JP6307002B2 - 地盤削孔方法及び地盤削孔装置 - Google Patents

Description

本発明は、地盤削孔方法及び地盤削孔装置に関する。

特許文献１には、岩盤探査方法が記載されている。この探査方法では、油圧式削岩機の穿孔時に取得される油圧データを利用して、岩盤の探査を行う。特許文献２には、ボーリング削孔時における地盤判定方法が記載されている。この判定方法では、水力式ダウンザホールハンマーを利用したボーリングマシンを用いて削孔する。特許文献３には、前方地山の評価方法が記載されている。この評価方法では、ウォーターハンマーを利用した削岩機を用いて削孔する。

特開２００２−１３３８１号公報 特開２００７−２７７９４０号公報 特開２０１２−１９３５９２号公報

トンネル等の掘削作業には、掘削対象である地山の状態を評価する作業や、爆薬装填用の長孔を形成する作業等がある。これら作業では、それぞれの目的に対応させるため比較的浅い孔を削孔する場合や、比較的深い孔を削孔する場合がある。削孔方法には、特許文献１のように油圧式削岩機を利用する方法や、特許文献２のように水力式ダウンザホールハンマーといった水圧式削岩機を利用する方法がある。しかし、油圧式削岩機と水圧式削岩機とには、それぞれ有利な点と不利な点とがある。例えば、特許文献１の油圧式削岩機は、深い孔の形成には不向きである。また、特許文献２の水圧式削岩機は、設備が大掛かりになる傾向にあり、特に、トンネルの一般作業時における比較的短い孔を削孔する作業の繰り返しには不向きである。従って、種々の削孔作業に対応可能とし、地盤の掘削を効率よく実施可能な地盤削孔方法及び地盤削孔装置が望まれていた。
また、油圧式削岩装置、水圧式削岩装置にはそれぞれ専用の削岩機が必要であって、互換性のある削岩方法及び削岩機を用いた地盤削孔方法及び地盤削孔装置の開発が望まれていた。

そこで、本発明は、地盤の掘削を効率よく実施可能な地盤削孔方法及び地盤削孔装置を提供することを目的とする。

本発明の一形態は、削岩装置を利用した地盤削孔方法である。削岩装置は、ガイドシェル上を移動可能に設けられた削岩機に着脱自在に取り付けられるシャンクロッドと、シャンクロッドに対して回転力を付与する油圧式回転機構と、シャンクロッドに対して打撃力を付与する油圧式打撃機構と、を備え、削岩装置のシャンクロッドに、第１のビットを有する第１のロッドを接続した後に、油圧式回転機構から付与される回転力と油圧式打撃機構から付与される打撃力とにより第１のビットを駆動することによって、地盤に第１の長孔を形成する工程と、削岩装置のシャンクロッドに、第２のビットを有すると共に第２のビットに打撃力を付与する水圧式打撃機構が先端に配置された中空構造の第２のロッドを接続した後に、油圧式回転機構から付与される回転力と水圧式打撃機構から付与される打撃力とにより第２のビットを駆動することによって、地盤に第１の長孔よりも深い第２の長孔を形成する工程と、を有する。

この地盤削孔方法では、第１の長孔と、第１の長孔よりも深い第２の長孔とを、１台の削岩機を利用して形成することが可能であるので、第１の長孔と第２の長孔との形成において、削岩機自体を入れ替える必要がない。従って、第１の長孔を形成する工程から第２の長孔を形成する工程への切り替え、及び第２の長孔を形成する工程から第１の長孔を形成する工程への切り替えを短時間で行うことができる。また、第２の長孔を形成する工程では、その先端に配置された水圧式打撃機構によって第２のビットに打撃力が付与される。従って、第２のビットに対して効率よく打撃力を付与することが可能になるので、第１の長孔よりも深い第２の長孔を削孔する場合には、油圧式と水圧式の動力を併用できるので、長孔掘削に必要な動力を増強できる。従って、地盤の掘削を効率よく実施することができる。

また、第２のロッドの外径は、第１のロッドの外径よりも大きくてもよい。削岩装置は、第２のロッドの一端が削岩機に取り付けられた片持ち梁構造を有しているので、鉛直下向きに撓む虞がある。ここで、第２のロッドの外径は、第１のロッドの外径よりも大きいので、第１のロッドよりも大きい断面係数を有する。従って、鉛直下向き方向への第２のロッドの撓みを抑制することができる。

また、地盤に第２の長孔を形成する工程では、削岩機に、シャンクロッドとして取り付けられる第２のシャンクロッドを取り付け、第２のシャンクロッドに形成されたネジ部に、第２の連結部の一端側を螺合し、第２の連結部の他端側に、第２のロッドに形成されたネジ部を螺合し、第２のシャンクロッドにおけるネジ部のネジ径は、第２のロッドにおけるネジ部のネジ径以上であってもよい。この構成によれば、第２の連結部と第２のシャンクロッドとの間よりも、第２のロッドと第２の連結部との間の螺合状態が解除されやすくなるので、第２の連結部と第２のシャンクロッドの螺合状態を維持したまま、第２のロッドと第２の連結部との間の螺号状態を解除することができる。従って、第２の連結部から第２のロッドを切り離す作業において、第２の連結部を直接回転させる必要がなく、切り離し作業における作業数を削減できる。

また、削岩機にシャンクロッドとして取り付けられる第２のシャンクロッドの外径は、削岩機にシャンクロッドとして取り付けられる第１のシャンクロッドの外径よりも大きくてもよい。この構成によれば、回転動力を効率よく伝達することができる。

