JPH0579276A - 岩盤固結工法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 緻密な岩盤内にもすばやく浸透してどのよう
な岩盤に対しても均一な固結領域を形成することのでき
る岩盤固結工法を提供する。 【構成】 岩盤に穿設された孔２２内にロツクボルトを
位置決めし、このロツクボルト内に、水を主成分とする
Ａ液と、下記の（Ａ）〜（Ｄ）成分を触媒の存在下で反
応させてなるイソシアネートプレポリマーを主成分とす
るＢ液とを組み合わせた岩盤固結用薬液を圧入して上記
孔２２内にこの薬液を充満させ岩盤に浸透させた状態で
硬化させることによつて岩盤固結を行う。 （Ａ）ジフエニルメタン−４，４′−ジイソシアネー
ト。 （Ｂ）トリレンジイソシアネート。 （Ｃ）ポリエチレングリコール。 （Ｄ）ポリプロピレングリコール。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、軟弱な岩盤等を堅固
な岩盤に改善する岩盤固結工法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、軟弱な岩盤（地盤も含む）に
穴を開けてトンネル工事を行う場合、トンネル切羽の天
盤の落下防止のために、トンネル切羽先端の天盤部に、
天盤のアーチに沿つて孔を穿設し、この孔内に、硬化時
間が１〜５分である二液硬化型の薬液を注入して岩盤に
浸透させ硬化させることにより強化することが行われて
いる。しかしながら、上記岩盤固結工法では、樹脂の硬
化までに長い時間を要するため、樹脂の浸透領域が大き
くなり、樹脂の使用量が多くなるとともに樹脂の圧入時
間も長くなることが問題となつていた。そこで、本出願
人は、岩盤に穿設された孔内に、先端側に薬液吐出孔を
有するロツクボルトを根元まで挿入した状態で位置決め
し、そのロツクボルト内に、二液混合後の硬化時間が５
〜３０秒の二液型発泡ウレタン樹脂からなる岩盤固結用
薬液を圧入し、上記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、上記孔内にロツクボルトを残した
状態で上記孔内に充満し岩盤に浸透した薬液を硬化させ
ることにより岩盤固結を行う方法を開発し、すでに出願
している（特願昭６１−１３０５３１号、いわゆる「Ｐ
Ｕ−ＩＦ工法」）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の工法に用いられる薬液は、いずれも、ポリオールを主
体とするＡ液と、ポリイソシアネートを主体とするＢ液
とを組み合わせ、ポリオールの−ＯＨとポリイソシアネ
ートの−ＮＣＯとを反応させて発泡ウレタン樹脂を生成
するよう構成されたものであり、二液混合時の粘度が大
きい。このため、岩盤に浸透する際の抵抗が大きく、隙
間の多い部位への浸透はスムーズに行われるが、隙間の
少ない緻密な部位には浸透しにくく、浸透領域に偏りが
生じることが問題となつている。そこで、緻密な部位を
含む岩盤への薬液注入時には、薬液吐出圧をより高く設
定することも行われているが、このようにすると、改良
しようとする地盤を乱し崩壊を招くおそれがあり、好ま
しくない。また、薬液の粘度を下げるために、水をＡ液
中に配合することも行われている。しかし、水を配合す
ると、得られる硬化体が弱くなりやすいという問題を有
している。

【０００４】この発明は、このような事情に鑑みなされ
たもので、緻密な岩盤内にもすばやく浸透してどのよう
な岩盤に対しても均一な固結領域を形成することのでき
る岩盤固結工法の提供をその目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、この発明の岩盤固結工法は、岩盤に穿設された孔内
に、先端側に薬液吐出孔を有するロツクボルトを位置決
めし、このロツクボルト内に岩盤固結用薬液を圧入して
上記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、この岩盤固結用薬液を硬化させることにより岩盤
固結を行う方法であつて、上記岩盤固結用薬液として、
水を主成分とするＡ液と、下記の（Ａ）〜（Ｄ）成分を
触媒の存在下で反応させてなるイソシアネートプレポリ
マーを主成分とするＢ液とを組み合わせた二液発泡ウレ
タン樹脂を使用するという構成をとる。 （Ａ）ジフエニルメタン−４，４′−ジイソシアネー
ト。 （Ｂ）トリレンジイソシアネート。 （Ｃ）ポリエチレングリコール。 （Ｄ）ポリプロピレングリコール。

