(57)【要約】【課題】  ロックボルト膨張時、異形管端部とスリーブとの溶接接合部に作用する引張力の部位による差を低減して密閉性，耐久性を向上させた連結用鋼管膨張型ロックボルトを提供する。【解決手段】  膨張用凹部が形成された異形管からなる鋼管膨張型ロックボルトのスリーブが被着された異形管の端部に、当該端部の凹部を形作る壁がつづら状に折り曲げられて互いに当接するまでに持ち上げられて変形させて形作られた前記異形管の内部と繋がる開口部を設け、上記凹部壁のつづら状壁当接部を含め異型管端部とスリーブ内壁とを溶接接合する。開口部を備えたスリーブに、貫通孔を有するネジ付きプラグ部を接合し、当該ネジ付きプラグ部同士を螺合させることにより、複数のロックボルトを連結する。【選択図】      図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
膨張用凹部が形成された異形管からなり、先端が閉じられているとともに、スリーブが被着された他端に、当該端部の凹部を形作る壁がつづら状に折り曲げられて互いに当接するまでに持ち上げられて変形させて形作られた前記異形管の内部と繋がる開口部が設けられ、上記凹部壁のつづら状壁当接部を含め異型管端部がスリーブ内壁に溶接接合されていることを特徴とする連結用鋼管膨張型ロックボルト。
【請求項２】
膨張用凹部が形成された異形管からなり、スリーブが被着された両端に、当該端部の凹部を形作る壁がつづら状に折り曲げられて互いに当接するまでに持ち上げられて変形させて形作られた前記異形管の内部と繋がる開口部が設けられ、上記凹部壁のつづら状壁当接部を含め異型管端部がスリーブ内壁に溶接接合されていることを特徴とする連結用鋼管膨張型ロックボルト。
【請求項３】
膨張用凹部が形成された異形管からなり、スリーブが被着された一端に、当該端部の凹部を形作る壁がつづら状に折り曲げられて互いに当接するまでに持ち上げられて変形させて形作られた前記異形管の内部と繋がる開口部が設けられ、上記凹部壁のつづら状壁当接部を含め異型管端部がスリーブ内壁に溶接接合されているとともに、他端に加圧流体供給源に連結する加圧用スリーブが取付けられていることを特徴とする連結用鋼管膨張型ロックボルト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内部に流体を圧入し、流体圧で管体を半径方向に膨張させることによって岩盤に設けた孔内に管体を充満させる高耐力を有する鋼管膨張型ロックボルトであって、複数のロックボルトを連結可能とした連結用鋼管膨張型ロックボルトに関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼管膨張型ロックボルトは、特許文献１に記載されているように、長手方向にわたって１以上の膨張用凹部を有する中空の異形管である。図１に示すように、岩盤や地盤２に穿った孔に、端部が密封され、膨張用凹部が形成された鋼管１を挿入し（図２のａ）、この鋼管を、圧力流体３を利用して膨張させ（図２のｂ）、孔と鋼管を密着させる（図２のｃ）ことによって岩盤や地盤を鋼管で固結させるものである。
圧力流体による加圧で膨張させやすくするために、鋼管に予め長手方向にわたって凹部を設けていることが多い（図２のａ参照）。凹部が設けられた異形管の、孔に挿入する先端部は完全に密封され、圧力流体を圧入する側の後端部も密封された後、流体流入孔が穿たれている。そして、密封し、圧力流体を圧入し易くするために、異形管の両端にスリーブが被着されている（例えば特許文献２参照）。
【０００３】
通常、鋼管膨張型ロックボルトは岩盤に削孔に１本のみ挿入され、膨張される。トンネル内等の狭い作業空間において取扱う棒状体を取扱いやすくする意味では、１本のロックボルトは短いほど取扱いやすい。このため、１本のロックボルトは２〜６ｍ程度としている。
しかしながら、掘削するトンネルの岩盤，地盤等によっては、あるいは、先進導抗後に拡幅して本抗を掘削する場合には、図３に示すように、非常に長いロックボルトが必要とされる場合がある。このような場合には、２本あるいはそれ以上の本数のロックボルトが連結されて用いられている。
【０００４】
２本あるいはそれ以上の本数のロックボルトを連結するために、例えば特許文献３では、膨張型パイプ式ロックボルトにおいて、パイプ体の両端に拘束用のスリーブを嵌め込み、手前側のスリーブに雌ネジ部を形成したものが提案されている。
この技術では、手前側のスリーブに雌ネジ部を形成した第一のロックボルトの前記雌ネジ付きスリーブに螺合可能な雄ネジ付きスリーブを先端に嵌着させ、後端に雌ネジ付きスリーブを嵌着させた第二のロックボルトを、その先端の雄ネジ付きスリーブを前記第一のロックボルトの前記雌ネジ付きスリーブに螺合させて両者を連結している。同様に第三のロックボルトも連結可能である。
