JPH10292799A - ロックボルト工法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 地山とロックボルトとの一体性、ロックボル
トのアンカー効果の持続性に優れ、作業性やボルトの耐
久性もよいロックボルト工法を提供する。 【解決手段】 地山に形成した削孔の孔壁内に製ロック
ボルトを挿入し、樹脂系定着材を用いて前記ロックボル
トを地山に固定することにより地山の安定化を図るロッ
クボルト工法において、前記ロックボルトを断面ほぼ円
形の棒状部材であって、側壁面にネジ山が設けられた雄
ネジ状のものとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ルーズな地山をロ
ックボルトにより安定化させる工法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来よりトンネル工事等において、ルー
ズな地山にロックボルトを挿入して地山と一体化させ、
そのアンカー効果により地山を安定化する工法が採用さ
れている。

【０００３】地山とロックボルトとを一体化させる方法
としては、例えば、地山に形成された削孔の孔壁内に樹
脂系定着材の入ったカプセルを最初に挿入し、後から金
属製のロックボルトを押し込み、回転を与えながらカプ
セルを破砕混合し、孔壁とロックボルトとの間の空間を
硬化した樹脂によって充填するという方法が採られてい
る。あるいは、予め設けられた削孔の孔壁内にセメント
やモルタル等のセメント系定着材を充填した後、ロック
ボルトを挿入して地山と一体化させる方法も採用されて
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ロックボルトは、鋼鉄等の金属製であり、腐食しやすい
ため耐久性に劣り、地山の安定化効果の持続性の面で問
題があった。また、重量が大きく、作業性も悪かった。

【０００５】また、地山とロックボルトとを一体化させ
る上記方法のうち、前者では、孔壁の自立が困難な場合
に、樹脂系定着材の入ったカプセルを削孔内に挿入する
ことが不可能となるという問題や、定着材成分の混合が
ロックボルトの回転のみによって行われるため、不十分
になり易く、定着材の性能が十分に発揮されないという
問題があった。

【０００６】一方、後者のセメント系定着材を用いる方
法に関しては、定着材の強度の発現が遅いために、地山
との一体化に時間がかかるという欠点があり、これを解
決するために速硬化剤を添加して硬化を速めた場合に
は、孔内に注入後、ロックボルトを挿入するまでに硬化
が進んで流動性がなくなり、ロックボルトが挿入できな
くなったり、ロックボルトと定着材との間に隙間が発生
し、地山との一体性が損われたりするという問題があっ
た。

【０００７】本発明は、このような従来の技術の問題点
に着目してなされたものであり、地山との一体性が優
れ、耐久性や作業性の面でも優れたロックボルト工法を
提供しようとするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１のロックボルト
工法では、上記の課題を解決するために、地山に形成し
た削孔内にガラス繊維強化プラスチック製ロックボルト
（以下、ＧＲＰボルトという）を挿入し、樹脂系定着材
（以下、単に定着材という）を用いて前記ロックボルト
を地山に固定することにより地山の安定化を図るロック
ボルト工法において、断面ほぼ円形の棒状部材であっ
て、側壁外面にネジ山が設けられた雄ネジ状のＧＲＰボ
ルトを用いる。

【０００９】上記ロックボルト工法においては、ロック
ボルトが中空であって、この中空部分から前記定着材を
注入することが好ましい（請求項２）。

【００１０】そのため、ロックボルトの定着材注入側端
部を、前記定着材を注入する管と、アルミ製の雌ネジ状
接続部材を介して接続できるようにする（請求項３）。

【００１１】上記ロックボルトは、必要に応じてロック
ボルトどうしをアルミ製の雌ネジ状連結部材を介して連
結して伸長する（請求項４）。

【００１２】前記定着材は、アルカリケイ酸塩水溶液と
イソシアネートを主成分とするシリカレジンであること
が好ましい（請求項５）。

【００１３】また、前記定着材は、削孔の孔壁内に注入
すると共に地中部分へ浸透させてもよい（請求項６）。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明で使用するＧＲＰボルト
は、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂等の樹脂をガラス
繊維で強化した素材からなる、断面ほぼ円形の細長い棒
状部材で、その側壁外面にネジ山が設けられて、雄ネジ
状になっている。ＧＲＰボルトの引張り破断耐力は、５
ｔ以上であることが好ましい。

