JP4222498B2

JP4222498B2 - モニタ及びその流路切り換え方法

Info

Publication number: JP4222498B2
Application number: JP2000008952A
Authority: JP
Inventors: 尾充横
Original assignee: Chemical Grouting Co Ltd
Current assignee: Chemical Grouting Co Ltd
Priority date: 2000-01-18
Filing date: 2000-01-18
Publication date: 2009-02-12
Anticipated expiration: 2020-01-18
Also published as: JP2001200527A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地盤改良に際して地盤を掘削し固結材を注入する際に、最深部に配置されて掘削或いは固結材の噴射等の作用を行う部材（モニタ）に関するものであり、特に、削孔用流体と固結材（流体）を同一の流路でモニタへ供給し、モニタ内において、削孔用流体を噴射する削孔用流体噴射孔に連通する流路と、固結材を噴射する固結材噴射手段に連通する流路、とに切り換えるための方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、グラウト工法等では、モニタへ供給する流体の種類に応じた流路を設けた多重管、たとえば２重管、３重管を使用している。これに対して、多重管を使用する際における接続手段の複雑な構成や、回転力の伝達等の問題に鑑みて、地上からモニタまでは単一の流路により連通し、モニタ内で流体の種類（或いは用途）に応じて、所定の流路へ選択的に連通せしめる方式も採用されている。
その様な、モニタ内で所定の流路へ選択的に連通する方式の場合に用いられる弁機構としては、地上側から弁体として作用するボールを投下する方法、供給する流体の性状（例えば供給圧力）によって弁開の位置を決定する方法、或いは、供給圧を検知して電磁弁を作動させる方法等がある。
しかし、ボールを投下する機械的方法では、弁体であるボールにより流路が完全に閉鎖されない恐れが存在する。また、供給圧等により弁開の位置を決定したり或いは電磁弁を作動させる方法（電気的な制御方法）では、電磁弁の様な電気的な開閉機構の不調、電気系統の不調による電磁弁の誤作動等により、作動の完全な信頼性を得るには至っていない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記した様な従来技術の各種問題点に鑑みて提案されたものであり、掘削用のモニタ内で機械的に流路を切り換えることが出来て、しかも作動精度或いは信頼性が極めて高いモニタの流路切り換え方法及び装置の提供を目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、回転駆動されるロッドとも呼ばれる外管の先端部に削孔用の高圧水噴射孔を設けたボーリング用のモニタで地下に向かって地山を削孔し、その削孔された地山周辺に注入材を注入して地盤を改良するモニタの流体経路を削孔用または地山注入用に切り換えるモニタの流路切り換え方法に係るものである。
そして本発明のモニタの流路切り換え方法は、側面に固結材（例えば、セメントミルク、その他の地盤改良材）噴射手段が形成された外管の先端部に配置され、削孔用流体（例えば、高圧水）噴射孔が形成されている削孔部材を設けたボーリング用のモニタの内部に形成された流路を切り換えるモニタの流路切り換え方法において、
