JP3251485B2 - 自穿孔ボルト - Google Patents

自穿孔ボルト

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JP3251485B2
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圭介 中垣
龍夫 小坂
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【発明の詳細な説明】

【0001】

【発明の属する技術分野】本発明は、人工又は自然の法
面、壁面の補強、特にトンネルの天端部、切羽等の崩
落、肌落ちを防止する岩盤の支持部材において、岩盤の
穿孔機能及び注入材料の充填機能を兼備させた自穿孔ボ
ルトに関するものである。

【0002】

【従来の技術】従来、岩盤の支持部材として代表的な、
通称ロックボルトを使用した従来工法、NATM工法等
の岩盤安定化工法にあっては、掘削中のトンネルの天端
部に、穿孔ロッドを有する打撃穿孔機又は回転穿孔機に
よって挿設孔を穿孔すると共に、穿孔ロッドを引き出し
た後に挿設孔内への注入材料の充填及び支持部材の挿入
を行う様にしているが、かかる工法を軟弱な岩盤に対し
て行えば、穿孔ロッドを引き出す際に挿設孔壁面が崩れ
てしまうため、その後に支持部材を挿入することは不可
能であった。

【0003】そこで、穿孔機に装着する穿孔ロッドを岩
盤に残存させたまま挿設孔内への注入材料の充填を可能
にした支持部材、所謂自穿孔ボルトが開発されたが、か
かる自穿孔ボルトにあっては、スチール製のパイプ先端
に削孔クラウンを装着すると共に、基端部において穿孔
機及び注入機と接続可能としたものであるため、岩盤中
の水分、その他の含有成分により腐食し易い欠点を有し
ていた。

【0004】又、トンネル壁面において、空間部の安全
確保が一時的に発揮され、その後この壁面が取り壊され
る場合、例えば後工程で確実に拡幅されるパイロットト
ンネルの壁面、鏡止め等にはスチール製の自穿孔ボルト
を使用することが出来なかった。

【0005】又、仮に使用したとすれば、上記ボルトは
硬質であるため、掘削作業に長時間を要すると共に掘削
機先端の掘削チップの損傷が極めて激しく、コスト高を
招来する欠点を有し、而もボルトの切削片が土砂搬出コ
ンベヤに損傷を与えたり、稼働停止、故障等の原因とな
っていた。

【0006】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、耐腐食性及
び被切削容易性を有する様にした自穿孔ボルトを提供せ
んとするものである。

【0007】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記従来技術
に基づく、穿孔機能及び注入材料の注入機能を兼備した
スチール製の自穿孔ボルトは被切削困難で、パイロット
トンネルの壁面、鏡止め等には使用出来ない課題に鑑
み、熱硬化性樹脂製のパイプの肉厚内に、直線状及び螺
旋状ガラス繊維を有した繊維強化熱硬化性樹脂製のロッ
ド先端部のネジ部に削孔クラウンを装着すると共に、基
端部のネジ部を穿孔機及び注入機に接続することによっ
て、耐腐食性及び被切削容易性を有し、而もロッド切削
片自体は軟質で土砂搬出コンベヤに悪影響を及ぼすこと
はなく、且つ同一の引張り強度を有するスチール製の自
穿孔ボルトよりも極端に軽量化して、取扱い、保管及び
搬送を容易化する様にして、上記課題を解決せんとした
ものである。

【0008】

【発明の実施の形態】以下本発明の一実施例を図面に基
づいて説明すると、1は岩盤を穿孔すると共に、かかる
穿孔内に残存させて岩盤を固定するために使用する自穿
孔ボルトであり、該自穿孔ボルト1は繊維強化熱硬化性
樹脂製にして、中央長手方向に注入路2aを貫設したパイ
プ状のロッド2の両端外周部にネジ部3、4を形成し、
先端側のネジ部3に削孔クラウン5を装着すると共に、
基端側のネジ部4を穿孔機又は注入機(図示せず)に接
続する様にしている。

【0009】ロッド2はポリエステル、エポキシレジン
等の熱硬化性樹脂から成るパイプ6の肉厚内に、該パイ
プ6の長手方向に配向する無数の直線状ガラス繊維7、
7a…及びネジ部3、4の螺旋方向とは逆向きの無数の螺
旋状ガラス繊維8、8a…を有し、かかる螺旋状ガラス繊
維8、8a…は、図2に示す様に、パイプ6の外側領域に
偏在しているが、パイプ6における直線状ガラス繊維
7、7a…の内側領域にも螺旋状ガラス繊維8、8a…を配
しても良い。

