JPH03241114A - 岩盤固結用注入ボルトおよびそれを用いた岩盤安定化工法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、岩盤、地盤または人工構築物など（以下、本
明細書においては「岩盤」で代表させる）のクラック、
破砕帯、軟弱地層もしくは湧水などを２成分系、１成分
系または複合系グラウト注入により、シール、固結安定
強化、止水または固定化を行うばあいに用いられる岩盤
固結用注入ボルト（以下、「注入ボルト」という）に関
する。

本発明は、また、注入グラウトとして水酸基価５００Ｋ
ＯＨｍｇ／ｇ以上のポリオールとポリイソシアネートの
２成発泡硬質ウレタンを前記注入ボルトと併用して用い
る岩盤安定化工法に関する。

本発明は、さらに、注入グラウトとして、ポリオール成
分として末端水酸基の活性水素の一部がアルカリ金属お
よび（または）アルカリ土類金属で置換されたポリエー
テルポリオールを水不存在下においてジカルボン酸無水
物で処理してえられる変性ポリエーテルポリオールをイ
ソシアネート三量化触媒活性を具備した変性剤として使
用し、ポリイソシアネートとの組合せによる２成発泡イ
ソシアヌレート系硬質ウレタンを前記注入ボルトと併用
して用いる岩盤安定化工法に関する。

［従来の技術および発明が解決しようとする課題］ 従来より、トンネル切羽などにおいて、断層や剥離しや
すい岩石が存在するために天盤が脆弱化し、保安上、作
業上および生産上において支障をきたすことがあった。

このため、こういった軟弱な岩盤内に所定の薬液を注入
して、これを固化し、落盤や落石などを防止し岩盤を安
定化させることが行われている。

たとえば、特公昭８３−８３６８７号公報、特公昭６３
−６３８８８号公報、特開昭６３−７４１３号公報、特
開昭６３−７４９０号公報、特開昭８３−７４９１号公
報、特開昭６３−８４７７号公報および特開昭６３−３
５９１３号公報などには、２液発泡硬質ウレタン薬液を
静止ミキサー、逆止弁などを内装した中空鉄製パイプ（
直径２５＋ａｍ、長さ３ｍ程度）を通して不安定な岩盤
層に注入し、固結させる工法が記載されている。

しかるに、従来の工法に用いられる注入バイブは後述す
る構造上の欠陥を有しており、他山の重力や各種の応力
に対する耐力が小さく、不安定な地山や岩盤層の充分な
安定化効果をうろことができない。

すなわち、従来の注入ボルトは、２液をボルト内部で静
止ミキサーを通して混合するためにボルトの中央部ない
し前方部に静止ミキサーを挿入し固定させる必要があり
、そのためボルトの中央部と前方部を分離してねじ込み
式で接続できるようにし、この間に静止ミキサーや逆止
弁を固定する突起をつくったりするなどの種々の工夫が
とられている。

しかるに、こういった分離ねじ込み方式のボルトは、ね
じ込みのジヨイント部周辺の耐力が小さくなってしまい
、そのため所望通りに岩盤層を充分に安定化させること
が困難となってくる。かかる耐力の低下をカバーするた
めには、中空ボルトの肉厚を厚くしたり、また使用する
鋼材のグレードをアップしたりする必要が生じるが、不
経済であるばかりでなく作業性もわるくなってしまう。

本発明者らは、叙上の事情に鑑み、かかる従来の注入ボ
ルトの有する問題点を解決するべく鋭意研究、工夫の結
果、以下に詳述するごとき耐力低下が小さくかつ経済的
で作業性にも優れた、有孔中空ボルトの開発に成功した
。

すなわち、本発明の注入ボルトは、前方部と後方部とで
肉厚に差をつけて、その結合部分に断差を設け、この断
差に静止ミキサーを固定するようにしている。こうして
従来のボルトと異なり、静止ミキサーや逆止弁固定のた
めのジヨイントをなくした一本のボルトとし、薬液吐出
孔を有するボルト前方部は厚内とし、ボルト後方部は比
較的薄肉としている。

一方、注入薬液としては、従来よりセメントミルク、水
ガラス系などの無機系グラウトが用いられているが、該
無機系グラウトはセメント粒子の分散系のものであるた
め粘性が高く、岩盤クラックの細部まで浸透せず、かつ
強度発現に長期の日数を要し、作業効率がわるく、短時
間での強度発現により岩盤層の安定化および挿入ボルト
の固定化の目的を達成することができない。

