JP2548011B2 - グラウト注入装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、ダムなどのセメント系グラウトの注入装
置に関する。

〔従来の技術〕

都市土木に主に用いられる薬液系グラウトと異なり、
ダムグラウトではグラウト材としてセメント系のもの、
通常はセメントペーストが用いられ、かつリターン方式
が採用されている。

すなわち、注入ポンプにより送給したグラウトの一部
を貯槽に常時戻しながら、注入管への注入圧力および注
入流量をコントロールすることが行われている。

この場合に、リターンの必要性から３方弁が用いられ
ている。この種のグラウトにおいての３方弁は、従来
は、特開昭60−81578号に示されているように、ニード
ルロッドを弁ケース内に軸心方向に進退させ、その進退
度合いが、ニードルロッド先端のテーパー部と内面テー
パー状の流出口に対する閉塞度合いを調節することを利
用してグラウト材のリターン量の制御している。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、これではニードルロッドの進退度合いがリー
タン量に対して直線的でなく、したがって、ある範囲内
においては僅かな進退度合いで大きくリターン流量が変
化してしまう根本的な問題がある。さらに、グラウト材
がセメント系であるために、ニードルロッドの特にその
テーパー部分の磨耗が激しく、磨耗の度に弁としての開
度が変化してしまうので、交換を余儀無くされていた。

また、ニードルロッドのテーパー部分をセラミック製
としても、リターン流量の変動が大きい問題は解消され
ず、磨耗の量が少なくなる程度である。この磨耗の原因
は、シールの原理が線で行うためであり、材料がセメン
ト系であり、高圧で運転することもあることから、より
磨耗が激しくなる傾向にある。しかも、圧力の変動も大
きい。

そこで、本発明者は、先に特願昭61−308227号などに
おいて、注入系統とリターン系統との流量バランスを直
線的に変化させることができるとともに、注入圧力およ
び流量のコントロールがきわめて容易な注入装置を提案
した。また、セメント系のグラウトに対して磨耗の少な
い弁体構造についても提案した。しかるに、前記提案に
おいては、グラウトの一部を貯槽に常時戻すリターン量
と、注入管への注入圧力および注入流量をコントロール
するための送給量との微妙なバランスを取るには最適と
は言えないものであった。

すなわち、円弧状の貫通孔と円形の弁座孔との連通面
積により、リターン量と送給量とが決定されるが、注入
管への微量なグラウト送給量の場合には、わずかな弁体
の中心軸周りの回転度合いの相違によって、注入量が大
きく相違する現象がみられた。

したがって、本発明の課題は、前記提案の利点を踏襲
しながら、さらに、少ない注入量の場合であっても、グ
ラウトの送給量とリターン量とを確実にコントロールで
きるようにすることにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題は、図面の符号を参照しながら説明すると、
グラウト注入材をその貯槽18から途中に設けた注入ポン
プ20により注入管24に対して圧送する設備において、 前記注入ポンプ20と注入管24との間に一つの流入口13
と２つの吐出口11,11′を持つ分流弁Ａを設け、この分
流弁Ａの流入口13を注入ポンプ20側に、一つの吐出口1
1′を注入管24側に連通させ、他の一つの吐出口11を前
記貯槽18に連なるリターン戻り管路22に接続し、 前記分流弁Ａと注入管24との間にグラウト材の注入圧力
検出器26および注入流量検出器24を設け、 前記分流弁Ａは、内面円筒状の弁ケース４内において
軸心回りに回転する円板状弁体８と、この弁体８の回転
手段と、この弁体８に面接触して相互に独立した２つの
弁座孔5,5を有する弁ケース１内に固定された弁座６と
を備え、 前記弁体８は前記流入口13に臨む貫通孔７を有し、 前記各弁座孔5,5は、相互に独立して対応する吐出口1
1,11′にそれぞれ連通し、 前記貫通孔７と各弁座孔5,5との位置関係は、前記弁
体８の回転により、貫通孔７が一つの弁座孔のみに連通
する状態、ならびに両弁座孔5,5に連通する状態を選択
できる関係にあり、 前記圧力検出器26および流量検出器25からの信号に基
づいて前記回転手段を作動して、弁体８の回転度合いを
調節して、前記貫通孔７の各弁座孔5,5に対する開度を
調整可能とし、 さらに前記弁座６の弁体８側の入口部分において、各
弁座孔5,5に連なり、この各弁座孔5,5から両側に翼状に
張出した導入凹部5A,5Aを形成し、 前記弁体８の回転に伴って、貫通孔７が導入凹部5Aの
両翼端部から弁座孔５の中心に向かうとき、貫通孔７と
導入凹部5Aおよび弁座孔５との連通面積が順次大きくな
る関係に導入凹部5Aが形成されていることで解決でき
る。

