JP7292772B2 - 採掘跡ゾーンにおける削孔の外部拡張パイプ工法 - Google Patents

Description

本発明は、地質路盤の技術分野に属し、特に、採掘跡ゾーンにおける削孔の外部拡張パイプ工法に関する。

国民経済の継続的な発展に伴い、不良地質条件の下においてもますます多くの工事が建設されている。採掘跡ゾーン上で施工や建築する場合、地上に様々な保護対策を講じるだけでは地上の建物の安全を確保することが難しく、採掘跡ゾーンを処理しなければならない。廃棄採掘跡ゾーンの頂版が崩落し、炭柱が壊れ、又は炭柱が軟質の底版に押し込まれる。これにより上を覆っている岩層の移動や破壊、地盤沈下は、採掘後数十年又は数世紀を経てさえ発生することがよくある。沈下量及び沈下時間正確に予測することは困難であり、地上の建物への危害は極めて大きい。このような状況下で、採掘跡ゾーンの処理問題はますます顕著になっている。

従来技術では、複数回の孔形成方法がしばしば採用され、第１層の採掘跡ゾーンに急速硬化スラリーを注入する必要があり、スラリーが２４時間程度硬化した後、削孔機は第１層の採掘跡ゾーンの下方の処理層に再掘削する。従来技術の工法は、上方の非処理層にグラウト処理を行う必要がある。非処理層とは、グラウト処理を必要としない採掘跡ゾーンを指し、例えば採掘跡ゾーンは計３層あり、第３層の採掘跡ゾーンがグラウト処理を必要とする処理層で、他の第１層の採掘跡ゾーン及び第２層の採掘跡ゾーンが非処理層である。これは、工期を延ばすだけでなく、工費も増加させる。

本発明の目的は、非処理層をグラウトする従来の工法が工期を延ばすだけではなく、工費も増えるという問題を少なくとも解決する採掘跡ゾーンにおける削孔の外部拡張パイプ工法を提供することである。

上記の目的を達成するため、本発明は次のような技術的手段を提供する。

現場を後片付けるステップＳ１、ドリルマシンで開始孔を掘り、次に開始孔よりも直径を小さくして開始孔の孔底から第１層の採掘跡ゾーンまで掘削孔を削孔してからドリルロッドを引き上げるステップＳ２、外径を拡張変形可能な外部拡張パイプを掘削孔に通して第１層の採掘跡ゾーンに挿入し、拡張前の外部拡張パイプの最大直径は掘削孔の直径より小さく、外部拡張パイプを掘削孔の軸に沿って第１層の採掘跡ゾーン内に挿入するステップＳ３（外部拡張パイプの軸方向の長さは、第１層の採掘跡ゾーンの削孔方向における長さより大きく、外部拡張パイプの底端が第１層の採掘跡ゾーンより低く、外部拡張パイプの頂端が第１層の採掘跡ゾーンより高い）、円錐台形のリーマーを径の小さい方から外部拡張パイプ内に挿入していくことで漸次外部拡張パイプを拡張させるステップＳ４（拡張後の外部拡張パイプの直径は、掘削孔の直径より大きいか等しく、外部拡張パイプの横断面周長が掘削孔の円周長より大きいか等しい）、次の層の採掘跡ゾーンへの削孔を続行し、目標の採掘跡ゾーン位置に削孔するまで、次の層の採掘跡ゾーンでステップＳ２～ステップＳ４の操作を繰り返すステップＳ５、及び外周面において管軸方向に直交した方向に突出し最初に形成した掘削孔の直径よりも大きな径を有するフランジを有するグラウト管を、掘削孔に挿入して、目標の採掘跡ゾーンにスラリーを注入するステップＳ６を含む採掘跡ゾーンにおける削孔の外部拡張パイプ工法であって、ステップＳ２において、先にドリルマシンで開始孔を掘り、次に開始孔の孔底から掘削孔を下向きに掘り、掘削孔の直径が開始孔より小さく、第１層の採掘跡ゾーンの底版まで削孔した後、前記ドリルロッドを引き上げ、開始孔内に、底部に開口が設けられた有底筒状のオリフィス管を、前記底部が前記開始孔の上部に向くように取り付け、フランジは開始孔の孔底に当接するようにして開始孔の孔底に配置され、グラウト管がオリフィス管の開口を通じて前記開始孔から露出し、前記オリフィス管と前記グラウト管との間隙に閉塞材料を充填することで、前記掘削孔の上部にある緩い土砂の崩壊により前記掘削孔が塞がれることを防止する。

