JP6127256B1 - 高圧噴射ノズル装置およびそれが装着された地盤改良装置 - Google Patents

Abstract

【課題】硬化材噴射ノズルから噴射される硬化材液の動力損失が少ない高圧噴射ノズル装置およびそれが装着された地盤改良装置を提供する。【解決手段】セメントミルクがノズル本体部２４ｘの後端内径部２８ｘの流路分割部３１ｘにより細かく分断されることにより、セメントミルクの乱流状態が崩され、セメントミルクは分割されたそれぞれの空間で流速分布が均一化されながらより細かく層流化される。これにより、ノズル本体部２４ｘ先端から噴射されるセメントミルクの切削能力がより増大し、セメントミルクをより遠距離まで噴射させる。【選択図】図１２

Description

本発明は、注入ロッド内の硬化材液供給管内と連通し、該注入ロッドの先端と連結したモニターの側面に設けられた高圧噴射ノズル装置およびそれが装着された地盤改良装置である。

従来より、地盤中の削孔した掘削孔に注入ロッドを挿入し、その注入ロッドの先端側面に取り付けられたノズルから注入ロッドの軸方向と直角方向に硬化材液を噴射する地盤改良装置が知られている。

この地盤改良装置は、図３２に示すように、硬化材供給管１０８と圧搾空気供給管１０９とからなる二重管構造の注入ロッド１０１の下端部側壁１０１ａに噴射口１０７が設けられている。この噴射口１０７は、注入ロッド１０１の硬化材液供給管１０８と連通する硬化材液噴射ノズル１１０の吐出口と、その硬化材液噴射ノズル１１０を包囲するとともに、圧搾空気圧送管１０９と連通する圧搾空気噴射ノズル１１１から構成されている。そして、注入ロッド１０１の上部から硬化材液供給管１０８を介して硬化材液が供給され、その硬化材液が硬化材液噴射ノズル１１０から噴射されるというものであった（たとえば、特許文献１）。ここで、図３２は、従来の注入ロッドの正面断面図である。

特開平１０−３３１１５１号公報

しかしながら、従来の地盤改良装置は、注入ロッド１０１の軸方向の硬化材液供給管１０８から注入ロッド１０１の軸と略直交する硬化材液噴射ノズル１１０に硬化材液が送り出されるので、硬化材液供給管１０８から硬化材液噴射ノズル１１０に硬化材液が送り出される部分、すなわち管路の曲がり部分で、硬化材液の流れの一部が旋回流となるとともに、硬化材液噴射ノズル１１０手前で硬化材液の流れの一部が乱流状態になり、また、硬化材液噴射ノズル１１０内部を流れる硬化材液の流れの乱れおよび硬化材液噴射ノズル１１０の内周部と中心部の流速差により、硬化材液噴射ノズル１１０から噴射される硬化材液の動力損失を生じさせることになる。このように、硬化材液噴射ノズル１１０から噴射される硬化材液の動力損失を生じると、硬化材液噴射ノズル１１０から噴射される硬化材液の切削能力が減退し噴射距離が短くなるという問題があった。

以上のように、従来の地盤改良装置では、硬化材液噴射ノズルから噴射される硬化材液の動力損失が生じることにより噴射距離が短くなっていたので、それを解消させるために、硬化材液噴射ノズルから噴射される硬化材液の噴射時間を長くしたり、注入ロッドを上方に引き上げる間隔を短くすることにより、広範囲の地盤を改良していた。しかしながら、このような方法で広範囲の地盤を改良するとなると、地盤改良工事の施工期間が長期化するとともに、施工効率も下がることになり、その結果、地盤改良工事の工事費用も増大するという問題があった。また、硬化材液噴射ノズルから遠距離まで硬化材液を噴射させる方法として、硬化材液噴射ノズルに供給する硬化材液の供給圧を増大させる方法もあるが、この方法では、注入ロッドや硬化材液噴射ノズルに高圧で硬化材液が供給されるため、その周辺機器の消耗が激しくなるとともに、それらの消耗が地盤改良の不具合を生じさせる可能性もあった。

また、後述する図７に示すように、噴射ノズルの出口径ｄ、噴射ノズルの先端同径部分の長さＬ、噴射ノズル全長の長さＬＬ、噴射ノズルの後端部から噴射ノズルの先端同径部分に至るまでの絞り角Ｂとしたときに、以下の関係式を満たせば、噴射ノズルから硬化材液を遠距離まで噴射させることが知られている。ここで、図７は本願発明の第１実施形態の図面であり、ここでは噴射ノズルのみに着目して説明している。

近年、大口径の地中固結体の造成の要望が多くあり、このような大口径の地中固結体を造成するためには、噴射ノズルの出口径ｄを大きくする必要がある。しかしながら、噴射ノズルの出口径ｄが大きくなると、上記の式１〜式３の関係式を満たすためには、必然的に、噴射ノズルの先端同径部分の長さＬや、噴射ノズル全長の長さＬＬの長さを長くすることが必要となり、モニターの外形が大型化するという問題が生じる。さらに、モニターの外形が大型化すれば、注入ロッドも大型化するとともに、注入ロッド全体が大重量化し、それを支持するボーリングマシンなども大型化することから、地盤改良の施工コストも増大することになるという問題が生じる。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、高圧噴射ノズルから硬化材液を遠距離まで噴射することができる高圧噴射ノズル装置およびそれが装着された地盤改良装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決し上記目的を達成するために、本発明のうち第１の態様に係るものは、注入ロッド内の軸方向に形成された硬化材液供給管内と連通し、注入ロッドの先端と連結したモニターの側面に設けられた高圧噴射ノズル装置であって、内周面が先端方向へ縮径して形成されたテーパ面状の中間内径部と、中間内径部の先端と連通し、直径が中間内径部の先端の直径と略同径である先端内径部と、中間内径部の後端と連通し、直径が中間内径部の後端の直径と略同径、もしくは該略同径から後端方向へ拡径して形成された後端内径部とからなる中空形状が形成されたノズル本体部を、有し、ノズル本体部の後端内径部には、中空形状断面を複数の空間に分割する流路分割部が形成され、ノズル本体部の後端内径部を流れる硬化材液が流路分割部で分割されたそれぞれの空間でより細かく層流化された後に、中間内径部の有形物が存在しない中空形状の空間で縮径されて先端方向に送られるので、ノズル本体部の先端内径部から噴射される硬化材液の切削能力が増大され、硬化材液をより遠距離まで噴射することができることを特徴とするものである。

注入ロッド内の硬化材液供給管方向からモニター内のノズル本体部の中空形状方向に硬化材液が方向転換する際には、管路の曲がり部分で硬化材液の流れの一部が旋回流となるとともに、ノズル本体部の手前で硬化材液の流れの一部が乱流状態になるが、本発明によれば、硬化材液がノズル本体部の後端内径部の流路分割部により細かく分断されることにより、硬化材液の乱流状態が崩され、硬化材液は分割されたそれぞれの空間で流速分布が均一化されながらより細かく層流化される。そして、その層流化させた硬化材液は内周面が先端方向へ縮径して形成されたノズル本体部の中間内径部の有形物が存在しない中空形状の空間で整流化されながら流速が大きく増大し、その流速が増大した硬化材液がノズル本体部の中間内径部の先端の直径と略同径であるノズル本体部の先端内径部で直進性が大きく増大する。このように、ノズル本体部先端から噴射される硬化材液の切削能力がより増大することにより、地盤の組織構造を破壊し、硬化材液をより遠距離まで噴射させることができる。

本発明のうち第２の態様に係るものは、第１の態様に係る高圧噴射ノズル装置であって、ノズル本体部の外周面外側に雄螺子が形成され、その雄螺子とモニターのノズル本体部取付孔の内周面内側に形成された雌螺子が螺合することにより、ノズル本体部がモニターに着脱自在に取り付けられることを特徴とするものである。

本発明によれば、ノズル本体部の外周面外側に形成された雄螺子とモニターのノズル本体部取付孔の内周面内側に形成された雌螺子が螺合することにより、ノズル本体部がモニターに着脱自在に取り付けられるので、用途に合わせてノズル本体部を自由に取り替えることができるとともに、ノズル本体部を簡易な方法でモニターに取り付けることができる。

本発明のうち第３の態様に係るものは、第２の態様に係る高圧噴射ノズル装置であって、ノズル本体部は、モニターの軸方向の高さが異なる位置に複数個形成されたノズル本体部取付孔に装着されることを特徴とするものである。

本発明によれば、モニターの軸方向の高さが異なる位置にノズル本体部取付孔が複数個形成され、そのノズル本体部取付孔にノズル本体部が装着されるので、用途に合わせて異なるノズル本体部取付孔にノズル本体部を取り付けることにより、様々な形状の固結体を短時間で効率良く造成することができるとともに、ノズル本体部の後端内径部をモニター内の硬化材液流路の中心部以上まで突出させて設けることができ、ノズル本体部内部の硬化材液が流れる直線距離をより長く取ることができる。

本発明のうち第４の態様に係るものは、第２の態様に係る高圧噴射ノズル装置であって、ノズル本体部は、下向きに形成されたモニターのノズル本体部取付孔に装着され、ノズル本体部の先端内径部から硬化材液を下向きに噴射することを特徴とするものである。

