JP5466559B2 - ケーブルボルト - Google Patents

Description

本発明はケーブルボルトに関し、さらに詳しくは、トンネルなどの掘削作業において掘削地山の補強に使用されるケーブルボルトに関する。

例えば、軟弱地山などにおけるトンネル掘削において、軟弱地山などで切羽の正面または正面の地山を維持するために、トンネルの断面に対応する切羽の部分にトンネルの延在方向に沿って複数のケーブルボルトを専用の施工装置を用いて一定に間隔で打設し、さらに、切羽の周囲にトンネルの内部から離間する方向に沿って複数のケーブルボルトを専用の施工装置を用いて打設する。これにより切羽を補強する（非特許文献１参照）。
また、上記ケーブルボルトとしては、例えば特許文献１に示すものが知られている。

特開平９−１２５８９５号公報

新編「土木工学ポケットブック」Ｐ７７８〜７７９（昭和５７年９月３０日 第１版第１刷発行）

しかしながら、従来のケーブルボルトは、油圧式バックホウなどの掘削機械によって容易に切断できる材質、例えばＦＲＰ（ガラス繊維強化プラスチック）等の樹脂材から構成されているため、切断された樹脂片が切削土中に多量に混入され公害発生の要因となる。
また、従来、ケーブルボルトの打設に際しては、補強を要する地山にケーブルボルト及び充填剤注入ホースを共に挿入できる大きさの孔を掘削しておく必要があり、しかも、専用の充填剤注入ホースが必要になる。このため、ケーブルボルトの施工が煩雑になり、その施工に多くの時間を要するほか、施工能率も低いという問題がある。
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、その目的は、公害発生の要因を低減できるとともに施工の容易性及び能率化を可能にしたケーブルボルトを提供することにある。

上述の目的を達成するため、本発明は、掘削地山の補強に使用されるケーブルボルトであって、可撓性を有する管体と、前記管体の周囲に該管体の外周面から離間し前記管体の周方向に間隔をおいて前記管体の長さ方向に平行に配列された複数の撚り鋼線と、前記管体の長手方向に間隔をおいた複数箇所にそれぞれ設けられ前記複数の撚り鋼線に係合可能な複数の係合部を有する保持部材と、前記各保持部材ごとに設けられ前記複数の撚り鋼線を前記複数の係合部に固定する固定バンドとを備え、前記保持部材は、前記複数の撚り鋼線の２倍の数の係合部を有し、前記複数の撚り鋼線のうちの一方の撚り鋼線の端部が周方向に１つおきの前記係合部に係合され、他方の撚り鋼線の端部が残りの前記係合部に係合され、前記固定バンドで固定されることで前記撚り鋼線は接ぎ足し可能であることを特徴とする。

本発明によれば、ケーブルボルトの中心軸線上に樹脂製の管体を配置し、管体の周囲に複数の撚り鋼線を接ぎ足し可能に配置した構成にすることにより、十分な引張強度が得られるとともに、ケーブルボルトに使用される樹脂材の量を削減できる。そのため、ケーブルボルトで補強された地山の掘削に際し生じる切断樹脂片の量が低減され、しかも管体を充填材の注入及びエア抜きとして利用できる。
したがって、公害発生の要因を低減できるとともにケーブルボルト施工の容易性及び能率化が可能になり、かつ支保工の設置作業の円滑化が図られる。

本発明にかかるケーブルボルトの一例を示す一部の斜視図である。 （Ａ）は図１の２−２線に沿う拡大断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 （Ａ）は図１における保持部材の一例を示す拡大正面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 （Ａ）は図１の４−４線に沿う拡大断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 本発明にかかるケーブルボルトの他の例を示す一部の斜視図である。 （Ａ）は図５の６−６線に沿って示す保持部材の拡大正面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 本発明にかかるケーブルボルトの更に他の例を示す一部の斜視図である。 図７の８−８線に沿う拡大断面図である。 図７の９−９線に沿う拡大断面図である。 ケーブルボルトの打設により補強されたトンネルの正面図である。 ケーブルボルトが地山及び切羽方向に打設された状態を示すトンネルの縦断側面図である。

