JP4174443B2

JP4174443B2 - 噴射切削式地盤注入工法

Info

Publication number: JP4174443B2
Application number: JP2004082569A
Authority: JP
Inventors: 一藤沢; 武有光
Original assignee: East Japan Railway Co
Current assignee: East Japan Railway Co
Priority date: 2004-03-22
Filing date: 2004-03-22
Publication date: 2008-10-29
Anticipated expiration: 2024-03-22
Also published as: JP2005264656A

Description

本発明は地盤注入工法の改良に関するものであり、特に、高圧流体を噴射させて地盤を所定深さごとに切削した後に地盤への地質改良用注入材の注入を行う噴射切削式地盤注入工法に関する。

構造物や建築物は、地盤上部や地盤中に構築される基礎構造物により、上方からの荷重を地盤に伝達する。しかし、地盤が軟弱である場合などにおいては、地盤の土砂そのものを改良し、支持力の増強、沈下の防止、透水性の低減（止水性の向上）等を図る必要がある。このために用いられる工法は地盤改良工法と呼ばれる。この地盤改良工法の一つとして、「地盤注入工法」がある。

地盤注入工法では、図示はしていないが、まず、地表から地盤中に孔（以下、「地盤孔」という。）を削孔して形成する。その後、管状の部材（以下、「注入管」という。）を地盤孔の中に挿入する。注入管には、その下端部又は側部に開口（以下、「注入口」という。）が設けられている。

次に、地上側では、地質改良用注入材を生成する。地質改良用注入材は、生成直後には液体状であるが、化学反応により流動性を失い土粒子どうしを固結する物質である。この地質改良用注入材としては、例えば、セメントミルクなどが用いられる。セメントミルクは、セメントに水を加えてゾル（コロイド粒子が分散媒の中に分散して液状になったもの）の状態となったものであり、セメント懸濁液ともいう。セメントミルクは、セメントの水和反応が進行することにより、時間の経過により、セメント水和物が硬化して固体化する性質（以下、「経時自硬性」という。）を有している。このため、ある時間が経過すると、硬化したセメント水和物は、土粒子どうしを固結する。

また、他の地質改良用注入材としては、例えば、水ガラス系注入材が用いられる。水ガラス系注入材は、ケイ酸ソーダ（ケイ酸（ＳｉＯ₂）とアルカリ（Ｎａ₂Ｏ）の混合液）のゾル液を主剤とし、これに硬化剤と呼ばれる液を加えると、脱水化、重合等の化学反応が起こり、ケイ酸（ＳｉＯ₂）がゲル（コロイド粒子が相互作用により流動性を失って固化した状態となったもの）として分離されるものである。分離してゲル化したケイ酸は、粘着力を有しており、地盤を固結させるとともに地盤に止水性を発揮させる。この種の水ガラス系注入材の場合は、生成直後からゲル化するまでの時間を「ゲルタイム」という。

地質改良用注入材としては、そのほか、シリカ系、高分子系などの種々のものがあり、地質や、施工条件等により、適宜のものが選択される。また、地質改良用注入材は、コロイドの形態をとるもののほか、溶液の形態をとるものも使用可能である。この溶液には、溶媒として水（Ｈ₂Ｏ）を用いる水溶液のほか、有機溶媒を用いる有機溶液が含まれる。

上記のようにして地上側の注入材生成プラント（図示せず）などで生成された地質改良用注入材は、生成直後には液体状であり、ホース（図示せず）などにより、送出ポンプ（図示せず）に送られ、送出ポンプからさらにホース（図示せず）などを経て、注入管の上端から注入管の中へ送り込まれる。その後、地質改良用注入材は、注入管の下端部又は側部に設けられた注入口から外部（地盤孔）へ放出される。地質改良用注入材には、送出ポンプにより圧力がかけられているから、地盤孔の孔壁の土粒子間の間隙などから、さらにその内部の地盤の中へ浸透させられ又は押し込まれる。これにより、地盤内部の土粒子間の間隙に地質改良用注入材が注入された後に固化（ゲル化）し、地盤の性質が改良される。（特許文献１を参照）。

しかし、従来の地盤注入工法では、図５に示すように、地盤２０１に地盤孔２０２を削孔し、注入管２２０を挿入し、注入孔２２０ａ１、２２０ａ２などを用いて、地盤孔２０２の孔底から上方に向けて段階的に地質改良用注入材Ｇを地盤２０１中へ浸透させ、固化させた場合であっても、対象となる地盤の透水係数の値とその不均一性、地質改良用注入材の粘性や実際のゲルタイム等の種々の要因により、図５（Ｃ）において符号Ｎ１１〜Ｎ１４で示すような地質改良がなされずに残った領域（以下、「未改良領域」という。）が生じてしまうことがある。このような事態になると、その後に構築する構造物の地盤支持力が不足したり、十分な止水性能が得られない、などの問題が発生する原因となる。
特開２００３−２１３６６４号公報

