JP4496502B2 - ネイル圧力グラウティングパッカー装置 - Google Patents

Description

本発明は、ネイル圧力グラウティングパッカー装置に関するもので、詳しくは、加圧グラウティングが必要なソイルネイリングを行う場合、入口部のみをパッキングし、加圧グラウティングを容易に行えるようにしたネイル圧力グラウティングパッカー装置に関するものである。

図７は、従来のケーシングとゴムチューブ型パッカーを用いた多段グラウティング装置を概略的に示した側断面図である。図８は、図７のＡ―Ａ線断面図であり、図９Ａは、従来のケーシングに開放部が形成された状態を示した図、図９Ｂは、従来のケーシングの開放部が入口の一部のみに形成された状態を概略的に示した図、図１０は、図７のゴムチューブ型パッカーとケーシングが付着された状態を示したＢ―Ｂ線断面図であり、図１１は、図７のゴムチューブ型パッカーが周辺地盤と密着された構造を示したＣ―Ｃ線断面図である。

図７、図８、図９Ａ、図９Ｂ、図１０及び図１１に示すように、トンネル、斜面及び地盤を補強するグラウティング装置において、長さ方向に一部が開放された開放部１３を有するケーシング１０と、前記ケーシング１０内の中央部に長さ方向に挿入されており、多数のセンターライザー（図示せず）が所定間隔で挿入されたネイル１７と、前記ケーシング１０内にグラウト材を注入するためのグラウティング注入管１５と、前記グラウティング注入管１５の先端部に装着されており、注入されたグラウト材の逆流を防止するためのゴムチューブ型パッカー２０と、前記ケーシング１０内に長さ方向に挿入された加圧ホース２５及びディスチャージパイプ３０と、を含んで構成されている。

上記のような従来の工法は、多段グラウティングを行える装置を前提として開発されたが、圧力グラウティング工法によると、１ｍ〜２ｍの間隔で稠密にネイルを設置する場合、隣接したネイルどうしが反復グラウティングを行う効果によって、多段グラウティングの必要性がなくなり、入口のみを簡単にパッキングする工法が必要となってきた。

また、従来の工法は、グラウティング注入管１５、加圧ホース２５及びディスチャージパイプ３０によって構成されるので、パイプが互いに干渉し合って複雑になり、作業が非常に困難であった。

図１２及び図１３は、従来の他のパッカー装置を示した断面図及び一部斜視図で、図１２及び図１３のグラウティング装置は、ネイル１７を穿孔ホールに挿入した後、パッカー充填ホース４０を通してウレタンをネイリング入口に発泡してパッキングし、グラウティング注入管１５を通してグラウティングを行った。しかし、上記のような工法は、パッキング費用が高価であり、グラウト材の材料の分離によって水が分離され、溝内に空間が形成される場合に、この空間を充填するための再注入が不可能であった。また、亀裂の多い地盤では、グラウティング時にグラウト材が充填されず、継続的に注入が行われることもある。この場合、グラウティングを停止した後、所定時間の経過後に再注入を行うべきであるが、この再注入が不可能であった。

本発明は、上記のような問題点を解決するためのもので、その目的は、加圧グラウティングが必要なソイルネイリングを行う場合、入口部のみをパッキングして加圧グラウティングを容易に行えるようにしたネイル圧力グラウティングパッカー装置を提供することにある。

したがって、上記のような目的を実現するための本発明は、グラウティング装置を簡単かつ堅固に製造するために、グラウティングホースを省略し、ネイルの直径より大きい内径を有する中空パイプ内にネイルが挿入されるように構成し、その直径差によって生じる隙間にグラウティング液が流れるように構成した。

