JP7105685B2 - トンネル掘削工法 - Google Patents

Description

本発明は、トンネル掘削工法に関する。

山岳地のトンネル工事では、岩盤を掘削する工法として発破工法が採用されている。
この発破工法では、装薬孔穿孔工程において、穿孔機が設けられた複数のブームを備えるドリルジャンボが使用され、ドリルジャンボにより切羽に多数の装薬孔が穿孔される。
装薬孔穿孔工程後、ドリルジャンボは切羽から退避し、また、切羽ではそれら装薬孔にそれぞれ雷管を取り付けた爆薬を挿入する爆薬挿入工程が行われる。
続いて雷管を介して爆薬を爆破し切羽を掘削する爆破工程が行なわれる。
爆破工程後、バックホーや削岩機を用いた手作業によるトンネル周壁面やトンネル床面の掘削工程が行なわれ、トンネル周壁面が所定の円筒面形状にトンネル床面がほぼ平坦に掘削され、また、次回の装薬孔穿孔工程において、多数の装薬孔を穿孔し易いように切羽がほぼ平坦に掘削される。
そして、ロックボルト打設機によりトンネル周壁面にロックボルトを打設するロックボルト打設工程が行なわれ、トンネル周壁面の安定化が図られる。

また、崩落し易い地盤では、トンネル周壁面に吹付け機によりコンクリートを吹付けるコンクリート吹付け工程が行なわれ、吹付けられたコンクリートの上からロックボルトを打設するロックボルト打設工程が行なわれ、トンネル周壁面の安定化が図られる。
爆破工程後、このようにバックホーや削岩機による掘削工程、ロックボルト打設機によるロックボルト打設工程が行なわれたならば、ドリルジャンボが切羽に近づき、ドリルジャンボによる装薬孔穿孔工程が行なわれ、このような作業工程が繰り返して行なわれることでトンネルの掘削工事が進められていく。

特開２０１７－２０１０７４

従来のトンネル掘進工法では、このようにドリルジャンボによる装薬孔穿孔工程と、爆薬挿入工程と、爆破工程と、掘削工程と、ロックボルト打設工程とが順番に繰り返して行なわれており、トンネル工事の施工期間の短縮化を図る上で何らかの改善が求められていた。
本発明は前記事情に鑑み案出されたものであり、本発明の目的はトンネル工事の施工期間の短縮化を図る上で有利なトンネル掘削工法を提供することにある。

上述した目的を達成するため本発明は、掘削されたトンネル周壁面に多数のロックボルトを打設してトンネル周壁面を安定化させるロックボルト打設工程と、穿孔機を有する複数のブームを備えたドリルジャンボにより切羽に装薬孔を多数穿孔する装薬孔穿孔工程と、前記装薬孔にそれぞれ爆薬を挿入する爆薬挿入工程と、前記爆薬を爆破し切羽を掘削する爆破工程と、爆破工程後、爆破されたトンネル壁面をバックホーにより掘削する掘削工程とを備えるトンネル掘削工法において、前記ドリルジャンボの少なくとも１つのブームに前記穿孔機に代えロックボルト打設装置を設け、前記ロックボルト打設工程を、前記装薬孔穿孔工程と同時進行させることを特徴とする。

本発明によれば、ロックボルト打設工程を装薬孔穿孔工程と同時進行させるので、単独に行なっていたロックボルト打設工程の作業時間を省略でき、トンネル工事の施工期間の短縮化を図る上で有利となる。

トンネル掘削工法の説明図で（Ａ）は爆薬挿入工程時の切羽部分のトンネル断面図、（Ｂ）は爆破工程直後の切羽部分のトンネル断面図、（Ｃ）は掘削工程における切羽部分のトンネル断面図、（Ｄ）はコンクリート吹付け工程における切羽部分のトンネル断面図、（Ｅ）は装薬孔穿孔工程における切羽部分のトンネル断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。
図１（Ａ）～（Ｅ）において符号４８は切羽、符号５０は円筒面形状に掘削されたトンネル周壁面、符号５２はほぼ平坦に掘削されたトンネル床面、符号５４Ａはトンネル周壁面５０の吹付けられた吹付けコンクリート、符号５４Ｂはトンネル床面５２に吹付けられた吹付けコンクリート、符号５６は吹付けコンクリート５４Ａの上からトンネル周壁面５０に打ち付けられたロックボルト、符号６０は装薬孔を示している。
なお、本発明においてトンネル壁面とは、切羽４８、トンネル周壁面５０、トンネル床面５２を含む。

