JP3449224B2 - 気泡削孔工法に用いる気泡液混合装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、気泡削孔工法に
用いる気泡液の混合装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】山岳トンネルの構築現場では、例えば、
ロックボルトを地山に埋設するための削孔が行われる。
この削孔は、通常、削孔ロッドの先端に削孔ビットを装
着し、回転とパーカッション運動を削孔ビットに伝達し
て、地山を削孔する。

【０００３】このような削孔方法において、削孔によっ
て発生したくり粉は、削孔水や圧縮空気により排出して
いたが、このような削孔工法では、削孔水を用いるとく
り粉が泥濘化し、また、圧縮空気を用いると粉塵の発生
が多くなり、いずれにしても作業環境が悪化する。

【０００４】そこで、例えば、特公平６−６０５５３号
公報には、発泡させた気泡とくり粉とを混合させて排出
する削孔工法が提案されている。この公報に開示されて
いる削孔公報によれば、作業環境の悪化などが解決され
るが、以下に説明する技術的な課題もあった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】すなわち、上記公報に
開示されている削孔工法では、削孔ロッドに圧縮空気中
に気泡を混入して圧送し、削孔ビットからこれを噴出さ
せる。ところが、このような方法では、気泡の送給エネ
ルギー消耗が非常に大きいので、高圧の圧縮空気が必要
になるという問題があった。

【０００６】このような問題を解決する手段として、例
えば、起泡液と水とを混合した混合液を、液状のままで
圧送し、削孔ビットの近傍において、抵抗体などにより
発泡させて、気泡を生成することが考えられる。

【０００７】しかし、単に、起泡液と水とを混合させる
と、この混合時に発泡して、気泡が発生したり、空気を
抱き込むことにより気泡が発生することもあって、気泡
が発生すると、前述した問題を解決することができな
い。

【０００８】本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたものであって、その目的とするところは、起泡液と
希釈水とを混合する際に、気泡の発生を可及的に抑制す
ることができる気泡削孔工法に用いる気泡液混合装置を
提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、起泡液と希釈水とを混合した気泡液を、
圧縮空気とともに気液二相状態で削孔ロッド内に送り込
み、前記削孔ロッドの先端に設けられた削孔ビットの近
傍で前記気泡液を発泡させて気泡を生成し、この気泡と
前記削孔ビットで切削されたくり粉とを混合させて排出
する気泡削孔工法に用いる気泡液混合装置であって、前
記気泡液を収容するタンク内に挿入設置され、前記起泡
液と前記希釈水とを混合する混合器と、前記タンク内に
収容された前記気泡液中に埋没設置され、前記混合器か
ら送出された気泡液を対流により攪拌するベンチュリー
式攪拌器とを有し、前記攪拌器は、下端側に向けて内径
が漸減するベンチュリーを備え、前記気泡液の吐出口が
前記タンクの底面に近接配置されている。このように構
成した気泡削孔工法に用いる気泡液混合装置によれば、
起泡液と希釈水とを混合する混合器と、タンク内に収容
された気泡液中に埋没設置され、混合器から送出された
気泡液を対流により攪拌するベンチュリー式攪拌器とを
設けているので、混合に伴って起泡液が発泡することが
殆どなくなる。前記攪拌器は、下端側に向けて内径が漸
減するベンチュリーを備え、前記気泡液の吐出口が前記
タンクの底面に近接配置されているので、気泡液の底面
衝突により、攪拌および対流を促進することができる。
本発明の気泡液混合装置は、圧縮空気，削孔水が個別に
供給される削孔モード選択バルブに接続され、この削孔
モード選択バルブの操作により、前記削孔ロッドに削孔
水，圧縮空気，削孔水および圧縮空気のいずれか１つを
選択して供給する削孔システムに接続され、前記圧縮空
気が選択された時に、起泡液と希釈水とを混合した気泡
液を供給することができる。この構成によれば、削孔す
る地山の種類に応じて、複数の削孔手段を選択すること
ができ、施工の自由度が広がる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
について、添付図面に基づいて詳細に説明する。図１お
よび図２は、本発明にかかる気泡削孔工法に用いる気泡
液混合装置の一実施例を示している。