本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、本発明の解決しようとする課題は、地盤孔の周囲の地盤にほぼ隙間無く地質改良領域を形成することが可能な地盤注入工法を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の請求項１に係る噴射切削式地盤注入工法は、
削孔手段と昇降駆動手段により地盤を下方に向けて削孔して地盤孔を形成し所定の第１地中深度位置に到達した後、
下部に注入孔を有するとともに下端側部にノズル穴が形成された注入管をその下端が前記第１地中深度位置に達するまで前記地盤孔中に挿入し、前記注入管に高圧流体供給手段を接続して前記ノズル穴から側方の地盤に向けて高圧流体を噴射させるとともに前記注入管を回転駆動手段により回転させ前記地盤孔の前記第１地中深度位置の周囲の地盤を切削して略円盤状の注入用空隙を形成し、
次いで前記削孔手段と昇降駆動手段により前記地盤孔の底部から下方へ地盤をさらに削孔して前記地盤孔を掘り下げ所定の第２地中深度位置に到達した後、前記注入管をその下端が前記第２地中深度位置に達するまで昇降駆動手段により前記地盤孔中を下降させ、前記高圧流体供給手段により前記ノズル穴から側方の地盤に向けて高圧流体を噴射させるとともに前記注入管を前記回転駆動手段により回転させ前記地盤孔の前記第２地中深度位置の周囲の地盤を切削して略円盤状の注入用空隙を形成し、
以下同様にして所定の第ｎ地中深度位置に至るまでの各地中深度位置の周囲の地盤を前記高圧流体により切削して略円盤状の注入用空隙を各地中深度位置ごとに形成し、
次いで前記注入管の下端が最下部の前記第ｎ地中深度位置にある状態で前記注入管に注入材供給手段を接続し前記注入孔から地質改良用注入材を流出させ前記注入用空隙を通して前記第ｎ地中深度位置の周囲の地盤内に地質改良用注入材を浸透させた後に固化させて第１地質改良領域を形成し、
次いで前記注入管の下端を一段階上方の第（ｎ−１）地中深度位置まで引き上げた後に前記注入材供給手段により前記注入孔から地質改良用注入材を流出させ前記注入用空隙を通して前記第（ｎ−１）地中深度位置の周囲の地盤内でかつ前記第１地質改良領域とほぼ接するか又は前記第１地質改良領域と重複する地中領域に地質改良用注入材を浸透させた後に固化させて第２地質改良領域を形成し、
以下同様にして前記第１地中深度位置に至るまでの各地中深度位置の周囲の地盤内でかつ直下で隣接する地質改良領域とほぼ接するか又は前記直下で隣接する地質改良領域と重複する地中領域に前記注入用空隙を通して地質改良用注入材を浸透させた後に固化させた地質改良領域を各地中深度位置ごとに形成すること
を特徴とする。

また、本発明の請求項２に係る噴射切削式地盤注入工法は、
請求項１記載の噴射切削式地盤注入工法において、
前記高圧流体は、高圧の水、又は高圧の水と空気の混合体であること
を特徴とする。

また、本発明の請求項３に係る噴射切削式地盤注入工法は、
請求項１記載の噴射切削式地盤注入工法において、
前記注入管は、単管ロッド式、又は二重管ロッド式、又はシングルストレーナー式、若しくは二重管ダブルパッカー式であること
を特徴とする。

また、本発明の請求項４に係る噴射切削式地盤注入工法は、
請求項１記載の噴射切削式地盤注入工法において、
前記注入管内には、前記高圧流体供給手段と前記ノズル穴とを連絡する高圧流体配管と、前記注入材供給手段と前記注入孔とを連絡する注入材配管が、それぞれ独立に内蔵されること
を特徴とする。

また、本発明の請求項５に係る噴射切削式地盤注入工法は、
請求項４記載の噴射切削式地盤注入工法において、
前記地質改良用注入材として、主剤と、当該主剤を急速に硬化させる硬化剤を用い、
前記注入材供給手段は、前記主剤を供給する主剤供給手段と、前記硬化剤を供給する硬化剤供給手段を有し、
前記注入孔は、前記主剤を流出させる主剤孔と、前記硬化剤を流出させる硬化剤孔を有し、
前記注入材配管内には、前記主剤供給手段と前記主剤孔とを連絡する主剤配管と、前記硬化剤供給手段と前記硬化剤孔とを連絡する硬化剤配管が、それぞれ独立に内蔵されること
を特徴とする。

本発明に係る噴射切削式地盤注入工法においては、地盤を下方に向けて削孔して地盤孔を形成し所定の地中深度位置に到達した後、注入管の下端がその地中深度位置に達するまで地盤孔中に挿入し、注入管のノズル穴から側方の地盤に向けて高圧流体を噴射させるとともに注入管を回転させその地中深度位置の周囲の地盤を切削して略円盤状の注入用空隙を形成する工程を、注入管を段階的に下降させつつ繰り返し行い、その後、注入管を段階的に上昇させつつ、注入用空隙が形成されている各地中深度位置ごとに、注入管の注入孔から地質改良用注入材を流出させ注入用空隙を通して各地中深度位置の周囲の地盤内に地質改良用注入材を浸透させた後に固化させて地質改良領域を形成する工程を繰り返し行うように構成したため、各地中深度位置において直下で隣接する地質改良領域とほぼ接するか又は重複する地中領域をもれなく地質改良することができる、という効果を有している。また、地盤中に略円盤状の注入用空隙が形成されるため、地質改良用注入材を浸透させる面の面積が拡大し、注入速度が速くなる。したがって、注入全体の施工期間を短縮することができる、という効果を有している。さらに、注入により得られる地質改良領域について、対象となる地盤の透水係数の値とその不均一性、地質改良用注入材の粘性や実際のゲルタイム等の種々の要因による不確実性の影響を受けることが少なくなり、従来よりも均一で信頼性の高い地盤注入が可能となる、という効果も有している。

