JP4157957B2 - ロックボルト加圧・膨張用シールヘッド - Google Patents

Description

本発明は、岩盤に設けた孔内に挿入した鋼管膨張型ロックボルトに取り付け、当該ロックボルトの内部に流体を圧入して加圧・膨張させるためのシールヘッドに関する。

近年、崩落し易い岩盤や地盤を固結させるために、従来の棒状ロックボルトに代わって管状の鋼管膨張型ロックボルトが使用されるようになった。
例えば特許文献１にみられるように、長手方向に膨張用凹部を有し、先端部が閉じられ、後端部に加圧流体圧入用スリーブが被せられた鋼管製のロックボルトを岩盤に設けた孔内に挿入し、スリーブの側面に穿った加圧流体圧入孔から加圧流体を圧入し、鋼管を加圧・膨張させて孔と密着させることによって岩盤や地盤を鋼管で固結しようとするものである。
そして、鋼管膨張型ロックボルトを膨張させるための装置に関しても特許文献１の他に種々のものが提案され、使用されている。

本出願人も、特許文献２で、先端にスリーブ挿入口、後端にストッパー部を有し、後端のストッパー部につながる小径部と、先端のスリーブ挿入口につながる大径部からなる円筒状ハウジングと、前記小径部に設けた環状凹部に嵌め込まれたスリーブ保持用環状パッキンと、前記大径部に挿入されたストッパー部側環状シールパッキン、スリーブ挿入口側環状シールパッキン及びその間に配置されたアダプターリングと、前記スリーブ挿入口から嵌入され前記ストッパー部側環状シールパッキン、スリーブ挿入口側環状シールパッキン及びアダプターリングの軸方向の移動を規制するガイドリングを備え、前記アダプターリング内面の軸方向中央に環状窪みが形成されるとともに、前記ストッパー部側環状シールパッキン及びスリーブ挿入口側環状シールパッキンの外面の軸方向中央にシールパッキン押圧用窪みが形成され、しかも前記円筒状ハウジングのアダプターリング対応箇所に流体流入口を貫通させ、前記アダプターリングに流体流通孔を貫通させた形状を有することを特徴とするロックボルト加圧・膨張用シールヘッドを提案している。

特公平２−５２３８号公報 特願２００２−１７３３１８号

ところで、鋼管膨張型ロックボルト２１は、膨張用の凹みが形成され、先端部が閉じられ、後端部に加圧流体圧入孔２３が設けられた加圧流体圧入用スリーブ２２が被せられている。このような鋼管膨張型ロックボルト２１が、前記したようなロックボルト加圧・膨張用シールヘッド２４に嵌め合わされ、高圧の加圧流体が圧入されることになる（図１参照）。
加圧流体圧入用スリーブ２２に設けられる加圧流体圧入孔２３は、通常、ドリル等で穿設される。ドリルで孔を穿つと、生成した切削バリが残ったままとなることがある。
そして、上記のようなロックボルト加圧・膨張用シールヘッドの環状シールパッキン用素材には、通常比較的軟質の弾性材料であるウレタンゴムが使用されている。

切削バリが残ったままの加圧流体圧入用スリーブを上記のようなロックボルト加圧・膨張用シールヘッドに嵌め合わせるとき、スリーブの切削バリがシールヘッド内面の環状シールパッキン、特にスリーブ挿入口側の環状シールパッキンに疵を付けることになる。また、加圧流体圧入用スリーブをロックボルト加圧・膨張用シールヘッドに嵌め合わせるとき、異物を噛み込むことがあり、この異物噛み込みによっても環状シールパッキンに疵を付けることになる。
疵が付いたシールパッキンはシール能が低下するので、交換を頻繁に行わざるを得なくなる。特に環状シールパッキンとして軟質のウレタンゴムを使用すると、このウレタンゴム自身は疵が付くと破断しやすくなる。このため、岩盤補強作業の途中でシールパッキンの交換を行わざるを得ないこともある。
さらに、環状シールパッキンを高圧でスリーブ表面に押付けようとするとき、パッキン自身が軟質であるとシールヘッドとスリーブ間の隙間にパッキンがはみ出して損傷することがある。さらにまた、ロックボルトの加圧・膨張操作が終了し、内圧がかかった状態でスリーブからシールヘッドを抜き取ろうとするとき、環状シールパッキンの表面が軟らかいとロックボルト内の残圧によって高圧水のパッキン内面への噴出し現象を起こし損傷することがある。

