JPS6043516A - 岩盤固結工法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、岩盤固結工法に係り、特に崩落し易い岩盤な
どに設けた削孔内に所定の薬液を注入して固化せしめる
ことにより、岩盤（地山）の固結、透水性の改良等を図
ることを目的とする工法において、かかる孔内に注入し
た薬液が孔入口側にリーク（漏洩）しないようにする手
法に関するものである。

従来より、トンネル切羽等において、断層や剥離し易い
岩石の存在のために、天盤が脆弱化し、保安上、また作
業上、生産上において支障を来すことがあるところから
、この軟弱な岩盤内に所定の薬液を注入せしめて、これ
を固化せしめ、能率の向上、落石等による災害の防止を
図る岩盤の固結工法が知られている。

ところで、この従来からの岩盤固結工法においては、目
的とする岩盤に所定の孔を削孔乃至は穿孔する一方、か
かる孔内にパッカーを挿入して、かかるパッカーにて前
記孔の入口をシールせしめ、該パッカーの薬液注入路を
通じて孔奥部に注入される薬液が孔外にリークしないよ
うにしつつ、注入された薬液を孔内で、更には孔周囲の
岩盤内で反応、硬化せしめて所定の固結効果を得るよう
にしているが、かかる従来のバンカーは、所定の薬液を
注入するためのパイプの外側に、シール用のゴムリング
乃至はゴムチューブを装着せしめて、このゴムリング等
を、該バンカーが、岩盤の所定の削孔内瀝挿入せしめら
れた後に膨径セしめ、孔壁に押し付けることによって、
バンカーと孔壁との間の間隙を閉塞せしめてシールする
ようになっている。

しかしながら、このような薬液注入工法において、岩盤
固結をするところは破砕帯、断層帯等、クランクが多く
、また薬液の注入孔も崩壊が発生し易く、孔壁が荒れて
凹凸が著しくなるところから、前述の如き従来のパッカ
ーにおけるゴムリング乃至はゴムチューブの膨径による
間隙のシールや、口金具等では、目的を充分に達成する
ことが出来ず、孔壁との間の残存する隙間や孔壁に存在
するクラックを通じて、注入薬液が孔入口側にリークし
てしまう問題を内在しているのである。また、従来のパ
ッカーは、特殊な部品やゴム製品等を使用しているとこ
ろから、パッカー自体が高価であり、これがまた薬液注
入工法のコストアップの一つの要因となっているのであ
る。

ここにおいて、本発明は、かかる事情を背景にして為さ
れたものであって、その目的とするところは、所定の岩
盤、特に中硬岩あるいは土砂を対象とした山岳トンネル
または法面において、断層破砕帯等、悪地質の地山に早
急に且つ簡易に薬液を注入せしめ得るようにすることに
より、地山の固結、強化を図り、安全且つ迅速に工事を
実施し得るようにすることにあり、また他の目的は、そ
のような岩盤への薬液の注入を効果的に為し得るパッカ
ーを提供することにある。

そして、かかる目的を達成するために、本発明にあって
は、中空のパイプ部材の外周部に軸方向に所定の距離を
隔てて第一のバッキング及び第二のバンキングを固定せ
しめてなるパッカーを用い、該パ・２カーをその一端側
より岩盤に予め設けられた所定の孔内に挿入せしめて、
所定位置に配置せしめた後、かかる孔入口側に位置する
前記第一のバッキングを挿通して該第−のバッキングと
前記第二のバッキングとの間の空間に開口する注入ホー
スを通じて、所定のシール剤を注入せしめ、そして該シ
ール剤を固化せしめることにより、該パイプ部材の周囲
に前記シール剤の固化層を形成して該パイプ部材と前記
孔壁面との間のシールを行ない、該パイプ部材を前記孔
内に固定せしめる一方、かかるパイプ部材の中空部を通
じてパイプ部材他端側より所定の固結薬液を前記孔内奥
部に注入セしめ、更に岩盤に浸透せしめて反応、固化さ
せることにより、該孔内に前記パイプ部材を残置させつ
つ、該孔周囲の岩盤を固結せしめるようにしたのである
。

