JP2010106622A

JP2010106622A - 注入工法及びそれに用いられる弁

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Publication number: JP2010106622A
Application number: JP2008281637A
Authority: JP
Inventors: Kaoru Matsuura; 浦薫松; Yoshihiro Abe; 部義宏阿; Naoto Tomoe; 直人巴
Original assignee: Nittoc Constructions Co Ltd
Current assignee: Nittoc Constructions Co Ltd
Priority date: 2008-10-31
Filing date: 2008-10-31
Publication date: 2010-05-13
Anticipated expiration: 2028-10-31
Also published as: JP5229805B2

Abstract

【課題】注入液の注入圧力の高低にかかわらず、小さな作動力により、高速且つ高精度に弁体及び軸部を移動でき、施工領域の狭窄個所における注入液の閉塞を防止できるリターンバルブ及び当該リターンバルブを用いた注入工法の提供。
【解決手段】注入液供給口（３１）、注入孔口側吐出口（３２）、回帰側吐出口（３３）が形成された本体部（３０）と、本体部（３０）内部には注入液流路（３６）が形成され、該注入液流路（３６）により注入液供給口（３１）と注入孔口側吐出口（３２）及び／又は回帰側吐出口（３３）とが連通しており、本体部（３０）及び注入液流路（３６）を貫通して延在する軸部（シャフト７）と、該軸部（７）に設けられ且つ注入液流路（３６）内を移動可能な一対の弁体（８Ａ、８Ｂ）と、を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、注入工法とそれに用いられる弁に関する。ここで、当該弁は、注入工法が、循環方式であればリターンバルブであり、循環方式以外であれば開閉弁である。

大きな水圧が作用するトンネルやダムの岩盤グラウチングには、固化後の強度が高く、長期耐久性に優れたセメント系注入液であるセメントミルクがしばしば用いられる。そして、係るセメントミルクを地盤に注入するに際しては、例えば大深度の地下では１０ＭＰａ〜３０ＭＰａ程度の非常に高い圧力を作用させる必要があり、係る場合においても注入に必要な流量・圧力の安定した制御が求められている。
また、対象となるトンネルやダムが大型の重要構造物であるため、注入液がほとんど入らなくなるまで注入を継続し、注入効果を高めるという手法が必要となっている。そのために、注入液を地盤に注入する手前にリターンバルブを設け、グラウトポンプから送られた注入液のうち地盤に注入されなかった注入液は、例えば図２３を参照して後述する様に、リターンバルブからグラウトミキサへと循環している。
このセメントミルクは、数μｍ〜数１０μｍの大きさのセメント粒子を水中に分散させた懸濁液である。そして、セメントミルクは大きな粒子を持たない溶液グラウトに比べて浸透性が低く、またセメント粒子の沈降による材料分離を生じ易い。

図１９は、係るセメント粒子の沈降を模式的に示している。
図１９において、流路Ｔ内を、セメントミルクが層流Ｆを形成して流れている。そして、セメントミルクのセメント粒子Ｃの一部は、沈降して流路Ｔの底部Ｔｂに溜っている。
図１９において、沈降したセメント粒子を符号Ｃｂで示している。

さらに、セメントミルクを岩盤割れ目に注入した場合において、図２０に示すように、岩盤割れ目内の狭窄箇所（ボトルネック）Ｓ等において、ブリッジＢが形成されてしまう恐れがある。ブリッジＢはセメント粒子Ｃの目詰まり現象であり、上述したセメント粒子の沈降により形成されてしまう。そして、ブリッジBが形成されてしまうと、それ以上のセメントミルクの注入が困難になる。
図２０において、符号Ｔは流路、符号Ｆはセメントミルクの流線、符号Ｃはセメント粒子を示している。

係るブリッジＢの形成を防止するため、例えば図２１で示すように、地盤に注入するセメントミルクの流れに乱流Ｆｒを発生させる手法が存在する。
セメントミルクの流れが乱流Ｆｒとなれば、図２２で示すように、岩盤の割れ目の狭窄箇所Ｓ等にセメント粒子ＣによるブリッジＢは形成されず、セメントミルクは岩盤の割れ目（狭窄箇所）Ｓを容易に通過することができる。

ここで、注入工法でセメント系注入液、例えばセメントミルクを用いる場合には、図２３に示すような循環方式の注入システムが用いられる。
図２３において、セメントミルクは、グラウトミキサ１で撹拌・貯蔵され、グラウトポンプ２によって加圧され、ラインＬ２を経由して、リターンバルブ３Ｊに圧送される。
リターンバルブ３Ｊに圧送されたセメントミルクは、リターンバルブ３Ｊで流量および圧力が制御され、その所定量がラインＬ３及び注入装置６０を経由して、地盤Ｇ内に注入される。ここで、注入装置６０は、図２３では、地盤Ｇに掘削されたボーリング孔Ｈに建て込まれた状態で表示されている。
地盤Ｇに注入されない余剰分のセメントミルクは、リターンバルブ３Ｊから、リターンラインＬ４を介してグラウトミキサ１に戻される。
図２３で示すような循環方式では、地盤Ｇ内へのセメントミルク注入量が減少した場合でも、大半のセメントミルクはリターンバルブ３Ｊ及びリターンラインＬ４を介して、グラウトミキサ１に戻され循環している。

