JP3816350B2 - 溝の穿孔方法及び溝穿孔機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネル掘削などを行う際に、露出している岩盤に複数のスリット状の溝を形成する方法と、上記岩盤を除去する無発破工法に用いられる溝穿孔機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、トンネルなどを掘り進む際には、岩盤に爆発孔を穿孔して、この爆発孔にダイナマイトなどの爆薬を装填して上記岩盤を破砕する発破工法が採用されてきた。しかし、このような発破工法は、爆破時に大きな振動や騒音が発生し周辺環境に悪影響を及ぼすだけでなく、上記爆破により、周辺地盤が緩むなど作業安全上も問題があった。そこで、近年、先端部に穿孔ビットを備えた穿孔機を用いて、岩盤に複数のスロット（スリット状の溝）を形成した後、割岩機等を用いて残存する岩盤を破砕してトンネルを構築する無発破工法が多く用いられるようになってきている。
図１１（ａ）〜（ｃ）は、従来の穿孔機５０による無発破工法の一例を示す図である。この穿孔機５０は、先端に穿孔ビット５１を有し、駆動装置５２により回転しながら前進して岩盤５３を掘削する穿孔ロッド５４と、上記駆動装置５２とは別個に設けられた駆動装置５５により回転しながら前進する案内ロッド５６とを備えたもので、隣接する先行穿孔５７に上記案内ロッド５６を挿入し、上記案内ロッド５６と穿孔ロッド５４とを同時に穿孔方向に前進させ、上記先行穿孔５７と下方で連通する穿孔５８を形成するようにしたものである。なお、５９は上記案内ロッド５６の後端部に設けられ、案内ロッド５６の挿入深さを規制する規制部材で、穿孔ロッド５４は、上記規制部材５９に設けられた貫通孔５９ｓ内を上記規制部材５９に接触しない状態で移動する。
【０００３】
しかしながら、上記構成の穿孔機５０では、上記案内ロッド５６と穿孔ロッド５４とを同時に移動させるため、穿孔の衝撃で先行穿孔５７の孔荒れが生じ易く、特に、孔荒れがひどい場合には、案内ロッド５６の前進が阻害されてしまい、穿孔ロッド５４を所定の距離まで前進させることができないといった問題点があった。
また、上記穿孔機５０では、穿孔５７，５８が連続しているため、穿孔ロッド５４の進行方向が案内ロッド５６側に曲がりやすく、そのため、穿孔ビット５１が案内ロッド５６を破損させたり、穿孔ロッド５４が上記貫通孔５９ｓに接触するなどして穿孔ロッド５４に大きな負荷がかかってしまい、穿孔ができなくなってしまうといった問題点があった。
【０００４】
そこで、図１２（ａ）に示すように、案内ロッド６１を岩盤６２に予め形成された先行穿孔６３内に挿入するとともに、上記案内ロッド６１の後端部を、穿孔ロッド６４を支持する基台６５上に取付けられたブラケット６６に固定し、穿孔ロッド６４のみを回転させながら前進させて、連通する穿孔６３，６７を形成するような構成の穿孔機６０が提案されている（例えば、特開平８−２９１６８７号公報）。この穿孔機６０では、図１２（ｂ）に示すように、穿孔ビット６４Ｋの周辺部が、案内ロッド６１の軸部６１Ｊの外周側に回転可能に支持された筒状部材６１ｓと接触しながら回転するので、穿孔ビット６４Ｋと案内ロッド６１間の摩擦力を減少させることができる。したがって、案内ロッド６１を破損させることなく、案内ロッド６１と穿孔ロッド６４との間の岩盤を破砕し、重なりの大きなスリット状の穿孔６３，６７を形成することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記穿孔機６０では、新たな穿孔６７が先行穿孔６３と重なる部分が大きいので掘削効率が低いだけでなく、上記穿孔６７が先行穿孔６３と平行でないので、削岩機構を持たない案内ロッド６１を、次の先行穿孔である上記穿孔６７に安定して挿入することができず、特に孔荒れが生じた場合などは、掘削ができなくなる事態が発生し易いといった問題点があった。
