JP4913494B2

JP4913494B2 - 地盤改良装置。

Info

Publication number: JP4913494B2
Application number: JP2006205121A
Authority: JP
Inventors: 檜垣貫司; 石井裕泰; 小笠原邦洋
Original assignee: Taisei Corp
Current assignee: Taisei Corp
Priority date: 2006-07-27
Filing date: 2006-07-27
Publication date: 2012-04-11
Anticipated expiration: 2026-07-27
Also published as: JP2008031701A

Description

この発明は、いわゆる自在ボーリングによって、直線状及び曲線状に地盤を掘削し硬化剤を高圧噴射して地盤を改良する装置に関するものである。

いわゆる自在ボーリングとは、伝達ロッドに内蔵した位置情報発信器から地盤内での位置情報を取得しつつ、直線状及び曲線状に地盤を掘削して長孔を形成し、この長孔内を利用してグラウト材を注入する工法である。

上記したような自在ボーリングの一例として特許文献１に記載したような技術が知られている。
これは自在ボーリングを行う前端ロッドの内部に位置情報発信器を設置しておき、この位置情報発信器と前端ロッドとを取り付けたワイヤを引っ張って地上に回収できる装置であり、位置情報発信器と前端ロッドとの回収後の長い空洞に薬液注入管を挿入して地中に薬液を注入する。
特開２００５−１５５２０９号公報。

上記のような既存の装置に対して本発明は、円筒状のロッドを長手方向に沿って連結した伝達ロッドと、伝達ロッドの先端に取り付けた円筒状の前端ロッドと、この前端ロッドの内部にスライド自在に収納した掘進頭部および位置情報発信器と、掘進頭部と位置情報発信器を回収後に、その回収跡の空洞に挿入するための高圧噴射筒とより構成し、この高圧噴射筒の前端を閉塞し、前方側面の一部に噴射孔を開口してあり、その噴射孔を外筒よりも前方の地中に露出させて、前記噴射孔から地中へ高圧で硬化剤を噴射することを特徴とする地盤改良装置である。

本発明は上記したようになるから、次のような効果を期待できる。
＜１＞簡単な装置によって、地盤の改良を行うことができる。
＜２＞特に、直線的なボーリングでは対応できない既設の構造物等の下方の地盤で改良を行うことができる。
＜３＞既設構造物の下部でなくとも、地震で液状化しやすい砂質地盤の改良や、地下水位の低下による地盤沈下を生じやすい軟弱地盤の改良などを行うことができる。

以下、本発明の地盤改良装置の実施例について説明する。

＜１＞前提条件。
本発明の地盤改良装置は、いわゆる「自在ボーリング装置」を利用するものである。
この自在ボーリングを図２にしたがって詳細に説明する、単管を長手方向に沿って連結した伝達ロッド２と、その伝達ロッド２の先端に取り付けた円筒状の前端ロッド１と、この前端ロッド１の内部にスライド自在に収納した掘進頭部１２および位置情報発信器１３とによって構成する。
その際に、前端ロッド１の先端面が推進方向に対して直角面ではなく、一定の傾斜面を形成していること、および伝達ロッド２が前端ロッド１に対して回転を与えることができ、伝達ロッド２を通る圧力流体で掘進頭部１２に推進力を与えることができることが特徴である。
直線状の掘削を行う時には、伝達ロッド２を地上のボーリングマシン５によって回転させつつ前端ロッド１に推進力を付与する。
この回転力は前端ロッド１に伝達して回転するから、先端が傾斜していても次々に位置を変えることによって一方へ偏心することなく、直進させることができる。
一方、曲線状に掘削を行う時には、伝達ロッド２および前端ロッド１の回転を設定した角度で停止して推進力だけを付与する。
すると前端ロッド１の前端の受圧傾斜面１２ｃが地山からの土圧によって傾斜面の方向に滑るように誘導され、徐々に曲線状の掘削がなされることになる。
地中のどの位置で直線掘削を行い、どの位置から曲線掘削を行うかは、前端ロッド１の内部に収納した位置情報発信器１３からの信号を地上で受けて決定する。
以下、各装置について具体的に説明する。

＜２＞前端ロッド。（図１、２）
前端ロッド１は、単管を長手方向に沿って連結した伝達ロッド２の先端に取り付けた外筒１１と、その外筒１１の内部に収納した掘進頭部１２などによって構成する。
前端ロッド１の外筒１１の内径は、伝達ロッド２の内径と同一であり、その内部を後述する装着型注入ヘッド３や貫通型ヘッド４の通過が可能である。
なお本明細書で、前端、前方とは、掘進時にこの装置が前進する方向を意味する。