図２４は、従来技術におけるリターンバルブ３Ｊの断面を示している。
図２４において、リターンバルブ３Ｊは、バルブハウジング３０Ｊと、弁体８とを有している。バルブハウジング３０Ｊには、流入口３１と、第１の吐出口３２と、第２の吐出口３３とが形成されている。弁体８は、軸部７の下端に固設されている。
流入口３１は、ラインＬ２及びグラウトポンプ２（図２３参照）に連通している。第１の吐出口３２は、ラインＬ３及び注入装置６０（図２３参照）に連通している。そして第２の吐出口３３は、リターンラインＬ４及びグラウトミキサ１（図２３参照）に連通している。

バルブハウジング３０Ｊには、第１の吐出口３２側に開口する第１の開口部（弁孔）３４と、第２の吐出口３３側に開口する第２の開口部（弁孔）３５とが形成されている。そして弁体８は、第１の開口部３４および第２の開口部３５の何れか一方に座着して、座着した側の開口部を閉鎖する。換言すれば、弁体８が座着しない開口部は開放された状態になる。
図２４で示す状態では、弁体８が中立位置を保ち、注入液の一部が第１の吐出口３２を介して地盤へ注入され、残りの注入液が第２の吐出口３３を介してグラウトミキサ１に戻されている。
図示は省略するが、弁体８が下降して第１の開口部３４を閉塞すれば、注入液の全量がグラウトミキサに戻される。また、弁体８が上昇して第２の開口部３５を閉塞すれば、注入液の全量は地盤に注入される。

ここで、図２４で示す従来のリターンバルブ３Ｊにおいて、第１の吐出口３２から注入された注入液の圧力は、弁体８の全面に作用する。
図２４において、弁体８の第１の吐出口３２側において圧力が作用する面（受圧面）８ＰＡ（図２４におけるＡ−Ａ断面）は、図２６のハッチングを付した領域であり、円形表面の全面である。
これに対して、弁体８の第２の吐出口３３側において圧力が作用する面（受圧面）８ＰＢ（図２４におけるＢ−Ｂ断面）は、図２５のハッチングを付した円環状の領域であり、図２６の面８Ａに比較して、その面積は遥かに小さい。すなわち、弁体８の第１の吐出口３２側において圧力が作用する面８ＰＡと、第２の吐出口３３側において圧力が作用する面８ＰＢとでは、その面積に大きな差が存在する。

上述した通り、第１の吐出口３２から地盤に注入される注入液の圧力は非常に高く（例えば大深度地下では１０ＭＰａ〜３０ＭＰａ程度）、弁体８における受圧面８ＰＡと受圧面８ＰＢの面積差による圧力差が生じると、弁体８には第１の吐出口３２側から第２の吐出口３３側に向かう非常に大きな圧力が作用することになる。
そして、係る非常に大きな圧力の存在下において弁体８を動作させるためには、弁体８を駆動する機構の動力を非常に大きくしなければならなかった。さらには、弁体８を吐出口３２側に動作させる場合（図２４では下側）と、吐出口３３側に動作させる場合（図２４では上側）では、上述した圧力差があるため、弁体８を高速且つ高精度に上下動させることは困難であり、注入液の流量・圧力を安定して制御することは不可能であった。

図２７は、高圧注入（１０〜３０ＭＰａ程度）を行った場合で、注入に伴う地盤性状の急激な変化に伴い、注入液の流れに過大な圧力と過大な流量が発生したことを示している。
図２７において、特性Ｌｐは圧力の時間変化を示し、特性Ｌｑは流量の時間変化を示している。図２７においては、地盤性状の急激な変化により圧力が急上昇し、適正な圧力に収束するまでの比較的長い時間で過大圧力Ｐｐが発生している。また、過大圧力Ｐｐが発生している時間帯において、過大な流量Ｑｐがあったことが示されている。
ここで、従来使用されているリターンバルブ３Ｊでは、圧力が急上昇しても、上述した理由によって弁体の動作が遅く、圧力及び流量を適正に制御するまでに長い時間を要している。そして、過大な圧力Ｐｐ、過大な流量Ｑｐが一定時間以上続けば、地盤や周囲の構造物に有害な変形が生じる懸念も存在する。

その他の従来技術として、従来使用のリターンバルブを用いて、正確な注入制御を行うことが出来る注入装置および注入制御方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
しかし、係る従来技術（特許文献１）では、リターンバルブとして、図２４で示すのと同様な構成となっているため、上述した問題を解決することは出来ない。
特開平８−２０９６７４号公報

本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、注入液の注入圧力の高低にかかわらず、小さな作動力により、高速且つ高精度に弁体及び軸部を移動でき、地盤性状の変化等で注入圧力が急激に上昇したときでも瞬時に適正な圧力に制御可能なリターンバルブと、それを用いた注入工法の提供を目的としている。

