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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-08-08
(45)【発行日】2024-08-19
(54)【発明の名称】ロックボルト孔への充填材注入システム及び充填材注入方法
(51)【国際特許分類】
E21D 20/00 20060101AFI20240809BHJP
E21D 20/02 20060101ALI20240809BHJP
【ＦＩ】
E21D20/00 L
E21D20/02
【請求項の数】
8
(21)【出願番号】P 2023213115
(22)【出願日】2023-12-18
【審査請求日】2024-06-04
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【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】齊藤 賢吾
(72)【発明者】
【氏名】坂根 一聡
(72)【発明者】
【氏名】小野 将太郎
(72)【発明者】
【氏名】樋口 晃輔
【審査官】松本 泰典
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１９－０１９６１１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２３－０２１４４９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０２３－５２２４３３（ＪＰ，Ａ）
【文献】中国実用新案第２０３９５７１５１（ＣＮ，Ｕ）
【文献】特開平０７－１８７２９８（ＪＰ，Ａ）
【文献】中国実用新案第２０７５３９２２１（ＣＮ，Ｕ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｅ２１Ｄ ２０／００
Ｅ２１Ｄ ２０／０２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
地山に形成されたロックボルト孔に充填材を注入するシステムであって、前記充填材を吐出する注入ポンプと、
前記注入ポンプから延びて前記ロックボルト孔に挿し入れられる注入管と、
前記充填材の吐出流量を計測する流量計と、
前記流量計による計測流量に基づく前記ロックボルト孔への前記充填材の注入量が、前記ロックボルト孔の所要充填量から前記注入ポンプの停止後の慣性吐出時間中の充填材の慣性吐出予測量を差し引いた充填前注入量に達したかを判定する判定部と、
前記判定に応じて、前記注入ポンプの停止の指示を行なう停止指示部と、
を備え、前記流量計が、前記注入ポンプの停止後、前記慣性吐出時間が経過するまで計測を継続することを特徴とする充填材注入システム。
【請求項2】
前記吐出された前記充填材の流速を計測する流速計と、前記流速計による計測流速に基づき前記慣性吐出予測量を算出する算出部と、
を更に備えた請求項１に記載の充填材注入システム。
【請求項3】
前記停止指示部が、前記停止のための発報部を含む請求項１又は２に記載の充填材注入システム。
【請求項4】
前記停止指示部が、前記注入ポンプを自動停止させる指令信号の出力部を含む請求項１又は２に記載の充填材注入システム。
【請求項5】
地山に形成されたロックボルト孔に注入ポンプによって充填材を注入する方法であって、前記注入ポンプから延びる注入管を前記ロックボルト孔に挿し入れて前記注入を行なう工程と、
前記充填材の吐出流量を流量計で計測する工程と、
前記流量計による計測流量に基づく前記ロックボルト孔への前記充填材の注入量が、前記ロックボルト孔の所要充填量から前記注入ポンプの停止後の慣性吐出時間中の充填材の慣性吐出予測量を差し引いた充填前注入量に達したとき、前記注入ポンプの停止の指示を行なう工程と、
を備え、前記注入ポンプの停止後、前記慣性吐出時間が経過するまで前記吐出流量の計測工程を継続することを特徴とする充填材注入方法。
【請求項6】
前記充填材の吐出流速を流速計で計測する工程と、前記流速計による計測流速に基づき、前記慣性吐出予測量を算出する工程と、
を更に備えた請求項５に記載の充填材注入方法。
【請求項7】
前記慣性吐出予測量が、前記注入管の長さに応じて設定される請求項５に記載の充填材注入方法。
【請求項8】
前記慣性吐出予測量が、前記注入ポンプと前記ロックボルト孔との高低差に応じて設定される請求項５に記載の充填材注入方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、トンネル周辺や法面等の地山に形成したロックボルト孔にロックボルトを挿し込むロックボルト工に関し、特に、挿し込みの前又は後のロックボルト孔に充填材を注入するシステム及び注入方法に関する。
【背景技術】
【0002】
例えば、山岳トンネルの構築においては、掘削した地山を安定させるために、トンネル掘削面から地山にロックボルトを挿し込むロックボルト工が行われる。ロックボルト工は、地山にロックボルト孔を形成し、そのロックボルト孔にモルタル等の充填材を注入する工程を含む（特許文献１等参照）。
