JP5064901B2 - パッカー及びそれに用いるマントルの連結方法 - Google Patents

パッカー及びそれに用いるマントルの連結方法 Download PDF

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Description

本考案は、地中に形成されたボーリング孔内に挿入したスリーブパイプを介して地中にセメントミルク等の薬液を浸透させるために用いられるパッカーに係り、より詳しくは、2種類の薬液を混合しつつ地中に浸透させるためのパッカーにおいて、パッカー本体の径を大きくすることなく薬液の流量を十分に確保可能にしたことを特徴とするパッカーに関する。
従来から、ダム建設や巨大構造物の建築の際には、地盤を強固にするため、地中に形成されたボーリング孔やそこに挿入されたスリーブパイプ内にセメントミルク等の薬液を注入し、これにより、ボーリング孔側壁のクラック等を介して地中にセメントミルク等の薬液を圧入して地盤を強化することが行われている。
そしてこのとき、従来から、ボーリング孔やそこに挿入されたスリーブパイプ内の特定空間をシールして閉塞空間を形成し、この閉塞空間内に薬液を注入するために、区間パッカー(以下単に「パッカー」という。)といわれる薬液注入装置が用いられている。
即ち、このパッカーは、外周側に膨張可能な複数のパッカー部がパッカー本体の長手方向に間隔をおいて周設されており、このパッカー部間には、複数の薬液放出口が設けられている。
そして、このパッカーを、例えばボーリング孔に挿入されたスリーブパイプ内に挿入した後に、所定深度まで下げた状態でパッカー部を膨張させ、それによりスリーブパイプ内における膨張させたパッカー部間をシールして閉塞空間を形成し、その状態で薬液放出口よりスリーブパイプ内に薬液を注入していき、これにより、スリーブパイプに形成した注入孔を介して、地中に薬液を浸透させて地盤改良を行なう。
ところで、このように区間パッカーを用いて地中に薬液を浸透させるに際し、近年になり、作業時間の短縮等を図るとともに注入作業後のパッカー内の洗浄作業の容易化を図るために、2液を混合しつつ地中に浸透する方法が採用されることがある。
即ち、例えばセメントミルク等の1種類の薬液のみを用いて地中に浸透させる場合には、薬液の硬化時間が長いために工事に手間がかかるという問題が考えられるとともに、注入作業後は、パッカー内で薬液が硬化するのを防止するために、直ちにパッカー内を洗浄する必要がある。
そこで、このような問題点を解決する方法として、単独では硬化しないが混合することで硬化する2種類の薬液を用いて、この2種類の薬液を別系統でスリーブパイプ内に放出し、これにより、2種類の薬液を混合しつつ地中に浸透させる方法が採用されている。
そして、この方法によれば、硬化までの時間が短い薬液を用いた場合でも、パッカー内では別系統であるために薬液の硬化が無いために、工期を短縮することができるとともに、作業後に直ちにパッカー内を洗浄する必要性がないという利点がある。
特開平10−1938号公報
ところで、一般的にパッカーでは、装置内部に、薬液をノズルまで搬送するための薬液搬送路が形成されているが、従来の2液注入用のパッカーにおいては、パイプ状の2本の薬液搬送路を用いて、あるいは、多重管構造とした薬液搬送路を用いて2種類の薬液を搬送していた。
そのため、このような従来のパッカーでは、搬送する薬液の流量を一定量以上に確保するためには、パッカー全体の径を大きくしなければならなかった。
そこで、本発明は、2種類の薬液を混合しつつ地中に浸透させるためのパッカーにおいて、パッカー全体の径を大きくすること無く、搬送する薬液の量を一定量以上に確保可能にすることを課題としている。
本発明のパッカーは、内周側から流体圧力を受けることにより外周側に膨張し前記圧力が解除されることで元の形状に復元可能な複数のパッカー部をパッカー本体の長手方向に間隔をおいて周設し、前記複数のパッカー部間に複数の薬液放出口を設け、前記パッカー部の内周側に圧力流体を供給するための流体搬送路をパッカー本体に設け、前記複数の薬液放出口のそれぞれに薬液を搬送するための2種類の薬液搬送路をパッカー本体に形成し、薬液の放出を許容しつつ逆流を規制する逆止弁で前記薬液放出口を閉鎖し、
