JPH04161609A - 支保覆工層造成工法とその装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は軟弱地盤、特に海底地盤の改良、構築物の基礎
、トンネル掘削の際の地山の支保等を目的として施工さ
れる支保覆工層の造成工法とその装置に関するものであ
る。

（従来の技術） 従来、支保覆工層の造成に利用されてきた高圧噴射注入
工法に於いては、硬化材噴射ノズルは注入ロッドに対し
て直角方向に開口され、並列造成される単位硬化層は円
柱状硬化層で、スライムの排出は主として挿入ロッド周
辺の地盤との空隙を利用するか、或いは別途にケーシン
グを削孔設置する方法がとられてきた。

挿入ロッド周辺の地盤との空隙を利用する場合、深度が
浅く且つ毎分当たりの噴射量が少ない場合は何ら支障は
ないが、高圧ポンプの性能が向上して高圧大量の噴射量
となった現今では排８が抑制されると後続の噴射圧によ
って圧迫され、ノズル付近の反発力を高める多量の余剰
スライムが発生する。

特に海底地盤の改良の場合は、注入ロッド挿入間隙から
余剰スライムが溢出して海水に拡散されて公害問題を惹
起している。

また、別途にケーシングを削孔設置する方法の場合は深
度が深くなるに従って二重削孔による経費の増大は免れ
ず且つ挿入ロッド周辺の地盤との空隙を利用する場合と
同様の弊害を併発することも皆無とは言えない。その他
この余剰スライムに対する対応策としては注入ロッド挿
入口からの吸引ポンプによる収集が提案されている他は
、注入ロッド挿入口にバッカーやケーシングを設けて地
中に押し戻すか、地上に溢出させて垂れ流すかの対応し
かなされていない。

また、圧力注入の場合には硬化材の注入量と地盤の粒子
密度のバランスに特別の配慮はなされていなかった。

一方、トンネル掘削の際の支保覆工層の造成にも高圧噴
射注入工法が利用されているが、水平方向に掘進するた
めエア等に上昇の余地がなくスライムとエアの処理が不
可能で単純な硬化材噴射だけに頼っており、効率的なエ
ア併用噴射が用いられる事はなかった。

（発明が解決しようとする問題点） 従来の硬化材噴射ノズルは、注入ロッドに対して直角方
向に開口しその周辺の余剰スライム圧力は、いわば成り
行き任せの状態であるため、排出がスムーズに行われな
い場合当然ながら噴　　（射ノズル周辺の圧力が上昇し
、このため噴射性能が減殺されるばかりか、ノズル周辺
の圧力が噴射エアーの空気圧を超過すると、エアーの噴
出をとめることとなり、噴射効果は極端に減殺される。

更にスライムの圧力が上昇する場合、地盤改良効果が減
少するばかりか、地盤隆起の原因となり、又エアー噴出
口からスライムが逆流する等大きい障害が発生するとい
う問題がある。

この問題があるため、水平方向に掘進するトンネル掘削
の際の支保覆工層造成には、注入径が６０ａｎ〜８０ａ
ｎ程度の単純注入によっており、エア併用噴射を用いれ
ば、２ｍ〜３ｍ５０ｃｍの注入径が得られると判ってい
ながら、これを用いることが出来なかった。

又、並列される単位硬化層が円柱状であるため、支保覆
工層としては必要のない掘削部分まで硬化材を無駄に注
入せざるを得ないという問題がある。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、注入ロッドにスライム吸入孔を設けると共に
硬化材噴射ノズルを注入ロッドの掘進方向に傾斜させて
開口させ、更にスライム吸入孔の後部に注入ロッド挿入
孔をパックするパフカー用の清水等噴射ノズルを設ける
ことにより、硬化材の噴射エネルギーをロッドの掘進方
向に発散させてスライムの発生を減少させると共に発生
スライムを注入ロッド自体に設けた吸入孔に吸入し、吸
入孔から注入ロフト内の排出経路を通じて排出すること
によって注入効果を高め、スライムの処理も一挙に行な
って作業性の向上、注入効果の両面から問題点の解決を
はかろうとするものである。更に、吸入孔の後部に清水
等噴射によるパッカーを設けることにより、スライムの
漏出を完全に防止して吸入孔に回収することが出来るよ
うにしたものである。

