JP2016223114A

JP2016223114A - トンネルの急速施工方法

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Publication number: JP2016223114A
Application number: JP2015108829A
Authority: JP
Inventors: 隆藤内; Takashi Tonai; 正憲鈴木; Masanori Suzuki; 健岩野; Takeshi Iwano; 幹金岡; Miki Kaneoka; 大西　勝; Masaru Onishi; 勝大西
Original assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Priority date: 2015-05-28
Filing date: 2015-05-28
Publication date: 2016-12-28
Anticipated expiration: 2035-05-28
Also published as: JP6653493B2

Abstract

【課題】ズリ出し作業に要する時間を短縮することのできるトンネルの急速施工方法を提供する。【解決手段】発破によって掘削されるトンネル１の切羽２の後方の退避位置にクラッシャー１６および連続ベルトコンベヤ２０を設置しておき、掘削に伴って切羽２付近で発生するズリ３をホイールローダー１０、１２で運搬してクラッシャー１６に投入し、クラッシャー１６で破砕したズリ３を連続ベルトコンベヤ２０で坑外４に搬出するトンネルの急速施工方法であって、第一ホイールローダー１０は、切羽２付近のズリ３をクラッシャー１６まで運搬して、運搬したズリ３をクラッシャー１６に投入し、第二ホイールローダー１２は、切羽２付近のズリを、切羽２とクラッシャー１６との間に設けたズリ仮置場５まで運搬して、このズリ仮置場５に仮置きするようにする。【選択図】図３

Description

本発明は、ズリ出し作業に要する時間を短縮するトンネルの急速施工方法に関するものである。

従来、トンネルの切羽を掘削する方法として、切羽に対して発破を行う方法が知られている。発破によって生じた岩塊や土砂（ズリ）を坑外に排出する方法（ズリ出し）としては、近年のＮＡＴＭ工法では環境への配慮から、トンネル内に設けた連続ベルトコンベヤを用いてズリを坑外に搬送する方式が主流となっている（例えば、特許文献１、２を参照）。この方式では、図６に例示するように、掘削によって生じた切羽２付近のズリ３を破砕するためのクラッシャー７ａをトンネル１内にあらかじめ配置しておき、ホイールローダー６でズリ３をクラッシャー７ａまで搬送する。そして、そのままの形では搬送困難な大きさのズリ３をクラッシャー７ａで細かく破砕してから、クラッシャー７ａに近接配置してある連続ベルトコンベヤ７ｃに移載し、連続ベルトコンベヤ７ｃによって坑口４まで搬送する。なお、クラッシャー７ａで破砕したズリ３を連続ベルトコンベヤ７ｃに移載する際には、テールピース台車７ｂが用いられる。

ここで、切羽２付近で発破を使用する場合、退避の必要上、クラッシャー７ａ、連続ベルトコンベヤ７ｃを切羽２付近に設置することはできない。そのため、上述したように、切羽２付近で発生したズリ３をホイールローダー６で切羽２から所定距離Ｌ（例えばＬ＝６０ｍ程度）以上離れた退避位置のクラッシャー７ａまで搬出するとともに、クラッシャー７ａに投入することになる。なお、ホイールローダー６は機動性に優れ、切羽２とクラッシャー７ａ間のズリ運搬時間をクローラータイプのローダーより短時間で行えるという利点がある。

特許第２８９９８８０号公報特許第４４９３１８７号公報

ところで、ズリ出し作業中においては、ホイールローダー６は切羽２とクラッシャー７ａ間を絶えず往復する一方、ズリ３をクラッシャー７ａに投入するため稼動時間が長くなる。また、切羽２付近のズリ３を完全に除去し終えるまでは次工程（通常は１次吹付の工程）に進むことができない。したがって、掘削サイクルタイムの短縮を図るために、ズリ出し作業に要する時間を短縮することが求められていた。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ズリ出し作業に要する時間を短縮することのできるトンネルの急速施工方法を提供することを目的とする。

上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るトンネルの急速施工方法は、発破によって掘削されるトンネルの切羽の後方の退避位置にクラッシャーおよび連続ベルトコンベヤを設置しておき、掘削に伴って切羽付近で発生するズリをホイールローダーで運搬してクラッシャーに投入し、クラッシャーで破砕したズリを連続ベルトコンベヤで坑外に搬出するトンネルの急速施工方法であって、前記ホイールローダーは、少なくとも第一ホイールローダーと第二ホイールローダーとからなり、第一ホイールローダーは、切羽付近のズリをクラッシャーまで運搬して、運搬したズリをクラッシャーに投入し、第二ホイールローダーは、切羽付近のズリを、切羽とクラッシャーとの間に設けたズリ仮置場まで運搬して、このズリ仮置場に仮置きすることを特徴とする。