採掘跡ゾーンにおける削孔の外部拡張パイプ工法は、非処理層の材料無駄を効果的に削減し、大量のグラウト材及び鋼管を節約し、工費を効果的に削減する。この工法は、採掘跡ゾーン処理の完了時間を大幅に短縮させ、工事の施工進捗が速く、品質が良いため、本体工事に良好かつ有利な条件を創り出し、施工進捗を確保し、施工の工期を大幅に短縮する。

採掘跡ゾーンの外部拡張パイプ施工フローチャートである。 パイプ拡張過程を示す概略図である。 リーマーの概略構成図である。 外部拡張パイプの概略構成図である。 外部拡張パイプの別の概略構成図である。 外部拡張パイプの別の概略構成図である。 グラウト打込みを示す概略図である。

本発明の具体的な実施例によれば、図１～図７に示すように、本発明は、採掘跡ゾーンにおける削孔の外部拡張パイプ工法を提供し、前記工法は多層の炭鉱採掘跡ゾーンに適用し、下巷道の全充填圧力グラウトで層に分けて処理して施工する。

この工法の技術原理：１回の孔形成の施工技術で施工し、第１層の採掘跡ゾーンを通過した後、第１層の採掘跡ゾーン底版の若干の深さまで削孔し続け、ドリルロッドを引き上げる。第１層の採掘跡ゾーンの外部拡張パイプを取り付け始め、ドリルロッドを再度下ろし、採掘跡ゾーン位置にリーマーで外部拡張パイプに入り、外部拡張パイプを拡張させる。外部拡張パイプ全体の拡張が完了した後、第１層の採掘跡ゾーンへの効果的な閉塞を形成し、ドリルマシンは下向きに掘進して施工する。これによって類推し、処理する必要のない全ての採掘跡ゾーンの閉塞を完了させる。削孔が全て完了した後オリフィス管の取り付け及びグラウト作業を実施する。

前記工法は、以下のステップを含む。

ステップＳ１：墨出し、現場を後片付ける。まず測定や墨出しを行い、再測定制度を実施し、測定や墨出しの誤差は、０．５ｍを超えず、作業現場の実施が困難になる場合、すなわち、地形の影響により、掘削孔を設計位置に配置できない場合、位置を補正し、補正後元の位置からの距離が１．０ｍを超えないようにする。具体的には、先に周りの配置可能な掘削孔を施工し、ボーリング調査で開示された採掘跡ゾーンの状況に応じて調整し、次にローダで現場を後片付ける。

ステップＳ２：ドリルマシンで開始孔を掘り、次に直径を変更して第１層の採掘跡ゾーンまで削孔してからドリルロッドを引き上げる。具体的には、ドリルマシンを所定の位置に設置させ、ドリルロッドを垂直に保ち、ケーブルウィンドロープを設け、クラス３配電箱、施工用水送水ポンプ、安全保護措置、有害ガス検出設備、消防用設備等を含む対応する付属設備を取り付ける。次にドリルマシンで開始孔を掘り、完全な岩床に貫入する開始孔の深さは５ｍを超え、次に開始孔の孔底から掘削孔を下向きに掘り、掘削孔の直径が開始孔より小さく、第１層の採掘跡ゾーンの底版まで削孔した後、ドリルロッドを引き上げる。

