特開 2024-152260 土質試料サンプラーと土質試料サンプリング方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024152260

(43)【公開日】2024-10-25

(54)【発明の名称】土質試料サンプラーと土質試料サンプリング方法

(51)【国際特許分類】

   E21B 25/10 20060101AFI20241018BHJP

   E02D 1/04 20060101ALI20241018BHJP

   G01N 1/08 20060101ALI20241018BHJP

【ＦＩ】

E21B25/10

E02D1/04

G01N1/08 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023066340

(22)【出願日】2023-04-14

(71)【出願人】

【識別番号】000206211

【氏名又は名称】大成建設株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】391019740

【氏名又は名称】三信建設工業株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】506343704

【氏名又は名称】株式会社トーメック

(71)【出願人】

【識別番号】522194647

【氏名又は名称】株式会社メガダイン

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】渡辺 正嘉

(72)【発明者】

【氏名】渡邉 将美

(72)【発明者】

【氏名】大栗 雅明

(72)【発明者】

【氏名】木村 敏之

(72)【発明者】

【氏名】山口 洋

(72)【発明者】

【氏名】山口 文男

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 旭

【テーマコード（参考）】

2D043

2G052

【Ｆターム（参考）】

2D043AA01

2D043AB01

2D043AC05

2D043BA08

2D043BB09

2G052AA19

2G052AC04

2G052AD12

2G052BA28

(57)【要約】

【課題】地下水が逆流して噴出することを防止しながら、土質試料をサンプリングすることのできる、土質試料サンプラーと土質試料サンプリング方法を提供する。
【解決手段】土質試料サンプラー６０は、ボーリングロッド１０と、ボーリングロッド１０の先端１２に装着されている逆止弁２０と、逆止弁２０に装着されて先端３１に削孔体３４を備えている外管３０と、外管３０に内装されて削孔体３４にて削孔された土質試料ＳＡを取り込む内管４０と、外管３０の基端３２と逆止弁２０との双方に装着されるスイベルヘッド５０とを有し、逆止弁２０は、地盤Ｇから外管３０と内管４０の間の隙間８４を介して流通する地下水の水圧Ｅ１のみが作用している際は閉じ、ボーリングロッド１０の内部を流通する削孔水の水圧Ｅ２が地下水の水圧Ｅ１を超えた際に開いて、削孔水を外管３０と内管４０の間の隙間８４を介して削孔体３４の周辺に供給する。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

土質試料をサンプリングする、土質試料サンプラーであって、
ボーリングマシンに一部が装着される、ボーリングロッドと、
前記ボーリングロッドの先端に装着されている、逆止弁と、
前記逆止弁に装着されて、先端に削孔体を備えている、外管と、
前記外管に内装され、前記削孔体にて削孔された前記土質試料を取り込む、内管と、
前記外管の基端と、前記逆止弁との双方に装着される、スイベルヘッドとを有し、
前記ボーリングロッドと、前記逆止弁と、前記スイベルヘッドと、前記外管は、一体に回転自在に接続され、
前記内管には、前記スイベルヘッドに設けられているスライド孔に挿通される、スライド棒が設けられ、該スイベルヘッドと前記外管の回転力が伝達されない状態で該スイベルヘッドに対して該内管が装着されており、
前記逆止弁は、
地盤から、前記外管と前記内管の間の隙間を介して流通する地下水の水圧のみが作用している際は閉じ、
前記ボーリングロッドの内部を流通する削孔水の水圧が前記地下水の水圧を超えた際に開いて、該削孔水を前記外管と前記内管の間の隙間を介して前記削孔体の周辺に供給することを特徴とする、土質試料サンプラー。

【請求項2】

前記内管には、試料採取ケースが設けられており、該内管の先端から入ってきた前記土質試料が該試料採取ケースに収容されることを特徴とする、請求項１に記載の土質試料サンプラー。

【請求項3】

前記スライド孔の途中には、拡径孔が設けられており、
前記拡径孔に内装されているバネにより、前記スライド棒が該バネからの付勢力を受けながらスライドすることを特徴とする、請求項１に記載の土質試料サンプラー。

【請求項4】

前記拡径孔には、前記スライド棒の周囲の一部を包囲するスラストベアリングがさらに内装されていることを特徴とする、請求項３に記載の土質試料サンプラー。

【請求項5】

地下水位以深における前記土質試料の採取に適用されることを特徴とする、請求項１に記載の土質試料サンプラー。

【請求項6】

シールドセグメントに設けられている、該シールドセグメントの背面に裏込め材を充填する際に適用されるグラウトホール、もしくは、前記土質試料の採取用配管を介して、前記ボーリングロッドが地盤内に挿入され、該土質試料が採取されることを特徴とする、請求項１に記載の土質試料サンプラー。

【請求項7】

土質試料をサンプリングする、土質試料サンプリング方法であって、
ボーリングロッドと、逆止弁と、スイベルヘッドと、先端に削孔体を備えている外管と、該外管に内装されて、該削孔体にて削孔された土質試料を取り込む内管とを備え、該ボーリングロッドと該逆止弁と該スイベルヘッドと該外管は、一体に回転自在に相互に接続されている、土質試料サンプラーを使用し、
ボーリングマシンの駆動により、前記ボーリングロッドを回転させ、前記削孔体を回転させることによって地盤を削孔し、削孔の過程で前記土質試料をサンプリングする、削孔工程と、
前記ボーリングマシンの駆動を停止し、ボーリングロッドの継ぎ足しを行う、継ぎ足し工程とを有し、
前記削孔工程では、
前記ボーリングロッドの内部を介して削孔水を送水しながら前記削孔体を回転させ、その際に、前記逆止弁は、該ボーリングロッドの内部を流通する該削孔水の水圧が地下水の水圧を超えた段階で開き、該削孔水を前記外管と前記内管の間の隙間を介して前記削孔体の周辺に供給し、
前記継ぎ足し工程では、
前記ボーリングロッドの内部を介した前記削孔水の送水を停止し、その際に、前記逆止弁は、地盤から、前記外管と前記内管の間の隙間を介して流通する地下水の水圧のみが作用していることにより閉じていることを特徴とする、土質試料サンプリング方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、土質試料サンプラーと土質試料サンプリング方法に関する。

