JP2009097260A - Self-boring lock bolt - Google Patents
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Description
本発明は山岳や道路の斜面更にはトンネル面等に打ち込まれて岩盤の崩落を防止する自穿孔ロックボルトに関するものである。 The present invention relates to a self-drilling lock bolt that is driven into a mountain, a slope of a road, a tunnel surface or the like to prevent rock collapse.
従来より、中空のロックボルトを用いて地山に自穿孔して支保することは公知である。この方法では、まず、先端に削孔ビットを取り付けた中空ロックボルトを回転させて地山等に穴を穿ちつつ挿入し、必要に応じてカップリングナットでロックボルトを継ぎ足して所定深さまで穿孔する。穿孔作業終了後に、孔内に残したままの状態でロックボルトの中空部を経由してロックボルトと孔の内壁面との間にグラウトを圧注入し、グラウトを固化してロックボルトを固着するものである。
本出願人の一部も、例えば特許文献1,2等で紹介している。
Some of the applicants are also introduced in, for example,
特許文献1,2で紹介したものを含め、従来の自穿孔ロックボルト本体を構成するパイプとしては、通常、小径肉厚のシームレス鋼管に転造加工を施したもの、さらにそれにどぶ漬けめっきを施したもの、あるいは溶接鋼管に転造加工を施した後にどぶ漬けめっきを施したものが用いられている。自穿孔ロックボルトが頑強な地山中に捩じ込まれるとき、大きな捩じりモーメントが作用されるため、ロックボルト本体としては、特性が均質な厚肉のシームレス鋼管を用いることが好ましいことになる。
しかしながら、シームレス鋼管の使用はコスト高となる。そこで厚肉溶接鋼管の使用が想定されるが、溶接鋼管の使用には問題点が伴う。
Pipes that make up the conventional self-drilling lock bolt body, including those introduced in
However, the use of seamless steel pipes is expensive. Therefore, the use of thick welded steel pipes is assumed, but there are problems associated with the use of welded steel pipes.
自穿孔ロックボルト本体は作業現場、すなわち野外で長期に放置されることがあるため、ロックボルト本体の管が発銹する。赤錆が発生すると外観を悪化させる。しかも、溶接鋼管にあっては、もともと溶接部及びその近傍の熱影響部は基材部よりも脆くなっており、発銹による実質的な減肉と相俟って、鋼管としての捩じり抵抗が低下する。
発銹を防止するため、シームレス鋼管や溶接鋼管に転造加工を施した後にどぶ漬けめっきを施した場合、転造溝にめっき金属が過度に付着することが避けられない。めっき金属が“タマ”となって転造溝の谷部や山部の表面に付着し、岩盤を削るカッターである削孔ビットや、ロックボルト本体同士を接続するカップリング、あるいは打設機器との接続部材であるスリーブが正常に取り付けられないという問題が発生する。このため、余分なめっき金属を除去する工程が必要となり、コストアップとなってしまう。
このような背景から、溶接鋼管の自穿孔ロックボルト本体への使用は現実的ではない。
Since the self-drilling lock bolt body may be left for a long time at the work site, that is, in the field, the pipe of the lock bolt body is generated. Appearance deteriorates when red rust occurs. Moreover, in welded steel pipes, the welded part and the heat-affected zone in the vicinity thereof are originally more fragile than the base material part. Resistance decreases.
In order to prevent galling, when plated steel is applied after rolling the seamless steel pipe or welded steel pipe, it is inevitable that the plating metal adheres excessively to the rolling groove. Plating metal becomes “tama” and adheres to the surface of valleys and ridges of rolling grooves, and drill bits that are rock cutters, couplings that connect rock bolt bodies, or driving equipment There arises a problem that the sleeve as the connecting member cannot be normally attached. For this reason, a process for removing excess plating metal is required, resulting in an increase in cost.
From such a background, it is not practical to use a welded steel pipe for a self-drilling lock bolt body.
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、ロックボルト本体としてめっき鋼板を素材とした溶接鋼管を用いて、耐久性に優れた自穿孔ロックボルトを低コストで提供することを目的とする。 The present invention has been devised to solve such problems, and provides a self-drilling lock bolt with excellent durability at a low cost by using a welded steel pipe made of a plated steel plate as the lock bolt body. The purpose is to do.
