JPH0693789A - 覆工硬化層の造成工法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】従来、高圧噴射注入による地盤安定層の造成は
注入ロッドの下降か、水平方向にしか行われず、上向き
に注入ロッドを上昇させ、覆工地層についての高圧噴射
注入の対応がなされていなかった。本願は上向きに注入
ロッドを上昇させての高圧噴射注入による地盤安定層の
造成を目的とする。 【構成】先端側壁に噴射ノズルを設け、噴射ノズルから
所定間隔を置いて吸入調整機構を備えた吸入孔を開口さ
せた注入ロッドを対象地盤に挿入し、硬化材を高圧で噴
射しながら注入ロッドを回動させ、且つ、注入地層の内
圧をスライムの吸入調整によって調整しながら推進させ
て上向き注入に対応できるようにした。 【効果】従来、下部に坑道等の空洞が存する場合、高圧
噴射注入による地盤安定層の造成は不可能であったが、
これを可能とし輻輳する地下坑道の間を高圧噴射注入し
安全確実な施工を可能にした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はトンネル、坑道など地下
掘削部の天井の支保や、シールドセグメントの外側部の
補強等を目的とする覆工硬化層の造成工法に関するもの
である。

【０００２】また、本発明は上向きに注入ロッドを挿入
し、高圧、高速噴射により硬化材注入層を造成するもの
で、既設の地下道等から地上に向けて換気孔を設備した
り、リフト設備や通路を新設する場合など地上に向けて
掘進する場合にも補強支保工法として利用できるもので
ある。

【０００３】

【従来の技術】従来、覆工硬化層の造成は対象地盤に対
して水平方向に挿入した回転注入ロッドの先端噴射ノズ
ルから地盤硬化材を高圧噴射により注入して行われてき
た。

【０００４】シールド掘進の場合のように、天井部の支
保がセグメントによって仮設されて行く場合には、高圧
噴射によらずテール部からの低圧注入による硬化材充填
がおこなわれている。

【０００５】また、地下コンコースなどから地上の既設
建物内への通路敷設を行う場合には、建物の一部を取り
壊すなどしなければ、掘削対象地盤への硬化材注入は不
可能であり、工程面での大きな無駄が行われて来た。

【０００６】

【発明が解決しようとする問題点】従来、覆工硬化層の
造成工法として用いられてきた水平方向への注入は、覆
工層の厚さが硬化材噴流の到達距離に限定されるため、
単純な掘進には用いることができるが地下坑道が輻輳
し、上部の地下坑道までの間を硬化材で固める等相当範
囲にわたって硬化材注入層を造成しなければ成らない場
合には用いることができない。

【０００７】また、下部に地下坑道などの空洞が存する
場合には、下に向けて注入ロッドを挿入すれば下部の空
洞に崩落を生ずるので、上部から高圧噴射注入工法を行
うことは不可能である。

【０００８】更に、従来の高圧噴射注入を上部に向けて
行えば、高圧噴射による対象地盤の内圧が極端に高まり
注入ロッド挿入部のパッキング機構に強大な内圧負担が
掛かる一方、対象地盤に過重な内圧による歪みを生じ、
隆起や変形を惹起して既設構造物に重大な影響を与える
ことになる。

【０００９】また、対象地盤の内圧を押さえるため、ス
ライムの吸入排出を積極的に行えば、注入ロッドが仰向
しているので、スライムが過剰吸入されて対象地盤の内
圧が下がり、注入固結層の痩身現象が発生するといった
不都合がある。

【００１０】

【問題点を解決するための手段】本発明は以上の問題点
に対処するもので、先端部の側壁に硬化材噴射ノズルを
設け、硬化材噴射ノズルから所定間隔を置いて吸入調整
機構を備えるスライム吸入孔を開口させた仰向注入ロッ
ドを、坑道等の上部覆工地層の垂直方向に挿入し、所定
のパッカー範囲の深度に達したところで、先端噴射ノズ
ルから地盤硬化材を高圧、高速で噴射しながら注入ロッ
ドを回転若しくは往復回動させ、且つ、注入地層の内圧
をスライムの吸入によって調整しながら推進させて、硬
化材噴流の軌跡に沿って柱状に硬化材注入層を造成し、
これを所定域に並列して覆工硬化層を造成するようにし
たものである。