また、第２の長孔を形成する工程を実施した後に第１の長孔を形成する工程を複数回実施してもよい。この態様によれば、第１の長孔よりも深い第２の長孔を形成することにより、深い位置まで地盤の状態に関する情報を得ることができる。そして、地盤の状態に関する情報を得た後に、第１の長孔を形成する。第１の長孔は、例えば、爆薬装填や地盤補強の目的に利用される。従って、地盤削孔に関する爆薬装填や地盤補強を行う際には地盤の状態に関する情報が得られているので、地盤の状態に応じた対応を実施することが可能になる。この態様によれば、地盤の掘削作業の作業性を向上することができる。

本発明の別の形態は、地盤に長孔を削孔する地盤削孔装置である。ガイドシェル上を移動可能に設けられた削岩機に着脱自在に取り付けられるシャンクロッドと、シャンクロッドに対して回転力を付与する油圧式回転機構と、シャンクロッドに対して打撃力を付与する油圧式打撃機構と、を備え、シャンクロッドに、第１のビットを有する第１のロッドを接続した第１の態様と、シャンクロッドに、第２のビットを有すると共に第２のビットに打撃力を付与する水圧式打撃機構が先端に配置された中空構造の第２のロッドを接続した第２の態様と、有する。第１の態様では、油圧式回転機構から付与される回転力と油圧式打撃機構から付与される打撃力とにより第１のビットを駆動することによって、地盤に第１の長孔を形成する。第２の態様では、油圧式回転機構から付与される回転力と水圧式打撃機構から付与される打撃力とにより第２のビットを駆動することによって、地盤に第１の長孔よりも深い第２の長孔を形成する。

この地盤削孔装置では、第１の長孔と、第１の長孔よりも深い第２の長孔とを、１台の削岩機を利用して形成することが可能であるので、第１の長孔と第２の長孔との形成において、削岩機自体を入れ替える必要がない。従って、第１の長孔を形成する工程から第２の長孔を形成する工程への切り替え、及び第２の長孔を形成する工程から第１の長孔を形成する工程への切り替えを短時間で行うことが可能である。また地盤削孔装置では、その先端部に配置された水圧式打撃機構によって第２のビットに打撃力が付与される。従って、第２のビットに対して効率よく打撃力を付与することが可能になるので、第１の長孔よりも深い第２の長孔を削孔する場合には、油圧式と水圧式の動力を併用できるので、長孔掘削に必要な動力を増強でき効率よく削孔することができる。従って、地盤の掘削を効率よく実施することができる。

本発明の地盤削孔方法及び地盤削孔装置によれば、地盤の掘削を効率よく実施することができる。

本発明に係る地盤削孔方法が実施される様子を示す側面図である。 図２（ａ）、（ｂ）は第１の長孔を削孔する工程を示す側面図であり、図２（ｃ）は第２の長孔を削孔する工程を示す側面図である。 第１の態様に係る削岩装置の主要な構成部品を示す側面図である。 第１の態様に係る削岩装置の主要な構成部品を示す分解図である。 第２の態様に係る削岩装置の主要な構成部品を示す側面図である。 第２の態様に係る削岩装置の主要な構成部品を示す分解図である。 地盤探索用の長孔を削孔する工程の一部を示す側面図である。 図７に続いて、地盤探索用の長孔を削孔する工程の一部を示す側面図である。 図８に続いて、地盤探索用の長孔を削孔する工程の一部を示す側面図である。 図９に続いて、地盤探索用の長孔を削孔する工程の一部を示す側面図である。 変形例に係る第２の態様における削岩装置の主要な構成部品を示す分解図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための形態を詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１に示されるように、地盤削孔方法は、トンネル掘削現場等で実施される地盤削孔作業に用いられる。坑道１００は略水平方向に延在し、坑道１００の最深部には切羽１０１が露出している。なお、以下の記載において、説明の便宜上、切羽１０１側を「前」、坑道１００の出入り口側を「後」として説明する。削孔作業には、地盤削孔装置１が利用される。また、坑道１００内には、地盤削孔装置１に付帯する設備として、高水圧ポンプ９１、ポンプ用電源９２、水タンク９３等が配置される。

図２に示されるように、地盤削孔作業は、目的に応じた２種類の削孔作業を含む。まず、図２（ａ）及び（ｂ）に示されるように、地盤削孔作業には、爆薬装填用の長孔（第１の長孔）を削孔する作業がある。この第１の長孔Ｈ１の削孔に供するビットは、例えば、直径が４０ｍｍ〜５０ｍｍ程度であり、一例として４５ｍｍである。第１の長孔Ｈ１の深さＤ１は、切羽１０１を基準として１ｍ〜２ｍ程度である。一例として、深さＤ１は、１．５ｍである。まず、地盤削孔装置１を用いて、複数の第１の長孔Ｈ１を形成する（図２（ａ）参照）。そして、当該第１の長孔Ｈ１に爆薬を装填し、所定領域Ａ１を爆破掘削する。そして、地盤削孔装置１を前進させて（図２（ｂ）参照）、再び第１の長孔Ｈ１を形成する。この作業を繰り返して、坑道１００を形成する。また、図２（ｃ）に示されるように、地盤削孔作業には、地盤探査用の長孔（第２の長孔）を削孔する作業がある。この第２の長孔Ｈ２の削孔に供するビットは、例えば、直径が５０ｍｍ〜２５０ｍｍ程度であり、切羽１０１を基準とした深さＤ２が５０ｍｍ〜１００ｍ程度である。すなわち、第２の長孔Ｈ２は、第１の長孔Ｈ１と比較すると、その深さＤ２が極めて大きい。