また、上記穿孔機６０においても、上記穿孔機５０と同様に、穿孔ロッド６４は常に案内ロッド６１側に曲がりながら穿孔するので、穿孔ロッド６４の撓み等により案内ロッド６１の位置が不安定となり易い。すなわち、案内ロッド６１の進行方向と穿孔ロッド６４の進行方向とが一致しない状態で穿孔作業を行うことになるため、穿孔が不能となる事態が生じてしまういった問題点があった。
【０００６】
本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、岩盤に互いに平行な一定間隔の溝を穿孔する方法と、それに使用される溝穿孔機を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載の溝の穿孔方法は、先行穿孔に案内ロッドを挿入するとともに、上記案内ロッドと先端に穿孔ビットを備えた穿孔ロッドとを、一端が上記穿孔ロッドが装着されるアダプタの外周側に連結され、他端が上記案内ロッドにスライド可能に配設された、上記案内ロッドに沿ってスライドするリニアガイドを介して連結して、穿孔ロッドと案内ロッドとの距離を一定に保持しながら溝を穿孔するようにしたことを特徴とするもので、これにより、互いに平行な一定間隔の溝を穿孔することが可能となる。
請求項２に記載の溝の穿孔方法は、溝形成後に、上記案内ロッドを先行穿孔から抜き出すことなく、新たに形成した溝内に移動させるようにしたことを特徴とするもので、これにより、案内ロッドを直ちに新たに形成した溝内にセットすることが可能となる。
【０００８】
また、請求項３に記載の溝穿孔機は、先行穿孔に挿入される案内ロッドと、先端に穿孔ビットを備えた穿孔ロッドと、一端が上記穿孔ロッドが装着されるアダプタの外周側に連結され、他端側が上記案内ロッドにスライド可能に配設された、上記案内ロッドに沿ってスライドするリニアガイドとを備えたことを特徴とするもので、これにより、穿孔ロッドを、案内ロッドに対して一定の距離を保持ながら、案内ロッドに沿って移動させることが可能となる。
請求項４に記載の溝穿孔機は、上記リニアガイドを上記穿孔ロッドの先端側に設けたことを特徴とするもので、これにより、穿孔ロッドを、案内ロッドに沿って安定して移動させることが可能となる。
請求項５に記載の溝穿孔機は、上記リニアガイドを、上記案内ロッド内にスライド可能に配設されたガイド部材と、上記穿孔ロッドが装着されたアダプタの外周側に設けられたホルダ部材と、上記ガイド部材とホルダ部材とを連結するとともに、上記穿孔ロッドと上記案内ロッド間の距離を規制する連結部材とから構成したもので、これにより、簡単な構成で、穿孔ロッドを案内ロッドに対して一定の距離を保持ながら移動させることが可能となる。
請求項６に記載の溝穿孔機は、上記リニアガイドの穿孔方向側に、破砕用の硬質部材を設け、先に穿孔された溝と新たに穿孔された溝との間のブリッジ部となる岩盤を破砕し、スリット状の穿孔を形成するようにしたものである。
請求項７に記載の溝穿孔機は、上記案内ロッドを円筒状として、ガイド部材が案内ロッド内部をスライド可能とするとともに、孔壁を保護するようにしたものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき説明する。
図１〜図３は本実施の形態に係わる溝穿孔機１０の要部を示す図で、図１は側面図、図２は斜視図、図３は要部断面図である。各図において、１１は先端にキャップ１２が装着され、他端が後述する支持部材１３に固定され、岩盤１に形成された先行穿孔である第１孔２に挿入される円筒状の案内ロッド、１４はアダプタ１４ａと、このアダプタ１４ａに装着され、先端に岩盤１を掘削する穿孔ビット１４ｂを有するロッド本体１４ｃと、中継ロッド１４ｄとから成る穿孔ロッド、１５は一端が上記穿孔ロッド１４のアダプタ１４ａの外周側に連結され、他端が上記案内ロッド１１内にスライド可能に配設され、穿孔ロッド１４の前進あるいは後退に連動して移動するリニアガイドで、このリニアガイド１５の穿孔方向側には、破砕用の硬質部材である先端が略Ｖ字状の超硬チップ１６が配設されている。また、１７はガイドセルであり、１８は上記ガイドセルの先端側に設けられた規制部材である。
