(57)【要約】【課題】従来、斜めや水平方向の硬化材注入は、標準的な性能のポンプでは、噴射圧力と吐出量が不足して不充分な注入しかできず、対象地盤中における噴射圧力と吐出量を強化するためには、標準的ポンプ３台分以上高価格の特殊な高性能のポンプが必要であるという問題がある。【解決手段】核ノズルとこれを囲む囲周ノズルによって構成される重合噴射ノズル３の各噴射材供給流路２ａ、２ｂ・・にそれぞれ高圧ポンプを設定し、同時加圧により噴射材を重合噴射することにより噴射圧力を競合させて噴射材高圧噴流の対象地盤中における噴射エネルギーを強化するように構成した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
核ノズルとこれを囲む１又は複数の囲周ノズルによって構成される重合噴射ノズルの各噴射材供給流路にそれぞれ高圧ポンプを設定し、同時加圧により噴射材を重合噴射することにより噴射圧力を競合させて噴射材高圧噴流の対象地盤中における噴射エネルギーを強化することを特徴とする高圧噴射工法
【請求項２】
核ノズルと囲周ノズルから噴射する噴射材を水もしくは地盤硬化材とし、両ノズルから同程度の圧力及び吐出量で噴射するようにしたことを特徴とする請求項１記載の高圧噴射工法
【請求項３】
核ノズルと囲周ノズルから噴射する噴射材を水もしくは地盤硬化材とし、囲周ノズルからの噴射圧力及び吐出量を核ノズルからの噴射圧力及び吐出量より低く設定して噴射するようにしたことを特徴とする請求項１記載の高圧噴射工法
【請求項４】
核ノズルと囲周ノズルから噴射する噴射材を水もしくは地盤硬化材とし、囲周ノズルからの噴射圧力及び吐出量を核ノズルからの噴射圧力及び吐出量より高く設定して噴射するようにしたことを特徴とする請求項１記載の高圧噴射工法
【請求項５】
核ノズルと囲周ノズルから噴射する噴射材を水もしくは地盤硬化材とし、最外側の囲周ノズルからエアーを噴射するようにしたことを特徴とする請求項１又は請求項２又は請求項３又は請求項４記載の高圧噴射工法
【請求項６】
核ノズルと囲周ノズルから噴射する噴射材を何れも地盤穿孔流体とし、高圧噴射により対象地盤を穿孔掘削するようにしたことを特徴とする請求項１記載の高圧噴射工法
【請求項７】
地盤挿入ロッドに削土吸引機構を設け、重合噴射ノズルの最外側の囲周ノズルからエアーを噴射するようにしたことを特徴とする請求項６記載の高圧噴射工法
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は構築基礎地盤の強化支保、或いは地盤の安定化や止水を目的として対象地盤に地盤硬化材を高圧噴射して注入する硬化材の注入工法や対象地盤に挿入したロッド周辺土壌を穿孔掘削して吸引排出する汚染土壌の除去工法等に用いられる高圧噴射工法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、地盤の安定化、或いは止水を目的とする硬化材層造成のための地盤硬化材注入は、地盤硬化材噴流の到達距離を少しでも延長して大径の硬化材層を造成することを理想とし様々な工夫が凝らされ、その１つとして核ノズルとこれを囲繞する環状ノズルからなる重合噴射ノズルにより硬化材噴流をエアで包合して保護し到達距離を延長する方法（例えば特許文献１参照）が開発されている。
【０００３】
また、硬化材噴流に先立って清水噴射による事前改良を行い、硬化材噴流の有効射程を伸長し（例えば特許文献２参照）、或いは余剰スライムを吸引機構によって吸引排出する（例えば特許文献３参照）手段等が講じられてきた。
【特許文献１】特公平７ー１００９３１号公報
