特開 2024-162378 地山改良材の注入システム

(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】P2024162378

(43)【公開日】2024-11-21

(54)【発明の名称】地山改良材の注入システム

(51)【国際特許分類】

   E21D 9/04 20060101AFI20241114BHJP

   E21D 9/00 20060101ALI20241114BHJP

【ＦＩ】

E21D9/04 F

E21D9/00 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023077820

(22)【出願日】2023-05-10

(71)【出願人】

【識別番号】591140813

【氏名又は名称】株式会社カテックス

(71)【出願人】

【識別番号】515217454

【氏名又は名称】ジオマシンエンジニアリング株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100094190

【弁理士】

【氏名又は名称】小島 清路

(74)【代理人】

【識別番号】100151127

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 勝雅

(74)【代理人】

【氏名又は名称】平岩 康幸

(72)【発明者】

【氏名】永田 潤一

(72)【発明者】

【氏名】塚田 純一

【テーマコード（参考）】

2D054

【Ｆターム（参考）】

2D054AB07

2D054AC20

2D054FA02

2D054GA13

2D054GA25

(57)【要約】

【課題】注入の開始時と終了時のタンク残量を注入日報に容易に記入することができる地山改良材の注入システムを提供する。
【解決手段】本地山改良材の注入システムは、トンネル３１の未掘削地山に複数の長尺鋼管３２を打設し、長尺鋼管の内空を通じて長尺鋼管の外周に設けられた吐出孔から地山改良材を周辺地山の亀裂に浸透させ地山を補強する工法において、地山改良材を注入する注入機１に地山改良材を供給するタンク４Ａ、４Ｂ内に投入された地山改良材の液面の高さを電子データの形式で測定することによりタンク内の前記地山改良材の量を算出し、注入を開始する時と注入が終了した時の地山改良材の量を記憶する。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

トンネルの未掘削地山に複数の長尺鋼管を打設し、前記長尺鋼管の内空を通じて前記長尺鋼管の外周に設けられた吐出孔から地山改良材を周辺地山の亀裂に浸透させ地山を補強する工法において、前記地山改良材を注入する注入機に前記地山改良材を供給するタンク内に投入された前記地山改良材の液面の高さを電子データの形式で測定することにより前記タンク内の前記地山改良材の量を算出し、注入を開始する時と注入が終了した時の前記地山改良材の量を記憶することを特徴とする地山改良材の注入システム。

【請求項2】

前記タンク内に投入された前記地山改良材の液面の高さを電子データの形式で測定する測定部と、前記液面の高さにより前記タンク内の前記地山改良材の量を算出する演算部と、注入を開始する時と注入が終了した時の前記地山改良材の量を記憶する記憶部と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の地山改良材の注入システム。

【請求項3】

前記記憶部に記憶された前記地山改良材の量を注入日報に記入する記入部を備えることを特徴とする請求項２に記載の地山改良材の注入システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はトンネル掘削時の先行地山補強工法に用いられる地山改良材の注入システムに関する。

【背景技術】

【0002】

トンネル掘削に際し、トンネルの周囲の前方地山に長尺鋼管を打設し、この長尺鋼管内から地山改良材を注入して地山を改良する、いわゆる長尺鋼管フォアパイリングが知られている。

【0003】

例えば特許文献１に示す工法では、３ｍ程度の複数本の鋼管を接続することで１０～２０ｍ程度の長尺鋼管をトンネルの外周に複数打設し、長尺鋼管の打設後に各長尺鋼管内に地山改良材を注入する。長尺鋼管内に注入された地山改良材は、長尺鋼管の外周に設けられた複数の吐出孔を通じて長尺鋼管周辺の地山の空隙や亀裂に浸透して固結することで、地山を補強する。この地山改良材としては改良効果や施工性の面からウレタン系地山改良材が広く用いられている。このウレタン系地山改良材においては、２液を混合して使用されるものが多く、ウレタン系地山改良材の注入機にはウレタン系地山改良材を供給する２つのタンクが付属している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平０８－１２１０７３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

