JP2015034407A - 地盤改良装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 削孔作業中にモニターヘッドと削孔との間隙に残留する固化材液によって、噴射ノズルから削孔の壁面に向かって噴射される固化材液の勢いが妨げられることをできるだけ抑制し、所定径の削孔を迅速かつ効率的に形成可能にする。
【解決手段】 固化材液通路１０または中空のピストンロッド２２を通じて圧送される固化材液によりピストン部材３、２３を一方向に作動させることにより、このピストン部材３、２３に連係する噴射管５、２６先端の主噴射ノズル６、３１を削孔壁面に近接して臨ませるという構成である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、地盤中の切削領域に固化材液を噴射撹拌することにより地盤改良体を築造する地盤改良装置に関する。

従来から、固化材液を高圧噴射撹拌して軟弱地盤を固化改良する軟弱地盤改良工法が広く知られている。この軟弱地盤改良工法では、下部にモニター機構を有する注入管の上部にスイベルを連結し、この注入管を地上から地盤中の所定深さまで挿入し、その後、スイベルの固化材液供給口から固化材液を高圧で供給し、注入管下部の固化材液噴射ノズルから固化材液を管外方に向って水平方向に噴射させ、注入管を回転させつつ引き上げるようにしている。これにより、連続的に噴射する固化材液の噴射力を利用して注入管周辺の地盤を切削するとともに、その切削領域に固化材液を噴射撹拌することで、地盤改良体を築造可能としている（例えば、特許文献１参照）。

この種の地盤改良工法では、例えば図９に示すような地盤改良装置を用いることができる（例えば、特許文献２参照）。この地盤改良装置では、内管４２内が固化材液の供給通路４４となっており、内管４２と外管４３の間がエアの供給通路４５となっている二重管の注入管４１を有する。この注入管４１は下部に固化材液噴射ノズル５１と、この固化材液噴射ノズル５１の周囲からエアを噴射するエア噴射ノズル５２が設けられたモニター機構４９を有する。この注入管４１の上部には固化材液供給口４７とエア供給口４８が設けられたスイベル４６が連結されている。そして、スイベル４６の固化材液供給口４７より高圧供給した固化材液を固化材液の供給通路４４を介しモニター機構４９の固化材液噴射ノズル５１より噴射させると同時に、スイベル４６のエア供給口４８より高圧供給したエアをエアの供給通路４５を介しエア噴射ノズル５２より固化材液噴射ノズル５１の周囲に噴射させるようにしている。

この場合において、上部にスイベル４６を、下部にモニター機構４９を備える注入管４１の地盤中への挿入は、スイベル４６の固化材液供給口４７から固化材液を高圧供給し、固化材液の供給通路４４を介しモニター機構４９の先端の開口５７より下向きに吐き出しつつ地盤の削孔に挿入する場合と、ボーリングマシン等で先行して掘削した削孔に挿入する場合とがある。

また、従来の地盤改良装置のモニター機構には、単口の固化材液噴射ノズルが１個のもの、単口の固化材液噴射ノズルが１８０度対称位置に配置されて２個が存在するもの、および単口の固化材液噴射ノズルが１個で、該固化材液噴射ノズルより上方の１８０度反対側に水噴射ノズルが１個設けられているもの、等がある。

特開平０６−３０６８４６号公報 特開２０１１−１４４５３９号公報

ところで、前記地盤改良装置のモニター機構は、固化材液の供給圧に対して各噴射ノズル５１からの噴射圧が不十分であると切削撹拌能力が低くなり、注入管４１の１回の回転では同一深度の地盤を拡径できず、数回の回転で少しずつ拡径していかなければならない。従って、注入管の回転速度や引き上げ速度を遅くしなければならず、切削に長時間を要するから、工期も長くかかるし、施工費用も多くかかる。そこで、切削撹拌効率を向上させるために、固化材液の噴射圧力を上昇させる必要があるが、このために高エネルギ使用の大規模なプラント設備、例えば大型のポンプ、大容量のコンプレッサ、大型のケーシングマシン、ボーリングマシンなどが必要になり、工費の増大を招く。

また、前述のように、連続的に噴射する固化材液の噴射力を利用して注入管４１周囲の地盤を切削するとともに、その切削領域に固化材液を噴射撹拌することで、地盤改良体を築造する場合においては、掘削により地盤に形成される削孔壁面と注入管との間隙には泥水や噴射後の固化材液が介在し、これが噴射ノズルから噴射させる固化材液の噴射エネルギを弱めることとなり、地盤の切削効率が悪くなってしまう。

本発明は、かかる従来の課題を解決せんと提案するものであり、その目的とするところは、簡単かつ軽量の構造を採用するにも拘らず、削孔作業中に削孔壁面とモニターヘッド等との間隙に介在（残留）する泥水や固化材液によって、噴射ノズルから噴射される固化材液の勢いが妨げられるのをできるだけ抑えながら、削孔壁面に近接した位置から固化材液を噴射させることで、所定径の削孔を迅速かつ効率的に得ることができる地盤改良装置を提供することにある。