【0003】
注入工程では、注入ポンプから延びる注入管の先端部をロックボルト孔の奥端まで挿し込んでから、注入ポンプによってモルタル等の充填材を圧送する。これによって、充填材が注入管の先端部から吐出されてロックボルト孔内に注入される。注入しながら、注入管を漸次手元側へ引く。ロックボルト孔におけるトンネル掘削面へ開口する手元側開口から充填材が溢れ出たとき、充填材がロックボルト孔に充填されたと判断して、注入ポンプを停止する。その後、ロックボルト孔にロックボルトを挿入する。
ロックボルト孔にロックボルトを挿入した後、ロックボルト孔の内周とロックボルトとの間隙に充填材を充填する場合もある。
ロックボルト孔にロックボルトを挿入した後、ロックボルト孔の内周とロックボルトとの間隙に充填材を充填する場合もある。
【0004】
特許文献１には、注入ポンプに流量計を設けて、充填材の充填量を取得することによって、施工不良の有無や周辺地山の状態の判断に役立てることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開２０２３－０２１４４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
特許文献１のように注入ポンプに流量計を設けると、その計測値から充填が完了したかを判断するシステムを構築できると考えられる。
一方、発明者の知見によれば、注入ポンプから一定量の充填材を吐出したところ、流量計による積算計測流量は一定量に満たなかった。
本発明は、かかる知見に鑑み、地山に形成されたロックボルト孔に充填材を注入する工程において、注入ポンプによる実際の吐出量と流量計による積算計測流量とのずれを小さくすることを目的とする。
一方、発明者の知見によれば、注入ポンプから一定量の充填材を吐出したところ、流量計による積算計測流量は一定量に満たなかった。
本発明は、かかる知見に鑑み、地山に形成されたロックボルト孔に充填材を注入する工程において、注入ポンプによる実際の吐出量と流量計による積算計測流量とのずれを小さくすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
前記の課題を解決するために、発明者は、鋭意研究を行なった。
注入ポンプによる実際の吐出量と流量計による積算計測流量の間にずれが生じる要因として、注入ポンプから注入管へ押し出された充填材が慣性を有していることが挙げられる。この種の充填材は質量が比較的大きいから慣性も大きく、注入ポンプへの電力供給を停止しても、その後しばらく注入管内を流れ続けて、注入管の先端部から吐き出される。この電力供給停止後の慣性吐出量が、積算計測流量とのずれを惹き起こすと考えられる。
かかる事情に鑑み、本発明システムは、地山に形成されたロックボルト孔に充填材を注入する充填材注入システムであって、
前記充填材を吐出する注入ポンプと、
前記注入ポンプから延びて前記ロックボルト孔に挿し入れられる注入管と、
前記充填材の吐出流量を計測する流量計と、
前記流量計による計測流量に基づく前記ロックボルト孔への前記充填材の注入量が、前記ロックボルト孔の所要充填量から前記注入ポンプの停止後の慣性吐出時間中の充填材の慣性吐出予測量を差し引いた充填前注入量に達したかを判定する判定部と、
前記判定に応じて、前記注入ポンプの停止の指示を行なう停止指示部と、
を備え、前記流量計が、前記注入ポンプの停止後、前記慣性吐出時間が経過するまで計測を継続することを特徴とする。
注入ポンプによる実際の吐出量と流量計による積算計測流量の間にずれが生じる要因として、注入ポンプから注入管へ押し出された充填材が慣性を有していることが挙げられる。この種の充填材は質量が比較的大きいから慣性も大きく、注入ポンプへの電力供給を停止しても、その後しばらく注入管内を流れ続けて、注入管の先端部から吐き出される。この電力供給停止後の慣性吐出量が、積算計測流量とのずれを惹き起こすと考えられる。
かかる事情に鑑み、本発明システムは、地山に形成されたロックボルト孔に充填材を注入する充填材注入システムであって、
前記充填材を吐出する注入ポンプと、
前記注入ポンプから延びて前記ロックボルト孔に挿し入れられる注入管と、
前記充填材の吐出流量を計測する流量計と、
前記流量計による計測流量に基づく前記ロックボルト孔への前記充填材の注入量が、前記ロックボルト孔の所要充填量から前記注入ポンプの停止後の慣性吐出時間中の充填材の慣性吐出予測量を差し引いた充填前注入量に達したかを判定する判定部と、
前記判定に応じて、前記注入ポンプの停止の指示を行なう停止指示部と、
を備え、前記流量計が、前記注入ポンプの停止後、前記慣性吐出時間が経過するまで計測を継続することを特徴とする。
【0008】
好ましくは、前記充填材注入システムは、
前記吐出された前記充填材の流速を計測する流速計と、
前記流速計による計測流速に基づき前記慣性吐出予測量を算出する算出部と、
を更に備えている。
前記吐出された前記充填材の流速を計測する流速計と、
前記流速計による計測流速に基づき前記慣性吐出予測量を算出する算出部と、
を更に備えている。
【0009】
