JP2002174098A

JP2002174098A - 膨張型鋼管ロックボルト

Info

Publication number: JP2002174098A
Application number: JP2000373503A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Mitarai; 良夫御手洗; Hidemasa Saka; 英昌坂; Toshio Inoue; 敏雄井上; Masahiro Tsukada; 政弘塚田
Original assignee: Kumagai Gumi Co Ltd; Sanwa Kokan Co Ltd; Hokuetsu Metal Co Ltd
Current assignee: Kumagai Gumi Co Ltd; Sanwa Kokan Co Ltd; Hokuetsu Metal Co Ltd
Priority date: 2000-12-07
Filing date: 2000-12-07
Publication date: 2002-06-21

Abstract

(57)【要約】【課題】トンネル施工に用いる膨張型鋼管ロックボル
トを容易に低コストで製造すると共に、鋼管の膨張によ
って地山に均一に圧力を与えるようにする。【解決手段】両端部を閉鎖し、且つ、一端部に流体注
入口を有し、該流体注入口より加圧されて岩盤等の穿孔
の中で膨張可能な管形状を有する膨張型鋼管ロックボル
トに於て、管断面形状を丸管３の中心部に設けられるプ
ラグと該プラグに対峙させて設けられると共に、外側に
等間隔で複数の窪み５，５…を有し、且つ、該窪み５，
５同士が該丸管３の中心に相対する形状を有するダイス
との間を該丸管３から冷間引き抜きして形成する断面と
同一に形成するようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は膨張型鋼管ロックボ
ルトに関するものであり、特に、容易に低コストで製造
できると共に、鋼管の膨張によって地山に均一に圧力を
与えることができる膨張型鋼管ロックボルトに関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
トンネル等の施工時の岩盤補強用として特公平２−５２
０号公報及び特公平２−５２３８号公報に記載されてい
る鋼管製ロックボルトが用いられていた。該鋼管製ロッ
クボルトの管の断面形状は、図７（ａ）に示すように外
周は円形に形成され、且つ、上部中央部から内側に該管
の内径に沿うように折り曲げた形状になっている。該鋼
管製ロックボルト１の製造方法は図示は省略するが、最
初に円形の管の上部からプレス治具により１ケ所窪みを
つけ、更に、窪み側又は窪みの左右から該管の全体にプ
レスを掛けて所定の断面形状を形成する。このプレス方
法は前述の通り、少なくとも２工程必要で製造コストア
ップは避けられない。又、該管の長さは３〜８ｍあり、
該プレス方法ではプレス機も該管の長さを持つものを用
いる必要があり、長さの短いプレス機を用いる場合には
プレスを数回繰り返すことにより折り曲げ部を形成する
ことになる。従って、製造コストアップは避けられな
い。

【０００３】次に、前記鋼管製ロックボルト１の使用方
法を図７（ａ）（ｂ）に従って説明する。該鋼管製ロッ
クボルト１の両端部は閉鎖し、且つ、一端部に流体注入
口を設け、該流体注入口より高圧水等を封入し、管を膨
張させて地山である岩盤Ｒに固定する。ここで、該岩盤
Ｒには図７（ａ）に示すように、該鋼管製ロックボルト
１の断面の周長より小さい周長の断面円形の孔２を穿孔
し、該孔２に両端を閉鎖した該鋼管製ロックボルト１を
挿入する。

【０００４】従って、該鋼管製ロックボルト１の断面形
状は、外周が１８０°を越える角度に渉る実質的に部分
円周の区域と、該部分円周の区域に対抗する１個だけの
窪みとを有し、該窪みが該部分円周を周の一部とする円
の中心を越えて広がる断面形状とし、更に、前記岩盤Ｒ
の孔２の周長より長い周長を有し、該孔２への挿入前に
は図７（ａ）に示すように該孔２の直径より小さくす
る。該鋼管製ロックボルト１を該孔２に挿入後、加圧装
置により加圧膨張させると図７（ｂ）に示すように該鋼
管製ロックボルト１の断面形状が拡大して該岩盤Ｒに固
定できることになる。しかし、該鋼管製ロックボルト１
の断面形状は歪であるため、鋼管の膨張によって岩盤等
の地山に与える圧力が円周方向で均一にならない。特
に、地山が変状して該鋼管に軸力が生じた場合には引き
抜き耐力の信頼性が損われる。

