JP2007092439A

JP2007092439A - 立坑掘削工法

Info

Publication number: JP2007092439A
Application number: JP2005284900A
Authority: JP
Inventors: Noriaki Murakami; 憲照村上; Toshihiro Yanagisawa; 利浩柳沢
Original assignee: Dowa Construction Co Ltd
Current assignee: Dowa Construction Co Ltd
Priority date: 2005-09-29
Filing date: 2005-09-29
Publication date: 2007-04-12

Abstract

【課題】掘削時の安全性を高めると共に、効率的に立坑掘削が行える立坑掘削工法を提供する。
【解決手段】地山上部の上部基地１から地山内部に設けられた下部基地２に貫通する立坑を掘削する工法において、掘削装置１０による機械掘削により、上部基地１における掘削予定位置から下部基地２に貫通する先進導坑５を掘削する。先進導坑５の機械掘削が完了すると、その先進導坑５内に、穿孔装置を設置したスカフォードを吊り下げて昇降可能に配置し、下部基地２付近からスカフォードを上昇させながら所定間隔毎に、穿孔装置によって先進導坑５の周囲側壁面に発破孔を形成して側壁を発破することにより、先進導坑５を上向きに拡幅開削していく。
【選択図】図７

Description

本発明は、地山等に立坑を掘削形成する工法に関する。

地山表面の上部基地から地山内部に設けられた下部基地に対して先進導坑を形成して拡幅により立坑を形成する。この種の類似した立坑掘削工法としては、主に次の２つの工法を挙げることができる。

第一の従来工法は、上部基地から下部基地に向かう先進導坑を発破掘削していき、先進導坑が下部基地に貫通すると、次に地山表面から先進導坑の周壁部分を発破掘削して拡幅していき、その際に生じる破砕岩石を先進導坑から下部基地に落としながら、掘り下げていくというものである。

第二の従来工法は、第一の従来工法と同様に発破掘削により先進導坑を形成した後、穿孔装置を設置したスカフォード（作業用足場）を先進導坑内に昇降可能に吊り下げ、先進導坑の周囲側壁に発破孔を穿孔して側壁を発破することにより、立坑を拡幅していくというものである（シュリンケージ法）。

しかしながら、上述の従来工法はいずれも先進導坑を発破掘削するため、先進導坑周囲の地山が緩み、作業中に地山が崩壊する可能性があった。また発破掘削によって形成される先進導坑の周囲側壁は凹凸が激しく、特に第二の従来工法においてスカフォードを先進導坑内で昇降させる場合にスカフォードが側壁に激突する危険性があった。

そのため従来は、先進導坑を発破掘削する際、地山の緩みを抑え、かつ先進導坑側壁の凹凸を少なくするために、熟練作業者が必要不可欠であった。また熟練作業者が先進導坑を発破掘削した場合であっても、先進導坑内でスカフォードを昇降させる場合には常に慎重に作業を行う必要があり、昇降速度は極めて遅く、作業効率が極めて悪いという問題があった。

そこで本発明は、上記従来の問題点を解決することを目的としてなされたものであり、立坑掘削時の安全性を高めると共に、効率的に立坑掘削が行える工法を提供するものである。

上記目的を達成するため、本発明が第一の解決手段として採用したところは、上部基地から地山内部に設けられた下部基地に貫通する立坑を掘削する立坑掘削工法であって、掘削装置による機械掘削により、上部基地の掘削予定位置から下部基地に貫通する先進導坑を掘削する先進導坑形成工程と、先進導坑内に、穿孔装置を設置したスカフォードを吊り下げて昇降可能に配置し、下部基地付近からスカフォードを上昇させながら所定間隔毎に、穿孔装置によって先進導坑の周囲側壁面に発破孔を形成して側壁を発破することにより、先進導坑を上向きに拡幅開削していく拡幅開削工程を有する工法とした点にある。

この工法では、機械掘削により先進導坑が形成されるため、地山が緩むことはなく、地山崩壊の可能性も低くなる。加えて、従来の発破掘削に比べると、先進導坑の側壁は極めて凹凸が少ない状態となる。したがって先進導坑掘削時に熟練作業者を必要としない点で有利であると共に、スカフォードの昇降速度を上げることができるので、効率的な立坑掘削が行える。

