JPH10110599A - 穿孔装置及びロックボルト工法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 構造が簡単で施工性に優れた穿孔装置及
びロックボルト工法を提供すること。 【解決手段】 ケーシング２０の先端に外開き可能
な先端ビット４０を装着して穿孔した後、定着棒体３０
を押込んで先端ビット４０を貫挿させ、定着棒体３０と
ケーシング２０の周面間に供給した固結材５１を孔５０
内に吐出しながら先端ビット４０共にケーシング２０を
抜き取る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は穿孔装置及びロック
ボルト工法に関する。

【０００２】

【従来の技術】トンネル孔壁や切土斜面等の補強目的に
用いられるロックボルト工法は、先端ビットを具備す
る中空のロッドで削孔する第１工程、ロッドを抜き取
る第２工程、モルタル等の固化材を孔内に充填する第
３工程、孔内にロックボルトを挿入して定着する第４
工程を経て施工している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記したロックボルト
工法には次のような問題点がある。 〈イ〉 作業工程が少なくとも４工程となり、施工に時
間がかかるうえに、ロックボルトの挿入前にロッドを抜
き取るため、孔壁の崩落や孔の曲りが起きやすく、ロッ
クボルトの挿入が困難となる。さらにロックボルトの長
さに比例して重量が増すため、挿入できるロックボルト
長に限度がある。 〈ロ〉 前記したロックボルトの不都合を解消する方法
として、ロックボルトにケーシングを外装した二重管体
の先端にロストビットを設けて削孔した後、ケーシング
のみを抜き取ってロックボルトを地中に残置する方法が
提案されている。この方法にあっては、高価なロストビ
ットを地中に残置するため不経済であることが指摘され
ている。 〈ハ〉 固化材を注入する際は、削孔に用いたドリフタ
装置を取り外して、固化材注入用のスイベル装置に付け
替える必要がある。

【０００４】本発明は以上の点に鑑みて成されたもの
で、その目的とするところは、構造が簡単で施工性に優
れた穿孔装置及びロックボルト工法を提供することにあ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】すなわち請求項１に係る
発明は、定着棒体を内挿したケーシングの先端に先端ビ
ットを装着し、ケーシングに付与した回転力と打撃力を
先端ビットへ伝達して穿孔する穿孔装置において、前記
先端ビットの前面に収容口を形成し、前記収容口にカッ
タを収容し、前記カッタの周面が収容口から回転力を伝
達可能に接面すると共に、前記カッタの一部を枢支した
ことを特徴とする、穿孔装置である。請求項２に係る発
明は、定着棒体を内挿したケーシングの先端に先端ビッ
トを装着し、ケーシングに付与した回転力と打撃力を先
端ビットへ伝達して穿孔する穿孔装置において、前記先
端ビットの前面に非円形の収容口を形成し、前記収容口
にチップを有する複数の分割カッタを収容させて閉鎖
し、前記各分割カッタの周面が収容口から回転力を伝達
可能に接面すると共に、前記各分割カッタの一部を外開
き可能に枢支したことを特徴とする、穿孔装置である。
請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２におい
て、前記先端ビットの本体を複数の分割シャンクで構成
すると共に、これら複数の分割シャンクの中間部にナッ
トを螺着して構成することを特徴とする、穿孔装置であ
る。請求項４に係る発明は、請求項１又は請求項２にお
いて、前記定着棒体の先端に押圧力で塑性変形して拡開
する定着体を具備することを特徴とする、穿孔装置であ
る。請求項５に係る発明は、請求項４において、前記定
着体がすのこ状の帯板部を形成し、前記帯板部が先端ビ
ットのカッタを開扉できるだけの強度を有すると共に、
それ以上の打撃力が加わると帯板部の中間部が塑性変形
して拡開するように強度を設定したことを特徴とする、
穿孔装置である。請求項６に係る発明は、定着棒体を内
挿したケーシングの先端に先端ビットを装着し、ドリフ
タ装置とケーシングの間にアダプタ装置を介在し、アダ
プタ装置を介してケーシングに付与した回転力と打撃力
を先端ビットへ伝達して穿孔する穿孔装置において、前
記アダプタ装置が両端を開放し、ケーシングとの螺着手
段を有するハウジングと、前記ケーシングに内挿し、周
面にキー部材を有する伝達ロッドとより構成し、前記ハ
ウジング内に前記キー部材を挿通可能な挿通室と、前記
挿通室に連通した前記キー部材を収容可能な室とを形成
し、前記キー部材を収容可能な室内に、伝達ロッドの回
転力を伝達する回転伝達面と、伝達ロッドの軸方向の打
撃力を伝達する受撃面とを夫々形成したことを特徴とす
る、穿孔装置である。請求項７に係る発明は、請求項６
において、前記伝達ロッドの先端に、前記ハウジング内
に形成した挿通室を閉鎖可能な円板を設けると共に、ハ
ウジングの一部に固結材注入用の充填口を設けたことを
特徴とする、穿孔装置である。請求項８に係る発明は、
先端ビットを具備するケーシングに回転力と打撃力を付
与して穿孔した後、前記ケーシングに定着棒体を内挿
し、定着棒体とケーシングの周面間に供給した固結材を
孔内に吐出しながらケーシングを抜き取って定着棒体を
地中に残置して定着する、ロックボルト工法において、
前記請求項１〜請求項７のいずれかに記載の穿孔装置を
使用し、先端ビットを貫挿させて定着棒体を地中に定着
した後、定着棒体とケーシングの周面間に供給した固結
材を孔内に吐出しながら先端ビット共にケーシングを抜
き取ることを特徴とする、ロックボルト工法である。請
求項９にら係る発明は、請求項８において、穿孔後に定
着棒体の先端に設けた定着体に押圧力を加えて先端ビッ
トを外開きすると共に、孔内で拡開させて孔壁に食い込
ませて定着棒体の先端を定着することを特徴とする、ロ
ックボルト工法である。

