JP4213566B2 - 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て、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、崩落し易いまたは湧水が多い岩盤や地盤を早期に安定化させるために、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。

本出願人等も、特許文献２で、先端にスリーブ１を挿入するスリーブ挿入口２、後端にストッパー３を有し、後端のストッパー３につながる小径部４と、先端のスリーブ挿入口２につながる大径部５からなる円筒状ハウジング６と、前記大径部５に挿入されたストッパー側環状シールパッキン７、スリーブ挿入口側環状シールパッキン８及びその間に配置されたアダプターリング９と、前記スリーブ挿入口２から嵌入され前記ストッパー側環状シールパッキン７、スリーブ挿入口側環状シールパッキン８及びアダプターリング９の軸方向の移動を規制するガイドリング１０を備え、前記アダプターリング９内面の軸方向中央に環状窪み１１が形成されるとともに、前記ストッパー側環状シールパッキン７及びスリーブ挿入口側環状シールパッキン８の外面の軸方向中央にシールパッキン押圧用窪み１２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対応箇所に流体流入口１３を貫通させ、前記アダプターリング９に流体流通孔１４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１５を提案している（図１参照）。なお、図１中、１６は、円筒状ハウジング６とガイドリング１０との間に配置した環状シールパッキングであり、１７はガイドリング１０を円筒状ハウジング６に嵌め込むための工具挿入孔である。また、１８は、スリーブ１に設けた流体流入口である。

特公平２−５２３８号公報 特願２００２−１７３３１８

上記特許文献２に記載されたようなロックボルト加圧・膨張用シールヘッド１５にあっては、ストッパー側環状シールパッキン７、スリーブ挿入口側環状シールパッキン８及びその間に配置されたアダプターリング９をスリーブ挿入口２から嵌入し、その後に、ガイドリング１０をスリーブ挿入口２から嵌め込んで前記ストッパー側環状シールパッキン７、スリーブ挿入口側環状シールパッキン８及びその間に配置されたアダプターリング９の移動を規制する形態となっている。
そして、上記特許文献２に記載されたような鋼管膨張型ロックボルトにあっては、被せられた加圧流体圧入用スリーブ１は、加圧・膨張用シールヘッドを嵌着して加圧流体を注入するための注入孔１８と、その両側にパッキンでシールするための領域からなる円筒状部１９と、円筒状部１９の座金２１側に設けた、座金２１との接触面積を大きくするための端部の径を拡大したフレア部２０とを有する形状を備えている（図２参照）。

このため、加圧流体圧入用スリーブ１は比較的長くなっており、座金２１を介して岩盤に穿たれたロックボルト挿入用孔に挿入した際、座金２１からの突出長さが従来の棒鋼タイプのロックボルトに比べて長くなっている。
ところで、トンネル等の施工現場にあっては、吹付けコンクリート層の上から鋼管膨張型ロックボルト挿入用孔を穿設しており、当該ロックボルトの加圧・膨張により岩盤を補強した後、吹付けコンクリート層の上に覆工コンクリートを打設している。覆工コンクリートを打設するに当り、スリーブ突出部において覆工コンクリートの厚さが薄くなるために強度が低下するという問題がある。覆工コンクリートの厚さが薄くなることに伴う強度低下を抑えるためには、スリーブ突出高さ、すなわちスリーブの長さを短くする必要がある。
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、長さが短いスリーブを被せたロックボルトにおいても、スリーブを確実に保持し、加圧・膨張用圧力流体を流入できるロックボルト加圧・膨張用シールヘッドを提供することを目的とする。

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、先端にスリーブ挿入口３１を有する小径部３２と、該小径部につながり後端に開口を有する大径部３３からなる円筒状ハウジング３４と、前記ハウジング３４の大径部３３内に挿入されたスリーブ挿入口側環状シールパッキン３５，ストッパー側環状シールパッキン３６及びその間に配置されたアダプターリング３７と、前記大径部３３の後端開口から嵌入され、前記スリーブ挿入口側環状シール パッキン３５，ストッパー側環状シールパッキン３６及びその間に配置されたアダプターリング３７の軸方向の移動を規制する固定リング３８を備え、該固定リング３８は内面に段差３９を有してストッパーを形成するとともに、その先端側に前記小径部３２と同じ内径のスリーブ受容空隙４０が設けられており、前記シールヘッドのアダプターリング３７内面の軸方向中央に環状窪み４１が形成されるとともに、スリーブ挿入口側環状シールパッキン３５及びストッパー側環状シールパッキン３６の外面の軸方向中央にシールパッキン押圧用窪み４２が形成され、しかも前記円筒状ハウジング３４の外表面とアダプターリング対応箇所の間に流体流入口４３を貫通させ、前記アダプターリング３７に流体流通孔４４を貫通させた形状を有することを特徴とする。
前記アダプターリング３７には、１つあるいは複数のボールプランジャー４８を設置することが好ましい。

