パイプ式ロックボルト及びパイプ式ロックボルト施工方法

【課題】本体膨張時に湧水の止水を行い、良好な地山支持効果を得る。
【解決手段】断面形状に凹状部３が形成された本体２を有し、施工時、地山３０に穿孔したボアホール４０に打設後、本体内部を加圧して側方に膨張拡径させて地山３０の支保を行うパイプ式ロックボルトにおいて、前記本体２の軸方向の所定箇所の少なくとも前記凹状部３の凹み部分１０に、本体２をボアホール４０の中で膨張拡径させると本体２とボアホール４０の孔壁４３の間の隙間を閉塞して湧水を止水する止水手段１１を設けた。止水手段１１にはネオプレンスポンジゴム等のスポンジ状材料、シリコンゴム等の粘弾性材料、水膨張性を有する繊維または高分子系材料、破砕すると内部に収納した樹脂と硬化剤とが反応して硬化する樹脂カプセル、天然ゴムまたは合成ゴム等を用いる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はパイプ式ロックボルト及びパイプ式ロックボルト施工方法に係り、とくに断面形状が凹状に形成された本体を有し、地山に穿孔したボアホールに打設するとともに本体内部を加圧し膨張拡径させて地山を支保するパイプ式ロックボルト及びパイプ式ロックボルト施工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
山岳等のトンネル工事で一般的なナトム工法（ＮＡＴＭ工法）では、地山を掘削したあと（必要な場合は壁をセメントで固めたあと）、壁から岩盤内部へ垂直に多数のロックボルトを打ち込み、地山の支保がなされる。パイプ式ロックボルトと呼ばれるタイプはパイプ材を横方向に押し潰しかつ両脇を丸めて断面を凹状に形成した本体を有し、壁に穿孔したボアホールに打設するか或いはロックボルト本体先端にビットを備えたものでは自身で穿孔しながら打設し、その後、本体内部に加圧流体を注入して加圧膨張させ、拡径した本体外周をボアホールに圧接させて、摩擦定着タイプのロックボルトとしてトンネル内壁周辺の岩盤を締結し、さらには土圧を高め、トンネル内壁の崩落を防止する（特許文献１）。パイプ式ロックボルトには、打設・膨張後、更に定着材を注入してより頑強に地山の支持をできるようにしたものもある（特許文献２）。
【０００３】
この種のパイプ式ロックボルトでは、定着材の注入を行わなくても本体の膨張拡径により地山支持効果を発揮させることができるが、湧水の多い地山では、ボアホールを穿孔したとたんに地山中の水がボアホールに集まって、その水がボアホール口元から流れ出てくることがある。湧水が出ると坑内環境が悪化し、ロックボルト膨張拡径作業の障害となったり、或いは地山が緩む原因となる。さらに、膨張拡径後、定着材を注入するタイプでは、定着材が湧水に流されて所定の定着対象領域に回らず、定着不良が生じたり、注入前にボアホールの口元部分をコーキングし、湧水と定着材の流出を防止する作業が必要となったりする問題がある。
【０００４】
【特許文献１】特公平２−５２０号公報
【特許文献２】特開２００４−１２４４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上記した従来技術の問題に鑑み、本体膨張時に湧水の止水を行えるパイプ式ロックボルトを提供することを、その目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、断面形状に凹状部が形成された本体を有し、施工時、地山に穿孔したボアホールに打設するとともに本体の内部を加圧して側方に膨張拡径させて地山の支保を行うパイプ式ロックボルト及びパイプ式ロックボルトの施工方法において、前記本体の軸方向のほぼ全長または所定の１または複数箇所の少なくとも凹状部の凹み部分に、本体をボアホール内で膨張拡径させると本体とボアホール孔壁の間の隙間を閉塞して止水する止水手段を設ける。