JP2020133177A - ロックボルトの取付方法、当該方法に使用するロックボルト、及び、密着性維持袋 - Google Patents

Abstract

【課題】吹付コンクリート層の表面と座金の板面との間の隙間の発生を防止できて、地山の崩壊や変形を防止するという作用効果を十分に発揮させることができるロックボルトの取付方法等を提供する。【解決手段】吹付コンクリート層２の表面３から地山４に向けて削孔された穴５にボルト１１が先端側から挿入されて定着され、トンネル空洞部に突出するボルト１１の後端部に設けられた座金１２をナット１３で吹付コンクリート層２の表面３に押し付けて固定することにより地山４に取付けられるロックボルト１の取付方法であって、吹付コンクリート層２の表面３と座金１２の板面１２ｆとの間に密着性維持袋１５を設けて、当該密着性維持袋１５内に硬化する硬化性材料１８を注入することによって、密着性維持袋１５の表面と吹付コンクリート層２の表面３及び密着性維持袋１５の表面と座金１２の板面１２ｆとを密着させた。【選択図】図２

Description

本発明は、トンネル空洞部の壁面に形成された吹付コンクリート層の表面から地山に向けて形成された穴に取付けられるロックボルトの取付方法等に関する。

トンネル空洞部の壁面に吹き付けられた吹付コンクリート層の表面から地山に向けて削孔された穴にボルトを定着させ、ボルトの後端部に座金を設けて当該座金をナットで締結することでボルトを地山に取付けるロックボルトの取付方法が知られている（特許文献１参照）。

特開平７−２０８０９７号公報

しかしながら、上述したロックボルトの取付方法では、吹付コンクリート層の表面と座金の板面との間に隙間が生じた場合、ナットが緩んで、ロックボルトによる地山と吹付コンクリートとの一体化が損なわれ、吹付コンクリートとロックボルトとによって地山の崩壊や変形を防止するという作用効果を得られない可能性がある。
また、従来、吹付コンクリート層の表面と座金の板面との間の隙間にモルタル等の充填材を埋める埋め込み作業を行うこともあったが、このような埋め込み作業では、吹付コンクリート層の表面と座金の板面との間の隙間に充填材を確実に埋め込むことができなかったり、吹付コンクリート層の表面と座金の板面との間の隙間に埋め込まれた充填材が脱落してしまうこと等により、吹付コンクリート層の表面と座金の板面との間の隙間の発生を防止することができないという課題があった。
本発明は、吹付コンクリート層の表面と座金の板面との間の隙間の発生を防止できて、地山の崩壊や変形を防止するという作用効果を十分に発揮させることができるロックボルトの取付方法等を提供するものである。

