JP2000345789A

JP2000345789A - 注入式長尺鋼管先受工に用いる口元コーキング装置およびそれを用いた注入式長尺鋼管先受工法

Info

Publication number: JP2000345789A
Application number: JP11156840A
Authority: JP
Inventors: Nobuyoshi Kuwata; 信義桑田; Kenji Nagatsu; 憲二永津
Original assignee: Sumitomo Riko Co Ltd; Japan Construction Mechanization Association; MCM Co Ltd Japan
Current assignee: Sumitomo Riko Co Ltd; Japan Construction Mechanization Association; MCM Co Ltd Japan
Priority date: 1999-06-03
Filing date: 1999-06-03
Publication date: 2000-12-12

Abstract

(57)【要約】【課題】定着注入材としてセメントミルク等を用いた場
合にも、注入圧力を高くすることのできる口元コーキン
グ装置を提供する。【解決手段】地山に削孔された長孔内に配挿される長尺
管の口元側の鋼管１と、上記鋼管１の口元部周壁に設け
られた貫通孔１ａと、上記口元部内に配挿されるパッカ
ー装置２とを備えている。そして、上記パッカー装置２
が、筒体３と、上記筒体３の外周部に所定間隔をあけて
固定される一対の閉塞体４と、上記両閉塞体４，４間に
おいて上記筒体３の外周と鋼管１の口元部内周で形成さ
れる薬液供給空間６と、上記薬液供給空間６にウレタン
系発泡薬液を供給してその薬液供給空間６を満たしたの
ち鋼管１の口元部周壁の貫通孔１ａから外部へ吹き出さ
せる薬液供給管５で構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、トンネルの穿設工
事等において、その補助工法として採用される注入式長
尺鋼管先受工に用いる口元コーキング装置およびそれを
用いた注入式長尺鋼管先受工法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、軟弱な地山等で行うトンネル
穿設工事等においては、穿設の第１段階で注入式長尺鋼
管先受工法等により地山を強化し、掘削による地山のゆ
るみや地表面の変形を防止するとともに、掘削作業を安
全に行えるようにしている。上記注入式長尺鋼管先受工
法は、トンネル掘削に使用する油圧ジャンボを用い、削
孔ロッド先端のビットで削孔を行い、この長孔内に鋼管
（長さ３ｍ程度，直径７４〜１１４ｍｍ程度）を継ぎ足
して打設し、打設後、鋼管内からセメント系もしくはウ
レタン系の定着注入材を注入し、鋼管が挿入されている
部分の地山改良を行う。

【０００３】上記注入式長尺鋼管先受工法では、削孔ロ
ッド先端のビットで削孔しながら鋼管を押し込んだり引
き込んだりするため、地山の長孔と鋼管との隙間（５〜
６ｍｍ程度）がほとんどない状態となる。また、長孔の
口元部をコーキングしないで定着注入材を注入する場合
には、口元部から定着注入材が漏れ出ないよう定着注入
材の注入圧力を加減する必要がある。このため、通常
は、長孔の口元部を拡げてコーキングしたり、長孔から
突出する長尺管の外周部分にモルタル等で固めて長孔の
外部で漏れ防止をしたりすることが行われている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】特に、定着注入材がセ
メント系（セメントミルク等）である場合には、その硬
化反応が遅いため、注入圧力を高くすると、この高圧で
定着注入材が口元部から漏れ出たり、鋼管が抜け出した
りするという問題がある。このため、注入圧力を高くす
ることができていない（０．２ＭＰａ程度である）のが
実情である。しかしながら、このように低い注入圧力で
は、図１８に示すように、セメントミルク２９はトンネ
ル２８外周部の長孔３１内にある長尺管３２の周囲でし
か固まらず、長孔３１周囲の岩盤内にまで浸透して各長
尺管３２を繋ぐような地山改良はできない（図１９参
照）。