【特許文献２】特許第２８６５６５３号公報
【特許文献３】特公平６ー２９５０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、基本的に噴射材高圧噴流の対象地盤中における噴射エネルギーを強化するためには、特殊な高性能のポンプが必要であり、現在標準的な性能のポンプとしては、吐出量が２００リットル／ｍｉｎ、噴射圧力が４０ＭＰａ程度となっている。
【０００５】
この標準的なポンプを用いた場合、前記特許文献１のように硬化材噴流をエアで包合すると対象地盤中に圧縮空気が残留して地盤変位の原因となったり、横坑覆工層造成等のため斜め方向や水平方向にロッドを挿入してロッドを全回転させて硬化材注入を行った場合は、円柱状造成体の上部に空気が溜まり良質な造成体構築が困難となる。
【０００６】
そのため、斜め方向や水平方向の硬化材注入は、ロッド半回動による半円状造成体の範囲でしか硬化材注入を行えない問題がある。また、この標準的なポンプを吐出量が４００リットル／ｍｉｎの高性能のポンプとするには、標準的ポンプ３台分以上の費用が必要となる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記の課題に対応してこれを解決するため、核ノズルとこれを囲む１又は複数の囲周ノズルによって構成される重合噴射ノズルの各噴射材供給流路にそれぞれ高圧ポンプを設定し、同時加圧により噴射材を重合噴射することにより噴射圧力を競合させて噴射材高圧噴流の対象地盤中における噴射エネルギーを強化するようにしたものである。
【０００８】
即ち、これまで、対象地盤への挿入ロッド側壁に設定された噴射ノズルに対する噴射材の供給は設定位置が別になっている場合は別として、重合ノズルのように１箇所に集中して開口する場合には単独のポンプによって加圧供給してきており、複数のポンプを使っても互いに干渉し合ってマイナス効果になるものと考えられてきた。
【０００９】
出願人らは、佐賀県武雄市若木町の技術センターにおいて、水中に３．２ミリ標準の円形核ノズルとこれを囲む外径８ミリ、内径７．５ミリ標準による輪状の囲周ノズルからなる重合噴射ノズルを移動可能に設定し、水槽内の直径１０ｃｍの円盤に取り付けた荷重計から８０ｃｍ、１００ｃｍの位置から噴射を行ってその時の荷重を計測する実験を行った。
【００１０】
先ず、実験１として核ノズル単独で３０ＭＰａ、１２０リットル／ｍｉｎで噴射したところ、８０ｃｍの位置で１７．５Ｋｇ、１００ｃｍの位置で１１．０Ｋｇのエネルギーを測定した。次いで、実験２として核ノズル単独で４０ＭＰａ、１４０リットル／ｍｉｎで噴射し、８０ｃｍの位置で３１．０Ｋｇ、１００ｃｍの位置で１９．０Ｋｇのエネルギーを測定した。
【００１１】
次に、実験３として囲周ノズル単独で１８ＭＰａ、７６リットル／ｍｉｎで噴射したところ、８０ｃｍの位置で３．５Ｋｇ、１００ｃｍの位置で１．５Ｋｇのエネルギーを測定した。次いで、実験４として囲周ノズル単独で１８ＭＰａ、１４０リットル／ｍｉｎで噴射し、８０ｃｍの位置で１１．５Ｋｇ、１００ｃｍの位置で８．５Ｋｇのエネルギーを測定した。
【００１２】
そこで、実験５として核ノズルから３０ＭＰａ、１２０リットル／ｍｉｎで、囲周ノズルから１８ＭＰａ、７６リットル／ｍｉｎで同時加圧により噴射したところ、８０ｃｍの位置で１８．５Ｋｇ、１００ｃｍの位置で１２．５Ｋｇのエネルギーを測定した。
【００１３】
そこで、実験６として核ノズルから３０ＭＰａ、１２０リットル／ｍｉｎで、囲周ノズルから１８ＭＰａ、１４０リットル／ｍｉｎで同時加圧により噴射したところ、８０ｃｍの位置で２７．０Ｋｇ、１００ｃｍの位置で２０．０Ｋｇのエネルギーを測定した。
