JP2007224594A - 止水ロックボルト - Google Patents

Abstract

【課題】
薬剤、モルタル等の定着剤を使用することなく通常に使用して、略凹字状断面の窪みからの漏れを無くし、挿入された削孔径の不揃い、孔壁の肌荒れ、高水圧においても確実に対応し、止水能力が確実で安価な鋼管膨張型ロックボルトを提供する。
【解決手段】
従来から使用されている鋼管膨張型ロックボルトの略凹字状断面の、窪みを含む全外周に添って止水機能を有するゴム部材を設け、且つ前記窪みに、少なくとも１本の紐状弾性部材を前記止水パッキングと一体に、或いは別個に設ける。
【選択図】
図３

Description

この発明は岩盤や土砂の地山に削孔して挿入され、略凹字状断面等に縮径された鋼管ロックボルトが、注入スリーブを通じて高圧の水で膨張拡径され、挿入された孔壁に内側から張り付くことで定着される鋼管膨張型ロックボルトに関し、特に止水機能に優れた鋼管膨張型の止水ロックボルトに関するものである。

従来からトンネル工事などで、岩盤や土砂の地山を掘削するに際し、地山を削孔してロックボルトが固定される。
通常はロックボルト又は中空ロックボルトが注入されたモルタルのグラウトで固定されているが、近時鋼管膨張型ロックボルトが使用されるようになっている。
鋼管膨張型ロックボルト６は例えば図１（イ）に示すように円形の鋼管３を、図１（ロ）に示すように、窪み２を設けることによって略凹字状断面に折り畳み、縮径したものである。
この鋼管膨張型ロックボルト６は図２（イ）に示すように、地山１６を掘削して設けられた削孔１９に挿入され、その掘削孔面側の口元に設けられた注入スリーブ５から高圧の水を該鋼管膨張型ロックボルト６の中に注入、図２（ロ）に示すように膨張２０させて、差し込まれた地山１６の削孔１９の孔壁１４に張り付けられる。４は高圧の水の注入口、９は鋼管膨張型ロックボルトの先端に設けられた封止スリーブである。
図中ａは図２（イ）のＡ−Ａ線断面図、ｂはＢ−Ｂ線断面図である。

この膨張２０によって鋼管膨張型ロックボルト６は孔壁１４の周辺地盤の岩盤に定着、及び又は土砂を圧縮すると同時に削孔１９の凹凸、更に曲がり等にも順応し、形を変えて孔壁１４に定着する。

然しながら、
「定着面での滑りを少しでも抑制することは、鋼管膨張型ボルトの今後の課題である」。
・（社）土木学会・２００５年１月・・自由投稿論文（６７）
と、記載のように、従来から削孔１９の中に挿入された鋼管膨張型ロックボルト６が定着面、即ち孔壁１４との滑りを抑制し、摩擦の更なる強化が大きな課題となっている。

更に上記、山に穴を穿つトンネル、地下を掘り進むトンネルはもとより、地下に大規模貯蔵用の空洞等を構築するとき、必ず遭遇するのが地下水などの出水、湧水であるが、従来の鋼管膨張型ロックボルトでは特に削孔からの止水が困難である問題があった。

この対策として提案されているのが、図８に示すモルタルパッカー方式である。
即ち、鋼管膨張型ロックボルト６の地山１６の削孔１９の孔壁１４に、袋に入れられたモルタル２２と薬液を配設し、高圧の水で前記鋼管膨張型ロックボルト６の略凹字状断面の鋼管が膨張拡径して膨張鋼管２０となるとき、この袋が破れることで前記モルタル２２と薬液とが流出して混合、前記モルタル２２が硬化することで止水機能をなさしめるものである。

前記パッカー方式は、袋(パック)に入れられたモルタル２２と薬液の混合による化学的な硬化反応によるものであるため、この環境では均一な混合は困難である。
従って設定された品質、強度の均質なモルタル２２と成り難い問題がある。

