JP4279247B2 - 削孔装置 - Google Patents

Description

本発明は、長尺の鋼管を切羽の地山などに打設する際に使用される削孔装置に関するものである。

一般に、軟弱な地盤にトンネルを掘進する際には、トンネル掘削に先立って切羽前方の地山を補強する地山先受工が行われている。地山先受工の一例としては注入式長尺先受工法がある。この工法は、図６（ａ）に示すように、切羽前方の地山５０に、トンネル掘削に一般に使用されるドリルジャンボ等の削孔装置６０を用い、支保工５１の背面から５度程度の仰角を付けて複数の鋼管５２を接続しながら打ち込み、この鋼管５２内に図示しない注入管を挿入して上記地山５０内に地盤固化剤を注入し、上記地山５０を補強するもので、図６（ｂ）に示すように、上記長尺の鋼管５３を、切羽天端部に沿って必要な補強の範囲（例えば、仰角θが１２０度である範囲）に打設した後、上記鋼管５３内に充填材を充填して補強する。
上記長尺の鋼管５３を打設する際には、図７（ａ）に示すように、上記鋼管５２内に、先端部に削孔用の拡径ビット３１を備えた削孔ロッド３０を挿入し、この削孔ロッド３０の他端側を上記削孔装置６０のガイドセル６２に搭載された削岩機６１に接続し、上記地山５０を削孔しながら上記鋼管５２を上記地山５０内へ挿入する。このとき、上記鋼管５２としては、３ｍ程度の長さのものを順次継ぎ足して長尺の鋼管５３を打設する。また、支保工５１を延長して構築するためには、上記鋼管５２の上記支保工５１から下の部分を撤去する必要があることから、撤去作業を容易にするため、図７（ｂ）に示すように、長尺の鋼管５３の最後端部の管５４を、鋼管５２に代えて、塩化ビニル管などの破砕し易い樹脂製の管としている（例えば、特許文献１，２参照）。
特開２０００−１８６４９０号公報 特開２００３−１５５８８８号公報

しかしながら、従来の注入式長尺先受工法では、複数本の鋼管５２を継ぎ足して長尺の鋼管５３としているため、所望の打設角度が得られないなど、長尺の鋼管５３を精度よく打設することが困難であるだけでなく、鋼管５２，５２の接続作業に時間と手間がかかるので、作業効率が悪いといった問題点があった。
そこで、上記予め９ｍ程度の長尺鋼管を準備し、これを地山５０内に挿入することも考えられるが、この場合には、上記長尺鋼管を打設するための、ストロークの大きな大型の削孔装置を準備する必要である。しかしながら、大型の削孔装置は装置が高価で、装備に時間や手間がかかるだけでなく、大型の削岩機を用いて、トンネル７０の横断面となる切羽天端部に沿って上記長尺鋼管を多数打設することは、トンネル７０の径がかなり大きな場合を除いては現実的には困難である。

本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、従来の削孔装置を大型化することなく、長尺鋼管を精度よく打設することができるようにすることを目的とする。

本願の請求項１に記載の発明は、その出力軸において、先端部に削孔用ビットを備えた削孔ロッド後端の接続部に接続される削岩機と、この削岩機を搭載してスライドさせるガイドセルとを備え、地山内に長尺の鋼管を打設するための削孔装置であって、上記ガイドセルに、長尺鋼管を把持しながらスライドさせるスライド機構と上記長尺鋼管の把持部とガイドセルとの距離を伸縮させる手段とを備えたスライドセントライザーを取付けるとともに、上記ガイドセルを上下させる機構を設けて、予め形成された削孔または、地山に打設された管内に上記長尺鋼管を挿入する際には、上記長尺鋼管を上記削孔または上記管方向にスライドさせ、上記長尺鋼管を打設する際には、上記ガイドセルを上昇させるとともに、上記長尺鋼管の把持部とガイドセルとの距離を縮めて、上記長尺鋼管内に別途挿入された上記削孔ロッドの接続部と上記削岩機とを接続可能としたものである。
なお、上記長尺鋼管とは、その長さが、通常使用される鋼管（普通鋼管：長さは３ｍ程）の長さの２〜５倍の長さを有する鋼管をいう。
本願の請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の削孔装置において、スライドセントライザーを、上記長尺鋼管を把持する把持部と、一端側が上記ガイドセルに取付けられ、他端側が上記把持部に取付けられた、例えば、油圧ジャッキのような伸縮装置とから構成したものである。

