JP2012007329A - 注入工法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】孔壁が崩壊するような地盤を対象とした注入であっても、グラウト材が注入管周囲から地表に漏出しにくく、注入１回当たりの区間長を任意に決定でき、しかも作業手順が少なく、コストが安くなる注入工法および装置を提供する。
【解決手段】外周面に複数のスリット２を周方向に適宜間隔で形成し、かつ、前記スリット２を上下方向に間隔を存して形成した中空の注入外管１にパッカー部９を有する注入用内管８を挿入し、該注入外管１の注入箇所とする前記スリット２を前記パッカー部９で内部から押圧することによりスリット２を開口させて吐出口とし、当該吐出口の上部のスリット２を前記パッカー部９で内部から押圧することにより注入外管１を拡径して外管パッカーを形成し、注入用内管８の先端部から前記吐出口を通して対象となる地盤にグラウト材を注入する。
【選択図】図７

Description

本発明は、地盤（岩盤を含む）中にグラウト材を注入して地盤の透水性を低下または地盤の強度の増加を図るための注入工法およびそれに使用する装置に関するものである。

注入工法は、ボーリングマシン、ボーリングロッド、注入管、ビット等により対象地盤を穿設し、次に、穿設した孔に注入管を挿入し、ポンプ等によりグラウト材を圧送して、注入管の先端からグラウト材を対象地盤に注入し、そして対象地盤に注入したグラウト材の硬化によって対象地盤の透水性の低下や強度の増加を図るものである。

穿設した孔への注入管の挿入は、穿孔と同時に行う場合もあるが、対象地盤や注入の仕方によっては、あらかじめ地盤を穿設した孔に後工程で注入管を立て込む場合もある。

一般に、注入工法においては、注入管の周囲すなわちボーリング孔と注入管の隙間を十分に密閉することが重要な課題の一つとなっている。仮にこれが不十分だと、注入管の先端から出たグラウト材のほとんどが、対象地盤に入らずに注入管の周囲を通じて地表に漏出してしまうからである。

前記課題に対し、主に岩盤を対象とする注入工法では区間パッカーを用いることで対処している。すなわち、穿設したボーリング孔に設置した区間パッカーを圧縮空気や高圧ガス、機械的締付等の方法で膨張させることで孔壁に密着させ注入を行う。

この方法によれば、ボーリング孔と注入管の隙間を注入用パッカーで遮断することで前記現象の発生を防げるが、その機構が複雑、高価であり、ボーリング孔壁の崩壊が発生すると区間パッカーが設置できないことがある等、現場の条件によっては適用できないことがある。岩盤を対象とする注入工法に用いる注入用パッカーとしてエアパッカ−２５の使用例を図１１に示す。

エアパッカ−２５はパッカーラバー２４とこれに圧縮空気や高圧ガスを送る送気管２６とからなり、圧縮空気や高圧ガスによってパッカーラバー２４を膨張させ、孔壁に密着させるものである。グラウト材２７はパッカーラバー２４を取り付けた注入管の先端より注出する。

軟弱な地盤の透水性減少や強度増加を図る注入工法のうち代表的なものとして二重管ダブルパッカー工法と二重管複相式ストレーナ工法がある。例えば下記特許文献１では二重管ダブルパッカー工法が、例えば下記特許文献２では二重管複相式ストレーナ工法が開示されている。
特開平８−３１１８５５号公報 特開平６−２１２６２０号公報

二重管ダブルパッカー工法は、図１２に示すようにケーシング２８を使用して改良深度までボーリング孔を開け、このケーシング２８内にバルブ付き注入管（外管、スリーブ管）２９を挿入し、このバルブ付き注入管２９の周囲にシール材（セメントベントナイト）３０を充填し、ケーシング２８を引き抜いてシール材３０を養生し、その後、ダブルパッカー付き注入管（内管）３１をバルブ付き注入管２９の中に挿入して注入バルブ３２ごとにグラウト材３４を注入する。

一方、二重管複相式ストレーナ工法は、二重管で瞬結、緩結の二種類のグラウト材を地盤に注入するもので、一次注入として瞬結性薬液３５を注入して、ボーリング孔と注入管の隙間を閉塞し、グラウト材が地表に漏出するのを防ぎ、二次注入として緩結性薬液３６による浸透注入を行う。二重管複相式ストレーナ工法を図１３に示す。

前記二重管ダブルパッカー工法では、シール材がボーリング孔と外管の隙間を密閉することで、また岩盤を対象とする注入工法に用いるのと同様の機構の注入用パッカーが、外管と内管の隙間を密閉することでグラウト材が地表に漏出するのを防げるが、工程が複雑かつ多岐にわたり、費用も高価となる。

