JP2006257768A - 連結用鋼管膨張型ロックボルト - Google Patents

Abstract

【課題】 後端側に雌ネジプラグ部を、先端側に雄ネジプラグ部を溶接接合することにより、軽量かつ製造コストの低減を図った連結用鋼管膨張型ロックボルトを提供する。
【解決手段】 膨張用凹部が形成された異形管５１の管端凹部の管端部下壁又は側壁が前記異形管の内壁に圧接されて形成された当該異形管の内部と繋がる後端開口部に雌ネジプラグ部又は雄ネジプラグ部が嵌合され、当該嵌合部が上記内壁圧接部とともに溶接されたロックボルトに、先端に雄ネジプラグ部又は雌ネジプラグ部が同様に嵌合・固着されている後続のロックボルトを、双方の雌雄ネジ部を螺合させることにより連結される。
プラグ部内の貫通孔を経由して加圧用流体が先頭のロックボルトまで供給され、複数のロックボルトは同時に加圧される。
【選択図】 図５

Description

本発明は、内部に流体を圧入し、流体圧で管体を半径方向に膨張させることによって岩盤に設けた孔内に管体を充満させる高耐力を有する鋼管膨張型ロックボルトであって、複数のロックボルトを連結させるためのプラグを備えた連結用鋼管膨張型ロックボルトに関する。

鋼管膨張型ロックボルトは、特許文献１に記載されているように、長手方向にわたって１以上の膨張用凹部を有する中空の異形管である。図１に示すように、岩盤や地盤２に穿った孔に、端部が密封され、膨張用凹部が形成された鋼管１を挿入し（図２のａ）、この鋼管を、圧力流体３を利用して膨張させ（図２のｂ）、孔と鋼管を密着させる（図２のｃ）ことによって岩盤や地盤を鋼管で固結させるものである。
圧力流体による加圧で膨張させ易くするために、鋼管に予め長手方向にわたって凹部を設けていることが多い（図２のａ参照）。凹部が設けられた異形管の、孔に挿入する先端部は完全に密封され、圧力流体を圧入する側の後端部も密封された後、流体流入孔が穿たれている。そして、密封し、圧力流体を圧入し易くするために、異形管の両端にスリーブが被着されている（例えば特許文献２参照）。

通常、鋼管膨張型ロックボルトは岩盤に削孔に１本のみ挿入され、膨張される。トンネル内等の狭い作業空間において取扱う棒状体を取扱いやすくする意味では、１本のロックボルトは短いほど取扱いやすい。このため、１本のロックボルトは２〜６ｍ程度としている。
しかしながら、掘削するトンネルの岩盤，地盤等によっては、あるいは、先進導抗後に拡幅して本抗を掘削する場合には、図３に示すように、非常に長いロックボルトが必要とされる場合がある。このような場合には、２本あるいはそれ以上の本数のロックボルト１が連結（図３中の４で示す）されて用いられている。

２本あるいはそれ以上の本数のロックボルトを連結するために、例えば特許文献３では、膨張型パイプ式ロックボルトにおいて、パイプ体の両端に拘束用のスリーブを嵌め込み、手前側のスリーブに雌ネジ部を形成したものが提案されている。
この技術では、手前側のスリーブに雌ネジ部を形成した第一のロックボルトの前記雌ネジ付きスリーブに螺合可能な雄ネジ付きスリーブを先端に嵌着させ、後端に雌ネジ付きスリーブを嵌着させた第二のロックボルトを、その先端の雄ネジ付きスリーブを前記第一のロックボルトの前記雌ネジ付きスリーブに螺合させて両者を連結している。同様に第三のロックボルトも連結可能である。