前記削孔用流体噴射孔から削孔用流体を噴射してボーリング孔を削孔するに際しては、先端の削孔部材の上部に形成した軸部に設けたピンが、前記軸部に対面する様に配置されたリングの内周面に形成された案内溝内の所定箇所に位置して、前記削孔部材を削孔位置に固定し、以って、前記削孔部材に形成された削孔用流体噴射孔に連通する一方の流路が開放され、且つ、前記外管の側面に形成された固結材噴射手段に連通する他方の流路は前記軸部により閉鎖され、
削孔用流体の噴射を終了して固結材噴射手段から固結材を噴射するに際しては、削孔部材を地山に押し付け或いは引き上げて、前記軸部のピンを前記リングの案内溝内を摺動せしめて当該溝中の最下方箇所まで案内し、以って、前記削孔部材を前記外管に対して最も下方に位置せしめ、削孔部材に形成された削孔用流体噴射孔に連通する前記一方の流路を前記軸部により閉鎖し、且つ、前記固結材噴射手段に連通する前記他方の流路を開放することを特徴としている。
【０００５】
また本発明は、回転駆動されるロッドとも呼ばれる外管の先端部に削孔用の高圧水噴射孔を設けたボーリング用のモニタで地下に向かって地山を削孔し、その削孔された地山周辺に注入材を注入して地盤を改良するモニタの流体経路を削孔用または地山注入用に切り換えるモニタの流路切り換え装置に関する。
本発明のモニタの流路切り換え装置は、側面に固結材噴射手段が形成された外管の先端部に配置され、削孔用流体噴射孔が形成されている削孔部材を設けたボーリング用のモニタの内部に形成された流路を切り換えるモニタの流路切り換え装置において、前記削孔用流体噴射孔に連通している一方の流路と、前記固結材噴射手段に連通する他方の流路と、前記削孔部材の上部に形成した軸部と、該軸部に設けられたピンと、前記軸部に対面する様に配置されたリングと、該リングの内周面に形成された案内溝と、前記リングを上方へ付勢する手段とを備えており、前記案内溝には所定箇所及び最下方箇所とが設けられており、前記ピンが案内溝内の前記所定箇所に位置すれば、前記削孔部材は削孔位置に固定され、前記一方の流路が開放され、前記他方の流路が前記軸部により閉鎖され、前記ピンが案内溝内の前記最下方箇所に位置すれば、前記一方の流路は前記軸部により閉鎖され、前記他方の流路は開放する様に構成されていることを特徴としている。
【０００６】
本発明の実施に際して、前記案内溝は、連続する複数の山谷で形成され、その谷の１つが他の谷よりも上下方向について下方となる様に成形されているのが好ましい。
【０００７】
なお、本発明のモニタの流路切り換え装置は、公知の所謂「グラウト工法」に組み付け、または組込んで構成するにとで最良の効果を奏する。
【０００８】
上述した構成を具備する本発明によれば、前記外管を上下することにより、削孔部材を地山に押し付け、引き上げれば、前記ピンが前記案内溝内を摺動して、前記所定箇所（削孔位置）から前記最下方箇所（固結材の噴射工程が行われる位置）まで摺動する。そして、その様な案内溝内におけるピンの摺動に連れて、前記削孔部材及びその軸部は、前記外管に対して上下方向に相対移動する。そして、固結材噴射手段に連通する（前記他方の）流路を閉鎖するが削孔用流体噴射孔に連通する（前記一方の）流路は開放する状態（削孔状態）から、削孔流体噴射孔に連通する（前記一方の）流路を閉鎖するが固結材噴射手段に連通する（前記他方の）流路は開放する状態（固結材噴射状態）に切り換わる。
換言すると、本発明によれば、外管を上下動するだけで流路の切り換えができるので、ボーリング孔を掘削する削孔工程から、改良するべき地盤中に固結材を噴射・注入する固結材注入工程へ工程が変更する際に伴う流路変更操作が、確実且つ容易に行われる。
【０００９】
また、本発明によれば、（ボーリング孔を掘削する）削孔工程で必要とされる高圧水（削孔用流体）の流路と、（改良するべき地盤中に固結材を噴射・注入する）固結材注入工程で必要とされる固結材またはエアの流路とを、モニタまでは共通の単一流路として、モニタ内で選択的に所定の流路に連通せしめているので、地盤改良工法で用いられる管及びモニタにおける流路構成が簡単である。