モニターのノズルは通常モニターの先端から少し上部に設置されているので、地盤内に挿入されたモニターの先端前方に構造物が存在する場合には、その構造物付近まで硬化材液を噴射させることができないが、本発明によれば、下向きに形成されたノズル本体部取付孔にノズル本体部が装着されるので、地盤内に挿入されたモニターの先端前方に構造物が存在し、その構造物より下方にモニターを挿入できない場合でも、構造物付近までノズル本体部の先端内径部から硬化材液を噴射することができ、構造物に密着させた固結体を造成することができる。

本発明のうち第５の態様に係るものは、第１の態様に係る高圧噴射ノズル装置であって、モニター内の空気流路と連通し、ノズル本体部の略先端内径部周囲を囲うように配置され、断面積を縮小して圧縮空気を高速で噴出させる空気噴射ノズルを、さらに有し、空気噴射ノズルから噴射する高圧空気は、ノズル本体部から噴射される硬化材液の周辺を覆うようにして噴射されることを特徴とするものである。

本発明によれば、空気噴射ノズルから噴射する高圧空気がノズル本体部から噴射される硬化材液の周囲を覆うようにして噴射されるので、高圧空気がノズル本体部から噴射される硬化材液の噴流の周りに圧縮空気の気層被膜が作られることにより、ノズル本体部先端から噴射される硬化材液の切削能力が増大することにより、地盤の組織構造を破壊し、硬化材液をより遠距離まで噴射させることができる。

本発明のうち第６の態様に係るものは、第５の態様に係る高圧噴射ノズル装置であって、ノズル本体部は、上向きに形成されたモニターのノズル本体部取付孔に装着され、ノズル本体部の先端内径部から硬化材液を上向きに噴射することを特徴とするものである。

モニターのノズルから高圧空気が噴射される場合は、その噴射された高圧空気は地盤内上部に上昇し地盤内に空気層ができる。本発明によれば、上向きに形成されたノズル本体部取付孔にノズル本体部が装着され、そのノズル本体部先端から硬化材液が上向きに噴射されるので、その空気層を利用して硬化材液をより遠距離まで噴射することができる。

本発明のうち第７の態様に係るものは、第１の態様〜第６の態様のいずれかの態様に係る高圧噴射ノズル装置が装着されたモニターを有する地盤改良装置である。

本発明の高圧噴射ノズル装置によれば、硬化材液がノズル本体部の後端内径部の流路分割部により細かく分断されることにより、硬化材液の乱流状態が崩され、硬化材液は分割されたそれぞれの空間で流速分布が均一化されながらより細かく層流化される。そして、その層流化させた硬化材液は内周面が先端方向へ縮径して形成されたノズル本体部の中間内径部で整流化されながら流速が大きく増大し、その流速が増大した硬化材液がノズル本体部の中間内径部の先端の直径と略同径であるノズル本体部の先端内径部で直進性が大きく増大する。これにより、ノズル本体部先端から噴射される硬化材液の切削能力がより増大することにより、地盤の組織構造を破壊し、硬化材液をより遠距離まで噴射させることができる。

本発明の第１実施形態における高圧噴射ノズル装置が装着される地盤改良装置の施工状況を示す図である。 （ａ）同高圧噴射ノズル装置が装着されたモニターの外観斜視図である。（ｂ）注入ロッドとモニターを結合する結合ピンを示す図である 図２のＡ-Ａ断面図である。 （ａ）図３のＰ−Ｐ部分の拡大図である。（ｂ）モニターのノズル本体部取付孔を示す図である。 本発明の第１実施形態における高圧噴射ノズル装置の構成部品を示す図である。 同構成部品の断面図である。 本発明の第１実施形態における高圧噴射ノズル装置の寸法を示す図である。 図３のＢ−Ｂ断面図である。 図３のＣ−Ｃ断面図である。 本発明の第１実施形態における高圧噴射ノズル装置およびその周辺器具の組立方法を示す図である。 同高圧噴射ノズル装置の装着方法を示す図である。 （ａ）本発明の第２実施形態における高圧噴射ノズル装置の図３のＰ−Ｐ部分の拡大図である。（ｂ）モニターのノズル本体部取付孔を示す図である。 本発明の第２実施形態における高圧噴射ノズル装置の構成部品を示す図である。 同構成部品の断面図である。 モニターに装着された高圧噴射ノズル装置の断面図である。 （ａ）本発明の第３実施形態における高圧噴射ノズル装置の図３のＰ−Ｐ部分の拡大図である。（ｂ）モニターのノズル本体部取付孔を示す図である。 本発明の第３実施形態における高圧噴射ノズル装置の構成部品を示す図である。 同構成部品の断面図である。 モニターに装着された高圧噴射ノズル装置の断面図である。 本発明の変形例１の下向きのノズル本体部取付孔に装着したノズル本体部を示す図である。 本発明の変形例２の上向きのノズル本体部取付孔に装着したノズル本体部を示す図である。 本発明の変形例３のノズル本体延長部内部の後端内径部に形成された流路分割部を示す図である。 （ａ）本発明の変形例４の高圧噴射ノズル装置の取付位置を示す図である。（ｂ）本発明の変形例４の高圧噴射ノズル装置のモニター取付位置の断面図である。 本発明の変形例５のノズル本体部取付孔２３に装着された流路閉止具を示す図である。 （ａ）本発明の変形例６の図３のＰ−Ｐ部分の拡大図である。（ｂ）はモニターのノズル本体部取付孔を示す図である。 本発明の変形例６における高圧噴射ノズル装置の構成部品を示す図である。 同構成部品の断面図である。 （ａ）本発明の変形例８における高圧噴射ノズル装置の図３のＰ−Ｐ部分の拡大図である。（ｂ）モニターのノズル本体部取付孔を示す図である。 同高圧噴射ノズル装置の構成部品を示す図である。 同構成部品の断面図である。 同高圧噴射ノズル装置の装着方法を示す図である。 従来の注入ロッドの正面断面図である。

（第１実施形態） 以下、本発明の高圧噴射ノズル装置１の第１実施形態について図面を参照にしながら説明する。図１は、本発明の第１実施形態における高圧噴射ノズル装置が装着される地盤改良装置の施工状況を示す図である。

図１に示すように、注入ロッド２の先端にモニター３が結合して取り付けられている。このモニター３の先端に設けられた先端ノズル４から注入ロッド２およびモニター３内を介して供給される水（液体）が噴射され、また、モニター３の側面に設けられた高圧噴射ノズル装置１からは注入ロッド２およびモニター３内を介して供給されるセメントミルク（硬化材液）、空気が噴射される。

作業機５は、注入ロッド２を支持するとともに、注入ロッド２を上下動、回転および揺動させる機械である。これにより、注入ロッド２およびモニター３は、作業機５により、上下動のみならず回転、揺動も可能となる。

注入ロッド２の後端部にはスイベル６が取り付けられている。また、注入ロッド２は２重管から構成され、注入ロッド２内の内側のセメントミルク兼用水供給路７にはセメントミルクまたは水（液体）が供給され、注入ロッド２内の外側の空気供給路８には空気が供給される（図３参照）。なお、第１実施形態では、セメントミルク兼用水供給路７を用いて、セメントミルク（硬化材液）供給管と水供給管を一つの供給管として構成させたが、これに限らず、セメントミルク（硬化材液）供給管と、水供給管をそれぞれ別々の供給管として構成させてもよい。また、このように、セメントミルク（硬化材液）供給管と、水供給管を別々の供給管として構成する場合には、セメントミルク（硬化材液）と水を分ける３重管等の多重管や多孔管を用いるようにしてもよい。また、第１実施形態では、２重管から構成される注入ロッド２内の内側をセメントミルク兼用水供給路７、外側を空気供給路８としたが、これに限らず、２重管から構成される注入ロッド２内の内側を空気供給路、外側をセメントミルク兼用水供給路としてもよい。

モニター３は、上述したように注入ロッド２の先端に結合して取り付けられている。そして、モニター３内部には、中央に注入ロッド２のセメントミルク兼用水供給路７と連通するセメントミルク兼用水流路９が軸方向に形成され、そのセメントミルク兼用水流路９の外周側には注入ロッド２の空気供給路８と連通する空気流路１０が軸方向に４個形成されている（図３、図８参照）。空気流路１０の詳細については後述する。なお、第１実施形態では、セメントミルク兼用水流路９を用いて、セメントミルク（硬化材液）流路と水流路を一つの流路として構成させたが、これに限らず、セメントミルク（硬化材液）流路と、水流路をそれぞれ別々の流路として構成させてもよい。

スイベル６は、水の供給源１１、空気の供給源１２、およびセメントミルク（硬化材液）の供給源１３からそれぞれ供給される水、空気、およびセメントミルクの各供給ホース１４、１５、１６と連結されるとともに、水、空気、およびセメントミルクを注入ロッド２内に設けられた空気供給路８、およびセメントミルク兼用水供給路７に供給するものである（図１参照）。このように、水の供給源１１、空気の供給源１２、およびセメントミルクの供給源１３からそれぞれ供給されるセメントミルク、空気、および水は、各供給ホース１４、１５、１６→スイベル６→各供給路７、８→各流路９、１０を経て、ノズルなどから噴射される。ここで、水、セメントミルクは、水、セメントミルクの各供給ホース１４、１６からセメントミルク兼用水供給路７に供給される。

