JP4581013B2 - 注入管装置、および地盤注入工法 - Google Patents

Description

本発明は地盤中の削孔内にパッカを少なくとも１つ、特に複数個の不透水性膨縮性外管パッカを間隔をあけて備えた注入外管を挿入し、パッカ間の削孔壁と注入管との間の空間を通して、外管内に挿入した複数の内管にパッカを有する内管から注入材を地盤中に注入する注入管装置、および地盤注入工法に係り、特に内管パッカの形成と外管パッカの形成を自動的に行い、あるいは外管パッカの形成と外管注入口からの注入液の注入を自動的に行い、あるいは内管注入液の送液によって内管パッカの形成と外管パッカの形成と外管注入口からの注入液の注入を自動的に行うことによって注入の工程を飛躍的に単純化し、あるいは注入管の孔径を小さくすることにより削孔径を小さくすることを可能にし、工費を大幅に低減することを可能にする注入管装置および地盤注入工法に関する。

注入対象となる地盤が沖積層の場合には、通常、透水係数は垂直方向よりも水平方向の方が大きい。このような地盤に注入材を注入して該地盤を固結するに当たり、従来、注入管管壁に袋パッカを形成する袋体を間隔をあけて複数個取りつけ、かつ袋体の内部ならびに上下に隣接する袋体間に開口する吐出口を備えた注入管装置を用い、この注入管装置を地盤中に設けられた削孔中に挿入し、次いで、前記袋体の内部に開口する吐出口から袋体中に固結材を填充し、膨らませて袋パッカを形成するとともに、上下に隣接する袋体間に開口する吐出口から注入材を注入して前記地盤を固結する技術が採用されていた。

また、二重注入管を用いて内管注入管への送液と内管パッカの形成を同時に行って外管より注入液を注入する工法は本出願人によってすでに公知である。上述の公知技術では、注入管と、削孔壁との間に形成される隙間を上下に隣接する袋パッカで遮断してこれら袋パッカ間に独立した空間を形成し、この空間を通して注入材を地盤中に注入するものである。

本出願人による先願特許第３５０９７４４号を例にあげれば、まず外管２に内管６を挿入して透水性袋体からなる外管パッカ３内に固結材７を充填して、外管パッカ体２０を形成してのち、上下の外管パッカ体で形成された外管外空間２２に外管注入口１６を通して地盤２３に注入液
７を注入する。また内管パッカ８は合成ゴムのような弾性体、あるいは内管内に設けられたパッカ流体の管路を通して膨縮性のゴムの袋体の内管パッカに圧入されて内管パッカ８を形成する。

しかし、上記の注入では外管のパッカ体の形成と内管からの地盤中への注入液の注入の工程が別々に行われる。また、内管内にパッカ流体の流路を設けて内管パッカを形成することは内管径が大きくなり、したがって、外管径が大きくなり削孔径が大きくなる。また、これらはいずれも工期も長くなり工費が高くなる。

また、本出願人による先願特許第４０３４３０５号を例に上げれば、外管パッカの形成をあらかじめ行った上で、内管におけるパッカの形成と注入を同時に行うことを特徴とする。このため工程が多くなる。したがって、さらなる簡便性と工期の短縮が望まれていた。
特許第３５０９７４４号 特許第４０３４３０５号

そこで、本発明が解決しようとする課題は内管パッカの形成と外管パッカの形成を自動的に行い、あるいは外管パッカの形成と外管注入口からの注入液の注入を自動的に行い、あるいは内管注入液の送液によって内管パッカの形成と外管パッカの形成と外管注入口からの注入液の注入を自動的に行うことによって注入の工程を飛躍的に単純化し、あるいは注入管の孔径を小さくすることにより削孔径を小さくして工費を大幅に低減することを可能にし、上述の公知技術に存する欠点を改良した注入管装置、外管パッカの形成方法および地盤注入工法を提供する。

上述の課題を解決するため、本発明の注入管装置によれば、地盤中の削孔中に設置された外管パッカを有する注入外管から注入内管を通して地盤中に注入液を外管注入口から注入する注入管装置において、該外管パッカは不透水性膨縮パッカであって、該外管パッカ内の注入外管の管壁に設けられた逆止弁に覆われた外管パッカ内吐出口から注入内管を介して外管パッカ内に填充された流体によって膨張し、該内管は複数の内管パッカを有し、該内管パッカ内の管壁には内管パッカ内吐出口を有し、該複数の内管パッカ間の内管管壁には内管吐出口を有し、該複数の内管パッカは該外管内吐出口を挟むように外管内に遊挿して挿入され、該注入内管内に流体を送液することによって、内管パッカ間の空間から該流体が不透水性膨縮性外管パッカ内に填充して外管パッカ体を形成し外管注入口から注入液を地盤中に注入することを特徴とする。

さらに、上述の課題を解決するため、本発明の地盤注入工法によれば、地盤の削孔中に設置された注入外管に注入内管を通して地盤中に注入液を外管注入口から注入する地盤注入工法において、前記注入外管が、外管管壁に外管パッカ体を形成する不透水性膨縮性外管パッカを１個、または間隔をあけて複数個取りつけ、かつ、該外管パッカより下方にあるいは上下に隣接する外管パッカ間には外管注入口を備え、該外管パッカ内に開口する逆止弁で覆われた外管パッカ内吐出口を設けてなり、前記外管に挿入する注入内管は複数の内管パッカを形成する膨縮性内管袋体を内管パッカ間吐出口をはさんで複数設け、該内管に流体を送液することにより内管袋体内吐出口から吐出された流体の流体圧により内管袋体が膨張して内管パッカが形成され、それによって形成された内管パッカ間空間を経て外管パッカ内吐出口より外管パッカ内に流体が充填されて外管パッカ体が形成されることを特徴とする。

