JPH01142200A - ロックボルトの固着方法とそれに用いる固着剤カートリッジ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、岩盤を補強するため岩盤の穿孔内にロックボ
ルトを固着するロックボルト固着方法およびそれに用い
る固着剤カートリッジに関し、特に穿孔内に湧水がある
場合に右動である。

〔従来の技術〕

トンネルや鉱山等において、岩盤を補強する目的で、ロ
ックボルトを固着するためのカートリッジ、カプセルが
特開昭５４−５４４２２号公報、公表特許公報５５−５
００４８８号公報、特開昭５７−１７４５９９号公報に
開示されている。これらのカートリッジは水硬性セメン
トを透水性の袋に収納したもので、使用方法は使用する
直前にカプセルを所定時間水に浸漬して吸水させた後に
穿孔された岩盤の孔内に挿入し、その上からロックボル
トを挿入し固着させるものである。

別な方法としては、特公昭８２−３４９２０号公報、特
開閉５５−１２９５９８号公報に、ウレタン樹脂の主剤
と硬化剤を収納したカートリッジが開示されている。こ
れらのカートリッジは発泡性のあるカートリッジと発泡
性のないカートリッジを穿孔された岩盤の孔内に入れ、
ロックボルトを回転させながら挿入し、主剤と硬化剤を
攪拌して硬化固着させるものである。

その際、主剤と硬化剤は以下の式（Ａ）、（Ｂ）や（Ｃ
）、（Ｄ）に示す反応によって三次元構造を生成する。

（Ａ）オキシ化合物との反応（ウレタン結合）■ −ＮＧＯ＋　　−ＯＨ−一ゆ　−Ｎ−Ｃ−０−罷 （Ｂ）ウレタン結合との反応、三次元構造の生成（アロ
ファネート結合） （Ｃ）アミンとの反応（尿素結合） （Ｄ）尿素結合との反応、三次元構造の生成（ビューレ
ット結合） ウレタン樹脂は通常、特公昭５５−１２９５９８号公報
の実施例に開示されているように二成分で構成されてい
る。−成分は、ポリエーテルポリオール、助剤、補強剤
であり、残部はメチにンジイソシアネート系などのプレ
ポリマとして末端にインシアネート基を含有する物質で
ある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし上記の各方法には、次のような問題点がある。

水硬性セメントでロックボルトを固着する方法では、水
硬性セメントが硬化して固着するまでの間に孔内に出る
湧水によってセメントが孔外に流れ出てしまう、よって
孔内のセメントの量が確保出来なくなりこれに伴なう固
着面積が不足し、ロックボルトの引抜力に対する抵抗が
低下するという問題がある。

一方、ウレタン樹脂でロックボルトを固着する方法では
、孔内の水とイソシアネートが反応してしまう、水とイ
ンシアネートの反応式を以下に示す。

この反応によって発泡現象が急速に進む他、前述の式（
Ａ）〜（Ｄ）の硬化反応に必要なイソシアネートが水と
反応して消費され、三次元構造が充分に成長出来ない、
その結果１発泡倍率が変化するとともに固着強度が著し
く低下してしまう０例えば、インシアネートの含有量が
２５％のメチレンジイソシアネート系プレポリマについ
て、式（Ａ）から反応量を導けば、水１８ｇはメチレン
ジイソシアネート系プレポリマ３３Ｂｇと反応し炭酸ガ
ス１モルを発生する。このことから少量の水でも多量の
炭酸ガスを発生し、硬化に必要なインシアネートを大量
に消費することが解る。

以上のように、いずれの方法も湧水がある孔に単独で用
いる場合には致命的な欠点を有している。

本発明は前記の不都合を解消するためになされたもので
、湧水のある穿孔であっても固着強度の安定したロック
ボルトの固着方法およびロー７クボルト固着剤カートリ
ッジを提供することを目的とす、るものである。