他の例として、予めモルタルと薬液、水、その他を混合し、これに反応遅延剤を用いるものが提案されているが、このものは有効期限を管理しなければならない問題がある。

またこれらは、モルタルが硬化する前に大量の流水に襲われると、水圧でモルタルが流される問題がある。

更に硬化モルタルは設置の幅が少ないと、鋼管との接着性が悪いばかりでなく、鋼管膨張型ロックボルトの略凹字状断面の窪みを確実に埋めることが困難である。そして柔軟性が無く、形状としても材質としても割れやすいために漏水を生じ易い問題がある。

特開２００５−６８８６５号 特開Ｈ１１−０２８９０５号 特開Ｈ０６−２６３５０９号 （社）土木学会・２００５年１月・自由投稿論文（６７）

この発明が解決しようとする課題は、上記従来の問題点を解決することである。
即ち、従来困難であった鋼管膨張型ロックボルトの基本形状である略凹字状断面の窪みを含む全外周で、水の出入りを封止することである。

具体的には、地山に掘削された削孔の形、削孔径が少し不揃いであっても、曲がっていても、更には肌が荒れていても柔軟に追随してその隙間に充満、確実に止水し、長期間その機能を維持することができる鋼管膨張型の止水ロックボルトを安価に提供することである。

そして孔壁即ち定着面との滑りを抑制し、土砂の孔壁に対する摩擦を更に強化することも期待できることである。

この課題は、各種鋼管膨張型ロックボルトの上に略凹字状断面の全外周に添って止水機能を有するチューブ状の止水パッキングを装着し、且つ前記略凹字状断面の窪みに１本又はそれ以上の紐状弾性部材を一体に、或いは別個に設けることによって解決される。

地山を掘削して構成した削孔にこの止水ロックボルトが挿入され、中に高圧の水が注入されると、略凹字状断面のこの鋼管膨張型ロックボルトは、瞬時(約１分)に全長に亘って膨張拡径し、削孔に定着して孔壁(定着面)に張り付きこれを補強する。
同時に瞬時に耐荷能力を備える。

この発明の止水ロックボルト１に設けられた水膨張性ゴム等の止水パッキング７と、その窪み２に充填された紐状弾性部材８が吸水することにより、止水パッキング７が膨張して削孔１９に充満し、該止水ロックボルト１の拡径がどの程度であっても、該止水ロックボルト１の孔壁１４側はもとより、水漏れ問題が生じ易い窪み２部分を完全に密封、止水することができる。

更に、止水パッキング７が鋼管膨張型ロックボルトの所定の位置に強固に固定され、止水ロックボルト１が削孔１９に挿入される際にも、づれることがない。

止水パッキング７が複数配置されることによって、止水ロックボルト１が孔壁１４に対して、鋼管である金属の定着と、ゴムの定着が自由に設定され、安定した定着の強度と確実な止水機能が得られる効果がある。

水膨張性ゴム等、止水パッキング７の大きな膨張余力と柔軟性によって、爆破による振動などの地山１６の変位や歪みにも追随し、長期間に亘って確実な止水機能が得られる効果がある。

止水パッキング７には通常のクロロプレン系ゴム、ＥＰＤＭ系ゴム又は他の合成ゴムではなく、シリコーンゴム系を使用すると、化学的に安定なシリコーン系ゴムは、有機物を溶解する液化ＬＰガスにも耐え、地下での水封式岩盤貯蔵庫その他の止水ロックボルトとして好適である。
このシリコーンゴム発泡体の一例として、室温で硬化発泡して、発生する水素ガスが気泡(発泡率７〜８倍)となる液状シリコーンゴムを主成分とする発泡体が例示できる。(特開平１１−０２８９０５号)

この発明の止水ロックボルト１は通常使用されている鋼管膨張型ロックボルト６へ容易に止水機能を添付できることから安価に提供できる。

以下この発明の止水ロックボルトを、図に示す１実施例によって説明するが、使用される止水パッキングがその取り付けられる部位、数、長さ、厚さ、材質その他この実施例に限定されるものではなく、自由に選択且つ組み合わせられることは言うまでも無い。

