JP4003944B2 - 地盤内流体噴射装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地盤改良等において、地盤内に水や、水と空気との混合物、固化材液等の流体を高圧噴射するための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、地盤改良等を目的として、地盤内に水や、水と空気との混合物、固化材液等の流体を高圧噴射することが行われている。一般に、このための装置は、地中に挿入される挿入軸と、その外面に開口する流体噴射ノズルと、挿入軸内を通じて噴射ノズルに流体を供給する供給管路とを備えている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の装置は、流体の供給圧の割には噴射力が弱く、地盤に対する流体作用範囲が狭いという問題点があった。そのため、噴射力を増強するためには流体供給圧を上げるほかなかった。
【０００４】
そこで、本発明の主たる課題は、流体の供給圧が同じであっても、より強力な噴射が可能となる技術を提供することにある。
【０００５】
【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、次記の通りである。
＜請求項１記載の発明＞
地中に挿入される挿入軸と、その外面に開口する流体噴射ノズルと、前記挿入軸内を通じて前記噴射ノズルに流体を供給する供給管路とを備えた、地盤内流体噴射装置において、
前記供給管路の途中に、上流側部分および下流側部分と比べて流体の流通方向と直交する横断面の面積が大きい圧力溜り部を備えており、
この圧力溜り部は、噴射ノズルから遠い側の先端部に、前記下流側部分への流出口を有し、
前記下流側部分は、前記流出口部位から直角に屈曲した後、挿入軸の横断方向に直線状に延在して噴射ノズルに至るものであり、
前記噴射ノズルは、前記下流側部分の直線状部分に同軸的に連通接続された直線状の内部管路をもって挿入軸外に至るものであり、
圧力溜り部における前記上流側部分からの流入口および上流側部分の管路径ｄ１が挿入軸径１ｍｍあたりの数値で表すと０．１４〜０．３２ｍｍ／ｍｍであり、
圧力溜り部の管路径が挿入軸径１ｍｍあたりの数値で表すと０．４５〜０．７７ｍｍ／ｍｍであり、
圧力溜り部の管路長さが挿入軸径１ｍｍあたりの数値で表すと０．１８〜０．７７ｍｍ／ｍｍであり、
圧力溜り部における前記下流側部分への流出口および下流側部分の管路径ｄ２が挿入軸径１ｍｍあたりの数値で表すと０．１１〜０．２５ｍｍ／ｍｍであり、
下流側部分における直線状部分の管路長と噴射ノズル内の管路長との和が挿入軸径１ｍｍあたりの数値で表すと０．４５〜０．７３ｍｍ／ｍｍであり、
前記噴射ノズルの口径が挿入軸径１ｍｍあたりの数値で表すと０．０１〜０．０５ｍｍ／ｍｍであり、かつ
ｄ２≦０．８×ｄ１の関係を有するものである、
ことを特徴とする地盤内流体噴射装置。
【０００６】
＜請求項２記載の発明＞
前記圧力溜り部における前記上流側部分からの流入口および上流側部分の管路径ｄ１が１５〜３５ｍｍであり、
前記圧力溜り部の管路径が５０〜８５ｍｍであり、
前記圧力溜り部の管路長さが２０〜８５ｍｍであり、
前記圧力溜り部における前記下流側部分への流出口および下流側部分の管路径ｄ２が１２〜２８ｍｍであり、
前記下流側部分における直線状部分の管路長と噴射ノズル内の管路長との和が５０〜８０ｍｍであり、
前記前記噴射ノズルの口径が１〜６ｍｍである、請求項１記載の地盤内流体噴射装置。
【０００７】
＜請求項３記載の発明＞
流体の供給圧が等しい条件下で、前記圧力溜り部を設けない場合と比べて、流体の噴射力が１．５倍以上となるように構成されている、請求項１または２に記載の地盤内流体噴射装置。
【０００８】
（請求項１〜３記載の発明の作用効果）
以上から明らかなように、本発明は流体供給管路の途中に圧力溜り部を設けることで、流体の供給圧が同じであっても、より強力な噴射が可能となるものである。本発明によれば、例えば圧力溜り部を設けない場合と比べて、流体の噴射力を１．５倍以上にすることができるようになる。
【０００９】
さらに、請求項２記載のように、圧力溜り部における下流側部分への流出口の位置、下流側部分および噴射ノズルの構成、ならびに各管路径及び管路長を限定することにより、驚くべきことに、噴射力を４倍以上にすることが可能である。
【００１０】
【００１１】
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照しつつ詳説する。
