JP2014084691A - ロックボルト - Google Patents

Abstract

【課題】拡張型のロックボルトにおいて、打設面に対して角度を付けて打設する場合であっても、十分な締め付け効果を発揮することができるロックボルトを提供する。
【解決手段】 本発明に係るロックボルトは、内部空間を有するとともに断面形状において少なくとも一箇所に凹部を備え、前記内部空間に加圧流体を注入することで前記凹部が塑性変形して膨張する異形鋼管からなり、一端部が閉鎖されているボルト本体と、前記ボルト本体の他端部に固定され、当該ボルト本体の内部空間と連通する前記加圧流体の注入孔を有する固定スリーブと、前記ボルト本体の打設面に当接する当接部、及び前記ボルト本体が挿通される貫通孔を有し、前記貫通孔が前記打設面から軸方向に離間している、座金と、前記固定スリーブに固定され、前記座金の貫通孔に対して傾斜した状態で、前記打設面とは反対側の面から接触可能な接触面を有する座受け部と、を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ロックボルトに関する。

従来より、地山やトンネルを補強するため、種々のロックボルトが提案されている。例えば、特許文献１には、加圧流体により拡張するボルト本体を備えた拡張型ロックボルトが提案されている。より詳細に説明すると、このロックボルトのボルト本体は、内部空間を有する円筒状の鋼管を押しつぶした後、断面形状において軸方向に延びる凹部を形成するように変形した異形管で構成されている。また、このボルト本体の先端部及び後端部には、スリーブが取り付けられており、ボルト本体の先端部及び後端部を封止している。そして、施工する際には、まず、座金の貫通孔にボルト本体を挿通し、地山に形成した削孔に、座金が打設面に当接するまで、ボルト本体を挿入する。こうして、ボルト本体の挿入が完了すると、地山から突出している後端側のスリーブに加圧流体を注入する。この加圧流体はボルト本体の内部空間に注入され、これによって、表面の凹部が塑性変形して拡径する。こうして、拡径に伴うボルト本体と削孔の内壁面との摩擦力によって地山を補強している。

しかしながら、特許文献１のロックボルトには次のような問題があった。図１２に示すように、打設面Ｘに対し、ロックボルトの軸が直角でない場合、座金５０も傾いた状態で打設面Ｘに取り付けられる。すなわち、座金５０全体が打設面Ｘに当接せず、一部が打設面Ｘから離れてしまうおそれがある。このようになると、座金５０が打設面Ｘを十分に締め付けないため、拡張したボルト本体による応力が地山に十分に伝達されないという問題がある。

これに対して、例えば、特許文献２，３には、座金の貫通孔に対して、角度を変更可能に当接するワッシャを有するロックボルトが提案されている。これらロックボルトでは、ドーム型のワッシャを座金の貫通孔の周縁に当接させ、これをナットで締め付けている。これにより、座金に対するワッシャの角度を変更できるため、ロックボルトを座金に対して９０度以外の角度に固定することができる。

特開２００５−１４６７０１号公報 特開２０１１−１９６０３７号公報 特開２０１２−１４０９８５号公報

しかしながら、特許文献２，３のロックボルトは、ボルト本体を打設後、ワッシャを座金に締め付けて削孔に固定するタイプであり、特許文献１のロックボルトとはタイプが全く相違している。すなわち、特許文献１のロックボルトは、拡張型のロックボルトであり、スリーブがボルト本体に予め固定されている。したがって、ボルト本体が拡張することにより、スリーブが座金に押しつけられる。そのため、ボルト本体の打設後にワッシャを締め付ける特許文献２，３のロックボルトの態様を、特許文献１のロックボルトに適用することはできない。

このほか、特許文献１のロックボルトは、次のような問題もある。すなわち、特許文献１のような鋼管を拡張させるタイプのロックボルトは、図１２に示すように、後端側のスリーブ６０が膨張しない為、このスリーブ６０において削孔Ｚに挿入されている部分は、削孔Ｚに密着しない。したがって、削孔Ｚの開口付近では、ロックボルトと削孔Ｚとの間に非定着領域が生じるという問題がある。

