JPH08226119A - パッカーおよびそれを用いた地山固結工法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 岩盤等に形成したボアホールを介して液状の
樹脂やセメントミルク等の薬液を注入して地山を固結す
る際にボアホール内に設置するパッカー、特に薬液充填
式のパッカーおよびそれを用いた地山固結工法に係り、
上記パッカーでボアホール周囲の岩盤を良好かつ確実に
複数の領域に仕切り、各領域毎に均一に薬液を注入する
ことができるようにする。 【構成】 上記の薬液充填式のパッカー１を、薬液充填
時には両端部１１・１１よりも中央部１２が小径の全体
略ダンベル状を呈する形状となるようにし、かつ上記中
央部１２を通液性の材料で形成したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は地山固結工法、特に岩盤
等（即ち未固結状態の地盤を含めた岩盤）に形成したボ
アホールを介して液状の樹脂やセメントミルク等の薬液
を注入して地山を固結する際に、該ボアホール内に設置
するパッカーおよびそれを用いた地山固結工法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えばトンネル掘削工事を行う際
には、それに先立って或いはそれと並行して地盤を改良
する地山固結工法が行われており、そのような地山固結
工法を先受工法として利用することがある。更にその先
受工法には種々の工法があり、大別して鋼管を用いるも
のと、用いないものとがある。前者の鋼管を用いるもの
としては、例えばパイプルーフ工法やＡＧＦ工法等があ
る。

【０００３】上記のような先受工法は、一般にトンネル
を掘削すべき箇所の前上部に位置する岩盤等にトンネル
掘削方向に向かって多数のボアホールを形成し、そのボ
アホールを介して岩盤に液状の合成樹脂やセメントミル
ク等の薬液を注入し固化させて、未固結或いは軟弱な岩
盤等の地山を固結せんとするもので、上記のパイプルー
フ工法やＡＧＦ工法等にあっては上記ボアホールの穿孔
と共にその内面に補強材として鋼管を設置してから薬液
を注入して一体的に固結させるものである。

【０００４】また上記のような薬液を注入する方式に
は、バルブ注入方式とステップ注入方式とがあり、ステ
ップ注入方式は前記ボアホール内にパッカーを設置し
て、注入すべき岩盤をボアホール深さ方向に沿って複数
個の領域に仕切り、その仕切られた領域毎に薬液を順に
注入していくという要求に基づいて提案されたものであ
る。これに用いるパッカーとしては、袋状に形成してそ
の中に薬液を充填する方式のものが用いられ、その充填
時に薬液の一部が前記のボアホールの壁面にも浸透して
良好に密閉できるようにパッカー全体を布製としたもの
も知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のよう
な布製のパッカーを用いても、孔荒れによってパッカー
と孔壁との密着性が損なわれたり、或いはパッカーの周
囲以外の予期せぬ箇所に薬液が漏洩して、仕切りを形成
したい所望箇所に限定的に薬液を浸透させることができ
ない。特に、薬液として発泡性の樹脂を用いる場合には
浸透しずらい。そのため、注入すべき領域を必ずしも良
好に密閉した状態に仕切ることができず、そのパッカー
で仕切られた隣り合う一方の領域内に薬液を注入した際
に注入すべき領域以外の岩盤の亀裂等に薬液が流出し
て、目的の岩盤領域に充分に注入できない等のおそれが
ある。それを解消するために、例えば目の粗い布を用い
ると、ボアホールと密着していない部分にも多くの薬液
が浸み出し、パッカー設置箇所に的確なる仕切りを形成
することは困難であった。

【０００６】また前記のルーフパイプ工法やＡＧＦ工法
のようにボアホールの内面に鋼管を配置する工法にあっ
ては、その鋼管に形成した薬液吐出孔の内側にパッカー
が張り付いて鋼管の外側に浸透しずらく、これを防ぐた
めに薬液吐出孔を大きくすると、鋼管の剛性が低下する
等の不具合があり、また目の粗い布を用いても上記と同
様に所望されない箇所への薬液の漏洩の問題は必ずしも
改善されない等の問題があった。

【０００７】本発明は上記の問題点を簡単・確実に解消
することのできるパッカーおよびそれを用いた地山固結
工法を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明によるパッカーおよび地山固結工法は以下
の構成としたものである。

