JP2000282452A - 地山固結装置及びこれを用いた地山固結方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 例えばトンネルの掘削等にあたって崩落のお
それのある軟弱な地山を固結するに先立って、地山に開
けた長穴の開口部を短時間でかつ確実に密に閉鎖できる
地山固結装置及びこれを用いた地山固結方法を提供する
ことにある。 【解決手段】 この発明の地山固結装置1は、二液反応
型の各液体A,Bを別々に圧送する通路3,4と、それらの液
体を混合するミキサ５と、この混合液体Cを吐出するた
めの貫通孔６とを有する注入ボルト2を地山8に開けた長
穴9内に配設し、前記長穴9の開口側部分15に開口閉鎖用
注入管11を配設し、この注入管11を構成する管部分11a〜
11cに固結性液体Fを吐出させるための吐出孔12a〜12cを
設け、吐出孔12a,12cを有する各管部分11a,11cに、これ
を外方から覆い該吐出孔12a,12cから吐出させた固結性
液体Fの圧力によって長穴9の内壁9aに密着するまで膨張
可能な袋体14a,14bをそれぞれ緊密に設けることを特徴
とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えばトンネル
の掘削等にあたって崩落のおそれのある軟弱な地山を、
そこへの二液反応型の液体の浸透・固結によって堅牢な
地山に改質することができる地山固結装置及びこれを用
いた地山固結方法に関するものであり、より具体的に
は、地山を固結するに先立って、地山に開けた長穴の開
口部を短時間かつ確実に密に閉鎖することができる手段
を提供する。

【０００２】

【従来の技術】軟弱な地山に対してトンネルの掘削等を
行なう場合には、地山が崩落するおそれがあることから
通常の掘削工法では掘削することができず、注入工法の
ような特殊工法を用いるのが一般的である。

【０００３】注入工法は、トンネル切羽先端の天盤に、こ
れに沿って複数個の長穴を穿設した後、各長穴内に注入
ボルトを挿入し、この先端から二液反応型の混合液体を
地山に向かって吐出させ、地山に浸透・固結させること
によって天盤を補強した後、この補強した天盤に取り囲
まれた掘削面を掘削していき、この天盤補強及び前記掘
削を繰り返し行うことによってトンネル掘削していく方
法である。

【０００４】かかる工法によってトンネル掘削を安全に
行なうには、長穴と注入ボルトの間に生じる隙間を通じ
て長穴開口から混合液体が漏れ出さないように構成し
て、注入ボルトから吐出させた混合液体を地山に有効に
浸透させることが必要であり、このためには、注入ボル
トからの混合液体の吐出に先立って、長穴開口を閉鎖す
ることが有用である。

【０００５】前記長穴開口を閉鎖するための手段として
は、例えば特願昭58−144024号明細書等に記載があり、こ
の記載によれば、注入ボルト（パッカー）の末端側（根
元側）に布等を巻きつけ、これにウレタン樹脂液を含浸
させ、注入ボルトの挿入時に上記布等に含浸させたウレ
タン樹脂を発泡させ、この発泡したウレタン樹脂を固結
させて孔の壁面と注入ボルトの外周部との隙間を防ぎ、
これによって、長穴開口を閉鎖できるとしている。

【０００６】しかしながら、上掲公報に記載の注入工法
は、湧水等のある軟弱な地山に用いた場合には、注入ボ
ルトの末端側の布等に含浸されたウレタン樹脂が発泡し
て注入ボルト外周と長穴の内壁との空間を埋める前や、
ウレタン樹脂が地山に浸透し固結して注入ボルトが長穴
の内壁に固定される前に、湧水によってウレタン樹脂が
流される結果として注入ボルトが長穴から押し流され、
長穴開口を密に閉鎖することができないという問題点が
あった。

【０００７】また、特公平07−000997号公報には、注入
ボルトの末端側外周部に液圧入手段を設けた通液性袋体
を配設し、この袋体に速硬性の薬液を圧入して上記袋体
を膨らませ孔壁面とパイプとの隙間を埋めると同時に、
袋体の表面から地山に上記薬液を浸透硬化させることに
よって長穴開口を閉鎖することができる旨が記載されて
いる。

