JP7170264B2

JP7170264B2 - グラウト再注入自動施工システム及びグラウト再注入自動施工方法

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Publication number: JP7170264B2
Application number: JP2018188531A
Authority: JP
Inventors: 紳一郎熊谷; 昭二野島; ▲靖▼ 岩本; 哲也小陽; 稔西須; 誠西端
Original assignee: Oriental Shiraishi Corp
Current assignee: Oriental Shiraishi Corp
Priority date: 2018-10-03
Filing date: 2018-10-03
Publication date: 2022-11-14
Anticipated expiration: 2038-10-03
Also published as: JP2020056256A

Description

本発明は、既存ＰＣ構造物にグラウトを再注入するグラウト再注入自動施工システム及びグラウト再注入自動施工方法に関する。より詳しくは、本発明は、既存ＰＣ構造物のシース内等に存在するＰＣグラウト未充填部の空洞量を算出する空洞量推定方法を用いて当該空洞にグラウトを自動で再注入するグラウト再注入自動施工システム及びグラウト再注入自動施工方法に関するものである。

ＰＣ鋼材等の緊張材でコンクリートにプレストレスを付与したポストテンション方式のＰＣ構造物は、ＰＣ鋼材を腐食から保護し、構造物と一体化させる目的で、シース管内にＰＣグラウトが充填されている。しかし、古い構造物の一部には施工当時の材料性能や施工技術の未熟さから、十分にＰＣグラウトが充填されていない箇所が存在することが知られている。こうしたＰＣグラウトの充填不足箇所では、ＰＣ鋼材の腐食・破断のおそれがあり、これらに起因するＰＣ構造物の耐荷性能の低下が懸念されている。このようなＰＣ構造物の機能回復には、充填不足箇所にＰＣグラウトを再注入することが有効と考えられている。

このように、既存のＰＣ構造物にＰＣグラウトを再注入するには、構造物の表面からシース管までＰＣ構造物のコンクリート部分を削孔するとともに、その削孔した孔にグラウトホースを接続してＰＣグラウトを注入する。

例えば、特許文献１には、本願出願人らが提案した真空グラウト注入工法が開示されている。特許文献１に記載の真空グラウト注入工法は、シース管Ｓ２と連通する真空ポンプ２でシース管Ｓ２内を所定の真空圧力まで減圧する真空工程と、真空工程の作業終了後に、シース管Ｓ２と連通するグラウトチャンバ３からシース管Ｓ２内へグラウトを真空による負圧とヘッド差により注入する注入工程と、注入工程においてグラウトの注入流量が所定の流量以下となった後に、シース管Ｓ２と連通する圧入ポンプ４でシース管内へグラウトを圧入する圧入工程を行うグラウト再注入施工方法であった。

しかし、このような従来のグラウト再注入施工方法では、施工管理ＰＣを操作・管理する管理者が計測される各値をモニタリングしながら、計測時間の管理や計測値からさらに算出値を計算するとともに、ポンプやバルブ等の使用施設を操作している操作員に指示を出して施工を行っていた。このため、施工管理ＰＣを操作・管理する人員に加え、各設備を操作する人員が複数人必要であり、作業員の確保が困難なことから機械化や省力化が求められていた。

また、管理者が、施工管理ＰＣをモニタリングしながら数値を把握し、所定のタイミングを見計らって、操作員に指示を出し、操作員が各設備を操作する施工方法であったため、指示伝達が上手くいかず、ヒューマンエラーが発生するという問題があった。

それに加え、既設のＰＣ構造物にグラウトを再注入する場合は、グラウトの注入量が微小になることも予想されるため、新設のＰＣ構造物に新設グラウトを注入する場合と比べて高精度の注入量管理が必要とされる。このため、新設グラウトを注入する場合には、既存の電磁式流量センサによりグラウトの注入量を計測しているが、このような既存の電磁式流量センサでは、グラウトを再注入する場合の微小量のグラウト注入量では、０とカウントされてしまい注入量管理ができないという問題もあった。

また、ＰＣ構造物へのグラウト再注入の実施にあたっては、シース管内の空隙に対してどの程度再充填できたかを確認する必要がある。その上、端部や橋面からグラウトが漏出していないかなど施工の安全管理の側面からも、注入予定のＰＣグラウトの量を事前に把握しておくことが重要である。つまり、ＰＣ構造物に存在するＰＣグラウト未充填部の空洞量を事前に把握する必要がある。

