JP4783066B2 - 注入方法 - Google Patents

Description

本発明は、グラウト注入やリーク処理、穴埋め等における注入方法に関する。

従来、ダム工事現場等において、リーク処理、湧水処理、穴埋め等を目的として行われるグラウト注入は、例えば図２に示すように、中央プラントにおいて生成された所定の水セメント比（Ｗ／Ｃ）のセメントミルクＣＭを、注入箇所毎に設置されたミキサー１１０に１００リットル（Ｌ）単位で圧送し、ミキサー１１０においてこのセメントミルクに希釈材（水等）Ｗを投入することにより所定の濃度に調整した後、グラウトポンプ１３０で注入管１２１に圧送することにより行われていた。

ところが、グラウト注入は、注入の目的や注入箇所の状況等により、その注入段階に応じてグラウトの配合を変化させる場合がある。このような、グラウトの配合を変化させながらのグラウト注入を、前記従来の注入装置１０１を利用して行う場合は、ミキサー１１０内のグラウトに各段階に応じて希釈材Ｗを追加することによりグラウトの配合を変化させていた。しかし、注入段階や時間の経過に伴いその濃度や量が変化するミキサー１１０内のグラウトについて、注入段階毎に希釈材を投入して所定濃度に調整することは、非常に困難であった。また、注入段階に応じてグラウトの配合が高濃度となる場合は、ミキサー１１０内のグラウトを一旦廃棄して、新たに中央プラントにおいて所定の配合にセメントミルクＣＭを１００リットル（Ｌ）単位で生成して圧送する必要があり、材料費が嵩むとともに、多量の産業廃棄物が排出されるという問題点を有していた。ここで、図２における符号１２１は注入箇所に配設される注入管である。

このため、注入段階に応じてグラウトの配合を変化させることが可能な注入方法として、特許文献１には、図３に示すように、中央プラントにおいて生成された高濃度のセメントミルクＣＭをグラウト槽２１０へ圧送し、注入段階に応じて、グラウト槽２１０のグラウトと希釈材槽２１１の希釈材とを個別に圧送し、ラインミキサー２１２において所定濃度のグラウトに調整したうえで注入管２２１を介して注入する方法が開示されている。なお、図３における符号２４０は、圧力流量検出部であり、符号２４１は、リターンバルブである。
また、特許文献２には、図４に示すように、注入に必要とされる配合の種類と同数のアジテータ３１０，３１０，…を備えた注入ラインに、中央プラントにおいて生成された複数の配合からなるセメントミルクＣＭをそれぞれ圧送し、注入段階に応じて、アジテータを切り換えることで、所定の配合のグラウトを選択して注入する方法が開示されている。なお、図４の符号３２２は、選定したアジテータ３１０と注入材路３２０との連通の切り替えを行う第一切替手段であり、符号３２３は、リターンバルブ３４１を介して所定の返送されるグラウトを所定のアジテータ３１０へ返送するための注入材路への連通の切り替えを行う第二切替手段である。また、符号３４０は、注入材路３２０を流れるグラウトの圧力と流量を検出する圧力流量検出部である。
特開２００５−１１３５２３号公報（［００２７］−［００５９］、図１−図３） 特開２００１−３１１１３７号公報（［００２０］−［００３０］、図１−図２）

ところが、特許文献１のグラウト注入方法は、中央プラントにおいて多量（１００Ｌ単位）に生成された高濃度のグラウトを使用するため、注入施工中にグラウト槽２１０内においてグラウトが硬化することで、注入が不能となる場合があり、所定時間が経過するとグラウト槽２１０内のグラウトを廃棄して、新たなグラウトを生成する必要があった。そのため、材料費が嵩むとともに、多量の産業廃棄物が発生するという問題点を有していた。また、グラウトの硬化を遅らせるために遅延固化材を投入する場合があるが、グラウトのゲル化が遅れることにより、グラウトの注入量が増加する場合があり、材料費が嵩むという問題点を有していた。

一方、特許文献２のグラウト注入方法は、複数のアジテータ３１０，３１０，…を配置するため、限られた用地しか確保することができない場合には、配置することができないという問題点を有していた。また、配合毎に数１００Ｌのグラウトを生成するため、小規模な注入工事においては、多量の産業廃棄物が発生する場合がある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、廃棄物処分とされるグラウトの量を最小限に抑えた、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）を可能とした注入方法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、本発明は、一次ミキサーにおいて注入材を生成する第一工程と、前記一次ミキサーで生成された注入材を二次ミキサーに投入し、当該注入材を撹拌しつつ貯留する第二工程と、前記二次ミキサーに投入された注入材を注入箇所に圧送する第三工程と、を繰り返す注入方法であって、前記第一工程において生成される注入材が、前記二次ミキサーから前記注入箇所間に配設された注入材路の容積と同程度の量であり、かつ、前記第三工程による前記注入材の注入箇所への注入が行われている間に生成されることを特徴としている。