【０００８】しかしながら、上掲公報記載の工法は、通
液性袋体を通じて地山に上記薬液を浸透させる手法であ
るため、袋体の通液性の孔径は、長穴の軸線方向内外
(具体的には長穴の開口側と先端側）への薬液漏れを防
止するためにある程度小さくすることを余儀なくされ、
このような構成だと、上記薬液を地山に十分に浸透させ
るまでに相当の時間を要することになるため、短時間で
長穴開口を閉鎖することができず、加えて、短時間の反
応で固結する薬液を使用することはできなかった。

【０００９】さらに、上述した従来の注入工法は、いず
れも短時間で長穴開口を密に閉鎖することができないた
め、特に、天盤が非常に軟弱なために長穴の配設角度を
軸線方向に対し上向きに１０°前後に設定する場合に
は、特に長穴開口からの湧水や薬液の漏れ出しが特に顕
著になる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】この発明の目的は、例
えばトンネルの掘削等にあたって崩落のおそれのある軟
弱な地山を固結するに先立って、地山に開けた長穴の開
口部を短時間でかつ確実に密に閉鎖し、二液反応型の混
合液体の地山への浸透・固結を有効に行うことによっ
て、堅牢な地山に改質することができる地山固結装置及
びこれを用いた地山固結方法を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の地山固結装置は、二液反応型の各液体を
別々に圧送する通路と、それらの液体を混合するミキサ
と、この混合液体を吐出するための貫通孔とを有する少
なくとも1本の注入ボルトを、地山に開けた長穴内に配
設してなる地山固結装置であって、前記長穴の開口側部
分に、注入ボルトに沿ってこれよりも短尺の開口閉鎖用
注入管を配設し、この注入管を構成する少なくとも３つ
の管部分に、注入管内を圧送される固結性液体を吐出さ
せるための吐出孔を各1個以上設け、前記吐出孔のうち、
注入管の両端側に位置する吐出孔を有する各管部分に、
これを外方から覆い、該吐出孔から吐出させた固結性液
体の圧力によって長穴の内壁に密着するまで膨張可能な
袋体をそれぞれ緊密に設けることを特徴とする。

【００１２】また、この発明の地山固結方法は、上記装
置を用い、この注入ボルト及び注入管を地山に開けた長
穴内に配設し、注入ボルト内の混合液体を貫通孔から地
山に向かって吐出させるに先立って、まず、注入管内を
圧送される固結性液体を注入管の両端側に位置する吐出
孔から吐出させ、その液体の圧力によって2つの袋体を
長穴の内壁に密着するまで膨張させて長穴開口を仮閉鎖
し、次いで、膨張した袋体に挟まれた注入管部分に位置
する吐出孔から前記液体を地山に向かって実質的に吐出
させ、その後、2つの袋体及びこれらで挟まれた長穴の空
間部分に充填され、さらに、この空間部分に隣接する地
山部分に充填・浸透した前記液体が固結することにより
長穴開口を密に閉鎖することを特徴とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】次に、この発明の実施の形態の一
例を図面を参照しながら以下で説明する。図１は、この
発明の地山固結装置１を構成する注入ボルト２等を地山
８に開けた長穴９に配設した状態を示したものであり、
図中１は地山固結装置、２は注入ボルト、3及び4は通
路、５はミキサ、６は貫通孔、８は地山、９は長穴、11
は開口閉鎖用注入管、12a〜12cは吐出孔、14a及び14bは
袋体である。

【００１４】図1に示す地山固結装置１は、少なくとも1
本の注入ボルト２を具えている。注入ボルト２は、二液
反応型の各液体Ａ，Ｂを別々に圧送する通路３，４と、
それらの液体Ａ，Ｂを混合するミキサ５と、この混合液
体Ｃを吐出するための貫通孔６とを有する。

【００１５】尚、前記通路３，４は、図1では単一の管内
に中央隔壁７を設けて形成した場合を示したが、例えば、
内管と外管とで構成される二重管構造で形成してもよ
く、種々の形態を採用することができる。

