JP4689582B2 - 長尺削孔装置 - Google Patents

Description

本発明は、ガイドセル延伸方式の長尺削孔装置に関する。

山岳トンネルにおける補助工法の一つとして約12.5ｍに及ぶ長尺削孔が必要となる長尺先受け工法（例えば、長尺フォアパイリング工や長尺鏡ボルト工を指す）がある。その代表的な工法の一つであるＡＧＦ工法では、図６に示すような状況で施工が実施される。図６において、１０は約10ｃｍの厚さの鏡吹付けコンクリートを施した切羽である。
作業手順としては、切羽１０近傍に設置した施工重機であるドリルジャンボ６１のブーム６２先端に備えられる標準長さ5.3ｍのガイドセル６４に、図７に示した削岩機６５により、通常、計四本打設する二重管による鋼管１・２・３・４のうち、先頭管１およびインナーロッドのみをセットし、最初の削孔・打設工を行う。
打設終了後、図７に示すように、ガイドセル６４の位置を切羽１０近傍の高所に固定したまま、ドリルジャンボ１のバスケット６６に長さ約3.0ｍで重量約50ｋｇの中間管２と重量約20ｋｇのロッドを載せて上方へ移動し、作業員の手で鋼管２およびロッドのノミ継ぎ作業を行った後に削孔・打設工を実施する。以降、残りの二本分の鋼管３・４のノミ継ぎ作業および削孔・打設工を繰り返し、打設工が終了した時点でビット、ロッドを回収した後、鋼管１・２・３・４内から地山への注入工を行う。
従って、図６において、一般的な１打設長は12.5ｍ、ラップ長は3.5ｍ、１シフト長は9ｍとなる。

なお、長い削孔ロッドであってもロッドの継ぎ足しを行なうことなく一気に所定長の削孔が可能となる発明として、削孔機械であるドリルジャンボではなく、バックホーもしくはトラッククレーンのブーム先端に取り付ける長尺削孔装置がある（特許文献１参照）。
特許文献１の長尺削孔装置は、本体の架台に対して設けられた第１ガイドセルと、この第１ガイドセルの長手方向に沿って設けられたチェーンに噛合し、装備された第１フィードモータにより前後進自在に設けられた第２ガイドセルと、この第２ガイドセルの長手方向に沿って設けられたチェーンに噛合する前記第１フィードモータとは別の、装備された第２フィードモータにより前後進する削孔機本体とを備え、第２ガイドセルは、その後退時において、第１フィードモータにより第１ガイドセルの後端より後方に延在するように構成され、この第２ガイドセルの後退作動と独立して削孔機本体が第２フィードモータにより後退自在とされたものである。
特許第２９２２１４２号公報

しかし、前述したＡＧＦ工法では、約12.5ｍに及ぶ長尺削孔による１打設を行うまでに三回の切羽近傍高所での重量物である二重管による鋼管・ロッドのノミ継ぎ作業が不可欠であることから、1)削孔・打設工に多大な時間・労力を要し、作業効率が悪くコストがかさむ、2)ノミ継ぎ作業時において、切羽近傍でしかも上空に持ち上げられたバスケット内という高所で狭い作業スペースの中で鋼管およびインナーロッドという重量物を人力で持ち上げ、ガイドセル上にセットするという危険作業を伴う、という問題点があった。
これを解決する手段として、補助工法実施時には山岳トンネルの支保工として不可欠なロックボルトの削孔・打設、あるいは発破孔の削孔にも使用するドリルジャンボ以外に、補助工法実施用の専用重機（例えば、トレビチューブ工法用重機）を別途用意する必要があるが、コストがかさむ欠点があった。

また、特許文献１の長尺削孔装置は、ドリルジャンボとは別のバックホーもしくはトラッククレーンのブーム先端に取り付けるもので、ガイドセルを二段のモータ駆動のチェーン機構による延伸機構で構成したものである。従って、ガイドセルの延伸駆動のために二個のモータを装備しなければならず、その分、コストがかさむ。