本発明に係るネイル圧力グラウティングパッカー装置は、 穿孔ホールに挿入されたネイルの外周面に挿入され、前記ネイルの穿孔ホール入口側先端にネイル固定ピンで固定された中空型パイプと、前記中空型パイプの左側外周面に形成されたねじ部に螺合されたスクリューハンドルと、前記スクリューハンドルの側面及び前記中空型パイプの外周面に位置したケーシング接続管と、前記ケーシング接続管に一側端が連結され、内部に中空型パイプを収容する中空型のケーシングと、前記中空型のケーシングの他側端にケーシング端部リングを介して連結され、その中間及び外側端にガイドリングが密着連結された多数のゴムチューブと、前記ゴムチューブの外側端に連結されると同時に、前記中空型パイプの穿孔ホール内部側に位置する端部外周面にねじ結合された端部アダプターと、を含んで構成されたことを特徴とする。

本発明に係るパッカー装置によると、ネイルが挿入された穿孔ホールをパッカーでパッキングするにおいて、パッカーの反復的な再使用が可能であり、グラウティング時にネイリング溝内に複数回注入して完壁な充填が可能である。軟岩以上の良好な地盤では、パッカーの全体大きさが１ｍ以内と小さいので作業が容易である。また、圧力グラウティングの費用を顕しく節減することで、軟岩以上の地盤で不連続面の脈状グラウティングを試みることが可能になった。

また、土砂地盤では、中空パイプの外周面にエアチューブ型パッカーを装着することで、１．５〜２．５倍の直径でエアチューブ型パッカーの膨張が可能となり、圧力グラウティングが可能になった。

以下、本発明の実施例を添付の図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明のゴムチューブ型ネイルが挿入されたパッカーを示した断面図で、図２は、本発明のゴムチューブ型ネイルが挿入されたパッカーの外部部品であるケーシングを示した断面図である。また、図３Ａは、本発明のゴムチューブ型パッカーの内部部品である中空パイプを示した断面図で、図３Ｂは、本発明のエアチューブ型パッカーの内部部品である中空パイプを示した断面図であり、図４は、本発明のパッカーの膨脹前の状態を示した断面図、図５は、本発明のパッカーの膨脹後の状態を示した断面図である。図６Ａ乃至図６Ｅは、図４のＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ及びＥ部を詳細に示した分解断面図及び側面図である。

上記の図面に示すように、本発明によるパッカー装置は、穿孔ホールに挿入されたネイル１７の外周面に挿入され、前記ネイル１７の穿孔ホールの入口側先端にネイル固定ピン５１で固定された中空型パイプ５０と、前記中空型パイプ５０の左側外周面に形成されたねじ部５０ａに螺合されたスクリューハンドル６０と、前記スクリューハンドル６０の側面であり、前記中空型パイプ５０の外周面に位置したケーシング接続管６１と、前記ケーシング接続管６１に一側端が連結され、内部に中空型パイプ５０を収容する中空型のケーシング６２と、前記中空型のケーシング６２の他側端にケーシング端部リング７１を介して連結され、その中間及び外側端にガイドリング７２が密着・連結された多数のゴムチューブ７０と、前記ゴムチューブ７０の外側端に連結されると同時に、前記中空型パイプ５０の穿孔ホールの内部側に位置する端部外周面にねじ結合された端部アダプター８０と、を含んで構成される。

前記スクリューハンドル６０とケーシング接続管６１との間には、環状のベアリング９０を挟んで一対のスペーサー９１が両側面に挿入される。前記中空型パイプ５０の穿孔ホールの入口側端部は、栓５２でカバーされており、中空型パイプ５０の一側外周面には、固定ハンドル５３が斜めに形成されており、前記固定ハンドル５３と対向する他側外周面には、グラウト液を注入する注入ホースに連結されたグラウト注入管５４が連結されている。前記中空型パイプ５０の外周面には、多数個のケーシング固定リング５５が設置されて前記中空型のケーシング６２との間の間隔を一定にセンタリングする役割をする。

