WO2005068779A1 - 高耐力鋼管製ロックボルト及びその製造方法 - Google Patents

高耐力鋼管製ロックボルト及びその製造方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2005068779A1
WO2005068779A1 PCT/JP2004/011205 JP2004011205W WO2005068779A1 WO 2005068779 A1 WO2005068779 A1 WO 2005068779A1 JP 2004011205 W JP2004011205 W JP 2004011205W WO 2005068779 A1 WO2005068779 A1 WO 2005068779A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
pipe
deformed
steel pipe
pressure
deformed pipe
Prior art date
Application number
PCT/JP2004/011205
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Takefumi Nakako
Takeyuki Yoshida
Shigeo Matsubara
Toshiharu Kittaka
Hiroki Kanazawa
Original Assignee
Nisshin Steel Co., Ltd.
Nisshin-Kokan Co., Ltd.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nisshin Steel Co., Ltd., Nisshin-Kokan Co., Ltd. filed Critical Nisshin Steel Co., Ltd.
Priority to EP04771232.8A priority Critical patent/EP1724435B1/en
Priority to CA2553344A priority patent/CA2553344C/en
Priority to US10/586,088 priority patent/US7794179B2/en
Priority to ES04771232.8T priority patent/ES2548088T3/es
Priority to PL04771232T priority patent/PL1724435T3/pl
Publication of WO2005068779A1 publication Critical patent/WO2005068779A1/ja

Links

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D21/00—Anchoring-bolts for roof, floor in galleries or longwall working, or shaft-lining protection
    • E21D21/0006—Anchoring-bolts for roof, floor in galleries or longwall working, or shaft-lining protection characterised by the bolt material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C2/00—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor
    • C23C2/04—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor characterised by the coating material
    • C23C2/06—Zinc or cadmium or alloys based thereon
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D21/00—Anchoring-bolts for roof, floor in galleries or longwall working, or shaft-lining protection
    • E21D21/0026—Anchoring-bolts for roof, floor in galleries or longwall working, or shaft-lining protection characterised by constructional features of the bolts
    • E21D21/004—Bolts held in the borehole by friction all along their length, without additional fixing means
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D21/00—Anchoring-bolts for roof, floor in galleries or longwall working, or shaft-lining protection
    • E21D21/0026—Anchoring-bolts for roof, floor in galleries or longwall working, or shaft-lining protection characterised by constructional features of the bolts
    • E21D21/0073—Anchoring-bolts having an inflatable sleeve, e.g. hollow sleeve expanded by a fluid

