JP6353687B2 - ボーリングロッド継ぎ足し方法およびボーリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、ボーリングロッド継ぎ足し方法およびボーリング装置に関する。

トンネル工事において、切羽前方の地質や地下水状況を把握することを目的として、トンネル切羽や切羽近傍に形成された拡幅部等から、切羽前方に向けて調査ボーリングを行う場合がある。

このような調査ボーリングを行う場合には、延長用のロッド部材（延長用ロッド）をボーリングロッドに継ぎ足すことで、所定延長（所定深さ）のボーリング孔を形成する（例えば、特許文献１参照）。
そのため、延長用ロッドを継ぎ足す際には、図３に示すように、ボーリングロッド１０１の端部を開放あるいは、ボーリングロッド１０１の一部を切り離す必要がある。

特開２００５−９６０３号公報

ボーリング工事において、ボーリング孔の孔壁が崩壊すると、掘削ツール等が抑留されて、施工が困難になるおそれがある。
特に、トンネル工事における調査ボーリングや水抜きボーリング等、横方向に行うボーリング（水平ボーリング）では、ボーリングロッド１０１を継ぎ足す際（延長する際）に、一時的にボーリング孔１０２内の圧力が開放されるため、ボーリング孔１０２内に地下水Ｗが急激に流れ込み、孔壁崩壊のリスクが高くなる。

このような観点から、本発明は、ボーリング孔内の圧力を維持した状態で、ボーリングロッドの延長を可能としたボーリングロッド継ぎ足し方法およびボーリング装置を提案することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明のボーリングロッド継ぎ足し方法は、圧力容器内に延長用ロッドを配設する準備工程と、前記圧力容器の内部を加圧する加圧工程と、前記圧力容器内において、ボーリングロッドの基端部に前記延長用ロッドを継ぎ足す継ぎ足し工程とを備えており、前記ボーリングロッドは、その基端部が前記圧力容器内に配設された状態でボーリング孔に挿入されており、前記加圧工程では、前記圧力容器内を水で満たすとともに前記ボーリング孔内の水圧と同等の水圧になるように前記圧力容器内を加圧し、前記継ぎ足し工程では、加圧された前記圧力容器内において、前記ボーリングロッドの基端部をウォータースイベルまたは前記ウォータースイベルに連結された連結用ロッドから分離する作業と、前記ボーリングロッドの基端部に前記延長用ロッドを連結する作業と、前記延長用ロッドを介して前記ボーリングロッドの基端部に前記ウォータースイベルまたは前記連結用ロッドを再度連結する作業と、前記圧力容器内の水を排水する作業とを行うことを特徴としている。

かかるボーリングロッド継ぎ足し方法によれば、ボーリング孔内の圧力を維持した状態でロッド部材を継ぎ足すため、ボーリングロッドとポンプとを切り離した際にボーリング孔内に地下水が急激に流れ込むことを防止できる。そのため、孔壁崩壊のリスクを低減させることができる。

また、本発明のボーリング装置は、ボーリング孔を削孔するボーリングロッドと、前記ボーリング孔の孔口に設置されたプリペンダーと、前記ボーリングロッドに連結されたポンプと、前記プリペンダーと前記ポンプとの間に配設された圧力容器と、前記圧力容器に収容された前記ボーリングロッドに継ぎ足される延長用ロッドとを備えていて、前記ボーリングロッドは前記プリペンダーに挿通されており、前記ボーリングロッドの基端部は前記圧力容器内に挿入されており、前記圧力容器は前記ボーリングロッドに継ぎ足される延長用ロッドを収容可能である。

前記ボーリング装置は、前記圧力容器の内部に、前記ボーリングロッドを支持するための架台と、延長用ロッドを保持する治具を備えているのが望ましい。

かかるボーリング装置によれば、圧力容器内においてボーリングロッドの継ぎ足し作業を行うことができる。圧力容器内の圧力をボーリング孔内の圧力と同等にした状態でボーリングロッドの継ぎ足し作業を行えば、ボーリング孔内に地下水が急激に流れ込むことを防止することができる。