【０００５】
そして、上記第二あるいは第三、又はそれ以降のロックボルトの後端に、打設／注入用アダプタを設けている。打設／注入用アダプタ本体の一端にはその奥のロックボルトスリーブの雌ネジ部に螺合する雄ネジ部が形成され、他端には圧液注入用アダプタを受容する受容部が形成され、内部に中空部が形成されている。この中空部は受容部側が塞がれているが雄ネジ側は開放され、受容部には中空部に連通する小孔が形成されている。圧液注入用アダプタには、受容部に形成した小孔と連通する注入口が形成されている。圧液注入用アダプタを受容部に嵌め、注入口から圧水等の圧液を注入すると圧液が小孔を通って中空部に到り、奥のロックボルト内の空間に到り、高圧により中間部及び先端部のロックボルトを膨張拡径している。
【特許文献１】特公平２−５２０号公報
【特許文献２】特表２００３−５０１５７３号公報
【特許文献３】特開２００３−１４８０９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のように、２本あるいはそれ以上のロックボルトを連結しようとすると、それぞれのロックボルトの両端に雌ネジ付きスリーブ及び雄ネジ付きスリーブを取付ける必要がある。そして、特許文献３で提案されたスリーブでは、雌ネジ付きスリーブあるいは雄ネジ付きスリーブを、図４に示すように、膨張型異形管４１の管端を拘束するスリーブ４２の先端部に溶接法により雌ネジ部４３あるいは雄ネジ部４４を有する連結用部品を固着する態様で形成している。
【０００７】
２本あるいはそれ以上のロックボルトを連結する際には、ロックボルト膨張用の圧液を通す空隙を確保する必要がある。そして、スリーブ取付けの際には、圧液流通空間部以外は溶接により完全に封止する必要がある。
異形管管端にスリーブを嵌め込んだ後、溶接で封止しようとするとき、膨張用凹部が形成されたままでは、図５（ａ）に見られるように、必要溶接範囲が広くなる。溶接範囲が広くなると、溶接による異形管部の溶け落ちや溶接不良などの欠陥が発生しやすくなるばかりでなく、溶接に要する時間も長くなって得策とはいえない。
【０００８】
このため、スリーブを溶接する前に、異形管端部を成形して溶接する範囲を狭くする方法が採られている場合がある。異形管端部を成形する場合にも圧液が流通する空隙部を大きくし、それ以外の空隙部が小さくなるように成形されており、図５（ｂ）に見られるように、その形は断面が非対称になっている。
ところが、この断面形状の異形管にスリーブを溶接封止して製造したロックボルトを加圧流体で膨張させるとき、膨張時に発生する長手方向の引張力により溶接部や熱影響部に亀裂が生しやすくなる。また、亀裂が発生しないまでも引張力が残留応力として残るために、応力腐食割れ等を発生させるおそれがある。
【０００９】
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、異形管端部に被着したスリーブ同士を接合した連結用鋼管膨張型ロックボルトにおいて、ロックボルト膨張時、異形管端部とスリーブとの溶接接合部に作用する引張力を低減して密閉性，耐久性を向上させた連結用鋼管膨張型ロックボルト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】
【００１０】
本発明の連結用鋼管膨張型ロックボルトは、その目的を達成するため、膨張用凹部が形成された異形管からなり、先端が閉じられているとともに、スリーブが被着された他端に、当該端部の凹部を形作る壁がつづら状に折り曲げられて互いに当接するまでに持ち上げられて変形させて形作られた前記異形管の内部と繋がる開口部が設けられ、上記凹部壁のつづら状壁当接部を含め異型管端部がスリーブ内壁に溶接接合されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明の連結用鋼管膨張型ロックボルトは、また、膨張用凹部が形成された異形管からなり、スリーブが被着された両端に、当該端部の凹部を形作る壁がつづら状に折り曲げられて互いに当接するまでに持ち上げられて変形させて形作られた前記異形管の内部と繋がる開口部が設けられ、上記凹部壁のつづら状壁当接部を含め異型管端部がスリーブ内壁に溶接接合されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明の連結用鋼管膨張型ロックボルトは、さらに、膨張用凹部が形成された異形管からなり、スリーブが被着された一端に、当該端部の凹部を形作る壁がつづら状に折り曲げられて互いに当接するまでに持ち上げられて変形させて形作られた前記異形管の内部と繋がる開口部が設けられ、上記凹部壁のつづら状壁当接部を含め異型管端部がスリーブ内壁に溶接接合されているとともに、他端に加圧流体供給源に連結する加圧用スリーブが取付けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、スリーブが被着された異形管端部に、当該端部の凹部を形作る壁がつづら状に折り曲げられて互いに当接するまでに持ち上げられて変形させて形作られた前記異形管の内部と繋がる開口部が設けられ、上記凹部壁のつづら状壁当接部を含め異型管端部がスリーブ内壁に溶接接合されている。このため、溶接する範囲を小さくすることができ密閉性に優れたロックボルトを提供することができる。
