JP2002021467A - トンネル掘削方法 - Google Patents

トンネル掘削方法

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JP2002021467A
JP2002021467A JP2000204081A JP2000204081A JP2002021467A JP 2002021467 A JP2002021467 A JP 2002021467A JP 2000204081 A JP2000204081 A JP 2000204081A JP 2000204081 A JP2000204081 A JP 2000204081A JP 2002021467 A JP2002021467 A JP 2002021467A
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Japan
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tunnel
spraying
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Hikozo Imaoka
Kazuhiko Matsuguchi
彦三 今岡
一彦 松口
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Sato Kogyo Co Ltd
佐藤工業株式会社
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Abstract

(57)【要約】 【課題】上半と下半との一括併行作業を可能としたトン
ネル掘削工法において、吹付け作業をズリ出し作業と併
行して行えるようにし掘削サイクルタイムの短縮化を図
る。 【解決手段】トンネル掘削断面を上半部Xと下半部とに
分割し、かつ前記下半部において、略トンネル中心を境
にその一方側を前記上半部との一括施工を可能とし得る
ベンチ長さの下半片側ミニベンチ部Zとするとともに、
前記下半部の他方側をトンネル施工機械を設置可能とし
得るベンチ長さの下半片側ショートベンチ部Yとし、前
記上半X切羽および下半片側ミニベンチ部Zの大背切羽
を切り崩した後、下半盤5上を走行するズリ出し機によ
ってズリ出しを行うとともに、これに併行して前記下半
片側ショートベンチ部Yの上半盤4に設置した吹付け機
7により吹付けを行うようにする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、上半と下半との一
括併行作業を可能とするとともに、ズリ出し作業と吹付
け作業、およびロックボルト作業と吹付け作業などの併
行作業を可能としたトンネル掘削方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より山岳トンネルでは、設計断面を
一気に掘削する全断面掘削方法、設計断面を上部半断面
と下部半断面とに2分割して掘削を行うロングベンチカ
ット、ショートベンチカット、ミニベンチカットなどの
ベンチカット工法など(以下、まとめて従来工法とい
う。)が存在し、地山性状やトンネル断面形状などに応
じて適宜、好適な掘削工法が選択されている。
【0003】上記従来工法の内、特に上半と下半一括の
併行作業により掘削を行うミニベンチ工法(フリーベン
チ工法またはマイクロベンチ工法とも呼ばれる。)は、
飛躍的にサイクルタイムの短縮が望めるため、現在では
最も多用されている工法となっている。このミニベンチ
工法は、具体的には図15の掘削フロー図に示されるよ
うに、上半ベンチ長を3〜5.5mと極端に短くした上
で、上半および下半のそれぞれにおいてロックボルト削
孔・打設および装薬孔削孔・装薬を併行して行った後、
上半および下半の切羽を一気に切り崩し、その後ズリ出
しおよび吹付け(場合によっては鋼アーチ支保の建込み