このようなコンクリート構造物の空洞量推定方法として、例えば、特許文献２には、コンクリート構造物（ＰＣ構造物１００）に穿孔し、この孔（調査孔１３０）から一定の圧力及び流量に調整した気体を前記孔に連通する空洞１２０に流入又は流出させ、圧力変動を時間情報と共に計測し、流入開始後に計測圧力が増大し始めて一定値に集束する前の時間範囲において所定の基準圧力に到達する時間により空洞１２０の容量を求めるコンクリート構造物の空洞検査方法が記載されている（特許文献２の特許請求の範囲の請求項１、４、明細書の段落［００２０］～［００２５］、図面の図５～図８等参照）。

しかし、特許文献２に記載のコンクリート構造物の空洞検査方法は、室内実験結果で得られた検量線にもとづくため、計測条件の様々な実際のコンクリート構造物に適用した場合は、誤差が大きくなることがあり、実用的ではないという問題があった。

このような問題を解決するべく、本願出願人らは、特許文献３に記載のコンクリート構造物内の空洞量推定方法を提案した。特許文献３に記載のコンクリート構造物内の空洞量推定方法は、空洞Ｘと、容積既知の減圧容器３と、を開放閉塞自在な開閉バルブ９を介して連通させ、減圧容器３内の圧力と、空洞Ｘ内と連通する空気の圧力を、開閉バルブ９の開放前後に亘り所定時間計測して複数の計測データを取得するとともに、開閉バルブ９の開放後に計測した混合気体の圧力の複数の計測データのなかから決定係数Ｒ²を用いて近似に使用する計測データを選択するステップを有し、選択した計測データから近似した関数を基に混合気体の圧力Ｐ₃を決定し、混合気体の圧力Ｐ₃を理想気体の状態方程式から導出した（８）式に代入して空洞Ｘの容積を算出するものである。

特許文献３に記載のコンクリート構造物内の空洞量推定方法を適用した実際のグラウト再注入施工方法では、空洞量推定定に必要なデータ数は、中間弁開放前に５０データ以上、中間弁開放後に７５データ以上必要であった。計測間隔は、制御時間である０．２秒毎に１回計測する設定であるから、計測時間は、中間弁開放前に１０秒間以上、中間弁開放後に１５秒間以上必要であることとなる。このため、これまでは、必要データ数を確保するため、計測間隔から計測時間を算出し、その算出した計測時間を管理値として計測していた。

しかし、従来のグラウト再注入施工方法では、空洞量推定においても、時間確認者（管理者）と弁作業者（操作員）が異なるため、伝達不良により必要データ数を所得できず、結果的に空洞量の推定ができないという前述のヒューマンエラーと同様の問題があった。このため、作業を一からやり直す必要が生じ、大幅な時間ロスを生じていた。

また、特許文献３に記載のコンクリート構造物内の空洞量推定方法は、漏気が多少ある場合でも空洞量の推定が可能であった。しかし、漏気の量があまりにも大きいと、空洞量の推定ができない場合もあった。即ち、漏気が少ない場合は、時間と圧力変化との関係が１次関数で表せる比例関係となり、空洞量が推定できるが、漏気が大きい場合は、その関係が、大気圧に向かって急激に変化する２次関数の放物線状となって空洞量の推定ができないこととなる。しかし、時間と圧力変化との関係が放物線状となっていても線形近似は可能であるため、所得したデータが空洞量推定に適しているデータであるか否かの判定が困難な場合もあった。従来のグラウト再注入施工方法では、この判定を作業員が行っていたが、知識と経験といった一定の熟練度が必要な判定であり、熟練度が低い作業員では、この判定ができないといった問題もあった。

特許５２８６４２７号公報特許５８２４５８８号公報特開２０１８－４０６７１号公報

そこで、本発明は、上述した問題を鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、機械化及び省力化が可能でヒューマンエラーが無く、熟練度に関係なく誰でも自動で施工管理が可能なグラウト再注入自動施工システム及びグラウト再注入自動施工方法を提供することにある。

請求項１に記載のグラウト再注入自動施工方法は、既存ＰＣ構造物の空洞部にグラウトを自動で再注入するグラウト再注入自動施工方法であって、次式（１）を用いて前記空洞部の空洞量を推定する空洞量推定工程と、前記空洞部内を減圧する空洞部減圧工程と、前記空洞部減圧工程で減圧して負圧となった前記空洞部にグラウト注入する負圧によるグラウト注入工程と、前記負圧によるグラウト注入工程後に残存する空洞部に圧入ポンプによりグラウトを圧入するグラウト圧入工程と、を備え、前記グラウト圧入工程では、前記空洞量推定工程で推定した空洞量と前記負圧によるグラウト注入工程で負圧により注入したグラウトの注入量とに基づいて、前記圧入ポンプの圧力及び注入速度を自動で管理して圧入し、前記空洞量推定工程では、プログラムにより次式（２）に示す決定係数Ｒ ^２が０．９９以上となる連続する区間の計測データであり、且つ、計測データの個数が１０以上となる最も強い相関性を示す範囲のデータを選択して、選択した計測データのみを用いて１次関数に線形近似し、近似した値から圧力Ｐ _３を決定し、前記空洞部の空洞量Ｖ _２を自動で算出することを特徴とする。