【００１４】
しかも、管端凹部の下側壁が上方に持ち上げられた後にスリーブ内壁に溶接接合された形態となっているため、ロックボルト加圧膨張時に生じる異形管の凹部上方側と下方側との膨張量の差を小さくすることができ、異形管の凹部上方側に発生する引張応力を低減して溶接部や溶接熱影響部での亀裂の発生や応力腐食割れの発生を抑制することできる信頼性に優れた鋼管膨張型ロックボルトを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
従来の異形管からなる連結用膨張型ロックボルトでは、前記図４に見られるように、異形管４１の管端を拘束するスリーブ４２本体とは別に雌ネジ部４３あるいは雄ネジ部４４を有する連結部品をスリーブに溶接により固着している。そして、異形管とスリーブも、異形管端部で互いに溶接接合されている。
【００１６】
この際、図５の（ａ）又は（ｂ）にみられるような異型管端部形状でスリーブと溶接接合しているため、ロックボルトの加圧膨張時に異形管の凹部上方側と下方側とで膨張長さが異なる。この膨張長さの相違が、長手方向に発生する引張応力の差が大きくなって、溶接部或いは溶接熱影響部に亀裂が発生したり、亀裂が発生しないまでも応力腐食割れを起こして耐久性を低下させたりする原因となっていると推測した。
【００１７】
そこで、本発明者等は、溶接必要箇所を少なく、凹部の上方側と下方側での残留応力の差を少なくする手段について種々検討した。
その結果、異形管の端部凹部形状を、図６に示すような形状に変更することにより達成できることを見出した。
このような形状とすることにより、図５（ａ）と比べて溶接必要箇所は少なくなる。
【００１８】
また、スリーブを溶接接合した後、ロックボルトを加圧膨張する際の膨張量をみると、従来例（図７（ａ））では異形管の凹部上方側と下方側とで膨張量の差が大きいのに対して、本発明によるロックボルト（図７（ｂ））では、その差が小さくなる。
このため、本発明によるロックボルトでは加圧膨張時に発生する引張応力の部位による差が小さく、溶接部或いは溶接熱影響部に亀裂が発生したり、その後に応力腐食割れを発生させたりするおそれが少なくなる。
【００１９】
次に、膨張用凹部が形成された異形管の端部に所定形状の開口部を形成する方法について説明する。
鋼管膨張型ロックボルトは、電縫溶接鋼管を素材とし、多段ロール成形方法等により長手方向に延びる膨張用凹部を有する中空の異形管から構成されている。
長手方向に延びる膨張用凹部を有する中空異形管の横断形状は、通常図８に示すようなものとなっている。そこで、図８中、凹部のＡで示す箇所に、例えば図９に示すような楕円形断面の円錐部と楕円形断面の円柱部が一体になった金型１０を押し込むことにより、凹部を形作る壁がつづら状に折り曲げられて互いに当接するまでに持ち上げられて変形させて形作られた開口部が形成される（図６、図７（ｂ）参照）。
【００２０】
なお、図６には、管端部に被着したスリーブは示されていないが、上記態様で開口部を形成した後、凹部壁のつづら状壁当接部を含め異形管端部とスリーブ内壁とを溶接接合する。
上記態様で形成された管端開口部を備えたロックボルトを岩盤に設けられた孔に挿入した後、開口部を有するロックボルトのスリーブ同士を連結した後、加圧膨張されることになるが、次にロックボルトのスリーブ同士の連結態様について説明する。
【００２１】
岩盤にロックボルトを打設する際にロックボルトのスリーブ同士を溶接接合できる場合には、溶接法で連結する。その他の場合には、予めロックボルト端部に連結用部品を取付けておくことが好ましい。
連結用部品としてはネジ付きプラグを用い、当該プラグをスリーブに予め溶接接合しておくことが好ましい。
【００２２】
ネジ付きプラグの接合形態としては、例えば図１０，１１に示されるような態様が挙げられるが、これらに限定されるものではない。スリーブと連結用のプラグが一体的になっているものでもよい。図１０では、異型管の管端に被着されたスリーブ１１にネジ付きプラグ１２を嵌め込んで固着している。スリーブの開口に、貫通孔を有し、外周面に雄ネジを形成した雄ネジ付きプラグ部の一端を圧入・嵌合し、嵌合部を溶接すればよい。この際、ネジ付きプラグは、内周面に雌ネジを形成した雌ネジ付きプラグであってもよい。
