JPH02147798A - 岩盤固結工法およびそれに用いるパイプ状ロツクボルト - 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〕 この発明は、軟弱または破砕された岩盤等を岩盤固結用
薬液により堅固な岩盤に改善する岩盤固結工法およびそ
れに用いるパイプ状ロックボルトに関するものである。

（従来の技術） 従来から軟弱な岩盤（地山）ないしは破砕された地山等
の地層帯では、トンネル切羽の天盤の崩落等の防止のた
めに、トンネル切羽先端の天盤部に、天盤のアーチに沿
って孔を穿設し、この孔内にロックボルトを挿入ないし
はこのボルトをモルタルで固結する先受ボルト工法や固
結薬液を用いる薬液注入工法等の対応方法が講じられ、
地山を強化することが行われている。しかしながら、こ
のような従来の対応方法のうち、先受ボルト工法では効
果が少なく１回の改良延長が２〜４ｍと短い。また、薬
液注入工法では１度に１０〜３０ｍ改良できるが、設備
が大損りとなり、機械の設置や注入の準備に手間がかか
り、またこれらの作業のために現場の作業をかなりの期
間停止しなければならないという難点を生じていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

そこで、本発明者は、このような難点を解消するため、
先端に刃部および吐出孔が形成されたロックボルトを削
岩機等の削岩装置に取り付け、これを用いてトンネル切
羽先端の天盤部に孔を穿設し、この孔内に、上記ロック
ボルトを残したままこのロックボルト内にウレタン樹脂
等を圧入してロックボルトと孔壁との間隙を埋めると同
時にウレタン樹脂を地山内に浸透させ硬化させることに
より、上記孔周囲の岩盤を固結させる方法を提案しすで
に特許出願している（特願昭６１−１５２３５７号）。

すなわち、この方法は、まず、第１７図に示すように、
削岩機等の削岩装置１に、先端に刃部２および吐出孔２
ａを有するロックボルト３を取り付け、水送入パイプ１
ａからロックボルト３内に水を圧入する。ついで、ロッ
クボルト３を回転させ、その状態で先端の刃部２を岩盤
に押圧するとともに、吐出孔２ａから水を吐出させてト
ンネル切羽先端の天盤部４に長孔５を穿孔する。つぎに
、このロックボルト３を長孔５内に残したまま、ロック
ボルト３から削岩装置１を取り外し、第１８図に示すよ
うに、ロックボルト３の根元側端部に、接続ユニット６
を備えた一対のホース７を連結する。そして、ロックボ
ルト３の吐出孔２ａから、上記ホース７を介してロック
ボルト３内に供給される二液型発泡ウレタン樹脂を吐出
させることによりウレタン樹脂で長孔５を埋め、さらに
そのウレタン樹脂を地山内に第１９図のように浸透させ
硬化させることにより岩盤の固結を行うものである。ト
ンネルの形成は、このようにしてトンネル切羽先端の天
盤部４を天盤のアーチに沿って硬化樹脂で固め、その状
態でトンネル切羽先端を掘削し、一定距離掘削したのち
、さらにトンネル切羽先端の天盤部４を固結するという
ことを繰返して行われる。この工法によれば、施工に大
型の機械を要しないため大損りな設備が不要となり、か
つ固結が簡単であるため現場作業の中断が極めて短期間
ですむという利点がある。

しかしながら、上記工法では、岩盤固結用のウレタン樹
脂がロックボルト３先端の吐出孔２ａから吐出するため
、第１９図に示すように、形成される固結領域８が長孔
５の先端側の周囲にかたよってしまい、長孔５の周囲全
体の領域を均一な状態で固結することができないという
問題ををしている。

この発明は、このような事情に鑑みなされたもので、岩
盤に穿孔した長孔の周囲全体を均一な状態で固結するこ
とのできる岩盤固結工法およびそれに用いるパイプ状ロ
ックボルトの提供をその目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の目的を達成するため、本発明は、先端に掘削用刃
部および先端吐出孔が形成され、かつ上記先端から所定
距離をおいた中間部の周壁部に複数の中間吐出孔が円周
方向に所定間隔で設けられたパイプ状のロックボルトを
準備するとともに、上記ロックボルト内に嵌挿しうる両
端開口のチューブを準備し、上記ロックボルト内に上記
チューブを嵌挿して上記ロックボルトの中間吐出孔を塞
ぎ、その状態で上記ロックボルトを削岩装置に取り付け
、上記先端吐出孔から水またはエアーを吐出させながら
回転させることにより岩盤に長孔を穿設し、その長孔内
に上記ロックボルトを残したまま、そのロックボルトか
ら上記チューブを取り除き、その状態で上記ロックボル
ト内に岩盤固結用薬液を圧入し、上記先端吐出孔および
中間吐出孔から上記長孔内に岩盤固結用薬液を充満させ
たのち岩盤に浸透させ、これを硬化させることにより上
記ロックボルトを岩盤内に残したまま岩盤固結を行う岩
盤固結工法を第１の要旨とし、それに用いるパイプ状の
ロックボルトを第２の要旨とする。

