(57)【要約】【課題】固化材を効果的に周囲地盤へ浸透拡散でき、超音波振動による薬液注入装置の劣化損傷を防止でき、しかも耐久性、メンテナンス性などの点で改良を図ること。【解決手段】本発明の超音波振動併用薬液注入装置３は、超音波振動を併用するダブルパッカー薬液注入工法に用いられる。この装置３は、注入管本体３１と、基端側パッカー３２及び先端側パッカー３３と、固化材Ｃ２を吐出するための吐出口２４と、両パッカー３２，３３間に設けられた超音波振動発生部４とを備える。超音波振動発生部４は、注入管本体３１の中心軸Ｌ１上にて基端側パッカー３２側から順に配置された超音波振動子ユニット４１、超音波増幅器４２及び超音波共振器４３と、超音波拡散体４４とを有する。超音波共振器４３の超音波出力端に、先端部材５１が着脱可能に連結されている。【選択図】図１
2018138724.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波振動を併用するダブルパッカー薬液注入工法に用いられる超音波振動併用薬液注入装置であって、
注入管本体と、前記注入管本体の先端にて軸方向に所定の間隔を開けて設けられた基端側パッカー及び先端側パッカーと、前記注入管本体を通して圧送された固化材を吐出するために前記基端側パッカー及び前記先端側パッカーの間に設けられた吐出口と、前記基端側パッカー及び前記先端側パッカーの間に設けられた超音波振動発生部とを備え、
前記超音波振動発生部は、前記注入管本体の中心軸上にて前記基端側パッカー側から順に配置された超音波振動子ユニット、超音波増幅器及び超音波共振器と、前記超音波共振器の超音波出力端から離間して中心軸上に配置され前記超音波を反射して前記注入管本体の径方向に拡散する超音波拡散体とを有し、
前記超音波共振器の前記超音波出力端に先端部材が着脱可能に連結されている
ことを特徴とする超音波振動併用薬液注入装置。
【請求項２】
前記先端部材の少なくとも先端面は耐食性保護膜で被覆されていることを特徴とする請求項１に記載の超音波振動併用薬液注入装置。
【請求項３】
前記先端部材の先端面は凸面状であることを特徴とする請求項１または２に記載の超音波振動併用薬液注入装置。
【請求項４】
超音波振動を併用するダブルパッカー薬液注入工法に用いられる超音波振動併用薬液注入装置であって、
注入管本体と、前記注入管本体の先端にて軸方向に所定の間隔を開けて設けられた基端側パッカー及び先端側パッカーと、前記注入管本体を通して圧送された固化材を吐出するために前記基端側パッカー及び前記先端側パッカーの間に設けられた吐出口と、前記基端側パッカー及び前記先端側パッカーの間に設けられた超音波振動発生部とを備え、
前記超音波振動発生部は、前記注入管本体の中心軸上にて前記基端側パッカー側から順に配置された超音波振動子ユニット、超音波増幅器及び超音波共振器と、前記超音波共振器の超音波出力端から離間して中心軸上に配置され前記超音波を反射して前記注入管本体の径方向に拡散する超音波拡散体と、前記超音波振動子ユニットを内部空間に気密的に収容する振動子ケースとを有し、
前記振動子ケースの外周面にパイプ保持溝が凹設されるとともに、前記パイプ保持溝に前記先端側パッカー用のエア供給パイプが保持固定されている
ことを特徴とする超音波振動併用薬液注入装置。
【請求項５】
前記超音波増幅器及び前記超音波共振器が一体構造をなすように構成され、
前記先端側パッカー用のエア供給パイプが、前記パイプ保持溝と外周上同位置に配設された前記超音波共振器の鍔部に挿通されている
ことを特徴とする請求項４に記載の超音波振動併用薬液注入装置。
【請求項６】
前記振動子ケースと前記超音波共振器とが溶接接合され、
前記先端側パッカー用のエア供給パイプが、前記パイプ保持溝と外周上同位置に配設された前記超音波共振器の鍔部に挿通されている
ことを特徴とする請求項４または５に記載の超音波振動併用薬液注入装置。
【請求項７】
超音波振動を併用するダブルパッカー薬液注入工法に用いられる超音波振動併用薬液注入装置であって、
注入管本体と、前記注入管本体の先端にて軸方向に所定の間隔を開けて設けられた基端側パッカー及び先端側パッカーと、前記注入管本体を通して圧送された固化材を吐出するために前記基端側パッカー及び前記先端側パッカーの間に設けられた吐出口と、前記基端側パッカー及び前記先端側パッカーの間に設けられた超音波振動発生部とを備え、
前記超音波振動発生部は、前記注入管本体の中心軸上にて前記基端側パッカー側から順に配置された超音波振動子ユニット、超音波増幅器及び超音波共振器と、前記超音波共振器の超音波出力端から離間して中心軸上に配置され前記超音波を反射して前記注入管本体の径方向に拡散する超音波拡散体とを有し、
前記基端側パッカー及び前記先端側パッカーのうち少なくとも前記先端側パッカーを支持する支持部材が、前記超音波振動発生部において超音波振動の節となる位置に連結固定されている
ことを特徴とする超音波振動併用薬液注入装置。
【請求項８】
超音波振動を併用するダブルパッカー薬液注入工法に用いられる超音波振動併用薬液注入装置であって、
注入管本体と、前記注入管本体の先端にて軸方向に所定の間隔を開けて設けられた基端側パッカー及び先端側パッカーと、前記注入管本体を通して圧送された固化材を吐出するために前記基端側パッカー及び前記先端側パッカーの間に設けられた吐出口と、前記基端側パッカー及び前記先端側パッカーの間に設けられた超音波振動発生部とを備え、
前記超音波振動発生部は、前記注入管本体の中心軸上にて前記基端側パッカー側から順に配置された超音波振動子ユニット、超音波増幅器及び超音波共振器と、前記超音波共振器の超音波出力端から離間して中心軸上に配置され前記超音波を反射して前記注入管本体の径方向に拡散する超音波拡散体と、前記超音波振動子ユニットを内部空間に気密的に収容する振動子ケースとを有し、
前記内部空間に前記超音波振動子ユニットを冷却するための冷却用気体を前記注入管本体の基端側から導入する導入管と、前記内部空間に導入された前記冷却用気体を前記注入管本体の基端側に戻して排出する排出管とが設けられている
ことを特徴とする超音波振動併用薬液注入装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の薬液注入装置を用いた工法であって、
地盤に削孔を形成する工程と、
軸方向に沿って複数の薬液吐出部が所定の間隔で設けられた注入外管を、前記削孔に建込む工程と、
前記薬液注入装置を前記注入外管に挿入し、前記基端側パッカー及び前記先端側パッカーを前記注入外管の内周面に密着固定する工程と、
前記薬液注入装置の前記超音波振動発生部により超音波を発生させつつ前記吐出口から固化材を吐出し、前記注入外管の前記薬液吐出部を通して地盤中に固化材を浸透させる工程と
を有することを特徴とするダブルパッカー薬液注入工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波振動を併用して薬液を注入する装置、及びその装置を用いて行うダブルパッカー薬液注入工法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、地震による液状化現象等の被害や地盤掘削による土砂崩壊を防止するための薬液注入工法がよく知られている。当該工法においては、固化材である薬液をグラウトポンプにて圧送することにより地盤の土粒子間隙に浸透させ固結させる。その場合、細粒分が多く土粒子間隙が小さい地盤では、薬液の圧送により地盤の細粒分が移動して土粒子間隙が目詰まりを起こして透水性が悪くなり、薬液の浸透が妨げられやすいという問題がある。目詰まりが起きると、薬液が土粒子間隙に浸透せずに注入圧力により地盤が割裂し、その中に薬液が入って固結するという、好ましくない割裂注入状態となる。
【０００３】
特許文献１には、薬液注入圧力を数秒〜１５秒程度の周期で経時的かつ連続的に増減させかつ周期毎に最大圧力と最小圧力を漸増させることにより、粘性の高いセメント系薬液の高圧注入でも地盤の割裂を起こさず全方向に浸透注入するための薬液注入工法（動的注入工法）が開示されている。