そして、上記第二あるいは第三、又はそれ以降のロックボルトの後端に、打設／注入用アダプタを設けている。打設／注入用アダプタ本体の一端にはその奥のロックボルトスリーブの雌ネジ部に螺合する雄ネジ部が形成され、他端には圧液注入用アダプタを受容する受容部が形成され、内部に中空部が形成されている。この中空部は受容部側が塞がれているが雄ネジ側は開放され、受容部には中空部に連通する小孔が形成されている。圧液注入用アダプタには、受容部に形成した小孔と連通する注入口が形成されている。圧液注入用アダプタを受容部に嵌め、注入口から圧水等の圧液を注入すると圧液が小孔を通って中空部に到り、奥のロックボルト内の空間に到り、高圧により中間部及び先端部のロックボルトを膨張拡径している。
特公平２−５２０号公報 特表２００３−５０１５７３号公報 特開２００３−１４８０９８号公報

上記のように、第二あるいは第三のロックボルトを連結しようとすると、その両端に雌ネジ付きスリーブ及び雄ネジ付きスリーブを取付ける必要がある。そして、特許文献３で提案されたスリーブでは、雌ネジ付きスリーブあるいは雄ネジ付きスリーブを、図４に示すように、膨張型異形管４１の管端を拘束するスリーブ４２の先端部に溶接法により雌ネジ部４３あるいは雄ネジ部４４を有する連結用部品を固着する態様で形成している。
異形管の管端を拘束するスリーブ本体とは別に雌ネジ部あるいは雄ネジ部を固着しているために、重量が重くなるばかりでなく、雌ネジ部あるいは雄ネジ部を固着するための溶接工程数が増える。このため、コストアップを招くばかりでなく、取扱い難くなる。
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、後端側に雌ネジプラグ部を、先端側に雄ネジプラグ部を溶接接合することにより、軽量かつ製造コストの低減を図った連結用鋼管膨張型ロックボルトを提供することを目的とする。

本発明の連結用鋼管膨張型ロックボルトは、その目的を達成するため、膨張用凹部が形成された異形管からなり、先端が閉じられているとともに、前記凹部の管端部下壁又は側壁が前記異形管の内壁に圧接されて形成された当該異形管の内部と繋がる後端開口部に雌ネジプラグ部又は雄ネジプラグ部が嵌合され、当該嵌合部が上記内壁圧接部とともに溶接されていることを特徴とする。

本発明の連結用鋼管膨張型ロックボルトは、また、膨張用凹部が形成された異形管からなり、前記凹部の管端部下壁又は側壁が前記異形管の内壁に圧接されて形成された当該異形管の内部と繋がる先端開口部に雄ネジプラグ部が嵌合されているとともに、前記凹部の管端部下壁又は側壁が前記異形管の内壁に圧接されて形成された当該異形管の内部と繋がる後端開口部に雌ネジプラグ部が嵌合され、当該両嵌合部が上記内壁圧接部とともに溶接されていることを特徴とする。

本発明の連結用鋼管膨張型ロックボルトは、さらに、膨張用凹部が形成された異形管からなり、前記凹部の管端部下壁又は側壁が前記異形管の内壁に圧接されて形成された当該異形管の内部と繋がる先端開口部に雄ネジプラグ部又は雌ネジプラグ部が嵌合され、当該両嵌合部が上記内壁圧接部とともに溶接されているとともに、後端に加圧流体供給源に連結する加圧用スリーブが取付けられていることを特徴とする。

前記雌ネジプラグ部及び雄ネジプラグ部を嵌合した異形管の管端部に拘束リングが嵌合されていることが望ましい。

本発明によれば、異形管からなるロックボルトの両端に取付けられた雌ネジプラグ部及び雄ネジプラグ部は、ともに、異形管凹部の管端部下壁又は側壁を当該異形管の内壁に圧接されて形成された当該異形管の内部と繋がる管端開口部に嵌合され、その嵌合部が異形管に溶接されている。溶接箇所が従来のものよりも少ないために、溶接欠陥に起因する水漏れ発生のおそれが少ない。しかも、岩盤に設けられた削孔に挿入されたロックボルトの後端開口部に嵌合固着された雌ネジプラグ部に、後続のロックボルトの先端開口部に嵌合固着された雄ネジプラグ部を螺合させることにより、両者を容易に連結することができる。したがって、全体として軽量・廉価で信頼性と取扱い性に優れたロックボルトが提供される。本発明のロックボルトをもちいることにより、トンネル内等、狭い現場作業においても岩盤や地盤の補強工事を容易に実施することができる。