本発明の課題は、延伸方式のガイドセルによる長尺削孔装置を、別個の駆動源を要することなくドリルジャンボに装備可能とすることである。

以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、アウターチューブと、このアウターチューブに組み付けられたエクステンションシリンダと、このエクステンションシリンダに組み付けられたインナーチューブと、このインナーチューブ上に組み付けられたガイドレールと、このガイドレールに沿って前進後退自在に組み付けられたガイドセルと、このガイドセルに沿って前進後退自在に組み付けられたドリフタと、前記インナーチューブの左右両側面にそれぞれ設けた同軸上のダブルプーリと、前記アウターチューブの左右両側面にそれぞれ設けた同軸上のダブルプーリによる支点プーリと、左右それぞれの側面において前記アウターチューブとガイドセルとの間に架設され、かつ、前記インナーチューブに設けたダブルプーリと支点プーリとに４本掛けされたワイヤとを備える長尺削孔装置を特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の長尺削孔装置であって、前記インナーチューブの前端部左右両側面にそれぞれ設けた前記ダブルプーリによるフロントプーリと、前記インナーチューブの後端部左右両側面にそれぞれ設けた前記ダブルプーリによるリアプーリと、左右それぞれの側面において前記フロントプーリと支点プーリとに４本掛けされたフロントワイヤと、左右それぞれの側面において前記リアプーリと支点プーリとに４本掛けされたリアワイヤとを備えることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の長尺削孔装置であって、前記エクステンションシリンダ及び前記インナーチューブを組み込む前記アウターチューブは、前記ドリルジャンボのブーム先端に組み付けられるとともに、前記エクステンションシリンダは、前記ドリルジャンボからの作動油の供給排出により伸縮動作することを特徴とする。

本発明によれば、ダブルプーリによるフロントプーリと支点プーリとに、あるいはダブルプーリによるリアプーリと支点プーリとにワイヤを４本掛けしたことで、エクステンショシリンダのストロークに対しガイドセルの移動量を４倍にできる。
しかも、エクステンションシリンダを、ドリルジャンボからの作動油の供給排出により伸縮動作できるため、別個の駆動源を必要とせず、コストを抑えられる。

以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。
図１は本発明を適用した長尺削孔装置の一実施形態の構成を示すもので、前述と同様、１・２・３・４は鋼管（二重管）、１０は切羽であり、１１はドリルジャンボ、２１はエクステンションシリンダ、２２はアウターチューブ、２３はインナーチューブ、３１はガイドレール、３２はガイドセル、３３はドリフタ、４１は支点プーリ、４２はフロントプーリ、４５はリアプーリである。

この実施形態において、作業の効率化とコストダウンおよび安全性向上を図るために、汎用機であるドリルジャンボ１１を使って12.5ｍ程度の長尺鋼管１・２・３・４を高所でのノミ継ぎ作業なしに削孔・打設が可能な延伸機構を組み込んだ収縮時長さ6ｍ程度の長尺削孔装置を構成する。

ドリルジャンボ１１には、ブーム１２の先端に長尺削孔装置が備えられている。この長尺削孔装置は、図示のように、エクステンションシリンダ２１、アウターチューブ２２、インナーチューブ２３、ガイドレール３１、ガイドセル３２、ドリフタ３３、支点プーリ４１、フロントプーリ４２、フロントワイヤ４３、リアプーリ４５及び図略のリアワイヤから構成される。

アウターチューブ２２は、ドリルジャンボ１１に搭載され、このアウターチューブ２２に組み込まれたエクステンションシリンダ２１は、ブーム１２を油圧により揺動動作するための図略の油圧源からの作動油の供給排出により伸縮動作するもので、油圧源から図略の油圧配管が接続されている。
インナーチューブ２３は、このエクステンションシリンダ２１と接続連動して前方に伸縮動作するもので、このインナーチューブ２３には前方に延びるブラケット２５が伸縮可能に組み付けられている。このブラケット２５の先端にロッドガイド２６が備えられている。

そして、インナーチューブ２３の上には、アウターチューブ２２と接触しないようにガイドレール３１が組み付けられている。さらに、ガイドレール３１上には、このガイドレール３１に沿って前進後退自在にガイドセル３２が組み付けられている。
ガイドセル３２上には、このガイドセル３２に沿って前進後退自在にドリフタ３３が組み付けられている。ドリフタ３３は、前方に延びる削孔ロッド３４を備えるとともに、その先端にビット３５を備えている。このドリフタ３３は、既知のように、ドリルジャンボ１１に搭載された駆動源から配管を介して空気圧、油圧または電力により前進後退動作するとともに、削孔ロッド３４の回転及び打撃力を発生する。

