JP7304719B2 - 地山改良用注入装置及び地山改良方法 - Google Patents

Description

本発明は、注入材を地山に注入して地山改良するための注入装置及び該装置を用いた地山改良方法であって、特に注入管を地中に挿入して注入を行う地山改良用注入装置及び地山改良方法に関する。

トンネルや橋梁などの土木構造物を構築する際、地山の状態によって改良作業を行う必要がある。例えば特許文献１では、地中に注入管を配置して、該注入管から注入材を地中に注入することで、地山改良している。

特許第３３６７０２６号公報

地山改良用の注入管を地中に挿入するとき、例えば障害物などのために挿入孔を曲げざるを得ないことが有り得る。一方、この種の注入管は一般に硬質の直管であるために、挿入孔が曲がっていると対応不能である。
本発明は、かかる事情に鑑み、地山に注入材を注入する地山改良用注入装置において、地山の挿入孔が曲がっていても注入管を挿入でき、注入材を地中に注入可能とすることを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明装置は、地山の湾曲された挿入孔に挿入されて注入材を吐出する地山改良用注入装置であって、
軟質樹脂又はゴムからなる管本体を含み、先端部に吐出孔が形成され、手元端部に発泡性樹脂からなる注入材の供給ポートが設けられた可撓性の注入管と、
前記注入管の中間部に設けられたパッカーと、
前記パッカーより手元側の注入管に沿って延び、前記パッカーに発泡性樹脂からなる膨張材を供給する供給管と、
を備えたことを特徴とする。
これによって、挿入孔が例えば障害物を迂回するように曲がっていたとしても、注入管が可撓性であるために、挿入孔の曲がりに合わせて注入管を曲げながら挿入できる。ひいては、注入材を地山に確実に注入して、地山改良することができる。
地山改良は、地山の状態を改良するものであれば、軟弱地山を安定化させることのほか、地山に形成された出水孔を埋め戻して前記出水孔の崩れを防ぐこと等を含む。

前記注入管が、前記管本体を補強する補強材を含むことが好ましい。
補強材によって注入管に耐圧性を持たせることができる。これによって、注入材や膨張材の発泡時の圧力によって注入管の断面が変形するのを防止できる。特に、注入管におけるパッカー配置部分が、パッカー内の膨張材の発泡による外圧によって潰れるのを防止できる。したがって、パッカーの膨張工程後の注入工程において、注入材を注入管に確実に通すことができる。
前記補強材は、注入管における少なくとも前記パッカー配置部分に設けられていればよい。
前記補強材の材質は金属でもよく樹脂でもよい。前記補強材の形状は、例えばメッシュ状でもよくコイル状でもよい。前記補強材は、管本体の湾曲変形を妨げないものであることが好ましい。

本発明方法は、前記地山改良用注入装置を用いて地山改良する方法であって、
前記パッカーが布製であり、前記パッカーを遮水シートで包み、更に該遮水シートの外周に拘束テープを巻き付けて前記パッカーを前記注入管に縛り付けた状態で、前記注入管を前記挿入孔に挿入し、
前記膨張材を前記供給管から前記パッカー内に供給して前記パッカーを膨らませることによって前記拘束テープを破断することを特徴とする。
当該方法は、改良対象の地山内を地下水が流れている場合に有利である。布製のパッカーに遮水シートを被せることによって、地山へ挿入前ひいては膨張材の供給前のパッカー内に水が入り込むのを防止できる。
更にパッカーを注入管に縛り付けることでパッカーが縮径される。したがって、注入管を地山に挿入する際の抵抗や引っ掛かりを低減できる。
挿入後、膨張材を供給すると、パッカーが拘束テープを破断しながら膨らみ、挿入孔の内周面に押し当てられることによって、挿入孔を塞ぐことができる。
続いて、注入材を供給することによって、パッカーより先端側の注入管から注入材を吐出して、地山に注入材を注入できる。

