特許 7601331 ロックボルト及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-09

(45)【発行日】2024-12-17

(54)【発明の名称】ロックボルト及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   E21D 20/00 20060101AFI20241210BHJP

【ＦＩ】

E21D20/00 F

E21D20/00 K

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2021032637

(22)【出願日】2021-03-02

(65)【公開番号】P2022133760

(43)【公開日】2022-09-14

【審査請求日】2023-12-13

(73)【特許権者】

【識別番号】302060926

【氏名又は名称】株式会社フジタ

(73)【特許権者】

【識別番号】592197968

【氏名又は名称】サンライズ工業株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000129758

【氏名又は名称】株式会社ケー・エフ・シー

(74)【代理人】

【識別番号】100109243

【弁理士】

【氏名又は名称】元井 成幸

(72)【発明者】

【氏名】福田 聡

(72)【発明者】

【氏名】三河内 永康

(72)【発明者】

【氏名】末松 幸人

(72)【発明者】

【氏名】菅原 崇秀

(72)【発明者】

【氏名】石原 淳

(72)【発明者】

【氏名】真壁 雄貴

【審査官】荒井 良子

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０３１４３９４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１９－１４３４０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－３１４９９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－２８０８９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６３－０７２４４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭６０－１０４５００（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ２１Ｄ ２０／００－２０／０２

Ｇ０１Ｌ ５／００－ ５／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

軸部の打設方向における後側に略半球状の頭部が熱間鍛造で前記軸部と一体的に形成され、
前記頭部に前記軸部から連続した熱間鍛造による鍛流線が形成され、
前記頭部の前端面が前記軸部に外挿される支圧プレートを押圧可能に設けられていると共に、
引抜試験用のテンションロッドを螺着可能な雌ねじ部が、前記頭部に後端側から前記軸部と同軸となるように形成されていることを特徴とするロックボルト。

【請求項2】

請求項１記載のロックボルトの前記軸部に支圧プレートが外挿され、
前記支圧プレートの角部がアール面取りされていることを特徴とするロックボルト構造体。

【請求項3】

請求項１記載のロックボルトの製造方法であって、
前記軸部の外形状と外周サイズを有する棒鋼材の一方の端部に、熱間鍛造で略半球状の前記頭部を形成することを特徴とするロックボルトの製造方法。

【請求項4】

請求項１記載のロックボルトの施工方法であって、
前記ロックボルトの前記軸部に先端側から支圧プレートを外挿する第１工程と、
前記支圧プレートを前記頭部の前端面で地山に押し付けるようにして前記ロックボルトを前記地山に打設する第２工程を備えることを特徴とするロックボルトの施工方法。

【請求項5】

請求項１記載のロックボルトが打設される地山補強構造であって、
前記軸部に外挿された前記支圧プレートが、略半球状の前記頭部の前端面と、地山若しくは吹付コンクリートの被打設面との間に介在する状態で、前記ロックボルトが地山に打設され、
略半球状の前記頭部を直接若しくは間接的に覆うように防水シートが敷設されていることを特徴とする地山補強構造。

【請求項6】

請求項５の地山補強構造で打設されている前記ロックボルトの引抜試験方法であって、
打設された状態の前記ロックボルトの前記頭部の雌ねじ部にテンションロッドを螺着する第１工程と、
前記テンションロッドを介して前記頭部に引抜方向の力を加え、前記ロックボルトの引抜耐力を認識する第２工程を備えることを特徴とする引抜試験方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えばトンネル空間の支保に用いられるロックボルト及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

一般的なトンネルでは、図１０及び図１１に示すように、トンネルの掘削面１０１に沿って吹付コンクリート１０２が打設され、吹付コンクリート１０２から周囲の地山１０３にロックボルト１０４が放射状に打設される。各ロックボルト１０４は、定着材１０５で地山１０３に定着されると共に、外挿された支圧プレート１０６が吹付コンクリート１０２に密着するように、後端部の雄ねじ１０７にナット１０８が嵌められる。そして、放射状に打設されたロックボルト１０４によってトンネル周囲の地山１０３に構築されたアーチ構造１０９により、トンネル空間１１０が支保される。

