(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロックボルト孔に硬化材を充填してロックボルトの挿入を行い、ロックボルトを前記硬化材の硬化により定着させる地山安定用のロックボルトの施工方法において、ほぼロックボルト孔の径に相当する外径を有する円盤状の硬化材支持弁を予め前記ロックボルトの外周に、該ロックボルトの軸方向に移動可能な状態に装着しておき、前記ロックボルトの外周の前記硬化材支持弁より上方に、ロックボルト孔の径方向に延びる複数の脚部を備えた硬化材押上げ金具を、１または複数取り付け、前記ロックボルトの外周の前記硬化材支持弁より下方に、ロックボルトを貫通させるためのロックボルト挿入口と空気抜き孔を有する硬化材落下防止弁を装着しておき、前記ロックボルトの挿入の際、前記硬化材押上げ金具によりロックボルト孔内に充填された硬化材を前記脚部で押し上げつつ、硬化材の流下を前記硬化材支持弁により抑制し、前記硬化材支持弁でロックボルト孔の孔口を閉塞し、硬化材の落下を抑制することを特徴とするロックボルトの施工方法。
【請求項２】
ロックボルトの外周に取り付けるための取付け部と、前記取付け部からロックボルトの径方向外側へ延びる複数の脚部とからなり、前記脚部の先端部に拡大部を設けてなり、該脚部は、ロックボルトのロックボルト孔への挿入方向と逆方向斜めに広がり、バネによってロックボルトの径方向外側に付勢されていることを特徴とする硬化材押上げ金具。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、ＮＡＴＭ工法などで用いられる接着式ロックボルトの施工方法およびその施工方法に用いる補助具に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の接着式ロックボルトの方式としては、全面接着式ロックボルト、注入型ロックボルト、先端定着カプセル方式などがある。
【０００３】
このうち、注入型ロックボルトは、予め穿孔されたロックボルト孔にロックボルトと注入管、排気管を同時に挿入し、注入管からモルタルを充填する方法、もしくはロックボルト孔に中空式ロックボルトを挿入し、ロックボルトに設けられた排出口よりモルタルを注入する方法であるが、施工に時間がかかること、ロックボルト孔の壁面が荒れている場合には注入管と排気管の挿入が困難となること、コスト高になること等の理由から一般には用いられない。
【０００４】
また、先端定着カプセル方式は、予め穿孔されたロックボルト孔の先端にレジン等の瞬結性定着材の入ったカプセル等を挿入した後に、モルタルを注入し、ロックボルトを挿入してカプセルを突き破ることによって、ロックボルト先端を地山に接着する方法であるが、定着材カプセルが高価であるため、地下水が多い等の特殊な場合を除いて一般には用いられない。
【０００５】
このようなことから、ＮＡＴＭ工法によるトンネル施工でのロックボルト工においては、通常の場合にはモルタルを定着材とした全面接着式ロックボルトを用いている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、ＮＡＴＭ工法によるトンネル施工でのロックボルト工においては、全面接着式ロックボルトが一般的であるが、トンネル肩部から天端にかけての上向き打設の場合には、ロックボルト挿入時にモルタルがだれ落ち、ロックボルト先端付近が未定着となるケースが指摘されている。
【０００７】
従来のロックボルト工に関する品質管理では、上記の状況を検査する有効な手段がなく、引抜き耐力が既定値を満足するか否かのみを評価していた。しかしながら、トンネル断面の拡大に伴うロックボルトの長尺化を契機に、適正な地山改良幅の確保が要求されるようになった。
【０００８】
また、施工後にロックボルト長を検査するための非破壊検査法の開発も進められており、今後はロックボルト長ならびに定着長に関する項目も品質管理項目として重要となると考えられる。
【０００９】