〔作用〕

本発明では、弁座と弁体が面接触するとともに、弁体
の回転により、弁座の弁座孔と弁体の貫通孔との開度が
調整されるように構成したから、回転度合いと開度とを
直線的な比例関係とすることができ、もって開度の調
節、換言すれば注入圧力および流量のコントロールを正
確に行うことができるとともに、かつ開度変化に対しえ
急激な注入圧力、リターン圧力および流量の変動を抑制
できる。

さらに、弁座との弁体が面接触するために、貫通孔お
よび弁座孔の磨耗が少なく、長時間の連続運転が可能と
なる。

しかも、高圧が作用したとき、流入口から作用する圧
力が弁体全体、すなわち貫通孔を除く全体に使用し、そ
の結果全体が弁座に押圧される構成としてあるので、高
圧であればあるほどシール性が高まり、リターン圧力の
制御性に優れたものとなる。

他方で、本発明においては、特に、弁座の弁体側の入
口部分において、各弁座孔に連なり、この各弁座孔から
両側に翼状に張出した導入を形成し、弁体の回転に伴っ
て、導通孔が導入凹部の両翼端部から弁座孔の中心に向
かうとき、貫通孔と導入凹部および弁座孔との連通面積
が順次大きくなる関係に導入凹部が形成されている。

これに対して、先の提案の弁構造においては、第10図
に示すように、円形の弁座孔５と円弧状の貫通孔７とが
連通するものであるために、開き角度θの弁体の回転角
度範囲内において流量コントロールができるものの、図
示から容易に推測できるように、開き角度θ変化に対す
る連通面積の変化量が大きい。

しかるに、本発明においては、第10図に併せて示すよ
うに、導入凹部5Aが形成されているために、貫通孔７が
導入凹部5Aをなぞって弁座孔５に至る過程で、前記開き
角度θより遥に大きい開き角度θ_１範囲内において、連
通面積が徐々に変化するために、注入管へのグラウト送
給量が少ない範囲内において、グラウトの送給量を微妙
に変化させることができる。

〔実施例〕

以下この発明を添付図面を参照して詳細に説明する。

まず、本発明に係る分流弁Ａの代表例としての第１実
施例を示す第１図〜第４図により説明すると、分流弁Ａ
は弁ケース本体１と、その一側に取付けられた蓋板２、
および他側に取付けられた分流筒３よりなる弁ケース４
内に、一側に滑面を有し、かつ同心的に２個の対応する
円形の弁座孔５、５を形成した弁座６と、上記弁座６の
滑面に接する滑面を有しかつ弁座孔５、５に対応し、し
かも弁座孔５、５より長さの長い孤状、具体的には半円
弧状の貫通孔７を有する弁体８とを、それぞれの滑面を
対接させて収納し、弁体８を左右何れの方向にも自在に
回転させることができる回転時９を装着したものであ
る。

本発明においては、弁座６の弁体８側の入口部分にお
いて、各弁座孔5,5に連なり、この各弁座孔5,5か両側に
翼状に張出した導入凹部5A,5Aを形成したものである。

ここに、弁体８の回転に伴って、第10図に仮想線で示
すように、半円弧状貫通孔７が時計方向に導入凹部5Aの
翼端部から弁座孔５の中心に向かうとき、貫通孔７と導
入凹部5Aおよび弁座孔５との連通面積が順次大きくなる
関係に導入凹部5Aが形成されている。

