(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下端部にビットを備えた外管と、
前記外管の内側に回転自在に収納された内管と、
前記内管の内側に収納されたコアチューブと、
前記内管の内側に収納され、前記コアチューブと分離可能に接合される中間チューブと、
前記内管又は前記中間チューブの先端部に設けられ、前記ビットの先端より突出される遮水シューと、
前記コアチューブと前記中間チューブの接合部の外周に予め捻じられた状態で取り付けられて、該コアチューブと中間チューブとを連結する可撓性チューブと、
前記コアチューブと前記中間チューブとを相対的に離れる方向に移動させる移動手段と、
を備え、前記コアチューブと前記中間チューブとを相対的に離れる方向に移動させることにより、前記予め捻じられた可撓性チューブの径が縮径して前記コアチューブの下端部を閉塞することを特徴とするサンプラー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は地質試料を採取するためのサンプラー係り、特にボーリング孔等の掘削孔を利用して地中に分布する土砂を採取するサンプラーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
砂や泥が海底・川底にあって多量な水分を含んでいる場合、試料は粘性を欠き、これまでのサンプラーでは仮に地中で保持できたとしても引き上げ時に試料を脱落させてしまうことが多かった。
そこで、サンプラーの引き上げ時に試料の脱落を防止するため種々の方法が考案されている。例えば、試料を確保後にカッティングエッジ部に塩化カルシュウムや珪素ソーダ等の薬液を注入してカッティングエッジ部を硬化させる方法（薬液注入法）や、カッテイングエッジ部に圧縮空気を送り、部分的に不飽和な表面を形成して表面張力によってみかけ上の粘着力を与える方法（空気室法）、カッテイングエッジ部に凍結ガスを注入して試料下部を凍結させるか、又は、サンプリングする前に地層を凍結させておき、そのうえで凍結土をサンプリングする方法（凍結法）などがある。
【０００３】
しかしながら、これらの方法によるサンプラーは、薬液を注入する装置や、地層を凍結させる装置などが必要となり、装置全体が大がかりになってしまうという欠点があった。また、これらの方法によるサンプラーは、試料の採取作業が繁雑で時間がかかり、また、試料の採取率も悪いといった欠点があった。このため、より簡単な機構で、確実に試料の採取ができるサンプラーの提供が望まれていた。
【０００４】
特公昭５６−３１５３６号公報に開示されているサンプラーは、この観点から開発されたもので、カッテイングエッジ部に可撓性チューブを設け、試料採取後に、この可撓性チューブを捻ることにより、コアチューブの下端部を閉塞して試料の脱落を防止するようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この特公昭５６−３１５３６号公報に開示されているサンプラーは、孔壁と外管との摩擦力を基準としてその機構が構築されているため、ヘドロ等の摩擦力が期待できない層の場合には、有効に作用しないという欠点があった。
【０００６】
また、この特公昭５６−３１５３６号公報に開示されているサンプラーは、コアチューブを力で押し込むタイプのピストンサンプラーであるため、砂層に適用した場合には、押し込みに非常に大きな力を要するという欠点があった。
この点、ダブルコアバーレルタイプの掘削形サンプラ−では、砂層の場合でも容易にコアチューブを貫入させることができるが、カッティングスを排出するためにビット先端への送水が必要となり、この水がカッティングスのみならず試料まで洗い流してしまうという問題があった。