(57)【要約】【課題】少ない工事量、工程数で掘進と薬液注入とを確実に行い、構造物の下部等の地盤を改良する工法を実現する。【解決手段】自在ボーリングによって掘進ヘッド２を目的位置に到達させた後、掘進ロッド３内に薬液注入ヘッドを挿入し、掘進のための圧力水噴射ノズル行きの掘進ヘッド内部空間をふさぐと同時に薬液注入孔３１を開口させ、地盤内に薬液を注入しながら掘進ヘッド２を後退させて掘進ロッド３とともに引き抜く。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端部に、軸に対して斜め向きの圧力水噴射ノズルを有する掘進ヘッドと、この掘進ヘッドの後方に順次接続され、前記掘進ヘッドを前進後退および回転させる可撓性で中空の掘進ロッドと、前記掘進ロッドの末端部分を前進後退および回転させる掘進機と、前記掘進ロッド内に挿入される薬液注入ヘッドとからなる地盤改良用の自在ボーリング装置によって、前記圧力水噴射ノズルから圧力水を噴射しながら地上から斜め方向にボーリングし、所定位置からは水平方向にボーリングして前記掘進ヘッドを目的位置に到達させた後、前記掘進ロッド内に薬液注入ヘッドを挿入して掘進のための圧力水噴射ノズル行きの掘進ヘッド内部空間をふさぐと同時に薬液注入孔を開口させるとともに掘進ヘッドを後退させ、後退開始位置ならびに各後退位置で掘進ヘッドの側面、あるいは掘進ヘッドに接続する直後の掘進ロッドの側面から地盤内に薬液を注入しながら掘進ヘッドを掘進ロッドとともに引き抜くことを特徴とする地盤改良工法。
【請求項２】
地盤内に注入する薬液の少なくとも一部が２液混合形の硬化剤である請求項１に記載の地盤改良工法。
【請求項３】
掘進ヘッド（２）と、この掘進ヘッド（２）の後方に順次接続され、前記掘進ヘッドを前進後退および回転させる可撓性で中空の掘進ロッド（３）と、前記掘進ロッド（３）の末端部分を前進後退および回転させる掘進機（４）と、前記掘進ロッド（３）内に挿入される薬液注入ヘッド（７）とからなる地盤改良用の自在ボーリング装置であって、前記掘進ヘッド（２）が先端部に軸に対して斜め向きの圧力水噴射ノズル（２１）を有するとともに、掘進ヘッド（２）側面あるいは掘進ヘッドに接続する直後の掘進ロッド（３ａ）の側面に薬液注入孔（３１）を有し、掘進中に前記薬液注入孔（３１）をふさぐ第１の閉塞手段と、薬液注入中に前記圧力水噴射ノズル（２１）行きの掘進ヘッド内部空間をふさぐ第２の閉塞手段を備えたことを特徴とする地盤改良用の自在ボーリング装置。
【請求項４】
前記の第１の閉塞手段が薬液注入孔に挿入する樹脂製の栓（６）である請求項３に記載の地盤改良用の自在ボーリング装置。
【請求項５】
前記の第１の閉塞手段が薬液注入孔の内面に取り付けるマグネットシート（６４）である請求項３に記載の地盤改良用の自在ボーリング装置。
【請求項６】
前記の薬液注入ヘッド（７）が、先端に第１の閉塞手段を排除する押圧部材（７６）を備えるとともに、その後方に第２の閉塞手段である圧力空気によってふくらむパッカ（７１ａ、７１ｂ）を備えたものである請求項３に記載の地盤改良用の自在ボーリング装置。
【請求項７】
前記の薬液注入ヘッド（７）が、複数系統の薬液注入管（７４，７５）が接続されたものである請求項３ないし６のいずれかに記載の地盤改良用の自在ボーリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造物の下部等、地表から直接掘削が困難な個所に最適な、地盤改良工法およびその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば大型タンク等の構造物の下部地盤が軟弱で液状化のおそれがあり改良が望ましい場合に、従来は、特許文献１に記載があるように、構造物の外側に１か所または２か所の立坑を設け、ここから水平方向にボーリングするなどの手段が取られていた。
しかし近年、米国において進行方向を自在に制御できる掘削ヘッドが開発され、これを使用することによって立坑を設けることなく屈曲部を含む任意の形状で管路を敷設することが可能となった。本明細書では以下この工法を「自在ボーリング」という。特許文献２にはこのような掘進装置ならびにこれを使用する自在ボーリング工法が記載されている。
