JPS6140998A - ロツクアンカ−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〉 本発明は、トンネル掘削後の周辺地山の崩壊や、剥離を
防止するロックアンカー工法に関する。

〈発明の背景〉 一般に、ロックアンカー工法は、人工的にトンネル周辺
に軸方向の引張強度を有するロックボルトを挿入埋設し
て、グランドアーチを形成させて、地山の物性値を大き
く改善することにより、周辺地山の崩壊や、剥離を防止
する工法である。このような役割を果たすために、ロッ
クボルトとして使用される材料としては一般に削孔内へ
の挿入の点からは圧縮弾性の高い、棒鋼や異形棒鋼、繊
維強化プラスチツク棒状物などが挙げられるが、これら
の棒状材料では、地山が一様でない場合に削孔口に挿入
可能にした曲げと削孔が長い場合に削孔自体が曲がるこ
とが多く、この曲がりに応じた曲げに応じられない。特
に、削孔内に自硬性材料を充填した後、ロックボルトを
挿入するに際しては、自硬性材料が充填された孔の軸心
の確認は不可能であるので、予め削孔の曲がり、変位な
どを考慮して、削孔の軸心と３０度程度の偏心角度をと
もなって挿入されなければならないが、前記従来の棒状
材料では、このような工法に使用できない。また、無理
にロックボルトの先端部が孔壁に接触した状態で挿入す
ると、大きな挿入抵抗が発生するし、仮に孔の軸心に合
せて挿入されたとしても、自重で先端部が孔壁に突刺さ
って挿入抵抗が過大となり、削孔自体が曲がっている場
合には一層挿入抵抗が過大となり施工が難しい。このた
め多くの場合、ロックボルトの後端部を大きな機械力で
打撃しながら挿入しているが十分な挿入ができないし、
挿入に時間を要している。最悪の場合は、ロックボルト
に過大な一層を与えてしまい、損傷して途中で施工が不
能になることもある。

一方、ロックボルトは埋設して地山を補強した後、トン
ネルの拡径にともなって、地山とともにロックボルトを
切断しながら掘削される場合があるが、この場合金属製
棒鋼のごときものでは切断しにくく、また切断火花が飛
び散るなどの危険がある。この点から、切断の容易な、
ロックボルトとして、合成繊維ロープ状のロックボルト
などが提案されているが、この合成樹脂ロープ状ロック
ボルトは圧縮弾性が極めて小さく削孔に充填した自硬性
材料に抗して削孔内に挿入が不可能であるばかりでなく
、削孔自体の曲りに応じて挿入することもできない。

〈発明の目的〉 本発明は、上述の背景に鑑みてなされたものであって、
従来のロックアンカー工法にみられる欠点を解決すべく
、剛性体の棒状のロックボルトに、代わる新規な可撓性
のロックボルトを使用し、これを用いて削孔に挿入する
工法を提供するものである。

〈発明の構成〉 上記目的を達成するためにした、本発明の要旨は、地山
に掘削した削孔にアンカー体となる自硬性材料を充填す
る第１の工程と、自硬性材料を充填した削孔に引張部と
してのロックボルトを挿入する第２の工程とからなるロ
ックアンカー工法であって、前記第２の工程に・おいて
、削孔に充填した自硬性材料に抗して削孔内に挿入可能
な圧縮弾性を有し、かつ削孔口に挿入可能にした曲げと
削孔自体の曲がりに応じた曲げ弾性を有する繊維強化熱
硬化性樹脂複合材料よりなるロープ状構造の合成樹脂製
ロックボルトを挿入することを特徴とするロックアンカ
ー工法にある。すなわち、本発明のロックアンカー工法
は、地山にレッグトリルやトリフターなどの削岩機を用
いて、ロックボルトの直径りに対して１．５〜２Ｄ程度
のロックボルト孔を削孔した後、モルタルまたは不飽和
ポリエステル樹脂あるいはエポキシ樹脂などの自硬性接
着剤を、コンプレッサーあるいはポンプなどにより削孔
内に充填し、以下に説明する繊維強化熱硬化性樹脂複合
材料よりなるロープ状構造の合成樹脂製ロックボルトを
送給ローラなどにより挿入することを特徴としている。