【0010】又、ネジ部3、4の夫々は山頂及び谷底に
丸みを持たせた丸ネジとし、ロッド2の製造時におい
て、パイプ6を構成する熱硬化性樹脂の硬化前にプレス
形成する様にしている。

【0011】尚、パイプ6の材質は熱硬化性樹脂に限定
されず、所定の強度を有する硬化した合成樹脂であれば
よく、又これに基づきロッド2の材質も繊維強化熱硬化
性樹脂に限定されない。

【0012】又、基端側のネジ部4外周には一対の金属
成形板9、9aを外嵌して強化層10をラミネート形成し、
金属成形板9、9aはスレッディングにより丸ネジを形成
した円筒材料を二分割して成り、かかる金属成形板9、
9aにおける谷底には多数の小孔11、11a …を形成し、ロ
ッド2の製造時に両端部の夫々に金属成形板9、9aをセ
ットした後、小孔11、11a …から外側に樹脂が食み出た
後、当該部を削成して、ロッド2に対し金属成形板9、
9aを一体化している。

【0013】又、ロッド2における注入路2aの基端側に
は金属製のパイプ体12を挿設し、該パイプ体12基端側の
外周部には鍔部13を周設すると共に、該鍔部13はロッド
2の基端面に当接している。

【0014】又、ネジ部3、4はパイプ6両端部に外嵌
一体化したスリーブ14外周面に形成しても良く、該スリ
ーブ14はロッド2と同様に繊維強化熱硬化性樹脂製と
し、更に金属成形板9、9aから成る強化層10をラミネー
ト形成しても良く、或いは金属製としても良い。

【0015】又、ロッド2先端に装着した削孔クラウン
5は、ネジ部3に対応するネジ孔15を設けると共に、掘
削面16で開口する噴出孔17を設けている。

【0016】18はロッド2を穿孔機等に取付けたり、2
本のロッド2を接続するためのスリーブであり、該スリ
ーブ18はロッド2と同様の繊維強化熱硬化性樹脂製、或
いは金属製とし、中央にネジ部3、4に対応するネジ孔
19を貫設している。

【0017】次に本発明に係る自穿孔ボルトの作用につ
いて説明すると、先ず、ロッド2先端側のネジ部3に削
孔クラウン5を螺嵌、装着し、ロッド2基端側のネジ部
4にスリーブ18を螺嵌、装着すると共に、ロッド2基端
部がネジ孔19の半分まで螺入する様にし、かかるスリー
ブ18におけるネジ孔19の基端側より穿孔機のスクリュー
軸部(図示せず)を螺入して、自穿孔ボルト1を穿孔機
に装着する。

【0018】そして、穿孔機を始動させて、注入路2aを
経て噴出孔17から例えば空気又は水等の洗浄流体を噴出
させながら自穿孔ボルト1により穿孔作業を行う。

【0019】回転状態の自穿孔ボルト1にあっては、ロ
ッド2のネジ部3、4の螺旋方向に働く回転モーメント
を伝達する際に、螺旋状ガラス繊維8、8a…により径方
向に圧縮されることによって、捩じれと圧力に対するロ
ッド2の強度を一層高めることが出来る。

【0020】又、自穿孔ボルト1に別のロッド2を継ぎ
足す場合には、穿孔機のスクリュー軸部をスリーブ18か
ら外して穿孔機を引き戻し、別のロッド2先端部をスリ
ーブ18のネジ孔19内に螺入すると共に、基端部に別のス
リーブ18を螺嵌、装着し、かかる別のスリーブ18のネジ
孔19に穿孔機のスクリュー軸部を螺入して、穿孔作業を
続行する。

【0021】そして、穿孔作業終了後、自穿孔ボルト1
基端部から穿孔機及び外側のスリーブ18を取外すと共
に、自穿孔ボルト1基端部に注入機(図示せず)を接続
し、該注入機によって注入路2aを介して注入材料を挿設
孔内に圧入する。

【0022】そして、地山表面に一次覆工、即ちモルタ
ル吹付けを施し、続いてアーチ状の鉄骨等による支保工
等を施した後、二次覆工を施す。

【0023】又、本発明に係る自穿孔ボルト1と挿入孔
との間には注入材料が充満しており、該注入材料が自穿
孔ボルト1表面に馴染んで強固に一体化するために、自
穿孔ボルト1と地山の一体性が強固に成って、かかる地
山と一体化した自穿孔ボルト1により天端部を吊下げ保
持している。