＜３＞外筒。（図１、２）
前端ロッド１を構成する外筒１１は円筒体であるが、掘進時に前方に位置する端面、すなわち前端は、円筒の中心軸に直交する面ではなく、９０度以外の角度で交わって、竹やりの先端のように形成してある。
その内面のほとんどは円筒状であるが、前端側の一部には、内部へ突出した段差を、係合段１１ａとして形成する。
外筒１１には後方の伝達ロッド２を介して地上から回転力を与えることができる。
さらに外筒１１の内面には、外筒１の軸方向に並行な突条をキー１１ｂとして突設させる。

＜４＞掘進頭部１２。（図１、２）
外筒１１の内部に収納する部材は、掘進頭部１２と位置情報発信器１３とによって構成する。
位置情報発信器１３は、位置情報を検知し発信する発信部やバッテリーを円筒状のケースに内蔵した装置である。
掘進頭部１２はその外径が、外筒１１の内径とほぼ等しい円柱体である。
掘進頭部１２の前端は円柱の中心軸に直交する面ではなく、外筒１１と同じ９０度以外の角度で交わって、外筒１１の前端にと同様に竹やりの先端のように加工して受圧傾斜面１２ｃ形成してある。
さらに掘進頭部１２の前端の一部に切り欠き１２ｂを形成し、この切り欠き１２ｂが外筒１１の内部へ突出した段差部１１ａと係合して掘進頭部１２が外筒１１の前端から前方へ露出することを阻止している。
掘進頭部１２の後方には前方ゴム環１４を介して位置情報発信器１３を取り付け、この位置情報発信器１３の後方には後方ゴム環１５を介して受圧円盤１６を取り付ける。
前方ゴム環１４と後方ゴム環１５は、外筒１１の内面に対して緩く弾性接触する程度の外径をもつ軸方向で短い円盤状である。
このため、外筒１１の内面との間で、掘削流体に対するシール性が確保される一方、各ゴム環が短い円盤状であるため、位置情報発信器１３を回収する際には、伝達ロッド２の半径の小さい曲線が存在してもゴム環１４、１５の弾性変形により容易に通過することができる。
掘進頭部１２の一部にはキー溝１２ｄを刻設し、このキー溝１２ｄが、外筒１内面のキー１１ｂにかみ合うことによって、外筒１１の回転を掘進頭部１２に伝達しうるように構成する。

＜５＞流体の通路。
各ゴム環１４、１５の外径、および受圧円盤１６の外径は、外筒１１の内径とほぼ等しく構成する。
そして各ゴム環１４、１５、および受圧円盤１６の内部には端面から端面を貫通する流路１７を形成する。
位置情報発信器１３の外径は、外筒１１の内径よりも十分に小さく構成し、位置情報発信器１３の外面と外筒１１の内面との間の空間を流体の通路として利用する。
掘進頭部１２の内部にも流路１７を貫通させ、その前端は受圧傾斜面１２ｃに吐出口１２ａとして開放する。

＜６＞注入ヘッド。
外筒１１の内部から掘進頭部１２などを引き抜いた後には、伝達ロッド２を含めて、地中に長い空洞が形成される。
この引き抜き後の空洞を利用して地中に高圧注入ヘッドを設置することができるが、本発明では二種類の注入ヘッド、すなわち装着型注入ヘッド３と貫通型ヘッド４とを使用することができる。