前記目的達成のために、本発明の請求項１に係る地盤改良装置は、固化材液をスイベルから注入管を通じてモニター機構の噴射ノズルから噴射することにより地盤を掘削し、この掘削した地盤の削孔領域に固化材液を噴射して地盤改良をする地盤改良装置であって、
前記モニター機構が、前記注入管の下部に連通する固化材液通路を中心部に有するモニターヘッドと、該モニターヘッドの固化材液通路に挿入されて、前記スイベルから前記固化液通路を通じて圧送される固化材液によって作動するピストン部材と、前記固化材液通路に連通し、先端に主噴射ノズルが設けられた噴射管と、前記モニターヘッド内に設けられて、前記ピストン部材の進退に応じて伸縮するコイルスプリングと、を備え、前記固化材液通路を通じて圧送される固化材液により前記ピストン部材を作動させることにより、このピストン部材に連係する前記噴射管先端の主噴射ノズルを削孔壁面に近接して臨ませることを特徴とする。

この構成により、スイベルから注入管を通じて固化材液通路に送出される固化材液の送出圧によってピストン部材を作動させることで、このピストン部材に連係した噴射管の主噴射ノズルを孔壁面に接近した状態で臨ませることができる。この結果、削孔壁面およびモニターヘッド間に噴射後の固化材液が滞留することがあっても、この固化材液の滞留によって主噴射ノズルから噴射される固化材液の勢力が大きく損なわれることを回避でき、地盤の削孔効率を高めることができる。

また、本発明の請求項２に係る地盤改良装置は、前記モニター機構が、前記注入管の下部に連通する固化材液通路を中心部に有するモニターヘッドと、該モニターヘッドの固化材液通路に挿入されて、前記スイベルから前記固化液通路を通じて圧送される固化材液によって作動するピストン管と、該ピストン管の下部に上端が連結された可撓性の耐圧ホースと、該耐圧ホースの下端に連設された噴射管と、該噴射管の先端に設けられた主噴射ノズルと、ヒンジブロックを複数並列し、この並列したヒンジブロックの隣接するヒンジブロック間を一端側でピンにて回動自在に枢着してなり、最上位に位置するヒンジブロックの一端部が前記モニターヘッドの下端に支承部材を介し回動自在に取付けられたヒンジブロック連結体と、前記耐圧ホースは、該ヒンジブロック連結体を上部から下部に貫通し、下端がヒンジブロック連結体の最下位にあるヒンジブロックに固定され、該貫通する耐圧ホースの外周に巻き回す格好で、前記ピストン管とヒンジブロック連結体の最下位のヒンジブロック間に介在され、前記ピストン管の進退に応じて伸縮し、ピストン管、耐圧ホースおよびヒンジブロック連結体を復帰させるコイルスプリングと、を備え、前記固化材液通路を通じて圧送される固化材液により前記ピストン管を進出方向に作動させ耐圧ホースを進出させることによってヒンジブロック連結体を扇形状に拡開させて耐圧ホースを湾曲させると共に噴射管の向きを略水平方向とし、噴射管先端の主噴射ノズルを削孔壁面に近接して臨ませることを特徴とする。

この構成により、ポンプによって圧送される固化材液を、スイベルおよびモニターヘッドを通じて主噴射ノズルから噴射させる際に、そのモニターヘッドの固化材液通路内に設置したピストン管を前記固化材液の圧力によって、コイルスプリングの反発力に抗して作動（下降）させる。このピストン管の作動（下降）によって、耐圧ホースがヒンジブロック連結体を貫通し、しかも耐圧ホースの下端がヒンジブロック連結体の最下位のヒンジブロックに結合されているため、この最下位のヒンジブロックはピンを中心に強制的に回動されるし、ピンを介して連結されたヒンジブロック連結体も、それぞれのピンを中心に回動し、ヒンジブロック連結体は扇形状に拡開していく。これらのヒンジブロック連結体の拡開によって耐圧ホースは湾曲していき、最大湾曲状態ではこの耐圧ホース端に取り付けられた整流管は略水平方向に向く。従って、整流管の先端に設けられた主噴射ノズルは、削孔壁面に近接して臨むこととなり、この主噴射ノズルから噴射される固化材液の高圧力を受けて、その壁面の掘削効率が高められる。また、かかる高効率の掘削を簡単な構成でしかも小型の設備で実施できる。この結果、従来のように噴射圧力が高く、大型のポンプや大容量のコンプレッサなどの大型で高価な設備を用意する必要がなくなり、さらに十分な耐久性、省エネ効果が得られる。

また、本発明の請求項３に係る地盤改良装置は、前記モニターヘッドに、固化材液通路に連通し、固化材液を当該モニターヘッドの外方に噴射させる上部噴射ノズルが設けられていることを特徴とする。
この構成により、主噴射ノズルだけでなく、この上部噴射ノズルからも固化材液を噴射して削孔し、地盤改良を行うことができる。