【背景技術】

【0002】

地下水位以深における地盤から、土質調査に供される土質試料（地山のコア）や、既に施工済みの地盤改良土の品質を確認するための土質試料（地盤改良土のコア）等をサンプリングする（採取する）場合がある。この土質試料のサンプリングでは、地下水位がサンプリング基盤（採取基盤）よりも高い場合に、サンプリング中に地下水が逆流し、噴出する恐れがある。
より具体的には、ボーリングロッドの後方にボーリングマシンを設置し、さらにボーリングロッド内へ削孔水を供給するためのスイベルを設置し、ボーリングマシンを駆動することによりボーリング孔を施工する過程で、ボーリングロッドを継ぎ足す際に、スイベルを解体した際に、地下水が逆流し、噴出し得る。

【0003】

ここで、土質試料のサンプリングは、構造物の地下の底盤や地上から地盤内にボーリング孔を削孔し、この削孔の過程で土質試料をサンプリングする方法や、シールド工法にて、地盤内に施工されたシールドセグメントに設けられているグラウトホール等から地盤内にボーリング孔を削孔し、土質試料をサンプリングする方法などがある。地上からサンプリングする場合であっても、地下水の被圧の程度によっては、上記する地下水の噴出の可能性が十分にあり得る。通常の土質試料サンプラーでは、地下水位以深にある地盤から土質試料をサンプリングすることが想定されていないことから、サンプリング中の上記地下水の噴出を防止可能な土質試料サンプラーが望まれる。

【0004】

ここで、特許文献１には、気体流を使用する土質試料サンプラーと、土質試料の採取方法が提案されている。この気体流を使用する土質試料サンプラーは、回転駆動する中空のボーリングロッドの下端に固定されたサンプラーヘッドと、サンプラーヘッドに上端が固定された外管と、スラストベアリングを介して外管内に嵌装された非回転式の内管と、外管の下端に固定されたビットと、キャリアースイベルを介してボーリングロッドの内部にスライムキャリアーを送りこむスライムキャリアー源とを有する。
外管の内周と、内管の外周との間隙をスライムキャリアーの往路とし、外管の外周とビットにより穿孔される地中孔の孔壁との間隙をスライムキャリアーの復路とし、ボーリングロッドを回転させつつ地中方向に移動させて、ビットにより土層を穿孔し、同時に、スライムキャリアー源からスライムキャリアーをキャリアースイベル、ボーリングロッドの内部、往路、ビットの周辺、及び復路を順に通過させ、スライムキャリアーの流れに乗せてスライムを地表に排出するとともに、外管の内部に残された土質試料を内管に収容する。
スライムキャリアー源から送られるスライムキャリアーが気体であり、ビットは、水平面内で、外管の外周から外管の外側に向って３ｍｍ以上突出している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００７－２３９３５８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１に記載の気体流を使用する土質試料サンプラーによれば、地盤への泥水や気泡の注入を避けることにより、地中孔の周辺地盤への影響を極力排除した土質試料サンプラーを得ることができるとしている。しかしながら、上記する課題、すなわち、サンプリング中に地下水が逆流し、噴出することを防止できる手段の開示はない。

【0007】

本発明は、地下水が逆流して噴出することを防止しながら、土質試料をサンプリングすることのできる、土質試料サンプラーと土質試料サンプリング方法を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0008】

前記目的を達成すべく、本発明による土質試料サンプラーの一態様は、
土質試料をサンプリングする、土質試料サンプラーであって、
ボーリングマシンに一部が装着される、ボーリングロッドと、
前記ボーリングロッドの先端に装着されている、逆止弁と、
前記逆止弁に装着されて、先端に削孔体を備えている、外管と、
前記外管に内装され、前記削孔体にて削孔された前記土質試料を取り込む、内管と、
前記外管の基端と、前記逆止弁との双方に装着される、スイベルヘッドとを有し、
前記ボーリングロッドと、前記逆止弁と、前記スイベルヘッドと、前記外管は、一体に回転自在に接続され、
前記内管には、前記スイベルヘッドに設けられているスライド孔に挿通される、スライド棒が設けられ、該スイベルヘッドと前記外管の回転力が伝達されない状態で該スイベルヘッドに対して該内管が装着されており、
前記逆止弁は、
地盤から、前記外管と前記内管の間の隙間を介して流通する地下水の水圧のみが作用している際は閉じ、
前記ボーリングロッドの内部を流通する削孔水の水圧が前記地下水の水圧を超えた際に開いて、該削孔水を前記外管と前記内管の間の隙間を介して地盤に供給することを特徴とする。

【0009】

本態様によれば、ボーリングロッドと、先端に削孔体を備えている外管の基端に装着されるスイベルヘッドに対して逆止弁が装着され、逆止弁が、地盤から外管と内管の間の隙間を介して流通する地下水の水圧のみが作用している際は閉じ、ボーリングロッドの内部を流通する削孔水の水圧が地下水の水圧を超えた際に開くことにより、例えばボーリングロッドの継ぎ足しに当たり、スイベルを取り外してボーリングロッドに削孔水を流通させない場合に逆止弁が地下水の水圧で閉じることによって、地下水の逆流による噴出を効果的に防止できる。
その一方で、ボーリング孔を削孔する際は、ボーリングロッド内に削孔水を流通させ、削孔水の水圧が地下水の水圧を超えた際に逆止弁が開くことにより、削孔水を外管と内管の間の隙間を介して削孔体の周辺に供給しながら、ボーリング孔の削孔を行うことができる。
また、削孔体にて削孔された土質試料を取り込む内管がスライド棒を備え、スライド棒がスイベルヘッドに設けられているスライド孔に挿通され、スイベルヘッドと外管の回転力が伝達されない状態でスイベルヘッドに対して内管が装着されていることにより、回転しない内管にて乱れのない土質試料をサンプリングすることができる。
尚、逆止弁は、スイベルヘッドと別体の部材であってもよいし、スイベルヘッドと一体とされた部材であってもよい。