Definitions

  • the present invention relates to a lock port made of a high strength steel pipe which is solidified to the ground or rock by expanding a deformed pipe in the radial direction with the pressure of a press-fitting fluid, and a method for manufacturing the same.
  • Steel pipe lockports that are solidified to the ground or rock by expansion are manufactured from hollow deformed pipes with one or more expansion recesses along the axial direction.
  • the steel pipe mouth port 1 is sealed at the end and is inserted into the bolt insertion hole drilled in the rock or ground 2 (Fig. 1).
  • the steel pipe lock port 1 In the unexpanded state (Fig. 2A), the steel pipe lock port 1 has a gap between the inner wall of the port insertion hole, but expands when fluid pressure is applied from the pressurized fluid supply source 3 (Fig. 2).
  • the rock or ground 2 is reinforced by sticking to the inner wall of the port insertion hole (Fig. 2 C).
  • a deformed tube with a recess 4 extending in the tube axis direction is used.
  • the deformed pipe is sealed at the front and rear ends, and has a pressurized fluid injection hole on the side.
  • a deformed pipe with sleeves attached to both ends is also known (Japanese Patent Publication No. 2003-510573).
  • rock or ground 2 by inserting a deformed tube with an outer diameter: 36 mm with a recess 4 made from a tube with an outer diameter: 54 mm into a port insertion hole with an inner diameter: 45-50 mm and expanding it with fluid pressure. It is consolidated.
  • Inflatable steel pipe rock port is classified as either llOkN class or 170kN class, depending on the ground conditions, ground level, tunnel cross-section shape, etc.
  • llOkN class tensile strength: 300NZmm 2 or more, elongation: 30%, plate thickness: 2mm, for 170kN class
  • the deformed tube is partially bent with a small bending radius, as seen in the cross section of Figure 2A.
  • the bending radius at the center of the plate thickness decreases as the thicker steel plate is used.
  • both ends of the deformed pipe are further reduced.
  • the thicker the steel plate the smaller the bending radius.
  • the bend radius is locally reduced as the steel plate used to improve the lock port resistance increases.
  • a high-strength steel sheet is used as a raw material, so that sufficient strength can be ensured even if it is thin, and it is caused by the strain introduced in the forming process, the contraction process at both ends, and the pressure expansion process.
  • the purpose is to provide a highly reliable high-resistance steel pipe lock port that can suppress cracking and that starts expansion and deformation at a relatively low pressure during pressurization and expansion, shortens the time to completion of expansion and deformation. To do.
  • the lock bolt made of high strength steel pipe of the present invention is made of high strength steel plate with tensile strength: 490-640NZmm 2 , elongation: 20% or more, plate thickness: 1.8-2.3mm, and has one or more concave parts.
  • the expansion type lock bolt main body is composed of a deformed pipe extending in the pipe axis direction.
  • the deformed tube preferably has mechanical properties of tensile strength: 530 to 690 NZmm 2 , elongation: 20% or more.
  • a high-tensile steel plate with a zinc plating layer, a zinc-aluminum alloy plating layer, or a zinc-aluminum-magnesium alloy plating layer can be used.
  • the plating layer also exists on the surface of the deformed pipe after roll forming, and protects the mouth port placed on the rock or ground from the corrosive atmosphere.
  • This high-resistant steel pipe lock port is manufactured through the following process.
  • Fig. 1 is an explanatory diagram for reinforcing the ground by inflating a steel pipe lock port.
  • Fig. 2 A is a cross-sectional view of an unexpanded steel pipe lock port inserted into the port insertion hole.
  • Fig. 2 B is an explanatory diagram of the pressure applied to the steel pipe lock port during the expansion process.
  • Fig. 3 is a graph showing the performance of the hide port pump.
  • Fig. 4 is a diagram for explaining the shape change of the cross-section when manufacturing a deformed pipe
  • Fig. 5 is an explanatory diagram of the roll shape used in the first process when manufacturing deformed pipes.
  • Fig. 6 is an explanatory diagram of the roll shape used in the second process.
  • Figure 7 is an explanatory diagram of the roll shape used in the third step.
  • FIG. 8 is also an explanatory diagram of the roll shape used in the fourth step.
  • the high-resistance steel pipe lock port of the present invention is made of high-strength steel, a thinner steel plate can be used.
  • the lock port made from thin steel sheet has a curved part that forms the deformed part in the thickness direction. The minimum bending radius at the center is large. The thinner the material plate, the less strain is introduced when deforming into deformed pipes and when the neck bolt is pressurized and expanded, so there is less cumulative distortion and cracking during pressure and expansion can be avoided. As a result, a reliable rock port can be obtained.
  • the ability to use thin steel sheets means that the lock bolt can be reduced in weight while maintaining the same outer diameter, which improves handling and workability at the construction site.
  • Thin-walled rock port starts bulging deformation of the deformed pipe recess when the added water pressure is low. Since deformation continues at a low water pressure even after the start of bulging deformation, the load on the high-pressure pump is reduced, and a larger amount of high-pressure water can be discharged and supplied at a relatively low discharge pressure, resulting in the time required for pressurization and expansion. Is shortened. In this respect as well, it is advantageous to use a thin steel plate as the material, which leads to a dramatic improvement in workability.
  • tensile strength 300NZmm class 2 elongation: about 35%
  • plate thickness 3mm
  • outer diameter 54mm steel pipe deformed to outer diameter: 36mm Due to the deformation, a deformed pipe with a tensile strength of 400NZmm 2 has been used for mouth port.
  • the availability of thin steel plates means that the bending radius of the part that undergoes bending deformation during the production of deformed pipes can be set relatively large.
  • the wall thickness is 3 mm.
  • the resulting deformed tube has an inner bend radius of 2 mm, but the deformed tube obtained from a round pipe with a wall thickness of 2 mm has an inner bend radius of 3 mm.
  • the smaller the wall thickness of the welded steel pipe in other words, the thickness of the steel plate
  • the volume is reduced.
  • the allowable strain amount up to the limit cumulative strain leading to cracking is large, and the possibility of bursting (rupture) during pressurization and expansion is reduced.
  • the thickness of the steel sheet is selected in the range of 1.8 to 2.3 mm. If the plate thickness exceeds 2.3 mm, it is difficult to obtain the effect of increasing the bending radius when manufacturing deformed pipes. Conversely, in order to obtain a rock port with 170 kN class resistance from a steel plate with a thickness of less than 1.8 mm, high strength steel with a tensile strength exceeding 640 NZmm 2 is required. With such high-strength steel, it is impossible to secure the necessary elongation when manufacturing deformed pipes, and it is extremely difficult to manufacture deformed pipes required for the expansion-type lock port from welded steel pipes with an outer diameter of about 50 to 55 mm. is there.
  • the expansion-type steel pipe lock port has a deformed pipe with a deformed cross-section as shown in Fig. 2A, for example, pressurizing a pressurized fluid into the deformed pipe to invert and bulge the recess 4, and restore the original circular cross-section. It is a rock port that reinforces the rock mass by the consolidation force between the steel pipe and the rock mass that is generated when the pressure is expanded. If the deformed deformed pipes have different wall thicknesses, the pressure required to invert and bulge the recesses 4 formed in each of them will also change.
  • the amount of inflow from the pump is large when the container pressure is low, but the amount of inflow increases as the container pressure increases. Less. From the relationship between the pressure in the container and the amount of inflow, a low pressure at which the concave portion 4 of the deformed pipe starts to expand means that a large amount of fluid is sent into the deformed pipe at the low pressure stage before the start of the expansion. . On the other hand, if the bulging start pressure is high, the inside of the deformed pipe gradually becomes high pressure and the fluid inflow gradually decreases. As a result, the fluid supply must be continued for a long time before reaching the high pressure.
  • Fig. 3 shows the relationship between the discharge pressure and the discharge pressure of high-pressure water when air with a pressure of 0.6 MPa is supplied using a hydropump with an air-water cross-sectional area ratio of 65/1.
  • the relationship in Fig. 3 shows that the discharge amount of high-pressure water gradually decreases as the pressure in Lockport increases, and that the discharge amount decreases to 10.6LZ when the pressure in Lockport reaches 7MPa.
  • wall pressure 7MPa pressure required to start bulging of recess 4 provided in 2mm deformed pipe
  • wall thickness 17MP & pressure required to start bulging of recess 4 provided in 3mm deformed pipe :
  • the deformed pipe with a wall thickness of 2mm begins to bulge at a pressure of 7MPa.
  • the deformed pipe with a wall thickness of 3mm does not start bulging at a pressure of 7MPa, but starts to bulge when the pressure in Lockport reaches 17MPa.
  • Pressure At 17MPa, the discharge volume is reduced to 7.2LZ.
  • the bulging deformation proceeds with a pressure less than the bulging start pressure, and takes a uniform bulging form regardless of the thickness difference of the deformed pipe.
  • the deformed pipe is expanded until it corresponds to the inner diameter of the port insertion hole drilled in the ground or rock, the pressure necessary to press the inner wall of the port insertion hole with the expanded deformed pipe is further applied to the deformed pipe .
  • the wall thickness compared with the 2 mm deformed pipe, the wall thickness: With the 3 mm deformed pipe, the lock port pressure is increased from 7 MPa to 17 MPa, and the discharge pressure: 7 MPa ⁇ : It is necessary to continue to supply high-pressure water at a discharge rate corresponding to L7MPa, and the operation time of the hide port pump will be increased accordingly.
  • the pressure required for further bulging deformation is also higher than that of the 2 mm thick pipe, and it is required to continue the bulging deformation of the deformed pipe by supplying high-pressure water in a region where the discharge volume is low. .
  • a thick deformed pipe takes longer to pressurize and bulge than a thin deformed pipe.
  • the thin profile tube made of high-strength steel plate is advantageous as a rock-pull soot that rapidly expands under pressure.
  • Mouth bolts made of high-strength steel sheets are manufactured in the following process.
  • a high-strength steel plate with the specified mechanical properties: 1.8-2.3 mm is used, and a welded steel pipe with an outer diameter of about 50-55 mm is manufactured by the usual pipe making method.
  • the pipe making method includes high-frequency melting. Welding, laser welding, TIG welding, etc. can be used.
  • a deformed pipe with an outer diameter of 34 to 38 mm having a concave cross-sectional shape with the outer circumference defined by the circumference and the recess 4 following the circumference is manufactured.
  • the mouth forming method introduced in Japanese Patent Laid-Open No. 2003-145216 is preferable.
  • roll forming not only roll forming but also a deformed pipe can be manufactured by extrusion or press forming. .
  • a deformed tube is manufactured while the cross-sectional shape is deformed as shown in Fig. 4.
