JP2002533590A - 岩石壁を密封するための装置 - Google Patents
岩石壁を密封するための装置Info
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Abstract
Description
に挿入されるように設計されている注入管を備えており、この注入管を通して上
記の穿孔に充填材が注入される、岩石壁を密封するための装置に関するものであ
る。
の装置の使用によって得られるように、補強ロッド、すなわち従来の補強棒材も
備えることができる。本発明はトンネルおよびその他の岩石空洞の建設に利用さ
れる。
とき、ガスや水がトンネルまたは岩石空洞を貫通して浸透するのを防止する目的
で、強度を高めそして亀裂などを密封するために、岩石壁の補強が求められるこ
とは非常に多い。公知の補強方法は、幾つかの穿孔を均等になるよう分散させて
岩石壁にうがつことより始まるが、これらの穿孔はほぼ5センチメートルの直径
で約1〜6メートルの深さを有することが多い、 岩石壁を補強する方法の1つは、同軸に配置されている異なった直径の2つの
管を穿孔に挿入することであったし、また現在でもそれが続けられている。これ
らの管壁間のスペースにはセメントまたはコンクリートが充填され、その後、充
填材が硬化する前に、上記の管は抜き出され、そして補強棒材が中央の穴に打ち
込まれる。この方法の大きな欠点は、充填材と補強棒材が穴から外に落ちること
がかなり頻繁にあって、そのために、成功するまでにしばしば何回も補強を繰り
返さなければならないことにある。また更に、穿孔につながっている亀裂に岩か
ら水が漏れている場合、充填材は、それがうまく硬化する前に、流されてしまう
ことがある。この場合、通常は穿孔の開口部にゴムのプラグまたはタップを挿入
し、そして穴にコンクリートまたはセメントを充填して、その後に硬化させるよ
うにして、まず最初の段階で岩石を密封しなければならない。この後に、コンク
リートやセメントに穴を穿孔し、上述と同様な方法で強化する。明らかであるよ
うに、この方法は幾つかの段階からなるうえに、補強材が適宜な場所に留まるか
どうかが確実ではない。
トは穿孔内に固着させるためにその頭部にエキスパンダが備えられている。穿孔
から突き出しているボルトの端末には、穿孔の上をカバーのように覆う座金が配
置されており、そしてこの座金の中心に半球体が設置されている。ボルトはこの
半球体からある距離だけ突き出し、そしてナットによりその部分を囲まれている
が、ボルト先端にあるエキスパンダが岩石に固着されるときにこのナットは締め
られる。固着の後に、セメントペーストが半球体内に注入されて穿孔の内部に入
り込み、最初はボルトを囲むプラスチック管の内部に、そして次にはセメントが
座金の穴を通って出て来るまで、このプラスチック管の外側を埋める。このシス
テムは確かに岩石壁を強化するが、含水亀裂およびこれと類似のものの密封には
適していない。ボルトに最も近いセメントに気泡が形成されていれば、ボルトに
は腐食の問題が起こる恐れもある。
壁の亀裂への漏水に関連する問題がある。我々の知る限り、圧力を掛けた状態で
充填材を穿孔に充填するために用いることができる現存の装置はない。
、すなわちコンクリート被覆が含まれているが、これは労働集約的で費用がかか
る。もう1つの公知の方法は、岩石壁に注入される密封材を利用するものである
。この方法は、密封材に毒性物質、アクリルアミドが含まれていて、これが地下
水に拡散される恐れがあるため、非常に大きな環境保全上の欠陥を有しているこ
とが判明している。
設計されている装置に関して説明される。しかしながら、岩石壁を密封するだけ
で、補強しないように設計されている装置であって、この場合、補強ロッドや固
着手段を含まない装置にも、本発明は関係している。