次に、図２〜図９を用いて、注入ロッド２およびモニター３の構成について具体的に説明する。図２（ａ）は本発明の第１実施形態における高圧噴射ノズル装置が装着されたモニターの外観斜視図であり、図２（ｂ）は注入ロッドとモニターを結合する結合ピンを示す図であり、図３は図２のＡ-Ａ断面図であり、図４（ａ）は図３のＰ−Ｐ部分の拡大図であり、図４（ｂ）はモニターのノズル本体部取付孔を示す図である。ここで、図２（ａ）および図３については、注入ロッド２の上方側を省略して表示している。

図２（ａ）に示すように、注入ロッド２は、上述したようにモニター３と結合して取り付けられている。この注入ロッド２とモニター３の結合については後述する。ここで、注入ロッド２は、外径４５ｍｍで、内径３７ｍｍの注入ロッド外管１７と、外形２４ｍｍで、内径１４ｍｍの注入ロッド内管１８とから構成される２重管が用いられている。そして、注入ロッド外管１７の下部は内径４２ｍｍで、その下部には結合ピン挿入孔１９が形成され、下部内面には結合ピン３６の半外周と略同径の結合ピン注入ロッド凹部２０ａが形成されている（図１０参照）。また、注入ロッド外管１７下部の内径４２ｍｍの上端から少し下部からは注入ロッド内管１８の外径が２２ｍｍで形成されている。また、モニター３は、最大外形ＤＤが６８ｍｍで、モニター３内部には直径が１４ｍｍのセメントミルク兼用水流路９が形成され、モニター３には、上部が外径４２ｍｍで、内径３７ｍｍのモニター外管１７ａと、外形２４ｍｍで、内径１４ｍｍのモニター内管１８aが形成され、このモニター外管１７ａとモニター内管１８ａの間に空気流路１０が構成されている（図３参照）。そして、この空気流路１０は、モニター外管１７ａとモニター内管１８ａの間の流路と、その流路と連通するモニター３の内部に形成された４個の流路から構成されている（図８参照）。このように、注入ロッド２内の空気供給路７とモニター３内の空気流路１０が連通している。モニター３の側面には、上述したように、セメントミルクと空気を噴射させる高圧噴射ノズル装置１が設けられ、側面上部には結合ピン３６の半外周と略同径の結合ピンモニター凹部２０ｂが形成されている（図１０参照）。また、モニター３の先端部には、水（液体）を噴射させる先端ノズル４が設けられている。なお、第１実施形態では、外径４５ｍｍ程度の円形断面の注入ロッド２を用いたが、これに限らず、直径５０ｍｍ〜１４０ｍｍ程度（たとえば、７５ｍｍ程度）の円形断面の注入ロッドを用いてもよく、また、直径５０ｍｍ〜１４０ｍｍ程度（たとえば、７５ｍｍ程度）の円形断面の注入ロッドを用いた場合には、注入ロッド内管１８の内径を１４ｍｍ〜１６ｍｍにしてもよい。ここで、注入ロッド内管１８の内径は、注入ロッド内管１８内を流れるセメントミルクの流量により決められる。さらに、六角形断面を有する注入ロッドを用いてもよい。また、結合ピン３６は、スプリングピン３６ａとスプリングピン３６ｂから構成されている（図２（ｂ）参照）。この結合ピン３６は、注入ロッド２下部の結合ピン挿入孔１９に、最初にスプリングピン３６ｂが挿入され、それから結合ピン挿入孔１９に挿入されたスプリングピン３６ｂの中空部にスプリングピン３６ａが圧入される。

図３に示すように、高圧噴射ノズル装置１には、セメントミルクを噴射させる材液噴射ノズル２１と、圧縮空気を噴射させる空気噴射ノズル２２が形成されている。具体的には、高圧噴射ノズル装置１の内側に材液噴射ノズル２１が設けられ、外側に空気噴射ノズル２２が形成されている。このように、高圧噴射ノズル装置１からセメントミルクと圧縮空気が高圧噴射されると、高圧噴射ノズル装置１の内側からセメントミルクが噴射され、その外側（外周部）から圧縮空気が噴射され、セメントミルクの噴流の周りに圧縮空気の気層被膜を作ることにより、圧縮空気の気層被膜がない場合に比べて噴射到達距離を増大させることができる。

材液噴射ノズル２１は、ノズル本体部取付孔２３に挿入されるノズル本体部２４の先端に形成されている（図４参照）。ここで、ノズル本体部取付孔２３は、上述したように、モニター３の軸方向の高さが異なる位置に、円周上等間隔に２個形成されている。なお、第１実施形態では、ノズル本体部取付孔２３がモニター３の軸方向の高さが等間隔異なる位置に、円周上等間隔に２個形成されているとしたが、モニター３の軸方向の高さが等間隔異なる位置でなくてもよく、また円周上等間隔の位置に形成させていなくてもよい。また、ノズル本体部取付孔２３の数も２個でなくてもよく、３個、４個、６個などの２個以上（好ましくは４個以上）の複数個、また１個形成されるようにしてもよい。

このように、モニター３の軸方向の高さが異なる位置にノズル本体部取付孔２３が複数個形成されているので、用途に合わせて異なるノズル本体部取付孔２３にノズル本体部２４を取り付けることにより、様々な形状の固結体を短時間で効率良く造成することができる。

また、空気噴射ノズル２２は、ノズル本体部２４の外周面と空気カバー２５の内周面などから形成されている。そして、モニター３内の空気流路１０から先端に向かって断面積が縮小された流路を経て圧縮空気を高速で空気噴射ノズル２２から噴射される。なお、第１実施形態では、空気噴射ノズル２２がノズル本体部２４の外周面と空気カバー２５の内周面などから形成されるとしたが、これに限らず、モニター３内の空気流路１０と連通し、ノズル本体部２４の先端内径部周囲を囲うように構成され、モニター３内の空気流路１０から先端に向かって断面積が縮小されて圧縮空気を高速で噴射するノズルであれば、他の形態の空気噴射ノズルであってもよい。

ノズル本体部２４は、ノズル本体２６と、ノズル本体延長部２７から構成されている（図５参照）。第１実施形態では、ノズル本体２６とノズル本体延長部２７ともに超硬合金などの高強度の材質から成形されている。このノズル本体２６は、先方部分は径を小さくした円柱形状で、後方部分は先方部分より少し径を大きくした円柱形状である。そして、ノズル本体部２４の中空形状をした内部は、後端内径部２８と、中間内径部２９と、先端内径部３０とから構成されている（図６参照）。ここで、図５は本発明の第１実施形態における高圧噴射ノズル装置の構成部品を示す図であり、図６は同構成部品の断面図である。この中間内径部２９と先端内径部３０はノズル本体２６内に形成され、後端内径部２８はノズル本体延長部２７内に形成されている。ここで、第１実施形態では、後端内径部２８の長さは９ｍｍ、中間内径部２９の長さは１５ｍｍ、先端内径部３０の長さＬは８ｍｍで形成されている（図７参照）。そして、中間内径部２９は、内周面が先端方向へ１２度〜２０度（好ましくは１２度〜１５度、より好ましくは１２度〜１３度）の絞り角βで縮径したテーパ面状で形成されており、先端内径部３０は、中間内径部２９の先端と連通し、中空形状の内部の直径ｄが中間内径部２９の先端の直径と略同径で、長さＬが中間内径部２９の先端の直径ｄの２倍〜４倍（好ましくは、３倍〜４倍）で形成されている。ここで、第１実施形態では、先端内径部３０の直径ｄは２ｍｍで形成されている。また、後端内径部２８は、中間内径部２９の後端と連通し、その連通部の内部の直径が中間内径部２９の後端の直径と略同径で形成されている。ここで、図７は本発明の第１実施形態における高圧噴射ノズル装置の寸法を示す図である。そして、ノズル本体部２４がモニター３に取り付けられると、モニター３内のセメントミルク兼用水流路９（硬化材液流路）内部に７ｍｍ突出した状態となる。ここで、ノズル本体部２４のモニター３内のセメントミルク兼用水流路９（硬化材液流路）内に突出する長さは、モニター３内のセメントミルク兼用水流路９（硬化材液流路）の径（Ｄ）の半分（Ｄ／２）である（図７〜図９参照）。ここで、図８は図３のＢ−Ｂ断面図であり、図９は図３のＣ−Ｃ断面図である。なお、第１実施形態では、ノズル本体部２４の全長ＬＬ（３２ｍｍ）が中間内径部２９の先端の直径ｄ（２ｍｍ）の１６倍で形成されているとしたが、これに限らず、ノズル本体部２４の全長ＬＬが中間内径部２９の先端の直径の１５倍〜２０倍で形成されているとしてもよく、また、ノズル本体部２４の全長ＬＬを長くすることができない場合は、ノズル本体部２４の全長ＬＬが中間内径部２９の先端の直径ｄの１０倍〜２０倍で形成されるようにしてもよい。また、ノズル本体延長部２７内部の後端内径部２８には、中空形状の後端内径部２８断面を複数の空間に分割する流路分割部３１が形成されている。この流路分割部３１は、幅１．５ｍｍ、長さ５．５ｍｍ、奥行き５．０ｍｍの十字形状で形成されている（図５参照）。なお、この流路分割部３１の奥行長さは、５．０ｍｍに限らず、所定の長さで形成されていればよい。

