(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地山に打設した状態で圧液を注入されて膨張拡径し、該膨張拡径した分だけ軸心方向の全長が縮み得る本体管を有し、該本体管の一端に打設先端部材を、他端に圧液を注入するための注入孔を有する打設後端部材をそれぞれ設けてなり、膨張拡径による押圧力で周囲の地山を締め付ける仕組みのパイプ式ロックボルトにおいて、
前記打設先端部材と打設後端部材との間の本体管の外周に膨張拘束筒状部材を、前記本体管に圧液を注入したときに膨張拡径した部位と膨張拡径していない部位とによって軸心方向に連なる凹凸を形成し得るように配設してなることを特徴とするパイプ式ロックボルト。
【請求項２】
前記膨張拘束筒状部材は、前記本体管の外周に所定の間隔で複数個配設されている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】
前記膨張拘束筒状部材は、円筒スリーブの両端を斜めにカットした形状を有することを特徴とする請求項１又は請求項２記載のパイプ式ロックボルト。
【請求項４】
前記膨張拘束筒状部材は、円筒スリーブの軸方向にスリットを有する形状を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２記載のパイプ式ロックボルト。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネル工事等において地山の崩落等を防ぐため使用するパイプ式ロックボルトに係わり、特にその引抜抵抗を向上させることができるパイプ式ロックボルトに関する。
【０００２】
【従来の技術】
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後）、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、セメント系或いは樹脂系等の所定の定着材で定着させたり、パイプ式ロックボルト内に圧液を注入して膨張拡径させたりして、トンネルの内壁近くの地盤を強固にするとともに岩盤内部の地盤で支持することで内壁周辺の崩落を防ぐようにしている（支保工）。
【０００３】
図１１は上記圧液を注入して膨張拡径するパイプ式ロックボルトの製造方法の説明である。鋼管本体６１を半径方向に押し潰し二重にするとともに、両脇を丸めて二重管６２を作る（図１１の（１）〜（３））。そして、手元側端部である左側端部に補強用の円筒のスリーブ６３を嵌め、端面を溶接し（図１１の（４）、（５））、スリーブ６３の側面所定箇所から中心方向へ二重管６２の２つの管壁の間まで貫通する小孔を穿設し、圧液（圧水等）の注入孔６４とする（図１１の（５））。二重管６２の先端部にも補強用のスリーブ６５を嵌め、先端にコーン６６を溶接することで図１２に示す如きパイプ式ロックボルト６７が完成する。パイプ式ロックボルト６７のスリーブ６３の部分の断面を図１３に示す。
【０００４】
図１４はパイプ式ロックボルト６７の使用方法を示す説明図である。予め、トンネルの内壁６８から垂直に地山６９の内部に向けてボアホール７０を穿孔しておく（図１４の（１）参照）。パイプ式ロックボルト６７をボアホール７０に打設する場合、ロックボルト打設用アダプタ８１を用いる。すなわち、ロックボルト打設用アダプタ８１を打ち込み機（図示せず）のシャックロッドに結合し、該打ち込み機を稼働し、スリーブ６３位置にベアリングプレート８３嵌め込んだパイプ式ロックボルト６７を、コーン６６からボアホール７０の中に打設する（図１４の（２）参照）。
