(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボーリングロッドによりボーリング孔を掘削し地盤に薬液を注入する注入装置において、ボーリングロッドの半径方向外方にボーリングロッドに対して軸方向に相対的に移動可能に設けられたパッカ用カバーと、ボーリングロッドの半径方向内方に設けられ、横断面が半径方向外方に突出した領域と半径方向内方に窪んだ領域とが円周方向に交互に設けられた形状に構成された注入ロッドと、各々が独立した円筒形状に形成されてボーリングロッドに円周方向等間隔に配置され、前記窪んだ領域に対応する複数のパッカと、膨張用流体をパッカに供給する流体供給管とを備え、前記パッカは収縮時に注入ロッドの窪んだ領域とパッカの半径方向外方に位置されたパッカ用カバーとの間に収容され、膨張する際にはパッカ用カバーに対して軸方向に偏奇してから膨張用流体により膨張され注入ロッドの窪んだ領域と流体供給管との間に挟み込まれるように構成されている事を特徴とする注入装置。
【請求項２】
ボーリングロッドによりボーリング孔を掘削し地盤に薬液を注入する注入装置において、ボーリングロッドの軸方向の一部を構成するパッカ用カバーと、ボーリングロッドの半径方向内方に軸方向に相対的に移動可能に設けられ、横断面が半径方向外方に突出した領域と半径方向内方に窪んだ領域とが円周方向に交互に設けられた形状に構成された注入ロッドと、各々が独立した円筒形状に形成されて注入ロッドに円周方向等間隔に配置され、前記窪んだ領域に対応する複数のパッカと、膨張用流体をパッカに供給する流体供給管とを備え、前記パッカは収縮時に注入ロッドの窪んだ領域とパッカの半径方向外方に位置されたパッカ用カバーとの間に収容され、膨張する際にはボーリングロッドの一部であるパッカ用カバーに対して軸方向に偏奇してから膨張用流体により膨張され注入ロッドの窪んだ領域と流体供給管との間に挟み込まれるように構成されている事を特徴とする注入装置。
【請求項３】
前記パッカは複数段に亘って構成されており、各段のパッカは、円周方向等間隔に配置された複数のパッカから構成され、且つ、各段のパッカは円周方向に所定角度ずつ偏奇して配置されている請求項１、２のいずれかの注入装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、改良しようとする軟弱地盤中に、固結材その他の地盤改良用の薬液を注入して、強固な地盤を得る注入装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の注入工法を実施するに際しては、改良しようとする地盤（軟弱地盤）の改良予定領域にボーリング孔を掘削し、外ボーリング孔内に薬液注入用の注入ロッドを挿入し、注入ロッドから所定の領域（薬液注入領域）に対して固結材や地盤改良用の薬液を注入する。
【０００３】
ここで薬液は高圧で噴射されるため、薬液注入に際しては、注入ロッドの外側表面とボーリング孔の内壁面との間の（環状の）隙間から、注入するべき薬液が地上側に逆流してしまう恐れがある。そのため、前記（環状の）隙間をシールするべく、弾性体製のパッカに膨張用の流体（窒素ガス、高圧空気、その他）を供給する事により当該パッカを膨張させて、薬液が地上側に逆流することを防止している。
【０００４】
しかし、従来技術においては、前記弾性体製のパッカとボーリング孔内壁面との間には何等遮蔽物が存在しない。