特開 2024-33519 トンネル施工用鏡ボルト

(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】P2024033519

(43)【公開日】2024-03-13

(54)【発明の名称】トンネル施工用鏡ボルト

(51)【国際特許分類】

   E21D 9/04 20060101AFI20240306BHJP

【ＦＩ】

E21D9/04 F

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022137138

(22)【出願日】2022-08-30

(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】110003340

【氏名又は名称】弁理士法人湧泉特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】細田 優介

(72)【発明者】

【氏名】平山 博靖

【テーマコード（参考）】

2D054

【Ｆターム（参考）】

2D054FA07

(57)【要約】

【課題】注入材無しでも所要の定着力が得られ、かつ打ち込み時の抵抗増大を抑制できる鏡ボルトを提供する。
【解決手段】施工中のトンネル１の切羽前方の地山２に鏡ボルト１０を打ち込む。鏡ボルト１０の直線状に延びる管体１１の外周面から突出されるように係止突起２０を設ける、係止突起２０は管体１１の管軸方向へ弾性変形可能である。かつ、係止突起２０は、管軸方向の手元側への変形抵抗が相対的に小さく、管軸方向の奥側への変形抵抗が相対的に大きい。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

施工中のトンネルの切羽前方の地山に打ち込まれる鏡ボルトであって、
直線状に延びる管体と、
前記管体の外周面から突出されるように設けられ、前記管体の管軸方向へ弾性変形可能、かつ前記管軸方向の手元側への変形抵抗が相対的に小さく、前記管軸方向の奥側への変形抵抗が相対的に大きい係止突起と、
を備えたことを特徴とする鏡ボルト。

【請求項2】

前記係止突起が、前記管体に連なる付け根部から突出端部へ向かって前記手元側へ傾斜された板バネ状であることを特徴とする請求項１に記載の鏡ボルト。

【請求項3】

前記管体の外周面には凹部又は内周面へ貫通する開口部が形成されており、前記係止突起が、前記凹部又は開口部の管径方向外側に斜めに被さっていることを特徴とする請求項２に記載の鏡ボルト。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、トンネル施工の補助工法に関し、特に、施工中のトンネルの切羽前方の地山に打ち込まれる鏡ボルトに関する。

【背景技術】

【0002】

長尺鏡ボルト工法は、掘削切羽面に対し、ほぼ垂直に鋼管等の鏡ボルトを打設し、セメント系、ウレタン系等の注入材を注入することで、地山と鏡ボルトを一体化させる工法であり、切羽の崩壊抑止、切羽面の押出し量低減、先行変位の抑制（地表面沈下抑制、斜面安定性確保）などの効果が期待される（特許文献１等参照）。
特許文献１の鏡ボルトにおいては外周面にディンプル（凹部）が形成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１４－０３７７１４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

鏡ボルトによる前記の効果が発現するためには、鏡ボルトが地山としっかり定着している必要がある。そのために、鏡ボルトのまわりに注入材を注入して、鏡ボルトを地山と付着させているが、注入材に加えて注入のための設備及び時間を要し、施工コストの増大及び工期の長期化を招く。

【0005】

鏡ボルトの外周面に凸部又は前記特許文献１のような凹部を形成することによって、注入材を注入しなくても、鏡ボルトの定着力を確保することも考えられる。しかし、外周面の凸部は、通常、鏡ボルトを切羽前方の地山へ打ち込む際の抵抗となる。外周面の凹部は、内周面への凸部となり、鏡ボルトの内部に掘削ロッドを通す際に引っ掛かってしまい、作業性が損なわれる。
本発明は、かかる事情に鑑み、注入材無しでも所要の定着力が得られ、かつ打ち込み時の抵抗増大を抑制でき、作業性を損なうこともない鏡ボルトを提供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に、本発明は、施工中のトンネルの切羽前方の地山に打ち込まれる鏡ボルトであって、
直線状に延びる管体と、
前記管体の外周面から突出されるように設けられ、前記管体の管軸方向へ弾性変形可能、かつ前記管軸方向の手元側への変形抵抗が相対的に小さく、前記管軸方向の奥側への変形抵抗が相対的に大きい係止突起と、
を備えたことを特徴とする。

