JP2828589B2 - ロックボルト工法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，トンネル工事のロック
ボルト工法の改善に関する。

【０００２】

【従来の技術】トンネル工事において，地山自身の強度
を地山の支持に有効利用するために，掘削したトンネル
の周壁中に所定間隔でロックボルトを設置することが行
なわれている。

【０００３】ロックボルト工法は，トンネル横断面の天
井部や側壁部，場合によってはさらに床部にも削岩機で
せん孔し，その孔内にボルトを挿入したうえ，ボルトの
自由端（孔口より手前に突出している端）にベアリング
板や座金を当ててナットで締付ける工法であるが，その
さい，孔とボルトの空隙に定着材を注入してボルトを孔
内に定着させる接着式ロックボルト工法が一般に採用さ
れている。

【０００４】定着材としては，ポリエステルやエポキシ
系などの合成樹脂が使用されることもあるが，通常はセ
メントを結合材としたセメント系定着材すなわちセメン
トペーストやセメントモルタルが普通に使用されてい
る。定着材の注入はボルトを挿入する前のときもある
し，ボルトを挿入した後のときもある。

【０００５】この場合，孔内に注入された定着材がだれ
落ちることがある。とくに天端付近のせん孔では孔の向
きが垂直方向に近くなるのでこの問題が起きる。せん孔
に定着材を注入してからボルトを挿入する方法も，ボル
トを挿入してから定着材を挿入する方法でも，ボルトの
締め付け作業を終了するまでは同様の問題が生ずる。

【０００６】このために，定着材自身に或る程度の粘性
を付与してだれ落ちを少なくすることも提案された。こ
のための増粘剤としてはセルロース系増粘剤やアクリル
酸重合体系のものが公知である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし，セメント系定
着材に対してだれ落ちを防止できるような粘性を従来の
増粘剤で付与すると，流動性が極端に低下する。このた
めに充填性が悪くなってボルトの定着不良を起こし，強
度不足を招いたりボルト発錆の原因となったりするばか
りではなく，注入ポンプや注入管が閉塞することがあ
る。

【０００８】また，だれ落ちがそれ程問題とはならない
箇所（傾斜が緩いか逆傾斜の孔）に対しては増粘剤配合
の定着材を注入することは特に必要としないので，普通
の定着材を注入しようとしても，増粘剤配合のものと配
合しないものを同じ注入設備を用いて実施することは事
実上できないという問題がある。これは，従来の増粘剤
を配合したものはミキサー・ポンプ・配管系に粘着する
傾向が強いので，普通の定着材と交互に練り混ぜたり圧
送したりすることが作業上困難となるからである。

【０００９】本発明はこのようなロックボルト工法にお
ける従来の問題の解決を目的としたものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】 本発明は，トンネル天
井部または側壁部にせん孔した孔内に定着材を注入した
あとボルトを挿入するか，またはボルトを挿入したあと
定着材を注入するロックボルト工法において，前記の定
着材としてウエランガムを配合しないセメントペースト
またはセメントモルタルと，ウエランガムを配合したセ
メントペーストまたはセメントモルタルを使用し，前者
の定着材を孔の深部に，後者の定着材を孔口付近に注入
することを特徴とするロックボルト工法を提供する。

【００１１】

【００１２】

【作用】定着材としてのセメントペーストまたはセメン
トモルタルにウエランガムを適量配合すると，流動性を
それほど低下させずに孔からのだれ落ちを防止すること
ができる。このような作用を果たすウエランガムの適切
な配合量は，水セメント比が25〜50％のセメントペース
トまたはセメントモルタルにおいて，単位水量に対し0.
01〜2.0 重量％程度である。

【００１３】とくに，孔口が下向きのせん孔に対し，そ
の深部にはウエランガム無添加の定着材を注入し，せん
孔の孔口付近だけにウエランガム添加の定着材を注入す
る方法によれば，ウエランガム添加の定着材がウエラン
ガム無添加の定着材のだれ落ちを阻止するための栓の作
用を果たす。この場合には，深部および胴部の殆んどの
部分は流動性および充填性のよいセメントペーストまた
はモルタルを注入することができる。

【００１４】

【実施例】 本発明で使用するウエランガムは，例えば
Ｋ．Ｃｌａｒｅ氏がＣＨＥＭＳＰＥＣ ＵＳＡ‘８８
ＳＹＭＰＯＳＩＵＭに提出したＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮ
ＯＦ ＮＯＶＥＬ ＢＩＯＧＡＭＳと題する論文に記
載されているように，アルカリゲネス菌株のＡＴＣＣ
３１５５５菌体を注意深く制御した条件下で好気醗酵に
付すことにより生産される微生物起源の多糖類（ＢＩＯ
ＧＡＭ）であって，その一般的な構造は，例えば本願と
同一出願人に係る特開平５−１３９８０６号公報に示さ
れている。