【0003】

地山１０３に打設、定着されたロックボルト１０４は、地山１０３が押し出してこようとする力Ｆに対して、ロックボルト１０４に生ずる引張方向の軸力Ｔによって抗することにより、アーチ構造１０９が壊れないように支保する。このようなロックボルト１０４の機能を発現するには、ロックボルト１０４が地山１０３に所要の引抜耐力を有する状態で強固に定着されていることが重要となる。更に、ロックボルト１０４が破断しないことや、支圧プレート１０６が吹付コンクリート１０２に密着するようにロックボルト１０４にナット締めがされていることも必要となる。

【0004】

また、特許文献１では、ロックボルトの後端部に円形の平鋼板からなるプレート固定部材を一体的に接合し、且つロックボルトの軸部に支圧プレートを外挿するロックボルトが提案されている。このロックボルトは、地山の挿入孔に押し込むように施工され、プレート固定部材で支圧プレートを押さえ付けるようにして地盤に設置される。従って、ロックボルトの施工において支圧プレートをナット締めで取り付ける作業を省略することが可能である。更に、特許文献１のロックボルトは、支圧プレートからトンネル内側に突出するプレート固定部材の厚みが僅かであるため、支圧プレートを覆うように敷設される防水シートの破損を防止できるとされている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２００５－３１４９９３号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、上述のような地山１０３に打設されたロックボルト１０４では、所要の引抜耐力を有する状態で打設されていることを確認するため、施工管理上の仕様に従って引抜試験が行われる。ナット締め方式のロックボルト１０４に対する引抜試験では、支圧プレート１０６を押圧するナット１０８を取り外し、ロックボルト１０４の後端部の雄ねじ１０７にカップリングを介してテンションバーを接続し、そのテンションバーをセンターホールラムに挿通して油圧ジャッキで載荷することにより、ロックボルトに引張力をかけ、所定の引抜強度まで抜けてこないかの計測を行う。所定の引抜試験まで抜けてこないことを確認した後には、カップリング、テンションバー、センターホールラム、油圧ジャッキで構成される試験装置をロックボルト１０４から取り外し、支圧プレート１０６を押圧するナット１０８をロックボルト１０４の雄ねじ１０７に再度締め付ける。

【0007】

このような引抜試験は、地山１０３に打設した全てのロックボルト１０４からサンプリングした一部のロックボルト１０４に対して行うのが通常であるが、サンプリングしたロックボルト１０４に対して行うにしても、ロックボルト１０４からナット１０８を取り外し、原状復帰のために再度締め付ける作業にはかなりの手間がかかる。更に、ロックボルト１０４の後端部の雄ねじ１０７をトンネル内側に突出する構成では、支圧プレート１０６を覆うようにトンネル内側に防水シートを敷設する場合、防水シートが破損する危険性が生ずるか、破損を防止する処理を別途に施す必要が生ずる。

【0008】

また、特許文献１のロックボルトは、後端部に支圧プレートを押さえつける平鋼板のプレート固定部材が一体的に接合されているため、引抜試験を行うこと自体が困難である。更に、特許文献１の第２実施形態のように、支圧プレートの角部に地山側に折り曲げた折曲部を形成すると、仮にロックボルトがトンネル内側に飛び出してきた場合に、支圧プレートを覆うように敷設された防水シートに折曲部が引っかかって防水シートが破損する危険性もある。

【0009】

本発明は上記課題に鑑み提案するものであって、引抜試験を行う際のナットの取り外しと再度の締め付けの作業を無くすことができ、簡単に引抜試験を行うことができると共に、防水シートの破損を防止することができるロックボルト及びその製造方法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】

【0010】

本発明のロックボルトは、軸部の打設方向における後側に略半球状の頭部が熱間鍛造で前記軸部と一体的に形成され、前記頭部に前記軸部から連続した熱間鍛造による鍛流線が形成され、前記頭部の前端面が前記軸部に外挿される支圧プレートを押圧可能に設けられていると共に、引抜試験用のテンションロッドを螺着可能な雌ねじ部が、前記頭部に後端側から前記軸部と同軸となるように形成されていることを特徴とする。
これによれば、ロックボルトの引抜試験の際には略半球状の頭部の雌ねじ部にテンションロッドを螺着して行うことが可能となり、ナットの取り外しと再度の締め付けの作業を無くすことができ、簡単にロックボルトの引抜試験を行うことができる。また、ナット締めの必要なく、地山に押し込むだけで施工することが可能であるから、ロックボルトの打設作業に要する手間を低減することができる。また、ロックボルトの頭部が略半球状であるため、ロックボルトの頭部を直接若しくは間接的に覆うように敷設される防水シートの破損を防止することができる。

