(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
周壁に複数の貫通孔を有する筒体内に、複数本の吐出パイプを配設してなる吐出装置であって、
複数本の吐出パイプの相互を、それらのそれぞれの先端を順次ステップ状に位置させて固定するとともに、各吐出パイプに、二種類の液体を移送する通路および、パイプ先端部分でそれらの両液体を混合するミキサのそれぞれを設け、吐出パイプ相互のミキサ間部分および、最も後方側に位置するミキサより後方部分のそれぞれに、吐出パイプが貫通するそれぞれの袋状部材を配設するとともに、各袋状部材を、それの膨満姿勢で、前記筒体の内周面にその全周にわたって接触する寸法とし、各袋状部材内へ前記液体の少なくとも一方を供給する充填口を、袋状部材に貫通して、その袋状部材に最も近接して位置するミキサを具える吐出パイプに形成してなる地山固結用樹脂材料の吐出装置。
【請求項２】
周壁に複数の貫通孔を有する筒体内に、複数本の吐出パイプを、それらの先端を順次ステップ状に位置させて配設し、各吐出パイプの先端部分に設けたミキサを経て吐出した二液反応型の樹脂材料を、筒体の前記貫通孔を経て地山内へ浸透させて地山を固結させるに当たり、
前方側に位置するミキサから樹脂材料を吐出するに先立ち、そのミキサを具える吐出パイプの中間部から、少なくとも一方の液体を流出させて、その吐出パイプに取り付けた袋状部材を、前記筒体の内周面にその全周にわたって接触するまで膨満させ、次いで、前記ミキサから吐出された樹脂材料を、前記袋状部材より前方側に封じ込めて地山内へ浸透させ、その後、後方側に位置するミキサから同様の工程を経て吐出した樹脂材料の同様の封じ込めにより、その樹脂材料の地山内への浸透と併せて、前記袋状部材の圧潰変形をもたらすことを特徴とする地山固結方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、たとえばトンネルの掘削等に当たって崩落のおそれのある軟弱な地山を、そこへの二液反応型の樹脂材料の浸透硬化によって堅牢な地山に改質するに用いて好適な、地山固結用樹脂材料の吐出装置およびそれを用いた地山固結方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば、実公平７−２７７８号公報、特開平７−９９７号公報、特開平７−４８９９７号公報等に開示されているように、軟弱地山、破砕地山等の地層帯でのトンネル掘削に当たり、トンネルの切羽先端で、天盤に複数個の孔を穿設し、各孔内へ注入した樹脂材料を地山に浸透させて硬化させることで天盤を固結強化することは従来から広く一般に行われている。
【０００３】
しかるに、この技術では、天盤に斜め前方に向けて穿設されて、トンネルの正面視でほぼ放射状に延びる比較的浅い深さのそれぞれの孔内へ各一本の吐出パイプを装入して樹脂液を注入していることから、一回の固結作業工程によって固結される、トンネル掘削方向の範囲が狭いという不都合があった。
【０００４】
そこで、一回の固結作業工程にて固結される、トンネル掘削方向の範囲を十分大ならしめるべく、特開平７−９８７号公報、特開平７−９８８号公報に開示されているように、地山のトンネル掘削予定面の外周に沿って、たとえば、３０ｍ程度の長さの周壁穿孔長尺管の複数本を地山の奥部に向かってほぼ水平に埋設した状態の下で、その長尺管内へ、長手方向に所定間隔で設けた隔壁により内部が複数の空間に区切られ、上記内部を長手方向に延びる複数の吐出管のそれぞれの先端が、複数の空間のそれぞれに開口している周壁孔あき中管を挿嵌固定し、この状態で、中管内の吐出管の先端開口から固結用薬液を吐出して上記各空間内に充満させたのち、その固結用薬液を、中管の周壁孔を経由して長尺管周壁の孔から長尺管外周の地山内に浸透硬化させて、長尺管、中管内および長尺管外周の地山に固結領域を形成すること、および、前記長尺管内へ、長手方向に所定間隔で袋体が設けられ、かつ周壁に穿設された孔部によって上記袋体と内部とが連結している隔