(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
グラウトの逸流を防ぐためのパッカーに圧力流体を圧入して膨張させるパッカー作動装置において、
パッカーに圧力流体を供給すると共にパッカーより圧力流体を排出する往復動型のポンプ、
パッカーへの流体圧入に際して、圧力流体タンクからの第１の流体通路を前記ポンプの吸込流体通路に結合し、かつ、ポンプの吐出流体通路をパッカーへの第２の流体通路に結合し、パッカーからの流体排出に際して、パッカーに連通する前記第２の流体通路をポンプの吸込流体通路に結合し、かつ、ポンプの吐出流体通路を圧力流体タンクへの前記第１の流体通路に結合する流体通路切換手段、
を備えたことを特徴とするパッカー作動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はパッカー作動装置に係わり、特に、グラウトの逸流を防ぐためのパッカーに圧力流体を圧入して膨張させると共に圧力流体をパッカーより強制排出して収縮させるパッカー作動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
グラウトの逸流を防ぐためのパッカーは、モルタル、セメントミルク、樹脂等のグラウト材を地山に形成したボアホールあるいは補強管内に注入して地盤改良する作業（たとえば、基礎杭、斜面安定、構造物脚部補強などの地盤改良工事）に際して用いられる。
【０００３】
従来、グラウト注入を行うに際しては、ポンプで水、不凍液、エアなどの流体をパッカーに送り、該パッカーを膨張させてボアホール内、或いは管体内を所望の位置で仕切り、これによってグラウト材の逸流を防ぎ、この状態で所用のグラウトを行う。所定区間内へのグラウト材注入完了後、圧力弁を開放すると、パッカー内の圧力によって、パッカーを膨らませていた流体が自然に逆流する形で戻ってくる。そこで、パッカーが元通り縮むのを待って、該パッカーを次の位置に移動させて同様の作業を行い、あるいは、パッカーを回収し、次にグラウトすべきボアホールに再びパッカーをセットするという作業を繰り返す。
【０００４】
図９はパッカー付き注入管の斜視図である。グラウト材をボアホールあるいは管内に注入する注入管１には、パッカー２が装着されている。パッカー２の端部には該パッカーに圧力流体を注入する管３（図１０）を取り付けるための取り付け口２ａが形成され、又、注入管１の端部には注入装置４に取り付けた注入管５と連結可能な構成になっている。
【０００５】
図１０はパッカーをボアホールにセットして膨張させた状態を示す説明図である。図９のパッカー付き注入管をボアホール６あるいは鋼管等の所定の位置まで差し込み、該位置においてパッカー作動装置７の手押しポンプで水、不凍液、エアなどの流体をパッカー２に送り、該パッカーを膨張させた状態を示している。この状態で、注入装置４より注入管１，５を介してグラウト材をボアホール６あるいは鋼管内に注入する。
【０００６】
図１１は１つのパッカー２が注入管１に取り付けられたシングルパッカー付き注入管を用いた一般的な注入方法の説明図である。（ａ）に示すようにボアホールの内壁にシールグラウト１１を形成し、ついで、孔内所定位置にパッカー２をセットし、パッカー作動装置により流体をパッカー２に送り、該パッカーを膨張させる。しかる後、パッカーで仕切った孔奥の注入区間１２にグラウト注入装置によりグラウト素材１３を注入して所定の圧力を掛ける。この注入圧によって（ｂ）に示すようにグラウト素材１３はシールグラウト１１を突き破って地盤にしみ込む。注入圧力を所定時間保持したことにより注入完了とみなし、パッカーの圧力を開放して（ｃ）に示すようにパッカー２を縮小させ、次の注入区間に移動させる。なお、注入を施した区間の孔内のグラウト材１３はまだ硬化していないので、容易にパッカー２及び注入管１を引き抜き、移動させることができる。しかる後、（ｄ）に示すようにパッカー作動装置により流体をパッカー２に送り、該パッカーを膨張させ、次の注入区間１４を形成し、以後、同様の作業を繰り返す。
