JP4679967B2 - ボーリング孔閉塞装置と工法 - Google Patents

Description

本発明は、ボーリング孔に注入材を注入してボーリング孔を閉塞するボーリング孔閉塞技術に関するものである。

現在、地盤注入工法としては、「薬液注入工法」、「岩盤注入工法」、「ジェットグラウト工法」、「コンパクショングラウチング工法」、「復元注入工法」など、止水目的、地盤強化などの改良目的や地質・岩盤特性などの施工条件に応じて多種多様な工法が用いられている。

一例を挙げると、「岩盤注入工法」では、注入の対象となる岩盤の強度が大きく、注入の目的が、「永久的な信頼性のある止水」にある場合が多いため、注入材としては強度と耐久性に優れたセメント系材料が広く利用されている。しかし、従来、ダム基礎部の高透水ゾーンに対するグラウト材として用いられているセメントミルクでは、数千年以上の長期間の止水性を確保することはできない。

これに対して、ベントナイトは、天然材料の粘土鉱物であることから長期安定性に期待できると考えられ、新たなグラウト材として着目されている。

しかし、グラウト材として着目されるこのベントナイトは、セメントとは異なり固結しない。そのため、従来、グラウト材料としてセメントとベントナイトを混合して適用した事例はあるが、ベントナイト単体でグラウト材料として適用した事例は少なく、グラウトの技術として確立されていないのが現状である。ベントナイトに限らず、今後、グラウト材としてボーリング孔内の任意の場所で注入完了後、固結しない材料または固結速度の遅い材料が使用される可能性がある。

ベントナイトなどの「注入後固結しない注入材または固結速度の遅い注入材」を用いた注入工法をグラウトの技術として確立するための問題点として予想されることは、注入完了後パッカーを外す際に孔口に注入したベントナイトスラリーなどの注入材の漏出をどのようにして防止するかという点である。

注入材の漏出防止に関する従来工法としては、覆工した後にトンネル周辺地山改良のために行う裏込注入工法があり、グラウト材注入時にグラウト材逆流を防ぐための逆止弁が用いられている場合があるが、この逆止弁は孔口周辺のみで用いられているため、ボーリング孔内の任意の位置で注入後の注入材の漏出を防止する閉塞技術を開発する必要がある。

また、現在、注入材の漏出を防止する閉塞技術としては、各種の注入工法に適したパッカーを用いた閉塞装置が使用されているが、注入後固結しない注入材または固結速度の遅い注入材を用いた注入工法に適した閉塞装置は開発されていない。

特開２００２−９７６２８ 特開２００２−２０１６３０

本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであり、その目的は、注入後固結しない注入材または固結速度の遅い注入材を用いて、ボーリング孔内への注入を行う場合に、ボーリング孔内の任意の位置で注入後の注入材の漏出を防止可能なボーリング孔閉塞装置と工法を提供することである。

本発明は、上記目的を達成するために、第１と第２の注入材を個別に注入する第１と第２の注入口を有するパッカーを用いて、第１の注入材と第２の注入材を連続的に注入することにより、注入後固結しない注入材または固結速度の遅い注入材を用いて、ボーリング孔内への注入を行う場合に、ボーリング孔内の任意の位置で注入後の注入材の漏出を防止できるようにしたものである。

本発明のボーリング孔閉塞装置は、ボーリング孔に注入材を注入してボーリング孔を閉塞するボーリング孔閉塞装置において、次のようなパッカーと注入手段を有することを特徴としている。パッカーは、第１と第２の注入材を個別に注入する第１と第２の注入口と、各注入口に設けられた逆止弁を有し、ボーリング孔内に挿入されて任意の位置に設置される手段である。注入手段は、パッカーに連結されて第１と第２の注入材に対して個別の注入経路を形成し、当該パッカーの第１と第２の注入口を通じてボーリング孔内に第１、第２の注入材を個別に注入する手段である。