（実施の形態１）
本発明にかかるケーブルボルトの実施の形態１について図１乃至図４を参照して説明する。
本実施の形態１に示すケーブルボルト１２は、トンネルが掘削される軟弱地盤層の地盤を改良し切羽などの地山を補強するために地山に専用の施工装置により直接打設される自穿孔タイプのもので、可撓性の管体１４、６本の撚り鋼線１６、複数の保持部材１８、固定バンド２０、自穿孔を可能にするロストビット２２等を含んで構成される。

管体１４は、グラウト（充填剤）の注入用、またはエア抜き用に供されるもので、掘削機械で容易に切断できるポリ塩化ビニルなどの合成樹脂製パイプからなり、断面が円筒状を呈している。また、管体１４には、管体１４の周壁を該周壁の厚さ方向に貫通する複数の孔１４０２が管体１４の全長に亘り形成されている。この孔１４０２は、地山に打ち込まれたケーブルボルト１２を地山に定着させるために管体１４を通して注入されるグラウトの外方への流出孔及びエア抜き孔として使用される。
管体１４の長さは、例えば１２ｍ乃至２４ｍであり、管体１４の直径は、例えば１５ｍｍ乃至２０ｍｍである。

各撚り鋼線１６は、ケーブルボルト１２に引張強度を付与するもので、例えばコアのまわりに複数本の子なわ（ストランド）を螺旋状により合わせたものから構成され、管体１４の全長に亘り延在する長さと、１２ｍｍ乃至１８ｍｍの太さを有している。
また、このような６本の撚り鋼線１６は管体１４の周囲に管体１４の外周面から離間して管体１４の周方向に一定の間隔、例えば管体１４の周方向に６０度の間隔をおいて管体１４の長さ方向に平行に配列されている。

保持部材１８は、管体１４の長手方向に一定の間隔、例えば１ｍの間隔をおいた複数個所にそれぞれ設けられ、各撚り鋼線１６を管体１４の周囲に上述した配列状態に保持するためのものであり、ポリ塩化ビニルなどの合成樹脂材により成形される。
各保持部材１８は、図２乃至図４に示すように、管体１４の外周に嵌着される円筒部１８０２と、この円筒部１８０２に外周に該外周面から離間する方向へ突出して設けられ、各撚り鋼線１６を管体１４の外周面から一定の間隔をおいて離間するための円盤状のスペーサ部１８０４と、このスペーサ部１８０４の外周縁部に各撚り鋼線１６の配列間隔と同一の間隔、例えばスペーサ部１８０４の周方向に６０度の間隔をおいて設けられ、かつ外方に向け半円状に開口し、６本の撚り鋼線１６が各別に係合される６個の係合部１８０６とを備えている。

固定バンド２０は、各係合部１８０６に係合された６本の撚り鋼線１６を各保持部材１８ごとに保持部材１８に締め付け固定するもので、金属製または合成樹脂製の紐部材から構成される。
また、６本の撚り鋼線１６の先端には、図１に示すように、管体１４の軸線方向に延在する先導管２４が溶接などにより結合されており、この先導管２４の先端には、結合部材２６を介して自穿孔式のロストビット２２が設けられている。

上述したケーブルボルト１２を用いて軟弱地盤層の地盤を改良し地山を補強する場合、例えばトンネル３０を掘削しようとする地山３２及び切羽３４を補強する場合について、図１０及び図１１を参照して説明する。
図１０、図１１に示すように、トンネル３０の断面の上半に対応する切羽３４の部分にトンネル３０の延在方向に沿って複数のケーブルボルト１２Ａを、そのロストビット２２を先頭にして専用の施工装置を用いて打設する。さらに、切羽３４の周囲に対応する地山３２にトンネル３０の内部から離間する斜め上方に向けて複数のケーブルボルト１２Ｂを、そのロストビット２２を先頭にして専用の施工装置を用いて打設する。

ケーブルボルト１２Ａ及びケーブルボルト１２Ｂがそれぞれ切羽３４及び地山３２に打ち込まれた状態で、切羽３４に露出するケーブルボルト１２Ａ及びケーブルボルト１２Ｂの各管体１４に、その開口からグラウト注入機を用いてグラウトを注入する。これにより、グラウトが管体１４内に充填されるとともに、グラウトが管体１４の孔１４０２を通して管体１４の外周に流出し、管体１４の外周囲及び各撚り鋼線１６の外周囲の空間をグラウトで充満させる。これにより、切羽３４及びその周囲に対応する地山３２を補強する。

