特開 2023-117703 注入ノズルユニット及び注入管理システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023117703

(43)【公開日】2023-08-24

(54)【発明の名称】注入ノズルユニット及び注入管理システム

(51)【国際特許分類】

   E21D 11/00 20060101AFI20230817BHJP

【ＦＩ】

E21D11/00 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022020408

(22)【出願日】2022-02-14

(71)【出願人】

【識別番号】591029921

【氏名又は名称】フジモリ産業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003340

【氏名又は名称】弁理士法人湧泉特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】小林 圭吾

(72)【発明者】

【氏名】坂根 一聡

(72)【発明者】

【氏名】樋口 晃輔

【テーマコード（参考）】

2D155

【Ｆターム（参考）】

2D155JA01

2D155JA02

2D155LA15

(57)【要約】

【課題】コンクリート構造物の背面の地山に形成された空洞に発泡性注入材を充填する際、施工現場での管コネクタ接続作業を簡易化する。
【解決手段】発泡性注入材５をコンクリート構造物１の背面の空洞４に充填するために、注入ノズルユニット３０を用意する。注入ノズルユニット３０の空気導入ポート３１からＡ液用管部３３及びＢ液用管部３４を分岐させる。Ａ液用管部３３の中間部にＡ液導入ポート３５を設け、Ｂ液用管部３４の中間部にＢ液導入ポート３６を設ける。Ａ液用管部３３及びＢ液用管部３４の下流端どうしを合流部４０において互いに連ねる。合流部４０から吐出ノズル４１を延ばす。Ａ液用管部３３又はＢ液用管部３４又は吐出ノズル４１にデジタル圧力計５０を設ける。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ポリオールを主成分とするＡ液とポリイソシアネートを主成分とするＢ液からなる発泡性注入材をコンクリート構造物の背面の地山に形成された空洞に充填するための注入ノズルユニットであって、
空気供給管の先端と接続される空気導入ポートと、
前記空気導入ポートから分岐されたＡ液用管部及びＢ液用管部と、
前記Ａ液用管部の中間部に設けられ、Ａ液供給管が接続されるＡ液導入ポートと、
前記Ｂ液用管部の中間部に設けられ、Ｂ液供給管が接続されるＢ液導入ポートと、
前記Ａ液用管部及び前記Ｂ液用管部の下流端どうしが連なる合流部と、
前記合流部から延びる吐出ノズルと、
前記Ａ液用管部又はＢ液用管部又は吐出ノズルに設けられた圧力計と、
を備えた注入ノズルユニット。

【請求項2】

前記圧力計が、検知した圧力情報を有線又は無線出力可能なデジタル圧力計であることを特徴とする請求項１に記載の注入ノズルユニット。

【請求項3】

請求項２に記載の注入ノズルユニットと、
前記注入ノズルユニットのデジタル圧力計からの圧力情報を受信する受信部と、
受信した前記圧力情報を蓄積する記憶部と、
前記圧力情報を表示する表示部と、
を備えたことを特徴とする注入管理システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、２液混合の発泡性注入材を地山に注入する注入ノズルユニット及び注入管理システムに関し、特に、トンネル覆工の背面の空洞に注入材を裏込めするのに適した注入ノズルユニット及び注入管理システムに関する。

【背景技術】

【0002】

トンネル覆工の背面の地山に空洞が形成されることがある。トンネルの保守点検によって空洞が確認されたときは、その空洞に注入材を裏込め充填することによって補修する。注入材として、例えばＡ液及びＢ液からなる２液混合タイプの発泡性注入材が用いられる。一般にＡ液としてポリオールが用いられ、Ｂ液としてポリイソシアネートが用いられる。

【0003】

前記発泡性注入材の注入系統は、エアコンプレッサーからの圧縮エア管が三又の分岐コネクタを介して２つに分岐され、一方の分岐エア管が合流コネクタを介してＡ液管と合流され、他方の分岐エア管が別の合流コネクタを介してＢ液管と合流されている。さらに、Ａ液管とＢ液管が合流され、そこから注入ノズルが延びている。Ａ液及びＢ液は、それぞれ圧縮エアと混ざった後、互いに混合攪拌されながら、注入ノズルから吐出される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第４９０９４４４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