【0011】

本発明のロックボルト構造体は、本発明のロックボルトの前記軸部に支圧プレートが外挿され、前記支圧プレートの角部がアール面取りされていることを特徴とする。
これによれば、支圧プレートの角部がアール面取りして形成されることにより、ロックボルトの頭部と支圧プレートを直接若しくは間接的に覆うように敷設される防水シートの破損をより確実に防止することができる。

【0012】

本発明のロックボルトの製造方法は、本発明のロックボルトを製造する方法であって、前記軸部の外形状と外周サイズを有する棒鋼材の一方の端部に、熱間鍛造で略半球状の前記頭部を形成することを特徴とする。
これによれば、略半球状の頭部を軸部と同一材料から形成することができることに加え、略半球状の頭部に、軸部から連続した熱間鍛造による鍛流線が形成された、内部組織が均質の材料構造、粘りの増した靭性に富む材料構造とすることができる。従って、高強度、高耐力を全長に亘って発揮するロックボルトを得ることができる。また、熱間鍛造の製造により、迅速且つ安価に本発明のロックボルトを製造することができる。

【0013】

本発明のロックボルトの施工方法は、本発明のロックボルトを施工する方法であって、前記ロックボルトの前記軸部に先端側から支圧プレートを外挿する第１工程と、前記支圧プレートを前記頭部の前端面で地山に押し付けるようにして前記ロックボルトを前記地山に打設する第２工程を備えることを特徴とする。
これによれば、支圧プレートを地山或いは吹付コンクリートに密着させるまでナット締めをする必要が無く、ロックボルトを押し込むように移動するだけでロックボルトを打設することができることから、施工作業を容易化することができる。

【0014】

本発明の地山補強構造は、本発明のロックボルトが打設される地山補強構造であって、前記軸部に外挿された前記支圧プレートが、略半球状の前記頭部の前端面と、地山若しくは吹付コンクリートの被打設面との間に介在する状態で、前記ロックボルトが地山に打設され、略半球状の前記頭部を直接若しくは間接的に覆うように防水シートが敷設されていることを特徴とする。
これによれば、地山補強構造で打設されたロックボルトにおいて、支圧プレートに当接する頭部にテンションロッドを取り付けることにより、ナットの取り外しと再度の締め付けの作業を行わずに、簡単にロックボルトの引抜試験を行うことができる。また、ナット締めの必要なく、地山に押し込むだけで施工することが可能であるから、ロックボルトの打設作業に要する手間を低減することができる。また、ロックボルトの頭部が略半球状であるため、ロックボルトの頭部を直接若しくは間接的に覆うように敷設される防水シートの破損を防止することができる。

【0015】

本発明の引抜試験方法は、本発明の地山補強構造で打設されている前記ロックボルトの引抜試験方法であって、打設された状態の前記ロックボルトの前記頭部の雌ねじ部にテンションロッドを螺着する第１工程と、前記テンションロッドを介して前記頭部に引抜方向の力を加え、前記ロックボルトの引抜耐力を認識する第２工程を備えることを特徴とする。
これによれば、地山補強構造で打設されたロックボルトにおいて、支圧プレートに当接する頭部にテンションロッドを螺着して取り付けることにより、ナットの取り外しと再度の締め付けの作業を行わずに、簡単にロックボルトの引抜試験を行うことができる。また、引抜試験完了後には、テンションロッドをロックボルトの頭部から取り外すだけで簡単に原状復帰することができ、ナットの再度の締め付けの作業を不要にすることができる。

【発明の効果】

【0016】

本発明のロックボルトによれば、引抜試験を行う際のナットの取り外しと再度の締め付けの作業を無くすことができ、簡単に引抜試験を行うことができると共に、防水シートの破損を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明による実施形態のロックボルトに支圧プレートを外挿した状態の斜視図。