次に、図１１に示すように、補強された切羽１２を、不図示の掘削機械を用いてケーブルボルト１２Ａ及び１２Ｂを破壊しつつ掘削し、トンネル３０の全断面をトンネル３０の延在方向に沿って掘削する。これにより、トンネル空洞部３００２が形成される。
この場合、ケーブルボルト１２Ａは掘削の進行に伴い全長にわたって破壊されることに伴い、管体１４及び保持部材１８が掘削機械により切断されて切断片となるが、撚り鋼線１６は切断されないまま、切羽３４の前面から垂れ下がった状態におかれる。
したがって、これら垂れ下がった撚り鋼線１６ａを機械式カッタまたはガス切断機などを用いて切断し、切羽の掘削作業に支障が来たさないように除去する。
掘削機械として、自由断面掘削機、バックホウ、ブレーカなど従来公知のさまざまな掘削機が使用可能である。

なお、図１１において、ケーブルボルト１２Ａと平行な残留ケーブルボルト１２Ａａ及びケーブルボルト１２Ｂと平行な残留ケーブルボルト１２Ｂａは、ケーブルボルト１２Ａ，１２Ｂが打設される一段階前に打設されたケーブルボルトが、掘削機械による切羽の掘削時に残ったケーブルボルトである。また、図１１において、符号３６は掘削後のトンネル３０の内周壁面に吹き付けられた吹付けコンクリートであり、符号３８は吹付けコンクリート３６で覆工された後のトンネル３０の内周面を支持する支保工であり、４０はトンネル３０の底面に打設されたインバートである。

上記のような本実施の形態１によれば、ケーブルボルト１２の中心軸線上に樹脂製の管体１４を配置し、管体１４の周囲に６本の撚り鋼線１６を配置し、これら撚り鋼線１６を管体１４に設けた樹脂製の保持部材１８に固定バンド２２で締め付け固定する構成にしたので、ケーブルボルト１２に十分な引張強度が得られるとともに、ケーブルボルト１２に使用される樹脂材の量を削減できる。そのため、ケーブルボルトで補強された地山の掘削に際し生じる切断樹脂片の量が低減され、しかも管体１４をグラウトの注入パイプとして兼用できる。しかも、ケーブルボルトを、補強を要する地山や切羽に直接打ち込むことができる。
したがって、公害発生の要因を低減できるとともにケーブルボルト施工の容易性及び能率化を図る上で有利となり、かつ支保工の設置作業の円滑化が図られる。

（実施の形態２）
次に、実施の形態２について、図５及び図６を参照して説明する。
本実施の形態２に示すケーブルボルト４２は、地山に専用の掘削機により予め形成した穿孔に挿入され定着される挿入タイプのもので、可撓性の管体４４、６本の撚り鋼線４６、複数の保持部材４８、固定バンド５０、キャップ部材５２等を含んで構成される。

管体４４は、グラウト（充填剤）の注入用、またはエア抜き用に供されるもので、掘削機械で容易に切断できるポリ塩化ビニルなどの合成樹脂製パイプからなり、断面が円筒状を呈している。また、管体４４には、管体４４の周壁を該周壁の厚さ方向に貫通する複数の孔４４０２が管体４４の全長に亘り形成されている。この孔４４０２は、地山に打ち込まれたケーブルボルト４２を地山に定着させるために管体４４を通して注入されるグラウトの外方への流出孔及びエア抜き孔として使用される。
管体４４の長さは、例えば１２ｍ乃至２４ｍであり、管体４４の直径は、例えば１５ｍｍ乃至２０ｍｍである。

各撚り鋼線４６は、ケーブルボルト４２に引張強度を付与するもので、例えばコアのまわりに複数本の子なわ（ストランド）を螺旋状により合わせたものから構成され、管体４４の全長に亘り延在する長さと、１２ｍｍ乃至１８ｍｍの太さを有している。
また、このような６本の撚り鋼線４６は管体４４の周囲に管体４４の外周面から離間して管体４４の周方向に一定の間隔、例えば管体４４の周方向に６０度の間隔をおいて管体４４の長さ方向に平行に配列されている。