を併せて行う。)を同時に行うサイクル工程によって順
次掘削を行うようにしたものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特に、
ズリ出し工程から吹付け工程に至る作業工程では、使用
する施工機械が工種毎に異なることと、施工機械の輻輳
などの問題より、ズリ出し作業と、吹付け作業を同時併
行的に行うことは困難とされ、サイクル工程時間の短縮
化、ひいてはトンネル掘削を効率化出来ない要因となっ
ていた。
【0005】一方、崩壊性地山等の不良地山の場合に
は、発破掘削後の早期に、吹付けおよびロックボルト打
設による支保(場合によって鋼アーチ支保を併せて行
う。)の構築が望まれるところ、ズリ積込み機械やダン
プトラックによって作業スペースが占有されるため、ズ
リ出しが終了するまでは切羽への立ち入りが出来ないな
どの問題があった。
【0006】他方、大断面トンネルなどでは、ドリルジ
ャンボを切羽の前に並列させながらロックボルト削孔・
打設と切羽削孔・装薬とが同時併行的に行われている
が、施工機械の設置間隔が狭い場合には、機械相互の輻
輳によりブーム等の接触事故や作業員の巻き込まれ事故
等が発生することが懸念されていた。
【0007】そこで本発明の主たる課題は、上半と下半
との一括併行作業を可能としたトンネル掘削工法であっ
て、切羽切り崩し後のズリ出し作業と吹付け作業、ロッ
クボルト作業と吹付け作業などの併行作業を可能とし、
掘削サイクルタイムの短縮化を図ること、および発破直
後の早期に支保構築作業に取りかかり出来るようにする
ことで不良地山への対応を迅速に行えるようにするこ
と、さらには施工機械同士の干渉を解消し機械相互の接
触事故や作業員の人身事故を無くし安全に掘削が行える
ようにすること等にある。
【0008】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の本発明は、トンネル掘削断面を上半部と下半部とに分
割し、かつ前記下半部において、略トンネル中心を境に
その一方側を前記上半部との一括施工を可能とし得るベ
ンチ長さの下半片側ミニベンチ部とするとともに、前記
下半部の他方側をトンネル施工機械を設置可能とし得る
ベンチ長さの下半片側ショートベンチ部とし、前記上半
切羽および下半片側ミニベンチ部の大背切羽を切り崩し
た後、下半盤上を走行するズリ出し機によってズリ出し
を行うとともに、これに併行して前記下半片側ショート
ベンチ部の上半盤に設置した吹付け機により吹付けを行
うことを特徴とするものである。
【0009】また、ロックボルト工程を伴う場合には、
前記下半片側ショートベンチ部の上半盤では、前記吹付
けに続いてドリルジャンボを位置させ、上半部のロック
ボルト削孔・打設および装薬孔の削孔を行い、一方前記
下半盤では、ズリ出しに続いて吹付け機を位置させ、下
半片側部の吹付け、ロックボルト削孔・打設および装薬
孔の削孔を行うようにするのが望ましい。他方、本掘削
方法において前記下半片側ショートベンチ部の手前で
は、機械掘削または発破掘削、吹付けおよびロックボル
ト削孔・打設の工程を繰り返すとともに、上半盤への施
工機械の乗り入れまたは入れ替えに合わせて一時的に斜
路を形成するのが望ましい。
【0010】上記上半切羽および下半片側ミニベンチ部
の大背切羽の掘削は、発破掘削の他、機械掘削でも可能
であるが、本トンネル掘削工法の場合には発破掘削を採
用した方が工法的メリットが大きい。すなわち、機械掘
削の場合にはトンネルボーリングマシンのような全断面
掘削機は除外され、ブームヘッダー、カッターヘッドな
どと呼ばれる自由断面掘削機が対象となるが、これら自
由断面掘削機は掘削と同時に機械背面のズリ出しコンベ
アからズリが順次排出され、ダンプトラックによる輸送
が可能であるところ、掘削中は上半盤に行き来するダン
プトラックの斜路を確保しなければならないとともに、
後工程で使用する吹付け機やドリルジャンボの入れ替え