【００１５】上記のように雄ネジ状に形成されたＧＲＰ
ボルトは、表面が平坦なボルトと比較して定着材との接
触面積が大きいため、地山との一体化効果が優れる。ま
た、後述するように他の部材との接続が容易になるとい
う効果も有する。なお、ネジ山は、必ずしもＧＲＰボル
トの長さ方向全体に設けられている必要はないが、他の
部材との接続のために少なくとも両端部に設けられてい
るのが好ましく、地山との一体化を強固なものにするた
めには、広範囲に設けられている程好ましい。従って、
全体に設けられているのが最も好ましい。

【００１６】ＧＲＰボルトは、両端部が開口した中空状
で、定着材が手元側の開口部から注入されて、先端側の
開口部から削孔内に流出するようなされていることが好
ましい。そのためにはＧＲＰボルトの手元側開口部を、
定着材を注入するホース等の管（以下、定着材注入管と
いう）と接続させる必要がある。このために用いられる
接続部材は、ＧＲＰボルトと螺合できる雌ネジ状部分を
有することが好ましく、また、軽くて高強度であり、耐
腐食性であることからアルミ製であるのが好ましい。な
お、接続部材と定着材注入管との接続方法は特に限定さ
れず、挿入、螺合等の方法を適宜用いることができる。

【００１７】ＧＲＰボルトの長さは特に限定されない
が、通常は３〜６ｍ程度であり、必要に応じて二本以上
のＧＲＰボルトどうしを連結することにより伸長するこ
とができる。その場合、連結部の引張り破断耐力が５ｔ
以上であることが望ましい。

【００１８】連結に用いる連結部材の形状は特に限定さ
れないが、雄ネジ状のＧＲＰボルトと螺合できるように
なされた雌ネジ状部分を有することが、接続の容易さの
点から好ましい。連結部材は、接続部材と同様の理由に
よりアルミ製であるのが好ましい。

【００１９】また、ＧＲＰボルトの側壁には、定着材が
ボルト周辺により素早く行き渡るようにするため、定着
材が流出する１又は複数の貫通孔を必要に応じて設ける
こともできる。貫通孔の孔径、個数、位置等は、定着材
の粘度、地山の状態等に応じて適宜決めればよい。

【００２０】本発明で用いる樹脂系定着材とは、合成樹
脂を主成分とするものであり、その種類は特に限定され
ないが、例えばポリオールとイソシアネート化合物を主
成分とする２液反応型のウレタン樹脂や、アルカリケイ
酸塩水溶液とイソシアネート化合物を主成分とするシリ
カレジン等を例として挙げることができる。

【００２１】ウレタン樹脂の成分であるポリオールの例
としては、１，３−ブタンジオール、１，４−ブタンジ
オール、１，６−ヘキサンジオール等の２価アルコー
ル、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリ
エチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピ
レングリコール、ブチレングリコール、アセチレングリ
コール、グリセリン、トリメチロールプロパン、ジグリ
セリン、ヒマシ油、脱水ヒマシ油、ソルビトール、庶糖
等の単独もしくは混合物、これらにプロピレンオキシド
やエチレンオキシド等のアルキレンオキシドを付加重合
したポリオール等が挙げられる。また、エチレンジアミ
ン、アニリン、トリレンジアミン、モノ、ジ又はトリエ
タノールアミン等にプロピレンオキシドやエチレンオキ
シド等のアルキレンオキシドを付加重合したアミンポリ
オール類も有効である。さらにアジピン酸、無水フタル
酸等の二塩基酸とエチレングリコール、ジエチレングリ
コール、トリメチロールプロパン等のグリコールやトリ
オールとの脱水縮合反応によって得られる各種ポリエス
テルポリオール、ε−カプロラクタムの開環重合によっ
て得られるラクトン系ポリエステルポリオール、ポリオ
ールのホスゲン化、ジフェニルカーボネートによるエス
テル交換法で合成されるポリカーボネートジオール、そ
の他アクリルポリオール、ポリブタジエン系ポリオー
ル、さらにマンニッヒポリオール、ノボラック樹脂、レ
ゾール樹脂等にプロピレンオキシド又はエチレンオキシ
ドを付加重合して得られるフェノール系ポリオール、さ
らにポリオール中でアクリロニトリル、スチレン等のビ
ニル系モノマーをラジカル重合させたものや、これらの
ポリマーをポリオールに分散溶解させたポリマーポリオ
ール、テトラヒドロフランのカチオン重合によって得ら
れるポリテトラメチレングリコール、これらにアルキレ
ンオキシドを付加重合した変性ポリオール等が挙げられ
る。