【００１１】図１は、本発明にかかる気泡液混合装置を
用いた気泡削孔工法の全体図であって、この図に示され
たシステムでは、削孔ドリフター１０のスイベル１２
に、．削孔水Ａ，．圧縮空気Ｂ，．削孔水Ａ＋圧
縮空気Ｂ，．圧縮空気Ｂ＋起泡液Ｃと希釈水Ｄとを混
合した気泡液Ｅのいずれか１つを選択して供給すること
ができる。

【００１２】削孔ドリフター１０には、削孔ロッド１６
が装着され、この削孔ロッド１６の先端には、削孔ビッ
ト１８が装着されている。削孔ビット１８には、削孔ド
リフター１０から回転とパーカッション運動とが伝達さ
れる。

【００１３】この削孔ビット１８による地山の削孔の際
に、削孔ビット１８に、前述した〜のいずれかを供
給するためのスイベル１２は、削孔ロッド１６と削孔ド
リフター１０との間に設置されている。

【００１４】．削孔水Ａの供給経路は、開閉バルブ２
１，ストレーナ２２，ウオーターポンプ２３を経てオイ
ルクーラ２４，エアークーラー２５を通り、削孔モード
選択バルブ１４に接続されている。

【００１５】ここで、削孔モード選択バルブ１４の選択
が．削孔水Ａとなっていると、削孔水Ａは、特殊コネ
クタ２６を経て、圧力弁２７に入り、流量検知器２８を
介してスイベル１２に供給され、削孔ビット１８から地
山側に向けて噴射される。

【００１６】噴射した削孔水Ａは、削孔によって発生す
るくり粉を洗い流し、削孔内から外部に排出される。こ
のような．削孔水Ａの供給経路では、削孔水Ａの圧力
が低い場合には、ウオータポンプ２３によりその圧力を
調整することができる。

【００１７】オイルクーラー２４は、システム全体に使
用しているオイルの加熱を防ぐ為の冷却を行う。エアー
クーラー２５は、スイベル１２の潤滑やダストパージを
行うためのエアーの冷却を行う。

【００１８】特殊コネクタ２６は、後述する気泡液Ｅの
供給ホースを接続するためのものであり、圧力弁２７
は、ドリフター１０が回転しているときのみ開くバルブ
である。

【００１９】流量検知器２８は、圧力弁２７が開弁して
いる状態で管内の流れを検知し、流れが一定量よりも少
なくなると、トラブル発生と判断して、システムを停止
させる。

【００２０】．圧縮空気Ｂの供給経路は、開閉バルブ
２９を介して、削孔モード選択バルブ１４に接続されて
いる。

【００２１】削孔モード選択バルブ１４の選択が．圧
縮空気Ｂとなっていると、圧縮空気Ｂは、特殊コネクタ
２６を通過した後に圧力弁２７に入り、流量検知器２８
を介してスイベル１２に供給され、削孔ビット１８から
地山側に向けて噴射される。

【００２２】噴射された圧縮空気Ｂは、残留圧力により
膨張し、高速で削孔孔の入口に向かって流れ、くり粉を
巻き込んで排出する。この方式では、水で削孔すると孔
荒れを起こすような地盤であっても問題無く削孔できる
が、粉塵の発生が多いのでその処理が必要になる。

【００２３】．削孔水Ａ＋圧縮空気Ｂの供給経路は、
前述したこれらの各経路に設けられた開閉バルブ２１，
２９を開弁して、合流させる。この方式では、圧縮空気
Ｂに霧状の削孔水Ａを加えて、粉塵の発生を防ぐ。

【００２４】このため、削孔モード選択バルブ１４の後
流側に設置された絞り弁３０を適量開き、削孔水Ａを圧
縮空気Ｂ中に、水滴状態で混入し、削孔ビット１８の先
端から噴射させる。

【００２５】このようにして、圧縮空気Ｂに霧状の削孔
水Ａを加えて噴射すると、くり粉を排出する際に、水滴
とくり粉との接触により、粉塵となる微少なくり粉同士
を結合させて、その重量を増加させることで沈降させ
て、空中への飛散を防ぐ。

