JP2005314993A - ロックボルト - Google Patents

Abstract

【課題】 ボルト材が有する耐力を落とすことなく、その機能を十分に発揮する、施工性及び経済性に優れたロックボルトを提案することを課題とする。
【解決手段】
地盤に挿設される鉄筋等の棒状鋼材からなるボルト材２と、前記ボルト材２の頭部先端に摩擦圧接接合にて一体的に接合されているプレート固定部材４と、前記ボルト材２を挿通するボルト挿通孔３ａを有したベアリングプレート３とを備えたロックボルトであり、前記プレート固定部材４は前記ボルト挿通孔３ａの面積よりも広い面積を有する平鋼板から形成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、トンネル施工や法面抑止工等で用いられるロックボルトに関するものである。

ロックボルトは、一般的に、地盤に挿設されるボルト材と、このボルト材の頭部に取り付けられてボルト材から伝達される力を面的に分散させるベアリングプレートと、このベアリングプレートをボルト材の頭部に固定するナットとから構成されており、ボルト材の頭部が地盤から突出した状態で施工される。この構成によるロックボルトをトンネル施工に係る支保工材として使用すると、ボルト材の頭部がトンネルの内側に突出するため、覆工コンクリート打設時に設置する防水シートを傷つけるようなことが無いように、ボルト材の頭部先端にプラスチックキャップや不織布を取り付ける必要があった。これらの作業は、トンネル施工において大量に設置される全てのロックボルトに施す必要があるうえ、人力にて行うため、手間がかかり、施工時間の短縮の支障となっていた。

従来、こうした作業の手間を省き、効率的な作業を行えるようにしたロックボルト１１０が開示されている。このロックボルト１１０は、図４に示すような、地盤Ｇに削孔したロックボルト挿入孔１４０に定着材１５０を充填した後に挿入されるボルト材１２０と、このボルト材１２０の頭部に、ベアリングプレート１３１とナット１３２とを溶接Ｓ１にて一体化したナット付ベアリングプレート１３０を取り付けたものである。この際、ナット付ベアリングプレート１３０は、ベアリングプレート１３１をトンネル内側、ナット１３２をトンネル外側になるようにボルト材１２０の頭部へ取り付けられる。そして、ナット付ベアリングプレート１３０をボルト材１２０の頭部に取り付けた後、トンネル内に突出する余分なボルト頭部１６０は切断することで、ロックボルトとしての機能を保持したまま、覆工コンクリート１９０打設時に設置する防水シート１８０の破損防止用のプラスチックキャップや不織布等の取り付けの必要がないという利点を有している（特許文献１参照）。
特開平７−１１９３９３号公報（［０００６］〜［００１５］、図１）

しかしながら、上述の従来のロックボルト１１０の構造には、下記に示すような問題点がある。
（１）ボルト材１２０の頭部をネジ加工する必要があり、この加工に手間がかかり費用もかさむ。
（２）ボルト材１２０の頭部に加工を施したネジ部で断面欠損と応力集中が生じ耐力が低下する。
（３）ナット付ベアリングプレート１３０のボルト材１２０のネジ部への取り付けに手間がかかる。
（４）ボルト材１２０の頭部の突出部分の切断に手間がかかる。
（５）図４に示すように、ボルト材１２０と吹付けコンクリート１７０の表面とが直角をなさない場合には、吹付けコンクリート１７０とベアリングプレート１３１との間に隙間が生じ、伝達されてきた力を分散することができない。

本発明は、前記の問題点を解決するためになされたものであり、ボルト材が有する耐力を落とすことなく、その機能を十分に発揮する、施工性及び経済性に優れたロックボルトを提案することを課題とする。

このような課題を解決するために、請求項１に係る発明は、地盤に挿設されるボルト材と、前記ボルト材の頭部先端に一体的に接合されているプレート固定部材と、前記ボルト材を挿通するボルト挿通孔を有したベアリングプレートを備えることを特徴とするロックボルトである。