ここで、Ｐ_１：減圧容器内の気体の圧力、Ｐ_２：空洞内の気体の圧力、Ｐ_３：混合気体の圧力、Ｖ_１：減圧容器内の気体の容積、Ｖ_２：空洞内の気体の容積である

ここで、（ｘ _ｉ、ｙ _ｉ）が計測した圧力の計測データであり、ｘ _ｉが経過時間（秒）でｙ _ｉが圧力センサで計測した圧力［kPa］、μ _Ｙがｙ _ｉの平均、ｆ（ｘ _ｉ）が線形近似する回帰モデルである。

請求項２に記載のグラウト再注入自動施工方法は、請求項１又は２に記載のグラウト再注入自動施工方法において、前記負圧によるグラウト注入工程及び前記グラウト圧入工程では、グラウトの液面レベルを計測するレベル計を用いて注入するグラウトの流量を計測することを特徴とする。

請求項３に記載のグラウト再注入自動施工システムは、既存ＰＣ構造物の空洞部にグラウトを自動で再注入するグラウト再注入自動施工システムであって、所定の真空圧力まで減圧する真空ポンプと、この真空ポンプと連通する容積既知の減圧容器と、グラウトを前記空洞部にグラウトを圧入する圧入ポンプと、を備え、前記真空ポンプ、前記減圧容器、前記圧入ポンプ、及び前記空洞部は、電磁弁を介して耐圧ホースで連通され、前記真空ポンプ、前記減圧容器、前記圧入ポンプ、及び電磁弁を自動で制御する制御手段を有し、圧入ポンプで注入するグラウトの流量を計測するグラウト流量計測手段として前記圧入ポンプで注入するグラウトの液面レベルを計測するレベル計を備え、前記制御手段では、予め記憶させたアプリケーションプログラムにより、前記電磁弁の開放及び前記真空ポンプの作動及び停止を自動制御することにより請求項１に記載のグラウト再注入自動施工方法の各工程を実行し、前記空洞量推定工程では、プログラムにより次式（２）に示す決定係数Ｒ ^２が０．９９以上となる連続する区間の計測データであり、且つ、計測データの個数が１０以上となる最も強い相関性を示す範囲のデータを選択して、選択した計測データのみを用いて１次関数に線形近似し、近似した値から圧力Ｐ _３を決定し、前記空洞部の空洞量Ｖ _２を自動で算出し、前記負圧によるグラウト注入工程及び前記グラウト圧入工程では、グラウトの液面レベルを計測するレベル計を用いて注入するグラウトの流量を自動で計測することを特徴とする。

請求項１～３に記載の発明によれば、自動化及び機械化により、複数人が必要であった作業員を１人程度まで人員を削減して省力化することができる。また、時間確認者（管理者）と弁作業者（操作員）が異なることに起因する伝達不良や計測機器の確認ミス等のヒューマンエラーを無くすことができる。このため、作業を一からやり直すなどの大幅な時間ロスも無くすことができ、コストダウンを達成することができる。また、請求項１～３に記載の発明によれば、所得したデータが空洞量推定に適しているデータであるか否かの判定を自動で行うことができる。このため、従来、熟練度が必要な判定が不要となる。

特に、請求項２及び請求項３に記載の発明によれば、従来の電磁式流量センサでは、計測できないような極微量の流量であっても正確に計測して注入量を正確に積算することができる。

本発明の実施形態に係るグラウト再注入自動施工システムの構成を模式的に示した構成説明図である。本発明の実施形態に係るグラウト再注入自動施工方法の各工程を示すフローチャートである。本発明の実施形態に係るグラウト再注入自動施工方法の空洞量推定工程における近似に使用する計測データを選択するステップの決定係数の値に基づきデータ使用範囲を少なくしていく工程を示すデータ処理手順の説明図である。同上の計測データを選択するステップの決定係数の値に基づき近似線を引く工程を示すデータ処理手順の説明図である。

以下、本発明に係るグラウト再注入自動施工システム及びグラウト再注入自動施工方法を実施するための一実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

［グラウト再注入自動施工システム］
先ず、図１を用いて、本発明の実施形態に係るグラウト再注入自動施工システムについて説明する。本実施形態に係るグラウト再注入自動施工システム１は、所定の真空圧力まで減圧する真空ポンプ２と、この真空ポンプ２と連通する容積既知の減圧容器３など、を備えている。