第１実施例として示す第２図の場合には、弁座孔５を
中心として円弧状に導入凹部5Aが形成され、第２実施例
として示す第５図の場合には、三日月状に導入凹部5Aが
形成されている。

分流弁Ａの構造についてさらに詳しく説明すると、弁
座６は弁ケース本体１の内周に沿って突設された突部1a
と、弁ケース本体１に螺着等の手段で取付けられた分流
筒３に挟持されて固定されており、蓋板3a、3aを螺着等
の手段で取付けた分流筒３には、弁座孔5,5に連通する
分流室10、10′と、分流室10、10′に連通する吐出口1
1、11′が形成されている。

また弁ケース本体１内には流入室12が形成され、流入
室12に連通して流入口13が設けられ、弁体８に設けられ
た長凹部14には回転軸９の先端が挿着されている。そし
て回転軸９は、その外側に外嵌したベアリング15と、ケ
ース本体１の内側に螺合したナット16により、回転自在
に位置固定されている。

なお、9aは回転軸９の外周に突設した鍔部、17はナッ
ト16の端面に平行に設けた切欠部16aの部分を貫通して
螺挿した弛み止めボルトであり、蓋板２も分流筒同様に
螺着等の手段でケース本体１に取付けられている。

上記構成の分流弁Ａでは、流入口13に後述する貯槽か
らの管路を、一方の吐出口11を戻り管路に、他方の吐出
口11′を注入管への管路をそれぞれ接続する。

また、弁体８および回転軸９は図示されていない駆動
源、たとえばモーターにより回転軸せられるようになっ
ている。

また回転軸９の固定を、ベアリング15のナット16に代
え、回転軸９に外嵌したスプリングにより押圧固定する
ようにしてもよい。また弁はステンレス等の金属でつく
ることができるが、弁体と弁座をセラミックスで製作す
ればさらに耐久性に優れたものとなる。

この場合、弁体には例えば第１図および第９図に示さ
れるように、鋼、ステンレス鋼等の補強板8aを、接着剤
を使用する等して固着すれば、弁体８は耐磨耗性と機械
的強度に優れたものとなり、より耐久性に優れたものと
なる。

一方、第３実施例として、第11図〜第13図に示す弁座
60、および第14図および第15図に示す弁体80を挙げるこ
とができる。

この例においても、上記第１および第２実施例と基本
的に同一であり、弁座60の弁体80側の入口部分におい
て、各弁座孔50,50に連なり、この各弁座孔50,50から両
側に翼状に張出した大きめの三日月状の導入凹部50A,50
Aを形成したものである。

この場合においても、弁体80の回転に伴って、半円弧
状であり、その中間が三日月状となった貫通孔70が時計
方向に導入凹部50Aの翼端部から弁座孔50の中心に向か
うとき、貫通孔70と導入凹部50Aおよび弁座孔50との連
通面積が順次大きくなる関係に導入凹部50Aが形成され
ている。

上記した分流弁Ａは、次記のグラウト注入装置に組み
込まれる。

第16図はこのグラウト注入制御システム１例の系統図
を示し、18はグラウトを貯蔵する貯槽であり、貯槽18内
のグラウトは撹拌機で常時撹拌されている。19は貯槽18
とグラウトポンプ（注入ポンプ）20の吸込口を接続する
吸込管路、21はグラウトポンプ20の吐出口と弁Ａの流入
口13を接続する供給管路、22は弁Ａの吐出口11から吐出
されるグラウトを貯槽18に戻す戻し管路、23は弁Ａの吐
出口11′に接続された注入管路であり、注入管路23は地
盤に穿孔された孔内の注入管24の注入口24aに接続さ
れ、注入管路23には流量検出器25および圧力検出器26が
設けられて、制御装置27で、流量検出器25と圧力検出器
26で検出された流量および圧力の信号と、予じめ設定さ
れた流量と圧力の設定値とを比較し、検出値が設定値に
近ずくように弁Ａを作動させる、すなわち回転軸９およ
び弁体８を回転させる構成になっている。