また、本発明の請求項４に係る地盤改良装置は、前記モニター機構が、前記注入管の下部に連通する中空のピストンロッドを中心部に有するモニターヘッドと、前記中空のピストンロッドに固定され、前記スイベルから注入管を介し中空のピストンロッド内に圧送された固化材液を、ピストンロッドに設けた通孔からモニターヘッド内に圧送させ、該圧送された固化材液によって進退するピストンと、モニターヘッド内に設けられて、前記ピストンの進退に応じて伸縮するコイルスプリングと、前記モニターヘッドの下端に取り付けられた支持リングと、この支持リングに基部が回動可能に枢支されるとともに、前記モニターヘッドに連通する噴射管と、この噴射管の先端に設けられた主噴射ノズルと、前記支持リングの下端より下方に突出する前記中空のピストンロッドの下端に取り付けられた固定リングと、この固定リングおよび前記噴射管に両端が枢支された開閉作動部材と、を備え、前記スイベルから中空のピストンロッドの前記通孔を通してモニターヘッド内に圧送される固化材液により、ピストンとともに中空のピストンロッドを進退させ、この中空のピストンロッドに連係する前記開閉作動部材を介して前記モニターヘッドに連通する複数本の前記噴射管の向きを略水平方向に拡開させて、噴射管先端の主噴射ノズルを削孔壁面に近接して臨ませることを特徴とする。

この構成により、スイベルから注入管を通して中空のピストンロッドに送出される固化材液を前記通孔を通してその中空のピストンロッドおよびモニターヘッド間に圧入でき、コイルスプリングの反発力に抗してピストンをそのモニターヘッド内で移動させることができる。また、このピストンの移動に伴って、このピストンが取り付けられている中空のピストンロッドも同時に移動し、この中空のピストンロッド下端の固定リングに開閉作動部材を介してリンク接続された噴射管および保護カバーを、支持リング上のピンを中心に互いに開く方向に回動させることができる。この噴射管および保護カバーの回動によって噴射管先端の主噴射ノズルを削孔壁面に接近させることができる。この結果、削孔およびモニターヘッド間に噴射後の固化材液や泥水が滞留することがあっても、主噴射ノズルから噴射される固化材液の勢力が大きく損なわれることを回避でき、地盤の削孔効率を高めることができる。

本発明によれば、次のような効果を奏する。
（１）固化材液を噴射するときは主噴射ノズルが削孔壁面に近づくので、削孔作業中にモニターヘッド等と孔壁との間隙に残留する泥水や固化材液等の介在液によって、主噴射ノズルから削孔壁面に向かって噴射される固化材液の勢いが妨げられるのを抑制でき、所定径の削孔を迅速かつ効率的に形成可能となる。
（２）モニターヘッド等と孔壁との間に残留する介在液は、泥水、セメント、土砂の混合体であるため、噴射固化材液の噴射速度が減衰され、噴射圧力が低下する。そのため、従来は高圧を求め、大型のポンプ、大容量のコンプレッサ、大型ケーシングマシンや専用ボーリングマシン等が必要となり、設備が巨大化し、コスト高となっていたが、本発明によれば固化材液の主噴射ノズルを孔壁面に近接して臨ませ噴射するので速度、圧力の減衰がないので、従来のような大型のポンプ、大容量のコンプレッサ、大型ケーシングマシンや専用ボーリングマシン等の使用を回避でき、経済性が向上する。
（３）固化材液の噴射を主噴射ノズルより開始すると、自動的に主噴射ノズルは孔壁に近接して臨むようになり、固化材液の噴射を停止すると自動的に復帰するので、特別の操作が必要なく、作業性がよい。
（４）主噴射ノズルだけでなく上部噴射ノズルも備える場合は、固化材液を主噴射ノズルだけでなく上部噴射ノズルからも噴射して削孔し、地盤改良を施工できるので、削孔効率が向上し、作業性が向上する。

以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に本発明を実施するための最良の形態を添付の図面を参照して、詳細に説明する。

本発明の実施形態による地盤改良装置の要部を、一部切り欠いて示す正面図である。 図１における地盤改良装置のヒンジブロック連結体の連結構造を示す分解斜視図である。 図２に示すヒンジブロック連結体の連結構造の変形例を示す分解斜視図である。 図１における地盤改良装置要部の作動状態を示す正面図である。 図１における地盤改良装置要部による削孔工程を概念的に示す説明図（ａ）（ｂ）である。 本発明の他の実施の形態による地盤改良装置を、一部切り欠いて示す正面図である。 図６に示す地盤改良装置による削孔工程を概念的に示す説明図（ａ）（ｂ）である。 本発明のさらに他の実施の形態による地盤改良装置を一部破断して示す正面図（ａ）（ｂ）である。 従来の地盤改良装置を示す縦断正面図（ａ）（ｂ）である。

以下、本発明の実施の形態にかかる地盤改良装置を、図１乃至図８を参照して説明する。

図１は本実施の形態にかかる地盤改良装置を示す。この地盤改良装置は、固化材液をスイベルから注入管を通じてモニター機構の主噴射ノズルから噴射しながら地盤を掘削し、この掘削した領域に固化材液を噴射して地盤改良するというものである。そして、前記モニター機構Ａは、モニターヘッド１と、ピストン部材としてのピストン管３と、耐圧ホース４と、整流管としての噴射管５と、主噴射ノズル６と、ヒンジブロック連結体７と、コイルスプリング９と、を備えて構成される。

