JP5688848B2

JP5688848B2 - 地盤補強用鋼管及びその製造方法

Info

Publication number: JP5688848B2
Application number: JP2011182943A
Authority: JP
Inventors: 利丸堀; 小林　雅彦; 雅彦小林; 和樹小原; 恵介戸部; 太司松島; 正岡部
Original assignee: 株式会社ケー・エフ・シー; リバースチール株式会社; 株式会社昭和金属; 株式会社河戸製作所
Priority date: 2011-08-24
Filing date: 2011-08-24
Publication date: 2015-03-25
Anticipated expiration: 2031-08-24
Also published as: JP2013043202A

Description

本発明は、外周面に螺旋溝が形成される地盤補強用鋼管及びその製造方法に関する。

従来、トンネル切羽の前方地山などの地盤を補強する地盤補強工法として、例えば先端に削孔ビットを有する中空管状の削孔ロッドの外周に地盤補強用鋼管を配置した状態で削孔を施す二重管削孔方式等により、地盤補強用鋼管を順次継ぎ足して地盤に打設し、その後に、地盤補強用鋼管の内部に注入管をセットし、注入管から固結材を注入して地盤補強用鋼管の内外に固結領域を形成する工法が知られている。

この種の工法に用いられる地盤補強用鋼管は、通常３ｍ程度の鋼管が４本程度継ぎ足されるなど径に対して非常に長尺となるように継ぎ足され、先頭の削孔ビットで引っ張って打設されるか、或いは地盤補強用鋼管の後端から叩き込んで打設される。また、地盤補強用鋼管は、地盤補強材、仮設材としての側面を有する。

そのため、地盤補強用鋼管には、以下の相反する性質を備えていることが望ましい。即ち、打設抵抗を小さくするために、外周面が可能な限り平らにされる一方で、固結材との十分な付着力を確保するために、外周面に凹凸が形成されることが好ましい。また、長尺打設に耐え得るように、必要な肉厚が確保される一方で、仮設材として経済性を確保するために、必要以上の肉厚がないことが好ましい。

この様な性質を有する地盤補強用鋼管の例として、特許文献１には、地盤補強用鋼管の外周面に、断面Ｖ字形の螺旋溝が形成され、その螺旋溝内に固結材の吐出孔を形成したものが開示されている。

特開２００９−１９７５７３号公報

ところで、上記外周面に螺旋溝が形成されている地盤補強用鋼管は、長さ３ｍ程度の円筒状の鋼管を形成し、この鋼管を固定し、外側から螺旋溝に対応する螺旋状の凸部を有する金型を鋼管に押圧して加工されている。しかしながら、この加工では、一旦円筒状の鋼管を形成してから螺旋溝を形成する必要がある。更に、螺旋溝を形成する際には、鋼管の所定部位の外周面に螺旋溝を形成した後に鋼管を軸方向に送り、これと続く鋼管の所定部位に螺旋溝を形成する作業、換言すれば螺旋状の凸部のピッチ毎に鋼管を軸方向に送り、金型の凸部を押圧する作業を繰り返す必要があり、加工作業が煩雑になるという問題がある。

本発明は上記課題を解消するために提案するものであり、効率的な加工作業で得ることができる、外周面に螺旋溝を有する地盤補強用鋼管及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の地盤補強用鋼管は、略円筒状の形状を有し、周壁に固結材の吐出孔が形成されている地盤補強用鋼管であって、円筒状のワーク内にプラグを挿入することなく、内周面の対向する位置に点状の突起が形成されて回転可能に設けられている引抜ダイスの内側から前記ワークを引き抜き前記引抜ダイスを回転させることにより、縮径されていると共に、外周面に長手方向に連続する螺旋溝が形成され、且つ前記螺旋溝に対応する位置で前記螺旋溝に沿うように内周面から内側に突出する凸条が形成されていることを特徴とする。
この構成によれば、外周面に螺旋溝が長手方向に連続形成されている地盤補強用鋼管を効率的な加工作業で得ることができる。また、長尺の地盤補強用鋼管でも螺旋溝を容易に連続形成することができる。また、地盤補強用鋼管の肉厚を全長に亘って所定の肉厚に形成し、高強度の地盤補強用鋼管を製造することができる。