〔問題点を解決するための手段〕

前記の目的を達成するためになされた本発明のロックボ
ルトの固着方法は、実施例に対応する第１図に示すよう
に、水硬性セメント組成物を収納したカートリッジ４と
ウレタン樹脂のプレポリマを収納したカートリッジ７を
岩盤の穿孔内１７に挿入し、ロックポル）１８の打込み
により両者のカートリッジを破袋してプレポリマを硬化
成分と接触させ、その硬化反応により生成したポリウレ
タンにより穿孔を閉鎖し、水硬性セメント組成物の流出
を防止するもである。

上記方法を実施するための本発明のロックボルトの固着
剤カートリッジは、実施例に対応する第２図に示すよう
に、透水性容器２に水硬性セメント組成物３を収納した
カートリッジ４内に、非透水性容器５にウレタン樹脂の
プレポリマ６を収納したカートリッジ７が収容されてい
る。

水硬性セメント組成物の主成分は、例えば普通ポルトラ
ンドセメント、早強ポルトランドセメント、超早強ポル
トランドセメント、アルミナセメント等の市販のセメン
ト、混合セメントが使用出来る。湧水量が多い穿孔に使
用する場合には凝結時間の短いものが望ましい、このセ
メント成分には、通常使用する骨材としての砂や膨張剤
、急結剤、減水剤、増粘剤、その他を加えても良い。

ウレタン樹脂のプレポリマは一液硬化型または二液硬化
型のプレポリマが使用可能である。

−液硬化型のプレポリマには、例えばトルエンジイソシ
アネートやメチレンジイソシアネートのようにインシア
ネート基を二個以上有する化合物と、ポリエーテルポリ
オール等の末端に水酸基を二個以上有する化合物を反応
させたプレポリマで、末端にイソシアネート基が残って
いるものが使用出来る。さらにトルエンジイソシアネー
トやメチレンジイソシアネート等を加えたものでも良い
、このプレポリマは水と反応して硬化する。すなわち−
液硬化型のプレポリマに対する硬化成分は水である。硬
化成分である水は、必ずしも人為的に補給する必要はな
く、天然の湧水、浸透水により補給される場合もある。

この他、発泡および硬化反応の促進剤として、例えばア
ミン類や有機金属化合物を加え、水と混合した後のゲル
化時間を短縮することも可能である。

二液硬化型プレポリマには、例えば一般に使用されてい
る主剤としてポリエーテルポリオール、助剤や補強剤が
使用出来る。硬化成分である硬化剤は例えばメチレンジ
イソシアネートである。

水硬性セメント組成物を収納する透水性容器は、例えば
和紙、濾紙、不織布、多数の小孔を有する西洋紙やプラ
スチックフィルム等の袋材が使用出来る。

ウレタン樹脂のプレポリマを収納する非透水性容器は、
例えばガラスやセラミック管等の無機物、アルミニウム
箔等の金属、アルミニウム箔とプラスチックのラミネー
ト等の非透水性の材料で、ロックボルトを打込むことに
よって容易に破壊される材料であれば良い、なお、例え
ばポリアミドフィルム＊Ｓの容器のように微量の水が透
過する素材は、ウレタンプレポリマのイソシアネートと
水が反応して二酸化炭素を発生し、容器を膨張させて破
壊することもあるので保存性が悪く不適当である。

〔作用〕

水硬性セメント組成物を収納したカートリッジ４とウレ
タン樹脂のプレポリマを収納したカートリッジ７を岩盤
の穿孔１７内に挿入し、ロックボルト１８の打込みによ
り両者のカートリッジを破袋させると、プレポリマが流
れ出て硬化成分と接触する。その硬化反応によりポリウ
レタンが生成し、同時に発泡、膨張する。その発泡、膨
張したポリウレタンにより穿孔が閉鎖される。したがっ
て水硬性セメント組成物の流出が防止でき、セメント組
成物の硬化が進む。