【００２２】イソシアネート化合物は、上記ポリオール
と反応してポリウレタンを形成するものであればよく、
イソシアネートモノマー、それらの二量体、三量体等の
重合物や、アルコールやポリオールで変性したもののい
ずれも有効である。イソシアネート基の含量は、固結体
物性の点から、５〜４８重量％、なかんずく１０〜３３
重量％であるのが好ましい。

【００２３】かかるイソシアネート化合物の具体例とし
ては、ポリメチレンポリフェニルイソシアネート、液状
ジフェニルメタンジイソシアネート、トリレンジイソシ
アネート、クルードトリレンジイソシアネート、キシリ
レンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、
ナフタレンジイソシアネート、水添ジフェニルメタンジ
イソシアネート、トリメチレンキシリレンジイソシアネ
ート等のポリイソシアネートの単独又は混合物、さらに
前記ポリイソシアネートを水や低級モノ〜多価アルコー
ルで変性したアダクト体もしくはポリイソシアネートと
各種ポリオールとを反応させた末端イソシアネート基含
有ウレタンプレポリマーの単独又は混合物、さらにこれ
らのアダクト体、もしくはプレポリマー類と前記各種ポ
リイソシアネートの１種又は２種以上との混合物等、さ
らに前記ポリイソシアネートに触媒を加え、二量体又は
三量体にしたもの等が挙げられる。

【００２４】これらの各種イソシアネート化合物の中で
も、固結強度、安全衛生面及び経済性の点から液状ジフ
ェニルメタンジイソシアネート、ポリメチレンポリフェ
ニルイソシアネート、末端イソシアネート基含有ウレタ
ンプレポリマー及びアダクト体等が好ましく、いわゆる
取扱い環境温度下での揮発性がきわめて小さく、液状で
しかも固結強度、経済性の伴った構成のものが好まし
い。また、メチルアルコール、エチルアルコール等の１
モルにエチレンオキシドを１〜１０モル付加した低級ア
ルコールエトキシレートにより、ポリメチレンポリフェ
ニルイソシアネートを部分変性した水分散型のものも有
用である。

【００２５】上記ウレタン樹脂は発泡してもよいが、Ｇ
ＲＰボルトの定着後の引抜き強度が低下するため、過剰
な発泡は好ましくない。

【００２６】次にシリカレジンの成分であるアルカリケ
イ酸塩水溶液としては、土木用として通常用いられてい
る水ガラスが用いられ、必要に応じ、ポリオール、触
媒、界面活性剤等を加えることができる。また、粘度調
整のために水を加えることもできる。

【００２７】添加されるポリオールとしては、上記した
ような、ウレタン樹脂の製造に通常用いられるものが用
いられるが、中でもエチレングリコール、プロピレング
リコール、トリエタノールアミン等の低分子ポリオール
が好ましい。

【００２８】触媒の例としては、ジメチルオクチルアミ
ン、ジメチルラウリルアミン、Ｎ−メチルモルホリン、
ジメチルピペラジン、トリエチレンジアミン、イミダゾ
ール、Ｎ−メチルジエタノールアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ´−
トリメチルアミノエチルエタノールアミン、Ｎ−ジメチ
ルエタノールアミン、ポリエチレンイミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ
´，Ｎ´−テトラメチルヘキサメチレンジアミン等のア
ミン系触媒が挙げられる。

