JP4305913B2

JP4305913B2 - パッカー装置

Info

Publication number: JP4305913B2
Application number: JP2004147117A
Authority: JP
Inventors: 和明平井
Original assignee: ライト工業株式会社
Priority date: 2004-05-18
Filing date: 2004-05-18
Publication date: 2009-07-29
Anticipated expiration: 2024-05-18
Also published as: JP2005330648A

Description

本発明は、パッカー装置に関するものである。より詳しくは、地盤に挿入された有孔管内に薬液を注入し、この注入薬液を有孔管の孔を通して地盤中に吐き出す工法において用いられる、有孔管の先端開口を閉塞するパッカー装置に関するものである。

トンネルの先受けや、止水、地滑り防止などを目的として行われる薬液注入工法においては、従来、ロストビットやクローネンビット等の残置式掘削ビットを用いた単管ケーシング削孔が多用されていた。しかしながら、この削孔方法は、残置式掘削ビットを、埋め殺すものであるため、経済的な工法とは、いえない。

そこで、近年では、リングビットやメタルクラウン等のアウタービットが備わるアウター管、及びボタンビットやクロスビット等のインナービットが備わるインナー管を用いて削孔する、二重管削孔が多用されている（例えば、特許文献１参照。）。この二重管削孔による場合は、例えば、削孔後、まず、インナー管のみを引き抜き、アウター管内に薬液注入用の内管及び外管（有孔管）が備わる二重管を挿入し、次いで、アウター管を引き抜くことによって、掘削ビットが回収される。

もっとも、この削孔方法は、掘削ビットを回収してしまうものであるため、二重管の先端部が、開口した状態となってしまう。したがって、その開口から、土砂や薬液が流入・逆流してしまう、との問題が生じる。

そこで、この問題を解決するために、アウター管内に、二重管を挿入するにあたって、まず、外管（有孔管）のみを挿入し、次いで、外管の先端部まで、例えば、空気等で膨らむウレタン及びこれを包む布からなるパッカー装置を押し込み、その後、この装置のウレタンを膨らませて外管先端部を閉塞してから、内管を挿入する方法が考えられる。

しかしながら、パッカー装置が、ウレタン及び布からなると、形状変化し易いため、湧水が多い場合や、被圧が大きい場合などにおいては、パッカー装置を、外管（有孔管）の先端部まで押し込むのに困難をともない、また、たとえ押し込んだとしても、外管先端部を確実に閉塞し続けることができないおそれがある。
特開平９−３８６８号公報

本発明が解決しようとする主たる課題は、有孔管内に容易に押し込むことができ、しかも有孔管の先端開口を確実に閉塞し続けることができる、パッカー装置を提供することにある。

この課題を解決するための本発明は、次のとおりである。
〔請求項１記載の発明〕
地盤に挿入された有孔管内に薬液を注入し、この注入薬液を前記有孔管の孔を通して地盤中に吐き出す工法において用いられる装置であり、前記有孔管の先端開口を閉塞するパッカー装置であって、
前記有孔管内に収まる径の筒体と、この筒体内に少なくともその先端部が挿入される挿入体と、を有し、
前記挿入体の先端部は、その径が、先端縁においては、前記筒体の内径よりも短く、基端縁においては、前記筒体の内径よりも長い、末広がり形状とされており、
前記挿入体が挿入される側の端縁に切り込みが入れられた円筒が、前記筒体内に、この筒体と同軸的に収められて、前記円筒内に、前記挿入体が挿入されるようになっており、
少なくとも前記円筒と前記挿入体との両当接面は、金属製で、かつ相互に噛み合う凹凸形状とされている、ことを特徴とするパッカー装置。

本発明によれば、有孔管内に容易に押し込むことができ、しかも有孔管の先端開口を確実に閉塞し続けることができるようになる。

以下、本発明の実施の形態を説明する。
〔パッカー装置〕
図１〜３及び図１２に示すように、本実施の形態のパッカー装置１は、有孔管１３内に収まる径の筒体１Ａと、この筒体１Ａ内に少なくともその先端部５が挿入される挿入体１Ｂと、を主に有する。本パッカー装置１においては、筒体１Ａに、挿入体１Ｂの先端部５を挿入すると、筒体１Ａが径外方に押し広げられ、筒体１Ａの周壁面２ａが、有孔管１３の内壁面１３ａに当接する。これにより、有孔管１３の先端側が、本実施の形態では、先端部１３Ｂが、閉塞される。

