JP5697244B2 - 地山補強用鋼管の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えばトンネル掘削時に先行地山を補強するために、切羽から長尺先受け工を施したり、鏡補強工を施す際に打設する地山補強用鋼管の製造方法に関する。

従来、トンネル掘削時に先行地山を補強する補強工として、切羽の前方上部の地山を削孔して長尺の補強管を配置し、その補強管を介して固結材を注入して固結させ、切羽の前方上部の地山をアーチ状に補強する長尺先受け工や、切羽の前方の地山を削孔して長尺の補強管を配置し、その補強管を介して固結材を注入して固結させ、切羽前方の地山を補強する長尺鏡補強工が知られている。

そして、これらの補強工における長尺の補強管には、例えば本体１２の一方の端部側に設けられ、外周面に雄ねじ１３１が形成されている雄ねじ部１３と、他方の端部側に設けられ、内周面に雌ねじ１４１が形成されている雌ねじ部１４とを有する鋼管１１が用いられ、長さ３ｍ程度の鋼管１１を４本程度直列に配置し、一の鋼管１１の一方の端部の雄ねじ１３１と他の鋼管１１の他方の端部の雌ねじ１４１とを螺合して接続し、補強管１０が構成される（図１２参照）。

更に、図１２の鋼管１１は、雄ねじ部１３、雌ねじ部１４に強度上必要とされる肉厚を確保するために、鋼管１１の本体１２でも過大な肉厚が必要となるため、図１３の鋼管２１が開発されている（特許文献１参照）。この鋼管２１は、本体２２の一方の端部側に外周面に雄ねじ２３１が形成されている雄ねじ部２３が設けられ、他方の端部側に拡径部２４が設けられ、この拡径部２４の内周面に雌ねじ２４１が形成されているものであり、所要の強度を確保しつつ、より薄い肉厚の鋼管２１とし、鋼管の軽量化及び低コスト化、鋼管を設置する作業性の向上を図ることを目的としている。

特開２００４−３３２２４２号公報

ところで、図１３の鋼管２１は、端部に拡径部２４を設けるものであるため、その鋼管２１を接続した補強管２０の接続部位には拡径部２４による段差ができる。この段差は、二重管削孔打設方式により長尺の補強管２０を打設する際に、硬質な岩盤層との接触等により貫入抵抗を大きくする原因となり、この貫入抵抗の増大により、雄ねじ部２３と拡径部２４とからなるねじ接続部位にさらなる負荷がかかってしまう。この不具合は、補強管２０の先端に設けられる削孔ビットの外径が拡径部２４の外径より大きくても同様に生じる。

また、鋼管２１の端部に拡径加工して拡径部２４を設ける場合、図１４に示すように、拡径部分の肉厚ｔ３が鋼管２１の本体２２の肉厚よりも薄くなり、この薄くなった部分に雌ねじ２４１を形成することになる。このため、雄ねじ部２３の肉厚を厚くできる利点があるものの、拡径によって薄くなった雌ねじ部に相当する拡径部２４では、必要とする強度を得るために十分な肉厚を確保することが難しい。

