パッカー一体型水理試験装置
【課題】ボーリング孔内の試験区間における試験装置周囲の空隙をごく僅かにすることを可能とする。
【解決手段】柱状のパッカー芯部材としてのパッカー芯金２と、該パッカー芯金２の外周面を覆い軸心方向の両端寄りの部分がパッカー芯金２に固定される筒状のパッカーラバー４と、を有し、パッカー芯金２の軸心方向の片端面からパッカー芯金２の外周面へと通じる通路２ａによってパッカー拡張ラインを形成し、該パッカー拡張ラインを利用して拡張圧をかけ拡張させてパッカーラバー４を試錐孔２１の孔壁２１ａ周面に押し当てて両ピストン３Ａ，３Ｂ周囲の水密性を確保して試験区間を形成すると共に試験ラインを介して水理試験を実施するようにした。
【解決手段】柱状のパッカー芯部材としてのパッカー芯金２と、該パッカー芯金２の外周面を覆い軸心方向の両端寄りの部分がパッカー芯金２に固定される筒状のパッカーラバー４と、を有し、パッカー芯金２の軸心方向の片端面からパッカー芯金２の外周面へと通じる通路２ａによってパッカー拡張ラインを形成し、該パッカー拡張ラインを利用して拡張圧をかけ拡張させてパッカーラバー４を試錐孔２１の孔壁２１ａ周面に押し当てて両ピストン３Ａ，３Ｂ周囲の水密性を確保して試験区間を形成すると共に試験ラインを介して水理試験を実施するようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パッカー一体型水理試験装置に関する。さらに詳述すると、本発明は、地盤に穿たれたボーリング孔内において例えばトレーサ試験や採水等を行う際に用いて好適な装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
地盤に穿たれたボーリング孔内においてトレーサ試験を行う際に用いられる従来の試験装置を用いたトレーサ試験方法としては、図６に示すように、地盤１０３にボーリング孔１０４を掘削すると共に試験対象となる亀裂面等の水みち１０５を決定し、当該水みち１０５を含むボーリング孔１０４の所定区間の上下をゴム製等の上遮水パッカー１０２Ａ及び下遮水パッカー１０２Ｂを用いて閉塞して試験区間１０６を形成し、トレーサ試験装置１０１にまつわる水圧計や水質計等をボーリング孔１０４の試験区間１０６内に設置して試験を行うものがある（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２５００２６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の従来の試験装置を用いたトレーサ試験方法では、試験区間１０６の体積はボーリング孔１０４の径と試験装置１０１の外径とから決まり、試験区間１０６の体積を最小にしようとしても試験装置１０１を昇降させるために必要とされる孔径があるためにボーリング孔１０４の径と試験装置１０１の外径とを近づけるにも限界がある。地盤の割れ目を対象にした試験においては特に、図６に示すような従来の試験装置の場合には上遮水パッカー１０２Ａと下遮水パッカー１０２Ｂとによって閉塞される試験区間１０６内の試験装置周囲の空隙１０７が大きくなってしまうと、トレーサ水や採水しようとする地下水が試験区間１０６内の地下水と直ぐには置換することができないので試験の精度や水質に影響を与えるという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明は、ボーリング孔内の試験区間における試験装置周囲の空隙をごく僅かにすることができる水理試験装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる目的を達成するため、請求項１記載のパッカー一体型水理試験装置は、柱状のパッカー芯部材と、該パッカー芯部材の外周面を覆い軸心方向の両端寄りの部分が該パッカー芯部材に固定される筒状のパッカーラバーと、該パッカーラバーを貫通して取り付けられると共に該パッカーラバーの内側の部分がパッカー芯部材に設けられたピストン孔に摺動可能に嵌められ且つ該ピストン孔とパッカーラバー外部とを連通させる貫通孔が設けられたピストンとを有し、パッカー芯部材の軸心方向の片端面からピストン孔へと通じる通路とピストン孔とピストンの貫通孔とによって試験ラインを形成すると共に、パッカー芯部材の軸心方向の片端面からパッカー芯部材の外周面へと通じる通路によってパッカー拡張ラインを形成し、該パッカー拡張ラインを利用して拡張圧をかけ拡張させてパッカーラバーを試錐孔の孔壁周面に押し当ててピストン周囲の水密性を確保して試験区間を形成すると共に試験ラインを介して水理試験を実施するようにしている。
【０００７】
したがって、このパッカー一体型水理試験装置によると、パッカーラバーに取り付けられると共にパッカー芯部材に設けられたピストン孔に嵌められ且つ試験ラインの一部を形成する貫通孔が設けられるピストンを有するようにしているので、試錐孔内の試験区間設定深度に設置された状態でパッカーラバーを拡張させることにより、試験に必要とされるポートとしてのピストンをパッカーラバーの拡張に合わせてピストン孔から抜き出るように稼働させて孔壁に押し当てることができると共にパッカーラバーを孔壁に押し当ててピストン周囲の水密性を確保して試験区間を形成することができる。
【０００８】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載のパッカー一体型水理試験装置において、パッカーラバーの外周面に伸縮自在のメッシュ部材を装着するようにしている。この場合には、メッシュ部材を経由して試験流体が流動する。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１記載のパッカー一体型水理試験装置によれば、試験に必要とされるポートとしてのピストンをパッカーラバーの拡張に合わせてピストン孔から抜き出るように稼働させて孔壁に押し当てることができると共にパッカーラバーを孔壁に押し当ててピストン周囲の水密性を確保して試験区間を形成することができるので、試錘孔内の試験区間における試験装置周囲の空隙をごく僅かにして試験の効率性と精度との向上を図ることが可能になる。また、請求項１記載のパッカー一体型水理試験装置を水理試験に用いた場合には、岩盤の単一割れ目に合った最小の試験区間を形成することができ、試験の効率性の向上を図ることが可能になる。
【００１０】
さらに、請求項２記載のパッカー一体型水理試験装置によれば、メッシュ部材を経由させて試験流体を流動させることができるので、試験に必要とされるポートの位置が本来的に予定されていた位置からずれてしまったとしても試験を実施することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態のパッカー一体型水理試験装置がパッカーを拡張させていない状態の概略構造を説明する縦断面図である。
【図２】実施形態のパッカー一体型水理試験装置がパッカーを拡張させている状態の概略構造を説明する縦断面図である。
【図３】実施形態のパッカー一体型水理試験装置の注入口ピストン及び圧力検知口ピストンの構造を説明する縦断面図である。
【図４】実施形態のパッカー一体型水理試験装置が通水プレートを装着した状態を説明する図である。（Ａ）は正面図である。（Ｂ）は側面図である。
【図５】実施形態のパッカー一体型水理試験装置が通水プレートとメッシュ部材とを装着した状態を説明する図である。（Ａ）は正面図である。（Ｂ）は側面図である。
【図６】従来のトレーサ試験装置の概略構成を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の構成を図面に示す実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。
【００１３】
図１から図５に、本発明のパッカー一体型水理試験装置の実施形態の一例を示す。なお、本実施形態では、パッカー一体型水理試験装置１がロッド１０の下端に取り付けられ地盤２０に穿たれた試錐孔２１内に挿入されて水理試験を行う装置としての構成を備える場合を例に挙げて説明する。なお、以下の説明においては、ロッド１０の下端に取り付けられて試錐孔２１内に挿入される状態を基準にしてパッカー一体型水理試験装置１の上下方向（即ち鉛直方向）及び水平方向を定義する。そして、パッカー一体型水理試験装置１及び当該装置の構成部品並びに試錐孔２１の軸心方向とは上下方向（即ち鉛直方向）であるものとする。
【００１４】
