JP3855037B2 - 非開削工法における転石撤去方法および転石撤去装置 - Google Patents

Description

本発明は、地山にトンネルを非開削の状態で覆工エレメントに先行して掘進ケーシングを挿入する非開削工法における転石撤去方法および転石撤去装置の改良に関するものである。

例えば鉄道線路、道路等の路線下に立体交差するトンネルを構築するトンネル構築工法として、地山にトンネルを非開削の状態で長尺の鋼材管からなる断面角形あるいはコの字形の覆工エレメントを複数挿入してトンネル覆工壁を形成する非開削工法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

この非開削工法は、例えば図１３に示すように、路線１０下の地山２０に水平ボーリングによって削孔し、削孔した穴にワイヤロープ３１を挿入し、このワイヤロープ３１の掘削発進側２１に掘削機３０と覆工エレメント３３を接続する。掘削到着側２２からワイヤロープ３１をけん引するとともに掘削機３０を駆動して掘削し、掘削発進側２１から掘削到着側２２へと覆工エレメント３３を貫通させる。一連の覆工エレメント３３が貫通すると、隣接する箇所から次の掘削および覆工エレメント３３の挿入を開始する。以上の作業をトンネルの外枠に沿って順次行っていき、最終的に地山を非開削の状態で例えば箱型ラーメン形式や円形等のトンネル覆工壁を形成していくものである（図１４参照）。

また、硬質地層に坑道等を掘削する従来の開削工法として、切羽岸壁にスリットを掘削し、このスリットにクサビを打ち込んで切羽岸壁を破砕するものがある（例えば、特許文献２参照）。
特開平１１−２４７５７９号公報 特開昭５８−３３６９７号公報

前記従来の非開削工法において、覆工エレメントの先端部に掘削機を備えない掘進ケーシングを設け、この掘進ケーシング内に作業者が入って人力によって掘削する工法がある。

この人力によって掘削する工法において、切羽に覆工エレメント内に取り込めないほど大きな転石（礫）が出てきた場合、ハンドチッパー等を用いて削孔し、その穴にクサビを挿入し、このクサビに人力によりセリ矢を打ち込んで破砕していた。

しかしながら、この人力によって転石を破砕する作業は、以下の問題点があるため、覆工エレメント内の狭隘箇所における長時間の作業が必要となり、施工性を改善したいという要求があった。
・ハンドチッパー等の工具は削孔にしか使用できない。
・ハンマーを用いてセリ矢をクサビに打ち込む作業は労力が大きい。
・狭い場所で大きな転石を破砕することが難しい。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、転石を破砕する作業を容易に行える非開削工法における転石撤去方法および転石撤去装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、地山にトンネルを非開削の状態で覆工エレメントに先行して掘進ケーシングを挿入する非開削工法における転石撤去方法に適用する。

そして、転石撤去装置を掘進ケーシング内に搬入する搬入工程と、転石撤去装置が掘削ビットに転石に穴を削孔する回転打撃動作を行わせる削孔工程と、削孔した転石の穴にクサビを挿入し、このクサビにセリ矢を介装する介装工程と、転石撤去装置に掘削ビットに換えて打撃ハンマーを取付ける工具交換工程と、転石撤去装置が打撃ハンマーにセリ矢をクサビに打ち込む打撃動作を行わせる打ち込み工程と、転石撤去装置を掘進ケーシングから搬出する搬出工程とを順に行うことを特徴とするものとした。

第２の発明は、地山にトンネルを非開削の状態で覆工エレメントに先行して掘進ケーシングを挿入する非開削工法における転石撤去装置に適用する。

そして、覆工エレメントおよび掘進ケーシングを移動するベースフレームと、このベースフレーム上に搭載される掘削アクチュエータとを備え、この掘削アクチュエータは掘削ビットを回転して転石に穴を削孔する回転打撃動作と打撃ハンマーにセリ矢をクサビに打ち込む打撃動作を切換える回転打撃動作切換機構を備えたことを特徴とするものとした。

