JP6430358B2 - 注入式ロックボルト、及びそれを用いた地山の補強工事の施工方法 - Google Patents

Description

本発明は、注入式ロックボルト、及びそれを用いた地山の補強工事の施工方法に関する。

従来、トンネル工事等の土木工事において、地山を補強すること行われている。地山の補強工事としては、例えば、注入式ロックボルトを用いたものが採用されている。この場合の施工方法は、トンネル等の地山に形成した穿孔に中空構造のロックボルトを挿入し、このロックボルトから穿孔内に向けて、地山の補強のための薬液を注入する。この際、ロックボルト外周面と穿孔内壁面との間から薬液が逆流してリークしないように、穿孔の口元近傍においてコーキングを施す。コーキングの方法としては、例えば、ウエスを詰めたり、ロックボルト外周にパッカーと呼ばれる布製の袋状体を装着しておき、この袋状体内にコーキング剤を注入したりすることによって、間隙を閉塞することが知られている（例えば、非特許文献１参照）。

「ウレタン系注入剤に関する技術資料 −注入式フォアポーリングの設計・試験方法・積算編− −空洞充填に関する留意点−」、ジェオフロンテ研究会 先行補強分科会 ウレタン開発ＷＧ、２０１２年、ｐ．１２４

しかし、上述のような方法の場合、コーキングのための薬液の注入と、地山の補強のための薬液の注入と、を別々に行う必要があり、煩雑であった。

本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、コーキングと地山の補強を容易に行うことが可能な注入式ロックボルト、及びそれを用いた地山の補強工事の施工方法を提供することを解決すべき課題としている。

本発明（請求項１）の注入式ロックボルトは、外周面にねじ山が形成されているとともに、地山補強用の薬液が流通可能に管状に形成された鋼製のロックボルト本体と、
前記ロックボルト本体の外周部に装着されるパッカーと、
前記ロックボルト本体の先端部に取着され、所定の圧力で開放される本体バルブと、を備え、
前記ロックボルト本体の前記パッカーが装着されている部位には、前記ロックボルト本体の内側空間と外側空間とを連通する連通孔が形成されており、
前記パッカーは、前記ロックボルト本体内に前記薬液を流通させるときには、前記連通孔から流出する前記薬液により膨張可能とされ、
前記本体バルブは、前記ロックボルト本体の先端部の内周に嵌め込まれており、
前記ロックボルト本体の先端部においても前記外周面には、ねじ山が形成されていることを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、前記本体バルブには、前記薬液の圧力によって破裂又は脱落する薄板部材が備えられており、
前記薄板部材は、前記ロックボルト本体の先端面より内側へ奥まった位置に配されていることを特徴とする請求項１に記載の注入式ロックボルトである。
請求項３に記載の発明は、前記本体バルブは、更に外筒部材と、内筒部材と、を備えて構成されており、
前記外筒部材には、前記外筒部材の内周が段差状に拡径されて形成された拡径部が形成されており
前記内筒部材は、前記拡径部に嵌合され、
前記薄板部材は、前記外筒部材の内周の段差面と、前記内筒部材の端面と、によって挟持されている請求項２に記載の注入式ロックボルトである。

この注入式ロックボルトは、ロックボルト本体の外周部に装着されるパッカーと、ロックボルト本体の先端部に、所定の圧力で開放される本体バルブが取着されている。また、ロックボルト本体のパッカーが装着されている部位には、ロックボルト本体の内側空間と外側空間とを連通する連通孔が形成されている。そして、パッカーは、ロックボルト本体内に地山補強用の薬液を流通させるときには、連通孔から流出する薬液により膨張可能とされている。このような構成により、パッカーは、ロックボルト先端から放出される薬液の注入によって膨張する。これにより、コーキングのための薬液の注入を、地山の補強のための薬液の注入により行うことができる。このため、コーキングと地山の補強を容易に行うことができる。

