JP4790829B2 - Self-cutting hole monitor and high-pressure jet stirring method - Google Patents
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Description
本発明は、高圧噴射撹拌工法（ジェットグラウト工法）および本工法に用いられる自削孔モニターに関し、主に削孔時に固化材液噴射ノズルから削孔水が無駄に放出されるのを無くして、削孔能率の向上と削孔水のロスを低減することができる。 The present invention relates to a high-pressure jet agitation method (jet grouting method) and a self-cutting hole monitor used in the main method, mainly eliminating the wasteful discharge of drilling water from the solidified material liquid injection nozzle during drilling, It is possible to improve the drilling efficiency and reduce the loss of drilling water.
高圧噴射撹拌による地盤改良工法として、例えば、図３に図示するように、注入管ロッド１の先端から削孔水を噴射して地盤を切削しながら計画深度まで削孔した後、注入管ロッド１の先端から固化材液を噴射し、かつ注入管ロッド１をその軸周りに回転させながら徐々に引き上げて注入管ロッド１の周囲に切削土と固化材液とからなる柱状の地盤改良体Ａを造成する方法が知られている。
As shown in FIG. 3, for example, as shown in FIG. 3, the ground improvement method by high-pressure jet agitation is used to inject the drilling water from the tip of the
この場合、注入管ロッド１の先端部には、削孔の際は、削孔水を噴射して地盤を削孔し、地盤改良の際は地盤中に固化材液を高圧噴射して地盤改良体Ａを造成するための自削孔モニター２が接続されている。
In this case, at the tip of the
自削孔モニター２は、例えば、図４に図示するようにモニター本体の下端部に掘削ビット３と削孔水噴射ノズル４を、側部に固化材液噴射ノズル５と圧縮エア噴射ノズル６をそれぞれ有し、さらにモニター本体内に削孔水と固化材液を圧送するための液体圧送流路７と圧縮エアを圧送するための圧縮エア圧送流路８が内蔵され、液体圧送流路７は削孔水圧送流路と固化材液圧送流路の両方を兼ねて内蔵されている。
For example, as shown in FIG. 4, the self-
そして、削孔の際は、液体圧送流路７内に削孔水を圧送し、削孔水噴射ノズル４から削孔水を高圧噴射してモニター本体下方の地盤を切削することにより注入管ロッド１を計画深度まで挿入することができる。
In the case of drilling, the injection pipe rod is formed by pumping the drilling water into the liquid
一方、地盤改良の際は、液体圧送流路７内に止水ボール９を投入して削孔水噴射ノズル４を内側ら塞いだ後、液体圧送流路７内に固化材液を圧送し、固化材液噴射ノズル５から地盤中に固化材液を高圧噴射し、同時に自削孔モニター２を注入管ロッド１と共にその軸回りに回転させながら徐々に引き上げることにより、注入管ロッド１の周囲に固化材液と切削土からなる柱状の地盤改良体Ａを造成することができる。
On the other hand, when the ground is improved, a
この場合、固化材液のジェット噴流によって地盤が切削され、切削された土砂と固化材液が混合攪拌されることにより地盤改良体Ａが造成される。また、圧縮エア噴射ノズル６から噴射された固化材液の周囲に圧縮空気を沿わせて噴射することにより、固化材液のジェットエネルギーが地下水によって衰えるのを低減することができる。
In this case, the ground is cut by the jet of the solidifying material liquid, and the ground improvement body A is formed by mixing and stirring the cut earth and sand and the solidifying material liquid. Moreover, it can reduce that the jet energy of a solidification material liquid falls by groundwater by injecting along with the compressed air around the solidification material liquid injected from the compressed
しかし、モニター本体に内臓された液体圧送流路は、削孔水流路と固化材液流路の両方の流路を兼ねており、また削孔水噴射ノズルは特に塞がれているわけではないので、自削孔モニターによって削孔しながら注入管ロッドを計画深度まで挿入する間、液体圧送流路に圧送された削孔水は固化材液噴射ノズル４からも放出される。
However, the liquid pumping flow path built in the monitor body serves as both the drilling water flow path and the solidified material liquid flow path, and the drilling water jet nozzle is not particularly blocked. Therefore, while inserting the injection tube rod to the planned depth while drilling by the self-cutting hole monitor, the drilling water pumped to the liquid pumping flow path is also discharged from the solidifying material
このため、対象地盤が特に比較的硬質な地盤の場合は、削孔水の圧力が高くなり、その結果固化材液噴射ノズルから削孔水が多量に逸水されることとなって、削孔が困難に陥るだけでなく削孔水のロスが大きくなる等の課題があった。 For this reason, when the target ground is a relatively hard ground, the pressure of the drilling water becomes high, and as a result, a large amount of drilling water is discharged from the solidifying material liquid injection nozzle, so that In addition to difficulties, there are problems such as increased drilling water loss.