（実施例〕 以下、本発明の実施例を詳細に説明する。

第１図は本発明の固着方法を実施順に示す断面図である
。同図の（ａ）は、岩＠ｔＳに穿孔１７があけられた状
態を示している。この例では湧水１６が岩盤１５から流
出している。使用するロックボルト固着剤カートリッジ
１は、第２図に示すように（同図（ａ）は部分断面図、
（ｂ）は側面図）、透水性容器２に水硬性セメント組成
物３を収納したカートリッジ４内に、非透水性容器５に
一液硬化型ウレタン樹脂のプレポリマ６を収納したカー
トリッジ７が収容されている。さらに全体は網の補強部
材１９で覆われて補強されている。このロックボルト固
着剤カートリッジ１を、先ず水に浸漬する。すると当該
カートリッジｌは透水性容器２全体から吸水を開始し、
透水性容器２を透過した水はカートリッジ４の外周から
中心部へ浸漬する。この時、非透水性容器５で形成され
ているプレポリマカートリッジ７に変化はない、このよ
うにして湿潤したカートリッジｌを、第１図（ｂ）に示
すように湧水１６がある穿孔１７に挿入し、さらにロッ
クボルト１８をエアハンマーまたはオーガーで打込む、
するとカートリッジｌが破袋する。ロックボルト固着剤
カートリッジｌすなわちカートリッジ４とカートリッジ
７が破袋されると、第１図（Ｃ）に示すように、セメン
ト組成物３およびプレポリマ６が穿孔１７内に充満する
。プレポリマ６は硬化成分である湧水１６と接触して反
応硬化し、その際、発泡により膨張する。そのため穿孔
１７が閉鎖され、湧水１６が圧力を伴っている場合でも
止水可能である。従ってセメント組成物３の流出が防止
される。セメント組成物３はさらに長時間かかって硬化
し、安定した固着強度を得ることが出来る。

第３図には本発明のロックボルト固着剤カートリッジｌ
の別な例を示してあり、ウレタン樹脂のプレポリマが二
液硬化型である。プレポリマ６は主剤８と硬化剤９とで
構成されている。これは主剤８を収納した非透水性容器
５ａに、硬化剤９を収納した非透水性容器５ｂを収容し
たものである。この例に示すロックボルト固着剤カート
リッジｌも第２図に示す順で使用する。しかしプレポリ
マ６が二液硬化型であるため若干、反応の仕方が異なる
。すなわち透水性容器２と非透水性容器５ａおよび５ｂ
が破袋して、水硬性セメント組成物３とポリウレタンプ
レポリマ６の主剤８および硬化剤９が流出する。主剤８
と硬化剤９が互いに接触すると直ちに発泡および硬化反
応が開始して粘度が上昇する。−液硬化型のプレポリマ
６と同様に、プレポリマ樹脂６が増粘して穿孔１７の空
隙を充填、閉鎖すると湧水１６が止水される。

よって水硬性セメント組成物３は流出することなく硬化
し、安定した固着強度が得られる。

なお補強部材１９は、吸水後にロックボルト固着剤カー
トリッジｌを穿孔１７に挿入し易くするためのもので、
剛性と脆性を有している。第４図（ａ）は補強部材１９
が透水性容器２の内側に配置された例の部分断面図、同
図（ｂ）はその側面図である。

第５図（ＩＬ）、（ｂ）に示すように、水硬性セメント
組成物カートリッジ４とポリウレタン樹脂カートリッジ
７を独立させ、水硬性セメント組成物カートリッジ４の
間にポリウレタン樹脂カートリッジ７を挾み込んでロッ
クボルト１８を打込んでも、本発明の固着方法を実施で
きる。

以下、実施例１〜実施例３にポリウレタン樹脂のプレポ
リマとして一液硬化型プレポリマを使用した本発明の具
体例、実施例４〜実施例６にポリウレタン樹脂のプレポ
リマとして二液硬化型プレポリマを使用した本発明の具
体例、比較例１〜比較例１１に本発明外の具体例を記載
する。