打設が終わったならば、ロックボルト打設用アダプタ８１を外し、スリーブ６３に圧液注入用アダプタ８２を所定箇所まで嵌める（図１４の（３）参照）。すなわち、パイプ式ロックボルト６７の手元側端部に圧液注入用アダプタ８２を嵌め、スリーブ６３に形成した注入孔６４と圧液注入用アダプタ８２の注入穴８２ａを連通し、注入孔８２ａの入口から圧水等の圧液を注入する。これにより圧液は注入孔８２ａ、注入孔６４を通ってパイプ式ロックボルト６７の内部に入り、高圧によりパイプ式ロックボルト６７の二重管６２を膨張拡径する。この結果、パイプ式ロックボルト６７はボアホール７０の周囲の地山と定着し、直ちにトンネルの内壁近くの地盤を強固にするとともに岩盤内部の地盤を支持することで内壁周辺の崩落を防ぐことができる。
圧液の注入で定着し終わったならば、圧液注入用アダプタ８２を外すと、パイプ式ロックボルト６７の内部の液が抜ける。そして、必要であればパイプ式ロックボルト６７の内部に適宜の注入材を注入する。（図１４（４）参照）。
かかるパイプ式ロックボルトによれば、素早く、簡単な取り付け作業で二重管すなわちボルト６７が放射方向に膨張拡径して周囲地山の岩盤、地盤、土壌を瞬時に締め付ける。たとえば、図１５（ａ）に示すように細かくひびの入っている岩盤にパイプ式ロックボルト６７を取り付けると、ロックボルトの周りの岩盤の塊と塊の間の接触力を放射状の圧力が強め、岩盤強度を高める。又、図１５（ｂ）に示すように、土壌にパイプ式ロックボルト６７を取り付けると、ロックボルトの周りの土壌を瞬時に固め、土壌の強度を高めてロックボルトの固定能力を増大する。
又、パイプ式ロックボルト６７は、図１６（ａ）に示すように、二重管の膨張の最終段階において長さＬが軸方向にＬ′まで縮む。これにより、図１６（ｂ）に示すように地山６９の圧密領域６９ａの岩盤、地盤を軸方向に圧密することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、パイプ式ロックボルトは、折り畳まれた二重管である本体管を地山内に打設した後、該本体管を圧液等で膨張拡径させるようにして周囲の地山と定着し、かつ膨張拡径による押圧力で周囲の地山を締め付ける仕組みになっている。ところが従来のパイプ式ロックボルトでは、引抜方向の力（即ち地山がトンネル内空間に向けて押し出してくる力）に対しては、膨張によって拡径した本体管と、該本体管が接触する周囲の岩盤、地盤との間で発生する摩擦力により抵抗するだけであった。このため、従来のパイプ式ロックボルトは、砂質岩盤のように柔らかい地山では引抜強度の面で不利であった（抜け易かった）。しかし、このような柔らかい地山でも、施工性、地山改良効果等の面からパイプ式ロックボルトを採用したいという要求がある。
以上から本発明の目的は、引抜抵抗の大きなパイプ式ロックボルトを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題は本発明によれば、圧液を注入されて膨張拡径自在な本体管を有し、該本体管の一端に打設先端部材を、他端に圧液を注入するための注入孔を有する打設後端部材をそれぞれ設けたパイプ式ロックボルトにおいて、前記打設先端部材と打設後端部材との間の本体管の外周に膨張拘束筒状部材を配設することにより達成される。このようにすることにより、パイプ式ロックボルトを地山に打設設置し、本体管内を加圧すると、本体管は膨張拘束筒状部材が配設されていない部位で膨張拡径し、膨張拘束筒状部材が配設されている部位で膨脹拡径が拘束されて殆ど膨張拡径しない。この結果、本体管の外周には、膨張拡径した部位と殆ど膨張拡径していない部位によって、軸心方向に連なる形で凹凸が形成されることになる。このため本発明の、パイプ式ロックボルトに軸心方向、従って引抜方向の力が作用しても、本体管の外周の凹凸が地山にひっかかることになり大きな引抜抵抗を発揮する。
また、膨張拘束筒状部材を本体管の外周に所定の間隔で複数個配設する。このようにすれば、パイプ式ロックボルトの地山に対する引抜抵抗を更に向上することができる。