止水手段には、粘弾性材料や水膨張性材料を用いたり、本体の膨張拡径に伴って破砕する樹脂カプセル内に、破砕した樹脂カプセル片と反応し硬化させる硬化材を収納したものを用いることができる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、湧水地山であっても、ボアホールに打設した本体内を加圧して膨張拡径させると、止水手段がボアホールと本体との隙間を閉塞して直ちに湧水の止水を行う。この結果、ボアホールに地中の水が集まって地山が湧水で緩むのが抑制され、ロックボルトの適正な地山支持効果を発揮させることができ、また坑内作業環境を悪化させない。
また、本体の膨張拡径後、定着材を注入する場合では止水のためにボアホール口元のコーキング作業（パッカーを設置したり、ウエスを詰める作業）が不要となり、施工性が向上し、定着材が湧水に流されることなく所定の定着領域に回る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
パイプ式ロックボルトは、鋼管材を横方向に押し潰し更に脇を丸めて断面に凹状部を形成した本体と、本体の先端部と後端部に被嵌された先端スリーブ及び後端スリーブを有し、先端スリーブと後端スリーブは本体の端面で本体内部を閉塞するように溶接し、後端スリーブには本体内部に加圧流体を供給するための小孔を穿設する。止水手段は本体の凹状部の凹み部分に収納するように設けるか、或いは本体の外周を一周するように設け、一部を凹状部の凹み部分に嵌入する。止水手段を凹状部の凹み部分に収納することで、ロックボルトをボアホールに打設する際、止水手段が孔壁に当たる障害を回避できる。止水手段は、本体の軸方向のほぼ全長に亘って配設しても良いが、本体の後端近くまたは中央部と後端近く等、所定の１または複数箇所に配設しても良い。ボアホールへ打設後、本体内部を加圧し膨張拡径させると、凹状部の止水手段が外側に押し出され、ボアホール孔壁と本体との隙間を閉塞し、ボアホール内の湧水の流れを直ちに止める。止水手段には、ネオプレンスポンジゴム等のスポンジ状材料、シリコンゴム等の粘弾性材料、水膨張性を有する繊維または高分子系材料、外力が加わると破砕し、破片が内部に収納した硬化材と反応して硬化する樹脂カプセル、天然ゴムまたは合成ゴム及びそれらとセメント系材料との混合材を用いることができる。本体膨張拡径後、定着液を注入する場合、本体外部にも定着材を注入したいときは、ドリル等の適宜手段により本体先端に吐出孔を形成したのち（この際、必要に応じて先端スリーブを破断させても良い）、注入を行う。なお、定着材はロックボルトの定着を目的とするものに限らず地中に浸透して地山を改良するタイプのものを含める。
【実施例１】
【０００９】
図１は本発明の一つの実施例に係るパイプ式ロックボルトの外観平面図、図２は図１のパイプ式ロックボルトの水平断面図、図３は図２のＩＩＩ−ＩＩＩ´線に沿った断面図である。１はパイプ式ロックボルト、２は所定の長さを有するロックボルト本体（以下、「本体」という）であり、軸方向全長にわたって断面形状に凹状部３が形成されている。４は本体２の先端に被嵌されて先端部を拘束・補強する先端スリーブであり、本体２の先端面に溶接した溶接部５により本体１の内部空間を閉塞するように固着されている。６は本体２の後端に被嵌されて後端部を拘束・補強する後端スリーブであり、本体２の後端面に溶接した溶接部７により本体２の内部空間を閉塞するように固着されている。但し、後端スリーブ６と本体２には外部と本体２の内部空間を連通する小孔８、９が穿孔されており、この小孔８、９を通して外部から加圧流体を本体２の内部に供給する。本体２の軸方向の真ん中と後端近く（後端スリーブ６より少し先端寄り）の凹状部３の凹み部分１０に、止水手段１１、１２が装着されている。
