JP3657023B2

JP3657023B2 - グラウト注入制御方法および装置

Info

Publication number: JP3657023B2
Application number: JP03436595A
Authority: JP
Inventors: 浩大塚
Original assignee: 東都電機工業株式会社
Priority date: 1995-01-31
Filing date: 1995-01-31
Publication date: 2005-06-08
Anticipated expiration: 2020-06-08
Also published as: JPH08209674A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、地盤改良のためのグラウト注入において、リターンバルブ内部の摩耗を極力少なくして、長期間精度よくグラウト液を注入制御できるようにしたグラウト注入制御方法および装置にに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、ダムの基礎処理工法としてのグラウチング工事の施工におけるグラウト注入制御には、第５図に示すような流量計１３を用いた注入量の測定と、圧力計１４を用いた注入圧の測定による方法がとられている。
この第５図において、グラウトミキサ１０にて濃度調整したグラウト液５８をグラウトポンプ１１により圧送してリターンバルブ１２、流量計１３および圧力計１４を経由して送り管２８からボーリングマシーン１５に送り、地盤中に注入する。
【０００３】
そして、グラウト液５８を所定定圧、所定定流量で注入するには、一方において流量計１３で流量を検出し、この検出値を質量流量変換部４０で積算値に相当する電気信号に変換し、この変換値をコンパレータ２０で注入量の設定値と比較し、この比較値により制御信号を発生し、これによりリターンバルブ１２の開閉を制御する。また、他方において、同様に圧力計１４、圧力変換部４１およびコンパレータ２０からなるグラウト注入検出機構により発生した制御信号により、リターンバルブ１２の開度を制御して、注入圧力を所定圧にする。
このとき、過剰のグラウト液５８はリターンバルブ１２から戻し管２９を経てグラウトミキサ１０に戻される。なお、記録計１９は注入圧および流量を記録する記録計１９である。
【０００４】
前記リターンバルブ１２の一般的な構成が図６に示される。
この図６において、第１筒体２３、第２筒体２４間および第２筒体２４、第３筒体３０間には、それぞれの中心に通孔２５、通孔４４を穿設したドーナッツ状の弁座２６、弁座４５が固着されている。第１筒体２３の側面には、戻し管２９を連結するための第１の出口２１が設けられ、第２筒体２４の側面には供給管５０を連結するための入口４２が設けられ、第３筒体３０の下端には、送り管２８を連結するための第２の出口２２が開口している。
【０００５】
前記第１筒体２３の上端には、フランジ体３２が設けられ、このフランジ体３２の中心孔３３には、弁軸３１が液密に貫通している。この弁軸３１の下端には、前記弁座２６、弁座４５内を進退する円柱状の弁体４３が固着されている。
前記弁軸３１の上端は、フランジ体３２から突出し、送りギア３４の中心孔に嵌合している。この送りギア３４は、他の送りギア３５を介して減速可能な駆動用モータ４８に連動している。また、前記弁軸３１は、送りギア３４の回転を上下動に変換する変換部３６を有し、さらに、弁軸３１の上端には、開閉カム３７が固着され、この開閉カム３７の側部に臨ませて上下の限界位置検出用のリミットスイッチ３８、３９の可動部４６、４７が設けられている。
【０００６】
