JP2019137981A - グラウト材の注入方法 - Google Patents

Abstract

【課題】注入プラントからグラウト材の注入箇所までの距離が長い施工条件においても、施工箇所に十分な量のグラウト材を送出できる手段を提供する。【解決手段】硬化発現材を含む懸濁液としてのＡ液を第１のポンプ２２を用いて、可塑剤を含むＢ液を第２のポンプ２４を用いて各々長距離圧送し、各ポンプにより圧送された前記Ａ液及び前記Ｂ液を合流混合させることで可塑状に変質したグラウト材を施工箇所に注入するグラウト材の注入方法１０であって、前記Ａ液の流路及び前記Ｂ液の流路は、分岐数が同一数となるように各々分岐され、前記グラウト材の流路は、分岐した前記Ａ液の流路と分岐した前記Ｂ液の流路とを合流させることで複数並列した流路として設置され、分岐した前記Ａ液の流路と分岐した前記Ｂ液の流路とに、前記第１のポンプ２２及び前記第２のポンプ２４とは異なる補助ポンプ１９を設置したことを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、グラウト材の注入方法に関する。

従来から、地盤、構造物及び地盤と構造物の境界面の空洞や隙間などの施工箇所にグラウト材を注入する裏込注入工事が施工されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。また、裏込注入工事をトンネルに対して施工するシステムとして、例えばトンネル出口（入口）近傍に配置されたアジテータからトンネルの内部に配置された別のアジテータに向けて注入材を中継ポンプを用いて圧送することが提案されている（例えば、特許文献３参照）。なお、アジテータは、注入材の分離を防止することを目的として、注入材を攪拌する装置である。

例えば鉄道のトンネルに対して裏込注入工事が施工される場合、裏込注入工事が夜間の線閉作業となり、また、トンネル内の施工箇所近傍に注入プラントを配置できない等の制約がある。したがって、鉄道のトンネルにおける裏込注入工事では、注入プラントをトンネル外に設置して、グラウト材を施工箇所まで長距離圧送し、対象となる施工箇所にグラウト材を注入している。

また、この他に、導水路に対して裏込注入工事を施行する場合もある。導水路に対する裏込注入工事では、導水路への通水が夜間にて実施されることから、グラウト材を導水路の施工箇所に注入する作業だけでなく、注入プラントを設置する作業や撤収する作業も導水路への通水が実施されない昼間に実施する必要がある。したがって、導水路に対する裏込注入工事では、注入プラントの設置上の制約の他に、時間的な制約もある。

特許第３５１４６１４号公報 特許第３６００５０２号公報 特許第３８３０１０１号公報

例えばグラウト材を長距離圧送する場合、圧送するグラウト材の流量は、グラウト材を送り出す圧送ポンプの性能やグラウト材を圧送する配管の性能により制限される。したがって、グラウト材を圧送する距離が長くなるほど、グラウト材を圧送する配管での圧力損失が大きくなる。また、グラウト材を圧送する距離が長距離であるほど、グラウト材が施工箇所に到達するまでに時間が掛かることになるので、グラウト材の長距離圧送を伴う裏込注入工事では、グラウト材を施工箇所に注入する作業（充填作業）よりも、グラウト材を長距離圧送する作業に時間が費やされてしまう。したがって、鉄道のトンネルなどの裏込注入工事を、夜間の線閉期間内で行うことが困難となる。

例えば、特許文献３では、坑内の複数位置に設けたアジテータにセメント系材料からなるＡ液を順に圧送し、各アジテータに圧送されたＡ液と坑内の施工箇所近傍で生成されるＢ液とを施工箇所に混合注入している。この場合、Ａ液は各アジテータ間で圧送されるため、Ａ液を圧送する配管での圧力損失の上昇を防止することができる。しかしながら、鉄道のトンネルに対する裏込注入工事は、作業時間に制約がある夜間の線閉作業であることから、坑内又は坑内の施工箇所近傍に注入プラントやアジテータを設置する作業や、これらを撤去する作業を行うことは困難である。

上述した従来技術の課題を解決するために、本発明のグラウト材の注入方法の一態様は、硬化発現材を含む懸濁液としてのＡ液を第１のポンプを用いて、可塑剤を含むＢ液を第２のポンプを用いて各々長距離圧送し、各ポンプにより圧送された前記Ａ液及び前記Ｂ液を合流混合させることで可塑状に変質したグラウト材を施工箇所に注入するグラウト材の注入方法であって、前記Ａ液の流路及び前記Ｂ液の流路は、分岐数が同一数となるように各々分岐され、前記グラウト材の流路は、分岐した前記Ａ液の流路と分岐した前記Ｂ液の流路とを各々合流させることで複数並列した流路として設置され、分岐した前記Ａ液の流路と分岐した前記Ｂ液の流路とに、前記第１のポンプ及び前記第２のポンプとは異なる補助ポンプを設置したことを特徴とする。

また、前記グラウト材の流路は、複数の前記施工箇所の各々に向けた流路に分岐され、分岐された前記グラウト材の流路に前記補助ポンプを設置したことを特徴とする。

また、本発明のグラウト材の注入方法の一態様は、硬化発現材を含む懸濁液としてのＡ液を第１のポンプを用いて、可塑剤を含むＢ液を第２のポンプを用いて各々長距離圧送し、各ポンプにより圧送された前記Ａ液及び前記Ｂ液を合流混合させることで可塑状に変質したグラウト材を施工箇所に注入するグラウト材の注入方法であって、前記グラウト材の流路は、複数の前記施工箇所に向けて複数の流路に分岐され、分岐された前記グラウト材の流路に前記第１のポンプ及び前記第２のポンプとは異なる補助ポンプを設置したことを特徴とする。

