JPH07233519A

JPH07233519A - 現場透水試験装置及びそれを用いる試験方法

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Publication number: JPH07233519A
Application number: JP4778994A
Authority: JP
Inventors: Yukio Oi; 幸雄大井; Seishi Fujii; 勢之藤井; Akinori Takahashi; 昭教高橋
Original assignee: Oyo Corp
Current assignee: Oyo Corp
Priority date: 1994-02-22
Filing date: 1994-02-22
Publication date: 1995-09-05
Anticipated expiration: 2015-07-17
Also published as: JP3065208B2

Abstract

(57)【要約】【目的】難透水性の地層であっても平衡水位の測定が
短時間で完了し、且つ正確な値が得られ、その結果、透
水試験全体の作業時間を大幅に短縮でき、高精度の測定
結果が得られるようにする。【構成】中心部を縦貫する通水管１０を備えボーリン
グ孔１２内に挿入するパッカー１４、通水管に接続する
気密パイプ１６、加圧ガス源１８、気密パイプ内を加圧
ガス源側又は大気側に切換える切換え弁２０、試験区間
圧力を検出する圧力センサ２２、その検出信号を記録す
る圧力記録装置２４を有し、更に、内部が通水路となる
可撓性チューブを外側からのガス圧力を用いて圧搾閉塞
可能な構造の遮断弁３０を、気密パイプ内の最低水位と
前記パッカーとの間に設ける。遮断弁は、通常開放され
ており、平衡水頭を求める時に圧搾閉塞させ、地下水の
移動を禁じ、圧力伝播のみを利用して速やかに平衡水頭
を求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガス圧力を用いて気密
パイプ内水位を調節する方式の透水試験の改良に関する
ものである。更に詳しく述べると本発明は、試験区間を
設定するパッカーに気密パイプを接続して、ガス圧力に
より気密パイプ内の水位を変化させる手法と、圧力セン
サにより試験区間圧力を検出する手法とを組み合わせ、
検出圧力の経時変化から地層の透水係数を求める装置に
おいて、気密パイプに遮断弁を設置し、該遮断弁を閉止
状態とすることによって、短時間で平衡水位（水頭）を
測定できるように工夫した技術に関するものである。

【０００２】この現場透水試験は、各種の土木建築工事
に先立って、あるいは種々の科学的要求によって地層内
にボーリング孔を掘削して行う地下水調査の分野におい
て有用である。特に、透水係数ｋが１０^-5cm／sec のオ
ーダー以下の難透水性の地層での現場透水試験に有効で
ある。

【０００３】

【従来の技術】地層の透水係数を求めるための従来技術
としては、ＪＦＴ試験と呼ばれる方法がある。これには
中心部を縦貫する通水管の上端にトリップ弁を設けたパ
ッカーを用いる。このパッカーに地上まで達するパイプ
を接続してボーリング孔内の所定の深さに降ろす。その
際、トリップ弁は閉じた状態としておく。また前記パイ
プ内の水位を測定するため、多数の電極を所定の間隔で
配設した水位検出装置を挿入する。ボーリング孔内をパ
ッカーで遮水状態にした後、地上からメッセンジャーを
落下させトリップ弁を開放する。すると、ボーリング孔
のパッカーより下部の地層の透水性によって決まる速度
で、パイプ内を水が上昇し、その水位変化を経時的に電
極と導電率計で測定することにより透水係数が求まる。

