(57)【要約】【課題】作業者の判断や操作に依存せず硬化性薬剤注入を確実にしかもすぐさま終了することにより、裏込め注入工の安全を確保でき、適切かつ必要な量の硬化性薬剤を過不足なく注入できる注入装置を提供する。【解決手段】注入装置１は、硬化性薬剤を加圧して送り出すメイン圧送ポンプ２１に基端でつながったメインチューブ４１に接続し、空洞に挿し込まれる注入管１４に先端で接続している薬剤主送管１１と、それに設けられた接続部１１ｃで連通しており圧縮空気を薬剤主送管１１に導入する空気導入管１３と、これに取り付けられて硬化性薬剤の注入に応じて上昇する圧縮空気の圧力を計測する圧力センサ１３ｂ１と、硬化性薬剤の注入開始時とそれの注入中との圧力差が閾値に達したことを判定する判定部、それによりメイン圧送ポンプ２１の動作を止める信号を出力する出力部、及びそれの動作を止めるスイッチを有するスイッチユニット２４とを、有している。【選択図】図１
2018123555.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空洞部に注入される硬化性充填剤及びそれの原料から選ばれる硬化性薬剤の注入装置であって、
前記硬化性薬剤を加圧して送り出すメイン圧送ポンプに基端でつながったメインチューブに接続し、前記空洞に挿し込まれる注入管に先端で接続している薬剤主送管と、
前記薬剤主送管の管壁に設けられた接続部で気密に連通しており、エアコンプレッサから圧縮空気を前記薬剤主送管に導入することによって前記硬化性薬剤を撹拌しながら前記注入管へ送り込む空気導入管と、
前記空気導入管に取り付けられており、前記硬化性薬剤の注入及び／又は硬化の程度に応じて上昇する前記圧縮空気の圧力を前記空気導入管内にて計測する圧力センサと、
前記硬化性薬剤の注入開始時とそれの注入中とにおける前記圧力の差が閾値に達した又は超えたことを判定する圧力判定部、前記圧力判定部の判定に応じて前記圧送ポンプの動作を止める信号を出力する出力部、及び前記信号を受信して前記動作を止めるスイッチを備えるスイッチユニットとを、有していることを特徴とする注入装置。
【請求項２】
前記先端と前記接続部との間の分枝部で前記薬剤主送管に連通しており、前記硬化性薬剤と異なる硬化性薬剤を加圧して送り出すサブ圧送ポンプにつながったサブチューブに接続した薬剤副送管を備えていることを特徴とする請求項１に記載の注入装置。
【請求項３】
前記硬化性薬剤の流量を積算するメイン流量計と、前記異なる硬化性薬剤の流量を積算するサブ流量計と、前記メイン流量計及び前記サブ流量計によって計測された少なくとも一方の積算値が上限値に達した又は超えたことを判定する流量判定部とを有しており、前記出力部が前記流量判定部の判定に応じて前記メイン圧送ポンプ及び前記サブ圧送ポンプの動作を止める信号を出力することを特徴とする請求項２に記載の注入装置。
【請求項４】
前記薬剤主送管がそれの内空で固定され前記硬化性薬剤を流す内管を有しており、前記内管の先端口が前記先端と前記分枝部との間に位置していることを特徴とする請求項２又は３に記載の注入装置。
【請求項５】
発泡ポリウレタンである前記硬化性充填剤の前記原料が、前記薬剤主送管によって送られるイソシアネート化合物含有液、並びに前記薬剤副送管によって送られるポリオール化合物含有液及び発泡剤であることを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載の注入装置。
【請求項６】
前記圧力の差を算出する演算部と、前記注入開始時の前記圧力及び前記閾値を記憶する記憶部とを、有していることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の注入装置。
【請求項７】
前記圧力センサによって測定された前記圧力の値を電気信号として有線又は無線で送信する送信部と、前記電気信号を受信する受信部とを、有していることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の注入装置。
【請求項８】
前記閾値が、０．０５〜０．２０ＭＰａであることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の注入装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれかに記載の注入装置を用いて、トンネル覆工背面の空洞、建造物基礎下の空洞、建造物構造内の空洞、及び横坑から選ばれる前記空洞部を前記硬化性薬剤の硬化物で充填することを特徴とする注入方法。
【請求項１０】
前記横坑が、廃坑、水路、防空壕、及びライフライン埋設坑から選ばれるものであることを特徴とする請求項９に記載の注入方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネル覆工背面や建造物基礎下に生じた空洞を充填する硬化性薬剤を注入するための注入装置、及びこれを用いた注入方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
既存のトンネル、特に矢板工法で施工されたトンネルにおいて、支保工や矢板と地山との間に残存した隙間の所為で、トンネル覆工コンクリートと地山との間に空洞が生じている場合がある。また建造物の基礎の下において、地下水の減少に伴う地盤沈下によってこの基礎と地盤との間に空洞が生じる場合がある。
【０００３】
この空洞を放置すると、地山が崩落してトンネルの覆工コンクリートにひび割れを生じたり、基礎によって建造物を支えきれなくなってそれの傾きを生じたりして、トンネルや建造物の安全な供用を妨げる恐れがある。そのため、このような空洞に硬化性薬剤を注入して空洞を満たし、トンネルや建造物の安全を確保する工事が行われている。このような工事の方法は、裏込め注入工と呼ばれている。
【０００４】
非特許文献１に、道路トンネルにおける裏込め注入工の施工手順が開示されている。この裏込め注入工は、覆工コンクリートに、坑内から空洞に向かって複数の削孔を形成し、この削孔からスケールを挿し込んで空洞の体積を計測して注入すべき硬化性薬剤の量を計算し、この削孔に薬剤注入管を挿入して固定し、注入チューブの一端を薬剤注入管に、他端を薬剤圧送ポンプに夫々取付けた後、薬剤圧送ポンプを動作させて硬化性薬剤を空洞へ注入圧力や注入量を確認しながら注入し、余剰の硬化性薬剤が削孔から溢出したことを視認できた時点で注入を終了するというものである。
【０００５】
この裏込め注入工に用いられる硬化性薬剤として、モルタルやセメントのような無機材料や、発泡ポリウレタンのような有機材料が挙げられている。なかでも発泡ポリウレタンは、軽量でかつ施工現場で原材料薬液を混合するだけで発泡し、数倍〜数十倍の体積に膨張して硬化し空洞を充填できるという特長を有している。
【０００６】
裏込め注入工において、空洞は覆工コンクリートの裏にあるので、それの体積を正確に測定することが困難である。そのため、施工前に注入すべき薬剤の量を正確に決定できない。また、薬剤の注入中に空洞の体積に対する硬化性薬剤の硬化物、とりわけ発泡有機材料の占有体積を正確に把握することも困難である。そのため硬化性薬剤の過剰な注入によって空洞内の圧力が急上昇し、逆流した硬化性薬剤が飛散したり、トンネル覆工コンクリートが破損したりすることを避けるため、薬剤注入中に薬剤注入管に取り付けられた圧力計によって、硬化性薬剤の圧力が所定値以上、具体的に０．２ＭＰａ以上とならないように作業者が目視によって常に監視することを要する。０．２ＭＰａに達した場合、圧力計を監視している作業者は、削孔からの溢出を確認する前であっても、薬剤圧送ポンプを操作している別な作業者にこれの動作を止め、早急に薬剤注入を終了するよう指示する。