止水ロックボルト１を構成する鋼管膨張型ロックボルト６は、図１（イ）に示すように元の直径が５４ｍｍφ×厚さ２ｍｍの鋼管を断面が、図１（ロ）に示す略凹字状になるように窪み２を設けることによって縮径し、直径が３６ｍｍの鋼管膨張型ロックボルト６とされる。
止水ロックボルト１はこの鋼管膨張型ロックボルト６に、図５に示す止水パッキング７と紐状弾性部材８を一体に、或いは別個に設けられたものである。
そして長さは地山によって決定されるが、通常は３〜６ｍに切断。図２（イ）に示すように口元側（掘削孔面側）に高圧の水の注入スリーブ５が設けられ、図２（ロ）に示すように先端部が封止スリーブ９で閉じられたものである。
そしてこの鋼管膨張型ロックボルト６は地山１６に掘削された直径約５０ｍｍφ×長さが止水ロックボルト１より少し長い削孔１９の中に挿入、注入スリーブ５の注入口４から高圧の水が注入されることによって、その直径が膨張拡径され、掘削された削孔１９の直径約５０ｍｍφの孔壁１４に張り付けられる。図中２０は直径を膨張拡径し削孔１９に張り付いた膨張鋼管を示す。

この発明の止水ロックボルト１は図３（イ）に示すように、前記鋼管膨張型ロックボルト６の高圧の水の注入スリーブ５側に、鋼管膨張型ロックボルト６の略凹字状断面の全外周を覆う、厚さが２ｍｍ×長さ５０ｍｍの止水機能を有する止水パッキング７が設けられたものである。この実施例では止水パッキング７は水膨張性ゴムチューブで作成されている。図３（ロ）は先端部が封止スリーブ９で閉じられている。

そして略凹字状断面の窪み２の中に、紐状弾性部材８が設けられる。
図中１８は水パックであって必要に応じて設けられ、鋼管の膨張で該水パック１８が破裂することによって水膨張性ゴムの止水パッキング７に水、又は膨張促進液を供給することができる。
図中ｃは図３（イ）のＣ−Ｃ線断面図である。

図４に止水ロックボルト１の膨張拡径の態様を示す。
図４（イ）のＤ−Ｄ線断面図ｄが膨張拡径して、図４（ロ）の断面図ｅとなる。
そして、紐状弾性部材８は止水ロックボルト６の膨張と共に展延されて８’になる。

前記水膨張性ゴムの例として商品名ＳＣシーラーが挙げられる、ＳＣシーラーは、ポリビニルアルコール等の高吸水性ポリマーと、ゴムとの複合材であって、通常のゴムと同様のゴム弾性による１次シール機能の上に、水と接触することで、ゴムの中の親水性の部分が水の分子と結合して２〜８倍の自己体積膨張を起こして２次シールすることができる。

水膨張性ゴムの特徴として。
１．一度吸水した水は多少の圧力を掛けても殆ど放出しない。
２．水に長期間浸漬しておいても膨張状態があまり変化しない。
３．膨張したゴムは乾燥によって水を放出し、元の水膨張性ゴムに戻る。

前記紐状弾性部材８は、水膨張性ゴム、独立気泡のゴム、連続気泡のゴム、両端を閉じた中空ゴム棒、又は流動性に優れた軟質のソリッドゴム、ラテックス、又はシリコーンゴム発泡体等で作成される。

この実施例では図５（イ）〜（ホ）に示すように、鋼管膨張型ロックボルト６の略凹字状断面の窪み２を含む全外周に添って止水機能を有する止水パッキング７を設け、前記窪み２の中に紐状弾性部材８が設けられる。