【０００４】このＪＦＴ法は、比較的精度よく、深さ数
十ｍまでの地層の透水性を測定できる唯一の試験方法と
して利用されてきた。しかし近年、各種の事情から、更
に大深度での透水性の測定が要求されるようになってき
ており、ＪＦＴ試験では以下のような点で、これらの要
望に応えるには限界がある。深度が大きくなるとトリップ弁の開放が困難となる。
またボーリング孔内にパッカーを挿入して試験を行う
と、パイプ内に水が入るため、取り出してトリップ弁を
閉じ、挿入し直さない限り再び試験を行うことはできな
い。トリップ弁はパッカー直上にあるため、バルブを開放
した瞬間、ボーリング孔壁にほぼその深度の水圧が孔の
内側に向かって発生する。そのため孔壁が破壊されてし
まうことがあり、精度のよい測定ができなくなる虞れが
ある。パイプ内に挿入した多数の電極によって水位の変化を
検知できるが、電極は間隔をおいて設けられているので
連続的な測定が行えない。従って、特に水位の変化速度
が小さいときには大きな測定誤差が生じることになる。

【０００５】そこで上記のような欠点を解消し、測定深
度に影響されず、繰り返し試験を行うことができ、また
孔壁の破壊が生じず地質の強弱に自在に対応でき、連続
的な測定を簡便に且つ高精度で行える技術として、本発
明者等は先に「地層の透水試験方法及びその装置」（特
開平２−３０４１１２号公報）を提案した。これは、水
圧検出パッカーとそれに接続した気密パイプを用い、ガ
ス圧力により気密パイプ内の水位を変化させる手法と、
圧力センサにより試験区間圧力を直接検出する手法とを
組み合わせたものである。

【０００６】透水試験装置は、次のような構成である。
パッカーの中心部を縦貫する通水管の上部に気密パイプ
を接続して、上端を地上まで立ち上げる。気密パイプの
上部に切換弁を設けて、地上の加圧ガス源側又は大気側
に切り換え可能とする。そしてパッカーで区切られる試
験区間の水圧を検出する圧力センサと、その検出信号を
記録する圧力記録装置を設ける。

【０００７】まずパッカーをボーリング孔内に挿入す
る。パッカー挿入時、切換弁は大気側に開放されてお
り、気密パイプ内は大気圧である。従って気密パイプ内
の水位は自然水位と一致している。次に切換弁を加圧ガ
ス源側に切り換えて気密パイプ内にガス圧を加え、気密
パイプ内の水位を押し下げ、そのガス圧調整により水位
設定を行う。そこでパッカーを膨張させてボーリング孔
を遮水状態にし、試験区間を設定する。その後、切換弁
を操作して気密パイプ内を大気圧に開放する。試験区間
圧力は、ほぼ気密パイプ内水頭まで一旦降下するが、孔
壁からの地下水の供給に応じて気密パイプ内水位は上昇
し、それに伴って試験区間圧力も上昇する。その圧力の
経時的変化を記録して透水係数を求める。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、透水試験で
は平衡水位（水頭）の測定は欠かすことができない。平
衡水位の測定誤差は、透水係数の算出にはそれほど大き
な誤差としては現れないが、これを求めなければ透水係
数を算出できないからである。上記のようなガス圧力に
より初期水位を調整決定する透水試験方法であっても、
特に、地層が難透水性の場合（例えば、透水係数ｋ＝１
０^-5cm／sec 以下）には、ボーリング孔内で水位が平衡
に達するまでに非常に長い時間がかかり、測定作業が極
めて困難となっている。因に、透水係数ｋが１０^-6cm／
sec のオーダーの場合、平衡水位が得られるまでには約
２日もかかる。そのため難透水性地層の試験では、平衡
水位は概略測定になりがちである。

