(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022114321
(43)【公開日】2022-08-05
(54)【発明の名称】地山補強鋼管及びその継手管部
(51)【国際特許分類】
E21D 9/04 20060101AFI20220729BHJP
【FI】
E21D9/04 F
【審査請求】有
【請求項の数】5
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2021010576
(22)【出願日】2021-01-26
(11)【特許番号】
(45)【特許公報発行日】2022-03-30
(71)【出願人】
【識別番号】591029921
【氏名又は名称】フジモリ産業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100085556
【弁理士】
【氏名又は名称】渡辺 昇
(74)【代理人】
【識別番号】100115211
【弁理士】
【氏名又は名称】原田 三十義
(72)【発明者】
【氏名】坂根 一聡
【テーマコード(参考)】
2D054
【Fターム(参考)】
2D054FA07
(57)【要約】 (修正有)
【課題】地山補強用鋼管における鋼管本体と継手管部とを接合するための溶接材料が鋼管の内周側へ溶出されるのを防止して、ビットの挿通容易性を確保した地山補強鋼管を提供する。
【解決手段】地山補強鋼管の鋼管本体11の端部に継手管部20を設ける。継手管部20には、一列に隣接する鋼管とネジ結合されるネジ部と、鋼管本体11の端面11aと対向して溶接される被溶接端部23とを設ける。環状凸部26を、被溶接端部23の内周側部分から鋼管本体11へ向けて突出させ、鋼管本体11の端部の内周面に沿わせる。
【選択図】
図3
【特許請求の範囲】
【請求項1】
トンネル周辺の地山に打ち込まれる地山補強鋼管であって、
鋼管本体と、前記鋼管本体の端部に設けられた継手管部と、を備え、前記継手管部が、
前記鋼管本体とは反対側を向くネジ結合端部の周面に設けられ、一列に隣接する鋼管とネジ結合されるネジ部と、
前記鋼管本体の端面と対向して溶接される被溶接端部と、
前記被溶接端部の内周側部分から前記鋼管本体へ向けて突出されて前記鋼管本体の内周面に沿う環状凸部と、
を有していることを特徴とする地山補強鋼管。
【請求項2】
トンネル周辺の地山に打ち込まれる地山補強鋼管における鋼管本体の端部に設けられた継手管部であって、
前記鋼管本体とは反対側を向くネジ結合端部の周面に設けられ、一列に隣接する鋼管とネジ結合されるネジ部と、
前記鋼管本体の端面と対向して溶接される被溶接端部と、
前記被溶接端部の内周側部分から前記鋼管本体へ向けて突出されて前記鋼管本体の内周面に沿う環状凸部と、
を備えたことを特徴とする地山補強鋼管の継手管部。
【請求項3】
前記環状凸部の内周面が、前記環状凸部の突出端へ向かって拡径されたテーパ面であることを特徴とする請求項2に記載の地山補強鋼管の継手管部。
【請求項4】
前記被溶接端部が、前記継手管部の外周面へ向かって前記反対側へ傾斜するテーパ状のカット面を含むことを特徴とする請求項2又は3に記載の地山補強鋼管の継手管部。
【請求項5】
高張力鋼によって構成されていることを特徴とする請求項2~4の何れか1項に記載の地山補強鋼管の継手管部。
【請求項6】
焼き入れ鋼によって構成されていることを特徴とする請求項2~4の何れか1項に記載の地山補強鋼管の継手管部。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、例えばNATM(New Austrian Tunneling Method)工法によるトンネル施工の際の補助工法として地山に打ち込まれる地山補強鋼管に関し、特に、ネジ接合によって順次継ぎ足されて長尺化される先受け鋼管、鏡ボルトなどに適した地山補強用鋼管及びその継手管部に関する。
【背景技術】
【0002】