（作　　　用） 地盤硬化材の噴射注入によって発生するスライムは、後
続の注入による噴射圧に圧迫され、次第にその内圧を高
めて内圧エネルギーを蓄積する。この内圧エネルギーは
膨張力となって働き、注入ロッドに対しては外圧となる
から注入ロッドに開口部が設けられれば、当然スライム
は開口部に流入して内圧を開放する。このメカニズムに
よって余剰スライムが硬化材噴射ノズルから所定の間隔
を置いて設けられた開口部即ち吸入孔に吸入されると、
スライムの上昇力に負荷された硬化材噴射圧や噴射エア
ーの負担が減少し、空隙率も増すので、噴射された硬化
材噴流の到達距離が伸びる。一方、余剰スライムに蓄積
された内圧エネルギーが、吸入孔へのスライム吸入によ
って開放されると、蓄積エネルギーの減少に比例して吸
入孔のスライム吸入量は減少し、過度な吸引による硬化
材注入層の痩身現象は自動的に回避される。

特許請求の範囲（２）の本発明においては、硬化材噴射
ノズルが注入ロッド掘進方向に傾斜させて開口されるの
で、頂部を緩やかな円錐斜面に形成しながら、柱状に硬
化材を注入して行くが、噴射方向がスライム吸入孔から
遠ざかる方向に向けられるので、スライム吸入孔の存在
が噴射エネルギーに与える影響を最小限に抑え、折角噴
射された硬化材を吸入孔に吸引してしまうような事を避
けると共に、海底地盤改良の場合など硬化材の漏出をよ
り完全に防止している。

更に、吸入孔の上部の噴射ノズルから清水等の噴射によ
りロッド挿入孔のパックが行われれば吸入孔によるエア
抜きとバックによるスライム逆流防止が相乗的に行われ
るので、トンネルの支保覆工等の水平方向への注入層造
成にも、エア併用注入を用いることができる。

また、噴射ノズルと吸入孔との適切な間隔は注入ロッド
の径と硬化材の種類、噴射圧によって異なるが、適切な
間隔を調整できた場合には、噴射と吸入の相乗効果によ
る極めて効果的な注入を行うことができる。

特許請求の範囲（４）の本発明においては、硬化材噴射
時における注入ロッドの回動を開削側を支点として支持
層側に半回転回動させ、断面半円もしくは扇状の柱状硬
化層を並列造成し、必要に応じ支持層側に支点をずらし
て開削側に硬化材を噴射した断面半円もしくは扇状の柱
状硬化層を加えて連続した支保覆工層を造成するので、
使用硬化材の量が円柱の場合の半分で済み、開削時にお
ける掘削も楽である。

（実　施　例） 以下図面に従って本発明の詳細な説明する。

１は注入ロッドで操作機構２によって支持され、下降、
上昇、回転若しくは設定子２１によって設定される任意
の設定角度だけ反復して往復する回動等の作動を与えら
れる。注入ロッド１は、円管でも角管でも適宜に用いら
れ、その先端部側壁には注入ロッド掘進方向に傾斜させ
て開口される重合噴射ノズル３が設けられ、内部には噴
射ノズル３の核ノズル３１、囲周ノズル３２、吸入孔５
の各開口部、バッカーノズルなどにそれぞれ開口する多
重経路ａｓ　ｂ％　ｃ、ａ％　ｅを有している。

重合噴射ノズル３は、スイベル９を介して供給される硬
化材、エアー、必要に応して清水等を、各別の経路から
開口する核ノズル３１或いは囲周ノズル３２を通じて地
中に噴射する。

注入ロッドの硬化材圧送経路７には超音波の発信素子と
受信素子をモールドしたトランスジューサー８１と圧力
センサー８２が設置され、カウンターシステムにケーブ
ル接続されている。