本願発明は上述のような背景のもとに開発されたものであり、全面接着式ロックボルト工法において、上向きロックボルトを完全にまたはほぼ全面接着することができ、かつ経済性にも優れたロックボルトの施工方法およびその施工に適した補助具を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本願の請求項１に係る発明は、ロックボルト孔に硬化材を充填してロックボルトの挿入を行い、ロックボルトを前記硬化材の硬化により定着させる地山安定用のロックボルトの施工方法において、ほぼロックボルト孔の径に相当する外径を有する円盤状の硬化材支持弁を予め前記ロックボルトの外周に、該ロックボルトの軸方向に移動可能な状態に装着しておき、前記ロックボルトの外周の前記硬化材支持弁より上方に、ロックボルト孔の径方向に延びる複数の脚部を備えた硬化材押上げ金具を、１または複数取り付け、前記ロックボルトの外周の前記硬化材支持弁より下方に、ロックボルトを貫通させるためのロックボルト挿入口と空気抜き孔を有する硬化材落下防止弁を装着しておき、前記ロックボルトの挿入の際、前記硬化材押上げ金具によりロックボルト孔内に充填された硬化材を前記脚部で押し上げつつ、硬化材の流下を前記硬化材支持弁により抑制し、前記硬化材支持弁でロックボルト孔の孔口を閉塞し、硬化材の落下を抑制することを特徴とするものである。
【００１１】
硬化材は、取り扱いの容易さやコストの面から主としてモルタルを考えているが、各種モルタルが使用可能であり、またモルタル以外の硬化材であってもよい。
【００１２】
また、通常、硬化材はロックボルトの挿入に先立って、注入管などによりロックボルト孔に充填されるが、例えば先端部の一部をモルタルパック等、硬化材を充填したパックに置き換え、ロックボルトの挿入によりパックを突き破る方式を採用すれば、ロックボルト孔先端部の硬化材の充填状態をより確実なものとすることができる。
【００１３】
ロックボルトとしては、直径２２〜２９ｍｍの異形棒鋼（ツイスト棒鋼、全ねじ棒鋼等を含む）が一般的であり、市販のものを利用することができる。ロックボルトの長さは、地山状況やトンネル径などによっても異なり、２〜６ｍ程度が一般的であるが、本願発明は特にロックボルトが長い場合において効果が大きい。ロックボルトが挿入されるロックボルト孔は、一般的には３４〜４２ｍｍ程度となる。
【００１４】
以上は、従来、一般的な材料、数値を挙げたものであり、本願発明も上記の範囲で適用される場合が多いが、必ずしもこれらに限定されるものではない。
【００１５】
硬化材支持弁は、ロックボルトの外周に装着した状態で、ロックボルトとロックボルト孔との間の空間をロックボルトの軸方向にほぼ閉塞するようにしたものであり、それによりロックボルトを挿入する際にモルタル等の硬化材が孔口方向に流れ出すのを抑制する。
【００１６】
ただし、硬化材の流下によりロックボルト孔の先端に空隙が生ずるのを防止するのが本来の目的であり、硬化材からの抵抗によりロックボルトの軸方向に移動することで、ロックボルトの先端がロックボルト孔の先端部に到達するようになっている。
【００１７】
硬化材支持弁とロックボルトの外周が比較的密着した状態で、硬化材の流下を抑制でき、かつロックボルト孔の孔壁との干渉が少ない材料としては、ゴムなどの弾性、可撓性を有する材料からなるものが望ましいが、ロックボルトの外周に装着でき、モルタルの流下を抑制しつつ、ロックボルトの軸方向に移動可能なものであれば、特に限定されるものではなく、例えば合成樹脂製や金属製のものでもよい。
【００１９】
硬化材押上げ金具は、ロックボルトの外周に取り付け、ロックボルトをロックボルト孔に挿入して行く際、その脚部でモルタル等の硬化材を押し上げて、ロックボルト孔の先端部分に空隙が生ずるのを抑止するとともに、硬化材中での脚部の抵抗によりロックボルトの落下を防止する機能も有している。
【００２０】
従来、この種の硬化材押上げ金具としては、ロックボルトへの取付け部と複数の脚部とからなるものが知られている。
【００２２】
硬化材落下防止弁は、ロックボルト孔の孔口において、硬化材の漏れ出しを抑制するためのものであり、孔口に止めた状態で、ロックボルト挿入口よりロックボルトを押し込むことができる。また、挿入したロックボルトの体積に相当する量の空気あるいは硬化材を逃がす必要があり、そのための空気抜き孔が設けられている。
