JP2005090009A - 地盤注入材の注入工法および注入装置 - Google Patents

Abstract

【課題】地盤注入材を所定深度の地盤中へ確実に注入することが可能な地盤注入材の注入工法および注入装置を提供する。
【解決手段】複数の注入口１１ｄを有する外管１には、注入口１１ｄに対応して磁性リング１３を設け、吐出口２３ｂとパッカー２４を有する内管２には、パッカー２４間に注入口１１ｄが位置する状態で磁性リング１３を検出する近接センサ２８を設ける。掘削孔Ｈに外管１を設置して外管１内に内管２を挿入した後、内管２を引き上げて行く。近接センサ２８が磁性リング１３を検出すると、パッカー２４を膨張させて内管２の引き上げを停止し、外管１内で内管２を固定する。この状態で、内管２内に地盤注入材を供給し、地盤注入材を吐出口２３ｂと注入口１１ｄとを通して地盤Ｇ中に注入する。所定量注入後、パッカー２４を収縮させて、再び内管２を引き上げて行く。
【選択図】 図１

Description

本発明は、地盤中へ地盤注入材を段階的に注入する地盤注入材の注入工法および注入装置に関するものである。

地盤中へ地盤注入材を注入する注入工法には、地盤の液状化防止対策や軟弱地盤の強化対策等として地盤改良用の薬液からなる地盤注入材を地盤中へ段階的に注入する注入工法がある。この注入工法は、例えば、下記の特許文献１に開示されているように、管軸方向に所定の間隔をおいて複数の注入口が形成された外管と、吐出口が形成され当該吐出口よりも先端側と後端側の外周面に膨縮自在なパッカーがそれぞれ設けられた内管とを備えた注入装置を用いて行われる。具体的には、外管を地盤に形成した掘削孔に設置し、内管をその外管内に挿入した後に、内管のパッカー間に所定深度にある外管の注入口が位置するように内管を上方に移動させ、その移動毎に内管内に地盤注入材を供給することにより、地盤注入材を内管の吐出口とパッカー間にある外管の注入口とを通して所定深度の地盤中へ順次段階的に注入する。このように注入された地盤注入材は、その後地盤中に浸透して硬化するので、地盤が強化される。

登録実用新案第３０３２７７３号公報

上述したように、従来の注入工法および注入装置では、地盤注入材を所定深度の地盤中へ注入するのに、内管のパッカー間に所定深度にある外管の注入口が位置するように内管を上方に移動させる必要がある。そのため、従来は、外管に形成された複数の注入口の間隔と略同一のピッチで内管を人手またはエアーシリンダ等の装置によって上方に引き上げることにより、パッカー間に注入口を位置させていた。しかし、このように内管を引き上げて行くと、始めのうちはパッカー間に注入口を位置させることができるが、次第に内管の引き上げピッチの誤差が累積して、何回目かにはパッカー間に注入口を位置させることができなくなる。また、一般に内管は、吐出口やパッカーが設けられている部分は地盤注入材やパッカー膨張用の流体からの圧力に耐えるために剛性を有する金属パイプ等で構成されているが、それ以外の部分は重量を軽減するために可撓性を有するホース等で構成されているので、内管を引き上げて行くとホース等が徐々に伸び、この伸びが蓄積することによっても、パッカー間に注入口を位置させることができなくなる。これらのようにパッカー間に注入口を位置させることができなくなると、内管内に地盤注入材を供給しても、地盤注入材を吐出口と注入口とを通して所定深度の地盤中へ注入することができないという問題がある。

本発明は、上記問題点を解決するものであって、その課題とするところは、地盤注入材を所定深度の地盤中へ確実に注入することが可能な地盤注入材の注入工法および注入装置を提供することにある。

本発明に係る注入工法は、管軸方向に所定の間隔をおいて複数の注入口が形成された外管と、吐出口が形成され当該吐出口よりも先端側と後端側の外周面に膨縮自在なパッカーがそれぞれ設けられた内管とを用いて地盤注入材を地盤中へ段階的に注入する地盤注入材の注入工法であって、外管には、注入口に対応するように管軸方向に所定の間隔をおいて被検出体が設けられ、内管の吐出口の近傍には、パッカー間に注入口が位置する状態で被検出体を検出するように検出手段が設けられている。まず、地盤に形成した掘削孔に外管を設置して当該外管内に内管を挿入した後、内管を管軸方向に移動させて行く。そして、検出手段が被検出体を検出すると、パッカーを膨張させかつ内管の移動を停止し、内管内に地盤注入材を供給することにより当該地盤注入材を吐出口とパッカー間の注入口とを通して地盤中に注入する。内管内に地盤注入材を所定量供給すると、当該地盤注入材の供給を停止してパッカーを収縮させ、再び内管を管軸方向に移動させて行く。

上記のように、外管内で内管を管軸方向に移動させて行って、検出手段が被検出体を検出したときに、パッカーを膨張させかつ内管の移動を停止することで、内管のパッカー間に所定深度にある外管の注入口が位置した状態で、内管を停止させて外管内に固定することができる。このため、外管内に固定した内管内に地盤注入材を供給することにより、地盤注入材を吐出口とパッカー間にある注入口とを通して所定深度の地盤中へ確実に注入することが可能となる。

