JPH10280898A - ロックボルト工法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ロックボルトのアンカー効果の持続性、地山
とロックボルトとの一体性に優れ、作業性やボルトの耐
久性もよいロックボルト工法を提供する。 【解決手段】 地山に形成した削孔の孔壁内に弾性係数
１，０００，０００ｋｇｆ／ｃｍ² 以下１０，０００ｋ
ｇｆ／ｃｍ² 以上のプラスチック製ロックボルトを挿入
し、樹脂系定着材を注入することによりロックボルトを
固定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ルーズな地山をロ
ックボルトにより安定化させる工法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来よりトンネル工事等において、ルー
ズな地山をロックボルトのアンカー効果により安定化す
る工法が採られている。

【０００３】地山とロックボルトとを一体化させる方法
としては、例えば、地山に形成された削孔の孔壁内に樹
脂系定着材の入ったカプセルを最初に挿入し、後から金
属製のロックボルトを押し込み、回転を与えながらカプ
セルを破砕混合し、孔壁とロックボルトとの間の空間を
硬化した樹脂によって充填するという方法が採られてい
る。あるいは、予め設けられた削孔の孔壁内にセメント
やモルタル等のセメント系定着材を充填した後、ロック
ボルトを挿入して地山と一体化させる方法も採用されて
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
工法においては鋼鉄等の金属製ロックボルトが用いられ
ており、これらの金属製ロックボルトは、弾性係数が約
３，０００，０００〜２，０００，０００ｋｇｆ／ｃｍ
² 程度と高いため、弾性係数の低い地山の変位に追従し
難く、アンカー効果の持続が不十分であった。

【０００５】また、地山とロックボルトとを一体化させ
る上記方法のうち、前者では、孔壁の自立が困難な場合
に、樹脂系定着材の入ったカプセルを削孔内に挿入する
ことが不可能となるという問題や、定着材成分の混合が
ロックボルトの回転のみによって行われるため、不十分
になり易く、定着材の性能が十分に発揮されないという
問題があった。

【０００６】一方、後者のセメント系定着材を用いる方
法に関しては、定着材の強度の発現が遅いために、地山
との一体化に時間がかかるという欠点があり、これを解
決するために速硬化剤を添加して硬化を速めた場合に
は、孔内に注入後、ロックボルトを挿入するまでに硬化
が進んで流動性がなくなり、ロックボルトが挿入できな
くなったり、ロックボルトと定着材との間に隙間が発生
し、地山との一体性が損われたりするという問題があっ
た。

【０００７】さらに金属製の従来のロックボルトは、重
量が大きく、錆が発生し易く、作業性や耐久性の面でも
問題があった。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、このような従
来の技術の問題点に着目してなされたものである。

【０００９】すなわち、請求項１のロックボルト工法
は、地山に形成した削孔内にロックボルトを挿入し、樹
脂系定着材を注入することにより前記ロックボルトを固
定する方法において、ロックボルトとして弾性係数が
１，０００，０００ｋｇｆ／ｃｍ² 以下１０，０００ｋ
ｇｆ／ｃｍ² 以上のプラスチック製ロックボルトを用い
るものである。

【００１０】上記ロックボルト工法においては、ロック
ボルトが中空であって、この中空部分から樹脂系定着材
（以下、単に定着材というときは樹脂系定着材を意味す
るものとする）を注入することが好ましい（請求項
２）。

【００１１】また、前記定着材は、ウレタン樹脂又はア
ルカリケイ酸塩水溶液とイソシアネートを主成分とする
シリカレジンであることが好ましい（請求項３及び
４）。

【００１２】さらに、前記定着材は、削孔の孔壁内に注
入すると共に地中部分へ浸透させてもよい（請求項
５）。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明で使用するプラスチック製
ロックボルト（以下、プラスチックボルトという）は、
例えば、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂等の樹脂をガ
ラス繊維で強化したものであり、引張り破断耐力が５ｔ
以上であることが好ましい。

