(57)【要約】【課題】設備を複雑化させることなく、注入材を確実に地盤中に浸透させることが出来る注入工法の提供。【解決手段】注入液供給系統（Ｌ２）、リターンバルブ（３）、注入側系統（注入岩盤側の系統Ｌ３）を介して注入液を地盤（Ｇ）中に注入する注入工法において、リターンバルブ（３）の注入側吐出口（３２）とリターン側吐出口（３３）の開度を調節して、注入側（Ｌ３）へ供給されるグラウト材の注入圧力を波形状に制御することを特徴としている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
注入液供給系統、リターンバルブ、注入側系統を介して注入液を地盤中に注入する注入工法において、リターンバルブの注入側吐出口とリターン側吐出口の開度を調節して、注入側へ供給されるグラウト材の圧力を波形状に制御することを特徴とする注入工法。
【請求項２】
注入側へ供給されるグラウト材の圧力の波形は周波数が変化する請求項１の注入工法。
【請求項３】
注入側へ供給されるグラウト材の圧力の波形は振幅が変化する請求項１の注入工法。
【請求項４】
注入側へ供給されるグラウト材の圧力を計測し、グラウト材の注入開始直後は注入側へ供給されるグラウト材の流量を最大とせしめ、計測された注入側へ供給されるグラウト材の圧力が定格値まで昇圧した後は注入側へ供給されるグラウト材の圧力を波形状に制御する請求項１〜３の何れか１項の注入工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、注入工法に関する。より詳細には、本発明はダム工事や山岳トンネル工事等で行われるカーテングラウチングやコンソリデーショングラウチング等において、岩盤亀裂にセメント系注入材料を注入し、或いは地盤に注入材料を浸透させる等のために、注入材料に動的圧力を付与する動的注入工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
大きな水圧が作用するトンネル（例えば山岳トンネル）やダム等の岩盤グラウチングには、固化後の強度が高く、長期耐久性に優れたセメント系注入液であるセメントミルクがしばしば用いられる。そして、係るセメントミルクを地盤に注入するに際しては、例えば大深度の地下では１ＭＰａ〜３ＭＰａ程度の非常に高い圧力を作用させる必要があり、係る場合においても注入に必要な流量・圧力の安定した制御が求められている。
また、対象となるトンネル（例えば山岳トンネル）やダム等が大型の重要構造物であるため、注入液がほとんど入らなくなるまで注入を継続し、注入効果を高めるという手法が必要となっている。そのために、例えば図１８を参照して後述する様に、注入液を地盤に注入する手前にリターンバルブを設け、グラウトポンプから送られた注入液のうち地盤に注入されなかった注入液はリターンバルブからグラウトミキサへと循環している。
このセメントミルクは、数μｍ〜数１０μｍの大きさのセメント粒子を水中に分散させた懸濁液である。そして、セメントミルクは大きな粒子を持たない溶液グラウトに比べて浸透性が低く、またセメント粒子の沈降による材料分離を生じ易い。
【０００３】
図１４は、係るセメント粒子の沈降を模式的に示している。
図１４において、流路Ｔ内を、セメントミルクが層流Ｆを形成して流れている。そして、セメントミルクのセメント粒子Ｃの一部は、沈降して流路Ｔの底部Ｔｂに溜っている。
図１４において、沈降したセメント粒子を符号Ｃｂで示している。
【０００４】
さらに、セメントミルクを岩盤割れ目に注入した場合において、図１５に示すように、岩盤割れ目内の狭窄箇所（ボトルネック）Ｓ等において、ブリッジＢが形成されてしまう恐れがある。ブリッジＢはセメント粒子Ｃの目詰まり現象であり、上述したセメント粒子の沈降により形成されてしまう。そして、ブリッジＢが形成されてしまうと、それ以上のセメントミルクの注入が困難になる。
図１５において、符号Ｔは流路、符号Ｆはセメントミルクの流線、符号Ｃはセメント粒子を示している。
【０００５】
すなわち、図１６で示すように、地盤に注入するセメントミルクの流れに乱流Ｆｒを発生させれば、係るブリッジＢの形成を防止できる。
セメントミルクの流れが乱流Ｆｒとなれば、図１７で示すように、岩盤の割れ目の狭窄箇所Ｓ等にセメント粒子ＣによるブリッジＢは形成されず、セメントミルクは岩盤の割れ目（狭窄箇所）Ｓを容易に通過することができる。
【０００６】
ここで、注入工法でセメント系注入液、例えばセメントミルクを用いる場合には、図１８に示すような循環方式の注入システムが用いられる。
図１８において、セメントミルクは、グラウトミキサ１で撹拌・貯蔵され、グラウトポンプ２によって加圧され、ラインＬ２を経由して、リターンバルブ３Ｊに圧送される。