【0007】

当該鏡ボルトによれば、切羽前方への打ち込み時には、係止突起が手元側へ変形されることで打ち込み抵抗が低減される。その後、係止突起が弾性復帰される。切羽前方の地山が緩んだときは、係止突起が地山に引っ掛かる。これによって、注入材無しでも、鏡ボルトの地山に対する所要の定着力が得られる。外周面の係止突起は、鏡ボルトの内部に掘削ロッド等を通す際の引っ掛かりとはならず、作業性が損なわれることがない。

【0008】

前記係止突起が、前記管体に連なる付け根部から突出端部へ向かって前記手元側へ傾斜された板バネ状であることが好ましい。
これによって、係止突起の前記手元側への変形抵抗を確実に小さくするとともに前記奥側への変形抵抗を確実に大きくすることができる。

【0009】

前記管体の外周面には凹部又は内周面へ貫通する開口部が形成されており、前記係止突起が、前記凹部又は開口部の管径方向外側に斜めに被さっていることが好ましい。
これによって、係止突起が前記手元側へ傾倒するよう変形されたとき、前記凹部又は開口部に係止突起が入り込むことができる。

【発明の効果】

【0010】

本発明に係る鏡ボルトによれば、注入材無しでも所要の定着力が得られ、かつ打ち込み時の抵抗増大を抑制できる。作業性が損なわれることもない。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は、本発明の第１実施形態に係る鏡ボルトを含む長尺鏡ボルトを、切羽前方の地山に打ち込んだ状態で示す側面図である。

【図2】図２は、前記鏡ボルトを、一部を断面にして示す側面図である。

【図3】図３は、図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿う断面図である。

【図4】図４は、図２の円部ＩＶの拡大断面図である。

【図5】図５は、本発明の第２実施形態に係る鏡ボルトを、一部を断面にして示す側面図である。

【図6】図６は、図５のＶＩ－ＶＩ線に沿う断面図である。

【図7】図７は、本発明の第３実施形態に係る鏡ボルトを、一部を断面にして示す側面図である。

【図8】図８は、本発明の第４実施形態に係る鏡ボルトの一部分を拡大して示す側面断面図である。

【図9】図９は、本発明の第５実施形態に係る鏡ボルトを、一部を断面にして示す側面図である。

【図10】図１０（ａ）～同図（ｄ）は、本発明に係る鏡ボルトの係止突起の変形例を示す側面断面図である。

【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。
＜第１実施形態（図１～図４）＞
図１に示すように、施工中のトンネル１の切羽１ｅの前方の地山２に長尺鏡ボルト３が打ち込まれている。長尺鏡ボルト３は、複数の鏡ボルト１０を一列に連ねて長尺化したものである。

【0013】

図２に示すように、各鏡ボルト１０は、管体１１と、複数の係止突起２０を備えている。管体１１は直線状に延びる鋼管である。鋼管の外径は、例えば２インチ～８インチ程度である。管体１１の一方の端部には雌ネジ１２が設けられ、他方の端部には雄ネジ１３が設けられている。隣接する鏡ボルト１０のネジ１２，１３どうしが螺合されて連ねられている。長尺鏡ボルト３の長さは、例えば十数メートル程度である。

【0014】

図２及び図３に示すように、管体１１に複数の係止突起２０が互いに間隔を置いて設けられている。好ましくは、これら係止突起２０は、管体１１の管軸方向及び管周方向に整列されている。図３に示すように、ここでは、４列の係止突起２０が９０°間隔で配置されているが、これに限らず、５列以上の係止突起２０が９０°未満の間隔で配置されていてもよく、３列又は２列の係止突起２０が９０°超の間隔で配置されていてもよい。管軸方向に隣接する係止突起２０どうしが管周方向にずれていてもよい。係止突起２０が千鳥状に配置されていてもよく、ランダムに配置されていてもよい。

【0015】

図４に示すように、各係止突起２０は、管体１１の外周面から突出されるとともに、管体１１の管軸方向へ弾性変形可能である。詳しくは、係止突起２０は、付け根部２１から突出端部２２へ向かって管軸方向の手元側（図４において右側）へ傾斜された板バネ状に形成されている。係止突起２０の付け根部２１は、管体１１と一体に連なっている。係止突起２０の突出端部２２は、付け根部１２よりも管径方向外側かつ管軸方向の手元側に配置されている。