以下に説明する実施例は、地盤を下方に向けて削孔して地盤孔を形成し所定の地中深度位置に到達した後、注入管の下端がその地中深度位置に達するまで地盤孔中に挿入し、注入管のノズル穴から側方の地盤に向けて高圧の水と空気の混合体を噴射させるとともに注入管を回転させその地中深度位置の周囲の地盤を切削して略円盤状の注入用空隙を形成する工程を、注入管を段階的に下降させつつ繰り返し行い、その後、注入管を段階的に上昇させつつ、注入用空隙が形成されている各地中深度位置ごとに、注入管の注入孔から地質改良用注入材を流出させ注入用空隙を通して各地中深度位置の周囲の地盤内に地質改良用注入材を浸透させた後に固化させて地質改良領域を形成する工程を繰り返し行うように構成したものであり、従来の地盤注入工法の注入管と注入材生成プラントに簡易な変更を施すことによって容易に実施可能である。また、地質改良用注入材の地盤への注入の施工自体については、従来と同様であり、本発明を実現するための構成として最良の形態である。

以下、本発明の第１実施例について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１実施例である噴射切削式地盤注入工法の施工手順を説明する図である。

最初に、本発明の第１実施例である噴射切削式地盤注入工法の施工手順を説明する。

まず、地盤１を下方に向けて削孔し、略円柱状の空洞である地盤孔２を形成し、所定の第１地中深度位置まで到達させる（図１（Ａ）参照）。

その後、注入管２０を地盤孔２の中へ挿入し、注入管２０の下端を、地盤孔２の底部である孔底２ａ１の第１地中深度位置付近に到達させる。その後、注入管２０の下部に設けられたノズル穴２０Ｎから、地盤孔２の孔底２ａ１の側方の地盤１に向けて高圧気水Ｈを噴射させる。高圧気水Ｈは、高圧の水と空気の混合体である。また、この高圧気水Ｈの噴射時には、同時に、注入管２０を回転させる。このようにして、地盤孔２の第１地中深度位置の周囲の地盤１を切削する（図１（Ｂ）参照）。

上記した地盤の噴射切削により、略円盤状の注入用空隙Ｖ１が形成される。次に、地盤孔２の孔底２ａ１から下方へ地盤１をさらに削孔して地盤孔２を掘り下げ、第２地中深度位置に到達させる。その後、注入管２０を下降させ、注入管２０の下端を、地盤孔２の新たな底部である孔底の位置である第２地中深度位置付近に到達させる。次に、注入管２０の下部に設けられたノズル穴２０Ｎから、地盤孔２の孔底の側方の地盤１に向けて高圧気水Ｈを噴射させるとともに、注入管２０を回転させる。このようにして、地盤孔２の第２地中深度位置の周囲の地盤１を切削し、略円盤状の注入用空隙Ｖ２を形成する。以下、同様にして、孔底２ａ２の地中深度位置である第４地中深度位置に至るまでの各地中深度位置の周囲の地盤１を高圧気水により切削して略円盤状の注入用空隙Ｖ３、Ｖ４を各地中深度位置ごとに形成させる（図１（Ｃ）参照）。ここに、第４地中深度位置は、特許請求の範囲における第ｎ地中深度位置に相当している。また、第３地中深度位置は、特許請求の範囲における第（ｎ−１）地中深度位置に相当している。

次に、注入管２０の注入孔（例えば注入管２０の下部にある注入孔２０ａ１）が最下部の第４地中深度位置の付近にある状態で、その注入孔２０ａ１から地質改良用注入材Ｇを流出させる。この地質改良用注入材Ｇは、上記のようにして形成された略円盤状の注入用空隙Ｖ４の中に入り込み、この注入用空隙Ｖ４を通してさらに奥の地盤へ到達する。そして、同時に、注入用空隙Ｖ４の地盤露出肌面から内部の地盤中へ浸透する（図１（Ｄ）参照）。この場合、注入管２０による地質改良用注入材Ｇの注入方法として、例えば、後述するような「二重管ダブルパッカー式」の注入を用いることができる。「二重管ダブルパッカー式」の注入の場合には、注入管を外管と内管と上下のパッカーで構成し、外管をそのままの位置で動かさず、内管を上下のパッカーとともに注入用空隙の位置となるように昇降させ、内管の注入孔の位置がその注入用空隙の位置となったときにその注入用空隙への地質改良用注入材の注入を行うようにする。

