JP4056031B2

JP4056031B2 - 薬液注入工法及び装置

Info

Publication number: JP4056031B2
Application number: JP11047099A
Authority: JP
Inventors: 崎光弘柴
Original assignee: Chemical Grouting Co Ltd
Current assignee: Chemical Grouting Co Ltd
Priority date: 1999-04-19
Filing date: 1999-04-19
Publication date: 2008-03-05
Anticipated expiration: 2019-04-19
Also published as: JP2000303448A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地上表面から地中にボーリング孔を掘削し、注入ロッドで薬液を注入して地盤改良をする薬液注入工法及び装置に関し、特に、薬液が地上方向に逆流しないように設けられたパッカの破損防止のための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
軟弱地盤の所定域に薬液を注入し、以って地盤の改良を図る地盤改良工法は広く知られている。
【０００３】
その一例について図８を参照して説明する。ボーリングロッド５１で削孔したボーリング孔４０には、注入ロッド５３が立て込まれる。この注入ロッド５３には、風袋状の弾性材で形成されたパッカ５０が装着され、パッカ５０の加圧・膨張によって注入ロッド５３の外側表面とボーリング孔４０の内壁面（地山Ｇ）との隙間がシールされる。
【０００４】
注入ロッド５３は、削孔装置と注入装置を兼ねる図示しないモニタを備えている。このモニタは地中を掘削する作用を奏すると共に、矢印３６で示す薬液を噴射口３４から噴射して、地盤３９を改良する。
【０００５】
改良地盤３９が完成後、さらに重ねて次の改良地盤を造成するために、膨張していたパッカ５０を収縮する。そして注入ロッド５３を回転しつつ押し込み（ステップダウン方式）或いは引き上げて（ステップアップ方式）、薬液を注入して改良するべき地盤中の領域を設定し、再度パッカを膨張させて、注入ロッド５３によって薬液注入する。ここで、現状の薬液注入工法においては、下方に移動しつつ薬液注入を行う「ステップダウン方式」が主流となっている。
【０００６】
パッカ５０はボーリングロッド５１と共に押し込まれて下方へ（或いは引き上げられて上方へ）移動し、薬液注入時に地上側への薬液の逆流３７の逸出を封密するべく膨張する。
【０００７】
しかし、この様なボーリングロッド５１の（下方また上方への）移動時にパッカを収縮したとしても、使用回数が多いパッカ５０は十分に収縮しない場合がある。その様な場合に注入ロッド５３を回転すると、弾性材で形成されたパッカ５０は注入ロッド５３に擦過して摩耗し、破損する恐れがある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、注入ロッドの回転及び移動に伴って生じるパッカと注入ロッドとの擦過、及びそれに起因するパッカの破損を防止して、注入ロッドから注入した薬液が地上側へ逆流することを防止出来る薬液注入工法及び装置の提供を目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本出願人は、特願平４ー３２３９５７号、特願平６ー１７３２３４３号、特願平８ー３２１１２０号、特願平９ー２１７２３９号、特願平８ー１０６７３９号、特願平９ー２９１５２４号、特願平９ー２９１５２４号、でパッカを使用した施工の効率向上技術を提案しているが、本発明は、その後の研究による更なる成果に相当するものである。
【００１０】