例えばトンネル補助工法の1つであるAGF(All Ground Fasten)工法においては、長さ3m程度の鋼管を4本程度、順次継ぎ足しながら、切羽前方の地山に打ち込み、地山を先受け補強する。先行して打ち込んだ鋼管と後続の鋼管とをネジ接合することで一直線に継ぎ足す。通常、この種の地山補強用の鋼管は、一体物の単体管である。管軸に沿って一列に隣接する2つの鋼管のうち一方の対向端部には雄ネジが形成され、他方の対向端部には雌ネジが形成されている。
【0003】
特許文献1における地山補強用鋼管は、ネジ部を有する継手管部が、鋼管本体とは別途に作製され、溶接にて鋼管本体の端部に接合されて一体化されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
前掲特許文献1の地山補強用鋼管においては、継手管部と鋼管本体とを外周側から溶接する際に、溶接材料を増量して、溶接部を外周側へ肉盛りすることで、継手管部と鋼管本体との接合部が最脆弱部となるのを防止できる。一方、増量された溶接材料が、鋼管の内周側へ溶出してバリとなるおそれがある。この種の鋼管内には、地山への打ち込み用のビットが通されるところ、前記バリのような不規則な内周突起が有ると、ビットがそれに引っ掛かりやすく、ビットの挿通に支障を来してしまう。
本発明は、かかる事情に鑑み、地山補強用鋼管における鋼管本体と継手管部とを接合するための溶接材料が鋼管の内周側へ溶出されるのを防止して、ビットの挿通容易性を確保することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
前記課題を解決するため、本発明は、トンネル周辺の地山に打ち込まれる地山補強鋼管であって、
鋼管本体と、前記鋼管本体の端部に設けられた継手管部と、を備え、前記継手管部が、
前記鋼管本体とは反対側を向くネジ結合端部の周面に設けられ、一列に隣接する鋼管とネジ結合されるネジ部と、
前記鋼管本体の端面と対向して溶接される被溶接端部と、
前記被溶接端部の内周側部分から前記鋼管本体へ向けて突出されて前記鋼管本体の内周面に沿う環状凸部と、
を有していることを特徴とする。
また、本発明は、トンネル周辺の地山に打ち込まれる地山補強鋼管における鋼管本体の端部に設けられた継手管部であって、
前記鋼管本体とは反対側を向くネジ結合端部の周面に設けられ、一列に隣接する鋼管とネジ結合されるネジ部と、
前記鋼管本体の端面と対向して溶接される被溶接端部と、
前記被溶接端部の内周側部分から前記鋼管本体へ向けて突出されて前記鋼管本体の内周面に沿う環状凸部と、
を備えたことを特徴とする。
これによって、地山補強用鋼管における鋼管本体と継手管部とを接合する溶接材料を増やしても、環状の凸部によって、地山補強用鋼管の内周側に溶接材料が溶出されるのを防止できる。したがって、地山補強用鋼管の内周面にバリのような不規則な内周突起が形成されるのを防止でき、ビットの挿通に支障を来すのを回避できる。
【0007】
前記環状凸部の内周面が、前記環状凸部の突出端へ向かって拡径されたテーパ面であることが好ましい。これによって、ビットが地山補強用鋼管に対して偏芯していた場合、前記テーパ面によってビットの偏芯を矯正でき、ビットを一層挿通しやすくすることができる。
【0008】
前記被溶接端部が、前記継手管部の外周面へ向かって前記反対側へ傾斜するテーパ状のカット面を含むことが好ましい。
これによって、鋼管本体の端面と前記カット面とによって溶接材料の溶接材収容凹部を形成でき、溶接材料を確実に肉盛りできる。この結果、鋼管本体と継手管部との接合強度を高めることができる。
【0009】
前記地山補強鋼管の継手管部が、高張力鋼によって構成されていることが好ましい。これによって、ネジ部の強度が高まり、鋼管どうしのネジ接合強度が高まる。
前記地山補強鋼管の継手管部が、焼き入れ鋼によって構成されていてもよい。これによって、表面硬度が硬くなり、ネジ部の強度が高まる。ひいては、鋼管どうしのネジ接合強度が高まる。