ノズル本体支持具３２は、ノズル本体２６の先方外周面から取り付けられ、先端外周面が六角形形状で、後方外周面に雄螺子が形成されている。また、空気カバー２５は、先端外周面が六角形形状で、中間外周面に雄螺子が形成されているとともに、中間外周面の後端部には切欠部３３が円周方向等間隔に形成されている（図５参照）。この切欠部３３は、空気カバー２５がモニター３に装着された際の圧縮空気の流路を確保するために設けられている。また、空気カバー２５の中空内部は、切欠部３３から先端方向へ縮径してテーパ形状が形成されている（図６参照）。

そして、注入ロッド２内のセメントミルク兼用水供給管７、モニター３内のセメントミルク兼用水流路９を介して供給されたセメントミルクは、ノズル本体延長部２７→ノズル本体２６の順にノズル本体部２４内に送り込まれ、材液噴射ノズル２１から噴射される（図８参照）。また、注入ロッド２内の空気供給路８、モニター３内の空気流路１０を介して供給された圧縮空気は、空気噴射ノズル２２から噴射される（図８参照）。ここで、空気噴射ノズル２２は２個の空気流路１０と連通している。このように、第１実施形態における高圧噴射ノズル装置１は、ノズル本体２６とノズル本体延長部２７からなるノズル本体部２４と、ノズル本体支持具３２と、空気カバー２５から構成されている。

モニター３の下部には、差圧弁３４が設けられている（図３参照）。そして、削孔時には、注入ロッド２のセメントミルク兼用水流路７に低圧水が供給され、この低圧水が差圧弁３４を介して先端ノズル４から噴出され、削孔が完了した後には、注入ロッド２のセメントミルク兼用水流路７にセメントミルクが供給されることにより差圧弁３４が閉鎖し、材液噴射ノズル２１（高圧噴射ノズル装置１）からセメントミルクが噴射される。

次に、図１０、図１１を用いて、注入ロッド２、モニター３、および高圧噴射ノズル装置１の組立方法について説明する。ここで、図１０は本発明の第１実施形態における高圧噴射ノズル装置およびその周辺器具の組立方法を示す図であり、図１１は同高圧噴射ノズル装置の装着方法を示す図である。

図１０に示すように、まずモニター上部管３５の上部から注入ロッド２の下端が挿入される。この注入ロッド２の挿入に際し、注入ロッド外管１７の下端に形成された半円形形状の注入ロッド突起部４４とモニター上部管３５の上部に形成された半円形形状のモニター上部管内突起部４５を嵌合させて、モニター上部管３５と注入ロッド２との円周方向の位置合わせが行われ、取り付けられる。そして、注入ロッド２下部の結合ピン挿入孔１９から結合ピン３６を挿入し、結合ピン３６を注入ロッド内管１８下部の結合ピン注入ロッド凹部２０ａとモニター上部管３５上部の結合ピンモニター凹部２０ｂに嵌合させることにより、モニター３が注入ロッド２に結合される。なお、第１実施形態では、モニター上部管３５内の４個形成されている空気流路１０上端の上部と下部を一体として説明したが、これに限らず、モニター上部管３５内の４個形成されている空気流路１０上端の上部と下部を別体として構成させてもよい。このように別体として構成させることにより、モニター上部管３５内の４個の空気流路１０の形成が容易になる。

次に、モニター上部管３５の側面に形成されたノズル本体部取付孔２３に高圧噴射ノズル装置１が取り付けられる（図１１参照）。具体的には、以下の（１）〜（３）の手順で、モニター上部管３５のノズル本体部取付孔２３に高圧噴射ノズル装置１が取り付けられる。

（１）ノズル本体２６の後部からノズル本体延長部２７を挿入し、ノズル本体延長部２７の先端外周に形成された雄螺子とノズル本体２６の後端内周に形成された雌螺子とを螺合させることにより、ノズル本体延長部２７がノズル本体２６に取り付けられる。

（２）次に、ノズル本体延長部２７が取り付けられたノズル本体２６の先端方向からノズル本体支持具３２が嵌め込まれ、その状態で、ノズル本体部取付孔２３に挿入される。このノズル本体支持具３２がノズル本体部取付孔２３に挿入される際には、ノズル本体支持具３２の後端外周に形成された雄螺子とモニター３のノズル本体部取付孔２３に形成された雌螺子とを螺合させることにより、ノズル本体支持具３２（ノズル本体２６とノズル本体延長部２７も含む）がモニター３に取り付けられる。このようにして取り付けられたノズル本体延長部２７は、モニター３内のセメントミルク兼用水流路９（硬化材液流路）の略中心部まで突出して取り付けられている（図７参照）。換言すれば、モニター３に取り付けられたノズル本体部２４の後端内径部２８は、モニター３内のセメントミルク兼用水流路９（硬化材液流路）の略中心部（Ｄ／２）まで突出して取り付けられる。なお、第１実施形態では、モニター３に取り付けられたノズル本体部２４の後端内径部２８は、モニター３内のセメントミルク兼用水流路９の略中心部まで突出して取り付けるようにしたが、これに限らず、モニター３内のセメントミルク兼用水流路９の横断面の少なくとも略１／３まで突出するようにしてもよく、また、第１実施形態のように、モニター３の軸方向の高さが異なる位置にノズル本体部取付孔２３が複数個形成されている場合は、モニター３内のセメントミルク兼用水流路９断面の少なくとも略１／２〜略２／３（好ましくは、略２／３）まで突出するようにしてもよい。

（３）次に、空気カバー２５がノズル本体２６先端方向から嵌め込まれ、空気カバー２５の外周に形成された雄螺子とモニター３側面内周の空気カバー取付孔４３に形成された雌螺子とを螺合させることにより、空気カバー２５がモニター３に取り付けられる。

次に、モニター上部管３５下部に差圧弁３４を内蔵したモニター下部管３９が取り付けられる。具体的には、モニター下部管３９の上部外周の雄螺子とモニター上部管３５の下部内周の雌螺子とを螺合させることにより、モニター下部管３９がモニター上部管３５に取り付けられる。

このように、ノズル本体部２４の後端内径部２８がモニター３内のセメントミルク兼用水流路９（硬化材液流路）の略中心部まで突出して設けることにより、ノズル本体部２４内部の直線距離を十分長く確保することができ、ノズル本体部２４内を流れるセメントミルクの乱流の発生を少なくすることができ、ノズル本体部２４の先端から噴射されるセメントミルクの切削能力を増大することにより、地盤の組織構造を破壊し、セメントミルクを遠距離まで噴射することができる。

また、ノズル本体部２４の後端内径部２８を流れるセメントミルクが流路分割部３１で分割されたそれぞれの空間に分流して先端方向に送られるので、セメントミルクを流路分割部３１で分割されたそれぞれの空間でより細かく層流化させることができ、ノズル本体部２４先端の材液噴射ノズル２１から噴射されたセメントミルクの切削能力を増大することにより、地盤の組織構造を破壊し、セメントミルクをより遠距離まで噴射することができる。

以上のように、ノズル本体部２４の外周面外側に形成された雄螺子とモニター３のノズル本体部取付孔２３の内周面内側に形成された雌螺子が螺合することにより、ノズル本体部２４がモニター３に着脱自在に取り付けられるので、用途に合わせてノズル本体部２４を自由に取り替えることができるとともに、ノズル本体部２４を簡易な方法でモニター３に取り付けることができる。

次に、本発明の第１実施形態における高圧噴射ノズル装置が装着されたモニターを備えた地盤改良装置による施工手順について簡単に説明する。

まず、注入ロッド２をこれから掘削する位置に位置決めした後に、その位置において注入ロッド２の先端ノズル４から水（液体）を噴射させて、所定の深度まで削孔する。そして、所定の深度まで削孔された後には、注入ロッド２を揺動させながら、材液噴射ノズル２１からセメントミルク、および空気噴射ノズル２２から圧縮空気がそれぞれ噴射される。具体的には、噴射ノズル（材液噴射ノズル２１、空気噴射ノズル２２）からセメントミルクを圧縮空気とともに噴射しながら、注入ロッド２を３０度（所定の角度）揺動させる。

次に、注入ロッド２が３０度揺動された状態で、注入ロッド２を所定の長さ（例えば、５ｃｍ以下（好ましくは、２．５ｃｍ）引き上げる。そして、噴射ノズル（材液噴射ノズル２１、空気噴射ノズル２２）からの噴射が完了するまで、時計回りの揺動噴射→注入ロッド２引上げ→反時計回りの揺動噴射→注入ロッド２引上げ→時計回りの揺動噴射→注入ロッド２引上げが繰り返される。なお、第１実施形態では、注入ロッド２を揺動させたが、これに限らず、注入ロッド２を一方向（右回転、左回転可）に回転させてもよい。

次に、クレーンにより注入ロッド２が掘削孔から引き上げられ、掘削孔内から抜き出される。このようにすることにより、地中に扇形の固結体が造成される。

（第２実施形態）
次に、本発明の高圧噴射ノズル装置の第２実施形態について図面を参照にしながら説明する。ここで、図１２（ａ）は本発明の第２実施形態における高圧噴射ノズル装置の図３のＰ−Ｐ部分の拡大図であり、図１２（ｂ）はモニターのノズル本体部取付孔を示す図であり、図１３は本発明の第２実施形態における高圧噴射ノズル装置の構成部品を示す図である。図１４は同構成部品の断面図である。

