JPS6363688B2 - - Google Patents

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
ル用の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、該パツカーが岩盤の
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、また地の目的は、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、中空のパイプ部材の外周部に軸方向
に所定の距離を隔てて第一のパツキング及び第二
のパツキングを固定せしめてなるパツカーを用
い、該パツ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
一のパツキングを挿通して該第一のパツキングと
前記第二のパツ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
分が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、（ここでは左から右方向）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の先
端側の外周部には、第二のパツキングとして、ゴ
ム或いはスポンジ等の柔軟なパツキング材料から
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、第一のパツキングとして、前記前
方シール２８と同様な、すなわちゴム或いはスポ
ンジ等のパツキング材料からなるリング状の口元
シール３０がパツカー軸方向に所定距離隔てて固
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、所定位置にセツトせしめられた後、前記
注入ホース３２を通じてパツカー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３０との間のパツ
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
によつて、該パツカー１２の周囲に固化層３６を
形成して該パツカー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（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
材料や反応によつ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
分の反応によつて、所定の固化層（発泡層）３６
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、ヘキサメチル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、パツカー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つて形
成される固化物３６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ゴ
ム、スポンジ等のパツ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。 なお、第３図及び第４図に例示の実施例にあつ
ては、注入ホース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、排気ホー
ス３４からのシール剤のフローをもつてシール剤
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３８，４０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４
２にわたつて分布せしめられ、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か
ら２ｍ以上離れた部分より液のリクが確認された
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り、
そこにおける前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、この固結を図つた。なお、対
象となる地山は、崖錐層であつた。 パツカーとして、内径が20mmφ、外径が26mmφ
の鉄パイプの外周に、所定距離を隔てて50mmφ×
50mm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、セツトした後、シール２８，３０間にナ
イロン製の注入ホース３２（外径８〜10mmφ、肉
厚１mm）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）からなる発泡性硬化
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）を用いて、パツカーと孔壁間
のシール操作を行なつた。 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） 次いで、このようにしてパツカーがそれぞれの
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、パツカーのシール特性について、その結
果を下表に示す。

【表】 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。 例えば、上例のパツカー１２は２本のパイプ１
４，１６の接続にて構成されているが、勿論１本
のパイプ部材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等の部材もパ
ツカー１２内に配置される場合のみならず、パツ
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：前方
シール、３０：口元シール、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。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 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パツキング及び第二のパツキ
   ングをそれぞれ固定せしめてなるパツカーを用
   い、該パツ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
   一のパツキングを挿通して該第一のパツキングと
   前記第二のパツ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 前記注入ホースが前記第二のパツキングに近
   接して開口せしめられており、且つ前記第一のパ
   ツキングに排気孔が設けられ、或いは該第一のパ
   ツキングを挿通して該第一のパツキングに近接し
   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 前記第一及び第二のパツ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１項記載の工法。