前記端部アダプター８０は、穿孔ホール内に挿入された内側端部にストッパリング８１、締め付けボルト８２及び注入ホースを連結する連結ニップル８３が挿入されたアダプター８４によって構成されている。中空型パイプ５０の先端のアダプター８４は、内部がテーパーになっており、ネイル１７にゴムテープを２回ほど巻いて堅く締め付け固定すると、グラウト液がネイル１７に沿って流れずに迂回し、グラウトホースを連結する連結ニップル８３にグラウト液が流れるようになる。グラウト液は、ネイル１７の先端まで充填され、終端から充填されてグラウティングが行われるように構成され、逆流が防止される。

以下、上記のように構成された本発明のパッカー装置の作用及び効果を説明する。
パッカーである前記ゴムチューブ７０は、円筒状のゴムとして中空型パイプ５０の外部に設置されており、ケーシング端部リング７１とガイドリング７２を用いて圧縮すると、ゴムの直径方向に膨張するようになる。このとき、一つのゴムチューブ７０は、その直径と長さの比が１：１．４〜１：１．８であり、チューブの外径９５ｍｍ、内径５０ｍｍ、長さ１４０ｍｍの大きさで製造される。

前記ゴムチューブ７０は、風化岩から硬岩において主にパッカーとして用いられる。

以上では、ゴムチューブ７０からなるパッカーに対してのみ説明したが、ゴムチューブ７０の代りにエアパッカーをパッカーとして用いたものも、本発明の概念に含まれる。このようなエアパッカーは、厚いゴム膜で形成された円筒状のチューブ内部にエアを注入して体積を膨脹させ、直径の膨脹は１．５〜２．５倍まで可能である。膨脹率が大きいため、塑性変形のおそれがある土砂地盤において効果的である。パッカーの長さとしては、５０ｃｍまたは１００ｃｍの２種類が多く用いられる。

エアパッカーの構成を詳細に説明すると、本技術の要旨であるネイルを挿入してグラウティングを行える中空型パイプ（図３Ａ）と、エアパッカー型（図３Ｂ）のように構成される。

図３Ｂに示すように、中空型パイプの外周面に、エアチューブ型パッカー１０２を挿入・設置し、エアチューブ型パッカー１０２の右側には、ストッパリングとケーシング端部リングを介して中空型パイプの取っ手に至るまでケーシングが装着されており、ケーシングと中空パイプとの間でエアホース１０１がエアチューブ型パッカー１０２に連結される。

エアパッカーの作動は、エアホースで空気を注入するか、水を注入することで膨張するようになる。

前記ゴムチューブ７０型パッカーとエアチューブ型パッカーにおいて、中空型パイプ５０をパッカーの中空部に挿入し、中空型パイプ５０の直径をネイル１７の直径より可能な限り大きくし、その内部にネイル１７を挿入してネイル固定ピン５１で固定し、中空型パイプ５０にグラウティング注入ホースを連結し、グラウティング時にグラウト液が中空型パイプ５０とネイル１７との間に流れ、中空型パイプ５０の一端では、内径がテーパーされたアダプター８４によって中空型パイプ５０の先端側を塞ぎ、アダプター８４に取り付けられた連結ニップル８３にグラウト液が誘導されてグラウティングホースに流れるようになる。

前記ネイル固定ピン５１は、頭部が蝶形状を有するボルトであり、中空型パイプ５０の内部に挿入されたネイル１７を固定する役割をし、圧力グラウティングを行った後、圧力が消散するまで放置して圧力の消散可否を確認するもので、ネイル固定ピン５１を解除してオーバーフロー発生可否を確認することができる。

前記中空型パイプ５０の注入ホース連結端には栓５２が形成・挿入されており、栓５２の内部にゴムリング（図示せず）が挿入されることで、グラウト液の漏れが防止され、栓５２に形成された溝により、栓固定装置に結合されて連結される。

中空型パイプ５０は、容易に取り扱えるように中空型パイプの端に固定ハンドル５３を設置し、ゴムチューブ型パッカー７０を締め付けるときは、固定ハンドル５３を手で固定してスクリューハンドル６０を回せばよい。