〔作用〕

すなわち、本発明者は、岩盤に穿孔した長孔の周囲の領
域全体を均一な状態で固結するためには、ロックボルト
の先端に吐出孔を設けるだけでなく、中間部の周壁部に
も所定間隔で複数の吐出孔を穿設し、これらすべての吐
出孔から岩盤固結用薬液を長孔内に吐出させることが有
効であることに着目し、さらに研究を重ねた。その結果
、長孔の穿孔時には、ロックボルトの内部に、チューブ
を嵌挿して中間吐出孔を閉塞し、先端吐出孔からだけ水
またはエアーを吐出させることにより穿孔が円滑に行わ
れるようにし、岩盤固結用薬液を長孔内に吐出させる際
には、上記チューブをロックボルトから取り外し、先端
吐出孔および中間吐出孔から岩盤固結用薬液を吐出させ
ることにより、長孔内およびその周囲の岩盤全体を均一
な状態で固結することができることを見出しこの発明に
到達した。すなわち、ロックボルトの中間吐出孔を閉塞
せずに穿孔を行うと、ロックボルト内に圧入される水ま
たはエアーの大部分が中間吐出孔から長孔内に吐出し、
ロックボルトの先端側にとどきにくいため、穿孔がしに
くくなるか、または全く不可能になる。したがって、穿
孔時には、中間吐出孔を閉塞し先端吐出孔からだけ水ま
たはエアーを吐出させ、岩盤固結用薬液の吐出の際には
、チューブを取り除いて上記中間吐出孔を開け、先端吐
出孔および中間吐出孔の双方から岩盤固結用薬液を吐出
するようにしたのである。

つぎに、この発明を実施例にもとづいて詳しく説明する
。

〔実施例］ 第１図は、この発明に使用する中空パイプ状のロックボ
ルトを示している。すなわち、このロックボルト１１は
、外径が２７ｍｍ、内径が１３胴で全長が１０ｍに設定
されており、先端部が、第２図に示すような刃部１２を
有するドリル部１３に形成されている。このドリル部１
３は、先端の端面に４枚の刃部１２が円周方向に９０°
間隔て設けられており、端面の中央部に直径が１０胴の
中心孔１４が形成され、刃部１２と１２の間にそれぞれ
直径が５ｍｍの外周孔１５が形成されている。

また、このロックボルト１１の周壁部には、ドリル部１
３から３ｍの位置および６ｍの位置にそれぞれ、直径３
Ｗｌの吐出孔１６が円周に沿って９０°間隔で４個づつ
穿設されている。

上記ロックボルト１１を用いて、岩盤固結はつぎのよう
にして行われる。すなわち、まず、ロックボルト１１の
内部に両端が開口したナイロンチューブ（第３図参照）
１７を挿入し、吐出孔１６を閉塞するとともに、このロ
ックボルト１１を第１７図に示すような削岩装置１にド
リルとして取付ける。ついで、削岩装置１に設けられた
水送入パイプ１ａからロックボルト１１内に水、エアー
を圧入してロックボルト１１先端の中心孔１４゜外周孔
１５から吐出させながらロックボルト１１を回転させて
岩盤に押圧する。その結果、ロックボルト１１のドリル
部１３が削り出す土、砂等が、ロックボルト１１の外周
に沿って孔内を後方に移行し孔の開口から外部に排出さ
れて長孔の穿孔が行なわれる。この際、長孔の傾斜角度
は仰角が１０〜２０＠になるように設定しておく。この
ようにロックボルト１１をドリルとして使用して長孔を
形成し、その長孔内にロックボルト１１を残したまま削
岩装置１をロックボルト１１から取り外すとともに、こ
のロックボルト１１から内部のナイロンチューブ１７を
取り出す。つぎに、ロックボルト１１の後端内部に、第
４図ないし第６図に示すような静止ミキサー１８を挿入
するとともに、ロックボルト１１の後端側外周に第７図
に示すような注入ホース９付の通液性袋体１０を取り付
け、ロックボルト１１の後端に接続ユニット６を備えた
一対のホース７を接続する。そして、注入ホース９から
ウレタン樹脂を通液性袋体１０内に注入して通液性袋体
１０を膨らませ、第８図に示すように長孔５ａの開口を
塞ぐとともに、ホース７からロックボルトｌｌ内に二液
型発泡ウレタン樹脂を注入し、ロックボルト１１先端の
ドリル部１３に設けられた中心孔１４．外周孔１５およ
びロックボルト１１の周壁部の吐出孔１６から吐出させ
る。その結果、上記ウレタン樹脂は、長孔５ａ内に充満
するとともに、長孔５ａの周囲の岩盤に略均−な状態で
浸透し、浸透したのち硬化して上記岩盤を固結し、第９
図に示すような固結領域１９を形成させる。

