JP7248535B2 - ロックボルトの打設方法並びにロックボルト打設装置およびこれを備えるロックボルト打設作業車 - Google Patents

Description

本発明は、ロックボルトを打設する技術に関する。

ロックボルトは、トンネル施工、鉱山坑道掘削および補強土作業等の工事において、トンネル、坑道壁面および切土などの補強を目的として打設される（例えば特許文献１参照）。

特開２０１０－１４４３４９号公報

しかし、厚い軟弱地盤に対しては、一層の安定を図るために、一のロックボルト孔に対してより深い位置にまでロックボルトによる補強を施すことが望まれる。
そこで、本発明は、一のロックボルト孔に対してより深い位置にまでロックボルトによる補強を施すことが可能な、ロックボルトの打設方法並びにロックボルト打設装置およびこれを備えるロックボルト打設作業車を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様に係るロックボルトの打設方法は、一のロックボルト孔に対して複数のロックボルトを打設するロックボルトの打設方法であって、前記一のロックボルト孔に第一のロックボルトを打設する第一の打設工程と、前記第一のロックボルトを打設後に、該第一のロックボルトの後端に第二のロックボルトを機械によって接ぎ足すロックボルト接続工程と、前記ロックボルト接続工程で接続された状態の前記第一のロックボルトおよび前記第二のロックボルトを、前記一のロックボルト孔のより深い位置まで前記第一のロックボルトの先端が位置するように打設する第二の打設工程と、を含むことを特徴とする。

また、上記課題を解決するために、本発明の一態様に係るロックボルト打設装置は、本発明の一態様に係るロックボルトの打設方法に用いられるロックボルト打設装置であって、前記一のロックボルト孔の軸線に沿ってロックボルトを押し込むことで打設する打設機構と、該打設機構で打設された状態の一のロックボルトの後端に他のロックボルトを接続するロックボルト接続機構と、を有する打設装置本体と、複数のロックボルトを収容するロックボルトマガジンと、該ロックボルトマガジンに収容されたロックボルトを前記打設装置本体に受け渡すロックボルト受渡機構と、を有するロックボルト供給装置と、を備えることを特徴とする。

また、上記課題を解決するために、本発明の一態様に係るロックボルト打設作業車は、本発明の一態様に係るロックボルト打設装置を備えることを特徴とする。
本発明によれば、一のロックボルト孔に対して、複数本のロックボルトを相互に接続してより深い位置にまで打設できる。そのため、より深い位置までロックボルトによる補強を施すことが可能になる。

ここで、通常工法として、一本物の長尺ロックボルトで施工する場合もあるものの、長尺な故に大きなスペースを必要とし、その取り回しが大変になるという問題がある。また、通常、複数本のロックボルトを相互に接続する場合、一本目のロックボルトの打設が終了した時点で、補助作業者が、次のロックボルトを手で持って打設位置付近に行き、手作業で、一本目のロックボルト後端に二本目のロックボルト先端を接続する方法が考えられる。しかし、ロックボルトの打設位置付近は落石のおそれがあるため、極力、人を近づかせない措置をとることが望ましい。
これに対し、本発明によれば、第一のロックボルトの後端に、第二のロックボルトを機械によって接ぎ足すので、ロックボルトの打設位置付近に人が近づくことなく、ロックボルト接続工程を含むロックボルトの打設作業を安全に、効率良く且つ確実に施工できる。

上述のように、本発明によれば、より深い位置にまでロックボルトによる補強を施すことができる。

本発明の一態様に係るロックボルト打設作業車の一実施形態の説明図であって、同図（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は正面図である。 本発明の一態様に係るロックボルト打設装置の一実施形態の説明図であって、同図（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は正面図である。 本発明の一態様に係るロックボルト打設装置の一実施形態の背面図である。 ロックボルトマガジンに収容されたロックボルトを打設装置本体に受け渡す受渡機構の説明図であって、同図（ａ）はロックボルトの把持状態、（ｂ）は開放状態を示している。 ロックボルトマガジンに収容されたロックボルトを打設装置本体に受け渡す受渡機構の説明図である。 図１に示すロックボルト打設作業車によるロックボルト打設作業の説明図（ａ）～（ｆ）である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。なお、図面は模式的なものである。そのため、厚みと平面寸法との関係、比率等は現実のものとは異なることに留意すべきであり、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。
また、以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記の実施形態に特定するものではない。