本発明のリターンバルブ（３）は、注入液供給系統（Ｌ２）に連通する注入液供給口（３１）、注入孔口系統（Ｌ３）に連通する孔口側吐出口（３２）、回帰系統（リターンラインＬ４）に連通する回帰側吐出口（３３）が形成された本体部（３０）と、本体部（３０）内部には注入液流路（３６）が形成され、該注入液流路（３６）により注入液供給口（３１）と孔口側吐出口（３２）及び／又は回帰側吐出口（３３）とが連通しており、本体部（３０）及び注入液流路（３６）を貫通して延在する軸部（７）と、該軸部（７）に設けられ且つ注入液流路（３６）内を移動可能な一対の弁体（８Ａ、８Ｂ）とを備え、該一対の弁体（８Ａ、８Ｂ）の注入液流路（３６）内の注入液圧力が作用する受圧面積が等しいことを特徴としている（請求項１：図１〜図６）。

また本発明の開閉弁（３Ａ）は、注入液供給系統（Ｌ２）に連通する注入液供給口（３１）及び注入孔口系統（Ｌ３）に連通する吐出口（３２Ａ）が形成された本体部（３０Ａ）と、本体部（３０Ａ）内部には注入液流路（３６）が形成され、該注入液流路（３６）により注入液供給口（３１）と吐出口（３２Ａ）とが連通しており、本体部（３０Ａ）及び注入液流路（３６）を貫通して延在する軸部（７）と、該軸部（７）に設けられ且つ注入液流路（３６）内を移動可能な一対の弁体（８Ａ、８Ｂ）とを備え、該一対の弁体（８Ａ、８Ｂ）の注入液流路（３６）内の注入液圧力が作用する受圧面積が等しいことを特徴としている（請求項２：図１４）。

本発明のリターンバルブ（３）及び開閉弁（３Ａ）において、前記軸部（７）は油圧シリンダ機構（５）のピストン（６）に接続されており、該油圧シリンダ機構（５）の作動圧油はサーボモータ（１１）で駆動する油圧ポンプ（１２）から供給されるのが好ましい（図１１）。

本発明の注入工法は、注入液供給系統（Ｌ２）、リターンバルブ（３）、注入孔口系統（Ｌ３）を介して注入液を地盤（Ｇ）中に注入する注入工法において、リターンバルブ（３）は、注入液供給系統（Ｌ２）に連通する注入液供給口（３１）、注入孔口系統（Ｌ３）に連通する孔口側吐出口（３２）、回帰系統（Ｌ４）に連通する回帰側吐出口（３３）が形成された本体部（３０）と、本体部（３０）内部には注入液流路（３６）が形成され、該注入液流路（３６）により注入液供給口（３１）と孔口側吐出口（３２）及び回帰側吐出口（３３）とが連通しており、本体部（３０）及び注入液流路（３６）を貫通して延在する軸部（７）と、該軸部（７）に設けられ且つ注入液流路（３６）内を移動可能な一対の弁体（８Ａ、８Ｂ）とを備え、該一対の弁体（８Ａ、８Ｂ）の注入液流路（３６）内の注入液圧力が作用する受圧面積が等しく構成されており（請求項１参照）、注入孔口系統（Ｌ３）を流れる注入液の流量及び圧力を計測する工程（Ｓ１）と、（グラウト流量圧力測定装置４０において）検出された注入液の流量及び圧力から注入量（質量）を決定して設定値と比較する工程（Ｓ２）と、該比較する工程の比較結果に応答して（請求項１の）リターンバルブ３の孔口側吐出口（３２）開度及び回帰側吐出口（３３）開度を決定する工程（Ｓ３）と、決定されたリターンバルブ（３）の孔口側吐出口（３２）開度及び回帰側吐出口（３３）開度に応答して（請求項１の）リターンバルブの軸部（７）を（当該軸部７の）長手方向に移動する工程（Ｓ５）とを有していることを特徴としている（請求項３：図１３）。

上述する構成を具備する本発明のリターンバルブ（３）によれば、軸部（７）に設けられた一対の弁体（８Ａ、８Ｂ）は、注入液流路（３６）内の注入液圧力が作用する受圧面積が等しいので、一対の弁体（８Ａ、８Ｂ）の各々に対して作用する注入液圧力は、その絶対値が等しく且つ作用する方向が正反対となる。すなわち、本発明のリターンバルブ（３）における一対の弁体（８Ａ、８Ｂ）に対して作用する注入液圧力は、相殺してゼロとなる。
そのため、注入液の注入圧力が高圧であっても、弁体の位置すなわち軸部（７）の移動する際に、弁体の受圧面積差に基づいて生じる抵抗がなく、小さな作動力によって弁体（８Ａ、８Ｂ）の位置を調節し、以って、孔口側吐出口（３２）開度及び回帰側吐出口（３３）開度を調節することが可能となる。
そして、注入液の注入圧力が高圧であっても、弁体（８Ａ、８Ｂ）の位置すなわち軸部（７）の移動に抵抗しないため、小さな作動力により弁体（８Ａ、８Ｂ）の位置を調節出来ることに加えて、高速且つ高精度で弁体（８Ａ、８Ｂ）の位置を調節することも可能となる。
すなわち、本発明のリターンバルブ（３）は、注入液の注入圧力に関わらず、小さな作動力により、高速且つ高精度に、弁体（８Ａ、８Ｂ）及び軸部（７）を移動することが出来る。