【０００７】
特に発泡ポリウレタンを用いて空洞を充填する場合、原材料薬液混合物である発泡ポリウレタン原料液の注入を止めても空洞内に注入済の原材料薬液混合物の反応が進行し続け、発泡しながら数十倍もの体積に膨張するので、削孔から発泡ポリウレタン原料液が溢出したり０．２ＭＰａの圧力に達したりする直前に、発泡ポリウレタン原料液の注入を終了する必要がある。しかしながら、薬剤の注入終了を作業者の判断にのみ依存すると、作業者の圧力上昇の見落としや薬剤圧送ポンプの操作ミス、さらに作業者同士の指示伝達ミスや伝達遅延のようなヒューマンエラーを生じる恐れがあり、施工の安全性を確実に確保することが困難である。
【０００８】
また発泡ポリウレタン原料液のような液体の硬化性薬剤は、それの温度や流速に依存して粘性や流動性の変化を生じるので圧力の変動が大きく、例えそれを０．２ＭＰａ未満に抑えたとしても、発泡ポリウレタン原料液が空洞に過剰に注入される場合がある。発泡ポリウレタン原料液の過剰な注入は、発泡ポリウレタン生成において生じる熱の蓄積を招来し、空洞内で火災を生じる恐れがあるため、裏込め注入工の施工の安全性を損なうことに加えて、発泡ポリウレタン原料液を必要量以上に消費するので不経済である。
【０００９】
さらに０．２ＭＰａという基準自体が高すぎるので、発泡ポリウレタン原料液が十分な強度になるまで十分に発泡させて空洞を充填できるようにすることが好ましい。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】独立行政法人土木研究所 基礎道路技術研究グループ（トンネルチーム）、「道路トンネル変状対策工マニュアル（案）」、平成１５年２月、土木研究所資料第３８７７号、ｐ．１０６−１１８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は前記の課題を解決するためになされたもので、作業者の判断や操作に依存せず硬化性薬剤注入を確実にしかもすぐさま終了することにより、裏込め注入工の施工時における安全を確保でき、さらに適切かつ必要な量の硬化性薬剤を過不足なく注入できる注入装置及びそれを用いた注入方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記の目的を達成するためになされた、本発明の注入装置は、空洞部に注入される硬化性充填剤及びそれの原料から選ばれる硬化性薬剤の注入装置であって、前記硬化性薬剤を加圧して送り出すメイン圧送ポンプに基端でつながったメインチューブに接続し、前記空洞に挿し込まれる注入管に先端で接続している薬剤主送管と、前記薬剤主送管の管壁に設けられた接続部で気密に連通しており、エアコンプレッサから圧縮空気を前記薬剤主送管に導入することによって前記硬化性薬剤を撹拌しながら前記注入管へ送り込む空気導入管と、前記空気導入管に取り付けられており、前記硬化性薬剤の注入及び／又は硬化の程度に応じて上昇する前記圧縮空気の圧力を前記空気導入管内にて計測する圧力センサと、前記硬化性薬剤の注入開始時とそれの注入中とにおける前記圧力の差が閾値に達した又は超えたことを判定する圧力判定部、前圧力判定部の判定に応じて前記圧送ポンプの動作を止める信号を出力する出力部、及び前記信号を受信して前記動作を止めるスイッチを備えるスイッチユニットとを、有しているものである。
【００１３】
注入装置は、記先端と前記接続部との間の分枝部で前記薬剤主送管に連通しており、前記硬化性薬剤と異なる硬化性薬剤を加圧して送り出すサブ圧送ポンプにつながったサブチューブに接続した薬剤副送管を備えているものであってもよい。
【００１４】
注入装置は、前記硬化性薬剤の流量を積算するメイン流量計と、前記異なる硬化性薬剤の流量を積算するサブ流量計と、前記メイン流量計及び前記サブ流量計によって計測された少なくとも一方の積算値が上限値に達した又は超えたことを判定する流量判定部とを有しており、前記出力部が前記流量判定部の判定に応じて前記メイン圧送ポンプ及び前記サブ圧送ポンプの動作を止める信号を出力するものであることが好ましい。
【００１５】
注入装置は、前記薬剤主送管がそれの内空で固定され前記硬化性薬剤を流す内管を有しており、前記内管の先端口が前記先端と前記分枝部との間に位置していることが好ましい。
【００１６】
注入装置は、発泡ポリウレタンである前記硬化性充填剤の前記原料が、前記薬剤主送管によって送られるイソシアネート化合物含有液、並びに前記薬剤副送管によって送られるポリオール化合物含有液及び発泡剤であるものであってもよい。
【００１７】
注入装置は、前記圧力の差を算出する演算部と、前記注入開始時の前記圧力及び前記閾値を記憶する記憶部とを、有しているものであることが好ましい。
【００１８】
注入装置は、前記圧力センサによって測定された前記圧力の値を電気信号として有線又は無線で送信する送信部と、前記電気信号を受信する受信部とを、有しているものであってもよい。
【００１９】
注入装置は、例えば前記閾値が、０．０５〜０．２０ＭＰａであるものが挙げられる。
【００２０】
本発明の注入方法は、上記いずれかに記載の注入装置を用いて、トンネル覆工背面の空洞、建造物基礎下の空洞、建造物の構造内欠損空洞、及び横坑から選ばれる前記空洞部を前記硬化性薬剤の硬化物で充填するというものである。
【００２１】
注入方法は、廃坑、水路、防空壕、及びライフライン埋設坑から選ばれるものであってもよい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の注入装置は、空気導入管に取り付けられた圧力センサによって計測された値に基づいて硬化性薬剤の注入停止を自動的に行うものであり、硬化性薬剤の注入停止を作業者の判断や操作に依存しないから、ヒューマンエラーを生じない。それにより、裏込め注入工を安全にかつ確実に実施することができる。
【００２３】
また注入装置は、硬化性薬剤のような液体の圧力に比較して高精度で正確に圧力を計測できる圧縮空気の圧力を計測しているので、空洞部への硬化性薬剤の注入量が過多とならない。そのため硬化性薬剤の注入を停止すべき差圧である閾値を、従来の０．２ＭＰａよりも低く設定することができる。この閾値が０．０５〜０．２０ＭＰａ、好ましくは０．０５〜０．１５ＭＰａであると、空洞部内の過剰な圧力上昇を抑止でき、過不足なく硬化性薬剤を適量注入できるので覆工コンクリートの破損、硬化性薬剤の逆流による注入装置の破損及びそれによる硬化性薬剤の飛散を生じない。
【００２４】
注入装置は、ポリオール化合物含有液及び発泡剤を送る薬剤副送管、並びにイソシアネート化合物含有液を送る薬剤主送管の内空で固定された内管を有していると、ポリオール化合物含有液及び発泡剤と圧縮空気とが衝突混合され、これにイソシアネート化合物含有液が合流して混合・撹拌されるので、均質に混合された発泡ポリウレタン原料液を調製することができる。この発泡ポリウレタン原料液によって生成した発泡ポリウレタンは十分に発泡して膨張するので、空洞部を隙間なく充填するのに要するイソシアネート化合物含有液、ポリオール化合物含有液、及び発泡剤の量を低減でき、低コストで裏込め注入工を実施することができる。しかもこの注入装置によれば、硬化性薬剤である発泡ポリウレタン原料液を、例えば計算により求められた注入すべき量の３〜５倍にも達するような過剰量の注入を生じないので、発泡ポリウレタンの生成熱の蓄積による火災や過熱を生じない。