【００２６】なお、図１に符号３１で示した部材は、コ
ンプレッサであり、また、符号３２で示した部材は、ス
イベル１２の回転駆動時に、シール部を潤滑するための
グリスを適量給油するためのポンプである。

【００２７】また、図１には、削孔ドリフタ１０を駆動
するための油圧系統図は、省略している。

【００２８】．圧縮空気Ｂ＋起泡液Ｃと希釈水Ｄとを
混合した気泡液Ｅの供給経路は、削孔モード選択バルブ
１４に、特殊コネクタ２６を介して接続された気泡液混
合装置４０を備えている。

【００２９】この気泡液混合装置４０の詳細を図２に示
している。同図に示した気泡液混合装置４０は、起泡液
タンク４０ａと、気泡液タンク４０ｂと、薬液ポンプ４
０ｃと、主ポンプ４０ｄと、タイマー４０ｅと、混合器
４０ｆと、攪拌器４０ｇとを備えている。

【００３０】起泡液タンク４０ａ内には、起泡液Ｃが収
容され、吐出量調整が可能な薬液ポンプ４０ｃの吸引口
が内部に挿入設置されている。薬液ポンプ４０ｃの吐出
口側は、逆止弁４０ｈと手動弁４０ｉとを介して混合器
４０ｆの一端側に接続されている。

【００３１】混合器４０ｆの他端側には、手動開閉弁４
０ｊと電磁開閉弁４０ｋとを介して希釈水Ｄが供給され
る。主ポンプ４０ｄの吸引側は、気泡液タンク４０ｂの
下部側と連通接続され、吐出側は、逆止弁４０ｌと手動
弁４０ｍとを介して、特殊コネクタ２６に接続されてい
る。

【００３２】また、主ポンプ４０ｄの吐出側には、気泡
液タンク４０ｂ内に連通したリターン通路が設けられて
いて、この通路には、圧力計４０ｎとリリーフ弁４０ｏ
とが設置されている。

【００３３】タイマー４０ｅには、気泡液タンク４０ｂ
内に設置されたレベルセンサ４０ｐが接続されていて、
タイマー４０ｅは、このセンサ４０ｐの検出信号に基づ
いて電磁開閉弁４０ｋをコントロールする。

【００３４】攪拌器４０ｇは、下端側に向けて内径が漸
減するベンチュリーであって、タンク４０ｂ内に収容さ
れた気泡液Ｅ中に埋没するように設置されていて、この
攪拌器４０ｇの中央に混合器４０ｆの吐出口部分が設置
されている。また、この攪拌器４０ｇの吐出口は、気泡
液タンク４０ｂの底面近傍に設置されている。

【００３５】このように構成された気泡液混合装置４０
では、薬液ポンプ４０ｃを駆動して、起泡液Ｃを混合器
４０ｆに送り込みながら、希釈水Ｄを混合器４０ｆに送
り込むと、混合器４０ｆ内で合流，混合された起泡液Ｃ
と希釈水Ｄとは、ベンチュリー式の攪拌器４０ｇに吐出
されて、攪拌器４０ｇの縮径部で加速されながら、下方
に向けて流下し、気泡液タンク４０ｂの底面に衝突した
後に上方に反転する。

【００３６】攪拌器４０ｆでは、縮径部で流速が増すの
で、上方からタンク４０ｂ内の流体を順次引き込み、こ
のような挙動により、気泡液タンク４０ｂ内には、下方
から上方に向かう対流が発生し、この対流により起泡液
Ｃと希釈水Ｄとを混合攪拌した気泡液Ｅが生成される。

【００３７】このとき、気泡液タンク４０ｂ内の液面レ
ベルは、タイマー４０ｅにより以下のようにして制御さ
れる。液面がレベルセンサ４０ｐのロウレベル（ＬＬ）
になると、タイマー４０ｅにより電磁開閉弁４０ｋが開
弁し、希釈水Ｄが混合器４０ｆに供給される。これと同
時に薬液ポンプ４０ｃを駆動して、起泡液Ｃを混合器４
０ｆに送り込む。

