特許 7633952 掘削孔の埋め戻し装置および掘削孔の埋め戻し方法

(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】

(24)【登録日】2025-02-12

(45)【発行日】2025-02-20

(54)【発明の名称】掘削孔の埋め戻し装置および掘削孔の埋め戻し方法

(51)【国際特許分類】

   E02D 3/12 20060101AFI20250213BHJP

   E02D 31/10 20060101ALI20250213BHJP

   E21B 27/02 20060101ALI20250213BHJP

【ＦＩ】

E02D3/12 101

E02D31/10

E21B27/02

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2022005264

(22)【出願日】2022-01-17

(65)【公開番号】P2023104339

(43)【公開日】2023-07-28

【審査請求日】2024-07-16

(73)【特許権者】

【識別番号】000001373

【氏名又は名称】鹿島建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106002

【弁理士】

【氏名又は名称】正林 真之

(74)【代理人】

【識別番号】100120891

【弁理士】

【氏名又は名称】林 一好

(74)【代理人】

【識別番号】100131705

【弁理士】

【氏名又は名称】新山 雄一

(72)【発明者】

【氏名】松本 聡碩

(72)【発明者】

【氏名】升元 ―彦

(72)【発明者】

【氏名】小林 一三

(72)【発明者】

【氏名】瀬尾 昭治

(72)【発明者】

【氏名】石神 大輔

(72)【発明者】

【氏名】栗原 啓丞

(72)【発明者】

【氏名】三好 貴子

(72)【発明者】

【氏名】石橋 正祐紀

(72)【発明者】

【氏名】飛田 南斗

【審査官】小倉 宏之

(56)【参考文献】

【文献】特開平０８－０３６０９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０５６１１４００（ＵＳ，Ａ）

【文献】特開２０１５－００７５９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１３２８６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１０６８６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１４／０１９３１０１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許第５９５７１９６（ＵＳ，Ａ）

【文献】米国特許第５７１８２８７（ＵＳ，Ａ）

【文献】米国特許第５５４４７０５（ＵＳ，Ａ）

【文献】特開２０２２－１２６２３３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ０２Ｄ ３／１２

Ｅ０２Ｄ ３１／１０

Ｅ２１Ｂ ２７／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

充填材として、ベントナイト及び／又はベントナイトを主として含むベントナイト系材料を用いて掘削孔を埋め戻す掘削孔の埋め戻し装置であって、
外管と内管との二重管からなる筒状の容器と、
前記外管の上方の内面に端部が固定されるとともに、前記内管の下方側の開口から上方側の有頂部内面に向けて折り返されて形成された袋状格納部を有する袋材と、
前記外管の下端に配置された開閉自在な蓋と、
前記容器が前記掘削孔内の所定位置まで搬送された際に前記蓋の開放に伴って前記内管の前記外管に対する下方への相対変位を許容して、前記袋状格納部に装填された前記充填材を前記容器の外部に吐出させる充填材吐出機構と、を備える、掘削孔の埋め戻し装置。

【請求項2】

前記袋材は、折り曲げ可能なポリエチレン素材である、請求項１に記載の掘削孔の埋め戻し装置。

【請求項3】

前記内管は、ポリ塩化ビニル製であり且つ下方側の開口周縁部がバリ取りされている、請求項１または請求項２に記載の掘削孔の埋め戻し装置。

【請求項4】

前記充填材吐出機構は、前記所定位置における前記掘削孔内に配置され且つ前記外管のみ下方への移動を規制するストッパを備えている、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の掘削孔の埋め戻し装置。

【請求項5】

前記充填材吐出機構は、前記内管の前記外管に対する下方への相対変位を起こさせる動力源を備えている、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の掘削孔の埋め戻し装置。

【請求項6】

前記掘削孔は、放射性廃棄物処分場に設けられたボーリング孔である、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の掘削孔の埋め戻し装置。