本発明の第２実施形態と第１実施形態の異なる主なところは、第１実施形態では、ノズル本体部２４を構成するノズル本体２６とノズル本体延長部２７とが別体で構成されているのに対し、第２実施形態では、第１実施形態のノズル本体部を構成するノズル本体とノズル本体延長部とを一体で構成されるようにしたところと、第１実施形態では、ノズル本

体部２４をモニター３内のセメントミルク兼用水流路９の略中心部まで突出させていたのに対し、第２実施形態では、ノズル本体部２４ｘをモニター３ｘのセメントミルク兼用水流路９内に突出させていない構成にしているところである。なお、第２実施形態においては、第１実施形態と異なるところを中心に説明する。また、第２実施形態では、第１実施形態と同一構成（近似構成も含む）については、同一符号を用い、同一作用効果を奏するものとし説明は省略する。

本実施形態では、ノズル本体部２４ｘの内面部とノズル本体後方部材４８ｘ全体が超硬合金などの高強度の材質から成形されている。ここで、ノズル本体後方部材４８ｘは、先方部分はノズル本体部２４ｘ後方部分より径を大きくした中空円柱形状で、後方部分は先方部分より径を小さくした中空円柱形状である。なお、本実施形態では、ノズル本体部２４ｘの内面部を超硬合金などの高強度の材質から成形されるようにしたが、これに限らず、ノズル本体部２４ｘ全体を超硬合金などの高強度の材質から成形させるようにしてもよい。このノズル本体部２４ｘの外形は、先方部分は先端の方が径が小さい略円柱形状で、中間部分は先方部分より少し径を大きくした円柱形状で、後方部分は中間部分より少し径を大きくした円柱形状である。また、ノズル本体部２４ｘの後端面にはＯリング取付凹部４７ｘが形成されている（図１４（ｂ）参照）。

ノズル本体部２４ｘの中空形状をした内部は、後端内径部２８ｘと、中間内径部２９ｘと、先端内径部３０ｘとから構成されている（図１４（ｂ）参照）。ここで、第２実施形態では、後端内径部２８ｘの長さは５．０ｍｍ、中間内径部２９ｘの長さは５.５ｍｍ、先端内径部３０ｘの長さは８．０ｍｍで形成されている。そして、中間内径部２９ｘは、内周面が先端方向へ１２度〜２０度（好ましくは、１２度〜１５度、より好ましくは１２度〜１３度）の絞り角βで縮径したテーパ面状で形成されており、先端内径部３０ｘは、中間内径部２９ｘの先端と連通し、中空形状の内部の直径ｄが中間内径部２９ｘの先端の直径と略同径で、長さＬが中間内径部２９ｘの先端の直径ｄの２倍〜４倍（好ましくは、３倍〜４倍）で形成されている。ここで、第２実施形態では、先端内径部３０ｘの直径は４．０ｍｍで形成されている（図１４（ｂ）参照）。なお、第２実施形態では、ノズル本体部２４ｘの全長ＬＬ（１８．５ｍｍ）が中間内径部２９ｘの先端の直径ｄ（４ｍｍ）の４.６２５倍で形成されているとしたが、これに限らず、ノズル本体部２４ｘの全長が中間内径部２９ｘの先端の直径の４倍〜２０倍で形成されているとしてもよい。また、後端内径部２８ｘは、中間内径部２９ｘの後端と連通し、その連通部の内部の直径が中間内径部２９ｘの後端の直径と略同径で形成されている。そして、ノズル本体部２４ｘがモニター３ｘに取り付けられると、ノズル本体部２４ｘはモニター３ｘのセメントミルク兼用水流路９（硬化材液流路）内部に突出せず、モニター３ｘのノズル本体部取付孔２３ｘ内に収納された状態となる。また、ノズル本体部２４ｘの後方部分の後端内径部２８ｘには、中空形状の後端内径部２８ｘ断面を複数の空間に分割する流路分割部３１ｘが形成されている。この流路分割部３１ｘは、幅２．０ｍｍ、長さ１０．０ｍｍ、奥行き３．５ｍｍの十字形状で形成されている（図１３（ｂ）参照）。なお、この流路分割部３１ｘの奥行長さは、３．５ｍｍに限らず、所定の長さで形成されていればよい。また、ノズル本体後方部材４８ｘの長さは６．５ｍｍで、中間内径部２９ｘの後端と連通し、中空形状の内部の直径が中間内径部２９ｘの後端の直径と略同径で形成されている。また、空気カバー２５ｘ、ノズル本体支持具３２ｘは、第１実施形態とほぼ同様であるので、説明は省略する。

次に、モニター３ｘに高圧噴射ノズル装置１ｘを取り付ける方法について説明する。なお、第１実施形態のノズル本体部２４の取付方法と異なるところについて説明する。ここで、図１５は本発明の第２実施形態におけるモニターに装着された高圧噴射ノズル装置の断面図である。

まず、ノズル本体後方部材４８ｘがモニター３ｘの側面に形成されたノズル本体部取付孔２３ｘに挿入される（図１２（ｂ）、図１５参照）。ここで、本実施形態のモニター３ｘの側面に形成されたノズル本体部取付孔２３ｘには、ノズル本体延長部留め凸部３８ｘが形成されている（図１２（ｂ）、図１５参照）ので、ノズル本体後方部材４８ｘの後端がノズル本体延長部留め凸部３８ｘに接し、ノズル本体後方部材４８ｘがノズル本体延長部留め凸部３８ｘに支持される。

次に、ノズル本体部２４ｘがノズル本体部取付孔２３ｘに挿入される。そして、ノズル本体部２４ｘ後端がノズル本体後方部材４８ｘ先端側と接することになるが、ノズル本体部２４ｘ後端のＯリング取付凹部４７ｘに挿入されたＯリング４６ｘによりシールされている。このようにして取り付けられたノズル本体後方部材４８ｘ（ノズル本体部２４ｘ含む）は、モニター３ｘ内のセメントミルク兼用水流路９（硬化材液流路）に突出せず、モニター３ｘのノズル本体部取付孔２３ｘ内に収納された状態となっている（図１５参照）。

次に、空気カバー２５ｘがノズル本体部２４ｘの先端方向から嵌め込まれる等、第１実施形態の取付手順と同様の手順で、ノズル本体部２４ｘを含む高圧噴射ノズル装置１ｘがノズル本体部取付孔２３ｘに取り付けられる。このようにして取り付けられたノズル本体後方部材４８ｘ（ノズル本体部２４ｘ含む）は、第１実施形態とは異なり、モニター３ｘに形成されたノズル本体部取付孔２３内に収納された状態で取り付けられている。

このように、本実施形態によれば、セメントミルクがノズル本体部２４ｘの後端内径部２８ｘの流路分割部３１ｘにより細かく分断されることにより、セメントミルクの乱流状態が崩され、セメントミルクは分割されたそれぞれの空間で流速分布が均一化されながらより細かく層流化される。そして、その層流化させたセメントミルクは内周面が先端方向へ縮径して形成されたノズル本体部２４ｘの中間内径部２９ｘで整流化されながら流速が大きく増大し、その流速が増大したセメントミルクがノズル本体部２４ｘの中間内径部２９ｘの先端の直径と略同径であるノズル本体部２４ｘの先端内径部３０ｘで直進性が大きく増大する。これにより、ノズル本体部２４ｘ先端から噴射されるセメントミルクの切削能力がより増大することにより、地盤の組織構造を破壊し、セメントミルクをより遠距離まで噴射させることができる。ここで、第２実施形態についても下記の変形例が適用される。

（第３実施形態）
次に、本発明の高圧噴射ノズル装置１ｙの第３実施形態について図面を参照にしながら説明する。ここで、図１６（ａ）は本発明の第３実施形態における高圧噴射ノズル装置の図３のＰ−Ｐ部分の拡大図であり、図１６（ｂ）はモニターのノズル本体部取付孔を示す図であり、図１７は本発明の第３実施形態における高圧噴射ノズル装置の構成部品を示す図である。図１８は同構成部品の断面図である。

本発明の第３実施形態と第１実施形態の異なるところは、第１実施形態では、ノズル本体延長部２７をモニター３内のセメントミルク兼用水流路９の略中心部まで突出させていたのに対し、第３実施形態では、ノズル本体延長部２７ｙをモニター３ｙのセメントミルク兼用水流路９内に突出させていないところである。なお、第３実施形態においては、第１実施形態と異なるところを中心に説明する。また、第３実施形態では、第１実施形態と同一構成（近似構成も含む）については、同一符号を用い、同一作用効果を奏するものとし説明は省略する。

本実施形態のノズル本体部２４ｙは、ノズル本体２６ｙと、ノズル本体延長部２７ｙから構成されている（図１８参照）。第３実施形態では、ノズル本体２６ｙの内面部とノズル本体延長部２７ｙが超硬合金などの高強度の材質から成形されている。なお、ノズル本体２６ｙの内面部を超硬合金などの高強度の材質から成形されるようにしたが、これに限らず、ノズル本体２６ｙ全体を超硬合金などの高強度の材質から成形させるようにしてもよい。このノズル本体２６ｙは、先方部分は先端の方が径が小さい略円柱形状で、中間部分は先方部分より少し径を大きくした円柱形状で、後方部分は中間部分より少し径を大きくした円柱形状である。ノズル本体２６ｙの後端面にはＯリング取付凹部４７ｙが形成されている（図１８（ｂ）参照）。また、ノズル本体延長部２７ｙは、先方部分はノズル本体２６ｙ後方部分より径を大きくした円柱形状で、後方部分は先方部分より径を小さくした円柱形状である。