まず、本実施の形態のトンネル掘削工法で使用されるドリルジャンボ（穿孔装置）から説明する。
図１（Ｅ）に示すように、ドリルジャンボ１０は、走行体１２を備え、走行体１２には、複数のブーム、例えば３つのブーム１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃが車幅方向に間隔をおき並べられて設けられている。
３つのブーム１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃには、それらブーム１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃを水平方向に揺動させるブーム水平揺動部、それらブーム１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃを前後方向に移動させるブーム前後移動部がそれぞれ設けられている。
本実施の形態では、３つのブーム１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃのうちの中央の１つのブーム１４Ｂを除いた残りのブーム１４Ａ、１４Ｃに、それぞれガイドシェルを介して穿孔機１６が設けられている。
そして、ガイドシェルを水平方向に揺動させるガイドシェル水平揺動部、ガイドシェルを垂直方向に揺動させるガイドシェル垂直揺動部、ガイドシェルを前後方向に移動させるガイドシェル前後移動部などを備えている。

穿孔機１６は、先端に穿孔用ビットが設けられた穿孔ロッド、穿孔ロッドの後端に打撃を与えるドリフタ、それら穿孔ロッドおよびドリフタを前後動させるフィーダなどを備え、穿孔機１６による切羽４８への装薬孔６０の穿孔が可能となっている。
以上の構成により、オペレータの操作により穿孔機１６の位置および姿勢が変更可能となっており、切羽４８の所望の箇所に所望の角度で穿孔がなされる。
なお、以上のブームを動かす構造やガイドシェルを動かす構造、穿孔機１６の構造には、切羽４８に装薬孔６０を穿孔する従来公知の様々な穿孔装置の構成が採用可能である。

また、中央のブーム１４Ｂには、穿孔機１６に代え、ガイドシェルを介してロックボルト打設装置１８が設けられている。
そして、ガイドシェルを水平方向に揺動させるガイドシェル水平揺動部、ガイドシェルを垂直方向に揺動させるガイドシェル垂直揺動部、ガイドシェルを前後方向に移動させるガイドシェル前後移動部などを備えている。

ロックボルト打設装置１８は、穿孔機構と、グラウド充填機構と、挿入機構とを備えている。
穿孔機構は、コンクリートが吹きつけられたトンネル周壁面５０に対して垂直にロックボルト挿通孔を穿孔するものである。穿孔機構は、例えば、スライド機構にスライド可能に支持され穿孔ビットを備えるドリフタ、このドリフタに打撃、回転運動を与えるドリフタ駆動部、ドリフタを往復移動させるドリフタ移動部などを含んで構成されている。
グラウド充填機構は、ロックボルト挿通孔にモルタルやセメントミルクなどのグラウドを充填するものである。
グラウド充填機構は、ロックボルト挿通孔に挿入されるグラウト注入管、グラウト注入管を往復直線移動させる注入管移動部、グラウト注入管にグラウトを圧送するポンプなどを含んで構成されている。
挿入機構は、複数本のロックボルト５６を収容保持する収容保持機構、収容保持機構に収容保持された複数本のロックボルト５６のうちの１本のロックボルト５６を抜き出す抜き出し機構、抜き出し機構により抜き出されたロックボルト５６に定着部材を装着する定着部材装着機構、定着部材が装着されたロックボルト５６をロックボルト挿通孔に打設する打設機構などを含んで構成されている。
以上の構成により、オペレータの操作によりロックボルト打設装置１８の位置および姿勢が変更可能となっており、円弧面状のトンネル周壁面５０の所望の箇所に所望の角度でロックボルト５６の打設がなされる。
なお、以上のガイドシェルを動かす構造、穿孔機構、グラウト充填機構、挿入機構には、トンネル周壁面５０にロックボルト５６を打設する従来公知の様々なロックボルト打設装置の構成が採用可能である。