前記薬液搬送路それぞれ、長手方向に向いた形状を半月状にするとともに、それぞれの円弧面を互いに離反する方向に向けて隣りあわせで配置したパッカーであって、
流体搬送路と2種類の薬液搬送路とが形成された上部ヘッドを前記パッカー本体の上端に連結するとともに、
長手方向に向いた形状が半月状であるとともにそれぞれの円弧面を互いに離反する方向に向けて隣りあわせで形成された2種類の薬液搬送路を有するマントルを、マントルにおける2種類の薬液搬送路がそれぞれ、上端部において上部ヘッドにおける薬液搬送路のそれぞれと連通する配置で前記上部ヘッドの下側に連結するとともに、前記マントルにおける2種類の薬液搬送路がそれぞれ下端において前記複数の薬液放出口のそれぞれと連通する配置でパッカー本体の内部に挿装することで、
前記複数の薬液放出口のそれぞれに薬液を搬送するための2種類の薬液搬送路をパッカー本体(2)に形成したことを特徴としている。
本発明のパッカーでは、薬液を搬送する2本の薬液搬送路を、長手方向に向いた形状を半月状に形成するとともに、それぞれの円弧面が互いに離反する方向に向く配置で隣り合わせとしているため、パイプ状の2本の薬液搬送路を用いた場合や、多重管構造とした薬液搬送路を用いた場合と異なって、パッカー全体の径を大きくすることなく、一定量以上の薬液を搬送することが可能である。
本発明のパッカーはパッカー本体を有しており、このパッカー本体には、内周側から流体圧力を受けることにより外周側に膨張し前記圧力が解除されることで元の形状に復元可能な複数のラバー製のパッカー部が、パッカー本体の長手方向に間隔をおいて周設されている。
また、前記パッカー本体には、前記パッカー部のそれぞれの内周側に圧力流体としてのエアーを搬送するための流体搬送路が設けられており、この流体搬送路より搬送されてくるエアーを内周側に受け入れることで、前記パッカー部が外周側に膨張する。
次に、前記パッカーの間には複数個の薬液放出口が形成されており、この薬液放出口は、パッカー本体の内部からの薬液の放出は許容するが、パッカー本体の内部への薬液の逆流は阻止する逆止弁で閉鎖されている。
また、前記パッカー本体には、前記薬液放出口まで薬液を搬送するための2系統の薬液搬送路が形成されており、この薬液搬送路はそれぞれ、末端に至るまで独立するとともに、前記薬液放出口に連通し、これにより、薬液搬送路を介して薬液放出口より薬液を放出可能としている。
そして、薬液搬送路はそれぞれ、長手方向に向いた形状を半月状に形成しており、それぞれの円弧面が互いに離反する方向に向くようにして、隣りあわせで配置されている。
ここで、薬液搬送路の形成方法について説明すると、本発明においては、上部ヘッドとこの上部ヘッドの下側に連結したマントルを用いて、このマントルをパッカー本体内に挿装しつつ上部ヘッドをパッカー本体の上側に連結している。
そして、この上部ヘッドには、いずれもが上部ヘッドを上下に貫通した流体搬送路と2種類の別系統の薬液搬送路とが形成されている。
一方、マントルには2種類の薬液搬送路が別系統で形成されており、この薬液搬送路はそれぞれ、長手方向に向いた形状が半月状に形成されるとともに、それぞれの円弧面が互いに離反する方向に向くようにして、隣りあわせで配置されている。
そして、マントルにおける薬液搬送路はそれぞれ、上端においては上部ヘッドの薬液搬送路に連通し、下端側においては前記薬液放出口に連通しており、これにより、パッカー本体内に薬液搬送路が形成されている。
次に、マントルを上部ヘッドに連結する方法について説明すると、本発明においては、まず、前記上部ヘッドの下端面における、2種類の薬液搬送路の開口の間に、長板状の隔壁部材の上端面を固着し、これにより、隔壁部材を挟んで開口が位置するようにする。
次に、円筒状の部材を長手方向に沿って2分割してなるマントル片を用いて、このマントル片のそれぞれを、マントル片の開口部を前記隔壁部材で閉鎖する形態で、かつ、前記隔壁部材とマントル片とで各開口を囲むようにして、隔壁部材の側面と上部ヘッドの下端面に固着し、これによってマントルを上部ヘッドに連結する。