リターンバルブ３Ｊに圧送されたセメントミルクは、リターンバルブ３Ｊで流量および圧力が制御され、その所定量がラインＬ３を及び注入装置６０を経由して、地盤Ｇ内に注入される。ここで、注入装置１０は、図１８では、地盤Ｇに掘削されたボーリング孔Ｈに建て込まれた状態で表示されている。
地盤Ｇに注入されない余剰分のセメントミルクは、リターンバルブ３Ｊから、リターンラインＬ４を介してグラウトミキサ１に戻される。
図１８で示すような循環方式では、地盤Ｇ内へのセメントミルク注入量が減少した場合でも、大半のセメントミルクはリターンバルブ３Ｊ及びリターンラインＬ４を介して、グラウトミキサ１に戻され循環している。
【０００７】
しかし、図１８で示す様な態様で注入工法を施工した場合には、注入当初は最大流量で注入材を地盤中に注入することが出来るが、上述した様なブリッジＢ（図１５参照）が生じてしまうと、それ以上の注入が困難である。
図１８を参照して説明した注入工法では、地盤に注入する注入材の流れに乱流Ｆｒ（図１６参照）を発生させることができないからである。
【０００８】
地盤に注入する注入材の流れに乱流Ｆｒ（図１６参照）を発生させることに代えて、非常に高い圧力で注入材を注入する高圧注入（１〜３ＭＰａ程度）も、従来から行われている。
図１９は係る高圧注入を行った場合における注入液の圧力特性と流量特性を示しており、注入に伴う地盤性状の急激な変化に伴い、注入液の流れに過大な圧力と過大な流量が発生したことを示している。
図１９において、特性Ｌｐは圧力の時間変化を示し、特性Ｌｑは流量の時間変化を示している。図１９においては、地盤性状の急激な変化により圧力が急上昇し、適正な圧力に収束するまでの比較的長い時間で過大圧力Ｐｐが発生している。また、過大圧力Ｐｐが発生している時間帯において、過大な流量Ｑｐがあったことが示されている。
しかし、高圧注入を行った場合には、従来技術では圧力及び流量を適正に制御するために長時間を要するため、過大な圧力Ｐｐ、過大な流量Ｑｐも地盤に対して長時間作用し続けることになり、当該地盤や周囲の構造物に有害な変形が生じる恐れがある。
【０００９】
地盤に注入する注入材の流れに乱流Ｆｒ（図１６参照）を生じさせて、ブリッジＢ（図１５参照）の生成を防止するために、例えば、特定の周波数の脈動を重畳的に付加する技術（例えば、特許文献１参照）や、長波の注入圧力の周期的変動に短波の注入圧力の周期的変動を重畳する技術（例えば、特許文献２参照）が存在する。
しかし、係る従来技術では脈動（特許文献１）或いは短波（特許文献２）を重畳する機構を注入管に介装する必要がある。そして、脈動或いは短波を重畳する機構は構造が複雑であるため、当該機構を注入管に介装すると、注入工法施工のための設備が複雑化してしまい、施工コストを増大させてしまう恐れがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第３０９６２４４号公報
【特許文献２】特開２００８−２３１９０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、設備を複雑化させることなく、注入材を確実に地盤中に浸透させることが出来る注入工法の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の注入工法は、注入液供給系統（Ｌ２）、リターンバルブ（３）、注入側系統（注入岩盤側の系統Ｌ３）を介して注入液を地盤（Ｇ）中に注入する注入工法において、リターンバルブ（３）の注入側吐出口（３２）とリターン側吐出口（３３）の開度を調節して、注入側（注入岩盤側Ｌ３）へ供給されるグラウト材の圧力（注入圧力）を波形状に制御することを特徴としている。
【００１３】
本発明において、注入側（注入岩盤側Ｌ３）へ供給されるグラウト材の圧力（注入圧力）の波形は、周波数が変化するのが好ましい。
また、注入側（注入岩盤側Ｌ３）へ供給されるグラウト材の圧力（注入圧力）の波形は、振幅が変化するのが好ましい。
【００１４】
さらに本発明において、注入側（注入岩盤側Ｌ３）へ供給されるグラウト材の圧力を計測し、グラウト材の注入開始直後は注入側（注入岩盤側Ｌ３）へ供給されるグラウト材の流量を最大とせしめ、計測された注入側（注入岩盤側Ｌ３）へ供給されるグラウト材の圧力が定格値（所定値）まで昇圧した後は注入側（注入岩盤側Ｌ３）へ供給されるグラウト材の圧力（注入圧力）を波形状に制御するのが好ましい。
【００１５】