【０００９】即ち、本発明によるパッカーは、岩盤等に
形成したボアホール内に配置され、薬液を充填すること
によって上記ボアホール内を複数個の空間に仕切る略袋
状のパッカーであって、薬液充填時には両端部よりも中
央部が小径の全体略ダンベル状を呈し、かつ上記中央部
を通液性の材料で形成したことを特徴とする。

【００１０】また本発明による地山固結工法は、パッカ
ーとして薬液充填時には両端部よりも中央部が小径の全
体略ダンベル状を呈し、かつ上記中央部のみを通液性の
材料で形成してなるパッカーを用い、岩盤等にボアホー
ルを形成し、そのボアホール内に上記袋状のパッカーを
配置し、そのパッカー内に薬液を充填し、該薬液を上記
中央部の外方へ通液させて該中央部の周囲の岩盤中に浸
透させることにより、固結すべき地山を上記ボアホール
深さ方向に沿って複数個の領域に仕切り、その仕切られ
た各領域毎に上記ボアホールを介して薬液を充填して岩
盤等を固結するようにしたことを特徴とする。なお上記
ボアホールの内面に鋼管を配置する場合には、鋼管の周
面に形成した薬液吐出孔の内方にパッカーの中央部が位
置するように配置して施工するものである。

【００１１】

【作用】本発明によるパッカーは、上記のように薬液充
填時は両端部よりも中央部が小径の全体略ダンベル状を
呈し、かつ上記中央部を通液性の材料で形成したから、
薬液充填時にパッカーの両端部がボアホール内面と密着
し、この状態でパッカー中央部の前記ボアホールに対面
する周面側から薬液が浸み出して、ボアホールの内面に
鋼管を配置しない場合にはボアホールの内壁面から直接
岩盤中に、鋼管を配置するものにあっては鋼管に形成し
た薬液吐出孔を介して該鋼管とボアホール内壁面間さら
にボアホールの内壁面から岩盤中に浸透し、ボアホール
内を密閉状態に仕切り、注入すべき岩盤を良好に複数の
領域に仕切ることが可能となる。

【００１２】また本発明による地山固結工法は、上記の
ようなパッカーを用いることによってボアホール周囲の
岩盤を良好に複数の領域に仕切ることができるので、そ
の仕切られた各領域の岩盤中に薬液を注入する際に、隣
り合う地山領域に薬液が漏洩することなく、各領域毎に
良好に且つ均等に薬液を注入することが可能となる。

【００１３】

【実施例】以下、図に示す実施例に基づいて本発明によ
るパッカーおよびそれを用いた地山固結工法を具体的に
説明する。

【００１４】図１は本発明によるパッカーの一実施例を
示す正面図である。図示例のパッカー１は、両端部１１
・１１と、その間の中央部１２とを異なる材質のシート
状の材料を縫合して袋状に形成したもので、薬液を充填
した状態においては図のように両端部１１・１１よりも
中央部１２が小径の全体略ダンベル状を呈するように形
成され、上記中央部１２は通液性の材料が用いられてい
る。

【００１５】上記各部１１・１２の具体的な材質は適宜
であるが、中央部１２の材質としては、好ましくは伸縮
性の少ないものがよく、例えばさらし等の布地を用いる
ことができる。また両端部１１・１１の材質は、通液性
のない又は少ないもので好ましくは薬液を充填以前には
収縮あるいは折畳み状態を呈し、薬液充填によって拡径
し得るものがよく、例えば軟質の合成樹脂シート材やラ
ミネート材等を用いることができる。なお例えば中央部
に多数の微細な小孔を形成する等して通液性を持たせれ
ば中央部と両端部とを同材質のもので構成することも可
能である。

【００１６】また各部１１・１２の外径寸法や長さ寸法
は適宜であるが、少なくとも両端部１１・１１の外径寸
法は、薬液を充填した状態において、鋼管を用いる工法
にあってはその内面、鋼管を用いない工法にあってはボ
アホールＨの内面に所定のつぶれ代以上分だけ充分に密
着する大きさに形成し、また中央部１２は鋼管またはボ
アホールよりも充分に小さく（即ち、パッカー１全体が
膨らんでも中央部１２は鋼管またはボアホールの内壁と
離間した状態となるように）形成する。

