JP4167151B2 - 注入装置 - Google Patents

Description

本発明は、地盤を掘削して形成した削孔近傍の地盤中に地盤改良剤を注入するための注入装置に関するものである。

一般に、トンネル坑口部や土被りが薄い場合における掘削・支保では、地山に扁平なアーチを構成する必要があることから、トンネルの軸方向に、上記アーチ部に沿って、多数の筒体を互いに隣接させて推進・埋設して上記地山を補強する方法が行われている。具体的には、図５（ａ）に示すように、アーチ部となる地山５０内に、上記アーチ部に沿って、トンネルの軸方向に延長する多数の継手付き鋼管２１を互いに隣接させて推進・埋設してこれを先行支保工２０とし、その後、上記先行支保工２０内部を掘削してトンネルを構築する方法が提案されている。上記継手付き鋼管２１は、詳細には、図５（ｂ）に示すように、断面が台形状の鋼製の本体２１ｍとこの本体２１ｍの両側面の上端部及び下端部から隣接する継手付き鋼管２１の本体２１ｍの側面の上端部及び下端部側にそれぞれ突出する継手２１ａ，２１ｂ及び継手２１ｃ，２１ｄを備えた第１の継手付き鋼管２１Ａと、上記継手２１ａ〜２１ｄに係合する継手２１ｐ〜２１ｓを備えた第２の継手付き鋼管２１Ｂの２種類があり、上記第１の継手付き鋼管２１Ａの継手２１ａ，２１ｂに、上記第１の継手付き鋼管２１Ａに隣接する第２の継手付き鋼管２１Ｂの継手２１ｐ，２１ｑをそれぞれ嵌合させるなどして、継手付き鋼管２１，２１同士をトンネルの円周方向に沿って連結した後、上記継手付き鋼管２１内にコンクリートを充填して先行支保工２０を構築する（例えば、非特許文献１参照）。

一方、軟弱な地盤にトンネルを掘進するなどの場合には、予め地山を補強しておく必要がある。そのため、例えば、図６に示すように、トンネルの地山５０を掘削して形成された削孔５１内へ、地盤固化剤などの薬剤を注入するための注入装置３０を挿入し、上記削孔５１内から上記地山５０内へ地盤固化剤を注入して上記地山５０を補強する工法が用いられている。この注入装置３０は、上記削孔５１内に挿入される、長手方向に複数の開口部３１ｓを有する外管３１と、この外管３１内に挿入される、注入液移送管３２に接続された、側面に複数の注入孔３３ｓを有する注入管３３と、この注入管３３の上記注入孔３３ｓの前，後にそれぞれ設けられた２つのパッカー３４，３４とを備えたもので、上記外管３１内を上記削孔５１内に挿入した後、図外のジャッキ等の推進手段により上記注入液移送管３２を推進して上記注入管３３とパッカー３４，３４とを上記外管３１内に挿入する。そして、上記パッカー３４，３４に図示しない空気管から空気を導入してこれを膨らまして上記外管３１の内空部を区切った後、注入液移送管３２から送られた地盤固化剤を、上記注入管３３の注入孔３３ｓから上記パッカー３４，３４で囲まれた空間内に注入する工程を繰り返す。この注入された地盤固化剤は、上記外管３１の開口部３１ｓから削孔５１内に注入され、上記地山５０中に浸透し、固化するので、上記地山５０を補強することが可能となる。
ＪＲ東日本パンフレット；「東北本線王子駅構内、首都高速道路新設他工事」

しかしながら、上記従来の注入装置３０は、外管３１の断面形状が円形である場合には問題はないが、上記継手付き鋼管２１のような断面形状が台形状の角型管の場合には適用が困難であった。すなわち、上記パッカー３４，３４は空気管から空気により膨らまして使用するため、上記空気圧をかなり高くしてやらないと上記のような角型管内を完全に密閉することができなかった。また、上記注入装置３０では、構造上、外管３１内に地盤固化剤が残留するため、上記のように、互いに連結されて埋設された継手付き鋼管２１のような埋設管内にコンクリートを充填するような場合には、上記埋設管が円筒状である場合でも、埋設管そのものを外管として用いることができないといった問題点があった。