注入の開始時と終了時の２液の使用量（即ちタンク内の残量）を注入日報に記入することとなっており、従来は物差し１０６などでタンク１０４の上端から液面までの距離を測定し（図６参照）、タンクの容積からタンク内の地山改良材の量を算出し、この算出した地山改良材の量を注入日報に記入していた。これらの作業は人力で行っており、地山改良材の量の算出や一旦印刷した注入日報に手書きで記入する必要があるなど手間がかかっていた。

【0006】

本発明は上記の課題に鑑みなされたものであり、注入の開始時と終了時のタンク残量を注入日報に容易に記入することができる地山改良材の注入システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は以下の通りである。
１．トンネルの未掘削地山に複数の長尺鋼管を打設し、前記長尺鋼管の内空を通じて前記長尺鋼管の外周に設けられた吐出孔から地山改良材を周辺地山の亀裂に浸透させ地山を補強する工法において、前記地山改良材を注入する注入機に前記地山改良材を供給するタンク内に投入された前記地山改良材の液面の高さを電子データの形式で測定することにより前記タンク内の前記地山改良材の量を算出し、注入を開始する時と注入が終了した時の前記地山改良材の量を記憶することを特徴とする地山改良材の注入システム。
２．前記タンク内に投入された前記地山改良材の液面の高さを電子データの形式で測定する測定部と、前記液面の高さにより前記タンク内の前記地山改良材の量を算出する演算部と、注入を開始する時と注入が終了した時の前記地山改良材の量を記憶する記憶部と、を備えることを特徴とする上記１．に記載の地山改良材の注入システム。
３．前記記憶部に記憶された前記地山改良材の量を注入日報に記入する記入部を備えることを特徴とする上記２．に記載の地山改良材の注入システム。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、地山改良材を供給するタンク内に投入された地山改良材の液面の高さを電子データの形式で測定することによりタンク内の地山改良材の量を自動で算出することが可能となり、従来の手計算による算出作業を省くことができる。
さらに注入を開始する時と注入が終了した時のタンク内の地山改良材の量を記憶することで、注入の開始時と終了時のタンク残量を注入日報に容易に記入することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

本発明について、本発明による典型的な実施形態の非限定的な例を挙げ、言及された複数の図面を参照しつつ以下の詳細な記述にて更に説明するが、同様の参照符号は図面のいくつかの図を通して同様の部材を示す。

【図1】実施形態に係る注入システムの注入機の模式図である。

【図2】注入機のタンクの模式図である。

【図3】注入機の制御ユニットのブロック図である。

【図4】実施形態に係る注入日報を説明するための説明図である。

【図5】実施形態に係る地山補強工法を説明するための説明図であり、（ａ）はトンネルの軸方向に略直交する横断面を示し、（ｂ）はトンネルの軸方向に沿う縦断面を示す。

【図6】従来のタンク内の液面レベルの測定方法を説明するための説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

ここで示される事項は例示的なものおよび本発明の実施形態を例示的に説明するためのものであり、本発明の原理と概念的な特徴とを最も有効に且つ難なく理解できる説明であると思われるものを提供する目的で述べたものである。この点で、本発明の根本的な理解のために必要である程度以上に本発明の構造的な詳細を示すことを意図してはおらず、図面と合わせた説明によって本発明の幾つかの形態が実際にどのように具現化されるかを当業者に明らかにするものである。

【0011】

以下、図面を用いて実施形態により本発明を具体的に説明する。

【0012】

本実施形態の地山改良材の注入システムはトンネル掘削時の先行地山補強工法に用いられる。先行地山補強工法は、図５に示すように、トンネル３１の未掘削地山に複数（図５（ｂ）中で１７本）の長尺鋼３２管を打設し、長尺鋼管３２の内空を通じて長尺鋼管３２の外周に設けられた吐出孔（図示省略）から地山改良材を周辺地山の亀裂に浸透させ地山を補強する工法である。

【0013】

先行地山補強工法では、タンク４ａ、４ｂ内に投入された地山改良材を注入機１に供給し（図１参照）、注入機１により鋼管３２内に地山改良材を注入する。地山改良材としては、例えばシリカレジン等のウレタン系発泡樹脂が用いられる。この場合、２種類のＡ液とＢ液が混合されて発泡しながら地山に注入されて硬化することでトンネル周辺の地山が改良される。ただし、ウレタン系の地山改良材の代わりに無機系（例えばセメント系、水ガラス系など）の地山改良材を採用してもよい。なお、施工管理上、複数の鋼管３２には、アーチ部に沿う方向の配列順に注入番号が付されている。

