专利名称：膨胀灌浆螺栓及使用该螺栓的灌浆方法
技术领域：
本发明涉及在例如隧道工程的天然地基补强工程等中，兼作岩石锚固螺栓及灌入管使用的膨胀灌浆螺栓，以及使用该螺栓的灌浆方法。
背景技术：
在已知技术中，用钻孔机在天然地基的斜面上钻孔，将灌入管插入该钻孔内，灌入水泥浆等硬化性灌浆材后，将钢制螺栓型岩石锚固螺栓插入钻孔内，通过硬化性灌浆材的硬化来使岩石锚固螺栓固定，并通过使支持板通过自钻孔突出至外部的岩石锚固螺栓的螺栓部，用螺帽螺紧，进行补强(例如，参照日本专利公开2000-303480号公报)。
作为可不使用硬化性灌浆材来固定的岩石锚固螺栓，已知有形成前端部锁闭，在后端部具有供给口的管状，在中间部具备通过施加内压而可径向膨胀的膨胀部的膨胀螺栓(例如，参照日本专利公告1990-520)。该膨胀螺栓构成通过在插入钻孔后施加内压，呈将可塑性变形的圆管的一部分推入内侧的截面形状的膨胀部朝径向膨胀，从而与钻孔紧密地贴合。
然而，在通过硬化性灌浆材固定的钢制螺栓型岩石锚固螺栓情况下，有下述的问题。
为将硬化性灌浆材灌入钻孔周围的地基中使之强化，必须使灌入管与钻孔开口部之间充分密封，在高压下供给硬化性灌浆材，使硬化性灌浆材充分渗透周围的地基。然而，不仅该密封难以进行，且须在灌入管插入时施以密封，在灌入管拔出时解除密封，使得作业性很差。特别是在有泉水时，即使硬化性灌浆材以备灌入，硬化性灌浆材在硬化前就会被冲出，使得岩石锚固螺栓的固定存在困难。而且，在硬化性灌浆材硬化前的期间内，容易发生天然地基的变形，容易扩大天然地基的松动范围。
另一方面，在膨胀螺栓情况下，由于可不使用硬化性灌浆材来固定，故有不会发生如上述问题的优点。
然而，在该膨胀螺栓情况下，存在的问题是在周围地基脆弱时，即使将膨胀部膨胀，固定力仍不足，从而使补强效果不好。其虽可如同钢制螺栓型岩石锚固螺栓，通过使用灌入管，将硬化性灌浆材灌入钻孔，使硬化性灌浆材渗透周围地基予以强化来解决，不过，若是如此，即会发生与上述钢制螺栓型岩石锚固螺栓相同的问题。
有鉴于上述习知问题提出了本发明，其目的在于在保有膨胀螺栓的优点的同时利用硬化性灌浆材的灌入对周围地基进行强化。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种膨胀灌浆螺栓，其具有一个膨胀部，该膨胀部具有管状形状，可自后端部施加内压，并且在施加内压时可径向膨胀；以及一个灌入口形成部，在施加内压时，使灌入口打开。
本发明的膨胀灌浆螺栓可通过施加内压使膨胀部膨胀，密贴地基，并可在灌入口形成部使灌入口开口。而且，在对该地基的密贴及灌入口的开口后，可通过自本膨胀灌浆螺栓的后端部灌入硬化性灌浆材，经由上述开口部将硬化性灌浆材灌入周围地基。
由于如上述，本发明的膨胀灌浆螺栓的膨胀部膨胀，密贴地基，密封膨胀灌浆螺栓与地基间。故而，即使存在泉水，仍可止水，而不用等待硬化性灌浆材的灌入和硬化。另外，通过上述密封，可防止硬化性灌浆材的泄漏，硬化性灌浆材的灌入作业性好，并且可通过硬化性灌浆材的灌入来强化周围地基，故而即使对脆弱地基，仍获得良好的固定状态。
而且，由于本发明的膨胀灌浆螺栓在硬化性灌浆材的灌入后，依旧留作岩石锚固螺栓，故在硬化性灌浆材的灌入后，仍维持上述密封，即使在有泉水存在的情况下，仍可防止硬化性灌浆材的流出。更由于本发明的膨胀灌浆螺栓即使在周围地基脆弱情况下，若使膨胀部膨胀，密贴地基，仍可不待硬化性灌浆材的灌入和硬化，获得尽管不充分，却达到某种程度的补强效果，故可抑制硬化性灌浆材硬化前的期间内天然地基的松动。
本发明的膨胀灌浆螺栓的灌入口形成部大致分为，使用通过内压破碎的保持套筒、使用通过内压分离的盖及盖用套筒、以及其它构造。其详细及优点说明于后。
而且，本发明还提供一种灌浆方法，该方法包括将上述本发明的膨胀灌浆螺栓插入地基中，施加内压于膨胀灌浆螺栓，进行膨胀部的膨胀及灌入口的开口，向膨胀灌浆螺栓供给硬化性灌浆材，经由张开的灌入口在周围灌注硬化性灌浆材。
本发明的灌浆方法是采用了上述本发明的膨胀灌浆螺栓的特征的构筑方法，如上述，其可在进行利用硬化性灌浆材的灌入的地基强化工程时，使泉水早期止水，防止硬化性灌浆材的泄漏及流出，抑制硬化性灌浆材硬化前期间内天然地基的松动。
而且，本发明的灌浆方法的实施方案及其它优点说明于后。
图1显示本发明膨胀灌浆螺栓的第一实施方案，省略中间部的立体图；图2是图1所示膨胀灌浆螺栓的俯视图；图3是图1所示膨胀灌浆螺栓的剖面图；图4A及图4B是图1所示膨胀灌浆螺栓前端部的说明图，图4A是放大剖面图，图4B是前端正视图；图5是显示钻孔形成步骤的附图；图6A及图6B是显示膨胀灌浆螺栓对钻孔的插入步骤的附图，图6A是显示插入钻孔的膨胀灌浆螺栓的附图，图6B是图6A中膨胀部的放大剖面图；图7A及图7B是显示膨胀灌浆螺栓的膨胀步骤的附图，图7A是显示在钻孔中膨胀部膨胀的膨胀灌浆螺栓的附图，图7B系图7A中膨胀部的放大剖面图；图8A～图8C是显示灌入口形成步骤的附图，图8A是显示在钻孔中灌入口开口的膨胀灌浆螺栓的附图，图8B是灌入口开口前不久灌入口形成部附近的放大立体图，图8C是灌入口已开口的灌入口形成部附近的放大立体图；