【０００６】なお、この発明において、「主成分とす
る」とは、全体が主成分のみからなる場合も含める趣旨
である。

【０００７】

【作用】すなわち、本発明者らは、岩盤の粗密に係わら
ず均一な固結領域を形成しうる岩盤固結工法を確立する
には、より低粘度で浸透性に優れた岩盤固結用薬液の開
発が必要であるとの立場から一連の研究を行つた。その
結果、二液硬化型ウレタン樹脂を形成するＢ液の主成分
として、従来使用されてきたポリイソシアネートに代え
て、イソシアネート成分としてジフエニルメタン−４，
４′−ジイソシアネートとトリレンジイソシアネートを
組み合わせ、ポリオール成分としてポリエチレングリコ
ールとポリプロピレングリコールを組み合わせて部分的
に重合させた特殊なプレポリマーを用いるようにする
と、Ａ液としてエチレングリコール等のポリオールを使
用しなくても、水だけで、上記プレポリマーの−ＮＣＯ
が水の−ＯＨと反応して硬化することを見いだし、この
発明に到達した。

【０００８】つぎに、この発明を詳細に説明する。

【０００９】この発明に用いる岩盤固結用薬液は、水を
主成分とするＡ液と、特殊なイソシアネートプレポリマ
ーを主成分とするＢ液とを組み合わせてなるものであ
る。

【００１０】上記Ａ液は、水を主成分とするが、通常
は、水とともに触媒が配合される。このような触媒とし
ては、エチレンジアミン、トリエチレンジアミン、トリ
エチルアミン、エタノールアミン、ジエタノールアミ
ン、ジメチルエタノールアミン等の脂肪族アミンや、
２，４，６−トリス（ジメチルアミノメチル）フエノー
ル−Ｎ，Ｎ，Ｎ′，Ｎ′−テトラメチルメタンジアミ
ン、４，４′−ジアミノジフエニルアミン等の芳香族ア
ミンと、ジブチル錫ビラウレート，オクチル酸錫，塩化
第二錫，オクテン酸鉛，ナフテン酸鉛等の有機金属系触
媒との併用があげられる。そして、なかでも、２，４，
６−トリス（ジメチルアミノメチル）フエノール−Ｎ，
Ｎ，Ｎ′，Ｎ′−テトラメチルメタンジアミンが好適で
ある。

【００１１】なお、Ａ液全体に対し、水は４０〜９０重
量％（以下「％」と略す）含有させるようにすることが
好適である。水が４０％より少ないとＢ液との硬化反応
が充分に進行しないからである。

【００１２】一方、Ｂ液は、Ａ成分であるジフエニルメ
タン−４，４′−ジイソシアネート（以下「ＭＤＩ」と
略す）と、Ｂ成分であるトリレンジイソシアネート（以
下「ＴＤＩ」と略す）と、Ｃ成分であるポリエチレング
リコール（以下「ＰＥＧ」と略す）と、Ｄ成分であるポ
リプロピレングリコール（以下「ＰＰＧ」と略す）とを
用いて得られるイソシアネートプレポリマーを主成分と
する。

【００１３】上記ＭＤＩ（Ａ成分）は、得られる硬化体
を硬くする作用を有し、Ｂ液全体に対し、７０〜８０％
配合することが好適である。ただし、上記ＭＤＩには、
ピユアＭＤＩ（ＭＤＩ−Ｐ）と、ポリメリツクＭＤＩ
（ＭＤＩ−ＰＭ）の２種類があり、硬化体の硬さを高め
る観点からはＭＤＩ−Ｐのみを用いることが好ましい
が、コストとの兼ね合いから、ＭＤＩ−ＰとＭＤＩ−Ｐ
Ｍとを併用することが実用的である。両者の使用割合
は、ＭＤＩ−Ｐを１とすると、ＭＤＩ−ＰＭを１．５〜
２の割合に設定することが好適である。