また、有機系注入薬液としては、たとえば特開昭８３−
８４７７号公報には、２液発泡ウレタン樹脂でポリオー
ル成分として水酸基価が４５０〜２５０■ＫＯＪＩ／ｇ
、イソシアネート成分としてイソシアネート基含有量１
８〜４８重量％、分子量１７４〜２０００のポリイソシ
アネートとのシステムが紹介されている。しかるにこれ
らの水酸基価範囲のポリオールは、分子量範囲をジオー
ル−テトラオール換算すると約２５０〜９００となり低
分子領域とはいえ粘性が高く、このため減粘剤して塩化
メチレン、トリクロロモノフルオロメタンなどの低沸点
溶剤の使用を余儀なくされ、労働安全衛生面、環境汚染
面からも好ましくないうえに、ウレタン結合、尿素結合
などの架橋密度が小さく固結体の強度も低く、従って岩
盤層の安定化やロックボルトの固定化も充分とはいえな
い。またこれらの薬液は必然的に可燃性であるという欠
点を有している。

［課題を解決するための手段］ 本発明の注入ボルトは、中間部分に継ぎ目を有しない一
体加工された中空ボルトであって、厚内の前方部とグラ
ウト注入用の開口部を有する薄肉の後方部とからなり、
前方部と後方部との境界の段差部には静止ミキサーが設
けられており、かつ前記前方部には複数個の混合グラウ
ト用射出孔が形成されてなることを特徴としている。

また、本発明の岩盤安定化工法は、 （１）岩盤に所定間隔で複数個の孔を穿設し、前記孔内
に前記の注入ボルトを挿入し、ボルトの開口部より、水
酸基価５００ＫＯＨｍｇ／ｇ以上のポリオールとイソシ
アネート基を２個以上有するポリイソシアネート化合物
とを必須成分とする速硬性硬質発泡ウレタン樹脂からな
る薬液を注入する ことからなる岩盤安定化工法であって、前記ポリオール
とポリイソシアネート化合物をＮＣＯ／ＯＨ当量比が０
．５／　１〜１０／１となるよう混合し、前記速硬性硬
質発泡ウレタン樹脂が、初期混合粘度が１０００ｃＰ／
　２０℃以下であり、硬化時間が５秒〜１０分であり、
発泡倍率が１〜３０倍であり、かつ、圧縮強度が１〜４
００）ｃｇ／ｃｊの性能を有すること、または （２）岩盤に所定間隔で複数個の孔を穿設し、前記孔内
に前記の注入ボルトを挿入し、ボルトの開口部より、（
資）末端水酸基の活性水素の一部がアルカリ金属および
（または）アルカリ土類金属で置換されたポリエーテル
ポリオールを水不存在下においてジカルボン酸無水物で
処理してえられる変性ポリオールと、（Ｂ）ポリイソシ
アネートとを必須成分とする２成分型速硬性硬質発泡イ
ソシアヌレート系ウレタン樹脂からなる薬液を注入する ことからなる岩盤安定化工法であって、前記四成分と（
８）成分をＮＧＯｌｏ）１当量比が０．５／　１〜１０
／１となるよう混合し、前記速硬性硬質発泡イソシアヌ
レート系ウレタン樹脂が、初期混合粘度が１０００ｃＰ
／２０℃以下であり、硬化時間が５秒〜１０分７２０℃
であり、発泡倍率が１〜３０倍であり、かつ、圧縮強度
か１〜４００ｋｇ／ｃ−の性能を有することを特徴とし
ている。

［実施例コ まず、本発明の注入ボルトについて詳細に説明する。

第１図は本発明の注入ボルトの一実施例の概略説明図で
ある。

第１図において、圓は本発明の一実施例にかかわる注入
ボルトであり、該ボルト内は薄肉の後方部ｆｌ）と厚肉
の前方部（２）からなっている。ボルト（資）は中間部
分に継ぎ目のない一体加工された中空ボルトである。

ボルト内の外径および長さは、本発明においてとくに限
定されないが、それぞれ概ね２５〜３０ｍ１および２〜
４ｍが目安である。ボルト内の材質としては、目的に応
じてポリエチレン、硬質塩化ビニル樹脂などのプラスチ
ック、アルミニウム、真ちゅうなどの軽金属、鉄、鋼な
どを用いることができるが、とくに耐力を要求される山
岳土木、たとえばナトムエ法による不安定岩盤、地盤の
安定強化を目的とするばあいは、耐力、防錆、耐久性の
点より各種鋼材を用いるのが好ましい。とりわけ、強度
、耐力の点より炭素鋼鋼管が好ましく、たとえばＪＩＳ
Ｇ−３４５５に規定されている炭素含有量０．４５〜０
．５５％のＳＴＫＭ１７ｃなどがとくに好ましい。