壁形成管を挿入するとともに、上記隔壁形成管の隣合った２個の袋体の間にそれぞれ先端開口を位置決めするようにして複数の吐出管を挿入し、上記隔壁形成管内に膨張硬化性薬液を圧入し、これを上記袋体内に吐出し硬化させることにより上記長尺管内に膨張した上記袋体からなる複数の隔壁を形成し、その状態で、上記複数の吐出管の先端開口から固結用薬液を吐出して上記複数の隔壁で区切られる各空間内に充満させたのち、その固結用薬液を長尺管の周壁孔から長尺管外周の地山内に浸透硬化させ、上記長尺管内および長尺管外周の地山に固結領域を形成することが提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
これらの提案技術によれば、トンネルの掘削方向の広い範囲にわたって地山に固結領域を形成することが可能となるも、中管を用いる前者の技術にあっては、中管の存在それ自体が地山の固結のための装置の、コストの増加をもたらすことになる他、隔壁および吐出管を予め組み込んだその中管を長尺管に挿嵌固定することが作業工数の増加をもたらすことになる問題があり、しかも、中管内での、固結用薬液の固結領域が、各個の隔壁によって前後に分離されることになって、その固結領域の、中管内での均一性が損なわれるため、中管の長さ方向での固着強度のばらつきが不可避となるという問題もあった。
【０００６】
また、隔壁形成管および複数の袋体を用いる後者の技術にあっては、その隔壁形成管が、装置コストおよび作業工数の増加をもたらし、加えて、前記袋体に充填した膨張硬化性薬液がそれの硬化によって、長尺管内に上記隔壁と同様の隔壁を形成することになるため、その隔壁が、先に述べたとほぼ同様の問題をもたらしていた。
【０００７】
この発明は、地山を、トンネル等の掘削方向に広い範囲にわたって固結させる場合のこのような問題点を解決することを課題として検討した結果なされたものであり、それの目的とするところは、長尺管の他に、中管、隔壁形成管等を用いることに起因する、装置コストおよび作業工数の増加をもたらすことがなく、また、長尺管内への吐出樹脂材料をその長尺管の全長にわたってほぼ一様に硬化させることで、長尺管内等に、前述したような独立した隔壁を形成する場合における、固結領域の不均一性が地山内の応力集中をまねき、そこからトンネルの部分的崩壊が生じるというような問題の発生のおそれを十分に除去することができる、地山固結用樹脂材料の吐出装置およびそれを用いた地山固結方法を提供するにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明の、地山固結用樹脂材料の吐出装置は、周壁に複数の貫通孔を有する長尺管としての筒体内に、複数本の吐出パイプを配設したものであり、複数本の吐出パイプの相互を、それらのそれぞれの先端を順次ステップ状に位置させて固定するとともに、各吐出パイプに、二液反応型の樹脂材料とすることができる二種類の液体を移送する通路および、パイプ先端部分でそれらの両液体を混合するミキサのそれぞれを設け、吐出パイプ相互のミキサ間部分および、最も後方側に位置するミキサより後方部分のそれぞれに、吐出パイプが貫通するそれぞれの袋状部材を配設し、それらの各袋状部材を、それの膨満姿勢で、前記筒体の内周面にその全周にわたって接触する寸法とし、また、各袋状部材内へ前記液体の少なくとも一方を供給する充填口を、袋状部材に貫通して、その袋状部材に最も近接して位置するミキサを具える吐出パイプに形成したものである。
【０００９】
また、この発明の地山固結方法は、周壁に複数の貫通孔を有する筒体内に、複数本の吐出パイプを、それらの先端を順次ステップ状に位置させて配設し、各吐出パイプの先端部分に設けたミキサを経て吐出した二液反応型の樹脂材料を、筒体の貫通孔を経て地山内へ浸透させて地山を固結させるに当って、前方側に位置するミキサから樹脂材料を吐出するに先立ち、そのミキサを具える吐出パイプの中間部から少なくとも一方の液体をを流出させて、その吐出パイプに取り付けた袋状部材を、筒体の内周面にその全周にわたって接触するまで膨満させ、次いで、前記ミキサから吐出された樹脂材料を、袋状部材より前方側に封じ込めて地山内へ浸透させ、その後、後方側に位置するミキサから同様の工程を経て吐出した樹脂材料の同様の封じ込めにより、その樹脂材料の地山内への浸透と併せて、前記袋状部材の圧潰変形をもたらすのである。
