JP4059123B2 - 係合構造およびロックボルト施工方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、地山を補強するためのロックボルトの係合構造、およびロックボルト施工方法に関し、とくにロックボルトの引き抜き強度が高いロックボルトの係合構造、およびトンネル掘削工事における切羽面に対して施工されるロックボルト施工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、地山を補強する方法として、地山にロックボルトを埋設するロックボルト施工方法が用いられている。このようなロックボルト施工方法では、まず、掘削ビットを先端に装着したケーシングパイプを回転させつつ推進させながら、ケーシングパイプに掘削水を圧送、噴射させて、補強の対象となる地盤に所定長の掘削孔を掘削形成する。つぎに、掘削孔に、ケーシングパイプを介してロックボルトを挿入配置し、その後、掘削孔内からケーシングパイプを引き抜きつつ、セメントミルクやモルタルなどの固結材を注入する。そして、固結材が硬化することによってロックボルトと掘削孔とが締結されて、地山が補強される。（例えば、特許文献１参照。）
【０００３】
また、トンネル掘削工事において切羽面（鏡面）の緩みを防止するために、あらかじめ切羽面の掘削進行方向に向けてロックボルト（鏡ボルト）を施工して切羽面を補強する鏡部補強工法が用いられている。このように、ロックボルトによって補強された切羽面をトンネル掘削作業において掘削するので、地山とともに掘削されて容易に除去できるように、炭素繊維やガラス繊維によって強化されたＦＲＰ製のロックボルトや、塩化ビニールなどの樹脂製のケーシングパイプが使用されることがある。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−４７８９９号公報（第１図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記ロックボルト施工方法において、固結材が硬化した後であってもロックボルトに引き抜く力が加えられると、ロックボルトの外周面付近において固結材にせん断力による亀裂が生じてしまったり、ロックボルトが引き抜かれてしまったりするという問題があった。つまり、ロックボルトの外周面は掘削孔の内周面より面積が小さいので、掘削孔の内周面付近よりもロックボルトの外周面付近において引き抜き力に対抗する力が弱くなり、上記問題が生じるのである。このように、ロックボルトの引き抜き強度が低下してしまうことで、結果的に地山補強の効果が低くなってしまうという問題があった。
【０００６】
本発明は、このような背景の下になされたものであって、先端部に係合部を有するロックボルトが掘削ビットに係合する係合構造と、このように係合させることにより引き抜き強度を向上させることのできるロックボルト施工方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明に係る係合構造は、地山に削孔された掘削孔内に挿入された状態で固結材が注入されて地山補強に供され、前記掘削孔を削孔した後に該掘削孔の底部に残置されている掘削ビットの係止部と係合可能な係合部をボルト本体の先端部に設けてなるロックボルトを、掘削孔の開口部側から軸線方向に沿って挿入させて前記掘削ビットに係合させる係合構造において、前記係合部に、前記軸線を中心として径方向に所定の長さを有する突起部が設けられ、前記係止部に該突起部が通過可能な切欠き部を有して周方向に断続的な形状で該突起部の外接円より小さい内径を有する小径部と該小径部の挿入方向前方に位置して前記突起部を収容可能な内径を有する大径部とが設けられており、前記係合部を挿入方向に移動させて、前記突起部が前記切欠き部を通過して前記大径部に収容された後に、前記突起部の挿入方向後方を向く後方面と小径部の挿入方向前方を向く前方面とを当接させることにより、前記ロックボルトが前記掘削ビットに係合されることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る係合構造は、地山に削孔された掘削孔内に挿入された状態で固結材が注入されて地山補強に供され、前記掘削孔を削孔した後に該掘削孔の底部に残置されている掘削ビットの係止部と係合可能な係合部をボルト本体の先端部に設けてなるロックボルトを、掘削孔の開口部側から軸線方向に沿って挿入させて前記掘削ビットに係合させる係合構造において、前記係合部に、前記軸線を中心として径方向に縮拡径可能な突起部が設けられ、前記係止部に該突起部が拡径時の外接円より小さい内径を有する小径部と該小径部の挿入方向前方に位置して前記突起部を収容可能な内径を有する大径部とが設けられており、前記係合部を挿入方向に移動させて、前記突起部が縮径することで前記小径部を通過して、前記大径部に収容された後に前記突起部が拡径することで、該突起部の挿入方向後方を向く後方面と小径部の挿入方向前方を向く前方面とを当接させることにより、前記ロックボルトが前記掘削ビットに係合されることを特徴とする。
【０００９】
これらの発明のロックボルトでは、ボルト本体の先端部に係合部が設けられており、掘削孔を削孔した後に掘削孔の底部に残置されている掘削ビットの係止部と係合部とが係合可能とされているので、ロックボルトに引き抜き力が加えられた場合に係合部を介して掘削ビットにも引き抜き力が伝達される。たとえば、このようなロックボルトとして、先端にインナービットおよびリングビットからなる掘削ビットを装着した駆動手段による削孔作業によって地山中に掘削孔を形成し、リングビットを掘削孔に残置したままインナービットと駆動手段とを引き抜いた後に、先端付近にリングビットに係合可能な係合部を有するロックボルトを挿入してリングビットとロックボルトとを係合させるロックボルト施工方法に用いられるロックボルトなどがある。このように施工されたロックボルトにおいて、上述したようにロックボルトに加えられる引き抜き力は、ロックボルトの外周面と固結材とのせん断力および掘削ビットが固結材に加える力によって受けられるので、従来より引き抜き強度が向上することになる。つまり、引き抜き力は固結材全体を引き抜くように加えられるので、せん断力がロックボルトの外周面付近に集中することが防止され、引き抜き強度を向上させることができるのである。これにより、ロックボルトが引き抜かれることを防止することができ、良好に地山を補強することができる。