【００１０】
さらに、本発明によれば、外管と外管内の削孔部材との相対的な上下方向位置を変更することで、流路の切り換えを行う様に構成されており、比較的単純で且つ信頼性の高い機械的な構成を採用している。また、削孔流体供給用の流路と固結材注入用の流路の断面形状も単純にすることが出来るので、流体流動抵抗が少なく、削孔用流体による掘削効率及び固結材の注入効率が良い。
【００１１】
また、削孔部材の外管に対する相対高さ位置の決定のためのリング内周に設ける案内溝を、比較的上方に存在する領域である「山」と、比較的下方に存在する領域である「谷」とにより形成しており、さらに山及び谷の頂部と、最下方箇所にピンが嵌入すると、他の箇所に比較してピンの摺動が若干し難くなる様に構成されている。そのため、流路変更のために外管を上下動する操作に際して、抵抗による節度がついて、誤操作が防止される。同様な理由により、各種減衰機構を設けて、「誤操作による流路変更」という事態を防止することが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明によるモニタの流路切り換えの実施形態について説明する。
図１は、モニタ１とその内部に構成された流路切り換え装置１Ａを示していて、さらに本図では上部から供給される高圧の削孔水が削孔部材１０に供給されている経路状態を示している。
【００１３】
図１において、地上側装置（図示せず）から作動用流体を供給されると共に、地山削孔のための回転駆動をする外管３の先端部に、削孔部材１０と、弾性材のコイルばね２２（リングを上方へ付勢する手段）と、リング２０と、押圧棒８とが内装されて流路切り換え装置１Ａが構成されている。
【００１４】
削孔部材１０は、先端のビット保持部１５に複数の削孔ビット１６を保持しており、図２に示すように、削孔部材１０の中央部は断面形状が正六角形に構成されており、外管３の内腔部（断面正六角形）に上下方向へ摺動可能に遊嵌されている。
この構成によって、削孔部材１０は外管３の回転トルクを受け、削孔ビット１６が回転しつつ、地山Ｍを掘削・削孔する。
【００１５】
削孔部材１０の中央上部に、肩部１０ａが形成され、肩部１０ａの上部に比較的小径に構成された軸部１１が形成されている。
軸部１１の上部には供給路２ｉに連通する弁孔１３が設けられ、その弁孔１３から下方に向かって（且つ軸１１の軸心に沿って）削孔圧水路１４が設けられ、ビット保持部１５から明示しない噴射孔（削孔流体噴射孔）に連通して前記「一方の流路」を構成している。
【００１６】
軸部１１の中央部は、外管３に設けられた上下で一対をなす環状のリング上板４とリング下板５のそれぞれの内孔４ａおよび５ａによって、上下方向へ摺動自在に保持されている。
【００１７】
図７〜図９に示すように、軸部１１の水平方向外方にピン１２が設けられている。ピン１２は側方から見て横倒し台形状に形成され、上斜部１２ｕ、下斜部１２ｄが、後記するリング溝２０ｂと嵌合して摺動するよう構成されている。
【００１８】
図１に戻って、リング上板４とリング下板５の間にリング２０が装着されている。
リング２０は、図４および図５に示すように円筒状に形成され、内孔２０ａに内周にわたって案内溝２０ｂが山形曲線状に形成されている。この案内溝２０ｂには、軸部１１の外部に設けられたピン１２が嵌入され、削孔部材１０の上下動と連動する様に、ピン１２が案内溝２０ｂを摺動して、ピン１２の上下動停止位置を決定するようになっている。そして、ピン１２の上下位置が、削孔流体である高圧水を削孔圧水路１４へ導く弁孔１３の開閉位置を決定するようになっている。
【００１９】