本考案のパッカーの実施例について図面を参照にして説明すると、図1及び図2はいずれも、本実施例のパッカーの構造を示した一部断面図であり、図1は正面側から見た構造を示し、図2は左側面側から見た構造を示しており、図において1が本実施例のパッカーである。
そして、本実施例におけるパッカー1はパッカー本体2を有しており、このパッカー本体2は、上部パッカー3と、この上部パッカー3の下側に連結されたスライド継手7と、このスライド継手7の下側に連結されたノズル9と、ノズル9の下側に連結された中間ホース15と、この中間ホース15の下側に連結された下部パッカー18とで構成され、即ち、構造上複数の部材で構成されており、各部材間にはOリング33等のシール手段でシールされている。
また、パッカー本体2の上端部には上部ヘッド23が連結されており、この上部ヘッド23の下側にはマントル26が、前記パッカー本体2内に挿装されつつ連結され、上部ヘッド23とマントル26とで注入管22が構成されている。なお、上部ヘッド23とマントル26について、図1においては正面形状で示し、図2においては側面形状で示している。
ここで、前記上部パッカー3について説明すると、本実施例において前記上部パッカー3は、一対の略円筒状のパッカー部材4a、4bを有するとともに、このパッカー部材4a、4bは、略円筒形状のパッカー部5で連通されている。即ち、前記パッカー部5は、その両端部が前記パッカー部材4a、4bの下端側及び上端側に周設されつつ前記一対のパッカー部材4a、4bを連通しており、これにより、上部パッカー3が構成されている。
また、前記パッカー部5はスチール製の線材を内蔵したラバー製としており、内周側から流体圧力を受けることにより外周側に膨張し、前記圧力が解除されることで元の形状に復元可能としている。なお、図において6は、パッカー部5の長手方向に向いた両端を前記パッカー部材4a、4bに固定するための固定金具である。
次に、前記上部パッカー3の下端側には、上部パッカー3よりも内径を小さくしたスライド継手7が連結されており、このスライド継手7には、エアー等の圧力流体を搬送するための流体搬送路8が形成されている。
そして、このスライド継手7の下端側には、スライド継手7とほぼ同等の内径としたノズル9が連結されている。即ち、図において9がノズルであり、このノズル9は、その上端部分が前記スライド継手7の下端側に螺着されるとともに、その内部には、前記スライド継手7に形成した流体搬送路8に通じた流体搬送路10が形成されている。
また、ノズル9の下端部は底部により閉鎖されているが、前記流体搬送路10の下端は前記底部で開口としている。
更に、ノズル9には、複数の薬液放出口12が形成されており、この薬液放出口12を介して、パッカー本体2の外部に薬液を放出可能としている。
また、前記薬液放出口12の外側には逆止弁13が装着されており、この逆止弁13は、薬液放出口12からの薬液の放出は許容するが、薬液放出口12からパッカー本体2内への薬液の逆流を防止する機能を有する。そして、本実施例においてこの逆止弁13は、ラバー製としており、図2に示されるように、薬液放出口12の部分の外周に周設するとともに、長手方向に沿った中央部分を固定金具14で止め、薬液放出口12から放出される圧力により長手方向に沿った両端部分が開くようにしている。
次に、ノズル9の下端には中間ホース15が連結されており、この中間ホース15は、一対の円筒状のホース部材16をラバー製のホース本体17で連通して構成されている。
また、中間ホース15は中空としており、前記ノズル9に形成した前記流体搬送路10に通じている。
なお、中間ホース15は、ボーリング孔等に局部的な曲り部分が存在する場合に、その曲り部分に十分に対応してパッカー本体2を挿入するために機能するが、必ずしも必要なものではない。
次に、前記下部パッカーについて説明すると、図において18が下部パッカーであり、本実施例においてこの下部パッカー18は、一対の略円筒状のパッカー部材19a、19bを有するとともに、このパッカー部材19a、19bを、略円筒形状のパッカー部20で連通して構成されている。そして前記パッカー部20は、その両端部が前記パッカー部材19a、19bの下端側及び上端側に周設されるとともに、長手方向に向いた両端を、固定金具21により前記パッカー部材19a、19bに固定している。
