JP4127616B2 - ロックボルト用異形管の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、半径方向に膨張して岩盤を固結させるための膨張用凹部を設けたロックボルト用の異形管の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、崩落し易い岩盤や地盤を固結させる技術として、岩盤や地盤に設けた孔に、端部が密封され周方向に膨張用凹部が形成された鋼管を挿入し、この鋼管を、圧力流体を利用して膨張させ、孔と鋼管を密着させる方法が使用されている（図１参照）。
外周面に膨張用凹部が形成された鋼管１を、岩盤や地盤２に穿った孔に挿入し（図２のａ）、この鋼管を、圧力流体を利用して膨張させ（図２のｂ）、孔と鋼管を密着させる（図２のｃ）ことによって岩盤や地盤を鋼管で固結させるものである。
この膨張用凹部は、引抜き法やロール成形法により形成されている。
【０００３】
引抜き法では、円形断面から目的とする凹部を有する断面形状にまで次第に変化する断面形状に合わせて上下、左右あるいは上下左右一対の回転自由なロールからなる成形スタンド複数段を一列に並べた成形装置に、素材鋼管の先端に取付けたタブを入側からロール間に挿入して出側まで通しておいて、このタブを引抜き装置に掴ませて素材鋼管を一連の成形ロールの間を引抜いて成形している。一方、ロール成形法では、一連の成形スタンドの内、一部あるいは全てのロールを駆動ロールとし、入側から素材鋼管を挿入してロールの駆動力により順次ロール間に材料を送り込むことによって断面を成形している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
引抜き法では、鋼管の先端につかみ部（タブ）を設け、成形後に切除する必要があり、作業効率および素材歩留まりの面で問題がある。
ロール成形法は入側より素材鋼管を供給するだけで成形できるので効率的であり、ごく一部の多品種少量生産品を除いては引抜き法よりも一般的である。しかしながら、ロール一段当りの成形量が多いとロールへの噛み込み性が悪くなり、ロールと材料がスリップして動かなくなる危険性があるため、出側から材料に推進力を与える引抜き法よりも、一段当りの成形量を小さくとる必要があり、その結果多くの成形ロールスタンドを必要とし、作業効率的にはよくない。
【０００５】
また、非対称な断面形状をロール成形する場合、反り（曲り）が発生し易いという問題がある。
所定長さの鋼管を素材とするオフライン成形の場合、反り（曲り）が発生すると、次のロールに入らなくなるという問題もある。このため、反り（曲り）を抑制するために１スタンド当りの成形量を少なくすると、さらなる成形段数の増加を招き、さらには成形段数を増加させた場合でも、製品の先後端に曲りの非定常部分が残るため切除する必要があり、歩留まりを悪化させる原因ともなる。
インライン成形においても、反り（曲り）の発生は初期の通管時にトラブルを起こす原因となるばかりでなく、ライン出側での曲り取りのための調整が困難になるという問題がある。
【０００６】
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、少ない段数のロール成形で反り発生のない形状のロックボルト用異形管を製造することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のロックボルト用異形管の製造方法は、その目的を達成するため、周方向に２つの凹部を有し、該凹部が対称に配置された断面形状をもつ異形管を製造するものであり、円管素管を辺が外側に膨らんだ長方形様断面にロール成形する第一工程と、該長方形様断面の短辺を押込んで凹部をロール形成する第二工程、およびその後、外形を概略円形にロール成形する第三工程を含む。
【０００８】
【実施の形態】
まず、本発明にしたがったロックボルト用異形管を製造する工程について説明する。
図３にしたがって、その過程を概略的に説明すると、まず、高周波溶接法等で溶接された鋼管を準備する。この鋼管に上下から製品凹部と同等の周長を持ち、曲率半径が素材鋼管よりも大きい半径の凹ロール１対を当てるとともに、左右から製品凸部と同等の周長を持ち、曲率半径が素材鋼管よりも大きい半径の凹ロール１対を当て、図３（ａ）に示すような辺が外側に膨らんだ長方形様断面にロール成形する。次に該長方形様断面の短辺の中央部に上下から円盤状ロールを当て、前記短辺が押込まれて図３（ｂ）に示すような上下に凹部が形成された形状にロール形成する。その後、上下の中央が窪み、上下に樋状開口部をもつように湾曲した断面の両側から凹型のロールを当て上下の樋状開口部を狭めて管外径を小さくロール成形して図３（ｃ）に示すような周方向に２つの凹部を有し、該凹部が対称に配置された断面形状のロックボルト用異形管を製造する。
【０００９】
上記長方形様断面に成形する工程では、材料とロール凹面の周長がほぼ同等に設定されているため、４つの凹ロールの中に鋼管がコーナー部を除いてほぼ充満し、製品の凹部と凸部の境界に相当する位置に直角よりも若干大きな角度を持つコーナー部が形成される。
引続く短辺中央部を上下から円盤状凸ロールによって押込む工程において、該長方形の隣り合うコーナー部に挟まれた短辺領域のみが内側に押込まれて凹部を形成し、凹部を挟む長辺側は両側のコーナー部を介して凹部の変形の影響を受けて外側に張り出してその曲率半径が減じるように変形し、製品の凹部と凸部の長さが適正に配分される。
【００１０】
