JP2018084049A - サンプリング方法及びサンプリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】軟質な土質から硬質な土質までの広範囲の土質に対してサンプリングが可能で、土質の乱れの少ないサンプリングができ、大深度や大水深にも適用することが可能なサンプリング方法を提供する。【解決手段】サンプリングは、サンプリングチューブ３が挿入されたアウターチューブ２をボーリングロッド９に連結した状態でサンプリングチューブ３をアウターチューブ２から進出させて地盤から土サンプルを採取する。アウターチューブ２とサンプリングチューブ３との間に密室状態のシリンダ室７を設ける。シリンダ室７内で爆薬８を爆発させ、爆発によって生じたガス圧力によってサンプリングチューブ３を進出させる。【選択図】図１

Description

本発明は、地盤調査のための地盤サンプルを採取するサンプリング方法及びサンプリング装置に関する。

建築構造物や土木構造物の施工に先立って施工場所の地盤から土サンプルを採取する必要があり、このためのサンプリングが行われる。このサンプリングにおいて、地盤が粘性土等の軟弱な土質の場合、ボーリング孔の孔底からサンプリングチューブを静的に圧入する水圧式サンプリング装置（水圧式サンプラー）が従来より使用されている。

水圧式サンプラーは、例えば、特許文献１に開示されるように、掘削のためのボーリングロッドに連結されるサンプラーヘッドにアウターチューブを取り付け、このアウターチューブ内にサンプリングチューブを設けた構造となっている。サンプリングチューブの上端部には加圧用ピストンが取り付けられており、この加圧用ピストンとサンプラーヘッドとの間を水圧室としている。そして、水圧室に水を圧入することにより水圧を加えて加圧用ピストンを押し下げ、これによりサンプリングチューブを地盤に押し込み、サンプリングチューブ内に土を採取している。

特開２０１２−１２２２３９号公報

しかしながら、水圧式サンプラーは軟弱な粘性土や緩い砂質土に対してのサンプリングには適用できるが、硬質な土質に対しては圧力に限界があるため適用が難しい問題がある。一方、硬質な土質に対してはサンプリングチューブの回転圧入によってサンプリングが行われる。しかしながら、この回転圧入では、土質に乱れが生じ易く、サンプリングした土資料の品質が低下する問題がある。さらに、水圧式サンプラーでは、作用可能な水圧の伝達に限界があり、５００ｍ以上の大深度や大水深でのサンプリングが難しい問題がある。

本発明は、以上の問題点を考慮してなされたものであり、軟質な土質から硬質な土質までの広範囲の土質に対してサンプリングが可能であり、しかも土質の乱れの少ないサンプリングができ、大深度や大水深にも適用することが可能なサンプリング方法及びサンプリング装置を提供することを目的とする。

本発明のサンプリング方法は、サンプリングチューブが挿入されたアウターチューブをボーリングロッドに連結した状態で前記サンプリングチューブをアウターチューブから進出させて地盤から土サンプルを採取するサンプリング方法であって、前記アウターチューブとサンプリングチューブとの間に密室状態のシリンダ室を設け、前記シリンダ室内で爆薬を爆発させ、爆発によって生じたガス圧力によって前記サンプリングチューブを進出させることを特徴とする。

この場合、前記爆薬の爆発は遠隔操作又は時限発火の制御によって行う。

本発明のサンプリング装置は、ボーリングロッドに連結可能なヘッド部が一端部に設けられたアウターチューブと、前記アウターチューブ内に進出可能に挿入されたサンプリングチューブと、前記サンプリングチューブと前記ヘッド部との間に設けられ、前記サンプリングチューブを進出方向に加圧する加圧ピストン部と、前記ヘッド部及び前記加圧用ピストン部との間に設けられた密室状態のシリンダ室と、前記シリンダ室内に配置された爆薬とを備え、前記アウターチューブを前記ヘッド部を介して前記ボーリングロッドに連結した状態で、前記爆薬を遠隔操作又は時限発火の制御によって前記シリンダ室内で爆発させ、爆発によるガス圧力によって前記加圧用ピストン部を加圧することにより前記サンプリングチューブを前記アウターチューブから進出させて地盤から土サンプルを採取することを特徴とする。