本発明は上記課題に鑑み提案するものであり、接続しながら補強管を構成して地山に打設する際に、貫入抵抗の増大を生じさせずに、ねじ接続部位に対する負荷を低減することができると共に、鋼管の全体的な肉厚を薄くしつつ、ねじ接続部位に必要とされる肉厚を十分に確保して、地山補強用鋼管の所要強度を確実に得ることができる地山補強用鋼管の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の地山補強用鋼管の製造方法は、先端に削孔ビットが装着された削孔ロッドが挿入され、前記削孔ビットの外周のケーシングシューが先端部を取り付けられた状態で、前記削孔ビットに回転力と打撃力を伝達して施される削孔により、前記削孔ビットで牽引されて前記削孔内に打設して存置され、地山内に固結領域を形成する固結材を外周面の所定箇所に複数形成された吐出孔から周囲の地山内に充填する補強管を構成し、外周面の所定箇所に固結材の吐出孔が複数形成されている本体と、前記本体の一方の端部側に肉厚が前記本体の肉厚よりも厚くなるように縮径して設けられ、外周面に雄ねじが形成されている縮径部と、前記本体の他方の端部側に前記本体と略同一の外径で設けられ、内周面に雌ねじが形成されている雌ねじ部とを備える地山補強用鋼管の製造方法であって、素管の一方の端部を、周囲に配置する分割金型で押圧して素管の肉厚未満の量で縮径することにより、前記縮径部分の外径が素管の本体に相当する部分の内径よりも大きく且つ前記縮径部分の肉厚が素管の肉厚よりも厚くなるようにし、前記縮径部分の外周面に雄ねじを形成して前記縮径部とすると共に、前記素管の他方の端部の内周面に雌ねじを形成して雌ねじ部とする工程を備えることを特徴とする。更に、雌ねじ部の雌ねじの山頂で形成される径を本体の内径と略同一となるように雌ねじ部を形成し、これに対応させて縮径部を形成すると好適である。
この構成によれば、製造した地山補強用鋼管を接続しながら補強管を構成して地山に打設する際に、補強管に外側に突出する段差が生じないことから、牽引による貫入抵抗の増大を防止し、ねじ接続部位に対する負荷を低減することができ、特に長尺の補強管を打設する場合に有効性が非常に高くなる。また、縮径部の外周面の雄ねじを、雌ねじ部の雌ねじに螺合することにより、雄ねじ部に相当する縮径部の肉厚を厚くしつつ、雌ねじ部の肉厚を必要十分に確保することが可能となる。即ち、地山補強用鋼管の全体的な肉厚を薄くしつつ、ねじ接続部位に必要とされる肉厚を十分に確保して、地山補強用鋼管の所要強度を確実に得ることができる。また、分割金型による押圧での縮径加工により、地山補強工で大量に使用される地山補強用鋼管を高い生産性、精度で製造することができる。また、素管の一方の端部には縮径加工を施す一方で、素管の他方の端部に対しては縮径や拡径せずに雌ねじ部を設けることができるので、一層高い生産性で本発明の地山補強用鋼管を得ることができる。

本発明によれば、製造した地山補強用鋼管を接続しながら補強管を構成して地山に打設する際に、貫入抵抗の増大を生じさせずに、ねじ接続部位に対する負荷を低減することができると共に、地山補強用鋼管の全体的な肉厚を薄くしつつ、ねじ接続部位に必要とされる肉厚を十分に確保して、地山補強用鋼管の所要強度を確実に得ることができる。従って、地山補強用鋼管の軽量化及び低コスト化、鋼管を設置する作業性の向上も確実に図ることができる。

本発明による実施形態の地山補強用鋼管の一部破断正面説明図。 （ａ）は実施形態の地山補強用鋼管の縮径部側の部分縦断面図、（ｂ）はその雌ねじ部側の部分縦断面図。 （ａ）は実施形態の地山補強用鋼管を接続した補強管の部分正面図、（ｂ）はその接続部位の部分縦断面図。 実施形態の地山補強用鋼管を用いて構築中のトンネルの切羽補強をしている状態の縦断説明図。 実施形態の地山補強用鋼管を用いて構築中のトンネルの切羽補強をしている状態の横断説明図。 （ａ）は実施形態の地山補強用鋼管を用いる二重管削孔打設の構成を示す縦断説明図、（ｂ）はその補強管の接続部位の周辺状態を示す部分縦断面図。 （ａ）は実施形態の地山補強用鋼管に加工する前の素管の一方の端部周囲に分割金型を配置した状態の横断面図、（ｂ）はその縦断面図。 （ａ）は素管の一方の端部を分割金型で押圧して縮径した状態の横断面図、（ｂ）はその縦断面図。 （ａ）は素管の横断面図、（ｂ）は縮径加工した素管の端部の横断面図、（ｃ）は拡径加工した素管の端部の横断面図。 素管の縮径部分の外周面への雄ねじの加工を説明する説明図。 雄ねじが形成された縮径部の一部を示す拡大縦断面図。 従来例の地山補強用鋼管を接続した補強管の接続部位の部分縦断面図。 別の従来例の地山補強用鋼管を接続した補強管の接続部位の部分縦断面図。 図１３の雌ねじが形成された拡径部の一部を示す拡大縦断面図。

〔実施形態の地山補強用鋼管及びその製造方法〕
次に、本発明による実施形態の地山補強用鋼管及びその製造方法について説明する。

本実施形態の地山補強用鋼管３１は、図１〜図３に示すように、外周面の所定箇所に固結材の吐出孔３２１が複数形成されている略円筒状の本体３２と、本体３２の一方の端部側に縮径して設けられ、その外周面に雄ねじ３３１が形成されている縮径部３３と、本体３２の他方の端部側に本体３２と略同一の外径で設けられ、その内周面に雌ねじ３４１が形成されている雌ねじ部３４とから構成される。