従来の異形管からなる膨張型ロックボルトでは、前記図４に見られるように、異形管４１の管端を拘束するスリーブ４２本体とは別に雌ネジ部４３あるいは雄ネジ部４４を有する連結部品をスリーブに固着しているために、重量が重くなるばかりでなく、雌ネジ部あるいは雄ネジ部を有する連結部品を固着するための溶接工程数が増え、コストアップを招くばかりでなく、取扱い難くなっている。
そこで、本発明では、図５に示すように、異形管５１の管端開口部に、雌ネジ部あるいは雄ネジ部を形成したプラグ５２，５３を直接嵌合し、その嵌合部を異形管に溶接５４することにより、前記プラグにスリーブと連結部品の両方を果たさせることとした。

以下に、雌ネジ部あるいは雄ネジ部を形成したプラグの嵌合・固着方法について説明する。
鋼管膨張型ロックボルトは、電縫溶接鋼管を素材とし、多段ロール成形方法等により長手方向に延びる膨張用凹部を有する中空の異形管から構成されている。一般的には、先端部は閉じられ、後端部に加圧流体供給源に連結する金具が取付けられている。
本発明の連結用鋼管膨張型ロックボルトにあっては、まず、岩盤や地盤に穿たれた孔に先頭として挿入されるロックボルトとして、後端部構造を、連結用部品を取付けた構造に変更する。

その構造は、膨張用凹部が形成された異形管からなり、先端が閉じられている鋼管膨張型ロックボルトにあって、後端側の前記凹部下壁又は側壁を前記異形管の内壁に圧接して形成された当該異形管の内部と繋がる開口部に雌ネジプラグ部又は雄ネジプラグ部が嵌合され、その嵌合部が上記内壁圧接部とともに溶接されているものである。
長手方向に延びる膨張用凹部を有する中空異形管の横断形状は、図６に示すようなものとなっている。そこで、図６中、凹部のＡで示す箇所、あるいはＢで示す箇所に金型を押し込んで開口部を拡げ、前記凹部下壁又は側壁を前記異形管の内壁に圧接する。Ａで示す箇所を押圧すると図７（ａ）で示す断面形状を、Ｂで示す箇所を押圧すると図７（ｂ）で示す断面形状を有する開口部が形成されることになる。この開口部は異形管の内部と繋がっている。

ロックボルトに水を圧入して異型管凹部を加圧膨張させる場合、管端に金型を押し込んで形成した開口部の気密性を確保するために前記凹部の下壁又は側壁を当該異型管の内壁に圧接して形成した圧接部を溶接する必要があるが、膨張時にこの溶接部分に引張力がかかる。そしてこの引張力の大きさは、金型を押し込んで形成した開口部の形状に大きく左右される。
図７（ｂ）では異型管の凹部上方側と下方側では膨張長さが大きく異なるため、膨張時に溶接部分にかかる引張力が大きくなる。これに対して、図７（ａ）の場合には、凹部上方側と下方側の膨張長さの差が小さいため、膨張時に溶接部分にかかる引張力は小さくなる。このため、図７（ｂ）の態様に比べて図７（ａ）の態様の方が、溶接部分に欠陥が生じにくく、応力腐食割れを起こすおそれも少ない。

なお、気密性確保のために行う、異形管凹部の下壁又は側壁を当該異形管の内壁に圧接して形成した圧接部の溶接は、接続用のプラグ部を押し込んだ後、嵌合部を含めて、肉盛りの溶接を行えば良い。
上記管端への金型の押込みによる開口部の形成は、例えば図８に示すような、楕円形断面の円錐部と楕円形断面の円柱部が一体になった金型を用い、図６中、Ａで示す部位に当該金型を押し込むことにより行われる（図９参照）。なお、図９中、Ｐが被加工異形管であり、１１は拘束用の外金型である。