【００２５】
注入装置は、メイン圧送ポンプによって送り出されるイソシアネート化合物含有液の流量を積算するメイン流量計とサブ圧送ポンプによって送り出されるポリオール化合物含有液及び発泡剤の流量を積算するメイン流量計とを有していると、イソシアネート化合物含有液並びにポリオール化合物含有液及び発泡剤の使用量を別々に管理できるので、両者の混合比を常に一定に保つことができる。しかも、各流量計によって計測された積算流量値が計算上の必要量である上限値に達した又は超えたことが流量判定部により判定されると、作業者の操作に依らず自動的にメイン圧送ポンプもサブ圧送ポンプも動作を停止し、発泡ポリウレタン原料液が最早空洞部に注入されないので、発泡ポリウレタン原料液の過剰注入を防止できる。
【００２６】
本発明の注入方法によれば、トンネル覆工背面の空洞のみならず、建造物基礎下の空洞、建造物構造内の一部欠損により形成された空洞、並びに廃坑、水路、防空壕、及びライフライン埋設坑のような横坑をも、硬化性薬剤で充填して塞ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明を適用する注入装置を示す模式正面図である。
【図２】本発明を適用する注入装置のポンプコントローラに搭載されているスイッチユニット、並びに圧力センサユニット、流量計、及び圧送ポンプの協働を説明するブロック図である。
【図３】本発明を適用する注入装置の薬剤誘導複合管を示す模式部分断面正面図である。
【図４】本発明を適用する注入装置を用いた注入方法の工程を示す模式部分断面側面図である。
【図５】本発明を適用した注入方法を用いて裏込め注入工を行った実施例、及び本発明を適用外である比較例の夫々の結果を示す外観写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明を実施するための形態を詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらの形態に限定されるものではない。
【００２９】
本発明の注入装置の一形態の模式正面図を図１に示す。注入装置１は、薬剤主送管１１、並びにこれから枝分かれするように夫々接続した薬剤副送管１２及び空気導入管１３を有する薬剤誘導複合管１０と、薬剤主送管１１及び薬剤副送管１２に夫々つながったメイン圧送ポンプ２１及びサブ圧送ポンプ２２と、空気導入管１３につながったエアコンプレッサ３０とを、有している。
【００３０】
薬剤主送管１１は、それの内空に内管１１ｅを有している（図３参照）。薬剤主送管１１の先端１１ａに、覆工コンクリート７１に開けられた削孔７４に挿し込まれて空洞部７３に硬化性薬剤を吐出する注入管１４が螺合して接続している（図３参照）。この硬化性薬剤として、例えばイソシアネート化合物含有液、並びにポリオール化合物及び発泡剤含有液の混合物である発泡ポリウレタン原料液が挙げられる。注入管１４から空洞部７３に注入されたこの発泡ポリウレタン原料液は、化学反応を生じて８〜４０倍に膨張しながら発泡・硬化し、かさ高い発泡ポリウレタンを生成する。この発泡ポリウレタンが空洞部７３を充填する。
【００３１】
薬剤主送管１１の基端１１ｂにメインチューブ４１の一端が接続している。メインチューブ４１は、薬剤主送管１１の内管１１ｅに液密に連通している。またメインチューブ４１の他端は、メイン圧送ポンプ２１に接続している。薬剤主送管１１の先端１１ａと基端１１ｂとの間に空気導入管１３に接続される接続部１１ｃが、この接続部１１ｃと先端１１ａとの間に薬剤副送管１２に接続される分枝部１１ｄが、夫々薬剤主送管１１の管壁を貫通して開けられている。薬剤副送管１２の一端はＬ字形に曲がっており、その先の分枝部１１ｄで薬剤主送管１１と螺合して液密に接続している（図３参照）。薬剤副送管１２の他端は、サブチューブ４２を介してサブ圧送ポンプ２２に接続している。
【００３２】
空気導入管１３の一端はＬ字形に曲がっており、その先の接続部１１ｃで薬剤主送管１１と螺合して気密に接続している（図３参照）。空気導入管１３の他端は、エアチューブ４３を介して圧縮空気を発生させるエアコンプレッサ３０に接続している。空気導入管１３にそれの内空の空気圧を表示するブルドン管１３ａ、及び圧力センサユニット１３ｂが、直列に取り付けられている。ブルドン管１３ａは、空気導入管１３内のおおよその圧力を、作業者が目視によって確認するために設けられている。圧力センサユニット１３ｂは、空気導入管１３内の空気圧を計測する圧力センサ１３ｂ１と、これに電気的に接続してこの計測値を電気信号に替えてポンプユニット２０に無線で送信する無線送信部１３ｂ２とを、有している。
【００３３】
圧力センサ１３ｂ１は、ダイヤフラムと感圧素子とを有し、空気導入管１３内の圧力によって生じるダイヤフラムの歪みの量を、電気信号に変換する機器である。ダイヤフラムとしてステンレスダイヤフラムやシリコンダイヤフラムが挙げられ、感圧素子として絶縁体を電極で挟んだ静電容量型感圧素子や導電性ゴムを電極で挟んだ感圧導電性ゴム型感圧素子が挙げられる。このような圧力センサ１３ｂ１は、１．００〜２．００ＭＰａの測定可能最大圧と、０．０１ＭＰａの分解能とを有するものが好ましい。また圧力センサ１３ｂ１は、常時圧力を計測でき、その計測時点から５０×１０−９秒後の値を圧力値として取得できるものであることが好ましい。それにより、極微小な圧力変化に起因するノイズを排除し、正確な圧力値を取得することができる。
【００３４】
無線送信部１３ｂ２として、圧力センサ１３ｂ１と電気的に接続し、そこから送信された電気信号をスイッチユニット２４に無線で送信できるものであれば、汎用のものを使用できる。なお注入装置１は、無線送信部１３ｂ２を有しておらず、圧力センサ１３ｂ１とスイッチユニット２４とが有線によって接続されていてもよい。
【００３５】
薬剤主送管１１、薬剤副送管１２、及び空気導入管１３は、管内を開通又は閉塞するボールバルブ１１ｆ，１２ａ，１３ｃを夫々有している。
【００３６】
ポンプユニット２０は、メイン圧送ポンプ２１、サブ圧送ポンプ２２、両圧送ポンプ２１，２２の動作を制御するポンプコントローラ２３、及び圧力センサユニット１３ｂから送信された電気信号を受信する無線受信部２４ａを備えたスイッチユニット２４を有している。また、ポンプコントローラ２３は、両圧送ポンプ２１，２２に電気的に接続しており、動作させたり停止させたり回転数を指示したりする電気信号をそれらに送信することによって両圧送ポンプ２１，２２を制御している。
【００３７】
メイン圧送ポンプ２１は原料供給チューブ４４を介してメインタンク５１に、サブ圧送ポンプ２２は原料供給チューブ４５を介してサブタンク５２に、夫々つながっている。ポンプコントローラ２３は、両圧送ポンプ２１，２２の動作を制御することによって両タンク５１，５２に夫々投入されたイソシアネート化合物含有液並びにポリオール化合物及び発泡剤含有液を、薬剤主送管１１及び薬剤副送管１２に、夫々送る。ポンプコントローラ２３に、両圧送ポンプ２１，２２を動作させたり停止させたり両送液量やその比を変えたりする電気信号を発生させる手動スイッチが取り付けられている。作業者はこの手動スイッチを操作することにより、両圧送ポンプ２１，２２を、ポンプコントローラ２３を介して操作できる。
