JP5384761B1 - アンカーボルト施工法及びそれに使用する羽根ボルト用の拡径ドリル軸 - Google Patents

Abstract

【課題】接着剤等の充填材の付着力が低下してもアンカーボルトが抜け落ちないようにする。
【解決手段】トンネル天盤を穿孔して穴５を形成し、拡径ビット４を有する拡径ドリル軸１で穴５の奥端部を先拡がりのテーパー状に拡径してテーパー穴５１を形成する。先端に起動ピン６０を有し、起動ピン６０が押圧されて内部に押し込まれることによって羽根６１が開く羽根ボルト６をこの穴５に設置し、羽根ボルト６の下端部を打撃して起動ピン６０を穴の奥端部に衝突させて羽根６１を開かせ、接着剤を充填して羽根ボルト６を固定する。接着剤が劣化しても羽根６１が抜け落ちを阻止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、構造物等を固定するためのアンカーボルトの施工法に関するもので、特にトンネルの天盤等に打設したアンカーボルトの固定用接着剤が劣化しても、アンカーボルトが抜け落ちて落下しないようにしたアンカーボルト施工方法、その方法に使用する拡径ビット及び羽根ボルトに関する。

従来、トンネルライニングを完成した後、トンネル天盤に送風機等の機器や吊り下げ天井を支持する金具をトンネル天盤にアンカーボルトで固定していた。トンネルライニングの施工が完成したボルト穴を穿孔して接着剤やモルタルでボルトを固定する「あと施工アンカー」には種々の固定方式が提案されている。

トンネル天盤にロックボルトを打設し、コンクリートを吹き付けて補強するＮＡＴＭ工法では、先端拡径のアンカーボルトが使用されており、万一のボルトの抜け落ちを防止する落下防止金具が提案されている。

特開２０１２−０７１５０５号公報 特許第３２８４０２６号公報

打設されたアンカーボルトが年月の経過と共に劣化したり、穿孔内に充填された接着剤やモルタルの付着力が周囲からの漏水や地下水に含有される化学成分によって低下したりすることが想定される。
本発明は、接着剤等の充填材の付着力が低下してアンカーボルトが抜け落ち、支持していた構造物や機器が落下して重大事故を引き起こすことがないようにするものである。

アンカーを設置する上向きの穴を形成し、先端に拡開可能な拡径ビットを有する拡径ドリルの中空軸に、先端に先広がりのテーパー拡径部を有する軸心棒をセットした拡径ドリルを穴の奥まで挿入し、拡径ドリルを回転させると共に拡径ビットを軸心棒のテーパー拡径部に沿って側方に拡げることによって穴に先広がりのテーパー状の拡径部を形成し、次に、先端の起動ピンを軸方向に押し込むと羽根が横に開く羽根ボルトの羽根を折り畳んだ状態で起動ピンを先端から突出させた状態でボルトを穴の奥端部に達するまで挿入し、起動ピンが穴の奥端部に当たって羽根ボルトの内部に押し込まれ、この起動ピンによって羽根ボルトの羽根を横に開かせ、接着剤を充填して固定するアンカーボルト施工方法である。

アンカーボルト施工方法に使用する拡径ドリル軸であって、中空軸と中空軸の中空部にスライド可能に挿入される軸心棒とからなる拡径ドリル軸であり、中空軸と軸心棒はコイルスプリングで相対位置変化を元に戻す力が作用するものであり、中空軸は、その先端に拡径ビットを収容する溝が複数個形成されており、この溝内に回転可能に軸支持された拡径ビットが設けてあると共に、リングスプリングが各拡径ビットを内側に倒す力を作用させるように配置してあり、軸心棒は、基軸とその先端に先拡がりのテーパー状の拡径部が形成されているものである。

落下防止アンカーボルト施工方法に使用する羽根ボルトであって、ボルト軸心の頭部に羽根を収容する穴が設けてあり、ボルト頭部近傍の両側面には穴に通ずるスリットが形成してあり、スリットに設けた軸に羽根が回転可能に取り付けてあり、ボルト頭部の穴には起動ピンが挿入してあり、この起動ピンを穴に押し込んだときに羽根を回転させてスリットを通って水平に開くものである。

アンカーボルトを設置する穴の先端部が、先拡がりのテーパー状に拡径されており、このテーパー状の拡径部に羽根ボルトの羽根が拡径された状態で設置されるため、アンカーボルトを固定している接着剤等の充填材が経年劣化によって付着力を失った場合でも、拡径状態の羽根がテーパー状拡径部の細径部に機械的に引っ掛かるのでアンカーボルトが穴から抜け落ちることがなく、アンカーボルトによって固定されていた機器や装置、または構造物が落下することを防止できる。
充填材の劣化が生じてアンカーボルトへの接着力が失われた場合、羽根ボルトの羽根がテーパー状穴の細径部によって抜け落ちが防止されるので、アンカーボルトは５〜８ｍｍ程度は下降するが、機器や構造物が落下することが防止され、アンカーボルトの抜け落ちによる事故を防ぐことができる。