本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、削孔に挿入された外管、あるいは、地中に埋設された埋設管の形状に関わらず上記管内から周囲の地山に地盤固化剤を容易に注入することのできる注入装置を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に記載の発明は、側面に複数の開口部を有する外管あるいは埋設管内に挿入され、注入液移送管から圧送されてくる地盤改良剤を上記開口部から上記外管あるいは埋設管の周囲の地山に注入する注入装置であって、注入手段と、基台と、上記注入手段と上記基台とを連結する伸縮自在な連結部材と、この連結部材を伸縮させる手段とを備えており、上記注入手段は、上記注入液移送管に接続され、上記開口部に対応する注入孔を有する注入管と、この注入管の上記開口部側に設けられた、上記注入孔に連通する中空部を有する筒状のパッキンとを有し、上記基台は、上記パッキンが上記外管あるいは埋設管の内側に当接して上記注入孔と上記開口部とが上記中空部を介して連通したときに、上記外管あるいは埋設管の上記パッキンとは反対側の内側に当接して上記連結部材を伸縮させる手段の反力受けとなることを特徴とするものである。
なお、地盤が軟弱な場合には、上記地盤改良剤の注入口となる角型管の開口部は、開口部の内側からのみ液状体の注入が可能な逆止弁とするか、角型管の埋設時には閉鎖しておくことが好ましい。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の注入装置において、その注入孔が互いに異なる方向に開口する少なくとも２つの注入手段を備えたもので、これにより、複数の開口部から周囲の地山に地盤改良剤を注入することが可能となる。

請求項３に記載の発明は、側面に互いに対向するように設けられた開口部を有する外管あるいは埋設管内に挿入され、注入液移送管から圧送されてくる地盤改良剤を上記開口部から上記外管あるいは埋設管の周囲の地山に注入する注入装置であって、第１の注入手段と、第２の注入手段と、上記第１の注入手段と上記第２の注入手段とを連結する伸縮自在な連結部材と、上記連結部材を伸縮させる手段とを備え、上記第１の注入手段は、上記注入液移送管に接続され、上記開口部のうちの一方の側の開口部に対応する注入孔を有する注入管と、この注入管の上記一方の側の開口部側に設けられた、上記注入孔に連通する中空部を有する筒状のパッキンとを有し、上記第２の注入手段は、上記注入液移送管に接続され、上記一方の側の開口部に対向するように設けられた他方の側の開口部に対応する注入孔を有する注入管と、この注入管の上記他方の側の開口部側に設けられた、上記注入孔に連通する中空部を有する筒状のパッキンとを有していることを特徴とするものである。これにより、上記角型管の対向して設けられた開口部から同時に周囲の地山に地盤改良剤を注入することができるとともに、上記開口部周囲を確実に遮断することが可能となる。

請求項４に記載の発明は、請求項１または請求項２または請求項３に記載の注入装置において、上記注入手段もしくは上記第１及び第２の注入手段を搭載して走行する走行手段を設けたものである。

本発明の注入装置は、注入液移送管に接続され、外管あるいは埋設管の開口部に対応する注入孔を有する注入管と、上記注入孔に連通する中空部を有する筒状のパッキンとを有する注入手段を備え、上記パッキンを上記外管あるいは埋設管の開口部周辺に押し当てて上記開口部近傍を密封するとともに、上記注入孔と上記開口部とを上記中空部を介して連通させた状態で、上記開口部から地盤改良剤を上記管の周囲の地山に同時に注入する構成としたので、外管あるいは埋設管の断面形状に関わらず周囲の地山に地盤改良剤を容易に注入することができる。

以下、本発明の最良の形態について、図面に基づき説明する。
図１（ａ），（ｂ）は、本発明に係る注入装置１０の概略構成を示す図で（ａ）図は正面図、（ｂ）図は（ａ）図のＡ−Ａ断面図である。各図において、１１Ａは注入液移送管１２に接続され、断面が矩形状の角型管１の上面１ａのほぼ中央部に設けられた逆止弁２ａに対応する位置に設けられた注入孔１３ｐを有する注入管１３ａと、この注入管１３ａの上面側に設けられた、上記注入孔１３ｐに連通する中空部１４ｐを有し、上記注入孔１３ｐの周囲を囲う断面が矩形の筒状のパッキン１４ａと、このパッキン１４ａの周囲に設けられた規制部材１５ａとを備えた第１の注入手段、１１Ｂは上記注入液移送管１２に上記注入管１３ａと並列に接続され、角型管１の下面１ｂのほぼ中央部に設けられた逆止弁２ｂに対応する位置に設けられた注入孔１３ｑを有する注入管１３ｂと、この注入管１３ｂの下面側に設けられた、上記注入孔１３ｑに連通する中空部１４ｑを有し、上記注入孔１３ｑの周囲を囲う断面が矩形の筒状のパッキン１４ｂと、このパッキン１４ｂの周囲に設けられた規制部材１５ｂとを備えた第２の注入手段、１６は上記第１及び第２の注入手段１１Ａ，１１Ｂを連結する伸縮自在な連結部材であるシャフト、１７は上記シャフト１６を伸縮させる手段である油圧ジャッキ、１８は上記第２の注入手段１１Ｂの規制部材１５ｂにバネ部材１８ｋにより懸架された車輪１８ｒを備え、上記シャフト１６で連結された第１及び第２の注入手段１１Ａ，１１Ｂを搭載して走行する走行手段である。
本例では、上記走行手段１８上に第２の注入手段１１Ｂを搭載するとともに、上記第１及び第２の注入手段１１Ａ，１１Ｂ間に上記シャフト１６を走行方向の前後に所定の間隔を隔てて２本ずつ、合計４本配置して、上記第１の注入手段１１Ａを上記第２の注入手段１１Ｂ上に安定に支持するようにしている。なお、図を簡単にするため、図示しない油圧制御装置に接続される上記油圧ジャッキ１７の配管については省略した。