本発明に係るロックボルトの取付方法は、トンネル空洞部の壁面に吹き付けられて形成された吹付コンクリート層の表面から地山に向けて削孔された穴にボルトが先端側から挿入されて定着され、トンネル空洞部に突出するボルトの後端部に設けられた座金をナットで吹付コンクリート層の表面に押し付けて固定することにより地山に取付けられるロックボルトの取付方法であって、吹付コンクリート層の表面と座金の板面との間に密着性維持袋を設けて、当該密着性維持袋内に硬化する硬化性材料を注入することによって、密着性維持袋の表面と吹付コンクリート層の表面及び密着性維持袋の表面と座金の板面とを密着させたことを特徴とするので、吹付コンクリート層の表面と座金の板面との間の隙間の発生を防止できて、ナットが緩んでしまうことを防止でき、地山の崩壊や変形を防止するという作用効果、即ち、地山安定化効果を十分に発揮させることができるようになる。
また、硬化性材料として、吹付コンクリート層の硬さ以上の硬さに硬化する材料を用いたので、硬化性材料が注入されて硬化した密着性維持袋の面全体で吹付コンクリート層の表面及び座金の板面の面圧を均一に受ける状態を維持できるようになるため、吹付コンクリート層の表面と座金の板面との間の隙間の発生をより確実に防止できて、地山の崩壊や変形を防止するという地山安定化効果をより向上できるようになる。
また、硬化性材料として、硬化の際に膨張するモルタルを使用したので、モルタルの体積膨張によって、密着性維持袋の表面と吹付コンクリート層の表面及び密着性維持袋の表面と座金の板面とを密着させる効果が向上するため、吹付コンクリート層の表面と座金の板面との間の隙間の発生をより確実に防止できて、ロックボルトによる地山の崩壊や変形を防止するという地山安定化効果をより向上できるようになる。
また、上述したロックボルトの取付方法に使用されるロックボルトは、トンネル空洞部の壁面に吹き付けられて形成された吹付コンクリート層の表面から地山に向けて削孔された穴に先端側から挿入されて穴内に注入される定着材によって地山に定着されるボルトと、トンネル空洞部に突出するボルトの後端部に取付けられる座金と、ボルトの後端部に螺着されて座金を固定するナットと、吹付コンクリート層の表面と座金の板面との間に設けられて、袋内に硬化性材料が注入されることによって、袋の表面が吹付コンクリート層の表面及び座金の板面に密着する密着性維持袋とを備えたことを特徴とするので、吹付コンクリート層の表面と座金の板面との間の隙間の発生を防止できて、地山の崩壊や変形を防止するという作用効果、即ち、地山安定化効果を十分に発揮させることができる。
また、上述したロックボルトの取付方法に使用される密着性維持袋は、ボルトを貫通させる貫通孔と、当該貫通孔の周囲を囲むように設けられた袋と、当該袋内に硬化性材料を注入するために当該袋に設けられた注入口とを備えたので、吹付コンクリート層の表面と座金の板面との間の隙間の発生を防止できて、地山の崩壊や変形を防止するという作用効果、即ち、地山安定化効果を十分に発揮させることができるロックボルトの取付方法やロックボルトを提供できるようになる。

ロックボルト工が施されたトンネルの断面図。 ロックボルトが取付けられた状態を示す断面図。 ロックボルトの構成を示す分解斜視図。 密着性維持袋を示す正面図。

実施形態に係るロックボルトの取付方法について説明する。
図１，図２に示すように、ロックボルト１は、吹付コンクリート層２の表面３から地山４に向けて削孔された穴５に差し込まれるボルト１１およびその付属品である。
付属品は、座金１２、ナット１３、口元パッカー１４、密着性維持袋１５、穴５内に注入される定着材１６、口元パッカー１４内に注入される充填材１７、密着性維持袋１５内に注入される硬化性材料１８である。

図３に示すように、座金１２は、例えば、十数ｃｍ角程度の正方形で板厚が数ｍｍ程度の金属板により形成され、正方形の板面の中央にはボルト１１を貫通させるための中央貫通孔１２ａが形成されている。尚、座金１２は、正方形以外の四角形、円形等の金属板により形成されたものを用いても構わない。

図４に示すように、密着性維持袋１５は、ボルト１１を貫通させる貫通孔としての中央貫通孔１５ａと、当該中央貫通孔１５ａの周囲を囲むように設けられた袋１５ｘと、当該袋１５ｘ内に硬化性材料１８を注入するために当該袋１５ｘに設けられた注入口１５ｚとを備えて構成される。
換言すれば、図３に示すように、密着性維持袋１５は、座金１２の正方形の大きさよりも一回り大きい、例えば、十数ｃｍ角程度の正方形で厚さが数ｍｍ〜数十ｍｍ程度の袋の正方形の中央にボルト１１を貫通させるための中央貫通孔１５ａが形成された構成の袋である。
尚、密着性維持袋１５は、座金１２よりも一回り大きい形状のものを用いることが好ましいが、座金１２と同程度の大きさや、座金１２より一回り程度小さい形状のものを用いても構わない。

図３に示すように、中央貫通孔１５ａは、例えば、袋１５ｘの表材１５ｂに形成された開口１５ｄと、袋１５ｘの裏材１５ｃに形成された開口１５ｅと、開口１５ｄの開口縁と開口１５ｅの開口縁とを連結する筒状連結材１５ｆの内側空間により形成された貫通孔により構成される。
換言すれば、袋１５ｘは、表材１５ｂと裏材１５ｃと筒状連結材１５ｆとで囲まれて硬化性材料１８が注入される注入用空間を備えた構成の袋である。
当該袋１５ｘの表材１５ｂ及び裏材１５ｃは、例えば、伸縮性を有し、かつ、極小の網目を持つメッシュ生地により形成されることが好ましい。