图9是显示硬化性灌浆材的灌入步骤的附图；图10是显示灌入口形成步骤的另一例的附图；图11是显示灌入口形成部的第二实施方案的剖面图；图12是显示灌入口形成部的第三实施方案的剖面图；图13是显示灌入口形成部的第四实施方案的剖面图；图14是显示本发明膨胀灌浆螺栓的第二实施方案，省略中间部的立体图；图15是使用填密构件，局部施加用来使图14所示灌入口形成部打开的内压的情形的说明图；图16是显示本发明膨胀灌浆螺栓的第三实施方案，省略中间部的立体图；图17是显示本发明膨胀灌浆螺栓的第四实施方案的外观图；图18A及图18B是图17所示膨胀灌浆螺栓的后端部(硬化性灌浆材的供给侧)及前端侧(钻孔的最深部侧)的剖面图；图19A～图19C是图18A及图18B所示A-A’、B-B’、C-C’各剖面的剖面图；图20～图22分别是可用于本发明，由盖用套筒及盖构成的灌入口形成部的不同构造例的剖面图；图23是连接延长后构成后端侧的膨胀灌浆螺栓前端部的剖面图；图24是连接延长后构成前端侧的膨胀灌浆螺栓后端部的剖面图；图25A及图25B是可延长膨胀灌浆螺栓的连接部的说明图，图25A是两个膨胀灌浆螺栓的连接部的剖面图，图25B是两个膨胀灌浆螺栓的连接部的外观图；图26A及图26B分别是显示供安装于膨胀灌浆螺栓之用的配件的构造实例的剖面图；图27是显示钻孔的形成步骤的附图；图28A及图28B是显示膨胀灌浆螺栓对钻孔的插入步骤的附图，图28A是显示插入钻孔的膨胀灌浆螺栓的附图，图28B系图28A中A-A’剖面图；图29A及图29B是显示膨胀灌浆螺栓的膨胀步骤的附图，图29A是显示在钻孔中膨胀部膨胀的膨胀灌浆螺栓的附图，图29B是图29A中A-A’剖面图；图30是显示灌入口形成步骤的附图，示出了施加更高内压从而使盖分离的状态；图31是使用本发明灌浆方法的隧道工程中的掘进工段附近的剖面图；图32是掘进工段的正视图。
具体实施例方式
以下，根据
本发明。
图1是显示本发明的膨胀灌浆螺栓第一实施方案，中间部省略的立体图，图2是图1所示膨胀灌浆螺栓的俯视图，图3是图1所示膨胀灌浆螺栓的剖面图，图4A及4B是图1所示膨胀灌浆螺栓的前端部的放大剖视图及放大正视图。
如图1～图3所示，本实施方案的膨胀灌浆螺栓1A形成具备设于后端部的入口套筒2(mouth sleeve)以及一体连接于该入口套筒2前方的膨胀部3的管状，构成可经由入口套筒2施加内压。
入口套筒2形成即使在内压下，仍实质上不会扩径的圆管状，其轴线开口与膨胀部3内的空间相连通。入口套筒2的内周面形成螺纹部5，经由焊缝隆起式熔接4，与膨胀部3一体化。该螺纹部5连接使用于后述内压供给、硬化性灌浆材的供给、利用开孔工具6(参照图10)形成灌入口7(参照图8A及8C)的作业等的器具。图示例的螺纹部5虽然形成于入口套筒2的内周面，不过，也可以形成于外周面。
由图1的剖面部分可知，膨胀部3沿轴向，向内侧压陷圆管的一部分，具有设置弯曲压陷的压陷部8的截面大致呈C字形的构造。该膨胀部3可通过施加内压，将压陷部8推出外部，径向膨胀。
膨胀灌浆螺栓1A的膨胀部3由可进行上述膨胀，也可以在解除内压后，维持该膨胀形状的可塑性变形材料构成。具体而言，虽可使用铁、铜、铝或其合金等金属，不过，一般为了获得好的强度，以由钢管构成较好。而且，按用途，也可以由橡胶或合成树脂等可挠性材料或使用其作为基材的材料构成。
本实施方案的膨胀部3自上述入口套筒2附近连接至前端，膨胀部3的前端部分构成灌入口形成部9A。灌入口形成部9A是通过内压形成用来将后述硬化性灌浆材灌入地基的灌入口7(参照图8A及图8C)，本实施方案的灌入口形成部9A具备可破碎保持套筒10，其填隙安装于膨胀部3的前端部；脆化部(在附图上与其它部分并无区别)，其形成于该保持套筒10填隙安装区域的膨胀部3；以及熔接部11(参照图3及图4A、图4B)，其闭塞膨胀部3的前端开口部。
在填隙安装在膨胀部3前端部的保持套筒10的两端缘，在形成于膨胀部3的压陷部8的压陷口(大致呈C字形形状的不连续部)上的对应位置，形成开缝12。该开缝12虽不是必需的，但最好将其设置，以易于调整后述保持套筒10的破碎压力。保持套筒10虽然可以由与构成膨胀部3的材料相同的材料构成，不过，为调整后述破碎压力，也可以由不同的材料构成。
具体如图4A及图4B所示，膨胀部3的前端开口部被熔接部11闭塞，从而可抑制压陷部8推出所造成的扩径。该熔接部11沿膨胀部3前端的大致C字形形状而覆盖在膨胀部3的前端开口，跨在膨胀部3前端与保持套筒10间，不连接压陷部8的压陷口。因此，若施加内压于膨胀部3，即如图4B箭头所示，施加使膨胀部3前端虽未扩径，却自压陷口向两侧张开的力量，以可经由上述开缝12，使保持套筒10破碎。