本発明においては、ハウジング３４内に挿入されたスリーブ挿入口側環状シールパッキン３５，ストッパー側環状シールパッキン３６及びその間に配置されたアダプターリング３７を、スリーブ挿入端３１とは反対側の大径部３３後端開口から嵌め込んだ固定リング３８によって固定している。このため、スリーブ挿入端とアダプターリングの間隔、すなわち、スリーブ挿入端と流体流通孔との間隔を短くすることが可能となる。したがって、短いスリーブを被せたロックボルトにも被着可能となる。
本発明により、スリーブの短縮化が可能となるので、岩盤に挿入して加圧・膨張されたロックボルトの突出高さを低くすることができる。このため、覆工コンクリートの厚さを薄くしても、スリーブ突出部先端と覆工コンクリート表面との間の距離、すなわちスリーブ突出部のコンクリート厚を確保でき、覆工コンクリートのひび割れの危険性を低くして、信頼性の高い覆工コンクリート層を得ることができる。その結果、例えばトンネル掘削工事の工期短縮と工費の削減が可能となる。

本発明者等は、ロックボルトを岩盤に打ち込んだ際に、吹付けコンクリート層表面から外側に突出している部分を極力短くする方法について検討した。その最も簡便な方法は加圧流体圧入用スリーブの長さを短くすることである。スリーブを短くするに伴って、そのスリーブに嵌着させて加圧流体を圧入するするためのヘッドのスリーブ保持部分を短くする必要もある。スリーブを短くするための構造に関しては、別の発明に譲っている。例えば図４に示したように、スリーブ５０を大径部５１と小径部５２との２分割構造とし、小径部５２を前述したような座金の内側に配設して、大径部５１のみを吹付けコンクリート層の外面に突出させる形態とすることも有効である。
本発明では、シールヘッドのスリーブ保持部分を短くするために、従来のロックボルト加圧・膨張用シールヘッドにおいて、スリーブを保持する２つの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を押えるリングの嵌入方向を、後方から嵌入する形態に変更した。

本発明のシールヘッドの具体的構造を、図３を用いて説明する。
シールヘッドを構成する円筒状ハウジング３４は、先端にスリーブ挿入口３１を有する小径の空間部３２と、該小径の空間部につながり後端に開口を有する大径の空間部３３とから構成されている。この円筒状ハウジング３４の大径の空間部３３内には、スリーブ挿入口３１から順に、スリーブ挿入口側環状シールパッキン３５，アダプターリング３７及びストッパー側環状シールパッキン３６が前記大径の空間部３３の後端開口から挿入されている。前記スリーブ挿入口側環状シールパッキン３５，ストッパー側環状シールパッキン３６及びその間に配置されたアダプターリング３７の軸方向の移動を規制するために、前記ハウジング３４の大径の空間部３３後端開口から挿入された固定リング３８で固定されている。固定リング３８は、内面に段差３９を設けてストッパーを形成するとともに、その先端側に前記小径の空間部３２と同じ内径のスリーブ受容空隙４０を設けている。

なお、４５は、固定リング３８と円筒状ハウジング３４の間を密閉するための固定リングシール用の環状パッキンである。
スリーブ挿入口側環状シールパッキン３５及びストッパー側環状シールパッキン３６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４２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４１が形成されている。

また、円筒状ハウジング３４の外表面とアダプターリング対応箇所の間に流体流入口４２を貫通させ、アダプターリング３７には内面の環状窪み４１に連通する流体流通孔４４を１〜２個貫通させている。上記流体流入口４３には、口金装着用雌ネジ部４６が設けられている。４７は固定リング３８を円筒状ハウジング３４に嵌め込むための工具挿入孔である。
上記の態様では、シールヘッドとスリーブは、２つの環状シールパッキンで保持される。スリーブがシールヘッドに嵌め込まれ、加圧流体を送り込むと、送り込まれた加圧流体は円筒状ハウジング３４内のアダプターリング３７外周面に導かれる。アダプターリング３７には内側に連通する流体流通孔４４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４４に達する前に２つの環状シールパッキン、すなわちスリーブ挿入口側環状シー３５とストッパー側環状シールパッキン３６の外周表面に設けられた押圧用窪み４２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て、スリーブはハウジング内で固定されることになる。その後に、送り込まれた加圧流体はアダプターリング３７に設けられた流体流通孔４４を通ってロックボルト内に圧入されることになる。

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。
円筒状ハウジング３４や固定リング３８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、最大外径部長さが３５〜４０ｍｍ程度のものが使用されているので、ハウジング３４の大径部およびそれにつながる空間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３０〜５０ｍｍ程度あれば十分である。そして、環状シールパッキンとしては、硬さがショアーＡ硬度で７０〜９０度程度のニトリルゴムを用いることが好ましい。シールパッキンの損耗を抑制するためには、その内表面側を硬く、外表面側を軟らかいゴムとした２層構造のパッキンを用いることも有効である。