【０００５】そこで、容易に低コストで製造できると共
に、鋼管の膨張によって地山に均一に圧力を与えること
ができる膨張型鋼管ロックボルトを得るために解決すべ
き技術的課題が生じてくるのであり、本発明は該課題を
解決することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために提案されたものであり、両端部を閉鎖し、且
つ、一端部に流体注入口を有し、該流体注入口より加圧
されて岩盤等の穿孔の中で膨張可能な管形状を有する膨
張型鋼管ロックボルトに於いて、管断面形状を丸管の中
心部に設けられるプラグと、該プラグに対峙させて設け
られると共に、外側に等間隔で複数の窪みを有し、且
つ、該窪み同士が該丸管の中心に相対する形状を有する
ダイスとの間を該丸管から冷間引き抜きして形成する断
面と同一に形成する膨張型鋼管ロックボルト、及び、前
記管断面形状が８方向の窪みを有し、且つ、該窪みの前
記丸管の中心に相対する位置をボルト中心軸に対し４５
°ずつ等間隔を取って形成する膨張型鋼管ロックボル
ト、及び、前記プラグと前記ダイスとを管引き抜き方向
に於いて正逆方向に相対的に移動させて、前記丸管の断
面の一部分に薄肉部を設ける膨張型鋼管ロックボルト、
並びに、前記流体注入口は前記丸管の中心部に設けられ
るプラグで形成される孔にカプラを取り付けて形成する
膨張型鋼管ロックボルトを提供するものである。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態を図
１乃至図６に従って詳述する。図１は丸管３から冷間引
き抜き法によって製造された膨張型鋼管ロックボルト４
の断面形状を示す。ここで、例えば該丸管３の外径寸法
を６０．５mmとし、これより外径寸法３７mmの膨張型鋼
管ロックボルト４を製造する。

【０００８】鋼管の断面形状は該丸管３の中心部に設け
られたプラグ９（図２参照）で形成される直径１３mmの
孔７と該プラグ９に対峙させて設けられると共に、外側
に等間隔で複数の窪み５，５…を有し、且つ、該窪み
５，５…の最底部５ａ，５ａ…が該丸管３の中心に対し
て相対し、該窪み５，５…の開口部の外辺６，６の間隔
がボルト中心軸Ｌに向かうに従い、平行もしくは狭くし
た形状を有するダイス８（図２参照）との間を該丸管３
から１回の冷間引き抜きで形成される断面と同一に形成
する。

【０００９】図１に示す鋼管の断面形状は８方向の窪み
５，５…を有し、且つ、該窪み５，５…の該丸管３の中
心に相対する位置を前記ボルト中心軸Ｌに対して４５°
ずつ等間隔を取って形成する。又、該膨張型鋼管ロック
ボルト４の外径に接し、該窪み５，５間に突出する円弧
状の突起部１５の半径寸法は４．８mmとする。このよう
に、各底辺同士を互いに相対位置に置くことにより管の
製造時の直進性が保たれ、且つ、全体に応力が作用して
いるので曲がりの発生が押えられる。

【００１０】尚、該窪み５，５を９０°ずつずらして、
４方向に有する十字形の断面形状に形成した場合、前記
管の曲がりの発生は押えられるが、前記と同じ外径の鋼
管ロックボルトを製造するときには前記プラグ９で形成
される孔７の直径は小さいものとなり、折り曲げ部に傷
が発生すると共に後述する該孔７を利用するカプラの取
付等ができない。

【００１１】又、該窪み５，５…の数が少ないので後述
する鋼管ロックボルト４の膨張時の地山への食い込み力
が小さい。更に、該窪み５，５…を３０°ずつずらして
１２方向に形成した場合には管の曲がりの発生や、膨張
時の地山への食い込み等は問題なく、しかも、該孔７の
直径も大きく取れるが、冷間引き抜き回数を２回以上行
う必要があり、製造時のコストアップは避けられない。

【００１２】従って、該窪み５，５を８方向に設ける断
面形状が最も良い鋼管ロックボルトになる。

【００１３】次に、図３乃至図５に従い該膨張型鋼管ロ
ックボルト４の膨張時の岩盤Ｒへの食い込み状態につい
て説明する。図３は膨張時の該膨張型鋼管ロックボルト
４の横断面を示し、図５に示すように岩盤Ｒの穿孔２内
に該膨張型鋼管ロックボルト４を挿入して加圧装置１３
によりホース１２及びカプラ１０を通して鋼管ロックボ
ルト４内にモルタル又はセメントミルク等の注入材を圧
入して該鋼管ロックボルト４を膨張させ、且つ、注入し
た注入材を該鋼管ロックボルト４内で硬化させることに
より該岩盤Ｒに固定させる。その際、図１に示す該膨張
型鋼管ロックボルト４の円弧状の突起部１５は該穿孔２
に接触するまで曲げられ、前記窪み５の外辺６，６及び
最底部５ａは外方部分へ押し出される。尚、該膨張型鋼
管ロックボルト４の外周長さは膨張前と膨張後とは同一
であるので、該管のひび割れの危険を低減させる効果を
有する。又、該窪み５，５…は膨張時には図３に示すよ
うに左右方向に拡がるか、或いは内辺６ａ，６ａが平行
になるような形状を有する。