注入口１５ｚは、例えば、図４に示すように、外形が正方形状の袋１５ｘの角部や辺部に形成された貫通孔１５ｙに一端開口が連結された注入ガイド管２０の他端開口により形成される。この注入口１５ｚを形成する注入ガイド管２０の他端開口に、例えば注入ホース２２が連結され、当該注入ホース２２、注入口１５ｚを介して、硬化性材料１８が袋１５ｘ内に注入される。
尚、注入ガイド管２０の他端開口には連結部２１が形成され、注入ホース２２の一端部に設けられた連結部２３を当該注入ガイド管２０の連結部２１に連結することによって、注入ホース２２が注入口１５ｚに連結される。
連結部２３及び連結部２１は、例えば、互いにねじ結合される雄ねじ部及び雌ねじ部、あるいは、互いに嵌め合わされる凹凸嵌合部等により構成される。
即ち、密着性維持袋１５の注入口１５ｚに対して注入ホース２２が着脱可能に構成されている。

口元パッカー１４は、例えば、図３に示すように、伸縮性を有した材料により形成されてボルト１１を貫通させる筒孔１４ａを有した筒状袋１４ｘにより構成される。当該口元パッカー１４を構成する筒状袋１４ｘの筒孔１４ａにボルト１１を貫通させることにより口元パッカー１４がボルト１１に装着され、図２に示すように、当該筒状袋１４ｘ内に充填材１７が注入されることにより、当該筒状袋１４ｘが膨張して筒状袋１４ｘの外面１４ｆが穴５の内壁５ｕに密着するように構成されている。

定着材１６及び硬化性材料１８としては、例えば、アルミ粉末等の膨張性混和剤を混和して製造されたモルタルであって、硬化の際に膨張し、乾燥収縮が少なくて、硬化後の硬さが、吹付コンクリート層２の硬さ以上の硬さとなるモルタルを使用することが好ましい。
当該モルタルの具体例としては、早期に硬化して強度を発現するとともに、硬化初期段階で膨張する性質を備えたＣＴモルタル（株式会社ケー・エフ・シー製）等を用いればよい。
また、充填材１７としては、例えば、グラウト、空気、水等の充填材を用いればよい。

トンネル工事では、例えば、地山４への坑口付けを行った後、切羽掘削作業→ずり出し作業→鋼製支保工建込み作業→吹付コンクリート作業→ロックボルト取付作業（ロックボルト工）→切羽掘削作業という作業サイクルを繰り返すことにより、トンネルを貫通させ、その後、二次覆工、舗装工事等を行うことにより、トンネルを完成させる。尚、地山４が良好な地盤である場合には、鋼製支保工建込み作業を行わない場合もある。

吹付コンクリート作業では、地山４を掘削して形成されたトンネル空洞部６の壁面７にコンクリートを吹き付けて吹付コンクリート層２を形成する。
尚、吹付コンクリート層２の表面（トンネル空洞部６側の表面）３を図外のスクレーパー等の切削手段を用いて切削して凹凸の少ない滑らかな面にする切削作業を行うことが好ましい。

図２に示すように、実施形態１に係るロックボルトの取付方法を採用したロックボルト取付作業においては、まず、吹付コンクリート層２の表面３から地山４に向けてボルト１１を定着させるための穴５を削孔する。当該穴５は、吹付コンクリート層２の表面３における予め決められた位置から地山４に向けて削孔することにより形成される。
そして、図外の注入ホース等を用いて、穴５内に定着材１６を充填するとともに、ボルト１１の後端１１ｅ側に口元パッカー１４を装着し、当該ボルト１１を先端１１ａ側から穴５内に挿入して、口元パッカー１４を穴５の入口５ａ近傍に位置させる。その後、口元パッカー１４内に充填材１７を注入して口元パッカー１４を膨張させて、口元パッカー１４の外面１４ｆと穴５の内壁５ｕとを密着させることにより、穴５の入口５ａからトンネル空洞部６への定着材１６の流出（逆流）を抑制するとともに、ボルト１１を穴５の中心側に位置させて、定着材１６の硬化を待つ。
尚、当該ボルト１１を先端１１ａ側から穴５内に挿入した後に、穴５の内壁５ｕとボルト１１との間に定着材１６を注入するようにしてもよい。