上述保持套筒10填隙安装的膨胀部3前端部分的一部分或全部构成物理上或化学上脆弱化的脆化部(在附图上与其它部分并无区别)。该脆化部系指可随着上述保持套筒10的破碎而破裂，使灌入口7(参照图8A及图8C)开口，容易破裂或断裂的部分。
上述脆化部可通过利用例如缩径加工等加工硬化而脆弱化、利用加热或冷却处理脆弱化、通过氢气或乙炔气脆弱化、利用渗碳处理或酸或碱处理脆弱化，其组合等形成。例如，可通过填隙安装保持套筒10，将该部分的膨胀部3缩径，形成加工硬化的脆化部。而且，也可以利用形成熔接部11时的热形成脆化部。
在本实施方案中，通过在利用其形成时的加工硬化脆化的压陷部8的底部附近，填隙安装保持套筒10到膨胀部3缩径为止，并设置熔接部11，进一步加工硬化，形成脆化部。又由于压陷部8的底部附近如后述，容易通过保持套筒10的破碎施加大的力量，故适宜作为形成脆化部的位置。
本实施方案的膨胀灌浆螺栓1A在靠近膨胀部3的后端部及靠近前端部的外周部卷绕有密封材13。作为该密封材13，除了橡胶、弹性体等弹性材料外，也可以使用编织布、无纺布等布帛。虽然密封材13是可随着膨胀部3的膨胀而变的弹性材料，还可以密贴密封材13于膨胀部3的外周面，不过，在使用布帛等情况下，以可容许膨胀部3的膨胀的程度松弛卷绕较好。而且，压陷部8的凹入部优选是可填充的。
由于若设置上述密封材13，膨胀部3即随着其膨胀，经由密封材13，密贴地面，故可提高密封性，能够确实地保证防止硬化性灌浆材的泄漏以及防止泉水涌出。在本实施方案中，虽然密封材13设于靠近后端部及靠近前端部两处，不过，也可以仅为靠近后端部的密封材13，或在三处以上设置密封材13。
本实施方案的膨胀灌浆螺栓1A的入口套筒2稍前方构成一连串膨胀部3，不过，却将图示的膨胀部3的后端部或前端部作成具有适当长度的单纯管材，偏靠前端部侧或后端部侧设置膨胀部3，或者，也可以通过以管材连接多个膨胀部3成轴向相互连接状态，形成具有多个膨胀部3的膨胀灌浆螺栓1A。
其次，对使用上述图1～图4A、4B所说明的膨胀灌浆螺栓1A的本发明的一种灌浆方法例加以说明。
图5～图9是显示本发明灌浆方法的顺序的第一实施方案的附图，图5是显示钻孔的形成步骤的附图，图6A及图6B是显示膨胀灌浆螺栓对钻孔的插入步骤的附图，图6A是显示插入钻孔的膨胀灌浆螺栓的附图，图6B是图6A的膨胀部的放大剖面图，图7A及图7B是显示膨胀灌浆螺栓的膨胀步骤的附图，图7A是显示在钻孔中膨胀部膨胀的膨胀灌浆螺栓的附图，图7B是图7A的膨胀部的放大剖面图，图8A～图8C是显示灌入口形成步骤的附图，图8A是显示在钻孔中灌入口开口的膨胀灌浆螺栓的附图，图8B是显示灌入口的开口前不久的灌入口形成部附近的放大立体图，图8C是显示灌入口开口的灌入口形成部附近的放大立体图，图9是显示硬化性灌浆材的灌入步骤的附图。在这些附图中，与上述图1～图4A、4B相同的符号标示相同构件或部位。
如图5所示，通过钻孔钻头14形成所需深度的钻孔15。
在钻孔15形成后，如图6A所示，通过自前端侧(灌入口形成部9A侧)将膨胀灌浆螺栓1A插入上述钻孔15，而将膨胀灌浆螺栓1A插入地基。在该状态下，如图6A及图6B所示，膨胀灌浆螺栓1A的膨胀部3不膨胀，在当膨胀部3及密封材13的周围有余裕状态下，插入钻孔15内。
对于将膨胀灌浆螺栓1A插入地基而言，形成钻孔15不是必需的，针对例如黏土质等柔软地基，也可以不形成钻孔15，而通过以油压机等直接推入，将膨胀灌浆螺栓1A插入地基。
图6A所示16是用来连接后述压送软管17(参照图7A)的配件，其具有用来将压力供至膨胀灌浆螺栓1A内的供给孔18，可在连通该供给孔18状态下连接压送软管17。配件16d螺入部44螺入并安装于设在膨胀灌浆螺栓1A的入口套筒2的螺纹部5。该配件16的安装可在膨胀灌浆螺栓1A插入钻孔15之前进行，也可以在插入后进行。
接着，如图7A所示，将压送软管17连接到上述配件16，自压送软管17，经由配件16，向膨胀灌浆螺栓1A施加内压。以流体压力方式来施加该内压。虽然可通过例如压缩空气等加压气体进行，不过，一般以容易施加大压力的加压液体，特别是加压水较好。
由于如图7B所示，膨胀灌浆螺栓1A的膨胀部3通过上述内压径向膨胀，密贴钻孔15的内周面，故即使在钻孔15中有泉水的情况下，也可阻止泉水涌出。特别是由于在密封材13设置处，该密封材13提高密贴状态，故可更加提高止水效果。而且，即使在周围地基脆弱情况下，仍可通过该膨胀部3的膨胀，获得某一程度的膨胀灌浆螺栓1A的固定力。
上述膨胀部3的膨胀优选利用比打开在灌入口形成部9A的灌入口7(参照图8A及图8C)所需的压力低的压力来进行。具体而言，以利用高于获得期望膨胀所需的最低压力，但低于能使于图8A及图8C所示的灌入口形成部9A的灌入口7打开的压力的压力进行较好。若在膨胀部3的膨胀未结束期间灌入口7开口，即发生内压泄漏，必须供给大于泄漏量值的内压(供给加压水)，导致难以进行膨胀作业。