本発明の開閉弁（３Ａ：請求項２）においても、本発明のリターンバルブ（３）と同様に、注入液流路（３６）内の注入液圧力が作用する受圧面積が等しいので、一対の弁体（８Ａ、８Ｂ）に対して作用する注入液圧力は、相殺してゼロとなる。
そのため、注入液の注入圧力が高圧であっても、小さな作動力により、高速且つ高精度に、弁体（８Ａ、８Ｂ）及び軸部（７）を移動することが出来る。

そして、本発明のリターンバルブ（３）を用いた本発明の注入工法（請求項３）によれば、注入液の注入圧力の如何に関わらず、小さな作動力により、高速且つ高精度に、弁体（８Ａ、８Ｂ）及び軸部（７）を移動して、孔口側吐出口（３２）開度を高精度にて制御することが可能なので、深度の深い施工領域に対する注入の様に、注入圧力が高圧である場合でも、注入孔口系統（Ｌ３）及び回帰系統（リターンラインＬ４）を流れる注入液量を容易且つ高精度にて制御することが出来る。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
先ず、図１〜図１３を参照して、本発明の第１実施形態について説明する。
図１２は本発明の第１実施形態に係るリターンバルブを用いた循環式注入工法のシステム全体の構成を示しており、図１２における符号３が、本発明の第１実施形態に係るリターンバルブである。
図１２の循環式注入工法を行なうシステムは、グラウトミキサ１、グラウトポンプ２、軸部移動ユニット１０、駆動ユニット２０、計測装置４０、制御部（例えば、パーソナルコンピュータ）５０、注入装置６０とで構成されている。ここで、注入装置６０は、地盤Ｇに形成されたボーリング孔Ｈに建て込まれている。

グラウトミキサ１とグラウトポンプ２とは、ラインＬ１で接続されている。
グラウトポンプ２とリターンバルブ３の注入液供給口（供給口）３１とは、注入液供給系統（ライン）Ｌ２で接続されている。
リターンバルブ３の孔口側吐出口（地盤側吐出口）３２と注入装置６０とは、ラインＬ３で接続されている。
そして、リターンバルブ３の回帰側吐出口３３とグラウトミキサ１とは、回帰系統（リターンライン）Ｌ４で接続されている。

計測装置４０はラインＬ３に介装されており、流量計４１と圧力計４２とを有している。
制御部５０は入力信号ラインＳｉを介して計測装置４０と接続され、制御信号ラインＬｏを介して駆動ユニット２０のサーボモータ１１と接続されている。
図１２において、符号４はアタッチメントを示し、符号５は油圧シリンダを示している。リターンバルブ３及びその駆動ユニット２０については、図１１を参照して詳述する。

図１１において、軸部移動ユニット１０は、リターンバルブ３と、油圧シリンダ５と、リターンバルブ３と油圧シリンダ５とを接続するアタッチメント４とで構成されている。
油圧シリンダ５にはピストン６が介装されており、ピストン６によって油圧シリンダ５内（油室）が上下のチャンバ５１、５２に区画されている。チャンバ５１には第１の接続管５１０が連通しており、チャンバ５２には第２の接続管５２０が連通している。
ピストン６は、図１１の上方の領域において軸部７と一体的に設けられている。
図１１の下方の領域において、軸部７には１対の弁体８Ａ、８Ｂが固着されており、１対の弁体８Ａ、８Ｂは相互に所定の距離だけ離隔している。

駆動ユニット２０は、サーボモータ１１で駆動される油圧ポンプ１２と、オイルタンク１３と、油圧ポンプ１２とオイルタンク１３とを接続する接続部１４とを有している。
接続部１４には、第１の接続口１４１と、第２の接続口１４２とが形成されている。第１の接続口１４１は第１の接続ホース２１を介して油圧シリンダ５の第１の接続管５１０と接続され、第２の接続口１４２は第２の接続ホース２２を介して油圧シリンダ５の第２の接続管５２０と接続されている。
ここで、サーボモータ１１の回転方向が切り換わることにより、油圧シリンダ５のチャンバ５１、５２に対する油圧の流入、吐出を切り換えることが出来る。そして、サーボモータ１１の回転方向を切り換えることにより、ピストン６が上方へ移動するのか或いは下方へ移動するのかが切り換わり、それにより軸部７と一体に構成された弁体８Ａ、８Ｂが上下動（図１１における矢印Ｙ方向の移動）することが可能となる。

図１を参照して、リターンバルブ３の構成について、詳細に説明する。
図１において、リターンバルブ３は本体部３０を有し、本体部３０には注入液供給口３１、吐出口３２（注入孔口側吐出口：地盤側吐出口）、３３（回帰側吐出口）が形成されている。図１では、孔口側吐出口３２（図１の下側）と回帰側吐出口３３（図１の上側）とは、本体部３０の中心線Ｌｃに対して上下対称の箇所に設けられ、さらに注入液供給口３１（図１の左側）と孔口側吐出口３２、回帰側吐出口３３（図２の右側）とは、中心線Ｌｃ方向について、相互に反対側に位置している。しかし、孔口側吐出口３２、回帰側吐出口３３、注入液供給口３１の位置関係については、図４〜図６を参照して後述する弁体８Ａ、８Ｂとの位置関係を満たしていれば良く、図１に限定されるものではない。

