JP3884428B2 - 地山補強用管 - Google Patents

Description

本発明は、トンネルの掘削の際に、地山を補強するために、鏡面からトンネル掘削の進行方向に向かって自穿孔にて打ち込まれる地山補強用管に関するものである。

トンネル掘削工事を安全に行なうためには、地山が崩壊しないように補強して施工する必要がある。そのために、トンネルの掘削において最先端の掘削面となる切羽面（鏡面）を補強することが行われてきた。この鏡面を補強する鏡面補強工（鏡止めボルト）では、鏡面に管を打ち込んで、管の内部に硬化剤を充填することが行なわれてきた。
そして、従来、地山に打ち込まれる管には、鋼管が使用されてきた。しかし、鋼管を使用した場合、トンネルを掘削する機械の刃が鋼管に接触した際に、切れ難く、時間がかかっていた。そこで、鋼管に切込みを形成して、機械の刃が接触した際に折れ易いよう工夫されてきたが、それでも掘削時間の短縮には至らなかった。
そのため、近年、鋼管の代わりにグラスファイバー製の管が使用されてきた。この場合も、鋼管と同様、グラスファイバー製の管を鏡面から打ち込み、内部に硬化剤を充填していた。グラスファイバー製の管は、強度が強く、機械の刃が当った際、鋼管より折れ易いため鋼管に比べ掘削作業に時間をかけずに済む。

しかしながら、グラスファイバー製の管は、高価であり、不経済であった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、操作性がよく、安価で地山の補強、特に鏡面の補強が可能な管を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の地山補強用管は、トンネルを掘削するために、地山を補強することを目的として、鏡面からトンネル進行方向に向けて、打ち込まれる地山補強用の管であって、先端管、中間管及び端末管の３種類の管からなり、隣接する管同士は互いにネジで接続可能であり、先端管、中間管及び端末管は、円筒状の硬質塩ビ管とされ、先端管、中間管及び端末管の周側壁には、それぞれ軸方向に一定間隔で内外を連通する穴が、周方向に等間隔で形成され、軸方向に隣接する各穴同士は、周方向に９０度ずれて、互い違いに形成され、先端管は、その後端部の内周面に雌ネジが形成され、中間管は、その前端部の外周面に雄ネジが形成され、後端部の内周面に雌ネジが形成され、端末管は、その前端部の外周面に雄ネジが形成され、隣接する管同士の雄ネジと雌ネジは、管同士の接続の際、螺合され、先端管の前端部には、中間ジョイントが取り付けられ、この中間ジョイントは、鋼製の筒状であり、その後端部が先端管の前端部に螺着され、この中間ジョイントの前端部には、トップジョイントが取り付けられ、トップジョイントは、中間ジョイントより短い鋼製の筒状であり、その後端部が中間ジョイントの前端部に溶接により固定され、トップジョイントの前端部に、リングビットが取り付けられ、リングビットは、段付円筒状であり、その後端側の小径部が、トップジョイントの前端部に差込可能とされ、リングビットの前端側大径部の先端面には、周方向に切刃となる超硬チップが設けられ、リングビットの後端側小径部の内周面には、周方向等間隔に３箇所、径方向内側に突出して凸部が軸方向に形成され、前端側大径部の内周面は、周方向等間隔に３箇所、径方向外側に半円形状に凹んで凹部が軸方向に形成され、トップジョイント５とリングビットとの接続は、リングビットの後端側小径部の外周面に周方向に形成された溝と、トップジョイントの内周面に周方向に形成された溝に、フリーの状態で脱落防止クリップが装着されることにより行なわれ、この脱落防止クリップは、一部が切り欠かれた略短円筒状に形成された板バネ状であり、外側に広がろうとすることで、トップジョイントの溝に強固に装着され、トップジョイントにリングビットが設けられた際、リングビットは、トップジョイントに対して回転自在とされてなり、地山補強用管には削孔ロッドが差し込まれ、この削孔ロッドは、先端ロッド、中間ロッド及び端末ロッドの３本のロッドが接続されてなり、先端ロッドの前端部には、インナービットがねじ込まれて設けられ、インナービットは、先端ロッドの径より大径な略円柱形状であり、その先端面には、超硬チップが複数個設けられ、その周側面には、周方向等間隔に３箇所、径方向内側に半円形状に凹んで凹部が軸方向に形成され、インナービットは、筒状の先端ロッドの内部と連通するように先端面から穴が貫通して形成され、先端ロッドを先端管に差し込んだ際、インナービットは前記リングビットに着脱可能に組み合う状態とされ、リングビットに形成された凸部にインナービットの周側面が当接することで、インナービットの回転に追随してリングビットが回転する構造とされてなることを特徴とする。

