JP3449613B2 - 地盤注入工法とその装置 - Google Patents

地盤注入工法とその装置

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JP3449613B2
JP3449613B2 JP2000182042A JP2000182042A JP3449613B2 JP 3449613 B2 JP3449613 B2 JP 3449613B2 JP 2000182042 A JP2000182042 A JP 2000182042A JP 2000182042 A JP2000182042 A JP 2000182042A JP 3449613 B2 JP3449613 B2 JP 3449613B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、地盤改良のための
注入工法及びその装置に関する。
【0002】
【従来の技術】この種の工法および装置は、主に昭和4
0年代の後半から昭和50年代において多くの改良が加
えられてきた。現在も使用されている代表例はロッド注
入工法、ストレーナ注入工法、および二重管ダブルパッ
カー注入工法である。
【0003】このうち二重管ダブルパッカー注入工法
は、確実な浸透注入を行うことができる点で優れてい
る。
【0004】二重管ダブルパッカー注入においては、予
め対象地盤を所定深度まで掘削して挿入孔を形成し、そ
の挿入孔内に二重管ダブルパッカー注入用注入管(外管
と内管を備える)を挿入する。
【0005】しかし、挿入孔と注入管との間には、クリ
アランスが生じ、薬液を注入したとき、その薬液が地上
に流出してしまうので、予め、そのクリアランスにセメ
ントベントナイト充填材を填充しておき、薬液の圧送圧
によりそのセメントベントナイト充填材を割裂させなが
ら、地盤内に薬液を注入する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】したがって、セメント
ベントナイト充填材を割裂した薬液は、挿入孔壁面に対
応した地盤と接したきわめて狭い面積の部位のみを通し
て浸透注入する。ここで、セメントベントナイト充填材
は、薬液の軸方向の移動を規制し、注入口近傍の前後方
向のある範囲のみに薬液を浸透注入させる機能がある。
【0007】このために、逆に、注入速度を増大させる
と、地盤が薬液も受け入れる浸透許容速度を上回り、地
盤内において割裂が生じ、挿入孔の軸心を中心とした同
心円筒状の改良体を造成できず、地盤の緩み部分に多く
注入される。その結果、一般的に改良体の形状は横断面
楕円状となり、均一球状の改良体とはならない。ちなみ
に、浸透許容速度は砂質地盤では一般的に約10リット
ル/分である。
【0008】本発明の主たる課題は、浸透注入による横
断面同心円状の改良体を造成すること、注入速度を増大
させることができ、注入の各ステージにおいて、直径で
約5m程度の球状の大形改良体を造成するも可能とする
ことにある。この改良体を軸方向に連結または連続させ
るようにすると、直径約5m程度の円筒状の改良体を造
成できる。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決した本発
明は以下のとおりである。 <請求項1記載の発明> 周囲に他の部分より大径の注入部を長手方向に複数有
し、これらの注入部相互の間に填充口を有し、さらに各
注入部に注入口を有する注入外管と、吐出口の前後にお
いて前記注入外管の内面との間を液密に封止し、注入外
管内を軸方向に移動可能な注入内管とを用意し、対象地
盤を所定深度まで掘削して挿入孔を形成するとともに、
この挿入孔内に前記注入外管を相対的に挿入し、前記注
入口を前記挿入孔壁に密着または接近状態で直接臨ませ
るとともに、前記注入内管を前記注入外管内に挿入し、
対象とする注入部の少なくとも前後前記填充口に前記注
入内管の吐出口を臨ませ、対象とする注入部の前後を注
入材の逸走防止用充填材により填充した後、;前記注入
内管の吐出口を対象とする注入部に位置させ、前記吐出
口からの注入材を前記注入口を通して地盤に注入する注
入工程を、各注入部ごと行うことを特徴とする地盤注入
工法。