【００１５】

【００１６】すなわち，この BIOGAM の主鎖は２個のＤ
−グルコース，１個のＤ−グルクロン酸および１個のＬ
−ラムノースからなり，側鎖は１個のラムノースまたは
１個のマンノースより構成されている。

【００１７】かようなウエランガムは乾燥粉末製品とし
て入手可能であるが，このウエランガム粉末をセメント
系定着材に極少量添加すると著しいシュードプラスチッ
ク性を示し，微粒子の懸濁安定効果を発揮し，流動性を
それほど犠牲にすることなくだれ落ち防止に十分な粘性
を付与することができる。

【００１８】ウエランガムの定着材への添加にあたって
は，単位水量に対して0.01〜2.0 重量％の範囲とするの
がよい。0.01重量％未満では十分なだれ落ち防止効果が
得られない。他方，2.0 重量％を越えて添加すると粘度
が急上昇して流動性が低下して良好な施工性が得られな
い。好ましいウエランガムの添加範囲は単位水量に対し
て0.02〜0.1重量％である。

【００１９】本発明の実施にあたり，せん孔の深部には
ウエランガム無添加の定着材を注入し，せん孔の孔口付
近だけにウエランガム添加の定着材を注入することこと
が好ましい。この場合，普通定着材のだれ落ちを阻止す
るための栓の機能をウエランガム添加の定着材が働くこ
とになる。この方法によると，深部および胴部の殆んど
の部分は流動性および充填性のよい普通のセメントペー
ストまたはモルタルを注入することができ，だれ落ちの
心配がある傾斜したせん孔に対してのみ，その孔口付近
にウエランガム添加定着材を少量注入すればよいことに
なる。

【００２０】この方法の実施の状態を図１に図解的に示
した。図１の下段に示すように，ロックボルト工法で
は，開削したトンネル１の周壁に対して，ロックボルト
２をトンネル内から地山中に必要間隔で挿入締着するこ
とにより，地山の強度を利用して緩んだ地盤の崩落を防
止する。

【００２１】本発明においては，図１の上段に示したよ
うに，削岩機で必要深さに穿孔したせん孔のうち，孔口
が下向きとなるようなせん孔３に対して，全長が孔深さ
より長いボルト４を挿入し（左端の工程），孔３とボル
ト４との空隙に先ずウエランガム無添加の定着材５を注
入し，引き続きウエランガム添加の定着材６を注入する
（中央の工程）。そして，ボルト４のトンネル側の突出
端にベアリング板または座金７を当ててナット８で締付
ける（右端の工程）。

【００２２】定着材の注入操作はポンプ車９から圧送パ
イプ１０を経て行なわれるが，この場合，ウエランガム
無添加と添加の定着材５と６は連続操作で注入ができ
る。すなわち，ウエランガム無添加の定着材５の所定注
入量が注入された時点で，ポンプ１１内または圧送パイ
プ１０内に所定量のウエランガムを添加して引き続きこ
のウエランガム添加の定着材６を注入することができ
る。これができるのはウエランガム特有の増粘効果によ
るものであり，セルロースエーテル系の増粘剤を使用し
た場合には，互いに混ざり合う傾向があるので，このよ
うな連続切替式の注入操作に支障を来すことがある。

【００２３】もっとも，別の圧送ポンプにウエランガム
添加定着材６を準備しておき，これを先の無添加定着材
５の注入終了後に定着材６の注入操作に切り換えてもよ
い。この場合，複線式圧送パイプを使用し，注入ノズル
手元で切替バルブを操作することによって定着材５と６
の切替を行なうのが便宜である。

【００２４】図２は，定着材５と６をせん孔３に注入し
てからボルト３を挿入するようにした以外は，図１と同
じロックボルト工を示している。この場合の定着材５と
６の注入操作も図１の場合と同様にして行なうことがで
きる。

【００２５】 なお，ウエランガム添加の定着材６に
は，ウエランガムの添加に加えて，通常コンクリート配
合物に流動性を付与するのに使用されている分散剤例え
ば高性能減水剤または高性能ＡＥ減水剤を配合すると，
定着材の流動性・充填性を改善することができる。好ま
しい剤としてはナフタリンスルホン酸塩系，メラミンス
ルホン酸塩系，ポリカルボン酸塩系，アミノスルホン酸
塩系のものがある。

