JP6162569B2

JP6162569B2 - ミキシングユニット及びその製造方法

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Publication number: JP6162569B2
Application number: JP2013220671A
Authority: JP
Inventors: 基一吉田; 忠延泉
Original assignee: TOKIN OAR CO.,LTD.
Current assignee: TOKIN OAR CO.,LTD.
Priority date: 2013-10-23
Filing date: 2013-10-23
Publication date: 2017-07-12
Anticipated expiration: 2033-10-23
Also published as: JP2015081477A

Description

本発明は、ミキシングユニット及びその製造方法に関する。

従来より、トンネルを掘削する際に切羽（先頭の面）前方地山を補強する為に補助工法が行われている。図７に示すように、この補強工法では、所定のピッチで吐出孔（図示省略）が形成された複数の鋼管１００を長尺状に連結したものを使用する。そして、複数の鋼管１００を所定のピッチで切羽２０に打設する。なお、切羽２０には、これを覆うように鏡コンクリート３０が打設されている。そして、鋼管の打設をより詳細に説明すると次の通りである。まず、先端にロッドビット（図示省略）が装着されたドリルロッド（図示省略）を鋼管１００内に挿入する。そして、鋼管１００の先端においてロッドビットと鋼管１００を連結した上で、切羽に鋼管１００を打設する。こうして鋼管１００を切羽に打設した後、ドリルロッドを回収する。

その後、鋼管１００内に岩盤固結用の薬液４０を注入すると、薬液は鋼管１００の内部から吐出孔を介して地山に流出する。これにより、地山が補強される。このとき用いられる岩盤固結用薬液は、図示例においてはウレタン系（シリカレジン）等の２液混合型の薬液（以下、混合される２つの薬液をＡ液、Ｂ液という）である。そのため、鋼管１００の後端部には、ミキシングユニット５０が連結される。ミキシングユニット５０は、２つの注入孔が形成され、これらの流路が合流するように形成されており、各注入孔には注入ホース６１，６２がそれぞれ連結される。各注入ホース６１，６２にはＡ液用タンク６３、Ｂ液用タンク６４がそれぞれ接続されており、各注入ホース６１，６２の途中には薬液を圧送するためのポンプ６５が取付けられている。

そして、薬液を混合するには、ポンプ６５を駆動し、各タンク６３，６４から各注入ホース６１，６２を介してミキシングユニット５０へ薬液を注入する。これら２つの薬液は、ミキシングユニット５０内で混合された後、鋼管１００に注入される。このようなミキシングユニット５０としては、例えば、図８に示すＴ字状、図９（ａ）、（ｂ）に示す特許文献１のＵ字状またはＶ字状に形成されたものが知られている。

ところで、上記のような補助工法では、鋼管１００が長尺であること（標準で約１２．５ｍ）、及び作業場所の確保が必要なことから、ポンプ６５の設置位置から鋼管１００の先頭までの距離が長く、この距離の圧力損失を考慮して注入圧力を高くする必要がある。

上記のように、ミキシングユニットは種々のものが提案されているが、例えば、図８に示すミキシングユニットは、注入された薬液が合流路分で正面衝突するため、圧力損失が非常に大きい。そのため、薬液を鋼管１００の先端まで圧送すると圧力低下によってその周囲の地山に流出、浸透して地山補強をするには十分とはいえない圧力となってしまうおそれがあった。このような圧力損失を低減させるため、特許文献１には、図９に示すミキシングユニットが開示されている。同図に示すように、これらのミキシングユニットでは、２つの注入孔から圧送された薬液が仕切り板で衝突した後に、合流するように構成されている。このように薬液同士が直接衝突しないようにすることで、圧力損失を低減している。