かかる注入方法は、注入箇所に対する個別の注入ライン上において、注入材の生成から注入までを行うため、配合を調整するために希釈材を投入する等の作業を要することなく、簡易に作業を行うことができる。また、生成される注入材の量が、注入箇所に注入される量に対応しているため、配合の変更や時間の経過により廃棄処分される注入材の量を最小限に抑えることを可能としている。つまり、１箇所の注入箇所に対して１つの一次ミキサーを配置し、任意配合の注入材を、注入に必要な量で生成するため、無駄を省き、効率的で安価な注入工事を可能としている。

また、前記第一工程において生成される注入材の量が、前記二次ミキサーから前記注入箇所間に配設された注入材路の容積と同程度で、第一工程による注入材の生成が、第三工程の注入材の注入が行われている間に行われるため、注入ライン内において空気が含まれることなく、注入材を搬送することを可能とし、注入材路内で、注入材が硬化することを防止するため、好適である。つまり、注入材路に対応した量により注入材を連続的に生成すれば、産業廃棄物となる余分な注入材の生成を最小限に抑え、かつ、注入材路中に空気が含まれることがなく、所定の注入環境を維持した状態で作業を連続して行うことができる。

また、前記注入材路の容積が、１０リットル乃至５０リットルの範囲内であれば、少量で生成されたグラウトの硬化が開始する前に注入を完了させることが可能となり、グラウトの硬化により注入材路が閉塞することがなく、廃棄物の量も最小限に抑えることができるため、好適である。

本発明の注入方法およびこれに使用する注入装置により、例えば、一般的なグラウト注入や、リーク処理や、穴埋め等の注入工事において、廃棄物処分とされるグラウトの量を最小限に抑えた、効率的で安価に施工を行うことが可能となった。

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。

注入装置１は、図１に示すように、任意量のグラウト（注入材）を任意配合で生成する一次ミキサー１０と、一次ミキサー１０で生成されたグラウトを貯留する二次ミキサー１１と、二次ミキサー１１と注入孔（注入箇所）５０との間において注入ポンプ３０により圧送されたグラウトが循環可能となるように配設された送り管２０ａおよび戻し管２０ｂとを有する注入材路２０とを備えている。また、この注入材路２０には、注入孔５０に挿入されて注入材の一部を注入孔５０に注入するための注入口が先端（図１において下端）に形成された注入管（注入部）２１を有している。

そして、注入管２１の内部は、圧送されたグラウトを注入口（逆止弁２２）へと誘導する送り部２４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２５とから構成されている。

また、注入装置１は、送り部２４に圧送されるグラウトの流量と圧力とを検出するための送り側検出部４２と、戻し部２５から返送されるグラウトの流量と圧力とを検出するための戻し側検出部４４と、送り側検出部４２と戻し側検出部４４との検出結果に応じて注入管２１内のグラウトの流量と圧力とを制御する注入管理部４１とから構成される注入管理装置４０を備えている。

一次ミキサー１０は、二次ミキサー１１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１０〜５０Ｌ／ｍｉｎ）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１０は、セメントＣ、水Ｗ、混和剤Ｍの投入量を管理するミキサー計量器１０ａと、投入されたセメントＣ、水Ｗ、混和剤Ｍを撹拌混合する撹拌羽１０ｂと、一次ミキサー１０により生成されたグラウトを二次ミキサー１１へ投入するための投入口の開閉を行うバルブ１０ｃとを備えている。

一次ミキサー１０内に投入されたセメントＣ、水Ｗ、混和剤Ｍは、撹拌羽１０ｂを回転させることによるせん断力と、撹拌羽１０ｂの回転により生じる渦によって撹拌されて、約３０秒でグラウトに生成される。そして、この生成されたグラウトは、バルブ１０ｃを開放することにより、約３０秒で二次ミキサー１１へと投入される。

なお、一次ミキサー１０の構成や機能は、前記のものに限定されるものではなく、適宜変更が可能である。例えば、一次ミキサー１０から二次ミキサー１１へのグラウトの投入は、二次ミキサー１１の直上に配設された一次ミキサー１０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１０により生成されるグラウトの量は１０〜５０Ｌ／ｍｉｎ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１１は、図１に示すように、一次ミキサー１０において生成されたグラウトを、撹拌ポンプ１４を利用して撹拌しつつ貯留する。

