JP3213294B2 - ロックボルト用ナット - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、トンネルの支保工や法
面の地盤補強用ロックボルトに適用するナットに係わ
り、特に、ＦＲＰロックボルトや異型ねじ節鉄筋製のロ
ックボルトなど、単位長さあたりのねじ強度（ねじ山の
引張強度）が低いロックボルトに適用して好適なロック
ボルト用ナットに関する。

【０００２】

【従来の技術】山岳等のトンネル工事で一般的なナトム
工法（ＮＡＴＭ工法）では、地山を掘削したあと（必要
な場合は壁をセメントで固めた後）、壁から岩盤内部へ
垂直に多数のロックボルトを打ち込み、セメント系或い
は樹脂系等の所定の定着材で定着させるなどして、トン
ネルの壁近くの地盤を強固にするとともに岩盤内部の地
盤で支持することで内壁周辺の崩落を防ぐようにしてい
る（支保工）。ロックボルトには工事トンネルの側壁等
に垂直に打ち込み定着させたあとそのまま地盤中に残し
て長期間、地盤の補強を行う支保工用と、工事トンネル
先端の切羽鏡やサイロット等に打ち込み、定着させる
が、一時的な補強を行うだけで後にトンネル掘進ととも
に切断される仮支保工用とが有る。

【０００３】前者の支保工用の場合、構造部材としてな
るべく高強度のものが望ましく鋼製ロックボルトが利用
される。そして、打設後はプレート、ワッシャー等の座
板とナットを用いて地盤への締め付けが行われ、長期
間、強固に定着するようにしている。種類としては例え
ば、異型棒鋼、ツイスト棒鋼、異型ねじ筋鉄筋（表面の
筋がネジ状になっている）等が用いられている。又、後
者の仮支保工の場合、後に切断可能なように、ＦＲＰロ
ックボルト（ガラス繊維等の強化繊維束を熱硬化性樹脂
で固めたボルト）が利用される。ＦＲＰロックボルトや
異型ねじ節鉄筋製ロックボルトは、単位長さ当たりのネ
ジ強度（ネジ山の引張強度）が、ねじ山を別途加工した
通常の鋼製ロックボルトに比べて小さい。このため、打
設後のＦＲＰロックボルトや異型ねじ節鉄筋製ロックボ
ルトに座板と組み合わせたナットを嵌め込んで定着させ
る場合、嵌め合わせ部分のねじ山にかかる引っ張り荷重
を小さくする必要がある。

【０００４】そこで、図６に示す如く、ロックボルト
（ＦＲＰロックボルト）１とナット５との嵌め合わせ長
さＬをかなり長くし、ナット５を長尺にして雌ねじ部に
十分な長さを確保する。しかし、かかる構造にすると、
鋼製ロックボルトの場合に比べて数倍の嵌め合わせ長さ
Ｌが必要となり、座板４、ナット５を含めたロックボル
ト１の端部がトンネル空間内に大きく突出してしまう。
この結果、トンネル施工の途中において他の作業の邪魔
になったり、次工程で防水シート、アイソレーションシ
ート等のシート類７を敷設する場合、突出したロックボ
ルト頭部に阻害されてシート類７に凸凹が生じ、所期の
シート性能を発揮できなくなり、しかも、その後の二次
覆工コンクリート打設時にシートの破損の原因になるな
どの問題が生じる。

【０００５】上記の問題を解決するために、特殊な形状
を有するナットを使用してロックボルトの突出長を短く
するロックボルトが提案されている（特開平9-13898号
明細書及び特開平9-49399号明細書参照)。図７は特開平
9-13898号明細書において提案されているＦＲＰロック
ボルトの斜視図であり、ＦＲＰロックボルト１の外周に
は雄ねじ部（ロープネジ）１ａが形成され、該ロックボ
ルト１に所定長の雌ねじ部を有する特殊形状のナット５
が螺合可能になっている。ナット５は、座板４の丸穴４
ａに遊挿可能なシャフト部５ａと、シャフト部の手元側
に固着され、座板の穴４ａより大きい頭部５ｂを備え、
内面に頭部からシャフト部まで連続するように所定長の
雌ねじ部５ｃが形成されている。