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、ロックボルト加圧・膨張用シールヘッドの内面に嵌め込んだスリーブ挿入口側環状シールパッキンを、その外側を構成する軟質弾性材料からなる外側リング状部材と、その内側に嵌め込まれ、外側の軟質弾性材料よりも硬質の弾性材料からなる内側リング状部材とからなる２層構造を有するものとすることにより、内面の疵付きを抑制するとともに、加圧流体を受けての変形を外側の軟質弾性材料に負わせて、耐久性を向上させたロックボルト加圧・膨張用シールヘッドを提供するものである。

本発明のロックボルト加圧・膨張用シールヘッドは、その目的を達成するため、円筒状ハウジング６内に、ストッパー部側環状シールパッキン９，スリーブ挿入口側環状シールパッキン１０及びその間に配置されたアダプターリング１１を嵌め込んだロックボルト加圧・膨張用シールヘッド１において、スリーブ挿入口側環状シールパッキン１０が、その外側を構成する軟質弾性材料からなる外側リング状部材１０−１と、その内側に嵌め込まれ、外側の軟質弾性材料よりも硬質な弾性材料からなる内側リング状部材１０−２とからなる２層構造を有することを特徴とする。

より具体的には、本発明のロックボルト加圧・膨張用シールヘッド１は、円筒状ハウジング６を、先端にスリーブ挿入口２、後端にストッパー部３を有し、後端のストッパー部につながる小径部４と、先端のスリーブ挿入口につながる大径部５を有する形状にするとともに、前記大径部５にストッパー部側環状シールパッキン９、スリーブ挿入口側環状シールパッキン１０及びその間に配置されるアダプターリング１１を挿入し、それらの軸方向の移動を大径部端部に嵌め込んだガイドリング１２で規制する構造となっている。また、前記ストッパー部側環状シールパッキン９の内径が挿入されるスリーブの外径よりもわずかに小さくされ、さらに、前記アダプターリング１１内面の軸方向中央に環状窪み１３が形成されるとともに、前記ストッパー部側環状シールパッキン９及びスリーブ挿入口側環状シールパッキン１０の外面の軸方向中央にシールパッキン押圧用窪み１４が形成され、しかも前記円筒状ハウジング６のアダプターリング１１対応箇所に流体流入口１５を貫通させ、前記アダプターリング１１に流体流通孔１６を貫通させた形状を有している。そして、スリーブ挿入口側環状シールパッキン１０が前記したように外側リング状部材１０−１と内側リング状部材１０−２との２層構造となっている。

本発明によれば、ロックボルト加圧・膨張用シールヘッドの内面に嵌め込んだスリーブ挿入口側環状シールパッキンを、その外側を構成する軟質の弾性材料からなる外側リング状部材と、その内側に嵌め込まれ、外側の軟質弾性材料よりも硬質の弾性材料からなる内側リング状部材とからなる２層構造を有するものとすることにより、加圧流体を受けての変形を外側の軟質弾性材料に負わせるとともに、内側の硬質弾性材料で内面の耐疵付き性を向上させて、環状シールパッキン全体としての耐久性を格段に高くすることができる。併せて、シールパッキンに対する高圧水の影響を最小限にとどめることが可能となる。