縮径部３３は、後述の如く、円筒パイプである素管３１０の一方の端部を縮径加工して形成され、その肉厚ｔ２’は本体３２の肉厚ｔ１よりも厚くなっており（図７〜図９、図１１参照）、雄ねじ３３１の形成に必要な長さだけ形成されている。また、雄ねじ３３１の山頂の径、雄ねじ３３１の谷底の径など縮径部３３の各箇所の外径は、雄ねじ３３１が同一の構成、同一のサイズで形成されている別の地山補強用鋼管３１の雌ねじ部３４の雌ねじ３４１と螺合可能となるように対応させて形成されている。

雌ねじ部３４は、素管３１０の他方の端部を拡径及び縮径せずに、その内周面に必要な長さだけ雌ねじ３４１を形成して設けられている。また、雌ねじ３４１の谷底の径、雌ねじ３４１の山頂の径など雌ねじ部３４の各箇所の内径は、雌ねじ３４１が同一の構成、同一のサイズで形成されている更に別の地山補強用鋼管３１の縮径部３３の雄ねじ３３１と螺合可能となるように対応させて形成されている。

雌ねじ部３４は、縮径部３３の外周面の雄ねじ３３１と螺合するように雌ねじ３４１が螺刻されたものであるから、双方とも拡径及び縮径せずに雄ねじ部１３、雌ねじ部１４を設ける場合（図１２参照）、雄ねじ部２３を拡径及び縮径せず、雌ねじ部２４を拡径して設ける場合（図１３、図１４参照）に対して、その肉厚ｔ２’が厚いものとなる。

そして、図３に示すように、一の地山補強用鋼管３１の雌ねじ部３４の雌ねじ３４１を、別の地山補強用鋼管３１の縮径部３３の雄ねじ３３１に螺合し接続して補強管３０が構成され、更に別の地山補強用鋼管３１の雌ねじ部３４の雌ねじ３４１を一の地山補強用鋼管３１の縮径部３３の雄ねじ３３１に螺合し接続してより長尺の補強管３０が構成される。これらの補強管３０は、その接続部位で本体３２の外径よりも外側に突出する段差が生じない。

実施形態の地山補強用鋼管３１を接続して構成される補強管３０は、図４及び図５に示すように、先受け工４３や鏡補強工４６に用いられる。図４及び図５において、５１は地山、５２はトンネル空間、５３は掘進途中のトンネルの先端位置の切羽であり、トンネル空間５２内にはドリルジャンボ４１が配置されている。

先受け工４３は、切羽５３の前方上部の地山５１に長尺の補強管３０を配置してアーチ状に補強するものであり、その施工に際しては、例えば切羽５３の直近に既に立て込まれている支保工４４の前方位置で、切羽５３の天端部から前方上部の地山５１に向かって補強管１０よりも大径の下孔を所定の仰角で深さ数１０cm程度まで穿孔し、その下孔から二重管削孔打設方式により、地山５１に削孔５４を施すと同時に削孔５４内に長尺の補強管１０を打設する（図６（ｂ）参照）。

削孔５４の形成及び補強管１０の打設では、図６（ａ）に示すように、ドリルジャンボのガイドセル４１２に補強管３０を構成する地山補強用鋼管３１を配置すると共に、先端に削孔ビット４１４が装着されている削孔ロッド４１３を地山補強用鋼管３１内に挿入し、削孔ロッド４１３の後端を削岩機４１１に連結する。更に、削孔ビット４１４の外周にケーシングシュー４１５を設け、ケーシングシュー４１５に地山補強用鋼管３１の先端部を取り付ける。

そして、削岩機４１１から削孔ロッド４１３を介して削孔ビット４１４に回転力と打撃力を伝達し、図６（ｂ）に示すように、牽引される地山補強用鋼管３１を縮径部３３の雄ねじ３３１と雌ねじ部３４の雌ねじ３４１の螺合による接続で順次継ぎ足し、地山補強用鋼管３１を接続して構成される長尺の補強管３０を削孔５４内に打設して存置する。この際、補強管３０には外側に突出する段差が生じないことから、貫入抵抗の増大が防止される。更に、補強管１０の吐出孔３２１から周囲の地山５１内に固結材を充填し、地山５１内に固結領域４２を形成する。