実施例１ 非透水性容器５として、７μ脂のアルミ箔の両面を３０
μ層のポリエチレンフィルムでラミネート加工したアル
ミニウムーポリエチレンラミネート袋に、−液硬化型の
プレポリマ６として、ゲ′ル化時間３０秒のメチレンジ
イソシアネート系プレポリで５０ｇを収納し、ポリウレ
タンプレポリマカートリッジ７を作製した０次に日本紙
業株式会社製の目付け３０ｇ／ｍ２の不織布（商品名、
ヒートロンペーパー）で形成された内径３２膳■の透水
性容器２に、土間で作製したポリウレタンプレポリマカ
ートリー２シフと、水硬性セメント組成物３として凝結
時間５時間の早強ポルトランドセメント５１０ｇを収容
し、第２図（ａ）、（ｂ）に示すような長さ８００濡腸
のロックボルト固着剤カートリッジ１を作製した。

このカートリッジｌを水に３分間浸漬して吸水させた後
、湧水１６がある石灰岩の穿孔１７（孔径３Ｂｍ層、長
さ２０００ｍ臆）に挿入した。続いてエアハンマーを用
い、外径２５脂■、長さ２０００ｍ１の先端が円錐の異
形棒鋼ロー２５を打込んだ、第１表に湧水量、カートリ
ッジ使用本数、止水効果および引抜き抗力を示す。

実施例２ 水硬性セメント組成物３として早強ポルトランドセメン
トに５％の急結剤を加えた組成物（Ｗ１結時間３５分）
　５００ｇを用いる他は実施例１と同一のロックボルト
固着剤カートリッジ１を作製し、同様にして異形棒鋼を
打込んだ、第１表に湧水量、カートリッジ使用本数、止
水効果および引抜き抗力を示す。

実施例３ 水硬性セメント組成物３としてアルミナセメントに１％
の急結剤を加えた組成物（凝結時間１゜分）　４８０ｇ
を用いる他は実施例１と同一のロックボルト固着剤カー
トリー２ジ１を作製し、同様にして異形棒鋼を打込んだ
、第１表に湧水量、カートリッジ使用本数、止水効果お
よび引抜き抗力を示す。

実施例４ ７μ層のアルミ箔の両面を３０μ層のポリエチレンフィ
ルムでラミネート加工したアルミニウムーポリエチレン
ラミネート製の非透水性容器５ｂに、二液硬化型ポリウ
レタンプレポリマの硬化剤９として、ゲル化時間３０秒
のメチレンジイソシアネート２５ｇを収納した６次に非
透水性容器５ｂと同一材質の非透水性容器５ａに、上記
で作製した硬化剤９のカートリッジと、二液硬化型ポリ
ウレタンプレポリマの主剤８であるポリエーテルポリオ
ール２５ｇを収納し、ａ８３図（ａ）に示すような長さ
１５０ｍｍの二液硬化型ポリウレタンプレポリマカート
リッジ７を得た。このプレポリマカートリッジ７を使用
する他は実施例１と同一の透水性容器２と水硬性セメン
ト組成物３を使用し、第３図（ａ）、（ｂ）に示すよう
な長さ６００■のロックボルト固着剤カートリッジ１を
作製した。このカートリッジｌを実施例１と同様にして
穿孔１７に挿入し、エアオーガーを用いて異形棒鋼Ｄ−
２５を打込んだ、第１表に湧水量、カートリッジ使用本
数、止水効果および引抜き抗力を示す。

実施例５ 水硬性セメント組成物３として早強ポルトランドセメン
トに５％の急結剤を加えた組成物（凝結時間３５分）　
５００ｇを用いる他は実施例４と同一のロックボルト固
着剤カートリッジ１を作製し、同様にして異形棒鋼を打
込んだ、第１表に湧水量、カートリッジ使用本数、止水
効果および引抜き抗力を示す。

実施例６ 水硬性セメント組成物３としてアルミナセメントに１％
の急結剤を加えた組成物（凝結時間１０分）　４８０ｇ
を用いる他は実施例４と同一のロックボルト固着剤カー
トリッジｌを作製し、同様にして異形棒鋼を打込んだ、
第１表に湧水量、カートリッジ使用本数、止水効果およ
び引抜き抗力を示す。