【０００６】図８に示すように地山６に打ち込まれたロ
ックボルト１にナット５を座板４と組み合わせて嵌め込
むことで、ロックボルト１を地盤に固定する。すなわ
ち、地山６にボアホール８を穿設し、定着材であるモル
タル３をボアホール８に注入し、ついで、ロックボルト
１を打設する。しかる後、座板４の穴４ａにナット５の
シャフト部５ａを遊挿した状態で、ロックボルト１の頭
部雄ねじ部にナット５の雌ねじ部を嵌め込む。嵌め込み
の進行と共にナット５のシャフト部５ａはボアホール８
内に入り込み、座板４はナット５の頭部５ｂによって地
盤に押し当てられ、ロックボルト１が地盤に強固に定着
される。ナット５の大部分はボアホール内に入り込み、
ほぼナットの頭部５と座板４を合わせた厚み分が外に出
るだけなので、ロックボルトの突出長さＬ′を短くで
き、他の作業の邪魔とならず、また、次工程で防水シー
ト、アイソレーションシート等のシート類を敷設する場
合に凸凹が小さくなるので所期のシート性能を発揮させ
ることができる。

【０００７】図９は特開平9-49399号明細書において提
案されているロックボルト用ナットの説明図であり、予
め、基端５ａ′に対して先端が小径のテーパー鍔５ｂ′
が一体に形成されたナット５′及び該ナットの基端５
ａ′が挿通されるベアリングプレート４′を用意する。
施工に際して、地山６にボアホール８を穿設し、定着材
であるモルタル３をボアホール８に注入し、ついで、ロ
ックボルト１を打設する。しかる後、ナット５′の基端
５ａ′をベアリングプレート４′の孔に挿通し、ボアホ
ール８に挿入したロックボルト１の頭部側にナット５′
を基端側から螺合する。ベアリングプレート４′はナッ
ト５′のテーパー鍔５ｂ′により地盤に押し当てられ、
ロックボルト１が地盤に強固に定着される。ナット５′
の基端５ａ′はボアホール内に入り込み、ほぼテーパー
鍔５ｂ′とベアリングプレート４′を合わせた厚み分が
外に出るだけとなり、ロックボルトの突出長さを短くで
きる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】以上より、特殊形状ナ
ットを使用すればロックボルトの突出長を短くできる利
点がある。しかし、特殊形状ナットは、雌ねじが形成さ
れたシャフト部あるいは基端部をボアホール中に入れ込
むことにより、ねじ嵌め合い長を確保するものである。
このため、ボアホールに定着材を充填する場合、図８及
び図９に示すようにナットのシャフト部５ａや基端５
ａ′が定着材の中に入ってしまい、その硬化後はナット
を動かすことが出来なくなる。ロックボルトは実際に施
工されたとき、軸力試験で地山に対して十分に定着して
いるかの確認をする必要が生じることがあり（施工管
理）、かかる軸力試験を行うにはロックボルトよりナッ
トを外し、試験機のエクステーションバーをロックボル
トに取り付ける必要がある。しかし、従来のロックボル
ト用ナットは、定着材硬化後に取り外すことができず施
工管理上問題があった。又、定着後にナットの再締め付
け（増締め）が必要になった場合、従来のロックボルト
用ナットは、定着材硬化後にナットの再締め付けが全く
できない問題があった。以上から本発明の目的は、ロッ
クボルトの突出長を短くでき、しかも、定着材硬化後で
もナットの脱着、締付けが可能なロックボルト用ナット
を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題は、本発明によ
れば、頭部とシャフト部を備えると共に、ロックボルト
の外周に形成したネジ部と螺合するネジ部を頭部からシ
ャフト部まで貫通して備え、更に、シャフト部の外周に
嵌め付けられ、シャフト部より突出する先端の穴径をロ
ックボルト径と略等しくした中空状のキャップを備えて
なる、ロックボルト用ナットにより達成される。シャフ
ト部の外周に該シャフトより突出する先端の穴径がロッ
クボルト径と略等しくした中空状のキャップを嵌め付け
ることにより、ロックボルト打設時、ナットのシャフト
部は定着材（定着部）から縁切りされた形となる。この
ため、必要に応じてナット本体（頭部及びシャフト部）
をロックボルトから取り外すことができ、しかも、ナッ
ト本体をロックボルトに対して軸方向に移動でき、定着
材硬化後に再締め付け（増締め）することが出来る。

