JPH068530B2 - 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

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ツ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
つて孔を穿設し、この孔内にロツ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
液注入方法では１度に１０〜３０ｍ改良できるが、設備
が大掛りとなり、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ツクボルトを削
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、上記ロツク
ボルトを残したままこのロツクボルト内にウレタン樹脂
等を圧入してロツ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を有するロツクボルト３を取り付け、水送入パイプ１
ａからロツクボルト３内に水を圧入する。ついで、ロツ
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、このロツクボルト３を長孔５内に残したまま、ロツ
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、ロツクボルト３の根元側端部に、接続ユニツト
６を備えた一対のホース７を連結する。そして、ロツク
ボルト３の吐出孔２ａから、上記ホース７を介してロツ
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つて硬化樹脂で固め、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、施行に
大型の機械を要しないため大掛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時
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
脂がロツクボルト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つてしまい、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
う問題を有している。

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
ツ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ツクボルトを
準備するとともに、上記ロツクボルト内に嵌挿しうる両
端開口のチユーブを準備し、上記ロツクボルト内に上記
チユーブを嵌挿して上記ロツクボルトの中間吐出孔を塞
ぎ、その状態で上記ロツ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
内に上記ロツクボルトを残したまま、そのロツクボルト
から上記チユーブを取り除き、その状態で上記ロツクボ
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
上記ロツ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
のロツクボルトを第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、ロツクボルト
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、ロツクボルトの内部に、チユー
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、上記チユーブをロツクボルトら取り外し、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、ロツクボルトの中間吐出孔を閉塞
せずに穿孔を行うと、ロツ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、
ロツ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。したがつて、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、チユ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ツクボ
ルトを示している。すなわち、このロツクボルト１１
は、外径が２７mm，内径が１３mm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°
間隔で設けられており、端面の中央部に直径が１０mm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６mmの外周孔１５が形成されている。また、この
ロツクボルト１１の周壁部には、ドリル部１３から３ｍ
の位置および６ｍの位置にそれぞれ、直径３mmの吐出孔
１６が円周に沿つて９０°間隔で４個づつ穿設されてい
る。

上記ロツクボルト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、ロツクボルト１１の
内部に両端が開口したナイロンチユーブ（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
ツクボルト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からロツクボルト１１内に水，エアー
を圧入してロツクボルト１１先端の中心孔１４，外周孔
１５から吐出させながらロツクボルト１１を回転させて
岩盤に押圧する。その結果、ロツクボルト１１のドリル
部１３が削り出す土，砂等が、ロツクボルト１１の外周
に沿つ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
ようにロツクボルト１１をドリルとして使用して長孔を
形成し、その長孔内にロツクボルト１１を残したまま削
岩装置１をロツクボルト１１から取り外すとともに、こ
のロツクボルト１１から内部のナイロンチユーブ１７を
取り出す。つぎに、ロツクボルト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、ロツクボルト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、ロツクボルト１１の後端に接続ユニツト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からロツクボルト１１内に二液
型発泡ウレタン樹脂を注入し、ロツクボルト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
びロツクボルト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一な状態で
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、先端側をロツクボルト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、ロツクボルト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，右半分に受け入れ上記両液を
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
するようになつており、その作用によつて、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、ロツクボ
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つている。また、ロツク
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液混合後の硬化時間
が５〜３０秒のもの）を使用する。これによつて、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
ツクボルト１１の内周面にナイロンチユーブ１７を取り
つけてロツクボルト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
ようになつている。また、このロツクボルト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
イロンチユーブ１７をロツクボルト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つている。したがつて、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、ロツ
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、ロツクボルト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図のロツクボルト１１の変形例を示して
いる。すなわち、このロツクボルト１１ａは、パイプ状
の部分が３分割されているとともに、そのそれぞれを２
個のねじ継手２４で結合している。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
つて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２mm，吐
出孔２５ｃの直径が１．５mmに設定されている。それ以
外の部分は上記第１図のロツクボルト１１と同様に構成
されている。このように、ロツクボルト１１ａの先端側
の吐出孔ほど大径になるように形成することにより、ロ
ツクボルト１１ａを岩盤に打ち込む際の傾斜角度（仰
角）が大きくなつても、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。このロツクボルト
１１ａを用いて岩盤固結を行つ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図はロツクボルト１１の他の変形例を示してい
る。このロツクボルト１１ｂ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３mmに設定され、吐出孔２６ｂの直径が３mm
に、吐出孔２６ｃの直径が２mm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図のロツ
クボルト１１ａと同様である。このロツクボルト１１ｂ
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。このロツクボル
ト１１ｂを用いて岩盤固結を行つ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、ロツクボルト１１のさらに他の変形例を示
している。このロツクボルト１１ｃは、第１０図のロツ
クボルト１１ａ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つて
いるとともに、その分割部がねじ継手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図のロツクボルト１
１ａ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、ロツクボ
ルト１１ｃの製造が容易になる。このロツクボルト１１
ｃを用いて岩盤固結を行つた場合の作用効果について
は、上記実施例と同様である。

上記ロツクボルト１１ａ，１１ｂ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、上記ロツクボルト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５〜２０／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、ロツクボルト１１ａを使用した場合、第１４図
のようになり、ロツクボルト１１ｂを使用した場合は第
１５図に示すようになつた。なお、第１４図において、
０はロツクボルト１１ａのドリル部１３の吐出孔を、２
５ａは吐出孔２５ａを、２５ｂは吐出孔２５ｂを、２５
ｃは吐出孔２５ｃを示しており、第１５図において、０
はロツクボルト１１ｂのドリル部１３の吐出孔を、２６
ａ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５／分にした場合、破線
ｂは流量をｌ０／分にした場合、一点鎖線ｃは流量を
１５／分にした場合、二点鎖線ｄは流量を２０／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１の割合で混合したもの）を用
い、流量を２０／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、ロツクボルト１１
ａを使用したものを実線ｅで表し、ロツクボルト１１ｂ
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つ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ツクボルトを使用するよう
になつている。そして、穿孔時には、チユーブで上記ロ
ツ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ツクボ
ルトから長孔内に吐出させる際には、上記チユーブを取
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。したがつて、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ツクボルトの一例と正面
図、第２図はその先端部の斜視図、第３図は第１図のロ
ツクボルトにナイロンチユ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図はロツクボルト内に配設
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図はロツクボルトの使用説明図、第９
図はそれによつ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ツ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図のロツクボルト
を用いて吐出試験を行つている状態を示す説明図、第１
４図は第１０図のロツクボルトを用いて吐出試験を行つ
た結果を示す曲線図、第１５図は第１１図のロツクボル
トを用いて吐出試験を行つた結果を示す曲線図、第１６
図は第１０図および第１１図のロツクボルトを用いて吐
出試験を行つた結果を示す曲線図、第１７図および第１
８図は従来例の施工状態を示す縦断面図、第１９図はそ
れによつ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…ロツクボルト １２
…刃部 １４…中心孔 １５…外周孔 １６…吐出孔
１７…ナイロンチユーブ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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
   たパイプ状のロツクボルトを準備するとともに、上記ロ
   ツクボルト内に嵌挿しうる両端開口のチユーブを準備
   し、上記ロツクボルト内に上記チユーブを嵌挿して上記
   ロツクボルトの中間吐出孔を塞ぎ、その状態で上記ロツ
   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ツクボルトを残
   したまま、そのロツクボルトから上記チユーブを取り除
   き、その状態で上記ロツ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ツクボルトを岩盤内
   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. 【請求項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ツクボルト。