本体部３０の内部は中空となっており、軸部７及び一対の弁体８Ａ、８Ｂで区切られた部分に、空間３６が形成されている。この空間３６に、セメントミルク等の注入液が流過する。以下、本明細書において、係る空間３６については「注入液流路３６」或いは「流路３６」と記載する。
そして、注入液供給口３１から本体部３０に圧送された注入液は、注入液流路３６を流過し、孔口側吐出口３２に送られた注入液はラインＬ３を流れ、回帰側吐出口３３に送られた注入液はラインＬ４を流れる。

次に図４〜図６を参照して、一対の弁体８Ａ、８Ｂと、注入液供給口３１、孔口側吐出口３２、回帰側吐出口３３との位置関係について説明する。
図４〜図６では、弁体８Ａは、孔口側吐出口３２側に開口する第１の開口部３４の大きさを調整でき、弁体８Ｂは、回帰側吐出口３３側に開口する第２の開口部３５の大きさを調整できる位置に設けられている。
さらに、一対の弁体８Ａ、８Ｂは同軸上にあり、互いに連動するので、軸部７が上昇し、弁体８Ａが第１の開口部３４を狭める方向に動いたときには、弁体８Ｂは第２の開口部３５を広げる方向に動く。反対に、軸部７が下降し、弁体８Ａが第１の開口部３４を広げる方向に動いたときには、弁体８Ｂは第２の開口部３５を狭める方向に動く。
すなわち、第１の開口部３４と第２の開口部３５とは、一対の弁体８Ａ、８Ｂの移動により開口している面積が調整可能な位置にあり、且つ、一方の開口している面積が小さくなるときに、他方の開口している面積は大きくなるという位置関係になっている。

従って、軸部７が上昇を続け、弁体８Ａが第１の開口部３４を閉鎖してしまう位置になったときでも、第２の開口部３５が閉鎖されてしまうことはなく、注入液供給口３１から送られてくる注入液の全量が回帰側吐出口３３へと送られる（図４）。
反対に、軸部７が下降を続け、弁体８Ｂが第２の開口部３５を閉鎖してしまう位置になったときでも、第１の開口部３４が閉鎖されてしまうことはなく、注入液供給口３１から送られてくる注入液の全量が孔口側吐出口３２へと送られる（図６）。
さらに、図４〜６のいずれのときでも、注入液供給口３１が閉鎖されることはない。
ここで、図１では、弁体８Ａは弁体８Ｂの下方に位置しており、１対の弁体８Ａ、８Ｂの向い合う端部間の寸法Ｌｖは、孔口側吐出口３２と回帰側吐出口３３との中心間距離ｈと等しく設定されている。その様に配置すれば、一対の弁体８Ａ、８Ｂにより開口部３４、３５の開口している面積を調整するのに都合がよい。

図１〜図３から明らかなように、弁体８Ａが流路３６内の注入液から圧力を受ける受圧面８ＰＰＡ（図２でハッチングを付した領域）の面積と、弁体８Ｂが流路３６内の注入液から圧力を受ける受圧面積８ＰＰＢ（図３でハッチングを付した領域）の面積とは等しい。従って、弁体８Ａに作用する注入液の圧力と、弁体８Ｂに作用する注入液の圧力とは、受圧面積差から生じる圧力差はない。
そして、弁体８Ａに作用する注入液の圧力と、弁体８Ｂに作用する注入液の圧力とは、相互に反対の方向に作用する。
さらに、弁体８Ａと弁体８Ｂは、仮想対称軸Ｌｃについて対称に設けられている。
同一の軸部７に対称に位置している弁体８Ａ、８Ｂの各々に作用する注入液の圧力は、その大きさが等しく作用する方向が反対であるため、相互に相殺する。

その結果、軸部７、弁体８Ａ、８Ｂには注入液の圧力は作用しないのと同様な結果となる。従って、注入液の圧力に起因して、軸部７、弁体８Ａ、８Ｂの移動（駆動）に抵抗する力は、図示の実施形態ではゼロとなる。
換言すれば、リターンバルブ３において、軸部７に設けられた一対の弁体８Ａ、８Ｂは、軸部７における仮想対称軸Ｌｃについて対称に設けられており、且つ、注入液流路３６内の注入液の圧力が作用する受圧面積が等しく形成されている。したがって、一対の弁体８Ａ、８Ｂの各々に対して作用する注入液圧力は、その絶対値が等しく且つ作用する方向が正反対となり、リターンバルブ３における一対の弁体８Ａ、８Ｂに対して作用する注入液圧力は、相殺してゼロとなる。

そのため、注入液の注入圧力が高圧であっても、当該圧力が弁体８Ａ、８Ｂの移動（すなわち軸部７の移動）に対する抵抗となってしまうことはなく、小さな作動力によって弁体８Ａ、８Ｂの位置、すなわち、孔口側吐出口３２の開度及び回帰側吐出口３３の開度を調節することが可能となる。
そして、注入液の注入圧力が高圧であっても、弁体８Ａ、８Ｂ、軸部７の移動の抵抗とはならないため、小さな作動力により弁体８Ａ、８Ｂの位置を調節出来ることに加えて、高速且つ高精度で弁体８Ａ、８Ｂ（或いは軸部７）の位置を調節することも出来る。

