JP4634099B2

JP4634099B2 - 岩盤穿孔用ビット

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Publication number: JP4634099B2
Application number: JP2004252515A
Authority: JP
Inventors: 洋一西村; 正樹多田
Original assignee: Kumagai Gumi Co Ltd
Current assignee: Kumagai Gumi Co Ltd
Priority date: 2004-08-31
Filing date: 2004-08-31
Publication date: 2011-02-16
Anticipated expiration: 2024-08-31
Also published as: JP2006070489A

Description

本発明は、トンネルを構築するために行われる岩盤の掘削、より詳細には岩盤の掘削のためにこれに先立って行われる岩盤への溝の形成に関する。

岩盤掘削のための発破の際に生じる衝撃波の伝播遮断、ブレーカのような割岩装置の使用により生じる岩塊のための移動代の確保等のため、岩面に馬蹄形状、直線状等に伸びる溝を形成することが行われる。

従来、このような溝の形成のため、岩盤にその岩面で見て１つの線上に整列する複数の第１の孔を互いに間隔をおいてかつ平行に穿ち、次いで、前記第１の孔を拡径すべく該第１の孔の周壁を掘削し、これによりその隣の他の第１の孔に連なる第２の孔を生じさせることが提案されている（特許文献１参照）。

この提案にあっては、前記第１の孔の周壁の掘削のため、前記第１の孔をガイド孔として、前記第１の孔の軸線に沿って掘削用のビットを移動・回転させる。しかし、岩盤内の弱層部の存在により、前記ビットが前記第１の孔のガイド下にあるに拘わらず、前記ビットの向きに変動が生じ、ために元の前記第１の孔とは非共軸の第２の孔が生じることがある。その結果、連続した溝が形成されないという不都合が生じることがある。また、前記ビットの移動・回転駆動のために特別な駆動装置を必要とする。
特開平１−３２２０８７号公報

本発明の目的は、岩盤に連続した溝を確実に形成することにある。

本発明は、岩盤の掘削に先立ち該岩盤に設けられる溝を形成すべく前記岩盤に穿たれた孔を拡径するために用いられる回転駆動されるビットであって、前記孔内に部分的に受け入れられかつその周壁から調芯作用を受けるように先細の円錐面又は半球面に形成された表面を有する本体と、該本体の表面の全域に取り付けられた複数のチップとを備える。

前記ビットは、さらに、前記本体の表面から伸びる先行ロッド、より好ましくは前記一の第１の孔の直径よりわずかに小さい直径を有する先行ロッドを有するものとすることができる。

本発明によれば、ビットは、前記一の第１の孔内に部分的に受け入れられかつその周壁から調芯作用を受けるように先細の円錐面又は半球面に形成された表面を有する。このため、前記ビットをその軸線が前記一の第１の孔の軸線の延長上にあるように支持しかつその表面を前記一の第１の孔の開口に押し付けた状態で回転駆動すると、その表面上のチップが前記一の第１の孔の周壁に切削作用を及ぼし、同時に、前記ビットは、その表面の幾何学的形状の故に、その表面が接する前記周壁からその軸線が前記一の第１の孔の軸線と一致するように強制される。その結果、他の第１の孔と平行でありかつこれと連なる第２の孔が得られ、このためこれらの孔からなる連続した溝が確実に形成される。

また、前記ビットはこれを駆動するためには特別な装置を必要としない。前記ビットは、例えばトンネル構築のために通常用いられる削岩機やドリルジャンボの削岩機に取り付けて使用することができる。

また、前記ビットに先行ロッドを設けるときは、これが前記一の第１の孔の周壁に衝突することにより、前記一の第１の孔の軸線に対する前記ビットの表面の半径方向への移動量を制限することができる。前記先行ロッドの直径を前記一の第１の孔の直径よりわずかに小さいものとするときは、前記表面の移動量をより小さいものとすることができる。

図１を参照すると、トンネルの構築のための岩盤１０の掘削に先立ち、後述する目的のため、岩盤１０にその岩面（又は切羽）１４に開口する溝１２（図２、図３又は図４参照）が形成される。

岩盤１０の掘削は、例えば岩盤１０にその岩面（又は切羽）１４からその前方（図上左方）に向けて穿たれた複数の孔（図示せず）内に装填された爆薬を爆発させることにより、あるいはブレーカのような割岩装置を用いた割岩により行われる。