【００２３】
なお、この硬化材落下防止弁は、機能面において、従来の後注入方式に用いられる口元パッカーと共通する部分があるが、従来の口元パッカーがロックボルト挿入口、空気抜き孔の他、モルタル注入口を有しているのに対し、本願発明では基本的には硬化材が先に注入されるため、硬化材落下防止弁には硬化材注入口を設けていない。
【００２５】
硬化材支持弁については、例えばほぼロックボルト孔の径に相当する外径を有する円盤状の部材がゴム製であり、中央部に複数の切れ目を設けてロックボルトを挿通可能としたものを用いることができる。
【００２６】
ゴム製の硬化材支持弁の場合、弾性、可撓性を有することで、ロックボルトの外周に密着した状態で、硬化材の流下を抑制でき、またロックボルト孔の孔壁とぶつかっても弾性的に変形し、ロックボルトの挿入途中で特定の場所に止まって機能しなくなるといった恐れがない。
【００２７】
また、このように中央部に切れ目を入れることで、容易にロックボルト挿入部を形成することができ、ロックボルトをロックボルト孔に挿入して行くときは、硬化材から受ける抵抗によりロックボルトに沿って移動させることができる。
【００２８】
本願の請求項２に係る硬化材押上げ金具は、ロックボルトの外周に取り付けるための取付け部と、前記取付け部からロックボルトの径方向外側へ延びる複数の脚部とからなり、前記脚部の先端部に拡大部を設けてなり、該脚部は、ロックボルトのロックボルト孔への挿入方向と逆方向斜めに広がり、バネによってロックボルトの径方向外側に付勢されていることを特徴とするものである。
【００２９】
拡大部を設けたことで、ロックボルト孔の断面に対する閉塞率が高くなり、押し上げ効果が高まる。
【００３１】
ロックボルト孔への挿入方向と逆方向斜めに広がる形状としたのは、挿入を容易にするとともに、バネでロックボルトの径方向外側に付勢することで、ロックボルト孔との間に隙間を生じさせず、かつ孔径が異なる場合や、孔径が一定でない場合にも対処できるようにしたものである。
【００３２】
なお、ここでいうバネは、脚部自体が板バネであってもよく、また脚部の取付け基部に別途バネを介在させたものなどでもよい。
【００３５】
【発明の実施の形態】
図１は、本願の請求項１に係るロックボルトの施工方法の一実施形態を示したものであり、以下の手順で作業を行う。
【００３６】
〔手順１〕
ロックボルト１に押上げ金具３およびモルタル支持弁２とモルタル落下防止弁４を装着する（図１(a) 参照）。
押上げ金具３を１段のみ装着する場合は、ロックボルト１の頭部に装着する。２段に装着する場合は、図２に示すように、例えばロックボルト１の頭部と中間部に装着する。
モルタル支持弁２は押上げ金具３の下方に装着する。モルタル落下防止弁４はボルト下部に装着し、施工の際、ロックボルト孔ａの孔口に止まるようにする。
【００３７】
〔手順２〕
モルタル注入管８を、予め穿孔されたロックボルト孔ａの先端まで挿入し、モルタル９を注入しながら引き下げる（図１(b) 参照）。モルタル注入量はロックボルト１挿入後に、モルタル９がロックボルト孔ａに充満する量とする。
【００３８】
〔手順３〕
ロックボルト１をロックボルト孔ａに挿入する（図１(c) 参照）。モルタル９は押上げ金具３によって押し上げられつつ、一部は下降する。このとき、モルタル支持弁２はモルタル９の下降に応じて、ロックボルト１の下方へ移動する。また、モルタル落下防止弁４は孔口に止まる（図１(d) 参照）。
【００３９】
図３は、請求項２に係る硬化材押上げ金具３の一実施形態を示したものである。押上げ金具３としては、従来から円筒状の取付け部３ａと複数の脚部３ｂとからなるものが用いられているが、この例では脚部３ｂの先端部に拡大部３ｃを形成することで、モルタルの押上げ効果を増している。
【００４０】
脚部３ｂ部分はバネ鋼材よりなり、図３(c) に示されるように、ロックボルト１の挿入方向と逆方向に開いた状態で、拡大部３ｃが形成された先端部がロックボルト孔ａの孔壁に当接するようになっている。
【００４１】