【０００３】
図５は特許文献２に記載の掘進ヘッド２の実施例の断面図で、２１は圧力水噴射ノズル、２２は圧力水の供給される圧力水経路である。圧力水噴射ノズル２１は掘進ヘッド２に対して約５度斜め方向を向いている。したがって掘進ヘッド２に回転を与えながら前進させれば直線方向（ヘッド方向）に進むが、回転を与えずに前進させれば圧力水噴射ノズル２１にしたがって斜め方向（ノズル方向）に進む。
【０００４】
図６は同じく特許文献２に記載された掘進機４の外観図で、４０はベース、４１はその上を移動する前進フレーム、４２は回転用モータ、４３はチェーン、４４は前進用モータ、３は掘進ヘッド前進用の掘進ロッドで、前進フレーム４１には掘進ロッド３の末端部分を固定するクランプと掘進ロッド３の末端部分を把持して回転させるチャックが備えられており、これに前進機構を組み合わせると掘進ロッド３を回転させずに前進させたり、回転させながら前進させることができる。前進用モータ４４を逆転させれば引き抜きもできる。掘進ロッド３は鋼管等の可撓性で中空の管体である。
【０００５】
特許文献２には、掘進ヘッド２に位置センサ、無線送信機および指向性アンテナを装備することにより、地上の受信機によって掘進ヘッドの現在位置を検出することができることも記載されており、また掘進ヘッド２の現在の傾度の検出については電解トランスジューサが組み込まれている、と記載されている。
図７はこのような自在ボーリング装置を使用して構造物Ｓの下部の地盤改良を行う場合の概念図で、構造物Ｓの脇の地上から斜めにボーリングを開始し、所定の深さに到達したら掘進ヘッド２の向きを水平方向に変え、以後は水平にボーリングするのである。掘進ロッド３の単位長だけ前進する毎に掘進ロッド３の末端に新たな掘進ロッド３が次々に連結される。破線で囲んだ部分Ｚが地盤改良の対象となるエリアである。
【０００６】
特許文献３には、このような自在ボーリング装置を使用して所定の領域まで削孔する工程と、ボーリングロッド先端から砂等の充填剤を注入する工程と、ボーリングロッドを所定距離だけ引き抜いてボーリングロッド先端から充填剤を注入する工程とを有する充填グラウト工法が記載されている。以下これを「片押し工法」と呼ぶ。
特許文献４には、特許文献２に記載された掘進ヘッドを使用し、第１の工程で構造物直下の地盤内にドリルヘッドを推進して反対側の地表までパイロット孔を形成した後、ドリルヘッドをバックリーマに換装して発進側に引き戻すことでパイロット孔を拡径し、拡径した本孔内に薬液注入管を引き込んで地盤改良を行うことが記載されている。以下これを「引き込み工法」と呼ぶ。
【０００７】
また、特許文献５には、自在ボーリング装置の掘進ヘッドに掘進用の圧力水噴射ノズルとこれに接続される送水用のホースとを取り付けるとともに薬液注入用の吐出口とこれに接続される注入用のホースとを同時に取り付け、逆止弁を用いて圧力水と薬液との混合を防止することが記載されている。
【特許文献１】特開２００５−２７０７８６号公報
【特許文献２】特開昭６１−２５７５０１号公報
【特許文献３】特開２００３−３４５９号公報
【特許文献４】特開２００１−１９３０５０号公報
【特許文献５】特開２００５−７６１７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に記載の立坑による水平ボーリングでは、少なくとも２か所の立坑を構築しなければならず、費用ならびに日数がかかり、きわめて不経済である。また、経路を任意に曲げることもできない。多量の排土も発生する。
特許文献３に記載の片押し工法では、ロッド削孔、充填材を注入しながらのロッドの引き抜きという最低２工程を必要とする。
【０００９】
特許文献４に記載の引き込み工法では、パイロット孔形成、バックリーマによる拡径、薬液注入管の引き込みという最低３工程を必要とするほか、第１の工程のパイロット孔の形成においても反対側の地表まで行わなくてはならないので施工距離が大きく、作業ヤードも少なくとも２か所必要である。