時に斜路を確保しなければならない。そのため、上半お
よび下半片側ミニベンチ部の掘削サイクルに合わせて下
半片側ショートベンチ部の掘削サイクルを組むに当た
り、前記ダンプトラックの往来や施工機械の乗り入れ時
に斜路を確保しながら、前記上半および下半片側ミニベ
ンチ部の掘削サイクルを阻害しない掘削サイクルを組む
ことが困難となる。
【0011】本発明においては、トンネル掘削断面を上
半部と下半部とに分割するとともに、前記下半部におい
て、略トンネル中心を境にその一方側を前記上半部との
一括施工を可能とし得るベンチ長さの下半片側ミニベン
チ部とし、一方前記下半部の他方側をトンネル施工機械
を設置可能とし得るベンチ長さの下半片側ショートベン
チ部とする。そして、切羽および下半大背を切り崩した
ならば、上半盤上のズリを下半盤に落し込み、上半盤上
に吹付け機を乗り入れて吹付け作業を行うとともに、下
半盤ではズリ出し機によってズリ出し作業を行うように
する。すなわち、本掘削方法では、切羽手前部分に略ト
ンネル中心線を境に一方側に上半盤部を形成するととも
に、他方側に下半盤部を形成して機械の設置基面の高さ
を異ならせ、ズリ出し機と吹付け機相互の干渉を無くす
ことにより、ズリ出しと吹付けとの併行作業を可能とし
ている。
【0012】その結果、従来はズリ出しを待ってからし
か出来なかった吹付け作業が前記ズリ出しと併行してで
きるようになるため、掘削のサイクルタイムを短縮でき
掘削効率が向上する。
【0013】また従来は、発破掘削後にズリ出し作業が
終了しないと、吹付けやロックボルトなどの支保構築作
業が出来なかったが、発破直後に早期に支保を構築する
ことが可能となり、不良地山、崩壊性地山等であっても
地山の緩みを迅速に抑えながら効率的に施工出来るよう
になる。
【0014】さらに、従来の大断面トンネルにおけるミ
ニベンチ工法などでは、効率化のために本坑内に2台の
ドリルジャンボを並列配置してロックボルト削孔・打設
と切羽削孔・装薬とを併行して行ったり、2台の吹付け
機を並列配置して吹付け作業を行っているが、これら施
工機械の設置間隔が狭い場合などは、機械相互の干渉や
作業員の巻き込まれ事故などが懸念されていた。しか
し、本発明では並列配置される2台の施工機械の設置基
面が異なるため、施工機械同士の干渉が無くなり、安全
かつ効率的に作業出来るようになる。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら詳述する。図1は本発明に係るト
ンネル掘削方法の掘削フロー図であり、図2はトンネル
横断面図、図3はその平面図である。
【0016】図2および図3に示されるように、本トン
ネル掘削方法では、トンネル掘削断面1を上半部Xと、
下半部Y、Zとに分割するとともに、前記下半部Y、Z
において、略トンネル中心線Lを境に一方側下半部Zを
前記上半部Xとの一括施工を可能とし得るベンチ長さ
(以下、下半片側ミニベンチ部Zという。)とするとと
もに、他方側の前記下半部Yをトンネル施工機械を設置
可能とし得るベンチ長さ(以下、下半片側ショートベン
チ部Yという。)としてトンネル掘削を進めるものであ
る。前記下半片側ミニベンチ部Zのベンチ長は、概ね3
〜5.5m程度とし、一方の下半片側ショートベンチ部
Yのベンチ長は、概ね10〜30m程度とされる。前記
下半片側ショートベンチ部Yの手前側には、吹付け機ま
たはドリルジャンボの乗り入れまたは入れ替えに合わせ
て一時的に斜路が形成される。
【0017】一方、トンネル掘削面には、掘削に伴って
壁面に吹き付けられたモルタルまたはコンクリート等の
吹付材2と、トンネル半径方向に向けて挿入打設された
ロックボルト3,3…とによって支保が構築される。な
お、場合によっては鋼アーチ部材が併用されることもあ
るが、以下の説明では支保工設置は吹付け工程に含める
ものとし、支保工設置についての個別的な説明を行わな
い。
【0018】本トンネル掘削方法は、図15に示され