本発明の自穿孔ロックボルトは、その目的を達成するため、中心部にグラウトや高圧空気、高圧水の注入孔を貫通して設け、外周の全長にわたって雄ネジを形成した中空ロックボルト本体と、その先端に取り付けられ、前記注入孔と連絡する注出口を開孔した削孔ビットとを備えた自穿孔ロックボルトであって、前記中空ロックボルト本体が、めっき鋼板を素材とした溶接鋼管で形作られていることを特徴とする。
溶接鋼管としては、管外面の溶接部及び溶接部近傍にめっき補修層が設けられたものが好ましい。
素材めっき鋼板としては、Znめっき層,Alめっき層、Zn−Al合金めっき層又はZn−Al−Mg合金めっき層が設けられたものが好ましい。
そして、めっき補修層としては、Al−Zn合金又はAl−Mg合金の溶射補修層が好ましい。
In order to achieve the object, the self-drilling lock bolt of the present invention is provided with a hollow lock bolt body in which a grout, high-pressure air, high-pressure water injection hole is provided in the center and a male screw is formed over the entire length of the outer periphery, A self-drilling lock bolt having a drilling bit attached to its tip and having a spout opening communicating with the injection hole, wherein the hollow lock bolt body is formed of a welded steel pipe made of a plated steel plate. It is characterized by being.
As the welded steel pipe, a welded part on the outer surface of the pipe and a plating repair layer provided in the vicinity of the welded part are preferable.
The material-plated steel sheet is preferably provided with a Zn plating layer, an Al plating layer, a Zn—Al alloy plating layer, or a Zn—Al—Mg alloy plating layer.
And as a plating repair layer, the thermal spray repair layer of an Al-Zn alloy or an Al-Mg alloy is preferable.
本発明により提供される自穿孔ロックボルトは、その本体である中空ロックボルトが、めっき鋼板を素材とした溶接鋼管で形作られている。このため、耐食性に優れ、野外に放置されても赤錆を発生することなく、外観を長期にわたって維持することができる。また、発銹が抑制されるため、特に、溶接部及び溶接部近傍にめっき補修層を設けた場合にあっては、実質的な減肉が発生することがなく、設計通りの捩じり抵抗を発揮することができる。さらに、めっき鋼板を素材とした溶接鋼管に転造加工が施されることにより外面にネジが形成されているため、精度の良好な転造部が形成され、削孔ビットやスリーブ等の螺合が問題なく行える。
したがって、本発明により、シームレス鋼管を素材としたものと匹敵する特性を有する自穿孔ロックボルトが低コストで提供できることになる。
The self-drilling lock bolt provided by the present invention has a hollow lock bolt as a main body formed of a welded steel pipe made of a plated steel plate. For this reason, it is excellent in corrosion resistance and can maintain its appearance over a long period of time without generating red rust even when left outdoors. In addition, since cracking is suppressed, in particular, when a plating repair layer is provided in the welded part and in the vicinity of the welded part, substantial thinning does not occur, and the torsional resistance as designed. Can be demonstrated. In addition, since a thread is formed on the outer surface of the welded steel pipe made of plated steel, a highly accurate rolled part is formed, and a threaded bit such as a drill bit or sleeve is screwed together. Can be done without problems.
Therefore, according to the present invention, a self-drilling lock bolt having characteristics comparable to those of a seamless steel pipe can be provided at low cost.
本発明者等は、自穿孔ロックボルトの本体である中空ロックボルトを高価なシームレス鋼管から溶接鋼管に変更するに当たっての問題点を検討した。
前記した通り、自穿孔ロックボルト本体を作業現場である野外で長期に放置すると、ロックボルト本体の管が発銹する。赤錆が発生すると外観を悪化させるばかりでなく、鋼管としての捩じり抵抗が低下する。穿孔時に大きな捩じりモーメントが作用すると、鋼管の溶接部から、破壊・座屈し、それ以上の穿孔作業が行えなく虞がある。
また、シームレス鋼管や溶接鋼管に転造加工を施した後にどぶ漬けめっきを施して発銹を防止することもなされているが、前記した通り、転造溝にめっき金属が過度に付着することが避けられず、削孔ビットやスリーブ等の螺合が正常に行えなくなってしまう。
The inventors of the present invention have studied the problems in changing the hollow lock bolt, which is the main body of the self-drilling lock bolt, from an expensive seamless steel pipe to a welded steel pipe.