【０００５】本発明は、このような事情に鑑みなされた
もので、定着注入材としてセメントミルク等を用いた場
合にも、注入圧力を高くすることのできる注入式長尺鋼
管先受工に用いる口元コーキング装置およびそれを用い
た注入式長尺鋼管先受工法の提供をその目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は、地山に削孔された長孔内に配挿される長
尺管と、上記長尺管の口元部周壁に設けられた貫通孔
と、上記口元部内に配挿されるパッカー装置とを備え、
上記パッカー装置が、筒体と、上記筒体の外周部に所定
間隔をあけて固定される一対の閉塞体と、上記両閉塞体
間において上記筒体外周と長尺管の口元部内周で形成さ
れる薬液供給空間と、上記薬液供給空間にウレタン系発
泡薬液を供給してその薬液供給空間を満たしたのち長尺
管の口元部周壁の貫通孔から外部へ吹き出させる薬液供
給管で構成されている注入式長尺鋼管先受工に用いる口
元コーキング装置を第１の要旨とし、地山に削孔された
長孔内に長尺管を配挿し、この長尺管の口元側開口から
上記パッカー装置を長尺管の口元部内に配挿して長尺管
の口元部周壁の貫通孔がパッカー装置の両閉塞体間に位
置決めされるようにし、その状態で薬液供給管から薬液
供給空間にウレタン系発泡薬液を供給してその薬液供給
空間を満たしたのち上記貫通孔から外部へ吹き出させ、
長孔の壁面と長尺管の口元部周壁との隙間を埋めると同
時に岩盤に浸透硬化させ、その状態で長孔内に長尺管の
内部を通して岩盤固結用薬液を圧入し岩盤に浸透硬化さ
せることにより、長孔内に長尺管を残しつつ長孔周囲の
岩盤を固結させる注入式長尺鋼管先受工法を第２の要旨
とする。

【０００７】すなわち、本発明の注入式長尺鋼管先受工
に用いる口元コーキング装置は、長尺管の口元部内に配
挿されるパッカー装置を、筒体と、上記筒体の外周部に
所定間隔をあけて固定される一対の閉塞体と、上記両閉
塞体間において上記筒体外周と長尺管の口元部内周で形
成される薬液供給空間と、薬液供給管とで構成し、この
薬液供給管から薬液供給空間にウレタン系発泡薬液を供
給してその薬液供給空間を満たしたのち、長尺管の口元
部周壁に穿設された貫通孔から外部へ吹き出させるよう
にしている。このように、本発明の口元コーキング装置
に用いるパッカー装置は、筒体の外周部に固定される一
対の閉塞体間に薬液供給空間を形成しているため、両閉
塞体と、これらの間の薬液供給空間で硬化したウレタン
系発泡薬液とが強固であり、岩盤固結用薬液としてセメ
ントミルク等を高圧で長孔内に供給した場合にも、長尺
管内に充満する高圧のセメントミルク等で閉塞体が変形
して長尺管内からセメントミルク等が漏れ出すというこ
とがない。また、長尺管の外部に吹き出したウレタン系
発泡薬液が長孔の壁面と長尺管の間で硬化するととも
に、ウレタン系発泡薬液が直接に長孔の壁面の岩盤に浸
透硬化するため、硬化したウレタン系発泡薬液が長孔の
壁面に強固に結合し、長孔の壁面と長尺管間に充満する
高圧のセメントミルク等が漏れ出すということもない。
そして、セメントミルク等を高い注入圧力で注入するこ
とができるため、図１９に示すように、トンネル２８外
周部の長孔３１内にある長尺管３２を繋ぐような地山改
良ができるようになる。しかも、パッカー装置は保形性
が良く、作業性に優れる。一方、本発明の注入式長尺鋼
管先受工法によれば、上記の口元コーキング装置の使用
により、上記の優れた効果を奏する工法が得られる。

【０００８】また、本発明において、上記両閉塞体がス
ポンジからなる場合には、スポンジの多孔内にウレタン
系発泡薬液が含浸し、密封性が向上する。

【０００９】

【発明の実施の形態】つぎに、本発明の実施の形態を図
面にもとづいて説明する。

【００１０】図１および図２は本発明の口元コーキング
装置の一実施の形態を示している。これらの図におい
て、１は長尺管１０（図５参照）を構成する所定本数の
鋼管のうち、口元側に配設される長さ３ｍ，直径１００
ｍｍ程度の鋼管（以下、鋼管１とは、この口元側の鋼管
１を指す）であり、その口元部の周壁（この実施の形態
では、口元側開口〔図面では、右端開口〕１ｂから略１
ｍ内側に入った位置）には、周方向に等間隔をあけて多
数の（直径１０ｍｍ程度の）貫通孔１ａ（図１には、６
つの貫通孔１ａが示されている）が穿設されている。