筒体１Ａに、挿入体１Ｂの先端部５を挿入することによって、筒体１Ａを、径外方に押し広げるための、筒体１Ａ及び挿入体１Ｂの具体的な形状は、特に限定されない。本実施の形態では、図１に示すように、挿入体１Ｂの先端部５を、その径が、先端縁においては、筒体１Ａの内径よりも短く、基端縁においては、筒体１Ａの内径よりも長い、末広がり形状としている。

本実施の形態の筒体１Ａは、径外方に押し広げられるものであるため、その素材が、例えば、ゴムやウレタン等の可撓性、伸縮性を有するものであるのが、好ましい。筒体１Ａの素材が、可撓性、伸縮性を有するものであっても、本パッカー装置１は、筒体１Ａ内に、挿入体１Ｂの先端部５が挿入されるので、形状変化し難く、湧水が多い場合や、被圧が大きい場合などにおいても、有孔管１３の先端部１３Ｂを、確実に閉塞し続けることができる。

この確実な閉塞性及びその維持性という観点からは、本実施の形態のように、筒体１Ａの先端部が、鉄等の硬性を有する部材４で覆われているのが、好ましい。筒体１Ａの先端部が、硬性部材４で覆われていると、特に、本パッカー装置１の、有孔管３への押し込み容易性という点で、大きな効果を発揮する。

本実施の形態のように、筒体１Ａの先端部を、硬性部材４で覆う場合は、挿入体１Ｂに中空孔７を設けておくのが好ましい。筒体１Ａに、挿入体１Ｂ先端部５を挿入する際の、空気抜きとするためである。

また、本パッカー装置１においては、後述するように、挿入体１Ｂ先端部５の挿入を、打撃によって行うこととしたため、挿入体１Ｂの基端部に被打撃部６を設けた。ただし、これを省略することもできる。

ところで、筒体１Ａを、ゴム等の摩擦係数が大きいもので形成すると、挿入体１Ｂの先端部５を、筒体１Ａに挿入するのが、困難になるおそれがある。そこで、本実施の形態では、図４に示すような、挿入体１Ｂの先端部５が挿入される側の端縁に、切り込み８，８…が入れられた円筒３が、ゴムで形成された筒体２内に、この筒体２と同軸的に、収められて、この円筒３内に、挿入体１Ｂの先端部５が挿入されるようになっている。これにより、挿入体１Ｂ先端部５の挿入が容易となる。

円筒３の切り込み８，８…は、挿入体１Ｂの先端部５が挿入されときに、円筒３が、径外方に広がるように、入れたものである。したがって、その数は、特に限定されない。例えば、図示例のように、３つとすることも、２つ、４つ、５つ又はそれ以上の複数とすることも、できる。ただし、円筒３が、径外方に均等に広がるようにするためには、切り込み８，８…の数が、多い方が好ましく、少なくとも３つ以上とするのが、好ましい。

以上のように、筒体２内に、円筒３を介在させると、挿入体１Ｂ先端部５の挿入を、容易とすることができるが、反面、挿入体１Ｂ先端部５が、筒体１Ａから抜け外れやすくなるおそれもある。そこで、本実施の形態では、円筒３及び挿入体１Ｂ先端部５の両当接面、具体的には、円筒３の内壁面３ａ及び挿入体１Ｂ先端部５の外壁面５ａを、ともに金属製とし、かつ図１中に拡大して示すように、相互に噛み合う凹凸形状としている。両当接面３ａ，５ａを、相互に噛み合う凹凸形状とすることにより、挿入体１Ｂ先端部５の、筒体１Ａからの抜け外れが、防止される。また、金属製とすることにより、凹凸形状がつぶれにくくなる。

両当接面３ａ，５ａの素材となる金属としては、例えば、鉄、銅、アルミニウム等を例示することができる。ただし、円筒３の径外方への広がり容易性、挿入体１Ｂ先端部５の挿入容易性及び凹凸形状のつぶれ防止を総合考慮すると、円筒３の内壁面３ａの素材を、アルミニウムとするのが、好ましい。

本実施の形態においては、図５の（１）に示すように、挿入体１Ｂの先端部５を、先端縁から基端縁にかけて、断面視で直線的となる末広がり形状とした。ただし、断面視で直線的となるものに限定する趣旨ではない。例えば、図５の（２）に示すように、断面視で外方に膨らむ円弧状の末広がり形状とすることも、図５の（３）に示すように、断面視で内方に凹む円弧状の末広がり形状とすることも、できる。また、これら図５の（１）〜（３）に示すように、先端縁から基端縁にかけて、径が、常に長くなり続けなければならないものでもない。例えば、図５の（４）に示すように、先端縁からいった径が短くなり、そこから基端縁にかけて径が長くなる形状とすることもできる。要するに、筒体１Ａ内に挿入体１Ｂ先端部５を挿入すると、筒体１Ａが径外方に押し広げられる形状であればよい。したがって、図５の（１）に示すように、挿入体１Ｂの先端部５を、先端縁から基端縁にかけて、断面視で直線的となる末広がり形状とする場合においても、この広がり角度αを適宜変更することができる。この広がり角度αを、大きくすると、筒体１Ａを、より瞬時に径外方に押し広げることができ、他方、小さくすると、挿入体１Ｂ先端部５の挿入が、容易となる。これらの設計は、筒体１Ａが土砂などから受ける被圧等を考慮して、適宜設計するとよい。本実施の形態では、この広がり角度αを、３０〜６０°としている。

