JP4098614B2 - グラウト施工システムにおける脈動圧力振幅制御機構及び脈動圧力の振幅制御方法並びにその脈動発生装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、地盤、岩盤等の亀裂や空隙内に充填物質いわゆるグラウト材を注入するグラウチング技術に関し、更に詳しくは、基準の注入圧力に所定の周波数域の脈動成分を付与して動的に注入するいわゆる動的グラウト施工技術に関する。
本発明におけるグラウト材は、ベントナイトや超微粒子セメントによる高濃度微粒グラウト材に限られず、粗粒が混合したモルタル系のグラウト材を含むものである。
本発明はまた、その対象として亀裂の生じたコンクリート構造物への充填補修を除外するものではない。
【０００２】
【従来の技術】
本発明者らは先に、特開平１０−１１４９３８号公報 (先行技術１) 及び特開２０００−２７１７１号公報 (先行技術２) において、この種の動的グラウト施工技術に付いて提案をした。
すなわち、先行技術１は、次の事項を要旨とする。
１）圧送配管ラインを介してグラウト材を所定の注入圧力で圧送し、その末端の注入管をもって亀裂性岩盤に穿設された注入孔に該グラウト材を注入するグラウチングにおいて、
前記注入圧力に３０Ｈｚ以下の周波数域から選択された特定の周波数を持つ脈動圧力を重畳的に付加してなる、
ことを特徴とする岩盤グラウトの施工方法。
２）上記１において、脈動圧力の周波数は１０Ｈｚ付近が選択される岩盤グラウトの施工方法。
３）亀裂性岩盤を対象とするグラウチングにおいて、グラウト材を所定の注入圧力で圧送し、その末端の注入管を介して岩盤に穿設された注入孔に挿入された圧送配管ラインの途中に脈動圧発生ポンプを介装し、該脈動圧発生ポンプにより３０Ｈｚ以下の周波数域から選択し指令された特定の周波数を持つ脈動圧力を発生させ、注入圧力に脈動圧力を重畳的に付加する、
ことを特徴とする岩盤グラウトの施工方法。
４）上記３項において、脈動圧発生ポンプは、発振器の信号波形に基づいて周期作動するとともに、注入管での実測波形と前記信号波形との比較信号に基づくサーボ制御機構により駆動される岩盤グラウトの施工方法。
５）亀裂性岩盤を対象とするグラウチングにおいて、グラウト材を所定の圧力で送り出す注入ポンプから注入孔に挿入された注入管へ至る圧送配管ラインの途中に、油圧サーボアクチュエータにより駆動される容積型の脈動圧発生ポンプを設置すると共に、該脈動圧発生ポンプの入口配管部には圧力変動の上流側への伝播を抑止する手段を設け、一方、正弦波・三角波・方形波等の信号波形を発振する発振器及びサーボコントローラから構成されるサーボ制御装置を用いて、前記注入管の口元付近に取り付けた圧力センサより検出される圧力波形と前記発振器より指令される信号波形とを比較し、両方の該波形が一致するように前記油圧サーボアクチュエータの動作をフィードバック制御することにより、前記脈動圧発生ポンプにおいて、３０Ｈｚ以下の周波数域から選択し指令された特定の周波数を有し、かつ信号波形に近似した脈動圧力を発生させ、前記圧力変動の伝播抑止手段の機能により前記脈動圧発生ポンプから注入管までの圧送配管ラインに限定して該脈動圧力を付加し、前記注入ポンプの圧力に脈動圧力の成分を重畳することからグラウト材の浸透性を向上させ、微細な亀裂へグラウト材を高密度かつ迅速に注入せしめる、
ことを特徴とする岩盤グラウトの施工方法。
６）上記５項において、注入ポンプを廃し、脈動圧発生ポンプにより所定のグラウト材の送出し圧力を得る岩盤グラウトの施工方法。
７）亀裂性岩盤を対象とするグラウチングにおいて、注入圧力に脈動圧力の成分を付加することでグラウト材を動的に注入する方法に使用される装置であって、
グラウト材を送流する圧送配管ラインと、
前記圧送配管ラインの下流端に配され、注入孔に挿入されグラウト材を岩盤中の亀裂に浸透させる注入管と、
前記圧送配管ラインの途中に設置され、油圧サーボアクチュエータにより駆動される容積型の脈動圧発生ポンプと、
該脈動圧発生ポンプの入口配管部に取り付けられ、圧力変動の上流側への伝播を抑止する手段と、
注入圧力を検知するために該注入管の口元付近に取り付けられた圧力センサと、
更には、正弦波・三角波・方形波等の信号波形を発振する発振器及びサーボコントローラから構成されるサーボ制御装置を用いて、前記圧力センサより検出される圧力波形と前記発振器より指令される信号波形とを比較して両方の該波形が一致するように前記油圧サーボアクチュエータの動作をフィードバック制御することにより、３０Ｈｚ以下の周波数域から選択し指令された特定の周波数を有し、かつ信号波形に近似した脈動圧力を前記脈動圧発生ポンプで発生させ、該脈動圧力を前記脈動圧発生ポンプから前記注入管までの圧送配管ラインに限定して付加する脈動圧制御手段と、を少なくとも備えてなることを特徴とする岩盤グラウトの施工装置。
８）亀裂性岩盤を対象とするグラウチングにおいて、注入圧力に脈動圧力の成分を付加することでグラウト材を動的に注入する方法に使用される装置であって、
グラウト材を送流する圧送配管ラインと、
該圧送配管ラインの上流部に配され、所定の圧力でグラウト材を送り出す注入ポンプと、
注入孔に挿入されグラウト材を岩盤中の亀裂に浸透させる注入管と、
前記注入ポンプから該注入管へ至る圧送配管ラインの途中に設置され、油圧サーボアクチュエータにより駆動される容積型の脈動圧発生ポンプと、
該脈動圧発生ポンプの入口配管部に取り付けられ、圧力変動の上流側への伝播を抑止する手段と、
注入圧力を検知するために該注入管の口元付近に取り付けられた圧力センサと、
更には、正弦波・三角波・方形波等の信号波形を発振する発振器及びサーボコントローラから構成されるサーボ制御装置を用いて、前記圧力センサより検出される圧力波形と前記発振器より指令される信号波形とを比較して両方の該波形が一致するように前記油圧サーボアクチュエータの動作をフィードバック制御することにより、３０Ｈｚ以下の周波数域から選択し指令された特定の周波数を有し、かつ信号波形に近似した脈動圧力を前記脈動圧発生ポンプで発生させ、該脈動圧力を前記脈動圧発生ポンプから前記注入管までの圧送配管ラインに限定して付加する脈動圧制御手段と、
を少なくとも備えてなることを特徴とする岩盤グラウトの施工装置。
また、先行技術２は、次の事項を要旨とする。
１）地盤、岩盤等の亀裂や空隙内にグラウト材を充填するグラウチングにおいて、注入圧力に３０Ｈｚ以下の周波数域から選択された特定の周波数をもつ脈動圧力の成分を付加することにより、グラウト材を動的に注入してその浸透性を高める施工方法において、
基準の注入圧力を付与した微粒懸濁系やモルタル系等の各種グラウト材を圧送配管ライン内で連続圧送する過程で所定の脈動圧力を形成する注入方法であって、
前記圧送配管ライン中に、復元力をもって開方向に常時復帰する可撓性を有する管路を介装し、該可撓性管路を規則的な押圧動により開閉する弁機構の作動をもって前記特定周波数に合致した圧力変動を注入圧力に与えるようにした、
ことを特徴とするグラウトの施工方法。
２）地盤、岩盤等の亀裂や空隙内にグラウト材を充填するグラウチングにおいて、注入圧力に３０Ｈｚ以下の周波数域から選択された特定の周波数をもつ脈動圧力の成分を付加することにより、グラウト材を動的に注入してその浸透性を高める施工システムにおいて、
往復動式あるいはスクイズ式のスラリー用の注入ポンプを中心に構成し、準定常的な注入の基準圧力を形成し維持しながらグラウト材を連続的に圧送するグラウト材圧送手段と；
前記グラウト材圧送手段の下流側の圧送配管ラインに介装され、通路が広く内部に弁体や障害部分がなく閉塞トラブルの生じない可撓性を有する管路を規則的な押圧動により開閉する弁機構を用い、該弁機構を高速で開閉弁して前記特定周波数に合致した圧力変動を注入圧力に与える脈動圧力発生手段と；
前記グラウト材圧送手段及び前記脈動圧力発生手段で形成される圧力を検出するための圧力測定手段と；
を少なくとも備えてなることを特徴とするグラウトの施工システム。
３）地盤、岩盤等の亀裂や空隙内にグラウト材を充填するグラウチングにおいて、注入圧力に３０Ｈｚ以下の周波数域から選択された特定の周波数をもつ脈動圧力の成分を付加することにより、グラウト材を動的に注入してその浸透性を高める施工システムにおいて、
基準の注入圧力を付与した微粒懸濁系やモルタル系等の各種グラウト材を圧送配管ラインを通して連続圧送する過程において、前記圧送配管ライン中に可撓性を有する管路が介装され、
前記可撓性管路を規則的な押圧動により高速で開閉弁して前記特定周波数に合致した圧力変動を注入圧力に与えるようにした弁機構を備えてなる、
ことを特徴とするグラウトの施工システムにおける脈動発生弁装置。
【０００３】