その後、地質改良用注入材Ｇは固化し、注入用空隙Ｖ４を内部に包含するような厚い円盤状（又は短い円柱状）の領域の地盤の地質が改良され、第１地質改良領域Ｚ１が形成される。次に、注入管２０の注入孔が、第４地中深度位置から、一段階上方の第３地中深度位置の付近になるようにする。そして、その第３地中深度位置で、第３地中深度位置付近にある注入孔から地質改良用注入材Ｇを流出させる。この地質改良用注入材Ｇは、略円盤状の注入用空隙Ｖ３の中に入り込み、注入用空隙Ｖ３を通してさらに奥の地盤へ到達し、同時に、注入用空隙Ｖ３の地盤露出肌面から内部の地盤中へ浸透する。その後、地質改良用注入材Ｇは固化し、注入用空隙Ｖ３を内部に包含するような厚い円盤状（又は短い円柱状）の領域の地盤の地質が改良され、第２地質改良領域Ｚ２が形成される（図１（Ｅ）参照）。この場合、第２地質改良領域Ｚ２は、図に示すように、第１地質改良領域Ｚ１とほぼ接するか又は重複するように形成される。

以下、同様にして、第１地中深度位置に至るまでの各地中深度位置において、地質改良用注入材Ｇの地盤注入を行い、その地中深度位置の周囲の地盤内に、第３地質改良領域Ｚ３、第４地質改良領域Ｚ４を形成させる。この場合、第３地質改良領域Ｚ３は、その直下で隣接する地質改良領域である第２地質改良領域Ｚ２とほぼ接するか又は重複している。また、最上部の第４地質改良領域Ｚ４は、その直下で隣接する地質改良領域である第３地質改良領域Ｚ３とほぼ接するか又は重複している（図１（Ｆ）参照）。

このようにして、本発明の第１実施例である噴射切削式地盤注入工法によれば、各地中深度位置における地盤注入により、その直下で隣接する地質改良領域とほぼ接するか又は重複する地中領域をもれなく地質改良することができる。

次に、上記した施工手順を実現するための注入装置、注入管等の具体的構成について、図を参照しつつ説明を行う。図２は、本発明の第１実施例である噴射切削式地盤注入工法に用いる地盤注入装置の全体構成を示す図である。

図２に示すように、この地盤注入装置１０は、本体１１と、高圧気水プラント１２と、注入材プラント１３と、注入管２０を備えて構成されている。

本体１１は、基台１１ａと、支柱１１ｂと、昇降駆動部１１ｃと、回転駆動部１１ｄを有している。基台１１ａは、鋼材等で作製された板状の部材であり、地盤注入の施工を行う地盤孔２の位置の地盤１の地表に設置され、本体１１の全体を、その上に載置して支持する部材である。支柱１１ｂは、基台１１ａの上に略鉛直上方に向けて立設された柱状の部材である。昇降駆動部１１ｃは、支柱１１ｂに支持され、支柱１１ｂを利用して鉛直上方に向けて上昇移動、又は鉛直下方に向けて下降移動が可能となっている。この昇降駆動部１１ｃは、特許請求の範囲における昇降駆動手段に相当している。また、回転駆動部１１ｄは、昇降駆動部１１ｃに支持されており、注入管２０を確実に把持し、注入管２０の長手中心線を回転中心として注入管２０を回転駆動できるようになっている。この回転駆動部１１ｄは、特許請求の範囲における回転駆動手段に相当している。

注入管２０は、地表から地盤１の鉛直下方に向けて掘削された略円柱状の孔である地盤孔２中に挿入されている。注入管２０の外径は、地盤孔２の内径よりも小さい値に設定されている。

注入管２０は、回転駆動部１１ｄにより保持されている。回転駆動部１１ｄには、図示はしていないが、チャック機構と回転駆動機構が設けられている。チャック機構は、注入管２０をつかみ、又は離す機構である。また、回転駆動機構は、チャック機構によりつかまれた注入管２０を、その中心軸のまわりに回転させる機構である。

回転駆動部１１ｄのチャック機構、昇降駆動部１１ｃの駆動源（図示せず）としては、例えば、油圧シリンダとピストン等を有する油圧駆動装置が使用可能である。油圧駆動装置は、電磁弁等を制御することにより、油圧シリンダ内に作動用油を送り込み、又は排出させ、これにより、油圧シリンダ内の油圧を制御し、ピストンを伸縮させる。また、回転駆動部１１ｄの回転駆動機構の駆動源としては、他の公知の回転駆動源、例えば、電動モータ、内燃機関等が使用可能である。

高圧気水プラント１２は、水タンク１２ａと、高圧気水送出ポンプ１２ｂと、高圧気水パイプ１２ｃと、高圧気水制御弁１２ｄと、圧力センサー１２ｅ１及び１２ｅ２を有している。高圧気水送出ポンプ１２ｂは、駆動源（図示せず）により、回転駆動又は直線往復駆動され、水タンク１２ａに収容されている水と空気から、高圧の水と高圧の空気の混合体である高圧気水を生成するポンプであり、生成された高圧気水は、高圧気水パイプ１２ｃによって送出される。ここに、高圧気水は、特許請求の範囲における高圧流体に相当している。また、水タンク１２ａと、高圧気水送出ポンプ１２ｂは、特許請求の範囲における高圧流体供給手段を構成している。