このように、特許文献１の拡張型のロックボルトでは、ボルト本体を打設面に対して角度を付けて打設する際には、締付け力を十分に発揮させることが難しく、さらに、削孔の開口付近に非定着領域が生じるため、打設したロックボルトの効果を満遍なく十分に活用しているとは言い難かった。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、打設面に対して角度を付けて打設する場合であっても、十分な締め付け効果を発揮することができる拡張型のロックボルトを提供することを提供することを目的とする。

本発明に係るロックボルトは、内部空間を有するとともに断面形状において少なくとも一箇所に凹部を備え、前記内部空間に加圧流体を注入することで前記凹部が塑性変形して膨張する異形鋼管からなり、一端部が閉鎖されているボルト本体と、前記ボルト本体の他端部に固定され、当該ボルト本体の内部空間と連通する前記加圧流体の注入孔を有するスリーブと、前記ボルト本体の打設面に当接する当接部、及び前記ボルト本体が挿通される貫通孔を有し、前記貫通孔が前記打設面から軸方向に離間している、座金と、前記スリーブに固定され、前記座金の貫通孔に対して傾斜した状態で、前記打設面とは反対側の面から接触可能な接触面を有する座受け部と、を備えている。

この構成によれば、座金の貫通孔に対して、打設面とは反対側の面から傾斜可能に接触する接触面を有する座受け部を備えており、この座受け部が固定スリーブに固定されている。そのため、ロックボルトを打設面に対して傾斜した状態で打設しても、固定スリーブに固定された座受け部が座金を均一に押圧するため、座金の接触部全体が打設面を確実に押圧することができる。その結果、ボルト本体による応力を地山に対して十分に伝達することができる。

また、座金において、ボルト本体が挿通される貫通孔が打設面から軸方向に離間しているため、打設面と貫通孔との間に空間が形成される。したがって、この空間に固定スリーブを配置することができるため、ボルト本体の全体を削孔内に配置することができる。その結果、ボルト本体全体を削孔に定着させることができるため、従来例のような非定着領域が生じるのを防止することができる。

上記ロックボルトにおいては、座金は種々の形態にすることができる。例えば、打設面との間に空間を形成するドーム状の中央部を有し、この中央部に前記貫通孔が形成されるとともに、前記中央部の周縁に前記当接部が形成される携帯とすることができる。

上記ロックボルトにおいて、座受け部の接触面は種々の形態にすることができるが、例えば、球状又はテーパ状の曲面で形成することができる。このようにすると、座受け部を貫通孔に対して容易に傾けることができるため、打設面の状況に応じて、施工時に座受け部の角度を調整することができる。

上記ロックボルトにおいては、前記固定スリーブと座受け部とは、別体で形成することができるが、一体的に形成することもできる。

本発明によれば、拡張型のロックボルトにおいて、打設面に対して角度を付けて打設する場合であっても、十分な締め付け効果を発揮することができる。

本発明の一実施形態に係るロックボルトの側面図である。 ボルト本体の作製を説明する斜視図である。 ボルト本体の後端側の拡大断面図である。 座金の平面図である。 図１のロックボルトの施工方法を示す断面図である。 図１のロックボルトの施工方法を示す断面図である。 図１のロックボルトのトンネルへの施工例を示す断面図である。 図１のロックボルトの施工例を示す断面図である。 図１のロックボルトの他の例を示す断面図である。 図１のロックボルトの他の例を示す断面図である。 図１のロックボルトの他の例を示す断面図である。 従来の拡張型ロックボルトの施工を示す断面図である。

以下、本発明に係るロックボルトの一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。図１は本実施形態に係るロックボルトの側面図である。なお、以下では、説明の便宜のため、ロックボルトが挿入される削孔の奥端部側を「先端側」、その反対側を「後端側」と称することがある。

