JP4035001B2 - ロックボルト加圧・膨張用シールヘッドおよび複数ロックボルト同時加圧・膨張方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、岩盤に設けた孔内に挿入した鋼管膨張型ロックボルトに取り付けて、当該ロックボルトの内部に流体を圧入して加圧・膨張させるためのシールヘッド、およびそのシールヘッドを複数個使用して複数のロックボルトを同時に加圧・膨張させる方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、崩落し易い岩盤や地盤を固結させるために、従来の棒状ロックボルトに代わって管状の鋼管膨張型ロックボルトが使用されるようになった。
長手方向に膨張用凹部を有し、先端部が閉じられ、後端部に加圧流体圧入用スリーブが被せられた鋼管製のロックボルトを岩盤に設けた孔内に挿入し、スリーブの側面に穿った加圧流体圧入孔から加圧流体を圧入し、鋼管を加圧・膨張させて孔と密着させることによって岩盤や地盤を鋼管で固結しようとするものである。
そして、鋼管膨張型ロックボルトを膨張させるための装置に関しても種々のものが使用されている。
【０００３】
例えば、特公平２−５２３８号公報には、図１に示すように、両端部で閉じられ一端部に流体流入口１０１を有するスリーブ１０２が被せられ、該流体流入口１０１に連通して内部まで貫通する流体流入口を有する管状の鋼管膨張型ロックボルト１０３の端部を、スリーブ１０２とともに保持具１０４のソケット１０５に挿入し、該ソケット１０５を使用してロックボルトを加圧・膨張させることが提案されている。ソケット１０５に対してスリーブ１０２を密封するために、ソケット１０５内で供給リング１０６を挟んで軸線方向に相離れる２対の密封リング１０７，１０８，１０９，１１０が配置されている。またこれらの密封リングをソケット１０５とスリーブ１０２に押圧させるために、水圧で作動するピストン１１１を備えている。そして、ピストン１１１を作動させて密封リングをソケット１０５とスリーブ１０２に押圧した状態で、ソケット１０５内の供給リング１０６から、スリーブ１０２に設けられた流体流入口１０１を通って加圧流体がロックボルト１０３内に圧入されるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この装置は、ロックボルト１０３を加圧・膨張させようとする際に、スリーブ１０２とソケット１０５との密閉性を高めることができることに関しては優れた装置である。しかし、シール機構が複雑で、ピストン１１１を往復摺動させる態様を採用し、しかも数多くの環状密閉部材１０７等を使用しているために、異物が混入されている加圧流体を利用してシールしようとすると、摺動するピストン１１１の環状溝部に挿入されている環状密閉部材１１２，１１３や、ピストン−ハウジング本体間で圧縮変形を受ける環状密閉部材１０７〜１１０が劣化しやすいという欠点をもっている。また、スリーブ１０２をソケット１０５内に挿入した際に、スリーブ１０２を固定できないために、例えばトンネル内のクラウン部の補強に使用する際、作業者の手作業によるスリーブの保持が必要になって作業性がよくない。さらに、１本ずつのロックボルト１０３毎にソケット１０５内への挿入と加圧・膨張操作を繰り返すことになるので、作業効率もよくない。
【０００５】
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、構造が簡単であるとともにスリーブへの嵌着が容易で、しかもスリーブに嵌着した際にスリーブ保持が可能なロックボルト加圧・膨張用シールヘッドとそれを使用した複数ロックボルト同時加圧・膨張方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のロックボルト加圧・膨張用シールヘッド１は、その目的を達成するため、先端にスリーブ挿入口２、後端にストッパー壁３を有し、後端のストッパー壁３につながる小径部４と、先端のスリーブ挿入口２につながる大径部５からなる円筒状ハウジング６と、前記小径部４に設けた環状凹部７に嵌め込まれたスリーブ保持用環状パッキン８と、前記大径部５に挿入されたストッパー壁側環状シールパッキン９、スリーブ挿入口側環状シールパッキン１０及びその間に配置されたアダプターリング１１と、前記スリーブ挿入口２から嵌入され前記ストッパー壁側環状シールパッキン９、スリーブ挿入口側環状シールパッキン１０及びアダプターリング１１の軸方向の移動を規制するガイドリング１２を備え、前記アダプターリング１１内面の軸方向中央に環状窪み１３が形成されるとともに、前記ストッパー壁側環状シールパッキン９及びスリーブ挿入口側環状シールパッキン１０の外面の軸方向中央にシールパッキン押圧用窪み１４が形成され、しかも前記円筒状ハウジング６のアダプターリング１１対応箇所に流体流入口１５を貫通させ、前記アダプターリング１１に流体流通孔１６を貫通させた形状を有している。
