特許 6647813 先進ボーリング工法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6647813

(24)【登録日】2020年1月17日

(45)【発行日】2020年2月14日

(54)【発明の名称】先進ボーリング工法

(51)【国際特許分類】

   E21B 7/10 20060101AFI20200203BHJP

   E21B 7/20 20060101ALI20200203BHJP

   E21D 9/04 20060101ALI20200203BHJP

【ＦＩ】

   E21B7/10

   E21B7/20

   E21D9/04 B

【請求項の数】1

【全頁数】6

(21)【出願番号】特願2015-146381(P2015-146381)

(22)【出願日】2015年7月24日

(65)【公開番号】特開2017-25618(P2017-25618A)

(43)【公開日】2017年2月2日

【審査請求日】2018年7月17日

(73)【特許権者】

【識別番号】306044478

【氏名又は名称】馬場 信也

(73)【特許権者】

【識別番号】518207546

【氏名又は名称】三和ボーリング株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000051

【氏名又は名称】特許業務法人共生国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】馬場 信也

【審査官】 中村 圭伸

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１０−３１７８８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特許第５８９０５６６（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】 特開平１０−１４０９５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２１３９１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１９４９９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０３７５４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００７／０１６３８０６（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｅ２１Ｂ ７／０４−７／１０

Ｅ２１Ｂ ７／２０

Ｅ２１Ｄ ９／０４−９／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

トンネル掘削方向においてトンネル断面から外れる方向にトンネル掘削方向と傾斜した角度でボーリング孔を掘り進める段階と、
前記傾斜した角度で所定の距離だけ掘り進めた後、孔を掘り進める方向をトンネル掘削方向に平行な方向に変更する段階と、
前記トンネル掘削方向に平行な方向に掘削を継続する段階と、を含み、
単位ボーリングロッドの両端部の標識が単位ボーリングロッド外周上の同じ位置となるように単位ボーリングロッドを連結し、連結したボーリングロッドの最先端部に軌道修正ビットを取り付け、口元地上部の標識の位置を目で確認して前記孔を掘り進める変更方向に前記軌道修正ビットを合わせて掘削することを特徴とする先進ボーリング工法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、先進ボーリング工法に係り、より詳しくは、ボーリングロッドを使い、ボーリング孔を曲げトンネルルートにほぼ沿ったボーリング孔軌跡を行うことで、高精度の調査結果と、有効な水抜き結果が得られる先進ボーリング工法に関する。

【背景技術】

【0002】

ボーリング（ｂｏｒｉｎｇ）とはトンネルや井戸など主に地中に円筒状の穴を掘削する作業を言う。日本語では試錐（しすい）もしくは鑿井（さくせい）とも表現され、地質調査、農業、水文学、土木工学、石油、天然ガスなど産業、学術のさまざまな分野において用いられている。
ボーリングには、大きな規模のボーリングと小さな規模のボーリングがある。
大きな規模のボーリングとしてとしては、シェールガスを求めるボーリンがあり、小さな規模のボーリングとして、下水のマンホールとマンホールを連結する比較的短い水平ボーリングなどがあり、推進工法ともいわれている。
近年、大きな規模のボーリング、小さな規模のボーリングともに、孔軌跡制御が求められているが、特にシェールガスを求めるボーリング技術は高い精度の孔軌跡制御を伴うものであり、シェールガス採掘はその技術にささえられている。

【0003】

ボーリングは、ボーリングロッドやケーシングに推進力、回転力、ときには、打撃力を加えて、掘り進む行為であり、いずれも、掘削には鉄パイプ（ボーリングロッドやケーシング）が用いられ、鉄パイプを繋ぎながら作業が行われる。
小さな規模の下水管埋設ボーリングである下水管は、下水管が計画より上向きになったり、下水管の中間部に上下の変形が出来ると、汚物が流れない等の障害が発生するため、高い精度の孔軌跡制御が求められる。
下水管埋設ボーリングに用いられる孔軌跡計測には、専用測量機器（トランシット等）の他、目視が多く用いられる。
専用測量機器（トランシット等）は、ボーリング鉄パイプ先端に置かれた先端目標物（見える発光物）を見て、孔軌跡を確認するものであり、目視はボーリング鉄パイプの中を肉眼で覗きボーリング先端がどこの位置にあるか確認する方法である。
これらの方法はボーリング鉄パイプ内径より曲がった場合、計測ができなくなる。

