JPH10266798A

JPH10266798A - 樹脂製ロックボルトおよびその製造方法

Info

Publication number: JPH10266798A
Application number: JP7843097A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Mitsuma; 正三間
Original assignee: Sumitomo Riko Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Riko Co Ltd
Priority date: 1997-03-28
Filing date: 1997-03-28
Publication date: 1998-10-06

Abstract

(57)【要約】【解決課題】注入管として十分な強度を有する管状樹
脂製ロックボルトおよびその製造方法を提供する。【解決手段】繊維強化プラスチック層の外周に繊維組
織からなる補強層を設けてなる複合管状部材からなるこ
とを特徴とする樹脂製ロックボルトおよびその製造方
法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は樹脂製ロックボル
ト、特に繊維強化樹脂層を有する注入型ロックボルトと
その製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ロックボルトは、トンネル等の地下空洞
の掘削において、掘削により生じた、あるいは生じるで
あろう新しい応力状態に耐え得るように地山を補強する
ことを目的として、掘削面から地山中に打設・固定され
る棒状または管状の部材である。典型的にはＮＡＴＭの
支保部材（システムロックボルト）として用いられる
が、トンネル先端から先打して先行地山を補強したり
（フォアパイリング工法）、鏡（切羽面）面に打設して
鏡止めとする等の補助工法に使用される場合も少なくな
い。

【０００３】従来、ロックボルトの材質・形状として
は、異型棒鋼やねじ棒鋼等の棒鋼が一般的であったが、
近年では、鋼管ロックボルトも用いられている。鋼管ロ
ックボルトは、中空部を通して薬液の注入ができるた
め、例えば、フォアパイリングが必要な軟弱地山におい
て切羽の自立を確保する注入式フォアパイリング工法に
有用である。また、棒型（中実型）のロックボルトで
は、穿設した孔内に急結性モルタルを注入した直後にロ
ックボルトを挿入固定したり、モルタルや硬化性の２液
を分離して充填した袋を孔内に装入しておき、しかる後
にロックボルトを挿入して前記の袋を破って定着を行な
うなど、施工手順が複雑になりやすいが、管型（中空
型）ロックボルトでは、孔に挿入後、薬液を注入するだ
けで地山との全面接着が実現できるなどの施工上の特長
も有している。しかし、これらの鋼材によるロックボル
トは、重いため搬送に手間や費用がかかる。柔軟性に乏
しいため狭いトンネル内での作業性が悪い。さらに、こ
れらの問題点から、実用上、長尺化が制限される。ま
た、耐腐食性にも問題がある上、鏡止めや先進導坑に用
いた場合、掘進や拡大の際、切削機器に損傷を与える。

【０００４】このため、最近では、繊維強化プラスチッ
ク(FRP)、特にグラスファイバー強化プラスチック(GFR
P:Glass Fiber Reinforced Plastic)を押出成形または
引抜成形した樹脂製ロックボルトも用いられるようにな
ってきている。押出成形ロックボルトは、樹脂材料の中
に強化材として短繊維のガラス繊維等を混ぜて押出成形
する。しかし、軸方向の強度（引張強度）が十分ではな
いため用途が限定される。引抜成形ロックボルトは、長
ガラス繊維等の強化材に樹脂を含浸させ、加熱した金型
を通して成形する。引抜成形品は強化材が長さ方向に配
向しているため引張強度に優れており、１０トン以上の
中・高強度の引張応力を要する用途にも使用できる。引
抜成形ロックボルトでは、表面が平滑なため、外周に螺
旋状にガラス繊維を巻き付けて固定性を改善することも
行なわれている。