【００１０】
止水手段１１、１２にはネオプレンスポンジゴム等のスポンジ状材料、シリコンゴム等の粘弾性材料、水膨張性を有する繊維または高分子系材料、破砕すると破片が内部に収納した硬化剤と反応して硬化する樹脂カプセル、天然ゴムまたは合成ゴム及びそれらとセメント系材料との混合材を用いることができ、ここでは一例として、スポンジ状材料を用いるものとする。
【００１１】
図４はパイプ式ロックボルトの製造方法の説明図である。
まず、直径がＤ１の鋼管材２０を用意し（図４（１））、押し潰し加工により直径Ｄ１の鋼管材を横に押し潰して一旦平ら状の加工材２１とし、中央と後端部近くに止水手段１１、１２を載置する（図４（２））。次に、丸め加工により、加工材２１の両脇を丸めて断面が凹状の本体２を形成する（図４（３））。本体２の断面に形成された凹状部３は軸方向に連続しており、内部の凹み部分１０に止水手段１１、１２が収納されるように固定される。本体２の両端部を拘束・補強するために先端部と後端部に先端スリーブ４及び後端スリーブ６を被嵌し、本体２の端面で溶接して固着し、本体内部を溶接部５、７で閉塞して、パイプ式ロックボルト１を完成する（図４（４））。後端スリーブ６と本体２には圧力流体を本体内部に供給するための小孔８、９が穿孔されており、小孔８、９の位置が一致するように後端スリーブ６が本体２に被嵌されている。
【００１２】
図５と図６にトンネル工事の一例を示す。地山３０に掘削機でトンネルを掘削し、トンネル空間３１の内壁３２に支保工３３、吹付コンクリートを施行するとともにトンネル空間前方の切羽面にコンクリートを吹きつけ鏡面３４を形成する。トンネル空間３１の内壁３２に多数のパイプ式ロックボルト１を施工し、地山３０のトンネル内壁近くの地山３０の支保を行い、また鏡面３４にも多数のパイプ式ロックボルト１を施工し、鏡面３４の支持を行う鏡面ボルトとする（パイプ式ロックボルト１は掘削機のビットで容易に切断できる。）
【００１３】
図７はパイプ式ロックボルト１の施工方法の説明図、図８は止水手段１１、１２の動作説明図であり、以下、これらの図を参照して上記したパイプ式ロックボルト１の作用を説明する。
トンネル内壁への各パイプ式ロックボルト１の施工方法は、まず、トンネル空間３１から地山３０に向けて直径Ｄ２、深さＬのボアホール４０を穿孔する（図７（１））。直径Ｄ２は鋼管材２０の直径Ｄ１より３％小さく（即ち、本体２の周長よりボアホールの周長が３％短い）、深さＬはパイプ式ロックボルト１の後端スリーブ６を除く部分の長さである。地山３０に湧水があると、アホール４０の中に湧水が出て孔口４１からトンネル空間３１に流れる。湧水を放置すると、坑内が水浸しになり、作業環境が悪化すると共に地山が緩む原因となったり、ボアホール４０を介して湧水が地山３０中の砂等をトンネル空間３１に流出させることにもなる。この実施例では、パイプ式ロックボルト１をボアホール４０に打設後（図７（２）、図８（１））、後端スリーブ６にアタッチメント４２を取り付け、圧力流体（圧水）を小孔５、６を通して本体内部に供給し（図７（２）の矢印Ｂ、Ｃ）、本体２を膨張拡径させる（図７（２））。本体２はほぼ元の直径Ｄ１まで膨張するが、ボアホール４０の直径Ｄ２が３％小さく穿孔されていることから、完全に元の直径Ｄ１に戻る前に、本体外周がボアホールの孔壁４３に密着し、さらに鋼管材形状に復元しようとして半径方向外側に押圧力Ｐを加える（図７（３）、図８（２））。