これらのうち、モニターヘッド１は円筒状をなし、上部に前述のようなスイベルを一体に有し、中心部にはこのスイベルに設けられた固化材液の注入管（注入通路）に連通する固化材液通路１０が形成されている。この固化材液通路１０内には、下端にばね受け１１を有する前記ピストン管３が作動（昇降）可能に設置されている。このばね受け１１は後述の耐圧ホース４の一端をピストン管３に連結するための連結部材を兼ねる

このピストン管３は、中空部が固化材液の通路となっており、また前記スイベルから前記固化材液通路１０を通じて圧送される前記固化材液によって進退（図上、下方へ移動）するように機能する。前記ばね受け１１の外径は固化材液通路１０の外形よりも大きく、従って、このばね受け１１によりピストン管３の固化材液通路１０内での上昇量が規制されている。

前記耐圧ホース４は、柔軟性および強靭性を持つ、例えばゴムや合成樹脂などの可撓性材料からなり、この耐圧ホース４の上端がピストン管３下端のばね受け１１の下端に連結されている。この耐圧ホース４の下端には連結ブロック１２を介して鋼管やアルミ管などからなる強靭性の高い前記噴射管５が連結されている。なお、この噴射管５の先端には、主噴射ノズル６が取り付けられている。

前記モニターヘッド１の下端には、板状の支承部材１３が固設され、この支承部材１３の貫通孔を前記ばね受け１１は進退可能となっている。この支承部材１３に、前記ヒンジブロック連結体７が取付けられる。このヒンジブロック連結体７は、板状のヒンジブロック８を複数（本例では９枚）並列し、この並列したヒンジブロック８の隣接するヒンジブロック８、８間を一端側でピン１４で回動自在に枢着してなり、最上位に位置するヒンジブロック８の一端側が支承部材１３にピン１４にて回動自在に取付けられている。

さらに図２にて詳説すると、ヒンジブロック８は、板状の本体８ａの両側端に対向して取付片８ｂ、８ｂが設けられ、この対向する取付片８ｂ、８ｂにはピン１４を挿入するためのピン挿入孔１８、１８が対向して設けられ、本体８ａは該対向する取付片８ｂ、８ｂ間に嵌入できる幅となり、この本体８ａの一端側にはピン１４を挿入するピン挿入孔１６が設けられている。そして、隣接するヒンジブロック８、８は、一方のヒンジブロック８の本体８ａが他方のヒンジブロック８の取付片８ｂ、８ｂ間に嵌入し、ピン挿入孔１６、１８、１８の位置を合わせ、このピン挿入孔１６、１８、１８にピン１４を挿入することによって互いに回動自在に枢着される。そして、全てのヒンジブロック８は、同様のピン結合構造によって、隣接するものどうし順次連結される。なお、ヒンジブロック８は、ピン１４によって枢支される部位側の本体８ａの角部が切除されたコーナカット部１７とされ、互いのヒンジブロック８、８どうしの回動が許容されるようになっている。
これにより、各ヒンジブロック８、８を、ピン１４を中心に回動させた場合に、各コーナカット部１７が隣り合う他のヒンジブロック８の本体８ａ上面に当たる範囲内で、各ヒンジブロック８、８は各ピン１４を中心に回動可能となり、ヒンジブロック連結体７は全体として扇形状に拡開可能になる。なお、このコーナカット部１７の形状（カット具合）により各ヒンジブロック８の回動範囲を規制し、扇形状に拡開する範囲を規制できる。

図３は、前記図２に示す連結構造の変形例を示す。図２ではヒンジブロック８の本体８ａは全長に亘り同一厚さであり、取付片８ｂも本体８ａの全長に亘っているが、本例は、本体８ａの一部に下方に突出する取付部８ｃを設け、この取付部８ｃにピン挿入孔１６を設け、取付片８ｂも本体８ａの全長ではなく短片となっており、この短片の取付片８ｂにピン挿入孔１８が穿設されているものであり、他は図２に示す取付構造と同様であるので、同様な構成要素には同一符号を付して他の詳細な説明は省略する。

また、支承部材１３にヒンジブロック連結体７の最上位のヒンジブロック８を回動自在に取付ける構成も同様である。即ち、支承部材１３をヒンジブロック８の本体８ａに相当させ、支承部材１３の一端側にピン挿入孔を穿設し、この支承部材１３をヒンジブロック８の取付片８ｂ、８ｂ間に嵌入し、この取付片８ｂ、８ｂのピン挿入孔１８と支承部材１３のピン挿入孔とにピン１４を嵌挿し、回動自在に枢着する。

前記耐圧ホース４は、前記ヒンジブロック連結体７を上部から下部に貫通し、下端がヒンジブロック連結体７の最下位のヒンジブロック８に固定金具１５で固定されている。この固定金具１５と前記ピストン管３下端のばね受け１１との間には、コイルスプリング９が耐圧ホース４の外周に巻き回される格好で介在されている。このコイルスプリング９は、ピストン管３、耐圧ホース４およびヒンジブロック連結体７を元に復帰させるように作用する。

以上のような構成のモニター機構Ａによれば、図４に示すようにヒンジブロック連結体７をコイルスプリング９の反発力に抗して扇形状に拡開させ、耐圧ホース４を湾曲させることで、この耐圧ホース４に整流管５を介して連結されている主噴射ノズル６の向きを略水平方向とすることができる。