また、好ましくは上記構成に加えて、前記地山補強用管は、各管の先端部外周面には、管を区別するため及びその向きを見分けるため先端管の前端部には青色で周側面に印が付けられ、中間管の前端部には黄色で周側面に印が付けられ、端末管の前端部には赤色で周側面に印が付けられていることを特徴とする地山補強用管である。

本発明の地山補強用管によれば、樹脂管、例えば塩ビ管を使用して地山を補強することが可能となる。したがって、安価で作業性よくトンネルを掘削することができる。

以下、本発明の地山補強用管について、実施例に基づき更に詳細に説明する。
図１は、本発明の地山補強用管の分解図である。

地山に打ち込まれる本実施例の地山補強用管は、例えば、先端管１、中間管２及び端末管３の３種類の管からなり、隣接する管同士は互いにネジで接続可能である。各管１，２，３の長さは、それぞれ例えば約３ｍとされる。

先端管１、中間管２及び端末管３は、円筒状の樹脂管、例えばＨｉ―Ｖｐ管（硬質塩ビ管）とされる。
先端管１、中間管２及び端末管３の周側壁には、それぞれ軸方向に一定間隔で内外を連通する穴１ａ，２ａ，３ａが、周方向に等間隔で４列形成されている。なお、図示例では、軸方向に隣接する各穴１ａ（２ａ，３ａ）同士は、周方向に９０度ずれて、互い違いに形成されている。

管同士の接続、つまり先端管１と中間管２、中間管２と端末管３の間は、それぞれネジ式とされる。本実施例では、先端管１は、その後端部の内周面に雌ネジ１ｂが形成されている。また、中間管２は、その前端部の外周面に雄ネジ２ｂが形成される一方、後端部の内周面に雌ネジ２ｃが形成されている。さらに、端末管３は、その前端部の外周面に雄ネジ３ｂが形成されている。隣接する管同士の雄ネジと雌ネジは、管同士の接続の際、螺合される。

各管１，２，３の先端部外周面には、管を区別するため及びその向きを見分けるための印が付けられている。例えば、図１に示すように、先端管１の前端部には、青色で周側面に印１ｃが付けられ、中間管２の前端部には、黄色で周側面に印２ｄが付けられ、端末管３の前端部には、赤色で周側面に印３ｃが付けられている。

図２は、先端管の前端部とリングビットの接続構造を示す分解斜視図である。
先端管１の前端部には、中間ジョイント４が取り付けられている（図１）。この中間ジョイント４は、鋼製の筒状であり、その後端部が先端管１の前端部に螺着されている。この中間ジョイント４の前端部には、トップジョイント５が取り付けられている。トップジョイント５は、中間ジョイント４より短い鋼製の筒状であり、その後端部が中間ジョイント４の前端部に溶接により固定されている。そして、このトップジョイント５の前端部に、リングビット６が取り付けられている。

リングビット６は、段付円筒状であり、その後端側の小径部６１が、トップジョイント５の前端部に差込可能とされている。また、リングビット６の前端側大径部６２の先端面には、周方向に切刃となる超硬チップ６３が設けられている。
リングビット６の後端側小径部６１の内周面には、周方向等間隔に３箇所、径方向内側に突出して凸部（図示しない）が軸方向に形成されている。また、前端側大径部６２の内周面は、周方向等間隔に３箇所、径方向外側に半円形状に凹んで凹部６２ａが軸方向に形成されている。