【0024】又、図8に示す様に、パイロットトンネル
の様に拡幅予定のあるトンネルTにあっては、壁面に上
記と同様な工程を経て地山Mを安定化した後に掘削すれ
ば、崩落、肌落ちがなく掘削可能になる。

【0025】又、図9に示す様に、掘削中のトンネルT
先端の切羽Kの鏡止め工法にあっては、切羽Kに上記と
同様な工程を経て地山Mを安定化した後に掘削すれば、
崩落、肌落ちがなく掘削可能になる。

【0026】又、上記工法は地山Mに埋入状態の自穿孔
ボルト1が掘削機により簡単に切削可能であることによ
り実現し、又削孔クラウン5及び強化層10は金属製であ
るが、自穿孔ボルト1全体に対するそれらの割合は極め
て微量であるため、掘削作業に対する障害にはならな
い。

【0027】又、本発明の自穿孔ボルト1の使用対象は
上記したトンネル掘削工法だけに限定せず、例えば地下
空間の人工の壁面、或いは人工又は自然の壁面、法面を
安定化するために使用するなど、要するに使用対象は岩
盤を安定化する全ての工法としている。

【0028】又、先端側に削孔クラウン5を装着すると
共に、基端側を穿孔機又は注入機に接続する様にしたこ
とによって、かかる自穿孔ボルト1は穿孔作業後に引き
抜かず、穿孔機を取り外して注入機を接続することによ
り、注入材料の充填作業を行うことが出来る。

【0029】又、硬化樹脂から成るパイプ6の肉厚内
に、該パイプ6の長手方向に配向した無数の直線状ガラ
ス繊維7、7a…及び螺旋状ガラス繊維8、8a…を夫々有
する繊維強化硬化樹脂製のロッド2の両端外周部にネジ
部3、4を形成したので、かかる自穿孔ボルト1は引張
強度大で被切断及び被切削容易性を有するため、地山に
おける掘削部分に自穿孔ボルト1が埋入状態であっても
掘削機で簡単に切削出来、トンネルを掘削する法面の補
強及び鏡止め工法に対する効果絶大であり、かかる作業
時に崩落、肌落ちのない安定した地山とした後に掘削す
るため、自穿孔ボルト1により天端部を安定的に吊下げ
保持することと相俟ってトンネル工法の安全性の向上を
図ることが出来る。

【0030】又、本発明に係る自穿孔ボルト1は同等の
引張強度を有したスチール製のものと比較して、先ず第
1に耐腐食性に優れているため、耐用寿命の半永久化を
図ることが出来ると共に、湧水の激しい場所にも使用す
ることが出来、第2に格段に軽量であるため、取扱い性
の向上を図ることが出来、よってNATM工法における
ロックボルト又は吊下げボルトとしての機能を充分に発
揮することが出来る。

【0031】又、ネジ部3、4は山頂及び谷底に丸みを
持たせた丸ネジとしたので、粉塵、砂塵及び注入材料等
がネジ部3、4に噛んでも簡単に着脱出来る。

【0032】

【発明の効果】 要するに本発明は、 螺旋状ガラス繊維
8、8a…の螺旋方向をネジ部3、4とは逆向きとしたの
で、回転状態の自穿孔ボルト1にあっては、ロッド2の
ネジ部3、4の螺旋方向に作用する回転モーメントを伝
達する際に、螺旋状ガラス繊維8、8a…により径方向に
圧縮されて、ロッド2の強度が向上するため、穿孔作業
中の自穿孔ボルト1の折損を防止出来、更に螺旋状ガラ
ス繊維8、8a…をパイプ6の外側領域に偏在させたの
で、回転状態の自穿孔ボルト1におけるロッド2は、外
周面近傍の螺旋状ガラス繊維8、8a…による径方向への
圧縮により全体的に圧縮されて、ロッド2の強度を更に
向上させることが出来、従って打撃穿孔機による打撃力
を自穿孔ボルト1先端の削孔クラウン5へ減衰させずに
伝達することが出来、穿孔作業の効率化を図ることが出
来る。

