JP4746356B2 - 注入装置 - Google Patents

Description

本発明は、グラウト注入やリーク処理、穴埋め等に使用する注入装置に関する。

従来のグラウト注入装置は、例えば、図４に示すように、中央プラント等において生成されたセメントミルクＣＭと水Ｗおよび必要に応じてセメントや混和材を混合して所定の配合のグラウトを生成するグラウトミキサ１２０と、グラウトミキサ１２０内のグラウトを、注入ポンプ１３０を介して圧送する管路１１０と、ポンプ１３０により圧送されたグラウトの流量と圧力を検出する流量圧力検出部１４０とを備えて構成されている（例えば、特許文献１参照）。そして、このグラウト注入装置１０１の管路１１０は、圧送されたグラウトを注入孔１５０に注入する注入管１１１に接続された送り管１１０ａと、圧送されたグラウトのうち不要なグラウトをグラウトミキサ１２０に返送する戻し管１１０ｂとに、リターンバルブ１４１を介して分岐されている。

この従来のグラウト注入装置１０１によるグラウト注入は、流量圧力検出部１４０の検出結果により、リターンバルブ１４１の開度を調整し、グラウトの注入量と注入圧とを制御することにより行われている。なお、図４における符号１１２は逆止弁、符号１１３はパッカーである。
特開平８−２０９６７５号公報（［００１５］−［００３３］、図１）

ところが、従来のグラウト注入装置１０１は、戻し管１１０ｂを介して不要なグラウトを返送させる構成ではあるものの、送り管１１０ａは注入孔１５０内に配置された注入管１１１にグラウトを送るのみの単路であるため、例えば、注入量が少なく流速が遅い場合（いわゆるダメ押し状態）等には、徐々に注入管１１１内および送り管１１０ａ内においてグラウトが硬化し、閉塞する場合があるという問題点を有していた。そのため、従来のグラウト注入装置１０１を使用した注入作業は、適宜注入管１１１と送り管１１０ａを洗浄する必要があり、この洗浄に手間を要するとともに、そのための費用が嵩むという問題点を有していた。

本発明は、前記の問題点を解決するためになされたものであり、配管系統が閉塞することがなく、効率的で安価な注入工事（例えば、一般的なグラウト注入や、リーク処理や、穴埋め等）を可能とした注入装置を提案することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明の注入装置は、注入材を貯留する注入材槽と、注入箇所に配置される注入部と、前記注入材槽と前記注入部との間において前記注入材が循環可能となるように配設された注入材路とを備え、前記注入材路において、前記注入材槽から前記注入箇所方向に流れる注入材の流量と圧力とを検出する送り側検出部と、前記注入箇所から前記注入材槽方向に流れる注入材の流量と圧力とを検出する戻し側検出部と、前記送り側検出部と前記戻し側検出部との検出結果に応じて前記注入材路を流れる注入材の流量と圧力とを制御する注入管理部と、を有することを特徴としている。

また、前記注入部が、前記注入材を前記注入箇所に注入するための注入口と、前記注入材を前記注入口へと誘導する送り部と、前記注入口に誘導された前記注入材のうち不要な注入材を返送する戻し部とから構成されていることを特徴としている。

かかる注入装置は、注入材槽と注入部との間において注入材を循環させることで、例えば注入量が少なく流速が遅い場合等において注入材が硬化して管路等を閉塞することを防止することが可能となる。

つまり、注入箇所に対応する位置に形成された注入部が送り部と戻し部とを有しており、注入材槽から注入箇所に至るまで、注入材路が単路となることなく、注入材が循環される構成のため、注入材が注入材路途中において硬化することがない。

かかる注入装置によると、最適の状態での注入が可能となるため、好適である。

また、前記注入装置の注入部が、前記注入口に逆止弁を有していれば、一旦注入箇所に注入した注入材が、注入管の先端から注入管内に逆流することを抑止するため、好適である。

さらに、前記注入装置の注入部が、その外周囲にパッカーを有していれば、このパッカーが注入管と注入孔（注入箇所）との隙間を閉塞し、注入孔の孔口から注入した注入材が流出することを防止するとともに、所定の圧力による注入孔への注入材の注入が可能となるため、好適である。

本発明の注入装置により、一般的な注入工事やリーク処理または穴埋め等の注入工事において、配管系統が閉塞されることなく、効率的で安価に施工を行うことが可能となる。

本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、説明において、同一要素には同一の符号を用い、重複する説明は省略する。
ここで、図１は、本実施形態の注入装置の概略を示すフロー図である。また、図２は、本実施形態の注入装置に係る注入管を示す図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。また、図３は、注入管の変形例を示す断面図である。