【０００７】
以上では、ボアホールの内壁にシールグラウト１１を形成した場合であるが、ボアホールに鋼管を挿入し、鋼管内にシングルパッカー付き注入管を挿入するように構成することもできる。この場合、注入管１より鋼管内に注入されたグラウト材１３は注入圧により鋼管に形成された多数の小孔を介して地盤にしみ込む。また、必ずしもボアホール内壁をシールグラウトや鋼管で保持する必要はない。
【０００８】
図１２は２つのパッカー２、２′が注入管１に取り付けられたダブルパッカー付き注入管を用いてグラウト材１３をボアホール６に注入する一般的な注入方法の説明図であり、注入管１のパッカー２，２′間にグラウト材１３の吐出し口１ａが形成されている。グラウト材１３の注入法は図１１のシングルパッカー付き注入管の場合と同様である。
【０００９】
図１３はパッカー作動方法の説明図であり、図１０と同一部分には同一符号を付している。パッカー作動装置７において、パッカー２への流体（図では水）圧入に際して、バルブ７ａ，７ｂを開き、手動ポンプ７ｃでポンピングして水タンク７ｄより逆止弁７ｅ、バルブ７ａを介して水を引き上げ、ホース５及びパッカー注入管３よりパッカー２に水を圧入して膨張させる。そして、圧力ゲージ７ｆを参照して５０ｋｇｆ／ｃｍ２まで加圧し、加圧後、バルブ７ｂを閉じる。注入完了により、バルブ７ｂを開き、パッカーの圧力を開放してパッカー内の水を手押しポンプ７ｃの圧抜き口より自然排水する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように従来のグラウト材注入方法では、注入完了後にパッカーの圧力開放によりパッカーが元通り縮むのを待って、該パッカーを次の位置に移動させ、あるいは、パッカーを回収している。
しかし、パッカー用流体ラインホース５は一般に小径のため、流体が戻ってパッカーが縮むまでに非常に時間がかかり、その間は待ち時間となり、作業効率が低かった。特に、流体供給ラインが長くなればなるほど、また、対象となるボアホール、管体の口径が大きくなればなるほど、パッカーの収縮に時間がかかり、その分サイクルタイムが長くなるという問題があった。
以上より本発明の目的は、パッカーの収縮時間を短縮して作業効率を向上することである
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題は本発明によれば、▲１▼パッカーに圧力流体を供給すると共にパッカーより圧力流体を排出する往復動型のポンプ、▲２▼パッカーへの流体圧入に際して、圧力流体タンクからの第１の流体通路を前記ポンプの吸込流体通路に結合し、かつ、ポンプの吐出流体通路をパッカーへの第２の流体通路に結合し、パッカーからの流体排出に際して、パッカーに連通する前記第２の流体通路をポンプの吸込流体通路に結合し、かつ、ポンプの吐出流体通路を圧力流体タンクへの前記第１の流体通路に結合する流体通路切換手段、とを備えたパッカー作動装置により達成される。
【００１２】
このパッカー作動装置によれば、パッカー内の流体、たとえば水をポンプの駆動力により強制的に水タンクに逆流させることが出来、パッカーの収縮時間を短縮して作業効率を向上することができる。すなわち、従来のように、パッカーを膨らませていた流体が自然に逆流する形で戻ってくるのを待つ必要がなく、回収あるいは次の孔への注入の段取りを短時間で開始することが可能となる。このため、ボアホール１本当たりの注入作業に要する時間が短くなり、特に、大口経孔での注入や注入孔が装置から離れている場合において作業効率が向上させることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（Ａ）パッカー作動装置の構成