【００１６】ミキサ５は、液体Ａと液体Ｂとを混合でき
る構成であればよく、特に限定はしないが、可動部を有
しないスタティックミキサにすることが好ましい。

【００１７】液体Ａとしては、例えばポリオールを用
い、液体Ｂとしては、例えばイソシアネートを用いるこ
とが好ましい。

【００１８】上記注入ボルト２は、地山を固結する際に
は、削岩機等を用いて予め地山８のトンネル掘削面の外
周に沿って複数本形成した長穴９内に配設される。

【００１９】そして、この発明の装置の構成上の主な特
徴は、注入ボルト２内の混合液体Ｃを貫通孔６から地山
８に向かって吐出させるに先立って、前記長穴９の開口
10側部分15に、これを短時間でかつ確実に密に閉鎖する
ための短尺（具体的には、管長が300 mm程度）の開口
閉鎖用注入管11を配設することにある。

【００２０】開口閉鎖用注入管11は、注入ボルト２に沿
って配設され、少なくとも３つの管部分（図1では３つの
管部分11a〜11c）で構成されている。

【００２１】尚、前記管部分11a〜11cは、単一の管として
構成されていることが好ましいが、それぞれ別体としこ
れらを連結することによって構成することもできる。

【００２２】注入管11の前記管部分11a〜11cには、各1
個以上（図１では各1個）の吐出孔12a〜12cを設け、該吐
出孔12a〜12cから、注入管11内を圧送される固結性液体
Ｆ（固結性液体Ｆは、図1では二液反応型の各液体Ｄ，
Ｅをミキサ16によって混合することによって得られる場
合を示してある。）を吐出させる。

【００２３】ここでいう固結性液体Ｆとは、経時的に固
結状態（硬化状態）に変化する液体のことを意味し、具
体的には、上述した混合液体Ｃと同様、二液反応型の各
液体Ｄ，Ｅを混合することによって作製することが好ま
しいが、経時的に固結状態に変化できさえすれば他の種
類の液体を用いてもよい。

【００２４】前記液体Ｄ，Ｅについては、それぞれ前記
液体Ａ，Ｂと同様なものを使用することができる。

【００２５】注入管11に設けた吐出孔12a〜12のうち、
注入管11の両端13a,13b側に位置する吐出孔12a,12cを有
する各管部分11a,11cに、袋体14a,14bを設ける。

【００２６】各袋体14a,14bは、それぞれ管部分11a,11c
を外方から覆い、該吐出孔12a,12cから吐出させた固結
性液体Ｆの圧力によって長穴９の内壁9aに密着するまで
膨張することができるように構成されている。

【００２７】袋体14a,14bは、例えば非透水性ファブリ
ックなどで形成し、それぞれ注入管11の管部分11a,11c
に接着、締着、縫合等によって固定し、膨張時には長穴
の内壁9aの全周にわたって均一に密着するような寸法に
設定することが好ましい。

【００２８】袋体14a,14bの形状は、円筒状（図1）や立
方体状（図5）にすることが好ましいが、膨張時に長穴の
内壁面9aの全周にわたって均等に密着できるのであれ
ば、その他の形状にすることも可能である。

【００２９】注入管11に設けた吐出孔12a〜12cは、特に
孔径及び配設個数の適正化を図り、各吐出孔12a〜12cか
らの前記液体Ｆの吐出圧力バランスを調整する上で極め
て重要である。それらの一例を挙げておくと、管部分11
aに設けた吐出孔12aは管の開口とし、管部分11bに設け
た吐出孔12bは配設個数が1個でその孔径を4mmとし、管
部分11cに設けた吐出孔12cは配設個数が２個でその孔径
を６mmとする。

【００３０】次に、上記構成を有する装置１を用いて地
山８を固結する方法について説明する。図2は、開口閉鎖
用注入管11が前記長穴９の開口側部分15を密に閉鎖する
状態を示したものである。