即ち、図５（イ）、は窪み２の中に紐状弾性部材８が複数設けられたもの。
（ロ）は、窪み２の中に紐状弾性部材８が１本設けられたもの。
（ハ）は、前記（イ）と（ロ）の窪み２の開口部１２に、止水パッキング７と同質のゴムテープ１０が２重に貼られたもの。
（ニ）は、図５（ロ）の紐状弾性部材８と、図５（ハ）のゴムテープ１０を合体させて、窪み２の形状に成型した総型の紐状弾性部材１１が充満させられたもの。
（ホ）は、止水パッキング７の窪み２に向かう突起１７（紐状弾性部材８）を一体に設けたものを、鋼管膨張型ロックボルト６に装着、又は巻き付けて接着したもの。等が提示できる。
更に（ホ）は、前記突起１７にスリット１５を設けることができる。
このスリット１５によって止水パッキング７がより円滑に孔壁１４に展延される。

この実施例は、図６（イ）に示すように、前記窪み２の中に、室温で硬化反応をして発泡するゴム配合物２３を充填、発泡せしめて図６（ロ）に示すように、総型シリコーンゴム発泡体１３としたものである。２１は金型である。

紐状弾性部材８である前記総型シリコーンゴム発泡体１３は、チューブレスタイヤに用いられるシリコーンゴム発泡体が例示できる。
この液状のゴム配合物２３は、液状のシリコーンゴムと触媒を含む発泡充填剤で成り、室温でも硬化反応を起こして水素ガスの気泡を発生させることで、発泡率が５〜１０倍のものが得られるとされる。特開平１１−０２８９０５号

この実施例は鋼管膨張型ロックボルトの略凹字状断面の窪み２の中に容易に紐状弾性部材８を嵌入する方法である。
即ち、図７（イ）に示す略凹字状断面の窪み２の開口部１２を、（ロ）に示すように拡大せしめ、この中に任意材質、任意形状の紐状弾性部材８を挿入し、（ハ）に示すように元の形に戻したものである。

このようにすることで、紐状弾性部材８の窪み２への挿入が容易になるばかりでなく、チューブ状のゴムで作成された止水パッキング７がその位置に確実に固定される。

具体的には地山の岩盤や土砂を窄孔し、例えば直径約５０ｍｍφ×長さ約４．２ｍの削孔１９を設け、この削孔１９の中に、直径が３６ｍｍφ×長さ約４ｍの鋼管膨張型ロックボルト６の注入スリーブ５側に、厚さが２ｍｍ×長さ５０ｍｍのチューブ状の止水パッキング７が設けられて成る止水ロックボルト１を挿入、そして前記注入スリーブ５の注入口４から前記止水ロックボルト１の中に高圧ポンプ（図示せず）で水を水圧２０ＭＰａで注入することにより、前記止水ロックボルト１を元の５４ｍｍφの直径に向かって形状を回復せしめる。
このとき直径が約５０ｍｍφの削孔１９よりも直径が大きくなる余力がある止水ロックボルト１が、図４（ロ）に示すように該削孔１９の孔壁１４に拡大して張り付くことにより、該削孔１９の岩盤にはインターロッキング効果、土砂壁に対しては周囲の地盤を固めて定着する。

同時に孔壁１４との間に設置された水膨張性ゴムの止水パッキング７が湧水などの水、或いは必要に応じて設けられた水パック１８が破裂することによって水と接触、吸水して元の体積の２〜８倍に膨張し、直径が不揃いな削孔１９、や荒れた孔肌にも柔軟に追随して、孔壁１４の細部にまで浸透し確実に止水する。

更に前記止水パッキング７は、その略凹字状断面の窪み２に充填された紐状弾性部材８と共に有り余る膨張余力によって地山１６の歪、爆破などの変異が生じても容易にこれに追随し、長期間の止水機能を発揮する。

尚、上記実施例では止水パッキング７をチューブ状として説明したが、止水パッキング７を適宜形状のＯリング状とし、これに水膨張性ゴムの紐状弾性部材８を組み合わせても良い。