As described above, when the self-drilling lock bolt body is left in the field, which is a work site, for a long period of time, the pipe of the lock bolt body is generated. When red rust is generated, not only the appearance is deteriorated, but also the torsional resistance as a steel pipe is lowered. If a large torsional moment is applied during drilling, the welded portion of the steel pipe may be broken or buckled, and further drilling may not be performed.
In addition, after rolling the seamless steel pipe or welded steel pipe, it is also possible to prevent dripping by applying immersion plating, but as described above, the plated metal may be excessively adhered to the rolling groove. Inevitable, screwing of a drill bit, sleeve or the like cannot be performed normally.
そこで、本発明では、予めめっきを施した鋼板を素材とした溶接鋼管に転造加工を施し、自穿孔ロックボルトの本体に用いることとした。
めっき層を有する溶接鋼管に転造加工を施してネジ部を形成しており、精度の優れた転造溝が形成されている。また、転造後にどぶ漬けめっきを施したものではないため、転造溝が形成された後にあってもめっき金属層が残存している。このめっき金属層の作用により耐食性が長期に亘って維持される。
素材めっき鋼板としては、Znめっき層,Alめっき層、Zn−Al合金めっき層又はZn−Al−Mg合金めっき層が設けられたものが用いられる。
Therefore, in the present invention, a rolled steel welded steel pipe made of a pre-plated steel plate is used for the self-drilling lock bolt body.
A threaded portion is formed by rolling a welded steel pipe having a plating layer to form a rolled groove with excellent accuracy. In addition, since it is not subjected to soaking plating after rolling, the plated metal layer remains even after the rolling grooves are formed. Corrosion resistance is maintained over a long period of time by the action of the plated metal layer.
As the material-plated steel sheet, one provided with a Zn plating layer, an Al plating layer, a Zn—Al alloy plating layer or a Zn—Al—Mg alloy plating layer is used.
特に素材鋼板に施されるめっき金属として、めっき密着性の優れたZn‐Al‐Mg系の合金を用いれば転造加工時にめっき金属層が剥離することはなく、仮にクラック発生等のめっき金属層に欠陥が生じても、当該めっき金属自身の犠牲防食作用により、耐食性を長期に亘って維持することができる。このZn‐Al‐Mg系のめっき合金としては、Al:4.0〜10.0質量%、Mg:1.0〜4.0質量%を含み、残部がZnからなるもの、さらに微量のTiやBを含むもの、あるいはさらにSiを含むものが好ましい。 In particular, if a Zn-Al-Mg alloy with excellent plating adhesion is used as the plating metal applied to the material steel plate, the plating metal layer will not be peeled off during rolling, and the plating metal layer may be cracked. Even if defects occur, corrosion resistance can be maintained over a long period of time due to the sacrificial anticorrosive action of the plated metal itself. This Zn-Al-Mg based plating alloy includes Al: 4.0-10.0 mass%, Mg: 1.0-4.0 mass%, the balance being Zn, and a trace amount of Ti Those containing Si and B, or further containing Si are preferred.
めっき鋼板を素材とした溶接鋼管を用いたとしても、溶接時に溶接部及びその近傍のめっき層はなくなってしまい、耐食性が低下することがある。
そこで、めっき鋼板を造管した溶接鋼管の、溶接部及び溶接部近傍のめっき層はなくなった部分をめっき金属で覆った補修層を設けた溶接鋼管でロックボルト本体を構築することが好ましい。
例えば、Znめっき層,Alめっき層、Zn−Al合金めっき層又はZn−Al−Mg合金めっき層が設けられているめっき鋼板から溶接めっき鋼管を製造し、外面の溶接ビードをカットした後、ビードカットでめっき層が除去された溶接部及び溶接部近傍表面に、金属層を被覆した溶接鋼管を用いることが好ましい。
Even when a welded steel pipe made of a plated steel sheet is used, the welded part and the plating layer in the vicinity thereof are lost during welding, and the corrosion resistance may be reduced.