第１、第２の発明によると、切羽に掘削ケーシング内に取り込めないほど大きな転石が出てきた場合、転石撤去装置を掘進ケーシング内に搬入して据え付け、転石撤去装置を用いて掘削ビットに転石に穴を削孔する回転打撃動作を行わせるとともに、打撃ハンマーにセリ矢をクサビに打ち込む打撃動作を行わせることにより、掘進ケーシング内の狭隘箇所において転石を容易に破砕することが可能となる。

操作者は、削孔した転石の穴にクサビを挿入し、このクサビにセリ矢を介装する介装工程と、転石撤去装置に掘削ビットに換えて打撃ハンマーを取付ける工具交換工程を手動で行い、掘削ビットによって転石に穴を削孔する回転打撃動作を行わせる工程と、打撃ハンマーにセリ矢をクサビに打ち込む打撃動作を行わせる打ち込み工程を転石撤去装置によって容易に行う構成としたため、転石を破砕する作業時間を短縮し、施工性を改善することができる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１に示すように、非開削工法は、地山２０にトンネルを非開削の状態で掘進ケーシング４０を先行して挿入し、掘進ケーシング４０に続いて覆工エレメント３３を挿入するものである。覆工エレメント３３の先頭部に中空の掘進ケーシング４０が設けられ、この掘進ケーシング４０内に作業者が入って人力によって掘進ケーシング４０が面する切羽を掘削するようになっている。

なお、非開削工法には、前記図１３に示すように、地山に自動掘削機を先行して挿入し、自動掘進機に続いて覆工エレメントを挿入するものもあるが、本発明はこれには適用されず、上述したように掘進ケーシング４０内に作業者が入って人力によって掘削する非開削工法に適用される。

この非開削工法は、地山２０には例えば水平ボーリングによって削孔した穴に図示しないワイヤロープを通し、このワイヤロープを介して掘進ケーシング４０を図１に矢印で示す方向にけん引する。

掘進ケーシング４０の内側に作業者が入って人力によって切羽を掘削するとともに、掘進ケーシング４０をけん引し、地山２０に掘進ケーシング４０に接続された覆工エレメント３３を貫通させる。

一連の覆工エレメント３３が貫通し終わると、隣接する箇所から次の掘削および覆工エレメント３３の挿入を開始する。覆工エレメント３３は断面角形あるいはコの字形の鋼材管からなる。

以上の作業をトンネルの外枠に沿って順次行っていき、最終的に地山２０を非開削の状態で例えば箱型ラーメン形式（図１４参照）や円形等のトンネル覆工壁を形成していく。

本発明は、この人力によって掘削する非開削工法において、切羽に覆工エレメント内に取り込めないほど大きな転石（礫）が出てきた場合、転石撤去装置１を掘進ケーシング４０内に入れ、後述するようにこの転石撤去装置１を用いた転石撤去方法によって転石を破砕する。

転石撤去装置１は、掘削アクチュエータ１１を搭載し、覆工エレメント３３および掘進ケーシング４０を走行して移動できる。

掘削発進側２１には外部電源２５と油圧源ユニット２６が設けられる。転石撤去装置１は外部電源２５から電線２７を介して電力が供給されるととともに、油圧源ユニット２６から油圧ホース２８を介して作動油が給排される。

次に、転石撤去装置１の構成を説明する。

図２、図３に示すように、転石撤去装置１は、キャスタ２を介して走行するベースフレーム３と、ベースフレーム３を掘進ケーシング４０に固定する固定機構として設けられる複数の電磁石４と、ベースフレーム３に対して垂直軸回りに旋回する旋回台５と、この旋回台５に対して水平軸回りに回動する俯仰台６と、この俯仰台６に対して平行移動するスライド台７とを備え、このスライド台７に掘削アクチュエータ１１が搭載される。