好ましくは、前記停止指示部が、前記停止のための発報部を含む。前記発報部としては、表示灯、ブザー、モニタ等が挙げられる。
【0010】
好ましくは、前記停止指示部が、前記注入ポンプを自動停止させる指令信号の出力部を含む。
【0011】
本発明方法は、地山に形成されたロックボルト孔に注入ポンプによって充填材を注入する充填材注入方法であって、
前記注入ポンプから延びる注入管を前記ロックボルト孔に挿し入れて前記注入を行なう工程と、
前記充填材の吐出流量を流量計で計測する工程と、
前記流量計による計測流量に基づく前記ロックボルト孔への前記充填材の注入量が、前記ロックボルト孔の所要充填量から前記注入ポンプの停止後の慣性吐出時間中の充填材の慣性吐出予測量を差し引いた充填前注入量に達したとき、前記注入ポンプの停止の指示を行なう工程と、
を備え、前記注入ポンプの停止後、前記慣性吐出時間が経過するまで前記吐出流量の計測工程を継続することを特徴とする。
前記注入ポンプから延びる注入管を前記ロックボルト孔に挿し入れて前記注入を行なう工程と、
前記充填材の吐出流量を流量計で計測する工程と、
前記流量計による計測流量に基づく前記ロックボルト孔への前記充填材の注入量が、前記ロックボルト孔の所要充填量から前記注入ポンプの停止後の慣性吐出時間中の充填材の慣性吐出予測量を差し引いた充填前注入量に達したとき、前記注入ポンプの停止の指示を行なう工程と、
を備え、前記注入ポンプの停止後、前記慣性吐出時間が経過するまで前記吐出流量の計測工程を継続することを特徴とする。
【0012】
好ましくは、前記充填材注入方法が、
前記充填材の吐出流速を流速計で計測する工程と、
前記流速計による計測流速に基づき、前記慣性吐出予測量を算出する工程と、
を更に備えている。
前記慣性吐出予測量が、前記注入管の長さに応じて設定されてもよい、
前記慣性吐出予測量が、前記注入ポンプと前記ロックボルト孔との高低差に応じて設定されてもよい。
前記充填材の吐出流速を流速計で計測する工程と、
前記流速計による計測流速に基づき、前記慣性吐出予測量を算出する工程と、
を更に備えている。
前記慣性吐出予測量が、前記注入管の長さに応じて設定されてもよい、
前記慣性吐出予測量が、前記注入ポンプと前記ロックボルト孔との高低差に応じて設定されてもよい。
【発明の効果】
【0013】
本発明によれば、地山に形成されたロックボルト孔に充填材を注入する工程において、注入ポンプによる実際の吐出量と流量計による積算計測流量とのずれを小さくできる。したがって、ロックボルト孔に所要量の充填材を注入できる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。
図１は、施工中の山岳トンネル１を示したものである。山岳トンネル１においては、吹付けコンクリート（図示せず）を吹き付けたトンネル掘削面１ａから地山２内へロックボルト３が打ち込まれている。
図１は、施工中の山岳トンネル１を示したものである。山岳トンネル１においては、吹付けコンクリート（図示せず）を吹き付けたトンネル掘削面１ａから地山２内へロックボルト３が打ち込まれている。
【0016】
ロックボルト工においては、ドリルジャンボ４によって地山２にロックボルト孔５が削孔される。形成されたロックボルト孔５には、充填材注入システム９によってモルタル６（充填材）が注入されたうえで、ロックボルト３が挿し込まれる。
【0017】
図１に示すように、施工中の山岳トンネル１内に４ｔトラック等の運搬車両８が乗り入れられている。運搬車両８はドリルジャンボ４の近くに配車されている。運搬車両８の荷台に充填材注入システム９が積載されている。充填材注入システム９は、注入ポンプ１０と、注入管１９と、流量計２０と、流速計２１と、制御盤３０と、発報部４０，４５を備えている。
【0018】
図２に示すように、注入ポンプ１０は、一般的なコンクリート打設ポンプによって構成され、ポンプ部１１と、ミキサー１２と、オンオフスイッチ１３を含む。ミキサー１２の上部にホッパー１４（固体原料投入部）が設けられている。ミキサー１２に水供給路１５（液体原料投入部）が接続されている。
【0019】
ミキサー１２から筒状のポンプ部１１が延び出ている。ポンプ部１１の内部にはスクリュー１１ａが設けられている。
【0020】
オンオフスイッチ１３によって、注入ポンプ１０の運転開始及び停止の操作がなされる。
注入ポンプ１０の運転によって、ホッパー１４に投入されたセメント６ａ（固体原料）と、水供給路１５からの水６ｗ（液体原料）とが、ミキサー１２において練り混ぜられることによって、モルタル６（充填材）が出来る。モルタル６は、スクリュー１１ａの回転によって、ポンプ部１１から注入管１９へ押し出される。
注入ポンプ１０の運転によって、ホッパー１４に投入されたセメント６ａ（固体原料）と、水供給路１５からの水６ｗ（液体原料）とが、ミキサー１２において練り混ぜられることによって、モルタル６（充填材）が出来る。モルタル６は、スクリュー１１ａの回転によって、ポンプ部１１から注入管１９へ押し出される。
【0021】
図１に示すように、注入管１９が、ポンプ部１１の吐出ポート１１ｐからドリルジャンボ４の高所作業台４ｄへ延び、そこから注入対象のロックボルト孔５へ挿し入れられている。
