JP2007113233A - 岩盤削孔装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 主に小断面の岩盤トンネルの切羽岩盤をブロック状に割岩破砕して、トンネル切羽の進行を図る割岩工法に用いられ、岩盤の連続孔の削孔を、効率の良く行う。
【解決手段】 掘削機本体のガイドシェル３上に搭載された削岩機４の運転により、回転軸に連結された削孔ロッド５先端に設けられた削孔ビット６により岩盤面に先行孔を削孔するとともに、ガイドシェル３の移動による先行孔を基準として位置決めを行い、ガイドロッド２０で先行孔との位置関係を保持して隣接する後行孔を削孔し、岩盤面に所定の連続孔を形成する際、ガイドロッド２０は、ガイドシェル３の先端に位置して削孔ロッド５を支持する削孔ロッド支持孔が形成されたガイドブラケット１０の岩盤側に固着された棒状部材であり、ガイドシェル３と削孔ロッド支持孔とを結ぶ上部支持孔１１か、削孔ロッド支持孔の側方の側部支持孔１５のいずれかの位置に取り付けられるようにした。
【選択図】 図１

Description

本発明は岩盤削孔装置に係り、主に小断面の岩盤トンネルの切羽岩盤に連続自由断面を形成し、その後自由断面間の岩盤をブロック状に割岩破砕して、トンネル切羽の進行を図る割岩工法に用いられ、岩盤の連続孔の削孔を、効率の良く行える岩盤削孔装置に関する。

周辺に民家等があるような地域での岩盤トンネル工事では、周辺環境へ及ぼす影響を低減するために、従来行われてきた発破工法に代えて、低騒音、低振動工法として割岩工法が用いられることが多くなってきた。この割岩工法では、トンネル内に配備されたドリルジャンボ等に搭載されガイドシェル上を移動する削岩機（ドリフタ）の削孔ロッドにより、岩盤面の所定位置に列状の連続した削孔を行って連続孔（自由面）を形成する。この連続孔間に３０〜５０cmピッチで別途割岩孔を設け、この割岩孔に油圧クサビを挿入し、油圧クサビの膨脹圧で岩盤を塊状に破砕する。割岩孔の周辺に連続した自由面があることで容易に岩盤が破砕できる。この割岩工程を繰り返すことで、岩盤トンネルの切羽を進行させるようになっている。

このため、ドリルジャンボに搭載された削孔機構によって、トンネル切羽にスリット（溝）状の連続孔を、精度良くかつ効率よく削孔することがトンネル掘削の迅速施工のポイントとなっている。連続孔としては、トンネル断面の外周スリットと、トンネル切羽断面内に形成される水平方向スリット、鉛直方向スリットがある。外周スリットは、トンネル断面形状の精度にかかわるため、高精度の削孔が要求されている。また、トンネル断面内に形成される各方向へのスリット（連続孔）を効率よく、列状に形成することが割岩のために好ましい。このために、すでに削孔された孔（以下、先行孔と記す。）をガイド孔として用いて隣接する孔（以下、後行孔と記す。）を削孔するためのガイドロッドを削孔ロッド先端近傍に取り付けた岩盤削孔装置が各種提案されている。

特開平８−２９１６８６号公報 特開平９−２７９９７５号公報 特開２００４−２７０３５４公報

上述の特許文献１，特許文献２では、先行孔と所定の重なりをもって後行孔を削孔する際に先行孔内のガイドロッドと削孔ロッドとが接触し、ガイドロッドが損傷したり、削孔ロッドの削孔方向が偏向したりするのを防止するために、ガイドロッドの取り付け根元部分にコイルスプリングを介装させたり、ガイドロッドの外周面にロッド本体（軸部材）に対して、軸部材の中心軸回りに回転可能なカバー状の筒状部材を設けたので、削孔ロッドとの接触時にガイドロッド側が変位して削孔ロッド側のダメージを防止することができるようになっている。

また、特許文献３では、ガイドロッドの先端側にロッド径より大きい外径の先端部に外周溝をロッド軸線方向に沿って形成することで、先行孔の孔壁が孔荒れしていてもガイドロッドの孔底までガイドロッドを確実に挿入させることができ、後行孔のガイドが確実に行える。