【００１１】また、注入ロッド挿入部の状況によって
は、仰向注入ロッドに回動しないケーシングとしての外
管を設定し、内管を回動可能に嵌装して先端部を突出さ
せ、内管の突出先端部の側壁に硬化材噴射ノズルを設
け、硬化材噴射ノズルから所定間隔を置いた外管嵌装部
位にスライム吸入孔を開口させ、外管によって覆蓋され
る吸入孔に到る導入間隙を調整できるようにした。

【００１２】このように注入ロッドを構成することによ
り、注入ロッド挿入部における注入ロッド回動動作の刺
激を避けると共に、スライムが吸入孔に到る導入路を規
制してスライム吸入の調整を、より確実にしたものであ
る。

【００１３】更に、対象地盤となる上部覆工地層の垂直
方向に、注入ロッドの挿入方向に合わせた先導孔を先に
穿孔するようにし、注入ロッドの挿入推進を円滑にして
硬化材の噴射注入圧力を効果的に利用できるようにし
た。

【００１４】

【作用】坑道等の上部覆工地層の垂直方向に挿入され、
所定のパッカー範囲の深度に達した仰向注入ロッドが、
先端噴射ノズルから地盤硬化材を高圧、高速で噴射する
と、硬化材は高圧、高速の噴流となって周辺土壌を切削
破砕し、注入ロッドの回動によって土粒子と硬化材を攪
拌混合して、硬化材到達範囲内の土壌を注入ロッドの回
動推進軌跡に沿った柱状に硬化材注入層として造成して
行く。

【００１５】一方、高圧、高速の硬化材噴流は、噴射圧
力を対象地盤に蓄積し地盤内の内圧を高めると共に、噴
射破砕力を失って地盤内に圧密充填された硬化材は、地
下水や粘性土と混合して比重の軽い部分からスライム化
して滞留する。

【００１６】注入ロッドには、噴射ノズルから所定間隔
を置いてバルブなどの吸入調整機構を備えるスライム吸
入孔が設定されているから、対象地盤の内圧が一定以上
になると内圧によってバルブが押し開かれ、逃げ場を失
っていたスライムが吸入孔に流入して排出される。

【００１７】

【実施例】以下図面に従って本発明の実施例を説明す
る。１は注入ロッド本体で、外管11と、これに回動可能
に嵌装される内管12によって構成されると共に操作機構
２によって上向きに支持され、上昇、下降、内管の回転
若しくは３６０度往復回動等の作動を与えられる。

【００１８】なお、状況によってはケーシングとなる外
管11は用いなくても良い。内管12の先端部側壁には核ノ
ズル31、囲周ノズル32によって構成される重合噴射ノズ
ル３が設けられ、注入ロツド内部には噴射ノズル３や吸
入孔５の各開口部に開口する多重経路を有している。

【００１９】重合噴射ノズル３は、各供給経路により供
給される硬化材、エアーを、各別の経路から開口する核
ノズル31或いは囲周ノズル32を通じて地中に噴射する。
重合噴射ノズルは硬化材噴流をエアー抱合によって保護
し、噴流の到達距離を伸長するものであるが、それほど
の注入径を要しない場合には、通常の噴射ノズルによっ
ても良いことは勿論である

【００２０】５はスライム吸入孔で、嵌装によって外管
11に覆蓋される内管12の被覆蓋部で、重合噴射ノズル３
から所定の間隔を置いて開口し、噴射ノズル３からの噴
射作動によって生ずる余剰スライムをその内圧エネルギ
ーを利用して吸入し、地上のスライム処理機構10に揚送
する。

【００２１】スライム吸入孔５に、噴射ノズル３の周囲
から内管12に刻設され凹陥する吸入ガイド溝７が収束
し、余剰スライムが収集ガイドされて吸入孔に流入する
ように構成すれば、効率的にスライム吸入を行うことが
できる。

【００２２】51は核ノズル31に硬化材を供給する硬化材
供給管、52は囲周ノズル32に圧縮空気を供給するエア供
給管、53はスライムの吸入調整バルブ、56は注入ロッド
１の先端噴出孔33に連通する抜去時の埋込硬化材供給管
である。

