1_5_2 ボーリング掘削方法と品質管理
達成目標

ボーリング調査では,地下深部の地質環境を把握するために,ボーリング掘削によりボーリングコアを回収するとともに,ボーリング孔を用いて水理試験や地下水の採水を実施します。この時,調査データの品質を保証するためには,調査の目的に応じたボーリング掘削方法の選択や掘削中の品質管理を行う必要があります。ここでは,地層処分研究の基盤研究として必要となる深度500~1,000m級のボーリング掘削を実施する上で必要な掘削方法と品質管理に関するノウハウを蓄積することを目標としました。

方法・ノウハウ

①ボーリング掘削方法:

ボーリング孔の掘削方法は,調査の主目的により決まります。大きく分けると,ボーリングコアを採取するコアリングと,掘削した岩盤を全て掘削ズリ(スライム)として孔外へ排出するノンコアリングがあります。ボーリングコアは,地下深部の地質データを得るための貴重な試料ですが,既に知見が蓄積されていてボーリングコアの回収が不要な場合は,ノンコアリングを選択することで予算や工期を効率化できます。

孔径は,日本では66 mm・86 mm・116 mmが一般的ですが,調査目的に応じて選択する必要があります1)。孔壁の崩壊が予想される場合は,鋼製のケーシングチューブを挿入して崩壊を防ぐ手段がありますが,これを採用する場合,ケーシングの肉厚を想定して孔径を決める必要があります。また,一般的に,地表付近の孔口部分は,崩壊を防ぐ観点で掘削予定の孔径よりも大きな孔径のケーシングチューブを設置します例えば2)図1)。

②掘削水の選定:

一部の掘削方法(パーカッション掘削など)を除くと,掘削機器の冷却と掘削ずりの排出のために,掘削水の使用が必須となります。掘削水にベントナイトなどの粘土を混ぜた掘削泥水は,孔壁の崩壊を防ぎ,掘削ずりを効率よく孔外へ排出できる点から,これまで掘削水としてしばしば使用されてきました。一方で,掘削後のボーリング孔で水理試験や採水を実施する場合は,排除しきれない泥水がデータの品質に悪影響を及ぼすことが考えられます。ボーリング孔の調査目的が水理・地球化学調査の場合は,泥水を使わない「清水掘削」を行うことで,掘削水による孔内の汚染を低減できます。

また,地下水の採水時に掘削水を排除しきれない場合や周囲のボーリング孔への影響の有無を評価することを念頭に,掘削水に特定の元素や蛍光染料などのトレーサーを添加します。地下水のトレーサー濃度を測定することで,掘削水の影響を評価できるようになります。

③掘削中の品質管理:

掘削中のビットの回転速度やトルク,掘削水の送水圧などを適切に管理することで,孔曲がりや地盤の乱れといった事象の発生の可能性を低減しつつ,最小限に防ぐことができます例えば3)

掘削水に泥水を用いる場合は,泥水の密度を管理することで,泥水の機能を維持することができます。また,掘削作業中に送排水する掘削水の水質を観測し,必要に応じて掘削水の入れ替えを行うことで,掘削作業による汚染を低減できます。この時,トレーサー濃度を分析してその濃度が一定になるように管理することで,掘削水による汚染の影響を評価できるようになります。

④留意点:

東濃地域における実施例

地下深部の地質構造,地下水水質や水圧の分布を把握するため,東濃地域において約20本のボーリング掘削を実施しました。

なお,ボーリング調査の掘削技術とその適用性については,1_12_3にその詳細な内容を示します。

DH-8号孔の掘削工法は次のとおり(孔芯移動後を記載)。0.00~73.00mでは12-1/4インチ トリコンビット(Φ311.2mm)掘削後,10インチ ケーシング(SGP)を挿入,セメントで固定した。73.00~227.40mでは7-5/8インチ トリコンビット(Φ193.5mm)先進掘削を実施した。73.00~227.40mでは9-5/8インチ ホールオープナー(Φ224.5mm)拡孔後,8インチ ケーシング(STPG Sch40)を挿入した。227.40-233.20mではHQ-ワイヤーライン掘削(96.06mm)を行った。フルホールコアバーレル。233.20~1,010.00mではHQ-ワイヤーライン掘削(97.5mm)を行った。スタンダートコアバーレル。また,0.00~230.30mでは掘削終了後4インチ仮ケーシングを抜管し,4インチ SUS304ケーシングと入れ替えした。
図1 DH-8号孔のビット径・ケーシング径の実績図2)
ボーリング孔を利用した地球化学的調査の計画立案の流れ。1.ボーリング掘削方法を選択する(ノンコア掘削かコア掘削か,など)。2.掘削水を選択する(清水か泥水か,など)。3.トレーサーを選択する(同位体トレーサーか蛍光トレーサーか。蛍光トレーサーであればウラニンかエオシンかナフチオン酸かアミノG酸か,など)。4.分析項目を設定する(主要成分か微量成分か,同位体か溶存ガスか環境基準か物理化学パラメータか微生物か排水基準か,など)。5.採水対象と方法を選定する(掘削リターン水か水理試験時の揚水か専用機器による採水か長期モニタリング用の採水か,など)。6.採水区間を設定する(高透水性部か酸化還元境界か塩淡境界か連結割れ目か,など)。7.分析精度を管理する方法。8.取得データを整理する。9.立案した計画を整理する。
図2 ボーリング調査のうち地球化学調査に関する計画立案の流れ7)
参考文献
  1. 地盤工学会 (2004): 地盤調査の方法と解説,丸善,pp.139-172.
  2. 加藤邦明,栗原正治,笠原秀外,岡崎薄,谷藤吉郎,工藤敏,角田晴信,森林成生,飯田幸平,田所洸夫,菊池秀也,小原賢,佐藤健二,岩谷正巳,濱野幸治 (1998): 広域地下水流動研究における試錐調査(DH-8号孔),核燃料サイクル開発機構,JNC TJ7440 99-025 VOL.3,1075p.
  3. 尾西明生,窪田亮,川西繁,棚瀬充史,井ヶ田徳行 (1999): 広域地下水流動研究における試錐調査(その2)(DH-9号孔),核燃料サイクル開発機構,JNC TJ7440 98-002,p.717.
  4. 中田弘太郎,長谷川琢磨,柏谷公希 (2017): 地下水トレーサとしての蛍光染料の分析と試料溶液の保管法の検討,地下水学会誌,vol.59,no.3,pp.205-227.
  5. 永松武彦,池田則生, 永井保弘, 斉藤正行, 工藤敏, 明石孝行, 重野未来 (2000): 広域地下水流動研究における試錐調査(その3)(DH-10号孔),核燃料サイクル開発機構,JNC TJ7440 2001-032,1047p.
  6. 鶴田忠彦,藤田有二,鐙顕正,彌榮英樹,冨士代秀之 (2005): 広域地下水流動研究におけるボーリング調査(DH-15号孔),核燃料サイクル開発機構,JNC TN7400 2005-025,p.82.
  7. 岩月輝希,水野崇,天野由記,國丸貴紀,仙波毅 (2011): 地層処分事業にかかわる地球化学分野の技術者が継承すべき知見のエキスパート化,日本原子力研究開発機構,JAEA-Research 2011-049,p.68.

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