特許３３６９０９５号公報

しかしながら、この構成では、薬液同士は正面衝突しないものの、仕切り板に対して２つの薬液が衝突するため、管路の仕切板の根元位置（上流側端部付近）で滞留が生じる。そのため、注入される薬液の流速が減じ、これが圧力損失の低減を招いていた。また、このミキシングユニットでは、２つの流路を均等に設けなければならないため、管路の内部に仕切り板を精度良く設けなければならず、加工コスト・品質維持の観点からも問題があった。したがって、従来のミキシングユニットには未だ改良の余地があった。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、圧力損失を低減することができ、しかも製造が簡易なミキシングユニット及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係るミキシングユニットは、トンネル補助工法で使用される２液混合型の固結用薬液を混合するためのミキシングユニットであって、一体的に形成された第１流路、第２流路、及び当該両流路を連結する連結路を有し、前記連結路は曲線状に形成され鈍角をなすように前記第１流路及び第２流路を連結する、パイプ状の第１モジュールと、一体的に形成された第１流路、第２流路、及び当該両流路を連結する連結路を有し、前記連結路は曲線状に形成され鈍角をなすように前記第１流路及び第２流路を連結する、パイプ状の第２モジュールと、前記第１モジュールの第１流路と前記第２モジュールの第１流路とを隣接させるように連結するとともに、前記第１モジュールの第１流路の開口端部及び前記第２モジュールの第１流路の開口端部と連通する合流路が形成されている、連結部と、を備えている。

本発明においては、パイプ状に形成された２つのモジュールを組み合わせることで、ミキシングユニットを構成している。そして、一体的に形成された各モジュールにおいて第２流路から第１流路へは曲線状に形成された連結部を介して薬液が注入されるため、薬液は第２流路から第１流路へスムーズに流れ込む。このように、各モジュールから合流路に至る流路においては、薬液の流れが大きく阻害されず、なめらかに流れるため、、圧力損失が生じるのを防止することができる。その結果、混合液を合流から高圧で吐出することができる。また、従来例のように２つの流路を分けるための仕切り板が不要であり、予めパイプ状に形成された２つのモジュールを組み合わせることでミキシングユニットが形成されるため、精密な寸法精度が要求されず、製造が簡単となる。

上記ミキシングユニットにおいては、前記連結部は、種々の構成にすることができるが、例えば、前記第１モジュール及び第２モジュールの外周面の少なくとも一部を被覆するように形成することができる。

上記ミキシングユニットにおいては、前記連結部に形成された前記合流路に取付けられ、前記第１モジュールの第１流路と前記第２モジュールの第１流路とが連通する継手部材をさらに備えることができる。これにより、例えば、継手部材の形状を変更することで、合流路から吐出される混合薬液の流速を調整したり、他の部材への接続を容易にすることができる。

上記ミキシングユニットにおいては、前記合流路の内壁面には雌ねじが形成され、前記継手部材の外周面には前記雌ねじに螺合する雄ネジが形成することかできる。これにより、ミキシングユニットと継手部材との接続が容易になる。但し、ミキシングユニットと継手部材との接続方法はこれには限定されない。

本発明に係るミキシングユニットの製造方法は、トンネル補助工法で使用される２液混合型の固結用薬液を混合するためのミキシングユニットの製造方法であって、一体的に形成された第１流路、第２流路、及び当該両流路を連結する連結路を有し、前記連結路は曲線状に形成され鈍角をなすように前記第１流路及び第２流路を連結する、パイプ状の第１モジュールを準備するステップと、一体的に形成された第１流路、第２流路、及び当該両流路を連結する連結路を有し、前記連結路は曲線状に形成され鈍角をなすように前記第１流路及び第２流路を連結する、パイプ状の第２モジュールを準備するステップと、前記第１流路同士を隣接させた前記第１及び第２モジュールに対し、当該両モジュールの外周面の少なくとも一部を覆うように連結し、前記第１モジュールの第１流路の端部及び前記第２モジュールの第１流路の端部と連通する合流路を有する、連結部を成形するステップと、を備えている。

上記ミキシングユニットの製造方法において、前記連結部を成形するステップでは、アルミダイキャスト成形により連結部を成形することができる。これにより、連結部が複雑な形状であっても、簡単に製造することができる。

