JP2965494B2 - 立坑内壁ライニング方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、立坑の内壁をコン
クリート等のセメント系の土留め材料でライニングする
方法並びに装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】深礎杭等を施工するための立坑の掘削工
程においては、所定深度まで掘削した段階で内壁に土留
めを施し、再び掘削を進めるという作業が目標深度まで
繰り返し行われる。この土留めには、一般的に、ライナ
ープレート等の鋼製部材が用いられている。これに対し
て、近年、加圧されたコンクリートをノズルから噴射し
て掘削壁面にコンクリートライニング層を形成する、い
わゆる吹き付け工法が採用されることがある。これによ
ると、掘削面に密着した杭を形成し得ることから支持力
が増大し、しかもライナープレートの規格に制約される
ことなく最適口径に施工できるといった利点がある。

【０００３】さらに、このような吹き付け工法では、作
業の自動化が容易であり、各種の自動吹き付け装置が発
案されている（実開昭６２−１６１９５号公報、特開平
５−２６３５２５号公報並びに特開平６−２２１０８２
号公報参照）。

【０００４】ところで、このようなコンクリート吹き付
け工法においては、均一な厚さを有する強固なライニン
グ層を形成するため、コンクリート中のセメント分を急
速に凝結硬化させる急結剤を混入するようにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、この急結剤
を有効に作用させるには、コンクリートをノズルから噴
射するのに先だって混合機において十分混合する必要が
あり、このために混合機内やノズルへ搬送途中で硬化反
応が進行し始め、混合機やパイプ内面に固結して流れを
阻害したり、或いはノズルを閉塞したりして、安定した
吹き付け作業を行うことができないといった不都合があ
った。これは、上述の自動吹付け装置においても同様で
ある。

【０００６】また、急結剤には液状のものと粉状のもの
とがあるが、液状の急結剤でも結晶化によって閉塞し易
い特性を有している。このため、これを搬送する導管や
噴射ノズルが閉塞しないようにできるだけ大径のものが
好都合である。しかし、土留め材料に混入する量は僅か
であり、安定した噴射を確保する上で大径化には限界が
あり、閉塞を防止する有効な手段がないのが現状であ
る。

【０００７】本発明は、このような従来技術の不都合を
解消するべく案出されたものであり、その主な目的は、
土留め材料を噴射するまで急結剤による硬化反応を抑制
して閉塞トラブルを防止し、かつ壁面において土留め材
料を急速に硬化させて強固なライニング層を形成し得る
立坑内壁ライニング方法及び装置を提供することにあ
る。また、本発明の第２の目的は、急結剤による閉塞ト
ラブルを防止できるような立坑内壁ライニング方法及び
装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このような目的は、本発
明によれば、略円形断面をなす立坑の掘削内壁にセメン
ト系の土留め材料をライニングする立坑内壁ライニング
方法であって、連続的に供給される流動状態にある土留
め材料に向けて急結剤を連続的に噴射した後、これを粗
混合して土留め材料中に急結剤が分散混入された状態と
し、次いでこれを立坑の掘削壁面に向けて遠心投射し
て、その壁面上で土留め材料中に急結剤を拡散させて土
留め材料を硬化させることを特徴とする立坑内壁ライニ
ング方法を提供することにより達成される。

【０００９】特に、土留め材料に向けて噴射するべく急
結剤に圧搾空気を混入して噴射ノズルへ搬送するように
すると好ましい。

【００１０】また、略円形断面をなす立坑の掘削内壁に
セメント系の土留め材料をライニングする立坑内壁ライ
ニング装置であって、立坑内に昇降可能に吊持され、流
動状態にある土留め材料を収容する材料タンクと、該材
料タンクの下部に設けられた流下筒に内設され、該流下
筒内に前記材料タンク内の土留め材料を連続的に導入す
る材料供給手段と、前記材料供給手段によって前記流下
筒内に導入された土留め材料に急結剤を連続的に噴射す
る噴射ノズルと、前記流下筒に内設され、急結剤を伴っ
て前記流下筒内を降下する土留め材料を粗混合する材料
混合手段と、前記流下筒の下側に設けられ、該流下筒か
ら降下して中心部に導入された土留め材料を立坑の掘削
壁面に向けて遠心投射するインペラと、急結剤に圧搾空
気を混入するコンプレッサとを有することを特徴とする
立坑内壁ライニング装置を提供することにより達成され
る。

