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JP2021181965A - 地下水観測装置および地下水観測方法 - Google Patents

地下水観測装置および地下水観測方法 Download PDF

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  • Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)
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Abstract

【課題】1本のボーリング孔において圧力観測と地下水採取を同時に行うことができる地下水観測装置および地下水観測方法を提供する。【解決手段】ボーリング孔10に挿入配置されるケーシングパイプ12と、ケーシングパイプ12の周囲に対して上下方向に間隔をあけて複数配置される遮水用のパッカー14と、パッカー14により区切られた区間の地下水の水圧を計測するためにケーシングパイプ12の外側に設けられた圧力計18と、圧力計18における圧力検出のための光を伝送するためにボーリング孔壁10Aとケーシングパイプ12の間に沿って配置される光ファイバケーブル16とを備えるようにする。【選択図】図1

Description

本発明は、地下水観測装置および地下水観測方法に関するものである。
従来の地下水調査の例を図4(非特許文献1を参照)に示す。図4(1)は、調査対象深度ごとにボーリング孔を掘削して調査を行うシステムであり、調査対象の数だけボーリング孔を掘削することになる。一方、図4(2)(3)は、複数の調査深度を1本のボーリング孔で調査するシステムである。
それぞれの調査方法にはそれぞれの特徴があるが、一般に、調査深度が浅く調査深度の数がそれ程多くなければ図4(1)の方法の方が経済的である。その一方で、調査深度が深くなり、かつ調査地点が多くなると図4(2)(3)の方法の方が便利である。
図5は、図4(3)の地下水調査システム(MPシステム)の概要を示したものである。このMPシステムは、ボーリング孔1にMPケーシング2と呼ばれる複数のパッカー3の付いたケーシングパイプを設置したものである。このMPシステムは、図5(A)に示すように、ケーブル4に繋がれた圧力計5をMPケーシング2内の計測ポートに設置することができる。これにより、各区間の地下水圧を地上のデータロガー6に記録可能である。また、図5(B)に示すように、ケーブル4に繋がれた採水プローブ7および採水ボトル8を、地上のウインチ9を介してMPケーシング2内の計測ポートに設置することができる。これにより、パッカー3で区分けされた各区間の地下水を採水プローブ7を介して採水ボトル8に採水可能である。このMPシステムの特徴をまとめると以下のようになる。
(1)1本のボーリング孔で複数の地点の地下水調査が可能である。
(2)孔内の複数の調査地点に圧力計を設置することができ、圧力の観測を行うことができる。
(3)地下水採水用の採水プローブと採水ボトルを組み合わせることで、封圧状態の地下水試料を採取することができる。
竹下裕二:"最近の地下水調査方法と計測技術"6.地下水動態の計測 6.1地下水の水位・水圧の計測法,地下水学会誌,第36巻第3号(1994),293-303.
特開2012−225002号公報
上記の従来のMPシステムにおいては、1孔の複数の調査地点に圧力計を設置することで継続した圧力の観測を行い、地下水の採取については圧力計7を撤収することでそれを行ってきた。近年、地下水圧力の観測の連続性を維持しながら、地下水採取を行うニーズができてきたが、従来のMPシステムにおいてはそのニーズに対応することが難しい。つまり、図5(A)のようにMPケーシング2内に圧力計5を設置している状態では、(B)のようにMPケーシング2内に更に採水プローブ7と採水ボトル8を挿入できないのである。従来のMPシステムで対応するとすれば、ボーリング孔1を2本掘削し、1本に圧力計5を設置することで常時圧力観測を行い、もう1本で定期的に採水を行うことが考えられる。この場合、ボーリング費用が2倍になるという問題がある。このため、1本のボーリング孔において圧力観測と地下水採取を同時に行うことができるMPシステムが求められていた。
そこで、本発明者は、1本のボーリング孔において圧力の連続観測と地下水採取を同時に実施することができる方法を鋭意検討した。そして、圧力観測をしている状態で地下水採水プローブと採水ボトルをMPケーシング内に挿入できる必要があることに着目し、圧力観測には従来の圧力計ではなくより径の小さい光ファイバを用いることを考えた。
光ファイバによる圧力観測は入力波と反射波の波形の違いを利用するものであるため、精度を損なわないためには光ファイバの継ぎ足しは避けなければならない。したがって、孔口から孔底まで1本であることが望まれるため、MPケーシングとの取り合い、特にパッカーとの取り合いが非常に重要となることを見出して本発明に至った。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、1本のボーリング孔において圧力観測と地下水採取を同時に行うことができる地下水観測装置および地下水観測方法を提供することを目的とする。
上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る地下水観測装置は、ボーリング孔に挿入配置されるケーシングパイプと、ケーシングパイプの周囲に対して上下方向に間隔をあけて複数配置される遮水用のパッカーと、パッカーにより区切られた区間の地下水の水圧を計測するためにケーシングパイプの外側に設けられた圧力計と、圧力計における圧力検出のための光を伝送するためにボーリング孔壁とケーシングパイプの間に沿って配置される光ファイバケーブルとを備えることを特徴とする。