【0010】<請求項2記載の発明> ;周囲に他の部分より大径の注入部を有し、かつこの注
入部に注入口と;壁面に形成された填充口とを有する注
入外管と、吐出口の前後において前記注入外管の内面と
の間を液密に封止し、注入外管内を軸方向に移動可能な
注入内管とを備え、前記注入部は、注入外管本体に形成
された流出口を包囲して筒状の変形可能なスリーブが長
手方向に複数被覆され、前記スリーブ境界が注入口とさ
れ、前記スリーブ相互の境界部の外面は斜面をもって半
径方向外方に迫り出し、境界部相互が山形に外方に膨出
しており、また前記填充口は、対象地盤を掘削して形成
された挿入孔の壁面と注入外管との間を充填する、逸走
防止用充填材を注出させるための口である、ことを特徴
とする地盤注入装置。
【0011】(作用効果) 注入内管の吐出口から吐出された注入材は、注入外管の
流出口からスリーブを変形させつつ、スリーブ境界を注
入口として周辺地盤に注入できる。このとき、スリーブ
相互の境界部の外面は斜面をもって半径方向外方に迫り
出し、境界部相互が山形に外方に膨出しているから、最
終的に注入口は地盤の挿入孔壁に密着または接近状態で
直接臨ませることができ、前掲の注入方法を確実に実施
できる。
【0012】<請求項3記載の発明> 前記注入部は注入管の長手方向に複数有し、かつ注入口
が各注入部に長手方向に複数有し、さらに前記注入部の
前後に前記填充口が形成された、請求項2記載の地盤注
入装置。
【0013】<請求項4記載の発明> 周囲に他の部分より大径の注入部を長手方向に複数有
し、かつ各注入部に注入口を有する注入外管と、吐出口
の前後において前記注入外管の内面との間を液密に封止
し、注入外管内を軸方向に移動可能な注入内管とを備
え、前記注入部は、常態で膨出状態を示す筒状スリーブ
に少なくとも長手方向に間隔を置いて注入口が複数形成
されたものであることを特徴とする地盤注入装置。
【0014】(作用効果) 常態で膨出状態を示す筒状スリーブに形成された注入口
は地盤の挿入孔壁に密着または接近状態で直接臨ませる
ことができ、前掲の注入方法を確実に実施できる。
【0015】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を説明
するに先立って、理解を深めるために、実施の形態に含
まれる実施態様の一部を予め概説しておく。 『実施の態様の概説』 <実施の態様1> 実施の態様1は、対象地盤を所定深度まで掘削して挿入
孔を形成するとともに、周囲に他の部分より大径の注入
部を有し、かつこの注入部に注入口を有する注入管を、
前記挿入孔内に相対的に挿入し、前記注入部の少なくと
も前後を注入材の逸走防止用充填材により填充してお
き、前記注入口を前記挿入孔壁に密着または接近状態で
直接臨ませ、前記注入口から注入材を地盤に注入するこ
とを特徴とする地盤注入工法である。
【0016】(作用効果) この実施の態様1では、注入部の少なくとも前後を注入
材の逸走防止用充填材により填充しておくので、注入材
の軸方向の移動(地上側や地盤内の亀裂部分を通しての
逸走など)を規制し、注入口近傍の前後方向のある範囲
のみに薬液を浸透注入させることができる。しかも、他
の部分より大径の注入部に形成した注入口を挿入孔壁に
密着または接近状態で直接臨ませるので、送液した注入
材の注入圧力が、従来のようにセメントベントナイト充
填材の割裂に消費されずに、直接的に作用するので、注
入材の流れが円滑となり、大きい浸透半径をもった改良
体を造成できる。
【0017】<実施の態様2> 実施の態様2は、前記注入部は注入管の長手方向に複数
有し、かつ注入口が各注入部に長手方向に複数有する実
施の態様1の地盤注入工法である。
【0018】(作用効果) この実施の態様2では、注入部が注入管の長手方向に複
数有することで、地盤の深さ方向の複数個所でそれぞれ
改良を図ることができ、注入口が各注入部に長手方向に
複数有することで、注入部当たり1箇所の場合に比較し
て、単位時間当たりの注入量(注入速度)を増大させな
がら、なおかつ浸透の注入形態を図ることができる。
【0019】<実施の態様3> 実施の態様3は、周囲に他の部分より大径の注入部を長
手方向に複数有し、かつ各注入部に注入口を有する注入