本発明によれば、圧力損失を低減することができ、しかも簡易に製造することができる。

発明に係るミキシングユニットの一実施形態の平面図（ａ）、正面図（ｂ）、及び側面図（ｃ）である。図１のミキシングユニットに継手部材が取付けられた状態を示す正面図である。図２の分解断面図である。図１のミキシングユニットの製造方法の一部を示す図である。ミキシングユニットの使用方法を示す図である。鋼管が長い場合の薬液の注入方法を示す概略図である。トンネルの補強工事の概要を示す図である。従来のミキシングユニットを示す断面図である。従来のミキシングユニットを示す断面図である。

以下、本発明に係るミキシングユニットの一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。図１は本実施形態に係るミキシングユニットの平面図（ａ）、正面図（ｂ）、及び側面図（ｃ）、図２は図１のミキシングユニットに継手部材が取付けられた状態を示す正面図、図３は図２の分解断面図である。なお、以下では、説明の便宜のため、図１（ｂ）の上側の向きを「先」または「下流」、下側の向きを「後」または「上流」と称することがある。

＜１．ミキシングユニットの構造＞
図１〜図３に示すように、このミキシングユニット１０は、パイプ状の第１モジュール１及び第２モジュール２を備え、これらのモジュール１，２の外周面にアルミダイキャスト部３を成形することで構成されている。これにより、このミキシングユニット１０は全体としてＹ字状に形成されている。また、このミキシングユニット１０において、両モジュール１，２の合流路分には、継手部材４が取付けられている。以下、各部材について説明する。

まず、第１モジュール１から説明するが、第１モジュール１と第２モジュール２とはその構成がほぼ同じであり、線対称に形成されていることのみが相違する。したがって、以下では、主として第１モジュール１について説明し、第２モジュール２の説明は必要最小限とする。第１モジュール１は、いずれも直線状に延びる第１流路１１、第２流路１２、及び第３流路１３を備え、さらに第１流路１１と第２流路１２とを連結する曲線状の第１連結路１４、第２流路１２と第３流路１３とを連結する曲線状の第２連結路１５を備え、これらが一体的に形成されている。ここで、第２流路１２は、第１流路１１に比べて長く形成されている。そして、第１流路１１と第２流路１２とは、第１連結路１４を介して鈍角をなすように連結されている。これにより、第１流路１１と第２流路１２とは、なめらかな曲線を介して連結される。

一方、第２流路１２と第３流路１３とは、第２連結路１５を介して鈍角をなすように連結されているが、第２連結路１５は、第２流路１２を挟んで第１連結路１４とは反対側に曲がっている。これにより、第１流路１１と第３流路１３とは平行になるように形成されている。こうして、第２流路１２と第３流路１３とは、なめらかな曲線を介して連結される。このように、第１モジュール１は、３つの直線状に延びる流路１１〜１３が、２つの連結路１４、１５を介してなめらかに連結されている。

第２モジュール２も第１モジュール１と同様に形成されており、両モジュール１，２は、第１流路１１、２１同士が隣接し、且つ平行に延びるように配置されている。これにより、両モジュール１，２は、第１流路１１，２１が結束され、第２流路１２，２２が互いに離れるように延び、さらに第３流路１３，２３同士は平行に延びている。

次に、アルミダイキャスト部３について説明する。アルミダイキャスト部３は、第１及び第２モジュール１，２の外周面を覆うようにアルミニウムを成形したものである。より詳細に説明すると、アルミダイキャスト部３は、各モジュール１，２の第１流路１１，２１の周囲に形成される第１領域３１、第２流路１２，２２の周囲に形成される第２領域３２、及び第３流路１３，２３の周囲に形成される第３領域３３とで構成されている。第１領域３１は、２つの第１流路１１，２１の周囲を覆うように円筒状に形成されており、これら流路１１，２１を超えてさらに先端側に延びている。そして、第１領域３１の先端側には凹状の合流路３１１が形成されている。合流路３１１は、円筒状に形成されており、その奥端面に各モジュール１，２の第１流路１１，２１が接続されている。すなわち、合流路３１１の奥端面には、各第１流路１１，２１が開口している。また、合流路３１１の内壁面には、雌ねじが形成されている。