また、本発明に係る他の地下水観測装置は、上述した発明において、光ファイバケーブルは、ボーリング孔壁とパッカーの間の隙間に挿通配置されることを特徴とする。
また、本発明に係る他の地下水観測装置は、上述した発明において、光ファイバケーブルは、パッカーに設けられた隙間に挿通配置されることを特徴とする。
また、本発明に係る他の地下水観測装置は、上述した発明において、光ファイバケーブルは、ケーシングパイプのパッカーが配置されない区間においてはケーシングパイプの外側に沿って配置され、パッカーが配置された区間においてはケーシングパイプの内側に沿って配置されることを特徴とする。
また、本発明に係る地下水観測方法は、上述した地下水観測装置の圧力計を用いて、パッカーにより区切られた区間の地下水の水圧を連続して計測する圧力観測ステップと、地上からケーシングパイプの内部に採水プローブおよび採水ボトルを降ろして、採水プローブをケーシングパイプに設けた採水ポートに接続し、パッカーにより区切られた区間の地下水を採水プローブを介して採水ボトルに採取する地下水採取ステップを同時に実施することを特徴とする。
本発明に係る地下水観測装置によれば、ボーリング孔に挿入配置されるケーシングパイプと、ケーシングパイプの周囲に対して上下方向に間隔をあけて複数配置される遮水用のパッカーと、パッカーにより区切られた区間の地下水の水圧を計測するためにケーシングパイプの外側に設けられた圧力計と、圧力計における圧力検出のための光を伝送するためにボーリング孔壁とケーシングパイプの間に沿って配置される光ファイバケーブルとを備えるので、圧力観測をしている状態で地下水採水プローブと採水ボトルをケーシングパイプ内に挿入可能である。したがって、1本のボーリング孔において圧力観測と地下水採取を同時に行うことができるという効果を奏する。
また、本発明に係る他の地下水観測装置によれば、光ファイバケーブルは、ボーリング孔壁とパッカーの間の隙間に挿通配置されるので、圧力観測をしている状態で地下水採水プローブと採水ボトルをケーシングパイプ内に挿入することができ、1本のボーリング孔において圧力観測と地下水採取を同時に行うことができるという効果を奏する。
また、本発明に係る他の地下水観測装置によれば、光ファイバケーブルは、パッカーに設けられた隙間に挿通配置されるので、圧力観測をしている状態で地下水採水プローブと採水ボトルをケーシングパイプ内に挿入することができ、1本のボーリング孔において圧力観測と地下水採取を同時に行うことができるという効果を奏する。
また、本発明に係る他の地下水観測装置によれば、光ファイバケーブルは、ケーシングパイプのパッカーが配置されない区間においてはケーシングパイプの外側に沿って配置され、パッカーが配置された区間においてはケーシングパイプの内側に沿って配置されるので、圧力観測をしている状態で地下水採水プローブと採水ボトルをケーシングパイプ内に挿入することができ、1本のボーリング孔において圧力観測と地下水採取を同時に行うことができるという効果を奏する。
また、本発明に係る地下水観測方法によれば、上述した地下水観測装置の圧力計を用いて、パッカーにより区切られた区間の地下水の水圧を連続して計測する圧力観測ステップと、地上からケーシングパイプの内部に採水プローブおよび採水ボトルを降ろして、採水プローブをケーシングパイプに設けた採水ポートに接続し、パッカーにより区切られた区間の地下水を採水プローブを介して採水ボトルに採取する地下水採取ステップを同時に実施するので、1本のボーリング孔において圧力の連続観測と地下水採取を同時に行うことができるという効果を奏する。
図1は、本発明に係る地下水観測装置および地下水観測方法の実施の形態1を示す側断面図である。 図2は、本発明に係る地下水観測装置および地下水観測方法の実施の形態2を示す平断面図である。 図3は、本発明に係る地下水観測装置および地下水観測方法の実施の形態3を示す側断面図である。 図4は、従来の地下水調査の例を示す図である。 図5は、従来のMPシステムの概要を示す図である。
以下に、本発明に係る地下水観測装置および地下水観測方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
(実施の形態1)
まず、本発明の実施の形態1について説明する。
図1に示すように、本実施の形態1に係る地下水観測装置100は、ボーリング孔10内に挿入配置されるケーシングパイプ12と、ケーシングパイプ12の周囲に対して上下方向に間隔をあけて複数配置される遮水用のパッカー14と、ボーリング孔壁10Aとパッカー14の間の隙間に挿通配置される光ファイバケーブル16と、圧力計18を備える。
ケーシングパイプ12は、地下水の採水時に、ケーブルを介して地上から降下される採水プローブおよび採水ボトルを採水ポートまで案内するものである(図5(B)を参照)。採水ポートは、パッカー14により区切られた各区間のケーシングパイプ12に設けられる。降下した採水プローブは、地上に配置された制御装置からの制御により、エアジャッキ等で所定の採水ポートに密着できるようになっている。ケーシングパイプ12の外側の地下水は、採水ポートに密着した採水プローブを介して採水ボトルに採水可能である。
光ファイバケーブル16は、圧力計18における圧力検出のための光を伝送するためのものであり、基本的にケーシングパイプ12の外側に配置される。本実施の形態の光ファイバケーブル16は、直径5mm程度を想定しているが、本発明はこれに限るものではない。この光ファイバケーブル16は、圧力計18による検出値を光信号によって地上のデータロガーなどに伝送する。伝送された検出値はデータロガーに記録される。なお、圧力の計測精度を損なわないためには光ファイバケーブルの継ぎ足しはない方がよいので、ボーリング孔10の孔口から孔底まで連続する1本の光ファイバケーブルを使用することが望ましい。