本発明によれば、地山の挿入孔が曲がっていても注入管を地中に挿入でき、注入材を地中に確実に注入することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る地山改良用注入装置の正面図である。 図２は、図１の円部ＩＩの拡大断面図である。 図３は、図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿う断面図である。 図４（ａ）は、前記地山改良用注入装置のパッカーに遮水シートを被せた状態の正面図である。図４（ｂ）は、前記地山改良用注入装置のパッカーを拘束テープで注入管に縛り付けた状態の正面図である。 図５は、前記地山改良用注入装置を適用しようとする橋脚用立坑の断面図である。 図６（ａ）～（ｂ）は、前記地山改良用注入装置を地山の挿入孔に挿入する様子を順次示す断面図である。 図７は、前記地山改良用注入装置によって地山改良した前記橋脚用立坑の断面図である。

以下、本発明の一実施形態を図面にしたがって説明する。
図５は、例えば橋脚を構築するための立坑１の一部分を示したものである。
立坑１の周辺の地山２には出水孔２ｂが形成されている。出水孔２ｂは、リング支保工３等の設置前に削孔されたものであり、立坑掘削面２ａから遠ざかるにしたがって斜め下へ真っ直ぐに延びている。地山２内の地下水が出水孔２ｂから立坑１内に導出されて排出される。

図５に示すように、立坑掘削面２ａの内周に沿って複数段のリング支保工３が設けられている。詳細な図示は省略するが、リング支保工３は、断面Ｈ字形状の環状に形成され、立坑１の鉛直な軸線Ｌ_１と同軸をなすように設置されている。上下に隣接するリング支保工３間には、波型断面のリング状土留め壁４が設けられている。立坑掘削面２ａとリング状土留め壁４との間に裏込め材５が充填されている。

前記リング支保工３を順次段積みすると、出水孔２ｂの延長線上に１のリング支保工３Ａが配置されることがある。この場合、出水孔２ｂにおける立坑掘削面２ａへの開口部にフレキシブルなサクションホース６が連ねられる。サクションホース６は、例えばＳ字に湾曲されることで、前記１のリング支保工３Ａ（障害物）を迂回して、リング状土留め壁４の貫通孔４ｂを通して立坑１内に臨む。これによって、リング支保工３及びリング状土留め壁４の建て込み後においても、地山２内の地下水ｗを出水孔２ｂ及びサクションホース６で立坑１内に導いて排水できる。
前記裏込め材５の充填によって、サクションホース６が裏込め材５内に埋まる。
サクションホース６及び出水孔２ｂによって挿入孔９が構成されている。挿入孔９は、サクションホース６からなる湾曲部９ｂを有している。

図７に示すように、本実施形態に係る地山改良用注入装置１０は、前記湾曲部９ｂを有する挿入孔９に挿入されて該挿入孔９の周辺を地山改良するものである。
図１に示すように、地山改良用注入装置１０は、注入管１１と、単数又は複数（ここでは２つ）のパッカー２０と、供給管３０とを備えている。

図１に示すように、注入管１１は、管本体１２と、補強材１３を含む。管本体１２は、軟質樹脂又はゴムからなり、可撓性を有している。ひいては、注入管１１が可撓性を有している。前記軟質樹脂としては、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレンなどが挙げられる。

図２及び図３に示すように、管本体１２に補強材１３が設けられている。補強材１３の材質は金属でもよく樹脂でもよい。補強材１３の形状は、例えばメッシュ状でもよくコイル状でもよい。好ましくは、補強材１３としてワイヤメッシュが用いられている。補強材１３は、管本体１２内に埋め込まれていてもよく、管本体１２の外周面又は内周面に被さっていてもよい。補強材１３は、管本体１２の湾曲変形性を妨げないものであることが好ましい。
注入管１１として油圧機器用の高圧ホースその他の耐圧フレキシブルチューブを用いてもよい。