【００１１】２は上記鋼管１の口元部の内部に装着され
るパッカー装置（全長５０ｃｍ程度）であり、図３およ
び図４に示すように、円筒状のＡＢＳ樹脂製筒体３（直
径７５ｍｍ程度）と、この筒体３の左右両端部の外周面
に外嵌状に固定される一対のドーナツ状のスポンジ製閉
塞体４と、上記筒体３の外周面に長手方向に沿って配設
される薬液供給管５とを備えている。

【００１２】上記薬液供給管５は、一方（図面では、右
側）の閉塞体４（上記装着状態で鋼管１の口元側開口１
ｂ側に位置する閉塞体４）の内周面に貫通状に挿通され
ており、その先端部が両閉塞体４間に位置決めされてい
る。また、上記薬液供給管５は、これに連結するミキサ
ー（図示せず）付きホース２６（図５参照）に、二股状
パイプ，このパイプの二股部分に設けた各ポンプ（とも
に図示せず）を介して２液混合型ウレタン系発泡薬液の
Ａ液（ポリオール成分）を収容するタンクおよびＢ液
（イソシアネート成分）を収容するタンク（ともに図示
せず）に連結している。また、上記薬液供給管５には、
上記装着状態で長孔３１（図５参照）から突出する部分
にマーク（図示せず）が付けられており、上記装着時に
両閉塞体４間に鋼管１の多数の貫通孔１ａが配設される
ように位置決めするのに利用される。

【００１３】上記両閉塞体４は、その外径が鋼管１の内
径と略同じに形成されており、これにより、パッカー装
置２を鋼管１の内部に挿通して口元部の所望位置で内嵌
状に装着できるようにしている。また、この装着状態で
上記両閉塞体４間において、筒体３の外周面と鋼管１の
内周面との間に薬液供給空間６（図１参照）が形成され
ており、この薬液供給空間６に、薬液供給管５を介し
て、上記Ａ液とＢ液の混合薬液が供給されるようにして
いる。

【００１４】上記の口元コーキング装置を用い、つぎの
ようにして注入式長尺鋼管先受工法を行うことができ
る。すなわち、まず、油圧ジャンボ（図示せず）を用
い、地山３０（図５参照）に長孔３１を削孔し、長孔３
１内に所定本数の鋼管１を接続しながら挿入して長尺管
１０を設ける。ついで、長尺管１０の鋼管１の口元側開
口１ｂからパッカー装置２を内嵌状に挿入する。このと
き、薬液供給管５に付けられたマークを確認し、パッカ
ー装置２の両閉塞体４間に鋼管１の多数の貫通孔１ａが
位置決めされるようにする。つぎに、この長尺管１０内
にエアー抜き管１１とセメントミルク供給管１２を挿通
し、これら両管１１，１２の先端部（図示せず）を長尺
管１０の先端開口（図示せず）から突出させる。そし
て、鋼管１の口元側開口１ｂを蓋１３で栓する。

【００１５】つぎに、長孔３１の開口部において、鋼管
１との隙間にウエス１４等を詰め、上記隙間を液密状に
密封する。その状態で、Ａ液を収容するポンプとＢ液を
収容するポンプを作動させ、二股状パイプ，ミキサー付
きホース２６および薬液供給管５を介して、薬液供給空
間６内に上記Ａ液とＢ液の混合薬液を供給する。これに
より、薬液供給空間６内に流入した混合薬液は薬液供給
空間６内で発泡，膨張しながら薬液供給空間６内に充満
したのち、鋼管１の多数の貫通孔１ａから流出して長孔
３１の壁面と鋼管１の外周面との隙間に流入し、この隙
間を混合薬液で埋める。と同時に、長孔３１の壁面の岩
盤に浸透する。そして、上記両タンクの吐出圧が所定値
を超えると、その作動を停止して混合薬液の供給を止め
る。混合薬液は速硬性があるため、すぐに硬化し、長孔
３１の壁面と鋼管１の外周面との隙間をシールするとと
もに、長孔３１の壁面に強固に結合する。