また、円筒スリーブの両端を斜めにカットして膨張拘束筒状部材を形成する。このようにすれば、膨張拡径により膨張拘束筒状部材の一部が破断して矢尻状になって地山に食い込むため、パイプ式ロックボルトの地山に対する引抜抵抗を更に向上することができる。
また、円筒スリーブの軸方向にスリットを設けて膨張拘束筒状部材を形成する。このようにすれば、膨張拡径により膨張拘束筒状部材の一部、すなわち、スリット近辺が外側に地山に食い込む形で変形し、該変形部分が地山に食い込みパイプ式ロックボルトの地山に対する引抜抵抗を更に向上することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１実施例のパイプ式ロックボルトの斜視図、図２は図１のＸ１−Ｙ１線断面図、図３は図１のＸ２−Ｙ２線断面図である。
第１実施例のパイプ式ロックボルト１は、図１に示すように、従来のパイプ式ロックボルトと略同様な二重管２を有している。即ち、この二重管２は、図２及び図３にその断面を示すように、円筒状の鋼管を側方から平らに押し潰して二重にした後、この両側部を丸めて筒状に成型したものである。この二重管２の軸心方向（図１の矢印Ａ、Ｂ方向）における手元側（矢印Ａ側）の端部外周側には補強用スリーブ３が挿嵌されており、補強用スリーブ３の端部３ａは二重管２の手元側端面と溶接されている。補強用スリーブ３及び二重管２には、図２に示すように、該補強用スリーブ３の側面所定箇所に開口部を形成する形で注入孔４が、該補強用スリーブ３の管壁を貫通し、更に二重管２の２つの管壁の間まで貫通して設けられている。一方、二重管２の先端側（矢印Ｂ側）の端部外周側には別の補強用スリーブ５が挿嵌されており、該補強用スリーブ５の先端にはコーン６が溶接乃至装着されている。
【０００８】
更にこのパイプ式ロックボルト１は、図１及び図３に示すように、二重管２の外周側に挿嵌された形で円筒状の拘束パイプ７が４個設けられており（拘束パイプ７の個数は４個に限らず１個以上であれば何個でもよい）、これら拘束パイプ７は、上述した補強用スリーブ３、５の間の位置で、しかも補強用スリーブ３、５の間の長さを略等分（図１では５等分）する位置に配置されている。尚、拘束パイプ７、７間や、拘束パイプ７と補強用スリーブ３の間、拘束パイプ７と補強用スリーブ５の間の間隔は互いに等しくなく不均一な間隔であってもよい。
【０００９】
図４は本発明のパイプ式ロックボルトの施工方法説明図であり、図４（ａ）はパイプ式ロックボルトを地山に取付けた状態を示す図、図４（ｂ）はパイプ式ロックボルトの地山への取付けが完了した状態を示した図である。
トンネル内壁側の、砂質岩盤のような柔らかい地山５０に対してパイプ式ロックボルト１を取付けるには以下のように行う。まず、図示しないトンネル内壁から地山５０にパイプ式ロックボルト１を、先端のコーン６を地山５０内に向け、手元の補強スリーブ３側から叩き込む形で打設設置する。（なお、別の方法として、孔壁が自立できる程度の硬さをもつ地山であれば、まずボアホールを穿孔した後、該ボアホール内にパイプ式ロックボルト１を挿入する形で設置することもできる。パイプ式ロックボルト１の打設設置は、予めベアリングプレート（図４では省略）を先端のコーン６側から手元側の補強スリーブ３位置迄嵌め込んだ状態にして、該ベアリングプレートとスリーブ３を地山５０外に残し、該補強スリーブ３より先端側のその他の部位が全て地山５０内に挿入される形で完了する。打設設置が完了して図４（ａ）に示す状態になった後、手元側の補強スリーブ３に図示しない公知の圧液注入用アダプタを設置し、注入孔４を介して圧水などの圧液を注入する。圧液の注入により二重管２は、図４（ｂ）に示すように所定の部位２ａ（後述）において放射方向（図４（ｂ）の矢印Ｃ方向）に膨張拡径される。その後、圧液注入用アダプタを取り外すと圧液が抜ける、必要であれば二重管２の内部に適宜な注入材を注入する。