高圧気水パイプ１２ｃは、高圧気水の圧力に耐えうる硬質材料からなる管であり、高圧気水送出ポンプ１２ｂからの高圧気水を注入管２０に供給する。高圧気水制御弁１２ｄは、電気により駆動されるアクチュエータ（図示せず）を有し、コンピュータ等により開閉制御可能な弁である。圧力センサー１２ｅ１及び１２ｅ２は、高圧気水パイプ１２ｃ内の高圧気水の圧力を検出し監視するための圧力検出器である。

注入材プラント１３は、注入材生成ミキサー１３ａと、注入材送出ポンプ１３ｂと、注入材ホース１３ｃと、注入材制御弁１３ｄと、圧力センサー１３ｅ１及び１３ｅ２を有している。注入材生成ミキサー１３ａは、撹拌槽（図示せず）の中に、地質改良用注入材の原料又は素材を投入し、内部に設けられた撹拌羽根（図示せず）を回転駆動源によって回転させて、投入された原料等を撹拌することにより混合し練り混ぜ、液体状の地質改良用注入材を製造する。撹拌羽根の回転駆動源（図示せず）としては、公知の駆動源、例えば、電動モータ、内燃機関などが使用可能である。

注入材送出ポンプ１３ｂは、駆動源（図示せず）により、回転駆動又は直線往復駆動され、注入材生成ミキサー１３ａで生成された液体状の地質改良用注入材を送出するポンプであり、送出された地質改良用注入材は、注入材ホース１３ｃによって送出される。ここに、注入材生成ミキサー１３ａと、注入材送出ポンプ１３ｂは、特許請求の範囲における注入材供給手段を構成している。

注入材ホース１３ｃは、注入圧に耐えうる材料からなる管であり、注入材送出ポンプ１３ｂからの地質改良用注入材を注入管２０に供給する。注入材制御弁１３ｄは、電気により駆動されるアクチュエータ（図示せず）を有し、コンピュータ等により開閉制御可能な弁である。圧力センサー１３ｅ１及び１３ｅ２は、注入材配管１３ｃ内の注入材の圧力を検出し監視するための圧力検出器である。

また、図示はしていないが、上記の地盤注入装置１０は、本体１１と、高圧気水プラント１２と、注入材プラント１３を、始動又は停止させるよう制御する注入制御装置を有している。この注入制御装置は、図示はしていないが、スイッチのほか、コンピュータを内蔵しており、このコンピュータを外部から操作することにより、注入管２０の水平方向位置、鉛直方向位置を所望の位置にセットすることができ、かつ、高圧気水と注入材の流れや圧力を制御することができる。

次に、注入管２０の構成について、さらに詳細に説明する。図３は、図２に示す地盤注入装置における注入管の構成を示す図である。また、図４は、図３に示す注入管における内管のさらに詳細な構成を示す図である。

図３に示すように、この注入管２０は、いわゆる「二重管ダブルパッカー式」の注入管と、高圧気水噴出管とが組み合わされた構成を有している。

この注入管２０は、外管２１と、内管２２と、上部パッカー２３Ｕと、下部パッカー２３Ｌを有している。外管２１は、鋼等からなる両端開放の中空管状部材であり、その外径は、地盤孔２の内径よりも小さい値に設定されている。また、外管２１には、内部空洞と外部を連通する貫通孔である外管孔２１ａが複数設けられている。

内管２２は、外管２１の内部に収容される部材であり、図３及び図４（Ａ）に示すように、二重構造の管となっている。すなわち、内管２２の中央付近には、内管２２の長手方向（略鉛直上下方向）に延びる略円柱状の空洞である高圧気水空洞２２ｂが設けられている。この高圧気水空洞２２ｂと、上記した高圧気水パイプ１２ｃは、特許請求の範囲における高圧流体配管を構成している。

内管２２の底部は閉塞されており、図４（Ｂ）に示すように、高圧気水空洞２２ｂの下部は、略水平方向に向けて略直角に屈曲し、中央連絡口２２ｅから逆止弁２２ｃを経て、その空洞の内径が縮小し、小径のノズル穴２２Ｎによって外部と連通する。このノズル穴２２Ｎは、図１におけるノズル穴２０Ｎに相当している。また、内管２２の頂部は開口となっており、高圧気水空洞２２ｂの頂部開口は、上記した高圧気水パイプ１２ｃの先端開口と接続し連通している。