【0010】

また、本発明による土質試料サンプラーの他の態様において、
前記内管には、試料採取ケースが設けられており、該内管の先端から入ってきた前記土質試料が該試料採取ケースに収容されることを特徴とする。

【0011】

本態様によれば、試料採取ケースが内管に設けられ、内管の先端から入ってきた土質試料が試料採取ケースに収容されることにより、より一層乱れのない土質試料をサンプリングすることができ、内管から試料採取ケースを取り外して試料採取ケースから土質試料を取り外すことにより、乱れのない土質試料を速やかに回収することができる。
ここで、試料採取ケースとしては、採取したい土質試料の長さを有する硬質のケースや、短い長さの硬質のケースに、ビニールや布等の袋が取り付けられていて、ケースに土質試料が入ってきた際に袋が伸びて土質試料を袋の中に収容する袋付きケース等、様々な形態のケースがある。

【0012】

また、本発明による土質試料サンプラーの他の態様において、
前記スライド孔の途中には、拡径孔が設けられており、
前記拡径孔に内装されているバネにより、前記スライド棒が該バネからの付勢力を受けながらスライドすることを特徴とする。

【0013】

本態様によれば、スライド孔の途中に設けられている拡径孔に内装されているバネによる付勢力を受けながらスライド棒がスライドすることにより、例えば、内管が地山から過度の押付け力で押付けられた場合でも、内管が付勢力を受けながら徐々にスライドすることができ、乱れのない状態で土質試料を内管（の内部の試料採取ケース）にサンプリングすることができる。

【0014】

また、本発明による土質試料サンプラーの他の態様において、
前記拡径孔には、前記スライド棒の周囲の一部を包囲するスラストベアリングがさらに内装されていることを特徴とする。

【0015】

本態様によれば、スライド棒の周囲の一部を包囲するスラストベアリングが拡径孔に内装されていることにより、例えば、内管が地山から過度の押付け力を受けた場合でも、内管の周囲で回転する外管やスイベルヘッド等の回転力が、内管に作用することを抑制できる。

【0016】

また、本発明による土質試料サンプラーの他の態様は、
地下水位以深における前記土質試料の採取に適用されることを特徴とする。

【0017】

本態様によれば、サンプリング中に地下水が逆流し、噴出する恐れのある地下水位以深における土質試料の採取に適用されることにより、地下水の噴出を防止しながら土質試料をサンプリングすることができる。ここで、地下水位以深の土質試料の採取としては、構造物の地下の底盤や地上から地盤内にボーリング孔を削孔して土質試料をサンプリングする方法などを挙げることができる。

【0018】

また、本発明による土質試料サンプラーの他の態様は、
シールドセグメントに設けられている、該シールドセグメントの背面に裏込め材を充填する際に適用されるグラウトホール、もしくは、前記土質試料の採取用配管を介して、前記ボーリングロッドが地盤内に挿入され、該土質試料が採取されることを特徴とする。

【0019】

本態様によれば、シールドセグメントの背面に裏込め材を充填する際に適用されるグラウトホールや、土質試料の採取用配管を介して、ボーリングロッドが地盤内に挿入されて土質試料が採取されることにより、シールドセグメントの内部において、その周辺の地山の土質調査や地盤改良土の品質確認を行う際に、地下水のシールドセグメント内への噴出を防止しながら土質試料のサンプリングを行うことが可能になる。

【0020】

また、本発明による土質試料サンプリング方法の一態様は、
土質試料をサンプリングする、土質試料サンプリング方法であって、
ボーリングロッドと、逆止弁と、スイベルヘッドと、先端に削孔体を備えている外管と、該外管に内装されて、該削孔体にて削孔された土質試料を取り込む内管とを備え、該ボーリングロッドと該逆止弁と該スイベルヘッドと該外管は、一体に回転自在に相互に接続されている、土質試料サンプラーを使用し、
ボーリングマシンの駆動により、前記ボーリングロッドを回転させ、前記削孔体を回転させることによって地盤を削孔し、削孔の過程で前記土質試料をサンプリングする、削孔工程と、
前記ボーリングマシンの駆動を停止し、ボーリングロッドの継ぎ足しを行う、継ぎ足し工程とを有し、
前記削孔工程では、
前記ボーリングロッドの内部を介して削孔水を送水しながら前記削孔体を回転させ、その際に、前記逆止弁は、該ボーリングロッドの内部を流通する該削孔水の水圧が地下水の水圧を超えた段階で開き、該削孔水を前記外管と前記内管の間の隙間を介して地盤に供給し、
前記継ぎ足し工程では、
前記ボーリングロッドの内部を介した前記削孔水の送水を停止し、その際に、前記逆止弁は、地盤から、前記外管と前記内管の間の隙間を介して流通する地下水の水圧のみが作用していることにより閉じていることを特徴とする。