上記ガイドセル１７には、図４（ａ），（ｂ）に示すように、穿孔ロッド１４に接続され、上記穿孔ロッド１４に回転及び打撃を与える駆動装置１９が搭載されており、この駆動装置１９は上記ガイドセル１７上において、ガイドセル１７の延長方向にスライドする。すなわち、穿孔ロッド１４は、図４（ａ）に示すように、スリーブ２０を介して、上記駆動装置１９の駆動軸１９Ｊの先端側に接続されている。詳細には、中継ロッド１４ｄの一端側と上記アダプタ１４ａの後端部とが螺接され、上記中継ロッド１４ｄ他端側が上記スリーブ２０に連結され、穿孔作業時には、図４（ｂ）に示すように、上記駆動装置１９により穿孔ロッド１４を上記駆動軸１９Ｊの回転に従って回転させながら、駆動装置１９を上記ガイドセル１７の先端方向にスライドさせて、穿孔ロッド１４の先端部に設けられた穿孔ビット１４ｂにより、岩盤１を掘削する（図１参照）。
また、案内ロッド１１は、上記ガイドセル１７上の上記穿孔ロッド１４側に設けられた、上記ガイドセル１７から垂直に突出する板状の支持部材１３に、上記穿孔ロッド１４と平行になるように固定される。具体的には、上記キャップ１２とは反対側の端部の外周側にフランジ等の接続部材１１ｓを溶接等により取り付け、上記接続部材１１ｓを介して、案内ロッド１１を上記支持部材１３にナット等を用いて締結する。
なお、本例では、岩盤１の上部から下部に向かって順に溝を形成するため、図２に示すように、支持部材１３の上記穿孔ロッド１４の上側に案内ロッド１１を取付けるようにしたが、案内ロッド１１の取り付け位置はこれに限定されるものではなく、例えば、岩盤の左側から右方向に順に溝を形成する場合には、穿孔ロッド１４の左側に案内ロッド１１を取付けるなど、穿孔作業の手順に応じて適宜決定されることは言うまでもない。
【００１０】
また、リニアガイド１５は、案内ロッド１１内にスライド可能に配設されたガイド部材１５ａと、穿孔ロッド１１の外周側に設けられたホルダ部材１５ｂと、上記ガイド部材１５ａとホルダ部材１５ｂとを連結する、案内ロッド１１の長さ方向に延長する板状の連結部材１５ｃとから構成される。
ガイド部材１５ａとしては、案内ロッド１１内をスライド可能であれば、形状は特に限定されないが、案内ロッド１１の内壁に、若干のクリアランスを有して内接する円筒状であることが好ましい。本例では、図５（ａ），（ｂ）に示すように、ガイド部材１５ａを、ホルダ部材１５ｂ側（下側）に上記連結部材１５ｃを挿入するための凹部１５ｐを形成した円筒状とし、更に、ズリや水の排出を行うとともに、摺動抵抗を少なくするため、上記ガイド部材１５ａの側面に切り欠き部１５ｎを設けた。
一方、ホルダ部材１５ｂとしては、例えば、穿孔ロッド１４の外周側に設けられた、アダプタ１４ａとは同心円状でかつ穿孔ロッド１４の長さ方向に延長する円筒状の部材を用いることができる。この円筒状の部材のガイド部材１５ａ側（上側）で、上記凹部１５ｐと対向する位置には、上記連結部材１５ｃを挿入するための凹部１５ｑが形成されている。
上記ガイド部材１５ａ側の凹部１５ｐと上記ホルダ部材１５ｂ側の凹部１５ｑとに上記連結部材１５ｃの両側面の端部をそれぞれ挿入し、溶接あるいは接着等により固定して形成されたリニアガイド１５は、ガイド部材１５ａと案内ロッド１１とのクリアランスの範囲内において、穿孔ロッド１４と案内ロッド１１との間隔を、上記連結部材１５ｃの幅によって規制することができる。