次に、図１（Ａ）～（Ｅ）に基づいて本実施の形態のトンネル掘削工法について説明する。
図１（Ａ）に爆薬挿入工程後のトンネル断面図を示し、（Ｂ）に爆破工程後のトンネル断面図を示すように、爆破工程後、切羽４８は、激しい凹凸状となっている。
図１（Ｃ）に示すように、爆破工程後、バックホー２０や削岩機を用いた手作業による掘削工程が行なわれ、切羽４８がほぼほぼ平坦に掘削され、トンネル周壁面５０が所定の円筒面形状に掘削され、トンネル床面５２がほぼ平坦に掘削される。
なお，一回の爆破工程、掘削工程で例えば、数ｍ前後前進する。
図１（Ｄ）に示すように、掘削工程後、円筒面形状に掘削されたトンネル周壁面５０と、ほぼ平坦に掘削されたトンネル床面５２に吹付け機２２によりコンクリートが吹付けられ、トンネル周壁面５０とトンネル床面５２に吹付けコンクリート５４Ａ、５４Ｂが形成される。
この吹付けコンクリート５４Ａ、５４Ｂも、前の爆破工程、掘削工程後に形成された吹付けコンクリート５４Ａ、５４Ｂに対して、例えば、数ｍ前後前進する。
図１（Ｄ）、（Ｅ）において符号５４Ａ―１，５４Ｂ―１は前進した吹付けコンクリート５４Ａ、５４Ｂの部分を示している。

次いで、図１（Ｅ）に示すように、爆破工程時に切羽４８から退避していたドリルジャンボ１０が切羽４８に近づき、２つのブーム１４Ａ、１４Ｃの穿孔機１６により切羽４８に多数の装薬孔６０を例えば３０から５０ｃｍの深さで穿孔する装薬孔穿孔工程が行なわれる。
また、この装薬孔穿孔工程と同時に、ドリルジャンボ１０の中央のブーム１４Ｂで支持されたロックボルト打設装置１８により、新たに形成された吹付けコンクリート５４Ａ―１の上からトンネル周壁面５０にロックボルト５６を打ち込むロックボルト打設工程が行なわれる。
ロックボルト打設工程では、新たに作られた吹付けコンクリート５４Ａ－１のトンネル長手方向に沿った中央の箇所で周方向に間隔をおいて周方向に１列に並べられるようにロックボルト５６が打ち込まれる。
この場合、両側のブーム１４Ａ、１４Ｃ、穿孔機１６にロックボルト打設装置１８が干渉しないように、中央のブーム１４Ｂのブーム水平揺動部、ブーム前後移動部、ガイドシェル水平揺動部、ガイドシェル垂直揺動部、ガイドシェル前後移動部、ロックボルト打設装置１８のドリフタ、ドリフタ移動部などが操作される。

次いで、装薬孔穿孔工程とロックボルト打設工程が終了したならば、ドリルジャンボ１０は切羽４８から退避し、図１（Ａ）に示すように、切羽４８ではそれら装薬孔６０にそれぞれ雷管を取り付けた爆薬を挿入する爆薬挿入工程が行われる。
次いで、続いて雷管を介して爆薬を爆破し切羽４８を掘削する爆破工程が行なわれる。
爆破工程後は、図１（Ｂ）に示す状態となり、爆破工程後、図１（Ｃ）に示すように、バックホー２０や削岩機を用いた手作業によるトンネル周壁面５０、トンネル床面５２、切羽４８の掘削工程が行なわれ、以上の工程が繰り返して行なわれることによりトンネルの掘削が行なわれていく。