＜１．ロックボルトの構造＞
図１に示すように、このロックボルトは、鋼管によって形成されたボルト本体１と、打設面を押圧する座金２とを備えており、座金２はこのボルト本体１が挿通される貫通孔２１を有している。また、ボルト本体１の先端には先端スリーブ３が取り付けられる一方、ボルト本体１の後端には固定スリーブ４が取り付けられている。さらに、固定スリーブ４の先端側には環状の座受け部材５（座受け部）が取り付けられており、この座受け部材５は座金２に接触している。以下、各部材について詳細に説明する。

まず、ボルト本体１について、図２を参照しつつ説明する。図２はボルト本体の作製を説明する斜視図である。まず、図２（ａ）に示すように、内部空間１０１を有する中空の鋼管１０を準備し、これを押圧して板状にした後、図２（ｂ）に示すように、長手方向を軸方向として筒状に曲げ、軸方向に延びる凹部１０２を有するように断面Ｃ字状の管を形成する。これがボルト本体１の基礎となる。なお、鋼管１０は、後述するように内部空間１０１に供給される水の圧力によって変形するように、肉厚が２〜３ｍｍ程度のものを用いる。また、ボルト本体１を構成する鋼管１０の内部空間１０１に流体が流入できるように、鋼管１０を完全に押しつぶさない程度に板状にする必要がある。

こうして形成されたボルト本体１の先端には、上述した先端スリーブ３が取り付けられる。先端スリーブ３は、円筒状に形成されており、ボルト本体１の先端が挿入され、溶接などによって固定される。そして、ボルト本体１の先端は、溶接などによって内部空間１０１に通じる部分が閉じられる。あるいは、先端が閉じられた先端スリーブを用いることもでき、これによって、内部空間１０１に通じるボルト本体１の先端部を閉じることもできる。その他、先端スリーブを設けずに、ボルト本体の先端を溶接などによって、内部空間１０１に通じるボルト本体１の先端部を閉じることもできる。

一方、ボルト本体１の後端側には、図３及び図４に詳細に示すように、固定スリーブが取り付けられる。図３はボルト本体の後端側の拡大断面図、図４は座金の平面図である。図３に示すように、固定スリーブ４は、円筒状に形成されており、ボルト本体１の後端部が挿入されている。固定スリーブ４の軸方向の中間部には、環状の溝４１が形成されており、この溝４１の一部に注水孔４２が形成されている。注水孔４２は、固定スリーブ４の内部に配置されたボルト本体１の内部空間１０１に通じている。すなわち、ボルト本体１の表面には、図示を省略する貫通孔が形成されており、内部空間１０１に通じている。この貫通孔と固定スリーブ４の注水孔４２とが位置合わせされた状態で、ボルト本体１と固定スリーブ４とが溶接などによって固定されている。また、ボルト本体１の後端部は、内部空間１０１に通じる部分が溶接などによって閉じられている。このようにボルト本体１の内部空間１０１は、先端側及び後端側が閉じられた閉空間となっており、上述した貫通孔を介して外部と連通している。

図３に示すように、座受け部材５は、ボルト本体１の外径とほぼ同じ内径を有する円筒状に形成されている。そして、ボルト本体１が挿通されるとともに、固定スリーブ４の先端側に配置されている。より詳細に説明すると、座受け部材５の外周面５１（接触面）は、先端にいくにしたがって、径が小さくなるテーパ状に形成されており、先端部が座金２の貫通孔２１の縁部に接触している。また、座受け部材５の後端面は、平坦に形成されており、この後端面が固定スリーブ４の先端面に当接している。

