JPS637491A - 岩盤固結工法 - 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、軟弱あるい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、あ
るいはパイプルーフエ決、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では、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、本発明者らは、このような難点を解消するため
、削岩機等の削岩装置を用い、トンネル切羽先端の天盤
部に天盤のアーチに沿って複数の孔を穿設し、この孔内
に、中空パイプからなるパッカーの一端側に布等のパツ
キン（シール材）を配設し、これにウレタン樹脂等を含
浸させたのち、上記パッカーを他端側から挿入し、その
状態でパツキンに含浸させたウレタン樹脂を硬化させて
パッカーの周囲に発泡層を形成して上記孔の開口を閉塞
し、ついでこのパッカー内にウレタン樹脂等を圧入して
パッカー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、上記孔内に
パッカーを残したまま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５８−１４４０
２４号）。すなわち、上記方法（以下この方法を「従来
法」という）は、第１２図および第１３図に示すように
、削岩機等の削岩装置のドリルによってトンネル切羽先
端の天盤部２９に天盤のアーチに沿って所定間隔で斜め
上向きに孔を穿設し、この孔内に上記パッカー３０を挿
入して根元部のパツキン３１で孔の開口を塞ぎ、その状
態でパッカー３０の先端から、接続ユニット３２を備え
たホース３３から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孔を埋め、さらに
そのウレタン樹脂を地山内に図示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。図にお
いて、３４は支保工、３５は固結領域である。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２
９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、−定距離掘削したのち、さ
らにトンネル切羽先端の天盤部２９を固結するというこ
とを繰返して行われる。この場合、上記従来法によれば
、天盤部２９の固結は、第１２図に示すように、孔内に
残したパッカー３０とその周囲に分布する固結領域３５
の双方によって行われるため極めて強靭な固結が行われ
る。そのうえ、施工に大形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、上記工法は、削岩機等のドリルによって
岩盤に所定間隔で孔を穿設し、その後パツキン３１を備
えたパッカー３０をその孔内に挿入してウレタン樹脂を
注入するため、ドリルによる孔の穿設および穿設された
孔からのドリル引き抜き、その孔に対するパッカー３０
の挿入、さらにはそのパッカー３０に対するウレタン樹
脂の圧入という工程を要し、作業が煩雑である。さらに
また、従来の岩盤固結工法は、硬化時間の長い薬液を用
いるため、他山を通じての切羽手前への薬液のリークは
時として避けられず、固結に先立って天盤面にコンクリ
ート吹き付は処理を行う必要があり、施工に時間がかか
るという難点がある。したがって、これらの改善が望ま
れている。

この発明は、このような事情に鑑みなされたもので、施
工作業の簡素化をその目的とする。

〔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、この発明の岩盤固結工法は
、先端が刃部に形成されている中空パイプ状のロックボ
ルトを準備し、このロックボルトを削岩装置のドリルに
代えて使用することにより、岩盤にロックボルトを根元
まで収容可能な孔を穿設し、その孔内に上記ロックボル
トを残し、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、上記孔内にロックボルトを残した
状態で上記孔内充満および岩盤浸透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という構成をとる
。

すなわち、本発明者らは、上記従来法に対する要望を満
たすため、さらに研究を重ねた結果、従来法のパッカー
等の中空パイプに削岩装置のドリルの機能をもたせるよ
うにし、孔穿設後はその孔内にパッカー等の中空パイプ
を残し、そこへウレタン樹脂を圧入すれば孔を穿設した
のち、その孔からドリルを引き抜き、ついでパッカー等
の中空パイプを挿入するという工程が不要になり、施工
作業の簡素化を実現しうると着想しこの発明に到達した
。

