JP2000265798A - ロックボルト - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 施工面からのボルト突出長を金属性ロックボ
ルトの突出長と同程度にし、かつ、金属性ロックボルト
と同様の引き抜き試験を行えるようにする。 【解決手段】 円筒内周部に第１のネジ部５２ａを有
し、かつ、外周部に第２のネジ部５２ｂが形成された所
定長の金属性パイプ状部材５２をロックボルト本体５１
の一端に嵌め込んでロックボルトのネジ部を形成し、該
ネジ部にナット５４を嵌め込む構造とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はトンネル工事等で地山の
定着、補強に用いるロックボルトに係わり、特に、外周
にネジを形成したＦＲＰロックボルトに関する。

【０００２】

【従来の技術】山岳等のトンネル工事で一般的なナトム
工法（ＮＡＴＭ工法）では、地山を掘削したあと（必要
な場合は壁をセメントで固めた後）、壁から岩盤内部へ
垂直に多数のロックボルトを打ち込み、セメント系或い
は樹脂系等の所定の定着材で定着させるなどして、トン
ネルの壁近くの地盤を強固にするとともに岩盤内部の地
盤で支持することで内壁周辺の崩落を防ぐようにしてい
る（支保工）。ロックボルトには工事トンネルの側壁等
に垂直に打ち込み定着させたあとそのまま地盤中に残し
て長期間、地盤の補強を行う支保工用と、工事トンネル
先端の切羽鏡やサイロット等に打ち込み、定着させる
が、一時的な補強を行うだけで後にトンネル掘進ととも
に切断される仮支保工用とが有る。

【０００３】前者の支保工用の場合、構造部材としてな
るべく高強度のものが望ましく鋼製ロックボルトが利用
される。そして、打設後はプレート、ワッシャー等の座
板とナットを用いて地盤への締め付けが行われ、長期
間、強固に定着するようにしている。又、後者の仮支保
工の場合、後に切断可能なように、ＦＲＰロックボルト
（ガラス繊維等の強化繊維束を熱硬化性樹脂で固めたボ
ルト）が多く用いられる。ＦＲＰロックボルトは当初ネ
ジ部を持たないものが多く使われていた。これはネジ部
を形成しても本体強度に比べて充分な引張り強度を得る
ことが難しいからである。すなわち、ＦＲＰロックボル
トは鋼製ロックボルトのように、ネジを形成して打設後
に座板とナットを用いて地盤へ締め付けを行ってもネジ
部での引張り強度が弱いため所要の効果が得られない。
しかし、上記仮支保工の場合、ＦＲＰロックボルトは短
期間の内に除去されることが多いためナットによる締め
付けは不要で、単に地盤中に打設するだけであるため、
ネジ部を有しなくても何ら問題が生じない。

【０００４】ところで、仮設期間が長くなると、ＦＲＰ
ロックボルトであっても打設後、座板とナットを用いて
地盤へ締め付けて強固に定着する必要が生じる。又、Ｆ
ＲＰロックボルトは、軽くて強く、しかも腐食がなく電
気絶縁性であり、更には容易に切断加工ができる特性が
あり、鋼製ロックボルトに替えて使用できれば好都合で
あり、このためネジ部を形成してその引張り強度を向上
することが要望されてきた。

【０００５】そこで、ＦＲＰロックボルトの加工時に表
面を糸状部材で螺旋状に絞り込んで、全長にわたってロ
ープネジ形状を備えたものが開発された（特許第262913
0号)。図７はかかるＦＲＰロックボルト１の一部破断図
であり、(1) 硝子繊維及び又はアラミド繊維からなる長
繊維状繊維集合体２に、不飽和ポリエステル、ビニルエ
ステル、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させ、
(2) ビニロン、テトロンケプラー、ナイロン、ガラスヤ
ーン、ガラスロービング等からなる糸状繊維物３を螺旋
状に巻き付けて締め上げ、これにより外周面軸方向に凹
凸形状を形成し、(3) しかる後、熱硬化して所謂ロープ
ねじ状（鋼製ロックボルトに形成される雄ねじ部よりピ
ッチが粗い）に加工している。