ベースフレーム３には４つのキャスタ２が格納機構４１を介して引き上げ可能に取付けられる。操作者がレバー４２を引くと格納機構４１が各キャスタ２を降ろし、ベースフレーム３がキャスタ２を介して走行可能となる。操作者がレバー４２を押すと格納機構４１が各キャスタ２を引き上げ、ベースフレーム３が掘進ケーシング４０に接地可能となる。

各キャスタ２を引き上げ、ベースフレーム３が掘進ケーシング４０に接地した状態で、操作者がスイッチボックス８のスイッチを操作して各電磁石４に通電すると、電磁石４に生じる電磁力によってベースフレーム３が掘進ケーシング４０に吸着固定される。

図４に示すように、旋回台５はベースフレーム３に対して垂直軸回りに旋回可能に支持され、旋回台５の旋回を係止する旋回係止機構５０が設けられる。この旋回係止機構５０は、旋回台５の外周部に固設されるスプロケット５２と、このスプロケット５２に係合するチェーン５３と、このチェーン５３をスプロケット５２に対して進退させるチェーン進退機構５４とを備える。チェーン進退機構５４はブラケット５７を介して円弧状に張設されている。操作者がレバー５５を引くとチェーン進退機構５４がチェーン５３をスプロケット５２から離し、旋回台５の旋回を可能とする。操作者がレバー５５を押すとチェーン進退機構５４がスプリング５６の付勢力によりチェーン５３をスプロケット５２に押し付け、旋回台５の旋回を係止する。これにより、図３に２点鎖線で示すように、ベースフレーム３に対する掘削アクチュエータ１１の向きを左右方向について多段階に変えて固定することができる。

図５に示すように、俯仰台６は旋回台５に対して水平軸回りに回動可能に支持され、俯仰台６の俯仰を係止する俯仰係止機構６０が設けられる。この俯仰係止機構６０は俯仰台６にその回動中心軸と同軸上に固設されるピニオンギヤ６１と、このピニオンギヤ６１に係合するラックギヤ６２と、このラックギヤ６２をピニオンギヤ６１に対して進退させるラックギヤ進退機構６４とを備える。操作者がハンドル６５を一方向に回すとラックギヤ進退機構６４がラックギヤ６２をピニオンギヤ６１から離し、俯仰台６の俯仰を可能とする。操作者がハンドル６５を他方向に回すとラックギヤ進退機構６４がラックギヤ６２をピニオンギヤ６１に押し付け、俯仰台６の俯仰を係止する。これにより、図５の（ａ），（ｂ）に示すように、ベースフレーム３に対する掘削アクチュエータ１１の向きを上下方向について多段階に変えて固定することができる。

図６に矢印で示すように、スライド台７は俯仰台６に対して平行移動可能に支持され、スライド台７の移動を係止する移動係止機構７０が設けられる。この移動係止機構７０はスライド台７に設けられるピニオンギヤ７１と、このピニオンギヤ７１に噛み合い俯仰台６に固設されるラックギヤ７２とを備える。操作者がハンドル７５を一方向に回すとピニオンギヤ７１が同方向に回転してスライド台７を前進させる。操作者がハンドル７５を他方向に回すとピニオンギヤ７１が同方向に回転してスライド台７を後退させる。これにより、俯仰台６上にて掘削アクチュエータ１１を進退させて保持することができる。

掘削アクチュエータ１１はスライド台７にホルダ７６を介して固定される。掘削アクチュエータ１１は油圧源ユニット２６から油圧ホース２８を介して作動油が給排されて作動する掘削アクチュエータ１１を備え、その先端部に掘削アクチュエータ１１によって駆動されるヘッド１２を備える。掘削アクチュエータ１１はヘッド１２をその中心軸まわりに回転させる回転動作とその中心軸方向に進退させる打撃動作の両方を同時に行う回転打撃動作と、ヘッド１２をその回転動作を止めてその中心軸方向に進退させる打撃動作とを切換える回転打撃動作切換機構を備える。