【０００４】
特許文献２には、超音波振動発生装置を具備する棒状振動体で構成された固化材振動注入装置により、超音波領域の振動を加えつつ固化材を注入することにより周囲地盤への固化材の浸透拡散効果を高める薬液注入工法（固化材振動注入工法）が開示されている。
【０００５】
一方、薬液注入工法の一つである二重管ダブルパッカー薬液注入工法が知られている（例えば特許文献３）。当該工法は、ケーシング削孔に注入外管を建て込み、注入外管にダブルパッカーを具備する注入内管を挿入し、注入内管の軸方向位置を変えながらダブルパッカー間の周囲地盤領域に薬液を注入するものである。
【０００６】
特許文献４では、二重管ダブルパッカー薬液注入工法においてダブルパッカー間に偏心重錘による振動子を設けて振動を与えつつ薬液注入を行う工法が開示されている。
【０００７】
しかしながら、上記従来の工法には各々以下のような問題があった。特許文献１の動的注入工法では、割裂注入を完全に解消することはできず、均一な固化体を得ることは難しい。また、常に変動する注入圧力を管理することも困難である。
【０００８】
特許文献２に記載の超音波振動を併用した固化材振動注入工法は、スラリー状の懸濁タイプの固化材を用いた場合、超音波振動を併用しても固化材が削孔周囲地盤に留まり、遠方に浸透拡散させることは難しい。また、スラリー状の固化材をできるだけ広範囲に浸透拡散させるために、硬化時間の長い低粘性のものとすると、削孔内で吐出されても地盤に浸透する前に孔口から地表に漏れ出しやすいという問題がある。また、超音波振動を併用した薬液注入工法では、薬液注入装置の内部にも超音波振動が伝達されることにより、装置内部の部材が常時超音波振動に曝されて劣化損傷しやすくなるという問題もある。
【０００９】
二重管ダブルパッカー薬液注入工法を用いると、地盤中での固化材の吐出領域を規定できるという利点があるが、薬液が一点から半球状に拡散する球状浸透であるため、細粒分の多い地盤では注入抵抗が大きく、上述した割裂注入を生じやすい。注入抵抗を低減するために吐出速度を遅くすると施工時間が長くなるという問題がある。これらの理由から、広い浸透範囲が得られない場合は削孔本数を多くして密に（例えば１ｍピッチ）施工しなければならなかった。また、特許文献４の二重管ダブルパッカー薬液注入工法と機械的振動の併用では、十分な浸透注入効果が得られないのが現状である。
【００１０】
このような事情のもと、本発明者らは、上記問題を解決しうる新規な超音波振動併用薬液注入装置及びこれを用いた工法をすでに提案している（特願２０１６−１８３６３４号）。この装置は、基端側パッカー及び先端側パッカー間に、固化材を吐出する吐出口や、超音波振動発生部などを備えたものとなっている。超音波振動発生部は、超音波発生装置、超音波増幅器、超音波共振器などを含んで構成され、それらから先端側パッカーの方向に若干離間した位置には、超音波を反射・拡散する超音波拡散体が設けられている。このような構成を採用したことにより、固化材を効果的に周囲地盤へ浸透拡散させることができる等の効果が期待できるものと考えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００５−３３０８０５号公報
【特許文献２】特開２００８−２０８６３３号公報
【特許文献３】特開平９−３８６８号公報
【特許文献４】特開平３−２７１４１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところで、本発明者らが提案した上記超音波振動併用薬液注入装置は現状でも十分優れたものであるが、構造的にみてまだ改良の余地があると考えられる。
【００１３】
例えば、この薬液注入装置では、注入外管の限られたスペース内（例えば、内径数十ｍｍ程度）に、超音波振動発生部を挿入する必要がある。この場合、挿入しやすさを優先して小型の超音波振動発生部を選択してしまうと、超音波発生装置等を細くする必要性が生じ、超音波の出力が犠牲になってしまう。従って、十分大きな出力を得るためには、可能な限り大きな超音波振動発生部を選択することが望ましいことになる。ところが、比較的大きい出力の超音波振動発生部を狭いスペースに挿入して動作させると、エロージョン（浸食）によって特に超音波振動発生部の先端部分（即ち超音波共振器の超音波出力端）が劣化損傷し、出力が低下してしまう。それゆえ、出力低下が起こる前に超音波共振器全体を新しいものに取り換える必要がある。通常この場合には、分解、組立、調整等を伴う煩雑なメンテナンス作業を余儀なくされるが、このような煩雑な作業現場で行うことは容易ではないと予想される。ゆえに、メンテナンス作業の容易な構造であることが望まれる。
【００１４】
また、この薬液注入装置では、基端側パッカーと先端側パッカーとに対してそれぞれエア供給パイプが接続されており、それらのエア供給パイプを介してエアを供給することにより各パッカーが膨らむようになっている。ところで、地表からみて基端側パッカーは超音波振動発生部よりも近い位置にあるため、超音波振動発生部が邪魔になることもなく、エア供給パイプの配置の自由度が大きい。一方、先端側パッカーは超音波振動発生部よりも遠い位置にあるため、中心軸上にある超音波振動発生部が邪魔になってしまい、エア供給パイプの配置の自由度が小さい。それゆえ、現状では超音波振動発生部を構成する振動子ケースの外周面と、注入外管の内周面とがなす非常に狭いスペースにエア供給パイプを通す構造にする必要がある。このため、スペース確保のために超音波振動発生部をいくぶん小型にする必要があったり、超音波振動発生部を注入外管に挿入するときに径方向に張り出した当該エア供給パイプが当たって挿入作業が困難になったり、不完全な固定状態で繰り返し超音波振動に晒されることにより当該エア供給パイプが変形、破損しやすくなる、等の不具合が予想される。ゆえに、先端側パッカー用のエア供給パイプに関する上記不具合を解消しうる構造であることが望まれる。
【００１５】
また、この薬液注入装置では、例えば基端側パッカーや先端側パッカーを超音波振動発生部に対して支持部材を介して連結固定する構成を採用しているが、比較的大きい出力の超音波振動発生部を選択した場合、超音波振動の影響が連結固定部分に出やすくなるものと予想される。ゆえに、装置の耐久性を向上させるためにも、あらかじめこの部分について何らかの対策を施しておくことが望まれる。
【００１６】
また、超音波振動子ユニットを高出力で連続運転すると、発熱によって振動子ケース内の温度が次第に上昇し、これに伴い超音波の出力低下が予想される。それゆえ、超音波振動子ユニットを何らかの手段により冷却すべきであるが、例えば冷却ファン等を設置しようとしても、超音波振動子ユニット近傍には十分なスペースが存在しない。また、超音波振動子ユニットの周囲に熱を逃がすこともできない。ゆえに、動作安定性や耐久性の向上のためにも、超音波振動子ユニットを確実に冷却できる構造が望まれる。
【００１７】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、固化材を効果的に周囲地盤へ浸透拡散させることができるとともに、超音波振動による薬液注入装置の劣化損傷を防止することができるばかりでなく、耐久性、メンテナンス性、動作安定性などの点において改良が図られた超音波振動併用薬液注入装置及びそれを用いた工法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、超音波振動を併用するダブルパッカー薬液注入工法に用いられる超音波振動併用薬液注入装置であって、注入管本体と、前記注入管本体の先端にて軸方向に所定の間隔を開けて設けられた基端側パッカー及び先端側パッカーと、前記注入管本体を通して圧送された固化材を吐出するために前記基端側パッカー及び前記先端側パッカーの間に設けられた吐出口と、前記基端側パッカー及び前記先端側パッカーの間に設けられた超音波振動発生部とを備え、前記超音波振動発生部は、前記注入管本体の中心軸上にて前記基端側パッカー側から順に配置された超音波振動子ユニット、超音波増幅器及び超音波共振器と、前記超音波共振器の超音波出力端から離間して中心軸上に配置され前記超音波を反射して前記注入管本体の径方向に拡散する超音波拡散体とを有し、前記超音波共振器の前記超音波出力端に先端部材が着脱可能に連結されていることを特徴とする超音波振動併用薬液注入装置をその要旨とする。
