JP4504563B2 - 岩石壁を封止する装置および岩石壁を補強しかつ封止する装置 - Google Patents

Description

【０００１】
（技術分野）
本発明は岩石壁を封止する装置および岩石壁を補強しかつ封止する装置に関し、特に、岩石壁内の穿孔に挿入されるように設計されている注入管を備えており、この注入管を通して上記の穿孔に充填材が注入される、岩石壁を封止する装置および岩石壁を補強しかつ封止する装置に関するものである。
【０００２】
本発明の一態様によると、この装置にはまた、密封効果と補強効果の双方がこの装置の使用によって得られるように、補強ロッド、すなわち従来の補強棒材も備えることができる。本発明はトンネルおよびその他の岩石空洞の建設に利用される。
【０００３】
（背景技術）
例えば、トンネルまたは岩石空洞を建設するために、岩石壁内で労働しているとき、ガスや水がトンネルまたは岩石空洞を貫通して浸透するのを防止する目的で、強度を高めそして亀裂などを密封するために、岩石壁の補強が求められることは非常に多い。公知の補強方法は、幾つかの穿孔を均等になるよう分散させて岩石壁にうがつことより始まるが、これらの穿孔はほぼ５センチメートルの直径で約１〜６メートルの深さを有することが多い、
岩石壁を補強する方法の１つは、同軸に配置されている異なった直径の２つの管を穿孔に挿入することであったし、また現在でもそれが続けられている。これらの管壁間のスペースにはセメントまたはコンクリートが充填され、その後、充填材が硬化する前に、上記の管は抜き出され、そして補強棒材が中央の穴に打ち込まれる。この方法の大きな欠点は、充填材と補強棒材が穴から外に落ちることがかなり頻繁にあって、そのために、成功するまでにしばしば何回も補強を繰り返さなければならないことにある。また更に、穿孔につながっている亀裂に岩から水が漏れている場合、充填材は、それがうまく硬化する前に、流されてしまうことがある。この場合、通常は穿孔の開口部にゴムのプラグまたはタップを挿入し、そして穴にコンクリートまたはセメントを充填して、その後に硬化させるようにして、まず最初の段階で岩石を密封しなければならない。この後に、コンクリートやセメントに穴を穿孔し、上述と同様な方法で強化する。明らかであるように、この方法は幾つかの段階からなるうえに、補強材が適宜な場所に留まるかどうかが確実ではない。
【０００４】
より新しい公知のシステムでは、各穿孔に長いボルトを挿入するが、このボルトは穿孔内に固着させるためにその頭部にエキスパンダが備えられている。穿孔から突き出しているボルトの端末には、穿孔の上をカバーのように覆う座金が配置されており、そしてこの座金の中心に半球体が設置されている。ボルトはこの半球体からある距離だけ突き出し、そしてナットによりその部分を囲まれているが、ボルト先端にあるエキスパンダが岩石に固着されるときにこのナットは締められる。固着の後に、セメントペーストが半球体内に注入されて穿孔の内部に入り込み、最初はボルトを囲むプラスチック管の内部に、そして次にはセメントが座金の穴を通って出て来るまで、このプラスチック管の外側を埋める。このシステムは確かに岩石壁を強化するが、含水亀裂およびこれと類似のものの密封には適していない。ボルトに最も近いセメントに気泡が形成されていれば、ボルトには腐食の問題が起こる恐れもある。
【０００５】
セメントまたはコンクリートを穿孔に充填して実施する岩石の密封には、岩石壁の亀裂への漏水に関連する問題がある。我々の知る限り、圧力を掛けた状態で充填材を穿孔に充填するために用いることができる現存の装置はない。
【０００６】
岩石壁を密封する従来の方法には、例えば、岩石壁のいわゆる「ライニング」、すなわちコンクリート被覆が含まれているが、これは労働集約的で費用がかかる。もう１つの公知の方法は、岩石壁に注入される密封材を利用するものである。この方法は、密封材に毒性物質、アクリルアミドが含まれていて、これが地下水に拡散される恐れがあるため、非常に大きな環境保全上の欠陥を有していることが判明している。
