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地盤補強用鋼管及びその製造方法
説明

地盤補強用鋼管及びその製造方法

【課題】効率的な加工作業で得ることができる地盤補強用鋼管及びその製造方法を提供する。
【解決手段】略円筒状の形状を有し、引抜による縮径に合わせて外周面12に形成された螺旋溝13が、長手方向に連続形成されている地盤補強用鋼管10であり、地盤補強用鋼管10を製造する際には、内周面15に突起532が形成され、回転可能に設けられている引抜ダイス53を用い、円筒状のワーク100を引抜ダイス53の内側から引き抜くことにより、ワーク100を縮径すると共に、引抜ダイス53の回転によりワーク100の外周面12に螺旋溝13を形成する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、外周面に螺旋溝が形成される地盤補強用鋼管及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、トンネル切羽の前方地山などの地盤を補強する地盤補強工法として、例えば先端に削孔ビットを有する中空管状の削孔ロッドの外周に地盤補強用鋼管を配置した状態で削孔を施す二重管削孔方式等により、地盤補強用鋼管を順次継ぎ足して地盤に打設し、その後に、地盤補強用鋼管の内部に注入管をセットし、注入管から固結材を注入して地盤補強用鋼管の内外に固結領域を形成する工法が知られている。
【0003】
この種の工法に用いられる地盤補強用鋼管は、通常3m程度の鋼管が4本程度継ぎ足されるなど径に対して非常に長尺となるように継ぎ足され、先頭の削孔ビットで引っ張って打設されるか、或いは地盤補強用鋼管の後端から叩き込んで打設される。また、地盤補強用鋼管は、地盤補強材、仮設材としての側面を有する。
【0004】
そのため、地盤補強用鋼管には、以下の相反する性質を備えていることが望ましい。即ち、打設抵抗を小さくするために、外周面が可能な限り平らにされる一方で、固結材との十分な付着力を確保するために、外周面に凹凸が形成されることが好ましい。また、長尺打設に耐え得るように、必要な肉厚が確保される一方で、仮設材として経済性を確保するために、必要以上の肉厚がないことが好ましい。
【0005】
この様な性質を有する地盤補強用鋼管の例として、特許文献1には、地盤補強用鋼管の外周面に、断面V字形の螺旋溝が形成され、その螺旋溝内に固結材の吐出孔を形成したものが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開2009−197573号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
ところで、上記外周面に螺旋溝が形成されている地盤補強用鋼管は、長さ3m程度の円筒状の鋼管を形成し、この鋼管を固定し、外側から螺旋溝に対応する螺旋状の凸部を有する金型を鋼管に押圧して加工されている。しかしながら、この加工では、一旦円筒状の鋼管を形成してから螺旋溝を形成する必要がある。更に、螺旋溝を形成する際には、鋼管の所定部位の外周面に螺旋溝を形成した後に鋼管を軸方向に送り、これと続く鋼管の所定部位に螺旋溝を形成する作業、換言すれば螺旋状の凸部のピッチ毎に鋼管を軸方向に送り、金型の凸部を押圧する作業を繰り返す必要があり、加工作業が煩雑になるという問題がある。
【0008】
本発明は上記課題を解消するために提案するものであり、効率的な加工作業で得ることができる、外周面に螺旋溝を有する地盤補強用鋼管及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明の地盤補強用鋼管は、略円筒状の形状を有し、引抜による縮径に合わせて外周面に形成された螺旋溝が、長手方向に連続形成されていることを特徴とする。
この構成によれば、外周面に螺旋溝が長手方向に連続形成されている地盤補強用鋼管を効率的な加工作業で得ることができる。また、長尺の地盤補強用鋼管でも螺旋溝を容易に連続形成することができる。
【0010】
本発明の地盤補強用鋼管の製造方法は、内周面に突起が形成されている引抜ダイスが回転可能に設けられ、円筒状のワークを前記引抜ダイスの内側から引き抜くことにより、前記ワークを縮径すると共に、前記引抜ダイスの回転により前記ワークの外周面に螺旋溝を形成する引抜工程を備えることを特徴とする。