Therefore, it is preferable to construct the lock bolt body with a welded steel pipe provided with a repair layer in which a welded steel pipe made of a plated steel plate is covered with a plated metal in the welded portion and a portion where the plated layer in the vicinity of the welded portion disappears.
For example, a weld-plated steel pipe is manufactured from a plated steel sheet provided with a Zn plating layer, an Al plating layer, a Zn-Al alloy plating layer or a Zn-Al-Mg alloy plating layer, and the outer bead is cut. It is preferable to use a welded steel pipe coated with a metal layer on the welded part from which the plating layer has been removed by cutting and the surface near the welded part.
被覆金属層としては特に限定されるものではないが、Al−Zn系合金やAl−Mg系合金を溶射被覆したものが好ましい。溶射補修層はAl−Zn系合金やAl−Mg系合金の単独溶射でも形成できるが、二連溶射で厚い溶射補修層を形成することが好ましい。二連溶射では、Alを溶射した後、Al−Zn合金やAl−Mg合金を溶射することが好ましい。 Although it does not specifically limit as a coating metal layer, The thing of thermal spray coating of the Al-Zn type alloy and the Al-Mg type alloy is preferable. Although the thermal spray repair layer can be formed by single spraying of an Al—Zn alloy or an Al—Mg alloy, it is preferable to form a thick spray repair layer by two-phase spraying. In the double spraying, it is preferable to spray Al—Zn alloy or Al—Mg alloy after spraying Al.
例えばZn系めっき鋼板を素材とした溶接鋼管において、Al溶射→Al−Zn合金溶射で被覆層を形成した場合の耐食性の向上は、次のように考えられる。
すなわち、めっき層が形成されているめっき鋼板のオープンパイプを溶接すると、溶接熱で加熱されためっき層の表面に薄い酸化皮膜が生成する。ビードカットでめっき層が除去された溶接部では、露出した下地鋼の表面に薄い酸化皮膜が生成している。
溶接部に溶射される第一層のAlは、鉄よりも酸素親和力が大きい金属である。溶融状態で溶射されたAlは、露出した下地鋼及びめっき層の表層にある酸化皮膜と反応し、強い還元作用によって酸化皮膜中の酸素と結合してAl酸化物を形成する。
For example, in a welded steel pipe made of a Zn-based plated steel sheet, improvement in corrosion resistance when a coating layer is formed by Al spraying → Al-Zn alloy spraying is considered as follows.
That is, when an open pipe of a plated steel sheet on which a plating layer is formed is welded, a thin oxide film is generated on the surface of the plating layer heated by welding heat. In the welded portion from which the plating layer has been removed by bead cutting, a thin oxide film is formed on the surface of the exposed base steel.
The first layer of Al sprayed on the weld is a metal having an oxygen affinity greater than that of iron. Al sprayed in the molten state reacts with the exposed underlying steel and the oxide film on the surface of the plating layer, and combines with oxygen in the oxide film by a strong reducing action to form Al oxide.
このAl酸化物は、露出した下地鋼及びめっき層の表層にある酸化皮膜と置き換わるか、或いは溶射された溶融状態のAl中に分散されるかで、第一層として溶射されたAlは強固に下地鋼と結合される。
溶射皮膜には空孔や引け巣等の空隙欠陥が不可避的に生じるが、溶射第二層中のZnはこのようなAl層の不可避的な空隙欠陥において、その鉄に対する犠牲防食作用を発揮して下地鋼の腐食を抑制する。そして、第二層中のAlは、同じく第二層中のZnの犠牲防食作用の一端である白錆発生の抑制作用を発揮させる。その結果、Al→Al−Zn合金の二連溶射によって、溶接めっき鋼管の耐食性を一段と向上することができる。
Whether the Al oxide is replaced with the exposed base steel and the oxide film on the surface of the plating layer or dispersed in the sprayed molten Al, the sprayed Al is strongly Combined with the base steel.