二次ミキサー１１には、二次ミキサー１１内のグラウトの量を計測する液面計１２と、二次ミキサー１１内のグラウトを循環させることで撹拌する管路１３とを備えている。管路１３は、グラウトを循環させることを目的として、撹拌ポンプ１４により二次ミキサー１１から圧送されてきたグラウトを二次ミキサー１１へ返送するルートと、不要なグラウトを排出（図１中の符合Ｄ参照）するルートとに分岐されている。そして、管路１３の返送ルートと排出ルートとの分岐点近傍にはバルブ１５が備えられており、排出口にはバルブ１６が備えられている。

二次ミキサー１１の下部には注入管２１へグラウトを圧送するための送り管２０ａが接続されており、この送り管２０ａ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１１の上部には、注入管２１から返送されたグラウトを圧送するための戻し管２０ｂ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２１と二次ミキサー１１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２０ａ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２０ａ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２０ｂ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２０ｂ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。

注入管２１は、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２２が取り付けられている。
本実施形態に係る逆止弁２２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、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２２に圧力が加わることにより、逆止弁２２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２２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２１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２１の外周には、パッカー２３が取り付けられている。このパッカー２３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２３は、空気が未挿入時は収縮して注入管２１の側面に張り付いた状態となる。ここで、パッカー２３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２３は、必要に応じて適宜取り付ければよく、必ずしも注入管２１に装着されていなくてもよい。

注入管２１は、その内部が内壁により２分割されており、送り部２４と戻し部２５とが形成されている。そしてこの送り部２４には送り管２０ａが、戻し部２５には戻し管２０ｂが接続されている。また、内壁は、注入管２１の一方の先端まであり、送り部２４と戻し部２５とは、逆止弁２２の内部において合流する構成となっている。

なお、注入管２１の構成は前記のものに限定されるものではなく、適宜公知の注入手段を選定して使用すればよい。
また、本実施形態では、送り部２４と戻し部２５とを有した注入管２１を使用することにより、注入管２１の先端において、余分なグラウトを返送する構成としたが、注入材路１０にリターンバルブを設けて、グラウトを返送する構成としてもよく、注入材路２０および注入管２１の構成は限定されるものではない。この場合において、注入管理装置の流量圧力検出手段は、１箇所のみ設置すればよく、注入管理装置４０の構成も限定されるものではない。

次に本実施形態の注入装置１による、注入方法について、図面を参照して説明する。
本実施形態による注入方法は、一次ミキサー１０において任意配合の注入材を生成する第一工程と、一次ミキサー１０で生成された注入材を二次ミキサー１１に投入する第二工程と、二次ミキサー１１に投入された注入材を注入孔５０に圧送する第三工程とを繰り返すことにより注入孔５０へのグラウト注入を完了する。そして、第一工程において生成される注入材の量は、第三工程において圧送される注入材の量に対応しており、１０〜５０Ｌ／ｍｉｎの範囲内であって、かつ、二次ミキサー１１から注入孔５０間に配設された注入材路２０の容積と同程度である。
ここで、第一工程において生成されるグラウト量と、第三工程において注入されるグラウト量とは、略同量に調整されているため、第一工程から第三工程までの一連の作業は、注入孔５０への注入が完了するまで、連続して繰り返えされ、また、第一工程によるグラウトの生成と、第三工程によるグラウトの注入は、同時期に行う。

＜第一工程＞
まず、一次ミキサー１０にセメントＣ、水Ｗ、混和剤Ｍと投入して、所定の配合のグラウトを生成する。この時、一次ミキサー１０により一回に生成されるグラウトの量は、二次ミキサー１１の排出口から注入管２１の注入口（逆止弁２２）までの注入材路２０の容積、つまり、送り管２０ａおよび送り部２４の容積と同等の量である２０Ｌとする。なお、一次ミキサー１０において生成されるグラウトの量は限定されるものではなく、適宜状況に応じて設定すればよい。

＜第二工程＞
一次ミキサー１０によるグラウトの生成が完了したら、バルブ１０ｃを開放して、グラウトを二次ミキサー１１へ投入する。二次ミキサー１１では撹拌ポンプ１４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１１内で分離することを防止する。