【0014】

注入機１は、図１に示すように、地山改良材を圧送するポンプユニット２、ポンプユニット２が接続された制御ユニット３およびポンプユニット２に地山改良材を供給するタンク４Ａ、４Ｂから構成されている。

【0015】

ポンプユニット２は鋼管３２ごとに２種類のＡ液及びＢ液を圧送して混合するために一対の注入ポンプ５Ａ、５Ｂを複数組（図１中で３組）有している。Ａ液用の注入ポンプ５Ａの供給ポートにはＡ液が投入されるタンク４Ａが接続されており、Ｂ液用の注入ポンプ５Ｂの供給ポートにはＢ液が投入されるタンク４Ｂが接続されている。

【0016】

タンク４Ａ、４Ｂの上端には地山改良材３５の液面までの距離を測定するセンサー１５としてレーザーセンサーが設置され（図２参照）、制御ユニット３と接続されている。ただし、地山改良材３５の液面の高さを測定するセンサー１５としては、レーザーセンサーに限定されるものではなく、例えば浮子によるレベルセンサーなど、液面の高さを演算処理が可能なデータとして測定できるものであれば既知の技術を使用できる。

【0017】

制御ユニット３は注入中の注入量や注入圧力を表示する管理画面７と各ポンプ５Ａ、５Ｂの起動・停止や流量調整を行う制御盤８を備えている。さらに制御ユニット３は注入に先立って注入量および注入圧力の設定値を入力するタッチパネル等の入力部９および後述するタンク残量の算出処理などを行う処理部１０を備えている。

【0018】

制御ユニット３（具体的に制御盤８）には、図３に示すように、処理部１０に対してタンク４Ａ、４Ｂ内の地山改良材の液面までの距離の測定を指示する測定スイッチ１１と、処理部１０に対して算出されたタンク残量の記憶を指示する記憶スイッチ１２が設置されている。さらに制御ユニット３には処理部１０に対して記憶されたタンク残量の注入日報２７（図４参照）への入力などを指示するトータルボタン１３が設置されている。なお、スイッチ１１、１２及びボタン１３は入力部９により構成されていてもよいし、注入機１の制御ユニット３以外の部分に備えられていてもよい。

【0019】

処理部１０は、タンク４Ａ、４Ｂ内に投入された地山改良材の液面の高さを電子データの形式で測定する測定部２１と、液面の高さによりタンク４Ａ、４Ｂ内の地山改良材の量（即ちタンク残量）を算出する演算部２２と、注入を開始する時と注入が終了した時のタンク残量を記憶する記憶部２３と、を備えている。さらに処理部１０は記憶部２３に記憶されたタンク残量を注入日報２７に記入する記入部２４を備えている。

【0020】

なお、処理部１０による処理は、ハードウェア、ソフトウェアのいずれによって実現されてもよく、好適にはＣＰＵ、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ等）、入出力回路等を備えるマイクロコントローラ（マイクロコンピュータ）を中心に、入出力インターフェース等周辺回路を備えることにより構成できる。

【0021】

次に上記構成の地山改良材の注入システムの作用効果について説明する。地山改良材の注入開始前に注入機１の制御盤８の測定スイッチ１１を入れ、２つのタンク４Ａ、４Ｂに入っている地山改良材の液面の高さを測定部２１で測定する。測定したデータは演算部２２に送られる。演算部２２では各タンク４Ａ、４Ｂに入っている各地山改良材の体積を計算し、さらに各地山改良材の比重を乗じることで重量を算出する。算出された各地山改良材の重量は管理画面７に表示される。次に制御盤８の記憶スイッチ１２を入れ、管理画面７に表示された各地山改良材の重量を記憶部２３で記憶する。この注入開始前に測定した数値を注入前残量Ｃ１と呼ぶ。