また、本発明が第二の解決手段として採用したところは、上部基地から地山内部に設けられた下部基地に貫通する立坑を掘削する立坑掘削工法であって、上部基地の掘削予定位置に掘削装置を設置し、該掘削装置に回転駆動する掘削ロッド及び掘削ロッドの先端に取り付けたパイロットビットによって上部基地から下部基地に貫通する小口径のパイロット孔を形成する工程と、下部基地で掘削ロッド先端のパイロットビットを、上部にローラーカッターを備えたパイロットビットより大口径のリーマーに交換する工程と、前記掘削装置が掘削ロッドを引き上げながらリーマーを駆動させ、パイロット孔の周囲を上向掘削していくことによりパイロット孔よりも大口径の先進導坑を一次拡幅形成する工程と、穿孔装置を設置したスカフォードを先進導坑内に吊り下げて昇降可能に配置し、下部基地付近からスカフォードを上昇させながら所定間隔毎に、穿孔装置によって先進導坑の周囲側壁面に対して放射状に複数の発破孔を形成して側壁を発破することにより、先進導坑を上向きに二次拡幅開削していく工程を有する工法とした点にある。

この工法においても、機械掘削により先進導坑が形成されるため、地山が緩むことはなく、地山崩壊の可能性も低くなる。加えて、従来の発破掘削に比べると、先進導坑の側壁は極めて凹凸が少ない状態となる。したがって先進導坑掘削時に熟練作業者を必要としない点で有利であると共に、スカフォードの昇降速度を上げることができるので、効率的な立坑掘削が行える。

また上記の各工法では、前記発破孔を、先進導坑の周囲側壁面に対して斜め下向きに形成することが好ましい。これにより、先進導坑の周囲側壁を拡幅計画線に沿って比較的正確に拡幅していくことができるようになる。

本発明に係る立坑掘削工法によれば、機械掘削によって先進導坑を開削するため、先進導坑形成時の安全性が高まると共に、先進導坑形成後の工程においても安全性が高まり、且つ作業効率が向上する。

以下図面に基づいて本発明の好ましい一実施形態を詳述する。図１乃至図７は本実施形態における立坑掘削工法を示す図であり、地山３の上部表面に設けられる上部基地１から地山内部に設けられた下部基地２に貫通する立坑を掘削する各工程を示している。この立坑掘削工法では、地山３に先進導坑５を形成する際には発破掘削は行わず、掘削装置１０を用いた機械掘削を行う。そして先進導坑５を開削した後は、スカフォード３０を昇降可能にように先進導坑５内に吊り下げると共に、下部基地２の付近にまで降下させ、その位置からスカフォード３０を上昇させながら所定間隔毎に、先進導坑５の周囲側壁面に発破孔を形成して側壁を発破することにより、先進導坑５を上向きに拡幅開削していく。以下、具体的にこれら各工程を順に説明する。

図１は立坑掘削工法の第一工程を示しており、上部基地１における掘削予定位置に掘削装置１０を設置する。掘削装置１０は、掘削ロッド１１及び掘削ロッド１１の先端に取り付けたパイロットビット１２を回転駆動させると共に、掘削ロッド１１を下向きに押し込んでいく。パイロットビット１２は掘削ロッド１１とほぼ同径である。したがって、掘削装置１０が作動すると、上部基地１から下部基地２に向かって垂直に掘削ロッド１１とほぼ同径のパイロット孔４が開削されていく。尚、掘削ロッド１１は複数のロッド部材が軸方向に連結されており、パイロット孔４の開削が進むに連れて随時必要なロッド部材が掘削ロッド１１の上端に連結されていく。

図２は第二工程を示しており、パイロット孔４が下部基地２に貫通した状態を示している。パイロット孔４が貫通すると、掘削ロッド１１の先端に取り付けられたパイロットビット１２を、下部基地２においてリーマー１３に交換する。リーマー１３は平面視略円形であり、上部中央には掘削ロッド１１を連結するための連結手段（不図示）を備えると共に、その連結手段の周囲に複数のローラーカッター１３ａが配置された構成である。したがって、このリーマー１３を掘削ロッド１１の先端に取り付け、掘削装置１０を作動させれば、リーマー１３の上部に接する岩盤等を掘削できるようになる。