なお、上記静止ミキサー１８は、根元側リング部２０の
中心から前方（矢印Ｘ方向）に延びる線状中心軸２１を
中心に、右半分にＶ字状２重羽根２２が一定間隔で傾斜
配設されているとともに、左半分には１重羽根２３が一
定間隔で傾斜配設され、先端側をロックボルト１１の先
端側に向けた状態で固定されている。この静止ミキサー
１８は、ロックボルト１１内に圧入されるウレタン樹脂
の二液をそれぞれ左半分、右半分に受は入れ上記両液を
同方向に異なる流速で旋回させながらミキシングし移送
するようになっており、その作用によって、上記両液は
途中で硬化することなくミキシング移送され、ロックボ
ルト１１先端の中心孔１４、外周孔１５および側面の吐
出孔１６から吐出するようになっている。また、ロック
ボルト１１に圧入するウレタン樹脂としては、速硬性の
二液型発泡ウレタン樹脂（例えば２液温合後の硬化時間
が５〜３０秒のもの）を使用する。これによって、短時
間で効果的に固結領域を形成することができるようにな
り、施工時間の大幅な短縮を実現できるようになる。

このように、この発明では、長孔５ａの穿孔時には、ロ
ックボルト１１の内周面にナイロンチューブ１７を取り
つけてロックボルト１１の側面の吐出孔１６を閉塞し、
先端の中心孔１４．外周孔１５からだけ水を吐出させる
ことにより、先端のドリル部１３で円滑な穿孔が行える
ようになっている。また、このロックボルト１１からウ
レタン樹脂液を長孔５ａ内に吐出させる際には、上記ナ
イロンチューブ１７をロックボルト１１から取り外し、
中心孔１４．外周孔１５および吐出孔１６からウレタン
樹脂液を吐出させるようになっている。したがって、長
孔５ａ内およびその周囲の岩盤全体に均一な状態でウレ
タン樹脂液が行きわたるようになり岩盤を均一な状態で
固結することができるようになる。また、その際、ロッ
クボルト１１の後端部に、静止ミキサー１８が挿入され
ているため、ウレタン樹脂が、途中で硬化することなく
長孔５ａ内に充満するとともに、長孔５ａの周囲の岩盤
に浸透するようになる。さらに、ロックボルト１１の後
端部外周面に通液性袋体１０を設け、この通液性袋体１
０内にウレタン樹脂を注入するため、長孔５ａの開口か
らウレタン樹脂が外部に漏れることがなくなるとともに
、通液性袋体１０の表面からも岩盤にウレタン樹脂が浸
透していき上記開口周囲の岩盤の固結も行えるようにな
る。また、上記ウレタン樹脂が、速硬性であるため、短
時間で効果的に固結領域を形成することができるように
なり、施工時間の大幅な短縮を実現できるようになる。

