(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
注入材を注入すべき地盤を所定の深さまでボーリングする工程と、ボーリング孔に注入管を垂下する工程と、該注入管に設けられたパッカをボーリング孔の半径方向に膨脹させて該ボーリング孔のパッカ上方の領域と下方の領域とを液密に遮断する工程とを有する注入工法において、前記パッカは中実の弾性体でリング状に形成されており且つその下面は注入管に固定された金属平板により注入管との相対位置が変位しない様に支持されており、前記パッカをボーリング孔の半径方向に膨脹させるに際しては、地上から圧力流体をパッカの上面に付加して該パッカをボーリング孔の軸線方向に圧縮することによりボーリング孔の半径方向に拡大させ、以てパッカの外周面をボーリング孔の内周面に密着させることを特徴とする注入工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、注入材を注入すべき地盤を所定の深さまでボーリングし、ボーリング孔に注入管を垂下し、該注入管に設けられたパッカをボーリング孔の半径方向に膨脹させて該ボーリング孔のパッカ上方の領域と下方の領域とを液密に遮断した後に、施工地盤に注入材を注入する注入工法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
注入工法においては、軟質地盤を硬化して各種工事の施工を容易にするため、セメントミルク、或いは、水ガラス系、リグニン系、尿素樹脂系、ベントナイト系等の各種の注入材を地層に注入している。その様な注入工法によれば、注入材は、ボーリング孔に挿入された注入管の下端部分の孔から側方に噴出されて、施工するべき地盤内に浸透し或いは圧入されて、当該地盤中に硬化した領域を築造する。
【０００３】
ここで注入工法の施工に際しては、注入材の注入されるボーリング孔の注入部分の上方において、注入管と孔壁（ボーリング孔の内壁面）との間をシールする必要がある。そして従来の注入工法では、リング状で、中空のゴム製パッカを注入管の所定箇所に設け、パッカ内に圧力流体を供給してボーリング孔の半径方向外方へ膨脹させ、パッカと孔壁に密着させるのが普通であった。
【０００４】
なお、注入された注入材による硬化が完了してパッカによるシールが不要になった際には、パッカ内の圧力流体を他の配管等により外部へ排出し、パッカを収縮すれば良い。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のリング状で中空のパッカを使用するに際しては、パッカ膨脹用の圧力流体を当該パッカに対して供給し、或いは、当該パッカから圧力流体を排出するための配管を、地上から当該パッカに至るまで設置する必要がある。この供給管の設置は、注入工法の施工施設の構造を複雑にし、経費がかかる上、操作が面倒である。
【０００６】
またパッカ自体の製造に経費がかかるという欠点もある。
さらに、パッカの膨脹・収縮を繰り返し、その度毎にボーリング孔の内壁面との接触・離隔を繰り返すことにより、中空のリング状パッカが径時的に損傷してしまう、という問題も存在する。
【０００７】
本発明は上記した従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、ボーリング孔の半径方向についての膨脹・収縮のため圧力流体を供給・排出する配管を設ける必要が無く、構造が単純で、しかもパッカの様な使用部材の径時的な損傷に対する耐性が高い注入工法を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の注入工法は、注入材を注入すべき地盤を所定の深さまでボーリングする工程と、ボーリング孔に注入管を垂下する工程と、該注入管に設けられたパッカをボーリング孔の半径方向に膨脹させて該ボーリング孔のパッカ上方の領域と下方の領域とを液密に遮断する工程とを有する注入工法において、前記パッカは中実の弾性体でリング状に形成されており且つその下面は注入管に固定された金属平板により注入管との相対位置が変位しない様に支持されており、前記パッカをボーリング孔の半径方向に膨脹させるに際しては、地上から圧力流体をパッカの上面に付加して該パッカをボーリング孔の軸線方向に圧縮することによりボーリング孔の半径方向に拡大させ、以てパッカの外周面をボーリング孔の内周面に密着させている。