すなわち、押上げ金具３は、ロックボルト孔ａへの挿入時に、脚部３ｂ部分が狭められ、閉合部分でモルタル９を押し上げるとともに、開口部から余分なモルタルを排出する。なお、従来のものでは、ロックボルト１をロックボルト孔ａへ挿入する時の閉合面積が小さいため、モルタル押上げ効果が小さい。
【００４２】
図４は、硬化材支持弁の一形態を示したものである。ここで示したモルタル支持弁２は、厚さ３ｍｍ程度の円板状の硬質ゴムなどからなり、中央部に切れ目２ａを入れることで、その部分にロックボルト１を挿入できるようになっている。
【００４３】
このモルタル支持弁２は、下降してきたモルタルを受け止めつつ、モルタル重量によって、徐々にロックボルト１の下方へ移動する。ただし、モルタル支持弁２が弾性を有することで、ロックボルト孔ａを完全には閉塞せず、支持弁２の周辺およびロックボルト１挿入部より空気とモルタルが移動できるようになっている。
【００４４】
図５は、硬化材落下防止弁の一実施形態を示したものである。落下防止弁４は、後注入方式に用いられる口元パッカーとして同種のものがあるが、従来の口元パッカーはボルト挿入口、モルタル注入口、空気抜き口を併設したものである。この落下防止弁４は、後注入を目的としないため、ボルト挿入口４ａと空気抜き口４ｂのみから構成される。材質は硬質ゴムなどが適する。
【００４５】
なお、この落下防止弁４はロックボルト１先端部へのモルタル充填より、むしろロックボルト１挿入時に余分なモルタルが落下することを防止し、モルタルを密に充填することを主目的としている。従って、モルタル注入量が適正に管理されれば、ロックボルト１の施工方法としては、落下防止弁４を必ずしも必要としない。
【００４６】
図６は、本願の請求項１に係るロックボルトの施工方法の他の実施形態として、モルタルパックを用いた場合を示したものであり、以下の手順で作業を行う。
【００４７】
〔手順１〕
ロックボルト１に押上げ金具３およびモルタル支持弁２とモルタル落下防止弁４を装着する（図１(a) 参照）。
押上げ金具３を１段のみ装着する場合は、ロックボルト１の頭部に装着する。２段に装着する場合は、図２に示したように、例えばロックボルト１の頭部と中間部に装着する。
モルタル支持弁２は押上げ金具３の下方に装着する。モルタル落下防止弁４はロックボルト１の下部に装着し、施工の際、ロックボルト孔ａの孔口に止まるようにする。
【００４８】
〔手順２〕
予め穿孔されたロックボルト孔ａに、固定金具７ａとともにモルタルパック７をモルタル注入管８で押し上げ、挿入する（図６(b) 参照）。
【００４９】
〔手順３〕
モルタル９を注入しながらモルタル注入管８を引き下げる（図６(b) 参照）。このとき、モルタル注入量はロックボルト１挿入後に、モルタルパック７分も含め、ロックボルト孔ａに充満する量とする。
【００５０】
〔手順４〕
ロックボルト１をロックボルト孔ａに挿入する（図６(c) 参照）。モルタル９は押上げ金具３によって押し上げられつつ、一部は下降する。このとき、モルタル支持弁２はモルタル９の下降に応じて、ロックボルト１の下方へ移動する。また、モルタル落下防止弁４は孔口に止まる（図６(d) 参照）。
【００５１】
〔手順５〕
ロックボルト１の先端でモルタルパック７を押し破る（図６(e) 参照）。
【００５２】
図７は、図６の実施形態で用いるモルタルパック７の一例を示したものである。このモルタルパック７は、直径３０ｍｍ前後の不溶性の紙製筒等に、モルタル９を充填したものであり、施工現場において容易に作成することができる。モルタルパック７は、底部に番線を十字に組んだ固定用金具７ａを取り付け、モルタル注入管８で押し上げるように挿入することができる。
【００５３】
なお、モルタルパック７は、ロックボルト孔ａに湧水があり、孔内でモルタルが安定し難い場合等に補助的に用いるものであり、施工条件によっては必要としない。
【００５４】
次に、本願発明の効果を確認するために、岩石供試体を用いた実験について説明する。
【００５５】
本願発明の施工方法においては、押上げ金具の効果が最も大きいと考えられるため、押上げ金具をパラメータとした実験ケース（下の表１参照）を実施した。
【００５６】