本実施形態のロックボルト打設作業車は、例えばトンネル工事等でロックボルトを打設するために、さく孔作業および打設作業に使用される作業車両である。本実施形態のロックボルト打設作業車１０は、図１に示すように、前後に走行用の車輪７、８およびアウトリガ９を有する走行可能な台車１を備える。
台車１には、車体前側の上部にオペレータキャビン６が設けられ、車体後側の上部に駆動部２が設けられている。オペレータキャビン６は、ロックボルト孔のさく孔およびそのロックボルト孔へのロックボルト打設に必要な作業を行うための操作部（不図示）を有する。

台車１は、車体の左右前側部から前方に張り出す二基のブーム３Ａ、３Ｂを有する。各ブーム３Ａ、３Ｂは、いずれも旋回、起伏および伸縮が可能に構成されている。本実施形態では、一方（同図での台車１右側）のブーム３Ｂがさく孔機用とされ、他方（（同図での台車１左側）のブーム３Ａが打設機用とされている。

各ブーム３Ａ、３Ｂの先端には、同様の構成を有するガイドシェル５Ａ、５Ｂが傾動可能にそれぞれ支持されている。各ブーム３Ａ、３Ｂには、それぞれのガイドシェル５Ａ、５Ｂを所定方向に移動可能にするために、同調回路を有する油圧駆動機構が設けられている。
また、各ブーム３Ａ、３Ｂには、それぞれのガイドシェル５Ａ、５Ｂを自在に旋回させるための旋回用アクチュエータが設けられ、各ブーム３Ａ、３Ｂの移動とともに、対応するガイドシェル５Ａ、５Ｂをトンネル内の所定の空間位置に移動可能になっている。
各ガイドシェル５Ａ、５Ｂの先端側には、フートパット２５および開閉式のセントラライザ１７がそれぞれ装着されている。各ガイドシェル５Ａ、５Ｂには、公知の油圧式のドリフタが、さく孔機用のドリフタ４Ｂおよび打設機用のドリフタ４Ａとしてそれぞれ搭載されており、穿孔時および打設時に、対応するガイドシェル５Ａ、５Ｂ上をフィードされる。

すなわち、本実施形態のロックボルト打設作業車１０は、台車１の右前側部から前方に張り出すブーム３Ｂには、ドリフタ４Ｂを含むさく孔装置５０が装備されている。さく孔装置５０は、ロックボルト孔をさく孔により穿孔するための装置である。
さく孔装置５０は、穿孔用ロッド１８先端のビット１９でロックボルト孔を穿孔可能に構成され、通常のドリルジャンボ等の作業車両に搭載されるさく孔装置と同様のものである。そのため、詳細な説明は省略する。

一方、本実施形態では、車体の左前側部から前方に張り出すブーム３Ａには、ロックボルト打設装置３０が装備されている。本実施形態のロックボルト打設装置３０は、図２に示すように、台車１左側の、ガイドシェル５Ａ、ドリフタ４Ａおよびセントラライザ１７等により構成される打設装置本体と、ロックボルト供給装置４０と、を備えて構成される。
詳しくは、ロックボルト打設装置３０の、打設装置本体を構成するドリフタ４Ａには、ガイドシェル５Ａの長手方向に沿って延びる打設用ロッド２１が、その基端側を回転可能に挿着される。打設用ロッド２１の先端には、後述するロックボルト供給装置４０により、所定長のロックボルトＢ１、Ｂ２がスリーブＳを介して順に接続されるようになっている。