【０００６】

【発明の実施の形態１】以下図面を参照しながら本発明
の実施の形態について説明する。

【０００７】〈イ〉装置の概要 図１〜図３に穿孔装置１０の一例を示す。穿孔装置１０
は中空のケーシング２０と、ケーシング２０に内挿され
るロックボルト等の定着棒３０とよりなり、ケーシング
２０及び定着棒３０は夫々分割体を直接螺着するか又は
図示しないカプラーを介して螺着する等して、その全長
を調節できるようになっている。ケーシング１０の先端
に後述する先端ビット４０が取着され、ケーシング１０
の基端から回転力と打撃力を受けて削孔できるようにな
っている。また定着棒３０の先端には定着体３１が設け
られている。以下、主要な構成要素について詳述する。

【０００８】〈ロ〉先端ビット 図２の組立図を基に説明すると、先端ビット４０は筒体
を軸方向に沿って分割した複数の分割シャンク４１，４
１と、これらの分割シャンク４１，４１を一体化するナ
ット４２と、各分割シャンク４１の前部に開閉可能に枢
支された分割カッタ４３，４３とより構成されている。

【０００９】分割シャンク４１，４１は共に同じ構造で
あるため、その片方について説明すると、分割シャンク
４１の内側に軸路４１ａが形成されていると共に、その
前部に非円形の収容口４１ｂが形成され、さらに軸路４
１ａと収容口４１ｂの境界に段差面４１ｃが形成されて
いる。また分割シャンク４１の前面及び前部外周面には
削孔用のチップ４１ｄ，４１ｅが設けられている。

【００１０】分割シャンク４１の外周面にはねじ部４１
ｆ，４１ｇが直列に形成してあって、中間のねじ部４１
ｆにはナット４２が螺合することで、両分割シャンク４
１，４１を筒状に保持すると共に、基端のねじ部４１ｇ
をケーシング２０の先端に螺着できるようになってい
る。分割カッタ４３は両端に一対の支軸４３ａ，４３ａ
を有すると共に、その前面に削孔用のチップ４３ｂが設
けられている。また分割カッタ３２の一部に吐出孔４３
ｃが設けられ、削孔時に水やエアを切羽に供給できるよ
うになっている。