【0004】

小さな規模のボーリングの１つに集・排水ボーリングがある。
これは、集水井で集めた地下水を自然排水するためのもので予定位置に高い精度が要求される。
精度低下、即ち孔曲がりの発生原因は、種々有り、地質及び地質構造など自然的要因によるもの、使用機械の種類、出力、穿孔経によるもの、機械操作、測量誤差などの人為的要因によるものなどに分けられるが、自然的要因によるものが約半数を占めている。
しかし、排水ボーリングは孔曲がりし易く、従来はこれを予定の位置に近付けるのは操作者の技量によるとされていた。

【0005】

地すべり排水ボーリング以外に、トンネル工事においては、まだ施工されていないトンネル前方地質に対する調査、即ち、先進調査ボーリングが行われる。
通常、一回当たり１００ｍほどボーリングを行うが、この程度では孔軌跡はトンネルルートと大幅にずれることはなく、余り問題にはならないため、孔軌跡制御は行われていなかった。
しかし、１００ｍ級トンネル先進ボーリングで、孔軌跡制御を行う方が良い場合がある。
トンネル切羽から、トンネルルートに沿い、トンネル計画断面内にトンネル先進ボーリングを行うと、地下水が湧出した場合、トンネル施工が常に水をかぶり、トンネル施工が困難をきたすことになる。
そのようなことが予想される場合には、トンネル断面から外す先進ボーリングが行われる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開平０９−０３２４４９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明の目的とするところは、ボーリングロッドを使い、ボーリング孔を曲げトンネルルートにほぼ沿ったボーリング孔軌跡を行うことで、高精度の調査結果と、有効な水抜き結果を得ることにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明による先進ボーリング工法は、トンネル掘削方向においてトンネル断面から外れる方向にトンネル掘削方向と傾斜した角度でボーリング孔を掘り進める段階と、前記傾斜した角度で所定の距離だけ掘り進めた後、孔を掘り進める方向をトンネル掘削方向に平行な方向に変更する段階と、前記トンネル掘削方向に平行な方向に掘削を継続する段階と、を含み、単位ボーリングロッドの両端部の標識が単位ボーリングロッド外周上の同じ位置となるように単位ボーリングロッドを連結し、連結したボーリングロッドの最先端部に軌道修正ビットを取り付け、口元地上部の標識の位置を目で確認して前記孔を掘り進める変更方向に前記軌道修正ビットを合わせて掘削することを特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、ボーリング孔を曲げトンネルルートにほぼ沿ったボーリング孔軌跡を行うことにより、高い精度の調査結果が得られるとともに、効果的な水抜き結果が得られる。
さらに、インバートの下にボーリング孔を設置すれば、ポンプアップや集水ピットに地下水を集めることで、インバート施工が楽になる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明のボーリングロッドを使用する先進ボーリングの図である。

【図2】本発明のボーリングロッドの図である。

【図3】ボーリングマシンの図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

先進ボーリングは、トンネル工事において、トンネル前方の地質の事前確認を行い、トンネル掘削工事が安全に行えるようにするのを目的とするものである。
トンネル前方に可燃性ガスの存在が想定される場合は、事前にガス抜きを行いトンネル工事の安全をはかるものである。
また、先進ボーリングを行うに当たり、トンネル切羽から、トンネルルートに沿ってトンネル計画断面内にトンネル先進ボーリングを行うと、地下水が湧出した場合、トンネル施工が常に水をかぶり、トンネル施工が困難となる。
地下水の湧出等が予想される場合には、トンネル断面から外れた所で先進ボーリングを行なう。

【0013】

しかしこの方法では、ボーリングが進むに従って先進ボーリングがトンネル断面から次第に離れて行き、調査精度が落ち、水抜き効果が薄れる等の問題が生じる。
図１は、トンネル予定断面と先進ボーリングの関係を示したものである。
トンネル予定断面から外れた先進ボーリングでは、(2)のように進行するに従ってトンネル予定断面からの距離が(3)のように大きくなり、高精度の調査結果と、有効な水抜き結果を得ることが困難となる。

【0014】

本発明は、(4)のようにボーリング孔を曲げトンネルルートにほぼ沿ったボーリング孔軌跡を行うことにより、高い精度の調査結果が得られるとともに、効果的な水抜き結果が得られるようにするもので、トンネル掘削方向においてトンネル断面から外れる方向にトンネル掘削方向と傾斜した角度でボーリング孔を掘り進める段階と、前記傾斜した角度で所定の距離だけ掘り進めた後、孔を掘り進める方向をトンネル掘削方向に平行な方向に変更する段階と、前記トンネル掘削方向に平行な方向に掘削を継続する段階と、 からなることを特徴とする。
そして、前記孔を掘り進める方向の変更は、連結したロッドの１端の最先端部に設けた軌道修正ビットによって行う。