【００３８】タンク４０ｂ内の液面がハイレベル（Ｈ
Ｌ）になると、タイマー４０ｅにより電磁開閉弁４０ｋ
を閉弁して希釈水Ｄの供給を停止する。この時薬液ポン
プ４０ｃは、希釈水Ｄの供給量に対して、起泡液Ｃの混
合量が適正になるように制御される。

【００３９】このため、タイマー４０ｅで制御する液面
レベルＬＬ〜ＨＬ間の容量に対して、薬液ポンプ４０ｃ
の吐出時間を制御して、一定量を供給する。この吐出時
間を制御するのがタイマー４０ｅである。

【００４０】気泡液タンク４０ｂ内の液面レベルがＬＬ
に達すると、希釈水氏Ｄと起泡液Ｃの供給は同時に行わ
れるが、タンク４０ｂ内の液面がＨＬに達する前に、薬
液ポンプ４０ｃを停止して、起泡液Ｃの供給を停止す
る。

【００４１】薬液ポンプ４０ｃは、可変容量式のポンプ
であって、ポンプの回転数を変えることで吐出量を設定
することができる。例えば、通常のトンネルの給水管か
ら希釈水Ｄを給水すると、１２０秒から１５０秒程度で
ある。

【００４２】これに対して、約液ポンプ４０ｃの吐出量
は、薬液混合比が０．３％であれば８０Ｌ×０．００３
＝２４０ｃｃである。従って、薬液ポンプ４０ｃの吐出
時間を９０秒に設定すれば、吐出量は、２４０／１．５
＝１６０ｃｃ／ｍｉｎに設定すればよい。

【００４３】希釈水Ｄの供給時間に対して、起泡液Ｃの
供給時間がおよそ３０秒以上短いため、タンク４０ｂ内
の攪拌混合が心配されるが、起泡液Ｃそのものが界面活
性効果を持っていて、しかもベンチュリー式の攪拌器４
０ｇにより対流攪拌するので十分に対応することができ
る。

【００４４】攪拌器４０ｇの取付け位置は、上部がレベ
ルセンサ４０ｐのＬＬとＨＬの中間付近にあって、下端
は、ＬＬより１０ｃｍ以上下方になるように配置するこ
とが望ましい。

【００４５】これは、気泡液Ｅの混合攪拌するときに、
タンク４０ｂ内の液面が波立ち空気を巻き込んで、タン
ク４０ｂ内で発泡することを確実に防ぐためである。

【００４６】なお、希釈水Ｄは、実質的に削孔水Ａと同
じなので、本実施例では、開閉バルブ２１を開弁して、
混合装置４０に供給するが、別の系統で供給してもよ
い。

【００４７】以上のようにして生成された気泡液Ｅは、
主ポンプ４０ｄによって、逆止弁４０ｌ，手動弁４０ｍ
を介して、特殊コネクタ２６に送出される。

【００４８】このとき、削孔モード選択バルブ１４にお
いて、圧縮空気Ｂが選択されていれば、特殊コネクタ２
６内に送り込まれた圧縮空気Ｂと気泡液Ｅとがスイベル
１２を介して、削孔ビット１８に供給される。

【００４９】この場合、特殊コネクタ２６を会して合流
された圧縮空気Ｂと気泡液Ｅとは、管内において、圧縮
空気Ｂの粘性が気泡液Ｅよりも小さいので、管の中央部
分を流れ、気泡液Ｅは、圧縮空気Ｂよりも粘性が大きい
ので、管内壁に沿って流れ、圧縮空気Ｂと気泡液Ｅと
は、気液二相状態で管内を流下する。

【００５０】このようにして気泡液Ｅを管内に送り込む
と、気泡による送給エネルギーの消耗がなく、非常に送
り易くなる。

【００５１】そして、気泡液Ｅは、削孔ビット１８の近
傍で発泡させられ、気泡を生成するが、この気泡の生成
手段は、通路に急縮部や急拡部を設けること、衝突部を
設けること、くり粉のように複雑な形状に衝突させるこ
となどにより行う。

【００５２】主ポンプ４０ｄの吐出量は、付設されてい
る吐出量設定器により設定され、ドリフター１０側で急
に使用量を停止した場合などには、リリーフ弁４０ｏに
より戻す。