しかして、当該先行技術１においては、脈動圧発生ポンプの油圧サーボアクチュエータを特殊なサーボ制御装置を用いてフイードバック制御することにより、所定の周波数の脈動圧力を形成している。しかし、サーボ制御装置の操作には微妙なチューニングを必要とし、脈動圧力の振幅制御に付き、サーボ制御装置を再調整（比較信号のスパン、フィードバック量、ゲイン、零点など）しなければならず、熟練を要し、煩雑な作業となっている。
また、先行技術２においては、脈動圧力の周波数の制御は自在に対応できるものであるが、弁機構を構成するカムの半径並びにローラの径が一定に設定され、脈動圧力の振幅制御に付き、かつ弁機構の動作ストロークや開閉力が調整されてなされるものであり、随意の制御には不具合がある。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−１１４９３８号公報
【特許文献２】
特開２０００−２７１７１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記実情に鑑みなされたものであり、この種の基準の注入圧力に所定の周波数域の脈動圧力成分を付与される動的グラウト施工技術に付き、脈動圧力発生室を含むグラウト施工システムにおいて、簡単な構成をもって脈動圧力の振幅の制御を容易になすことのできる新規な脈動圧力振幅制御機構を提供することを目的とする。
本発明はまた、このグラウト施工システムにおいてなされる脈動圧力の振幅の制御方法を提供することも他の目的とする。
本発明は更に、このグラウト施工システムに使用され、小型化のなされる脈動発生装置を提供することも更に他の目的とする。
本発明者らはこのため、脈動圧力発生室からの脈動圧力付きグラウト圧力（原圧力）に対し、その活性域内において、当該付加される脈動圧力を低減させて制御する、換言すれば低減の度合いを変化調整させることが振幅率を容易に制御させうるとの知見に基づき本発明をなしたものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１はグラウト施工システムにおける脈動圧力振幅制御機構であって、
地盤、岩盤等の亀裂や空隙内に圧力をかけて注入されるグラウト材に対し、その注入圧力に所定の周波数域の脈動圧力を付加するグラウト施工システムにおいて、
基準圧力の付与されたグラウト材が導入され該グラウト材に脈動的に圧力を付加する脈動圧力発生室を有し、
前記脈動圧力発生室からの脈動圧力付きグラウト圧力に対し、前記付加された脈動圧力の振幅を低減させるとともに、低減の度合いを変化させ該脈動圧力の振幅を調整的に制御する振幅調整手段を備えてなる、
ことを特徴とする。
しかして、本第１発明において、
1）振幅調整手段は、脈動圧力発生室に立上げ管を介して連通し、圧力の付与されたグラウト材を導入し、所定の容量を有する空気室と、前記立上げ管に介装される開度の調整される調整弁と、からなること、
2）振幅調整手段は、脈動圧力発生室に立上げ管を介して連通し、圧力の付与されたグラウト材を導入し、所定の容量を有するとともに弾性体が装入されてなる弾性室からなること、
は適宜選択される事項である。
更に、本発明において、
１．脈動圧力発生室の脈動発生の駆動機構は問うところではない。
２．脈動周期は好ましくは３０Ｈｚ以下であるが、これ以上の周期（例えば１００Ｈｚ）に適用することは充分に可能である。
なお以下において、「低減的に制御する」とは、脈動圧力発生室から出力される脈動圧力につき、その活性を保持する範囲内において、所望かつ一定の割合で低減させ、かつ低減の度合いを変化させて振幅率を随意に調整・制御することをいう。
【０００７】
本発明の第２はグラウト施工における脈動圧力振幅制御方法であって、
地盤、岩盤等の亀裂や空隙内に圧力をかけて注入されるグラウト材に対し、その注入圧力に所定の周波数域の脈動圧力を付加するグラウト施工方法において、
基準圧力の付与されたグラウト材が導入され該グラウト材に脈動的に圧力を付加する脈動圧力発生室を有し、
前記脈動圧力発生室からの脈動圧力付きグラウト圧力に対し、前記付加された脈動圧力の振幅を低減させるとともに、低減の度合いを変化させ該脈動圧力の振幅を調整的に制御する、
ことを特徴とする。
【０００８】
本発明の第３は更に別なグラウト施工における脈動圧力振幅制御方法であって、
地盤、岩盤等の亀裂や空隙内に圧力をかけて注入されるグラウト材に対し、その注入圧力に所定の周波数域の脈動圧力を付加するグラウト施工方法において、 基準圧力の付与されたグラウト材が導入され該グラウト材に脈動的に圧力を与える脈動圧力発生室と、前 記脈動圧力発生室からの脈動圧力の付与されたグラウト材を導入し、所定の容量を有する空気室とを連通管を介して連通させ、
該連通管に開度の調整できる調整弁を介装し、
前記調整弁の開度により脈動圧力の振幅を制御する、
ことを特徴とする。
本第３発明において、
1)調整弁は電動操作され、該調整弁を遠隔操作すること、
は適宜実施される態様である。
【０００９】
本発明の第４はグラウト施工用脈動発生装置であって、
地盤、岩盤等の亀裂や空隙内に圧力をかけて注入されるグラウト材に対し、その注入圧力に所定の周波数域の脈動圧力を付加するとともに、該付加された脈動圧力の振幅を低減的に制御してなされるグラウト施工システムに使用される脈動発生装置において、
電動モータよりなり、所定の周波数域に対応する回転数を与える駆動部５、
前記駆動部の駆動軸に連動するクランク軸を有するクランク部６、
前記クランク部のクランクピンに偏心機構を介して連動し所定のストロークで往復動するピストン部７、
グラウト材の流入口及び流出口を有し、基準圧力のグラウト材が注入される脈動圧力発生室を有し、前記ピストン部の往復動により当該基準圧力のグラウト材に脈動圧力を与える脈動圧力発生室部８、
を有し、
脈動圧力発生室には立上げ管１０を介して連通し、圧力の付与されたグラウト材が導入される所定の容量を有する空気室部１１が設けられ、前記立上げ管には開度の調整できる調整弁１２が介装されてなる、
ことを特徴とする。
本第４発明において、
1) 駆動部５は以下の実施の形態では電動モータ１５による駆動方式を採るが、他の駆動態様を除外するものではない。
上記において、調整弁は電動操作され、該調整弁を遠隔操作すること、は適宜実施される態様である。
【００１０】
（作用）
地盤、岩盤更にはコンクリート構造物を対象として、注入圧力に特定の周波数（本発明では特に３０Ｈｚ以下）の脈動を与えてグラウト材を動的に注入する工事を実施する。
注入ポンプを用い準定常的な注入の基準圧力を形成し維持しながら、グラウト材を圧送配管ライン中へ圧送する。圧送配管ラインの途中に機械的な回転動作や往復動作で規則的に開閉する脈動圧力発生室が設置され、この脈動圧力発生室において基準圧力の付与されたグラウト材に重畳して特定周波数に一致する圧力変動を与え、配管ラインの末端の注入管よりグラウトを動的に対象に注入する。
このとき、振幅調整手段は、脈動圧力発生室から出力される脈動圧力付きグラウト圧力に対し、その活性を保持する範囲内において設置されて、脈動圧力の振幅を低減的に制御する。
すなわち、該振幅調整手段は、脈動圧力発生室から出力される脈動圧力付きグラウト材を受入れ、当該脈動圧力付きグラウト圧力すなわち原圧力の振幅を所望かつ一定の割合で低減させ、該振幅調整手段の可変機能により随意に調整する。
しかして、グラウト材は所定の大きさの脈動圧力により励起され、所定の流動性が確保され、注入対象の内部にグラウト材が広く深く浸透する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明のグラウト施工システムにおける脈動発生機構の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１〜図６は本発明のグラウト施工システムにおける脈動発生機構の一実施形態を示し、特にはその脈動発生装置を示す。
すなわち、図１〜図３はその脈動発生装置Ｐの全体構成を示し、図４〜図５はその部分構成を示す。また、図６はその全体システムを示す。
【００１２】
図１〜図３に示されるように、この脈動発生装置Ｐは、脈動圧発生部１と脈動振幅調整部２との主たる構成要素からなるとともに、更にはフレーム３を含む。
更に言えば、脈動圧発生部１は、モータを主体とする駆動部５と、該駆動部５の駆動軸に連動するクランク部６と、該クランク部６に偏心機構を介して連動し所定のストロークで往復動するピストン部７と、該ピストン部７の往復動によりグラウト材に脈動を与える脈動圧力発生室部８と、からなる。
また、脈動振幅調整部２は、脈動圧力発生室部８に連通して立ち上がる剛性を有する連通管１０と、該連通管１０に連通し、脈動圧力発生室部８からのグラウト材を導入する所定容量が確保されてなる空気室（エア・チャンバー）部１１と、連通管１０に介装される調整弁１２と、からなる。
なお、フレーム３は基台部３Ａと骨組み部３Ｂとからなり、脈動圧発生部１を保持する。
【００１３】