＜７＞装着型注入ヘッド。（図３）
その注入ヘッドのひとつが図３に示す装着型注入ヘッド３である。
装着型と称するのは、掘進頭部１２などを引き抜いた後の中空の外筒１１を貫通することなく、外筒１１に後から挿入してそのまま装着するタイプの注入ヘッドだからである。
外筒１１に装着して前進が拘束されるから、外筒１１を地上側へ後退させると、一体となって後退することになる。
この装着型注入ヘッド３は、硬化剤の噴射用の貫通孔３１を開口し、後端を開放した管体よりなるノズル体である。
この装着型注入ヘッド３は、単なる管体でも二重管のように複数の筒を重ねた管体であっても使用することができる。
したがって二重管であれば噴射孔３１は２箇所に、三重管であれば３箇所に開設することになる。
装着型注入ヘッド３は、大径部３２と小径部３３とによって構成する。
大径部３２の外径は外筒１１の内径とほぼ等しく形成し、小径部３３の外径やそれよりも小さく形成する。
その結果、大径部３２と小径部３３との境界に形成された段差をストッパー３４として利用する。
このストッパー３４が前端ロッド１の外筒１１の内側の段部１１ａに当接すると、装着型注入ヘッド３はそれ以上の前進が不可能となる。
装着型注入ヘッド３の噴射孔３１の位置は、装着型注入ヘッド３が外筒１１の段部１１ａに当接して前進が阻止された場合に、噴射孔が外筒１１の前端よりも前方、すなわち地中に露出する位置に設定する。
なおストッパー３４は段差を利用した構成に限らず、装着型注入ヘッド３が前端ロッド１の内部を貫通することができない構造であれば採用することができる。
装着型注入ヘッド３の後端にはワイヤ３５を取り付け、使用後の装着型注入ヘッド３を地上へ回収することができるように構成する。
また装着型注入ヘッド３の一部にはキー溝を刻設し、外筒１１の内面に形成したキー１１ｂに嵌合して外筒１１の回転を装着型注入ヘッド３に与えることが可能であるように構成する。

＜８＞貫通型ヘッド。（図６）
注入ヘッドの他のひとつが貫通型ヘッド４である。
貫通型と称するのは、外筒１１に装着するのではなく、外筒１１を貫通する構成だからである。
したがって、外筒１１を地上へ向けて後退させると、外筒１１とともに後退することがなく、外筒１１を貫通して地中に残ってしまう。
この貫通型ヘッド４も、前端を閉塞し、後端を開放した管体であり、単なる管体でも二重管のように複数の筒を重ねた管体であっても使用することができる。
貫通型ヘッド４の前方側面の一部には噴射孔４１を開口して、地上から供給する高圧液を外部に吐出できるように構成する。
したがって二重管であれば噴射孔４１は２箇所に、三重管であれば３箇所に開設することになる。
貫通型ヘッド４は外筒１１を貫通するように、その外径は外筒１１の内径よりも十分に小さく形成する。
貫通型ヘッド４の後方には高圧流体を供給する高圧ホース４２を連結する。

＜９＞前端ロッド１の掘進。
次に施工方法について説明する。
地上に設置したボーリングマシン５を使用し、ガイド管５１に沿って前端ロッド１および前端ロッドに接続した伝達ロッド２を地中に挿入する。
前端ロッド１は、外筒１１内に掘進頭部１２や位置情報発信器１３を挿入して構成してある。
伝達ロッド２は、円筒状の単管ロッドを長手方向に沿って連結して構成したものである。
この伝達ロッド２の後端に地上のボーリングマシン５で回転力を与えることによって、先端の前端ロッド１に回転を与えることができる。
この伝達ロッド２の内部に高圧流体を供給すると、受圧円盤１６を後方から加圧することになり、掘進頭部１２には推進力が与えられる。
外筒１１の先端に位置した受圧傾斜面１２ｃは土圧を受けている。
そこで、受圧円盤１６が受ける前方への力を、受圧傾斜面１２ｃの受ける抵抗よりも大きく設定すれば回転力、および吐出口からの高圧流体の噴射と合わせて地盤中を前進することができる。
掘進頭部１２の受圧傾斜面１２ｃを利用し、位置情報発信器１３からの信号をもとにして直進あるいは曲線通過を行わせることは前記で説明したとおりである。
その際に、伝達ロッド２の内部を通して供給された高圧流体は、掘進頭部１２の先端の吐出口１２ａから噴射して地盤の切削、攪拌を行って前進を容易にする。
こうして掘進を続け、前端ロッド１が地盤改良の目的の位置に到達させる。
到達したら、高圧流体の供給を停止し、地上からワイヤ１８を巻き上げて外筒１１中の位置情報発信器１３、掘進頭部１２を地上に回収し、外筒１１と伝達ロッド２を地中に残しておく。