本発明のボーリング孔閉塞工法は、ボーリング孔に注入材を注入してボーリング孔を閉塞するボーリング孔閉塞工法において、次のようなパッカー設置工程、第１と第２の注入工程、パッカー回収工程を有することを特徴としている。パッカー設置工程は、第１と第２の注入材を個別に注入する第１と第２の注入口を有するパッカーをボーリング孔内に挿入して、任意の位置に設置する工程である。第１の注入工程は、パッカー設置工程後に、第１の注入材として、固結しない材料または固結速度の遅い材料からなる注入材を、パッカーの第１の注入口を通じてボーリング孔内に注入する工程である。第２の注入工程は、第１の注入工程後に、第２の注入材として、固結する材料からなる注入材を、パッカーの第２の注入口を通じてボーリング孔内における第１の注入材を注入した区間の手前に注入する工程である。パッカー回収工程は、第２の注入工程後に第２の注入材が固結した時点で、パッカーをボーリング孔から引き抜く工程である。

以上のような特徴を有する本発明によれば、第１と第２の注入口を有するパッカーをボーリング孔内の任意の位置に設置し、この状態で、固結しないまたは固結速度の遅い第１の注入材と固結する第２の注入材を連続的に注入することにより、第２の注入材を固結させて第１の注入材の漏出を防止できる。したがって、注入後固結しない注入材または固結速度の遅い注入材を用いて、ボーリング孔内への注入を行う場合に、ボーリング孔内の任意の位置で注入後の注入材の漏出を防止できる。

本発明によれば、注入後固結しない注入材または固結速度の遅い注入材を用いて、ボーリング孔内への注入を行う場合に、ボーリング孔内の任意の位置で注入後の注入材の漏出を防止可能なボーリング孔閉塞工法と装置を提供することができる。

以下には、本発明を実施するための最良の形態（以下「実施形態」と呼ぶ）について図面を参照して説明する。

なお、本明細書中において、「固結速度の遅い材料からなる注入材」、「固結速度の遅い注入材」は、固結するまでの時間が、数週間、数ヶ月、あるいはそれ以上の長期に及ぶ材料を意味しており、通常の工期内には固結しないような材料である。これに対して、「固結する材料からなる注入材」、「固結する注入材」、「固結材」は、固結するまでの時間が長くても数日程度までの材料を意味している。

［代表的な実施形態］
図１は、本発明を適用した一つの代表的な実施形態に係るボーリング孔閉塞工法を示す模式図である。この図１に示すように、本実施形態のボーリング孔閉塞工法は、ボーリング孔閉塞装置１により、地盤２に形成されたボーリング孔３に固結しないまたは固結速度の遅い第１の注入材４を注入した後、固結する第２の注入材５を注入し、第２の注入材５が固結した後に、ボーリング孔閉塞装置１のパッカー１０をボーリング孔３から引き抜くことによりボーリング孔３を閉塞する工法である。

［装置構成］
本実施形態のボーリング孔閉塞装置１は、ボーリング孔３内に挿入するパッカー１０と２重管構造のグラウトパイプ（注入用パイプ）２０、およびグラウトパイプ２０に接続する注入材供給手段３０を有する。

ここで、パッカー１０は、挿入先端部に設けられた複合注入口１１、挿入軸方向反対側の端部に設けられた連結部１２、および、複合注入口１１と連結部１２の間に設けられた外周方向に膨張可能なゴムラバーパッキン１３、から構成されている。複合注入口１１は、第１と第２の注入材を個別に注入する第１と第２の注入口を組み合わせてなる注入口である。

また、２重管構造のグラウトパイプ２０は、第１の注入材の注入経路を形成する内側パイプ２１と、この内側パイプ２１との間の隙間に第２の注入材の注入経路を形成する外側パイプ２２から構成されている。このグラウトパイプ２０は、パッカー１０の連結部１３に連結されており、パッカー１０の第１と第２の注入口を通じてボーリング孔３内に第１、第２の注入材４，５を個別に注入するために使用される。