打設装置本体は、通常のドリルジャンボ等の作業車両に搭載されるさく孔装置と同様の構成を有する。つまり、打設装置本体は、台車１左側のガイドシェル５Ａ先端部のセントラライザ１７が、ロックボルトＢ１、Ｂ２の先端部を、ロックボルト孔Ｈの軸線ＣＸ上に支持するようになっている。
そして、打設装置本体は、ドリフタ４Ａから打設用ロッド２１を介して、接続されているロックボルトＢ１、Ｂ２に打撃力と回転力を伝達すると共に、送り機構でドリフタ４Ａに送り力を付与してロックボルト孔にロックボルトＢ１、Ｂ２を押し込み可能になっている。

これにより、岩盤に対して、台車１右側のさく孔装置５０によって形成されたロックボルト孔Ｈ内に、台車１左側のロックボルト打設装置３０によって、複数のロックボルトＢ１、Ｂ２を順に押し込むことで、複数のロックボルトＢ１、Ｂ２を打設する打設機構が構成されている。
ここで、本実施形態のロックボルト打設装置３０は、上記ロックボルト供給装置４０が、ドリフタ４Ａを搭載したガイドシェル５Ａの左側部に、同じガイドシェル５Ａに並行して設けられている。

詳しくは、ロックボルト供給装置４０は、ジョイント式ロックボルトＢＪ（図６（ｆ）参照）を構成する各ロックボルトＢ１，Ｂ２を、打設装置本体を構成するドリフタ４Ａに供給するための装置である。
ロックボルト供給装置４０は、ドリフタ４Ａを搭載したガイドシェル５Ａの前後に互いに離隔して設けられたロックボルト受渡機構である一対のロックボルトキャリア４８と、複数のロックボルトＢ１，Ｂ２を収容する一対のロックボルトマガジン４１と、を備える。

一対のロックボルトマガジン４１は、一対のロックボルトキャリア４８よりも軸方向の外側に対をなして配置されている。一対のロックボルトマガジン４１は、ガイドシェル５Ａの側部から張り出すマガジン支持アーム４９の先端に、ロックボルトＢ１、Ｂ２の両端部をそれぞれが支持するように装着される。一対のロックボルトマガジン４１は、マガジン駆動モータ４５の駆動によって、支軸まわりに所定角度の回転をするようになっている。

一対のロックボルトキャリア４８は、いずれも同様の構造を有しており、図２（ｃ）に示すように、上下方向（ガイドシェル５とドリフタ４Ａとの並ぶ方向）に延びるロックボルトキャリアブーム４２をそれぞれ有する。ガイドシェル５の側部には、ヨーク４７が、ガイドシェル５Ａとロックボルトマガジン４１との間の位置に装着されている。
そして、各ロックボルトキャリアブーム４２は、自身の基端部に、ガイドシェル５Ａに装着されたヨーク４７側に向けて張り出す腕部４２ａを有し、この腕部４２ａの先端が、ヨーク４７の中心に対してピン４３でそれぞれ枢支されている。

各ロックボルトキャリアブーム４２は、ヨーク４７の内蔵する駆動機構（不図示）によってピン４３を中心に回動可能であり、これにより、継足すロックボルトＢ１、Ｂ２を、ロックボルトマガジン４１側のクランプ位置（図５の右側の回動位置）およびドリフタ４側の接続位置（図５の左側の回動位置）にそれぞれ移動するようになっている。
さらに、各ロックボルトキャリア４８は、図４に示すように、ロックボルトＢ１、Ｂ２を把持するためのクランプフック４４と、そのクランプフック４４を開閉する油圧シリンダ４６とをそれぞれ有し、これにより、ロックボルトマガジン４１に収容されたロックボルトＢ１，Ｂ２を、ドリフタ４Ａ側に受け渡すロックボルト受渡機構が構成されている。