【００２３】スライムの吸入調整バルブ53は、スライム
吸入孔５の上端縁にヒンジ54によって内側に回動可能に
軸着され、対象地盤の内圧が高まるとスライムの侵入圧
を受けて内側に回動し吸入孔５を開口するように構成さ
れており、一定圧に調整されたスプリング等によって吸
入孔の閉鎖方向に付勢されているので、対象地盤の内圧
が低くなるとスプリング等の付勢力によって吸入孔５は
閉鎖される。

【００２４】８は、スライムの吸入調整機構についての
他の実施例における吸入孔閉塞弾性嚢体で、噴射ノズル
３の周囲からスライム吸入孔５にかけて設けられたスラ
イムの吸入ガイド溝７の収束部にガイド溝７を閉塞する
形で設定され、平素は萎縮して吸入ガイド溝７を開放し
ているが、対象地盤の内圧が硬化材噴射圧等によって高
まり、スライム吸入量が過剰になるとエア供給管55から
圧縮空気が供給されて膨張し吸入ガイド溝を閉塞する。

【００２５】吸入孔閉塞弾性嚢体８は、閉塞先端側に細
く三角柱を横にした枕状に構成すれば、先端閉鎖部の硬
度が嚢体の内圧を効果的に反映して、スライム流入の調
整バルブとしての効果を高めることができる。

【００２６】スライム吸入孔５の背部には、スライム吸
入孔５を囲周して馬蹄型にパッキングする弾性嚢体81が
配設され、スライムの吸入孔外への逸出を防止し、更に
その奥に内管12を環状に囲周する環状の弾性嚢体９が配
設され、内管12の回動時にはエアーを抜いて萎縮し、停
止時においては圧縮空気が供給されて膨張し、内管と外
管のクリアランスをパッキングするようになっている。

【００２７】４は注入ロッド１を対象地盤である覆工地
層Ｇに挿入する際、挿入基部やシールドセグメントに設
定されるパッキング座金で、Ｕパッキング42を装着し、
挿入基部にコーキング材や瞬結性硬化材を注入する注入
口43と周辺への噴出孔46を備えるベース座金41に、必要
に応じてＶパッキング44を介して補助座金45を螺合して
行く構成となっている。

【００２８】以上のような装置システムにより、先ず、
対象地盤となる上部覆工地層Ｇにパッキング座金４、或
いはパッキング座金４を予め設定したシールドセグメン
トを介して注入口43からコーキング材若しくは瞬結性硬
化材を注入して噴出孔46から周辺へ噴出させ、パッカー
機構Ｐを形成する。

【００２９】次いで、必要な場合には対象地盤となる上
部覆工地層Ｇの垂直方向に、ボーリング等により注入ロ
ッド１の挿入方向に合わせ、注入ロッド１の径より若干
小径のた先導孔Ｈを穿孔し、注入ロッド１を内管12の回
転等、適宣手段によって覆工地層Ｇに推進挿入する。

【００３０】パッカー機構範囲の通過深度に達したとこ
ろで、重合噴射ノズル３の核ノズル31から地盤硬化材
を、囲周ノズル32からエアーを噴射しながら注入ロッド
１を回動させながら推進させると高圧高速の硬化材噴流
が覆工地層Ｇを切削し攪拌して、その軌跡に沿った硬化
材注入層Ｍが造成されて行く。

【００３１】一方、噴射ノズル３から噴射され、噴射に
よる破砕力を失って飽和状態となった泥水スライムは、
後続噴射によってスライム自体に蓄積された内圧エネル
ギーによってスライムの吸入調整バルブ53、或いは弾性
嚢体８を押圧してスライム吸入孔５を開口させ、排出経
路６の吸引負圧によって吸入孔５から吸入される。

【００３２】吸入されたスライムは、排出経路６を流下
し搬送されてスライム処理機構10に送入される。覆工地
層Ｇの内圧がスライムの吸入により低下すると、スライ
ムの吸入調整バルブ53はスプリング等の付勢力によって
吸入孔５を閉鎖し、スライム吸入を阻止する。

【００３３】弾性嚢体８によるスライム吸入調整を行う
場合の注入ロッドの駆動操作部には、弾性嚢体の内圧調
整機構が設定され、覆工地層Ｇの内圧によってスライム
の過剰吸入が発生すると吸入孔閉塞弾性嚢体８の内圧が
高められて弾性嚢体が膨張してスライム吸入を制限し、
或いは阻止する。

【００３４】また、注入ロッドの延長継手が必要な場合
には、環状の弾性嚢体９等、パッキング嚢体の内圧が高
められてクリアランスをパッキングし、内部流体の噴出
を防止して継手作業への対応が行われるものである。