【００１６】一方、セメントミルク供給管１２を通して
長孔３１内にセメントミルクを供給し、長孔３１内をセ
メントミルクで埋める。そして、エアー抜き管１１から
セメントミルクが流出すると、エアー抜き管１１を栓
し、セメントミルクの供給圧をさらに高くして長孔３１
内にセメントミルクを埋めると同時に、長孔３１の壁面
の岩盤に浸透させる。そして、セメントミルクを供給す
るタンクの吐出圧が所定値を超えると、その作動を停止
してセメントミルクの供給を止める。そののち、長孔３
１内のセメントミルクおよび岩盤に浸透したセメントミ
ルクが硬化し、長孔３１内に長尺管１０を残しつつ長孔
３１周囲の岩盤を固結させる。

【００１７】上記のように、この実施の形態では、長孔
３１内に供給された高圧のセメントミルクは、長孔３１
の壁面と鋼管１の外周面との隙間で硬化した混合薬液お
よび鋼管１内に固定されたパッカー装置２により堰止め
られて外部に漏出しない。このため、セメントミルクを
高圧で長孔３１内に供給することができる。しかも、Ａ
ＢＳ樹脂製の筒体３を用いているため、混合薬液の発泡
圧および反応熱に耐えることができる。さらに、スポン
ジ製の閉塞体４を用いているため、各閉塞体４に混合薬
液が含浸し、密封性が向上する。さらに、各閉塞体４の
保形性が良く、作業性がよい。

【００１８】図６〜図８は本発明のパッカー装置２の変
形例を示している。この例では、薬液供給管８が筒体３
の内部に配設されており、その先端部が上記筒体３に穿
設された貫通孔３ａに連結している。それ以外の部分は
図２〜図４に示すパッカー装置２と同様であり、同様の
部分には同じ符号を付している。このパッカー装置２を
用いた口元コーキング装置も、図１に示す口元コーキン
グ装置と同様の作用・効果を奏する。しかも、口元側開
口１ｂ側の閉塞体４の内周面が筒体３の外周面に密着し
ているため、上記閉塞体４の内周面と筒体３の外周面と
の間から混合薬液が漏れ出る心配がない。

【００１９】図９〜図１１は本発明のパッカー装置２の
他の変形例を示している。この例では、筒体３が、ＡＢ
Ｓ樹脂製下部体２０と、ＡＢＳ樹脂製上部体２１と、Ａ
ＢＳ樹脂製管体（薬液供給管）２２とからなる。上記下
部体２０は、図１２および図１３に示すように、上面が
開口する半円筒体からなり、その上面に一対の係合用突
条２０ａ，２０ｂが突設されている。

【００２０】上記上部体２１は、図１４および図１５に
示すように、下面が開口する半円筒体からなり、その下
面に、上記一対の係合用突条２０ａ，２０ｂに着脱自在
に係合する一対の係合用突条２１ａ，２１ｂが突設され
ている。また、上記上部体２１には、その上面の口元側
端面（図面では、右端開面）から内側に向かって一直線
に延びて略中央部に至る凹溝２３が形成されており、こ
の凹溝２３の先端面２３ａが上面向き傾斜面に形成され
ている。このような凹溝２３には上記管体２２が内嵌状
に収容される。

【００２１】上記管体２２は、図１６および図１７に示
すように、その上面が上記上部体２１の円弧状の上面に
沿う円弧状湾曲面に形成されており、かつ、上記上部体
２１の凹溝２３より短く形成されている。また、管体２
２の内部に形成される中空部（混合薬液の通路）２２ａ
の口元側開口部（図面では、右端開口部）の内周面にね
じ部２２ｂが形成されており、ミキサー付きホース２６
の先端部がねじ止めされる。それ以外の部分は図２〜図
４に示すパッカー装置２と同様である。