さらに特許文献５に記載の発明によれば、掘進と薬液注入との工程の切り替え毎のヘッドの挿入や配管の接続等の作業が不要であるなどの利点は認められるものの、掘進の際、掘進ロッドを接続する毎に掘削用の圧力水ホースと薬液注入用のホースも継ぎ足さなければならず、また掘進ヘッドを回転させながら掘進を行う際のホースのねじれに対応するジョイント構造が説明されておらず、実施に困難が予想されるばかりでなく、掘進が完了して注入段階となっても掘進機を現地に残存させねばならないという不経済も考えられ、現実的でない。
【００１０】
本発明は、従来の技術におけるこれらの問題点を解消し、少ない工程で、かつ掘進の際の圧力水の噴射と、薬液の注入との切替を確実に行うことのできる地盤改良工法およびその装置を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に記載の本発明は、先端部に、軸に対して斜め向きの圧力水噴射ノズルを有する掘進ヘッドと、この掘進ヘッドの後方に順次接続され、前記掘進ヘッドを前進後退および回転させる可撓性で中空の掘進ロッドと、前記掘進ロッドの末端部分を前進後退および回転させる掘進機と、前記掘進ロッド内に挿入される薬液注入ヘッドとからなる地盤改良用の自在ボーリング装置によって、前記圧力水噴射ノズルから圧力水を噴射しながら地上から斜め方向にボーリングし、所定位置からは水平方向にボーリングして前記掘進ヘッドを目的位置に到達させた後、前記掘進ロッド内に薬液注入ヘッドを挿入して掘進のための圧力水噴射ノズル行きの掘進ヘッド内部空間をふさぐと同時に薬液注入孔を開口させるとともに掘進ヘッドを後退させ、後退開始位置ならびに各後退位置で掘進ヘッドの側面あるいは掘進ヘッドに接続する直後の掘進ロッドの側面から地盤内に薬液を注入しながらて掘進ヘッドを掘進ロッドとともに引き抜くことを特徴とする地盤改良工法である。
【００１２】
請求項２に記載の本発明は、地盤内に注入する薬液の少なくとも一部が２液混合形の硬化剤である請求項１に記載の地盤改良工法である。
請求項３に記載の本発明は、掘進ヘッドと、この掘進ヘッドの後方に順次接続され、前記掘進ヘッドを前進後退および回転させる可撓性で中空の掘進ロッドと、前記掘進ロッドの末端部分を前進後退および回転させる掘進機と、前記掘進ロッド内に挿入される薬液注入ヘッドとからなる地盤改良用の自在ボーリング装置であって、前記掘進ヘッドが先端部に軸に対して斜め向きの圧力水噴射ノズルを有するとともに、掘進ヘッド側面あるいは掘進ヘッドに接続する直後の掘進ロッドの側面に薬液注入孔を有し、掘進中に前記薬液注入孔をふさぐ第１の閉塞手段と、薬液注入中に前記圧力水噴射ノズル行きの掘進ヘッド内部空間をふさぐ第２の閉塞手段を備えたことを特徴とする地盤改良用の自在ボーリング装置である。
【００１３】
請求項４に記載の本発明は、前記の第１の閉塞手段が薬液注入孔に挿入する樹脂製の栓である請求項３に記載の地盤改良用の自在ボーリング装置である。
請求項５に記載の本発明は、前記の第１の閉塞手段が薬液注入孔の内面に取り付けるマグネットシートである請求項３に記載の地盤改良用の自在ボーリング装置である。
請求項６に記載の本発明は、前記の薬液注入ヘッドが、先端に第１の閉塞手段を排除する押圧部材を備えるとともに、その後方に第２の閉塞手段である圧力空気によってふくらむパッカを備えたものである請求項３に記載の地盤改良用の自在ボーリング装置である。
【００１４】
請求項７に記載の本発明は、前記の薬液注入ヘッドが、複数系統の薬液注入管が接続されたものである請求項３ないし６のいずれかに記載の地盤改良用の自在ボーリング装置である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、「片押し工法」や「引き込み工法」におけるごときドリルヘッドの換装や拡径工程が不要であり、反対側の地表までパイロット孔を形成する必要もなく、掘進の際の圧力水の噴射と、薬液の注入との切替を確実に行うことのできる地盤改良工法が実現するという、すぐれた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の実施例を図面により説明する。