ノズル本体部２４ｙの中空形状をした内部は、後端内径部２８ｙと、中間内径部２９ｙと、先端内径部３０ｙとから構成されている（図１８参照）。この中間内径部２９ｙと先端内径部３０ｙはノズル本体２６ｙ内に形成され、後端内径部２８ｙはノズル本体延長部２７ｙ内に形成されている。ここで、第３実施形態では、後端内径部２８ｙの長さは７.０ｍｍ、中間内径部２９ｙの長さは１０．０ｍｍ、先端内径部３０の長さは８．０ｍｍで形成されている。そして、中間内径部２９ｙは、内周面が先端方向へ１２度〜２０度（好ましくは、１２度〜１５度、より好ましくは１２度〜１３度）の絞り角βで縮径したテーパ面状で形成されており、先端内径部３０ｙは、中間内径部２９ｙの先端と連通し、中空形状の内部の直径が中間内径部２９ｙの先端の直径と略同径で、長さＬが中間内径部２９ｙの先端の直径ｄの２倍〜４倍（好ましくは、３倍〜４倍）で形成されている（図１８参照）。ここで、第３実施形態では、先端内径部３０ｙの直径は４．０ｍｍで形成されている。なお、第３実施形態では、ノズル本体部２４ｙの全長ＬＬ（２５ｍｍ）が中間内径部２９ｙの先端の直径ｄ（４ｍｍ）の６．２５倍で形成されているとしたが、これに限らず、ノズル本体部２４ｙの全長が中間内径部２９ｙの先端の直径の６倍〜２０倍で形成されているとしてもよい。また、後端内径部２８ｙは、中間内径部２９ｙの後端と連通し、その連通部の内部の直径が中間内径部２９ｙの後端の直径と略同径で形成されている。そして、ノズル本体部２４ｙがモニター３ｙに取り付けられると、ノズル本体部２４ｙはモニター３ｙのセメントミルク兼用水流路９（硬化材液流路）内部に突出せず、モニター３ｙのノズル本体部取付孔２３ｙ内に収納された状態となる。また、ノズル本体延長部２７ｙ内部の後端内径部２８ｙには、中空形状の後端内径部２８ｙ断面を複数の空間に分割する流路分割部３１ｙが形成されている。この流路分割部３１ｙは、幅２．０ｍｍ、長さ１０．０ｍｍ、奥行き４．５ｍｍの十字形状で形成されている（図１７参照）。なお、この流路分割部３１ｙの奥行長さは、４．５ｍｍに限らず、所定の長さで形成されていればよい。ここで、ノズル本体支持具３２ｙ、空気カバー２５ｙは、第１実施形態とほぼ同様であるので、説明は省略する。

次に、図１９を用いて、モニター３ｙに高圧噴射ノズル装置１ｙを取り付ける方法について説明する。なお、第１実施形態のノズル本体部２４の取付方法と異なるところについて説明する。ここで、図１９はモニターに装着された高圧噴射ノズル装置の断面図である。

まず、ノズル本体延長部２７ｙがモニター３ｙの側面に形成されたノズル本体部取付孔２３ｙに挿入される（図１９参照）。ここで、本実施形態のモニター３ｙの側面に形成されたノズル本体部取付孔２３ｙには、ノズル本体延長部留め凸部３８ｙが形成されている（図１６（ｂ）、図１９参照）ので、ノズル本体延長部２７ｙの後端がノズル本体延長部留め凸部３８ｙに接し、ノズル本体延長部２７ｙがノズル本体延長部留め凸部３８ｙに支持される。

次に、ノズル本体２６ｙがノズル本体部取付孔２３ｙに挿入される。そして、ノズル本体２６ｙ後端がノズル本体延長部２７ｙ先端側と接することになるが、ノズル本体２６ｙ後端のＯリング取付凹部４７ｙに挿入されたＯリング４６ｙによりシールされている。このようにして取り付けられたノズル本体延長部２７ｙは、モニター３ｙのノズル本体部取付孔２３ｙ内に収納された状態となっている（図１９参照）。

次に、空気カバー２５ｙがノズル本体２６ｙの先端方向から嵌め込まれる等、第１実施形態の取付手順と同様の手順で、ノズル本体部２４ｙを含む高圧噴射ノズル装置１ｙがノズル本体部取付孔２３ｙに取り付けられる。このようにして取り付けられたノズル本体延長部２７ｙは、第１実施形態とは異なり、モニター３ｙ内のノズル本体部取付孔２３ｙ内に収納された状態で取り付けられている。

このように、本実施形態によれば、セメントミルクがノズル本体部２４ｙの後端内径部２８ｙの流路分割部３１ｙにより細かく分断されることにより、セメントミルクの乱流状態が崩され、セメントミルクは分割されたそれぞれの空間で流速分布が均一化されながらより細かく層流化される。そして、その層流化させたセメントミルクは内周面が先端方向へ縮径して形成されたノズル本体部２４ｙの中間内径部２９ｙで整流化されながら流速が大きく増大し、その流速が増大したセメントミルクがノズル本体部２４ｙの中間内径部２９ｙの先端の直径と略同径であるノズル本体部２４ｙの先端内径部３０ｙで直進性が大きく増大する。これにより、ノズル本体部２４ｙ先端から噴射されるセメントミルクの切削能力がより増大することにより、地盤の組織構造を破壊し、セメントミルクをより遠距離まで噴射させることができる。ここで、第３実施形態についても下記の変形例が適用される。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

以下、本発明の変形例について説明する。

（変形例１）
本発明の変形例１と第１実施形態の異なるところは、第１実施形態では、モニター３のノズル本体部取付孔２３をモニター３の軸と直角方向に形成し、そのノズル本体部取付孔２３にノズル本体部２４が装着させたのに対し、変形例１は、モニター３のノズル本体部取付孔２３ａ（空気カバー取付孔４３ａ含む）を下向き３０度に形成し、そのノズル本体部取付孔２３ａにノズル本体部２４を装着するようにしたところである（図２０参照）。ここで、図２０は、本発明の変形例１の下向きのノズル本体部取付孔に装着したノズル本体部を示す図である。以下、具体的に説明する。

モニター３のノズルは通常モニター３の先端から少し上部に設置されているので、地盤内に挿入されたモニター３の先端前方に構造物が存在する場合には、その構造物付近までセメントミルク（硬化材液）を噴射させることができないが、上述したように、下向き３０度に形成されたノズル本体部取付孔２３ａ（空気カバー取付孔含む）にノズル本体部２４を装着することにより、地盤内に挿入されたモニター３の先端前方に構造物が存在し、その構造物より下方にモニター３を挿入できない場合でも、構造物付近までノズル本体部２４の先端内径部からセメントミルク（硬化材液）を噴射することができ、構造物に密着させた固結体を造成することができる。なお、本変形例１では、下向き３０度にノズル本体部取付孔２３ａを形成させたが、これに限らず、下向き４５度でもよく、他の下向き角度で形成してもよい。また、変形例１において、モニター３の先端に先端ノズル４を装着することなく、モニターの先端にノズル本体部取付孔を形成して、そのノズル本体部取付孔にノズル本体部２４などの高圧噴射ノズル装置１を装着するようにしてもよい。

（変形例２）
本発明の変形例２と第１実施形態の異なるところは、第１実施形態では、モニター３のノズル本体部取付孔２３をモニター３の軸と直角方向に形成し、そのノズル本体部取付孔２３にノズル本体部２４が装着させたのに対し、変形例２は、モニター３のノズル本体部取付孔２３ｂ（空気カバー取付孔４３ｂ含む）を上向きに形成し、そのノズル本体部取付孔２３ｂにノズル本体部２４を装着するようにしたところである（図２１参照）。図２１は、本発明の変形例２の上向きのノズル本体部取付孔に装着したノズル本体部を示す図である。

モニター３の空気噴射ノズル２２から高圧空気が噴射される場合は、その噴射された高圧空気は地盤内上部に上昇し地盤内に空気層ができる。上述したように、上向きに形成されたノズル本体部取付孔２３ｂにノズル本体部２４を装着し、そのノズル本体部２４先端の材液噴射ノズル２１からセメントミルク（硬化材液）を上向きに噴射することにより、その空気層を利用してセメントミルク（硬化材液）をより遠距離まで噴射することができる。

（変形例３）
本発明の変形例３と第１実施形態の異なるところは、第１実施形態では、ノズル本体部２４の後端内径部２８の中空形状断面を複数の空間に分割する流路分割部３１の１辺の幅１．５ｍｍ、長さ５．５ｍｍ、奥行き５．０ｍｍの十字形状で形成したのに対し、変形例３は、幅１．５ｍｍ、長さ４．５ｍｍ、奥行き５．０ｍｍの三角形状で形成したところである（図２２（ａ）参照）。このように三角形状の流路分割部３１ａにすることにより、ノズル本体部２４の内周と流路分割部３１ａの三角形状の各頂点を３点で結合させることができ、流路分割部３１ａの強度を増大させることができる。また、図２２（ｂ）から図２２（ｇ）までの形状で、流路分割部３１ｖを形成してもよい。図２２は、本発明の変形例３のノズル本体延長部内の後端内径部に形成された流路分割部を示す図である。