【００２２】この例では、上記管体２２の口元側開口面
を上部体２１の凹溝２３の口元側端面に面一状に位置決
めした状態で、上記管体２２を上部体２１の凹溝２３に
収容すると、管体２２の先端開口と凹溝２３の先端面２
３ａとの間に隙間ができる。そして、この隙間に、ミキ
サー付きホース２６から供給される混合薬液が管体２２
の中空部２２ａを経て流入したのち、薬液供給空間６
（図１参照）に供給される。したがって、このパッカー
装置２を用いた口元コーキング装置も、図１に示す口元
コーキング装置と同様の作用・効果を奏する。しかも、
管体２２が上部体２１の凹溝２３内に収容されているた
め、口元側開口１ｂ側の閉塞体４の内周面が筒体３の外
周面に密着し、上記閉塞体４の内周面と筒体３の外周面
との間から混合薬液が漏れ出る心配がない。

【００２３】

【実施例】図１に示す口元コーキング装置を用い、図５
に示す状態にセットし（なお、ウエス１４を設けていな
い）、試験を行った。図２０に示すように、その試験本
数は１９本の偶数孔（３９本の削孔のうち、偶数孔Ｎ
ｏ．２〜３８の１９本）である。また、パッカー装置２
を鋼管１の口元側開口１ｂから１．０ｍ内側に入った位
置にセットし、ウレタン系薬液の注入は、小型電動タイ
プ（０．７５ｋＷ）のポンプを使用した。その結果を、
下記の表１および表２に示す。

【００２４】

【表１】

【００２５】

【表２】

【００２６】上記の表１および表２において、圧力上昇
注入中止とは、注入途中でセメントミルク供給ポンプの
ポンプ能力が上限に達し、これ以上注入できない状態に
なったため、注入を中止したことを意味している。ま
た、上記試験において、パッカー装置２のセットは長尺
管１０の打設と平行作業として行い、ウレタン系薬液の
注入時間（パッカー注入時間）は１９箇所で１７分（す
なわち、１箇所で平均０．９分程度）であった。なお、
孔Ｎｏ．２６では、圧力上昇したため、パッカー注入量
１．０ｋｇで注入中止した。

【００２７】定量注入前にセメントミルク注入圧力がポ
ンプの能力の１．０ＭＰａ以上になり、注入中止となっ
た箇所が５箇所あった（孔Ｎｏ．２，４，１０，１４，
２０）。また、８箇所（孔Ｎｏ．６，１２，１６，１
８，２２，３０，３４，３８）で、隣接した鋼管１内
（セメントミルク供給管１２）までセメントミルクが到
達し、注入を中止した。また、孔Ｎｏ．２６以外のパッ
カー装置２では、口元からのリークは全くみられなかっ
た。

【００２８】上記の表１および表２から明らかなよう
に、この口元コーキング装置は、セメントミルクの注入
圧力（１．０ＭＰａ以上）に耐えることができた。ま
た、浸透性の高い薬液（セメントミルク）でも、コーキ
ング効果が確認された。また、施工性については、パッ
カー装置２のセットまでは鋼管１打設との平行作業によ
りロス時間を軽減することができた。また、パッカー装
置２へのウレタン系薬液の注入についても、連続注入す
ることで短時間での注入が可能であることが確認され
た。

【００２９】なお、パッカー装置２に用いる両閉塞体４
は、スポンジに限定するものではなく、繊維成形体でも
よいし、ゴム成形体でもよい。

【００３０】

【発明の効果】以上のように、本発明の注入式長尺鋼管
先受工に用いる口元コーキング装置によれば、これに用
いるパッカー装置が、筒体の外周部に固定される一対の
閉塞体間に薬液供給空間を形成しているため、両閉塞体
と、これらの間の薬液供給空間で硬化したウレタン系発
泡薬液とが強固であり、岩盤固結用薬液としてセメント
ミルク等を高圧で長孔内に供給した場合にも、長尺管内
に充満する高圧のセメントミルク等で閉塞体が変形して
長尺管内からセメントミルク等が漏れ出すということが
ない。また、長尺管の外部に吹き出したウレタン系発泡
薬液が長孔の壁面と長尺管の間で硬化するとともに、ウ
レタン系発泡薬液が直接に長孔の壁面の岩盤に浸透硬化
するため、硬化したウレタン系発泡薬液が長孔の壁面に
強固に結合し、長孔の壁面と長尺管間に充満する高圧の
セメントミルク等が漏れ出すということもない。そし
て、セメントミルク等を高い注入圧力で注入することが
できるため、図１９に示すように、トンネル２８外周部
の長孔３１内にある長尺管３２を繋ぐような地山改良が
できるようになる。しかも、パッカー装置は保形性が良
く、作業性に優れる。一方、本発明の注入式長尺鋼管先
受工法によれば、上記口元コーキング装置の使用によ
り、上記の優れた効果を奏する工法が得られる。