【００１４】
これにより、実験５において１００ｃｍの位置で測定できた１２．５Ｋｇのエネルギーは、実験１において１００ｃｍの位置で測定できた１１．０Ｋｇのエネルギーと、実験３において１００ｃｍの位置で測定できた１．５Ｋｇのエネルギーとの和であることが確認できたものである。
【００１５】
更に、実験６において１００ｃｍの位置で測定できた２０．０Ｋｇのエネルギーは、実験１において１００ｃｍの位置で測定できた１１．０Ｋｇのエネルギーと、実験４において１００ｃｍの位置で測定できた８．５Ｋｇのエネルギーとの和を０．５Ｋｇ超えるものであることが確認できたものである。
【００１６】
この実験結果により、重合ノズルのように１箇所に集中して開口する場合に、複数のポンプを使って核ノズルと囲周ノズルから同時加圧による噴射をすることにより、少なくとも核ノズルと囲周ノズルそれぞれの単独噴射によって発生する噴射エネルギーの和以上の噴射エネルギーを得ることができることを確認できたものである。
【００１７】
本発明は、以上のように重合して開口する核ノズルと囲周ノズルに対してそれぞれ個別の加圧ポンプを設定して同時加圧による噴射をすることにより、両噴射加圧を合算した競合噴流による高圧噴射を行うようにしたもので、これを地盤硬化材注入工法或いは地中穿孔掘削工法に適用するようにしたものである。
【実施例】
【００１８】
以下図面に従って本発明の実施の１形態として地盤硬化材注入工法に本発明を適用した場合の１例を説明する。なお、この実施例はあくまでも１例であって材料供給路や噴射ノズルの形態、配置や数については異なった形態でも良く、噴射材料の種類も問わないものである。
【００１９】
１は注入ロッドで、全体として噴射材料供給路２ａ、２ｂ、エア供給路２ｃの三重流路管で構成され、各供給路はそれぞれ先端部側壁に設けられた核ノズル３ａとこれを囲む囲周ノズル３ｂ、更に、囲周ノズル３ｂを囲む囲周ノズル３ｃによって構成される重合噴射ノズル３に連通している。
【００２０】
材料供給路２ａ、２ｂ、２ｃの注入ロッド１の後端末はスイベル４を介して材料供給プラントからの連絡ホース４ａ、４ｂ、４ｃに接続し、各連絡ホースはそれぞれの材料供給機構に連絡している。
【００２１】
本実施例の場合、連絡ホース４ａ、４ｂは何れも地盤硬化材の供給機構に連絡し、核ノズル３ａと囲周ノズル３ｂから地盤硬化材の高圧競合噴流として噴射するようになっており、連絡ホース４ｃはコンプレッサーに接続して最外側の囲周ノズル３ｃから上記核ノズル３ａと囲周ノズル３ｂからの地盤硬化材高圧競合噴流を包合するエアーを噴射するようになっている。
【００２２】
地盤硬化材の供給機構Ａは、セメントサイロと水中ポンプを備えた水槽に接続するスラリープラントによって構成され、これに連絡する連絡ホース４ａ、４ｂにはそれぞれスラリープラントから供給される硬化材の流量を計測する流量計と超高圧ポンプ５ａ、５ｂが設定され、それぞれに硬化材噴流の噴射圧と吐出量を設定できるようになっている。
【００２３】
噴射圧の設定は超高圧ポンプの回転数の設定により、吐出量の設定はポンプの回転数とノズル３ａ、３ｂの開口面積との関係によって調整されるが、ノズル開口面積の調整は予め用意されるノズルチップの交換によって行われる。
【００２４】
超高圧ポンプ５ａ、５ｂの駆動によってスラリープラント、水槽に付設された水中ポンプも作動し、セメントサイロからスラリープラントに供給されるセメント、水槽から供給される水、必要に応じて専用混和剤も加えられて地盤硬化材が調製され、連絡ホース４ａ、４ｂからスイベル機構４を介して注入ロッド１の噴射材料供給路２ａ、２ｂを経てノズル３ａ、３ｂにて高圧競合噴流として対象地盤に噴射されることになる。