薄肉の後方部（１）は、その端部にグラウト注入用の開
口部（３）を有しており、この開口部（３）に逆止弁を
備えたジヨイント（図示せず）が接続され、後述する薬
液が注入される。後方部（１）の肉厚は、応力、作業性
、経済性などの点より３〜５關の範囲、とくに３．５〜
４．５關の範囲にあるのが好ましい。

厚肉の前方部（２）には混合グラウトをボルト四周辺の
岩盤内に射出するための孔（４）が複数個形成されてい
る。該孔（４）の個数は、注入方向（軸方向）に対し全
領域に浸透すること、およびボルトの耐力の点より８〜
１２個、通常８個を厚内部の約２分の１の部分から先端
部にかけて、厚さ方向に対して上下左右はぼ均等の間隔
で削孔する。また、孔（４）の直径は、ボルトの耐力、
薬液の吐出流速などの点より概ね７〜９關であるのが好
ましい。

前方部（３の端部はねじ切り構造であり、円錐形状の先
端ストッパー（９）がねじ込み式ではめ込まれており、
端部が密封されている。なお、前方部（２）の肉厚は４
〜７ｍｍ、とくに５〜６＋ｌｌ１１であるのが好ましい
。

前方部（２と後方部（１）の境界には、肉厚が急激に変
化する段差部（５）が形成されており、この段差部（５
）に後述する静止ミキサー（６）のつば部が係合するよ
うになっている。

前方部（２）と後方部（１）の肉厚の比率は耐力的な面
より、１．１〜２．３：１程度であるのが好ましく、こ
れより大きくても小さくても経済性や耐力などに問題が
生じてしまう。

本発明の注入ボルトの特徴のひとつは、前記段差部（５
）に静止ミキサー（６）が、特別の固定具を要すること
なく、自然に固定しうる点にある。

すなわち、２液温合パーツとして、らせん状に成形加工
したものを円筒形に組立て加工し、手前部分（グラウト
注入側）に外径を若干大きくしたつばを設けたタイプの
もの（たとえば特開昭８３−７４１３号公報の第２図や
特開昭８３−７４９０号公報の第２図に示されているも
の）であって、円筒部（刀の外径を中空ボルト前方部（
２）の内径より１關程度小さくするとともに、つば（８
）の外径を前方部（′２Ｉの内径よりも大きくかつ後方
部（１）の内径よりも適宜スムーズに出し入れができる
程度に小さく成形加工したものが用いられる。

かかる工夫を施した静止ミキサー（６）を本発明の注入
ボルト（４）内に開口部（３）より挿入し、ついで薬液
をポンプにて圧入すると、静止ミキサ（６）は自然と段
差部（５）にセットされ、両液がよく混合されて注入工
事を円滑に行うことができる。

本発明の注入ボルトを用いて注入する薬液としては、２
成分型発泡硬質ポリウレタンが浸透性、速硬性、固結安
定効果の点で好ましく、なかんずく以下のごとき薬液が
とくに優れている。

すなわち、低粘性で高強度の物性を示す２成分型硬質発
泡ウレタン樹脂であって、水酸基価５００ＫＯＨｍｇ／
ｇ以上で粘度１０００　ｃＰ　／２０℃以下のポリオー
ルとポリイソシアネートを用い、組合せたものが好まし
い。

水酸基価５００　ＫＯｔｌ＋＋＋ｇ／　ｇ以上で粘度１
０００　ｃＰ／２０℃以下のポリオール成分としては、
■　１，３−または１，４−ブタンジオール、１．３−
または２．３−ブチレングリコール、１，６−ヘキサン
ジオール、ペンチレンゲリコール、ヘキシレングリコー
ルなどの２価アルコール類の単独またはこれらにエチレ
ンオキシド、プロピレンオキシドなどのアルキレンオキ
シドを付加重合した水酸基価５００ｋＯＨ■／ｇ以上の
ジオールや、 ■　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、トリプロピレングリコール、ジエチレ
ングリコール、トリブチレングリコール、グリセリン、
トリメチロールプロパン、モノ、ジェタノールアミン、
トリエタノールアミン、ジグリセリンなどの単独または
これらにアルキレンオキシド類を付加重合せしめた水酸
基価５００ＫＯＨ＋Ｉ１ｇ／ｇ以上のポリオール類や、 ■　アニリン、エチレンジアミンなどにエチレンオキシ
ド、プロピレンオキシドなどを付加重合せしめた水酸基
価５００ＫＯ１１ｍｇ／　ｇ以上のアミンポリオールや
、 ■　メタノール、エタノール、プロパツール、ブタノー
ル、ヘキサノールなどのアルコール類の単独またはこれ
らにエチレンオキシド、プロピレンオキシドなどのアル
キレンオキシド類を付加重合せしめ水酸基価５００ＫＯ
Ｈｍｇ／ｇ以上のモノオール類 などをあげることができる。これらのポリオルはそれぞ
れ単独で用いてもよいし、数種類混合して用いてもよい
。