つかの欠点が避けられるか、または少なくとも最低限に抑えられ、ほんの数段階
で岩石壁の補強および密封を実施することができる装置において、穿孔につなが
る含水亀裂の密封がなされ、そしてセメント内の気泡が避けられる、岩石壁を補
強しかつ密封するための装置を提供することが、本発明の目的である。
、この穿孔に次に充填材が注入され、更にまた充填材のための逆止め弁を備えて
いる、岩石壁を補強しかつ密封するための装置によって、この目的は達成される
。この逆止め弁は穿孔内の充填材の圧力に耐えられるように設計されている。こ
うして、充填材は圧力を掛けた状態で注入され、この圧力で穿孔につながる岩石
の亀裂は密封される。上記の逆止め弁は、充填材の出口開口部を備えている注入
管を囲むゴムのスリーブから成ることが好ましく、この注入管は上記の補強棒材
またはこれと同様なものに接合されていることが好ましい。
によって明らかになるであろう。添付の図面を参照しながら、以下に本発明の詳
細な説明がなされる。
いる。作図技術上の理由により、この図の補強棒材はその頂部において破断され
ているが、実際は長さが約0.5〜10m、好ましくは1〜7m、そして更によ
り好ましいのは2〜5mである。図1および図2では本装置は、トンネルまたは
岩石空洞の天井において上方に向かっている垂直な穿孔内に配置されるものとし
て示されており、この位置は以下の説明においても用いられている。しかし、こ
の装置は当然、水平な穴、傾斜のある穴、または下方に向かっている垂直な穴に
も用いられることを理解してほしい。補強棒材1は、セメントまたはコンクリー
ト(以後は、充填材と呼ばれる)内で、これに囲まれて、しっかり固着されるた
めに深い輪郭を持った面を有している。その両端でしっかりと溶接されている連
結スリーブ2を介して、補強棒材の延長部として補強棒材の底部に注入管3が接
合されており、この注入管は内側に長い空洞部を有し、そして充填材を充填する
ためのホースを連結するためにその底部で開口している。
れている。充填材が逆止め弁を介して穿孔に圧力を掛けた状態で注入されるとき
、逆止め弁は充填材の圧力に耐えるようになっている。この逆止め弁により充填
材は圧力が掛かっているにも係わらず、硬化するまえに穿孔から外に出ることは
ない。この逆止め弁4は、注入管3の一部を囲むゴムスリーブ5を備えている。
ゴムスリーブの領域に、注入管3は充填材のための幾つかの出口開口部6を有し
ている。もちろん、ある程度まで弾性があって強い他の材料で作ることも可能で
あるゴムスリーブは、底部では第1の直径そして頂部では第2のより小さい直径
を有する円錐台形外被として、適宜に形成される。第1の直径の所では、ゴムス
リーブ5は雌ねじ切りされたアイナット7の位置で充分に加硫硬化処理されてお
り、一方このアイナットは雄ねじ切りされたリングファスナ8にしっかりとねじ
込まれる。リングファスナ8は注入管3を囲み、そしてこの注入管にしっかりと
溶接される。リングファスナ8はまたその底部にフランジ9を有し、このフラン
ジの上面にアイナット7が付けられている。ゴムスリーブ5の上部のより小さい
直径の部分は、注入管3の周囲を密封するような形で終端となっている。この密
封の目的のために、先端部には、ゴムスリーブの内側に配設された複数Oリング
から成る幾つかの、例えば2つの内部リップシールが適宜に備えられているか、
あるいは先端部において幾つかの連続的な突出部がゴムスリーブの内側に作られ
ている。
って囲まれており、この上部フランジは上記のフランジ9の下面の近くにある。
上部フランジ14の下面には、これもまた適宜にゴムから成るスリーブ10の形
態をなしている密封部材の狭い上部端末がある。このゴムスリーブ10は、細い
管13により囲まれている注入管下部の一部を囲んでいて、その狭い下端は、ナ
ット12に乗っている座金11の上にある。ナット12の領域とゴムスリーブ1