【００１０】
そして、前述した発明の係合構造では、たとえば、係合部には掘削孔の軸線を中心として径方向に所定の長さを有する突起部が設けられ、係止部には切欠き部を有する小径部と突起部を収容可能な内径を有する大径部とが設けられており、小径部は突起部の外接円より小さい内径であるが切欠き部を有して周方向に断続的な形状であるので突起部が通過可能とされ、突起部と小径部とを係合させる構造となっている。つまり、掘削孔の底部に残置されている掘削ビットに、掘削孔の開口部側から軸線方向に沿ってロックボルトを挿入する際に、突起部と切欠き部との向きを合わせて小径部の挿入方向前方に係合部を通過させ、大径部に係合部が収容された後にロックボルトを操作して、突起部の挿入方向後方を向く後方面と小径部の挿入方向前方を向く前方面とを当接させるのである。このように突起部と小径部との係合によりロックボルトと掘削ビットとが係合しており、ロックボルトに加えられる引き抜き力が掘削ビットにも伝達され、ロックボルトが引き抜かれることが抑制されることになる。このような構造により、ロックボルトの引き抜き強度を確実に向上させることができる。
【００１２】
また、前述した発明の係合構造では、たとえば、係合部には掘削孔の軸線を中心として径方向に縮拡径可能な突起部が設けられ、係止部には突起部が拡径時の外接円より小さい内径を有する小径部と小径部の挿入方向前方に位置して突起部を収容可能な内径を有する大径部とが設けられており、突起部が縮拡径することにより小径部を通過可能とされ、突起部と小径部とを係合させる構造となっている。つまり、掘削孔の底部に残置されている掘削ビットに、掘削孔の開口部側から軸線方向に沿ってロックボルトを挿入する際に、突起部の周方向の位置を気にすることなくロックボルトを挿入させ、突起部が小径部に倣って縮径することにより小径部を通過して、大径部に収容された後に突起部が拡径することにより、突起部の挿入方向後方を向く後方面と小径部の挿入方向前方を向く前方面とを当接させるのである。このように縮拡径可能な突起部と小径部とが係合する係合構造によって、容易にロックボルトと掘削ビットとを係合させることができ、ロックボルトの引き抜き強度を確実に向上させることができる。
【００１３】
また、本発明に係る係合構造は、上述した係合構造であって、前記係止部は削孔の際に前記掘削ビットに駆動力を伝達する駆動手段が係合可能であることを特徴とする。
この発明の係合構造では、削孔の際に掘削ビットに駆動力を伝達する駆動手段が係止部に係合可能であるので、駆動手段の係合とロックボルトの係合とにおいて係止部が共用可能とされている。これにより、係止部を別々に設けるより構成を簡略化することができる。
【００１４】
また、本発明に係るロックボルト施工方法は、先端に掘削ビットを装着した駆動手段による削孔作業によって地山中に掘削孔を形成し、該掘削孔内にロックボルトを挿入する挿入作業の後に、固結材を注入して地山補強を行うロックボルト施工方法において、前記削孔作業における削孔の後に前記掘削ビットの少なくとも一部を該掘削孔の底部に残置して前記駆動手段を引き抜き、前記挿入作業で前記ロックボルトの先端に設けられている係合部と前記残置された掘削ビットの係止部とを前記係合構造によって係合させることを特徴とする。
【００１５】
この発明のロックボルト施工方法では、まず、削孔作業において掘削ビットによって掘削孔を形成した後に掘削ビットの少なくとも一部を掘削孔の底部に残置して駆動手段を引き抜き、つぎに、挿入作業においてロックボルトの先端に設けられている係合部と掘削ビットの係止部とを係合させるので、施工後においてロックボルトに加えられる引き抜き力は、ロックボルトと掘削ビットとで受けることになる。このようなロックボルト施工方法により、高いロックボルトの引き抜き強度を得ることができ、確実に地山を補強することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、この発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態であるロックボルト１がリングビット２と係合している状態を示す部分断面図である。図は、軸線Ｏを中心とした掘削孔３の内部で、図の右側に掘削孔３の開口部が設けられており、右側から左側に向かってロックボルト１が挿入され、図の左側が先端側とされている。
ロックボルト１は、先端が突起状に形成されているボルト本体４と、ボルト本体４の先端部付近に設けられている係合部５とを有して構成されており、軸線Ｏと略同軸となるようにロックボルト１とリングビット２とが係合している。ボルト本体４は、外周面４ａの全面に雄ネジが螺設されており、ボルト本体４の外周面４ａに係合部５が設けられている。図２に示す先端視図のように、係合部５は略環状の部材で、軸線Ｏを中心として径方向に向かって所定の長さを有する突起部６が等間隔に３方向に設けられている。また、突起部６の基端側を向く面が係合面（後方面）６ａとされている。
【００１７】
