JP4761161B2 - グラウチング方法 - Google Patents

Description

本発明は、岩盤にグラウト材を注入するグラウチング方法に関し、とくに不必要範囲へのグラウト材の浸透を防止するグラウチング方法に関する。

従来、地下水位以下の地盤や岩盤内等にトンネル或いは地下空洞等の地下構造物を建設する際には、通常、それらの掘削に伴って掘削面から掘削した空間内に湧水が生じて地下水位が低下する。このため、水封式地下貯槽などの構造体として地下水位の低下を抑制する場合や、周辺環境への影響の観点から湧水による顕著な水位低下を避ける必要がある場合、或いは湧水が掘削工事自体に支障を及ぼすような場合などには、一般には、グラウチングにより周辺岩盤における透水性（以下、「岩盤透水性」とする）を改良して湧水を抑制する工法が採用されている（例えば、特許文献１参照）。

グラウチング方法には、トンネルの掘削予定域に対して、掘削に先立って岩盤透水性を改良するプレグラウトと、掘削後に、坑壁に湧水の生じているトンネル周囲に行なうポストグラウトがある。グラウトの効果は、一般的にプレグラウトのほうが高いと考えられ、過剰な湧水や顕著な地下水位の低下を未然に防ぐためには、プレグラウトを行なうのが良いとされている。
プレグラウトは、一般的にはトンネルの切羽面から放射状にグラウト孔を削孔して、これにセメントミルク等のグラウト材を圧入し、岩盤の割れ目に浸透させて岩盤透水性を改良するものである。グラウトの効果は、チェック孔による湧水量やルジオン値（浸透し易さの目安）により確認され、必要な場合には、追加で２次グラウト孔の設置や、さらにその内側に同じように放射状のグラウト孔を設けるなどの追加処置がなされ、所定の湧水量、透水性に改良している。
特開平８−１１３９３８号公報

しかしながら、従来のグラウチング方法では、以下のような問題があった。
すなわち、例えば水封式地下貯槽の貯槽周辺のグラウトにおいて、貯槽上部の水封トンネルや水封ボーリングにセメントミルクが浸透し固化すると、これらの水封ボーリング等においては水封機能が十分に発揮されないこととなることから、ある一定の方向や限られた範囲にグラウト材を浸透させることができるグラウチング方法が求められているが、現状ではグラウト材の浸透方向や注入範囲について好適に制御することができないといった問題があった。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、グラウト材の浸透方向や注入範囲を限定することで、効率よく且つ確実にグラウチングできるようにしたグラウチング方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係るグラウチング方法では、坑道から周囲岩盤に向けてグラウト材を注入するためのグラウチング方法であって、坑道から周囲岩盤に向けて削孔することで、グラウト材を注入するための第１ボーリング孔及び空孔をなす第２ボーリング孔を設ける工程と、第１ボーリング孔から周囲岩盤に向けてグラウト材を注入する工程とを有し、注入されたグラウト材を、周囲岩盤内に生じる水圧の圧力差によって第１ボーリング孔から第２ボーリング孔に向けて流れるように誘導させるようにしたことを特徴としている。
本発明では、空孔をなす第２ボーリング孔内が大気圧状態であり、周囲岩盤内の地下水圧やグラウト注入圧より小さいことから、岩盤内に水圧の圧力差が生じ、注入されたグラウト材が第１ボーリング孔から第２ボーリング孔に向けて誘導されて流れ、第２ボーリング孔から排出されることになる。すなわち、グラウト材を注入するための第１ボーリング孔に対してグラウト材を浸透させたい任意の方向に第２ボーリング孔を設けることで、グラウト材の浸透方向を制御することができる。また、第１ボーリング孔と第２ボーリング孔との間の範囲に対して集中的にグラウト材を注入させることができることから、注入範囲を限定したグラウチングを行うことができる。