【０００６】このＦＲＰロックボルトによれば、ナット
を用いて本体強度の５０％程度に相当する引張り強度が
得られるようになったが、単位長さ当たりのネジ強度
（ネジ山の引張強度）はまだまだ小さい。このため、打
設後のＦＲＰロックボルトに座板と組み合わせたナット
を嵌め込んで定着させる場合、ロックボルトとナットの
嵌め合わせ部分のねじ山にかかる引っ張り荷重を小さく
してねじ山の引張強度の低い素材でも十分に耐えれるよ
うにする必要がある。そこで、図８に示す如く、ロック
ボルト１とナット５との嵌め合わせ長さＬをかなり長
く、ナット５を長尺にして雌ねじ部に十分な長さを確保
する。しかし、かかる構造にすると、鋼製ロックボルト
の場合に比べて数倍の嵌め合わせ長さＬが必要となり、
座板４、ナット５を含めたロックボルト１の端部がトン
ネル空間内に大きく突出してしまう。この結果、トンネ
ル施工の途中において他の作業の邪魔になったり、次工
程で防水シート、アイソレーションシート等のシート類
７を敷設する場合、突出したロックボルト頭部に阻害さ
れてシート類７に凸凹が生じ、所期のシート性能を発揮
できなくなり、しかも、その後の二次覆工コンクリート
打設時にシートの破損の原因になるなどの問題が生じ
る。

【０００７】上記の問題を解決するために、特殊な形状
を有するナットを使用してロックボルトの突出長を短く
するＦＲＰロックボルトが提案されている（特開平9-13
898号明細書参照)。図９はかかるＦＲＰロックボルトの
斜視図であり、ＦＲＰロックボルト１の外周には雄ねじ
部（ロープネジ）１ａが形成され、該ロックボルト１に
所定長の雌ねじ部を有する特殊形状のナット５が螺合可
能になっている。ナット５は、座板４の丸穴４ａに遊挿
可能なシャフト部５ａと、シャフト部の手元側に固着さ
れ、座板の穴４ａより大きい頭部５ｂを備え、内面に頭
部からシャフト部まで連続するように所定長の雌ねじ部
５ｃが形成されている。

【０００８】図１０に示すように地山６に打ち込まれた
ロックボルト１にナット５を座板４と組み合わせて嵌め
込むことで、ロックボルト１を地盤に固定する。すなわ
ち、地山６にボアホール８を穿設し、ついでロックボル
ト１を打設する。しかる後、座板４の穴４ａにナット５
のシャフト部５ａを遊挿した状態で、ロックボルト１の
頭部雄ねじ部にナット５の雌ねじ部を嵌め込む。嵌め込
みの進行と共にナット５のシャフト部５ａはボアホール
８内に入り込み、座板４はナット５の頭部５ｂによって
地盤に押し当てられ、ロックボルト１が地盤に強固に定
着される。ナット５の大部分はボアホール内に入り込
み、ほぼナットの頭部５と座板４を合わせた厚み分が外
に出るだけなので、ロックボルトの突出長さＬ′を短く
でき、他の作業の邪魔とならず、また、次工程で防水シ
ート、アイソレーションシート等のシート類を敷設する
場合に凸凹が小さくなるので所期のシート性能を発揮さ
せることができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図９のＦＲＰ
ロックボルトでは、嵌合長さＬを縮少することができ
ず、定着材を使用する時はナット５も一体に定着し、定
着後は締め付け力の調整ができない問題がある。又、上
記従来のＦＲＰロックボルトはいずれも施工管理上の問
題がある。