【００３８】
具体的に、例えば作業者がポンプコントローラ２３の手動スイッチをＯＮにすることによって、メイン圧送ポンプ２１にポンプモーターの動作を開始する電気信号が送られると、メイン圧送ポンプ２１がメインタンク５１内のイソシアネート化合物含有液を吸引する。それによってメイン圧送ポンプ２１は、イソシアネート化合物含有液を原料供給チューブ４４へ導き、さらにこれを加圧してメインチューブ４１へ送り、その先の薬剤主送管１１にまで送る。また、ポンプコントローラ２３からポンプモーターの動作を停止する電気信号が送られると、メイン圧送ポンプ２１は動作を停止し、イソシアネート化合物含有液の送液が停止する。サブ圧送ポンプ２２もメイン圧送ポンプ２１と同様にしてポリオール化合物及び発泡剤含有液の送液とそれの停止が制御される。
【００３９】
送り出したイソシアネート化合物含有液の量を積算して計測するメイン流量計２１ａがメイン圧送ポンプ２１に、送り出したポリオール化合物及び発泡剤含有液の量を積算して計測するサブ流量計２２ａがサブ圧送ポンプ２２に、夫々取り付けられている。両流量計２１ａ，２２ａは、ポンプコントローラ２３内の計器及びスイッチユニット２４へ電気的に接続されている。
【００４０】
両流量計２１ａ，２２ａとして、例えば、流体のエネルギーにより回転子を回転させ、これの回転数から流量を算出する容積流量計、単位時間内に流れる流体の質量を計測して流量を算出するコリオリ式流量計、カルマン渦の発生周波数から流量を算出する渦流量計、流体を挟んだ二つのトランスデューサ間で交互に送受信する超音波の伝播時間の差から流量を算出する超音波流量計、流体の流れと平行な軸を有するタービンの単位時間内における回転数から流量を算出するタービン流量計、及び流速センサと温度センサとを有し流れる流体によって流速センサから奪われる熱量と奪われた熱量を補うために流速センサへ加えられる電力量とから流量を算出する熱式質量流量計が挙げられる。両流量計２１ａ，２２ａは、同種であっても互いに異種であってもよい。
【００４１】
またポンプコントローラ２３に、圧力センサ１３ｂ１によって計測された圧縮空気の圧力、両流量計２１ａ，２２ｂによって計測されたイソシアネート化合物含有液並びにポリオール化合物及び発泡剤含有液の積算量や、両者の混合により調製された発泡ポリウレタン原料液の積算量や、注入すべき発泡ポリウレタン原料液総量の残存量を示す計器、及び後述するスイッチユニット２４の動作状況を示すランプが取り付けられている。作業者はこれらの計器を目視することによって、裏込め注入工の進行状況を把握することができる。
【００４２】
ポンプコントローラ２３に、スイッチユニット２４が搭載されている。図２にスイッチユニット２４、圧力センサユニット１３ｂ、両圧送ポンプ２１，２２、及び両流量計２１ａ，２２ａの協働を説明するブロック図を示す。スイッチユニット２４は、圧力センサユニット１３ｂの無線送信部１３ｂ２から送信された圧力の値である電気信号を受信する無線受信部２４ａと、無線受信部２４ａが受信した圧力値を記憶する圧力記憶部２４ｂ１と、両流量計２１ａ，２２ａから送られた流量値を記憶する流量記憶部２４ｂ２と、薬剤注入開始時の圧力と薬剤注入中の注入圧との差圧を算出する演算部２４ｃと、後述する圧力判定部２４ｄ１、流量判定部２４ｄ２、出力部２４ｅ及び上記の手動スイッチとは別な停止スイッチ２４ｆとを、有している。許容される最大の差圧である閾値が作業者によって予め圧力記憶部２４ｂ１に入力されている。また、注入すべき量の発泡ポリウレタン原料液を調製するのに要するイソシアネート化合物含有液並びにポリオール化合物及び発泡剤含有液の上限値が、作業者によって予め流量記憶部２４ｂ２に入力されている。スイッチユニット２４の両記憶部２４ｂ１，２４ｂ２はこの閾値及び上限値を記憶・保持している。
【００４３】
発泡ポリウレタン原料液の注入開始直後、薬剤誘導複合管１０、両圧送ポンプ２１，２２、及び各チューブ４１，４２，４３，４４，４５に残存している発泡ポリウレタン原料液やそれの原材料液の温度変化、並びに薬剤誘導複合管１０、両圧送ポンプ２１，２２、及び各チューブ４１，４２，４３，４４，４５の内空が発泡ポリウレタン原料液やそれの原材料液で満たされるまでの圧力変動のため、ブルドン管１３ａ及び圧力センサ１３ｂ１によって計測される圧力は一定せず、最大で±０．１０ＭＰａ、少なくとも±０．０５ＭＰａの範囲で圧力変動を生じる。
【００４４】
その後発泡ポリウレタン原料液の注入が継続されると、薬剤誘導複合管１０内、両圧送ポンプ２１，２２内、及び各チューブ４１，４２，４３，４４，４５の内空に発泡ポリウレタン原料液やそれの原材料液が満たされる。それによりそれらの温度及び圧力が安定するため、圧力変動は収束する。具体的に、±０．０３ＭＰａの範囲、好ましくは±０．０１ＭＰａの範囲で安定する。さらに発泡ポリウレタン原料液の注入が継続されると、空洞部７３への発泡ポリウレタン原料液の注入量がさらに増加する。それの注入及び発泡に伴って空洞部７３を占める発泡ポリウレタンの体積が増大して徐々に注入し難くなって、発泡ポリウレタン原料液の圧縮空気による送液圧が上昇するため、ブルドン管１３ａ及び圧力センサ１３ｂ１によって計測される空気導入管１３内の空気の圧力も徐々に上昇する。
【００４５】
圧力センサユニット１３ｂの無線送信部１３ｂ２は、圧縮空気の圧力値をスイッチユニット２４に逐次送信し、無線受信部２４ａがこれを受信する。さらに圧力記憶部２４ｂ１がこの圧力値を記憶する。演算部２４ｃは、新たな圧力値が圧力記憶部２４ｂ１に記憶される都度、その直前の圧力値との差を演算する。さらに圧力判定部２４ｄ１は、この差が±０．０３ＭＰａ、好ましくは±０．０１ＭＰａにあることを少なくとも５秒間、好ましくは１０秒間判定すると圧力変動が収束して安定したことを判定する。それにより圧力記憶部２４ｂ１が注入開始時の初期圧力として記憶する。無線送信部１３ｂ２は、発泡ポリウレタン原料液の注入中、圧力センサ１３ｂ１が圧縮空気の圧力値を取得する都度、これをスイッチユニット２４に送信し、それが圧力記憶部２４ｂ１に蓄積される。
【００４６】
演算部２４ｃは、都度送信される圧力値と発泡ポリウレタン原料液の注入開始時の初期圧力との差圧を逐次演算し、圧力判定部２４ｄ１はこの差圧と圧力記憶部２４ｂ１に予め記憶・保持された閾値とを逐次比較する。この差圧が圧力記憶部２４ｂ１に記憶された閾値に達した又は超えたことを圧力判定部２４ｄ１が判定すると、出力部２４ｅは両圧送ポンプ２１，２２の動作を止める電気信号を停止スイッチ２４ｆに送信する。停止スイッチ２４ｆはこの電気信号を受信すると、両圧送ポンプ２１，２２及びエアコンプレッサ３０への電力供給を止めて、それらの動作を停止させる。それにより、発泡ポリウレタン原料液の注入も停止する。
【００４７】
