(57)【要約】【課題】機構が簡単で保守が容易な脈動発生装置を提供する。【解決手段】本発明による脈動発生装置は、岩盤に注入される注入材に脈動を与える脈動発生装置が、油圧ポンプおよび前記油圧ポンプから吐出された油圧を制御する圧力制御バルブからなる油圧発生装置と、前記圧力制御バルブを制御して、油圧に最大圧力、最小圧力、立ち上がり時間、最大圧力維持時間、立ち下り時間および周波数で規定される脈動を付与する制御装置と、注入材圧送管の途中に取り付けられ、油圧の脈動によって内径が縮むように伸縮する筒状の弾性体を有する脈動発生器と、で構成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
岩盤に注入される注入材に脈動を与える脈動発生装置であって、
油圧ポンプおよび前記油圧ポンプから吐出された油圧を制御する圧力制御バルブからなる油圧発生装置と、
前記圧力制御バルブを制御して、前記油圧に最大圧力、最小圧力、立ち上がり時間、最大圧力維持時間、立ち下り時間および周波数で規定される脈動を付与する制御装置と、
注入材圧送管の途中に取り付けられ、前記油圧の脈動によって内径が縮むように伸縮する筒状の弾性体を有する脈動発生器と、を備えていることを特徴とする脈動発生装置。
【請求項２】
前記脈動発生器は、筒状のピストンが前記弾性体に当接されるとともに、前記ピストンとケースの間に油圧室が形成され、前記油圧室に伝えられた油圧の脈動が、前記ピストンの軸方向の往復運動を介して前記弾性体の内径を縮める径方向の伸縮運動に変換されることを特徴とする請求項１に記載の脈動発生装置。
【請求項３】
前記脈動発生器は、前記弾性体の外側に設けられた環状の凹部とケースとの間に油圧室が形成され、前記油圧室に伝えられた油圧の脈動が、前記弾性体の内径を縮める径方向の伸縮運動に直接変換されることを特徴とする請求項１に記載の脈動発生装置。
【請求項４】
前記油圧発生装置は、複数の前記圧力制御バルブが前記油圧ポンプに接続されていることを特徴とする請求項１に記載の脈動発生装置。
【請求項５】
前記制御装置は、前記脈動発生器に脈動を付与する制御の他に、外部の流量および圧力センサの値に追随して、圧力が高ければ前記弾性体の内径を拡げ、圧力が低ければ前記弾性体の内径を絞る制御がさらに備えられることを特徴とする請求項１に脈動発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動的注入システムに使用される脈動発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
石油やガスを備蓄する地下貯蔵施設やトンネルにおいては、周囲の地盤に対して長期にわたる安定した遮蔽性が求められる。このため、上下、左右それに前後の地盤は注入材が注入されてシーリングが行なわれる。注入材には例えばグラウトがある。グラウトは岩石や地盤などの隙間を埋める流動性の高い液体で、セメント系、粘土系、水ガラス系などがある。隙間が大きい場合は、シーリングが容易であるが、微小亀裂の多い岩盤や低透水性の地盤では、シーリングの工事に時間がかかる。
【０００３】
図７は、一般的な注入材の地盤への注入量と注入時間との関係を表したグラフである。最初は注入量が多いが、時間が経過するにしたがって注入圧力を高くしても注入量が増えない状態となる。シーリングにおいては、注入材を圧送して注入する通常工法（Ｎで示す）と、注入材を圧送して振動を加えて注入する動的注入工法（Ｄで示す）が知られる。動的注入工法は、通常工法に比較して１０〜２０％の改善が得られるので、所定量の注入材を注入するのであれば、その分工事の期間を短縮することができる。
【０００４】
図８は、一般的な動的注入システム構成図である。グラウト１７は、タンクの中でミキサー１６によって高速に攪拌され、グラウトポンプ１８によって注入材圧送管１１に送り出される。流量・圧力検出器１９で、流量や圧力がチェックされ、そのデータは、流量・圧力の管理装置２０に送られ、媒体に記録されるとともに印刷される。流量・圧力検出器１９で所定の圧力を超えると、弁が開いてグラウトの一部はタンクに戻される。注入材圧送管１１の途中に脈動発生装置５０が設けられる。脈動発生装置５０は脈動発生器６と制御装置２を有し、脈動を注入材圧送管１１のグラウトに付与するものである。圧力センサ２１で圧力がチェックされ、制御装置２で脈動が調整される。脈動を有するグラウト１７ａは、掘削穴の上部に設けられた漏れ防止用のパッカー２２を経て、掘削穴の内部に送られ、地盤に注入される。