【0021】

本態様によれば、ボーリングロッドの先端と、先端に削孔体を備えている外管の基端に装着されるスイベルヘッドに対して逆止弁が装着され、逆止弁が、地盤から外管と内管の間の隙間を介して流通する地下水の水圧のみが作用している際は閉じ、ボーリングロッドの内部を流通する削孔水の水圧が地下水の水圧を超えた際に開くことにより、例えばボーリングロッドの継ぎ足しに当たり、スイベルを取り外してボーリングロッドに削孔水を流通させない場合に逆止弁が地下水の水圧で閉じることによって、地下水の逆流による噴出を効果的に防止できる。
その一方で、ボーリング孔を削孔する際は、ボーリングロッド内に削孔水を流通させ、削孔水の水圧が地下水の水圧を超えた際に逆止弁が開くことにより、削孔水を外管と内管の間の隙間を介して地盤に供給しながら、ボーリング孔の削孔を行うことができる。

【発明の効果】

【0022】

本発明の土質試料サンプラーと土質試料サンプリング方法によれば、地下水が逆流して噴出することを防止しながら、土質試料をサンプリングすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】実施形態に係る土質試料採取装置がシールドセグメントに適用されている状態を示す図である。

【図2】実施形態に係る土質試料採取装置と土質試料サンプラーの一例の全体構成図である。

【図3】図２のIII部の拡大図であって、実施形態に係る土質試料サンプラーを拡大した図である。

【図4】図３のIV部の拡大図である。

【図5】実施形態に係る土質試料サンプラーの外管の一例の外観図であって、（ａ）は外管の一部を示す図であり、（ｂ）は（ａ）のｂ部の拡大図である。

【図6A】実施形態に係る土質試料サンプリング方法の一例の工程図である。

【図6B】図６Ａに続いて、実施形態に係る土質試料サンプリング方法の一例の工程図である。

【図6C】図６Ｂに続いて、実施形態に係る土質試料サンプリング方法の一例の工程図である。

【図7A】図６ＡのVII部の拡大図である。

【図7B】図６ＢのVII部の拡大図である。

【図8】実施形態に係る土質試料採取装置を構成する、実施形態に係るバルブ取り付け用治具の分解縦断面図である。

【図9】シールドセグメントのグラウトホールに対して、実施形態に係るバルブ取り付け用治具が取り付けられている状態を示す縦断面図である。

【図10】シールドセグメントのグラウトホールに対して、従来のバルブ取り付け用治具が取り付けられている状態を示す縦断面図である。

【図11】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の順に、実施形態に係るバルブ取り付け用治具をグラウトホールに取り付ける方法の工程図である。

【図12】図１１（ｄ）に続いて、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の順に、実施形態に係るバルブ取り付け用治具をグラウトホールに取り付ける方法の工程図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、実施形態に係る土質試料採取装置と土質試料サンプラー、土質試料サンプリング方法、及びバルブ取り付け用治具について、添付の図面を参照しながら説明する。尚、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く場合がある。

【0025】

［実施形態に係る土質試料採取装置と土質試料サンプラー、土質試料サンプリング方法、及びバルブ取り付け用治具］
図１乃至図１２を参照して、実施形態に係る土質試料採取装置と土質試料サンプラー、土質試料サンプリング方法、及びバルブ取り付け用治具の一例について説明する。
ここで、図１は、実施形態に係る土質試料採取装置がシールドセグメントに適用されている状態を示す図である。また、図２は、実施形態に係る土質試料採取装置と土質試料サンプラーの一例の全体構成図であり、図３は、図２のIII部の拡大図であって、実施形態に係る土質試料サンプラーを拡大した図であり、図４は、図３のIV部の拡大図であり、図５は、実施形態に係る土質試料サンプラーの外管の変形例の外観図であって、（ａ）は外管の一部を示す図であり、（ｂ）は（ａ）のｂ部の拡大図である。また、図６Ａ、図６Ｂ、及び図６Ｃは順に、実施形態に係る土質試料サンプリング方法の一例の工程図であり、図７Ａと図７Ｂはそれぞれ、図６Ａと図６ＢのVII部の拡大図である。さらに、図８は、実施形態に係る土質試料採取装置を構成する、実施形態に係るバルブ取り付け用治具の分解縦断面図であり、図９は、シールドセグメントのグラウトホールに対して、実施形態に係るバルブ取り付け用治具が取り付けられている状態を示す縦断面図である。

【0026】

以下、図示例における土質試料サンプリング方法は、シールド工法にて地中に施工されているシールドトンネルを構成するシールドセグメントＳ（構造物の一例）のスキンプレートＷ（壁面の一例）に設けられている、グラウトホールＲ（連通管の一例）を介して、土質試料採取装置１００を構成する土質試料サンプラー６０を地盤Ｇに圧入しながら、土質試料を採取する方法を取り上げて説明する。ここで、土質試料採取装置１００や土質試料サンプラー６０が適用される構造物とその壁面は、シールドセグメントとそのスキンプレート以外にも、地下ピットの壁面や底盤、地表に設けられている底盤等であってもよく、少なくとも地下水位ＷＬ以深における地山から、土質調査に供される土質試料（地山のコア）や、既に施工済みの地盤改良土の品質を確認するための土質試料（地盤改良土のコア）等をサンプリングできる構造物とその壁面であればよい。

【0027】

図１に示すシールドセグメントＳは、鋼製セグメントであり、鋼製セグメントＳの任意の位置にグラウトホールＲが設けられている。ここで、鋼製セグメントＳに不図示の土質試料の採取用配管が設けられている場合は、この採取用配管を利用してもよい。

【0028】

グラウトホールＲに装着されている不図示の閉塞蓋が取り外され、グラウトホールＲに対してバルブ取り付け用治具７０が取り付けられた後に、シールドトンネルの内部から、バルブ取り付け用治具７０とグラウトホールＲの内部を介して地盤Ｇに対して土質試料サンプラー６０が圧入される。尚、バルブ取り付け用治具７０と、グラウトホールＲへのバルブ取り付け用治具７０の取り付け方法は、以下で詳説する。

