JPH0811889B2 - 支保覆工層造成工法とその装置 - Google Patents

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出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パ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60cm〜80cm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ッ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、
吸入孔から注入ロッド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、性状に
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
ア抜きとパ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
性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実施例を説明する。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、
パッカーノズルなどにそれぞれ開口する多重経路ａ、
ｂ、ｃ、ｄ、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、必要に応じて清水等を、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
ジェッ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閉鎖された濾過
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から排出され清水噴射用水等として再び注
入ロッド１に供給される。フィルタープレス６は7kg/cm
²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１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/cm²程度の高圧力、流量100/mi
n前後で噴射し、囲周ノズル32からエアー（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ッカーノズル
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
状の性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、純度の高い大経の硬
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構造の平面図、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す説明
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。 １〜注入ロッド、２〜操作機構、21〜設定子、22〜切替
えスイッチ、３〜重合噴射ノズル、31〜核ノズル、32〜
囲周ノズル、４〜パッカーノズル、５〜吸入孔、51〜重
合噴射ノズル、52〜排出経路、６〜フィルタープレス、
61〜濾枠、62〜剥離板、63〜支持枠、64〜シャフト、65
〜送入部、66〜排水部、67〜開閉枠、68〜濾布、７〜硬
化材圧送経路、81〜トランスジューサー、82〜圧力セン
サー、９〜スイベル、Ａ〜超音波の発信素子、Ｂ〜超音
波の受信素子、Ｐ〜開削側、Ｒ〜支持層側、Ｘ〜単位硬
化層、Ｓ〜空隙、a.b.c.d.e〜多重分隔経路

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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