また、本発明に係るグラウチング方法では、第２ボーリング孔には、開閉可能なバルブが設けられ、グラウト材の注入を開始するときにはバルブを開放しておき、バルブを開閉させることで、第２ボーリング孔から排出されるグラウト材の排出量を調整することが好ましい。
本発明では、例えば、グラウト材の注入を開始するときにはバルブを開放しておき、第２ボーリング孔から排出される液体が地下水からほぼ完全にグラウト材となった時点でバルブを閉じてグラウチングを停止することで、グラウト材の注入量を管理することができる。また、第２ボーリング孔から過大な湧水が生じ、開放状態を長時間継続していると周辺地下水位などに悪影響を及ぼすことが考えられる場合や、微細な割れ目にもグラウト材がまわるようにするなど、適宜バルブを調整することで状況に応じた対応をとることができる。

また、本発明に係るグラウチング方法では、第１ボーリング孔は、坑道の切羽面から前方外方に広がるように放射状に削孔され、第２ボーリング孔は、放射状に削孔された第１ボーリング孔の内側で、坑道の切羽面から前方外方に広がるように放射状に削孔されていることが好ましい。
本発明では、坑道の掘削進行方向の切羽前方の岩盤に対して、効率的にグラウチングを行うことができる。例えば、坑道の掘進によって掘削されてしまう岩盤に対してグラウト材の浸透を抑制させることができ、必要な限られた範囲のみにグラウチングすることが可能となる。

本発明のグラウチング方法によれば、グラウト材の注入範囲の岩盤内に水圧の圧力差を生じさせることで、注入したグラウト材を第１ボーリング孔から第２ボーリング孔に向けて流れるように誘導させることができることから、グラウト材の浸透方向を制御できる。しかも、第１ボーリング孔と第２ボーリング孔との間の範囲にグラウト材を注入させることができることから、グラウト材の浸透範囲を制限することができ、不必要な範囲にグラウト材を浸透させるようなことを防げるため、効率よく且つ確実なグラウト注入を行うことができる。

以下、本発明に係るグラウチング方法の実施の形態について、図１乃至図３に基づいて説明する。
図１は本発明の実施の形態によるグラウチング方法の概要を示す側面図、図２は図１に示すグラウチング方法のＡ−Ａ線断面図、図３は注入時のグラウト材の流れの概要を示す図であって、（ａ）はその側面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。

図１に示すように、本実施の形態のグラウチング方法は、掘進中の坑道１の周囲岩盤の所定のグラウト範囲Ｒに、グラウト材Ｇを注入するものである。
ここで、以下の説明では、必要に応じて坑道１の掘進方向（図１で左側から右側に向かう方向）を「前方」とする。

図１及び図２に示すように、本実施の形態によるグラウチング方法は、所定距離を掘削する毎に坑道１の切羽面１Ａから前方に向かうにしたがって漸次坑道１の径方向外方に放射状に広がるように複数のグラウト孔２、２、…（第１ボーリング孔）を削孔するとともに、それらグラウト孔２、２、…の内側に空孔をなす複数の排出孔３、３、…（第２ボーリング孔）を削孔する。グラウト孔２、２、…によるボーリング孔群及び排出孔３、３、…によるボーリング孔群は、それぞれ坑道１の軸方向からみてリング状（図２参照）に配置されている。そして、排出孔３の前方先端３ａは、グラウト孔２より前方の位置となるように削孔されているが、これに限定されるものではない。ここで、この時点では、各グラウト孔２、２、…及び各排出孔３、３、…内には、周囲岩盤中の地下水が流入する状態となっている。

次に、図３に示すように、グラウト孔２、２、…にセメントミルク等のグラウト材Ｇを注入する。具体的には、先ず、各グラウト孔２、２、…の孔口２ａには、パッカー５を介して注入管４を固定する。このとき、注入管４の前方先端４ａが、グラウト孔２の所定の位置まで挿入された状態となっている。また、各排出孔３の孔口３ｂには、バルブ６を取り付けた排出配管７がパッカー５を介して固定されている。このような状態において、グラウト孔２、２、…からグラウト材Ｇを所定の圧力（周囲の地下水圧以上の圧力）をもって注入する。このとき、グラウト材Ｇは、各グラウト孔２の外周部から割れ目等を通じて周囲岩盤内に浸透することになる。