なお、前記補助ポンプは、エアダイヤフラムポンプであることが好ましい。この場合、前記補助ポンプは、吸入口及び排出口を各々有する並列配置された２つの送出経路と、前記２つの送出経路の略中央に各々に設けられた中空空間を、前記吸入口と前記排出口とに連通される第１空間と、圧縮空気の流入及び排出を行う第２空間とに仕切るダイヤフラムと、前記２つの送出経路に設けたダイヤフラムを両端部に固着し、前記２つの送出経路の一方の送出経路に設けた第２空間への圧縮空気の送り込みに起因したダイヤフラムの動作を、他方の送出経路に設けたダイヤフラムに伝達する伝達部材と、を有し、前記補助ポンプは、前記２つの送出経路が有する第２空間への圧縮空気の送り込みを交互に実行することで前記ダイヤフラムを往復動させて、前記２つの送出経路における液体の送出を個別に行うことを特徴とする。

一の態様によれば、注入プラントからグラウト材の注入箇所までの距離が長い施工条件においても、施工箇所に十分な量のグラウト材を送出できる。

本発明のグラウト材の注入方法を実施する際に用いる施工システムの第１実施形態を示す図 エアダイヤフラムポンプの構成及び動作の一例を断面にて示す図 ブースト圧送試験を行う試験装置の一例を示す図 （ａ）：実施例における圧送配管の各地点の圧力の推移を示す図、（ｂ）：圧送配管の０ｍ地点の圧力の推移を示す図 （ａ）：補助ポンプの吸入側での圧送配管の圧力の推移を示す図、（ｂ）：補助ポンプの吐出側での圧送配管の圧力の推移を示す図 第２実施形態の施工システムの一例を示す図 第３実施形態の施工システムの一例を示す図 第４実施形態の施工システムの一例を示す図 第４実施形態の施工システムに用いるエアダイヤフラムポンプの構成を断面にて示す図 エアダイヤフラムポンプの変形例を示す図

以下、図面に基づき、本発明のグラウト材の注入方法について説明する。ここで、実施形態のグラウト材の注入方法は、例えば、地盤、構造物、地盤と構造物の境界面の空洞や隙間などの施工箇所を対象とし、また、複数の施工箇所に同時にグラウト材を注入する複数点注入工法で使用することを目的としている。以下に示す実施形態において、グラウト材を地盤に注入する手段としては、二重管ストレーナ工法、二重管ダブルパッカ工法、単管ロッド工法、結束細管多点注入工法等を用いることができる。なお、二重管ストレーナ工法、二重管ダブルパッカ工法、単管ロッド工法、結束細管多点注入工法はいずれも周知の工法のため、本明細書での詳細な説明は省略する。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明のグラウト材の注入方法を実施する際に用いる施工システムの第１実施形態を示す図である。施工システム１０は、例えば共用中の鉄道トンネルの裏込注入工事や、導水路の裏込注入工事などに用いられる。

施工システム１０は、Ａ液送出部１１と、Ｂ液送出部１２と、スタティックミキサ１３と、動態管理装置１４と、注入管理装置１５と、記録用ＰＣ(Personal Computer)１６と、測定器１７と、流量・圧力測定装置１８と、複数の補助ポンプ１９とを有する。なお、図１では、Ａ液、Ｂ液及びグラウト材を圧送する配管（以下、圧送配管と称する）を太線で表している。

Ａ液送出部１１は、グラウトミキサ２１と、注入ポンプ２２とを有し、硬化発現材を含む懸濁液であるＡ液を注入ポンプ２２により出力側の圧送配管に送り出す。Ａ液は、硬化発現材の懸濁液のみ、または硬化発現材の懸濁液に骨材や添加剤を加えたものである。硬化発現材は、水に加えると硬化発現する物質であり、例えば、セメント、セメントとスラグ、スラグと石灰等が挙げられる。また、骨材としては、例えば、砂、フライアッシュ、石灰、一次鉱物微粉末、粘土鉱物等が挙げられる。なお、グラウトミキサ２１は、Ａ液を混練する装置である。

Ｂ液送出部１２は、アジテータ２３と、注入ポンプ２４とを有し、可塑剤を含むＢ液を注入ポンプ２４により出力側の圧送配管に送り出す。Ｂ液は、例えばベントナイト及び可塑剤を含む流動性の膨潤液である。なお、アジテータ２３は、Ｂ液の分離を防止することを目的として、Ｂ液を攪拌する装置である。

Ａ液送出部１１の出力側の圧送配管及びＢ液送出部１２の出力側の圧送配管は、例えば２系統の圧送配管に各々分岐され、分岐したＡ液の圧送配管と分岐したＢ液の圧送配管とが１組ずつ合流される。したがって、施工システム１０では、分岐したＡ液の圧送配管と、分岐したＢ液の圧送配管とが合流した後のグラウト材の圧送配管が並列した２つの圧送配管となる。言い換えれば、Ａ液を圧送する流路（以下、圧送流路と称する）とＢ液の圧送流路とが複数の流路に各々分岐され、分岐したＡ液の圧送流路と分岐したＢ液の圧送流路とが合流された複数のグラウト材の圧送流路が設けられる。なお、Ａ液送出部１１の出力側の圧送配管及びＢ液送出部１２の出力側の圧送配管の分岐数は２に限定される必要はなく、３以上であってもよい。

スタティックミキサ１３は、分岐したＡ液の圧送配管と分岐したＢ液の圧送配管とが１組ずつ合流される合流点の下流側に位置する圧送配管に設置される。スタティックミキサ１３は、流れを遮る形状がそれぞれ異なる複数種類のエレメントを管内に交互に配置した構造で、駆動部のないラインミキサである。スタティックミキサ１３の内部では、液体の流れの分割・再合流、流れ方向の反転という工程が繰り返される。これにより、Ａ液及びＢ液がスタティックミキサ１３により均一に混練される。その際に、Ｂ液がゲル化してＡ液及びＢ液の混合物が膨潤可塑状のグラウト材に変質する。スタティックミキサ１３から送り出されたグラウト材は、施工箇所に設けた注入口に送出される。

