JP4931766B2 - ロックボルト用ナット - Google Patents

Description

本発明はロックボルト用ナットに関わり、特に、ナットの雌ねじ部に底部を設け、ロックボルトが該ナットから飛び出さないようにしたロックボルト用ナットに関する。

山岳等のトンネル工事で一般的なナトム工法(NATM工法)では、地山を掘削したあと（必要な場合は壁をセメントで固めた後）、壁から岩盤内部へ垂直に多数のロックボルトを打ち込み、セメント系或いは樹脂系等の所定の定着材で定着させるなどして、トンネルの壁近くの地盤を強固にするとともに岩盤内部の地盤で支持することで内壁周辺の崩落を防ぐようにしている（支保工）。
ロックボルトの構造部材としてはなるべく高強度のものが望ましく鋼製ロックボルトが利用され、打設後はプレート、ワッシャー等の座板とナットを用いて地盤への締め付けが行われ、長期間、強固に定着するようにしている。ロックボルトの種類としては例えば、異型棒鋼、ツイスト棒鋼、異型ねじ節鉄筋（表面の節がネジ状になっている）等が用いられている。

ところで、ロックボルトとして用いる異型ねじ節鉄筋は、単位長さ当たりのネジ強度が小さい。このため、打設後の異型ねじ節鉄筋に座板と組み合わせたナットを嵌め込んで定着させる場合、嵌め合わせ部分のねじ山にかかる引っ張り荷重を小さくする必要がある。このため、図６に示す如く、ロックボルト（異型ねじ節鉄筋）１とナット５との嵌め合わせ長さＬをかなり長くし、ナット５を長尺にして雌ねじ部に十分な長さを確保する。しかし、かかる構造にすると、嵌め合わせ長さＬが必要となり、座板４、ナット５を含めたロックボルト１の端部がトンネル空間内に大きく突出してしまう。この結果、トンネル施工の途中において他の作業の邪魔になったり、次工程で防水シート７を敷設する場合、突出したロックボルト頭部に阻害されて防水シート７に凸凹が生じ、所期のシート性能を発揮できなくなり、しかも、その後の二次覆工コンクリート打設時に防水シートの破損の原因になるなどの問題が生じる。
そこで、特殊な形状を有するナットを使用してロックボルトの突出長を短くするロックボルトが提案されている（特許文献１，２）。

図７は特許文献１が開示するロックボルト用ナットの説明図であり、ナット５は、基端５aと基端側に対して先端が小径の球面状のテーパー鍔５ｂが一体に形成され、内部には、ロックボルトの外周に形成された雄ねじ部と螺合する貫通した雌ねじ部が形成されている。施工に際して、地山６にボアホール８を穿設し、定着材であるモルタル３をボアホール８に注入し、ついで、ロックボルト１を打設する。しかる後、ナット５の基端５ａを座板４の孔に挿通し、ボアホール８に挿入したロックボルト１の頭部側にナット５を基端側から螺合する。座板４はナット５のテーパー鍔５ｂにより地盤に押し当てられ、ロックボルト１が地盤に強固に定着される。ナット５の基端５ａはボアホール内に入り込み、ほぼテーパー鍔５ｂと座板４を合わせた厚み分が外に出るだけとなり、ロックボルトの突出長さを短くできる。

図８は特許文献２が開示するロックボルト用ナット及びその施工説明図であり、(A)に示すようにナット５は、座板の丸穴に遊挿可能なシャフト部５ａと、シャフト部の手元側に固着され、座板４の穴より大きい頭部５ｂを備え、内面には、ロックボルトの外周に形成された雄ねじ部と螺合する貫通した雌ねじ部５ｃが形成されている。
施工に際して、 (B)に示すように、地山６を掘削してボアホール８を穿設し（必要な場合は壁をセメント１０で固めた後）、ボアホール８内に定着材、例えばモルタル３を注入する。ついで、外周に雄ねじ部が形成されたロックボルト（異型ねじ節鉄筋）１をボアホール８に打設し、座板４を該ロックボルトの一端に嵌め込むと共に、ナット５のシャフト部５bにプラスチック製のキャップ９を嵌めたものを座板４の上からロックボルトの雄ねじ部に螺合して締め付けて座板４を地盤に押し当てる。キャップ９は中空状になっており、シャフト部５aの外周に嵌め付けられ、シャフト部より突出する先端の穴径はロックボルトの外径と略等しくなっている。
座板４を地盤に押し当てた状態において、キャップ９が嵌められたシャフト部５ａはボアホール内に入り込み、ほぼナット頭部５ｂと座板４を合わせた厚み分が外に出るだけとなり、ロックボルトの突出長さを短くできる。また、かかる状態で定着材３が硬化しても、キャップ内のシャフト部５aはキャップ９の作用で定着材３から縁切りされた形となっているため、定着材３により定着されない。このため、必要に応じてナット５をロックボルト1から取り外すことが可能となる。しかも、定着材硬化後であってもナットを再締め付け（増し締め）することが出来る。したがって、定着材硬化後、必要に応じてナットを再締め付け（増し締め）することによりロックボルトの地盤補強効果を向上することができる。