在膨胀灌浆螺栓1A的膨胀部3的膨胀达到必要量之后，通过供给更高压力，使灌入口7在图8A及图8C所示的灌入口形成部9A处打开。
以下对上述灌入口形成部9A中灌入口7的开口原理加以说明。
首先，如在图4A、4B中所示，本实施方案的膨胀部3前端部施加虽未扩径，却可以向压陷部8的压陷口施加向两侧张开的力量，从而经由上述开缝12使保持套筒10破碎。因此，若供给比实现膨胀所需的压力更高的压力，即如图8B所示，在膨胀部3前端，经由上述开缝12，使保持套筒10破碎，两侧张开，熔接部11随着保持套筒10变形而变形，露出压陷部8(参照图1)的底部。而且，在内压作用下，图中箭头所示方向的力量作用于压陷部8的底部附近处。从而，通过该力量作用，形成于压陷部8底部附近的上述脆化部破裂，使图8C所示灌入口7开口。由于如上所述，特别是压陷部8的底部附近通过形成时的加工硬化而被脆弱化，而且在保持套筒10破碎时处于大的力量作用之下，因而适于作为脆化部。
在上述灌入口7开口后，依需要解除内压(排出加压用水)，在装上配件16或卸下配件16的情况下，经由压送软管17，自入口套筒2供给硬化性灌浆材。至于硬化性灌浆材，可使用例如水泥水悬浮液、膨润土-水玻璃悬浮液、水玻璃水溶液、铬尼格林水溶液、尿素树脂水溶液、丙烯酸胺水溶液、丙烯酸盐系水溶液、氨基甲酸乙酯树脂液等，可按照地基的性质状态等选择。
由于在该硬化性灌浆材灌入之际，如前述，地基与膨胀灌浆螺栓1A间的间隙已被密封，故可抑制硬化性灌浆材漏出，可如图9所示，确实获得期望的硬化性灌浆材灌入区域19。而且由于在灌浆结束后，膨胀灌浆螺栓1A仍旧留作锁紧螺栓，故即使存在泉水，仍可通过上述膨胀部3膨胀之后的密封作用，防止硬化性灌浆材流出，从而可以无失误地实现所需地基区域的改善。
硬化性灌浆材的灌入虽可通过灌入单一种类的硬化性灌浆材来进行，不过，也可以在途中，切换硬化性灌浆材的种类，灌入多种硬化性灌浆材。作为多种硬化性灌浆材的组合例，可列举最初灌入渗透性佳的硬化性灌浆材，在促进对大范围的灌入之后，灌入渗透性虽不佳，硬化后的强度却高的硬化性灌浆材，谋求提高周围强度，或者，在存在泉水的情况下，先灌入硬化时间(胶凝时间)短的硬化性灌浆材，使泉水被抑制，再灌入硬化时间长的硬化性灌浆材，谋求对周围渗透。
虽然在上述例子中，灌入口形成部9A设有保持套筒10，然而，不设置保持套筒10的构造也是可行的。亦即，可以采用不设置保持套筒10的上述构造。然而，优选选用下述构造设置保持套筒10以便于容易调整灌入口7(参照图8A及图8C)的形成压力，在形成压力大于既定压力时，保持套筒10破碎，以使脆化部受到大的力量作用。
图10是显示灌入口形成步骤的其它例子的附图，符号仅显示要部。
在本实施方案中，在图5～图7A、7B所说明的钻孔步骤、插入步骤及膨胀步骤后，自膨胀灌浆螺栓1A的入口套筒2卸下压送软管17及配件16，取而代之，自入口套筒2将棒状开孔工具6插入膨胀灌浆螺栓1A内，将致动开孔工具6的致动装置20安装到入口套筒2，通过开孔工具6对膨胀灌浆螺栓1A的前端部施加推顶，使灌入口7开口。如此，即使在用升高压力的方式无法在灌入口形成部9A形成灌入口7的情况下，仍可确实无误地形成灌入口7。而且，若进行此种灌入口形成步骤，即使未预先设置灌入口形成部9A，仍可通过在膨胀步骤后，以开孔工具6强制性形成灌入口7，进行图9所示此后灌入步骤。
除了单纯棒状体外，可使用前端锐利的棒状体、钻状棒状体等作为开孔工具6，可使用液压装置等作为致动装置。在使用开孔工具6情况下，虽以容易插入膨胀灌浆螺栓1A内，后端部的开口轴向张大较好，不过，在膨胀灌浆螺栓1A后端部的开口较小的情况下，也可以在膨胀步骤后切断后端部，扩大开口部，插入开孔工具6。特别是，若在入口套筒2形成螺纹部5，即可在入口套筒2处螺接液压千斤顶等致动装置20，承受反作用力，可正确地将压入力量作用于开孔工具6。
图11是显示灌入口形成部的第二实施方案的剖面图。
本实施方案的灌入口形成部9B通过栓体21闭塞预先形成于膨胀部3的灌入口7。
在上述灌入口形成部9B情况下，若例如以延展性较构成膨胀部3的材料小的材料构成该栓体21，通过熔接等使栓体21与膨胀部3一体化，即可在膨胀部3膨胀时，集中应力于栓体21部分，在进一步升高压力时破裂，使灌入口7开口。而且，在作成以所需内压卸下栓体21的螺入式，或使用加压水在内压的供给情况下，通过水溶性黏接剂使栓体21与膨胀部3一体化，以所供给加压水减弱黏接力，使之破裂。该栓体21的灌入口形成部9B不仅容易设于膨胀部3的前端部，亦容易设在膨胀部3的靠近后端处或中间部。
图12是显示灌入口形成部的第三实施方案的剖面图。