この発明は、本発明者らが開発した特殊な中空パイプ状
のロックボルトを使用するものである。

このロックボルトは、第１図および第２図に示すように
、中空パイプ状のパッカー部１と中空パイプからなるロ
ックボルト本体２をねし継手３で継合して構成されてお
り、外径２７鰭、内径１４日で全長Ａが略３ｍ、バッカ
ー部１の長さＢが１ｍ、ロックボルト本体２の長さＣが
２ｍに設定されている。そして、上記バッカー部１の先
端には刃部を有するドリル部（第３図参照）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
。他方、パッカー部１の後端のねじ部隣接部分には段部
１ａが設けられており、そこに第４図（ａ）、（ｂ）に
示す静止ミキサー５が先端側をバッカー部１の先端側に
向けた状態で挿入され固定されている。上記静止ミキサ
ー５には、根元側リング部６の中心から前方（矢印Ｘ方
向）に延びる線状中心軸５ａを中心に、左半分にｖ字状
２重羽根５ｂが一定間隔で傾斜配設され、右半分には１
重羽根５Ｃが一定間隔で傾斜配設され、ロックボルト内
に圧入されたウレタン樹脂のＡ液およびＢ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（矢印Ａ、
Ｂ方向）に旋回させながら移送するようになっている。

この場合、右半分には１重羽根５Ｃ１左半分にはＶ字状
２重羽根５ｂが設けられ、ウレタン樹脂が右半分から左
半分に旋回移行すると、人口側が広（出口側が狭隘にな
っているｖ字状２重羽根５ｂの作用によって流速が速め
られ、左半分から右半分に戻ると初期速度に戻る。すな
わち、Ａ液。

Ｂ液は左半分、右半分の流速の差により、同方向に旋回
しながらミキシングされるのであり、従来のようにＡ液
、Ｂｔ＆を相互に逆方向に回転させその交叉部において
両液を衝突させてミキシングされるものではないため、
注入時の初期流速を維持したままミキシングされ前方に
送られる。すなわち、上記ロックボルトは、このような
特殊な静止ミキサー５を装備しているのである。したが
って、硬化の著しく速いウレタン樹脂を圧入する場合に
おいてウレタン樹脂を途中で硬化させることなくミキシ
ング移送し先端から円滑に吐出させうるようになってい
る。また、ロックボルト本体２の後端には逆止弁付継手
（図示せず）をら合するためのねじ部が形成されている
。

第５図および第６図は第１図のロックボルトの変形例を
示している。すなわち、このロックボルトは、パッカー
部１の先端にドリル部１７が一体・形成されている。こ
の場合、ドリルの刃部１８は、根元から２叉に分岐して
形成されており、その分岐部分の先端がそれぞれ刃１９
に形成されている。そして、上記分岐している刃部１８
の根元部には、外周孔２０が形成されている。それ以外
の部分は第１図のロックボルトと実質的に同じであるか
ら同一部分に同一符号を付しである。

上記のようなロックボルトは、削岩機等の削岩装置のド
リルとして装着され、トンネル切羽先端の天盤部に上向
き（角度θ＝１０〜２０°）の状態で孔を穿設すると同
時にそれ自体が穿設された孔内に進入し、根元側まで、
穿設された孔内に進入した状態で削岩装置から切り離さ
れ、第７図に示すように、後端の逆止弁付継手７に接続
ユニット１０付ホース１１をワンタッチで取付け、ウレ
タン樹脂圧入ポンプからホース１１を介して二液型発泡
ウレタン樹脂のＡ液およびＢ液の供給を受は岩盤固結を
行うようになっている。

これについてより詳しく説明すると、まずロックボルト
を第８図に示すように、削岩機２８にドリルとして取付
け、孔穿設時に、削岩機２８に設けられた水、エアー送
入パイプ２９ａからロックボルト内に水、エアーを圧入
してロックボルト先端の中心孔１５．外周孔１６から吐
出させ、ロックボルトの刃が削り出す土、砂等を、ロッ
クボルトの外周に沿って孔２１内を後方に移行させ孔２
１の開口から外部に排出しながら孔２１の穿孔を行う。