鋼管膨張型ロックボルトを膨張させる際には、ロックボルトに取り付けられ、ロックボルト内部につながる貫通孔を有するスリーブにシールヘッドを嵌め込んだ後、シールヘッドに設けた流体流入口から加圧流体を圧入している。
まず、シールヘッドの具体的構造を、図２を用いて説明する。
シールヘッド１を構成する円筒状ハウジング６は、先端にスリーブ挿入口２、後端にストッパー部３が設けられている。内面はストッパー部３に近い小径部４とスリーブ挿入口２につながる大径部５からなっている。この円筒状ハウジング６には、後端ストッパー部３に近接する小径部４に環状凹部７が設けられスリーブ保持用環状パッキン８が嵌め込まれていることが好ましい。この環状パッキン８の内径をスリーブ２２の外径よりわずかに小さくすれば、内部に挿し込まれたスリーブ２２はパッキンで保持される。したがって、例えばトンネルのクラウン部削孔に挿入されたロックボルト２１のスリーブ２２に取り付けた場合であっても、シールヘッド１が自重で抜け落ちるようなことはない。

円筒状ハウジング６の大径部５には、奥から順に、ストッパー部側環状シールパッキン９、アダプターリング１１及びスリーブ挿入口側環状シールパッキン１０が挿入され、さらにスリーブ挿入口２からガイドリング１２がねじ込まれ、ストッパー部側環状シールパッキン９、アダプターリング１１及びスリーブ挿入口側環状シールパッキン１０が軸方向に移動できないように位置決めされている。なお、１７は、ガイドリング１２と円筒状ハウジング６の間を密閉するための環状のガイドリングシール用パッキンである。
ストッパー部側環状シールパッキン９及びスリーブ挿入口側環状シールパッキン１０の外周面には、その表面に加圧流体を受けたとき当該環状シールパッキン自体を内側に押圧するための環状窪み１４が形成されており、アダプターリング１１の内周面には加圧流体を効率的に分散させるための環状窪み１３が形成されている。

また、円筒状ハウジング６のアダプターリング１１設置箇所に１個の流体流入口１５を貫通させ、アダプターリング１１には内面の環状窪みに連通する流体流通孔１６を２〜３個貫通させている。上記流体流入口１５には、口金装着用雌ネジ部１８が設けられている。
上記図２に示す態様では、シールヘッド１とスリーブ２２はスリーブ保持用環状パッキン８で固定されることになるが、両者の固定を、スリーブ保持用環状パッキン８はなく、シール用の環状パッキンで行うことも可能である。その態様について説明する。

環状凹部７及びそれに嵌め込まれたスリーブ保持用環状パッキン８を使用することなく、前記ストッパー部側環状シールパッキン９を、スリーブの外径よりもわずかに小さくすることで保持できる。すなわち、外径が小さい環状シールパッキン内にスリーブが挿し込まれた状態になると、両者は固定される。
環状シールパッキンの内径を、スリーブが挿し込まれる方向の奥の方に向かって徐々に傾斜させて小さくすると、スリーブを挿入しやすいとともに抜け難くなる。また、パッキン断面を山型にすると、パッキンをどちらの方向にも挿入できる。
ストッパー部側環状シールパッキン９とスリーブ保持用環状パッキン８の両者の作用で、挿入されたスリーブを保持する態様を採用してもよいことは、勿論である。

円筒状ハウジング６の材質としては、通常一般構造用鋼やステンレス鋼が使用されるが、軽量化による作業性の向上を考慮すると高張力アルミニウム合金を使用することも有利である。
スリーブとして外径４０〜５０ｍｍ程度のものが使用されているので、ハウジング６はそのスリーブを受け入れられる程度の内径を有し、長さ６０〜７０ｍｍ程度あれば十分である。そして、スリーブ保持用環状パッキン８が嵌め込まれる環状凹部７の深さは、保持用パッキンの硬さ、横幅にもよるが、数ｍｍ程度で十分である。保持用パッキンとしては、硬さがショアーＡ硬度で７０〜９０度程度のニトリルゴムやウレタンゴムを使用することが好ましい。スリーブ保持用環状パッキン８の内径も、保持用パッキンの硬さ、横幅によっても変わるが、スリーブ外径に対してわずかに小さくした程度で十分である。幅も数ｍｍ程度で十分である。