【００１０】
ここで、袋状部材のこの圧潰変形は、樹脂材料の吐出を既に終了している吐出パイプ内へ、袋状部材に充填されている液体を押し戻すこと、袋状部材と、それを取付けているパイプとの間の隙間から、袋内液体を筒体内に押し出すこと等によって極めて円滑に行われ、その圧潰変形により、袋状部材は吐出パイプの近傍部分に片寄せられることになる。
【００１１】
そしてこのことは、袋状部材内へ、たとえば二液反応型の両液体を流入させた場合であってもほぼ同様であり、この場合には、それらの両液体は十分に攪拌混合されずに袋状部材へ流入し、そこでの両液体の反応（発泡）時間は、ミキサを経て吐出された樹脂材料のそれに比べてはるかに長くなるので、袋状部材内の液体は、その袋状部材より後方側に位置するミキサから吐出された樹脂材料の発泡圧力に基づき、それの十分な発泡に先立って、前述したと同様に吐出パイプへ押し戻されたり、筒体内へ押し出されたりすることになり、その結果、袋状部材の円滑なる圧潰変形が実現されることになる。
【００１２】
このようにここでは、長尺管としての筒体内に、地山固結用樹脂材料の固結に直接的に寄与する二液反応型樹脂材料のための吐出パイプだけを配設することで吐出装置を構成することができ、先の提案技術でいうような中管および隔壁形成管の配設が不要となるので、装置コストを有効に低減できることに加え、装置の構成のための作業工数をもまた有効に低減させることができ、さらには、装置全体を軽量化できて作業性を向上させることもできる。
【００１３】
またここでは、液体の充填によって膨満させた袋状部材を、それが所要の機能を果たした後に圧潰変形させて、筒体内でのそれの占有体積を十分小ならしめることにより、最終的には、筒体内を二液反応型樹脂材料、たとえば発泡ウレタン樹脂で、それの長さ方向の全体にわたってほぼ均一に埋め込むことで、筒体の長さ方向での樹脂強度を十分均等ならしめることができ、この結果として、筒体に外力が加わった場合の強度の不均等部分への応力集中を防ぎ、そこからのトンネル崩壊等を防止することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下にこの発明の実施の形態を図面に示すところに基づいて説明する。
図１は、この発明の吐出装置の実施形態を示す要部断面図である。
図中１は地山を、２は、削岩機等を用いて地山１に形成した長穴をそれぞれ示し、長穴２は、たとえば、トンネル掘削予定面の外周に沿って、複数本形成され、３０ｍ程度の長さにわたってほぼ水平に延在する。
【００１５】
また３は、長穴２内へ打ち込んだ、たとえば鋼製の、長尺管として筒体を示し、多くは１４ｍｍ程度の内径を有するこの筒体２は、その周壁に複数個の貫通孔４を有する。ここで貫通孔４は、筒体３の軸線方向に間隔をおいた各位置で、周方向にも所定の間隔をおいて複数存在する。
【００１６】
このような筒体１の内側に、複数本、図に示すところでは三本の吐出パイプ５，６，７の相互を、それらのそれぞれの先端を順次ステップ状に位置させた姿勢で、金属バンドその他の拘束部材８，９をもって固定した状態で配設する。ここで各パイプ５，６，７は、二種類の液体、たとえば二液反応型樹脂の原材料を、たとえば相互の分離下で、または分離させることなしに移送する図示しない通路を有するとともに、パイプの先端部分に、それらの原材料を接触混合させるミキサ、好ましくは、可動部を有しないスタティックミキサ１０，１１，１２を有する。
なおここにおいて、樹脂原材料の分離移送通路の形成は、たとえば各パイプ５，６，７を内外二重管構造とすること、一般的な中空パイプの内部を中央隔壁をもって二分割すること等によって行うことができる。
【００１７】