ところで、かかる本発明においては、先ず目的とする他
山に削孔（または穿孔）が行なわれることとなる。こう
して岩盤に形成される孔は、一般に３２龍φ〜５０鶴φ
程度の内径で、その長さは１〜５ｍ程度であり、そして
この削孔は通常のドリフタ、レッグハンマー、オーガー
、スト−パー等で十分に行なえ、専用のボーリングマシ
ン等は必要でないのである。

第１図〜第３図には、トンネル工事における本発明に従
う一つの実施例が示されている。そこにおいて、２は、
切羽中核部であり、その奥の岩盤に対して、所定間隔を
おいて複数個の削孔４が形成されている。また、この岩
盤には多数のクランク６が存在している。なお、トンネ
ルの切羽部にはアーチ状の支保工８が設けられ、矢板１
０と共に、天盤部分を支持するようになっているが、前
記削孔４は、かかる支保工８の設けられる岩盤部分に穿
設されることとなるのである。

而して、このようなりランクが入った岩盤に設けられた
り、内壁面が荒れたり（凸凹の著しい）している削孔４
に対しては、従来からのパッカーではなく、第４図にそ
の一例が示される如きバンカー１２を使用することが望
ましいのである。

すなわち、第４図において、１４は、鉄製の芯パイプで
あり、この芯バイブ１４には、炭素鋼鋼管からなる支持
パイプ１６がソケット１８を介して接続せしめられてい
る。なお、このソケット１８内には逆止弁２０が組み込
まれており、それらパイプ１．４．１６内を流通せしめ
られる所定の（固結）薬液の一方向（ここでは左から右
方向）への流通を許容し得るようになっており、また削
孔４に対して挿入される先端側となる芯パイプ１４の先
端部には、異形ソケット２２が取り付けられ、他方後方
側となる支持パイプ１６の後端部には、所定の薬液供給
装置への接続のために、接続ソケット２４が取り付けら
れている。しかも、芯バイブ１４内には、流通せしめら
れる薬液の均一な混合を図るために、ミキシング手段と
して、所謂スタティックミキサー２６が挿入されている
。このスタティックミキサー２６は、ネジリ板等の複数
のエレメントを組み合わせたものであって、通過する薬
液に旋回作用を与え且つその流れを分割せしめ、更に再
び合流せしめたり、または乱流作用を生ぜしめたりする
ことにより、有効な混合、攪拌作用を惹起せしめるもの
である。

また、かかるパッカー１２の芯パイプ１４の先端側の外
周部には、第二のバンキングとして、ゴム或いはスポン
ジ等の柔軟なバンキング材料からなるリング状の前方シ
ール２８が固定されており、一方、口元側となる支持パ
イプ１６の後端側の外周部には、第一のバッキングとし
て、前記前方シール２８と同様な、すなわちゴム或いは
スポンジ等のバッキング材料からなるリング状の口元シ
ール３０がバッカー軸方向に所定孔離隔てて固定せしめ
られているのである。

そして、この口元シール３０には、それぞれ該口元シー
ル３０を挿通してパイプ部材（１４，１６）の軸心方向
に伸び、該口元シール３０と前方シール２８との間の空
間に開口する注入ホース３２並びに排気ホース３４が取
り付けられている。

なお、この注入ホース３２は、前方シール２８と口元シ
ール３０との間において、該前方シール２８に近接して
開口せしめられており、他方排気ホース３４は、前方シ
ール２８と口元シール３０との間において、該口元シー
ル３０に近接して開口せしめられているのである。

