JPS638477A - 岩盤固結用薬液 - Google Patents

岩盤固結用薬液

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JPS638477A
JPS638477A JP61152358A JP15235886A JPS638477A JP S638477 A JPS638477 A JP S638477A JP 61152358 A JP61152358 A JP 61152358A JP 15235886 A JP15235886 A JP 15235886A JP S638477 A JPS638477 A JP S638477A
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JP
Japan
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rock
liquid
hole
isocyanate
urethane resin
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JP61152358A
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Inventor
Shinya Uda
宇田 信也
Hisakazu Kojima
久和 小島
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Sumitomo Riko Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Riko Co Ltd
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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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、軟弱あるいは破砕された岩盤等をより堅固
な岩盤に改善する岩盤固結用薬液に関するものである。
〔従来の技術〕
従来から軟弱な岩盤(他山)ないしは破砕された地山等
の地層帯では、トンネル切羽の天盤の崩落等の防止のた
めに、トンネル切羽先端の天盤部に、天盤のアーチに沿
って孔を穿設し、この孔内にロックボルトを挿入ないし
はこのボルトをモルタルで固結する先受ボルト工法、あ
るいはバイブルーフ工法、薬液注入工法等の対応方法が
講しられ、他山を強化することが行われている。しかし
ながら、このような従来の対応方法では、設備が大損り
となり、機械の設置や注入の単節に手間がかかり、また
これらの作業のために現場の作業をかなりの期間停止し
なければならないという難点を生じていた。
〔発明が解決しようとする問題点〕
そこで、本発明者らは、このような難点を解消するため
、中空パイプからなるパッカーの一端側に布等のパツキ
ン(シール材)を配設し、上記パツキンにウレタン樹脂
等の発泡樹脂等を含浸させたのち、予め地山に穿設され
た孔内に上記パッカーを他端側から挿入し、その状態で
パツキンに含浸させたウレタン樹脂を硬化させてパッカ
ーの周囲に発泡層を形成して上記孔の開口を閉塞し、つ
いでこのバッカー内にウレタン樹脂等を圧入してパッカ
ーと孔壁との間隙を埋めると同時にウレタン樹脂を地山
内に浸透させ硬化させることにより、上記孔内にパッカ
ーを残したまま孔周囲の岩盤を固結させる方法を提案し
すでに特許出願している(特願昭58−144024号
)。すなわち、上記方法(以下この方法を「従来法」と
いう)は、第12図および第13図に示すように、トン
ネル切羽先端の天盤部29に天盤のアーチに沿って所定
間隔で斜め上向きに穿設されている孔内にパッカー30
を挿入し、根元部のパツキン31で孔の開口を塞ぎ、そ
の状態でパッカー30の先端から、接続ユニット32を
備えたホース33から供給される二液型発泡ウレタン樹
脂(岩盤固結用薬液)を吐出させることによりウレタン
樹脂で孔を埋め、さらにそのウレタン樹脂を地山内に図