前記二重管複相式ストレーナ工法は、二重管ダブルパッカー工法より少ない作業手順でボーリング孔と外管の隙間を充填できるという点で優れているが、複数のグラウト材を使い分けるための操作が複雑であり、対象地盤によって計画した量の注入が行えず、予定した効果が得られない場合がある。

本発明の目的は前記従来例の不都合を解消し、孔壁が崩壊するような地盤を対象とした注入であっても、グラウト材が注入管周囲から地表に漏出しにくく、注入１回当たりの区間長を任意に決定でき、しかも作業手順が少なく、コストが安くなる注入工法および装置を提供することにある。

前記目的を達成するため、請求項１記載の本発明は、外周面に複数のスリットを周方向に適宜間隔で形成し、かつ、前記スリットを上下方向に間隔を存して形成した中空の注入外管にパッカー部を有する注入用内管を挿入し、該注入外管の注入箇所とする前記スリットを前記パッカー部で内部から押圧することによりスリットを開口させて吐出口とし、当該吐出口の上部のスリットを前記パッカー部で内部から押圧することにより注入外管を拡径して外管パッカーを形成し、注入用内管先端部から前記吐出口を通して対象となる地盤にグラウト材を注入することを要旨とするものである。

請求項１記載の本発明によれば、中空の注入外管の外周面に形成したスリットを内部から押圧し拡径することで外管パッカーとしているため、構造簡単で、作業手順も少なく、孔壁と注入外管周囲との隙間からの漏出を防止できる。

グラウト材の吐出口は、注入箇所とするスリットを内部から押圧し開口させるため、注入開始前までスリットの閉塞が保たれることにより注入外管内部への異物の混入が避けられ、孔壁が崩壊するような地盤においても注入外管内部からの押圧で確実に吐出口を開口することができる。

さらに、前記外管パッカー部分や吐出口は任意に設定できるため、注入１回当たりの深度や区間長も任意に設定できる。

請求項２記載の本発明は、外管パッカーを形成する部分は伸縮性に富むゴム等でスリットを密閉することを特徴としている。

請求項２記載の本発明によれば、外管パッカーを形成する部分は伸縮性に富むゴム等でスリットを密閉しているので、内部からの押圧で拡径し形成された外管パッカーの外周面は伸縮性に富むゴム等であるため、孔壁が崩壊するような地盤であっても孔壁と注入外管周囲との隙間からの漏出を確実に防止できる。

以上述べたように本発明は、ボーリング孔と注入外管の隙間を外管パッカーで遮断することで、グラウト材が注入外管の周囲を通じて地表へ漏出するのを防止している。また、外管パッカーと吐出口の位置を調整すれば、対象地盤を均質に改良するのに適した注入１回当たりの区間長に容易に合わせられる。さらに、前記外管パッカーや吐出口は注入外管を内部から押し広げる工程だけで簡単に形成できるので作業手順も少ない。

以下、図面について本発明の実施形態を詳細に説明する。先に本発明の注入装置について説明すると、図１に示すように、注入外管１、ボーリング用内管７及びパッカー付き注入用内管８とからなる。

図１の注入外管１は、金属製であるが、塑性変形性に富み、かつ連行式で削孔したときでも破損しない程度に剛性のあるものであれば、金属製に限らず例えば合成樹脂製やガラス繊維製等原材料には限定されない。

かかる注入外管１の外周側面に、現場状況、使用ツールス等により、例えば数ｃｍ〜数ｍ程度の長さで、幅数ミリ以下のスリット２を周方向に複数個並列させて設ける。

さらに、スリット２を周方向に複数個並列させたものを、注入外管１の上下方向に間隔を存して形成し、複数段のものとした。

前記スリット２の幅は、後工程の内部からの押圧までは閉じており漏水しない状態で、押圧後は開口し吐出孔となるように前記のごとく数ミリ以下とするのが好ましい。

さらに、並列したスリット２は、内部からの押圧により注入外管１が拡径でき、開口することにより吐出孔として地盤にグラウト材を注入できるように、その数を適宜決定できる。

ところで、注入管を地盤内部に設置する場合、一般的な方法としてボーリング削孔時に注入管の外径より大径の内径部を持つケーシングを孔壁保持のために挿入して、削孔完了後に注入管をケーシング内部に挿入し、さらにケーシングを引き抜いた後に注入している。

本発明でも、注入外管１を設置する方法としてこの一般的な方法を採用することも可能であるが、工程が増加する、ケーシング引抜時に孔壁が崩壊する等のトラブルが予想される。

そこで、削孔時に注入外管の連行方式を採用できることとした。削孔方法としては既知の方法を採用できるが、一例を図３〜図５について説明する。注入外管１とボーリング用内管７とを一体として、注入外管１のたて込み時に掘削も兼ねるものである。