図３及び図４に示すように、座金２は、円形のドーム状の中央部２２と、この中央部２２の周縁から延びる平面視矩形状のフランジ部（当接部）２３とで構成されている。中央部２２には、貫通孔２１が形成されており、この貫通孔２１にボルト本体１が挿通される。貫通孔２１の径は、ボルト本体１の径よりもやや大きく、座受け部材５の外径よりはやや小さい。このため、ボルト本体１の外周面と貫通孔２１の内周面との隙間に、座受け部材５の先端部が挿入される。また、座金２のフランジ部２３は平坦に形成されており、このフランジ部２３がロックボルトの打設面に接触する。このとき、中央部２２がドーム状に形成されることにより、打設面Ｘと座金２との間には空間Ｓが形成される。

＜２．ロックボルトの施工方法＞
次に上記のように構成されたロックボルトの施工方法について、図５及び図６も参照しつつ説明する。図５及び図６は、このロックボルトの施工方法を示す断面図である。まず、打設面Ｘに削孔Ｚを形成する。削孔Ｚはボルト本体１の外径よりもやや大きい内径を有する。次に、図５に示すように、先端スリーブ３及び固定スリーブ４が取り付けられたボルト本体１に、先端側から座受け部材５及び座金２をこの順で挿通する。そして、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、ボルト本体１を、座金２が打設面に当接するまで削孔Ｚに挿入する。このとき、固定スリーブ４や座受け部材５は、座金２の中央部２２がドーム状に形成されていることから、打設面Ｘからは離間した位置に配置される。そのため、ボルト本体１だけが削孔Ｚ内に配置される。

続いて、固定スリーブ４に注水用アダプタ（図示省略）を取り付ける。そして、この注水用アダプタに接続された注水ホース（図示省略）から加圧水を注水孔４２を介してボルト本体１の内部空間１０１に供給する。これにより、ボルト本体１は、図６（ａ）及び図６（ｂ）の状態から図６（ｃ）及び図６（ｄ）の状態へと膨張する。すなわち、ボルト本体１の内部空間１０１に加圧水が注入されることで、凹部１０２が小さくなるようにボルト本体１が径方向に膨張し、削孔Ｚの内壁面に密着する。このとき、ボルト本体１の表面が削孔Ｚに密着する限りは、凹部１０２の一部が残存していてもよい。

また、図６（ｂ）及び図６（ｄ）を比較して分かるように、ボルト本体１は、径方向の膨張により、軸方向にやや縮む。このとき、ボルト本体１の後端部側が固定スリーブ４、座受け部材５、及び座金２を介して、打設面Ｘに固定されているため、ボルト本体１は、打設面Ｘ側に引っ張られるように軸方向に縮む。したがって、ボルト本体１の表面と削孔内壁面との間には、軸方向の摩擦力も作用する。こうして、ボルト本体１は、径方向の膨張により削孔内壁面を径方向に押圧し、さらに軸方向の摩擦力を作用させることで、削孔Ｚに対して締め付け力を作用させる。

こうして、ボルト本体１と削孔Ｚとが密着すると、注水用アダプタを固定スリーブ４から取り外し、ボルト本体１から固定スリーブを介して加圧水を外部に排出する。ボルト本体１は、地山の補強のために種々の適用方法があるが、例えば、図７に示すように、複数のロックボルトを、トンネルの内壁面Ｙに沿って打設することができる。同図に示すように、複数のロックボルトは、トンネルの内壁面Ｙと垂直に所定間隔をおいて打設される。これにより、周方向に隣接するロックボルトの間には、ボルト本体１の拡径に伴い、トンネルの内壁面Ｙに沿うような周方向の締め付け力Ｆ１が作用する。また、ボルト本体１が軸方向に縮むことにより、トンネルの内壁面Ｙと垂直な径方向の締め付け力Ｆ２が作用する。こうして、トンネルの内壁を構成する地山は強固に補強される。