Vapor defects such as vacancies and shrinkage cavities are inevitably generated in the sprayed coating, but Zn in the second sprayed layer exhibits a sacrificial anticorrosive action against iron in such inevitable void defects in the Al layer. To suppress the corrosion of the base steel. And Al in a 2nd layer exhibits the suppression effect of white rust generation | occurrence | production which is one end of the sacrificial anticorrosion action of Zn in a 2nd layer. As a result, the corrosion resistance of the weld-plated steel pipe can be further improved by the two-part thermal spraying of Al → Al—Zn alloy.
以上により、耐食性が格段に向上した溶接めっき鋼管をロックボルト本体に用いることにより、自穿孔ロックボルトの耐食性、耐久性が格段に向上できることが理解される。また、プレめっき鋼板を素材とし、この素材鋼板を造管した後に転造加工を施す態様で製造されるため、ネジ部の成形精度が高く、ビットやスリーブ等の螺合が全く問題なく行える自穿孔ロックボルトが提供できる。
そして、シームレス鋼管に替えて溶接めっき鋼管の使用が可能になり、大幅に低コストとなった自穿孔ロックボルトが提供できる。
From the above, it can be understood that the corrosion resistance and durability of the self-drilling lock bolt can be remarkably improved by using a welded steel pipe with significantly improved corrosion resistance for the lock bolt body. In addition, it is manufactured using a pre-plated steel sheet, and after rolling the material steel sheet, it is manufactured in a form in which it is rolled, so that the thread part has high forming accuracy and can be screwed in a bit or sleeve without any problems. Perforated lock bolts can be provided.
Then, it is possible to use a weld-plated steel pipe instead of a seamless steel pipe, and to provide a self-drilling lock bolt that is significantly reduced in cost.
以下に、溶接めっき鋼管を素材とした自穿孔ロックボルトの具体例を説明する。
所定のめっき層を有する鋼板を素材とし、溶接部及び溶接部近傍にめっき補修層が設けられた溶接めっき鋼管に転造加工を施し、その外周の全長にわたって雄ネジを形成する。例えば図1に示すように、表面に雄ネジ2が形成された溶接めっき鋼管を中空ロックボルト本体1とし、その先端に掘削用の削孔ビット3を取り付ける。この削孔ビットそのものには制限はない。前記特許文献1や実公平5−45680号公報に記載されているようなボーリングチップ(カッター)一体型のものであっても良いし、特許文献2に記載されているような、カッターヘッドにカッターを取り付けたものであっても良い。いずれにしても、注入口4から中空ロックボルト本体1を経由して送り込まれるグラウトや高圧空気、高圧水を排出するための注出口5を設けておくことが必要である。削孔ビットの取付け態様にも制限はないが、図1に見られるように、当該削孔ビット後端に設けた開口に雌ネジを形成し、中空ロックボルト本体1の外周に設けた雄ネジに捩じ込むことが好ましい。なお、図1中、6はボーリングチップであり、7は注入口4と排出口5を連通させる連結孔である。
Below, the specific example of the self-drilling lock bolt which used the weld plating steel pipe as a raw material is demonstrated.
A steel plate having a predetermined plating layer is used as a raw material, and a welded plated steel pipe provided with a plating repair layer in the vicinity of the welded portion and the welded portion is subjected to rolling, and a male screw is formed over the entire length of the outer periphery thereof. For example, as shown in FIG. 1, a weld-plated steel pipe having a
実際に地山に打ち込まれるロックボルトとしては、通常、外径28.5〜31.0mm、長さ1.0〜6.0mのものが使用されているが、所要打ち込み深さがロックボルトの長さ以上の場合には、2本或いは3本のロックボルトを継ぎ足している。2本目及び3本目のロックボルトとしては、先端に削孔ビットを取り付ける以前の転造後のものが使用される。両端部に後述のカップリングナット螺合用雄ネジを設けた中空棒体であっても良い。この中空棒体も溶接部及び溶接部近傍が補修された溶接めっき鋼管製であることが好ましい。2本目或いは3本目の継ぎ足しには、内壁に雌ネジを設けた中空のカップリングナット(後記図2中の8)が用いられる。 The rock bolts that are actually driven into the ground are usually those with an outer diameter of 28.5 to 31.0 mm and a length of 1.0 to 6.0 m. If the length is longer, two or three lock bolts are added. As the second and third lock bolts, those after rolling before attaching the drill bit to the tip are used. It may be a hollow rod body provided with male threads for coupling nuts to be described later at both ends. It is preferable that this hollow rod is also made of a weld-plated steel pipe in which the welded portion and the vicinity of the welded portion are repaired. A hollow coupling nut (8 in FIG. 2 described later) having a female screw on the inner wall is used for the second or third addition.