さらに、上述の課題を解決するため、本発明の地盤注入工法によれば、地盤中の削孔中に設置された不透水性の膨縮性外管パッカを有する注入外管から膨縮性内管パッカを複数有する注入内管を通して地盤中に注入液を注入する地盤注入工法において、外管管壁に１つまたは複数の外管注入口を有し、外管内に注入内管を隣接する複数の外管パッカ内吐出口をはさむように複数の内管パッカを位置せしめ、該外管パッカ内には逆止弁を有する外管パッカ内吐出口が設けられてなり、かつ、複数の外管パッカ間の外管管壁には逆止弁を有する外管パッカ間注入口が設けられてなり、該注入内管内に流体を送液して内管パッカを膨張し、ついで内管パッカ間吐出口から外管パッカ内吐出口を通して上下の外管パッカに流入して外管パッカ体を形成し、さらに、外管パッカ体間に開口する外管注入口から注入液を注入することを特徴とする。

さらに、上述の課題を解決するため、本発明の地盤注入工法によれば、前記注入内管を複数の膨縮性内管パッカが前記外管パッカ体内外管吐出口をはさむように位置せしめ、さらに、これら内管パッカ内にパッカ内吐出口を有し、かつ前記間隔をあけて備えられた内管パッカ間に外管吐出口に通じる内管吐出口を有する内管とを備えた注入内管を用い、内管流路に注入液を送液することにより、前記膨縮性内管パッカを注入液の送液圧力によって膨張して複数の内管パッカ間に外管内空間を形成するとともに、この外管内空間内に内管吐出口から注入液を吐出し、該外管袋体を膨らませて外管パッカ体を形成すると共に注入液を外管内空間から外管吐出口を通して外管パッカ外空間から地盤中に注入して地盤を固結することを特徴とする。

上述の本発明は内管パッカの形成と外管パッカの形成を自動的に行い、あるいは外管パッカの形成と外管注入口からの注入液の注入を自動的に行い、あるいは内管注入液の送液によって内管パッカの形成と外管パッカの形成と外管注入口からの注入液の注入を自動的に行うことによって注入の工程を飛躍的に単純化し、あるいは注入管の孔径を小さくすることにより削孔径を小さくして工費を大幅に低減することを可能にする。

以下、本発明を添付図面を用いて詳述する。

図１７（イ）、図１８（ロ）は従来技術の説明図である。
注入管１の管壁２には、外管パッカ体２０を形成する透水性袋体からなる外管パッカ３を間隔をあけて複数個取りつけ、かつ外管パッカ３の内部ならびに上下に隣接する外管パッカ３に開口する外管パッカ内吐出口５、５・・・５を備えて注入管装置Ｘを構成する。このようにして構成される注入管装置Ｘは地盤２３中に設けられた削孔７中に挿入する。次いで、外管パッカ３の内部に開口する吐出口５から透水性袋体からなる外管パッカ３中に硬化性懸濁液を注入内管１を通して充填し、懸濁液の一部を透過しながら透過しない懸濁液がつまって膨らませて外管パッカ体２０を形成する。そして、上下に隣接する袋体４、４間に開口する吐出口５から注入内管を通して注入材を空間２２に、次いで削孔壁９から地盤８中に注入し、地盤２３を固結する。

しかし、上述の従来技術では、外管パッカが透過性であるため外管パッカ３の膨張および吐出口５からの注入液の吐出は別工程で行われなければならず、注入の工程が単純化されず削孔径を小さくすることができない。

本発明の図１（イ）は削孔１中に本発明注入管装置Ａの外管２を挿入する。外管は少なくとも１つの弾性材料からなる不透水性の膨縮性外管パッカ３を装着してある。外管パッカ３の内部の外管管壁９には外管パッカ内吐出口５が逆止弁４に覆われて設けられている。外管パッカ３の少なくとも下方の外管管壁には外管注入口逆止弁１７で覆われた外管注入口１６が設けられている。

図１（ロ）は外管２に内管６を挿入した図である。内管には内管パッカ間吐出口１２をはさんで内管パッカ８が複数設けられており、内管パッカ８の内管パッカ管壁１０には内管パッカ内吐出口１１が設けられている。外管パッカ３も内管パッカ８もいずれも不透水性の弾性の膨縮性材料からなりその上下をかしめられている。外管パッカ３も内管パッカ８も内管６からの流体７（注入液）による加圧によって膨張する。内管パッカはパッカ流体の加圧の停止あるいはパッカ内の流体の吸出し等による減圧によって収縮し、平らになる。また内管パッカ間吐出口１２の吐出口面積Ｓ_２は内管パッカ内吐出口１１の吐出口面積Ｓ_１よりも小さくする等して吐出抵抗力が大きく設計してある。吐出口１２は１個でも複数でもよく、その面積は各吐出口の面積の合計としてなるように考えてよい。もちろん吐出口１２には細孔として流体を噴射するものであってもよい。また、吐出口１２の上に逆止弁等の抵抗物を設けて吐出抵抗を大きくすることができる。いずれにせよ、吐出口１２の吐出抵抗がパッカ内吐出口１１の吐出抵抗よりも大きくすることが好ましい。