前記案内溝２０ｂは、図６に示す展開視図のように、連続した３つの同高さの山Ａｔ、Ｂ１ｔ、Ｂ２ｔと、Ａだけが他よりも深い（或いは下方に位置している）３つの谷Ａ、Ｂ１、Ｂ２とで形成されている。そして、山Ａｔ、Ｂ１ｔ、Ｂ２ｔと谷の上位位置である谷Ｂ１、Ｂ２には、前記ピン１２の上下の角形状に嵌合する嵌入部２０ｃが設けられている。
【００２０】
図１０は、図４〜図６と共に、弁孔１３の位置を決定するピン１２の移動要領を示している。
ピン１２が図６における谷の下位位置である谷Ａ（最下方箇所）の位置にあるときは、弁孔１３は削孔部材１０への流通を閉じて固結材を噴射或いは注入するノズルＮ（固結材噴射手段）に通じるようになっている（図３参照：「削孔流体噴射孔に連通する前記一方の流路を閉鎖するが、固結材噴射手段に連通する前記他方の流路は開放する状態（固結材噴射状態）」）。
【００２１】
そして、下位位置の谷Ａ→上位位置の谷Ｂ１の間に山Ａｔがあって、谷Ａから上昇するピン１２が、図１０の位置１２ａから、一旦、山Ａｔの嵌入部２０ｃ（所定箇所）に嵌入されるようになっている。
【００２２】
次いで、山Ａｔの嵌入部２０ｃから押し下げられたピン１２は、溝２０ｂに沿って谷Ｂ１に至りこの嵌入部２０ｃに嵌入する。
そして、ピン１２の移動に従って弁孔１３はノズルＮへの流通を閉じて、削孔部材１０への流通を開くようになっている（図１参照：「固結材噴射手段に連通する前記他方の流路を閉鎖するが、削孔用流体噴射孔に連通する前記一方の流路は開放する状態（削孔状態）」）。
【００２３】
図１１は、ピン１２の位置と、弁１３の開閉との関係を示している。例えば、ピン１２の位置が谷Ａ（最下方箇所：固結材噴射工程に相当）においては、ノズルＮに通じる固結材（及び／又はエア）流路２ｏは開でかつ、削孔圧水路１４に行く削孔水は閉であって、この状態からピン位置が谷Ａ→谷Ｂ１（所定箇所：削孔工程に相当）に移動すれば直ちに弁１３の開閉方向は逆になる。
【００２４】
しかし、ピン１２が案内溝２０ｂ中の位置Ｂ１にある状態で、弁１３の開閉を切り換えるには、ピン１２を１度谷Ｂ２を経由させる必要がある。すなわち、高圧の削孔水（高圧水）を停止して固結材（及び／またはエア）の流通用に切り換えるには、やや慎重に行うべきことと、削孔抵抗の急変によるピン位置の移動があっても、直ちにエア通路へ変更してしまうことを防止する様な構造となっている。
【００２５】
なお、図示の実施形態では、ピン１２の上下を１ストロークとすると、削孔水開から閉までは２ストロークとなるが、ストローク数を必要に応じて溝の形状で任意にかえることができる。
【００２６】
再び図１または図３を参照して、弾性材のコイルばね２２は、肩部１０ａとリング下板５との間に介装されて、圧縮された状態では削孔水が削孔部材１０に通じ、伸長した状態では削孔水の削孔部材１０への通水を閉じ、通路２ｏへの流通を可能にするよう構成されている。
【００２７】
押圧棒８は、外管３と相対的に固定された状態で上部装置に装着され、外管３の上下動と同じに上下するよう構成されている。その押圧棒８の下端部は凹状に形成され、コイルばね２２が圧縮された状態の図１では軸部１１の頂部と密接に嵌合して固結材流路２ｏを閉とするよう構成されている。
【００２８】
また、コイルばね２２が伸長した状態の図３では押圧棒８と軸部１１の頂部との間に隙間を形成して流体の供給路２ｉと固結材（またはエア）流路２ｏが直通するよう構成されている。
【００２９】
上記構成のモニタ１の流路切り換え装置１Ａを使用した流路切り換え方法を図を参照して説明する。
【００３０】
１．削孔工程
それまで図３に示すように、コイルばね２２が伸長状態にあって、ピン１２が案内溝２０ａの谷Ａにあり、供給路２ｉと固結材流路２ｏが開通し、供給路２ｉと弁孔１３が閉止状態にある状態（「削孔流体噴射孔に連通する前記一方の流路を閉鎖するが、固結材噴射手段に連通する前記他方の流路は開放する状態（固結材噴射状態）」）ことから説明をスタートさせる。
【００３１】