また、鏡補強工４６は、切羽５３の前方の地山５１を削孔して長尺の補強管１０を配置して補強するものであり、その施工に際しては、例えば切羽５３に施されている鏡面吹き付けコンクリート４５から、上記先受け工４３と同様の施工手順で、前方の地山５１内に削孔５４を施して地山補強用鋼管３１を継ぎ足した長尺の補強管１０を打設し、その補強管１０の周囲に固結領域４２を形成する。

本実施形態の地山補強用鋼管３１を製造する際には、図７及び図８に示すように、例えば円筒パイプである素管３１０の一方の端部の周囲に、縮径用金型を構成する複数の分割金型６１を所定間隔を開けて周状に配置し、各分割金型６１を素管３１０の中心軸に向かって半径方向に移動して、素管３１０の一方の端部を各分割金型６１で押圧して縮径加工を施し、素管３１０と同芯軸上に縮径部分３３ａを形成する。この縮径加工では、素管３１０の肉厚ｔ１未満の量で素管３１０の一方の端部を縮径し、縮径部分３３ａの外径が素管３１０の本体３２に相当する部分の内径よりも大きくなるようにする（図９参照）。

その後、図１０及び図１１に示すように、この縮径部分３３ａの外周面に、ねじ切り工具６２で雄ねじ３３１を形成して縮径部３３とする。これらの縮径部３３、雄ねじ３３１は、後述する雌ねじ部３４、雌ねじ３４１に対応する大きさ及び構成で形成される。好適には、雄ねじ３３１は、雄ねじ３３１の谷底で形成される径が本体３２（素管３１０）の内径と略同一になるように形成するとよい。

ここで、素管３１０の端部に拡径加工を施した場合には拡径部分２４ａの肉厚ｔ３は、素管３１０の肉厚ｔ１よりも薄くなり、この薄くなった肉厚ｔ３に雌ねじ２４１が形成された拡径部２４は、より薄い肉厚ｔ３’となって必要な強度を十分確保することが困難となる（図９（ａ）（ｃ）、図１４参照）。これに対して、縮径加工で形成された縮径部分３３ａの肉厚ｔ２は、素管３１０の肉厚ｔ１よりも厚くなり、この厚い肉厚ｔ２に雄ねじ３３１が形成された縮径部３３は、十分に厚い肉厚ｔ２’となり、必要な強度を確実に確保することが可能となる（図９（ａ）（ｂ）、図１１参照）。

また、素管３１０の他方の端部には、縮径や拡径を施さずに、その内周面にねじ切り工具で雌ねじ３４１を形成して雌ねじ部３４とする（図２（ｂ）参照）。この雌ねじ部３４を設ける工程は、素管３１０の一方の端部に縮径加工を施す前、雄ねじ３３１を形成する前或いは後など適宜の時点で行うことが可能である。

好適には、雌ねじ部３４の雌ねじ３４１の山頂で形成される径が本体３２（素管３１０）の内径と略同一となるように雌ねじ３４１を形成し、これに対応するように雄ねじ３３１を有する縮径部３３を形成すると良く、雌ねじ部３４の肉厚を最大限確保することが可能となる。また、地山補強用鋼管３１の寸法は、例えば本体３２（素管３１０）の肉厚ｔ１：３．７〜４．７ｍｍ、本体３２（素管３１０）の外径：７５．８〜７６．８ｍｍ、縮径部３３の外径（雄ねじ３３１の山頂の径）：６９．４〜７０．４ｍｍ、雌ねじ部３４の肉厚（素管３１０の外周面と雌ねじ３４１の谷底の径との間の厚さである残肉厚）：２．５〜３．５ｍｍ、雄ねじ３３１及び雌ねじ３４１の山の高さ：０．７〜１．７ｍｍ程度とすると良好である。