また、グラウト再注入自動施工システム１は、グラウト注入用の圧入ポンプ４と、この圧入ポンプ４を制御する制御盤５を備えている。この圧入ポンプ４は、三方分岐弁６を介して、ＰＣ構造物ＰＣ１のシースＳ１内等に存在する空洞部Ｅ１に、テトロンブレードホースやスプリングホースなどの耐圧ホースＰで連通されている。

そして、圧入ポンプ４と三方分岐弁６との間には、圧入ポンプ４の圧力を確認するための（ポンプ圧確認用）圧力計７が設けられ、この圧力計７は、圧入ポンプ４を制御するために制御盤５に電気的に接続されている。

それに加え、圧入ポンプ４と三方分岐弁６との間には、圧入ポンプ４で圧送するグラウトの流量を確認するための流量計８が設けられ、この流量計８は、グラウト再注入自動施工システム１全体の制御手段を構成する計測ユニット９に電気的に接続されている。

また、圧入ポンプ４と三方分岐弁６との間には、耐圧ホースＰの圧力を確認するための（ホース圧確認用）圧力計１０も設けられ、この圧力計１０は、計測ユニット９に電気的に接続されている。

そして、グラウト再注入自動施工システム１は、システム全体の制御手段としてパソコン１１を有し、このパソコン１１は、無線ＬＡＮを通じて制御盤５及び計測ユニット９と相互通信可能となっている。勿論、パソコン１１は、制御盤５及び計測ユニット９と有線ＬＡＮを介して接続されていてもよいことは云うまでもない。

（真空ポンプ）
真空ポンプ２は、例えば、ＳＥＥＥ式真空ポンプなどの短時間で所定の真空圧力まで減圧できる能力（例えば、１気圧（１０⁵Ｐａ）を１０³～１０⁴Ｐａ程度に減圧する能力）を有する吸引ポンプである。

（減圧容器）
減圧容器３は、真空圧力まで減圧した際に大気圧に耐えうる容積既知の容器であればよく、本実施形態に係る減圧容器３は、内部空間に１０Ｌの容積を有する耐圧容器である。また、この減圧容器３には、減圧容器３内の圧力を計測する負圧計１２が設けられている。この負圧計１２は、計測ユニット９に電気的に接続され、計測データが計測ユニット９及びパソコン１１に送信され、パソコン１１内又はそれに接続された記憶手段等に記録される仕組みとなっている。

また、真空ポンプ２と減圧容器３とは、耐圧ホースＰで連通され、真空ポンプ２と減圧容器３との間には、これらを切り替える切替弁Ｖ１も設けられている。

なお、減圧容器３と三方分岐弁６との間には、中間弁Ｖ２が設けられ、三方分岐弁６から延びるＰＣ構造物ＰＣ１の空洞部Ｅ１に連通する耐圧ホースＰの途中には、ノズル弁Ｖ３が設けられている。このノズル弁Ｖ３から先の後述の削孔部ｈ１及び空洞部Ｅ１と連通する部分が、接続パイプＰ２となっている。

また、切替弁Ｖ４は、後述の圧入と負圧注入とを切り替える際の切替弁である。これらの三方分岐弁６、切替弁Ｖ１、中間弁Ｖ２、ノズル弁Ｖ３、及び切替弁Ｖ４は、全て電磁弁となっており、パソコン１１に予め記憶させたアプリケーションプログラムの指令に基づいて、弁の開閉が自動で行えるようになっている。

（圧入ポンプ）
本実施形態に係る圧入ポンプ４には、非常に小さな流量でもグラウト注入（圧入）が可能な超低速スネークポンプが採用されている。勿論、圧入ポンプ４は、圧入ポンプとして一般的なスクイーズポンプやダイヤフラム式ポンプなどの一般的な注入用のグラウトポンプとすることもできる。但し、前述のように、既存のＰＣ構造物にグラウトを再注入する場合は、グラウトの単位時間あたりの注入量（流量）が微小になることも予想されるため、圧入ポンプ４は、微小の流量調整が可能な超低速スネークポンプであることが好ましい。

この圧入ポンプ４には、注入する調合したグラウトを貯留するグラウトチャンバー４０が設けられ、このグラウトチャンバー４０の液面の水位（液面レベル）を計測するレーザ変位計４１も有している。レーザ変位計４１は、レーザ変位計４１でグラウトの液面レベルを計測することにより、従来の電磁式流量センサで計測できない極微量の流量でも注入量管理ができるように圧入ポンプ４のグラウト流量計測手段として設けられたものである。但し、レーザ変位計４１は、レーザ式のものに限られず、グラウトの液面レベルを自動で計測可能なレベル計であればよい。