本発明のボーリングロッド継ぎ足し方法およびボーリング装置によれば、ボーリング孔内の圧力を維持した状態で、ボーリングロッドを延長することが可能となる。

（ａ）〜（ｄ）は、本実施形態のボーリングロッド継ぎ足し方法の各工程を模式的に示す縦断図である。 本実施形態の圧力容器を模式的に示す横断図である。 従来のボーリングロッド継ぎ足し方法を模式的に示す縦断図である。

本実施形態では、トンネル工事において切羽前方に向けて調査ボーリングを行う場合について説明する。
調査ボーリングに使用するボーリング装置１は、図１の（ａ）に示すように、ボーリングロッド２と、プリペンダー３と、ポンプ４と、圧力容器５とを有している。

ボーリングロッド２は、図示しないボーリングマシンの動力により、中心軸を中心に回転することで、地盤Ｇを切削してボーリング孔６を形成する。

ボーリングロッド２は、中空の筒状部材により構成されている。ボーリングロッド２の先端には、先端ビット２１が固定されている。
ボーリングロッド２は、複数のロッド部材を連結することにより形成されている。ボーリングロッド２を延長する場合には、既設のボーリングロッド２の基端部に延長用のロッド部材（延長用ロッド２２）を継ぎ足す（図１の（ｄ）参照）。

ボーリングロッド２の基端部には、連結用ロッド２ａを介してポンプ４が連結されている。
ボーリングロッド２は、ポンプ４から送水された高圧水を、先端ビット２１に送水する。

ボーリングロッド２は、プリペンダー３を通って、ボーリング孔６に挿入されている。
また、ボーリングロッド２の基端部は、圧力容器５内に挿入されており、圧力容器５内で連結用ロッド２ａと接続されている。

プリペンダー３は、ボーリング孔６の孔口に設置された止水手段である。
プリペンダー３は、ボーリング孔６の孔口において、ボーリング孔６とボーリングロッド２との隙間を遮蔽している。

本実施形態のプリペンダー３は、本体部３１と、取付部３２と、シール部３３とを備えている。なお、プリペンダー３の構成は限定されない。

本体部３１は、ボーリングロッド２の外径よりも大きな内径を有した管状部材からなる。
本体部３１の一端はボーリング孔６に挿入されており、他端はボーリング孔６から突出している。本体部３１を構成する材料は限定されるものではないが、例えば、鋼管を使用すればよい。

本体部３１には、排水口（図示せず）が形成されている。排水口には排水管９が接続されている。
排水管９は、バルブ８により開閉可能に構成されている。

ボーリング孔６の削孔時は、排水管９をバルブ８により開閉してボーリング孔６からの排水量を制御することで、ボーリング孔６の孔壁の崩壊を防止するとともに、ボーリング孔６内が必要以上に高圧になることを防止する。

取付部３２は、本体部３１の外面およびボーリング孔６の内壁面に密着し、本体部３１とボーリング孔６との隙間を遮蔽している。なお、取付部３２を構成する材料は、ボーリング孔６内の地下水圧に対して十分な耐力を備えていれば限定されないが、本実施形態ではセメント系の部材を使用している。

シール部３３は、リング状の部材であって、本体部３１の内部に配設されている。
シール部３３は、ボーリングロッド２の外面に密着しているとともに、ボーリングロッド２を回転可能に支持している。シール部３３を構成する材料は、ボーリング孔６内の地下水圧に対して十分な耐力を備えていれば限定されない。

ポンプ４は、ウォータースイベル７を介して連結用ロッド２ａの基端部に連結されていて、連結用ロッド２ａおよびボーリングロッド２を介してボーリング孔６の先端に高圧水を送水する。
ポンプ４とウォータースイベル７との間には、バルブ８が介設されている。

圧力容器５は、プリペンダー３とポンプ４（ウォータースイベル７）との間に配設された、密閉可能な箱型部材である。
圧力容器５は、延長用ロッド２２を収容可能な形状を有している。