【０００７】
（発明の開示）
以下、本発明は主として、岩石壁の封止および補強の双方を実施できるように設計されている装置に関して説明される。しかしながら、岩石壁を封止するだけで、補強しないように設計されている装置であって、この場合、補強ロッドや固着手段を含まない装置にも、本発明は関係している。
【０００８】
岩石壁を封止する装置および岩石壁を補強しかつ封止する装置であって、この装置によって上述の幾つかの欠点が避けられるか、または少なくとも最低限に抑えられ、ほんの数段階で岩石壁の封止、または補強および封止を実施することができる装置において、穿孔につながる含水亀裂の密封がなされ、そしてセメント内の気泡が避けられる、岩石壁を封止する装置および岩石壁を補強しかつ封止する装置を提供することが、本発明の目的である。
【０００９】
補強ロッド、例えば、岩石壁の穿孔に挿入される従来の補強棒材を備えており、この穿孔に次に充填材が注入され、更にまた充填材のための逆止め弁を備えている、岩石壁を補強しかつ密封するための装置によって、この目的は達成される。この逆止め弁は穿孔内の充填材の圧力に耐えられるように設計されている。こうして、充填材は圧力を掛けた状態で注入され、この圧力で穿孔につながる岩石の亀裂は密封される。上記の逆止め弁は、充填材の出口開口部を備えている注入管を囲むゴムのスリーブから成ることが好ましく、この注入管は上記の補強棒材またはこれと同様なものに接合されていることが好ましい。
【００１０】
本発明の更なる特徴および側面は、上記の請求の範囲と下記発明の詳細な説明によって明らかになるであろう。添付の図面を参照しながら、以下に本発明の詳細な説明がなされる。
【００１１】
（発明を実施するための最良の形態）
図１を参照すると、本装置の一部を形成する補強棒材は参照番号１で表されている。作図技術上の理由により、この図の補強棒材はその頂部において破断されているが、実際は長さが約０．５〜１０ｍ、好ましくは１〜７ｍ、そして更により好ましいのは２〜５ｍである。図１および図２では本装置は、トンネルまたは岩石空洞の天井において上方に向かっている垂直な穿孔内に配置されるものとして示されており、この位置は以下の説明においても用いられている。しかし、この装置は当然、水平な穴、傾斜のある穴、または下方に向かっている垂直な穴にも用いられることを理解してほしい。補強棒材１は、セメントまたはコンクリート（以後は、充填材と呼ばれる）内で、これに囲まれて、しっかり固着されるために深い輪郭を持った面を有している。その両端でしっかりと溶接されている連結スリーブ２を介して、補強棒材の延長部として補強棒材の底部に注入管３が接合されており、この注入管は内側に長い空洞部を有し、そして充填材を充填するためのホースを連結するためにその底部で開口している。
【００１２】
補強棒材１のための連結スリーブ２からある距離だけ下に逆止め弁４が配置されている。充填材が逆止め弁を介して穿孔に圧力を掛けた状態で注入されるとき、逆止め弁は充填材の圧力に耐えるようになっている。この逆止め弁により充填材は圧力が掛かっているにも係わらず、硬化するまえに穿孔から外に出ることはない。この逆止め弁４は、注入管３の一部を囲むゴムスリーブ５を備えている。ゴムスリーブの領域に、注入管３は充填材のための幾つかの出口開口部６を有している。もちろん、ある程度まで弾性があって強い他の材料で作ることも可能であるゴムスリーブは、底部では第１の直径そして頂部では第２のより小さい直径を有する円錐台形外被として、適宜に形成される。第１の直径の所では、ゴムスリーブ５は雌ねじ切りされたアイナット７の位置で充分に加硫硬化処理されており、一方このアイナットは雄ねじ切りされたリングファスナ８にしっかりとねじ込まれる。リングファスナ８は注入管３を囲み、そしてこの注入管にしっかりと溶接される。リングファスナ８はまたその底部にフランジ９を有し、このフランジの上面にアイナット７が付けられている。ゴムスリーブ５の上部のより小さい直径の部分は、注入管３の周囲を密封するような形で終端となっている。この密封の目的のために、先端部には、ゴムスリーブの内側に配設された複数Ｏリングから成る幾つかの、例えば２つの内部リップシールが適宜に備えられているか、あるいは先端部において幾つかの連続的な突出部がゴムスリーブの内側に作られている。