なお、（ポンプ圧確認用）圧力計７及び（ホース圧確認用）圧力計１０は、一般的なデジタル圧力計（例えば、KEYENCE製GP-Mシリーズ）であり、流量計８は、従来の電磁式流量センサからなる流量計である。

（制御盤）
制御盤５は、筐体である制御ボックス内に、圧入ポンプ４を制御するインバータを備えた、いわゆる可変電圧可変周波数制御（ＶＶＶＦ制御）方式の制御盤である。この制御盤５は、無線ＬＡＮを介して接続された、パソコン１１のＣＰＵ（Central Processing Unit）による制御の下、予め記憶させたアプリケーションプログラムに基づいて、圧入ポンプ４のポンプ圧力及び流量を制御する。

（計測ユニット）
また、計測ユニット９は、流量計８、圧力計１０、レーザ変位計４１、負圧計１２などの各種計測機器と電気的に接続され、所定のサンプリング間隔（例えば、０．２秒）で各種計測機器で計測された計測値を記録するデータレコーダとしての機能を有している。

［グラウト再注入自動施工方法］
次に、図２を用いて、前述のグラウト再注入自動施工システム１を用いたグラウト再注入自動施工方法について説明する。図２は、本発明の実施形態に係るグラウト再注入自動施工方法の各工程を示すフローチャートである。

＜事前準備＞
本工程ではないため、図２に記載していないが、本発明の実施形態に係るグラウト再注入自動施工方法の事前準備として、下記の各工程を行う。但し、この事前準備は、従来のグラウト再注入施工方法と同様に、人手により行う。

（コンクリート構造物の削孔）
先ず、削孔機などを用いて、ＰＣ構造物ＰＣ１のコンクリート部分を削孔し、ＰＣ構造物ＰＣ１の外表面からシースＳ１まで到達する孔である削孔部ｈ１を穿孔して設ける。

（シースの開削）
次に、シースＳ１内に挿通されている図示しないＰＣ鋼材などの緊張材を傷つけないように注意しながらシースＳ１の削孔部ｈ１と接する部分を切り開いて開削する。

（空洞の確認）
次に、削孔した削孔部ｈ１に内視鏡等を挿入してシースＳ１内を目視により、空洞部Ｅ１の有無を確認する。空洞部Ｅ１が確認された場合は、後述の空洞量の推定を行う。

（接続パイプの設置）
次に、削孔部ｈ１に減圧容器３と連通する耐圧ホースＰと接続するための接続パイプＰ２を取り付けて固定し、削孔部ｈ１、接続パイプＰ２を介して減圧容器３と空洞部Ｅ１を連通する。

＜１．空洞量推定工程＞
次に、本発明の実施形態に係るグラウト再注入自動施工方法では、グラウト再注入自動施工システム１を用いて、空洞部Ｅ１の空洞量を推定する空洞量推定工程を行う。具体的には、パソコン１１のＣＰＵによる制御の下、予め記憶させたアプリケーションプログラムにより後述の各工程を行って算出する。

（減圧容器内の減圧）
先ず、切替弁Ｖ１を開いて真空ポンプ２で減圧容器３内を所定の真空度まで減圧する。具体的には、９０％の真空度、即ち、大気圧から－９０［kPa］まで減圧し、切替弁Ｖ１を閉じる。勿論、所定の真空度は、真空ポンプ２の排気能力やＰＣ構造物ＰＣ１の規模や空洞の状況に応じて適宜定められるものであって、９０％の真空度に限られないのは云うまでもない。

（圧力、温度変化の計測）
次に、負圧計１２や計測ユニット９を用いて、所定の制御時間毎にインターバル計測（本実施形態では、０．２秒のインターバル計測）を開始する。この計測では、中間弁Ｖ２及びノズル弁Ｖ３を開栓し、減圧容器３内の空気と空洞部Ｅ１内の空気とを混合させ、時間情報とともに減圧容器３内の空気の圧力と空洞部Ｅ１内の空気の圧力を計測する。各圧力の計測は、計測ユニット９を介してパソコン１１に計測データが取り込まれて空洞量計算に用いられる。

空洞量推定に必要なデータ数を確保するため、中間弁Ｖ２及びノズル弁Ｖ３開放前に１０秒間以上、開放後に１５秒間以上計測する。後述のように、漏気の影響を受けずに直線的に変化する区間を選別して計測データを使用するためである。

（空洞量の計算）
次に、取り込んだ計測データを用いてパソコン１１により空洞部Ｅ１の容積である空洞量を算出する。算出式は、次式（１）式を用い、空洞部Ｅ１の容積（空洞量）Ｖ₂を算出する（詳細に関しては、特許文献３参照のこと）。