削孔は、旋回方式で水噴流しながら掘削し、採掘跡ゾーンが突然崩落することを防止するため、衝撃式掘削をしないようにする。掘削の初期段階では、グラウト孔の総数の３％～５％のコア孔を配置し、地層状態を探査及び検証し、周囲の掘削孔の掘削層を確認及び指示し、採掘跡ゾーンの層厚を確認し、吊り込みの外部拡張パイプの上下端が層厚より０．２ｍ以上大きくなるよう確保し、外部拡張パイプの建込み品質を保証し、残りの掘削孔は、コア孔の掘削状況を参照にして、コア採取なしの掘削を実施できる。掘削孔の傾斜度について特に要求しないが、削孔中掘削孔の鉛直度を可能な限り維持し、孔形成後の孔壁が安定し、孔内が詰まっていないようにする。

本実施例において、開始孔の孔径はΦ１３０ｍｍで、開始孔が完全な岩床に６ｍ貫入し、次に掘削孔の直径を変更して、第１層の採掘跡ゾーンの底版まで掘削し、掘削孔の直径がΦ８９ｍｍであった。開始孔内にオリフィス管を取り付け、オリフィス管を取り付ける目的は、掘削孔の上部にある緩い土砂の崩壊により孔が塞がれるのを防ぐことである。掘削孔の直径を変更する目的は、開始孔と直径変更後の掘削孔直径との間にステップを形成し、オリフィス管をステップに取り付けるため、オリフィス管を下向きに沈みこむことを防止できることである。

ステップＳ３：外部拡張パイプに掘削孔を通して第１層の採掘跡ゾーンに吊り込み、外部拡張パイプの横断面が異径管で、拡張前の外部拡張パイプの最大直径は掘削孔の直径より小さいため、外部拡張パイプを採掘跡ゾーン位置に吊り込むことが容易になる。外部拡張パイプを掘削孔の軸に沿って第１層の採掘跡ゾーン内に吊り込み、外部拡張パイプの軸方向の長さは第１層の採掘跡ゾーンの厚さより大きく、外部拡張パイプの底端が第１層の採掘跡ゾーンより低く、外部拡張パイプの頂端が第１層の採掘跡ゾーンより高い。

具体的には、本実施例において、第１層の採掘跡ゾーンまで削孔した後、第１層の採掘跡ゾーンの底版から下に向けて０．２ｍ掘削し、ドリルロッド落下状況に応じて採掘跡ゾーンの削孔方向における長さを判断し、採掘跡ゾーンの長さに０．４ｍを加えた長さに基づいて外部拡張パイプを加工し、外部拡張パイプを掘削孔内に吊り込み、外部拡張パイプが沈めた後第１層の採掘跡ゾーンに位置決めし、外部拡張パイプの底部を第１層の採掘跡ゾーンの底版の掘削孔内に配置し、外部拡張パイプの頂部は第１層の採掘跡ゾーンの頂板より高く、外部拡張パイプが第１層の採掘跡ゾーンを貫通する。このような設置は、外部拡張パイプの取り付けに便利だけではなく、外部拡張パイプの正確な位置決めも確保する。外部拡張パイプが所定の位置に取り付けられているかどうかわからない場合、内視鏡で検査し、外部拡張パイプが所定の位置に取り付けられ、あるべき機能を発揮することを保証する。

外部拡張パイプの横断面に外部拡張パイプの軸心へ凹む凹陥部を有し、凹陥部は外部拡張パイプの軸心へ凹むことで、外部拡張パイプがより小さい直径範囲内でより大きい横断面周長を有し、拡張前の外部拡張パイプの最大直径が掘削孔の直径より小さいため、外部拡張パイプの吊り込みが容易になる。凹陥部は、複数あり、複数の凹陥部が外部拡張パイプの軸心に沿って中心対称になる。