【００１０】
このように二重管２の放射方向（矢印Ｃ方向）における膨張拡径により、該二重管２は周囲の地山５０に押し付けられ、パイプ式ロックボルト１が地山５０に定着され支保工としての効果を発揮する。またパイプ式ロックボルト１周囲の地山５０は、二重管２によって放射方向（矢印Ｃ方向）に押圧され締め付けられると共に、二重管２が膨張拡径する分、該二重管２の軸心方向（矢印Ａ、Ｂ方向）の全長が縮むことにより、前記地山５０は軸心方向（矢印Ａ、Ｂ方向）に圧密され、強固な地盤に改良される。このように本実施例のパイプ式ロックボルト１では従来型のパイプ式ロックボルトで発揮していた効果を損なうことがない。
【００１１】
ところで二重管２のうち拘束パイプ７が挿嵌された部位２ｂ（及び補強用スリーブ３、５が挿嵌された部位）は、この拘束パイプ７（又は補強用スリーブ３、５）によって拘束されており殆ど膨張拡径できないので、上述した二重管２の膨張拡径は、図４（ｂ）に示すように拘束パイプ７（又は補強用スリーブ３、５）が挿嵌されていない部位２ａのみで行われる。つまり、二重管２の外周には、膨張拡径した部位２ａと、膨張拡径していない部位２ｂによって軸心方向（矢印Ａ、Ｂ方向）に連なる形で凹凸が形成されることになる。従って、パイプ式ロックボルト１に引抜方向（図４（ｂ）の矢印Ａ方向）の力が作用する際には、部位２ａ、２ｂによる凹凸が地山５０にひっかかる形となり大きな引抜抵抗を発揮する。特に、図４（ｂ）に示すように地山５０のうち各部位２ａに対して軸心方向（矢印Ａ、Ｂ方向）に隣接する部位αは削孔されていない領域であり（即ちパイプ式ロックボルト１を地山５０に打設する際に荒されていない領域であり）、従ってもとのままの大きな剪断耐力を保持しているため、二重管２の部位２ａによりこの部位αを剪断するには極めて大きな引抜力を必要とする。即ち、パイプ式ロックボルト１の軸心方向（矢印Ａ、Ｂ方向）における移動は通常殆ど許容されることがない。このように本実施例のパイプ式ロックボルト１では拘束パイプ７等が設けられていない従来型のパイプ式ロックボルトに比べて大きな引抜抵抗を発揮でき、従って地山５０から抜けにくい優れたパイプ式ロックボルトとなっている。
【００１２】
図５は本発明の第２実施例のパイプ式ロックボルトの斜視図、図６は第２実施例の拘束パイプの側面図である。
パイプ式ロックボルト１１は、第１実施例のパイプ式ロックボルトと拘束パイプの構造だけが異なっており、その他の構造は同じである。即ち、第２実施例のパイプ式ロックボルト１１は、拘束パイプ１７を所定の間隔Ｌ２で２個（図５では２個であるが１個以上であれば何個でもよい）を有している。各拘束パイプ１７は図６の側面図に示すように円筒状スリーブの両側を中心軸に対して斜め方向にカットして作成したものである。尚、第１実施例の拘束パイプ７は、円筒状のパイプ材の両側を中心軸に対して直角方向にカットして作成したものである。従って、各拘束パイプ１７は、二重管２の外周を、該二重管２の軸心方向（矢印Ａ、Ｂ方向）に垂直な面内において、周方向全周に亙って連続的に被覆する本体部１７ａ（図６では長さＤ２に相当する部位）及び、周方向に部分的に被覆する形で、本体部該１７ａから二重管２の軸心方向（矢印Ａ、Ｂ方向）に突出形成された突出部１７ｂ、１７ｂ（図６では長さＤ１、Ｄ３に相当する部位）から構成されている。また二重管２のうち、平らに押し潰した鋼管を筒状に丸めることにより両側部が出会って形成されている部分を折り部２ｔ（図５）とすると、各拘束パイプ１７の一方の突出部１７ｂが該折り部２ｔに沿って位置するように配置されている。
【００１３】