そのため、使用回数が増加してパッカの弾性復元力が低下すると、パッカ膨張用の流体がパッカ内から除去された後も当該パッカは十分に収縮せず、その状態でパッカが取り付けられたロッド（例えば注入ロッド）が軸方向（掘削方向及びその逆の方向）に移動すると、パッカがボーリング孔内壁面と擦過して、破損してしまうという問題が存在する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述した様な従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、パッカがボーリング孔内壁面と擦過して破損してしまうことを防止できる様な注入装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の注入装置は、ボーリングロッドによりボーリング孔を掘削し地盤に薬液を注入する注入装置において、ボーリングロッド（１２）の半径方向外方にボーリングロッド（１２）に対して軸方向に相対的に移動可能に設けられたパッカ用カバー（１６）と、ボーリングロッド（１２）の半径方向内方に設けられ、横断面が半径方向外方に突出した領域と半径方向内方に窪んだ領域（１４Ｖ）とが円周方向に交互に設けられた形状に構成された注入ロッド（１４）と、各々が独立した円筒形状に形成されてボーリングロッド（１２）に円周方向等間隔に配置され、前記窪んだ領域（１４Ｖ）に対応する複数のパッカ（１０）と、膨張用流体をパッカ（１０）に供給する流体供給管（２０）とを備え、前記パッカ（１０）は収縮時に注入ロッド（１４）の窪んだ領域（１４Ｖ）とパッカ（１０）の半径方向外方に位置されたパッカ用カバー（１６）との間に収容され、膨張する際にはパッカ用カバー（１６）に対して軸方向に偏奇してから膨張用流体により膨張され注入ロッドの窪んだ領域（１４Ｖ）と流体供給管（２０）との間に挟み込まれるように構成されている。
【０００９】
また本発明の注入装置は、ボーリングロッドによりボーリング孔を掘削し地盤に薬液を注入する注入装置において、ボーリングロッド（４２）の軸方向の一部を構成するパッカ用カバー（４６）と、ボーリングロッド（４２）の半径方向内方に軸方向に相対的に移動可能に設けられ、横断面が半径方向外方に突出した領域と半径方向内方に窪んだ領域（１４Ｖ）とが円周方向に交互に設けられた形状に構成された注入ロッド（４４）と、各々が独立した円筒形状に形成されて注入ロッド（４４）に円周方向等間隔に配置され、前記窪んだ領域（１４Ｖ）に対応する複数のパッカ（４０）と、膨張用流体をパッカ（４０）に供給する流体供給管（５０）とを備え、前記パッカ（４０）は収縮時に注入ロッド（１４）の窪んだ領域（１４Ｖ）とパッカ（４０）の半径方向外方に位置されたパッカ用カバー（４６）との間に収容され、膨張する際にはボーリングロッド（４２）の一部であるパッカ用カバー（４６）に対して軸方向に偏奇してから膨張用流体により膨張され注入ロッドの窪んだ領域（１４Ｖ）と流体供給管（２０）との間に挟み込まれるように構成されている。
【００１０】
収縮時のパッカは横断面が十文字状に構成されている注入ロッドの凹部（半径方向内方に窪んだ領域）に配置されるので、収縮したパッカはパッカ用カバー１６内へ容易に収容される。その結果、収縮時のパッカの収容部材であるパッカ用カバーの半径方向寸法が大きくなることも防止され、コンパクト化の要請にも応えることが出来る。
【００１１】
パッカが地上側の先端部においてのみボーリングロッド或いは注入ロッドに接続されている場合には、パッカがロッドから勢い良く離隔して、所謂「跳ね上がる」恐れが存在する。しかし、パッカの各々を、注入ロッドの凹部（半径方向内方に窪んだ領域）と流体供給管により挟み込まれるように構成すれば、パッカ膨張時であっても、当該パッカはその一部が注入ロッドの凹部に押し付けられて固定されるので、跳ね上がる事が完全に防止される。
【００１２】
本発明の実施に際して、前記パッカは複数段に亘って構成されており、各段のパッカは、円周方向等間隔に配置された複数のパッカから構成され、且つ、各段のパッカは円周方向に所定角度ずつ偏奇して配置されているのが好ましい。
【００１３】
このように構成すれば、パッカを膨張させて注入薬液が地上側に逆流するのをシールする際に、ラビリンスシールと同様の作用効果を奏するからである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面の図１−図７を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