トップジョイント５とリングビット６との接続は、リングビット６の後端側小径部６１の外周面に周方向に形成された溝６１ａと、トップジョイント５の内周面に周方向に形成された溝５ａに、フリーの状態で脱落防止クリップ６５が装着されることにより行なわれる。この脱落防止クリップ６５は、一部が切り欠かれた略短円筒状に形成された板バネ状であり、外側に広がろうとすることで、トップジョイント５の溝５ａに強固に装着され、外れることがない。トップジョイント５にリングビット６が設けられた際、リングビット６は、トップジョイント５に対して自在に回転する。

図３は、地山補強用管及び削孔ロッドを接続した状態を示す正面図である。
地山補強用管を地山に打ち込む際には、地山補強用管に削孔ロッド（インナーロッド）が差し込まれる。この削孔ロッドは、前記地山補強用管と同様、円筒状のロッドが複数本接続されてなり、本実施例では、先端ロッド７、中間ロッド８及び端末ロッド９の３本のロッドが接続されている。

図４は、先端管（トップジョイント）の奥まで先端ロッドを差し込んだ状態を示す図であり、先端側から見た状態を示している。
先端ロッド７の前端部には、インナービット１０がねじ込まれて設けられている。インナービット１０は、先端ロッド７の径より大径な略円柱形状であり、その先端面には、超硬チップ１１が複数個設けられている。また、その周側面には、周方向等間隔に３箇所、径方向内側に半円形状に凹んで凹部１０ａが軸方向に形成されている。さらに、インナービット１０は、筒状の先端ロッド７の内部と連通するように先端面から穴１２が貫通して形成されている。

図４に示すように、先端ロッド７を先端管１に差し込んだ際、インナービット１０は前記リングビット６に着脱可能に組み合う状態とされ、リングビット６に形成された凸部（図示しない）にインナービット１０の周側面が当接することで、インナービット１０の回転に追随してリングビット６が回転する構造とされている。

次に、本実施例の地山補強用管を使用して鏡面を補強する方法について説明する。
図５は、ドリルジャンボ（削孔機）により地山補強用管及び削孔ロッドを地山に打ち込んでいる状態を示す正面図である。

まず、先端ロッド７を先端管１に差し込む。そして、先端ロッド７の後端部をドリルジャンボ１００のドリフターエアー（圧搾空気）で打撃と回転を与え、先端管１を鏡面からトンネルの軸方向に向かって打ち込んでいく。

図６は、先端管に先端ロッドが差し込まれた状態を示す一部断面図である。
ドリルジャンボ１００で削孔ロッドを打ち込んでいく際、先端ロッド７のインナービット１０は、回転しながら地山を掘削していく。そして、インナービット１０は、先端管１を押し込みながらリングビット６を一体回転させる。このように、インナービット１０の回転に追随して、リングビット６も回転し、インナービット１０に引き込まれるように先端管１が地山に挿入される。

インナービット１０及びリングビット６で地山を掘削する際には、削孔ロッドの内部に圧をかけた水が通され、インナービット１０の穴１２から地山へ水が放出される。掘削された土砂は、水と共に、リングビット６の凹部６２ａ及びインナービット１０の凹部１０ａにより構成される空間Ｓ（図４）を通り、補強用管と削孔ロッドの間から手元の方へ流れてくる。

先端管１及び先端ロッド７をある程度打ち込んだ後、先端管１に中間管２を接続すると共に、中間ロッド８を継ぎ足す。そして、先端管１の場合と同様に、中間管２を地山に打ち込む。その後、同様に、端末管３を接続すると共に、端末ロッド９も継ぎ足して打ち込んでいく。