【００１１】
そして、本発明の注入工法で用いられるパッカは、リング状に形成された中実の弾性体で構成されており、ボーリング孔の軸線方向に圧縮する際に注入管との相対位置が変位しない様に、該パッカの下面は前記注入管に設られた支持手段によって支持されている。
【００１２】
ここで、前記パッカの半径方向寸法は、ボーリング孔の軸線方向に圧縮されていない状態ではパッカの外周面とボーリング孔の内壁面との間隔はさほど大きくないのが好ましい。具体的には、該間隔は例えば２．０〜２．５ｍｍ程度が好ましい。
【００１３】
本発明の実施に際して、中実の弾性体から成る前記パッカは単一体で構成されていても良く、或いは、軸線方向寸法が比較的小さく且つ中実の弾性体から成る前記パッカを、複数積層させて構成しても良い。
【００１４】
上述した様な構成を具備する本発明は、中実の弾性体を縦方向（ボーリング孔の軸線方向に対応）に圧縮すれば、横方向（ボーリング孔の半径方向に対応）には膨脹する、という性質を利用している。すなわち本発明において、シールを必要とする注入時には、例えばパッカの上方から流体圧力を付加してパッカをボーリング孔の軸線方向（縦方向）に圧縮すれば、それに対するボーリング孔の半径方向（横方向）の変位として、該パッカは半径方向に膨脹して、パッカ外周面がボーリング孔の内壁面に押圧密着して、液密にシールする。
【００１５】
シールが不要になれば、パッカ上方の流体圧力を除去すれば、パッカのボーリング孔の軸線方向（縦方向）の圧縮が無くなり、ボーリング孔の半径方向（横方向）変位も無くなるので、パッカは半径方向に収縮して元の状態に復帰する。
【００１６】
ここで、パッカの半径方向の膨脹・収縮に際しては、単にパッカ上方に流体圧力を付加・排除するのみで良く、別途配管等を必要としない。そのため、注入工法の施工施設の構造が単純になり、操作が容易となり、経費節減に大いに寄与する。また、パッカはリング状に形成された中実の弾性体で構成され、極めて単純な構造であるため、パッカ自体の製造コストも安価である。
【００１７】
さらに中実の弾性体で構成されているため構造的に強く、パッカの膨脹・収縮を繰り返し、その度毎にボーリング孔の内壁面との接触・離隔を繰り返しても、損傷し難い。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図３に示すように、弾性体の縦方向（矢印Ｖの方向）に力を加えて圧縮すれば、横方向（矢印Ｈの方向）に膨脹することは、弾性体の周知の性質である。本発明はこの性質を利用して注入孔をシールするものである。
【００１９】
図１に示すように、所定の深さまでボーリングされた注入用ボーリング孔１には、注入管２が垂下、設置されている。そして注入管２において、ボーリング孔１で注入材が注入される領域Ｓの上方に位置する箇所には、パッカ３が設けられている。
【００２０】
パッカ３は弾性体製（例えば、天然ゴムまたは合成ゴム製）で、リング状に形成された無垢の（中実の）部材である。そして後述する様に、使用時には半径方向ｒに膨脹して、その外周面３ｓがボーリング孔１の内壁面（孔壁）１ｓに密着するような寸法に仕上げられている。ここでパッカ３は、例えば管２に嵌合された上で接着剤によって接着されている。
【００２１】
孔壁とパッカ外径との間隔Δｒは、ボーリング孔の内径が５０ｍｍの場合、約２．０ｍｍ程度とするのが良い。この場合（ボーリング孔の内径が５０ｍｍの場合）、注入管２の外径は２８．５ｍｍ、パッカ外径は４６ｍｍである。
【００２２】