本発明の薬液注入工法は、地上表面から地中にボーリングロッドで掘削し注入ロッドで薬液を注入して地盤改良をする薬液注入工法において、加圧によって膨張する複数のパッカを装着した前記ボーリングロッドで所定の薬液注入ゾーンの上端までボーリング孔を掘削する工程と、該ボーリングロッドの内部に前記注入ロッドを挿入して前記薬液注入ゾーンの上端まで建て込む工程と、該注入ロッドで前記薬液注入ゾーンの所定深度まで掘削する注入ロッド掘削工程と、前記パッカを膨張させて該パッカの外側部で前記ボーリングロッドと周辺地山との隙間をシールし、且つ、該パッカの内側部で前記ボーリングロッドと前記注入ロッドとの隙間をシールするパッカ膨張工程と、所定の薬液注入ゾーンに薬液を注入する薬液注入工程と、薬液注入工程完了後に前記パッカを収縮させて、パッカ内側部と前記注入ロッドとの間に空間を形成して注入ロッドを解除するパッカ収縮工程、とを有し、前記注入ロッド掘削工程、パッカ膨張工程、薬液注入工程及びパッカ収縮工程を繰り返して薬液注入ゾーンの最終ステージまで薬液注入を行うことを特徴としている。
【００１１】
かかる薬液注入工法を実施する際に用いられる本発明の薬液注入装置は、前記ボーリングロッドに設けられ且つ半径方向外方及び内方に膨張、収縮するパッカと、該パッカを膨張或いは収縮するための流体を供給する流体通路とを有することを特徴としている。
【００１２】
本発明の実施に際して、ボーリングロッドに装着するパッカは少なくとも３箇所に設けられるのがが好ましい。
また、前記ボーリングロッドに設けられ且つ半径方向外方及び内方に膨張、収縮するパッカは、ボーリングロッド軸方向の位置が同一であっても良いし、段違いに（オフセット）されていても良い。
【００１３】
かかる構成を具備する本発明により薬液注入工法の施工をより具体的に説明すると、先ず、加圧によって膨張する複数のパッカを装着した前記ボーリングロッドにより、所定の薬液注入ゾーンの上端までボーリング孔を掘削する。次に、該ボーリングロッドの内部に前記注入ロッドを挿入して前記薬液注入ゾーンの上端まで建て込む。そして、該注入ロッドで前記薬液注入ゾーンの所定深さまでの第１の薬液注入ゾーンである第１ステージの下端まで掘削する。
【００１４】
その状態で、前記パッカを膨張させて、該パッカの外側部で前記ボーリングロッドと周辺地山との隙間をシールさせると共に、パッカの内側部で該ボーリングロッドと前記注入ロッドとの隙間をシールさせる。そして、前記第１ステージに薬液を注入する。
【００１５】
第１ステージへの薬液注入完了後、前記パッカを収縮させてパッカ内側部と前記注入ロッドとに隙間をつくって注入ロッドを回転・移動可能な状態として、該注入ロッドで前記第１ステージの下方の第２ステージの下端まで掘削する。そして、前記パッカを再び膨張させて、該パッカの外側部で前記ボーリングロッドと周辺地山との隙間をシールさせると共に、該パッカの内側部で前記ボーリングロッドと前記注入ロッドとの隙間をシールする。そして第２ステージに対して薬液を行う。
【００１６】
第２ステージに薬液を注入した後に、前記パッカを収縮する。これにより、パッカ内側部と前記注入ロッドとに隙間が形成され、注入ロッドが解除される（回転・移動が可能な状態になる）。そして、注入ロッドを回転しつつ下方に押し込み、前記第２ステージよりも下方の第３ステージまで掘削する。以下、掘削、パッカ膨張（シール）、薬液注入、パッカ収縮という一連の操作或いは手順を繰り返して、薬液注入ゾーンの最終ステージまで薬液注入するのである。
【００１７】
ここで、本発明によれば、ボーリングロッド及びそれに装着されたパッカは、当初に、所定の薬液注入ゾーンの上端までボーリング孔を掘削する工程を実施した後には、回転することが無く、且つ、その位置を移動させることが無い。換言すれば、本発明によればパッカは膨張、収縮を繰り返すのみであり、回転或いは移動しない。そのため、従来技術におけるパッカ損傷の原因である「パッカと注入ロッドとの擦過」は起こり得ない。すなわち、本発明によれば、パッカ破損の原因が完全に除去されるのである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１および図２に、発明内容を概観する全体構成を示す。地山Ｇに対して、削孔ビット２を先端部に備えたボーリングロッド１が地上から挿入されるよう構成されている。そのボーリングロッド１の内部に、注入ロッド３が上下方向に移動自由に挿入されている。