【００１１】特に、前記材料供給手段は、真直な円筒状
をなす前記流下筒に内設されたスクリューロータであ
り、前記材料混合手段は、前記スクリューロータの軸部
から径方向に突出したパドルであり、該パドルの上方に
おける前記スクリューロータのスクリュー羽根の下端近
傍に噴射孔を臨ませて前記噴射ノズルを配設すると良
い。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下に添付の図面に示された実施
形態に基づいて本発明の構成を詳細に説明する。

【００１３】図１は、本発明に基づく立坑内壁ライニン
グ装置の概略構成を示している。この立坑内壁ライニン
グ装置１は、深礎杭の施工において掘削された立坑の内
壁面に、土留め用コンクリートライニング層を形成する
ものであり、流動状態にある土留め材料としてのコンク
リートを貯える材料タンク２と、この材料タンク２の下
部に設けられた流下筒３内にコンクリートを連続的に送
り込むスクリューロータ４と、このスクリューロータ４
で流下筒３内に送り込まれたコンクリートへ液状の急結
剤を噴射注入するノズル５と、急結剤が混入されて流下
筒３内を降下するコンクリートをせん断混合する傾斜パ
ドル６と、流下筒３の下端から中心部に導入されたコン
クリートを遠心投射するインペラ７とを備えている。

【００１４】材料タンク２は、上部が真直な円筒状に、
下部が漏斗状にそれぞれ形成された胴部２ａと、その上
端を覆う天板２ｂとからなっており、胴部２ａの上部の
側周には、洗浄水を貯留する水タンク８が配設されてい
る。材料タンク２の天板２ｂには、コンクリートの投入
口９が設けられている他、フィーダ駆動用モータ１０
と、液状の急結剤を貯留する急結剤タンク１１と、急結
剤又は洗浄水を加圧するポンプ１２と、このポンプ１２
から吐出される急結剤又は洗浄水に圧搾空気を混入する
コンプレッサ１３とが搭載されている。

【００１５】フィーダ駆動用モータ１０の出力軸は、材
料タンク２の胴体２ａの中心線位置に配設されたシャフ
ト１４に変速機構を介して連結されており、その下端に
接続されたスクリューロータ４を正逆回転させるように
なっている。

【００１６】ポンプ１２の吸込み側は、三方弁１５を介
して急結剤タンク１１と水タンク８とに接続されてお
り、この三方弁１５を切り替えることで、急結剤並びに
洗浄水のいずれか一方がポンプ１２に供給される。一
方、その吐出側は、導管１６を介して流下筒３のノズル
５に接続されており、ライニング施工時には急結剤が、
施工後の洗浄時には洗浄水がそれぞれ送られる。

【００１７】この導管１６には、コンプレッサ１３から
の送気管が合流しており、ここでポンプ１２から圧送さ
れる急結剤又は洗浄水に圧搾空気が混入される。このよ
うに急結剤に圧搾空気を混入して搬送するようにする
と、全体として導管１６やノズル５内の流量が増大する
ことから、導管１６やノズル５の口径を大きく採っても
安定した噴射を確保することが可能となり、閉塞し難い
ものとすることができる。また、液状の急結剤を気液混
合状態で搬送することによる払拭作用で、結晶化による
導管５の内面への固結が抑制されるといった効果も期待
できる。

【００１８】この他、材料タンク２の天板２ｂには、連
結具１７が互いに等間隔をおいて複数固設されており、
ここに吊り索１８が留められる。この吊り索１８は、図
２に示すように、立坑Ａの坑外のクレーン車Ｂから吊り
下げられた並進型アクチュエータＣに連結されて、立坑
内壁ライニング装置１を吊持するようになっている。並
進型アクチュエータＣを伸縮すると、立坑内壁ライニン
グ装置１が昇降し、インペラ７による立坑Ａの内壁面へ
のコンクリートの投射位置を変位させることができ、高
さ方向で均一厚さのコンクリートライニング層を円滑に
かつ能率よく形成することができる。

【００１９】また、図１に示すように、材料タンク２の
胴体２ａの下部に設けられた流下筒３は、胴体２ａと同
心状に配置されており、この内部にスクリューロータ４
が同心状に配置されている。このスクリューロータ４の
軸部４ａの上端は、シャフト１４に同軸的に連結されて
おり、フィーダ駆動用モータ１０の回転駆動力が伝達さ
れる。一方、スクリューロータ４の軸部４ａの下端は、
流下筒３の下端に回転可能に装着されたインペラ７の中
心に設けられた分散部体１９に支持されている。