リングビット２は、中央をロックボルト１が貫通可能とされ、内周に係止部７が設けられた環状部材で、外周面２ａが先端側に向かって拡径しており、先端面の３箇所に掘削チップ８が植設されている。係止部７には、突起部６の外接円より小さい内径を有する小径部９と、小径部９より先端側に位置して突起部６を収容可能な内径を有する大径部１０とが形成されている。小径部９は、突起部６を通過可能な切欠き部１１が３箇所に等間隔に形成されていて周方向に断続的な形状とされており、小径部９の先端側を向く面が係止面（前方面）９ａとされている。大径部１０には、小径部９と略同一の内径を有する凸部１２が３箇所に等間隔に形成されており、掘削チップ８は凸部１２の先端側に設けられている。また、凸部１２の時計回りの反対方向を向く面が、掘削時の回転駆動力が伝達される伝達面１２ａとなる。
【００１８】
このようなロックボルト１の係合部５とリングビット２の係止部７とによって係合構造が構成されており、以下に、ロックボルト１をリングビット２に係合させる係合手順について説明する。まず、図２（ａ）に示すように係合部５の突起部６と小径部９の切欠き部１１との向きを合わせてロックボルト１を挿入する。つぎに、切欠き部１１に突起部６を通過させて、係合部５を小径部９より先端側に位置させることで、大径部１０に係合部５が収容される。その後、ロックボルト１を時計回りに回転させて、図２（ｂ）に示すように、軸線Ｏ方向視して突起部６と小径部９とが重なるような状態とする。この状態でロックボルト１を若干引き戻すと、係止面９ａと係合面６ａとが互いに当接し、ロックボルト１とリングビット２とが係合することになる。
【００１９】
また、図３を用いて、このような係合構造を利用したロックボルト施工方法について説明する。図は、垂直な地盤に対して水平方向へ向けてロックボルト１を施工する状態を示しており、図３（ａ）は削孔作業の後のロックボルト１が挿入された状態で、図３（ｂ）は固結材の注入作業後の状態である。削孔には、先端にセンタービットを装着した掘削ロッド（駆動手段）と、センタービットの外周に配置されたリングビット２と、掘削ロッドと同軸でその外側に配置されたケーシングパイプ１３とを備えた掘削工具が用いられる。センタービットはリングビット２の係止部７に係合可能とされており、センタービットとリングビット２とによって掘削ビットが構成され、掘削ロッドの回転力がセンタービットを介してリングビット２の伝達面１２ａに伝達される。
【００２０】
まず、削孔作業において、上記掘削工具によって地盤に所定の深さの掘削孔３が形成された後に、センタービットとリングビット２との係合が解除され、リングビット２とケーシングパイプ１３とを掘削孔３に残置させてセンタービットと掘削ロッドとが引き抜かれる。
つぎに、挿入作業において、ケーシングパイプ１３内にロックボルト１を挿入して、上述したような係合機構の係合手順に従ってロックボルト１とリングビット２とを係合させる。（図３（ａ）の状態）
この後、掘削孔３の内部からケーシングパイプ１３を引き抜きつつ、セメントミルクやモルタルなどの固結材を注入する。そして、固結材１４が硬化することによってロックボルト１と掘削孔３とが締結される。（図３（ｂ）の状態）
【００２１】
このようなロックボルト施工方法が、ロックボルト１によって地山を補強した後に地山とともにロックボルト１を破壊して掘削するような工法に用いられる場合、たとえばトンネル掘削工事における鏡部補強工法に用いられる鏡ボルトとしてロックボルト１が用いられる場合には、容易に破断可能なロックボルト１を使用することが好ましく、炭素繊維やガラス繊維によって強化されたＦＲＰ製のロックボルト１が使用される。また、ケーシングパイプ１３を引き抜かずに地山中に残地させた状態で固結材（モルタルなど）を注入する場合には、同様に容易に破断可能な塩化ビニールなどの樹脂製のケーシングパイプ１３が使用される。
【００２２】
上述したように、ロックボルト１の先端部にリングビット２に係合可能な係合部５が設けられているので、ロックボルト１とリングビット２とを係合させることによって、ロックボルト１に加えられる引き抜き力をロックボルト１と掘削ビット２とによって受けることができ、引き抜き強度を高くすることができる。つまり、引き抜き力は、リングビット２によって固結材１４全体を引き抜くように加えられるので、従来より引き抜き強度を向上させることができるのである。また、リングビット２と掘削孔３との摩擦力も引き抜き力に対する抵抗力となる。
【００２３】
また、リングビット２の係止部７は、センタービットが係合可能であるとともに、ロックボルト１の係合部５が係合可能であるので、リングビット２の構成をシンプルにすることができる。また、従来よりセンタービットとリングビット２とに分離可能な掘削ビットを用いていた場合には、ロックボルト１に係合部５を設けるだけで容易に上記効果を得ることができる。
【００２４】
そして、このようなロックボルト１を用いて上記係合構造を利用したロックボルト施工方法によれば、高いロックボルト１の引き抜き強度を得ることができるので、ロックボルト１が引き抜かれることを抑制することができ、確実に地山を補強することができる。
【００２５】
つぎに、図４，５を用いて本発明の第２の実施形態であるロックボルト２０について説明する。ロックボルト２０は係合部２１がロックボルト１とは異なっており、係合部２１以外においては第１の実施形態と同様の構成であるので、共通する構成部品には同一の符号を付して説明を省略する。
【００２６】
ロックボルト２０の係合部２１は、径方向に弾性変形による縮拡径可能な突起部２２が３箇所に等間隔に配置されて構成されている。突起部２２は、薄板状の部材に屈曲部が形成された形状で、ボルト本体４に固定される固定部２２ａと、固定部２２ａから屈曲部２２ｂを介して基端側に向けて外径側に緩やかに傾斜する傾斜部２２ｃと、傾斜部２２ｃから屈曲部２２ｄを介して内径側に傾斜する端部２２ｅとを有している。端部２２ｅの基端側を向く面が係合面２３（後方面）とされており、屈曲部２２ｂを中心とする弾性変形によって、端部２２ｅが径方向に移動可能とされている。つまり、通常の状態において係合部２１の外接円は小径部９より大きく設定されているが、突起部２２が弾性変形することによって係合部２１の外接円が縮径されて（図の下方に示されている仮想線の突起部２２の状態）、係合部２１が小径部９を通過可能となるのである。