この際、本体２の膨張拡径後も凹状部３は完全に拡径せず、浅い凹状部３ａとして残り水みちとなるが、本体中央部と後端近くの凹状部３に収納されていた止水手段１１、１２が本体２の膨張拡径とともに本体外側へ押し出され、ボアホール４０の孔壁４３に当たって変形し、孔壁４３と本体２との隙間を閉塞して湧水の流れを止水し、孔奥を含むパイプ式ロックボルト１の周囲の地山３０から湧水がトンネル空間３１に排出されるのを止める。よって、トンネル空間３１が水浸しになったり、湧水により地山３０が緩んだりすることはなく、パイプ式ロックボルト１が地山３０に堅固に摩擦定着（図８(２)の矢印Ｐに示す本体の押圧力と矢印Ｑに示す地山が押す力による定着）すると共に、その押圧力で地山３０の内圧が高まり、パイプ式ロックボルトによる適正な地山支持効果が発揮される。
【００１４】
なお、本体２の膨張拡径後、更に本体内部に定着材を注入してもよい（図７（４）の矢印Ｄ）。本体外部にも定着材或いは地山３０に対する注入材を注入する場合は、ドリル等の適宜手段により本体先端に吐出孔（図示せず）を形成したのち（この際、必要に応じて先端スリーブを破断させても良い）、注入を行う。本体先端の吐出孔から定着液がボアホールに注入されるため（図７（４）の矢印Ｅ）、ボアホール４０の孔奥の空隙即ち水みちとなる部分を定着材で塞いで湧水をより完全に止水でき、さらに地山補強することができる。
【００１５】
この実施例によれば、本体２を製作する鋼管材２０の直径Ｄ１より３％ボアホール４０の孔径Ｄ２を小さくしてあるので（即ち、本体２の周長よりボアホール４０の周長が３％短い）、パイプ式ロックボルト１をボアホール４０に打設し、膨張拡径させると、本体外周面がボアホール４０の孔壁４３に密着し押圧する。この際、本体２の膨張拡径後も凹状部３は完全に拡径せず、浅い凹状部３ａとして残り水みちとなるが、止水手段１１、１２が孔壁４３と本体２との隙間を閉塞して湧水の流れを止水する。よって、トンネル空間３１が水浸しになったり、湧水により地山３０が緩んだりすることはなく、パイプ式ロックボルト１が地山３０に堅固に摩擦定着すると共にその押圧力で地山３０の内圧が高まり、パイプ式ロックボルト１による地山支持効果が発揮される。また、本体２の膨張拡径後、定着材を注入する場合でも止水のためにボアホール口元のコーキング作業（パッカーを設置したり、ウエスを詰める作業）が不要となり、施工性が向上する。
【実施例２】
【００１６】
図９は本発明の第２の実施例を示すパイプ式ロックボルトの外観平面図、図１０は図９のパイプ式ロックボルトの水平断面図、図１１は図１０のＸＩ−ＸＩ´線に沿った縦断面図であり、図１乃至図３と同一の構成部分には同一の符号が付してある。図１では止水手段は本体の軸方向の中央付近と後端部近くの２箇所に設ける場合を示したが、図９の例では本体の軸方向のほぼ全長に亘って止水手段を設ける場合を示す。
図９乃至図１１において、パイプ式ロックボルト１Ａの本体２の軸方向のほぼ全長に亘り、凹状部３の凹み部分１０に止水手段１３が装着してある。このようにすることで、本体２を膨張拡径したとき、本体２のほぼ全長に亘り止水手段１３が本体とボアホール孔壁との隙間を閉塞するので、より止水効果が高くなる。パイプ式ロックボルト１Ａの他の構成部分は図１のパイプ式ロックボルト１と全く同様に構成してある。
【実施例３】
【００１７】