そして、本実施形態のパッカー一体型水理試験装置１は、柱状のパッカー芯部材としてのパッカー芯金２と、該パッカー芯金２の外周面を覆い軸心方向の両端寄りの部分がパッカー芯金２に固定される筒状のパッカーラバー４と、該パッカーラバー４を貫通して取り付けられると共にパッカーラバー４内側の部分がパッカー芯金２に設けられた注入口ピストン孔２ｄAと圧力検知口ピストン孔２ｄBとに摺動可能に嵌められ且つ両ピストン孔２ｄA，２ｄBとパッカーラバー４外部とを連通させる貫通孔３Ａｆ，３Ｂｆがそれぞれ設けられた注入口ピストン３Ａ及び圧力検知口ピストン３Ｂとを有し、パッカー芯金２の軸心方向の片端面からピストン孔２ｄA，２ｄBへと通じる通路２ｂ，２ｃとピストン孔２ｄA，２ｄBとピストンの貫通孔３Ａｆ，３Ｂｆとによって試験ラインを形成すると共に、パッカー芯金２の軸心方向の片端面からパッカー芯金２の外周面へと通じる通路２ａによってパッカー拡張ラインを形成し、該パッカー拡張ラインを利用して拡張圧をかけ拡張させてパッカーラバー４を試錐孔２１の孔壁２１ａ周面に押し当てて両ピストン３Ａ，３Ｂ周囲の水密性を確保して試験区間を形成すると共に試験ラインを介して水理試験を実施するものである。
【００１５】
パッカー芯金２は、柱状（本実施形態では円柱状）に形成されると共に、上端面に開口を有して軸心方向に穿たれた孔であるパッカー拡張ライン２ａが形成される。パッカー芯金２の水平方向の径の大きさや軸心方向の長さは特定の大きさに限定されるものではなく、地盤２０に穿たれている試錐孔２１の直径等を考慮して適宜調整すれば良い。
【００１６】
本実施形態のパッカー芯金２には、パッカー一体型水理試験装置１が水理試験を行うための構成として、上端面に開口を有して軸心方向に穿たれた孔である流体注入ライン２ｂと圧力検知ライン２ｃとが形成される。
【００１７】
パッカー拡張ライン２ａ，流体注入ライン２ｂ，圧力検知ライン２ｃの上端面側の開口部には、各ライン２ａ，２ｂ，２ｃ内に挿入される管を有するチューブ継ぎ手２ｅがそれぞれ備え付けられる。そして、パッカー拡張ライン２ａの上端開口に備え付けられるチューブ継ぎ手２ｅにはパッカーラバー４を拡張させる圧力をかけるための配管（言い換えると、流体を送り込む配管；図示省略）が接続される。
【００１８】
また、パッカー一体型水理試験装置１が水理試験を行うための構成として、流体注入ライン２ｂの上端開口に備え付けられるチューブ継ぎ手２ｅには流体を注入するための配管（図示省略）が接続され、圧力検知ライン２ｃの上端開口に備え付けられるチューブ継ぎ手２ｅには図示していない圧力計に繋がる配管（図示省略）が接続される。
【００１９】
パッカー拡張ライン２ａはパッカー芯金２の上下方向の概ね中間位置において水平方向に曲がってパッカー芯金２の側周面（即ち外周面）に達して開口する。これにより、上端面に備え付けられたチューブ継ぎ手２ｅに接続された配管から送り込まれる流体がパッカー拡張ライン２ａを経由してパッカー芯金２の周囲（より具体的には、パッカー芯金２の外周面とパッカーラバー４の内周面との間）に送り込まれる。
【００２０】
パッカー芯金２には、また、上下方向の概ね中間位置に外周面から水平方向に穿たれたピストン孔が形成される。本実施形態では、水理試験を行うために、試錐孔２１内の試験区間に試験流体を注入するための開口を有する注入口ピストン３Ａが嵌め込まれる注入口ピストン孔２ｄAと、試験区間における試験流体の注入圧力を検知するための開口を有する圧力検知口ピストン３Ｂが嵌め込まれる圧力検知口ピストン孔２ｄBとが形成される。
【００２１】
ここで、本実施形態のように、パッカー一体型水理試験装置１を水理試験を行うものとして構成して注入口ピストン３Ａと圧力検知口ピストン３Ｂとを備えるようにする場合には、圧力損失の発生を回避して注入圧力の計測誤差を低減するために両ピストン３Ａ，３Ｂをできるだけ近くに配置するようにすることが望ましい。なお、本実施形態では、注入口ピストン孔２ｄAと圧力検知口ピストン孔２ｄBとがパッカー芯金２の軸心方向に近接して並べられて形成される。
【００２２】
そして、流体注入ライン２ｂの下端は注入口ピストン孔２ｄAに対して開口して注入口ピストン孔２ｄAは流体注入ライン２ｂと連通し、圧力検知ライン２ｃの下端は圧力検知口ピストン孔２ｄBに対して開口して圧力検知口ピストン孔２ｄBは圧力検知ライン２ｃと連通する。
【００２３】
パッカーラバー４は、軸心方向の貫通孔を有する筒状（本実施形態では円筒状）であってパッカー芯金２の軸心方向長さよりも短い長さに形成されると共に、貫通孔にパッカー芯金２を貫通させた状態で両端が固定されてパッカー芯金２の周囲に取り付けられる。また、パッカーラバー４には、パッカー芯金２の周囲に取り付けられた状態における注入口ピストン孔２ｄAと圧力検知口ピストン孔２ｄBとの位置に注入口ピストン３Ａ，圧力検知口ピストン３Ｂを貫通させるための穴がそれぞれ設けられる。
【００２４】
本実施形態では、軸心方向貫通孔にパッカー芯金２を貫通させてパッカー芯金２の周囲に配置された状態で、パッカーラバー４の軸心方向の両端部の外周に当該両端部をパッカー芯金２に対して締め付けるようにパッカーかしめ金具５ａ，５ａが嵌め付けられる。そして、パッカーかしめ金具５ａ，５ａが嵌め付けられた状態で、当該パッカーかしめ金具５ａ，５ａ部分においてはパッカー芯金２の外周面とパッカーラバー４の内周面とは気密性が確保される。
【００２５】
本実施形態では、さらに、パッカーかしめ金具５ａ，５ａが嵌め付けられた状態で、パッカー芯金２の軸心方向の両端部であってパッカーラバー４及びパッカーかしめ金具５ａ，５ａからはみ出している部分に、パッカーラバー４及びパッカーかしめ金具５ａ，５ａを軸心方向の両側から挟むように二個の固定リング５ｂ、５ｂが取り付けられる。なお、固定リング５ｂ，５ｂは例えばボルトによってパッカー芯金２の外周面に固定して取り付けられる。なお、固定リング５ｂを独立した部品として取り付ける代わりに、ロッド１０の下端部に本実施形態における固定リング５ｂの役割を持たせるようにしても良い。
【００２６】
本実施形態ではまた更に、パッカーラバー４及びパッカーかしめ金具５ａ，５ａの外周面の注入口ピストン３Ａ及び圧力検知口ピストン３Ｂが設けられた箇所を除く軸心方向両側部分に軸心方向の貫通孔を有する筒状（本実施形態では円筒状）のスリーブ８，８が取り付けられる。そして、スリーブ８，８の内周面に形成された凸部が固定リング５ｂ，５ｂの外周面に形成された凹部に噛み合って位置が固定されると共にスリーブ８，８の端部を締め付けるように締め付け金具５ｃ，５ｃが取り付けられる。
【００２７】
上述の構成により、パッカーラバー４は、パッカー芯金２の外周面のパッカー拡張ライン２ａの開口から送り込まれる流体によって拡張させられる。そして、パッカーラバー４の拡張によって当該パッカーラバー４の外周面に取り付けられたスリーブ８，８が試錐孔２１の孔壁２１ａの周面に密着する（図２）。
【００２８】
なお、本発明のパッカー一体型水理試験装置１に用いられるパッカーラバー４の材質は特定のものに限定されるものではなく、例えば、従来型の水理試験装置において試錐孔内に試験区間を形成する際に用いられるパッカーと同様の材質のものが用いられる。また、スリーブ８の材質も特定のものに限定されるものではなく、例えば、孔内載荷試験用の薄手のラバーが用いられる。
【００２９】
注入口ピストン３Ａと圧力検知口ピストン３Ｂとは同じ構造をしており、固定ボルト３Ａａ，３Ｂａと固定ナット３Ａｂ，３Ｂｂとピストン３Ａｃ，３Ｂｃとからそれぞれなる。
【００３０】
固定ボルト３Ａａ，３Ｂａは、貫通孔を有する円筒状に形成されると共に、外周面に雄ねじが形成されている。
【００３１】
固定ナット３Ａｂ，３Ｂｂは、貫通孔を有する円筒状に形成されると共に、固定ボルト３Ａａ，３Ｂａの一端が嵌め込まれる雌ねじが貫通孔周面に形成されている。また、固定ナット３Ａｂ，３Ｂｂの頂部（即ち、パッカー一体型水理試験装置１にとって径方向外側の端部）には頂部フランジが形成される。なお、固定ナット３Ａｂ，３Ｂｂの頂部フランジは、ねじ込みの便のために平面形状が六角形に形成される。
【００３２】
ピストン３Ａｃ，３Ｂｃは、固定ボルト３Ａａ，３Ｂａの一端が嵌め込まれた固定ナット３Ａｂ，３Ｂｂが嵌め込まれる貫通孔を有する円筒状に形成されると共に、貫通孔のうち、固定ナット３Ａｂ，３Ｂｂが嵌め込まれる部分の周面は滑面であり、固定ナット３Ａｂ，３Ｂｂから突出する固定ボルト３Ａａ，３Ｂａが嵌め込まれる部分は径が小さく且つ雌ねじが周面に形成され固定ボルト３Ａａ，３Ｂａの外周面の雄ねじが嵌め合わされる。また、ピストン３Ａｃ，３Ｂｃの頂部には頂部フランジが形成される。
【００３３】