また、本発明の実施形態に係る注入工法では、掘削孔に設置した外管内に内管を挿入した後、内管を管軸方向に引き上げて行き、内管を引き上げてからパッカーを収縮させるまでの一連の工程を繰り返し行う。外管内に挿入した内管は、上記のように管軸方向に引き上げて移動させて行く以外に、管軸方向に押し下げて移動させて行くことも可能である。しかしながら、内管内に供給した地盤注入材は、殆どの量が上述したように吐出口とパッカー間にある注入口とを通って地盤中に注入されて行くが、一部の量は吐出口から吐出した後に外管内に残存して溜まってしまうので、内管を押し下げて移動させて行った場合は、先に供給して外管内に溜まった地盤注入材が邪魔になって、外管内で内管を下方へ移動させるのが困難になる。特に、地盤注入材として硬化性を有する材料を用いた場合は、先に供給して外管内に溜まった地盤注入材が徐々に硬化するので、外管内で内管を下方へ移動させることができなくなる。然るに、上述したように外管内で内管を引き上げて移動させて行くと、先に供給して外管内に溜まった地盤注入材が邪魔になることはなく、外管内で内管を下方から上方へと比較的容易に移動させて行くことが可能となる。このため、内管を引き上げてからパッカーを収縮させるまでの一連の工程を繰り返し行うことで、地盤注入材を地盤中の深度の深い位置から深度の浅い位置へと順次確実に注入することが可能となる。

また、本発明に係る注入装置は、管軸方向に所定の間隔をおいて複数の注入口が形成された外管と、吐出口が形成され当該吐出口よりも先端側と後端側の外周面に膨縮自在なパッカーがそれぞれ設けられた内管と、パッカーを膨張または収縮させるパッカー膨縮手段と、内管内に地盤注入材を供給する注入材供給手段とを備え、地盤注入材を地盤中へ段階的に注入する地盤注入材の注入装置であって、内管を管軸方向へ移動させる移動手段と、外管に注入口に対応するように管軸方向に所定の間隔をおいて設けられた被検出体と、内管の吐出口の近傍にパッカー間に注入口が位置する状態で被検出体を検出するように設けられた検出手段と、パッカー膨縮手段と注入材供給手段と移動手段とをそれぞれ制御する制御手段とを設けている。

上記の構成において、制御手段は、地盤に形成した掘削孔に外管を設置して当該外管内に内管を挿入した後に、移動手段によって内管を管軸方向に移動させて行く。そして、検出手段によって被検出体を検出すると、パッカー膨縮手段によってパッカーを膨張させ、かつ移動手段による内管の移動を停止し、注入材供給手段によって内管内に地盤注入材を供給して当該地盤注入材を吐出口とパッカー間の注入口とを通して地盤中に注入する。注入材供給手段によって内管内に地盤注入材を所定量供給すると、地盤注入材の供給を停止して、パッカー膨縮手段によってパッカーを収縮させ、再び移動手段によって内管を管軸方向に移動させて行く。

上述した注入装置によれば、外管内で内管を移動させて行って、検出手段が被検出体を検出したときに、パッカーを膨張させかつ内管の移動を停止することで、内管のパッカー間に所定深度にある外管の注入口が位置した状態で、内管を停止させて外管内に固定することができる。また、内管の吐出口の近傍に検出手段を設けているので、内管を移動させて行くことにより内管が伸びても、検出手段から吐出口までの伸びは極めて微小であるため、その伸びが蓄積して内管のパッカー間に外管の注入口を位置させることができなくなるということはない。よって、外管内に固定した内管内に地盤注入材を供給することにより、地盤注入材を吐出口とパッカー間にある注入口とを通して所定深度の地盤中へ確実に注入することが可能となる。

また、本発明の実施形態に係る注入装置では、地盤注入材を段階的に注入するための注入段階数を設定する設定手段を設けていて、制御手段は、設定手段で設定された注入段階数に基づいて、内管を移動させてからパッカーを収縮させるまでの一連の工程を繰り返し行う。このようにすると、地盤注入材の注入段階数を任意に設定することができ、設定した注入段階数で地盤注入材を地盤中へ自動的に注入することが可能となる。

また、本発明の他の実施形態に係る注入装置では、被検出体の管軸方向と平行な方向の幅を、パッカー間の間隔よりも小さい範囲で所定幅（例えばセンサの幅）より大きくしている。このようにした場合、制御手段は、パッカーを膨張させかつ内管の移動を停止した後に、検出手段によって被検出体を検出していれば、注入材供給手段によって内管内に地盤注入材を供給し、検出手段によって被検出体を検出していなければ、注入材供給手段によって内管内に地盤注入材を供給しないようにしてもよい。上記のように、被検出体の幅をパッカー間の間隔よりも小さい範囲で所定幅より大きくすることで、内管のパッカー間に外管の注入口が位置した状態で検出手段が被検出体を検出する時間を長くする（つまり検出範囲を広くする）ことができる。このため、検出手段によって被検出体を検出したことを受けてパッカーを膨張させかつ内管の移動を停止した後に、検出手段によって被検出体を検出していれば、パッカー間に注入口が位置した状態で内管が停止しているので、内管内に地盤注入材を供給することで、地盤注入材を所定深度の地盤中へ一層確実に注入することができる。また、内管の伸び等が原因で検出手段によって被検出体を検出していなければ、パッカー間に注入口が位置した状態で内管が停止していないので、内管内に地盤注入材を供給しないことで、地盤注入材の無駄な使用を防止することができる。