注入材供給手段３０は、グラウトパイプ２０の内側パイプ２１に接続されて第１の注入材を供給する内側供給管３１と、外側パイプ２２に接続されて第２の注入材を供給する外側供給管３２から構成されており、外側供給管３２には、パッカー１０のゴムラバーパッキン１３を膨張させるためのレバー３３が設けられている。すなわち、パッカー１０は、このレバー３３の回転を利用してゴムラバーパッキン１３を外周方向に膨張させるように構成されている。

［パッカー構成］
図２、図３は、以上のような本実施形態のボーリング孔閉塞装置１のうち、パッカー１０とグラウトパイプ２０の具体的な構造例として、パッカー１０の複合注入口１１の構成が一部異なる２つの例をそれぞれ示す模式図である。

この図２、図３に示すパッカー１０ａ，１０ｂの複合注入口１１は、いずれも、パッカーの軸方向における挿入先端部の内外にそれぞれ設けられた第１と第２の注入口１１１，１１２から構成されている。そして、パッカー１０ａ，１０ｂ内部には、内側パイプ２１によって形成される第１の注入材の注入経路と連続して第１の注入口１１１に至る内側の注入経路と、内側パイプ２１と外側パイプ２２によって形成される第２の注入経路と連続して第２の注入口１１２に至る外側の注入経路がそれぞれ形成されている。

また、図２、図３に示すパッカー１０ａ，１０ｂの第１の注入口１１１には、いずれも、平面同士が重なり合うように設置された一対の半球１１３と、各半球を閉方向に付勢するスプリング１１４を有する構造の半球型逆止弁１１５が設けられている。

これに対して、図２と図３に示すパッカー１０ａ，１０ｂの異なる点は、第２の注入口１１２の弁構造のみである。すなわち、図２に示すパッカー１０ａの第２の注入口１１２には、ボール型逆止弁１１６が設けられ、図３に示すパッカー１０ｂの第２の注入口１１２には、ゴムスリーブ型逆止弁１１７が設けられている。

［閉塞工法の手順］
本実施形態においては、以上のようなボーリング孔閉塞装置１を用いて、図１中に（Ａ）〜（Ｅ）として示すような手順でボーリング孔を閉塞する。なお、図面の簡略化の観点から、図１の（Ｃ）、（Ｄ）においては、ボーリング孔閉塞装置１の注入材供給手段３０の記載を省略している。

まず、パッカー設置工程におけるパッカー挿入工程として、図１の（Ａ）に示すように、パッカー１０をボーリング孔３内の任意のカバーロック区間（第１の注入材４を閉塞する区間）まで挿入し、位置決めする。

次に、パッカー設置工程におけるパッカー固定工程として、図１の（Ｂ）に示すように、；レバー３３を反時計回りに回転させることにより、パッカー１０のゴムラバーパッキン１３を、外周方向に膨張させてボーリング孔３の内壁に圧着させる。この場合、ゴムラバーパッキン１３は、注入材４の注入圧力に耐えうる程度まで十分に膨張させる。なお、このようにレバー３３の回転を利用してゴムラバーパッキン１３を膨張させる構造は、各種の既存の技術を利用してレバー３３とゴムラバーパッキン１３との間に回転力伝達機構を構成することにより、容易に実現可能である。

図１の（Ｂ）に示すようなパッカー固定工程によりパッカー１０の任意のカバーロック区間への設置を完了し、したがって、パッカー設置工程を完了した後に、図１の（Ｃ）に示すような第１の注入工程を行う。すなわち、注入材供給手段３０の第１の供給口３４から、内側パイプ２１内の注入経路およびパッカー１０の第１の注入口１１１を通じて、ボーリング孔３内の注入区間（パッカーの設置により画定されるボーリング孔の奥側空間）に、第１の注入材４として、注入後固結しない注入材または固結速度の遅い注入材を注入する。なお、このような注入後固結しない注入材または固結速度の遅い注入材としては、例えば、塩水を溶液として用いた塩水−ベントナイトスラリーを使用可能である。