また、注入管ロッドを接続する際や削孔水から固化材に切り換える際に、液体圧送流路内が一時的に減圧状態になるため、地下水の静水圧によって固化材液噴射ノズル内に地中の地盤砂が入り込み、固化材液噴射ノズルが目詰まりを起こすおそれがあった。 Also, when connecting the injection tube rod or when switching from drilling water to solidified material, the pressure inside the liquid pressure-feeding channel is temporarily reduced, so the hydrostatic pressure of the groundwater causes underground injection into the solidified material liquid injection nozzle. There was a risk of clogging of the solidifying material liquid injection nozzle.
なお、固化材液噴射ノズルの目詰まりを防止する自削孔モニターとして、固化材液噴射ノズルの先端部にノズルの先端部を覆う封止部を設け、地盤改良の際に固化材液の噴射圧力で封止を解除するように構成された自削孔モニターが開示されている（特許文献１）。 In addition, as a self-cutting hole monitor that prevents clogging of the solidifying material liquid injection nozzle, a sealing portion that covers the tip of the solidifying material liquid injection nozzle is provided at the front end of the solidifying material liquid injection nozzle, and the solidifying material liquid is injected during ground improvement. A self-cutting hole monitor configured to release sealing by pressure is disclosed (Patent Document 1).
しかし、特許文献１に記載された自削孔モニターの場合は、封止部は固化材液噴射ノズルの外側に取り付けられているため、削孔中に周囲の地盤との摩擦で簡単に離脱してしまうおそれがあった。
However, in the case of the self-cutting hole monitor described in
本発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、削孔の際に固化材液噴射ノズルから無駄に放出される削孔水を無くして、削孔能率の向上と削孔水のロスの低減を可能にした自削孔モニターおよび高圧噴射撹拌工法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and eliminates drilling water discharged wastefully from the solidification material liquid injection nozzle during drilling, improving drilling efficiency and drilling water. An object is to provide a self-cutting hole monitor and a high-pressure jet stirring method capable of reducing loss.
請求項１記載の自削孔モニターは、下端部に削孔水噴射ノズルを備え、側部に固化材液噴射ノズルを備え、かつ前記削孔水噴射ノズルに削孔水を圧送する液体流路と前記固化材液噴射ノズルに固化材液を圧送する液体流路を兼ねた液体流路を内蔵した自削孔モニターにおいて、前記固化材液噴射ノズル内に、削孔の際は固化材液噴射ノズルを塞ぎ、地盤改良の際は固化材液の噴射圧力によってノズルの外に押し出されるように形成されたモニター用プラグを備え、当該モニター用プラグは、内周面が先端方向に徐々に小径となるような円錐状に形成された固化材液噴射ノズルの内周面の形状に対応して、先端方向に徐々に小径に形成された円錐状部を備えていることを特徴とするものである。
The self-drilling hole monitor according to
本発明によれば、削孔の際および削孔水から固化材液に切り替える際は、固化材液噴射ノズルがモニター用プラグによって塞がれていることにより、削孔の際に固化材液噴射ノズルから削孔水が無駄に放出されるのを防止することができ、また、削孔が完了して削孔水から固化材液に切り換える際には、地下水圧によって土などが固化材液噴射ノズル内に入り込むのを防止することができるため、削孔能率が向上し地盤改良を効率的に行うことができる等の効果を有する。 According to the present invention, when the hole is drilled and when the hole water is switched from the hole water to the solidified material liquid, the solidified material liquid injection nozzle is blocked by the monitoring plug, so that the solidified material liquid injection is performed at the time of drilling. It is possible to prevent the drilling water from being discharged from the nozzle, and when the drilling is completed and the water is switched from the drilling water to the solidifying material liquid, the ground water pressure causes the soil to eject the solidifying liquid. Since entering into the nozzle can be prevented, the hole drilling efficiency is improved and the ground can be improved efficiently.