【００１１】各分割カッタ４３，４３は分割シャンク４
１，４１の収容口４１ｂ，４１ｂ内に収容されると共
に、各分割カッタ４３の支軸４３ａ，４３ａが対向する
収容口４１ｂ，４１ｂに外開き可能に枢支されている。
本発明で「外開き可能」とは、各分割カッタ４３，４３
の後退位置が分割シャンク４１の全面と面一となる位置
で規制され、それ以上の回動が拘束される一方、支軸４
３ａを中心とした分割カッタ４３の外方へほぼ９０度開
くことを意味するものである。要は削孔時は分割カッタ
４３，４３が閉じて分割シャンク４１，４１の前面と共
にカッタ面を構成し、ケーシング２０の抜取り時におい
て分割カッタ４３，４３が外方へ開いて定着棒体３０の
通過を許容できる構造になっていれば良い。したがっ
て、先端ビット４０は図示した構造に限定されるもので
はなく、例えば図４に示すように一体もののシャンク４
１に支軸４３ａを装着して分割カッタ４３の一部を開閉
自在に枢支したり、或いは図５に示すように一枚ものの
カッタ４３ｂを開閉自在に枢支するようにした構造でも
よい。

【００１２】〈ハ〉定着体 定着体３１は地中で拡開して地山に定着し、定着棒体３
０を地中に残置するための治具で、例えば図示するよう
に筒体の周面に軸方向に沿って複数のスリット３２を設
けると共に、スリット３２間にすのこ状の帯板部３３を
形成したものを採用でき、筒基端を定着棒体３０に結束
又は溶接等で一体に連結されている。定着体３１は前記
先端ビット４０の分割カッタ４３を内側から押圧して開
扉できるだけの強度を有し、それ以上の力が加わると図
３に示すように帯板部３３の中間部が塑性変形して拡開
するようにその強度が設定されている。

【００１３】

【作用】つぎに穿孔装置を用いたロックボルト工法につ
いて説明する。

【００１４】〈イ〉穿孔 図１に示すように、ケーシング２０の基端に回転力と打
撃力を与えると、これらの運動がケーシング２０を介し
て先端の先端ビット４０へ伝えられ、先端ビット４０の
前面のチップ４１ｄ，４１ｄ，４３ｂ群により孔５０を
穿孔する。すなわち、先端ビット４０に伝えられた回転
力は、分割シャンク４１，４１の非円形の収容口４１ｂ
を介して分割カッタ４３，４３へ伝えられる。また先端
ビット４０に伝えられた打撃力は、分割シャンク４１，
４１の段差面４１ｃに当接する分割カッタ４３，４３の
背面を通じて伝えられる。削孔の際、ケーシング２０内
に内挿させた定着棒体３０を削孔量に合わせて追随させ
る。また穿孔長が長い場合は、ケーシング２０及び定着
棒体３０を夫々接続して延長する。

【００１５】〈ロ〉定着棒体の挿入・ケーシングの抜き
取り・定着 所定の深さまで孔５０を削孔したら、ケーシング２０を
僅かに（１０〜２０ｃｍ程度）後退させた後、ケーシン
グ２０を保持したまま定着棒体３０を孔奥側に押し込
む。すると定着棒体３０の先端の定着体３１が分割カッ
タ４３，４３の枢支点を中心に外方へ開扉させる。定着
棒体３０をさらに押し込むと、図３に示すように定着体
３１の帯板部３３が塑性変形して孔壁に食い込み、定着
棒体３０の先端が孔５０の奥部に定着される。つぎに、
ケーシング２０と定着棒体３０の周面間及び開扉状態の
先端ビット４０を通じてモルタル等の固結材５１を孔５
０内に吐出させながら、先端ビット４０と共にケーシン
グ２０を抜き取り、定着棒体３０のみを孔５０内に残置
する。以上のように本発明は、ケーシング２０を抜き取
るだけで、定着棒体３０を地中に残置させることができ
る。

