JP3442546B2 - 穿孔・ロックアンカー打設機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、トンネルを発破工
法で掘削していくときに用いて好適な穿孔・ロックアン
カー打設機に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】一般に、トンネルを掘削するためには、
地質条件などに応じて様々な工法があり、近年では、種
々の機械を用いて自動化を図った掘削工法が開発されて
いる。しかしながら、岩盤にトンネルを掘削するに際し
ては、まだまだ発破工法が多用されているのが現状であ
る。 【０００３】この発破工法では、図６に示すように、ま
ず、穿孔機（いわゆるドリルジャンボ）を掘削すべきト
ンネルの切羽面に対向させて据え付け、この穿孔機で切
羽面の所定位置に発破孔を穿孔し、火薬を装薬する。そ
して、穿孔機を退避させた後、切羽面を爆破して、トン
ネルを形成するようになっている。次いで、支保工を建
て込んで周囲側壁面にコンクリートを吹き付けた後、ロ
ックアンカー打設機を据え付け、周囲側壁面にロックボ
ルト等のロックアンカーを打設することによって、掘削
したトンネルの周囲側壁面の崩壊やはらみ出しを防止し
ている。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来の工法では、発破孔を穿孔するための穿孔
機と、ロックアンカーを打設するためのロックアンカー
打設機とが、それぞれ専用機であるため、狭いトンネル
内において複数の機械があることになり、作業空間が狭
くなるばかりか、機械の工費も嵩み、さらには機械の入
れ替えにも時間がかかるのでロス時間が増え、工期の短
縮化、施工の急速化の妨げとなっている。本発明は、以
上のような点を考慮してなされたもので、狭いトンネル
内においても広い作業空間を確保することができ、かつ
工期の短縮化、施工の急速化を促進することのできる穿
孔・ロックアンカー打設機を提供することを課題とす
る。 【０００５】 【０００６】 【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
掘削すべきトンネルの切羽面、周囲側壁面に孔を穿孔す
るための２台の穿孔装置が、それぞれ揺動，旋回自在な
第一のブームを介して走行移動自在な走行台車に設けら
れ、該穿孔装置で穿孔した孔にロックアンカーを打設す
るためのロックアンカー打設装置が、揺動，旋回自在な
第二のブームを介して前記走行台車に設けられ、前記ロ
ックアンカー打設装置が、充填材を充填するための充填
機構と、前記孔内にロックアンカーを挿入する挿入機構
とから構成されて、これら充填機構と挿入機構とが、同
一位置に交互に位置するようスライド移動自在とされ、
前記挿入機構が、連続するケーブルワイヤを収納する収
納部と、前記ケーブルワイヤを前記収納部から繰り出
し、前記穿孔機構で穿孔した孔内に挿入する繰り出し機
構と、前記ケーブルワイヤを一定長毎に切断する切断機
構と、定着用の止め金を前記ケーブルワイヤに装着する
止め金装着機構とから構成され、前記止め金装着機構
は、止め金部材をケーブルワイヤの両側からはめ込む取
付部を有していることを特徴としている。 【０００７】 【０００８】 【発明の実施の形態】以下、本発明に係る穿孔・ロック
アンカー打設機およびそれを用いるトンネルの掘進方法
の実施の形態の一例を、図１ないし図５を参照して説明
する。図１および図２に示すように、穿孔・ロックアン
カー打設機１は、走行移動自在な車両（走行台車）２
に、発破孔（孔）やロックアンカーを打設するための孔
を穿孔するための２台の穿孔装置３，４と、ロックアン