【００１４】次に、図４（ａ）は膨張時の該窪み５への
圧力の作用状態を示し、内部圧力は該窪み５を圧縮方向
で内辺６ａ，６ａに作用して該窪み５の開口部の幅寸法
Ｗを保持する。その後、図４（ｂ）に示すように、該内
部圧力を除去したときには、該内辺６ａ，６ａが外方
（図の上部）へ向う方向に力が働く。従って、該窪み５
の前記開口部の幅寸法Ｗがα寸法分拡大する方向の力が
作用することになる。この力は、図３に示す前記穿孔２
と前記膨張型鋼管ロックボルト４との間の摩擦維持を増
大することになり、前記岩盤Ｒへの固定が確実なものと
なる。尚、図３に示す窪み５，５…は８箇所設けている
ので、該岩盤Ｒへの食い込みが尚確実になる。

【００１５】次に、前述したように、該膨張型鋼管ロッ
クボルト４の中心部に設けられる孔７より注入材を圧入
して鋼管ロックボルト４を膨張させて該岩盤Ｒに固定す
る際、該鋼管ロックボルト４の先端部の一部分に他の肉
厚より薄い薄肉部Ｔを予め設けておき、該鋼管ロックボ
ルト４の膨張が完了する圧力で該薄肉部Ｔが破壊するよ
うにしておく。従って、該鋼管ロックボルト４が破壊し
たとき、該鋼管ロックボルト４の外面と前記穿孔２との
間に注入材が充填されることになり、該注入材の硬化に
よって密着力が増し、該鋼管ロックボルト４と地山との
間の引き抜き摩擦力が増加する。

【００１６】図２は該薄肉部Ｔの形成方法を示し、図２
（ｃ）に示す薄肉部Ｔを有する鋼管ロックボルト４を製
造するため、ダイス８とプラグ９との相互位置を、第１
段は図２（ａ）の位置即ち、該ダイス８のベアリング径
ｄ₁面と該プラグ９のベアリング径ｄ₂面が対峙する位
置で外径ｄ₁、内径ｄ₂の管を製造する。次に第２段
は、図２（ｂ）の位置即ち、該ダイス８のベアリング径
ｄ₁面と該プラグ９のベアリング径ｄ₃面が対峙する位
置で外径ｄ₁、内径ｄ₃の管を製造する。第３段は再び
図２（ａ）の位置にセットし直して外径ｄ₁、内径ｄ₂
の管を製造して、図２（ｃ）に示すように中央部に内径
ｄ₃の薄肉部Ｔを有する管が製造できる。

【００１７】尚、該ダイス８と該プラグ９との相互位置
関係を取るには、該ダイス８や該プラグ９を固定した
り、正逆方向に相対的に移動させることにより行うが、
その操作方法についての説明は省略する。

【００１８】又、該膨張型鋼管ロックボルト４の破壊圧
力Ｐと鋼管の肉厚ｔとの関係は次式で示される。

【００１９】

【数１】但し、σ：鋼管の引張り強さＤ：鋼管の外径この式により鋼管の外径Ｄが一定の場合、肉厚ｔを薄く
することにより破壊圧力Ｐを小さくすることができるこ
とが判り、破壊圧を設定して薄肉部Ｔの肉厚ｔを決定す
る。

【００２０】更に、前述したように、該プラグ９を使用
するため該膨張型鋼管ロックボルト４の中心部に前記孔
７が形成されている。そこで、該孔７を利用して図６に
示すように該膨張型鋼管ロックボルト４の一端部にカプ
ラ１０を取り付け、該孔７内の後方に配設されるホース
１２より注入材を圧入して該鋼管ロックボルト４を膨張
させる流体注入口を設ける。該カプラ１０の一端部は突
起部１１を設け、該孔７に嵌合させると共に該鋼管４の
端面との係合部は固着し、該ホース１２をワンタッチで
接合するようにする。

【００２１】尚、本発明は、本発明の精神を逸脱しない
限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該
改変されたものに及ぶことは当然である。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明は管断面形状を丸管の中心部に設けられるプラグと外
側に等間隔で複数の窪みを有するダイスとの間を該丸管
から冷間引き抜きして形成する断面と同一に形成するの
で、該プラグで中心部に所定の空間部が形成でき、該空
間部を多岐に利用できると共に膨張型鋼管ロックボルト
の製造が容易に、且つ、低コストで行うことができる。
更に、外側に等間隔に複数の窪みを有するので、鋼管の
膨張によって円周方向に均一に圧力を与えることができ
る。