外管と、吐出口の前後において前記注入外管の内面との
間を液密に封止し、注入外管内を軸方向に移動可能な注
入内管とを用意し、対象地盤を所定深度まで掘削して挿
入孔を形成するとともに、この挿入孔内に前記注入外管
を相対的に挿入し、対象とする注入部の少なくとも前後
を注入材の逸走防止用充填材により填充しておき、前記
注入口を前記挿入孔壁に密着または接近状態で直接臨ま
せるとともに、前記注入内管を前記注入外管内に挿入
し;前記注入内管の吐出口を対象とする注入部に位置さ
せ、前記吐出口からの注入材を前記注入口を通して地盤
に注入する注入工程を、各注入部ごと行うことを特徴と
する地盤注入工法である。
【0020】(作用効果) この実施の態様3では、注入管として、注入部を長手方
向に複数有する注入外管と、前後において前記注入外管
の内面との間を液密に封止注入内管とを用意することに
より、深度方向の位置及び施工順序を適宜に選択でき
る。しかも、必要な注入部位に対して後に追加的な注入
も可能である。
【0021】<実施の態様4> 実施の態様4は、逸走防止用充填材の填充は、複数の注
入部を内包する長さ範囲にわたって行い、その後に各注
入部において注入材の注入を行う請求項3記載の地盤注
入工法である。
【0022】(作用効果) この実施の態様4では、逸走防止用充填材の填充は、そ
の都度、対象の注入部前後のみを対象にするのではな
く、複数の注入部を内包する長さ範囲にわたって行うこ
とで、施工速度を高めることができる。
【0023】<実施の態様5> 実施の態様5は、対象地盤を所定深度まで掘削して挿入
孔を形成するとともに、この挿入孔を逸走防止用充填材
により填充しておき、周囲に他の部分より大径の注入部
を有し、かつこの注入部に注入口を有する注入管を、前
記逸走防止用充填材により填充された挿入孔内に相対的
に挿入し、前記注入口を前記挿入孔壁に密着または接近
状態で直接臨ませ、前記注入口から注入材を地盤に注入
することを特徴とする地盤注入工法である。
【0024】(作用効果) この実施の態様5では、予め挿入孔の全体を逸走防止用
充填材により填充しておくことで、施工能率が高まる。
【0025】<実施の態様6> 実施の態様6は、周囲に他の部分より大径の注入部を長
手方向に複数有し、かつ各注入部に注入口を有する注入
外管と、吐出口の前後において前記注入外管の内面との
間を液密に封止し、注入外管内を軸方向に移動可能な注
入内管とを用意し、対象地盤を所定深度まで掘削して挿
入孔を形成するとともに、この挿入孔を逸走防止用充填
材により填充しておき、前記注入外管を、前記逸走防止
用充填材により填充された挿入孔内に相対的に挿入し、
前記注入口を前記挿入孔壁に密着または接近状態で直接
臨ませるとともに、前記注入内管を前記注入外管内に挿
入し;前記注入内管の吐出口を対象とする注入部に位置
させ、前記吐出口からの注入材を前記注入口を通して地
盤に注入する注入工程を、各注入部ごと行うことを特徴
とする地盤注入工法である。
【0026】(作用効果) この実施の態様6では、注入管として、前記の注入外管
と注入内管とを用意する場合において、挿入孔の全体を
予め逸走防止用充填材により填充しておくことで、施工
能率が高まる。以下、本発明を図面に示す実施の形態に
よってさらに詳説する。
【0027】『具体的な実施の形態』 <第1の注入装置例> まず、注入装置について説明すると、図1は注入外管1
0及び注入内管20を拡大図と共に示し、注入外管10
は、注入外管本体1に、これより大径の注入部2が長手
方向に複数設けられたものである。注入外管10は、単
位管を着脱自在に連結することもできる。注入部2は、
注入外管本体1に形成された流出口1a,1a…が、筒
状の変形可能な素材(たとえばゴムなど)からなり長手
方向に複数設けられたスリーブ4、4…により被覆され
ることにより構成されたものである。スリーブ4、4相
互の境界部の外面は斜面をもって半径方向外方に迫り出
し、隣接する境界部相互が山形に外方に膨出するように
形成され、スリーブ4、4境界が注入口3Aとされる。
【0028】他方、注入内管20には、単一または長手
方向に複数の吐出口21が形成され、この吐出口21の
前後において注入外管10の内面との間を液密に封止す