そして、注入口ピストン３Ａと圧力検知口ピストン３Ｂとがパッカー芯金２に対して取り付けられる際には、まず、固定ボルト３Ａａ，３Ｂａがねじ込まれたピストン３Ａｃ，３Ｂｃが注入口ピストン孔２ｄA，圧力検知口ピストン孔２ｄBに嵌め込まれてパッカーラバー４の内側に配置されると共に固定ナット３Ａｂ，３Ｂｂがパッカーラバー４の外側から固定ボルト３Ａａ，３Ｂａにねじ込まれる。なお、パッカーラバー４には、前述の通り、注入口ピストン孔２ｄAと圧力検知口ピストン孔２ｄBとの位置に穴がそれぞれ設けられている。また、本実施形態では、ピストン３Ａｃ，３Ｂｃの頂部フランジとパッカーラバー４の内周面との間には、ワッシャ３Ａｄ，３Ｂｄが挟み込まれている。
【００３４】
これにより、注入口ピストン３Ａと圧力検知口ピストン３Ｂとは、パッカーラバー４内側のピストン３Ａｃ，３Ｂｃの頂部フランジとパッカーラバー４外側の固定ナット３Ａｂ，３Ｂｂの頂部フランジとにパッカーラバー４を挟み込んで当該パッカーラバー４に対して固定される。
【００３５】
以上の各部品により、固定ボルト３Ａａ，３Ｂａを介して固定ナット３Ａｂ，３Ｂｂとピストン３Ａｃ，３Ｂｃとが組み合わされ結合されて注入口ピストン３Ａ，圧力検知口ピストン３Ｂが構成されると共にパッカーラバー４に対して固定される。そして、いずれの部品も貫通孔が形成されており、組み合わされた状態即ち注入口ピストン３Ａ，圧力検知口ピストン３Ｂとして貫通孔３Ａｆ，３Ｂｆがそれぞれ形成されていることになる。
【００３６】
そして、注入口ピストン３Ａのピストン３Ａｃは注入口ピストン孔２ｄAに水平方向に摺動可能に嵌め込まれ、圧力検知口ピストン３Ｂのピストン３Ｂｃは圧力検知口ピストン孔２ｄBに水平方向に摺動可能に嵌め込まれる。すなわち、注入口ピストン孔２ｄAと圧力検知口ピストン孔２ｄBとはそれぞれピストン３Ａと３Ｂとを往復運動させるためのシリンダの役割を果たす。
【００３７】
また、ピストン３Ａｃと注入口ピストン孔２ｄA、並びに、ピストン３Ｂｃと圧力検知口ピストン孔２ｄBとは、例えばＯリング３Ａｅ並びに３Ｂｅが両者の間に備え付けられることによって摺動面における水密性が確保され漏水が防止された状態で嵌め合わされて摺動する。
【００３８】
また、ピストンが嵌め込まれた状態において、注入口ピストン３Ａとしての貫通孔３Ａｆは注入口ピストン孔２ｄAと連通し、圧力検知口ピストン３Ｂとしての貫通孔３Ｂｆは圧力検知口ピストン孔２ｄBと連通する。
【００３９】
そして、以上の構成により、パッカー芯金２の上端面に備え付けられたチューブ継ぎ手２ｅに接続された配管から送り込まれる試験流体が流体注入ライン２ｂを経由して注入口ピストン孔２ｄAに送り込まれ、注入口ピストン３Ａの貫通孔３Ａｆを更に経由してパッカー一体型水理試験装置１の周囲（より具体的には、試錐孔２１内の試験区間）に送り込まれる。
【００４０】
また、試錐孔２１内の試験区間における試験流体の注入圧力が、圧力検知口ピストン３Ｂの貫通孔３Ｂｆ〜圧力検知口ピストン孔２ｄB〜圧力検知ライン２ｃ〜上端面に備え付けられたチューブ継ぎ手２ｅに接続された配管を経由して伝えられて図示していない圧力計によって検知される。
【００４１】
上述したパッカー一体型水理試験装置１の動作を以下に説明する。
【００４２】
まず、パッカー一体型水理試験装置１はロッド１０の下端に取り付けられて試錐孔２１内の試験区間設定深度まで降下させられる。このとき、上端面に備え付けられたチューブ継ぎ手２ｅには所定の配管が接続されている。また、パッカーラバー４に対して拡張圧はかけられておらず収縮してパッカー芯金２の外周面にはり付いており、注入口ピストン３Ａ及び圧力検知口ピストン３Ｂは注入口ピストン孔２ｄA及び圧力検知口ピストン孔２ｄBの最も奥の位置までそれぞれ入り込んでいる（図１）。
【００４３】
試錐孔２１内の試験区間設定深度に達したら、パッカー拡張ライン２ａを経由して流体が送られてパッカーラバー４に対して拡張圧がかけられる。そして、パッカーラバー４は試錐孔２１の孔壁２１ａにスリーブ８，８が密着するまで径方向に拡張させられる（図２）。
【００４４】
このとき、パッカーラバー４の径方向の拡張に合わせて注入口ピストン３Ａ及び圧力検知口ピストン３Ｂは注入口ピストン孔２ｄA及び圧力検知口ピストン孔２ｄBから徐々に抜け出るように稼働する。
【００４５】
そして、パッカーラバー４及びスリーブ８，８が孔壁２１ａと十分に密着して試験区間が形成された後、流体注入ライン２ｂと注入口ピストン孔２ｄAとを経由して注入口ピストン３Ａの貫通孔３Ａｆ（言い換えると、固定ボルト３Ａａの貫通孔）から試験流体が試験区間に注入される。
【００４６】
このとき、試験流体の注入圧力が圧力検知口ピストン３Ｂの貫通孔３Ｂｆ（言い換えると、固定ボルト３Ｂａの貫通孔）を介すると共に圧力検知口ピストン孔２ｄBと圧力検知ライン２ｃ等とを経由して図示していない圧力計によって計測される。
【００４７】
そして、所定の計測が終わってパッカー一体型水理試験装置１を試錐孔２１内から引き上げる際には、パッカーラバー４への拡張圧を解除すると（即ち大気圧とすると）パッカーラバー４の収縮力によって注入口ピストン３Ａ及び圧力検知口ピストン３Ｂが注入口ピストン孔２ｄA及び圧力検知口ピストン孔２ｄBにそれぞれ入り込んで元の位置に戻る（図１）。なお、パッカーラバー４の収縮力が弱い場合などで両ピストン３Ａ，３Ｂが元の位置に完全に戻らない場合には、パッカー拡張ライン２ａを介して吸引することによって負圧をかけてパッカーラバー４を強制的に収縮させるようにしても良い。
【００４８】
ここで、本実施形態のように本発明のパッカー一体型水理試験装置１を水理試験を行う装置として構成して実際に試験を行う場合には、例えば小型カメラを試錐孔２１内に挿入して当該試錐孔２１の孔壁２１ａに観測される地盤２０の割れ目の深度を予め確認しておくと共に当該割れ目深度を中心として試験区間を設定する。
【００４９】
そして、ロッド１０の下端に取り付けたパッカー一体型水理試験装置１を試錐孔２１内を降下させて試験区間設定深度に達したらパッカーラバー４を拡張させて水理試験を行う。
【００５０】
ここで、試錐孔２１の孔壁２１ａに観測される割れ目の深さが数十メートルや数百メートルにもなる場合には、試験のためのポーとしての注入口ピストン３Ａ及び圧力検知口ピストン３Ｂを当該割れ目の深さに寸分違わず位置させることは困難である。しかしながら、本発明のパッカー一体型水理試験装置は試験区間における試験装置周囲の空隙をごく僅かにするという特性を有するものであるので、両ピストン３Ａ，３Ｂの位置が割れ目からずれてしまった場合には当該割れ目への試験流体の注入がうまくいかなかったり注入圧力の計測が誤差を含むものになってしまったりする虞がある。
【００５１】
そのため、本発明のパッカー一体型水理試験装置においては、試験のためのポーとしての注入口ピストン３Ａ及び圧力検知口ピストン３Ｂの周囲に一定の範囲で試験流体の流動を促す仕組みを備えるようにしても良い。
【００５２】
具体的には、通水溝を有する通水プレートを装着するようにしたり、メッシュ部材を装着するようにしたり、通水プレートとメッシュ部材とを装着するようにしても良い。
【００５３】
通水プレート６は、パッカーラバー４の外周面に沿って貼り付けられるように装着されて用いられる。通水プレート６は具体的には、図４に示すように、注入口ピストン３Ａの固定ナット３Ａｂが入り込む凹部６ａ及び圧力検知口ピストン３Ｂの固定ナット３Ｂｂが入り込む凹部６ｂが形成されて試験のためのポーとしての両ピストン３Ａ，３Ｂの設置位置周辺を取り囲む方形板状の本体部６ｃと、当該本体部６ｃの両端（即ち、パッカーラバー４の軸心方向の両端）から延出して凹部６ａ，６ｂのそれぞれと連通する貫通溝であるスリット６ｄが形成されたスリットうで６ｅ，６ｅとを有する。また、凹部６ａと凹部６ｂとは連通溝６ｆによって連通している。
【００５４】
本体部６ｃは、パッカーラバー４の拡張によって試錐孔２１の孔壁２１ａに押し当てられた際に当該孔壁２１ａに密着して隙間が生じないように孔壁２１ａ周面の曲率に合わせて湾曲している。
【００５５】
凹部６ａ，６ｂには固定ナット３Ａｂ（及び固定ボルト３Ａａ），３Ｂｂ（及び固定ボルト３Ｂａ）を貫通させるための穴が底面にそれぞれ設けられている。なお、固定ナット３Ａｂ，３Ｂｂの頂部フランジは凹部６ａ，６ｂの底面の穴の縁部分に引っ掛かるように径の大きさが調整される。
【００５６】
通水プレート６は、パッカーラバー４の外周面に装着された状態で、ピストン３Ａｃ，３Ｂｃの頂部フランジと固定ナット３Ａｂ，３Ｂｂの頂部フランジとの間にパッカーラバー４と共に挟まれてパッカーラバー４に対して固定される。
【００５７】