本発明の実施に際して、グラウトポンプ（２）から送られる懸濁液を注入液供給系統（Ｌ２）に連通する注入液供給口（３１）を有するリターンバルブ（３）と、そのリターンバルブの孔口側吐出口（３２）に連通する注入液系統（Ｌ３）とを介して注入装置（１０）から地盤（Ｇ）に注入する注入工法において、前記注入液供給口（３１）と前記孔口側吐出口（３２）と回帰系統（Ｌｒ）に連通する回帰側吐出口（３３）とが連通する注入液流路（３６）が内部に形成された本体部（３０）を備え、そして前記本体部（３０）と注入液流路（３８）を貫通して延在する軸部（４２）と、その軸部（４２）に設けられかつ注入液流路（３８）内を移動可能な一対の弁体（３６、３７）とを備えたリターンバルブ（３）を使用するのが好ましい。
或いは、当該リターンバルブ（３）は、前記一対の弁体（３６Ａ、３７Ａ）の注入液流路（３８）内の注入液圧力が作用する受圧面積が等しく、かつ向い合う端部間の寸法（Ｌｖ）が孔口側吐出口（３２）と回帰側吐出口（３３）との中心間距離（ｈ）に等しく形成され、前記孔口側吐出口（３２）と前記回帰側吐出口（３３）とは本体部（３０Ａ）の中心線（Ｌｃ）に対して対称の位置に設けられ、そして前記一対の弁体（３６Ａ、３７Ａ）は軸部（４２）と同心であって軸部（４２）の外周面を被覆しており、かつ一対の弁体（３６Ａ、３７Ａ）の軸部（４２）の半径方向の寸法が同一であるのが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
上述した構成を具備する本発明によれば、リターンバルブ（３）から注入側（注入岩盤側Ｌ３）へ供給されるグラウト材の流量及び圧力を調節して、施工地盤あるいは岩盤に供給されるグラウト材の圧力が、所定の波形状に変動する様に制御することが出来る。
そして、当該波形状に変動するグラウト材の注入圧力（注入圧力波形）における周波数、振幅を変化させることが出来る。
グラウト材の注入圧力（注入圧力波形）における周波数、振幅を変化させることにより、注入工法を施工している地盤の条件や工種に対応した最適な周波数、振幅とすることが可能であり、注入材を確実に地盤中に浸透させることが出来る。
【００１７】
また、グラウト材の注入圧力（注入圧力波形）における周波数、振幅が一定ではなく変化することにより、図１７で示したのと同様に、岩盤の割れ目の狭窄箇所Ｓ等においてもセメント粒子ＣはブリッジＢを形成しなくなり、セメントミルクは岩盤の割れ目（狭窄箇所）Ｓを容易に通過することができる。すなわち、ブリッジを防止することが出来る。
ブリッジＢに作用する圧力の周波数、振幅が一定ではなく変化するため、閉塞部分が存在しても、閉塞部分に滞留しているセメント粒子Ｃが動き易くなり、閉塞部分を開放することが出来る。
【００１８】
さらに、グラウト材の注入圧力（注入圧力波形）における周波数、振幅を変化させることは、リターンバルブ（３）から注入側（注入岩盤側Ｌ３）へ供給されるグラウト材の流量及び圧力を調節することにより行われるので、本発明によれば、脈動或いは短波を重畳する機構を注入管に介装する必要がない。
上述した様に、脈動或いは短波を重畳する機構は構造が複雑であるが、本発明では、その様な複雑な機構を注入管に介装する必要が無い。そのため、本発明によれば、注入工法を施工するための設備が複雑化することが防止され、施工に必要な機構の購入コストや管理コストを大幅に低減することが出来る。その結果、施工コストを節約することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態を示すブロック図である。
【図２】図１で示す実施形態の制御系を詳細に示すブロック図である。
【図３】実施形態におけるグラウト材の注入流量特性と注入圧力特性を示す特性図である。
【図４】実施形態における注入圧力の好ましい特性の一例を示す特性図である。
【図５】実施形態における注入圧力の好ましい特性の一例を示す特性図である。
【図６】実施形態における注入圧力の好ましい特性の一例を示す特性図である。
【図７】実施形態における注入の手順を示すフローチャートである。
【図８】第２実施形態で用いられるリターンバルブの構成を示す模式断面図。
【図９】図８のリターンバルブの弁体のＡ−Ａ断面図。
【図１０】図８のリターンバルブの弁体のＢ−Ｂ断面図。
【図１１】図８のリターンバルブが孔口側吐出口のみを閉鎖した状態を示す模式断面図。
【図１２】図８のリターンバルブが孔口側吐出口及び回帰側吐出口の双方を部分的に開放した状態を示す模式断面図。
【図１３】図８のリターンバルブが回帰側吐出口のみを閉鎖した状態を示す模式断面図。
【図１４】層流におけるセメント粒子の沈降を示す模式図である。
【図１５】セメント粒子によるブリッジ現象を示す模式図である。
【図１６】乱流におけるセメント粒子の挙動を示す模式図である。