カー打設装置５とが備えられた概略構成となっている。 【０００９】穿孔装置３，４は、それぞれ車両２の前部
の両側に揺動・旋回・伸縮自在に設けられた第一ブーム
（第一のブーム）６の先端に、ガイドシェル７が備えら
れた構成からなっている。このガイドシェル７は、一定
長を有したガイド部材８に沿ってドリフタ９が前後方向
に駆動されるようになっている。そして、ドリフタ９
は、図示しない駆動源によって打撃・回転運動を発生さ
せ、これをロッド９ａを介して先端のビット９ｂに伝達
する構成となっている。このような構成の穿孔装置３，
４では、ブーム６を作動させてガイドシェル７を切羽面
や周囲壁面の所定位置に対向させ、ドリフタ９を前進さ
せつつビット９ｂを打撃・回転させることによって、切
羽面や周囲壁面の所定位置に、発破孔やロックアンカー
を打設するための孔を穿孔するようになっている。 【００１０】ロックアンカー打設装置５は、車両２の前
部の中央部に起伏・旋回・伸縮自在に設けられた第二ブ
ーム（第二のブーム）１１の先端に、マンケージ１２と
一体に設けられている。マンケージ１２には、ベース部
材１３が揺動自在に設けられ、このベース部材１３には
スライド板１４が横方向に一定ストロークでスライド移
動自在に設けられている。そして、このスライド板１４
に、ロックアンカー打設装置５を構成するモルタル充填
機構（充填機構）１５とケーブル挿入機構（挿入機構）
１６とが設けられている。 【００１１】図３に示すように、モルタル充填機構１５
は、スライド板１４にガイドパイプ１８が固定され、モ
ルタル（充填材）を送給するためのモルタルホース１９
の先端部がこのガイドパイプ１８に挿通された構成とな
っている。図１および図２に示したように、モルタルホ
ース１９は、柔軟性を有するガイドホース２０内に挿通
され、車両２の後部に設けられてモルタルホース１９の
余長を収納するホースリール２１を介して、モルタルを
送り出すモルタル注入ポンプ２２に接続されている。こ
のモルタルホース１９は、車両２の前方に配置されたホ
ースフィーダ２３によって、ホースリール２１からの繰
り出し・巻戻しが行われるようになっている。 【００１２】図３に示したように、ケーブル挿入機構１
６は、スライド板１４に前記モルタル充填機構１５のガ
イドパイプ１８から所定ピッチ離れた位置に取り付けら
れたガイドパイプ２５と、ケーブルワイヤＷを送り出す
送り出しローラ（繰り出し機構）２６，２６と、ケーブ
ルワイヤＷにこれを定着させるための止め金２７を装着
する止め金装着機構２８と、ケーブルワイヤＷを切断す
るカッタ（切断機構）２９とから構成されている。 【００１３】ここで、図４（ａ）に示すように、止め金
２７は２個一対の止め金部材３０，３０からなり、図４
（ｂ）に示すように、各止め金部材３０は、略Ｃ字状で
ケーブルワイヤＷと略同径を有した保持部３０ａと、そ
の両端部から外方に向けて延出する定着部３０ｂ，３０
ｂとから形成されている。そして、図４（ａ）に示した
ように、これら２個一対の止め金部材３０，３０を、定
着部３０ｂ，３０ｂが四方に突出するよう、ケーブルワ
イヤＷの両側からはめ込むようになっている。 【００１４】図３に示したように、止め金装着機構２８
は、ガイドパイプ２５の両側に設けられて、それぞれ多
数の止め金部材３０を収容し、例えばスプリング等の付
勢部材（図示なし）によって止め金部材３０を前方に送
り出すホルダ部２８ａ，２８ａと、ホルダ部２８ａ，２
８ａから送り出された止め金部材３０，３０を横送りし
てケーブルワイヤＷにはめ込む取付部２８ｂ，２８ｂと
から構成されている。 【００１５】図１および図２に示したように、車体２に
は、挿入すべきケーブルワイヤＷを巻回して収納するケ
ーブルリール（収納部）３２が設けられている。このケ