動態管理装置１４は、測定器１７から出力される測定データを記録用ＰＣ１６から受信し、受信した測定データを用いて、測定器１７に対応した注入ポンプの回転数の制限や停止指示を行う。

注入管理装置１５は、流量・圧力測定装置１８から流量圧力、瞬時流量、積算流量の計測データを取得し、流量圧力、瞬時流量、積算流量の計測データをモニタ等に表示する。また、注入管理装置１５は、不図示のインバータを介して注入ポンプ２２，２４に接続され、注入ポンプ２２，２４に対するオン／オフの指示信号や周波数制御信号を出力する。

記録用ＰＣ１６は、測定器１７から出力される測定データを取得し、グラウト材の注入時における応力や変位データをモニタ等に表示する。また、記録用ＰＣ１６は、測定データを記録するとともに、動態管理装置１４に測定データを送信する。

測定器１７は、注入口の近傍に設けられ、グラウト材の注入時における応力や地盤の変位を測定する。流量・圧力測定装置１８は、注入ポンプ２２，２４と、注入口近傍のホースとに設けられ、各位置での流量圧力、瞬時流量、積算流量の計測データを取得する。

補助ポンプ１９は、分岐したＡ液の圧送配管及び分岐したＢ液の圧送配管に設置される。なお、補助ポンプ１９が設置される箇所は、Ａ液の圧送配管及び分岐したＢ液の合流点よりも上流側の位置である。これら補助ポンプ１９は、同一のポンプが使用される。

例えばポンプとしては、特開平１１−５０９５５号公報に開示された中継ポンプや、チューブポンプ、ネジポンプなどが挙げられる。特開平１１−５０９５５号公報に開示された中継ポンプは、胴部断面が円筒状の両側フランジ付きのスリーブを吸入用バルブ、スリーブ、吐出用バルブの順に直列に配置し、スリーブの拡縮と、バルブの開閉とを時間差作動によって行うものである。しかしながら、この中継ポンプでは、動作の性質上、液体を圧送する流路を全閉してしまう。したがって、特開平１１−５０９５５号公報に開示される中継ポンプを補助ポンプとして用いる場合には、出力側のポンプへの負荷が増大する。また、このようなポンプを用いる場合、出力側のポンプの脈動のタイミングと、中継ポンプにおける流路の全閉のタイミングとが重なる（一致する）場合もあり、出力側のポンプへの負荷が増大する。したがって、特開平１１−５０９５５号公報に開示される中継ポンプは、長距離圧送用の補助ポンプとすることは難しい。同様の理由により、チューブポンプやネジポンプも長距離圧送用の補助ポンプとすることは難しい。したがって、施工システム１０に用いられる補助ポンプ１９としては、例えば圧縮空気の供給により作動するエアダイヤフラムポンプが好ましい。

図２は、エアダイヤフラムポンプの構成及び動作の一例を示す。以下、エアダイヤフラムポンプに対して、符号３０を付して説明する。エアダイヤフラムポンプ３０は、左右に対向して配置された２つの空気室３１ａ，３１ｂと、２つの空気室３１ａ，３１ｂの外側に設けられて、これら空気室３１ａ，３１ｂを挟みこむように配置された左右２つのポンプ室３２ａ，３２ｂとを有する。空気室３１ａは、圧縮空気を空気室３１ａに送り込む吸気口、及び空気室３１ａの内部の圧縮空気を排出する排気口に接続される。空気室３１ｂは、圧縮空気を空気室３１ｂに送り込む吸気口、及び空気室３１ｂの内部の圧縮空気を排出する排気口に接続される。ポンプ室３２ａは、液体の吸入口３５及び吐出口３６とそれぞれ接続され、ポンプ室３２ａの入口及び出口には逆止弁３７ａ，３７ｂが設けられる。同様にして、ポンプ室３２ｂは、液体の吸入口３５及び吐出口３６とそれぞれ接続され、ポンプ室３２ｂの入口及び出口には逆止弁３７ｃ，３７ｄが設けられる。上述した空気室３１ａ及びポンプ室３２ａは、ダイヤフラム３３ａで仕切られる。同様に、空気室３１ｂ及びポンプ室３２ｂは、ダイヤフラム３３ｂで仕切られる。これら２つのダイヤフラム３３ａ，３３ｂは左右方向に延びるシャフト３４の両端部に固定される。

エアダイヤフラムポンプ３０の中央には、吸気側のエア切換弁と、排気側のエア切換弁を内蔵したセンターブロック３８が設けられる。センターブロック３８は、吸気口からの圧縮空気を空気室３１ａ，３１ｂのいずれか一方の空気室に導き、他方の空気室から空気を排気口に導くように、吸気側のエア切換弁と排気側のエア切換弁とを動作する。なお、センターブロック３８の吸気口は、圧縮空気を供給する不図示のエアコンプレッサと接続される。

図２（ａ）は、吸気口と空気室３１ｂとが連通し、排気口と空気室３１ａとが連通したエアダイヤフラムポンプ３０の状態を示している。この状態で圧縮空気が吸気口から送り込まれると、圧縮空気は空気室３１ｂに供給されて空気室３１ｂ及びポンプ室３２ｂの間に位置するダイヤフラム３３ｂをポンプ室３２ｂ側（図中左側）に押圧する。

上述したように、ダイヤフラム３３ａ，３３ｂはシャフト３４に固定される。したがって、図２（ｂ）に示すように、空気室３１ｂ及びポンプ室３２ｂの間のダイヤフラム３３ｂが図中左側に押圧されることで、空気室３１ａ及びポンプ室３２ａの間のダイヤフラム３３ａが図中左側に引っ張られて移動する。これにより、ポンプ室３２ａの内部が負圧となり、液体が吸入口３５からポンプ室３２ａの内部に吸い込まれる。