＜地盤削孔装置＞
まず、地盤削孔方法に利用される地盤削孔装置１について説明する。再び図１に示されるように、地盤削孔装置１は、本体車両２と、少なくとも１台の削岩装置３とを備えている。削岩装置３は、１台であってもよいし、２台であってもよいし、３台であってもよい。また、削岩装置３は、４台以上あってもよい。本体車両２は、タイヤ又はクローラといった移動機構を有し、坑道１００内を自由に走行することができる。また、本体車両２は、アウトリガ２ａを有し、削孔作業時における安定性を確保する。更に、本体車両２は、本体車両２の走行や削岩装置３を操縦するための操縦台２ｂを有する。また、本体車両２は、ブームの先端に取り付けられた作業台２ｃを有する。地盤削孔装置１は坑道１００を自由に走行できるので、他のトンネル掘削作業（掘削土搬出、コンクリート吹付け、支保工建込等）の作業車両との入れ替えが自在に実施できる。

削岩装置３は、所定方向に沿って延在する外形形状を呈する。削岩装置３は、ブーム２ｄを介して、本体車両２に連結されている。ブーム２ｄによれば、削岩装置３を所望の姿勢に保ちつつ、切羽１０１に対して所望の位置に移動させ得る。削岩装置３の姿勢は、削岩装置３の延在方向が水平方向に対して平行であってもよいし、水平方向に対して傾斜していてもよい。地盤削孔装置１は、一例として３台の削岩装置３を備えることにより、切羽１０１の所望の位置に少なくとも１台の削岩装置３を配置することが可能とされている。削岩装置３は、第１の長孔Ｈ１と削孔する工程と、第２の長孔Ｈ２と削孔する工程と、では一部の構成部品が異なっている。

図３は、第１の長孔Ｈ１を削孔する削岩装置３Ａの主要な構成を示す図である。図３に示された構成は、削岩装置３Ａにおける第１の態様である。削岩装置３Ａは、ガイドシェル４と、削岩機６と、第１のシャンクロッド７Ａと、第１のロッド８Ａと、を備えている。

ガイドシェル４は、削岩装置３Ａの本体をなし、所定方向Ｅ１に沿って延在している。ガイドシェル４は、所定方向Ｅ１に沿って延在するガイド４ａと、ガイド４ａに沿って摺動自在なキャリッジ４ｂとを有している。このキャリッジ４ｂは、例えば油圧シリンダ等の駆動源により駆動される。

削岩機６は、キャリッジ４ｂに固定されている。従って、削岩機６は、所定方向Ｅ１に沿って移動可能である。図４に示されるように、削岩機６には、例えば、第１のシャンクロッド７Ａが取り付けられる。削岩機６は、第１のシャンクロッド７Ａを装着し及び取り外すことが可能な構成を有している。この削岩機６は、油圧式回転機構としてのオービットモータ１１と、油圧式打撃機構としての打撃ピストン１２とを有する。オービットモータ１１は、第１のビット９Ａに付与する回転力を発生させる。オービットモータ１１は、回転速度及び回転方向が制御可能であり、高いトルクを発生させることができる。オービットモータ１１の回転力は、シャフト１１ａとギヤ１１ｂを介して第１のシャンクロッド７Ａのギヤ７ａに伝達される。打撃ピストン１２は、第１のビット９Ａに付与する打撃力を発生させる。打撃力は、所定方向Ｅ１に沿っている。打撃ピストン１２は、第１のシャンクロッド７Ａに同軸であって、第１のシャンクロッド７Ａの後端部７ｅ側に配置されている。そして、打撃ピストン１２は、所定方向Ｅ１に沿って往復移動することにより、第１のシャンクロッド７Ａの後端部７ｅに対して繰り返し衝突する。この衝突により所定方向Ｅ１に沿った打撃力が第１のシャンクロッド７Ａに付与される。従って、打撃力の駆動源として、油圧式打撃機構を利用する場合には、打撃力は削孔位置よりも離れた位置に印加される。

第１のシャンクロッド７Ａは、オービットモータ１１から付与された回転力と、打撃ピストン１２から付与された打撃力を、第１のロッド８Ａに伝達する。第１のシャンクロッド７Ａは、３５ｍｍ〜４５ｍｍ程度の外径Ｇ１を有する。第１のシャンクロッド７Ａの前端部７ｆには、スリーブ（第１の連結部）１３を介して第１のロッド８Ａが連結されている。第１のシャンクロッド７Ａの前端部７ｆには、雄ネジ（ネジ部）１４Ａが形成され、この雄ネジ１４Ａがスリーブ１３の雌ネジ１３ａに対して螺合している。第１のシャンクロッド７Ａに形成された雄ネジ１４Ａは、３５ｍｍ〜４５ｍｍ程度のネジ径（有効径）を有する。本実施形態の雄ネジ１４Ａは、ネジ径が３８ｍｍである。

第１のロッド８Ａは、その前端に第１のビット９Ａが連結されたドリルロッドである。第１のロッド８Ａは、長筒状の形状を有し、その長さが３ｍ〜４ｍ程度であり、外径Ｇ２が３５ｍｍ〜４５ｍｍ程度である。第１のロッド８Ａの後端部８ｅには、雄ネジ（ネジ部）１５Ａが形成され、この雄ネジ１５Ａがスリーブ１３の雌ネジ１３ｂに対して螺合している。雄ネジ１５Ａのネジ径は、第１のシャンクロッド７Ａに形成された雄ネジ１４Ａのネジ径と同程度であってもよいし、雄ネジ１４Ａのネジ径よりも小さくてもよい。例えば、第１のロッド８Ａに形成された雄ネジ１５Ａは、３５ｍｍ〜４５ｍｍ程度のネジ径を有する。本実施形態の雄ネジ１５Ａは、ネジ径が３８ｍｍである。第１のロッド８Ａの前端には、第１のビット９Ａが配置されている（図３参照）。この第１のビット９Ａが回転及び所定方向に往復動することにより、地盤を削孔する。