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、大がかりな付属装置を必要とせず、確実に軟弱地盤の試料を採取することができるサンプラーを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記目的を達成するために、下端部にビットを備えた外管と、前記外管の内側に回転自在に収納された内管と、前記内管の内側に収納されたコアチューブと、前記内管の内側に収納され、前記コアチューブと分離可能に接合される中間チューブと、前記内管又は前記中間チューブの先端部に設けられ、前記ビットの先端より突出される遮水シューと、前記コアチューブと前記中間チューブの接合部の外周に予め捻じられた状態で取り付けられて、該コアチューブと中間チューブとを連結する可撓性チューブと、前記コアチューブと前記中間チューブとを相対的に離れる方向に移動させる移動手段と、を備え、前記コアチューブと前記中間チューブとを相対的に離れる方向に移動させることにより、前記予め捻じられた可撓性チューブの径が縮径して前記コアチューブの下端部を閉塞することを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、コアチューブと中間チューブは分離可能な状態で接合されており、その接合部には予め捻じられた可撓性チューブが取り付けられている。このため、コアチューブと中間チューブとを相対的に離れる方向に移動させるだけで、可撓性チューブが縮径して、コアチューブの下端部を閉塞することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下添付図面に従って本発明に係るサンプラーの好ましい実施の形態について詳説する。
図１は、本発明に係るサンプラーの実施の形態の全体構成図であり、図２は、そのＡ部拡大図である。
【００１１】
図１及び図２に示すように、本実施の形態のサンプラー１０は、ダブルコアバーレルタイプのサンプラ−であり、外管１２、内管１４及びコアチューブ１６を主要部材として構成されている。
前記外管１２は円筒状に形成されており、その下端部にビット１８が接続されている。また、この外管１２の上端部には、カップリングヘッド２０が連結されており、該カップリングヘッド２０にはボーリングロッド２２が連結されている。外管１２は、このボーリングロッド２２から回転と押し込み荷重を得て、先端のビット１８で掘削を行う。
【００１２】
前記内管１４は、前記外管１２の内部に収納されている。内管１４の上端部にはスイベル２４が連結されており、該スイベル２４はベアリング２６、２６を介して外管１２に回動自在に支持されている。したがって、掘削時は外管１２のみが回転する。
前記コアチューブ１６は、前記内管１４の内部に収納されている。コアチューブ１６の上端部にはピストン２８が連結されており、該ピストン２８は前記スイベル２４の内部に摺動自在に支持されている。したがって、コアチューブ１６は、前記ピストン２８が上下動することにより、それに伴って上下動する。なお、この摺動時の回転を防止するため、コアチューブ１６の先端部外周には縦溝３０が形成されており、この縦溝３０に前記内管１４に設けられたピン３２が嵌合されている。
【００１３】
前記コアチューブ１６の下部には、図２に示すように、中間チューブ３４が配置されている。この中間チューブ３４は、前記内管１４の先端部に固定ピン３６を介して固定されている。そして、前記コアチューブ１６が下降すると、その端部同士が接合し、上昇すると分離する。
前記コアチューブ１６と中間チューブ３４の接合部の外周には、可撓性チューブ３８が被覆されている。この可撓性チューブ３８は、その上端部を上部固定バンド４０によってコアチューブ１６に固定されており、下端部を下部固定バンド４２によって中間チューブ３４に固定されている。前記コアチューブ１６と中間チューブ３４は、この可撓性チューブ３８を介して互いに連結されている。
【００１４】
ところで、前記中間チューブ３４は、前記固定ピン３６を外すことにより、回転を与えることができる。したがって、前記可撓性チューブ３８を装着した状態で、前記中間チューブ３４を回転させると（約１回転）、可撓性チューブ３８に捻じりを与えることができる。
ここで、この可撓性チューブ３８は、前記コアチューブ１６と中間チューブ３４が接合されている状態（図２の状態であり、掘削時はこの状態）においては、コアチューブ１６と中間チューブ３４の外周に被さった状態にある。
【００１５】
ところが、コアチューブ１６を上昇させて、コアチューブ１６を中間チューブ３４から分離させると、図４に示すように、可撓性チューブ３８は、予め与えておいた捻じりの作用によって、コアチューブ１６と中間チューブ３４の隙間に入り込み、コアチューブ１６の下端部を閉塞することができる。コアチューブ１６内に採取した試料は、この縮径させた可撓性チューブ３８によって保持する。
【００１６】