【００２０】スクリューロータ４は、材料タンク２の胴
体２ａと流下筒３との接続部分にスクリュー羽根２０を
有しており、フィーダ駆動用モータ１０によってスクリ
ューロータ４が正転すると、材料タンク２に収容された
コンクリートが一定量連続して送り出され、逆転すると
材料タンク２内のコンクリートが下方のインペラ７に落
下するのを阻止することができる。

【００２１】スクリューロータ４のスクリュー羽根２０
の上方には、材料タンク２の胴部２ａの漏斗状部分に堆
積するコンクリートをほぐすための攪拌ロッド２１が、
順次９０度ずつ突出角度を変えながら軸線方向に等間隔
を置いて４つ配設されている。一方、スクリュー羽根２
０の下方に設けられた傾斜パドル６は、帯板状に形成さ
れたものであり、軸部４ａから直径方向に突出して対を
なすものが、交互に直交しながら軸線方向に等間隔を置
いて４対配設されている。この傾斜パドル６は、送り性
能を持つようにたとえば軸部４ａの軸線に対して所定の
傾斜角度を持って取り付けられている。

【００２２】流下筒３の外周には、架台２２が水平方向
に固設されており、この架台２２には、インペラ駆動用
モータ２３が流下筒３を挟んで両側に１対搭載されてい
る。このインペラ駆動用モータ２３は、架台２２の下面
側で出力軸に連結された駆動プーリ２４とこれに装着さ
れたＶベルト２５とを介して、インペラ７の筒軸２６を
回転駆動するようになっており、必要であれば、インペ
ラ駆動用モータ２３を変速・逆転可能なように構成し
て、インペラ７の回転を適宜制御できるようにしても良
い。駆動プーリ２４、Ｖベルト２５並びに筒軸２６は、
インペラ７から投射されるコンクリートの飛沫が付着す
るのを防止するためにカバー２７によって覆われてい
る。

【００２３】急結剤又は洗浄水を噴射するノズル５は、
スクリュー羽根２０の下端に対向する流下筒３部分に設
けられており、図３に示すように、流下筒３の中心方向
に噴射孔を臨ませて互いに等間隔をおいて４基配置され
ており、導管１６を介してポンプ１２並びにコンプレッ
サ１３から送られてくる急結剤又は水と圧搾空気との混
合物を流下筒３の内部に噴射するようになっている。

【００２４】図１に示すように、インペラ７は、互いに
対向配置された円盤状の上板部２８並びに下板部２９
と、両者を連結する放射状に複数枚配置された羽根部３
０とからなっており、上板部２８の上面に固設された筒
軸２６が流下筒３に外嵌されて相対回転可能なように保
持されている。また、下板部２９の内面中心部には、下
方が拡径した円錐状の分散部体１９が固設されており、
スクリューロータ４の軸部４ａの下端を相対回転可能な
状態で支持している。

【００２５】なお、フィーダ駆動用モータ１０、ポンプ
１２、コンプレッサ１３並びにインペラ駆動用モータ２
３の駆動形式は電動並びに油圧のいずれでもよく、電動
駆動形式の場合には制御ケーブルを介して、また油圧駆
動形式の場合には油圧導管を介してそれぞれ坑外の駆動
制御装置に接続されて遠隔操作される。

【００２６】ここで、この立坑内壁ライニング装置１に
よるコンクリートライニングの施工手順を説明する。

【００２７】まず、ライニングを開始するに先立って、
図２に示すように、坑外の設置架台Ｄに受載された立坑
内壁ライニング装置１の投入口９から材料タンク２内
に、所定の水／セルント比並びにスランプ値に配合され
たコンクリートを必要量投入する。ここで投入されたコ
ンクリートは、スクリューロータ４のスクリュー羽根２
０の逆転によって落下が阻止される。また、急結剤タン
ク１１に急結剤を装填しておく。

【００２８】さく岩機や発破等で地山をほぐして土砂を
坑外に搬出するといった一連の掘削工程を経て所定深度
まで掘り下げられると、クレーン車Ｂで立坑内壁ライニ
ング装置１を立坑Ａ内に吊り込み、立坑Ａの中心線に沿
って降ろしてライニング開始位置に位置決めする。

【００２９】そして、坑外の図示しない駆動制御装置に
よる遠隔操作でフィーダ駆動用モータ１０を所定回転数
で正転させると、材料タンク２の内部のコンクリート
は、スクリューロータ４の攪拌ロッド２１で攪拌されつ
つ、スクリュー羽根２０の回転数に比例した速度で材料
タンク２の漏斗状部分から流下筒３内に連続的に定量ず
つ順次押し込まれていく。