図１は、地盤内に水、空気もしくはこれらの混合流体、または固化材液を噴射して地盤の弛緩、攪拌、固化材改良等を行うための地盤挿入軸先端部１（以下、モニターという）を示している。すなわちこのモニター１は、先端部外周面に形成された流体噴射ノズル３と、モニター内にあって噴射ノズル３に流体を供給する供給管路とを備えている。噴射ノズル３は先細状に形成された流路を有する。
【００１３】
特徴的には、モニター１外面をなす外管２ａ内に、基端側から長手方向に沿って噴射ノズル３近傍まで基端側内管２ｂが延在されており、この基端側内管２ｂの先端に圧力溜り部４をなす円筒状タンク部が外管２ａ長手方向に沿って接続され、この溜り部４の先端と噴射ノズル３とが外管長手方向と直交する方向に延在する先端側内管２ｃを介して接続されている。つまり、基端側内管２ｂが本発明の上流側部分をなし、先端側内管２ｃが本発明の下流側部分をなす。
【００１４】
本発明の圧力溜り部４は、図示例でいうと、基端側および先端側内管２ｂ，２ｃと比べて流体の流通方向と直交する横断面の面積Ａが大きいものであって、流体の一時的貯留によって整流作用を発揮するとともに噴射ノズル３側への供給圧の安定化作用を発揮するものである。したがって、図２に示すように、単に管路２が屈曲しているだけの部分は、屈曲の前後の横断面Ａ１，Ａ２の面積が変化せず、屈曲部において横断面の面積Ａ３，Ａ４が局所的に僅かに増加するだけで、整流作用および圧力安定化作用が実質的には発揮されないものであるため、本発明の圧力溜り部に含まれない。
【００１５】
本発明の圧力溜り部４は、例えば、圧力溜り部４における流体流通方向（外管長手方向）と直交する横断面の面積をＡとし、圧力溜り部４の流体流通方向の長さをＬとし、基端側内管２ｂにおける流体流通方向（外管長手方向）と直交する横断面の面積をＡ１とし、先端側内管２ｃにおける流体の流通方向と直交する横断面の面積をＡ２としたとき、
Ａ ＞ Ａ１
Ａ１ ＞ Ａ２
Ｌ ＞ Ａ
の関係を満足するように、モニター１の直径に応じてＡ，Ａ１およびＡ２をそれぞれ決定することで形成することができる。
【００１６】
かくして、流体の噴射に際しては、図示しないポンプから基端側内管２ｂを通じて供給された水等の流体は、圧力溜り部４で一時的に貯留され、整流および圧力安定化が図られた後に、先端側内管２ｃを通り噴射ノズル３から噴射される。その結果、圧力溜り部４を設けない場合と比べて約１．５倍以上の噴射力の増強が図られる。
【００１７】
特に本発明においては、図示のように、圧力溜り部４における噴射ノズル３から遠い側の先端部に先端側内管２ｃへの流出口を形成し、先端側内管２ｃを、流出口部位から直角に屈曲した後、モニター１の横断方向に直線状に延在して噴射ノズル３に至るように形成する。また噴射ノズル３は、先端側内管２ｃの直線状部分に同軸的に連通接続された直線状の内部管路をもって挿入軸外に至るように形成する。これにより、圧力溜り部４から噴射ノズル３の噴射口までの流路部分において噴射ノズル３側に直線状部分を最大限確保することができるようになり、圧力溜り部４から送り出される流体が最大限まで勢いづき、著しく噴射力を増強できる。つまりこの部分は増勢部分となる。ただし、この直線状増勢部分の長さがある一定のレベル、例えば後述する好適な寸法例に示される約８０ｍｍを超えると噴射力増強効果は飽和する。これは、圧力溜り部４が噴射ノズル３から遠くなりすぎ、その整流作用および安定化作用の効能が先端側内管２ｃの長さにより低減され、十分に発揮されなくなるためと考えられる。したがって、先端側内管２ｃを曲管として管路長を単にかせげば良いというものではない。
【００１８】
さらに上記先端側内管２ｃおよびノズルの形状に加えて、次の各寸法条件を満足することにより従来と比べて約４倍以上の噴射力増強を図ることができる。
圧力溜り部４における基端側内管２ｂからの流入口および基端側内管２ｂの管路径ｄ１：１５〜３５ｍｍ
圧力溜り部４の管路径φ２：５０〜８５ｍｍ
圧力溜り部４の管路長さＬ：２０〜８５ｍｍ
圧力溜り部４における先端側内管２ｃへの流出口および先端側内管２ｃの管路径ｄ２：１２〜２８ｍｍ（かつ≦０．８×ｄ１）
先端側内管２ｃにおける直線状部分の管路長と噴射ノズル３内の管路長との和ｘ：５０〜８０ｍｍ
噴射ノズル３の口径ｄ３：１〜６ｍｍ
【００１９】
ちなみに、この寸法例で対象とする挿入軸は、内径φ１が１１０ｍｍ程度のものに好適な例である。したがって、この範囲外の挿入軸の場合には、その挿入軸の内径に応じて適宜スケールダウンまたはスケールアップした寸法を好適に適用することができる。すなわち、上記寸法例を挿入軸径１ｍｍあたりの数値（ｍｍ／φ１（ｍｍ））で表すと次のようになる。
ｄ１＝０．１４〜０．３２
φ２＝０．４５〜０．７７
Ｌ＝０．１８〜０．７７
ｄ２＝０．１１〜０．２５（かつ≦０．８×ｄ１）
ｘ＝０．４５〜０．７３
ｄ３＝０．０１〜０．０５