保持部材４８は、管体４４の長手方向に一定の間隔、例えば１ｍの間隔をおいた複数個所にそれぞれ設けられ、各撚り鋼線４６を管体４４の周囲に上述した配列状態に保持するためのものであり、ポリ塩化ビニルなどの合成樹脂材により成形される。
各保持部材４８は、図６に示すように、管体４４の外周に嵌着される円筒部４８０２と、この円筒部４８０２に外周に該外周面から離間する方向へ突出して設けられ、各撚り鋼線４６を管体４４の外周面から一定の間隔をおいて離間するための円盤状のスペーサ部４８０４と、このスペーサ部４８０４の外周縁部に各撚り鋼線４６の配列間隔と同一の間隔、例えばスペーサ部４８０４の周方向に６０度の間隔をおいて設けられ、かつ外方に向け半円状に開口し、６本の撚り鋼線４６が各別に係合される６個の係合部４８０６とを備えている。

固定バンド５０は、各係合部４８０６に係合された６本の撚り鋼線４６を各保持部材４８ごとに保持部材４８に締め付け固定するもので、金属製または合成樹脂製の紐部材から構成される。
また、６本の撚り鋼線４６の先端には、図５に示すように、これら撚り鋼線４６の先端及びこれら先端の内側領域の全面を覆うキャップ部材５２が設けられている。

このようなケーブルボルト４２を用いて軟弱地盤層の地盤を改良し地山を補強する場合は、図１０及び図１１に示す切羽３４及び切羽３４の周囲に対応する地山３２にトンネル３０の内部からケーブルボルト挿入用の孔を専用の掘削機により穿孔しておき、この穿孔にケーブルボルト４２を挿入する。その後、切羽３４の前面に臨む開口から穿孔内にグラウト注入機を用いてグラウトを注入する。これにより、ケーブルボルト４２の外周と穿孔の内面間にグラウトが充填されるとともに、穿孔内に残留するエアが管体４４の孔４４０２を通して大気中に排出される。さらに、穿孔内へのグラウトの注入が継続されるのに伴い、管体４４の外周囲及び各撚り鋼線４６の外周囲の空間にグラウトで充填されるとともに管体４４の孔４４０２を通して管体４４内にも注入され、最終的には管体４４内のグラウトで充満させる。これにより、切羽３４及びその周囲に対応する地山３２を補強する。

上記のような本実施の形態２によれば、ケーブルボルト４２の中心軸線上に樹脂製の管体４４を配置し、管体４４の周囲に６本の撚り鋼線４６を配置し、これら撚り鋼線４６を管体４４に設けた樹脂製の保持部材４８に固定バンド５２で締め付け固定する構成にしたので、ケーブルボルト４２に十分な引張強度が得られるとともに、ケーブルボルト４２に使用される樹脂材の量を削減できる。そのため、ケーブルボルトで補強された地山の掘削に際し生じる切断樹脂片の量が低減され、しかも管体４４をエア抜きパイプとして兼用できる。
したがって、公害発生の要因を低減できるとともにケーブルボルト施工の容易性及び能率化を図る上で有利となり、かつ支保工の設置作業の円滑化が図られる。

（実施の形態３）
次に、実施の形態３について、図７乃至図９を参照して説明する。
本実施の形態３に示すケーブルボルト６２は、地山に専用の掘削機により予め形成した穿孔に挿入され定着される挿入タイプのもので、可撓性の管体６４、接ぎ足し可能な３本の撚り鋼線６６、複数の保持部材６８、固定バンド７０、キャップ部材７２等を含んで構成される。

管体６４は、グラウト（充填剤）の注入用、またはエア抜き用に供されるもので、掘削機械で容易に切断できるポリ塩化ビニルなどの合成樹脂製パイプからなり、断面が円筒状を呈している。また、管体６４には、管体６４の周壁を該周壁の厚さ方向に貫通する複数の孔６４０２が管体６４の全長に亘り形成されている。この孔６４０２は、地山に打ち込まれたケーブルボルト６２を地山に定着させるために管体６４を通して注入されるグラウトの外方への流出孔及びエア抜き孔として使用される。
管体６４の長さは、例えば１２ｍ乃至２４ｍであり、管体６４の直径は、例えば１５ｍｍ乃至２０ｍｍである。