ところが、上述した各特許文献では、いずれもドリルジャンボのガイドシェルの先端にブラケット等の支持部材が設けられ、この支持部材に、ガイドシェル上をスライドするドリフタに連結された削孔ロッド先端が回転可能に支持される。そして支持部材に形成された削孔ロッドの支持孔の直上にガイドロッドの根元部が削孔ロッドの軸線と平行をなすように支持部材に固着されている。

しかし、この種のガイドロッドが配置された岩盤削孔装置では、小径断面トンネルのように、１ブームのドリルジャンボを用いた掘削を行う場合、ガイドシェルの位置決めのみでは、上半アーチ半径の小さな小断面トンネル等において上半部の外周スリットに沿ってガイドロッドの位置合わせが出来ず、所定の断面形状の外周スリットを削孔できないと言う問題がある。そこで、本発明の目的は上述した従来の技術が有する問題点を解消し、小断面トンネルにおいても確実に外周スリット、切羽内の各方向スリットを精度良く削孔することができるガイドロッドの保持を可能にした岩盤削孔装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は掘削機本体に、岩盤面に対して位置制御可能に装備されガイドシェル上に搭載された削岩機の回転軸の回転と前記削岩機の前記岩盤への進行とにより、前記回転軸に連結された削孔ロッド先端に設けられた削孔ビットにより前記岩盤面に先行孔を削孔するとともに、前記ガイドシェルの移動による前記先行孔を基準として位置決めを行い、ガイドロッドで前記先行孔との位置関係を保持して隣接する後行孔を削孔し、前記岩盤面に所定の連続孔を形成する岩盤削孔装置において、前記ガイドロッドは、前記ガイドシェルの先端に位置して前記削孔ロッドを支持する削孔ロッド支持孔が形成されたガイドブラケットの前記岩盤側に固着された棒状部材で、前記ガイドシェルと前記削孔ロッド支持孔とを結ぶ中心線上の前記削孔ロッド支持孔の延長位置と、前記削孔ロッド支持孔の側方位置のいずれかの位置に取り付けて用いられることを特徴とする。

このとき、トンネルの外周スリットを削孔する際に、前記ガイドロッドを前記削孔ロッド支持孔側方位置に取り付けて前記外周スリットの削孔を行うことが好ましい。

また、前記ガイドブラケット面に形成された２個所の前記ガイドロッド取り付け位置を盛り替えてトンネル断面内に、所定長さの横方向スリットあるいは縦方向スリットを構成する連続孔を削孔することが好ましい。

前記ガイドロッドは、細径根元部を前記取り付け位置のガイドブラケットに形成された支持孔に嵌合させた状態で、前記ガイドロッドを前記ガイドブラケット面に固定することが好ましい。

本発明によれば、簡単な部材構成により、小断面岩盤トンネル等の掘削において、割岩工法を用いるのに際し、外周スリットを精度良く形成できるとともに、切羽面にも効率よく連続孔スリットを形成できる軽量な岩盤削孔装置を提供できるという効果を奏する。

以下、本発明の岩盤削孔装置の実施するための最良の形態として、以下の実施例について添付図面を参照して説明する。

図１は、公知の１ブームのドリルジャンボ１のブーム２の先端部分とブーム２に位置、角度が正確に制御可能に支持されたガイドシェルと、このガイドシェル３を、油圧モータ（図示せず）の動作により所定の削孔トルクが付与され、切羽（図左側）に向けて所定の駆動力でスライド可能な削岩機４（ドリフタ）と削岩機４の回転軸に連結され、先端がガイドブラケット１０に回転可能に保持された削孔ロッドと、削孔ロッド５の先端に装着された削孔ビットと、削孔ロッド５、削孔ビット６と上下にわずかな隙間をとった位置に、ガイドブラケット１０の切羽側の端面に突出するように、根元部がガイドブラケット１０に固着されたガイドロッド２０とが示されている。

以下、ガイドブラケット１０と、このガイドブラケット１０に固着されるガイドロッド２０の構成について、図２、図３を参照して説明する。

図２に示したガイドブラケット１０は、ガイドシェル３先端のフランジ３ａ上に図示しない固定ボルトにより固着されたベースプレート８上に溶接固定により立設された厚板鋼板からなる。このガイドブラケット１０には、図２（ｂ）に示したように、切羽側（図左側）に向けてガイドロッド２０が水平状態を保持して固着されている。ガイドロッド２０は、その根元部に略長円形状の固定フランジ２１が形成され、さらにその先端側は細径支持部２２となっており、この細径支持部２２をガイドブラケット１０に形成された上部支持孔１１に嵌着させた状態で、固定フランジ２１をガイドブラケット１０表面に密着するように固定ボルト２３で、ガイドブラケット１０表面に固着するようになっている。