溝１２は、前記爆薬の爆発時に生じる衝撃波の伝播を遮断し、又は前記割岩装置の使用により生じる岩塊のための移動代（移動空間）を得、あるいは掘削領域の境界を定めることを目的として形成される。この目的のため、溝１２は、例えば馬蹄形状（図２）、横一直線状（図３，４）等に伸びるように設けられる。

溝１２は、岩盤１０に、その岩面１４からその前方に向けて、岩面上１４で見て１つの線Ａ上に中心を有する複数の第１の孔１６，１８を互いに間隔をおいてかつ互いに平行に穿ち、次に、第２の孔２０を穿つことにより形成する。

第１の孔１６，１８の相互間隔、すなわち互いに隣接する一の第１の孔１６の軸線と他の第１の孔１８の軸線との間の間隔（岩面１４で見て両孔１６，１８の中心の相互間隔）、及び各第１の孔１６，１８の直径は、例えば１００ｍｍ及び５１ｍｍに設定する。また、各第１の孔の穿孔長は、例えば１，２００ｍｍ（掘進長が１，０００ｍｍの場合）とする。

第１の孔１６，１８は、トンネル構築のための岩盤１０の掘削に用いられる前記削岩機、ドリルジャンボ等を用いて穿つことができる。

次に、第１の孔１６を拡径してこれと同軸の第２の孔２０を生じさせるべく、第１の孔１６の周壁を掘削する。

第２の孔２０の直径は、例えば１５０ｍｍに設定する。これによれば、第２の孔２０は他の第１の孔１８に対し、これらの孔の軸線を含む平面上でみて、０．５ｍｍ（１００−５１／２−１５０／２＝−０．５）だけ食い込む。その結果、第２の２０は他の第１の孔１８と連通する。ただし、実際には、一の第１の孔１６の拡径時における後記ビット２２やこれを支持するロッド３２の振動により、第２の孔２０と他の第１の孔１８との連通部分を規定する岩盤１０の一部が破壊され、前記連通部分の幅がより大きいものとされる。もちろん、第２の孔２０の直径を１５０ｍｍを超える大きさに設定することは任意である。

第１の孔１６の周壁の掘削は、図１及び図５に示すビット２２を用いて行う。

ビット２２は、前記削岩機やドリルジャンボの削岩機２９のロッド３１の先端部に取り付けることができる。ビット２２は、削岩機２９を作動させることにより、これを駆動してその軸線方向への往復運動及びその軸線の周りの回転運動をさせることができる。

図５を参照すると、ビット２２は本体２４と、複数のチップ２６とを備える。

本体２４は、半球面からなる表面２８を有する。また、複数のチップ２６は互いに間隔をおいて表面２８に取り付けられ、表面２８から突出している。第１の孔１６の周壁はチップ２６からの衝撃作用及び切削作用を受けて掘削される。

ビット２２はさらに本体２４に連なる接続部３０を有し、該接続部を介して、削岩機のロッド３２の先端に取り付けることができる。接続部３０はビット２２の軸線上にその軸線を有し、また前記半球面はビット２２の軸線上にその中心を有する。

第２の孔２０の形成の際、ビット２２は、削岩機のロッド３１により、その軸線が第１の孔１６の軸線の延長上に位置し、その本体の表面２８が第１の孔１６の開口に対向するように支持され、その後、ビットの表面２８が第１の孔１６の開口に押し付けられる。

このとき、半球面からなる本体の表面２８は、その一部が第１の孔１６内に受け入れられ、第１の孔１６の周壁に接する。

さらに、ビット２２がその軸線の周りに回転駆動されるとき、そのチップ２６が第１の孔１６の周壁を掘削し、第１の孔１６を拡径する。その結果、第１の孔１８と第２の孔２０とが、岩面１４で見て、これらの中心が互いに間隔をおいて１つの線Ａ上に整列するように穿設される。

この間、第１の孔１６の周壁に接する本体の表面２８は、これが半球面からなるため、前記半球面の中心が第１の孔１６の軸線上にあるように強制される。すなわち、前記半球面の中心が第１の孔１６の軸線から離れることがあっても該軸線上に再び戻されるように、ビット２２は第１の孔１６の周壁から調芯作用を受ける。この調芯作用のため、拡径前の第１の孔１６と同軸の、したがって隣接する他の第１の孔１８と平行な第２の孔２０が生じる。