つぎに、これらのポリオール類と組合わせるポリイソシ
アネートとしては、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ト、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な
どの単独または混合物をあげることができる。また、こ
れらの有機ポリイソシアネートを水や前記■〜■に示し
たポリオール類さらには水酸基価５００ＫＯＨｍｇ／ｇ
以上のポリオール類で変性した、いわゆるＮＧＯ基末端
ウレタンプレポリマーの形として用いてもよい。さらに
有機ポリイソシアネート単体に触媒を加え、二量体また
は三量体としたものを使用してもよい。

前記ポリオールおよび有機ポリイソシアネートを組合わ
せて所定の発泡硬質ウレタン組成物をうるには公知の手
法を採用することができる。

すなわち、まず水酸基価５００ＫＯＨｍｇ／ｇ以上、粘
度１０００　ｃＰ　／２０℃以下のポリオール成分に、
要すれば発泡剤としてトリクロロモノフルオロメタン、
ジクロロジフルオロメタン、塩化メチレン、トリクロロ
エタン、ヘキサンなどの低沸点有機溶媒、水、ニトロエ
タン、ホルムアミド、尿素、ホウ酸、ホウ砂などを配合
する。

さらに、界面活性剤、整泡剤として、たとえばシロキサ
ン−オキシアルキレンコポリマーオルガノポリシロキサ
ン、ノニルフェノールエトキシレートなどを配合する。

また、ポリイソシアネートとの反応を促進するために種
々の触媒、たとえばジブチル錫ラウレート、オクチル酸
錫、トリエチレンジアミン、トリエチルアミンなどを配
合する。

さらに、難燃効果を発揮させるためにリン、ハロゲン化
合物、二酸化アンチモン、水酸化アルミニウムなどを配
合してもよく、また粘度低下剤として有機希釈剤、たと
えばジブチルフタレート、ジオクチルフタレート、ゲル
タール酸メチルエステル、グリコールやセロソルブ類の
酢酸エステルなどを添加するようにしてもよい。

ポリオール成分中の水酸基とポリイソシアネート成分中
のＮＧＯ基との反応比、すなわちＮＣ０１０！１当量比
は０．５／　１〜１０／１であり、０．９７１〜２／１
であるのが好ましい。ポリオール成分とポリイソシアネ
ート成分は注入ボルト内に挿入した静止ミキサーにより
均一に混合され、所定の岩盤、破砕帯層へ注入される。

岩盤固結安定化のためには、硬化時間は５秒〜１０分、
発泡倍率は１〜３０倍、圧縮強度は１〜４００ｋｇ／ｃ
ｄの性質を示す樹脂であることが必要である。

つぎに、本発明の工法の特徴のひとつである、有用な注
入グラウトとして特殊な２成分型速硬性硬質発泡イソ、
シアヌレート系ウレタン樹脂を用いる点について説明す
る。

すなわち、■成分のポリオール成分としては末端水酸基
の活性水素の一部がアルカリ金属および（または）アル
カリ土類金属で置換されたポリエーテルポリオールを水
不存在下においてジカルボン酸無水物で処理してえられ
る変性ポリエーテルポリオールをイソシアネート三量化
触媒活性を具備した変性剤として使用し、旧）成分とし
てポリイソシアネートを用いる。そして、（４）成分と
０）成分をＮＧＯ１０１＋当量比０．５　／１〜１０／
１、好ましくは２／ｌ〜８／ｌの配合比で混合注入し、
両成分の初期混合粘度１０００ｃＰ／　２０℃以下硬化
時間５秒〜１０分／２０℃、発泡倍率１〜３０倍で圧縮
強度が１〜４００ｋｇ　／　（１！−の固結性能を有す
る速硬性硬質発泡ポリイソシアヌレート系ウレタン樹脂
が用いられる。前記変性ポリエーテルポリオールによる
ポリイソシアヌレート系ウレタン樹脂組成物は、たとえ
ば特公昭５７−４２６４６号公報に記載されているよう
に、以下に述べる方法により製造することができる。

まずイソシアネートの三量化触媒活性を具備した特殊な
変性ポリエーテルポリオールはっぎのごとく製造される
。すなわち末端水酸基の活性水素の一部がアルカリ金属
および（または）アルカリ土類金属で置換されたポリエ
ーテルポリオールを、水不存在下においてジカルボン酸
無水物で処理してえる。