前記中間チューブ３４の先端部には、遮水シュー４４が摺動可能に支持されている。この遮水シュー４４は、前記ビット１８の先端よりも突出するように設けられており、その先端部に刃先４４Ａが形成されている。また、この遮水シュー４４は、前記内管１４の先端部のシューケース４６内を摺動自由に支持されており、該シューケース４６内に配設されたバネ４８によって常時下方側に付勢されている。なお、遮水シュー４４は、中間チューブ３４又はシューケース４６に固定されていてもよい。
【００１７】
この遮水シュー４４は、ボーリングロッド２２から供給される押し込み荷重によって地盤にくい込み、ビット１８の先端から供給される掘削水がコアチューブ１６内に流入するのを防止する。したがって、この遮水シュー４４があることにより、砂等の軟弱地盤であっても、掘削水が試料を洗い出す前に、試料をコアチューブ１６内に採取することができる。
【００１８】
ここで、本実施の形態のサンプラー１０において掘削水の送水は、次のように行われる。
図１に示すように、掘削水はボーリングロッド２２の内部を通ってサンプラー１０に供給される。サンプラー１０に供給された掘削水は、まず、カップリングヘッド２０内に形成された第１給水室５０に導入される。この第１給水室５０内には、バルブ５２が摺動自在に設けられており、バネ５４によって上方に付勢されている（掘削時は常に上方に位置している。）。
【００１９】
前記第１給水室５０に導入された掘削水は、前記バルブ５２中央の管路５２Ａを抜けて第１給水室５０に導かれ、該第１給水室５０を介して第２給水室５６に導入される。
前記第２給水室５６は、前記スイベル２４の上部に形成されており、この第２給水室５６に導入された掘削水は、前記スイベル２４内に形成された第２給水路５８を介して第３給水室６０に導入される。
【００２０】
前記第３給水室６０は、前記カップリングヘッド２０の下部に形成されており、この第３給水室６０に導入された掘削水は、外管１２とスイベル２４の間を抜けて、図２に示すビット１８のボトムチャージの穴１８Ａ又はビット１８と遮水シュー４４との間を通ってサンプラー１０外に排出される。そして、この排出された掘削水は、カッティングスを取り込んで孔壁と外管１２との間を抜けて、地上に排出される。
【００２１】
掘削水の送水は、以上の通りであるが、試料の採取に際しては、コアチューブ１６内の水（又はエア）の抜き取りが必要となる。本実施の形態のサンプラー１０では、この水抜きを以下のようにして行う。
前記ピストン２８の内部には、前記コアチューブ１６に連通する第１水路６２が形成されており、コアチューブ１６内の水は、まず、この第１水路６２に導入される。なお、この第１水路６２には、逆止弁６４が設けられており、一度この第１水路６２に導入された水は、コアチューブ１６内には逆流できいないようにされている。
【００２２】
前記第１水路６２に導入された水は、同じくピストン２８内に形成された第２水路６６に導入され、該第２水路６６を介して第１排水室６８に導入される。この第１水室６８に導入された水は、ピストン２８に形成された第３水路７０、スイベル２４に形成された第４水路７２、及び、カップリングヘッド２０に形成された第５水路７４を介して前記第１給水室５０に導入される。
【００２３】
前記第１給水室５０に導入された水は、バルブ５２の外周に形成された窪み５２Ｂを通り、カップリングヘッド２０に形成された排水口７６からサンプラー１０外に排出される。
コアチューブ１６内の水（又はエア）の抜き取りは、以上のようにして行われる。
【００２４】
ところで、本実施の形態のサンプラー１０では、上述したように、予め捻じりを与えておいた可撓性チューブ３８を縮径させることにより、コアチューブ１６内に採取した試料の脱落を防止するようにしている。そして、この可撓性チューブ３８を縮径させるには、コアチューブ１６を上昇させて中間チューブ３４から分離させることが必要である。
【００２５】
コアチューブ１６の上昇は、コアチューブ１６が連結されているピストン２８を上昇させることにより行われるが、このピストン２８の駆動は、次の機構により行われる。
この場合、まず、図３に示すように、地上からボーリングロッド２２内に、つまみ棒７８Ａが付いた止水ボール７８を落とし込む。この止水ボール７８は、第１給水室５０内に落下し、バルブ５２の管路５２Ａを閉塞する。このバルブ５２の管路５２Ａを閉塞した状態で、掘削水を供給する。