本発明によれば、削孔装置の削岩機を搭載するガイドセルに、長尺鋼管を把持しながらスライドさせるスライド機構と上記長尺鋼管の把持部と、油圧ジャッキなどのガイドセルとの距離を伸縮させる手段とを備えたスライドセントライザーを取付けるとともに、上記ガイドセルを上下させる機構を設けて、予め形成された削孔または、地山に打設された管内に上記長尺鋼管を挿入する際には、上記長尺鋼管を上記削孔または上記管方向にスライドさせ、上記長尺鋼管を打設する際には、上記ガイドセルを上昇させるとともに、上記長尺鋼管の把持部とガイドセルとの距離を縮めて、上記長尺鋼管内に別途挿入された上記削孔ロッドの接続部と上記削岩機とを接続可能としたので、従来の削孔装置を大型化することなく、長尺鋼管を精度よく打設することができる。

以下、本発明の最良の形態について説明する。
図１は、本発明の最良の形態に係る削孔装置１０の構成を示す図で、１１は長尺鋼管２１の内部に挿入された削孔ロッド３０に接続される削岩機、１２は上記削岩機１１を搭載してスライドさせるガイドセル、１３は基台１４上に設置されガイドセル１２を昇降させるための昇降手段、１５，１５は上記長尺鋼管２１を把持してスライドさせるスライドセントライザーで、上記削孔ロッド３０は、先端部に削孔用のビット（拡径ビット）３１を備え、基端部が、カップリング３２を介して、上記削岩機１１の出力軸１１ａに接続される。
上記スライドセントライザー１５は、詳細には、図２に示すように、長尺鋼管２１をその下部から把持する把持部材１６と、上記ガイドセル１２に、上記ガイドセル１２の両外側に突出するように取付けられた取付アーム１７，１７を介して取付けられた２本の油圧シリンダー１８，１８とを備えたもので、上記油圧シリンダー１８，１８の固定部であるシリンダー部１８ａ，１８ａが上記取付アーム１７，１７にそれぞれ固定され、可動部であるシリンダロッド１８ｂ，１８ｂの先端部が上記把持部材１６に取付けられる。これにより、長尺鋼管２１を把持する把持部材１６を、ガイドセル１２に対して昇降させることができるので、長尺鋼管２１とガイドセル１２との距離を伸縮させることができる。
また、本例では、挿入前あるいは挿入初期段階において、上記スライドセントライザー１５とともに上記長尺鋼管２１を確実に保持するため、削岩機１１の上部に上記長尺鋼管２１の後端側を保持する保持部材１９を取付ている。

図３（ａ）〜（ｅ）は、本発明の削孔装置１０を用いて長尺鋼管を切羽前方の地山５０に打設方法を示す模式図で、本例では、まず、図３（ａ）に示すように、長尺鋼管２１の打設に先行して、上記長尺鋼管２１の径よりも径が大きく、長さが３ｍ程度の、通常使用される鋼管と同じ長さのガイド管２２を地山５０の切羽面に最も近い位置の支保工５１の背面から５度程度の仰角を付けて打ち込み、このガイド管２２をガイドとして長尺鋼管２１を打設する。このとき、上記ガイド管２２が地山５０の既に打設された長尺鋼管２１により補強されていない部分に露出しないように、上記ガイド管２２を、ガイド管２２全体が、既に打設された長尺鋼管２１の下側（支保工５１側）に位置するような箇所に打込むことが好ましい。
本例では、上記ガイド管２２として塩化ビニル管などの樹脂製の管を用いている。そして、図４（ａ）に示すように、通常使用される鋼管（以下、普通鋼管という）５２の外側に上記ガイド管２２を被せ、上記普通鋼管５２内に、先端部に削孔用の拡径ビット３１を備え、基端部３３が、カップリング３２を介して、削孔装置１０の削岩機１１の出力軸１１ａに接続される削孔ロッド３０を挿入するとともに、上記削岩機１１をガイドセル１２に沿って前進させ、切羽前方の地山５０を削孔しながら上記普通鋼管５２とガイド管２２とを一体に推進する。上記ガイド管２２の打設後には、上記普通鋼管５２を回収するとともに、上記拡径ビット３１の径を縮小して、上記削孔ロッド３０を回収する。
次に、図３（ｂ）に示すように、上記ガイド管２２の中に長さ９ｍ（図では、長さを短くしてある）の長尺鋼管２１を挿入する。具体的には、図４（ｂ），（ｃ）に示すように、削孔装置１０のガイドセル１２にスライドセントライザー１５，１５を、上記ガイドセル１２に沿って移動可能に取付けるとともに、削岩機１１の上面にも保持部材１９を設置して、上記スライドセントライザー１５，１５の把持部材１６，１６と上記保持部材１９とにより、長尺鋼管２１を上記削岩機１１の上部に保持した後、後部のスライドセントライザー１５，１５を前方（切羽側）にスライドさせて上記長尺鋼管２１を上記ガイド管２２内に挿入する。このとき、上記挿入された長尺鋼管２１内に、予め延長した削孔ロッド３０を挿入し、上記長尺鋼管２１の後端部に、上記削岩機１１と接続するためのカップリング３２を取付けておく。