【００５３】このときのリリーフ弁４０ｏの戻し口は、
ＬＬレベルより１０ｃｍ程度下方に取付ける。これは、
気泡液Ｅを作成する際に液面が波立ち空気を巻き込んで
発泡を防ぐためである。

【００５４】さて、以上のように構成した気泡液混合装
置４０によれば、起泡液Ｃと希釈水Ｄとを混合する混合
器４０ｆと、この混合器４０ｆから送出された気泡液Ｅ
を対流により攪拌するベンチュリー式攪拌器４０ｇとを
設けているので、混合に伴って起泡液が発泡することが
殆どなくなる。

【００５５】また、本実施例の場合には、攪拌器４０ｇ
は、気泡液Ｅの吐出口をタンク４０ｂの底面に近接配置
しているので、気泡液Ｅの底面衝突により、攪拌および
対流を促進することができる。

【００５６】さらに、本実施例の場合には、気泡液混合
装置４０は、圧縮空気Ｂ，削孔水Ａが個別に供給される
削孔モード選択バルブ１４に接続され、この削孔モード
選択バルブ１４の操作により、削孔ロッド１６に削孔水
Ａ，圧縮空気Ｂ，削孔水Ａおよび圧縮空気Ｂのいずれか
１つを選択して供給する削孔システムに接続されてい
る。

【００５７】そして、圧縮空気Ｂが選択された時に、混
合装置４０を作動させて、起泡液Ｃと希釈水Ｄとを混合
した気泡液Ｅを供給すると、圧縮空気Ｂおよび気泡液Ｅ
の供給も可能になっている。

【００５８】従って、本実施例の場合には、削孔する地
山の種類に応じて、４種類の削孔手段を選択することが
でき、施工の自由度が広がる。

【００５９】

【発明の効果】以上、実施例で詳細に説明したように、
本発明にかかる気泡削孔工法に用いる起泡液混合装置に
よれば、起泡液と希釈水とを混合する際に、気泡の発生
を可及的に抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる気泡液混合装置を用いた気泡削
孔工法の全体説明図である。

【図２】本発明にかかる気泡液混合装置の説明図であ
る。

【符号の説明】

１０ 削孔ドリフター １２ スイベル １４ 削孔モード選択バルブ １６ 削孔ロッド １８ 削孔ビット ４０ 気泡液混合装置 ４０ａ 起泡液タンク ４０ｂ 気泡液タンク ４０ｃ 薬液ポンプ ４０ｄ 主ポンプ ４０ｅ タイマー ４０ｆ 混合器 ４０ｇ 攪拌器 Ａ 削孔水 Ｂ 圧縮空気 Ｃ 起泡液 Ｄ 希釈水 Ｅ 気泡液

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 起泡液と希釈水とを混合した気泡液を、
   圧縮空気とともに気液二相状態で削孔ロッド内に送り込
   み、前記削孔ロッドの先端に設けられた削孔ビットの近
   傍で前記気泡液を発泡させて気泡を生成し、この気泡と
   前記削孔ビットで切削されたくり粉とを混合させて排出
   する気泡削孔工法に用いる気泡液混合装置であって、 前記気泡液を収容するタンク内に挿入設置され、前記起
   泡液と前記希釈水とを混合する混合器と、 前記タンク内に収容された前記気泡液中に埋没設置さ
   れ、前記混合器から送出された気泡液を対流により攪拌
   するベンチュリー式攪拌器とを有し、前記攪拌器は、下端側に向けて内径が漸減するベンチュ
   リーを備え、前記気泡液の吐出口が前記タンクの底面に
   近接配置されている ことを特徴とする気泡削孔工法に用
   いる気泡液混合装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の気泡液混合装置は、圧縮
   空気，削孔水が個別に供給される削孔モード選択バルブ
   に接続され、この削孔モード選択バルブの操作により、
   前記削孔ロッドに削孔水，圧縮空気，削孔水および圧縮
   空気のいずれか１つを選択して供給する削孔システムに
   接続され、前記圧縮空気が選択された時に、起泡液と希
   釈水とを混合した気泡液を供給することを特徴とする気
   泡削孔工法に用いる気泡液混合装置。