【0022】
図２に示すように、吐出ポート１１ｐと注入管１９との間又は注入管１９の中途部には、流量計２０及び流速計２１が介在されている。流量計２０は、注入ポンプ１０からのモルタル６の吐出流量ｑ（瞬時流量）を計測する。好ましくは、流量計２０は、流体（導体）の流れと磁界とによる電磁誘導作用によって発生した起電力（電圧）を検知する電磁流量計である。より好ましくは、流量計２０は、検知電圧すなわちモルタル流量の計測値をデジタル信号で出力するデジタル流量計である。
【0023】
流速計２１は、注入ポンプ１０から吐出されたモルタル６の流速ｖを計測する。好ましくは、流速計２１は、測定流速値をデジタル信号で出力するデジタル流速計である。
なお、流量計２０が流速計を兼ねていてもよく、流量を流路断面積で除して流速を算出してもよい。流速計２１が流量計を兼ねていてもよく、流速に流路断面積を乗じて流量を算出してもよい。
なお、流量計２０が流速計を兼ねていてもよく、流量を流路断面積で除して流速を算出してもよい。流速計２１が流量計を兼ねていてもよく、流速に流路断面積を乗じて流量を算出してもよい。
【0024】
図２に示すように、制御盤３０は、処理部３１（判定部、算出部）と、信号変換部３２と、設定部３３を含む。好ましくは、制御盤３０の外筐３４は防水防塵仕様になっている。処理部３１は、ＣＰＵ３１ａと、記憶部３１ｍを含み、充填材注入システム９の制御動作を行なう。記憶部３１ｍには、充填材注入システム９を動作させるための制御プログラムや演算式が記憶されている。演算式として、後述する慣性吐出予測量Ｑ２を算出するための演算式等が挙げられる。処理部３１は、パーソナルコンピューター（以下「ＰＣ」と表記）によって構成されていてもよく、プログラマブルロジックコントローラ（以下「ＰＬＣ」と表記）にて構成されていてもよい。
【0025】
処理部３１と信号変換部３２とがイーサネットケーブル３５等にて有線接続されている。なお、処理部３１が信号変換部３２を含んでいてもよい。
【0026】
信号変換部３２は、例えばイーサネットスイッチにて構成されている。信号変換部３２を介して、処理部３１と、各種の入出力機器とが、信号伝達可能に接続されている。信号変換部３２ひいては処理部３１と接続された入力機器としては、オンオフスイッチ１３、流量計２０、流速計２１、設定部３３等が含まれる。信号変換部３２ひいては処理部３１と接続された出力機器としては、表示灯４０及びブザー４５等が含まれる。
【0027】
設定部３３は、各種設定値の入力を受け付ける。設定値としては、各ロックボルト孔５へのモルタル６（充填材）の所要充填量Ｑ０が挙げられる。所要充填量Ｑ０は、ロックボルト孔５を満タンまで充填するのに必要なモルタル６の体積であり、ロックボルト孔５の容積すなわち削孔ビットの直径と削孔深さとの積などに基づいて導出される。所要充填量Ｑ０は、ロックボルト３の断面積をも考慮して設定してもよい。
【0028】
好ましくは、設定部３３は、設定値を数値（デジタル）で受け付けて、デジタル信号で信号変換部３２に出力するデジタルデバイスである。設定部３３による所要充填量Ｑ０等の設定値は、信号変換部３２を介して、処理部３１に入力される。
処理部３１（判定部）は、流量計２０による計測流量ｑ及び設定部３３による所要充填量Ｑ０等に基づき、ロックボルト孔５へのモルタル注入量が注入ポンプ停止タイミング相当量（後記充填前注入量Ｑ１）に達したかの判定等を行なう。
処理部３１（判定部）は、流量計２０による計測流量ｑ及び設定部３３による所要充填量Ｑ０等に基づき、ロックボルト孔５へのモルタル注入量が注入ポンプ停止タイミング相当量（後記充填前注入量Ｑ１）に達したかの判定等を行なう。
【0029】
図２に示すように、表示灯４０（光による発報部）は、好ましくは、トンネル１内のモルタル注入現場の見通しの良い場所に配置されている。例えば、表示灯４０は、運搬車両８に立設された支柱４４の上端部にそれぞれ設けられている。
【0030】
表示灯４０は、上下に例えば３段（複数段）の発光部４１，４２，４３を含む。これら発光部４１～４３は、互いに発光色が異なっている。例えば、上段の発光部４１は赤色、中段の発光部４２は黄色、下段の発光部４３は青色ないしは緑色にそれぞれ発光されるが、本発明はこれに限らない。好ましくは、表示灯４０は、発光部４１～４３が回転される回転表示灯である。
【0031】
表示灯４０は、制御盤３０によって点滅制御される。表示灯４０における点灯中の発光部４１～４３の数によって、各ロックボルト孔５へのモルタルの注入度合が報知される。点灯中の発光部４１～４３の数が増えるにしたがって、注入度合が大きいことを表す。すべての発光部４１，４２，４３の点灯は、注入ポンプ１０の停止の指示を表す。
【0032】
また、制御盤３０によってブザー４５（音による発報部）が制御される。ブザー４５からの警報音は、注入ポンプ１０の停止の指示を表す。
表示灯４０及びブザー４５は、処理部３１（判定部）による判定に応じて、注入ポンプ１０の停止の指示を行なう停止指示部を構成する。
表示灯４０及びブザー４５は、処理部３１（判定部）による判定に応じて、注入ポンプ１０の停止の指示を行なう停止指示部を構成する。