圧力記憶部２４ｂ１に入力される閾値は、０．２０ＭＰａ未満であることが好ましく、０．１５〜０．１０ＭＰａであることがより好ましく、０．１０ＭＰａ未満であることがより一層好ましい。閾値が、例えば数ｋＰａのように低すぎると、発泡ポリウレタン原料液の注入中に安全な施工に支障を来さないわずかな圧力上昇を生じただけで、発泡ポリウレタン原料液の注入が中断し、円滑な施工を妨げてしまう。一方閾値がこの上限を超えると、発泡ポリウレタン原料液が注入管１４から薬剤主送管１１に向かって逆流し、その圧力によって接続部１１ｃや分枝部１１ｄで薬剤副送管１２及び空気導入管１３が外れて発泡ポリウレタン原料液やそれの原料が飛散したり、覆工コンクリート７１に掛かる過剰の圧力の所為でそれの破損を招来したりする。さらに、すでに空洞部７３を充填している発泡ポリウレタンを、新たに注入された発泡ポリウレタン原料液に由来する発泡ポリウレタンが押し潰しながら空洞部７３を再充填するため、不経済である。
【００４８】
一方両流量計２１ａ，２２ａは、計測した値を逐次流量記憶部２４ｂ２に送信する。流量記憶部２４ｂ２は、両流量計２１ａ，２２ａから夫々送信された積算流量値を一時的に記憶する。流量判定部２４ｄ２は、これら積算流量値、流量記憶部２４ｂ２に予め記憶されているイソシアネート化合物含有液量の上限値、並びにポリオール化合物及び発泡剤含有液量の上限値を、流量記憶部２４ｂ２から読み込んで、積算流量値と上限値とを対比する。その結果、イソシアネート化合物含有液の積算流量値がそれの上限値に達している又は超えていることと、ポリオール化合物及び発泡剤含有液の積算流量値がそれの上限値に達している又は超えていることとの少なくとも一方が流量判定部２４ｄ２によって判定されると、出力部２４ｅは両圧送ポンプ２１，２２の動作を止める電気信号を停止スイッチ２４ｆに送信する。停止スイッチ２４ｆはこの電気信号を受信すると、両圧送ポンプ２１，２２及びエアコンプレッサ３０への電力供給を止めて、それらの動作を停止させる。それにより、発泡ポリウレタン原料液の注入も停止する。なお、圧力判定部２４ｄ１の判定に応じ出力部２４ｅから出力される電気信号と、流量判定部２４ｄ２の判定に応じ出力部２４ｅから出力される電気信号とは、同種であっても異種であってもよく、同一又は異なる経路を経由して停止スイッチ２４ｆに到達する。
【００４９】
このように本発明の注入装置１は、空気の圧力を計測する圧力センサ１３ｂ１を空気導入管１３に有しているので、これによって計測された値に基づき、安全に施工できる圧力に達した又は超えた場合に自動的に発泡ポリウレタン原料液の注入を停止できる。その結果、作業者の圧力上昇の見落としや薬剤圧送ポンプの操作ミス、さらに作業者同士の指示伝達ミスや伝達遅延のようなヒューマンエラーに起因する作業ミスを生じず、裏込め注入工を安全にかつ確実に実施することができる。
【００５０】
しかも発泡ポリウレタン原料液の注入を停止するのに、温度や流速によって粘性や流動性の変化を生じ易い発泡ポリウレタン原料液やイソシアネート化合物含有液やポリオール化合物及び発泡剤含有液の圧力でなく、これらに比較して安定し高精度で計測できる空気導入管１３内を流れる圧縮空気の圧力を監視しているので、空洞部７３を隙間なく発泡ポリウレタンで充填するのに、注入開始時圧力と注入時圧力との差圧の閾値を、従来の０．２ＭＰａよりも低く、安全に施工できる０．１０ＭＰａ（すなわち実際に計測される圧力は初期圧力＋０．１０ＭＰａ）としても、空洞部７３に発泡ポリウレタンを過不足なく充填できる。
【００５１】
さらに、両流量計２１ａ，２２ａがイソシアネート化合物含有液並びにポリオール化合物及び発泡剤含有液の積算流量を常に計測し、空洞部の体積測定の結果に基づいて算出された注入すべき発泡ポリウレタン原料液を調製するのに要する両含有液の上限値に達した又は超えたことを流量判定部２４ｄ２が判定して、自動的に両圧送ポンプ２１，２２の動作が停止するので、圧縮空気だけでなく両含有液の流量の監視によっても発泡ウレタン原料液の過剰注入を防止できる。また両流量計２１ａ，２２ａが独立してイソシアネート化合物含有液並びにポリオール化合物及び発泡剤含有液の積算流量を夫々計測するので、作業者が両含有液の混合比を常に確認することができる。それにより作業者は、両圧送ポンプ２１，２２による送液量を、必要に応じて夫々変更できるので、裏込め注入工の施工中、常に正確な混合比を維持できる。
【００５２】
このように注入装置１によれば、圧縮空気の圧力と両含有液の流量との両方を計測し、それらが所定の値に達した又は超えたときに、注入を自動的に停止できるので、過剰量の発泡ポリウレタンが空洞部７３に充填されない。そのため、発泡ポリウレタンの生成熱に起因する火災の恐れがなく、空洞部７３内の過剰な高圧力に起因する覆工コンクリートの破損も、発泡ポリウレタン原料液の逆流による注入装置の破損及びそれによる発泡ポリウレタン原料液の飛散も生じない。その結果、例えば道路トンネルを供用に付したままそれの覆工背面に形成された空洞部７３に裏込め注入工を施すことができる。
【００５３】
図３に薬剤誘導複合管１０の模式部分断面正面図を示す。薬剤主送管１１内に、これよりも縮径した内管１１ｅが、薬剤主送管１１と同軸上に固定されている。内管１１ｅは一端に先端口１１ｅ１を有しており、この先端口１１ｅ１は、他端に接続しているメインチューブ４１を通じて送られたイソシアネート化合物含有液を吐出する。先端口１１ｅ１は、先端１１ａと分枝部１１ｄとの間に位置している。先端口１１ｅ１と先端１１ａとの間は、イソシアネート化合物含有液と分枝部１１ｄから薬剤主送管１１内に流れ込んだポリオール化合物及び発泡剤含有液とが合流して撹拌され、互いに混ざり合う混合撹拌部１１ｇである。
【００５４】
注入管１４が覆工コンクリート７１に開けられた削孔７４に挿入されており、注入管１４の先端部が空洞部７３内に到達している。注入管１４の外周面と削孔７４の壁面との隙間は、ウエスやコーキング剤のようなシール材７５によって塞がれている。それにより空洞部７３に注入された発泡ウレタン原料液が、注入管１４を挿し込んだ削孔７４から遺漏しない。
【００５５】
薬剤を注入管１４から吐出する際の薬剤誘導複合管１０の作用を説明する。ボールバルブ１１ｆ，１２ａ，１３ｃが開かれて薬剤主送管１１、薬剤副送管１２、及び空気導入管１３が開通する。薬剤主送管１１の内管１１ｅを通じ、先端口１１ｅ１からイソシアネート化合物含有液が吐出する。薬剤副送管１２を通じて送られたポリオール化合物及び発泡剤含有液が、分枝部１１ｄから薬剤主送管１１内に流れ込む。さらに空気導入管１３を通じて送られた圧縮空気が接続部１１ｃから薬剤主送管１１内に流入し注入管１４に向かって流れる。
【００５６】
この圧縮空気とポリオール化合物及び発泡剤含有液とが、先端口１１ｅ１に到達するまでの間に衝突混合されるので、ポリオール化合物及び発泡剤含有液は粒状の空気を多量に含んでいる。空気を含んだポリオール化合物及び発泡剤含有液は、先端口１１ｅ１に達するとそこから吐出されたイソシアネート化合物含有液と混合撹拌部１１ｇで合流し、両者は混合・撹拌される。それにより、多量の空気を含んだ発泡ポリウレタン原料液が調製される。そのため、この発泡ポリウレタン原料液から生成する発泡ポリウレタンは、高い発泡倍率を有する。それにより、空洞部７３を隙間なく充填するのに要する発泡ポリウレタン原料液が従来に比較して少量で足りるので、裏込め注入工の工費を低減することができる。
【００５７】
発泡ポリウレタン原料液は、空気導入管１３から薬剤主送管１１へ導入された圧縮空気及び両圧送ポンプ２１，２２（図１参照）の圧力によって注入管１４へ送られて、それの吐出口から空洞部７３内に注入される。注入直後に発泡ポリウレタン原料液の化学反応によって発泡ポリウレタンが膨張しながら生成し、これが空洞部７３内を徐々に充填していく。