この構成によれば、外周面に螺旋溝が長手方向に連続形成されている地盤補強用鋼管を効率的な加工作業で得ることができる。また、長尺の地盤補強用鋼管でも螺旋溝を容易に連続形成することができる。また、加工によるワークの肉厚の制御が容易であり、例えば地盤補強用鋼管の肉厚を全長に亘って所定の肉厚に形成し、高強度の地盤補強用鋼管を製造することも可能となる。
【0011】
本発明の地盤補強用鋼管の製造方法は、前記引抜工程の際に、前記ワーク内にプラグを内挿して前記引抜ダイスの近傍に配置しながら前記ワークの引き抜きを行うことを特徴とする。
この構成によれば、地盤補強用鋼管の全長に亘って内面平滑性と、所望の大きさの内部断面積を確保することができ、例えば地盤補強用鋼管の内部で削孔ロッドがつかえることや、地盤補強用鋼管に複数の注入管を挿入して連結した地盤補強用鋼管内をパッカーで区画する際に、注入管の束が地盤補強用鋼管の内部に引っかからずに綺麗にパッカーを設置すること等が可能となる。
【0012】
本発明の地盤補強用鋼管の製造方法は、前記引抜ダイスの軸線方向と前記ワークの引抜方向とを斜めにずらすように前記ワークを引き抜いて前記引抜ダイスを回転させ、前記ワークの外周面に螺旋溝を形成することを特徴とする。
この構成によれば、引抜ダイスの回転駆動機構を設けずに、ワークの引き抜き動作により引抜ダイスを回転して螺旋溝を形成することができ、製造設備の省力化、製造コストの低減を図ることができる。
【発明の効果】
【0013】
本発明によれば、外周面に螺旋溝が長手方向に連続形成されている地盤補強用鋼管を効率的な加工作業で得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】(a)は本発明による第1実施形態の地盤補強用鋼管の連結スリーブによる連結を示す一部破断正面説明図、(b)はその地盤補強用鋼管の周壁の部分断面図。
【図2】第1実施形態の地盤補強用鋼管の製造工程を示すフローチャート。
【図3】(a)は第1実施形態の地盤補強用鋼管の製造工程におけるワークの引抜ダイスからの引き抜きを説明する断面説明図、(b)はそのワークの引抜ダイスからの引き抜きを説明する斜視説明図。
【図4】(a)は第2実施形態の地盤補強用鋼管の製造工程におけるワークの引抜ダイスからの引き抜きを説明する断面説明図、(b)はその地盤補強用鋼管の周壁の部分断面図。
【図5】実施形態の地盤補強用鋼管を用いて構築中のトンネルの切羽補強をしている状態の縦断説明図。
【図6】実施形態の地盤補強用鋼管を用いて構築中のトンネルの切羽補強をしている状態の横断説明図。
【図7】実施形態の地盤補強用鋼管を用いて構築中のトンネルの切羽補強をしている状態の切羽部分近傍の拡大説明図。
【図8】実施形態の地盤補強用鋼管を用いる二重管削孔打設の構成を示す縦断説明図。
【発明を実施するための形態】
【0015】
〔第1実施形態の地盤補強用鋼管及びその製造方法〕
本発明による第1実施形態の地盤補強用鋼管及びその製造方法について説明する。
【0016】
第1実施形態の地盤補強用鋼管10は、図1に示すように、略円筒状の形状を有し、その周壁11の外周面12に螺旋溝13が長手方向に連続形成されている。この螺旋溝13は、地盤補強用鋼管10の元となるワークに後述する引抜による縮径時に合わせて形成されたものである。この地盤補強用鋼管10は、例えば長さを3m程度として形成され、トンネル掘削時に先行地盤を補強する長尺先受け工や長尺鏡補強工の補強管等として用いられる。
【0017】
螺旋溝13の断面形状は、図示例では断面視略矩形であるが、断面視略半円形、断面視略V字形など適宜である。また、図示例の螺旋溝13は、2条形成されているが、螺旋溝13の条数は、地盤補強用鋼管10の強度や地盤への付着耐力の増強度合いを考慮して適宜設定することが可能であり、又、螺旋溝13の幅や深さについても同様である。
【0018】
周壁11の所定箇所には、地盤を固結する固結材の吐出孔14が貫通して複数形成されている。図示例の吐出孔14は螺旋溝13が形成されている箇所以外の周壁11に形成されているが、一部の吐出孔14若しくは全部の吐出孔14を螺旋溝13内に形成するようにすることも可能であり、又、適宜の吐出孔14の開口部の一部分を螺旋溝13内に形成することも可能である。また、周壁11の内周面15は平滑面になっている。