このような構成において、ミキサ１０では、１ステージ毎の濃度の変化に対応せしめるため、Ｗ（水）とＣ（セメント）の割合を変えて所定の濃度のグラウト液５８（セメントミルク）とし、これがグラウトミキサ１０からグラウトポンプ１１で吸引して供給管５０へ圧送する。
【０００７】
ここで、リターンバルブ１２の弁体４３が図６の実線状態にあるときは、供給管５０からのグラウト液５８は、ほとんどすべてが第２の出口２２を経て送り管２８側へ送られ地盤に注入される。この送り管２８へ送られる途中で流量計１３で流量を検出し、圧力計１４で圧力を検出して記録計１９に記録されるとともに、コンパレータ２０で予め設定された設定値と比較する。このコンパレータ２０から設定圧力となるような制御信号を出力し、駆動用モータ４８が正転または逆転して、送りギア３５、３４を回転する。
【０００８】
すると、弁軸３１が上下動する。弁軸３１の下降で弁座４５側はやや閉じ、弁座２６側がやや開く。そのため、第２の出口２２から送り管２８へ送られる注入量が減少し、減少した分だけ第１の出口２１から戻し管２９へ戻される。弁体４３が下降すればする程、注入量が減少し、戻し量が次第に増加する。そして、弁体４３が鎖線のように最下端まで下降すると、注入量がなくなり、戻し管２９へ全量が戻される。
【０００９】
グラウトの注入量、濃度は、地質、建造目的などにより決定されるが、従来の制御方法を図２（ａ）により説明する。
（１）グラウト注入前に透水テスト（水押し）を行い、１ステージにおいて、透水が３０リットル／ｍｉｎ以下とすると、配合比の薄いＷ／Ｃ＝１０／１を初期設定とする。
ここで、グラウト液５８は、供給管５０、送り管２８、戻し管２９、リターンバルブ１２などの内部で流れが止まると、固まってしまうおそれがある。したがって、供給管５０からのグラウト液５８の全量をリターンバルブ１２を介して送り管２８へ送るのではなく、例えば、図２（ａ）のｔ０〜ｔ１までは、リターンバルブ１２において通孔４４：通孔２５＝８０：２０の割合で開くように弁体４３を制御し、送り管２８への送り量を８０％とし、戻し管２９への戻し量を２０％とする。
なお、透水が３０リットル／ｍｉｎ以上のときは、配合比の濃いＷ／Ｃ＝８／１を初期設定とすることもある。
（２）この状態で所定のｔ０〜ｔ１間（例えば２０分間）供給し、その間の注入流量を積算測定する。
【００１０】
（３）ついで、グラウトミキサ１０内のグラウト液５８の配合比をＷ／Ｃ＝１０／３にし、かつ、通孔４４：通孔２５＝６０：４０としてｔ１〜ｔ２間供給し、積算測定する。
同様に、Ｗ／Ｃ＝１０／７にし、かつ、通孔４４：通孔２５＝２５：７５としてｔ２〜ｔ３間供給し、積算測定する。
（４）グラウト液５８の配合比がＷ／Ｃ＝１０／１０となったときに、１リットル／ｍｉｎに達するまで、時間を設定せずに注入して、１リットル／ｍｉｎに達したら、所定時間（例えば２０分間）のだめ押しの注入をし、しかる後、ブロッキングに入る。このとき、通孔４４：通孔２５＝５：９５〜１：９９かそれ以下となる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、従来は、グラウトポンプ１１の吐出量は一定量とし、供給管５０からリターンバルブ１２に、グラウト液５８を常に一定量を供給し、リターンバルブ１２の開度を制御して送り管２８と戻し管２９の割合を変えるようにしていた。
しかるに、リターンバルブ１２は、その弁座２６または弁座４５の開度が小さくなればなる程、通孔２５または通孔４４でのグラウト液５８の流速が速くなり、特に閉じる直前で最も高くなり、しかもリターンバルブ１２の内部に衝撃が発生することがある。
【００１２】
グラウト液５８は、スラリー状であるから、リターンバルブ１２内を高速で通過するときに弁座２６、４５、弁体４３、通孔２５、４４等の表面が削り取られる。これらの部品の表面をステライトなどで被覆しても、２時間程度ですぐに摩耗してしまう。セラミックスなどの耐摩耗性の材料を使用したとしても連続運転時には精々１週間しかもたない。そのため、以下のような問題点があった。
