JP4448407B2 - 地山改良材注入装置 - Google Patents
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Description
すなわち、地山(たとえば、トンネル切羽の前方)に、所定の深さの下孔を穿孔して該下孔に鋼管を挿入するか、先端に削孔手段が設置された鋼管で所定の深さの削孔を形成して該削孔に鋼管を埋設するかして、液状の地山改良材を、手前から該鋼管内にポンプ等によって圧入し、該鋼管の外周部に穿設された通孔から前記下孔または削孔に注入し、且つ地山内に浸透させるものである。
たとえば、口元部に布(ウエス)を挿入したり、口元部に布(ウエス)と樹脂あるいはセメントとによるコーキングシールによって隔壁を形成したり、口元部に挿入した袋体(パッカー)に樹脂あるいはセメントを充填し、膨張した袋体によって隔壁を形成したりしている(例えば、特許文献1参照)。
(イ)袋体に固結注入材(B液)を充填するため、袋体に固結注入材(B液)を充填するための受け入れ手段(たとえば、所定長さの充填用チューブおよびワンタッチカプラー等)を必要とするため、袋体の構造が複雑になり、袋体自体および地山改良材注入装置の製造コストが上昇する。
たとえば、固結注入材(B液)を圧送するためのポンプの手配、ポンプの起動、ポンプに設置された充填用チーブと袋体に設置された充填用チューブとの連結、充填のためのバルブ操作、充填後のポンプに設置された充填用チーブやワンタッチカプラーの清掃等が必要になる。
(ハ)また、地山への地山改良材の注入に先だって地山改良材の注入とは別個の作業として、袋体にあらかじめ固結用材料(A液)を封入するため、作業が煩雑になり、地山改良のための一連の施工が滞り、工期遅延の一因になる。
たとえば、鋼管の先端部に地山改良材の注入孔を設けて下孔の奥(鋼管の先端に同じ)から地山改良材を注入した場合、注入中に地山改良材の流動性が悪化して(固化を開始して)、地山改良材が口元部に到達しなかったり、注入圧力が途中で減耗して口元部ではほとんど消失したりする。
一方、鋼管の全長に渡って地山改良材の注入孔を設けて、下孔の全長に渡って地山改良材を注入しようとした場合、地山改良材は手前の注入孔から多量に注入され、鋼管の先端に近い注入孔からの注入量が減少する。特に、下孔が傾斜して手前が低い場合や鋼管と小径の場合には、手前の注入孔になる程大きくなる地山改良材のヘッド圧(静圧)や鋼管内壁の流動抵抗によって注入量の不均一が顕著になる。
前記鋼管の一方の端部に地山改良材を受け入れるための受け入れ手段と、前記鋼管の前記袋体の位置に前記袋体に地山改良材を充填するための充填用孔と、前記鋼管の前記袋体よりも他方の端部寄りに、地山に地山改良材を注入するための注入用孔とが設けられ、
前記受け入れ手段を経由して前記鋼管に地山改良材が供給される際、まず前記充填用孔を経由して前記袋体に地山改良材が充填され、その後、前記注入用孔を経由して地山に地山改良材が注入されることを特徴とする。
前記鋼管の一方の端部に地山改良材を受け入れるための受け入れ手段と、前記鋼管の前記複数の袋体の位置に前記複数の袋体のそれぞれに地山改良材を充填するための複数の充填用孔と、前記鋼管の前記複数の袋体同士の間に、地山に地山改良材を注入するための複数の注入用孔とが設けられ、
前記受け入れ手段を経由して前記鋼管に地山改良材が供給される際、まず前記複数の充填用孔を経由して前記複数の袋体に地山改良材が充填され、その後、前記複数の注入用孔を経由して地山に地山改良材が注入され、
前記複数の注入用孔のそれぞれに所定の圧力である注入圧力に到達すると開通して該注入圧力より低い圧力では閉塞する注入用定圧開閉弁が設置され、
該注入用定圧開閉弁のうち前記鋼管の一方の端部に近い位置に設置された注入用定圧開閉弁になる程、前記注入圧力が高くなることを特徴とする。
図1は本発明の実施形態1に係る地山改良材注入装置を説明する上半分を断面にした側面図である。図1において、地山改良材注入装置1(以下「注入装置1」と称す)は、可撓性を具備する略液密的な袋体10と、袋体10を略液密的に貫通する鋼管20とを有している。
鋼管20には、一方の端部(図中、右端部)に地山改良材を受け入れるための受け入れ手段30と、他方の端部(図中、左端部)に土砂類の侵入を防止するための先端閉塞手段40(以下「コーンキャップ40」と称す)が設置されている。
受け入れ手段30は鋼管20に螺合した異径ソケット31と、異径ソケット31に螺合した継手手段32(たとえば、ワンタッチカプラー)から形成され、継手手段32は地山改良材を供給する地山改良材供給管(図示しない地山改良材を供給する圧送ポンプに接続している)に接続されるものでる。また、コーンキャップ40は鋼管20に螺合または嵌合している。