なお、パッカーラバー４の外周面に通水プレート６を装着した状態で固定ナット３Ａｂ，３Ｂｂをねじ込んで取り付けた状態において、これら固定ナット３Ａｂ，３Ｂｂはそれぞれ凹部６ａ，６ｂに入り込み、本体部６ｃの表面よりも固定ナット３Ａｂ，３Ｂｂの頂部フランジ表面の方が僅かに引っ込むように通水プレート６の厚さや固定ナット３Ａｂ，３Ｂｂの頂部フランジの厚さが調整される。
【００５８】
上述の構造を有する通水プレート６を装着することにより、パッカーラバー４を拡張させて試錐孔２１の孔壁２１ａ周面に当該パッカーラバー４とスリーブ８，８とを密着させるようにした状態において、通水プレート６の表面は孔壁２１ａ周面に密着してパッカーラバー４及びスリーブ８，８と共に注入口ピストン３Ａ及び圧力検知口ピストン３Ｂの周囲の水密性を確保して試験区間の水密性を確保する一方で、両ピストン３Ａ，３Ｂの頂部の表面と孔壁２１ａ周面との間には僅かに隙間があるので注入口ピストン３Ａの貫通孔３Ａｆ（言い換えると、固定ボルト３Ａａの貫通孔）から試験流体を試験区間に注入することができると共に圧力検知口ピストン３Ｂの貫通孔３Ｂｆ（言い換えると、固定ボルト３Ｂａの貫通孔）を経由させて圧力損失の発生を回避して注入圧力を正確に伝えることができる。
【００５９】
なお、通水プレート６の形状は本実施形態のものに限られるものではなく、試験の種類・内容や試錐孔２１の状況に合わせて自由に設計され得る（言い換えると、適当な形状を有する通水プレート６が選択されて適宜付け替えられる）。具体的には例えば通水プレート６の凹部６ａ，６ｂやスリット６ｄやスリットうで６ｅの形状や寸法は自由に設計され得る。
【００６０】
また、注入口ピストン３Ａの貫通孔３Ａｆから試験区間に注入された試験流体は、凹部６ａ内の固定ナット３Ａｂ周囲の空間及び連通溝６ｆ及び凹部６ｂ内の固定ナット３Ｂｂ周囲の空間並びに凹部６ａ，６ｂと連通するスリット６ｄ，６ｄ内を流動することができる。このため、注入口ピストン３Ａ及び圧力検知口ピストン３Ｂの深度が観測対象の割れ目の深度と多少ずれてしまった場合でも、両側のスリット６ｄ，６ｄが及ぶ範囲であれば試験流体を注入することができる。すなわち、適宜調整された寸法の両側のスリット６ｄ，６ｄが到達可能な区間を試験区間として試験を実施することができる。しかも、試験流体を流動させる空間の容積を小さくすることができるので正確且つ効率良く試験を実施することができる。
【００６１】
試験流体の流動を促す仕組みとして、上述の通水プレート６に加えてメッシュ部材を更に装着するようにしても良い。
【００６２】
メッシュ部材７は、図５に示すように、試験のためのポーとしての注入口ピストン３Ａの貫通孔３Ａｆ及び圧力検知口ピストン３Ｂの貫通孔３Ｂｆを覆うようにパッカーラバー４及び通水プレート６の外周面を覆って装着される。また、メッシュ部材７は、軸心方向両端部がパッカーラバー４とスリーブ８，８との間に挟まってスリーブ８，８によって締め付けられてパッカーラバー４及び通水プレート６の外周面に取り付けられる。
【００６３】
メッシュ部材７としては、試験区間内における空隙をできるだけ少なくするために薄い材料であると共に空気が残留しないように親水性と透水性とに優れ且つパッカーの拡張・収縮に合わせて伸縮することが必要であるので伸縮性を有する材料によって形成されたもの、具体的には例えばポリエステル製やナイロン製のものが用いられる。
【００６４】
そして、メッシュ部材７としては、伸長していない通常の状態において、厚さが例えば０．１〔ｍｍ〕〜２．０〔ｍｍ〕程度、目開き率が例えば数％〜８０％程度のものが用いられる。なお、厚さが薄い一方で目開き率が大きい材料で形成されたものをメッシュ部材７として用いるとメッシュの空隙の部分をパッカーラバー４が拡張した際に埋めてしまう虞があるので、メッシュの空隙部分が埋まってしまうことがないような厚さと目開き率（空隙の大きさ）との組み合わせが選択される。
【００６５】
なお、メッシュ部材７は、一枚のみ用いるようにしても良いし、２枚以上重ね合わせて用いるようにしても良い。
【００６６】
メッシュ部材７を装着することにより、そして、パッカーラバー４を拡張させて当該メッシュ部材７を試錐孔２１の孔壁２１ａ周面に押し当てることにより、注入口ピストン３Ａの貫通孔３Ａｆから注入された試験流体をメッシュ部材７を経由させて孔壁２１ａに現れる割れ目位置まで流動させることができ、注入口ピストン３Ａ及び圧力検知口ピストン３Ｂの深度が観測対象の割れ目の深度と多少ずれてしまったり、両ピストン３Ａ，３Ｂと観測対象の割れ目との水平方向の位置（即ち、試錐孔２１の周方向の位置）がずれてしまったりした場合でも試験流体を観測対象の割れ目の位置まで流動させることができる。また、メッシュ部材７を装着することにより、当該メッシュ部材７を経由させて、孔壁２１ａに周方向に現れる割れ目に沿って試験流体を一様に注入することができ、試錘孔２１を中心とした点注入を実現することができる。
【００６７】
なお、図５に示す例では、パッカーラバー４の外周面にまず通水プレート６を装着したうえでメッシュ部材７を更に装着するようにしているが、メッシュ部材７のみをパッカーラバー４の外周面に装着するようにしても良い。
【００６８】
以上の構成を有する本発明のパッカー一体型水理試験装置によれば、試験に必要とされるポートとしてのピストンをパッカーラバーの拡張に合わせてピストン孔から抜き出るように稼働させて孔壁に押し当てることができると共にパッカーラバー及びスリーブを孔壁に押し当ててピストン周囲の水密性を確保して試験区間を形成することができるので、試錘孔内の試験区間における試験装置周囲の空隙をごく僅かにして試験の効率性と精度との向上を図ることができる。
【００６９】
なお、上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、本実施形態では、本発明のパッカー一体型水理試験装置が水理試験を行う装置としての構成を備える場合を例に挙げて説明したが、本発明が適用され得る水理試験装置は本実施形態で説明したものに限られず、従来は試錘孔内の上下に二個の遮水パッカーを配置して試験区間を形成すると共に当該試験区間内に例えば注水や採水や水質検出のためのポートを配置させて実施する試験に用いられる各種の水理装置に適用することができる。なお、具体的には例えば、採水装置として本発明のパッカー一体型水理試験装置を構成する場合には、本実施形態における注入口ピストン３Ａ及び圧力検知口ピストン３Ｂの代わりに採水用の貫通孔を備えるピストンを一個設けるようにすれば良い。
【００７０】
また、本発明のパッカー一体型水理試験装置を水理試験を行う装置として構成する場合において、本実施形態のように注入口ピストン３Ａと圧力検知口ピストン３Ｂとをパッカー芯金２の軸心方向に並べて構成するようにしているが、ポートとしてのピストンの配置はこれに限られるものではなく、パッカー芯金２の水平方向（即ち周方向）の対向する位置に配置するようにしても良い。さらにまた、試験の種類・内容や試験対象の岩盤の状況等に合わせて、例えば、水平方向の対向する位置に二個のピストンを配置して一組とし、当該一組のピストンをパッカー芯金２の軸心方向に複数組配置するようにしても良い。すなわち、本発明のパッカー一体型水理試験装置では、ピストンの個数や配置位置は試験の内容等に基づいて自由に設計され得る。
【符号の説明】
【００７１】
１ パッカー一体型水理試験装置
２ パッカー芯金
３Ａ 注入孔ピストン
３Ｂ 圧力検知口ピストン
４ パッカーラバー
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パッカー一体型水理試験装置に関する。さらに詳述すると、本発明は、地盤に穿たれたボーリング孔内において例えばトレーサ試験や採水等を行う際に用いて好適な装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