なお、転石撤去装置１に搭載される掘削アクチュエータ１１は、油圧駆動式アクチュエータに限らず、電動駆動式アクチュエータを用いても良い。

図９に示すように、掘削アクチュエータ１１のヘッド１２には工具として掘削ビット１５と打撃ハンマー１６を交換して取付けられる構成とする。

次に、転石撤去装置１を用いて転石を破砕し、除去する転石撤去方法について説明する。

・まず、転石撤去装置１を掘進ケーシング４０内に搬入して据え付ける工程を行う。これは、図１に示すように、転石撤去装置１を掘削発進側２１から覆工エレメント３３内を通して掘進ケーシング４０内に搬入する。転石撤去装置１はキャスタ２を介して走行することにより、作業者が転石撤去装置１を押して掘進ケーシング４０内に運ぶことを容易に行うことができる。

こうして転石撤去装置１を所定位置に運んだ後、操作者がレバー４２を押して、格納機構４１を介して各キャスタ２を引き上げ、ベースフレーム３を掘進ケーシング４０に接地させた状態で、操作者がスイッチボックス８のスイッチを操作して各電磁石４に通電し、電磁石４に生じる電磁力によってベースフレーム３を掘進ケーシング４０に吸着固定する。

・次に、掘削アクチュエータ１１に掘削ビット１５を取付け、掘削アクチュエータ１１が掘削ビット１５に転石８０に穴８１を削孔する回転打撃動作を行わせる削孔工程を行う。これは、掘削アクチュエータ１１のヘッド１２に掘削ビット１５を手動で取付ける。

そして、旋回台５と俯仰台６の角度をそれぞれ調節して、掘削アクチュエータ１１を転石８０に向ける。

そして、操作者がハンドル７５を図７に矢印で示す方向に回してスライド台７を掘削アクチュエータ１１とともに前進させて削ロッド１５を転石８０に押し付けるとともに、掘削アクチュエータ１１に回転打撃動作と打撃動作の両方を行わせることにより、掘削ビット１５が転石８０に穴８１を削孔する。

・次に、図８に示すように、削孔した転石８０の穴８１にクサビ８２を挿入し、このクサビ８２にセリ矢８３を介装する介装工程を行う。クサビ８２は二つ割りロッド形状をしており、その割れ目にセリ矢８３が打ち込まれることにより開き、穴８１を拡径することにより転石８０を破砕するようになっている。

・次に、掘削アクチュエータ１１に掘削ビット１５に換えて打撃ハンマー１６を取付ける工具交換工程を行う。これは、図９に示すように、掘削アクチュエータ１１のヘッド１２から掘削ビット１５を取り外し、ヘッド１２に打撃ハンマー１６を取付ける。

・次に、掘削アクチュエータ１１が打撃ハンマー１６にセリ矢８３をクサビ８２に打ち込む打撃動作を行わせる打ち込み工程を行う。これは、操作者がハンドル７５を図１０に矢印で示す方向に回してスライド台７を掘削アクチュエータ１１とともに前進させ、打撃ハンマー１６をセリ矢８３に押し当て、この状態で掘削アクチュエータ１１に打撃動作を行わせ、クサビ８２にセリ矢８３を打ち込み、転石８０を破砕する。

・次に、転石撤去装置１を掘進ケーシング４０の外に搬出する搬出工程を行う。これは、操作者がスイッチボックス８のスイッチを操作して各電磁石４の通電を停止し、格納機構４１を介して各キャスタ２を降ろす。この状態で、転石撤去装置１はキャスタ２を介して走行することにより、作業者が転石撤去装置１を押して掘進ケーシング４０内に運ぶことを容易に行うことができる。

こうして、転石撤去装置１を掘削発進側２１に運び出した後、破砕した転石８０を運び出す作業が行われる。

以上のように、切羽に覆工エレメント内に取り込めないほど大きな転石が出てきた場合、転石撤去装置１を掘進ケーシング４０内に搬入して据え付け、共通の掘削アクチュエータ１１を用いて掘削ビット１５に転石８０に穴８１を削孔する回転打撃動作を行わせるとともに、打撃ハンマー１６にセリ矢８３をクサビ８２に打ち込む打撃動作を行わせることにより、掘進ケーシング４０内の狭隘箇所において転石８０を容易に破砕することが可能となる。