この場合、前記ガス圧力を解放して前記サンプリングチューブの進出を停止させるガス抜き孔が前記アウターチューブに形成される。

又、一端部が前記ヘッド部に固定された状態で前記加圧ピストン部を貫通して前記アウターチューブの内部を軸方向に延びるピストンロッドと、前記ピストンロッドと前記サンプリングチューブとの間に設けられ、前記ボーリングロッドに作用する引き上げ力によってサンプリングロッドをピストンロッドに結合させてサンプリングチューブの落下を防止するロッキング装置とをさらに有している。

本発明によれば、アウターチューブとサンプリングチューブとの間に設けたシリンダ室内に爆薬を設け、爆薬の爆発によってガス圧力を発生させ、このガス圧力によりサンプリングチューブを進出させてサンプリングを行うため、サンプリングチューブを瞬間的に進出させることができ、乱れの少ない高品質の土サンプルを採取することができる。又、サンプリングチューブに大きな進出力を作用させることができるため、硬質土質、軟質土質に限らず広範囲の地盤に対するサンプリングを行うことができる。さらに、大きなガス圧力によるサンプリングを行うため、大深度や大水深でのサンプリングを容易に行うことができる。

本発明のサンプリング装置の一実施形態を示す断面図である。 本発明のサンプリング方法における爆発前の状態を示す断面図である。 サンプリング方法における爆発時の状態を示す断面図である。 サンプリング方法におけるサンプリング状態を示す断面図である。

以下、本発明を図示する実施形態により具体的に説明する。図１は、サンプリング装置１の一実施形態の全体構造の断面図、図２〜図４は、地盤に対して土サンプリングを行う手順を示す断面図である。

図１に示すように、この実施形態のサンプリング装置１は、アウターチューブ２と、サンプリングチューブ３と、加圧用ピストン部４と、ピストンロッド５と、ロッキング装置６とを備えている。

アウターチューブ２は軸方向に延びる筒状に形成されており、その一端部（上端部）にヘッド部１０が設けられている。ヘッド部１０はアウターチューブ２の上端部に螺合することによりアウターチューブ２と一体となっている。ヘッド部１０はアウターチューブ２（サンプリング装置１）の上端部を塞ぐブロック状に形成されている。このようにヘッド部１０がアウターチューブ２の上端部を塞ぐことにより、後述する爆薬８の爆発によって発生する爆発エネルギー（ガス圧力）がアウターチューブ２の上方に逃げることを防止することができる。
かかるヘッド部１０は地盤を掘削するボーリングロッド９の下端部に連結される。ボーリングロッド９とヘッド部１０との連結は、これらの対応部位に形成した雌雄のねじを螺合させることによりなされる。

アウターチューブ２には、ガス抜き孔２３が形成される。ガス抜き孔２３はアウターチューブ２の下側部分に開口しており、この位置で爆薬８の爆発によって発生したガスを外部に放出する。すなわち後述するように、爆薬８の爆発によりガス圧力がアウターチューブ２内に発生してサンプリングチューブ３が下動するが、この下動によってサンプリングチューブ３がガス抜き孔２３を通過すると、アウターチューブ２内のガスがガス抜き孔２３から排出される。これにより爆発によって生じたガス圧力が解放され、サンプリングチューブ３の進出を停止させることができる。このようなガス抜き孔２３を形成することにより、必要とする土サンプルの長さに合うようにサンプリングチューブ３の進出量を設定することができる。

サンプリングチューブ３は地盤から土サンプルを採取するものであり、アウターチューブ２と同様に軸方向に延びる筒状に形成されている。サンプリングチューブ３はアウターチューブ２内に挿入され、この挿入状態でアウターチューブ２内を軸方向に移動することができる。これによりサンプリングチューブ３がアウターチューブ２から進出して地盤に食い込み、地盤から土サンプルを採取する。地盤への食い込みを円滑且つ迅速に行うため、サンプリングチューブ３の先端（下端）に刃先が形成されていることが良好である。