圧力計18は、パッカー14により区切られた区間の地下水の水圧を計測するためのものである。本実施の形態では、圧力計18として光ファイバを用いたFBG(Fiber Bragg Grating)センサを使用する。FBGセンサは、光ファイバのコア部の一部に回折格子と呼ばれる屈折率の異なる部分を一定間隔で格子状に並べ、その間隔に比例した特定の波長の光だけを反射することを利用して圧力を計測するセンサである。このFBGセンサは、1本の光ファイバケーブル16上に直列に複数配置することができる。なお、本発明の圧力計はFBGセンサに限るものではなく、例えばBOTDA、BOTDRなどの他の方式の光ファイバセンサを用いて構成してもよい。圧力計18は、各区間のボーリング孔壁10Aとケーシングパイプ12の間に配置してもよいし、ケーシングパイプ12の外周面に固定してもよい。
本実施の形態によれば、圧力計18で圧力観測をしている状態で地上から採水プローブと採水ボトルをケーシングパイプ12内に挿入可能である。したがって、1本のボーリング孔10のMPシステムにおいて圧力の連続観測と地下水採取を同時に行うことができる。
また、圧力観測に光ファイバを用いることで、従来の電気式の圧力計測システムとは異なり、水の浸入による性能低下、故障がなくなるため、メンテナンスフリーを実現することができる。また、上記の従来のMPシステムで圧力観測と地下水採取に対応しようとすると、ボーリング孔とMPシステムが2本必要になり、費用がかかってしまう。しかし、本実施の形態を適用すれば1本のボーリング孔とMPシステムで圧力観測と地下水採取を同時に実施可能であることから、従来のMPシステムに比べて費用を節約することができる。
(実施の形態2)
次に、本発明の実施の形態2について説明する。
図2に示すように、本実施の形態2に係る地下水観測装置200は、上記の実施の形態1において、光ファイバケーブル16をボーリング孔壁10Aとパッカー14の間の隙間に挿通配置する代わりに、パッカー14の内部に対して上下方向に貫通する隙間20を設け、この隙間20に光ファイバケーブル16を挿通配置したものである。つまり、パッカー14が配置される区間においては、光ファイバケーブル16はパッカー14に巻き込み配置される。このようにしても、上記と同様の作用効果を奏することができる。
(実施の形態3)
次に、本発明の実施の形態3について説明する。
図3に示すように、本実施の形態3に係る地下水観測装置300は、上記の実施の形態1において、光ファイバケーブル16をボーリング孔壁10Aとパッカー14の間の隙間に挿通配置する代わりに、パッカー14が配置される区間のみ、光ファイバケーブル16がケーシングパイプ12内を通るようにしたものである。具体的には、光ファイバケーブル16は、パッカー14が配置されない区間においてはケーシングパイプ12の外側に沿って配置され、パッカー14が配置された区間においてはケーシングパイプ12の内側に沿って配置される。光ファイバケーブル16は、パッカー14の上下の位置に設けた挿通孔22を介してケーシングパイプ12に通される。このようにしても、上記と同様の作用効果を奏することができる。
以上説明したように、本発明に係る地下水観測装置によれば、ボーリング孔に挿入配置されるケーシングパイプと、ケーシングパイプの周囲に対して上下方向に間隔をあけて複数配置される遮水用のパッカーと、パッカーにより区切られた区間の地下水の水圧を計測するためにケーシングパイプの外側に設けられた圧力計と、圧力計における圧力検出のための光を伝送するためにボーリング孔壁とケーシングパイプの間に沿って配置される光ファイバケーブルとを備えるので、圧力観測をしている状態で地下水採水プローブと採水ボトルをケーシングパイプ内に挿入可能である。したがって、1本のボーリング孔において圧力観測と地下水採取を同時に行うことができる。
また、本発明に係る他の地下水観測装置によれば、光ファイバケーブルは、ボーリング孔壁とパッカーの間の隙間に挿通配置されるので、圧力観測をしている状態で地下水採水プローブと採水ボトルをケーシングパイプ内に挿入することができ、1本のボーリング孔において圧力観測と地下水採取を同時に行うことができる。
また、本発明に係る他の地下水観測装置によれば、光ファイバケーブルは、パッカーに設けられた隙間に挿通配置されるので、圧力観測をしている状態で地下水採水プローブと採水ボトルをケーシングパイプ内に挿入することができ、1本のボーリング孔において圧力観測と地下水採取を同時に行うことができる。
また、本発明に係る他の地下水観測装置によれば、光ファイバケーブルは、ケーシングパイプのパッカーが配置されない区間においてはケーシングパイプの外側に沿って配置され、パッカーが配置された区間においてはケーシングパイプの内側に沿って配置されるので、圧力観測をしている状態で地下水採水プローブと採水ボトルをケーシングパイプ内に挿入することができ、1本のボーリング孔において圧力観測と地下水採取を同時に行うことができる。
また、本発明に係る地下水観測方法によれば、上述した地下水観測装置の圧力計を用いて、パッカーにより区切られた区間の地下水の水圧を連続して計測する圧力観測ステップと、地上からケーシングパイプの内部に採水プローブおよび採水ボトルを降ろして、採水プローブをケーシングパイプに設けた採水ポートに接続し、パッカーにより区切られた区間の地下水を採水プローブを介して採水ボトルに採取する地下水採取ステップを同時に実施するので、1本のボーリング孔において圧力の連続観測と地下水採取を同時に行うことができる。
以上のように、本発明に係る地下水観測装置および地下水観測方法は、複数の調査深度を1本のボーリング孔で調査するのに有用であり、特に、圧力観測と地下水採取を同時に行うのに適している。
10 ボーリング孔
10A ボーリング孔壁
12 ケーシングパイプ
14 パッカー
16 光ファイバケーブル
18 圧力計
20 隙間
22 挿通孔
100〜300 地下水観測装置