【００１９】
従って、請求項１に記載の発明によれば、両パッカー間に設けられた超音波振動発生部の超音波振動子ユニットにて発生した超音波は、さらに超音波増幅器及び超音波共振器にて増幅、共振された後、超音波出力端から放射される。すると、固化材及び注入管本体に超音波が伝搬し、これらが超音波振動する結果、固化材粒子及び周囲地盤の土粒子が超音波振動する。このように超音波振動を併用した薬液注入が可能となることで、固化材を効果的に周囲地盤へ浸透拡散させることができる。また、本発明では、超音波共振器の超音波出力端から離間した位置に設けた超音波拡散体が超音波を反射することで、超音波が注入管本体の径方向に拡散される。よって、超音波拡散体よりも先端側への超音波の伝搬及び基端側への反射が阻止される結果、装置において振動に弱い部材が超音波振動に晒されにくくなり、超音波振動による薬液注入装置の劣化損傷を防止することができる（以上、便宜上「主たる作用効果」と呼ぶ。）。
さらに、本発明においては、上記の主たる作用効果ばかりでなく、以下の作用効果も奏する。即ち、超音波共振器の超音波出力端に先端部材が着脱可能に連結されていることから、浸食により超音波出力端側に劣化損傷が生じたとしても、先端部材のみを新しいものに取り換えることができる。よって、超音波共振器全体を新しいものに取り換える必要がなくなり、メンテナンス性が向上する。また、先端部材のみを取り換える作業は、必ずしも分解、組立、調整等を伴わないため、例えば作業現場にて行うことが可能となる。なお、超音波共振器全体を新しくする必要がある場合に比べてコスト性も向上する。
【００２０】
請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記先端部材の少なくとも先端面は耐食性保護膜で被覆されていることをその要旨とする。
【００２１】
従って、請求項２に記載の発明によれば、耐食性保護膜で覆われることで先端面が薬液に直接触れなくなるため、浸食による劣化損傷が起こりにくくなり、先端部材の長寿命化を図ることができる。
【００２２】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２において、前記先端部材の先端面は凸面状であることをその要旨とする。
【００２３】
従って、請求項３に記載の発明によれば、先端部材の先端面が平面状である場合に比べて、超音波が径方向に分散されやすくなるため、超音波拡散体に伝搬する超音波振動の量が減り、超音波拡散体の劣化を遅らせることができる。
【００２４】
請求項４に記載の発明は、超音波振動を併用するダブルパッカー薬液注入工法に用いられる超音波振動併用薬液注入装置であって、注入管本体と、前記注入管本体の先端にて軸方向に所定の間隔を開けて設けられた基端側パッカー及び先端側パッカーと、前記注入管本体を通して圧送された固化材を吐出するために前記基端側パッカー及び前記先端側パッカーの間に設けられた吐出口と、前記基端側パッカー及び前記先端側パッカーの間に設けられた超音波振動発生部とを備え、前記超音波振動発生部は、前記注入管本体の中心軸上にて前記基端側パッカー側から順に配置された超音波振動子ユニット、超音波増幅器及び超音波共振器と、前記超音波共振器の超音波出力端から離間して中心軸上に配置され前記超音波を反射して前記注入管本体の径方向に拡散する超音波拡散体と、前記超音波振動子ユニットを内部空間に気密的に収容する振動子ケースとを有し、前記振動子ケースの外周面にパイプ保持溝が凹設されるとともに、前記パイプ保持溝に前記先端側パッカー用のエア供給パイプが保持固定されていることを特徴とする超音波振動併用薬液注入装置をその要旨とする。
【００２５】
従って、請求項４に記載の発明によれば、上記の「主たる作用効果」を奏するほか、以下の作用効果も奏する。即ち、振動子ケースの内部空間に超音波振動子ユニットが気密的に収容されているので、超音波振動子ユニットが周囲にある薬液に直接晒されることがなく、超音波振動子ユニットの劣化損傷が回避される。また、振動子ケースの外周面にパイプ保持溝が凹設され、そこに先端側パッカー用のエア供給パイプが保持固定された状態となっていることから、繰り返し超音波振動に晒されても当該エア供給パイプに変形、破損が起こりにくい。さらに、エア供給パイプが振動子ケースの外周面に入り込む結果、エア供給パイプが径方向に張り出さなくなるため、超音波振動発生部を注入外管に挿入するときに当該エア供給パイプが邪魔にならない。よって、挿入作業を容易に行うことが可能となる。また、この場合においては、振動子ケースを避けるようにしてエア供給パイプを配設する必要がなくなるため、エア供給パイプを振動子ケース部分でわざわざ曲げることなくストレートの状態で使用することが可能となる。さらに、振動子ケースの外周面と注入外管の内周面との間にパイプ設置スペースを確保する必要がなくなることから、その分だけ大きな超音波振動発生部を使用することが可能となる。
【００２６】
請求項５に記載の発明は、請求項４において、前記超音波増幅器及び前記超音波共振器が一体構造をなすように構成され、前記先端側パッカー用のエア供給パイプが、前記パイプ保持溝と外周上同位置に配設された前記超音波共振器の鍔部に挿通されていることをその要旨とする。
【００２７】
例えば、超音波増幅器及び超音波共振器が別体構造をなしており、両者がねじ止め固定されるような構成であると、超音波共振器の鍔部におけるパイプ挿通凹部が、組み付け時にパイプ保持溝と外周上同位置からずれてしまう可能性がある。これに対して請求項５に記載の発明によれば、超音波増幅器及び超音波共振器が一体構造をなすように構成されているので、両者が互いに回転不能な状態となる。ゆえに、超音波共振器の鍔部におけるパイプ挿通凹部が、組み付け時にパイプ保持溝と外周上同位置からずれる心配がない。従って、先端側パッカー用のエア供給パイプをパイプ保持溝及び鍔部におけるパイプ挿通凹部の双方に容易にかつ確実に挿通させることができ、組み付け性が向上する。また、この場合においても、エア供給パイプをわざわざ曲げることなくストレートの状態で使用することが可能となる。さらに、鍔部におけるパイプ挿通凹部でもエア供給パイプが保持固定されるように構成すれば、エア供給パイプの固定強度をいっそう高めることができる。
【００２８】
請求項６に記載の発明は、請求項４または５において、前記振動子ケースと前記超音波共振器とが溶接接合され、前記先端側パッカー用のエア供給パイプが、前記パイプ保持溝と外周上同位置に配設された前記超音波共振器の鍔部に挿通されていることをその要旨とする。
【００２９】
従って、請求項６に記載の発明によれば、振動子ケースと超音波共振器とが溶接接合により互いに回転不能に固定されているので、超音波共振器の鍔部におけるパイプ挿通凹部が、組み付け時にパイプ保持溝と外周上同位置からずれる心配がない。従って、先端側パッカー用のエア供給パイプをパイプ保持溝及び鍔部におけるパイプ挿通凹部の双方に容易にかつ確実に挿通させることができ、組み付け性が向上する。また、この場合においても、エア供給パイプをわざわざ曲げることなくストレートの状態で使用することが可能となる。さらに、鍔部におけるパイプ挿通凹部でもエア供給パイプが保持固定されるように構成すれば、エア供給パイプの固定強度をいっそう高めることができる。
【００３０】