また、下部パッカー部18は、底部を閉鎖した中空としており、前記中間ホース15の内部と通じている。
次に、前記注入管22について説明すると、図3は注入管22を示した図であり、図において注入管22は、上部ヘッド23と、この上部ヘッドの下端に連結されたマントル26とで構成され、上部ヘッド23は前記上部パッカー3に螺合されている。
ここで、前記上部ヘッドについて説明すると、図4(a)は、図3の向きにおける上部ヘッド23の左側面図、図4(b)は同じく縦断正面図、図4(c)は同じく右側面図、及び図4(d)は同じく横断平面図であり、図において上部ヘッド23は、2種類の薬液搬送路24a、24bを有しており、この薬液搬送路24a、24bの外側には流体搬送路25が形成され、薬液搬送路24a、24b、および流体搬送路25のいずれも、丸孔状にするとともに、上部ヘッド23を上下に貫通した形態としている。
なお、本実施例において前記薬液搬送路24a、24bは、上部ヘッド23内で蛇行させており、これにより流体搬送路25に流体供給管等を接続するためのスペースを確保している。
次に、前記上部ヘッド23の下側に連結されたマントル26ついて説明すると、本実施例において前記マントル26は、丸棒状とした外形をしており、その外径は、前記上部パッカー3の内径よりも小さく、かつ、前記スライド継手7及びノズル9の内周側に摺動しつつ挿装可能な寸法としている。
そして、前記マントル26は、前記上部ヘッド23の下側に連結されるとともに、前記上部パッカー3、スライド継手7、ノズル9内周側に挿装されており、これにより、前記上部パッカー3の内壁との間に流体搬送空間27を形成している。
また、マントル26の外径は、前記上部ヘッド23における下端面の薬液搬送路24a、24bの開口部を閉鎖可能で、かつ、前記上部ヘッド23における下端面の薬液搬送路24a、24bの開口部を閉鎖する配置で上部ヘッド23の下側に連結した際に、上部ヘッド23の下端面における流体搬送路25の開口を閉鎖することのない寸法としている。そしてこれにより、マントル26をパッカー本体2の内部に挿装しつつ上部ヘッド23を上部パッカー3に連結した際に、前記流体搬送空間27が、前記上部ヘッド23の流体搬送路25と通じることとしている。
次に、前記マントル26の内部には、長手方向に沿って2系統の薬液搬送路28a、28bが形成されており、この薬液搬送路28a、28bはそれぞれ、上端を開口としているとともに、下端部近傍には供給口29が形成されている。そして、上端の開口は前記上部ヘッド23の薬液搬送路24a、24bに連通し、下端側の供給口29は前記薬液放出口12に通じている。そしてこれにより、マントル26の薬液搬送路28a、28bを介してノズル9の内周まで搬送されてきた薬液を、薬液放出口12よりパッカー本体2の外部に放出可能としている。
ここで、前記マントル26に形成した薬液搬送路28a、28bについて説明すると、図5(A)は図3におけるA−A線断面で示したマントル26の構造を示しており、また図5(B)は図3におけるB−B線断面で示したマントル26の構造を示しており、図において、薬液搬送路28a、28bは、長手方向に見た断面形状を半月状としており、更に、それぞれの円弧面が互いに離反する方向に向くようにして、隣りあわせで形成されている。即ち、長手方向に見た形状を半月状とした長尺のマントル片30を、長板状の隔壁31を介して、マントル片30の開口部が対向する配置で連結して構成されている。
このように、本実施例においては、マントル26に形成した薬液搬送路28a、28bのそれぞれを、長手方向に向いた形状を半月状に形成し、更に、それぞれの円弧面が互いに離反する方向に向く配置で隣り合わせとしているため、パイプ状の2本の薬液搬送路を用いた場合や、多重管構造とした薬液搬送路を用いた場合と異なって、パッカー全体の径を大きくすることなく、一定量以上の薬液を搬送することが可能である。