操作者は、削孔した転石８０の穴８１にクサビ８２を挿入し、このクサビ８２にセリ矢８３を介装する介装工程と、掘削アクチュエータ１１のヘッド１２に掘削ビット１５に換えて打撃ハンマー１６を取付ける工具交換工程を手動で行い、掘削ビット１５によって転石８０に穴８１を削孔する回転打撃動作を行わせる工程と、打撃ハンマー１６にセリ矢８３をクサビ８２に打ち込む打撃動作を行わせる打ち込み工程を掘削アクチュエータ１１によって容易に行う構成としたため、転石８０を破砕する作業時間を短縮し、施工性を改善することができる。

転石撤去装置１は覆工エレメント３３および掘進ケーシング４０を走行してベースフレーム３を支持するキャスタ２と、ベースフレーム３にキャスタ２を引き上げ可能に支持する格納機構４１と、ベースフレーム３を掘進ケーシング４０に固定する固定機構として、ベースフレーム３を掘進ケーシング４０に吸着固定する電磁石４とを備えたため、掘進ケーシング４０内の狭隘箇所において転石撤去装置１を搬送し任意の位置に据え付ける作業が容易に行える。

転石撤去装置１はベースフレーム３に対して垂直軸回りに旋回する旋回台５と、この旋回台５に対して水平軸回りに回動する俯仰台６と、この俯仰台６に対して平行移動するスライド台７とを備え、このスライド台７に掘削アクチュエータ１１を取付けたことにより、掘進ケーシング４０内の狭隘箇所において掘削アクチュエータ１１の向きを転石８０に向けて進退させることが容易に行える。

なお、ベースフレーム３を掘進ケーシング４０に固定する固定機構として、ベースフレーム３を掘進ケーシング４０に突っ張り支持する支持棒を設けてもよい。

また、この固定機構として、ベースフレーム３を掘進ケーシング４０にチェーンブロック等を介して支持する構成としてもよい。

また、この固定機構として、掘進ケーシング４０にピン等の凸部を形成し、ベースフレーム３にこの凸部に係合する穴または凹部を形成してもよい。

図１１の（ａ）に示すように、打撃ハンマー１６は掘削アクチュエータ１１のヘッド１２に支持されるロッド部１６ａと、セリ矢８３を打撃するハンマー部１６ｂとを一体形成している。

ハンマー部１６ｂには凹部１６ｃが形成され、この凹部１６ｃ内にセリ矢８３の基端部が挿入された状態で打撃動作が行われるようになっている。これにより、打撃ハンマー１６にセリ矢８３をクサビ８２に打ち込む打撃動作を行わせるとき、打撃ハンマー１６がセリ矢８３からズレることがなく、打撃動作が円滑に行われる。

他の実施形態として、図１１の（ｂ）に示すように、打撃ハンマー１６を掘削ビット１５の先端部に嵌合して支持される構造としてもよい。この打撃ハンマー１６は掘削ビット１５の先端部に嵌合する取付穴１６ｄを有し、この取付穴１６ｄに掘削ビット１５の先端部が挿入される。

図１２に示すように、打撃ハンマー１６の取付穴１６ｄには掘削ビット１５の先端部に当たる保護緩衝材１７が設けられる。この保護緩衝材１７は非鉄金属または高分子材等の弾性材によって形成される。この保護緩衝材１７を設けることにより、掘削ビット１５の先端部が打撃ハンマー１６に直接当たって損傷することを防止できる。

打撃ハンマー１６の取付穴１６ｄには掘削ビット１５の外周部に嵌められるＯリング１８が設けられ、抜け止めがはかられる。打撃ハンマー１６の取付穴１６ｄの内周面には環状溝１６ｅが形成され、この環状溝１６ｅにＯリング１８が介装される。