Claims (5)

  1. ボーリング孔に挿入配置されるケーシングパイプと、ケーシングパイプの周囲に対して上下方向に間隔をあけて複数配置される遮水用のパッカーと、パッカーにより区切られた区間の地下水の水圧を計測するためにケーシングパイプの外側に設けられた圧力計と、圧力計における圧力検出のための光を伝送するためにボーリング孔壁とケーシングパイプの間に沿って配置される光ファイバケーブルとを備えることを特徴とする地下水観測装置。
  2. 光ファイバケーブルは、ボーリング孔壁とパッカーの間の隙間に挿通配置されることを特徴とする請求項1に記載の地下水観測装置。
  3. 光ファイバケーブルは、パッカーに設けられた隙間に挿通配置されることを特徴とする請求項1に記載の地下水観測装置。
  4. 光ファイバケーブルは、ケーシングパイプのパッカーが配置されない区間においてはケーシングパイプの外側に沿って配置され、パッカーが配置された区間においてはケーシングパイプの内側に沿って配置されることを特徴とする請求項1に記載の地下水観測装置。
  5. 請求項1〜4のいずれか一つに記載の地下水観測装置の圧力計を用いて、パッカーにより区切られた区間の地下水の水圧を連続して計測する圧力観測ステップと、地上からケーシングパイプの内部に採水プローブおよび採水ボトルを降ろして、採水プローブをケーシングパイプに設けた採水ポートに接続し、パッカーにより区切られた区間の地下水を採水プローブを介して採水ボトルに採取する地下水採取ステップを同時に実施することを特徴とする地下水観測方法。
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