したがって、上記構成のリニアガイド１５を用いることにより、穿孔ロッド１４を、案内ロッド１１と所定の距離を保持しながら、上記案内ロッド１１に沿って移動させることが可能となる。
【００１１】
次に、本発明の溝穿孔機１０によるスロット穿孔作業について説明する。
まず、図６（ａ）に示すように、ガイドセル１７を岩盤１方向に移動させ、上記ガイドセル１７の先端側に設けられた規制部材１８を岩盤１の掘削面に当接させた後、駆動装置１９により、穿孔ロッド１４の先端に設けられた穿孔ビット１４ｂを回転させるとともに、上記駆動装置１９をガイドセル１７上において岩盤１方向にスライドさせることにより、岩盤１を掘削しながら穿孔ロッド１４を上記岩盤１内に所定の距離だけ送り込んで穿孔し、案内ロッド１１を挿入するための第１孔２を先行削孔する。
次に、上記駆動装置１９を元の位置に戻して穿孔ロッド１４を上記第１孔２から引き抜き、ガイドセル１７を岩盤１とは反対の方向に移動させた後、図６（ｂ）に示すように、フランジ等の接続部材１１ｓを用いて、案内ロッド１１を支持部材１３に固定するとともに、リニアガイド１５を穿孔ロッド１４の先端側に装着する。その後、再びガイドセル１７を岩盤１方向に移動させ、図６（ｃ）に示すように、規制部材１８を岩盤１の掘削面に当接させる。これにより、案内ロッド１１を上記第１孔２の奥まで挿入させるとともに、穿孔ビット１４ｂの先端位置を上記先行削孔時と略同じ位置に設定することができる。なお、本例では、案内ロッド１１の先端に、先端径が上記第１孔２よりも小さなキャップ１２を取り付けることにより、案内ロッド１１の挿入を容易にしている。
【００１２】
次に、駆動装置１９を稼動させて穿孔ビット１４ｂを回転させるとともに、駆動装置１９をスライドさせ、図７（ａ）に示すように、岩盤１を掘削しながら穿孔ロッド１４を上記岩盤１内に所定の距離だけ送り込む。
本実施の形態の溝穿孔機１０においては、穿孔ロッド１４は、その先端部がリニアガイド１５に一体に連結されており、かつ、リニアガイド１５のガイド部材１５ａが上記案内ロッド１１内をスライドするように構成されているので、穿孔ロッド１４は、案内ロッド１１に対して一定の距離を保持ながら、案内ロッド１１に沿って岩盤１内に送り込まれる。これにより、先行穿孔である第１孔２と一定の間隔を保持した、上記第１孔２と同型の第２孔３を穿孔することができる。
第２孔３の穿孔が終了すると、図７（ｂ）に示すように、上記駆動装置１９を元の位置に戻して穿孔ロッド１４と案内ロッド１１とを、それぞれ、第２孔３及び第１孔２から引き抜く。
本実施の形態の溝穿孔機１０においては、図３及び図８（ａ）に示すように、リニアガイド１５の穿孔方向側に破砕用の硬質部材である超硬チップ１６が設けられているので、穿孔の際には、上記第１孔２と第２孔３との間の岩盤が上記超硬チップ１６により同時に削られて、図８（ｂ）に示すように、上記第１孔２と第２孔３との間がスリット状の空隙４によって連結される。すなわち、上述した先端が略Ｖ字状の超硬チップ１６が、穿孔ロッド１４に伝達される岩盤破砕時の振動を受けて振動しながら、穿孔ロッド１４に連動して岩盤１内を前進することにより、上記第１孔２と第２孔３との間の岩盤を、上記第２孔３の穿孔と同時に破砕するので、穿孔ロッド１４を効率よくかつ確実にスムースに前進させることができるとともに、スリット状の空隙４によって上記第１孔２と第２孔３との間を連結することが可能となる。
また、リニアガイド１５の後部側にも超硬チップ１６を設けるようにすれば、穿孔時に発生したズリが上記スリット状の空隙４に挟まったりした場合などには、これを取り除くことができる。
【００１３】