るパッカー部22,22が形成され、注入外管10内を
軸方向に移動可能とされている。パッカー22は、筒状
のパッカースリーブを内管本体23に被覆したもので、
これらを図示のように膨出させるために、内管本体23
には、薬剤送液路24及び作動用流体(たとえば水)の
膨出流体送液路25が独立して形成されている。
【0029】ここで、パッカー部22、22の離間長さ
は、注入部2の長手方向長さより長いものとされてい
る。
【0030】<第1の施工例> かかる注入装置を用いて施工を行うに際しては、まず、
図2に示すように、対象地盤30を所定深度まで掘削し
て挿入孔31を形成する。この場合、挿入孔31の崩落
防止のためにケーシング50を用いて削孔することが望
ましい。
【0031】そして、注入外管10を挿入孔31内に挿
入する。
【0032】その後、ケーシング50を用いて挿入孔3
1を形成した場合には、これを撤去する。これにより、
注入外管10を挿入孔31内に相対的に挿入されること
となる。注入外管10は直接またはケーシング50とと
もに建込むことができるので、この意味で注入外管10
を挿入孔31内に「相対的に挿入する」との文言を本発
明において使用するものである。
【0033】この場合、注入内管10の挿入孔31内へ
の相対的挿入にあたり、予め逸走防止用充填材(たとえ
ばセメントベントナイトなどのシールグラウト材)X
を、挿入孔31内に直接またはケーシング50内に充填
しておくことができる。そして、注入外管10を、逸走
防止用充填材Xにより填充された挿入孔31内に相対的
に挿入し、注入口3A,3A…を挿入孔31壁に密着ま
たは接近状態で直接臨ませる。
【0034】逸走防止用充填材Xのこのプレ充填形態は
対象の各注入部の前後を充填できる点で施工性に優れる
ものの、注入口3A,3A…の挿入孔31壁への密着性
が逸走防止用充填材Xの存在により阻害される場合に
は、アフター充填形態を採ることもでき、この場合に
は、図4に示すように、壁面に填充口20a,20a…
を形成した注入外管10を建て込み、この注入外管10
内に注入内管20を挿入し、これらの填充口20a,2
0a…の両端部に、パッカー部22,22を位置させた
状態で、注入内管20内の膨出流体送液路25を通して
膨出用流体(たとえば水)を圧送し、これらを膨出させ
て注入外管10の内壁面に密着させる。
【0035】パッカー部22,22の作動に際しては、
注入内管20に形成し膨出流体送液路25を通して膨出
させるほか、他の適宜の手段を用いることができる。い
ずれにしても、パッカー部22,22を作動させた後、
逸走防止用充填材Xを薬剤送液路24に送液し、吐出口
21から填充口20a,20a…を通して注出させる。
これにより、注入外管10と挿入孔31壁面との間を逸
走防止用充填材Xにより充填する。
【0036】さらに、いま注入外管10の中間の注入部
2から注入を開始する場合には、図3に示すように、そ
の注入部2の前後において、それぞれ注入外管10と挿
入孔31壁面との間を逸走防止用充填材Xにより充填す
る。これによりその後に注入部2から注入する薬液の前
後の逸走を防止できる。
【0037】次に、プレ充填形態では注入内管20を注
入外管10内に挿入し、アフター充填形態では注入内管
20を移動させ、対象の注入部2を挟むように、注入内
管20を位置させる。図5は下部から2番目の注入部2
から薬液を注入する場合の注入内管20の位置決め状態
を示している。
【0038】この位置決めが終了したならば、図6に示
すように、同様な形態でパッカー部22,22を作動さ
せた後、薬液Gを薬剤送液路24に送液し、各吐出口2
1から吐出させる。これにより、薬液Gは流出口1a,
1a…から流出するとともに、その送給圧によりスリー
ブ4、4…を変形させつつ、スリーブ4、4境界を注入
口3Aとして、周辺地盤に直接的に注入される。
【0039】ここで、薬液Gの注入に際しては、好適に
は注入内管20を注入外管10の最深部まで挿入し、注
入内管20を対応する注入部2の形成部位に対応する1
スナップごと引き上げて順次注入することが望ましい。
逆に、上部から最深部に向かうステップダウン方式や適
宜の選択位置順で上下させる方式を採用できる。
【0040】この場合、従来のように予めセメントベン