【図2】（ａ）は実施形態のロックボルトの頭部周辺を示す正面図、（ｂ）は実施形態のロックボルトの頭部周辺を示す一部断面説明図。

【図3】（ａ）は実施形態のロックボルトに外挿される支圧プレートの平面図、（ｂ）はその正面図。

【図4】（ａ）～（ｅ）は実施形態のロックボルトの製造工程を説明する工程説明図。

【図5】（ａ）～（ｄ）は実施形態のロックボルトの施工工程を説明する工程説明図。

【図6】実施形態のロックボルトを打設した地山補強構造で構成されるトンネルの模式説明図。

【図7】図７のトンネルの例における実施形態のロックボルトの定着メカニズムを説明する説明図。

【図8】（ａ）は地山補強構造における実施形態のロックボルトへの力のかかり方を説明する説明図、（ｂ）は実施形態のロックボルトの頭部への引張荷重のかかり方を説明する説明図。

【図9】実施形態のロックボルトを打設した地山補強構造におけるロックボルトに対する引抜試験を説明する一部断面説明図。

【図10】一般的な構築途中のトンネルの模式説明図。

【図11】一般的なロックボルトの定着メカニズムを説明する説明図。

【発明を実施するための形態】

【0018】

〔実施形態のロックボルト〕
本発明による実施形態のロックボルト１は、金属材或いは棒鋼材である異形棒鋼から構成され、図１及び図２に示すように、異形棒鋼の形状である軸部１１の打設方向における先端には略円錐形の剣先部１２が形成されている。軸部１１の打設方向における後側には略半球状の頭部１３が形成されており、頭部１３は軸部１１の外周から外側に略フランジ状に突出するように設けられている。

【0019】

頭部１３は、その先端の前端面１４が軸部１１に外挿される後述の支圧プレート２を押圧可能に設けられており、頭部１３の外径が支圧プレート２に形成された軸部１１の挿通穴２１よりも大径をなすように設けられている。本実施形態における頭部１３の前端面１４は平坦面になっている。また、頭部１３には、後側から雌ねじ穴で構成される雌ねじ部１５が形成されており、雌ねじ部１５の軸心は軸部１１の軸心と同軸になるように形成されている。

【0020】

更に、本実施形態のロックボルト１では、頭部１３と軸部１１とが一体的に形成されており、例えばＪＩＳ Ｇ３１１２に規定された高張力異形棒鋼を用い、軸部１１の後側に熱間鍛造によって頭部１３が一体的に形成されている。即ち、本実施形態のロックボルト１では、同一の高張力金属材で頭部１３と軸部１１とが一体的に形成されている。

【0021】

また、ロックボルト１の軸部１１に外挿され、ロックボルト１と共にロックボルト構造体を構成する支圧プレート２は、図１及び図３の例では、略矩形板状であり、それぞれの角部２２がアール面取りして形成されている。支圧プレート２の平面視略中央には、ロックボルト２の軸部１１が内挿される挿通穴２１が形成されており、挿通穴２１の径は、軸部１１の外径よりも大きく、且つ頭部１３の外径よりも小さくなっている。

【0022】

本実施形態のロックボルト１において、軸部１１の後側に熱間鍛造によって略半球状の頭部１３が一体的に形成されたロックボルト１を製造する場合、素材として軸部１１の外形状と外周サイズを有す棒状の金属材或いは棒鋼材が用いられ、例えば図４（ａ）に示す異形棒鋼１ｍが用いられる。異形棒鋼１ｍは高張力の異形棒鋼とすると好適であり、ＪＩＳ Ｇ３１１２に規定された高張力異形棒鋼とするとより好適である。

【0023】

この異形棒鋼１ｍを熱間鍛造で加工する際には、高熱に加熱した異形棒鋼１ｍを径方向に開いたり閉じたりすることができるチャック３１、３２の間を通してストッパー３５に当たる位置まで挿入し、チャック３１、３２に対して挿入側と逆側に異形棒鋼１ｍの一方の端部を所定長Ｌ１だけ突出させた状態に配置し、チャック３１、３２で強固に挟み込む（図４（ａ）参照）。この異形棒鋼１ｍの突出長Ｌ１は、熱間鍛造によって異形棒鋼１ｍから頭部１３形状を成型するために毎加工ごとに同じ突出長となるように設計されている。