ここで、Ｐ₁：減圧容器内の気体の圧力、Ｐ₂：空洞内の気体の圧力、Ｐ₃：混合気体の圧力、Ｖ₁：減圧容器内の気体の容積、Ｖ₂：空洞内の気体の容積である。

なお、空洞量の計算に際して、計測ユニット９で計測した圧力の計測データをそのまま、（１）式に代入するのではなく、一旦、計測データを直線となる１次関数に線形近似し、近似した値を用いて混合気体の圧力Ｐ₃を決定する。そして、（１）式に代入して空洞部Ｅ１の容積（空洞量）Ｖ₂を算出する。空洞部Ｅ１からの漏気や空洞部Ｅ１に溜まった水などの影響による気体の物質量変化の影響と、中間弁Ｖ２の弁開放直後の圧力振動による計測誤差の影響を排除することができるからである。

具体的には、グラウト再注入自動施工システム１を用いて、空洞部Ｅ１の空洞量を推定する際には、相関の強い区間のデータのみで回帰分析を用いて近似線の関数を決定する。

つまり、中間弁Ｖ２の開放後に計測した混合気体の圧力の複数の計測データのなかから決定係数Ｒ²を用いて近似に使用する計測データを選択し、選択した計測データから近似した一次関数を基に混合気体の圧力Ｐ₃を決定する。

決定係数Ｒ^２の定義は、複数存在するが、一般的な定義としては、変動のうち回帰式によって説明できる割合を表わし、次式（２）による。寄与率とも呼ばれ、決定係数Ｒ^２が１に近いと、残差変動が小さくよい回帰モデルであると評価できる。

ここで、（ｘ_ｉ、ｙ_ｉ）が計測した圧力の計測データであり、ｘ_ｉが経過時間（秒）でｙ_ｉが圧力センサで計測した圧力［kPa］、μ_Ｙがｙ_ｉの平均、ｆ（ｘ_ｉ）が線形近似する回帰モデルである。

本空洞量推定における計測データの選択手法は、中間弁Ｖ２開放後のデータについて直線区間のデータのみを用いるため、経過時間が長いデータから削除するように使用する計測データを選定する。これは、真空度が高い区間は大気圧付近の漏気速度変化の影響を受けず、直線的に変化するためである。具体的には、例えば、図３に示すように、大気圧の影響を受ける区間のデータを使用しないように、決定係数の値を基にデータ使用範囲を絞り込む。

このため、本空洞量推定では、図４に示すように、使用するデータは原則として－２０ｋＰａ付近の所定圧力以下の区間、且つ、データ使用範囲は１０データ(２秒)以上とする。具体的には、決定係数Ｒ²が０．９９以上となる連続する区間の計測データであり、且つ、計測データの個数が１０以上となる最も強い相関性を示す範囲のデータを選択する。そして、選択した計測データのみを用いて１次関数に線形近似し、近似した値から混合気体の圧力Ｐ₃を決定し、（１）式に代入して空洞部Ｅ１の容積（空洞量）Ｖ₂を算出する。

従来は、このデータ選択の判定を管理者の判断で行っていた。しかし、前述のように、所得したデータが空洞量推定に適しているデータであるか否かの判定は、知識と経験といった一定の熟練度が必要な判定であり、熟練度が低い管理者では、この判定ができないといった問題もあった。そこで、グラウト再注入自動施工システム１では、これらの判定もアプリケーションプログラムによりパソコン１１の自動制御により実行する。

＜２．空洞部減圧工程＞
次に、本実施形態に係るグラウト再注入自動施工方法では、ＰＣ構造物ＰＣ１の空洞部Ｅ１内を減圧する空洞部減圧工程を行う。

具体的には、ノズル弁Ｖ３を開放するとともに、切替弁Ｖ１及び中間弁Ｖ２を開放し、三方分岐弁６を真空ポンプ２から空洞部Ｅ１まで連通するように設定する。

そして、真空ポンプ２を作動させて、空洞部Ｅ１と連通する減圧容器３内の圧力が所定圧力まで減圧したこと（例えば、大気圧から－９０ｋＰａ程度減圧したこと）を負圧計１２により確認し、切替弁Ｖ１及び中間弁Ｖ２を閉じて真空ポンプ２を停止する。

従来のグラウト再注入施工方法では、負圧計１２を目視により確認し、作業員が管理者に報告した上、管理者から真空ポンプ２の操作員に連絡して停止していた。しかし、本実施形態に係るグラウト再注入自動施工方法では、前述のグラウト再注入自動施工システム１により、アプリケーションプログラムにより弁の開放及び真空ポンプ２作動及び停止を自動制御により実行する。

＜３．負圧によるグラウト注入工程＞
次に、本実施形態に係るグラウト再注入自動施工方法では、前工程で減圧して負圧となった空洞部Ｅ１にグラウト注入する負圧によるグラウト注入工程を行う。