このような構造のパフカー１２は、その芯パイプ１４側
部分を先にして前記削孔４内に挿入せしめられ、所定位
置にセットせしめられた後、前記注入ホース３２を通じ
てバッカー１２の後端側（口元側）より所定のシール剤
が注入され、そして前方シール２８と口元シール３ｏと
の間のパフカー１２（芯パイプ１４．支持パイプ１６）
の周囲の空間を埋め、その後該シール剤の反応、固化に
よって、該バンカー１２の周囲に固化［３６を形成Ｌ　
７　ｆｌ　バッカー１２と削孔４壁面との間のシールが
行なわれるのである。

ところで、このシール剤は注入されて反応、固化し得る
ものく液体乃至は流動物）であれば如何なるものでもよ
く、セメントモルタル等の無機系材料や反応によって固
化した樹脂を与える樹脂原材料等の有機系材料を用いる
ことが可能である。

また、反応によって発泡、硬化して体積の増大した発泡
体を与える発泡性を有する樹脂材料であって、例えばウ
レタン系、ポリエステル系、尿素系、フェノール系、エ
ポキシ系等の発泡性薬液も、前記シール剤として用いる
ことが出来、なかでもそのような発泡性薬液は、ポリイ
ソシアネート成分とポリオール成分との組合せからなる
反応性混合物であることが望ましく、それら二つの成分
の反応によって、所定の固化層（発泡層）３６がパッカ
ー１２の周囲に形成され、これによって、パッカー１２
（パイプ）と削孔４壁面との間の間隙を埋め、かかるバ
ンカー１２を前記削孔４内に固定せしめると共に、それ
らの間を効果的にシールし、またコーキングし得るので
ある。

なお、かかる発泡性薬液の成分として好適に用いられる
ポリイソシアネート成分及びポリオール成分は、何れも
公知のものであって、例えばポリイソシアネート成分と
しては、トルイジンジイソシアネート、ヘキサメチレン
ジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート
等の２個以上のイソシアネート基を有する化合物の単独
若しくはそれらの混合物、或いはそれらとポリオール化
合物等とのプレポリマー（遊離のイソシアネート基を有
する）等が用いられ、またポリオール成分としては、エ
チレングリコール、プロピレングリコール、トリメチロ
ールプロパン、グリセリン、トリエタノールアミン、ペ
ンタエリスリトール、ソルビトール、シュクロースアミ
ン等の簡単な構造の化合物や、これらにエチレンオキサ
イド、プロピレンオキザイド等のアルキレンオキ号イド
を付加して得られるポリエーテルポリオール、更にはポ
リエステルポリオール等が用いられるのである。また、
このようなポリオール成分と共に、充填材、可塑剤、整
泡剤、発泡剤等も必要に応じて混合され、更にほこのよ
うなポリオール成分と前記ポリイソシアネート成分との
反応の促進等のために、アミン系、金属系等の公知の触
媒も該ポリオール成分に含有せしめられる場合がある。

。 そして、このようなポリイソシアネート成分とポリオー
ル成分とが所定割合で混合せしめられてなる発泡性薬液
などのシール剤が、前記口元シール３０を貫通する注入
ホース３２を通じて、その発泡硬化反応などの固化反応
が起こる前に削孔４内に挿入せしめられ、該削孔４内に
おいて当該反応が進行せしめられるのである。

このように、パッカー１２は、その外周部に固定された
前方シール２８と口元シール３０との間に注入されたシ
ール剤が固化することによって形成される固化物（３６
）によって、削孔４の壁面との間の間隙が埋められるこ
とにより固定されることとなるところから、該削孔４の
壁面が凹凸のある荒れた表面であっても、またそこにク
ランクが存在していても、発泡する樹脂は、そのような
荒れた孔壁やクランクに良好に追従して浸透し、以て確
実なバッキング効果が奏され得て、そこに有効なシール
乃至はコーキングが達成され得るのである。しかも、か
かるパッカー１２は、単に資材としてパイプ、逆止弁、
ミキサー等の付属部品とゴム、スポンジ等のバッキング
材料及び樹脂等のシール剤から構成されるだけであり、
特殊な機械部品を必要としないところから、パッカー自
体のコストを安価と為し得、ひいては岩盤固結工法の経
済性を効果的に高め得るのである。