次にかかる構成になる地盤改良装置の動作を説明する。この地盤改良装置は、掘削装置のリーダに沿って進退（昇降）するドリルヘッド等に取り付けられ、このドリルヘッドの駆動および進退で、回転および進退（昇降）が与えられる。そこで、この地盤改良装置を地盤の所定深度まで挿入する。この挿入は、図５（ａ）に示すようにスイベルから注入管を介し固化材液通路１０を通じて固化材液または水を噴射管５先端の主噴射ノズル６から地盤に向けて噴射して削孔し、挿入する場合と、ボーリングマシンを用いて予め地盤を削孔し、この削孔に挿入する場合とがある。この前者の削孔時の固化材液または水の供給圧力は、ピストン管３が作動せず、耐圧ホース４も湾曲しない程度とする。

モニター機構Ａの地盤中への挿入が所定深度に達したら、固化材液通路１０への固化材液の供給を開始する。すると固化材液の供給圧力を受けてピストン管３はコイルスプリング９の反発力に抗してその固化材液通路１０内を下降する。同時に、耐圧ホース４も下降する。
このため、耐圧ホース４下端を固定金具１５によって保持している最下部のヒンジブロック８がピン１４を中心に回動し、続いて他のヒンジブロック８も順次回動するため、ヒンジブロック連結体７は、図４および図５（ｂ）に示すように略全体が扇形状に拡開していく。そして、かかるヒンジブロック連結体７の拡開動作に伴って、このヒンジブロック連結体７を貫通する耐圧ホース４は、図４に示すように円弧状に湾曲する。このため耐圧ホース４の下端に取り付けられた整流管５も向きを変え、最大で略水平方向まで変動し、これに応じて整流管５先端の主噴射ノズル６の位置も変動する。即ち、図５（ｂ）に示すように主噴射ノズル６は、削孔壁面に接近して臨むこととなる。なお、耐圧ホース４の湾曲度合いは、固化材液の供給圧力の調整によって任意に設定可能である。

そこで、図５（ｂ）に示すようにモニターヘッド１の固化材液通路１０から圧送される固化材液を、整流管５先端の主噴射ノズル６から削孔壁面に噴射して、その壁面の掘削を行う。そして、この掘削を続けながらモニターヘッド１を回転させ、地上に向けてゆっくり引き上げる。これにより主噴射ノズル６は削孔壁面に近接した位置に臨むため、削孔およびモニターヘッド１間に噴射済みの固化材液や泥水があっても、この固化材液や泥水によって主噴射ノズル６から噴射される固化材液の噴出勢力が大きく損なわれることはない。従って、主噴射ノズル６からの固化材液をこの主噴射ノズル６に近い削孔壁面に効果的に衝突させて、掘削作業を効率化することができる。
この結果、地盤中に注入された固化材液による掘削領域の地盤改良を、効果的に実施することができる。この地盤改良は、モニターヘッド１を地上に向って引上げながら行うことで、地盤の所定区間に地盤改良部を造成できることとなる。

図６は、本発明の他の実施の形態による地盤改良装置を、一部切り欠いて示す正面図である。
本実施の形態は、モニターヘッド１に固化材液通路１０に連通し、固化材液をモニターヘッド１の外方に噴射させる上部噴射ノズル２を設けたものであり、他は前記実施の形態と同様であるので、同様な構成要素には同一符号を付して他の詳細な説明は省略する。この上部噴射ノズル２は、前記主噴射ノズル６の噴射方向とは、逆方向となる向きになるように設けるのが、主噴射ノズル６の噴射反力に対抗するので好ましい。

この図６に示す地盤改良装置によれば、図７（ａ）（ｂ）に示すように主噴射ノズル６だけでなく、上部噴射ノズル２からも固化材液を噴射して地盤改良の施工が可能となる。
即ち、この装置の地盤中への挿入は、図７（ａ）に示すようにスイベルから注入管を介し固化材通路１０を通じて固化材液または水を、上部噴射ノズル２および主噴射ノズル６から地盤に向けて噴射して削孔し、挿入する。この時、図７（ａ）に示すように上部噴射ノズル２からは、側方の略水平方向に噴射されるので、主に削孔を拡径するように作用し、主噴射ノズル６からは下方に向けて噴射されるので、主に深度方向に削孔するように作用する。この場合における固化材液または水の供給圧力は、ピストン管３が作動せず、耐圧ホース４も湾曲しない程度とする。
また、この装置の挿入は、ボーリングマシンを用いて予め削孔して、この削孔に挿入するようにしてもよいことは、もちろんである。

この地盤改良装置のモニター機構Ａの地盤中への挿入が所定深度に達したら、固化材液通路１０を介して固化材液の供給圧力を、ピストン管３がコイルスプリング９の反発力に抗して作動（下降）するように高めて供給する。すると固化材液の供給圧力を受けてピストン管３はコイルスプリング９の反発力に抗してその固化材液通路１０内を下降する。同時に耐圧ホース４も下降する。
このため、耐圧ホース４下端を固定金具１５によって保持している最下部のヒンジブロック８がピン１４を中心に回動し、続いて他のヒンジブロック８も順次回動するため、ヒンジブロック連結体７は、図４に示すと同様に略全体が扇形状に拡開していく。そして、かかるヒンジブロック連結体７の拡開動作に伴って、このヒンジブロック連結体７を貫通する耐圧ホース４は、図４に示すと同様に円弧状に湾曲する。このため耐圧ホース４の下端に取り付けられた整流管５も略水平方向に向きを変え、これに応じて整流管５先端の主噴射ノズル６の位置も変わり、図７（ｂ）に示すように削孔壁面に接近して臨むこととなる。