【００３５】このようにして注入ロッド１を覆工地層Ｇ
に推進し、所定深度に達したところで、埋込硬化材供給
管56に埋込硬化材を供給し、注入ロッド１の先端噴出孔
33から噴出しながら、注入ロッド１を抜去する。

【００３６】以上のように重合噴射ノズル３から高圧噴
射された硬化材はスライム吸入によって密度調整され、
空隙率の増した周辺土壌を攪拌混合して地盤硬化材注入
層Ｍが造成されるので、これを覆工地層Ｇの所定域に順
次並列させるなどして所定構造に連続させて覆工硬化層
を造成するものである。

【００３７】

【発明の効果】本発明は以上のように構成したので、従
来、困難とされてきた上向きの高圧噴射注入による覆工
硬化層の造成を可能とし、地下鉄や地下コンコースなど
輻輳する地下坑道の覆工地層を強化安定し、安全確実な
地下建設作業が行える等の効果がある。

【００３８】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による初期段階の施工状況を示
す全体説明図

【図２】本発明の実施例による硬化材注入層並列段階の
施工状況を示す全体説明図

【図３】スライム吸入孔の吸入調整バルブの構造例を示
す拡大縦断側面図

【図４】外管をケーシングとし、弾性嚢体を調整バルブ
として用いた場合における注入ロッド内管先端のスライ
ム吸入孔及び噴射ノズル部分を、外管を切欠断面として
示した拡大側面図

【図５】同じく、注入ロッド内部の概略構成を縦断面と
して示した構造説明図

【図６】パッキング座金の設定状況を示す拡大縦断側面
図

【符号の説明】

１ 注入ロッド 11 外管 12 内管 ２ 操作機構 ３ 重合噴射ノズル 31 核ノズル 32 囲周ノズル 33 注入ロッドの先端噴出孔 ４ パッキング座金 41 ベース座金 42 Ｕパッキング 43 注入口 44 Ｖパッキング 45 補助座金 46 噴出孔 ５ スライム吸入孔 51 硬化材供給管 52 エア供給管 53 スライム吸入調整バルブ 54 バルブ取付ヒンジ 55 弾性嚢体へのエア供給管 56 埋込硬化材供給管 ６ 排出経路 ７ スライムの吸入ガイド溝 ８ 吸入孔閉塞弾性嚢体 81 馬蹄型弾性嚢体 ９ パッキング弾性嚢体 10 スライム処理機構 Ｇ 覆工地層 Ｈ 先導孔 Ｍ 硬化材注入層 Ｐ パッカー機構

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 先端部の側壁に硬化材噴射ノズルを設
   け、硬化材噴射ノズルから所定間隔を置いて吸入調整機
   構を備えるスライム吸入孔を開口させた仰向注入ロッド
   を、上部覆工地層の垂直方向に挿入し、所定のパッカー
   範囲の深度に達したところで、先端噴射ノズルから地盤
   硬化材を高圧、高速で噴射しながら注入ロッドを回転若
   しくは往復回動させ、且つ、注入地層の内圧をスライム
   の吸入調整によって調整しながら推進させて、硬化材噴
   流の軌跡に沿って柱状に硬化材注入層を造成し、これを
   所定域に並列して覆工硬化層を造成する覆工硬化層の造
   成工法
2. 【請求項２】 外管に回動可能に嵌装され、先端部を突
   出させた内管の突出先端部の側壁に硬化材噴射ノズルを
   設け、硬化材噴射ノズルから所定間隔を置いた外管嵌装
   部位にスライム吸入孔を開口させた仰向注入ロッドを、
   注入ロッドとして用いる「請求項１」記載の覆工硬化層
   の造成工法
3. 【請求項３】 対象地盤となる上部覆工地層の垂直方向
   に、注入ロッドの挿入方向に合わせた先導孔を先に穿孔
   するようにした「請求項１」記載の覆工硬化層の造成工
   法
4. 【請求項４】 Ｕパッキングを装着し、注入ロッドの挿
   入基部周辺にコーキング材や瞬結性硬化材を注入する噴
   出孔と注入口を備えたベース座金に、必要に応じてＶパ
   ッキングを介して補助座金を積層螺合して行く構成を特
   徴とするパッキング座金