本発明（請求項４）の地山の補強工事の施工方法は、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の注入式ロックボルトを用いた地山の補強工事の施工方法であって、
地山に前記注入式ロックボルトの外径よりも大きな内径の穿孔を形成する工程と、
前記穿孔に前記注入式ロックボルトを挿入する工程と、
前記ロックボルト本体の基端部から前記薬液を注入して前記パッカーを膨張させ、前記パッカーのパッカー外周面を前記穿孔の内壁に定着させる工程と、
前記ロックボルト本体の基端部から前記薬液を更に注入して前記本体バルブを開放させ、前記薬液を前記穿孔内に放出する工程と、を備えることを特徴とする。

この場合、コーキングのための薬液の注入を、地山の補強のための薬液の注入により行うことができる。これにより、パッカーのパッカー外周面を穿孔の内壁に定着させるコーキングと、薬液の穿孔内への放出と、連続して行うことができ、簡易である。

実施例１の注入式ロックボルトを示す正面図である。 図１のＩＩ部拡大図である。 図１のＩＩＩ部拡大断面図である。 実施例１の注入式ロックボルト及びそれを用いた地山の補強工事の施工方法の作用を説明するための説明図である。 実施例１の注入式ロックボルト及びそれを用いた地山の補強工事の施工方法の作用を説明するための説明図である。 実施例１の注入式ロックボルト及びそれを用いた地山の補強工事の施工方法の作用を説明するための説明図である。 実施例１の注入式ロックボルト及びそれを用いた地山の補強工事の施工方法の作用を説明するための説明図である。 実施例１の注入式ロックボルト及びそれを用いた地山の補強工事の施工方法の作用を説明するための説明図である。

本発明における好ましい実施の形態を説明する。

本発明の注入式ロックボルトにおいて、前記連通孔には、前記本体バルブが開放される圧力よりも低い圧力で開放される連通孔バルブが取着され得る。この場合、薬液を注入すると、本体バルブよりも先に連通孔バルブが開放される。このため、ロックボルト本体の先端部からの薬液の放出よりも先に、パッカーを膨張させることができる。これにより、穿孔内への薬液の放出よりも先に、コーキングを行うことができる。

本発明の注入式ロックボルトにおいて、前記連通孔バルブは、前記薬液が前記ロックボルト本体の内側空間から外側空間へ抜ける場合にのみ開放可能な逆止弁であり得る。この場合、パッカーを膨張した状態で保持することができる。このため、コーキングを確実に行うことができる。

本発明の注入式ロックボルトにおいて、前記パッカーは、前記薬液を流通させたときには、前記ロックボルト本体の外径の１．５〜３倍の外径になるまで膨張可能に設けられ得る。この場合、パッカーの外周面を注入式ロックボルトが挿入される地山の穿孔の内壁面に、確実に定着させることができる。このため、確実にコーキングを行うことができる。

次に、本発明の注入式ロックボルト、及びそれを用いた地山の補強工事の施工方法を具体化した実施例１について、図面を参照しつつ説明する。

＜実施例１＞
実施例１の注入式ロックボルト１０は、図１乃至図３に示すように、ロックボルト本体２０、パッカー３０、及び本体バルブ４０を備えている。ロックボルト本体２０は、鋼製であるとともに、その内側空間を地山補強用の薬液が流通可能に、管状に形成されている。ロックボルト本体２０は、その外周面にねじ山が形成されている。本実施例において、ロックボルト本体２０には、呼び径Ｒ３２のロープねじが転造により形成されている。また、ロックボルト本体２０は、外径約３１ｍｍ、内径約１７．６ｍｍ、全長約１７００ｍｍである。

パッカー３０は、ロックボルト本体２０の外周面に装着される。パッカー３０は、外径約４８ｍｍ、内径約３２ｍｍ、全長約２５０ｍｍの筒状に形成されている。パッカー３０は、ゴム製で弾性を有している。パッカー３０は、図２に示すように、その両端近傍を鋼製のリングバンド３１でかしめられていることにより、ロックボルト本体２０に装着されている。

