JP5514194B2 - 噴射充填工程実行用の注入ヘッド - Google Patents

Description

本発明は、土壌強化（硬化、圧密化）領域形成のために土壌に加圧流体の強化混合物を注入するヘッドに関する。

「噴射充填」（噴射注入、ジェット・グラウティング）として知られる方法は、土壌に柱状の人工複合構造を形成するために使用される。この方法は、土壌自体の粒子を通常はセメント混合物である結合材と混合することに基づくものであり、結合材は、地表に向かって回転しながら引き抜かれる一組の筒状棒の下端近傍に固定される注入ヘッド（本技術分野では一般に「モニター」といわれる）に形成された小さな放射状噴出口から高圧で噴射される。噴射された結合材は、散乱され、周囲の土壌と混合し、これによって通常は円筒形状の複合体を生成し、硬化して土壌強化領域を形成する。噴射散乱の有効性は、水の注入と空気の加圧の少なくとも一方により高めることができる。

モニタ下の筒状棒底部には、該棒を介して供給される穿孔流体で掘削段階に潤滑される穿孔工具が固定される。

現在までに使用されている方法では、一連の段階で強化混合物と穿孔流体の双方が棒内の同じ管を介して供給される。所望の深さに達すると穿孔流体の供給が停止し、強化混合物の注入が開始される。穿孔工具への流れは球状弁又は自動弁により阻止され、そのため強化混合物の流れ全体が横方向噴出口に向けられる。

近年の進歩により、モニター内での圧力損失は抑えられている。この圧力損失は、モニター内の（垂直から水平への）急激な方向変化で起こる乱流によるものであり、システムの効率性を損ねるものである。

近年提案されたシステムでは、強化混合物は、緩やかに方向を変える経路で流体を伝える１以上の湾曲管を経由し、垂直管から横方向噴出口へ向けられており、これによって乱流を減少させている。米国特許第５２２８８０９号では、一定断面で均一な曲率を有する管が使用されている。欧州特許第１３９６５８５号では、徐々に先細となる可変曲率の管が使用されている。

これらの場合においても、穿孔工程では初期の穿孔段階で工具又は刃に穿孔流体を供給することが必要であり、強化混合物の注入は、その後の引き上げ中に行われる。（「高効率注入ヘッド」として知られる）高効率噴射工具を生産する公知のシステムは、棒から噴出口に至る管の連続性に特徴を有するので、穿孔工具を潤滑するためには穿孔流体の流れだけに使用される他の流路を備えることが必要である。したがって、単一流体システムの場合には２個の経路を有する穿孔装置となり、二重流体システムの場合には３個の経路を有する装置となる。代替的手法は、穿孔工具を潤滑する可能性がない、モニター付き噴射充填装置を挿入できる予備的な穴を形成することである。例えば、日本の特開平１０−１９５８６２号公報参照。

従来の多くのモニターでは、噴射処理に必要なセメント混合物は、穿孔工具に対する潤滑流体供給用流路を塞ぐ傾向が有る。混合物硬化後は、潤滑流体を注入する低圧では工具への流路をきれいにするには不十分であり、そのため、モニターは、硬化したセメント混合物の残りを除去するため、新たな穿孔周期毎に分解しなければならない。また、穿孔管及び噴射充填管を介して供給を行うため、独立した圧縮機も必要である。

発明が解決しようとする課題及び課題を解決するための手段

本発明の目的は、上述の問題を解決する注入ヘッドを提供することである。該目的及び他の目的並びに効果は、以下で更に明確にするが、請求項１で規定される高効率注入ヘッドに関する本発明により達成される。他の重要な特徴は、従属請求項で規定されている。

以下、添付図面を参照し、本発明の好適な、しかし非限定的な実施形態について説明する。

本発明の注入ヘッド又はモニターの側立面図である。 図１のII−II線に沿った断面図である。 図１のモニターを上方から見た図である。 図３のIV−IV線に沿った長さ方向断面図である。 図３のＶ−Ｖ線に沿った長さ方向断面図である。

図面を参照すると、細長い円筒状外形を有する注入ヘッド又はモニターは、全体が１０で示され、周囲土壌を分けて強化するために１以上の横方向噴出口１１を介して強化用流体混合物、通常セメント混合物を加圧噴出させるために用いられる。モニター１０の上端は、モニターを垂直移動し回転させるため、一組の筒状棒（不図示）に結合することができる。噴射充填のための装備及び方法は、地質工学分野では周知であるので、本明細書では説明や図示を行わない。

モニター頂部には流入管１２が有り、横方向噴出口に供給される加圧強化用混合物とモニター下端部に取り付けられる穿孔工具又は刃（不図示）を潤滑する穿孔液との双方をモニターに送る。

１以上の横方向噴出口１１は、図示した例では２個示されているが、モニター下端部近傍に位置し、その各々は、対応する小径の二次管１３により流入口１２に接続されている。管の湾曲部１４が設けられ、該部は、加圧混合物の乱流を制限し、その結果、穿孔棒円筒体からの流出を垂直方向から実質的に水平方向又は傾斜方向に変えるために、この例では一定断面を有する（噴出口の流出部に向かって先細であってもよい）。横方向噴出口１１の数、形状及び配置は、必要に応じて変えることができ、特に、長さ方向中心軸ｘに対して径方向とすることができ、また、本質的に円形のモニター断面に対して（図示の例のような）正割線（セカント）や接線（タンジェント）を形成することもできる。