図７は、地山補強用管を地山に打ち込んだ状態を示す正面図である。図７に示すように、端末管３の後端部まで打ち込んだ後は、削孔ロッド（７，８，９）を引き抜く。
図８は、地山補強用管に注入インサート管を差し込んだ状態を示す正面図である。図８に示すように、地山補強用管から削孔ロッドを引き抜いた後、端末管３の後端部から注入インサート管１５を管内部に差し込む。

図９は、注入インサート管を注入機材に接続している状態を示す正面図である。
注入インサート管１５の他端を注入機材１７に接続して、端末管３の後端部を封止して、地山補強用管内部に硬化剤２０を流し込む。硬化剤２０は、先端管１、中間管２及び端末管３に形成された穴１ａ，２ａ，３ａから地山に流れ出し、地山を固めていく。これにより、地山が補強され、安全かつ確実にトンネルの掘削作業を進めることができる。しかも、本実施例では、塩ビ管を使用しているので、掘削する機械の刃が接触しても容易に破壊することができ、掘削作業に時間がかからない。

ところで、上記実施例では、塩ビ管同士の連結をネジ式としたが、ワンタッチジョイントを使用して連結するようにしても構わない。
また、管と管の間に連結ジョイント３０を配置して、管同士を連結するようにしても構わない。
図１０は、連結ジョイントを示す断面図である。

例えば、中間管２と端末管３の前端部に金属（本実施例では鋼）で作られた連結ジョイント３０を設ける。この連結ジョイント３０は、段付円筒状であり、その後端側大径部の内周面には、雌ネジ３０ａが形成されており、中間管２及び端末管３の前端部に螺着される。また、連結ジョイント３０の前端側小径部の外周面には、雄ネジ３０ｂが形成されており、先端管１の後端部及び中間管２の後端部に螺着される。
このように、連結ジョイント３０を使用することで、各管同士の接続箇所の強度を増すことができる。なお、図示例では、連結ジョイント３０にも、硬化剤が通る穴３０ｃが形成されている。

従来、鏡面を補強するために鋼管を使用する場合、鋼管自体の強度が強いため、鋼管の内部だけに硬化剤を流し込んでいた。しかし、本実施例では、塩ビ管の内部だけでなく、地山にも硬化剤を流し込むことで、鋼管を使用したときと同じように、強度を持たせることが可能となる。よって、鏡面の補強に塩ビ管を使用しても地山を十分に補強することができ、安全に掘削工事を行なうことができる。しかも、鋼管に比べ、かなり軽量であり取り扱いが容易で施工性が良く、トンネルの掘削時に管を切断する場合でも鋼管に比べ容易に切断することが可能である。また、鋼管やグラスファイバー製の管に比べかなり安価であり、コストを下げることができる。

なお、本発明の地山補強用管は、上記実施例の構成に限らず、適宜変更可能である。
例えば、上記実施例では、地山補強用管は、先端管、中間管及び端末管の３本を接続して使用したが、中間管を増やして４本又はそれ以上に接続するようにしても構わない。また、各管の長さも変更可能である。これにより、６ｍ〜４０ｍ位まで削孔が可能である。

本発明の地山補強用管の分解図である。 先端管の前端部のトップジョイントとリングビットの接続構造を示す分解斜視図である。 地山補強用管及び削孔ロッドを接続した状態を示す正面図である。 先端管の前端部のトップジョイントの奥まで先端ロッドを差し込んだ状態を示す図であり、先端側から見た状態を示している。 ドリルジャンボにより地山補強用管及び削孔ロッドを地山に打ち込んでいる状態を示す正面図である。 先端管に先端ロッドが差し込まれた状態を示す一部断面図である。 地山補強用管を地山に打ち込んだ状態を示す正面図である。 地山補強用管に注入インサート管を差し込んだ状態を示す正面図である。 注入インサート管を注入機材に接続している状態を示す正面図である。 連結ジョイントを示す断面図である。

