特開 2024-7002 ワイヤライン工法対応型のボーリング孔先端位置計測技術を含むコア採取装置およびコア採取方法

(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】P2024007002

(43)【公開日】2024-01-18

(54)【発明の名称】ワイヤライン工法対応型のボーリング孔先端位置計測技術を含むコア採取装置およびコア採取方法

(51)【国際特許分類】

   E21B 25/02 20060101AFI20240111BHJP

   E21B 47/02 20060101ALI20240111BHJP

   E21B 47/04 20120101ALI20240111BHJP

   G01N 1/08 20060101ALI20240111BHJP

【ＦＩ】

E21B25/02

E21B47/02

E21B47/04

G01N1/08 J

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022108092

(22)【出願日】2022-07-05

(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】597024522

【氏名又は名称】サンコーコンサルタント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001807

【氏名又は名称】弁理士法人磯野国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】進藤 彰久

(72)【発明者】

【氏名】白瀬 光泰

(72)【発明者】

【氏名】磯 さち恵

(72)【発明者】

【氏名】壇 英恵

(72)【発明者】

【氏名】山中 義彰

(72)【発明者】

【氏名】大友 智子

【テーマコード（参考）】

2G052

【Ｆターム（参考）】

2G052AA19

2G052AC03

2G052AC04

2G052AD12

2G052AD32

2G052AD52

2G052BA28

2G052BA29

2G052CA02

2G052CA08

2G052CA16

2G052EC07

2G052GA01

2G052GA09

2G052HA12

2G052HA19

2G052HC04

2G052HC06

2G052HC32

2G052HC42

2G052HC44

2G052JA08

(57)【要約】

【課題】ボーリング作業を中断することなく信頼性の高いボーリング孔先端位置計測を簡易に行うことを可能としたコア採取装置およびコア採取方法を提案する。
【解決手段】コア採取装置１は、地中に挿入されるボーリング用ロッド２と、ボーリング用ロッド２内に挿通されるサンプラー３と、サンプラー３に接続可能なオーバーショット４と、オーバーショット４に接続されたワイヤ５と、オーバーショット４とワイヤ５との間に介設されたプローブ６とを備えている。プローブ６には、傾斜角と高さ位置および方位を計測可能な計測器が搭載されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

地中に挿入されるボーリング用ロッドと、
前記ボーリング用ロッド内に挿通されるサンプラーと、
前記サンプラーに接続可能なオーバーショットと、
前記オーバーショットに接続されたワイヤと、を備えるコア採取装置であって、
前記オーバーショットと前記ワイヤとの間に計測器を搭載したプローブが介設されており、
前記計測器は、傾斜角と高さ位置および方位を計測可能であることを特徴とする、コア採取装置。

【請求項2】

前記プローブには、ジャイロ、磁気方位センサ、バッテリーおよびデータ記録手段が搭載されていることを特徴とする、請求項１に記載のコア採取装置。

【請求項3】

サンプラーをボーリング用ロッド内の下端部に装着するサンプラー取付工程と、
前記ボーリング用ロッドを地中に挿入する削孔工程と、
前記サンプラーにワイヤを接続するワイヤ
接続工程と、
前記ボーリング用ロッドの傾きおよび先端位置を計測する計測工程と、
前記ワイヤを引き上げることで前記サンプラーを回収するサンプラー回収工程と、を備えるコア採取方法であって、
前記ワイヤ接続工程では、前記ワイヤに連結されたオーバーショットを前記サンプラーに接続し、
前記計測工程では、前記ワイヤと前記オーバーショットとの間に介設されたプローブに搭載された計測器により前記プローブの傾斜角と高さ位置および方位を計測する作業と、計測結果に基づいて前記ボーリング用ロッドの傾きおよび先端位置を算出する作業と、を行うことを特徴とする、コア採取方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ボーリング調査におけるコア採取およびボーリング孔先端位置計測に使用するコア採取装置およびコア採取方法に関する。