【００２７】
このように構成されているロックボルト２０をリングビット２に係合させる場合には、突起部２２の周方向の位置を気にすることなくロックボルト２０を挿入し、傾斜部２２が小径部９に当接してさらに進行させると、傾斜部２２ｃが小径部９に倣って弾性変形することで突起部２２が縮径し（図５（ａ）の状態）、端部２２ｅが大径部１０に入った瞬間に突起部２２が拡径する（図５（ｂ）の状態）。そして、係合面２３と係止面９ａとが当接することで、ロックボルト２０とリングビット２とが係合することになる。また、リングビット２の基端部に内側へ傾斜する傾斜面２４を設けているので、このような弾性変形をよりスムーズに行うことができる。なお、突起部２２の周方向の位置が切欠き部１１と同じ位置になった場合には、このような縮拡径が行われないが、第１の実施形態と同様にロックボルト２０を回転させる操作によって、係合させることができる。また、突起部２２の周方向の位置が凸部１２と同じ位置になった場合においても、回転させることによって係合可能となる。
【００２８】
このような係合部２１を有するロックボルト２０を用いることで、ロックボルト２０を挿入する際の向きを気にすることなく容易にロックボルト２０とリングビット２とを係合させることができ、ロックボルト２０の引き抜き強度を向上させることができる。また、切欠き部１１が形成されているリングビット２を用いているが、突起部２２は縮拡径可能であるので、切欠き部が形成されていない小径部を有したリングビットであってもロックボルト２０を係合させることができる。
【００２９】
なお、ロックボルト１に大径部１０と小径部９とを有する係止部が設けられ、リングビット２に突起部６を有する係合部が設けられて係合構造が構成されていてもよい。また、ロックボルト施工方法においてケーシングパイプ１３を引き抜かずに、ケーシングパイプ１３を埋設するロックボルト施工方法に本発明を適用してもよい。また、外周面４ａの全面に雄ネジが螺設されているボルト本体４を用いているが、リングビット２を利用して引き抜き強度を得ているので、雄ネジの螺設されていないボルト本体を使用してもよい。また、掘削ロッドがセンタービットを介してリングビット２に係合する構成とされているが、掘削ロッドが直接リングビット２に係合する構成としてもよい。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るロックボルトによれば、ボルト本体の先端部の係合部が掘削ビットに係合可能であるので、ロックボルトに加えられる引き抜き力が固結材全体を引き抜くように加えられ、引き抜き強度を向上させることができる。
本発明に係る係合構造によれば、係合部の突起部と係止部の小径部とを係合させる構造となっているので、確実にロックボルトと掘削ビットとを係合させることができる。また、突起部を縮拡径可能とすることにより、容易に係合させることができる。また、ロックボルトと駆動手段とが掘削ビットの係止部に係合可能であるので、構成を簡略化することができる。
本発明に係るロックボルト施工方法によれば、削孔作業において掘削ビットの少なくとも一部を掘削孔の底部に残置させ、挿入作業においてロックボルトと掘削ビットとを係合させるので、高いロックボルトの引き抜き強度を得ることができ、確実に地山を補強することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施形態におけるロックボルトの係合状態を示す部分断面図である。
【図２】 図１のロックボルトを先端側から見た図で、（ａ）が突起部の通過状態で、（ｂ）が係合状態である。
【図３】 ロックボルト施工方法を示す説明図で、（ａ）がロックボルト挿入後の状態で、（ｂ）が固結材の注入後の状態である。
【図４】 本発明の第２の実施形態におけるロックボルトの係合状態を示す部分断面図である。
【図５】 図４のロックボルトを先端側から見た図で、（ａ）が突起部の縮径状態で、（ｂ）が拡径状態である。
【符号の説明】
１，２０ ロックボルト
２ リングビット（掘削ビット）
３ 掘削孔
４ ボルト本体
５，２１ 係合部
６，２２ 突起部
６ａ，２３ 係合面（後方面）
７ 係止部
９ 小径部
９ａ 係止面 （前方面）
１０ 大径部
１１ 切欠き部
１４ 固結材
Ｏ 軸線
【発明の属する技術分野】
この発明は、地山を補強するためのロックボルトの係合構造、およびロックボルト施工方法に関し、とくにロックボルトの引き抜き強度が高いロックボルトの係合構造、およびトンネル掘削工事における切羽面に対して施工されるロックボルト施工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、地山を補強する方法として、地山にロックボルトを埋設するロックボルト施工方法が用いられている。このようなロックボルト施工方法では、まず、掘削ビットを先端に装着したケーシングパイプを回転させつつ推進させながら、ケーシングパイプに掘削水を圧送、噴射させて、補強の対象となる地盤に所定長の掘削孔を掘削形成する。つぎに、掘削孔に、ケーシングパイプを介してロックボルトを挿入配置し、その後、掘削孔内からケーシングパイプを引き抜きつつ、セメントミルクやモルタルなどの固結材を注入する。そして、固結材が硬化することによってロックボルトと掘削孔とが締結されて、地山が補強される。（例えば、特許文献１参照。）
【０００３】