かかるロックボルトは、ボルト材とベアリングプレートとを固定するためのプレート固定部材が、ボルト材の頭部先端にその頭部先端が長手方向に突出しないように予め取り付けられているため、所定の位置にロックボルトを設置した後に、ナットにてベアリングプレートを取り付ける手間を省くことが可能となる。また、突出部が形成されないため、例えば通常のトンネル施工等におけるロックボルトに必要となる防水シート破損防止用のプラスチックキャップや不織布の取付作業による手間や、特許文献１に開示されているロックボルトの挿設後に行うボルト材頭部の突出部分の切断作業などの手間を省略することができ、その分だけ施工時間の短縮が可能となる。また、ベアリングプレートの抑えつけに予めボルト材と一体化されたプレート固定部材を使用するため、将来的にナットが徐々にゆるむ従来のロックボルトとは異なり、長期的にその抑止力を維持するロックボルトを打設することが可能となる。さらに、ベアリングプレートはボルト材と一体化しない状態で貫通設置し、動きに自由度を持たせてあるため、設置箇所の地表面に合せた状態で設置でき、応力の伝達性に優れている。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載のロックボルトであり、前記プレート固定部材は前記ボルト挿通孔の面積よりも広い面積を有する平鋼板から形成され、前記ボルト材は鉄筋等の棒状鋼材から形成されており、前記プレート固定部材と前記ボルト材とは摩擦圧接接合にて一体化されていることを特徴としている。

かかるロックボルトは、穴開け加工を施していないプレート固定部材を、ネジ加工を施していない鉄筋等の棒状鋼材（以下単に「棒状鋼材」という場合がある）に摩擦圧接接合にて一体化させることで、両鋼材が有する破断耐力を維持したまま、支保工として使用できるため、従来のロックボルトに比べて耐力的に優れた支保構造を構築することが可能となる。また、棒状鋼材に施すネジ加工や、プレート固定部材に施す穴開け加工を省略することができ、これらの加工に要する費用を削減することが可能となる。さらに、プレート固定部材として、比較的面積の小さい平鋼板を使用することが可能なため、運搬時に嵩張らないとともに、狭い施工現場内での運搬、仮置き、打設も容易となる。

請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２に記載のロックボルトであり、前記ベアリングプレートが平鋼板から形成され、その角部が、地山側に折り曲げられていることを特徴としている。

かかるロックボルトは、ベアリングプレートの角部が、地山側に向って折り曲げられているため、当該ベアリングプレートがその角部により吹付けコンクリートを噛む形で固定される。この構成によりロックボルトと吹付けコンクリートとの一体化をより強固に行うことが可能となるとともに、相互の力の伝達がより効果的に行なわれる構造となる。

本発明のロックボルトによれば、ボルト材が有する耐力を落とすことなく、その機能を十分に発揮する、施工性及び経済性に優れたロックボルトの打設が可能となる。

本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一要素には同一の符号を用い、重複する説明は省略する。
また、以下の説明では、本発明のロックボルトをトンネルの支保工に使用した場合を例示する。また、本明細書において「内、外」とは、トンネルの中を基準として、トンネルの内空側を「内側」とし、地山側を「外側」とする。また、ロックボルトにおける「頭部」とは、トンネルの内側方向のボルト材の端部を示す。

＜第１の実施の形態＞
図１は、第１の実施の形態（以下「第１実施形態」という場合がある）に係るロックボルトの全体を示した斜視図であり、符号１はロックボルトを示している。また図２は、ロックボルト１を設置した状態を示す断面図である。

第１実施形態で使用するロックボルト１は、全面定着方式によるロックボルトであり、図１に示すように、地盤に挿設されるボルト材２と、ボルト材２の頭部先端に一体的に接合されているプレート固定部材４と、ボルト材２を挿通するボルト挿通孔３ａを有したベアリングプレート３からなる。ここで、ベアリングプレート３は、円形の平鋼板からなり、ボルト挿通孔３ａはその略中央に形成されている。また、プレート固定部材４はボルト挿通孔３ａの面積よりも広い面積を有する円形の平鋼板から形成され、ボルト材２は所定の径及び長さを有する鉄筋等の棒状鋼材から形成されている。そして、プレート固定部材４とボルト材２は、ボルト材２の頭部先端において摩擦圧接接合Ｓにて一体化されている。