【００２６】かような高性能減水剤または高性能ＡＥ減
水剤の定着材への添加量は，その種類によってそれなり
の適正な範囲が存在するが，一般的には単位セメント量
(セメントの他に微粉末も存在する場合にはその合計の
単位粉体量) に対して 0.1〜4.0 重量％の範囲とすれば
よい。0.1 重量％未満では流動性の付与効果が少なくて
本発明で意図する流動性を確保できない。他方 4.0重量
％を越えて添加しても効果は飽和し，不経済である。

【００２７】定着材を注入するさいには圧力が作用す
る。したがって，非圧力下ではブリージングが発生しな
くても，注入時には強制的に脱水される現象が起きるの
でブリージングが発生することがある。しかし，本発明
に従ってウエランガムを添加した定着剤は水セメント比
を３０％以上としても圧力作用下でブリージングをゼロ
にすることができる。このため，定着剤の接着強度が良
好となる。

【００２８】以下に，本発明で使用する定着材の性質を
試験例をもって示す。

【００２９】供試材料：次の２種の定着材を作成した。 「試料１」 水・プレミックスセメント比：２５％ プレミックスセメント：２０kg（ポルトランドセメント
と砂を予め１：１で混合したもの） 水：５kg 「試料２」試料１における「プレミックスセメント２０
kg＋水５kg」に対してウエランガムを 2.5ｇ配合したも
の（ウエランガムの単位水量に対する配合割合は0.05％
である）。

【００３０】〔試験１〕各試料の流動性をモルタルフロ
ー試験によって評価した。その結果，試料１のフロー値
は２４４mm，試料２のフロー値は２１６mmであった。ま
た，各試料の粘性をＢ型粘度計を用いて測定したとこ
ろ，試料１の粘度は最大５４０００Ｃｐ（センチポア
ズ），安定値４６０００Ｃｐであり，試料２の粘度は最
大１０００００Ｃｐ以上，安定値７５０００Ｃｐであっ
た。

【００３１】〔試験２〕一端が閉塞した口径が５ｃｍで
長さ３００ｃｍの鋼製パイプの開口端から試料１の材料
を深さ２５０ｃｍまで装填したあと，試料２の材料を装
填してパイプ内を完全に充填した。この充填のあと直ち
に閉塞端を上にしてパイプを垂直にして開口からのだれ
落ちを観測した。その結果，パイプ内からの充填物のだ
れ落ちは硬化に至るまで全く観測されなかった。

【００３２】〔比較例〕 試料３：ウエランガムをカルボキシメチルセルロース粉
末2.5ｇで置換した以外は試料２と同じ材料を作成し
た。試験１において，試料３のフロー値は２３５mm，粘
度は最大４５０００Ｃｐ，安定値５４０００Ｃｐであっ
た。試験２ではだれ落ちが観測され，２０分後には全試
料がパイプから落下した。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように，本発明に従うロッ
クボルト工法では，孔口が下向きのせん孔に対してもだ
れ落ちの心配なく定着材を装填することができるから，
孔口が下向きのせん孔についてもロックボルトの定着強
度が十分に達成される。この結果，最も崩落の危険があ
るトンネル天井部の接着式ロックボルト工が完遂できる
ようになり，地山強度を利用したロックボルトによる支
保工事の本来の目的が十分に遂行できるようになった。

【００３４】しかも，本発明のロックボルト工法は従来
とほぼ同様の設備と作業手順で実施できるから経済的負
担が少ない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のロックボルト工法の例を示すトンネル
横断面およびロックボルト工部分の略断面図である。

【図２】本発明の他のロックボルト工法の例を示すトン
ネル横断面およびロックボルト工部分の略断面図であ
る。

【符号の説明】

１ 開削したトンネル ２ ロックボルト施工部分 ３ せん孔 ４ ロックボルト ５ ウエランガム無添加の定着材 ６ ウエランガム添加の定着材 ７ 台座 ８ ナット ９ ポンプ車

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 重松 和男 東京都調布市飛田給二丁目19番１号 鹿 島建設株式会社 技術研究所内 (72)発明者 南 昌義 大阪府大阪市中央区北浜東１番29号 三 晶株式会社内 (72)発明者 吉崎 政人 大阪府大阪市中央区北浜東１番29号 三 晶株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−315547（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) E21D 20/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トンネル天井部または側壁部にせん孔し
   た孔内に定着材を注入したあとボルトを挿入するか，ま
   たはボルトを挿入したあと定着材を注入するロックボル
   ト工法において，前記の定着材としてウエランガムを配
   合しないセメントペーストまたはセメントモルタルと，
   ウエランガムを配合したセメントペーストまたはセメン
   トモルタルを使用し，前者の定着材を孔の深部に，後者
   の定着材を孔口付近に注入することを特徴とするロック
   ボルト工法。