【0029】

土質試料採取装置１００は、グラウトホールＲに取り付けられているバルブ取り付け用治具７０と、バルブ取り付け用治具７０に取り付けられているメインバルブＶ１と、メインバルブＶ１に取り付けられているプリペンダーＰ（止水プリペンダー）と、これらの中空を介して地盤Ｇに圧入される土質試料サンプラー６０と、土質試料サンプラー６０を形成するボーリングロッド１０の途中位置に装着されるボーリングマシンＭと、ボーリングロッド１０の基端１１に装着されるスイベルＳＷとを有する。プリペンダーＰには、余剰の削孔水や地下水を排水するための水抜きバルブＶ２が装着されている。図示例は、シールドトンネルの内部にある台座Ｔに土質試料採取装置１００が載置されている。

【0030】

図２に示すように、土質試料サンプラー６０は、複数の継ぎ足しロッド１０Ａにより形成されるボーリングロッド１０と、ボーリングロッド１０の先端１２に装着されている逆止弁２０と、逆止弁２０に装着されて、先端３１に削孔体３４を備えている外管３０と、外管３０に内装され、削孔体３４にて削孔された土質試料を取り込む内管４０と、外管３０の基端３２と逆止弁２０の双方に装着されるスイベルヘッド５０とを有する。土質試料サンプラー６０の各構成要素は、いずれも鋼製の部材にて製作される。

【0031】

内管４０の内部には試料採取ケース４４が内装されており、内管４０に取り込まれた土質試料は、試料採取ケース４４の内部にサンプリングされるようになっている。

【0032】

ボーリングマシンＭを駆動することにより、土質試料サンプラー６０をＸ１方向に回転させ、外管３０の先端３１の削孔体３４にて地盤Ｇを削孔しながら、地盤Ｇ内に土質試料サンプラー６０をＸ２方向に圧入する過程で、内管４０の内部に土質試料を取り込んでサンプリングする。

【0033】

この土質試料サンプラー６０の圧入の際には、後方のスイベルＳＷから削孔水をＸ５方向に供給する。図３に明りょうに示すように、供給された削孔水は、ボーリングロッド１０の内部の流路８１をＸ６方向に流通し、逆止弁２０の流路８２を介してＸ７方向に流通し、スイベルヘッド５０の流路８３（隙間）をＸ８方向に流通し、さらに外管３０と内管４０の間の流路８４（隙間）をＸ９方向に流通した後、地盤Ｇを削孔する削孔体３４の周囲へＸ１０方向に供給されるようになっている。

【0034】

また、余剰の削孔水や地下水は、外管３０の周囲を介し、グラウトホールＲを介して、水抜きバルブＶ２からＸ１２方向へ排水されるようになっている。

【0035】

ここで、図３と図４に示すように、ボーリングロッド１０と、逆止弁２０と、スイベルヘッド５０と、外管３０は、一体に回転自在に相互に接続されている。一方、内管４０の後方には、スライド棒４８が装着されている。

【0036】

スイベルヘッド５０は、外本体５１と、内本体５２とを備えた二重管構造となっており、外本体５１と内本体５２の間に流路８３が設けられている。また、内本体５２にはスライド孔５４が設けられており、このスライド孔５４に対して、内管４０の後方から伸びるスライド棒４８がＹ５方向にスライド自在に挿通されている。ここで、内本体５２の前方には、オイルシール５９が設けられている。

【0037】

スライド孔５４の途中には、２種類の拡径孔５５Ａ、５５Ｂが設けられており、一方の拡径孔５５Ａには、スライド棒４８に付勢力を付与するバネ５７が内装されており、他方の拡径孔５５Ｂには、スライド棒４８の周囲の一部を包囲するスラストベアリング５８が内装されている。

【0038】

内管４０の先端の内部に取り付けられている試料採取ケース４４は、円筒状のケース４５と、ケース４５の後方外周凹部４５ａに折り畳み部４６ａが収容されている袋体４６とを有する。ここで、袋体４６は、ビニール袋により形成される。削孔体３４の回転と圧入により、土質試料が内管４０の内部へＹ１方向に取り込まれると、後方外周凹部４５ａに折り畳み部４６ａが収容されている状態の袋体４６は、取り込まれた土質試料によって後方へ押し込まれ、後方へＹ２方向に広がりながら土質試料を収容する。

【0039】

内管４０に取り付けられているスライド棒４８は、スイベルヘッド５０と外管３０の回転力が伝達されない状態でスライド孔５４に挿通されている。このことにより、回転しない内管４０の内部にある試料採取ケース４４にて、乱れのない土質試料をサンプリングすることができる。

【0040】

また、スライド孔５４の途中に設けられている拡径孔５５Ａに内装されているバネ５７による付勢力を受けながらスライド棒４８がＹ５方向にスライドすることにより、例えば、内管４０が地盤Ｇから過度の押付け力で押付けられた場合でも、内管４０が付勢力を受けながら徐々にスライドすることができるため、乱れのない状態で土質試料を内管４０の内部の試料採取ケース４４にてサンプリングすることが可能になる。

【0041】

さらに、スライド棒４８の周囲の一部を包囲するスラストベアリング５８が別途の拡径孔５５Ｂに内装されていることにより、例えば、内管４０が地盤Ｇから過度の押付け力を受けた場合でも、内管４０の周囲で回転する外管３０やスイベルヘッド５０等の回転力が、内管４０に作用することを抑制できる。

【0042】

ボーリングロッド１０の先端１２と、スイベルヘッド５０の外本体５１の基端５１ａに装着される逆止弁２０は、弁本体２１と、弁本体２１の中空の内部に取り付けられているバネ２３と、バネ２３に取り付けられて左右へＹ７方向にスライド自在なスライド蓋２２とを有する。