【背景技術】

【0002】

地中の土質等を調査することを目的として、地中から柱状の試料（コア）を採取するボーリング工法を採用する場合がある。例えば、特許文献１には、先端にコアチューブが設けられたボーリング用ロッドを地中に貫入することによりコアを採取するボーリング工法が開示されている。
ボーリング工法では、コアを採取した位置（ボーリング孔先端位置）を的確に把握する必要がある。ボーリング孔を孔曲りがないように削孔すれば、ボーリング孔の深さを把握することで、コアを採取した位置を把握することができる。一方、ボーリング孔は、削孔時に傾斜する場合がある。大深度のボーリング調査では、わずかな傾斜であっても、ボーリング孔の先端位置に大きなズレが生じてしまう。
そのため、ボーリング工法では、ボーリング孔の先端位置の計測を行いながら削孔する場合がある。例えば、特許文献２には、削孔ロッドの先端にインナービットを装着した状態でボーリング孔を削孔し、インナービットを回収してから、ボーリング孔内に計測器を挿入することで、ボーリング孔の先端位置の計測を行っている。ところが、前記従来の計測方法では、計測器の挿入、先端位置の計測および計測器の回収といった一連の作業を、コアを採取および回収するためのボーリング作業（ボーリング孔の削孔）とは別に実施する必要があるため、位置計測においてボーリング作業を中断する必要があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１２－１５４０３９号公報

【特許文献2】特開２０１８－１１５９５２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明は、ボーリング作業を中断することなく信頼性の高いボーリング孔先端位置計測を簡易に行うことを可能としたコア採取装置およびコア採取方法を提案することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

前記課題を解決するために、本発明のコア採取装置は、地中に挿入されるボーリング用ロッド（以下、ロッドという）と、前記ロッド内に挿通されるサンプラーと、前記サンプラーに接続可能なオーバーショットと、前記オーバーショットに接続されたワイヤとを備えている。前記オーバーショットと前記ワイヤとの間には、傾斜角と高さ位置および方位を計測可能な計測器を搭載したプローブが介設されている。前記プローブには、ジャイロ、磁気方位センサ、バッテリーおよびデータ記録手段を搭載することが望ましい。
また、本発明のコア採取方法は、サンプラーをロッド内の下端部に装着するサンプラー取付工程と、前記ロッドを地中に挿入する削孔工程と、前記サンプラーにワイヤを接続するワイヤ接続工程と、前記ロッド先端の傾きおよび先端位置を計測する計測工程と、前記ワイヤを引き上げることで前記サンプラーを回収するサンプラー回収工程とを備えている。前記ワイヤ接続工程では前記ワイヤに連結されたオーバーショットを前記サンプラーに接続する。また、前記計測工程では、前記ワイヤと前記オーバーショットとの間に介設されたプローブに搭載された計測器により前記プローブの傾斜角、高さ位置および方位を計測する作業と、計測結果に基づいて前記ロッドの傾きおよび先端位置を算出する作業とを行う。
かかるコア採取装置およびコア採取方法によれば、サンプラーを回収する際に使用するワイヤに計測器が搭載されたプローブが設けられているため、サンプラーの回収とともにロッドの先端位置および向きを計測することができる。そのため、ロッドの先端位置計測によって、コア採取の作業が中断されることがなく、サンプラー回収後に計測器を掘削孔内に挿入して計測を行う従来のコア採取方法に比べて作業性に優れている。

【発明の効果】

【0006】

本発明のコア採取装置およびコア採取方法によれば、ボーリング作業を中断することなく信頼性の高いボーリング孔先端位置計測を簡易に行うことが可能となり、ひいては、ボーリング調査に要する手間と時間を低減することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】本実施形態に係るコア採取装置を示す断面図である。

【図2】プローブの概要を示す断面図である。

【図3】本実施形態のコア採取方法の手順を示すフローチャートである。

【図4】コア採取方法の各工程の作業状況を示す断面図であって、（ａ）はサンプラー取付工程、（ｂ）は削孔工程、（ｃ）はワイヤ接続工程および計測工程、（ｄ）はサンプラー回収工程である。

【図5】図４に続くコア採取方法の各工程の作業状況を示す断面図であって、（ａ）はサンプラー取付工程、（ｂ）は削孔工程、（ｃ）はワイヤ接続工程および計測工程、（ｄ）はサンプラー回収工程である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

本実施形態では、大深度のボーリング作業により地中から試料を採取する場合について説明する。試料は、ボーリング掘削毎（２～３ｍ毎）に採取する。ボーリング作業におけるボーリング孔の孔曲がりは、１００ｍで１度以内とすることが好ましい。
ボーリング作業には、コア採取装置１を使用する。図１にコア採取装置１を示す。コア採取装置１は、図１に示すように、ロッド（ボーリング用ロッド）２と、サンプラー３と、オーバーショット４と、ワイヤ５と、プローブ６とを備えている。