0の下からある距離だけ上の所まで、注入管3および細い管13の少なくとも何
れかは、ナット12と同じねじ山寸法で雄ねじ切りされている。
適宜に配置されている。このエキスパンダは図2に示されているが、この図2は
図1に示されている装置に連続しており、補強棒材1(一部しか図示されていな
い)のより長い部分は、図1による部分を図2による部分に接続している。エキ
スパンダはスリーブ状のスペーシング部品21によって補強棒材に接合されてお
り、このスペーシング部品はその底部において補強棒材の端末部分にしっかりと
溶接されており、そしてその頭部の内側には雌ねじ山が切られている。このねじ
山に連結ピン22がねじ込まれ、連結ピン22は、底部では少なくともある距離
にそして頭部でもある距離に雄ねじが切られているストレートピンである。連結
ピン22はその頭部が、コア部材23の雌ねじ山を有している穴に、エキスパン
ダが拡張されていない状態では、部分的にねじ込まれる。岩石への本装置の固着
がなされるとき(これについては、後により詳細に説明される)、もっと先まで
ねじ込めるように、ここの穴は充分に長くなっている。コア部材23は頭部にお
いて先細になって狭い円錐形部24となり、そしてこの円錐形部の上では雄ねじ
が切られている。頂部円錐形部材25は円錐形部24とそしてコア部材23の下
部の一部とを囲んでいる。頂部円錐形部材25は、コア部材23の円錐形部24
に応じた内側斜面を底部に有している。この頂部円錐形部材の上に、これをしっ
かり保持するために頭部ナット26が配置されている。頂部円錐形部材の内側斜
面とコア部の円錐形部24との間に、相当数、好ましくは1〜10枚、適宜な数
としては2〜6枚の止め座金27がコア部材23の周囲に固着されている。この
種の止め座金は図3に水平におかれた状態で示されており、相当数のスリット4
1、好ましくは2〜10箇所、適宜な数としては4〜7箇所のスリットを備えて
いる座金である。これらの座金がコア部材の円錐形部24上に固着されていると
き、これらは円錐台形の外被の形態をなしている。これらの座金の下に、連結ピ
ン22の上部とコア部材23の下部とを囲んで、ルーズスリーブ28が配置され
ており、このスリーブにはその底部に内側を向いたフランジ29が設けられてい
る。このフランジ29はスペーシング部品21の狭い上部端末に乗っている。
は他の方法で表面保護をすることができる、いわゆるカム(cam)スチールで
作ることが好ましい。
ットは座金の周縁から始まり、座金の内部ボアの直径に向かって、そこにほとん
ど達するが、完全には達しないまで延び、内側に向かって先細になっている幅を
有し、そして最先端には丸みがある。座金の内部ボアの直径には、座金がコア部
材23に設置されているときに回転することを防ぐために、適宜に狭い直線部分
42が作られている。止め座金は、厚さ0.1〜1mm、好ましくは0.2〜0
.7mm、そして更に好ましくは0.3〜0.45mmの冷間圧延された硬化ス
チールから適宜に作られる。好ましい実施例では、この座金は約60mmの外径
とそして約20mmの内部ボアとを有している。
さを有する穴30(図4)が岩石壁にあけられる。座金11とナット12とが穿
孔の口に来るまで、装置は穿孔に挿入される。その後、穿孔から突き出している
注入管の部分を把持する液圧装置によって適宜に、注入管3は相当回数にわたっ
て回転させられる。こうして、回転は補強棒材1にまで至りそして更に、この補
強棒材の上部に接合されている、スリーブ状のスペーシング部品21に至る。そ
の結果、連結ピン22の上部は更に、コア部材内側のねじ切りされた穴にねじ込
まれ、コア部材23の外側でスペーシング部品の狭い上部端末がスリーブ28の
下のフランジ29に押しつけられ、スリーブ28が上方に押されて止め座金27
に当たる。スリーブ28はこのとき止め座金27に対する加圧装置として作用す