地盤に穿たれたボーリング孔内においてトレーサ試験を行う際に用いられる従来の試験装置を用いたトレーサ試験方法としては、図６に示すように、地盤１０３にボーリング孔１０４を掘削すると共に試験対象となる亀裂面等の水みち１０５を決定し、当該水みち１０５を含むボーリング孔１０４の所定区間の上下をゴム製等の上遮水パッカー１０２Ａ及び下遮水パッカー１０２Ｂを用いて閉塞して試験区間１０６を形成し、トレーサ試験装置１０１にまつわる水圧計や水質計等をボーリング孔１０４の試験区間１０６内に設置して試験を行うものがある（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２５００２６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の従来の試験装置を用いたトレーサ試験方法では、試験区間１０６の体積はボーリング孔１０４の径と試験装置１０１の外径とから決まり、試験区間１０６の体積を最小にしようとしても試験装置１０１を昇降させるために必要とされる孔径があるためにボーリング孔１０４の径と試験装置１０１の外径とを近づけるにも限界がある。地盤の割れ目を対象にした試験においては特に、図６に示すような従来の試験装置の場合には上遮水パッカー１０２Ａと下遮水パッカー１０２Ｂとによって閉塞される試験区間１０６内の試験装置周囲の空隙１０７が大きくなってしまうと、トレーサ水や採水しようとする地下水が試験区間１０６内の地下水と直ぐには置換することができないので試験の精度や水質に影響を与えるという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明は、ボーリング孔内の試験区間における試験装置周囲の空隙をごく僅かにすることができる水理試験装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる目的を達成するため、請求項１記載のパッカー一体型水理試験装置は、柱状のパッカー芯部材と、該パッカー芯部材の外周面を覆い軸心方向の両端寄りの部分が該パッカー芯部材に固定される筒状のパッカーラバーと、該パッカーラバーを貫通して取り付けられると共に該パッカーラバーの内側の部分がパッカー芯部材に設けられたピストン孔に摺動可能に嵌められ且つ該ピストン孔とパッカーラバー外部とを連通させる貫通孔が設けられたピストンとを有し、パッカー芯部材の軸心方向の片端面からピストン孔へと通じる通路とピストン孔とピストンの貫通孔とによって試験ラインを形成すると共に、パッカー芯部材の軸心方向の片端面からパッカー芯部材の外周面へと通じる通路によってパッカー拡張ラインを形成し、該パッカー拡張ラインを利用して拡張圧をかけ拡張させてパッカーラバーを試錐孔の孔壁周面に押し当ててピストン周囲の水密性を確保して試験区間を形成すると共に試験ラインを介して水理試験を実施するようにしている。
【０００７】
したがって、このパッカー一体型水理試験装置によると、パッカーラバーに取り付けられると共にパッカー芯部材に設けられたピストン孔に嵌められ且つ試験ラインの一部を形成する貫通孔が設けられるピストンを有するようにしているので、試錐孔内の試験区間設定深度に設置された状態でパッカーラバーを拡張させることにより、試験に必要とされるポートとしてのピストンをパッカーラバーの拡張に合わせてピストン孔から抜き出るように稼働させて孔壁に押し当てることができると共にパッカーラバーを孔壁に押し当ててピストン周囲の水密性を確保して試験区間を形成することができる。
【０００８】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載のパッカー一体型水理試験装置において、パッカーラバーの外周面に伸縮自在のメッシュ部材を装着するようにしている。この場合には、メッシュ部材を経由して試験流体が流動する。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１記載のパッカー一体型水理試験装置によれば、試験に必要とされるポートとしてのピストンをパッカーラバーの拡張に合わせてピストン孔から抜き出るように稼働させて孔壁に押し当てることができると共にパッカーラバーを孔壁に押し当ててピストン周囲の水密性を確保して試験区間を形成することができるので、試錘孔内の試験区間における試験装置周囲の空隙をごく僅かにして試験の効率性と精度との向上を図ることが可能になる。また、請求項１記載のパッカー一体型水理試験装置を水理試験に用いた場合には、岩盤の単一割れ目に合った最小の試験区間を形成することができ、試験の効率性の向上を図ることが可能になる。
【００１０】
さらに、請求項２記載のパッカー一体型水理試験装置によれば、メッシュ部材を経由させて試験流体を流動させることができるので、試験に必要とされるポートの位置が本来的に予定されていた位置からずれてしまったとしても試験を実施することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態のパッカー一体型水理試験装置がパッカーを拡張させていない状態の概略構造を説明する縦断面図である。
【図２】実施形態のパッカー一体型水理試験装置がパッカーを拡張させている状態の概略構造を説明する縦断面図である。
【図３】実施形態のパッカー一体型水理試験装置の注入口ピストン及び圧力検知口ピストンの構造を説明する縦断面図である。
【図４】実施形態のパッカー一体型水理試験装置が通水プレートを装着した状態を説明する図である。（Ａ）は正面図である。（Ｂ）は側面図である。
【図５】実施形態のパッカー一体型水理試験装置が通水プレートとメッシュ部材とを装着した状態を説明する図である。（Ａ）は正面図である。（Ｂ）は側面図である。
【図６】従来のトレーサ試験装置の概略構成を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の構成を図面に示す実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。
【００１３】
図１から図５に、本発明のパッカー一体型水理試験装置の実施形態の一例を示す。なお、本実施形態では、パッカー一体型水理試験装置１がロッド１０の下端に取り付けられ地盤２０に穿たれた試錐孔２１内に挿入されて水理試験を行う装置としての構成を備える場合を例に挙げて説明する。なお、以下の説明においては、ロッド１０の下端に取り付けられて試錐孔２１内に挿入される状態を基準にしてパッカー一体型水理試験装置１の上下方向（即ち鉛直方向）及び水平方向を定義する。そして、パッカー一体型水理試験装置１及び当該装置の構成部品並びに試錐孔２１の軸心方向とは上下方向（即ち鉛直方向）であるものとする。
【００１４】
そして、本実施形態のパッカー一体型水理試験装置１は、柱状のパッカー芯部材としてのパッカー芯金２と、該パッカー芯金２の外周面を覆い軸心方向の両端寄りの部分がパッカー芯金２に固定される筒状のパッカーラバー４と、該パッカーラバー４を貫通して取り付けられると共にパッカーラバー４内側の部分がパッカー芯金２に設けられた注入口ピストン孔２ｄAと圧力検知口ピストン孔２ｄBとに摺動可能に嵌められ且つ両ピストン孔２ｄA，２ｄBとパッカーラバー４外部とを連通させる貫通孔３Ａｆ，３Ｂｆがそれぞれ設けられた注入口ピストン３Ａ及び圧力検知口ピストン３Ｂとを有し、パッカー芯金２の軸心方向の片端面からピストン孔２ｄA，２ｄBへと通じる通路２ｂ，２ｃとピストン孔２ｄA，２ｄBとピストンの貫通孔３Ａｆ，３Ｂｆとによって試験ラインを形成すると共に、パッカー芯金２の軸心方向の片端面からパッカー芯金２の外周面へと通じる通路２ａによってパッカー拡張ラインを形成し、該パッカー拡張ラインを利用して拡張圧をかけ拡張させてパッカーラバー４を試錐孔２１の孔壁２１ａ周面に押し当てて両ピストン３Ａ，３Ｂ周囲の水密性を確保して試験区間を形成すると共に試験ラインを介して水理試験を実施するものである。
【００１５】
パッカー芯金２は、柱状（本実施形態では円柱状）に形成されると共に、上端面に開口を有して軸心方向に穿たれた孔であるパッカー拡張ライン２ａが形成される。パッカー芯金２の水平方向の径の大きさや軸心方向の長さは特定の大きさに限定されるものではなく、地盤２０に穿たれている試錐孔２１の直径等を考慮して適宜調整すれば良い。
【００１６】
本実施形態のパッカー芯金２には、パッカー一体型水理試験装置１が水理試験を行うための構成として、上端面に開口を有して軸心方向に穿たれた孔である流体注入ライン２ｂと圧力検知ライン２ｃとが形成される。
【００１７】
パッカー拡張ライン２ａ，流体注入ライン２ｂ，圧力検知ライン２ｃの上端面側の開口部には、各ライン２ａ，２ｂ，２ｃ内に挿入される管を有するチューブ継ぎ手２ｅがそれぞれ備え付けられる。そして、パッカー拡張ライン２ａの上端開口に備え付けられるチューブ継ぎ手２ｅにはパッカーラバー４を拡張させる圧力をかけるための配管（言い換えると、流体を送り込む配管；図示省略）が接続される。
【００１８】
また、パッカー一体型水理試験装置１が水理試験を行うための構成として、流体注入ライン２ｂの上端開口に備え付けられるチューブ継ぎ手２ｅには流体を注入するための配管（図示省略）が接続され、圧力検知ライン２ｃの上端開口に備え付けられるチューブ継ぎ手２ｅには図示していない圧力計に繋がる配管（図示省略）が接続される。
【００１９】