本実施形態に係る注入装置１は、図１に示すように、グラウト（注入材）が貯留される二次ミキサー（注入材槽）２０と、注入孔（注入箇所）５０に配置される注入管（注入部）１１と、二次ミキサー２０と注入孔５０との間において注入材が循環可能となるように配設された送り管１０ａおよび戻し管１０ｂとを有する注入材路１０とを備えている。

送り管１０ａは、二次ミキサー２０から後記する注入管１１の注入材挿入口１４ａ（図２（ｂ）参照）に至る管路であり、管路途中に注入ポンプ３０と、送り側検出部４２と、バルブ４３とが設けられている。戻し管１０ｂは、後記する注入管１１の注入材排出口１５ａ（図２（ｂ）参照）から二次ミキサー２０に至る管路であり、配管途中に戻し側検出部４４とバルブ４５とが設けられている。

そして、注入管１１の先端（図１において下端）には、注入材を注入孔５０に注入するための注入口が形成されており、注入管１１の内部は、圧送されたグラウトを注入口へと誘導する送り部１４と、注入口に誘導されたグラウトのうち不要なグラウトを返送する戻し部１５とから構成されている。

本実施形態に係る注入管１１は、図２（ａ）および（ｂ）に示すように、円筒状の管体であって、その先端側端部の注入口に逆止弁１２を有している。
本実施形態に係る逆止弁１２は、ゴム製部材からなり、先端が平面視十字状にしぼまれた状態で、図２（ｂ）に示すように、内部の断面がスリット状に形成されている。そして、注入されるグラウトの圧力により、しぼまれた先端が広げられて、注入孔５０内にグラウトが注入される（図１中の符号Ｐ参照）。そして、グラウトの圧力が軽減されることや、外部から逆止弁１２に圧力が加わることにより、逆止弁１２の先端はしぼみ、グラウト材の逆流が防止される。なお、逆止弁１２の材質や構成は、限定されるものではなく、グラウト注入時に注入孔５０内に注入したグラウトが注入管１１の内部に逆流することを抑止することが可能であればよい。

また、注入管１１の外周には、パッカー１３が取り付けられている。このパッカー１３は、ゴム製であって、空気を挿入することで膨張し、平面視で円形、側面視で略８角形に形成される。なお、パッカー１３は、空気が未挿入時は収縮して注入管１１の側面に張り付いた状態となる。ここで、パッカー１３の構成は前記のものに限定されるものではなく、適宜公知のものを選定して使用すればよい。また、パッカー１３は、必要に応じて適宜取り付ければよく、必ずしも注入管１１に装着されていなくてもよい。

注入管１１は、図２（ｂ）に示すように、その内部が内壁１６により２分割されており、送り部１４と戻し部１５とが形成されている。注入管１１の一方の端部（図２（ｂ）における下端）開口されることで注入口が形成されており、この注入口に逆止弁１２を有している。また、注入管１１の他方の端部（図２（ｂ）における上端）は遮蔽されており、それぞれ送り部１４と戻し部１５とに対応する位置に注入材挿入口１４ａと注入材排出口１５ａが突出した状態で形成されており、後記する送り管１０ａおよび戻し管１０ｂが接続可能に構成されている。また、内壁１６は、注入管１１の一方の先端まであり、送り部１４と戻し部１５とは、逆止弁１２の内部において合流する構成となっている。

なお、注入管１１の構成は前記のものに限定されるものではなく、例えば図３に示すように、注入管１１の内部に管を２本通すことにより、一方を送り部１４として送り用内管１４’、他方を戻し部１５としての戻し用内管１５’とする構成としてもよい。

二次ミキサー２０は、図１に示すように、一次ミキサー２１において生成されたグラウトを、撹拌ポンプ２４を利用して撹拌しつつ貯留する。

一次ミキサー２１は、二次ミキサー２０の直上に配設されて、グラウト注入を行うライン上において、所定量（本実施形態では１０〜２０リットル）のグラウトを所定配合で生成するミキサーである。一次ミキサー２１は、セメントＣ、水Ｗ、混和材Ｍの投入量を管理するミキサー計量器２１ａと、投入されたセメントＣ、水Ｗ、混和材Ｍを撹拌混合する撹拌羽２１ｂと、一次ミキサー２１により生成されたグラウトを二次ミキサー２０へ投入するための投入口の開閉を行うバルブ２１ｃとを備えている。