以下、本脈動発生装置Ｐの各部の細部構造を更に図４・図５を参照しつつ説明する。
脈動圧発生部１
脈動圧発生部１は、駆動部５とクランク部６とピストン部７と脈動圧力発生室部８とを主たる要素とする。
（駆動部５）
駆動部５は、電動駆動のモータ１５と、該モータ１５の駆動軸に連動する減速機１６とからなり、減速機１６からの出力軸（駆動軸）１７はその下端に配されるカップリング１８を介してクランク部６へ駆動力を伝達する。
更に詳しくは、電動モータ１５は誘導方式を採り、インバータ制御がなされる。減速機１６は所定の歯車の組合せをもってモータ１５の回転速度を減速する。
電動モータ１５は後記するように、電気回路を介して制御盤（インバータ制御用グラウトパルサー制御盤）に電気接続される。
【００１４】
（クランク部６）
クランク部６はクランク箱２０内に配され、カップリング１８を介して連結されるクランク軸２１並びに該クランク軸２１のクランクピン２１ａに枢支される連結リンク２２を主体とする。
もっと詳しくは、クランク箱２０は密封状の四角箱状をなし、クランク軸２１はその上下部をクランク箱２０の上下に配された軸受２４に回転自在に保持される。クランクピン２１ａはクランク軸２１より所定の距離δだけ偏心する。
連結リンク２２はクランクピン２１ａにすべり軸受２５を介して回転自在に枢支される。
【００１５】
（クランク箱２０）
クランク箱２０は、内部にクランク室Ｋを有する四角箱体からなり、組立て式をもって構成される。各組立て部材はパッキンをもって液密にされる。
【００１６】
（ピストン部７）
ピストン部７は、往復の直線運動をなし、一端を回転動するクランク部６に連結され、他端を脈動圧力発生室部８の脈動圧力発生室Ｒに導かれ、圧力を付加する。
すなわち、該ピストン部７は、運動変換部２７とプランジャー２８とからなる。運動変換部２７は、一端がピン２９をもってクランク部６の連結リンク２２に枢支され、他端はプランジャー２８に一体に連結され、その中間部においてスラスト軸受３０に軸運動自在に保持され、かつパッキン３１をもって密封される。プランジャー２８は、一端を運動変換部２７の端部にねじ３３をもって連結され、他端は脈動圧力発生室部８に臨み、その中間部においてＶパッキン３４を介して液密に保持される。３５は該Ｖパッキン３４を固定保持する押し輪である。
【００１７】
（脈動圧力発生室部８）
脈動圧力発生室部８は、内部に脈動圧力発生室Ｒを形成する円筒状容器体３６をもって構成され、前壁３６ａに孔３７をもってプランジャー２８を受入れ、円筒壁３６ｂの側部にグラウト流入口３８を有し、後壁３６ｃにグラウト流出口３９を有する。円筒壁３６ｂの上部には更に、連通口４０を有する。
グラウト流入口３８はグラウトポンプ側の配管（主配管５０ａ）に接続される。グラウト流出口３９は岩盤注入部側の配管（主配管５０ａ）に接続される。
この脈動圧力発生室部８における通常採られる容量は５００ｃｃ程度であり、また、発生圧力は通常値で１．０±１．０ＭＰａ、最大値として３．０±１．５ＰＭａが選ばれる。
【００１８】
（フレーム３との取付け）
フレーム３は基台部３Ａと骨組み部３Ｂとからなるが、基台部３Ａは所定厚の矩形平板状をなし、骨組み部３Ｂはその柱材及び梁材によりラーメン構造を採り、その下部を基台部３Ａの前部に剛結される。脈動圧発生部１の駆動部５は骨組み部３Ｂの上部に載置固定され、その余の部分６，７，８は基台部３Ａ上に固定される。
なお、４２はクランク室２０と容器体３６との繋ぎ材である。
【００１９】
脈動振幅調整部２
脈動振幅調整部２は、連通管１０と空気室部１１と調整弁１２とからなる。
（連通管１０）
連通管１０は、所定の内径を有する剛性管であって、前記した脈動圧力発生室部８の連通口４０に連通して立設される。該連通管１０は本実施形態では直管状を採るが、曲がり管を使用することを妨げるものではない。
【００２０】
（空気室部１１）
空気室部１１は、連通管１０に連通して該連通管１０の上位に配され、剛性体をもって球状もしくは円筒状に形成されるとともに、内部に所定容量の空気室Ｓを有し、大きな内圧に耐える。通常は４リットルの容量が確保される。
該空気室部１１の上部には更に水洗いポート４４が装着される。該水洗いポート４４は適宜省略される。
【００２１】
（調整弁１２）
調整弁１２は、連通管１０の途中に介装される弁体部４６と、該弁体部４６の弁体の開度を自在に調整する電動式操作部４７とからなる。弁体部４６は例えばボール弁体が採用されるが、他の弁体形態 (例えば，仕切り弁、バタフライ弁など) を除外するものではない。電動式操作部４７は内部に電気モータの電動駆動部が組み込まれ、該電動駆動部が外部からの信号を受けて弁体に連動する駆動軸を回転させ、弁体を所望の開度に制御する。これにより遠隔操作がなされる。
なお、該調整弁１２は手動式も可能であり、手動式とする場合は、電動式操作部４７は設けない。
【００２２】
（グラウト施工システム）
図６はこの脈動発生装置Ｐが適用されるグラウト施工システムの全体を示す。
図示されるとおり、このグラウト施工システムは、グラウト配管系Ａと制御系Ｂとからなる。
図において更に、Ｅは地盤特には岩盤を示し、該地盤Ｅに注入孔Ｈがボーリングマシーンをもって穿孔される。
【００２３】
グラウト配管系Ａは、配管５０特には主配管５０ａを主体とし、該主配管５０ａの始点に配されるグラウトミキサ５１より順次、グラウト (注入) ポンプ５２、圧力・流量調節器５３、本脈動発生装置Ｐが配され、更に、当該脈動発生装置Ｐより圧力計５４を介して終点の岩盤注入部５５に至る。
圧力・流量調節器５３よりグラウトミキサ５１に戻し管５０ｂが配される。
本脈動発生装置Ｐにおいて、グラウト流入口３８は主配管５０ａの上流側に接続され、グラウト流出口３９は主配管５０ａの下流側に接続される。
岩盤注入部５５は、地盤Ｅに穿設された注入孔Ｈの入口近傍部に密封状に配されるパッカー５６、該パッカー５６を貫通し主配管５０ａが接続される注入管５７、及び孔内圧力計５８からなる。該孔内圧力計５８は場合によっては省略することも可能である。
【００２４】
制御系Ｂは、本脈動発生装置Ｐに接続されるグラウトパルサー制御盤６０及び開度指令スイッチ６１、その他、グラウト管理装置６２、動的グラウチング管理装置６３，６４、グラウトパルサー計測盤６５よりなる。なお、グラウトパルサー制御盤６０、グラウトパルサー計測盤６５は本脈動発生装置Ｐの近傍に配され、また、開度指令スイッチ６１、グラウト管理装置６２、動的グラウチング管理装置６３，６４のそれぞれは更に離れた位置あるいは可及的遠隔位置に配される。
もっと詳しくは、グラウトパルサー制御盤６０は、本脈動発生装置Ｐの駆動部５のモータ１５に接続され、開度指令スイッチ６１は、本脈動発生装置Ｐの調整弁１２の操作部４７に接続される。該モータ１５は、グラウトパルサー制御盤６０からの信号により、所定の回転数が指示される。
圧力・流量調節器５３からはその検出信号がグラウト管理装置６２に送られ、グラウト管理装置６２の表示部に表示・記録されるとともに、グラウト管理装置６２の指令信号に基づいて圧力・流量調節器５３の制御圧力及び流量が決められる。
圧力計５４並びに孔内圧力計５８からの圧力検出信号は、グラウトパルサー計測盤６５を介して動的グラウチング管理装置６３，６４に送られ、該動的グラウチング管理装置６３，６４の表示部にその圧力値が表示される。その表示値はまたグラウトパルサー計測盤６５にも表示される。
【００２５】
（本実施形態の作用）
本実施形態の脈動発生装置Ｐは、上記したグラウト施工システム中に組み込まれ、グラウト施工において以下の作用を発揮する。
本実施形態においては、グラウト施工対象を岩盤とされ、該岩盤に穿設されたトンネル内に当該脈動発生装置Ｐが配されるが、トンネル外に配する態様を除外するものではない。そして、トンネル内への配設においては、注入孔Ｈの掘削に供せられたボーリンクマシーンへの装着がなされる。
【００２６】
以下、グラウト材の流れに順じて説明する。
グラウトミキサー５１にセメント及び水が所定割合（例えば、Ｗ／Ｃ＝８）をもって適宜量投入され、アジテータ５１ａにより混合攪拌され、所定品質のグラウト材が形成される。グラウトポンプ５２の作動により、グラウト材は所定圧（基準圧、例えば１．０ＭＰａ）をもって配管５０の主配管５０ａに圧送され、圧力・流量調節器５３を介して本脈動発生装置Ｐに送られる。
圧力・流量調節器５３においては、所定の設定圧力・流量値に基づいて、設定圧力・流量値を超えるグラウト材が送られると戻し管５０ｂに戻され、常時所定圧力及び流量のグラウト材を下流側に送る。
【００２７】
本実施形態の脈動発生装置Ｐにおいて、駆動部５はグラウトパルサー制御盤６０の指令に基づきグラウトに付加する脈動の周波数（例えば７Ｈｚ）に対応する所定の回転数の指示を受けて電動モータ１５が駆動され、減速機１６を経て出力軸１７を回転（例えば４２０ｒｐｍ）する。駆動部５の駆動によりクランク部６が駆動され、連結リンク２２を往復動する。連結リンク２２の運動によりピストン部７は往復の直線動をなし、プランジャー２８をもって脈動圧力発生部８の脈動圧力発生室Ｒに脈動圧を生じさせる。