次に、上記構成の注入装置１０の動作について、図１及び図２を参照して説明する。
まず、上記角型管１内に注入装置１０を導入し、走行手段１８を駆動して上記注入装置１０を上記角型管１の上記端部近傍まで移動させ、パッキン１４ａ，１４ｂの中空部１４ｐ，１４ｑがそれぞれ上記角型管１の開口部となる逆止弁２ａ，２ｂのほぼ真下及びほぼ真上となる位置、すなわち、上記パッキン１４ａ，１４ｂを上記角型管１の上面１ａ及び下面１ｂに当接したときに、上記パッキン１４ａ，１４ｂの周縁部が上記逆止弁２ａ，２ｂを囲むような位置で停止させる。
次に、第１及び第２の注入手段１１Ａ，１１Ｂを連結するシャフト１６を油圧ジャッキ１７にて押上げることにより、注入管１３ａの上部に取付けられたパッキン１４ａが角型管１の上部に押し付けられるとともに、上記油圧ジャッキ１７の反力受けとなる注入管１３ｂは下方に押し下げられるので、上記注入管１３ｂの下部に取付けられたパッキン１４ｂは角型管１の下部に押し付けられる。このとき、走行手段１８のバネ部材１８ｋが縮むので、上記車輪１８ｒが上記パッキン１４ｂの動きを妨げることがない。
上記パッキン１４ａ，１４ｂをそれぞれ角型管１の上部及び下部に当接させることにより、上記注入管１３ａ，１３ｂの注入孔１３ｐ，１３ｑと角型管１の逆止弁２ａ，２ｂとがパッキン１４ａ，１４ｂの中空部１４ｐ，１４ｑを介して連通されるとともに、角型管１の上部及び下部を上記パッキン１３ａ，１３ｂによりそれぞれ密閉することができる。したがって、注入液移送管１２から圧送されてくる地盤固化剤を、角型管１の上面１ａと下面１ｂに設けられた逆止弁２ａ，２ｂを介して、上記角型管１の上，下の地山５０に注入して上記地山５０を補強することができる。
また、本例では、上記角型管１の開口部となる逆止弁２ａ，２ｂ近傍を密封した状態で地盤固化剤を注入する構成としたので、上記角型管１内には地盤固化剤が残留することがない。
なお、上記地盤固化剤の注入は、地山５０の強度にもよるが、必ずしも１本の角型管１の埋設後直ちに行う必要はなく、複数本の角型管１を挿入・埋設後に行ってもよい。

このように、本最良の形態では、角型管１の上面１ａに設けられた逆止弁２ａに対応する注入孔１３ｐを有する注入管１３ａ、及び、この注入管１３ａの注入孔１３ｐの周囲に設けられたパッキン１４ａを備えた第１の注入手段１１Ａと、角型管１の下面１ｂに設けられた逆止弁２ｂに対応する注入孔１３ｑを有する注入管１３ｂ、及び、この注入管１３ｂの注入孔１３ｑの周囲に設けられたパッキン１４ｂを備えた第２の注入手段１１Ｂとを、油圧ジャッキ１７により伸縮する４本のシャフト１６で連結した構成の注入装置１０を用い、上記パッキン１４ａ，１４ｂを角型管１の上部及び下部に押し当てて上記角型管１の上部及び下部を密閉した状態で、角型管１の上下の地山５０に地盤固化剤を注入するようにしたので、角型管１のような断面形状が矩形であるような管であっても、埋設された角型管１内から、上記角型管１の上下の地山５０に地盤固化剤を注入することができる。
また、上記構成により、角型管１内には地盤固化剤が残留することがないので、例えば、上記角型管１が埋設管である場合などは、地山５０の補強後に、上記角型管１内にコンクリートを充填するなどして上記角型管１を補強することができる。

