JP2002174100A - 膨張型鋼管自穿孔ロックボルト - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 穿孔した孔内部が崩壊し易い地山でのトンネ
ル施工を容易に行うようにする。 【解決手段】 穿孔水を射出しながら岩盤Ｒ等を穿孔す
るビット１０を先端部に配設し、該ビット１０の中心部
後方に該穿孔水を供給する内管４を連設すると共に、該
内管４の外側に該ビット１０の外径より小さく、且つ、
両端部を閉じ一端部に流体注入口８を有し、更に、該流
体注入口８より加圧されて膨張可能な管形状を有する外
管３を配設する。

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自穿孔ロ
ックボルトに関するものであり、特に、穿孔した孔内部
が崩壊し易い地山での施工を容易に行うことができる膨
張型鋼管自穿孔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る。

【０００３】図５（ａ）（ｂ）に従い該鋼管製ロックボ
ルト１の使用方法を説明する。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５
（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
に両端で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の挿入前には図５
（ａ）に示すように該孔２の直径より小さくする。

【０００５】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５（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
クボルトは地山性状が不安定なトンネルで適用されるこ
とが多く、このような地山は穿孔した孔内部が崩壊し易
いため、該鋼管製ロックボルトの挿入が困難となる。

【０００６】そこで、ロックボルト自体で地山を穿孔す
ることにより、穿孔した孔内部が崩壊し易い地山での施
工を容易に行うことができる膨張型鋼管自穿孔ロックボ
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。

【０００７】

【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、穿孔水を射出しなが
ら岩盤等を穿孔するビットを先端部に配設し、該ビット
の中心部後方に該穿孔水を供給する内管を連設すると共
に、該内管の外側に該ビットの外径より小さく、且つ、
両端部を閉じ一端部に流体注入口を有し、更に、該流体
注入口より加圧されて膨張可能な管形状を有する外管を
配設する膨張型鋼管自穿孔ロックボルト、及び、前記外
管の断面形状が８方向の窪みを有し、且つ、該窪みの前
記内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自穿孔ロック
ボルトを提供するものである。

【０００８】

【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４に従って詳述する。図１は膨張型鋼管自穿孔
ロックボルト（以下、自穿孔ロックボルトという）１１
の縦断側面図を示し、先端部（図の左側）に地山である
岩盤Ｒを穿孔するビット１０を設ける。該ビット１０の
外径は例えば４５mmとし、その後方には後述する外管３
の外周に溶着して接続されるスリーブ７を設ける。又、
該ビット１０の中心部後方には該スリーブ７を通して、
先端部に岩盤Ｒを穿孔するための穿孔水を供給する外径
１０．５mmの内管４を連設する。

【０００９】更に、該内管４の外側に該ビット１０の外
径より小さく、例えば外径３７mmの外管３を設ける。該
外管３の先端部は前記スリーブ７と該内管４の外周面で
閉じられ、且つ、後端部も該外管３の外周に押嵌される
スリーブ６と該外管３の端面に溶接されるロッド９と該
内管４の外周面とで閉じられる。又、該スリーブ６の外
周の一端部には流体注入口８を開穿し、該外管３の同位
置に設ける開孔部より該外管３の内径と前記内管４の外
径との間の空間部５内に高圧水等を封入して、管を膨張
させて地山である岩盤Ｒに前記自穿孔ロックボルト１１
を固定するようにする。

【００１０】次に、該外管３の管形状を図２（ａ）に従
って説明する。該外管３は、例えば外径寸法６０．５mm
の丸管（図示せず）から冷間引き抜き法によって外径寸
法３７mmの自穿孔ロックボルト１１を製造する。該外管
３の中心部に配設する前記内管４を通す空間部５はプラ
グ（図示せず）で形成し、例えば直径１３mmの孔を形成
する。又、該外管３の断面形状は該プラグに対峙させて
設けられる外側に等間隔で８方向の窪み１２，１２…を
有し、且つ、該窪み１２，１２…の最底部１２ａ，１２
ａ…が前記丸管の中心に対して相対し、該窪み１２，１
２…の開口部の外辺１３，１３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（図示せず）との間を該丸管から冷間引き抜きで形成
する断面と同一に形成する。

【００１１】更に、該窪み１２，１２…の該丸管の中心
に相対する位置を該ボルト中心軸Ｌに対して４５°ずつ
等間隔を取って形成する。又、該外管３の外径に接し、
該窪み１２，１２間に突出する円弧状の突起部１４の半
径寸法は４．８mmとする。このように、各底辺同士を互
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
が押さえられる。

【００１２】次に、図２（ｂ）に従い該外管３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２
（ｂ）は膨張時の該外管３の横断面を示し、後述する注
入材Ｃを圧入して該外管３を膨張させ、且つ、注入した
注入材Ｃを該外管３内で硬化させることにより岩盤Ｒに
固定させる。その際、図２（ａ）に示す該外管３の円弧
状の突起部１４は穿孔２に接触するまで曲げられ、前記
窪み１２の外辺１３，１３及び最底部１２ａは外方部分
へ押し出される。

【００１３】尚、該外管３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１２，１２…は膨張時には
図示のように左右方向に拡がるか、或いは内辺１３ａ，
１３ａが平行になるような形状を有する。