なお、第３図及び第４図に例示の実施例にあっては、注
入ボース３２が前方シール２８に近接して開口せしめら
れる一方、削孔４内における該前方シール２８との間の
空間の空気を排出する排気ホース３４が口元シール３０
に近接して開口せしめられているところから、排気が効
果的に行なわれ得る他、シール剤の前記シール空間への
充填の確認が容易となる利点がある。けだし、排気ボー
ス３４からのシール剤のフローをもってシール剤の充填
完了を知り得るからである。なお、この排気ホース３４
に代えて、単なる排気孔（外周部の溝をも含む）を該口
元シール３０に設けただけでも、同様な効果を期待する
ことが出来る。

次いで、このようにして削孔４内に固定されたパ・７カ
ー１２を通じて、削孔４奥部へ所定の固結薬液が注入さ
れることとなる。すなわち、所定の固結薬液を構成する
成分くここでは二成分）が、それぞれ実公昭５７−３６
６８５号公報に記載の如き供給装置によってポース３８
．４０を通じて供給され、合流されてパッカー１２の支
持六イブ１６、芯パイプ１４に導かれるのである。そし
て、芯パイプ１４内に設けられたミキサー２６によって
混合せしめられた後、削孔４の奥部に注入されるのであ
る。

この注入される固結薬液には所淀の注入圧が加えられて
いるところから、該薬液は、削孔４の周囲に存在するク
ランク６を通じて、かかる削孔４の周囲の岩盤内に浸透
し、その周囲の所定領域４２にわたって分布せしめられ
、該領域４２の岩盤を固結せしめる。なお、この所定領
域４２は、目的とする岩盤の固結領域（部分）でもあり
、その範囲は岩盤の状態や注入圧力に従って適宜に決定
されることとなる。また、一般に、この固結薬液の注入
操作は、注入圧の上昇、或いは注入孔（４）から２ｍ以
上離れた部分より液のリークが確認された場合において
、その注入を終了とすることが目安とされるのである。

また、かかるパッカー１２を通じて削孔４の奥部に注入
され、岩盤に浸透せしめられる固結薬液としては、従来
から知られている岩盤固結用の薬液の何れもが使用可能
であり、例えばウレタン系、ポリエステル系、尿素系、
フェノール系等の樹脂材料を挙げることが出来るが、特
に本発明にあっては、かかる固結薬液として発泡性を有
する樹脂材料を選ぶことが望ましく、このような発泡性
の樹脂材料を使用することによって、その発泡力により
樹脂材料が細かいクランク６へも浸透し、これによって
、固結効果がさらに高められる利点を生ずるのである。

また、中でも、ががる固結薬液として、代表的にはポリ
イソシアネート成分とポリオール成分との組合せからな
るウレタン系樹脂材料が好適に用いられることとなる。

このウレタン系樹脂材料の詳細は、前述したシール剤に
おける好適な材料として例示したものと同様であり、そ
こにおける記述がそのまま固結薬液の調製において援用
されるものである。

そして、このように目的とする岩盤に削孔４を通じて浸
透せしめられた固結薬液は、反応成分の混合により或い
は触媒等の助けを借りて、時間の経過と共に、反応、硬
化せしめられ、かかる削孔４の周囲の目的とする岩盤を
効果的に固結せしめるのであるが、その際、パッカー１
２は削孔４内に残置されたままとされることによって、
かかるパフカー１２は削孔４内で固結せしめられ、岩盤
と一体的になるのである。それ故、かかるバンカー１２
（パイプ１４．１６）を剛性のある金属材料にて構成し
ておけば、かかるバンカ−１２自体が岩盤の補強となり
、目的とする岩盤固結効果をより一層高めることが可能
となるのである。