本発明の工程説明図。 拡径ドリル軸の縦断面図及び正面図。 拡径ドリル軸の平面図。 拡径ドリル軸の拡径状態の縦断面図。 拡径ドリル軸の他の実施例の縦断面図と平面図。 二段型の拡径ドリル軸の縦断面図。 羽根ボルトの説明図。

＜施工法＞
図１（１）に示すように、通常の一様な直径の穴を掘削するドリルによってトンネルの天盤にアンカーボルトを設置する穴５を形成する。
図１（２）に示すように、この穴５に先拡がりのテーパー穴５１を形成する拡径ドリル軸１を穴５に挿入する。拡径ドリル軸１の中心中空部には軸心棒３がスライド可能に挿入されており、軸心棒３の先端が穴の奥に達するまで挿入する。
このとき、拡径ドリルビット４は、軸心棒の３の直線部の基部３０に平行になって接しており、穴５への挿入を阻害することはない。
拡径ドリル軸１をドリル駆動装置（図示しない）に連結し、拡径ドリル軸１の軸心棒３を穴５の奥端部に押し付け、拡径ドリル軸１を押し上げながら回転させると、拡径ビット４は軸心棒３に沿って先端方向にスライドし、軸心棒３のテーパー状拡径部３１によって外側に拡げられ、図１（３）に示すように、穴５の先端部（奥端部側）に先拡がりのテーパー穴５１が形成される。

次に、穴５の内部を清掃し、図１（４）に示すように、横方向に拡径する羽根６１を先端部に有する羽根ボルト６を穴５に挿入する。
羽根ボルト６には、先端部に軸方向の穴６２が、また、穴６２の側部にはスリット６３が形成してあり、穴６２の内部には、軸６４に回転可能に羽根６１が取り付けてある。軸方向の穴６２には起動ピン６０が差し込んであり、起動ピン６０の先端が羽根６１に接触し、起動ピン６０はボルト６の先端部より所定量突出している。
図１（５）に示すように、ボルト６の下端を打撃し、起動ピン６０を穴５の奥端部に押し当ててボルト６の穴６２に押し込む。羽根６１は、起動ピン６０によってその端部が押され、羽根６１は回転してスリット６３を通ってボルト６の横方向に拡がる。
羽根６１は回転してスリット６３の上縁に接して回転が止まり、羽根６１は、スリット６３から横方向に出て拡がった状態となる。そして、接着剤等の充填材を穴５に充填して羽根ボルト６を穴５内に固定する。
穴５の拡径部に羽根６１が横に拡がった状態で固定されているので、ボルト６を固定している接着剤の接着力が経年変化等で失われて穴５から抜け落ちようとすると、横に拡がった羽根６１がテーパー穴の細径部５２に引っ掛かるのでアンカーボルト６の抜け落ちが防止される。

以下に、本発明の拡径ドリル軸及び羽根ボルトの具体例を説明する。
＜拡径ドリル軸＞
実施例１
図２（１）に示すように、拡径ドリル軸１は、肉厚の中空軸１０の基部側にネジ２が設けてあり、このネジ２に延長チューブ１９が連結され、更にカップラー７が連結される。カップラー７はドリル駆動軸（図示しない）に接続されてドリル駆動軸の回転駆動力が拡径ドリル軸１に伝達される。延長チューブ１９を使用することにより現場での取り扱いが容易となり、施工効率をあげることができる。
中空軸１０の中空部１１には軸心棒３がスライド自在に挿入されて拡径ドリル軸が組立られる。

軸心棒３は、基軸３０の先端部に先拡がりのテーパー状拡径部３１が形成してあり、その先端部は円錐形として先端を先鋭にしてある。
この軸心棒３は、アンカーボルトを設置する穴５の奥端部が凹凸であって平面でなくても拡径ドリル軸１を所定の方向を向くようにガイドすると共に、拡径ドリル軸１の回転を安定させるものである。

軸心棒３の直線状の基部３０は中間部からその径が小さくしてあり、段部３８が形成されていると共に、中空軸１０に挿入組み立てした際に、中空部１１の内壁と軸心棒３の基部３０の間にコイルスプリング３５を収容する空間１７が形成されるようにしてある。
中空部１１に軸心棒３を挿入した際、軸心棒３の基軸３０を包囲するコイルスプリング３５の上端は軸心棒３の段部３８に当たり、下端は中空軸１０の下端に設けた受座３２で支持され、中空軸１０と軸心棒３を相対移動させるとコイルスプリング３５が圧縮され、コイルスプリング３５の弾発力によって中空軸１０と軸心棒３は、元の状態に戻ろうとする。