【００２５】
注入ロッド１は、ロッド内の各流路４ａ、４ｂ、４ｃが、このような地盤硬化材の供給機構Ａと連絡ホース４ａ、４ｂ、４ｃによって連結すると共に、基台上に装置された注入ロッド作動マシン６に支持され、次のような工程によって対象地盤中に地盤硬化材を注入して硬化材層を造成し、或いは土壌を穿孔掘削するものである。
【００２６】
先ず、注入ロッド１の適宜流路に潤滑清水を供給し噴射ノズル３及び先端噴出孔から放出し、注入ロッド作動マシン６によって注入ロッド１に対して前進、回転等の作動を与え、ロッドクラウンの掘削刃と注入ロッド１の回転によって注入ロッドを対象地盤Ｇに挿入させる。
【００２７】
このように注入ロッド１を対象地盤Ｇに向けて推進挿入し、所定の深度に達したところで、供給機構Ａの超高圧ポンプ５ａ、５ｂとコンプレッサーを駆動させて前記により３ａ、３ｂの各ノズルに設定された噴射圧と吐出量の高圧噴流として噴射すれば、ノズル３ａの核噴流３Ａにノズル３ｂの囲周噴流３Ｂが競合してポンプ５ａと５ｂの出力を合算した噴射圧を得ることができる。
【００２８】
そこで、注入ロッド１を回転若しくは所定角度によって往復回動させながら抜去方向に１メートル当たり１５分程度でステップアップして後退上昇させることにより、各高圧噴流は周辺地盤を穿孔切削し土粒子を破砕して、対象地盤Ｇに注入ロッド１の駆動軌跡に沿って円筒状に硬化材注入層による円柱或いは盤体Ｘを造成する。
【００２９】
また、供給機構Ａのセメントサイロ、スラリープラントを水槽として地盤硬化材ではなく清水を地盤穿孔切削流体としてノズル３ａ、３ｂから噴射して対象地盤を掘削し、更に、注入ロッド１に削土吸引機構を設けて対象地盤中の土壌を排出する。
【００３０】
図１の実施例は対象地盤に対して注入ロッド１を垂直方向に挿入しているが、傾斜方向、水平方向でも適用することができ、特に水平方向注入の場合に競合噴流によって噴射圧を飛躍的に強化できるので、従来、半割り状の円柱しか造成できなかったものを全円円柱の造成を可能にすることができた。
【００３１】
次に、囲周ノズル３ｂからの噴射圧力及び吐出量と核ノズル３ａからの噴射圧力及び吐出量の設定に較差をつけた場合について説明する。前記出願人らの実験結果によれば、囲周ノズル３ｂ単独で１８ＭＰａ、１４０リットル／ｍｉｎで噴射し、８０ｃｍの位置で１１．５Ｋｇ、１００ｃｍの位置で８．５Ｋｇのエネルギーが測定されている。
【００３２】
これに対し、核ノズル３ａ単独で４０ＭＰａ、１４０リットル／ｍｉｎで噴射し、８０ｃｍの位置で３１．０Ｋｇ、１００ｃｍの位置で１９．０Ｋｇのエネルギーが測定されている。
【００３３】
この結果から見ると、核ノズル３ａと囲周ノズル３ｂの吐出量を同一の１４０リットル／ｍｉｎに設定した場合、３ａの噴射圧が４０ＭＰａ、３ｂの噴射圧が約半分の１８ＭＰａで、８０ｃｍの位置で３ａは３１．０Ｋｇ、３ｂは１１．５Ｋｇと３ａの略３分の１のエネルギーしか測定されていない。
【００３４】
ところが、１００ｃｍの位置では３ａは１９．０Ｋｇ、３ｂは８．５Ｋｇと３ａの略２分の１のエネルギーが測定されている。このことは核ノズルは近距離でのエネルギーは強いが減衰性があり、囲周ノズルは近距離でのエネルギーは弱いが遠距離までエネルギーが持続するものであることが確認できた。
【００３５】
更に、前記実験の場において行った実験７では、核ノズルから４０ＭＰａ、１４０リットル／ｍｉｎで、囲周ノズルから１６ＭＰａ、１４０リットル／ｍｉｎで同時加圧により噴射したところ、８０ｃｍの位置で２７．０Ｋｇ、１００ｃｍの位置で１８．０Ｋｇのエネルギーを測定した。