【0033】又、基端側のネジ部4外周に金属製の強化
層10を形成したので、特に打撃穿孔機に自穿孔ボルト1
を装着して作業する場合、自穿孔ボルト1の先端は挿通
孔先端側に当接状態であるため、打撃穿孔機との連結部
位であるロッド2基端部に強大な圧縮力が作用するが、
当該部位は強化層10の形成により補強が成されているた
め、ロッド2の基端部での座屈破壊を防止することが出
来、更に強化層10に小孔11、11a …を設けてラミネート
形成したので、パイプ6を構成する硬化樹脂が小孔11、
11a …に食い込むため、ロッド2に対する強化層10の一
体性の向上を図ることが出来る。

【0034】又、ロッド2における注入路2aの基端側に
金属製のパイプ体12を挿設し、該パイプ体12基端側の外
周部に周設した鍔部13をロッド2の基端面に当接させた
ので、ロッド2基端部は回転状態において螺旋状ガラス
繊維8、8a…により径方向へ圧縮されて硬化すること、
外側を強化層10により、内側をパイプ体12により夫々補
強することによって、ロッド2基端部の強度が更に向上
して、ロッド2の基端部での座屈破壊を防止することが
出来る等その実用的効果甚だ大なるものである。

【図面の簡単な説明】

【図1】本発明に係る自穿孔ボルト端部の軸方向断面図
である。

【図2】図1の要部拡大断面図である。

【図3】他の実施例の自穿孔ボルト端部の軸方向断面で
ある。

【図4】基端側のネジ部に金属製の強化層をラミネート
形成した自穿孔ボルトの要部正面図である。

【図5】図4の軸方向断面図である。

【図6】図4の自穿孔ボルトの他の実施例の軸方向断面
図である。

【図7】スリーブ及び削孔クラウンを装着した自穿孔ボ
ルトの軸方向断面図である。

【図8】拡幅予定のあるトンネルにおける自穿孔ボルト
の打設状態を示す断面図である。

【図9】トンネル先端の鏡止め工法を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

2 ロッド 2a 注入路 3 ネジ部 4 ネジ部 5 削孔クラウン 6 パイプ 7、7a… 直線状ガラス繊維 8、8a… 螺旋状ガラス繊維 10 強化層 11、11a … 小孔 12 パイプ体 13 鍔部

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 - 20/00 E21D 9/04

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 先端側に削孔クラウンを装着すると共
    に、基端側を穿孔機又は注入機に接続する様にした岩盤
    用の支持部材であって、硬化樹脂から成るパイプの肉厚
    内に、該パイプの長手方向に配向した直線状ガラス繊維
    及び螺旋状ガラス繊維を夫々有する繊維強化硬化樹脂製
    のロッドの両端外周部にネジ部を形成した自穿孔ボルト
    において、 螺旋状ガラス繊維の螺旋方向をネジ部とは逆向きとした
    ことを特徴とする自穿孔ボルト。
  2. 【請求項2】 基端側のネジ部外周に金属製の強化層を
    形成したことを特徴とする請求項1記載の自穿孔ボル
    ト。
  3. 【請求項3】 先端側に削孔クラウンを装着すると共
    に、基端側を穿孔機又は注入機に接続する様にした岩盤
    用の支持部材であって、硬化樹脂から成るパイプの肉厚
    内に、該パイプの長手方向に配向した直線状ガラス繊維
    及び螺旋状ガラス繊維を夫々有する繊維強化硬化樹脂製
    のロッドの両端外周部にネジ部を形成した自穿孔ボルト
    において、基端側のネジ部外周に金属製の強化層を形成
    したことを特徴とする自穿孔ボルト。
  4. 【請求項4】 強化層に小孔を設けてラミネート形成し
    ことを特徴とする請求項2又は3記載の自穿孔ボル
    ト。
  5. 【請求項5】 先端側に削孔クラウンを装着すると共
    に、基端側を穿孔機又は注入機に接続する様にした岩盤
    用の支持部材であって、硬化樹脂から成るパイプの肉厚
    内に、該パイプの長手方向に配向した直線状ガラス繊維
    及び螺旋状ガラス繊維を夫々有する繊維強化硬化樹脂製
    のロッドの両端外周部にネジ部を形成した自穿孔ボル
    ト、又は請求項1乃至4記載の自穿孔ボルトにおいて、
    ロッドにおける注入路の基端側に金属製のパイプ体を挿
    設し、該パイプ体基端側の外周部に周設した鍔部をロッ
    ドの基端面に当接させたことを特徴とする自穿孔ボル
    ト。
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