符号の説明

１ 先端管
１ａ 穴
２ 中間管
２ａ 穴
３ 端末管
３ａ 穴
４ 中間ジョイント
５ トップジョイント
６ リングビット
７ 先端ロッド
８ 中間ロッド
９ 端末ロッド
１０ インナービット
１１ 超硬チップ
１５ 注入インサート管
１７ 注入機材
２０ 硬化剤

Claims (2)

1. トンネルを掘削するために、地山を補強することを目的として、鏡面からトンネル進行方向に向けて、打ち込まれる地山補強用の管であって、
   先端管、中間管及び端末管の３種類の管からなり、隣接する管同士は互いにネジで接続可能であり、先端管、中間管及び端末管は、円筒状の硬質塩ビ管とされ、
   先端管、中間管及び端末管の周側壁には、それぞれ軸方向に一定間隔で内外を連通する穴が、周方向に等間隔で形成され、軸方向に隣接する各穴同士は、周方向に９０度ずれて、互い違いに形成され、
   先端管は、その後端部の内周面に雌ネジが形成され、中間管は、その前端部の外周面に雄ネジが形成され、後端部の内周面に雌ネジが形成され、端末管は、その前端部の外周面に雄ネジが形成され、隣接する管同士の雄ネジと雌ネジは、管同士の接続の際、螺合され、
   先端管の前端部には、中間ジョイントが取り付けられ、この中間ジョイントは、鋼製の筒状であり、その後端部が先端管の前端部に螺着され、この中間ジョイントの前端部には、トップジョイントが取り付けられ、トップジョイントは、中間ジョイントより短い鋼製の筒状であり、その後端部が中間ジョイントの前端部に溶接により固定され、トップジョイントの前端部に、リングビットが取り付けられ、
   リングビットは、段付円筒状であり、その後端側の小径部が、トップジョイントの前端部に差込可能とされ、リングビットの前端側大径部の先端面には、周方向に切刃となる超硬チップが設けられ、
   リングビットの後端側小径部の内周面には、周方向等間隔に３箇所、径方向内側に突出して凸部が軸方向に形成され、前端側大径部の内周面は、周方向等間隔に３箇所、径方向外側に半円形状に凹んで凹部が軸方向に形成され、
   トップジョイント５とリングビットとの接続は、リングビットの後端側小径部の外周面に周方向に形成された溝と、トップジョイントの内周面に周方向に形成された溝に、フリーの状態で脱落防止クリップが装着されることにより行なわれ、
   この脱落防止クリップは、一部が切り欠かれた略短円筒状に形成された板バネ状であり、外側に広がろうとすることで、トップジョイントの溝に強固に装着され、トップジョイントにリングビットが設けられた際、リングビットは、トップジョイントに対して回転自在とされてなり、
   地山補強用管には削孔ロッドが差し込まれ、この削孔ロッドは、先端ロッド、中間ロッド及び端末ロッドの３本のロッドが接続されてなり、
   先端ロッドの前端部には、インナービットがねじ込まれて設けられ、インナービットは、先端ロッドの径より大径な略円柱形状であり、その先端面には、超硬チップが複数個設けられ、その周側面には、周方向等間隔に３箇所、径方向内側に半円形状に凹んで凹部が軸方向に形成され、インナービットは、筒状の先端ロッドの内部と連通するように先端面から穴が貫通して形成され、
   先端ロッドを先端管に差し込んだ際、インナービットは前記リングビットに着脱可能に組み合う状態とされ、リングビットに形成された凸部にインナービットの周側面が当接することで、インナービットの回転に追随してリングビットが回転する構造とされてなることを特徴とする地山補強用管。
2. 前記地山補強用管は、各管の先端部外周面には、管を区別するため及びその向きを見分けるため先端管の前端部には青色で周側面に印が付けられ、中間管の前端部には黄色で周側面に印が付けられ、端末管の前端部には赤色で周側面に印が付けられていることを特徴とする請求項１に記載の地山補強用管。

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