すなわち、前記した圧力・流量調節器５３を経て配管５０より所定の注入圧をもって圧送されるグラウト材は、グラウト流入口３８より脈動圧力発生室Ｒに導かれ、ピストン部７の振動圧力を受け、基準圧に振動圧力の重畳された圧力としてグラウト流出口３９より配管５０に吐出される。
この振動圧力の大きさすなわち振幅は、脈動圧力発生室Ｒの容量、プランジャー２８の径・ストローク・速度、等を主たる要因として決定される。
なお、当該脈動圧力発生室Ｒより出力される基準圧に振動圧力の重畳された圧力を「原圧力」と定義する。
【００２８】
一方、脈動圧力発生室Ｒ内のグラウト材は、脈動圧力発生室Ｒの上位に配された脈動振幅調整部２の連通管１０が閉じた状態であれば原圧力の状態でグラウト流出口３９より吐出されるが、該連通管１０が開いた状態、換言すれば調整弁１２が開弁状態であればグラウト材は空気室部１１に導かれる。
調整弁１２は開度指令スイッチ６１の指令に基づいて適宜の開度を採る。
ここで、調整弁１２が全開であるとき、原脈動圧に対し下限値の振幅率を採り、調整弁１２の締込みに応じて次第に振幅率を増加させてゆく。
図７はこの調整弁１２の開度と注入圧力振幅、振幅率の関係の一例を示す。
本例では、４．０リットルのエアチャンバを使用し、１．０ＭＰａの基準圧力（Ｐ１）に±１．０ＭＰａの脈動圧力（Ｐ２）を重畳させたものであり、ボール弁の開度（全開、４５°、６０°）により、全開においては振幅率（Ｐ２／Ｐ１）が７％程度、４５°においては２０％程度、６０°においては６０％程度を示す。図７中、Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３はそれぞれの各波形を示す。図示されるように、Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３は同一の周波数を示し、その振幅は基準圧力より±７％，２０％，６０％の振幅率で脈動する。
その他試験例によれば、注入圧力が１．０ＰＭａ以下の低圧力の範囲では、バルブ開度を全開から４５°程度に閉めるだけで振幅を大きくすることができるが、注入圧力が２．０，３．０ＭＰａ程度になると、バルブ開度を全開から４５°程度に閉め込んでもさほど振幅の変化は見られず、６０°にすると振幅率の変化が顕著になる傾向が見出される。
すなわち、調整弁１２の開度により適宜の振幅率が得られるものである。
【００２９】
脈動発生装置Ｐのグラウト流出口３９より吐出されたグラウト材は更に主配管５０ａを流れ、配管５０ａの圧力計５４を経て岩盤注入部５５に導かれる。
グラウト材は注入孔Ｈより所定の圧力で地盤（岩盤）Ｅ内へ注入される。
圧力計５４，５８からの検出信号はグラウトパルサー計測盤６５へ送られ、更にその実測圧力値（実振幅値）は、動的グラウチング管理装置６３，６４に送られ、該動的グラウチング管理装置６３，６４の表示部にその圧力値が表示される。
作業者は当該実振幅値と所定の岩盤状況に見合って設定された設定振幅値とを比較し、所望の効果を得るべく、開度指令スイッチ６１を操作してその偏差をゼロへと導く。すなわち、実振幅値が設定振幅値を上回っているときには、調整弁１２の開度を大きくするように開度指令スイッチ６１を操作し、逆に、実振幅値が設定振幅値を下回っているときには、調整弁１２の開度を閉め込むように開度指令スイッチ６１を操作する。
【００３０】
（本実施形態の効果）
以上のように、本実施形態によれば、迅速かつ容易に脈動圧力の振幅の制御ができ、これにより所望の脈動圧力を対象岩盤に付与することができ、効果的なグラウト施工を達成し得る。更には、複雑な機構の脈動発生装置を使用することなく、また脈動発生装置の駆動系を改変することもなく、脈動振幅調整部２の脈動圧力発生室部８への簡単な取り付け作業で済み、装置の低廉化を図ることができる。
また、そのグラウト施工用脈動発生装置によれば、装置が小型化し、穿孔機械（ボーリングマシーン）に装備することができ、狭隘なトンネル内での施工が容易となる。
【００３１】
（他の態様）
図８は脈動振幅調整部の他の態様を示す。図において、叙上の態様と同一の部材に付いては同一の符号が附されている。
この脈動振幅調整部２Ａは先のものと同様、脈動発生装置Ｐの脈動圧力発生室部８の連通口４０に連通して配され、連通管１０と弾性制御箱７０とからなる。 弾性制御箱７０は円筒状の容器体であって、所定の容量を有し、下半部の空間Ｓにはリブ７１が縦設され、該リブ７１上に弾性体７２の下面に固定された受蓋７３が載置される。弾性体７２は所定の弾性率を有し、ゴム状体よりなる。一方、弾性制御箱７０の天井板７０ａの中心には孔７０ｂが開設され、該孔７０ｂに臨んでナット体７４が固設され、該ナット体７４のねじ孔７４ａに調整用ねじ棒７５が螺合され、その下端を弾性体７２の上面に載置された押え体７６に回転自在に押し当てる。７５ａはねじ部、７５ｂは回動用頭部である。
ねじ棒７５を締め込むことにより押え体７６を介して弾性体７２を圧縮し、その弾性率を大きくし、ねじ棒７５を緩めることにより弾性体７２の復元力により弾性率を小さくする。
この弾性体７２の弾性率の調整により脈動圧力の振幅の制御に供する。
【００３２】
本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の基本的技術思想の範囲内で種々設計変更が可能である。
【００３３】
【発明の効果】
本発明のグラウト施工システムにおける脈動圧力振幅制御機構及びその制御方法によれば、当該システムの要部である脈動圧力発生室に付加して、簡単な構造の圧力を低減する振幅調整手段を連通状に配することにより迅速かつ容易に脈動圧力の振幅の制御ができ、これにより所望の脈動圧力を対象岩盤に付与することができ、効果的なグラウト施工を達成し得る。更には、複雑な機構の脈動発生装置を使用することなく、また脈動発生装置の駆動系を改変することもなく、当該振幅調整手段の脈動圧力発生室への簡単な取り付け作業で済み、装置の低廉化を図ることができる。
また、本発明のグラウト施工用脈動発生装置によれば、装置が小型化し、穿孔機械（ボーリングマシーン）に装備することができ、狭隘なトンネル内での施工が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のグラウト施工システムに使用される脈動発生装置の一実施形態を示す全体構成図。
【図２】 図１の２線方向矢視図。
【図３】 図１の３線方向矢視図。
【図４】 本脈動発生装置の脈動圧発生部の拡大断面図。
【図５】 図４の５−５線矢視図。
【図６】 本発明の適用されるグラウト施工システムの全体の概略構成図。
【図７】 バルブ開度による注入圧力振幅−振幅率関係図。
【図８】 脈動振幅調整部の他の構成例を示す図。
【符号の説明】
Ｐ…脈動発生装置、Ｒ…脈動圧力発生室、Ｓ…空気室、１…脈動圧発生部、２，２Ａ…脈動振幅調整部、５…駆動部、６…クランク部、７…ピストン部、８…脈動圧力発生室部、１０…連通管（立上げ管）、１１…空気室（エア・チャンバー）部、１２…調整弁
【発明の属する技術分野】
この発明は、地盤、岩盤等の亀裂や空隙内に充填物質いわゆるグラウト材を注入するグラウチング技術に関し、更に詳しくは、基準の注入圧力に所定の周波数域の脈動成分を付与して動的に注入するいわゆる動的グラウト施工技術に関する。
本発明におけるグラウト材は、ベントナイトや超微粒子セメントによる高濃度微粒グラウト材に限られず、粗粒が混合したモルタル系のグラウト材を含むものである。
本発明はまた、その対象として亀裂の生じたコンクリート構造物への充填補修を除外するものではない。
【０００２】
【従来の技術】
本発明者らは先に、特開平１０−１１４９３８号公報 (先行技術１) 及び特開２０００−２７１７１号公報 (先行技術２) において、この種の動的グラウト施工技術に付いて提案をした。
すなわち、先行技術１は、次の事項を要旨とする。
１）圧送配管ラインを介してグラウト材を所定の注入圧力で圧送し、その末端の注入管をもって亀裂性岩盤に穿設された注入孔に該グラウト材を注入するグラウチングにおいて、
前記注入圧力に３０Ｈｚ以下の周波数域から選択された特定の周波数を持つ脈動圧力を重畳的に付加してなる、
ことを特徴とする岩盤グラウトの施工方法。
２）上記１において、脈動圧力の周波数は１０Ｈｚ付近が選択される岩盤グラウトの施工方法。
３）亀裂性岩盤を対象とするグラウチングにおいて、グラウト材を所定の注入圧力で圧送し、その末端の注入管を介して岩盤に穿設された注入孔に挿入された圧送配管ラインの途中に脈動圧発生ポンプを介装し、該脈動圧発生ポンプにより３０Ｈｚ以下の周波数域から選択し指令された特定の周波数を持つ脈動圧力を発生させ、注入圧力に脈動圧力を重畳的に付加する、