しかし、従来技術のナットは、単にナットの突出に対して形状や高さを抑える工夫をしたものに過ぎず、いくらこれらのナットを用いてもロックボルトに対して締め過ぎた場合、あるいは一旦ナットを嵌めた後で増し締めした場合、図７(Ｃ)に示すように、ロックボルト１の後端部１ａがナット５の頭部５ｂから突出し、次工程で敷設される防水シート７を傷つけてしまう。すなわち、防水シート敷設時に突出するボルト後端部１ａに防水シート７が引っかかって破損し、あるいは、その後の二次覆工コンクリート打設時に流動するコンクリートにより防水シート７が地山側に押されてボルト後端部１ａに当たって破損することがあった。
これを回避するためにロックボルトカバーを嵌めて防水シートの破損を防止する従来技術がある(特許文献３)。図９はかかる従来技術の説明図であり、合成樹脂発泡体などで作られたロックボルトカバー１２を壁から突出するロックボルト１の先端部１ａやナット５を覆うように外嵌固定し、ロックボルト１の先端部１ａが防水シートを破損しないようにする。
特許第３５４００６３号 特許第３２１３２９４号 特開平１０−１５９５００号

図７や図８に示す特殊形状のナットは高価であるのに加えて、更に図９に示すロックボルトカバーを用いるものとすると、ますます高価になり不経済となる問題がある。また、図７や図８に示す特殊形状のナットはテーパー鍔やシャフト部を設ける必要から、頭部の大きさや形状が特殊で、これらに合わせた特殊寸法の専用ロックボルトカバーが必要となる問題がある。
以上から本発明の目的は、簡単な構成で、しかも、締めすぎてもロックボルトが突出しないようにできるロックボルト用ナットを提供することである。
本発明の別の目的は、ロックボルトを打設し、ナットを一次締め付ける時、締め過ぎないようにできるロックボルト用ナットを提供することである。
本発明の別の目的は、増し締めが可能であり、増し締めをしてもロックボルトが突出しないようにできるロックボルト用ナットを提供することである。

本発明はロックボルト用ナットであり、頭部とシャフト部を備えると共に、ロックボルトの外周に形成した雄ねじ部と螺合する雌ねじ部を該頭部からシャフト部まで連続して備え、該雌ねじ部の底部を前記頭部の内部に位置させる構造を有している。また、本発明のロックボルト用ナットは、前記雌ねじ部の底部側に過締付け力により破壊する内方突起を備えている。

本発明によれば、頭部とシャフト部を備えるボルト用ナットの内部にロックボルト外周の雄ねじ部と螺合する雌ねじ部を形成し、該雌ねじ部の底部を頭部の内部に位置させるようにしたから、簡単な構成で、しかも、締めすぎてもロックボルトが突出しないようにできる。
また、本発明によれば、前記雌ねじ部の底部側に内方突起を形成したから、ロックボルトを打設し、ナットを一次締め付ける時、ボルト先端が内方突起に当たるまで締め付けることにより、過渡にボルトを締め付けないようにできる。
また、本発明によれば、ボルト打設後に、増し締めが必要になっても、内方突起を破損し得る程度の過締め付け力を作用させ、これにより内方突起を超えて雌ねじ部にボルトを相対進入させる形で増し締めすることができる。また、かかる場合にもロックボルトがナットより突出しないようにできる。