トナイト充填材を充填し、薬液の圧送圧によりそのセメ
ントベントナイト充填材を割裂させながら、地盤内に薬
液を注入する方法とは異なり、図6に代表的に示すよう
に、挿入孔31の壁面に直接的に臨んだ注入部2の注入
口3A,3A…から周辺地盤に直接的に注入されるの
で、注入部2のほぼ全体から地盤30内に浸透するの
で、仮に高い注入速度であっても割裂を生じることなく
浸透することが実験の結果から判明した。その結果、一
つの注入ゾーンから大量の薬液を注入することが可能と
なり、地盤内に浸透した薬液は遠くまで浸透注入される
ことが判明した。実験の結果では、注入径として約5m
を得ることができた。
【0041】注入部2の長さ寸法としては、10cm〜
2m、特に好ましくは25〜50cm程度とすることが
できる。注入部2、2間の長さ寸法は、必要な改良体の
直径に応じて、改良体相互がラップするように、適宜選
択できる。
【0042】薬液として、水ガラス系の薬液、特にシリ
カゾル系薬液を用いることが浸透注入の点で好ましい。
土中のゲルタイムとしては1〜10時間程度が望まし
い。注入速度(地盤からみれば浸透許容速度)として
は、40リットル/分程度まで注入できる。
【0043】<第2の注入装置例> 次いで、第2の注入装置について説明すると、図7は注
入外管10及び注入内管20を拡大図と共に示し、注入
内管20については、第1例と同一としてある。注入外
管10は構造が異なり、本体管1とこれより大径の注入
部2とが長手方向に一体的に連設されたものである。
【0044】注入外管10は、単位管を着脱自在に連結
することもできる。注入部2は、常態で膨出状態を示す
筒状スリーブを素材としており、好適には挿入孔内へ円
滑な挿入と孔壁に対する密着性を確保するために若干の
可撓性を有するものが用いられ、たとえばゴム、繊維強
化ゴム、不織布、織布、プラスチック、あるいは形状保
持用の金属材などを貼り合わせたもしくは混在させたも
のなどを用いることができる。また、注入部2には注入
口3が、好ましくは長手方向に間隔を置いて複数形成さ
れている。注入部2の各注入口3から、注入前段階で
は、周囲の砂粒子や後述する逸走防止用の充填材が侵入
しないように、注入部2の注入口3を、薬液の送給圧に
より破断する、たとえば塩化ビニル製の被膜を各段もし
くは全体にわたって予め被覆しておく態様を採用でき
る。
【0045】ここで、パッカー部22、22の離間長さ
は、注入部2の長手方向長さより長いものとされてい
る。
【0046】<第2の施工例> この形態において、注入部2の構造が異なるだけである
から、第1の施工例における図2〜図4の工程は同様に
採用できる。図7には、填充口20a,20a…が図示
されていないが、必要により形成してアフター充填形態
を採ることができる。
【0047】図8は注入外管10及び注入内管20を挿
入孔31内に挿入した状態を示している。
【0048】いずれにしても、最終的に図9に示すよう
に、パッカー部22,22を作動させた後、薬液Gを薬
剤送液路24に送液し、各吐出口21から吐出させる。
これにより、薬液Gは注入口3,3…から、周辺地盤に
直接的に注入される。なお、図9には逸走防止用充填材
Xの充填形態を省略してある。
【0049】<他の例> 本発明は、臨海地区のほぼ均一の砂地盤において液状化
対策や地盤強化のための工法として特に有効であるが、
その地盤が、たとえば図10に示すように、砂礫層など
を含んでいる場合には、透水係数がより大きい当該砂礫
層を通して薬液が逸走する可能性がある。そこで、最初
に注入部2からセメントベントナイトや数秒〜数分のゲ
ルタイムを示す瞬結材などを注入し、砂礫層に荒詰め
し、続いて、同注入部2から薬液を注入すると、薬液に
逸走を生じることなく、均一な改良体Zを造成できる。
【0050】改良体Zは、図11に示すように、軸方向
に連続的に造成するほか、図12に示すように、不連続
的に造成するものでもよい。この後者の場合、同図のよ
うに、ある注入部2を飛ばして次の注入部2において薬
液を注入するとき、飛ばそうとする注入部2の前後も、
予め逸走防止用充填材Xにより充填しておくのが望まし
い。
【0051】
【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば、浸透注