  • the radius of curvature of the concave crown is transferred to the welded steel pipe M, and the round cross section Co (Fig. 4a) is a convex curved surface Fii and curvature with a large radius of curvature.
  • the cross-sectional shape Ci (Fig. 4b) is composed of convex curved surface F 2 i with small radius.
  • a disc-shaped roll is pressed against the center of the convex curved surface Fii having a large radius of curvature to be recessed inside (Fig. 4c).
  • it has a disk-shaped roll 21 with a small radius of curvature at the end face, and a forming roll 22 with a concave crown with a radius of curvature equal to or less than the concave roll of the small roll 12 used in the first process.
  • the same mouthstand is used (Fig. 6).
  • a multi-stage roll stand equipped with a plurality of pairs of disc-shaped rolls and forming rolls with gradually decreasing radii of curvature can be used.
  • the inner diameter of the port insertion hole drilled in the bedrock or ground is larger than the outer diameter of the deformed pipe because it presses the expanded deformed pipe and pressurizes the inner wall of the port insertion hole.
  • the cross-sectional shape C2 is changed to a small-diameter cross-sectional shape.
  • a roll stand equipped with a pair of forming rolls 31 and 32 (Fig. 7) with a concave radius with a smaller radius of curvature than the initial diameter of welded steel pipe M is used.
  • a multi-stage roll stand equipped with a plurality of pairs of forming rolls with gradually decreasing radii of curvature can be used.
  • the convex surface F22 When passing the cross-sectional shape C 2 of the tube material between the forming roll 31, 32, forming roll 31, 32 the convex surface F22 is curved so as to narrow the opening 0 in accordance with a concave crown, a curvature radius of the small circle curved Molded to F23 (Fig. 4d). Along with the curved deformation of the convex curved surface F22, the bowl-shaped curved surface Fl2 also becomes a curved surface Fl3 with a small curvature radius.
  • the welded steel pipe M is rotated 90 degrees in the cross-sectional direction from the relative positional relationship of the welded steel pipe M with respect to the forming roll 11, 12, the second process disk-shaped roll 21, and the forming roll 22 in the first process.
  • the opening 0 and the welded portion w are preferably positioned between the forming rolls 31 and 32.
  • the rotational positional relationship 90 degrees, forming roll 31 acting on the convex surface F22, 32 pressing force is equalized Ichika the radius of curvature uniform curved surface Fi3, cross section C 3 having a circumferential curved surface F 23 (FIG. 4 d ).
  • Sectional shape C 3 to opening 0 is narrowed is further shaped to the cross-sectional shape C4 of Do outer diameter smaller than Porto ⁇ holes in the fourth step.
  • a roll stand provided with a presser roll 43 in addition to the pair of forming rolls 41 and 42 is preferably used.
  • the roll stand of similar configuration and a plurality of stages arranged, it may be molded to the cross-sectional shape C 3 to the small diameter of the cross section C4 in multiple stages.
  • both ends are sealed.
  • the tube end on the sealed side is axially length from the tip: 80mm.
  • the tube end is contracted to an outer diameter of 32 to 34mm with a crimping die, the outer diameter is 36 to 40mm, and the wall thickness is 2.0 to A sleeve of 3.0mm, length: 60-80mm is put on the constricted tube, and a tube end sealing punch is press-fitted into the opening of the tube end, and the tube end is molded into a flat and flat state along the punch base and welded. Sealed.
  • the pipe end on the pressurized fluid press-fitting side is similarly contracted from the pipe end with an axial length of 80 mm from the tip, and then outer diameter: 40 to 42 mm, wall thickness: 3.5 to 4.5 mm, length: 60 to
  • An 80mm sleeve is put on the contraction tube, a tube end sealing punch is press-fitted into the tube end opening, the tube end is formed into a flat contact state along the punch cap, and welded and sealed.
  • the sleeve attached to the pipe end on the pressurized fluid injection side is preferably a sleeve with an annular groove to securely chuck the lock port during the rock bolt bow I extraction test embedded in the rock or ground.
  • a pressurized fluid injection hole reaching the inside of the deformed pipe is drilled in the sleeve on the pressurized fluid injection side.
  • the position of the pressurized fluid press-fitting hole is set at a position slightly away from the end of the sleeve.
  • Rockport placed in bedrock and ground is exposed to various environments from acidity to alkalinity, depending on the amount of water, water quality, and air flow.
  • a plated steel pipe with a layer of inner and outer surfaces is used as the material for ROCKPORT, the corrosion resistance in the rock and ground is improved, and ROCKPORT with excellent durability can be obtained.
  • the plated steel pipe can be manufactured by either pre-plating or post-plating, but a pre-plated steel pipe made from a plated steel sheet is preferred from the viewpoint of productivity.
  • plating there are various types of plating, such as Zn-based plating, Zn-Al-based alloy plating, and Zn-Al-Mg-based alloy plating.
  • Zn-based plating a plating layer using a plating bath to which about 0.:! To about 0.2% by mass of A1 is added and growth of the Fe—Zn-based alloy layer is suppressed to improve workability is preferable.
  • ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ 1 alloy plating there are Zn-5% A1, Zn-55% A1, etc., which show corrosion resistance 2 to 4 times that of the Zn plating layer of the same thickness.
  • the Zn-Al-Mg alloy plating layer imparts high corrosion resistance and is a hard plating layer, so it can be made as thin as 3 to 30 ⁇ compared to the Al-Zn plating layer.
  • Mg forms a Zn-based corrosion product containing Mg in the outermost layer of the plating layer, and reduces the corrosion rate of the plating layer in the soil environment together with A1 in the plating layer.
  • a part of the corrosion product also flows into the cut end face of the weld bead when manufacturing a pre-plated steel pipe, and the bead part is prevented from corroding the cut end face.
  • the Mg-containing Zn-based corrosion product flows into the sprayed layer or into the corrosion product on the sprayed layer to protect the underlying steel substrate.
  • Mg is an effective component for making the plating layer harder by forming a Zn-Mg intermetallic compound in the plating layer. In order to achieve such an effect, the Mg content is adjusted to a range of 0.05 to 10% by mass (preferably 1 to 4% by mass).
  • Zn and Mg in the plating layer form Mg-containing Zn-based corrosion products, whereas A1 forms extremely strong Zn-Al-based corrosion products, contributing to the improvement of corrosion resistance.
  • Zn / AlZZn 2 Mg ternary eutectic appears in the solidified structure of the clinging layer.
  • the Zn / Al / Zn 2 Mg ternary eutectic structure is finer than the ZnZZn 2 Mg binary eutectic structure, and is effective in hardening the adhesion layer with improved corrosion resistance.
  • A1 content of 4% by mass or more is required to form a Zn-Al based corrosion product with strong adhesion and to form a ZnZAl / Zn 2 Mg ternary eutectic structure.
  • the upper limit of the A1 content is 22% by mass.
  • Ti and B which are optional components, suppresses the formation of ZniiMg 2 phase, which harms the surface appearance, and the Zn-Mg intermetallic compound crystallized in the plating layer is substantially composed of Zn 2 Mg. It becomes only. Specifically, Ti: 0.001% by mass or more (preferably 0.002% by mass or more) can effectively suppress the formation of the ZniiMg 2 phase. However, if an excessive amount of Ti exceeding 0.1% by mass is contained, Ti-Al-based precipitates grow in the plating layer, resulting in unevenness (bumps) in the plating layer and the appearance is impaired.
  • Suppression of the formation of the ZnuMg2 phase can also be achieved by containing B in an amount of 0.0005% by mass or more (preferably 0.001% by mass or more). However, if an excessive amount of B exceeds 0.045% by mass, Ti-B and A1-B precipitates grow in the plating layer, causing unevenness in the plating layer, which may impair the appearance. become.
  • the surface gloss deterioration phenomenon is a phenomenon in which the surface of the plating layer changes from a beautiful metallic luster immediately after production to gray, which lowers the value of Rockport.
  • the surface gloss deterioration phenomenon can be suppressed.
  • the upper limit for the addition of rare earth elements, Y, Zr, Si, etc. should be 2.0% by mass.
  • Fe-Al intermetallic compounds are likely to be locally generated at the bonding layer / underlying steel interface. Fe-Al intermetallic compounds induce peeling of the plating layer during the forming process of plated steel sheets and steel pipes. The formation of Fe-Al intermetallic compounds that are harmful to workability can be suppressed by adding a trace amount of Si to the plating layer.
  • a high strength steel plate with tensile strength: 490 NZmm 2 , elongation: 28%, plate thickness: 2.1 mm was formed into a welded steel pipe with an outer diameter of 54 mm.
  • a welded steel pipe was roll-formed to produce a deformed pipe with an outer diameter of 36 mm having a cross-sectional shape (Fig. 2A) with the recess 4 extending in the pipe axis direction.
  • the obtained deformed pipe had a tensile strength of 550 N / mm 2 .
  • the deformed tube was cut to a length of 4 m, and the tube ends of 75 mm in length from both cut end surfaces were reduced to an outer diameter of 33.1 mm.
  • a sleeve with a wall thickness of 2.5 mm and a length of 70 mm was attached, and the pipe end was welded and sealed.
  • Pressurization A sleeve with an inner diameter of 33.1 mm, an outer diameter of 41.1 mm, a wall thickness of 4.0 mm, and a length of 70 mm was attached to the other contraction tube on the fluid injection side, and the end of the tube was welded and sealed.
  • a pressurized fluid injection hole with a diameter of 3.0mm reaching the inside of the deformed pipe was drilled on the side of the pressurized fluid injection side sleeve.
  • Each of the lock port of the present invention example and the comparative example is covered with a pressurizing expansion seal head, and high pressure water is press-fitted into the deformed pipe from the hydropump to pressurize and expand the deformed state at the time of expansion. investigated.
  • the bulging deformation of the recess 4 (FIG. 2A) started. After the start of bulging deformation, the bulging deformation continued at a water pressure of 5 MPa. While the bulging deformation progressed, high-pressure water was fed into the deformed pipe at a flow rate of 11.3 L under 5 MPa water pressure, and the bulging deformation of the deformed pipe was completed in 31 seconds.
  • the pressurization time until a predetermined expansion state is obtained can be shortened to about 3Z4 of the conventional product.
  • the shortening of the pressurization time will lead to a drastic reduction in the period for rock reinforcement such as tunnels where the number of Rockports to be installed is several hundred to several thousand.
  • the load on the hide port pump used is also reduced.
  • the lock port of the present invention sufficiently satisfied the 170 kN class.
  • the lock port of the example of the present invention is about 30% lighter because it is thinner than the lock port of the comparative example, making it easy to transport to the construction site and handle it at the construction site.
  • the deformed tube has less accumulated strain, bursts due to strain introduction during pressurization and expansion It will be suppressed and the safety of the lock port placement work will be improved.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Earth Drilling (AREA)
  • Piles And Underground Anchors (AREA)
  • Shaping Metal By Deep-Drawing, Or The Like (AREA)
  • Excavating Of Shafts Or Tunnels (AREA)