この場合、打撃ハンマー１６を掘削ビット１５の先端部に嵌合して支持されることにより、掘削ビット１５を掘削アクチュエータ１１に取付けたまま打撃ハンマー１６を着脱することができ、掘削アクチュエータ１１に掘削ビット１５に換えて打撃ハンマー１６を取付ける工具交換工程を速やかに行うことができる。

本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

本発明の非開削工法における転石撤去方法および転石撤去装置は、例えば鉄道線路、道路等の路線下に立体交差するトンネル工事や、他のトンネル工事に利用できる。

本発明の実施の形態における非開削工法を示す断面図。 同じく転石撤去装置の側面図。 同じく転石撤去装置の平面図。 同じく転石撤去装置の平面図。 同じく（ａ），（ｂ）は転石撤去装置の動作を示す側面図。 同じく転石撤去装置の動作を示す側面図。 同じく削孔工程を示す側面図。 同じく介装工程を示す斜視図。 同じく工具交換工程を示す側面図。 同じく打ち込み工程を示す側面図。 同じく（ａ），（ｂ）は工具を示す側面図。 同じく工具を示す断面図。 従来例を示す従来のトンネル掘削工非開削工法を示す横断面図。 同じく地山に覆工エレメントを挿入して覆工壁を形成した状態を示す縦断面図。

符号の説明

１ 転石撤去装置
２ キャスタ
３ ベースフレーム
４ 電磁石（固定機構）
５ 旋回台
６ 俯仰台
７ スライド台
９ 転石
１１ 掘削アクチュエータ
１５ 掘削ビット
１６ 打撃ハンマー
３３ 覆工エレメント
４０ 掘進ケーシング
８２ クサビ
８３ セリ矢

Claims (5)

1. 地山にトンネルを非開削の状態で覆工エレメントに先行して掘進ケーシングを挿入する非開削工法における転石撤去方法において、
   転石撤去装置を前記掘進ケーシング内に搬入する搬入工程と、
   この転石撤去装置が掘削ビットに転石に穴を削孔する回転打撃動作を行わせる削孔工程と、
   削孔した転石の穴にクサビを挿入し、このクサビにセリ矢を介装する介装工程と、
   転石撤去装置に掘削ビットに換えて打撃ハンマーを取付ける工具交換工程と、
   転石撤去装置が打撃ハンマーにセリ矢をクサビに打ち込む打撃動作を行わせる打ち込み工程と、
   転石撤去装置を掘進ケーシングから搬出する搬出工程とを行うことを特徴とする非開削工法における転石撤去方法。
2. 地山にトンネルを非開削の状態で覆工エレメントに先行して掘進ケーシングを挿入する非開削工法における転石撤去装置において、
   前記覆工エレメントおよび掘進ケーシング内を移動するベースフレームと、
   このベースフレーム上に搭載される掘削アクチュエータとを備え、
   この掘削アクチュエータは掘削ビットを回転して転石に穴を削孔する回転打撃動作と打撃ハンマーにセリ矢をクサビに打ち込む打撃動作を切換える回転打撃動作切換機構を備えたことを特徴とする請求項１に記載の非開削工法における転石撤去装置。
3. 前記覆工エレメントおよび前記掘進ケーシングを走行して前記ベースフレームを支持するキャスタと、
   ベースフレームにこのキャスタを引き上げ可能に支持する格納機構と、
   ベースフレームを掘進ケーシングに固定する固定機構とを備えたことを特徴とする請求項２に記載の非開削工法における転石撤去装置。
4. 前記ベースフレームに対して垂直軸回りに旋回する旋回台と、
   この旋回台に対して水平軸回りに回動する俯仰台と、
   この俯仰台に対して平行移動するスライド台とを備え、
   このスライド台に前記掘削アクチュエータを備えたことを特徴とする請求項２または３に記載の非開削工法における転石撤去装置。
5. 前記打撃ハンマーを前記掘削ビットの先端部に嵌合して支持することを特徴とする請求項２から４のいずれか一つに記載の非開削工法における転石撤去装置。

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