先ず、地上からの操作で外管３と共にモニタ１の削孔部材１０が地山Ｍに押圧される（図１参照）。これによって、肩部１０ａがコイルばね２２を圧縮し、軸部１１は上方に移動する。軸部１１の上方への移動に従って、ピン１２はリング２０の溝２０ｂを図６における谷Ａから摺動しながら上昇する。
【００３２】
ピン１２の上昇は、溝２０ｂに沿ってリング２０を回転させて山Ａｔに至り、そこでピン１２は嵌入部２０ｃに嵌入して停止させられる。このときの流路切り換え装置１Ａは、図１に示すように、コイルばね２２が圧縮されている。
【００３３】
この停止を１つの節度とし、つぎに外管３を引き上げる。ピン１２は、コイルばね２２が伸長して図１０に示すように、山Ａｔの嵌入部２０ｃから一旦垂直に下がって１２ｂの位置に至り、次いで２０ｂの傾斜溝に沿って１２ｃ方向に摺動する。
なお、図１０におけるピン１２の左右方向移動は、実際にはリング２０の旋回となって作動しピン１２の回転方向位置は動かない。
【００３４】
そして、ピン１２は谷Ｂ１に至り、この嵌入部２０ｃに嵌入する。そして、弁孔１３は供給路２ｉからノズルＮへの流通を閉じて、削孔部材１０への流通路を開く（図１参照：「固結材噴射手段に連通する前記他方の流路を閉鎖するが、削孔用流体噴射孔に連通する前記一方の流路は開放する状態（削孔状態）」）。
【００３５】
このようにして、図１のように、ピン１２が上位位置の谷Ｂ１に停止して弁孔１３が供給路２ｉに連通して、削孔部材１０は削孔ビット１６と高圧水によって地山Ｍの削孔が行われる。
なお、地上部での削孔工程の確認は、供給流体圧によって削孔水供給状態かあるいは固結材注入工程かを検知できる。
【００３６】
２．流路切換え工程。
前記削孔工程から固結材（及び／またはエア）を噴射・注入する工程に切り換えるための流路切り換え手順を説明する。
これまでピン１２は谷Ｂ１に嵌固されていたが、このピン１２を図６における右方の谷Ａに移動させて流路を切り換える。
そのために、図１の状態から先ず外管３を押し下げてピン１２の位置をリング２０の上部に上げ、山Ｂ１ｔに嵌固させる。ここで押し下げ抵抗が生じて、節度感を生じる。
【００３７】
次に、外管３を引き上げてピン１２をばね２２によって引き下げ、谷Ｂ２の嵌入部２０ｃに嵌固させる。ここでも抵抗と節度感が生じる。
次いで、外管３を押し下げてピン１２を山Ｂ２ｔに嵌固させる。
次いで、外管３を引き上げてピン１２を谷Ａに着固させる（図３の状態：「削孔流体噴射孔に連通する前記一方の流路を閉鎖するが、固結材噴射手段に連通する前記他方の流路は開放する状態（固結材噴射状態）」）。
【００３８】
このようにして、削孔工程での谷Ｂ１のピン１２を、（Ｂ１→Ｂ１ｔ→Ｂ２→Ｂ２ｔ→Ａ）のように上下動を２ストロークおこなって固結材（またはエア）注入工程に流路切り換えをする。
【００３９】
前記固結材（またはエア）から削孔工程に切り換えるための流路切り換え手順は、前記削孔工程で説明の（谷Ａ→谷Ｂ１）の操作と同様で上下動を１ストロークおこなってピン１２の位置をかえれば良い。
【００４０】
【発明の効果】
本発明の作用効果を、以下に列挙する。
（１）外管（ロッド）の上下動だけで流路の選択ができるので、工程変更に伴う流路変更操作が確実、容易である。
（２）削孔工程で必要とする高圧水の流路と、固結材注入工程で必要とする固結材（及び／またはエア）の流路をモニタまでは共通の単一の共通流路とし、モニタで流路を分岐するので、流路構成が簡単であり、コスト安である。
（３）外管と外管内の削孔部材との上下相対高さをかえることで流路変更するようになっているので、構造が単純である。また、削孔用流体供給路と固結材注入流路との開放時の流路の断面形状も簡単となるので、流体流動抵抗が少なく、削孔用流体（高圧水）による掘削効率と、固結材の注入効率、とが良好である。