上記実施形態の地山補強用鋼管３１は、地山補強用鋼管３１を接続しながら補強管３０を構成して地山５１に打設する際に、補強管３０に外側に突出する段差が生じないことから、貫入抵抗の増大を防止し、ねじ接続部位に対する負荷を低減することができ、特に３本以上等の地山補強用鋼管３１を接続して構成する長尺の補強管３０を打設する場合に有効性が非常に高くなる。また、縮径部３３の外周面の雄ねじ３３１を、雌ねじ部３４の雌ねじ３４１に螺合することにより、雄ねじ部に相当する縮径部３３の肉厚を厚くしつつ、雌ねじ部３４の肉厚を必要十分に確保することが可能となる。即ち、地山補強用鋼管３１の全体的な肉厚を薄くしつつ、ねじ接続部位に必要とされる肉厚を十分に確保して、地山補強用鋼管３１の所要強度を確実に得ることができる。

また、地山補強用鋼管３１を製造する際に、分割金型６１による押圧で縮径加工を施すことにより、地山補強工で大量に使用される地山補強用鋼管３１を高い生産性、精度で製造することができる。また、素管３１０の一方の端部には縮径加工を施す一方で、素管３１０の他方の端部に対しては縮径や拡径せずに雌ねじ部３４を設けることができるので、一層高い生産性で地山補強用鋼管３１を得ることができる。

〔実施形態の変形例等〕
本明細書開示の発明は、各発明や実施形態の構成の他に、適用可能な範囲で、これらの部分的な構成を本明細書開示の他の構成に変更して特定したもの、或いはこれらの構成に本明細書開示の他の構成を付加して特定したもの、或いはこれらの部分的な構成を部分的な作用効果が得られる限度で削除して特定した上位概念化したものを含むものである。そして、下記変形例も包含する。

例えば上記実施形態の地山補強用鋼管３１の製造方法は、地山補強用鋼管３１の一方の端部に分割金型６１によるプレス加工で縮径部３３を設ける工程によるものとしたが、スピニング加工等の他の工程で縮径部３３を設けるようにすることも可能である。また、地山補強用鋼管３１は、２本程度接続する比較的短尺の補強管３０として用いる構成や、或いは単独で補強管として用いる構成とすることも可能である。

本発明は、例えばトンネル掘削時に先行地山を補強する長尺先受け工や長尺鏡補強工に用いる補強管として利用することができる。

１０、２０、３０…補強管 １１、２１、３１…鋼管 ３１０…素管 １２、２２、３２…本体 ３２１…吐出孔 １３、２３…雄ねじ部 ３３…縮径部 ３３ａ…縮径部分 １３１、２３１、３３１…雄ねじ １４、３４…雌ねじ部 ２４…拡径部 ２４ａ…拡径部分 １４１、２４１、３４１…雌ねじ ４１…ドリルジャンボ ４１１…削岩機 ４１２…ガイドセル ４１３…削孔ロッド ４１４…削孔ビット ４１５…ケーシングシュー ４２…固結領域 ４３…先受け工 ４４…支保工 ４５…鏡面吹き付けコンクリート ４６…鏡補強工 ５１…地山 ５２…トンネル空間 ５３…切羽 ５４…削孔 ６１…分割金型 ６２…ねじ切り工具 ｔ１、ｔ２、ｔ２’、ｔ３、ｔ３’…管の肉厚

Claims (1)

1. 先端に削孔ビットが装着された削孔ロッドが挿入され、前記削孔ビットの外周のケーシングシューが先端部を取り付けられた状態で、前記削孔ビットに回転力と打撃力を伝達して施される削孔により、前記削孔ビットで牽引されて前記削孔内に打設して存置され、地山内に固結領域を形成する固結材を外周面の所定箇所に複数形成された吐出孔から周囲の地山内に充填する補強管を構成し、
   外周面の所定箇所に固結材の吐出孔が複数形成されている本体と、前記本体の一方の端部側に肉厚が前記本体の肉厚よりも厚くなるように縮径して設けられ、外周面に雄ねじが形成されている縮径部と、前記本体の他方の端部側に前記本体と略同一の外径で設けられ、内周面に雌ねじが形成されている雌ねじ部とを備える地山補強用鋼管の製造方法であって、
   素管の一方の端部を、周囲に配置する分割金型で押圧して素管の肉厚未満の量で縮径することにより、前記縮径部分の外径が素管の本体に相当する部分の内径よりも大きく且つ前記縮径部分の肉厚が素管の肉厚よりも厚くなるようにし、前記縮径部分の外周面に雄ねじを形成して前記縮径部とすると共に、前記素管の他方の端部の内周面に雌ねじを形成して雌ねじ部とする工程
   を備えることを特徴とする地山補強用鋼管の製造方法。

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