【００１３】
（１）弁座、弁体などの部品を頻繁に交換しなければならず、その交換作業が面倒であるばかりか、リターンバルブ１２全体、または摩耗部品を多数在庫しておかなければならない。
（２）リターンバルブ１２の摩耗により流量や圧力の制御が不正確になる。
（３）交換作業を必要とするため、連続運転が出来ない。
（４）送り量と戻し量とに大きな差が生じ、流量が極端に少なくなると、少なくなった送り管２８または戻し管２９の内部でグラウト液５８が固まってしまうおそれがある。
【００１４】
本発明は、リターンバルブ１２として従来品を用いても摩耗が少なく、正確な注入制御のできるグラウト注入制御方法および装置を提供することを目的とするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、グラウトミキサ１０で配合されたグラウト液５８を、グラウトポンプ１１によりリターンバルブ１２を介してボーリングマシーン１５に送り地盤に注入する方法において、前記リターンバルブ１２によるグラウト液５８の送り量と戻し量との比が、一定範囲内となるように前記グラウトポンプ１１からリターンバルブ１２へのグラウト液５８の供給量を調整するようにしたことを特徴とするグラウト注入制御方法である。
【００１６】
【作用】
送り管２８への送り量と、戻し管２９への戻し量との比が適正範囲内であるときには、グラウトポンプ１１の容量通りのグラウト液５８をリターンバルブ１２に供給し、所定の圧力でグラウト液５８が地盤に注入される。
つぎに、Ｗ／Ｃを変更したような場合において、送り管２８への送り量と、戻し管２９への戻し量との比が適正範囲を越えているときには、演算部１６からの指令により、グラウトポンプ１１からリターンバルブ１２に供給するグラウト液５８の供給量を低くする。
この状態では、送り管２８への送り量と、戻し管２９への戻し量との比が適正範囲内に戻され、リターンバルブ１２における弁体が進退する２つの通孔の開口度の比が適正範囲内となり、リターンバルブ１２の摩耗が緩和される。この状態で所定の圧力でグラウト液５８が地盤に注入される。
【００１７】
【実施例】
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
本発明の基本的考えは、リターンバルブ１２の送り管２８への送り量と戻し管２９への戻し量との比が常に適正な値になるように、グラウトポンプ１１からリターンバルブ１２へのグラウト液５８の供給量を制御しようとするものである。
【００１８】
そのため、本発明では、図１に示すように、グラウトポンプ１１と電源１８との間にポンプ制御回路４９を挿入し、また、リターンバルブ１２とポンプ制御回路４９とを関連して演算部１６で制御しようとするものである。この演算部１６には、質量流量変換部４０、圧力変換部４１の他、注入量、注入時間、濃度などの各設定値、補正指令、各設定値の変更指令その他の信号を入力するキー入力部２７が接続されるとともに、プログラムデータ、検出データなどを記憶するメモリ１７が接続されている。
その他の構成は、図５と同様である。
【００１９】
以上のような構成による本発明の制御方法を図２（ｂ）に基づき説明する。
（１）グラウト注入前に透水テスト（水押し）を行い、１ステージにおいて、透水が３０リットル／ｍｉｎ以下とすると、配合比の薄いＷ／Ｃ＝１０／１を初期設定とする。
【００２０】
（２）Ｗ／Ｃ＝１０／１のとき
演算部１６からの指令により、ポンプ制御回路４９でグラウトポンプ１１のモータ駆動電圧を高くして回転数を上げ、グラウトポンプ１１が１００％駆動するようにする。このときのグラウトポンプ１１から供給管５０を介してリターンバルブ１２に供給するグラウト液５８の供給量Ｑを１００とする。