ことを特徴とする岩盤グラウトの施工方法。
４）上記３項において、脈動圧発生ポンプは、発振器の信号波形に基づいて周期作動するとともに、注入管での実測波形と前記信号波形との比較信号に基づくサーボ制御機構により駆動される岩盤グラウトの施工方法。
５）亀裂性岩盤を対象とするグラウチングにおいて、グラウト材を所定の圧力で送り出す注入ポンプから注入孔に挿入された注入管へ至る圧送配管ラインの途中に、油圧サーボアクチュエータにより駆動される容積型の脈動圧発生ポンプを設置すると共に、該脈動圧発生ポンプの入口配管部には圧力変動の上流側への伝播を抑止する手段を設け、一方、正弦波・三角波・方形波等の信号波形を発振する発振器及びサーボコントローラから構成されるサーボ制御装置を用いて、前記注入管の口元付近に取り付けた圧力センサより検出される圧力波形と前記発振器より指令される信号波形とを比較し、両方の該波形が一致するように前記油圧サーボアクチュエータの動作をフィードバック制御することにより、前記脈動圧発生ポンプにおいて、３０Ｈｚ以下の周波数域から選択し指令された特定の周波数を有し、かつ信号波形に近似した脈動圧力を発生させ、前記圧力変動の伝播抑止手段の機能により前記脈動圧発生ポンプから注入管までの圧送配管ラインに限定して該脈動圧力を付加し、前記注入ポンプの圧力に脈動圧力の成分を重畳することからグラウト材の浸透性を向上させ、微細な亀裂へグラウト材を高密度かつ迅速に注入せしめる、
ことを特徴とする岩盤グラウトの施工方法。
６）上記５項において、注入ポンプを廃し、脈動圧発生ポンプにより所定のグラウト材の送出し圧力を得る岩盤グラウトの施工方法。
７）亀裂性岩盤を対象とするグラウチングにおいて、注入圧力に脈動圧力の成分を付加することでグラウト材を動的に注入する方法に使用される装置であって、
グラウト材を送流する圧送配管ラインと、
前記圧送配管ラインの下流端に配され、注入孔に挿入されグラウト材を岩盤中の亀裂に浸透させる注入管と、
前記圧送配管ラインの途中に設置され、油圧サーボアクチュエータにより駆動される容積型の脈動圧発生ポンプと、
該脈動圧発生ポンプの入口配管部に取り付けられ、圧力変動の上流側への伝播を抑止する手段と、
注入圧力を検知するために該注入管の口元付近に取り付けられた圧力センサと、
更には、正弦波・三角波・方形波等の信号波形を発振する発振器及びサーボコントローラから構成されるサーボ制御装置を用いて、前記圧力センサより検出される圧力波形と前記発振器より指令される信号波形とを比較して両方の該波形が一致するように前記油圧サーボアクチュエータの動作をフィードバック制御することにより、３０Ｈｚ以下の周波数域から選択し指令された特定の周波数を有し、かつ信号波形に近似した脈動圧力を前記脈動圧発生ポンプで発生させ、該脈動圧力を前記脈動圧発生ポンプから前記注入管までの圧送配管ラインに限定して付加する脈動圧制御手段と、を少なくとも備えてなることを特徴とする岩盤グラウトの施工装置。
８）亀裂性岩盤を対象とするグラウチングにおいて、注入圧力に脈動圧力の成分を付加することでグラウト材を動的に注入する方法に使用される装置であって、
グラウト材を送流する圧送配管ラインと、
該圧送配管ラインの上流部に配され、所定の圧力でグラウト材を送り出す注入ポンプと、
注入孔に挿入されグラウト材を岩盤中の亀裂に浸透させる注入管と、
前記注入ポンプから該注入管へ至る圧送配管ラインの途中に設置され、油圧サーボアクチュエータにより駆動される容積型の脈動圧発生ポンプと、
該脈動圧発生ポンプの入口配管部に取り付けられ、圧力変動の上流側への伝播を抑止する手段と、
注入圧力を検知するために該注入管の口元付近に取り付けられた圧力センサと、
更には、正弦波・三角波・方形波等の信号波形を発振する発振器及びサーボコントローラから構成されるサーボ制御装置を用いて、前記圧力センサより検出される圧力波形と前記発振器より指令される信号波形とを比較して両方の該波形が一致するように前記油圧サーボアクチュエータの動作をフィードバック制御することにより、３０Ｈｚ以下の周波数域から選択し指令された特定の周波数を有し、かつ信号波形に近似した脈動圧力を前記脈動圧発生ポンプで発生させ、該脈動圧力を前記脈動圧発生ポンプから前記注入管までの圧送配管ラインに限定して付加する脈動圧制御手段と、
を少なくとも備えてなることを特徴とする岩盤グラウトの施工装置。
また、先行技術２は、次の事項を要旨とする。
１）地盤、岩盤等の亀裂や空隙内にグラウト材を充填するグラウチングにおいて、注入圧力に３０Ｈｚ以下の周波数域から選択された特定の周波数をもつ脈動圧力の成分を付加することにより、グラウト材を動的に注入してその浸透性を高める施工方法において、
基準の注入圧力を付与した微粒懸濁系やモルタル系等の各種グラウト材を圧送配管ライン内で連続圧送する過程で所定の脈動圧力を形成する注入方法であって、
前記圧送配管ライン中に、復元力をもって開方向に常時復帰する可撓性を有する管路を介装し、該可撓性管路を規則的な押圧動により開閉する弁機構の作動をもって前記特定周波数に合致した圧力変動を注入圧力に与えるようにした、
ことを特徴とするグラウトの施工方法。
２）地盤、岩盤等の亀裂や空隙内にグラウト材を充填するグラウチングにおいて、注入圧力に３０Ｈｚ以下の周波数域から選択された特定の周波数をもつ脈動圧力の成分を付加することにより、グラウト材を動的に注入してその浸透性を高める施工システムにおいて、
往復動式あるいはスクイズ式のスラリー用の注入ポンプを中心に構成し、準定常的な注入の基準圧力を形成し維持しながらグラウト材を連続的に圧送するグラウト材圧送手段と；
前記グラウト材圧送手段の下流側の圧送配管ラインに介装され、通路が広く内部に弁体や障害部分がなく閉塞トラブルの生じない可撓性を有する管路を規則的な押圧動により開閉する弁機構を用い、該弁機構を高速で開閉弁して前記特定周波数に合致した圧力変動を注入圧力に与える脈動圧力発生手段と；
前記グラウト材圧送手段及び前記脈動圧力発生手段で形成される圧力を検出するための圧力測定手段と；
を少なくとも備えてなることを特徴とするグラウトの施工システム。
３）地盤、岩盤等の亀裂や空隙内にグラウト材を充填するグラウチングにおいて、注入圧力に３０Ｈｚ以下の周波数域から選択された特定の周波数をもつ脈動圧力の成分を付加することにより、グラウト材を動的に注入してその浸透性を高める施工システムにおいて、
基準の注入圧力を付与した微粒懸濁系やモルタル系等の各種グラウト材を圧送配管ラインを通して連続圧送する過程において、前記圧送配管ライン中に可撓性を有する管路が介装され、
前記可撓性管路を規則的な押圧動により高速で開閉弁して前記特定周波数に合致した圧力変動を注入圧力に与えるようにした弁機構を備えてなる、
ことを特徴とするグラウトの施工システムにおける脈動発生弁装置。
【０００３】
しかして、当該先行技術１においては、脈動圧発生ポンプの油圧サーボアクチュエータを特殊なサーボ制御装置を用いてフイードバック制御することにより、所定の周波数の脈動圧力を形成している。しかし、サーボ制御装置の操作には微妙なチューニングを必要とし、脈動圧力の振幅制御に付き、サーボ制御装置を再調整（比較信号のスパン、フィードバック量、ゲイン、零点など）しなければならず、熟練を要し、煩雑な作業となっている。
また、先行技術２においては、脈動圧力の周波数の制御は自在に対応できるものであるが、弁機構を構成するカムの半径並びにローラの径が一定に設定され、脈動圧力の振幅制御に付き、かつ弁機構の動作ストロークや開閉力が調整されてなされるものであり、随意の制御には不具合がある。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−１１４９３８号公報
【特許文献２】
特開２０００−２７１７１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記実情に鑑みなされたものであり、この種の基準の注入圧力に所定の周波数域の脈動圧力成分を付与される動的グラウト施工技術に付き、脈動圧力発生室を含むグラウト施工システムにおいて、簡単な構成をもって脈動圧力の振幅の制御を容易になすことのできる新規な脈動圧力振幅制御機構を提供することを目的とする。
本発明はまた、このグラウト施工システムにおいてなされる脈動圧力の振幅の制御方法を提供することも他の目的とする。
本発明は更に、このグラウト施工システムに使用され、小型化のなされる脈動発生装置を提供することも更に他の目的とする。
本発明者らはこのため、脈動圧力発生室からの脈動圧力付きグラウト圧力（原圧力）に対し、その活性域内において、当該付加される脈動圧力を低減させて制御する、換言すれば低減の度合いを変化調整させることが振幅率を容易に制御させうるとの知見に基づき本発明をなしたものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１はグラウト施工システムにおける脈動圧力振幅制御機構であって、