その後、センターブロック３８に設けた吸気側のエア切換弁及び排気側のエア切換弁が切り替わる。図２（ｃ）に示すように、センターブロック３８に設けた吸気側のエア切換弁及び排気側のエア切換弁が切り替わると、吸気口と空気室３１ａとが連通し、排気口と空気室３１ｂとが連通した状態となる。これにより、吸気口からの圧縮空気は空気室３１ａに供給されて空気室３１ａとポンプ室３２ａとの間のダイヤフラム３３ａをポンプ室３２ａ側（図中右側）に押圧する。その結果、ポンプ室３２ｂの液体は吐出口３６に向けて送出される。

図２（ｄ）に示すように、ダイヤフラム３３ａが図中右側に押圧されると、空気室３１ｂ及びポンプ室３２ｂの間のダイヤフラム３３ｂも右側に引っ張られて移動する。これにより、ポンプ室３２ｂは負圧となり、液体が吸入口３５からポンプ室３２ｂの内部に吸い込まれる。

その後、センターブロック３８に設けた吸気側のエア切換弁及び排気側のエア切換弁を切り替えと、図２（ｄ）の状態から図２（ａ）の状態に戻る。そして、図２（ｄ）の後の図２（ａ）から図２（ｂ）の工程において、空気室３１ｂ及びポンプ室３２ｂの間のダイヤフラム３３ｂが圧縮空気で左側に押圧されることにより、ポンプ室３２ｂの液体は吐出口３６に向けて送出される。エアダイヤフラムポンプ３０は、上述した図２（ａ）から図２（ｄ）の工程を繰り返す。つまり、送り込まれる圧縮空気により左右のダイヤフラム３３ａ，３３ｂを往復動させて、吸入口３５から吐出口３６に液体を送出する。

以下に示す表１は、モータの駆動により作動するポンプ及び圧縮空気（表中エアと称する）の供給により作動するポンプの性能及び重量をまとめた表である。

例えば満１８歳以上の労働者が人力のみで取り扱うことのできる重量は５５ｋｇ以下、又、常時人力のみで取り扱う場合の重量は、労働者の体重のおおむね４０％以下、満１８歳以上の女子労働者では、さらに男性が取り扱うことができる重量の６０％であることが労働基準法により定められている。

また、例えば鉄道のトンネルに対して裏込注入工事を施工する場合、電力の供給が困難である。これら理由を考慮すると、モータ駆動により作動するポンプではなく、圧縮空気の供給により作動するポンプを使用することが好ましい。

例えば圧縮空気を供給することで作動するポンプでは、単位時間当たりのストローク数が増加すると、内蔵されたダイヤフラムの吸引動作から吐出動作に変化したときに、逆流防止用のボールバルブの開閉が追いつかず、最大吐出量の２０％程度に低下する。また、通常、単位時間当たりの吐出量が５０〜７０Ｌ／ｍｉｎとなるポンプを使用しているが、単位時間当たりの吐出量が１００Ｌ／ｍｉｎとしたときのストローク数が３０回／ｍｉｎ以上となるポンプでは、可塑性グラウト材を高速でせん断、再攪拌してしまい、圧送後のグラウト材のフロー値の増大や、グラウト材の材料分離の原因となる。したがって、単位時間当たりの吐出量が１００Ｌ／ｍｉｎとしたときのストローク数が３０回／分未満のポンプを使用することが好ましい。

これら理由を考慮すると、補助ポンプ１９として、ポンプＡからポンプＧのうち、ポンプＦで示すエアダイヤフラムポンプ、詳細には、単位時間当たりのストローク数１２．９回／ｍｉｎで吐出量５０Ｌ／ｍｉｎのエアダイヤフラムポンプ、又は、単位時間当たりのストローク数２５．６回／ｍｉｎで吐出量１００Ｌ／ｍｉｎのエアダイヤフラムポンプを使用することが好適である。なお、単位時間当たりのストローク数が３０回／ｍｉｎ未満で、吐出量が５０〜１００Ｌ／ｍｉｎのエアダイヤフラムポンプであれば、適用することが可能である。

補助ポンプ１９としてエアダイヤフラムポンプを用いる利点は、以下の通りである。

エアダイヤフラムポンプは、小型軽量であるため、例えば共用中の鉄道トンネルの裏込注入工事など夜間線閉作業における設置作業や撤去作業を容易に行うことが可能である。また、エアダイヤフラムポンプは、圧縮空気の供給のみで使用可能である。したがって、ポンプに電力を供給する電源を確保する必要はない。また、例えば共用中の鉄道トンネルの裏込注入工事等、電力の供給が困難な施工箇所であっても、確実にグラウト材を供給することが可能となる。さらに、電力を供給することで動作するポンプでは過負荷時に発熱し火災の恐れがあるが、圧縮空気の供給のみで使用可能となるエアダイヤフラムポンプを用いることで、予期しない火災など作業を中断させる事象の発現を防止できる。

さらに、エアダイヤフラムポンプを用いる場合、圧縮空気をエアダイヤフラムポンプに供給するコンプレッサの能力以上に加圧されることがないので、レギュレータの故障時にも過大な圧力を配管に作用させることがなく、安全性が高いという利点がある。

＜グラウト材のブースト圧送試験＞
図１に示す施工システムを実施するにあたり、グラウト材のブースト圧送試験を行った。図３は、グラウト材のブースト圧送試験で用いた試験装置の一例を示す。

図３に示すように、試験装置４０は、Ａ液送出部４１と、Ｂ液送出部４２と、補助ポンプ４３と、スタティックミキサ４４とを有する。Ａ液送出部４１は、グラウトミキサ５１と、Ａ液の流量を検出する検出器５２と、注入ポンプ５３とを有する。Ｂ液送出部は、アジテータ５４と、Ｂ液の流量を検出する検出器５５と、注入ポンプ５６とを有する。なお、検出器５２、５５の出力はそれぞれ記録部５７に記録される。