示のように浸透させ硬化させることにより岩盤の固結を
行うものである0図において、34は支保工、35は固
結領域である。トンネルの形成は、このようにしてトン
ネル切羽先端の天盤部29を天盤のアーチに沿って硬化
樹脂で固め、その状態でトンネル切羽先端を掘削し、一
定距離掘削したのちさらにトンネル切羽先端の天盤部2
9を固結するということを繰返して行われる。この場合
、上記従来法によれば、天盤部29の固結は、第14図
に示すように、孔内に残したパッカー30とその周囲に
分布する固結領域35の双方によって行われるため極め
て強靭な固結が行われる。そのうえ、施工に大形の機械
を要しないため大損りな設備が不要となり、かつ固結が
簡単であるため現場作業の中断が極めて短期間ですむと
いう利点がある。
しかしながら、上記工法は、岩盤固結用薬液として、2
液混合後の硬化時間が3〜5分の二液型発泡ウレタン樹
脂を使用しているため、上記孔内にパッカー30を挿入
してウレタン樹脂を圧入すると、地山に浸透する樹脂の
硬化までに時間がかかつて樹脂の浸透領域が大きくなり
、したがって、使用樹脂量が多くなると同時に樹脂の圧
入時間も長くなる。すなわち、上記ウレタン樹脂のパッ
カー30に対する圧入に際しては、パッカー30の先端
から吐出されたウレタン樹脂が地山内に浸透して硬化す
ると、樹脂の圧入に要する圧力が急に高くなることから
、それを目安として樹脂の圧入を止めるものであり、使
用するウレタン樹脂の硬化時間が長ければその分、樹脂
液の圧入量が多くなって浸透領域が大きくなり、樹脂液
の圧入時間および使用量が増加するのである。また、上
記ウレタン樹脂の圧入に際しては、上記パッカー30に
いちいちパツキン31を装着しなければならないためそ
の作業も煩雑である。さらにまた、従来の岩盤固結工法
は硬化時間の長い薬液を用いるため、他山を通じての切
羽手前への薬液のリークは時として避けられず、固結に
先立って天盤面にコンクリート吹き付は処理を行う必要
があり、施工に時間がかかるという難点がある。
この発明は、このような事情に鑑みなされたもので、施
工時間の短縮、使用樹脂液の低減および施工作業の簡素
化を実現しうる岩盤固結用薬液の提供をその目的とする
〔問題点を解決するための手段〕
上記の目的を達成するため、この発明は、下記のA液お
よびB液を備えた速硬性の二液型発泡ウレタン樹脂から
なる岩盤固結用薬液を使用するという構成とる。
(A)水酸基を二つ以上もつ第一級ポリオールを主成分
とする水酸基価250〜450KOHmg/ gのポリ
オール液。
(B)イソシアネート基を二つ以上有するジフエニルメ
タン−4,4°−ジイソシアネート、ポリメチレン・ポ
リフェニル・ポリイソシアネートおよびトリレンジイソ
シアネートの少なくとも一つを主成分とする平均分子量
174〜2000.イソシアネート基含有量18〜48
重量%のイソシアネート液。
すなわち、本発明者らは、自らが先に提案した上記従来
法の欠点を解消するためさらに研究を重ねた結果、従来
、硬化速度があまり速い樹脂を使用するとバッカー等の
中空パイプ内で樹脂の硬化が生じるという理由から、使
用が不可能視されていた硬化速度の速い特殊な二液型発
泡ウレタン樹脂を岩盤固結用薬液として使用すると、施
工時間の著しい短縮を実現できると同時に使用樹脂量の
低減を実現でき、しかも上記樹脂は上記中空パイプの先
端から吐出されて孔の開口近傍に流下したときに丁度硬
化して孔の開口を閉塞することから、従来法のように、
バッカーに予めパツキン等を取付けて孔の開口を閉塞し
樹脂の洩れを防ぐというような煩雑な作業も必要とせず
、そのうえ、砂等の軟弱な地山に対してもコンクリート
吹き付は処理をすることなく岩盤固結をなしうることを
見いだし、この発明に到達した。
この発明は、速硬性の二液型発泡ウレタン樹脂を岩盤固
結用薬液として用いる。
上記速硬性の二液型発泡ウレタン樹脂としては、例えば
、下記のA液とB液とを配合比1:1で使用し、2液混
合後の硬化時間が5〜30秒と極めて短いものが賞月さ
れる。上記A液は、水酸基を二つ以上もつ第一級ポリオ
ールを主成分とした混合液で、水酸基価250〜450
 KOF1mg/ gのポリオール液から構成されてい