図１は本発明のパッカー作動装置の構成図であり、２０はパッカー付き注入管であり、２１は注入管、２２はパッカー、２３はパッカー注入管であり、図１０の注入管１、パッカー２、パッカー注入管３に対応するものである。
パッカー作動装置５０は、パッカー２２に圧力流体を供給すると共にパッカーより圧力流体を排出する往復動型のポンプ５１、往復動型のポンプ５１のピストンを往復させる油圧回路５２、流体通路切換手段としての高圧４方弁５３、流体としての水を貯留する水タンク５４、水タンク５４と４方弁５３を連通する流体通路５５、パッカー２２と４方弁５３を連通する流体通路５６、ポンプ５１の流体吸込通路５７、ポンプ５１の流体吐出し通路５８を備えている。
【００１４】
ポンプ５１は、水圧シリンダー５１ａ、水圧シリンダー内を往復動するピストン５１ｂ、４つの逆止弁５１ｃ〜５１ｆを備えている。流体吸込通路５７は２分岐し、それぞれ逆止弁５１ｅ，５１ｆを介して水圧シリンダーの左右吸込口に連通している。又、流体吐出し通路５８も２分岐し、それぞれ逆止弁５１ｃ，５１ｄを介して水圧シリンダーの左右吐出口に連通している。
【００１５】
油圧回路５２は、オイルタンク５２ａ、オイルを吸い上げる油圧ポンプ５２ｂ、油圧ポンプを駆動する電動機５２ｃ、油圧を制御するレギュレータ５２ｄ、オイルの方路を切り換える電磁弁５２ｅ、油圧シリンダー５２ｆ、油圧シリンダー内を往復動するピストン５２ｇを有している。ピストン５２ｇは水圧シリンダー内のピストン５１ｂと連結し、該ピストンを往復動する。電磁弁５２ｅの弁Ａは、油圧ポンプ側のオイル通路ＯＰ１１，ＯＰ１２をそれぞれ油圧シリンダー側のオイル通路ＯＰ２１，ＯＰ２２に連結し、弁Ｂは、油圧ポンプ側のオイル通路ＯＰ１１，ＯＰ１２をそれぞれ油圧シリンダー側のオイル通路ＯＰ２２，ＯＰ２１にクロスコネクトする。油圧シリンダー側のオイル通路ＯＰ２１，ＯＰ２２は、油圧シリンダー５２ｆの左右室内に連通している。
【００１６】
電磁弁Ａがオイル通路連結位置に位置する場合、オイルタンク５２ａから吸い上げられたオイルはオイル通路ＯＰ１１→オイル通路ＯＰ２１を介して油圧シリンダー５２ｆに入り込んでピストン５２ｇを右方向に移動させる。この時、油圧シリンダー５２ｆのピストン右側に存在するオイルはオイル通路ＯＰ２２→オイル通路ＯＰ１２を介してオイルタンク５２ａに戻される。ついで、電磁弁５２ｅを制御して弁Ｂをオイル通路連結位置に位置させると、オイルタンク５２ａから吸い上げられたオイルはオイル通路ＯＰ１１→オイル通路ＯＰ２２を介して油圧シリンダー５２ｆに入り込んでピストン５２ｇを左方向に移動させる。この時、油圧シリンダー５２ｆのピストン左側に存在するオイルはオイル通路ＯＰ２１→オイル通路ＯＰ１１を介してオイルタンク５２ａに戻される。以後、電磁弁５２ｅを制御して交互に弁Ａ，Ｂをオイル通路連結位置に位置させることによりピスト５２ｇに往復動をさせることができ、結果的に水圧シリンダー５１ａのピストン５１ｂを往復動させることができる。
【００１７】
（Ｂ）パッカーへの流体圧入制御
パッカー２２への流体圧入に際して、高圧４方弁５３のレバー５３ａを加圧側にして弁５３ｂにより、流体通路５５をポンプの吸込流体通路５７に結合し、かつ、ポンプの吐出流体通路５８を流体通路５６に結合する。この状態で、油圧回路５２を作動させるとポンプ５１における水圧シリンダー５１ａのピストン５１ｂを往復動する。これにより、ピストン５１ｂが右方向に移動している時、水タンク５４から吸い上げられた水は流体通路５５→ポンプの吸込流体通路５７を介して水圧シリンダー５１ａの左側に入り込み、シリンダー５１ａの右側にあった水がポンプの吐出流体通路５８→流体通路５６を介してパッカー２２に圧入される。一方、ピストン５１ｂが左方向に移動している時、水タンク５４から吸い上げられた水は流体通路５５→ポンプの吸込流体通路５７を介して水圧シリンダー５１ａの右側に入り込み、シリンダー５１ａの左側にあった水がポンプの吐出流体通路５８→流体通路５６を介してパッカー２２に圧入される。従って、油圧回路の動作を継続することによりパッカー２２に水が圧入し、該パッカーが膨張する。