比較例１〜３ ポリウレタンプレポリマカートリッジ７を収容しないで
水硬性セメント組成物３のみを収容する他は、夫々実施
例１〜３と同一のロックボルト固着剤カートリッジｌを
作製した。実施例１〜３と同様にして異形棒鋼を打込ん
だと、ころ水硬性セメント組成物３は流出し、止水する
ことが出来なかった。第１表に湧水量、カートリッジ使
用本数、止水効果および引抜き抗力を示す。

比較例４〜６ 実施例１に示した非透水性容器５を外径３２ｍｍ、長さ
５００鳳腸に大型化し、−液硬化型ポリウレタンプレポ
リマ６．４３０ｇを収納してプレポリマカートリッジ７
を作製した。そのプレポリマカートリッジ７を単独で穿
孔１７に挿入し、実施例１と同様にして異形棒鋼を打込
んだ、第１表に湧水量、カートリッジ使用本数、止水効
果および引抜き抗力を示す。

比較例７〜１１ 実施例４に示した二液硬化型のポリウレタンカートリッ
ジ７を外径３２＋ｓｍ、長さ５００ｍ層に大型化し、実
施例４と同様にして主剤８，２１０ｇと硬化剤９．２２
０ｇを収納し、プレポリマカートリッジ７を作製した。

そのプレポリマカートリッジ７を単独で穿孔１７に挿入
し、実施例４と同様にして異形棒鋼を打込んだ、第１表
に湧水量、カートリッジ使用本数、止水効果および引抜
き抗力を示す。

第１表 ○：止水効果あり ×　　：　　　　　　　　　／ｌ　　　　　な　　し〔
発明の効果〕 以上詳細に説明したように、本発明のロックボルトの固
着方法は、ロックボルト固着剤カートリッジに収容され
たウレタン樹脂のプレポリマが穿孔内において発泡、膨
張することによって穿孔を閉鎖するものである。したが
って未硬化のセメント組成物が穿孔から流出するのを防
止することができる。特に穿孔内に湧水がある場合には
これを止水するので有効である。そのために、穿孔内に
ロックボルトを安定して固着することが出来る。また上
向きの穿孔に施工する場合においてもセメント組成物の
落下防止に有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用するロックボルト固着方法の実施
例を示す説明図、第２図、第３図および第４図はロック
ボルト固着剤カートリッジの実施例を示す図、第５図は
ロックボルト固着方法の別な実施例の説明図である。 １　、、、、、ロックボルト固着剤カートリッジ２・・
・１．透水性容器 ３、、、、、水硬性セメント組成物 ４　、、、、、水硬性セメント組成物カートリッジ５舎
５ａの５　ａ、、、、、非透水性容器６・・・・・ウレ
タンプレポリマ ７、、、−　プレポリマカートリッジ ８　・・・　主剤　　　　９・・・　硬化剤１５・・・
・岩盤　　　１６・・・・・湧水１７　・　・穿孔　　
　１８・・・・・　ロックボルト１９、、、、、補強部
材 特許出願人　　日本油脂株式会社 同　　　　　日油技研工業株式会社 代　理　人　　　弁理士　小　宮　良雄第１図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、水硬性セメント組成物を収納したカートリッジを岩
   盤の穿孔内に挿入し、ロックボルトを打込んで前記カー
   トリッジを破袋して該穿孔内に充満する水硬性セメント
   組成物の硬化で前記ロックボルトを固着する方法におい
   て、前記のカートリッジ以外にウレタン樹脂のプレポリ
   マを収納したカートリッジを該穿孔内に挿入し、前記ロ
   ックボルトの打込みによりカートリッジを破袋して前記
   プレポリマを硬化成分と接触させ、その硬化反応により
   生成したポリウレタンにより前記穿孔を閉鎖し、セメン
   ト組成物の流出を防止することを特徴とするロックボル
   トの固着方法。 ２、透水性容器に水硬性セメント組成物を収納したカー
   トリッジ内に、非透水性容器にウレタン樹脂のプレポリ
   マを収納したカートリッジが収容されていることを特徴
   とするロックボルト固着剤カートリッジ。