【００２９】界面活性剤としては、陽イオン、陰イオ
ン、非イオン、両性イオン活性剤のいずれも使用可能で
ある。

【００３０】水ガラスの粘度としては、１０００ｍｐａ
・ｓ／２５℃以下が好ましく、５００ｍｐａ・ｓ／２５
℃以下がより好ましい。

【００３１】アルカリケイ酸塩水溶液と反応させるイソ
シアネート化合物としては、上述したウレタン樹脂の製
造に通常用いられるものが用いられ、その粘度は１００
０ｍｐａ・ｓ／２５℃以下が好ましく、５００ｍｐａ・
ｓ／２５℃以下がより好ましい。

【００３２】アルカリケイ酸塩水溶液との相溶性を向上
させるために、イソシアネートの一部を予め親水性ポリ
オールと反応させておくことができる。また、粘度調整
のために、プロピレンカーボネート、ジオクチルアジペ
ート等の低粘度希釈剤を加えることもできる。

【００３３】次に、ＧＲＰボルトを削孔内に固定する方
法の一例について、図を用いて説明する。ここでは、定
着材としてアルカリケイ酸塩水溶液とイソシアネート化
合物からなるシリカレジンを用いているが、これに限定
されるものではない。

【００３４】図１は、本発明の一実施態様を示す断面図
であり、地山１の削孔２内に挿入されたＧＲＰボルト１
０を示すものである。図２は、ＧＲＰボルト１０と接続
部材２０との結合状態を示す断面図であり、図３はＧＲ
Ｐボルト１０に連結部材４０を取り付けた状態を示す断
面図である。

【００３５】ＧＲＰボルト１０は、図１及び図２に示す
ように中空の管状部材で、側壁外面全体にネジ山が設け
られて雄ネジ状になっている。また、接続部材２０は、
中央に貫通孔２１を有するほぼ環状の部材で、貫通孔２
１と同軸に円筒状の凹部２２を有し、この凹部２２の内
壁にネジ山が設けられて雌ネジ状になっており、この凹
部２２にＧＲＰボルト１０が螺合される。

【００３６】また、図３に示す連結部材４０は、貫通孔
４１を有する環状部材で、貫通孔４１の内壁にネジ山が
設けられて雌ネジ状になっており、この貫通孔４１にＧ
ＲＰボルト１０が螺合される。ＧＲＰボルト１０は、必
要に応じて、この連結部材４０を用いて２本以上連結さ
れる。

【００３７】ＧＲＰボルト１０は、地山１に予め設けら
れた削孔２に手で挿入される。挿入後、ＧＲＰボルト１
０の削孔口部側の端部に接続部材２０を介して定着材注
入管３０が接続される。

【００３８】アルカリケイ酸塩水溶液とイソシアネート
化合物は、スタティックミキサー等で混合されたのち、
注入ポンプ等により定着材注入管３０を経て送液され、
ＧＲＰボルトの中空部に注入されて、矢印で示したよう
にＧＲＰボルト１０の吐出端部より流出して、ＧＲＰボ
ルト１０の周囲に流れ込み、削孔２内に充填される。両
成分の混合物が削孔２内に完全に充填されると削孔口部
からあふれ出すので、あふれ出しが認められた時点で注
入を中止する。両成分は、混合後約３０秒〜３０分間で
反応硬化し、ＧＲＰボルト１０は地山１と一体化する。

【００３９】ＧＲＰボルトは、通常は、上記のように削
孔を設けた後挿入するが、必要に応じて自穿口タイプと
することもできる。

【００４０】また、定着材を、削孔の孔壁内に注入する
と共に、地中部分へも浸透させる、いわゆる「フォアポ
ーリング」「フォアパイリング」として施工することも
できる。その場合は、注入圧をかけて地中部分に強制的
に浸透させ、あるいは樹脂の粘度を下げて、地山に浸透
しやすくする。

【００４１】

【実施例】以下、実施例により本発明をさらに詳細に説
明するが、本発明はこれによって限定されるものではな
い。

【００４２】実施例１〜３ 地山に直径３２ｍｍ、上向き４５°の角度で長さ６ｍに
削孔し、ＧＲＰボルト（（株）カテックス社製ガラス繊
維７５％・エポキシ２５％混合型中空ＧＲＰボルト、ボ
ルト外径２２ｍｍ、内径１２ｍｍ、長さ６ｍ、引張破断
耐力２１．２ｔ）を挿入し、定着材として、表１に示す
組成からなるＡ、Ｂ各成分をスタティックミキサーで混
合して注入ポンプによりＧＲＰボルトの中空部より注入
し、ＧＲＰボルトの先端部より流出させて削孔の孔壁内
に充填した。

