JPH08209675A - グラウト注入管理装置 - Google Patents

グラウト注入管理装置

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Publication number
JPH08209675A
JPH08209675A JP3436695A JP3436695A JPH08209675A JP H08209675 A JPH08209675 A JP H08209675A JP 3436695 A JP3436695 A JP 3436695A JP 3436695 A JP3436695 A JP 3436695A JP H08209675 A JPH08209675 A JP H08209675A
Authority
JP
Japan
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grout
concentration
supply valve
valve
comparator
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Application number
JP3436695A
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English (en)
Inventor
Hiroshi Otsuka
浩 大塚
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Toto Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Toto Electric Industry Co Ltd
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Publication date
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  • Consolidation Of Soil By Introduction Of Solidifying Substances Into Soil (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 グラウト液58の濃度をリアルタイムで正確
に測定し、目的の濃度に応答よく補正や変更のできるも
のを得ることを目的とする。 【構成】 コリオリ式の流量計13と、濃度を演算する
CPU16と、コンパレータ20と、濃度制御用のバル
ブ手段とからなり、振動中のセンサーチューブ31、3
2に、グラウトが流れると、コリオリの力によって前後
に位相差が発生する。位相差θは、グラウトの質量流量
に比例するので、これを検出して質量流量に演算して出
力する。また、周波数検出データから密度が得られる。
濃度が設定値からずれたとき、バルブ手段の開閉を制御
して設定値に補正する。W/Cの変更の場合も同様であ
る。注入量を一定値に制御したり変更する場合には、コ
ンパレータ20の出力でリターンバルブ12の開閉を制
御して行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、地盤改良のためのグラ
ウト注入において、注入中グラウト液の濃度を速やかに
検出して目的の濃度にリアルタイムで制御するためのグ
ラウト注入管理装置の改良に関するものである。
【0002】
【従来の技術】ダムの基礎処理工法としてのグラウチン
グ工事の施工管理には、現状では、第3図に示すような
流量計を用いた注入量(体積流量)と、圧力計を用いた
注入圧とを連続的に測定する方法がとられている。この
第3図において、グラウトミキサ10にて濃度調整した
グラウト液58をグラウトポンプ11により圧送してリ
ターンバルブ12、流量計13および圧力計14を経由
して送り管28からボーリングマシーン15に送り、地
盤中に注入するものである。
【0003】そして、グラウト液58を一定圧、一定流
量で注入するには、一方において流量計13で流量を検
出し、この検出値を質量流量変換部40で電気信号に変
換し、この変換値をコンパレータ20で設定値と比較
し、この比較値により制御信号を発生し、これによりリ
ターンバルブ12の開度を制御する。また、他方におい
て、同様に圧力計14、圧力変換部41およびコンパレ