ーブルリール３２から繰り出されるケーブルワイヤＷ
は、柔軟性を有したガイドホース３３内に通されてい
る。ガイドホース３３の途中には、ケーブルワイヤＷを
ケーブルリール３２から引き出すケーブルフィーダ（繰
り出し機構）３４が配設されている。 【００１６】このような構成のケーブル挿入機構１６で
は、ケーブルワイヤＷをケーブルフィーダ３４でケーブ
ルリール３２から引き出して図１に示したガイドパイプ
２５に送り込み、このケーブルワイヤＷに止め金装着機
構２８で止め金２７を装着した後、送り出しローラ２
６，２６でケーブルワイヤＷを所定寸法送り出し、カッ
タ２９で切断するようになっている。 【００１７】図３に示したように、前記ベース部材１３
の先端部には、キャップ３５が設けられており、キャッ
プ３５の中心部には、ケーブルワイヤＷを挿通させた
り、モルタルを注入するための開口部３５ａが形成され
ている。 【００１８】前述したように、これらモルタル充填機構
１５のガイドパイプ１８と、ケーブル挿入機構１６のガ
イドパイプ２５はスライド板１４に取り付けられてお
り、このスライド板１４をスライドさせると、モルタル
ホース１９とケーブルワイヤＷとが、同一軸線上に交互
に位置して、キャップ３５の開口部３５ａに臨むように
なっている。 【００１９】次に、このような構成からなる穿孔・ロッ
クアンカー打設機１を用いて、トンネルを掘削する方法
について説明する。まず、図１に示した穿孔・ロックア
ンカー打設機１を、切羽面に対向した位置に据え付けす
る。 【００２０】そして、一方の穿孔装置３で切羽面に発破
孔を穿孔する。これには、ガイドシェル７を第一ブーム
６により切羽面の所定位置に対向させ、この状態で、ド
リフタ９を前進させつつ打撃・回転運動させてビット９
ｂで切羽面を穿孔する。そして、所定深さの発破孔を穿
孔した後には、ドリフタ９を後退させ、ガイドシェル７
を、次に穿孔すべき位置に第一ブーム６で移動させ、上
記と同様にして発破孔を穿孔する。このようにして、切
羽面に所定数の発破孔を順次穿孔していく。所定数の発
破孔の穿孔が終了した後、各発破孔に爆薬を装薬してい
く。 【００２１】装薬作業の完了後、穿孔・ロックアンカー
打設機１を後退させて切羽面から退避させる。退避後に
切羽面を爆破し、換気を行った後にズリ出しをして、ト
ンネルＴを掘進させる。続いて、新たに掘進した部分に
支保工を建て込み、トンネルＴの周囲側壁面にコンクリ
ートを吹き付け、覆工する。 【００２２】続いて、新たに掘進した部分の周囲側壁面
にロックアンカーを打設するための孔の穿孔作業を行
う。これには、穿孔装置４を、第一ブーム６を揺動，旋
回，伸縮させて、周囲側壁面の所定位置に対向させ、ド
リフタ９のビット９ｂで周囲側壁面の所定位置に所定深
さの孔Ｈを穿孔する。 【００２３】次いで、穿孔した孔Ｈへのロックアンカー
の打設作業を行う。これには、図３（ａ）に示したよう
に、まず、穿孔装置４を孔Ｈと対向する位置から移動さ
せた後、ロックアンカー打設装置５を、第二ブーム１２
の揺動，旋回，伸縮により、孔Ｈに対向させ、キャップ
３５を孔Ｈに押しつける。そして、スライド板１４をス
ライドさせてモルタル充填機構１５のガイドパイプ１８
をキャップ３５の開口部３５ａに臨ませ、モルタルホー
ス１９を前記孔Ｈに対向させる。次いで、ホースフィー
ダ２３（図１参照）でモルタルホース１９を孔Ｈの奥ま
で挿入した後、孔Ｈ内にモルタルＭを充填しつつ、モル
タルホース１９をホースフィーダ２３によって孔Ｈから
引き出していく。 【００２４】モルタルＭの充填完了後、図３（ｂ）に示
したように、スライド板１４をスライドさせて、ケーブ
ル挿入機構１６のガイドパイプ２５をキャップ３５の開
口部３５ａに臨ませる。次いで、止め金装着機構２８に