図２（ハ）は外管および内管に流体を送液した図面である。内管６に流体７（注入液）を送液すると内管パッカ間吐出口１２は内管パッカ内吐出口１１よりも吐出口面積が小さく吐出抵抗が大きいため流体はまず吐出口１１から内管パッカ８を膨張させて内管パッカ体を形成し、内管パッカ間空間１３を形成する。空間１３に充填した流体７（注入液）外管パッカ内は吐出口５からゴムスリーブのような弾力性のある逆止弁４を押し拡げて外管パッカ３を膨張させて外管パッカ体２０を形成する。外管パッカ体２０は削孔壁に圧着し外管外空間２２を形成する。外管パッカ体２０は逆止弁４によって外管内に戻ることなく膨張したままとなる。外管パッカ体はゴム膜等でつくられるので過大に加圧すると破損するための外側に強度のあるネット等による防護被覆２６を設けてもよい。このような本発明は内管内に流体を送液することによって内管パッカの形成と外管パッカの形成を自動的にあるいは連続的に行うことができ、作業が簡単で能率を上げることができる。また流体はゲル化機能をもつ注入液を用いることもできるし、水や空気、不活性気体等でもよい。また、パッカは水や薬液等、パッカ用流体で形成してから、地盤改良のための注入は例えばコロイダルシリカ等、目的に応じた注入液に換えてもよい。パッカ体２０を形成後、流体７の送液を中止または吸出す等の減圧を行えば内管パッカはその弾力性のゆえに収縮して外管内を自由に遊挿できる。このため注入管が長くて外管が土圧によって断面が変形しても湾曲しても内管は容易に遊挿できる。

上述のようにしてパッカ体を形成の後、図２（ニ）のように、さらに下方に内管を移動して上下の内管パッカ８が外管注入口１６をはさむように位置せしめ内管から注入液を送液すれば外管パッカの存在のもとに注入液は外管外空間２２を経て地盤に注入される。図５並びに図６は内管６の下端部または内管パッカ８の下方に内管吐出口１２と同様の吐出口を設けて内管から注入液を送液すると内管パッカ体８、外管パッカ体２０の形成とその下方の外管注入口からの地盤中への注入が自動的に行われる。１７は筒状の端部がゴム弾性で縮む逆止弁である。

図３（イ）は内管パッカ流路１４内から送液されたパッカ流体１５によって吐出口１１を通して内管パッカ８を膨張させ、内管６から流体７（注入液）を送液して外管パッカ３を膨張させる構造を示す。

図４（ロ）は注入液または水、気体等のパッカ用流体で内管パッカ８、外管パッカ３が形成後内管吐出口１２から吐出された注入液７が外管内空間２７に吐出されて外管注入口１６から外管外空間２２を経て地盤２３に注入される。

また、図７（イ）〜図８（ニ）は内管パッカ８の位置を外管パッカ内吐出口５をはさむように設けて流体（注入液）を送液して内管パッカを膨張させて続いて外管パッカを膨張させた図であり図９はその後、外管吐出口１６をはさむように設けて流体（注入液）を送液して外管外空間から注入液を地盤に注入した例である。図５、６では吐出口１２の吐出抵抗が吐出口１１の吐出抵抗よりも大きければ、パッカ８の形成後、パッカ３の形成と外管注入口１６からの地盤への注入が連続的に行われる。図２（ニ）は外管パッカを形成後、内管を下げて外管吐出口１６から注入した図である。上記図１〜６はいずれも外管パッカが１個でそれよりも下方の地盤改良を行う例で本発明は大きな柱状浸透（外管外空間）からの注入できるため、注入範囲を広くとれる。このため注入ステージ１段の外管パッカで大きな外管外空間からの浸透により大きな浸透径を有する固結体を形成するのに用いられる。本発明によれば浸透径を１.５〜４ｍの固結径が保たれるので注入孔ピッチを２〜４ｍは可能なので４ｍの固結層を１ステージで構築することができるため液状化防止注入には極めて適している。すなわち、液状化層が４ｍの場合、簡便な作業で１ステージが出来るため、その有用性は経済性も含めてはかりしれない。

図１、図２、図５〜１１、図１３および図１５のように内管パッカ流路を用いなければ内管径が小さくて済む。したがって、外管径が小さくなり削孔径が小さくて済む。したがって削孔費が低減する上、注入液の注入のみで注入内管と外管のパッカの形成と地盤への注入が連続的に可能であり工費工期が大幅に低減するという効果が生ずる。
さらに図１９、図２０における多孔、多ステージ同時注入システムを用いれば広範囲な液状化防止注入工法を決めて短期間で完了することができる。

図７〜９は複数の外管パッカ３を有する外管２を用いた本発明の代表的構造例と施工法を示す。（イ）削孔中への外管２の挿入、（ロ）外管への内管６の挿入、（ハ）内管への流体（注入液でもパッカ用流体でもよい）の送液による内管パッカ８、外管パッカ３の形成を行う。（ニ）流体の送液中止、あるいは流体の吸出しによる内管パッカ８の収縮（外管パッカ３は逆止弁４の存在により収縮しない）。（ニ）は上方に内管を移行して上方外管パッカ３を形成、（ホ）は外管外空間２２に通じる外管注入口１６をはさんで内管パッカ８を位置せしめ内管６から注入液を送液して外管外空間２２を通して地盤中に注入する。（ヘ）は外管最下部の注入ステージはその下端部に外管パッカがなくてもよい。注入液は上方に移行しやすく上方は外管の最下部のパッカで拘束している。