前記従来の注入系統においては、施工現場で接続しなければならない箇所が、圧縮エア管の三又分岐コネクタの３つの接続部と、２つの合流コネクタとの合計５か所あった。このため、接続作業に時間を要していた。また、例えば三又分岐コネクタから延びる２つの分岐エア管のうち一方の分岐エア管とＡ液合流コネクタとを接続すると、Ｂ液合流コネクタの可動範囲が前記一方の分岐エア管の長さ分に制限されるため、Ｂ液合流コネクタと他方の分岐エア管とを接続しにくかった。

【0006】

また、トンネル覆工の背面の空洞に裏込め材が充填されたか否かは、注入系統に設けられた圧力計で確認していたが、そのために、トンネル内に足場を組んで作業者が目視確認する必要があり、煩雑なだけでなく、作業管理も容易でなかった。
本発明は、かかる事情に鑑み、トンネル覆工等のコンクリート構造物の背面の地山に形成された空洞に２液混合タイプの発泡性注入材を充填する際、施工現場でのコネクタ接続の煩雑さを軽減することを第１の課題とする。また、空洞に裏込め材が充填されたか否かの作業状況の管理を容易化することを第２の課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

前記第１の課題を解決するため、本発明に係る注入ノズルユニットは、ポリオールを主成分とするＡ液とポリイソシアネートを主成分とするＢ液からなる発泡性注入材をコンクリート構造物の背面の地山に形成された空洞に充填するための注入ノズルユニットであって、
空気供給管の先端と接続される空気導入ポートと、
前記空気導入ポートから分岐されたＡ液用管部及びＢ液用管部と、
前記Ａ液用管部の中間部に設けられ、Ａ液供給管が接続されるＡ液導入ポートと、
前記Ｂ液用管部の中間部に設けられ、Ｂ液供給管が接続されるＢ液導入ポートと、
前記Ａ液用管部及び前記Ｂ液用管部の下流端どうしが連なる合流部と、
前記合流部から延びる吐出ノズルと、
前記Ａ液用管部又はＢ液用管部又は吐出ノズルに設けられた圧力計と、
を備えている。

【0008】

好ましくは、前記圧力計が、検知した圧力情報を有線又は無線出力可能なデジタル圧力計である。

【0009】

前記第２の課題を解決するため、本発明に係る注入管理システムは、
前記注入ノズルユニットと、
前記注入ノズルユニットのデジタル圧力計からの圧力情報を受信する受信部と、
受信した前記圧力情報を蓄積する記憶部と、
前記圧力情報を表示する表示部と、
を備えたことを特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、コンクリート構造物の背面の地山に形成された空洞に発泡性注入材を充填する際、施工現場でのコネクタ接続の煩雑さを軽減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は、本発明の一実施形態に係る注入管理システムを含む補修システムによるトンネル覆工背面の裏込め作業の様子を示す解説図である。

【図2】図２は、前記注入管理システムにおける注入ノズルユニットの側面図である。

【図3】図３は、前記注入管理システムの概略構成を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の一実施形態を図面にしたがって説明する。
図１は、コンクリート構造物の補修システム１０を示す。本実施形態における補修対象のコンクリート構造物は、ＮＡＴＭ（New Austrian Tunneling Method）トンネル１である。ＮＡＴＭトンネル１の覆工３の背面の地山２には、空洞４が形成されている。補修システム１０によって、空洞４に発泡性注入材５を裏込めする。発泡性注入材５は、ポリオールを主成分とするＡ液と、ポリイソシアネートを主成分とするＢ液からなる。

【0013】

図１に示すように、補修システム１０は、注入機１３と、コンプレッサー１４（圧縮エア源）と、注入ノズルユニット３０と、注入管理装置６０を備えている。注入機１３には、制御盤１３ａと、Ａ液用圧送ポンプ１３ｐ及びＢ液用圧送ポンプ１３ｑが設けられている。Ａ液供給タンク１１がＡ液用圧送ポンプ１３ｐに接続され、Ｂ液供給タンク１２がＢ液用圧送ポンプ１３ｑに接続されている。Ａ液用圧送ポンプ１３ｐからＡ液供給管２１が注入ノズルユニット３０へ延びている。Ａ液供給管２１の先端部には、ワンタッチ式雌コネクタ２１ｃが設けられている。Ｂ液用圧送ポンプ１３ｑからＢ液供給管２２が注入ノズルユニット３０へ延びている。Ｂ液供給管２２の先端部には、ワンタッチ式雌コネクタ２２ｃが設けられている。