【００１７】図２は上記のパッカーをステップ注入方式
によるパイプルーフ工法に適用した例を示す使用状態の
縦断面図、図３はその一部の拡大図である。図におい
て、Ｈはトンネルを掘削すべき箇所の上部に形成したボ
アホールで、そのボアホールＨ内に鋼管２が挿入配置さ
れ、その鋼管２内に本実施例においては２つのパッカー
１ａ・１ｂが配置されている。上記の鋼管２には長手方
向複数箇所に周方向略等間隔に複数個の薬液吐出孔２ａ
が形成され、そのいずれかの薬液吐出孔２ａの内方に上
記各パッカー１ａ・１ｂの中央部１２が位置するよう配
置されている。

【００１８】図中、３ａ・３ｂは上記各パッカー１ａ・
１ｂに薬液を充填する薬液充填管、４ａ〜４ｃはパッカ
ー１ａ・１ｂで仕切られたボアホールＨ内の空間５ａ〜
５ｃ内に薬液を注入する薬液注入管で、上記各パッカー
１ａ・１ｂは薬液充填管３の端部および薬液注入管４の
周面を覆うように配置され、例えば図３に示すように各
パッカー１の両端縁部をバンド６等で締め付けることに
よって固着するものである。図２において、７は鋼管１
とボアホールＨとの間の端部開口を塞ぐゴム栓状のシー
ル部材、８は鋼管１の端部に嵌めたシール部材抜け止め
用のキャップである。

【００１９】次に、上記のような地山固結工法を施工す
る場合のプロセスの一例を、図４および図５に基づいて
順に説明する。先ず、図４の（ａ）に示すように地山の
所定の位置にドリル等で所定の深さのボアホールＨを穿
設形成し、当該穿設工程に伴って、そのボアホールＨ内
に鋼管２を挿入配置する。その穿孔方法や鋼管挿入方法
は適宜であり、例えば回転するドリル軸の先端に穿孔用
ビットを有するドリルでボアホールを開けながら、その
ボアホールＨ内に鋼管を順次押し込んで行き、所定の深
さまで穿孔されたところでドリルを引き抜けばよい。

【００２０】そして上記の鋼管２に、図４の（ｂ）のよ
うにパッカー１ａ・１ｂと薬液充填管３ａ・３ｂおよび
薬液注入管４ａ〜４ｃを挿入するもので、その際、それ
らのパッカーと薬液充填管および薬液注入管は予め一体
的に組付けてから鋼管２内に装填することができる。ま
た各パッカー１ａ・１ｂは、その中央部１２が鋼管２に
形成した薬液吐出孔２ａの内方に位置するように配置
し、鋼管２の端部開口をシール部材７で塞ぐと共に、キ
ャップ８で抜け止め係止する。なお、各パッカー１ａ・
１ｂは、その中央部１２の長さ（図１で左右方向長さ）
を大きめにしておけば、鋼管２内にセットしたときに、
容易に該中央部１２を薬液吐出孔２ａ位置に位置決めす
ることができる。

【００２１】次いで、上記各パッカー１ａ・１ｂに薬液
充填管３ａ・３ｂを介して液状の合成樹脂やセメントミ
ルク等の薬液を充填してボアホールＨの周囲の岩盤中に
仕切りを形成すると共に、その各パッカー１ａ・１ｂ位
置で仕切られた岩盤の各領域に、薬液注入管４ａ〜４ｃ
からボアホールＨ内の空間５ａ〜５ｃを介して薬液を注
入するもので、そのパッカー１ａ・１ｂに充填する薬液
と上記岩盤中の各領域に注入する薬液とは、同材質ある
いは異なる材質のいずれでもよい。

【００２２】また上記の薬液をパッカー１ａ・１ｂおよ
び上記空間５ａ〜５ｃに充填もしくは注入する順序は適
宜であるが、例えば以下の順序で行う。先ず、図４の
（ｃ）に示すように奥側のパッカー１ａに薬液充填管３
ａを介して薬液を注入する。すると、先ずパッカー１ａ
の両端部１１・１１が膨らんで鋼管２の内面に密着し、
次いで同図（ｄ）のように通液性を有するパッカー中央
部１２から薬液が浸み出して、その中央部１２と鋼管２
との間に形成されたリング状の間隙ｇ内に一旦流出す
る。即ち、これにて鋼管２内の空間５ａが密閉状態とな
る。さらに薬液は鋼管２の薬液吐出孔２ａから鋼管２の
外側のボアホールＨに形成されたリング状の部分に流出
し、これにて鋼管２の外側がシールされる。さらに、そ
のボアホールＨの壁面からパッカー１の周囲の岩盤中に
浸透して固化する。それによって鋼管２の内外両側に密
閉性のよい仕切壁が形成される。