図３に示す試験装置４０は、Ａ液送出部４１の出力側の圧送配管とＢ液送出部４２の出力側の圧送配管を合流させ、合流後の圧送配管にスタティックミキサ４４を接続している。また、試験装置４０は、Ａ液送出部４１の出力側の圧送配管と、Ｂ液送出部４２の出力側の圧送配管との各々に、補助ポンプ４３を設置している。また、試験装置４０では、補助ポンプ４３の出力側の配管を各々分岐し、分岐した一方の配管を合流させ、他方の配管を補助ポンプ４３からグラウトミキサ５１までＡ液を還流させる還流路４５、補助ポンプ４３からアジテータ５４までＢ液を還流させる還流路４６としている。

上記圧送試験において使用されるグラウト材は、日本基礎技術株式会社のＪＰＧ Ｐｌａｓ−ＺＥＲＯである。表２は、グラウト材の配合を示す。なお、グラウト材のゲルタイム（２０℃）は３０秒以下であり、２８日経過時におけるグラウト材の一軸圧縮強さは、１．５Ｎ／ｍｍ²以上である。なお、遅延剤は、Ａ液の粘性が高くなり流動性を維持できなくなることを防止するためにＡ液に投入される。

また、圧送試験において、注入ポンプ５３，５６から補助ポンプ４３までの配管の長さは３４２０ｍ、配管内径は５６．９ｍｍである。また、還流路４５、４６における補助ポンプ４３からリターンホースまでの圧送配管の長さは９１２ｍ、配管内径は５６．９ｍｍである。また、還流路４５、４６においてミキサ等に接続されるリターンホースの長さは４０ｍで、ホース内径は２インチである。

グラウト材のブースト圧送試験では、Ａ液の圧送流路において、注入ポンプ５３、圧送配管、補助ポンプ４３、還流路４５の圧送配管を介してＡ液を循環させた。そして、注入ポンプ５３の近傍を起点として０ｍ、１１４０ｍ、２０５２ｍ、３４２０ｍ、４３３２ｍの各地点に圧力センサ（不図示）を配置し、圧送配管の圧力の推移を測定した。なお、グラウト材のブースト圧送試験でのＡ液の注入速度は１００Ｌ／ｍｉｎに固定した。

図４（ａ）は、圧送試験における圧送配管の各地点の圧力の推移を示す図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）における圧送配管の０ｍ地点の圧力の推移を示す図である。図４の各図において、縦軸は圧力（ＭＰａ）を示し、横軸は時間（ｍｉｎ）を示す。

図４に示すように、補助ポンプ４３の駆動前の圧送配管の圧力の最大値は０ｍの地点において約３．４ＭＰａであった。そして、補助ポンプ４３の駆動後には各地点で圧送配管の圧力が徐々に低下することが分かる。そして、図４（ｂ）に示すように、補助ポンプ４３のエア圧が０．６ＭＰａに到達した時点では、０ｍ地点における圧送配管の圧力は約０．６ＭＰａ低下する。

また、図５（ａ）は、補助ポンプ４３の吸入側での圧送配管の圧力の推移を示す図であり、図５（ｂ）は、補助ポンプの吐出側での圧送配管の圧力の推移を示す図である。図５の各図において、縦軸は圧力（ＭＰａ）を示し、横軸は時間（ｍｉｎ）を示す。

図５（ａ）に示すように、補助ポンプ４３の吸入側の圧送配管の圧力は、補助ポンプ４３の駆動後に約０．５２ＭＰａ低下している。一方、図５（ｂ）に示すように、補助ポンプ４３の吸入側の配管の圧力は、補助ポンプ４３の駆動後に最大で約０．２３ＭＰａ低下している。なお、補助ポンプ４３の吸入側では、補助ポンプ４３の脈動による圧力変動が補助ポンプ４３の駆動後に生じている。

以上のように、圧送試験では、補助ポンプ４３の駆動により圧送配管の最大圧力を低減できることが分かる。なお、圧送試験の条件の注入ポンプのみを動作させて配管圧力が０．６ＭＰａに達したときの液体の圧送距離は、Ａ液が約２ｋｍ、Ｂ液が約１ｋｍである。したがって、圧送試験の場合、補助ポンプ４３を動作させたときには、上記のＢ液の圧送距離に基づいて１ｋｍ程度の圧送補助効果を期待できる。つまり、上述した圧送試験の結果を考慮すると、補助ポンプを設けることで、Ａ液の圧送距離は、おおよそ２〜５．５ｋｍで有効であることがわかる。

また、補助ポンプ４３を設置することで、注入ポンプ５３，５６における吐出圧力が低下する。したがって、注入ポンプ５３，５６に余力が生まれ、注入ポンプによる吐出量を増加させることが可能となる。その結果、施工箇所に対する単位時間当たりの注入量を増加させることができ、施工効率を向上させることができる。

このように、グラウト材の圧送試験の結果から、Ａ液を送出する圧力と、Ｂ液を送出する圧力とを補助ポンプ４３で各々補うことができ、補助ポンプ４３を設けない場合と比べて、グラウト材の長距離圧送を行うことが可能であることがわかる。また、上記圧送試験では、ポンプによる加圧箇所が分散されていることがわかるので、圧送する配管にかかる最大圧力を軽減でき、また、長距離圧送で用いる配管での圧力損失が少なくなることがわかる。

＜補助ポンプによる分岐圧送＞
第１実施形態の施工システムで適用した複数点注入工法では、Ａ液及びＢ液の圧送流路は、施工箇所毎に異なる長さとなる。Ａ液及びＢ液を圧送する流路長が異なると、Ａ液及びＢ液の圧送状態が各流路で異なる可能性がある。その結果、各施工箇所に注入されるグラウト材の性能が低下する恐れが生じる。したがって、図１に示す施工システムと同様にＡ液の配管とＢ液の配管とを分岐させた構成の試験装置を設け、補助ポンプ（エアダイヤフラムポンプ）の駆動前後でのＡ液及びＢ液の流量変化の試験を行った。なお、Ａ液の配管とＢ液の配管に設置した補助ポンプは同一である。この実験では、補助ポンプの駆動前においてＡ液の流量をＢ液の流量よりも大きくし、流量比のバランスを意図的に崩した状態とした。本実施例での実験結果を表３に示す。