補強材１３によって管本体１２が補強され、注入管１１に耐圧性が付与されている。特に、注入管１１は、内圧だけでなく外圧（外側からの圧縮力）に対しての高い耐圧性を有していることが好ましい。注入管１１の耐内圧強度は、好ましくは数ＭＰａ～数十ＭＰａであり、より好ましくは５ＭＰａ～３０ＭＰａ程度である。注入管１１の耐外圧強度は、好ましくは数百ｋＰａ～十数ＭＰａであり、より好ましくは１ＭＰａ～５ＭＰａ程度である。これによって、注入材４９や膨張材５９の発泡時の圧力によって注入管１１が潰されるのを防止できる。

図１に示すように、注入管１１の先端部には、１又は複数の吐出孔１５が形成されている。
図１の二点鎖線にて示すように、注入管１１の最先端部には、案内用の先端コーン１７が設けられていてもよい。

図１に示すように、注入管１１の手元端部には、供給ポート１４が設けられている。供給ポート１４には、注入材供給部４０が接続されている。
注入材供給部４０は、注入材４９を地山改良用注入装置１０に供給する。注入材４９は、好ましくは供給時に流動性を有する発泡性樹脂によって構成され、より好ましくはウレタン系樹脂によって構成されている。詳しくは、注入材供給部４０は、前記ウレタン系樹脂の出発物質のＡ液及びＢ液の供給源４１Ａ，４１Ｂと、これら供給源４１Ａ，４１ＢからのＡ液及びＢ液を合流させる合流路４３とを含む。合流路４３が供給ポート１４に接続されている。
注入管１１内における供給ポート１４の近傍部には、攪拌翼１６が設けられている。

図１に示すように、注入管１１の中間部に２つ（複数）のパッカー２０が互いに近接して設けられている。
図２及び図３に示すように、パッカー２０は、輪環体形状（ドーナツ形状）になっている。詳しくは、パッカー２０は、外周筒体２１と、内周筒体２２を有している。外周筒体２１の内部に内周筒体２２が収容され、二重筒構造になっている。筒体２１，２２ひいてはパッカー２０は布製であり、好ましくは帆布によって構成されている。これら筒体２１，２２の筒長方向の互いに同じ側の端部どうしが縫い付けられ、縫合部２３が形成されている。

パッカー２０は、注入管１１の外周に嵌められている。内周筒体２２が注入管１１の外周面に接している。
パッカー２０の筒長方向の両端部が、それぞれ止着バンド２４によって注入管１１に止着されている。止着バンド２４は、金属バンドでもよく、樹脂バンドでもよく、ゴムバンドでもよい。

図１に示すように、２つのパッカー２０にそれぞれ供給管３０が接続されている。２本の供給管３０が、パッカー２０より手元側（図１において右側）の注入管１１に沿って延びている。好ましくは、供給管３０は、軟質樹脂製のフレキシブルチューブによって構成されている。供給管３０が、注入管１１と同様の補強材入り耐圧構造になっていてもよい。

図１に示すように、２本の供給管３０のうち１本は、手元側（図１において右側）のパッカー２０を貫通して、先端側（図１において左側）のパッカー２０に挿し入れられ、先端開口が該先端側のパッカー２０の内部に配置されている。他の１本の供給管３０は、手元側のパッカー２０に挿し入れられ、先端開口が手元側のパッカー２０の内部に配置されている。

図２及び図３に示すように 供給管３０とパッカー２０の交差部においては、パッカー２０の外周筒体２１と内周筒体２２が供給管３０を挟んで縫製されている。
あるいは、外周筒体２１に穴を開けて供給管３０を通してもよい。その場合、外周筒体２１の前記穴には、供給管３０の挿通ガイドを設けることが好ましい。