図３に示すように、注入外管１の先端部にリングビット３を嵌合させた先端シュー４を螺合させる。

ボーリング用内管７は、ボーリングロッド６の先端にインナービット５を螺合させたもので、このインナービット５は前記リングビット３に収まることができる。

そのために、リングビット３に凸部３ａを形成し、インナービット５の周面部にはこの凸部３ａが係合する凹部５ａを鉤構造のものとして形成した。

図３に示すように、まずリングビット３を嵌合させた先端シュー４を注入外管１の先端部に螺合させ、次にインナービット５を螺合させたボーリングロッド６を注入外管１の内部に挿入する。

ここで、インナービット５の周面部には凹部５ａが、リングビット３の内周面には前記インナービット５の凹部５ａに対応する位置に凸部３ａを形成しているので、前記ボーリングロッド６の注入外管１の内部への挿入時に、インナービット５先端面の辺Ｙｉがリングビット３の内周面の凸部３ａに当たりそれ以上は挿入できなくなる。

そこで、リングビット３の内周面の凸部３ａがインナービット５の先端面の辺Ｘｉ（凹部５ａの辺）上に至るまでインナービット５を回転させると、インナービット５の周面部の凹部５ａにリングビット３の内周面の凸部３ａが嵌合し、インナービット５の先端面がリングビット３の先端部より前方に突出するまで挿入することが可能となる。

注入外管１の内部にボーリングロッド６を挿入した後、ボーリングロッド６を接合した図示しない削孔用機械の回転力、推進力等をボーリングロッド６の先端部のインナービット５に伝え、対象となる地盤を削孔する。

この時、リングビット３の内周面の凸部３ａの辺Ａｏがインナービット５の周面部の凹部５ａの辺Ａｉに当接する方向にインナービット５を回転させながら削孔することにより、前記リングビット３の内周面の凸部３ａとインナービット５の周面部の凹部５ａの嵌合が保たれ、リングビット３がインナービット５から外れてしまうことはない。

このようにして対象範囲の削孔が完了した後に、注入用内管８を挿入するためにボーリングロッド６を引き抜くが、前述のようにリングビット３内周面の凸部３ａとインナービット５の周面部の凹部５ａが嵌合しているので、そのままではボーリングロッド６を引き抜くことができない。

そのため、まずインナービット５を削孔時とは逆に回転させるが、この時インナービット５を少し押し込むことにより、リングビット３の内周面の凸部３ａの辺Ｃｏがインナービット５の周面部の凹部５ａの辺Ｃｉに沿って移動し、前記逆の回転によりリングビット３の内周面の凸部３ａの辺Ｆｏをインナービット３の周面部の凹部５ａの辺Ｆｉと当接させることが可能となる。

このようにして、削孔完了後にボーリングロッド６及びインナービット５を回収し、代わりに注入外管１内にパッカー部９付き注入用内管８を挿入する。

図６に示すように注入外管１の内部にボーリングロッド６を挿入して掘削し、図７に示すように、削孔完了後にパッカー部９付き注入用内管８をパッカー部が注入外管の注入開始箇所に適合するスリット部Ｇ１に到達するまで挿入している。

パッカー部９付きの注入用内管８は図２の上図に示すように、中空の注入管１１の先端を吐出口１２とし、その少し上部にパッカー部９を設けたものである。パッカー部９は既存のものが使用でき、空気圧、油圧、水圧等の流体圧を作用させてこれを膨張させる。図中１０は前記流体圧用のホースである。

かかるパッカー部９付きの注入用内管８を注入外管１に挿入して、パッカー部９を膨張させることにより図２の下図で示すように注入外管１を内部から拡径し、注入外管１のスリット２を開口させることができる。

そして、パッカー部９を前述のように拡大すると、図７の右図で示すように注入外管１の注入開始箇所のスリット部Ｇ１は内部から押圧を受け拡径し、さらにスリット２が開口する。

注入外管１の注入開始箇所のスリット部Ｇ１が十分に拡径したならば、パッカー部９を縮小し、パッカー部９付き注入用内管８をパッカー部９が前記注入開始箇所の直上のスリット２の部分Ｇ２に至るまで引き上げる。

そして、再度パッカー部９を拡大し注入外管１のスリット部Ｇ２を拡径し、孔壁と注入外管１の隙間を通じてグラウト材が漏出することがないように、注入外管１のスリット部Ｇ２を十分に拡径してこの工程は完了する。

次に、パッカー部９付き注入用内管８の先端部の吐出口１２よりグラウト材を注入用内管８に圧送する。

このようにパッカー部９付き注入用内管８は中空であり、先端部が吐出口１２として開口されているので、図示しない注入機材から圧送されたグラウト材を注入用内管の内部を通して先端の開口部に送り、開口部よりグラウト材を注入外管１の内部に圧送する。