【0014】

図１に示すように、コンプレッサー１４から空気供給管２４が注入ノズルユニット３０へ延びている。空気供給管２４の先端部には、ワンタッチ式雌コネクタ２４ｃが設けられている。好ましくは、供給タンク１１，１２と注入機１３とコンプレッサー１４は、作業車両１５に搭載されている。

【0015】

図２に示すように、注入ノズルユニット３０は、空気導入ポート３１と、Ａ液用管部３３及びＢ液用管部３４と、吐出ノズル４１を備えている。空気導入ポート３１は、ワンタッチ式雄コネクタ３１ｃを含む。雄コネクタ３１ｃは、空気供給管２４の先端の雌コネクタ２４ｃとワンタッチ接続可能である。すなわち、雄コネクタ３１ｃを雌コネクタ２４ｃに真っ直ぐ挿し込むことによって、これらコネクタ３１ｃ，２４ｃが抜け止めされて接続されるとともに、雌コネクタ２４ｃが開通される。雌コネクタ２４ｃを抜け止め解除操作すると、コネクタ３１ｃ，２４ｃどうしを分離でき、かつ雌コネクタ２４ｃが閉塞される。

【0016】

空気導入ポート３１からＡ液用管部３３及びＢ液用管部３４が分岐されている。Ａ液用管部３３及びＢ液用管部３４は、互いに並行するように延びている。

【0017】

Ａ液用管部３３には、空気導入ポート３１の側から、開閉バルブ３３ｖ、Ａ液導入ポート３５、デジタル圧力計５０が順次設けられている。Ａ液用管部３３の中間部にＡ液導入ポート３５が設けられている。Ａ液導入ポート３５にＡ液供給管２１が接続されている。Ａ液導入ポート３５は、ワンタッチ式雄コネクタ３５ｃを含む。雄コネクタ３５ｃは、Ａ液供給管２１の先端の雌コネクタ２１ｃとワンタッチ接続可能である。すなわち、雄コネクタ３５ｃを雌コネクタ２１ｃに真っ直ぐ挿し込むことによって、これらコネクタ３５ｃ，２１ｃが抜け止めされて接続されるとともに、雌コネクタ２１ｃが開通される。雌コネクタ２１ｃを抜け止め解除操作すると、コネクタ３５ｃ，２１ｃどうしを分離でき、かつ雌コネクタ２１ｃが閉塞される。

【0018】

Ａ液用管部３３における、Ａ液導入ポート３５より下流側（合流部４０側）の部分にデジタル圧力計５０が設けられている。デジタル圧力計５０は、圧電変換素子５１と、出力部５２を含む。圧電変換素子５１は、流体圧に応じた電気信号を生成する。圧電変換素子５１がダイアフラム等の圧力感知素子を含んでいてもよい。流体圧に応じて圧力感知素子が歪変形され、その変形量に応じた電気信号が生成されるようになっていてもよい。出力部５２は、前記生成された電気信号を出力する。出力部５２が、電気信号の増幅部や信号変換部を含んでいてもよい。出力部５２に出力線５３の一端が接続されている。

【0019】

Ｂ液用管部３４には、空気導入ポート３１の側から、開閉バルブ３４ｖ及びＢ液導入ポート３６が順次設けられている。Ｂ液用管部３４の中間部にＢ液導入ポート３６が設けられている。Ｂ液導入ポート３６にＢ液供給管２２が接続されている。Ｂ液導入ポート３６は、ワンタッチ式雄コネクタ３６ｃを含む。雄コネクタ３６ｃは、Ｂ液供給管２２の先端の雌コネクタ２２ｃとワンタッチ接続可能である。すなわち、雄コネクタ３６ｃを雌コネクタ２２ｃに真っ直ぐ挿し込むことによって、これらコネクタ３６ｃ，２２ｃが抜け止めされて接続されるとともに、雌コネクタ２２ｃが開通される。雌コネクタ２２ｃを抜け止め解除操作すると、コネクタ３６ｃ，２２ｃどうしを分離でき、かつ雌コネクタ２２ｃが閉塞される。