【００３０】流下筒３の内部に押し込まれたコンクリー
トは、スクリュー羽根２０の下端付近でノズル５から適
量の急結剤が連続的に噴射注入された後、流下筒３を降
下しながら傾斜パドル６によってせん断混合されて、回
転作動しているインペラ７の中心部に投入される。この
ようにしてコンクリートを粗混合することで、急結剤が
比較的大径の粒状になってコンクリート中に適度に分散
混入された状態となる。この状態では、急結剤とコンク
リートとの接触面積が小さく、硬化反応が発生する部分
が限定されているため、コンクリートは全体として硬化
が促進されずにインペラ７にスムーズに送られる。こう
して、装置内への土留め材料の固結等による閉塞トラブ
ルが回避される。

【００３１】インペラ７の中心部に投入されたコンクリ
ートは、このインペラ７の中心部の分散部体１９で、軸
線に直交する向きに方向変換されて四方に分散された
後、遠心力で羽根部３０の間を通って略接線方向に放出
される。

【００３２】放出されたコンクリートは、小塊となって
広い範囲に飛散し、略円形断面をなす立坑Ａの掘削壁面
の全周に渡って一様に衝突付着して薄膜状に広がり、こ
れが次々に堆積してコンクリートライニング層が形成さ
れる。このとき、コンクリートは衝突の衝撃で激しく動
揺して対流混合される上に、壁面上でコンクリートの小
塊が薄層状に押し広がるのに伴って内部の粒状の急結剤
も薄層化してコンクリート中に素早く拡散する。こうし
て、立坑Ａの内壁面上で硬化反応が一気に進行してコン
クリートが急速に硬化し、立坑Ａの内壁の周面全体に強
固で均一な厚さを有するライニング層が形成される。

【００３３】このようにしてコンクリートを遠心投射す
ると同時に、立坑内壁ライニング装置１は、並進型アク
チュエータＣの伸縮作動で立坑Ａの軸線方向に所定速度
で繰り返し昇降されている。このため、コンクリートラ
イニング層は深さ方向においても均一な厚さに形成され
る。このとき、並進型アクチュエータＣの伸縮動作の反
復回数、インペラ駆動用モータ２３の回転数及び回転方
向、並びにフィーダ駆動用モータ１０の回転数を適宜制
御することによって所望の厚さの均一なライニング層を
施工することができる。

【００３４】ライニング作業が終了して流下筒３の内部
の洗浄を行うには、三方弁１５を操作して水タンク８の
洗浄水をポンプ１２に供給し、ここで加圧された洗浄水
を、導管１６を経てノズル５から流下筒３内に噴出し、
流下筒３の内面やスクリュー羽根２０に付着しているコ
ンクリートや急結剤を洗い流す。また、ポンプ１２によ
る急結剤や洗浄水の供給を停止した上でコンプレッサ１
３を作動させて圧搾空気のみを送ることで、導管１６や
ノズル５の内面の付着物を払拭除去することができる。

【００３５】なお、本実施形態においては、ノズル５を
流下筒３の同一円周上に複数配設するようにしたが、高
さ方向に複数段配設するようにしても良い。また、ノズ
ル５の配設位置は、スクリュー羽根２０の下端に近い領
域としたが、本発明はこれに限定されるものではない。
これより上方や、或いは下方の傾斜パドルに対応する位
置に設けるようにしても良い。さらに、流下筒３の中心
方向から変位した位置に噴射孔を臨ませて配置するよう
にしても良い。また、本実施形態においては、液状の急
結剤を用いたが、本発明はこれに限定されるものではな
く、紛状等固形の急結剤であっても同様に適用可能であ
る。

【００３６】

【発明の効果】このように本発明によれば、装置内で土
留め材料と急結剤とを十分混合しなくとも、遠心投射さ
れた立坑の壁面上で急結剤が土留め材料中に素早く拡散
して土留め材料を急速に硬化させ、強固で均一なライニ
ング層を形成することができ、土留め材料の硬化に起因
する閉塞トラブルを回避し得る。