【図１７】乱流ではブリッジ現象が生じない旨を示す模式図である。
【図１８】従来技術に係る循環式注入システムを示すブロック図。
【図１９】従来技術に係る高圧注入で注入ラインに過大な圧力及び流量が発生した場合における圧力変化及び流量変化を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
先ず、図１〜図７に基づいて、第１実施形態を説明する。
図１、図２で示す第１実施形態の注入工法を実行するためのシステムでは、グラウトミキサ１と、グラウトポンプ２と、リターンバルブ３と、油圧シリンダ４と、油圧サーボバルブ５と、電動モータで駆動される油圧ポンプ６と、流量・圧力波形を制御・記録するコントロールユニット７と、注入装置１０を有している。
図１と図２は共に第１実施形態を実行するためのシステムを示しているが、図１に比較して図２は制御システムを詳細に表現している。
【００２１】
グラウトミキサ１とグラウトポンプ２は、グラウト注入プラント１２０（図２参照）が構成されている。また、リターンバルブ３、油圧シリンダ４、油圧サーボバルブ５、油圧ポンプ６及びコントロールユニット７によって、動的注入計測制御装置３４０（図２参照）が構成されている。
【００２２】
図１及び図２において、グラウトミキサ１はグラウトポンプ２とグラウト供給ラインＬ１で接続されており、グラウトミキサ１で混練されたグラウト（注入液、注入材）がグラウトポンプ２に搬送される。
グラウトポンプ２はグラウト圧送ラインＬ２を介してリターンバルブ３の注入口３１と接続されており、グラウトポンプ２で昇圧されたグラウトがリターンバルブ３のグラウト供給口３１（注入液供給口：図１参照）を介して中間油室３０Ｂに（図１参照）圧送される。
【００２３】
図１において、リターンバルブ３は、円筒状のバルブハウジング３０と、１対の隔壁３４、３５と、１対の弁体３６、３７を備えている。バルブハウジング３０内は、１対の隔壁３４、３５によって、注入側油室３０Ａ、中間油室３０Ｂ、回帰側（リターン側）油室３０Ｃの３室に区画されている。
中間油室３０Ｂにはグラウト供給口３１が設けられ、注入側油室３０Ａには孔口側（施工側）吐出口３２（注入岩盤側吐出口）が設けられ、回帰側油室３０Ｃには回帰側吐出口３３（リターン側吐出口）が設けられている。
孔口側吐出口３２は、グラウト注入ラインＬ３を介して注入装置１０と接続されている。そして回帰側吐出口３３は、戻りライン（リターンライン：回帰系統）Ｌｒと接続されている。
注入側油室３０Ａと中間油室３０Ｂが連通しており、中間油室３０Ｂと回帰側油室３０Ｃが連通している。そして、注入側油室３０Ａ、中間油室３０Ｂ、回帰側油室３０Ｃは、グラウトの流路３８を構成している。
【００２４】
１対の隔壁３４、３５の中央には、テーパー状の弁座（貫通孔）３４Ｓ、３５Ｓがそれぞれ形成されており、弁座３４Ｓの小径側の開口と弁座３５Ｓの小径側の開口とが向かい合うように配置されている。
１対の弁体３６、３７は油圧シリンダ４のピストンロッド４２の先端側に固着している。１対の弁体３６、３７は共に円錐台形に形成され、弁体３６の小径側の面と弁体３７の小径側の面が向かい合うように配置されている。
図１では、弁体３６、３７の向い合う端面間の距離Ｌｖは、隔壁３４．３５の向い合う端面の距離Ｌｓよりも長くなる様に設定されている。
【００２５】
油圧シリンダ４は、シリンダハウジング４０と、ピストン４１と、ピストンロッド４２を有している。ピストンロッド４２は、リターンバルブ３におけるバルブハウジング３０の上端面を液密に貫通している。そして上述したように、ピストンロッド４２の先端には１対の弁体３６、３７が固着している。
油圧シリンダ４におけるピストン４１の動作によって、リターンバルブ３における開閉が行われる。
【００２６】
油圧シリンダ４には、油圧注入口４０ａ（図１におけるシリンダ上端近傍）と油圧注入口４０ｂ（図１におけるシリンダ下端近傍）が形成されている。油圧サーボバルブ５には、吐出口５ａ（図１の上側の吐出口）と吐出口５ｂ（図１の下側の吐出口）が形成されている。
油圧サーボバルブ５の吐出口５ａと油圧シリンダ４の油圧注入口４０ａは油圧供給ラインＬ５で接続されており、油圧サーボバルブ５で発生した油圧を油圧シリンダ４に供給する。油圧シリンダ４の油圧注入口４０ｂと油圧サーボバルブ５の吐出口５ｂはラインＬ６で接続されている。
【００２７】
油圧サーボバルブ５は、コントロールユニット７によって、油圧ポンプ６で発生した高圧（定圧）の油圧及び流量を任意に調節（制御）出来るように構成されている。そして油圧サーボバルブ５は、コントロールユニット７により、ラインＬ５、ラインＬ６を流れる油圧と流量を任意に調節することが出来る。