パッカー拡張ライン２ａはパッカー芯金２の上下方向の概ね中間位置において水平方向に曲がってパッカー芯金２の側周面（即ち外周面）に達して開口する。これにより、上端面に備え付けられたチューブ継ぎ手２ｅに接続された配管から送り込まれる流体がパッカー拡張ライン２ａを経由してパッカー芯金２の周囲（より具体的には、パッカー芯金２の外周面とパッカーラバー４の内周面との間）に送り込まれる。
【００２０】
パッカー芯金２には、また、上下方向の概ね中間位置に外周面から水平方向に穿たれたピストン孔が形成される。本実施形態では、水理試験を行うために、試錐孔２１内の試験区間に試験流体を注入するための開口を有する注入口ピストン３Ａが嵌め込まれる注入口ピストン孔２ｄAと、試験区間における試験流体の注入圧力を検知するための開口を有する圧力検知口ピストン３Ｂが嵌め込まれる圧力検知口ピストン孔２ｄBとが形成される。
【００２１】
ここで、本実施形態のように、パッカー一体型水理試験装置１を水理試験を行うものとして構成して注入口ピストン３Ａと圧力検知口ピストン３Ｂとを備えるようにする場合には、圧力損失の発生を回避して注入圧力の計測誤差を低減するために両ピストン３Ａ，３Ｂをできるだけ近くに配置するようにすることが望ましい。なお、本実施形態では、注入口ピストン孔２ｄAと圧力検知口ピストン孔２ｄBとがパッカー芯金２の軸心方向に近接して並べられて形成される。
【００２２】
そして、流体注入ライン２ｂの下端は注入口ピストン孔２ｄAに対して開口して注入口ピストン孔２ｄAは流体注入ライン２ｂと連通し、圧力検知ライン２ｃの下端は圧力検知口ピストン孔２ｄBに対して開口して圧力検知口ピストン孔２ｄBは圧力検知ライン２ｃと連通する。
【００２３】
パッカーラバー４は、軸心方向の貫通孔を有する筒状（本実施形態では円筒状）であってパッカー芯金２の軸心方向長さよりも短い長さに形成されると共に、貫通孔にパッカー芯金２を貫通させた状態で両端が固定されてパッカー芯金２の周囲に取り付けられる。また、パッカーラバー４には、パッカー芯金２の周囲に取り付けられた状態における注入口ピストン孔２ｄAと圧力検知口ピストン孔２ｄBとの位置に注入口ピストン３Ａ，圧力検知口ピストン３Ｂを貫通させるための穴がそれぞれ設けられる。
【００２４】
本実施形態では、軸心方向貫通孔にパッカー芯金２を貫通させてパッカー芯金２の周囲に配置された状態で、パッカーラバー４の軸心方向の両端部の外周に当該両端部をパッカー芯金２に対して締め付けるようにパッカーかしめ金具５ａ，５ａが嵌め付けられる。そして、パッカーかしめ金具５ａ，５ａが嵌め付けられた状態で、当該パッカーかしめ金具５ａ，５ａ部分においてはパッカー芯金２の外周面とパッカーラバー４の内周面とは気密性が確保される。
【００２５】
本実施形態では、さらに、パッカーかしめ金具５ａ，５ａが嵌め付けられた状態で、パッカー芯金２の軸心方向の両端部であってパッカーラバー４及びパッカーかしめ金具５ａ，５ａからはみ出している部分に、パッカーラバー４及びパッカーかしめ金具５ａ，５ａを軸心方向の両側から挟むように二個の固定リング５ｂ、５ｂが取り付けられる。なお、固定リング５ｂ，５ｂは例えばボルトによってパッカー芯金２の外周面に固定して取り付けられる。なお、固定リング５ｂを独立した部品として取り付ける代わりに、ロッド１０の下端部に本実施形態における固定リング５ｂの役割を持たせるようにしても良い。
【００２６】
本実施形態ではまた更に、パッカーラバー４及びパッカーかしめ金具５ａ，５ａの外周面の注入口ピストン３Ａ及び圧力検知口ピストン３Ｂが設けられた箇所を除く軸心方向両側部分に軸心方向の貫通孔を有する筒状（本実施形態では円筒状）のスリーブ８，８が取り付けられる。そして、スリーブ８，８の内周面に形成された凸部が固定リング５ｂ，５ｂの外周面に形成された凹部に噛み合って位置が固定されると共にスリーブ８，８の端部を締め付けるように締め付け金具５ｃ，５ｃが取り付けられる。
【００２７】
上述の構成により、パッカーラバー４は、パッカー芯金２の外周面のパッカー拡張ライン２ａの開口から送り込まれる流体によって拡張させられる。そして、パッカーラバー４の拡張によって当該パッカーラバー４の外周面に取り付けられたスリーブ８，８が試錐孔２１の孔壁２１ａの周面に密着する（図２）。
【００２８】
なお、本発明のパッカー一体型水理試験装置１に用いられるパッカーラバー４の材質は特定のものに限定されるものではなく、例えば、従来型の水理試験装置において試錐孔内に試験区間を形成する際に用いられるパッカーと同様の材質のものが用いられる。また、スリーブ８の材質も特定のものに限定されるものではなく、例えば、孔内載荷試験用の薄手のラバーが用いられる。
【００２９】
注入口ピストン３Ａと圧力検知口ピストン３Ｂとは同じ構造をしており、固定ボルト３Ａａ，３Ｂａと固定ナット３Ａｂ，３Ｂｂとピストン３Ａｃ，３Ｂｃとからそれぞれなる。
【００３０】
固定ボルト３Ａａ，３Ｂａは、貫通孔を有する円筒状に形成されると共に、外周面に雄ねじが形成されている。
【００３１】
固定ナット３Ａｂ，３Ｂｂは、貫通孔を有する円筒状に形成されると共に、固定ボルト３Ａａ，３Ｂａの一端が嵌め込まれる雌ねじが貫通孔周面に形成されている。また、固定ナット３Ａｂ，３Ｂｂの頂部（即ち、パッカー一体型水理試験装置１にとって径方向外側の端部）には頂部フランジが形成される。なお、固定ナット３Ａｂ，３Ｂｂの頂部フランジは、ねじ込みの便のために平面形状が六角形に形成される。
【００３２】
ピストン３Ａｃ，３Ｂｃは、固定ボルト３Ａａ，３Ｂａの一端が嵌め込まれた固定ナット３Ａｂ，３Ｂｂが嵌め込まれる貫通孔を有する円筒状に形成されると共に、貫通孔のうち、固定ナット３Ａｂ，３Ｂｂが嵌め込まれる部分の周面は滑面であり、固定ナット３Ａｂ，３Ｂｂから突出する固定ボルト３Ａａ，３Ｂａが嵌め込まれる部分は径が小さく且つ雌ねじが周面に形成され固定ボルト３Ａａ，３Ｂａの外周面の雄ねじが嵌め合わされる。また、ピストン３Ａｃ，３Ｂｃの頂部には頂部フランジが形成される。
【００３３】
そして、注入口ピストン３Ａと圧力検知口ピストン３Ｂとがパッカー芯金２に対して取り付けられる際には、まず、固定ボルト３Ａａ，３Ｂａがねじ込まれたピストン３Ａｃ，３Ｂｃが注入口ピストン孔２ｄA，圧力検知口ピストン孔２ｄBに嵌め込まれてパッカーラバー４の内側に配置されると共に固定ナット３Ａｂ，３Ｂｂがパッカーラバー４の外側から固定ボルト３Ａａ，３Ｂａにねじ込まれる。なお、パッカーラバー４には、前述の通り、注入口ピストン孔２ｄAと圧力検知口ピストン孔２ｄBとの位置に穴がそれぞれ設けられている。また、本実施形態では、ピストン３Ａｃ，３Ｂｃの頂部フランジとパッカーラバー４の内周面との間には、ワッシャ３Ａｄ，３Ｂｄが挟み込まれている。
【００３４】
これにより、注入口ピストン３Ａと圧力検知口ピストン３Ｂとは、パッカーラバー４内側のピストン３Ａｃ，３Ｂｃの頂部フランジとパッカーラバー４外側の固定ナット３Ａｂ，３Ｂｂの頂部フランジとにパッカーラバー４を挟み込んで当該パッカーラバー４に対して固定される。
【００３５】
以上の各部品により、固定ボルト３Ａａ，３Ｂａを介して固定ナット３Ａｂ，３Ｂｂとピストン３Ａｃ，３Ｂｃとが組み合わされ結合されて注入口ピストン３Ａ，圧力検知口ピストン３Ｂが構成されると共にパッカーラバー４に対して固定される。そして、いずれの部品も貫通孔が形成されており、組み合わされた状態即ち注入口ピストン３Ａ，圧力検知口ピストン３Ｂとして貫通孔３Ａｆ，３Ｂｆがそれぞれ形成されていることになる。
【００３６】
そして、注入口ピストン３Ａのピストン３Ａｃは注入口ピストン孔２ｄAに水平方向に摺動可能に嵌め込まれ、圧力検知口ピストン３Ｂのピストン３Ｂｃは圧力検知口ピストン孔２ｄBに水平方向に摺動可能に嵌め込まれる。すなわち、注入口ピストン孔２ｄAと圧力検知口ピストン孔２ｄBとはそれぞれピストン３Ａと３Ｂとを往復運動させるためのシリンダの役割を果たす。
【００３７】
また、ピストン３Ａｃと注入口ピストン孔２ｄA、並びに、ピストン３Ｂｃと圧力検知口ピストン孔２ｄBとは、例えばＯリング３Ａｅ並びに３Ｂｅが両者の間に備え付けられることによって摺動面における水密性が確保され漏水が防止された状態で嵌め合わされて摺動する。
【００３８】
また、ピストンが嵌め込まれた状態において、注入口ピストン３Ａとしての貫通孔３Ａｆは注入口ピストン孔２ｄAと連通し、圧力検知口ピストン３Ｂとしての貫通孔３Ｂｆは圧力検知口ピストン孔２ｄBと連通する。
【００３９】
そして、以上の構成により、パッカー芯金２の上端面に備え付けられたチューブ継ぎ手２ｅに接続された配管から送り込まれる試験流体が流体注入ライン２ｂを経由して注入口ピストン孔２ｄAに送り込まれ、注入口ピストン３Ａの貫通孔３Ａｆを更に経由してパッカー一体型水理試験装置１の周囲（より具体的には、試錐孔２１内の試験区間）に送り込まれる。