本实施方案的灌入口形成部9C设置连接在膨胀部3前端，实质上不会因内压而扩径的管状盖材保持部22，以盖材保持部22的前端开口作为灌入口7，利用通过环状盖23安装于盖材保持部22前端的盖材24闭塞该灌入口7。
在上述灌入口形成部9C情况下，可使盖材24具有在所需内压下破裂的强度，在膨胀部3膨胀后，升高内压，使该盖材24破裂，令灌入口7开口。又由于该盖材24容易通过图10所说明的开孔工具6扎破，故本灌入口形成部9C特别适于图10所说明的灌入口形成步骤的其它例子。
图13是显示灌入口形成部的第四实施方案的剖面图。
本实施方案的灌入口形成部9D使用与图1～图4A、4B所示相同的保持套筒10，填隙安装保持套筒10在对应预先形成在膨胀部3的灌入口7的位置，以该保持套筒10闭锁灌入口7。而且，在保持套筒10两端形成开缝12。
在上述灌入口形成部9D情况下，在膨胀部3膨胀时，抑制保持套筒10填隙安装部分的膨胀，使此部分不扩大膨胀，膨胀其它膨胀部3，此后，进一步升高内压，通过保持套筒10破碎，可使灌入口7开口。而且，为了确实达到保持套筒10破碎前的灌入口7的闭锁状态，也可以在保持套筒10与膨胀部3之间夹设用于密封灌入口7的垫圈(未图示)。本实施方案的灌入口形成部9D不仅容易设于膨胀部3的前端部，亦容易设于膨胀部3的靠近后端处或中间部。
图14是显示本发明膨胀灌浆螺栓的第二实施方案，省略中间部的立体图，图15是使用填密构件局部施加用来使图14所示灌入口形成部开口的内压情形的说明图，符号仅显示要部。
本实施方案的膨胀灌浆螺栓1B通过闭锁盖25闭锁前端，并在膨胀部3的中间部隔适当间隔轴向设置多个嵌入栓体21于预先形成的灌入口7的灌入口形成部9B(参照图15)。该灌入口形成部9B也是通过在膨胀部3膨胀后升高内压，将栓体21弹开，使灌入口7开口，这与图11所示的相同。
而在具有如图14所示多个灌入口形成部9B的膨胀灌浆螺栓1B情况下，有可能因在内压下所有灌入口形成部9B的灌入口7(参照图15)不同时开口，各开口时期错开，内压自开口的灌入口7逸失，以致于发生不是所有的灌入口7都开口的情形。为防止灌入口7开口时内压的逸失，并可选择性仅使一部分灌入口7开口，以如图15所示，使用填密构件26局部施加内压较好。
进一步加以说明，首先，施加膨胀部3膨胀所需内压，如图7B所示，使膨胀部3膨胀。藉此，压陷部8延展，膨胀部3的内部空间扩大成接近圆形。在此状态下，自图14所示入口套筒2，将图15所示的前后附有填密构件26的灌入管27(附有双填密构件的灌入管)插入膨胀灌浆螺栓1B内。
填密构件26是可通过例如加压水等加压流体膨胀的袋体。灌入口形成部9B夹设于二填密构件26之间，通过向二填密构件26施加流体压力而使之膨胀，灌入口形成部9B夹设于其间，从而对膨胀灌浆螺栓1B的轴向前后进行密封。在此状态下，自灌入管27将加压流体供至二填密构件26所夹区域，以局部对膨胀灌浆螺栓1B加压，从而确实地并且选择性地使二填密构件26所夹位置的灌入口形成部9B的灌入口7开口。而且，通过解除填密构件26的压力，附有填密构件26的灌入管27可容易地沿膨胀灌浆螺栓1B的轴向移动。
若如上述，自多个灌入口形成部9B选择性使灌入口7开口，即不仅可确实地使全部多个灌入口7开口，且可选择地仅使一部分灌入口7开口，或者，经由不同灌入口7，灌入不同种类的硬化性灌浆材。例如，在仅使靠近前端部的灌入口7开口，灌入硬化性灌浆材之后，将膨胀灌浆螺栓1B内的硬化性灌浆材趁着未硬化时将其冲洗，或在硬化后钻孔去除，其次，使靠近后端部的灌入口7开口，依需要，在前端部施设堵塞物，接着通过灌入不同硬化性灌浆材，可沿膨胀灌浆螺栓1B的轴向灌入不同种类的硬化性灌浆材。而且，也可以通过使用上述填密构件26的局部加压，使膨胀不充分的膨胀部3进一步膨胀。
图16是显示本发明膨胀灌浆螺栓的第三实施方案，省略中间部的立体图，符号仅显示要部。
本实施方案的膨胀灌浆螺栓1C的前端具有钻孔钻锥28。
若设置上述钻孔钻锥28，即可使用该钻孔钻锥28，一面形成钻孔15(参照图5)，同时一面将膨胀灌浆螺栓1C插入该钻孔15，从而，可以缩短作业时间。
以下，对本发明膨胀灌浆螺栓的第四实施方案加以说明。
图17是显示本发明膨胀灌浆螺栓的第四实施方案的附图，图18A及图18B是图17所示膨胀灌浆螺栓的后端部(硬化性灌浆材的供给侧)及前端部(钻孔的最深部侧)的剖面图，图19A～图19C是图18A及图18B所示A-A’、B-B’、C-C’的各剖面图。
如图17及图18A、18B所示，本实施方案的膨胀灌浆螺栓1D具有膨胀部3，以及由盖用套筒29和闭塞盖用套筒29前端的盖30构成的灌入口形成部9E。
而且，前端套筒31及后端套筒32分别填隙安装于膨胀部3的前端部及后端部。在前端套筒31，灌入口形成部9E的盖用套筒29的后端部通过熔接部33与之一体化，在后端套筒32处，入口套筒2通过熔接部34与之一体化。与图1～图4A、4B所说明的例子相同，入口套筒2的内侧形成有螺纹部5的构件。而且，附图标记35表示凸部，该凸部用来安装用于将膨胀灌浆螺栓1D与地基相固定的平板36(参照图28A)。