接ぎ足し可能な各撚り鋼線６６は、ケーブルボルト６２に引張強度を付与するもので、例えばコアのまわりに複数本の子なわ（ストランド）を螺旋状により合わせたものから構成され、例えば２ｍ乃至３ｍ程度の長さと、１２ｍｍ乃至１８ｍｍの太さを有している。
また、このような３本の撚り鋼線６６は管体６４の周囲に管体６４の外周面から離間して管体６４の周方向に一定の間隔、例えば管体６４の周方向に１２０度の間隔をおいて管体６４の長さ方向に平行に配列される。そして、このように配列された３本１組の撚り鋼線６６を複数組、管体６４の長さ方向で互いに隣接する端部６６ａが図７に示すように一定の長さオーバーラップされた状態で管体６４の全長に延在して配置される。この場合、オーバーラップ部分における６本の撚り鋼線６６の管体周方向の配列間隔は６０度である。これにより、撚り鋼線６６の接ぎ足しを可能にする。

保持部材６８は、管体６４の長手方向に一定の間隔、例えば１ｍの間隔をおいた複数個所にそれぞれ設けられ、各撚り鋼線６６を管体６４の周囲に上述した配列状態に保持するためのものであり、ポリ塩化ビニルなどの合成樹脂材により成形される。
各保持部材６８は、図８及び図９に示すように、管体６４の外周に嵌着される円筒部６８０２と、この円筒部６８０２に外周に該外周面から離間する方向へ突出して設けられ、各撚り鋼線６６を管体６４の外周面から一定の間隔をおいて離間するための円盤状のスペーサ部６８０４と、このスペーサ部６８０４の外周縁部に各撚り鋼線６６の配列間隔の２倍に相当する間隔、例えばスペーサ部６８０４の周方向に６０度の間隔をおいて設けられ、かつ外方に向け半円状に開口し、各組の撚り鋼線６６が１２０度の間隔をおいて各別に係合される６個の係合部６８０６とを備えている。

したがって、撚り鋼線６６の接ぎ足し部分を除く箇所での保持部材６８の係合部６８０６と３本の撚り鋼線６６との配列関係は、図８に示すように周方向に１つおきの係合部６８０６に係合される。そして、撚り鋼線６６のオーバーラップ部分における保持部材６８の係合部６８０６と６本の撚り鋼線６６との配列関係は、図９に示すように一方の組の撚り鋼線６６の端部が周方向に１つおきの係合部６８０６に係合され、他方の組の撚り鋼線６６の端部が残りの係合部６８０６に係合される。すなわち、オーバーラップ部分では、６本の撚り鋼線６６は６０度の間隔をおいて配列されることになる。

固定バンド７０は、図８に示すように、保持部材６８の１つおきの係合部６８０６に係合された３本の撚り鋼線６６を保持部材６８に締め付け固定し、さらに、図９に示すように、オーバーラップ部分において保持部材６８の１つおき及び残りの係合部６８０６にそれぞれ係合された６本の撚り鋼線６６を保持部材６８に締め付け固定するものであり、金属製または合成樹脂製の紐部材から構成される。
また、３本の撚り鋼線６６の先端には、図７に示すように、これら撚り鋼線６６の先端及びこれら先端の内側領域の全面を覆うキャップ部材７２が設けられている。

このようなケーブルボルト６２を用いて軟弱地盤層の地盤を改良し地山を補強する場合は、図１０及び図１１に示す切羽３４及び切羽３４の周囲に対応する地山３２にトンネル３０の内部からケーブルボルト挿入用の孔を専用の掘削機により穿孔しておき、この穿孔にケーブルボルト６２を挿入する。その後、切羽３４の前面に臨む開口から穿孔内にグラウト注入機を用いてグラウトを注入する。これにより、ケーブルボルト６２の外周と穿孔の内面間にグラウトが充填されるとともに、穿孔内に残留するエアが管体６４の孔６４０２を通して大気中に排出される。さらに、穿孔内へのグラウトの注入が継続されるのに伴い、管体６４の外周囲及び各撚り鋼線６６の外周囲の空間にグラウトが充填されるとともに管体６４の孔６４０２を通して管体６４内にも注入され、最終的には管体６４内がグラウトで充満させる。これにより、切羽３４及びその周囲に対応する地山３２を補強する。