さらに、本発明の実施形態に係る注入装置では、被検出体は磁性体から構成され、検出手段は磁性体を検出可能な磁性体検出センサから構成されている。このようにすると、磁性体は、移動しない外管に設けるために多数必要となるが、磁性体よりも高価な磁性体検出センサは、外管内で移動する内管に設けるために少なくすむので、装置全体のコストを低く抑えることができる。また、磁性体と磁性体検出センサとの間に地盤注入材や異物が介在しても、磁性体検出センサによって磁性体を確実に検出することができる。

本発明によれば、内管のパッカー間に所定深度にある外管の注入口が位置した状態で、内管を停止させて外管内に固定することができるので、固定した内管内に地盤注入材を供給することにより、地盤注入材を吐出口とパッカー間にある注入口とを通して所定深度の地盤中へ確実に注入することが可能となる。

図１〜図５は、本発明の実施形態に係る地盤注入材の注入装置を示す図である。図１は注入装置の概略構造を示す全体図、図２は注入装置に備わる外管および内管の詳細構造を示す拡大図、図３〜図５は外管および内管の要部構造を示す拡大図である。図１において、１００は地盤注入材の注入装置（以下、注入装置という）である。この注入装置１００は、地盤Ｇに形成した掘削孔Ｈに設置されている外管１、外管１内に挿入されている内管２、地上に設置されている巻き取り機３、流体用ポンプ４、地盤注入材用ポンプ５、制御盤６等から主に構成されている。Ｃは掘削孔Ｈ内に充填されたシールグラウトであって、例えばセメントベントナイト等が用いられている。

巻き取り機３は、モータ３１の駆動によってリール３２を回転させて外管１内の内管２を巻き取りながら地上へ引き上げる。７は距離検出器であって、内管２の挿入量および引き上げ量を検出する。流体用ポンプ４は、内管２の先端側に設けられたパッカー２４を膨張または収縮させるために、パッカー膨張用の流体を供給経路８を通してパッカー２４内に所定の圧力で供給し、また流体の供給圧力を減圧する。パッカー膨張用の流体としては、例えば水や空気等を用いる。供給経路８中に設けられた８１は流体の流量と圧力を検出する流量圧力検出器、８２は流体の流量と圧力を調整する電磁弁である。地盤注入材用ポンプ５は、図示しないタンク等に貯留された地盤注入材を供給経路９を通して内管２内に供給する。地盤注入材としては、例えば水ガラス系の硬化性を有した溶液タイプの地盤改良用の薬液を用いる。供給経路９中に設けられた９１は地盤注入材の流量と圧力を検出する流量圧力検出器、９２は地盤注入材の流量と圧力を調整する電磁弁である。巻き取り機３は、本発明における移動手段の一実施形態を構成し、流体用ポンプ４は、本発明におけるパッカー膨縮手段の一実施形態を構成し、地盤注入材用ポンプ５は、本発明における注入材供給手段の一実施形態を構成する。

制御盤６には、ＣＰＵ６１、メモリ６２、表示部６３、操作部６４等が備わっている。ＣＰＵ６１は、巻き取り機３やポンプ５、６等の注入装置１００の各部をそれぞれ制御する。メモリ６２は、ＣＰＵ６１の制御プログラムを記憶したＲＯＭや、ＣＰＵ６１の制御データを読み書き自在に記憶するＲＡＭや、注入装置１００の動作状態のログを記憶する不揮発性メモリ等からなる。表示部６３は、注入装置１００の動作状態を表示したり検出器７、８１、９１からの検出結果を表示したりするＬＥＤ等のランプやディスプレイ等からなる。操作部６４は、注入装置１００の各部に電源を投入するスイッチや、注入装置１００に動作を開始させたり停止させたりするボタンや、パッカー膨張用の流体や地盤注入材の供給量を設定するキーや、地盤注入材を地盤中へ段階的に注入するための注入段階数を設定するキー等からなる。ＣＰＵ６１は、本発明における制御手段の一実施形態を構成し、操作部６４は、本発明における設定手段の一実施形態を構成する。

外管１は、図２に示すように複数のスリーブパイプ１１から構成されている。各スリーブパイプ１１は、Ｄ方向側の端部に雄ねじ部１１ａ、Ｕ方向の端部に雌ねじ部１１ｂがそれぞれ形成されていて、スリーブパイプ１１同志の雄ねじ部１１ａと雌ねじ部１１ｂとを螺合して接続することで所定長さの外管１が組み立てられる。つまり、外管１は接続するスリーブパイプ１１の数により掘削孔Ｈにおける地盤改良範囲の深度に合わせて管軸方向Ｕ、Ｄの長さを調節できる。なお、本実施形態では、スリーブパイプ１１を３個接続すると、外管１の管軸方向Ｕ、Ｄの長さは約１ｍとなるので、掘削孔Ｈにおける地盤改良範囲の深度が１０〜４０ｍの場合は、スリーブパイプ１１は少なくとも３０〜１２０個必要となる。各スリーブパイプ１１の外周面１１ｃには、地盤Ｇへ地盤注入材を注入するための複数の注入口１１ｄが穿孔により形成されている。つまり、外管１には、図１に示すように管軸方向Ｕ、Ｄに所定の間隔をおいて複数の注入口１１ｄが形成されている。なお、本実施形態では、注入口１１ｄは小径であって、各スリーブパイプ１１に図３（ａ）に示すように４つ形成されているが、注入口１１ｄの径と数は地盤注入材の注入量等により適宜設定する。また、各スリーブパイプ１１における注入口１１ｄの数は単数であっても複数であってもよい。１２はシリコンゴムや天然ゴム等の弾性体からなるスリーブであって、各スリーブパイプ１１の注入口１１ｄを覆うように外周面１１ｃに装着されている。１２ａはスリーブ１２に形成されたスリットである。スリーブ１２は、スリーブ１２自体の弾性力により外周面１１ｃを締め付けて注入口１１ｄを封止し、注入口１１ｄからスリット１２ａを通して地盤Ｇへ注入した地盤注入材の逆流を防止する逆止弁として機能する。１３は鉄等の磁性体金属からなる磁性リングであって、各スリーブパイプ１１の外周面１１ｃに装着されている。つまり、外管１には、図１に示すように各注入口１１ｄに対応するように管軸方向Ｕ、Ｄに所定の間隔をおいて磁性リング１３が設けられている。外管１の最下位置に示す１４はキャップであって、最下位置にあるスリーブパイプ１１のＤ方向側の端部を封止するために取り付けられている。外管１は、本発明における外管の一実施形態を構成する。