中空型パイプ５０の先端のアダプター８４は、内部がテーパーになっており、ネイル１７にゴムテープを２回ほど巻いて堅く締め付け固定すると、グラウト液がネイル１７に沿って流れずに迂回し、グラウトホースを連結する連結ニップル８３にグラウト液が流れるようになる。グラウト液は、ネイル１７の先端まで充填され、終端から充填されてグラウティングが行われるように構成される。

前記中空型パイプ５０に挿入されたゴムチューブ７０型パッカー装置は、ケーシング端部リング７１とガイドリング７２で圧縮する装置であり、ゴムチューブ型パッカーの外径と同じかそれよりやや大きい直径の中空型のケーシング６２において、ねじスクロールによってスクリューハンドル６０を回すことによって押され或いは解除し、ケーシング端部リング７１を作動させてパッカーの役割をするもので、パッカーのジャーミングを防止し、前記ケーシング６２によってゴムチューブ型パッカーを長さ方向に圧縮させる役割をし、孔壁を保護する役割をする。

ネイル１７圧力グラウティングパッカーの全体長さは、軟弱地盤では最大１．７ｍにし、通常の岩地盤では０．５ｍにまで短くしても、原地盤が円錐型に破壊されることがない。

本発明のパッカー装置は、反復注入と５〜７ｋｇ／ｃｍ^２の低圧力で反復圧力を加えることで、脈状グラウティングを行える。脈状グラウティングは、地盤内の脈状の隙間にセメントミルクを投入する工法であり、地盤内の隙間が大きい場合は、圧力が発生せずに無限に注入が行われるので、グラウティング液の凝固時間（ゲルタイム）を考慮して、ゲルタイムの間に注入を停止したり、パッカーを除去してから穿孔の入口部にパッカーを再び設置して再注入を行うことで、グラウティング品質が向上するようになる。従来の鋼管多段グラウティングは、穿孔ホール内の管外部にシーリングを行い、グラウティング時にグラウト圧力が１５ｋｇ／ｃｍ^２以上の圧力になるとシーリングを穿孔し、グラウティングが行われるので、突然に圧力が原地盤の斜面に作用して地盤変形が引き起こされ、斜面破壊が誘発されるおそれがあるが、本発明のパッカーによると、低圧（５〜７ｋｇ／ｃｍ^２）に圧を維持しながら脈状グラウティングを行えるようになる。

本発明のゴムチューブ型ネイルが挿入されたパッカーを示した断面図である。 本発明のゴムチューブ型ネイルが挿入されたパッカーの外部部品であるケーシングを示した断面図である。 本発明のゴムチューブ型パッカーの内部部品である中空パイプを示した断面図である。 本発明のエアチューブ型パッカーの内部部品である中空パイプを示した断面図である。 本発明のゴムチューブ型パッカーの膨脹前の状態を示した断面図である。 本発明のゴムチューブ型パッカーの膨脹後の状態を示した断面図である。 図４のＡ部を詳細に示した分解断面図及び側面図である。 図４のＢ部を詳細に示した分解断面図及び側面図である。 図４のＣ部を詳細に示した分解断面図及び側面図である。 図４のＤ部を詳細に示した分解断面図及び側面図である。 図４のＥ部を詳細に示した分解断面図及び側面図である。 従来のケーシングとゴムチューブ型パッカーを用いた多段グラウティング装置を概略的に示した側断面図である。 図７のＡ―Ａ線断面図である。 従来のケーシングに開放部が形成された状態を示した図である。 従来のケーシングの開放部が入口の一部のみに形成された状態を概略的に示した図である。 図７のゴムチューブ型パッカーとケーシングが付着された状態を示したＢ―Ｂ線断面図である。 図７のゴムチューブ型パッカーが周辺地盤と密着された構造を示したＣ―Ｃ線断面図である。 従来の他のパッカー装置を示した断面図である。 従来の他のパッカー装置を示した一部斜視図である。