図４（Ｃ）及び図４（Ｄ）は、図４（Ｂ）における逆止弁２２ｃのさらに詳細な構成と作用を示した図である。図４（Ｃ）に示すように、逆止弁の弁室（弁空間）内において蝶番２２ｆで内管２２に取り付けられた弁体２２ｇは、高圧気水Ｈが図の右から入ってこない状態では、バネ（例えば圧縮コイルバネ）２２ｈで係止部２２ｉに押し付けられており、逆止弁は閉じられている。次に、高圧気水Ｈが図の右から入ってくると、弁体２２ｇは、高圧気水Ｈの圧力で図の左方へ押され、バネ（例えば圧縮コイルバネ）２２ｈは、この圧力によって縮み、弁体２２ｇは、蝶番２２ｆにより、図の左へ向けて回動する。これにより逆止弁が開き、高圧気水Ｈは、中央連絡口２２ｅから逆止弁２２ｃの弁室を通り、ノズル連絡口２２ｋを経てノズル穴２２Ｎへ流動することができる。また、高圧気水Ｈの圧力が低下すると、逆止弁２２ｃは閉じるから、高圧気水Ｈが高圧気水空洞２２ｂ等へ逆流することは阻止される。上記のバネ２２ｈは、高圧気水Ｈが通過できる構成であればよく、圧縮コイルバネ（弦巻バネ）以外の他の公知のバネを用いることができる。

一方、内管２２の内部には、内管２２の中央の高圧気水空洞２２ｂを取り囲むようにして、その周囲に、内管２２の長手方向（略鉛直上下方向）に延びる略円筒状の空洞である注入材空洞２２ｄが設けられている。この注入材空洞２２ｄと、上記した注入材ホース１３ｃは、特許請求の範囲における注入材配管を構成している。

内管２２の底部は閉塞されており、注入材空洞２２ｄの下部は閉塞されている。また、内管２２の外壁には、注入材空洞２２ｄと、内管２２の外部を連通する貫通孔である内管注入孔２２ａが複数設けられている。内管２２の頂部は開口となっており、注入材空洞２２ｄの頂部開口は、上記した注入材ホース１３ｃの先端開口と接続し連通している。

このように、内管２２においては、高圧気水用の高圧気水空洞２２ｂと、注入材用の注入材空洞２２ｄが、それぞれ独立に、すなわち、内管２２の内部では互いの間を流体が移動できない状態で内蔵されている。

また、内管２２の下部付近の周囲には、下部パッカー２３Ｌと、下部パッカー２３Ｌの上方に上部パッカー２３Ｕが設置されている。これらのパッカーは、例えば、突起２２ｍ、あるいは固定具２４により、内管２２に嵌合、又は固定されている。下部パッカー２３Ｌ及び上部パッカー２３Ｕは、弾性を有するゴム系材料などからなり、円盤の中央に円形開口が形成された形状などに形成されている。この下部パッカー２３Ｌ及び上部パッカー２３Ｕの外径は、外管２１の内径よりもやや大きな値に設定されている。このため、下部パッカー２３Ｌ及び上部パッカー２３Ｕを付けた状態で内管２２を外管２１の中に押し込むと、ゴム系材料の弾性により、下部パッカー２３Ｌ及び上部パッカー２３Ｕは外管２１の内壁に密着し、下部パッカー２３Ｌの上方から下方へ液体等が漏れないようにすることができる。まったく同様にして、上部パッカー２３Ｕの下方から上方へ液体等が漏れないようにすることができる。また、上記した内管注入孔２２ａは、上部パッカー２３Ｕと下部パッカー２３Ｌで挟まれる範囲にのみ設けられている。

上記のような構成により、内管２２を昇降させると、上部パッカー２３Ｕと下部パッカー２３Ｌも一緒に昇降し、上部パッカー２３Ｕと下部パッカー２３Ｌと内管２２と外管２１で囲まれた空間である小室２０Ｓも移動する。地質改良用注入材は、注入材ホース１３ｃから、内管２２の注入材空洞２２ｄに入り、小室２０Ｓ内のみに開口した内管注入孔２２ａから小室２０Ｓ内に入り、小室２０Ｓの位置する範囲の外管２１の外管孔２１ａから外部の地盤孔２へ流出する。したがって、外管孔２１ａは、外管２１に略均一に複数形成されているが、上部パッカー２３Ｕと下部パッカー２３Ｌと内管２２と外管２１で囲まれた空間である小室２０Ｓが存在する位置で、かつ、注入材制御弁１３ｄが開いている場合にのみ、注入を行うことができるようになっている。外管孔２１ａは、図１における注入孔２０ａ１、２０ａ２に相当している。

一方、高圧気水の噴射は、内管２２のノズル穴２２Ｎが、外管２１の下端２１ｂよりも下方に露出し、かつ、高圧気水制御弁１２ｄが開いている場合にのみ、行うことができるようになっている。また、この状態で、内管２２と外管２１を一緒に回転駆動させれば、地盤孔２のうち、ある地中深度位置の周囲の地盤を切削し、略円盤状の注入用空隙を形成することができる。

上記の地盤注入装置１０において、削孔時には、公知の掘削用ビット（図示せず）が設けられた削孔用ロッド（図示せず）を用い、この削孔用ロッドを、上記した本体１１に装着して削孔を行うようにしてもよい。この場合には、削孔用ロッドを装着した地盤注入装置１０は、特許請求の範囲における削孔手段を構成する。