【００１６】

【発明の実施の形態２】図６〜図１２はケーシング２０
の基端へ接続するアダプタ装置６０の一例について説明
する。

【００１７】〈イ〉アダプタ装置の構成 アダプタ装置６０はケーシング２０へ回転力と軸方向
の打撃力とを伝達する機能と、定着棒体１０を打撃し
て先端の定着体３１を孔内で拡開させる機能と、孔内
に固結材を充填する機能の複数の機能を併有する部材
で、両端を開放した筒状のハウジング６１と、ハウジン
グ６１に内挿され、周面にキー部材６２を有する伝達ロ
ッド６３とにより構成されている。伝達ロッド６３は単
独ロッドで構成するか、或いは図示しないボーリングマ
シンの伝達ロッドを兼用させても良く、図示しないボー
リングマシンから伝達ロッド６３へ回転力と軸方向の打
撃力とを伝達できるように接続している。

【００１８】図６，７に示すように、ハウジング６１の
図面左端がケーシング２０と螺着可能なねじ部６１ａを
形成していると共に、その一部の周面に固結材を充填す
るための充填口６１ｂを形成している。ハウジング６１
の図面右端に蓋６１ｃが取着され，伝達ロッド６２がこ
の蓋６１ｃを挿通している。

【００１９】ハウジング６１内の右半部には、蓋６１ｃ
へ向けて断面扇形の第１室６１ｄ，挿通室６１ｅ，第２
室６１ｆが夫々連通して形成されている。これらの室６
１ｄ〜６１ｆは夫々拡径して形成され、挿通室６１ｅは
前記キー部材６２を挿通可能な寸法に設定され、また第
１及び第２室６１ｄ，６１ｆはキー部材６２を挿通可能
でかつ前記挿通室６１ｅより中心角が大きく設定されて
いる。要は、第１及び第２室６１ｄ，６１ｆの一方又は
両方の室内に回転伝達面６１ｇと、受撃面６１ｈとを夫
々形成し、キー部材６２の回転力と軸方向の打撃力とを
夫々伝達できる構造になっていればよい。したがって、
キー部材６２の数やキー部材６２を収容する室の数は、
伝達力等に応じて適宜選択する設計的事項であり、図示
する形態に限定されるものではない。尚、伝達ロッド６
３の先端には円板６４が設けられていて、第１室６１ｄ
の開口端を閉鎖できるようになっている。

【００２０】〈ロ〉使用例 つぎにアダプタ装置６０の使用例について説明する。

【００２１】穿孔 図１０に示すようにキー部材６２を第２室６１ｆに位置
させておく、この状態で伝達ロッド６３に付与された回
転力は、図１１に示すようにキー部材６２の側面が第２
室６１ｆの回転伝達面６１ｇに当接してハウジング６１
へ伝えられ、さらにハウジング６１からケーシング２０
へ伝えられる。

【００２２】また、伝達ロッド６３に付与された打撃力
は、図１０，１１に示すようにキー部材６２の前面が第
２室６１ｆの受撃面６１ｈに当接してハウジング６１へ
伝えられ、さらにハウジング６１と一体のケーシング２
０へ伝えられる。

【００２３】ケーシング２０へ伝えられた回転力と打撃
力は、図１２に示すようにケーシングの先端の先端ビッ
ト４０へ伝えられ、既述した実施の形態１と同様に所定
の穿孔が行われる。

【００２４】先端ビットの開扉・定着棒体の先端定着 所定の深さまで穿孔したら、伝達ロッド６３とハウジン
グ６１とを相対的に回転させて、キー部材６２を挿通室
６１ｅにのぞかせた後、伝達ロッド６３のみを押圧す
る。その結果、第２室６１ｆ内に位置するキー部材６２
が挿通室６１ｅ及び第１室６１ｄを通過しながら伝達ロ
ッド６３が前進する。図７はその状態を示す。図１３に
示すように、定着棒体３０にさらに押込力を付与して、
ケーシング２０の先端の先端ビット４０を開扉させ、定
着棒体３０の先端の定着体３１を先端ビット４０外へ突
出させる。そして定着棒体３０の基端側から打撃力を加
えると、定着体３１が塑性変形しながら拡開するため、
定着棒体３０の先端が孔壁に食い込んで定着される。