本体バルブ４０は、ロックボルト本体２０の先端部２０Ａに取着されている。具体的には、本体バルブ４０は、ロックボルト本体２０の先端部２０Ａの内周に嵌め込まれている。本体バルブ４０は、所定の圧力で開放されるように設けられている。すなわち、本体バルブ４０は、ロックボルト本体２０内に薬液を流通させたとき、ロックボルト本体２０の内圧が所定圧力に達すると開放される。本実施例において、本体バルブ４０は、２〜５ＭＰａ（例えば、約４ＭＰａ）の圧力で開放されるように設定されている。

本体バルブ４０は、図３に示すように、外筒部材４１と、内筒部材４２と、薄板部材４３と、を備えて構成されている。外筒部材４１及び内筒部材４２は、それぞれ鋼製で筒状に形成されている。外筒部材４１には、その内周が段差状に拡径されて形成された拡径部４１Ａが形成されている。内筒部材４２は、この拡径部４１Ａに嵌合されている。薄板部材４３はアルミ製の円板状の薄板である。薄板部材４３は、外筒部材４１の拡径部４１Ａの内径と略同等の外径を有している。薄板部材４３は、外筒部材４１の内周の段差面４１Ｂと、内筒部材４２の端面４２Ａと、により挟持されている。

図１及び図２に示すように、ロックボルト本体２０には、平坦部２１が形成されている。平坦部２１は、ロックボルト本体２０の基端部２０Ｂから約４００ｍｍの部分から先端方向へ向かって、約３００ｍｍの長さで形成されている。平坦部２１は、その外周面にはねじ山が形成されておらず、ロックボルト本体２０のねじ山が形成されている部分よりも縮径されて設けられている。

更に、平坦部２１の軸方向の略中間には、段差状に更に縮径された段差部２２が形成されている。本実施例において、段差部２２は、軸方向に約１２ｍｍの幅で設けられている。段差部２２の軸方向の略中間には、連通孔２３が形成されている。連通孔２３は、ロックボルト本体２０の内側空間と外側空間とを連通する孔である。連通孔２３は、周方向に略等配で４つ形成されている。各連通孔２３は、内径がそれぞれ約２ｍｍの大きさで形成されている。

連通孔２３には、連通孔バルブ５０が設けられている。連通孔バルブ５０は、ゴム製のリングバンドで、各連通孔２３を閉塞するように段差部２２にはめ込まれている。連通孔バルブ５０は、本体バルブ４０が開放される圧力よりも低い圧力で開放するように設けられている。すなわち、連通孔バルブ５０は、ロックボルト本体２０内に薬液を流通させて内圧が上昇したとき、本体バルブ４０よりも先に開放される。

このような構成を有する注入式ロックボルト１０、及びそれを用いた地山の補強工事の施工方法の作用を以下に説明する。なお、本実施例では、図４に示すように、地山Ｇの表面に厚さ２５０ｍｍ〜３００ｍｍ程度の吹付けコンクリート層Ｃが形成されたトンネル内壁における施工を例にして説明する。

最初に、図４に示すように、注入式ロックボルト１０を挿入するための穿孔Ｂを形成する。この穿孔Ｂは、ドリルや穿孔ロッド等を用いて形成してもよいし、ロックボルト本体２０の先端部２０Ａに穿孔ビットを取り付けるなどして、本注入式ロックボルト１０を用いて形成してもよい。穿孔Ｂの内径は、パッカー３０の外径よりも大きい。更に、穿孔Ｂは、トンネル内壁から地山Ｇに対して略垂直に形成されている。

次に、図５に示すように、注入式ロックボルト１０を、ロックボルト本体２０の先端部２０Ａから穿孔Ｂ内に挿入する。具体的には、パッカー３０が地山Ｇに到達するまで挿入する。このとき、パッカー３０がロックボルト本体２０の基端部２０Ｂから約４００ｍｍの位置に取り付けられていることから、ロックボルト本体２０の基端部２０Ｂは、吹付けコンクリート層Ｃの表面から１００ｍｍ程度突出することになる。
なお、注入式ロックボルト１０は、ロックボルト本体２０が鋼製であることから、ねじり剛性や衝撃耐性に優れている。このため、挿入時の破損が抑制され、穿孔Ｂに確実に挿入することができる。更に、注入式ロックボルト１０は、ロックボルト本体２０、パッカー３０、及び本体バルブ４０が一体的に設けられていることから、組立や、長尺にするための接続等の現場作業を必要としない。このため、本注入式ロックボルト１０は作業性に優れる。