内管２は、合成ゴム等の可撓性を有する材料からなるホース２１と、ホース２１の先端（Ｄ方向側）に連結された金属や合成樹脂等の剛性を有する材料からなる吐出パイプ２３から構成されている。ホース２１および吐出パイプ２３の内部には、図３（ａ）に破線で示すように可撓性を有する材料からなる小径のホース２２が挿入されている（以下、ホース２１を外ホース２１、ホース２２を内ホース２２という）。吐出パイプ２３の外周面２３ａには、吐出口２３ｂが穿孔により形成されていて、当該吐出口２３ｂよりも先端側（Ｄ方向側）と後端側（Ｕ方向側）の外周面２３ａには、ゴム製で弾性力を有する膨縮自在なパッカー２４がそれぞれ設けられている。２５はパッカー２４を外周面２３ａに固定する固定部材、２６はホース２１と吐出パイプ２３とを連結する連結部材、２７は吐出パイプ２３の先端を封止する封止部材である。内管２は、本発明における内管の一実施形態を構成する。

外ホース２１は、先端が吐出パイプ２３と連通していて、後端が巻き取り機３（図１）の内部で供給経路９（図１）と連通している。このため、地盤注入材用ポンプ５（図１）によって地盤注入材を供給経路９を通して外ホース２１内へ供給すると、地盤注入材は外ホース２１内と吐出パイプ２３内とを通って吐出口２３ｂから吐出する。内ホース２２は、先端側で図３（ａ）に示すように２つのパッカー２４とそれぞれ連通していて、後端が巻き取り機３の内部で供給経路８（図１）と連通している。このため、流体用ポンプ４（図１）によって流体を供給経路８を通して内ホース２２内へ所定の圧力で供給すると、流体が内ホース２２内を通って各パッカー２４内に入り込むので、図３（ａ）の収縮状態の各パッカー２４が、図３（ｂ）に示すように膨張する。各パッカー２４が膨張すると、内管２が外管１内で固定されて、パッカー２４間の吐出パイプ２３とスリーブパイプ１１との間に閉鎖された空間部Ｖが形成される。図３（ｂ）に示す状態で、流体用ポンプ４によってパッカー２４内への流体の供給圧力を減圧すると、各パッカー２４内に入り込んでいる流体がパッカー２４自体の弾性力（収縮力）で内ホース２２内に押し出されるので、各パッカー２４が図３（ａ）に示すように収縮する。なお、上記に代えて、流体用ポンプ４によってパッカー２４内の流体を吸引して外部に排出することにより、パッカーを収縮させてもよい。

また、図３（ｂ）に示すように膨張したパッカー２４間に外管１の注入口１１ｄが位置した状態で、上述したように地盤注入材用ポンプ５によって地盤注入材を外ホース２１内へ供給して吐出口２３ｂから吐出させ続けると、地盤注入材は空間部Ｖを充填した後高圧化し、図４に矢印で示すように注入口１１ｄからスリーブ１２を押し上げてスリット１２ａから噴出する。そして、噴出した地盤注入材は、シールグラウトＣ中にクラックＲを発生させながら地盤Ｇ中へ流出して行く。一旦シールグラウトＣ中にクラックＲが発生すると、以降地盤注入材用ポンプ５によって供給される地盤注入材は、クラックＲを通って地盤Ｇ中へ注入されて行く。

図５（ａ）に示す２８は鉄等の磁性体を検出する高周波発振形の近接センサであって、コイル部２８ａと、当該コイル部２８ａを封止して保護するケース部２８ｂとから構成されている。コイル部２８ａは、図５（ｃ）に示すようにスリーブパイプ１１と外ホース２１との間でこれらの円周方向と平行に配置されている。（なお、図５（ｃ）は図５（ａ）のＹ−Ｙ断面図である。）ケース部２８ｂは、非磁性体である合成樹脂から形成されている。図５（ａ）の２９は近接センサ２８のリード線であって、図５（ａ）、（ｂ）に示すように外ホース２１の外周面２１ａに沿うように配線されている。（なお、図５（ｂ）は図５（ａ）のＸ−Ｘ断面図である。）リード線２９は、先端がコイル部２８ａに接続され、後端が巻き取り機３を経由して制御盤６（図１）に接続されている。３０は近接センサ２８を外ホース２１の外周面２１ａに固定する固定ボルトである。近接センサ２８は、図１に示すように吐出パイプ２３の吐出口２３ｂの近傍の位置であって、図２に示すようにパッカー２４間にスリーブパイプ１１の注入口１１ｄが位置する状態で磁性リング１３を検出するような位置に設けられている。磁性リング１３は、本発明における磁性体と被検出体の一実施形態をそれぞれ構成し、近接センサ２８は、本発明における磁性体検出センサと検出手段の一実施形態をそれぞれ構成する。