第１の注入工程に続いて、図１の（Ｄ）に示すような第２の注入工程を行う。すなわち、注入材供給手段３０の第２の供給口３５から、内側パイプ２１と外側パイプ２２の間の注入経路およびパッカー１０の第２の注入口１１２を通じて、ボーリング孔３内における第１の注入材４を注入した区間の手前に、第２の注入材５として、注入後固結する注入材（固結材）を注入する。なお、このような注入後固結する固結材としては、例えば、セメントペーストを使用可能である。

第２の注入工程を完了した後は、第２の注入材５が固結するまで放置する。そして、第２の注入材５が固結した時点で、パッカー回収工程として、図１の（Ｅ）に示すように、パッカー１０およびグラウトパイプ２０をボーリング孔３から引き抜いた後、ボーリング孔３内における第２の注入材５を注入した区間の孔口側に、さらに固結材６を充填してボーリング孔３を閉塞する。なお、このような固結材６としては、例えば、セメントペーストを使用可能である。

［第１の注入材］
前述したように、本実施形態において、注入後固結しないまたは固結速度の遅い第１の注入材４としては、例えば、塩水を溶液として用いた塩水−ベントナイトスラリーを使用可能であるが、この場合に、塩水−ベントナイトの配合比の設定については、４％の塩水を次のような配合比でベントナイトスラリーに加えることが望ましい。

すなわち、塩水−ベントナイトの配合比の設定については、施工現場の条件（岩種や亀裂幅、亀裂表面の粗度等）および注入機器（検出器、グラウトポンプ等）の性能によっても異なると考えられるが、塩分濃度と粘度の関係、ベントナイトスラリーの配合比と粘度の関係等を考慮すると、ベントナイト／４％塩水の比が、１：８〜１：２までの配合比となるように設定することが最も効率的である。この配合比の塩水−ベントナイトスラリーを用いた場合には、ベントナイト濃度の高いスラリーを亀裂に充填でき、その結果として、優れた難透水性を発揮できる。

［パッカーの動作］
図４、図５は、以上のような閉塞工法の手順において、図２、図３に示すパッカー１０ａ，１０ｂの逆止弁の動作をそれぞれ示す模式図である。

すなわち、図４、図５の（Ａ）に示すように、注入材の注入前においては、第１の注入口１１１の半球型逆止弁１１５と第２の注入口１１２のボール型逆止弁１１６、ゴムスリーブ型逆止弁１１７は、いずれも閉状態となっている。

そして、図４、図５の（Ｂ）に示すように、第１の注入工程において、第１の注入材４が第１の注入口１１１に注入される場合には、第１の注入口１１１の半球型逆止弁１１５が開状態となる一方で、第２の注入口１１２のボール型逆止弁１１６、ゴムスリーブ型逆止弁１１７は閉状態に保たれる。

続いて、図４、図５の（Ｃ）に示すように、第２の注入工程において、第２の注入材５が第２の注入口１１２に注入される場合には、第２の注入口１１２のボール型逆止弁１１６、ゴムスリーブ型逆止弁１１７が開状態となる一方で、第１の注入口１１１の半球型逆止弁１１５は、閉状態に戻る。すなわち、半球型逆止弁１１５の半球１１３は、第１の注入材４の注入が完了した時点で、スプリング１１４の付勢力と注入された注入材４からの戻し方向の圧力により閉位置に復帰し、半球型逆止弁１１５は閉状態に戻る。

そして、図４、図５の（Ｄ）に示すように、第２の注入材５の注入が完了した時点で、ボール型逆止弁１１６、ゴムスリーブ型逆止弁１１７は、注入された注入材５からの戻し方向の圧力により閉状態に戻る。