る。このようなポリオール液は、通常、水酸基価20〜
6400 KOHmg/ g 、平均分子量18〜50
00で2官能以上の第一および第二級ポリオールを数種
併用して調製される。また、上記B液は、イソシアネー
ト基を二つ以上有するジフエニルメタン−4,4゛−ジ
イソシアネート(MDI)、ポリメチレン・ポリフェニ
ル・ポリイソシアネート(ポリメリックMD I、クル
ードMDI>およびトリレンジイソシアネート(TDI
)の少なくとも一つを主成分とした平均分子量174〜
2000.イソシアネート基含有量18〜48重量%(
以下「%」と略す)のイソシアネート液から構成されて
いる。
より詳しく説明すると、上記A液のポリオール成分とし
ては、ポリプロピレングリコール、ポリエチレングリコ
ール、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン
、ヘキシレングリコール。
ヒマシ油等のアルキレングリコールがあげられる。また
、グリセリン、ソルビトールもしくは蔗糖に、エチレン
オキサイドやプロピレンオキサイドを付加した付加物や
、エチレンオキサイド−プロピレンオキサイド共重合物
ならびにエチレンジアミン、ジェタノールアミン、トリ
エタノールアミン、トリエチレンジアミン等のアミン類
にエチレンオキサイド、プロピレンオキサイドを付加し
た反応物等があげられる。特に好適なのは下記のポリオ
ール類である。
(1)エチレングリコール、ジエチレングリコール、ト
リエチレングリコール、ジプロピレングリコール等の低
分子(分子量60〜1000)、低粘度(500cps
 / 25℃以下)の2官能以上で水酸基価が50〜2
000 KOHrsg/gのアルキレングリコール。
(2)  グリセリン、蔗糖に、エチレンオキサイド、
プロピレンオキサイドを付加した分子量500〜s o
 a o、水酸基価20〜100Q KOHmg/gの
2官能以上のポリオール。
(3)  エチレンジアミン、トリエタノールアミン、
トリエチレンジアミンに、エチレンオキサイド、プロピ
レンオキサイドを付加した分子量100〜5000.水
酸基価20〜1000 KOHtsg/gの2官能以上
のポリオール。
B液のイソシアネート成分としては、イソシアネート基
含有量30〜31.5%のポリメリックMDI、高反応
性であるジフエニルメタン−4,4゛ −ジイソシアネ
ート(イソシアネート基台WM32〜34%)の二量体
、三量体の配合物やクルードMDIと低分子量(50〜
1000)のポリオール、例えばエチレングリコール、
ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール等との
反応生成物(イソシアネート基含有量20〜30%)な
らびに上記ジフェニールメタン−4,4° −ジイソシ
アネートの二量体、二量体と上記低分子量ポリオールと
の反応物があげられる。
なお、上記A液のポリオール成分は、第一級水酸基をも
ち、イソシアネート基との反応性は非常に速く活発であ
るが、さらに反応速度を速めるため触媒を配合してもよ
い。触媒としては、例えばエチレンジアミン、トリエチ
レンジアミン、トリエチルアミン、エタノールアミン、
ジェタノールアミン、ジメチルエタノールアミン等の脂
肪族アミンや、4.4゛ −ジアミノジフェニルメタン
等の芳香族アミンと、ジブチル錫ジラウレート、オクチ
ル酸錫、塩化第二錫、オクテン酸鉛、ナフテン酸鉛等の
有機金属系触媒との併用があげられる。また、ウレタン
樹脂発泡体の発泡倍率の向上は、トリクロロモノフルオ
ロメタン(CCj’、F) 、メチレンクロライド(C
zHzCji!z )等やペンタン等の不活性溶剤なら
びに水等の使用が考えられるが、作業員に対する影響等
の観点から発泡剤として水を主体に用いることが望まし
い。ただ、上記メチレンクロライドは発泡剤として作用
すると同時に、ポリオール成分と触媒等の成分との相溶
性向上効果を奏するため、全体の10%以下、好ましく
は0.5〜3%の範囲内で使用することが好適である。
発泡剤として水を使用する場合には水を0゜1〜5%配
合することが行われる。発泡倍率15倍にするには1〜
4%の水を添加すればよい。