ることになり、その結果、これらの止め座金27の円錐台形の外被の形状は少な
くともいくらか平らになる。こうして、止め座金の周囲は強く穿孔の壁に押しつ
けられ、そのため、この装置全体が岩石に固着される。次の段階では、ナット1
2を締めることによって、ゴムスリーブ10が軸方向に圧縮され、同時にゴムス
リーブは図4に示すように半径方向に広がって注入管3と穿孔の下部壁との間を
密封する。ここで、1本のパイプ(不図示)を注入管に連結させることができ、
そして充填材31Aが圧力を掛けた状態で注入され、それによって充填材は注入
管の出口開口部6から流れ出し、そしてゴムスリーブ5の上部直径部から穿孔内
に浸透する。ゴムスリーブ5はここで、装置に組込まれている逆止め弁として作
用し、その結果充填材は、圧力を掛けた状態にあるにも係わらず、それが硬化す
る前に穿孔から戻ることができない。また、例えば液圧管タイプのような小さな
直径の導管35が、穿孔30の最も外側の区域に配置されていることが有利であ
る。この導管はスペーシング部品21の上流まで伸びていることが望ましい。導
管35は、充填材が導入されるとき、穿孔から空気とガスを送り出すガス抜き管
として作用する。充填材の導入の際に、充填材が導管から連続的に放出され始め
たとき、穿孔の入口に近接する導管35の開放端末は密封され、その後、穿孔へ
の充填材の導入は圧力の掛かった状態で実施することができる。
っている亀裂32に充填材を浸透させることができる。約100バールの圧力に
達していても、または約50〜80バールの適宜な圧力であっても、所望の圧力
に達したとき、逆止め弁4とゴムスリーブ10の働きで、充填材31Aはそこに
留まることができ、圧力を掛けた状態で硬化する。充填材が硬化し終わると、ナ
ット12は外され、座金11は除去され、そしてゴムスリーブ10は、フランジ
を備えた細長い管13によって、穴から抜きとられる。
穴を備えている大きな座金(不図示)を穿孔の開口部に設置することによって、
図5の充填材31Bによって充填され、空気は空気管を通って穴から排出される
。しかしながら、腐食の危険性が大きくなければ、フランジを備えた細長い管1
3を装置から除外することができ、その場合にはこの装置が穿孔に装着された後
でも、ゴムスリーブ10、座金11そしてナット12を除去せずにそのまま永久
に残しておくこととなる。穿孔の開口部とそのすぐ周りの周囲とは次に従来のや
り方に従い、プレート、ディスクまたは座金33によってカバーされ、注入管の
突出部にねじ込まれたナット34によって岩石壁に押しつけられる。
させることを可能とする、密封および逆止め弁機能のための比較的に簡単でかつ
費用のかからない構造が達成される。この比較的に簡単でかつ費用のかからない
構造によって、密封部材、逆止め弁およびエキスパンダは穿孔内に残され、その
結果、大きな金額となるその後処理の費用をかけることなく、明らかに永続的で
はあるが使い捨て可能な資材を形成することが可能になる。補強棒材の近辺にお
ける腐食を促進させる気泡は、圧力が掛けられるためにその発生が妨げられる。
本発明によるもう一つの利点は、周囲環境や好みに応じて様々な粘性または乾燥
度の充填材のために、この装置を用いることができるということである。
発明のこの実施例は、図1、図4および図5に示されている装置の下部に完全に
対応している。従って、図6における実施例の装置には補強棒材も固着手段も含
まれていない。その代わりに、注入管3は逆止め弁4の下流において行き止まり
の端末壁3Aで終わっている。図6の実施例の装置によって、充填材は圧力を掛
けた状態で穿孔内に導入され、そして残存している圧力の下で硬化され、それに
よって、穿孔内に開口している亀裂32の密封が充分に達成される。本発明のこ
の実施例は、比較的強度があるが水漏れのある岩石に用いられることが好ましい
。