そして、充填用孔21および注入用孔22には、それぞれ所定の圧力である充填圧力(P1)および注入圧力(P2)に到達すると開通して該充填圧力(P1)および注入圧力(P2)より低い圧力では閉塞する充填用定圧開閉弁50および注入用定圧開閉弁60(以下、まとめて「定圧開閉弁」と称する場合がある)が設置されている。
すなわち、充填用定圧開閉弁50の圧縮バネ55および注入用定圧開閉弁60の圧縮バネ65のプレロ−ドが、それぞれ充填圧力(P1)および注入圧力(P2)に設定され、充填圧力(P1)は注入圧力(P2)より低い値(P1<P2)になっている。
したがって、鋼管20に地山改良材が供給されて内圧が上昇し、内圧が充填圧力(P1)に到達すると、まず、圧縮バネ55が収縮して充填用定圧開閉弁50が開通する。そして、内圧がさらに上昇して注入圧力(P2)に到達すると、圧縮バネ65が収縮して注入用定圧開閉弁60が開通する。
なお、袋体10は、地山改良材の充填によって膨張して口元部9を閉塞する限り、形状や材質等は限定するものではない。また、本発明において「略液密的」とは、地山改良材の供給によって膨張を維持できる程度の地山改良材の洩れ(リーク)を許容するものを指している。
図4の(a)において、地山7に形成された下孔8に注入装置1が挿入され、注入装置1の受け入れ手段30に、地山改良材を供給する地山改良材供給管(図示しない)が接続される。このとき、袋体10は折り畳まれて鋼管20の周囲を抱き込んでいるから、袋体10の外周が下孔に押し付けられることがなく、注入装置1は下孔8に容易に挿入される。また、鋼管20の先端にはコーンキャップ40が設置されているから、鋼管20内に土砂が侵入することがない。
なお、充填用孔21や注入用孔22の位置、大きさ、数量は限定するものではなく、また、充填用定圧開閉弁50や注入用定圧開閉弁60の型式も限定するものではない。また、鋼管20はスチール管(炭素鋼)限定するものではなく、ステンレス管(合金鋼)や樹脂管等を含むものである。
(い)充填用孔21に鋼管20から袋体10に向けてのみ地山改良材を吐出する逆止弁を設置し、注入用孔22に定圧開閉弁を設置したり、
(う)充填用孔21を貫通孔のみに(定圧開閉弁や逆止弁を撤去)して、注入用孔22に定圧開閉弁を設置しても同様の動作が得られる。
(え)さらに、注入用孔22に注入圧力に到達すると開放して、一旦開放した後は開放を継続する定圧開放弁を設置し、充填用孔21に定圧開閉弁またはる逆止弁を設置してもよい。
図5は本発明の実施形態2に係る地山改良材注入装置を説明する一部を断面にした側面図である。図5において、地山改良材注入装置2(以下「注入装置2」と称す)は、前述の実施形態1における注入装置1の注入用孔22に設置した注入用定圧開閉弁60を撤去して、鋼管20の内部で充填用孔21と注入用孔22aとの間に、所定の圧力である注入圧力(P2)に到達すると開通して該注入圧力(P2)より低い圧力では閉塞する注入用定圧開閉弁70(注入用定圧開閉弁60に同じ)を設置したものである。
したがって、1台の注入用定圧開閉弁70を設置するだけで、実施形態1における注入装置1と同様の作用、効果を奏する。したがって、注入用孔22a、22b、22c(図5において3箇所)の数量を増しても部品点数が増加することがなく、部品コストが上昇しない。
また、外フランジ77を撤去して(注入用定圧開閉弁70の外周を筒状にして)、ボディ72を上流側と下流側との両方から挾持しても、あるいは、ボディ72を下流側のみで支持してもよい。
図6は本発明の実施形態3に係る地山改良材注入装置を説明する模式図である。図6において、地山改良材注入装置3(以下「注入装置3」と称す)は、複数個の袋体を有するものである。
すなわち、鋼管20には、一方の端部に受け入れ手段30と、他方の端部にコーンキャップ40とが設置され、所定の間隔を設けて袋体10a、10b、10c、10d(以下、まとめて「袋体10」と称する場合がある)が設置されている。
そして、鋼管20の袋体10a、10b、10c、10dに包囲された位置に、それぞれ充填用孔21a、21b、21c、21d、が穿設され、そこに、充填用定圧開閉弁50a、50b、50c、50d、が設置されている。
すなわち、注入装置3が地山に傾斜して挿入され、手前側が低い位置にある場合、鋼管20内に供給された地山改良材の自重によって、注入用孔22a、22b、22c、22d(以下、まとめて「注入用孔22」と称する場合がある)にはそれぞれ異なった値のヘッド圧(静圧)ΔPa、ΔPb、ΔPc、ΔPdが作用する。