【０００５】しかし、押出成形、引抜成形のいずれのロ
ックボルトも、半径方向の強度が弱いため、管状（注入
型）製品は用いられていない。また、これらの樹脂製ロ
ックボルトは、注入やロックボルトの固定に使用する強
アルカリ性の水ガラス−ウレタンあるいはモルタル等に
対する耐性を確保するべく、ガラス繊維表面をエポキシ
樹脂で被覆して全体を耐アルカリ性仕様としている。こ
のため、原材料コストが高いという問題もある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、注入管とし
て十分な強度を有する管状樹脂製ロックボルトを低コス
トで提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
の解決方法について鋭意検討した結果、繊維強化プラス
チック層を引抜成形した外周に繊維組織からなる補強層
を設けて両者を一体化すれば、引張強度とともに半径方
向の強度にも優れる樹脂製ロックボルトが製造できるこ
とを見出し本発明を完成するに至った。すなわち、本発
明は以下の樹脂製管状ロックボルトおよびその製造方法
を提供する。

【０００８】（１）繊維強化プラスチック層の外周に
繊維組織からなる補強層を設けてなる複合管状部材から
なることを特徴とする樹脂製ロックボルト。（２）繊維強化プラスチック層が複合管状部材の軸方
向に引き揃えられた長繊維を含むものである前記１に記
載の樹脂製ロックボルト。（３）繊維強化プラスチックがガラス繊維強化プラス
チックである前記１または２に記載の樹脂製ロックボル
ト。（４）繊維強化プラスチックが炭酸カルシウム微粉末
を含有する前記１乃至３のいずれかに記載の樹脂製ロッ
クボルト。（５）繊維強化プラスチック層の引抜成形後、さらに
織布もしくは編布で被覆するか、または繊維束を巻き付
け、該織布、編布または繊維束を前記外周面に接着する
ことを特徴とする管状樹脂製ロックボルトの製造方法。

【０００９】

【発明の実施の形態】

(I)ロックボルト本発明のロックボルト１０は、図１（表面を一部除いた
斜視図）、図２（ａ）（縦断面図）および図２（ｂ）
（（ａ）図のＡ−Ａ′断面図）に模式的に示すように、
繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）層１の外周に繊維組織
からなる第２層（外層）２を設けてなる中空部３を有す
る複合管状部材を用いることを特徴とする。すなわち、
従来、ＦＲＰ層単層であった樹脂製ロックボルトにおい
て、ＦＲＰ層の外側に繊維組織からなる層を設け、これ
をＦＲＰ層と一体化させることにより、軸方向の引張強
度が高いというＦＲＰ製ロックボルトの特長を維持しつ
つ半径方向の強度（破裂強度）を改善したものである。

【００１０】ＦＲＰ層は、樹脂と強化材（繊維）からな
る。ＦＲＰ層を構成する樹脂は、一般にＦＲＰにおいて
慣用されているものが使用できる。このような樹脂の例
としては、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ
ビニルエステル樹脂等が挙げられる。耐食性の点からエ
ポキシビニルエステル樹脂が好ましい。

【００１１】ＦＲＰ層に配合する強化材（繊維）の例と
しては、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維等が挙げ
られる。繊維径および繊維の配合量は、ロックボルトの
使用目的や繊維の種類にもよるが、ガラス繊維を樹脂層
の５０〜８０重量％配合することが好ましい。炭酸カル
シウム、クレー、ガラスフレーク等の増量材を配合して
繊維含有量を低減し、母材樹脂の連続領域を増すること
によっても内層同様の破裂強度改善効果が得られる。か
かる増量材の配合量は、好ましくはＦＲＰ層の全量の２
０〜５０重量％である。２０重量％未満では破裂強度改
善効果が得られない。５０重量％を超えると引張強度が
低下する。

【００１２】ＦＲＰ層の層厚は通常１〜７ｍｍである。
１ｍｍ未満では十分な引張強度が得られない。７ｍｍを
超える厚みのＦＲＰ層を用いると可撓性が低下する。ま
た、耐アルカリ性仕様のガラス繊維は比較的高価であ
り、その使用量が大きいと原料コストの増大につなが
る。ロックボルトを通して注入する薬液がウレタン系薬
液である場合、破裂強度（実施例参照）は２０kg/cm²程
度で十分あり、モルタルを注入する場合には８０kg/cm²
程度の破裂強度が必要となることもある。本発明のＦＲ
Ｐ層−第２層からなる複合層構造のロックボルトはこの
条件を満たす。また、表面に繊維組織層を有することに
よりロックボルト表面に凹凸が生じるため、地山への固
定がより確実になるという利点もある。