図２で示すように、コントロールユニット７は、サーボアンプ７１と任意波形発生回路７２と注入管理用コントローラ７３を備えている。
【００２８】
図１において、油圧サーボバルブ５は、油圧ポンプ６からの圧油が供給される吸入口５ｃと、油圧サーボバルブ５から油圧ポンプ６に圧油を戻す油圧戻し口５ｄが形成されている。油圧サーボバルブ５の吸入口５ｃは、油圧ポンプ６の吐出口６ａとラインＬ４で接続され、油圧サーボバルブ５の油圧戻し口５ｄは、油圧ポンプ６の油圧戻り口６ｂとラインＬ７で接続されている。
【００２９】
上述した様に、図１で示す注入システムにおける制御系が、図２ではより詳細に示されている。
図１、図２において、グラウト注入ラインＬ３には流量圧力検出器Ｓｑｐが介装されており、流量圧力検出器Ｓｑｐには流量検知部Ｓｑ（図２）と圧力検知部Ｓｐ（図２）が設けられている。そして流量圧力検出器Ｓｑｐは、入力信号ラインＳｉ１によって注入管理用コントローラ７３の入力端子７３１と接続されている（図２）。
【００３０】
図２において、油圧シリンダ４にはリニアセンサＳＬと、シリンダ内油圧センＳｐｃ１（縮み側端部の油圧センサ）、Ｓｐｃ２（伸び側端部の油圧センサ）が設けられている。
リニアセンサＳＬは、入力信号ラインＳｉ２１によってコントロールユニット７における注入管理用コントローラ７３の入力端子７３１と接続されている。
シリンダ内油圧センサＳｐｃ１（縮み側端部）、Ｓｐｃ２（伸び側端部）は、入力信号ラインＳｉ２２によって注入管理用コントローラ７３の入力端子７３１と接続されている。
ここで、注入管理用コントローラ７３は、例えば、複数の油圧波形（あるいは油圧特性）及び／又は複数の流量波形（あるいは流量特性）が記憶されており、施工条件によって当該波形（特性）を適宜選択することが出来るように構成されている。
【００３１】
コントロールユニット７における任意波形発生回路７２は、注入管理用コントローラ７３の第１の出力端子７３２と信号ラインＳｂによって接続され、注入管理用コントローラ７３で選択された波形（特性）を受信する。そして、受信した波形に応じた任意波形を発生させ、任意波形に対応する制御信号をラインＳａ経由でサーボアンプ７１に送る。
サーボアンプ７１は、送られた制御信号（任意波形に対応する制御信号）を増幅して、制御信号出力ラインＳｏ経由でサーブバルブ５の制御部５１に送る。
【００３２】
制御信号（例えば、図４で示す波形に対応して注入液圧を変動させるための制御信号）を受信したサーボバルブ５は、ラインＬ５（図１）、ラインＬ６（図１）を経由して、油圧シリンダ４のピストン４１に対して油圧を付加し、以って、グラウト材の注入液圧を図４で示す波形の様に変動せしめる。
油圧シリンダ４のピストン４１に対して油圧を付加することにより、図１において、ロッド４２に固着したリターンバルブ３の１対の弁体３６、３７が移動して、戻りラインＬｒを流れるグラウト材の流量、圧力と、グラウト注入ラインＬ３を流れるグラウト材の流量、圧力が高精度で制御される。その結果、リターンバルブ３から注入装置１０に供給されるグラウト材の注入圧が、図４で示す波形と同様に変動する。
ここで、サーボバルブ５は受信した制御信号に対して高速に追随可能であり、リターンバルブ３の１対の弁体３６、３７もスプールバルブの特性として応答性は高い。従って、施工地盤あるいは岩盤に供給されるグラウト材の圧力が、所定の波形状に変動する様に制御することが可能である。
【００３３】
図３は、図１、図２を参照して説明したシステムを用いて行われた注入工法におけるグラウト材の注入流量の特性（ＱＴ）と、グラウト材注入圧力（例えば、リターンバルブにおける吐出圧力）の特性（ＰＴ）を示している。
図３では、縦軸に流量及び吐出圧力を示し、横軸に時間を示している。
図３の時間Ｔ１より以前の段階では、グラウト材の流量が最大となる様に制御しており、時間Ｔ１以降の領域では、リターンバルブ３における吐出口３２（注入岩盤側吐出口）、３３（リターン側吐出口）の開度を制御することにより、グラウト材の注入圧力、注入流量を制御している。
【００３４】
図３において時間Ｔ１より以前の段階では、グラウト材は抵抗なく施工岩盤等に注入されるので、グラウトポンプ２の流量を最大流量（定格値：例えば、毎分２０Ｌ）に固定する様に制御している（グラウト材の流量制御）。
各種の要因によりグラウト材を注入するにつれて抵抗が大きくなり、グラウト材の注入圧力が上昇する。そしてグラウト材注入圧力（注入圧力の平均値）が所定値Ｐｃに到達したならば、注入圧力が波状に変動するように、サーボバルブ５、制御用油圧シリンダ４を介して、リターンバルブ３における吐出口３２（注入岩盤側吐出口）、３３（リターン側吐出口）の開度を高速で変動する。