通常、削孔時の削孔水の送水圧力は２ＭＰａ程度あり、また地盤改良時の固化材液の噴射圧力は１０〜４０ＭＰａ程度あるため、２ＭＰａ程度の送水圧力程度ではノズルの外に押し出されないで固化材液噴射ノズル内に留まり、１０〜４０ＭＰａ程度の固化材液の噴射圧力でノズルの外に押し出されるように自削孔用モニターの材質、硬さ、大きさ、形状等を設定すればよい。 Usually, the water supply pressure of the drilling water at the time of drilling is about 2 MPa, and the injection pressure of the solidified material liquid at the time of ground improvement is about 10 to 40 MPa, so the water supply pressure of about 2 MPa is not pushed out of the nozzle. If you set the material, hardness, size, shape, etc. of the self-cutting hole monitor so that it stays in the solidifying material liquid injection nozzle and is pushed out of the nozzle with the injection pressure of the solidifying material liquid of about 10-40 MPa Good.
また、モニター用プラグの円錐状部の外周面が固化材液噴射ノズルの先端方向に徐々に小径となるようなテーパ面をなしていることにより、削孔時の削孔水の送水圧力によって、モニター用プラグが固化材液噴射ノズルの外に簡単に押し出されるようなことはないので、固化材液噴射ノズルから削孔水が無駄に放出されるのを防止することができる。 In addition, the outer peripheral surface of the conical part of the monitor plug has a tapered surface that gradually decreases in diameter toward the tip of the solidifying material liquid injection nozzle, so that the water supply pressure of the drilling water at the time of drilling Since the monitoring plug is not easily pushed out of the solidifying material liquid injection nozzle, it is possible to prevent waste water from being discharged from the solidifying material liquid injection nozzle.
また、円錐状部の内側端面のほうが外側（先端側）端面よりも断面積が大きいので、モニター用プラグにノズルの外側から内向きに作用する力よりもノズルの内側から外向きに作用する力のほうが大きくなる。 In addition, since the inner end surface of the conical section has a larger cross-sectional area than the outer (front end) end surface, the force acting on the monitor plug from the inside of the nozzle to the outside rather than the force acting on the monitor plug from the outside of the nozzle. Is bigger.
このため、削孔水から固化材液に切り替える際などにノズル内が一時的に減圧状態になったとしても、モニター用プラグがノズルの内方に押込まれ、土などがノズル内に入ってノズルの目詰まりを引き起こすようなことはない。 For this reason, even when the inside of the nozzle is temporarily depressurized when switching from the drilling water to the solidifying material liquid, the monitoring plug is pushed inward of the nozzle, and dirt etc. enters the nozzle and enters the nozzle. It will not cause any clogging.