【0009】

ロッド２は、地中に挿入される円筒状の管材２１，２１，…を連結することにより構成されている。ロッド２の先端（下端）には、円筒状のビット２２が一体に設けられている。
サンプラー３は、ロッド２内に挿通される筒状体を主体に構成されている。サンプラー（コアチューブ）３の先端（下端）は開口されていて、地中に圧入された際に、内部にコア（土砂、岩盤等）を取り込むことが可能である。サンプラー３の後端（上端）には、オーバーショット４と係合する係合部材３１が形成されている。係合部材３１は、上方から送り込まれたオーバーショット４と係合する。係合部材３１とオーバーショット４は、ワンタッチジョイントであることが好ましいが、フックやマグネットにより係合する形式であってもよい。本実施形態のサンプラー３の下端縁部には、コアチューブビット３２が一体に設けられている。サンプラー３は、ロッド２の下端に係合し、ロッド２の圧入に伴って、地中に圧入される。

【0010】

オーバーショット４の先端部は、サンプラー３の係合部材３１に係合する形状を有している。オーバーショット４の後端部には、ワイヤ５が接続されている。ワイヤ５は、ボーリング孔外から延設されている。ロッド２内にオーバーショット４を送り込み、ロッド２の下端部に配設されたサンプラー３の係合部材３１をオーバーショット４により掴み、ワイヤ５を巻き取ることで、サンプラー３（コア）を回収する。
プローブ６は、オーバーショット４とワイヤ５との間に介設されている。プローブ６には、傾斜角と高さ位置および方位を計測可能な計測器が搭載されている。図２にプロ―ブを示す。図２に示すように、プローブ６には、ジャイロ（加速度センサ）６１、磁気方位センサ６２等の計測器に加え、これらの計測器の測定結果を送信するデータ記録手段６３と、その動力源としてのバッテリー６４が搭載されている。本実施形態では、ジャイロ６１の各種ドリフト（例えば、ノイズ、時間、温度等によるドリフト）補償として、磁気方位センサ６２との差異や計測時間の影響を補正処理する。なお、磁気方位センサ６２は、磁性（例えば鋼管）による影響を受けるため、先端位置を計測するプローブ６の区間は、非磁性体の管材とする。

【0011】

次に、本実施形態のコア採取装置を利用したコア採取方法について説明する。図３にコア採取方法の手順を示す。また、図４（ａ）～（ｄ）および図５（ａ）～（ｄ）にコア採取方法の作業状況を示す。図５に示すように、コア採取方法は、サンプラー取付工程Ｓ１と、削孔工程Ｓ２と、ワイヤ接続工程Ｓ３と、計測工程Ｓ４と、サンプラー回収工程Ｓ５とを備えている。
サンプラー取付工程Ｓ１は、サンプラー３をロッド２に装着する工程である。サンプラー３は、図４（ａ）に示すように、ロッド２内（下端部）に装着する。サンプラー３には、ロッド２と嵌合するための嵌合手段（図示せず）が外面に設けられている。サンプラー３は、ロッド２の下端部において、嵌合手段を介してロッド２と嵌合する。

【0012】

削孔工程Ｓ２は、ロッド２を地中に挿入してボーリング孔を形成する工程である。ロッド２を地中に挿入する際には、図４（ｂ）に示すように、ボーリングマシンＭを利用して、ロッド２を回転させながら、地中に圧入する。このとき、管材２１を適宜つぎ足しながら、ロッド２の下端が所定の深さに到達するまで圧入する。ロッド２を回転させると、ロッド２の下端に設けられたビット２２が地盤Ｇを切削し、ロッド２が地盤Ｇに圧入される。このとき、サンプラー３もロッド２に伴って地盤Ｇに圧入される。サンプラー３を地盤Ｇに圧入すると、サンプラー３内に、コアチューブビット３２の内側の地盤Ｇ（岩盤や土砂等）が取り込まれる。

【0013】

ワイヤ接続工程Ｓ３は、ロッド２の下端部に装着されたサンプラー３にワイヤ５を接続する工程である。ワイヤ接続工程では、図４（ｃ）に示すように、ワイヤ５に連結されたオーバーショット４によりサンプラー３の係合部材３１を掴むことで、サンプラー３にワイヤ５を接続する。