第２領域３２は、各モジュール１，２の第２流路１２，２２の外周面を覆うように形成されている。すなわち、第２領域３２は２つ存在する。また、第３領域３３も、２つ設けられ、各第３流路１３，２３の外周面を覆うように形成されている。第３領域３３の外周面には、第２連結路１５，２５付近に、径方向に突出するフランジ部３３１が形成され、さらにフランジ部３３１よりも後端側の外周面には雄ねじ３３２が形成されている。こうして、第３流路１３，２３の後端側の開口は、固結用薬液を注入するための注入孔を構成し、この注入孔に対して注入ホースを接続しやすくするために、アルミダイキャスト部３の各第３領域３３が上述したように、形成されている。このように、アルミダイキャスト部３は、概ね第１及び第２モジュール１，２の外周面を覆うようにＹ字状に形成されている。

＜２．継手部材の構造＞
続いて、継手部材４について説明する。図２及び図３に示すように、継手部材４は、いずれも円筒状に形成された先端接続部４１、支持部４２、フランジ部４３、及び後端接続部４４が、この順で連結されることにより構成されている。先端接続部４１、支持部４２、及びフランジ部４３は、この順で径が大きくなっている。先端接続部４１は、カプラーなどに挿入されて接続されるように構成されている。支持部４２は、後述するように、カプラーとフランジ部４３との間に窪みを形成するためのものであり、フランジ部４３はアルミダイキャスト部３の先端面に当接するようになっている。そして、フランジ部４３の後端部には、支持部４２よりも径が大きく、フランジ部４３よりも径が小さい後端接続部４４が連結されている。この後端接続部４３は、アルミダイキャスト部３の合流路３１１に挿入可能な径に形成されており、その外周面には、合流路３１１の雌ねじ３１２に螺合可能な雄ねじが形成されている。そして、これら４つの部位の内部には、軸方向に延びる貫通孔４５が形成されている。

＜３．ミキシングユニットの製造方法＞
ミキシングユニット１０は、次のように、アルミダイキャスト成形により製造することができる。まず、アルミダイキャスト部３の外面に対応するキャビティを有する成形型（図示省略）を準備する。次に、図４に示すように、成形型のキャビティに第１及び第２モジュール１，２を配置する。このとき、各モジュール１，２の第１流路１１，２１同士を平行に隣接させ、且つ第２流路１２，２２が互いに反対側に延びるように配置する。すなわち、２つのモジュール１，２が、Ｙ字状をなすように配置する。これに続いて、成形型に溶融したアルミニウムを流し込み、アルミダイキャスト部３を成形する。なお、アルミダイキャスト部３の各第３領域３３には、図示例においては雄ねじ部３３２を形成してあるが、雄ねじ部３３２は、ダイキャストにより同時成型するか、又は、別途切削加工によりねじ切りを行っても良く、或いは、ワンタッチ継手とジョイント可能なその他の形状を呈していても良い。

＜４．ミキシングユニットの使用方法＞
次に、ミキシングユニットの使用方法について、図５及び図７を参照しつつ説明する。図５はミキシングユニットの使用方法を示す図である。まず、継手部材４の後端接続部４４の外周面にシールテープ部材を巻き付け、これをミキシングユニット１０の合流路３１１にねじ込む。これにより、後端接続部４４の雄ねじと合流路３１１の雌ねじの隙間にシール部材が噛み込み、両者が液密に接続される。続いて、図５に示すように、継手部材４の先端接続部４１に、カプラー２００を固定するとともに。図７に示すように、トンネルの掘削孔に挿入された鋼管１００の後端部に、カプラー２００を接続する。これに続いて、ミキシングユニット１０の各注入孔に、薬液用の注入ホース６１，６２をそれぞれ接続する。各注入ホース６１，６２は、第３領域３３の雄ねじ部３３２にねじ込む。