【0024】

こうして異形棒鋼１ｍのチャック３１、３２からの突出長Ｌ１を規定したところで、ストッパー３５を異形棒鋼１ｍの軸線上から横に退避させ、その後、第１の型３４を異形棒鋼１ｍを強固に挟持した状態のチャック３１、３２に当接させるように異形棒鋼１ｍの突出部に押し当てて熱間鍛造を行い、第１段階の頭部１３ｍ１を形成する。第１の型３４の内部には異形棒鋼１ｍの端部を頭部１３形状にする為の中間形状の型内空間３３が閉塞空間として形成されており、所定長さＬ１分の異形棒鋼１ｍが型内空間３３に押し込められるようにして中間形状の頭部１３ｍ１が形成される（図４（ｂ）参照）。頭部１３ｍ１の形成後には、第１の型３４を撤退させる。

【0025】

次に、チャック３１、３２で異形棒鋼１ｍを強固に挟み込んだ状態のまま、異形棒鋼１ｍの軸線上に、内部に略半球状の頭部１３に相当する形状の型内空間３７が設けられた第２の型３８を配置し、第２の型３８がチャック３１、３２に当接する状態となるまで高熱に加熱した異形棒鋼１ｍの頭部１３ｍ１に押し込んで熱間鍛造を行い、異形棒鋼１ｍの軸部１１ｍの後側に略半球状の頭部１３と同一の外形とサイズを有する頭部１３ｍ２を一体的に形成する（図４（ｃ）、（ｄ）参照）。

【0026】

頭部１３ｍ２の形成後には、第２の型３８を撤退させると共にチャック３１、３２を開いて脱型し、頭部１３ｍ２が形成された異形棒鋼１ｍから必要に応じて不要なバリを取り除く。そして、タップ３９を用いて、異形棒鋼１ｍの頭部１３ｍ２に後側からねじ切りを行い、有底の雌ねじ穴で構成される雌ねじ部１５を形成する（図４（ｄ）、（ｅ）参照）。そして、異形棒鋼１ｍの先端には略円錐形の剣先部１２を別途形成し、本実施形態のロックボルト１を得る。尚、本実施形態のロックボルト１を熱間鍛造で形成する場合の熱間鍛造は、本発明の趣旨の範囲内で適宜であり、例えば鍛造型を用いない自由鍛造の熱間鍛造とすることも可能である。

【0027】

このように軸部１１の後側に熱間鍛造によって略半球状の頭部１３が一体的に形成されたロックボルト１の例として、ＪＩＳ Ｇ３１１２に規定された高張力異形棒鋼ＳＤ３４５で呼び径２５ｍｍのＤ２５の異形棒鋼１ｍを素材とするロックボルト１では、引張荷重が生じたときに頭部１３の根元即ち軸部１１ｍに近い側で破断することになるが、その破断強度は２１３.３ｋＮとなる。一方、従来のナット締結方式によるＳＤ３４５素材でＤ２５の異形棒鋼ロックボルトはねじ部が引張強度、降伏点の制約、ボトルネックとなってしまうため、引張強度の規格値は１２０ｋＮとなっている。この為、本発明によるロックボルト１によれば、呼び径２２ｍｍのＤ２２の異形棒鋼素材を用いたとしても、従来のＤ２５相当の規格値をクリアすることができ、より小径で軽量のロックボルトを用いることができると共に、ロックボルトを打設する際の穿孔の削孔径をより小さくすることができ、ロックボルトを打設する施工作業を容易化することができる。