＜第三工程＞
二次ミキサー１１に投入されたグラウトは、注入ポンプ３０により送り管２０ａを介して注入孔５０に配設された注入管２１へ圧送される。この時、注入ポンプ３０により圧送されるグラウトの量は、最大２０Ｌ／ｍｉｎとする。そして、注入管２１の先端の逆止弁２２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２０ａ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２５および戻し管２０ｂを通って二次ミキサー１１へ返送される。ここで、注入ポンプ３０によるグラウトの圧送量は最大２０Ｌ／ｍｉｎに限定されるものではなく、適宜設定されることはいうまでもない。
つまり、本実施形態の注入装置１では、二次ミキサー１１から常時一定量のグラウトが注入ポンプにより圧送されて、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１１に返送される構成となっている。そのため、常時、送り管２０ａ、注入管２１および戻し管２０ｂ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（注入材路２０）においてグラウトが硬化して閉塞することがない。

ここで、注入管２１による注入孔５０へのグラウトの注入は、パッカー２３により注入管２１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。

なお、注入孔５０へ注入されるグラウトの注入量および注入圧の調整は、送り管２０ａに配設されたバルブ４３と戻し管２０ｂに配設されたバルブ４５の開度を調整することに行われる。

また、バルブ４３，４５の開度は、送り側検出部４２により計測される送り管２０ａの流量および圧力と、戻し側検出部４４により計測される戻し管２０ｂの流量および圧力に基づき注入管理部４１により設定される。また、この注入管理装置４０の検出結果により算出された、注入量に応じて、一次ミキサー１０によるグラウトの生成のタイミングが決定する。
つまり、注入孔５０へのグラウトの注入量が多い場合には、一次ミキサー１０により連続してグラウトを生成し、注入量が少ない場合には、一次ミキサー１０によるグラウトの生成の間隔をあけて行う。

また、注入段階に応じてグラウトの配合を変更させる場合は、配合の変更のタイミングに合わせて、一次ミキサー１０により新たな配合のグラウトを生成することにより行う。
つまり、注入管理装置４０の送り側検出部４２と戻し側検出部４４の計測の結果、グラウトの配合を変更する必要が生じた場合には、注入管理部４１から送信された信号により、図示しない制御盤が、セメントＣ、水Ｗ、混和剤Ｍの一次ミキサー１０への投入を自動的に制御することにより行う。ここで、グラウトの配合の変更は前記の方法に限定されるものではなく、例えば、注入管理部４１から送信された配合の変更の指示が、一次ミキサー１０の近傍に配置されたモニター等に表示されることで、作業員が指示に従って配合量の変更を行う構成としてもよい。

また、グラウトの配合を変更させる際は、二次ミキサー１１の液面計１２による計測結果に応じて、二次ミキサー１１内に滞留したグラウトの残量と配合に応じて、一次ミキサー１０で生成するグラウトの配合が設定される。

本実施形態の注入装置１を利用した注入方法によれば、一次ミキサー１０により生成されるグラウトの量が、注入量に応じて１０〜５０Ｌ／ｍｉｎの範囲内で設定されているため、余分なグラウトを生成することがなく、また、産業廃棄物を多量に発生させることがないため、経済面および環境面で優れている。

また、グラウトの時間当たりの注入量と、生成量とが略同等に調整されているため、生成されたグラウトは、生成と略同時に注入されるため、注入段階に応じてグラウトの配合を変更させる場合でも、前段階で生成されたグラウトが二次ミキサー１１に滞留していることがなく、グラウトの配合の変更がスムーズに行われる。

また、一次ミキサー１０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、人的に希釈材（水Ｗ）を投入して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。

また、本実施形態の注入装置１によれば、注入管２１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。

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。

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。
また、前記実施形態では、注入管が送り部と戻し部とを有しており、注入管の先端においてグラウトが返送可能に構成されていたが、注入管の構成は限定されるものではなく、公知の注入手段から適宜選定して採用すればよい。

本発明の注入装置の概略を示すフロー図である。 従来の注入装置の概略を示すフロー図である。 従来の注入装置の概略を示すフロー図である。 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 一次ミキサー
１１ 二次ミキサー
２０ 注入材路
２１ 注入管
３０ 注入ポンプ
５０ 注入孔（注入箇所）

Claims (2)

1. 一次ミキサーにおいて注入材を生成する第一工程と、
   前記一次ミキサーで生成された注入材を二次ミキサーに投入し、当該注入材を撹拌しつつ貯留する第二工程と、
   前記二次ミキサーに投入された注入材を注入箇所に圧送する第三工程と、を繰り返す注入方法であって、
   前記第一工程において生成される注入材が、前記二次ミキサーから前記注入箇所間に配設された注入材路の容積と同程度の量であり、かつ、前記第三工程による前記注入材の注入箇所への注入が行われている間に生成されることを特徴とする、注入方法。
2. 前記注入材路の容積が、１０リットル乃至５０リットルであることを特徴とする、請求項１に記載の注入方法。

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