次に、図２を用いて本発明のロックボルト１を使用したトンネル施工方法を示す。
（１）所定の掘進長を掘削したトンネル壁面に吹付けコンクリート７を吹き付ける。
（２）吹付けコンクリート７を吹き付けた後、図示しないドリルジャンボ等により、トンネルの地盤Ｇにロックボルト挿入孔Ｈを削孔する。
（３）ロックボルト挿入孔Ｈにモルタルグラウト等からなる定着材５を充填する。
（４）人力又はドリルジャンボのドリフタにてロックボルト１をトンネル内からロックボルト挿入孔Ｈに挿入する。
（５）ロックボルト１のベアリングプレート３と吹付けコンクリート７の表面との間の間隙部に裏込めモルタル６を充填する。
ここで、ベアリングプレート３と吹付けコンクリート７との間に充填される裏込めモルタル６は、吹付けコンクリート７の表面が平坦でなく、凸凹を有しているため、ロックボルト１と吹付けコンクリート７との一体化において、なじみを良くすることを目的として行うものである。
（６）上記の（１）から（５）の工程を繰り返し行い、所定の支保構造を構築しながらトンネルを掘進する。
（７）トンネルが貫通した後、トンネル内面に防水シート８を貼り付けて、図示しないスライドセントル等を利用して覆工コンクリート９の打設を行う。ここで、トンネルの延長が長い場合にはトンネルが貫通する前に、切羽から十分離れた後方において、トンネルの掘進と平行してトンネル内面への防水シート８の貼付及び覆工コンクリート９の打設を行ってもよい。

このように、ロックボルト１は、その設置に際してナットを使用する必要がなく、単にロックボルト挿入孔に押し込むだけでその設置作業が完了するため、施工性に優れている。また、ボルト材２にプレート固定部材４が予め設置されているため、人力でロックボルト１を設置する際に、押し込みやすいという利点がある。

また、ロックボルト１は、図２に示すように、ロックボルト１と吹付けコンクリート７の表面とが直角をなさない場合でも、ベアリンブプレート３に多少の傾斜を持たせることで、ベアリングプレート３と吹付けコンクリート７の表面との間に隙間を形成することなく設置することが可能である。つまり、傾斜を有したトンネル内壁面に設置する場合であっても、吹付けコンクリート７が吹き付けられたトンネル内壁面にロックボルト挿入孔Ｈを削孔し、吹付けコンクリート７にベアリングプレート３を密着させつつ、ロックボルト１をモルタルグラウトからなる定着材５が充填されたロックボルト挿入孔Ｈに挿入だけで、プレート固定部材４によってベアリングプレート３が吹付けコンクリート７に押し付けられた状態で定着される。これにより、ロックボルト１は吹付けコンクリート７と一体を成し、トンネル施工において必要とされる支保構造を構築することが可能となる。

また、ロックボルト１は、その頭部先端に設置されたプレート固定部材４がベアリングプレート３から突出した状態で設置されるが、その突出部はプレート固定部材４の厚み分しかなく、ごくわずかであるため、覆工コンクリート９の打設前に設置する防水シート８の設置作業において、プラスチックキャップや不織布の設置や、ボルト材２の突出部分の切断等の処理等が必要なく、作業性に優れている。また、ベアリングプレート３を固定するためのナットの取付作業がないことから、作業性に優れている。

また、プレート固定部材４とボルト材２との接合は、摩擦圧接接合Ｓにて行われるため、各鋼材に特別な加工を施す必要がなく、鋼材加工に要する費用の削減も可能となる。
さらに、ボルト材２の頭部にネジ加工を施さないので、棒状鋼材の断面が減少することがなく、棒状鋼材の有する耐力も低下することなく、その結果強度的に優れたトンネルを構築することができる。

＜第２の実施の形態＞
図３は、第２の実施の形態（以下「第２実施形態」という場合がある）に係るロックボルトの全体を示す斜視図であり、１’はロックボルトを示している。

第２実施形態で使用するロックボルト１’は、全面定着方式によるロックボルトであり、図３に示すように、地盤に挿設されるボルト材２と、ボルト材２の頭部先端に一体的に接合されているプレート固定部材４と、ボルト材２を挿通するボルト挿通孔３ａを有したベアリングプレート３からなる。ここで、ベアリングプレート３は、略正方形の平鋼板から形成され、その角部３ｂが地山側に折り曲げられていて、ボルト挿通孔３ａはその略中央に形成されている。また、プレート固定部材４はボルト挿通孔３ａの面積よりも広い面積を有する円形の平鋼板から形成され、ボルト材２は所定の径及び長さを有する鉄筋等の棒状鋼材から形成されている。そして、プレート固定部材４とボルト材２は、ボルト材２の頭部先端において摩擦圧接接合Ｓにて一体化されている。

なお、第２実施形態のロックボルト１’を使用したトンネル施工方法は、第１の実施の形態で示したトンネル施工方法と同様なため、詳細な説明は省略する。

ロックボルト１’は、ベアリングプレート３’の角部３ｂが地山側に折り曲げられているため、ロックボルト挿入孔Ｈに挿入すると角部３ｂが吹付けコンクリート７に差し込まれた状態で固定される。この構成により、ロックボルト１’と吹付けコンクリート７との一体化が強固に行われ、相互の力の伝達性に優れた支保構造が構築される。