【００１４】また、プラスチックボルトの弾性係数は
１，０００，０００〜１０，０００ｋｇｆ／ｃｍ² の範
囲であることが必要であり、５００，０００〜５０，０
００ｋｇｆ／ｃｍ² の範囲であることが好ましい。弾性
係数が１，０００，０００ｋｇｆ／ｃｍ² を越えると、
地山変位に追従し難く、アンカー効果を長期にわたって
維持することが困難となる。一方、１０，０００ｋｇｆ
／ｃｍ² 未満では、地山支持力が小さく、地山が崩落し
易い。

【００１５】より詳しくは、本発明で用いられるウレタ
ン樹脂やシリカレジン等のような樹脂系定着材は弾性が
あり、弾性係数が１０，０００〜１，０００ｋｇｆ／ｃ
ｍ²と小さい。従って、このような弾性係数の小さい定
着材との組み合わせで用いるボルトは、弾性係数が小さ
い方が好ましい。

【００１６】また、本発明のようなロックボルト工法が
必要な地山の弾性係数は、５，０００〜１，０００ｋｇ
ｆ／ｃｍ² 程度であるため、ボルトの弾性係数が小さい
方が地山の変位に追従しやすく、安定したアンカー効果
が得やすい。

【００１７】従来から使用されている鋼鉄製ボルトは、
上記したように、弾性係数が３，０００，０００〜２，
０００，０００ｋｇｆ／ｃｍ² と高いため、地山変位に
追従し難く、アンカー効果の持続が不十分であったが、
本発明のように、弾性係数１，０００，０００〜１０，
０００ｋｇｆ／ｃｍ² のプラスチックボルトを用いるこ
とにより、優れたアンカー効果の長期持続が可能にな
る。

【００１８】本発明で用いるプラスチックボルトは、よ
り具体的には、細長い中空の棒状で、両端部が開口した
構造を有しており、樹脂系定着材が手元側の開口部から
注入されて、先端側の開口部から削孔内に流出するよう
なされている。長さは特に限定されないが、通常は３〜
６ｍ程度であり、必要に応じて継手を用いて長さを調整
することができる。但し、継手を用いる場合は、継手部
の引張り破断耐力が５ｔ以上であることが望ましい。

【００１９】また、プラスチックボルトの側壁には、定
着材がボルト周辺により素早く行き渡るようにするた
め、定着材が流出する１又は複数の貫通孔を必要に応じ
て設けることもできる。貫通孔の孔径、個数、位置等
は、定着材の粘度、地山の状態等に応じて適宜決めれば
よい。

【００２０】本発明で用いる樹脂系定着材とは合成樹脂
を主成分とするものであり、その種類は特に限定されな
いが、例えばポリオールとイソシアネート化合物を主成
分とする２液反応型のウレタン樹脂や、アルカリケイ酸
塩水溶液とイソシアネート化合物を主成分とするシリカ
レジン等を例として挙げることができる。

【００２１】ウレタン樹脂の成分であるポリオールの例
としては、１，３−ブタンジオール、１，４−ブタンジ
オール、１，６−ヘキサンジオール等の２価アルコー
ル、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリ
エチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピ
レングリコール、ブチレングリコール、アセチレングリ
コール、グリセリン、トリメチロールプロパン、ジグリ
セリン、ヒマシ油、脱水ヒマシ油、ソルビトール、庶糖
等の単独もしくは混合物、これらにプロピレンオキシド
やエチレンオキシド等のアルキレンオキシドを付加重合
したポリオール等が挙げられる。また、エチレンジアミ
ン、アニリン、トリレンジアミン、モノ、ジ又はトリエ
タノールアミン等にプロピレンオキシドやエチレンオキ
シド等のアルキレンオキシドを付加重合したアミンポリ
オール類も有効である。さらにアジピン酸、無水フタル
酸等の二塩基酸とエチレングリコール、ジエチレングリ
コール、トリメチロールプロパン等のグリコールやトリ
オールとの脱水縮合反応によって得られる各種ポリエス
テルポリオール、ε−カプロラクタムの開環重合によっ
て得られるラクトン系ポリエステルポリオール、ポリオ
ールのホスゲン化、ジフェニルカーボネートによるエス
テル交換法で合成されるポリカーボネートジオール、そ
の他アクリルポリオール、ポリブタジエン系ポリオー
ル、さらにマンニッヒポリオール、ノボラック樹脂、レ
ゾール樹脂等にプロピレンオキシド又はエチレンオキシ
ドを付加重合して得られるフェノール系ポリオール、さ
らにポリオール中でアクリロニトリル、スチレン等のビ
ニル系モノマーをラジカル重合させたものや、これらの
ポリマーをポリオールに分散溶解させたポリマーポリオ
ール、テトラヒドロフランのカチオン重合によって得ら
れるポリテトラメチレングリコール、これらにアルキレ
ンオキシドを付加重合した変性ポリオール等が挙げられ
る。