【００１０】ロックボルトは実際に施工されたとき、地
山に対して十分に定着しているかの確認をする必要があ
り（施工管理）、その試験方法として引き抜き試験とト
ルク試験がある。引き抜き試験は油圧ジャッキを用いて
引き抜き力をロックボルトに与えて定着力を確認する試
験であり、図１１は鋼製ロックボルト（金属性の全ネジ
ボルト）の引き抜き試験説明図である。鋼製ロックボル
ト１′は定着材９により地山６に定着している。この鋼
製ロックボルト１′の引き抜き試験を行うには、引き抜
き試験装置（角ワッシャー１０、ラムチェア１１、角度
調整台座１２、センターホール型の油圧ジャッキ１３、
反力プレート１４など）を試験可能に取り付ける。ま
た、ロックボルト１′の雄ネジと嵌合する雌ネジが形成
されたテンションバー（延長用ロッド）１５を、反力プ
レート１４→油圧ジャッキ１３→ラムチェア１１に挿通
させる形となるよう、ロックボルト１′の一端にねじ込
む。しかる後、テンションバー１５の他端外周に形成し
たＭネジ部にテンションバーナット１６を嵌合して反力
プレート１４に締め付ける。かかる状態において、油圧
ポンプ（図示せず）よりオイルを油圧ジャッキ１３に送
り込むと、油圧ジャッキ１３は油圧によりピストン（図
示せず）で反力プレート１４を右方向に移動させようと
する。このため、油圧を更に掛けて移動力（引き抜き
力）が大きくなると反力プレート１４が移動し、ロック
ボルト１′が引き抜かれる。従って、その時の引き抜き
力を油圧ポンプの油圧ゲージで測定することにより定着
力を測定できる。尚、引き抜き試験は所定の引き抜き力
を掛けてもロックボルト１′が引き抜かれなければ定着
正常であると判定する。

【００１１】従来のロープネジが形成されたＦＲＰロッ
クボルトでは、仮設するだけであればナットを嵌め込む
必要がない。このため地山よりトンネル空間内に突出す
るボルト端部の長さを短くできる。しかし、引き抜き試
験を行うには、ボルト本体の出代（地山より出ている部
分）が短いため、テンションバー１５との嵌合に必要な
長さがとれない。このため、図１２に示すようにテンシ
ョンバー１５と十分に嵌合するに必要な長さ分ＬのＦＲ
Ｐロックボルトを施工面より出しておき、試験終了後に
切断するようにしているが、これでは、余分な手間が掛
かる。

【００１２】又、図９、図１０のＦＲＰロックボルトの
場合も引き抜き試験を行うには、ボルト本体１の出代
（地山より出ているネジ部分）が短いため、テンション
バー１５との嵌合に必要な長さがとれない。このため、
テンションバー１５と十分に嵌合するに必要な長さ分の
ボルト本体部１を施工面より出しておき、試験終了後に
切断する必要が有り余分な手間が掛かる。又、トルク試
験は、トルクトレンチによりナットを締め付け、確認加
重に相当するトルクを付与して定着力を確認する試験で
あるが、ＦＲＰロックボルト１はねじり力に対して弱
い。このため、ロープネジが全長にわたって形成された
ＦＲＰロックボルトの場合、トルク試験においてナット
５を締め付けると、図１３に示すように定着材９により
固定された部分とされていない部分の境界（ナット端部
の境界）Ａでねじり力が作用し、必要な軸力が発生する
前にロックボルト１がねじ切れるという問題がある。

【００１３】以上から本発明の目的は、ナットの高さを
低く、かつ、施工面からの突出長を短くでき、しかも、
金属性ロックボルトと同等の締結能力を有するネジ締結
部を備えたＦＲＰロックボルトを提供することである。
本発明の別の目的は、引き抜き試験、トルク試験などの
施工管理試験を問題無く行えるロックボルトを提供する
ことである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明では、ロックボル
ト本体の外周に形成したネジと螺合可能な第１のネジ部
を円筒内周部に有し、かつ、外周部にナットと螺合する
第２のネジ部が形成された金属性のパイプ状部材を、ロ
ックボルト本体の一端に嵌め込んでロックボルトのネジ
締結部を形成する。かかるネジ締結部を備えたロックボ
ルトによれば、金属性ロックボルトのネジ部と同等のネ
ジ部を形成できるため、ナット高さを低くでき、しか
も、パイプ状部材の施工面からの突出長を金属性ロック
ボルトの突出長と同程度にして引き抜き試験を行え、か
つ、トルク試験でもねじ切れることがない。又、パイプ
状部材に回転防止溝を設けることにより、ナットを締め
付けたとき該パイプ状部材が確実に軸方向にのみ移動可
能な形となるため、より確実にＦＲＰボルト本体部分に
おけるねじれの発生を回避できる。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１は本発明のＦＲＰロックボル
トの分解図である。５１はＦＲＰロックボルトの本体部
であり、ガラス繊維等の強化繊維束を熱硬化性樹脂で固
めたもので全長にわたってロープネジ形状（雄ネジ）５
１ａを有している。ネジピッチは例えば14mm、ロックボ
ルト本体の全長は3000mmである。５２は金属性のパイプ
状部材であり、円筒内周部にロックボルト本体５１の外
周に形成した雄ネジ５１ａと螺合可能な雌ネジ５２ａを
有し、かつ、外周部の一部（例えば全長の約半分の範
囲）に雄ネジ（Ｍ３６）５２ｂが形成されている。パイ
プ状部材５２の全長は例えば120mmであり、図ではロッ
クボルト本体部５１の一端にねじ込み、ロックボルトの
ネジ部とした状態を示している。又、図では外周部の一
部に雄ネジ５２ｂを形成した場合を示しているが外周部
の全長にわたって形成することもできる。