上記のような本実施の形態３によれば、ケーブルボルト６２の中心軸線上に樹脂製の管体６４を配置し、管体６４の周囲に３本１組の撚り鋼線６６を複数組、管体６４の長さ方向で互いに隣接する端部６６ａが一定の長さオーバーラップされて管体６４の全長に延在して配置し、これら撚り鋼線６６を管体６４に設けた樹脂製の保持部材６８に固定バンド７２で締め付け固定する構成にしたので、ケーブルボルト６２に十分な引張強度が得られるとともに、ケーブルボルト６２に使用される樹脂材の量を削減できる。そのため、ケーブルボルトで補強された地山の掘削に際し生じる切断樹脂片の量が低減され、しかも管体４４をエア抜きパイプとして兼用できる。
したがって、公害発生の要因を低減できるとともにケーブルボルト施工の容易性及び能率化を図る上で有利となり、かつ支保工の設置作業の円滑化が図られる。

また、本実施の形態３によれば、一方の組の撚り鋼線６６の端部を周方向に保持部材６８の１つおきの係合部６８０６に係合し、他方の組の撚り鋼線６６の端部を保持部材６８の残りの係合部６８０６に係合し、固定バンド７２で締め付け固定されることで撚り鋼線６６を接ぎ足し可能に構成したので、固定バンド７２を切断するのみで、トンネル掘削時に切羽の前面から垂れ下がった撚り鋼線６６を打設されたケーブルボルト６２から簡単に分離することができ、撚り鋼線６６の除去が容易になるという利点がある。

なお、本発明のケーブルボルトを構成する撚り鋼線の本数は、上記実施の形態に示すものに限らず、地山の性状に基づいて適宜決定すればよい。

１２，４２，６２……ケーブルボルト
１４，４４，６４……管体
１６，４６，６６……撚り鋼線
１８，４８，６８……保持部材
１８０６，４８０６，６８０６……係合部
２０，５０，７０……固定バンド
２２……ロストビット
５２……キャップ部材

Claims (5)

1. 掘削地山の補強に使用されるケーブルボルトであって、
   可撓性を有する管体と、
   前記管体の周囲に該管体の外周面から離間し前記管体の周方向に間隔をおいて前記管体の長さ方向に平行に配列された複数の撚り鋼線と、
   前記管体の長手方向に間隔をおいた複数箇所にそれぞれ設けられ前記複数の撚り鋼線に係合可能な複数の係合部を有する保持部材と、
   前記各保持部材毎に設けられ前記複数の撚り鋼線を前記複数の係合部に固定する固定バンドとを備え、
   前記保持部材は、前記複数の撚り鋼線の２倍の数の係合部を有し、
   前記複数の撚り鋼線のうちの一方の撚り鋼線の端部が周方向に１つおきの前記係合部に係合され、他方の撚り鋼線の端部が残りの前記係合部に係合され、前記固定バンドで固定されることで前記撚り鋼線は接ぎ足し可能である、
   ことを特徴とするケーブルボルト。
2. 前記管体は樹脂製であることを特徴とする請求項１記載のケーブルボルト。
3. 前記管体の周壁を該周壁の厚さ方向に貫通する複数の孔が前記管体の全長に亘り形成されていることを特徴とする請求項１または２記載のケーブルボルト。
4. 前記複数の撚り鋼線の先端に前記管体の軸線方向に延在して結合された先導管を備え、前記先導管の先端に結合部材を介してロストビットが設けられていることを特徴とする請求項１乃至３に何れか１項記載のケーブルボルト。
5. 前記複数の撚り鋼線の先端にこれら先端及びこれら先端の内側領域の全面を覆うキャップ部材が設けられていることを特徴とする請求項１乃至３に何れか１項記載のケーブルボルト。

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