［効果］
以上のような本実施形態によれば、第１と第２の注入口を有するパッカーをボーリング孔内の任意の位置に設置し、この状態で、固結しないまたは固結速度の遅い第１の注入材と固結する第２の注入材を連続的に注入することにより、第２の注入材を固結させて第１の注入材の漏出を防止できる。したがって、注入後固結しない注入材を用いて、ボーリング孔内への注入を行う場合に、ボーリング孔内の任意の位置で注入後の注入材の漏出を防止できる。

また、本実施形態の閉塞工法における手順は、第１と第２の注入口を有するパッカーを挿入して固定した後、第１、第２の注入材を連続的に注入するだけの極めて単純な手順であるため、作業効率に優れている。また、本実施形態のボーリング孔閉塞装置は、パッカーと２重管構造のグラウトパイプを組み合わせた簡略な構成であるため、装置の取り扱いが容易であり、ボーリング孔に対する装置の設置作業も短時間で可能であり、また、経済性にも優れている。

さらに、本実施形態においては、パッカーの第１の注入口と第２の注入口を内外に設けていることから、固結しない注入材または固結速度の遅い注入材をボーリング孔に注入した後、その注入した区間の手前の外周部から固結材を注入することができるため、ボーリング孔の内壁との間に隙間を生じることもなく、固結材を良好に注入することができる。したがって、固結材により、固結しない注入材または固結速度の遅い注入材の注入区間の前面を確実にカバーしてその漏出を確実に防止できる。

また、パッカーの第１の注入口に設けた半球型逆止弁は、簡略な構成でありながら、注入後にスプリングの付勢力を利用して閉状態に高速で復帰できるため、注入した固結しない注入材または固結速度の遅い注入材の漏出を確実に防止可能であり、動作信頼性に優れている。これに対して、パッカーの第２の注入口に設ける逆止弁には、閉状態への高速復帰は要求されないため、本実施形態のようなボール型逆止弁またはゴムスリーブ型逆止弁などのより簡略な構成の構造で十分である。このように、本実施形態のパッカーは、簡略な構成でありながら、第１、第２の注入材を連続的に注入するための十分な動作性能を有するものである。

［他の実施形態］
なお、本発明は、前述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で他にも多種多様な変形例が実施可能である。

例えば、第１、第２の注入材、および固結材として使用する具体的な材料は、注入目的や施工現場の条件などに応じて自由に選択可能である。また、第１の注入材の注入区間が、ボーリング孔の孔口に近く、第２の注入材でボーリング孔の孔口を閉塞させる場合には、別の固結材の充填は不要となる。また、ボーリング孔閉塞装置の構成やそのパッカーを初めとする各手段の具体的な構成は適宜選択可能であり、使用する装置やそれを構成する手段の具体的な構成に応じて、具体的な手順は異なるものとなる。

すなわち、本発明は、第１と第２の注入材を個別に注入する第１と第２の注入口を有するパッカーを用いて、第１の注入材と固結する第２の注入材を連続的に注入するものである限り、具体的な手順や装置構成、使用する材料は適宜選択可能であり、そのような各種の変形例において、前記実施形態と同様の優れた効果が得られるものである。

本発明を適用した代表的な実施形態に係るボーリング孔閉塞工法を示す模式図。 代表的な実施形態に係るパッカーの具体的な構造例として、第１と第２の注入口に半球型逆止弁とボール型逆止弁を使用した場合の一例を示す模式図。 代表的な実施形態に係るパッカーの具体的な構造例として、第１と第２の注入口に半球型逆止弁とゴムスリーブ型逆止弁を使用した場合の一例を示す模式図。 図２に示すパッカーの逆止弁の動作を示す模式図。 図３に示すパッカーの逆止弁の動作を示す模式図。