このため、第２の孔２０は他の第１の孔１８とその全長に亘って連なり、その結果、第１の孔１８と第２の孔２０とが互いに連なる空間である連続した溝１２が得られる。

第１の孔１８と第２の孔２０とは、岩面１４で見て、これらの第１及び第２の孔１８，２０の中心が、それぞれ、互いに他の一方に沿って伸びる外側及び内側の２つの線Ｂ，Ａ上にありかつ交互に位置するように、すなわち千鳥状に設ける（図４）ことができる。このためには、例えば、拡径により第２の孔２０とされる複数の一の第１の孔１６と、複数の他の第１の孔１８とを、岩面１４上で見て、これらの孔１６，１８の中心がそれぞれ内側の線Ａ上及び外側の線Ｂ上にありかつ両線Ａ，Ｂ上に交互に位置するように互いに平行に穿つ。ここで、「内側」及び「外側」とは、それぞれ、前記トンネルの軸線から近い位置にある線及び遠い位置にある線をいう。

特に、馬蹄形の溝１２をトンネルの掘削領域の境界とする場合は、第１及び第２の孔１８，２０を前記した千鳥状に配置することが好ましい。この場合は、さらに、拡径されないで残る第１の孔１８と、第２の孔２０とが１つの線Ｃに接することとなるようにすることが望ましい。この例においては、第１の孔１６の拡径のための該孔の周壁の掘削は、図示のビット２２以外の他のビット（図示せず）を使用して行うことも可能である。また、前記第１の孔１６の拡径を行うことなく、他の任意の穿孔装置を用いて、複数の小径の孔（符号１８で示す孔に相当する孔）と、これによりも大径の複数の孔（符号２０で示す孔に相当する孔）とをこれらの孔が前記した千鳥状をなしかつ互いに平行をなすように、各孔を独立に穿つことができる。

これによれば、岩面１４上で見て、図２又は図３に示す線Ａ及び線（境界線）Ｃとの間の距離と比べて、図４に示す線Ｂ及び線（境界線）Ｃとの間の距離をより小さいものとすること、より詳細には境界線Ｃと両孔１８，２０とで囲まれた部分の面積をより小さいものとすることができる。これは掘削領域の低減すなわち余掘り量の低減を意味する。

第１の孔１６を拡径するためのビット２２は、さらに先行ロッド３２を有するものとすることができる。先行ロッド３２は、第２の孔２０の形成の際、ビットの表面２８に先行して第１の孔１６内に挿入される。

先行ロッド３２は表面２８から接続部３０と反対の側へ伸び、ビット２２の軸線上に軸線を有する。これによれば、掘削時における先行ロッド３２の第１の孔１６の周壁への衝突により、第１の孔１６の軸線に対するビットの表面２８の半径方向移動（振れ）の大きさが制限される。したがって、この振れの大きさを小さいものとすべく、先行ロッド３２は第１の孔１６の直径よりわずかに小さい直径を有するものとすることが好ましい。また、先行ロッド３２の先端面に他のチップ３４を取り付けることができる。

ビット２２の本体の表面２８の形状を前記半球面とする例に代えて、これを円錐面とすることができる（図７及び図８）。

前記円錐面からなる表面２８は、接続部３０と反対の側に向けて先細に伸びており、ビット２２の軸線上にその軸線を有する。したがって、この例によれば、第２の孔２０の形成の際、表面２８の先細の先端部が第１の孔１６内に受け入れられる。

図８に示す例では、表面２８の先細の先端部（実際には前記円錐の截頭部）から図６に示すと同様に先行ロッド３２が伸びている。

岩盤に穿たれた第１の孔と、これを拡径して第２の孔とするために削岩機のロッドに支持されたビットとを示す説明断面図である。馬蹄形状に伸びる溝の正面図である。直線状に伸びる溝の正面図である。千鳥状に配列された第１の孔及び第２の孔を含む溝の正面図である。半球面からなる表面を有するビットの側面図である。さらに先行ロッドを有するビットの側面図である。円錐面からなる表面を有するビットの側面図である。さらに先行ロッドを有するビットの側面図である。

符号の説明

１０岩盤
１２溝
１６，１８第１の孔
２０第２の孔
２２ビット
２４，２６ビットの本体及びチップ
２８ビットの本体の表面
３２先行ロッド

Claims

岩盤の掘削に先立ち該岩盤に設けられる溝を形成すべく前記岩盤に穿たれた孔を拡径するために用いられる回転駆動されるビットであって、
前記孔内に部分的に受け入れられかつその周壁から調芯作用を受けるように先細の円錐面又は半球面に形成された表面を有する本体と、
該本体の表面の全域に取り付けられた複数のチップとを備える、ビット。
さらに、前記本体の表面から伸びる先行ロッドを含む、請求項１に記載のビット。
前記先行ロッドは前記孔の直径よりわずかに小さい直径を有する、請求項２に記載のビット。