また、アウターチューブ２２の左右両側面には、それぞれ支点プーリ４１が備えられている。具体的には、アウターチューブ２２の側面の前方寄り部に支点プーリ４１が取り付けられている。この支点プーリ４１は同軸上のダブルプーリである。
そして、インナーチューブ２３の左右両側面には、それぞれフロントプーリ４２が備えられている。具体的には、インナーチューブ２３の側面の前端部にフロントプーリ４２が取り付けられている。このフロントプーリ４２は同軸上のダブルプーリである。

以上の支点プーリ４１及びフロントプーリ４２には、図３に示すように、フロントワイヤ４３が架け渡されている。すなわち、フロントワイヤ４３は、アウターチューブ２２の前端部とガイドセル３２の後端部との間に架設されるもので、図４に示したように、ダブルプーリである支点プーリ４１の例えば内側プーリとダブルプーリによるフロントプーリ４２とに左右それぞれ４本掛けされている。

また、同様にインナーチューブ２３の左右両側面には、それぞれリアプーリ４５が備えられている。具体的には、インナーチューブ２３の側面の後端部にリアプーリ４５が取り付けられている。このリアプーリ４５は同軸上のダブルプーリである。
なお、以上のリアプーリ４５及び支点プーリ４１には、図略のリアワイヤが架け渡されている。すなわち、リアワイヤは、フロントワイヤ４３と同様、アウターチューブ２２とガイドセル３２の前端部との間に架設されるもので、ダブルプーリである支点プーリ４１の例えば外側プーリとダブルプーリによるリアプーリ４５とに左右それぞれ４本掛けされている。

図２は本発明によるＡＧＦ工法における作業フローを示すものである。
まず、図２（ａ）に示したように、ドリルジャンボ１１のブーム１２先端に対し長尺削孔装置を組み込む。すなわち、アウターチューブ２２をドリルジャンボ１１のブーム１２先端に取り付けて固定する。
そして、図２（ｂ）に示したように、ガイドセル３２を後退位置に保持することで長尺削孔装置を延伸して鋼管１・２・３・４を予め地組みしておく。このとき、削孔ロッド３４は鋼管１・２・３・４内を貫通し、その先頭管１がロッドガイド２６で支持されている。
その後、ドリルジャンボ１１のブーム１２の姿勢制御により、図２（ｃ）に示したように、切羽１０に対する連続削孔を開始する。

図３は図１の長尺削孔装置を拡大して示すもので、図３（ａ）はガイドセル３２が後退位置にある状態を示しており、図３（ｂ）はガイドセル３２が前進位置にある状態を示している。

図４は図３の支点プーリ４１、フロントプーリ４２及びフロントワイヤ４３の動作を示すもので、図４（ａ）はガイドセル３２が後退位置にある状態を示しており、図４（ｂ）はガイドセル３２が前進位置にある状態を示している。
すなわち、エクステンションシリンダ２１への作動油の供給により、インナーチューブ２３の前進に合わせてフロントプーリ４２が、図４（ａ）から図４（ｂ）に示すように前進する。

ここで、フロントプーリ４２はダブルプーリなので、支点プーリ４１を含んで４本掛けしたフロントワイヤ４３により、アウターチューブ２２に対しガイドレール３１を介してガイドセル３２が前進する。このガイドセル３２の前進距離は、インナーチューブ２３の前進距離の４倍となる。従って、インナーチューブ２３が2ｍ前進すると、ガイドセル３２は8ｍ前進する。
そして、ガイドセル３２上をドリフタ３３が5ｍ前進することで、最長13ｍの削孔が可能となる。

なお、ガイドセル３２の後退は、支点プーリ４１とダブルプーリによるリアプーリ４５とに４本掛けされた図略のリアワイヤにより、前進と同様の原理で行なわれる。

以上の長尺削孔装置を使用することで、図２に示すように、予め12.5ｍ以上に延伸したガイドセル３２上に鋼管１・２・３・４およびインナーロッドを予め地組みしておくことが可能となる。
従って、1)削孔・打設時間短縮によるサイクルタイムの削減、2)一本物の長尺鋼管１・２・３・４が使用可能となり、鋼管継ぎ手ネジ部の加工費等、消耗部材のコストダウン、3)切羽近接作業の軽減、高所作業の撤廃に伴う安全性の向上、が見込まれる。