そして、排出孔３に到達したグラウト材Ｇは、排出孔３内に流入され、排出配管７から坑道１内に排出される。つまり、グラウト材Ｇの注入を開始するときには、バルブ６を開放しておく。そして、排出孔３の排出配管７から排出される液体が地下水からほぼ完全にグラウト材Ｇとなった時点でバルブ６を閉じてグラウチングを停止することで、グラウト材の注入量を管理することができる。

さらに具体的に説明すると、空孔をなす排出孔３内が大気圧状態であり、周囲岩盤内の地下水圧やグラウト注入圧より小さいことから、岩盤内に水圧の圧力差が生じ、注入されたグラウト材Ｇが地下水とともにグラウト孔２から排出孔３に向けて誘導されて流れ、排出孔３から排出されることになる。つまり、排出孔３の周囲岩盤内の水圧がグラウト孔２の周囲岩盤内の水圧より小さい状態であることから、リング状をなすグラウト孔２、２、、…の孔群より内側は、その外側より岩盤内の水圧が小さい状態となり、地下水及び注入されるグラウト材Ｇはグラウト孔２から排出孔３に向けて流れることになる。

本グラウチング方法では、排出孔３から排出されるグラウト材Ｇの量、濃度などの状態を確認することで、グラウチングが確実に行われたことを確認することができるとともに、必要以上の注入を行うことを防ぐことができる。例えば、岩盤の顕著な割れ目がグラウト孔２と排出孔３とを短絡している場合では、注入直後にグラウト材Ｇが排出孔３から排出され、他の割れ目に十分にまわらないことがある。このような場合には、バルブ６を絞って排出配管７から排出する量を調整し、他の割れ目にもグラウト材Ｇがまわるようにする。また、排出孔３から過大な湧水が生じ、開放状態を長時間継続していると周辺地下水位などに悪影響を及ぼすことが考えられる場合においても、適宜バルブ６を調整することで状況に応じた対応をとることができる。

また、排出孔３を設けることで、削孔状態やそのときの湧水状況などを観察することにより、ボーリング孔に沿った岩盤の硬さや割れ目の状態を確認することができる。
ここで、グラウチングした状態の確認については、従来と同様にグラウト注入領域にチェック孔を設けて、浸透のし易さの目安となるルジオン値（Ｌｕ値）を測定するなどして確認すればよい。

以降、上述したグラウチングが終了した後、排出孔３に設置した排出配管７を回収し、順次上述した方法を繰り返して施工する。つまり、次のグラウト注入を行う所定位置（図１に示す符号１Ｂの切羽面）まで坑道１の掘進し、上記と同様の方法により次のグラウチングを行う。図１に示すように、次のグラウチングによるグラウト孔（符号２Ａ）は、先行して削孔されたグラウト孔２に対して坑道１の軸方向にオーバーラップさせるように削孔し、坑道１の軸方向に形成される注入範囲同士をオーバーラップさせることで、隙間なく確実な注入を行うことができる。

このように、本実施の形態によるグラウチング工法では、リング状に形成されるグラウト孔２、２、…の外側にグラウト材Ｇが浸透することを抑制させることができるとともに、図３に示すように排出孔３よりトンネル中心軸側にグラウト材Ｇがまわることを抑制させることができることから、グラウト孔２と排出孔３との間の範囲に対して集中的にグラウト材Ｇを注入させることができ、注入範囲を限定したグラウチングを行うことができる。したがって、グラウト材Ｇを注入するためのグラウト孔２に対してグラウト材Ｇを浸透させたい任意の方向に排出孔３を設けることで、グラウト材Ｇの浸透方向を制御することができる。
また、坑道１の掘進によって掘削されてしまう岩盤に対してグラウト材Ｇの浸透を抑制させることができ、必要な限られた範囲のみにグラウチングすることが可能となることから、坑道１の掘削進行方向の切羽前方の岩盤に対して効率的にグラウチングを行うことができる。

上述した本実施の形態によるグラウチング方法では、グラウト材Ｇの注入範囲の岩盤内に水圧の圧力差を生じさせることで、注入したグラウト材Ｇをグラウト孔２、２、…から排出孔３、３、…に向けて流れるように誘導させることができることから、グラウト材Ｇの浸透方向を制御できる。
しかも、グラウト孔２、２、…と排出孔３、３、…との間の範囲にグラウト材Ｇを注入させることができることから、グラウト材Ｇの浸透範囲を制限することができ、不必要な範囲にグラウト材Ｇを浸透させるようなことを防げるため、効率よく且つ確実なグラウト注入を行うことができる。