図１に示すように、供給管３０の手元端部には、供給ポート３４が設けられている。供給ポート３４に膨張材供給部５０が接続されている。膨張材供給部５０は、供給管３０を介して、膨張材５９をパッカー２０に供給する。膨張材５９は、好ましくは供給時に流動性を有する発泡性樹脂によって構成され、より好ましくはウレタン系樹脂によって構成されている。詳しくは、膨張材供給部５０は、前記ウレタン系樹脂の出発物質のＡ液及びＢ液の供給源５１Ａ，５１Ｂと、これら供給源５１Ａ，５１ＢからのＡ液及びＢ液を合流させる合流路５３とを含む。合流路５３が供給ポート３４に接続されている。２つのパッカー２０に対してそれぞれ別系統の膨張材供給部５０が接続されている。
なお、１つの膨張材供給部５０が分岐して２つ（複数）のパッカー２０に接続されていてもよい。
供給管３０内における供給ポート３４の近傍部には、攪拌翼３６が設けられている。

地山改良用注入装置１０は次のようにして使用される。
図４（ａ）に示すように、パッカー２０を遮水シート２５で包む。遮水シート２５としては、ビニールシートなどの汎用の樹脂シートを用いることができる。遮水シート２５の端部は、例えば粘着テープ２８で注入管１１に止める。
さらに、図４（ｂ）に示すように、遮水シート２５の外周に拘束テープ２６を巻き付ける。これによって、パッカー２０を注入管１１に縛り付ける。拘束テープ２６は、ある程度の張力がかかると破断されるものが好ましく、紙テープでもよく、ビニールテープその他の樹脂テープでもよい。

図６（ａ）に示すように、前記の縛り付け状態で注入管１１を挿入孔９に挿し入れ、ひいては地山２に挿入する。
注入管１１は可撓性であるために、挿入孔９の湾曲部９ｂの曲がりに合わせて湾曲可能である。言い換えると、挿入孔９が湾曲されていても、注入管１１を該挿入孔９に挿入することができる。
やがて、図６（ｂ）に示すように、注入管１１に加えてパッカー２０及び供給管３０が挿入孔９に挿し入れられる。パッカー２０を注入管１１に縛り付けて縮径させておくことで、注入管１１を殆ど抵抗なく挿入孔９に挿入することができる。供給管３０は、注入管１１と同様に可撓性であるために、湾曲部９ｂの曲がりに合わせて湾曲される。
パッカー２０に遮水シート２５を被せておくことによって、膨張材５９の供給前のパッカー２０内に地山２内の水が入り込むのを防止できる。

図７に示すように、注入管１１を所望の深さまで挿入した後、膨張材供給部５０による膨張材供給を行う。これによって、膨張材原料のＡ液とＢ液がそれぞれの供給源５１Ａ，５１Ｂから適量ずつ導出され合流路５３において合流して混合され、膨張材５９となる。膨張材５９は、発泡反応を起こしながら供給ポート３４から供給管３０に導入され、更に供給管３０からパッカー２０内に供給される。２つ（複数）のパッカー２０にそれぞれ膨張材５９が供給される。
該膨張材５９の圧力によって、パッカー２０が拘束テープ２６を破断しながら膨らまされる。

膨らんだパッカー２０は出水孔２ｂの内周面に強く押し当てられる。これによって、出水孔２ｂがパッカー２０の配置部分において塞がれる。パッカー２０を２つ（複数）設けることで、閉塞効果を高めることができる。
パッカー２０内の膨張材５９は、発泡樹脂の硬化によって流動性を失う。したがって、パッカー２０が布製であっても、該パッカー２０から膨張材５９が漏れ出ることは殆どない。縫合部２３や供給管３０の挿し入れ口２７から膨張材５９が漏れ出ることも殆どない。言い換えると、パッカー２０を液密構造にする必要が無い。したがって、製造コストを安価にできる。