【００４３】６時間後にＧＲＰボルトの引抜き強度を測
定した。その結果、いずれも１０ｔ以上の強度を示し
た。

【００４４】

【表１】 。

【００４５】比較例１ 地山に実施例と同様に削孔し、削孔空間部に表２に示す
モルタルを注入し、次いで、鋼鉄製のロックボルト（外
径２２ｍｍ、長さ６ｍ）を挿入し、６時間後にロックボ
ルトの引抜き強度を測定した。その結果、モルタルの強
度が弱く、ロックボルトは簡単に抜け落ちた。

【００４６】

【表２】 。

【００４７】

【発明の効果】請求項１の工法によれば、ロックボルト
として表面にネジ山を設けた雄ネジ状のＧＲＰボルトを
用いるので、定着材との接触面積が広く、地山との一体
性が優れ、長期にわたって安定したアンカー効果が得ら
れる。また、ボルトがプラスチック製であるため、軽く
て耐久性がある。

【００４８】請求項２のように、中空状のロックボルト
を用い、中空部より定着材を注入した場合、カプセル状
定着材を用いた場合等に起こる混合不良が発生しない。
従って、空間に隙間なく充填することができ、かつウレ
タン樹脂等の定着材の性能が十分に発揮される。

【００４９】特に請求項３のような構成にすることによ
り、ロックボルトと定着材注入管との接続が容易にな
り、しかも接続部材がアルミ製であるので軽くて高強度
であり、耐腐食性にも優れる。

【００５０】請求項４の工法によれば、ロックボルトど
うしを容易に結合することができ、しかも連結部材がア
ルミ製であるので軽くて高強度であり、耐腐食性にも優
れ、長期に亘って地山安定化効果が持続する。

【００５１】また、請求項５の工法によれば、定着材が
アルカリケイ酸塩水溶液とイソシアネート化合物を主成
分とするため、反応硬化時間が約３０秒〜３０分間と短
く、地山との一体化が速い。

【００５２】さらに、請求項６の工法によれば、定着材
が地中部分へも浸透するため、地山安定化効果が特に優
れている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施態様を示す断面図である。

【図２】ＧＲＰボルト１０と接続部材２０との結合状態
を示す断面図である。

【図３】ＧＲＰボルト１０に連結部材４０を取り付けた
状態を示す断面図である。

【符号の説明】

１……地山 ２……削孔 １０……ＧＲＰボルト ２０……接続部材 ２１……貫通孔 ２２……凹部 ３０……定着材注入管 ４０……連結部材

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】地山に形成した削孔内にガラス繊維強化プ
   ラスチック製ロックボルトを挿入し、樹脂系定着材を用
   いて前記ロックボルトを地山に固定することにより地山
   の安定化を図るロックボルト方法において、前記ロック
   ボルトが断面ほぼ円形の棒状部材であって、側壁外面に
   ネジ山が設けられた雄ネジ状であることを特徴とするロ
   ックボルト工法。
2. 【請求項２】前記ロックボルトが中空であって、この中
   空部分から前記定着材を注入することを特徴とする、請
   求項１に記載のロックボルト工法。
3. 【請求項３】前記ロックボルトの定着材注入側端部が、
   前記定着材を注入する管と、アルミ製の雌ネジ状接続部
   材を介して接続されることを特徴とする、請求項２に記
   載のロックボルト工法。
4. 【請求項４】前記ロックボルトどうしがアルミ製の雌ネ
   ジ状連結部材を介して連結されることを特徴とする、請
   求項１〜３のいずれか１項に記載のロックボルト工法。
5. 【請求項５】前記定着材がアルカリケイ酸塩水溶液とイ
   ソシアネート化合物を主成分とするシリカレジンである
   ことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載
   のロックボルト工法。
6. 【請求項６】前記定着材を削孔の孔壁内に注入すると共
   に地中部分へも浸透させることを特徴とする、請求項１
   〜５のいずれか１項に記載のロックボルト工法。