次に、図７〜図１０を参照して、第１実施形態に係るリターンバルブ３の、本体部３０における供給口３１側の開口部、吐出口３２、３３側の開口部の形状について説明する。
図７は供給口３１側の開口部を示し、図８〜１０は吐出口３２、３３側の開口部を示す。
ここで供給口３１側の形状は特筆すべきものがないため、一般的な形状として楕円形（楕円形には円形を含む）に形成されている。

図８では、孔口側吐出口３２、回帰側吐出口３３の形状は、共に楕円形となっている。
それに対して、第１実施形態の第１変形例を示す図９では、孔口側吐出口３２、回帰側吐出口３３はティアードロップ（涙）状に形成されている。
ティアードロップ状に形成することにより、孔口側吐出口３２又は回帰側吐出口３３が閉鎖される直前の段階において、弁体８Ａ、８Ｂの移動量に対する孔口側吐出口３２又は回帰側吐出口３３の閉鎖されていない領域８Ａｅ又は８Ｂｅの面積の変化が小さくなり、孔口側吐出口３２又は回帰側吐出口３３が閉鎖される直前の注入液の流量及び／又は圧力を制御し易くなるからである。

図１０は第１実施形態の第２変形例を示している。
図１０の第２変形例では、孔口側吐出口３２側を図８で示すのと同様に楕円形とし、回帰側吐出口３３を銀杏の葉状に形成している。
図示はされていないが、孔口側吐出口３２側を銀杏の葉状に形成し、回帰側吐出口３３を楕円形に形成することも可能である。すなわち、孔口側吐出口３２、回帰側吐出口３３は同一形状にする必要は無い。
なお、銀杏の葉状に形成された吐出口（図１０では回帰側吐出口３３）は、図９で示す第１変形例と同様に、当該吐出口３３が閉鎖される直前の開放している領域８Ｂｅから吐出される注入液の流量及び／又は圧力が、制御し易くなる。

図１３は、図１２で示す注入システムを用いた注入工法の工程を示している。
図１３のステップＳ１では、計測装置４０の流量計４１及び圧力計４２により、ラインＬ３を流れる注入液（例えばセメントミルク）の流量及び圧力を計測する。そしてステップＳ２では、計測した流量および圧力値に基づいて、制御部５０により注入量を演算する。
ステップＳ３では、動的注入を行うかを決定する。ステップＳ３が「ＹＥＳ」の場合はステップＳ４に進み、ステップＳ３が「ＮＯ」の場合はステップＳ５に進む。

ステップＳ４では、制御部５０は、そこに記憶している設定値と演算した注入量を比較し、設定された周波数あるいは波形パターンにより注入圧力の変動幅を決定する。
ここで、ステップＳ４における注入圧力の変動幅の設定は、注入圧力を変動させ、注入液に好適な脈動を与えることにより注入液に乱流を生ぜしめ、以って、地盤の狭窄箇所等におけるセメント粒子のブリッジ現象による閉塞を防止するために行なわれる。

ステップＳ５では、制御部５０は、そこに記憶している設定値と演算した注入量を比較し、地盤側（ラインＬ３側）に連通する孔口側吐出口３２の開度、及び／又は、回帰側（ラインＬ４側）に連通する回帰側吐出口３３の開度を決定する。
ステップＳ５において、孔口側吐出口３２の開度及び／又は回帰側吐出口３３の開度が決定されることにより、地盤に対し過大な圧力・流量が注入されている場合に、適正な圧力・流量に調整することが可能になる。

ステップＳ６では、ステップＳ４及び／又はステップＳ５で決定されたパラメータに関する情報に基づいて、駆動ユニット２０のサーボモータ１１へ制御信号を発信する。そして、弁体８Ａ、８Ｂを上下方向に移動させる。その後、ステップＳ１に戻り、再びステップＳ１以降を繰り返す。

図１７は、本発明の注入工法により、高圧注入（１０〜３０ＭＰａ程度）を行った場合において、注入に伴う地盤性状の急激な変化に伴い、注入液の流れに過大な圧力と過大な流量が発生したことを示している。
図１７において、特性Ｌｐは圧力の時間変化を示し、特性Ｌｑは流量の時間変化を示している。図１７から、地盤性状の急激な変化により圧力が急上昇し、過大圧力Ｐｐと共に過大流量Ｑｐが発生したが、瞬時に適正な圧力及び流量に収束したことが示されている。
図１８は、リターンバルブ３の弁体８Ａ、８Ｂ、軸部７の往復動により、ラインＬ３を流れる注入薬液に生じた圧力変動特性（経過時間に対する変化）を示している。

図１〜図１３で示す第１実施形態によれば、注入液の注入圧力の如何に関わらず、小さな作動力により、高速且つ高精度に、リターンバルブ３の弁体８Ａ、８Ｂ、軸部７を移動して、孔口側吐出口３２の開度及び／又は回帰側吐出口３３の開度を高速且つ高精度に制御することが出来るので、深度の深い施工領域に対する注入の様に、注入圧力が高圧である場合でも、ラインＬ３（注入側）及びリターンラインＬ４を流れる注入液（例えばセメントミルク）の流量及び圧力を、高速且つ高精度にて制御することが出来る。