【請求項7】

充填材として、ベントナイト及び／又はベントナイトを主として含むベントナイト系材料を用いて掘削孔を埋め戻す掘削孔の埋め戻し方法であって、
下端に開閉自在な蓋を有する外管と前記外管の内側に配され下端が開放端である内管との二重管からなる筒状の容器における前記外管の上方の内面に所定の袋材の端部を固定し前記内管の下方側の開口から上方側の有頂部内面に向けて前記袋材を折り返して袋状格納部を形成する袋状格納部形成工程と、
前記袋状格納部形成工程で形成された袋状格納部に前記充填材を装填する装填工程と、
前記蓋で下端が閉止された状態の前記外管と、自己の内部の前記袋状格納部に前記充填材が装填されている状態の前記内管との二重管からなる前記容器を前記掘削孔内の所定位置まで搬送する搬送工程と、
前記搬送工程で前記容器が前記掘削孔内の所定位置に到達した際に、前記蓋の開放に伴って前記内管の前記外管に対する下方への相対変位を許容して、前記袋状格納部に装填された前記充填材を地下水中に吐出させる充填材吐出工程と、
を含む、掘削孔の埋め戻し方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、掘削孔の埋め戻し装置および掘削孔の埋め戻し方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、高レベル放射性廃棄物の処分場を選定するにあたり、地質構造等を確認するためにボーリング調査が行われている。ボーリング孔は、実際に処分場が稼働した際に放射線の移行経路となりかねないことから、閉塞させる必要がある。

【0003】

ボーリング孔の閉塞に用いる充填材の一つとして、水に触れると膨潤する性質を有するベントナイトを主として含むベントナイト系材料の使用が検討されている。また、施工性の観点から、ベントナイトを小粒径に締め固めたペレットや、板状に締め固めたうえで細かく砕いた解砕物等の使用が検討されている。本明細書において、以下、ベントナイト及び／又はベントナイトを主として含むベントナイト系材料、および、それらを小粒径に締め固めたペレットや、板状に締め固めたうえで細かく砕いた解砕物をベントナイトと総称する。

【0004】

ボーリング孔の閉塞は、通常、ダンプベイラーと呼ばれる装置により行われる。具体的には、ダンプベイラーが備える容器内に収容されたベントナイトをボーリング孔内の閉塞地点まで搬送した後、この容器の吐出口を開いてベントナイトを吐出することにより行われる。

【0005】

ボーリング孔の内部には地下水が浸水しており、ダンプベイラーの容器の吐出口が開くと同時に、ベントナイトに地下水が触れる。すると、ベントナイトが急速に膨潤して吐出口で詰まってしまい、ボーリング孔内にベントナイトを吐出できなくなるおそれがある。これについては、発明者等による実験においても、ベントナイトが水に触れて急速に膨潤が進み、容器の吐出口に詰まりを生じさせることが確認されている。

【0006】

このような詰まりが生じた場合に、ベントナイトを強制的に強い圧力で押し出す機構をダンプベイラーに備えることも検討されている。しかしながら、ダンプベイラーは狭いボーリング孔を通すサイズに設計されるため、元々内容積は限られている。その内部に複雑な機能部を配置すると、ベントナイトを収容する容積が一層逼迫することになる。反対に、ダンプベイラーのサイズを許容限度内で大型にするとボーリング孔の内周壁とダンプベイラーの外周面との間隙が狭められる結果、ボーリング孔内でのダンプベイラーの昇降に支障が生じる。

【0007】

他方、容器の吐出口における詰まりの発生を防ぐために、予め非水溶性の天然樹脂などでベントナイトをコーティングしておく方法も検討されている。しかしながら、この方法では、ボーリング孔内の閉塞対象領域に有機物の不純物であるコーティング材が残留する。残留したコーティング材が微生物分解されるとガスが発生し閉塞が阻害されるおそれがある。

【0008】

ところで、ダンプベイラーに類する容器を用いた流体の搬送技術は従来より種々提案されている。石油や金属の探査に当たって試掘されるボーリング孔で生じる逸泥を防ぐために薬液が使われる。この薬液の搬送にシリンダー筒体を用い、シリンダー筒体を所定位置まで降下させてその引き上げ弁を作動させて封入薬液の放散を行うという提案がある（例えば、特許文献１参照）。また、セメントベーラーと計測器収納容器を兼ねたシリンダー筒体を、完成ボーリング孔内をその底部まで降下させ、その位置でセメントミルクを放散させながら計測器をセメント埋設する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【文献】特公平２－９１５８号公報

【文献】特開２００６－１１２１０２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

しかしながら、上記の従来技術ではボーリング孔を閉塞する際にベントナイトが地下水に触れて急速に膨潤が進み、容器の吐出口に詰まりを生じさせるという課題には応えていない。また、ボーリング孔内の閉塞地点に有機質の不純物となるコーティング材が残存することは避けなくてはならない。コーティング材が地中に残存すると、微生物分解によってガスが発生し、発生したガスによりボーリング孔の閉塞が妨げられるおそれがあるからである。

【0011】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、コーティング材を用いないで充填材を容器から掘削孔内に確実に吐出できる掘削孔の埋め戻し装置および掘削孔の埋め戻し方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