（Ａ）第１実施例
図１は第１実施例のロックボルト用ナットの構成図であり、(Ａ）は外観図、(Ｂ）は断面図である。
第１実施例のロックボルト用ナット５１は、頭部５１ａとシャフト部５１ｂとを一体にして構成され、内部には雌ねじ部５１ｃが形成されている。この雌ねじ部５１ｃは、ロックボルト６１(図２参照)として用いる異型ねじ節鉄筋の外周に形成した異型ねじ部（雄ねじ部）６１ａに螺合するねじ部であり、シャフト部５１ｂから頭部５１aにわたって連続する形で所定長さに形成され、頭部５１ａの内部に底部５１ｄが存在するように形成されている。ナットの雌ねじ部５１ｃの長さ(深さ)は、ロックボルトの雄ねじ部６１ａとの必要な嵌め合い長さより若干長めに形成されている。したがって、ナットでロックボルトを締めて所定の嵌め合い長さを確保した状態において、雌ねじ部５１ｃには空隙５１ｅ（図２参照）が残っており、増し締めが可能となっている。なお、空隙長はねじの一山分以上に設定されていることが望ましく、これを可能とするためにロックボルトの雄ねじ部にマーキングを施しておき、そこまでナット(シャフト部)をはめ込んで所定の嵌め合い長さを確保すると共に、ねじの一山分以上の空隙５１eを残す。
なお、ロックボルト用ナット５１は、雌ねじ部５１cを加工するに際して図１（C）に示すように、該ねじ径より小径のねじ下穴を貫通形成することがあるが、この場合にも、雌ねじ部５１cの底部５１dが頭部５１aの内部に形成されている。

図２はロックボルト施工説明図である。
施工に際して、地山７１を掘削してボアホール７２を穿設し（必要な場合は壁をセメント７３で固めた後）、ボアホール７２内に定着材、例えばモルタル７４を注入する。ついで、外周に雄ねじ部が形成されたロックボルト（異型ねじ節鉄筋）６１をボアホール７２に打設し、座板６２を該ロックボルト６１の一端に嵌め込むと共に、ナット５１を座板６２の上からロックボルトの雄ねじ部に螺合して締め付けて座板６２を地盤に押し当てる。この状態において、ナット５１のシャフト部５１ｂはボアホール内に入り込んでおり、モルタルが硬化すればロックボルト６１を地山７１に強固に定着する。
第１実施例のロックボルト用ナットによれば、ナットの頭部５１aと座板６２を合わせた厚み分が外に出るだけとなり、ロックボルトの突出長さを短くできる。この結果、次工程で敷設される防水シート８１を傷つけてしまうことがない。
また、たとえナット５１を締め込みすぎたとしても、底部があるため、ボルト６１の先端部がナット頭部５１aから突出することはない。
更に、ボルト打設後に増し締めが必要になっても、空隙分の増し締めが可能であり、より強固に定着することができ、また、増し締めをしても底部があるため、ボルト６１の先端部がナット頭部５１aから突出することはない。

（Ｂ）第２実施例
図３は第２実施例のロックボルト用ナットの断面図であり、外観は第１実施例のロックボルト用ナットの外観(図１（Ａ）)と同じでる。第２実施例のロックボルト用ナットは、雌ねじ部５１ｃの底部側に過締付け力により破壊する内方突起５１ｆを円周方向に所定ピッチで設けた点で第１実施例のロックボルト用ナットと異なるだけで、その他の構成は同じであり、同一符号を付している。
内方突起５１ｆは、ロックボルトの雄ねじ部と必要な嵌め合い長さが得られる位置に円周方向に形成され、該内方突起５１ｆから底部５１ｄの間に空隙５１ｅ（図２参照）が残るようになっており、増し締めが可能となっている。空隙長はねじの一山分以上に設定されていることが望ましく、施工時、図４(Ａ）に示すように、ボルト先端が内方突起５１ｆに当たるまでナット(シャフト部)をはめ込んで所定の嵌め合い長さを確保すると共に、ねじの一山分以上の空隙５１eを残す。
内方突起５１ｆを設けたことにより、ボルト打設後のナットの一次締め付け時に、過度にボルトを締め込み過ぎないようにできる。また、ボルト打設後に増し締めが必要になったときは、図４(Ｂ）に示すように 内方突起５１ｆを破損し得る程度の過締め付け力を作用させ、これにより内方突起を超えて雌ねじ部５１ｃにボルト６１を相対進入させる形で増し締めすることができる。また、増し締めをしても底部があるため、ボルト６１の先端部がナット頭部５１ａから突出することはない。
なお、第２実施例のロックボルトの施工方法は第１実施例とほぼ同様に行なうことができる。