【００１８】
実際にはパッカーは膨張して所定時間後にボアホールあるいは鋼管の中空部を塞ぐ。かかる状態において油圧回路５２の作動を停止すれば、パッカー２２は膨張状態を保持する。しかる後、パッカーで仕切った孔奥の注入区間にグラウト注入装置によりグラウト材を注入して所定の圧力を掛けてグラウト材を地盤にしみ込ませ、注入圧力を所定時間保持したことにより注入完了とみなし、パッカーを開放する。
【００１９】
（Ｃ）パッカーからの排水
パッカー２２からの排水に際して、高圧４方弁５３のレバー５３ａを減圧側にして弁５３ｃにより、流体通路５６をポンプの吸込流体通路５７に結合し、かつ、ポンプの吐出流体通路５８を流体通路５５に結合する。この状態で、油圧回路５２を作動させて水圧シリンダー５１ａのピストン５１ｂを往復動する。これにより、ピストン５１ｂが右方向に移動している時、パッカー２２からを吸い込まれた水は流体通路５６→ポンプの吸込流体通路５７を介して水圧シリンダー５１ａの左側に入り込み、シリンダー５１ａの右側にあった水がポンプの吐出流体通路５８→流体通路５５を介して水タンク５４に戻される。一方、ピストン５１ｂが左方向に移動している時、パッカー２２から吸込まれた水は流体通路５６→ポンプの吸込流体通路５７を介して水圧シリンダー５１ａの右側に入り込み、シリンダー５１ａの左側にあった水がポンプの吐出流体通路５８→流体通路５５を介して水タンク５４に戻される。従って、油圧回路の作動を継続することによりパッカー２２より排水して短時間で該パッカーを収縮させることができる。
【００２０】
（Ｄ）パッカー収縮試験
１．目的
パッカーを水で膨らませ、収縮時シリンダーポンプを用いて強制排水させた時に、自然排水に比べ排水時間にどのような差が生じるかを実験し、その時間を測定する。また、チューブの径、長さの違いにより排水時間がどのように変化するかを測定する。
【００２１】
２．試験装置及び試験方法
２−１．試験装置
試験装置概略を図２に示す。図２において、５１はボアホールを仮想した中空部材（仮想孔）、５２はパッカー、５３はチューブ、５４〜５８はバルブ、５９〜６１は逆止弁、６２は手押しポンプ、６３は水槽、６４はシリンダーポンプ、６５は圧力ゲージである。
【００２２】
0003550122.tif 000002
【００２３】
２−３．試験方法
パッカー５２を仮想孔５１に入れ、バルブ５６を閉じ、バルブ５４，５５を開放する。この状態で手押しポンプ６２により水をチューブ５３を介してパッカー５２に送り込んで該パッカーを膨張させる（５０ｋｇｆ／ｃｍ２まで加圧）。加圧後、バルブ５５を閉じる。以上の作業は自然放水、強制排水および水容積測定とも同様である。
（１）自然排水
バルブ５５を開放し、手押しポンプ６２の圧抜き口より排水する。このとき、パッカー外径を測定し、元寸法になるまでの経過時間を測定する。
（２）強制排水
バルブ５４→バルブ５６→逆支弁６０→バルブ５８→バルブ５７→逆支弁６１→排水ライン→水槽を介して排水されるようにバルブ５７およびバルブ５８を開ける。ついで、バルブ５９を開放しシリンダーポンプ６４を作動させ強制排水する。このとき、自然排水と同様にパッカーが元寸法になるまでの時間を測定する。
【００２４】
３．実験データ
図３（ａ）〜（ｄ），図４（ａ）〜（ｄ）は、チューブ５３の径、長さがそれぞれ、
（ａ）外径φ４×内径φ２    １５ｍ、
（ｂ）外径φ４×内径φ２    １００ｍ、
（ｃ）外径φ６×内径φ４    １５ｍ、
（ｃ）外径φ６×内径φ４    １００ｍ、
の場合における、自然排水、強制排水における排水時間であり、Ａｖｅ．は平均排水時間である。
【００２５】