ータ20からなるグラウト注入検出機構により発生した
制御信号により、リターンバルブ12の開度を制御す
る。このようにすると、過剰のグラウト液58はリター
ンバルブ12から戻し管29を経てグラウトミキサ10
に戻され、一定圧、一定流量のグラウト液58を注入で
きる。なお、記録計19は注入圧および流量を記録する
記録計19である。
【0004】流量と圧力とは、注入量を把握する上で基
本的な管理項目であるが、工学的、経済的な面からさら
に実際に地盤内に注入されたセメント量を評価すること
も望まれており、グラウト液(セメントミルク)の濃度
を測定することが必要になっている。注入量と注入圧の
他に、濃度を加えた3要素を注入時に連続して把握する
ことのできる施工管理システムが望まれている。
【0005】具体的には、ダムの基礎処理工法としての
グラウチング工事において、水/セメントの比(W/
C)が、例えば、10/1を800リットル、8/1を
600リットル、6/1を600リットルなどのよう
に、濃度別の注入量が指定されている場合、グラウト液
の体積流量を測定するだけでは濃度別の注入量管理がで
きない。
【0006】グラウト液の濃度測定には、ラジオアイソ
トープ(RI)の利用によるグラウト液濃度計がすでに
開発されている(特許第1155267号)。このRI
グラウト液濃度計は、測定管の両外側部に、ガンマ線源
と検出器とを相対して取付け、管内を流れるグラウト液
を通過するガンマ線強度を測定するもので、検出された
ガンマ線強度とグラウト液の密度との間には、一定の関
係式が成り立つ。線源強度は、時間とともに指数関数状
に減衰してゆくので、減衰率に応じてカウント数を補正
して、グラウト液の密度を得るものである。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】グラウト液の濃度をR
I濃度計で測定しても、重量流量を得るには、さらに、
電磁流量計で体積流速を測定しなければならない。この
電磁流量計での体積流速の測定は、連続関数として得ら
れるのに対し、密度は、単位時間毎に得られるものであ
るため、いずれか一方を、A/DまたはD/A変換して
両方の信号を一致させなければならない。
【0008】このように、RIグラウト液濃度計と電磁
流量計とを使用した従来の方法では、非常に大げさな装
置となり、かつ、価格的にも相当高価なものとなるとい
う問題があった。また、従来の装置は、単にグラウト液
58の濃度を測定し、記録したり表示したりするだけで
ある。目的の濃度と実測値に変動が生じたとき、これを
補正するには、給水量やセメント供給量のバルブを手動
で開閉調整して制御していた。このように、濃度を測定
してもその補正や変更の自動的な制御を行うことができ
ないのは、RIによる濃度測定では、リアルタイムで検
出できず、応答よく制御できないこと、測定制度にやや
問題があること、リアルタイムで簡単かつ精度よく検出
できる方法がなかったことなどの理由による。
【0009】本発明は、送り管28中のグラウト液58
の濃度をリアルタイムで正確に測定でき、かつ、この測
定データを帰還して目的の濃度に応答よく補正や変更の
できるものを得ることを目的とするものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、グラウトミキ
サ10で配合されたグラウト液58を、グラウトポンプ
11により送り管28を介してボーリングマシーン15
に送り地盤に注入する装置において、前記送り管28に
設けられ、質量流量と密度をともに検出するコリオリ式
の流量計13と、この流量計13から濃度を演算するC
PU16と、このCPU16の出力と設定値を比較する
コンパレータ20と、このコンパレータ20の出力で開
閉制御されるグラウト液58の濃度制御用のバルブ手段
とからなることを特徴とするグラウト注入管理装置であ
る。
【0011】
【作用】注入圧力は、圧力計14にて検出され、CPU
16の圧力変換部41で電気信号に変換され、記録計1
9にて記録がなされ、圧力表示部25で表示され、さら
にメモリ17にメモリされる。
【0012】固有周波数で、一定の振幅で振動させられ
ている第1、第2のセンサーチューブ31、32に、所
定の濃度のグラウトが流れると、コリオリの力によって
前後に位相差が発生し、この位相差θは、中を通過する
グラウトの質量流量に比例するので、これを第1、第2