この発明の岩盤固結用薬液は、例えばつぎのようにして
岩盤固結に用いられる。すなわち、トンネル切羽先端の
天盤部8に、天盤に沿って所定間隔で、第1図に示すよ
うに、ジャンボドリル等の削岩機2)によって孔22を
穿設(水平面から上向きに10〜20″の角度)する。
そして、穿設された孔22内に第2図に示す中空パイプ
状のロックボルトを挿入する。このロックボルトは、先
端閉鎖型中空パイプからなるパッカ一部1と、中空パイ
プからなるロックボルト本体2をねし継手3で継合して
なり、外径27n、内径14nで全長Aが略3m、パッ
カ一部1の長さBが1m、ロックボルト本体2の長さC
が2mに設定されている。そして、上記パッカ一部1の
先端部の外周に直径5酊の薬液吐出孔4が10個形成さ
れている。他方、パッカ一部1の後端のねじ部隣接部分
には段部1aが設けられており、そこに静止ミキサー5
がその根元側リング部6を位置させ、先端側をパッカ一
部1の先端側に向けた状態で挿入され固定されている。
なお、7は逆止弁付継手であって、通常は除かれており
薬液注入時にら合される。つぎに、孔22に挿入された
ロックボルトのロックボルト本体2の後端に、第3図に
示すように、打ち込み用アダプター23を取付けて削岩
機・コールビック24等で打ち込み、ついで打ち込まれ
たロックボルトの後端に、第4図に示すように逆止弁付
継手25を取付け、これに、接続ユニット10付ホース
11を、その接続ユニット10を逆止弁付継手25にワ
ンタッチで装着することにより取付ける。ついで、その
ホース11からウレタン樹脂のA!およびB液をロック
ボルト内に15〜20kg/crAの圧力で圧入する。
このようにして圧入されたAdおよびB液はねし継手3
まではA液およびB液の層流状態で到達し、パッカ一部
1に到達したのちは静止ミキサー5 (第2図参照)に
より混合されその状態でロックボルト先端の薬液吐出孔
4から吐出される。この場合、最初に吐出されたウレタ
ン樹脂液は孔22の先端側から開口方向に流れ、その過
程で硬化し、孔22の開口に到達するまでに完全硬化状
態になって開口を閉塞し後から吐出される樹脂の洩れを
防ぐ。したがって、従来法のようにパツキンを使用して
孔22の開口を閉塞する必要はない。そして、上記浸透
樹脂が硬化すると、ウレタン正大ポンプの正大圧力が急
に高くなるため、樹脂の圧入を止め、接続ユニット10
をワンタッチで外す。このようにしてロックボルトが孔
22内に固定され、かつ孔22の周囲の他山が硬化樹脂
で固結される。この状態を第5図に示す。このようにし
てトンネル切羽先端の天盤部8に所定間隔で穿設された
孔22にロックボルトが挿入され岩盤固結が行われる。
26は固結領域である。その結果、第6図に示すように
、複数のロックボルトとそれぞれの周囲の固結領域26
との相乗効果により天盤部8全体の補強が行われる。
また、上記岩盤固結用薬液は、第7図および第8図に示
す自穿孔タイプのロックボルトを使用して圧入すること
ができる。このロックボルトは、パッカ一部1およびロ
ックボルト本体2をねじ継手3で継合することにより構
成されているが、パッカ一部1の先端が開放しており、
その開放部にドリル部(第8図参照)13を嵌合して構
成されている。このドリル部13は、先端の端面に4枚
の刃14が円周方向に90″間隔で設けられており、端
面の中央部に中心孔15が形成されているとともに、刃
と刃の間にそれぞれ外周孔16が形成されている。なお
、逆止弁付継手は、薬液圧入時にロックボルト本体2の
後端にら着される。上記ロックボルトを用いて薬液を圧
入するときは、ロックボルトを第9図に示すように、削
岩機2日にドリルとして取付け、孔穿設時に、削岩機2
8に設けられた水、エアー送入バイブ29からロックボ
ルト内に、水、エアーを圧入してロックボルト先端の中
心孔15.外周孔16から吐出させ、ロックボルトの刃
が削り出す土、砂等を、ロックボルトの外周に沿って孔
内を後方に移行させ孔の開口から外部に排出しながら孔
の穿孔を行う。このようにロックボルトをドリルとして
使用して孔を形成し、その孔の中にロックボルトを残し
、ついでロックボルト後端に逆止弁付継手25を接続し
、第10図に示すように、接続ユニット10付ホース1