よってケーブルワイヤＷの所定位置に止め金２７を装着
した後、このケーブルワイヤＷを送り出しローラ２６，
２６によってガイドパイプ２５から一定長送り出し、モ
ルタルＭを充填した前記孔Ｈ内に挿入する。このように
して所定長のケーブルワイヤＷを孔Ｈ内に挿入した後、
カッタ２９でこれを切断する。続いて、図３（ｃ）に示
したように、送り出しローラ２６，２６で、切断位置よ
りも後方のケーブルワイヤＷを送り出し、これによって
前記切断したケーブルワイヤＷ及び装着した止め金２７
を孔Ｈ内にさらに押し込む。 【００２５】その後、モルタルＭが硬化して、挿入した
所定長のケーブルワイヤＷが定着されることによって、
これがロックアンカーＲとして機能し、周囲側壁面の崩
壊等を防止するようになる。 【００２６】この後、上記作業を繰り返して、周囲側壁
面に所定数のケーブルワイヤＷ（ロックアンカーＲ）を
打設していく。 【００２７】この後は、前記したのと同様にして、図５
に示すように、穿孔・ロックアンカー打設機１の切羽面
に対向した位置への据え付け，発破孔の穿孔及び装薬，
穿孔・ロックアンカー打設機１の退避，爆破・換気，ズ
リ出し，コンクリートの吹き付け，周囲側壁面へのロッ
クアンカーＲの打設作業を順次繰り返していき、トンネ
ルＴを掘進していく。このとき、ロックアンカーＲの打
設作業と並行して、次に発破すべき切羽面への発破孔の
穿孔および挿薬作業を行うようにする。 【００２８】上述した穿孔・ロックアンカー打設機１で
は、穿孔装置３，４とロックアンカー打設装置５とが車
両２に兼ね備えられた構成となっている。これにより、
狭いトンネルＴ内で広い作業空間を確保することができ
る。また、発破孔の穿孔作業と、ロックアンカーＲの打
設作業とを並行して行うことができるので、作業時間自
体だけでなく機械の入れ換え時間も短縮することが可能
となり、工期の短縮化を図ってトンネルＴの急速施工を
実現することができる。しかも、このような穿孔・ロッ
クアンカー打設機１は、従来の穿孔機（いわゆるドリル
ジャンボ）にロックアンカー打設装置５を装備するのみ
で実現することができるので、機械コストを抑さえるこ
とができる。 【００２９】また、ロックアンカー打設装置５が、モル
タル充填機構１５と、ケーブル挿入機構１６とを、第二
ブーム１１に一体に備え、しかも、これらモルタル充填
機構１５とケーブル挿入機構１６は、スライドするスラ
イド板１４を介して設けられてキャップ３５の開口部３
５ａに交互に臨むことができる構成とされている。これ
によって、ロックアンカー打設装置５を孔Ｈに位置合わ
せした後には、モルタル充填，ロックアンカー打設作業
を、一台の装置で連続して、しかも第二ブーム１１を動
かすことなく行うことができるので、作業の効率化，軽
減化を図って、工期の短縮化に結び付けることができ
る。 【００３０】さらには、ケーブル挿入機構１６が、連続
するケーブルワイヤＷを収納するケーブルリール３２
と、ケーブルワイヤＷをケーブルリール３２から繰り出
し孔Ｈ内に挿入するケーブルフィーダ３４及び送り出し
ローラ２６，２６と、ケーブルワイヤＷを一定長毎に切
断するカッタ２９と、止め金２７をケーブルワイヤＷに
装着する止め金装着機構２８とから構成されている。こ
れにより、連続するケーブルワイヤＷを一定長に切断
し、止め金２７を装着して孔Ｈ内に送り込むことによっ
て、これをロックアンカーＲとすることができる。この
ようにしてロックアンカーＲを自動供給・打設すること
によって、従来のようにロックボルトを用いていた場合
に比較して、ボルトのセット作業，継ぎ足し作業等が不
要となり、作業の大幅な効率化を図るとともに、作業時
に切羽面や周囲側壁面に近付く必要を極力減らすことが
できるので安全性の向上を図ることができる。また、従