の電磁ピックアップ33、34とで検出してCPU16
の質量流量変換部40で質量流量に演算して出力する。
また、第1、第2のセンサーチューブ31、32は、そ
の自体のばね定数と中のグラウトの質量によって決まる
固有振動数によって振動しているので、第1、第2の電
磁ピックアップ33、34の周波数検出データから質量
流量変換部40で密度が得られる。
【0013】つぎに、コンパレータ20は、濃度出力が
予め設定された値からずれたとき、バルブ制御信号を出
力し、供給バルブ55および/または給水バルブ57の
開閉を制御してグラウト原液50と水との割合を加減す
る制御をしてグラウト液58の濃度を予め設定した値に
補正する。一W/Cの配合比の薄いものから濃いものへ
変更するような指令が入力した場合、戻しバルブ54、
供給バルブ55、給水バルブ57の開閉を制御してグラ
ウト液58の濃度を設定値になるように制御する。
【0014】また、注入量がずれた場合や注入量を変更
する場合には、コンパレータ20の出力でリターンバル
ブ12の開閉を制御して行う。
【0015】
【実施例】以下、本発明の一実施例を第1図に基づいて
説明する。46は、セメント粉45を収納したセメント
タンクで、このセメントタンク46の下端にスクリュー
コンベア47の一端が連結され、このスクリューコンベ
ア47の他端は、電磁バルブからなるセメント供給バル
ブ48を介して原液タンク49に臨ませられている。ま
た、この原液タンク49には、給水管52が電磁バルブ
からなる給水バルブ53を介して臨ませられている。
【0016】この原液タンク49には、原液ポンプ51
が設けられ、この原液ポンプ51から送り管28、電磁
バルブからなる供給バルブ55を介してグラウトミキサ
10に臨ませられている。また、送り管28の途中か
ら、戻し管29、電磁バルブからなる戻しバルブ54を
介して原液タンク49に帰還するようになっている。前
記グラウトミキサ10には、また給水管56が電磁バル
ブからなる給水バルブ57を介して臨ませられ、このグ
ラウトミキサ10は、グラウト原液50と水とを混合し
て設定濃度のグラウト液を作るものである。このグラウ
トミキサ10は、グラウトポンプ11を介して電磁バル
ブからなるリターンバルブ12に結合されている。この
リターンバルブ12は、出口側がコリオリ式の流量計1
3と、従来から用いられている圧力計14を介して送り
管28によりボーリングマシーン15に連結されてい
る。前記リターンバルブ12のリターン側に連結された
戻し管29は、前記グラウトミキサ10に連結されてい
る。
【0017】前記流量計13と圧力計14は、それぞれ
CPU16の質量流量変換部40と圧力変換部41に接
続されている。この質量流量変換部40と圧力変換部4
1は、ともにA/D変換器18と記録計19に接続され
ている。前記A/D変換器18は、コンパレータ20、
メモリ17、表示器22に接続され、前記コンパレータ
20は、CPU16からの設定値入力端子21が接続さ
れるとともに、前記リターンバルブ12、戻しバルブ5
4、供給バルブ55、給水バルブ57に接続されてい
る。このコンパレータ20は、必要に応じてさらにセメ
ント供給バルブ48、給水バルブ53に接続されてい
る。前記メモリ17は、磁気ディスク、半導体メモリな
どのメモリからなり、前記A/D変換器18に接続され
ている。
【0018】前記表示器22は、濃度表示部23、流量
表示部24、圧力表示部25を具備し、それぞれディジ
タル値で表示する。前記CPU16には、また、プログ
ラムROM26、キー入力部27などが接続されてい
る。
【0019】前記流量計13は、図2に示すようなコリ
オリ式の質量流量計が用いられる。この流量計13は、
密閉された本体部30と、この本体部30内に収納され
た互いに平行な一対の第1、第2のセンサーチューブ3
1、32と、この一対の第1、第2のセンサーチューブ
31、32の両端に接続される流入側分岐管38、流出
側分岐管38とにより構成され、流入側の分岐管38
は、流体入口36に連結され、流出側の分岐管38は、
流体出口37に連結され、また第1、第2のセンサーチ
ューブ31、32の両端と分岐管38、38との間に可
撓管39、39が介在して連結されている。この可撓管
39は、蛇腹状であり、第1、第2のセンサーチューブ
31、32が変形するのを吸収するものである。
【0020】前記一対の第1、第2のセンサーチューブ
31、32は、直管よりなり曲げ加工をしていないもの