つまり、それぞれの注入用定圧開閉弁60の注入圧力を、概ね、Pa=P2+ΔPa、Pb=P2+ΔPb、Pc=P2+ΔPc、Pd=P2>P1、にしている。
そして、内圧がさらに上昇して、先端の注入用定圧開閉弁60dにおける地山改良材の圧力が注入圧力(P2)に到達すると、aゾーン、bゾーン、cゾーンおよびdゾーンのそれぞれに略同時に地山改良材が注入されることになる。
なお、充填用定圧開閉弁50についても、前記と同様にヘッド圧がかかっているが、全ての袋体10を同時に膨張させる必要がないから、充填用定圧開閉弁50のそれぞれについて、充填圧力(プレロード)を調整する必要がない。
また、充填用定圧開閉弁50や注入用定圧開閉弁60の型式は限定するものではなく、また、実施形態1に準じて、逆止弁や定圧開放弁等を使用してもよい。
以上説明した実施形態1(図1〜図4参照)、実施形態2(図5参照)、実施形態3(図6参照)は、それぞれ、充填用孔21に充填用定圧開閉弁50または逆止弁(図示しない)が設置されたものであるが、本発明はこれに限定するものではなく、充填用孔21を貫通孔(充填用定圧開閉弁50または逆止弁が設置されていない)にして、注入用孔22に注入用定圧開閉弁60を設置したり、あるいは、充填用孔21の下流に注入用定圧開閉弁70を設置したりしてもよい。
2 地山改良材注入装置2
3 地山改良材注入装置3
7 地山
8 下孔
9 口元部
10 袋体
11 開口部
12 開口部
20 鋼管
21 充填用孔
22 注入用孔
30 受け入れ手段
31 異径ソケット
32 継手手段
40 コーンキャップ
50 充填用定圧開閉弁
51 内フランジ
52 ボディ
53 リング
54 バルブ
55 圧縮バネ
56 キャップ
57 外フランジ
60 注入用定圧開閉弁
61 内フランジ
62 ボディ
63 リング
64 バルブ
65 圧縮バネ
66 キャップ
67 外フランジ
70 充填用定圧開閉弁
71 内フランジ
72 ボディ
73 リング
74 バルブ
74 ボディ
74 弁体
75 圧縮バネ
76 キャップ
77 外フランジ
78 断面C字管
81 環状体
82 環状体
83 縛着リング
84 縛着リング
Pa 注入圧力
Pb 注入圧力
Pc 注入圧力
Pd 注入圧力
ΔPa ヘッド圧
ΔPb ヘッド圧
ΔPc ヘッド圧
ΔPd ヘッド圧
Claims (5)
- 可撓性を具備する略液密的な複数の袋体と、該複数の袋体を略液密的に貫通する鋼管とを有する地山に地山改良材を注入するための地山改良材注入装置であって、
前記鋼管の一方の端部に地山改良材を受け入れるための受け入れ手段と、前記鋼管の前記複数の袋体の位置に前記複数の袋体のそれぞれに地山改良材を充填するための複数の充填用孔と、前記鋼管の前記複数の袋体同士の間に、地山に地山改良材を注入するための複数の注入用孔とが設けられ、
前記受け入れ手段を経由して前記鋼管に地山改良材が供給される際、まず前記複数の充填用孔を経由して前記複数の袋体に地山改良材が充填され、その後、前記複数の注入用孔を経由して地山に地山改良材が注入され、
前記複数の注入用孔のそれぞれに所定の圧力である注入圧力に到達すると開通して該注入圧力より低い圧力では閉塞する注入用定圧開閉弁が設置され、
該注入用定圧開閉弁のうち前記鋼管の一方の端部に近い位置に設置された注入用定圧開閉弁になる程、前記注入圧力が高くなることを特徴とする地山改良材注入装置。 - 前記複数の注入用孔に、所定の圧力である注入圧力に到達すると開通して該注入圧力より低い圧力では閉塞する注入用定圧開閉弁が設置されていることを特徴とする請求項1記載の地山改良材注入装置。
- 前記複数の充填用孔のそれぞれに、前記鋼管の他方の端部に最も近い位置に設置された注入用定圧開閉弁の注入圧力よりも低い圧力である充填圧力に到達すると開通して該充填圧力よりも低い圧力では閉塞する充填用定圧開閉弁が設置されていることを特徴とする請求項1または2記載の地山改良材注入装置。
- 前記複数の充填用孔のそれぞれに、地山改良材を前記袋体に向けてのみ通過させる充填用逆止弁が設置されていることを特徴とする請求項1または2記載の地山改良材注入装置。
- 前記鋼管の外面に弾性を具備する複数群の一対の環状体が設置され、前記複数の袋体の前記鋼管が貫通している一対の鋼管貫通部の周囲がそれぞれ前記複数群の一対の環状体を介して前記鋼管に縛着されていることを特徴とする請求項1乃至4の何れかに記載の地山改良材注入装置。
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