前記鋼管本体は、高張力鋼でもよく、普通鋼でもよい。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、地山補強用鋼管における鋼管本体と継手管部とを接合するための溶接材料が鋼管の内周側へ溶出されるのを防止でき、鋼管の内周面にバリが形成されるのを防止できる。したがって、ビットなどの挿通容易性を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【
図1】
図1は、本発明の一実施形態に係る地山補強用鋼管からなる先受け鋼管を地山に打設する様子を示す、施工中のトンネルの断面図である。
【
図2】
図2(a)は、前記地山補強用鋼管の分解正面図である。
図2(b)は、
図1の円部IIbにおける先受け鋼管の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。
図1は、NATM工法によって施工中のトンネル1を示したものである。地山2が掘削されてトンネル1が構築されている。トンネル1の構築に際して、地山補強のための補助工法として例えばAGF工法が実施されている。AGF工法においては、ドリルジャンボ5を用いて、複数本の地山補強用鋼管10を順次継ぎ足しながら、切羽1bの前方(
図1において右)の地山2に斜めに打ち込み、長尺の先受け鋼管9を形成する。管軸に沿って一列に隣接する地山補強用鋼管10どうしがネジ接合によって一直線に連なっている。
【0013】
図2(a)に示すように、各地山補強用鋼管10は、鋼管本体11と、継手管部20,30を有している。鋼管本体11は真っ直ぐに延びる直管であり、地山補強用鋼管10の略全長域を占めている。
【0014】
鋼管本体11の材質は、高張力鋼であるが、これに限らず、一般構造用炭素鋼鋼管STK400等の普通鋼であってもよい。鋼管本体11を高張力鋼によって構成すれば、鋼管本体11の管厚を小さくでき、鋼管本体11を軽量化できる。
【0015】
図2(a)及び同図(b)に示すように、鋼管本体11の一端部(
図2(a)において右端部)には、雄側継手管部20が設けられている。鋼管本体11の他端部(
図2(a)において左端部)には、雌側継手管部30が設けられている。継手管部20,30の管長は、鋼管本体11の管長に比べて十分に短い。なお、
図1に示すように、先受け鋼管9の最先端の鋼管10Eにおいては、後端部(
図1において左下端部)だけに継手管部20又は30が設けられていればよい。最後尾の鋼管10Bにおいては、先端部(
図1において右上端部)だけに継手管部30又は20が設けられていればよい。
【0016】
図2(a)に示すように、継手管部20は、継手本体部21と、ネジ結合端部22と、被溶接端部23を有している。
図2(b)に示すように、継手本体部21は、略一定の管厚の短管状になっている。継手本体部21の管厚は、鋼管本体11の管厚より大きい。
図3に示すように、継手本体部21の外径は、鋼管本体11の外径と等しく、継手本体部21の外周面が鋼管本体11の外周面と面一になっている。継手本体部21の内径は、鋼管本体11の内径より小さく、継手本体部21の内周面が鋼管本体11の内周面より管径方向内側に突出されている。
【0017】
図2及び同図(b)に示すように、継手管部20における鋼管本体11とは反対側(
図2(a)において右側)の端部は、ネジ結合端部22を構成している。ネジ結合端部22の外径は、継手本体部21の外径より小径になっており、継手本体部21の外周面とネジ結合端部22の外周面との間に段差が形成されている。ネジ結合端部22の外周面(周面)に、雄ネジ部24(ネジ部)が形成されている。ネジ結合端部22の内周面は、継手本体部21の内周面と面一に連続している。
図2(b)に示すように、雄ネジ部24は、先受け鋼管9における隣接する他の鋼管10の継手管部30の後記雌ネジ部34とネジ結合されている。
【0018】
図2(a)に示すように、継手管部20における鋼管本体11側(同図において左側)を向く端部は、被溶接端部23を構成している。
図3に示すように、被溶接端部23は、環状凸部26と、カット面23cと、これら環状凸部26とカット面23cとの間の段差面23dとを含む。
【0019】