【0033】
ロックボルト工においては、充填材注入システム９が、次のように作動されることによって、ロックボルト孔５へのモルタル（充填材）の充填が行われる。
＜所要充填量設定工程＞
予め、注入対象のロックボルト孔５におけるモルタル６（充填材）の所要充填量Ｑ０を、設定部３３によって設定しておく。設定された所要充填量Ｑ０は、処理部３１に送られて記憶部３１ｍに格納される。所要充填量Ｑ０の算出因子であるロックボルト孔５の長さや内径等の値を設定部３３に入力することで、その入力データが信号変換部３２を介して処理部３１に送られて、処理部３１において所要充填量Ｑ０が算出されるようにしてもよい。
好ましくは、所要充填量設定工程は、注入対象のロックボルト孔５の長さや断面積が変更される都度、実行される。
＜所要充填量設定工程＞
予め、注入対象のロックボルト孔５におけるモルタル６（充填材）の所要充填量Ｑ０を、設定部３３によって設定しておく。設定された所要充填量Ｑ０は、処理部３１に送られて記憶部３１ｍに格納される。所要充填量Ｑ０の算出因子であるロックボルト孔５の長さや内径等の値を設定部３３に入力することで、その入力データが信号変換部３２を介して処理部３１に送られて、処理部３１において所要充填量Ｑ０が算出されるようにしてもよい。
好ましくは、所要充填量設定工程は、注入対象のロックボルト孔５の長さや断面積が変更される都度、実行される。
【0034】
＜注入管挿し入れ工程＞
図１に示すように、注入管操作担当の作業者Ｂは、例えばドリルジャンボ４の高所作業台４ｄに乗って、注入管１９を注入対象のロックボルト孔５の手元側開口５ａから該ロックボルト孔５の内部へ挿し込む。注入管１９の先端部をロックボルト孔５の奥端部まで挿し込んだら合図を出す。
図１に示すように、注入管操作担当の作業者Ｂは、例えばドリルジャンボ４の高所作業台４ｄに乗って、注入管１９を注入対象のロックボルト孔５の手元側開口５ａから該ロックボルト孔５の内部へ挿し込む。注入管１９の先端部をロックボルト孔５の奥端部まで挿し込んだら合図を出す。
【0035】
＜注入ポンプ運転開始工程＞
注入ポンプ操作担当の作業者Ａは、合図に応じて、注入ポンプ１０のオンオフスイッチ１３によって運転開始の操作を行なう。
注入ポンプ操作担当の作業者Ａは、合図に応じて、注入ポンプ１０のオンオフスイッチ１３によって運転開始の操作を行なう。
【0036】
＜注入工程＞
注入ポンプ１０の運転によって、モルタル６が注入ポンプ１０から注入管１９内へ圧送され、注入管１９の先端部から吐出されて、ロックボルト孔５内に注入される。作業者Ｂは、注入しながら、注入管１９を漸次手元側へ引く。これによって、モルタル６が、ロックボルト孔５内の奥端部から手元側へ向かって充填されていく。
注入ポンプ１０の運転によって、モルタル６が注入ポンプ１０から注入管１９内へ圧送され、注入管１９の先端部から吐出されて、ロックボルト孔５内に注入される。作業者Ｂは、注入しながら、注入管１９を漸次手元側へ引く。これによって、モルタル６が、ロックボルト孔５内の奥端部から手元側へ向かって充填されていく。
【0037】
＜流量計測工程＞
注入工程中、流量計２０によって、モルタル６の流量ｑ（Ｌ／ｍｉｎ）が計測される。計測されたモルタル流量が、信号変換部３２を経て処理部３１に入力される。処理部３１は、入力された計測流量を積算することで、注入中のロックボルト孔５におけるモルタル６の現時点の計測注入量Ｑ（Ｌ）を算出する。
注入工程中、流量計２０によって、モルタル６の流量ｑ（Ｌ／ｍｉｎ）が計測される。計測されたモルタル流量が、信号変換部３２を経て処理部３１に入力される。処理部３１は、入力された計測流量を積算することで、注入中のロックボルト孔５におけるモルタル６の現時点の計測注入量Ｑ（Ｌ）を算出する。
【0038】
＜注入度合算出工程＞
更に、処理部３１は、記憶部３１ｍから所要充填量Ｑ０の設定値を読み出し、下式によって計測注入量Ｑと所要充填量Ｑ０との比Ｒを算出する。
Ｒ＝Ｑ／Ｑ０ （１）
比Ｒは、注入中のロックボルト孔５における、所要充填量Ｑ０に対するモルタル注入度合を示す。
更に、処理部３１は、記憶部３１ｍから所要充填量Ｑ０の設定値を読み出し、下式によって計測注入量Ｑと所要充填量Ｑ０との比Ｒを算出する。
Ｒ＝Ｑ／Ｑ０ （１）
比Ｒは、注入中のロックボルト孔５における、所要充填量Ｑ０に対するモルタル注入度合を示す。
【0039】
処理部３１は、算出された注入度合Ｒに応じて、表示灯４０のうち点灯させる発光部４１～４３の数を調整する。
注入管操作担当の作業者Ｂは、表示灯４０の点灯状況を見ることによって、注入作業中のロックボルト孔５におけるモルタル６の注入度合をリアルタイムで的確に把握できる。その点灯状況に応じて、注入管１９の手元側への引き具合を調節する。これによって、作業者Ｂは、勘に頼ることなく、注入管１９を適切な速度で手元側へ引くことができる。
注入管操作担当の作業者Ｂは、表示灯４０の点灯状況を見ることによって、注入作業中のロックボルト孔５におけるモルタル６の注入度合をリアルタイムで的確に把握できる。その点灯状況に応じて、注入管１９の手元側への引き具合を調節する。これによって、作業者Ｂは、勘に頼ることなく、注入管１９を適切な速度で手元側へ引くことができる。