を使用しているため、グラウト液58が流れる際の圧力
損失が少なく、製造コストも安価となり、さらに内壁に
付着したグラウト液58を能率よく洗浄することができ
る。なお、第1、第2のセンサーチューブ31、32
は、直管状に限られるものではなく、U字管を含め、ど
のような形状であってもよい。また、前記一対の第1、
第2のセンサーチューブ31、32の両端部は、支持板
42、42によって固着されている。
【0021】前記第1、第2のセンサーチューブ31、
32の略中間部に加振部35が設けられている。この加
振部35は、第1のセンサーチューブ31に設けられた
コイル43と、第2のセンサーチューブ32に設けられ
たマグネット44とからなり、これらコイル43とマグ
ネット44とにより第1、第2のセンサーチューブ3
1、32が互いに近づいたり、離れたりする方向に振動
を加えられる。すると、所定の濃度のグラウトを流した
とき、第1、第2のセンサーチューブ31、32は、支
持板42、42で一定間隔を保持されつつ、この支持板
42、42を支点として振動する。
【0022】前記第1、第2のセンサーチューブ31、
32の流入側に第1の電磁ピックアップ33が設けら
れ、流出側に第2の電磁ピックアップ34が設けられて
いる。前記第1、第2の電磁ピックアップ33、34
は、前記加振部35により振動された第1、第2のセン
サーチューブ31、32の変位を起電力として検出する
ためのもので、それぞれコイル43とマグネット44と
で構成されている。
【0023】以上のような構成における作用を説明す
る。グラウトの注入量、濃度は、地質、建造目的などに
より決定されるが、一般的な場合として、つぎの例があ
る。 (1)グラウト注入前に透水テスト(水押し)を行い、
1ステージにおいて、透水が30リットル/min以上
のときは、配合比の濃いW/C=8/1を初期設定と
し、また、透水が30リットル/min以下のときは、
配合比の最も薄いW/C=10/1を初期設定とする。 (2)その後、所定時間(例えば20分間)の注入流量
を積算測定する。 (3)以後、配合比をW/C=6/1から、4/1、さ
らに、2/1と順次変えながら、所定量ずつを注入す
る。 (4)配合比がW/C=1/1となったときに、1リッ
トル/minに達するまで、時間を設定せずに注入し
て、1リットル/minに達したら、所定時間(例えば
20分間)のだめ押しの注入をし、しかる後、ブロッキ
ングに入る。
【0024】以上のようなグラウト注入において、注入
圧力は、圧力計14にて検出され、CPU16の圧力変
換部41で電気信号に変換され、記録計19にてアナロ
グの記録がなされる。また、A/D変換器18にてA/
D変換されて表示器22の圧力表示部25でディジタル
で表示されるとともに、メモリ17に圧力データがメモ
リされる。
【0025】つぎに、流量計13による質量流量と、密
度の測定について説明する。まず、質量流量の測定につ
いて説明すると、2本の第1、第2センサーチューブ3
1、32は、加振部35によって、第1、第2のセンサ
ーチューブ31、32の固有周波数で、一定の振幅で振
動させられている。この第1、第2のセンサーチューブ
31、32に、所定の濃度のグラウトが流れると、第
1、第2のセンサーチューブ31、32にコリオリの力
が発生する。そのため、第1、第2のセンサーチューブ
31、32の流入側と流出側で、図2(b)の(1)
(2)(3)のように動作遅れが生じ、これにより第
1、第2の電磁ピックアップ33、34との出力信号に
位相差θが表れる。この位相差θは、流量に比例するた
め、第1、第2の電磁ピックアップ33、34からの出
力信号の位相差θに基づいてCPU16の質量流量変換
部40で質量流量に演算して出力する。
【0026】すなわち、第1、第2のセンサーチューブ
31、32を、両端の支持板42、42で固定して加振
部35により振動させると、t1時には図2(b)
(1)のように、流路の前半の第1の電磁ピックアップ
33の位置では、流体の質量と流速の積に比例したコリ
オリの力が振動を妨げる方向に発生し、流路の後半の第
2の電磁ピックアップ34の位置では、流体の質量と流
速の積に比例したコリオリの力が振動を助ける方向に発
生する。
【0027】t2時には図2(b)(2)のように第
1、第2のセンサーチューブ31、32の略中央部分が
吸引状態になり、さらに、t3時には図2(b)(3)