Abstract

引張強さ:490～640N/mm2,伸び:20%以上,板厚:1.8～2.3mmの高張力鋼板を素材とし、単数又は複数の凹部が管軸方向に延びている異形管で膨張型のロックボルト本体が構成されている高耐力鋼管製ロックボルトである。高張力鋼板の使用により、薄くても十分な強度が確保され、成形過程,両端部の縮管過程,加圧・膨張過程で導入される歪みに起因する割れが抑えられる。加圧流体を圧入して膨張させるときの膨張開始圧力も低いため、膨張変形完了までの時間が短縮され、作業性も向上する。

Description

明 細 書 高耐カ鋼管製ロックポルト及びその製造方法 技術分野
本発明は、 圧入流体の圧力で異形管を半径方向に膨張させることにより地盤又 は岩盤に固結される高耐カ鋼管製ロックポルト及びその製造方法に関する。 背景技術
膨張によって地盤又は岩盤に固結される鋼管製ロックポルトは、 軸方向に沿つ て単数又は複数の膨張用凹部をもつ中空異形管から製造されている。 鋼管製口ッ クポルト 1 は、 端部が密封されており、 岩盤又は地盤 2 に穿ったボルト揷入孔 に挿し込まれる （図 1 )。 鋼管製ロックポルト 1 は、 未膨張の状態 （図 2 A) で はポルト揷入孔の内壁との間に隙間があるが、 加圧流体供給源 3 から流体圧を 加えると膨張し （図 2 B)、 最終的にはポルト挿入孔の内壁に密着 （図 2 C) する ことにより、 岩盤又は地盤 2が補強される。
流体圧で膨張しやすくするため、 管軸方向に延びる凹部 4が形成された異形 管が使用されている。 異形管は、 先端， 後端が密封され、 側面に加圧流体圧入孔 が形成されている。 加圧流体の圧入を容易にするため、 両端にスリーブを被着し た異形管も知られている （特表 2003-510573号公報）。
トンネル等の施工現場では、 作業工程を標準化し全体としてのコストを節減す る上で、 同一サイズで複数のポルト挿入孔を岩盤又は地盤 2 に穿ち、 同じ外径 の鋼管製ロックポルト 1 を使用する場合が多い。 たとえば、 外径： 54mm の素 管から作製した凹部 4のある外径： 36mmの異形管を内径： 45〜50mmのポル ト挿入孔に揷し込み、 流体圧で膨張させることにより岩盤又は地盤 2 に固結し ている。
膨張型の鋼管製ロックポルトは、 地山条件， 地山等級， トンネル断面形状等に 応じて耐カレベル llOkN級又は 170kN級と使い分けられている。 llOkN級は 引張強さ： 300NZmm2以上， 伸び： 30%, 板厚： 2mmの鋼板を、 170kN級は 引張強さ： 300NZmm2以上， 伸び： 35%, 板厚： 3mm の鋼板を素材とし、 何 れも外径： 54mmの丸パイプに造管した後で、 凹部 4を付けた外径： 36mmの 異形管に成形している。
異形管は、 図 2 Aの断面にみられるように、 部分的には小さな曲げ半径で曲げ 加工されている。 外径寸法を揃えた異形管では、 厚い素材鋼板を使用するほど板 厚中心部の曲げ半径が小さくなる。 また、 内径， 外径のサイズが統一されたスリ —ブに異形管の端部を収容させることから、 異形管の両端部が更に縮管加工され る。 縮管加工でも、 素材鋼板が厚いほど曲げ半径が小さくなる。 すなわち、 スリ ーブのサイズゃ異形管の外径を変更することなく、 ロックポルトの耐カ向上のた めに使用される素材鋼板が厚くなるほど曲げ半径が局部的に小さくなる。
素材鋼板には、 異形断面への成形過程， 両端部の縮管過程で歪みが導入される。 流体圧で異形管を膨張させる際にも歪みが蓄積される。 そのため、 異形管を更に 膨張させようとするとき、 歪みの追加導入により割れやすくなる。 割れ発生は、 加圧流体の漏洩に起因する不十分な膨張ゃロックポルトとしての要求強度不足の 原因である。 発明の開示
本発明は、 高張力鋼板を素材に使用することにより、 薄くても十分な強度が確 保され、 成形埠程， 両端部の縮管過程， 加圧膨張過程で導入される歪みに起因す る割れが抑えられ、 しかも加圧 ·膨張時に比較的低い圧力で膨張変形が開始し膨 張変形完了までの時間が短縮され、 信頼性の高い高耐カ鋼管製ロックポルトを提 供することを目的とする。
本発明の高耐カ鋼管製ロックボルトは、 引張強さ ： 490〜640NZmm2, 伸 び： 20%以上， 板厚： 1.8〜2.3mm の高張力鋼板を素材とし、 単数又は複数の凹 部が管軸方向に延びている異形管で膨張型のロックボルト本体が構成されている ことを特徴とする。 異形管は、 好ましくは引張強さ ： 530〜690NZmm2， 伸 び： 20%以上の機械的特性をもつ。
素材としては、 亜鉛めつき層， 亜鉛-アルミニウム合金めつき層又は亜鉛-ァ ルミニゥム -マグネシウム合金めつき層が形成された高張力鋼板を使用できる。 めっき層はロール成形後の異形管表面にも存在し、 岩盤又は地盤に打設した口ッ クポルトを腐食性雰囲気から保護する。
この高耐カ鋼管製ロックポルトは、 次の工程を経て製造される。
(1) 引張強さ： 490〜640NZmm2, 伸び： 20%以上， 板厚： 1.8〜2.3mmの高張 力鋼板を外径： 50〜55mmの溶接鋼管に造管する工程
(2) 溶接鋼管をロール成形し、 単数又は複数の凹部が管軸方向に延びている外 径： 34.0〜38.0mmの異形管を作製する工程
(3)異形管を所定の長さに切断する工程
(4)異形管の切断端部を縮径加工する工程
(5)挿入側， 加圧流体圧入側共に異形管の管端にスリーブを被せて封止する工程 (6) 加圧流体圧入側のスリーブに、 異形管内部に達する加圧流体圧入孔を穿孔す る工程 図面の簡単な説明
図 1は、 鋼管製ロックポルトを膨張させて地盤を補強する説明図
図 2 Aは、 ポルト揷入孔に揷し込まれた未膨張の鋼管製ロックポルトの断面図 図 2 Bは、 膨張過程にある鋼管製ロックポルトに加わる圧力の説明図 図 2 Cは、 膨張完了後の鋼管製口ックポルトに加わる圧力の説明図 図 3は、 ハイド口ポンプの性能を示すグラフ
図 4は、 異形管製造時の断面の形状変化を説明する図
図 5は、 異形管製造時の第一工程で使用するロール形状の説明図
図 6は、 同じく第二工程で使用するロール形状の説明図
図 7は、 同じく第三工程で使用するロール形状の説明図
図 8は、 同じく第四工程で使用するロール形状の説明図 発明を実施するための最良の形態
本発明の高耐カ鋼管製ロックポルトは、 高張力鋼を素材にしているので、 従来 よりも薄い鋼板を使用できる。 薄鋼板から作製されたロックポルトは、 外径寸法 が同じ従来のロックポルトと比較すると、 異形部を構成する湾曲部分で肉厚方向 中心部の最小曲げ半径が大きい。 素材板厚が薄いほど異形管への変形加工時や口 ックボルトの加圧'膨張時に導入される歪みが少ないので、 累積歪みも少なく、 加圧'膨張時の割れを回避できる。 その結果、 信頼性の高いロックポルトが得ら れる。 薄鋼板の使用が可能なことは、 同じ外径寸法を維持したままロックボルト が軽量化されることを意味し、 施工現場での取扱い性， 作業性が向上する。 薄肉のロックポルトほど、 付加水圧が低い段階で異形管凹部の膨出変形が開始 される。 膨出変形開始後にも低い水圧で変形が進行するため、 高圧ポンプの負荷 が軽減され、 比較的低い吐出圧でより多量の高圧水を吐出'供給でき、 結果的に 加圧'膨張に要する時間が短縮される。 この点でも薄鋼板を素材に使用すること は有利であり、 作業性の飛躍的な向上につながる。
たとえば、 現場施工で 170kNの耐カを得るため、 引張強さ： 300NZmm2級 で伸び： 35%程度， 板厚： 3mm の鋼板から造管した外径： 54mm の鋼管を外 径： 36mm に異形変形することにより、 引張強さ： 400NZmm2の異形管が口 ックポルトに従来から使用されている。
耐カ： 170kN級のロックポルトの素材に高張力鋼の薄板を使用すると、 加圧- 膨張時の割れ発生が抑制され、 信頼性の高い髙耐カ鋼管製ロックポルトが得られ る。 具体的には、 引張強さ： 490〜640N mm2, 伸び： 20%以上の高張力鋼板 を素材に使用すると、 1.8〜2.3mm程度の板厚であっても、 外径： 54mmの丸パ イブを異形変形加工して得られる外径： 36mm程度の異形管は 530~690NZ mm2の引張強さをもつ。 そのため、 異形管をロックポルトに作り込んで岩盤に 設けたポルト揷入孔に挿し込み、 加圧'膨張によって岩盤に固結させるとき、 170kN級の耐力が得られる。
薄レ素材鋼板が使用可能なことは、 異形管製造時に曲げ変形を受ける部位の曲 げ半径を比較的大きく設定できることを意味する。 たとえば、 外径： 54mm の 丸パイプを図 2 Aの断面形状をもつ異形管に変形加工して外側曲げ半径： 5mm の曲げ部 （凹部 4) を成形するとき、 肉厚： 3mm の丸パイプから得られる異形 管では内側曲げ半径が 2mmになるが、 肉厚： 2mmの丸パイプから得られる異 形管では内側曲げ半径が 3mmになる。 このように、 溶接鋼管の肉厚 （換言すれ ば、 素材鋼板の板厚） が小さいほど曲げ半径が大きくなり、 異形変形時の累積歪 み量が減少する。 その結果、 割れ発生に至る限界累積歪みまでの許容歪み量が大 きく、 加圧'膨張時にバースト （破裂） の虞が低下する。