【００１３】第２層は、典型的には円筒状に形成した織
布もしく編布である。編布、織布を円筒状として被覆す
る構成のほかに、ＦＲＰ外周面を編布、織布で挟んだ
り、編布、織布を巻き回してもよい。あるいは、１また
は２以上の繊維束を螺旋状に巻き回してもよい。織布も
しくは編布としては、アラミド等の有機繊維またはガラ
ス繊維、炭素繊維等の無機繊維からなるものが挙げられ
る。耐食性の点から耐アルカリ性のガラス繊維を用いる
ことが好ましい。織布の組織構造は特に限定されないが
緻密な組織が好ましい。通常、第２層の層厚は0.1〜２
ｍｍ程度である。0.1ｍｍ未満では十分な補強効果が発
揮されない。２ｍｍを超えても補強効果に大きな改善は
なくロックボルトの厚みが不必要に増大して可撓性等の
特性に悪影響を及ぼす。第２層はロックボルトの全長に
わたって設けてもよいが、例えば、端部、中央部、ある
いは後述の静止ミキサーを設ける場合のように管の位置
により内部からの圧力が変化する場合においては高圧部
にのみ第２層を形成してもよい。

【００１４】ＦＲＰ層および第２層からなるロックボル
トの管径は、通常、外径が２０〜４０ｍｍ、肉厚が２〜
１０ｍｍ程度の範囲である。ＦＲＰ層と第２層の厚み比
を変えることにより、同じ管径・管長でありながら引張
強度と破裂強度のバランスの異なる製品を得ることが可
能になる。この結果、必要な強度を維持しつつ、コスト
高につながるＦＲＰ層を薄く成形した、より低コストの
施工が可能となる。なお、図１および図２では先端を先
細にしたロックボルトを示したが、管径は全長にわたっ
て均一でもよい。管長は特に限定されないが、搬送等の
実用面から１０ｍ以下、通常、６ｍ以下のものが生産さ
れる。

【００１５】本発明のロックボルトは、その一端にネジ
構造部４を有してもよい（図７）。このネジ構造部４
は、地山への固定に際し、固定部材（ナット）や薬液注
入装置のアダプターと係合させるためのものである。ま
たさらに、本発明のロックボルトは、その内部に静止ミ
キサーを有するものでもよい。２液硬化性薬液を用いる
場合、かかる混合部を設けることにより、予め薬液を混
合する必要がなくなるとともに、地山注入あるいはロッ
クボルト固定のための薬液注入が容易になる。

【００１６】(II)ロックボルトの製造方法本発明のロックボルトは、慣用のＦＲＰ管製造装置に変
更を加えることにより製造できる。すなわち、一般にＦ
ＲＰ管は樹脂を含浸した繊維を円筒状に引き張ることに
より繊維が相互に付着した中間筒体を形成し、樹脂の硬
化後、筒体を切断することにより形成する。本発明にお
いては、図３に示するように、この中間筒体２０に、樹
脂が硬化する前に上下から編布または織布からなる布帛
２１と２２を被せることにより、図４（ａ）の断面図に
示すような、布による被覆層とＦＲＰ管が密着した構造
を有する複合管を製造する。あるいは、同図（ｂ）の断
面図に示すように、１枚の布帛を中間筒体２０に巻装し
てもよい。