（１） 上記目的を達成する本発明は、充填材として、ベントナイト及び／又はベントナイトを主として含むベントナイト系材料を用いて掘削孔を埋め戻す掘削孔の埋め戻し装置であって、外管と内管との二重管からなる筒状の容器と、前記外管の上方の内面に端部が固定されるとともに、前記内管の下方側の開口から上方側の有頂部内面に向けて折り返されて形成された袋状格納部を有する袋材と、前記外管の下端に配置された開閉自在な蓋と、前記容器が前記掘削孔内の所定位置まで搬送された際に前記蓋の開放に伴って前記内管の前記外管に対する下方への相対変位を許容して、前記袋状格納部に装填された前記充填材を前記容器の外部に吐出させる充填材吐出機構と、を備える、掘削孔の埋め戻し装置である。

【0013】

（２） また、上記目的を達成する本発明における前記袋材は、折り曲げ可能なポリエチレン素材であってもよい。

【0014】

（３） また、上記目的を達成する本発明における前記内管は、ポリ塩化ビニル製であり且つ下方側の開口周縁部がバリ取りされていてもよい。

【0015】

（４） また、上記目的を達成する本発明における前記充填材吐出機構は、前記所定位置における前記掘削孔内に配置され且つ前記外管のみ下方への移動を規制するストッパを備えていてもよい。

【0016】

（５） また、上記目的を達成する本発明における前記充填材吐出機構は、前記内管の前記外管に対する下方への相対変位を起こさせる動力源を備えていてもよい。

【0017】

（６） また、上記目的を達成する本発明において、前記掘削孔は、放射性廃棄物処分場に設けられたボーリング孔であってもよい。

【0018】

（７） 上記目的を達成する本発明は、充填材として、ベントナイト及び／又はベントナイトを主として含むベントナイト系材料を用いて掘削孔を埋め戻す掘削孔の埋め戻し方法であって、下端に開閉自在な蓋を有する外管と前記外管の内側に配され下端が開放端である内管との二重管からなる筒状の容器における前記外管の上方の内面に所定の袋材の端部を固定し前記内管の下方側の開口から上方側の有頂部内面に向けて前記袋材を折り返して袋状格納部を形成する袋状格納部形成工程と、前記袋状格納部形成工程で形成された袋状格納部に前記充填材を装填する装填工程と、前記蓋で下端が閉止された状態の前記外管と、自己の内部の前記袋状格納部に前記充填材が装填されている状態の前記内管との二重管からなる前記容器を前記掘削孔内の所定位置まで搬送する搬送工程と、前記搬送工程で前記容器が前記掘削孔内の所定位置に到達した際に、前記蓋の開放に伴って前記内管の前記外管に対する下方への相対変位を許容して、前記袋状格納部に装填された前記充填材を地下水中に吐出させる充填材吐出工程と、を含む、掘削孔の埋め戻し方法である。

【発明の効果】

【0019】

本発明によれば、コーティング材を用いないで充填材を容器から掘削孔内に確実に吐出できる掘削孔の埋め戻し装置および掘削孔の埋め戻し方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の実施形態に係る掘削孔の埋め戻し装置における外管の蓋が閉止した状態を模式的に示す図である。

【図2】図１の掘削孔の埋め戻し装置における外管の下端と掘削孔側ケーシング内のストッパー部材とが当接した様子を説明する図である。

【図3】図１の掘削孔の埋め戻し装置が掘削孔内を所定位置まで降下して外管の蓋が開き始める状態を模式的に示す図である。

【図4】図１の掘削孔の埋め戻し装置が掘削孔内を所定位置まで降下して外管の蓋が開き内管が外管に対して相対変位し充填材が吐出する状態を模式的に示す図である。

【図5】図１の掘削孔の埋め戻し装置における内管の下端部分を拡大して説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳しく説明する。

【0022】

図１は、本発明の実施形態に係る掘削孔の埋め戻し装置１における外管の蓋が閉止した状態を模式的に示す図である。以下、適宜、掘削孔の埋め戻し装置１を埋め戻し装置１と略記する。図２は、埋め戻し装置１における外管の下端と掘削孔側ケーシング内のストッパー部材とが当接した様子を説明する図である。図３は、埋め戻し装置１が掘削孔内を所定位置まで降下して外管の蓋が開き始める状態を模式的に示す図である。図４は、埋め戻し装置１が掘削孔内を所定位置まで降下して外管の蓋が開き内管が外管に対して相対変位し充填材が吐出する状態を模式的に示す図である。図５は、埋め戻し装置１における内管の下端部分を拡大して説明する図である。