またここでは、相互の拘束下にあるそれぞれの吐出パイプ５，６，７の、それぞれのスタティックミキサの間および、最も後方側に位置するミキサ１２より後方側のそれぞれの部分に、吐出パイプが貫通するそれぞれの袋状部材１３，１４，１５を配設する。この袋状部材１３，１４，１５は、たとえば図２に示すように、六角形状の平坦な縫製体１６の中央部分に、吐出パイプ挿通用の非縫着貫通孔１７を設けたものにて構成することができ、かかる袋状部材１３，１４，１５の所定の位置への配設は、それの非縫着貫通孔１７に貫通する、一本、二本もしくは三本の吐出パイプ５，６，７の周面に、袋状部材１３，１４，１５を、パイプ上の長さ方向位置が変化しないように接着、締着、縫合等することによって行なうことができる。なお、このような各袋状部材１３，１４，１５は、それを、図１に示すような配設状態の下にて膨満させた場合に、筒体１の内周面にそれの全周にわたって、好ましくは緊密に接触し得る寸法を有する。
ここで、各袋状部材１３，１４，１５の取付けに当たり、それと、それに貫通するパイプとの間に若干の隙間が生じても、性能上の問題が生じることはない。
【００１８】
そしてさらには、各袋状部材１３，１４，１５の、上述のような膨満を所要に応じて実現すべく、各袋状部材１３，１４，１５に貫通して、その袋状部材に最も近接して位置するスタティックミキサ１０，１１，１２を具える吐出パイプ５，６，７の各一本に、袋状部材の内側に開口して、樹脂原材料をそこへ供給する充填口１８，１９，２０を設ける。
【００１９】
ここで、それぞれの吐出パイプ５，６，７およびそれぞれの袋状部材１３，１４，１５のこのような配設姿勢の下では、筒体３に、それの軸線方向に間隔をおいて形成したそれぞれの貫通孔４は、それぞれの袋状部材１３，１４，１５の前方側部分に位置することになる。
【００２０】
以上のように構成してなる吐出装置を用いて地山１を長穴２の近傍部分で固結させるに当たっては、はじめに、筒体内へ最も深く進入させた吐出パイプ５に、たとえば、ウレタン樹脂原材料の二種類を加圧下にて同時に供給し、それらの両原材料を、スタティックミキサ１０の手前側位置に設けた充填口１８から袋状部材内へ流出させることによって、その袋状部材１３を十分に膨満させて、それを筒体３の内周面に、その全周にわたって、好ましくは緊密に接触させ、これにより、袋状部材１３より前方側で筒体内に閉空間を画成する。
【００２１】
なおここで、袋状部材１３のかかる膨満は、ウレタン樹脂原材料のいずれか一方だけを袋状部材内へ同様に供給することによって行うたともでき、また、吐出パイプ５内へ二種類の樹脂原材料を、相互の分離下にて同時に供給しつつ、一方の原材料だけを充填口１８から袋状部材１３内へ流入させることによっても行うことができ、この場合には、一方の原材料は、その大部分もしくは全部が袋状部材１３の膨満に寄与することになる。従って、他方の原材料がスタティックミキサ１０を経て筒体内へ吐出されても、それに混合される一方の原材料はほとんどもしくは全くなく、ウレタン樹脂原材料の反応が実質的に進行しないので、ウレタン樹脂の発泡硬化が、袋状部材１３の膨満に先だって、その袋状部材１３の後方側部分まで進行するおそれはない。
【００２２】
このようにして袋状部分１３が十分に膨満することで、そこへの樹脂原材料のそれ以上の流入が不能となった後は、吐出パイプ５に供給した二種類の樹脂原材料の相互を、スタティックミキサ１０にて十分に接触混合させて吐出し、膨満させた袋状材料１３より前方側の閉空間内でのウレタン樹脂原材料の反応を進行させる。ここで、継続的な混合原材料の吐出および反応の進行によって閉空間内圧が増加すると、その混合原材料は、長穴２の端面の他、筒体３に設けた貫通孔４を経て、地山１内へ、それの隙間、割れ目等を介して十分に浸透し、そして硬化して地山１の固結強化をもたらす。
【００２３】
ところで、ここにおける混合原材料の吐出は、たとえば、その混合原材料の反応速度等との関連において、吐出パイプ５内の、樹脂原材料の圧送圧力が所定値に達してなお、その樹脂原材料の送給が進行しなくなった時点を目処に停止することができる。