次に、本発明の第二の実施の形態について、図４に基づいて説明するが、上述の第一の実施の形態と同一又は同様な部材、部分には同一の符号を用いて説明を省略し、第一の実施の形態と異なる構成について説明する。
図４は第二の実施の形態による注入時のグラウト材の流れの概要を示す図であって、（ａ）はその側面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。
図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、第二の実施の形態によるグラウチング方法では、各グラウト孔２においてその長さ方向を複数区間（本第二の実施の形態では２区間）に区切ってグラウチングするようにしたものである。すなわち、図３に示した第一の実施の形態ではグラウト孔２における長さ方向のほぼ全域から岩盤に向けて注入する方法であるが、本第二の実施の形態ではグラウト孔２をその奥側（先端側）の第１注入区間Ｄ１と手前の第２注入区間Ｄ２との２区間に分割して二段階に分けて注入する方法である。

第二の実施の形態によるグラウチング方法についてさらに具体的に説明する。
ここで、図４（ａ）及び（ｂ）は、第１注入区間Ｄ１からグラウト材を注入する状態を示したものである。
先ず、削孔した各グラウト孔２には、その奥側（先端側）において所定長さの第１注入区間Ｄ１を確保するようにパッカー５と注入管４が設けられている。つまり、パッカー５によって仕切られてなる第１注入区間Ｄ１が形成され、その第１注入区間Ｄ１内に注入管４の前方先端４ａが位置するように配置された状態となっている。そして、排出孔３についても、グラウト孔２の第１注入区間Ｄ１に対応する位置に第１排出区間Ｄ３を確保するようにパッカー５と排出配管７の排出口７ａが設けられている。一方、排出孔３の場合には、孔口３ｂから坑道１内にグラウト材Ｇが流入しないように、第一の実施の形態と同様に孔口３ｂにもパッカー５が設けられている。なお、前記排出孔３における第１注入区間Ｄ１に対応する位置とは、グラウト孔２における孔口２ａから第１注入区間Ｄ１までの距離と、排出孔３における孔口３ｂから第１排出区間Ｄ３までの距離とがほぼ同じ距離となる位置をいう。

そして、グラウト孔２の注入管４からグラウト材Ｇを注入すると、グラウト孔２の第１注入区間Ｄ１から注入されたグラウト材Ｇは、岩盤を浸透し、排出孔３の第１排出区間Ｄ３に向かって流れることになる。なお、排出孔３の孔口３ｂにパッカー５が設けられているため、排出孔３の手前側の未注入区間（第２注入領域Ｒ２）の排出孔３内の水圧が周辺岩盤と同様の圧力となり、未注入区間へのグラウト材Ｇの流れを抑制することができる。
次いで、第１注入区間Ｄ１によるグラウチングの終了後、グラウト孔２内の注入管４及びパッカー５の位置をグラウト孔２の手前側（孔口２ａ側）に移動させ、第２注入区間Ｄ２（正確には第２注入区間Ｄ２と第１注入区間Ｄ１）を確保するように配置させるとともに、排出孔３の排出配管７の排出口７ａの位置についてもグラウト孔２に対応させて手前に移動させる。そして、グラウト材Ｇを注入すると、第１注入領域Ｒ１の岩盤内にはグラウト材Ｇが注入されている状態であることから、注入管４から注入されるグラウト材Ｇの多くは第２注入区間Ｄ２から第２注入領域Ｒ２の岩盤に浸透し、排出孔３の第２排出区間Ｄ４に向けて流れることになる。

上述したように第二の実施の形態では、グラウト孔２における注入区間を分割することで、グラウト材Ｇの注入領域、すなわち浸透範囲をより一層限定させたグラウチングを行うことができることから、第一の実施の形態と同様にグラウト材Ｇの浸透方向を制御できるうえ、不必要な範囲にグラウト材Ｇを浸透させるようなことを防げるため、効率よく且つ確実なグラウト注入を行うことができるという効果を奏する。
なお、通常のグラウトでは第１注入区間Ｄ１から注入されたグラウト材Ｇがグラウト孔２の手前の第２注入区間Ｄ２に浸透することはないが、万一、第２注入区間Ｄ２に浸透するようなことがあり非効率となる場合には、必要に応じてグラウト孔２の孔口部に排出孔３と同様なパッカーを配置するようにすればよい。