【０００９】本発明の目的は、上記のような技術的課題
を解決し、難透水性の地層であっても平衡水位の測定が
短時間で完了し、且つ正確な値が得られ、その結果、透
水試験全体の作業時間を大幅に短縮でき、高精度の測定
結果が得られるような現場透水試験装置及び方法を提供
することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、ガス圧力を用
いて気密パイプ内水位を調節する方式の現場透水試験装
置である。透水試験装置本体は、中心部を縦貫する通水
管を具備しボーリング孔内に挿入されるパッカーと、下
端が前記通水管の上端と連結し上端が地上まで達する気
密パイプと、地上に設置した加圧ガス源と、前記気密パ
イプ内を加圧ガス源側又は大気側に切換え可能な切換え
弁と、前記パッカーで区切られる試験区間の水圧を検出
する圧力センサと、該圧力センサの検出信号を記録する
圧力記録装置とを具備している。本発明の特徴は、この
ような透水試験装置において、内部が通水路となる可撓
性チューブを外側からのガス圧力を用いて圧搾閉塞可能
な構造の遮断弁を、透水試験を行う際に想定される気密
パイプ内の最低水位と前記パッカーとの間の位置に設置
したものである。このパッカーとしては、例えば、中心
部を縦貫する通水管、その外側を取り囲み両端で固着さ
れて加圧ガスの供給により膨張可能なゴムチューブ、該
ゴムチューブ下方の圧力を検出する圧力センサを具備す
る構造の水圧検出パッカーが好ましい。

【００１１】パッカーは単一パッカー構造として、該パ
ッカーとボーリング孔底との間を試験区間とする構成で
もよいし、前記パッカーの下方に所定間隔をおいて別の
下部パッカーを配設したダブルパッカー構造として、両
パッカーの間を試験区間とする構成でもよい。ダブルパ
ッカー構造の場合には、遮断弁は上部パッカーの上方に
設ける。

【００１２】本発明で用いる遮断弁としては、ゴムチュ
ーブの上下両端近傍が円錐台状にやや拡開するように、
それぞれテーパ面をもつ外側部材と、それぞれ楔形先端
部をもつ内筒部材とで挾持すると共に、両外側部材の内
面に凹部を設けて、組み合わせた外側部材の内面とゴム
チューブ外面との間に円筒状のガスチャンバーを形成
し、一方の外側部材の内部軸方向に、外部の加圧ガス源
と前記ガスチャンバーとを連通するガス供給路を形成し
た構造がある。チューブはゴム製が好ましいが、軟質合
成樹脂製などでもよい。

【００１３】

【作用】ボーリング孔内において、遮断弁を開放状態の
まま、気密パイプ内に加圧ガスを供給すると、該気密パ
イプ内の水位が下がる。パッカーは、その膨張によって
ボーリング孔の上下間を遮水状態とし、それによって試
験区間を設定する。単一パッカーの場合は、該パッカー
とボーリング孔底との間が試験区間となり、ダブル・パ
ッカーの場合は、両パッカーの間が試験区間となる。気
密パイプ内圧力を大気に開放すると、試験区間圧力は急
激に低下し、該試験区間の地層から地下水が流入して気
密パイプ内の水位が除々に上昇する。圧力センサは、こ
の時の圧力を検出し、圧力記録装置はその経時的変化を
記録する。この試験区間圧力の経時変化から透水係数が
求まる。

【００１４】透水係数を求める間だけ、試験区間圧力の
経時変化を測定すれば、その後は、測定を続行する必要
はない。遮断弁を閉じると、気密パイプ内を上昇しよう
とする水の流れが阻止されるので、地層からの地下水の
流入は生じず、単に試験区間圧力のみ上昇する。この圧
力は、ほんの僅かの水の流動しか伴わないため速やかに
上昇し、やがて一定の値となる。この一定値が試験区間
の平衡水頭（水位）であり、圧力センサは、この平衡水
頭を検出する。

【００１５】

【実施例】図１は本発明に係る現場透水試験装置の一実
施例を示す全体構成図であり、単一のパッカーを用いる
例である。透水試験装置本体は、中心部を縦貫する通水
管１０を具備しボーリング孔１２内に挿入されるパッカ
ー１４と、下端で前記通水管１０に連結し上端が地上ま
で達する気密パイプ１６と、地上に設置した加圧ガス源
１８（例えば窒素ガスボンベ）と、前記気密パイプ１６
内を前記加圧ガス源側又は大気側に切換え可能な三方切
換え弁２０を具備している。更に、前記パッカー１４で
区切られる試験区間の水圧を検出する圧力センサ２２を
設け、該圧力センサ２２の検出信号を記録するために地
上に圧力記録装置２４を設置する。