次に、トンネル空洞部６に突出するボルト１１の後端１１ｅ側に、密着性維持袋１５の中央に形成された中央貫通孔１５ａ（図３参照）、及び、座金１２の中央に形成された中央貫通孔１２ａ（図３参照）を通した後、図２に示すように、ボルト１１の後端１１ｅ側のねじ部１１ｂにナット１３を螺着して締結することで、座金１２を固定することにより、吹付コンクリート層２の表面３と座金１２の板面１２ｆとの間に密着性維持袋１５が設けられた状態とする。
そして、定着材１６が硬化した後、密着性維持袋１５の袋１５ｘ内に硬化性材料１８を注入することにより、密着性維持袋１５の袋１５ｘの表面と吹付コンクリート層２の表面３及び密着性維持袋１５の袋１５ｘの表面と座金１２の板面１２ｆとを密着させる。
尚、この場合、例えば、吹付コンクリート層２の表面３側に座金１２が押し付けられた状態となるようにナット１３を軽く締め付けた後、密着性維持袋１５の袋１５ｘ内に硬化性材料１８を注入して袋１５ｘを膨らませることによって、密着性維持袋１５の袋１５ｘの表面と吹付コンクリート層２の表面３及び密着性維持袋１５の袋１５ｘの表面と座金１２の板面１２ｆとを密着させるようにすればよい。
さらに、密着性維持袋袋１５内の硬化性材料１８が硬化した後に、密着性維持袋１５の袋１５ｘの表面と吹付コンクリート層２の表面３及び密着性維持袋１５の袋１５ｘの表面と座金１２の板面１２ｆとが密着した状態が維持されるように、ナット１３を増締めすることが好ましい。

実施形態に係るロックボルトの取付方法によれば、吹付コンクリート層２の表面３と座金１２の板面１２ｆとの間に密着性維持袋１５を介在させた後、密着性維持袋１５の袋１５ｘ内に硬化性材料１８を注入して、密着性維持袋１５の袋１５ｘの表面と吹付コンクリート層２の表面３及び密着性維持袋１５の袋１５ｘの表面と座金１２の板面１２ｆとが密着した状態となるように構成したので、密着性維持袋１５の袋１５ｘの裏側表面が吹付コンクリート層２の表面３に均一に面接触するとともに、密着性維持袋１５の袋１５ｘの表側表面が座金１２の板面１２ｆ全体に均一に面接触する。したがって、吹付コンクリート層２の表面３と座金１２の板面１２ｆとの間に隙間が生じてしまうことを防止できるため、ナット１３が緩んで、ロックボルト１と地山４との一体化が損なわれてしまうようなことを防止できるようになり、ロックボルト１による地山の崩壊や変形を防止するという地山安定化効果を向上できるようになる。

また、硬化性材料１８として、早期に硬化して強度を発現するとともに、硬化初期段階で膨張する性質を備えたモルタルを使用したので、密着性維持袋１５の袋１５ｘ内に注入する際の圧力に加え、当該モルタルの体積膨張によって、密着性維持袋１５の袋１５ｘの表面と吹付コンクリート層２の表面３及び密着性維持袋１５の袋１５ｘの表面と座金１２の板面１２ｆとを密着させる効果が向上するため、吹付コンクリート層２の表面３と座金１２の板面１２ｆとの間の隙間の発生を防止できて、ロックボルト１による地山の崩壊や変形を防止するという地山安定化効果をより向上できるようになる。また、早期に硬化して強度を発現するモルタルを使用したので、施工性に優れるとともに、密着性維持袋１５の袋１５ｘの表面と吹付コンクリート層２の表面３及び密着性維持袋１５の袋１５ｘの表面と座金１２の板面１２ｆとを密着させる効果が早期に得られるので、地山安定化効果を早期に実現できるようになる。
即ち、硬化性材料１８として、このような速硬性膨張モルタルを使用して、密着性維持袋１５の袋１５ｘ内に当該モルタルを注入することにより、当該モルタルが膨張して、密着性維持袋１５の袋１５ｘの表面と吹付コンクリート層２の表面３、及び、密着性維持袋１５の袋１５ｘの表面と座金１２の板面１２ｆとを密着させた状態で硬化するため、吹付コンクリート層２の表面３と座金１２の板面１２ｆとの間の隙間の発生を防止できる。従って、吹付コンクリート層２の表面３と座金１２の板面１２ｆとの間の隙間が生じてナット１３が緩んでしまう事態を抑制できるようになり、ロックボルト１による地山の崩壊や変形を防止するという地山安定化効果を向上できるようになる。