【００１７】被覆は、図５に示すように、編布または織
布からなるテープ２３を螺旋状に巻き回してもよいし、
図６に示すように繊維束２４を１乃至数本巻き回すこと
により行なってもよい。あるいは、筒状に維持した織布
または編布に中間筒体を通して被覆してもよい。被覆処
理後、中間筒体２０は、しごきを通すなど外周から力を
加えて繊維組織を密着させ、樹脂の硬化と同時に接着す
る。なお、ここで述べた方法は典型的な例であり、本発
明の範囲内において適宜変更や修正を行なうことは可能
である。例えば、接着を、樹脂の硬化とは別に接着剤を
用いて行なってもよい。さらに、含浸装置の代わりに適
当な塗布装置を用いてよいし、反応硬化装置や乾燥機を
併用してもよい。また、樹脂の硬化前に先端部の口径を
縮める処理を行なってもよい。硬化後、必要に応じて管
壁に薬液吐出用の孔を穿ち開ける。吐出孔の配置は特に
制限されないが、一般には、２〜６個／ｍ程度の孔を軸
対称または交互に穿孔する。

【００１８】(III)使用（施工）方法本発明によるロックボルトは、通常のロックボルトと同
様に、システムロックボルト、フォアパイリング、鏡止
め等に使用できる。具体的な施工方法を模式的に図７に
示す。地山３０にロックボルト４０を固定するために孔
３１を穿孔する。孔３１の直径は、ロックボルト４０の
外径の1.5〜２倍程度のものであればよい。しかる後、
ロックボルト４０を孔３１内に挿入し、口元をコーキン
グ手段３５で封じる。また、ロックボルト４０の端部に
はアダプター３４を介して薬液タンク（図示せず。）を
接続し、ポンプ手段により薬液を供給し、ロックボルト
の吐出孔４１から孔３１内に注入する。薬液はウレタ
ン、水ガラス、モルタル等が用いられる。薬液が孔３１
を満たし硬化体３６を形成することによりロックボルト
４０は地山３０に全面接着する。その後、座金３２とナ
ット３３により緊締する。また、必要に応じて地山内に
さらに薬液を圧入する注入工法に用いることもできる。
なお、ここでは端部にネジ山構造４を設けたロックボル
トを用いた例を示しているが、ネジ山の代わりに適当な
スリーブを被せたり、ナットでボルトを締め付けて緊締
してもよい。

【００１９】

【実施例】以下、実施例および比較例により本発明の効
果をより具体的に示す。なお、以下の各例において、破
裂強度および引張強度の測定は以下の方法により行なっ
た。 (1)破裂強度ロックボルトの一方の端部をめくら材あるいはコーキン
グ材で塞ぎ、他端から水を圧入して、ロックボルトの側
面から水が漏出するに至る圧力（破裂強度）を測定し
た。 (2)引張強度はＡＳＴＭ−Ｄ３９１６−８４に準じて行
なった。

【００２０】実施例１ガラス繊維強化プラスチック（ガラス繊維含有量：７０
％、樹脂：エポキシビニルエステル樹脂）からなる筒体
を引抜成形し、その表面に、ガラス繊維製の織布を上下
から被せ、密着後、余剰部分を除去して表面が繊維組織
で被覆された環状樹脂製ロックボルトを製造した。得ら
れた管状樹脂製ロックボルトの破裂強度および引張強度
を測定した。破裂強度は５０kgf/cm²、引張強度は２４
トンであり、また、このロックボルトは曲げ半径４ｍ程
度と小さく、全重量も３ｋｇであり、狭いトンネル内で
も作業性が良好である。一方、岩盤に直径4.5ｃｍ、深
さ４ｍの孔を穿ち、この孔に前記ロックボルト（但し、
側面に４個の薬液吐出孔を軸対称に穿孔した。）を挿入
した後、図７に示すように、座金およびナットで固定
し、ウレタン系薬液〔ＦＳＲ（東海ゴム工業株式会社
製）〕を注入して、ロックボルトを地山に全面接着させ
た。硬化後、ロックボルトの引抜きを行ない、施工時の
地山との固着状態を評価した。引抜きに要した力は１９
ｔであり良好な固着性を有することが確認できた。引抜
いたロックボルトにはヒビ割れ等はなく、吐出孔を設け
た状態でも、ウレタン注入用のロックボルトとして実用
的に十分な強度を有することが確認できた。