サンプリングチューブ３の上端部には、サンプリングヘッド部１１が設けられている。サンプリングヘッド部１１は下方に向かって筒状に延びた脚部１２を有しており、この筒状の脚部１２がサンプリングチューブ３の上端部に嵌合する。そして嵌合部位に取付ビス１３をねじ込むことによりサンプリングチューブ３とサンプリングヘッド部１１とが着脱可能に連結される。かかるサンプリングヘッド部１１には、水抜き孔１４が形成されている。水抜き孔１４は土サンプリング時に生じた水をサンプリングチューブ３の系外に排出するためのものであり、必要がない場合には省略することができる。

加圧用ピストン部４は、アウターチューブ２のヘッド部１０とサンプリングチューブ３のサンプリングヘッド部１１との間に配置されている。加圧用ピストン部４はアウターチューブ２の内面に接する程度の外径を有した有底筒状に形成されており、後述するピストンロッド５に沿って下動することによりサンプリングヘッド部１１を押圧してサンプリングチューブ３を進出方向に加圧する。これによりサンプリングチューブ３がアウターチューブ２から下方に進出する。
なお、符号１７はサンプリングチューブ３の進出量を調整するため、ピストンロッド５に位置調整可能に螺合して加圧用ピストン部４の位置を変更するアジャスターである。

ピストンロッド５は一端部（上端部）がアウターチューブ２のヘッド部１０に螺合するように差し込まれることによりヘッド部１０に固定される。ピストンロッド５はこの固定状態で垂下することによりアウターチューブ２及びサンプリングチューブ３の内部を軸方向に沿って延びている。ピストンロッド５は加圧用ピストン部４が下動する際のガイドとなるものであり、加圧用ピストン部４はピストンロッド５を摺動しながら下方向に移動する。かかる加圧用ピストン部４の移動時における気密性を確保するため、加圧用ピストン部４とピストンロッド５との間及び加圧用ピストン部４とアウターチューブ２との間にはシールリング１８が配置されている。

ピストンロッド５の延びた他端部（下端部）には、固定ピストン部１５が螺合により取り付けられている。固定ピストン部１５の外径はサンプリングチューブ３の内径に合わせて形成されており、固定ピストン部１５の外面がサンプリングチューブ３の内面に接触した状態となっている。このような固定ピストン部１５はサンプリングチューブ３が円滑に進出するようにガイドする。なお、固定ピストン部１５には、通気孔１６が形成されて、サンプリング後のサンプリング装置１の解体時の圧力逃げが可能となっている。

ロッキング装置６は土サンプルのサンプリングの後におけるサンプリング装置１全体の引き上げ時にサンプリングチューブ３の落下を防止するものである。このため、ロッキング装置６は、ピストンロッド５に接触するクランプボール１９を内部に有したコーンクランプ２０と、コーンクランプ２０を下方から弾性的に支持するばね２１とを有している。コーンクランプ２０は加圧用ピストン部４とサンプリングヘッド部１１との間に掛け渡されるように設けられている。このコーンクランプ２０の内面には、クランプボール１９が接触するテーパ面が形成されている。
サンプリング装置１全体の引き上げによりボーリングロッド９に引き上げ力が作用してピストンロッド５が上動するとクランプボール１９がコーンクランプ２０を広げるため、コーンクランプ２０を介してサンプリングチューブ３のサンプリングヘッド部１１がピストンロッド５に結合する。これによりサンプリングチューブ３がピストンロッド５、すなわちボーリングロッド９と共に引き上げられるため、引き上げ時におけるサンプリングチューブ３の落下を防止することができる。