本発明の地盤補強用鋼管の製造方法は、略円筒状の形状を有し、周壁に固結材の吐出孔が形成されている地盤補強用鋼管の製造方法であって、内周面の対向する位置に点状の突起が形成されている引抜ダイスが回転可能に設けられ、円筒状のワーク内にプラグを挿入することなく、前記ワークを前記引抜ダイスの内側から引き抜くことにより、前記ワークを縮径すると共に、前記引抜ダイスの回転により前記ワークの外周面に長手方向に連続する螺旋溝を形成し且つ前記螺旋溝に対応する位置で前記螺旋溝に沿うように前記ワークの内周面から内側に突出する凸条を形成する引抜工程を備えることを特徴とする。
この構成によれば、外周面に螺旋溝が長手方向に連続形成されている地盤補強用鋼管を効率的な加工作業で得ることができる。また、長尺の地盤補強用鋼管でも螺旋溝を容易に連続形成することができる。また、加工によるワークの肉厚の制御が容易であり、地盤補強用鋼管の肉厚を全長に亘って所定の肉厚に形成し、高強度の地盤補強用鋼管を製造することができる。

本発明の地盤補強用鋼管の製造方法は、前記引抜ダイスの軸線方向と前記ワークの引抜方向とを斜めにずらすように前記ワークを引き抜いて前記引抜ダイスを回転させ、前記ワークの外周面の前記螺旋溝と内周面の前記凸条を形成することを特徴とする。

上記構成によれば、内周面の対向する位置に点状の突起が形成されている引抜ダイスに回転駆動機構を設けずに、ワークの引き抜き動作により引抜ダイスを回転して螺旋溝と凸条を確実に形成することができ、製造設備の省力化、製造コストの低減を図ることができる。

本発明によれば、外周面に螺旋溝が長手方向に連続形成されている地盤補強用鋼管を効率的な加工作業で得ることができる。

（ａ）は本発明による第１実施形態の地盤補強用鋼管の連結スリーブによる連結を示す一部破断正面説明図、（ｂ）はその地盤補強用鋼管の周壁の部分断面図。第１実施形態の地盤補強用鋼管の製造工程を示すフローチャート。（ａ）は第１実施形態の地盤補強用鋼管の製造工程におけるワークの引抜ダイスからの引き抜きを説明する断面説明図、（ｂ）はそのワークの引抜ダイスからの引き抜きを説明する斜視説明図。（ａ）は第２実施形態の地盤補強用鋼管の製造工程におけるワークの引抜ダイスからの引き抜きを説明する断面説明図、（ｂ）はその地盤補強用鋼管の周壁の部分断面図。実施形態の地盤補強用鋼管を用いて構築中のトンネルの切羽補強をしている状態の縦断説明図。実施形態の地盤補強用鋼管を用いて構築中のトンネルの切羽補強をしている状態の横断説明図。実施形態の地盤補強用鋼管を用いて構築中のトンネルの切羽補強をしている状態の切羽部分近傍の拡大説明図。実施形態の地盤補強用鋼管を用いる二重管削孔打設の構成を示す縦断説明図。

〔第１実施形態の地盤補強用鋼管及びその製造方法〕
本発明による第１実施形態の地盤補強用鋼管及びその製造方法について説明する。

第１実施形態の地盤補強用鋼管１０は、図１に示すように、略円筒状の形状を有し、その周壁１１の外周面１２に螺旋溝１３が長手方向に連続形成されている。この螺旋溝１３は、地盤補強用鋼管１０の元となるワークに後述する引抜による縮径時に合わせて形成されたものである。この地盤補強用鋼管１０は、例えば長さを３ｍ程度として形成され、トンネル掘削時に先行地盤を補強する長尺先受け工や長尺鏡補強工の補強管等として用いられる。

螺旋溝１３の断面形状は、図示例では断面視略矩形であるが、断面視略半円形、断面視略Ｖ字形など適宜である。また、図示例の螺旋溝１３は、２条形成されているが、螺旋溝１３の条数は、地盤補強用鋼管１０の強度や地盤への付着耐力の増強度合いを考慮して適宜設定することが可能であり、又、螺旋溝１３の幅や深さについても同様である。

周壁１１の所定箇所には、地盤を固結する固結材の吐出孔１４が貫通して複数形成されている。図示例の吐出孔１４は螺旋溝１３が形成されている箇所以外の周壁１１に形成されているが、一部の吐出孔１４若しくは全部の吐出孔１４を螺旋溝１３内に形成するようにすることも可能であり、又、適宜の吐出孔１４の開口部の一部分を螺旋溝１３内に形成することも可能である。また、周壁１１の内周面１５は平滑面になっている。