【００３１】地山８を固結する場合には、削岩機等を用
いて地山８のトンネル掘削面の外周に沿って複数本の長
穴９を形成した後、各長穴９内に前記装置１の注入ボル
ト２及び注入管11を配設し、その後、各注入ボルト２の
末端部を、液体Ａ，Ｂを圧送するためのポンプ（図示せ
ず）を有する注入マシーン17（図６）に接続し、前記ポ
ンプを駆動させて注入ボルト２の先端部の貫通孔６から
地山８に向かって混合液体Ｃを吐出させることによって
地山８を固結するが、この発明では、注入ボルト２内の
混合液体Ｃを貫通孔６から地山８に向かって吐出させる
に先立って、まず、注入管11内で圧送される固結性液体
Ｆを注入管11の両端側に位置する吐出孔12a,12cから吐
出させ、その液体Ｆの圧力によって2つの袋体14a,14bを
長穴９の内壁9aに密着するまで膨張させて長穴開口10を
仮閉鎖する（図2）。

【００３２】尚、2つの袋体14a,14bが膨張する順序は、
液体Ｆの固結するまでの反応時間が比較的長い場合に
は、どちらが先であっても或いは同時であっても構わな
いが、液体Ｆの固結するまでの反応時間が比較的短い場
合には、注入管11の、先端側の管部分11aに位置する袋
体14aを先に膨張させてから、末端側の管部分11cに位置
する袋体14bを膨張させることが好ましい。

【００３３】図3は、図2のＡ−Ａ線上の断面図であり、
袋体14bが長穴９の内壁9aに密着するまで膨張したとき
の状態を示したものである。図3に示すように、2つの袋
体14a,14bが、長穴９の空間部分をほぼ占めることによ
って長穴開口10が仮閉鎖されるのである。

【００３４】このときの袋体14a,14bの長穴９の内壁9a
に対する密着圧力は、初期には、袋体内部に充填される
液体Ｆの圧送圧力によるものが主であるが、時間経過と
ともに、液体Ｆが固結・硬化することによってさらに保
持圧力も加わることになることから、この構成だけで
も、長穴開口10はかなり密に閉鎖することができる。尚、
袋体14a,14bが袋体内部に充填される液体Ｆの圧送圧力
によって長穴９の内壁9aに密着するまで膨張しさえすれ
ば、液体Ｆが完全に固結しない状態であっても長穴開口
10の閉鎖状態は保てることから、比較的短時間で、注入ボ
ルト内の混合液体Ｃを貫通孔６から地山８に向かって吐
出させて地山に混合液体を有効に浸透させることが可能
である。

【００３５】長穴開口10を仮閉鎖した後、膨張した袋体1
4a,14bに挟まれた注入管部分11bに位置する吐出孔12bか
ら、図2に示すように、固結性液体Ｆを地山に向かって
実質的に吐出させて、袋体14a,14bに挟まれた長穴９の
空間部分18及びこれに隣接する地山部分19に液体Ｆを十
分に浸透させる。尚、固結性液体Ｆを地山に向かって
「実質的に」吐出させとしたのは、その前段階、即ち、
袋体が膨張する間における多少の吐出を含めるためであ
る。

【００３６】その後、時間の経過と共に、2つの袋体14a,1
4b、これらで挟まれた長穴９の空間部分18、及び該空間
部分18に隣接する地山部分19に充填・浸透した前記液体
Ｆが固結することにより長穴開口10を密に閉鎖すること
ができる。

【００３７】そして、このような方法で長穴開口を密に
閉鎖した後、注入ボルト２内の混合液体Ｃを貫通孔６か
ら地山８に向かって吐出させることによって、堅牢な地
山に改質することができる。

【００３８】上述したところは、この発明の実施形態の
一例を示したにすぎず、請求の範囲において種々の変更
を加えることができる。

【００３９】例えば、長穴８の穴長を長くする場合には、
図4に示すように、複数本（図4では3本）の注入ボルト2A
〜2Cをステップ状にずらして配設することが好ましく、
また、地山８が極めて軟弱な場合には、図6に示すよう
に、長穴９の穴径よりも幾分小さい外径を有し、その周
壁に貫通孔20を設けた鋼管、ホース等の筒体21を長穴９
内に配設し、この筒体21内に注入ボルト２や注入管11を
配設することが好ましい。