【0019】
地盤補強用鋼管10の両端部には、それぞれ雄ねじ16・16が設けられている。そして、長尺先受け工等で前側に配置する地盤補強用鋼管10の後端部の雄ねじ16と、後側に配置する地盤補強用鋼管10の前端部の雄ねじ16とに連結スリーブ20の雌ねじ21を螺合し、連結スリーブ20と介して地盤補強用鋼管10・10を連結可能になっている。尚、連結スリーブ20を用いる構成に代え、地盤補強用鋼管10の一方の端部に雄ねじを形成し、その他方の端部に雌ねじを形成して、前側に配置する地盤補強用鋼管10の雄ねじ若しくは雌ねじと後側に配置する地盤補強用鋼管10の雌ねじ若しくは雄ねじを、直接螺合して連結する構成とすることも可能である。
【0020】
この地盤補強用鋼管10を製造する際には、図2に示すように、先ず円筒状のワーク100の一方の端部を細く絞った先端部101を形成するように先付加工を施す(S101)。次いで、熱処理と徐冷により、加工硬化による内部の歪みを除去して材質を均一化し、展延性を向上させる焼鈍を施した後(S102)、酸液に浸漬して、ワーク100の内側と外側に付着したスケールを除去する酸洗処理を施す(S103)。更に、ワーク100にリン酸亜鉛被膜を形成する被膜処理(S104)、引抜加工を容易にするためにワーク100を潤滑油に浸漬する潤滑処理を行う(S105)。
【0021】
次いで、ワーク100を引き抜く引抜加工を行う(S106)。引抜加工では、図3に示すように、ハウジング51に回転駆動機構52が設けられ、回転駆動機構で引抜ダイス53が回転可能に設けられている加工装置が用いられる。引抜ダイス53は、リング状の本体531と、本体531の内周面で内側に向かって突出形成されている突起532とを有する。
【0022】
図示例では、実線の引き出し線で示される対向位置の2箇所に突起532が設けられ、ワーク100に2条の螺旋溝13を連続形成可能になっているが、この対向する方向と直交する方向における、2点鎖線の引き出し線で示される対向位置にも突起532を設け、ワーク100に4条の螺旋溝13を連続形成可能な構成にするなど、所定位置に適宜数の突起532を設けて適宜条数の螺旋溝13を形成することが可能である。また、この突起532の突出高さ、形状を適宜設定し、適宜の深さや断面形状の螺旋溝13を形成することが可能である。
【0023】
そして、引抜加工では、先付で絞り込んだワーク100の先端部101を引抜ダイス53の内側を通し、そのワーク100の先端部101をキャリッジ端のチャック(図示省略)で掴むと共に、ワーク100内にプラグ54を内挿して引抜ダイス53の近傍に配置する。プラグ54は、先端に向かって外側に膨らむように湾曲しながら先細になった形状である。
【0024】
その後、回転駆動機構52で引抜ダイス53を回転させ、ワーク100の先端部101を引っ張り、円筒状のワーク100を引抜ダイス53の内側から引き抜いてワーク100を縮径する。この時に、回転する引抜ダイス53の突起532により、ワーク100の外周面に螺旋溝13が長手方向に連続形成される。
【0025】
引抜加工の完了後には、引き抜きによって生じた曲がりをローラで修正する矯正加工を施し(S107)、ワーク100の先端部101を切断する(S108)。更に、ワーク100の傷を渦流探傷検査で検査し(S109)、寸法や機械的性質を検査する(S110)。検査が完了したワーク100は、所定寸法に切断して地山補強用鋼管10の周壁11を構成し、周壁11の所定位置に吐出孔14を形成すると共に、両端部に雄ねじ16を形成して地山補強用鋼管10が完成する。尚、所定寸法の切断による周壁11の形成、吐出孔14の形成、両端部への雄ねじ16の形成を、S109の渦流探傷検査の前、或いはS110の検査の前に行うことも可能である。
【0026】
第1実施形態の螺旋溝付き鋼管10或いはその製造方法によれば、周壁11の外周面12に螺旋溝13が長手方向に連続形成されている地盤補強用鋼管10を効率的な加工作業で得ることができる。また、長尺の地盤補強用鋼管10でも螺旋溝13を容易に連続形成することができる。
【0027】