請求項７に記載の発明は、超音波振動を併用するダブルパッカー薬液注入工法に用いられる超音波振動併用薬液注入装置であって、注入管本体と、前記注入管本体の先端にて軸方向に所定の間隔を開けて設けられた基端側パッカー及び先端側パッカーと、前記注入管本体を通して圧送された固化材を吐出するために前記基端側パッカー及び前記先端側パッカーの間に設けられた吐出口と、前記基端側パッカー及び前記先端側パッカーの間に設けられた超音波振動発生部とを備え、前記超音波振動発生部は、前記注入管本体の中心軸上にて前記基端側パッカー側から順に配置された超音波振動子ユニット、超音波増幅器及び超音波共振器と、前記超音波共振器の超音波出力端から離間して中心軸上に配置され前記超音波を反射して前記注入管本体の径方向に拡散する超音波拡散体とを有し、前記基端側パッカー及び前記先端側パッカーのうち少なくとも前記先端側パッカーを支持する支持部材が、前記超音波振動発生部において超音波振動の節となる位置に連結固定されていることを特徴とする超音波振動併用薬液注入装置をその要旨とする。
【００３１】
従って、請求項７に記載の発明によれば、上記の「主たる作用効果」を奏するほか、以下の作用効果も奏する。即ち、少なくとも先端側パッカーを支持する支持部材が、超音波振動発生部において超音波振動の節となる位置に連結固定されているため、部材同士の連結部分に対する超音波振動の影響を最小限に抑えることができる。よって、装置の耐久性が向上する。
【００３２】
請求項８に記載の発明は、超音波振動を併用するダブルパッカー薬液注入工法に用いられる超音波振動併用薬液注入装置であって、注入管本体と、前記注入管本体の先端にて軸方向に所定の間隔を開けて設けられた基端側パッカー及び先端側パッカーと、前記注入管本体を通して圧送された固化材を吐出するために前記基端側パッカー及び前記先端側パッカーの間に設けられた吐出口と、前記基端側パッカー及び前記先端側パッカーの間に設けられた超音波振動発生部とを備え、前記超音波振動発生部は、前記注入管本体の中心軸上にて前記基端側パッカー側から順に配置された超音波振動子ユニット、超音波増幅器及び超音波共振器と、前記超音波共振器の超音波出力端から離間して中心軸上に配置され前記超音波を反射して前記注入管本体の径方向に拡散する超音波拡散体と、前記超音波振動子ユニットを内部空間に気密的に収容する振動子ケースとを有し、前記内部空間に前記超音波振動子ユニットを冷却するための冷却用気体を前記注入管本体の基端側から導入する導入管と、前記内部空間に導入された前記冷却用気体を前記注入管本体の基端側に戻して排出する排出管とが設けられていることを特徴とする超音波振動併用薬液注入装置をその要旨とする。
【００３３】
従って、請求項８に記載の発明によれば、上記の「主たる作用効果」を奏するほか、以下の作用効果も奏する。即ち、振動子ケースの内部空間に超音波振動子ユニットが気密的に収容されているので、超音波振動子ユニットが周囲にある薬液に直接晒されることがなく、超音波振動子ユニットの劣化損傷が回避される。また、本発明によれば、導入管を経て導入された冷却用気体によって、超音波振動子ユニットの熱が奪われる。高温化した冷却用気体は、導入管とは別経路で設けられた排出管を経て注入管本体の基端側に確実に戻され、排出される。このため、超音波振動子ユニット近傍に十分なスペースが存在しなくても、超音波振動子ユニットを効率よく冷却することができる。よって、装置の動作安定性が向上するとともに、耐久性も向上する。
【００３４】
請求項９に記載の発明は、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の薬液注入装置を用いた工法であって、地盤に削孔を形成する工程と、軸方向に沿って複数の薬液吐出部が所定の間隔で設けられた注入外管を、前記削孔に建込む工程と、前記薬液注入装置を前記注入外管に挿入し、前記基端側パッカー及び前記先端側パッカーを前記注入外管の内周面に密着固定する工程と、前記薬液注入装置の前記超音波振動発生部により超音波を発生させつつ前記吐出口から固化材を吐出し、前記注入外管の前記薬液吐出部を通して地盤中に固化材を浸透させる工程とを有することを特徴とするダブルパッカー薬液注入工法をその要旨とする。
【００３５】
従って、請求項９に記載の発明によれば、ダブルパッカー薬液注入工法を用いて固化材を地盤に注入すると同時に、薬液注入装置により超音波を発生することにより、固化材及び注入外管に超音波が伝搬し、これらが超音波振動する。これにより、固化材粒子及び周囲地盤の土粒子が超音波振動する。その結果、固化材粒子及び土粒子が浮遊して移動するため、細粒分の多い地盤であっても土粒子間隙が閉塞せず、毛細管現象により固化材粒子が土粒子間隙に入り込みかつ遠方まで到達する。また、超音波振動の効果により、従来の球状浸透に替わってまたは球状浸透に加えて柱状浸透が促進され、注入抵抗が小さくなり均質で大型の固化体を得ることができる。なお、本発明によれば、スラリー状の懸濁タイプの固化材の浸透注入も可能となる。また、１本の注入孔によって従来よりも広範囲に固化体が造成できるため、削孔本数を低減でき、施工コストを縮減できる。削孔本数は、例えば従来１ｍピッチであったところ、２ｍピッチとすることが可能となる。
【発明の効果】
【００３６】
以上詳述したように、請求項１〜９に記載の発明によると、固化材を効果的に周囲地盤へ浸透拡散させることができるとともに、超音波振動による薬液注入装置の劣化損傷を防止することができる。特に請求項１〜３に記載の発明によると、装置のメンテナンス性、コスト性を向上することができる。特に請求項４〜６に記載の発明によると、装置の耐久性、挿入時の作業性などを向上することができる。特に請求項７に記載の発明によると、装置の耐久性を向上することができる。特に請求項８に記載の発明によると、装置の動作安定性、耐久性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明を具体化した実施形態の振動併用薬液注入工法において用いられる各装置を概略的に示したものであり、（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ公知の注入外管と薬液注入装置の側面図、（ｃ）は本実施形態の振動併用薬液注入装置の側面図である。
【図２】（ａ）は図１に示した注入外管に薬液注入装置を挿入した場合、（ｂ）は注入外管に振動併用薬液注入装置を挿入した場合における、薬液注入時の様子を模式的に示した概略断面図である。
【図３】（ａ）は本実施形態の振動併用薬液注入装置における超音波振動発生部を示す概略斜視図であり、（ｂ）は当該超音波振動発生部の改良前のものを示す概略斜視図である。
【図４】本実施形態の振動併用薬液注入装置における超音波振動発生部を示す一部破断断面図である。
【図５】本実施形態の振動併用薬液注入装置における超音波振動発生部を示す部分側面図である。
【図６】（ａ）は超音波共振器の超音波出力端に設けられた本実施形態の先端部材を示す断面図であり、（ｂ）〜（ｆ）がその変形例を示す断面図である。
【図７】図１に示した各装置を用いて行う本実施形態による振動併用薬液注入工法の一例を概略的に説明する図である。
【図８】同じく本実施形態による振動併用薬液注入工法の一例を概略的に説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、本発明を具体化した実施形態の超音波振動併用薬液注入装置及びそれを用いた工法を図面に基づき詳細に説明する。
【００３９】
本発明による超音波振動併用薬液注入装置（以下「振動併用薬液注入装置」と略称する）及びその工法は、二重管ダブルパッカー薬液注入工法（以下「ダブルパッカー薬液注入工法」と略称する）において超音波振動を併用するものである。本発明は、ダブルパッカー薬液注入工法における従来の薬液注入装置と組合せて用いることができる新規の振動併用薬液注入装置を提示するとともに、この振動併用薬液注入装置を用いてダブルパッカー薬液注入工法を行う超音波振動併用薬液注入工法（以下「振動併用薬液注入工法」と略称する）を提示する。
【００４０】