由图19B所示剖面图可知，本实施方案的膨胀灌浆螺栓1D的膨胀部3大致C字形，其具有压陷部8，该压陷部8是这样构成的沿轴向向内侧压陷圆管的一部分，从而使该部分压陷入圆管内。因此，可以通过施加内压于膨胀部3的内部空间而将压陷部8往外推出，从而使膨胀部3径向膨胀。
如图19A所示，为避免在施加内压于膨胀灌浆螺栓1D之际该内压漏出外部，并为抑制扩径，膨胀部3的后端部的压陷部8与后端套筒32间的外部空间由熔接部37来填充。而且，如图19C所示，为抑制扩径，膨胀部3前端部的压陷部8与前端套筒31之间的外部空间由熔接部38填充。
本实施方案的膨胀灌浆螺栓1D的膨胀部3的构成材料与图1～图4A、4B所说明的膨胀灌浆螺栓1A的材料相同。
安装于本实施方案的膨胀灌浆螺栓1D前端部的盖用套筒29及盖30所构成的灌入口形成部9E是一体成型体，盖用套筒29与盖30间的壁厚很薄，可以通过内压使该薄壁部破碎，从而使盖30与盖用套筒29分离，以在膨胀灌浆螺栓1D的前端部将灌入口7打开。
可使用与上述膨胀部3相同的材料来制造盖用套筒29及盖30，并可构成通过既定内压，具体而言，通过比膨胀部3膨胀所需内压更高的内压，使盖30自盖用套筒29分离即可。而且，与膨胀部3的连接形态也不限于熔接。
图20～图22显示可用于本发明，由盖用套筒及盖构成的灌入口形成部的不同构造例的剖面图。
图20的灌入口形成部9E具有合成树脂制盖30，该合成树脂制盖30外壁设有螺纹，该螺纹用于螺接在内壁设有螺纹的金属制盖用套筒29内。图21的灌入口形成部9E具有合成树脂制盖30，该合成树脂制盖30的外壁设有用于嵌入盖用套筒29的螺纹，以便防止因搬运或作业途中的碰撞等所造成的对盖30的损伤。图20及图21的灌入口形成部9E均利用构成盖30的合成树脂的可挠性、弹性，使盖30与盖用套筒29分离。图22是将外侧设有螺纹的合成树脂制盖用套筒29的前端部壁厚做得很薄，在内部配置球体39，通过内压使该球体39飞出外部，从而使灌入口7打开。可使用例如聚氯乙烯、ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)树脂、PET(聚对苯二甲二乙酯)、聚碳酸酯等作为构成上述图20～图22所示盖30的合成树脂。
使用由盖用套筒29及盖30构成的灌入口形成部9E的膨胀灌浆螺栓1D的一个特征在于容易改良成可连接2个或3个以上来用以延长。使用图23～图25A、25B对此特征加以说明。
图23是连接延长后构成后端侧的膨胀灌浆螺栓前端部的剖面图，图24是连接延长后构成前端侧的膨胀灌浆螺栓后端部的剖面图，图25A及图25B是可延长膨胀灌浆螺栓的连接部的说明图，图25A是2个膨胀灌浆螺栓的连接部的剖面图，图25B是2个膨胀灌浆螺栓的连接部的外观图。
如图23所示，通过熔接部33在图17的膨胀灌浆螺栓1D的前端套筒31处安装设有螺纹的延长用前端套筒40，形成在连接延长之后构成后端侧的后端侧膨胀灌浆螺栓1D’，替代盖用套筒29及盖30。另一方面，如图24所示，在另一膨胀灌浆螺栓1D的后端套筒32处，通过熔接部34安装设有与上述延长用前端套筒40的螺纹对应的螺纹的延长用后端套筒41，形成在连接延长之后构成前端侧的前端侧膨胀灌浆螺栓1D”，替代入口套筒2。
如图25A所示，通过螺合延长用前端套筒40与延长用后端套筒41，后端侧膨胀灌浆螺栓1D’与前端侧膨胀灌浆螺栓1D”连接成通过流路42、43连接内部空间的状态，构成一连串膨胀灌浆螺栓(未图示)。
使用由盖用套筒29及盖30构成的灌入口形成部9E的膨胀灌浆螺栓1D容易改良成不仅可实现2个连接的延长，且可连接3个以上来延长。
具体地说，将延长用前端套筒40安装到图17的膨胀灌浆螺栓1D前端部，以替代盖用套筒29及盖30，将延长用后端套筒41安装到同一膨胀灌浆螺栓1D后端部，以替代入口套筒2作为延长用中间部的中间膨胀灌浆螺栓部。而且，可以通过在图23及图24所示后端侧膨胀灌浆螺栓1D’与前端侧膨胀灌浆螺栓1D”之间配置一个以上的该中间膨胀灌浆螺栓部，以延长到所需的长度。根据本发明，可分别提供延长用前端套筒40和延长用后端套筒41二者作为延长用构件，而且延长作业仅需将延长用前端套筒40及延长用后端套筒41螺接即可，故该作业可在现场进行，在到达现场前的搬送中保持延长之前的长度。
下面，结合图26A、26B～图30说明使用图17所说明的膨胀灌浆螺栓1D的根据本发明的灌浆方法。
图26A及图26B分别是显示安装于膨胀灌浆螺栓来使用的配件构造例的剖面图，图27是显示钻孔形成步骤的附图，图28A及图28B是显示膨胀灌浆螺栓插入钻孔的插入步骤的附图，图28A是显示插入钻孔的膨胀灌浆螺栓的附图，图28B是图28A中A-A’剖面图，图29A及图29B是显示膨胀灌浆螺栓的膨胀步骤的附图，图29A是显示在钻孔中膨胀部膨胀的膨胀灌浆螺栓的附图，图29B是图29A的A-A’剖面图，图30是显示灌入口形成步骤的附图，且是显示施加更高内压使盖分离的状态的附图。