図3に示すように、環状凸部26は、継手本体部21と同心の環状をなし、継手本体部21の内周側部分から鋼管本体11へ向けて突出されている。被溶接端部23からの環状凸部26の突出量L
26は、好ましくはL
26=数mm~10mm程度、より好ましくはL
26=5mm程度である。
図4に示すように、環状凸部26は、鋼管本体11の内周面に沿うようにして鋼管本体11の端部に挿し入れられている。環状凸部26の外周面は、鋼管本体11の内径よりも僅かに小径の円筒面になっている。鋼管本体11の内周面と環状凸部26の外周面との間には僅かなギャップ15aが形成されている。ギャップ15aの大きさg
15aは、好ましくはg
15a=0mm~1mm、より好ましくはg
15a=0.1mm程度である。
【0020】
図3に示すように、環状凸部26の内周面は、環状凸部26の突出端へ向かって拡径されたテーパ面27となっている。管軸(
図3において左右方向)に対するテーパ面27の角度θ
27は、好ましくはθ
27=1°~10°、より好ましくはθ
27=5°程度である。テーパ面27は、継手管部20の内周面上の交差部20dにおいて、継手本体部21のストレートな円筒面をなす内周面と交差している。
【0021】
カット面23cは、段差面23dから管径方向外側(
図3において上側)へ向かって鋼管本体11とは反対側(
図3において右側)へ傾斜するテーパ状をなして、継手管部20の外周面に達している。管径方向(
図3において上下方向)に対するカット面23cの角度θ
23cは、好ましくはθ
23c=10°~50°、より好ましくはθ
23c=30°程度である。カット面23cと継手管部20の外周面との交差部20bは、継手本体部21の内周面とテーパ面27との交差部20dよりも鋼管本体11側(
図3において左側)に配置されている。
なお、交差部20bが、交差部20dと管軸方向の同一位置に配置されていてもよく、交差部20dよりもネジ結合端部22側に配置されていてもよい。
【0022】
図3に示すように、環状凸部26の外周面とカット面23cとの間に環状の段差面23dが形成されている。段差面23dの高さh
23d(内外径差)は、好ましくはh
23d=0.数mm~1.数mm、より好ましくはh
23d=1mm程度である。
なお、段差面23dが無く、カット面23cの内周縁が環状凸部26に直接達していてもよい。
【0023】
図4に示すように、被溶接端部23の段差面23d又はカット面23cに、鋼管本体11の一端部における端面11aが突き当てられている。端面11aは管軸に対して直交されており、該端面11aとカット面23cとによって、溶接材収容凹部12が形成されている。溶接材収容凹部12は、鋼管10の全周にわたる環状かつ断面三角形状をなし、径方向外側(
図4において上側)へ向かって拡開されながら鋼管10の外周面に開口されている。
【0024】
溶接材収容凹部12の全域にわたって溶接材料42が充填されている。溶接材料42は、好ましくは継手管部20ないしは鋼管本体11と同等の引張強度を有している。溶接材料42によって、鋼管本体11と継手管部20とが溶接されて接合一体化されている。溶接材料42は、鋼管10の外周面よりも管径方向外側へ盛り上がっている。溶接材料42の一部は、鋼管本体11と環状凸部26の間のギャップ15aに入り込んでいる。
【0025】
図2(a)及び同図(b)に示すように、雌側継手管部30は、ネジ結合端部32のネジ部が雌ネジ部34である点を除き、雄側継手管部20と同等の構成になっている。雌側継手管部30における雄側継手管部20と対応する構成要素には、雄側継手管部20の20番台の符号を30番台の対応する符号にして表記し、説明を簡略化する。
【0026】
図2(a)に示すように、継手管部30は、短管状の継手本体部31と、ネジ結合端部32と、被溶接端部33を有している。継手管部30における鋼管本体11とは反対側(
図2(a)において左側))の端部は、ネジ結合端部32を構成している。
図2(b)に示すように、ネジ結合端部32の内周面(周面)に、雌ネジ部34(ネジ部)が形成されている。ネジ結合端部32の外周面は、継手本体部31の外周面と面一に連続している。