表３に示す実験結果では、補助ポンプの駆動前のＡ液とＢ液の流量比が６０：３９であるが、補助ポンプの駆動後のＡ液とＢ液の流量比は５０：４７となった。したがって、補助ポンプの駆動により、Ａ液の流量とＢ液の流量との等量性を向上し得ることが分かる。

このように、第１実施形態に示す施工システム１０においては、分岐したＡ液の圧送流路及びＢ液の圧送流路の各流路内を各液が圧送される際に生じる圧力を、各流路に設置した補助ポンプ１９で各々補うことができ、補助ポンプを設けない場合と比べて、グラウト材の長距離圧送を行うことが可能である。また、ポンプによる加圧箇所が分散されていることで、配管にかかる最大圧力を軽減でき、また、長距離圧送で用いる配管での圧力損失を低減させることができる。さらに、分岐した各圧送流路に設置した補助ポンプの駆動により、Ａ液の流量とＢ液の流量との等量性を向上できるので、各施工箇所に注入されるグラウト材の性能劣化を防止することが可能となる。

その結果、例えば共用中の鉄道トンネルの裏込注入工事など、夜間等の所定時間だけ工事可能で、施工箇所近傍に注入プラントを配置できない等の制約がある場合であっても、図１に示す施工システム１０を用いることで、限られた時間内に施工箇所まで十分な量のグラウト材を供給でき、効率良く工事を行うことが可能となる。

＜第２実施形態＞
以下、第２実施形態について説明するが、第１実施形態に示す要素と同一又は同様の要素には同一の符号を付して重複説明を省略する。

図６は、グラウト材の注入方法の施工システムの第２実施形態を示す図である。第２実施形態に示す施工システム１０ａは、第１実施形態の施工システム１０と同様に、例えば共用中の鉄道トンネルの裏込注入工事や、導水路の裏込注入工事などに用いられる。

第２実施形態に示す施工システム１０ａは、Ａ液の圧送配管とＢ液の圧送配管とを合流させた後、スタティックミキサ１３の出力側の圧送配管を例えば２つの圧送配管に分岐させることで、例えば２箇所の施工箇所にグラウト材を同時に注入するものである。つまり、グラウト材の圧送流路のみが分岐されて複数の圧送流路となる。なお、第２実施形態の施工システム１０ａにおいて使用する補助ポンプ１９の性能は、第１実施形態の施工システム１０において使用する補助ポンプ１９と同一の性能のポンプが使用される。この第２実施形態の施工システム１０ａでは、スタティックミキサ１３の出力側の圧送配管を例えば２つの圧送配管に分岐させているが、３以上の圧送配管に分岐することも可能である。

＜補助ポンプによるショット後のグラウト材の圧送＞
図６に示す施工システムと同一構成の試験装置を用いて圧送試験を行った。この試験装置では、スタティックミキサ１３を通過した後のグラウト材の流路の分岐流路のうち、一方の流路のみに補助ポンプを設置し、各々の分岐流路における吐出量を計測した。表４は、各流路におけるグラウト材の吐出量（流量）と、各流路におけるフロー値とをまとめた表である。表４において、分岐された流路のうち、補助ポンプを設置していない流路を第１流路、補助ポンプを設置した流路を第２流路としている。また、表４においては、第２流路に設置した補助ポンプを作動させない場合を「例１」、補助ポンプによる吐出量を５０Ｌ／ｍｉｎとした場合を「例２」、補助ポンプによる吐出量を１００Ｌ／ｍｉｎとした場合を「例３」、補助ポンプによる吐出量を８３Ｌ／ｍｉｎとした場合を「例４」としている。なお、補助ポンプにおける吐出量は、補助ポンプの最大吐出量の２０％を最大とした。

上記計測において、注入ポンプ２２から送り出されるＡ液の吐出量及び注入ポンプ２４から送り出されるＢ液の吐出量を各々１００Ｌ／ｍｉｎとした。グラウト材のフロー値は、ＪＩＳ３１３に示すコンシステンシー試験法のシリンダー法で測定した。この規格におけるフロー値の規格値は、８０〜１５５ｍｍである。したがって、例１から例４のうち、例１から例３においては、フロー値の規格値を満たしている一方で、例４は、第２流路を圧送されたグラウト材のフロー値が規格値を超過している。また、例４では、補助ポンプにおける単位時間当たりのストローク数が３０回／ｍｉｎ以上となる。したがって、補助ポンプにおける単位時間当たりの吐出量が５０〜１００Ｌ／ｍｉｎであれば、適切にグラウト材を圧送することができる。

第２実施形態の施工システム１０ａにおいても、第１実施形態の施工システム１０と同様にして、グラウト材を送出する圧力を補助ポンプ１９で補うことができ、補助ポンプ１９を設けない場合と比べてグラウト材を長距離圧送できる。また、施工システム１０ａでは、補助ポンプ１９を配置せずに注入ポンプ２２，２４の圧力を上げて長距離圧送する場合と比べ、ポンプによる加圧箇所が分散することで配管にかかる最大圧力を軽減させることができ、また配管での圧力損失も少なくなる。したがって、第２実施形態においても、第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

なお、図６に示す施工システムに関し、Ａ液の圧送流路において、Ａ液及びＢ液の合流点の手前に、グラウトミキサ２１に向けてＡ液を還流させる還流路を設けてもよい。同様に、Ｂ液の圧送流路において、Ａ液及びＢ液の合流点の手前に、アジテータ２３に向けてＢ液を還流させる還流路を設けてもよい。