図６−１〜図６−４は、本発明の実施形態に係る地盤注入材の注入工法を示す図である。図６−１（ａ）において、ケーシングパイプＰを用いてボーリングにより地盤Ｇ中に所定深度の掘削孔Ｈを形成した後、ケーシングパイプＰ内にシールグラウトＣを充填し、続けて外管１を挿入して行く。外管１を掘削孔Ｈの最下位置まで挿入すると、ケーシングパイプＰを掘削孔Ｈから引き抜き、所定時間をおいてシールグラウトＣを硬化させる。シールグラウトＣが硬化して外管１が固定されると、外管１の設置が完了したので、巻き取り機３から内管２を引き出して、図６−１（ｂ）に示すように内管２を外管１内に挿入して行く。このとき、パッカー２４は収縮状態にしておく。そして、図６−１（ｃ）に示すように内管２を外管１の最下位置まで挿入すると、制御盤６（図１）の操作部６４を操作して地盤注入材の注入段階数を設定する。設定された注入段階数は制御盤６のメモリ６２に記憶される。なお、注入段階数の設定は前もって行っておいてもよい。

続いて、地盤注入材を地盤Ｇ中へ注入するために、操作部６４を操作して注入装置１００に動作を開始させる。図７は、注入装置１００による注入工法の手順を示すフローチャートである。各処理は、制御盤６のＣＰＵ６１がメモリ６２に記憶された制御プログラムに従って実行する。図７において、ＣＰＵ６１は、まず、設定された注入段階数Ｚをメモリ６２から読み込み（ステップＳ１）、次に、巻き取り機３のモータ３１を駆動して内管２を所定速度で引き上げて行く（ステップＳ２）。内管２を引き上げて行くことにより、図６−２（ｄ）に示すように内管２に設けた近接センサ２８が外管１に設けた磁性リング１３に接近すると、磁性リング１３を検出して検出信号を出力する。近接センサ２８から検出信号を受けると、ＣＰＵ６１は、近接センサ２８が磁性リング１３を検出したので（図７のステップＳ３：ＹＥＳ）、前述したように流体用ポンプ４（図１）によって流体を内ホース２２（図３（ａ））内に所定の圧力で供給することによりパッカー２４を膨張させ、かつ、モータ３１の駆動を停止して巻き取り装置３による内管２の引き上げを停止する（ステップＳ４）。なお、パッカー２４の膨張開始タイミング（すなわちポンプ４による流体の供給開始タイミング）と、内管２の引き上げ停止タイミング（すなわちモータ３１の駆動停止タイミング）とは、ずれていてもよいし、同時でもよい。

図６−２（ｅ）に示すようにパッカー２４が膨張し、かつ内管２の引き上げが停止すると、内管２のパッカー２４間に外管１の注入口１１ｄが位置した状態で内管２が外管１内で停止して固定される。続いて、ＣＰＵ６１は、前述したように地盤注入材用ポンプ５（図１）によって地盤注入材を外ホース２１内および吐出パイプ２３内に供給し、吐出口２１ｂとパッカー２４間の注入口１１ｄとを通して地盤Ｇ中へ注入する（図７のステップＳ５）。これにより、図６−２（ｆ）に矢印で示すように、最下位置の１つ上に設置されたスリーブパイプ１１の注入口１１ｄから周囲の地盤Ｇ中へ地盤注入材の１段階目の注入が行われる。そして、地盤注入材を所定量供給すると、ＣＰＵ６１は、地盤注入材用ポンプ５による地盤注入材の供給を停止した後に、前述したように流体用ポンプ４によってパッカー２４内への流体の供給圧力を減圧することによりパッカー２４を収縮させる（図７のステップＳ６）。図６−３（ｇ）に示すようにパッカー２４が収縮すると、内管２は外管１内で径方向に固定されていない状態（フリーな状態）になる。図６−３（ｇ）に示すＬは地盤Ｇ中へ注入されて浸透した地盤注入材である。

その後、ＣＰＵ６１は、設定された注入段階数Ｚでの地盤注入材の注入が完了したか否かを判定する（図７のステップＳ７）。このとき、地盤注入材の１段階目の注入は完了したが、設定された注入段階数Ｚの注入はまだ完了していないと判断すると（ステップＳ７：ＮＯ）、ＣＰＵ６１は、ステップＳ２へ移行して、再び巻き取り機３によって内管２を所定速度で引き上げて行く。そして、図６−３（ｈ）に示すように近接センサ２８が磁性リング１３に接近すると、上述したように近接センサ２８が磁性リング１３を検出するので（図７のステップＳ３：ＹＥＳ）、ＣＰＵ６１は、流体用ポンプ４によってパッカー２４内への流体の供給圧力を所定の圧力まで加圧することによりパッカー２４を膨張させ、かつ巻き取り機３による内管２の引き上げを停止し（ステップＳ４）、その後、地盤注入材を地盤Ｇ中へ注入する（ステップＳ５）。これにより、図６−３（ｉ）に矢印で示すように、最下位置の２つ上に設置されたスリーブパイプ１１の注入口１１ｄから周囲の地盤Ｇ中へ地盤注入材の２段階目の注入が行われる。地盤注入材を所定量注入すると、ＣＰＵ６１は、上述したようにパッカー２４内への流体の供給圧力を減圧することによりパッカー２４を収縮させて（図７のステップＳ６）、設定された注入段階数Ｚでの地盤注入材の注入が完了したか否かを判定し（ステップＳ７）、完了していなければ（ステップＳ７：ＮＯ）、上述したようにステップＳ２〜ステップＳ７の各処理を繰り返し実行する。