また、トンネル掘削工事において切羽面（鏡面）の緩みを防止するために、あらかじめ切羽面の掘削進行方向に向けてロックボルト（鏡ボルト）を施工して切羽面を補強する鏡部補強工法が用いられている。このように、ロックボルトによって補強された切羽面をトンネル掘削作業において掘削するので、地山とともに掘削されて容易に除去できるように、炭素繊維やガラス繊維によって強化されたＦＲＰ製のロックボルトや、塩化ビニールなどの樹脂製のケーシングパイプが使用されることがある。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−４７８９９号公報（第１図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記ロックボルト施工方法において、固結材が硬化した後であってもロックボルトに引き抜く力が加えられると、ロックボルトの外周面付近において固結材にせん断力による亀裂が生じてしまったり、ロックボルトが引き抜かれてしまったりするという問題があった。つまり、ロックボルトの外周面は掘削孔の内周面より面積が小さいので、掘削孔の内周面付近よりもロックボルトの外周面付近において引き抜き力に対抗する力が弱くなり、上記問題が生じるのである。このように、ロックボルトの引き抜き強度が低下してしまうことで、結果的に地山補強の効果が低くなってしまうという問題があった。
【０００６】
本発明は、このような背景の下になされたものであって、先端部に係合部を有するロックボルトが掘削ビットに係合する係合構造と、このように係合させることにより引き抜き強度を向上させることのできるロックボルト施工方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明に係る係合構造は、地山に削孔された掘削孔内に挿入された状態で固結材が注入されて地山補強に供され、前記掘削孔を削孔した後に該掘削孔の底部に残置されている掘削ビットの係止部と係合可能な係合部をボルト本体の先端部に設けてなるロックボルトを、掘削孔の開口部側から軸線方向に沿って挿入させて前記掘削ビットに係合させる係合構造において、前記係合部に、前記軸線を中心として径方向に所定の長さを有する突起部が設けられ、前記係止部に該突起部が通過可能な切欠き部を有して周方向に断続的な形状で該突起部の外接円より小さい内径を有する小径部と該小径部の挿入方向前方に位置して前記突起部を収容可能な内径を有する大径部とが設けられており、前記係合部を挿入方向に移動させて、前記突起部が前記切欠き部を通過して前記大径部に収容された後に、前記突起部の挿入方向後方を向く後方面と小径部の挿入方向前方を向く前方面とを当接させることにより、前記ロックボルトが前記掘削ビットに係合されることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る係合構造は、地山に削孔された掘削孔内に挿入された状態で固結材が注入されて地山補強に供され、前記掘削孔を削孔した後に該掘削孔の底部に残置されている掘削ビットの係止部と係合可能な係合部をボルト本体の先端部に設けてなるロックボルトを、掘削孔の開口部側から軸線方向に沿って挿入させて前記掘削ビットに係合させる係合構造において、前記係合部に、前記軸線を中心として径方向に縮拡径可能な突起部が設けられ、前記係止部に該突起部が拡径時の外接円より小さい内径を有する小径部と該小径部の挿入方向前方に位置して前記突起部を収容可能な内径を有する大径部とが設けられており、前記係合部を挿入方向に移動させて、前記突起部が縮径することで前記小径部を通過して、前記大径部に収容された後に前記突起部が拡径することで、該突起部の挿入方向後方を向く後方面と小径部の挿入方向前方を向く前方面とを当接させることにより、前記ロックボルトが前記掘削ビットに係合されることを特徴とする。
【０００９】
これらの発明のロックボルトでは、ボルト本体の先端部に係合部が設けられており、掘削孔を削孔した後に掘削孔の底部に残置されている掘削ビットの係止部と係合部とが係合可能とされているので、ロックボルトに引き抜き力が加えられた場合に係合部を介して掘削ビットにも引き抜き力が伝達される。たとえば、このようなロックボルトとして、先端にインナービットおよびリングビットからなる掘削ビットを装着した駆動手段による削孔作業によって地山中に掘削孔を形成し、リングビットを掘削孔に残置したままインナービットと駆動手段とを引き抜いた後に、先端付近にリングビットに係合可能な係合部を有するロックボルトを挿入してリングビットとロックボルトとを係合させるロックボルト施工方法に用いられるロックボルトなどがある。このように施工されたロックボルトにおいて、上述したようにロックボルトに加えられる引き抜き力は、ロックボルトの外周面と固結材とのせん断力および掘削ビットが固結材に加える力によって受けられるので、従来より引き抜き強度が向上することになる。つまり、引き抜き力は固結材全体を引き抜くように加えられるので、せん断力がロックボルトの外周面付近に集中することが防止され、引き抜き強度を向上させることができるのである。これにより、ロックボルトが引き抜かれることを防止することができ、良好に地山を補強することができる。
【００１０】
そして、前述した発明の係合構造では、たとえば、係合部には掘削孔の軸線を中心として径方向に所定の長さを有する突起部が設けられ、係止部には切欠き部を有する小径部と突起部を収容可能な内径を有する大径部とが設けられており、小径部は突起部の外接円より小さい内径であるが切欠き部を有して周方向に断続的な形状であるので突起部が通過可能とされ、突起部と小径部とを係合させる構造となっている。つまり、掘削孔の底部に残置されている掘削ビットに、掘削孔の開口部側から軸線方向に沿ってロックボルトを挿入する際に、突起部と切欠き部との向きを合わせて小径部の挿入方向前方に係合部を通過させ、大径部に係合部が収容された後にロックボルトを操作して、突起部の挿入方向後方を向く後方面と小径部の挿入方向前方を向く前方面とを当接させるのである。このように突起部と小径部との係合によりロックボルトと掘削ビットとが係合しており、ロックボルトに加えられる引き抜き力が掘削ビットにも伝達され、ロックボルトが引き抜かれることが抑制されることになる。このような構造により、ロックボルトの引き抜き強度を確実に向上させることができる。