５は吸入孔で重合噴射ノズル３の上部（横孔の場合は後
部になる）に所定の間隔を置いて開口し、噴射ノズル３
からの噴射作動によって生ずる余剰スライムをその内圧
エネルギーを利用して吸入し、フィルタープレス６に送
入する。吸入孔が開口する排出経路５１の内壁にはエア
ジェツト又は清水とエアによる混気ジェットを排出方向
に向けて噴射する重合噴射ノズル５２が開口する。この
混気ジェット排出構造は重合噴射ノズルが効果的である
が、衝突噴射、並行噴射でも良い。

吸入孔５の上部（横孔の場合は後部になる）には清水等
を噴射するパッカーノズル４が開口され、噴射カーテン
を張ってスライムの上昇や逆流を阻止するようになって
いる。

フィルタープレス６は開閉可能に並列された濾枠６１と
剥離板６２からなる濾過脱水室と濾枠と剥離板を支持す
る支持枠６３と支持枠を開閉枠６７により作動して濾枠
の開閉を行うシャフト６４からなる作動部からなってお
り、送入部６５から送入された泥水スライムは送水圧で
開鎖された濾過脱水室に充填され濾布６８に濾過された
濾過水だけが流過して排水部６６から排８され清水噴射
用水等として再び注入ロッド°】に供給される。

フィルタープレス６は７ｋｇ／ｃＩＩ！程度の流圧で自
動的に濾過作用を行うが、本発明の場合には吸引作用を
伴うので、更に強力なものを用いてシステム化すれば効
果的である。

脱水されたスラッジはケーキ化されシャフト６４の作動
によって定期的に開枠される濾枠から剥離板によって剥
離されて落下する。

以上のような装置システムを用い、注入ロッドｌは回転
等の適宜手段によって対象地盤に推進挿入される。

所定深度において、重合噴射ノズル３の核ノズル３１か
ら地盤硬化材を２００ｋｇｆ　／ｄ程度の高圧力、流量
１００ｆ／ｍｉｎ前後で噴射し、囲周ノズル３２カラエ
アー（場合によっては囲周ノズル３２の外側を更に囲周
する囲周ノズルを設け、その囲周ノズルから清水を噴射
して）を噴射すると共にパッカーノズル４から清水等を
噴射しながら注入ロッド１を所定角度に設定した角度範
囲で半回転往復回動させ、後退させると噴射による破砕
力を失って飽和状態となった泥水スライムが、後続噴射
によってスライム自体に蓄積された内圧エネルギーによ
って上昇または逆流して、唯一の逃げ場となっている吸
入孔５から吸入され、更に排出経路５２に開口する重合
噴射ノズル５１から混気ジェットを噴射すると、吸入さ
れたスライムは加速し排出経路５２を通じてフィルター
プレス６に送入される。

また、吸入孔５を逸出したスライムはパフカーノズル４
によって張られたカーテンに上昇または逆流を阻止され
て結局吸入孔５の負圧に吸入される。

このようにして重合噴射ノズル３から高圧噴射された硬
化材はスライム吸入によって密度調整され、空隙率の増
した周辺土壌を撹拌混合して断面半円もしくは扇状の柱
状に地盤硬化材注入層を造成して行く。この間、硬化材
圧送経路７に設置されたトランジューサー８１による超
音波発信と圧力センサー８２による流量計測が地上のカ
ウンターシステムにより捕捉され、地上からの注入管理
が行われる。

柱状硬化層Ｘは円弧状の側面を持っているので、並列に
よって完全に重合されることなく、空白部分を生ずる場
合が多い。このような場合、特に緻密な連続性を要求さ
れる開削側Ｐを支点として注入ロッドを挿入し、支持層
側Ｒに向けて硬化材噴射を行って断面半円もしくは扇状
の柱状硬化層を並列造成し、必要に応じて今度は空白部
分の支持層側Ｒに支点をずらして開削側Ｐに向けて硬化
材を噴射した断面半円もしくは扇状の柱状硬化層を補充
的に組み合わせて連続した支保覆工層を造成する。

また、トンネル等水平方向への支保覆工層の造成の場合
には、注入硬化材が下側に偏り上側に空隙Ｓを生じ、エ
ア等の滞留を生じるので下側から順次に注入を行ってい
き、最上部の硬化材注入を行う際に支持層側Ｒに支点を
ずらして開削側Ｐに向けて硬化材を噴射するようにすれ
ば、噴射位置の変化によりエア等に逃げ場を造り、確実
な構造の支保覆工層を造成できる。