図５（ａ）はチューブの径、長さがそれぞれ、外径φ６×内径φ４、Ｌ＝８５ｍにおいて、自然排水の場合、パッカー径が８０．０ｍｍから７０．０ｍｍに縮小するまでの時間とパッカー径の関係を示すもの、図５（ｂ）は同一条件で強制排水する場合の時間とパッカー径の関係を示すもの、図６は自然排水、強制排水のそれぞれについてグラフ化したものである。
図７（ａ）はチューブの径、長さがそれぞれ、外径φ６×内径φ４、Ｌ＝１５ｍにおいて、自然排水の場合、パッカー径が８０．０ｍｍから７０．０ｍｍに縮小するまでの時間とパッカー径の関係を示すもの、図７（ｂ）は同一条件で強制排水する場合の時間とパッカー径の関係を示すもの、図８は自然排水、強制排水のそれぞれについてグラフ化したものである。
以上の実験結果より強制排水することによりパッカー径を短時間で縮小することができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、パッカー内の流体をポンプの駆動力により強制的に水タンクに逆流させることが出来、パッカーの収縮時間を短縮して作業効率を向上することができる。これにより、従来のように、パッカーを膨らませていた流体が自然に逆流する形で戻ってくるのを待つ必要がなく、回収あるいは次の孔への注入の段取りを短時間で開始することが可能となる。すなわち、ボアホール１本当たりの注入作業に要する時間が短くなり、特に、流体供給ラインが長くなればなるほど、又、ボアホール、管体の口径が大きくなればなるほど、作業効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のパッカー作動装置の構成図である。
【図２】試験装置の概略構成図である。
【図３】種々のチューブ径、長さにおける自然排水の排水時間説明図表である。
【図４】種々のチューブ径、長さにおける強制排水の排水時間説明図表である。
【図５】自然排水及び強制排水の場合（チューブは外径φ６×内径φ４、Ｌ＝８５ｍ）、パッカー径が８０．０ｍｍから７０．０ｍｍに縮小するまでのパッカー径と時間の関係を示す図表である。
【図６】図５のパッカー径と時間の関係を示すグラフである。
【図７】自然排水及び強制排水の場合（チューブは外径φ６×内径φ４、Ｌ＝１５ｍ）、パッカー径が８０．０ｍｍから７０．０ｍｍに縮小するまでのパッカー径と時間の関係を示す図表である。
【図８】図７のパッカー径と時間の関係を示すグラフである。
【図９】パッカー付き注入管の斜視図である。
【図１０】パッカーをボアホールにセットして膨張させた状態を示す説明図である。
【図１１】シングルパッカー付き注入管を用いた一般的な注入方法の説明図である。
【図１２】ダブルパッカー付き注入管を用いた一般的な注入方法の説明図である。
【図１３】パッカー作動方法の説明図である。
【符号の説明】
２０  パッカー付き注入管
２１  注入管
２２  パッカー
２３  パッカー注入管
５０  パッカー作動装置
５１  往復動型のポンプ
５２  油圧回路
５３  高圧４方弁
５４  水タンク
５５、５６  流体通路
５７  ポンプの流体吸込通路
５８  ポンプの流体吐出し通
【図１】
0003550122.tif 000003
【図２】
0003550122.tif 000004
【図３】
0003550122.tif 000005
【図４】
0003550122.tif 000006
【図５】
0003550122.tif 000007
【図６】
0003550122.tif 000008
【図７】
0003550122.tif 000009
【図８】
0003550122.tif 000010
【図９】
0003550122.tif 000011
【図１０】
0003550122.tif 000012
【図１１】
0003550122.tif 000013
【図１２】
0003550122.tif 000014
【図１３】
0003550122.tif 000015