【００３５】
リターンバルブ３における吐出口３２（注入岩盤側吐出口）、３３（リターン側吐出口）の開度を高速で変動することにより、時間Ｔ１以降（図３では時間Ｔ１にタイムラグを加算した時点）から、グラウト材注入圧力が波状に変動する。
グラウト材注入圧力を波状に変動することにより、グラウト材注入の際の抵抗が減少して、その分だけグラウト材の注入流量が増加する。
図３において、グラウト材注入流量の特性曲線Ｑａは、注入圧を変動しない場合の注入流量を示している。一方、特性曲線Ｑｂはグラウト材注入圧力を波状に変動させた場合のグラウト材の注入流量を示している。
図３で示すように、グラウト材注入圧力を波状に変動させた場合のグラウト材の注入流量Ｑｂは、注入圧を変動しない場合の注入流量Ｑａよりも大きく、グラウト材注入圧力を波状に変動させたことによるグラウト材の注入流量の増加分（＝Ｑｂ−Ｑａ）は、図３では符号ΔＱで示す領域（図３でハッチングを付されている部分）の面積で表示されている。
【００３６】
図４〜図６は、図３における時間軸Ｔ１以降の領域におけるグラウト材の注入圧力の変動波形のを例示しており、グラウト材の注入圧力の変動における好ましい波形（特性）を示している。
図４は、注入圧の変動波形における振幅を一定に保ち、注入圧の変動波形における周期或いは周波数を変化させた波形である。
図５は、注入圧の変動波形における周期或いは周波数を一定に保ち、変動波形における注入圧の振幅を変化させた波形である。
図６は、注入圧の変動波形における周波数（或いは周期）及び振幅が変化する波形である。
リターンバルブ３における吐出口３２（注入岩盤側吐出口）、３３（リターン側吐出口）の開度を高速で変動して、グラウト材の注入圧力を図４〜図６で示す様に変動することにより、図１７を参照して前述したのと同様に、ブリッジを防止すると共に、閉塞部分を開放することが出来る。
【００３７】
ここで、図３の時間Ｔ１以降の段階におけるグラウト材の注入圧力の変動特性は、図４〜図６の波形に限定されるものではない。
図示はしないが、例えば、グラウト材の注入圧力を鋸歯状に変動したり、三角波状に変動したり、或いは、矩形波状に変動することも可能である。
【００３８】
次に、図１、図２で示す設備を用いて、図３で示す様な注入を施工する手順について、図７のフローチャートを参照して説明する。
図７のステップＳ１でグラウトポンプを起動し、ステップＳ２ではグラウトポンプの最大流量（定格値）でグラウト材を吐出する。
ステップＳ３では、コントロールユニット７における注入管理用コントローラ７３が、流量圧力検出器Ｓｑｐにおける圧力検知部Ｓｐからの入力信号に基づいて、グラウト材の注入圧力が所定値（図３の圧力Ｐｃ）まで昇圧したか否かを判断する。
グラウト材の注入圧力が所定値まで昇圧したならば（ステップＳ３がＹＥＳ）ステップＳ４に進む。一方、グラウト材の注入圧力が所定値まで昇圧していなければ（ステップＳ３がＮＯ）、ステップＳ３を繰り返す。
【００３９】
ステップＳ４（グラウト材の注入圧力が所定値まで昇圧した場合）はリターンバルブ３の開度制御を開始して、グラウト材の注入圧を波状に変動して、例えば、図４〜図６で示すように、注入圧の波状の変動特性（注入圧の変動波形）における周波数（或いは周期）及び／又は振幅を変化させる。
グラウト材の注入圧を変動して、注入圧の変動特性（波形）における周波数（或いは周期）及び／又は振幅を変化させることにより、グラウト材注入における抵抗が減少して、図３の符号ΔＱで示す様にグラウト材の注入流量が増加する。グラウト材の注入流量が増加することにより、注入工法施工における品質が向上する。
ステップＳ５に進み、コントロールユニット７は、グラウト材の注入が終了したか否かを判断する。終了の判断基準としては、例えば、グラウト材の積算流量を演算して、当該積算量が所定値に達したことをもって終了と判断する。或いは、孔口に設けた充填完了検知手段（図示せず）の出力信号から、注入が終了したと判断する。
注入が終了したならば（ステップＳ５がＹＥＳ）、施工を終了する。注入工法が終了していないのであれば（ステップＳ５がＮＯ）、ステップＳ５を繰り返す。
【００４０】
図１〜図７を参照して説明した第１実施形態によれば、リターンバルブ３から注入側Ｌ３へ供給されるグラウト材の流量及び圧力を調節して、施工地盤Ｇあるいは岩盤に供給されるグラウト材の注入圧力を波状に変動し、当該注入圧力の変動特性（変動波形）を所定の波形状に制御している。
そして、当該波形状に変動するグラウト材の注入圧力変動特性（注入圧力の変動波形）における周波数、振幅を変化させることが出来る。