例えば、管状体の周方向に凹部を１つもつ上下非対称な断面形状にロール成形しようとすると、くぼみが形成される部位には長手方向の歪も加わるために、加工後、管状体はくぼみを形成した方向に反る。すなわち、上記のように、管状体に半径方向のくぼみを形成しようとすると、加工後、管状体はくぼみを形成した方向に反る。管を外から包み込むような形状のロール（凹型のロール）ではロールと材料の接触領域は成形方向前後に長くなり、一方平坦に近い面を外から押したりあるいは材料を内側から成形するようなロール（凸型ロール）ではロールと材料の接触領域はロール直下の狭い範囲に限られる傾向がある。したがって上下で断面形状が異なる非対称形状の異形管を成形する場合、接触領域に働く力のバランスにより、凸型のロールの方向に曲るような曲げモーメントが発生し、ロールを通過した管は凸型ロール側に曲ることになる。
【００１１】
これに対して凹部を対称に配置すると、成形ロールから受ける面圧もほぼ対称となって原理上曲げモーメントが発生しないため、著しい曲り（反り）は発生しない。したがって、後続のロールへの鋼管先端の進入を阻害する反りを小さくするため、成形量を抑制する必要はない。各成形スタンド１段当たりの成形量を大きく取ることが可能になるため、上記３工程をそれぞれ１パスで成形することも可能になって、ロール費削減および工程変更・調整時間の短縮が可能になる。
本異形管を造管ラインの出側でインライン成形すると、造管ロールによる推進力が付与されるので、本発明の小段数成形においてスリップの発生もない。
【００１２】
このようなロックボルト用異形鋼管の製造に当たっては、ロックボルトの引抜き強度確保の観点から４００Ｎ級の強度を持つ鋼管を素管として用いることが好ましい。また、土中での耐食性確保の面からは鋼管の内外面に亜鉛系あるいはアルミ系等の溶融めっきが施された表面処理鋼管を用いることが好ましい。さらに、樹脂塗装鋼板を使用することもできる。
【００１３】
【実施例】
ＡｌおよびＭｇを含有した溶融亜鉛めっき鋼帯より製造された外径５４ｍｍ，板厚２ｍｍの４００Ｎ級の鋼管を素管として、第一工程として凹部に鋼管の外周長の約２２％を、また異形管の外周を構成する凸部に鋼管の外周長の約２８％を配分し、それぞれの長さに相当する曲率半径がそれぞれ約６０ｍｍおよび約９０ｍｍの凹形円弧のカリバー面を持ったロールそれぞれ一対を対向させて配置した４方ロール成形スタンドにより該長方形様断面に成形し、引続いて第二工程として、短辺を対向して配置した厚さ８ｍｍ先端半径４ｍｍの円盤状ロールで押込んだ後、第三工程にて、旧長方形様断面の長辺側から曲率半径約１７ｍｍの凹形円弧のカリバー面を持った一対のロールを当てて、外径３４ｍｍに調整して凹部２ヶ所が対称に配置されたロックボルト用異形管を製造した。
【００１４】
凹部が１つの従来のロックボルト用異形管を上記のような小段数で成形すると、凹部を押込む工程において、３００〜６００ｍｍ程度の通常のスタンド間距離の場合、次のロールに入らなくなる程の凹部側への反りが発生するが、本発明による凹部２つが対称に配置されたロックボルト用異形鋼管の製造においては、問題となるようなスタンド間での鋼管の反り（曲り）の発生はほとんどなく、特段の問題もなく成形できた。
【００１５】
なお、本発明による、周方向に２つの凹部を対称に配置された断面形状をもつ異形管でロックボルトを製造し、一端の封止端を形成し、他端に膨張用圧力流体注入端を形成する方法について、補足的に説明しておく。図４の（ａ）に示されるような定常断面を有する異形管の封止側の端面の２つの凹部空間に２つのポンチを圧入することによって図４の（ｂ）に示されるように凹部の側面が管壁に沿って密着扁平状態に成形し、スリーブを被せた後、スリーブとともに偏平密着部を溶接して封止した。図４の（ａ）に示されるような定常断面を有する異形管のもう一方の管端には、２つの凹部の間にポンチを圧入することによって図４の（ｃ）に示されるように上記凹部が管壁に沿って扁平密着され、中央に流体注入口を形成した後、ポンプ接続用の金具を被せて溶接により固着すればよい。流体注入口を形成する際、上記（ｂ）の様に成形し、スリーブを被せて溶接した後、スリーブと異形管壁を貫通する孔を空け、スリーブ側面からこの孔を利用して流体を圧入しても良い。
【００１６】
【発明の効果】
以上に説明したように、円周方向の断面に膨張用凹部を有するロックボルト用異形管を製造する際、円管素管を辺が外側に膨らんだ長方形様断面にロール成形した後、この長方形様断面の２つの短辺を押込んで凹部をロール形成し、前記元の長方形様断面の２つの長辺側から押圧して外形を概略円形にロール成形することにより、周方向に２つの凹部を有し、該凹部が対称に配置された断面形状のものとすることにより、ロール成形過程で凹部形成側に反りが発生することがないので、ロール成形を円滑に行うことができる。また反り発生の虞がないため、１段での変形量を大きくとることが可能になるので、ロール成形する際のロール費削減および工程変更・調整時間の短縮が可能になって、全体的なコスト低減に寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 鋼管製ロックボルトを膨張させて岩盤や地盤を補強する方法の説明図
【図２】 ロックボルトの膨張態様を説明する図
【図３】 本発明法にしたがって鋼管を変形させる際の断面形状変化を説明する図
【図４】 ロックボルトの両端の封止構造を説明する図、（ａ）定常部断面、（ｂ）封止端の構造、（ｃ）流体注入端の構造
【符号の説明】
１：鋼管製ロックボルト ２：岩盤，地盤 ３：流体加圧装置

Claims (1)

1. 円管素管を辺が外側に膨らんだ長方形様断面にロール成形する第一工程、該長方形様断面の短辺を押込んで凹部をロール形成する第二工程、および外形を概略円形にロール成形する第三工程を含むことを特徴とする、周方向に２つの凹部を有し、該凹部が対称に配置された断面形状のロックボルト用異形管の製造方法。

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