（４）削孔部材の外管に対する相対高さ位置（相対的な上下方向位置）の決定のためのリング内周に設ける案内溝は、山谷を形成してあり、さらに山谷の頂部と低部にピンが嵌入するようにしているので、流路変更のための外管の上下動に抵抗による節度がついて操作が確実、容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示すモニタの流路切り換え装置の断面図であって、供給流体が削孔部材に供給されている状態を示している。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図。
【図３】本発明の実施形態を示すモニタの流路切り換え装置の断面図であって、供給流体が固結材（エア）流路に供給されている状態を示している。
【図４】弁部を構成するリングを示す斜視図。
【図５】図４の上面図。
【図６】図４および図５の案内溝を示す展開視図。
【図７】図１のＢ−Ｂ断面図。
【図８】図７のＸ矢視図。
【図９】ピンの拡大図。
【図１０】案内溝の作用を説明する局部拡大図。
【図１１】弁作動でのピン位置と弁の開閉の関係を示す表示図。
【符号の説明】
１・・・モニタ
１Ａ・・流路切換え装置
２ｉ・・供給路
２ｏ・・流路
３・・・外管
４・・・リング上板
５・・・リング下板
８・・・押圧棒
１０・・削孔部材
１０ａ・肩部
１１・・軸部
１２・・ピン
１３・・弁孔
１４・・削孔圧水路
１５・・ビット保持部
１６・・削孔ビット
２０・・リング
２０ａ・・内孔
２０ｂ・・案内溝
２０ｃ・・嵌入部

Claims

側面に固結材噴射手段が形成された外管の先端部に配置され、削孔用流体噴射孔が形成されている削孔部材を設けたボーリング用のモニタの内部に形成された流路を切り換えるモニタの流路切り換え方法において、
前記削孔用流体噴射孔から削孔用流体を噴射してボーリング孔を削孔するに際しては、先端の削孔部材の上部に形成した軸部に設けたピンが、前記軸部に対面する様に配置されたリングの内周面に形成された案内溝内の所定箇所に位置して、前記削孔部材を削孔位置に固定し、以って、前記削孔部材に形成された削孔用流体噴射孔に連通する一方の流路が開放され、且つ、前記外管の側面に形成された固結材噴射手段に連通する他方の流路は前記軸部により閉鎖され、
削孔用流体の噴射を終了して固結材噴射手段から固結材を噴射するに際しては、削孔部材を地山に押し付け或いは引き上げて、前記軸部のピンを前記リングの案内溝内を摺動せしめて当該溝中の最下方箇所まで案内し、以って、前記削孔部材を前記外管に対して最も下方に位置せしめ、削孔部材に形成された削孔用流体噴射孔に連通する前記一方の流路を前記軸部により閉鎖し、且つ、前記固結材噴射手段に連通する前記他方の流路を開放することを特徴とするモニタの流路切り換え方法。
側面に固結材噴射手段が形成された外管の先端部に配置され、削孔用流体噴射孔が形成されている削孔部材を設けたボーリング用のモニタの内部に形成された流路を切り換えるモニタの流路切り換え装置において、前記削孔用流体噴射孔に連通している一方の流路と、前記固結材噴射手段に連通する他方の流路と、前記削孔部材の上部に形成した軸部と、該軸部に設けられたピンと、前記軸部に対面する様に配置されたリングと、該リングの内周面に形成された案内溝と、前記リングを上方へ付勢する手段とを備えており、前記案内溝には所定箇所及び最下方箇所とが設けられており、前記ピンが案内溝内の前記所定箇所に位置すれば、前記削孔部材は削孔位置に固定され、前記一方の流路が開放され、前記他方の流路が前記軸部により閉鎖され、前記ピンが案内溝内の前記最下方箇所に位置すれば、前記一方の流路は前記軸部により閉鎖され、前記他方の流路は開放する様に構成されていることを特徴とするモニタの流路切り換え装置。
前記案内溝は、連続する複数の山谷で形成され、その谷の１つが他の谷よりも上下方向について下方となる様に成形されている請求項２のモニタの流路切り換え装置。