【0043】

図３と図４では、スライド蓋２２の左側から地下水の水圧Ｅ１が作用し、右側から削孔水の水圧Ｅ２が作用している状態を示している。削孔水の水圧Ｅ２が地下水の水圧Ｅ１を超えた際に、スライド蓋２２はバネ２３の付勢力に抗して左側へスライドし、弁本体２１とスライド蓋２２との間に流路８２が形成される。

【0044】

一方、ボーリングロッド１０の内部を削孔水が流通しない場合は、スライド蓋２２には地下水の水圧Ｅ１のみしか作用しないことから、スライド蓋２２は右側へスライドし、弁本体２１とスライド蓋２２との間の流路８２が閉塞される。

【0045】

すなわち、土質試料をサンプリングする際は、ボーリングロッド１０の流路８１に削孔水を供給することから、逆止弁２０の内部には流路８２が形成されて、削孔体３４の周囲へ削孔水が流通する。対して、例えば継ぎ足しロッド１０Ａを継ぎ足してボーリングロッド１０を延長する際は、削孔水の供給を停止することから、逆止弁２０の内部における流路８２は閉塞される。このことにより、土質試料のサンプリングの際には削孔体３４の周囲に削孔水を供給することができ、継ぎ足しロッド１０Ａの継ぎ足しの際には、地下水がシールドセグメントＳの内部に逆流して噴出することを防止できる。

【0046】

図５（ａ）に示すように、外管３０の外周面３３のうち、少なくとも地盤Ｇと接する領域には、複数のディンプル３５が設けられている。

【0047】

ディンプル３５は、例えば、大きさがマイクロオーダーの微小（マイクロ）ディンプルである。鋼製の外管３０の外周面３３にこのような微小のディンプル３５を加工するディンプル加工方法としては、ショットブラスト加工やＷＰＣ（Wide Peening and cleaning登録商標）加工、エッチング加工、及び放電加工などが挙げられる。

【0048】

ディンプル３５は、湾曲状に陥没した微小の凹みであり、例えば、入口径がφ５μｍ乃至φ１００μｍの範囲に設定され、深さが０．５μｍ乃至３０μｍの範囲に設定される。このような寸法の多数のディンプル３５を有することにより、回転する外管３０と地盤Ｇとの間の高い摩擦低減効果と、ディンプル３５の凹み内における高い潤滑材保持性を保証することができる。

【0049】

すなわち、ディンプル３５は、その空洞によって地盤Ｇとの間の摩擦を低減する機能と、ディンプル３５に収容されている潤滑材からの滲み出しによって地盤Ｇとの間の摩擦を低減する機能を有しており、後者の機能においては、多数のマイクロディンプルにて潤滑材の保持性を高めることができる。

【0050】

また、図示例は、外管３０の外周面３３における先端３１側において、スパイラル状の羽根３６を備えており、この羽根３６の表面にも多数のディンプル３５が設けられている。この構成により、より一層地盤Ｇとの間の摩擦低減効果の高いサンプラー６０を形成できる。

【0051】

ここで、図５（ｂ）に示すように、羽根３６は、幅が６ｍｍ程度（先端側と後端側の幅が４ｍｍと２ｍｍ）で、高さが２ｍｍ程度の寸法に製作することができる。

【0052】

次に、図６と図７を参照して、実施形態に係る土質試料サンプリング方法の一例について説明する。

【0053】

図６Ａに示すように、シールドセグメントＳのスキンプレートＷに設けられているグラウトホールＲに対して、バルブ取り付け用治具７０を取り付け、バルブ取り付け用治具７０に対してメインバルブＶ１を取り付け、メインバルブＶ１にプリペンダーＰを取り付けた後、土質試料サンプラー６０をこれらの中空に挿通する。

【0054】

土質試料サンプラー６０のボーリングロッド１０の一部にボーリングマシンＭを装着し、ボーリングロッド１０の基端１１にスイベルＳＷを装着して土質試料採取装置１００を形成する。

【0055】

スイベルＳＷから削孔水を供給し、土質試料サンプラー６０の各流路を流通させて先端にある削孔体３４の周囲に削孔水を供給しながら、ボーリングマシンＭの駆動によってボーリングロッド１０を回転させ、削孔体３４をＸ１方向に回転させながら地盤Ｇを削孔し、削孔体３４を前方へＸ２方向に圧入していく。この削孔圧入の過程で、内管４０の内部に土質試料ＳＡをＹ１方向に取り込み、取り込んだ土質試料ＳＡを試料採取ケース４４の内部にサンプリングする。

【0056】

この際、図７Ａに示すように、削孔水の水圧Ｅ２が地下水の水圧Ｅ１を超えた際に、スライド蓋２２は左側へスライドし、弁本体２１とスライド蓋２２との間に流路８２が形成され、削孔体３４の周囲への削孔水の供給が実現される。

【0057】

ここで、余剰の削孔水や地下水は外管３０の外周をＸ１１方向に流通し、グラウトホールＲの内部を介して水抜きバルブＶ２から排水する。

【0058】

この削孔圧入においては、図５を参照して説明したように、外管３０の外周面３３に多数のディンプル３５が設けられ、さらに、スパイラル状の羽根３６が設けられ、この羽根３６の表面にも多数のディンプル３５が設けられていることにより、地盤Ｇとの間の摩擦を効果的に低減することができ、効率的な土質試料ＳＡのサンプリングを実現できて好ましい（以上、削孔工程）。

【0059】

次に、地盤Ｇのより奥側の土質試料をサンプリングするべく、図６Ｂに示すように、ボーリングマシンＭの駆動と削孔水の供給を停止し、スイベルＳＷをボーリングロッド１０の基端１１から取り外す。ボーリングロッド１０の基端１１に対して継ぎ足しロッド１０Ｂを取り付け、継ぎ足しロッド１０Ｂの基端１１に対してスイベルＳＷを取り付ける。