地盤、岩盤等の亀裂や空隙内に圧力をかけて注入されるグラウト材に対し、その注入圧力に所定の周波数域の脈動圧力を付加するグラウト施工システムにおいて、
基準圧力の付与されたグラウト材が導入され該グラウト材に脈動的に圧力を付加する脈動圧力発生室を有し、
前記脈動圧力発生室からの脈動圧力付きグラウト圧力に対し、前記付加された脈動圧力の振幅を低減させるとともに、低減の度合いを変化させ該脈動圧力の振幅を調整的に制御する振幅調整手段を備えてなる、
ことを特徴とする。
しかして、本第１発明において、
1）振幅調整手段は、脈動圧力発生室に立上げ管を介して連通し、圧力の付与されたグラウト材を導入し、所定の容量を有する空気室と、前記立上げ管に介装される開度の調整される調整弁と、からなること、
2）振幅調整手段は、脈動圧力発生室に立上げ管を介して連通し、圧力の付与されたグラウト材を導入し、所定の容量を有するとともに弾性体が装入されてなる弾性室からなること、
は適宜選択される事項である。
更に、本発明において、
１．脈動圧力発生室の脈動発生の駆動機構は問うところではない。
２．脈動周期は好ましくは３０Ｈｚ以下であるが、これ以上の周期（例えば１００Ｈｚ）に適用することは充分に可能である。
なお以下において、「低減的に制御する」とは、脈動圧力発生室から出力される脈動圧力につき、その活性を保持する範囲内において、所望かつ一定の割合で低減させ、かつ低減の度合いを変化させて振幅率を随意に調整・制御することをいう。
【０００７】
本発明の第２はグラウト施工における脈動圧力振幅制御方法であって、
地盤、岩盤等の亀裂や空隙内に圧力をかけて注入されるグラウト材に対し、その注入圧力に所定の周波数域の脈動圧力を付加するグラウト施工方法において、
基準圧力の付与されたグラウト材が導入され該グラウト材に脈動的に圧力を付加する脈動圧力発生室を有し、
前記脈動圧力発生室からの脈動圧力付きグラウト圧力に対し、前記付加された脈動圧力の振幅を低減させるとともに、低減の度合いを変化させ該脈動圧力の振幅を調整的に制御する、
ことを特徴とする。
【０００８】
本発明の第３は更に別なグラウト施工における脈動圧力振幅制御方法であって、
地盤、岩盤等の亀裂や空隙内に圧力をかけて注入されるグラウト材に対し、その注入圧力に所定の周波数域の脈動圧力を付加するグラウト施工方法において、 基準圧力の付与されたグラウト材が導入され該グラウト材に脈動的に圧力を与える脈動圧力発生室と、前 記脈動圧力発生室からの脈動圧力の付与されたグラウト材を導入し、所定の容量を有する空気室とを連通管を介して連通させ、
該連通管に開度の調整できる調整弁を介装し、
前記調整弁の開度により脈動圧力の振幅を制御する、
ことを特徴とする。
本第３発明において、
1)調整弁は電動操作され、該調整弁を遠隔操作すること、
は適宜実施される態様である。
【０００９】
本発明の第４はグラウト施工用脈動発生装置であって、
地盤、岩盤等の亀裂や空隙内に圧力をかけて注入されるグラウト材に対し、その注入圧力に所定の周波数域の脈動圧力を付加するとともに、該付加された脈動圧力の振幅を低減的に制御してなされるグラウト施工システムに使用される脈動発生装置において、
電動モータよりなり、所定の周波数域に対応する回転数を与える駆動部５、
前記駆動部の駆動軸に連動するクランク軸を有するクランク部６、
前記クランク部のクランクピンに偏心機構を介して連動し所定のストロークで往復動するピストン部７、
グラウト材の流入口及び流出口を有し、基準圧力のグラウト材が注入される脈動圧力発生室を有し、前記ピストン部の往復動により当該基準圧力のグラウト材に脈動圧力を与える脈動圧力発生室部８、
を有し、
脈動圧力発生室には立上げ管１０を介して連通し、圧力の付与されたグラウト材が導入される所定の容量を有する空気室部１１が設けられ、前記立上げ管には開度の調整できる調整弁１２が介装されてなる、
ことを特徴とする。
本第４発明において、
1) 駆動部５は以下の実施の形態では電動モータ１５による駆動方式を採るが、他の駆動態様を除外するものではない。
上記において、調整弁は電動操作され、該調整弁を遠隔操作すること、は適宜実施される態様である。
【００１０】
（作用）
地盤、岩盤更にはコンクリート構造物を対象として、注入圧力に特定の周波数（本発明では特に３０Ｈｚ以下）の脈動を与えてグラウト材を動的に注入する工事を実施する。
注入ポンプを用い準定常的な注入の基準圧力を形成し維持しながら、グラウト材を圧送配管ライン中へ圧送する。圧送配管ラインの途中に機械的な回転動作や往復動作で規則的に開閉する脈動圧力発生室が設置され、この脈動圧力発生室において基準圧力の付与されたグラウト材に重畳して特定周波数に一致する圧力変動を与え、配管ラインの末端の注入管よりグラウトを動的に対象に注入する。
このとき、振幅調整手段は、脈動圧力発生室から出力される脈動圧力付きグラウト圧力に対し、その活性を保持する範囲内において設置されて、脈動圧力の振幅を低減的に制御する。
すなわち、該振幅調整手段は、脈動圧力発生室から出力される脈動圧力付きグラウト材を受入れ、当該脈動圧力付きグラウト圧力すなわち原圧力の振幅を所望かつ一定の割合で低減させ、該振幅調整手段の可変機能により随意に調整する。
しかして、グラウト材は所定の大きさの脈動圧力により励起され、所定の流動性が確保され、注入対象の内部にグラウト材が広く深く浸透する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明のグラウト施工システムにおける脈動発生機構の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１〜図６は本発明のグラウト施工システムにおける脈動発生機構の一実施形態を示し、特にはその脈動発生装置を示す。
すなわち、図１〜図３はその脈動発生装置Ｐの全体構成を示し、図４〜図５はその部分構成を示す。また、図６はその全体システムを示す。
【００１２】
図１〜図３に示されるように、この脈動発生装置Ｐは、脈動圧発生部１と脈動振幅調整部２との主たる構成要素からなるとともに、更にはフレーム３を含む。
更に言えば、脈動圧発生部１は、モータを主体とする駆動部５と、該駆動部５の駆動軸に連動するクランク部６と、該クランク部６に偏心機構を介して連動し所定のストロークで往復動するピストン部７と、該ピストン部７の往復動によりグラウト材に脈動を与える脈動圧力発生室部８と、からなる。
また、脈動振幅調整部２は、脈動圧力発生室部８に連通して立ち上がる剛性を有する連通管１０と、該連通管１０に連通し、脈動圧力発生室部８からのグラウト材を導入する所定容量が確保されてなる空気室（エア・チャンバー）部１１と、連通管１０に介装される調整弁１２と、からなる。
なお、フレーム３は基台部３Ａと骨組み部３Ｂとからなり、脈動圧発生部１を保持する。
【００１３】
以下、本脈動発生装置Ｐの各部の細部構造を更に図４・図５を参照しつつ説明する。
脈動圧発生部１
脈動圧発生部１は、駆動部５とクランク部６とピストン部７と脈動圧力発生室部８とを主たる要素とする。
（駆動部５）
駆動部５は、電動駆動のモータ１５と、該モータ１５の駆動軸に連動する減速機１６とからなり、減速機１６からの出力軸（駆動軸）１７はその下端に配されるカップリング１８を介してクランク部６へ駆動力を伝達する。
更に詳しくは、電動モータ１５は誘導方式を採り、インバータ制御がなされる。減速機１６は所定の歯車の組合せをもってモータ１５の回転速度を減速する。
電動モータ１５は後記するように、電気回路を介して制御盤（インバータ制御用グラウトパルサー制御盤）に電気接続される。
【００１４】
（クランク部６）
クランク部６はクランク箱２０内に配され、カップリング１８を介して連結されるクランク軸２１並びに該クランク軸２１のクランクピン２１ａに枢支される連結リンク２２を主体とする。
もっと詳しくは、クランク箱２０は密封状の四角箱状をなし、クランク軸２１はその上下部をクランク箱２０の上下に配された軸受２４に回転自在に保持される。クランクピン２１ａはクランク軸２１より所定の距離δだけ偏心する。
連結リンク２２はクランクピン２１ａにすべり軸受２５を介して回転自在に枢支される。
【００１５】
（クランク箱２０）
クランク箱２０は、内部にクランク室Ｋを有する四角箱体からなり、組立て式をもって構成される。各組立て部材はパッキンをもって液密にされる。
【００１６】
（ピストン部７）
ピストン部７は、往復の直線運動をなし、一端を回転動するクランク部６に連結され、他端を脈動圧力発生室部８の脈動圧力発生室Ｒに導かれ、圧力を付加する。