【００１４】また、上記ＴＤＩ（Ｂ成分）は、硬化反応
時の発泡力を高める作用を有し、Ｂ液全体に対し、５〜
１０％配合することが好適である。

【００１５】さらに、上記ＰＥＧ（Ｃ成分）は、上記Ｍ
ＤＩ同士，あるいはＭＤＩとＴＤＩ，あるいはＴＤＩ同
士を連結するポリオール成分であり、得られるプレポリ
マーの−ＮＣＯが水と反応しやすい環境をつくる作用を
有する。ただし、ポリオール成分としてＰＥＧのみを用
いると、二液混合時の発泡性に乏しいため、上記ＰＥＧ
とともに、Ｄ成分であるＰＰＧを用いて、二液混合時の
発泡性を補うようにしている。

【００１６】なお、上記ＰＥＧおよびＰＰＧの使用割合
は、ＰＥＧ（分子量１０００）を１モルとすると、ＰＰ
Ｇ（ジオール，分子量４００）を０．６〜０．７モルの
割合に設定することが好適であり、ＮＣＯ％を１４〜１
６％にすることが好適である。

【００１７】また、上記Ｂ液には、必要に応じて、トリ
クロロモノフルオロメタン，メチレンクロライド等やペ
ンタン等の不活性溶剤からなる発泡助剤を配合すること
が考えられるが、作業者の安全性確保の観点から、その
使用は最少限に止めるべきである。

【００１８】このようにして得られたＢ液は、粘度が１
００〜２００ｃｐｓ（２５℃）の溶液である。

【００１９】上記Ａ液，Ｂ液は、使用時に混合される
が、このときの両者の混合割合は、Ａ：Ｂが１：１〜
１：３となるよう設定することが好適である。上記の範
囲外では、良好な岩盤固結効果が得られない。

【００２０】この発明の岩盤固結工法は、上記Ａ液，Ｂ
液からなる岩盤固結用薬液を用い、例えばつぎのように
して岩盤固結を行うものである。すなわち、まず、薬液
圧入に先立ち、トンネル切羽先端の天蓋部８に、天蓋に
沿つて所定間隔で、図１に示すように、ジヤンボドリル
等の削岩機２１によつて孔２２を穿設する（水平面から
上向きに１０〜２０°の角度に穿設することが好まし
い）。そして、上記孔２２内に、図２に示す中空パイプ
状のロツクボルトを挿入する。このロツクボルトは、先
端閉鎖型中空パイプからなるパツカー部１と、中空のロ
ツクボルト本体２とを、ねじ継手３で連結してなり、外
径２７mm，内径１４mmで全長Ａが略３ｍ、パツカー部１
の長さＢが１ｍ、ロツクボルト本体２の長さＣが２ｍに
設定されている。そして、上記パツカー部１の先端部の
外周に直径５mmの薬液吐出孔４が１０個形成されてい
る。なお、パツカー部１内には、静止ミキサー５が、そ
の根元側リング部６をパツカー部１内の段部１ａに固定
した状態で挿入されている。また、７は逆止弁付継手
で、通常は除かれており薬液注入時にら合される。つぎ
に、孔２２に挿入されたロツクボルトのロツクボルト本
体２の後端に、図３に示すように、打ち込み用アダプタ
ー２３を取り付けて削岩機，コールビツク２４等で打ち
込み、ついで打ち込まれたロツクボルトの後端に、図４
に示すように逆止弁付継手２５を取り付け、これに、接
続ユニツト１０付ホース１１を、その接続ユニツト１０
を逆止弁付継手２５にワンタツチで装着することにより
取り付ける。ついで、そのホース１１から、この発明の
岩盤固結用薬液であるＡ液およびＢ液をロツクボルト内
に３〜１０kg／cm² の圧力で圧入する。このようにして
圧入されたＡ液およびＢ液は、ねじ継手３までは互いに
層流状態で到達し、パツカー部１に到達した以降は、静
止ミキサー５（図２参照）により混合され、その状態で
ロツクボルト先端の薬液吐出孔４から吐出される。この
場合、最初に吐出された混合液は、孔２２の奥側から手
前開口に向かつて流れ、開口から流出する。これを防止
するため、岩盤固結用薬液を圧入する前に発泡硬化型の
ウレタン系薬液をウエス等４０に塗布し、図１２に示す
ように、開口近傍に押し込んでシールしておくことが好
ましい。そして、上記吐出された混合液が周辺地山にゆ
きわたり完全に硬化すると、ウレタン圧入ポンプの圧力
が急に高くなるため、薬液の圧入を停止し、接続ユニツ
ト１０を外す。このようにしてロツクボルトが孔２２内
に固定され、かつ孔２２の周囲の岩盤（地山）が硬化樹
脂で固結される（図５）。このようにして岩盤固結が行
われる。２６は得られた固結領域である。その結果、図
６に示すように、複数のロツクボルトとそれぞれの周囲
の固結領域２６との相乗効果により天蓋部８全体の補強
が行われる。なお、この工法においては、薬液の粘度が
従来よりも低く、浸透性が高いため、従来よりも薬液を
短時間で浸透させることができる。あるいは、薬液圧入
の圧力を従来より低く設定しても、従来と同様の圧入時
間で充分な浸透領域を形成することができる。