そして、打設装置本体を構成する、台車１左側のドリフタ４Ａは、ロックボルトＢ１、Ｂ２相互を接続するロックボルト接続機構としても機能し、ドリフタ４Ａの回転と送りを利用して、ロックボルトＢ１、Ｂ２のねじ込みが可能であり、特に、二本目のロックボルトＢ２を、打設途中状態の一本目のロックボルトＢ１の後端に継ぎ足し可能になっている。

本実施形態のロックボルト打設装置３０は、これにより、厚い軟弱地盤に対して、ロックボルト孔Ｈの所要打設長が一本目のロックボルトＢ１の長さよりも長く必要な場合に、打設作業の際に、複数のロックボルトＢ１、Ｂ２相互の継足しを行えるようになっている。これにより、一のロックボルト孔Ｈに対して、より深い位置にまで複数のロックボルトＢ１，Ｂ２による補強を施すことを可能としている。

以下、本実施形態のロックボルト打設作業車１０を用いたロックボルトの打設作業について、図６を参照しつつ説明する。
複数のロックボルトＢ１，Ｂ２の一連の打設作業を行なって、トンネルＴの内周壁ＷにロックボルトＢを打設する際は、まず、打設位置の近傍にロックボルト打設作業車１０を移動させ、前後のアウトリガ９を張り出して台車１の安定を確保する。
次いで、さく孔装置５０によってロックボルト孔Ｈを穿孔する。ロックボルト孔Ｈを穿孔する際は、台車１の右前側部から前方に張り出す穿孔用のブーム３Ｂを移動させ、同ブーム３Ｂのガイドシェル５ＢをトンネルＴの内周壁Ｗに対向させ、ロックボルト孔Ｈの必要な位置に位置決めする。

次いで、トンネルＴの内周壁Ｗに、ブーム３Ｂ先端のガイドシェル５Ｂ先端側のフートパット２５の外側面を当接させて着岩状態とし、ドリフタ４Ｂを駆動して穿孔用ロッド１８を回転させつつ、ガイドシェル５Ｂ上でドリフタ４Ｂをフィードして、所定長のロックボルト孔Ｈを穿孔する。穿孔作業は、オペレータがオペレータキャビン６内で制御する。
これにより、穿孔用ロッド１８先端のビット１９でロックボルト孔Ｈの穿孔を行なうことができる。ロックボルト孔Ｈの穿孔が終わると、穿孔用のブーム３Ｂを短縮してブーム３Ｂのガイドシェル５Ｂを下げるとともに、これに替えて、台車１の左前側部から前方に張り出す打設作業用のブーム３Ａを所望位置に伸長し、同ブーム３Ａのガイドシェル５Ａを持ち上げて、ロックボルト打設装置３０をロックボルト孔Ｈの近傍に移動させる。

ここで、一対のロックボルトマガジン４１には、少なくとも、一本目のロックボルトＢ１と、二本目のロックボルトＢ２と、が予め装填されている。打設時は、ロックボルトキャリア４８を駆動して、図６（ａ）に示すように、一本目のロックボルトＢ１をロックボルトマガジン４１から取り出し、打設作業用のドリフタ４Ａの打設用ロッド２１に接続する。そして、同図（ｂ）に示すように、打設作業用のドリフタ４Ａを前進させて、一本目のロックボルトＢ１をロックボルト孔Ｈに打設する（第一の打設工程）。

以下、二本目のロックボルトＢ２をドリフタ４Ａ側に移動し、一本目のロックボルトＢ１の後端に追加して打設する動作およびその作用効果について説明する。
まず、図６（ｃ）に示すように、一本目のロックボルトＢ１の後端をセントラライザ１７でクランプし、打設作業用のドリフタ４Ａを後退させてドリフタ４Ａから一本目のロックボルトＢ１を切り離す。次いで、ロックボルト打設作業車１０のオペレータは、図４（ｂ）に示すように、クランプフック４４を開いた状態で、ロックボルトキャリアブーム４２をロックボルトマガジン４１側に移動する。