このようにロックボルトをドリルとして使用して孔２１
を形成し、その孔２１内にロックボルトを残し、ついで
ロックボルト後端に逆止弁付継手２５を接続し、第９図
に示すように接続ユニット１０付ホース１１をワンタッ
チで接続し、ニ波型発泡ウレタン樹脂のＡ液およびＢ液
を注入し、ロックボルト先端の刃部に設けられた中心孔
１５、外周孔１６から吐出させ岩盤固結（第１０図参照
）を行う。２６は固結領域である。

このように上記ロックボルトを使用することにより、ト
ンネル切羽先端の天盤部８に従来例のように削岩機のド
リル等で孔を開け、その孔からドリルを引き抜いたのち
、さらにバッカー等の中空パイプを挿入するという作業
が不要になり、施工作業の著しい短縮化を実現しろるよ
うになる。このようにしてトンネル切羽先端の天盤部に
第１１図に示すように、天盤部８の天盤のアーチに沿っ
て所定間隔でロックボルトが打ち込まれその周囲にウレ
タン樹脂の固結領域２６が形成され天盤部８の補強がな
される。

なお、上記のようなロックボルトを使用して岩盤固結を
行う際、ロックボルトに圧入するウレタン樹脂として、
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）を使用すると、従来法の
ようにバッカーの根元にパツキンを設けてこのパツキン
で孔の開口を塞いだのちバッカー先端から樹脂を吐出さ
せるということが不要になる。また、それと同時に効果
的に固結領域を形成することができるようになって施工
時間の大幅な短縮ならびに使用樹脂量の大幅な低減をも
実現できるようになる。すなわち、上記のような速硬性
の二液型発泡ウレタン樹脂を上記ロックボルトに圧入す
ると、ロックボルト先端側の薬液吐出孔（中心孔１５．
外周孔１６）から吐出されたウレタン樹脂が岩盤に穿設
された孔２１の開口方向に流れる過程で硬化し、孔２１
の開口近傍を閉塞してそれ以降吐出されるウレタン樹脂
の洩れを防ぐ。したがって、従来のようにバッカー３０
（第１２図参照）にパツキン３１を設けて孔を閉塞する
という煩雑な作業が不要になる。しかも注入樹脂が岩盤
に適正に浸透して速やかに硬化するため、従来のように
多量のウレタン樹脂を岩盤に必要以上浸透させるという
無駄がなくなり、使用樹脂の大幅な節約を実現できると
同時に作業時間の大幅な短縮をも実現しうるようになる
。すなわち、上記従来法は、使用する二液型発泡ウレタ
ン樹脂として２液混合後の硬化時間が３〜５分の通常の
ウレタン樹脂を使用しているため、上記孔内にバッカー
３０を挿入してウレタン樹脂を圧入すると地山に浸透す
る樹脂の硬化までに時間がかかつて樹脂の浸透領域が大
きくなり、したがって、使用樹脂量が多くなると同時に
樹脂の圧入時間も長くなる。′すなわち、上記ウレタン
樹脂のバッカー３０に対する圧入に際しては、バッカー
３０の先端から吐出されたウレタン樹脂が地山内に浸透
して硬化すると、樹脂の圧入に要する圧力が急に高くな
ることからそれを目安として樹脂の圧入を止めるのであ
り、使用するウレタン樹脂の硬化時間が長ければその分
、樹脂液の圧入量が多くなって浸透領域が大きくなり、