それに加えて、施工地盤中で注入液によって閉塞した場合に、第１実施形態で用いられているリターンバルブ３の軸部７を長手方向に往復動して、吐出口３２の面積を変動する（例えば、孔口側吐出口３２の開閉を周期的に繰り返す）ことにより、注入孔口系統Ｌ３を流れる注入液の圧力を連続して変化させる。これにより、注入孔口系統Ｌ３を流れる注入液に動的な圧力成分を生ぜしめ、例えば図２１、図２２の符号Ｆｒで示すような乱流を発生し、以って、注入液中の粒子（例えばセメント粒子Ｃ）の沈降を防止して、狭窄箇所（断面積が小さい部分：例えばボトルネックＳ）における閉塞（例えば、セメント粒子Ｃによる目詰まり）を抑制することが出来る。

ここで、図１〜図１３で示す第１実施形態のリターンバルブ３によれば、高圧注入（１０〜３０ＭＰａ程度）を行った場合においても、弁体８Ａ、８Ｂ、軸部７に作用する注入液の圧力は相殺されて軸部７長手方向の往復動の抵抗にはならない。そのため、弁体８Ａ、８Ｂを高速で移動することが可能である。
そして第１実施形態によれば、注入液の圧力や流量に変動が生じても（図１７参照）、リターンバルブ３の弁体８Ａ、８Ｂ、軸部７を高速で移動して、係る変動を早期に安定化することが出来る。そのため、当該変動に起因して、周辺地盤や構造物に有害な変形が生じる懸念がなくなる。

次に、図１４〜図１６を参照して、本発明の第２実施形態を説明する。
図１〜図１３の第１実施形態が、セメント系薬液が用いられる循環方式に係る注入工法の実施形態であるのに対して、図１４〜図１６の第２実施形態は、循環方式以外の注入工法（例えば薬液注入工法）に係る実施形態である。

図１４は、第２実施形態で用いられる開閉弁３Ａの断面を示している。上述した様に、第２実施形態では循環方式ではないので、リターンバルブは用いられない。
図１４において、開閉弁３Ａは、供給口３１と単一の吐出口３２Ａとを有している。そして、供給口３１と単一の吐出口３２Ａとは、本体部３０Ａの円周方向において、相互に反対側の位置に設けられている。
その他の構成、特に弁体８Ａ、８Ｂ、軸部７、流路３６及びそれぞれの位置関係等については、第２実施形態の開閉弁３Ａの構成は、第１実施形態のリターンバルブ３と同様である。

図１５は、開閉弁３Ａと、軸部移動ユニット１０Ａと、駆動ユニット２０とを示している。図１５で示す構成は、第１実施形態における図１１に対応しており、リターンバルブ３を開閉弁３Ａに置き換えた点のみが、図１１とは異なっている。
図１５における他の構成及び作用効果については、第１実施形態（特に図１１）と同様である。

図１６は、第２実施形態に係る注入システムの構成を示しており、第１実施形態の図１２に対応している。図１６で示す注入システムでは、図１４で示す開閉弁３Ａを用いている。
また、図１６で示す注入システムは、上述した様に、循環式のシステムは使用せず、例えば、２種類の薬液を混合して地盤に注入している。そのため、図１６の注入システムでは、グラウトミキサ１を２台用意しており、２台のグラウトミキサ１の各々は、ラインＬ１１或いはＬ１２を介してグラウトポンプ２Ａと接続されている。
グラウトポンプ２Ａは、２種の薬液を各々昇圧して、ラインＬ２１、Ｌ２２に吐出する。そして、ラインＬ２１の途中で、ラインＬ２２がラインＬ２１に合流している。これにより、２種の薬液はラインＬ２１、開閉弁３Ａ、ラインＬ３を流過する際に混合され、地盤Ｇに供給される。

第２実施形態のシステムにおける施工手順は、第１実施形態について図１３で示す施工手順と同様である。
図１４〜図１６の第２実施形態におけるその他の構成及び作用効果についても、図１〜図１３の第１実施形態と同様である。