【0023】

本発明の実施形態に係る埋め戻し装置１は、地表から鉛直に設けられた掘削孔２を充填材３を用いて埋め戻す装置である。掘削孔２は、例えば、放射性廃棄物処理場に設けられるボーリング孔であり、その深さは約３００ｍに達する場合がある。また、その径は通常２０ｃｍ以下である。掘削孔２は所定の管長の金属管を順次継ぎ足して深部に到るケーシング４によって崩落が防がれ掘削時の形態が維持される。

【0024】

埋め戻し装置１は、外管５と内管６との二重管からなる筒状の容器７を有する。外管５は、下端側が開口８をなし上端側が閉じた上底部９をなす、例えば、ステンレス製の金属管である。外管５の下端側には、開口８の縁部にヒンジ１０が設けられる。外管５の開口８には、ヒンジ１０の周りに開口８を閉止する位置と開放する位置との間で回動する開閉自在な蓋１１が設けられる。

【0025】

外管５上方の上底部９近傍の内面に、可撓性の袋材１２の端部１３が固定される。一方、内管６は、その下方が開放された開口１４をなし、上端側が閉じた上底部が有頂部１５をなしている。内管６は、例えば、ポリ塩化ビニル製の所謂塩ビ管である。外管５の上底部９近傍内面から垂れ下がった袋材１２を、内管６上方側の有頂部１５の下面に向けて折り返すようにして袋状格納部１６が形成される。

【0026】

袋状格納部１６に充填材３が装填される。充填材３は、ベントナイト及び／又はベントナイトを主として含むベントナイト系材料である。充填材３は、例えば略アーモンド形のペレット状をなし、大きさの異なるものが大小混合されていてもよい。

【0027】

外管５、内管６および袋材１２並びに後述するストッパー部材１９は、容器７が掘削孔２のケーシング４内の所定位置まで搬送された際に蓋１１の開放に伴って内管６の外管５に対する下方への相対変位を許容して、袋状格納部１６に装填された充填材３を地下水中に吐出させる充填材吐出機構１７を構成している。

【0028】

容器７は、外管５の上底部９で地上に設置される図示しない昇降装置によってワイヤー１８で吊持され、掘削孔２のケーシング４内を昇降移動する。ケーシング４の下端近傍位置の内周に、突片であるストッパー部材１９が設けられる。なお、ストッパー部材１９を設ける態様は一例に過ぎず、後述するように、ストッパー部材１９を設けることなく、その機能をワイヤー１８と地上の昇降装置の制御によって賄うこともできる。

【0029】

ストッパー部材１９は、ケーシング４の内周壁部から中心に向けて放射方向に突出し、降下してきた外管５の開口８の縁に当接して外管５の下方への移動を規制する。外管５のストッパー部材１９への当接に応動する図示しない開閉操作機構によって、図１のごとく閉止していた蓋１１が図３のごとく開放される。

【0030】

内管６は外管５からは自己の位置が規制されていない。このため、内管６は、蓋１１の開放に伴って図４のごとく自重により外管５に対し下方へ相対変位する。このとき、解放された内管６の開口１４から充填材３が自重により下方に吐出する。なお、外管５の下端部位がストッパー部材１９に当接すると同時に、ワイヤー１８で外管５を上方に向け急激に短距離だけ動かす操作を伴わせれば、充填材３の吐出が促進される。一方、地上の昇降装置によって外管５の深度を管理し、外管５の下端部位がストッパー部材１９に当接する深度までワイヤー１８が延び出たタイミングでその動きを止め、外管５の下降を停止させるようにしてもよい。この場合は、ストッパー部材１９を設ける必要がない。この場合も、外管５の停止後、ワイヤー１８で外管５を上方に向け急激に短距離だけ動かす操作を行うことにより、充填材３の吐出を促進させることができる。

【0031】

袋材１２は、伸縮性を持たず、所定の破断強度であり、内管６の出口である開口１４で無理なく折り曲げ可能な程度の可撓性を有する素材である。この素材には、例えば、ポリエチレンが適合する。一方、内管６の開口１４周縁部は、図５のごとく、バリ取りされて角部が丸められている。このため、袋材１２は内管６の開口１４周縁部に引っ掛かりなく滑らかに摺接して抵抗なく変形できる。

【0032】

外管５の蓋１１が開放されると同時に、地下水が内管６の開口１４側から充填材３を浸し始め、充填材３の膨潤が始まる。この時点では、充填材３の上方の大部分は袋状格納部１６を構成する袋材１２に覆われているため、未だ、地下水と接触しない（図３）。このため、内管６が下方へと移動して、開口１４近傍で袋状格納部１６が次第に下方に捲れ出ていく過程で、開口１４側からは後方に当たる上方の充填材３は未だ膨潤を免れている（図４）。従って、内管６内に位置する袋状格納部１６の部分内では充填材３の膨潤が始まらず、内管６内で袋材１２を介して充填材３の詰まりを生じることがない。