そこで、図７（ｂ）に示すように固化材液を上部噴射ノズル２および主噴射ノズル６から削孔壁面に噴射しつつモニターヘッド１を回転させ、地上に向けてゆっくりと引き上げる。そのため、まず上部噴射ノズル２で削孔し、続いて、その削孔壁面に向けて主噴射ノズル６から噴射して削孔する格好となるので、削孔径の拡径ができると共に削孔能力が向上し、施工時間を短縮することが可能となる。しかも、モニターヘッド１（主噴射ノズル６）と削孔壁面との間に、上部噴射ノズル２から噴射された固化材液や主噴射ノズル６から噴射した固化材液が存在しても、主噴射ノズル６は、削孔壁面に近接して臨んでいるため、主噴射ノズル６から噴射される噴出勢力が大きく損なわれることなく、削孔できることとなる。
この結果、地盤中に注入された固化材液による掘削領域の地盤改良を、より効果的に実施することができる。この地盤改良は、モニター機構Ａ（モニターヘッド１）を地上に向かって引き上げながら行うことで、地盤中の所定区間に地盤改良部を造成することができる。

図８は本発明のさらに他の実施形態による地盤改良装置を示し、図８（ａ）は作動前における地盤改良装置を一部破断して示す正面図であり、図８（ｂ）は作動状態における地盤改良装置を一部破断して示す正面図である。この地盤改良装置は、固化材液をスイベルから注入管を通じてモニター機構の主噴射ノズルから噴射することにより地盤を掘削し、この掘削した地盤の削孔領域に固化材液を注入して地盤改良をする。そして前記モニター機構は、前記注入管の下部に連通する中空のピストンロッドを中心部に有するモニターヘッドと、該モニターヘッドの中空のピストンロッドに固定されて、前記スイベルから注入管を介し中空のピストンロッド内に圧送された固化材液を、ピストンロッドに設けた通孔からモニターヘッド内に圧送させ、該圧送された固化材液によって作動するピストン部材としてのピストンと、前記モニターヘッドに連通する噴射管の先端に設けられた主噴射ノズルと、前記モニターヘッド内に設けられて、前記ピストンの進退に応じて伸縮するコイルスプリングと、を有し、前記中空のピストンロッドを通じて圧送される固化材液により前記ピストン部材を作動させることにより、前記噴射管とともに主噴射ノズルを削孔壁面に近接して臨ませるという構成である。これにより、前述のスイベルの注入管（図示しない）を通じてモニター機構Ｂを構成するモニターヘッドの主噴射ノズルから固化材液を噴射しながら地盤を掘削し、この掘削した削孔領域に固化材液を噴射して地盤改良する。

モニター機構Ｂはモニターヘッド２１と、中空のピストンロッド２２と、ピストン部材であるピストン２３と、コイルスプリング２４と、支持リング２５と、噴射管２６と、固定リング２７と、開閉作動部材２８と、を備えて構成される。これらのうちモニターヘッド２１は円筒状をなし、上部に前述のようなスイベル（図示しない）を一体に有し、このスイベルの中心部には、前述のような固化材液の注入管（注入通路）に連通する管状の中空のピストンロッド２２が設けられている。この中空のピストンロッド２２は前記注入管に対し軸方向摺動可能に連結されており、さらにモニターヘッド２１内で軸方向に移動可能となっている。

また、中空のピストンロッド２２はモニターヘッド２１内の中心部に挿通されて、下半部がこのモニターヘッド２１の底部（閉塞端部）に摺動可能に貫通され、その下端部が閉塞されている。中空のピストンロッド２２のうちモニターヘッド２１内に常に臨む部位には、通孔２９が穿設されている。この通孔２９はスイベルの注入管を通して圧送されてきた固化材液を中空のピストンロッド２２とモニターヘッド２１との間に送出するように機能する。この通孔２９位置より上方の中空のピストンロッド２２の外周にはリング状のピストン２３がモニターヘッド２１の内周面に軸方向摺動自在に装着されている。また、このピストン２３とモニターヘッド２１の一部（上部）との間には、このピストン２３を常時下方へ付勢するコイルスプリング２４が介装されている。

モニターヘッド２１は下端部外周に支持リング２５を有し、この支持リング２５外周の対向する一対の位置に、噴射管（整流管）２６を被う保護カバー３２の基部が、この噴射管２６の基部とともにピン３０によって回動可能に枢支されている。これらの噴射管２６の先端には主噴射ノズル３１が設けられている。この噴射管２６には中空のピストンロッド２２を通じて、または図示しない別の固化材液注入管を通じて固化材液が供給可能になっている。中空のピストンロッド２２の下端に取り付けられた固定リング２７と保護カバー３２の中央部付近には開閉作動部材（リンク部材）２８の両端部が各一のピン３３，３４により回動可能に連結されている。