また、本発明に係る他のトンネルの急速施工方法は、上述した発明において、第一ホイールローダーと第二ホイールローダーの少なくとも一方は、次回のズリ出し作業工程の開始までに、ズリ仮置場に仮置きしたズリをクラッシャーまで運搬して、運搬したズリをクラッシャーに投入することを特徴とする。

また、本発明に係る他のトンネルの急速施工方法は、上述した発明において、切羽付近のズリを完全に除去し終えた時点の前後の所定期間に、次工程で使用する機械を切羽付近に搬入することを特徴とする。

また、本発明に係る他のトンネルの急速施工方法は、上述した発明において、第一ホイールローダーがズリをクラッシャーへ運搬または投入している間に第二ホールローダーが切羽付近でズリを積み込み、第二ホイールローダーがズリをズリ仮置場へ運搬または仮置きしている間に第一ホイールローダーがズリを切羽付近で積み込むことを特徴とする。

また、本発明に係る他のトンネルの急速施工方法は、上述した発明において、ズリ仮置場をクラッシャーの近傍に設けたことを特徴とする。

本発明に係るトンネルの急速施工方法によれば、発破によって掘削されるトンネルの切羽の後方の退避位置にクラッシャーおよび連続ベルトコンベヤを設置しておき、掘削に伴って切羽付近で発生するズリをホイールローダーで運搬してクラッシャーに投入し、クラッシャーで破砕したズリを連続ベルトコンベヤで坑外に搬出するトンネルの急速施工方法であって、前記ホイールローダーは、少なくとも第一ホイールローダーと第二ホイールローダーとからなり、第一ホイールローダーは、切羽付近のズリをクラッシャーまで運搬して、運搬したズリをクラッシャーに投入し、第二ホイールローダーは、切羽付近のズリを、切羽とクラッシャーとの間に設けたズリ仮置場まで運搬して、このズリ仮置場に仮置きするので、第一ホイールローダーと第二ホイールローダーによる同時並行の運搬作業によって、特殊な設備を用いることなく、ズリ出し作業に要する時間を短縮することができるという効果を奏する。

また、本発明に係る他のトンネルの急速施工方法によれば、第一ホイールローダーと第二ホイールローダーの少なくとも一方は、次回のズリ出し作業工程の開始までに、ズリ仮置場に仮置きしたズリをクラッシャーまで運搬して、運搬したズリをクラッシャーに投入する。この作業は切羽での作業と完全に独立して実施可能であるため、切羽での次工程の作業と同時並行的に実施することにより掘削サイクルタイムの短縮を図ることができるという効果を奏する。

また、本発明に係る他のトンネルの急速施工方法によれば、切羽付近のズリを完全に除去し終えた時点の前後の所定期間に、次工程で使用する機械を切羽付近に搬入するので、掘削サイクルタイムをより一層短縮することができるという効果を奏する。

また、本発明に係る他のトンネルの急速施工方法によれば、第一ホイールローダーがズリをクラッシャーへ運搬または投入している間に第二ホールローダーが切羽付近でズリを積み込み、第二ホイールローダーがズリをズリ仮置場へ運搬または仮置きしている間に第一ホイールローダーがズリを切羽付近で積み込むので、第一ホイールローダーおよび第二ホイールローダーによるズリ運搬作業を効率的に行うことができるという効果を奏する。

また、本発明に係る他のトンネルの急速施工方法によれば、ズリ仮置場をクラッシャーの近傍に設けたので、ズリ仮置場からクラッシャーまでのズリ運搬距離が短くなり、この間のズリ運搬時間を短縮することができるという効果を奏する。

図１は、本発明に係るトンネルの急速施工方法のステップＳ１を示すトンネル平面図である。図２は、本発明に係るトンネルの急速施工方法のステップＳ２を示すトンネル平面図である。図３は、本発明に係るトンネルの急速施工方法のステップＳ３を示すトンネル平面図である。図４は、本発明に係るトンネルの急速施工方法のステップＳ４を示すトンネル平面図である。図５は、本発明に係るトンネルの急速施工方法のステップＳ５を示すトンネル平面図である。図６は、従来のズリ出し方法の一例を示すトンネル平面図である。