長尺鋼管２１の挿入後には、図３（ｃ）に示すように、上記長尺鋼管２１内に図示しない削孔ロッドの拡径ビットにより、切羽前方の地山５０を削孔しながら、上記長尺鋼管２１を地山５０内に打ち込む。詳細には、図５（ａ）に示すように、上記削岩機１１を前方にスライドさせて上記カップリング３２近傍まで移動させた後、昇降手段１３により上記ガイドセル１２を上昇させると同時に、油圧シリンダー１８を作動させて、上記スライドセントライザー１５の把持部材１６とガイドセル１２との距離を縮め、削岩機１１の中心と長尺鋼管２１の中心、すなわち、上記削岩機１１の出力軸１１ａと上記カップリング３２の接続部との高さを一致させた後、上記削岩機１１の位置を調整して、上記削岩機１１と上記カップリング３２とを接続する。
なお、上記作業中には、上記長尺鋼管２１に余分な力がかからないように、上記把持部材１６と上記ガイドセル１２との距離が縮まる速度を、ガイドセル１２の上昇速度に同調させるようにする必要がある。これにより、長尺鋼管２１の挿入角度を保持したまま、上記長尺鋼管２１と削岩機１１とを確実に接続することができる。
その後、図５（ｂ）に示すように、削岩機１１を稼動させながら上記削岩機１１を前方にスライドさせることにより、上記長尺鋼管２１を地山５０内に打ち込む。
この段階では、上記長尺鋼管２１は、ほとんどの部分が切羽前方の地山５０内に挿入されるが、後部の３ｍ程度は上記ガイド管２２の中にある。そこで、本例では、図３（ｄ）に示すように、上記長尺鋼管２１の後端部に押し切り削孔用のダミー管２３を接続し、上記長尺鋼管２１の後端部を上記ガイド管２２内の所定の位置にくるまで上記長尺鋼管２１を上記ガイド管２２内に挿入し打設する。本例では、上記長尺鋼管２１を有効利用するため、上記長尺鋼管２１の後端部をガイド管２２の先端部近傍にくるまで挿入するようにしている。

すなわち、図６（ａ）に示すように、上記カップリング３２を取外して上記削岩機１１を後方にスライドさせた後、削孔ロッド３０を延長するとともに、上記長尺鋼管２１の後端部に上記ダミー管２３を接続する。そして、上記ダミー管２３の後端部と削岩機１１の出力軸１１ａとを上記カップリング３２により接続した後、図６（ｂ）に示すように、削岩機１１を駆動させつつ前方にスライドさせ、上記長尺鋼管２１を切羽前面の地山５０内に更に挿入する。これにより、図３（ｅ）に示すように、上記長尺鋼管２１の後端部を上記ガイド管２２の先端部近傍にくるまで上記地山５０内に挿入することができる。
なお、上記カップリング３２を省略して、ダミー管２３の後端部と削岩機１１の出力軸１１ａとを当接させた状態で上記長尺鋼管２１を挿入するようにしてもよい。