（変形例４）
本発明の変形例４と第１実施形態の異なるところは、第１実施形態では、２個の空気噴射ノズル２２を設け、それぞれの空気噴射ノズル２２に対応した２個の空気流路１０に連通するようにしたのに対し、変形例４は、６個の空気噴射ノズル２２を設け、そして、それぞれの空気噴射ノズル２２に対応した２個の空気流路１０（１０ａと１０ｂ、１０ｂと１０ｃ、１０ｃと１０ｄ、１０ｄと１０ｅ、１０ｅと１０ｆ、１０ｆと１０ａ）に連通させるようにしてもよい。すなわち、モニター３の空気流路１０を円周状等間隔に設け隣合う空気噴射ノズル２２の間の空気流路１０を共有するようにしてもよい（図２３参照）。このように、隣合う空気流路１０を共有することにより、モニター３内の空気流路の数を少なくすることができ、多方向に噴射する多くの空気噴射ノズル２２をモニター３に取り付けることができる（図２３参照）。ここで、図２３（ａ）は本発明の変形例４の高圧噴射ノズル装置の取付位置を示す図であり、図２３（ｂ）本発明の変形例４の高圧噴射ノズル装置のモニター取付位置の断面図である。

（変形例５）
本発明の変形例５と第１実施形態の異なるところは、第１実施形態では、ノズル本体部取付孔２３をモニター３の軸方向の高さが異なる位置に２個（複数個）形成し、それぞれのノズル本体部取付孔２３にノズル本体部２６を取り付けるようにしたのに対し、変形例５は、流路閉止具４０を用いノズル本体部取付孔２３を塞いで、セメントミルクおよび圧縮空気を噴射できないようにしたところである（図２４参照）。ここで、図２４は、本発明の変形例５のノズル本体部取付孔２３に装着された流路閉止具を示す図である。

この流路閉止具４０は、ノズル本体部取付孔閉止具４１と、空気流路閉止具４２により構成されている（図２４参照）。ノズル本体部取付孔閉止具４１は、先端外周面が六角形形状で、その後方外周面に雄螺子が形成されている。また、空気流路閉止具４２は、先端部が少し円周方向外側に突起し、その後方外周面に雄螺子が形成されている。そして、ノズル本体部取付孔閉止具４１の外周に形成された雄螺子とモニター３のノズル本体部取付孔２３の先端内周に形成された雌螺子とを螺合させることにより、ノズル本体部取付孔閉止具４１がモニター３に取り付けられる。これにより、セメントミルク兼用水流路９からのセメントミルクの流路を閉鎖することができる。また、空気流路閉止具４２の外周に形成された雄螺子とモニター３の空気カバー取付孔４３の内周に形成された雌螺子とを螺合させることにより、空気流路閉止具４２がモニター３に取り付けられる。これにより、空気流路１０からの空気の流路を閉鎖することができる。

このように、使用しないセメントミルクおよび圧縮空気の流路に流路閉止具４０を取り付けることにより、用途に合わせて固結体の造成に適したノズル本体部２４の取付位置を選択できる。

（変形例６）
本発明の変形例６と第１実施形態の異なるところは、第１実施形態では、ノズル本体部２４を、ノズル本体２６と、ノズル本体２６と螺合して結合可能なノズル本体延長部２７とから構成させたのに対し、変形例６は、高圧噴射ノズル装置１ｗのノズル本体部２４ｗを、ノズル本体２６ｗと、ノズル本体２６ｗと完全分離して結合不可能なノズル本体延長部２７ｗとから構成させたところである。ここで、図２５（ａ）は本発明の変形例６の図３のＰ−Ｐ部分の拡大図である。図２５（ｂ）はモニターのノズル本体部取付孔を示す図であり、図２６は本発明の変形例６における高圧噴射ノズル装置の構成部品を示す図であり、図２７は同構成部品の断面図である。以下、ノズル本体部２４ｗについて具体的に説明する。

ノズル本体２６ｗは、先方部分は径を小さくした円柱形状で、後方部分は先方部分より少し径を大きくした円柱形状である。さらに、ノズル本体２６ｗの後端面にはＯリング取付凹部４７が形成されている（図２７（ｂ）参照）。また、ノズル本体延長部２７ｗは、先方部分は径を大きくした円柱形状で、後方部分は先方部分より少し径を小さくした円柱形状である。なお、変形例６では、第１実施形態同様、ノズル本体２６ｗとノズル本体延長部２７ｗのともに超硬合金などの高強度の材質から成形されている。

ノズル本体部２４ｗの中空形状をした内部は、後端内径部２８ｗと、中間内径部２９ｗと、先端内径部３０ｗとから構成されている（図２７参照）。この中間内径部２９ｗと先端内径部３０ｗはノズル本体２６ｗ内に形成され、後端内径部２８ｗはノズル本体延長部２７ｗ内に形成されている。ここで、変形例６では、第１実施形態と同様、後端内径部２８ｗの長さは９ｍｍ、中間内径部２９ｗの長さは１５ｍｍ、先端内径部３０ｗの長さＬは ８ｍｍで形成されている（図７参照）。そして、中間内径部２９ｗは、内周面が先端方向へ１２度〜２０度（好ましくは、１２度〜１５度、より好ましくは１２度〜１３度）の絞り角βで縮径したテーパ面状で形成されており、先端内径部３０ｗは、中間内径部２９ｗの先端と連通し、中空形状の内部の直径ｄが中間内径部２９ｗの先端の直径と略同径で、長さＬが中間内径部２９ｗの先端の直径ｄの２倍〜４倍（好ましくは、３倍〜４倍）で形成され、先端内径部３０ｗの直径ｄは２ｍｍで形成されている。また、後端内径部２８ｗは、中間内径部２９ｗの後端と連通し、その連通部の内部の直径が中間内径部２９ｗの後端の直径と略同径で形成されている。そして、ノズル本体部２４ｗがモニター３に取り付けられると、モニター３内のセメントミルク兼用水流路９（硬化材液流路）内部に７ｍｍ突出した状態となる。ここで、ノズル本体部２４ｗのモニター３内のセメントミルク兼用水流路９（硬化材液流路）内に突出する長さは、第１実施形態と同様、モニター３内のセメントミルク兼用水流路９（硬化材液流路）の径（Ｄ）の半分（Ｄ／２）である。なお、変形例６では、第１実施形態と同様、ノズル本体部２４ｗの全長ＬＬ（３２ｍｍ）が中間内径部２９ｗの先端の直径ｄ（７ｍｍ）の１６倍で形成されているとしたが、これに限らず、ノズル本体部２４ｗの全長が中間内径部２９ｗの先端の直径の１５倍〜２０倍で形成されているとしてもよく、また、ノズル本体部２４ｗの全長ＬＬを長くすることができない場合は、ノズル本体部２４ｗの全長ＬＬが中間内径部２９ｗの先端の直径ｄの１０倍〜２０倍で形成されるようにしてもよい。また、ノズル本体延長部２７ｗ内部の後端内径部２８ｗには、中空形状の後端内径部２８ｗ断面を複数の空間に分割する流路分割部３１ｗが形成されている。この流路分割部３１ｗは、第１実施形態と同様、幅１．５ｍｍ、長さ５．５ｍｍの十字形状で形成されている。また、流路分割部３１ｗについても変形例３の形状に変形することもできる。

次に、ノズル本体部２４ｗをモニター上部管３５の側面に形成されたノズル本体部取付孔２３ｗに取り付る方法について、第１実施形態のノズル本体部２４の取付方法と異なるところについて説明する。ここで、変形例６のモニター上部管３５の側面に形成されたノズル本体部取付孔２３ｗには、ノズル本体延長部留め凸部３８が形成されている（図２５（ｂ）参照）。

（１）まず、ノズル本体延長部２７ｗをノズル本体部取付孔２３ｗに挿入する。これにより、ノズル本体延長部２７ｗの先端に形成された円柱形状がノズル本体延長部留め凸部３８に接し、ノズル本体延長部２７ｗがノズル本体延長部留め凸部３８に支持される。
（２）次に、ノズル本体２６ｗをノズル本体部取付孔２３ｗに挿入する。これにより、ノズル本体２６ｗ後端がノズル本体延長部２７ｗ先端側と接することになるが、ノズル本体２６ｗ後端のＯリング取付凹部４７に挿入されたＯリング４６によりシールされる。

（３）次に、ノズル本体２６ｗの先端方向からノズル本体支持具３２が嵌め込まる等、第１実施形態の取付手順と同様の手順で、ノズル本体部２４ｗを含む高圧噴射ノズル装置１がノズル本体部取付孔２３ｗに取り付けられる。このようにして取り付けられたノズル本体延長部２７ｗは、第１実施形態と同様、モニター３内のセメントミルク兼用水流路９（硬化材液流路）の略中心部まで突出して取り付けられている。なお、変形例６についても、第１実施形態と同様、モニター３内のセメントミルク兼用水流路９の横断面の少なくとも略１／３まで突出するようにしてもよく、また、第１実施形態のように、モニター３の軸方向の高さが異なる位置にノズル本体部取付孔２３ｗが複数個形成されている場合は、モニター３内のセメントミルク兼用水流路９断面の少なくとも略１／２〜略２／３（好ましくは、略２／３）まで突出するようにしてもよい。