首先，如图27所示，形成钻孔15于地基。可使用一般使用的钻孔滑架的钻孔钻等，用于钻孔15的形成。
在钻孔15形成后，如图28A所示，通过自前端侧(盖30侧)插入，将膨胀灌浆螺栓1D插入上述钻孔15，从而插入地基，其中膨胀灌浆螺栓1D带有平板36，该平板36被插入到凸部35的位置。在该状态下，如图28A及图28B所示，膨胀灌浆螺栓1D的膨胀部3不膨胀，在膨胀部3与钻孔15的内壁间有余裕状态下，插入钻孔15内。
接着，如图29A所示，在入口套筒2处安装配件16，在该配件16处连接压送软管(未图示)，在膨胀灌浆螺栓1D内施加内压。该内压以流体压力施加。虽然其也可以通过例如压缩空气等加压气体进行，不过，以一般容易施加大的压力的加压液体，特别是加压水较好。
如图26A所示，配件16是具有螺入部44的构件，可通过将该螺入部44螺接到图17的入口套筒2，从而安装到膨胀灌浆螺栓1D。配件16具备用来将压力供入膨胀灌浆螺栓1D内的供给孔18，构成可在连通该供给孔18状态下，连接压送软管(未图示)。配件16的安装可在将膨胀灌浆螺栓1D插入钻孔15前进行，也可以在插入后进行。而且，如图26B所示，也可以不使用入口套筒2，直接在后端套筒32处熔接不设置螺入部44的配件16’。
由于如图29B所示，膨胀灌浆螺栓1D通过上述内压使其膨胀部3径向膨胀，密贴于钻孔15的内壁，故即使在钻孔15中存在泉水情况下，仍可止水。而且，即使在周围地基比较脆弱情况下，膨胀灌浆螺栓1仍可通过其膨胀部3的膨胀而获得某一程度的固定力。
上述膨胀部3的膨胀以利用比盖30自盖用套筒29分离的压力更低的压力进行较好。若没等膨胀部3充分膨胀完毕，盖30自盖用套筒29分离，即发生内压自其开口部泄漏，须供给比该泄漏量值大的内压(供给加压水)，导致难以进行膨胀作业。
在将膨胀灌浆螺栓1D的膨胀部3膨胀必要量后，通过供给更高压力，如图30所示，使盖30与盖用套筒29分离，在膨胀灌浆螺栓1D的前端，使灌入口7打开。
此后，在依需要解除内压后(在排出加压水后)，在装设或者不装设配件16的情况下，经由压送软管(未图示)自入口套筒2供给硬化性灌浆材。该硬化性灌浆材已在使用第一实施方案的膨胀灌浆螺栓的灌浆方法实例中做过说明。
由于在灌入该硬化性灌浆材之际，如上述，地基与膨胀灌浆螺栓1D之间的间隙被密封，故可抑制硬化性灌浆材漏出外部，可将硬化性灌浆材灌入钻孔15的最深部。而且由于在灌入结束后，膨胀灌浆螺栓1D还留作岩石锚固螺栓，故即使存在泉水，仍可通过上述膨胀部3的膨胀的密封，防止硬化性灌浆材流出，从而确实无误地实现所需地基区域的改良。
虽然在本实施方案中，硬化性灌浆材的灌入可以通过灌入单一种类的硬化性灌浆材来进行，然而，也可在途中变换硬化性灌浆材的种类，以灌入多种硬化性灌浆材。多种硬化性灌浆材的组合实例在使用第一实施方案的膨胀灌浆螺栓的灌浆方法实例中已有说明。
图31是使用本发明灌浆方法的隧道工程中的掘进工段附近的剖面图，图32是掘进工段的正视图，101是本发明的膨胀灌浆螺栓，102是硬化性灌浆材灌入区域，103是掘进工段面。
如图示，使用本发明膨胀灌浆螺栓101的灌浆方法可用于隧道工程中掘进工段面103的地基稳定化、掘进工段面103附近的顶棚部的补强以及构成隧道内壁的拱形混凝土脚部的补强等。在隧道工程中，在挖掘后立即将膨胀灌浆螺栓101插入地基面，灌入硬化性灌浆材，使得已掘隧道的地基稳定化，并且使即将挖削的地基稳定化。
经过挖掘而刚露出的地基面容易发生松动。因此，容易在硬化性灌浆材灌入时，在插入膨胀灌浆螺栓101的钻孔的入口附近发生松动，从而发生硬化性灌浆材的泄漏。
然而，根据本发明，可如上述，通过膨胀部膨胀，使其密贴钻孔的内面，予以密封。又由于也可以同时密封泉水，故而对于需要反复进行挖削和地基补强的隧道工程而言，其作业效率可以得到大幅提高。
权利要求
1.一种膨胀灌浆螺栓，其具有膨胀部，该膨胀部具有管状形状，能够从后端部施加内压，在施加内压时径向膨胀；以及通过施加内压使灌入口开口的灌入口形成部。
2.如权利要求1所述的膨胀灌浆螺栓，其中，膨胀部具有沿轴向将可塑性变形的圆管的一部分向内侧压陷以形成压陷部的构造。
3.如权利要求2所述的膨胀灌浆螺栓，其中，膨胀灌浆螺栓至少在其前端部构成膨胀部，灌入口形成部具有用于密封的熔接部，其容许该膨胀部的前端自压陷部的压陷口两侧张开，并可抑制扩径；以及脆化部，其设在该熔接部附近的压陷部，通过内压破裂，使灌入口开口。
4.如权利要求3所述的膨胀灌浆螺栓，其中，灌入口形成部具有保持套筒，其填隙安装于对应脆化部的位置的膨胀部外壁面，通过内压而破碎，使脆化部破裂，从而使灌入口形成部开口。