第１０図は第１図のロックボルト１１の変形例を示して
いる。すなわち、このロックボルト１１ａは、バイブ状
の部分が３分割されているとともに、そのそれぞれを２
個のねし継手２４で継合している。そして、周壁部にお
ける先端のドリル部１３から、３ｍ、６ｍ、８ｍの位置
に、それぞれ吐出孔２５ａ、２５ｂ、２５ｃが円周に沿
って１２０°間隔で３個づつ穿設されており、上記吐出
孔２５ａの直径が４ｍｍ、吐出孔２５ｂの直径が２鵬、
吐出孔２５ｃの直径カ月、５薗に設定されている。それ
以外の部分は上記第１図のロックボルト１１と同様に構
成されている。このように、ロックボルト１１ａの先端
側の吐出孔はど大径になるように形成することにより、
ロックボルトｌｌａを岩盤に打ち込む際の傾斜角度（仰
角）が大きくなっても、すべての吐出孔から均一な状態
でウレタン樹脂が吐出できるようになるとともに、吐出
孔同士の間隔が狭くなるようにしているため固結領域を
より均一な状態にすることができる。このロックボルト
ｌｌａを用いて岩盤固結を行った場合のその他の作用効
果については、上記実施例と同様である。

第１１図はロックボルト１１の他の変形例を示している
。このロックボルトｌｌｂは、吐出孔２６ａが先端のド
リル部１３から２ｍの位置に設けられているとともに、
直径が３１１Ｉ１１に設定され、吐出孔２６ｂの直径が
３１１Ｉ１１に、吐出孔２６ｃの直径が２閣にそれぞれ
設定されている。それ以外の部分の構成については、第
１０図のロックボルト１１ａと同様である。このロック
ボルトｌｌｂもやや大きな傾斜角度に対応できるととも
に、固結領域をより均一な状態にすることができる。こ
のロックポル）ｌｌｂを用いて岩盤固結を行った場合の
その他の作用効果についても、上記実施例と同様である
。

第１２図は、ロックボルト１１のさらに他の変形例を示
している。このロックボルトｌｌｃは、第１０図のロッ
クボルトｌｌａにおける吐出孔２５ａ、２５ｂ、２５ｃ
に対応する部分で分割され４個のパイプ状体からなって
いるとともに、その分割部をねじ継手２４で継合して構
成されている。そして、その継合部に隙間を設けこの隙
間を吐出孔とし、側面には吐出孔が設けられていない。

それ以外の部分については、第１０図のロックボルトｌ
ｌａと同様に構成されている。このように構成すること
により、特に吐出孔を設ける必要がなくなり、ロックボ
ルトｌｌｃの製造が容易になる。このロックボルトｌｌ
ｃを用いて岩盤固結を行った場合の作用効果については
ぐ上記実施例と同様である。

上記ロックボルトｌｌａ、ｌｌｂを用いてウレタン樹脂
液の吐出試験を行った。その結果を以下に述べる。すな
わち、上記ロックポル）１１ａおよび１１ｂを、第１３
図に示すように、２個の脚立２７に仰角Ａが７°になる
ように配置するとともに、それぞれの吐出孔の部分にビ
ニル袋２８を取り付け、そのビニル袋２８内に圧入機２
９から薬液（ポリオール成分）を５〜２０１／分の流量
で圧入した。その結果、各吐出孔から吐出する吐出量の
比率は、ロックボルトｌｌａを使用した場合、第１４図
のようになり、ロックボルトｌｌｂを使用した場合は第
１５図に示すようになった。

なお、第１４図において、０はロックボルト１１ａのド
リル部１３の吐出孔を、２５ａは吐出孔２５ａを、２５
ｂは吐出孔２５ｂを、２５ｃは吐出孔２５ｃを示してお
り、第１５図において、０はロックボルトｌｌｂのドリ
ル部１３の吐出孔を、２６ａは吐出孔２６ａを、２６ｂ
は吐出孔２６ｂを、２６ｃは吐出孔２６ｃをそれぞれ示
している。また、これらの図において、実線ａは流量を
５１／分にした場合、破線すは流量を１０２／分にした
場合、−点鎖線Ｃは流量を１５１／分にした場合、二点
鎖線ｄは流量を２０１／分にした場合の吐出比率をそれ
ぞれ示している。これらの曲線より時間当たりの流量を
大きくするほど各吐出孔から吐出される液量の比率に差
が少なくなることがわかる。また、吐出液として混合薬
液（ポリオール成分とイソシアネート成分を１対１０割
合で混合したもの）を用い、流量を２０１／分にした場
合の上記両者の吐出比率を第１６図に示している。この
場合、ロックボルトｌｌａを使用したものを実線ｅで表
し、ロックポル）ｌｌｂを使用したものを一点鎖線ｆで
表している。この場合、上記試験結果よりも各吐出孔か
らの吐出比率が均等化されている。これは、二液を混合
することによりウレタン液の粘性が低下するためである
。このように、この試験の結果では、各吐出孔の位置。