また、引抜加工により、ワーク100や地盤補強用鋼管10の肉厚の制御を容易に行うことができる。また、引抜ダイス53とプラグ54との組み合わせた引抜加工により、地盤補強用鋼管10の全長に亘って内面平滑性と、所望の大きさの内部断面積を確保することができ、例えば地盤補強用鋼管10の内部で削孔ロッドがつかえることや、地盤補強用鋼管10に複数の注入管を挿入して連結した地盤補強用鋼管10内をパッカーで区画する際に、注入管の束が地盤補強用鋼管10の内部に引っかからずに綺麗にパッカーを設置すること等が可能となる。
【0028】
〔第2実施形態の地盤補強用鋼管及びその製造方法〕
次に、第2実施形態の地盤補強用鋼管及びその製造方法について説明する。
【0029】
第2実施形態の地盤補強用鋼管10は、基本的な構成は第1実施形態と同様であるが、図4に示すように、螺旋溝13に対応する位置で螺旋溝13に沿うようにして、周壁11の内周面15から内側に突出する凸条17が形成されている点で相違する。
【0030】
この地盤補強用鋼管10を製造する際には、プラグ54をワーク100に挿入せずに引抜加工を施して製造する。その他の製造工程は第1実施形態の製造工程と同様である。
【0031】
第2実施形態の地盤補強用鋼管10或いはその製造方法によれば、例えば地盤補強用鋼管10の肉厚を全長に亘って所定の肉厚に形成し、高強度の地盤補強用鋼管10を製造することが可能となる。その他、第1実施形態と対応する構成により、第1実施形態と同様の効果を奏する。
【0032】
〔地盤補強用鋼管の施工例〕
次に、第1又は第2実施形態の地盤補強用鋼管10の施工例について説明する。
【0033】
本施工例は、図5〜図7に示すように、トンネル掘削時に先行地山を補強する長尺先受け工や長尺鏡補強工に第1又は第2実施形態の地山補強用鋼管10を施工した例であり、地山補強用鋼管10を連結スリーブ20で連結して構成される補強管30が、先受け工63や鏡補強工66に用いられている。図5〜図7において、71は地山、72はトンネル空間、73は掘進途中のトンネルの先端位置の切羽であり、トンネル空間72内にはドリルジャンボ61が配置されている。
【0034】
先受け工63は、切羽73の前方上部の地山71に長尺の補強管30を配置してアーチ状に補強するものであり、その施工に際しては、例えば切羽73の直近に既に立て込まれている支保工64の前方位置で、切羽73の天端部から前方上部の地山71に向かって補強管30よりも大径の下孔を所定の仰角で穿孔し、その下孔から二重管削孔打設方式により、地山71に削孔を施すと同時に、この削孔内に長尺の補強管30を打設する。
【0035】
削孔形成及び補強管30の打設では、図8に示すように、ドリルジャンボ61のガイドセル612に補強管30を構成する地盤補強用鋼管10を配置すると共に、先端に削孔ビット614が装着されている削孔ロッド613を地盤補強用鋼管10内に挿入し、削孔ロッド613の後端を削岩機611に連結する。更に、削孔ビット614の外周にケーシングシュー615を設け、ケーシングシュー615に地盤補強用鋼管10の先端部を取り付ける。
【0036】
そして、削岩機611から削孔ロッド613を介して削孔ビット614に回転力と打撃力を伝達し、牽引される地盤補強用鋼管10を連結スリーブ20への螺合による連結で順次継ぎ足し、地盤補強用鋼管10を接続して構成される長尺の補強管30を削孔内に打設して存置する。更に、補強管30の吐出孔14から周囲の地山71内に固結材を充填し、地山71内に固結領域62を形成する。
【0037】
また、鏡補強工66は、切羽73の前方の地山71を削孔して長尺の補強管30を配置して補強するものであり、その施工に際しては、例えば切羽73に施されている鏡面吹き付けコンクリート65から、上記先受け工63と同様の施工手順で、前方の地山71内に削孔を施して地山補強用鋼管10を継ぎ足した長尺の補強管30を打設し、その補強管30の周囲に固結領域62を形成する。尚、図示の二点鎖線の切羽73、鏡面吹き付けコンクリート65は以後の工程で形成されるものである。
【0038】
これらの先受け工63や鏡補強工66では、外周面に螺旋溝13が形成されている地山補強用鋼管10で構成される補強管30により、補強管周囲の周面付着力を向上させ、高い補強効果を得ることができる。
【0039】
〔実施形態の変形例等〕