したがって、挿入軸の内径にこれらの係数を乗ずれば各寸法値を得ることができる。
【００２０】
【００２１】
【実施例】
図３に示すように地上にモニター１，１０を配置するとともに、その噴射方向に所定距離おいて合板２０を噴射方向と直交するように固定し、モニター１，１０に高圧水ｗを供給して合板２０を打ち抜くのに必要な時間を測定し、この打ち抜き所要時間により噴射力を評価する実験を行った。
【００２２】
実験には、図１に示す本発明に係るモニター１（請求項２に係るもの）と、図４に示す従来型のモニター１０（流体供給経路２ｄの横断面積が長手方向に一様な管により構成されたもの）とを用い、噴射ノズル３先端から合板２０までの離間距離Ｒを変化させながら、モニター１，１０に対する水の供給圧が３５ＭＰａに達してから合板２０が打ち抜かれるまでの時間を測定し、これを打ち抜き所要時間とした。使用ポンプ、噴射ノズルと合板との距離等の他の条件は、もちろん同条件とした。
【００２３】
測定結果を図５に示した。本発明に係るモニター１を用いたときには、噴射ノズル先端からの距離Ｒが長くなっても打ち抜き所要時間は余り増加しなかった。また本実験で用いた本発明に係るモニター１は、従来型の約５倍の噴射力を有していることが判明した。このことから、本発明に係るモニター１を使用して地盤改良を行った場合、改良径の著しい拡大および改良体造成に要する時間の大幅な短縮を図りうることが判明した。
【００２４】
【発明の効果】
以上のとおり本発明によれば、流体の供給圧が同じであっても、より強力な噴射が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るモニターの縦断面図である。
【図２】 圧力溜り部に入らない例を示す縦断面図である。
【図３】 実験要領を示す正面図である。
【図４】 実験に使用した従来型モニターを示す縦断面図である。
【図５】 測定結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１…モニター、２ａ…外管、２ｂ…基端側内管、２ｃ…先端側内管、３…噴射ノズル、４…圧力溜り部。

Claims (3)

1. 地中に挿入される挿入軸と、その外面に開口する流体噴射ノズルと、前記挿入軸内を通じて前記噴射ノズルに流体を供給する供給管路とを備えた、地盤内流体噴射装置において、
   前記供給管路の途中に、上流側部分および下流側部分と比べて流体の流通方向と直交する横断面の面積が大きい圧力溜り部を備えており、
   この圧力溜り部は、噴射ノズルから遠い側の先端部に、前記下流側部分への流出口を有し、
   前記下流側部分は、前記流出口部位から直角に屈曲した後、挿入軸の横断方向に直線状に延在して噴射ノズルに至るものであり、
   前記噴射ノズルは、前記下流側部分の直線状部分に同軸的に連通接続された直線状の内部管路をもって挿入軸外に至るものであり、
   圧力溜り部における前記上流側部分からの流入口および上流側部分の管路径ｄ１が挿入軸径１ｍｍあたりの数値で表すと０．１４〜０．３２ｍｍ／ｍｍであり、
   圧力溜り部の管路径が挿入軸径１ｍｍあたりの数値で表すと０．４５〜０．７７ｍｍ／ｍｍであり、
   圧力溜り部の管路長さが挿入軸径１ｍｍあたりの数値で表すと０．１８〜０．７７ｍｍ／ｍｍであり、
   圧力溜り部における前記下流側部分への流出口および下流側部分の管路径ｄ２が挿入軸径１ｍｍあたりの数値で表すと０．１１〜０．２５ｍｍ／ｍｍであり、
   下流側部分における直線状部分の管路長と噴射ノズル内の管路長との和が挿入軸径１ｍｍあたりの数値で表すと０．４５〜０．７３ｍｍ／ｍｍであり、
   前記噴射ノズルの口径が挿入軸径１ｍｍあたりの数値で表すと０．０１〜０．０５ｍｍ／ｍｍであり、かつ
   ｄ２≦０．８×ｄ１の関係を有するものである、
   ことを特徴とする地盤内流体噴射装置。
2. 前記圧力溜り部における前記上流側部分からの流入口および上流側部分の管路径ｄ１が１５〜３５ｍｍであり、
   前記圧力溜り部の管路径が５０〜８５ｍｍであり、
   前記圧力溜り部の管路長さが２０〜８５ｍｍであり、
   前記圧力溜り部における前記下流側部分への流出口および下流側部分の管路径ｄ２が１２〜２８ｍｍであり、
   前記下流側部分における直線状部分の管路長と噴射ノズル内の管路長との和が５０〜８０ｍｍであり、
   前記前記噴射ノズルの口径が１〜６ｍｍである、請求項１記載の地盤内流体噴射装置。
3. 流体の供給圧が等しい条件下で、前記圧力溜り部を設けない場合と比べて、流体の噴射能力が１．５倍以上となるように構成されている、請求項１または２記載の地盤内流体噴射装置。

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