【００１０】

【発明の実施の形態】

（Ａ）第１実施例 （ａ）ナットの構成 図１は第１実施例のロックボルト用ナットの説明図であ
り、（ａ）は平面図、（ｂ）は切欠断側面図である。第
１実施例のロックボルト用ナット１０は、一体に形成さ
れた略六角形の頭部１１とシャフト部１２を備え、シャ
フト部１２の外周には樹脂製（柔軟なものがよい）例え
ばEVA製の中空キャップ１３が嵌め付けられている。ナ
ットの頭部１１からシャフト部１２まではロックボルト
（図示せず）の外周に形成したネジ部と螺合する雌ねじ
部１４が貫通して形成されている。中空キャップ１３は
シャフト部１２より長くなっており、先端部以外の円筒
部１３ａの内径はシャフト部１２の外径と略等しく（僅
かに大きめに）形成されている。この結果、キャップ１
３はシャフト部１２に着脱可能となり、しかも、キャッ
プ１３をシャフト部１２に嵌め込んだ状態においてキャ
ップ内にナットが移動できる空間１５を形成できる。ま
た、先端部１３ｂの内径はロックボルトの外径と略等し
く（僅かに大きめに）形成されている。これにより、ナ
ット１０をロックボルトの頭部に嵌め込むことができ、
キャップ内のシャフト部１２やロックボルト頭部を全面
定着式ロックボルト施工においてボアホール内に装填さ
れている定着材（定着部）から隔離（縁切り）すること
が可能になる。

【００１１】（ｂ）施工方法 図２はロックボルトの施工方法説明図である。予め、異
型ネジ節鉄筋製のロックボルト本体２６の先端に円錐キ
ャップ２５を装着し、又、ロックボルト本体２６の後端
に、角ワッシャー２０及びキャップ１３を嵌めたナット
１０をセットする。ただし、このセット状態では、ボル
ト端部がナットから突出しないように、すなわち、ボル
ト端部がネジ部内に若干（１〜２mm程度）引っ込んだ状
態にする。これは、定着材硬化後の再締め付けによる軸
方向に移動する距離が１〜２mm程度であるためである。
角ワッシャー２０は４角形の中央部に、シャフト１２の
径より大きく、頭部１１の径より小さい貫通穴を有する
ものである。又、異型ネジ節鉄筋は図３に示すように全
長にわたってネジ節が形成されたもので、Ｐは節のピッ
チ、Ｈは節の高さ、Ｔは節の隙間である。全面接着式ロ
ックボルトの場合と同様に、掘削したトンネルの内壁２
２から穿孔機械によって地山２１の岩盤内部へ所定深さ
のボアホール２３を穿孔し、ボアホール２３内に注入ホ
ース等を用いて定着材、例えばモルタル２４を注入す
る。その後、角ワッシャー及びナットがセットされたロ
ックボルト本体を挿入打設する。すなわち、角ワッシャ
ー２０が地山の内壁に押し当たるまでロックボルト本体
を挿入打設する。

【００１２】かかる状態で、定着材２４が硬化する。定
着材が硬化しても図４（ａ）に示すように、キャップ内
のロックボルト２６の頭部26a及びシャフト部１２は、
キャップ１３の作用で硬化した定着材２４から縁切りさ
れた形となり、定着されない。このため、必要に応じて
ナット本体（頭部１１及びシャフト部１２）をロックボ
ルト本体２６から取り外すことが可能となる。又、ナッ
ト本体はキャップ内に形成された空間（ギャップ）１５
の長さｄだけロックボルト本体２６に対して軸方向に移
動できるので、定着材硬化後であってもナットを再締め
付け（増締め）することが出来る。図４（ｂ）は増締め
した状態を示しており、ナット本体がキャップ１５に対
して右側にスライドし（キャップ１３の左端側は若干潰
れて変形する形となる）、ナットにより角ワッシャ２０
が地山坑壁２２に押し付けられ、適正なロックボルト打
設状態（ロックボルトの軸力で地山を拘束する状態）と
なる。したがって、定着材硬化後、必要に応じてナット
を再締め付け（増締め）すれば、ロックボルト本体２６
とボアホール２３の孔壁周辺が一体的に固着し、ロック
ボルト先端部が打ち込まれた固い内部岩盤に支えられる
ことで、坑壁周辺の崩落が防止される。又、定着材硬化
後に、地盤の緩みＬＳ（図４（ａ）参照）が発生した場
合には、適宜、ナット１０を再締め付け（増締め）する
ことによりロックボルトの地盤補強効果を向上すること
ができる。