このように、かかる本発明に従えば、従来の薬液注入工
法においては設備が大掛りであり（ボーリングマシン等
の使用）、機械の設置、注入準備に手間が掛り、また現
場の作業をある一定期間（１〜３週間）停止しなければ
ならない等という問題を悉く解消し、現場作業と併行じ
て注入作業が実施出来、そして非常に簡単に岩盤固結が
出来ることとなったのである。けだし、先述のように、
パッカー１２の特異な構成により、小型、軽量化され、
短く荒れた孔でも確実にシール出来るところから、専用
のボーリングマシン等大掛りな設備を必要としなくなっ
たからであり、また薬液の供給も小型軽量のポンプで良
いからである。

また、注入される固結薬液が５００センチポイズ程度の
粘度に容易に調整され得るところから、注入孔である削
孔４より遠くの方へ自然に流失することなく、目的部分
を集中的に固結出来る利点も有しているのである。

そして、本発明は、このような特性から、特に中硬岩の
クラックを固結するのに有利に用いられることとなるの
である。

因みに、第５図に示されるトンネルの天盤部に対して、
約２ｍＴＪ］隔で４２１Ａ■φＢａｔし・ノグオーカ゛
−により削孔し、それぞれ長さ２．０ｍ、削孔角度；＋
１５°〜＋２０°の五つの削孔ａ−ｅを設け、これに本
発明を適用して、その固結を図った。なお、対象となる
地山は、崖錐層であった。

パッカーとして、内径が２０１１φ、外径が２６鶴φの
鉄パイプの外周に、所定距離を隔てて５０龍φ×５０鰭
厚の前方シール２８及び口元シール３０を固定せしめた
ものを用い、これを前記削孔ａ−ｅ内に挿入、セットし
た後、シール２日、３０間にナイロン製の注入ホース３
２（外径８〜１０１１１１φ、肉厚１龍）を通じて、シ
ール剤として、急結モルタルまたは下記２液（Ａ、Ｂ）
からなる発泡性硬質ウレタン樹脂材料（発泡倍率：４倍
。

発泡時間：２分、硬化時間＝１０分、圧縮強度：５２ｋ
ｇ／ｃｎＴ、曲げ強度：　４０　ｋｇ／　ｃｎ＋）を用
いて、パッカーと孔壁間のシール操作を行なった。

−区二火粂辰仕槙 Ａ液： ポリエーテルポリオール　５０％ 特殊ポリエーテルポリオール　２′５％ジオール系架橋
剤　１０％ 助剤　１４％ 整泡剤　１％ Ｂ液： ＭＤＩ系プレポリマー　１００％ 混合割合： Ａ：Ｂ＝１：ｌ（重量比） 次いで、このようにしてパッカーがそれぞれの削孔に固
定せしめられた後、かか゛るバンカーを通じて、固結薬
液として前記シール薬液と同様な二液タイプの発泡性硬
質ウレタン材料（４倍発泡。

２分ライズタイム、１時間硬化）を用い、これをそれぞ
れの削孔内に注入した。

所定時間経過の後、掘進により地山の改良範囲を調査し
たところ、固結範囲（第５図において枠４４の範囲）は
、幅（厚さ）２．０ｍ、奥行き２．０ｍにわたる半円状
部分であることが認められた。

また、パッカーのシール特性について、その結果を下表
に示す。

以上の結果から明らかなように、本発明に従うバンカー
を用いることにより、岩盤に設けられた削孔が荒れてい
たり、クランクが入っていたりしても、効果的なシール
乃至はコーキングが達成され得るのであり、またそのよ
うな削孔に固定されたパッカーを通じて所定の固結薬液
を注入し、岩盤に浸透せしめることにより、かかる削孔
の周囲の岩盤を効果的に且つ容易に固結し、その強化を
図ることが出来るのであり、これによって、トンネル工
事を安全に且つ迅速に実施し得ることとなったのである
。

なお、本発明は、以上例示の具体例のみに限定して解釈
されるものでは決してなく、本発明の趣旨を逸脱しない
限りにおいて、種々なる改良、修正、変更等を加えた状
態で実施され得るものであり、そのような実施形態をも
、本発明がその範囲内に含むものであることは、言うま
でもないところである。