【００４０】また、各注入ボルトの先端部から突出させ
る混合液体Ｃを地山部分19に有効に浸透・固結させるた
め、図6に示すように、一の注入ボルト2Aの周壁面であっ
て、その末端側に位置する他の注入ボルト2Bの先端部よ
りも筒体21の内部の奥行側位置に、上述した袋体14a,14b
と同様な袋体22a,22bを緊密に設けることが好ましい。

【００４１】

【発明の効果】この発明によれば、例えばトンネルの掘
削等にあたって崩落のおそれのある軟弱な地山を固結す
るに先立って、地山に開けた長穴の開口部を短時間でか
つ確実に密に閉鎖することができ、この結果、二液反応
型の混合液体の地山への浸透・固結を有効に行うことに
よって堅牢な地山に改質することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明に従う地山固結装置１の注入ボルト
２及び注入管11を地山８の長穴９内に配設した状態を示
した図である。

【図２】 図1の地山固結装置１の注入管11から固結性
液体Ｆを吐出・固結させて長穴開口部15を密に閉鎖する
状態を示した図である。

【図３】 図2のＡ−Ａ断面図である。

【図４】 注入ボルト2A〜2Cを複数本配設した場合の実
施形態を示す図である。

【図５】 注入管11に設けた袋体14a,14bの他の実施形
態を示す図である。

【図６】 注入ボルト2A,2B及び注入管11を筒体21の中
に配設した場合の実施形態を示す図である。

【符号の説明】

１ 地山固結装置 ２ 注入ボルト ３、４ 通路 ５ ミキサ ６ 貫通孔 ７ 中央隔壁 ８ 地山 ９ 長穴 10 長穴９の開口 11 開口閉鎖用注入管 12a〜12c 吐出孔 13a,13b 注入ボルト２の両端 14a,14b 袋体 15 長穴９の開口側部分 16 ミキサ 17 注入マシーン 18 長穴９の空間部分 19 地山部分 20 貫通孔 21 筒体 22a,22b 袋体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐野 加寿恵 神奈川県横浜市戸塚区柏尾町１番地 Ｆターム(参考） 2D040 AB01 AC05 BB09 CB03 DA03 DA04 DC01 2D054 FA02

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 二液反応型の各液体を別々に圧送する通
   路と、それらの液体を混合するミキサと、この混合液体
   を吐出するための貫通孔とを有する少なくとも1本の注
   入ボルトを、地山に開けた長穴内に配設してなる地山固
   結装置において、 前記長穴の開口側部分に、注入ボルトに沿ってこれより
   も短尺の開口閉鎖用注入管を配設し、 この注入管を構成する少なくとも３つの管部分に、注入
   管内を圧送される固結性液体を吐出させるための吐出孔
   を各1個以上設け、前記吐出孔のうち、注入管の両端側に
   位置する吐出孔を有する各管部分に、これを外方から覆
   い、該吐出孔から吐出させた固結性液体の圧力によって
   長穴の内壁に密着するまで膨張可能な袋体をそれぞれ緊
   密に設けることを特徴とする地山固結装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の装置を用いた地山固結方
   法において、前記装置の注入ボルト及び注入管を地山に
   開けた長穴内に配設し、注入ボルト内の混合液体を貫通
   孔から地山に向かって吐出させるに先立って、まず、注
   入管内を圧送される固結性液体を注入管の両端側に位置
   する吐出孔から吐出させ、その液体の圧力によって2つ
   の袋体を長穴の内壁に密着するまで膨張させて長穴開口
   を仮閉鎖し、次いで、膨張した袋体に挟まれた注入管部
   分に位置する吐出孔から前記液体を地山に向かって実質
   的に吐出させ、その後、2つの袋体、これらで挟まれた長
   穴の空間部分、及び該空間部分に隣接する地山部分に充
   填・浸透した前記液体が固結することにより長穴開口を
   密に閉鎖することを特徴とする地山固結方法。