【0040】
＜慣性吐出予測量算出工程＞
流量計２０による流量計測と併行して、流速計２１によってモルタル６の吐出流速ｖ（ｍ／ｍｉｎ）が計測される。計測流速ｖは、信号変換部３２を経て処理部３１に入力される。
処理部３１（算出部）は、計測流速ｖに基づき、慣性吐出予測量Ｑ２を算出する。
流量計２０による流量計測と併行して、流速計２１によってモルタル６の吐出流速ｖ（ｍ／ｍｉｎ）が計測される。計測流速ｖは、信号変換部３２を経て処理部３１に入力される。
処理部３１（算出部）は、計測流速ｖに基づき、慣性吐出予測量Ｑ２を算出する。
【0041】
詳しくは、慣性吐出予測量Ｑ２は、注入ポンプ１０が停止された場合に、その後も慣性で吐出されると予測されるモルタル６の量（Ｌ）である。注入ポンプ１０から吐出されたモルタル６の慣性力はモルタル６の速度ｖに依存するから、慣性吐出予測量Ｑ２は、速度ｖを変数とする関数式（２）で表される。
Ｑ２＝ｆ（ｖ） （２）
式（２）は、速度ｖの一次関数式でもよく、速度ｖの二次関数式でもよい。ＣＰＵ３１ａが記憶部３１ｍから関数式（２）を読み出し、流速ｖの計測値を関数式（２）に当てはめて演算することで、慣性吐出予測量Ｑ２を求める。
慣性吐出予測量Ｑ２は、所要充填量Ｑ０の例えば数％～数十％程度である。
Ｑ２＝ｆ（ｖ） （２）
式（２）は、速度ｖの一次関数式でもよく、速度ｖの二次関数式でもよい。ＣＰＵ３１ａが記憶部３１ｍから関数式（２）を読み出し、流速ｖの計測値を関数式（２）に当てはめて演算することで、慣性吐出予測量Ｑ２を求める。
慣性吐出予測量Ｑ２は、所要充填量Ｑ０の例えば数％～数十％程度である。
【0042】
＜慣性吐出予測量算出の変形例１＞
慣性吐出予測量Ｑ２は、注入管１９の長さＬ１９に応じて設定されてもよい。注入管長さＬ１９が大きいほど、流通抵抗が増すために慣性吐出予測量Ｑ２が小さくなる。
注入管長さＬ１９は、あらかじめ設定部３３によって入力しておく。
入力された注入管長さＬ１９の値が、記憶部３１ｍに保存される。
慣性吐出予測量算出工程時に、ＣＰＵ３１ａが記憶部３１ｍから注入管長さＬ１９の値を読み出し、慣性吐出予測量Ｑ２を算出する。
速度ｖと注入管長さＬ１９から慣性吐出予測量Ｑ２を算出してもよい。関数式（２）が、速度ｖ及び注入管長さＬ１９を変数として含んでいてもよい。
慣性吐出予測量Ｑ２は、注入管１９の長さＬ１９に応じて設定されてもよい。注入管長さＬ１９が大きいほど、流通抵抗が増すために慣性吐出予測量Ｑ２が小さくなる。
注入管長さＬ１９は、あらかじめ設定部３３によって入力しておく。
入力された注入管長さＬ１９の値が、記憶部３１ｍに保存される。
慣性吐出予測量算出工程時に、ＣＰＵ３１ａが記憶部３１ｍから注入管長さＬ１９の値を読み出し、慣性吐出予測量Ｑ２を算出する。
速度ｖと注入管長さＬ１９から慣性吐出予測量Ｑ２を算出してもよい。関数式（２）が、速度ｖ及び注入管長さＬ１９を変数として含んでいてもよい。
【0043】
＜慣性吐出予測量算出の変形例２＞
慣性吐出予測量Ｑ２は、注入ポンプ１０とロックボルト孔５との高低差ΔＨに応じて設定されてもよい。ロックボルト孔５が注入ポンプ１０より高所に在る場合、高低差ΔＨが大きいほど、慣性吐出予測量Ｑ２が小さくなる。
高低差ΔＨは、あらかじめ設定部３３によって入力しておく。厳密には、注入ポンプ１０の吐出ポート１１ｐからロックボルト孔５の手元側開口５ａまでの高低差ΔＨを入力しておく。
入力された高低差ΔＨの値が、記憶部３１ｍに保存される。
慣性吐出予測量算出工程時に、ＣＰＵ３１ａが記憶部３１ｍから高低差ΔＨの値を読み出し、慣性吐出予測量Ｑ２を算出する。
慣性吐出予測量Ｑ２は、注入ポンプ１０とロックボルト孔５との高低差ΔＨに応じて設定されてもよい。ロックボルト孔５が注入ポンプ１０より高所に在る場合、高低差ΔＨが大きいほど、慣性吐出予測量Ｑ２が小さくなる。
高低差ΔＨは、あらかじめ設定部３３によって入力しておく。厳密には、注入ポンプ１０の吐出ポート１１ｐからロックボルト孔５の手元側開口５ａまでの高低差ΔＨを入力しておく。
入力された高低差ΔＨの値が、記憶部３１ｍに保存される。
慣性吐出予測量算出工程時に、ＣＰＵ３１ａが記憶部３１ｍから高低差ΔＨの値を読み出し、慣性吐出予測量Ｑ２を算出する。
【0044】
速度ｖ又は注入管長さＬ１９と、高低差ΔＨから慣性吐出予測量Ｑ２を算出してもよい。関数式（２）が、速度ｖ又は注入管長さＬ１９と、高低差ΔＨを変数として含んでいてもよい。
速度ｖと注入管長さＬ１９と高低差ΔＨから慣性吐出予測量Ｑ２を算出してもよい。関数式（２）が、速度ｖ、注入管長さＬ１９及び高低差ΔＨを変数として含んでいてもよい。
慣性吐出予測量算出工程は、注入工程の開始時ないしは初期から行ってもよく、注入がある程度（例えば所要充填量Ｑ０の１／２～２／３程度）進んだ段階から実行してもよい。
速度ｖと注入管長さＬ１９と高低差ΔＨから慣性吐出予測量Ｑ２を算出してもよい。関数式（２）が、速度ｖ、注入管長さＬ１９及び高低差ΔＨを変数として含んでいてもよい。
慣性吐出予測量算出工程は、注入工程の開始時ないしは初期から行ってもよく、注入がある程度（例えば所要充填量Ｑ０の１／２～２／３程度）進んだ段階から実行してもよい。