【００２３】従って、地山が変状して該鋼管に軸力が生
じた場合にも均一な引き抜き力が発生することになり、
引き抜き耐力の信頼性が向上する。

【００２４】請求項２記載の発明は、前記請求項１記載
の発明の効果に加えて管断面形状が８方向の窪みを有
し、且つ、該窪みの前記丸管の中心に相対する位置をボ
ルト中心軸に対し４５°ずつ等間隔を取って形成するの
で、製造時に曲りが発生しない鋼管が得られると共に膨
張時には該窪み間の突起部が穿孔面に対して確実に食い
込む効果が発揮される。

【００２５】又、地山が変状して鋼管にせん断力が加わ
った場合に於ても、管断面形状が上下左右で対称である
のでせん断力の方向に左右されることなく安定したせん
断耐力を発揮することができる。

【００２６】請求項３記載の発明は、前記請求項１及び
２記載の発明の効果に加えてプラグとダイスとを管引き
抜き方向に於て正逆方向に相対的に移動させて、管の一
部分に薄肉部を設けるので、正確に所定の厚さを有する
薄肉部を容易に形成することができる。又、該薄肉部を
設けることにより所定の破壊圧力によって鋼管を破壊さ
せて、地山と該鋼管の外面との間にセメントミルク等を
充填させ、且つ、硬化させることにより地山との密着力
を増加させることができる。

【００２７】請求項４記載の発明は前記請求項１、２及
び３記載の発明の効果に加えて流体注入口を前記丸管の
中心部に設けられるプラグで形成される孔にカプラを取
り付けて形成するので、該孔をそのまま利用することが
でき、該流体注入口の形成工程が短縮されコストダウン
が計れる。又、該孔から直に流体注入を行うことができ
るので効率的な注入が行える。

【００２８】斯くして、トンネル等の掘削施工性が向上
する等正に諸種の著大なる効果を奏する発明である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態を示し、膨張型鋼管ロッ
クボルトの横断面図。

【図２】（ａ）鋼管引き抜き方法を示す縦断面図。（ｂ）鋼管引き抜き方法を示す縦断面図。（ｃ）鋼管の縦断面図。

【図３】鋼管の穿孔内での膨張状態を示す横断面図。

【図４】（ａ）膨張時の窪みへの圧力の作用状態を示す
側面図。（ｂ）内部圧力を除去した状態を示す窪みの側面図。

【図５】鋼管が穿孔内で膨張した状態を示す縦断側面
図。

【図６】鋼管にカプラを取り付けた状態を示す側面図。

【図７】（ａ）従来例の鋼管ロックボルトの横断面図。（ｂ）従来例の鋼管ロックボルトの穿孔内での膨張状態
を示す横断面図。

【符号の説明】

２穿孔３丸管４膨張型鋼管ロックボルト５窪み７孔８ダイス９プラグ１０カプラＬボルト中心軸Ｒ岩盤Ｔ薄肉部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者御手洗良夫東京都新宿区津久戸町２番１号株式会社熊谷組東京本社内 (72)発明者坂英昌東京都新宿区津久戸町２番１号株式会社熊谷組東京本社内 (72)発明者井上敏雄神奈川県横浜市金沢区福浦２−18−８山和鋼管株式会社内 (72)発明者塚田政弘新潟県長岡市蔵王３丁目３番１号北越メタル株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】両端部を閉鎖し、且つ、一端部に流体注
入口を有し、該流体注入口より加圧されて岩盤等の穿孔
の中で膨張可能な管形状を有する膨張型鋼管ロックボル
トに於いて、管断面形状を丸管の中心部に設けられるプ
ラグと、該プラグに対峙させて設けられると共に、外側
に等間隔で複数の窪みを有し、且つ、該窪み同士が該丸
管の中心に相対する形状を有するダイスとの間を該丸管
から冷間引き抜きして形成する断面と同一に形成するこ
とを特徴とする膨張型鋼管ロックボルト。
【請求項２】前記管断面形状が８方向の窪みを有し、
且つ、該窪みの前記丸管の中心に相対する位置をボルト
中心軸に対し４５°ずつ等間隔を取って形成することを
特徴とする請求項１記載の膨張型鋼管ロックボルト。
【請求項３】前記プラグと前記ダイスとを管引き抜き
方向に於いて正逆方向に相対的に移動させて、前記丸管
の断面の一部分に薄肉部を設けることを特徴とする請求
項１及び２記載の膨張型鋼管ロックボルト。
【請求項４】前記流体注入口は前記丸管の中心部に設
けられるプラグで形成される孔にカプラを取り付けて形
成することを特徴とする請求項１，２又は３記載の膨張
型鋼管ロックボルト。