【００２１】また、この発明では、図７および図８に示
す自穿孔タイプのロツクボルトを使用して薬液圧入を行
うことができる。このロツクボルトは、パツカー部１お
よびロツクボルト本体２をねじ継手で連結することによ
り構成されているが、パツカー部１の先端が開放されて
おり、この開放部にドリル部（図８参照）１３を嵌合し
て構成されている。このドリル部１３は、先端の端面に
４枚の刃１４が円周方向に９０°間隔で設けられてお
り、端面の中央部に中心孔１５が形成されているととも
に、刃と刃の間にそれぞれ外周孔１６が形成されてい
る。なお、逆止弁付継手は、薬液圧入時にロツクボルト
本体２の後端にねじ結合される。上記ロツクボルトを用
いて薬液を圧入するときは、図９に示すように、ロツク
ボルトを削岩機２８にドリルとして取り付け、孔穿設時
に、水（エアー）供給配管２９からロツクボルト内に水
等を圧入してロツクボルトの刃が削り出す土，砂等を、
孔２２の外部に排出しながら孔２２の穿孔を行う。この
ように、ロツクボルトをドリルとして使用して孔を形成
し、その孔の中にロツクボルトを残し、ついでロツクボ
ルト後端に逆止弁付継手２５を接続し、図１０に示すよ
うに、接続ユニツト１０付ホース１１をワンタツチで接
続し、岩盤固結用薬液のＡ液およびＢ液を注入し、ロツ
クボルト先端の刃部に設けられた中心孔１５，外周孔１
６から吐出させ、打ち込みタイプと同様にして岩盤固結
（図１１参照）を行う。このようにして、天蓋部８のア
ーチに沿つて所定間隔でロツクボルトが打ち込まれ、そ
の周囲にウレタン樹脂による固結領域２６が形成され天
蓋部８の補強がなされる。

【００２２】このようにして得られた固結領域２６は、
細部まで、岩盤固結用薬液による固結がゆきわたつてお
り、岩盤のきめの粗密にかかわらず均一な固結がなされ
ている。

【００２３】つぎに、実施例について比較例と併せて説
明する。

【００２４】

【実施例、比較例１〜３】まず、下記の表１に示すよう
な組成で２種類のＡ液をつくつた。

【００２５】

【表１】 ＊１：２，４，６−トリス（ジメチルアミノメチル）フ
エノール−Ｎ，Ｎ，Ｎ′，Ｎ′−テトラメチルメタンジ
アミンとジブチルチンジラウリレートとを１：６の割合
で配合した。 ＊２：Ｂ型粘度計によつて、２５℃における粘度を測定
した。ただし、Ａ−２については、粘度低下剤（塩化メ
チレン）を使用し粘度を調整した。

【００２６】一方、下記の組成のＢ−１液を調製した。 ＜Ｂ−１液の組成＞ ＴＤＩ−８０ ７．４重量部 ＭＤＩ−Ｐ １４．８〃 ＭＤＩ−ＰＭ １６０ 〃 ＰＥＧ ９．６〃 ＰＰＧ ８．２〃 ＴＭＰ ２ 〃