1をワンタッチで接続し、二液型発泡ウレタン樹脂のA
液およびB液を注入し、ロックボルト先端の刃部に設け
られた中心孔15.外周孔16から吐出させ、打ち込み
タイプと同様にして岩盤固結(第11図参照)を行う。
このようにしてトンネル切羽先端の天盤部に、第6図に
示すように、天盤部8のアーチに沿って所定間隔でロッ
クボルトが打ち込まれ、その周囲にウレタン樹脂の固結
領域26が形成され天盤部8の補強がなされる。
なお、第12図ではロックボルトを90°の範囲内に分
布させているが、それに限らず、90〜1200の範囲
内であれば任意の角度に分布させることができ、場合に
よってはそれ以上の角度に分布させることができる。
〔発明の効果〕
以上のように、この発明の岩盤固結用薬液(二液型発泡
ウレタン樹脂)は、2液混合後の硬化時間が短いため、
岩盤の固結に際してロックボルトに圧入すると、岩盤に
穿設された孔の開口を塞いだ状態で上記孔を介して岩盤
に浸透し速やかに硬化する。すなわち、薬液の圧入に際
して、圧入の初期の段階でロックボルトの先端側の薬液
吐出孔から吐出された上記ウレタン樹脂が、岩盤に穿設
された孔の先端から開口方向に流れる過程で硬化し、孔
の開口近傍を閉塞してそれ以降吐出されるウレタン樹脂
の洩れを防ぐ。したがって、従来のように、ロックボル
トにパツキンを設けて孔を閉塞するという煩雑な作業が
不要になる。しかも、注入樹脂が岩盤に適正に浸透して
速やかに硬化するため、従来のように多量のウレタン樹
脂を岩盤に必要量以上浸透させるという無駄がなくなり
、使用樹脂の大幅な節約を実現できると同時に作業時間
の大幅な短縮を実現しうるようになる。ただし、この発
明の岩盤固結用薬液によれば、ロックボルトの周囲に形
成される固結領域の幅が狭くなるため、第6図と第14
図との対比から明らかなように、一定の範囲の天盤部を
固化するに当たり、従来法よりも穿設する孔の数および
それに配挿するロックボルトの数も多くなるが、この発
明によれば、ロックボルト1本当たりのウレタン樹脂の
硬化時間が、従来法よりも著しく短くなるため、全体の
施工時間の大幅な短縮を実現しうるようになる。また、
ロックボルト1本当たりの樹脂の使用量が著しく少なく
なり、ロックボルト数が増加しても使用薬液量は従来法
よりも著しく少なくなる。なお、第6図と第14回との
対比かられかるように、ロックボルトの周囲に形成され
る円柱状の固結領域の直径はこの発明の薬液の方が従来
法より小さくなるのであるが、補強効果はこれで充分で
ある。すなわち、従来法では、ウレタン樹脂の硬化が遅
いために自ずと樹脂液の浸透量が多くなってロックボル
トの周囲に形成される固結領域の直径が大きくなるので
あり、無駄にウレタン樹脂を消費していたといいうるち
のである。また、この発明の岩盤固結用薬液は硬化が極
めて速いため、地山を通じての切羽手前への薬液のリー
クがなく、したがって、砂等の軟弱な岩盤であっても従
来のようにコンクリート吹き付は処理を行うことなく、
岩盤固結を行うことができ、軟弱な岩盤に対する施工性
の向上効果をも奏するようになる。
つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。
まず、二液型発泡ウレタン樹脂のA液(ポリオール成分
)として、つぎの第1表に示す3種類のA液1.  n
、 IIIを準備した。
(以下余白) 上記3種類のA液I、  El、 I[[の特性は第2
表のとおりである。
また、B液(イソシアネート成分)として、第3表に示
す3種類のB液1.n、Iを準備した。
つぎに、上記AflおよびB液を用い、つぎのようにし
て岩盤固結を行った。
〔実施例1〕 トンネル切羽先端の天盤部に天盤のアーチに沿って70
cm間隔で13個の孔を上向きに(水平面との傾斜角θ
が10〜20”)に穿設し、これらの孔のうち、アーチ
状の一端側にあるものから他端側にあるものに向かって
順次第1図に示す打ち込みタイプのロックボルトを挿入
し、アーチ状の一端側のロックボルトから接続ユニット
付のホースを用いて上記A液TおよびB液Iを、配合比
1:1.圧力20kg/aI!で圧入し岩盤固結を行っ
た。この固結状態は第6図のようになった。