次いで、図９（ａ）に示すように、案内ロッド１１を上記新たに穿孔された第２孔３に挿入し、上記の方法と同様に、上記第２孔３の下部の、上記第２孔３と一定の距離を隔てた箇所に第３孔５を穿孔する。上記第３孔５の穿孔が終了すると、図９（ｂ）に示すように、上記駆動装置１９を元の位置に戻して穿孔ロッド１４と案内ロッド１１とを、それぞれ、第２孔３及び第３孔５から引き抜く。
以上の作業を繰り返し、必要なスロット幅までスロット穿孔を連続して行う。
【００１４】
このように、本実施の形態によれば、先行穿孔（第１孔２）に挿入される案内ロッド１１と、先端に穿孔ビット１４ｂを備えた穿孔ロッド１４とを、上記案内ロッド１１内にスライド可能に配設されたガイド部材１５ａと、上記穿孔ロッド１４の外周側に設けられたホルダー部材１５ｂとを連結部材１５ｃで連結したリニアガイド１５により連結し、上記穿孔ロッド１４が案内ロッド１１に対して一定の距離を保持ながら、案内ロッド１１に沿って移動させることができるようにしたので、互いに平行な一定間隔の溝（第１孔２，第２孔３，第３孔５，‥）を確実に穿孔することができる。また、上記各溝は重なり合うことがないので、穿孔効率を向上させることができる。
なお、上記各穿孔２，３，５，‥‥間のブリッジ部となる岩盤は、上述したように、リニアガイド１５に設けられた超硬チップ１６により破砕されるので、スリット状の溝を形成することができる。
【００１５】
なお、本実施の形態においては、先端にキャップ１２が装着された案内ロッド１１を用いたが、キャップ１２を省略してもよい。
また、案内ロッドとしては、図１０（ａ），（ｂ）に示すように、例えば、先行穿孔である第１孔２の内径よりも小さな径を有する円柱状の案内ロッド１１Ａ、あるいは、穿孔ロッド１４に垂直な平板状の案内ロッド１１Ｂなどのように、断面の穿孔ロッド１４方向の幅が、上記超硬チップ１６の幅よりも若干大きめな柱状体から構成するようにしてもよい。上記案内ロッド１１Ａ，１１Ｂは断面の幅が狭いので、穿孔ロッド１４のみを引き抜き、上記案内ロッド１１Ａ，１１Ｂを先行穿孔である第１孔２から引き抜かすに、下方側（新たに形成された溝側）に押し下げれば、上記案内ロッド１１Ａ，１１Ｂを上記新たに形成された溝内にそのまま落とし込むことが可能となる。
すなわち、各穿孔２，３，５，‥‥間のブリッジ部となる岩盤は、超硬チップ１６により破砕されているので、周囲の岩盤は薄くまた強度も小さい。したがって、穿孔ロッド１４を引き抜いた後、上記案内ロッド１１Ａ，１１Ｂを下方に押し下げれば周囲の岩盤が破砕され、上記案内ロッド１１Ａ，１１Ｂを新たに形成された溝内に移動させることができる。
なお、岩盤１の強度が弱い場所であれば、本例の案内ロッド１１でも、周囲の岩盤を破砕しながら新たに形成された溝内に移動させることが可能であるが、案内ロッドの幅としては、上記のように、先行穿孔の幅の２／３〜１／２以下で、超硬チップ１６の幅よりも若干大きめな柱状体から構成するほうが案内ロッドを確実に移動させることできる。
また、上記のような円柱状の案内ロッド１１Ａ、あるいは、平板状の案内ロッド１１Ｂを用いる場合には、上記案内ロッド１１Ａ，１１Ｂ内に中空部を設けてガイド部材を配置するよりは、図１０（ａ），（ｂ）に示すように、ガイド部材１４Ａ，１４Ｂを、上記案内ロッド１１Ａ，１１Ｂの外周側をスライドするように構成する方がリニアガイドの製造が容易である。
【００１６】
【発明の効果】
以上説明したように、先行穿孔に挿入される案内ロッドと、先端に穿孔ビットを備えた穿孔ロッドと、一端が上記穿孔ロッドが装着されるアダプタの外周側に連結され、他端側が上記案内ロッドにスライド可能に配設された、上記案内ロッドに沿ってスライドするリニアガイドととを備えた溝穿孔機を用いることにより、穿孔ロッドを、案内ロッドに対して一定の距離を保持ながら、案内ロッドに沿って移動させることが可能となるので、互いに平行な一定間隔の溝を確実に穿孔することができ、穿孔効率を著しく向上させることができる。