符号の説明

１…ボーリング孔閉塞装置
２…地盤
３…ボーリング孔
４…第１の注入材
５…第２の注入材
６…固結材
１０…残留型パッカー
１１…複合注入口
１１１…第１の注入口
１１２…第２の注入口
１１３…半球
１１４…スプリング
１１５…半球型逆止弁
１１６…ボール型逆止弁
１１７…ゴムスリーブ型逆止弁
１２…連結部
１３…ゴムラバーパッキン
２０…２重管構造のグラウトパイプ
２１…内側パイプ
２２…外側パイプ
３０…注入材供給手段
３１…内側供給管
３２…外側供給管
３３…レバー
３４…第１の供給口
３５…第２の供給口

Claims (6)

1. ボーリング孔に注入材を注入してボーリング孔を閉塞するボーリング孔閉塞装置において、
   第１と第２の注入材を個別に注入する第１と第２の注入口と、各注入口に設けられた逆止弁を有し、前記ボーリング孔内の前記注入材を閉塞する孔の奥側から孔口側までの区間の当該孔口側まで挿入され、設置されるパッカーと、
   前記パッカーに連結されて前記第１と第２の注入材に対して個別の注入経路を形成し、当該パッカーの前記第１と第２の注入口を通じて前記ボーリング孔内に第１の注入材を注入し、第２の注入材を前記閉塞する区間の手前の外周部から注入する注入手段であって、前記第１の注入材の注入経路を形成する内側パイプと、この内側パイプとの間の隙間に、前記第２の注入材の注入経路を形成する外側パイプからなる２重管構造の注入用パイプである注入手段とを有し、
   前記パッカーの前記第１と第２の注入口は、当該パッカーの軸方向における挿入先端部の内外にそれぞれ設けられていることを特徴とするボーリング孔閉塞装置。
2. 前記パッカーの前記第１の注入口に設けられた前記逆止弁は、平面同士が重なり合うように設置された一対の半球と、各半球を閉方向に付勢するスプリングを有することを特徴とする請求項１に記載のボーリング孔閉塞装置。
3. 前記パッカーの前記第２の注入口に設けられた前記逆止弁は、ボール型逆止弁とゴムスリーブ型逆止弁のいずれかであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のボーリング孔閉塞装置。
4. 前記パッカーは、その外周方向に膨張可能な外周パッキンを有し、当該外周パッキンを膨張させて前記ボーリング孔の内壁に圧着させることにより固定されるように構成され、
   前記パッカーの前記外周パッキンを膨張させるためのパッキン操作手段を有することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のボーリング孔閉塞装置。
5. 前記注入手段に連結されて前記第１と第２の注入材を当該注入手段の各注入経路にそれぞれ供給する注入材供給手段を有し、
   前記パッキン操作手段は、前記注入材供給手段に設けられた回転式の操作手段であることを特徴とする請求項４に記載のボーリング孔閉塞装置。
6. ボーリング孔に注入材を注入してボーリング孔を閉塞するボーリング孔閉塞工法において、
   第１と第２の注入材を個別に注入する第１と第２の注入口であって、軸方向における挿入先端部の内外にそれぞれ設けられている注入口と、前記第１の注入材の注入経路を形成する内側パイプと、この内側パイプとの間の隙間に、前記第２の注入材の注入経路を形成する外側パイプからなる２重管構造の注入用パイプとを有するパッカーを前記ボーリング孔内の前記注入材を閉塞する孔の奥側から孔口側までの区間の当該孔口側まで挿入して、設置するパッカー設置工程と、
   前記パッカー設置工程後に、前記第１の注入材として、固結しない材料または固結速度の遅い材料からなる注入材を、前記パッカーの前記第１の注入口を通じて前記ボーリング孔内に注入する第１の注入工程と、
   前記第１の注入工程後に、前記第２の注入材として、固結する材料からなる注入材を、前記パッカーの前記第２の注入口を通じて前記ボーリング孔内における前記第１の注入材を注入し、第２の注入材を前記閉塞する区間の手前の外周部に注入する第２の注入工程と、
   前記第２の注入工程後に前記第２の注入材が固結した時点で、前記パッカーを前記ボーリング孔から引き抜くパッカー回収工程を有することを特徴とするボーリング孔閉塞工法。

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