【００１６】前記パッカー１４は、通水管１０の外側を
取り囲み、両端で固着されて加圧ガスの供給により膨張
するゴムチューブからなり、それが膨張してボーリング
孔壁に密着することで、そのパッカー位置でボーリング
孔１２の上下を遮水する構造である。従って、本実施例
では、パッカー１４とボーリング孔底との間が試験区間
となる。ここで圧力センサ２２は該パッカー１４の上端
に取り付けられているが、導水路（破線で示す）２６を
介してパッカー１４の下端と連通しており（パッカー１
４の下端で開口している）、該パッカー１４の下方の圧
力（試験区間の圧力）を検出する。

【００１７】さて本発明では、内部が通水路となる可撓
性チューブを外側からのガス圧力を用いて圧搾閉塞可能
な構造の遮断弁３０を、透水試験を行う際に想定される
気密パイプ１６内の最低水位と前記パッカー１６との間
の位置に設置しており、この点に特徴がある。遮断弁３
０の詳細を図２に示す。遮断弁３０は、ゴムチューブ３
２の上下両端近傍が円錐台状にやや拡開するように、そ
れぞれ内周面にテーパ面をもつ外側部材３４，３５と、
それぞれ楔形先端部をもつ内筒部材３６，３７とで挾持
する構造である。上下の外側部材３４，３５は、Ｏリン
グシール３８を介して気密的に螺合させ、両外側部材３
４，３５の内周面に凹部４０を設けて、両外側部材３
４，３５の内面とゴムチューブ３２外面との間で円筒状
のガスチャンバーを形成する。凹部４０は、中央部が深
く、上下両端部がテーパー状に浅くなっている断面形状
である。そして、上方の外側部材３４の軸方向にガスチ
ャンバーと連通するガス供給路４２を形成し、加圧ガス
チューブ４４（図１参照）を接続するための接続部４６
を設ける。外部加圧チューブ４４は、地上側で開閉弁４
８を介して加圧ガス源１８に接続する。

【００１８】ゴムチューブ３２は、ここでは両端が外向
きにやや拡開し、両端部に近くなるほどやや厚めになる
ような成形品を使用しているが、極く単純な円筒ストレ
ート形状であってもよい。その断面の中心に対して１８
０度対称位置に、軸方向に延びる溝（薄肉部）を形成し
て、外部からのガス圧力によって、溝の箇所で折れ曲が
って圧搾し易くする。なお、外側部材３４，３５のテー
パ面に３箇所ずつ断面Ｖ型の円周溝を形成し、外側部材
３４，３５と内筒部材３６，３７とでゴムチューブ３２
の両端を挾持したときに、ゴムを該円周溝に食い込ませ
てずれないようにする。

【００１９】この遮断弁３０では、ガス供給路４２を軸
方向に形成し、接続部４６も軸方向に引き出しているた
め、側方に突出部分が無い。またゴムチューブ３２の両
端をテーパ面を使用して中心軸に対して斜めに押さえる
構造なので、径方向の押さえ代が小さくてよく、そのた
めに内径（通水路の直径）に対して外径を小さく（細径
化）でき（例えば外径５４mmφ程度）、通常の小口径
（６６mmφ）ボーリング孔での使用が可能となる。また
加圧ガスにより作動させる方式なので、電磁弁などと異
なり大深度でも確実に、且つ容易に開閉させることがで
きる。