図１０（イ）および図１２は２または３個以上の外管パッカ３間の外管外空間２２に内管６から複数の注入ステージに同時に注入する例を示す。Ｓ _１ は内管パッカ内吐出口１１の吐出面積、Ｓ _２ は内管パッカ間吐出口１２の吐出面積、Ｓ _３ は内管吐出口２８の吐出面積を示す。１対の内管パッカ８は内管パッカ間吐出口１２を挟んで位置し、内管パッカ間吐出口１２は外管パッカ内吐出口５に連通している。内管吐出口２８は外管注入口１６に連通している。吐出口面積をＳ_３＜Ｓ_２＜Ｓ_１とすれば（複数の吐出口を設ければ吐出面積Ｓ_１、Ｓ_２、Ｓ_３はその合計であってもよい）、注入液７を内管６に送液すれば内管パッカ８の形成→外管パッカ３の形成→複数の外管注入口１６からの地盤中への多ステージ同時注入が自動的に行われる。この場合内管を次のステージに遊挿して注入すれば多数の多ステージで同時注入が行われる。なお、Ｓは吐出抵抗力の大きさであって、必ずしも面積とは限らず、吐出口をゴムスリーブ等のシールで覆いかぶせてもよく、コーン等の抵抗物を挿入してもよい。図１１（ロ）、（ハ）は図１２（イ）の部分拡大図である。

さらにこの構造の特徴は長尺の全注入ステージに多数の外管パッカを設けて内管は外管に挿入して所定の位置にセットしたままで注入すれば注入ステージを移動させることなく一度に全深度の注入を行うことができることである。この際注入ステージ毎に地盤の透水係数をｋ_１、ｋ_２（ｋ_２＜ｋ_１）とすれば、それぞれの地盤の間隙率から１本当たりの注入範囲の１注入ステージ当たりの注入量を算定できる。１本当たりの各注入ステージの注入を同じ時間内に完了できるように各ステージにおける透水係数に対応した間隙率、注入量を算出し、注入時間が同じになるように吐出面積Ｓ_３−１、Ｓ_３−２（Ｓ_３−２＞Ｓ_３−１）になるようにあらかじめ内管吐出口の面積を作成しておく。このようにすればステージ毎に透水係数が異なり、したがって、各注入ステージにおける注入量が異なるにもかかわらず、上から下まで同一の設計浸透径の固結体を同一注入時間で得ることができるという画期的地盤改良が可能になる。

例えば、ｋ_１地盤はｋ_２地盤より透水係数が大きい、したがって、間隙が大きいから同一固結径にしようとすればｋ _１ 地盤の注入量はｋ_２地盤より多くなる。同一時間に同一固結径になるようにそれぞれの地盤の注入が完了するようにするためにはｋ_１地盤の注入速度をｋ_２地盤の注入速度よりも大きくなるようにする。図１０は内管パッカの膨張状態図１１は外管パッカ内膨張状態を示す。注入圧力が同一の場合、各内管吐出口２８からの注入速度はそれぞれの内管吐出口の面積に比例する。したがって、ｋ _１ 地盤の内管吐出口２８の吐出面積をＳ _３−１ 、ｋ _２ 地盤の内管吐出口２８´の吐出面積Ｓ _３−２ として（Ｓ _３−１ ＞Ｓ _３−２ ）ｋ _１ 地盤の注入時間とｋ _２ 地盤の注入時間が同一になるようにＳ _３−１ とＳ _３−２ の面積を設計すればよい。
したがって、Ｓ _１ ＞Ｓ _２ ＞Ｓ _３ （Ｓ _３−１ ＞Ｓ _３−２ ）として、内管６から注入液７を送液すれば、まず内管パッカ８が膨張し、ついで外管パッカ３が膨張し、続いて外管吐出口１６から地盤に注入液が注入される。ｋ _１ 層はｋ _２ 層より透水係数が大きいからＳ _３−１ ＞Ｓ _３−２ ならば毎分注入速度はｋ _１ 層がｋ _２ 層より大きいから注入速度の比率に合わせてＳ _３−１ 、Ｓ _３−２ を適切に設計することにより同一時間で注入を完了することができる。

図１２は内管１３内に内管パッカ流路１４を設け、内管パッカ流体１５で内管パッカ８を膨張させる構造を示す。内管パッカを形成した後、注入液７を送液すれば、Ｓ _２ ＞Ｓ _３
だからまず注入液７によって外管パッカ３が膨張し、次いで内管吐出口２８から外管吐出口１６を通して注入液７が外管外空間２２に注入され、さらに地盤への注入浸透が行なわれる。ｋ _１ 層における透水係数ｋ _１ はｋ _２ 層における透水係数ｋ _２ よりも大きいならばｋ _１ 層に対応した注入内管の内管吐出口２８の吐出面積Ｓ _３−１ をｋ _２ 層に対応した内管吐出口２８´の吐出面積Ｓ _３−２ よりも大きくすることによりｋ _１ 層の注入量がｋ _２ 層の注入量よりも大きいにもかかわらず、同一注入時間で注入が完了し、ｋ _１ 層、ｋ _２ 層も同一の固結径を得ることができる。

図１３〜図１６は複数の外管パッカ３の形成と外管注入口１６からの注入が自動的に行われ、あるいはさらに、注入管を移行させて複数の外管注入口からの注入を行う例を示す。

図１３において一対の内管パッカ８は上下の外管パッカ内吐出口５と上下の外管パッカ３に挟まれた外管注入口１６を挟むように挿入される。内管６からは水等の流体を注入して内管パッカ８と外管パッカ３を膨張させて外管注入口１６より注入地盤に注入して地盤の透水性を測定してから再度注入液を内管から注入して内管パッカの形成と外管注入口１６から地盤への注入を自動的に行うことができる。

この場合はじめから、内管６に注入液７を送液すれば内管パッカ８の形成、外管パッカ３の形成、外管の注入口１６から地盤中への注入液の注入を自動的に行うことができる。

この場合、図中の吐出口の面積はＳ_１＞Ｓ_２、外管注入口１６の吐出面積をＳ _５ 、外管パッカ内吐出５の吐出面積をＳ _４ とし、Ｓ _５ ＜Ｓ _４ と設計する。吐出口が複数ある場合はそれらの合計の面積と考えてよい。
すなわち、内管パッカ体が形成後、注入液７は内管パッカ間吐出口１２を経て上下の外管パッカ内吐出口５から上下の外管パッカ３内に流入して外管パッカ体を形成してのち外管パッカ間吐出口より外管外空間２２を通して地盤中に注入される。