そして、ステップＳ２〜ステップＳ７の各処理を何回か繰り返し実行した後、ステップＳ７で、設定された注入段階数Ｚでの地盤注入材の注入が完了したと判断すると（ステップＳ７：ＹＥＳ）、ＣＰＵ６１は、巻き取り機３のモータ３１を駆動して内管２を最上位置まで引き上げ（ステップＳ８）、処理を終了する。このとき、内管２は、図６−４（ｋ）に示すような状態で停止しているため、当該内管２を外管１内から引き抜いて、地上に設置した巻き取り装置３等を撤去する。この後、地盤Ｇ中に浸透した地盤注入材Ｌが硬化すると、図７−４（ｌ）に示すように外管１の周囲の地盤Ｇ’が強化される。

以上のように、外管１内で内管２を引き上げて移動させて行き、近接センサ２８が磁性リング１３を検出したときに、内管２のパッカー２４を膨張させ、かつ内管２の移動を停止することで、パッカー２４間に所定深度にある外管１の注入口１１ｄが位置した状態で、内管２を停止させて外管１内に固定することができる。なお、パッカー２４の膨張開始タイミングと内管２の移動停止タイミングとを略同時にすると、パッカー２４間に注入口１１ｄが位置した状態がずれることなく確実に保持されたまま、内管２を外管１内に即座に固定することができる。また、内管２の吐出口２３ｂ近傍に近接センサ２８を設けているので、内管２を引き上げて行くことによりホース２１、２２が伸びても、近接センサ２８から吐出口２３ｂまでの伸びは極めて微小であるため、その伸びが蓄積してパッカー２４間に所定深度にある注入口１１ｄを位置させることができなくなるということはない。従って、外管１内に固定した内管２の外ホース２１内および吐出パイプ２３内に地盤注入材を供給することにより、地盤注入材を吐出口２３ｂとパッカー２４間にある注入口１１ｄとを通して所定深度の地盤Ｇ中へ確実に注入することが可能となる。

また、外管１内に挿入した内管２は、上述したように下方から上方へと引き上げて移動させて行く以外に、上方から下方へと押し下げて移動させて行くことも可能である。しかしながら、内管２の外ホース２１内や吐出パイプ２３内に供給した地盤注入材は、殆どの量が上述したように吐出口２３ｂとパッカー２４間にある注入口１１ｄとを通って地盤Ｇ中に注入されて行くが、一部の量は吐出口２３ｂから吐出した後に外管１内に残存して溜まってしまうので、内管２を押し下げて移動させて行った場合は、先に供給して外管１内に溜まった地盤注入材が邪魔になって、外管１内で内管２を下方へ移動させるのが困難になる。特に、地盤注入材として薬液等を用いた場合は、先に供給して外管１内に溜まった地盤注入材が徐々に硬化し、外管１内で内管２を下方へ移動させることができなくなる。然るに、上述したように外管１内で内管２を引き上げて移動させて行くと、先に供給して外管１内に溜まった地盤注入材が邪魔になることはなく、外管１内で内管２を下方から上方へと比較的容易に移動させて行くことが可能となる。このため、内管２を引き上げてからパッカー２４を収縮させるまでの一連の工程を繰り返し行うことで、地盤注入材を地盤Ｇ中の深度の深い位置から深度の浅い位置へと順次確実に注入することが可能となる。

また、制御盤６の操作部６４を操作することにより、地盤注入材を段階的に注入するための注入段階数を任意に設定できるので、設定した注入段階数で地盤注入材を地盤中へ自動的に注入することが可能となる。さらに、外管１に磁性リング１３を設け、内管２に近接センサ２８を設けたことで、安価な磁性リング１３は多数必要となる一方、磁性リング１３よりも高価な近接センサ２８は単一ですむので、注入装置１００全体のコストを低く抑えることができる。

以上述べた実施形態では、外管１に設けられた磁性体として、磁性リング１３をスリーブパイプ１１の外周面１１ｃに装着した場合を例に挙げているが、本発明はこれのみに限定するものではない。これ以外に、例えば図８（ａ）に示すように磁性体金属からなる環状、棒状、または板状の磁性部材１５を、スリーブパイプ１１の内周面１１ｅに装着してもよい。また、例えば図８（ｂ）に示すような、ゴムに磁性体金属粉を混ぜ込んで成形した磁性スリーブ１６を、スリーブパイプ１１の注入口１１ｄを覆うように装着し、この磁性スリーブ１６を逆止弁および磁性体として兼用してもよい。