図５は、第２の長孔Ｈ２を削孔する削岩装置３Ｂの主要な構成を示す図である。図５に示された構成は、削岩装置３Ｂにおける第２の態様である。削岩装置３Ｂは、上述した第１の長孔Ｈ１を削孔する場合の削岩装置３Ａと共通のガイドシェル４と、削岩機６と、を備える。すなわち、削岩装置３Ｂは、第２のシャンクロッド７Ｂと、スイベル（第２の連結部）１６と、第２のロッド８Ｂと、ウォーターハンマー１９と、第２のビット９Ｂと、を有する点で削岩装置３Ａと相違する。

図６に示されるように、第２のシャンクロッド７Ｂは、第１のシャンクロッド７Ａに対して、外径Ｇ３が異なっている。第２のシャンクロッド７Ｂの外径Ｇ３は、例えば４５ｍｍ〜５５ｍｍである。従って、第２のシャンクロッド７Ｂの外径Ｇ３は、第１のシャンクロッド７Ａの外径Ｇ１よりも大きい。また、第２のシャンクロッド７Ｂは、第１のシャンクロッド７Ａに対して、前端部７ｆに形成された雄ネジ（ネジ部）１４Ｂのネジ径も異なっている。第２のシャンクロッド７Ｂの雄ネジ１４Ｂは、ネジ径が４５ｍｍ〜５５ｍｍ程度である。本実施形態の雄ネジ１４Ｂは、ネジ径が５１ｍｍである。従って、第２のシャンクロッド７Ｂの雄ネジ１４Ｂは、第１のシャンクロッド７Ａの雄ネジ１４Ａよりもネジ径が大きい。第２のシャンクロッド７Ｂの前端部７ｆには、スイベル１６が取り付けられている。

スイベル１６は、第２のシャンクロッド７Ｂと、第２のロッド８Ｂとを機械的に連結する。スイベル１６は、第２のシャンクロッド７Ｂに付与された回転力を第２のロッド８Ｂに伝達する。また、スイベル１６は、第２のロッド８Ｂの内部に水を供給する。スイベル１６は、内筒部１７と外筒部１８とを有する。内筒部１７は、その両端に形成された雌ネジ１７ａ，１７ｂを有する。雌ネジ１７ａには、第２のシャンクロッド７Ｂの雄ネジ１４Ｂが連結される。また、第２のシャンクロッド７Ｂには、雌ネジ１７ａとの間の緩み止めとして、アダプタ２０が取り付けられる。雌ネジ１７ｂには、第２のロッド８Ｂの雄ネジ１５Ｂが連結される。すなわち、内筒部１７は、スリーブ１３と同等の機能を有する。従って、内筒部１７は、第２のシャンクロッド７Ｂに付与された回転力を、第２のロッド８Ｂに伝達するため、回転運動を行う。なお、スイベル１６と第２のロッド８Ｂとの連結のためにスイベル１６の一端に雌ネジ１７ｂが形成されているが、雄ネジであってもよい。

外筒部１８は、内筒部１７における外周の一部を覆うように配置される。外筒部１８は、水供給口１８ａを有する。水供給口１８ａには、高水圧ポンプ９１（図１参照）に接続されたパイプが取り付けられる。従って、外筒部１８は、内筒部１７に対して機械的に切り離されており、内筒部１７の回転とは連動しない。一方、供給された水の漏れを抑制するために、外筒部１８は、内筒部１７に対するシール構造を有する。具体的には、シール構造は、内筒部１７が挿通された貫通孔１８ｂの内周面上に複数の溝１８ｃと、溝１８ｃに圧入されたシールリング１８ｄとを含む。このシール構造により、内筒部１７と外筒部１８とは、機械的に絶縁されると共にシール性を確保することができる。

第２のロッド８Ｂは、ウォーターハンマー１９へ水を供給する機能を有し、筒状の中空構造をなす中空ケーシングロッドである。第２のロッド８Ｂは、第１のロッド８Ａに対して外径Ｇ４が異なっている。第２のロッド８Ｂの外径Ｇ４は、５５ｍｍ〜６５ｍｍ程度である。従って、第２のロッド８Ｂの外径Ｇ４は、第１のロッド８Ａの外径Ｇ２よりも大きい。また、第２のロッド８Ｂは、一端部に雄ネジ１５Ｂが形成され、他端部には雌ネジ（不図示）が形成されている。単短尺ロッドである第２のロッド８Ｂは、一端部の雄ネジ１５Ｂに他端部の雌ネジを螺合することにより、長尺状の連結ロッドを形成することができる。第２のロッド８Ｂは、例えば、１ｍ〜２ｍ程度の長さを有し得る。最後端側の第２のロッド８Ｂは、雄ネジ１５Ｂがスイベル１６の雌ネジ１７ｂに連結されている。第２のロッド８Ｂに形成された雄ネジ１５Ｂは、４０ｍｍ〜５０ｍｍ程度のネジ径を有する。本実施形態の雄ネジ１５Ｂは、ネジ径が４１ｍｍ〜４３ｍｍである。すなわち、第２のロッド８Ｂに形成された雄ネジ１５Ｂは、第２のシャンクロッド７Ｂに形成された雄ネジ１４Ｂのネジ径よりも小さい。なお、第２のロッド８Ｂに形成された雄ネジ１５Ｂは、第１のシャンクロッド７Ａに形成された雄ネジ（ネジ部）１５Ａのネジ径と同程度としてもよい。