請求項２記載の自削孔モニターは、請求項１記載の自削孔モニターにおいて、モニター用プラグは、弾性材から形成されてなることを特徴とするものである。この場合の自削孔モニター用プラグの材質としては、例えばゴムやプラスチック等が調達および加工が容易で、しかも硬さも自由に調整できる等の理由により適している。
The self-cutting hole monitor according to
請求項３記載の高圧噴射撹拌工法は、下端部に削孔水噴射ノズルを備え、側部に固化材液噴射ノズルを備え、かつ前記削孔水噴射ノズルに削孔水を圧送する液体流路と前記固化材液噴射ノズルに固化材液を圧送する液体流路とを兼ねた液体流路を内蔵した自削孔モニターを用いて地盤改良体を造成する高圧噴射撹拌工法において、前記固化材液噴射ノズル内に、削孔の際は固化材液噴射ノズルを塞ぎ、地盤改良の際は固化材液の噴射圧力によってノズルの外に押し出されるように形成され、かつ内周面が先端方向に徐々に小径となるような円錐状に形成された固化材液噴射ノズルの内周面の形状に対応して、先端方向に徐々に小径に形成された円錐状部を備えた自削孔モニターを用い、当該自削孔モニターの固化材液噴射ノズル内にモニター用プラグを取り付けて固化材液噴射ノズルを塞ぐ工程と、前記液体流路に削孔水を圧送し、削孔水噴射ノズルから削孔水を噴射しながら地盤を削孔する工程と、前記液体流路に固化材液を圧送し、前記固化材液噴射ノズルから噴射される固化材液の噴射圧力によってモニター用プラグを固化材液噴射ノズルの外に押し出す工程と、固化材液噴射ノズルから地盤中に固化材液を噴射しながら自削孔用モニターを徐々に引き上げる工程とから構成されてなることを特徴とするものである。
請求項４記載の高圧噴射撹拌工法は、請求項３記載の高圧噴射撹拌工法において、モニター用プラグは、弾性材から形成されてなることを特徴とするものである。
The high-pressure jet agitation method according to
The high-pressure jet stirring method according to
本発明は、削孔の際および削孔水から固化材液に切り替える際などは、固化材液噴射ノズルがモニター用プラグによって塞がれていることにより、削孔の際に固化材液噴射ノズルから削孔水が無駄に放出されるのを低減することができ、また、削孔が完了して削孔水から固化材液に切り換える際には、地下水圧によって土などが固化材液噴射ノズル内に入り込むのを防止することができるため、削孔能率が向上し地盤改良を効率的かつ経済的に行うことができる等の効果を有する。 In the present invention, the solidifying material liquid injection nozzle is closed at the time of drilling because the solidifying material liquid injection nozzle is closed by the monitoring plug when drilling and when switching from the drilling water to the solidifying material liquid. When the drilling is completed and the water is switched from the drilling water to the solidified material liquid, the ground material pressure causes the solid material liquid injection nozzle Since it can be prevented from entering the inside, the drilling efficiency is improved, and the ground can be improved efficiently and economically.
図１（ａ），（ｂ）は、注入管ロッドの先端部に接続された自削孔モニターの先端部分を示し、また、図２（ａ），（ｂ）は自削孔モニターに取り付けられている固化材液噴射ノズルとモニター用プラグを示したものである。 FIGS. 1 (a) and 1 (b) show the tip portion of the self-cutting hole monitor connected to the tip of the injection tube rod, and FIGS. 2 (a) and 2 (b) are attached to the self-cutting hole monitor. The solidifying material liquid injection nozzle and the monitoring plug are shown.
図において、モニター本体の下端部に掘削ビット３と削孔水噴射ノズル４がそれぞれ設けられている。また、側部に固化材液噴射ノズル５と圧縮エア噴射ノズル６が設けられている。
In the figure, a
さらに、モニター本体には削孔水と固化材液を圧送する液体圧送流路７と圧縮エアを圧送するエア圧送流路がそれぞれ内蔵され、液体圧送流路７は削孔水噴射ノズル４と固化材液噴射ノズル５に接続され、また削孔水を圧送する流路と固化材液を圧送する流路の両方を兼ねている。エア圧送流路８は圧縮エア噴射ノズル６に接続されている。
Further, the monitor main body includes a
固化材液噴射ノズル５と圧縮エア噴射ノズル６は同心円状に設けられ、内側に固化材液噴射ノズル５が設けられ、その外周に圧縮エア噴射ノズル６が設けられている。
The solidifying material