雌ネジ部34は、先受け鋼管9における隣接する他の鋼管10の継手管部30の雄ネジ部24とネジ結合されている。
【0027】
図2(a)に示すように、継手管部30における鋼管本体11側(
図4において右側)を向く端部は、被溶接端部33を構成している。
図5に示すように、被溶接端部33は、環状凸部36と、カット面33cと、これら環状凸部36とカット面33cとの間の段差面33dとを含む。
【0028】
図6に示すように、環状凸部36は、継手本体部31の内周側部分から鋼管本体11へ向けて突出されて、鋼管本体11の内周面に沿うようにして鋼管本体11の端部に挿し入れられている。鋼管本体11の内周面と環状凸部36の外周面との間には僅かなギャップ15bが形成されている。環状凸部36の内周面は、環状凸部36の突出端へ向かって拡径されたテーパ面37となっている。テーパ面37は、継手管部30の内周面上の交差部30dにおいて、継手本体部31のストレートな円筒面をなす内周面と交差している。
【0029】
図5に示すように、カット面33cは、段差面33dから管径方向外側(
図5において上側)へ向かって鋼管本体11とは反対側(
図5において左側)へ傾斜するテーパ状をなして、継手管部30の外周面に達している。環状凸部36の外周面とカット面33cとの間に環状の段差面33dが形成されている。
【0030】
図6に示すように、被溶接端部33の段差面33d又はカット面33cに、鋼管本体11の他端部における端面11bが突き当てられている。端面11bは管軸に対して直交されており、該端面11bとカット面33cとによって、溶接材収容凹部13が形成されている。溶接材収容凹部13は、鋼管10の全周にわたる環状かつ断面三角形状をなし、径方向外側(
図6において上側)へ向かって拡開されながら鋼管10の外周面に開口されている。
【0031】
図6に示すように、溶接材料43が、溶接材収容凹部13の全域にわたって充填されている。溶接材料43の材質は、好ましくは前記溶接材料42(
図4)と同じである。溶接材料43によって、鋼管本体11と継手管部30とが溶接されて接合一体化されている。溶接材料43は、鋼管10の外周面よりも管径方向外側へ盛り上がっている。溶接材料43の一部は、鋼管本体11と環状凸部36の間のギャップ15bに入り込んでいる。
【0032】
継手管部20,30の材質は、一般構造用炭素鋼鋼管STK400等の普通鋼であってもよく、それよりも高引張強度を有する高張力鋼によって構成されていてもよい。高張力鋼は、好ましくは引張強度650N/mm2以上又は耐力600N/mm2以上である。鋼材に含まれるC,Si,Mn,P,Sその他成分の配合比を調整することによって、前記引張強度及び耐力を得ることができる。継手管部20,30として、例えば特開2002-003941に開示された鋼管を用いてもよい。継手管部20,30を高張力鋼によって構成することによって、ネジ部24,34の強度が高まる。これによって、先受け鋼管9における隣接する鋼管10どうしのネジ接合強度を高めることができる。
【0033】
継手管部20,30が、普通鋼を焼き入れしてなる焼き入れ鋼によって構成されていてもよい。これによって、継手管部20,30の表面硬度が硬くなり、ネジ部24,34の強度が高まる。ひいては、先受け鋼管9における隣接する鋼管10どうしのネジ接合強度を高めることができる。
【0034】
地山補強用鋼管10の製作時においては、継手管部20,30と鋼管本体11とを外周側から溶接する際に、溶接材料42,43を溶接材収容凹部12,13に充填し、更に溶接材料42,43を増量して外周側へ肉盛りされるようにすることで、継手管部20,30と鋼管本体11との溶接部が最脆弱部となるのを防止できる。溶接材収容凹部12,13に溶接材料42,43を充填することによって、溶接材料42,43を確実に肉盛りすることができる。この結果、鋼管本体11と継手管部20,30とを確実に溶接でき、さらには鋼管本体11と継手管部20,30との接合強度を高めることができる。したがって、たとえば運搬時の振動で継手管部20,30が鋼管本体11から取れてしまうようなトラブルが発生するのを確実に防止できる。