まず、末端水酸基の活性水素の一部がアルカリ金属およ
び（または）アルカリ土類金属で置換されたポリエーテ
ルポリオールとしては、たとえば、少なくとも２個以上
の活性水素基を有する有機化合物（以下、「開始剤」と
いう）に触媒としてアルカリ金属および（または）アル
カリ土類金属の水酸化物を添加し、加熱減圧処理を行っ
たのちアルキレンオキサイドを付加重合させることによ
ってえられた触媒を含有するポリエーテルポリオール（
以下、「粗製ポリエーテルポリオール」という）、粗製
ポリエーテルポリオールにさらにアルカリ金属および（
または）アルカリ土類金属の水酸化物を追加添加したの
ち加熱減圧処理してえられるポリエーテルポリオール、
粗製ポリエーテルポリオールより触媒を精製処理して除
去したポリエーテルポリオール（以下、「精製ポリエー
テルポリオール」という）にアルカリ金属および（また
は）アルカリ土類金属の水酸化物を添加後、加熱減圧処
理してえられるポリエーテルポリオールおよびそれらの
混合物などがあげられる。

開始剤としては、たとえば、エチレングリコール、プロ
ピレングリコール、グリセリン、トリメチロールプロパ
ン、ペンタエリスリトール、ソルビトール、シュークロ
ーズなどの低分子多価アルコール、モノエタノールアミ
ン、ジェタノールアミン、トリエタノールアミンなどの
アルカノールアミン、エチレンジアミン、ジエチレント
リアミン、トリエチレンテレラミンなどの脂肪族ポリア
ミン、トリレンジアミン、４．４’−ジフェニルメタン
ジアミン、フェニレンジアミンなどの芳香族ポリアミン
、ビスフェノールＡ１ノボラツクなどの芳香族多価アル
コールなどがあげられる。アルキレンオキサイドとして
は、たとえば、エチレンオキサイド、プロピレンオキサ
イド、ブチレンオキサイドなどがあげられ、これらの単
独もしくは２種以上を、開始剤にランダムもしくはブロ
ックコポリマーの形で付加重合させる。このようにして
えられる末端水酸基の活性水素の一部がアルカリ金属お
よび（または）アルカリ土類金属で置換されたポリエー
テルポリオールは、通常変性前において平均分子量が１
００〜２０，０００、好ましくは１００〜ｉｏ、ｏｏｏ
、水酸基数が２〜８、オキシアルキレン鎖中のオキシエ
チレン鎖の含有量が０〜１００％のものである。

つぎに、触媒として開始剤に添加するか、または粗製ポ
リエーテルポリオールもしくは精製ポリエーテルポリオ
ールに添加するアルカリ金属および（または）アルカリ
土類金属の水酸化物としては、ナトリウム、カリウム、
カルシウム、マグネシウムなどの水酸化物があげられる
。

アルカリ金属および（または）アルカリ土類金属の水酸
化物の添加量は、末端水酸基の活性水素の一部がアルカ
リ金属および（または）アルカリ土類金属で置換された
ポリエーテルポリオール１００重量部中にそれらが金属
単体として０．０５〜１０重量部、好ましくは０．１〜
５重量部含有されるように添加する。

変性ポリエーテルポリオールの製造においてとくに重要
なことは、できるだけアルカリ金属および（または）ア
ルカリ土類金属の水酸化物をポリエーテルポリオールの
アルコラードとなし、水酸化物としての量を極力少なく
することである。もし、アルコラード化が不充分であれ
ば、ジカルボン酸無水物を添加し加熱処理した際、遊離
の塩が多くなり、イソシアネートの三量化作用という目
的に合致しない結果を招く。

アルコラード化率をできるだけ高めるには撹拌効率、加
温温度および減圧度を高め、処理時間を長くすればよい
が、目的の範囲内でポリエーテルポリオールの水酸基価
を大きくすることおよび末端水酸基の１級化率を大きく
することも有効な方法である。末端水酸基の１級化率を
大きくする一般的方法は、ポリエーテルポリオールの末
端へ添加するエチレンオキサイドの量を多くすればよい
。

つぎに、末端水酸基の活性水素の一部がアルカリ金属お
よび（または）アルカリ土類金属で置換されたポリエー
テルポリオールを水手存在下で処理するジカルボン酸無
水物としては、たとえば無水コハク酸、無水グルタル酸
などの飽和脂肪族ジカルボン酸無水物、無水フマル酸、
無水マレイン酸などの不飽和脂肪族ジカルボン酸無水物
、無水フタル酸などの芳香族ジカルボン酸無水物および
無水シクロヘキサンジカルボン酸などの脂環族ジカルボ
ン酸無水物などがあげられ、単独もしくは２種以上併用
しても構わない。これらのジカルボン酸無水物の添加量
は、末端水酸基の活性水素の一部がアルカリ金属および
（まだは）アルカリ土類金属で置換されたポリエーテル
ポリオールのアルカリ金属および（または）アルカリ土
類金属１当量に対し、０．５〜１，５当量、好ましくは
０，８〜１．２当量であり、加熱条件は３０〜１５０℃
、好ましくは６０〜１２０℃で１〜３時間である。