【0028】

次に、本実施形態のロックボルト１の施工工程について説明する。ロックボルト１を施工する際には、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、ロックボルト１の軸部１１に打設方向の先端側から挿通穴２１を有する支圧プレート２を外挿する。ロックボルト１の軸部１１を支圧プレート２の挿通穴２１に内挿する工程は適宜の仕方で行うことが可能であり、例えばロックボルト打設装置のガイドセル４１の先端付近に設けられた保持機構で支圧プレート２をガイドセル４１の先端で保持した状態にすると共に、後述するように、ガイドセル４１に沿ってスライド移動する押し込み式の打設機４２でロックボルト１の後端部を保持し、打設機４２を前進させて、ロックボルト１の軸部１１を保持機構で所定位置に保持された支圧プレート２の挿通穴２１に内挿するようにすると好適である（図５（ａ）～（ｃ）参照）。尚、支圧プレート２はロックボルト１の頭部１３に近づけるように移動せずとも良く、支圧プレート２は軸部１１の先端付近に配置して外挿した状態とする。また、地山５０、或いは地山５０と吹付コンクリート５１には予め穿孔５２を形成し、穿孔５２内にモルタル等の定着材５３を予め注入しておく（図７参照）。

【0029】

そして、図５（ｃ）の太線矢印に示すように、ガイドセル４１に沿ってスライド移動する押し込み式の打設機４２でロックボルト１の後端部を保持し、打設機４２を地山５０に向かって前進させ、定着材が注入されている穿孔５２に剣先部１２が形成された先端側からロックボルト１を押し込んでいく。ロックボルト１の押し込みは、頭部１３の前端面１４で支圧プレート２を押し付けるまで行い、支圧プレート３が頭部１３の前端面１４と地山５０或いは吹付コンクリート５１の被打設面（地山５０の表面或いは吹付コンクリート５１の表面）との間に介在するようにして、ロックボルト１を地山５０に打設する（図５（ｄ）参照）。この施工工程で構築された地山補強構造では、軸部１１に外挿された支圧プレート２が略半球状の頭部１３の前端面１４と地山５０或いは吹付コンクリート５１の被打設面との間に介在し、地山５０が押し出してきたときに支圧プレート２が押し出し力を受けることが出来る状態で、ロックボルト１が地山１０に打設される。

【0030】

上記施工工程で構築された地山補強構造を有するトンネルの例を図６及び図７に示す。本例では、トンネルの掘削面５４に沿って吹付コンクリート５１が打設され、吹付コンクリート５１から周囲の地山５０にロックボルト１が放射状に打設されている。各ロックボルト１は、定着材５３で地山５０に定着されると共に、外挿された支圧プレート２が吹付コンクリート５１に密着するように、略半球状の頭部１３の前端面１４が支圧プレート２に押し付けられている。そして、放射状に打設されたロックボルト１によってトンネル周囲の地山５０に構築されたアーチ構造５５により、トンネル空間５６が支保されている。

【0031】

更に、本例では、ロックボルト１のトンネル内側に突出する略半球状の頭部１３と支圧プレート２を覆うように不織布等のシート状の緩衝材５７が敷設され、緩衝材７２の内側に積層するように防水シート５８が敷設されており、略半球状の頭部１３を間接的に覆うように防水シート５８が敷設されている。緩衝材５７と防水シート５８の敷設は、例えば緩衝材５７をアンカーや釘等の留め具５７１で吹付コンクリート５１に固定して吹付コンクリート５１の内表面に沿って敷設し、この緩衝材５７の固定により、点在する固定部で緩衝材５７に固定されて緩衝材５７に重ねて設けられている防水シート５８を吹付コンクリート５１の内表面に沿って敷設する。図示の５９は覆工コンクリートである。

【0032】

この防水シート５８が敷設された地山補強構造では、地山５０に設置された支圧プレート２は例えば吹付コンクリート５１の表面から９～１２ｍｍの厚みで突出し、更に、支圧プレート２の内表面から略半球状の頭部１３が例えば約３０ｍｍの高さで突出し、これらを覆うように緩衝材５７、防水シート５８が敷設されるが、ロックボルト１のトンネル周方向の打設ピッチは１ｍｍ以上離れているため、図６の模式例よりも実際の緩衝材５７と防水シート５８は凹凸の少ない敷設状態となる。尚、緩衝材５７を敷設せずに、略半球状の頭部１３や支圧プレート２を直接覆うように防水シート５８を敷設する構成とすることも可能である。