次に、ロックボルト本体２０の基端部２０Ｂから地山固定用の薬液を注入する。このとき、基端部２０Ｂは吹付けコンクリート層Ｃの表面から約１００ｍｍ突出しているので、薬液注入用のアダプター等の接続が容易である。注入する薬液としては、ウレタン系、セメント系、無機系等の薬液であることができる。

注入された薬液は、本体バルブ４０及び連通孔バルブ５０で閉塞されていることにより、ロックボルト本体２０の内側空間に滞留する。更に薬液を注入し、ロックボルト本体２０の内側空間の内圧を上昇させる。すると、まず、連通孔バルブ５０が開放される。具体的には、図６に示すように、ゴム製のリングバンドである連通孔バルブ５０が薬液の圧力によって膨張し、連通孔２３から薬液が流出する。本実施例において、連通孔バルブ５０が開放されるときの内圧は、本体バルブ４０が開放される圧力よりも極めて低い圧力である。

連通孔バルブ５０が開放されると、ロックボルト本体２０の平坦部２１と、これを覆うパッカー３０と、の間に薬液が放出される。すると、図７に示すように、弾性体であるゴム製のパッカー３０は、放出された薬液によって次第に膨張してゆく。膨張したパッカー３０は穿孔Ｂの内壁に接する。更に膨張させることで、パッカー３０の外周面は穿孔Ｂの内壁に押しつけられる。このようにパッカー３０を膨張させ、パッカー３０のパッカー外周面を穿孔Ｂの内壁に定着させる。これにより、本注入式ロックボルト１０が固定されるとともに、穿孔Ｂの内壁との間の隙間にコーキングが施される。また、パッカー３０は、連通孔バルブ５０が逆止弁として作用することにより、内圧が下降しても収縮することなく、膨張した状態が維持される。本実施例１において、パッカー３０は、ロックボルト本体２０の外径の１．５〜３倍の外径になるまで膨張可能とされている。

更に薬液を注入し続け、ロックボルト本体２０の内圧が所定圧力に到達すると、本体バルブ４０が開放される。具体的には、外筒部材４１及び内筒部材４２により挟持されている薄板部材４３が、薬液の圧力によって破裂又は脱落する。すると、図８に示すように、ロックボルト本体２０の先端部２０Ａから穿孔Ｂ内に薬液が放出される。そして、更に薬液を注入し続け、薬液を穿孔Ｂ内に充填させる。このとき、パッカー３０によって穿孔Ｂの内壁との間の隙間がコーキングされていることから、薬液がトンネル内部側に流出することはない。また、パッカー３０は、本体バルブ４０が開放される圧力（２〜５ＭＰａ（例えば、約４ＭＰａ））で膨張し、穿孔Ｂの内壁に押しつけられていることから、確実なコーキング状態が維持される。更に、コーキングに用いられている薬液は、パッカー３０内の空間にあることから、穿孔Ｂ内に湧水の漏洩等があった場合でも湧水に接触することがない。このため、薬液の流出を防止できる。

したがって、実施例１の注入式ロックボルト、及びそれを用いた地山の補強工事の施工方法では、コーキングと地山の補強を容易に行うことが可能である。

なお、通常のトンネル工事では、吹付けコンクリートの表面に更に覆工コンクリートと呼ばれる化粧コンクリートを打設する。実施例１の場合、吹付けコンクリート層Ｃの表面から突出するロックボルトの基端部は、最終的には、覆工コンクリートによって覆われ、注入式ロックボルト１０の全体が埋め込まれた状態とされる。