次に、このように構成されるマントル26を上部ヘッド23の下端面に連結する方法について図6の分解図を用いて説明すると、図6において、まず、前記上部ヘッド23の下端面における、2種類の薬液搬送路24a、24bの開口の間に、隔壁31の上端面を固着し、これにより、2種類の薬液搬送路24a、24bの開口が隔壁31の左右側に位置するようにしつつ、隔壁31を上部ヘッド23に連結する。この状態を平面から示した断面図が図7(a)である。そして、本実施例においては溶接により連結しており、黒く塗りつぶしている部分34が溶接箇所である。
次に、円筒状の部材を長手方向に沿って2分割してなる、マントル片30のそれぞれを、マントル片30の開口部を前記隔壁31で閉鎖する形態で、かつ、マントル片30のそれぞれと隔壁31とで薬液搬送路24a、24bの開口を囲むようにして、隔壁31の側面と上部ヘッド23の下端面に固着し、これによってマントル26を上部ヘッド23に連結するとともに、反上部ヘッド側の開口を蓋32で閉鎖する。この状態を平面から示した断面図が図7(b)である。そして、隔壁31の場合と同様にマントル片30もまた溶接により連結しており、黒く塗りつぶしている部分34が溶接箇所である。
このように、本実施例においては、まず隔壁31を上部ヘッド23に連結し、その後にマントル片30を上部ヘッド23に連結しているために、マントル26の各薬液搬送路28a、28bを完全に別系統にすることが可能である。
即ち、完成体のマントル26を上部ヘッド23の下端面に連結した場合には、マントル片30を上部ヘッド23の下端面に溶接等により連結することは可能だが、マントル片30の内周側に隠れてしまっている隔壁31を上部ヘッド23に連結することはできず、そのため、マントル26の各薬液搬送路28a、28b内の薬液は、隔壁31と上部ヘッド23との隙間を通って混ざってしまうことが考えられる。この状態を説明した図が図8である。即ち、図8において黒く塗りつぶしている箇所32が溶接箇所であり、図8においては、完成体のマントル26を上部ヘッド23の下端面に連結しているため、マントル片30の外側と上部ヘッド23の下端面は溶接により固着することができるが、隔壁31を上部ヘッド30に固着することはできない。
これに対して、本実施例の方法によれば、マントル片30のみならず、隔壁31もまた上部ヘッド23に連結することができるため、マントル26の各薬液搬送路28a、28bが通じ合うことがなく、従って、各薬液搬送路28a、28bを完全に別系統にすることが可能である。
次に、このように構成される本実施例のパッカー1の作用について説明すると、本実施例のパッカー1では、上部ヘッド23の流体搬送路25、上部パッカー3の内壁とマントル26の外周との間に形成された流体搬送空間27、スライド継手7の流体搬送路8、ノズル9の流体搬送路10、及び下部パッカー18の内部が通じており、これにより流体搬送路が形成されている。従って、上部ヘッド23の流体搬送路25からエアー等の流体を供給すると、この流体は前記流体搬送路内に行き渡るとともに、上部パッカー3のパッカー部5及び下部パッカー18のパッカー部20に対して内周側からの圧力を加え、これにより、上部パッカー3のパッカー部5及び下部パッカー18のパッカー部20のそれぞれを外周側に膨張させることができる。
次に、上部ヘッド23の一方の薬液搬送路24aとマントル26の一方の薬液搬送路28a、及び、上部ヘッド23の他方の薬液搬送路24bとマントル26の他方の薬液搬送路28bはそれぞれ、別系統の薬液搬送路として通じ合っているとともに、それぞれの薬液搬送路はノズル9の薬液放出口12のそれぞれに通じている。従って、上部ヘッド23の薬液搬送路24a、24bのそれぞれから薬液を供給すると、この薬液は、薬液放出口12から放出される。
そしてこのとき、本実施例のパッカー1では、マントル26に形成した薬液搬送路28a、28bのそれぞれを、長手方向に向いた形状を半月状に形成し、更に、それぞれの円弧面が互いに離反する方向に向く配置で隣り合わせとしているため、マントル26の径を大きくすることなく、一定量の薬液を搬送することが可能であり、従って、パッカー全体の径も小さくすることが可能である。
