パッカーチューブ３９内の送水圧を測定する圧力センサー３８が配置されていることである。
【００３２】
チューブ３９は、袋ナット４０の溝４１を通過し、コネクタケース４２に引き込まれる。チューブ３９は、送水管コネクタ４３に接続され、センサーケース４４内に配置した送水管４５により上方の接続子４６内へ導入される。送水経路は、上方に向う流路と、それに直交する方向で圧力センサー３８に連なる２方向に分岐される。上方へ連なる経路を閉塞すれば、チューブ内の送水圧を圧力センサー３８で計測が可能である。
【００３３】
（７）孔内水導入管
孔内水導入管の詳細図を図１０に示す。孔内水導入管６１として用いるステンレス管は、先端圧力センサーケース６０下端のチューブ継手６２に接続される。この孔内水導入管６１は、保護管６４内をとおり、ボーリング孔２の天部まで延びている。図に示すように、この管には逆止弁６５とフィルター６６が配置されている。逆止弁６５は、クラッキング圧０．０２ｋｇｆ／ｃｍ２で管端から流入した流体が孔口方向（下方向）へ流れることは許すが、パッカー送水経路に送られた水が逆止弁６５から管端を通り孔外へ流出する方向（上方向）への流れは許さない構造になっている。
【００３４】
このように構成された装置を用いて行うボーリング孔内のエアー抜き方法について次に説明する。
【００３５】
鉛直上向きのボーリング孔２内からのエアー抜きの工程を図２，３に示す。
【００３６】
▲１▼孔内装置設置直後
孔口には、孔口固定装置７０を設置している。坑道内のパッカー送水経路は、圧力制御弁９７が組み込まれた経路９９と、バルブ９２が組み込まれた経路９１の２つがある。これらの経路は、孔口で１つの経路となり、パッカー１０から圧力センサーケース３０を通過し、最上位センサーケース３０’を通り、ボーリング孔２の上端まで達している。
【００３７】
孔内装置３の設置直後には、孔口固定装置７０による口元のシールが充分でないため、ボーリング孔２内に自然湧水があれば、孔口より漏水する。このとき、ボーリング孔２内及びパッカー送水経路はエアーで満たされている。また、パッカー送水経路のバルブ９２が開いているため、パッカー送水経路は大気圧開放されていて、孔内水導入管６１に位置する逆止弁６５はそのクラッキング圧により閉鎖している。
【００３８】
▲２▼孔口シール直後
孔口固定装置７０により孔口をシールし、孔内からの漏水を止めると、孔内に水が溜まり始める。ボーリング孔２内で水の体積が増えると、残りのエアーの圧力が上昇し、この圧力が逆止弁６５のクラッキング圧を上回ると逆止弁６５が開く。孔内水導入管６１には、ボーリング孔２内のエアーが導入され、パッカー送水経路に空気が侵入し、開いているバルブ９２を通って経路外へ排気される。
【００３９】
▲３▼ボーリング孔２内満水時
さらにボーリング孔２内に水が溜まると、各圧力センサーケース３０，３０’が水没する。各ケース３０，３０’の圧力センサー２８の出力値は、センサー２８の位置とボーリング孔２内の水面位置との位置水頭差を示す。また、各圧力センサー２８が水没すればそれらの出力差は、各圧力センサー２８の位置水頭差を示す。孔２内の水面の上昇とともに、孔２内のエアー体積は減少し、やがて孔内水導入管６１よりパッカー送水経路に侵入し、開いているバルブ９２を通って排気される。
【００４０】
▲４▼孔内水導入管への孔内水侵入
さらに水位が上昇すると、孔２内の水面は孔内水導入管６１の上端に達し、孔内水導入管６１の上端より孔内水が侵入する。孔内水導入管６１に侵入した孔内水は、パッカー送水経路内のエアーを排除しながら、孔口へ向かい始める。
【００４１】
▲５▼孔内水による完全置換時
パッカー送水経路内のエアーが排除されると、バルブ９２より孔内水の排水が認められ始める。エアーの混入が認められなくなったら、バルブ９２を閉じ、バルブ９６を開け、パッカー加圧装置１００から高圧で送水する。
【００４２】
▲６▼パッカー膨張時
バルブ９６より高圧で送水し、孔内水導入管６１の逆止弁６５位置でのパッカー送水経路内の圧力が同じ位置での孔内水導入管６１の圧力を上回ると、孔内逆止弁６５が閉じる。さらに送水をつづけると、パッカー送水経路に水圧がかかるとともに、パッカーが膨張を開始する。これによってボーリング孔内のエアーの排除、及びパッカーの設置（孔２の内面への密着）が完了する。
【００４３】
この後、各圧力センサー２８によって地下水圧を測定する。
【００４４】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によると、坑道から上方向に穿孔したボーリング孔内の地下水圧を正確に測定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態に係る地下水圧の測定方法を示す全体図である。
【図２】実施の形態に係る地下水圧の測定方法を示す全体図である。
【図３】実施の形態に係る地下水圧の測定方法を示す全体図である。
【図４】図４（ａ），（ｂ）はパッカーの構成図である。
【図５】ラバー部の断面図である。
【図６】ジョイント部の断面図である。
【図７】コネクタケースの断面図である。
【図８】圧力センサーケースの構成図である。
【図９】最上位圧力センサーケースの断面図である。
【図１０】孔内装置の上端部の断面図である。
【図１１】孔内装置の下端部の断面図である。
【符号の説明】
２  ボーリング孔
３  孔内装置
１０  パッカー
３０  圧力センサーケース
６１  孔内水導入管
７０  孔口固定装置
１００  パッカー加圧装置
【図１】
0004370669.tif 000002
【図２】
0004370669.tif 000003
【図３】
0004370669.tif 000004
【図４】
0004370669.tif 000005
【図５】
0004370669.tif 000006
【図６】
0004370669.tif 000007
【図７】
0004370669.tif 000008
【図８】
0004370669.tif 000009
【図９】
0004370669.tif 000010
【図１０】
0004370669.tif 000011
【図１１】
0004370669.tif 000012