【００２１】比較例１繊維被覆を行わずＦＲＰ層の厚みを７ｍｍとしたほかは
実施例１と同様の手順によりＦＲＰ製ロックボルトを製
造し、強度および引抜試験を行なったところ、破裂強度
が１kgf/cm²と本発明品に比べて低く、引抜いた結果を
見ても軸方向のヒビ割れが認められ、ウレタン注入に十
分な強度を有しなかった。

【００２２】実施例２炭酸カルシウムを増量剤として樹脂１００重量部に対し
５０重量部添加し、ガラス繊維含有量を４０％としたＦ
ＲＰを用いたほかは実施例１と同様にしてＦＲＰ−繊維
補強層からなるロックボルトを製造した。製造されたロ
ックボルトに実施例１と同様にさらに薬液吐出孔を設け
た上で岩盤に穿ち開けた孔に挿入し、コーキング材で口
を封じ、モルタルを圧入し硬化させ、図７に示すように
ネジ構造を用いて固定した。硬化後、２週間放置してか
ら引抜き、その状態を観察したが、ロックボルトにヒビ
割れは観察されず、本発明のロックボルトがモルタル注
入に耐え得る破裂強度を有することが確認できた。ま
た、腐食は全く見られなかった。さらに、このロックボ
ルトについて、トンネル切削機器による切断を試みたと
ころ、機器の切削部に何らの障害を与えることもなく切
削可能であった。

【００２３】

【発明の効果】本発明によるロックボルトは、軽量で耐
腐食性に優れる樹脂製ロックボルトという特長を有する
とともに、従来の樹脂製ロックボルトでは実現できなか
った半径方向の強度（破裂強度）も高い値を示す中空管
構造のロックボルトである。また、引張強度にも優れて
いる。このため、注入管型ロックボルトとして用いるこ
とが可能であり、地山への全面接着の容易なロックボル
トとして、あるいは注入工法において好適に利用するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるロックボルトの構造の概略を示す
一部切り欠き斜視図。

【図２】図１のロックボルトの軸方向および半径方向の
断面図。

【図３】本発明によるロックボルトの製造方法の概略を
示す模式図。

【図４】本発明によるロックボルトのＦＲＰ層と外面補
強層の関係を示す半径方向の断面図。

【図５】本発明によるロックボルトの製造方法の概略を
示す模式図。

【図６】本発明によるロックボルトの製造方法の概略を
示す模式図。

【図７】本発明のロックボルトの使用態様を示す断面
図。

【符号の説明】

１ＦＲＰ層２外面補強層３空洞（中空部）４ネジ部１０ロックボルト２０中間筒体２１、２２布帛２３布帛テープ２４繊維束３０地山３１ロックボルト穿設孔３２座金３３ナット３４アダプター３５コーキング材３６硬化体４０ロックボルト４１薬液吐出孔

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】繊維強化プラスチック層の外周に繊維組
織からなる補強層を設けてなる複合管状部材からなるこ
とを特徴とする樹脂製ロックボルト。
【請求項２】繊維強化プラスチック層が複合管状部材
の軸方向に引き揃えられた長繊維を含むものである請求
項１に記載の樹脂製ロックボルト。
【請求項３】繊維強化プラスチックがガラス繊維強化
プラスチックである請求項１または２に記載の樹脂製ロ
ックボルト。
【請求項４】繊維強化プラスチックが炭酸カルシウム
微粉末を含有する請求項１乃至３のいずれかに記載の樹
脂製ロックボルト。
【請求項５】繊維強化プラスチック層の引抜成形後、
さらに織布もしくは編布で被覆するか、または繊維束を
巻き付け、該織布、編布または繊維束を前記外周面に接
着することを特徴とする管状樹脂製ロックボルトの製造
方法。