る、発破後にズリ出し→吹付けの順で行っていた従来の
掘削サイクル工程を、図1の施工フロー図に示されるよ
うに、発破後のズリ出し作業と吹付け作業、および吹付
け作業およびロックボルト作業とを併行して行えるよう
にするものである。
【0019】以下、本トンネル掘削方法について、図1
に示される掘削フローの順番に従って詳述すると、 〔第1ステップ〕図4は、前記下半片側ショートベンチ
部Yの上半盤4にドリルジャンボ6Aが位置するととも
に、前記下半片側ミニベンチ部Zの下半盤にドリルジャ
ンボ6Bが位置し、かつ前記下半片側ショートベンチ部
Yの手前には吹付け機7が位置している状態を示すもの
で、前記上半盤4に位置するドリルジャンボ6Aは、作
業効率性から少なくとも複数基、図示例では2基の削孔
ブーム9L、9Rを備えるとともに、チャージングゲー
ジ10を備え、チャージングゲージ10に乗り込んだ作
業員が、上半部Xに対して発破孔のマーキングを行い、
装薬孔の削孔を行う。この上半部Xに対する装薬孔の削
孔は、工程的に先行している上半盤4のドリルジャンボ
6Aにより削孔ブーム9L、9Rの届く範囲のすべてに
ついて行うようにし、削孔ブーム9L、9Rの届かない
部分の削孔は下半盤5に位置するドリルジャンボ6Bに
よって行うようにする。
【0020】一方、後述のズリ出し作業のために工程的
に遅れを伴う下半盤5のドリルジャンボ6Bは、同様に
2基の削孔ブーム9L、9Rを備えるとともに、チャー
ジングゲージ10を備え、チャージングゲージ10に乗
り込んだ作業員のマーキングに従って片側壁部および片
側アーチ部に対するロックボルト削孔を行うとともに、
ロックボルト打設を行う。このロックボルト作業が完了
したならば、ドリルジャンボ6Bは続いて、前記上半盤
4に位置するドリルジャンボ6Aによって削孔できない
部分の装薬孔の削孔を行った後、数m後退させた状態と
し、下半大背に対する装薬孔の削孔を行う。すべての装
薬孔の削孔が完了したならば、上半部Xの装薬孔にダイ
ナマイトを装填するとともに、下半大背の装薬孔にダイ
ナマイトを装填する。
【0021】一方、下半片側ショートベンチ部Yの手前
に設置している吹付け機7は、図示しないクローラ式大
型ブレーカなどの掘削機により段状に切り崩された斜路
壁部に対して、コンクリートミキサ車8から供給される
吹付材を吹付けし、これに引き続いて図6に示されるよ
うに、前記下半片側ショートベンチ部Yの手前にドリル
ジャンボ6Cを位置させ、吹付け完了後の壁面部に対し
ロックボルト削孔を行うとともに、ロックボルト打設を
行う。
【0022】〔第2ステップ〕ここまでの作業が完了し
たならば、図7に示されるように、図示しないクローラ
式大型ブレーカなどの掘削機により下半片側ショートベ
ンチ部Yの斜路を形成するように掘削したならば、ホイ
ールローダ11およびダンプトラック12によりズリの
積み出しを行い斜路を完成させる。斜路の完成を待っ
て、図8に示されるように、ドリルジャンボ6A、6B
を後方側に待避させるようにする。
【0023】〔第3ステップ〕発破準備がすべて完了し
たならば、上半部Xおよび下半部の大背に装填したダイ
ナマイトを爆発させて一気に切羽を崩して新たな上半切
羽と下半大背切羽とを形成する。発破後は先ず、図9に
示されるように、上半盤4に昇ったホイールローダ11
により上半盤4のズリをすべて下半盤5に落し込み、上
半盤4に吹付け機7が乗り入れできるようにする。
【0024】次いで図10に示されるように、上半盤4
に吹付け機7およびコンクリートミキサ車8が乗り入れ
し、ブームの届く範囲で上半部Xの新たに露出したトン
ネル壁面に対して吹付けを行うとともに、これに併行し
て下半盤5ではホイールローダ11およびダンプトラッ
ク12によりズリの積み出しを行う。図11はその平面
図を示している。
【0025】〔第4ステップ〕その後、上半盤4に位置
する前記吹付け機7による吹付け作業が完了したなら