ジカルボン酸無水物のかわりにモノカルボン酸無水物（
たとえば、無水酢酸）やトリカルボン酸無水物（たとえ
ば、無水トリメリット酸）もしくはテトラカルボン酸無
水物（たとえば、無水ピロメリット酸）、第２塩基酸以
外の酸無水物を用いると、遊離の塩が多量生成したり、
変性ポリエーテルポリオールがエステル化により高分子
化するなど、いずれもイソシアネートの三量化作用を達
成出来ない。

このようにしてえられた変性ポリエーテルポリオールを
イソシアネート三量化触媒活性を具備した変性剤として
使用し、無発泡〜発泡状の変性ポリイソシアヌレート結
合体を主体とした硬化物を形成されるばあい、Ｂ成分の
ポリイソシアネートとのＮＣＯ／ＯＨ反応当量比は、一
般に２以上が好ましいが、耐熱性、難燃性などを激しく
要求されないばあいには当量比が２以下となるポリイソ
シアネートと反応しても良好な固結体がえられる。すな
わち、当量比０．８〜１．２程度で反応する、いわゆる
、硬質ウレタンフオーム用のウレタン化触媒活性を具備
したポリオールを使用しても良好な硬化物かえられる。

また、当量比２以上でもポリイソシアネートと反応する
ばあいには、変性ポリエーテルポリオールの他にも、必
要に応じて、さらにその他の公知のイソシアネート三量
化触媒やウレタン化触媒を、さらにまた、変性剤として
公知の各種の活性水素化合物を併用することもできる。

つぎに、ポリイソシアヌレート硬化物を形成させるため
のＡ成分と組合わせるＢ成分のポリイソシアネートとし
ては、たとえば、４，４゛−ジフェニルメタンジイソシ
アネート粗製物（以下、「粗製ＨＤＩ　Ｊという）　ポ
リメチレンポリフェニルイソシアネート（ＰＡＰＩ）、
トリレンジイソシアネート粗製物（粗製ＴＤＩ）、２．
４４リレンジイソシアネート、２．６４リレンジイソシ
アネート、ナフタリンジイソシアネート、キシリレンジ
イソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、イ
ソホロンジイソシアネートなどのポリイソシアネートお
よびこれらの混合物、さらにこれらのポリイソシアネー
トとポリオールのプレポリマーおよび（または）これら
のプレポリマーと前記ポリイソシアネートの混合物など
があげられる。

発泡状の変性ポリイソシアヌレート硬化物を形成させた
いばあいは発泡剤としては、要すればたとえば、トリク
ロロモノフルオロメタン（Ｆ−１１）、ジクロロジフル
オロメタン（［’−１２）および塩化メチレンなどの低
沸点有機溶媒、水、ニトロエタン、ホルムアミド、尿素
、ホウ酸、ホウ砂などを添加し、その配合量は一般に０
．５〜５重量％含有されるようにＡ成分中に配合する。

またＡ成分とＢ成分の相溶性や整泡性を向上させるため
に界面活性剤として、たとえば、シロキサン−オキシア
ルキレンコポリマー（以下、「シリコーン油」という）
、オルガノポリシロキサン、オキシエチル化アルキルフ
ェノール、オキシエチル化高級アルコールおよびエチレ
ンオキサイド−プロピレンオキサイドブロックコポリマ
ーなどを添加してよく、一般に１〜１０重量％含有され
るようにＡ成分中に配合する。

つぎに硬化物のシール効果や固結強度をアップさせるた
めに、さらには難燃効果を補助するために添加する液状
ないし粉末状添加剤としては、リン、臭素、塩素などの
ハロゲン化合物、水酸化アルミニウム、ホウ酸、石膏、
消石灰、炭酸カルシウムセメント、カーボン、ベントナ
イト、粘土、着色剤などがあり、これらの添加量は、Ａ
ＳＢ両成分成分合計量して０〜１００重量％配合すると
よい。これらの液状ないし粉末状添加剤はＡ成分もしく
はＢ成分いずれにでも配合できるが、水分混入による製
品安定性を考慮するとＡ成分側に配合するのが好ましい
。