【００１６】５３は４角形状の角ワッシャーで、パイプ
状部材５２の外径より大きい丸穴５３ａを備えている。
この角ワッシャー５３は、ロックボルト本体５１を地山
に固定する際にパイプ状部材５２に挿通され、後述する
ナットにより締め付けられるものである。角ワッシャー
５３のサイズは縦横100mm×100mmで、丸穴径は38φであ
る。５４はナットで、ロックボルトのネジ部であるパイ
プ状部材５２の外周部に形成した雄ネジ（Ｍ３６）５２
ｂに螺合し、該パイプ状部材５２に挿通されている角ワ
ッシャー５３を地山に押し当て、締め付けてロックボル
ト本体５１を地山により強固に固定するものである。ナ
ットの厚さは例えば29mmである。

【００１７】図２はロックボルトの施工方法説明図であ
る。地山６１に掘削したトンネルの内壁６２から岩盤内
部へ所定深さのボアホール６３を穿孔し、ボアホール６
３内に注入ホース等を用いて定着材６４を注入する。そ
の後、先端が剣先加工され、他端にパイプ状部材５２が
ねじ込まれたロックボルト本体５１を打設する（図２
（ａ））。この場合、パイプ状部材５２の一端が角ワッ
シャー５３とナット５４の合計厚みより少し長めに突き
出た位置まで打設する。ついで、パイプ状部材５２に角
ワッシャー５３の丸穴を挿通した状態で、該パイプ状部
材５２の先端側からナット５４を螺合させて嵌め込み、
角ワッシャー５３を地山の内壁に押し当て締め付けるこ
とによりボルト本体部５１を地山に定着する（図２
（ｂ））。かかる状態で、定着材６４が硬化すれば、ロ
ックボルト本体５１とボアホール６３の孔壁周辺が一体
的に固着し、ロックボルト先端部が打ち込まれた固い内
部岩盤に支えられることで、坑壁周辺の崩落が防止され
る。

【００１８】図３は本発明のＦＲＰロックボルトの引張
試験の結果を示す図表、図４は試験装置である。試験
は、図４に示すように外径約25mm、本体引張強度約43tf
のＦＲＰボルト５１の両端にそれぞれ外径39mm(外周ネ
ジＭ３９）のパイプ状部材５２を嵌合し、該パイプ状部
材の外周ネジ５２ｂに合う金属製ナット（厚さ約32mm)
５４に対して載荷を行った。試験装置において、７１は
油圧ポンプ、７２は油圧ゲージ、７３，７４は角ワッシ
ャー、７５は油圧ジャッキである。

【００１９】油圧ポンプ７１より油圧ジャッキ７５にオ
イルを送り込むと、油圧ジャッキは油圧によりピストン
７６を介して角ワッシャー７４を右方向に移動させよう
とする。油圧を更に加えて角ワッシャー７４が移動開始
すれば、該移動開始時点のオイルゲージの値がロックボ
ルト５１のネジ締結部の引張り強度となる。