【００１３】
フランジ９の下において、注入管は上部フランジ１４を有する細い管１３によって囲まれており、この上部フランジは上記のフランジ９の下面の近くにある。上部フランジ１４の下面には、これもまた適宜にゴムから成るスリーブ１０の形態をなしている密封部材の狭い上部端末がある。このゴムスリーブ１０は、細い管１３により囲まれている注入管下部の一部を囲んでいて、その狭い下端は、ナット１２に乗っている座金１１の上にある。ナット１２の領域とゴムスリーブ１０の下からある距離だけ上の所まで、注入管３および細い管１３の少なくとも何れかは、ナット１２と同じねじ山寸法で雄ねじ切りされている。
【００１４】
この装置の上部において、その頭部にエキスパンダを形成するトップピースが適宜に配置されている。このエキスパンダは図２に示されているが、この図２は図１に示されている装置に連続しており、補強棒材１（一部しか図示されていない）のより長い部分は、図１による部分を図２による部分に接続している。エキスパンダはスリーブ状のスペーシング部品２１によって補強棒材に接合されており、このスペーシング部品はその底部において補強棒材の端末部分にしっかりと溶接されており、そしてその頭部の内側には雌ねじ山が切られている。このねじ山に連結ピン２２がねじ込まれ、連結ピン２２は、底部では少なくともある距離にそして頭部でもある距離に雄ねじが切られているストレートピンである。連結ピン２２はその頭部が、コア部材２３の雌ねじ山を有している穴に、エキスパンダが拡張されていない状態では、部分的にねじ込まれる。岩石への本装置の固着がなされるとき（これについては、後により詳細に説明される）、もっと先までねじ込めるように、ここの穴は充分に長くなっている。コア部材２３は頭部において先細になって狭い円錐形部２４となり、そしてこの円錐形部の上では雄ねじが切られている。頂部円錐形部材２５は円錐形部２４とそしてコア部材２３の下部の一部とを囲んでいる。頂部円錐形部材２５は、コア部材２３の円錐形部２４に応じた内側斜面を底部に有している。この頂部円錐形部材の上に、これをしっかり保持するために頭部ナット２６が配置されている。頂部円錐形部材の内側斜面とコア部の円錐形部２４との間に、相当数、好ましくは１〜１０枚、適宜な数としては２〜６枚の止め座金２７がコア部材２３の周囲に固着されている。この種の止め座金は図３に水平におかれた状態で示されており、相当数のスリット４１、好ましくは２〜１０箇所、適宜な数としては４〜７箇所のスリットを備えている座金である。これらの座金がコア部材の円錐形部２４上に固着されているとき、これらは円錐台形の外被の形態をなしている。これらの座金の下に、連結ピン２２の上部とコア部材２３の下部とを囲んで、ルーズスリーブ２８が配置されており、このスリーブにはその底部に内側を向いたフランジ２９が設けられている。このフランジ２９はスペーシング部品２１の狭い上部端末に乗っている。
【００１５】
特別の指示がなければ、上述の部材は、熱亜鉛メッキするこができるか、または他の方法で表面保護をすることができる、いわゆるカム（ｃａｍ）スチールで作ることが好ましい。
【００１６】
図３は上述のように、水平な状態に置かれた止め座金２７を示している。スリットは座金の周縁から始まり、座金の内部ボアの直径に向かって、そこにほとんど達するが、完全には達しないまで延び、内側に向かって先細になっている幅を有し、そして最先端には丸みがある。座金の内部ボアの直径には、座金がコア部材２３に設置されているときに回転することを防ぐために、適宜に狭い直線部分４２が作られている。止め座金は、厚さ０．１〜１ｍｍ、好ましくは０．２〜０．７ｍｍ、そして更に好ましくは０．３〜０．４５ｍｍの冷間圧延された硬化スチールから適宜に作られる。好ましい実施例では、この座金は約６０ｍｍの外径とそして約２０ｍｍの内部ボアとを有している。