以上、本発明によるグラウチング方法の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、グラウト孔２及び排出孔３の位置、配置形態、周方向の削孔間隔、孔数、削孔長などは、本実施の形態に限定されることはなく、透水性や割れ目の分布状況などの岩盤条件、工期、工費を勘案し、最適となるように設定すればよい。例えば、本実施の形態ではグラウト孔２、２、…及び排出孔３、３、…をリング状としているが、リング状の配置形態に制限されることはない。要は、グラウト材Ｇの注入範囲に対してグラウト孔２と排出孔３とが相対する位置にあればよいのである。
また、本実施の形態では図２に示すようにグラウト孔２、２、…の注入範囲を１つのリング状としているが、注入範囲の大きさによっては、これを幾つかの同様なリングに分けて施工してもかまわない。

また、本実施の形態では坑道１の切羽面１Ａから前方に対して施工するプレグラウトとしているが、これに制限されることはなく、例えば坑道１の壁面や底面から下方に対して行うグラウチングに適用することができ、この場合においてもプレグラウトと同じようにグラウト孔と排出孔とを設け、グラウト孔から注入したグラウト材を排出孔側に流れるようにすることで同様の効果を得ることができる。
さらに、坑道１の壁面や底面から概ね直角方向にグラウト孔を削孔するポストグラウトに関しても、同様にグラウト対象範囲の両側にグラウト孔と排出孔を設けることにより、その間へグラウト材を優先的に浸透させることができる。この場合、通常のポストグラウトにみられるような坑道１内（大気圧状態）へのグラウト材の浸入量を少なくすることができ、ポストグラウトをより効果的に行うことができる。
また、本グラウチング方法は、坑道１におけるグラウトのみならず、ダムの基礎におけるグラウト等、グラウトを施工する工事すべてに対して同様に適用することが可能である。
さらに、第二の実施の形態では、グラウト孔２を２つの注入区間Ｄ１、Ｄ２に分割させて注入しているが、３区間以上の注入区間に分割させて注入してもかまわない。

本発明の実施の形態によるグラウチング方法の概要を示す側面図である。 図１に示すグラウチング方法のＡ−Ａ線断面図である。 注入時のグラウト材の流れの概要を示す図であって、（ａ）はその側面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。 第二の実施の形態による注入時のグラウト材の流れの概要を示す図であって、（ａ）はその側面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。

符号の説明

１ 坑道
１Ａ 切羽面
２ グラウト孔（第１ボーリング孔）
３ 排出孔（第２ボーリング孔）
４ 注入管
６ バルブ
Ｇ グラウト材
Ｒ グラウト範囲

Claims (3)

1. 坑道から周囲岩盤に向けてグラウト材を注入するためのグラウチング方法であって、
   前記坑道から周囲岩盤に向けて削孔することで、グラウト材を注入するための第１ボーリング孔及び空孔をなす第２ボーリング孔を設ける工程と、
   前記第１ボーリング孔から前記周囲岩盤に向けてグラウト材を注入する工程と、
   を有し、
   前記注入されたグラウト材を、前記周囲岩盤内に生じる水圧の圧力差によって前記第１ボーリング孔から前記第２ボーリング孔に向けて流れるように誘導させるようにしたことを特徴とするグラウチング方法。
2. 前記第２ボーリング孔には、開閉可能なバルブが設けられ、
   前記グラウト材の注入を開始するときには前記バルブを開放しておき、前記バルブを開閉させることで、前記第２ボーリング孔から排出されるグラウト材の排出量を調整するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のグラウチング方法。
3. 前記第１ボーリング孔は、前記坑道の切羽面から前方外方に広がるように放射状に削孔され、
   前記第２ボーリング孔は、前記放射状に削孔された前記第１ボーリング孔の内側で、前記坑道の切羽面から前方外方に広がるように放射状に削孔されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のグラウチング方法。

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