【００２３】なお上記パッカーへの薬液の注入量は、非
発泡性の薬液を用いる場合には、パッカーを膨らませる
のに充分な量の他に、上記リング状の間隙ｇ内と、鋼管
１の外側のボアホールＨとの間、およびボアホールＨの
壁面から岩盤中に浸透する液量を勘案して充填すればよ
い。また薬液として発泡性の樹脂等を用いる場合には、
パッカーが膨らんだときの容積とほぼ等しい程度の薬液
を注入すればよく、パッカーに注入した後はそれが発泡
することによって上記の間隙ｇ内と、鋼管２の外側のボ
アホールＨとの間、およびパッカー周囲の岩盤中に浸透
させることができる。

【００２４】上記のようにして奥側のパッカー１ａに薬
液を充填し固化させて鋼管２の内外両側に仕切壁を形成
したところで、図５の（ａ）のようにパッカー１ａより
も奥側の鋼管２内の空間５ａに薬液注入管４ａを介して
薬液を注入する。すると、鋼管２内に薬液が充填される
と共に、その薬液が鋼管２の先端開口および鋼管２に形
成した薬液吐出孔２ａから鋼管２の外側のボアホールＨ
との間に流出し、さらにボアホールＨの壁面から空間５
ａ周囲の領域の岩盤中に浸透していく。そのとき、空間
５ｂ側には前記のようにパッカー１ａによる密閉性のよ
い仕切壁が鋼管２の内外および岩盤中に亘る形で形成さ
れているので、上記の空間５ａから注入した薬液が空間
５ｂ周囲の岩盤領域側に洩れることなく良好に所定領域
の岩盤中に限定的に薬液が注入され、当該領域岩盤の的
確なる地盤改良が図られるものである。

【００２５】次に図５の（ｂ）のように他方のパッカー
１ｂにも上記と同様の要領で薬液を充填し固化させて該
パッカー１ｂ位置の鋼管２内外に仕切壁を形成した後、
同図（ｃ）のように上記パッカー１ｂよりも奥側の空間
５ｂから薬液注入管４ｂを介して該空間５ｂ周囲の領域
の岩盤中に薬液を注入し、さらに同図（ｄ）のようにボ
アホールＨの開口側の空間５ｃからも薬液注入管４ｃを
介して薬液を該空間５ｃ周囲の岩盤中に注入して固化さ
せる。それによって鋼管２の周囲の岩盤に該鋼管の略全
長にわたって薬液を万遍なく均一に、即ち所定領域のみ
に偏って注入が施され、薬液の行き亘らない未改良岩盤
部分が生じる懸念なく充填・固化させることができるも
のである。

【００２６】なお前述のようにパッカーおよびこれによ
って仕切られた岩盤各領域への薬液の充填順序は適宜で
あり、たとえば全てのパッカーに薬液を同時に充填して
固化させたのち、それらのパッカーで仕切られた鋼管内
の空間から、各岩盤領域に同時に薬液を注入して固化さ
せることもできる。また１つのボアホールに使用するパ
ッカーの個数も任意である。

【００２７】またパッカーへの薬液充填管３ａ・３ｂや
仕切り空間内への薬液注入管４ａ〜４ｃの材質は適宜で
あり、それらの管の少なくとも１つを例えば図６に示す
ように中心に薬液注入孔４１ａを有する鋼管または異形
鋼管４１に代える、あるいは上記の充填管３ａ・３ｂや
注入管４ａ〜４ｃとともに上記鋼管や異形鋼棒を併用す
ることもできる。そのようにすると、鋼管や異形鋼棒の
剛性を利用してパイプルーフの強度を増大させ、一層確
実なる地山の安定化を図ることが可能となる。