ガイドロッド２０は削孔径に応じて適切な直径に設定することで、すでに削孔された先行孔（図示せず）に十分な余裕をもって挿入させることができる。このとき、図２両図に示したように、このガイドロッド２０のガイドシェル３側には削孔ロッド５が貫通する削孔ロッド支持孔１２が形成されている。この削孔ロッド支持孔１２には砲金ブッシュ１３が嵌着されており、高速回転する削孔ロッド５を支持する際の支持孔１２部分の摩耗防止を図っている。なお、図２（ａ）に示したように、ガイドブラケット１０の削孔ロッド支持孔１２の側方位置には矩形の張出部１４が形成され、削孔ロッド支持孔の側方にはガイドロッド２０の細径支持部２２が嵌合可能な側部支持孔１５が形成されている。

ここで、ガイドロッド２０をこの側部支持孔１５位置に取り付けた状態を、図３を参照して説明する。図３（ａ）は、ガイドロッド２０の細径支持部２２を、削孔ロッド支持孔１２の側方の側部支持孔１５に嵌着するとともに、固定フランジ２１を２本の固定ボルト２３でガイドブラケット１０の張出部１４に固定した状態を示している。同図（ｂ）にはガイドロッド２０が水平状態を保持してガイドブラケット１０に固定された状態が示されている。図中、削孔ロッド５（図示せず）はこのガイドロッド２０の後ろ側に位置している。

次に、図１に示したように、チルトジャッキ８と、図示しない複数のスライド機構及び可動関節によって支持されたガイドシェル３、ブーム２の操作により実現する、上述したガイドロッド２０の取り付け位置に応じた可動範囲について模式位置図（図４，図５）を参照して説明する。

図４各図は、ブーム２の位置を変えない状態で、ブーム先端２ａに設けられた図示しない複数の関節を有する可動機構の姿勢制御により、ブーム先端２ａに装備された駆動モータ５、ガイドシェル３、ガイドブラケット１０を同図（ｂ）に示した初期状態からブーム先端２ａを中心として、時計方向に１８０°（同図（ａ））旋回し、あるいは反時計方向に９０°（同図（ｃ））回転させた状態を示した模式位置図である。このときガイドブラケット１０にはガイドロッド２０（●表示）、削孔ロッド５（○表示）がガイドシェル３の上下方向に沿って並んで配置されている。なお、同図（ｃ），（ｄ）は、図８に示したトンネル切羽の横方向スリット（連続孔）の削孔パターンを施工するためのガイドロッド２０配置である。

図５各図は、ガイドロッド２０位置を削孔ロッド５の側部位置に取り付けて固定した状態で、ブーム２の位置を変えずに、ブーム先端２ａの図示しない複数の関節を有する可動機構の姿勢制御により、ブーム先端２ａに装備された駆動モータ５、ガイドシェル３、ガイドブラケット１０を、同図（ｂ）に示した初期状態からブーム先端２ａを中心として、時計方向に１８０°（同図（ａ））旋回し、あるいは反時計方向に９０°（同図（ｃ））回転させた状態を示した模式位置図である。このときガイドブラケット１０にはガイドロッド２０（●表示）、削孔ロッド５（○表示）がガイドシェル３の横方向に沿って並んで配置されている。したがって、削孔孔をトンネル外形線に沿って削孔する場合に隣接した位置にガイドロッド２０がくるので、トンネル外形線に沿って精度良く外周スリットとしての連続孔を削孔することができる。

上述したようなガイドロッド２０取り付け位置の調整、及び可動機構（図示せず）によるガイドロッド２０位置の制御を行った実施例について図６〜図８を参照して説明する。図６は、本実施例で外周スリット３０を施工した小断面トンネルＴの一例を示した外形断面図である。このトンネルの外周スリット３０は、図７に、複数のモデルを重ねて示したように、ガイドロッド２０を、側部支持孔１５（図３，図５各図参照）に取り付けた状態でブーム２を位置調整してトンネル外形に沿って連続孔を削孔することで、図６に示した範囲にわたり、外周スリット３０を高精度に削孔することができる。インバート隅角部の削孔では、可能な曲率で連続孔を形成し、その外側に複数孔の割岩孔を設けて岩盤を所定形状に破砕し、設計断面形状を得ることが好ましい。