図示の実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではないことを付記する。

第１実施形態で用いられるリターンバルブの構成を示す模式断面図。図１のリターンバルブの弁体のＡ−Ａ断面図。図１のリターンバルブの弁体のＢ−Ｂ断面図。図１のリターンバルブが孔口側吐出口のみを閉鎖した状態を示す模式断面図。図１のリターンバルブが孔口側吐出口及び回帰側吐出口の双方を部分的に開放した状態を示す模式断面図。図１のリターンバルブが回帰側吐出口のみを閉鎖した状態を示す模式断面図。図１のリターンバルブの注入液供給口を示す側面図。図１のリターンバルブの孔口側吐出口及び回帰側吐出口を示す側面図。第１実施形態の第１変形例を示す側面図。第１実施形態の第２変形例を示す側面図。図１のリターンバルブと駆動ユニットとを示す正面図。図１のリターンバルブを用いた注入システムを示すブロック図。図１２の注入システムによる施工手順を示すフローチャート。第２実施形態で用いられる開閉弁を示す模式断面図。図１４の開閉弁と駆動ユニットとを示す一部断面正面図。図１４の開閉弁を用いた注入システムを示すブロック図。第１実施形態の施工に際して、注入ラインに過大な圧力及び流量が発生した場合の圧力変化及び流量変化を示す特性図。第１実施形態の施工に際して、リターンバルブの弁体の往復動により発生する圧力変化を示す特性図。層流におけるセメント粒子の沈降を示す模式図。セメント粒子によるブリッジ現象が発生する態様を示す模式図。乱流におけるセメント粒子の挙動を示す模式図。乱流においては狭窄箇所においてブリッジ現象が発生しない旨を示す模式図。従来技術に係る循環式注入システムを示すブロック図。従来技術で用いられるリターンバルブを示す模式断面図。図２４におけるＡ−Ａ面図。図２４におけるＢ−Ｂ面図。従来技術における高圧注入で注入ラインに過大な圧力及び流量が発生した場合の圧力変化及び流量変化を示す特性図。

符号の説明

１・・・グラウトミキサ
２・・・グラウトポンプ
３・・・リターンバルブ
４・・・アタッチメント
５・・・油圧シリンダ
６・・・ピストン
７・・・軸部（ピストンロッド）
８Ａ、８Ｂ・・・弁体
１０・・・軸部移動ユニット
１１・・・サーボモータ
１２・・・油圧ポンプ
１３・・・オイルタンク
１４・・・接続部
２０・・・駆動ユニット
２１、２２・・・接続ホース
３０・・・本体部
３１・・・注入液供給口
３２・・・孔口側吐出口
３３・・・回帰側吐出口
３６・・・注入液流路
４０・・・計測装置
５０・・・制御部／パーソナルコンピュータ
６０・・・注入装置
７０・・・脈動発生装置

Claims

注入液供給系統（Ｌ２）に連通する注入液供給口（３１）、注入孔口系統（Ｌ３）に連通する孔口側吐出口（３２）、回帰系統（Ｌ４）に連通する回帰側吐出口（３３）が形成された本体部（３０）と、本体部（３０）内部には注入液流路（３６）が形成され、該注入液流路（３６）により注入液供給口（３１）と孔口側吐出口（３２）及び回帰側吐出口（３３）とが連通しており、本体部（３０）及び注入液流路（３６）を貫通して延在する軸部（７）と、該軸部（７）に設けられ且つ注入液流路（３６）内を移動可能な一対の弁体（８Ａ、８Ｂ）とを備え、該一対の弁体（８Ａ、８Ｂ）の注入液流路（３６）内の注入液圧力が作用する受圧面積が等しいことを特徴とするリターンバルブ。
注入液供給系統（Ｌ２）に連通する注入液供給口（３１）及び注入孔口系統（Ｌ３）に連通する吐出口（３２Ａ）が形成された本体部（３０Ａ）と、本体部（３０Ａ）内部には注入液流路（３６）が形成され、該注入液流路（３６）により注入液供給口（３１）と吐出口（３２Ａ）とが連通しており、本体部（３０Ａ）及び注入液流路（３６）を貫通して延在する軸部（７）と、該軸部（７）に設けられ且つ注入液流路（３６）内を移動可能な一対の弁体（８Ａ、８Ｂ）とを備え、該一対の弁体（８Ａ、８Ｂ）の注入液流路（３６）内の注入液圧力が作用する受圧面積が等しいことを特徴とする開閉弁。
注入液供給系統（Ｌ２）、リターンバルブ（３）、注入孔口系統（Ｌ３）を介して注入液を地盤（Ｇ）中に注入する注入工法において、リターンバルブ（３）は、注入液供給系統（Ｌ２）に連通する注入液供給口（３１）、注入孔口系統（Ｌ３）に連通する孔口側吐出口（３２）、回帰系統（Ｌ４）に連通する回帰側吐出口（３３）が形成された本体部（３０）と、本体部（３０）内部には注入液流路（３６）が形成され、該注入液流路（３６）により注入液供給口（３１）と孔口側吐出口（３２）及び回帰側吐出口（３３）とが連通しており、本体部（３０）及び注入液流路（３６）を貫通して延在する軸部（７）と、該軸部（７）に設けられ且つ注入液流路（３６）内を移動可能な一対の弁体（８Ａ、８Ｂ）とを備え、該一対の弁体（８Ａ、８Ｂ）の注入液流路（３６）内の注入液圧力が作用する受圧面積が等しく構成されており、注入孔口系統（Ｌ３）を流れる注入液の流量及び圧力を計測する工程（Ｓ１）と、検出された注入液の流量及び圧力から注入量を決定して設定値と比較する工程（Ｓ２）と、該比較する工程の比較結果に応答してリターンバルブ３の孔口側吐出口（３２）開度及び回帰側吐出口（３３）開度を決定する工程（Ｓ３）と、決定されたリターンバルブ（３）の孔口側吐出口（３２）開度及び回帰側吐出口（３３）開度に応答してリターンバルブの軸部（７）を長手方向に移動する工程（Ｓ５）とを有していることを特徴とする注入工法。