【００１７】
本装置の機能は以下のようなものである。この装置の長さと少なくとも同じ長さを有する穴３０（図４）が岩石壁にあけられる。座金１１とナット１２とが穿孔の口に来るまで、装置は穿孔に挿入される。その後、穿孔から突き出している注入管の部分を把持する液圧装置によって適宜に、注入管３は相当回数にわたって回転させられる。こうして、回転は補強棒材１にまで至りそして更に、この補強棒材の上部に接合されている、スリーブ状のスペーシング部品２１に至る。その結果、連結ピン２２の上部は更に、コア部材内側のねじ切りされた穴にねじ込まれ、コア部材２３の外側でスペーシング部品の狭い上部端末がスリーブ２８の下のフランジ２９に押しつけられ、スリーブ２８が上方に押されて止め座金２７に当たる。スリーブ２８はこのとき止め座金２７に対する加圧装置として作用することになり、その結果、これらの止め座金２７の円錐台形の外被の形状は少なくともいくらか平らになる。こうして、止め座金の周囲は強く穿孔の壁に押しつけられ、そのため、この装置全体が岩石に固着される。次の段階では、ナット１２を締めることによって、ゴムスリーブ１０が軸方向に圧縮され、同時にゴムスリーブは図４に示すように半径方向に広がって注入管３と穿孔の下部壁との間を密封する。ここで、１本のパイプ（不図示）を注入管に連結させることができ、そして充填材３１Ａが圧力を掛けた状態で注入され、それによって充填材は注入管の出口開口部６から流れ出し、そしてゴムスリーブ５の上部直径部から穿孔内に浸透する。ゴムスリーブ５はここで、装置に組込まれている逆止め弁として作用し、その結果充填材は、圧力を掛けた状態にあるにも係わらず、それが硬化する前に穿孔から戻ることができない。また、例えば液圧管タイプのような小さな直径の導管３５が、穿孔３０の最も外側の区域に配置されていることが有利である。この導管はスペーシング部品２１の上流まで伸びていることが望ましい。導管３５は、充填材が導入されるとき、穿孔から空気とガスを送り出すガス抜き管として作用する。充填材の導入の際に、充填材が導管から連続的に放出され始めたとき、穿孔の入口に近接する導管３５の開放端末は密封され、その後、穿孔への充填材の導入は圧力の掛かった状態で実施することができる。
【００１８】
圧力の掛かった状態なので、亀裂がたとえ含水状態であっても、穿孔につながっている亀裂３２に充填材を浸透させることができる。約１００バールの圧力に達していても、または約５０〜８０バールの適宜な圧力であっても、所望の圧力に達したとき、逆止め弁４とゴムスリーブ１０の働きで、充填材３１Ａはそこに留まることができ、圧力を掛けた状態で硬化する。充填材が硬化し終わると、ナット１２は外され、座金１１は除去され、そしてゴムスリーブ１０は、フランジを備えた細長い管１３によって、穴から抜きとられる。
【００１９】
そのとき、フランジ９の下のスペースは、一方の側に充填材を充填するための穴を備えている大きな座金（不図示）を穿孔の開口部に設置することによって、図５の充填材３１Ｂによって充填され、空気は空気管を通って穴から排出される。しかしながら、腐食の危険性が大きくなければ、フランジを備えた細長い管１３を装置から除外することができ、その場合にはこの装置が穿孔に装着された後でも、ゴムスリーブ１０、座金１１そしてナット１２を除去せずにそのまま永久に残しておくこととなる。穿孔の開口部とそのすぐ周りの周囲とは次に従来のやり方に従い、プレート、ディスクまたは座金３３によってカバーされ、注入管の突出部にねじ込まれたナット３４によって岩石壁に押しつけられる。
【００２０】
本発明の装置によって、充填材を穿孔に注入し適宜な圧力を掛けた状態で硬化させることを可能とする、密封および逆止め弁機能のための比較的に簡単でかつ費用のかからない構造が達成される。この比較的に簡単でかつ費用のかからない構造によって、密封部材、逆止め弁およびエキスパンダは穿孔内に残され、その結果、大きな金額となるその後処理の費用をかけることなく、明らかに永続的ではあるが使い捨て可能な資材を形成することが可能になる。補強棒材の近辺における腐食を促進させる気泡は、圧力が掛けられるためにその発生が妨げられる。本発明によるもう一つの利点は、周囲環境や好みに応じて様々な粘性または乾燥度の充填材のために、この装置を用いることができるということである。