また、硬化性材料１８として、硬化後の硬さが、吹付コンクリート層２の硬さ以上の硬さとなるモルタルを用いたので、硬化性材料１８が注入されて硬化した密着性維持袋１５の袋１５ｘの表面全体で吹付コンクリート層２の表面３及び座金１２の板面１２ｆの面圧を均一に受ける状態を維持できるようになり、吹付コンクリート層２の表面３と座金１２の板面１２ｆとの間の隙間の発生をより確実に防止できて、地山の崩壊や変形を防止するという地山安定化効果をより向上できるようになる。

また、密着性維持袋１５として、袋１５ｘの表材１５ｂ及び裏材１５ｃを、伸縮性を有し、かつ、極小の網目を持つメッシュ生地により形成したものを用いたので、袋１５ｘ内に硬化性材料１８が注入された場合に表材１５ｂ及び裏材１５ｃが伸びて吹付コンクリート層２の表面３及び座金１２の板面１２ｆとが密着する。さらに、硬化性材料１８が、網目を介して袋１５ｘの外側に膨出して、吹付コンクリート層２の表面３に接着するとともに、座金１２の板面１２ｆに密着する。従って、吹付コンクリート層２の表面３と座金１２の板面１２ｆとの間の隙間の発生をより確実に防止できて、ナット１３が緩んでしまうことを防止でき、地山の崩壊や変形を防止するという作用効果、即ち、地山安定化効果を十分に発揮させることができるようになる。

また、定着材１６として、膨張性を備えたモルタルを使用したので、穴５内に注入する際の圧力に加え、当該モルタルの体積膨張によって、穴５の内壁５ｕを加圧するので、穴５の内壁５ｕに対する付着力が増大し、ロックボルト１を確実に地山４に定着させることができるので、ロックボルト１による地山の崩壊や変形を防止するという地山安定化効果をより向上できるようになる。また、定着材１６として、早期に硬化して強度を発現するモルタルを使用したので、穴５の入口５ａからトンネル空洞部６へと逆流しにくくなって施工性に優れるとともに、ロックボルト１を早期に地山４に定着させることができるので、地山安定化効果を早期に実現できるようになる。
即ち、定着材１６として、このような速硬性膨張モルタルを使用して、穴５とボルト１１との間に当該モルタルを充填することにより、当該モルタルが膨張することによる内圧効果によって、ロックボルト１の地山に対する付着力が増加するとともに、当該モルタルの硬化による強度発現により、地山の緩みが抑制されるので、ロックボルト１の支保機能が早期に発現されるようになる。

尚、密着性維持袋１５の表材１５ｂ又は裏材１５ｃと座金１２の板面１２ｆとが予め接着剤などで連結されて一体となった構成の密着性維持袋付き座金を用いるようにしてもよい。

また、硬化性材料１８として、普通のモルタル、あるいは、エポキシ樹脂のような硬化性樹脂等を用いてもよい。
また、硬化性材料１８として、硬化後の硬さが、コンクリート層の硬さ以上の硬さとなる材料を用いることによって、硬化性材料１８が注入されて硬化した密着性維持袋１５の表面全体で吹付コンクリート層２の表面３及び座金１２の板面１２ｆの面圧を均一に受ける状態を維持できる構成とすることが好ましいが、吹付コンクリート層２の表面３及び座金１２の板面１２ｆの面圧を複数の点で受ける構造とならなければ、硬化性材料１８として、硬化後の硬さが、吹付コンクリート層２の硬さ以下の材料を用いてもよい。