効果的な累積歪み量の減少を図るため、 素材鋼板の板厚を 1.8〜2.3mm の範 囲に選定している。 2.3mm を超える板厚では、 異形管製造時に曲げ半径を大き くする効果が得られがたい。 逆に板厚が 1.8mm未満の素材鋼板から 170kN級 の耐カをもつロックポルトを得るためには、 引張強さが 640NZmm2を超える 高張力鋼を必要とする。 このような高張力鋼では、 異形管製造時に必要な伸びを 確保できず、 外径： 50〜55mm程度の溶接鋼管から膨張型のロックポルトに必 要な異形管を製造することが極めて困難である。 また、 490NZmm2未満の引張 強さでは、 外径： 50〜55mm程度の丸パイプから耐カ： 170kN級のロックボル トを得がたい。 伸びに関しても、 加圧'膨張時に異形管のバーストを防止する上 で 20°/。以上が必要である。
膨張型の鋼管製ロックポルトは、 たとえば図 2 Aに示す異形断面形状の異形管 を備え、 異形管内部に加圧流体を圧入して凹部 4を反転 -膨出させ、 元の円形断 面に戻すように加圧 '膨張させるときに生じる鋼管と岩盤との固結力で岩盤を補 強するロックポルトである。 変形した異形管の肉厚が異なっていると、 それぞれ に形成されている凹部 4の反転 '膨出に必要な圧力も変わる。 異形管の外径や各 異形管に形成されている凹部 4の形状がほぼ同じ場合、 凹部 4の反転'膨出に必 要な圧力は、 薄肉異形管よりも厚肉異形管の方が大きくなる.。 肉厚に応じた反 転'膨出圧力の上昇は、 折り畳まれた異形管の加圧'膨張による曲げ戻し変形に必 要なモーメントが (t2b/4) X ae 〔t :板厚， b :板幅， oe :降伏応力〕 で概算され、 板厚 tの二乗に比例して増加することで説明できる。
一般に、 ハイド口ポンプで容器内に流体を圧入し、 容器内を所定圧まで昇圧す るとき、 容器内圧力が低い段階ではポンプからの流入量が多いが、 容器内圧力が 高くなるにつれ流入量が少なくなる。 容器内圧力と流入量との関係から、 異形管 の凹部 4が膨出を開始する圧力が低いことは、 膨出開始以前の低圧段階で多量 の流体が異形管内部に送り込まれることを意味する。 逆に膨出開始圧力が高いと、 異形管内部が次第に高圧になって流体流入量が漸減する結果、 高圧に達するまで に流体供給の長時間継続を余儀なくされる。 具体的には、 空気 水の断面積比が 65/1 のハイドロポンプを用い、 圧力： 0.6MPaの空気を供給した際の高圧水吐出量と吐出圧力との関係を図 3に示す。 図 3の関係は、 ロックポルト内が昇圧されるに伴い高圧水吐出量が漸減し、 ロッ クポルト内圧力が 7MPa に達した段階で吐出量が 10.6LZ分まで減少すること を示している。
仮に肉厚： 2mmの異形管に設けた凹部 4の膨出開始に必要な圧力を 7MPa, 肉厚： 3mmの異形管に設けた凹部 4の膨出開始に必要な圧力を 17MP&とし、 供給空気圧： 0.6MPaでロックポルトを加圧'膨張するとき、 ロックポルト内の 圧力に応じて高圧水吐出量は次のように変化する。
肉厚： 2mm の異形管は、 圧力： 7MPa で膨出が始まる。 他方、 肉厚： 3mm の異形管は、 圧力： 7MPaで膨出開始せず、 ロックポルト内圧力が 17MPaに達 した時点で膨出し始める。 圧力： 17MPaでは、 吐出量が 7.2LZ分まで少なくな つている。 異形管凹部 4が膨出し始めた後では、 膨出開始圧力以下の加圧力で 膨出変形が進行し、 異形管の肉厚相違に拘わらず一様な膨出形態をとる。 地盤や 岩盤に穿たれたポルト挿入孔の内径に相当するまで異形管を膨張させた後、 膨張 した異形管でポルト揷入孔の内壁を押圧するのに必要な圧力が異形管に更に加え られる。
異形管の膨出変形に及ぼす肉厚の影響から、 肉厚： 2mm の異形管に比較して 肉厚： 3mmの異形管ではロックポルト内圧力を 7MPaから 17MPaまで高め、 吐出圧力： 7MPa〜： L7MPa に対応する吐出量で高圧水を供給し続けることが必 要になり、 その分だけハイド口ポンプの作動時間が長くなる。 更なる膨出変形の 進行に必要な圧力も肉厚： 2mm の異形管に比較して高く、 吐出量が少ない領域 での高圧水供給による異形管の膨出変形を続行することが要求される。 すなわち、 肉厚の異形管では、 薄肉の異形管に比較して加圧 '膨出にかかる時間が長くなる。 この点でも、 高張力鋼板から作製された薄肉の異形管は、 加圧'膨張が迅速に進 行するロックポル卜として有利である。
高張力鋼の薄板を素材とする口ックボルトは、 次の工程で製造される。
所定の機械的特性をもつ板厚： 1.8〜2.3mmの高張力鋼板を用い、 通常の造管 法で外径： 50〜55mm程度の溶接鋼管を製造する。 造管法としては、 高周波溶 接， レーザ溶接， TIG溶接等を採用できる。 溶接鋼管をロール成形することに より、 円周部， 円周部に続く凹部 4で外周が区画される凹型断面形状をもつ外 径： 34〜38mmの異形管を製造する。
溶接鋼管から異形管への変形加工には特開 2003- 145216号公報で紹介した口 —ル成形法が好ましいが、 ロール成形に限らず押出成形， プレス成形等によって も同様な異形管を製造できる。
ロール成形法では、 断面形状を図 4に示すように変形させながら異形管を製造 する。
先ず、 高周波溶接法等で造管された丸パイプ状の溶接鋼管 （図 4 a) を用意し、 第一工程で、 異形管凹部の周方向長さ及び凹部以外の周方向長さにほぼ適合する ように円弧の半径及び角度を設定した大小二種類の凸曲面 Fu， F21をもつ断面 形状 Ci (図 4 b) にロール成形する。 第一工程では、 曲率半径が異なる凹クラウ ンを付けた一対の成形ロール 11， 12 (図 5 ) を備えたロールスタンドが使用さ れる。 曲率半径を順次大きくした複数対の成形ロールを備えた多段のロールス夕 ンドも使用できる。
成形ロール 11, 12の間に丸パイプ状の溶接鋼管 M を通すと、 凹クラウンの 曲率半径が溶接鋼管 Mに転写され、 丸断面 Co (図 4 a) が曲率半径の大きな凸 曲面 Fii及び曲率半径の小さな凸曲面 F2iで構成される断面形状 Ci (図 4 b) になる。
次いで、 第二工程で、 曲率半径の大きな凸曲面 Fiiの中央に円盤状ロールを押 し当てて内側に窪ませる （図 4 c)。 第二工程では、 端面の曲率半径が小さな円盤 状ロール 21 と、 第一工程で使用した曲率半径の小さな成形ロール 12の凹クラ ゥン以下の曲率半径で凹クラウンを付けた成形ロール 22を備えた口一ルスタン ドが使用される （図 6 )。 第二工程でも、 曲率半径を順次小さくした複数対の円 盤状ロール， 成形ロールを備えた多段のロールスタンドを使用できる。
曲率半径の大きな凸曲面 Fiiの中央に円盤状ロール 21を押し当てながら円盤 状ロール 21， 成形ロール 22の間に溶接鋼管 Mを通すと、 凸曲面 Fiiの中央が 半径方向内側に窪み、 樋状の湾曲面 Fi2が管軸方向に延びた断面形状 C2 (図 4 c) に成形される。 管外形を構成する凸曲面 F22は、 溶接鋼管 Mの当初径にほぼ 等しい曲率半径を維持している。
岩盤や地盤に穿たれたポルト揷入孔の内径は、 膨張した異形管を押し当ててポ ルト揷入孔の内壁を加圧することから、 異形管の外径よりも大きいが溶接鋼管
Mの外径よりも小さくなつている。 そこで、 第三工程で、 断面形状 C2を小径の 断面形状にする。 第三工程では、 溶接鋼管 M の当初径よりも小さな曲率半径で 凹クラウンを付けた一対の成形ロール 31， 32 (図 7) を備えたロールスタンド を使用する。 第三工程でも、 曲率半径を順次小さくした複数対の成形ロールを備 えた多段のロールスタンドを使用できる。
断面形状 C2の管材を成形ロール 31, 32の間に通すと、 成形ロール 31, 32 の凹クラウンに応じて凸曲面 F22が開口部 0 を狭めるように湾曲し、 曲率半径 の小さな円周曲面 F23 (図 4 d) に成形される。 凸曲面 F22の湾曲変形に伴い、 樋状の湾曲面 Fl2も曲率半径の小さな湾曲面 Fl3になる。 第三工程では、 第一 工程の成形ロール 11, 12, 第二工程の円盤状ロール 21, 成形ロール 22に対す る溶接鋼管 Mの相対的位置関係から溶接鋼管 Mを断面方向に 90度回転させ、 成形ロール 31, 32の間に開口部 0, 溶接部 wを位置させることが好ましい。 90 度回転した位置関係により、 凸曲面 F22に働く成形ロール 31, 32の押圧力が均 一化し、 曲率半径が均一な湾曲面 Fi3, 円周曲面 F23をもつ断面形状 C3 (図 4 d) に成形される。
開口部 0が狭められた断面形状 C3は、 更に第四工程でポルト揷入孔より小さ な外径の断面形状 C4に整形される。 第四工程では、 小径の断面形状 C4に成形 することから、 好ましくは一対の成形ロール 41， 42の他に押えロール 43を備 えたロールスタンドが使用される。 第四工程でも、 同様な構成のロールスタンド を複数段配置し、 多段階で断面形状 C3を小径の断面形状 C4に成形しても良い。 押えロール 43で円周曲面 F23の中央部を押えながら成形ロール 41, 42で凸 曲面 F22に押圧力を加えるため、 加工されている溶接鋼管 Mの位置が安定化し、 凸曲面 F22 の均一な湾曲変形が進行する。 湾曲化は、 円周曲面 F23の開口部 0 が接近し、 外周曲面 F24, 内周曲面 Fl4で二重管に近い形状の断面形状 C4 (図 4 e) に整形されるまで続けられる。 縮径加工の進行中に円周曲面 F23がロール ギャップからはみ出すことが押えロール 43で規制されるため、 扁平化すること なく目標の小径断面形状 c4が得られる。
製造された異形管を所定長さに切断した後、 両端を封止する。