上記態様で形成された管端開口部に雌ネジプラグを固着する態様について説明する。中空で内周面に雌ネジを形成した雌ネジプラグ部の一端を圧入・嵌合し、嵌合部を溶接固着する。併せてこの溶接固着時に、凹部壁の圧着部及び異形管管端の凹部外表部をも肉盛溶接して、気密性を確保するとともにロックボルトの加圧膨張時に当該部分が破損しないようにすることが好ましい。
なお、雌ネジプラグ部を圧入するための管端開口部を形成する際、予め異形管の管端に拘束リングを嵌合しておけば、開口部形成用金具の押し込み時に管端部の変形を防止することができる。前記拘束リングは、ロックボルトの加圧膨張時に管端が変形し、気密性確保のために行った溶接部が破断することを防止する作用も果たす。

次に、中間に挿入されるロックボルトは、先端部構造を、連結用部品を取付けた構造に変更する。すなわち、先端に雄ネジプラグ部を取付ける。
先端に雄ネジプラグ部を取付ける手法も、前記後端に雌ネジプラグ部を取付ける手法と同様である。異形管の先端に当該異形管の内部と繋がる開口部を形成し、当該開口部に中空で外周面に雄ネジを形成した雄ネジプラグ部の一端を圧入・嵌合し、嵌合部を溶接固着する。
雄ネジプラグ部を圧入する管端開口部にあっても、開口部形成前に拘束リングを嵌合させておくことが好ましい。

上記中間用のロックボルトでも、後端に設けた雌ネジプラグ部に、加圧流体供給源に連結され、しかもその先端に前記雌ネジ部と螺合する雄ネジ部が形成された金具が螺合されれば加圧用流体を圧入できるが、後続用のための専用のロックボルトを準備しても良い。
この後続用のロックボルトは、前記中間用のロックボルトの後端部構造を加圧用流体圧入可能構造に変更したものとする。
前記と同様の態様で先端に雄ネジプラグ部が取付けられた異形管の後端に加圧流体供給源に連結する加圧用スリーブを冠せ、溶接固着した後、加圧流体圧入孔を穿てば十分である。

次に、本発明の連結用鋼管膨張型ロックボルトを用い、複数のロックボルトを連結しつつ岩盤の補強作業を行う形態について説明する。
まず、岩盤に掘削された孔に本発明の請求項１に記載の先頭用のロックボルトを挿入する。続いて、請求項２に記載の中間用のロックボルトを、このロックボルトの先端に設けた雄ネジプラグ部を前記先頭用のロックボルト後端の雌ネジプラグ部に螺合させて、前記先端用ロックボルトの後端に連結し、ロックボルトをさらに孔の奥まで押し込む。必要に応じて中間用のロックボルトをさらに連結した後、最後に請求項３に記載の後続用ロックボルトを連結する。連結態様は、前記と同様である。

なお、上記説明では、先頭として挿入されるロックボルトの後端に雌ネジプラグを固着する態様を説明し、以下それに合致するように雌雄のネジプラグ部を固着する旨説明しているが、雌雄が逆になっても良いことはいうまでもない。
雌ネジプラグ部及び雄ネジプラグ部はともに中空体で形作られているため、先端用ロックボルトの内部空間と中間用ロックボルトの内部空間及び後続用ロックボルトの内部空間は連通している。このため、後続用ロックボルトの後端に冠着された加圧用スリーブからロックボルト膨張用流体が圧入されたとき、何れのロックボルトも同時に膨張される。

３本のロックボルトを連結することを前提に、３種のロックボルトを作製した。
板厚２.０ｍｍで外径３６ｍｍ，長さ２ｍの断面凹型の異形管を用い、一端にスリーブを冠着した後注水孔を穿って、従来と同様の加圧流体供給端を形作った。他端に、異形管の外径と同じ径を有する半割りの外金型を取付けて端面加工時に異形管管端部が変形しないように拘束した後、管端に金型を押し込んで開口部を形成した（図９参照）。金型としては、図８に示すような、長手方向が２５ｍｍで幅方向が１９ｍｍの楕円形断面の円錐部と、長手方向が２５ｍｍで幅方向が１９ｍｍの楕円形断面で高さ５ｍｍの円柱部からなる金型を用いた。