すなわち、該ピストン部７は、運動変換部２７とプランジャー２８とからなる。運動変換部２７は、一端がピン２９をもってクランク部６の連結リンク２２に枢支され、他端はプランジャー２８に一体に連結され、その中間部においてスラスト軸受３０に軸運動自在に保持され、かつパッキン３１をもって密封される。プランジャー２８は、一端を運動変換部２７の端部にねじ３３をもって連結され、他端は脈動圧力発生室部８に臨み、その中間部においてＶパッキン３４を介して液密に保持される。３５は該Ｖパッキン３４を固定保持する押し輪である。
【００１７】
（脈動圧力発生室部８）
脈動圧力発生室部８は、内部に脈動圧力発生室Ｒを形成する円筒状容器体３６をもって構成され、前壁３６ａに孔３７をもってプランジャー２８を受入れ、円筒壁３６ｂの側部にグラウト流入口３８を有し、後壁３６ｃにグラウト流出口３９を有する。円筒壁３６ｂの上部には更に、連通口４０を有する。
グラウト流入口３８はグラウトポンプ側の配管（主配管５０ａ）に接続される。グラウト流出口３９は岩盤注入部側の配管（主配管５０ａ）に接続される。
この脈動圧力発生室部８における通常採られる容量は５００ｃｃ程度であり、また、発生圧力は通常値で１．０±１．０ＭＰａ、最大値として３．０±１．５ＰＭａが選ばれる。
【００１８】
（フレーム３との取付け）
フレーム３は基台部３Ａと骨組み部３Ｂとからなるが、基台部３Ａは所定厚の矩形平板状をなし、骨組み部３Ｂはその柱材及び梁材によりラーメン構造を採り、その下部を基台部３Ａの前部に剛結される。脈動圧発生部１の駆動部５は骨組み部３Ｂの上部に載置固定され、その余の部分６，７，８は基台部３Ａ上に固定される。
なお、４２はクランク室２０と容器体３６との繋ぎ材である。
【００１９】
脈動振幅調整部２
脈動振幅調整部２は、連通管１０と空気室部１１と調整弁１２とからなる。
（連通管１０）
連通管１０は、所定の内径を有する剛性管であって、前記した脈動圧力発生室部８の連通口４０に連通して立設される。該連通管１０は本実施形態では直管状を採るが、曲がり管を使用することを妨げるものではない。
【００２０】
（空気室部１１）
空気室部１１は、連通管１０に連通して該連通管１０の上位に配され、剛性体をもって球状もしくは円筒状に形成されるとともに、内部に所定容量の空気室Ｓを有し、大きな内圧に耐える。通常は４リットルの容量が確保される。
該空気室部１１の上部には更に水洗いポート４４が装着される。該水洗いポート４４は適宜省略される。
【００２１】
（調整弁１２）
調整弁１２は、連通管１０の途中に介装される弁体部４６と、該弁体部４６の弁体の開度を自在に調整する電動式操作部４７とからなる。弁体部４６は例えばボール弁体が採用されるが、他の弁体形態 (例えば，仕切り弁、バタフライ弁など) を除外するものではない。電動式操作部４７は内部に電気モータの電動駆動部が組み込まれ、該電動駆動部が外部からの信号を受けて弁体に連動する駆動軸を回転させ、弁体を所望の開度に制御する。これにより遠隔操作がなされる。
なお、該調整弁１２は手動式も可能であり、手動式とする場合は、電動式操作部４７は設けない。
【００２２】
（グラウト施工システム）
図６はこの脈動発生装置Ｐが適用されるグラウト施工システムの全体を示す。
図示されるとおり、このグラウト施工システムは、グラウト配管系Ａと制御系Ｂとからなる。
図において更に、Ｅは地盤特には岩盤を示し、該地盤Ｅに注入孔Ｈがボーリングマシーンをもって穿孔される。
【００２３】
グラウト配管系Ａは、配管５０特には主配管５０ａを主体とし、該主配管５０ａの始点に配されるグラウトミキサ５１より順次、グラウト (注入) ポンプ５２、圧力・流量調節器５３、本脈動発生装置Ｐが配され、更に、当該脈動発生装置Ｐより圧力計５４を介して終点の岩盤注入部５５に至る。
圧力・流量調節器５３よりグラウトミキサ５１に戻し管５０ｂが配される。
本脈動発生装置Ｐにおいて、グラウト流入口３８は主配管５０ａの上流側に接続され、グラウト流出口３９は主配管５０ａの下流側に接続される。
岩盤注入部５５は、地盤Ｅに穿設された注入孔Ｈの入口近傍部に密封状に配されるパッカー５６、該パッカー５６を貫通し主配管５０ａが接続される注入管５７、及び孔内圧力計５８からなる。該孔内圧力計５８は場合によっては省略することも可能である。
【００２４】
制御系Ｂは、本脈動発生装置Ｐに接続されるグラウトパルサー制御盤６０及び開度指令スイッチ６１、その他、グラウト管理装置６２、動的グラウチング管理装置６３，６４、グラウトパルサー計測盤６５よりなる。なお、グラウトパルサー制御盤６０、グラウトパルサー計測盤６５は本脈動発生装置Ｐの近傍に配され、また、開度指令スイッチ６１、グラウト管理装置６２、動的グラウチング管理装置６３，６４のそれぞれは更に離れた位置あるいは可及的遠隔位置に配される。
もっと詳しくは、グラウトパルサー制御盤６０は、本脈動発生装置Ｐの駆動部５のモータ１５に接続され、開度指令スイッチ６１は、本脈動発生装置Ｐの調整弁１２の操作部４７に接続される。該モータ１５は、グラウトパルサー制御盤６０からの信号により、所定の回転数が指示される。
圧力・流量調節器５３からはその検出信号がグラウト管理装置６２に送られ、グラウト管理装置６２の表示部に表示・記録されるとともに、グラウト管理装置６２の指令信号に基づいて圧力・流量調節器５３の制御圧力及び流量が決められる。
圧力計５４並びに孔内圧力計５８からの圧力検出信号は、グラウトパルサー計測盤６５を介して動的グラウチング管理装置６３，６４に送られ、該動的グラウチング管理装置６３，６４の表示部にその圧力値が表示される。その表示値はまたグラウトパルサー計測盤６５にも表示される。
【００２５】
（本実施形態の作用）
本実施形態の脈動発生装置Ｐは、上記したグラウト施工システム中に組み込まれ、グラウト施工において以下の作用を発揮する。
本実施形態においては、グラウト施工対象を岩盤とされ、該岩盤に穿設されたトンネル内に当該脈動発生装置Ｐが配されるが、トンネル外に配する態様を除外するものではない。そして、トンネル内への配設においては、注入孔Ｈの掘削に供せられたボーリンクマシーンへの装着がなされる。
【００２６】
以下、グラウト材の流れに順じて説明する。
グラウトミキサー５１にセメント及び水が所定割合（例えば、Ｗ／Ｃ＝８）をもって適宜量投入され、アジテータ５１ａにより混合攪拌され、所定品質のグラウト材が形成される。グラウトポンプ５２の作動により、グラウト材は所定圧（基準圧、例えば１．０ＭＰａ）をもって配管５０の主配管５０ａに圧送され、圧力・流量調節器５３を介して本脈動発生装置Ｐに送られる。
圧力・流量調節器５３においては、所定の設定圧力・流量値に基づいて、設定圧力・流量値を超えるグラウト材が送られると戻し管５０ｂに戻され、常時所定圧力及び流量のグラウト材を下流側に送る。
【００２７】
本実施形態の脈動発生装置Ｐにおいて、駆動部５はグラウトパルサー制御盤６０の指令に基づきグラウトに付加する脈動の周波数（例えば７Ｈｚ）に対応する所定の回転数の指示を受けて電動モータ１５が駆動され、減速機１６を経て出力軸１７を回転（例えば４２０ｒｐｍ）する。駆動部５の駆動によりクランク部６が駆動され、連結リンク２２を往復動する。連結リンク２２の運動によりピストン部７は往復の直線動をなし、プランジャー２８をもって脈動圧力発生部８の脈動圧力発生室Ｒに脈動圧を生じさせる。
すなわち、前記した圧力・流量調節器５３を経て配管５０より所定の注入圧をもって圧送されるグラウト材は、グラウト流入口３８より脈動圧力発生室Ｒに導かれ、ピストン部７の振動圧力を受け、基準圧に振動圧力の重畳された圧力としてグラウト流出口３９より配管５０に吐出される。
この振動圧力の大きさすなわち振幅は、脈動圧力発生室Ｒの容量、プランジャー２８の径・ストローク・速度、等を主たる要因として決定される。
なお、当該脈動圧力発生室Ｒより出力される基準圧に振動圧力の重畳された圧力を「原圧力」と定義する。
【００２８】
一方、脈動圧力発生室Ｒ内のグラウト材は、脈動圧力発生室Ｒの上位に配された脈動振幅調整部２の連通管１０が閉じた状態であれば原圧力の状態でグラウト流出口３９より吐出されるが、該連通管１０が開いた状態、換言すれば調整弁１２が開弁状態であればグラウト材は空気室部１１に導かれる。
調整弁１２は開度指令スイッチ６１の指令に基づいて適宜の開度を採る。
ここで、調整弁１２が全開であるとき、原脈動圧に対し下限値の振幅率を採り、調整弁１２の締込みに応じて次第に振幅率を増加させてゆく。
図７はこの調整弁１２の開度と注入圧力振幅、振幅率の関係の一例を示す。
本例では、４．０リットルのエアチャンバを使用し、１．０ＭＰａの基準圧力（Ｐ１）に±１．０ＭＰａの脈動圧力（Ｐ２）を重畳させたものであり、ボール弁の開度（全開、４５°、６０°）により、全開においては振幅率（Ｐ２／Ｐ１）が７％程度、４５°においては２０％程度、６０°においては６０％程度を示す。図７中、Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３はそれぞれの各波形を示す。図示されるように、Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３は同一の周波数を示し、その振幅は基準圧力より±７％，２０％，６０％の振幅率で脈動する。