【００２８】さらに本発明は上記のような鋼管や鋼棒を
用いることによってボアホールＨの内面に配置される鋼
管を省略した工法にも適用できる。図７は中心に薬液注
入孔４１ａを有する鋼管４１を仕切り空間内への薬液注
入管として用いた例、図８は薬液注入管４ａやパッカー
への薬液充填管３ａとともに異形鋼棒９を用いた例を示
すもので、いずれの場合にもボアホールＨの内面に配置
される鋼管は省略されている（即ち、穿孔後に撤去され
るか、或いは鋼管を用いずに穿孔される）。この場合、
パッカー１は薬液を充填することによって両端部１１・
１１がボアホールＨの内面に直接圧接し、次いで中央部
１２から浸み出た薬液は、その中央部１２とボアホール
Ｈとの間の隙間ｇに一旦溜まった後、ボアホール壁面か
ら該中央部１２の放射方向外側の岩盤中に浸透すること
によって前記実施例と同様に密閉性のよい仕切壁を形成
することができる。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によるパッカ
ーは、薬液充填時には両端部よりも中央部が小径の全体
略ダンベル状を呈し、かつ上記中央部を通液性の材料で
形成したから、薬液充填時にパッカーの両端部がボアホ
ール内面と密着し、この状態でパッカー中央部の前記ボ
アホールに対面する周面側から薬液が浸み出して、ボア
ホールの内面に鋼管を配置しない場合にはボアホールの
内壁面から直接岩盤中に、鋼管を配置するものにあって
は鋼管に形成した薬液吐出孔を介して該鋼管とボアホー
ル内壁面間さらにボアホールの内壁面から岩盤中に浸透
し、ボアホール内を密閉状態に仕切り、注入すべき岩盤
を良好に複数の領域に仕切ることができる。また本発明
による地山固結工法は、上記のようなパッカーを用いる
ことによってボアホール周囲の岩盤を良好に複数の領域
に仕切ることができるので、その仕切られた各領域の岩
盤中に薬液を注入する際に、隣り合う地山領域に薬液が
漏洩することなく、各領域毎に良好に且つ均等に薬液を
注入することが可能となり、岩盤等を安定かつ強固に固
結できる等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるパッカーの一実施例を示す一部縦
断正面図。

【図２】上記パッカーの使用状態の一例を示す縦断面
図。

【図３】上記使用例の一部の拡大縦断面図。

【図４】本発明による地山固結工法の一例を示すプロセ
ス説明図。

【図５】本発明による地山固結工法の一例を示すプロセ
ス説明図。

【図６】他の施工例を示す説明図。

【図７】他の施工例を示す説明図。

【図８】他の施工例を示す説明図。

【符号の説明】

１、１ａ、１ｂ パッカー １１、１１ 端部 １２ 中央部 ２ 鋼管 ２ａ 薬液吐出孔 ３ 薬液充填管 ４ 薬液注入管 Ｈ ボアホール

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中原 巌 東京都渋谷区桜丘町15番17号 日本基礎技 術株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 岩盤等に形成したボアホール内に配置さ
   れ、薬液を充填することによって上記ボアホール内を複
   数個の空間に仕切る略袋状のパッカーであって、薬液充
   填時には両端部よりも中央部が小径の全体略ダンベル状
   を呈し、かつ上記中央部を通液性の材料で形成したこと
   を特徴とするパッカー。
2. 【請求項２】 パッカーとして薬液充填時には両端部よ
   りも中央部が小径の全体略ダンベル状を呈し、かつ上記
   中央部のみを通液性の材料で形成してなるパッカーを用
   い、 岩盤等にボアホールを形成し、そのボアホール内に上記
   袋状のパッカーを配置し、そのパッカー内に薬液を充填
   し、該薬液を上記中央部の外方へ通液させて該中央部の
   周囲の岩盤中に浸透させることにより、固結すべき地山
   を上記ボアホール深さ方向に沿って複数個の領域に仕切
   り、その仕切られた各領域毎に上記ボアホールを介して
   薬液を充填して岩盤等を固結するようにしたことを特徴
   とする地山固結工法。
3. 【請求項３】 前記ボアホールの内面に、周面に薬液吐
   出孔を有する鋼管を配置し、その鋼管内に前記パッカー
   を、その中央部が上記薬液吐出孔の略内方に位置するよ
   うにして配置することを特徴とする請求項２記載の地山
   固結工法。