【0035】
一方、
図4及び
図6に示すように、増量された溶接材料42,43の一部42b,43bが、鋼管10の内周側(
図4、
図6において下側)へ流れたとしても、狭隘なギャップ15a,15bに入り込むとともに、環状凸部26,36によって堰き止められる。これによって、溶接材料42,43が鋼管10の内周面へ溶出するのが阻止される。したがって、鋼管10の内周面にバリのような不規則な内周突起が形成されるのを防止できる。
これによって、トンネル1の施工において、先受け鋼管9を地山2に打設するためにビット(図示省略)を先受け鋼管9の内部に挿通する際、ビットが、前記バリ等の不規則な内周突起に引っ掛かるのを回避できる。したがって、ビットを先受け鋼管9に円滑に挿通することができる。
また、ビットが先受け鋼管9に対して偏芯していた場合、テーパ面27,37によってビットの偏芯を矯正でき、ビットを一層出し入れし易くなる。
【0036】
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の改変をなすことができる。
例えば、地山補強用鋼管10は、AGF工法などの先受け鋼管用に限らず、鏡ボルト用であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【0037】
本発明は、例えばNATMトンネル施工の際の地山を安定化させるための先受け工法などに適用できる。
【符号の説明】
【0038】
1 トンネル
2 地山
9 先受け鋼管
10(10E,10B) 地山補強用鋼管
11 鋼管本体
11a 鋼管本体の一端部の端面
11b 鋼管本体の他端部の端面
12,13 溶接材収容凹部
15a,15b ギャップ
20 雄側の継手管部
21 継手本体部
22 ネジ結合端部
23 被溶接端部
23c カット面
23d 段差面
24 雄ネジ部(ネジ部)
26 環状凸部
27 テーパ面
30 雌側の継手管部
31 継手本体部
32 ネジ結合端部
33 被溶接端部
33c カット面
33d 段差面
34 雌ネジ部(ネジ部)
36 環状凸部
37 テーパ面
42,43 溶接材料
【手続補正書】
【提出日】2022-01-26
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
トンネル周辺の地山に打ち込まれる地山補強鋼管であって、
鋼管本体と、前記鋼管本体の端部に設けられた継手管部と、を備え、前記継手管部が、
前記鋼管本体とは反対側を向くネジ結合端部の周面に設けられ、一列に隣接する鋼管とネジ結合されるネジ部と、
前記鋼管本体の端面と対向して溶接される被溶接端部と、
前記被溶接端部の内周側部分から前記鋼管本体へ向けて突出されて前記鋼管本体の内周面に沿う環状凸部と、
を有し、前記環状凸部の内周面が、前記環状凸部の突出端へ向かって拡径されたテーパ面であることを特徴とする地山補強鋼管。
【請求項2】
トンネル周辺の地山に打ち込まれる地山補強鋼管における鋼管本体の端部に設けられた継手管部であって、
前記鋼管本体とは反対側を向くネジ結合端部の周面に設けられ、一列に隣接する鋼管とネジ結合されるネジ部と、
前記鋼管本体の端面と対向して溶接される被溶接端部と、
前記被溶接端部の内周側部分から前記鋼管本体へ向けて突出されて前記鋼管本体の内周面に沿う環状凸部と、
を備え、前記環状凸部の内周面が、前記環状凸部の突出端へ向かって拡径されたテーパ面であることを特徴とする地山補強鋼管の継手管部。
【請求項3】
前記被溶接端部が、前記継手管部の外周面へ向かって前記反対側へ傾斜するテーパ状のカット面を含むことを特徴とする請求項2に記載の地山補強鋼管の継手管部。
【請求項4】
高張力鋼によって構成されていることを特徴とする請求項2又は3に記載の地山補強鋼管の継手管部。
【請求項5】
焼き入れ鋼によって構成されていることを特徴とする請求項2又は3に記載の地山補強鋼管の継手管部。