【0015】

図２に示す通り、本発明で使用するボーリングロッド１は、ボーリングロッド１の両端部２，３に連結部４が設けられ、ボーリングロッド両端部２，３の連結部４に隣接して標識５が設けられている。
そして、連結部４は、ねじ６で構成され、ねじ６は、連結のためにボーリングロッド１をねじ留めした場合、図２に示す通り、ねじ留めされたボーリングロッドの標識５の円周方向の位置が同じ位置となるようになっている。
この標識５はボーリングロッド１の円周上に設けられた円形または多角形の孔で、ボーリングロッド１両端部２，３の連結部４に隣接して設けられ、ボーリングロッド１の強度には影響しない大きさになっている。

【0016】

先進ボーリングは、図３に示す通り、ボーリングロッド１をボーリングマシンに装着して行う。
１００ｍクラスの先進ボーリングは、主にロータリーパーカッション式が、１０００ｍクラスの場合は、コントロールボーリングマシンが使用される。
ロータリーパーカッション式ボーリングマシンは、ドリルヘッドが打撃部と回転部が一体となった構造となっている。ドリルヘッド内部のハンマースプールを油圧で前後に振動させて打撃力を発生させる。回転力は、ドリルヘッドに装着されたオイルモーターにより与えられ、その回転力がハンマーサブに伝えられて駆動される構造となっている。このドリルヘッドが油圧によりガイドセル上を前後に移動することで給進力が得られる。

【0017】

先進ボーリングの掘削は、トンネル掘削方向においてトンネル断面から外れる方向にトンネル掘削方向と傾斜した角度でボーリング孔を掘り進める段階と、前記傾斜した角度で所定の距離だけ掘り進めた後、孔を掘り進める方向をトンネル掘削方向に平行な方向に変更する段階と、前記トンネル掘削方向に平行な方向に掘削を継続する段階とを含むもので、前記孔を掘り進める方向の変更は、連結したロッドの１端の最先端部に設けた軌道修正ビットによる。

【0018】

以下、孔を掘り進める方向の変更法について説明する。
先ず、設けた標識５が単位ボーリングロッド１を連結した場合に円周上の同じ位置になるよう揃えて連結する。
単位ボーリングロッド１の両端部２，３には、単位ボーリングロッド１を連結した場合に円周上に設けられた標識５が各単位ボーリングロッド１の円周上の同じ位置になるように単位ボーリングロッド連結用の連結部４が設けられている。
連結したボーリングロッド１の１端の最先端部に軌道修正ビットを取り付け、軌道修正方向に軌道修正ビットが配列されるように、連結したボーリングロッド１の他端で調整する。
即ち、目で確認できる口元地上部の標識５の位置をみて修正方向に孔底の修正ビットを合わせ掘削する。
通常ボーリングビットは回転しながら真っ直ぐ掘れるようにビット先端は図６に示す通り、円周上で均一に配置される。修正ビットでは、ビット先端の円周上の一部にビットを配置して円周上の一部で掘削できるようにすれば、その方向にボーリング孔が掘られる。

【0019】

本発明の実施例では、１１５ｍｍφの管を使用した。
本実施例による先進ボーリングの削孔長さは、１００ｍであった。削孔長が長くなるに従って、大きな回転トルクと給進力が必要となり、さらにスライム排出に長時間を要することになるため長さには限界がある。
本発明によれば、ボーリングロッド１を繋いだ時、各ボーリングロッド外周上のポンチマーク即ち標識５がボーリングロッド外周上の同一位置に位置するとともに、 ボーリングロッド先端に孔軌跡修正ビットが取付けられ、標識５をボーリング口元で確認でき、修正したい方向にビットを向けることにより排水ボーリングにおいてボーリング孔軌跡修正が可能となる。

【0020】

本発明によれば、図１の(4)に示す通り、ボーリング孔を曲げトンネルルートにほぼ沿ったボーリング孔軌跡とすることが可能であり、これにより高い精度の調査結果が得られるとともに、効果的な水抜き結果が得られる。
さらに、図１の(6)に示すインバートの下にボーリング孔(7)を設置すれば、ポンプアップや集水ピットに地下水を集めることで、インバート施工が楽になる。
ここで、インバートとは、上部トンネル掘削後路盤から下を掘削しトンネルを準円形構造をして強固なものにすることを言う、

【符号の説明】

【0021】

１ ボーリングロッド
２，３ 両端部
４ 連結部
５ 標識
６ ねじ

【図1】

【図2】

【図3】