公知のダブルパッカー薬液注入工法の施工手順は、地盤状況等の施工条件により種々のバリエーションがあるが、以下では、典型的な施工手順を例として本発明を説明する。但し、本発明の適用対象は、例示する典型的な施工手順に限定されるものではない。
【００４１】
図１は、本実施形態の振動併用薬液注入工法において用いられる各装置を概略的に示したものであり、（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ公知の注入外管と薬液注入装置の側面図、（ｃ）は本実施形態の振動併用薬液注入装置の側面図である。図２（ａ）は図１に示した注入外管に薬液注入装置を挿入した場合、（ｂ）は注入外管に振動併用薬液注入装置を挿入した場合における、薬液注入時の様子を模式的に示した概略断面図である。
【００４２】
図１（ａ）に示されるように、注入外管１は、長尺の管体である外管本体１１を有し、外管本体１１の軸方向に複数の薬液吐出部１５が所定の間隔で形成されている。隣同士の薬液吐出部１５の間隔は、従来は２５０〜３３０ｍｍ程度であるが、本発明では、１０００ｍｍ程度とすることも可能である。これは後述する振動併用の効果による。外管本体１１は、例えばポリ塩化ビニル等の合成樹脂製である。図１（ａ）では一箇所の薬液吐出部１５のみを示している。薬液吐出部１５は、外管本体１１の管壁を貫通する複数の吐出孔１２と、吐出孔１２を覆って外周面上に巻かれたスリーブ１３とを有する。複数の吐出孔１２は、周方向に適宜の間隔で一列に穿設されている。スリーブ１３は、例えば熱収縮チューブにより形成される。
【００４３】
スリーブ１３には、周方向に適宜の間隔で複数のスリット１４が穿設されている。図示の例では、スリーブ１３のスリット１４が、吐出孔１２に対向する位置の上方及び下方に２列で設けられている。スリーブ１３の上下端部は、適宜のかしめ部材により外管本体１１の外周面に密閉固定されている。
【００４４】
図示しないが、図１（ａ）の例とは逆に、外管本体１１の複数の吐出孔１２が上下方向に所定の間隔を空けて２列で設けられ、一方、それら２列の吐出孔１２を覆うスリーブ１３の複数のスリット１４は、２列の吐出孔１２に対向する位置の中間に一列で設けられていてもよい。なお、外管本体１１の吐出孔１２とスリーブ１３のスリット１４の配置構成は、これらの例に限られない。
【００４５】
なお、本発明による振動併用薬液注入工法に用いる注入外管１の薬液吐出部１５の構成は図示の例に限られず、公知のダブルパッカー薬液注入工法の注入外管のいずれの構成も採用できる。
【００４６】
図１（ｂ）は、注入外管１に挿入される薬液注入装置２の下端近傍部分を示している。薬液注入装置２は、公知のダブルパッカー薬液注入工法におけるものである。図１（ｂ）、図２（ａ）に示されるように、本実施形態の薬液注入装置２は、薬液を圧送するための長尺の管体である注入管本体２１を有し、その下端近傍には適宜の数の吐出口２４が穿設されている。吐出口２４の上側には上部パッカー２２（基端側パッカー）が取り付けられ、下側には下部パッカー２３（先端側パッカー）が取り付けられている。上部パッカー２２及び下部パッカー２３は、例えば、空気又は薬液の媒体の入出により膨張収縮可能な弾性材から形成されている。図示しないが、上部パッカー２２及び下部パッカー２３を膨張収縮させる媒体の送管が注入管本体２１に内設または併設されている。
【００４７】
なお、本発明による振動併用薬液注入工法における薬液注入装置２の上部パッカー２２及び下部パッカー２３の具体的構成は、公知のダブルパッカー薬液注入工法の薬液注入装置のいずれの構成も採用できる。
【００４８】
図１（ｃ）は、注入外管１に挿入される本発明の振動併用薬液注入装置３の下端近傍部分を示している。図１（ｃ）、図２（ｂ）に示されるように、本実施形態の振動併用薬液注入装置３は、固化材である薬液を圧送するための長尺の管体である注入管本体３１を有する。注入管本体３１の下端近傍には適宜の数の吐出口３４が穿設されている。吐出口３４の上側には上部パッカー３２（基端側パッカー）が取り付けられ、吐出口３４の下側には下部パッカー３３（先端側パッカー）が取り付けられている。
【００４９】
図３（ａ）は振動併用薬液注入装置３における超音波振動発生部４を示す概略斜視図であり、（ｂ）は当該超音波振動発生部４の改良前のものを示す概略斜視図である。図４は超音波振動発生部４を示す一部破断断面図であり、図５は超音波振動発生部４を示す部分側面図である。
【００５０】
図２等に示されるように、超音波振動発生部４は、上部パッカー３２と下部パッカー３３との間に設けられている。また、図２、図３（ａ）、図４等に示されるように、本実施形態の超音波振動発生部４は、超音波発生ユニット４１、ブースタ４２（超音波増幅器）、ホーン４３（超音波共振器）等により構成され、これらにより超音波が発生されるようになっている。超音波発生ユニット４１は、好ましくは振動子としての圧電素子を備え、発振機（地表に設置）から送信される高周波電圧が印加されることにより超音波を発生する。高周波電圧送信用の電気配線は、好ましくは注入管本体３１に内設または併設されている。必要とされる出力及び周波数を持つ超音波を発生可能であれば、圧電素子以外の振動子を用いてもよい。
【００５１】
ブースタ４２は、超音波発生ユニット４１が発生した超音波の振幅を例えば数倍に増幅してホーン４３に伝達する。ブースタ４２の一部及びホーン４３の全体は、周囲に薬液が存在している状態で強い超音波に曝されることから、耐食性に劣るものであると激しく浸食されてしまう。そのため、これらの部材には、硬質で錆難い材質が用いられ、例えばステンレス等がよく用いられる。
【００５２】
図２、図３（ａ）、図４、図５に示されるように、超音波発生ユニット４１、ブースタ４２及びホーン４３は、注入管本体３１の中心軸Ｌ１上にて上部パッカー３２側からその順に配置されており、ホーン４３の下端が超音波出力端となっている。本実施形態において超音波の出力は特に限定されないが、例えば２００Ｗ〜３００Ｗが好適である。また、超音波の周波数も特に限定されないが、例えば１０ｋＨｚ〜３０ｋＨｚが好適である。なお、一般的に超音波は２０ｋＨｚ以上とされているが、本発明に関しては１０ｋＨｚ〜２０ｋＨｚの間も含むものとする。
【００５３】
図２、図５等に示されるように、中心軸Ｌ１上であって、ホーン４３の超音波出力端から所定の距離だけ下方に離間した位置には、超音波拡散体４４が配置されている。超音波拡散体４４は、ホーン４３の発する超音波を反射して注入管本体１１の径方向に拡散する役割を果たしている。超音波拡散体４４は、例えばステンレス製の部材からなり、４５°の傾斜を有する円錐状部分を有している。超音波拡散体４４における円錐状部分の頂点は、ホーン４３の超音波出力端に対向して配置されている。
【００５４】
超音波拡散体４４は、ホーン４３から出力された超音波がそれよりも先端側に伝搬することを阻止することにより、装置下端近傍の部材（例えば下部パッカー３３の弾性材等）が超音波により劣化損傷することを防止する。また、超音波拡散体４４は、超音波がホーン４３の方へ反射して戻ることを阻止することにより、ホーン４３が超音波により劣化損傷することを防止する。超音波拡散体４４自体は超音波振動に晒されることで消耗するが、その場合にはこれを新しいものに交換するのみでよい。
【００５５】
図３（ａ）、図４等に示されるように、本実施形態のホーン４３は、鍔部４３ｃを介して大径部４３ａと小径部４３ｂとを設けた構造となっている。一方、本実施形態のブースタ４２も、鍔部４２ｃを介して大径部４２ａと小径部４２ｂとを設けた構造となっている。そして本実施形態では、このようなホーン４３とブースタ４２とが、同じ金属材料（例えばステンレス等）を用いて一体構造をなすように構成されている。つまり、ホーン４３の大径部４３ａの基端面と、ブースタ４２の小径部４２ｂとが一体不可分となっている。これに対して、図３（ｂ）に示す改良前のものは、ホーン４３とブースタ４２とが元々は別体で構成され、それらが互いにねじ止めで連結された構造となっている点で相違する。