【0060】

削孔水の供給を停止することにより、図７Ｂに示すように、スライド蓋２２には地下水の水圧Ｅ１のみしか作用しないことから、スライド蓋２２は右側へスライドし、弁本体２１とスライド蓋２２との間の流路８２が閉塞される。この流路８２の閉塞により、継ぎ足しロッド１０Ａ，１０Ｂの継ぎ足しの際には、地下水がシールドセグメントＳの内部に逆流して噴出することを防止できる（以上、継ぎ足し工程）。

【0061】

長さが延長されたボーリングロッド１０を備えた土質試料サンプラー６０を使用し、削孔水の供給を再開し、ボーリングマシンＭの駆動を再開して、地盤Ｇの削孔圧入を行うことにより、図６Ｃに示すように、地盤Ｇのより奥側の土質試料ＳＡをサンプリングする（以上、削孔工程）。

【0062】

図示例の土質試料サンプリング方法によれば、土質試料ＳＡをサンプリングする際は、ボーリングロッド１０の流路８１に削孔水を供給することから、逆止弁２０の内部には流路８２が形成されて、削孔体３４の周囲に削孔水を流通させ、継ぎ足しロッド１０Ａを継ぎ足してボーリングロッド１０を延長する際は、削孔水の供給を停止することから、逆止弁２０の内部における流路８２は閉塞される。このことにより、土質試料ＳＡのサンプリングの際には削孔体３４の周囲に削孔水を供給することができ、継ぎ足しロッド１０Ａの継ぎ足しの際には、地下水がシールドセグメントＳの内部に逆流して噴出することを防止できる。

【0063】

次に、図８乃至図１２を参照して、実施形態に係るバルブ取り付け用治具と、グラウトホールへのバルブ取り付け用治具の取り付け方法について説明する。ここで、図８等では、バルブ取り付け用治具７０の効果を理解し易くする観点から、具体的な寸法の一例を明記する。

【0064】

図８に示すように、バルブ取り付け用治具７０は、グラウトホールＲの外周に挿設される、円筒状の第１治具７１と、円筒状で楔状の断面を有する本体７５と、後部７６とを備える環状楔７４と、円筒状の固定部７８と、接続部７９とを備える第２治具７７とを有する。

【0065】

第１治具７１の内周面７１ｂには、環状楔７４の一部が嵌め込まれる環状溝７１ｃが設けられている。

【0066】

第２治具７７の固定部７８の内周面７８ａは、第１治具７１の外周面７１ａと螺合するようになっている。一方、第２治具７７の接続部７９の外周面７９ａには、メインバルブが螺合するようになっている。

【0067】

図９に示すように、グラウトホールＲの外周面に第１治具７１が挿設され、第１治具７１の環状溝７１ｃとグラウトホールＲの外周面との間に環状楔７４が嵌め込まれ、第１治具７１の外周面７１ａに第２治具７７の固定部７８の内周面７８ａが螺合することにより、バルブ取り付け用治具７０が形成されてグラウトホールＲに取り付けられる。

【0068】

バルブ取り付け用治具７０では、第１治具７１から後方へ張り出している環状楔７４の後部７６が、第２治具７７の座刳り底７８ｂから前方へ押し込み力Ｑ１にて押し込まれ、押し込まれた環状楔７４が、その本体７５の上下で接している第１治具７１とグラウトホールＲを押し込み力Ｑ２にて押し込むことにより、グラウトホールＲとバルブ取り付け用治具７０が強固に密着する。

【0069】

ここで、第１治具７１と第２治具７７は鋼製の部材である一方、これらの間に介在する環状楔７４はゴム等の樹脂製の部材である。このように、グラウトホールＲの外周面と第１治具７１の環状溝７１ｃの双方に密着する環状楔７４が、樹脂製の部材であって圧縮されていることにより、グラウトホールＲとバルブ取り付け用治具７０による液密性の高い止水シールが形成される。

【0070】

このように、グラウトホールＲの外周面に円筒状の第１治具７１が挿設され、円筒状で楔状の断面を有する環状楔７４が、断面の幅が小さくなる先端側が先行して第１治具７１とグラウトホールＲとの間に嵌め込まれ、メインバルブＶ１が接続される円筒状の第２治具７７が第１治具７１の外周面７１ａに固定される構成において、第２治具７７にて環状楔７４の後部７６が押し込まれ、環状楔７４にて第１治具７１が押し込まれていることにより、グラウトホールＲの有する内径を確保しながら、メインバルブＶ１を接続することができる。

【0071】

具体的には、図９に示すように、グラウトホールＲの有効内径が５６．７ｍｍであるのに対して、バルブ取り付け用治具７０の内径を規定する第２治具７７の接続部７９の内径は６０ｍｍとなり、グラウトホールＲの有効内径以上となる。

【0072】

例えば、従来のバルブ取り付け用治具である六角ニップルを使用する例を図１０に示している。グラウトホールＲの内面にある雌ねじに対して、雄ねじを備えたねじ込み継手である六角ニップルＮをねじ込み、六角ニップルＮの他端の外周にある雄ねじに対して、メインバルブＶ１の雌ねじが取り付けられることになる。

【0073】

このように、グラウトホールＲの雌ねじに対して六角ニップルＮの雄ねじをねじ込み、六角ニップルＮに対してメインバルブＶ１を取り付ける方法では、六角ニップルＮの内径：５０ｍｍがグラウトホールＲの内径：５６．７ｍｍよりも小さいことから、グラウトホールＲとねじ込み継手の全体の有効径はねじ込み継手の内径に規定されることとなり、グラウトホールと六角ニップルＮに挿入可能なグラウトホースの径が小さくなり、あるいはサンプラーの径が小さくなることから、薬液注入においては施工効率が低下し、土質試料のサンプリングにおいては採取可能な土質試料の寸法（径）が小さくなることから好ましくない。