【００５８】
発泡ポリウレタン原料液を調製するためのイソシアネート化合物含有液に含まれるイソシアネート化合物として、ポリメチレンポリフェニルイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、トリレンジイソシアネート、キシレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、ナフタレンジイソシアネート、及び／又はイソホロンジイソシアネートが挙げられる。またポリオール化合物含有液に含まれるポリオール化合物として、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、１,３−ブタンジオール、１,４−ブタンジオール、トリメチロールプロパン、１,２,６−ヘキサントリオール、ソルビトール、及びスクロースから選択される一種又は二種以上に、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、及び／又はブチレンオキシドを作用させ、重付加反応で得られるポリオール化合物が挙げられる。
【００５９】
発泡剤として、水；トリクロルモノフルオロメタン、トリクロルトリフルオロエタン、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２、ＣＨ３Ｆ、トランス−１−クロロ−３,３,３−トリフルオロプロペンのようなハイドロフルオロオレフィン；ジクロロモノフルオロエタン、クロロジフルオロメタン、１−クロロ−１,１−ジフルオロエタン、１,１,１,３,３−ペンタフルオロプロパン、１,１,１,３,３−ペンタフルオロブタのようなハイドロクロロフルオロカーボン化合物が挙げられる。発泡剤はポリオール化合物含有液に含まれていることが好ましい。
【００６０】
ポリオール化合物及び発泡剤含有液に、発泡ポリウレタンの硬化を促進する硬化剤やそれの強度を高める充填剤が含まれていてもよい。このような硬化剤として具体的に、トリエチルアミン、トリエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエチレンジアミン、及びテトラメチルヘキサメチレンジアミンのようなアミン系触媒及び／又はジブチルスズジラウレートのような有機金属系触媒が挙げられる。また好ましい充填剤として、コロイダルシリカが挙げられる。
【００６１】
硬化性薬剤は、発泡ポリウレタンを生成する発泡ポリウレタン原料液の他、ケイ酸ナトリウム、モルタル、ベントナイトモルタル、エアミルク、エアモルタル、グラウト、ポリマーセメント、エポキシ樹脂、及びシリカレジン（ケイ酸ナトリウムとジフェニルメタンジイソシアネートとの混合物）を用いることができる。複数種の原料液を混合することを要しない硬化性薬剤を用いる場合、注入装置１は薬剤副送管１２、サブ圧送ポンプ２２、サブチューブ４２、原料供給チューブ４５、及びサブタンク５２を有していなくてもよい。
【００６２】
図４に注入装置１を用いた注入方法を実施している途中の模式部分断面側面図を示す。同図は、道路トンネル７０の覆工コンクリート７１の背面と地山７２との間に形成された空洞部７３を発泡ポリウレタンで充填する裏込め注入工を示している。
【００６３】
この注入装置１は無線送信部１３ｂ２を備えておらず、圧力センサ１３ｂ１とポンプコントローラ２３のスイッチユニット２４とがケーブル４６によって電気的に接続されている。そのためスイッチユニット２４は無線受信部２４ａを有していない。圧力センサ１３ｂ１と圧力記憶部２４ｂ１とは、有線送信部及び有線受信部（不図示）、並びにケーブル４６を介した有線によって接続されている。
【００６４】
まず覆工コンクリート７１の天面に、道路トンネル７０の坑内から空洞部７３に向かって、ドリルで複数の削孔７４ａ，７４ｂ，７４ｃを形成する。削孔７４ａ，７４ｂ，７４ｃからスケールを挿し込んだり、覆工コンクリート７１の表面に沿って超音波を照射したりして、空洞部７３の体積を計測する。この計測値に基づいて、発泡ポリウレタン原料液の注入量を計算して決定する。さらに、この注入量の発泡ポリウレタン原料液を調製するのに要するイソシアネート化合物含有液、並びにポリオール化合物及び発泡剤含有液の量を夫々計算し、それらの量の上限値を決定する。
【００６５】
注入作業者８３及びポンプ操作者８４は、機器積載車８２に積載されたポンプユニット２０の両圧送ポンプ２１，２２と薬剤誘導複合管１０の薬剤主送管１１及び薬剤副送管１２とを、メインチューブ４１及びサブチューブ４２によって夫々接続する。さらに両作業者８３，８４は、両圧送ポンプ２１，２２と両タンク５１，５２とを原料供給チューブ４４，４５によって夫々接続し、空気導入管１３と道路トンネル７０の坑外に仮に設置されたエアコンプレッサ３０とをエアチューブ４３によって接続する。さらにイソシアネート化合物含有液をメインタンク５１に、ポリオール化合物及び発泡剤含有液をサブタンク５２に、夫々投入する。
【００６６】
ポンプ操作者８４は、薬剤注入開始時の圧力と薬剤注入中の注入圧との許容される最大差圧である閾値と、計算によって決定されたイソシアネート化合物含有液量の上限値と、ポリオール化合物及び発泡剤含有液量の上限値とを、スイッチユニット２４の両記憶部２４ｂ１，ｂ２に夫々入力する（図２参照）。
【００６７】
注入作業者８３は、薬剤誘導複合管１０のボールバルブ１１ｆ，１２ａ，１３ｃをすべて閉じて、薬剤誘導複合管１０とともに高所作業車８１のバケット８１ａに乗り込む。バケット８１ａを覆工コンクリート７１の天面付近にまで上昇させる。次いで注入作業者８３は、薬剤誘導複合管１０の注入管１４を、削孔７４ａに挿し込み、注入管１４が削孔７４ａから抜けないように接着剤や、注入管１４に取り付けられてこれとともに空洞部７３に挿入されて覆工コンクリート７１背面の削孔７４ａの開口部に掛かる落下防止リングによって薬剤誘導複合管１０を固定し、注入管１４と削孔７４ａとの隙間にウエスやコーキング剤のようなシール材７５を詰めて、空洞部７３に注入された発泡ポリウレタン原料液が漏れないようにこの隙間を塞ぐ。なお、シール材７５としてウエスを用い、このウエスを詰めながら注入管１４を削孔７４ａに挿し込むことが好ましい。
【００６８】
その後注入作業者８３は、空気導入管１３のボールバルブ１３ｃを開き、ブルドン管１３ａによって示される値が０．２０ＭＰａ未満であることを目視によって確認する。さらに注入作業者８３は、薬剤主送管１１のボールバルブ１１ｆ、及び薬剤副送管のボールバルブ１２ａを開き、ポンプ操作者８４に発泡ポリウレタン原料液の注入開始を、口頭にて指示する。ポンプ操作者８４は、ポンプコントローラ２３の手動スイッチを操作して両圧送ポンプ２１，２２を動作させる。それによりイソシアネート化合物含有液並びにポリオール化合物及び発泡剤含有液を、例えば２〜１０Ｌ／分、好ましくは３〜６Ｌ／分の流速で薬剤誘導複合管１０に送る。それによりイソシアネート化合物含有液並びにポリオール化合物及び発泡剤含有液は、空気導入管１３によって導入された圧縮空気とともに薬剤主送管１１内の混合撹拌部１１ｇで混合・撹拌され、発泡ポリウレタン原料液が調製される。この発泡ポリウレタン原料液が空洞部７３へ注入される。発泡ポリウレタン原料液は、空洞部７３内の覆工コンクリート７１上で、削孔７４ａを中心として放射状に流れて広がり、発泡・膨張しながら硬化し、発泡ポリウレタンを生成する。この発泡ポリウレタンによって空洞部７３が徐々に充填される。