この状態で、リターンバルブ１２において通孔４４：通孔２５＝８０：２０の割合で開くように演算部１６からの指令により駆動用モータ４８を駆動して弁体４３を上下制御し、送り管２８への送り量Ｑ１を８０とし、戻し管２９への戻し量Ｑ２を２０とすることにより、所定の圧力でグラウト液５８が地盤に注入される。
この状態で所定のｔ０〜ｔ１間（例えば２０分間）供給し、その間の注入流量を積算測定する。
【００２１】
（３）つぎに、Ｗ／Ｃ＝１０／３のとき
演算部１６からの指令により、ポンプ制御回路４９でグラウトポンプ１１のモータ駆動電圧をやや下げて回転数を少し低くする。このときのグラウトポンプ１１から供給管５０を介してリターンバルブ１２に供給するグラウト液５８の供給量Ｑを８５とする。
この状態で、リターンバルブ１２において通孔４４：通孔２５＝７０：３０の割合で開くように演算部１６からの指令により駆動用モータ４８を駆動して弁体４３を上下制御し、送り管２８への送り量Ｑ１を６０とし、戻し管２９への戻し量Ｑ２を２５とすることにより、所定の圧力でグラウト液５８が地盤に注入される。
この状態で所定のｔ１〜ｔ２間供給し、その間の注入流量を積算測定する。
【００２２】
（４）つぎに、Ｗ／Ｃ＝１０／７のとき
演算部１６からの指令により、ポンプ制御回路４９でグラウトポンプ１１のモータ駆動電圧をさらに下げて回転数をさらに低くする。このときのグラウトポンプ１１から供給管５０を介してリターンバルブ１２に供給するグラウト液５８の供給量Ｑを７０とする。
この状態で、リターンバルブ１２において通孔４４：通孔２５＝３５：６５の割合で開くように演算部１６からの指令により駆動用モータ４８を駆動して弁体４３を上下制御し、送り管２８への送り量Ｑ１を２５とし、戻し管２９への戻し量Ｑ２を４５とすることにより、所定の圧力でグラウト液５８が地盤に注入される。
この状態で所定のｔ２〜ｔ３間供給し、その間の注入流量を積算測定する。
【００２３】
（５）つぎに、Ｗ／Ｃ＝１０／１０のとき
演算部１６からの指令により、ポンプ制御回路４９でグラウトポンプ１１のモータ駆動電圧をもっと下げて回転数をもっと低くする。このときのグラウトポンプ１１から供給管５０を介してリターンバルブ１２に供給するグラウト液５８の供給量Ｑを３５とする。
この状態で、リターンバルブ１２において通孔４４：通孔２５＝１５：８５の割合で開くように演算部１６からの指令により駆動用モータ４８を駆動して弁体４３を上下制御し、送り管２８への送り量Ｑ１を１５とし、戻し管２９への戻し量Ｑ２を８５とすることにより、所定の圧力でグラウト液５８が地盤に注入される。この場合、さらに１リットル／ｍｉｎに達するまで、時間を設定せずに注入して、１リットル／ｍｉｎに達したら、所定時間（例えば２０分間）のだめ押しの注入をする。このときの送り管２８への送り量Ｑ１が５以下とならず、また、戻し管２９への戻し量Ｑ２が９５以上とならないように、グラウトポンプ１１から供給管５０を介してリターンバルブ１２に供給する供給量Ｑをポンプ制御回路４９で制御される。しかる後、ブロッキングに入る。
このｔ３〜ｔ４間の注入流量を積算測定する。
【００２４】
以上の実施例では、Ｗ／Ｃの配合比が変わる毎にグラウトポンプ１１からの供給量Ｑを変えるようにした。しかし、例えばＱ１：Ｑ２＝１：２０〜２０：１の範囲であれば、前記グラウトポンプ１１からの供給量Ｑを変えずにリターンバルブ１２だけで制御し、この範囲を越えたときのみグラウトポンプ１１からの供給量Ｑとリターンバルブ１２の開度により制御するようにしてもよい。具体的には、図２（ｂ）の例において、Ｗ／Ｃ＝１０／１から１０／７まではグラウトポンプ１１からの供給量Ｑを一定値とし、Ｗ／Ｃ＝１０／１０の場合のみグラウトポンプ１１からの供給量Ｑをも変えるようにしてもよい。