また、上記リニアガイドの穿孔方向側に、破砕用のチップ材を設けることにより、先に穿孔された溝と新たに穿孔された溝との間のブリッジ部となる岩盤を効率よくかつ確実に破砕することができるので、穿孔ロッドの前進を容易にすることができるとともに、スリット状の溝を容易に形成することができる。
更に、溝形成後に、上記案内ロッドを先行穿孔から抜き出すことなく、新たに形成した溝内に落とし込むようにすることより、案内ロッドを直ちに上記新たな溝内にセットすることができ、作業効率を更に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態に係わる溝穿孔機の要部の概要を示す側面図である。
【図２】 本実施の形態に係わる溝穿孔機の要部を示す斜視図である。
【図３】 本実施の形態に係わる溝穿孔機の要部断面図である。
【図４】 本実施の形態に係わる溝穿孔機の構成を示す図である。
【図５】 本実施の形態に係わるリニアガイドの一構成例を示す図である。
【図６】 本実施の溝穿孔機による穿孔作業手順を示す図である。
【図７】 本実施の溝穿孔機による穿孔作業手順を示す図である。
【図８】 本実施による穿孔の形状を示す図である。
【図９】 本実施の溝穿孔機による穿孔作業手順を示す図である。
【図１０】 本発明に係わる溝穿孔機の他の構成を示す図である。
【図１１】 従来の溝穿孔機の構成を示す図である。
【図１２】 従来の溝穿孔機の構成を示す図である。
【符号の説明】
１ 岩盤、２ 第１孔、３ 第２孔、４ スリット状の空隙、５ 第３孔、
１０ 溝穿孔機、１１ 案内ロッド、１１ｓ 接続部材、１２ キャップ、
１３ 支持部材、１４ 穿孔ロッド、１４ａ アダプタ、１４ｂ 穿孔ビット、
１４ｃ ロッド本体、１４ｄ 中継ロッド、１５ リニアガイド、１５ａ ガイド部材、１５ｂ ホルダ部材、１５ｃ 連結部材、１６ 超硬チップ、
１７ ガイドセル、１８ 規制部材、１９ 駆動装置、１９Ｊ 駆動軸、
２０ スリーブ。

Claims (7)

1. 先行穿孔に案内ロッドを挿入するとともに、上記案内ロッドと先端に穿孔ビットを備えた穿孔ロッドとを、一端が上記穿孔ロッドが装着されるアダプタの外周側に連結され、他端が上記案内ロッドにスライド可能に配設された、上記案内ロッドに沿ってスライドするリニアガイドを介して連結して、穿孔ロッドと案内ロッドとの距離を一定に保持しながら溝を穿孔するようにしたことを特徴とする溝の穿孔方法。
2. 溝形成後に、上記案内ロッドを先行穿孔から抜き出すことなく、新たに形成した溝内に移動させるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の溝の穿孔方法。
3. 先行穿孔に挿入される案内ロッドと、先端に穿孔ビットを備えた穿孔ロッドと、一端が上記穿孔ロッドが装着されるアダプタの外周側に連結され、他端側が上記案内ロッドにスライド可能に配設された、上記案内ロッドに沿ってスライドするリニアガイドとを備えたことを特徴とする溝穿孔機。
4. 上記リニアガイドを上記穿孔ロッドの先端側に設けたことを特徴とする請求項３に記載の溝穿孔機。
5. 上記リニアガイドを、上記案内ロッド内にスライド可能に配設されたガイド部材と、上記穿孔ロッドが装着されたアダプタの外周側に設けられたホルダ部材と、上記ガイド部材とホルダ部材とを連結するとともに、上記穿孔ロッドと上記案内ロッド間の距離を規制する連結部材とから構成したことを特徴とする請求項３または請求項４に記載の溝穿孔機。
6. 上記リニアガイドの穿孔方向側に、破砕用の硬質部材を配設したことを特徴とする請求項３〜請求項５のいずれかに記載の溝穿孔機。
7. 上記案内ロッドを円筒状としたことを特徴とする請求項３〜請求項６のいずれかに記載の溝穿孔機。

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