この場合図１３において、注入液は瞬結性注入液あるいは懸濁型注入液を外管注入口１６より注入することによりあらかじめ粗い層を瞬結性注入液あるいは懸濁液で一次注入あるいは粗結注入を行い浸透性の優れた長結型注入液あるいは溶液型注入液を注入することができる。

図１４および図１５は注入内管６に内管パッカ流路１５が設けられており、内管パッカ８はパッカ流体で形成される。図１４においては内管パッカ８を内管パッカ流体１５で形成した後、注入液７を内管６から送液すれば外管パッカ３の膨張に引き続いて外管注入口１６から地盤への注入液が自動的に行なわれる。本発明において、注入内管を二重管または併列管あるいはパッカ流路を組み合わせても良いのである。この場合、Ａ液、Ｂ液を別々に送液することにより瞬結性グラウトや任意のゲルタイムの注入液を地盤状況や注入目的に応じて、注入できる。その後図１２のようにステージを下方にうつして長結注入液を注入できる。

図１３、図１４において、内管から注入液の送液を二重管にすることによりＡ液、Ｂ液を合流して外管吐出口から注入できるため注入液のゲルタイムを自由に調整できるし、瞬結性注入液による一次注入を行うことができるし、また長結グラウトを注入して地上面等に逸出した場合、自由にゲルタイムを短縮して逸出を防止することができる。図１５のように二重管を並列管にしてもよいし、パッカ流体管路と組み合わせても良い。多注入ステージの同時注入や瞬結注入と長結注入を同時に行うこともできる。

図１６（イ）は外管パッカ間の外管管壁の吐出口を透水性の壁面保護材３１で覆った構造を示し、図１６（ロ）は透孔のある弾力性被覆膜３２で外管吐出口を覆い、外管からの注入液が被覆膜と外管壁につくられた間隙から一斉に削孔壁全体に分布して孔壁を保護しながら均等に注入されるようにした構造を示す。図１６（ハ）はパッカにネット２６を張った例を示す。

また図１６（ハ）はゴム状の外管パッカが注入圧力によって過大に膨張して破損しないように膨張するものの耐圧強度のあるプラスチックネットのような透水性のある防護被覆３３で外管パッカ間吐出口を覆った構造を示す。

本発明において、注入管を地盤中に水平方向に挿入してもよい。
図１９は注入液送液装置Ｘを用いた本発明にかかる地盤注入工法の説明図である。図１９において、上述と同様、地盤１の地盤改良を施すべき個所に、地表面２から斜め下方に湾曲して、次いで、水平方向にボーリング孔３を削孔する。このボーリング孔３に図１に示されるような逆止弁４を備えた複数の外管吐出口５、５・・・５を有する外管７を設置し、この外管７内に、外側長手方向に三個以上の膨縮パッカ８、８・・・８を間隔をあけて設けて互いに隣接する膨縮パッカ８、８間を吐出位置９とし、かつ内壁吐出口１０が別々の吐出位置９に位置する複数の注入液流路１１と、膨縮パッカ８に流体を送って膨張させ、あるいは排出して収縮させるパッカ流路１２とそれぞれ内部に独立して形成された内管１３を移動自在に挿入し、吐出位置９を外管吐出口５に合致させた後、パッカ流路１２を通して三個以上の膨縮パッカ８、８・・・８に流体を送って膨縮パッカ８を膨張させ、これにより互いに隣接する膨縮パッカ８、８によって挟まれる隙間１４に管内空間１５を形成し、注入液を内管吐出口１０を通して注入液送液装置Ｘから管内空間１５および外管吐出口５を経て地盤１に注入する。図８では、上述の外管７および内管１３の詳細な記載は省略し、上述の外管７内に内管１３が移動自在に挿入された状態を注入管Ａとして表す。

図１９に示される注入液送液装置Ｘは制御部３０、注入液加圧部３１、注入液分配部３２、注入部３３および送液系３４から構成される。操業を手動で行う場合には、制御部３０は必要としない。以下、制御部３０を用いた例について具体的に詳述する。

注入液加圧部３１は図１９に示されるように、注入液槽３５からの注入液ポンプ３６（グラウトポンプ）により加圧し、加圧注入液として送液系３４を介して注入液分配部３２に送液する。グラウトポンプ３６は制御部３０の注入監視盤３０ａからの指示を受け、注入液を所望の圧力に加圧する。

注入液分配部３２は複数本の分枝管３７、３７・・・３７を備える。これら分枝管３７、３７・・・３７はそれぞれ先端に注入管Ａと連結する連結部３８を有する。この連結部３８は所定の注入管Ａを通して所定の注入量を注入し終わった時点、あるいは所定の注入圧に達した時点で、その分枝管３７を他の注入管Ａに連結換えすることもできる。

上述の分枝管３７、３７・・・３７は図１９に示されるように、送液系３４を介して加圧部３１と連結された分配容器３９からのそれぞれ伸長して配置され、先端の連結部３８で注入管Ａと連結される。そして、加圧部３１からの加圧注入液は分配容器３９を介して各分枝管３７、３７・・・３７に分配され、注入管Ａに送液される。なお、この分配容器３９には図示しない撹拌装置を備えることもできる。また、各分枝管３７、３７・・・３７は分配容器３９を経たずに、直後、加圧部３１からの送液計３４と連結することもできる。