中空軸１０の先端部には、縦方向に拡径ビット４を収容する溝８が複数個形成されており、この溝８内の基部側には支持軸となるピン４２が設けてあり、拡径ビット４がこのピン４２で回転自在に溝８に装着されている。

拡径ビット４の外面にはダイヤモンドチップ４１が取り付けてあり、軸心棒３によって拡径された状態で回転して、穴５の先端部に先拡がりのテーパー穴５１を形成する。
図２に示す例は、溝８が２個であり拡径ビット４が２個中空軸１０に１８０°の位置に配設されている。
図３に示すように、拡径ビット４を３個設ける場合は１２０°間隔、４個の場合は９０°の等間隔で配設させてあり、拡径ビット４の先端部は、中空軸１０の先端から突出させてある。

拡径ビット４同士は、リングスプリング４５によって一体化され、常に内側に向く力が作用しているので、拡径ビット４は、軸心棒３に押し付けられた状態であり、中空軸１０の外縁より外側にはみだすことはなく、掘削した穴５に挿入する際に穴に引っ掛かったりすることがない。

中空軸１０を軸心棒３に沿ってコイルスプリング３５の弾発力に抗して押し上げ、拡径ビット４を先拡がりのテーパー状拡径部３１によって押し拡げた後、押し上げ力を開放するとコイルスプリング３５によって中空軸１０は押し下げられてテーパー状拡径部３１から基部３０に下降する。
下降に伴ってリングスプリング４５によって拡径ビット４は内側に引き寄せられて軸心棒３の基部に平行となって納まるので、穴５から容易に抜き出すことができる。

図４は、拡径ドリルビット１を拡径した状態を示すものであり、図４（１）は、図２（１）に対応し、図４（２）は図２（３）に対応する方向から見たものである。

実施例２
図５（１）に示すように、拡径ドリル軸１は、肉厚の中空軸１０の基部側に連結用のネジ２が設けてあり、このネジ２にカップラーが連結され、カップラーはドリル駆動軸（図示しない）に接続されてドリル駆動軸の回転駆動力が拡径ドリル軸１に伝達される。
拡径ドリル軸１の頭部には、円筒を半割にした拡径ビット４がピンで回転自在に取り付けてある。
実施例１と同様に中空部１１に軸心棒３を挿入し、軸心棒３のテーパー状拡径部３１によって拡径ビット４を外側に拡げることによってテーパー穴５１を形成する。
中空部１１の内壁の中間部には受座１２が内側に突出して設けてあり、軸心棒３の基軸３０を包囲するコイルスプリング３５の上端が受座１２に当たり、また、コイルスプリング３５の下端は中空軸の下端の受座で停止しているので、中空軸１０と軸心棒３を相対移動させてコイルスプリング３５を圧縮すると、その弾発力によって中空軸１０と軸心棒３を元の位置に戻そうとする力が作用する。

拡径ドリル軸１の先端には、図５（２）に示されるように、半割にした断面半円形の基部４０の外面にダイヤモンドチップ４１が取り付けてある拡径ビット４が中空軸１０の先端にピン４２によって取り付けてあり、拡径ビット４はピン４２を軸にして回転して外側に拡がることができる。
中空軸１０の先端部に取付座１５、１６が間隔をあけて設けてあり、ピン４２は、取付座１５、１６を利用して取り付けてある。
使用法は基本的には実施例１の拡径ドリル軸と同様である。軸心棒３の先端部のテーパー形状の拡径部３１は、中空部１１の内径より直径が大きなものであるので、軸心棒３の先端は中空軸より突出しており、軸心棒３の先端の先鋭部が穴の端部に当たる。この状態で拡径ドリル軸１の中空軸を回転させながら穴に押し込むと、拡径ビット４は軸心棒３のテーパー状拡径部３１によって外側に開き、穴の先端部にはテーパー状の拡径穴が形成される。
拡径ドリル軸１の穴内への押し込み力が解除されると、中空軸１０はコイルスプリング３５の弾発力によって穴５から抜き出しやすくなる。

