JP2006299546A - ロックボルト - Google Patents

Abstract

【課題】 現場設計によって、地山状況に応じたロックボルト耐力を設定でき、施工段階においては、ロックボルトを保持する定着材の強度が発現するまでの早い時期にロックボルトの引抜き耐力を十分確保する。
【解決手段】 ロックボルト本体の長手方向に、所定間隔をあけて、たとえば外形が、前記ロックボルト本体が挿入される孔奥側に向けて尖った錘状部を有し、前記ロックボルト本体周面の所定位置に直接圧接あるいは、配置された鋳型による鋳造によって、節アンカーを後付け形成した節付きアンカー形状のロックボルトとした。
【選択図】 図１

Description

本発明はロックボルトに係り、ロックボルト部分に所定間隔をあけて節アンカーを設け、節アンカーと定着材との十分な付着を図るようにしたロックボルトに関する。

一般に、山岳工法でトンネルを構築する場合、トンネル周辺地山の支保機能を有効に活用し、掘削後の地山の安定を図るために、吹付けコンクリート・ロックボルト・鋼製支保工が主要な支保部材として確保される。このうちロックボルトは全面定着方式、摩擦定着方式、及びこれらの併用方式に大別される。これらのうち、全面定着方式によるロックボルトは、鋼製のアンカーとセメントモルタルなどの定着材によりロックボルト全長を地山に定着させる方法で、地山の種類・強度、ロックボルトの材質・形状、定着材の強度・材齢によりロックボルトの作用効果が左右される。ロックボルトの作用効果を掘削後早期こ確保することは、トンネル周辺地山の支保機能最大限に活用することとなり、掘削サイクルを向上させトンネル工事の高速施工を可能する。また、ロックボルトの作用効果が増大することにより鋼製支保工の省略が可能となりトンネル工事のコスト縮減につながる。さらに、シングルシェルの実現にむけて必要不可欠な施工法となる。

従来、全面接着型ロックボルトとしては、地山状況に応じて鋼製アンカーの長さが主に３ｍまたは４ｍで径が２１〜２５mmのねじり棒鋼、異形棒鋼、全ねじ棒鋼が採用されている。また、定着材の施工方法には、地山状況に応じてセメントモルタルを主に使用する充填式とセメントミルクを主に使用する注入式がある。いずれの場合も掘削サイクル上、ロックボルト施工後すぐに切羽の掘削となるため、早期にアンカーとしての作用効果の発現が必要となる。定着材の強度が十分に発現されるまでは、鋼製アンカーの表面形状の違いにより引抜き最大荷重が異なり、ねじり棒鋼のほうが異形棒鋼に比較し大きいが、作用効果として十分とはいえなかった。

そこで、鋼製アンカーの表面形状に工夫をして、付着切れを予防し、定着材硬化後の付着力を確保したロックボルトが提案されている（特許文献１）。このロックボルトは、従来のねじり棒鋼に所定間隔をあけて短い範囲でネジ節部を形成し、全体としてねじり棒鋼の粗い節ピッチ区間と、ネジ節部の密な区間とを交互に設けることで定着材の半硬化段階での付着切れと、硬化後の定着材との付着力を確保するようにした。

また、熱間圧延段階で、ロックボルトの表面に２種類の異なった形成角度、形成間隔を有する長大節と、短小節とをロックボルトの表面において所定の体積比で形成するようにしたロックボルトも提案されている（特許文献２）。

特開平１１−３２４５９５号公報。 特開２００１−２１４７００号公報。

上述したいずれのロックボルトも、地山支保段階で十分な強度を発揮でき、定着材との付着力を期待することができるが、その性能が製造段階で設計された節の形状、形成ピッチ等により決定されるものであった。そのため、その現場での地山状態に応じて、ロックボルトの施工後に、ロックボルトとともに孔内に充填され定着材の強度が発現するまでの間、早期にロックボルトの引抜き耐力を増加させ、その作用効果を十分に発現させることが可能なロックボルトの開発が望まれていた。そこで、本発明の目的は上述した従来の技術が有する問題点を解消し、本発明は、ロックボルトの長手方向の中間位置に所定形状のアンカーを形成し、それらの形状、個数を適正に変更することで、ロックボルトの各アンカーと定着材との付着を増加させることで、定着材の早期材齢におけるロックボルトの作用効果を確保し、ロックボルトを適用可能な地山条件の範囲を広げることが可能にしたロックボルトを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明はロックボルト本体の長手方向に、所定間隔をあけて節アンカーを後付け形成したことを特徴とする。