において変形され得る。従って、例えば、岩石内にこの装置を固着させるための
エキスパンダは、その中には従来技術に属するものも含まれる、多くの様々な方
法で作成できることは、専門家にとっては容易に認められることであろう。密封
および補強装置は、固着させなくとも、充分に用いることが可能である。逆止め
弁4とゴムスリーブ10は、他の方法や他の材料を用いて作成することも考えら
れる。
ている部分の部分断面側面図である。
の部分の部分断面側面図である。
ための止め座金の上面図である。
る。
充填材の硬化段階中における穿孔内部における装置を表す。
Claims (20)
- 【請求項1】 岩石壁内の穿孔(30)に挿入されるようになっている注入
管(3)を備え、該注入管(3)を通して前記穿孔に充填材(31)が注入され
る、岩石壁を密封するための装置において、 前記装置は、さらに前記充填材のための逆止め弁(4)を備える、ことを特徴
とする岩石壁を密封するための装置。 - 【請求項2】 前記逆止め弁(4)は前記穿孔内における前記充填材(31
)の圧力に耐えられるようになっており、前記装置において前記注入管(3)に
連結されている、請求項1に記載の岩石壁を密封するための装置。 - 【請求項3】 前記逆止め弁(4)は前記注入管(3)を囲む好ましくは強
い弾性材のスリーブ(5)を備え、前記注入管(3)は前記スリーブ(5)の領
域に幾つかの出口開口部(6)を備えている、請求項1または2のいずれか1項
に記載の岩石壁を密封するための装置。 - 【請求項4】 前記スリーブ(5)はゴムで作られている、請求項3に記載
の岩石壁を密封するための装置。 - 【請求項5】 前記スリーブ(5)は円錐台形の外被の形態をなし、その最
も径の小さい側の狭い端末は注入管(3)の周囲を密封するように配設され、そ
してその最も径の広い側の狭い端末はしっかりと前記注入管(3)に連結されて
いる、請求項3または請求項4に記載の岩石壁を密封するための装置。 - 【請求項6】 装置は、前記穿孔(30)の開口部に近接して配置されるよ
うになっている部品に、前記穿孔の壁に作用するように配設されている密封部材
(10)を備えている、請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の岩石壁を
密封するための装置。 - 【請求項7】 前記密封部材(10)は好ましくはゴムまたは他の強い弾性
材で作られたスリーブから成り、該スリーブは前記逆止め弁(4)の上流の位置
において前記注入管(3)を囲み、軸方向に圧縮されるとき半径方向に拡張され
ることによって前記穿孔(30)の壁に対して密封効果を果たすようになってお
り、前記スリーブ(10)は、前記充填材が硬化したとき、取り除かれるように
配置されることが好ましく、該スリーブによって占められていたスペースはその
代わりに更なる充填材により充填されることが可能である、請求項6に記載の岩
石壁を密封するための装置。 - 【請求項8】 1本のガス抜き管(35)が本装置に接続されて配設されて
おり、該ガス抜き管(35)は、前記充填材(31)が前記穿孔(30)に注入
されるとき、前記穿孔(30)から空気およびガスを排出するようになっている
、請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の岩石壁を密封するための装置。 - 【請求項9】 岩石壁の穿孔(30)に挿入されるようになっている補強棒
材(1)を備えていて、前記穿孔に充填材(31)を注入する、岩石壁を補強し
かつ密封するための装置であって、 該装置はまた前記充填材のための逆止め弁(4)も備える、ことを特徴とする
岩石壁を補強しかつ密封するための装置。 - 【請求項10】 前記逆止め弁(4)は前記穿孔内における前記充填材(3
1)の圧力に耐えられるようになっており、該装置が前記穿孔(30)に挿入さ