図５に示されるように、最前端側の第２のロッド８Ｂには、水圧式打撃機構としてのウォーターハンマー１９が連結されている。ウォーターハンマー１９は、いわゆる水力式ダウンザホールハンマー方式を利用した打撃機構である。ウォーターハンマー１９は、高水圧ポンプ９１から供給された高圧水を駆動源とし、削孔速度が速く、大気中への粉じんや潤滑油の排出がないといった特徴を有する。ウォーターハンマー１９の先端には、第２のビット９Ｂが連結されている。従って、第２のビット９Ｂには、第２のロッド８Ｂを介することなく、ウォーターハンマー１９から直接に打撃力が付与される。

上記地盤削孔装置１では、第１の長孔Ｈ１と、第１の長孔Ｈ１よりも深い第２の長孔Ｈ２とを、１台の削岩装置３を利用して形成することが可能である。このため、第１の長孔Ｈ１と第２の長孔Ｈ２との形成において、地盤削孔装置１の入れ替えが発生しない。具体的には、第１のシャンクロッド７Ａと第２のシャンクロッド７Ｂ、第１のロッド８Ａと第２のロッド８Ｂ、スリーブ１３とスイベル１６とをそれぞれ交換するだけで、第１の態様と第２の態様とを切り替えることができる。従って、その他の要素は、第１の態様と第２の態様とで共通である。これにより、第１の長孔Ｈ１を形成する工程から第２の長孔Ｈ２を形成する工程への切り替え、及び第２の長孔Ｈ２を形成する工程から第１の長孔Ｈ１を形成する工程への切り替えを短時間で行うことが可能になる。また、地盤削孔装置１では、その前端に配置されたウォーターハンマー１９によって第２のビット９Ｂに打撃力が付与される。従って、第２のビット９Ｂに対して効率よく打撃力を付与することが可能になるので、第１の長孔Ｈ１よりも深い第２の長孔Ｈ２を削孔する工程では、油圧式と水圧式の動力を併用できるので、長孔掘削に必要な動力を増強でき効率よく削孔することができる。従って、地盤の掘削を効率よく実施することができる。また、第２のロッドの外径は、第１のロッドの外径より大きいので、回転動力を効率よく伝達できる。

＜地盤削孔方法＞
続いて、坑道１００の掘削作業を例に、上記地盤削孔装置１を利用した地盤削孔方法について説明する。

第２の長孔Ｈ２を形成する工程を実施する。まず、図７（ａ）に示されるように、削岩機６をガイドシェル４の後端まで移動させる。続いて、削岩機６に第２のシャンクロッド７Ｂを設置する。続いて、第２のシャンクロッド７Ｂの雄ネジ１４Ｂに、スイベル１６を取り付ける。このとき、スイベル１６の内筒部１７を保持し、オービットモータ１１を用いて第２のシャンクロッド７Ｂを正回転させて、スイベル１６の雌ネジ１７ａに第２のシャンクロッド７Ｂの雄ネジ１４Ｂをねじ込む。なお、正回転とは、第２のシャンクロッド７Ｂの雄ネジ１４Ｂがスイベル１６の雌ネジ１７ａに螺合する回転方向をいう。以後、雄ネジが雌ネジに対して螺合する回転方向を正回転方向とする。換言すると、雄ネジが雌ネジに対して緩む回転方向を逆回転方向とする。

続いて、スイベル１６の雌ネジ１７ｂに第２のロッド８Ｂを取り付ける。このとき、第２のロッド８Ｂを保持し、オービットモータ１１を用いて第２のシャンクロッド７Ｂを正回転させる。そうすると、スイベル１６の内筒部１７が正回転するので、スイベル１６の雌ネジ１７ｂに第２のロッド８Ｂの雄ネジ１５Ｂがねじ込まれる。この際、複雑な構造のスイベル１６を直接回転させる必要はない。

続いて、第２のロッド８Ｂにウォーターハンマー１９を取り付ける。このとき、ウォーターハンマー１９を保持し、オービットモータ１１を用いて第２のシャンクロッド７Ｂを正回転させる。そうすると、スイベル１６の内筒部１７を介して第２のロッド８Ｂが正回転するので、第２のロッド８Ｂにウォーターハンマー１９がねじ込まれる。

図７（ｂ）に示されるように、削岩機６をガイドシェル４の前端まで移動させながら、第２の長孔Ｈ２を削孔する。このとき、第２のビット９Ｂには、削岩機６のオービットモータ１１から回転力（正転）が付与され、ウォーターハンマー１９から打撃力が付与される。特に、打撃力は、第２のロッド８Ｂを介することなく、第２のビット９Ｂに直接に付与される。従って、打撃力の減衰が低減されるので、第２のビット９Ｂに対して効率よく打撃力を付与することができる。ここで、第２の長孔Ｈ２を削孔している間に、地盤の状態を評価するためのデータを取得する。例えば、取得されるデータには、削岩機６の送り速度、回転圧力、ウォーターハンマー１９に供給される圧力水の水圧及び水量がある。

図７（ｃ）に示されるように、スイベル１６から第２のロッド８Ｂを切り離し、削岩機６をガイドシェル４の後端まで移動させる。具体的には、まず、第２のロッド８Ｂを固定する。続いて、オービットモータ１１により第２のシャンクロッド７Ｂを逆回転（螺合を解除する方向に回転）させる。そうすると、第２のロッド８Ｂの雄ネジ１５Ｂとスイベル１６の雌ネジ１７ｂとの間、及びスイベル１６の雌ネジ１７ａと第２のシャンクロッド７Ｂの雄ネジ１４Ｂとの間のそれぞれに螺合状態を解除する方向のトルクが作用する。