符号の説明

１７ ネイル
５０ 中空型パイプ
５１ ネイル固定ピン
５２ 栓
５３ 固定ハンドル
５４ グラウト注入管
５５ ケーシング固定リング
６０ スクリューハンドル
６１ ケーシング接続管
６２ 中空型のケーシング
７０ ゴムチューブ
７１ ケーシング端部リング
７２ ガイドリング
８０ 端部アダプター
８１ ストッパリング
８２ 締め付けボルト
８３ 連結ニップル
８４ アダプター
９０ ベアリング
９１ スペーサー
１０１ エアホース
１０２ エアチューブ型パッカー

Claims (6)

1. 地盤補強のために地盤を穿孔した後、ネイルを挿入して圧力グラウティングを行えるようにするネイル圧力グラウティングパッカー装置において、
   前記穿孔ホールに挿入されたネイルの外周面に挿入され、前記ネイルの穿孔ホールの入口側先端にネイル固定ピンで固定された中空型パイプと、
   前記中空型パイプの左側外周面に形成されたねじ部に螺合されたスクリューハンドルと、
   前記スクリューハンドルの側面であり、前記中空型パイプの外周面に位置したケーシング接続管と、
   前記ケーシング接続管に一側端が連結され、内部に中空型パイプを収容する中空型のケーシングと、
   前記中空型のケーシングの他側端にケーシング端部リングを介して連結され、その中間及び外側端にガイドリングが密着・連結された多数のゴムチューブと、
   前記ゴムチューブの外側端に連結されると同時に、前記中空型パイプの穿孔ホールの内部側に位置する端部外周面にねじ結合された端部アダプターと、を含んで構成されたことを特徴とするパッカー装置。
2. 前記スクリューハンドルとケーシング接続管との間には、環状のベアリングを挟んで一対のスペーサーが両側面に挿入されたことを特徴とする、請求項１に記載のパッカー装置。
3. 前記中空型パイプの穿孔ホールの入口側端部は、栓でカバーされており、固定ハンドルが中空型パイプの一側外周面に斜めに形成されており、前記固定ハンドルと対向する他側外周面には、グラウティング液を注入する注入ホースが連結されたグラウト注入管が連結されていることを特徴とする請求項１に記載のパッカー装置。
4. 前記端部アダプターは、穿孔ホール内に挿入された内側端部に、締め付けボルト及び注入ホースを連結する連結ニップルが挿入されたアダプターによって構成されており、前記アダプターの一側端内側ホールは、その内径が狭くなる形状に形成されたことを特徴とする、請求項１に記載のパッカー装置。
5. 地盤補強のために地盤を穿孔した後、ネイルを挿入して圧力グラウティングを行えるようにするネイル圧力グラウティングパッカー装置において、
   前記穿孔ホールに挿入されたネイルの外周面に挿入された中空型パイプと、
   前記中空型パイプの左側外周面に形成された固定ハンドルと、
   前記中空型パイプを収容する中空型のケーシングと、
   孔壁保護用中空型のケーシングと中空型パイプとの間にエアホースを連結し、流体として加圧できるように連結されたエアチューブ型パッカーと、
   前記エアチューブ型パッカーの外側端に連結されると同時に、前記中空型パイプの穿孔ホールの内部側に位置する端部外周面にねじ結合された端部アダプターと、を含んで構成されたことを特徴とするパッカー装置。
6. 上記パッカー装置でグラウティングを行う時、地盤内のすき間が大きい場合、セメントミルクが無限に注入されることを防ぐために、グラウティング液の凝結時間（ゲルタイム）の間にパッカーを除去して再び設置することで再注入と再加圧を可能にし、５〜７kg/cm ^２ の圧力を加えることを特徴とする請求項１又は５に記載のパッカー装置。

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