このとき、前記節アンカーは、前記ロックボルト本体が挿入される孔奥側に向けて尖った錘状部を有し、前記ロックボルト本体に後付け形成することが好ましい。

または前記節アンカーは、鍔状体をなし、前記ロックボルト本体に後付け形成することが好ましい。

あるいは前記節アンカーは、複数本の、前記ロックボルトが挿入される孔奥側に尖るように屈曲された枝状体をなし前記ロックボルト本体に後付け形成することが好ましい。

その固定手段として、前記節アンカーは、前記ロックボルト本体周面の所定位置に直接圧接あるいは、配置された鋳型による鋳造により形成することが好ましい。

、前記節アンカーは、該アンカーの一部に開口が形成され、該開口を介して前記ロックボルト本体の周面に係合可能に嵌合させて、前記ロックボルト本体に固定することが好ましい。

前記節アンカーは、該アンカーを前記ロックボルト本体周面に螺合可能なナット状の円筒フランジが設けられ、前記ロックボルト本体に螺合して固定することが好ましい。

前記節アンカーは、前記ロックボルト端を連結可能なスリーブジョイント周面に形成され、該スリーブジョイントにより、複数本の短ロックボルトを連結することで、節アンカーを配設することが好ましい。

定着材の確実な充填のために、前記節アンカーは、定着材通過部が一部に形成することが好ましい。

さらに、前記節アンカーは、各節アンカーの定着材通過部近傍に定着材供給手段の開口端が配置することが好ましい。

本発明によれば、トンネル掘削が進行している段階で、現場設計によって、地山状況に応じたロックボルト耐力を設定でき、施工段階においては、ロックボルト本体に所定間隔をあけて形成された節アンカーによって、定着材の強度が発現するまでの早い時期にロックボルトの引抜き耐力を十分確保することができるという、作用効果を十分に発揮することができる。

以下、本発明のロックボルトの実施するための最良の形態として、以下の実施例について添付図面を参照して説明する。

図１各図は、同図（ａ）に示した本発明の実施例によるロックボルト１０の施工段階を追って示した説明図である。同図（ａ）には、ロックボルト本体１１と、ロックボルト本体１１に、圧接加工によって所定ピッチで形成された節アンカー１２とが一体化されたロックボルトが示されている。本実施例のロックボルト１０の節アンカー１２は、圧延加工され、製造された異形棒鋼からなるロックボルト本体１１に対して図２に拡大して示したように、４片のボルト先端側（ロックボルト孔奥側）を挿入時の抵抗を少なくするため、孔奥側に向けて尖った錘状部１３をなし、後端１４（ロックボルト孔口元側）は、ロックボルト荷重作用時の引抜き抵抗を増大させるために、錘状部１３から一体的に形成される円柱状に仕上げられている。また、定着材注入時の節アンカー１２位置での定着材の充填性を高めるために、同図（ｂ）に示したように、定着材通過部としての、略十字形状のスリット１５が節アンカー１２の長手方向にかけて形成されている。この節アンカー１２の取り付け方法としては、異形棒鋼あるいはネジ棒鋼、ねじり棒鋼等の各種の表面形状を有するロックボルト本体１１に対して確実に外付け固定可能な方法として、ロックボルト本体１１の所定位置に節アンカー１２部材を圧接する、あるいは節アンカー１２を鋳鉄部材として、ロックボルト本体１１の所定位置に、ロックボルト本体１１を中子として鋳型を配置して鋳造することができる。図１に示した本実施例では、全長が４ｍの異形棒鋼をロックボルト本体１１とし、長手方向に１ｍ間隔をあけて３個所に節アンカー１２を形成した。本実施例における節アンカー１２はアンカー径（Ｄ２５）に対して外周径が５０ｍｍとなるように設定された。通常は、アンカー径の１．５〜２倍程度の節アンカー１２の外径とすることが好ましい。また節アンカー１２に沿って幅１０ｍｍの略十字形状のスリット１５を設けた（図２（ｂ）参照）。