本明細書開示の発明は、各発明や各実施形態の構成の他に、適用可能な範囲で、これらの部分的な構成を本明細書開示の他の構成に変更して特定したもの、或いはこれらの構成に本明細書開示の他の構成を付加して特定したもの、或いはこれらの部分的な構成を部分的な作用効果が得られる限度で削除して特定した上位概念化したものを含むものであり、下記変形例も包含する。
【0040】
例えば上記実施形態では、回転駆動機構52で引抜ダイス53を回転しながら、ワーク100の引き抜きを行って螺旋溝13を形成したが、引抜ダイス53を回転可能に設け、ワーク100を引抜ダイス53の内側から引き抜いて螺旋溝13を形成する適宜の工程を用いることが可能であり、回転駆動機構52を設けない構成とすることも可能である。回転駆動機構52を設けない場合には、例えば引抜ダイス53を回転可能に保持して設け、その引抜ダイス53の軸線方向とワーク100の引抜方向とを若干斜めにずらすように引き抜いて引抜ダイス53を回転させ、この回転により、ワーク100の外周面に螺旋溝13を形成する構成が望ましい。この構成によれば、ワーク100の引き抜き動作により引抜ダイス53を回転して螺旋溝13を形成することができ、製造設備の省力化、製造コストの低減を図ることができる。
【0041】
また、地盤補強用鋼管10は、削孔ビット614やケーシングシュー615により、牽引されるものに限定されず、後端から叩き込んで打設されるものでもよい。また、地盤補強用鋼管10は一方の端部に雄ねじ16が形成され、他方の端部に雌ねじが形成され、連結スリーブ20を介さずに、これらを相互に螺合して連結可能なものとしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【0042】
本発明は、例えばトンネル掘削時に先行地山を補強する長尺先受け工や長尺鏡補強工に用いる地盤補強用鋼管やその製造方法として利用することができる。
【符号の説明】
【0043】
10…地盤補強用鋼管 11…周壁 12…外周面 13…螺旋溝 14…吐出孔 15…内周面 16…雄ねじ 17…凸条 20…連結スリーブ 21…雌ねじ 30…補強管 100…ワーク 101…先端部 51…ハウジング 52…回転駆動機構 53…引抜ダイス 531…本体 532…突起 54…プラグ 61…ドリルジャンボ 611…削岩機 612…ガイドセル 613…削孔ロッド 614…削孔ビット 615…ケーシングシュー 62…固結領域 63…先受け工 64…支保工 65…鏡面吹き付けコンクリート 66…鏡補強工 71…地山 72…トンネル空間 73…切羽



【特許請求の範囲】
【請求項1】
略円筒状の形状を有し、引抜による縮径に合わせて外周面に形成された螺旋溝が、長手方向に連続形成されていることを特徴とする地盤補強用鋼管。
【請求項2】
内周面に突起が形成されている引抜ダイスが回転可能に設けられ、円筒状のワークを前記引抜ダイスの内側から引き抜くことにより、前記ワークを縮径すると共に、前記引抜ダイスの回転により前記ワークの外周面に螺旋溝を形成する引抜工程を備えることを特徴とする地盤補強用鋼管の製造方法。
【請求項3】
前記引抜工程の際に、前記ワーク内にプラグを内挿して前記引抜ダイスの近傍に配置しながら前記ワークの引き抜きを行うことを特徴とする請求項2記載の地盤補強用鋼管の製造方法。
【請求項4】
前記引抜ダイスの軸線方向と前記ワークの引抜方向とを斜めにずらすように前記ワークを引き抜いて前記引抜ダイスを回転させ、前記ワークの外周面に螺旋溝を形成することを特徴とする請求項2又は3記載の地盤補強用鋼管の製造方法。



【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【公開番号】特開2013−43202(P2013−43202A)
【公開日】平成25年3月4日(2013.3.4)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−182943(P2011−182943)
【出願日】平成23年8月24日(2011.8.24)
【出願人】(000129758)株式会社ケー・エフ・シー (120)
【出願人】(592017644)リバースチール株式会社 (2)
【出願人】(511207121)株式会社昭和金属 (1)
【出願人】(397036217)株式会社河戸製作所 (3)
【Fターム(参考)】