さらに、上記以外に磁性体として、例えば図９に示すように管軸方向Ｕ、Ｄと平行な方向の幅Ｗａを所定幅より大きくした磁性部材１７を用いてもよい。図９では、磁性部材１７の幅Ｗａは、パッカー２４間の間隔Ｗｂよりも小さくなっていて、近接センサ２８の幅Ｗｃよりも大きくなっている（Ｗｃ＜Ｗａ＜Ｗｂ）。なお、所定幅としては、近接センサ２８の幅Ｗｃに代えて、近接センサ２８の検知領域により決まる幅を用いてもよい。このような磁性部材１７を用いることで、パッカー２４間に注入口１１ｄが位置した状態で近接センサ２８が磁性部材１７を検出する時間を長くする（つまり検出範囲を広くする）ことができる。このことを利用して、例えば図１０に示すような手順で注入装置１００による注入を行ってもよい。なお、図１０では、前述した図７と同一処理については同一符号を付してある。図１０において、ＣＰＵ６１は、まず、設定された注入段階数Ｚをメモリ６２から読み込み（ステップＳ１）、次に、巻き取り機３によって内管２を引き上げて行く（ステップＳ２）。そして、近接センサ２８が磁性部材１７に接近して磁性部材１７を検出すると（ステップＳ３ａ：ＹＥＳ）、ＣＰＵ６１は、パッカー２４を膨張させ、かつ内管２の引き上げを停止する（ステップＳ４）。パッカー２４を膨張させ、かつ内管２の引き上げを停止させた後に、近接センサ２８が磁性部材１７を検出していれば（ステップＳ４ａ：ＹＥＳ）、パッカー２４間に注入口１１ｄが位置した状態で内管２が停止しているので、ＣＰＵ６１は、地盤注入材を地盤Ｇ中へ注入し（ステップＳ５）、その後、図７で説明したのと同様に、ステップＳ６以降の処理を行う。このようにすると、地盤注入材を所定深度の地盤Ｇ中へ一層確実に注入することができる。一方、ステップＳ４ａで、内管２の伸び等が原因で近接センサ２８が磁性部材１７を検出していなければ（ステップＳ４ａ：ＮＯ）、パッカー２４間に注入口１１ｄが位置した状態で内管２が停止していないので、ＣＰＵ６１は、地盤注入材を地盤Ｇ中へ注入することなく、異常停止して（ステップＳ４ｂ）、処理を終了する。このようにすると、地盤注入材の無駄な使用を防止することができる。

また、以上の実施形態では、近接センサ２８のリード線２９を、外ホース２１の外周面２１ａに沿うように配線した場合を例に挙げているが、本発明はこれのみに限定するものではない。これ以外に、例えば図１１（ａ）に示すように、近接センサのリード線２９ｆを外ホース２１と内ホース２２との間に介挿して配線してもよい。また、図１１（ｂ）に示すように、近接センサのリード線２９ｇと、地盤注入材を供給するためのホース２１ｇと、パッカー膨張用の流体を供給するためのホース２２ｇとを熱収縮チューブ７１等で束ねて配線してもよい。

また、以上の実施形態では、外管１に設けられた被検出体として磁性体金属からなる磁性リング１３を、内管２に設けられた検出手段として高周波発振形の近接センサ２８をそれぞれ用いた場合を例に挙げているが、本発明はこの組み合わせのみに限定するものではない。これ以外に、例えば、被検出体として、鉄・ニッケル等の強磁性体や、アルミニウム・銅等の弱磁性体といった磁性体金属からなる部材を用い、検出手段として、高周波発振形・差動コイル形等の近接センサや、磁気抵抗素子と磁石またはホール素子と磁石からなる磁性体検出センサを用いて、相互に合わせてもよい。また、例えば被検出体として永久磁石を用い、検出手段としてリードスイッチ等を用いてもよい。また、例えば検出手段として静電容量形の近接センサ等を用いれば、金属だけでなく非金属も検出できるので、被検出体として非金属からなる部材を用いてもよい。さらに、例えば被検出体としてミラー等の反射板を用い、検出手段として反射型のフォトセンサ等を用いてもよい。つまり被検出体と検出手段としては、被検出体と検出手段が所定の距離に接近したときに、検出手段が被検出体を検出することができるものであればよい。なお、静電容量形の近接センサや反射型のフォトセンサ等を用いた場合は、被検出体とセンサとの間に地盤注入材や異物が介在すると、センサによって被検出体を検出できないおそれがある。これに対して、磁性体検出センサを用いた場合は、磁性体と磁性体検出センサとの間に地盤注入材や異物が介在しても、磁性体検出センサによって磁性体を確実に検出することができる。

さらに、以上の実施形態では、外管１内で内管２を移動させる移動手段として、内管２を巻き取りながら引き上げて行く巻き取り機３を用いた場合を例に挙げているが、本発明はこれのみに限定するものではない。これ以外に移動手段としては、例えば内管２を把持するアクチュエータを連結した空気式または油圧式のエアーシリンダや、ジャッキ等を用いてもよい。

地盤注入材の注入装置の概略構造を示す全体図である。 同注入装置に備わる外管および内管の詳細構造を示す拡大図である。 同注入装置に備わる外管および内管の要部構造を示す拡大図である。 同注入装置に備わる外管および内管の要部構造を示す拡大図である。 同注入装置に備わる外管および内管の要部構造を示す拡大図である。 地盤注入材の注入工法を示す図である。 地盤注入材の注入工法を示す図である。 地盤注入材の注入工法を示す図である。 地盤注入材の注入工法を示す図である。 注入工法の手順を示すフローチャートである。 他の実施形態を示す図である。 他の実施形態を示す図である。 他の実施形態のフローチャートである。 他の実施形態を示す図である。