【００５６】
また、図３（ａ）、図４等に示されるように、本実施形態の超音波振動発生部４は、超音波振動子ユニット４１全体を内部空間４８に気密的に収容する振動子ケース４０を備えている。本実施形態の振動子ケース４０は、ステンレス等の材料からなる円筒状の有底部材であり、超音波振動子ユニット４１を収容可能な大きさに形成されている。振動子ケース４０の開口部は、全周にわたってブースタ４２の鍔部４２ｃに例えば溶接により強固に接合されている。なお、両者を互いに強固に固定することができるのであれば、溶接以外の手法を採用してもよい。
【００５７】
図３等に示されるように、この振動子ケース４０の外周面における１箇所には、振動子ケース４０の長手方向に沿って直線的に延びるようにパイプ保持溝６２が凹設されている。ブースタ４２の鍔部４２ｃにおいてパイプ保持溝６２と外周上同位置には、断面略Ｕ字状のパイプ挿通凹部６４が設けられている。そして、このパイプ保持溝６２及びパイプ挿通凹部６４には、先端側パッカー３３用のエア供給パイプ６１が移動不能に保持固定されている。エア供給パイプ６１は例えば接着剤等を用いてパイプ保持溝６２の内壁面に接合されていてもよい。なお、本実施形態で用いたエア供給パイプ６１は、金属製（好ましくはステンレス製）であって、ストレート形状を有するものとしている。エア供給パイプ６１を保持固定できるのであれば、パイプ保持溝６２の深さは特に限定されないが、本実施形態ではパイプ保持状態のときにエア供給パイプ６１が振動子ケース４０の外周面から突出しない深さに設定されている。なお、これに対して、図３（ｂ）に示す改良前のものは、パイプ保持溝６２を有していないため、エア供給パイプ６１が曲げられた状態で配設されている点で相違する。
【００５８】
また、図３等に示されるように、ホーン４３の鍔部４３ｃは、ブースタ４２の鍔部４２ｃと等しい外径となるように形成されるとともに、パイプ保持溝６２及びパイプ挿通凹部６４と外周上同位置にパイプ挿通凹部６３を有している。そして、先端側パッカー３３に接続されたエア供給パイプ６１が、そのパイプ挿通凹部６３に対して挿通されている。これに対して、図３（ｂ）に示す改良前のものは、ホーン４３の鍔部４３ｃにパイプ挿通凹部６３が設けられていない。従って、先端側パッカー３３用のエア供給パイプ６１が鍔部４３ｃの外周側を通って配設されている点で相違する。
【００５９】
図３（ａ）、図５等に示されるように、ホーン４３の鍔部４３ｃにおける複数箇所には、支持柱４５（支持部材）を取り付けるための取付孔部４６が設けられている。これらの取付孔部４６には支持柱４５の一端側が連結固定されており、その他端側は下部パッカー３３に連結固定されている。なお、上部パッカー３２は図示しないが支持部材を介して振動子ケース４０の基端面に連結固定されている。
【００６０】
図５の左側部分には超音波振動発生部４が発生する超音波の波形が示されており、その波形における超音波振動の節がＦ１、腹がＨ１で示されている。なお、図５の右側部分においてＰ０で示した点は超音波振動発生部４の先端位置であり、Ｐ１で示した点は下部パッカー３３の基端面と支持柱４５との連結位置であり、Ｐ２で示した点は上述した支持柱４５とホーン４３の鍔部４３ｃとの連結位置であり、Ｐ３で示した点はホーン４３とブースタ４２との境界位置であり、Ｐ４で示した点はブースタ４２の鍔部４２ｃと振動子ケース４０との連結位置である。そして、これら各位置Ｐ０〜Ｐ４のうち、Ｐ０では超音波振動のエネルギーが最大限になるため、その位置は腹Ｈ1の位置となる。また、別体部材同士の連結が存在しないＰ３については、腹Ｈ1となる位置に対応して配置されている。それに対して、別体部材同士の連結が存在するＰ１、Ｐ２、Ｐ４については、節Ｆ１となる位置、換言すると超音波振動のエネルギーが最小限となる位置に対応して配置されている。
【００６１】
図３（ａ）、図６（ａ）等に示されるように、本実施形態においてホーン４３の超音波出力端（即ち、小径部４３ｂの先端面）には、超音波出力端を保護するための先端部材５１が着脱可能に連結されている。先端部材５１は例えばステンレス製の部材であって、当該小径部４３ｂと同径かつ円柱状に形成されており、その先端面５２は平坦面となっている。先端部材５１と小径部４３ｂとを着脱可能に連結する手段としては様々な構造が採用可能であるが、本実施形態ではねじ構造が採用されている。具体的には、先端部材５１の基端面中央部に雄ねじ部５３が突設されており、その雄ねじ部５３が小径部４３ｂ側に設けられた雌ねじ部５４に螺着されている。
【００６２】
図４等に示されるように、振動子ケース４０の基端側には、地表における注入管本体３１の基端側から延びる導入管７１と排出管７２とがそれぞれ接続されている。導入管７１は、振動子ケース４０の内部空間４８に対し、超音波振動子ユニットを冷却するためのエア（冷却用気体）を注入管本体３１の基端側から導入する役割を果たしている。一方、排出管７２は、内部空間４８に導入されたエアを、導入管７１とは別の経路を経由して注入管本体３１の基端側に戻して排出する役割を果たしている。地表側にて露出した導入管７１には送気手段であるポンプ７４が接続されており、このポンプ７４を駆動することにより導入管７１にエアが圧送されるようになっている。また、地表側にて露出した導入管７１には、温度センサ７６が設けられ、導入されるエアの温度を計測するようになっている。一方、地表側にて露出した排出管７２にも、温度センサ７３が設けられ、排出されてくるエアの温度を計測するようになっている。また、ポンプ７４及び温度センサ７３、７６は、制御手段であるコンピュータ７５にともに電気的に接続されている。コンピュータ７５は温度センサ７３、７６からの出力信号を取り込んで温度を常時監視しており、その計測結果に基づいてポンプ７４の動作を適宜制御するようになっている。例えば、排出時の気体温度と導入時の気体温度との差が許容範囲内にある場合には、コンピュータ７５は基本的に一定回転数でポンプ７４を駆動する制御を行う。これに対し、排出時の気体温度の過度の上昇により、上記温度差が許容範囲を超えた場合には、コンピュータ７５はポンプ７４の回転速度を上げて駆動する制御を行う。つまり、送気量を増やして冷却能力を高めるような制御を行うようになっている。
【００６３】
次に、注入外管１、薬液注入装置２及び本実施形態の振動併用薬液注入装置３を用いた薬液注入工法について説明する。
【００６４】
公知のダブルパッカー薬液注入工法では、図１（ａ）、（ｂ）の注入外管１と薬液注入装置２とを用いる。一方、本発明による振動併用薬液注入工法では、注入外管１、薬液注入装置２及び振動併用薬液注入装置３を用いる。
【００６５】
図２（ａ）は、地中の削孔（図示せず）に建て込まれた注入外管１に薬液注入装置２を挿入し、所定の位置で上部及び下部パッカー２２、２３を膨張させて注入外管１の内周面に密着固定した状態である。このとき、薬液Ｃ１を吐出させようとする薬液吐出部１５を間に挟んでその上下に上部パッカー２２と下部パッカー２３とが位置するようにする。
【００６６】
注入管本体２１を通って薬液Ｃ１が圧送され、吐出口２４から薬液Ｃ１が吐出されると、上部パッカー２２と下部パッカー２３とにより閉じられた空間に薬液Ｃ１が充填され、管内圧力が高まる。それにより、吐出孔１２を通りスリット１４を押し開いて薬液Ｃ１が吐出される。
【００６７】
図２（ｂ）も同様に、地中の削孔（図示せず）に建て込まれた注入外管１に振動併用薬液注入装置３を挿入し、所定の位置で上部及び下部パッカー３２、３３を膨張させて注入外管１の内周面に密着固定した状態である。
【００６８】
注入管本体３１を通って薬液Ｃ２が圧送され、吐出口３４から薬液Ｃ２が吐出され、上部パッカー３２と下部パッカー３３とにより閉じられた空間に薬液Ｃ２が充填される。同時に、超音波振動発生部４の稼動を開始する。超音波発生ユニット４１で発生した超音波はブースタ４２で増幅され、ホーン４３の超音波出力端から放射される。超音波は縦波であり、伝搬方向と同じ方向に振動する。薬液Ｃ２を通して注入外管１に到達した超音波振動は、注入外管１（スリーブ１３も一体）を振動させる。注入外管１の振動は周囲地盤に伝達され、地盤中の土粒子も振動することになる。