なお、ロックボルト１’は、ベアリングプレート３’の角部３ｂが地山側に折り曲げられているため、ベアリングプレート３’の角部３ｂが直接防水シート８に当ることがない。つまり、施工時に防水シート８が角部３ｂに引っ掛かるおそれがなく、また何らかの圧力がこの角部３ｂと防水シート８との当接箇所に加わったとしても防水シート８が損傷することもないので、止水性に優れたトンネルを構築することが可能となる。

なお、この他の第２実施形態のロックボルト１’が奏する作用効果は、第１の実施の形態において示したものと同様なため、詳細な説明は省略する。

以上、本発明について、好適な実施形態について説明したが、本発明は前記各実施形態に限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更が可能である。
例えば、ボルト材とプレート固定部材との接合を、摩擦圧接接合にて行ったが、これに限定されるものではなく、溶接接合等、ボルト材の耐力を低下させることなく接合することが可能であれば、その接合方法は限定されるものではない。
また、前記各実施形態では、プレート固定部材として円形の鋼板を使用するものとしたが、これに限定されるものではなく、例えば多角形型の平鋼板をプレート固定部材として使用する等、ロックボルトとしての機能を果たし、ボルト材とプレート固定部材との一体化が可能なものであれば、その材料及び形状は限定されるものではない。また、ベアリングプレートの材料及び形状も限定されるものではないことは、いうまでもない。また、ボルト材として使用する棒状鋼材も限定されるものではなく、例えば異形鉄筋やねじり鋼棒等を使用すればよい。

また、前記各実施形態では、ロックボルトを全面定着方式によるロックボルトに使用するものとしたが、これに限定されるものではなく、併用方式等、地山の状況に応じたロックボルトの定着方式を採用しても良い。
また、前記各実施形態では、定着材をロックボルトの挿入前にロックボルト挿入孔に充填したが、ロックボルトをロックボルト挿入孔に挿入した後で定着材を充填しても良い。つまり、ロックボルトの定着が可能であれば、その施工順序は限定されるものではない。
また、前記各実施形態では、モルタルグラウトをロックボルトの定着材として使用したが、これに限定されるものではなく、十分な定着力を発現するものであれば、その材質は限定されるものではない。

また、前記各実施形態では、吹付けコンクリートの吹付作業が完了してからロックボルトの設置を行ったが、これに限定されるものではなく、吹付けコンクリートの施工を２段階施工とし、一次吹付けにて断面の早期閉合を行った後、ロックボルトを設置し、その後二次吹付けを行い、支保構造の一体化をさらに高めるものにしても良い。
また、吹付けコンクリートを施す必要のない良質な岩盤においては、所定の掘進長を掘削したトンネル壁面に直接ロックボルトを設置し、地盤と一体化を図る構造としても良い。
さらに、本発明のロックボルトは、トンネル施工で用いられるロックボルトに限定されるものではなく、例えば法面の抑止工等にも使用可能である。

第１の実施の形態にかかるロックボルトの全体を示す斜視図である。 第１の実施の形態にかかるロックボルトを設置した状態を示す断面図である。 第２の実施の形態にかかるロックボルトの全体を示す斜視図である。 特許文献１に記載のロックボルトを設置した状況を示す断面図である。

符号の説明

１，１’ ロックボルト
２ ボルト材
３，３’ ベアリングプレート
３ａ ボルト挿通孔
３ｂ 角部
４ プレート固定部材
５ 定着材
６ 裏込めモルタル
７ 吹付けコンクリート
８ 防水シート
９ 覆工コンクリート
Ｇ 地盤
Ｈ ロックボルト挿入孔
Ｓ 摩擦圧接接合

Claims (3)

1. 地盤に挿設されるボルト材と、前記ボルト材の頭部先端に一体的に接合されているプレート固定部材と、前記ボルト材を挿通するボルト挿通孔を有したベアリングプレートと、を備えることを特徴とするロックボルト。
2. 前記プレート固定部材は前記ボルト挿通孔の面積よりも広い面積を有する平鋼板から形成され、前記ボルト材は鉄筋等の棒状鋼材から形成されており、前記プレート固定部材と前記ボルト材とは摩擦圧接接合にて一体化されていることを特徴とする請求項１に記載のロックボルト。
3. 前記ベアリングプレートが平鋼板から形成され、その角部が、地山側に折り曲げられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のロックボルト。

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