【００３１】また、本発明において、上記両閉塞体がス
ポンジからなる場合には、スポンジの多孔内にウレタン
系発泡薬液が含浸し、密封性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のロックボルト装置の一実施の形態を示
す断面図である。

【図２】上記ロックボルト装置の側面図である。

【図３】上記ロックボルト装置に用いるパッカー装置の
正面図である。

【図４】上記パッカー装置の断面図である。

【図５】上記ロックボルト装置の使用状態を示す断面図
である。

【図６】上記パッカー装置の変形例を示す正面図であ
る。

【図７】上記パッカー装置の変形例を示す断面図であ
る。

【図８】上記パッカー装置の変形例を示す側面図であ
る。

【図９】上記パッカー装置の他の変形例を示す平面図で
ある。

【図１０】上記パッカー装置の他の変形例を示す断面図
である。

【図１１】上記パッカー装置の他の変形例を示す側面図
である。

【図１２】下部体を示す平面図である。

【図１３】上記下部体を示す側面図である。

【図１４】上部体を示す平面図である。

【図１５】上記上部体を示す側面図である。

【図１６】管体を示す平面図である。

【図１７】上記管体を示す側面図である。

【図１８】定着注入材の浸透状態を示す説明図である。

【図１９】定着注入材の浸透状態を示す説明図である。

【図２０】試験の説明図である。

【符号の説明】

１鋼管１ａ貫通孔２パッカー装置３筒体４閉塞体５薬液供給管６薬液供給空間

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者桑田信義愛知県小牧市大字北外山字哥津3600番地東海ゴム工業株式会社内 (72)発明者永津憲二愛知県小牧市大字北外山字哥津3600番地東海ゴム工業株式会社内Ｆターム(参考） 2D054 AC15 FA02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】地山に削孔された長孔内に配挿される長
尺管と、上記長尺管の口元部周壁に設けられた貫通孔
と、上記口元部内に配挿されるパッカー装置とを備え、
上記パッカー装置が、筒体と、上記筒体の外周部に所定
間隔をあけて固定される一対の閉塞体と、上記両閉塞体
間において上記筒体外周と長尺管の口元部内周で形成さ
れる薬液供給空間と、上記薬液供給空間にウレタン系発
泡薬液を供給してその薬液供給空間を満たしたのち長尺
管の口元部周壁の貫通孔から外部へ吹き出させる薬液供
給管で構成されていることを特徴とする注入式長尺鋼管
先受工に用いる口元コーキング装置。
【請求項２】上記両閉塞体がスポンジからなる請求項
１記載の注入式長尺鋼管先受工に用いる口元コーキング
装置。
【請求項３】地山に削孔された長孔内に長尺管を配挿
し、この長尺管の口元側開口から請求項１のパッカー装
置を長尺管の口元部内に配挿して長尺管の口元部周壁の
貫通孔がパッカー装置の両閉塞体間に位置決めされるよ
うにし、その状態で薬液供給管から薬液供給空間にウレ
タン系発泡薬液を供給してその薬液供給空間を満たした
のち上記貫通孔から外部へ吹き出させ、長孔の壁面と長
尺管の口元部周壁との隙間を埋めると同時に岩盤に浸透
硬化させ、その状態で長孔内に長尺管の内部を通して岩
盤固結用薬液を圧入し岩盤に浸透硬化させることによ
り、長孔内に長尺管を残しつつ長孔周囲の岩盤を固結さ
せることを特徴とする注入式長尺鋼管先受工法。