【００３７】特に、土留め材料に急結剤を混入するにあ
たり、急結剤に圧搾空気を混入してノズルまで搬送する
ようにすると、全体として導管やノズル内の流量が増大
することから、導管やノズルの口径を大きく採ることが
可能となり、閉塞し難いものとすることができる。ま
た、液状の急結剤を気液混合状態で搬送することによる
払拭作用で、結晶化による導管内面への固結が抑制され
るといった効果も期待できる。さらに、作業終了後に急
結剤の供給を停止した上で圧搾空気のみを送って導管や
ノズル内面の付着物を除去することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基づき構成された立坑内壁ライニング
装置を示す縦断面図。

【図２】図１に示す立坑内壁ライニング装置による施工
状況を示す概略図。

【図３】急結剤を供給する機構を示す概念図。

【符号の説明】

１ 立坑内壁ライニング装置 ２ 材料タンク ２ａ 胴部 ２ｂ 天板 ３ 流下筒 ４ スクリューロータ ４ａ 軸部 ５ ノズル ６ 傾斜パドル ７ インペラ ８ 水タンク ９ 投入口 １０ フィーダ駆動用モータ １１ 急結剤タンク １２ ポンプ １３ コンプレッサ １４ シャフト １５ 三方弁 １６ 導管 １７ 連結具 １８ 吊り索 １９ 分散部体 ２０ スクリュー羽根 ２１ 撹拌ロッド ２２ 架台 ２３ インペラ駆動用モータ ２４ 駆動プーリ ２５ Ｖベルト ２６ 筒軸 ２７ カバー ２８ 上板部 ２９ 下板部 ３０ 羽根部 Ａ 立坑 Ｂ クレーン車 Ｃ 並進型アクチュエータ Ｄ 設置架台

フロントページの続き (72)発明者 宇賀田 康男 神奈川県横浜市鶴見区江ヶ崎町４番１号 東京電力株式会社電力技術研究所内 (72)発明者 中井 栄 千葉県流山市駒木518番地１号 三井建 設株式会社技術研究所内 (72)発明者 魚住 雅孝 千葉県流山市駒木518番地１号 三井建 設株式会社技術研究所内 (72)発明者 伊藤 達男 千葉県流山市駒木518番地１号 三井建 設株式会社技術研究所内 (56)参考文献 特開 平７−158380（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−246475（ＪＰ，Ａ) 実開 平５−7796（ＪＰ，Ｕ) 実公 平７−8635（ＪＰ，Ｙ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) E21D 5/00 E21D 5/12

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 略円形断面をなす立坑の掘削内壁にセ
   メント系の土留め材料をライニングする立坑内壁ライニ
   ング方法であって、 連続的に供給される流動状態にある土留め材料に向けて
   急結剤を連続的に噴射した後、これを粗混合して土留め
   材料中に急結剤が分散混入された状態とし、次いでこれ
   を立坑の掘削壁面に向けて遠心投射して、その壁面上で
   土留め材料中に急結剤を拡散させて土留め材料を硬化さ
   せることを特徴とする立坑内壁ライニング方法。
2. 【請求項２】 土留め材料に向けて噴射するべく急結
   剤に圧搾空気を混入して噴射ノズルへ搬送することを特
   徴とする請求項１に記載の立坑内壁ライニング方法。
3. 【請求項３】 略円形断面をなす立坑の掘削内壁にセ
   メント系の土留め材料をライニングする立坑内壁ライニ
   ング装置であって、 立坑内に昇降可能に吊持され、流動状態にある土留め材
   料を収容する材料タンクと、該材料タンクの下部に設け
   られた流下筒に内設され、該流下筒内に前記材料タンク
   内の土留め材料を連続的に導入する材料供給手段と、前
   記材料供給手段によって前記流下筒内に導入された土留
   め材料に急結剤を連続的に噴射する噴射ノズルと、前記
   流下筒に内設され、急結剤を伴って前記流下筒内を降下
   する土留め材料を粗混合する材料混合手段と、前記流下
   筒の下側に設けられ、該流下筒から降下して中心部に導
   入された土留め材料を立坑の掘削壁面に向けて遠心投射
   するインペラと、急結剤に圧搾空気を混入するコンプレ
   ッサとを有することを特徴とする立坑内壁ライニング装
   置。
4. 【請求項４】 前記材料供給手段は、真直な円筒状を
   なす前記流下筒に内設されたスクリューロータであり、
   前記材料混合手段は、前記スクリューロータの軸部から
   径方向に突出したパドルであり、該パドルの上方におけ
   る前記スクリューロータのスクリュー羽根の下端近傍に
   噴射孔を臨ませて前記噴射ノズルを配設したことを特徴
   とする請求項３に記載の立坑内壁ライニング装置。