また、図１１では、スリーブ１１の端面にネジ付きプラグ１３を溶接固着している。プラグのネジ構造及び貫通孔を有している点は、上記と同様である。
【００２３】
続いて、図１０で示された態様でネジ付きプラグが取付けられた連結用ロックボルトの端部構造及び連結態様について説明する。
岩盤に設けられた孔に最初に挿入されるロックボルトは、先端が閉じられ、後端に雄ネジ付きプラグ部が固着されている。また、中間用のロックボルトには、両端にネジ付きプラグ部が固着されている。さらに、後続用のロックボルトには、先端にネジ付きプラグ部が固着され、後端に加圧流体供給源に連結する加圧用スリーブが取付けられている。
【００２４】
まず、岩盤に掘削された孔に先頭用のロックボルトを挿入する。続いて、中間用のロックボルトを、このロックボルトの先端に設けたプラグ部を前記先頭用のロックボルト後端のプラグ部に螺合させて、前記先端用ロックボルトの後端に連結し、ロックボルトをさらに孔の奥まで押し込む。この際、図１２のように、プラグ１２に付けたネジ部が同種で螺合できない場合には、連結補助部品１４を用いれば容易に連結可能である。
【００２５】
必要に応じて中間用のロックボルトをさらに連結した後、最後に後続用ロックボルトを連結する。連結態様は、前記と同様である。
ネジ付きプラグ部は貫通孔を有しているため、先端用ロックボルトの内部空間と中間用ロックボルトの内部空間及び後続用ロックボルトの内部空間は連通している。したがって、後続用ロックボルトの後端に被着された加圧用スリーブからロックボルト膨張用流体が圧入されたとき、何れのロックボルトも同時に膨張される。
【実施例】
【００２６】
３本のロックボルトを連結することを前提に、３種のロックボルトを作製した。
板厚２.０ｍｍで外径３６ｍｍ、長さ２ｍの断面凹型の異形管を用い、一端に内径３６ｍｍ，外径３８．１ｍｍ、長さ７０ｍｍのスリーブを被着・溶接して封止端を形成した。
他端に同形のスリーブを被着した後、管端に金型を押し込んで開口部を形成した。金型としては、図９に示すような、長手方向が２５ｍｍで幅方向が１９ｍｍの楕円形断面の円錐部と、長手方向が２５ｍｍで幅方向が１９ｍｍの楕円形断面で高さ５ｍｍの円柱部からなる金型を用いた。開口部が形成された管端に被着したスリーブの開口に、外径３６ｍｍ，長さ４０ｍｍで、３０ｍｍの長さの雄ネジ部を設けたプラグ部を圧入し、圧入部を溶接接合した。なお、このプラグ部には予め直径５ｍｍの貫通孔を穿っている。
【００２７】
２種目のロックボルトとして、同種の異形管を用い、両端に同形のスリーブを被着した後、両管端に同形の金型を押し込んで開口部を形成した。開口部が形成された管端に被着した両スリーブの開口に、外径３６ｍｍ、長さ４０ｍｍで３０ｍｍの長さの雄ネジ部を設けたプラグ部を圧入し、両圧入部を溶接接合した。
【００２８】
３種目のロックボルトとして、同種の異形管を用い、先端に同形のスリーブを被着した後、管端に同形の金型を押し込んで開口部を形成した。開口部が形成された管端に被着したスリーブの開口に、外径３６ｍｍ、長さ４０ｍｍで３０ｍｍの長さの雄ネジ部を設けたプラグ部を圧入し、両圧入部を溶接接合した。開口部を形成していない側に同形のスリーブを被着・溶接した後、注水孔を穿って従来と同様の加圧流体供給端を形作った。
このようにして作製した３本のロックボルトを、図１２のように、内周面に雌ネジを形成した連結補助部品を用いて連結し、後端ロックボルトの注水用スリーブから水を圧送してロックボルトを膨張させたところ、連結部周辺を変形させることなく、３本のロックボルトが均一に膨張された。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】鋼管製ロックボルトを膨張させて地盤を補強する態様を説明する図
【図２】拡管前と、拡管後の圧力のかかり方を説明する図
【図３】ロックボルトを連結して使用する態様を説明する図
【図４】従来のロックボルト連結態様を説明する図
【図５】異形管の管端を溶接封止する際の溶接必要箇所を説明する図
【図６】本発明で形成する管端開口部の形状と溶接必要箇所を説明する図
【図７】従来例と本発明例とで、ロックボルト加圧膨張時の引張応力の違いを説明する図
【図８】異形管の断面形状と開口部形成位置を説明する図
【図９】開口部形成用金型形状を説明する図
【図１０】ネジ付きプラグ部をスリーブ内に嵌め込んだロックボルトの端部構造を説明する図
【図１１】ネジ付きプラグ部をスリーブ端部に溶接接続したロックボルトの端部構造を説明する図
【図１２】本発明の鋼管膨張型ロックボルトを用いた連結態様を説明する図
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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