下部の穿孔工具に潤滑液を供給するため、図面（図５）に示されている好適な実施形態では、モニターの長さ方向軸に平行な２本の管１５が設けられている。通過を阻止するための弁２０又は他の手段若しくは装置、例えば球型、板型、仕切型又は弾性ダイヤフラム型のものが穿孔流体用流入管１２と管１５の間に置かれている。各管１５は、弁２０の下流近くに位置する横方向の流路又は空洞１６から、底部で開放され穿孔工具と流体的に導通している下部室１７まで延びている。

弁２０は、流入管１２を穿孔流体管１５に接続し経路２２内で摺動する栓２１を含んでいる。栓２１は、図５に示されているように、弁を上昇開位置に保持するばね２３に関連している。栓２１の上面は、穿孔工具潤滑液と加圧強化混合物の双方を供給する流入管１２に面している。

穿孔段階では、穿孔流体が一般に強化注入流体よりも低い、例えば数十バール低い圧力で注入される。ばね２３は、穿孔流体の圧力が十分大きくなく、これを圧縮して穿孔工具への供給に必要な経路２２残部の形成に最適な配置を超えないように選定される。このため、穿孔流体は、経路２２並びに流路１６及び１５を通って流れ、穿孔工具に達する。注意すべきは、該流体の一部が弁２０の迂回路である流路１３を通り、その後、横方向噴出口１１に達することである。この噴出口は非常に狭い断面を持っているので、これを通る穿孔流体の流速は最小であり、作業に悪影響を及ぼすほど大きくない。

セメント混合物が数百バール級の圧力（例えば、３００〜４００バール）で注入され、かつ弁が調整されている規定圧力水準を超えた場合、ばね２３が圧縮され、栓２１が経路２２を完全に塞ぐ。この位置では、加圧混合物の流れは、完全に管１３を通って横方向噴出口１１に向かい、穿孔工具に通ずる流路の流れは、自動的に、かつ即座に遮断される。

当然のことながら、上述の構成により、セメント混合物は穿孔流体供給用流路に到達できず、そのため本明細書の冒頭部で述べた問題は避けられる。このように、本発明では穿孔流体専用管を備える必要はなく、そのため、従来の噴射棒を使用することが可能となる。換言すれば、本発明は、双方の流体（強化混合物及び穿孔流体）に対して、モニター内とこれを支える中空棒組内の双方において、単一供給管の利用を最適化する。つまり、モニターと棒組の所与の外径に対して、単一供給管は、一組の棒が複数の各流体毎の平行管を含んでいる場合よりも大きな断面を有する。圧力損失は供給管径の４乗に比例するので、大きな断面を有する管の使用によって、モニター噴出口に供給される噴射力は既述の高効率注入ヘッドの場合よりも大きくなる。そのため、同程度の力の使用に対してより大径の強化土柱が生じるので、噴射充填工程は、更に効率が良い。代替的に又は付加的に、一組の棒の外径を小さくすることが可能であり、より軽くなって現場での操作性が良くなり、このようなものを備えて操作される自家動力式穿孔機械では不安定性の問題も殆ど生じない。更に、単一の圧縮機を使用することも可能であり、穿孔段階とこれに続く噴射段階の双方で２本の管への供給に用いられる。

当然のことながら、本発明は、ここで説明し図示した実施形態に限定されるものではなく、それはモニターの実施例と考えるべきである。実際、本発明は、構成部品や細部に関して、また動作に関して、変更を加えることができる。例えば、モニターは、流入管から下部の流出管まで混合物を運搬するのに、単一の管１５を持っていても、複数の管を持っていてもよい。

Claims (6)

1. 土壌強化領域を形成するために土壌に加圧流体強化混合物を注入する注入ヘッド（１０）であって、
   前記ヘッドの上方に載置される一組の円筒棒から流体を受ける上部流入管（１２）、
   湾曲中間部（１４）を持ち、前記上部流入管（１２）を少なくとも１つの横方向噴出口（１１）に接続する少なくとも１つの第１の管（１３）、
   前記流入管（１２）からの流体を穿孔工具に接続される下部流出管（１７）に伝える少なくとも１つの第２の管（１５）、
   前記下部流出管（１７）への流体の流れを遮断するために作動される弁手段（２０〜２３）
   を有し、
   前記弁手段（２０〜２３）が前記上部流入管（１２）の下流に位置し、前記少なくとも１つの横方向噴出口（１１）及び前記少なくとも１つの第２の管（１５）の上方又は上流に位置し、
   前記弁手段（２０〜２３）は、前記ヘッドに注入される流体の圧力に反応し前記下部流出管（１７）への流体の流れを遮断するために、前記流入管（１２）に面する栓（２１）と、注入圧力が所定値未満であるとき栓（２１）を開状態に戻す復帰手段（２３）とを有する
   ことを特徴とする、注入ヘッド。
2. 前記栓（２１）が前記管（１５）の経路を完全に閉鎖するのに適したものであることを特徴とする、請求項１記載の注入ヘッド。
3. 前記復帰手段（２３）が少なくとも１つのばねを有することを特徴とする、請求項１記載の注入ヘッド。
4. 前記第２の管（１５）が栓（２１）により閉鎖される経路（２２）から下部流出管（１７）まで延びていることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか一つに記載の注入ヘッド。
5. 前記経路（２２）の直近下流に位置し該経路と連通する横方向空洞（１６）から前記下部流出管（１７）まで延びる２本の平行な第２の管（１５）を有することを特徴とする、請求項４に記載の注入ヘッド。
6. 前記弁手段（２０〜２３）が前記上部流入管（１２）と前記少なくとも一つの第２の管（１５）の間に配置されていることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか一つに記載の注入ヘッド。

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