【００１２】
また、前述した発明の係合構造では、たとえば、係合部には掘削孔の軸線を中心として径方向に縮拡径可能な突起部が設けられ、係止部には突起部が拡径時の外接円より小さい内径を有する小径部と小径部の挿入方向前方に位置して突起部を収容可能な内径を有する大径部とが設けられており、突起部が縮拡径することにより小径部を通過可能とされ、突起部と小径部とを係合させる構造となっている。つまり、掘削孔の底部に残置されている掘削ビットに、掘削孔の開口部側から軸線方向に沿ってロックボルトを挿入する際に、突起部の周方向の位置を気にすることなくロックボルトを挿入させ、突起部が小径部に倣って縮径することにより小径部を通過して、大径部に収容された後に突起部が拡径することにより、突起部の挿入方向後方を向く後方面と小径部の挿入方向前方を向く前方面とを当接させるのである。このように縮拡径可能な突起部と小径部とが係合する係合構造によって、容易にロックボルトと掘削ビットとを係合させることができ、ロックボルトの引き抜き強度を確実に向上させることができる。
【００１３】
また、本発明に係る係合構造は、上述した係合構造であって、前記係止部は削孔の際に前記掘削ビットに駆動力を伝達する駆動手段が係合可能であることを特徴とする。
この発明の係合構造では、削孔の際に掘削ビットに駆動力を伝達する駆動手段が係止部に係合可能であるので、駆動手段の係合とロックボルトの係合とにおいて係止部が共用可能とされている。これにより、係止部を別々に設けるより構成を簡略化することができる。
【００１４】
また、本発明に係るロックボルト施工方法は、先端に掘削ビットを装着した駆動手段による削孔作業によって地山中に掘削孔を形成し、該掘削孔内にロックボルトを挿入する挿入作業の後に、固結材を注入して地山補強を行うロックボルト施工方法において、前記削孔作業における削孔の後に前記掘削ビットの少なくとも一部を該掘削孔の底部に残置して前記駆動手段を引き抜き、前記挿入作業で前記ロックボルトの先端に設けられている係合部と前記残置された掘削ビットの係止部とを前記係合構造によって係合させることを特徴とする。
【００１５】
この発明のロックボルト施工方法では、まず、削孔作業において掘削ビットによって掘削孔を形成した後に掘削ビットの少なくとも一部を掘削孔の底部に残置して駆動手段を引き抜き、つぎに、挿入作業においてロックボルトの先端に設けられている係合部と掘削ビットの係止部とを係合させるので、施工後においてロックボルトに加えられる引き抜き力は、ロックボルトと掘削ビットとで受けることになる。このようなロックボルト施工方法により、高いロックボルトの引き抜き強度を得ることができ、確実に地山を補強することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、この発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態であるロックボルト１がリングビット２と係合している状態を示す部分断面図である。図は、軸線Ｏを中心とした掘削孔３の内部で、図の右側に掘削孔３の開口部が設けられており、右側から左側に向かってロックボルト１が挿入され、図の左側が先端側とされている。
ロックボルト１は、先端が突起状に形成されているボルト本体４と、ボルト本体４の先端部付近に設けられている係合部５とを有して構成されており、軸線Ｏと略同軸となるようにロックボルト１とリングビット２とが係合している。ボルト本体４は、外周面４ａの全面に雄ネジが螺設されており、ボルト本体４の外周面４ａに係合部５が設けられている。図２に示す先端視図のように、係合部５は略環状の部材で、軸線Ｏを中心として径方向に向かって所定の長さを有する突起部６が等間隔に３方向に設けられている。また、突起部６の基端側を向く面が係合面（後方面）６ａとされている。
【００１７】
リングビット２は、中央をロックボルト１が貫通可能とされ、内周に係止部７が設けられた環状部材で、外周面２ａが先端側に向かって拡径しており、先端面の３箇所に掘削チップ８が植設されている。係止部７には、突起部６の外接円より小さい内径を有する小径部９と、小径部９より先端側に位置して突起部６を収容可能な内径を有する大径部１０とが形成されている。小径部９は、突起部６を通過可能な切欠き部１１が３箇所に等間隔に形成されていて周方向に断続的な形状とされており、小径部９の先端側を向く面が係止面（前方面）９ａとされている。大径部１０には、小径部９と略同一の内径を有する凸部１２が３箇所に等間隔に形成されており、掘削チップ８は凸部１２の先端側に設けられている。また、凸部１２の時計回りの反対方向を向く面が、掘削時の回転駆動力が伝達される伝達面１２ａとなる。
【００１８】
このようなロックボルト１の係合部５とリングビット２の係止部７とによって係合構造が構成されており、以下に、ロックボルト１をリングビット２に係合させる係合手順について説明する。まず、図２（ａ）に示すように係合部５の突起部６と小径部９の切欠き部１１との向きを合わせてロックボルト１を挿入する。つぎに、切欠き部１１に突起部６を通過させて、係合部５を小径部９より先端側に位置させることで、大径部１０に係合部５が収容される。その後、ロックボルト１を時計回りに回転させて、図２（ｂ）に示すように、軸線Ｏ方向視して突起部６と小径部９とが重なるような状態とする。この状態でロックボルト１を若干引き戻すと、係止面９ａと係合面６ａとが互いに当接し、ロックボルト１とリングビット２とが係合することになる。
【００１９】