つぎにこのような特殊な組成による硬質ウレタン樹脂も
しくはポリイソシアヌレート系ウレタン樹脂組成物と本
発明の注入ボルトを用い、岩盤のクラックや空隙、破砕
帯層などへの注入、固結安定化させるには、公知の方法
が採用される。

以下、本発明の注入ボルトおよび岩盤安定化工法を実施
例にもとづき説明するが、本発明はもとよりかかる実施
例にのみ限定されるものではない。

実施例１および比較例１ 第１表に示される仕様を有する、本発明の注入ボルトと
従来の注入ボルトについて荷重耐力テストを行った。結
果を第１表に示す。

また破砕帯を有する岩盤に４２ｍｍφビットレッグオー
ガーにより２ｍ間隔で深さ３ｍの孔を２０個削孔した。

削孔された孔の直径は約５０關であったが、孔内はズリ
と呼ばれるもので塞がされていた。

えられた孔内に、実施例１のボルトの挿入を１０回行っ
たが、１０回とも確実に挿入することができた。一方、
比較例１のボルトも１０回挿入してみたが、いずれのば
あいも中央の継手部分に亀裂が発生し、１０本のうち６
本は破壊してしまった。

［以下余白］ 実施例２ 破砕帯を有するトンネル天盤部に４２ｍ１１φビツトレ
ツグオーガーにより２ｍ間隔で削孔角度２５〜３５°　
（トンネル掘削方向に対しての角度）で５個削孔し、え
られた孔内に本発明の注入ボルト（外径２７．２ｍｖＡ
ｓ内径１８．２ｍｍ　（前方部）　、１９．２ｍｍ　（
後方部）、長さ３ｍ、静止ミキサーおよび逆止弁内装）
を挿入し、口元部公約３０ｃｍを急結セメントで押し込
みシールした。

ついで、固定した各注入孔より下記の２成分型硬質発泡
ウレタン樹脂を注入圧約５〜１０ｋｇ／ｃｄＧで、１孔
あたり約１００〜１５０ｋｇの薬’ｔｆＭ、を注入した
。

なお、下記Ａ成分およびＢ成分中の各成分は重量部表示
である。

Ａ成分 ポリオール成分 グリセリンにエチレンオキシドを 付加重合したもの（分子量３００、 粘度１６０ｃＰ／２０℃）４０ ジプロピレングリコール （粘度８０ｃＰ７２５℃）　　　　　　　６０水　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　１
．０整泡剤ＤＫＳ　シ！Ｊ　コンＤ３３２　　　　　２
．０ＤＡＢＣＯ３３ＬＶ　　　　　　　　　　　　Ｌ、
０ジブチルチンジラウレート　　　　　０．２混合ポリ
オール平均水酸基価 （■ＫＯＨ／　ｇ　）　　　　　　　　　　７２７Ｂ成
分 Ｃ−ＭＤＩ　　（ミリオテートＭＲ−１００）　　　２
０８塩化メチレン　　　　　　　　　　２゜配合（重量
）比：Ａ成分／Ｂ成分−１０４，２／２１３混合粘度（
ｃＰ　／２０℃）１１゜ クリームタイム：３３秒 ゲルタイムコ４０秒 ライズタイム：５２秒 薬液を注入してから約９０分後に、掘進により地山の改
良状態を調査したところ、固結範囲は奥行２ｍ・厚さ２
ｍの半円状であり、固結安定化していた。

注入固結部分をサンプラーでφ５ｃｍＸＩＯｃｍの円柱
状にサンプリングし、−軸圧縮強度を測定すると　１４
０ｋｇ／ｃ−であった。なお、未改良部は破砕帯のため
サンプリングが不可能であった。

この結果、本発明の注入ボルトの有効性が充分証明され
、かつ、実施例１のボルト耐力とも併せて１８１以上の
固結安定化層が形成されることが判明した。

実施例３および比較例２ 大きな空隙を有する花崗岩破砕帯部のトンネル天盤部の
安定化を計るために、２成分型硬質発泡ポリイソシアヌ
レート系ポリウレタン樹脂注入による安定化を行った（
実施例３）。なお、比較のために一般の硬質発泡ウレタ
ン処方についても実施した（比較例２）。施工方法は実
施例２と同様に行った。

すなわち、天盤部にφ４２關ビットレッグオガーにより
約２　ｍ間隔で深さ２ｍの注入孔（Ｎα１〜１０）を１
０個削孔した。削孔角度は２０°であった。えられた孔
内に実施例２と同様の本発明鉄製ロックボルトを挿入し
、口元部を実施例２と同様にしてシールした。