ここで、第２のシャンクロッド７Ｂの雄ネジ１４Ｂのネジ径は、第２のロッド８Ｂの雄ネジ１５Ｂのネジ径より大きいので、スイベル１６と第２のシャンクロッド７Ｂとの間よりも、第２のロッド８Ｂとスイベル１６との間の螺合状態が解除されやすい。

続いて、図８（ａ）に示されるように、別の第２のロッド８Ｂをスイベル１６に取り付ける。この取り付け作業は、図７（ａ）に示されたスイベル１６への第２のロッド８Ｂの取り付けと同じ手順により行われる。要するに、取り付け作業では、別の第２のロッド８Ｂを保持して、オービットモータ１１を正回転させる。続いて、図８（ｂ）に示されるように、別の第２のロッド８Ｂを取り付けた削岩機６を前方に移動させる。別の第２のロッド８Ｂの前端を、第２のロッド８Ｂの後端に取り付ける。この取り付け作業では、地盤側の第２のロッド８Ｂを保持して、オービットモータ１１を正回転させる。そして、図８（ｃ）に示されるように、削岩機６をガイドシェル４の前端まで移動させながら、第２の長孔Ｈ２を削孔する。このとき、地盤の状態を評価するためのデータを取得する。

上述したように、掘削と地盤データの取得作業（図７（ｂ）参照）と、スイベル１６からの第２のロッド８Ｂの切り離し（図７（ｃ）参照）と、第２のロッド８Ｂの取り付け（図８（ａ）参照）と、第２のロッド８Ｂ同士の連結（図８（ｂ）参照）と、をこの順に繰り返すことにより、第２の長孔Ｈ２が形成されると共に、切羽１０１から５０ｍ以上、望ましくは１００ｍ前方までの地盤の状態を示す情報が得られる。

続いて、第２の態様である削岩装置３Ｂを第１の態様である削岩装置３Ａに切り替える。態様の切替作業に先立って、削岩機６から全ての第２のロッド８Ｂとウォーターハンマー１９とを取り外す。

第２の長孔Ｈ２を形成した（図９（ａ）参照）後に、図９（ｂ）に示されるように、削岩機６を、第２のロッド８Ｂ同士の連結部が切羽１０１から露出するまでガイドシェル４の後方側に移動させる。続いて、第２のロッド８Ｂ同士の連結部の近傍において、ウォーターハンマー１９側の第２のロッド８Ｂを保持する。つまり、スイベル１６に連結された第２のロッド８Ｂは保持しない。この状態において、オービットモータ１１を用いて第２のシャンクロッド７Ｂを逆回転させる。そうすると、第２のシャンクロッド７Ｂと、保持された第２のロッド８との間で逆回転方向のトルクが発生する。前述したように、逆回転方向のトルクによれば、雄ネジと雌ネジの螺合状態が解除され得る。

ここで、第２のシャンクロッド７Ｂと、保持された第２のロッド８Ｂとの間には、第２のシャンクロッド７Ｂとスイベル１６との螺合部、スイベル１６と第２のロッド８Ｂとの螺合部８ａ、第２のロッド８Ｂと保持された第２のロッド８Ｂとの螺合部８ｂ、が存在する。これら螺合部に逆回転方向のトルクが作用した場合、ネジ径が大きい第２のシャンクロッド７Ｂとスイベル１６との螺合部が最も外れにくい。従って、トルクの付与により、スイベル１６と第２のロッド８Ｂとの螺合部８ａ、第２のロッド８Ｂと保持された第２のロッド８Ｂとの螺合部８ｂの何れか一方において螺合状態が解除される。この実施形態では、螺合部８ｂにおいて、螺合状態が解除されたとする。続いて、図９（ｂ）に示されるように、削岩機６をガイドシェル４の後端まで移動させる。なお、螺合部８ａにおいて、螺合状態が解除された場合には、削岩機６をガイドシェル４の後端まで移動させるとともに、再度スイベル１６側の第２のロッド８を逆回転させて、螺合部８ｂにおける螺合状態を解除する。また、スイベル１６と第２のロッド８Ｂとの螺合部８ａに相互の螺合状態を維持する固定金具を使用して螺合部８ｂの螺合状態を解除してもよいが、作業数は増える。

図１０（ａ）に示されるように、スイベル１６から第２のロッド８Ｂを取り外す。この作業は、第２のロッド８Ｂを固定した後に、オービットモータ１１により第２のシャンクロッド７Ｂを逆回転させる。この逆回転によって、スイベル１６と第２のロッド８Ｂとの螺合状態が解除される。上述したように、逆回転によるトルクは、スイベル１６と第２のシャンクロッド７Ｂとの間にも作用するが、第２のシャンクロッド７Ｂのネジ径が第２のロッド８Ｂのネジ径よりも大きいので、スイベル１６と第２のロッド８Ｂとの螺合部よりも解除され難くなっている。

図１０（ｂ）に示されるように、削岩機６をガイドシェル４の前端まで移動させる。そして、第２のロッド８Ｂを固定して、オービットモータ１１を正回転させる。そうすると、スイベル１６に第２のロッド８Ｂが連結される。図１０（ｃ）に示されるように、削岩機６をガイドシェル４の後端側に移動させて、第２のロッド８Ｂを引き抜く。

上述したように、第２のロッド８Ｂの引き抜き（図９（ｂ）、図１０（ｃ）参照）と、第２のロッド８Ｂ同士の切り離し（図９（ｃ）参照）と、スイベル１６からの第２のロッド８Ｂの取り外し（図１０（ａ）参照）と、スイベル１６への第２のロッド８Ｂの連結（図１０（ｂ）参照）と、をこの順に繰り返すことにより、削岩機６から全ての第２のロッド８Ｂとウォーターハンマー１９とが取り外される。