（Ｃ）第３実施例
図５は第３実施例のロックボルト用ナットの破断図であり、第２実施例のロックボルト用ナットのシャフト部５１ｂにキャップ９１を取り付けたもので、他の構成は第２実施例のロックボルト用ナットと同じであり、同一部分には同一符号を付している。
図５（Ａ）は第３実施例のロックボルト用ナットの第１の例であり、一体に形成された頭部５１ａとシャフト部５１ｂを備え、シャフト部５１ｂの外周には樹脂製（柔軟なものがよい）例えばEVA製の中空キャップ９１が嵌め付けられている。中空キャップ９１はシャフト部５１ｂより長くなっており、先端部以外の円筒部９１ａの内径はシャフト部５１ｂの外径と略等しく（僅かに大きめに）形成されている。また、先端部９１ｂの内径はロックボルトの外径(点線)と略等しく（僅かに大きめに）形成されている。これにより、ナット５１を空間９１cを介してロックボルトの頭部に嵌め込むことができ、しかも、キャップ内のシャフト部５１ｂやロックボルト頭部を全面定着式ロックボルト施工においてボアホール内に装填されている定着材から隔離（縁切り）することが可能になる。

図５（Ｂ）は第３実施例のロックボルト用ナットの第２の例であり、一体に形成された頭部５１ａとシャフト部５１ｂを備え、シャフト部５１ｂの外周には非浸透性の弾性材料、例えば独立気泡スポンジで形成された中空キャップ９２が嵌め付けられている。キャップ９２はシャフト部５１ｂより長くなっており、中空部には径の異なる２つの円筒部（段付き円筒部）９２ａ、９２ｂが形成されている。一方の円筒部９２ａの内径はシャフト部５１ｂの外径と略等しく（僅かに大きめに）形成されており、キャップ９２をシャフト部５１ｂに着脱できるようになっている。また、他方の円筒部９２ｂの内径はロックボルトの外径と略等しく（僅かに小さめに）形成されており、ロックボルトが該円筒部９２ｂに押し込まれ、互いに密着するようになっている。以上より、キャップ付きナットをロックボルトに嵌め込んだ状態では、非浸透性の弾性材料からなるキャップ９２がシャフト部５１ｂやロックボルトの頭部を包み込んだ形となる。この結果、ロックボルト打設時にボアホール内に装填されている定着材からナットのシャフト部５１ｂやロックボルト頭部を隔離（縁切り）することが可能になる。
第３実施例のロックボルト用ナットによれば、定着材からナットのシャフト部５１ｂやロックボルト頭部を隔離（縁切り）することができるため、定着材が硬化した後でも、ナットを取り外したり、あるいは増し締めすることができる。

第１実施例のロックボルト用ナットの構成図である。 ロックボルト施工説明図である。 第２実施例のロックボルト用ナットの断面図である。 ロックボルトの締め込み及び増し締め説明図である。 第３実施例のロックボルト用ナットの破断図である。 従来のロックボルト用ナットの不具合説明図である。 従来技術のロックボルト用ナットの説明図である。 従来の別のロックボルト用ナット及びその施工説明図である。 ロックボルトカバーを嵌めて防水シートの破損を防止する従来技術の説明図である。

符号の説明

５１ ロックボルト用ナット
５１ａ 頭部
５１ｂ シャフト部
５１ｃ 雌ねじ部
５１ｄ 底部
５１ｅ 空隙
６１ ロックボルト
６２ 座板
８１ 防水シート

Claims (1)

1. 頭部とシャフト部を備えると共に、ロックボルトの外周に形成した雄ねじ部と螺合する雌ねじ部を該頭部からシャフト部まで連続して備え、該雌ねじ部の底部を前記頭部の内部に位置させ、かつ、該雌ねじ部の底部側に過締付け力により破壊する内方突起を備えた、ことを特徴とするロックボルト用ナット。

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