JP2948881B2 - 注入装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、土壌中に薬液を注入する注入装置に関す
る。

〔従来の技術〕

従来、地中の土壌中に薬液を注入するものとしては、
地下トンネルの掘削時等に水ガラスを比較的高圧（地下
トンネルの場合は、深度数10メートルの地中で注入圧力
3kg/cm²G以上）の背圧方式（一定圧力下）で注入するも
のが知られている。こういった工事に使用される注入装
置は、注入圧力が比較的高く、薬液の粘性が低い等の理
由から、比較的注入が容易なため、注入ができるだけ安
定して（一定圧力、一定流量で）おこなわれるように配
慮されている。そして、この注入の主眼点は地盤の強度
の確保にあり、土壌中における薬液の充填率はあまり問
題にならない。

〔発明が解決しようとする課題〕

さて、最近地中に埋設されている埋設導管に対して、
その周りの土壌にシール剤としての高分子材料を注入
し、埋設導管の周りの土壌をシール剤とともに固結させ
ることによって、埋設導管の補修をおこなうことが提案
されている。しかしながら、ここで従来採用されてきた
ような薬液を一定圧力、流量で注入する背圧方式の注入
装置を使用すると以下のような問題がおこる。例えば、
埋設深さが、1m程度の位置にある埋設導管の周囲に、従
来の注入圧力である3kg/cm²G程度で注入をおこなうと、
土壌中において割裂浸透を起こしたり、地表面に噴出し
たりする。そこで、注入圧力を順次低下させる必要が生
じるのであるが、前述の割裂浸透を起こさない限界は、
真砂土に対して0.2kg/cm²G程度である。そこで、こうい
った条件下で注入をおこないたいのであるが、この場
合、浸透が非常に緩慢におこるため、埋設導管のガス圧
等に耐えられるシール性をもった固結物体積を得る前
に、シール剤に固結が始まってしまい所定の目的を満た
すことができない。

そこで、本発明の目的は地中に埋設されている埋設導
管の被覆層の修繕や流体の漏洩の停止などの作業に使用
することが可能な注入装置を得ることである。

〔課題を解決するための手段〕

この目的を達成するため、本発明による注入装置の特
徴構成は、 シール剤としての液状の高分子材料を貯蔵する貯液タ
ンクと、 貯液タンクから供給される高分子材料を高圧状態で注
入手段に圧送する圧送ポンプと、 圧送状態の高分子材料の流れに脈動を起こさせる脈動
発生手段と、 脈動の周期を調整する脈動調整手段とを備え、高分子
材料を、地中に埋設された埋設管の周囲にある土壌中に
脈動注入するものとしてあることにあり、その作用・効
果は次の通りである。

〔作 用〕

つまりこの注入装置においては、高分子材料であるシ
ール剤が埋設導管の周囲の土壌に注入手段より注入され
る。この注入にあたって、圧送ポンプにより液状の高分
子材料の高圧の流れが作り出されるとともに、脈動発生
手段によりこの流れが脈動する。そして、この脈動の周
期は脈動調整手段により調整されるのである。

〔発明の効果〕

したがって、埋設導管の周囲の土壌には脈動状態でシ
ール剤の注入がおこなわれるのである。このような注入
方法を採用すると、従来よりも注入圧力が高い状態で割
裂浸透を起こさない状態で注入がおこなえるとともに、
注入後に形成される固結物の充填率も良化する。即ち、
注入圧力が上昇することにより注入流量も増加し、シー
ル剤が固化する前にシールに必要な大きさにこれを注入
することが可能となるのである。さらに、形成される固
結物の充填率も良化するため、固結物強度、シール性が
格段によくなるのである。例えば、前述の真砂土に対し
ては、注入圧力0.2〜2kg/cm²Gでも良好に注入が進めら
れ、固結物の充填率も背圧注入の66％に対して、脈動注
入では93％となる。

さらに前述の注入装置において、高分子材料の土壌中
への注入圧力を検出し、監視する注入圧力監視手段が設
けられるとともに、注入圧力監視手段による検出情報に
より、脈動注入が正常か異常かを判定する注入判定手段
が設けられている構成とすると、脈動注入が良好におこ
なわれ、シール性のある強固な固結物が適性に形成され
ているかどうかを容易に判断することができるととも
に、この固結物の大きさ等の推定資料とすることができ
る。