【0016】

図４において二点鎖線にて示すように、係止突起２０における管軸方向の手元側への変形抵抗は相対的に小さい。図４において三点鎖線にて示すように、係止突起２０における管軸方向の奥側への変形抵抗は相対的に大きい。

【0017】

図２に示すように、管体１１の管軸に対する係止突起２０の傾きθは、好ましくはθ＝５°～４５°である。

【0018】

図２及び図３に示すように、係止突起２０の平面形状は概略四角形状であるが、これに限られるものではない。係止突起２０の内面２３は、管体１１の管径方向内側かつ管軸方向の手元側（図２において右側）へ斜めに向けられている。係止突起２０の外面２４は、管体１１の当該係止突起２０より奥側（図２において左側）の外周面と段差なく鈍角をなすように連なっている。

【0019】

係止突起２０は、管体１１の切り起こしによって形成され、管体１１と同体をなしている。すなわち、管体１１にコ字状の切込み溝孔が形成され、該切込み溝孔の内側の管壁部分１１ｄが、管径方向外側へ斜めに折り曲げられることによって、係止突起２０となっている。折り曲げ部分が付け根部２１となっている。

【0020】

図２及び図３に示すように、管体１１には、切り起こしによる開口部１４が形成されている。開口部１４を通して管体１１の内外空間が連通されている。係止突起２０が開口部１４の管径方向外側に斜めに被さっている。係止突起２０は、管体１１の管軸方向の手元側への変形時、開口部１４内に入り込み可能である。

【0021】

係止突起２０の材質は、好ましくは高張力鋼（ばね鋼）である。すなわち、係止突起２０と一体の管体１１ひいては鏡ボルト１０の材質として、高張力鋼が用いられている。

【0022】

図１に示すように、トンネル施工の補助工法として、鏡ボルト工法を行なう際は、最先端（最奥端）の鏡ボルト１０の先端（奥端）に掘削ビット４を設けて、切羽前方の地山２を掘削しながら、鏡ボルト１０を打ち込む。このとき、係止突起２０が地山との摩擦によって奥側から手元側へ向かう力を受ける、この力は、管径方向の外側から内側へ向かう分力を含む。該分力によって、係止突起２０が開口部１４内へ向けて引っ込む（図４の二点鎖線参照）。これによって、鏡ボルト１０の打ち込み抵抗を低減できる。
また、外周面の係止突起２０は、掘削ビット４に連なる掘削ロッド（図示せず）等を鏡ボルト１０の内部に通す際の引っ掛かりとならず、作業性が損なわれることがない。

【0023】

複数の鏡ボルト１０を順次、一列に連ねながら打ち込む。これによって、切羽前方の地山２内に長尺鏡ボルト３が構築される。係止突起２０は、元の傾斜角度θまで弾性復帰される。特に、掘削ビット４を管体１１の外径より少し大きくしておくことによって、打ち込み孔２ｃの内周面と管体１１の外周面との間に若干の隙間ができるようにすることで、係止突起２０を確実に弾性復帰させることができる。

【0024】

本実施形態における鏡ボルト工法においては、注入材の注入工程は不要である。すなわち、注入材を、鏡ボルト１０の内部を経て、周辺の地山へ注入する必要が無い。したがって、注入に要する資材及び設備コストを節減でき、工期を短縮できる。

【0025】

このようにして構築した長尺鏡ボルト３によって、切羽前方の地山２の崩壊等を防止できる。詳しくは、切羽前方の地山２が緩もうとするときは、手元側の地山部分２ａが奥側の地山部分２ｂよりも一般に緩み量が大きい。このため、地山部分２ａが、地山部分２ｂに対して手元側（図１において右側）へ変位しようとする。これに伴って、長尺鏡ボルト３が地山部分２ａと共に手元側（図１において右側）へ変位しようとする。したがって、各鏡ボルト１０の係止突起２０には手元側から奥側へ向かう力が作用し、係止突起２０が地山２に引っ掛かる。これによって、注入材を介して長尺鏡ボルト３を地山２と付着させなくても、長尺鏡ボルト３を地山２にしっかりと定着させることができる。係止突起２０は、前記奥側への力に対して大きな抗力を発揮する（図４の三点鎖線参照）。この結果、長尺鏡ボルト３に軸力が働くことで、地山２の崩壊を抑制又は防止できる。