【００２４】
以上のようにして、筒体３の最先端の閉空間を介した地山１の固結を終了した後は、次の吐出パイプ６に樹脂原材料を加圧供給して、そのパイプ６の充填口１９から流出する原材料をもって袋状部材１４を十分に膨満させ、続いて、その吐出パイプ６のスタティックミキサ１１を経て混合原材料を吐出する。
【００２５】
これにより、混合原材料は、袋状部材１４と、先に膨満された袋状部材１３との間の閉空間内で反応を進行され、その閉空間内圧の増加に伴って、筒体３の貫通孔４を経て地山１内へ十分に浸透されるとともに、そこで硬化されて、地山１の所要の固結を実現する。
【００２６】
ところで、両袋状部材１３，１４間の閉空間の圧力は当然に、先に膨満された袋状部材１３にも伝達されることになるも、その袋状部材１３内に一種類の原材料だけを充填したときには、そこでは原材料相互の反応が進行せず、また、二種類の原材料を供給した場合であっても、それらは十分に攪拌混合されておらず、反応時間が極めて遅いことに加え、吐出パイプ５には最早樹脂原材料の供給圧力が作用していないことから、袋状部材１３は、それの膨満状態のままにては閉空間圧力を支持することができず、この結果として、その袋状部材１３内の原材料は、閉空間圧力の作用下で、吐出パイプ５内へ押し戻されたり袋状部材１３と吐出パイプ５との間の隙間から筒体３内へ押し出されたりして、袋状部材１３それ自体は小さく圧潰変形されるので、その閉空間内で反応し硬化した、たとえば発泡ウレタン樹脂は、筒体１の最先端の閉空間内で反応硬化した発泡ウレタン樹脂と一体的に連続することになる。
【００２７】
なお、袋状部材１３のこのような圧潰変形に当たり、それを、吐出パイプ５の側へ常に確実に圧潰させるためには、袋状部材１３の形状を、少なくとも圧潰圧力が発生する閉空間側で、その圧力の作用に基づいて半径方向内向きの分力が発生する傾斜面形状、テーパ面形状等とすることが好ましい。
【００２８】
そして、その後における、さらなる吐出パイプ７からの混合原材料の吐出もまた上述したとほぼ同様にして行うことができ、これによってもまた、地山１の所期した通りの固結をもたらし、また、筒体１内に画成されるそれぞれの閉空間の相互を一体的に連続させることができる。
【００２９】
かくして、ここにおける吐出装置によれば、装置の構造を簡単にして、装置コストおよび、装置の組立工数をともに有利に低減させることができ、また上述のような固結方法によれば、筒体１内に発泡ウレタン樹脂をその全長にわたってほぼ均一に充満させて、樹脂強度を十分均等ならしめることで、地山内の応力集中を防ぎ、そこからのトンネル崩壊等を有効に防止することができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上に述べたところから明らかなように、この発明によれば、地山を、トンネルの掘削方向の前方側に向けて十分長い範囲で固結強化するに当たり、筒体以外の、中管、隔壁形成管等の特別の部材の使用が全く不要となるので、吐出装置のコスト、重量等を低減できるとともに、装置を組立てるに要する作業工数をもまた有効に低減させることができ、また、地山の固結に際して、筒体内に吐出した樹脂をその全長にわたってほぼ均一に反応硬化させて、樹脂強度を十分均等ならしめることで、地山内の応力集中を防ぎ、そこからのトンネル崩壊等を有効に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】発明装置の実施形態を示す要部断面図である。
【図２】袋状部材の一形態を示す斜視図である。
【符号の説明】
１  地山
２  長穴
３  筒体
４  貫通孔
５，６，７  吐出パイプ
８，９  拘束部材
１０，１１，１２  スタティックミキサ
１３，１４，１５  袋状部材
１６  縫製体
１７  非縫着貫通孔
１８，１９，２０  充填口
【図１】
0003898308.tif 000002
【図２】
0003898308.tif 000003