【００２２】イソシアネート化合物は、上記ポリオール
と反応してポリウレタンを形成するものであればよく、
イソシアネートモノマー、それらの二量体、三量体等の
重合物や、アルコールやポリオールで変性したもののい
ずれも有効である。イソシアネート基の含量は、固結体
物性の点から、５〜４８重量％、なかんずく１０〜３３
重量％であるのが好ましい。

【００２３】かかるイソシアネート化合物の具体例とし
ては、ポリメチレンポリフェニルイソシアネート、液状
ジフェニルメタンジイソシアネート、トリレンジイソシ
アネート、クルードトリレンジイソシアネート、キシリ
レンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、
ナフタレンジイソシアネート、水添ジフェニルメタンジ
イソシアネート、トリメチレンキシリレンジイソシアネ
ート等のポリイソシアネートの単独又は混合物、さらに
前記ポリイソシアネートを水や低級モノ〜多価アルコー
ルで変性したアダクト体もしくはポリイソシアネートと
各種ポリオールとを反応させた末端イソシアネート基含
有ウレタンプレポリマーの単独又は混合物、さらにこれ
らのアダクト体、もしくはプレポリマー類と前記各種ポ
リイソシアネートの１種又は２種以上との混合物等、さ
らに前記ポリイソシアネートに触媒を加え、二量体又は
三量体にしたもの等が挙げられる。

【００２４】これらの各種イソシアネート化合物の中で
も、固結強度、安全衛生面及び経済性の点から液状ジフ
ェニルメタンジイソシアネート、ポリメチレンポリフェ
ニルイソシアネート、末端イソシアネート基含有ウレタ
ンプレポリマー及びアダクト体等が好ましく、いわゆる
取扱い環境温度下での揮発性がきわめて小さく、液状で
しかも固結強度、経済性の伴った構成のものが好まし
い。また、メチルアルコール、エチルアルコール等の１
モルにエチレンオキシドを１〜１０モル付加した低級ア
ルコールエトキシレートにより、ポリメチレンポリフェ
ニルイソシアネートを部分変性した水分散型のものも有
用である。

【００２５】上記ウレタン樹脂は発泡してもよいが、プ
ラスチックボルトの定着後の引抜き強度が低下するた
め、過剰な発泡は好ましくない。

【００２６】次にシリカレジンの成分であるアルカリケ
イ酸塩水溶液としては、土木用として通常用いられてい
る水ガラスが用いられ、必要に応じ、ポリオール、触
媒、界面活性剤等を加えることができる。また、粘度調
整のために水を加えることもできる。

【００２７】添加されるポリオールとしては、上記した
ような、ウレタン樹脂の製造に通常用いられるものが用
いられるが、中でもエチレングリコール、プロピレング
リコール、トリエタノールアミン等の低分子ポリオール
が好ましい。

【００２８】触媒の例としては、ジメチルオクチルアミ
ン、ジメチルラウリルアミン、Ｎ−メチルモルホリン、
ジメチルピペラジン、トリエチレンジアミン、イミダゾ
ール、Ｎ−メチルジエタノールアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ´−
トリメチルアミノエチルエタノールアミン、Ｎ−ジメチ
ルエタノールアミン、ポリエチレンイミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ
´，Ｎ´−テトラメチルヘキサメチレンジアミン等のア
ミン系触媒が挙げられる。