この時、注入開始箇所に適合するスリット部Ｇ１は開口しており、直上のスリット部Ｇ２の注入外管１の内部は拡大したパッカー部９により遮断されているため、前記グラウト材はスリット部Ｇ１の開口部より対象地盤へと注入される。

さらにスリット部Ｇ２は、孔壁と注入外管１の隙間を通じてグラウト材が漏出することがないように拡径されているため、グラウト材は確実に対象地盤へと注入される。

スリット部Ｇ１への注入完了後には、スリット部Ｇ２内部で拡大しているパッカー部を縮小して、次の注入箇所へパッカー付き注入用内管を移動させる。図７では、スリット部Ｇ１の次にスリット部Ｇ２から注入することとしており、スリット部Ｇ２は既に十分に拡径しているのでパッカー部をスリット部Ｇ３の内部まで移動させて拡大する。その後、前述した注入作業を繰り返すことにより対象とする範囲にグラウト材を注入し作業は完了する。

図８は本発明の第２実施形態を示すもので、本発明の注入外管１のスリット２の表面にパッカーラバー１４を円筒状に巻回してその両端をかしめ、注入外管１のパッカー部１５を形成している。

このパッカーラバー１４は、材質として伸縮性に富むゴム等を使用し、注入外管１の変形に追随して膨張するとともに注入外管の外周面で孔壁との隙間に密着し、グラウト材がスリット２を通じて孔壁と注入外管との隙間から漏出することや注入外管の内外を往来することを防止している。

図８（ａ）では、グラウト材の吐出口となるスリット２には前記パッカーラバーを設置せず、注入外管１のパッカー部１５とするスリットにのみパッカーラバー１４を設置している。

また、図８（ｂ）では、吐出口用のスリットに逆流防止用カバー１６を装着している。この逆流防止用カバー１６は、第１実施例で前述したパッカー部９付き注入用内管８のパッカー部９の膨張による注入外管１の拡径で容易に破断して開くようなものとして、材質としては強度が低く、塑性変形性の乏しいもの（変形すると容易に破断するもの）、例えば硬質プラスチックや不織布を用いる。

このようにして製作した本発明の第２実施形態の注入外管を対象となる地盤へ設置し、グラウト材を注入する方法は第１実施形態と同様であるため記述は避けるが、第２実施形態の注入外管１にはパッカーラバー１４を円筒状に巻回した注入外管のパッカー部１５を設けているため、例えば図９、図１０で示すように予め注入外管１のパッカー部１５を全て拡径しておき、別工程として注入箇所に順次グラウト材を圧送することも可能である。

なお、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旨を付記する。

本発明の注入工法で使用する本発明装置の正面図である。 本発明の注入工法で使用する本発明装置のパッカー部付き注入用内管のパッカー部の膨張により注入外管が拡径されスリットが開口したイメージ図である。 本発明装置のリングビット、インナービットの係合状態と示す縦断側面図である。 本発明装置のリングビットの斜視図である。 本発明装置のインナービットの斜視図である。 本発明の注入工法の削孔状況を示す説明図である。 本発明の注入工法の注入状況を示す説明図である。 本発明の注入工法の第２実施形態で使用する注入外管の正面図である。 本発明の注入工法の第２実施形態を示す前段工程の説明図である。 本発明の注入工法の第２実施形態を示す後段工程の説明図である。 エアパッカーの構造を示す説明図である。 二重管ダブルパッカー工法の工程図である。 二重管複相式ストレーナ工法の工程図である。

１ 注入外管 ２ スリット
３ リングビット ３ａ 凸部
４ 先端シュー
５ インナービット ５ａ 凹部
６ ボーリングロッド
７ ボーリング用内管 ８ 注入用内管
９ パッカー部 １０ パッカー用ホース
１１ 中空の注入管 １２ 吐出口
１４ パッカーラバー １５ パッカー部
１６ 逆流防止用カバー

Claims (3)

1. 外周面に複数のスリットを周方向に適宜間隔で形成し、かつ、前記スリットを上下方向に間隔を存して形成した中空の注入外管にパッカー部を有する注入用内管を挿入し、該注入外管の注入箇所とする前記スリットを前記パッカー部で内部から押圧することによりスリットを開口させて吐出口とし、当該吐出口の上部のスリットを前記パッカー部で内部から押圧することにより注入外管を拡径して外管パッカーを形成し、注入用内管先端部から前記吐出口を通して対象となる地盤にグラウト材を注入することを特徴とする注入工法。
2. 外管パッカーを形成する部分は伸縮性に富むゴム等でスリット外周を密閉する請求項１の注入工法。
3. 請求項１の注入工法に使用する装置であり、外周面に複数のスリットを周方向に適宜間隔で形成し、かつ、前記スリットを上下方向に間隔を存して形成した中空の注入外管と。先端部よりグラウト材を注入外管内部に圧送するパッカー部付き注入用内管とからなることを特徴とする注入装置。

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