本発明の工法に使用する繊維強化熱硬化性樹脂複合材料
よりなる合成樹脂製ロックボルトは、補強繊維束に熱硬
化性樹脂を含浸させたものを芯材とし、この芯材の外周
を熱可塑性樹脂で被覆した複合スラントを撚合せ或いは
編組した後、未硬化の熱硬化性樹脂を加熱硬化した繊維
強化熱硬化性樹脂複合材料よりなるロープ状構造のもの
である。

さらに詳細に説明するならば、上記合成樹脂製ロックボ
ルトは、ガラス繊維、芳香族ポリアミド繊維、炭素繊維
、ポリエステル繊維、ビニロン繊維などの高強度にして
低伸度の補強繊維束に不飽和ポリエステル樹脂、エポキ
シ樹脂などの熱硬化性樹脂を含浸して円状に賦形した芯
材に、各種ポリエチレン、エチレン−酢酸ビニル共重合
体、ポリプロピレンのホモポリマ又は共重合体、各種ナ
イロン、各種ＡＢＳなどの熱可塑性樹脂を環状に被覆し
て複合ストランドを形成し、この未硬化の複合ストラン
ドを、複数本例えば８本編組して八つ打ちロープ（以下
エイトロープと称す）あるいは１本を軸心にその外周に
６本撚り合せた１×６タイプロープのごときロープ状構
造を形成し、しかる後加熱して熱硬化性樹脂を硬化せし
めた繊維強化熱硬化性樹脂複合材料よりなるロープ状の
構造をなしている。

特にこの合成樹脂製ロックボルトは、硬化後においてロ
ープ状構造を形成する複合ストランドの、隣接する各ス
トランドの熱可塑性樹脂どうしが、その接触部において
長手方向の一部もしくは全部が融着接合された構造によ
り圧縮弾性及び曲げ弾性を満足させるとともに、後述す
るように圧縮弾性率を１５０　ｋｇ／　ｒｒｎ２以上１
曲げ弾性率を１５ｋｇ／ｍｍ”〜１００ｋｇ／ｍｕ”の
範囲として自硬性材料を充填している削孔内に挿入し易
くしている。

また、本発明の合成樹脂製ロックボルトの引張力は、施
工条件にもとづき要求される値により異なるが、概ね５
　ｔｏｎ以上の値を有し、この強力を得るための複合ス
トランドの芯材の寸法は、例えばエイトロープ、あるい
は１×６タイプロープで、補強繊維束をガラスロービン
グ、熱硬化性樹脂を不飽和ポリエステルとした場合で、
その断面を概略円形とみなして直径約３．５　ｒｍ程度
となり、その外周に０．５　ｒａ厚程度の熱可塑性樹脂
による被覆が施されている。

前記したように自硬性材料を充填した削孔に前記合成樹
脂製ボルトを挿入するに際し、挿入施工を容易にするた
めに圧縮弾性率は１５０ｋｇ／ｍｎ２以上が望ましく、
この値以下の場合は、ロープ状構造の複合ストランドが
単独に変位し、例えばロープ状構造が拡径するなどして
挿入抵抗が大になり、削孔全長にわたる挿入が困難とな
り、一方、曲げ弾性率は合成樹脂製ロックボルトの形態
的要素にもよるが１５　ｋｇ／　ｒｒｒｎ２〜１００　
ｋｇ／　ｍｍ”の範囲が望ましく、この範囲においては
、可撓性の特徴が活かされるが、１００ｋｇ／ｍｍ２以
上のときは、ロックボルトの弾性が乏しくなって本発明
による工法が不可能となり、１５　ｋｇ　／　ｍｍ２以
下においては自重よる先端の撓みが大きくなって円滑な
挿入ができないなどの障害が起る。