【0014】

計測工程Ｓ４は、ロッド２の傾きおよび先端位置を計測する工程である。計測工程Ｓ４では、ワイヤ５とオーバーショット４との間に介設されたプローブ６に搭載された計測器により計測する。計測工程Ｓ４では、まず、ジャイロ６１、磁気方位センサ６２によりプローブ６の傾斜角と高さ位置および方位を計測する。次に、プローブ６の傾斜角と高さ位置および方位の計測結果からロッド２の傾きおよび先端位置を算出する。プローブ６からロッド２（サンプラー３）の先端部までの距離は既知のため、プローブ６の高さ位置および方位からロッド２の先端位置も算出できる。また、ロッド２内に挿通されたプローブ６の傾斜角から、ロッド２の先端部における傾きも推定（算出）できる。ジャイロ６１および磁気方位センサ６２による計測結果（データ）は、データ記録手段６３に蓄積される。

【0015】

サンプラー回収工程Ｓ５は、図４（ｄ）に示すように、ワイヤ５を巻き上げる（引き上げる）ことでサンプラー３（コア）を回収する工程である。係合部材３１は、サンプラー３の嵌合手段に連結されていて、ワイヤ５を巻き上げることで係合部材３１に引張力が作用すると、ロッド２とサンプラー３との嵌合状態が解除されて、サンプラー３の引き上げが可能となる。サンプラー３の回収に伴ってプローブ６が地上に引き上げられると、データ記録手段６３に蓄積されたデータが、コンピュータ等の端末に送信される。
サンプラー３を回収したら、図５（ａ）に示すように、新たなサンプラー３をロッド２の先端部に装着する（サンプラー取付工程Ｓ１）。サンプラー３をロッド２に装着したら、ロッド２の上端に管材２１を連結する。次に、図５（ｂ）に示すように、ボーリング孔を削孔する（削孔工程Ｓ２）。なお、前回実施した計測工程Ｓ４においてロッド２の傾きが確認された場合は、傾きを調整しながら、削孔する。所定の深さまでボーリング孔を削孔したら、図５（ｃ）に示すように、サンプラー３にワイヤ５を接続するとともに（ワイヤ接続工程Ｓ３）、ロッド２の傾きおよび先端位置を計測する（計測工程Ｓ４）。計測後、図５（ｄ）に示すように、サンプラー３を回収する（サンプラー回収工程Ｓ５）。同様に、サンプラー取付工程Ｓ１～サンプラー回収工程Ｓ５を繰り返すことで、所定の深さまでボーリング孔を削孔し、コアを採取する。

【0016】

本実施形態のコア採取装置１およびこのコア採取装置１を利用したコア採取方法によれば、サンプラー３を回収する際に使用するワイヤ５に計測器が搭載されたプローブ６が設けられているため、サンプラー３の回収とともにロッド２の先端位置および向き（傾き）を計測することができる。そのため、ロッド２の位置計測によって、コア採取の作業が中断されることがなく、サンプラー３の回収後に計測器を掘削孔内に挿入して計測を行う従来のコア採取方法に比べて作業性に優れている。
また、先端位置計測の頻度を増やすことが可能であるため、孔曲がりの修正掘削を速やかに実施することが可能となり、要求される掘削精度を達成できる。

【0017】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、前述の実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。
例えば、プローブ６に設けられる計測器は前記実施形態で示したものに限定されるものではない。
前記実施形態では、サンプラー３にコアチューブビット３２が設けられている場合について説明したが、コアチューブビット３２は必要に応じて設ければよい。

【符号の説明】

【0018】

１ コア採取装置
２ ロッド（ボーリング用ロッド）
２１ 管材
２２ ビット
３ サンプラー
３１ 係合部材
３２ コアチューブビット
４ オーバーショット
５ ワイヤ
６ プローブ
６１ ジャイロ
６２ 磁気方位センサ
６３ データ記録手段
６４ バッテリー
Ｇ 地盤
Ｍ ボーリングマシン
Ｓ１ サンプラー取付工程
Ｓ２ 削孔工程
Ｓ３ ワイヤ接続工程
Ｓ４ 計測工程
Ｓ５ サンプラー回収工程

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】