地盤補強用鋼管１０の両端部には、それぞれ雄ねじ１６・１６が設けられている。そして、長尺先受け工等で前側に配置する地盤補強用鋼管１０の後端部の雄ねじ１６と、後側に配置する地盤補強用鋼管１０の前端部の雄ねじ１６とに連結スリーブ２０の雌ねじ２１を螺合し、連結スリーブ２０と介して地盤補強用鋼管１０・１０を連結可能になっている。尚、連結スリーブ２０を用いる構成に代え、地盤補強用鋼管１０の一方の端部に雄ねじを形成し、その他方の端部に雌ねじを形成して、前側に配置する地盤補強用鋼管１０の雄ねじ若しくは雌ねじと後側に配置する地盤補強用鋼管１０の雌ねじ若しくは雄ねじを、直接螺合して連結する構成とすることも可能である。

この地盤補強用鋼管１０を製造する際には、図２に示すように、先ず円筒状のワーク１００の一方の端部を細く絞った先端部１０１を形成するように先付加工を施す（Ｓ１０１）。次いで、熱処理と徐冷により、加工硬化による内部の歪みを除去して材質を均一化し、展延性を向上させる焼鈍を施した後（Ｓ１０２）、酸液に浸漬して、ワーク１００の内側と外側に付着したスケールを除去する酸洗処理を施す（Ｓ１０３）。更に、ワーク１００にリン酸亜鉛被膜を形成する被膜処理（Ｓ１０４）、引抜加工を容易にするためにワーク１００を潤滑油に浸漬する潤滑処理を行う（Ｓ１０５）。

次いで、ワーク１００を引き抜く引抜加工を行う（Ｓ１０６）。引抜加工では、図３に示すように、ハウジング５１に回転駆動機構５２が設けられ、回転駆動機構で引抜ダイス５３が回転可能に設けられている加工装置が用いられる。引抜ダイス５３は、リング状の本体５３１と、本体５３１の内周面で内側に向かって突出形成されている突起５３２とを有する。

図示例では、実線の引き出し線で示される対向位置の２箇所に突起５３２が設けられ、ワーク１００に２条の螺旋溝１３を連続形成可能になっているが、この対向する方向と直交する方向における、２点鎖線の引き出し線で示される対向位置にも突起５３２を設け、ワーク１００に４条の螺旋溝１３を連続形成可能な構成にするなど、所定位置に適宜数の突起５３２を設けて適宜条数の螺旋溝１３を形成することが可能である。また、この突起５３２の突出高さ、形状を適宜設定し、適宜の深さや断面形状の螺旋溝１３を形成することが可能である。

そして、引抜加工では、先付で絞り込んだワーク１００の先端部１０１を引抜ダイス５３の内側を通し、そのワーク１００の先端部１０１をキャリッジ端のチャック（図示省略）で掴むと共に、ワーク１００内にプラグ５４を内挿して引抜ダイス５３の近傍に配置する。プラグ５４は、先端に向かって外側に膨らむように湾曲しながら先細になった形状である。

その後、回転駆動機構５２で引抜ダイス５３を回転させ、ワーク１００の先端部１０１を引っ張り、円筒状のワーク１００を引抜ダイス５３の内側から引き抜いてワーク１００を縮径する。この時に、回転する引抜ダイス５３の突起５３２により、ワーク１００の外周面に螺旋溝１３が長手方向に連続形成される。

引抜加工の完了後には、引き抜きによって生じた曲がりをローラで修正する矯正加工を施し（Ｓ１０７）、ワーク１００の先端部１０１を切断する（Ｓ１０８）。更に、ワーク１００の傷を渦流探傷検査で検査し（Ｓ１０９）、寸法や機械的性質を検査する（Ｓ１１０）。検査が完了したワーク１００は、所定寸法に切断して地山補強用鋼管１０の周壁１１を構成し、周壁１１の所定位置に吐出孔１４を形成すると共に、両端部に雄ねじ１６を形成して地山補強用鋼管１０が完成する。尚、所定寸法の切断による周壁１１の形成、吐出孔１４の形成、両端部への雄ねじ１６の形成を、Ｓ１０９の渦流探傷検査の前、或いはＳ１１０の検査の前に行うことも可能である。

第１実施形態の螺旋溝付き鋼管１０或いはその製造方法によれば、周壁１１の外周面１２に螺旋溝１３が長手方向に連続形成されている地盤補強用鋼管１０を効率的な加工作業で得ることができる。また、長尺の地盤補強用鋼管１０でも螺旋溝１３を容易に連続形成することができる。