本実施形態では、圧力容器５が箱型に形成されているが、圧力容器５の形状は限定されない。また、圧力容器５を構成する材料は、ボーリング孔６内の水圧（地盤Ｇの地下水圧）に耐え得る強度を有していれば、限定されるものではない。

図１の（ａ）および図２に示すように、圧力容器５の内部には、ボーリングロッド２を支持するための架台５１と、延長用ロッド２２を保持するための治具５２が配設されている。治具５２は、架台５１の上方において延長用ロッド２２を保持することが可能となるように構成されている。

圧力容器５の切羽側の壁面部にはボーリングロッド２を挿通するための挿通孔が形成されており、圧力容器５のポンプ側の壁面部には連結用ロッド２ａを挿通するための挿通孔が形成されている。
ボーリングロッド２の基端部は、連結用ロッド２ａを介してウォータースイベル７に接続されている。

圧力容器５の挿通孔には、ボーリングロッド２または連結用ロッド２ａとの隙間を密閉するためのシール材（図示せず）が設置されていて、圧力容器５の密閉が可能に構成されている。なお、シール材を構成する材料は、圧力容器５の密閉を可能とし、かつ、ボーリングロッド２の回転を妨げないものであれば限定されない。

ボーリング孔６の削孔は、ポンプ４から送水された高圧水を先端ビット２１から噴射するとともに、ボーリングロッド２を回転させることにより行う。
ボーリング孔６は、ボーリングロッド２を延長させながら、所定の深さまで削孔する。

ボーリングロッド２の延長は、ボーリングロッド２の基端部に延長用ロッド２２を継ぎ足すことにより行う。
ボーリングロッド継ぎ足し方法は、準備工程と、加圧工程と、継ぎ足し工程とを備えている。

準備工程は、図１の（ａ）に示すように、圧力容器５内に延長用ロッド２２を配設する工程である。
延長用ロッド２２は、治具５２に設置する。

準備工程は、ボーリング孔６の削孔と並行して行ってもよいし、ボーリング孔６の削孔を中断して行ってもよい。
なお、ボーリング孔６の削孔を中断する際には、ポンプ４の停止に伴い、ポンプ４とウォータースイベル７との間に配設されたバルブ８を遮蔽する。バルブ８を遮蔽することで、ボーリングロッド２の先端側から基端側に向かう水の流れを停止し、ボーリングロッド２内への地下水（土砂）の流入を防止する。

加圧工程は、圧力容器５の内部を加圧する工程である。
まず、図１の（ｂ）に示すように、圧力容器５に水Ｗを注水する。

次に、圧力容器５を密閉して、ポンプにより圧力容器５内の水Ｗを加圧する。
圧力容器５内の加圧は、ボーリング孔６内（地盤Ｇ内）の水圧と同程度になるまで行う。

圧力容器５内の加圧には、ボーリング孔６の削孔に使用する高圧水を送水するためのポンプ４を使用してもよいし、別途設けられたポンプを使用してもよい。

継ぎ足し工程は、加圧された圧力容器５内において、ボーリングロッド２の基端部に延長用ロッド２２を継ぎ足す工程である。継ぎ足し工程を行う際は、ボーリング孔６の削孔を中断する。

継ぎ足し工程では、まず、図１の（ｃ）に示すように、圧力容器５内において、ボーリングロッド２と連結用ロッド２ａとを分割する（切り離す）。

次に、図１の（ｄ）に示すように、ボーリングロッド２と連結用ロッド２ａとの間に延長用ロッド２２を配設し、ボーリングロッド２および連結用ロッド２ａと延長用ロッド２２を連結する。
連結用ロッド２ａは、治具５２から取り外して架台５１上に落下させることで、ボーリングロッド２と連結用ロッド２ａとの間に配設する。