〔薬液注入工法〕
次に、本実施の形態のパッカー装置１を用いた薬液注入工法について、説明する。
本薬液注入工法は、地盤に挿入された有孔管内に薬液を注入し、この注入薬液を有孔管の孔を通して地盤中に吐き出す工法であって、薬液注入に先立って、本パッカー装置１を、筒体１Ａが先行するように、有孔管内に押し込んだ後、挿入体１Ｂを筒体１Ａに向かって打撃することにより、有孔管の先端開口を、閉塞するものである。この閉塞の対象となる有孔管がどのようにして、地盤に挿入されたか、他の工程の有無・内容などは、特に限定されない。以下、有孔管の地盤への挿入から、薬液注入までの工法の例を説明する。

本形態の工法においては、まず、図６に示すように、地盤Ｇを、リングビットやメタルクラウン等のアウタービット１１Ａが、先端部に固定されたアウター管１１、及びボタンビットやクロスビット等のインナービット１２Ａが、先端部に固定されたインナー管１２を用いて削孔する（二重管削孔）。

次に、図７に示すように、インナー管１２のみを、地盤Ｇから引き抜く。そして、図８に示すように、アウター管１１内に、セメントベントナイト（ＣＢ）等からなるスリーブグラウトＳ１を注入する。このスリーブグラウトＳ１の注入は、後述する薬液Ｓ２の注入領域制御や、削孔Ｃの崩壊防止を、目的とするものである。

ただし、スリーブグラウトＳ１の注入は、インナー管１２を引き抜いた後、直ちに行う必要はない。例えば、インナー管１２を引き抜いた後、後述する外管１３を建て込んでから注入することや、インナー管１２を引き抜き、外管１３を建て込んだ後、アウター管１１を引き抜いてから注入すること、などもできる。

本工法においては、スリーブグラウトＳ１を注入したら、図９に示すように、アウター管１１内に、外管１３を建て込む。この外管１３は、その長手方向に適宜の間隔をおいて、図９中に拡大して示すような、孔１３Ａが形成された、有孔管とされている。外管１３の孔１３Ａ，１３Ａ…を通して、後述する薬液Ｓ２を、地盤Ｇ中に吐き出すことになる。

外管１３の孔１３Ａ，１３Ａ…には、土砂や薬液の流入、逆流を防止するために、逆止弁等を設けておくのが、好ましい。

有孔管たる外管１３の建て込みが終了したら、次に、図１０に示すように、アウター管１１を引き抜く。次いで、図１１に示すように、本パッカー装置１を、筒体１Ａが先行するように、先端部に打撃体１０Ａが備わるロッド１０で、外管１３内に、本実施の形態では、外管１３の先端部１３Ｂまで、押し込む。本パッカー装置１は、先端側が、硬性部材４で構成され、基端側が、挿入体１Ｂで構成されているため、形状変化し難く、この押し込みは、容易である。

本パッカー装置１を、外管１３の先端部１３Ｂまで押し込んだら、続けて、図１２に示すように、打撃体１０Ａで挿入体１Ｂを筒体１Ａに向かって、適宜の回数、打撃する。この打撃により、図１２中に拡大して示すように、筒体１Ａ内に、挿入体１Ｂの先端部５が挿入され、筒体１Ａが径外方に押し広げられ、筒体１Ａの周壁面２ａが、外管１３の内壁面１３ａに当接する。これにより、外管１３の先端開口が、閉塞される。本パッカー装置１においては、筒体１Ａの周壁面２ａが、ゴム素材とされているため、この閉塞は、液密性（地下水等の液体を透さない性質）を有するものとなっている。

なお、以上のロッド１０及び打撃体１０Ａの押し込み、及びその後の打撃は、人力によることも、機械的な力によることもできる。本パッカー装置１を押し込む距離や、打撃に要する力などをファクターとして、適宜設計するとよい。