【００１９】
図１及び図２は、注入工法で用いられるパッカを装着した部分を示している。複数段の（図１、図２では３段）パッカ１０…がボーリングロッド１２に設けられている。明確には図示されてはいないが、各段のパッカ１０…は、その地上側（図１、図２では上方）の先端部において、ボーリングロッド１２に対して固定されている。そして、ボーリングロッドの先端部（図１、図２では下方：図示せず）には掘削用のビット（図１、図２では図示せず）が装着されている。
【００２０】
ボーリングロッド１２の内側には、薬液注入用の注入ロッド１４が挿入されており、注入ロッド１４内の流路１４Ｉを介して地上側から薬液注入ゾーンに地盤改良用の薬液が供給される。ここで図３及び図４を参照すれば明らかなように、注入ロッド１４はその断面形状が円環状ではなく、十文字状或いは星型となっている。換言すれば、本明細書において、図３及び図４で示す注入ロッド１４の断面形状の様に、半径方向外方に突出した領域と半径方向内方に凹んだ領域とが互い違いに設けられた形状を、「十文字状」或いは「星型」と表現している。
【００２１】
図１において、（ボーリングロッド１２の）パッカ１０の各々には、その半径方向外方に、パッカ１０を保護するための円管状のパッカ用カバー１６が設けられている。すなわち、パッカ１０は、その収縮時においてはパッカ用カバー１６内に収容されている。そして、図２に関連して後述する様に、膨張時には、パッカ１０の軸方向（ボーリングロッド１２が延在する方向：図１、図２における上下方向）位置は、パッカ用カバー１６に対して偏奇する（ずれる）。
【００２２】
換言すれば、（ボーリングロッド１２の）パッカ１０は、パッカ用カバー１６に対して、軸方向にスライド移動が可能なように構成されている。従って、パッカ用カバー１６の位置が変化しない状態で、パッカ１０を軸方向にスライド移動させることが可能なのである。なお、パッカ用カバー１６の位置を変化させずにパッカ１０を軸方向にスライド移動させる構造については、公知の機構を転用することができる。
【００２３】
図３及び図４から明らかなように、複数段（図１、図２では３段）に亘って設けられたパッカ１０…は、各段において円周方向に間隔を空けて４個ずつ配置されている。より詳細には、各段において４個ずつ配置されたパッカ１０の各々は、断面が十文字状の注入ロッド１４の凹部１４Ｖに配置されている。図３において、符号１０−１で示すのは膨張途中のパッカであり、符号１０−２で示すのが膨張完了時のパッカである。
【００２４】
ここで、図４においては、膨張途中のパッカ１０−１が実線で表示されており、膨張完了時のパッカ１０−２が仮想線で表現されている。同じく仮想線で表現されており且つ符号１０−３で表現されているのは、実線で示すパッカ１０−１とは別の段に位置するパッカ（図１、図２では下側の段に存在するパッカ）の膨張時である。図４において、膨張完了時のパッカ１０−２と、それとは別の段に位置する（膨張が完了した）パッカ１０−３とを比較すれば明らかなように、パッカ１０−２とパッカ１０−３とは、中心軸Ｏに対して４５度ずれている。パッカ１０を膨張させて注入薬液が地上側に逆流するのをシールする際に、ラビリンスシールと同様の作用効果を奏するようにせしめるためである。
【００２５】
図３及び図４において、符号２０は各パッカ１０に膨張用の流体（窒素ガス、高圧エア、その他各種流体）を供給するための流体供給管である。パッカ１０の各々は、注入ロッド１４の凹部１４Ｖと流体供給管２０により挟み込まれるように配置されている。
【００２６】
次に、図１−図４で示す実施形態における作用効果について説明する。
【００２７】
図示は省略してあるが、従来の注入工法と同様な態様にて、ボーリングロッド１６によりボーリング孔の掘削を行って、所定の薬液注入ゾーンの上部（ステップアップ方式の場合）にパッカ１０…を配置する。その過程においては、図１で示す様に、パッカ１０…はパッカ用カバー１６の半径方向内方に収容されており、カバー１６の外側には露出していないので、ボーリング孔（図示せず）の内壁面にパッカ１０…が擦過して破損することは完全に防止される。