【００２１】
図６を参照すると、補強することなしに岩石壁を密封するための装置である本発明のこの実施例は、図１、図４および図５に示されている装置の下部に完全に対応している。従って、図６における実施例の装置には補強棒材も固着手段も含まれていない。その代わりに、注入管３は逆止め弁４の下流において行き止まりの端末壁３Ａで終わっている。図６の実施例の装置によって、充填材は圧力を掛けた状態で穿孔内に導入され、そして残存している圧力の下で硬化され、それによって、穿孔内に開口している亀裂３２の密封が充分に達成される。本発明のこの実施例は、比較的強度があるが水漏れのある岩石に用いられることが好ましい。
【００２２】
本発明は、上述の実施例に限定されるものではなく、上記の特許請求の範囲内において変形され得る。従って、例えば、岩石内にこの装置を固着させるためのエキスパンダは、その中には従来技術に属するものも含まれる、多くの様々な方法で作成できることは、専門家にとっては容易に認められることであろう。密封および補強装置は、固着させなくとも、充分に用いることが可能である。逆止め弁４とゴムスリーブ１０は、他の方法や他の材料を用いて作成することも考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 逆止め弁を含む密封および補強装置において、穿孔の開口部に近接して位置している部分の部分断面側面図である。
【図２】 岩石内に固着させるためのエキスパンダを含む本装置の、穿孔の最も遠い位置の部分の部分断面側面図である。
【図３】 止め座金が取り付けのために形成される以前における、図２のエキスパンダのための止め座金の上面図である。
【図４】 充填材の硬化段階中における穿孔および補強の状態を示す部分断面側面図である。
【図５】 岩石内における完成された補強状態を示す部分断面側面図である。
【図６】 補強ロッドを欠いた密封装置である本発明の実施例の部分断面側面図であり、充填材の硬化段階中における穿孔内部における装置を表す。

Claims (21)

1. 岩石壁内の穿孔（３０）内に挿入されるようになっている注入管（３）を備え、該注入管（３）を通して前記穿孔内に充填材（３１）を注入するようになっており、前記充填材用の逆止弁（４）を有する、岩石壁を封止する装置において、
   前記穿孔（３０）の開口に近接して配置されるようになっている部分に、前記穿孔の壁に対して作用するように構成されている封止部材（１０）を備えており、
   前記封止部材（１０）は、軸方向に圧縮されるときに半径方向に拡張することによって、前記穿孔（３０）の封止効果をもたらすようになっている
   ことを特徴とする岩石壁を封止する装置。
2. 前記逆止弁（４）は前記穿孔内における前記充填材（３１）の正圧に耐えられるようになっており、かつ前記装置内において前記注入管（３）に連結されている、請求項１に記載の装置。
3. 前記逆止弁（４）は、前記注入管（３）を囲むスリーブ（５）を有し、前記注入管（３）は、前記スリーブ（５）の領域内に複数の出口開口（６）を備えている、請求項１または２に記載の装置。
4. 前記スリーブ（５）はゴムまたは他の強い弾性材で作られている、請求項３に記載の装置。
5. 前記スリーブ（５）は円錐台形の外被の形態をなし、その最も径の小さい短い端部は前記注入管（３）の周囲を封止するように構成され、かつその最も径の大きい短い端部はしっかりと前記注入管（３）に連結されている、請求項３または４に記載の装置。
6. 前記封止部材（１０）はゴムまたは他の強い弾性材からなるスリーブから成り、該スリーブは、前記逆止弁（４）の上流の位置において前記注入管（３）を囲む、請求項５に記載の装置。