＜１０＞装着型注入ヘッド３の挿入、噴射。
前端ロッド１の外筒１１から掘進頭部１２などを引き上げて回収しても、外筒１１も伝達ロッド２も地中に残っており、連続する空洞として地中に位置している。
この引き上げ後の空洞を利用して高圧噴射筒を挿入する。
高圧噴射筒のひとつとして、装着型注入ヘッド３を空洞の挿入する場合について説明する。
装着型注入ヘッド３を伝達ロッド２内の空洞に挿入し、地上から加圧流体を供給すると、その装着型注入ヘッド３の後端の受圧面３６が流体の圧力を受けて伝達ロッド２内を前進し、やがて前端ロッド１の外筒１１内に到着し、外筒１１内へ外周を密着した状態で挿入される。（図４）
装着型注入ヘッド３が外筒１１内に到達したら、外筒１１を後方へ引き戻すと、外筒１１の係合段１１ａが装着型注入ヘッド３のストッパーに係合する。（図５）
前記したように装着型注入ヘッド３と外筒１１が係合した状態で、噴射孔３１は外筒１１の前方に露出する寸法に形成してある。
その状態で装着型注入ヘッド３に、伝達ロッド２を通して硬化剤などの溶液を高圧で供給すれば、先端の噴射孔３１から地中に噴射することができ、外筒１１を残しておいた周辺の地盤を円柱状に改良することができる。
一箇所での噴射が終了したら、伝達ロッド２を介して前端ロッド１を後退させる。
すると前端ロッド１の後退によって装着型注入ヘッド３も後退し、次の改良位置に至る。
そこで同様に硬化剤などの噴射を行う。

＜１１＞貫通型ヘッド４の挿入、噴射。
次に高圧噴射筒のひとつとして、貫通型ヘッド４を空洞の挿入する場合について説明する。
貫通型ヘッド４を伝達ロッド２内の空洞に挿入し、後方に高圧ホース４２を取り付け、地上からホース４２内に加圧流体を供給する。
すると貫通型ヘッド４とホース４２は流体の圧力を受けて伝達ロッド２内を前進してゆき、やがて前端ロッド１の外筒１１内に到着する。
そして、外筒１１内へ外周に余裕を残した状態で挿入される。（図７）
貫通型ヘッド４が外筒１１内に到達したら、伝達ロッド２を介して外筒１１を後方へ引き戻す。（図８）
すると、外筒１１と貫通型ヘッド４は係合していないから、伝達ロッド２とともに外筒１１だけが地上に向けて後退し、貫通型ヘッド４は地中に残ることになる。（図９）
その状態で高圧ホース４２から貫通型ヘッド４に硬化剤を供給し、その噴射孔４１から地中に噴射して周辺の地盤を改良することができる。
一箇所での噴射が終了したら、高圧ホース４２を介して貫通型ヘッド４を後退させ、次の改良位置で同様に硬化剤などの噴射を行う。
こうして、必要とする位置の地盤を改良することができる。

本発明の前端ロッドの一実施形態の分解説明図。自在ボーリングの施工状態の説明図および前端ロッドの断面図。装着型注入ヘッドの説明図。装着型注入ヘッドを外筒内へ挿入した状態の説明図。装着型注入ヘッドが外筒の前端から露出して硬化剤を噴射している状態の説明図。貫通型ヘッドの説明図。貫通型ヘッドが外筒内へ挿入した状態の説明図。貫通型ヘッドが外筒の前端から露出して硬化剤を噴射している状態の説明図。貫通型ヘッドのみが地中に残って地中に硬化剤を噴射している状態の説明図。

符号の説明

１：前端ロッド
１１：外筒
１２：掘進頭部
１３：位置情報発信機
１６：受圧円盤
２：伝達ロッド
３：装着型注入ヘッド
４：貫通型ヘッド

Claims

円筒状のロッドを長手方向に沿って連結した伝達ロッドと、
伝達ロッドの先端に取り付けた円筒状の前端ロッドと、
この前端ロッドの内部にスライド自在に収納した掘進頭部および位置情報発信器と、
掘進頭部と位置情報発信器を回収後に、その回収跡の空洞に挿入するための高圧噴射筒とより構成し、
この高圧噴射筒の前端を閉塞し、前方側面の一部に噴射孔を開口してあり、その噴射孔を外筒よりも前方の地中に露出させて、前記噴射孔から地中へ高圧で硬化剤を噴射することを特徴とする地盤改良装置。
高圧噴射筒は、
地中に残した前端ロッドの内部を貫通することができないストッパー部を形成したノズル体である、
請求項１記載の地盤改良装置。
高圧噴射筒は、
地中に残した前端ロッドの内径よりも小さい外径を備え、
前端ロッドの内部を貫通することができるノズル体である、
請求項１記載の地盤改良装置。