〔実施例〕

本願の実施例を図面に基づいて説明する。第１図には
本願の補修方法を埋設導管（１）に対して適応している
状態の図が示されている。このような埋設導管（１）は
一般には0.6〜1.5m程度の比較的浅い地中（２）に埋設
されているものであり、管径（ｄ）が100〜300mm程度で
あるとともに、この埋設導管内にはガス圧200mmH₂O程度
でガス（ｇ）が流されている。また同図にも示されてい
るようにガス漏れを起こす箇所は往々にして埋設導管
（１）の継手部（３）である。さて、本願においては、
補修を必要とする埋設導管（１）の周囲の土壌にシール
剤としての高分子材料（４）が、注入装置（５）に備え
られた注入ロッド（６）先端の吐出口（７）から注入さ
れ、埋設導管（１）の周りに土壌とともにシール効果を
有する固結物（８）が形成され、補修を完了することと
なるのである。第１、２図に基づいて、本願の注入装置
（５）について説明する。ここで、第２図には、注入装
置（５）に採用されている脈動ポンプ（９）の構造が示
されている。この注入装置（５）は、液状の高分子材料
（４）であるシール剤を収納する貯液タンク（10）と、
これに連結された脈動ポンプ（９）、およびこの脈動ポ
ンプ（９）下流側に接続された注入ロッド（径15mm）
（６）を有して構成されており、この注入ロッド（６）
の先端部にはシール剤が吐出される吐出口（７）が設け
られている。第２図に示すように、前述の脈動ポンプ
（９）はいわゆるダイヤフラムポンプであり、ポンプ
上、下流側に設けられる一対の逆止弁（11）（11）の間
に設けられたポンプ室（12）の一端にダイヤフラム（1
3）を備えて構成されており、このダイヤフラム（13）
を同図左右方向に往復運動させることにより、脈動ポン
プ下流側（図面上部方向）にシール剤を吐出できるよう
に構成されているのである。この脈動ポンプ（９）にお
いては、その吐出圧力（土壌に対して注入圧力とな
る）、吐出周波数（同様に、注入周波数）及び吐出流量
（同様に、注入速度）が調節可能なように構成されてい
る（ここで、ダイヤフラム（13）の１ストローク当りの
吐出量で吐出流量を表すことも可能である。）。上記の
ような構成を採用することによりこの注入装置（５）に
おいては、貯液タンク（10）から供給されるシール剤を
脈動ポンプ（９）により注入ロッド先端にある吐出口
（７）から所定注入圧力、注入速度、脈動周期で埋設導
管（１）の周囲の地中に注入することができるのであ
る。

さらにこの注入装置（５）には、注入圧力の検出をお
こなう圧力センサ（14）が注入ロッド（６）根元に設け
られ、この検出情報が記憶装置（15）により記憶される
構成が採られている。これら圧力センサ（14）と記憶装
置（15）を注入圧力監視手段と称する。そして、この記
憶装置（15）には、圧力センサ（14）の検出情報を分析
し、脈動注入が正常におこなわれているかどうかを判定
する注入判定装置（16）が設けられている。この装置
（16）を注入判定手段と称する。

以下に、本願の注入装置（５）を使用して埋設導管
（１）の補修をおこなう場合の手順を箇条書きする。

第１段階；埋設導管（１）の補修対象部（1a）をガスセ
ンサー等で地上側から確認する。

第二段階；補修を要する埋設導管（１）近傍までウオー
タージェットにより注入穴（17）を削孔する。

第三段階；前記注入穴（17）に注入装置（５）の注入ロ
ッド（６）を挿入する。

第四段階；前述の注入ロッド（６）を挿入した状態で注
入ロッド先端部にある吐出口（７）より吐出するシール
剤が注入穴上端部より噴出しないように、注入穴（17）
を封止状態とする。

第五段階；シール剤を埋設管（１）の周囲の土壌中に注
入装置（５）により脈動注入する。

第六段階；注入ロッド（６）を注入穴（17）から抜き、
この注入穴（17）を密閉する。

このようにして、補修作業を完了するのである。ま
た、この第五段階において、前述の圧力センサ（14）、
記憶装置（15）、注入判定装置（16）により、この注入
装置（５）においてはその脈動する注入圧力が検出、モ
ニター、判定されているのである。第３図、第４図
（イ）（ロ）に正常注入状態と、異常な注入状態との注
入圧力の変化の例を示した。第３図に示すように正常な
注入状態においては脈動が安定しておこり、徐徐に注入
圧力が減少している。一方、第４図（イ）（ロ）に示す
異常な注入状態においては、割裂浸透を起こす等して、
脈動が無くなったり、注入圧力が急激に減少したりして
いる。

〔実験結果〕

以下に上述の注入装置（５）を使用して本願の注入装
置を使用して埋設導管（１）を補修をした実験結果を説
明する。実験においては、注入条件を様々に変化させて
固結物（８）の良否を判定した。