また、図３を用いて、このような係合構造を利用したロックボルト施工方法について説明する。図は、垂直な地盤に対して水平方向へ向けてロックボルト１を施工する状態を示しており、図３（ａ）は削孔作業の後のロックボルト１が挿入された状態で、図３（ｂ）は固結材の注入作業後の状態である。削孔には、先端にセンタービットを装着した掘削ロッド（駆動手段）と、センタービットの外周に配置されたリングビット２と、掘削ロッドと同軸でその外側に配置されたケーシングパイプ１３とを備えた掘削工具が用いられる。センタービットはリングビット２の係止部７に係合可能とされており、センタービットとリングビット２とによって掘削ビットが構成され、掘削ロッドの回転力がセンタービットを介してリングビット２の伝達面１２ａに伝達される。
【００２０】
まず、削孔作業において、上記掘削工具によって地盤に所定の深さの掘削孔３が形成された後に、センタービットとリングビット２との係合が解除され、リングビット２とケーシングパイプ１３とを掘削孔３に残置させてセンタービットと掘削ロッドとが引き抜かれる。
つぎに、挿入作業において、ケーシングパイプ１３内にロックボルト１を挿入して、上述したような係合機構の係合手順に従ってロックボルト１とリングビット２とを係合させる。（図３（ａ）の状態）
この後、掘削孔３の内部からケーシングパイプ１３を引き抜きつつ、セメントミルクやモルタルなどの固結材を注入する。そして、固結材１４が硬化することによってロックボルト１と掘削孔３とが締結される。（図３（ｂ）の状態）
【００２１】
このようなロックボルト施工方法が、ロックボルト１によって地山を補強した後に地山とともにロックボルト１を破壊して掘削するような工法に用いられる場合、たとえばトンネル掘削工事における鏡部補強工法に用いられる鏡ボルトとしてロックボルト１が用いられる場合には、容易に破断可能なロックボルト１を使用することが好ましく、炭素繊維やガラス繊維によって強化されたＦＲＰ製のロックボルト１が使用される。また、ケーシングパイプ１３を引き抜かずに地山中に残地させた状態で固結材（モルタルなど）を注入する場合には、同様に容易に破断可能な塩化ビニールなどの樹脂製のケーシングパイプ１３が使用される。
【００２２】
上述したように、ロックボルト１の先端部にリングビット２に係合可能な係合部５が設けられているので、ロックボルト１とリングビット２とを係合させることによって、ロックボルト１に加えられる引き抜き力をロックボルト１と掘削ビット２とによって受けることができ、引き抜き強度を高くすることができる。つまり、引き抜き力は、リングビット２によって固結材１４全体を引き抜くように加えられるので、従来より引き抜き強度を向上させることができるのである。また、リングビット２と掘削孔３との摩擦力も引き抜き力に対する抵抗力となる。
【００２３】
また、リングビット２の係止部７は、センタービットが係合可能であるとともに、ロックボルト１の係合部５が係合可能であるので、リングビット２の構成をシンプルにすることができる。また、従来よりセンタービットとリングビット２とに分離可能な掘削ビットを用いていた場合には、ロックボルト１に係合部５を設けるだけで容易に上記効果を得ることができる。
【００２４】
そして、このようなロックボルト１を用いて上記係合構造を利用したロックボルト施工方法によれば、高いロックボルト１の引き抜き強度を得ることができるので、ロックボルト１が引き抜かれることを抑制することができ、確実に地山を補強することができる。
【００２５】
つぎに、図４，５を用いて本発明の第２の実施形態であるロックボルト２０について説明する。ロックボルト２０は係合部２１がロックボルト１とは異なっており、係合部２１以外においては第１の実施形態と同様の構成であるので、共通する構成部品には同一の符号を付して説明を省略する。
【００２６】
ロックボルト２０の係合部２１は、径方向に弾性変形による縮拡径可能な突起部２２が３箇所に等間隔に配置されて構成されている。突起部２２は、薄板状の部材に屈曲部が形成された形状で、ボルト本体４に固定される固定部２２ａと、固定部２２ａから屈曲部２２ｂを介して基端側に向けて外径側に緩やかに傾斜する傾斜部２２ｃと、傾斜部２２ｃから屈曲部２２ｄを介して内径側に傾斜する端部２２ｅとを有している。端部２２ｅの基端側を向く面が係合面２３（後方面）とされており、屈曲部２２ｂを中心とする弾性変形によって、端部２２ｅが径方向に移動可能とされている。つまり、通常の状態において係合部２１の外接円は小径部９より大きく設定されているが、突起部２２が弾性変形することによって係合部２１の外接円が縮径されて（図の下方に示されている仮想線の突起部２２の状態）、係合部２１が小径部９を通過可能となるのである。
【００２７】
このように構成されているロックボルト２０をリングビット２に係合させる場合には、突起部２２の周方向の位置を気にすることなくロックボルト２０を挿入し、傾斜部２２が小径部９に当接してさらに進行させると、傾斜部２２ｃが小径部９に倣って弾性変形することで突起部２２が縮径し（図５（ａ）の状態）、端部２２ｅが大径部１０に入った瞬間に突起部２２が拡径する（図５（ｂ）の状態）。そして、係合面２３と係止面９ａとが当接することで、ロックボルト２０とリングビット２とが係合することになる。また、リングビット２の基端部に内側へ傾斜する傾斜面２４を設けているので、このような弾性変形をよりスムーズに行うことができる。なお、突起部２２の周方向の位置が切欠き部１１と同じ位置になった場合には、このような縮拡径が行われないが、第１の実施形態と同様にロックボルト２０を回転させる操作によって、係合させることができる。また、突起部２２の周方向の位置が凸部１２と同じ位置になった場合においても、回転させることによって係合可能となる。
【００２８】
このような係合部２１を有するロックボルト２０を用いることで、ロックボルト２０を挿入する際の向きを気にすることなく容易にロックボルト２０とリングビット２とを係合させることができ、ロックボルト２０の引き抜き強度を向上させることができる。また、切欠き部１１が形成されているリングビット２を用いているが、突起部２２は縮拡径可能であるので、切欠き部が形成されていない小径部を有したリングビットであってもロックボルト２０を係合させることができる。