さらに、固化材液噴射ノズル５は、モニター本体の直径方向に所定の長さに形成され、その先端はモニター本体の側面に開口している。また、固化材液噴射ノズル５の内径は、先端部分５ａが一定長さに渡り一定で最も細く、基端部分５ｂが一定長さに渡り一定で先端部分５ａより太く、かつ先端部分５ａと基端部分５ｂ間の中間部分５ｃは先端部分５ａ側から基端部分５ｂ側方向に徐々に太くなるように形成されている。
Further, the solidifying material
そして、このように形成された固化材液噴射ノズル５内に、モニター用プラグ１０が取り付けられている。モニター用プラグ１０は、固化材液噴射ノズル５の先端部分５ａおよび中間部分５ｃの内部の形状とそれぞれ対応する断面形状に形成された柱状部１０ａと円錐状部１０ｂとから形成されている。
A
柱状部１０ａは、固化材液噴射ノズル５の先端部分５ａに挿入可能な円柱状に形成され、円錐状部１０ｂは固化材液噴射ノズル５の中間部分５ｂに挿入可能な円錐形状に形成され、かついずれの部分も固化材液噴射ノズル５の先端部分５ａと中間部分５ｃに挿入された際に、固化材液噴射ノズル５の先端部分５ａと中間部分５ｃの内周面に完全に密着するように形成されている。
The
さらに、柱状部１０ａと円錐状部１０ｂはゴムやプラスチック等の弾性材から一体に形成されている。
Further, the
このような構成において、注入管ロッド１を所定の深度まで挿入する際、液体圧送流路７内に削孔水を圧送し、削孔水噴射ノズル４から地盤中に削孔水を高圧噴射することにより地盤を切削して注入管ロッド１を所定の深度まで挿入することができる。
In such a configuration, when the
その際、特にモニター用プラグ１０によって固化材噴射ノズル５は完全に塞がれていることにより、固化材液噴射ノズル５から削孔水が無駄に放出されることはないため、削孔をきわめて効率的に行うことができ、削孔水が無駄に放出されることもない。
At this time, since the solidifying
この場合、モニター用プラグ１０の内側には液体圧送流路７内に圧送された削孔水によって２ＭＰａ程度の送水圧力が作用するが、モニター用プラグ１０の円錐状部１０ｂの外周面が固化材液噴射ノズル５の先端方向に徐々に小径となるテーパ面に形成されていることにより、モニター用プラグ１０が削孔水の送水圧によって固化材液噴射ノズル５の外に簡単に押し出されるようなことはない。
In this case, a water supply pressure of about 2 MPa is applied to the inside of the
また、モニター用プラグ１０には、外部から地下水による静水圧Ｐ１が内向きに作用するが、円錐状部１０ｂの内側端面の面積Ｓ１が柱状部１０ａの外側端面の面積Ｓ２より大きいので、ノズル５の外側からモニター用プラグ１０に作用する内向きの力よりもノズル５の内側からモニター用プラグ１０に作用する外向きの力のほうが大きい。
Further, although the hydrostatic pressure P1 due to groundwater acts inward on the monitoring plug 10 from the outside, the area S1 of the inner end surface of the
このため、削孔水から固化材液に切り替える際などにノズル５内が一時的に減圧状態になったとしても、モニター用プラグ１０がノズル５の内方に押込まれ、土などがノズル５内に入ってノズル５の目詰まりを引き起こすようなことはない。
For this reason, even when the inside of the
この場合、モニター用プラグ１０の柱状部１０ａの外径を固化材液噴射ノズル５の先端部分５ａの内径よりやや大きめに形成したり、あるいは柱状部１０ａの直径を適切に変えて柱状部１０ａの外周面と固化材液噴射ノズル５の先端部分５ａの内周面との摩擦力を適切に調整して内向きの圧力Ｐ１に対する抵抗力を調整することもできる。
In this case, the outer diameter of the
一方、地盤中に固化材液を噴射して地盤改良を行う際は、液体圧送流路７内に止水ボール９を投入して削孔水噴射ノズル４を塞いだ後、液体圧送流路７内に削孔水に代えて固化材液を圧送し、固化材噴射ノズル５から固化材液を高圧噴射して、固化材液噴射ノズル５内に取り付けられたモニター用プラグ１０を固化材液の噴射圧力によって外に押し出すことにより、固化材液を地盤中に噴射して地盤改良を行うことができる。
On the other hand, when the ground improvement is performed by injecting the solidified material liquid into the ground, the
この場合、モニター用プラグ１０には液体圧送流路７内に圧送された固化材液によって１０〜４０ＭＰａとかなり大きな噴射圧力が作用することにより、モニター用プラグ１０は収縮変形して固化材液噴射ノズル４の外に押し出される。
In this case, the
なお、円錐状部１０ｂの長さＬ1を変えて円錐状部１０ｂの内側端面の面積Ｓ１を適切に調整することにより、固化材液の噴射圧力によって外に押し出される際のモニター用プラグ１０の抵抗力を調整することができる。
It should be noted that the resistance of the
次に、本発明に係るモニター用プラグを取り付けた自削孔モニターによる高圧噴射撹拌工法の施工手順を説明する。 Next, the construction procedure of the high-pressure jet stirring method using a self-cutting hole monitor equipped with the monitor plug according to the present invention will be described.