ここで、節アンカー１２の変形例について、図３、図４を参照して説明する。図３は、節アンカー１２の変形例として、鍔状体１６をロックボルト本体１１に取り付けたタイプのロックボルトを示している。この鍔状体１６は、内面にネジ棒鋼に螺合可能な筒状フランジ１７に支持された円板状をなす鋼板加工板からなる。この筒状フランジ１７をロックボルト本体１１にナット状に螺合し、鍔状アンカーを所定位置に配置することができる。鍔状体１６の節アンカー１２の表面には充填材貫通孔が複数個形成され、アンカー位置での定着材３０（図１（ｃ）参照）の充填性を確保できるようになっている。なお、この鍔状体１６の直径は、ロックボルト用の地山削孔径より十分小さいが、挿入時の施工性を考慮し、孔奥側の鍔直径を小さく設定することが好ましい。また、必要に応じて孔奥に向かってテーパ状をなす、そり状の補助部材（図示せず）を鍔外周に取り付け、挿入性能を高めることも好ましい。

図４は、図３に示したのと同様の筒状の支持フランジ１７に略Ｖ字形に屈曲加工した複数本の枝状体１８が取り付けられた節アンカー１２の変形例を示している。同図に示したように、先端側に向けて尖ったテーパ状をなした複数本（４本：同図（ｂ）参照）の枝状体１８からなる節アンカー１２が、ネジ棒鋼にナット状に螺合された状態の支持フランジ１７を介してロックボルト本体１１に固定されている。

次に、節アンカー１２をロックボルト本体１１に固定する手段について、図５〜図７を参照して説明する。

図５には、アタッチメント方式の例として、内周面に、ロックボルト本体１１の周面加工模様の凹凸形状に係合可能な凹凸形状が形成され、周方向の一部が切り取られた開口部を有する断面形状をなす節アンカー１２が示されている。このアタッチメント方式では、同図（ａ）に示したように、図示しない定着治具を用いて節アンカー１２Ａの開口部１２ａを弾性変形させて押し広げ、ロックボルト本体１１の長手方向の所定位置にはめ込むように取り付けるものでる。このとき、節アンカー１２Ａの変形例の内周面の凹凸形状と、ロックボルト本体１１周面の凹凸形状とを係合させることで節アンカー１２Ａとロックボルト本体１１とを一体化させることで、ロックボルト本体１１の長手方向の強度を十分確保することができる。なお、開口部１２ａ位置を通じて充填材をロックボルト全体に送ることが可能になる。なお、このアタッチメント方式による節アンカー１２Ａの形成は鋼製のロックボルトに限らず、ファイバーボルトにも適用することができる。ファイバーボルトは掘削に応じて、掘削位置に配置された部分が切断されて施工が進行することが予想されるが、この場合、従来のファイバーボルトでは、切断され地山内に残置したファイバーボルトの定着長が不足し、引き抜き耐力が確保できない場合が生じやすい。その場合にも、施工段階を考慮した位置にこの節アンカー１２Ａをアタッチメント方式等で取り付けておくことで、切断されて短くなったファイバーボルトの引き抜き耐力を十分確保することも可能である。

図６各図には、公知のスリーブジョイント構造に類似したネジ構造を有する節アンカー１２が示されている。同図に示したように、たとえば全長４ｍに設計されたロックボルトを４本の単位長（たとえば１ｍ）のネジ棒鋼を用いて連結し、同図（ａ）に示したように、その連結部に節アンカー１２となるスリーブジョイント１２Ｓを用いることができる。なお、図６（ｂ）に示した連結状態において、スリーブジョイントＳによる連結部の固定方法等は、公知のスリーブジョイント構造と同等とすることが好ましい。なお、図６では、充填材のロックボルト孔奥方向への流通可能な連通部（切欠部）が示されていないが、節アンカー１２の断面を必要に応じて適宜欠損させることで対応することができることはいうまでもない。

図７は、ナット形状の節アンカー１２Ｎの変形例を示している。同図に示したように、ネジ棒鋼に螺合可能なナット形状とすることで、ロックボルト本体１１の所定位置に節アンカー１２Ｎを形成することができる。このナットの固定方法としては、接着剤、図示しない止めネジ、ダブルナット構造等、公知の固定手段を適宜採用することができる。

以上に説明したように、各種形状の節アンカー１２は、それぞれの固定方法を適宜選択してロックボルト本体に固定することができる。このため、現場の状況に応じて、複数の形状、固定パターンの節アンカーを構成することができるという設計の柔軟性を有するロックボルトを提供することができる。