オペレータは、マガジン駆動モータ４５を駆動してロックボルトマガジン４１を回転させて、追加する二本目のロックボルトＢ２をクランプフック４４に対向するクランプ位置まで移動させる。次いで、図４（ａ）に示すように、クランプフック４４を閉じて二本目のロックボルトＢ２を保持し、二本目のロックボルトＢ２をロックボルトキャリアブーム４２の回動によりロックボルトマガジン４１から取り出す。

次いで、オペレータは、図５に示すように、一対のロックボルトキャリア４８を同図反時計方向に回動させて、二本目のロックボルトＢ２を、打設作業用のドリフタ４Ａの中心（さく孔軸線ＣＸ）の装着位置に移動する。
オペレータは、ドリフタ側の装着位置では、打設作業用のドリフタ４Ａの回転および送りを利用して、接続すべき二本目のロックボルトＢ２を打設用ロッド２１に接続する。オペレータは、図４（ｂ）に示すように、クランプフック４４を開いて二本目のロックボルトＢ２の把持状態を開放し、図５に回動のイメージを示すように、ロックボルトキャリアブーム４２をロックボルトマガジン４１側（同図時計方向）に回動して退避させる。

次いで、オペレータは、図６（ｄ）に示すように、打設作業用のドリフタ４Ａの回転および送りを利用してねじ込み及びねじ切りを行い、接続すべきロックボルトＢ２の先端を一本目のロックボルトＢ１の後端にスリーブＳを介して継ぎ足す。一本目のロックボルトＢ１の後端に二本目のロックボルトＢ２の先端を接続することにより、同図（ｅ）に示すように、一体となったジョイント式ロックボルトＢＪが構成される（ロックボルト接続工程）。
次いで、オペレータは、同図６（ｅ）から（ｆ）に示すように、打設作業用のドリフタ４Ａを前進させて、ジョイント式ロックボルトＢＪをロックボルト孔Ｈに押し込むことで、ロックボルト孔Ｈのより深い位置まで、第一のロックボルトＢ１の先端が位置するように打設する（第二の打設工程）。

ロックボルト孔Ｈへのジョイント式ロックボルトＢＪの挿入が終わると、次のロックボルト孔Ｈの位置までロックボルト打設装置３０を移動させる。以下、同様の打設作業を繰り返して、所定数のジョイント式ロックボルトＢＪの打設を行う。最後に、ナットおよび座金でジョイント式ロックボルトＢＪを固定し、モルタル等の定着剤による仕上げ施工を施して長尺なジョイント式ロックボルトＢＪが打設される。
このようにして、本実施形態のロックボルト打設装置３０を備えるロックボルト打設作業車１０は、厚い軟弱地盤層に対して、複数のロックボルトＢ１，Ｂ２を接続して深く打設する場合における、複数のロックボルトＢ１，Ｂ２の接ぎ工程を確実に行える。

特に、本実施形態のロックボルト打設装置３０を備えるロックボルト打設作業車１０によれば、ロックボルト供給装置４０を有するので、ロックボルトの打設位置付近に人が近づくことなく、複数のロックボルトＢ１、Ｂ２の接ぎ工程を含むジョイント式ロックボルトＢＪの打設作業を安全に効率良く、且つ確実に施工できる。また、ロックボルト打設装置３０自体もコンパクトに構成できるので、省スペース化に寄与する。

以上説明したように、本実施形態のロックボルト打設装置３０およびこれを備えるロックボルト打設作業車１０によれば、ロックボルトの打設位置付近に人が近づくことなく、複数のロックボルトＢ１，Ｂ２の接ぎ工程を含むジョイント式ロックボルトＢＪの打設作業を安全に効率良く、且つ確実に施工できる。
なお、本発明に係るロックボルト打設装置並びにこれを備えるロックボルト打設作業車は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能である。