かかる構成の地盤改良装置では、この地盤改良装置を予め地盤内に掘削した削孔内に挿入する工程（掘削準備工程）においては、スイベルの注入管からモニター機構Ｂの中空のピストンロッド２２に対する固化材液の供給が停止されている。このときモニター機構Ｂは図８（ａ）に示すような形態をなす。すなわち、固化材液の供給が停止されている場合は、注入管から中空のピストンロッド２２および通孔２９を通じての、モニターヘッド２１内への固化材液の圧送がないため、ピストン部材（ピストン）２３はコイルスプリング２４の反発力を受けて、図示の下降状態（下降位置）を維持する。このため、中空のピストンロッド２２も同じ下降位置を維持し、この中空のピストンロッド２２に枢支された各開閉作動部材２８はそれぞれ互いに閉じた状態となる。従って、噴射管２６もカバー３２とともにモニターヘッド２１側に閉じた状態を維持する。

一方、この地盤改良装置を予め地盤に掘削された削孔内に挿入して地盤を改良する工程では、前記スイベルの注入管を通して中空のピストンロッド２２内に固化材液が供給される。そして、この固化材液の注入圧が所定圧に達すると、通孔２９を通じてピストン部材２３より下部のモニターヘッド２１内（モニターヘッド２１と中空のピストンロッド２２との間）に圧入される。このため、この固化材液の供給圧を受けて、ピストン部材２３はこれを取り付ける中空のピストンロッド２２とともに、コイルスプリング２４の反発力に抗してモニターヘッド２１内を、図上軸方向に上昇する。このとき、コイルスプリング２４は反発力を強めるように圧縮される。

このピストン部材２３のモニターヘッド２１における前記上昇によってピストンロッド２２を介し固定リング２７も上昇する。このためこの固定リング２７、開閉作動部材２８およびピン３３を介して支持された各一の保護カバー３２が互いに拡開する方向に回動し、図８（ｂ）に示すように拡開する。この結果、噴射管２６も同方向に回動して略水平位置に至り、これらの先端に設けられた主噴射ノズル３１が地盤の削孔壁面に近接して臨むこととなる。これにより削孔内に滞留した固化材液が主噴射ノズル３１から噴出される固化材液の噴出圧力を妨げることを抑制し、削孔壁面の掘削効率を高めることができる。この結果、地盤中に噴射された固化材液による掘削領域の地盤改良を、効果的に実施することができる。この地盤改良は、モニターヘッド２１を地上に向って回転させ引上げながら行うことで、地盤の所定区間に地盤改良部を造成できることとなる。なお、前記スイベルの注入管から中空のピストンロッド２２内への固化材液の供給を停止するとともに前記注入管への固化材液の供給圧を低下させることで、モニターヘッド２１内の圧力を低下させることができる。この場合には、圧縮されているコイルスプリング２４の反発力を受けてピストン２３はモニターヘッド２１内を下降して、図８（ａ）に示す状態に戻る。これにより各噴射管２６は保護カバー３２とともにピン３０を中心に回動しながら閉じ、地盤改良装置の搬送、収納等を容易化することができる。

以上詳細に説明した通り、本発明の地盤改良装置は、モニター機構Ａ、Ｂが、前記注入管の下部に連通する固化材液通路１０または中空のピストンロッド２２を中心部に有するモニターヘッド１、２１と、固化材液通路１０または中空のピストンロッド２２に設けられて、前記スイベルから前記固化材液通路１０または中空のピストンロッド２２を通じて圧送される固化材液によって作動するピストン部材３、２３と、前記固化材液通路１０または中空のピストンロッド２２に連通し、先端に主噴射ノズル６、３１が設けられた噴射管５、２６と、モニターヘッド１、２１に設けられて、ピストン部材３、２３の進退に応じて伸縮するコイルスプリング９、２４と、を備え、前記固化材液通路１０または中空のピストンロッド２２を通じて圧送される固化材液により前記ピストン部材３、２３を一方向に作動させることにより、このピストン部材３、２３に連係する前記噴射管５、２６先端の主噴射ノズル６、３１を削孔壁面に近接して臨ませるように構成したものである。

これにより、スイベルから注入管を通じて固化材液通路１０または中空のピストンロッド２２に送出される固化材液の送出圧によりピストン部材３、２３を作動させることで、このピストン部材３、２３に連係した噴射管５、２６を、これの主噴射ノズル６、３１が削孔壁面に接近した状態で臨ませることができる。この結果、削孔壁面およびモニターヘッド１、２１間に噴射された固化材液が滞留することがあっても、主噴射ノズル６、３１から噴射される固化材液の勢力が大きく損なわれることを回避でき、地盤の削孔効率を高めることができることとなる。

本発明の地盤改良装置は、削孔作業中に削孔と注入管やモニターヘッドとの間隙に残留する泥水や固化材液によって、主噴射ノズルから噴射される固化材液の勢いが妨げられるのをできるだけ抑えながら、削孔壁面に近接した位置から固化材液を噴射させることで、迅速かつ効率的に所定径の削孔を得ることができるという効果を有し、地盤中の切削領域に固化材液を噴射撹拌することにより地盤改良体を築造する地盤改良装置等に有用である。