【００１９】
注入ロッド３は、掘削ビット４を先端部に備え、複数の噴射口５が、水平方向に地盤改良材としての薬液を地山Ｇに注入するよう設けられている。なお、図１および図２におけるパッカ１０は、後述する複数のパッカの１つのみを記してある。
【００２０】
ボーリングロッド１には、ロッド先端部に、側面を示す図３及びそのＸ−Ｘ断面の図４に示すように、本例では３箇所にパッカ１０が装着されている。パッカ１０は弾性材で形成され、加圧（圧縮エア、窒素ガス、その他流体を供給すること）によって膨張し、減圧（圧縮エア、窒素ガス、その他流体を地上側へ開放すること）によって収縮する。本例では４ヶの複数の中空円盤状の風袋１１と各風袋間を通気する通気部１２によって形成されている。そして、風袋１１の外側部１１ａが、ボーリングロッド１の管壁に設けられた孔１ａを通して外部に張出するよう構成されている。
【００２１】
パッカ１０の加圧時には、外側部１１ａが外側に膨張してボーリング孔４０の壁面に密着して、ボーリングロッド１の外側表面とボーリング孔４０の内壁面との隙間（隙間６）をシールする。それと共に、パッカ１０の内側部１１ｂが内側に膨張して、ボーリングロッド１の内側表面と注入ロッド３の外側表面との隙間（隙間７）を埋めて、注入ロッド３の外面に密着する。また、通気部１２は外側がロッド１の内壁に嵌るように、そして、パッカ１０への加、減圧に拘らずボーリングロッド１に嵌着するよう構成されている。
【００２２】
パッカ１０の加圧、減圧制御は、外部に通じる図示しない管によって、圧縮エア、窒素ガス、その他流体を導入する事により行われる。そして図３で示すように、パッカ１０は、ボーリングロッド１に、軸心に対してそれぞれが４５度ずつずれた３重（或いは３段）になっており、ラビリンスシールと同様の原理によって、地上側へ逆流しようとする薬液が漏出せぬように構成されている。これにより、噴射口５（図１参照）からの噴射された薬液が（地上側へ）逆流・流出することを防ぐようになっている。
【００２３】
図１−図６の実施形態においては、半径方向外方に膨張・収縮するパッカ１０−Ｉと、半径方向内方に膨張・収縮するパッカ１０−Ｏとは、ボーリングロッド１の軸方向（図７における矢印Ｖの方向）について、位置が同一となっている。しかし、図７で示すように、半径方向外方に膨張・収縮するパッカ１０と、半径方向内方に膨張・収縮するパッカ１０とを、軸方向Ｖの位置を段違いに（オフセットして）設けることも可能である。
【００２４】
図５及び図６は、別形状のパッカ３０を示したもので、全体としてボーリングロッド２１に螺旋状に巻き付けるようになっている。そして、複数の風袋３１はそれぞれがボーリングロッド２１の外周の１／４を占め、かつ１８０度の距離をおいてその間を通気部３２で連結し、本例では３重巻きにして逆流薬液が直線的に逸出せぬようになってる。加、減圧でのボーリングロッド２１と地山Ｇ及び注入ロッド３との接離の機能は前記例と同様である。
【００２５】
以上の構成による図示の実施形態の作用を、図１および図２を参照しつつ、その手順に従って説明する。
（１）パッカ１０を装着したボーリングロッド１により、所定の薬液注入ゾーンＬの上端４１の深さまでボーリング孔４０を掘削する。
（２）ボーリングロッド１の内部に、注入ロッド３を挿入して、ボーリングロッド１の下端即ち薬液注入ゾーンＬの上端４１まで建て込む。
（３）薬液注入ゾーンの第１ステージ１ｓの下端深さまで注入ロッド３で掘削する。
（４）パッカ１０を膨張させ、ボーリングロッド１の外側に張出した外側部１１ａでボーリングロッド１と周辺地山Ｇとの隙間をシールする。同時に、ボーリングロッド１の内側に張出した内側部１１ｂの膨張でボーリングロッド１と注入ロッド３との隙間５をシールする。