【００６９】
注入開始直後から０．５〜２分間、空気導入管１３内で計測される圧縮空気の圧力は、変動する。圧力センサ１３ｂ１によって計測される圧力が例えば±０．０２ＭＰａの範囲で安定した時点で、圧力記憶部２４ｂ１は、圧力センサ１３ｂ１からケーブル４６を介してこの範囲の中央値を取得し、注入開始時圧力として保持する。発泡ポリウレタン原料液の注入中、逐次送信される圧縮空気の圧力値と圧力記憶部２４ｂ１に保持された注入開始時圧力との差圧を演算部２４ｃが演算し、その都度圧力判定部２４ｄ１が圧力記憶部２４ｂ１に保持された閾値とこの差圧とを比較して、差圧が閾値に達している又は超えていることを判定する（図２参照）。
【００７０】
なおポンプ操作者８４は、発泡ポリウレタン原料液注入中、イソシアネート化合物含有液及びポリオール化合物及び発泡剤含有液の積算量や、注入すべき発泡ポリウレタン原料液総量の残量を示す計器を監視し、この残量が所定の値、例えば５ｋｇに達したことを確認したとき、注入作業者８３にその旨を伝達することが好ましい。それにより注入作業者８３は、まもなく発泡ポリウレタン原料液の注入を終了すべき旨を認識する。
【００７１】
なお注入装置１は、注入すべき総量と両流量計２１ａ，２２ａによって計測された積算流量との差を算出する流量演算部、この差が所定の残量に達した又は下回ったことを判定する流量判定部、及びこの判定によって音声を発するブザーのような音声発生器を有していることにより（不図示）、自動的に発泡ポリウレタン原料液の注入終了間際であることを注入作業者８３に知らせるものであってもよい。
【００７２】
スイッチユニット２４の圧力判定部２４ｄ１によって差圧が閾値に達した又は超えたことが判定されると、それに応じて出力部２４ｅが両圧送ポンプ２１，２２の動作を止める電気信号を停止スイッチ２４ｆに出力し、この停止スイッチ２４ｆによって両圧送ポンプ２１，２２への電力供給が遮断されてそれらの動作が停止する。それによって自動的に発泡ポリウレタン原料液の注入が終了する。
【００７３】
注入作業者８３は、空気導入管１３のボールバルブ１３ｃを開けたまま、薬剤主送管１１のボールバルブ１１ｆ、及び薬剤副送管１２のボールバルブ１２ａを閉める。それにより、薬剤誘導複合管１０内に少量残存した発泡ポリウレタン原料液、イソシアネート化合物含有液、並びにポリオール化合物及び発泡剤含有液を、薬剤誘導複合管１０から排出し、これらの液の残存や逆流によって薬剤誘導複合管１０が詰まったり、薬剤誘導複合管１０内で発泡ポリウレタンが生成して薬剤誘導複合管１０が破裂したりすることを防止する。その後ポンプ操作者８４はエアコンプレッサ３０の動作を止め、注入作業者８３はボールバルブ１３ｃを閉める。
【００７４】
注入作業者８３は、薬剤主送管１１から注入管１４を取り外し、注入済みで未反応の発泡ポリウレタン原料液が遺漏しないように、注入管１４を折り曲げたりそれの開口部を塞いだりして、発泡ポリウレタンを養生する。これらの作業をすべての削孔７４ａ，７４ｂ，７４ｃに対して実施する。発泡ポリウレタン原料液は、複数の削孔７４ａ，７４ｂ，７４ｃから夫々注入され放射状に流れるので、例えば削孔７４ａからの注入により生成した発泡ポリウレタンと空洞部７３の壁面との間に、削孔７４ａからの注入完了時点で隙間が存在していたとしても、削孔７４ａに隣り合った別な削孔７４ｂからの注入によってこの隙間に発泡ポリウレタン原料液が流れ込んで発泡ポリウレタンが生成する。そのため、このような隙間を残さずに、空洞部７３内を発泡ポリウレタンで充填することができる。このようにして裏込め注入工が完了する。
【００７５】
本発明の注入方法は、図４に示すようなトンネル覆工背面の空洞の他、建造物基礎下の空洞、及び建造物構造内の一部欠損により形成された空洞、並びに廃坑、水路、防空壕、及びライフライン埋設坑のような横坑を塞ぐのに好適に用いることができる。ライフライン埋設坑とは、上下水道管、送電線、ガス管、並びに電話回線及び光回線に例示される通信回線のようなライフラインを収容し、地中に埋設されている横坑をいう。
【実施例】
【００７６】
本発明の注入方法を用いて空洞に発泡ポリウレタンを充填した実施例、及び本発明を適用外の注入方法を用いた比較例を示す。
【００７７】
（実施例１）
縦×横×高さ＝１０００×１０００×３００ｍｍ（容積：０．３ｍ３）の内寸を有する直方体形の密閉可能な容器であるモールドを用意した。モールド側面に覆工コンクリートに開けられる削孔と同様の注入孔を開けた。このモールドを密閉し、水平な床面（傾斜角０°）に載置した。このモールドの容積に基づいて算出した注入すべき発泡ポリウレタン原材料液の量である計算注入量は、８．８５ｋｇであった。
【００７８】
スイッチユニット２４の圧力記憶部２４ｂ１に、０．０９ＭＰａの閾値を入力した。４０倍（規格：４０±４倍）に発泡した発泡ポリウレタンを生成する発泡ポリウレタン原材料液を調製できる市販のイソシアネート化合物含有液とポリオール化合物及び発泡剤含有液とを、夫々メインタンク５１及びサブタンク５２に投入した。モールドの注入孔に注入管１４を挿し込んでから注入装置１を動作させ、発泡ポリウレタン原材料液をモールドに７ｋｇ／分で注入した。両含有液を０．５ｋｇ送液したところで、圧力センサ１３ｂ１によって計測される圧縮空気の圧力は、０．０５±０．０１ＭＰａ内で１０秒間継続した。スイッチユニット２４の圧力判定部２４ｄ１がこの０．０５ＭＰａを初期圧力として判定し、圧力記憶部２４ｂ１がこの初期圧力を記憶したことが確認された。
【００７９】
空気導入管１３を流れる圧縮空気の圧力が初期圧力＋０．０９ＭＰａに達したところで、両圧送ポンプ２１，２２の動作が止まり、発泡ポリウレタン原料液の注入が停止した。直ちに両ボールバルブ１１ｆ，１２ａを閉めて、薬剤誘導複合管１０内に残留した各液を圧縮空気によって排出した後、空気導入管１３のボールバルブ１３ｃを閉めた。両流量計２１ａ，２２ａに基づいて算出された発泡ポリウレタン原料液の実施注入量は、１１．５ｋｇであり、計算注入量に対する実施注入量の比である注入量倍率は１．３であった。
【００８０】
モールドの蓋を開けてモールド内の発泡ポリウレタンを目視によって観察した。実施例１の結果の外観写真を図５（ａ）に示す。同図に示すように、発泡ポリウレタンはモールド内にほぼ隙間なく充填されていた。
【００８１】
この発泡ポリウレタンをモールドから取り出した。この発泡ポリウレタンの中心部を、発泡ポリウレタンの表面層であるスキン層が含まれないように所定の大きさに切り出してサンプルを作製した。サンプルの外寸と重量とに基づいて発泡ポリウレタンサンプルの密度を算出した。サンプルの密度に対する発泡ポリウレタン原料液の密度の比を計算して発泡倍率を算出したところ、３９．７倍であった。
【００８２】
（実施例２）
モールドの底面をなす一辺に沿って、これと床面との間にコンクリートブロックを置き、モールドを３０°傾斜させたこと、及び閾値を０．０５ＭＰａとしたこと以外は実施例１と同様に操作した。その結果、発泡ポリウレタンはほぼ隙間なくモールドに充填されていた。また、実施注入量は１１．５ｋｇ、注入倍率は１．３、発泡倍率は３９．０倍であった。
【００８３】
（実施例３）