各注入孔に対して第２表に示される薬液を１００〜１５
０　ｋｇ　（注入圧２〜１０ｋｇ　／　ｃ−）注入して
シールした。薬液を注入してから約９０分後に地山の安
定化状況を確認するために注入孔周辺を掘進し調査した
ところ固結範囲は奥行約２ｍ、厚さ約２ｍの半円状に固
結しており、かつ、大きな空隙部にも高密度でよくシー
ルされていた。

なお、参考のためにとくに大きな空隙部でシール固結し
ているウレタン樹脂単独固結部分をコアサンプリングし
て圧縮強度を測定するとともに燃焼テストを実施した。

［以下余白］ 実施例３より、ジカルボン酸無水物処理による変性ポリ
オールとポリイソシアネート、さらに要すればこれらに
難燃剤を配合した特殊なポリイソシアヌレート系硬質発
泡ウレタン薬液を本発明の注入ボルトと併用して岩盤破
砕帯に注入することにより、難燃性のイソシアヌレート
構造を主体とした固結物を形成して、岩盤の安定化を図
ることが可能であり、トンネル掘削工事において非常に
有益であることが立証された。

［発明の効果］ 以上、説明したとおり、本発明の注入ボルトは中間部に
継ぎ目を有していないので、耐力に優れるボルトを経済
的にうろことができる。また、かかる注入ボルトを使用
する本発明の岩盤安定化工法は、破砕帯や不安定岩盤、
地盤層の安定化強化の能力および効率向上を計ることが
でき、さらに低分子量、低粘性の注入薬液、ポリイソシ
アヌレート固結体の形成薬液との併用により、浸透性、
高強度固結体、難燃性などが付与され、−段と岩盤安定
強化上広の技術向上を確立することができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の注入ボルトの一実施例の概略説明図で
ある。 （図面の主要符号） （Ａ）：注入ボルト （１）；後方部 （２）：前方部 （５）：段差部 （６）：静止ミキサー

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　中間部分に継ぎ目を有しない一体加工された中空ボ
   ルトであって、厚肉の前方部とグラウト注入用の開口部
   を有する薄肉の後方部とからなり、前方部と後方部との
   境界の段差部には静止ミキサーが設けられており、かつ
   前記前方部には複数個の混合グラウト用射出孔が形成さ
   れてなることを特徴とする岩盤固結用注入ボルト。 ２　前記ボルトの内部であって静止ミキサーの開口部側
   に逆止弁が設けられてなる請求項１記載の岩盤固結用注
   入ボルト。 ３　岩盤に所定間隔で複数個の孔を穿設し、前記孔内に
   請求項１記載の注入ボルトを挿入し、 ボルトの開口部より、水酸基価５００ＫＯＨｍｇ／ｇ以
   上のポリオールとイソシアネート基を２個以上有するポ
   リイソシアネート化合物とを必須成分とする速硬性硬質
   発泡ウレタン樹脂からなる薬液を注入する ことからなる岩盤安定化工法であって、前記ポリオール
   とポリイソシアネート化合物を ＮＣＯ／ＯＨ当量比が０．５／１〜１０／１となるよう
   に混合し、前記速硬性硬質発泡ウレタン樹脂が、初期混
   合粘度が１０００ｃＰ／２０℃以下であり、硬化時間が
   ５秒〜１０分であり、発泡倍率が１〜３０倍であり、か
   つ、圧縮強度が１〜４００ｋｇ／ｃｍ＾２の性能を有す
   ることを特徴とする岩盤安定化工法。 ４　岩盤に所定間隔で複数個の孔を穿設し、前記孔内に
   請求項１記載の注入ボルトを挿入し、 ボルトの開口部より、（Ａ）末端水酸基の活性水素の一
   部がアルカリ金属および（または）アルカリ土類金属で
   置換されたポリエーテルポリオールを水不存在下におい
   てジカルボン酸無水物で処理してえられる変性ポリオー
   ルと、（Ｂ）ポリイソシアネートとを必須成分とする２
   成分型速硬性硬質発泡イソシアヌレート系ウレタン樹脂
   からなる薬液を注入する ことからなる岩盤安定化工法であって、前記（Ａ）成分
   と（Ｂ）成分をＮＣＯ／ＯＨ当量比が０．５／１〜１０
   ／１となるように混合し、前記速硬性硬質発泡イソシア
   ヌレート系ウレタン樹脂が、初期混合粘度が１０００ｃ
   Ｐ／２０℃以下であり、硬化時間が５秒〜１０分／２０
   ℃であり、発泡倍率が１〜３０倍であり、かつ、圧縮強
   度が１〜４００ｋｇ／ｃｍ＾２の性能を有することを特
   徴とする岩盤安定化工法。