なお、本来は、ロックボルト挿入によってモルタルが溢れることなく打設できるように適正量を注入すべきであるが、今回の実験では孔内にモルタルを満充填した。このため、モルタル落下防止弁は用いていない。
【００５７】
実験に用いた岩石供試体は、花崗岩（推定強度１８０Ｎ／ｍｍ2 ）であり、φ４０ｍｍ、長さ６００〜８００ｍｍの孔を穿孔したものである。また、高強度の花崗岩であるため、孔壁は非常に滑らかになっている。ロックボルト打設後は、割岩によってモルタルの充填具合を確認した。
【００５８】
【表１】
0004371541.tif 000002
【００５９】
上記表１の打設ケースにおける具体的な条件は以下の通りである。
(1)モルタルは実施工と同様のドライモルタルとモルタルポンプを用いる。
(2)ロックボルトは１０００ｍｍ長に切断したものを用いる。
(3)押上げ金具の形式１は、従来のロックボルト落下防止金具である。
(4)押上げ金具の形式２は、本願の請求項２に係る押上げ金具（図３参照）である。
(5)押上げ金具個数が１の場合は、ロックボルト先端に装着する。
(6)押上げ金具個数が２の場合は、先端と中間部の２段装着とする。
(7)岩石供試体に打設後、１日以上の養生期間の後に岩石を破砕して充填状況を確認する。
【００６０】
表２は、上記各打設ケースにおける実験結果を示したものである。
【００６１】
【表２】
0004371541.tif 000003
【００６２】
実験結果より、従来のロックボルト落下防止金具に相当する押上げ金具を２段に設置し、モルタル支持弁と併用することで完全に近い充填が可能と思われる。しかし、改良型である本願の請求項２に係る押上げ金具の方が効果的であることは明白である。
【００６３】
また、改良型の押上げ金具とモルタル支持弁との組み合わせで、高いモルタル押上げ効果が得られた。
【００６４】
【発明の効果】
本願発明の施工方法によれば、接着式ロックボルトの上向き施工においても、モルタルなどの硬化材をロックボルト先端まで完全またはほぼ完全に充填することができ、低コストで高い地山改良効果を得ることができる。
【００６５】
本願発明の施工方法に用いる補助具としての押上げ金具は、施工現場において手作業により容易に装着することができ、またそれぞれ安価に製作することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本願の請求項１に係るロックボルトの施工方法の一実施形態における施工手順を示す断面図である。
【図２】 ロックボルトに硬化材押上げ金具を複数装着する場合を概念的に示した図である。
【図３】  請求項２に係る硬化材押上げ金具の一実施形態を示したもので、(a) は側面から見た斜視図、(b) は平面図、(c) はロックボルト孔内でのロックボルトへの装着状態を示す図である。
【図４】  硬化材支持弁の一実施形態を示したもので、(a) は平面図、(b) はロックボルト孔内でのロックボルトへの装着状態を示す図である。
【図５】  硬化材落下防止弁の一実施形態を示す斜視図である。
【図６】  本願の請求項１に係るロックボルトの施工方法の他の実施形態として、モルタルパックを用いた場合の施工手順を示す断面図である。
【図７】  図６の実施形態で用いるモルタルパックの一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
ａ…ロックボルト孔、１…ロックボルト、２…支持弁、２ａ…切れ目、３…押上げ金具、３ａ…取付け部、３ｂ…脚部、３ｃ…拡大部、４…落下防止弁、４ａ…ボルト挿入口、４ｂ…空気抜き口、５…モルタル、６…支圧板、７…モルタルパック、７ａ…固定金具、８…モルタル注入管、９…モルタル
【図１】
0004371541.tif 000004
【図２】
0004371541.tif 000005
【図３】
0004371541.tif 000006
【図４】
0004371541.tif 000007
【図５】
0004371541.tif 000008
【図６】
0004371541.tif 000009
【図７】
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