【0020】

Ａ液用管部３３及びＢ液用管部３４の下流端どうしが連なることによって合流部４０が構成されている。Ａ液用管部３３の下流端近傍部が、直角に折れ曲がって、合流部４０に接続されている。
合流部４０から吐出ノズル４１が延びている。吐出ノズル４１は、Ｂ液用管部３４と一直線をなしている。

【0021】

図３に示すように、圧力計５０からの出力線５３は、注入管理装置６０へ延びている
注入管理装置６０は、ノートパソコン、タブレット、スマートフォン等の携行可能なコンピューターによって構成されているが、これに限らず、デスクトップパソコン、サーバーコンピューター、クラウドコンピューティング等であってもよい。注入管理システム９は、ＣＰＵ６１と、受信部６２と、記憶部６３と、表示部６４（モニター）を含む。

【0022】

ＣＰＵ６１によって、注入管理プログラムが実行される。
受信部６２は、出力線５３に接続され、デジタル圧力計５０からの圧力情報を受信する。受信部６２が信号変換部を含んでいてもよい。
記憶部６３には、受信した圧力情報が蓄積される。
表示部６４には、前記圧力情報等が表示される。好ましくは、メニュー選択によって、受信したリアルタイムの圧力情報を表示することもでき、記憶部６３に蓄積された圧力情報を編集して表示することもできる。圧力情報は、数値で表示されてもよく、グラフなどの図表で表示されてもよい。
圧力計５０を含む注入ノズルユニット３０と、注入管理装置６０とによって、注入管理システム９が構成されている。

【0023】

補修システム１０は、次のように使用される。
図１に示すように、トンネル１の保守点検によって空洞４が確認されたときは、その空洞４に通じるようにトンネル覆工３に穴３ｃを開ける。

【0024】

補修システム１０の注入ノズルユニット３０には、空気供給管２４とＡ液供給管２１とＢ液供給管２２を接続する。すなわち、図２に示すように、空気供給管２４の先端のワンタッチ式雌コネクタ２４ｃを、注入ノズルユニット３０の空気導入ポート３１のワンタッチ式雄コネクタ３１ｃと接続し、Ａ液供給管２１の先端のワンタッチ式雌コネクタ２１ｃを、Ａ液導入ポート３５のワンタッチ式雄コネクタ３５ｃに接続し、Ｂ液供給管２２の先端のワンタッチ式雌コネクタ２２ｃを、Ｂ液導入ポート３６のワンタッチ式雄コネクタ３６ｃに接続する。これらコネクタは、挿し込み操作だけでワンタッチ接続されるから、接続作業を簡易化できる。接続不良も起きにくい。しかも、３ヶ所だけワンタッチ接続すればよく、接続作業を短時間で行なうことができる。

【0025】

注入ノズルユニット３０自体は、一体化ユニットになっており、施工現場で組み立て不要である。したがって、例えば２つの管部３３，３４の何れか一方を吐出ノズル４１と接続すると、他方の管部を吐出ノズル４１と接続しにくくなる等の問題が発生することがない。

【0026】

前記注入準備作業の後、図１に示すように、吐出ノズル４１を穴３ｃに挿し込んで空洞４に臨ませる。そして、開閉バルブ３３ｖ，３４ｖを開け、かつコンプレッサー１４の駆動によって、圧縮エアを空気供給管２４から注入ノズルユニット３０の空気導入ポート３１に導入するとともに、圧送ポンプ１３ｐ，１３ｑの駆動によって、Ａ液及びＢ液をそれぞれ供給管２１，２２から導入ポート３５，３６に導入する。

【0027】

前記圧縮エアは、空気導入ポート３１からＡ液用管部３３とＢ液用管部３４とに分流される。Ａ液用管部３３を流れる圧縮エアに導入ポート３５からＡ液が合流される。Ｂ液用管部３４を流れる圧縮エアに導入ポート３６からＢ液が合流される。さらに、これらＡ液を含むエア及びＢ液を含むエアが、合流部４０において合流される。
これによって、Ａ液及びＢ液が吐出ノズル４１内において混合攪拌されながら、吐出ノズル４１の先端から空洞４内へ注入される。
そして、空洞４内においてＡ液及びＢ液の発泡反応が起き、発泡性注入材５が生成される。発泡倍率は、好ましくは６倍以上、より好ましくは６倍～５０倍、一層好ましくは２０倍程度である。該発泡性注入材５が空洞４に充填される。