【0026】

長尺鏡ボルト３によって切羽前方の地山２を安定させた状態で、地山２を手元側から順次掘削する。地山と一緒に鏡ボルト１０を手元側から順次破砕する。
鏡ボルト１０には、内部に注入材が充填されておらず、外周にも注入材が付着していない。したがって、破砕した鏡ボルト１０を注入材と分ける作業を経ることなく、鉄屑として容易にリサイクルできる。

【0027】

次に、本発明の他の実施形態を説明する。以下の実施形態において、既述の形態と重複する構成に関しては、図面に同一符号を付して説明を省略する。
＜第２実施形態（図５～図６）＞
図５及び図６に示すように、本発明の第２実施形態に係る鏡ボルト１０Ｂにおいては、管体１１とは別体の係止部材３０を有している。第２実施形態における管体１１は、好ましくは普通鋼によって構成されている。管体１１の外周面には、複数の凹部１５が互いに離れて形成されている。凹部１５の深さは、管体１１の管厚より小さい。凹部１５は、管体１１の内周面に貫通していない。凹部１５と係止部材３０とは一対一に対応している。

【0028】

係止部材３０の材質は、好ましくはバネ鋼（高張力鋼）である。長方形（四角形）のバネ鋼板が長手方向の中間部において「へ」字状に折り曲げられることで、係止部材３０が形成されている。係止部材３０は、折り曲げ部３３を挟んで、取付部３１と、係止突起３２を一体に有している。取付部３１が、対応する凹部１５における奥側の部分１５ｂに収容されて管体１１と接合されている。取付部３１と管体１１の接合手段としては、溶接でもよく、リベットでもよく、ネジでもよい。取付部３１ひいては係止部材３０の厚みは、凹部１５の深さと同等又はそれ以下である。したがって、取付部３１の外面は、管体１１の外周面と面一であるか、それより引っ込んでいる。

【0029】

板バネ状の係止突起３２が、取付部３１から管径方向外側かつ手元側へ斜めに突出されている。係止突起３２は、凹部１５における手元側の開放部分１５ａに管径方向外側から斜めに被さっている。

【0030】

第２実施形態においては、管体１１と係止部材３０とが別体であるため、係止部材３０ひいては係止突起３２の材質を管体１１とは異ならせることができる。鏡ボルト１０Ｂの全体を高張力鋼によって構成する必要がなく、材料コストを節減できる。

【0031】

地山２への鏡ボルト１０Ｂの打ち込み時には、係止突起３２が管軸方向の手元側（図５において右側）へ傾倒され得る。傾倒された係止突起３２は、凹部１５の開放部分１５ａへ入り込むことができる。その後、弾性復帰した係止突起３２が地山２に引っ掛かることによって、鏡ボルト１０Ｂを地山２に定着させることができ、地山２の崩壊を抑制又は防止できる。

【0032】

＜第３実施形態（図７）＞
図７に示すように、本発明の第３実施形態に係る鏡ボルト１０Ｃにおいては、長溝状の凹部１５Ｃが、管体１１の管軸方向へ長く延びるように形成されている。該長溝状凹部１５Ｃに、複数の係止部材３０が管軸方向に間隔を置いて配置されている。

【0033】

隣接する２つの係止部材３０の取付部３１どうしの間に、長溝状凹部１５Ｃの開放部分１５ｄが設けられている。前記隣接する２つの係止部材３０のうち奥側の係止部材３０の係止突起３３が、開放部分１５ｄに管径方向外側から斜めに被さっている。

【0034】

＜第４実施形態（図８）＞
図８に示すように、本発明の第４実施形態に係る鏡ボルト１０Ｄにおいては、管体１１の凹部１５Ｄの奥側端部（図８において左端部）に係着孔１６が形成されている。係着孔１６は、管体１１を厚み方向に貫通している。