本発明において使用する自在ボーリング装置は、先端部に軸に対して斜め向きの圧力水噴射ノズルを有する掘進ヘッドと、この掘進ヘッドの後方に順次接続され、前記掘進ヘッドを前進後退および回転させる可撓性で中空の掘進ロッドと、前記掘進ロッドの末端部分を前進後退および回転させる掘進機と、前記掘進ロッド内に挿入される薬液注入ヘッドとからなるものであり、掘進ヘッド、掘進ロッド（掘進ヘッドに接続する直後のものを除く）ならびに掘進機についてはすでに説明した従来公知のものと変わりはない。
【００１７】
本発明では、このような地盤改良用の自在ボーリング装置によって、前記圧力水噴射ノズルから圧力水を噴射しながら地上から斜め方向にボーリングし、所定位置からは水平方向にボーリングして前記掘進ヘッドを目的位置に到達させる。掘進ロッドは中空であるから、末端の掘進機の位置から管内に圧力水を供給すれば、図１（ａ）に示すように掘進ヘッド２の圧力水噴射ノズル２１から圧力水が噴出し、掘進が行われる。追って説明するように、この状態では直後の掘進ロッド３ａに設けられている薬液注入孔３１はふさがれているので、ここから圧力水が噴出することはない。掘進中の掘進ヘッドの位置については、公知の位置センサ等を管内の掘進ヘッドの位置まで挿入して検出するようにすればよい。図７に示すような目的位置まで掘進したら、掘進ロッド内に薬液注入ヘッドを挿入し、追って説明する第２の閉塞手段によって掘進ヘッド２先端の圧力水噴射ノズル２１行きの内部空間をふさぐとともに、第１の閉塞手段を排除して薬液注入孔３１を開口させ、図１（ｂ）に示すように掘進ヘッド２の側面、あるいは掘進ヘッドに接続する直後の掘進ロッド３ａの側面に設けた薬液注入孔３１から地盤内に薬液を注入する。図３に示すように、薬液注入ヘッド７には空気管７３、薬液注入管７４、７５が接続されているが、本発明ではこれらの挿入は掘削工程終了後に行うので、特許文献５に記載の発明のように掘進段階で少しずつ継ぎ足す必要はなく、作業は容易である。
【００１８】
薬液注入をしながら掘進ヘッド２を後退させ、各後退位置で薬液を注入して地盤改良を行いつつ掘進ヘッド２を掘進ロッド３とともに引き抜いて作業を完了する。掘進ヘッドを後退させるには、必ずしも掘進機を使用する必要はなく、ウインチ等で掘進ロッドを引き抜くことで容易に行うことができる。
ここで、注入する薬液を２種類使用できるように、薬液注入管を２系統設けておくと便利である。例えば、混合することで反応し、硬化する２液混合形の硬化剤の場合、注入孔の直前まで混合させないようにすれば管内が詰まるようなことがない。また、緩結剤であるＡ液と、瞬結剤であるＢ液とを使い分けることによって施工がやりやすくなる。まず削孔した地盤と掘進ヘッドとの隙間に瞬結剤を注入してこの隙間を閉塞し、その後に緩結剤を注入するようにすると、緩結剤が周囲に漏れることがなく、効率のよい注入が行える。緩結剤としては例えば珪酸ナトリウム（水ガラス）が、瞬結剤の例としてはある種の触媒が挙げられる。
【００１９】
つづいて掘進中前記薬液注入孔をふさいでおく第１の閉塞手段、および薬液注入中に前記圧力水噴射ノズル行きの掘進ヘッド内部空間をふさぐ第２の閉塞手段、すなわち噴出孔、薬液注入孔の開閉機構について説明する。図２は実施例の薬液注入孔３１付近を示す部分断面図で、３ａは掘進ヘッド２の直後の掘進ロッド、５はジョイントで、これを介してさらに後方に一般の掘進ロッド３が順次接続される。
【００２０】
掘進ロッド３ａの後部側面には全周に複数個所の薬液注入孔３１が設けられており、これに第１の閉塞手段である樹脂ボルト６１が挿入され、ナット６２で締め付けられて固定され、薬液注入孔３１はふさがれている。したがって掘進作業中、高圧水が薬液注入孔３１から漏洩することはない。樹脂ボルト６１の首下には適宜Ｏリングなどのシール部材を挿入することが望ましい。また、掘進の際に樹脂ボルト６１が損傷しないよう、保護のためのカバーリング６３が嵌められている。この状態で掘進を行い、ついで管内に薬液注入ヘッドを挿入する。
【００２１】