【００２７】また、下記の組成のＢ−２液を調製した。 ＜Ｂ−２液の組成＞ ＴＤＩ−８０ ６０重量部 ＭＤＩ−Ｐ ４０〃 ＭＤＩ−ＰＭ １００〃

【００２８】そして、上記Ｂ−１液，Ｂ−２液と、前記
２種類のＡ液とを、１：１の割合で下記の表２に示す組
み合わせで混合し、その浸透性，硬化時間，硬化体の強
度，発泡性を評価した。ただし、浸透性は、下記の簡易
試験法に従つて測定した。これらの結果を下記の表２に
示す。

【００２９】＜浸透性の測定＞図１３に示すように、ガ
ラス管５１の底部開口をガーゼ５２で塞いだカラムに４
号珪砂５３を１６０ｇ詰め、珪砂５３の深さＤを２２cm
にした。そして、上記混合液サンプル５０ｇを、この上
から注入し、液が下に浸透しガラス管５１の底のガーゼ
５２に到達する時間を測定した。

【００３０】

【表２】

【００３１】上記の結果から、実施例品は浸透性に優れ
るため、岩盤への浸透がすばやく、また細部まで入り込
んで固結硬化を発揮することができるものであることが
わかる。そして、その硬化体の強度も、実用的に問題が
ないことがわかる。

【００３２】

【発明の効果】以上のように、この発明の岩盤固結工法
は、薬液のＢ液の主成分として、ＭＤＩとＴＤＩとＰＥ
ＧとＰＰＧとを配合した特殊なプレポリマーを用いてい
るため、Ａ液の主成分が水だけであつて浸透性に優れて
いるのみならず、二液を混合すると充分に実用に耐えう
る強度の発泡硬化体を得ることができる。したがつて、
従来の薬液では充分に浸透していけなかつた部位まで充
分に薬液が浸透し、均一な固結領域を形成することがで
きる。そして、上記薬液は安価であるため、工法自体に
かかるコストも低く抑えることができるという利点を有
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】岩盤に孔を穿設する説明図である。

【図２】この発明の岩盤固結用薬液の圧入に用いる打ち
込みタイプのロツクボルトの縦断面図である。

【図３】薬液の圧入方法の説明図である。

【図４】薬液の圧入方法の説明図である。

【図５】薬液の圧入方法の説明図である。

【図６】薬液圧入による施工後の天蓋部を眺めた状態図
である。

【図７】自穿孔タイプのロツクボルトの縦断面図であ
る。

【図８】上記ロツクボルトの要部斜視図である。

【図９】薬液の圧入方法の説明図である。

【図１０】薬液の圧入方法の説明図である。

【図１１】薬液の圧入方法の説明図である。

【図１２】薬液の圧入方法の説明図である。

【図１３】浸透性の簡易試験法の説明図である。

【符号の説明】

２６ 固結領域

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 岩盤に穿設された孔内に、先端側に薬液
   吐出孔を有するロツクボルトを位置決めし、このロツク
   ボルト内に岩盤固結用薬液を圧入して上記孔内に岩盤固
   結用薬液を充満させたのち岩盤に浸透させ、この岩盤固
   結用薬液を硬化させることにより岩盤固結を行う方法で
   あつて、上記岩盤固結用薬液として、水を主成分とする
   Ａ液と、下記の（Ａ）〜（Ｄ）成分を触媒の存在下で反
   応させてなるイソシアネートプレポリマーを主成分とす
   るＢ液とを組み合わせた二液発泡ウレタン樹脂を使用す
   ることを特徴とする岩盤固結工法。 （Ａ）ジフエニルメタン−４，４′−ジイソシアネー
   ト。 （Ｂ）トリレンジイソシアネート。 （Ｃ）ポリエチレングリコール。 （Ｄ）ポリプロピレングリコール。
2. 【請求項２】 上記Ａ液全体に対する水の含有量が４０
   〜９０重量％に設定されている請求項１記載の岩盤固結
   工法。
3. 【請求項３】 上記触媒が、トリメチロールプロパンで
   ある請求項１または２に記載の岩盤固結工法。
4. 【請求項４】 上記Ａ液とＢ液の混合割合が、Ａ液：Ｂ
   液＝１：１〜１：３に設定されている請求項１〜３のい
   ずれか一項に記載の岩盤固結工法。