7. 前記スリーブ（１０）は、前記充填材が硬化したときに、前記スリーブによって占められていたスペースをその代わりに更なる充填材によって充填できるように、取り除かれるように構成されている、請求項６に記載の装置。
8. ガス抜き管（３５）が前記装置に接続されて配設されており、該ガス抜き管（３５）は、前記充填材（３１）が前記穿孔（３０）内に注入されたときに前記穿孔（３０）から空気およびガスを排出するようになっている、請求項１から７のいずれか１項に記載の装置。
9. 岩石壁の穿孔（３０）内に挿入されるようになっている補強棒材（１）を有し、前記穿孔内に充填材（３１）を注入するようになっており、前記充填材用の逆止弁（４）を有する、岩石壁を補強しかつ封止する装置において、
   前記穿孔（３０）の開口に近接して配置されるようになっている部分に、前記穿孔の壁に対して作用するように構成されている封止部材（１０）を備えており、
   前記封止部材（１０）は、軸方向に圧縮されるときに半径方向に拡張することによって、前記穿孔（３０）の封止効果をもたらすようになっている
   ことを特徴とする、岩石壁を補強しかつ封止する装置。
10. 前記逆止弁（４）は、前記穿孔内における前記充填材（３１）の正圧に耐えられるようになっており、かつ該装置が前記穿孔（３０）内に挿入される前に既に該装置内において前記補強棒材（１）に恒久的に連結されている、請求項９に記載の装置。
11. 前記充填材は正圧を掛けられて注入されるようになっており、前記穿孔（３０）につながる岩石内のいかなる亀裂（３２）も前記充填材によって封止される、請求項９または１０に記載の装置。
12. 前記逆止弁（４）はゴムまたは他の強い弾性材からなるスリーブ（５）を有し、該スリーブは、該スリーブ（５）の領域内に複数の出口開口（６）を備えている注入管（３）を囲んでいる、請求項９から１１のいずれか１項に記載の装置。
13. 前記注入管は前記補強棒材（１）に恒久的に連結されている、請求項１２に記載の装置。
14. 前記スリーブ（５）は円錐台形の外被の形態をなし、その最も径の小さい短い端部は前記注入管（３）の周囲を封止するように構成され、かつその最も径の大きい短い端部はしっかりと前記注入管（３）に連結されている、請求項１２または１３に記載の装置。
15. 前記封止部材（１０）はゴムまたは他の強い弾性材からなるスリーブから成り、該スリーブは、前記逆止弁（４）の上流の位置において前記注入管（３）を囲む、請求項１４に記載の装置。
16. 前記スリーブ（１０）は、前記充填材が硬化したときに、前記スリーブによって占められていたスペースをその代わりに更なる充填材によって充填できるように、取り除かれるように構成されている、請求項１５に記載の装置。
17. ガス抜き管（３５）が前記装置に接続されて配設されており、該ガス抜き管（３５）は、前記充填材（３１）が前記穿孔（３０）内に注入されたときに前記穿孔（３０）から空気およびガスを排出するようになっている、請求項９から１６のいずれか１項に記載の装置。
18. 前記装置は、岩石内に固着するためのエキスパンダを備え、該エキスパンダは、前記補強棒材（１）の回転によって広がるように構成されている、請求項９から１７のいずれか１項に記載の装置。
19. 前記エキスパンダは、前記装置の、前記穿孔内において最も遠くに位置するようになっている部分に配置されている、請求項１８に記載の装置。
20. 前記エキスパンダは、前記補強棒材（１）の周囲または前記補強棒材に接合されているトップピース（２３）の周囲に配置されている複数のスリットを備えた複数の止め座金（２７）を有しており、該複数の止め座金は拡張前には円錐台形の外被の形態をなしている、請求項１８または１９に記載の装置。
21. 前記エキスパンダは、前記エキスパンダを広げるために前記複数の止め座金（２７）に押しつけられるように構成され、その結果として前記複数の止め座金の円錐台形の外被形状を少なくともいくらか平らにし、前記複数の止め座金をそれらの周縁において前記穿孔の壁に固着させる加圧装置（２８）を有している、請求項２０に記載の装置。

Images