図３は、挿入された薬液注入ヘッド７が掘進ヘッド直後の掘進ロッド３ａ内まで到達した状態を示す部分断面図で、７１ａ、７１ｂは第２の閉塞手段である２段に設けられたパッカ、７２は開口、７３はパッカ７１ａ、７１ｂをふくらませる空気管、７４、７５は２系統の薬液注入管、７６はこの薬液注入ヘッド７の先端に取り付けられた押圧部材である。
【００２２】
薬液注入ヘッド７は中空の円筒状で、その外径は掘進ロッド３、３ａの内径よりも若干小さく、パッカ７１ａ、７１ｂが収縮した状態では自由に掘進ロッド３内を移動できる。また押圧部材７６は円板状、あるいはカップ状で、外周はほぼ掘進ロッド３の内径に等しい。薬液注入ヘッド７を掘進ロッド３内に挿入して、先頭の押圧部材７６が薬液注入孔３１の位置を通過するとき、障害となる樹脂ボルト６１を折損するので、樹脂ボルト６１が脱落して薬液注入孔３１が開口する。
【００２３】
なお、樹脂ボルト６１は、薬液注入孔３１をふさいで固定され、必要に応じて折損して脱落するものであればよいので、必ずしもボルトでなく、単なる栓でもよい。
一方、薬液注入ヘッド７を掘進ロッド３内に挿入して、薬剤注入孔３１が２段のパッカ７１ａ、７１ｂの中間に位置する状態になったら、空気管７３から空気を送ってパッカ７１ａ、７１ｂをふくらませれば、開口７２を介して薬液注入ヘッド７の内部と薬液注入孔３１とが連通し、かつパッカ７１ａ、７１ｂの外側の掘進ロッド３内部とは遮断されるので、圧力水噴射ノズル行きの掘進ヘッド内部空間がふさがれると同時に薬液注入管７４、７５から供給される薬液は系外に漏洩することなく薬液注入孔３１から周囲の地盤内に注入される。
【００２４】
図４は第１の閉塞手段の他の実施例を示す薬液注入孔３１付近の部分断面図で、６４はマグネットシート、すなわちシート状の磁性ゴムである。掘進ロッド３ａが鋼管製である場合に、マグネットシート６４を薬液注入孔３１の内面に付着させれば、簡単に薬液注入孔３１をふさぐことができる。そして薬液注入ヘッド７を通過させれば、押圧部材７６によって容易にマグネットシート６４を排除して開口させることができる。マグネットシート６４は管の内面を一周するものでもよいし、薬液注入孔３１毎の分断されたものでもよい。
【００２５】
薬液を注入しながら徐々に掘進ヘッドを後退させれば、掘進ロッド、薬液注入ヘッドをともに回収することができる。なお、最初の掘進段階以外は掘進ロッドを回転させたり押圧したりする必要がないので、掘進機は取り外して他の工事に転用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明実施例の地盤改良工法の要部を説明する掘進ヘッド付近の正面図である。
【図２】実施例の第２の閉塞手段を説明する薬液注入孔付近の部分断面図である。
【図３】実施例の第１の閉塞手段を説明する掘進ヘッド直後の掘進ロッド付近を示す部分断面図である。
【図４】他の実施例の第２の閉塞手段を説明する薬液注入孔付近の部分断面図である。
【図５】従来の技術における掘進ヘッドを示す断面図である。
【図６】従来の技術における掘進機を示す外観斜視図である。
【図７】従来の技術における自在ボーリングを説明する概念図である。
【符号の説明】
【００２７】
２    掘進ヘッド
３、３ａ    掘進ロッド
４    掘進機
５    ジョイント
７    薬液注入ヘッド
２１    圧力水噴射ノズル
２２    圧力水経路
３１    薬液注入孔
４１    前進フレーム
４２    回転用モータ
４３    チェーン
４４    前進用モータ
６１    樹脂ボルト（栓）
６２    ナット
６３    カバーリング
６４    マグネットシート
７１ａ、７１ｂ    パッカ
７２    開口
７３    空気管
７４、７５    薬液注入管
７６    押圧部材
【図１】
2008175030.tif 000003
【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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