封止側管端は、 たとえば先端から軸方向長さ： 80mm の管端部分を縮管金型 で外径： 32〜34mmに縮管した後、 外径： 36〜40mm, 肉厚： 2.0〜3.0mm， 長 さ： 60〜80mm のスリーブを縮管部に被せ、 管端の開口に管端封止用ポンチを 圧入してポンチの口金に沿った密着扁平状態に管端を成形し、 溶接封止される。 加圧流体圧入側の管端は、 同様に先端から軸方向長さ： 80mm の管端部分を 縮管した後、 外径： 40〜42mm, 肉厚： 3.5〜4.5mm, 長さ： 60〜80mm のスリ —ブを縮管部に被せ、 管端の開口に管端封止用ポンチを圧入してポンチの口金に 沿った密着扁平状態に管端を成形し、 溶接封止される。 加圧流体圧入側の管端に 装着されるスリーブとしては、 岩盤又は地盤に埋設したロックボルトの弓 I抜試験 時にロックポルトを確実にチヤッキングするため環状凹溝を設けたスリーブが好 ましい。
異形管の両端を封止した後、 異形管内部に達する加圧流体圧入孔を加圧流体圧 入側のスリーブに穿孔する。 加圧流体圧入孔の位置は、 スリーブの端部から若干 離れた個所に設定される。
岩盤や地盤に打設されるロックポルトは、 水分量， 水質， 通気量等に応じて酸 性からアルカリ性まで種々の環境に曝される。 かかる環境を考慮し、 内外面にめ つき層を設けためっき鋼管をロックポルトの素材に使用すると、 岩盤や地盤中で の耐食性が向上し、 耐久性に優れたロックポルトが得られる。 めっき鋼管は、 プ レめっき， ポストめつきの何れでも製造できるが、 めっき鋼板から造管されたプ レめつき鋼管が生産性の面から好ましい。
めっきには、 Zn系めつき， Zn-Al系合金めつき， Zn-Al-Mg系合金めつき等が ある。 Zn系めつきでは、 0.：!〜 0.2質量％程度の A1を添加しためっき浴を用い、 Fe-Zn系合金層の成長を抑制して加工性を改善しためっき層が好ましい。 Ζη·Α1 系合金めつきでは、 同一厚みの Zn系めつき層に比較して 2〜4倍の耐食性を示 す Zn-5%A1, Zn-55%A1等がある。 更に耐食性に優れためつき層として Zn-Al- Mg合金めつき層があり、 硬質の Zn-Al-Mg合金めつき層を形成すると、 ロック ボルトの搬送時や固い地盤に挿入したロックポルトを膨張拡管させる際、 岩盤と の接触や石等の飛散物による疵の発生が抑制される。 錡発生の起点になる疵が少 なくなるため、 Zn-Al-Mg合金めつき層の高耐食性と相俟って腐食環境下におけ るロックポル卜の而久性， 信頼性が向上する。
Zn-Al-Mg合金めつき層は、 高耐食性を付与し、 しかも硬質めつき層であるた め、 Al-Zn系めつき層に比較して 3〜30μιη と薄膜化できる。 Zn-Al-Mg合金め つき層は、 Mg： 0.05〜： 10質量％, A1： 4〜22質量％を含み、 必要に応じて、 Ti： 0.001〜0.1質量％, B： 0.0005〜0.045質量0/。， 希土類元素， Y, Zr, Si等 の易酸化性元素少なくとも一種： 0.005〜2.0質量％を含ませることもできる。
Mgは、 めっき層の最表層に Mgを含む Zn系腐食生成物を形成させ、 めっき 層中の A1 と共に土壌環境下においてめつき層の腐食速度を減少させる。 プレめ つき鋼管を製造する際の溶接ビード部ゃ切断端面にも腐食生成物の一部が流れ込 み、 ビード部ゃ切断端面の腐食が抑制される。 更に、 ビード部を補修溶射した場 合、 Mg含有 Zn系腐食生成物が溶射層上又は溶射層上の腐食生成物中に流れ込 み、 下地の鋼素地を保護する。 めっき層中に Zn-Mg系の金属間化合物を形成さ せてめっき層を硬質化する上でも Mgは有効な成分である。 このような効果を発 揮させるため、 Mg含有量を 0.05〜： 10質量％ (好ましくは、 1〜4質量％) の範 囲に調整する。
めっき層中の Zn, Mgが Mg含有 Zn系腐食生成物を形成するのに対し、 A1 は固着性の極めて強い Zn-Al系腐食生成物を形成し、 耐食性の向上に寄与する。
A1含有により Zn/AlZZn2Mg三元共晶がめつき層の凝固組織に出現する。 Zn /Al/Zn2Mg三元共晶組織は、 ZnZZn2Mg二元共晶組織より組織が微細であ り、 耐食性向上めつき層の硬質化に有効である。 固着性の強い Zn-Al系腐食生 成物を形成し、 ZnZAl/Zn2Mg三元共晶組織を形成させるため、 4質量％以上 の A1含有量が必要である。 しかし、 A1含有量の増加に応じてめつき金属の融点 が上昇し、 プレめっき鋼管の素材 （めっき鋼板） を製造する際にめつき浴を高温 に保持することが必要になり素材の生産性も悪くなるので、 A1含有量の上限を 22質量％とする。
任意成分である Ti, Bを添加すると、 表面外観を害する ZniiMg2相の生成が 抑制され、 めっき層中に晶出する Zn-Mg系金属間化合物が実質的に Zn2Mgの みになる。 具体的には、 Ti : 0.001 質量％以上 （好ましくは、 0.002質量％以 上） で ZniiMg2相の生成を効果的に抑制される。 しかし、 0.1質量％を超える 過剰量の Tiが含まれると、 めっき層中に Ti-Al系析出物が成長し、 めっき層に 凹凸 （ブッ） が生じ、 外観が損なわれる。
ZnuMg2相の生成抑制は、 0.0005質量％以上 （好ましくは、 0.001質量％以 上） の B含有によっても達成される。 しかし、 0.045質量％を超える過剰量の B 含有では、 めっき層中に Ti-B系析出物、 A1-B系析出物が成長し、 めっき層に凹 凸 （ブッ） が生じ、 外観を損ねるようになる。
比較的多量の Al, Mgを含む溶融 Zn-Al-Mg系合金めつき鋼管製のロックポル トでは、 Zn-Al-Mg系合金めつき成分系に特有の表面光沢劣化現象が生じやすい。 表面光沢劣化現象は、 めっき層表面が製造直後の美麗な金属光沢から灰色に経時 変化する現象であり、 ロックポルトの商品価値を下げる。 易酸化性元素である希 土類元素， Y, Zr, Siの少なくとも一種を 0.005質量％以上添加することにより、 表面光沢劣化現象を抑制できる。 しかし、 過剰添加しても増量に見合った改善効 果が得られないので、 希土類元素， Y, Zr, Si等の添加量上限は 2.0質量％とす る。
Zn-Al-Mg合金めつき層は、 A1含有量が多くなるほどめつき層/下地鋼の界面 に Fe-Al系金属間化合物が局部的に生成しやすくなる。 Fe-Al系金属間化合物は、 めっき鋼板やめつき鋼管の成形加工時にめっき層剥離を誘発させる。 加工性に有 害な Fe-Al系金属間化合物の生成は、 微量の Siをめつき層に含ませることによ り抑制できる。 実施例
引張強さ： 490NZmm2， 伸び： 28%, 板厚： 2.1mm の高張力鋼板を外径： 54mm の溶接鋼管に造管した。 溶接鋼管をロール成形し、 凹部 4が管軸方向に 延びた断面形状 （図 2 A) をもつ外径： 36mmの異形管を製造した。 得られた異 形管は、 引張強さが 550N/mm2であった。
異形管を長さ： 4mに切断し、 両方の切断端面から長さ： 75mmの管端部を外 径： 33.1mm に縮管加工した。 一方の縮管部に内径： 33.1mm, 外径： 38.1mm, 肉厚： 2.5mm, 長さ： 70mm のスリーブを装着し、 管端を溶接封止した。 加圧 流体圧入側となる他方の縮管部に内径： 33.1mm, 外径： 41.1mm， 肉厚： 4.0mm, 長さ： 70mmのスリーブを装着し、 管端を溶接封止した。
管端を封止した後、 異形管内部に達する孔径： 3.0mm の加圧流体圧入孔を加 圧流体圧入側スリーブの側面に穿孔した。
比較のため、 引張強さ： gOONZmm2, 伸び： 35%, 板厚： 3.0mm の鋼板を 外径： 54mm の溶接鋼管に造管し、 同様な条件下で外径： 36mm の異形管を用 いたロックポルトを製造した。
本発明例， 比較例のロックポルトそれぞれに加圧'膨張用シ一ルへッドを被せ、 ハイドロポンプから高圧水を異形管内部に圧入して加圧 '膨張させることにより 膨張時の変形状態を調査した。
本発明例のロックポルトでは、 内部の水圧が 7MPa に達した時点で凹部 4 (図 2 A) の膨出変形が始まった。 膨出変形開始後、 水圧： 5MPaで膨出変形が 継続した。 膨出変形が進行している間は、 5MPaの水圧下で高圧水が流量 11.3L ノ分で異形管内部に送り込まれ、 31秒で異形管の膨出変形が完了した。
比較例のロックポルトでは、 水圧： 7MPaでは凹部 4が膨出せず、 水圧が 17MPa に達したとき膨出変形が始まった。 膨出変形の継続に必要な水圧は、 lOMPaであった。 水圧： lOMPaでの高圧水供給量は 9.6LZ分と少なく、 膨出 変形の完了までに 41秒かかった。
この対比から、 本発明例のロックポルトを使用すると、 所定の膨張状態を得る までの加圧時間が従来品の約 3Z4に短縮できることが判る。 加圧時間の短縮は、 ロックポルトの打設本数が数百〜数千にもなるトンネル等の岩盤補強工事にあつ ては、 大幅なェ期短縮をもたらす。 しかも、 比較的低い水圧で膨張状態が得られ るため、 使用するハイド口ポンプの負荷も軽減される。
施工現場での打設を想定して加圧'膨張させたロックポルトを引抜試験したと ころ、 本発明のロックポルトは耐力： 170kN級を十分に満足していた。 また、 本発明例のロックポルトは、 比較例のロックポルトよりも薄肉のため約 30%軽 量化されており、 施工現場への運搬や施工現場での取扱いが容易になる。 しかも、 異形管の累積歪みが少ないため、 加圧'膨張時の歪み導入に起因するバーストも 抑制され、 ロックポルト打設作業の安全性も向上する。