【０００５】
脈動発生装置の具体例として、特許文献１には、注入材圧送管の途中にＴ字形の交差路が形成され、Ｔ字の脚の部分に油圧駆動のシリンダとピストンが設けられ、グラウトを一度シリンダ内に引き込んで再び押し出すことによって、グラウトに脈動を与える機構が示されている。特許文献２には、柔軟性のあるゴムなどで形成された注入材圧送管を、回転体に設けられたローラで押圧して、グラウトに脈動を与える機構が示されている。しかし、いずれも機構が複雑で保守に多大な工数がかかる。
【特許文献１】特開平１０−１１４９３８号公報
【特許文献２】特開２００１−２７１７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、機構が簡単で保守が容易な脈動発生装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するため、請求項１記載の発明による脈動発生装置は、岩盤に注入される注入材に脈動を与える脈動発生装置が、油圧ポンプおよび前記油圧ポンプから吐出された油圧を制御する圧力制御バルブからなる油圧発生装置と、前記圧力制御バルブを制御して、油圧に最大圧力、最小圧力、立ち上がり時間、最大圧力維持時間、立ち下り時間および周波数で規定される脈動を付与する制御装置と、注入材圧送管の途中に取り付けられ、前記油圧の脈動によって内径が縮むように伸縮する筒状の弾性体を有する脈動発生器と、で構成されることを特徴とする。
【０００８】
請求項２の記載によれば、前記脈動発生器は、筒状のピストンが前記弾性体に当接されるとともに、前記ピストンとケースの間に油圧室が形成され、前記油圧室に伝えられた油圧の脈動が、前記ピストンの軸方向の往復運動を介して前記弾性体の内径を縮める径方向の伸縮運動に変換されることを特徴とする。
【０００９】
請求項３の記載によれば、前記脈動発生器は、前記弾性体の外側に設けられた環状の凹部とケースとの間に油圧室が形成され、前記油圧室に伝えられた油圧の脈動が、前記弾性体の内径を縮める径方向の伸縮運動に直接変換されることを特徴とする。
【００１０】
請求項４の記載によれば、前記油圧発生装置は、複数の前記圧力制御バルブが前記油圧ポンプに接続されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項５の記載によれば、前記制御装置は、前記脈動発生器に脈動を付与する制御の他に、外部の流量および圧力センサの値に追随して、圧力が高ければ前記弾性体の内径を拡げ、圧力が低ければ前記弾性体の内径を絞る制御がさらに備えられることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明による請求項１の脈動発生装置によれば、ケースの内側に埋め込まれた筒状の弾性体の内部を通過する注入材に対して、油圧に付与された脈動でもって、内径が縮むように伸縮動作させる弾性体を有する脈動発生器を備えたので、注入材を吸い込み押し出すピストン機構や、注入材圧送管を外側から押圧する回転機構がなく、きわめて簡単な構造にできる。
【００１３】
請求項２によれば、筒状の弾性体に連設された筒状のピストンでもって、その軸方向に弾性体が圧縮されるから、弾性体はその内径が縮むように径方向の伸縮運動する。これにより注入材に効率よく脈動が付与できる。
【００１４】
請求項３によれば、弾性体の外側に設けられた環状の凹部に伝えられた油圧の脈動が、弾性体の内径を縮める径方向の伸縮運動に直接変換される。これにより注入材に効率よく脈動が付与できる。
【００１５】
請求項４によれば、油圧発生装置に１台の油圧ポンプに接続される複数の圧力制御バルブが備えられるので、圧力制御バルブに複数の脈動発生器が油圧ホースで接続でき、地盤の複数個所へのシーリング作業を同時進行させることができる。１つの注入材圧送管に２つの脈動発生器を接続することもできる。