なお、上記のＡ液の還流路は、Ａ液送出部１１のグラウトミキサ２１にＡ液を還流させる構成でもよく、注入ポンプ２２と補助ポンプ１９の間にアジテータをさらに設け、このアジテータにＡ液を還流させる構成であってもよい。同様に、上記のＢ液の還流路は、Ｂ液送出部１２のアジテータ２３にＢ液を還流させる構成でもよく、注入ポンプ２４と補助ポンプ１９の間に別のアジテータをさらに設け、このアジテータにＢ液を還流させる構成であってもよい（図６では、Ａ液の還流路、Ｂ液の還流路の図示は省略する）。

＜第３実施形態＞
図７は、グラウト材注入方法の施工システムの第３実施形態を示す図である。第３実施形態に示す施工システム１０ｂは、第１実施形態の施工システム１０、第２実施形態の施工システム１０ａと同様に、例えば共用中の鉄道トンネルの裏込注入工事や、導水路の裏込注入工事などに用いられる。図７に示す施工システム１０ｂは、Ａ液送出部１１からの圧送配管とＢ液送出部１２からの圧送配管とを２つの圧送配管に各々分岐させ、同時にグラウト材の圧送配管も２つの圧送配管に分岐させている。つまり、Ａ液の圧送配管とＢ液の圧送配管とが合流したときには、グラウト材の圧送配管の数は２つとなるが、グラウト材の圧送配管が２つの圧送配管にさらに分岐されることで、グラウト材の圧送配管は４つとなり、これら圧送配管が並列に配置される。なお、Ａ液の圧送配管、Ｂ液の圧送配管及びグラウト材の圧送配管の分岐数は３以上としてもよい。

さらに、施工システム１０ｂでは、分岐したＡ液の圧送配管、分岐したＢ液の圧送配管の各々に補助ポンプ１９が設置される他、分岐したグラウト材の圧送配管の各々にも補助ポンプ１９が設置される。また、第３実施形態の施工システムにおいて使用する補助ポンプの性能は、第１実施形態の施工システムにおいて使用する補助ポンプと同一の性能のポンプが使用される。

図７に示す施工システム１０ｂにおいても、第１実施形態の施工システムと同様の作用効果を得ることができる。また、図７に示す施工システム１０ｂでは、複数の施工箇所に同時にグラウト材を注入できるとともに、各々の施工箇所にそれぞれ独立してグラウト材を圧送する流路を設ける場合と比べて、各流路の敷設にかかるコストや、施工後に流路に残るグラウト材の廃棄量を抑制できる。

なお、図７に示す施工システムに関し、分岐したＡ液の流路の各々に対して、Ａ液及びＢ液の合流点の手前に、グラウトミキサ２１に向けてＡ液を還流させる還流路を設けてもよい。同様に、分岐したＢ液の流路の各々に対して、Ａ液及びＢ液の合流点の手前に、アジテータ２３に向けてＢ液を還流させる還流路を設けてもよい。

なお、上記のＡ液の還流路は、Ａ液送出部１１のグラウトミキサ２１にＡ液を還流させる構成でもよく、注入ポンプ２２と補助ポンプ１９の間にアジテータをさらに設け、このアジテータにＡ液を還流させる構成であってもよい。同様に、上記のＢ液の還流路は、Ｂ液送出部１２のアジテータ２３にＢ液を還流させる構成でもよく、注入ポンプ２４と補助ポンプ１９の間に別のアジテータをさらに設け、このアジテータにＢ液を還流させる構成であってもよい（図７では、Ａ液の還流路、Ｂ液の還流路の図示は省略する）。

第１から第３実施形態では、Ａ液の圧送配管、Ｂ液の圧送配管、グラウト材の圧送配管に、エアダイヤフラムポンプ３０からなる補助ポンプ１９を設置した場合を例に挙げている。しかしながら、１つの補助ポンプを用いて２つの圧送配管の内部を圧送される液体を同時に圧送することも可能である。

＜第４実施形態＞
以下、１つの補助ポンプを用いて２つの圧送配管の内部を圧送される液体を同時に圧送する場合について、図８に示す施工システムに適用した場合について説明する。なお、図８に示す施工システム１０ｃは、図１に示す施工システム１０に、以下に説明する補助ポンプ１９ａを適用した場合の施工システムを示す。したがって、図８に示す施工システムにおいて、図１に示す施工システムと同一の構成については、重複説明を避けるため、説明を省略する。

図９は、補助ポンプ１９ａとして用いられるエアダイヤフラムポンプの構成を示す断面図である。以下、図９に示すエアダイヤフラムポンプ３０ａにおいて、エアダイヤフラムポンプ３０と同一の構成に対しては、図１と同一の符号を付している。

図９に示すエアダイヤフラムポンプ３０ａは、液体が流入口３５ａからポンプ室３２ａに流入し、吐出口３６ａに到達するまでの液体の流路と、液体が流入口３５ｂからポンプ室３２ｂに流入した後、吐出口３６ｂに到達するまでの液体の流路とが完全に独立した流路となる点で図２に示すエアダイヤフラムポンプ３０と相違する。このエアダイヤフラムポンプ３０ａを補助ポンプ１９ａとして使用する場合、補助ポンプ１９ａをＡ液の圧送配管とＢ液の圧送配管とに跨って設置する。その結果、補助ポンプ１９ａが動作を開始することで、補助ポンプ１９ａの内部に、Ａ液を圧送する流路と、Ｂ液を圧送する流路との２つの流路を確保できる。したがって、Ａ液を圧送する流路、及びＢ液を圧送する流路に補助ポンプ１９を各々設けなくとも、各液体を圧送することができる。

なお、図９に示すエアダイヤフラムポンプ３０ａは、第１実施形態における補助ポンプ１９として使用できるだけでなく、第２実施形態における補助ポンプや第３実施形態における補助ポンプ１９としても使用することができる。このように、エアダイヤフラムポンプ３０ａを補助ポンプとして用いた場合には、設置する補助ポンプの数を低減することができ、グラウト材を注入する施工システムの設置作業や、撤去作業を簡略化できる。また、図９に示すエアダイヤフラムポンプ３０ａを狭隘な施工箇所に対して使用することで、占有範囲を限定でき、施工箇所近傍で他の作業を行う場合に作業の妨げにならずに済む。