以下、図１（ａ）に示した節アンカー１２を有するロックボルトの施工手順について、図１各図を参照して簡単に説明する。定着材３０の充填方法は、公知のロックボルトの施工と同様に、先注入方式も可能であるが、節アンカー１２位置の挿入抵抗を考慮した場合、後注入方式の方が好ましい。使用定着材としては、流動性を重視する場合には、流動化剤を添加した普通セメントモルタル、セメントベントナイトが好ましく、湧水状況等によってはゲルタイムを調整しやすいシリカレジン等も採用することができる。また、ゲルタイムを十分とれる場合には、凝固促進剤で凝固調整されたプレミックスモルタル、セメントベントナイトが好ましい。急硬性が求められている場合には、急硬性添加剤を所要の硬化タイミングを考慮して添加した定着材とすることが好ましい。

後注入の場合、ロックボルト本体１１に注入孔を加工することも好ましく、その場合、先端開口、中間位置開口等を適宜設計することが好ましい。なお、一般的には図１（ｂ）に示したように、注入ホース（パイプ）２０をロックボルト本体１１に沿って配管し、ロックボルト孔の口元部分からの注入を行うことが好ましい。

また、注入ホース２０は、各節アンカー１２ごとに複数本をロックボルト本体に沿って配管し、それぞれの配管の先端開口を節アンカーの孔奥側近傍に配置することにより、各節アンカー１２の位置での定着材の充填を確実に行えるようにすることも好ましい。

図１（ｃ）は、本発明のロックボルトがロックボルト孔内に挿入され、定着材３０が完全充填された状態が示され、口元側において、アンカープレート３１、ナット３２を介してボルト定着された状態を示している。このように、本発明の節アンカー１２は定着材３０に対して大きな引張抵抗部材として機能し、ロックボルトの施工後、定着材の強度が発現するまでの早い時期にロックボルトの引抜き耐力を増加させ、その作用効果を十分に発現させることが可能となる。

本発明のロックボルトの構成および施工状態を示した説明図。 図１に示したロックボルトの節アンカーの形状を示した斜視図、ボルト断面図。 ロックボルトの節アンカーの変形例を示した斜視図。 ロックボルトの節アンカーの他の変形例を示した斜視図、ボルト断面図。 節アンカーのボルト本体への取付方式を示した説明図（アタッチメント方式）。 節アンカーのボルト本体への取付方式を示した説明図（スリーブジョイント方式）。 節アンカーのボルト本体への取付方式を示した説明図（ナット方式）。

符号の説明

１０ ロックボルト
１１ ロックボルト本体
１２，１２Ａ，１２Ｓ，１２Ｎ 節アンカー
１５ スリット
１６ 鍔状体
１７ 支持フランジ
１８ 枝状体
３０ 定着材

Claims (10)

1. ロックボルト本体の長手方向に、所定間隔をあけて節アンカーを後付け形成したことを特徴とするロックボルト。
2. 前記節アンカーは、前記ロックボルト本体が挿入される孔奥側に向けて尖った錘状部を有し、前記ロックボルト本体に後付け形成されたことを特徴とする請求項１記載のロックボルト。
3. 前記節アンカーは、鍔状体をなし、前記ロックボルト本体に後付け形成されたことを特徴とする請求項１記載のロックボルト。
4. 前記節アンカーは、複数本の、前記ロックボルトが挿入される孔奥側に尖るように屈曲された枝状体をなし前記ロックボルト本体に後付け形成されたことを特徴とする請求項１記載のロックボルト。
5. 前記節アンカーは、前記ロックボルト本体周面の所定位置に直接圧接あるいは、配置された鋳型による鋳造により形成されたことを特徴とする請求項１乃至請求項４に記載のロックボルト。
6. 前記節アンカーは、該アンカーの一部に開口が形成され、該開口を介して前記ロックボルト本体周面に係合可能に嵌合させて、前記ロックボルト本体に固定されたことを特徴とする請求項１乃至請求項４に記載のロックボルト。
7. 前記節アンカーは、該アンカーを前記ロックボルト本体周面に螺合可能なナット状の円筒フランジが設けられ、前記ロックボルト本体に螺合して固定されたことを特徴とする請求項１乃至請求項４に記載のロックボルト。
8. 前記節アンカーは、前記ロックボルト端を連結可能なスリーブジョイント周面に形成され、該スリーブジョイントにより、複数本の短ロックボルトを連結することで、節アンカーを配設するようにしたことを特徴とする請求項１乃至請求項４に記載のロックボルト
9. 前記節アンカーは、定着材通過部が一部に形成されたことを特徴とする請求項１乃至請求項８に記載のロックボルト。
10. 前記節アンカーは、各節アンカーの定着材通過部近傍に定着材供給手段の開口端が配置されるようにしたことを特徴とする請求項１乃至請求項９に記載のロックボルト。

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