【０００７】
小径部４に設けた環状凹部７に嵌め込まれたスリーブ保持用環状パッキン８で、挿入されたスリーブを保持した状態で、ストッパー壁側環状シールパッキン９とスリーブ挿入口側環状シールパッキン１０とでスリーブをシールし、加圧流体をロックボルト内に圧入してロックボルトを膨張させる。
スリーブ保持の態様として、スリーブ保持用環状パッキン８の代わりに、ストッパー壁側環状シールパッキン９の内径を挿入されるスリーブの外径よりもわずかに小さくして、ストッパー壁側環状シールパッキン９のみの作用でスリーブを保持してもよい。この際、ストッパー壁側環状シールパッキン９の内径を小さくする態様として、奥のストッパー壁側径が小さくなるように傾斜して小さくしてもよいし、軸方向中央を小さく、いわゆる山型断面としてもよい。
【０００８】
このロックボルト加圧・膨張用シールヘッドを使用して、複数のロックボルトを同時に加圧・膨張させる。すなわち、上記ロックボルト加圧・膨張用シールヘッド１をロックボルトに被せたスリーブに嵌着・保持し、シールヘッドの流体流入口１５に加圧流体供給管を接続する。それぞれがロックボルト加圧・膨張用シールヘッド１の流体流入口１５に接続された複数の加圧流体供給管を、ジョイントブロック２５の送水口に接続し、このジョイントブロックにポンプから加圧流体を圧入する。
【０００９】
【実施の態様】
鋼管膨張型ロックボルトを膨張させる際には、ロックボルトに取り付けられ、ロックボルト内部につながる貫通孔を有するスリーブにシールヘッドを嵌め込んだ後、シールヘッドに設けた流体流入口から加圧流体を圧入している。
本発明者等は、スリーブにシールヘッドを嵌め込む際に、シールヘッドがロックボルトに取り付けられスリーブからシールヘッド自身の重さ等で落下しないような構造にするために、各種検討を行った。その結果、水圧を使用してシールヘッド内面とスリーブとを密着させるパッキンとは別に、保持用パッキンをシールヘッドハウジング内に配設することが有効であることを見出した。また、シールヘッドとスリーブを密着させるパッキンの一部の内径を小さくして、パッキン自体にスリーブを保持する作用を持たせてもよいことを見出した。
【００１０】
シールヘッドの具体的構造を、図２を用いて説明する。（図３も適宜参照）
シールヘッド１を構成する円筒状ハウジング６は、先端にスリーブ挿入口２、後端にストッパー壁３が設けられている。内面はストッパー壁３に近い小径部４とスリーブ挿入口２につながる大径部５からなっている。この円筒状ハウジング６の後端ストッパー壁３に近接する小径部４に環状凹部７が設けられスリーブ保持用環状パッキン８が嵌め込まれている。この環状パッキン８の内径をスリーブ２２の外径よりわずかに小さくすれば、内部に挿し込まれたスリーブ２２はパッキンで保持される。したがって、例えばトンネルのクラウン部削孔に挿入されたロックボルト２１のスリーブ２２に取り付けた場合であっても、シールヘッド１が自重で抜け落ちるようなことはない。
【００１１】
円筒状ハウジング６の大径部５には、奥から順に、ストッパー壁側環状シールパッキン９、アダプターリング１１及びスリーブ挿入口側環状シールパッキン１０が挿入され、さらにスリーブ挿入口２からガイドリング１２がねじ込まれ、ストッパー壁側環状シールパッキン９、アダプターリング１１及びスリーブ挿入口側環状シールパッキン１０が軸方向に移動できないように位置決めされている。なお、１７は、ガイドリング１２と円筒状ハウジング６の間を密閉するための環状のガイドリングシール用パッキンである。
ストッパー壁側環状シールパッキン９及びスリーブ挿入口側環状シールパッキン１０の外周面には、その表面に加圧流体を受けたとき当該環状シールパッキン自体を内側に押圧するための環状窪み１４が形成されており、アダプターリング１１の内周面には加圧流体を効率的に分散させるための環状窪み１３が形成されている。