【００４０】
また、試錐孔２１内の試験区間における試験流体の注入圧力が、圧力検知口ピストン３Ｂの貫通孔３Ｂｆ〜圧力検知口ピストン孔２ｄB〜圧力検知ライン２ｃ〜上端面に備え付けられたチューブ継ぎ手２ｅに接続された配管を経由して伝えられて図示していない圧力計によって検知される。
【００４１】
上述したパッカー一体型水理試験装置１の動作を以下に説明する。
【００４２】
まず、パッカー一体型水理試験装置１はロッド１０の下端に取り付けられて試錐孔２１内の試験区間設定深度まで降下させられる。このとき、上端面に備え付けられたチューブ継ぎ手２ｅには所定の配管が接続されている。また、パッカーラバー４に対して拡張圧はかけられておらず収縮してパッカー芯金２の外周面にはり付いており、注入口ピストン３Ａ及び圧力検知口ピストン３Ｂは注入口ピストン孔２ｄA及び圧力検知口ピストン孔２ｄBの最も奥の位置までそれぞれ入り込んでいる（図１）。
【００４３】
試錐孔２１内の試験区間設定深度に達したら、パッカー拡張ライン２ａを経由して流体が送られてパッカーラバー４に対して拡張圧がかけられる。そして、パッカーラバー４は試錐孔２１の孔壁２１ａにスリーブ８，８が密着するまで径方向に拡張させられる（図２）。
【００４４】
このとき、パッカーラバー４の径方向の拡張に合わせて注入口ピストン３Ａ及び圧力検知口ピストン３Ｂは注入口ピストン孔２ｄA及び圧力検知口ピストン孔２ｄBから徐々に抜け出るように稼働する。
【００４５】
そして、パッカーラバー４及びスリーブ８，８が孔壁２１ａと十分に密着して試験区間が形成された後、流体注入ライン２ｂと注入口ピストン孔２ｄAとを経由して注入口ピストン３Ａの貫通孔３Ａｆ（言い換えると、固定ボルト３Ａａの貫通孔）から試験流体が試験区間に注入される。
【００４６】
このとき、試験流体の注入圧力が圧力検知口ピストン３Ｂの貫通孔３Ｂｆ（言い換えると、固定ボルト３Ｂａの貫通孔）を介すると共に圧力検知口ピストン孔２ｄBと圧力検知ライン２ｃ等とを経由して図示していない圧力計によって計測される。
【００４７】
そして、所定の計測が終わってパッカー一体型水理試験装置１を試錐孔２１内から引き上げる際には、パッカーラバー４への拡張圧を解除すると（即ち大気圧とすると）パッカーラバー４の収縮力によって注入口ピストン３Ａ及び圧力検知口ピストン３Ｂが注入口ピストン孔２ｄA及び圧力検知口ピストン孔２ｄBにそれぞれ入り込んで元の位置に戻る（図１）。なお、パッカーラバー４の収縮力が弱い場合などで両ピストン３Ａ，３Ｂが元の位置に完全に戻らない場合には、パッカー拡張ライン２ａを介して吸引することによって負圧をかけてパッカーラバー４を強制的に収縮させるようにしても良い。
【００４８】
ここで、本実施形態のように本発明のパッカー一体型水理試験装置１を水理試験を行う装置として構成して実際に試験を行う場合には、例えば小型カメラを試錐孔２１内に挿入して当該試錐孔２１の孔壁２１ａに観測される地盤２０の割れ目の深度を予め確認しておくと共に当該割れ目深度を中心として試験区間を設定する。
【００４９】
そして、ロッド１０の下端に取り付けたパッカー一体型水理試験装置１を試錐孔２１内を降下させて試験区間設定深度に達したらパッカーラバー４を拡張させて水理試験を行う。
【００５０】
ここで、試錐孔２１の孔壁２１ａに観測される割れ目の深さが数十メートルや数百メートルにもなる場合には、試験のためのポーとしての注入口ピストン３Ａ及び圧力検知口ピストン３Ｂを当該割れ目の深さに寸分違わず位置させることは困難である。しかしながら、本発明のパッカー一体型水理試験装置は試験区間における試験装置周囲の空隙をごく僅かにするという特性を有するものであるので、両ピストン３Ａ，３Ｂの位置が割れ目からずれてしまった場合には当該割れ目への試験流体の注入がうまくいかなかったり注入圧力の計測が誤差を含むものになってしまったりする虞がある。
【００５１】
そのため、本発明のパッカー一体型水理試験装置においては、試験のためのポーとしての注入口ピストン３Ａ及び圧力検知口ピストン３Ｂの周囲に一定の範囲で試験流体の流動を促す仕組みを備えるようにしても良い。
【００５２】
具体的には、通水溝を有する通水プレートを装着するようにしたり、メッシュ部材を装着するようにしたり、通水プレートとメッシュ部材とを装着するようにしても良い。
【００５３】
通水プレート６は、パッカーラバー４の外周面に沿って貼り付けられるように装着されて用いられる。通水プレート６は具体的には、図４に示すように、注入口ピストン３Ａの固定ナット３Ａｂが入り込む凹部６ａ及び圧力検知口ピストン３Ｂの固定ナット３Ｂｂが入り込む凹部６ｂが形成されて試験のためのポーとしての両ピストン３Ａ，３Ｂの設置位置周辺を取り囲む方形板状の本体部６ｃと、当該本体部６ｃの両端（即ち、パッカーラバー４の軸心方向の両端）から延出して凹部６ａ，６ｂのそれぞれと連通する貫通溝であるスリット６ｄが形成されたスリットうで６ｅ，６ｅとを有する。また、凹部６ａと凹部６ｂとは連通溝６ｆによって連通している。
【００５４】
本体部６ｃは、パッカーラバー４の拡張によって試錐孔２１の孔壁２１ａに押し当てられた際に当該孔壁２１ａに密着して隙間が生じないように孔壁２１ａ周面の曲率に合わせて湾曲している。
【００５５】
凹部６ａ，６ｂには固定ナット３Ａｂ（及び固定ボルト３Ａａ），３Ｂｂ（及び固定ボルト３Ｂａ）を貫通させるための穴が底面にそれぞれ設けられている。なお、固定ナット３Ａｂ，３Ｂｂの頂部フランジは凹部６ａ，６ｂの底面の穴の縁部分に引っ掛かるように径の大きさが調整される。
【００５６】
通水プレート６は、パッカーラバー４の外周面に装着された状態で、ピストン３Ａｃ，３Ｂｃの頂部フランジと固定ナット３Ａｂ，３Ｂｂの頂部フランジとの間にパッカーラバー４と共に挟まれてパッカーラバー４に対して固定される。
【００５７】
なお、パッカーラバー４の外周面に通水プレート６を装着した状態で固定ナット３Ａｂ，３Ｂｂをねじ込んで取り付けた状態において、これら固定ナット３Ａｂ，３Ｂｂはそれぞれ凹部６ａ，６ｂに入り込み、本体部６ｃの表面よりも固定ナット３Ａｂ，３Ｂｂの頂部フランジ表面の方が僅かに引っ込むように通水プレート６の厚さや固定ナット３Ａｂ，３Ｂｂの頂部フランジの厚さが調整される。
【００５８】
上述の構造を有する通水プレート６を装着することにより、パッカーラバー４を拡張させて試錐孔２１の孔壁２１ａ周面に当該パッカーラバー４とスリーブ８，８とを密着させるようにした状態において、通水プレート６の表面は孔壁２１ａ周面に密着してパッカーラバー４及びスリーブ８，８と共に注入口ピストン３Ａ及び圧力検知口ピストン３Ｂの周囲の水密性を確保して試験区間の水密性を確保する一方で、両ピストン３Ａ，３Ｂの頂部の表面と孔壁２１ａ周面との間には僅かに隙間があるので注入口ピストン３Ａの貫通孔３Ａｆ（言い換えると、固定ボルト３Ａａの貫通孔）から試験流体を試験区間に注入することができると共に圧力検知口ピストン３Ｂの貫通孔３Ｂｆ（言い換えると、固定ボルト３Ｂａの貫通孔）を経由させて圧力損失の発生を回避して注入圧力を正確に伝えることができる。
【００５９】
なお、通水プレート６の形状は本実施形態のものに限られるものではなく、試験の種類・内容や試錐孔２１の状況に合わせて自由に設計され得る（言い換えると、適当な形状を有する通水プレート６が選択されて適宜付け替えられる）。具体的には例えば通水プレート６の凹部６ａ，６ｂやスリット６ｄやスリットうで６ｅの形状や寸法は自由に設計され得る。
【００６０】
また、注入口ピストン３Ａの貫通孔３Ａｆから試験区間に注入された試験流体は、凹部６ａ内の固定ナット３Ａｂ周囲の空間及び連通溝６ｆ及び凹部６ｂ内の固定ナット３Ｂｂ周囲の空間並びに凹部６ａ，６ｂと連通するスリット６ｄ，６ｄ内を流動することができる。このため、注入口ピストン３Ａ及び圧力検知口ピストン３Ｂの深度が観測対象の割れ目の深度と多少ずれてしまった場合でも、両側のスリット６ｄ，６ｄが及ぶ範囲であれば試験流体を注入することができる。すなわち、適宜調整された寸法の両側のスリット６ｄ，６ｄが到達可能な区間を試験区間として試験を実施することができる。しかも、試験流体を流動させる空間の容積を小さくすることができるので正確且つ効率良く試験を実施することができる。
【００６１】
試験流体の流動を促す仕組みとして、上述の通水プレート６に加えてメッシュ部材を更に装着するようにしても良い。
【００６２】
メッシュ部材７は、図５に示すように、試験のためのポーとしての注入口ピストン３Ａの貫通孔３Ａｆ及び圧力検知口ピストン３Ｂの貫通孔３Ｂｆを覆うようにパッカーラバー４及び通水プレート６の外周面を覆って装着される。また、メッシュ部材７は、軸心方向両端部がパッカーラバー４とスリーブ８，８との間に挟まってスリーブ８，８によって締め付けられてパッカーラバー４及び通水プレート６の外周面に取り付けられる。