【００２６】
サンプラー１０に供給された掘削水は、上述した掘削時と同様に、まず、第１給水室５０内に導入される。しかし、上記のようにバルブ５２の管路５２Ａが閉ざされているので、掘削水は第１給水室５０には流れず、代わりにバルブ５２をその水圧で押圧し、下方へ移動させる。そして、このバルブ５２が下方に移動すると、第５水路７４に掘削水が供給される。
【００２７】
前記第５水路７４に供給された掘削水は、第４水路７２、第３水路７０を介して第１シリンダ室８０に導入される。ここで、この第１シリンダ室８０は、前記ピストン２８内に形成されており、その内部に逆止弁固定用ピストン８２を有している。この逆止弁固定用ピストン８２は、前記第１シリンダ室８０内に掘削水が供給されると、その水圧で押圧されて下方に移動する。そして、この逆止弁固定用ピストン８２が下方に移動すると、その下端部が逆止弁６４に当接し、逆止弁６４を固定する。なお、このように逆止弁６４を固定することにより、コアチューブ１６から試料が漏れるのを防止することができる。
【００２８】
ここで、前記のごとく逆止弁６４を固定すると、掘削水は行き止まりの状態になる。そして、このように行き止まりの状態になると、掘削水は、ピストン２８に形成された第３水路７０から導入流路８４を介して第２シリンダ室８６内に流れ出る。この第２シリンダ室８６に流れ出た掘削水は、ピストン２８に作用して、その水圧でピストン２８を上昇させる。
【００２９】
このように、本実施の形態のサンプラー１０では、掘削水の送水圧を利用してピストン２８の駆動を行う。
前記のごとく構成された本発明に係るサンプラーの実施の形態の作用は次の通りである。
まず、掘削前のセット時の段階で可撓性チューブ１８に捻じりを与えておく。この作業は、上述したように、中間チューブ３４を約一回、内管１６内で回転させることにより行う。
【００３０】
上記のセットが完了した段階で、試料の採取を行う。試料の採取は、次の手順で行う。
まず、所定の試料採取位置まで掘削したボーリング孔にサンプラー１０を静かに降ろす。そして、そのサンプラー１０を孔底に対して垂直に設置する。
サンプラー１０の設置後、地上に設置されている掘削機からボーリングロッド２２を介してカップリングヘッド２０に回転と給圧（押し込み荷重）を加える。そして、これと同時にボーリングロッド２２を介してサンプラー１０に掘削水を送水し、押し込みを開始する。
【００３１】
ここで、前記カップリングヘッド２０に与えられた回転は、外管１２にのみ伝達され（内管１４及びコアチューブ１６は非回転）、この回転する外管１２のビット１８によって地盤が掘削されるとともに、コアチューブ１６内に地盤から立上がった状態の試料が貫入される。
また、送水された掘削水は、ビット１８のボトムチャージの穴１８Ａ又はビット１８と遮水シュー４４との間を通ってサンプラー１０外に排出される。そして、カッティングスと一緒に孔壁と外管１２との間を抜けて、地上に排出される。
【００３２】
ここで、前記のごとく掘削水は、ビット１８のボトムチャージの穴１８Ａ又はビット１８と遮水シュー４４との間から排出されるが、ビット１８の内径部は遮水シュー４４によってシールされているので、供給された掘削水によって試料が洗い流されることはない。
サンプラー１０が所定位置まで貫入されたところで掘削作業を停止し、地盤から立上がった状態でコアチューブ１６内に採取された試料の地盤分離作業を行う。試料の分離作業は次のように行う。
【００３３】
まず、地上にあるボーリングロッド２２のねじ部を緩め、ボーリングロッド２２内に止水ボール７８を落とす。そして、再び先に緩めたボーリングロッド２２のねじ部を締め直す。
ボーリングロッド２２内に落とされた止水ボール７８は、図３に示すように、第１給水室５０内に設置されたバルブ５２の管路５２Ａを閉ざすので、この状態で、サンプラー１０に掘削水を送水する。
【００３４】
サンプラー１０に送水された掘削水は、まず、逆止弁固定用ピストン８２に作用し、該逆止弁固定用ピストン８２を下方に移動させる。移動した逆止弁固定用ピストン８２は、逆止弁６４を上部から押さえ込み、これにより、コアチューブ１６内に採取された試料の漏れが防止される。