なお、硬化材についての瞬結混合構造として核ノズルか
らＡ液、囲周ノズルからＢ液を噴射すれば、噴射口で両
液は混合反応されて瞬結性の注入層が造成され、硬化を
急ぐ場合等に対応することができる。

（発明の効果） 本発明は以上のように構成したので、注入効果を減殺し
、公害の発生因ともなる泥水スラッジを噴射ノズルの直
近において吸引除去すると共に、これまで硬化材等の海
水拡散の危惧から採用出来なかった海底地盤の改良、ス
ライムやエアの処理が困難なために単純注入しか採用出
来なかったトンネル支保覆工層の造成にエア併用の高圧
噴射注入工法の採用を可能にした。

また、地上からの注入管理により噴射圧を効果的にして
硬化材噴流の到達距離を伸長し、純度の高い大騒の硬化
材注入層が造成できる。更に、泥水スラッジの処理を同
時に行うことができ、作業面、コスト面の両面から効率
を高める効果がある。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の実施例を示すもので、第１図は施工状況を
示す全体説明図、第２図は注入ロッド先端部の拡大縦断
面図、第３図は回動角度の設定状況を示す注入ロッド部
分を断面にした操作機構の平面図、第４図は水平注入の
場合における注入支点の状況と噴射方向をしめず説明図
、第５図はフィルタープレスの開閉状況を示す説明図、
第６図は同じく濾枠と開閉枠の関係を半面ずつで示した
フィルタープレスの側面図、第７図はトランスジューサ
ーの設置状況を示す硬化材圧送経路７の横断面図である
。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）多重分隔経路を有する注入ロッドの先端部側壁に
   重合噴射ノズルを設け、同噴射ノズルから所定間隔を置
   いた部位にスライム吸入孔を開口させた注入ロッドを対
   象地盤に挿入し、重合噴射ノズルの核ノズルから高圧で
   地盤硬化材、囲周ノズルからエアを噴射する一方、噴射
   時に発生する泥水スライムを上記の吸入孔に吸入しなが
   ら、注入ロッドを回動させつつ引き抜き移動することに
   より地盤硬化材を圧力注入することにより柱状硬化層を
   造成し、順次にこれを並列造成して支保覆工の造成を行
   うことを特徴とする支保覆工層造成工法
2. （２）注入ロッドの先端部側壁に設けた重合噴射ノズル
   を注入ロッドの掘進方向に傾斜させ、掘進方向に硬化材
   噴射を行うようにした特許請求の範囲（１）記載の支保
   覆工層造成工法
3. （３）スライム吸入孔から更に所定間隔を置いた部位に
   噴射ノズルを設け、硬化材噴射と泥水スライムの吸入を
   行うと同時に清水等の噴射を行って硬化材噴射に伴う逸
   出スライムをパックするようにした特許請求の範囲（１
   ）（２）記載の支保覆工層造成工法
4. （４）硬化材噴射時における注入ロッドの回動は開削側
   を支点として支持層側に半回転往復回動させ、断面半円
   もしくは扇状の柱状硬化層を並列造成し、必要に応じ支
   持層側に支点をずらして開削側に硬化材を噴射した断面
   半円もしくは扇状の柱状硬化層を加えて連続した支保覆
   工層を造成するようにした特許請求の範囲（１）（２）
   （３）記載の支保覆工層造成工法
5. （５）注入ロッド回動機構と前進後退機構によって支持
   され、多重分隔経路を有する注入ロッドの先端部側壁に
   掘進方向に硬化材噴射が行われるように傾斜開口させた
   重合噴射ノズルを設け、同噴射ノズルから所定間隔を置
   いた部位にスライム吸入孔を開口させたことを特徴とす
   る支保覆工層造成装置
6. （６）スライム吸入孔から更に所定間隔を置いた部位に
   、清水等を噴射するパッカーノズルを開口させたことを
   特徴とする特許請求の範囲（５）記載の支保覆工層造成
   装置