【００６９】
また、薬液Ｃ２自体も、その粒子が振動しつつ吐出孔１２を通りスリット１４を押し開いて吐出される。吐出孔１２へ向かう薬液Ｃ２の移動方向と、超音波の伝搬方向及び振動方向が同じであるので、薬液Ｃ２中の粒子が振動しやすい。
【００７０】
本発明では、振動併用の結果、従来のダブルパッカー薬液注入工法における球状浸透に替わってまたは球状浸透に加えて柱状浸透が促進される。周囲の地盤中では、薬液Ｃ２中の粒子及び土粒子が振動しつつ移動するため、土粒子間隙の目詰まりを生じることなく、薬液Ｃ２は土粒子間隙に入り込み、地盤中に浸透することができる。薬液Ｃ２は、硬化するまで移動することができるので、硬化時間が長いほど遠方に到達できる。
【００７１】
薬液Ｃ１と薬液Ｃ２とが同じ種類及び粘性である場合、振動併用薬液注入装置３を用いた方が、薬液注入装置２を用いたときよりも薬液が遠方まで到達することができる。
【００７２】
図７及び図８を参照して、図１に示した各装置を用いて行う本発明による振動併用薬液注入工法の一例を概略的に説明する。
【００７３】
図７（ａ）の状態となるまでの工程を説明する。まず、地盤Ｇに削孔９を形成する。例えば直径１００ｍｍ〜１６５ｍｍ程度のケーシングパイプを用い、薬液注入対象範囲の底面位置である所定深度までケーシング削孔を行う。削孔９に注入外管１を建て込み、シールグラウトＣ０を注入すると同時にケーシングパイプを引き抜く。シールグラウトＣ０は、例えばセメント・ベントナイト液である。その後、シールグラウトＣ０を、その強度が発現するまで養生させる。シールグラウトＣ０が固化することにより、その後の薬液注入工程において注入外管１の周囲から地上へ薬液が漏出することを防止する。
【００７４】
図７（ａ）は、削孔９に建て込まれた注入外管１を示している。周囲には所定の強度をもつシールグラウトＣ０が存在する。注入外管１の内部は空洞である。
【００７５】
次に図７（ｂ）は、注入外管１に薬液注入装置２を挿入し、所定の位置で固定した状態を示している。挿入時は、上部パッカー２２と下部パッカー２３とを収縮状態とする。地表には、薬液材料を混合する材料混合ミキサー７と、材料混合ミキサー７から薬液を供給されるグラウトポンプ６とが設置され、グラウトポンプ６が薬液注入装置２と接続されている。
【００７６】
２つのパッカー２２、２３用の媒体送出ポンプ（図示せず）も設置されている。上部パッカー２２と下部パッカー２３とを、最下位置の薬液吐出部１５を挟んで上下に位置させた後、双方のパッカー２２、２３を膨張させて注入外管１の内周面に密着固定させる。
【００７７】
続いて図８（ａ）は、薬液注入装置２に一次薬液Ｃ１を圧送し、地盤Ｇに注入した状態を示している。一次薬液Ｃ１は、例えば比較的高粘度のセメント・ベントナイト液である。一次薬液Ｃ１の注入は、上述した図７（ａ）のように行われる。一次薬液Ｃ１は、注入外管１の周囲のシールグラウトＣ０及びその近傍の周囲地盤を割裂（クラッキング）させる。一次薬液Ｃ１による周囲のクラッキングと、クラッキングへの一次薬液Ｃ１の浸透により削孔周囲地盤の粗詰めを行う。
【００７８】
軸方向における一箇所での一次薬液Ｃ１の注入を終えたならば、パッカー２２、２３を解除して薬液注入装置２を所定の距離だけ引き上げ、次の薬液吐出部１５にて繰り返し一次薬液Ｃ１の注入を行う。薬液注入対象範囲の全ての薬液吐出部１５にて一次薬液Ｃ１の注入を完了した後、薬液注入装置２を引き抜く。
【００７９】
続いて図８（ｂ）は、注入外管１に振動併用薬液注入装置３を挿入し、所定の位置で固定し、固化材Ｃ２である薬液を注入している状態を示している。注入外管１に対する振動併用薬液注入装置３の固定位置、及び、パッカー３２、３３による固定方法は、薬液注入装置２と同様である。振動併用薬液注入装置３による固化材Ｃ２の注入は、上述した図８（ｂ）のように行われる。振動併用薬液注入装置３では超音波振動を併用するが、注入圧力において視認可能な程度の脈動を生じることはないため、注入圧力傾向を管理することは容易である。
【００８０】
超音波振動発生部４は、地表に設置した発振機５から送信される高周波電圧により駆動され超音波を発生する。超音波の発生を開始すると、注入外管１の周辺地盤に超音波振動が伝搬し、削孔９の近傍地盤が緩められて、緩み領域Ｓが形成される。この緩み領域Ｓが円筒状の浸透面となって、小さい注入抵抗で固化材Ｃ２が略水平方向に放射状に浸透することができる。即ち、従来のダブルパッカー薬液注入工法における球状浸透に替わってまたは球状浸透に加えて柱状浸透が促進される。点の浸透源による球状浸透に比べて、面の浸透源による柱状浸透では、吐出された薬液がより広く分散する。浸透面の単位体積当たりの注入抵抗が下がることにより、注入速度を高めることができ、施工時間の短縮を図ることができる。ただし、点の浸透源による球状浸透と面の浸透源による柱状浸透の浸透態様はモデル的表現であり、これらの間に厳密な境界が存在するものではなく、実際には双方の浸透態様が混在する場合もある。
【００８１】
また、鉛直方向への浸透抵抗も振動により緩和されるため、軸方向における注入間隔を、従来の２５０ｍｍ〜３３０ｍｍ程度から１０００ｍｍ程度とすることができる。これによっても、施工時間及び作業負担を軽減することができる。
【００８２】
超音波振動は微細な振動であり、視認可能な大きな脈動ではないため、固化材Ｃ２が同じ割裂脈を何度も押し広げてムラのある改良体を造成することはない。即ち、割裂注入を生じることなく、固化材Ｃ２が円滑で均質な浸透を行うことができる。
【００８３】
超音波振動発生部４は、基本的に固化材Ｃ２を注入する間を通して稼動する。しかしながら、実質的な超音波の発生は、連続的に行っても断続的に行ってもよい。好適には、超音波の発生は断続的に行う。例えば、超音波振動発生部４が、１分〜１０分の稼動時間と１分〜１０分の休止時間を繰り返すことにより断続的に超音波を発生させることが好ましい。このとき、対象地盤の粒径に応じた土粒子の沈降時間に基づいて休止時間を設定することが好ましい。断続的に超音波を発生させると、連続的に超音波を発生させる場合に比べて土粒子や固化材粒子に加わる振動にさらに緩急が加わるので、土粒子間隙の目詰まりがより起こり難くなり、発生した目詰まりを除去する効果も得られる。なお、断続的に超音波を発生する期間と、１０分以上連続的に超音波を発生する期間を組み合わせてもよい。
【００８４】
固化材Ｃ２は、比較的硬化時間の長い低粘性のものであり、例えば溶液タイプを使用できる。また、振動併用するので浸透性の比較的低い懸濁タイプ（スラリー状）のセメント系グラウトも使用できる。固化材Ｃ２が、硬化時間の長いものであっても、周囲のシールグラウトＣ０及びパッカー３２、３３により地上への漏れ出しが遮断されているので、地盤中に浸透していくことができる。固化材Ｃ２の種類や粘性は、土質条件により適宜選択される。
【００８５】
固化材Ｃ２の注入速度は、例えば６リットル／分〜２０リットル／分程度である。低注入速度による注入は、周囲地盤に対する影響が少ないので好ましい。しかしながら、注入速度はこの範囲に限定されない。軸方向における一箇所での固化材Ｃ２の注入を終えたならば、パッカー３２、３３を解除して振動併用薬液注入装置３を所定の距離だけ引き上げ、次の薬液吐出部１５にて繰り返し固化材Ｃ２の注入を行う。薬液注入対象範囲の全ての薬液吐出部１５にて固化材Ｃ２の注入を完了した後、振動併用薬液注入装置３を引き抜く。
【００８６】
その後、次の施工箇所に移動して同じように施工する。
【００８７】
なお、ダブルパッカー薬液注入工法の特徴として、薬液注入装置の上下位置を任意に変更したり、同一箇所において再度注入を行ったりすることが容易であるということがある。従って、本発明による振動併用薬液注入装置を用いた振動併用薬液注入工法においても、上述した施工例に限られず、多様な施工が可能である。対象地盤は、シルト粘土層、砂質土、砂礫層等、いずれの地盤にも適用可能である。