なお、一次ミキサー２１の構成は、前記のものに限定されるものではなく、適宜公知のミキサーを採用することが可能である。例えば、一次ミキサー２１から二次ミキサー２０へのグラウトの投入は、二次ミキサー２０の直上に配設された一次ミキサー２１からダイレクトに投入するのが望ましいが、ポンプ等を介して投入する構成としてもよい。さらに、一次ミキサー２１により生成されるグラウトの量は１０〜２０リットルに限定されるものではないことはいうまでもない。

二次ミキサー２０には、二次ミキサー２０内のグラウトの量を計測する液面計２２と、二次ミキサー２０内のグラウトを循環させることで撹拌する管路２３とを備えている。管路２３は、グラウトを循環させることを目的として、撹拌ポンプ２４により二次ミキサー２０から圧送されてきたグラウトを二次ミキサー２０へ返送するルートと、不要なグラウトを排出するルートとに分岐されている。そして、管路２３の返送ルートと排出ルートとの分岐点近傍にはバルブ２５が備えられており、排出口にはバルブ２６が備えられている。

二次ミキサー２０の下部には注入管１１へグラウトを圧送するための送り管１０ａが接続されており、この送り管１０ａは、そのライン上に注入ポンプ３０を有している。また、二次ミキサー２０の上部には、注入管１１から返送されたグラウトを圧送するための戻し管１０ｂが接続されている。

本実施形態に係る注入装置１は、注入管１１と二次ミキサー２０との間に注入管理装置４０を備えている。
注入管理装置４０は、送り管１０ａにより圧送されるグラウトの流量と圧力とを測定する送り側検出部４２と、送り管１０ａのグラウトの流量と圧力とを制御するためのバルブ４３と、戻し管１０ｂにより圧送されるグラウトの流量と圧力とを測定する戻し側検出部４４と、戻し管１０ｂのグラウトの流量と圧力とを制御するためのバルブ４５と、送り側検出部４２および戻し側検出部４４の測定結果に基づきバルブ４３，４５の開度を調整する注入管理部４１と、から構成されている。

次に本実施形態の注入装置１による、グラウト注入方法について、図面を参照して説明する。

まず、一次ミキサー２１にセメントＣ、水Ｗ、混和材Ｍと投入して、所定の配合のグラウトを生成する。
一次ミキサー２１によるグラウトの生成が完了したら、バルブ２１ｃを開放して、グラウトを二次ミキサー２０へ投入する。二次ミキサー２０では撹拌ポンプ２４を利用してグラウトを循環させることで、グラウトが二次ミキサー２０内で分離することを防止する。また、液面計２２による計測の結果、二次ミキサー２０内のグラウト量が少ない場合には、随時一次ミキサー２１によるグラウトの生成および補充が行われる。

二次ミキサー２０に投入されたグラウトは、注入ポンプ３０により送り管１０ａを介して注入孔５０に配設された注入管１１へ圧送される。このとき、グラウトの流量および圧力はバルブ４３により調整されている。そして、注入管１１の先端の逆止弁１２（注入口）から所定量のグラウトが排出されて注入孔５０に注入される。さらに、送り管１０ａにより圧送されたグラウトのうち、注入孔５０に注入されない余分なグラウトは、戻し部１５、戻し管１０ｂを通って二次ミキサー２０へ返送される。
つまり、本実施形態の注入装置１では、二次ミキサー２０から常時一定量のグラウトが注入ポンプ３０により圧送されて、所定量のグラウトが注入されるとともに余分のグラウトが二次ミキサー２０に返送される構成となっている。そのため、常時、送り管１０ａ、注入管１１および戻し管１０ｂの内部においてグラウトが循環されており、これらの配管系においてグラウトが硬化して閉塞することがない。

注入管１１による注入孔５０へのグラウトの注入は、パッカー１３により注入管１１と注入孔５０との隙間が閉塞されているため、グラウトが外部へ流出することが防止されている。

また、グラウトの注入量および注入圧は、送り側検出部４２により圧入されるグラウトの流量と圧力の計測結果と、戻し側検出部４４による返送されるグラウトの流量と圧力の計測結果に基づき注入管理部４１によりバルブ４３，４５の開度を調整することで調整されている。

また、グラウトの配合の変更時等には、一次ミキサー２１により新たな配合のグラウトを生成するとともに、二次ミキサー２０のバルブ２５，２６を調整することにより、二次ミキサー２０内の余分なグラウトを廃棄する（図１中の符号Ｄ参照）ことにより、変更を行う。

本実施形態の注入装置１によれば、注入管１１の先端において、注入材（グラウト）を循環させる構成であるため、常時循環させることで、配管系内において注入材が硬化して閉塞されることがないため、配管系の洗浄等の必要がなく、従来に比べて簡易に施工を行うことが可能となる。