図７は第２実施例の拘束パイプの作用説明図である。パイプ式ロックボルト１１を地山５０に打設設置し、二重管２内に圧液を注入すると、図７（ａ）に示すように、二重管２のうち拘束パイプ１７が挿嵌されていない部位２ａが矢印Ｃ方向である放射方向に膨張拡径する。各拘束パイプ１７では、本体部１７ａに比べて構造上剛性が小さくなっている突出部１７ｂ、１７ｂが、二重管２が膨脹する力によって矢印Ｃ方向に押圧され変形される。変形した突出部１７ｂ、１７ｂは地山５０に食い込んでパイプ式ロックボルト１１の引抜抵抗を向上させる。また、二重管２が膨張する際、該二重管２の構造上、特に折り部２ｔの部位が図７（ｂ）の紙面上方向に大きく膨張しようとするので、折り部２ｔに沿って位置している各拘束パイプ１７の突出部１７ｂは大きく変形させられる。更に、この突出部１７ｂは二重管の全周を拘束していないので二重管の膨張が進行すると図７（ｃ）に示すように変形の結果破断することになる。破断した各拘束パイプ１７の突出部１７ｂは、矢尻状になり地山５０に食い込むので、パイプ式ロックボルト１１は更に大きな引抜抵抗を発揮することができる。
また、破断しなかった部分１７ａは二重管を拘束してその膨張を阻止するので、結果として、図７（ａ）のようにロックボルトに不均質な凹凸部が形成される。
この結果、打設完了済みロックボルトに引き抜き方向の力が作用すると、ロックボルトに形成された凹凸と斜めカットされた拘束パイプの破断部分が地山に引っ掛かる形となって、引抜抵抗を増大させる。よって、拘束パイプがない従来品に比して大きな引抜抵抗を発揮することができる。
【００１４】
図８は第３実施例のパイプ式ロックボルトの斜視図、図９は第３実施例の拘束パイプの側面図である。第３実施例のパイプ式ロックボルト２１は第１実施例のパイプ式ロックボルトと拘束パイプの構造だけが異なっており、その他の構造は同じである。即ち、第３実施例のパイプ式ロックボルト２１はスリットが形成された拘束パイプ２７を有している。尚、図８において拘束パイプ２７は１個のみ示しているが、複数個配設してもよい。拘束パイプ２７は図８の斜視図および図９の側面図に示すように円筒状スリーブの軸方向にスリット２７ｃ、２７ｃを有する形状を備えている。すなわち、拘束パイプ２７は、二重管２の外周を、該二重管２の軸心方向（矢印Ａ、Ｂ方向）に垂直な面内において、周方向全周に亙って連続的に被覆する本体２７ａ（図９では長さＤ１２に相当する部位）及び、周方向に部分的に被覆する形で、本体２７ａから二重管２の軸心方向（矢印Ａ方向）に突出形成された突出部２７ｂ（図９では長さＤ１１に相当する部位）から構成されている。即ち、突出部２７ｂは、二重管２の軸心方向（矢印Ａ、Ｂ方向）に形成されたスリット２７ｃによって分割された筒状に形成されている。尚、本実施例ではスリット２７ｃは２つだけであるが、スリットを３つ以上形成してもよい。
【００１５】
図１０は第３実施例の拘束パイプの作用説明図である。パイプ式ロックボルト２１を地山５０に打設設置し（図１０（ａ））、二重管２内に圧液を注入すると、拘束パイプ２７はスリット２７ｃがある部分は変形しやすくスリットがない部分は変形し難いので、二重管の膨張拡径とともに図１０（ｂ）のように、空出部２７ｂのみが二重管の膨張を許容し、本体部２７ａが二重管を拘束し続ける。この結果、ボルトに凹凸が形成され、さらに、拘束パイプ２７のスリット２７ｃによって大きく変形した部分が地山に食い込んだ形となる。すなわち、圧液注入により二重管２のうち拘束パイプ２７が挿嵌されていない部位２ａが膨張拡径する。又、拘束パイプ２７の部位では、本体部２７ａに比べて構造上剛性が小さくなっている突出部２７ｂが、特に剛性が小さいスリット２７ｃの近傍部分において、二重管２が膨脹する力によって外側方向に押圧されて変形する。この変形した突出部２７ｂが地山５０に食い込んでパイプ式ロックボルト１１の引抜抵抗を向上させる。