本発明に係るトンネルの急速施工方法は、切羽の早期開放が次工程に移るうえでの重要事項であることに着目して創作したものである。本発明では、切羽付近からのズリ出し用のホイールローダーとして従来の１台に加えてもう１台配備し、ズリの運搬を２台のホイールローダーで行う。しかし、単純にホイールローダーを２台にしてもクラッシャー自体の破砕能力がネックとなり、クラッシャーに一度に投入できるズリ量には限界がある。したがって、如何にしてクラッシャーの稼働率を上げるかということを念頭におく必要がある。そこで、１台のホイールローダーは従来の方法と同様にクラッシャーへのズリの直接投入をしながら、もう１台のホイールローダーで切羽付近の作業に支障のない場所にズリを仮置きし、切羽の開放を早期に行い、次工程へ速やかに移れるようにしている。

以下に、本発明に係るトンネルの急速施工方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

図１に示すように、本発明に係るトンネルの急速施工方法は、発破によって掘削されるトンネル１の切羽２の後方の退避位置にクラッシャー１６および連続ベルトコンベヤ２０を設置しておき、掘削に伴って切羽２付近で発生するズリ３を２台のホイールローダー１０、１２で運搬してクラッシャー１６に投入し、クラッシャー１６で破砕したズリ３を連続ベルトコンベヤ２０で坑口４外に短時間で搬出する方法である。

ここで、ホイールローダー１０は本発明の第一ホイールローダーに相当し、ホイールローダー１２は本発明の第二ホイールローダーに相当する。また、ホイールローダー１０、１２のズリ積み込みを補助するためのズリ集積機械としてズリかき用バックホウ１４を切羽２付近に配置し、このズリかき用バックホウ１４で切羽２付近のズリ３をかき集め、積み込みやすくする。こうすることで、以降のホイールローダー１０、１２によるズリ積み込み・運搬作業を効率的に行うことができる。

なお、クラッシャー１６と連続ベルトコンベヤ２０との間にはテールピース台車１８が設けられ、クラッシャー１６で破砕したズリ３は、このテールピース台車１８を介して連続ベルトコンベヤ２０に移載されるようになっている。また、テールピース台車１８の後方には、変電台車２２と集塵機２４と図示しない風管からなる切羽集塵換気システムが配置されている。この切羽集塵換気システムによって、切羽２で発生する煤煙・粉じん等を清浄化し、トンネル１内の作業衛生環境を確保するようになっている。

また、クラッシャー１６、連続ベルトコンベヤ２０等が設置される退避位置は、発破による飛石等が到来するおそれが小さい位置、すなわち切羽２から所定距離Ｌ（例えばＬ＝６０ｍ程度）以上後方に離れた位置に設定することが望ましい。ここで、切羽２とクラッシャー１６との間に防護工を設け、飛石等からクラッシャー１６等を防護するようにしてもよい。防護工を設けた場合には、所定距離Ｌをより短くすることが可能である。

本発明に係るトンネルの急速施工方法によれば、特殊な設備を必要とせずに、ズリ出しに要する時間を短縮することが可能である。以下、本発明の具体的な手順について図１〜図５を参照しながら説明する。

まず、図１のステップＳ１に示すように、切羽２とクラッシャー１６の間に、２台のホイールローダー１０、１２を配備するとともに、切羽２付近にズリかき用バックホウ１４を配備する。

次に、図２のステップＳ２に示すように、切羽２付近のズリ３をズリかき用バックホウ１４でかき集め、ホイールローダー１０でズリ３をすくい上げて積み込み、クラッシャー１６まで運搬する。その後、ホイールローダー１０は運搬したズリ３を直接クラッシャー１６に投入する。なお、この作業は従来の方法と同じである。クラッシャー１６に投入されたズリ３は細かく破砕され、テールピース台車１８を介して連続ベルトコンベヤ２０に移載された後、この連続ベルトコンベヤ２０によって坑口４に搬送されることになる。

次に、図３のステップＳ３に示すように、切羽２付近のズリ３をもう１台のホイールローダー１２でズリ３をすくい上げて積み込み、積み込んだズリ３をホイールローダー１２でクラッシャー１６の前方近傍に設けたズリ仮置場５まで運搬する。その後、ホイールローダー１２は運搬したズリ３をこのズリ仮置場５に仮置きする。ズリ仮置場５をクラッシャーの前方近傍に設けることで、ズリ仮置場５からクラッシャー１６までのズリ運搬距離が短くなり、以降の作業工程でこの間のズリ運搬時間を短縮することができる。