入による同心円筒状の改良体を造成することができると
ともに、たとえば直径で約5m程度の大形の改良体を造
成できるなどの利点がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の注入装置例の分解縦断面図である。
【図2】本発明方法の第1段階の説明図である。
【図3】本発明方法のプレ充填形態を採る場合の第2段
階の説明図である。
【図4】本発明方法のアフター充填形態を採る場合の説
明図である。
【図5】注入内管の挿入形態の縦断面図である。
【図6】注入状態の縦断面図である。
【図7】第2の注入装置例の分解縦断面図である。
【図8】本発明の他の方法の第2段階の説明図である。
【図9】本発明の他の方法の注入状態の縦断面図であ
る。
【図10】別の注入形態の説明図である。
【図11】連続的な改良体を得る場合の説明図である。
【図12】不連続的な改良体を得る場合の説明図であ
る。
【符号の説明】
1…注入外管本体、1a…流出口、2…注入部、3,3
A…注入口、4…スリーブ、10…注入外管、20…注
入内管、20a…填充口、21…吐出口、22…パッカ
ー部、23…内管本体、24…薬剤送液路、25…膨出
流体送液路、30…対象地盤、31…挿入孔、50…ケ
ーシング、G…薬液、X…逸走防止用充填材、Z…改良
体。

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】周囲に他の部分より大径の注入部を長手方
    向に複数有し、これらの注入部相互の間に填充口を有
    し、さらに各注入部に注入口を有する注入外管と、吐出
    口の前後において前記注入外管の内面との間を液密に封
    止し、注入外管内を軸方向に移動可能な注入内管とを用
    意し、 対象地盤を所定深度まで掘削して挿入孔を形成するとと
    もに、この挿入孔内に前記注入外管を相対的に挿入し、
    前記注入口を前記挿入孔壁に密着または接近状態で直接
    臨ませるとともに、 前記注入内管を前記注入外管内に挿入し、対象とする注
    入部の少なくとも前後前記填充口に前記注入内管の吐出
    口を臨ませ、対象とする注入部の前後を注入材の逸走防
    止用充填材により填充した後、; 前記注入内管の吐出口を対象とする注入部に位置させ、
    前記吐出口からの注入材を前記注入口を通して地盤に注
    入する注入工程を、各注入部ごと行うことを特徴とする
    地盤注入工法。
  2. 【請求項2】;周囲に他の部分より大径の注入部を有
    し、かつこの注入部に注入口と;壁面に形成された填充
    口とを有する注入外管と、 吐出口の前後において前記注入外管の内面との間を液密
    に封止し、注入外管内を軸方向に移動可能な注入内管と
    を備え、 前記注入部は、注入外管本体に形成された流出口を包囲
    して筒状の変形可能なスリーブが長手方向に複数被覆さ
    れ、前記スリーブ境界が注入口とされ、前記スリーブ相
    互の境界部の外面は斜面をもって半径方向外方に迫り出
    し、境界部相互が山形に外方に膨出しており、 また前記填充口は、対象地盤を掘削して形成された挿入
    孔の壁面と注入外管との間を充填する、逸走防止用充填
    材を注出させるための口である、 ことを特徴とする地盤注入装置。
  3. 【請求項3】前記注入部は注入管の長手方向に複数有
    し、かつ注入口が各注入部に長手方向に複数有し、さら
    に前記注入部の前後に前記填充口が形成された、請求項
    2記載の地盤注入装置。
  4. 【請求項4】周囲に他の部分より大径の注入部を長手方
    向に複数有し、かつ各注入部に注入口を有する注入外管
    と、 吐出口の前後において前記注入外管の内面との間を液密
    に封止し、注入外管内を軸方向に移動可能な注入内管と
    を備え、 前記注入部は、常態で膨出状態を示す筒状スリーブに少
    なくとも長手方向に間隔を置いて注入口が複数形成され
    たものであることを特徴とする地盤注入装置。
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