【００２０】本装置による現場透水試験方法について説
明する。基本的な透水試験方法は、前述した従来方法と
同様であってよい。まず遮断弁３０を開放状態とし、且
つ三方切換え弁２０で気密パイプ１６内を大気圧とした
まま、パッカー１４をボーリング孔１２内の所定の深度
まで挿入する。パッカー１４の位置とボーリング孔底と
の間が試験区間となる。次に、三方切換え弁２０を操作
して気密パイプ１６内に加圧ガス源１８から窒素ガスを
供給して水位を自然水位Ｌ₀から透水試験初期水位Ｌ₁
まで押し下げる。この透水試験初期水位Ｌ₁は、遮断弁
３０よりも上に位置する。そしてパッカー１４を膨張さ
せて、その位置でボーリング孔１２の上下間を遮水状態
にする。これによって試験区間が設定される。なおパッ
カー１４の膨張は、図示されていないが、地上からチュ
ーブなどを通して供給される加圧ガスによってなされ
る。圧力センサ２２は、試験区間の圧力を検出して、そ
の圧力の経時変化を圧力記録装置２４で記録する。

【００２１】図３は、圧力センサ２２で検出する水頭
（水位）の時間変化の様子を示している。三方切換え弁
２０を操作して、気密パイプ１６内の圧力を大気に開放
する。地層が難透水性の場合には、孔壁からの地下水の
供給が少ないため、気密パイプ１６内の水位は上昇し難
く、圧力検出値は気密パイプ１６内水頭近傍まで急激に
降下する。そして、試験区間の孔壁から徐々に地下水が
流入し、気密パイプ１６内の水位も徐々に上昇するの
で、圧力センサ２２による圧力検出値も徐々に上昇する
ことになる。この水頭の経時変化曲線から透水係数を求
める。それに必要な測定時間Ｔ₁は、数十秒から数十分
程度である。つまり、ある程度綺麗な測定曲線が得られ
れば、それで十分である。そのまま放置しておくと、破
線で示すように、更に平衡水頭に向かって水頭はゆっく
りと上昇し続ける。従来技術では、引き続いてそれを観
測し続けていたのであるが、本発明では、透水係数を求
めるために必要な測定時間Ｔ₁経過後は、遮断弁３０を
閉じてよい。

【００２２】遮断弁３０を閉じるためには、開閉弁４８
を操作して加圧ガスチューブ４４、接続部４６、及びガ
ス供給路４２を経由してガスチャンバー内に加圧ガスを
供給すればよい。その圧力によってゴムチューブ３２が
両側から偏平に潰れて通水路を遮断する。このようにし
て遮断弁３０を閉じると、気密パイプ１６内を上昇しよ
うとする水の流れが阻止されるので、地層からの地下水
の流入は、水の圧縮率に相当するほんの僅かしか生じ
ず、単に試験区間圧力のみ上昇する。図３に示すよう
に、この圧力上昇は、水の流動がほとんど伴わないため
速やかに生じ、やがて（時間Ｔ₂）で一定の値となる。
この一定となった圧力が試験区間の平衡水頭（水位）に
他ならない。圧力センサ２２は、この平衡水頭を検出す
る。平衡水頭に達するまでの時間Ｔ₂は、数分〜数十分
程度である。従って、これら透水係数の測定に必要な時
間Ｔ₁及び平衡水頭に達するまでの時間Ｔ₂は、透水性
の大小によって左右されるが、両者合わせても（Ｔ₁＋
Ｔ₂）２〜３時間を超えることはない。なお、水頭変化
の測定と平衡水位の測定の順序は逆でもよい。

【００２３】図１の例では、装置構成上、圧力センサ２
２をパッカー１４の上方に設けているため、検出される
圧力はパッカー下部の導水口での水圧から圧力センサ２
２までの水頭圧を減じたものとなる。しかし、導水路の
長さは一定であるから、その水頭圧は一定であり、相対
値としてみるならば何ら問題はない。もし必要があれ
ば、前記水頭圧を加算するような補正を行えばよい。