【0035】

係止部材３０の取付部３１の奥側端部（図８において左端部）には、断面コ字状の係合部３４が形成されている。係合部３４が、係着孔１６に挿し込まれるとともに、管体１１の内周側（図８において下側）へ回り込むようにして、係着孔１６の手元側（図８において右側）の縁１６ａと嵌合されている。これによって、係止部材３０と管体１１との接合をより強固にすることができ、鏡ボルト１０の打ち込み等の際に係止部材３０が管体１１から外れるのを確実に防止できる。

【0036】

＜第５実施形態（図９）＞
図９に示すように、第５実施形態の鏡ボルト１０Ｅにおいては、管体１１と、複数（ここでは４つ）の長尺の係止部材４０を備えている。４つの長尺係止部材４０が、管体１１の管周方向に間隔を置いて、好ましくは等間隔置きに配置されている。各長尺係止部材４０は、１の長尺取付部４１と、複数の係止突起４２を含む。長尺取付部４１は、管体１１の管軸方向へ延びる長板状に形成されている。

【0037】

管体１１の外周面には、管軸方向へ長く延びる長溝状凹部１５Ｅが形成されている。該長溝状凹部１５Ｅに長尺取付部４１が収容されている。

【0038】

長尺取付部４１の外面には、長手方向に間隔をおいて、複数の係止突起４２が設けられている。各係止突起４２は、長尺取付部４１から管径方向外側かつ管軸方向の手元側（図９において右側）へ斜めに突出されている。係止突起４２は、長尺取付部４１とは別体であり、長尺取付部４１に溶接等によって取り付けられていてもよく、長尺取付部４１と同体の鋼材によって構成されていてもよい。前記鋼材の切削又は切り起こしによって、長尺取付部４１及び複数の係止突起４２を有する長尺係止部材４０が形成されていてもよい。

【0039】

＜その他の実施形態（図１０）＞
係止突起は、管体１１の管軸方向へ弾性変形可能、かつ管軸方向の手元側への変形抵抗が相対的に小さく、管軸方向の奥側への変形抵抗が相対的に大きいものであればよく、必ずしも斜めの板バネ状（図１～図９）に限らない。
図１０（ａ）に示す係止突起５１は、断面が袋形状に形成され、取付部５０から管軸方向の手元側（同図において右側）へ斜めに突出されている。
図１０（ｂ）に示す係止突起５２は、三角形状の断面に形成されている。
図１０（ｃ）に示す係止突起５３は、台形（四角形）の断面に形成されている。
図１０（ｄ）に示す係止突起５４は、楕円形状の断面に形成されている。
図１０（ａ）～同図（ｄ）の二点鎖線にて示すように、鏡ボルト５０の打ち込み時には、係止突起５１～５４が管軸方向の手元側（図１０において右側）へ傾倒するように弾性変形され得る。傾倒に伴って、係止突起５１～５４の少なくとも一部が伸び縮みしてもよい。
打ち込み後、図１０（ａ）～同図（ｄ）の実線にて示すように、係止突起５１～５４が弾性復帰される。

【0040】

本発明は、前記実施形態に限らず、その精神を逸脱しない限り種々の改変をなすことができる。
例えば、１つの管体１１に別形態の係止突起が混在して設けられていてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0041】

本発明は、山岳トンネル施工の補助工法の１つである鏡ボルト工法に適用できる。

【符号の説明】

【0042】

１ トンネル
１ｅ 切羽
２ 地山
２ａ 手元側の地山部分
２ｂ 奥側の地山部分
２ｃ 打ち込み孔
３ 長尺鏡ボルト
４ 掘削ビット
１０ 鏡ボルト
１０Ｂ～１０Ｅ 鏡ボルト
１１ 管体
１１ｄ 管壁部分
１２ 雌ネジ
１３ 雄ネジ
１４ 開口部
１５ 凹部
１５Ｃ 長溝状凹部
１５Ｄ 凹部
１５Ｅ 長溝状凹部
１６ 係着孔
２０ 係止突起
２１ 付け根部
２２ 突出端部
３０ 係止部材
３３ 折り曲げ部
３１ 取付部
３２ 係止突起
３４ 係合部
４０ 長尺係止部材
４１ 長尺取付部
４２ 係止突起
５０ 取付部
５１ 袋状係止突起
５２ 三角形状係止突起
５３ 台形状係止突起
５４ 楕円形状係止突起

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】