金型が押し込まれ手形成された管端開口部は、図７（ａ）に示す形状となっている。この開口部に、長手方向が２５ｍｍで幅方向が１９ｍｍの楕円形断面で高さ５ｍｍの円柱部と長さ２０ｍｍの雌ネジが形成されたネジ部が一体となった雌ネジ付きプラグの楕円柱部を圧入した。なお、雌ネジ付きプラグには予め直径５ｍｍの貫通孔を穿っていた。
圧入したプラグと異形管の端部とを溶接して固定して、打設後の長手方向へ引張力に耐える構造とした。この際、管端凹部に開口部を設けた際の管壁圧接部分及び凹部外表面をも併せて肉盛り溶接して、異形管内部を密閉するとともにロックボルト膨張時に管端部分の変形を防止できる形状とした。

次に、ロックボルト両端を連結型とするため、前記と同じ態様で、異形管の両端に開口部を形成した。一端開口部に前記と同じ態様で雌ネジ付きプラグを圧入・固着した。他端開口部に、長手方向が２５ｍｍで幅方向が１９ｍｍの楕円形断面で高さ５ｍｍの円柱部と長さ２０ｍｍの雄ネジが形成されたネジ部が一体となった雄ネジ付きプラグの楕円柱部を圧入し、雌ネジ側と同様な溶接による固着・封止を施した。なお、この雄ネジ付きプラグにも予め直径５ｍｍの貫通孔を穿っていた。

３種目のロックボルトとして、一端を封止し、他端を連結型としたものを作製した。異形管の一端に従来と同様の手法により、封止用スリーブを圧入し、溶接により封止・接合を行った。他端に前記と同様な態様で開口部を形成し、前記と同じ態様で雌ネジ付きプラグを圧入・固着した。
このようにして作製した３本のロックボルトを連結し、後端ロックボルトの注水用スリーブから水を圧送してロックボルトを膨張させたところ、連結部周辺を変形させることなく、３本のロックボルトが均一に膨張された。

鋼管製ロックボルトを膨張させて地盤を補強する態様を説明する図 拡管前と、拡管後圧力のかかり方を説明する図 ロックボルトを連結して使用する態様を説明する図 従来のロックボルト連結態様を説明する図 本発明の連結用鋼管膨張型ロックボルトを用いた連結態様を説明する図 異形管の断面形状と開口部形成位置を説明する図 管端開口部の形状を説明する図 開口部形成用金型形状を説明する図 管端部に開口部を形成する態様を説明する図

Claims (4)

1. 膨張用凹部が形成された異形管からなり、先端が閉じられているとともに、前記凹部の管端部下壁又は側壁が前記異形管の内壁に圧接されて形成された当該異形管の内部と繋がる後端開口部に雌ネジプラグ部又は雄ネジプラグ部が嵌合され、当該嵌合部が上記内壁圧接部とともに溶接されていることを特徴とする連結用鋼管膨張型ロックボルト。
2. 膨張用凹部が形成された異形管からなり、前記凹部の管端部下壁又は側壁が前記異形管の内壁に圧接されて形成された当該異形管の内部と繋がる先端開口部に雄ネジプラグ部が嵌合されているとともに、前記凹部の管端部下壁又は側壁が前記異形管の内壁に圧接されて形成された当該異形管の内部と繋がる後端開口部に雌ネジプラグ部が嵌合され、当該両嵌合部が上記内壁圧接部とともに溶接されていることを特徴とする連結用鋼管膨張型ロックボルト。
3. 膨張用凹部が形成された異形管からなり、前記凹部の管端部下壁又は側壁が前記異形管の内壁に圧接されて形成された当該異形管の内部と繋がる先端開口部に雄ネジプラグ部又は雌ネジプラグ部が嵌合され、当該嵌合部が上記内壁圧接部とともに溶接されているとともに、後端に加圧流体供給源に連結する加圧用スリーブが取付けられていることを特徴とする連結用鋼管膨張型ロックボルト。
4. 雌ネジプラグ部及び雄ネジプラグ部を嵌合した異形管の管端部に拘束リングが嵌合されている請求項１〜３の何れかに記載連結用鋼管膨張型ロックボルト。

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