注入管１１におけるパッカー２０内を通過する部分は、膨張材５９によって強い圧縮力を受ける。一方、注入管１１は補強材１３によって耐圧性が高められているから、前記膨張材５９からの圧縮力に十分に耐えることができる。要するに、注入管１１におけるパッカー２０内を通過する部分が潰されることはなく、一定の流路断面を保持できる。

続いて、注入材供給部４０による注入材供給を行う。これによって、注入材原料のＡ液とＢ液がそれぞれの供給源４１Ａ，４１Ｂから適量ずつ導出されて合流路４３において合流して混合され、注入材４９となる。注入材４９は、発泡反応を起こしながら供給ポート１４から注入管１１に導入され、注入管１１内を先端部へ向けて流れる。
注入管１１はパッカー２０内を通過部分においても一定の流路断面を保持しているから、注入材４９を支障無く流すことができる。
そして、注入管１１の先端部の吐出孔１５から注入材４９が吐出される。注入材４９は、パッカー２０より先端側の注入管１１の外周と出水孔２ｂの内周との間に拡散される。これによって、出水孔２ｂを注入材４０で埋めて塞ぐことで、出水孔２ｂが崩れないよう地山改良できる。更に注入材４９は、出水孔２ｂのまわりの地山２に注入される。これによって、立坑１の周辺の地山２を改良できる。
地山改良用注入装置１０は、出水孔２ｂ内ひいては地山２内に埋め殺しされる。

本発明は、前記実施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において種々の改変をなすことができる。
例えば、注入管１１におけるパッカー２０の配置部分だけに補強材１３が設けられていてもよい。
パッカー２０の材質は、布に限らず、ゴムでもよく樹脂でもよい。
地山改良用注入装置１０は、橋脚用立坑１に限られず、トンネル、基礎その他の各種土木構造物の周りの地山改良に適用できる。
パッカー２０の数は、２つに限らず、１つでもよく、３つ以上でもよい。好ましくは、パッカー２０の数は１～５つである。

本発明は、例えば軟弱地山の安定化工法に適用できる。

２ 地山
３Ａ １のリング支保工（障害物）
９ 挿入孔
１０ 地山改良用注入装置
１１ 注入管
１２ 管本体
１３ 補強材
１４ 供給ポート
１５ 吐出孔
２０ パッカー
２５ 遮水シート
２６ 拘束テープ
４０ 注入材供給部
４９ 注入材
５０ 膨張材供給部
５９ 膨張材

Claims (3)

1. 地山の湾曲された挿入孔に挿入されて注入材を吐出する地山改良用注入装置であって、
   軟質樹脂又はゴムからなる管本体を含み、先端部に吐出孔が形成され、手元端部に発泡性樹脂からなる注入材の供給ポートが設けられた可撓性の注入管と、
   前記注入管の中間部に設けられた布製のパッカーと、
   前記パッカーを外側から包む遮水シートと、
   前記パッカーより手元側の注入管に沿って延び、前記パッカーに発泡性樹脂からなる膨張材を供給する供給管と、
   を備え、前記パッカーと前記遮水シートとが、互いに別体で互いの間に隙間が形成され、前記遮水シートの両端部がそれぞれ粘着テープの巻き付けによって前記注入管に止められていることを特徴とする地山改良用注入装置。
2. 前記注入管が、前記管本体を補強する補強材を含むことを特徴とする請求項１に記載の地山改良用注入装置。
3. 請求項１又は２に記載の地山改良用注入装置を用いて地山改良する地山改良方法であって、
   前記パッカーが布製であり、前記パッカーを外側からそれとは別体の前記遮水シートで包み、前記遮水シートの両端部をそれぞれ粘着テープの巻き付けによって前記注入管に止め、更に該遮水シートの外周に拘束テープを巻き付けて前記パッカーを前記注入管に縛り付けた状態で、前記注入管を前記挿入孔に挿入し、
   前記膨張材を前記供給管から前記パッカー内に供給して前記パッカーを膨らませること
   によって前記拘束テープを破断することを特徴とする地山改良方法。

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