本実施の形態の掘削工法によれば、装薬孔穿孔工程と同時にロックボルト打設工程が行なわれるので、従来のように装薬孔穿孔工程とロックボルト打設工程とを別々に行なう場合に比べ、単独に行なっていたロックボルト打設工程に要する作業時間を省略でき、例えば、２～３時間程度作業時間を短縮できる。
したがって、例えば、長さが数ｋｍのトンネル工事を施工する場合には、爆破工程が数千回行なわれることから、２～３数千時間、すなわち、８３日～１２５日程度工期を短縮することが可能となり、トンネル工事のコストダウンを図る上で有利となる。

なお、本実施の形態では、ドリルジャンボ１０が車幅方向に並べられた３つのブームを備えている場合について説明したが、ドリルジャンボ１０が４つのブームを備えている場合には、中央の２本のブームに穿孔機１６を設け、両側のブームにロックボルト打設装置１８を設けるなど任意である。
また、崩落し易い地盤では、トンネル周壁面５０にコンクリートを吹付けるコンクリート吹付け工程が行なわれるが、地盤の性状によってはコンクリート吹付け工程は省略されトンネル周壁面５０にロックボルト５６が直接打ち込まれ、このような場合にも本発明は適用される。

１０ ドリルジャンボ
１４Ａ、１４Ｂ、１４ ブーム
１６ 穿孔機
１８ ロックボルト打設装置
２０ バックホー
２２ 吹付け機
４８ 切羽
５０ トンネル周壁面
５２ トンネル床面
５４Ａ トンネル周壁面に吹付けられた吹付けコンクリート
５４Ａ－１ トンネル周壁面に新たに吹付けられた吹付けコンクリート
５４Ｂ トンネル床面に吹付けられた吹付けコンクリート
５４Ｂ－１ トンネル床面に新たに吹付けられた吹付けコンクリート

Claims (4)

1. 掘削されたトンネル周壁面に多数のロックボルトを打設してトンネル周壁面を安定化させるロックボルト打設工程と、
   穿孔機を有する複数のブームを備えたドリルジャンボにより切羽に装薬孔を多数穿孔する装薬孔穿孔工程と、
   前記装薬孔にそれぞれ爆薬を挿入する爆薬挿入工程と、
   前記爆薬を爆破し切羽を掘削する爆破工程と、
   爆破工程後、爆破されたトンネル壁面をバックホーにより掘削する掘削工程と、
   を備えるトンネル掘削工法において、
   前記ドリルジャンボの少なくとも１つのブームに前記穿孔機に代えロックボルト打設装置を設け、
   前記ロックボルト打設工程を、前記装薬孔穿孔工程と同時進行させる、
   ことを特徴とするトンネル掘削工法。
2. 前記掘削工程後、トンネル周壁面にコンクリート吹付け機によりコンクリートを吹付けるコンクリート吹付け工程が行なわれ、
   前記ロックボルト打設工程では、この吹付けられたコンクリートの上から前記ロックボルトが打設される、
   ことを特徴とする請求項１記載のトンネル掘削工法。
3. 前記コンクリート吹付け工程では、切羽から所定の距離離れた箇所までトンネル周壁面にコンクリートが吹付けられ、
   前記ロックボルト打設工程、前記装薬孔穿孔工程、前記爆薬挿入工程、前記爆破工程、前記掘削工程とでトンネルが前進する毎に、前記コンクリート吹付け工程でトンネル周壁面に吹付けられるコンクリートも前進し、
   前記ロックボルト打設工程では、トンネルの長手方向に沿って前記前進したトンネル周壁面に吹付けられたコンクリートの中央の箇所に、周方向に間隔をおいて前記ロックボルトが打設される、
   ことを特徴とする請求項２記載のトンネル掘削工法。
4. 前記ブームは、前記ドリルジャンボの車幅方向に並べられて３つ設けられ、
   前記ロックボルト打設装置は、３つ並べられたうちの中央のブームに設けられる、
   ことを特徴とする請求項１～３の何れか１項記載のトンネル掘削工法。

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