このグラウト注入制御システムでは、注入圧力が戻り
管路22の圧力損失による揚程と、注入口24aと貯槽18と
の高低差による揚程の和よりも高い場合は、弁Ａの吐出
口11′側流路の開度を現状より大きく、すなわち吐出口
11側流路の開度を現状より小さくすることによって、設
定された流量および圧力に制御することができ、注入圧
力が戻り管路22の圧力損失による揚程と注入口24aと貯
槽18との高低差による揚程の和よりも低いか、または地
盤の注入抵抗が低く設定された流量以上のグラウトが自
然流下して注入される場合は、分流弁Ａの吐出口11′側
流路の開度を現状より小さく、すなわち吐出口11側流路
の開度を現状より大きくすることにより、注入するグラ
ウトの流量および圧力を設定値に制御することができ
る。

また場合によっては、１注入区間の開始から注入まで
に、時間の経過と共に前記した双方の状態が交互に出現
することがあるが、上記分流弁Ａは何れの場合でも即座
に対応することができ、注入条件のいかんにかかわら
ず、工事仕様書等に規定された通りのグラウト注入を行
うことが可能である。

また従来グラウト注入に使用されてきた弁は、グラウ
トによる磨耗等の関係で、その構造上非密閉型であるた
め、例えば第19図に示されるように、貯槽18が注入口24
aより高所にあり、高低差によるリターン圧が設定され
た注入圧より高い場合、設定圧に制御しょうとしても、
実際的な注入圧は設定注入圧より高く、このため貯槽18
を下方に移動させてリターン圧を低くしないと設定注入
圧で注入することができず、注入場所が変わる度に貯槽
18を移動させなければならず、作業が非能率的で、工期
が長くなるばかりか極めて不経済であった。

しかし、本発明に係る分流弁Ａを使用すると、吐出口
の何れも完全に密閉することができるので、第17図およ
び第18図に示されるように、弁Ａと注入口24aとの間に
アキュームレーター28またはエアチャンバー29を設ける
ことにより、リターン圧が設定したよりも高くても、設
定注入圧通りのグラウト注入を行うことができる。

すなわち、第17図は弁Ａと注入口24aの間の注入管路2
3にアキュームレーター28を設けた場合を示し、アキュ
ームレーター28はグラウトポンプ20による圧力脈動を緩
衝し、圧力のみならず流量をも滑らかにするばかりか、
設定注入圧がリターン圧より低くごく微圧の場合でも、
吐出口11′の僅かな開閉を繰返し、開閉の繰返しで生じ
る圧力脈動をアキュムレーター28で緩衝することで、貯
槽18を移動させることなく設定注入圧でグラウトを注入
することができる。

また第18図は弁Ａと注入口24aの間の注入管路23にエ
アチャンバー29を設けた場合を示し、30、30′はエアチ
ャンバー29に取付けられたレベルスイッチ、31はエアチ
ャンバー29に管32を介して空気を供給するコンプレッサ
ー等の圧力空気源、33は管32に設けられた圧力空気源31
からの圧力空気を所望の空気圧に調整する圧力調整弁、
34は管32の圧力調整弁33とエアチャンバー29との間に設
けられた空圧操作弁、35は空圧操作弁34を開閉する電磁
弁、36は管32の空圧操作弁34とエアチャンバー29の間に
設けられた逆止弁であり、エアチャンバー29に取付けた
下限のレベルスイッチ30′が作動すると制御ユニット37
に信号を送り電磁弁35を操作して空圧操作弁34を閉じ空
気の供給をとめ、上限のレベルスイッチ30が作動すると
制御ユニット37に信号を送り電磁弁35を操作し空圧操作
弁34を開いて空気を供給する。即ちエアチャンバー内の
空気がグラウト中に溶け込んで容量が小さくなるのを防
止し、容量が一定範囲内で変わらない構成となってお
り、アキュームレーター同様に貯槽を移動させることな
く微圧注入を行うことができるが、アキュームレーター
を設けた場合に比し、エアチャンバー内の空気圧を所望
の空気圧に維持して更に圧力脈動少く微圧を調整してグ
ラウトを注入することができる。