図１２は本発明の第３の実施例を示すパイプ式ロックボルトの断面図であり、図１のパイプ式ロックボルト１と同一の構成部分には同一の符号が付してある。図１２において、パイプ式ロックボルト１Ｂの本体２の凹状部３の凹み部分１０に設けられた止水手段１４はシリコンゴム等の粘弾性材料であり、本体２の膨張拡径に伴う凹状部３の変形に従い、自在に変形し、ボアホール４０の孔壁４３の割れ目まで入り込むようにして本体外周と孔壁４３の間の隙間を閉塞する（図１３）。
【実施例４】
【００１８】
図１４は本発明の第４の実施例を示すパイプ式ロックボルトの断面図であり、図１のパイプ式ロックボルト１と同一の構成部分には同一の符号が付してある。図１４において、パイプ式ロックボルト１Ｃの本体２Ｃの凹状部３Ｃは幅の狭い溝状の凹み部分１０Ｃを有するものであるが、止水手段１４を粘弾性材料とし、ロックボルト１Ｃの本体２Ｃを加工後に凹状部３Ｃに充填することにより、狭い空間に隙間なく収納させることができる。そして、止水手段１４は本体２Ｃの膨張拡径に伴う凹状部３Ｃの変形に従い、自在に変形し、ボアホール４０の孔壁４３の割れ目まで入り込むようにして本体外周と孔壁の間の隙間を閉塞する（図１５）。
【実施例５】
【００１９】
図１６は本発明の第５の実施例を示すパイプ式ロックボルトの一部省略した外観斜視図であり、図１のパイプ式ロックボルト１と同一の構成部分には同一の符号が付してある。図１６において、パイプ式ロックボルト１Ｄの止水手段１５は本体２の外周を一周するように略円筒状に形成された合成ゴムまたは天然ゴムのゴム体であり、内向きに突き出た突起部１５ａが本体２の凹状部３の凹み部分１０の中に嵌入している。本体２を膨張拡径すると、止水手段１５の筒部１５ｂが拡径してボアホールの孔壁に密着するとともに突起部１５ａは水みちとなる凹状部３から外れず、この結果、止水手段１５により本体外周と孔壁との隙間が確実に閉塞される。
【実施例６】
【００２０】
図１７は本発明の第６の実施例に係るパイプ式ロックボルトの動作説明図であり、図１のパイプ式ロックボルト１と同一の構成部分には同一の符号が付してある。パイプ式ロックボルト１Ｅの本体２の凹状部３の凹み部分１０に設けられた止水手段１６は、外力が加わると破砕する樹脂カプセル１７と、樹脂カプセル１７に収納された硬化材１８から成り、ボアホール４０にパイプ式ロックボルト１Ｅを打設後（図１７（１））、膨張拡径すると、樹脂カプセル１７が孔壁４３に当たって破砕し（図１７（２））、樹脂カプセル１７の樹脂と内部の硬化材１８が混ざり合って硬化反応しながら本体周囲に周り、孔壁４３との隙間に充填材１９として充填されて止水する（図１７（３））。
【００２１】
なお、以上図示した実施例は、いずれもボアホールを削岩機等で穿孔した後、そのボアホールにパイプ式ロックボルト１を打設するものであるが、パイプ式ロックボルト１は先端スリーブ４にビットを備えたものであっても良い。この場合は、ロックボルト自体を削孔ロッドとして地山３０にボアホールを穿孔しながら打設するが、打設後は前記実施例と同様に圧力流体を本体内部に供給して膨張拡径動作を行い、各止水手段は同様の止水効果を発揮することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
トンネル工事におけるトンネル周囲の地山支持、鏡面前方地山の支持・地山改良立抗の支保や斜面・擁壁の補強等に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１の実施例に係るパイプ式ロックボルトの外観平面図である（実施例１）。
【図２】図１のパイプ式ロックボルトの水平断面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ´線に沿った断面図である。
【図４】パイプ式ロックボルトの製造方法の説明図である。
【図５】トンネル工事の説明図である。