【００１３】（Ｂ）第２実施例 （ａ）ナットの構成 図５は第２実施例のロックボルト用ナットの説明図で、
（ａ）は平面図、（ｂ）は切欠断側面図であり、第１実
施例と同一部分には同一符号を付している。第２実施例
のロックボルト用ナット１０は、一体に形成された略六
角形の頭部１１とシャフト部１２を備え、シャフト部１
２の外周には非浸透性の弾性材料、例えば独立気泡スポ
ンジで形成された中空キャップ１３′が嵌め付けられて
いる。ナットの頭部１１からシャフト部１２まではロッ
クボルトの外周に形成したネジ部と螺合する雌ねじ部１
４が貫通して形成されている。

【００１４】キャップ１３′はシャフト部１２より長く
なっており、中空部には径の異なる２つの円筒部（段付
き円筒部）１３ａ′、１３ｂ′が形成されている。一方
の円筒部１３ａ′の内径はシャフト部１２の外径と略等
しく（僅かに大きめに）形成されており、キャップ１
３′をシャフト部１２に着脱できるようになっている。
また、他方の円筒部１３ｂ′の内径はロックボルトの外
径と略等しく（僅かに小さめに）形成されており、ロッ
クボルトが該円筒部１３ｂ′に押し込まれ、互いに密着
するようになっている。以上より、キャップ付きナット
をロックボルトに嵌め込んだ状態では、非浸透性の弾性
材料からなるキャップ１３′がシャフト部１２やロック
ボルト頭部を包み込んだ形となる。この結果、ロックボ
ルト打設時にボアホール内に装填されている定着材から
ナットのシャフト部１２やロックボルト頭部を隔離（縁
切り）することが可能になる。

【００１５】この第２実施例のナットを使用するロック
ボルトの施工方法は第１実施例の施行方法とほぼ同様に
行うことができる。ロックボルト打設後、ボアホール内
の定着材が硬化しても、キャップ１３′に覆われたシャ
フト部は定着材から縁切りされた形となっているため、
定着されない。このため、必要に応じてナット本体（頭
部及びシャフト部）をロックボルトから取り外すことが
可能となる。又、ナット本体は弾性材料からなるキャッ
プ１３′の円筒部１３ｂ′を押し潰すことによりロック
ボルトに対して軸方向に移動できるので、定着材硬化後
であってもナットを再締め付け（増締め）することが出
来る。以上、本発明を実施例により説明したが、本発明
は請求の範囲に記載した本発明の主旨に従い種々の変形
が可能であり、本発明はこれらを排除するものではな
い。

【００１６】

【発明の効果】以上本発明によれば、シャフト部の外周
に嵌め付けられ、該シャフト部より突出する先端の穴径
がロックボルト径と略等しくしたキャップを使用するこ
とにより、該キャップに覆われたシャフト部を定着材か
ら完全に縁切りすることができる。このため、必要に応
じてナットをロックボルトから取り外すことができ、し
かも、ナットをロックボルトに対して軸方向に移動で
き、定着材硬化後に再締め付け（増締め）することが出
来る。また、キャップはナット本体に対して着脱可能で
あるため、現場で必要に応じて取り付けることができ、
作業性を向上できる。又、本発明によれば、地山からの
突出量を小さくできるため、シート施工の際ボルト頭部
に被せる防水シート保護キャップやマットが必要でなく
なる。この結果、防水シート保護キャップの取り付け手
間費用を削減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例のロックボルト用ナットの構成図で
ある。

【図２】ロックボルトの施工方法説明図である。

【図３】異形ネジ節鉄筋の説明図である。

【図４】キャップの作用説明図である。

【図５】第２実施例のロックボルト用ナットの構成図で
ある。

【図６】従来のＦＲＰロックボルトの問題点説明図であ
る。

【図７】特殊形状ナットを備えたＦＲＰロックボルトの
斜視図である。

【図８】ＦＲＰロックボルトの施工法説明図である。

【図９】特殊形状ナットを備えたＦＲＰロックボルトの
別の説明図である。

【符号の説明】

１０・・ロックボルト用ナット １１・・略六角形の頭部 １２・・シャフト部 １３，１３′・・キャップ １３ａ・・円筒部 １３ｂ・・先端部 １４・・雌ねじ部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E21D 20/00 E02D 17/20 106 F16B 35/04 F16B 37/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 頭部とシャフト部を備えると共に、ロッ
   クボルトの外周に形成したネジ部と螺合するネジ部を頭
   部からシャフト部まで貫通して備え、更に、シャフト部
   の外周に嵌め付けられ、シャフト部より突出する先端の
   穴径をロックボルト径と略等しくした中空状のキャップ
   を備えてなることを特徴とするロックボルト用ナット。