【００１２】
また、円筒状ハウジング６のアダプターリング１１設置箇所に１個の流体流入口１５を貫通させ、アダプターリング１１には内面の環状窪みに連通する流体流通孔１６を２〜３個貫通させている。上記流体流入口１５には、口金装着用雌ネジ部１８が設けられている。
図２に示す態様では、流体流入口１５は円筒状ハウジング６の外周面に開口するように穿たれているが、図３に見られるように、円筒状ハウジング６の軸に平行に、かつストッパー壁方向に伸びるように穿たれた挿通孔１９に接続させ、その端部に口金装着用雌ネジ部２０を設けてもよい。なお、この際には、流体流入口１５の円筒状ハウジング外周面の開口部はネジあるいは他部材を溶接する等で閉じられる。この態様を採用すると、加圧流体の圧入時に、金具等の設置空間の狭い現場作業が行いやすいメリットもある。
【００１３】
上記の態様では、シールヘッド１とスリーブ２２はスリーブ保持用環状パッキン８で固定されることになるが、両者の固定を、スリーブ保持用環状パッキン８はなく、シール用の環状パッキンで行うことも可能である。その態様について説明する。
環状凹部７及びそれに嵌め込まれたスリーブ保持用環状パッキン８を使用することなく、前記ストッパー壁側環状シールパッキン９を、スリーブの外径よりもわずかに小さくすることで保持できる。すなわち、外径が小さい環状シールパッキン内にスリーブが挿し込まれた状態になると、両者は固定される。
環状シールパッキンの内径を、スリーブが挿し込まれる方向の奥の方に向かって徐々に傾斜させて小さくすると、スリーブを挿入しやすいとともに抜け難くなる。また、パッキン断面を山型にすると、パッキンをどちらの方向にも挿入できる。
ストッパー壁側環状シールパッキン９とスリーブ保持用環状パッキン８の両者の作用で、挿入されたスリーブを保持する態様を採用してもよいことは、勿論である。
【００１４】
円筒状ハウジング６の材質としては、通常一般構造用鋼やステンレス鋼が使用されるが、軽量化による作業性の向上を考慮すると高張力アルミニウム合金を使用することも有利である。
スリーブとして外径４０〜５０ｍｍ程度のものが使用されているので、ハウジング６はそのスリーブを受け入れられる程度の内径を有し、長さ６０〜７０ｍｍ程度あれば十分である。そして、スリーブ保持用環状パッキン８が嵌め込まれる環状凹部７の深さは、保持用パッキンの硬さ、横幅にもよるが、数ｍｍ程度で十分である。保持用パッキンとしては、硬さがショアーＡ硬度で７０〜９０度程度のニトリルゴムを用いることが好ましい。スリーブ保持用環状パッキン８の内径も、保持用パッキンの硬さ、横幅によっても変わるが、スリーブ外径に対してわずかに小さくした程度で十分である。幅も数ｍｍ程度で十分である。
【００１５】
ストッパー壁側環状シールパッキン９及びスリーブ挿入口側環状シールパッキン１０の材質も、前記保持用パッキン８と同程度の硬さのニトリルゴムやウレタンゴムを使用することが好ましい。サイズ的には、シールの際に負荷される圧力に耐えシール効果を十分に発揮させるためにある程度大きくすることが好ましい。
ストッパー壁側環状シールパッキン９にスリーブ保持機能を持たせるためには、その最小部内径はスリーブ外径に対してわずかに小さくした程度十分である。アダプターリング１１の材質も、円筒状ハウジング６と同質のものが使用される。
【００１６】
次に本発明ロックボルト加圧・膨張用シールヘッド１を使用して、ロックボルト２１を加圧・膨張させる態様について説明する。
膨張用の凹みが形成され、先端部が閉じられ、後端部に加圧流体圧入用スリーブ２２が被せられたロックボルト２１のスリーブ２２に本発明ロックボルト加圧・膨張用シールヘッド１を嵌め合わせる。なお、図４中、２３はスリーブ２２に設けた加圧流体圧入孔である。
スリーブがスリーブ保持用環状パッキン８又は／及びストッパー壁側環状シールパッキン９に抗するように挿し込まれる態様となって、スリーブ２２はシールヘッド１内に保持される。したがって、例えばトンネルのクラウン部に穿たれた穴に挿入されたロックボルトに当該シールヘッドを嵌着させた場合であっても、シールヘッド１がスリーブ２２から自重で落下するようなことはない。スリーブ保持用環状パッキン８又は／及びストッパー壁側環状シールパッキン９のサイズ，材質は、シールヘッド１内へのスリーブ２２の着脱が人力で容易に行える範囲の着脱力になるように調整・設定することが好ましい。