れる前からすでに、前記逆止め弁(4)は該装置において永久的に前記補強棒材
(1)に連結されている、請求項9に記載の岩石壁を補強しかつ密封するための
装置。 - 【請求項11】 前記充填材は圧力を掛けられて注入されるようになってお
り、前記穿孔(30)につながる岩石内のいかなる亀裂(32)も前記充填材に
よって密封される、請求項9または請求項10に記載の岩石壁を補強しかつ密封
するための装置。 - 【請求項12】 前記逆止め弁(4)は、前記注入管(3)を囲む好ましく
は強い弾性材のスリーブ(5)を備え、前記スリーブ(5)は該スリーブの領域
に幾つかの出口開口部(6)を備えている注入管(3)を囲み、該注入管は前記
補強棒材(1)に永久的に連結されていることが好ましい、請求項9から請求項
11のいずれか1項に記載の岩石壁を補強しかつ密封するための装置。 - 【請求項13】 前記スリーブ(5)はゴムで作られている、請求項12に
記載の岩石壁を補強しかつ密封するための装置。 - 【請求項14】 前記スリーブ(5)は円錐台形の外被の形態をなし、その
最も径の小さい側の狭い端末は注入管(3)の周囲を密封するように配設され、
そしてその最も径の広い側の狭い端末はしっかりと前記注入管(3)に連結され
ている、請求項12または請求項13に記載の岩石壁を補強しかつ密封するため
の装置。 - 【請求項15】 装置は、前記穿孔(30)の開口部に近接して配置される
ようになっている部品に、前記穿孔の壁に作用するように配設されている密封部
材(10)を備えている、請求項9から請求項14のいずれか1項に記載の岩石
壁を補強しかつ密封するための装置。 - 【請求項16】 前記密封部材(10)は好ましくはゴムまたは他の強い弾
性材で作られたスリーブから成り、該スリーブは前記逆止め弁(4)の上流の位
置において前記注入管(3)を囲み、軸方向に圧縮されるとき半径方向に拡張さ
れることによって前記穿孔の壁に対して密封効果を果たし、前記スリーブ(10
)は、前記充填材が硬化したとき、取り除かれるように配置されることが好まし
く、該スリーブによって占められていたスペースはその代わりに更なる充填材に
より充填されることが可能である、請求項15に記載の岩石壁を補強しかつ密封
するための装置。 - 【請求項17】 1本のガス抜き管(35)が本装置に接続されて配設され
ており、該ガス抜き管(35)は、前記充填材(31)が前記穿孔(30)に注
入されると、前記穿孔(30)から空気およびガスを排出するようになっている
、請求項9から請求項16のいずれか1項に記載の岩石壁を補強しかつ密封する
ための装置。 - 【請求項18】 好ましくは前記穿孔内において最も遠くに位置するように
なっている部分において、該装置は岩石内で定着するためのエキスパンダを備え
、該エキスパンダは前記補強棒材(1)の回転によって拡張されるようになって
いることが好ましい、請求項9から請求項17のいずれか1項に記載の岩石壁を
補強しかつ密封するための装置。 - 【請求項19】 前記エキスパンダは、補強棒材(1)の周囲かまたは該補
強棒材に接合されているトップピース(23)の周囲かに配置されていて幾つか
のスリットを有する複数の止め座金(27)を備え、該止め座金は拡張前には円
錐台形の外被の形態をなしている、請求項18に記載の岩石壁を補強しかつ密封
するための装置。 - 【請求項20】 前記エキスパンダは、該エキスパンダの拡張のために前記
止め座金(27)に押しつけられ、そのために前記止め座金の円錐台形の外被形
状を少なくとも幾分かは平たくさせる加圧装置(28)を備え、前記止め座金は
そのとき前記穿孔の壁にその周縁において固着される、請求項19に記載の岩石
壁を補強しかつ密封するための装置。
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