【００２０】図３の試験結果より明らかなように、本発
明のロックボルトによれば、パイプ状部材５２とロック
ボルト本体５１の嵌合長さが短くても(120mm〜140mm)、
十分な引張り力を発生するネジ部をボルト本体部５１に
形成することができる。これにより、座板、ナットをネ
ジ部に嵌め込んで地山に押し当てることにより効果的に
ＦＲＰロックボルトを地山に定着できる。また、定着確
認に必要な引き抜き力を掛けてもネジ部は破断すること
がなく正しく引き抜き試験ができる。以上では、ボルト
本体５１とパイプ状部材５２との嵌合に接着剤を併用し
ない場合であるが、併用すれば最大荷重をさらに１０％
程度高めることができる。この場合、ボルト本体５１と
パイプ状部材５２間はネジにより結合するので、接着剤
をあらかじめボルト表面に薄く塗布してねじ込むだけで
両者を一体化することが出来、特別な養生は不要で即使
用出来る。よって、極めて、簡単且つ短時間にロックボ
ルト本体５１にネジ部を形成することが出来る。又、施
工管理試験のうち、油圧ジャッキを用いる引抜き試験に
ついては、施工面から突出しているネジ部を金属製とし
たことで、通常の金属性ロックボルトの場合と同様の引
き抜き試験が可能となる。すなわち、ボルトの出代を従
来のＦＲＰボルトのように長くする必要がない。

【００２１】図５は本発明のロックボルトの引き抜き試
験説明図である。ロックボルト本体５１は定着材６４に
より地山６１に定着している。このロックボルトの引き
抜き試験を行うには、引き抜き試験装置（角ワッシャー
１０、ラムチェア１１、角度調整台座１２、センターホ
ール型の油圧ジャッキ１３、反力プレート１４など）を
試験可能に取り付ける。ついで、先端にアダプタ１７が
装着されたテンションバー１５を反力プレート１４、油
圧ジャッキ１３、ラムチェア１１に挿通し、アダプタ１
７をパイプ状部材５２の外周部に形成した雄ネジに螺合
して結合する。しかる後、テンションバー１５の他端外
周に形成したＭネジ部にテンションバーナット１６を嵌
合して反力プレート１４に締め付ける。かかる状態にお
いて、油圧ポンプよりオイルを油圧ジャッキ１３に送り
込むと油圧ジャッキ１３は図示しないピストンにより反
力プレート１４を右方向に移動する力を発生する。油圧
を更に掛けて移動力（引き抜き力）を大きくし、設定力
以上の引き抜き力を掛けてもロックボルト５１が引き抜
かれなければ定着は正常であると判定する。

【００２２】尚、ＦＲＰロックボルト本体の地山に対す
る定着力を正確に測定するために以下の手段を講じるこ
とが好ましい。すなわち、パイプ状部材５２（図２）の
うちボアホール６３内に挿入され、定着材６４と直接接
触する部分は、(1) 定着材との付着が生じないように、
あるいは、確認が必要な荷重に対して十分小さくなるよ
うに、なめらかに仕上げる、あるいは、(2) 油を塗布す
る、あるいは、(3) ボアホール奥側に向かって細くなる
テーパーを付ける。

【００２３】更に、施工管理試験のうち、トルク付加試
験においてねじ切れを防止することができる。すなわ
ち、ナット５４の締め付け力がパイプ状部材５２を介し
てロックボルト本体５１に軸力を生じさせるため、該ロ
ックボルト本体に直接ねじれが発生せず、これによりね
じ切れを防止でき、確認が必要な軸力までトルクをかけ
て試験を行うことが出来る。ナット５４を締め付けた時
にＦＲＰロックボルト本体５１にねじれが更に発生しな
い構造とするため、パイプ状部材５２に回転防止の溝を
設けておくのが効果的である。図６は外周部軸方向に９
０⁰の間隔で４つの回転防止溝５２ｃを形成したパイプ
状部材５２の側面図及び正面図である。この溝付きパイ
プ状部材によれば、溝部５２ｃに定着材が入り込んでパ
イプ状部材の回転を邪魔する。このため、ナット５４を
ネジ部５２ｂに嵌め込んで締め付けたときにパイプ状部
材５２の回転が阻止され、軸方向にのみ移動可能な形と
なるため、より確実にＦＲＰボルト本体部分５１におけ
るねじれの発生を回避できる。