【００２５】
前記実施例では、リターンバルブ１２への供給量Ｑを調整するのに、ポンプ制御回路４９によってグラウトポンプ１１の駆動電圧を可変制御するようにしたが、これに限られるものではない。
例えば、図３に示すように、グラウトポンプ１１とリターンバルブ１２との間にさらに粗調整用のリターンバルブ５１を挿入する。そして、図４に示すように、グラウトポンプ１１からは常に一定の供給量Ｑ０のグラウト液５８を粗調整用のリターンバルブ５１に供給し、この粗調整用のリターンバルブ５１でまず粗調整をし、ついでリターンバルブ１２により微調整をする。この場合、粗調整用のリターンバルブ５１におけるリターンバルブ１２への送り量Ｑ３と戻し管５２への戻し量Ｑ２との比があまり大きくならないように制御する必要がある。この場合においても、Ｗ／Ｃの配合比が変わる毎に粗調整用のリターンバルブ５１からの送り量Ｑ３を変えるようにしてもよいし、例えばＷ／Ｃ＝１０／１から１０／７まではＱ１：Ｑ２＝１：２０〜２０：１の範囲であれば、粗調整用のリターンバルブ５１からの供給量Ｑ３を変えずに、この範囲を越えたＷ／Ｃ＝１０／１０の場合のみ変えるようにしてもよい。
また、リターンバルブ５１は、粗調整用であるから、弁体４３の円錐角度を鈍角として、単位ストローク当りの調整量を大きくし、また、リターンバルブ１２は、微調整用であるから、弁体４３の円錐角度を鋭角として、単位ストローク当りの調整量を小さくし流量制御の精度を高めることが望ましい。
【００２６】
【発明の効果】
本発明は、リターンバルブ１２によるグラウト液５８の送り量と戻し量との比が、一定範囲内となるようにグラウトポンプ１１からリターンバルブ１２へのグラウト液５８の供給量を調整するようにしたので、リターンバルブ１２内部におけるグラウト液５８の流速を緩和でき、以下のような効果を有する。
【００２７】
（１）リターンバルブ１２または摩耗部品の交換がほとんどなくなるか、交換期間が長期間となり、また部品の在庫もほとんど必要がなくなる。
（２）グラウト液５８がスラリー状であってもターンバルブ１２の摩耗がほとんどなくなるので、流量や圧力を正確に制御できる。
（３）交換作業をほとんど必要としないため、連続運転ができる。
（４）送り量と戻し量との差がなくなるので、グラウト液５８が常に流動し、内部で固まってしまうおそれがない。
（５）リターンバルブ１２が完全に閉じることがないので内部に衝撃が発生することがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるグラウト注入制御装置の第１実施例を示すブロック図である。
【図２】グラウト注入制御方法を説明するためのもので、（ａ）は従来の制御方法による場合の説明図、（ｂ）は本発明の第１実施例の制御方法による場合の説明図である。
【図３】本発明によるグラウト注入制御装置の第２実施例を示すブロック図である。
【図４】本発明の第２実施例の制御方法による場合の説明図である。
【図５】従来のグラウト注入制御装置を示すブロック図である。
【図６】一般的なリターンバルブの断面図である。
【符号の説明】
１０…グラウトミキサ、１１…グラウトポンプ、１２…リターンバルブ、１３…流量計、１４…圧力計、１５…ボーリングマシーン、１６…演算部、１７…メモリ、１８…電源、１９…記録計、２０…コンパレータ、２１…第１の出口、２２…第２の出口、２３…第１筒体、２４…第２筒体、２５…通孔、２６…弁座、２７…キー入力部、２８…送り管、２９…戻し管、３０…第３筒体、３１…弁軸、３２…フランジ体、３３…中心孔、３４…送りギア、３５…送りギア、３６…変換部、３７…開閉カム、３８…リミットスイッチ、３９…リミットスイッチ、４０…質量流量変換部、４１…圧力変換部、４２…入口、４３…弁体、４４…通孔、４５…弁座、４６…可動部、４７…可動部、４８…駆動用モータ、４９…ポンプ制御回路、５０…供給管、５１…リターンバルブ、５２…戻し管５２戻し管、５８…グラウト液。