また、図１９において、分枝流量計ｆ_１、ｆ_２・・・ｆ_１、ｆ_ｎの総量を測定することにより送液流量計４０の流量を把握することができ、このため、送液流量計４０は必ずしも必要としない。さらに、送液圧力計４１は必ずしも送液系３４に設けなくても、直後、分配容器３９に設けてもよい。Ｖ_１〜Ｖ_４は分枝バルブ、Ｐ_１〜Ｐ_４は分枝圧力計、３０ｂ、は操作盤３０ｃは注入記録盤、３０ｄはデータ入力装置、４２は送液バルブである。また、４３は膨縮パッカ８に流体を送液する圧力ボンベ、４４は内管自動昇降機であって、いずれも制御部３０と接続され、制御部３０からの指示を受けて作動する。

図２０は注入液送液装置として多連装注入装置を用いた本発明にかかる地盤注入工法の説明図であって、注入液を貯蔵する注入液槽３５と、一プラント中にそれぞれモータ等の独立したあるいは図示しないが共通の駆動源４５で作動し、かつ制御部３０に接続されて制御される多数のユニットポンプ４６、４６・・・４６と、これら各ユニットポンプ４６、４６・・・４６から伸長され、配置される送液管４７、４７・・・４７とを備えて構成される。各送液管４７、４７・・・４７の先端に連結部３８を備え、地盤１のボーリング孔３に挿入された注入管Ａの図示しない内管１３の注入液流路１１に連結される。注入液槽３５中の注入液は各ユニットポンプ４６、４６・・・４６の作動により任意の注入速度、注入圧力あるいは注入量で各注入管Ａの注入液流路１１に圧送され、複数の外管吐出口５、５・・・５からゴムスリーブ４を押し開けて同時に地盤１に多点注入される。Ｖは分枝バルブである。圧力ボンベ４３および自動昇降機４４は図１９と同様に制御部３０からの指示を受けて作動する。

図７〜１４において、外管および外管内に挿入された内管からなる注入管装置を用いて地盤中に固結材を注入するに際して、従来、注入管路中の注入圧力を地表面に位置する圧力計で測定していた。

しかし、この注入圧力は実際には、注入管路の抵抗圧や内管吐出口の抵抗圧が土粒子間に浸透する本来の地盤注入圧力に加算されたものであって、正確に地盤注入圧力を示すものではない。特に、内管吐出口が細孔からなる噴射口の場合、噴射口の抵抗力により内管内圧力は高くなり、実際の地盤中における圧力は把握できず、したがって、注入が地盤中でどのように行われているかの判断は注入圧力の変化によって確認することができないという問題があった。

すなわち、この圧力は単に地上部における送液圧力と内管流路と吐出口の抵抗圧力が大きく影響しているため、注入ステージで適切な土粒子間浸透がなされているかどうか、あるいは圧力がかかり過ぎて地盤を破壊し、注入液が逸脱してしまっているかどうか、不明である。

そこで、本発明は内管パッカ間に位置する内管吐出口から固結材を外管吐出口を通して地盤中に注入するに当たり、吐出口からの地盤中への注入圧力を直接、正確に把握できることが好ましい。

このため、外管と、この外管内に挿入された内管とを備え、地盤中に固結材を注入して該地盤固結する地盤注入装置であって、前記外管は外管表面に外管吐出口を有し、前記内管は複数の内管パッカを間隔をあけて備え、かつ互いに隣接する内管パッカ間には内管吐出口を有し、前記外管内に前記内管を挿入するに際して、隣接する内管パッカ間に外管吐出口が位置し、かつ、前記外管内の内管パッカ間に空間が形成されるように挿入してなる注入管装置を用いて、前記空間内の圧力を感知して伝達する圧力伝達部材を注入装置内に設置し、この圧力伝達部材を通して前記空間内で感知された圧力を伝達して測定し、正確な地盤注入圧力を把握することができる。

さらに、この注入管装置によれば、外管と、この外管内に挿入された内管とを備え、地盤中に固結材を注入して該地盤を固結する注入管装置であって、前記外管は外管表面に一個、あるいは軸方向の異なる位置に複数の外管吐出口を有し、前記内管は複数の内管パッカを間隔をあけて備え、かつ互いに隣接する内管パッカ間には内管吐出口を有し、前記外管内に前記内管を挿入するに際し、隣接する内管パッカ間に外管吐出口が位置するように挿入し、これにより前記外管内の内管パッカ間には空間が形成されてなる注入管装置において、前記空間内に配置されたひずみ抵抗式圧力センサーと、このひずみ抵抗式圧力センサーに信号ケーブルを介して接続されたアンプと、このアンプに信号ケーブルを介して接続された地盤上の圧力表示装置とからなる圧力伝達部材を注入装置内に設置し、前記圧力センサーが空間内圧力を感知し、この感知された空間内圧力をアンプを介し、信号ケーブルを通して電気信号として圧力表示装置に伝達して測定し、地盤の正確な注入圧力を把握することができる。

さらに、この注入管装置によれば、外管と、この外管内に挿入された内管とを備え、地盤中に固結材を注入して該地盤を固結する注入管装置であって、前記外管は外管表面に一個、あるいは軸方向の異なる位置に複数の外管吐出口を有し、前記内管は複数の内管パッカを間隔をあけて備え、かつ互いに隣接する内管パッカ間には内管吐出口を有し、前記外管内に前記内管を挿入するに際し、隣接する内管パッカ間に外管吐出口が位置するように挿入し、これにより前記外管内の内管パッカ間には空間が形成されてなる注入管装置において、前記空間内にチューブを介して接続されたひずみ抵抗式圧力センサーと、この圧力センサーに連結されたアンプと、該アンプに信号ケーブルを介して連結された地盤上の圧力表示装置とからなる圧力伝達部材を注入管装置内に設置し、前記空間内に位置するチューブの一端が空間内圧力を感知し、この感知された圧力を圧力センサーおよびアンプを介して圧力表示装置に伝達して測定し、内管吐出口の正確な注入圧力を把握することができる。

