JPS6363687B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、岩盤固結工法並びにそれに用いられ
るパツカーに係り、特に崩落し易い岩盤に設けた
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
いようにする手法並びにそれに用いられるパツカ
ー（注入部）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する一
方、かかる孔内にパツカーを挿入して、かかるパ
ツカーにて前記孔の入口をシールせしめ、該パツ
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、かかる従来のパツカーは、所定の薬液を注
入するためのパイプの外側にシール用ゴムリング
乃至はゴムチユーブを装着せしめて、このゴムリ
ング等を、パツカーが岩盤の所定の削孔内に挿入
せしめられた後に膨径せしめ、孔壁に押し付ける
ことによつて、パツ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つている。 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、
クラツクが多く、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ツカーにおけるゴムリン
グ乃至はゴムチユ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
するクラツクを通じて、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、従来のパツカーは、特殊な部品やゴム製品等
を使用しているところから、パツカー自体が高価
であり、これがまた薬液注入工法のコストアツプ
の一つの要因となつているのである。 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つて、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
パツ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
にあつては、中空のパイプの外周部に固定せしめ
た吸液性基材に所定の発泡性薬液を含浸せしめた
後、該パイプを岩盤に予め設けられた所定の孔内
に挿入せしめ、該発泡性薬液の発泡硬化反応を進
行せしめることにより、該パイプの周囲に発泡層
を形成して、該パイプと前記孔壁面との間の間隙
を埋め、該パイプを前記孔内に固定せしめる一
方、かかるパイプの中空部を通じて、パイプ入口
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、硬化させるこ
とにより、該孔内に前記パイプを残置させつつ、
該孔周囲の岩盤を固結せしめるようにしたのであ
る。 また、かかる本発明において好適に用いられる
パツカーとは、岩盤に設けられた所定の孔内に挿
入されて固定せしめられ、該孔内奥部に注入され
る固結薬液の孔外への流出を阻止する一方、該固
結薬液の反応、硬化による前記孔内並びに該孔周
囲の岩盤の固結後においてもなお該孔内に残置せ
しめられるパツカーにして、ａ前記孔内に挿入さ
れ、該孔内奥部に、中空部を通じて前記固結薬液
が注入される所定長さの中空のパイプ部材と、ｂ
該パイプ部材の外周部に固定せしめられ、所定の
発泡性薬液が含浸せしめられる、吸液性を有する
基材とを含み、該基材に含浸せしめられた発泡性
薬液が発泡硬化させられることにより生じる発泡
体によつて、該パイプ部材と前記孔壁面との間の
間隙を埋め、前記固結薬液の孔外への流出を阻止
するようにしたものである。 ところで、かかる本発明においては、先ず目的
とする地山に削孔（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32mmφ〜50mmφ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、レツグハンマー、オーガー、ストーパー等で
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
ツク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１０と
共に、天盤部分を支持するようになつているが、
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、このようなクラツクが入つた岩盤に設
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、従来からのパツカー
ではなく、第４図にその一例が示される如きパツ
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、この芯パイプ１４には、炭素鋼鋼管か
らなる支持パイプ１６がソケツト１８を介して接
続せしめられている。なお、このソケツト１８内
には逆止弁２０が組み込まれており、それらパイ
プ１４，１６内を流通せしめられる所定の（固
結）薬液の一方向（ここでは右から左方向）への
流通を許容し得るようになつており、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、異形ソケツト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
ツト２４が取り付けられている。しかも、芯パイ
プ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
タテイツクミキサー２６が挿入されている。この
スタテイツクミキサー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つて、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、撹
拌作用を惹起せしめるものである。 また、かかるパツカー１２の芯パイプ１４側の
外周部には、吸液性の基材２８が、所定長さ、一
般に30cm〜150cm程度の長さにおいて巻付け固定
せしめられている。この吸液性基材２８として
は、ウエス、シート等の編織物や不織布等の嵩高
い材料が好適に用いられ、またかかる基材２８
は、芯パイプ１４、更には支持パイプ１６の外周
面にわたつて巻き付けられ、そしてその上から所
定の糸状乃至は紐状の線状材料（ここでは糸２
７）にて固縛せしめられることによつて、かかる
パイプ部材１４，１６の外周部に固定せしめられ
ているのである。 そして、このような構造のパツカー１２は、そ
の芯パイプ１４側部分を先にして前記削孔４内に
挿入せしめられるが、かかる挿入に先立つて、外
パツカー１２の外周部に固定された吸液性基材２
８に対して、所定の発泡性薬液が含浸せしめられ
ることとなる。この発泡性薬液は、反応によつて
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つて、例えばウレタ
ン系、ポリエステル系、尿素系、フエノール系、
エポキシ系等のものを挙げることが出来るが、中
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
成分の反応によつて、所定の発泡層３０がパツカ
ー１２の周囲に形成され、これによつて、パツカ
ー１２（パイプ）と削孔４壁面との間の間隙を埋
め、かかるパツカー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つて、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、
ジフエ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、シユ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
ロピレンオキサイド等のアルキレンオキサイドを
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、更には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
なる発泡性薬液が、前記パツカー１２の基材２８
に含浸せしめられ、そしてその発泡硬化反応が起
こる前に削孔４内に挿入せしめられ、該削孔４内
において発泡硬化反応が進行せしめられのであ
る。 このように、パツカー１２は、その外周部に固
定された基材２８に含浸されている発泡性薬液の
発泡硬化反応によつて形成される発泡体３０によ
つて削孔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つても、ま
たそこにクラツ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ツクに良好に
追従して浸透し、以て確実なパツキング効果が奏
され得て、その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、かかるパツカ
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ウエス等の吸液性基材及び樹
脂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、パツカー自体のコスト
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。 次いで、このようにして削孔４内に固定された