のように、流路の前半の第1の電磁ピックアップ33の
位置では、コリオリの力が振動を助ける方向に発生し、
流路の後半の第2の電磁ピックアップ34の位置では、
コリオリの力が振動を妨げる方向に発生する。この結
果、第1、第2のセンサーチューブ31、32は、位相
差θをもって振動し、この位相差θは、コリオリの力に
比例しているので、この位相差θを第1、第2の電磁ピ
ックアップ33、34で検出してこのデータから質量流
量変換部40で演算して質量流量を得る。
【0028】つぎに、密度の測定について説明すると、
第1、第2のセンサーチューブ31、32は、それ自体
のばね定数と内部のグラウトの質量によって決まる固有
振動数によって振動しているので、第1、第2の電磁ピ
ックアップ33、34の周波数検出データから質量流量
変換部40で密度が得られる。すなわち、 ω=2πf=√(K/M) ここで、ωは角周波数、fは周波数、Kはばね定数、M
は質量である。 ただし、M=M1(センサーチューブ質量)+M2(流
体質量) また、M2(流体質量)は、M2=ρ(流体密度)・V
(流体体積) ∴2πf=√(K/M)=√{K/(M1+ρ・V)} これより、ρ=(K/4π22・V)−(M1/V) 振動の周期をTとすれば、f=1/T ρ=(K/4π2・V)・T2−(M1/V) この式において、Vは第1のセンサーチューブ31また
は第2のセンサーチューブ32の内容積であり、T以外
はすべて定数である。したがって、Tを検出すると、ρ
が質量流量変換部40で求められる。このようにして得
られた質量流量と、密度は、記録計19で記録されると
ともに、A/D変換器18でA/D変換して表示器22
の濃度表示部23と流量表示部24でディジタル値にて
表示される。
【0029】コリオリ式は、振動を利用しているので、
本質的に外部からの振動の影響を受けやすい。そのた
め、前記実施例では、第1、第2のセンサーチューブ3
1、32を2本用いて、2本のパイプを共振させ、パイ
プ間の相対的な位置から位相差θを測定し、外部振動の
影響を排除するようにしている。
【0030】つぎに、コンパレータ20は、質量流量変
換部40の濃度出力が予め設定された値からずれたと
き、そのずれに対応するバルブ制御信号を出力する。こ
のコンパレータ20の出力信号で、供給バルブ55およ
び/または給水バルブ57の開閉を制御してグラウト原
液50と水との割合を加減する制御をしてグラウトミキ
サ10におけるグラウト液58の濃度を予め設定した値
に補正する。流量計13による検出信号から質量流量変
換部40でリアルタイムで濃度データが得られるので、
供給バルブ55および/または給水バルブ57の開閉を
何回か制御してグラウト原液50の濃度を予め設定した
値に速やかに制御する。
【0031】一定量または一定時間の注入後にW/Cの
配合比の薄いものから濃いものへ変更するような指令が
キー入力部27やプログラムROM26から入力した場
合、CPU16を介してコンパレータ20に入力した流
量計13で検出された実測値と比較して戻しバルブ5
4、供給バルブ55、給水バルブ57の開閉を制御して
グラウトミキサ10におけるグラウト液58の濃度を設
定値になるように制御して送り管28に送る。また、濃
度をそのままにして注入量が設定値からずれた場合と
か、キー入力部27やプログラムROM26の指令によ
り注入量を変更する場合には、ずれや設定値との違いを
コンパレータ20で比較し、このコンパレータ20の出
力でリターンバルブ12の開閉を制御して行う。
【0032】前記実施例において、送り管28へのグラ
ウト液58の送り量をリターンバルブ12の開閉度だけ
で制御すると、グラウトミキサ10の貯溜量が多くなり
すぎたり、少なくなりすぎたりするおそれがあるので、
戻しバルブ54、供給バルブ55の開閉制御も同時に行
うようにしてもよい。さらに、必要に応じてセメント供
給バルブ48と給水バルブ53の開閉制度も連動して制
御すればさらに望ましい。また、濃度制御の場合におい
て、戻しバルブ54、供給バルブ55、給水バルブ57
の開閉制御と同時にセメント供給バルブ48、給水バル
ブ53の開閉制御を行うことが望ましい。
【0033】前記実施例では、W/Cの配合比を制御す
るのに、原液タンク49のグラウト原液50の濃度をセ
メント供給バルブ48と給水バルブ53を同時に開閉し
て制御することもできるし、セメント供給バルブ48と
給水バルブ53のいずれか一方を一定開度とし、他方の