なお、上記最良の形態では、角型管１の上下の地山５０に地盤固化剤を注入する場合について説明したが、角型管１の左右の地山５０にも地盤固化剤を注入する必要がある場合には、角型管１の側面にも逆止弁を設けるとともに、上記注入装置１０の走行手段１８を除く部分（以下、注入部という）を９０度回転させた構成の注入装置を用いるか、または、上記注入装置１０に上記注入部を９０度回転させたものを同時に搭載して角型管１の上下及び左右の地山５０に地盤固化剤を注入すればよい。
また、角型管１の上部の地山５０のみを補強する場合には、上記第２の注入手段１１Ｂに代えて、上記シャフト１６及び油圧ジャッキ１７を搭載するための基台を設けて、上記油圧ジャッキ１７の反力受けとして、パッキン１４ａを角型管１の上部の押し付けて地盤固化剤を注入するようにすればよい。

また、上記例では、埋設管が断面形状が矩形の角型管１である場合について説明したが、これに限るものではなく、本発明は、例えば、図３に示すような、断面形状が多角形の埋設管１Ｍや、図４に示すような、円筒状の埋設管１Ｒにも適用可能である。
また、本発明は、上記のような、角型管１，埋設管１Ｍ，１Ｒ周囲の地山を補強するだけでなく、地山を掘削して形成された削孔内へ、地盤固化剤などの薬剤を注入する際にも使用することができることは言うまでもない。

以上説明したように、本発明によれば、管の断面形状に関わらず、削孔に挿入された外管、あるいは、地中に埋設された埋設管内から周囲の地山に地盤改良剤を容易に注入することができる。また、パッカーで管内全体を密封する必要がないので、作業効率を格段に向上させることができる。

本発明の本最良の形態に係る注入装置の概要を示す図である。 本最良の形態に係る注入装置の動作を示す図である。 本発明に係る注入装置の適用例を示す図である。 本発明に係る注入装置の適用例を示す図である。 従来の角型管を用いた先行支保工の構築方法を示す図である。 従来の注入装置の要部構成を示す図である。

符号の説明

１ 角型管、１ａ 角型管の上面、１ｂ 角型管の下面、２ａ，２ｂ 逆止弁、
１０ 注入装置、１１Ａ 第１の注入手段、１１Ｂ 第２の注入手段、
１２ 注入液移送管、１３ａ，１３ｂ 注入管、１３ｐ，１３ｑ 注入孔、
１４ａ，１４ｂ パッキン、１４ｐ，１４ｑ パッキンの中空部、
１５ａ，１５ｂ 規制部材、１６ シャフト、１７ 油圧ジャッキ、１８ 走行手段、
１８ｋ バネ部材、１８ｒ 車輪、５０ 地山。

Claims (4)

1. 側面に複数の開口部を有する外管あるいは埋設管内に挿入され、注入液移送管から圧送されてくる地盤改良剤を上記開口部から上記外管あるいは埋設管の周囲の地山に注入する注入装置であって、注入手段と、基台と、上記注入手段と上記基台とを連結する伸縮自在な連結部材と、この連結部材を伸縮させる手段とを備えており、上記注入手段は、上記注入液移送管に接続され、上記開口部に対応する注入孔を有する注入管と、この注入管の上記開口部側に設けられた、上記注入孔に連通する中空部を有する筒状のパッキンとを有し、上記基台は、上記パッキンが上記外管あるいは埋設管の内側に当接して上記注入孔と上記開口部とが上記中空部を介して連通したときに、上記外管あるいは埋設管の上記パッキンとは反対側の内側に当接して上記連結部材を伸縮させる手段の反力受けとなることを特徴とする注入装置。
2. その注入孔が互いに異なる方向に開口する少なくとも２つの注入手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の注入装置。
3. 側面に互いに対向するように設けられた開口部を有する外管あるいは埋設管内に挿入され、注入液移送管から圧送されてくる地盤改良剤を上記開口部から上記外管あるいは埋設管の周囲の地山に注入する注入装置であって、第１の注入手段と、第２の注入手段と、上記第１の注入手段と上記第２の注入手段とを連結する伸縮自在な連結部材と、上記連結部材を伸縮させる手段とを備え、上記第１の注入手段は、上記注入液移送管に接続され、上記開口部のうちの一方の側の開口部に対応する注入孔を有する注入管と、この注入管の上記一方の側の開口部側に設けられた、上記注入孔に連通する中空部を有する筒状のパッキンとを有し、上記第２の注入手段は、上記注入液移送管に接続され、上記一方の側の開口部に対向するように設けられた他方の側の開口部に対応する注入孔を有する注入管と、この注入管の上記他方の側の開口部側に設けられた、上記注入孔に連通する中空部を有する筒状のパッキンとを有していることを特徴とする注入装置。
4. 上記注入手段もしくは上記第１及び第２の注入手段を搭載して走行する走行手段を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２または請求項３に記載の注入装置。

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