また、引抜加工により、ワーク１００や地盤補強用鋼管１０の肉厚の制御を容易に行うことができる。また、引抜ダイス５３とプラグ５４との組み合わせた引抜加工により、地盤補強用鋼管１０の全長に亘って内面平滑性と、所望の大きさの内部断面積を確保することができ、例えば地盤補強用鋼管１０の内部で削孔ロッドがつかえることや、地盤補強用鋼管１０に複数の注入管を挿入して連結した地盤補強用鋼管１０内をパッカーで区画する際に、注入管の束が地盤補強用鋼管１０の内部に引っかからずに綺麗にパッカーを設置すること等が可能となる。

〔第２実施形態の地盤補強用鋼管及びその製造方法〕
次に、第２実施形態の地盤補強用鋼管及びその製造方法について説明する。

第２実施形態の地盤補強用鋼管１０は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるが、図４に示すように、螺旋溝１３に対応する位置で螺旋溝１３に沿うようにして、周壁１１の内周面１５から内側に突出する凸条１７が形成されている点で相違する。

この地盤補強用鋼管１０を製造する際には、プラグ５４をワーク１００に挿入せずに引抜加工を施して製造する。その他の製造工程は第１実施形態の製造工程と同様である。

第２実施形態の地盤補強用鋼管１０或いはその製造方法によれば、例えば地盤補強用鋼管１０の肉厚を全長に亘って所定の肉厚に形成し、高強度の地盤補強用鋼管１０を製造することが可能となる。その他、第１実施形態と対応する構成により、第１実施形態と同様の効果を奏する。

〔地盤補強用鋼管の施工例〕
次に、第１又は第２実施形態の地盤補強用鋼管１０の施工例について説明する。

本施工例は、図５〜図７に示すように、トンネル掘削時に先行地山を補強する長尺先受け工や長尺鏡補強工に第１又は第２実施形態の地山補強用鋼管１０を施工した例であり、地山補強用鋼管１０を連結スリーブ２０で連結して構成される補強管３０が、先受け工６３や鏡補強工６６に用いられている。図５〜図７において、７１は地山、７２はトンネル空間、７３は掘進途中のトンネルの先端位置の切羽であり、トンネル空間７２内にはドリルジャンボ６１が配置されている。

先受け工６３は、切羽７３の前方上部の地山７１に長尺の補強管３０を配置してアーチ状に補強するものであり、その施工に際しては、例えば切羽７３の直近に既に立て込まれている支保工６４の前方位置で、切羽７３の天端部から前方上部の地山７１に向かって補強管３０よりも大径の下孔を所定の仰角で穿孔し、その下孔から二重管削孔打設方式により、地山７１に削孔を施すと同時に、この削孔内に長尺の補強管３０を打設する。

削孔形成及び補強管３０の打設では、図８に示すように、ドリルジャンボ６１のガイドセル６１２に補強管３０を構成する地盤補強用鋼管１０を配置すると共に、先端に削孔ビット６１４が装着されている削孔ロッド６１３を地盤補強用鋼管１０内に挿入し、削孔ロッド６１３の後端を削岩機６１１に連結する。更に、削孔ビット６１４の外周にケーシングシュー６１５を設け、ケーシングシュー６１５に地盤補強用鋼管１０の先端部を取り付ける。

そして、削岩機６１１から削孔ロッド６１３を介して削孔ビット６１４に回転力と打撃力を伝達し、牽引される地盤補強用鋼管１０を連結スリーブ２０への螺合による連結で順次継ぎ足し、地盤補強用鋼管１０を接続して構成される長尺の補強管３０を削孔内に打設して存置する。更に、補強管３０の吐出孔１４から周囲の地山７１内に固結材を充填し、地山７１内に固結領域６２を形成する。

また、鏡補強工６６は、切羽７３の前方の地山７１を削孔して長尺の補強管３０を配置して補強するものであり、その施工に際しては、例えば切羽７３に施されている鏡面吹き付けコンクリート６５から、上記先受け工６３と同様の施工手順で、前方の地山７１内に削孔を施して地山補強用鋼管１０を継ぎ足した長尺の補強管３０を打設し、その補強管３０の周囲に固結領域６２を形成する。尚、図示の二点鎖線の切羽７３、鏡面吹き付けコンクリート６５は以後の工程で形成されるものである。