また、注入量や注入圧の管理は注入管理装置４０により、自動的に行うため、簡易に施工を行うことが可能である。

また、注入管１１の先端に逆止弁１２を有しているため、注入孔５０に注入したグラウトが、注入管１１内に逆流することがない。
また、注入管１１と注入孔５０との隙間は、パッカー１３により遮蔽されているため、所定の圧力で注入孔５０内にグラウトを充填することが可能となる。

また、注入管理装置４０により、適切な注入量および注入圧によりグラウトの注入を行うため、確実な注入を行うことが可能となる。

また、注入装置１の練り上げ量は１０〜２０リットルであるため、通常１００〜２００リットルで行う従来の注入装置に比べて少量であり、配合の切り替えを容易に行うことが可能なため、作業性に優れている。また、少量で練り上げることにより、例えば配合の切り替え時のグラウトを廃棄する際にも、その量が少量で済むため、経済性に優れている。

配合の管理（ミキサー計量器、液面計等）から注入の管理（注入管理装置）までを、機械的に行うため、人的なミスを大幅に削減することが可能となる。

また、一次ミキサー２１により直接所定配合のグラウトを生成するため、水セメント比Ｗ／Ｃが０．８：１や０．５：１等の高濃度の配合によるグラウト注入も可能とある。つまり、従来は、中央プラント等において生成されたセメントミルクに、人的に水Ｗを投入することで所定の配合に調整していたため、正確な配合に生成することが困難であったが、本実施形態に係る注入装置１は、直接所定配合のグラウトを生成するため、容易に所定配合のグラウトを生成することが可能である。

以上、本発明について、好適な実施形態について説明した。しかし、本発明は、前述の各実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜設計変更が可能であることはいうまでもない。
例えば、前記実施形態では、グラウト注入に関して本発明の注入装置を使用するものとしたが、リーク処理、湧水処理、穴埋め等にも利用可能であり、施工対象は限定されるものではない。

また、注入材はグラウトに限定されるものではなく、適宜公知の注入材を選定して使用することが可能である。

また、前記実施形態では、注入管理部により、自動的にバルブの開度を調節して、グラウトの注入量および注入圧を制御する構成としたが、注入管理部の算出結果に応じて、人的にバルブ調整を行ってもよいことはいうまでもない。

また、二次ミキサー（注入材槽）として、撹拌ポンプにより貯留されるグラウトを撹拌する構成としたが、例えば撹拌羽により撹拌する構成としてもよく、二次ミキサーの構成は限定されるものではない。

また、前記実施形態では、注入部として、筒状の注入管を使用するものとしたが、例えば、可撓性の管材を二つ折りにして注入材を循環可能に構成し、かつ、その折れ点に注入口を形成したものを、注入孔に挿入する構成としてもよく、注入部の構成は限定されるものではない。

本発明の注入装置の概略を示すフロー図である。 本発明の注入装置に係る注入管を示す図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。 本発明の注入装置に係る注入管の変形例を示す断面図である。 従来の注入装置の概略を示すフロー図である。

符号の説明

１ 注入装置
１０ 注入材路
１１ 注入管（注入部）
１２ 逆止弁
１３ パッカー
１４ 送り部
１５ 戻し部
２０ 二次ミキサー（注入材槽）
２１ 一次ミキサー
３０ 注入ポンプ
４０ 注入管理装置
４１ 注入管理部
４２ 送り側検出部
４４ 戻し側検出部
５０ 注入孔

Claims (4)

1. 注入材を貯留する注入材槽と、
   注入箇所に配置される注入部と、
   前記注入材槽と前記注入部との間において前記注入材が循環可能となるように配設された注入材路と、を備える注入装置であって、
   前記注入材路において、
   前記注入材槽から前記注入箇所方向に流れる注入材の流量と圧力とを検出する送り側検出部と、
   前記注入箇所から前記注入材槽方向に流れる注入材の流量と圧力とを検出する戻し側検出部と、
   前記送り側検出部と前記戻し側検出部との検出結果に応じて前記注入材路を流れる注入材の流量と圧力とを制御する注入管理部と、を有することを特徴とする注入装置。
2. 前記注入部が、前記注入材を前記注入箇所に注入するための注入口と、
   前記注入材を前記注入口へと誘導する送り部と、
   前記注入口に誘導された前記注入材のうち不要な注入材を返送する戻し部と、から構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の注入装置。
3. 前記注入部が、前記注入口に逆止弁を有することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の注入装置。
4. 前記注入部が、その外周囲にパッカー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項に記載の注入装置。

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