グラウト材の注入圧力変動特性（注入圧力変動波形）における周波数、振幅を変化させることにより、注入工法を施工している地盤の条件や工種に対応した最適な周波数、振幅とすることが可能であり、注入材を確実に地盤中に浸透させることが出来る。
【００４１】
また、グラウト材の注入圧力の変動特性（注入圧力変動波形）における周波数、振幅が一定ではなく変化することにより、図１７で示したのと同様に、岩盤の割れ目の狭窄箇所Ｓ等においてもセメント粒子ＣはブリッジＢを形成しなくなり、セメントミルクは岩盤の割れ目（狭窄箇所）Ｓを容易に通過することができる。すなわち、ブリッジを防止することが出来る。
ブリッジＢに作用する圧力の周波数、振幅が一定ではなく変化するため、閉塞部分が存在しても、閉塞部分に滞留しているセメント粒子Ｃが動き易くなり、閉塞部分を開放することが出来るからである。
【００４２】
さらに、グラウト材の注入圧力の変動特性（注入圧力変動波形）における周波数、振幅を変化させることは、リターンバルブ３からリターン側Ｌｒあるいは注入側Ｌ３へ供給されるグラウト材の流量及び圧力を調節することにより行われるので、図示の第１実施形態によれば、脈動或いは短波を重畳する機構を注入管に介装する必要がない。
上述した様に、脈動或いは短波を重畳する機構は構造が複雑であるが、第１実施形態では、その様な複雑な機構を注入管に介装する必要が無い。そのため、第１実施形態によれば、注入工法を施工するための設備が複雑化することが防止され、施工に必要な機構の購入コストや管理コストを大幅に低減することが出来る。その結果、施工コストを節約することが可能である。
【００４３】
次に、図８〜図１３を参照して、第２実施形態を説明する。
図８〜図１３の第２実施形態は、使用するリターンバルブの構成が図１〜図７の第１実施形態と異なる。
以下、主として、第２実施形態で用いられるリターンバルブについて説明する。
【００４４】
図８において、第２実施形態で用いられるリターンバルブ３Ａは、本体部３０Ａを有し、本体部３０Ａには注入液供給口３１、吐出口３２（注入岩盤側吐出口）、３３（リターン側吐出口）が形成されている。
図８では、注入岩盤側吐出口３２（図８の下側）とリターン側吐出口３３（図８の上側）とは、本体部３０Ａの中心線Ｌｃに対して上下対称の箇所に設けられ、さらに注入液供給口３１（図８の左側）と注入岩盤側吐出口３２、リターン側吐出口３３（図８の右側）とは、中心線Ｌｃ方向について、相互に反対側に位置している。しかし、注入岩盤側吐出口３２、リターン側吐出口３３、注入液供給口３１の位置関係については、図１１〜図１３を参照して後述する弁体３６Ａ、３７Ａとの位置関係を満たしていれば良く、図８で図示された位置関係に限定されるものではない。
【００４５】
本体部３０Ａの内部は中空となっており、ロッド４２及び一対の弁体３６Ａ、３７Ａで区切られた部分に、空間３８が形成されている。この空間３８に、セメントミルク等の注入液が流過する。本明細書においては、空間３８を「注入液流路３８」或いは「流路３８」と記載する場合がある。
注入液供給口３１から本体部３０Ａに圧送された注入液は、注入液流路３８を流過し、注入岩盤側吐出口３２に送られた注入液はラインＬ３を流れ、リターン側吐出口３３に送られた注入液はリターン側のラインＬｒ（第１実施形態の図１参照）を流れる。
【００４６】
次に図１１〜図１３を参照して、一対の弁体３６Ａ、３７Ａと、注入液供給口３１、注入岩盤側吐出口３２と、リターン側吐出口３３との位置関係について説明する。
図１１〜図１３で示すように、弁体３６Ａにより、注入岩盤側吐出口３２側に開口する第１の開口部３８２（図１２、図１３）の開放されている面積を調整することができる。そして、弁体３７Ａは、リターン側吐出口３３側に開口する第２の開口部３８３（図１１、図１２）の開放されている面積を調整できる様に配置されている。
一対の弁体３６Ａ、３７Ａは同軸上にあり、互いに連動するので、軸部４２が上昇し、弁体３６Ａが第１の開口部３８２（の開放されている面積）を狭める方向に動いた時には、弁体３７Ａは第２の開口部３８３を広げる方向に動く。反対に、軸部４２が下降し、弁体３７Ａが第１の開口部３８２（の開放されている面積）を広げる方向に動いた時には、弁体３７Ａは第２の開口部３８３を狭める方向に動く。
第１の開口部３８２と第２の開口部３８３は、一対の弁体３６Ａ、３７Ａが移動することにより、開口している面積が調整可能に構成されており、一方の開口している面積が小さくなるときには他方の開口している面積は大きくなる、という位置関係となる様に配置されている。
【００４７】