【００３６】
この実験結果と前記実験６の結果とを比較すると、核ノズルの噴射圧を１０ＭＰａ上げて囲周ノズルの噴射圧を２ＭＰａ下げ、吐出量を略半分の７６リットル／ｍｉｎとして８０ｃｍの位置でのエネルギーは２７．０Ｋｇと実験６の結果と全く同一となり、１００ｃｍの位置では１８．０Ｋｇと実験６の結果より２．０Ｋｇ衰退しているもののそれ程大きな差はないことが判った。
【００３７】
更に、実験８として、核ノズルから４０ＭＰａ、１４０リットル／ｍｉｎで、囲周ノズルから２０ＭＰａ、１４０リットル／ｍｉｎで同時加圧により噴射したところ、８０ｃｍの位置で３６．５Ｋｇ、１００ｃｍの位置で２４．０Ｋｇのエネルギーを測定した。
【００３８】
この結果は実験７の結果とを比較して、８０ｃｍの位置で９．５Ｋｇ、１００ｃｍの位置で６．０Ｋｇのエネルギー強化が行われており、核ノズルからの噴射は実験７と同一の条件であるから囲周ノズル噴射の条件変化がエネルギー強化に寄与したことが確認できる。
【００３９】
このことにより、近距離にエネルギーを集中する場合には核ノズルの噴射条件を高く、囲周ノズルの噴射条件を低くし、遠距離にエネルギーを集中する場合には核ノズルの噴射条件を低く、囲周ノズルの噴射条件を高くする等、核ノズルと囲周ノズルの条件設定に較差を設けるように構成したものである。
【００４０】
本発明は以上のように構成したので、重合噴射ノズルの各ノズル流路に各別に高圧ポンプを接合して同時加圧噴射を行うことにより、複数のポンプ性能の和に相当する高圧噴射力を得ることができ、単独のポンプでは得ることのできない高圧噴射注入力や地盤掘削力を造出することを可能としたものである。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施例を示すもので、本発明を適用した地盤硬化材注入工法における噴射材料供給経路と注入ロッド作動マシン部の施工状況を示す全体側面図
【図２】同じく、図１の噴射材料供給機構と加圧機構及び経路の実施例を示す材料供給機構部の全体経路図
【図３】本発明による重合噴射ノズルの実施例を示す重合噴射ノズル設定部における注入ロッドの部分拡大側面図
【図４】同じく、重合噴射ノズルからの各高圧噴流の噴射状況を示す重合噴射ノズル設定部における注入ロッドの部分拡大縦面側面図
【図５】出願人らが技術センターにおいて行った重合噴射ノズルの噴射圧計測実験の主要な結果一覧表
【符号の説明】
【００４２】
１      注入ロッド
２ａ    核ノズルへの噴射材料供給路
２ｂ    囲周ノズルへの噴射材料供給路
２ｃ    エア供給路
３      重合噴射ノズル
３ａ    重合噴射ノズルの核ノズル
３ｂ    重合噴射ノズルの囲周ノズル
３ｃ    重合噴射ノズルの囲周ノズル
３Ａ    核噴流
３Ｂ    囲周噴流
３Ｃ    競合噴流包合エア噴流
４      スイベル機構
４ａ    核ノズルへの噴射材料供給連絡ホース
４ｂ    囲周ノズルへの噴射材料供給連絡ホース
４ｃ    エア供給連絡ホース
５ａ    核ノズルへの噴射材料供給高圧ポンプ
５ｂ    囲周ノズルへの噴射材料供給高圧ポンプ
６      注入ロッド作動マシン
Ａ      噴射材料供給機構
Ｇ      対象地盤
Ｘ      硬化材注入層
【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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