本実施例において、外部拡張パイプは、壁厚５ｍｍの鋼管で作製される。外部拡張パイプは、異径管で、横断面が非円形で、拡張時外部拡張パイプの最大直径が８０ｍｍである。外部拡張パイプの横断面周長の換算された直径は、８９ｍｍより大きいか等しく、外部拡張パイプが拡張後掘削孔の孔壁にくっつくため、掘削孔内を採掘跡ゾーンから隔離することができることで、処理する必要のない採掘跡ゾーンをグラウトする必要がない。

図４、図５に示すように、凹陥部は、円弧状で、８つあり、８つの凹陥部が外部拡張パイプの軸心に沿って中心対称になる。図６に示すように、凹陥部は、２つの交差する円弧状辺がある。凹陥部は、円弧状構造を備え、凹陥部自体が滑らかに連なっているようになり、これにより外部拡張パイプの拡張時、外部拡張パイプ上の各凹陥部に応力集中の状況が生じないため、外部拡張パイプの拡張が容易になる。

拡張前の外部拡張パイプ１の最大直径は、８９ｍｍより小さく、外部拡張パイプの拡張後、外部拡張パイプの外部拡張後輪郭線１１は円形で、直径が８９ｍｍより大きいか等しい。

リーマーは、円錐台形で、リーマーの直径が下から上に向かって徐々に大きくなる。リーマーの直径は、徐々に大きくなることで、外部拡張パイプの拡張時も徐々に大きくなり、外部拡張パイプが拡張時に加えた圧力はより均一になり、外部拡張パイプにより良好な拡張効果があることを保証する。

ステップＳ４：リーマーで外部拡張パイプを拡張させ、拡張後の外部拡張パイプの直径は、掘削孔の直径より大きいか等しく（すなわち、≧８９ｍｍ）、外部拡張パイプの横断面周長が掘削孔の円周長より大きいか等しいことで、次の層の採掘跡ゾーンの掘削施工に影響を与えない。

ステップＳ５：次の層の採掘跡ゾーンへの削孔を続行し、目標の採掘跡ゾーン位置に削孔するまで、次の層の採掘跡ゾーンでステップＳ２～ステップＳ４の操作を繰り返す。本実施例において、第３層の採掘跡ゾーンは処理層で、第１層の採掘跡ゾーン及び第２層の採掘跡ゾーンが処理する必要はない。したがって、第２層の採掘跡ゾーンを掘削する時、第３層の採掘跡ゾーンに掘削するまでステップＳ２～ステップＳ４を繰り返す。

ステップＳ６：グラウト管を掘削孔に合わせて接続して、目標の採掘跡ゾーンにスラリーを注入する。

グラウト管３にフランジ３１が設けられ、フランジ３１の直径は掘削孔の直径より大きい。フランジ３１は開始孔の孔底に配置され、グラウト管３の出口が掘削孔に対向する。オリフィス管に閉塞材料４を充填して密封する。グラウト管３の管口に三方管を取り付け、三方管の他の２つの端がそれぞれ供給管５、圧力計６に接続し、グラウト過程で、骨材を投入する必要がある時、圧力計６をホッパーに置き換えて骨材投入に用いられる。

具体的には、孔形成後、一端にΦ１２５ｍｍのフランジを備えたΦ５０ｍｍのグラウト管３を直径変更位置まで下げ、直径変更位置は地表から岩床まで６ｍ下がっており、ここにオリフィス管が取り付けられ、崩壊が発生して掘削孔を塞ぐのを防ぐ。閉塞材料４には、砂礫、粘土及びセメントスラリーが含まれ、先にオリフィス管内に少量の砂礫を入れて大きな隙間を閉塞し、次に少量の粘土を入れて、スラリーの大量漏れを防ぎ、最後に水セメント比１：１．５のプレーンなセメントスラリーを注入し、オリフィス管内におけるスラリーの高さは４ｍ以上で、より良好な密封効果を奏することができ、加圧過程で密封の不良により加圧の失敗を防止する。まず砂礫を充填してから粘土を充填し、地面からの距離が４ｍ以上になったらセメントスラリーを充填する。セメントスラリー内にセメント重量の２％の水ガラスを加えて、充填したセメントスラリーの高さが４ｍ以上になるようにし、良好な密封性を実現する。