以上の構造において、ヘッド部１０と加圧用ピストン部４とに仕切られた空間がシリンダ室７となるものである。ここでシリンダ室７上部のヘッド部１０はアウターチューブ２の上端部を塞いでいる。又、シリンダ室７下部の加圧用ピストン部４はシールリング１８を有していることにより、アウターチューブ２との間及びピストンロッド５との間を塞いでいる。従って、ヘッド部１０と加圧用ピストン部４との間のシリンダ室７は密室状態となる。シリンダ室７が密室状態となることにより、爆薬８の爆発によって発生したガスがシリンダ室７内から外部に出ることはない。

爆薬８はシリンダ室７の内部に配置される。図示例において、爆薬８はヘッド部１０の下面に粘着剤等を介して貼り付けられる。爆薬８はシリンダ室７の内部であれば、適宜の位置にセットすることができ、例えば加圧用ピストン部４の上、アウターチューブ２のシリンダ室７に対応した内面であっても良い。

爆薬８は爆発して爆発力を発生させることにより、シリンダ室７内に高圧のガス圧力を生じさせるために用いられる。爆薬８としては、例えば指向性爆薬、雷管、その他を選択することができる。これらの爆薬８は遠隔操作又は時限発火によって爆発が制御される。
遠隔操作による制御としては、（１）信号受信によって放電等して発火する受信機を備えた爆薬８を用い、外部の送信機から受信機に信号を送信して爆発させる形態、（２）爆薬８に電線を接続し、この電線をサンプリング装置１の外部に引き出し、電線を通じて爆薬８を爆発させる形態、（３）爆薬８に導火線を接続し、導火線を介して爆薬８を爆発させる形態等を選択することができる。
時限発火による制御としては、電子タイマーを備えた起爆薬を爆弾８に組み込み、電子タイマーにより爆発時刻を設定する形態を選択することができる。

遠隔操作、時限発火のいずれであっても、爆薬８の爆発によって高圧のガス圧力を発生させてサンプリングチューブ３を瞬間的に地盤に押し込む作動及び安全性確保を条件として設定および選択される。
なお、蒸気圧破砕薬の爆発によって高圧のガス圧力を発生させるものも本発明の爆薬８に含むものである。
以上の爆薬８に対し、爆薬８周囲のアウターチューブ２、ヘッド部１０、加圧用ピストン部４としては、爆発による衝撃に耐え得る強度を有するように材質、厚さ、大きさ等が設定される。

次に、以上のサンプリング装置１を用いて地盤から土サンプルを採取する手順を図２〜図４により説明する。

まずボーリングマシン（図示省略）によりボーリングロッド９を駆動して地盤２５に対しボーリング孔２６を掘削する。その後、図２に示すように、組み立てたサンプリング装置１のヘッド部１０を最下部のボーリングロッド９に連結し、ボーリングロッドを継ぎ足しながらサンプリング装置１をボーリング孔２６の孔底２７まで下ろし、孔底２７に荷重が加わらないようにサンプリング装置１を停止させる。

図３は、図２に続いてシリンダ室７内に配置した爆薬８を爆発させた状態を示す。爆薬８の爆発によって衝撃波が発生し、シリンダ室７内に高圧のガス圧力２８が発生する。そして発生したガス圧力２８によって加圧用ピストン部４が瞬時に押し下げられる。このとき、ガス圧力２８はシリンダ室７上部のヘッド部１０を押し上げるようにも作用するが、継ぎ足した複数のボーリングロッド９による重力がかかっているため、ガス圧力２８に対する反力を有しており、ヘッド部１０は定位置で止まって押し上げられることはない。従ってサンプリング装置１がボーリング孔２６内の定位置で止まった状態となることができる。
加圧用ピストン部４が押し下げられることによりサンプリングチューブ３も瞬時に押し下げられるため、アウターチューブ２から瞬間的に進出し、孔底２７から地盤２５内に押し込まれる。この押し込みによって地盤２５の土をサンプリングチューブ３内に取り込むことができる。

図４は、サンプリングチューブ３がアウターチューブ２内から進出した後の状態を示す。サンプリングチューブ３の進出に伴って加圧用ピストン部４がアウターチューブ２のガス抜き孔２３を通過すると、アウターチューブ２内のガスがガス抜き孔２３から外部に放出される。このため、ガス圧力２８が解放されてサンプリングチューブ３の進出が停止する。このときには、サンプリングチューブ３内に地盤２５の土が入り込んでおり、サンプリングチューブ３内に土サンプル２９を採取することができる。