【0022】

地山改良材の所定の注入が終了した時点で、再度注入機１の制御盤８の測定スイッチ１１を入れ、２つのタンク４Ａ、４Ｂに入っている地山改良材の液面の高さを測定部２１で測定する。測定したデータは演算部２２に送られる。演算部２２では各タンク４Ａ、４Ｂに入っている各地山改良材の体積を計算し、さらに各地山改良材の比重を乗じることで重量を算出する。算出された各地山改良材の重量は管理画面７に表示される。次に制御盤８の記憶スイッチ１２を入れ、管理画面７に表示された各地山改良材の重量を記憶部２３で記憶する。この注入終了後に測定した数値を注入後残量Ｃ２と呼ぶ。

【0023】

記憶部２３では注入前残量Ｃ１と注入後残量Ｃ２をともに記憶する。注入機１の制御盤８のトータルボタン１３を押すことで、注入箇所（即ち鋼管３２）ごとの注入量と注入圧力、断面の総注入量とともに各タンク４Ａ、４Ｂの注入前残量Ｃ１と注入後残量Ｃ２が注入日報２７に入力される（図４参照）。注入日報２７（即ち画像データ）は有線または無線の通信やＵＳＢメモリなどの記録媒体を介して利用される。

【0024】

なお、図４において、注入日報２７の投入量Ｄはタンク４Ａ、４Ｂに入れた薬液の量である。薬液は一斗缶（１８ｋｇか２０ｋｇなど）で投入するので、投入量Ｄは投入した一斗缶の数量×入り目となる。そのため、投入量Ｄは一斗缶の空数を数えて手計算で算出される。さらに注入日報２７の使用量Ｅは、注入前残量Ｃ１＋投入量Ｄ－注入後残量Ｃ２で求められる。

【0025】

以上より、本実施形態の地山改良材の注入システムによると、地山改良材を注入する注入機１に地山改良材を供給するタンク４Ａ、４Ｂ内に投入された地山改良材の液面の高さを電子データの形式で測定（具体的にセンサー１５を用いて測定）することによりタンク４Ａ、４Ｂ内の地山改良材の量を算出し、注入を開始する時と注入が終了した時の地山改良材の量を記憶する。このように、地山改良材を供給するタンク４Ａ、４Ｂ内に投入された地山改良材の液面の高さを電子データの形式で測定することによりタンク４Ａ、４Ｂ内の地山改良材の量を自動で算出することが可能となり、従来の手計算による算出作業を省くことができる。さらに注入を開始する時と注入が終了した時のタンク４Ａ、４Ｂ内の地山改良材の量を記憶し、注入の開始時と終了時のタンク残量を注入日報２７に自動で記入（具体的に注入前残量Ｃ１および注入後残量Ｃ２を注入日報２７の画像データに自動で入力）することで、従来の注入日報に転記する手間を省くことができる。

【0026】

さらに本実施形態では、記憶スイッチ１２（記憶指示操作部）を操作することで、注入を開始する時（具体的に注入開始前）と注入が終了した時（具体的に注入終了後）にタンク残量を記憶部２３に確実に記憶させることができる。

【0027】

尚、本発明においては、上記実施形態に限られず、目的、用途に応じて本発明の範囲内で種々変更した実施例とすることができる。即ち、上記実施形態では、記入部２４によりタンク残量を注入日報２７に自動で記入する形態を例示したが、これに限定されず、例えば記入部２４を備えず、管理画面７に表示されたタンク残量を作業者が注入日報に記入（例えば印刷された注入日報への手書き記入、注入日報の画像データへのデータ入力など）する形態としてもよい。

【0028】

さらに上記実施形態では、注入機１の制御ユニット３に処理部１０を備える注入システムを例示したが、これに限定されず、例えば注入機１の制御ユニット３と接続可能な端末（例えばスマートフォンなどの移動型端末、パーソナルコンピュータなど）に処理部１０を備える注入システムを採用してもよい。

【0029】

本発明は上記で詳述した実施形態に限定されず、本発明の請求項に示した範囲で様々な変形または変更が可能である。

【産業上の利用可能性】

【0030】

本発明はトンネル掘削時の先行地山補強工法における地山改良材の注入に関する技術として広く利用される。

【符号の説明】

【0031】

１；注入機、４Ａ，４Ｂ；タンク、１０；処理部、２１；測定部、２２；演算部、２３；記憶部、２４；記入部、２７；注入日報、３１；トンネル、３２；鋼管、３５；地山改良材。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】