図３は第三工程を示しており、掘削装置１０が掘削ロッド１１を引き上げながらリーマー１３を駆動させている状態を示している。リーマー１３がパイロット孔４の周囲を上向に掘削していくことにより、掘削ロッド１１を中心にパイロット孔４が一次拡幅され、パイロット孔４よりも大口径（例えば、φ２．５ｍ〜５．０ｍ程度）の先進導坑５が形成される。このようにリーマー１３により先進導坑５を上向き掘削することで、人手による掘削作業は必要でなく、安全性に優れると共に、迅速に先進導坑５を形成できる。またこの際、発破掘削は一切行う必要がない。

図４はリーマー１３が上部基地１に引き上げられ、先進導坑５が上部基地１に貫通形成された状態を示している。上述の如く、先進導坑５は発破掘削されることなく、機械掘削によって形成されるため、先進導坑５の内部側壁５ａは極めて凹凸が少なく、壁面が比較的滑らかな状態となる。尚、図１乃至図４に示した各工程は全体として、掘削装置１０を利用した機械掘削により、上部基地１から下部基地２に貫通する先進導坑５を掘削するための先進導坑形成工程となる。

図５は次の第四工程を示しており、スカフォード３０を先進導坑５内に吊り下げた状態を示している。上部基地１には先進導坑５の開削位置に対応して吊下支持装置２０が配置され、この吊下支持装置２０がスカフォード３０をワイヤー２１で吊り下げる。吊下支持装置２０は、ワイヤー２１を巻き上げる巻上機２２を備えており、該巻上機２２を駆動することによって先進導坑５内に吊設したスカフォード３０を昇降させる。

図６は先進導坑５内に吊設したスカフォード３０の拡大図である。スカフォード３０は先進導坑５を拡幅開削する際の作業用足場であり、円柱状に組み付けられたフレーム３１を有し、フレーム３１の内側ほぼ中央には上下２段に配置された穿孔装置３２、３４を備えている。フレーム３１は、先進導坑５の内径よりも若干小さい程度に形成され、例えばフレーム３１と先進導坑５の側壁５ａとの隙間３９は１０ｃｍ程度である。穿孔装置３２、３４は削岩機等のように岩盤に対して穿孔可能な装置であり、それぞれ支持台３３、３５に支持された状態でスカフォード３０に設置されている。支持台３３、３５はそれぞれ穿孔装置３２、３４をフレーム３１の周方向に旋回可能に支持すると共に、穿孔装置３２、３４による穿孔角度を調整可能としている。スカフォード３０の上部にはワイヤー２１を掛架する支持ローラ３６、３６が設けられ、スカフォード３０は支持ローラ３６、３６でワイヤー２１に支持される。尚、図６ではワイヤー２１は支持ローラ３６、３６で支持される構造を例示しているが、これに限定するものではない。またスカフォード３０の上部及び下部には先進導坑５の側壁５ａに接してスカフォード３０の横揺れを防止する振れ止め装置３７が設けられる。尚、図６では振れ止め装置３７を先進導坑５の側壁５ａと接触するローラ等で構成した場合を例示しているが、これに限定するものではない。

このスカフォード３０を図５に示す如く、先進導坑５の内側に吊り下げると共に、先進導坑５の最下端となる下部基地２の付近まで降下させる。このとき、先進導坑５の側壁５ａは凹凸が少ないので、降下速度を速めることができ、迅速に先進導坑５の最下端まで下降させることができる。

そして図７に示す如く、下部基地２の付近からスカフォード３０を上昇させながら所定間隔毎に、穿孔装置３２、３４によって先進導坑５の周囲側壁５ａに対して放射状に複数の発破孔６を形成し、その発破孔６に爆薬を仕掛けて側壁５ａを発破する。このとき、発破孔６を、先進導坑５の周囲側壁面５ａに対して斜め下向きに形成しておくことにより、先進導坑５の周囲側壁５ａを拡幅計画線８に沿って比較的正確に拡幅していくことができる。そしてスカフォード３０の上昇、発破孔６の穿孔、及び先進導坑側壁の発破を繰り返していくことにより、先進導坑５を上向きに二次拡幅していくことができる。この場合においても、先進導坑５の側壁５ａは凹凸が少ないので、スカフォード３０の上昇速度を速めることができ、効率的に拡幅作業を進めることができる。