【００１４】次に、図３（ａ）は膨張時の該窪み１２へ
の圧力の作用状態を示し、内部圧力は該窪み１２を圧縮
方向で内辺１３ａ，１３ａに作用して該窪み１２の開口
部の幅寸法Ｗを保持する。その後、図３（ｂ）に示すよ
うに、該内部圧力を除去したときには、該内辺１３ａ，
１３ａが外方（図の上部）へ向う方向に力が働く。従っ
て、該窪み１２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２
（ｂ）に示す前記穿孔２と前記自穿孔ロックボルト１１
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２に示す窪み１２，
１２…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】又、該自穿孔ロックボルト１１は外側に等
間隔で８つの窪み１２，１２…を有するので、後述する
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。従って、地山が変状して該自穿孔ロックボル
ト１１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。
又、地山が変状して該自穿孔ロックボルト１１にせん断
力が加わった場合に於いても、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。

【００１６】次に、図４（ａ）（ｂ）に従い該自穿孔ロ
ックボルト１１の使用方法を説明する。該自穿孔ロック
ボルト１１は地山性状が特に不安定なトンネルであっ
て、穿孔した孔内部が崩壊しやすい地山での施工に用い
られる。先ず、図４（ａ）に示すように岩盤Ｒを前記ビ
ット１０によって自ら穿孔して、所定長さの自穿孔ロッ
クボルト１１を該岩盤Ｒ内に収容する。従って、穿孔し
た孔内部が崩壊しても該自穿孔ロックボルト１１は該岩
盤Ｒ内に容易に収容することができる。又、該ビット１
０の後方には、膨張可能な管形状を有する外管３も該穿
孔２内に収容される。

【００１７】その後、図４（ｂ）に示すように前記スリ
ーブ６に設けられている前記流体注入口８より加圧装置
１６及びホース１５を通して、前記外管３内にモルタル
又はセメントミルク又は硬化性の合成樹脂等の注入材Ｃ
を圧入して該外管３を膨張させ、その状態で該注入材Ｃ
を該外管３内で硬化させることにより該岩盤Ｒに固定さ
せる。尚、該流体注入口８には逆流防止機能を設けてお
く。

【００１８】又、図示は省略するが、該外管３の前記ビ
ット１０側の先端部の一部分に他の肉厚より薄い薄肉部
を予め設けておき、該外管３の膨張が完了する圧力で該
薄肉部を破壊するようにしておく。従って、該外管３が
破壊したとき、前記自穿孔ロックボルト１１の外面と前
記穿孔２との間に前記注入材Ｃが充填されることにな
り、該注入材Ｃの硬化によって密着力が増し該自穿孔ロ
ックボルト１１と地山との間の引き抜き摩擦力が増加す
る。

【００１９】又、該自穿孔ロックボルト１１自体が該注
入材Ｃで空気、水等から保護され、長期的な耐久性が向
上する。更に、該注入材Ｃを該外管３内で硬化させるこ
とは、地山変状によって生じるせん断力に対して鋼管の
せん断耐力だけでなく該注入材Ｃのせん断力がプラスさ
れ、前記自穿孔ロックボルト１１全体のせん断耐力が向
上すると共に該注入材Ｃは該外管３によって拘束されて
いるので、その拘束効果によって鋼管自体と注入材自体
とのせん断耐力を加算した耐力より大きなせん断耐力が
発揮される。

【００２０】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。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように請求項１記載の発明
は、先端部に自ら穿孔するビットと、その後方に穿孔水
を供給する内管及び膨張可能な管形状を有する外管とを
配設しているので、岩盤の穿孔とロックボルトの挿入と
が１回の作業で行うことができ、作業効率及びコスト低
減が図れる。

【００２２】又、自穿孔機能を有しているので、穿孔し
た孔内部が崩壊し易い地山での施工が容易に行える。

【００２３】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外管の断面形状が８方向の窪みを
有し、且つ、該窪みの前記内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。

【００２４】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。

【００２５】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、自穿孔ロックボ
ルトの縦断側面図。

【図２】（ａ）図１のイ−イ断面図。 （ｂ）外管の穿孔内での膨張状態を示す横断面図。

【図３】（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４】（ａ）岩盤への自穿孔ロックボルトの収容状態
を示す縦断側面図。 （ｂ）自穿孔ロックボルトが穿孔内で膨張した状態を示
す縦断側面図。

【図５】（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 外管 ４ 内管 ８ 流体注入口 １０ ビット １１ 膨張型鋼管自穿孔ロックボルト １２ 窪み Ｌ ボルト中心軸 Ｒ 岩盤

───────────────────────────────────────────────────── 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 (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 穿孔水を射出しながら岩盤等を穿孔する
   ビットを先端部に配設し、該ビットの中心部後方に該穿
   孔水を供給する内管を連設すると共に、該内管の外側に
   該ビットの外径より小さく、且つ、両端部を閉じ一端部
   に流体注入口を有し、更に、該流体注入口より加圧され
   て膨張可能な管形状を有する外管を配設することを特徴
   とする膨張型鋼管自穿孔ロックボルト。
2. 【請求項２】 前記外管の断面形状が８方向の窪みを有
   し、且つ、該窪みの前記内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記載の膨張型鋼管自穿孔ロック
   ボルト。