【００２８】
ここで、図３、図４で示す様に、図示の実施形態では、パッカ１０は各段に４個ずつ配置されている。そして図３において実線で示されている収縮時のパッカ１０…は、横断面が十文字状に構成されている注入ロッド１４の凹部１４Ｖに配置されるので、収縮したパッカ１０をパッカ用カバー１６内に収容することが容易な構造となっている。そして、パッカ１０の収容が容易であることに関連して、収縮時のパッカの収容部材であるパッカ用カバー１６の半径方向寸法が大きくなることも防止され、コンパクト化の要請にも応えることが出来る。
【００２９】
薬液を注入するに際して（薬液注入手段は図示せず）、パッカ１０を膨張するには、図１で示す状態から、パッカ用カバー１６の位置を変位させずに、ボーリングロッド１２をパッカ用カバー１６に対して軸方向下方へスライドして、パッカ１０とパッカ用カバー１６との軸方向（図１、図２の上下方向）位置をずらせば、パッカ１０はパッカ用カバー１６内に収容された状態ではなくなる。その様な状態で流体供給管２０（図３、図４）を介して地上側からパッカ膨張用の流体を供給すれば、図２で示すようにパッカ１０は膨張して、注入薬液が地上側に逆流するのを防止するのである。
【００３０】
図４を参照して上述した様に、各段のパッカ１０はその円周方向位置が中心軸Ｏ（図４参照）に対して４５度ずつ偏奇しており、ラビリンスシールと同様な作用効果を発揮しているので、図１、図２では図示しない薬液注入手段（図１、図２の下方に存在する）から噴出した薬液が、ボーリングロッド１２とボーリング孔との隙間から地上側に逆流しようとしても、パッカ１０により完全にシールされるのである。
【００３１】
流体供給管２０を介して地上側から供給されたパッカ膨張用の流体（窒素ガス、高圧空気、その他）によりパッカ１０が膨張する際に、パッカ１０はその地上側（図１、図２では上方）の先端部においてのみボーリングロッド１２に接続されているので、パッカ１０が注入ロッド１４から勢い良く離隔して、パッカ１０が所謂「跳ね上がる」恐れが存在する。しかし、図３、図４で示す様に、パッカ１０の各々は、注入ロッド１４の凹部１４Ｖと流体供給管２０により挟み込まれるように構成されている。従って、パッカ１０の膨張時であっても、当該パッカはその一部が注入ロッド１４の凹部１４Ｖに押し付けられて固定されるので、跳ね上がる事が完全に防止される。
【００３２】
図５−図７は本発明の第２実施形態を示している。図５−図７において、収縮した状態のパッカ４０は、先端に掘削ビット３８を有するボーリングロッド４２の半径方向内方に収容されている。ここで、ボーリングロッド４２の一部であっても、収縮状態のパッカ４０を半径方向内方に収容している部分については、特に「パッカ用カバー４６」と表現する。また、ボーリングロッド４２のパッカ用カバー４６の下方には、パッカ４０と同一の円周方向位置に、開口４８が形成されている。換言すれば、パッカ４０が軸方向（図５−図７では上下方向）下方に移動して、開口４８と同一の軸方向位置となった場合には、パッカ４０と開口４８とは同一位置となる。
【００３３】
ボーリングロッド４２の内部空間には、注入ロッド４４が挿入されている。ここで、注入ロッド４４は、パッカ４０が配置されている領域（パッカゾーンに相当する領域）では、その横断面形状が、図３、図４で示す注入ロッド１４のように、十文字状（或いは星形）となっている。
【００３４】
図５−図７において、符号５０で示すのは、パッカ膨張用流体を地上側からパッカ４０内に供給するための流体供給管である。そして、図１−図４の実施形態と同様に、図５−図７の実施形態においても、パッカ４０の各々は、注入用ロッド４４と流体供給管５０とにより挟み込まれて固定されている。その結果、パッカ４０は注入用ロッド４４と共に軸方向（図５−図７では上下方向）へ移動することとなる。
【００３５】