本発明では、パッカー本体内に形成した2種類の薬液搬送路を、長手方向に向いた形状を半月状に形成するとともにそれぞれの円弧面が互いに離反する方向に向く配置で隣り合わせとし、これによりパッカーの径を大きくすることなく搬送する薬液の量を確保可能としているため、2種類の薬液を注入するためのパッカーの全般に適用可能である。
本発明のパッカーの実施例の構造を示す一部断面図である。 本発明のパッカーの実施例の構造を示す一部断面図である。 本発明のパッカーの実施例における注入管を示す図である。 本発明のパッカーの実施例における上部ヘッドを説明するための図である。 本発明のパッカーの実施例におけるマントルを説明するための図である。 本発明のパッカーの実施例における上部ヘッドとマントルの連結方法を説明するための分解図である。 本発明のパッカーの実施例における上部ヘッドとマントルの連結方法を説明するための図である。 完成体のマントルを上部ヘッドに連結した場合を説明するための図である。
符号の説明
1 パッカー
2 パッカー本体
3 上部パッカー
4a、4b パッカー部材
5 パッカー部
6 固定金具
7 スライド継手
8 流体搬送路
9 ノズル
10 流体搬送路
12 薬液放出口
13 逆止弁
14 固定金具
15 中間ホース
16 ホース部材
17 ホース本体
18 下部パッカー
19a、19b パッカー部材
20 パッカー部
21 固定金具
22 注入管
23 上部ヘッド
24a、24b 薬液搬送路
25 流体搬送路
26 マントル
27 流体搬送空間
28a、28b 薬液搬送路
29 供給口
30 マントル片
31 隔壁
32 蓋
33 Oリング
34 溶接箇所

Claims (2)

  1. 内周側から流体圧力を受けることにより外周側に膨張し前記圧力が解除されることで元の形状に復元可能な複数のパッカー部(5、20)をパッカー本体(2)の長手方向に間隔をおいて周設し、
    前記複数のパッカー部(5、20)間に複数の薬液放出口(12)を設け、
    前記パッカー部(5、20)の内周側に圧力流体を供給するための流体搬送路をパッカー本体(2)に設け、
    前記複数の薬液放出口(12)のそれぞれに薬液を搬送するための2種類の薬液搬送路(28a、28b)をパッカー本体(2)に形成し、
    薬液の放出を許容しつつ逆流を規制する逆止弁(13)で前記薬液放出口(12)を閉鎖し、
    前記薬液搬送路(28a、28b)それぞれ、長手方向に向いた形状を半月状にするとともに、それぞれの円弧面を互いに離反する方向に向けて隣りあわせで配置したパッカーであって、
    流体搬送路(25)と2種類の薬液搬送路(24a、24b)とが形成された上部ヘッド(23)を前記パッカー本体(2)の上端に連結するとともに、
    長手方向に向いた形状が半月状であるとともにそれぞれの円弧面を互いに離反する方向に向けて隣りあわせで形成された2種類の薬液搬送路(28a、28b)を有するマントル(26)を、マントル(26)における2種類の薬液搬送路(28a、28b)がそれぞれ、上端部において上部ヘッド(23)における薬液搬送路(24a、24b)のそれぞれと連通する配置で前記上部ヘッド(23)の下側に連結するとともに、前記マントル(26)における2種類の薬液搬送路(28a、28b)がそれぞれ下端において前記複数の薬液放出口(12)のそれぞれと連通する配置でパッカー本体(2)の内部に挿装することで、
    前記複数の薬液放出口(12)のそれぞれに薬液を搬送するための2種類の薬液搬送路(28a、28b)をパッカー本体(2)に形成したことを特とするパッカー。
  2. 請求項1に記載のパッカーにおいてマントル(26)を上部ヘッド(23)に連結するためのマントルの連結方法であって、
    前記上部ヘッド(23)の下端面における前記2種類の薬液搬送路(24a、24b)の開口間に長板状の隔壁(30)の上端面を固着し、
    円筒状の部材を長手方向に沿って2分割してなるマントル片(29)のそれぞれを、マントル片(29)の開口部を前記隔壁(30)で閉鎖する形態で、前記隔壁(30)の側面及び上部ヘッド(23)の下端面に固着する、ことを特徴とするマントルの連結方法。
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