5.如权利要求2所述的膨胀灌浆螺栓，其中，灌入口形成部具有灌入口，其预先形成于膨胀部；以及栓体，其闭塞该灌入口，通过内压使该灌入口开口。
6.如权利要求2所述的膨胀灌浆螺栓，其中，灌入口形成部具有灌入口，其预先形成于膨胀部；以及保持套筒，其密贴该灌入口，填隙安装于膨胀部外壁面，通过内压使膨胀部破碎，以使灌入口形成部开口。
7.如权利要求1所述的膨胀灌浆螺栓，其中，密封材卷绕于膨胀部外壁面。
8.如权利要求1所述的膨胀灌浆螺栓，其中，后端部构成朝轴向开口的入口套筒。
9.如权利要求1所述的膨胀灌浆螺栓，在前端还设有钻孔钻锥。
10.如权利要求2所述的膨胀灌浆螺栓，其中，灌入口形成部具有盖用套筒，其将后端部安装于膨胀部的前端部；以及盖，其闭锁该盖用套筒的前端，并且在施加内压时，从该盖用套筒分离。
11.如权利要求10所述的膨胀灌浆螺栓，还包括安装于膨胀部的前端部的前端套筒，且在该前端套筒上安装有盖用套筒的后端部。
12.如权利要求10所述的膨胀灌浆螺栓，其中，盖用套筒与盖一体成型，二者的连接部的壁厚形成较其它部位薄，并且在施加内压时，该连接部破碎，盖从盖用套筒分离。
13.如权利要求10所述的膨胀灌浆螺栓，其中，盖由合成树脂制成，安装成埋没于盖用套筒内。
14.如权利要求11所述的膨胀灌浆螺栓，还包括安装于膨胀部的后端部的后端套筒，在该后端套筒的后端部安装有朝轴向开口的入口套筒。
15.如权利要求2所述的膨胀灌浆螺栓，包括延长用前端套筒安装于膨胀部前端的后端侧膨胀灌浆螺栓部，以及延长用后端套筒安装于膨胀部后端的前端侧膨胀灌浆螺栓部，其中后端侧膨胀灌浆螺栓部及前端侧膨胀灌浆螺栓部的内部空间经由延长用前端套筒及延长用后端套筒而连续连接。
16.如权利要求15所述的膨胀灌浆螺栓，其中，在后端侧膨胀灌浆螺栓部与前端侧膨胀灌浆螺栓部之间，连接至少一个中间膨胀灌浆螺栓部，该中间膨胀灌浆螺栓部的延长用前端套筒及延长用后端套筒分别设于膨胀部的前端及后端。
17.如权利要求1至16项中任一所述的膨胀灌浆螺栓，其中，灌入口形成部通过比使膨胀部膨胀所需最低压力更高的压力使灌入口开口。
18.一种灌浆方法，包括；使用具有膨胀部及灌入口形成部的膨胀灌浆螺栓，其中膨胀部具有可自后端部施加内压的管状，在施加内压时径向膨胀，灌入口形成部通过施加内压使灌入口开口；将该膨胀灌浆螺栓插入地基中；施加内压于膨胀灌浆螺栓，使膨胀部膨胀，并使灌入口开口；对膨胀灌浆螺栓供给硬化性灌浆材；以及经由开口的灌入口，将硬化性灌浆材灌入周围。
19.如权利要求18所述的灌浆方法，其中，膨胀灌浆螺栓的灌入口形成部具有填隙安装在膨胀部外壁面，通过内压破裂以使灌入口开口的套筒，通过使膨胀部膨胀后，施加更高内压，使套筒破碎，以使灌入口开口。
20.如权利要求18所述的灌浆方法，其中，膨胀灌浆螺栓的灌入口形成部具有盖用套筒，其后端部安装于膨胀部的前端部；以及盖，其闭锁该盖用套筒的前端，并且在施加内压时，从该盖用套筒分离；通过使膨胀部膨胀后，施加更高内压，使盖从盖用套筒分离，以使灌入口开口。
21.一种灌浆方法，包括使用具备膨胀部的膨胀灌浆螺栓，该膨胀部形成为可经由设在后端部而朝轴向开口的入口套筒施加内压的管状，并且通过施加内压径向膨胀；将该膨胀灌浆螺栓插入地基中；施加内压于膨胀灌浆螺栓使膨胀部膨胀；自膨胀灌浆螺栓的入口套筒插入开孔工具，在膨胀灌浆螺栓上形成灌入口；对膨胀灌浆螺栓供给硬化性灌浆材；以及经由灌入口，将硬化性灌浆材灌入周围。
22.如权利要求18所述的灌浆方法，其中，使用在其前端具有钻孔钻锥的膨胀灌浆螺栓，在钻孔的同时，将该膨胀灌浆螺栓插入钻孔。
23.一种灌浆方法，包括使用一种膨胀灌浆螺栓，该膨胀灌浆螺栓具有形成为可自后端部施加内压的管状、并在施加内压时径向膨胀的本体，以及盖和套筒，当施加内压时盖与套筒分离，还具有盖的套筒，该套筒安装于本体的前端部；将该膨胀灌浆螺栓插入形成于地基的钻孔；施加内压于膨胀灌浆螺栓，使本体膨胀；施加更高内压，使前端部的盖分离；供给硬化性灌浆材于膨胀灌浆螺栓内，从而从前端部将硬化性灌浆材灌入钻孔内。
24.如权利要求18至23项中任一所述的灌浆方法，其中，在操作中切换供给至膨胀灌浆螺栓的硬化性灌浆材的种类。
全文摘要
本发明通过提供形成可自后端部施加内压的管状，具有通过施加内压径向膨胀的膨胀部(3)，以及通过施加内压使灌入口(7)开口的灌入口形成部(9A)的膨胀灌浆螺栓(1A)，在通过内压使膨胀部(3)膨胀，密贴地基后，在灌入口形成部(9A)使灌入口(7)开口，经由该灌入口(7)将硬化性灌浆材灌入地基，可谋得地基强化。
文档编号E02D5/80GK1771380SQ20058000025
公开日2006年5月10日 申请日期2005年1月25日 优先权日2004年1月28日
发明者平野健吉, 阿波宏司 申请人:电气化学工业株式会社, 株式会社Kfc