【００１７】
シールヘッド１の円筒状ハウジング６に穿たれた流体流入口１５の端部に設けられた口金装着用雌ネジ部１８に加圧流体注入用口金をねじ込み、加圧流体の圧入を開始する。
圧入された加圧流体は、円筒状ハウジング６内のアダプターリング１１外周面に導かれる。アダプターリング１１には内側に連通する流体流通孔１６は２〜３個しか設けられていないので、加圧流体は流体流通孔１６に達する前に２つの環状シールパッキン、すなわちストッパー壁側環状シールパッキン９とスリーブ挿入口側環状シールパッキン１０の外周表面に設けられた押圧用窪み１４に作用し、２つの環状シールパッキンを内方に移動、すなわちスリーブに押し付ける。環状シールパッキンを効かせてシールヘッド１内面とスリーブ２２外面を密閉する。その後加圧流体は、アダプターリング１１に穿たれた流体流通孔１６を経由し、アダプターリング１１内周の環状窪み１３とスリーブの貫通孔、すなわち加圧流体圧入孔２３を通ってロックボルト内に圧入され、ロックボルト２１を膨張させる。
【００１８】
上記態様は、一本のロックボルトを加圧・膨張させるものであるが、本発明ロックボルト加圧・膨張用シールヘッドを複数使用し、複数本のロックボルトを同時の加圧・膨張させることも可能である。
すなわち、図５に示すように、ロックボルト２１に被着されたスリーブ２２を嵌着・保持する複数のロックボルト加圧・膨張用シールヘッド１の、個々のシールヘッドハウジングに取り付けられた加圧流体注入用口金に加圧流体供給管を別々に接続する。それぞれがロックボルト加圧・膨張用シールヘッドの流体流入口に接続された複数の加圧流体供給管を、ジョイントブロック２５の送水口に接続し、このジョイントブロック２５をポンプ２４に接続する。
ポンプ２４の作動により、ジョイントブロック２５を介して複数の加圧・膨張用シールヘッド１に同時に加圧流体を圧送し、上記と全く同様の作用で、各々のシールヘッド内面とスリーブ外面とを密閉し、その後、ロックボルト内に圧入して、複数のロックボルトを同時に加圧・膨張させる。
複数本のロックボルトが同時に膨張されることにより、例えば岩盤の部分的な軟弱部の補強作業が極めて短時間で効率良く行えるようになり、トンネルの安定性が格段に向上する。
【００１９】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明ロックボルト加圧・膨張用シールヘッドの開発により、スリーブ保持用環状パッキンを配置することで、またはストッパー壁側環状シールパッキンにスリーブ保持機能を持たせることで、シールヘッドのスリーブへの着脱が容易に、いわゆるワンタッチで行えるようになった。しかも、保持用パッキンの保持力でシールヘッドが自重で落下するようなことがなくなったので、少数の作業員で効率良くシールヘッドの装着が行えるようになった。さらに、複数のシールヘッドを複数のスリーブに装着した後、シールヘッドの流体流入口に接続されたそれぞれの加圧流体供給管を一つのジョイントブロックに接続させれば、複数のロックボルトを同時に加圧・膨張させることができるので、岩盤の補強作業が極めて効率的に行えるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来のロックボルト加圧・膨張用シールヘッド構造を説明する図
【図２】 本発明のロックボルト加圧・膨張用シールヘッド構造を説明する図
【図３】 本発明の他のロックボルト加圧・膨張用シールヘッド構造を説明する図
【図４】 シールヘッドを使用してロックボルトを加圧・膨張させる態様を説明する図
【図５】 本発明のロックボルト加圧・膨張用シールヘッドを使用して、複数のロックボルトを同時に加圧・膨張させる態様を説明する図
【符号の説明】
１：シールヘッド ２：スリーブ挿入口 ３：ストッパー壁
４：小径部 ５：大径部 ６：円筒状ハウジング ７：環状凹部
８：スリーブ保持用環状パッキン ９：ストッパー壁側環状シールパッキン
１０：スリーブ挿入口側環状シールパッキン １１：アダプターリング
１２：ガイドリング １３：環状窪み １４：シールパッキン押圧用窪み １５：流体流入口 １６：流体流通孔 １７：ガイドリングシール用パッキン １８：口金装着用雌ネジ部 １９：挿通孔