具体的には、切替弁Ｖ４を開放するとともに、三方分岐弁６を圧入ポンプ４から空洞部Ｅ１まで連通するように切り替える。これにより、グラウトチャンバー４０からグラウトが大気圧に押されて注入される。

また、グラウト再注入自動施工システム１では、流量計８で計測した値を基に積算してグラウトチャンバー４０から注入したグラウト注入量を算出する。

一方、従来のグラウト再注入施工方法では、パソコン１１のモニターを介して目視により流量計８で計測された値を確認していたが、短時間であり、確認するにとどまり、操作等を行う工程ではなかった。また、グラウト注入量を算出することもリアルタイムでは不可能であった。このため、本工程終了後に一定時間算出するための時間が必要であった。

しかし、本実施形態に係るグラウト再注入自動施工方法では、アプリケーションプログラムにより計測した流量からリアルタイムで積算して注入した全グラウト注入量を算出していく。

＜４．圧入ポンプによるグラウト圧入工程＞
次に、本実施形態に係るグラウト再注入自動施工方法では、前工程で負圧によるグラウト注入によっても残る空洞部分に圧入ポンプ４によりグラウトを圧入するグラウト圧入工程を行う。

具体的には、切替弁Ｖ４を閉じて圧入ポンプ４を作動させて圧入を開始する。そして、圧入ポンプ４で圧入するグラウトの流量が、０．２Ｌ（リットル）／分を目安に、前空洞量推定工程で推定した空洞量と前工程及び本工程で積算したグラウトの全注入量から圧入ポンプ４の圧力及び注入速度（単位時間あたりの注入量）を管理する。

つまり、流量計８又はレーザ変位計４１で計測されるグラウトの流量を基に、前空洞量推定工程で推定した空洞量に積算したグラウトの全注入量が近くなると圧入ポンプ４の圧力が徐々に上がるため、注入速度を徐々に遅くし、設定した注入圧力（例えば、０．３ＭＰａ）程度となるように、注入速度を調整する。

そして、圧力計７で計測される値が、設定した再加圧圧力（例えば、０．５ＭＰａ）となるまで、圧入ポンプ４で圧入するグラウトの圧力を上げていき、圧入ポンプ４を停止する。

従来のグラウト再注入施工方法では、流量計８のみの目視により注入速度（流量）を管理していた。このため、前述のように、従来の電磁式流量センサでは、流量が極微量である場合、計測できず、注入量管理もできないという問題があった。

しかし、本実施形態に係るグラウト再注入自動施工方法では、レーザ変位計４１によりサンプリング間隔毎にグラウトチャンバー４０内のグラウトの液面レベルを計測して、グラウトチャンバー４０の面積等から積算注入量を算出している。このため、従来の電磁式流量センサでは、計測できないような極微量の流量であっても正確に計測して注入量を正確に積算することができる。

＜５．帳票作成工程＞
最後に、本実施形態に係るグラウト再注入自動施工方法では、推定した空洞量、時間あたりの流量、及び積算した注入量などを出力した帳票を作成する帳票作成工程を行って、ＰＣ構造物ＰＣ１へのグラウト再注入作業が終了する。

従来のグラウト再注入施工方法では、パソコンで計測値のシーケンシャルデータをエクセル等の表計算ソフトに出力して帳票を作成していた。このため、適切な工事管理の証明等のためグラウト再注入作業後に帳票作成の作業が別途必要であった。しかし、本実施形態に係るグラウト再注入自動施工方法では、グラウト再注入自動施工システム１により自動でこの帳票の作成が可能である。このため、この点においても省力化を達成することができる。

以上説明した本発明の実施形態に係るグラウト再注入自動施工システム１及びそれを用いたグラウト再注入自動施工方法によれば、グラウト再注入自動施工システム１による自動化及び機械化により、複数人が必要であった作業員を１人程度まで人員を削減して省力化することができる。

また、時間確認者（管理者）と弁作業者（操作員）が異なることに起因する伝達不良や計測機器の確認ミス等のヒューマンエラーを無くすことができる。このため、作業を一からやり直すなどの大幅な時間ロスも無くすことができ、コストダウンを達成することができる。

その上、熟練度が必要な判定を行う必要がなくなり、熟練度に関係なく誰でも自動で施工管理が可能となる。また、従来の電磁式流量センサでは、計測できない極微量の流量でも正確に把握して注入量管理を行うことができる。

以上、本発明の実施形態に係るグラウト再注入自動施工システム１及びグラウト再注入自動施工方法について詳細に説明したが、前述した又は図示した実施形態は、いずれも本発明を実施するにあたって具体化した一実施形態を示したものに過ぎない。よって、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。