パツカー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（ここでは二成分）が、
それぞれ実公昭57―36685号公報に記載の如き供
給装置によつてホース３２，３４を通じて供給さ
れ、合流されてパツカー１２の支持パイプ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によつて混
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定の注入
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ツク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３６にわたつて分布せしめられ、この所定領
域３６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つ
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より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、その注入を終了す
ることが目安とされることとなる。 また、かかるパツカー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、フエノール系等の
樹脂材料を挙げることが出来るが、特に本発明に
あつては、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つて、その発泡
力により樹脂材料が細かいクラツク６へも浸透
し、これによつて、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、かかる固
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、前述した発泡性薬
液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
調製において緩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、パツカー１２は削孔４内
に残置されたままとされることによつて、かかる
パツカー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、かかるパツカ
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、かかるパツカー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、現場作業と併行して注入作業
が実施出来、そして非常に簡単に岩盤固結が出来
ることとなつたのである。けだし、先述のよう
に、パツカー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つたからであり、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
中硬岩のクラツチ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２ｍ間隔で42mmφBitレツグオーガー
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、その固結を図つた。なお、対
象となる岩盤は、崖錐層、及び花崗岩、流紋岩等
の破砕帯であつた。 パツカーとして、外径が21mmの鉄パイプの外周
に所定長さにわたつてウエス（基材）を巻き付
け、糸で固定せしめたウエス径：36mmφのものを
用い、これに含浸せしめられる発泡性シール薬液
として、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：52Kg／cm²、曲げ
強度：40Kg／cm²）を用いた。 シール薬液仕様 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 25％ 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＝１：１（重量比） パツカーのシール特性について、その結果を下
表に示す。

【表】 次いで、かかるパツカーがそれぞれ削孔に固定
せしめられた後、かかるパツカーを通じて、固結
薬液として前記シール薬液と同様な二液タイプの
硬質発泡ウレタン材料（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。なお、注入量は、削孔ａが100
Kg、削孔ｂが140Kg、削孔ｃが180Kg、削孔ｄが
160Kg、削孔ｅが120Kgであり、その注入量の管理
は、注入圧力の上昇または薬液のリークに基づい
て行なつた。対象土量70m³り対して、薬液700Kg
（約630）を要した。 所定時間の経過の後、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４０の範囲）は、幅（厚さ）：2.0ｍ、奥行き：
2.0ｍの半円状部分が固結されていることが認め
られた。 以上の結果から明らかなように、本発明に従う
パツ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、クラツクが入つていたりし
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
たパツ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、これによつて、トン
ネル工事を安全に且つ迅速に実施し得ることとな
つたのである。 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。

【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図におけるパツカー
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ツカーの一
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：クラツク、
８：支保工、１０：矢板、１２：パツカー、１
４：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：基
材、３０：発泡層、３２：ホース、３４：ホー
ス、３６：固結領域。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 中空のパイプの外周部に固定せしめた吸液性
   基材に所定の発泡性薬液を含浸せしめた後、該パ
   イプを岩盤に予め設けられた所定の孔内に挿入せ
   しめ、該発泡性薬液の発泡硬化反応を進行せしめ
   ることにより、該パイプの周囲に発泡層を形成し
   て該パイプと前記孔壁面との間の間隙を埋め、該
   パイプを前記孔内に固定せしめる一方、かかるパ
   イプの中空部を通じてパイプ入口側より所定の固
   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、硬化させることにより、該孔
   内に前記パイプを残置させつつ、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 前記発泡性薬液が、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り、それら成
   分の反応により所定の発泡体を形成する反応性混
   合物である特許請求の範囲第１項記載の工法。 ３ 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項または第２項記載の
   工法。 ４ 岩盤に設けられた所定の孔内に挿入されて固
   定せしめられ、該孔内奥部に注入される固結薬液
   の孔外への流出を阻止する一方、該固結薬液の反
   応、硬化による前記孔周囲の岩盤の固結後におい
   てもなお該孔内に残置せしめられるパツカーにし
   て、 前記孔内に挿入され、該孔内奥部に中空部を通
   じて前記固結薬液が注入される所定長さの中空の
   パイプ部材と、 該パイプ部材の外周部に固定せしめられ、所定
   の発泡性薬液が含浸せしめられる、吸液性を有す
   る基材とを、 含み、該基材に含浸せしめられた発泡性薬液が
   発泡硬化させられることにより生じる発泡体によ
   つて、該パイプ部材と前記孔壁面との間の間隙を
   埋め、前記固結薬液の孔外への流出を阻止するよ
   うにしたことを特徴とするパツカー。 ５ 前記パイプ部材が、剛性のある金属製パイプ
   部材からなる特許請求の範囲第４項記載のパツカ
   ー。 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つて該パイプ部
   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４項
   または第５項記載のパツカー。 ７ 前記パイプ部材が逆止弁を備え、該逆止弁に
   よつて、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４項、第５項または第６項記
   載のパツカー。 ８ 前記基材が編織物若しくは不織布であり、前
   記パイプ部材の外周に巻き付けられて、所定の糸
   状乃至は紐状の線状材料にて固縛せしめられてい
   る特許請求の範囲第４項記載のパツカー。