例えば、上記実施形態では、図１では、ロックボルト孔Ｈを穿孔するためのドリフタ４Ｂと、ロックボルト打設装置を構成するドリフタ４Ａと、を別個のブーム３Ｂ、３Ａにそれぞれ装備している例を示したが、これに限らず、さく孔装置５０用と、ロックボルト打設装置３０用と、を一体型とし、一のブーム３にて一のドリフタ４を兼用するように装備することができる。
また、本発明に係るロックボルト打設作業車の構成についても、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能なことは勿論である。例えば、作業車は、トンネル工事におけるロックボルトの打設作業を行うための車両であれば、ドリルジャンボ等の種々の作業車に適用できる。

１ 台車
２ 駆動部
３Ａ、３Ｂ ブーム
４Ａ、４Ｂ ドリフタ
５Ａ、５Ｂ ガイドシェル
６ オペレータキャビン
７，８ 車輪
９ アウトリガ
１０ 作業車（ロックボルト打設作業車）
１７ セントラライザ
１８ 穿孔用ロッド
１９ ビット
２１ 打設用ロッド
２５ フートパット
３０ ロックボルト打設装置
４０ ロックボルト供給装置
４１ ロックボルトマガジン
４２ ロックボルトキャリアブーム
４２ａ 腕部
４３ ピン
４４ クランプフック
４５ マガジン駆動モータ
４６ 油圧シリンダ
４７ ヨーク
４８ ロックボルトキャリア
４９ マガジン支持アーム
５０ さく孔装置
ＢＪ ジョイント式ロックボルト
Ｂ１、Ｂ２ ロックボルト
ＣＸ ロックボルト孔軸線
Ｈ ロックボルト孔
Ｓ スリーブ
Ｔ トンネル
Ｗ 内周壁

Claims (3)

1. 作業用のブーム装置として二つのブーム装置を限って備え、一方のブーム装置にはさく孔専用のさく孔装置を装備するとともに、他方のブーム装置にはロックボルト打設専用のロックボルト打設装置を装備するロックボルト打設作業車を用い、前記さく孔装置でさく孔された一のロックボルト孔に対して複数のロックボルトを前記ロックボルト打設装置で打設するロックボルトの打設方法であって、
   前記ロックボルト打設装置による打設工程は、
   前記一のロックボルト孔に第一のロックボルトを打設する第一の打設工程と、
   前記第一のロックボルトを打設後に、該第一のロックボルトの後端に第二のロックボルトを機械によって接ぎ足すロックボルト接続工程と、
   前記ロックボルト接続工程で接続された状態の前記第一のロックボルトおよび前記第二のロックボルトを、前記一のロックボルト孔のより深い位置まで前記第一のロックボルトの先端が位置するように打設する第二の打設工程と、
   を含むことを特徴とするロックボルトの打設方法。
2. 請求項１に記載のロックボルトの打設方法に用いられる前記ロックボルト打設装置であって、
   前記一のロックボルト孔の軸線に沿ってロックボルトを押し込むことで打設する打設機構と、該打設機構で打設された状態の一のロックボルトの後端に他のロックボルトを接続するロックボルト接続機構と、を有する打設装置本体と、
   複数のロックボルトを収容するロックボルトマガジンと、該ロックボルトマガジンに収容されたロックボルトを前記打設装置本体に受け渡すロックボルト受渡機構と、を有するロックボルト供給装置と、
   を備えることを特徴とするロックボルト打設装置。
3. 作業用のブーム装置として二つのブーム装置を限って備え、一方のブーム装置にはさく孔専用のさく孔装置を装備するとともに、他方のブーム装置にはロックボルト打設専用のロックボルト打設装置を装備するロックボルト打設作業車であって、
   前記ロックボルト打設装置として、請求項２に記載のロックボルト打設装置を備えることを特徴とするロックボルト打設作業車。

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