（変形例７）
本発明の変形例７と第１実施形態（変形例１〜変形例６も含む）の異なるところは、第１実施形態では、ノズル本体部２４の後端内径部２８が中間内径部２９の後端と連通し、直径がその中間内径部２９の後端の直径とすべて略同径で形成させたのに対し、変形例７は、ノズル本体部２４の後端内径部２８が中間内径部２９の後端と連通し、後端内径部２８と中間内径部２９の連通部の直径がその中間内径部２９の後端の直径と略同径で、その後端内径部２８と中間内径部２９の連通部から後端内径部２８の後端方向に向かって径を拡径したところである。この場合、中間内径部の同様の角度である１２度〜２０度（好ましくは、１２度〜１５度、より好ましくは１２度〜１３度）やそれ以上大きい角度である１３度以上や１８度以上で、後端内径部２８後端に向かって径を大きくするようにしてもよい。

後端内径部２８と中間内径部２９の連通部から後端内径部２８の後端に向かって径を大きくすることにより、より多くのセメントミルクがノズル本体部２４内に層流化して入り込み、ノズル本体部２４の先端に形成されている材液噴射ノズル２１から切削能力を減衰することなく、セメントミルクを噴射させることができ、セメントミルクをより遠距離まで噴射させることができる。

（変形例８）
本発明の変形例８は、上述した変形例７を第３実施形態に適用した形状で、変形例８と第３実施形態の異なるところは、第３実施形態では、ノズル本体部２４ｙの後端内径部２８ｙが中間内径部２９ｙの後端と連通し、直径がその中間内径部２９ｙの後端の直径とすべて略同径で形成させたのに対し、変形例８では、ノズル本体部２４ｚの後端内径部２８ｚが中間内径部２９ｚの後端と連通し、後端内径部２８ｚと中間内径部２９ｚの連通部の直径がその中間内径部２９ｚの後端の直径と略同径で、その後端内径部２８ｚと中間内径部２９ｚの連通部から後端内径部２８ｚの後端方向に向かって径を拡径したところである（図２８〜図３１参照）。この場合、中間内径部２９ｚの同様の角度である１２度〜２０度（好ましくは、１２度〜１３度）やそれ以上大きい角度である１３度以上や１８度以上で、後端内径部２８ｚ後端に向かって径を大きくするようにしてもよい。ここで、図２８（ａ）は本発明の変形例８における高圧噴射ノズル装置の図３のＰ−Ｐ部分の拡大図であり、図２８（ｂ）モニターのノズル本体部取付孔を示す図であり、図２９は同高圧噴射ノズル装置の構成部品を示す図であり、図３０は同構成部品の断面図であり、図３１は同高圧噴射ノズル装置の装着方法を示す図である。

このように、後端内径部２８ｚと中間内径部２９ｚの連通部から後端内径部２８ｚの後端に向かって径を大きくすることにより、より多くのセメントミルクがノズル本体部２４ｚ内に層流化して入り込み、その層流化されたセメントミルクが径が縮径している先方部分でより強い噴射力を発揮することができ、ノズル本体部２４ｚの先端に形成されている材液噴射ノズル２１ｚから切削能力を減衰することなく、セメントミルクを噴射させることができ、セメントミルクをより遠距離まで噴射させることができる。

１ 高圧噴射ノズル装置
１ｗ 高圧噴射ノズル装置
１ｘ 高圧噴射ノズル装置
１ｙ 高圧噴射ノズル装置
２ 注入ロッド
３ モニター
３ｘ モニター
３ｙ モニター
４ 先端ノズル
５ 作業機
６ スイベル
７ セメントミルク兼用水供給路
８ 空気供給路+
９ セメントミルク兼用水流路
１０ 空気流路
１１ 水の供給源
１２ 空気の供給源
１３ セメントミルクの供給源
１４ 水供給ホース
１５ 空気供給ホース
１６ セメントミルク供給ホース
１７ 注入ロッド外管
１７ａ モニター外管
１８ 注入ロッド内管
１８a モニター内管
１９ 結合ピン挿入孔
２０ａ 結合ピン注入ロッド凹部
２０ｂ 結合ピンモニター凹部
２１ 材液噴射ノズル
２２ 空気噴射ノズル
２３ ノズル本体部取付孔
２３a ノズル本体部取付孔
２３ｂ ノズル本体部取付孔
２３ｗ ノズル本体部取付孔
２３ｘ ノズル本体部取付孔
２３ｙ ノズル本体部取付孔
２４ ノズル本体部
２４ｗ ノズル本体部
２４ｘ ノズル本体部
２４ｙ ノズル本体部
２５ 空気カバー
２５ｘ 空気カバー
２５ｙ 空気カバー
２６ ノズル本体
２６ｗ ノズル本体
２６ｙ ノズル本体
２７ ノズル本体延長部
２７ｗ ノズル本体延長部
２７ｙ ノズル本体延長部
２７ｚ ノズル本体延長部
２８ 後端内径部
２８ｗ 後端内径部
２８ｘ 後端内径部
２８ｙ 後端内径部
２８ｚ 後端内径部
２９ 中間内径部
２９ｗ 中間内径部
２９ｘ 中間内径部２９ｙ 中間内径部
３０ 先端内径部
３０ｗ 先端内径部
３０ｘ 先端内径部
３０ｙ 先端内径部
３１ 流路分割部
３１a 流路分割部
３１ｗ 流路分割部
３１ｘ 流路分割部
３１ｙ 流路分割部
３１ｚ 流路分割部
３２ ノズル本体支持具
３２ｘ ノズル本体支持具
３２ｙ ノズル本体支持具
３３ 切欠部
３４ 差圧弁
３５ モニター上部管
３６ 結合ピン
３７ 注入ロッド内管接続管
３８ ノズル本体延長部留め凸部
３８ｘ ノズル本体延長部留め凸部
３８ｙ ノズル本体延長部留め凸部
３９ モニター下部管
４０ 流路閉止具
４１ ノズル本体部取付孔閉止具
４２ 空気流路閉止具
４３ 空気カバー取付孔
４３ａ 空気カバー取付孔
４３ｂ 空気カバー取付孔
４４ 注入ロッド突起部
４５ モニター上部管内突起部
４６ Ｏリング
４６ｘ Ｏリング
４６ｙ Ｏリング
４７ Ｏリング取付凹部
４７ｘ Ｏリング取付凹部
４７ｙ Ｏリング取付凹部
４８ｘ ノズル本体後方部材

Claims (7)

1. 注入ロッド内の軸方向に形成された硬化材液供給管内と連通し、該注入ロッドの先端と連結したモニターの側面に設けられた高圧噴射ノズル装置であって、
   内周面が先端方向へ縮径して形成されたテーパ面状の中間内径部と、該中間内径部の先端と連通し、直径が該中間内径部の先端の直径と略同径である先端内径部と、該中間内径部の後端と連通し、直径が該中間内径部の後端の直径と略同径、もしくは該略同径から後端方向へ拡径して形成された後端内径部とからなる中空形状が形成されたノズル本体部を、有し、
   前記ノズル本体部の後端内径部には、中空形状断面を複数の空間に分割する流路分割部が形成され、
   該ノズル本体部の後端内径部を流れる硬化材液が前記流路分割部で分割されたそれぞれの空間でより細かく層流化された後に、前記中間内径部の有形物が存在しない中空形状の空間で縮径されて先端方向に送られるので、前記ノズル本体部の先端内径部から噴射される硬化材液の切削能力が増大され、硬化材液をより遠距離まで噴射することができることを特徴とする高圧噴射ノズル装置。
2. 前記ノズル本体部の外周面外側に雄螺子が形成され、
   該雄螺子と前記モニターのノズル本体部取付孔の内周面内側に形成された雌螺子が螺合することにより、該ノズル本体部が該モニターに着脱自在に取り付けられることを特徴とする請求項１記載の高圧噴射ノズル装置。
3. 前記ノズル本体部は、前記モニターの軸方向の高さが異なる位置に複数個形成された前記ノズル本体部取付孔に装着されることを特徴とする請求項２記載の高圧噴射ノズル装置。
4. 前記ノズル本体部は、下向きに形成された前記モニターのノズル本体部取付孔に装着され、該ノズル本体部の先端内径部から硬化材液を下向きに噴射することを特徴とする請求項２記載の高圧噴射ノズル装置。
5. 前記モニター内の空気流路と連通し、前記ノズル本体部の略先端内径部周囲を囲うように配置され、断面積を縮小して圧縮空気を高速で噴出させる空気噴射ノズルを、さらに有し、
   該空気噴射ノズルから噴射する高圧空気は、前記ノズル本体部から噴射される硬化材液の周辺を覆うようにして噴射されることを特徴とする請求項１記載の高圧噴射ノズル装置。
6. 前記ノズル本体部は、上向きに形成された前記モニターのノズル本体部取付孔に装着され、該ノズル本体部の先端内径部から硬化材液を上向きに噴射することを特徴とする請求項５記載の高圧噴射ノズル装置。
7. 前記高圧噴射ノズル装置が装着された前記モニターを設けた請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の地盤改良装置。
   

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