ば、吹付け機7およびコンクリートミキサ車8を上半盤
4から降ろし、次に図12に示されるように、ドリルジ
ャンボ6Aを上半盤4に乗り入れし、上半部Xのロック
ボルト削孔とともに、ロックボルト打設を行う。このロ
ックボルト作業は、工程的に先行しているため、下半片
側ミニベンチ部Zの範囲も含め、削孔ブーム9L、9R
の届く範囲はすべて行うようにする。
【0026】一方、上半盤4に対しドリルジャンボ6A
の乗り入れを終えたならばその後に、図12に示される
ように、下半片側ショートベンチ部Yの斜路部をクロー
ラ式大型ブレーカ13により段状に掘削する。掘削ズリ
は、図13に示されるように、ホイールローダ11およ
びダンプトラック12により坑外へ積み出しを行う。ま
た、同図に示されるように、下半盤5でのズリ出しが完
了したならば、吹付け機7およびコンクリートミキサ車
8を下半盤5に位置させて、片側壁部および片側アーチ
部の吹付けを行うようにする。なお、本例で前記下半片
側ショートベンチ部Yの掘削は機械掘削による例とした
が、もちろん発破掘削とすることでもよい。
【0027】その後、上半部Xに設置されたドリルジャ
ンボ6Aが、ロックボルト削孔・打設を終えたならば、
そのまま装薬孔の削孔に移行し、一方下半盤5に設置さ
れた吹付け機7による吹付け作業が完了したならば、吹
付け機7に代えてドリルジャンボ6Bを下半盤5に位置
させてロックボルト削孔・打設を行うようにする。この
状態が図4に示される説明の最初の状態である。
【0028】以上の工程にて1サイクルの掘削工程を完
了し、以後はこの掘削サイクルを繰り返し、順次トンネ
ルを延長する。
【0029】ところで、上記例では、上半部Xおよび下
半片側ミニベンチ部Zのロックボルト削孔・打設作業と
装薬孔削孔作業とを順に行うようにしているが、これら
は同時併行的に行うようにしてもよい。また、図1に示
される掘削フロー図では、図6に示される状態時に合計
3台のドリルジャンボ6A〜6Cを使用することになる
が、下半片側ショートベンチ部Yの掘削サイクルを変則
的とすることで計2台のドリルジャンボ6A、6Bにて
掘削を行うことも可能である。図14はその掘削フロー
を示した図で、下半片側ショートベンチ部Yの掘削サイ
クルを組むに当たり、上半Xおよび下半片側ミニベンチ
部Zにおいて装薬孔の削孔を行っている間は、吹付けを
行うように掘削サイクルを組む。
【0030】すなわち、図14の掘削フローにて、最初
にクローラ式大型ブレーカ13を用いて斜路部の段状掘
削およびズリ出しを行い、側壁部を露出させたならば、
これに続いて吹付けを行う。その後、上半盤4からドリ
ルジャンボ6Aを待避させるために、前記吹付け部を覆
うように盛土を行い一時的に斜路を形成する。その後、
発破を行い、上半盤4に吹付け機7を乗り入れて吹付け
作業を行うとともに、下半盤5においてズリ出し作業を
併行して行い、前記上半盤4での吹付けが終了したなら
ば、ロックボルト作業のために上半盤にドリルジャンボ
6Aを乗り入れする。その後に、斜路形成のために盛土
した土砂を取り除きズリ出しを行い、吹付け部を露出さ
せたならば、ロックボルト作業を行うようにする。な
お、以上は所定の掘削断面条件での試算に基づく掘削フ
ローであり、掘削断面径によって装薬孔の削孔を終えた
ドリルジャンボ6A、6Bの一方を下半片側ショートベ
ンチ部Yの手前に移動させ、ロックボルト作業を行うよ
うにしても最小時間で掘削サイクルを組むことが可能な
場合もある。
【0031】
【発明の効果】以上詳説のとおり本発明によれば、上半
と下半との一括併行作業を可能としたトンネル掘削工法
において、切羽切り崩し後のズリ出し作業と吹付け作
業、ロックボルト作業と吹付け作業などを併行して行え
るようになるため掘削サイクルタイムの短縮化が図れる
ようになる。また、発破直後の早期に支保構築作業に取
りかり出来るようになるため不良地山への対応が迅速に
行えるようになる。さらには、施工機械同士の干渉を解