図１（イ）は元の鋼管の断面図。（ロ）は（イ）の断面形状を略凹字状に縮径した断面図。 図２鋼管膨張型ロックボルトの定着の説明図で（イ）は縮径した鋼管膨張型ロックボルトとその口元(注入スリーブ)を示す説明図である。（ロ）は膨張定着した鋼管膨張型ロックボルトとその先端(封止スリーブ)を示す説明図である。ａは図２（イ）のＡ−Ａ線縦断側面図である。ｂは図２（ロ）のＢ−Ｂ線縦断側面図である。 図３は止水ロックボルトの膨張前の使用状態の説明図でｃは図３（イ）のＣ−Ｃ線縦断側面図である図３（ロ）は先端(封止スリーブ)を示す説明図である。 図４は止水ロックボルトが膨張する態様を示す説明図でｄは図４（イ）のＤ−Ｄ線縦断側面図である。図４（ロ）で、ｅは前記図４（イ）のｄが膨張拡径した態様を示す縦断側面図である。 図５は止水パッキングと窪みに充填される紐状弾性部材の例で（イ）は複数の紐状弾性部材を充填した止水ロックボルトの断面図である。（ロ）は１本の紐状弾性部材を充填した止水ロックボルトの断面図である。（ハ）は紐状弾性部材を充填、窪みの開口部をテープで２重シールした止水ロックボルトの断面図である。（ニ）は一体成型した総形紐状弾性部材を充填した止水ロックボルトの断面図である。（ホ）はチューブ状止水パッキングと紐状弾性部材とを一体成型して略凹字状鋼管に設けた断面図である。点線は接着前のチューブの態様を示している。 図６（イ）は窪みの中にゴム配合物を設けた断面図である。図６（ロ）は（イ）のゴム配合物が発泡して総形紐状弾性部材となった略凹字状鋼管の断面図である。 図７（イ）は止水パッキングを設けた略凹字状鋼管の断面図（ロ）は（イ）の開口部を拡大した態様を示す断面図（ハ）は（ロ）を元の略凹字状（イ）に戻した鋼管の断面図である。 図８はパッカー方式で、鋼管が膨張している態様を示す説明図である。

符号の説明

１．止水ロックボルト
２．窪み
３．鋼管
４．注入口
５．注入スリーブ
６．鋼管膨張型ロックボルト
７．止水パッキング
８．紐状弾性部材
９．封止スリーブ
１０．テープ
１１．總形紐状弾性部材
１２．開口部
１３．シリコーンゴム発泡体
１４．孔壁
１５．スリット
１６．地山
１７．突起
１８．水パック
１９．削孔
２０．膨張鋼管
２１．金型
２２．モルタル
２３．ゴム配合物

Claims (4)

1. 一つの窪みを設けた略凹字状断面、或いは等間隔に複数の窪みを設けて成る鋼管膨張型ロックボルトであって、前記鋼管膨張型ロックボルトの少なくとも一部に、前記略凹字状断面等の窪みを含む全外周に添って止水機能を有する止水パッキングを設け、且つ前記略凹字状断面等の窪みに少なくとも１本の紐状弾性部材を、前記止水パッキングと一体に、或いは別個に設けたことを特徴とする止水ロックボルト。
2. 前記止水パッキングが、発泡ゴム、水膨張性ゴム、シール用中空ゴム、ソリッドゴム、ラテックス、又はシリコーンゴム発泡体である請求項１に記載の止水ロックボルト。
3. 前記紐状弾性部材が、発泡ゴム、水膨張性ゴム、シール用中空ゴム、ソリッドゴム、ラテックス、又はシリコーンゴム発泡体である請求項１に記載の止水ロックボルト。
4. 前記紐状弾性部材の気泡が前記略凹字状断面の窪みに、液状ゴムによる発泡充填材が注入された後発泡させ、該発泡ゴムで前記窪みが充填されることを特徴とする請求項１〜３に記載の止水ロックボルト。
   
   

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