さらにまた、本発明の地盤注入工法によれば、地盤中に固結材を注入して該地盤を固結する地盤注入工法において、表面に一個の外管吐出口を有するか、軸方向の異なる位置に複数の外管吐出口を有する外管と、該外管に挿入され、複数の内管パッカを間隔をあけて備え、かつ互いに隣接する内管パッカ間には内管吐出口を有する内管とからなる地盤注入装置を用い、前記外管内に前記内管を挿入するに際して、隣接する内管パッカ間に外管吐出口が位置し、かつ、前記外管内の内管パッカ間に空間が形成されるように挿入し、さらに、前記注入装置内に空間内の圧力を感知して伝達する圧力伝達部材を設置し、この圧力伝達部材を通して前記空間内で感知された圧力を伝達し、この伝達された圧力を測定して内管吐出口の正確な注入圧力を把握することを特徴とする。

また、本発明において、注入管を複数本地盤中に設置し、注入液を同時注入して多点注入することもできる。

図２１は本発明に用いられる多点地盤注入システムＸの説明図であって、貯蔵タンク２２と、複数のユニットポンプ４，４・・・４と、複数の注入管装置Ａ、Ａ・・・Ａとを基本的に備える。

貯蔵タンク２２はＡ液用タンク２２ａと、Ｂ液用タンク２２ｂとからなり、これらタンク中のＡ液およびＢ液をそれぞれ別々に注入管装置Ａに導き、合流させる構造となっている。地盤１の注入ポイント２５に２本の注入管装置を配設し、これら２本の注入管装置Ａ、ＡにそれぞれＡ液およびＢ液を圧送し、外管吐出口５から注入ポイント２５に注入した後、地盤１中で合流し、反応させたり、あるいは異なるタイプの注入液を同時に、あるいは時間差をもって注入する。

一連のユニットポンプ４、４・・・４は一プラント中に独立した多数のユニットポンプ４、４・・・４を備えるとともに、これらユニットポンプ４、４・・・４がそれぞれモータ等、独立した駆動源２で一つの集中管理装置３によって１セットの注入装置として一緒に作動し、かつ導管２１、２１・・・２１を介してＡ液用タンク２２ａおよびＢ液用タンク２２ｂに接続している。

注入管装置Ａは先端に外管吐出口５を有するものであって、地盤１の複数の注入ポイント２５、２５・・・２５に複数本埋設され、Ａ液用タンク２２ａに通じるユニットポンプ４、４・・・４およびＢ液用タンク２２ｂに通じるユニットポンプ４、４・・・４にそれぞれ接続される。

図２２は本発明にかかる注入システムを模型的に表した説明図である。図２２から注入液の地盤１への注入状況が模型的に理解される。

上述の本発明は内管パッカの形成と外管パッカの形成を自動的に行い、あるいは外管パッカの形成と外管注入口からの注入液の注入を自動的に行い、あるいは内管注入液の送液によって内管パッカの形成と外管パッカの形成と外管注入口からの注入液の注入を自動的に行うことによって注入の工程を飛躍的に単純化し、あるいは注入管の孔径を小さくすることにより削孔径を小さくすることを可能にし、工費を大幅に低減することを可能にする。したがって、本発明は土木分野における産業上の利用可能性が高い。

（イ）本発明の説明図である。外管の地盤への挿入状態。（ロ）内管を外管に挿入した状態。 （ハ）内外管のパッカを膨張させた状態。（ニ）内管を下方に下げ、内管パッカ間から注入液を地盤に注入した状態。 （イ）本発明の説明図である。内外管のパッカを膨張させた状態。 （ロ）内管先端吐出口から注入液を注入した状態。 本発明の注入状態を表した図面。 本発明の注入状態を表した図面。 （イ）本発明の説明図である。外管パッカを備えた外管を削孔中に設置した状態。（ロ）内管を外管内に挿入した状態。 （ハ）下方外管パッカを膨張させた状態。（ニ）外管パッカおよび内管パッカの全部を膨張させた状態。 （ホ）外管パッカ間および内管パッカ間の吐出口から注入液を地盤中に注入している状態。（ヘ）内管パッカを下方に移動し、内管パッカ間から注入液を地盤中に注入している状態。 （イ）本発明の説明図である。（イ）内管パッカ内吐出口面積、外管パッカ内吐出口面積および内管吐出口面積の関係を表した図面。 （ロ）、（ハ）は図１０（イ）の部分拡大図である。 外管パッカ内内管パッカ吐出口面積、外管パッカ内内管吐出口面積、内管吐出口および外管吐出口面積、地盤層の関係を表した図面。 内管パッカ内吐出口面積、外管パッカ内外管吐出口面積、内管および外管のパッカ外面積の関係を表した図面。 内管パッカ内吐出口面積、外管パッカ内外管吐出口面積、および内管および外管のパッカ外吐出口面積の関係を表した図面。 瞬結および長結注入液の地盤への注入状態を表した図面。 （イ）本発明の他の例を表した図面である。（イ）外管吐出口を壁面保護材で覆った例。（ロ）弾力性透孔防護被覆膜で吐出口を覆った例。（ハ）パッカ上にネットを張った例。 （イ）従来技術の説明図である。外管パッカ間から注入液を注入している状態を表した図面。 （ロ）二重管ダブルパッカにより外管パッカを膨張させる状態を表した図面。 注入管を地盤中に水平方向に挿入した例。 多連装注入装置を用い、注入管を地盤中に水平方向に挿入した例。 多点地盤注入システムの一具体例を示した図面。 本発明の多点地盤注入システムを模型的に表した図面。