この場合、スリット２７ｃを二重管２の折り部２ｔに沿って配置しておけば第２実施例と同じ要領で突出部２７ｂの変形を大きくでき、引抜抵抗を更に向上できる。又、拘束パイプ２７の突出部２７ｂは、本体部２７ａの手元側（矢印Ａ側）に設けられており、又、二重管２の膨張拡径により、該二重管２の軸心方向の全長が膨張前に比べて短くなり、その結果、膨張拡径が進行する際に二重管２全体が補強スリーブ３側の図示しない座金に向かって手元方向（矢印Ａ方向）に引っ張られることになる。この引っ張りにより、拘束パイプ２７の突出部２７ｂは一層地山に食い込むことになり、パイプ式ロックボルト２１の地山に対する定着は一層確実なものとなる。
以上より、打設完了済みロックボルトに引き抜き方向の力が作用すると、ロックボルトによって生じた凹凸部と、拘束パイプの地山に引っ掛かった部位とで、大きな引抜抵抗を発揮し、容易に抜けることがない。
【００１６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、パイプ式ロックボルトを地山に打設設置し、本体管内を加圧すると、本体管は膨張拘束筒状部材が挿嵌されていない部位で膨張拡径し、膨張拘束筒状部材が挿嵌されている部位で殆ど膨張拡径しない。この結果、本体管の外周に、膨張拡径した部位と殆ど膨張拡径していない部位が発生し、軸心方向に連なる形で凹凸が形成されることになり、パイプ式ロックボルトに軸心方向、従って引抜方向の力が作用しても、本体管の外周の凹凸が地山にひっかかることになり大きな引抜抵抗を発揮できる。
【００１７】
また本発明によれば、膨張拘束筒状部材を本体管の外周に所定の間隔で複数個配設しているので、パイプ式ロックボルトの地山に対する引抜抵抗を更に向上することができる。
【００１８】
また本発明によれば、円筒スリーブの両端を斜めにカットして膨張拘束筒状部材を形成したから、膨張拡径により膨張拘束筒状部材の一部が破断して矢尻状になって地山に食い込むことになるので、パイプ式ロックボルトの地山に対する引抜抵抗を更に向上することができる。
【００１９】
また本発明によれば、円筒スリーブの軸方向にスリットを設けて膨張拘束筒状部材を形成したから、膨張拡径により膨張拘束筒状部材の一部、すなわち、スリット近辺が外側方向に地山に食い込む形で変形し、変形部分が地山に食い込みパイプ式ロックボルトの地山に対する引抜抵抗を更に向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の第１実施例のパイプ式ロックボルトの一例を示した斜視図である。
【図２】図１のＸ１−Ｙ１線断面図である。
【図３】図１のＸ２−Ｙ２線断面図である。
【図４】本発明のパイプ式ロックボルトの施工方法説明図である。
【図５】本発明の第２実施例によるパイプ式ロックボルトの斜視図である。
【図６】第２実施例の拘束パイプの側面図である。
【図７】第２実施例の拘束パイプの作用説明図である。
【図８】本発明の第３実施例によるパイプ式ロックボルトの斜視図である。
【図９】拘束パイプの側面図である。
【図１０】第３実施例の拘束パイプの作用説明図である。
【図１１】パイプ式ロックボルトの製法を示す説明図である。
【図１２】従来のパイプ式ロックボルトの斜視図である。
【図１３】従来のパイプ式ロックボルトの断面図である。
【図１４】従来のパイプ式ロックボルトの使用方法説明図である。
【図１５】従来のパイプ式ロックボルトの効果説明図である。
【図１６】従来のパイプ式ロックボルトの別の効果説明図である。
【符号の説明】
１・・パイプ式ロックボルト
２・・本体管（二重管）
３・・打設後端部材（補強用スリーブ）
５・・打設先端部材（補強用スリーブ）
７・・膨張拘束筒状部材（拘束パイプ）
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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