なお、ノズル穴２０Ｎ（又は２２Ｎ）の直径は約１〜１０ミリメートル程度である。また、高圧気水の圧力は、約２０〜７０ＭＰａ（メガパスカル）程度であり、その速度は、約３００メートル／秒程度となっている。このような高圧気水を用いると、地盤噴射切削により地盤中に形成される略円盤状の注入用空隙Ｖ１等の直径は、例えば、約２〜３メートルにすることが可能である。地質改良用注入材は、地盤中に形成された略円盤状の注入用空隙Ｖ１等の上面と下面から内部の地盤中へ浸透する。したがって、地盤噴射切削と注入を行う地中の各位置（各地中深度位置）の上下間隔（深度差）を、１メートル程度とすれば、地質改良用注入材は、上下方向にそれぞれ約０．５メートル以上浸透すれば、上下に隣接する地質改良領域が重複することになる。約０．５メートル程度の地質改良用注入材の地盤中への浸透は容易であるから、地盤噴射切削と注入を行う地中の各位置（各地中深度位置）の上下間隔（深度差）は、１メートル程度の間隔があれば十分である。

本発明は、上記した第１実施例以外の構成によっても実現可能である。

例えば、上記した実施例においては、地盤孔として、地表から地盤の鉛直下方に向けて掘削された略円柱状の孔を例に挙げたが、他の構成の地盤孔であってもよい。例えば、地表から地盤の斜め下方、又はのり面や崖等において、地盤の斜め上方に向けて掘削された孔を地盤孔としてもよい。また、地盤孔の断面形状も略円形以外の断面であってもよい。

また、第１実施例においては、ノズル穴２０Ｎ（２２Ｎ）が複数個の例を説明したが、高圧流体噴出用のノズル穴は１個でもよい。

また、高圧流体としては、高圧空気を含まない高圧の水のみを用いてもよい。

また、逆止弁２２ｃは、注入管２０の上部の高圧気水空洞２２ｂの入口付近に設置されてもよい。逆止弁としては、上記したもののほか、公知の他の構成のものを用いることができる。例えば、弁体としてボール状（略球状）の部材を用いた逆止弁なども使用可能である。

また、地質改良用注入材としては、主剤と、当該主剤を急速に硬化させる硬化剤を用いる、いわゆる「２液混合式」としてもよい。この場合には、注入材供給手段としては、主剤を供給する主剤供給手段と、硬化剤を供給する硬化剤供給手段を設け、注入孔としては、主剤を流出させる主剤孔と、硬化剤を流出させる硬化剤孔を設けるようにし、注入材配管内には、主剤供給手段と主剤孔とを連絡する主剤配管と、硬化剤供給手段と硬化剤孔とを連絡する硬化剤配管が、それぞれ独立に内蔵されるようにしてもよい。このようにすれば、ゲルタイムの非常に短い瞬結型の地質改良用注入材なども使用することが可能となる。

また、本発明における注入管は、従来の公知の工法において使用されているものは、すべて用いることが可能である。例えば、上記した第１実施例における「二重管ダブルパッカー式」のほか、単管ロッド式の注入管が使用可能である。二重管ダブルパッカー式注入管の場合には、注入管のうち外管をそのままの位置で動かさず、内管を上下のパッカーとともに注入用空隙Ｖ２等の位置となるように順次引き上げ、注入用空隙Ｖ２等の位置において注入用空隙Ｖ２等への地質改良用注入材の注入を行うようにしたが、単管ロッド式注入管を用いる場合には、注入管（単管）自体を順次引き上げ、注入用開口のある注入管の下端が、注入用空隙Ｖ２等の位置となるようにし、注入用空隙Ｖ２等への地質改良用注入材の注入を行うことになる。また、本発明における注入管としては、上記のほか、二重管ロッド式、シングルストレーナー式、二重管単相式、二重管複相式なども使用可能である。

本発明は、構造物や建築物の基礎地盤の地盤改良工法として地盤注入工法を施工する建設業等で実施可能であり、これらの産業で利用可能である。また、注入管、注入装置は、これらを製造する機械工業において製造することができ、これらの産業で利用可能である。

本発明の第１実施例である噴射切削式地盤注入工法の施工手順を説明する図である。本発明の第１実施例である噴射切削式地盤注入工法に用いる地盤注入装置の全体構成を示す図である。図２に示す地盤注入装置における注入管の構成を示す図である。図３に示す注入管における内管のさらに詳細な構成を示す図である。従来の地盤注入工法の施工手順と問題点を説明する図である。