【図６】図５のＶＩ−ＶＩ´線に沿った断面図である。
【図７】パイプ式ロックボルトの施工方法の説明図である。
【図８】止水手段の動作説明図である。
【図９】本発明の第２の実施例に係るパイプ式ロックボルトの外観平面図である（実施例２）。
【図１０】図９のパイプ式ロックボルトの水平断面図である。
【図１１】図１０のＸＩ−ＸＩ´線に沿った断面図である。
【図１２】本発明の第３の実施例に係るパイプ式ロックボルトの断面図である（実施例３）。
【図１３】図１２のパイプ式ロックボルトの動作説明図である。
【図１４】本発明の第４の実施例に係るパイプ式ロックボルトの断面図である（実施例４）。
【図１５】図１４のパイプ式ロックボルトの動作説明図である。
【図１６】本発明の第５の実施例に係るパイプ式ロックボルトの一部省略した外観斜視図である（実施例５）。
【図１７】本発明の第６の実施例に係るパイプ式ロックボルトの動作説明図である。
【符号の説明】
【００２４】
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅパイプ式ロックボルト
２、２Ｃ本体
３、３Ｃ凹状部
１０、１０Ｃ凹み部分
１１、１２、１３、１４、１５、１６止水手段
１７樹脂カプセル
１８硬化材

【特許請求の範囲】
【請求項１】
断面形状に凹状部が形成された本体を有し、施工時、地山に穿孔したボアホールに打設後、本体内部を加圧して側方に膨張拡径させて地山の支保を行うパイプ式ロックボルトにおいて、
前記本体の軸方向のほぼ全長または所定の１又は複数箇所の少なくとも前記凹状部の凹み部分に、本体をボアホール内で膨張拡径させると本体とボアホール孔壁の間の隙間を閉塞して湧水を止水する止水手段を設けたこと、
を特徴とするパイプ式ロックボルト。
【請求項２】
止水手段は、粘弾性材料、水膨張性材料の少なくとも１つを含むこと、
を特徴とする請求項１記載のパイプ式ロックボルト。
【請求項３】
止水手段は、外力が加わると破砕する樹脂カプセルと、樹脂カプセルに予め収納されて破砕した樹脂カプセル片と反応し硬化する硬化材を含むこと、
を特徴とする請求項１記載のパイプ式ロックボルト。
【請求項４】
断面形状に凹状部が形成された本体と、該本体の軸方向のほぼ全長または所定の１または複数箇所の少なくとも凹状部の凹み部分に設けられた止水手段とを有するパイプ式ロックボルトを用意し、
地山にパイプ式ロックボルトの本体の周長より少なくとも３％小さい周長のボアホールを穿孔し、
ボアホールにパイプ式ロックボルトを打設するとともに本体内部を加圧して側方に膨張拡径し、
この膨張拡径により、本体の外周をボアホールの孔壁に押しつけ、かつ、本体とボアホールとの隙間を前記止水手段で閉塞させること、
を特徴とするパイプ式ロックボルト施工方法。
【請求項５】
断面形状に凹状部が形成された本体と、該本体の軸方向のほぼ全長または所定の１または複数箇所の少なくとも凹状部の凹み部分に設けられた止水手段とを有し、該止水手段は、外力が加わると破砕する樹脂カプセルと、樹脂カプセルに予め収納されて破砕した樹脂カプセル片と反応し硬化する硬化材を含むパイプ式ロックボルトを用意し、
地山にパイプ式ロックボルトの本体の周長より少なくとも３％小さい周長のボアホールを穿孔し、
ボアホールにパイプ式ロックボルトを打設するとともに本体内部を加圧して側方に膨張拡径し、
この膨張拡径により、本体の外周をボアホールの孔壁に押しつけ、かつ、本体外周と孔壁との間で前記樹脂カプセルを破砕させ、樹脂カプセル片と硬化材を反応させて本体とボアホールとの隙間を閉塞するようにしたこと、
を特徴とするパイプ式ロックボルト施工方法。

【図１】