本発明は上記記述及び図面によって説明した実施例に限定されるものではなく、例えば次のような実施例も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）実施例１では、注入式ロックボルトをトンネルから地山に垂直に挿入する例を示したが、これに限定されず、例えば、フォアポーリングのように、地山に対して切羽前方の斜め方向に向けて挿入するようにしてもよい。
（２）実施例１では、全長約１７００ｍｍのロックボルト本体を使用する例を示したが、これに限定されず、例えば、より長尺なロックボルト本体を適用してもよい。この場合、本発明に係るロックボルト本体が鋼製であることから、フォアポーリング工法等の先受け工にも適用可能な長さのロックボルト本体とすることができる。更に、１７００ｍｍよりも短尺であってもよい。ロックボルト本体の全長としては、例えば、１０００〜４０００ｍｍであることができる。
（３）実施例１では、注入式ロックボルト、及び地山の補強工事の施工方法をトンネル工事に適用する例を示したが、これに限定されず、例えば、法面等の工事に適用してもよい。
（４）実施例１では、ロックボルト本体の外周面に呼び径Ｒ３２のロープねじを形成するようにしたが、これに限定されず、例えば、呼び径Ｒ２５等の他の呼び径のロープねじとしてもよい。また、ロープねじにも限定されず、他の規格のねじを採用してもよい。

１０…注入式ロックボルト
２０…ロックボルト本体
２０Ａ…先端部
２０Ｂ…基端部
２１…平坦部
２２…段差部
２３…連通孔
３０…パッカー
３１…リングバンド
４０…本体バルブ
４１…外筒部材
４１Ａ…拡径部
４２…内筒部材
４３…薄板部材
５０…連通孔バルブ
Ｂ…穿孔
Ｃ…吹付けコンクリート層
Ｇ…地山

Claims (4)

1. 外周面にねじ山が形成されているとともに、地山補強用の薬液が流通可能に管状に形成された鋼製のロックボルト本体と、
   前記ロックボルト本体の外周部に装着されるパッカーと、
   前記ロックボルト本体の先端部に取着され、所定の圧力で開放される本体バルブと、を備え、
   前記ロックボルト本体の前記パッカーが装着されている部位には、前記ロックボルト本体の内側空間と外側空間とを連通する連通孔が形成されており、
   前記パッカーは、前記ロックボルト本体内に前記薬液を流通させるときには、前記連通孔から流出する前記薬液により膨張可能とされ、
   前記本体バルブは、前記ロックボルト本体の先端部の内周に嵌め込まれており、
   前記ロックボルト本体の先端部においても前記外周面には、ねじ山が形成されていることを特徴とする注入式ロックボルト。
2. 前記本体バルブには、前記薬液の圧力によって破裂又は脱落する薄板部材が備えられており、
   前記薄板部材は、前記ロックボルト本体の先端面より内側へ奥まった位置に配されていることを特徴とする請求項１に記載の注入式ロックボルト。
3. 前記本体バルブは、更に外筒部材と、内筒部材と、を備えて構成されており、
   前記外筒部材には、前記外筒部材の内周が段差状に拡径されて形成された拡径部が形成されており
   前記内筒部材は、前記拡径部に嵌合され、
   前記薄板部材は、前記外筒部材の内周の段差面と、前記内筒部材の端面と、によって挟持されている請求項２に記載の注入式ロックボルト。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の注入式ロックボルトを用いた地山の補強工事の施工方法であって、
   地山に前記注入式ロックボルトの外径よりも大きな内径の穿孔を形成する工程と、
   前記穿孔に前記注入式ロックボルトを挿入する工程と、
   前記ロックボルト本体の基端部から前記薬液を注入して前記パッカーを膨張させ、前記パッカーのパッカー外周面を前記穿孔の内壁に定着させる工程と、
   前記ロックボルト本体の基端部から前記薬液を更に注入して前記本体バルブを開放させ、前記薬液を前記穿孔内に放出する工程と、を備えることを特徴とする地山の補強工事の施工方法。

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