１ 削孔
２ 注入外管
３ 外管パッカ
４ 逆止弁
５ 外管パッカ内吐出口
６ 注入内管
７ 注入液（流体）
８ 内管パッカ
９ 外管管壁
１０ 内管管壁
１１ 内管パッカ内吐出口
１２ 内管吐出口
Ａ 注入管装置

Claims (10)

1. 外管パッカおよび外管注入口を有する注入外管と、この注入外管内に挿入された注入内管とを有し、地盤中の削孔中に設置され、注入内管を通して地盤中に注入液を外管注入口から注入する注入管装置において、該外管パッカは不透水性膨縮性パッカであって、該外管パッカ内の管壁には逆止弁で覆われた外管パッカ内吐出口を備え、該内管は複数の内管パッカを有し、該内管パッカ内の管壁には内管パッカ内吐出口を有し、該複数の内管パッカ間の内管管壁には内管吐出口を有し、該複数の内管パッカは外管パッカ内吐出口を挟むように遊挿され、該注入内管内に注入液を送液することによって内管パッカ間の空間から該注入液が外管パッカ内に填充して外管パッカを形成し、連続して、外管注入口から注入液を地盤中に注入することを特徴とする注入管装置。
2. 該内管パッカは不透水性膨縮性パッカであって、該内管パッカ内に位置する内管パッカ内吐出口を有し、該内管吐出口は該内管パッカ内吐出口よりも吐出抵抗が大きく形成され、該注入内管に流体を送液して、内管パッカが膨張して、内管パッカ内空間を形成し、その空間を介して、該流体が外管パッカ内に充填して外管パッカを膨張し、外管パッカ体を形成することを特徴とする請求項１の注入管装置。
3. 外管は複数の外管パッカを有し、該複数の外管パッカ間の外管管壁には逆止弁で覆われた外管注入口を有し、該複数の内管パッカは外管パッカ内吐出口を挟むように位置し、該複数の内管パッカは内管パッカ流路から流体によって膨張し、該外管パッカは注入内管から送液された外管パッカ内吐出口から外管パッカ内に充填した注入液によって膨張して外管パッカ体を形成し、連続して外管注入口から注入液が地盤中に注入される請求項１の注入管装置。
4. 内管パッカは内管を通過する注入液によって膨張することを特徴とする請求項１の注入管装置。
5. 注入管装置は注入外管が１個または複数の外管パッカを有し、該外管パッカの少なくとも下方側あるいは該複数の外管パッカ間には外管注入口を有する請求項１の注入管装置。
6. 外管と、この外管内に挿入された内管とを備え、地盤中に注入液を注入して該地盤を固結する請求項１の注入管装置であって、前記外管は表面に外管吐出口を有し、前記内管は複数の内管パッカを間隔をあけて備え、かつ互いに隣接する内管パッカ間には内管吐出口を有し、前記外管内に前記内管を挿入するに際して、隣接する内管パッカ間に外管吐出口が位置し、かつ、前記外管内の内管パッカ間に空間が形成されるように挿入してなり、前記空間内の圧力を感知して伝達する圧力伝達部材を注入装置内に設置し、この圧力伝達部材を通して前記空間内で感知された圧力を圧力計に伝達し、この伝達された圧力を測定して地盤注入圧力を把握することを特徴とする請求項１の注入管装置。
7. 前記圧力伝達部材はチューブであって、一端が前記空間内に位置して空間内圧力を感知するとともに、他端が地盤上の圧力計に連結され、感知された空間内圧力を圧力計で測定する請求項６の注入管装置。
8. 地盤の削孔中に設置された注入外管に注入内管を通して地盤中に注入液を外管注入口から注入する地盤注入工法において、前記注入外管が、外管管壁に外管パッカ体を形成する不透水性膨縮性外管パッカを１個、または間隔をあけて複数個取りつけ、かつ、該外管パッカより下方にあるいは上下に隣接する注入外管に外管注入口を備え、該外管パッカ内に開口する逆止弁で覆われた外管パッカ内吐出口を設けてなり、前記外管に挿入する注入内管は複数の内管パッカを形成する膨縮性内管袋体を内管パッカ間吐出口をはさんで複数設け、該内管に注入液を送液することにより内管パッカ内吐出口から吐出された注入液の流体圧により内管袋体が膨張して内管パッカが形成され、それによって形成された内管パッカ間空間を経て外管パッカ内吐出口より外管パッカ内に注入液が充填されて外管パッカ体が形成され、連続して外管注入口から注入液を地盤中に注入することを特徴とする地盤注入工法。
9. 地盤中の削孔中に設置連続して不透水性の膨縮性外管パッカを有する注入外管から膨縮性内管パッカを複数有する注入内管を通して地盤中に注入液を注入する地盤注入工法において、外管管壁に１つまたは複数の外管注入口を有し、該外管注入口のそれぞれをはさむように複数の内管パッカを位置せしめ、該外管パッカ内には逆止弁を有する外管パッカ内吐出口が設けられてなり、かつ、複数の外管パッカ間の外管管壁には逆止弁を有する外管注入口が設けられてなり、該注入内管内に注入液を送液して内管パッカを膨張し、ついで内管パッカ間吐出口から外管パッカ内吐出口を通して上下の外管パッカに流入して外管パッカ体を形成し、連続して、外管パッカ体間に開口する外管注入口から注入液を注入し、外管注入口から注入液を地盤中に注入することを特徴とする地盤注入工法。
10. 注入液が非アルカリ性水ガラスグラウト、コロイダルシリカグラウト、活性シリカグラウトまたはゲル化時間が１時間以上のグラウトである請求項９の地盤注入工法。