【００２９】
なお、ロックボルト１に大径部１０と小径部９とを有する係止部が設けられ、リングビット２に突起部６を有する係合部が設けられて係合構造が構成されていてもよい。また、ロックボルト施工方法においてケーシングパイプ１３を引き抜かずに、ケーシングパイプ１３を埋設するロックボルト施工方法に本発明を適用してもよい。また、外周面４ａの全面に雄ネジが螺設されているボルト本体４を用いているが、リングビット２を利用して引き抜き強度を得ているので、雄ネジの螺設されていないボルト本体を使用してもよい。また、掘削ロッドがセンタービットを介してリングビット２に係合する構成とされているが、掘削ロッドが直接リングビット２に係合する構成としてもよい。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るロックボルトによれば、ボルト本体の先端部の係合部が掘削ビットに係合可能であるので、ロックボルトに加えられる引き抜き力が固結材全体を引き抜くように加えられ、引き抜き強度を向上させることができる。
本発明に係る係合構造によれば、係合部の突起部と係止部の小径部とを係合させる構造となっているので、確実にロックボルトと掘削ビットとを係合させることができる。また、突起部を縮拡径可能とすることにより、容易に係合させることができる。また、ロックボルトと駆動手段とが掘削ビットの係止部に係合可能であるので、構成を簡略化することができる。
本発明に係るロックボルト施工方法によれば、削孔作業において掘削ビットの少なくとも一部を掘削孔の底部に残置させ、挿入作業においてロックボルトと掘削ビットとを係合させるので、高いロックボルトの引き抜き強度を得ることができ、確実に地山を補強することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施形態におけるロックボルトの係合状態を示す部分断面図である。
【図２】 図１のロックボルトを先端側から見た図で、（ａ）が突起部の通過状態で、（ｂ）が係合状態である。
【図３】 ロックボルト施工方法を示す説明図で、（ａ）がロックボルト挿入後の状態で、（ｂ）が固結材の注入後の状態である。
【図４】 本発明の第２の実施形態におけるロックボルトの係合状態を示す部分断面図である。
【図５】 図４のロックボルトを先端側から見た図で、（ａ）が突起部の縮径状態で、（ｂ）が拡径状態である。
【符号の説明】
１，２０ ロックボルト
２ リングビット（掘削ビット）
３ 掘削孔
４ ボルト本体
５，２１ 係合部
６，２２ 突起部
６ａ，２３ 係合面（後方面）
７ 係止部
９ 小径部
９ａ 係止面 （前方面）
１０ 大径部
１１ 切欠き部
１４ 固結材
Ｏ 軸線
Claims (4)
- 地山に削孔された掘削孔内に挿入された状態で固結材が注入されて地山補強に供され、前記掘削孔を削孔した後に該掘削孔の底部に残置されている掘削ビットの係止部と係合可能な係合部をボルト本体の先端部に設けてなるロックボルトを、掘削孔の開口部側から軸線方向に沿って挿入させて前記掘削ビットに係合させる係合構造において、
前記係合部に、前記軸線を中心として径方向に所定の長さを有する突起部が設けられ、前記係止部に該突起部が通過可能な切欠き部を有して周方向に断続的な形状で該突起部の外接円より小さい内径を有する小径部と該小径部の挿入方向前方に位置して前記突起部を収容可能な内径を有する大径部とが設けられており、
前記係合部を挿入方向に移動させて、前記突起部が前記切欠き部を通過して前記大径部に収容された後に、前記突起部の挿入方向後方を向く後方面と小径部の挿入方向前方を向く前方面とを当接させることにより、前記ロックボルトが前記掘削ビットに係合されることを特徴とする係合構造。 - 地山に削孔された掘削孔内に挿入された状態で固結材が注入されて地山補強に供され、前記掘削孔を削孔した後に該掘削孔の底部に残置されている掘削ビットの係止部と係合可能な係合部をボルト本体の先端部に設けてなるロックボルトを、掘削孔の開口部側から軸線方向に沿って挿入させて前記掘削ビットに係合させる係合構造において、
前記係合部に、前記軸線を中心として径方向に縮拡径可能な突起部が設けられ、前記係止部に該突起部が拡径時の外接円より小さい内径を有する小径部と該小径部の挿入方向前方に位置して前記突起部を収容可能な内径を有する大径部とが設けられており、
前記係合部を挿入方向に移動させて、前記突起部が縮径することで前記小径部を通過して、前記大径部に収容された後に前記突起部が拡径することで、該突起部の挿入方向後方を向く後方面と小径部の挿入方向前方を向く前方面とを当接させることにより、前記ロックボルトが前記掘削ビットに係合されることを特徴とする係合構造。 - 請求項１または請求項２に記載の係合構造であって、
前記係止部は、削孔の際に前記掘削ビットに駆動力を伝達する駆動手段が係合可能であることを特徴とする係合構造。 - 先端に掘削ビットを装着した駆動手段による削孔作業によって地山中に掘削孔を形成し、該掘削孔内にロックボルトを挿入する挿入作業の後に、固結材を注入して地山補強を行うロックボルト施工方法において、
前記削孔作業における削孔の後に前記掘削ビットの少なくとも一部を該掘削孔の底部に残置して前記駆動手段を引き抜き、前記挿入作業で前記ロックボルトの先端に設けられている係合部と前記残置された掘削ビットの係止部とを請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の係合構造によって係合させることを特徴とするロックボルト施工方法。
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