この実験においては、従来の方法である背圧注入に対
する脈動注入の有意性を確認するとともに、脈動注入に
おける注入圧力（kg/cm²G）、注入速度（ml/min）、注
入周期（Hz）の適応可能限界を求めた。ここで、注入結
果の良否の判断は、形成された固結物（８）の形状、大
きさ、シール性、充填率α（Q/Vn;Q:注入量（cm³）、V:
固結物体積（cm³）、間隙率（％））等で判定した。ま
た、背圧注入では第５図に示すような静圧タンク式の構
成で注入をおこなった。

さて、第６図には脈動注入の結果を、第７図には背圧
注入の結果を示した。実験では、ウレタン樹脂（タケネ
ートXN89（タケダ薬品社製）、サンストッパー（タケダ
薬品社製））及びビスフェノールＡ型を主剤とし、ジエ
チレントリアミンを硬化剤とするエポキシ樹脂（Ｄ 50
3（旭電化社製）/LXIN（油化シェルエポキシ社製）/LP3
（東レチオコール社製））を使用した。

実験結果の要約を以下に箇条書きする。

１）第７図に示す背圧注入の実験結果より、背圧注入に
おける注入圧力の使用限界は0.1〜0.2kg/cm²Gであり、
これ以上では割裂浸透となり地盤に亀裂が発生する。時
には、シール剤が地表面に噴出することもある。この注
入圧力範囲（0.1〜0.2kg/cm²G）で使用すると固結物が
所定の大きさになる前に、シール剤の固化が始まり充分
な大きさの固結物が得られない。

２）第６図に示す脈動注入の実験結果より、脈動注入を
採用すると注入圧力としては、0.2〜2kg/cm²Gが許容さ
れる。このような注入圧力で注入しても割裂注入とはな
らず、全て強固な固結物が得られる。この限界点以下で
は、背圧注入と同じになり、一方限界値以上では割裂浸
透がおこる。また脈動注入と背圧注入を比較すると、固
結物の充填率はそれぞれ平均93％、66％であり脈動注入
のほうが良好である。

３）注入周期は、0.2〜2Hzが適当である。これ以外の範
囲においては有効な脈動が起こらず、背圧注入と結果が
類似してくる。

４）注入速度は、120〜700ml/minが適当である。この範
囲を越えると下限以下では、充分な注入が得られず固化
が始まり、上限以上では割裂が発生する。

〔別実施例〕

上述の実施例においては脈動ポンプ（９）を使用して
シール剤の流れに脈動を与えたが、通常の高圧ポンプを
設けてこの配管路内で、管路を部分的に狭く構成して流
れに脈動を起こさせることも可能である。また管路内に
設けられる弁体を機械的、もしくは電気的に開閉操作し
てもよい。従って、シール剤としての液状の高分子材料
を高圧状態で注入手段に圧送する機構を圧送ポンプと称
し、圧送状態の高分子材料の流れに脈動を起こさせる機
構を脈動発生手段と称し、脈動の周期を調整する機構を
脈動調整手段と称する。

尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を便利にする
ために符号を記すが、該記入により本発明は添付図面の
構造に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第７図は本発明に係る注入装置の実施例を示
し、第１図は使用中の注入装置の斜視図、第２図は注入
装置に採用されている脈動ポンプの概略断面図、第３図
は正常注入状態の注入圧力を示すグラフ、第４図（イ）
（ロ）は異常注入状態の注入圧力を示すグラフ、第５図
は背圧注入の実験装置を示す概略図、第６図は脈動注入
の実験結果を示す図表、第７図は背圧注入の実験結果を
示す図表である。 （１）……埋設導管、（２）……地中、 （４）……高分子材料、（５）……注入装置、 （９）……脈動ポンプ、（10）……貯液タンク。

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F04B 1/00 - 15/08 F16L 1/02,55/16 F04B 43/02 E02D 3/12

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シール剤としての液状の高分子材料（４）
   を貯蔵する貯液タンク（10）と、前記貯液タンク（10）
   から供給される前記高分子材料（４）を高圧状態で注入
   手段に圧送する圧送ポンプと、 前記圧送状態の高分子材料の流れに脈動を起こさせる脈
   動発生手段と、 前記脈動の周期を調整する脈動調整手段とを備え、 前記高分子材料（４）を、地中（２）に埋設された埋設
   管（１）の周囲にある土壌中に脈動注入する注入装置。
2. 【請求項２】前記注入装置（５）に、前記高分子材料
   （４）の前記土壌中への注入圧力を検出するとともに、
   これを監視する注入圧力監視手段（14）（15）が設けら
   れ、前記注入圧力監視手段（14）（15）による検出情報
   により、脈動注入が正常か異常かを判定する注入判定手
   段（16）が設けられている請求項１記載の注入装置。