開閉度を制御するようにしてもよい。また、グラウトミ
キサ10のグラウト液58の濃度の場合も供給バルブ5
5と給水バルブ57を同時に開閉して制御することもで
きるし、供給バルブ55と給水バルブ57のいずれか一
方を一定開度とし、他方の開閉度を制御するようにして
もよい。
【0034】
【発明の効果】
(1)本発明は、質量流量と密度をともに検出するコリ
オリ式の流量計13と、濃度を演算するCPU16と、
設定値を比較するコンパレータ20と、グラウトの濃度
制御用のバルブ手段とで構成したので、濃度をリアルタ
イムで測定して、応答よく所定の濃度に制御できる。 (2)本発明は、コリオリ式流量計を用いたので、グラ
ウト液の重量流量と密度とを、1つの計器で測定でき、
極めて簡単な装置となり、かつ、価格的にも安価なもの
となる。
【0035】(3)流量レンジ、すなわち、グラウトの
濃度の範囲が大幅に変化しても確実に測定できる。 (4)第1、第2のセンサーチューブ31、32を直管
状のものとすることにより、内部に障害物がないので、
グラウトのような固形物のスラリーを流すことができ、
しかも洗浄が容易である。 (5)グラウトポンプ11による脈動に追従ができ、誤
差の発生がない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるグラウト注入管理装置の一実施例
を示すブロック図である。
【図2】コリオリ式流量計を示すもので、(a)は断面
図、(b)は密度測定の動作説明図である。
【図3】従来のグラウト注入管理装置を示すブロック図
である。
【符号の説明】
10…グラウトミキサ、11…グラウトポンプ、12…
リターンバルブ、13…流量計、14…圧力計、15…
ボーリングマシーン、16…CPU、17…メモリ、1
8…A/D変換器、19…記録計、20…コンパレー
タ、21…設定値入力端子、22…表示器、23…濃度
表示部、24…流量表示部、25…圧力表示部、26…
プログラムROM、27…キー入力部、28…送り管、
29…戻し管、30…本体部、31…第1のセンサーチ
ューブ、32…第2のセンサーチューブ、33…第1の
電磁ピックアップ、34…第2の電磁ピックアップ、3
5…加振部、36…流体入口、37…流体出口、38…
分岐管、39…可撓管、40…質量流量変換部、41…
圧力変換部、42…支持板、43…コイル、44…マグ
ネット、45…セメント粉、46…セメントタンク、4
7…スクリューコンベア、48…セメント供給バルブ、
49…原液タンク、50…グラウト原液、51…原液ポ
ンプ、52…給水管、53…給水バルブ、54…戻しバ
ルブ、55…供給バルブ、56…給水管、57…給水バ
ルブ、58…グラウト液。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 グラウトミキサ10で配合されたグラウ
    ト液58を、グラウトポンプ11により送り管28を介
    してボーリングマシーン15に送り地盤に注入する装置
    において、前記送り管28に設けられ、質量流量と密度
    をともに検出するコリオリ式の流量計13と、この流量
    計13から濃度を演算するCPU16と、このCPU1
    6の出力と設定値を比較するコンパレータ20と、この
    コンパレータ20の出力で開閉制御されるグラウト液5
    8の濃度制御用のバルブ手段とからなることを特徴とす
    るグラウト注入管理装置。
  2. 【請求項2】 バルブ手段は、グラウト原液量制御のた
    めの供給バルブ55および/または水量制御のための給
    水バルブ57からなる請求項1記載のグラウト注入管理
    装置。
  3. 【請求項3】 バルブ手段は、セメント粉量制御のため
    のセメント供給バルブ48および/または水量制御のた
    めの給水バルブ53からなる請求項1または2記載のグ
    ラウト注入管理装置。
  4. 【請求項4】 コリオリ式の流量計13は、送り管28
    に接続される第1、第2センサーチューブ31、32
    と、これらに振動を与える加振部35と、前記第1、第
    2センサーチューブ31、32の位相差検出用の第1、
    第2の電磁ピックアップ33、34とからなる請求項
    1、2または3記載のグラウト注入管理装置。
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