また、本工法では、パッカー装置１を、外管１３の先端部において打撃し、拡径することとしたが、パッカー装置１を、外管１３の中間部において打撃し、拡径することによって、外管１３の先端開口を閉塞することもできる。ただし、外管１３の中間部における拡径は、打撃速度及び打撃力を調和させることによって、不可能ではないが、難しいものであるため、外管１３の先端部１３Ｂにおいて打撃し、地盤Ｇからの反発力を利用して、拡径する方が、好ましい。

外管１３の先端開口を閉塞したら、次に、図１３に示すように、ロッド１０を引き抜き、次いで、図１４に示すように、薬液Ｓ２を吐出する内管１４を挿入する。この内管１４には、その先端部に、長手方向に適宜の間隔をおいて、パッカー１５Ａ及び１５Ｂが備えられており、また、これら両パッカー１５Ａ，１５Ｂに挟まれた部位に、薬液Ｓ２を吐出する吐出孔１４Ａ，１４Ａ…が形成されている。薬液Ｓ２の注入にあたっては、パッカー１５Ａ及び１５Ｂを拡径して、外管１３の内壁面１３ａに密接させたうえで、吐出孔１４Ａ，１４Ａ…から、薬液Ｓ２を吐出する。この吐出薬液Ｓ２は、外管１３の孔１３Ａを通して、地盤Ｇ中に吐出される。この薬液Ｓ２の吐出位置を、外管１３の長手方向に、順次ずらして行うことにより、図１５に示すように、薬液Ｓ２による円柱状の改良体が形成されることになる。

薬液Ｓ２としては、例えば、セメント系固化材、水ガラス系固化材、あるいはこれらを混合した固化材等を例示することができる。

〔その他〕
（１）本実施の形態では、薬液注入工法として、特開平９−３８６８号公報等で開示されている、二重管ダブルパッカー工法による場合を説明した。ただし、本発明の工法を、二重管ダブルパッカー工法に限定する趣旨ではなく、また、本パッカー装置が、二重管ダブルパッカー工法のみにおいて、用いられることを意味するものでもない。

（２）具体的には、例えば、特開２００２−２０１６３０号公報等で開示されている、削孔にともなって、有孔管を建て込む工法等においても、利用することができる。

（３）また、二重管削孔による場合であっても、例えば、アウター管として、有孔管を用い、インナー管を地盤から引き抜いた後、直ちに、ダブルパッカーの備わる薬液注入用の内管を建て込み、薬液を吐出させることなどもできる。

（４）さらに、本パッカー装置は、例えば、地盤改良に先立って、地盤中の水を抜くために使用した水抜き管の先端部を閉塞するために使用することなどもできる。

本発明は、地盤に挿入された有孔管内に薬液を注入し、この注入薬液を有孔管の孔を通して地盤中に吐き出す工法において、有孔管の先端開口を閉塞するパッカー装置として、利用可能である。

パッカー装置の上側断面、下側側面図である。筒体１Ａの正面図である。挿入体１Ｂの正面図である。円筒の斜視図である。挿入体先端部の変形例である。薬液注入工法の施工過程を説明するための図である。薬液注入工法の施工過程を説明するための図である。薬液注入工法の施工過程を説明するための図である。薬液注入工法の施工過程を説明するための図である。薬液注入工法の施工過程を説明するための図である。薬液注入工法の施工過程を説明するための図である。薬液注入工法の施工過程を説明するための図である。薬液注入工法の施工過程を説明するための図である。薬液注入工法の施工過程を説明するための図である。薬液注入工法の施工過程を説明するための図である。

符号の説明

１…パッカー装置、１Ａ…筒体、１Ｂ…挿入体、３…円筒、１１…アウター管、１２…インナー管、１３…外管（有孔管）、１４…内管、Ｇ…地盤、Ｓ１，Ｓ２…薬液。

Claims

地盤に挿入された有孔管内に薬液を注入し、この注入薬液を前記有孔管の孔を通して地盤中に吐き出す工法において用いられる装置であり、前記有孔管の先端開口を閉塞するパッカー装置であって、
前記有孔管内に収まる径の筒体と、この筒体内に少なくともその先端部が挿入される挿入体と、を有し、
前記挿入体の先端部は、その径が、先端縁においては、前記筒体の内径よりも短く、基端縁においては、前記筒体の内径よりも長い、末広がり形状とされており、
前記挿入体が挿入される側の端縁に切り込みが入れられた円筒が、前記筒体内に、この筒体と同軸的に収められて、前記円筒内に、前記挿入体が挿入されるようになっており、
少なくとも前記円筒と前記挿入体との両当接面は、金属製で、かつ相互に噛み合う凹凸形状とされている、ことを特徴とするパッカー装置。