ところで、本実施形態においては、座受け部材５の外周面がテーパ状に形成されているため、座金２の貫通孔２１に対しては真っ直ぐに挿入するほか、傾けて挿入することもできる。このため、打設面Ｘに対して傾斜した削孔Ｚに対しても、ボルト本体１を打設することができる。例えば、図８に示す例では、座金２のフランジ部２３全体が打設面Ｘに当接した状態で、ボルト本体１は座金２に対して傾斜し、削孔Ｚに沿って挿入されている。これは、座受け部材５が座金２に対して傾斜して接触できるからである。

＜３．特徴＞
以上のように、本実施形態によれば、座金２の貫通孔２１に対して、後端側から傾斜可能に接触するテーパ状の外周面５１を有する座受け部材５を備えており、この座受け部材５が固定スリーブ４に固定されている。そのため、ロックボルトを打設面Ｘに対して傾斜した状態で打設しても、固定スリーブ４に固定された座受け部材５が座金２を均一に押圧するため、座金２のフランジ部２３全体が打設面Ｘを確実に押圧することができる。その結果、ボルト本体１による応力を地山に対して十分に伝達することができる。

また、座金２において、ボルト本体１が挿通される貫通孔２１が打設面Ｘから軸方向に離間しているため、打設面Ｘと貫通孔２１との間に空間Ｓが形成される。したがって、この空間Ｓに固定スリーブ４を配置することができるため、削孔Ｚにはボルト本体１のみを配置することができる。その結果、先端側を除いて削孔Ｚ全体がボルト本体１と定着するため、従来例のような非定着領域が生じるのを防止することができる。

＜４．変形例＞
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、種々の変更が可能である。例えば、座金２の形状は、貫通孔２１が打設面Ｘから離間している限り特には限定されないため、図９のように、中央部２２がテーパ状のなだらかに傾斜面を形成してもよい。このようにしても、図９（ｂ）に示すような打設面Ｘに対して傾斜した削孔Ｚにも対応することができる。

座受け部材５の形状は、座金２の貫通孔２１に対して角度を変更できるように接触できる限り、特には限定されず、上述したように外周面をテーパ状に形成するほか、球状の曲面となるようにすることもできる。

また、図１０に示すように、固定スリーブと座受け部材とを一体化した部材７に形成することもできる。このようにしても、上述した効果を得ることかできる。さらに、図１１に示すように、固定スリーブよりも径方向に突出する座受け部材を、固定スリーブと一体化した部材８とすることもできる。このとき、突出する部分のうち、座金を向く面にテーパ状または球状の曲面を形成して、座金２の貫通孔２１と接触するようにしておけば、図１１（ｂ）に示すように、削孔が傾斜しても対応することができる。

１ ボルト本体
２ 座金
２１ 貫通孔
４ 固定スリーブ
５ 座受け部材

Claims (4)

1. 内部空間を有するとともに断面形状において少なくとも一箇所に凹部を備え、前記内部空間に加圧流体を注入することで前記凹部が塑性変形して膨張する異形鋼管からなり、一端部が閉鎖されているボルト本体と、
   前記ボルト本体の他端部に固定され、当該ボルト本体の内部空間と連通する前記加圧流体の注入孔を有する固定スリーブと、
   前記ボルト本体の打設面に当接する当接部、及び前記ボルト本体が挿通される貫通孔を有し、前記貫通孔が打設面から軸方向に離間している、座金と、
   前記固定スリーブに固定され、前記座金の貫通孔に対して、前記打設面とは反対側の面から傾斜可能に接触する接触面を有する座受け部と、
   を備えている、ロックボルト。
2. 前記座金は、前記打設面との間に空間を形成するドーム状の中央部を有し、当該中央部に前記貫通孔が形成されるとともに、前記中央部の周縁に前記当接部が形成されている、請求項１に記載のロックボルト。
3. 前記座受け部の接触面が、球状又はテーパ状の曲面で形成されている、請求項１または２に記載のロックボルト。
4. 前記固定スリーブと座受け部とが一体的に形成されている、請求項１から３のいずれかに記載のロックボルト。

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