次に、ポンプ６５を駆動し、第１モジュール１の注入孔、及び第２モジュール２の注入にそれぞれＡ液、Ｂ液をそれぞれ圧送する。これらＡ液、Ｂ液はそれぞれ第１モジュール１、第２モジュール２を通過し、合流路３１１に配置された継手部材４内で合流し、混合される。そして、混合液はカプラー２００を介して鋼管１００内に注入され、鋼管１００の外周面に形成された吐出孔から地山に浸透する。こうして、鋼管１００の周囲で地山が補強される。その後、補強された地山をトンネル出来形に合わせて順次掘削していく。なお、図５に示すように、継手部材４のフランジ部４３とカプラー２００と間には支持部４２による窪みが形成されているため、継手部材４をカプラー２００から取り外すには、この窪みに指を入れてカプラー２００を引き抜くことができる。

また、鋼管が長い場合には、図６に示すように、薬剤を注入することもできる。図６は鋼管が長い場合の薬液の注入方法を示す概略図である。例えば、鋼管が長い場合には、薬液が鋼管の全長に亘って行き渡らないおそれがある。そこで、図６に示すように、鋼管１００を軸方向に沿って３つの領域に分割し、各領域に達する３つの注入管を鋼管内に挿入する。ここでは切羽に近い領域から遠い領域に向かって第１領域、第２領域、及び第３領域とする。そして、第１〜第３領域の先端部付近まで達する注入管をそれぞれ第１，第２，及び第３注入管７１〜７３と称することとする。各注入管７１〜７３の先端部には、スタティックミキサー７１１〜７３１がそれぞれ連結されている。また、３つの注入管７１〜７３は、離れないように、鋼管１００の内部で固定具６５で結束されている。

鋼管１００の基端部は、栓６６によって液密に閉じられ、この栓６６に注入管７１〜７３が液密に差し込まれている。そして、栓６６からトンネル空間へ突出する各注入管７１〜７３の基端部に本実施形態に係るミキシングユニット１０が取付けられ、Ａ液及びＢ液が注入される。

このような施工方法によれば、鋼管１００を３つの領域に分割し、各領域に注入管７１〜７３から混合薬液が供給される。混合薬液は鋼管１００の吐出孔１０１を介して地山に流れ出し、地山を補強する。したがって、長い鋼管１００を用いた場合でも、鋼管全体に亘って混合薬液を供給することができる。

＜５．特徴＞
以上のように、本実施形態によれば、一体的に形成された各モジュール１，２において第３流路１３，２３から第１流路１１，２１へは、なめらかな曲線状に形成された連結路１４、１５、２４、２５を介して薬液が注入されるため、薬液はモジュール１，２内をスムーズに通過する。そして、各モジュール１，２の第１流路１１、２１は平行に配置されているため、互いに衝突せず、合流路３１１（継手部材４）の中で混合される。このように、各モジュール１，２から合流路３１１に至る流路においては、薬液の流れが大きく阻害されず、なめらかに流れるため、圧力損失が生じるのを防止することができる。その結果、混合液を合流路３１１から高圧で吐出することができる。また、従来例のように２つの流路を分けるための仕切り板が不要であり、予めパイプ状に形成された２つのモジュー１，２を組み合わせることでミキシングユニット１０が形成されるため、精密な寸法精度が要求されず、製造が簡単となる。そもそも、２つのモジュール１、２はステンレス製のパイプ状部材等を工場加工してなる同一形状のものを、左右反転状態に配置している為、その分品質管理が容易で、材料加工費も安価である。

＜６．変形例＞
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、種々の変更が可能である。

＜６−１＞
上記実施形態では、各モジュール１，２において、第２流路１２，２２の後端部に第３流路１３，２３を設けているが、第３流路１３，２３はなくてもよい。すなわち、少なくとも、合流路３１１に通じる第１流路１１，１２と、これに第１連結路１４，２４を介して連結される第２流路１２，２２を備えていればよい。