ストッパー部側環状シールパッキン９としても、前記保持用パッキン８と同程度の硬さのニトリルゴムやウレタンゴムを使用することが好ましい。サイズ的には、シールの際に負荷される圧力に耐えシール効果を十分に発揮させるためにある程度大きくすることが好ましい。
ストッパー部側環状シールパッキン９にスリーブ保持機能を持たせるためには、その最小部内径はスリーブ外径に対してわずかに小さくした程度で十分である。
アダプターリング１１の材質も、円筒状ハウジング６と同質のものが使用される。

次に、本発明の最大の特徴、すなわち前記特許文献２に対する最大の改良点について説明する。
スリーブ挿入口側環状シールパッキン１０の外側をストッパー部側環状シールパッキン９と同材質のニトリルゴムやウレタンゴムからなる外側リング状部材１０−１で構成する。そしてその内側に、ニトリルゴムやウレタンゴムよりも硬質のテフロン（登録商標）材または強化繊維を含有させることによって硬度を高めたニトリルゴム，ウレタンゴムからなる内側リング状部材１０−２を嵌め込んだ２層構造とする。嵌め込み構造のずれ防止のために、外側リング状部材の内面に凹部を、内側リング状部材の外面に凸部を設け、両者を嵌め合わせた構造１０−３とすることが好ましい。

次に本発明ロックボルト加圧・膨張用シールヘッドを使用して、ロックボルトを加圧・膨張させる態様について説明する。加圧・膨張させる態様は前記特許文献２に記載した態様と全く同様である。
図１に示した通り、膨張用の凹みが形成され、先端部が閉じられ、後端部に加圧流体圧入用スリーブ２２が被せられたロックボルト２１のスリーブ２２に本発明ロックボルト加圧・膨張用シールヘッド２４を嵌め合わせる。
スリーブがスリーブ保持用環状パッキン又は／及びストッパー部側環状シールパッキンに抗するように挿し込まれる態様となって、スリーブ２２はシールヘッド２４内に保持される。したがって、例えばトンネルのクラウン部に穿たれた穴に挿入されたロックボルトに当該シールヘッドを嵌着させた場合であっても、シールヘッド２４がスリーブ２２から自重で落下するようなことはない。スリーブ保持用環状パッキン又は／及びストッパー部側環状シールパッキンのサイズ，材質は、シールヘッド２４内へのスリーブ２２の着脱が人力で容易に行える範囲の着脱力になるように調整・設定することが好ましい。
また、スリーブ挿入口側環状シールパッキンの内面は、比較的硬質な材料で構成されているため、スリーブ２２に穿設されている加圧流体圧入孔２３に切削バリが残存していても、疵がつき難い。

シールヘッド２４（図２では１）の円筒状ハウジング６に穿たれた流体流入口１５の端部に設けられた口金装着用雌ネジ部１８に加圧流体注入用口金をねじ込み、加圧流体の圧入を開始する。
圧入された加圧流体は、円筒状ハウジング６内のアダプターリング１１外周面に導かれる。アダプターリング１１には内側に連通する流体流通孔１６は１〜２個しか設けられていないので、加圧流体は流体流通孔１６に達する前に２つの環状シールパッキン、すなわちストッパー部側環状シールパッキン９とスリーブ挿入口側環状シールパッキン１０の外周表面に設けられた押圧用窪み１４に作用し、２つの環状シールパッキンを内方に移動、すなわちスリーブに押し付ける。スリーブ挿入口側環状シールパッキン１０の内側に硬質のテフロン（登録商標）材があっても、その外側の軟質のウレタンによって、テフロン（登録商標）材を変形させ、内側に押圧する形態となるので、シール作用上では全く問題はない。環状シールパッキンを効かせてシールヘッド２４内面とスリーブ２２外面を密閉する。その後加圧流体は、アダプターリング１１に穿たれた流体流通孔１６を経由し、アダプターリング１１内周の環状窪み１３とスリーブの貫通孔、すなわち加圧流体圧入孔２３を通ってロックボルト内に圧入され、ロックボルト２１を膨張させる。