【００２５】固結材の充填・ケーシングの抜き取り 定着棒体３０の先端を孔内に定着したら、図１０に示す
ように、ハウジング６１を僅かに後退させて第１室６１
ｄの開口端を円板６４で閉鎖する。この際、伝達ロッド
６３のキー部材６２が衝突しないように第１室６１ｄ，
挿通室６１ｅ，第２室６１ｅを順次挿通させる。この状
態でハウジング６１内に固結材５１を供給しながら、伝
達ロッド６３に軸方向の打撃力（抜取力）を与えてケー
シング２０を抜き取る。伝達ロッド６３に与えられた軸
方向の打撃力（抜取力）は、例えば伝達ロッド６３の先
端の円板６４の背面と、第１室６１ｄの前面との当接構
造を経て、或いは、キー部材６２を第１室６１ｄ内に位
置させた場合は、キー部材６２の背面と第２室６１ｅ内
の受撃面に相当する側面との当接構造を経てケーシング
２０に伝えられる。図１４はケーシング２０の抜取時の
施工状態を示す。

【００２６】

【発明の実施の形態３】前記の実施の形態にあっては、
アダプタ装置６０に軸方向の打撃力（抜取力）のみを与
えてケーシング２０を抜き取る場合について説明した
が、これに回転力を付与しながらケーシング２０を抜き
取っても良い。これは例えば第１室６１ｄ内にキー部材
６２を収容させ、図６に示すキー部材６２の背面を第１
室６１ｄ内に形成した受撃面６１ｉに当接させて打撃力
（抜取力）を伝達し、またキー部材６２の側面を第１室
６１ｄ内に形成した回転伝達面６１ｊに当接させて回転
力を伝達するようにしてもよい。

【００２７】

【発明の実施の形態４】先端ビット４０の収容口４１ｂ
は円形であっても良い。この場合、枢支部で分割カッタ
４３（カッタ４３ｂ）の穿孔抵抗を支持する構造とな
る。また収容口４１ｂを円形を基本とし、その周縁に放
射状の凹部を形成する一方、分割カッタ４３（カッタ４
３ｂ）の外形をこれらの開口形状に対応した嵌合形状と
してもよい。

【００２８】

【発明の効果】本発明は以上説明したようになるから次
のような効果を得ることができる。 〈イ〉 ケーシングの先端に開閉式の先端ビットを装着
することで、ケーシングと共に先端ビットを回収できる
ので、経済的な施工が可能である。 〈ロ〉 定着棒体の先端に設けた定着体の塑性変形によ
る孔壁への食込量を自由に設定できる。そのため、定着
棒体を確実に孔壁に定着できて、特に定着棒体の自重が
落下力として作用する上向きの施工に好適である。 〈ハ〉 先端ビットが開閉構造を呈しているので、従来
と同様の削孔能力を保持したまま、先端ビットを貫挿さ
せて定着棒体のみを地中に残置させることが可能とな
る。 〈ニ〉 穿孔工程、定着棒体の押込工程及び固結材の充
填工程の一連の工程を、ケーシングの基端に装着したア
ダプタ装置一台で対応でき、工程が変わる都度専用装置
に付け替える必要がない。 〈ホ〉 これまでは固結材の強度発現を待ってロックボ
ルトの締め付けを行っていた。これに対して本発明で
は、ロックボルトである定着棒体の先端を孔内に確実に
定着できるため、固結材の強度発現を待たずにロックボ
ルトの締め付けが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 穿孔時における一部を破断した穿孔装置の先
端部の説明図