例えば、上側のパッカー１２は２本のパイプ（１４，１
６）の接続にて構成されているが、勿論１本のパイプ部
月にて構成しても何等差支えなく、またミキシング手段
（２６）や逆止弁（２０）等の部材もバンカー１２内に
配置される場合のみならず、バンカー１２外に配置され
たりすることも出来、更には場合により、そのような部
材を設ける必要がないこともある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施の一例を示すトンネル掘削部の横
断面説明図であり、第２図はその縦断面説明図であり、
第３図は第２図におけるバンカーが挿入された削孔部分
を拡大して示す説明図であり、第４図は本発明にて用い
られるパッカーの一例を示す部分断面説明図であり、第
５図はトンネルの天盤部に対する削孔の配置形態を示す
横断面説明図である。 ２：切羽中核部　４：削孔 ６：クランク　８：支保工 １０：矢板　１２：パソカー １４：芯パイプ　１６：支持パイプ １８：ソケツト　２０：逆止弁 ２６：ミキサー　２８：前方シ′−ル ３０：ロ元シール　３２：注入ホース ３４：排気ホース　３６：固化層 ３８．４０：ホース ４２：固結領域 出願人　東海ゴム工業株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１１中空のパイプ部材の外周部に軸方向に所定の距離
   を隔てて第一のバッキング及び第二のバンキングをそれ
   ぞれ固定せしめてなるパッカーを用い、該パッカーをそ
   の一端側より岩盤に予め設けられた所定の孔内に挿入せ
   しめて、所定位置に配置せしめた後、かかる孔入口側に
   位置する前記第一のバンキングを挿通して該第−のバン
   キングと前記第二のバッキングとの間の空間、＆：　Ｒ
   Ｄ　ｔ　６　？ｉＡ　″−″″１ゝＴ４ｆｃａ　’、ｙ
   −ｔｖ剤を注入せしめ、そして該シール剤を固化せしめ
   ることにより、該パイプ部材の周囲に前記シール剤の固
   化層を形成して該パイプ部材と前記孔壁面との間のシー
   ルを行ない、該パイプ部材を前記孔内に固定せしめる一
   方、かかるノスイプ部材の中空部を通じてパイプ部材他
   端側より所定の固結薬液を前記孔内奥部に注入せしめ、
   更に岩盤に浸透せしめて反応、固化させることにより、
   該孔内に前記パイプ部材を残置させつつ、該孔周囲の岩
   盤を固結せしめるようにすることを特徴とする岩盤固結
   工法。 （２）前記注入ポースが前記第二のバッキングに近接し
   て開口せしめられており、且つ前記第一のバッキングに
   排気孔が設けられ、或いは該第−のバッキングを挿通し
   て該第−のバンキングに近接して開口する排気ホースが
   設けられている特許請求の範囲第１項記載の工法。 （３）前記第−及び第二のバッキングのうち少なくとも
   何れか一方が、ゴム若しくはスポンジから構成されてい
   る特許請求の範囲第１項または第２項記載の工法。 （４）前記固結薬液が、ポリイソシアネート成分とポリ
   オール成分との組合せからなる発泡性混合物である特許
   請求の範囲第１項記載の工法。 （５）前記パイプ部材が、剛性のある金属製パイプ部材
   である特許請求の範囲第１項記載の工法。 （６）前記パイプ部材が、その内部にミキシング手段を
   有し、該ミキシング手段によって該パイプ部材の中空部
   を通じて注入される前記固結薬液が混合せしめられるよ
   うにした特許請求の範囲第１項記載の工法。 （７）前記パイプ部材が逆止弁を備え、該逆止弁によっ
   て、該パイプ部材の中空部を通じて前記孔内奥部に注入
   された固結薬液が該中空部を通じて該パイプ部材の入口
   側に逆流しないようにされている特許請求の範囲第１項
   記載の工法。