消し機械相互の接触事故や作業員の人身事故を無くし安
全に掘削が行えるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るトンネル掘削方法の掘削フロー図
である。
【図2】本トンネル掘削方法のトンネル横断面図であ
る。
【図3】本トンネル掘削方法の平面図である。
【図4】トンネル掘削手順(その1)を示す縦断面図で
ある。
【図5】その平面図である。
【図6】トンネル掘削手順(その2)を示す平面図であ
る。
【図7】トンネル掘削手順(その3)を示す平面図であ
る。
【図8】トンネル掘削手順(その4)を示す平面図であ
る。
【図9】トンネル掘削手順(その5)を示す平面図であ
る。
【図10】トンネル掘削手順(その6)を示す縦断面図
である。
【図11】トンネル掘削手順(その7)を示す平面図で
ある。
【図12】トンネル掘削手順(その8)を示す平面図で
ある。
【図13】トンネル掘削手順(その9)を示す平面図で
ある。
【図14】下半片側ショートベンチ部Yの他の掘削サイ
クルを示す掘削フロー図である。
【図15】従来のトンネル掘削の掘削フロー図である。
【符号の説明】
1…トンネル掘削断面、2…吹付材、3…ロックボル
ト、4…上半盤、5…下半盤、6A〜6C…ドリルジャ
ンボ、7…吹付け機、8…コンクリートミキサ車、11
…ホイールローダ、12…ダンプトラック、13…クロ
ーラ式大型ブレーカ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】トンネル掘削断面を上半部と下半部とに分
    割し、かつ前記下半部において、略トンネル中心を境に
    その一方側を前記上半部との一括施工を可能とし得るベ
    ンチ長さの下半片側ミニベンチ部とするとともに、前記
    下半部の他方側をトンネル施工機械を設置可能とし得る
    ベンチ長さの下半片側ショートベンチ部とし、 前記上半切羽および下半片側ミニベンチ部の大背切羽を
    切り崩した後、下半盤上を走行するズリ出し機によって
    ズリ出しを行うとともに、これに併行して前記下半片側
    ショートベンチ部の上半盤に設置した吹付け機により吹
    付けを行うことを特徴とするトンネル掘削方法。
  2. 【請求項2】前記下半片側ショートベンチ部の上半盤で
    は、前記吹付けに続いてドリルジャンボを位置させ、上
    半部のロックボルト削孔・打設および装薬孔の削孔を行
    い、一方前記下半盤では、ズリ出しに続いて吹付け機を
    位置させ、下半片側部の吹付け、ロックボルト削孔・打
    設および装薬孔の削孔を行うようにする請求項1記載の
    トンネル掘削方法。
  3. 【請求項3】前記下半片側ショートベンチ部の手前で
    は、機械掘削または発破掘削、吹付けおよびロックボル
    ト削孔・打設の工程を繰り返すとともに、上半盤への施
    工機械の乗り入れまたは入れ替えに合わせて一時的に斜
    路を形成するようにする請求項1、2いずれかに記載の
    トンネル掘削方法。
  4. 【請求項4】前記上半切羽および下半片側ミニベンチ部
    の大背切羽の掘削は、発破掘削により行う請求項1〜3
    いずれかに記載のトンネル掘削方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN101864963A (zh) * 2010-05-26 2010-10-20 中铁二十三局集团第三工程有限公司 一种大断面黄土隧道施工方法
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KR101827341B1 (ko) * 2016-11-25 2018-02-08 양재이엔지 주식회사 터널 암반 굴착방법

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