また、図９では、２つの圧送流路を圧送される液体（Ａ液及びＢ液、グラウト材）を同時に圧送する場合に用いるエアダイヤフラムポンプの例を取り上げている。しかしながら、例えば合流部分にエアダイヤフラムポンプを設置することも可能である。

＜第５実施形態＞
以下、第１から第３実施形態の施工システムの補助ポンプとして使用されるエアダイヤフラムポンプについて説明する。なお、図２及び図９に示すエアダイヤフラムポンプと同一の構成については、重複説明を避けるため、説明を省略する。

この場合、図１０に示すように、例えば２つの流入口３５ａ，３５ｂと、１つの吐出口３６とを有するエアダイヤフラムポンプ３０ｂを使用し、このエアダイヤフラムポンプ３０ｂを、Ａ液の圧送流路とＢ液の圧送流路との合流点に設置する。図１０に示すエアダイヤフラムポンプ３０ｂは、液体が流入口３５ａからポンプ室３２ａに流入した後、吐出口３６に到達するまでの液体の流路をＡ液又はＢ液のいずれか一方の流路とし、液体が流入口３５ｂからポンプ室３２ｂに流入した後、吐出口３６に到達するまでの液体の流路を他方の流路とする。したがって、このエアダイヤフラムポンプ３０ｂでは、吐出口３６から例えばＡ液、Ｂ液、Ａ液、・・・の順（又はその逆）で吐出される。Ａ液の圧送流路とＢ液の圧送流路とを合流させた後の流路には、スタティックミキサ１３が設置される。したがって、エアダイヤフラムポンプ３０ｂによりＡ液及びＢ液が交互に吐出されたとしても、下流側のスタティックミキサ１３にてＡ液及びＢ液が混練される。したがって、このエアダイヤフラムポンプ３０ｂを用いた場合であっても、図９に示すエアダイヤフラムポンプ３０ａと同一の作用効果を得ることができる。

以上の詳細な説明により、実施形態の特徴点及び利点は明らかになるであろう。これは、特許請求の範囲が、その精神及び権利範囲を逸脱しない範囲で前述のような実施形態の特徴点及び利点にまで及ぶことを意図するものである。また、当該技術分野において通常の知識を有する者であれば、あらゆる改良及び変更に容易に想到できるはずである。したがって、発明性を有する実施形態の範囲を前述したものに限定する意図はなく、実施形態に開示された範囲に含まれる適当な改良物及び均等物に拠ることも可能である。

１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ…施工システム
１１，４１…Ａ液送出部
１２，４２…Ｂ液送出部
１３，４４…スタティックミキサ
１４…動態管理装置
１５…注入管理装置
１６…記録用ＰＣ
１７…測定器
１８…流量・圧力測定装置
１９，４３…補助ポンプ
２１，５１…グラウトミキサ
２２，２４，５３，５６…注入ポンプ
２３，５４…アジテータ
３０…エアダイヤフラムポンプ
４０…試験装置
４５，４６…還流路
５２，５５…検出器
５７…記録部

Claims (5)

1. 硬化発現材を含む懸濁液としてのＡ液を第１のポンプを用いて、可塑剤を含むＢ液を第２のポンプを用いて各々長距離圧送し、各ポンプにより圧送された前記Ａ液及び前記Ｂ液を合流混合させることで可塑状に変質したグラウト材を施工箇所に注入するグラウト材の注入方法であって、
   前記Ａ液の流路及び前記Ｂ液の流路は、分岐数が同一数となるように各々分岐され、
   前記グラウト材の流路は、分岐した前記Ａ液の流路と分岐した前記Ｂ液の流路とを合流させることで複数並列した流路として設置され、
   分岐した前記Ａ液の流路と分岐した前記Ｂ液の流路とに、前記第１のポンプ及び前記第２のポンプとは異なる補助ポンプを設置したことを特徴とするグラウト材の注入方法。
2. 請求項１に記載のグラウト材の注入方法において、
   前記グラウト材の流路は、複数の前記施工箇所に向けた複数の流路に分岐され、
   分岐された前記グラウト材の流路に前記補助ポンプを設置したことを特徴とするグラウト材の注入方法。
3. 硬化発現材を含む懸濁液としてのＡ液を第１のポンプを用いて、可塑剤を含むＢ液を第２のポンプを用いて各々長距離圧送し、各ポンプにより圧送された前記Ａ液及び前記Ｂ液を合流混合させることで可塑状に変質したグラウト材を施工箇所に注入するグラウト材の注入方法であって、
   前記グラウト材の流路は、複数の前記施工箇所の各々に向けた流路に分岐され、
   分岐された前記グラウト材の流路に前記第１のポンプ及び前記第２のポンプとは異なる補助ポンプを設置したことを特徴とするグラウト材の注入方法。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のグラウト材の注入方法において、
   前記補助ポンプは、エアダイヤフラムポンプであることを特徴とするグラウト材の注入方法。
5. 請求項４に記載のグラウト材の注入方法において、
   前記補助ポンプは、
   吸入口及び排出口を各々有する並列配置された２つの送出経路と、
   前記２つの送出経路の略中央に各々に設けられた中空空間を、前記吸入口と前記排出口とに連通される第１空間と、圧縮空気の流入及び排出を行う第２空間とに仕切るダイヤフラムと、
   前記２つの送出経路に設けたダイヤフラムを両端部に固着し、前記２つの送出経路の一方の送出経路に設けた第２空間への圧縮空気の送り込みに起因したダイヤフラムの動作を、他方の送出経路に設けたダイヤフラムに伝達する伝達部材と、
   を有し、
   前記補助ポンプは、前記２つの送出経路が有する第２空間への圧縮空気の送り込みを交互に実行することで前記ダイヤフラムを往復動させて、前記２つの送出経路における液体の送出を個別に行うことを特徴とするグラウト材の注入方法。