【0033】

このように地山５０に打設、定着されたロックボルト１と、支圧プレート２を備えるトンネルの地山補強構造では、地山５０が押し出してこようとする力Ｆを支圧プレート２で支え、ロックボルト１に生ずる引張方向の軸力Ｔによって抗することにより、アーチ構造５５が壊れないように支保する（図７、図８（ａ）参照）。この際、ロックボルト１の略半球状の頭部１３には、図８（ｂ）に示す仮想的に取り出した円錐台１６ｖの外周側面１６１ｖに対して垂直方向に引張荷重がかかることから、略半球状の頭部１３の素材の引張強度に外周側面１６１ｖの面積Ｓを乗じた破断荷重を要求値を超えるように設定すると良い。

【0034】

次に、本実施形態のロックボルト１に対する引抜試験について説明する。地山補強構造で打設された状態のロックボルト１に対して引抜試験を行う際には、例えば図９に示すように、地山５０の表面に沿って吹付コンクリート５１が打設され、吹付コンクリート５１と地山５０に削孔された穿孔５２にロックボルト１が打設され、穿孔５２内の定着材５３でロックボルト１が定着されている地盤補強構造において、打設されたロックボルト１の略半球状の頭部１３の雌ねじ部１５にテンションロッド６２を螺着する。図示例では、ロックボルト１の頭部１３の前端面１４で吹付コンクリート５１に当接している支圧プレート２に載置するようにして略キャップ状の引抜試験用反力台座６１のベースプレート６１１が設けられ、引抜試験用反力台座６１の内部で、引抜試験用反力台座６１の貫通穴から挿入されたテンションロッド６２の先端部の雄ねじ部６２１とロックボルト１の頭部１３の雌ねじ部１５が螺着されている。

【0035】

地山５０と逆側に引抜試験用反力台座６１から突出するテンションロッド６２の部分には、センターホールジャッキ６３、引抜試験用測定板６４を外挿するように設け、テンションロッド６２に引抜試験用押さえナット６５を螺合して、引抜試験用測定板６４の地山５０と逆側への移動を規制する。

【0036】

そして、センターホールジャッキ６３の伸長方向の加圧により、引抜試験用測定板６４、引抜試験用押さえナット６５を介してテンションロッド６２に引抜力を載荷する。これにより、引抜試験用反力台座６１から反力を得て、テンションロッド６２を介して頭部１３からロックボルト１に引抜方向の力が加えられる。このようにロックボルト１に引抜力を載荷して、載荷荷重からロックボルト１に加えられた軸力を算出すると共に、引抜試験用測定板６４の変位を測定することにより、ロックボルト１の伸びを認識し、ロックボルト１の引抜耐力、伸びを認識する。ロックボルト１の引抜耐力、伸びの認識は、相互の対応関係データを記憶部に格納するパーソナルコンピュータ、スマートフォン或いは専用端末等のコンピュータ装置で算出させ、出力部で出力するようにすると好適である。

【0037】

本実施形態によれば、ロックボルト１の引抜試験の際には略半球状の頭部１３の雌ねじ部１５にテンションロッド６２を螺着して行うことが可能となり、引抜試験時のナットの取り外しと再度の締め付けの作業を無くすことができ、簡単にロックボルト１の引抜試験を行うことができる。また、ナット締めの必要なく、地山５０に押し込むだけでロックボルト１を施工することが可能であるから、ロックボルト１の打設作業に要する手間を低減することができる。また、ロックボルト１の頭部１３が略半球状であるため、ロックボルト１の頭部１３を直接若しくは間接的に覆うように敷設される防水シート５８の破損を防止することができる。更に、支圧プレート２の角部２２をアール面取りして形成することにより、ロックボルト１の頭部１３と支圧プレート２を直接若しくは間接的に覆うように敷設される防水シート５８の破損をより確実に防止することができる。

【0038】

また、ロックボルト１の軸部１１の外形状と外周サイズを有する棒鋼材の一方の端部に、熱間鍛造で略半球状の頭部１３を形成してロックボルト１を製造する場合には、略半球状の頭部１３を軸部１１と同一材料から形成することができることに加え、略半球状の頭部１３に、軸部１１から連続した熱間鍛造による鍛流線が形成された、内部組織が均質の材料構造、粘りの増した靭性に富む材料構造とすることができる。従って、高強度、高耐力を全長に亘って発揮するロックボルト１を得ることができる。また、熱間鍛造の製造により、迅速且つ安価にロックボルト１を製造することができる。