１：グラウト再注入自動施工システム
２：真空ポンプ
３：減圧容器
４：圧力ポンプ
４０：グラウトチャンバー
４１：レーザ変位計（レベル計）
５：制御盤（制御手段）
６：三方分岐弁
７：圧力計
８：流量計
９：計測ユニット（制御手段）
１０：圧力計
１１：パソコン（制御手段）
１２：負圧計
Ｖ１：切替弁
Ｖ２：中間弁
Ｖ３：ノズル弁
Ｖ４：切替弁
Ｐ：耐圧ホース
Ｐ２：接続パイプ
ＰＣ１：ＰＣ構造物
Ｅ１：空洞部
Ｓ１：シース
ｈ１：削孔部

Claims

既存ＰＣ構造物の空洞部にグラウトを自動で再注入するグラウト再注入自動施工方法であって、
次式（１）を用いて前記空洞部の空洞量を推定する空洞量推定工程と、前記空洞部内を減圧する空洞部減圧工程と、前記空洞部減圧工程で減圧して負圧となった前記空洞部にグラウト注入する負圧によるグラウト注入工程と、前記負圧によるグラウト注入工程後に残存する空洞部に圧入ポンプによりグラウトを圧入するグラウト圧入工程と、を備え、
前記グラウト圧入工程では、前記空洞量推定工程で推定した空洞量と前記負圧によるグラウト注入工程で負圧により注入したグラウトの注入量とに基づいて、前記圧入ポンプの圧力及び注入速度を自動で管理して圧入し、
前記空洞量推定工程では、プログラムにより次式（２）に示す決定係数Ｒ^２が０．９９以上となる連続する区間の計測データであり、且つ、計測データの個数が１０以上となる最も強い相関性を示す範囲のデータを選択して、選択した計測データのみを用いて１次関数に線形近似し、近似した値から圧力Ｐ_３を決定し、前記空洞部の空洞量Ｖ_２を自動で算出すること
を特徴とするグラウト再注入自動施工方法。

ここで、Ｐ_１：減圧容器内の気体の圧力、Ｐ_２：空洞内の気体の圧力、Ｐ_３：混合気体の圧力、Ｖ_１：減圧容器内の気体の容積、Ｖ_２：空洞内の気体の容積である。

ここで、（ｘ _ｉ、ｙ _ｉ）が計測した圧力の計測データであり、ｘ _ｉが経過時間（秒）でｙ _ｉが圧力センサで計測した圧力［kPa］、μ _Ｙがｙ _ｉの平均、ｆ（ｘ _ｉ）が線形近似する回帰モデルである。
前記負圧によるグラウト注入工程及び前記グラウト圧入工程では、グラウトの液面レベルを計測するレベル計を用いて注入するグラウトの流量を計測すること
を特徴とする請求項１に記載のグラウト再注入自動施工方法。
既存ＰＣ構造物の空洞部にグラウトを自動で再注入するグラウト再注入自動施工システムであって、
所定の真空圧力まで減圧する真空ポンプと、この真空ポンプと連通する容積既知の減圧容器と、グラウトを前記空洞部にグラウトを圧入する圧入ポンプと、を備え、
前記真空ポンプ、前記減圧容器、前記圧入ポンプ、及び前記空洞部は、電磁弁を介して耐圧ホースで連通され、
前記真空ポンプ、前記減圧容器、前記圧入ポンプ、及び電磁弁を自動で制御する制御手段を有し、
圧入ポンプで注入するグラウトの流量を計測するグラウト流量計測手段として前記圧入ポンプで注入するグラウトの液面レベルを計測するレベル計を備え、
前記制御手段では、予め記憶させたアプリケーションプログラムにより、前記電磁弁の開放及び前記真空ポンプの作動及び停止を自動制御することにより請求項１に記載のグラウト再注入自動施工方法の各工程を実行し、
前記空洞量推定工程では、プログラムにより次式（２）に示す決定係数Ｒ^２が０．９９以上となる連続する区間の計測データであり、且つ、計測データの個数が１０以上となる最も強い相関性を示す範囲のデータを選択して、選択した計測データのみを用いて１次関数に線形近似し、近似した値から圧力Ｐ_３を決定し、前記空洞部の空洞量Ｖ_２を自動で算出し、
前記負圧によるグラウト注入工程及び前記グラウト圧入工程では、グラウトの液面レベルを計測するレベル計を用いて注入するグラウトの流量を自動で計測すること
を特徴とするグラウト再注入自動施工システム。

ここで、（ｘｉ、ｙｉ）が計測した圧力の計測データであり、ｘｉが経過時間（秒）でｙｉが圧力センサで計測した圧力［kPa］、μＹがｙｉの平均、ｆ（ｘｉ）が線形近似する回帰モデルである。