なお、延長用ロッド２２の連結箇所は限定されない。例えば、ボーリングロッド２の一部を圧力容器５内で分割して、その間に延長用ロッド２２を連結してもよい。また、ボーリングロッド２とウォータ―スイベル７とが直接連結されていて、当該連結箇所が圧力容器５内に配設されている場合には、ボーリングロッド２をウォータースイベル７から切り離して、ボーリングロッド２とウォータースイベル７の間に延長用ロッド２２を介設してもよい。

延長用ロッド２２を連結したら、圧力容器５内の水Ｗを排水して、圧力容器５内の圧力を大気圧に開放する。
圧力容器５内の圧力を解放したら、ボーリング孔６の削孔を再開する。

以上、本実施形態のボーリング装置およびボーリングロッドの継ぎ足し方法によれば、密閉された圧力容器５内において延長用ロッド２２の継ぎ足し作業を行うため、ボーリング孔６内の圧力を維持することができる。

すなわち、ボーリングロッド２をポンプ４と切り離した際（ボーリングロッド２を分割した際）に、ボーリング孔６内に地下水が急激に流れ込むことを防止し、ひいては、ボーリング孔６の孔壁が崩壊することを防止できる。

また、ボーリングロッド２の基端部における湧水を防止することができ、作業を容易に行うことができる。
また、ボーリングロッド２（先端ビット２１）内に土砂が流れ込むことにより、先端ビット２１等が詰まることを防止することができる。

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、前記実施形態では、水を利用して圧力容器内を加圧する場合について説明したが、圧力容器内の加圧方法は限定されない。例えば、圧力容器内において気体を加圧してもよい。

延長用ロッドを保持する治具は、延長用ロッドをボーリングロッドに接続する際に、延長用ロッドを所定の位置に移動させるためのアームを備えたものであってもよい。
また、圧力容器には、延長用ロッドを治具から架台へ誘導するための部材が設置されていてもよい。

１ ボーリング装置
２ ボーリングロッド
２１ 先端ビット
２２ 延長用ロッド
３ プリペンダー
４ ポンプ
５ 圧力容器
５１ 架台
５２ 治具
６ ボーリング孔
７ ウォータースイベル
８ バルブ
９ 排水管
Ｇ 地盤
Ｗ 水

Claims (3)

1. 圧力容器内に延長用ロッドを配設する準備工程と、
   前記圧力容器の内部を加圧する加圧工程と、
   前記圧力容器内において、ボーリングロッドの基端部に前記延長用ロッドを継ぎ足す継ぎ足し工程と、を備えるボーリングロッド継ぎ足し方法であって、
   前記ボーリングロッドは、その基端部が前記圧力容器内に配設された状態で、ボーリング孔に挿入されており、
   前記加圧工程では、前記圧力容器内を水で満たすとともに、前記ボーリング孔内の水圧と同等の水圧になるように前記圧力容器内を加圧し、
   前記継ぎ足し工程では、加圧された前記圧力容器内において、前記ボーリングロッドの基端部をウォータースイベルまたは前記ウォータースイベルに連結された連結用ロッドから分離する作業と、
   前記ボーリングロッドの基端部に前記延長用ロッドを連結する作業と、
   前記延長用ロッドを介して前記ボーリングロッドの基端部に前記ウォータースイベルまたは前記連結用ロッドを再度連結する作業と、
   前記圧力容器内の水を排水する作業と、を行うことを特徴とする、ボーリングロッド継ぎ足し方法。
2. ボーリング孔を削孔するボーリングロッドと、
   前記ボーリング孔の孔口に設置されたプリペンダーと、
   前記ボーリングロッドに連結されたポンプと、
   前記プリペンダーと前記ポンプとの間に配設された圧力容器と、
   前記圧力容器に収容された前記ボーリングロッドに継ぎ足される延長用ロッドと、を備えるボーリング装置であって、
   前記ボーリングロッドは、前記プリペンダーに挿通されており、
   前記ボーリングロッドの基端部は、前記圧力容器内に挿入されていることを特徴とするボーリング装置。
3. 前記圧力容器の内部に、前記ボーリングロッドを支持するための架台と、前記延長用ロッドを保持する治具を備えていることを特徴とする、請求項２に記載のボーリング装置。

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