【0045】
＜注入ポンプ停止タイミング判定工程＞
さらに、処理部４１（判定部）は、所要充填量Ｑ０から慣性吐出予測量Ｑ２を差し引くことで、充填前注入量Ｑ１を求める。
Ｑ１＝Ｑ０－Ｑ２ （３）
そして、計測注入量Ｑが、充填前注入量Ｑ１に達したか否かを判定する。
さらに、処理部４１（判定部）は、所要充填量Ｑ０から慣性吐出予測量Ｑ２を差し引くことで、充填前注入量Ｑ１を求める。
Ｑ１＝Ｑ０－Ｑ２ （３）
そして、計測注入量Ｑが、充填前注入量Ｑ１に達したか否かを判定する。
【0046】
＜発報工程（注入ポンプ停止指示工程）＞
計測注入量Ｑが充填前注入量Ｑ１に達した（Ｑ≧Ｑ１）と判定されたとき、処理部３１は、信号変換部３２を介して、表示灯４０へ全点灯指令を出力する。これによって、３つの発光部４１，４２，４３の全部が点灯される。すなわち、表示灯４０から発光による注入ポンプ１０の停止を指示する発報がなされる。
また、ブザー４５から注入ポンプ１０の停止を指示する警報音が発報される。
計測注入量Ｑが充填前注入量Ｑ１に達した（Ｑ≧Ｑ１）と判定されたとき、処理部３１は、信号変換部３２を介して、表示灯４０へ全点灯指令を出力する。これによって、３つの発光部４１，４２，４３の全部が点灯される。すなわち、表示灯４０から発光による注入ポンプ１０の停止を指示する発報がなされる。
また、ブザー４５から注入ポンプ１０の停止を指示する警報音が発報される。
【0047】
＜注入ポンプ停止工程＞
これに応じて、作業者Ａは、注入ポンプ１０のオンオフスイッチ１３によって運転停止操作を行なう。これによって、注入ポンプ１０への駆動電力の供給が停止され、注入ポンプ１０の運転が停止される。
これに応じて、作業者Ａは、注入ポンプ１０のオンオフスイッチ１３によって運転停止操作を行なう。これによって、注入ポンプ１０への駆動電力の供給が停止され、注入ポンプ１０の運転が停止される。
【0048】
＜注入ポンプ停止工程の変形例＞
作業者Ａによる手動停止に代えて、処理部３１（出力部）が、信号変換部３２を介して、注入ポンプ１０へ自動停止の指令信号を出力し、その指令信号に応じて、注入ポンプ１０が自動停止されるようにしてもよい。
作業者Ａによる手動停止に代えて、処理部３１（出力部）が、信号変換部３２を介して、注入ポンプ１０へ自動停止の指令信号を出力し、その指令信号に応じて、注入ポンプ１０が自動停止されるようにしてもよい。
【0049】
＜慣性吐出工程＞
注入ポンプ１０の停止後の慣性吐出時間中、慣性によってモルタル６が注入管１９の先端部から吐出され続ける。
作業者Ｂは、注入ポンプ１０の停止後も、慣性吐出時間中は、注入管１９の先端部をロックボルト孔５内に挿し込んだ状態に保持しておく。これによって、慣性で吐出されたモルタル６がロックボルト孔５に注入される。したがって、慣性吐出分のモルタル６がロックボルト孔５の外部に無駄に排出されるのを防止できる。
慣性吐出時間は、例えば数秒～数十秒程度であり、好ましくは２秒～５秒程度である。
注入ポンプ１０の停止後の慣性吐出時間中、慣性によってモルタル６が注入管１９の先端部から吐出され続ける。
作業者Ｂは、注入ポンプ１０の停止後も、慣性吐出時間中は、注入管１９の先端部をロックボルト孔５内に挿し込んだ状態に保持しておく。これによって、慣性で吐出されたモルタル６がロックボルト孔５に注入される。したがって、慣性吐出分のモルタル６がロックボルト孔５の外部に無駄に排出されるのを防止できる。
慣性吐出時間は、例えば数秒～数十秒程度であり、好ましくは２秒～５秒程度である。
【0050】
注入ポンプ停止後のモルタル６の慣性による実吐出量Ｑ３は、式（２）によって求められた慣性吐出予測量Ｑ２と近似する。
Ｑ３≒Ｑ２ （４）
慣性吐出時間経過後のトータルの実吐出量Ｑｔは、充填前注入量Ｑ１に慣性実吐出量Ｑ３が加算された値となる。
Ｑｔ＝Ｑ１＋Ｑ３ （５）
したがって、式（３）～（５）より、トータル実吐出量Ｑｔが所要充填量Ｑ０と近似する。
Ｑｔ≒Ｑ０ （６）
このようにして、ロックボルト孔５に所要量のモルタル６を充填できる。
Ｑ３≒Ｑ２ （４）
慣性吐出時間経過後のトータルの実吐出量Ｑｔは、充填前注入量Ｑ１に慣性実吐出量Ｑ３が加算された値となる。
Ｑｔ＝Ｑ１＋Ｑ３ （５）
したがって、式（３）～（５）より、トータル実吐出量Ｑｔが所要充填量Ｑ０と近似する。
Ｑｔ≒Ｑ０ （６）
このようにして、ロックボルト孔５に所要量のモルタル６を充填できる。
【0051】
＜流量計測継続工程＞
注入ポンプ１０の停止（駆動電力の供給停止）後も、少なくとも慣性吐出時間が経過するまでは流量計２０への電力供給が継続される。そして、流量計２０によるモルタル流量の計測が、慣性吐出時間が経過するまで継続される。これによって、流量計２０の計測による慣性吐出時間経過後の最終の積算注入量Ｑｅとトータル実吐出量Ｑｔとのずれを小さくできる。
注入ポンプ１０の停止（駆動電力の供給停止）後も、少なくとも慣性吐出時間が経過するまでは流量計２０への電力供給が継続される。そして、流量計２０によるモルタル流量の計測が、慣性吐出時間が経過するまで継続される。これによって、流量計２０の計測による慣性吐出時間経過後の最終の積算注入量Ｑｅとトータル実吐出量Ｑｔとのずれを小さくできる。