＜６−２＞
上記実施形態では、連結部としてのアルミダイキャスト部を、アルミダイキャスト成形により製造しているが、これに限定されるものではない。すなわち、アルミニウム以外の材料を用いてもよいし、通常の鋳造により成形することもできる。

＜６−３＞
上記実施形態では、両モジュール１，２を連結するために、連結部としてアルミダイキャスト部３を設けているが、これに限定されるものではない。すなわち、少なくとも、第１モジュール１の第１流路１１と第２モジュール２の第１流路２１とを隣接させるように連結し、第１モジュール１の第１流路１１の開口端部及び第２モジュール２の第１流路２１の開口端部と連通する合流路３１１が形成されていればよい。したがって、成形品でなくてもよく、両モジュールを固定し、合流路を有するような部材であればよい。また、第１モジュール１の第１流路１１と第２モジュール２の第１流路２１とを隣接させるように連結する部材と、合流路を形成する部材と、を別体で形成することもできる。

＜６−４＞
また、継手部材の構成も特には限定されず、合流路から混合液が流入し、且つ混合液を供給すべき他の部材に連結可能に構成されていればよい。

＜６−５＞
上記実施形態では、各モジュールの第１流路同士を平行に配置しているが、例えば、両第１流路１１，２１のなす角がおおよそ０〜３７度であればよい。

１第１モジュール
１０ミキシングユニット
１１第１流路
１２第２流路
１４第１連結部
２第２モジュール
２１第１流路
２２第２流路
２４第１連結部
４継手部材
３アルミダイキャスト部（連結部）
３１１合流路
３１２雌ねじ

Claims

トンネル補助工法で使用される２液混合型の固結用薬液を混合するためのミキシングユニットであって、
一体的に形成された第１流路、第２流路、及び当該両流路を連結する連結路を有し、前記連結路は曲線状に形成され鈍角をなすように前記第１流路及び第２流路を連結する、パイプ状の第１モジュールと、
一体的に形成された第１流路、第２流路、及び当該両流路を連結する連結路を有し、前記連結路は曲線状に形成され鈍角をなすように前記第１流路及び第２流路を連結する、パイプ状の第２モジュールと、
前記第１モジュールの第１流路と前記第２モジュールの第１流路とを隣接させるように連結するとともに、前記第１モジュールの第１流路の開口端部及び前記第２モジュールの第１流路の開口端部と連通する合流路が形成されている、連結部と、
を備えている、ミキシングユニット。
前記連結部は、前記第１モジュール及び第２モジュールの外周面の少なくとも一部を被覆するように形成されている、請求項１に記載のミキシングユニット。
前記連結部に形成された前記合流路に取付けられ、前記第１モジュールの第１流路と前記第２モジュールの第１流路とが連通する継手部材をさらに備えている、請求項１または２に記載のミキシングユニット。
前記合流路の内壁面には雌ねじが形成され、
前記継手部材の外周面には前記雌ねじに螺合する雄ネジが形成されている、請求項３に記載のミキシングユニット。
トンネル補助工法で使用される２液混合型の固結用薬液を混合するためのミキシングユニットの製造方法であって、
一体的に形成された第１流路、第２流路、及び当該両流路を連結する連結路を有し、前記連結路は曲線状に形成され鈍角をなすように前記第１流路及び第２流路を連結する、パイプ状の第１モジュールを準備するステップと、
一体的に形成された第１流路、第２流路、及び当該両流路を連結する連結路を有し、前記連結路は曲線状に形成され鈍角をなすように前記第１流路及び第２流路を連結する、パイプ状の第２モジュールを準備するステップと、
前記第１流路同士を隣接させた前記第１及び第２モジュールに対し、当該両モジュールの外周面の少なくとも一部を覆うように連結し、前記第１モジュールの第１流路の開口端部及び前記第２モジュールの第１流路の開口端部と連通する合流路を有する、連結部を成形するステップと、
を備えている、ミキシングユニットの製造方法。
前記連結部を成形するステップでは、アルミダイキャスト成形により前記連結部を成形する、請求項５に記載のミキシングユニットの製造方法。