直径および圧入する液の時間当たりの流量の差によって
各吐出孔から吐出される液の吐出量にかなりの差がでた
。しかしながら、この差は液の流量、粘性、吐出孔を設
ける位置およびその直径を調節することにより消失させ
ることができ、均一な状態で液を吐出させることができ
るようになる。

なお、前記実施例において使用した注入ホース９付の通
液性袋体１０は、必ず使用するものではなく、これに代
えて布等からなるパツキンを使用してもよいし、ウレタ
ン樹脂液が長孔５ａから漏れることのない場合は用いな
い。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明は、先端部に掘削用刃部および
吐出孔が設けられているともに、中間部の周壁部に所定
間隔で吐出孔が設けられたロックボルトを使用するよう
になっている。そして、穿孔時には、チューブで上記ロ
ックボルトの中間吐出孔を閉塞し、先端吐出孔からだけ
水またはエアーを吐出させ、岩盤固結用薬液をロックボ
ルトから長孔内に吐出させる際には、上記チューブを取
り外し、先端吐出孔および中間吐出孔の双方から岩盤固
結用薬液を吐出させるようにしている。したがって、穿
孔が円滑に行われるとともに、穿孔された長孔内および
その周囲の岩盤全体を均一な状態で固結することができ
るようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に用いるロックボルトの一例の正面図
、第２図はその先端部の斜視図、第３図は第１図のロッ
クボルトにナイーロンチューブを取り付けた状態を示す
縦断面図、第４図および第５図はロックボルト内に配設
される静止ミキサーの斜視図、第６図は同じくその正面
図、第７図、第８図はロックボルトの使用説明図、第９
図はそれによって得られた固結領域を示す説明図、第１
０図はこの発明に用いるロックボルトの他の例の正面図
、第１１図および第１２図はそのさらに他の例の正面図
、第１３図は第１０図および第１１図のロックボルトを
用いて吐出試験を行っている状態を示す説明図、第１４
図は第１０図のロックボルトを用いて吐出試験を行った
結果を示す曲線図、第１５図は第１１図のロックボルト
を用いて吐出試験を行った結果を示す曲線図、第１６図
は第１０図および第１１図のロックボルトを用いて吐出
試験を行った結果を示す曲線図、第１７図および第１８
図は従来例の施工状態を示す縦断面図、第１９図はそれ
によって得られた固結領域を示す説明図である。 １・・・削岩装置　５ａ・・・長孔　１１・・・ロック
ボルト　１２・・・刃部　１４・・・中心孔　１５・・
・外周孔１６・・・吐出孔　１７・・・ナイロンチュー
フ特許出願人　東海ゴム工業株式会社 代理人　　弁理士　西　胚　征　彦 第１図 第２図 第３図 第６図 第１３図 第１６図 第１０図 第１１図 第１４図 第１５図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）先端に掘削用刃部および先端吐出孔が形成され、
   かつ上記先端から所定距離をおいた中間部の周壁部に複
   数の中間吐出孔が円周方向に所定間隔で設けられたパイ
   プ状のロックボルトを準備するとともに、上記ロックボ
   ルト内に嵌挿しうる両端開口のチューブを準備し、上記
   ロックボルト内に上記チューブを嵌挿して上記ロックボ
   ルトの中間吐出孔を塞ぎ、その状態で上記ロックボルト
   を削岩装置に取り付け、上記先端吐出孔から水またはエ
   アーを吐出させながら回転させることにより岩盤に長孔
   を穿設し、その長孔内に上記ロックボルトを残したまま
   、そのロックボルトから上記チューブを取り除き、その
   状態で上記ロックボルト内に岩盤固結用薬液を圧入し、
   上記先端吐出孔および中間吐出孔から上記長孔内に岩盤
   固結用薬液を充満させたのち岩盤に浸透させ、これを硬
   化させることにより上記ロックボルトを岩盤内に残した
   まま岩盤固結を行うことを特徴とする岩盤固結工法。
2. （２）先端に掘削用刃部および先端吐出孔が形成され、
   かつ上記先端から所定距離をおいた中間部の周壁部に複
   数の中間吐出孔が円周方向に所定間隔で設けられている
   パイプ状のロックボルト。