来では、多数のロックボルトを打設機の先端部に収容す
る必要があったため、その重量に対抗するために打設機
が大掛かりなものとなっていたが、上記構成を採用し、
ケーブルワイヤＷを後方から順次送給することによっ
て、ロックアンカー打設装置５を小型化することがで
き、これによってすなわち穿孔・ロックアンカー打設機
１をも小型化することが可能となり、この点においても
機械コストを抑さえることができる。 【００３１】なお、上記実施例において、車両２に穿孔
装置３で発破孔を穿孔し、穿孔装置でロックアンカー打
設用の孔Ｈを穿孔する構成としたが、もちろん、作業の
進行状況に応じて穿孔装置３で発破孔を穿孔した後に孔
Ｈを穿孔したり、穿孔装置４で孔Ｈで穿孔した後に発破
孔を穿孔することも可能である。また、穿孔装置３，
４，ロックアンカー打設装置５以外の装置を同様にして
ブームを介して車両２に装備する構成としてもよい。ま
た、ロックアンカー打設装置５については、その構成を
限定するものではなく、モルタル充填機構１５，ケーブ
ル挿入機構１６などは、モルタルＭの充填、ケーブルの
挿入といった所要の機能を果たすことができるのであれ
ば、他の機構であってもよい。さらに、これらモルタル
充填機構１５，ケーブル挿入機構１６をスライド板１４
を介して設け、同一軸線上に交互に位置できる構成とし
たが、その機構については、他の構造を採用してもよ
い。 【００３２】 【００３３】 【発明の効果】請求項１に係る穿孔・ロックアンカー打
設機によれば、２台の穿孔装置と、ロックアンカー打設
装置とを走行台車に設け、ロックアンカー打設装置を、
充填機構と、ロックアンカーを挿入する挿入機構とから
構成して、これら充填機構と挿入機構とを、同一位置に
交互に位置するようスライド移動自在とする構成となっ
ている。これにより、狭いトンネル内で作業空間を広く
確保することができる。また、一方の穿孔装置での発破
孔の穿孔作業と、他方の穿孔装置とロックアンカー打設
装置とでのロックアンカーの打設作業を並行して行うこ
とができるので、作業時間自体だけでなく機械の入れ換
え時間も短縮することが可能となり、工期の短縮化を図
ってトンネルの急速施工を実現することができる。しか
も、このような穿孔・ロックアンカー打設機は、従来の
穿孔機（いわゆるドリルジャンボ）に２台の穿孔装置と
ロックアンカー打設装置を装備するのみで実現すること
ができるので、機械コストを抑さえることができる。ま
た、ロックアンカーを打設するための充填材充填，ロッ
クアンカー挿入打設の各作業を一台のロックアンカー打
設装置で連続し、しかも第二のブームを動かすことなく
行うことができるので、作業の効率化，軽減化を図り、
工期の短縮化に結び付けることができる。なお、上記の
効果は、ロックアンカーの長さが長尺であるほど、また
ロックアンカーの打設本数が多いほど顕著なものとなる
ため、特に超大断面のトンネルを掘削するときに用いる
のが好適である。 【００３４】また、挿入機構を、連続するケーブルワイ
ヤを収納する収納部と、ケーブルワイヤを収納部から繰
り出し前孔内に挿入する繰り出し機構と、ケーブルワイ
ヤを一定長毎に切断する切断機構と、止め金をケーブル
ワイヤに装着する止め金装着機構とからなる構成とし、
止め金装着機構を、止め金部材をケーブルワイヤの両側
からはめ込む取付部を有する構成とした。これにより、
連続するケーブルワイヤを一定長に切断し、これに止め
金を装着して孔内に送り込むことによって、これをロッ
クアンカーとすることができる。このようにしてロック
アンカーを自動供給することによって、従来のロックボ
ルトを用いていたときのようにボルトのセット作業，継
ぎ足し作業等が不要となり、作業の大幅な効率化を図る