実施例３
図６に示す拡径ドリル軸１は、テーパー状の拡径部を２段同時に形成するためのものである。
基本的構造は実施例１と変わらず、第１段目は実施例１と同じであるが、第１段目の中空軸１０ａの下端に第２段目を連結するための連結用ネジ１８が形成してあり、軸心棒３ａの下端にも下段の軸心棒３ｂと連結するためのネジが形成してある。
これに対応して第２段目の軸心棒３ｂの頭部のテーパー状拡径部３１ｂには、第１段目と連結するため、連結用ネジ１８に対応するネジと、軸心棒３ａの下端のネジに対応するネジが形成してある。
第２段目の中空軸１０ｂ及び第２段目の軸心棒３ｂの下端部は実施例１と同様であり、延長チューブ１９及びカップラー７を使用してドリル駆動装置と連結することも同じである。

＜羽根ボルト＞
図７（１）は羽根ボルトの断面図であり、（２）は羽根６１が水平に開いた状態を示す。また、（３）は（１）を９０°回転した方向から見た断面図である。
図に示すように、羽根ボルト６は、外周にネジが形成してあるアンカー用のボルトであり、頭部に長方形、または長方形の先端を鉤形とした羽根６１を収容する穴６２が設けてある。ボルト頭部近傍の両側面には穴６２に通ずるスリット６３が形成してある。このスリット６３には軸６４が設けてあり、羽根６１が軸６４に回転可能に取り付けてある。常時は図に示すように軸６４にぶら下がる形で羽根ボルト６の外周から羽根６１は突出しないので、羽根ボルト６の外形は通常のアンカーボルト同様であり、設置穴への挿入において羽根６１が挿入の障害となることはない。
羽根６１が軸６４にぶら下がっているので、削孔した穴にボルトを設置する際、羽根ボルト６を垂直に保持すれば羽６１は重力で垂直となり、スリット６３から飛び出して設置を阻害することがない。

起動ピン６０がボルト頭部に設けた穴６２に差し込まれ、羽根６１の端部に接触した状態で削孔した穴に羽根ボルト６は挿入される。穴の奥端部に起動ピン６１を押し付けると起動ピンが羽根６１を押し、羽根６１を軸６４を軸として回転させてスリット６２から外側に突出させ、スリット６３の上縁に当たって停止する。
この状態で、穴５の内部に接着剤等の充填材を注入して羽根ボルト６を穴５に固定する。

１ 拡径ドリル軸
１０ 中空軸
１１ 中空部
１２ 受座
１７ 空間
２ ネジ
３ 軸心棒
３０ 基軸
３１ テーパー状拡径部
３２ 受座
３５ コイルスプリング
４ 拡径ビット
４０ 基部
４１ ダイヤモンドチップ
４２ ピン
５ 穴
５１ テーパー穴
６ 羽根ボルト
６０ 起動ピン
６１ 羽根
６２ 穴
６３ スリット
６４ 軸

Claims (5)

1. アンカーを設置する上向きの穴を形成し、先拡がりのテーパー状に拡径する拡径ドリル軸を穴の奥まで挿入し、拡径ドリル軸を回転させて穴の先端部に先拡がりのテーパー拡径部を形成し、次に、先端頭部に突出させた起動ピンを軸方向に押し込むことによって軸支持された羽根が水平に開く羽根ボルトの羽根を畳んだ状態で起動ピンが穴の奥端部に達するまで挿入し、起動ピンを羽根ボルトの軸内部に押し込んで軸支持された羽根の端部を押して羽根をテーパー拡径部において水平方向に開かせ、接着剤を注入して固定することを特徴とするアンカーボルト施工方法。
2. 請求項１において、テーパー状拡径部を２段に形成することを特徴とするアンカーボルト施工方法。
3. 中空軸と先端に先広がりのテーパー部を有する軸心棒とからなり、軸心棒はその先端を露出させた状態でスライド可能に中空軸の中空部に挿入された羽根ボルト用の拡径ドリル軸であり、中空軸と軸心棒はコイルスプリングによってそれらの相対位置変化が元の状態に自動復帰するものであり、中空軸の先端には拡径ビットを収容する溝が複数個形成されており、これらの溝内に回転可能に軸支持された拡径ビットが設けてあると共に、各拡径ビットにはリングスプリングによって内側に倒す力が作用させてあり、中空軸を軸心棒の先端に向けて相対移動させることにより拡径ビットが軸心棒の先広がりのテーパー部によって外側に拡径させられることを特徴とする羽根ボルト用の拡径ドリル軸。
4. 請求項３において、軸心棒の基部は中間部から下方の径が小さくしてあって段部が形成してあり、この段部と中空軸の下端に設けた受座の間にコイルスプリングが設置してあることを特徴とする羽根ボルト用の拡径ドリル軸。
5. 請求項３において、中空軸と軸心棒の下側に第２の軸心棒が連結してあり、第２の軸心棒は先端拡径部を露出させた状態で第２の中空軸に挿入されていることを特徴とする羽根ボルト用の拡径ドリル軸。

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