ロッド４２が上昇を続け、弁体３６Ａが第１の開口部３８２を閉鎖してしまう位置になったときでも、第２の開口部３８３が閉鎖されてしまうことはなく、注入液供給口３１から送られてくる注入液の全量がリターン側吐出口３３へと送られる（図１１）。
反対に、ロッド４２が下降を続け、弁体３７Ａが第２の開口部３８３を閉鎖してしまう位置になったときでも、第１の開口部３８２が閉鎖されてしまうことはなく、注入液供給口３１から送られてくる注入液の全量が注入岩盤側吐出口３２へと送られる（図１３）。
さらに、図１１〜図１３の何れの時でも、注入液供給口３１が閉鎖されることはない。
ここで、弁体３６Ａは弁体３７Ａの下方に位置しており、１対の３６Ａ、３７Ａの向い合う端部間の寸法Ｌｖ（図８）は、注入岩盤側吐出口３２とリターン側吐出口３３との中心間距離ｈ（図８）と等しく設定されている。その様に設定することにより、一対の弁体３６Ａ、３７Ａにより開口部３８２、３８３の開口している面積を調整するのに都合が良い。
【００４８】
図８〜図１０から明らかなように、弁体３６Ａが流路３８内の注入液（グラウト材）から圧力を受ける受圧面３６Ａｆの面積と、弁体３７Ａが流路３８内の注入液から圧力を受ける受圧面積３７Ａｆの面積とは等しい。従って、弁体３６Ａに作用する注入液の圧力と、弁体３７Ａに作用する注入液の圧力とは、受圧面積差から生じる圧力差はない。
そして、弁体３６Ａに作用する注入液の圧力と、弁体３７Ａに作用する注入液の圧力とは、相互に反対の方向に作用する。
さらに、弁体３６Ａと弁体３７Ａは、仮想対称軸Ｌｃについて対称に設けられている。
【００４９】
すなわち、同一のロッド４２に対称に位置している弁体３６Ａ、３７Ａの各々に作用する注入液の圧力は、その大きさが等しく作用する方向が反対であるため、相互に相殺する。
相殺される結果、ロッド４２、弁体３６Ａ、３７Ａは、注入液の圧力は作用しないのと同等である。従って、注入液の圧力によってロッド４２、弁体３６Ａ、３７Ａの移動（駆動）に抵抗する力はゼロとなる。
換言すれば、リターンバルブ３Ａおいて、ロッド４２に設けられた一対の弁体３６Ａ、３７Ａは、ロッド４２における仮想対称軸Ｌｃについて対称に設けられており、且つ、注入液流路３８内の注入液の圧力が作用する受圧面積が等しく形成されているので、一対の弁体３６Ａ、３７Ａの各々に対して作用する注入液圧力は、その絶対値が等しく且つ作用する方向が正反対となり、リターンバルブ３Ａにおける一対の弁体３６Ａ、３７Ａに対して作用する注入液圧力は、相殺してゼロとなる。
【００５０】
そのため、注入液の注入圧力が高圧であっても、当該圧力が弁体３６Ａ、３７Ａの移動（すなわち軸部７の移動）に対する抵抗となってしまうことはない。その結果、小さな作動力によって弁体３６Ａ、３７Ａの位置、すなわち、注入岩盤側吐出口３２の開度及びリターン側吐出口３３の開度を調節することが可能となる。
そして、注入液の注入圧力が高圧であっても、弁体３６Ａ、３７Ａ、ロッド４２の移動の抵抗とはならないため、小さな作動力により弁体３６Ａ、３７Ａの位置を調節出来ることに加えて、高速且つ高精度で弁体３６Ａ、３７Ａ（或いはロッド４２）の位置を調節することも出来る。
【００５１】
そして第２実施形態によれば、高速且つ高精度で弁体３６Ａ、３７Ａ（或いはロッド４２）の位置を調節することが出来るので、注入圧力を所定の波形状に変動することが可能である。そして、注入圧力の変動波形（変動特性）における周波数（或いは周期）及び／又は振幅を所定の数値に自在に変化或いは制御することが可能である。
第２実施形態におけるその他の構成及び作用効果については、図１〜図７の第１実施形態と同様であり、その作用効果も同様である。
【００５２】
図示の実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではないことを付記する。
例えば、図示の実施形態では示されていないが、注入圧を鋸歯状の波形で表現される特性で変化させたり、三角波状の波形で表現される特性にしたり、或いは、矩形波状の波形で表現される特性にすることが可能である。
【符号の説明】
【００５３】
１・・・グラウトミキサ
２・・・グラウトポンプ
３・・・リターンバルブ
４・・・油圧シリンダ
５・・・油圧サーボバルブ
６・・・油圧ポンプ
７・・・コントロールユニット
１０・・・注入装置
３０・・・バルブ本体
３１・・・グラウト供給口、注入液供給口
３２・・・孔口側吐出口
３３・・・回帰側吐出口
３４・・・隔壁
３５・・・隔壁
３６・・・弁体
３７・・・弁体
３８・・・流路
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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