また、図５に示すように、長尺削孔装置をガイドセル３２の長さ6ｍ程度に短縮させることで、ドリルジャンボ１１のブーム１２の姿勢制御により、水平方向のみならず鉛直方向のロックボルトの打設が可能となる。
すなわち、トンネルの断面内に長尺削孔装置が収まるものとなるので、汎用機としてのドリルジャンボ１１の特性が活用できる。さらに、長尺削孔装置をドリルジャンボ１１に設置・撤去する際の図略のダンプトラックを利用した運搬時にも問題が生じない。

しかも、長尺削孔装置はできるだけ軽量化を図り、一般的なドリルジャンボ１１のブーム１２先端に着脱が可能で、その駆動はドリルジャンボ１１から供給される油圧式であることから、長尺削孔装置を作動させるために特に別途、用意しなければならない物はない。

本発明を適用した長尺削孔装置の一実施形態の構成を示すもので、ドリルジャンボに搭載した削孔開始状態を示す全体側面図（ａ）と、長尺削孔装置の削孔終了状態を示した部分側面図（ｂ）である。 本発明によるＡＧＦ工法における作業フローを示すもので、図１のドリルジャンボのブーム先端に対する長尺削孔装置の組み込みを示す概略側面図（ａ）と、ガイドセルを延伸して鋼管を予め地組みしておく状態を示した概略側面図（ｂ）と、切羽に対する連続削孔の開始状態を示した概略側面図（ｃ）である。 図１の長尺削孔装置を拡大して示すもので、ガイドセルが後退位置にある状態を示した側面図（ａ）と、ガイドセルが前進位置にある状態を示した側面図（ｂ）である。 図３のプーリ及びワイヤの動作を示すもので、ガイドセルが後退位置にある状態を示した説明図（ａ）と、ガイドセルが前進位置にある状態を示した説明図（ｂ）である。 本発明を適用したドリルジャンボによる鉛直ロックボルト打設状態（ガイドセル短縮状態）を示した全体側面図である。 従来のＡＧＦ工法による打設を概念的に示した図である。 従来のＡＧＦ工法によるノミ継ぎ作業状況を示した図である。

符号の説明

１・２・３・４ 鋼管（二重管）
１０ 切羽
１１ ドリルジャンボ
１２ ブーム
２１ エクステンションシリンダ
２２ アウターチューブ
２３ インナーチューブ
２５ ブラケット
２６ ロッドガイド
３１ ガイドレール
３２ ガイドセル
３３ ドリフタ
３４ 削孔ロッド
３５ ビット
４１ 支点プーリ（ダブルプーリ）
４２ フロントプーリ（ダブルプーリ）
４３ フロントワイヤ
４５ リアプーリ（ダブルプーリ）

Claims (3)

1. アウターチューブと、
   このアウターチューブに組み付けられたエクステンションシリンダと、
   このエクステンションシリンダに組み付けられたインナーチューブと、
   このインナーチューブに組み付けられたガイドレールと、
   このガイドレールに沿って前進後退自在に組み付けられたガイドセルと、
   このガイドセルに沿って前進後退自在に組み付けられたドリフタと、
   前記インナーチューブの左右両側面にそれぞれ設けた同軸上のダブルプーリと、
   前記アウターチューブの左右両側面にそれぞれ設けた同軸上のダブルプーリによる支点プーリと、
   左右それぞれの側面において前記アウターチューブとガイドセルとの間に架設され、かつ、前記インナーチューブに設けたダブルプーリと支点プーリとに４本掛けされたワイヤとを備えることを特徴とする長尺削孔装置。
2. 前記インナーチューブの前端部左右両側面にそれぞれ設けた前記ダブルプーリによるフロントプーリと 、
   前記インナーチューブの後端部左右両側面にそれぞれ設けた前記ダブルプーリによるリアプーリと、
   左右それぞれの側面において前記フロントプーリと支点プーリとに４本掛けされたフロントワイヤと、
   左右それぞれの側面において前記リアプーリと支点プーリとに４本掛けされたリアワイヤとを備えることを特徴とする請求項１に記載の長尺削孔装置。
3. 前記エクステンションシリンダ及び前記インナーチューブを組み込む前記アウターチューブは、前記ドリルジャンボのブーム先端に組み付けられるとともに、
   前記エクステンションシリンダは、前記ドリルジャンボからの作動油の供給排出により伸縮動作することを特徴とする請求項１または２に記載の長尺削孔装置。

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