本発明により、例えば図３に示す小径の空間部３２の長さを、強度的に可能な限り短くすることができ、結果的に、シールヘッドの先端壁と２つの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の間隔を短くすることができている。すなわち、短くしたスリーブにも対応できる構造とすることが可能になっている。そして、２つの環状シールパッキンやアダプターリングに改良を加え、極力幅を狭くすると，上記間隔をさらに短くすることができる。しかしながら、小径空間部の長さや，環状シールパッキンあるいはアダプターリングの幅が狭くなると、シールヘッドでのスリーブ保持力が低くなる。

ところで、本発明者等は別途（特願２００３−３０８８２２）、外周面に環状の凹溝５３を形成したスリーブを提案している（図４参照）。そこで、本発明では、そのスリーブの環状凹溝を有効に活用して、スリーブ保持力を強化すべく改善を試みている。
すなわち、環状のアダプターリング３７に、ボールプランジャー４８を付設してスリーブ保持力を高めたものである。環状のアダプターリング３７には、その内面軸方向中央に環状窪み４１が形成されている。その環状窪み部４１に、１つあるいは複数のボールプランジャー４８を外面から穿設した貫通孔に捩じ込んで設置する。

通常、ロックボルト被着されたスリーブの先端部には面取りが施されている。このため、シールヘッドをスリーブに被着するとき、スリーブをシールヘッドのスリーブ挿入口からシールヘッド内に挿し込む態様となるので、スリーブ先端の面取り部がボールプランジャー４８のボールを押し込んでスリーブはシールヘッド内に挿し込まれる。スリーブの外周環状凹溝５３がボールプランジャー設置位置まで達したとき、ボールプランジャー４８のボールがスリーブの凹溝５３内に押し出される。これにより、いわゆるロックされる態様で、スリーブがシールヘッド内に固定されることになって保持力が高くなる。
シールヘッドをスリーブから外す際には、ボールの作用は上記と逆の動きをしてスリーブヘッドは容易に外れる。

以上に説明したように、本発明のロックボルト加圧・膨張用シールヘッドでは、スリーブを保持して加圧流体を圧入する環状シールリング及び環状アダプターリングをヘッドの後端側から嵌め込んだ固定リングで固定しているため、ヘッド先端と環状シールリング及び環状アダプターリングの間隔を狭くすることができ、結果的に長さが短いスリーブにも適用可能となった。
長さが短いスリーブを被せたロックボルトを使用できるために、岩盤の補強工事を行った際のモルタル層表面からの突出部高さを低くすることができ、覆工コンクリートの厚さを薄くしても、突出部先端と覆工コンクリート表面との間の距離、すなわち突出部のコンクリート厚を確保することができる。
本発明により、ひび割れの危険性を回避して信頼性の高い覆工コンクリート層を得ることができる。

特許文献２で提案されたロックボルト加圧・膨張用シールヘッドの構造を説明する断面図 岩盤に穿設した孔に従来のロックボルトを挿入した状態を説明する図 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断面図 本発明ロックボルト加圧・膨張用シールヘッドをスリーブに被着した状態を説明する図 シールヘッドに嵌合されたアダプターリングの、ボールプランジャー取付け態様、その機能を説明する図

符号の説明

３１：スリーブ挿入口 ３２：小径の空間部 ３３：大径の空間部 ３４：円筒状ハウジング ３５スリーブ挿入口側環状シールパッキン ３６：ストッパー側環状シールパッキン ３７：アダプターリング ３８：固定リング ３９：段差 ４０：スリーブ受容空隙 ４１：環状窪み ４２：シールパッキン押圧用窪み ４３：流体流入口 ４４：流体流通孔 ４８：ボールプランジャー

Claims (2)

1. 先端にスリーブ挿入口（３１）を有する小径の空間部（３２）と、該小径の空間部につながり後端に開口を有する大径の空間部（３３）からなる円筒状ハウジング（３４）と、前記円筒状ハウジング（３４）の大径部（３３）内に挿入されたスリーブ挿入口側環状シールパッキン（３５），ストッパー側環状シールパッキン（３６）及びその間に配置されたアダプターリング（３７）と、前記大径部（３３）の後端開口から嵌入され、前記スリーブ挿入口側環状シールパッキン（３５），ストッパー側環状シールパッキン（３６）及びその間に配置されたアダプターリング（３７）の軸方向の移動を規制する固定リング（３８）を備え、該固定リング（３８）は内面に段差（３９）を有してストッパーを形成するとともに、その先端側に前記小径の空間部（３２）と同じ内径のスリーブ受容空隙（４０）が設けられており、
   アダプターリング（３７）内面の軸方向中央に環状窪み（４１）が形成されるとともに、スリーブ挿入口側環状シールパッキン（３５）及びストッパー側環状シールパッキン（３６）の外面の軸方向中央にシールパッキン押圧用窪み（４２）が形成され、しかも円筒状ハウジング（３４）の外表面とアダプターリング対応箇所の間に流体流入口（４３）を貫通させ、前記アダプターリング（３７）に流体流通孔（４４）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。
2. アダプターリング（３７）に、１つあるいは複数のボールプランジャー（４８）が設置されている請求項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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