１、２１ モニターヘッド
２ 上部噴射ノズル
３ ピストン管（ピストン部材）
４ 耐圧ホース
５、２６ 噴射管（整流管）
６、３１ 主噴射ノズル
７ ヒンジブロック連結体
８ ヒンジブロック
８ａ 本体
８ｂ 取付片
８ｃ 取付部
９、２４ コイルスプリング
１０ 固化材液通路
１１ ばね受け
１２ 連結ブロック
１３ 支承部材
１４ ピン
１５ 固定金具
１６ ピン挿入孔
１７ コーナカット部
１８ ピン挿入孔
２２ 中空のピストンロッド
２３ ピストン（ピストン部材）
２５ 支持リング
２７ 固定リング
２８ 開閉作動部材
２９ 通孔
Ａ、Ｂ モニター機構

Claims (4)

1. 固化材液をスイベルから注入管を通じてモニター機構の噴射ノズルから噴射することにより地盤を掘削し、この掘削した地盤の削孔領域に固化材液を噴射して地盤改良をする地盤改良装置であって、
   前記モニター機構が、
   前記注入管の下部に連通する固化材液通路を中心部に有するモニターヘッドと、
   該モニターヘッドの固化材液通路に挿入されて、前記スイベルから前記固化液通路を通じて圧送される固化材液によって作動するピストン部材と、
   前記固化材通路に連通し、先端に主噴射ノズルが設けられた噴射管と、
   前記モニターヘッド内に設けられて、前記ピストン部材の進退に応じて伸縮するコイルスプリングと、を備え、
   前記固化材液通路を通じて圧送される固化材液により前記ピストン部材を作動させることにより、このピストン部材に連係する前記噴射管先端の主噴射ノズルを削孔壁面に近接して臨ませることを特徴とする地盤改良装置。
2. 前記モニター機構が、
   前記注入管の下部に連通する固化材液通路を中心部に有するモニターヘッドと、
   該モニターヘッドの固化材液通路に挿入されて、前記スイベルから前記固化液通路を通じて圧送される固化材液によって作動するピストン管と、
   該ピストン管の下部に上端が連結された可撓性の耐圧ホースと、
   該耐圧ホースの下端に連設された噴射管と、
   該噴射管の先端に設けられた主噴射ノズルと、
   ヒンジブロックを複数並列し、この並列したヒンジブロックの隣接するヒンジブロック間を一端側でピンにて回動自在に枢着してなり、最上位に位置するヒンジブロックの一端部が前記モニターヘッドの下端に支承部材を介し回動自在に取付けられたヒンジブロック連結体と、
   前記耐圧ホースは、該ヒンジブロック連結体を上部から下部に貫通し、下端がヒンジブロック連結体の最下位にあるヒンジブロックに固定され、該貫通する耐圧ホースの外周に巻き回す格好で、前記ピストン管とヒンジブロック連結体の最下位のヒンジブロック間に介在され、前記ピストン管の進退に応じて伸縮し、ピストン管、耐圧ホースおよびヒンジブロック連結体を復帰させるコイルスプリングと、を備え、
   前記固化材液通路を通じて圧送される固化材液により前記ピストン管を進出方向に作動させ耐圧ホースを進出させることによってヒンジブロック連結体を扇形状に拡開させて耐圧ホースを湾曲させると共に噴射管の向きを略水平方向とし、噴射管先端の主噴射ノズルを削孔壁面に近接して臨ませることを特徴とする請求項１記載の地盤改良装置。
3. 前記モニターヘッドには、固化材液通路に連通し、固化材液を当該モニターヘッドの外方に噴射させる上部噴射ノズルが設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の地盤改良装置。
4. 前記モニター機構が、
   前記注入管の下部に連通する中空のピストンロッドを中心部に有するモニターヘッドと、
   前記中空のピストンロッドに固定され、前記スイベルから注入管を介し中空のピストンロッド内に圧送された固化材液を、ピストンロッドに設けた通孔からモニターヘッド内に圧送させ、該圧送された固化材液によって進退するピストンと、
   モニターヘッド内に設けられて、前記ピストンの進退に応じて伸縮するコイルスプリングと、
   前記モニターヘッドの下端に取り付けられた支持リングと、
   この支持リングに基部が回動可能に枢支されて、前記モニターヘッドに連通する噴射管と、
   この噴射管の先端に設けられた主噴射ノズルと、
   前記支持リングの下端より下方に突出する前記中空のピストンロッドの下端に取り付けられた固定リングと、
   この固定リングおよび前記噴射管に両端が枢支された開閉作動部材と、
   を備え、
   前記スイベルから中空のピストンロッドの前記通孔を通してモニターヘッド内に圧送される固化材液によりピストンとともに中空のピストンロッドを進退させ、この中空のピストンロッドに連係する前記開閉作動部材を介して前記モニターヘッドに連通する複数本の噴射管の向きを略水平方向に拡開させて、噴射管先端の主噴射ノズルを削孔壁面に近接して臨ませることを特徴とする請求項１記載の地盤改良装置。

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