【００２９】界面活性剤としては、陽イオン、陰イオ
ン、非イオン、両性イオン活性剤のいずれも使用可能で
ある。

【００３０】水ガラスの粘度としては、１０００ｍｐａ
・ｓ／２５℃以下が好ましく、５００ｍｐａ・ｓ／２５
℃以下がより好ましい。

【００３１】アルカリケイ酸塩水溶液と反応させるイソ
シアネート化合物としては、上述したウレタン樹脂の製
造に通常用いられるものが用いられ、その粘度は１００
０ｍｐａ・ｓ／２５℃以下が好ましく、５００ｍｐａ・
ｓ／２５℃以下がより好ましい。

【００３２】アルカリケイ酸塩水溶液との相溶性を向上
させるために、イソシアネートの一部を予め親水性ポリ
オールと反応させておくことができる。また、粘度調整
のために、プロピレンカーボネート、ジオクチルアジペ
ート等の低粘度希釈剤を加えることもできる。

【００３３】次に、プラスチックボルトを削孔内に固定
する方法の一例について、図を用いて説明する。ここで
は、定着材としてアルカリケイ酸塩水溶液とイソシアネ
ート化合物からなるシリカレジンを用いているが、これ
はあくまで例であり、これに限定されるものではない。

【００３４】図１は、本発明の一実施態様を示す断面図
であり、地山１の削孔２内に挿入されたプラスチックボ
ルト１０を示している。

【００３５】プラスチックボルト１０は、本図に示すよ
うに中空の管状部材で、地山１に予め設けられた削孔２
に手で挿入される。挿入後、プラスチックボルト１０の
削孔口部側端部に接続部材２０を介してホース３０が接
続される。

【００３６】アルカリケイ酸塩水溶液とイソシアネート
化合物は、スタティックミキサー等で混合されたのち、
注入ポンプ等によりホース３０を経て送液され、プラス
チックボルトの中空部に注入されて、矢印で示したよう
にプラスチックボルト１０の吐出端部より流出して、プ
ラスチックボルト１０の周囲に流れ込み、削孔２内に充
填される。両成分の混合物が削孔２内に完全に充填され
ると削孔口部からあふれ出すので、あふれ出しが認めら
れた時点で注入を中止する。両成分は、混合後約３０秒
〜３０分間で反応硬化し、プラスチックボルト１０は地
山１と一体化する。

【００３７】プラスチックボルトは、通常は、上記のよ
うに削孔を設けた後挿入するが、必要に応じて自穿口タ
イプとすることもできる。

【００３８】また、定着材を、削孔の孔壁内に注入する
と共に、地中部分へも浸透させる、いわゆる「フォアポ
ーリング」「フォアパイリング」として施工することも
できる。その場合は、注入圧をかけて地中部分に強制的
に浸透させ、あるいは樹脂の粘度を下げて、地山に浸透
しやすくする。

【００３９】上記のように、本発明のロックボルト工法
においては、ロックボルトとして弾性係数１，０００，
０００ｋｇｆ／ｃｍ² 以下１０，０００ｋｇｆ／ｃｍ²
以上のプラスチック製ロックボルトを用いるので、地山
の変位に追従しやすく、長期にわたって安定したアンカ
ー効果が得られる。

【００４０】また、ロックボルトと定着材の双方が樹脂
で構成されているため、ロックボルトが地山と一体化し
た後で地山に応力がかかった時に、従来の鋼鉄製ロック
ボルトをモルタル等で固定した場合に比べて応力緩和性
が優れ、地山の変形エネルギーを吸収することができ
る。