〔発明の効果〕

以上の通り、本発明によれば、注入系統とリターン系
統との流量バランスを直線的に変化させることができる
とともに、注入圧力および流量のコントロールがきわめ
て容易となる。さらに、分流弁が、セメント系のグラウ
トに対して磨耗が少ないものとなる。また、特に、導入
凹部の形成により、少ない注入量の場合であっても、グ
ラウトの送給量とリターン量とを確実にコントロールで
きる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は分流弁例の縦断面図、第２図は弁座の左側面
図、第３図は縦断面図、第４図は右側面図、第５図は第
２実施例の弁座の左側面図、第６図は縦断面図、第７図
は右側面図、第８図は弁体の左側面図、第９図は縦断面
図、第10図は弁座と弁体との相関を示す説明図、第11図
は第３実施例の弁座の正面図、第12図は12−12線矢視
図、第13図はその右側面図、第14図は弁体の側面図、第
15図はその縦断面図、第16図〜第19図はグラウト注入制
御システム例の概略系統図である。 Ａ……分流弁、１……弁ケース本体、４……弁ケース、
5,50……弁座孔、5A,50A……導入凹部、6,60……弁座、
7,70……貫通孔、８、80……弁体、９……回転軸、18…
…貯槽、20……グラウト（注入）ポンプ、21……供給管
路、22……戻り管路、23……注入管路、24……注入管、
25……流量検出器、26……圧力検出器。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】グラウト注入材をその貯槽（18）から途中
   に設けた注入ポンプ（20）により注入管（24）に対して
   圧送する設備において、 前記注入ポンプ（20）と注入管（24）との間に一つの流
   入口（13）と２つの吐出口（11），（11′）を持つ分流
   弁（Ａ）を設け、この分流弁（Ａ）の流入口（13）を注
   入ポンプ（20）側に、一つの吐出口（11′）を注入管
   （24）側に連通させ、他の一つの吐出口（11）を前記貯
   槽（18）に連なるリターン戻り管路（22）に接続し、 前記分流弁（Ａ）と注入管（24）との間にグラウト材の
   注入圧力検出器（26）および注入流量検出器（24）を設
   け、 前記分流弁（Ａ）は、内面円筒状の弁ケース（４）内に
   おいて軸心回りに回転する円板状弁体（８）と、この弁
   体（８）の回転手段と、この弁体（８）に面接触して相
   互に独立した２つの弁座孔（５），（５）を有する弁ケ
   ース（１）内に固定された弁座（６）とを備え、 前記弁体（８）は前記流入口（13）に臨む貫通孔（７）
   を有し、 前記各弁座孔（５），（５）は、相互に独立して対応す
   る吐出口（11），（11′）にそれぞれ連通し、 前記貫通孔（７）と各弁座孔（５），（５）との位置関
   係は、前記弁体（８）の回転により、貫通孔（７）が一
   つの弁座孔のみに連通する状態、ならびに両弁座孔
   （５），（５）に連通する状態を選択できる関係にあ
   り、 前記圧力検出器（26）および流量検出器（25）からの信
   号に基づいて前記回転手段を作動して、弁体（８）の回
   転度合いを調節して、前記貫通孔（７）の各弁座孔
   （５），（５）に対する開度を調整可能とし、 さらに前記弁座（６）の弁体（８）側の入口部分におい
   て、各弁座孔（５），（５）に連なり、この各弁座孔
   （５），（５）から両側に翼状に張出した導入凹部（5
   A），（5A）を形成し、 前記弁体（８）の回転に伴って、貫通孔（７）が導入凹
   部（5A）の両翼端部から弁座孔（５）の中心に向かうと
   き、貫通孔（７）と導入凹部（5A）および弁座孔（５）
   との連通面積が順次大きくなる関係に導入凹部（5A）が
   形成されていることを特徴とするグラウト注入装置。