【0028】

注入工程中、圧力計５０によってＡ液用管部３３の内圧が検出される。ひいては、空洞４における発泡性注入材５の注入圧が検出される。
圧力計５０の検出信号は、出力線５３を介して、注入管理装置６０の受信部６２によって受信され、注入圧の現在値（圧力情報）として表示部６４にリアルタイム表示されるとともに、注入圧の経時変化データ（圧力情報）として記憶部６３に蓄積される。

【0029】

作業者又は作業管理者は、表示部６４の表示値によって、注入圧をリアルタイムで監視でき、空洞４に発泡性注入材５が充填されたか否かを判定できる。圧力計５０を直接監視する必要はない。したがって、圧力監視のためだけにトンネル１内に足場を組む必要がない。
圧力計５０を含む注入ノズルユニット３０は、注入管理システム９における注入圧感知プローブとして機能する。

【0030】

表示部６４の注入圧表示値が所定値を超えたときは、発泡性注入材５の充填が完了したと判断できる。そこで、開閉バルブ３３ｖ，３４ｖを閉じ、注入ノズルユニット３０を穴３ｃから引き抜く。ポンプ１３ｐ，１３ｑ及びコンプレッサー１４は停止する。
その後、穴３ｃを封止する。
このようにして、トンネル背面の補修を行うことができる。

【0031】

記憶部６３に蓄積された圧力情報は、注入圧の経時変化を示すグラフや表にして表示したり、最終注入圧を抽出して表示したりすることで、日報等の作業レポートの作成や作業管理に利用できる。作業者が注入作業中に圧力計自体の圧力表示を記録したり写真を撮ったりする必要が無く、記録ミスや記録漏れが起きることもなく、作業管理の信頼性を高めることができる。

【0032】

本発明は、前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範囲において種々の改変をなすことができる。
例えば、実施形態における補修対象は、ＮＡＴＭトンネルであったが、本発明は、これに限らず、ダム、擁壁、シールドトンネル、隧道、とう道、水路などの種々のコンクリート構造物の背面の地山に形成された空洞に注入材を充填して補修するのに適用できる。
デジタル圧力計５０は、Ｂ液用管部３４（好ましくはＢ液導入ポート３６と合流部４０との間の部分）に設けられていてもよく、吐出ノズル４１に設けられていてもよい。
デジタル圧力計５０の出力部５２が、検出圧力値を無線出力する無線機能を有していてもよい。デジタル圧力計５０と注入管理装置６０の受信部６２とが無線接続されていてもよい。
注入ノズルユニット３０と注入管理装置６０とを組み合わせて注入管理システム９を構築しない場合は、圧力計がアナログ圧力計であってもよい。
空気供給管２４の先端のワンタッチ式コネクタが雄側、空気導入ポート３１のワンタッチ式コネクタが雌側であってもよい。
Ａ液供給管２１の先端のワンタッチ式コネクタが雄側、Ａ液導入ポート３５のワンタッチ式コネクタが雌側であってもよい。
Ｂ液供給管２２の先端のワンタッチ式コネクタが雄側、Ｂ液導入ポート３６のワンタッチ式コネクタが雌側であってもよい。

【産業上の利用可能性】

【0033】

本発明は、例えばトンネル覆工の背面の空洞を補修するのに適用可能である。

【符号の説明】

【0034】

１ ＮＡＴＭトンネル（コンクリート構造物）
２ 地山
３ 覆工
３ｃ 穴
４ 空洞
５ 発泡性注入材
９ 注入管理システム
１０ 補修システム
１１ Ａ液供給タンク
１２ Ｂ液供給タンク
１３ 注入機
１３ｐ Ａ液用圧送ポンプ
１３ｑ Ｂ液用圧送ポンプ
１４ コンプレッサー（空気圧送機）
２１ Ａ液供給管
２２ Ｂ液供給管
２４ 空気供給管
３０ 注入ノズルユニット
３１ 空気導入ポート
３３ Ａ液用管部
３４ Ｂ液用管部
３５ Ａ液用導入ポート
３６ Ｂ液用導入ポート
４０ 合流部
４１ 吐出ノズル
５０ デジタル圧力計（圧力計）
５１ 圧電変換素子
５３ 出力線
６０ 注入管理装置（ＰＣ）
６１ ＣＰＵ
６２ 受信部
６３ 記憶部
６４ 表示部

【図1】

【図2】

【図3】