また、密着性維持袋１５の袋１５ｘの表材１５ｂ及び裏材１５ｃは、袋１５ｘ内に硬化性材料１８が注入された場合に伸びることができるように、伸縮性を有した材料により形成されていればよい。

また、上述したように、吹付コンクリート層２の表面３を図外のスクレーパー等の切削手段を用いて切削して凹凸の少ない滑らかな面にする切削作業を行うことが好ましいが、本発明によるロックボルトの取付方法であれば、吹付コンクリート層２の表面３に凹凸があったとしても、密着性維持袋１５の袋１５ｘの表面と吹付コンクリート層２の表面３及び密着性維持袋１５の袋１５ｘの表面と座金１２の板面１２ｆとが密着した状態となるので、吹付コンクリート層２の表面３と座金１２の板面１２ｆとの間に隙間が生じてしまうことを防止でき、ロックボルト１による地山の崩壊や変形を防止するという地山安定化効果を向上できるようになる。

また、ロックボルトは、口元パッカー１４を用いない構成であってもよい。
即ち、ロックボルトは、トンネル空洞部６の壁面７に吹き付けられて形成された吹付コンクリート層２の表面３から地山４に向けて削孔された穴５に先端側から挿入されて穴５内に注入される定着材１６によって地山に定着されるボルト１１と、トンネル空洞部６に突出するボルト１１の後端部に取付けられる座金１２と、ボルト１１の後端部に螺着されて座金１２を固定するナット１３と、吹付コンクリート層２の表面３と座金１２の板面１２ｆとの間に設けられて、袋１５ｘ内に硬化性材料１８が注入されることによって、袋１５ｘの表面が吹付コンクリート層２の表面３及び座金１２の板面１２ｆに密着する密着性維持袋１５とを備えた構成であればよい。

１ ロックボルト、２ 吹付コンクリート層、３ 吹付コンクリート層の表面、
４ 地山、５ 穴、６ トンネル空洞部、７ トンネル空洞部の壁面、１１ ボルト、
１２ 座金、１３ ナット、１５ 密着性維持袋、１５ａ 中央貫通孔（貫通孔）、
１５ｘ 袋、１５ｚ 注入口、１８ 硬化性材料。

Claims (5)

1. トンネル空洞部の壁面に吹き付けられて形成された吹付コンクリート層の表面から地山に向けて削孔された穴にボルトが先端側から挿入されて定着され、トンネル空洞部に突出するボルトの後端部に設けられた座金をナットで吹付コンクリート層の表面に押し付けて固定することにより地山に取付けられるロックボルトの取付方法であって、
   吹付コンクリート層の表面と座金の板面との間に密着性維持袋を設けて、当該密着性維持袋内に硬化する硬化性材料を注入することによって、密着性維持袋の表面と吹付コンクリート層の表面及び密着性維持袋の表面と座金の板面とを密着させたことを特徴とするロックボルトの取付方法。
2. 硬化性材料として、吹付コンクリート層の硬さ以上の硬さに硬化する材料を用いたことを特徴とする請求項１に記載のロックボルトの取付方法。
3. 硬化性材料として、硬化の際に膨張するモルタルを使用した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の取付方法。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のロックボルトの取付方法に使用されるロックボルトであって、
   トンネル空洞部の壁面に吹き付けられて形成された吹付コンクリート層の表面から地山に向けて削孔された穴に先端側から挿入されて穴内に注入される定着材によって地山に定着されるボルトと、
   トンネル空洞部に突出するボルトの後端部に取付けられる座金と、
   ボルトの後端部に螺着されて座金を固定するナットと、
   吹付コンクリート層の表面と座金の板面との間に設けられて、袋内に硬化性材料が注入されることによって、袋の表面が吹付コンクリート層の表面及び座金の板面に密着する密着性維持袋とを備えたことを特徴とするロックボルト。
5. 請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のロックボルトの取付方法に使用される密着性維持袋であって、
   ボルトを貫通させる貫通孔と、当該貫通孔の周囲を囲むように設けられた袋と、当該袋内に硬化性材料を注入するために当該袋に設けられた注入口とを備えたことを特徴とする密着性維持袋。

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