【００２４】なお、パイプ状部材５２の回転防止溝５２
ｃは部材５２の回転を抑制するためだけに機能し、引抜
き試験の場合と同様に定着材と付着しにくくするか、あ
るいは、確認が必要な軸力に相当する引き抜き力に対し
て、十分小さな力でボルト軸方向の動きに対して付着が
切れるようにする必要がある。このために、以下の手段
を講じると良い。すなわち、(1) パイプ状部材５２のう
ちボアホール内に挿入され、定着材と直接接触する部分
は溝５２ｃを含めて、なめらかに仕上げる、あるいは、
(2) 油を塗布する、あるいは、(3) ボアホール奥側に向
かって細かくなるようにテーパーを付ける。以上、本発
明を実施例により説明したが、本発明は請求の範囲に記
載した本発明の主旨に従い種々の変形が可能であり、本
発明はこれらを排除するものではない。

【００２５】

【発明の効果】以上本発明によれば、ロックボルト本体
の外周に形成したネジと螺合可能な第１のネジ部を円筒
内周部に有し、かつ、外周部にナットと螺合する第２の
ネジ部が形成された金属性のパイプ状部材を、ロックボ
ルト本体の一端に嵌め込んでロックボルトのネジ締結部
を形成するようにしたから、ＦＲＰロックボルトに金属
性ロックボルトのネジ部と同等のネジ部を形成でき、こ
の結果、、ナット高さを低くでき、しかも、パイプ状部
材の施工面からの突出長を金属性ロックボルトの突出長
と同程度にして引き抜き試験を行え、かつ、トルク試験
でもねじ切れることがない。

【００２６】又、本発明によれば、ナットの締め付け力
が金属製のパイプ状部材を介してボルト本体に軸力を生
じさせるため、ボルト本体部に直接ねじれが発生するこ
とがなく、確認が必要な軸力までトルクをかけて試験を
行うことが出来る。又、本発明によれば、パイプ状部材
に回転防止溝を設ける構成としたから、溝部に定着材が
入り込んで硬化するため、ナットをパイプ状部材のネジ
部に嵌め込んで締め付けたときパイプ状部材の回転が阻
止され、軸方向にのみ移動可能な形となるため、より確
実にＦＲＰボルト本体部分におけるねじれの発生を回避
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＦＲＰロックボルトの分解図である。

【図２】本発明のＦＲＰロックボルトの施行方法説明図
である。

【図３】パイプ状部材の長さと最大荷重及びボルト本体
強度に対する比率を示す試験結果である。

【図４】試験装置構成図である。

【図５】本発明のロックボルトの引き抜き試験説明図で
ある。

【図６】溝付きパイプ状部材の外観図である。

【図７】ＦＲＰロックボルトの一部破断図である。

【図８】従来のＦＲＰロックボルトの問題点説明図であ
る。

【図９】特殊形状ナットを備えた従来のＦＲＰロックボ
ルトの斜視図である。

【図１０】ＦＲＰロックボルトの使用法説明図である。

【図１１】鋼製ロックボルトの引き抜き試験説明図であ
る。

【図１２】従来のＦＲＰロックボルトの引き抜き試験説
明図である。

【図１３】トルク試験時における問題点説明図である。

【符号の説明】

５１・・ＦＲＰロックボルトの本体部 ５２・・金属性のパイプ状部材 ５２ａ・・雌ネジ ５２ｂ・・雄ネジ ５３・・角ワッシャー ５４・・ナット

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外周にネジが形成されたロックボルト本
   体、 円筒内周部にロックボルト本体の外周に形成した前記ネ
   ジと螺合可能な第１のネジ部を有し、かつ、外周部にナ
   ットと螺合する第２のネジ部が形成された金属製のパイ
   プ状部材を備え、パイプ状部材をロックボルト本体の一
   端に嵌め込んでロックボルトのネジ締結部を形成してな
   ることを特徴とするロックボルト。
2. 【請求項２】 前記パイプ状部材に回転防止溝を設けた
   ことを特徴とする請求項１記載のロックボルト。