Claims

グラウトミキサ１０で配合された設定量のグラウト液５８を、グラウトポンプ１１により供給管５０、リターンバルブ１２、送り管２８を介してボーリングマシーン１５に送り地盤に注入するとともに、リターンバルブ１２から戻し管２９を介してグラウト液５８の一部をグラウトミキサ１０に戻すようにしたグラウト注入制御方法において、設定された送り量に対して戻し量が多くなる場合には、送り量と戻し量との比が１：２０から２０：１の範囲に保持されるようにリターンバルブ１２への供給量を減らし、戻し量に対して設定された送り量が多くなる場合には、送り量と戻し量との比が１：２０から２０：１の範囲に保持されるようにリターンバルブ１２への供給量を増やすようにしたことを特徴とするグラウト注入制御方法。
グラウトミキサ１０で配合された設定量のグラウト液５８を、グラウトポンプ１１により供給管５０、リターンバルブ１２、送り管２８を介してボーリングマシーン１５に送り地盤に注入するとともに、リターンバルブ１２から戻し管２９を介してグラウト液５８の一部をグラウトミキサ１０に戻すようにしたグラウト注入制御方法において、設定された送り量に対して戻し量が多くなる場合には、送り量と戻し量との比が１：２０から２０：１の範囲に保持されるようにリターンバルブ１２の開度を制御して送り量に対する戻し量を多くするとともに、リターンバルブ１２への供給量を減らし、戻し量に対して設定された送り量が多くなる場合には、送り量と戻し量との比が１：２０から２０：１の範囲に保持されるようにリターンバルブ１２の開度を制御して戻し量に対する送り量を多くするとともに、リターンバルブ１２への供給量を増やすようにしたことを特徴とするグラウト注入制御方法。
グラウトミキサ１０で配合された設定量のグラウト液５８を、グラウトポンプ１１により供給管５０、リターンバルブ１２、送り管２８を介してボーリングマシーン１５に送り地盤に注入するとともに、リターンバルブ１２から戻し管２９を介してグラウト液５８の一部をグラウトミキサ１０に戻すようにしたグラウト注入制御装置において、前記グラウトポンプ１１に、このグラウトポンプ１１の駆動用モータ４８の駆動電圧を制御して、グラウトポンプ１１からリターンバルブ１２への供給量を制御するポンプ制御回路４９を結合し、このポンプ制御回路４９と前記リターンバルブ１２とを関連して、設定された送り量に対して戻し量が多くなる場合には、送り量と戻し量との比が１：２０から２０：１の範囲に保持されるようにリターンバルブ１２への供給量を減らし、戻し量に対して設定された送り量が多くなる場合には、送り量と戻し量との比が１：２０から２０：１の範囲に保持されるようにリターンバルブ１２への供給量を増やすように制御する演算部１６を設け、この演算部１６に、質量流量変換部４０、圧力変換部４１、キー入力部２７、メモリ１７を結合したことを特徴とするグラウト注入制御装置。
グラウトミキサ１０で配合されたグラウト液５８を、グラウトポンプ１１により供給管５０、リターンバルブ１２、送り管２８を介してボーリングマシーン１５に送り地盤に注入するとともに、リターンバルブ１２から戻し管２９を介してグラウト液５８の一部をグラウトミキサ１０に戻すようにした装置において、前記グラウトポンプ１１とリターンバルブ１２との間に粗調整用リターンバルブ５１を結合し、リターンバルブ１２による送り管２８への送り量と戻し管２９への戻し量との比に応じて前記粗調整用リターンバルブ５１によるリターンバルブ１２への供給量と戻し管５２への戻し量とを制御するようにしたことを特徴とするグラウト注入制御装置。