そして先進導坑５の側壁５ａはスカフォード３０の上昇に伴って所定高さ毎に発破されていくので、先進導坑５の側壁５ａは所定間隔毎にリング状の塊となって下部基地２に落下する。

以上のように、本実施形態では、機械掘削により地山３に先進導坑５を形成するので、内部側壁５ａを極めて凹凸が少ない状態で先進導坑５を形成できる。このとき、地山３を発破掘削しないので、地山３が緩むことはなく、地山崩壊の可能性も低くなる。したがって先進導坑掘削時に熟練作業者を必要としない点で極めて有効である。

また先進導坑５の内部の凹凸が極めて少ないので、スカフォード３０を先進導坑５内に吊り下げる際には、スカフォード３０と先進導坑５の側壁５ａとの隙間を小さくでき、発破孔６を穿孔する際の作業効率が向上すると共に、スカフォード３０の昇降速度を上げることができ、効率的な立坑掘削が可能になる。そしてスカフォード３０には振れ止め装置３７を設けているので、発破孔６の穿孔作業時及びスカフォード３０の昇降動作時におけるスカフォード３０の横揺れは最小限に抑えられ、安全性の極めて高い工法が実現されている。

尚、本実施形態では、先進導坑５を機械掘削する手法として、まずパイロットビット１２を用いて地山３にパイロット孔４を形成し、その後、パイロットビット１２をリーマー１３に交換して先進導坑５を上向掘削する手法について説明したが、これに限定するものではなく、他の機械掘削による手法を採用してもよい。例えば、トンネルボーリングマシン（ＴＢＭ）を用いて先進導坑５を下向き又は上向きに機械掘削するものであってもよい。

立坑掘削工法の第一工程を示す図である。立坑掘削工法の第二工程を示す図である。立坑掘削工法の第三工程を示す図である。第三工程により先進導坑が地山に貫通形成された状態を示す図である。立坑掘削工法の第四工程を示す図である。先進導坑内に吊設されるスカフォードの拡大図である。第四工程における先進導坑の拡幅開削の手順を説明する図である。

符号の説明

１上部基地
２下部基地
３地山
４パイロット孔
５先進導坑
５ａ先進導坑の側壁
６発破孔
８拡幅計画線
１０掘削装置
１１掘削ロッド
１２パイロットビット
１３リーマー
１３ａローラーカッター
２０吊下支持装置
２１ワイヤー
３０スカフォード
３２，３４穿孔装置

Claims

上部基地から地山内部に設けられた下部基地に貫通する立坑を掘削する立坑掘削工法であって、
掘削装置による機械掘削により、上部基地の掘削予定位置から下部基地に貫通する先進導坑を掘削する先進導坑形成工程と、
先進導坑内に、穿孔装置を設置したスカフォードを吊り下げて昇降可能に配置し、下部基地付近からスカフォードを上昇させながら所定間隔毎に、穿孔装置によって先進導坑の周囲側壁面に発破孔を形成して側壁を発破することにより、先進導坑を上向きに拡幅開削していく拡幅開削工程を有することを特徴とする立坑掘削工法。
上部基地から地山内部に設けられた下部基地に貫通する立坑を掘削する立坑掘削工法であって、
上部基地の掘削予定位置に掘削装置を設置し、該掘削装置に回転駆動する掘削ロッド及び掘削ロッドの先端に取り付けたパイロットビットによって上部基地から下部基地に貫通する小口径のパイロット孔を形成する工程と、
下部基地で掘削ロッド先端のパイロットビットを、上部にローラーカッターを備えたパイロットビットより大口径のリーマーに交換する工程と、
前記掘削装置が掘削ロッドを引き上げながらリーマーを駆動させ、パイロット孔の周囲を上向掘削していくことによりパイロット孔よりも大口径の先進導坑を一次拡幅形成する工程と、
穿孔装置を設置したスカフォードを先進導坑内に吊り下げて昇降可能に配置し、下部基地付近からスカフォードを上昇させながら所定間隔毎に、穿孔装置によって先進導坑の周囲側壁面に対して放射状に複数の発破孔を形成して側壁を発破することにより、先進導坑を上向きに二次拡幅開削していく工程を有することを特徴とする立坑掘削工法。
前記発破孔は先進導坑の周囲側壁面に対して斜め下向きに形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の立坑掘削工法。