また、前記した熱可塑性樹脂の融着接合を長手方向に沿
って一部とするか、全部とするかはロックボルトとして
要求される条件により決定すれば良いが、例えば削孔の
自硬性材料としてモルタルを使用する場合などは、融着
接合が全くしていないかあるいは一部の融着接合のみで
は、挿入に際して複合ストランドの間隙がモルタルの成
分を濾過分離して、セメントミルク分を選択的に排出す
るなどの障害もあることから長手方向に全面にす。

たって融着接合していることが好ましい。また、本発明
の合成樹脂製ロックボルトの複合ストランドにおいて、
芯材の繊維強化熱硬化性樹脂硬化物と被覆熱可塑性樹脂
との接合面が、熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂が相互に化
学的親和性を有するものや、溶解度因子の近似したもの
などを組合せて選択するなどして、接着力によって接合
させることも可能であるが、非接看性どうしの組合せで
も。

芯材に対して熱可塑性樹脂による被覆部が、その収縮力
などにより密着していれば、ロープ状構造の特徴と相ま
って、ロックボルトとしての機能が充分発揮できる。

なお、ロックボルトによるアンカー定着力は、ロックボ
ルトと削孔に充填した自硬性材料との接着力を介して、
自硬性材料と地山との接着力に依存するが、本発明にお
いては、自硬性材料と合成樹脂性ロックボルトの接着は
、複合ストランドを編組あるいは撚合せたロープ状構造
による凹凸面と自硬性材料との少なくともアンカー効果
的接着に依存することから、ロープ状構造における複合
ストランドの撚り程も重要となる。本発明に使用する合
成樹脂製ロックボルトの、この撚り程は、ロックボルト
として要求される定着力などにより決定されるが、概ね
６００＋ｎ＋ｎ以下が望ましい。また、前述の複合スト
ランドの熱可塑性樹脂と芯材の熱可塑性樹脂および複合
ストランドの熱可塑性樹脂と削孔に充填する自硬性材料
が、相互に溶解度因子などの近似した材料を選択して組
合せれば、各接合界面の接着力が強固となって、芯材の
補強力が高い効率で発現出来る。

〈実施例〉 以下、本発明工法の好適な実施例について添付図面を参
照して詳細に説明する。

実施例１ 孔径３６ｍ＋＋、孔長４ｍの削孔１に、自硬性材料２と
してフロー価１９０ｎｎの固練りのモルタルをポンプに
より注入充填した後、ロックボルト３として下記に詳細
に説明する構成の合成樹脂製ロックボルトを偏心角度０
を０６〜４０’の範囲で１０°ごとに送給ローラ４によ
り挿入して、その挿入抵抗を比較した。その結果、偏心
角度すなわち、削孔の軸心から３０°迄の範囲では、最
大で７０−はどの小さな挿入抵抗で、完全な施工が可能
であった。

本実施例に使用した合成樹脂製ロックボルトは、複合ス
トランド５の芯材６には、補強繊維７としてガラス繊維
、熱硬化性樹脂８として不飽和ポリエステル樹脂を使用
し、その外周の被覆９には、エチレン−酢酸ビニル共重
合体を使用し、この複合ストランドをエイトロープ状に
編組して加熱硬化したもので、芯材のガラス繊維の体積
含有率が４９％、概略円形断面をなす該複合ストランド
の芯材の直径５．５ｒｒｕ、被覆部の外径６．７　ｍｌ
であり、８本の複合ストランドの被覆樹脂は、隣接する
各ストランドが相互に、長手方向にわたってほぼ相互に
融着接合した、最大径部で２４．３ｎｍ、最小径部１６
．８ｉｍの寸法形状である。この合成樹脂製ロックボル
トの圧縮弾性率は５８８　ｋｇ／ｍｎ２、曲げ弾性率は
２４　、３　ｋｇ　／　＋ａｍ　２で、引張強力は１３
．４　Ｔｏｎであった。

なお、本発明において圧縮弾性率および曲げ弾性率は、
次の方法により測定した。すなわち、圧縮弾性率は、３
００ｍｍの長さの試料を軸心方向に１０ｍｍ／分の速度
で圧縮して、圧縮荷重−歪線図を自動的に記録し、その
接線勾配を求めて圧縮弾性率とした。また、曲げ弾性率
は、１５０ｎｎ＋長の試料を支点間距離１０１００ｌに
て荷重速度１０ｍｎ／分で三点曲げ試験を行ない、前述
同様荷重−歪曲線の接線勾配より測定した。