次に、本発明自穿孔ロックボルトを用いて地山等を支保する方法の一例について、図2を用いて説明する。
中空ロックボルト本体1の先端に取付けた削孔ビット3により岩盤に穴をあけ、必要に応じてカップリングナット8を用いて次の中空ロックボルト本体1を継足しながら穿穴作業を進める。この際、必要に応じて、中空ロックボルト1の注入孔4から高圧水又は高圧空気を注入し、排出口5から排出させて削孔ビット3を冷却しつつ穿孔によって生じた岩粉或いは土砂粉を排出させて掘った穴内を清掃する。そして、所定の深さまで穴を掘った後、その位置で、中空ロックボルト1の注入孔4からグラウトを注入する。グラウトは注入孔4から削孔ビット3の注出口5を経て中空ロックボルト本体1外周に至り、中空ロックボルト本体1の外周面に沿って抑え板9の位置まで充填され、穴を埋める。グラウトを注入した後、中空ロックボルト1の末端に抑え板9を当て、ナット10で止める。
この一連の作業で所要数のロックボルトを岩盤に打込み、支保作業を終える。
Next, an example of a method for supporting a natural ground using the self-piercing lock bolt of the present invention will be described with reference to FIG.
A drill bit is attached to the tip of the hollow rock bolt main body 1 to drill a hole in the rock, and a drilling operation is performed while the next hollow rock bolt main body 1 is connected using a
In this series of operations, the required number of rock bolts are driven into the rock and the support work is completed.
素材として板厚5.5mmで、Zn−6%Al−3%Mg合金を190g/m2の量で溶融めっきした板を突合せ、高周波溶接して外径31.8mmの溶接鋼管を得た。得られた溶接鋼管外面の溶接ビードをカットし、溶接部及び溶接部近傍のめっき層が無くなった部位に、Al→Al−Zn合金の順で二連溶射して溶射補修層を形成した。
溶射補修層を形成した溶接めっき鋼管を素材として、転造加工により、表面に山高さ1.8mm、山ピッチ12.8mmの雄ネジを形成した中空鋼管を作製した。めっき層及び溶射補修層とも、微細なクラックは存在したが、割れや剥離の発生は認められなかった。
この表面雄ネジ加工付与中空鋼管を本体とし、その先端に既存の削孔ビットを螺合接続して、自穿孔ロックボルトを得た。
Plates having a plate thickness of 5.5 mm and hot-plated Zn-6% Al-3% Mg alloy in an amount of 190 g / m 2 were butted together and subjected to high frequency welding to obtain a welded steel pipe having an outer diameter of 31.8 mm. The weld bead on the outer surface of the obtained welded steel pipe was cut, and a thermal spray repair layer was formed by performing two-part thermal spraying in the order of Al → Al—Zn alloy in a portion where the welded portion and the plating layer in the vicinity of the welded portion disappeared.
Using a weld-plated steel pipe with a thermal spray repair layer as a raw material, a hollow steel pipe having a male thread with a height of 1.8 mm and a pitch of 12.8 mm on the surface was produced by rolling. Although fine cracks existed in the plating layer and the thermal spray repair layer, no occurrence of cracking or peeling was observed.
This surface male threaded hollow steel pipe was used as a main body, and an existing drilling bit was screwed and connected to the tip thereof to obtain a self-drilling lock bolt.
1:中空ロックボルト本体 2:雄ネジ 3:削孔ビット 4:注入口
5:排出口 6:ボーリングチップ 7:連結孔 8:カップリングナット
9:抑え板 10:ナット
1: Hollow lock bolt body 2: Male screw 3: Drilling bit 4: Injection port
5: Discharge port 6: Boring tip 7: Connection hole 8: Coupling nut
9: Holding plate 10: Nut
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