ここで、この間隔Δｒ（例えば２．０ｍｍ）は、パッカ３の上方に流体圧を付加した場合に、その圧力がパッカ３の上面（図２の符号３ｕｓ）に作用してパッカ３をボーリング孔１の軸線方向ａに圧縮することが出来る寸法であって、且つ、当該間隔Δｒから流体圧力が漏れてしまいパッカ３が軸線方向ａに圧縮されないという事態が生じない様な寸法、に設定されている。
【００２３】
前述した様に、パッカ３は管２の長手方向の適当な位置に予め接着される。管２には予め支持部材４が設けられている。支持部材４は、パッカ３が圧力によって図４で示す様に変形して、パッカ３の外周面３ｓがボーリング孔１の内壁面（孔壁）１ｓに密着せず、シールが破壊されてしまう事態を防止するための部材である。そして支持部材４は、平らな金属板４ａと金属板４ａを下方から支持するリブ４ｂから作るのが好ましく、リブ４ｂは溶接などによって管２に固定される。
【００２４】
注入ボーリング孔１がボーリングされた後、注入材排出用の孔を周囲に有する管（図示せず）が注入層（ボーリング孔１で注入材が注入される領域Ｓに対応）の高さに対応する深度に至るまでボーリング孔１中に垂下される。ついで、図２で示す様に、パッカ３および支持部材４を設けた部分が前記注入層（或いは領域Ｓ）の上方に位置し、注入管２は地上の注入設備（図示せず）に連結される。なお、図示はされていないが、後述する流体圧力をパッカ３に対して確実に作用させるため、注入管２の地上に近い部分に、適当な長さの流体供給管を備えた別のパッカ（通常の流体拡大式パッカ）を設けても良い。
【００２５】
この状態で、地上から圧力流体を注入することにより、パッカ３の設置個所までのボーリング孔１の深度に対応するヘッドをパッカ３の上面に加え、さらに流体を加圧することにより（図２の矢印Ｐ参照）、パッカ３は軸線方向ａに圧縮され、そして図３を参照して説明した様に、パッカ３を半径方向（横方向）ｒに拡大或いは膨脹する。その結果、パッカ３の外周面３ｓをボーリング孔の孔壁（内周面）１ｓに密着させて、液密シールを完成させることが出来る。
【００２６】
作業完了後は、ボーリング孔１の中の流体を排出することによって、パッカ３の軸線方向ａの圧縮力を解除して、半径方向寸法を流体圧力付加前の状態に復帰させ、パッカ３の外周面３ｓを孔壁１ｓから離隔して、液密シールを解除して、注入管２をボーリング孔１から排除することができる。
【００２７】
図１−４において、パッカ３は中実の弾性体が単体にて構成されている。しかし図５で示す様に、軸線方向（矢印ａ方向）寸法が比較的小さい（薄い）中実の弾性体から成る複数のパッカ３−１、３−２、３−３・・・３−ｎを積層して、上述したパッカを形成しても良い。図５の実施形態では、最上部のパッカ３−ｎにカバー２０を被せ、該カバー２０内に圧力流体を供給することにより、パッカを軸線方向ａについて圧縮せしめている。そして図５において、矢印ｐは、圧力流体により付加される圧力であって、パッカを軸線方向ａについて圧縮せしめる圧力を示している。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、圧力流体の供給・排出用の配管を用いること無く、ボーリング孔の半径方向についてパッカを膨脹・収縮させることが出来るので、従来のような複雑な設備を必要とせず、安価な経費で容易に注入工法を施工することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の工法を実施する際に使用されるパッカを備えた注入管の一部を示す断面図。
【図２】本発明の工法を実施しているときのパッカを示す断面図。
【図３】本発明の原理を示す図。
【図４】パッカの好ましくない弾性変形の態様を示す断面図。
【図５】図１−４で示すのとは異なる実施形態のパッカを示す断面図。
【符号の説明】
１・・・孔壁
２・・・注入管
３、３−１、３−２、３−３・・・３−ｎ・・・パッカ
４・・・支持部材
４ａ・・・板
４ｂ・・・リブ
２０・・・カバー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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