このように、本最良の形態によれば、先端部に拡径ビット３１を備えた削孔ロッド３０に接続される削岩機１１と、この削岩機１１を搭載してスライドさせるガイドセル１２と、このガイドセル１２に、取付アーム１７を介して取付けられた、長尺鋼管２１を把持する把持部材１６及びこの把持部材１６と上記ガイドセル１２との距離を伸縮させる油圧シリンダー１８とを備えたスライドセントライザー１５と、基台１４に取付けられ、上記ガイドセル１２を昇降させる昇降手段１３とを備えた削孔装置１０を用いて、切羽前方の地山５０に打設されたガイド管２２内に上記長尺鋼管２１を挿入した後、上記昇降手段１３により上記ガイドセル１２を上昇させるとともに、上記油圧シリンダー１８を作動させて把持部材１６とガイドセル１２との距離を縮めて、上記長尺鋼管２１内に別途挿入された削孔ロッド３０の接続部と上記削岩機１１とを接続し、上記地山５０を削孔しながら、上記長尺鋼管２１を上記地山５０内に推進するようにしたので、大型の削孔装置を用いることなく、長尺鋼管２１を容易に打設することができる。
また、長尺鋼管２1を用いれば、鋼管を継ぎ足すことがないので鋼管の構造が簡単になり、そのため、加工手間がかからないので、鋼管を安価に製造することができる。

なお、上記最良の形態では、本発明の削孔装置１０を長尺先受け工法に適用した場合について説明したが、これに限るものではなく、長尺切羽補強工法などのように、長尺鋼管を打設する場合にも適用可能である。
また、長尺鋼管２１の長さは９ｍに限るものではなく、トンネルの大きさや、用いる削孔装置１０のストロークの長さ等により適宜設定されるものである。
また、上記例では、油圧シリンダー１８を用いて、把持部材１６とガイドセル１２との距離を伸縮させるようにしたが、ガイドセル１２にレールを立設し、このレールに把持部材を昇降動可能に取付けるなど、他の手段を用いてもよい。

以上説明したように、本発明によれば、従来の削孔装置を大型化することなく、長尺鋼管を精度よく打設することができるので、作業性を大幅に改善することができるとともに、工期を短縮することができる。また、構造が簡単で、加工手間がかからない長尺鋼管を打設することができるので、工費を節減することができる。

本発明の最良の形態に係る削孔装置の構成を示す図である。 本発明に係るスライドセントライザーの構成を示す図である。 本発明の削孔装置を用いた長尺鋼管の打設方法の概要を示す図である。 本最良の形態に係る長尺鋼管の打設方法を示す図である。 本最良の形態に係る長尺鋼管の打設方法を示す図である。 本最良の形態に係る長尺鋼管の打設方法を示す図である。 従来の長尺先受工法の概要を示す図である。 従来の長尺鋼管の打設方法を示す図である。

符号の説明

１０ 削孔装置、１１ 削岩機、１１ａ 出力軸、１２ ガイドセル、
１３ 昇降手段、１４ 基台、１５ スライドセントライザー、１６ 把持部材、
１７ 取付アーム、１８ 油圧シリンダー、１８ａ シリンダー部、
１８ｂ シリンダーロッド、１９ 保持部材、２１ 長尺鋼管、２２ ガイド管、
２３ 押し切り削孔用のダミー管、３０ 削孔ロッド、３１ 拡径ビット、
３２ カップリング、５０ 地山、５１ 支保工、５２ 普通鋼管。

Claims (2)

1. その出力軸において、先端部に削孔用ビットを備えた削孔ロッド後端の接続部に接続される削岩機と、この削岩機を搭載してスライドさせるガイドセルとを備え、地山内に長尺の鋼管を打設するための削孔装置であって、上記ガイドセルに、長尺鋼管を把持しながらスライドさせるスライド機構と上記長尺鋼管の把持部とガイドセルとの距離を伸縮させる手段とを備えたスライドセントライザーを取付けるとともに、上記ガイドセルを上下させる機構を設けて、予め形成された削孔または、地山に打設された管内に上記長尺鋼管を挿入する際には、上記長尺鋼管を上記削孔または上記管方向にスライドさせ、上記長尺鋼管を打設する際には、上記ガイドセルを上昇させるとともに、上記長尺鋼管の把持部とガイドセルとの距離を縮めて、上記長尺鋼管内に別途挿入された上記削孔ロッドの接続部と上記削岩機とを接続可能としたことを特徴とする削孔装置。
2. スライドセントライザーを、上記長尺鋼管を把持する把持部と、一端側が上記ガイドセルに取付けられ、他端側が上記把持部に取付けられた伸縮装置とから構成したことを特徴とする請求項１に記載の削孔装置。

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