なお、この曲げ弾性率の測定方法では、ロープ状構造に
よる形態的な変形挙動も反映された数値が得られている
のであって、一般的測定、すなわち均質材料による均一
断面形状物の測定によるときの様な普遍性のある数値で
はない。

実施例２ 実施例１と比較して合成樹脂製ロックボルトが１×６タ
イプのロープ状構造で下記に詳細に説明する構成である
ほかは、実施例１と同一の条件で施工を行なった。

すなわち、本実施例に使用した合成樹脂製ロックボルト
は、実施例１と同じ組成の複合ストランドから構成され
るが、その複合ストランドの寸法形状は芯材の直径が６
．５側、被覆部の直径が７．７ｍで、この複合ストラン
ドの１本を軸心としてその外周に６本の複合ストランド
を撚合せ、かつ、各複合ストランドの被覆部は相互に長
手方向に全面にわたって融着した１×６タイプのロープ
構造で、最大径２４ｍｎ、最小径２１ｍｍ、圧縮弾性率
８４０　ｋｇ　／　ｍｍ”、曲げ弾性率７３　ｋｇ　／
　ｒｔｎ２、引張強力１４Ｔｏｎのものである。

この合成樹脂製ロックボルトは、偏心角度３０６迄は、
最大で７０ｋｇ程度の挿入抵抗で完全な施工が可能であ
った。

比較例１ 実施例１に比較して、複合ストランドの被覆部分に低密
度ポリエチレンを使用し、この被覆部がその長さ方向に
わたって相互に融着接合していないほかは実施例１と同
一構成のエイトロープ状構造の合成樹脂製ロックボルト
を、実施例１と同一の削孔に送給ローうにより圧入した
ところ、偏心角Ｏ°すなわち水平方向の挿入においても
、挿入深さ１．２ｍで挿入抵抗が急激に増加し全長にわ
たる挿入は不可能であった。

なお、この合成樹脂製ロックボルトの寸法形状は実施例
１と同一であるが、圧縮弾性率は３５ｋｇ／ｍｕ２、曲
げ弾性率１１　ｋｇ／　ｍｍ２と、両者とも低いもので
あった。

比較例２ 比較例１の合成樹脂製ロックボルト、すなわち複合スト
ランドの被覆部が非接着構造のロープ状構造物の外周を
、接着性ポリプロピレンにより肉厚約１ｍで被覆して一
体形状化して、複合ストランドの拘束性をはかった被覆
エイトロープ状のロックボルトを使用して、前述同様の
施工テストを行った。この場合は偏心角Ｏ°すなわち水
平方向の挿入において挿入深さ３．５ｍで挿入抵抗が４
６０ｋｇと過大となり挿入困難となった。

なお、本比較例に使用した被覆エイトロープ状ロックボ
ルトの圧縮弾性率は１２２ｋｇ／（財）２、曲げ弾性率
は１２　ｋｇ　／　ｉｎ”であった。

以上の実施例および比較例の合成樹脂製ロックボルトの
構成、物性、施工性および曲げ弾性の目安として、第７
図に示すごとくロックボルト１０００ｍｍの梁長につい
て片持支持して、その自由端に５ｋｇの荷重を加えたと
きの弦の長さＬｍｎを測定した結果をまとめて第１表に
示す。