とともに、作業時に切羽面、側壁に近付く必要を極力減
らすことができるので安全性の向上を図ることができ
る。また、従来の多数のロックボルトを保持する必要の
あった打設機に比較して、穿孔・ロックアンカー打設機
を小型化して設備コストを抑さえることも可能である。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明に係る穿孔・ロックアンカー打設機およ
びそれを用いるトンネルの掘進方法の一例を示す側面図
である。 【図２】前記穿孔・ロックボルト打設機の平面図であ
る。 【図３】前記穿孔・ロックボルト打設機に備えたロック
アンカー打設装置を示す平面図である。 【図４】前記ロックアンカー打設装置でケーブルワイヤ
に止め金を装着した状態を示す断面図である。 【図５】前記穿孔・ロックボルト打設機を用いてトンネ
ルを掘削するときの工程図である。 【図６】従来の穿孔機，ロックボルト打設機を用いてト
ンネルを掘削するときの工程図である。 【符号の説明】 １ 穿孔・ロックアンカー打設機 ２ 車両（走行台車） ３，４ 発破孔穿孔装置 ５ ロックアンカー打設装置 ６ 第一ブーム（第一のブーム） １１ 第二ブーム（第二のブーム） １２ 第二ガイドシェル（穿孔機構） １５ モルタル充填機構（充填機構） １６ ケーブル挿入機構（挿入機構） ２６ 送り出しローラ（繰り出し機構） ２８ 止め金装着機構２８ｂ 取付部 ２９ カッタ（切断機構） ３２ ケーブルリール（収納部） Ｈ 孔 Ｍ モルタル（充填材） Ｒ ロックアンカー Ｗ ケーブルワイヤ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 和田 利彦 東京都港区芝浦一丁目２番３号 清水建 設株式会社内 (72)発明者 小野 啓二 東京都港区芝浦一丁目２番３号 清水建 設株式会社内 (72)発明者 阿部 裕之 群馬県多野郡吉井町吉井1058番地 古河 機械金属株式会社 吉井工場内 (56)参考文献 特開 昭63−219800（ＪＰ，Ａ) 特公 平４−75997（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平４−64395（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E21D 9/00 E21D 9/04 E21D 20/00 E21B 7/02

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 掘削すべきトンネルの切羽面、周囲側壁
   面に孔を穿孔するための２台の穿孔装置が、それぞれ揺
   動，旋回自在な第一のブームを介して走行移動自在な走
   行台車に設けられ、該穿孔装置で穿孔した孔にロックア
   ンカーを打設するためのロックアンカー打設装置が、揺
   動，旋回自在な第二のブームを介して前記走行台車に設
   けられ、 前記ロックアンカー打設装置が、充填材を充填するため
   の充填機構と、前記孔内にロックアンカーを挿入する挿
   入機構とから構成されて、これら充填機構と挿入機構と
   が、同一位置に交互に位置するようスライド移動自在と
   され、 前記挿入機構が、連続するケーブルワイヤを収納する収
   納部と、前記ケーブルワイヤを前記収納部から繰り出
   し、前記穿孔機構で穿孔した孔内に挿入する繰り出し機
   構と、前記ケーブルワイヤを一定長毎に切断する切断機
   構と、定着用の止め金を前記ケーブルワイヤに装着する
   止め金装着機構とから構成され、 前記止め金装着機構は、止め金部材をケーブルワイヤの
   両側からはめ込む取付部を有している ことを特徴とする
   穿孔・ロックアンカー打設機。