以上に説明したように、ハウジング内に複数の環状シールパッキンとその間に配置したアダプターリングを有するロックボルト加圧・膨張用シールヘッドにおいて、スリーブ挿入口側環状シールパッキンとして、その内面に硬質のリング状部材を嵌め込んだものを使用することにより、環状シールパッキンの耐久性を飛躍的に向上することができる。
このため、ロックボルト加圧・膨張用シールヘッドを長時間にわたって連続的に使用でき、岩盤補強作業の途中でシールパッキンの交換を行う必要もないので、岩盤補強作業が極めて効率的に行えるようになる。

シールヘッドを使用してロックボルトを加圧・膨張させる態様を説明する図 本発明のロックボルト加圧・膨張用シールヘッド構造を説明する図 スリーブ挿入口側環状シールパッキンの構造を説明する図

符号の説明

１：シールヘッド ２：スリーブ挿入口 ３：ストッパー部
４：小径部 ５：大径部 ６：円筒状ハウジング ７：管状凹部
８：スリーブ保持用環状パッキン ９：ストッパー部側環状シールパッキン
１０：スリーブ挿入口側環状シールパッキン １１：アダプターリング
１２：ガイドリング １３：環状窪み １４：シールパッキン押圧用窪み １５：流体流入口 １６：流体流通孔 １７：ガイドリングシール用パッキン １８：口金装着用雌ネジ部
２１：ロックボルト ２２：スリーブ ２３：加圧流体圧入孔
２４：シールヘッド

Claims (2)

1. 円筒状ハウジング（６）内に、ストッパー部側環状シールパッキン（９），スリーブ挿入口側環状シールパッキン（１０）及びその間に配置されたアダプターリング（１１）を嵌め込んだロックボルト加圧・膨張用シールヘッドにおいて、スリーブ挿入口側環状シールパッキン（１０）が、その外側を構成する軟質弾性材料からなる外側リング状部材と、その内側に嵌め込まれ、外側の軟質弾性材料よりも硬質な弾性材料からなる内側リング状部材とからなる２層構造を有することを特徴とするロックボルト加圧・膨張用シールヘッド。
2. 円筒状ハウジング（６）が、先端にスリーブ挿入口（２）、後端にストッパー部（３）を有し、後端のストッパー部につながる小径部（４）と、先端のスリーブ挿入口につながる大径部（５）を有するとともに、前記大径部（５）に挿入されたストッパー部側環状シールパッキン（９）、スリーブ挿入口側環状シールパッキン（１０）及びその間に配置されたアダプターリング（１１）と、前記スリーブ挿入口（２）から嵌入され前記ストッパー部側環状シールパッキン（９）、スリーブ挿入口側環状シールパッキン（１０）及びアダプターリング（１１）の軸方向の移動を規制するガイドリング（１２）を備え、前記ストッパー部側環状シールパッキン（９）の内径が挿入されるスリーブの外径よりもわずかに小さくされ、さらに前記アダプターリング（１１）内面の軸方向中央に環状窪み（１３）が形成されるとともに、前記ストッパー部側環状シールパッキン（９）及びスリーブ挿入口側環状シールパッキン（１０）の外面の軸方向中央にシールパッキン押圧用窪み（１４）が形成され、しかも前記円筒状ハウジング（６）のアダプターリング（１１）対応箇所に流体流入口（１５）を貫通させ、前記アダプターリング（１１）に流体流通孔（１６）を貫通させた形状を有する請求項１に記載のロックボルト加圧・膨張用シールヘッド。

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