Claims

請求の範囲
1. 引張強さ： 490〜640NZmm2, 伸び： 20%以上， 板厚： 1.8〜2.3mm の高張 力鋼板を素材とし、 単数又は複数の凹部が管軸方向に延びている異形管で膨張 型のロックポルト本体が構成されていることを特徴とする髙耐カ鋼管製ロック ポルト。
2. 亜鉛めつき層， 亜鉛-アルミニウム合金めつき層又は亜鉛-アルミニウム-マグ ネシゥム合金めつき層が異形管に設けられている請求項 1記載の髙耐カ鋼管製 Dックポ Jレ卜。
3. 異形管の引張強さが 530〜690NZmm2， 伸びが 20%以上である請求項 1記 載の高耐カ鋼管製口ックポルト。
4. 工程 (1)~(6)を包含する高耐カ鋼管製ロックポルトの製造方法。
(1) 引張強さ： 490〜64(^ ∞1^， 伸び： 20%以上， 板厚： 1.8~2.3mm の高 張力鋼板を外径： 50〜55mmの溶接鋼管に造管する工程
(2) 溶接鋼管をロール成形し、 単数又は複数の凹部が管軸方向に延びた外径： 34.0〜38.0mmの異形管を作製する工程
(3)異形管を所定の長さに切断する工程
(4)異形管の切断端部を縮径加工する工程
(5) 挿入側， 加圧流体圧入側共に異形管の管端にスリーブを被せて封止するェ 程
(6) 加圧流体圧入側のスリーブに、 異形管内部に達する加圧流体圧入孔を穿孔 する工程
PCT/JP2004/011205 2004-01-14 2004-07-29 高耐力鋼管製ロックボルト及びその製造方法 WO2005068779A1 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP04771232.8A EP1724435B1 (en) 2004-01-14 2004-07-29 Rockbolts made of high strength steel pipes and method of manufacturing thereof
CA2553344A CA2553344C (en) 2004-01-14 2004-07-29 Rockbolts made of high-strength steel pipes and method of manufacturing thereof
US10/586,088 US7794179B2 (en) 2004-01-14 2004-07-29 Rockbolt of high strength steel pipe and method of manufacturing the same
ES04771232.8T ES2548088T3 (es) 2004-01-14 2004-07-29 Pernos para roca realizados de tubos de acero de alta resistencia y procedimiento de fabricación de los mismos
PL04771232T PL1724435T3 (pl) 2004-01-14 2004-07-29 Kotwy wykonane z rur stalowych o wysokiej wytrzymałości i sposób ich wytwarzania

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004-007046 2004-01-14
JP2004007046A JP2005200893A (ja) 2004-01-14 2004-01-14 高耐力鋼管膨張型ロックボルト及びその製造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2005068779A1 true WO2005068779A1 (ja) 2005-07-28