【0074】

この例では、グラウトホールＲの内径がφ５６．７ｍｍ程度である場合に、六角ニップルＮを介してメインバルブＶ１を取り付けると、使用される六角ニップルＮの内径はφ５０ｍｍまで小さくなり、従って、挿通可能なグラウトホースやサンプラーの径（外径）はこのφ５０ｍｍ未満に制約されることになる。

【0075】

これに対して、図９に示すバルブ取り付け用治具７０を適用することにより、グラウトホールＲの有効内径：５６．７ｍｍにてグラウトホースやサンプラーの径が規定されることになるため、可及的に大径のグラウトホースやサンプラーを適用することが可能になる。このことにより、グラウトホースやサンプラーの径が小さくなることを防止できることから、効率的な薬液や裏込め材の注入に繋がり、シールドセグメントＳの内部への可及的に大径の土質試料のサンプリングが可能になる。

【0076】

次に、図１１と図１２を参照して、グラウトホールＲへのバルブ取り付け用治具７０の取り付け方法の一例を説明する。

【0077】

図１１（ａ）に示すように、グラウトホールＲを使用してない場合は、地下水の流入を防止するべく、閉塞蓋ＣにてグラウトホールＲが閉塞されている。

【0078】

図１１（ｂ）に示すように、グラウトホールＲにバルブ取り付け用治具７０を取り付けるに当たり、まず、閉塞蓋Ｃ１をＺ１方向に取り外し、図１１（ｃ）に示すように、グラウトホールＲの外周面に対して第１治具７１をＺ２方向に挿設する。

【0079】

次に、図１１（ｄ）に示すように、第１治具７１の環状溝７１ｃとグラウトホールＲの外周面との間に環状楔７４をＺ３方向に嵌め込み、図１２（ａ）に示すように、第２治具７７の固定部７８をＺ５方向に回転させながら第１治具７１の外周面７１ａに螺合していく。

【0080】

この第１治具７１の外周面７１ａと第２治具７７の固定部７８との螺合により、図１２（ｂ）に示すように第１治具７１が第２治具７７側へＺ６方向に引き込まれ、この引き込まれの過程で環状溝７１ｃの内部へ環状楔７４が徐々に嵌め込まれていく。

【0081】

そして、環状楔７４の後部７６が第２治具７７の座刳り底７８ｂと当接するまで環状楔７４が嵌め込まれた段階で、グラウトホールＲの外周面に強固に密着した姿勢でバルブ取り付け用治具７０が形成される。

【0082】

図１２（ｃ）に示すように、形成されたバルブ取り付け用治具７０の接続部７９の外周面７９ａに対して、メインバルブＶ１の内面を螺合することにより、バルブ取り付け用治具７０に対するメインバルブＶ１の取り付けが完了する。

【0083】

図示するバルブ取り付け用治具７０によれば、シールドセグメントＳのスキンプレートＷにあるグラウトホールＲに対してメインバルブＶ１を取り付けるに当たり、グラウトホールＲの有する内径を確保して、挿通される土質試料サンプラー６０の径が小さくなることを防止することができる。このことにより、グラウトホールＲと、グラウトホールＲに取り付けられているバルブ取り付け用治具７０、バルブ取り付け用治具７０に取り付けられているメインバルブＶ１を介して、可及的に大径の土質試料をサンプリングすることのできる、土質試料採取装置１００が形成される。

【0084】

尚、上記実施形態に挙げた構成等に対し、その他の構成要素が組み合わされるなどした他の実施形態であってもよく、ここで示した構成に本発明が何等限定されるものではない。この点に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更することが可能であり、その応用形態に応じて適切に定めることができる。

【符号の説明】

【0085】

１０：ボーリングロッド
１０Ａ，１０Ｂ：継ぎ足しロッド
１１：基端
１２：先端
２０：逆止弁
２１：弁本体
２２：スライド蓋
２３：バネ
３０：外管
３１：先端
３２：基端
３３：外周面
３４：削孔体
３５：ディンプル
３６：スパイラル状の羽根（羽根）
３７：スキンプレート
４０：内管
４４：試料採取ケース
４５：ケース
４５ａ：後方外周凹部
４６：袋体
４６ａ：折り畳み部
４８：スライド棒
５０：スイベルヘッド
５１：外本体
５１ａ：基端
５２：内本体
５４：スライド孔
５５Ａ，５５Ｂ：拡径孔
５７：バネ
５８：スラストベアリング
５９：オイルシール
６０：土質試料サンプラー（サンプラー）
７０：バルブ取り付け用治具
７１：第１治具
７１ａ：外周面
７１ｂ：内周面
７１ｃ：環状溝
７４：環状楔
７５：本体
７６：後部
７７：第２治具
７８：固定部
７８ａ：内周面
７８ｂ：座刳り底
７９：接続部
７９ａ：外周面
７９ｂ：内周面
８１，８２：流路
８３，８４：流路（隙間）
１００：土質試料採取装置
Ｇ：地盤（地山）
ＷＬ：地下水位
Ｓ：構造物（シールドセグメント、鋼製セグメント）
Ｗ：壁面（スキンプレート）
Ｒ：連通管（グラウトホール）
Ｃ：閉塞蓋
Ｖ１：バルブ（メインバルブ）
Ｖ２：バルブ（水抜きバルブ）
Ｐ：プリペンダー（止水プリペンダー）
ＳＷ：スイベル
Ｍ：ボーリングマシン
ＳＡ：土質試料
Ｔ：台座
Ｅ１：地下水の水圧
Ｅ２：削孔水の水圧
Ｎ：六角ニップル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図6C】

【図7A】

【図7B】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】