〔比較例〕
従来法に従い、切刃先端の天盤に天盤のアーチに沿って
140cm間隔で合計7個の孔をあけ、その孔に、根元
にパツキンを装着したバッカーを送太し、2液混合後3
〜5分で硬化する二液型発泡ウレタン樹脂を注入し岩盤
固結を行った。その固結状態は第14図のようになった
上記実施例1と比較例における孔の穿孔時間および二液
型発泡ウレタン樹脂の正大時間ならびに総薬液(ウレタ
ン樹脂)量を対比して第4表に示した。
(以下余白) 匿−一し一表 (以下余白) 第4表から明らかなように、実施例1では孔の数が多い
ため、穿孔時間は比較例よりも多くなっているが、樹脂
液の正大時間が極めて短時間で足りるため、正大時間は
大幅に短縮でき、その結果、孔の穿孔から圧入に要する
総時間が、比較例の2)0分に対し、実施例1では11
7分になり、44%の短縮となっている。しかも総薬液
量は比較例が700 kgであるのに対し実施例1では
208 kgで68%の減少となっている。このことか
ら、実施例1によれば、従来法よりも施工時間の大幅な
短縮および使用薬液量の大幅な節約を実現しうろことが
わかる。しかも、実施例1によれば、孔内にロックボル
トを挿入して薬液を注入する際、比較例のようにロック
ボルトにいちいちパツキンを装着する必要がないため、
パツキン装着の施工の煩雑さもな(なり、施工性の向上
効果も得られるようになる。
〔実施例2〕 薬液として、A液■およびB液■を用いた。それ以外は
実施例1と同様にして岩盤固結を行った。
その結果も実施例1と殆ど同様であり、実施例1と同様
の極めて優れた効果が得られた。
〔実施例3〕 薬液として、A液■およびB液■を用いた。それ以外は
実施例1と同様にして岩盤固結を行った。この場合にも
実施例1とほぼ同様の極めて優れた効果が得られた。
このように、この発明の岩盤固結用薬液を使用すると、
施工時間の大幅な短縮および使用ウレタン樹脂液の大幅
な低減を実現でき、しかも施工作業の筒素化をも達成し
うろことがわかる。
【図面の簡単な説明】
第1図は岩盤に孔を穿設する説明図、第2図はこの発明
の薬液の圧入に用いる打ち込みタイプのロックボルトの
縦断面図、第3図、第4図および第5図は薬液の圧入説
明図、第6図はこの発明の施工状態を示すためトンネル
切羽の先端の天盤部を眺めた状態図、第7図は自穿孔タ
イプのロックボルトの縦断面図、第8図はその要部斜視
図、第9図、第10図および第11図は薬液の圧入説明
図、第12図は従来例の施工状態を示す縦断面図、第1
3図はその横断面図、第14図は第13図における固結
領域を個別に示すための説明図である。 1・・・パッカ一部 2・・・ロックボルト本体 3・
・・ねじ継手 4・・・薬液吐出孔 22・・・孔 2
6・・・固結領域 第6図 第10図 zb 第11図 第12図 第13図 第14図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)下記のA液およびB液を備えた速硬性の二液型発
    泡ウレタン樹脂からなる岩盤固結用薬液。 (A)水酸基を二つ以上もつ第一級ポリオールを主成分
    とする水酸基価250〜450 KOHmg/gのポリオール液。 (B)イソシアネート基を二つ以上有するジフエニルメ
    タン−4,4’−ジイソシアネ ート、ポリメチレン・ポリフェニル・ポ リイソシアネートおよびトリレンジイソ シアネートの少なくとも一つを主成分と する平均分子量174〜2000、イソ シアネート基含有量18〜48重量%の イソシアネート液。
  2. (2)速硬性の二液型発泡ウレタン樹脂が、2液混合後
    の硬化時間が5〜30秒のものである特許請求の範囲第
    1項記載の岩盤固結用薬液。
JP61152358A 1986-06-27 1986-06-27 岩盤固結用薬液 Pending JPS638477A (ja)

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JP (1) JPS638477A (ja)

Cited By (2)

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