樹脂液の圧入時間および使用量が増加する。さらに、上
記のように、地山内に浸透したウレタン樹脂の硬化は、
樹脂浸透領域の外周側から行われ、内部は未硬化状態と
なっており、樹脂浸透領域の内部は未硬化樹脂によって
、いわば水を含んだような状態になっている。そのため
、地山が砂のような特に柔軟の場合には、場合によって
崩落現象を生じるという難点も有している。したがって
、上記のような軟弱地山に対しては、従来法によれば固
結に先立って天盤面にコンクリート吹き付は処理を行う
必要があり、施工に時間が掛かるという難点を生じるの
である。これに対して、上記のように速硬性の二液型発
泡ウレタン樹脂を使用すると、先に述べたように注入樹
脂が岩盤に適正に浸透して速やかに硬化するため、従来
のように多量のウレタン樹脂を必要量以上浸透させると
いう無駄がなくなり、使用樹脂および作業時間の大幅な
節約を実現できるようになる。ただし、この方法によれ
ば、ロックボルトの周囲に形成される固結領域の幅が狭
くなるため、第１１図と第１４図との対比から明らかな
ように、−定の範囲の天盤部を固化するに当たり、従来
法よりも穿設する孔の数およびそれに配挿するロックボ
ルトの数も多くなるが、上記の方法では、ロックボルト
１本当たりのウレタン樹脂の硬化時間が、従来法よりも
著しく短いため、全体の施工時間の大幅な短縮を実現し
うるようになる。また、ロックボルト１本当たりの樹脂
の使用量が著しく少ないため、ロックボルト数が増加し
ても使用薬液量は従来法よりも著しく少なくなる。なお
、第１１図と第１４図との対比かられかるように、ロッ
クボルトの周囲に形成される円柱状の固結領域の直径は
上記の方法の方が従来法より小さくなるのであるが、補
強効果はこれで充分である。すなわち、従来法では、ウ
レタン樹脂の硬化が遅いために自ずと樹脂液の浸透量が
多くなってロックボルトの周囲に形成される固結領域の
直径が大きくなるのであり、無駄にウレタン樹脂を消費
していたといいうるものである。また、上記の方法によ
れば、ウレタン樹脂の硬化が極めて速く行われるため、
地山を通じての切羽手前への薬液のリークがなく、した
がって、砂等の軟弱な岩盤であっても従来のようにコン
クリート吹き付は処理を行うことなく、岩盤固結を行う
ことができ、軟弱な岩盤に対する施工性の向上効果をも
奏するようになる。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明は、ロックボルトとして先端が
刃部に形成されている中空パイプ状の特殊なロックボル
トを使用するため、これを削岩装置のドリルに代えて使
用することができ、これによってドリルの引き抜きおよ
び薬液注入用パイプの新たな挿入という作業を省（こと
ができる。したがって、岩盤固結に要する作業の大幅な
簡素化を実現できるようになる。そのうえ、２液混合後
の硬化時間が５〜３０秒と著しく短い速硬性の二液型発
泡ウレタン樹脂を使用すれば従来法のようなパツキンの
装着が不要になるとともに、ウレタン樹脂の圧入時間お
よび使用樹脂液量を大幅に節約できるようになる。

つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。

まず、２液混合後の硬化時間が、０〜３０℃において５
〜３０秒の二液型発泡ウレタン樹脂のＡ液（ポリオール
成分）としてつぎの第１表に示す３種類のＡ液ｉ、ｎ、
ｍを準備した。

上記３種類のＡ液１．　　ＩＩ、　　Ｈの特性は第２表
のとおりである。

また、Ｂ液（イソシアネート成分）として、第３表に示
す３種類のＢ液１．ｎ、Ｉ［Ｉを準備した。

つぎに、上記Ａ液およびＢ液を用い、つぎのようにして
岩盤固結を行った。

〔実施例１〕 第１図に示すロックボルトを用い、トンネル切羽先端の
天盤部に天盤のアーチに沿って７０ｃｍ間隔で１３個の
孔を上向き（水平面との傾斜角θ＝１０〜２０°）に穿
設し、この穿設した孔のなかに上記ロックボルトを削岩
装置から切り離して残した。そして、アーチ状の一端側
のロックボルトから接続ユニット付のホースを用いて上
記Ａ液ＩおよびＢ液Ｉを用いて、配合比１：１．圧力２
０ｋｇ／−で圧入し岩盤固結を行った。この固結状態は
第１１図のようになった。

〔比較例〕

従来法に従い、切刃先端の天盤に天盤のアーチに沿って
１４０ａｎ間隔で合計７個の孔をあけ、その孔に、根元
にパツキンを装着したパッカーを送入し、２液混合後３
〜５分で硬化する二液型発泡ウレタン樹脂を注入し岩盤
固結を行った。その固結状態は第１４図のようになった
。

上記実施例１と比較例における孔の穿孔時間および二液
型発泡ウレタン樹脂の圧入時間ならびに総薬液（ウレタ
ン樹脂）量を対比して第４表に示した。

（以下余白） 果−」し−表 （以下余白） 第４表から明らかなように、実施例１では孔の数が多い
ため、穿孔時間は比較例よりも多くなっているが、樹脂
液の圧入時間が極めて短時間で足りるため、圧入時間は
大幅に短縮でき、その結果、孔の穿孔から圧入に要する
総時間が、比較例の２１０分に対し、実施例１では１１
７分になり、４４％の短縮となっている。しかも総薬液
量は比較例が７００　ｋｇであるのに対し実施例１では
２０８　ｋｇで６８％の減少となっている。このことか
ら、実施例１によれば従来法よりも施工時間の大幅な短
縮および使用薬液量の大幅な節約を実現しうろことがわ
かる。しかも、実施例１によれば孔内にロックボルトを
挿入して薬液を注入する際、比較例のようにロックボル
トにいちいちパツキンを装着する必要がないため、パツ
キン装着の施工の煩雑さもなくなり、施工性の向上効果
も得られるようになる。

〔実施例２〕 薬液として、Ａ液■およびＢ液■を用いた。それ以外は
実施例１と同様にして岩盤固結を行った。

その結果も実施例１と殆ど同様であり、実施例１と同様
の極めて優れた効果が得られた。

〔実施例３〕 薬液として、Ａ液■およびＢ液■を用いた。それ以外は
実施例１と同様にして岩盤固結を行った。この場合にも
実施例１とほぼ同様の極めて優れた効果が得られた。

このように、この発明の方法によれば、孔穿設したのち
、その孔からドリルを引き抜いて新たにロックボルト等
を挿入するという作業が不要になるため、施工作業を大
幅に簡素化しうる。しかも、上記のように、硬化速度の
速いウレタン樹脂を使用すれば施工時間の大幅な短縮お
よび使用ウレタン樹脂液の大幅な低減をも実現しろうよ
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縦断面
図、第２図はその全体の平面図、第３図は第１図のロッ
クボルトの要部の斜視図、第４図（ａ）は第１図のロッ
クボルト内に配設される静止ミキサーの斜視図、第４図
（ｂ）は同じくその側面図、第５図はこの発明に用いる
ロックボルトの他の例の縦断面図、第６図はその先端を
第５図の左側から眺めた状態図、第７図はロックボルト
に樹脂を圧入する説明図、第８図、第９図および第１０
図はロックボルトの使用説明図、第１１図はこの発明の
一実施例の施工状態を示すためトンネル切羽先端の天盤
部を眺めた状態図、第１２図は従来例の施工状態を示す
縦断面図、第１３図はその横断面図、第１４図は第１３
図における固結領域を個別に示すための説明図である。 １・・・パッカー部　２・・・ロックボルト本体　３・
・・ねじ継手　１５・・・薬液吐出孔　２２・・・孔　
２６・・・固結領域 第４１Ｊａ） 第４図（ｂ） 第６図 第７図 ＝δ凶 第１０図 第１１図 第１２図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）先端が刃部に形成されている中空パイプ状のロッ
   クボルトを準備し、このロックボルトを削岩装置のドリ
   ルに代えて使用することにより、岩盤にロックボルトを
   根元まで収容可能な孔を穿設し、その孔内に上記ロック
   ボルトを残し、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、上記孔内にロックボルトを残
   した状態で上記孔内充満および岩盤浸透の岩盤固結用薬
   液を硬化させることにより岩盤固結を行うことを特徴と
   する岩盤固結工法。
2. （２）岩盤固結用薬液が、２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である特許請求の範囲
   第１項記載の岩盤固結工法。