φ５０ｍｍのグラウト管３は、地面より０．５ｍ高く、グラウト管３の管口にグラウト用の三方管を取り付けると、グラウトできる。グラウト管３の管口の施工終了後孔内に異物が入らないようにプラグを取り付け、三方管を取り付ける前にプラグを取り外して三方管を取り付ける。取り付けた三方管の一端に供給管５、一端にグラウト管３、一端に圧力計６を取り付ける。施工中、骨材を投入する必要がある時、圧力計６をホッパーに置き換えて骨材投入に用いられる。

上記をまとめ、本発明により提供される採掘跡ゾーンにおける削孔の外部拡張パイプ工法は、従来の複数回の孔形成技術と比較して、採掘跡ゾーンではパイプ拡張工のみが必要とされグラウト打込みのケーシングの必要がなく、複数回の孔形成、グラウト及び孔洗浄等の施工作業を減らす。非処理層の材料の無駄を効果的に削減し、大量のグラウト材及び鋼管を節約し、工費を効果的に削減する。

この工法は、非処理の採掘跡ゾーン層を処理する時、パイプを拡張して隔離するだけで、掘削作業を続行できる。従来の工法では、第１層の採掘跡ゾーンに急速硬化スラリーを注入し、スラリーが２４時間程度硬化した後、直径を変更して再掘削する必要がある。この工法は、従来技術と比較して、グラウト及びスラリー硬化の断続的な時間を減少し、孔洗浄プロセスを減らす。したがって、削孔時一層の採掘跡ゾーンを横切るたびに１作業日を節約できる。同時に非処理層にグラウトする必要がなく、外部拡張パイプを設置することで、周辺を閉塞する効果を奏することができ、施工の工期を大幅に短縮する。

この工法は、パイプ拡張後採掘跡ゾーンを効果的に閉塞することができ、ドリルマシンの継続的な掘削作業に影響を及ぼさない。同時にグラウト過程で、パイプ拡張技術は採掘跡ゾーンのグラウト材の漏れ、逸走等の状況を効果的に防ぐことができ、施工品質は信頼できる。

１０ 第１層の採掘跡ゾーン
１ 外部拡張パイプ
２０ 第２層の採掘跡ゾーン
２ リーマー
３０ 第３層の採掘跡ゾーン
３ グラウト管
３１ フランジ
４ 閉塞材料
５ 供給管
６ 圧力計
１１ 外部拡張後の輪郭線

Claims (6)