２０：口金装着用雌ネジ部 ２１：ロックボルト ２２：スリーブ
２３：加圧流体圧入孔 ２４：ポンプ ２５：ジョイントブロック

Claims (7)

1. 先端にスリーブ挿入口（２）、後端にストッパー壁（３）を有し、後端のストッパー壁につながる小径部（４）と、先端のスリーブ挿入口につながる大径部（５）からなる円筒状ハウジング（６）と、前記小径部（４）に設けた環状凹部（７）に嵌め込まれたスリーブ保持用環状パッキン（８）と、前記大径部（５）に挿入されたストッパー壁側環状シールパッキン（９）、スリーブ挿入口側環状シールパッキン（１０）及びその間に配置されたアダプターリング（１１）と、前記スリーブ挿入口（２）から嵌入され前記ストッパー壁側環状シールパッキン（９）、スリーブ挿入口側環状シールパッキン（１０）及びアダプターリング（１１）の軸方向の移動を規制するガイドリング（１２）を備え、前記アダプターリング（１１）内面の軸方向中央に環状窪み（１３）が形成されるとともに、前記ストッパー壁側環状シールパッキン（９）及びスリーブ挿入口側環状シールパッキン（１０）の外面の軸方向中央にシールパッキン押圧用窪み（１４）が形成され、しかも前記円筒状ハウジング（６）のアダプターリング（１１）対応箇所に流体流入口（１５）を貫通させ、前記アダプターリング（１１）に流体流通孔（１６）を貫通させた形状を有することを特徴とするロックボルト加圧・膨張用シールヘッド。
2. ストッパー壁側環状シールパッキン（９）の内径が挿入されるスリーブの外径よりもわずかに小さくされている請求項１に記載のロックボルト加圧・膨張用シールヘッド。
3. 先端にスリーブ挿入口（２）、後端にストッパー壁（３）を有し、後端のストッパー壁につながる小径部（４）と、先端のスリーブ挿入口につながる大径部（５）からなる円筒状ハウジング（６）と、前記大径部（５）に挿入されたストッパー壁側環状シールパッキン（９）、スリーブ挿入口側環状シールパッキン（１０）及びその間に配置されたアダプターリング（１１）と、前記スリーブ挿入口（２）から嵌入され前記ストッパー壁側環状シールパッキン（９）、スリーブ挿入口側環状シールパッキン（１０）及びアダプターリング（１１）の軸方向の移動を規制するガイドリング（１２）を備え、前記ストッパー壁側環状シールパッキン（９）の内径が挿入されるスリーブの外径よりもわずかに小さくされ、さらに、前記アダプターリング（１１）内面の軸方向中央に環状窪み（１３）が形成されるとともに、前記ストッパー壁側環状シールパッキン（９）及びスリーブ挿入口側環状シールパッキン（１０）の外面の軸方向中央にシールパッキン押圧用窪み（１４）が形成され、しかも前記円筒状ハウジング（６）のアダプターリング（１１）対応箇所に流体流入口（１５）を貫通させ、前記アダプターリング（１１）に流体流通孔（１６）を貫通させた形状を有することを特徴とするロックボルト加圧・膨張用シールヘッド。
4. ストッパー壁側環状シールパッキン（９）の内面が、ストッパー壁（３）に近づくにつれ小さくなるように傾斜されて形作られている請求項２または３に記載のロックボルト加圧・膨張用シールヘッド。
5. ストッパー壁側環状シールパッキン（９）の内面が、軸方向中央部が小さくなるよう、断面山型に形作られている請求項２または３に記載のロックボルト加圧・膨張用シールヘッド。
6. 円筒状ハウジング（６）に設けた流体流入口（１５）を、円筒状ハウジング（６）の軸に平行かつストッパー壁方向に伸びるように穿たれた挿通孔（１９）を介してストッパー壁側端部に開口させた請求項１〜５のいずれかに記載のロックボルト加圧・膨張用シールヘッド。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載のロックボルト加圧・膨張用シールヘッド（１）をロックボルト（２１）に被せたスリーブ（２２）を嵌着・保持し、シールヘッド（１）の流体流入口（１５）に加圧流体供給管を接続するとともに、それぞれがロックボルト加圧・膨張用シールヘッドの流体流入口に接続された複数の加圧流体供給管を、ジョイントブロック（２５）の送水口に接続し、該ジョイントブロック（２５）にポンプ（２４）から加圧流体を圧入することを特徴する複数のロックボルトの同時加圧・膨張方法。

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