【００１６】
請求項５によれば、制御装置には、脈動制御の他に、外部の流量および圧力センサの値に追随して、圧力が高ければ弾性体の内径を拡げ、圧力が低ければ弾性体の内径を絞る制御がさらに備えられるので、注入材タンクに戻す通路に、この脈動発生器を使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明による脈動発生装置を説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１は、本発明による脈動発生装置の構成図である。本発明による脈動発生装置１００は、油圧発生装置１と、制御装置２と、脈動発生器６からなる。油圧発生装置１と脈動発生器６は油圧ホース５で接続される。油圧発生装置１は、オイルタンク１３、油圧ポンプ３、電動機１２および複数の圧力制御バルブ４からなる。電動機１２が回転すると、オイルタンク１３から油圧ポンプ３でオイルが汲み上げられ、所定の油圧ｐとされ、圧力制御バルブ４に圧送される。１台の油圧ポンプ３の下に複数の圧力制御バルブ４が接続されるので、油圧ポンプ３の吐出圧はその数に応じて個別に制御される。
【００１９】
制御装置２は、油圧発生装置１の圧力制御バルブ４を制御して油圧に脈動を発生させる。制御装置２は、また、圧力センサ２１の監視や、圧力センサ２１のデータに基づく圧力制御バルブ４の制御も行なっている。圧力制御バルブ４を出た脈動する油圧が、油圧ホース５で脈動発生器６に伝えられる。脈動発生器６は、注入材圧送管１１の途中に組み込まれる。注入材圧送管１１には、注入材７が圧送される。注入材７としては、例えばグラウトがある。
【００２０】
図２は、本発明による脈動発生器の第１構成例を断面図で示している。脈動発生器６は、筒状のケース１４と、筒状のケース１４の内部に組み込まれた筒状の弾性体８と、弾性体８に連設した筒状のピストン９が設けられる。弾性体８とピストン９の内部を流路として注入材７が通過する構造である。ピストン９とケース１４との間には、油圧室１０が形成され、油圧室１０には、油圧ホース５が接続され、オイル１５によって脈動する油圧が伝えられる。油圧室１０に圧力がかかると、ピストン９は図２で右側方向（軸方向）に動き、ケース１４との間に挟まれた弾性体８が圧縮される。油圧室１０の圧力が弱まると、弾性で弾性体８は元の形状に戻る。これにより弾性体８の内径が縮まるように伸縮運動する。この弾性体８の径方向の伸縮運動により注入材７に脈動が付与される。弾性体８は、例えば弾力があり、耐磨耗性、耐薬品性に優れたゴムで作ることができる。なお、ピストン９が右側方向に動いた時、ピストン９の左側の隙間に注入材７が入らないように、ピストン９の左側にピストン９の内側をくわえ込んだに支持部材（図示せず）が設けられる。
【００２１】
図３は、本発明による脈動発生器の第２構成例を断面図で示している。脈動発生器６は、筒状のケース１４と、筒状のケース１４の内部に組み込まれた筒状の弾性体８とが設けられる。弾性体８に外側には環状の凹部２４が設けられ、環状の凹部２４と筒状のケース１４との間に油圧室１０が形成される。注入材７は、弾性体８の内部を流路として通過する構造である。油圧室１０は、油圧ホース５に通じており、オイル１５によって脈動する油圧が伝えられる。油圧室１０に圧力がかかると弾性体８の内径が縮められ、油圧室１０の圧力が弱まると、弾性で弾性体８は元の形状に戻る。これにより弾性体８の内径が縮まるように伸縮運動する。この弾性体８の径方向の伸縮運動により注入材７に脈動が付与される。
【００２２】