1. 採掘跡ゾーンにおける削孔の外部拡張パイプ工法であって、
   現場を後片付けするステップＳ１と、
   ドリルマシンで開始孔を掘り、次に前記開始孔よりも直径を小さくして前記開始孔の孔底から第１層の採掘跡ゾーンまで掘削孔を削孔してからドリルロッドを引き上げるステップＳ２と、
   外径を拡張変形可能な外部拡張パイプを前記掘削孔に通して前記第１層の採掘跡ゾーンに挿入するステップＳ３であって、拡張前の前記外部拡張パイプの最大直径は前記掘削孔の直径より小さく、前記外部拡張パイプを前記掘削孔の軸に沿って前記第１層の採掘跡ゾーン内に挿入し、前記外部拡張パイプの軸方向の長さは、前記第１層の採掘跡ゾーンの削孔方向における長さより大きく、前記外部拡張パイプの底端は前記第１層の採掘跡ゾーンより低く、前記外部拡張パイプの頂端は前記第１層の採掘跡ゾーンより高い、ステップＳ３と、
   円錐台形のリーマーを径の小さい方から前記外部拡張パイプ内に挿入していくことで漸次前記外部拡張パイプを拡張させるステップＳ４であって、拡張後の前記外部拡張パイプの直径は、前記掘削孔の直径より大きいか等しく、前記外部拡張パイプの横断面周長は、前記掘削孔の円周長より大きいか等しい、ステップＳ４と、
   次の層の採掘跡ゾーンへの削孔を続行し、目標の採掘跡ゾーン位置に削孔するまで、前記次の層の採掘跡ゾーンで前記ステップＳ２～前記ステップＳ４の操作を繰り返すステップＳ５と、
   外周面において管軸方向に直交した方向に突出し最初に形成した前記掘削孔の直径よりも大きな径を有するフランジを有するグラウト管を、前記掘削孔に挿入して、前記目標の採掘跡ゾーンにスラリーを注入するステップＳ６と、を含み、
   前記ステップＳ２において、先にドリルマシンで前記開始孔を掘り、次に前記開始孔の孔底から前記掘削孔を下向きに掘り、前記掘削孔の直径が前記開始孔より小さく、前記第１層の採掘跡ゾーンの底版まで削孔した後、前記ドリルロッドを引き上げ、
   前記開始孔内に、底部に開口が設けられた有底筒状のオリフィス管を、前記底部が前記開始孔の上部に向くように取り付け、
   前記フランジは前記開始孔の前記孔底に当接するようにして前記開始孔の孔底に配置され、前記グラウト管の上端部がオリフィス管の前記開口を通じて前記開始孔から露出し、前記オリフィス管と前記グラウト管との間隙に閉塞材料を充填することで、前記掘削孔の上部にある緩い土砂の崩壊により前記掘削孔が塞がれることを防止する
   ことを特徴とする、採掘跡ゾーンにおける削孔の外部拡張パイプ工法。
2. 前記ステップＳ３において、前記外部拡張パイプの底部を前記第１層の採掘跡ゾーンの底版の前記掘削孔内に配置し、前記外部拡張パイプの頂部は前記第１層の採掘跡ゾーンの頂板より高く、前記外部拡張パイプは前記第１層の採掘跡ゾーンを貫通することを特徴とする、請求項１に記載の採掘跡ゾーンにおける削孔の外部拡張パイプ工法。
3. 前記外部拡張パイプは外周壁が径方向内側に向けて凹み、径方向外側に向けて拡張するように変形可能な凹陥部を有し、
   前記凹陥部は、複数あり、複数の前記凹陥部が前記外部拡張パイプの軸心に沿って中心対称になることを特徴とする、請求項１に記載の採掘跡ゾーンにおける削孔の外部拡張パイプ工法。
4. 前記凹陥部は、円弧状であり、或いは、
   前記凹陥部は、２つの交差する円弧状辺を有する、
   ことを特徴とする、請求項３に記載の採掘跡ゾーンにおける削孔の外部拡張パイプ工法。
5. 前記グラウト管の上端部に三方管の第１の端部を取り付け、第２の端部をグラウト供給源に連続する供給管に接続し、第３の端部を圧力計に接続し、
   グラウト過程で、骨材を投入する際、前記第３の端部に前記圧力計に替えてホッパーを接続し、前記グラウト管への骨材投入に用いられる、
   ことを特徴とする、請求項１に記載の採掘跡ゾーンにおける削孔の外部拡張パイプ工法。
6. 前記オリフィス管と前記グラウト管との間隙に閉塞材料を充填する時、前記オリフィス管内に砂礫を入れて大きな隙間を閉塞し、次に粘土を入れて、最後にセメントスラリーを注入し、前記オリフィス管内における前記セメントスラリーの高さは、４ｍ以上であることを特徴とする、請求項１に記載の採掘跡ゾーンにおける削孔の外部拡張パイプ工法。

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