【図２】 穿孔装置の組立図

【図３】 固結材を充填しながらケーシングを抜き取る
工程の説明図

【図４】 先端ビットの他の開閉構造の説明図

【図５】 先端ビットの他の開閉構造の説明図

【図６】 ケーシングの基端に取着したアダプタ装置の
透視図

【図７】 定着棒体の押込時におけるアダプタ装置の縦
断面図

【図８】 図７におけるVIII− VIII の断面図

【図９】 図７におけるIX−IXの断面図

【図１０】 穿孔時におけるアダプタ装置の縦断面図

【図１１】 図１０におけるXI−XIの断面図

【図１２】 アダプタ装置を用いた穿孔時の説明図

【図１３】 アダプタ装置を用いた定着棒体定着時の説
明図

【図１４】 アダプタ装置を用いた固結材の充填時の説
明図

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 定着棒体を内挿したケーシングの先端
   に先端ビットを装着し、ケーシングに付与した回転力と
   打撃力を先端ビットへ伝達して穿孔する穿孔装置におい
   て、 前記先端ビットの前面に収容口を形成し、 前記収容口にカッタを収容し、 前記カッタの周面が収容口から回転力を伝達可能に接面
   すると共に、 前記カッタの一部を枢支したことを特徴とする、 穿孔装置。
2. 【請求項２】 定着棒体を内挿したケーシングの先端
   に先端ビットを装着し、ケーシングに付与した回転力と
   打撃力を先端ビットへ伝達して穿孔する穿孔装置におい
   て、 前記先端ビットの前面に非円形の収容口を形成し、 前記収容口にチップを有する複数の分割カッタを収容さ
   せて閉鎖し、 前記各分割カッタの周面が収容口から回転力を伝達可能
   に接面すると共に、 前記各分割カッタの一部を外開き可能に枢支したことを
   特徴とする、 穿孔装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２において、前記
   先端ビットの本体を複数の分割シャンクで構成すると共
   に、これら複数の分割シャンクの中間部にナットを螺着
   して構成することを特徴とする、穿孔装置。
4. 【請求項４】 請求項１又は請求項２において、前記
   定着棒体の先端に押圧力で塑性変形して拡開する定着体
   を具備することを特徴とする、穿孔装置。
5. 【請求項５】 請求項４において、前記定着体がすの
   こ状の帯板部を形成し、前記帯板部が先端ビットのカッ
   タを開扉できるだけの強度を有すると共に、それ以上の
   打撃力が加わると帯板部の中間部が塑性変形して拡開す
   るように強度を設定したことを特徴とする、穿孔装置。
6. 【請求項６】 定着棒体を内挿したケーシングの先端
   に先端ビットを装着し、ドリフタ装置とケーシングの間
   にアダプタ装置を介在し、アダプタ装置を介してケーシ
   ングに付与した回転力と打撃力を先端ビットへ伝達して
   穿孔する穿孔装置において、 前記アダプタ装置が両端を開放し、ケーシングとの螺着
   手段を有するハウジングと、 前記ケーシングに内挿し、周面にキー部材を有する伝達
   ロッドとより構成し、 前記ハウジング内に前記キー部材を挿通可能な挿通室
   と、前記挿通室に連通した前記キー部材を収容可能な室
   とを形成し、 前記キー部材を収容可能な室内に、伝達ロッドの回転力
   を伝達する回転伝達面と、 伝達ロッドの軸方向の打撃力を伝達する受撃面とを夫々
   形成したことを特徴とする、 穿孔装置。
7. 【請求項７】 請求項６において、前記伝達ロッドの
   先端に、前記ハウジング内に形成した挿通室を閉鎖可能
   な円板を設けると共に、ハウジングの一部に固結材注入
   用の充填口を設けたことを特徴とする、穿孔装置。
8. 【請求項８】 先端ビットを具備するケーシングに回
   転力と打撃力を付与して穿孔した後、前記ケーシングに
   定着棒体を内挿し、定着棒体とケーシングの周面間に供
   給した固結材を孔内に吐出しながらケーシングを抜き取
   って定着棒体を地中に残置して定着する、ロックボルト
   工法において、 前記請求項１〜請求項７のいずれかに記載の穿孔装置を
   使用し、 先端ビットを貫挿させて定着棒体を地中に定着した後、 定着棒体とケーシングの周面間に供給した固結材を孔内
   に吐出しながら先端ビット共にケーシングを抜き取るこ
   とを特徴とする、 ロックボルト工法。
9. 【請求項９】 請求項８において、穿孔後に定着棒体
   の先端に設けた定着体に押圧力を加えて先端ビットを外
   開きすると共に、孔内で拡開させて孔壁に食い込ませて
   定着棒体の先端を定着することを特徴とする、ロックボ
   ルト工法。