図８は、図４（ａ）〜（ｄ）に示したようにガイドロッド２０がガイドシェル３に対して上下方向に沿って並んで配置されている場合に、トンネル断面内に縦横方向スリット３１を形成する削孔状態を模式的に示した説明図である。同図に示したように、ガイドシェル３の位置制御により、所定位置に必要本数の縦横方向スリット３１の削孔が行える。

以上に述べたように、たとえば図６に示したような小断面トンネルＴにおいて、コンパクトな１本ブームのドリルジャンボ等を用いて精度の良い外形線に沿った外周スリットとトンネル断面内の所定位置に縦横方向スリットとを効率の良く形成でき、その後の割岩工法を、より容易かつ効率的に行うことができる。

本発明の岩盤削孔装置の構成を、走行本体を除いて示した構成図。 ガイドブラケットとガイドロッドと削孔ロッドとの取付位置関係（上方位置）を示した拡大図。 ガイドブラケットとガイドロッドと削孔ロッドとの取付位置関係（側部位置）を示した拡大図。 図２に示した位置のガイドロットと削孔ロッドとの位置関係において、ブーム位置を保持してガイドシェルを移動させて削孔位置の位置決めを行った例を示した模式位置図。 図３に示した位置のガイドロットと削孔ロッドとの位置関係において、ブーム位置を保持してガイドシェルを移動させて削孔位置の位置決めを行った例を示した模式位置図。 小断面トンネルの外周スリットの削孔例を模式的に示したトンネル断面図。 図６に示した外周スリットを削孔する際のガイドロッドと削孔ロッドの位置関係を、図５に示したモデルを使って説明した削孔状態説明図。 トンネル切羽面における縦横方向スリットの形成状態を示した削孔状態説明図。

符号の説明

１ ドリルジャンボ（掘削機本体）
２ ブーム
３ ガイドシェル
４ 削岩機（ドリフタ）
５ 削孔ロッド
６ 削孔ビット
１０ ガイドブラケット
１１ 上部支持孔
１５ 側部支持孔
２０ ガイドロッド
２２ 細径支持部
３０ 外周スリット
３１ 縦横スリット

Claims (4)

1. 掘削機本体に、岩盤面に対して位置制御可能に装備されガイドシェル上に搭載された削岩機の回転軸の回転と前記削岩機の前記岩盤への進行とにより、前記回転軸に連結された削孔ロッド先端に設けられた削孔ビットにより前記岩盤面に先行孔を削孔するとともに、前記ガイドシェルの移動による前記先行孔を基準として位置決めを行い、ガイドロッドで前記先行孔との位置関係を保持して隣接する後行孔を削孔し、前記岩盤面に所定の連続孔を形成する岩盤削孔装置において、
   前記ガイドロッドは、前記ガイドシェルの先端に位置して前記削孔ロッドを支持する削孔ロッド支持孔が形成されたガイドブラケットの前記岩盤側に固着された棒状部材で、前記ガイドシェルと前記削孔ロッド支持孔とを結ぶ中心線上の前記削孔ロッド支持孔の延長位置と、前記削孔ロッド支持孔の側方位置のいずれかの位置に取り付けて用いられることを特徴とする岩盤削孔装置。
2. トンネルの外周スリットを削孔する際に、前記ガイドロッドを前記削孔ロッド支持孔の側方位置に取り付けて前記外周スリットの削孔を行うことを特徴とする請求項１に記載の岩盤削孔装置。
3. 前記ガイドブラケット面に形成された２個所の前記ガイドロッド取り付け位置を盛り替えてトンネル断面内に、所定長さの横方向スリットあるいは縦方向スリットを構成する連続孔を削孔することを特徴とする請求項１に記載の岩盤削孔装置。
4. 前記ガイドロッドは、細径根元部を前記取り付け位置のガイドブラケットに形成された支持孔に嵌合させた状態で、前記ガイドロッドを前記ガイドブラケット面に固定することを特徴とする請求項１に記載の岩盤削孔装置。

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