【００８８】
そして、本実施形態の振動併用薬液注入装置３及びその工法によれば、以下の効果を得ることができる。
【００８９】
（１）本実施形態では、ホーン４３の超音波出力端に先端部材５１が着脱可能に連結されている。このため、浸食により超音波出力端側に劣化損傷が生じたとしても、先端部材５１のみを新しいものに取り換えることができる。よって、ホーン４１全体あるいはホーン４１を含む超音波振動発生部４全体を新しいものに取り換える必要がなくなり、メンテナンス性が向上する。また、先端部材５１のみを取り換える作業は、必ずしも分解、組立、調整等を伴わない。このため、複雑な機器を必要とせず、比較的簡単な工具などがあれば作業現場にて行うことが可能となる。なお、ホーン４１全体を新しくする必要がある場合等に比べて、確実にコスト性も向上する。
【００９０】
（２）本実施形態では、振動子ケース４０の内部空間４８に超音波振動子ユニット４１が気密的に収容されているので、超音波振動子ユニット４１が周囲にある薬液に直接晒されることがない。従って、超音波振動子ユニット４１の劣化損傷が回避される。また、振動子ケース４０の外周面にパイプ保持溝６２が凹設され、そこに先端側パッカー３３用のエア供給パイプ６２が保持固定された状態となっている。ゆえに、繰り返し超音波振動に晒されても、当該エア供給パイプ６２に変形、破損が起こりにくい。さらに、エア供給パイプ６２が振動子ケース４０の外周面に入り込んで保持固定される結果、エア供給パイプ６２が径方向に張り出さなくなる。そのため、超音波振動発生部４を注入外管１１に挿入するときに当該エア供給パイプ６２が邪魔にならない。よって、挿入作業を容易に行うことが可能となる。また、この場合においては、振動子ケース４０を避けるようにしてエア供給パイプ６２を配設する必要がなくなる。そのため、エア供給パイプ６２を振動子ケース４０部分でわざわざ曲げることなく、ストレートの状態で使用することが可能となる。さらに、振動子ケース４０の外周面と注入外管１１の内周面との間にパイプ設置スペースを確保する必要がなくなる。よって、その分だけ大きな超音波振動発生部４を使用することが可能となる。また、本実施形態ではエア供給パイプ６２が金属製であるため、例えば樹脂製のものである場合と比べて破損等が起こりにくいという利点がある。
【００９１】
（３）本実施形態では、ブースタ４２及びホーン４３が一体構造をなすように構成されているとともに、振動子ケース４０とホーン４２とが溶接接合されている。ゆえに、鍔部４２ｃ、４３ｃにおけるパイプ挿通凹部６３、６４が、組み付け時にパイプ保持溝６２と外周上同位置からずれる心配がない。従って、先端側パッカー３３用のエア供給パイプ６１をパイプ挿通凹部６３、６４の双方に容易にかつ確実に挿通させることができ、組み付け性が向上する。また、この場合においても、エア供給パイプ６１をわざわざ曲げることなくストレートの状態で使用することが可能となる。さらに、鍔部４２ｃ、４３ｃにおけるパイプ挿通凹部６３、６４でもエア供給パイプ６１が保持固定されるように構成すれば、エア供給パイプ６１の固定強度をいっそう高めることができ、耐久性をいっそう向上することができる。
【００９２】
（４）本実施形態では、先端側パッカー３３を支持する支持柱４５の両端が、超音波振動発生部４において超音波振動の節Ｆ１となる位置にてそれぞれ連結固定されている。このため、部材同士の連結部分に対する超音波振動の影響を最小限に抑えることができ、装置の耐久性が向上する。
【００９３】
（５）本実施形態では、導入管７１と排出管７２とを振動子ケース４０に接続した構造としている。このため、導入管７１を経て導入された冷却用気体によって、超音波振動子ユニット４１の熱が奪われる。高温化した冷却用気体は、導入管７１とは別経路で設けられた排出管７２を経て注入管本体３１の基端側に確実に戻され、排出される。このため、超音波振動子ユニット４０近傍に十分なスペースが存在しなくても、超音波振動子ユニット４０を効率よく冷却することができる。よって、装置の動作安定性が向上するとともに、耐久性も向上する。
【００９４】
なお、本発明の各実施の形態は以下のように変更してもよい。
【００９５】
・上記実施形態では図３（ａ）に示すような先端部材５１を用いたが、先端部材５１を着脱可能とするものであれば、必ずしもこのようなねじ構造のみに限定されない。例えば、図３（ｂ）に示す変形例では、先端部材５１Ａの基端面中央部に雌ねじ部５４が設けられており、その雌ねじ部５４には小径部４３ｂ側に突設された雄ねじ部５３が螺着されている。図３（ｃ）に示す変形例では、先端部材５１Ｂ及び小径部４３ｂの双方に雌ねじ部５４が設けられており、それら雌ねじ部５４には別体で構成された雄ねじ部材５３Ｂが各々螺着されている。なお、図示は省略するが、上記のねじ構造以外に例えば係止具を用いた連結構造などを採用することも勿論可能である。
・例えば、図６（ｄ）に示す変形例のように、先端部材５１における先端面５２が、耐食性保護膜５５で被覆されていてもよい。このような耐食性保護膜５５としては、例えば１０μｍ〜１００μｍ程度のクロムめっき膜や窒化チタン膜などが好適である。このような膜を施しておくことにより、先端部材５１が浸食されにくくなる。よって、図６（ａ）の場合と比較して先端部材５１の寿命を１．５倍〜２倍程度延ばすことが可能となり、先端部材５１の交換頻度を低くすることができる。なお、図６（ｅ）に示す変形例のように、先端部材５１における先端面５２のみならず、側面全体が耐食性保護膜５５で被覆されていてもよい。なお、耐食性保護膜５５はめっき法により形成されたものに限定されず、従来公知の他の成膜法により形成されたものであってもよい。また、耐食性保護膜５５は金属膜でなくてもよく、例えばセラミック膜であってもよい。
・上記実施形態では先端部材５１の先端面５２が平面状であったが、例えば図３（ｆ）に示す変形例の先端部材５１Ｃのように先端面５２Ａが凸面状であってもよい。このような構成であると、超音波が径方向に分散されやすくなるため、超音波拡散体４３に伝搬する超音波振動の量が減り、超音波拡散体４３の劣化を遅らせることができる。なお、図示は省略するが、先端面を凹面状とすることもできる。
・上記実施形態では、温度センサ７３、７６による温度計測結果に基づいてコンピュータ７５がポンプ７４の動作を適宜制御するように構成されていたが、ポンプ７４のみに限定されず、同じく地表に設けた発振機を制御対象としてもよい。
【符号の説明】
【００９６】
１…注入外管
３…超音波振動併用薬液注入装置
４…超音波振動発生部
９…削孔
２４…吐出口
３１…注入管本体
３２…基端側パッカーとしての上部パッカー
３３…先端側パッカーとしての下部パッカー
４０…振動子ケース
４１…超音波振動子ユニット
４２…超音波増幅器としてのブースタ
４３…超音波共振器としてのホーン
４３ｃ…（超音波共振器の）鍔部
４４…超音波拡散体
４５…支持部材としての支持柱
４８…内部空間
５１，５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃ…先端部材
５２，５２Ａ…先端面
５５…耐食性保護膜
６１…先端側パッカー用のエア供給パイプ
６２…パイプ保持溝
７１…導入管
７２…排出管
Ｃ２…固化材
Ｇ…地盤
Ｆ１…超音波振動の節となる位置
Ｌ１…中心軸
【図１】
2018138724.tif 000003
【図２】
2018138724.tif 000004
【図３】
2018138724.tif 000005
【図４】
2018138724.tif 000006
【図５】
2018138724.tif 000007
【図６】
2018138724.tif 000008
【図７】
2018138724.tif 000009
【図８】
2018138724.tif 000010