【0039】

また、本実施形態のロックボルト１の施工方法では、支圧プレート２を地山５０或いは吹付コンクリート５１に密着させるまでナット締めをする必要が無く、ロックボルト１を押し込むように移動するだけでロックボルト１を打設することができることから、施工作業を容易化することができる。

【0040】

また、ロックボルト１が打設された地盤補強構造において行うロックボルト１の引抜試験では、支圧プレート２に当接する頭部１３にテンションロッド６２を螺着して取り付けるだけで、ナットの取り外しと再度の締め付けの作業を行わずに、簡単にロックボルトの引抜試験を行うことができる。また、引抜試験完了後には、テンションロッド６２をロックボルト１の頭部１３から取り外すだけで簡単に原状復帰することができ、ナットの再度の締め付けの作業を不要にすることができる。

【0041】

〔本明細書開示発明の包含範囲〕
本明細書開示の発明は、発明として列記した各発明、実施形態の他に、適用可能な範囲で、これらの部分的な内容を本明細書開示の他の内容に変更して特定したもの、或いはこれらの内容に本明細書開示の他の内容を付加して特定したもの、或いはこれらの部分的な内容を部分的な作用効果が得られる限度で削除して上位概念化して特定したものを包含する。そして、本明細書開示の発明には下記内容や変形例も含まれる。

【0042】

例えば本発明のロックボルトは、上記実施形態のように頭部１３を軸部１１に熱間鍛造で一体的に形成した構成とすると好適であるが、例えば雌ねじ部１５が形成される略半球状の頭部１３に、軸部１１の高張力材よりも高強度の材料を用い、軸部１１の後側に別材料の頭部１３を摩擦圧接して形成したロックボルト１としても良好である。また、これら以外の製造方法で形成したものも本発明の趣旨の範囲内で本発明のロックボルトに含まれ、例えば軸部１１と同一形状で同一サイズの棒鋼材の一方の端面に略半球状の頭部１３が溶接された構成のロックボルト、又は、略半球状の頭部１３を軸部１１に冷間鍛造など熱間鍛造以外で一体的に形成された構成のロックボルトとすることも可能である。

【0043】

また、上記実施形態のロックボルト１の施工において、略半球状の頭部１３の前端面１４で支圧プレート２を押圧するロックボルト１の打設は、打設機４２等でロックボルト１を自動的に押し込んで打設するようにすると良好であるが、ロックボルト１を人力で押し込んで打設、施工することも可能である。

【産業上の利用可能性】

【0044】

本発明は、例えばトンネルで打設するロックボルト、斜面に打設するロックボルト等に利用することができる。

【符号の説明】

【0045】

１…ロックボルト １１…軸部 １２…剣先部 １３…頭部 １４…前端面 １５…雌ねじ部 １６ｖ…円錐台 １６１ｖ…外周側面 １ｍ…異形棒鋼 １１ｍ…軸部 １３ｍ１、１３ｍ２…頭部 ２…支圧プレート ２１…挿通穴 ２２…角部 ３１、３２…チャック、３３…型内空間 ３４…第１の型、３５…ストッパー、３７…型内空間 ３８…第２の型 ３９…タップ ４１…ガイドセル ４２…打設機 ５０…地山 ５１…吹付コンクリート ５２…穿孔 ５３…定着材 ５４…掘削面 ５５…アーチ構造 ５６…トンネル空間 ５７…緩衝材 ５７１…留め具 ５８…防水シート ５９…覆工コンクリート ６１…引抜試験用反力台座 ６１１…ベースプレート ６２…テンションロッド ６２１…雄ねじ部 ６３…センターホールジャッキ ６４…引抜試験用測定板 ６５…押さえナット Ｔ…軸力 Ｆ…地山が押し出してこようとする力 Ｓ…円錐台の外周側面の面積 １０１…トンネルの掘削面 １０２…吹付コンクリート １０３…地山 １０４…ロックボルト １０５…定着材 １０６…支圧プレート １０７…雄ねじ １０８…ナット １０９…アーチ構造 １１０…トンネル空間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】