（５）薬液注入ゾーンの第１ステージ１ｓへの薬液注入を行う（図１）。
（６）パッカ１０を減圧収縮させて、パッカ内側部１１ｂと注入ロッド３との間に隙間７をつくって、注入ロッド３を拘束から解除して緩め、回転及び移動が可能な状態とせしめ、掘削可能とせしめる。この場合、パッカ１０は、注入ロッド３の回転により擦過及び破損が生じない程度にまで収縮する。
（７）薬液注入ゾーンの第２ステージ２ｎの下端深さまで、注入ロッド３で掘削をする。
（８）前記（４）と同じ作業をする。
（９）第２ステージ２ｎに対して薬液注入を行う（図２）。
（１０）前記（６）〜（９）を薬液注入ゾーンＬの全体に行って、下端４３まで薬液注入する。
（１１）パッカ１０を減圧収縮させ、注入ロッド３を引き抜き回収する。
（１２）ボーリングロッド１から注入材を送ってボーリング孔４０を充填しながらボーリングロッド１を引き抜き回収する。
以上の手順は、注入ロッド３が掘削降下して薬液注入するいわゆるステップダウン方式をとっているが、ステップアップ方式の薬液注入工法を行う場合においても、本発明は適用可能である旨を付記する。
【００２６】
【発明の効果】
本発明の作用効果を、以下に列挙する。
（１）パッカがボーリングロッドに装着されて、そのボーリングロッドは上下に移動せず、パッカの擦過が無くなるので、パッカの寿命が損なわれない。従って薬液の逆流防止性能の低下がなく、また、パッカ交換コストの低減が図れる。
（２）パッカの加圧膨張によって、ボーリングロッドと注入ロッド間の隙間を封じて薬液の逆流防止も行う。
（３）パッカの数量を多くすれば、さらに逆流防止効果を上げることができる。
（４）パッカを螺旋状の一体品にすれば、ボーリングロッドへの装着が容易になり、加減圧の導圧管装着が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示す装置の構成図。
【図２】図１の作用の進行状態を示す図。
【図３】本発明のパッカの取り付け側面図。
【図４】図３のＸ−Ｘ断面図。
【図５】別形状のパッカの取り付け側面図。
【図６】図５のＹ−Ｙ断面図。
【図７】図１とは別の実施形態を示す構成図。
【図８】従来の注入装置を示す構成図。
【符号の説明】
Ｌ・・・薬液注入ゾーン
１ｓ・・第１ステージ
２ｎ・・第２ステージ
１・・・ボーリングロッド
１ａ・・孔
２・・・削孔ビット
３・・・注入ロッド
４・・・掘削ビット
５・・・噴射口
６、７・・隙間
１０、１０-Ｉ、１０-Ｏ・・パッカ
１１・・風袋
１１ａ・・外側部
１１ｂ・・内側部
１２・・通気部
４０・・ボーリング孔
４１・・薬液注入ゾーンの上端
４３・・薬液注入ゾーンの下端

Claims

地上表面から地中にボーリングロッドで掘削し注入ロッドで薬液を注入して地盤改良をする薬液注入工法において、加圧によって膨張する複数のパッカを装着した前記ボーリングロッドで所定の薬液注入ゾーンの上端までボーリング孔を掘削する工程と、該ボーリングロッドの内部に前記注入ロッドを挿入して前記薬液注入ゾーンの上端まで建て込む工程と、該注入ロッドで前記薬液注入ゾーンの所定深度まで掘削する注入ロッド掘削工程と、前記パッカを膨張させて該パッカの外側部で前記ボーリングロッドと周辺地山との隙間をシールし、且つ、該パッカの内側部で前記ボーリングロッドと前記注入ロッドとの隙間をシールするパッカ膨張工程と、所定の薬液注入ゾーンに薬液を注入する薬液注入工程と、薬液注入工程完了後に前記パッカを収縮させて、パッカ内側部と前記注入ロッドとの間に空間を形成して注入ロッドを解除するパッカ収縮工程、とを有し、前記注入ロッド掘削工程、パッカ膨張工程、薬液注入工程及びパッカ収縮工程を繰り返して薬液注入ゾーンの最終ステージまで薬液注入を行うことを特徴とする薬液注入工法。
請求項１の薬液注入工法で用いられる薬液注入装置において、前記ボーリングロッドに設けられ且つ半径方向外方及び内方に膨張、収縮するパッカと、該パッカを膨張或いは収縮するための流体を供給する流体通路とを有することを特徴とする薬液注入装置。