図４は、図１で示す構成の脈動発生装置の回路図である。油圧ポンプ３は、三角形の先端方向にオイルが所定の油圧で吐出されることを表す。圧力制御バルブ４は、例えば３方向２位置弁の電磁バルブを使用することができる。３方向とは、油圧ポンプ３からの入口と、脈動発生器６への出口と、オイルタンク１３への戻り口の３つを指す。また、２位置とは、油圧ポンプ３からのオイルが脈動発生器６へ流れると同時に、オイルタンク１３への戻り口にも流れる位置ｓ１と、油圧ポンプ３からのオイルがどこにも流れない位置ｓ２の２つを指す。３方向２位置弁の電磁バルブが位置ｓ１にある時は、内部の制御弁が制御装置２の制御で指示された開度量だけ開いた状態にある。使用しない脈動発生器６があれば、対応する圧力制御バルブ４の制御弁はｓ２の状態とされる。すなわち、制御弁の開度量で、脈動油圧の最大圧力と最小圧力を決めることができる。圧力制御バルブ４は、圧力補償式圧力制御弁であるので、油圧ポンプ３の吐出圧力は低下せずに、稼動させる圧力制御バルブ４の各々の最大圧力を作ることができる。また、各圧力制御バルブ４の制御弁を順番に段階的に変化させたり、同時に変化させたりすることもできる。
【００２３】
図５は、制御装置２で圧力制御バルブ４を制御して作り出した油圧の脈動の波形を示す図である。各圧力制御バルブ４の制御弁の開度量で最大圧力（Ｍａｘ）や、最小圧力（Ｍｉｎ）を決めることができる。また制御弁の開度を段階的に行なうか一気に行なうかで、立ち上がり時間ａ、立ち下り時間ｃを制御できる。開度量を一定に保てば、Ｍａｘの維持時間ｂやＭｉｎの維持時間ｄを保持できる。例えば、１サイクル時間ｆ（＝ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ）を０．１秒とすると、脈動の周波数は１０Ｈｚとなる。
【００２４】
油圧ポンプ３は、吐出圧の大きなものがあるので、複数の圧力制御バルブ４に圧力を分散させても、各脈動発生に必要な脈動の油圧を得ることができる。複数の圧力制御バルブ４があれば、複数のシーリングを同時進行させることや、１つの注入材圧送管に複数の脈動発生器を装着する使い方もできる。
【００２５】
図６は、本発明による脈動発生装置を動的注入システムに適用した構成例である。図６に示すように、本脈動発生装置１００によれば、注入材圧送管１１に脈動発生器６を接続してのグラウト１７に脈動を与えることができる。また、注入材圧送管１１からグラウト１７をグラウトタンク２３へ戻す通路に脈動発生器６を接続して、流量・圧力の管理装置２０の機能を代行することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明の脈動発生装置は、地盤のシーリングを行なう動的注入システムの構成要素として好適である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明による脈動発生装置の構成図である。（実施例１）
【図２】本発明による脈動発生器の第１構成例で、その断面図である。
【図３】本発明による脈動発生器の第２構成例で、その断面図である。
【図４】図１で示す構成の脈動発生装置の回路図である。（実施例１）
【図５】油圧の脈動の波形を示す図である。（実施例１）
【図６】本発明による脈動発生装置を動的注入システムに適用した構成例である。
【図７】一般的な注入材の地盤への注入量と注入時間との関係を表したグラフである。
【図８】一般的な動的注入システム構成図である。
【符号の説明】
【００２８】
１    油圧発生装置
２    制御装置
３    油圧ポンプ
４    圧力制御バルブ
５    油圧ホース
６    脈動発生器
７    注入材
８    弾性体
９    ピストン
１０    油圧室
１１    注入材圧送管
１２    電動機
１３    オイルタンク
１４    ケース
１５    オイル
１６    ミキサー
１７    グラウト
１７ａ    脈動を有するグラウト
１８    グラウトポンプ
１９    流量・圧力検出器
２０    流量・圧力の管理装置
２１    圧力センサ
２２    パッカー
２３    グラウトタンク
５０    従来の脈動発生装置
１００    脈動発生装置
Ｍａｘ    最大圧力
Ｍｉｎ    最小圧力
ａ    立ち上がり時間
ｂ    最大圧力維持時間
ｃ    立ち下り時間
ｄ    最小圧力維持時間
ｆ    １サイクル時間
【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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