【0052】
処理部３１は、最終の積算注入量Ｑｅ（≒Ｑｔ）をそのロックボルト孔５へのトータルの注入量として記憶部３１ｍに保存するとともに、積算注入量をリセットする。
保存された注入量等のデータは、作業日報等の帳票の作成に用いられる。
保存された注入量等のデータは、作業日報等の帳票の作成に用いられる。
【0053】
作業者Ｂは、モルタル充填済のロックボルト孔５の手元側開口５ａから注入管１９を引き抜く。
続いて、ドリルジャンボ４の操作によって、モルタル充填済のロックボルト孔５にロックボルト３が打ち込まれる。
このようにして、削孔したロックボルト孔５ごとにモルタル６が充填されたうえでロックボルト３が打ち込まれる。
続いて、ドリルジャンボ４の操作によって、モルタル充填済のロックボルト孔５にロックボルト３が打ち込まれる。
このようにして、削孔したロックボルト孔５ごとにモルタル６が充填されたうえでロックボルト３が打ち込まれる。
【0054】
本発明は、前記実施形態に限定されず、種々の改変をなすことができる。
例えば、本発明は、地山に形成されたロックボルト孔への充填材注入工法であれば、トンネル工事に限らず、法面工事等にも適用可能である。すなわち、法面にロックボルトを打ち込むのに際して、法面のロックボルト孔に充填材を注入する工程にも本発明を適用可能である。
発報部は、表示灯４０及びブザー４５の一方だけで構成してもよく、他方は省略してもよい。
発報部が、注入度合を表示し、ひいては注入停止タイミングを発報するモニタを含んでいてもよい。
本発明に係る充填材注入システムは、ロックボルト孔５にモルタルを注入した後、ロックボルト３を挿し込む前注入方式に限らず、ロックボルト孔５にロックボルト３を挿し込んだ後、モルタル注入を行なう後注入方式にも適用可能である。
充填材は、モルタルに限らず、ウレタン系等の発泡樹脂であってもよい。
例えば、本発明は、地山に形成されたロックボルト孔への充填材注入工法であれば、トンネル工事に限らず、法面工事等にも適用可能である。すなわち、法面にロックボルトを打ち込むのに際して、法面のロックボルト孔に充填材を注入する工程にも本発明を適用可能である。
発報部は、表示灯４０及びブザー４５の一方だけで構成してもよく、他方は省略してもよい。
発報部が、注入度合を表示し、ひいては注入停止タイミングを発報するモニタを含んでいてもよい。
本発明に係る充填材注入システムは、ロックボルト孔５にモルタルを注入した後、ロックボルト３を挿し込む前注入方式に限らず、ロックボルト孔５にロックボルト３を挿し込んだ後、モルタル注入を行なう後注入方式にも適用可能である。
充填材は、モルタルに限らず、ウレタン系等の発泡樹脂であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【0055】
本発明は、例えば山岳トンネルにおけるロックボルト工に適用可能である。
【符号の説明】
【0056】
１ 山岳トンネル
２ 地山
３ ロックボルト
５ ロックボルト孔
５ａ 手元側開口
６ モルタル（充填材）
９ 充填材注入システム
１０ 注入ポンプ
１３ オンオフスイッチ
１９ 注入管
２０ 流量計
２１ 流速計
３０ 制御盤
３１ 処理部（判定部、算出部、出力部）
３３ 設定部
４０ 表示灯（発報部）
４１，４２，４３ 発光部
４５ ブザー（発報部）
２ 地山
３ ロックボルト
５ ロックボルト孔
５ａ 手元側開口
６ モルタル（充填材）
９ 充填材注入システム
１０ 注入ポンプ
１３ オンオフスイッチ
１９ 注入管
２０ 流量計
２１ 流速計
３０ 制御盤
３１ 処理部（判定部、算出部、出力部）
３３ 設定部
４０ 表示灯（発報部）
４１，４２，４３ 発光部
４５ ブザー（発報部）
【要約】
【課題】地山に形成されたロックボルト孔に充填材を注入する工程において、注入ポンプによる実際の吐出量と流量計による積算計測流量とのずれを小さくする。
【解決手段】注入ポンプ１０から延びる注入管１９をロックボルト孔５に挿し入れて、注入ポンプ１０からの充填材６をロックボルト孔５に注入する。充填材６の吐出流量ｑを流量計２０で計測する。流量計２０による計測流量に基づく積算注入量Ｑが、ロックボルト孔５の所要充填量Ｑ０から注入ポンプ１０の停止後の慣性吐出時間中の充填材６の慣性吐出予測量Ｑ２を差し引いた充填前注入量Ｑ１に達したとき、表示灯４０やブザー４５で注入ポンプ１０の停止指示を行なう。注入ポンプ１０の停止後、慣性吐出時間が経過するまで吐出流量の計測を継続する。
【選択図】図２
【解決手段】注入ポンプ１０から延びる注入管１９をロックボルト孔５に挿し入れて、注入ポンプ１０からの充填材６をロックボルト孔５に注入する。充填材６の吐出流量ｑを流量計２０で計測する。流量計２０による計測流量に基づく積算注入量Ｑが、ロックボルト孔５の所要充填量Ｑ０から注入ポンプ１０の停止後の慣性吐出時間中の充填材６の慣性吐出予測量Ｑ２を差し引いた充填前注入量Ｑ１に達したとき、表示灯４０やブザー４５で注入ポンプ１０の停止指示を行なう。注入ポンプ１０の停止後、慣性吐出時間が経過するまで吐出流量の計測を継続する。
【選択図】図２
【図1】
【図2】