Family

ID=34792167

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2004/011205 WO2005068779A1 (ja) 2004-01-14 2004-07-29 高耐力鋼管製ロックボルト及びその製造方法

Country Status (8)

Country Link
US (1) US7794179B2 (ja)
EP (1) EP1724435B1 (ja)
JP (1) JP2005200893A (ja)
CN (1) CN100529331C (ja)
CA (1) CA2553344C (ja)
ES (1) ES2548088T3 (ja)
PL (1) PL1724435T3 (ja)
WO (1) WO2005068779A1 (ja)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT501441A3 (de) * 2004-12-23 2009-12-15 Atlas Copco Mai Gmbh Verfahren zum setzen von gebirgsankern und bei diesem verfahren verwenbarer gebirgsanker
JP4831615B2 (ja) * 2006-08-22 2011-12-07 日新製鋼株式会社 沈下基礎修復用膨張型鋼管の製造方法
JP2012077509A (ja) * 2010-10-01 2012-04-19 Kajima Corp 膨張型鋼管ロックボルト及びその製造方法、地山補強工法
JP2012255318A (ja) * 2011-06-10 2012-12-27 Kajima Corp 凸部付き拡張型ロックボルト
SE535912C2 (sv) * 2011-06-30 2013-02-12 Leif Eriksson Expanderbar bergbult och ett förfarande för tillverkning av en bergbult
CN102562108B (zh) * 2012-01-16 2014-04-30 成都现代万通锚固技术有限公司 一种高强度轻型中空锚杆及其加工方法
WO2013186284A1 (de) * 2012-06-12 2013-12-19 H + T Handel Und Technik Berwald Gmbh & Co. Kg Ankerelemente und verfahren zur herstellung von ankerelementen
JP6053116B2 (ja) * 2012-09-11 2016-12-27 株式会社ケー・エフ・シー 膨張用異型鋼管及びその製造方法
KR101530588B1 (ko) * 2013-12-31 2015-06-22 주식회사 티에스테크노 락볼트 제조방법
KR101666646B1 (ko) * 2015-12-30 2016-10-14 (주)서동 보론강을 이용한 초고강도 강관 지보재 제조방법 및 지보재 어셈블리
US20180135411A1 (en) * 2016-11-17 2018-05-17 Fci Holdings Delaware, Inc. Corrosion Resistant Expandable Bolt
CN108286459B (zh) * 2018-01-16 2019-10-25 山东科技大学 巷道顶板潜在危险性岩层范围的确定方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63185900U (ja) * 1987-05-21 1988-11-29
JPS6443700A (en) * 1987-08-12 1989-02-15 Sato Kogyo Method of fixing construction of tubular lock bolt
JPH07189598A (ja) * 1993-12-27 1995-07-28 K F C:Kk ロックボルトの施工法
JP2003206698A (ja) 2001-10-05 2003-07-25 Nisshin Steel Co Ltd めっき鋼管製ロックボルト

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE427764B (sv) * 1979-03-09 1983-05-02 Atlas Copco Ab Bergbultningsforfarande jemte rorformig bergbult
CA1233037A (en) 1979-03-09 1988-02-23 Gunnar V.R. Romell Method of rock bolting and tube-formed expansion bolt
ZA811894B (en) 1980-03-28 1982-04-28 R Thom An anchor bolt
US4636115A (en) * 1980-11-10 1987-01-13 The Curators Of The University Of Missouri Expansion bolt and mine roof reinforcement therewith
SE8106165L (sv) * 1981-10-19 1983-04-20 Atlas Copco Ab Forfarande for bergbultning och bergbult
JPS63185900A (ja) 1987-01-29 1988-08-01 Sumitomo Electric Ind Ltd 複合酸化物強誘電体の単結晶ウエハの熱処理方法
JPH0414000Y2 (ja) 1987-09-11 1992-03-30
SE9902065L (sv) 1999-06-04 2000-05-22 Atlas Copco Rock Drills Ab Rörformad bergbult
EP1193323B1 (en) 2000-02-29 2016-04-20 Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation Plated steel product having high corrosion resistance and excellent formability and method for production thereof
JP3868797B2 (ja) 2001-11-09 2007-01-17 日新製鋼株式会社 ロックボルト用異形管の製造方法およびその製造装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63185900U (ja) * 1987-05-21 1988-11-29
JPS6443700A (en) * 1987-08-12 1989-02-15 Sato Kogyo Method of fixing construction of tubular lock bolt
JPH07189598A (ja) * 1993-12-27 1995-07-28 K F C:Kk ロックボルトの施工法
JP2003206698A (ja) 2001-10-05 2003-07-25 Nisshin Steel Co Ltd めっき鋼管製ロックボルト

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP1724435A4

Also Published As

Publication number Publication date
EP1724435B1 (en) 2015-07-29
CN1926306A (zh) 2007-03-07
US7794179B2 (en) 2010-09-14
CA2553344A1 (en) 2005-07-28
EP1724435A4 (en) 2009-09-30
ES2548088T3 (es) 2015-10-13
CN100529331C (zh) 2009-08-19
US20080107488A1 (en) 2008-05-08
PL1724435T3 (pl) 2015-11-30
CA2553344C (en) 2010-11-02
EP1724435A1 (en) 2006-11-22
JP2005200893A (ja) 2005-07-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2005068779A1 (ja) 高耐力鋼管製ロックボルト及びその製造方法
EP3315630A1 (en) Clad pipe and method for manufacturing clad pipe
JP4109073B2 (ja) めっき鋼管製ロックボルト
US7927043B2 (en) Rockbolts made of steel pipes
US6886711B2 (en) High-pressure tank and method for fabricating the same
JP4831615B2 (ja) 沈下基礎修復用膨張型鋼管の製造方法
US6908006B2 (en) High-pressure tank and method for fabricating the same
US20040104235A1 (en) High-pressure tank and method for fabricating the same
JP2009097260A (ja) 自穿孔ロックボルト
CN111360129A (zh) 外模限制式水压扩径成型的复合管材的制备工艺
JPS63192504A (ja) 継目無鋼管製造用プラグ
CN113685718A (zh) 一种卫星复合气瓶封头及其制造方法
JPS62187509A (ja) 継目無複合鋼管の製造方法
JP2004238673A (ja) 疲労強度に優れた鋼管部材及びその加工方法
JP4084573B2 (ja) 圧力容器鏡部のラップ部成形方法
JPH09239569A (ja) 高圧容器及びその製作方法
Yuan et al. Effect of the hydrobulging process on mechanical properties of spherical pressure vessels
JP3854534B2 (ja) 加工性に優れたチタン溶接管およびその製造方法
JP5633861B2 (ja) シャワーヘッド本体の製造方法、およびシャワーヘッド本体
JP2005104287A (ja) 自転車フレーム用パイプおよびその加工方法
CN114769804A (zh) 一种890级别超高强海工板气保焊焊接方法
JP2003053442A (ja) ハイドロフォーム加工用異材溶接金属管及びその製造方法
JP2004249360A (ja) 疲労強度に優れた鋼管結合体及び加工方法
JPH068025B2 (ja) プラスチツク成形装置用シリンダ
JPS6233078A (ja) チタン又はチタン合金クラツド鋼の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 200480040326.1

Country of ref document: CN

AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AE AG AL AM AT AU AZ BA BB BG BR BW BY BZ CA CH CN CO CR CU CZ DE DK DM DZ EC EE EG ES FI GB GD GE GH GM HR HU ID IL IN IS KE KG KP KR KZ LC LK LR LS LT LU LV MA MD MG MK MN MW MX MZ NA NI NO NZ OM PG PH PL PT RO RU SC SD SE SG SK SL SY TJ TM TN TR TT TZ UA UG US UZ VC VN YU ZA ZM ZW

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): GM KE LS MW MZ NA SD SL SZ TZ UG ZM ZW AM AZ BY KG KZ MD RU TJ TM AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IT LU MC NL PL PT RO SE SI SK TR BF BJ CF CG CI CM GA GN GQ GW ML MR NE SN TD TG

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2553344

Country of ref document: CA

Ref document number: 2543/CHENP/2006

Country of ref document: IN

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 10586088

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWW Wipo information: withdrawn in national office

Ref document number: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2004771232

Country of ref document: EP

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 2004771232

Country of ref document: EP

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 10586088

Country of ref document: US