その他試験例によれば、注入圧力が１．０ＰＭａ以下の低圧力の範囲では、バルブ開度を全開から４５°程度に閉めるだけで振幅を大きくすることができるが、注入圧力が２．０，３．０ＭＰａ程度になると、バルブ開度を全開から４５°程度に閉め込んでもさほど振幅の変化は見られず、６０°にすると振幅率の変化が顕著になる傾向が見出される。
すなわち、調整弁１２の開度により適宜の振幅率が得られるものである。
【００２９】
脈動発生装置Ｐのグラウト流出口３９より吐出されたグラウト材は更に主配管５０ａを流れ、配管５０ａの圧力計５４を経て岩盤注入部５５に導かれる。
グラウト材は注入孔Ｈより所定の圧力で地盤（岩盤）Ｅ内へ注入される。
圧力計５４，５８からの検出信号はグラウトパルサー計測盤６５へ送られ、更にその実測圧力値（実振幅値）は、動的グラウチング管理装置６３，６４に送られ、該動的グラウチング管理装置６３，６４の表示部にその圧力値が表示される。
作業者は当該実振幅値と所定の岩盤状況に見合って設定された設定振幅値とを比較し、所望の効果を得るべく、開度指令スイッチ６１を操作してその偏差をゼロへと導く。すなわち、実振幅値が設定振幅値を上回っているときには、調整弁１２の開度を大きくするように開度指令スイッチ６１を操作し、逆に、実振幅値が設定振幅値を下回っているときには、調整弁１２の開度を閉め込むように開度指令スイッチ６１を操作する。
【００３０】
（本実施形態の効果）
以上のように、本実施形態によれば、迅速かつ容易に脈動圧力の振幅の制御ができ、これにより所望の脈動圧力を対象岩盤に付与することができ、効果的なグラウト施工を達成し得る。更には、複雑な機構の脈動発生装置を使用することなく、また脈動発生装置の駆動系を改変することもなく、脈動振幅調整部２の脈動圧力発生室部８への簡単な取り付け作業で済み、装置の低廉化を図ることができる。
また、そのグラウト施工用脈動発生装置によれば、装置が小型化し、穿孔機械（ボーリングマシーン）に装備することができ、狭隘なトンネル内での施工が容易となる。
【００３１】
（他の態様）
図８は脈動振幅調整部の他の態様を示す。図において、叙上の態様と同一の部材に付いては同一の符号が附されている。
この脈動振幅調整部２Ａは先のものと同様、脈動発生装置Ｐの脈動圧力発生室部８の連通口４０に連通して配され、連通管１０と弾性制御箱７０とからなる。 弾性制御箱７０は円筒状の容器体であって、所定の容量を有し、下半部の空間Ｓにはリブ７１が縦設され、該リブ７１上に弾性体７２の下面に固定された受蓋７３が載置される。弾性体７２は所定の弾性率を有し、ゴム状体よりなる。一方、弾性制御箱７０の天井板７０ａの中心には孔７０ｂが開設され、該孔７０ｂに臨んでナット体７４が固設され、該ナット体７４のねじ孔７４ａに調整用ねじ棒７５が螺合され、その下端を弾性体７２の上面に載置された押え体７６に回転自在に押し当てる。７５ａはねじ部、７５ｂは回動用頭部である。
ねじ棒７５を締め込むことにより押え体７６を介して弾性体７２を圧縮し、その弾性率を大きくし、ねじ棒７５を緩めることにより弾性体７２の復元力により弾性率を小さくする。
この弾性体７２の弾性率の調整により脈動圧力の振幅の制御に供する。
【００３２】
本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の基本的技術思想の範囲内で種々設計変更が可能である。
【００３３】
【発明の効果】
本発明のグラウト施工システムにおける脈動圧力振幅制御機構及びその制御方法によれば、当該システムの要部である脈動圧力発生室に付加して、簡単な構造の圧力を低減する振幅調整手段を連通状に配することにより迅速かつ容易に脈動圧力の振幅の制御ができ、これにより所望の脈動圧力を対象岩盤に付与することができ、効果的なグラウト施工を達成し得る。更には、複雑な機構の脈動発生装置を使用することなく、また脈動発生装置の駆動系を改変することもなく、当該振幅調整手段の脈動圧力発生室への簡単な取り付け作業で済み、装置の低廉化を図ることができる。
また、本発明のグラウト施工用脈動発生装置によれば、装置が小型化し、穿孔機械（ボーリングマシーン）に装備することができ、狭隘なトンネル内での施工が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のグラウト施工システムに使用される脈動発生装置の一実施形態を示す全体構成図。
【図２】 図１の２線方向矢視図。
【図３】 図１の３線方向矢視図。
【図４】 本脈動発生装置の脈動圧発生部の拡大断面図。
【図５】 図４の５−５線矢視図。
【図６】 本発明の適用されるグラウト施工システムの全体の概略構成図。
【図７】 バルブ開度による注入圧力振幅−振幅率関係図。
【図８】 脈動振幅調整部の他の構成例を示す図。
【符号の説明】
Ｐ…脈動発生装置、Ｒ…脈動圧力発生室、Ｓ…空気室、１…脈動圧発生部、２，２Ａ…脈動振幅調整部、５…駆動部、６…クランク部、７…ピストン部、８…脈動圧力発生室部、１０…連通管（立上げ管）、１１…空気室（エア・チャンバー）部、１２…調整弁
Claims (7)
- 地盤、岩盤等の亀裂や空隙内に圧力をかけて注入されるグラウト材に対し、その注入圧力に所定の周波数域の脈動圧力を付加するグラウト施工システムにおいて、
基準圧力の付与されたグラウト材が導入され，該グラウト材に脈動的に圧力を付加する脈動圧力発生室を有し、
前記脈動圧力発生室からの脈動圧力付きグラウト圧力に対し、前記付加された脈動圧力の振幅を低減させるとともに、低減の度合いを変化させ該脈動圧力の振幅を調整的に制御する振幅調整手段を備えてなる、
ことを特徴とするグラウト施工システムにおける脈動圧力振幅制御機構。 - 請求項１において、振幅調整手段は、脈動圧力発生室に立上げ管を介して連通し、圧力の付与されたグラウト材を導入し所定の容量を有する空気室と、前記立上げ管に介装される開度の調整される調整弁と、からなるグラウト施工システムにおける脈動圧力振幅制御機構。
- 請求項１において、振幅調整手段は、脈動圧力発生室に立上げ管を介して連通し、圧力の付与されたグラウト材を導入し、所定の容量を有するとともに弾性体が装入されてなる弾性室からなるグラウト施工システムにおける脈動圧力振幅制御機構。
- 地盤、岩盤等の亀裂や空隙内に圧力をかけて注入されるグラウト材に対し、その注入圧力に所定の周波数域の脈動圧力を付加するグラウト施工方法において、
基準圧力の付与されたグラウト材が導入され該グラウト材に脈動的に圧力を付加する脈動圧力発生室を有し、
前記脈動圧力発生室からの脈動圧力付きグラウト圧力に対し、前記付加された脈動圧力の振幅を低減させるとともに、低減の度合いを変化させ該脈動圧力の振幅を調整的に制御する、
ことを特徴とするグラウト施工における脈動圧力振幅制御方法。 - 地盤、岩盤等の亀裂や空隙内に圧力をかけて注入されるグラウト材に対し、その注入圧力に所定の周波数域の脈動圧力を付加するグラウト施工方法において、
基準圧力の付与されたグラウト材が導入され該グラウト材に脈動的に圧力を与える脈動圧力発生室と、前記脈動圧力発生室からの脈動圧力の付与されたグラウト材を導入し、所定の容量を有する空気室とを連通管を介して連通させ、
該連通管に開度の調整できる調整弁を介装し、
前記調整弁の開度により脈動圧力の振幅を調整的に制御する、
ことを特徴とするグラウト施工における脈動圧力振幅制御方法。 - 請求項５において、調整弁を遠隔操作するグラウト施工における脈動圧力振幅制御方法。
- 地盤、岩盤等の亀裂や空隙内に圧力をかけて注入されるグラウト材に対し、その注入圧力に所定の周波数域の脈動圧力を付加するとともに、該脈動圧力の振幅を低減的に制御してなされるグラウト施工システムに使用される脈動発生装置において、
電動モータよりなり、所定の周波数域に対応する回転数を与える駆動部、
前記駆動部の駆動軸に連動するクランク軸を有するクランク部、
前記クランク部のクランクピンに偏心機構を介して連動し所定のストロークで往復動するピストン部、
グラウト材の流入口及び流出口を有し、基準圧力のグラウト材が注入される脈動圧力発生室を有し、前記ピストン部の往復動により当該基準圧力のグラウト材に脈動圧力を与える脈動圧力発生室部、
を有し、
前記脈動圧力発生室には立上げ管を介して連通し、圧力の付与されたグラウト材が導入される所定の容量を有する空気室が設けられ、前記立上げ管には開度の調整できる調整弁が介装されてなる、
ことを特徴とするグラウト施工用の脈動圧力の振幅が低減的に制御される脈動発生装置。
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