【００４１】

【実施例】以下、実施例により本発明をさらに詳細に説
明するが、本発明はこれによって限定されるものではな
い。

【００４２】実施例１〜５ 地山に直径３２ｍｍ、上向き４５°の角度で長さ６ｍに
削孔し、プラスチックボルト（（株）カテックス社製ガ
ラス繊維７５％・エポキシ２５％混合型中空プラスチッ
クボルト、ボルト外径２２ｍｍ、内径１２ｍｍ、長さ６
ｍ、引張破断耐力２１．２ｔ、弾性係数４５０，０００
ｋｇｆ／ｃｍ² ）を挿入し、定着材として、表１及び２
に示す組成からなるＡ、Ｂ各成分をスタティックミキサ
ーで混合して注入ポンプによりプラスチックボルトの中
空部より注入し、プラスチックボルトの先端部より流出
させて削孔の孔壁内に充填した。

【００４３】６時間後にプラスチックボルトの引抜き強
度を測定した。その結果、いずれも１０ｔ以上の強度を
示した。さらに１年後、同様にして引抜き強度を測定し
たところ、１０ｔ以上の強度を示した。

【００４４】

【表１】 。

【００４５】

【表２】 。

【００４６】比較例１ 地山に実施例と同様に削孔し、削孔空間部に表３に示す
モルタルを注入し、次いで、鋼鉄製のロックボルト（外
径２２ｍｍ、長さ６ｍ、弾性係数２，５００，０００ｋ
ｇｆ／ｃｍ² ）を挿入し、６時間後にロックボルトの引
抜き強度を測定した。その結果、モルタルの強度が弱
く、ロックボルトは簡単に抜け落ちた。

【００４７】

【表３】 。

【００４８】

【発明の効果】請求項１の工法によれば、ロックボルト
として弾性係数１，０００，０００ｋｇｆ／ｃｍ² 以下
１０，０００ｋｇｆ／ｃｍ² 以上のプラスチック製ロッ
クボルトを用いるので、地山の変位に追従しやすく、長
期にわたって安定したアンカー効果が得られる。しか
も、ボルト及び定着材がいずれも樹脂で構成されている
ため、地山の応力を緩和し、地山安定化効果が優れてい
る。また、ボルトがプラスチック製であるため、軽くて
耐久性がある。

【００４９】また、請求項２の工法によれば、プラスチ
ックボルトが中空であり、中空部より定着材を注入する
ことができるため、カプセル状定着材を用いた場合等に
起こる混合不良が発生しない。従って、空間に隙間なく
充填することができ、かつウレタン樹脂等の定着材の性
能が十分に発揮される。

【００５０】また、請求項４の工法によれば、定着材が
アルカリケイ酸塩水溶液とイソシアネート化合物を主成
分とするため、反応硬化時間が約３０秒〜３０分間と短
く、地山との一体化が速い。

【００５１】さらに、請求項５の工法によれば、定着材
が地中部分へも浸透するため、地山安定化効果が特に優
れている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施態様を示す断面図である。

【符号の説明】 １……地山 ２……削孔 １０……プラスチックボルト ２０……接続部材 ３０……ホース

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】地山に形成した削孔内にロックボルトを挿
   入し、樹脂系定着材を注入することにより前記ロックボ
   ルトを固定する方法において、前記ロックボルトが弾性
   係数１，０００，０００ｋｇｆ／ｃｍ² 以下１０，００
   ０ｋｇｆ／ｃｍ² 以上のプラスチック製ロックボルトで
   あることを特徴とするロックボルト工法。
2. 【請求項２】前記ロックボルトが中空であって、この中
   空部分から前記定着材を注入することを特徴とする、請
   求項１に記載のロックボルト工法。
3. 【請求項３】前記定着材がウレタン樹脂であることを特
   徴とする、請求項１又は２に記載のロックボルト工法。
4. 【請求項４】前記定着材がアルカリケイ酸塩水溶液とイ
   ソシアネート化合物を主成分とするシリカレジンである
   ことを特徴とする、請求項１又は２に記載のロックボル
   ト工法。
5. 【請求項５】前記定着材を削孔の孔壁内に注入すると共
   に地中部分へも浸透させることを特徴とする、請求項１
   〜４のいずれか１項に記載のロックボルト工法。