土サンプル２９の採取の後、ボーリングマシンによってボーリングロッド９を引き上げることによりサンプリング装置１の全体をボーリング孔２６から引き上げる。この引き上げに際しては、ロッキング装置６がサンプリングチューブ３をピストンロッド５に結合させるため、サンプリングチューブ３が落下することなくサンプリングチューブ３を含めたサンプリング装置１の全体を円滑に引き上げることができる。サンプリング装置１の引き上げの後、取付ビス１３を外してサンプリングチューブ３を回収する。

このようにこの実施形態では、密室状態のシリンダ室７内に配置した爆薬８を爆発させ、爆発によって発生した高圧のガス圧力２８によってサンプリングチューブ３を瞬間的に地盤２５に押し込んで土サンプル２９を採取するため、乱れの少ない高品質の土サンプル２９を採取することができる。
又、爆薬８を爆発させることにより大きなガス圧力を発生させるため、サンプリングチューブ３に大きな進出力を作用させることができる。このため硬質土質にも良好に適用することができ、軟弱土質、硬質土質に限らず広範囲の地盤に対するサンプリングを行うことができる。
さらに、大きなガス圧力によるサンプリングを行うため、大深度や大水深でのサンプリングを容易に行うことができる。

１ サンプリング装置
２ アウターチューブ
３ サンプリングチューブ
５ ピストンロッド
６ ロッキング装置
７ シリンダ室
８ 爆薬
９ ボーリングロッド
１０ ヘッド部
１１ サンプリングヘッド部
２３ ガス抜き孔

Claims (5)

1. サンプリングチューブが挿入されたアウターチューブをボーリングロッドに連結した状態で前記サンプリングチューブをアウターチューブから進出させて地盤から土サンプルを採取するサンプリング方法であって、
   前記アウターチューブとサンプリングチューブとの間に密室状態のシリンダ室を設け、前記シリンダ室内で爆薬を爆発させ、爆発によって生じたガス圧力によって前記サンプリングチューブを進出させることを特徴とするサンプリング方法。
2. 前記爆薬の爆発は遠隔操作又は時限発火の制御によって行うことを特徴とする請求項１記載のサンプリング方法。
3. ボーリングロッドに連結可能なヘッド部が一端部に設けられたアウターチューブと、
   前記アウターチューブ内に進出可能に挿入されたサンプリングチューブと、
   前記サンプリングチューブと前記ヘッド部との間に設けられ、前記サンプリングチューブを進出方向に加圧する加圧ピストン部と、
   前記ヘッド部及び前記加圧用ピストン部との間に設けられた密室状態のシリンダ室と、
   前記シリンダ室内に配置された爆薬とを備え、
   前記アウターチューブを前記ヘッド部を介して前記ボーリングロッドに連結した状態で、前記爆薬を遠隔操作又は時限発火の制御によって前記シリンダ室内で爆発させ、爆発によるガス圧力によって前記加圧用ピストン部を加圧することにより前記サンプリングチューブを前記アウターチューブから進出させて地盤から土サンプルを採取することを特徴とするサンプリング装置。
4. 前記ガス圧力を解放して前記サンプリングチューブの進出を停止させるガス抜き孔が前記アウターチューブに形成されていることを特徴とする請求項３記載のサンプリング装置。
5. 一端部が前記ヘッド部に固定された状態で前記加圧ピストン部を貫通して前記アウターチューブの内部を軸方向に延びるピストンロッドと、
   前記ピストンロッドと前記サンプリングチューブとの間に設けられ、前記ボーリングロッドに作用する引き上げ力によってサンプリングロッドをピストンロッドに結合させてサンプリングチューブの落下を防止するロッキング装置とをさらに有していることを特徴とする請求項３又は４記載のサンプリング装置。

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