前記逆止弁固定用ピストン８２を下方に移動させた掘削水は、次にピストン２８に作用し、ピストン２８を上方に移動させる。このピストン２８が上方に移動すると、それに伴ってコアチューブ１６が上方に移動し、この結果、コアチューブ１６と中間チューブ３４とが分離する。そして、このコアチューブ１６と中間チューブ３４とが分離することにより、図４に示すように、その間に隙間が形成され、その隙間に予め捻じりを与えておいた可撓性チューブ３８が入り込み、縮径してコアチューブ１６の下端部を閉塞する。
【００３５】
すなわち、可撓性チューブ３８は、予め捻じりを与えておくことにより、常に縮まろうとする力が働く。この力は円周方向の力と半径方向の力とからなり、前記コアチューブ１６と中間チューブ３４との間に隙間が形成されると、その半径方向の力を抑えていたものが一気に開放される。この結果、可撓性チューブ３８は一気にこの隙間に入り込んで縮径し、その捻りもこの部分に集中する。そして、この捻じられた可撓性チューブ３８がコアチューブ１６の下端部を閉塞し、採取した試料を地盤から分離して、コアチューブ１６内に保持し、試料を採取する。
【００３６】
以上の操作が終わった段階でサンプラー１０を地上に回収すれば、必要な試料も同時に回収できる。そして、回収後は、カップリングヘッド２０側を低くして、ビット１８より分解すれば、逆止弁６４と逆止弁固定用ピストン８２によってピストン８側の試料の流出を防止しているので、完全な形で試料を取り出すことができる。
【００３７】
このように、本実施の形態のサンプラー１０によれば、薬液注入装置や凍結装置など大がかりな特別な装置を使用することなく、砂及びヘドロ等の軟弱地盤のサンプリングを行うことができる。
また、本実施の形態のサンプラー１０は、ダブルコアバーレルタイプであり、ビット１８を回転させて掘削しながらサンプリングを行うため、締まった砂でも容易にサンプリングを行うことができる。
【００３８】
また、従来のサンプラーのように、試料の保持機構が孔壁と外管との摩擦力に頼らないため、ヘドロ等の摩擦力が期待できない層であっても、確実なサンプリングを行うことができる。
さらに、本実施の形態のサンプラー１０は、先端部に遮水シュー４４を備えているため、掘削水と試料とを完全に遮水することができる。このため、掘削水による試料の流出を完全に防止することができ、完全な形で試料を採取することができる。
【００３９】
また、試料の採取時に、コアチューブ１６上部の排水用の穴（第１水路６２）を塞ぐようにしているため、試料を漏らすことなく採取することができる。
また、試料掘削時と試料分離時の切り換えにバルブ機構を採用しているためシャーピン等の消耗品が不要となり、経済性も向上する。
なお、本実施の形態では、コアチューブ１６と中間チューブ３４を分離させる手段として、掘削水の送水圧で作動するピストン２８を用いていたが、コアチューブ１６を移動させる手段は、これに限定されるものではなく、コアチューブ１６を軸線に沿って移動させることができるものであればよい。
【００４０】
また、本実施の形態では、中間チューブ３４を固定し、コアチューブ１６側を移動させることにより、両者を分離するように構成しているが、中間チューブ３４側を移動させることにより、両者を分離するように構成してもよい。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、大がかりな付属装置を必要とせず、確実に軟弱地盤の試料を採取することができる。また、掘削形のサンプラーであるため、締まった砂でも容易にサンプリングを行うことができる。さらに、先端部に遮水シューを装備することにより、掘削水と試料とを完全に遮水することができ、掘削水による試料の流出を完全に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るサンプラーの実施の形態の全体構成図（掘削時）
【図２】図１のＡ部拡大図
【図３】本発明に係るサンプラーの実施の形態の全体構成図（分離時）
【図４】図３のＢ部拡大図
【符号の説明】
１０…サンプラー
１２…外管
１４…内管
１６…コアチューブ
１８…ビット
２０…カップリングヘッド
２２…ボーリングロッド
２４…スイベル
２８…ピストン
３４…中間チューブ
３８…可撓性チューブ
４４…遮水シュー
６４…逆止弁
８２…逆止弁固定用ピストン
【図１】
0003832605.tif 000002
【図２】
0003832605.tif 000003
【図３】
0003832605.tif 000004
【図４】
0003832605.tif 000005