なお、ホイールローダー１２による積み込み・運搬作業は、上記のステップＳ２のホイールローダー１０による運搬作業の合間の時間を利用して、ホイールローダー１０の走路や作業を妨げないように走行して行う。例えば、図２に示すように、ホイールローダー１０がクラッシャー１６にズリ３を投入している間に、もう１台のホイールローダー１２は切羽２付近にてズリ３の積み込み作業を行うようにする。また、例えば、図３に示すように、ホイールローダー１２がズリ仮置場５にズリ３を仮置きしている間に、ホイールローダー１０はクラッシャー１６への投入作業から切羽２付近に引き返してきて、新たなズリ３の積み込み作業を行うようにする。このように、２台のホイールローダー１０、１２は、互いの作業が干渉しないように互いの位置等を設定することが好ましい。

また、ホイールローダー１２でズリ仮置場５に仮置きするズリ量としては、掘削１サイクルで発生する全ズリ量の例えば約半分程度とすることが望ましい。例えば、予測される掘削１サイクルの全ズリ量が約１００〜２４０ｍ^３の場合には、仮置きするズリ量を約５０〜１２０ｍ^３に設定することが可能である。

以降、上記のステップＳ２、Ｓ３の工程を繰り返してズリ出し作業を継続実施し、切羽２付近にあるズリ３の量を減らしていく。

その後、図４のステップＳ４に示すように、切羽２付近のズリ３を完全に除去し終えたら、ホイールローダー１２は作業を終了して退避位置まで後退する。また、ズリかき用バックホウ１４についてもかき集め作業が終わり次第、退避位置まで後退する。

切羽２付近のズリ３がなくなれば、次工程の作業で使用する機械を切羽２付近に搬入することが可能となる。そこで、次工程の作業で使用する機械としての吹付機２６を切羽２付近に搬入配置し、次工程の作業に備える。

なお、切羽２付近への吹付機２６の搬入配置は、切羽２付近のズリ３を完全に除去し終えた後に限るものではなく、ズリ３を完全に除去し終えた時点の前後の所定期間（例えばズリ３の除去完了時の前後数分〜数十分の期間）に行ってもよい。ホイールローダー１０による最後のズリ処理作業と一部並行して吹付機２６の搬入作業を行えば、掘削サイクルタイムをより一層短縮することができる。

そして最後に、図５のステップＳ５に示すように、切羽２付近に設置した吹付機２６により次工程の吹き付け作業を行う。ズリ仮置場５に仮置きしたズリ３については、ホイールローダー１０を用いて順次クラッシャー１６に投入することで引き続きズリ出しを行い、次回の掘削サイクルのズリ出し作業工程の開始までに終わらせる。この作業は、次回の掘削サイクルの発破作業工程の間に行ってもよい。なお、この作業は、切羽２付近で行う吹き付け作業と完全に独立して実施可能であるため、切羽２での次工程の作業と同時並行的に実施することにより掘削サイクルタイムの短縮を図ることができる。なお、ズリ仮置場５に仮置きしたズリ３のズリ出し作業については、ホイールローダー１０の代わりにホイールローダー１２を用いて行うこともできる。

このように、上記のステップＳ１〜Ｓ５の方法によれば、ホイールローダー１０とホイールローダー１２による同時並行の運搬作業によって、特殊な設備を用いることなく、ズリ出し作業に要する時間を短縮することができる。

［本発明の効果の検証］
本発明の効果を検証するために実際のトンネル工事において実証施工を行った。この結果、上半の切羽１基、下半の切羽２基の発破時のズリ出しに、ホイールローダー１台で切羽とクラッシャー間を往復する従来の方法では９０〜１２０分程度要していたものが、上記の本発明によれば６０〜９０分程度でズリ出しが完了し、従来の方法に比べて３０分程度短縮できることが実証できた。したがって、本発明によればズリ出し作業に要する時間が従来の方法よりも短くなり、掘削サイクルタイム全体の短縮を図れることから、日々の掘削速度の向上が可能である。