【００２４】上記の試験方法は、試験区間内の圧力が徐
々に回復する際の水頭（水位）変化を求める回復法の場
合であるが、本発明装置は、気密パイプ内の水を試験区
間内に圧送する注水法の場合にも使用できる。更に上記
の実施例では、単一パッカーを用いて、それとボーリン
グ孔底との間に試験区間を設定する例であるが、ダブル
・パッカーにより、ボーリング孔の任意の地点間に試験
区間を設定することもできる。その場合には、前記パッ
カーの下方に所定間隔をおいて下部パッカーを配設して
試験区間を設定し、遮断弁を上部パッカーの上方に設け
ればよい。

【００２５】

【発明の効果】本発明は上記のように、内部が通水路と
なる可撓性チューブを外側からのガス圧力を用いて圧縮
閉塞可能な構造の遮断弁を、透水試験を行う際に想定さ
れる気密パイプ内の最低水位と前記パッカーとの間の位
置に設置し、地下水の流動ではなく圧力測定により平衡
水頭（水位）を求めるようにしたので、難透水性の地層
であっても平衡水位の測定が短時間で済み、且つ正確な
値が得られ、透水試験全体の時間が短縮され、且つ結果
の精度を上げることができる。例えば透水係数ｋが１０
^-6cm／sec 程度の地層の場合、平衡水位を正確に求める
ためには、従来技術では２日程度必要としたのに対し、
本発明によれば数分〜数十分でよく、作業効率が著しく
向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る現場透水試験装置の一実施例を示
す全体説明図。

【図２】それに組み込む遮断弁の一例を示す構造図。

【図３】透水試験における水頭（水圧）−経過時間の関
係の一例を示すグラフ。

【符号の説明】

１０通水管１２ボーリング孔１４パッカー１６気密パイプ１８加圧ガス源２０三方切換え弁２２圧力センサ２４圧力記録装置２６導水路３０遮断弁

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】中心部を縦貫する通水管を具備しボーリ
ング孔内に挿入されるパッカーと、下端が前記通水管の
上端と連結し上端が地上まで達する気密パイプと、地上
に設置した加圧ガス源と、前記気密パイプ内を加圧ガス
源側又は大気側に切換え可能な切換え弁と、前記パッカ
ーで区切られる試験区間の水圧を検出する圧力センサ
と、該圧力センサの検出信号を記録する圧力記録装置と
を有する透水試験装置において、内部が通水路となる可
撓性チューブを外側からのガス圧力を用いて圧搾閉塞可
能な構造の遮断弁を、透水試験を行う際の気密パイプ内
の最低水位と前記パッカーとの間の位置に設置したこと
を特徴とする現場透水試験装置。
【請求項２】前記パッカーの下方に所定間隔をおいて
別の下部パッカーを配設して、両パッカーによって試験
区間を設定し、遮断弁を上部パッカーの上方に設置した
請求項１記載の現場透水試験装置。
【請求項３】遮断弁は、ゴムチューブの上下両端近傍
が円錐台状にやや拡開するように、それぞれテーパ面を
もつ外側部材と、それぞれ楔形先端部をもつ内筒部材と
で挾持すると共に、両外側部材の内面に凹部を設けて、
組み合わせた両外側部材の内面とゴムチューブ外面との
間でガスチャンバーを形成し、一方の外側部材の軸方向
に、外部の加圧ガス源から前記ガスチャンバーに連通す
るガス供給路を形成した構造をなしている請求項１又は
２記載の現場透水試験装置。
【請求項４】請求項１乃至３記載の装置を使用し、遮
断弁を開放状態のまま、気密パイプ内に加圧ガスを供給
して水位を下げた後、パッカーを膨張させボーリング孔
の上下を該パッカー位置で遮水状態にして該パッカー下
方に試験区間を設定し、気密パイプ内圧力を大気に開放
して、試験区間圧力の経時変化から透水係数を求め、そ
の後遮断弁を閉止状態にして水頭がほぼ一定になるまで
待ち、この一定となった圧力を平衡水頭とする現場透水
試験方法。