(1) 最初に、固化材液噴射ノズル５内にモニター用プラグ１０を取り付ける。この場合、固化材液噴射ノズル５は通常、モニター本体にねじ込み式により脱着自在に取り付けられていることから、固化材液噴射ノズル５をモニター本体から取り外し、その後方からノズル５内にモニター用プラグ１０を挿入することにより取り付けることができる。
(1) First, the
(2) 次に、モニター用プラグ１０を取り付けた自削孔モニター２を注入管ロッド１の先端部に接続する。そして、自削孔モニター２内の液体圧送流路７内に地上から注入管ロッド１を介して削孔水を圧送し、同時に自削孔モニター２を注入管ロッド１と共に回転させながら地盤中に押し込んで削孔する。
(2) Next, the self-cutting
なお、圧縮エア噴射ノズル６は、削孔中に土などが入り込んで目詰まりを起さないようにノズル６から噴射される圧縮エアで除去できるようなシールやキャップ等で塞いでおくのが望ましい。
The compressed
また、この種のシールやキャップはモニター用プラグ１０に後付けし、固化材液の噴射圧力によってモニター用プラグと一緒に除去できるようにしてもよい。
Further, this type of seal or cap may be retrofitted to the
(3) 計画深度まで削孔したら、次に自削孔モニター２内の液体流路７内に止水ボール９を投入して削孔水噴射ノズル４を塞ぐ。
(3) After drilling to the planned depth, the
(4) 次に、自削孔モニター２内の液体流路７に地上から注入管ロッド１を介して固化材液を圧送し、固化材液の噴射圧力によって固化材液噴射ノズル５内のモニター用プラグ１０をノズル５の外に押出してノズル５を開放する。
(4) Next, the solidified material liquid is pumped from the ground to the
(5) 次に、自削孔モニター２内の液体圧送流路７内に固化材液を、圧縮エア流路８内に圧縮空気をそれぞれ圧送し、固化材液噴射ノズル５から固化材液を、圧縮エア噴射ノズル６から圧縮エアをそれぞれ高圧噴射する。
(5) Next, the solidified material liquid is pumped into the
そして、同時に自削孔モニター２を注入管ロッド１と共にその軸回りに回転させながら徐々に引き上げることにより、注入管ロッド１の周囲に切削土と固化材液とからなる地盤改良体Ａを造成する。
At the same time, the self-cutting
本発明は、削孔時に固化材液噴射ノズルから削孔水が無駄に放出されるのを防止して、削孔能率の向上と削孔水のロスを低減できるようにした自削孔モニター用プラグおよび高圧噴射撹拌工法を提供する。 The present invention is for a self-drilling hole monitor that prevents the drilling water from being wastedly discharged from the solidifying material liquid jet nozzle during drilling, thereby improving the drilling efficiency and reducing the loss of drilling water. Provide plug and high-pressure jet stirring method.
１ 注入管ロッド
２ 自削孔モニター
３ 掘削ビット
４ 削孔水噴射ノズル
５ 固化材液噴射ノズル
６ 圧縮エア噴射ノズル
７ 液体圧送流路
８ 圧縮エア圧送流路
９ 止水ボール
１０ モニター用プラグ
１０ａ 柱状部
１０ｂ 円錐状部
Ａ 地盤改良体
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