閾値を０．１７ＭＰａとしたこと以外は、実施例１と同様に操作した。その結果、発泡ポリウレタンはほぼ隙間なくモールドに充填されていた。実施注入量は１７．５ｋｇ、注入倍率は２．０倍であった。また発泡倍率は３２．６倍であり、規格の倍率である４０倍に対して若干低下した。
【００８４】
（比較例１）
閾値を設定せずに、発泡ポリウレタン原材料液の計算注入量である８．８５ｋｇに達した時点で注入を停止したこと以外は、実施例１と同様に操作した。比較例１の結果の外観写真を図５（ｂ）に示す。同図に示すように、モールドの内壁と発泡ポリウレタンとの間の隙間や発泡ポリウレタンの割れが観察された。このことは、発泡ポリウレタン原料液の注入不足を示している。注入倍率は１．０倍、発泡倍率は４１．６倍であった。なお施工中、圧力センサ１３ｂによって計測される圧縮空気の圧力は初期圧力から上昇せず、注入停止直前における圧力と初期圧力との差圧は、０．００ＭＰａであった。
【００８５】
（比較例２）
閾値を設定せずに、圧縮空気の圧力が初期圧力から０．２４ＭＰａ上昇した時点で注入を停止したこと以外は、実施例１と同様に操作した。その結果、発泡ポリウレタンはほぼ隙間なくモールドに充填されていた。しかしそれの一部は押しつぶされて表面に皺が観察され、発泡ポリウレタン原料液の過剰注入を示していた。また、実施注入量は２６．５ｋｇであった。注入倍率は３．０倍にも達しており、発泡倍率は規格の４０倍に対しておおよそ６割の値である２４．７倍にまで低下した。
【００８６】
実施例１〜３、並びに比較例１及び２の結果を表１にまとめて示す。なお、評価の欄中の◎、〇、△、及び×は、下記の通りである。
◎：モールド内が完全に充填され、かつ発泡倍率が規格値範囲内（４０±４倍）であった
もの
〇：モールド内が完全に充填され、かつ発泡倍率の低下分が規格下限値に対してそれの１
０％以内であったもの
△：モールド内がそれの四角を除いて充填され、かつ発泡倍率が規格値範囲内であったも
の
×：発泡倍率の低下分が、規格下限値に対してそれの１０％を超えたもの
【００８７】
【表１】
2018123555.tif 000003
【００８８】
実施例１〜３によればモールドの内壁面と発泡ポリウレタンとの間に殆ど隙間が生じず、モールド内は発泡ポリウレタンで充填されていた。なかでも実施例１及び２の発泡倍率は規格内に収まっており、それらの注入倍率は１．３と、実施注入量と計算注入量との差が極めて小さかった。このように、圧縮空気の初期圧力から最大で０．２０ＭＰａとする閾値を設定することによって、裏込め注入工を適切にかつ確実に実施できることが分かった。
【００８９】
一方、注入量にのみ依拠して発泡ポリウレタン原料液の注入を行った比較例１は、圧力上昇を生じず、モールド内を充填できなかった。このことから注入量にのみ依拠して硬化性薬剤の注入を行う裏込め注入工は、空洞部を硬化性薬剤で充填できない可能性が極めて高いことが分かった。また初期圧力＋０．２４ＭＰａという高圧力に達するまでポリウレタン原料液の注入を継続した比較例２において、注入倍率は３．０倍であり、発泡倍率は規格の４０倍よりも遥かに低い約２５倍であったことから、圧縮空気の圧力が初期圧力から０．２０ＭＰａを超えると、過剰注入を引き起こすことが分かった。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本発明の注入装置、及びこれを用いた注入方法は、建造物基礎下の空洞、及び建造物構造内の一部欠損により形成された空洞、並びに廃坑、水路、防空壕、及びライフライン埋設坑のような横坑を塞ぐのに用いられる。
【符号の説明】
【００９１】
１は注入装置、１０は薬剤誘導複合管、１１は薬剤主送管、１１ａは先端、１１ｂは基端、１１ｃは接続部、１１ｄは分枝部、１１ｅは内管、１１ｅ１は先端口、１１ｆはボールバルブ、１１ｇは混合撹拌部、１２は薬剤副送管、１２ａはボールバルブ、１３は空気導入管、１３ａはブルドン管、１３ｂは圧力センサユニット、１３ｂ１は圧力センサ、１３ｂ２は無線送信部、１３ｃはボールバルブ、１４は注入管、２０はポンプユニット、２１はメイン圧送ポンプ、２１ａはメイン流量計、２２はサブ圧送ポンプ、２２ａはサブ流量計、２３はポンプコントローラ、２４はスイッチユニット、２４ａは無線受信部、２４ｂ１は圧力記憶部、２４ｂ２は流量記憶部、２４ｃは演算部、２４ｄ１は圧力判定部、２４ｄ２は流量判定部、２４ｅは出力部、２４ｆは停止スイッチ、３０はエアコンプレッサ、４１はメインチューブ、４２はサブチューブ、４３はエアチューブ、４４，４５は原料供給チューブ、４６はケーブル、５１はメインタンク、５２はサブタンク、７０は道路トンネル、７１は覆工コンクリート、７２は地山、７３は空洞部、７４，７４ａ，７４ｂ，７４ｃは削孔、７５はシール材、８１は高所作業車、８１ａはバケット、８２は機器積載車、８３は注入作業者、８４はポンプ操作者である。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成30年3月8日(2018.3.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
空洞部に注入される硬化性充填剤及びそれの原料から選ばれる硬化性薬剤の注入装置であって、
前記硬化性薬剤を加圧して送り出すメイン圧送ポンプに基端でつながったメインチューブに接続し、前記空洞に挿し込まれる注入管に先端で接続している薬剤主送管と、
前記薬剤主送管の管壁に設けられた接続部で気密に連通しており、エアコンプレッサから圧縮空気を前記薬剤主送管に導入することによって前記硬化性薬剤を撹拌しながら前記注入管へ送り込む空気導入管と、
前記空気導入管に取り付けられており、前記硬化性薬剤の注入及び／又は硬化の程度に応じて上昇する前記圧縮空気の圧力を、前記硬化性薬剤を吐出している前記注入管に通じた前記空気導入管内にて、計測する圧力センサと、
前記硬化性薬剤の注入開始時とそれの注入中とにおける前記圧力の差が閾値に達した又は超えたことを判定する圧力判定部、前記圧力判定部の判定に応じて前記圧送ポンプの動作を止める信号を出力する出力部、及び前記信号を受信して前記動作を止めるスイッチを備えるスイッチユニットとを、有していることを特徴とする注入装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
前記の目的を達成するためになされた、本発明の注入装置は、空洞部に注入される硬化性充填剤及びそれの原料から選ばれる硬化性薬剤の注入装置であって、前記硬化性薬剤を加圧して送り出すメイン圧送ポンプに基端でつながったメインチューブに接続し、前記空洞に挿し込まれる注入管に先端で接続している薬剤主送管と、前記薬剤主送管の管壁に設けられた接続部で気密に連通しており、エアコンプレッサから圧縮空気を前記薬剤主送管に導入することによって前記硬化性薬剤を撹拌しながら前記注入管へ送り込む空気導入管と、前記空気導入管に取り付けられており、前記硬化性薬剤の注入及び／又は硬化の程度に応じて上昇する前記圧縮空気の圧力を、前記硬化性薬剤を吐出している前記注入管に通じた前記空気導入管内にて、計測する圧力センサと、前記硬化性薬剤の注入開始時とそれの注入中とにおける前記圧力の差が閾値に達した又は超えたことを判定する圧力判定部、前圧力判定部の判定に応じて前記圧送ポンプの動作を止める信号を出力する出力部、及び前記信号を受信して前記動作を止めるスイッチを備えるスイッチユニットとを、有しているものである。