符号の説明

１地盤
２地盤孔
２ａ１〜２ａ２孔底
１０地盤注入装置
１１本体
１１ａ基台
１１ｂ支柱
１１ｃ昇降駆動部（昇降駆動手段）
１１ｄ回転駆動部（回転駆動手段）
１２高圧気水プラント
１２ａ水タンク（高圧流体供給手段）
１２ｂ高圧気水送出ポンプ（高圧流体供給手段）
１２ｃ高圧気水パイプ（高圧流体配管）
１２ｄ高圧気水制御弁
１２ｅ１、１２ｅ２圧力センサー
１３注入材プラント
１３ａ注入材生成ミキサー（注入材供給手段）
１３ｂ注入材送出ポンプ（注入材供給手段）
１３ｃ注入材ホース（注入材配管）
１３ｄ注入材制御弁
１３ｅ１、１３ｅ２圧力センサー
２０注入管
２０ａ１、２０ａ２注入孔
２０Ｎノズル穴
２０Ｓ小室
２１外管
２１ａ外管孔（注入孔）
２１ｂ下端
２２内管
２２ａ内管注入孔
２２ｂ高圧気水空洞（高圧流体配管）
２２ｃ逆止弁
２２ｄ注入材空洞（注入材配管）
２２ｅ中央連絡口
２２ｆ蝶番
２２ｇ弁体
２２ｈバネ
２２ｉ係止部
２２ｋノズル連絡口
２２ｍ突起
２２Ｎノズル穴
２３Ｌ下部パッカー
２３Ｕ上部パッカー
２４固定具
２０１地盤
２０２地盤孔
２０２ａ底部
２２０注入管
２２０ａ１、２２０ａ２注入孔
Ｇ地質改良用注入材
Ｈ高圧気水
Ｎ１１〜Ｎ１４未改良領域
Ｖ１〜Ｖ４注入用空隙
Ｚ１〜Ｚ１５地質改良領域

Claims

削孔手段と昇降駆動手段により地盤を下方に向けて削孔して地盤孔を形成し所定の第１地中深度位置に到達した後、
下部に注入孔を有するとともに下端側部にノズル穴が形成された注入管をその下端が前記第１地中深度位置に達するまで前記地盤孔中に挿入し、前記注入管に高圧流体供給手段を接続して前記ノズル穴から側方の地盤に向けて高圧流体を噴射させるとともに前記注入管を回転駆動手段により回転させ前記地盤孔の前記第１地中深度位置の周囲の地盤を切削して略円盤状の注入用空隙を形成し、
次いで前記削孔手段と昇降駆動手段により前記地盤孔の底部から下方へ地盤をさらに削孔して前記地盤孔を掘り下げ所定の第２地中深度位置に到達した後、前記注入管をその下端が前記第２地中深度位置に達するまで昇降駆動手段により前記地盤孔中を下降させ、前記高圧流体供給手段により前記ノズル穴から側方の地盤に向けて高圧流体を噴射させるとともに前記注入管を前記回転駆動手段により回転させ前記地盤孔の前記第２地中深度位置の周囲の地盤を切削して略円盤状の注入用空隙を形成し、
以下同様にして所定の第ｎ地中深度位置に至るまでの各地中深度位置の周囲の地盤を前記高圧流体により切削して略円盤状の注入用空隙を各地中深度位置ごとに形成し、
次いで前記注入管の下端が最下部の前記第ｎ地中深度位置にある状態で前記注入管に注入材供給手段を接続し前記注入孔から地質改良用注入材を流出させ前記注入用空隙を通して前記第ｎ地中深度位置の周囲の地盤内に地質改良用注入材を浸透させた後に固化させて第１地質改良領域を形成し、
次いで前記注入管の下端を一段階上方の第（ｎ−１）地中深度位置まで引き上げた後に前記注入材供給手段により前記注入孔から地質改良用注入材を流出させ前記注入用空隙を通して前記第（ｎ−１）地中深度位置の周囲の地盤内でかつ前記第１地質改良領域とほぼ接するか又は前記第１地質改良領域と重複する地中領域に地質改良用注入材を浸透させた後に固化させて第２地質改良領域を形成し、
以下同様にして前記第１地中深度位置に至るまでの各地中深度位置の周囲の地盤内でかつ直下で隣接する地質改良領域とほぼ接するか又は前記直下で隣接する地質改良領域と重複する地中領域に前記注入用空隙を通して地質改良用注入材を浸透させた後に固化させた地質改良領域を各地中深度位置ごとに形成すること
を特徴とする噴射切削式地盤注入工法。
請求項１記載の噴射切削式地盤注入工法において、
前記高圧流体は、高圧の水、又は高圧の水と空気の混合体であること
を特徴とする噴射切削式地盤注入工法。
請求項１記載の噴射切削式地盤注入工法において、
前記注入管は、単管ロッド式、又は二重管ロッド式、又はシングルストレーナー式、若しくは二重管ダブルパッカー式であること
を特徴とする噴射切削式地盤注入工法。
請求項１記載の噴射切削式地盤注入工法において、
前記注入管内には、前記高圧流体供給手段と前記ノズル穴とを連絡する高圧流体配管と、前記注入材供給手段と前記注入孔とを連絡する注入材配管が、それぞれ独立に内蔵されること
を特徴とする噴射切削式地盤注入工法。
請求項４記載の噴射切削式地盤注入工法において、
前記地質改良用注入材として、主剤と、当該主剤を急速に硬化させる硬化剤を用い、
前記注入材供給手段は、前記主剤を供給する主剤供給手段と、前記硬化剤を供給する硬化剤供給手段を有し、
前記注入孔は、前記主剤を流出させる主剤孔と、前記硬化剤を流出させる硬化剤孔を有し、
前記注入材配管内には、前記主剤供給手段と前記主剤孔とを連絡する主剤配管と、前記硬化剤供給手段と前記硬化剤孔とを連絡する硬化剤配管が、それぞれ独立に内蔵されること
を特徴とする噴射切削式地盤注入工法。