続いて、スイベル１６の内筒部１７を固定し、オービットモータ１１を逆回転させる。そうすると、第２のシャンクロッド７Ｂとスイベル１６の内筒部１７との螺合状態が解除される。その後に、第２のシャンクロッド７Ｂを第１のシャンクロッド７Ａに交換する。そして、第１のシャンクロッド７Ａの前端部７ｆにスリーブ１３を連結し、スリーブ１３に第１のロッド８Ａを連結する。以上の作業により、地盤削孔装置１が、第２の態様から第１の態様に切り替わる。

続いて、第１の態様に切り替えられた地盤削孔装置１を利用して、第１の長孔Ｈ１を形成する工程を実施する。そして、第１の長孔Ｈ１に爆薬を装填し、切羽１０１を掘削する。ここで、第１の長孔Ｈ１を削孔する際には、その都度地盤の状態を示す情報を参照する。そして、掘削する領域が、前処理の必要な領域であると判断される場合には、所定の処理が実行される。これら、地盤情報の参照と、第１の長孔Ｈ１の削孔と、切羽１０１の掘削とを繰り返し、坑道１００を形成する。

この地盤削孔方法では、第１の長孔Ｈ１と、第１の長孔Ｈ１よりも深い第２の長孔Ｈ２とを、１台の削岩装置３を利用して形成することが可能であるので、第１の長孔Ｈ１と第２の長孔Ｈ２との形成において、地盤削孔装置１自体を入れ替える必要がない。従って、第１の長孔Ｈ１を形成する工程から第２の長孔Ｈ２を形成する工程への切り替え、及び第２の長孔Ｈ２を形成する工程から第１の長孔Ｈ１を形成する工程への切り替えを短時間で行うことが可能である。また、第２の長孔Ｈ２を形成する工程では、その前端部に配置されたウォーターハンマー１９によって第２のビット９Ｂに打撃力が付与される。従って、第２のビット９Ｂに対して効率よく打撃力を付与することが可能になるので、第１の長孔Ｈ１よりも深い第２の長孔Ｈ２を効率よく削孔することができる。従って、地盤の掘削を効率よく実施することができる。

この地盤削孔方法では、第２のロッド８Ｂが片持ち梁構造とされている。第２のロッド８Ｂは、第１のロッド８Ａの外径よりも大きいので、第１のロッド８Ａよりも大きい断面係数を有する。従って、鉛直下向き方向への第２のロッド８Ｂの撓みを抑制することができる。

第２のシャンクロッド７Ｂにおける雄ネジ１４Ｂのネジ径は、第２のロッド８Ｂにおける雄ネジ１５Ｂのネジ径より大きい。換言すると、雄ネジ１５Ｂのネジ径は、雄ネジ１４Ｂのネジ径よりも小さい。このネジ径の関係によれば、スイベル１６と第２のシャンクロッド７Ｂとの間よりも、第２のロッド８Ｂとスイベル１６との間の螺合状態が解除されやすくなるので、スイベル１６と第２のシャンクロッド７Ｂの螺合状態を維持したまま、第２のロッド８Ｂとスイベル１６との間の螺号状態が解除される。スイベル１６と第２のシャンクロッド７Ｂとの間よりも、第２のロッド８Ｂとスイベル１６との間の螺合状態を解除するトルクの方が小さくなるためであると予想される。従って、スイベル１６から第２のロッド８Ｂを切り離す作業において、複雑な構造のスイベル１６を直接回転させる必要がなく、切り離し作業における作業数を削減できる。

この地盤削孔方法によれば、第１の長孔Ｈ１よりも深い第２の長孔Ｈ２を形成することにより、地盤の状態に関する情報を得ることができる。そして、地盤の状態に関する情報を得た後に、第１の長孔Ｈ１を形成する。第１の長孔Ｈ１は、爆薬装填に利用される。従って、地盤削孔に関する爆薬装填用の削孔作業を行う際には地盤の状態に関する情報が得られているので、地盤の状態に応じた前処理を実施することが可能になる。従って、地盤削孔作業の作業性を向上することができる。

要するに、この地盤削孔方法によれば、２種類の長孔を削孔する場合に削岩機６におけるシャンクロッドを取り換えるだけで対応することが可能であること、また、より深い長孔Ｈ２を削孔する場合に水圧式削岩機を利用するため効率の良い打撃力の利用が可能であること、更に、地盤削孔に関する爆薬装填用の削孔作業を行う際には地盤の状態に関する情報が得られているので地盤の状態に応じた前処理を実施することが可能であること、から効率のよい地盤掘削が可能になる。

本発明は、前述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

第１の長孔Ｈ１は爆薬装填用の長孔として利用したが、これに限定されない。例えば、第１の長孔Ｈ１は地盤補強用のロックボルトを埋め込む長孔として利用してもよい。また、第２の長孔Ｈ２は地盤探索用の長孔として利用したが、これに限定されない。例えば、第２の長孔Ｈ２は水抜き用の長孔として利用してもよい。