符号の説明

１ 外管
２ 内管
３ 巻き取り機
４ 流体用ポンプ
５ 地盤注入材用ポンプ
１１ｄ 注入口
１３ 磁性リング
１５ 磁性部材
１６ 磁性スリーブ
１７ 磁性部材
２３ｂ 吐出口
２４ パッカー
２８ 近接センサ
６１ ＣＰＵ
６４ 操作部
１００ 注入装置
Ｇ 地盤
Ｈ 掘削孔
Ｌ 地盤注入材
Ｕ、Ｄ 管軸方向
Ｗａ 磁性部材の幅
Ｗｂ パッカー間の間隔
Ｚ 注入段階数

Claims (6)

1. 管軸方向に所定の間隔をおいて複数の注入口が形成された外管と、吐出口が形成され当該吐出口よりも先端側と後端側の外周面に膨縮自在なパッカーがそれぞれ設けられた内管とを用いて、地盤注入材を地盤中へ段階的に注入する地盤注入材の注入工法であって、
   前記外管には、前記注入口に対応するように管軸方向に所定の間隔をおいて被検出体が設けられ、前記内管の前記吐出口の近傍には、前記パッカー間に前記注入口が位置する状態で前記被検出体を検出するように検出手段が設けられていて、
   地盤に形成した掘削孔に前記外管を設置して当該外管内に前記内管を挿入した後、内管を管軸方向に移動させて行き、前記検出手段が前記被検出体を検出すると、前記パッカーを膨張させかつ内管の移動を停止し、内管内に地盤注入材を供給することにより当該地盤注入材を前記吐出口と前記パッカー間の前記注入口とを通して地盤中に注入し、地盤注入材を所定量供給すると、当該地盤注入材の供給を停止して前記パッカーを収縮させ、再び前記内管を管軸方向に移動させて行くことを特徴とする地盤注入材の注入工法。
2. 請求項１に記載の地盤注入材の注入工法において、
   前記掘削孔に設置した前記外管内に前記内管を挿入した後、内管を管軸方向に引き上げて行き、内管を引き上げてから前記パッカーを収縮させるまでの一連の工程を繰り返し行うことを特徴とする地盤注入材の注入工法。
3. 管軸方向に所定の間隔をおいて複数の注入口が形成された外管と、吐出口が形成され当該吐出口よりも先端側と後端側の外周面に膨縮自在なパッカーがそれぞれ設けられた内管と、前記パッカーを膨張または収縮させるパッカー膨縮手段と、前記内管内に地盤注入材を供給する注入材供給手段とを備え、地盤注入材を地盤中へ段階的に注入する地盤注入材の注入装置であって、
   前記内管を管軸方向へ移動させる移動手段と、
   前記外管に前記注入口に対応するように管軸方向に所定の間隔をおいて設けられた被検出体と、
   前記内管の前記吐出口の近傍に前記パッカー間に前記注入口が位置する状態で前記被検出体を検出するように設けられた検出手段と、
   前記パッカー膨縮手段と前記注入材供給手段と前記移動手段とをそれぞれ制御する制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、
   地盤に形成した掘削孔に前記外管を設置して当該外管内に前記内管を挿入した後に、前記移動手段によって前記内管を管軸方向に移動させて行き、
   前記検出手段によって前記被検出体を検出すると、前記パッカー膨縮手段によって前記パッカーを膨張させ、かつ前記移動手段による内管の移動を停止し、前記注入材供給手段によって内管内に地盤注入材を供給して当該地盤注入材を前記吐出口と前記パッカー間の前記注入口とを通して地盤中に注入し、
   前記注入材供給手段によって地盤注入材を所定量供給すると、地盤注入材の供給を停止して、前記パッカー膨縮手段によって前記パッカーを収縮させ、再び前記移動手段によって内管を管軸方向に移動させて行くことを特徴とする地盤注入材の注入装置。
4. 請求項３に記載の地盤注入材の注入装置において、
   地盤注入材を段階的に注入するための注入段階数を設定する設定手段を備え、
   前記制御手段は、前記設定手段で設定された前記注入段階数に基づいて、前記内管を移動させてから前記パッカーを収縮させるまでの一連の工程を繰り返し行うことを特徴とする地盤注入材の注入装置。
5. 請求項３または請求項４に記載の地盤注入材の注入装置において、
   前記被検出体の管軸方向と平行な方向の幅を、前記パッカー間の間隔よりも小さい範囲で所定幅より大きくし、
   前記制御手段は、前記パッカーを膨張させかつ前記内管の移動を停止した後に、
   前記検出手段によって前記被検出体を検出していれば、前記注入材供給手段によって内管内に地盤注入材を供給し、前記検出手段によって前記被検出体を検出していなければ、前記注入材供給手段によって内管内に地盤注入材を供給しないことを特徴とする地盤注入材の注入装置。
6. 請求項３ないし請求項５のいずれかに記載の地盤注入材の注入装置において、
   前記被検出体は磁性体から構成され、前記検出手段は前記磁性体を検出可能な磁性体検出センサから構成されていることを特徴とする地盤注入材の注入装置。

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