【００６３】
メッシュ部材７としては、試験区間内における空隙をできるだけ少なくするために薄い材料であると共に空気が残留しないように親水性と透水性とに優れ且つパッカーの拡張・収縮に合わせて伸縮することが必要であるので伸縮性を有する材料によって形成されたもの、具体的には例えばポリエステル製やナイロン製のものが用いられる。
【００６４】
そして、メッシュ部材７としては、伸長していない通常の状態において、厚さが例えば０．１〔ｍｍ〕〜２．０〔ｍｍ〕程度、目開き率が例えば数％〜８０％程度のものが用いられる。なお、厚さが薄い一方で目開き率が大きい材料で形成されたものをメッシュ部材７として用いるとメッシュの空隙の部分をパッカーラバー４が拡張した際に埋めてしまう虞があるので、メッシュの空隙部分が埋まってしまうことがないような厚さと目開き率（空隙の大きさ）との組み合わせが選択される。
【００６５】
なお、メッシュ部材７は、一枚のみ用いるようにしても良いし、２枚以上重ね合わせて用いるようにしても良い。
【００６６】
メッシュ部材７を装着することにより、そして、パッカーラバー４を拡張させて当該メッシュ部材７を試錐孔２１の孔壁２１ａ周面に押し当てることにより、注入口ピストン３Ａの貫通孔３Ａｆから注入された試験流体をメッシュ部材７を経由させて孔壁２１ａに現れる割れ目位置まで流動させることができ、注入口ピストン３Ａ及び圧力検知口ピストン３Ｂの深度が観測対象の割れ目の深度と多少ずれてしまったり、両ピストン３Ａ，３Ｂと観測対象の割れ目との水平方向の位置（即ち、試錐孔２１の周方向の位置）がずれてしまったりした場合でも試験流体を観測対象の割れ目の位置まで流動させることができる。また、メッシュ部材７を装着することにより、当該メッシュ部材７を経由させて、孔壁２１ａに周方向に現れる割れ目に沿って試験流体を一様に注入することができ、試錘孔２１を中心とした点注入を実現することができる。
【００６７】
なお、図５に示す例では、パッカーラバー４の外周面にまず通水プレート６を装着したうえでメッシュ部材７を更に装着するようにしているが、メッシュ部材７のみをパッカーラバー４の外周面に装着するようにしても良い。
【００６８】
以上の構成を有する本発明のパッカー一体型水理試験装置によれば、試験に必要とされるポートとしてのピストンをパッカーラバーの拡張に合わせてピストン孔から抜き出るように稼働させて孔壁に押し当てることができると共にパッカーラバー及びスリーブを孔壁に押し当ててピストン周囲の水密性を確保して試験区間を形成することができるので、試錘孔内の試験区間における試験装置周囲の空隙をごく僅かにして試験の効率性と精度との向上を図ることができる。
【００６９】
なお、上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、本実施形態では、本発明のパッカー一体型水理試験装置が水理試験を行う装置としての構成を備える場合を例に挙げて説明したが、本発明が適用され得る水理試験装置は本実施形態で説明したものに限られず、従来は試錘孔内の上下に二個の遮水パッカーを配置して試験区間を形成すると共に当該試験区間内に例えば注水や採水や水質検出のためのポートを配置させて実施する試験に用いられる各種の水理装置に適用することができる。なお、具体的には例えば、採水装置として本発明のパッカー一体型水理試験装置を構成する場合には、本実施形態における注入口ピストン３Ａ及び圧力検知口ピストン３Ｂの代わりに採水用の貫通孔を備えるピストンを一個設けるようにすれば良い。
【００７０】
また、本発明のパッカー一体型水理試験装置を水理試験を行う装置として構成する場合において、本実施形態のように注入口ピストン３Ａと圧力検知口ピストン３Ｂとをパッカー芯金２の軸心方向に並べて構成するようにしているが、ポートとしてのピストンの配置はこれに限られるものではなく、パッカー芯金２の水平方向（即ち周方向）の対向する位置に配置するようにしても良い。さらにまた、試験の種類・内容や試験対象の岩盤の状況等に合わせて、例えば、水平方向の対向する位置に二個のピストンを配置して一組とし、当該一組のピストンをパッカー芯金２の軸心方向に複数組配置するようにしても良い。すなわち、本発明のパッカー一体型水理試験装置では、ピストンの個数や配置位置は試験の内容等に基づいて自由に設計され得る。
【符号の説明】
【００７１】
１ パッカー一体型水理試験装置
２ パッカー芯金
３Ａ 注入孔ピストン
３Ｂ 圧力検知口ピストン
４ パッカーラバー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
柱状のパッカー芯部材と、該パッカー芯部材の外周面を覆い軸心方向の両端寄りの部分が該パッカー芯部材に固定される筒状のパッカーラバーと、該パッカーラバーを貫通して取り付けられると共に該パッカーラバーの内側の部分が前記パッカー芯部材に設けられたピストン孔に摺動可能に嵌められ且つ該ピストン孔と前記パッカーラバー外部とを連通させる貫通孔が設けられたピストンとを有し、前記パッカー芯部材の軸心方向の片端面から前記ピストン孔へと通じる通路と前記ピストン孔と前記ピストンの貫通孔とによって試験ラインを形成すると共に、前記パッカー芯部材の軸心方向の片端面から前記パッカー芯部材の外周面へと通じる通路によってパッカー拡張ラインを形成し、該パッカー拡張ラインを利用して拡張圧をかけ拡張させて前記パッカーラバーを試錐孔の孔壁周面に押し当てて前記ピストン周囲の水密性を確保して試験区間を形成すると共に前記試験ラインを介して水理試験を実施することを特徴とするパッカー一体型水理試験装置。
【請求項２】
前記パッカーラバーの外周面に伸縮自在のメッシュ部材を装着することを特徴とする請求項１記載のパッカー一体型水理試験装置。
【請求項１】
柱状のパッカー芯部材と、該パッカー芯部材の外周面を覆い軸心方向の両端寄りの部分が該パッカー芯部材に固定される筒状のパッカーラバーと、該パッカーラバーを貫通して取り付けられると共に該パッカーラバーの内側の部分が前記パッカー芯部材に設けられたピストン孔に摺動可能に嵌められ且つ該ピストン孔と前記パッカーラバー外部とを連通させる貫通孔が設けられたピストンとを有し、前記パッカー芯部材の軸心方向の片端面から前記ピストン孔へと通じる通路と前記ピストン孔と前記ピストンの貫通孔とによって試験ラインを形成すると共に、前記パッカー芯部材の軸心方向の片端面から前記パッカー芯部材の外周面へと通じる通路によってパッカー拡張ラインを形成し、該パッカー拡張ラインを利用して拡張圧をかけ拡張させて前記パッカーラバーを試錐孔の孔壁周面に押し当てて前記ピストン周囲の水密性を確保して試験区間を形成すると共に前記試験ラインを介して水理試験を実施することを特徴とするパッカー一体型水理試験装置。
【請求項２】
前記パッカーラバーの外周面に伸縮自在のメッシュ部材を装着することを特徴とする請求項１記載のパッカー一体型水理試験装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−４３４６５（Ｐ２０１１−４３４６５Ａ）
【公開日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１９３１１１（Ｐ２００９−１９３１１１）
【出願日】平成２１年８月２４日（２００９．８．２４）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２０年度、経済産業省、地層処分技術調査等委託費（地層処分共通技術調査：岩盤中地下水移行評価技術高度化開発）委託事業、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００１７３８０９）財団法人電力中央研究所 (1,040)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月２４日（２００９．８．２４）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２０年度、経済産業省、地層処分技術調査等委託費（地層処分共通技術調査：岩盤中地下水移行評価技術高度化開発）委託事業、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００１７３８０９）財団法人電力中央研究所 (1,040)
【Ｆターム（参考）】
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