なお、弦の長さと可撓性の関係は、Ｌの長さが小さいほ
ど屈撓性に富む傾向にある。

（以下余白） 〈発明の効果〉 以」二詳細に説明したように、本発明のロックアンカー
工法によれば、孔細心から最大３０度程度の角度まで、
最大７０ｋｇはどの小さな挿入力で完全な施工が出来る
。また、本発明の工法に使用するロックボルトは、繊維
強化熱硬化性樹脂複合材によるロープ状構造よりなり、
圧縮弾性および曲げ弾性を併せ持つとともに、鉄と同程
度の高い引張強度を有しており、これらの物性的特徴か
ら、本発明工法では偏心挿入が容易であること、削孔自
体の曲がりに対する挿入追随性があること、ロックボル
ト自体をエンドレスでドラム状に巻いた状態で供給でき
、また、このため任意長での切断が可能であること、さ
らに軽量で取扱いが容易であること、耐蝕性があること
、ロックボルト埋設後のトンネル拡径に伴う切断が容易
であることなど施工上数々の効果をもたらすことができ
る。

これらの、本発明による数々の効果は、とくに、トンネ
ル掘削において地山が悪く、掘削後の応力開放が大きく
なって崩落が懸念されるため、小さな断面の先進トンネ
ルを掘り、しかる後比較的長いロックボルトを打設して
地山を補強し、次の切り拡げ時にこのロックボルトを切
断するような方式を採る場合に特に顕著な効果をあられ
す。すなわち、本発明の工法によれば、比較的小さな断
面の先進トンネルを掘削後、補強すべき地山に削孔を穿
設し、その後自硬性樹脂材料を該削孔に注入充填し、し
かる後可撓性のある本発明のロックボルトを偏心角Ｏ〜
３０’の範囲で比較的小さな挿入力で挿入出来、また削
孔の変位に対するロックボルトの変形追従性があるので
、削孔全長にわたって挿入出来るとともに、事後のトン
ネル断面の拡大掘削に際しては、該ロックボルトは容易
かつ安全に切断出来るなど、従来の剛性のある金属性ロ
ックボルトなどを使用する工法に比較して、施工性が著
しく改善され、掘削工事の安全性と工費の縮減、工期の
短縮がはかれる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の工法によるロックボルトの挿入施工
状態の一例を示す模式図、第２図および第３図は、本発
明の工法に使用する繊維強化熱硬化性樹脂複合材料より
なるロープ状構造の一例を示す側面図、第４図、第５図
はそれぞれ第２図および第３図の断面図、第６図は、本
発明における合成樹脂製ロックボルトの複合ストランド
の構成を示す斜視図、第７図は、本発明における曲げ弾
性の目安としての物性測定方法の概略図である。 １・・削孔、２・・自硬性材料、３・・繊維強化熱硬化
性樹脂複合材料よりなるロープ状構造のロックボルト。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）地山に掘削した削孔にアンカー体となる自硬性材
   料を充填する第１の工程と、自硬性材料を充填した削孔
   に引張部としてのロックボルトを挿入する第２の工程と
   からなるロックアンカー工法であって、前記第２の工程
   において、削孔に充填した自硬性材料に抗して削孔内に
   挿入可能な圧縮弾性を有し、かつ削孔口に挿入可能にし
   た曲げと削孔自体の曲がりに応じた曲げ弾性を有する繊
   維強化熱硬化性樹脂複合材料よりなるロープ状構造の合
   成樹脂製ロックボルトを挿入することを特徴とするロッ
   クアンカー工法。
2. （２）繊維強化熱硬化性樹脂複合材料よりなる合成樹脂
   製ロックボルトが、補強繊維束に熱硬化性樹脂を含浸さ
   せたものを芯材とし、この芯材の外周を熱可塑性樹脂で
   被覆した複合ストランドを撚合せ或いは編組した後、未
   硬化の熱硬化性樹脂を加熱硬化し、かつ隣接する前記複
   合ストランドの熱可塑性樹脂はその接触部において一部
   もしくは全部が融着接合されたロープ状構造よりなり、
   このロープ状構造が削孔に充填した自硬性材料に抗して
   挿入可能な圧縮弾性として１５０ｋｇ／ｍｍ＾２以上の
   圧縮弾性率を有し、かつ削孔口に挿入可能にした曲げと
   削孔自体の曲がりに応じた曲げ弾性として１５ｋｇ／ｍ
   ｍ＾２〜１００ｋｇ／ｍｍ＾２の範囲の曲げ弾性率を有
   することを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のロ
   ックアンカー工法。