また、第２の態様に係る削岩装置３Ｂでは、第２のシャンクロッド７Ｂとスイベル１６とは、第２のシャンクロッド７Ｂの雄ネジ１４Ｂをスイベル１６の雌ネジ１７ａにねじ込むことにより連結していた。第２のシャンクロッド７Ｂとスイベル１６とを連結する構成は、これに限定されることはない。例えば、図１１に示されるように、雄ネジ１４Ｂと雌ネジ１７ａとの螺合に加え、ボルトＢを用いた連結構成としてもよい。スイベル１６Ａの内筒部１７Ａには、ボルトＢがねじ込まれるネジ穴１７ｃが設けられている。ネジ穴１７ｃは、内筒部１７Ａにおける雌ネジ１７ａ側に形成されている。内筒部１７Ａには、３個のネジ穴１７ｃが設けられている。それぞれのネジ穴１７ｃは、内筒部１７Ａの中心軸の方向から見ると、内筒部１７Ａの外周面において１２０度間隔をもって等間隔に配置されている。ネジ穴１７ｃは、内筒部１７Ａの中心軸に対して直交する中心軸を有し、内筒部１７Ａの外周面から雌ネジ１７ａ側に貫通している。

このようなスイベル１６Ａでは、第２のシャンクロッド７Ｂの雄ネジ１４Ｂが雌ネジ１７ａにねじ込まれる。そして、ネジ穴１７ｃのそれぞれにボルトＢがねじ込まれる。ボルトＢをねじ込むことにより、ボルトＢの端部が雄ネジ１４Ｂの外周面をネジ穴１７ｃの中心軸に沿って押圧する。なお、第２のシャンクロッド７Ｂにアダプタ２０（図６参照）を更に追加してもよい。このような構成によれば、第２のシャンクロッド７Ｂとスイベル１６Ａとを強固に連結すると共に、第２のシャンクロッド７Ｂとスイベル１６Ａの連結を容易に解除することができる。

１…地盤削孔装置、３，３Ａ，３Ｂ…削岩装置、４…ガイドシェル、４ａ…ガイド、４ｂ…キャリッジ、６…削岩機、７Ａ…第１のシャンクロッド、７Ｂ…第２のシャンクロッド、８Ａ…第１のロッド、８Ｂ…第２のロッド、９Ａ…第１のビット、９Ｂ…第２のビット、１１…オービットモータ（油圧式回転機構）、１２…打撃ピストン（油圧式打撃機構）、１３…スリーブ（第１の連結部）、１６…スイベル（第２の連結部）、１８ｄ…シールリング、１９…ウォーターハンマー（水圧式打撃機構）、１００…坑道、１０１…切羽、Ｅ１…所定方向、Ｈ１…第１の長孔、Ｈ２…第２の長孔。

Claims (6)

1. 削岩装置を利用した地盤削孔方法において、
   前記削岩装置は、ガイドシェル上を移動可能に設けられた削岩機に着脱自在に取り付けられるシャンクロッドと、前記シャンクロッドに対して回転力を付与する油圧式回転機構と、前記シャンクロッドに対して打撃力を付与する油圧式打撃機構と、を備え、
   前記削岩装置の前記シャンクロッドに、第１のビットを有する第１のロッドを接続した後に、前記油圧式回転機構から付与される回転力と前記油圧式打撃機構から付与される打撃力とにより前記第１のビットを駆動することによって、前記地盤に第１の長孔を形成する工程と、
   前記削岩装置の前記シャンクロッドに、第２のビットを有すると共に前記第２のビットに打撃力を付与する水圧式打撃機構が先端に配置された中空構造の第２のロッドを接続した後に、前記油圧式回転機構から付与される回転力と前記水圧式打撃機構から付与される打撃力とにより前記第２のビットを駆動することによって、前記地盤に前記第１の長孔よりも深い第２の長孔を形成する工程と、を有する地盤削孔方法。
2. 前記第２のロッドの外径は、前記第１のロッドの外径よりも大きい、請求項１に記載の地盤削孔方法。
3. 前記地盤に第２の長孔を形成する工程では、
   前記削岩機に、前記シャンクロッドとして取り付けられる第２のシャンクロッドを取り付け、
   前記第２のシャンクロッドに形成されたネジ部に、第２の連結部の一端側を螺合し、
   前記第２の連結部の他端側に、前記第２のロッドに形成されたネジ部を螺合し、
   前記第２のシャンクロッドにおけるネジ部のネジ径は、前記第２のロッドにおけるネジ部のネジ径以上である、請求項１又は２に記載の地盤削孔方法。
4. 前記削岩機に前記シャンクロッドとして取り付けられる第２のシャンクロッドの外径は、前記削岩機に前記シャンクロッドとして取り付けられる第１のシャンクロッドの外径よりも大きい、請求項１〜３の何れか一項に記載の地盤削孔方法。
5. 前記第２の長孔を形成する工程を実施した後に前記第１の長孔を形成する工程を複数回実施する、請求項１〜４の何れか一項に記載の地盤削孔方法。
6. 地盤に長孔を削孔する地盤削孔装置において、
   ガイドシェル上を移動可能に設けられた削岩機に着脱自在に取り付けられるシャンクロッドと、
   前記シャンクロッドに対して回転力を付与する油圧式回転機構と、
   前記シャンクロッドに対して打撃力を付与する油圧式打撃機構と、を備え、
   前記シャンクロッドに、第１のビットを有する第１のロッドを接続した第１の態様と、
   前記シャンクロッドに、第２のビットを有すると共に前記第２のビットに打撃力を付与する水圧式打撃機構が先端に配置された中空構造の第２のロッドを接続した第２の態様と、
   を有し、
   前記第１の態様では、前記油圧式回転機構から付与される回転力と前記油圧式打撃機構から付与される打撃力とにより前記第１のビットを駆動することによって、地盤に第１の長孔を形成し、
   前記第２の態様では、前記油圧式回転機構から付与される回転力と前記水圧式打撃機構から付与される打撃力とにより前記第２のビットを駆動することによって、地盤に前記第１の長孔よりも深い第２の長孔を形成する、地盤削孔装置。

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