これらの先受け工６３や鏡補強工６６では、外周面に螺旋溝１３が形成されている地山補強用鋼管１０で構成される補強管３０により、補強管周囲の周面付着力を向上させ、高い補強効果を得ることができる。

〔実施形態の変形例等〕
本明細書開示の発明は、各発明や各実施形態の構成の他に、適用可能な範囲で、これらの部分的な構成を本明細書開示の他の構成に変更して特定したもの、或いはこれらの構成に本明細書開示の他の構成を付加して特定したもの、或いはこれらの部分的な構成を部分的な作用効果が得られる限度で削除して特定した上位概念化したものを含むものであり、下記変形例も包含する。

例えば上記実施形態では、回転駆動機構５２で引抜ダイス５３を回転しながら、ワーク１００の引き抜きを行って螺旋溝１３を形成したが、引抜ダイス５３を回転可能に設け、ワーク１００を引抜ダイス５３の内側から引き抜いて螺旋溝１３を形成する適宜の工程を用いることが可能であり、回転駆動機構５２を設けない構成とすることも可能である。回転駆動機構５２を設けない場合には、例えば引抜ダイス５３を回転可能に保持して設け、その引抜ダイス５３の軸線方向とワーク１００の引抜方向とを若干斜めにずらすように引き抜いて引抜ダイス５３を回転させ、この回転により、ワーク１００の外周面に螺旋溝１３を形成する構成が望ましい。この構成によれば、ワーク１００の引き抜き動作により引抜ダイス５３を回転して螺旋溝１３を形成することができ、製造設備の省力化、製造コストの低減を図ることができる。

また、地盤補強用鋼管１０は、削孔ビット６１４やケーシングシュー６１５により、牽引されるものに限定されず、後端から叩き込んで打設されるものでもよい。また、地盤補強用鋼管１０は一方の端部に雄ねじ１６が形成され、他方の端部に雌ねじが形成され、連結スリーブ２０を介さずに、これらを相互に螺合して連結可能なものとしてもよい。

本発明は、例えばトンネル掘削時に先行地山を補強する長尺先受け工や長尺鏡補強工に用いる地盤補強用鋼管やその製造方法として利用することができる。

１０…地盤補強用鋼管１１…周壁１２…外周面１３…螺旋溝１４…吐出孔１５…内周面１６…雄ねじ１７…凸条２０…連結スリーブ２１…雌ねじ３０…補強管１００…ワーク１０１…先端部５１…ハウジング５２…回転駆動機構５３…引抜ダイス５３１…本体５３２…突起５４…プラグ６１…ドリルジャンボ６１１…削岩機６１２…ガイドセル６１３…削孔ロッド６１４…削孔ビット６１５…ケーシングシュー６２…固結領域６３…先受け工６４…支保工６５…鏡面吹き付けコンクリート６６…鏡補強工７１…地山７２…トンネル空間７３…切羽

Claims

略円筒状の形状を有し、周壁に固結材の吐出孔が形成されている地盤補強用鋼管であって、
円筒状のワーク内にプラグを挿入することなく、内周面の対向する位置に点状の突起が形成されて回転可能に設けられている引抜ダイスの内側から前記ワークを引き抜き前記引抜ダイスを回転させることにより、縮径されていると共に、外周面に長手方向に連続する螺旋溝が形成され、且つ前記螺旋溝に対応する位置で前記螺旋溝に沿うように内周面から内側に突出する凸条が形成されていることを特徴とする地盤補強用鋼管。
略円筒状の形状を有し、周壁に固結材の吐出孔が形成されている地盤補強用鋼管の製造方法であって、
内周面の対向する位置に点状の突起が形成されている引抜ダイスが回転可能に設けられ、円筒状のワーク内にプラグを挿入することなく、前記ワークを前記引抜ダイスの内側から引き抜くことにより、前記ワークを縮径すると共に、前記引抜ダイスの回転により前記ワークの外周面に長手方向に連続する螺旋溝を形成し且つ前記螺旋溝に対応する位置で前記螺旋溝に沿うように前記ワークの内周面から内側に突出する凸条を形成する引抜工程を備えることを特徴とする地盤補強用鋼管の製造方法。
前記引抜ダイスの軸線方向と前記ワークの引抜方向とを斜めにずらすように前記ワークを引き抜いて前記引抜ダイスを回転させ、前記ワークの外周面の前記螺旋溝と内周面の前記凸条を形成することを特徴とする請求項２記載の地盤補強用鋼管の製造方法。