【0033】

この状態から、充填材３が自重で下降し、袋状格納部１６も次第に下方に捲れ出ていくに従い、充填材３は袋状格納部１６から出た部分から膨潤する。この時点に到れば、充填材３は内管６外に出ており、その膨潤は内管６内での詰まりを生じさせることがない。従って、埋め戻し装置１によれば、袋状格納部１６に装填されていた充填材３の全量を、内管６内での詰まりを生じさせずに、掘削孔２内に確実に吐出させることができる。吐出した充填材３は地下水中を降下し、掘削孔２内の閉塞対象領域に対する埋め戻しが進められる。

【0034】

充填材３自体は膨潤抑制のコーティング材を用いていないため、この種のコーティング材の地中への残留で懸念される微生物分解によるガスの発生や、このガスによってボーリング孔の閉塞が阻害されるおそれがない。

【0035】

なお、上述したように、掘削孔２は、例えば、放射性廃棄物処理場に設けられるボーリング孔である。このような場合に本発明の埋め戻し装置１を適用することは、環境問題としての重要な課題に対して一つの有力な解を提供することにつながる。

【0036】

上述したような掘削孔の埋め戻し装置１を構成し、充填材としてベントナイトを用いて掘削孔を埋め戻す掘削孔の埋め戻し方法について次に説明する。この掘削孔の埋め戻し方法は、袋状格納部形成工程と、装填工程と、搬送工程と、充填材吐出工程とを含む。

【0037】

袋状格納部形成工程では、下端に開閉自在な蓋１１を有する外管５と外管５の内側に配され下端が開口１４である内管６との二重管からなる筒状の容器７における外管５上方の内面に可撓性の袋材１２の端部１３を固定する。このように端部１３を固定した袋材１２の底部側を、内管６の開口１４から上方側の有頂部１５内面に向けて捲り折り返して袋状格納部１６を形成する。

【0038】

次いで、装填工程では、袋状格納部形成工程で形成された袋状格納部１６に充填材３を装填する。

【0039】

次いで、搬送工程では、蓋１１で下端の開口８が閉止された状態の外管５と、自己の内部の袋状格納部１６に充填材３が装填されている状態の内管６との二重管からなる容器７を掘削孔２内の所定位置まで搬送する。

【0040】

次いで、充填材吐出工程では、上述の搬送工程で容器７が掘削孔２内の所定位置に到達した際に、蓋１１の開放に伴って内管６の外管５に対する下方への相対変位を許容して、袋状格納部１６に装填された充填材３を地下水中に吐出させる。

【0041】

この掘削孔の埋め戻し方法によれば、袋状格納部１６に装填されていた充填材３の全量を、内管６内での詰まりを生じさせずに、掘削孔２内に確実に吐出させることができる。内管６内で充填材３による詰まりが生じない理由は、埋め戻し装置１に関して上述したとおりである。これにより、掘削孔２内の閉塞対象領域に対する埋め戻しが進められる。また、充填材３自体は膨潤抑制のコーティング材を用いていないものであるため、この種のコーティング材の地中への残留で懸念される微生物分解によるガスの発生や、このガスによってボーリング孔の閉塞が阻害されるおそれがない。

【0042】

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良は本発明に含まれる。例えば、上述の埋め戻し装置１における充填材吐出機構１７では、容器７が掘削孔２内の所定位置に到達した際に、蓋１１の開放に伴って内管６が自重により外管５に対して下方へ相対変位するようにしたが、内管６の外管５に対する下方への相対変位を起こさせる動力源を備えてもよい。この動力源としては、例えば、外管５の上底部９下面と内管６の有頂部１５の上面との間の空間が袋材１２によって気密状態になることを利用したものであってもよい。即ち、この気密空間に小型の高圧窒素容器を設け、外管５下端のストッパー部材１９への当接に伴って高圧窒素容器の密閉が解かれて生じる窒素圧で内管６有頂部１５の上面をピストンのごとく押し下げるようにすることも考えられる。

【符号の説明】

【0043】

１ 埋め戻し装置
２ 掘削孔
３ 充填材
４ ケーシング
５ 外管
６ 内管
７ 容器
８ 開口
９ 上底部
１０ ヒンジ
１１ 蓋
１２ 袋材
１３ 端部
１４ 開口
１５ 有頂部
１６ 袋状格納部
１７ 充填材吐出機構
１８ ワイヤー
１９ ストッパー部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】