各段に設けられたパッカ４０は独立した複数個（図１−図４の実施形態と同様に、図５−図７の実施形態では４個）のパッカ（個々のパッカについても、符号４０で示す）から構成されている。そして、特に図６から明らかなように、各段毎に４５度ずつ偏奇して配置されており、ラビリンスシールと同様な効果を得るように構成されている。そして、パッカ４０が各段毎に４５度ずつ偏奇して配置されていることに基づいて、流体供給管５０は、図５、図６で示す様に、蛇行して配置されている。
【００３６】
次に、図５−図７の作用効果について説明する。
【００３７】
先ずボーリングロッド４２によりボーリング孔の掘削を行って、所定の薬液注入ゾーンにパッカ１０…を配置する。その際には、図６で示す様に、各段のパッカ４０…はボーリングロッド４２のパッカ用カバー４６の内方に収容されており、ボーリングロッド４２の半径方向外側には露出していないので、ボーリング孔（図示せず）の内壁面にパッカ４０…が擦過して破損することは無い。
【００３８】
そして、図５−図７の実施形態においても、図１−図４の実施形態と同様に、収縮時のパッカ１０…は、横断面が十文字状に構成されている注入ロッド４４の凹部に配置されるので、パッカ用カバー４６内へ収容するのが容易である。
【００３９】
薬液を注入するに際して（薬液注入手段は図示せず）、パッカ４０を膨張するには、図６で示す状態から注入ロッド４４を軸方向下方へ移動して、パッカ４０を開口４８の位置に移動せしめる。その様な状態で流体供給管５０を介してパッカ膨張用流体を供給すれば、パッカ４０は膨張して、開口４８を介して半径方向外方に張り出し、図６で示す様に、シールを行う。その際に、上述した様に、各段のパッカ４０はその円周方向位置が４５度ずつ偏奇しており、ラビリンスシールと同様な作用効果を発揮する。
【００４０】
ここで、パッカ４０各々は、注入ロッド４４と流体供給管５０により挟み込まれるように構成されているので、パッカ４０の膨張時であっても、当該パッカは注入ロッド４４に押し付けられて固定されるので、跳ね上がる事は無い。
【００４１】
なお図示の実施形態においては、薬液注入を上方から下方の順に行う所謂「ステップダウン」方式の施工を前提として説明したが、本発明は、薬液注入を下方から上方へ向かって行う所謂「ステップアップ」方式について適用することも可能である。
【００４２】
【発明の効果】
本発明の作用効果について、以下に列挙する。
（１）  ボーリング孔との擦過によって、パッカが破損することが確実に防止される。
（２）  パッカが半径方向外側のカバー内に確実且つ容易に収容されるので、パッカの破損が確実に防止されると共に、コンパクト化の要請にも応える事が出来る。
（３）  パッカを確実に膨張させる事が出来る。
（４）  パッカにより、薬液が地上側に逆流するのを確実にシールする事が出来る。
（５）  膨張時に、パッカが跳ね上がってしまうことが防止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施形態において、パッカが収縮した状態を示す正面断面図。
【図２】図１の実施形態において、パッカが膨張した状態を示す正面断面図。
【図３】図１のＸ−Ｘ矢視断面図。
【図４】図２のＸ−Ｘ矢視断面図。
【図５】本発明のその他の実施形態においてパッカが膨張した状態を示す正面断面図。
【図６】本発明のその他の実施形態においてパッカが収縮した状態を示す正面断面図。
【図７】パッカが膨張した状態の詳細を示す正面断面図。
【符号の説明】
１０、１０−１、１０−２、１０−３、４０…パッカ
１２、４２…ボーリングロッド
１４、４４…注入ロッド
１４Ｉ…流路
１６、４６…パッカ用カバー
１４Ｖ…注入ロッドの凹部
２０、５０…流体供給管
４８…開口
【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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