以上説明したように、本発明に係るトンネルの急速施工方法によれば、発破によって掘削されるトンネルの切羽の後方の退避位置にクラッシャーおよび連続ベルトコンベヤを設置しておき、掘削に伴って切羽付近で発生するズリをホイールローダーで運搬してクラッシャーに投入し、クラッシャーで破砕したズリを連続ベルトコンベヤで坑外に搬出するトンネルの急速施工方法であって、前記ホイールローダーは、少なくとも第一ホイールローダーと第二ホイールローダーとからなり、第一ホイールローダーは、切羽付近のズリをクラッシャーまで運搬して、運搬したズリをクラッシャーに投入し、第二ホイールローダーは、切羽付近のズリを、切羽とクラッシャーとの間に設けたズリ仮置場まで運搬して、このズリ仮置場に仮置きするので、第一ホイールローダーと第二ホイールローダーによる同時並行の運搬作業によって、特殊な設備を用いることなく、ズリ出し作業に要する時間を短縮することができる。

また、本発明に係る他のトンネルの急速施工方法によれば、第一ホイールローダーと第二ホイールローダーの少なくとも一方は、次回のズリ出し作業工程の開始までに、ズリ仮置場に仮置きしたズリをクラッシャーまで運搬して、運搬したズリをクラッシャーに投入する。この作業は切羽での作業と完全に独立して実施可能であるため、切羽での次工程の作業と同時並行的に実施することにより掘削サイクルタイムの短縮を図ることができる。

また、本発明に係る他のトンネルの急速施工方法によれば、切羽付近のズリを完全に除去し終えた時点の前後の所定期間に、次工程で使用する機械を切羽付近に搬入するので、掘削サイクルタイムをより一層短縮することができる。

また、本発明に係る他のトンネルの急速施工方法によれば、第一ホイールローダーがズリをクラッシャーへ運搬または投入している間に第二ホールローダーが切羽付近でズリを積み込み、第二ホイールローダーがズリをズリ仮置場へ運搬または仮置きしている間に第一ホイールローダーがズリを切羽付近で積み込むので、第一ホイールローダーおよび第二ホイールローダーによるズリ運搬作業を効率的に行うことができる。

また、本発明に係る他のトンネルの急速施工方法によれば、ズリ仮置場をクラッシャーの近傍に設けたので、ズリ仮置場からクラッシャーまでのズリ運搬距離が短くなり、この間のズリ運搬時間を短縮することができる。

以上のように、本発明に係るトンネルの急速施工方法は、山岳トンネル工事などにおいて、切羽付近の発破掘削に伴うズリ出し作業に要する時間を短縮するのに有用であり、特に、特殊な設備を要することなく、掘削サイクルタイムを短縮するのに適している。

１トンネル
２切羽
３ズリ
４坑口
５ズリ仮置場
１０ホイールローダー（第一ホイールローダー）
１２ホイールローダー（第二ホイールローダー）
１４ズリかき用バックホウ（ズリ集積機械）
１６クラッシャー
１８テールピース台車
２０連続ベルトコンベヤ
２２変電台車
２４集塵機
２６吹付機

Claims

発破によって掘削されるトンネルの切羽の後方の退避位置にクラッシャーおよび連続ベルトコンベヤを設置しておき、掘削に伴って切羽付近で発生するズリをホイールローダーで運搬してクラッシャーに投入し、クラッシャーで破砕したズリを連続ベルトコンベヤで坑外に搬出するトンネルの急速施工方法であって、
前記ホイールローダーは、少なくとも第一ホイールローダーと第二ホイールローダーとからなり、
第一ホイールローダーは、切羽付近のズリをクラッシャーまで運搬して、運搬したズリをクラッシャーに投入し、
第二ホイールローダーは、切羽付近のズリを、切羽とクラッシャーとの間に設けたズリ仮置場まで運搬して、このズリ仮置場に仮置きすることを特徴とするトンネルの急速施工方法。
第一ホイールローダーと第二ホイールローダーの少なくとも一方は、次回のズリ出し作業工程の開始までに、ズリ仮置場に仮置きしたズリをクラッシャーまで運搬して、運搬したズリをクラッシャーに投入することを特徴とする請求項１に記載のトンネルの急速施工方法。
切羽付近のズリを完全に除去し終えた時点の前後の所定期間に、次工程で使用する機械を切羽付近に搬入することを特徴とする請求項１または２に記載のトンネルの急速施工方法。
第一ホイールローダーがズリをクラッシャーへ運搬または投入している間に第二ホールローダーが切羽付近でズリを積み込み、第二ホイールローダーがズリをズリ仮置場へ運搬または仮置きしている間に第一ホイールローダーがズリを切羽付近で積み込むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のトンネルの急速施工方法。
ズリ仮置場をクラッシャーの近傍に設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のトンネルの急速施工方法。