JPH0534475B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、立坑の機械掘削工法およびその装置
にかかり、特に、掘削機本体に設けられたカツタ
ードラムにより、地盤を掘削し、掘削の都度掘削
孔の内面を所定強度の覆工材で覆工する機械掘削
工法およびその装置に関するものである。

「従来の技術」 一般に、立坑は、地盤の土質条件等の影響を受
けるため、その内部空間を安定した状態に確保す
ることを要求される。

従来、このような立坑の内部覆工には、例え
ば、ロツクボルト・吹付けコンクリート工法が適
用されている。これは、岩盤を掘削した後、切羽
にできるだけ近く（例えば1m程度）において吹
付けコンクリート（10〜20cm）およびロツクボル
ト（長さ２〜4m、ボルト径18〜24mm）で支保す
ることによつて、立坑壁面に内圧を付与するもの
で、地山の変形を許容し、一次地山応力をある程
度解放することで、覆工の耐荷力を過大にせず
に、岩盤の崩壊の防止、立坑内設備の保持、周囲
岩盤の応力変化に伴う劣化の抑止、および周囲岩
盤の風化の防止をするものである。

ところで、前記立坑の内部空間を利用して、高
レベル放射性廃棄物を地下深部に埋設処分する施
設や圧縮空気を地下に貯蔵する施設を施工する場
合には、放射性廃棄物による地下水の汚染や、圧
縮空気の地表への漏出に対して格別の配慮を必要
とするため、立坑周辺の岩盤劣化を防止すること
を要求され、できるだけ地山の変形をさせずに立
坑を構築することが必要である。

ところが、前記ロツクボルト・吹付けコンクリ
ート工法では、地山の変形を抑止するための強度
が十分でなく、支保材の長期耐久性に対して不満
がある。

そこで、本出願人等は、周囲岩盤の応力変化に
伴う劣化の抑止について、鋭意研究した結果、早
期にできるだけ切羽の近傍で剛性の大きい覆工を
行えば、地山のゆるみや変形および応力の開放を
最小限に抑止できるとの考えに至つた。

すなわち、前記立坑劣化域は、岩盤の半径方向
応力の減少による周辺岩盤の割れ目の開口および
周方向応力の増大による周辺岩盤の破壊に起因し
て形成されるため、支保工や覆工によつて、立坑
壁面に内圧を付与すれば、前記半径方向応力の回
復と周方向応力の低減を図ることができるが、こ
の支保工や覆工は、自力で立坑壁面に加圧する構
造物ではなく、あくまでも岩盤が内側へせり出し
てくることに対して受動的に反発することで作用
するものであるから、できるだけ掘削直後にでき
るだけ切羽近傍で、できるだけ剛性の高い支保
工・覆工を施すことが望ましいのである。

第２図は、立坑切羽付近の岩盤のせり出しと劣
化域Ａの拡大の状況を模式的に示したもので、切
羽部分Ｋでは未掘削岩盤部分G₁の切羽効果（未
掘削部分の岩盤G₁が支保工の役目を果たす効果）
が存在するので、半径方向応力はそれ程減少せ
ず、劣化域Ａは小さいが、やがて掘削が進行し、
切羽からの距離Ｌが大きくなると、半径方向応力
の減少や周方向応力の増大、劣化域Ａの発生は完
了する。一般に、その距離は、切羽から立坑Ｔの
直径の１倍の位置までであるとされ、したがつ
て、6m径（掘削径が7m径）の場合には、切羽か
ら7m以内のできるだけ切羽に近い位置で剛性の
高い、例えば高強度コンクリート製の覆工を実施
するべきである。

このような点を満足する工法として、第３図に
示すような発破を用いるシヨートステツプ工法が
提案されている。これは、第３図イおよびロなど
に示すように、基本的には、立坑Ｔの底部に長孔
１を穿設し、この長孔１内に爆薬を装填して、こ
れを爆破することにより、底部の岩盤を破砕し、
この破砕したずり２を排出して掘り進めるもので
あるが、第３図ハなどに示すように、立坑Ｔを一
定の深さ掘り進めた後、ずり２を排出しない状態
で掘削孔の内周面に沿つて型枠３を配置し、第３
図ニに示すように、型枠３内にコンクリート４を
打設して、切羽近傍の周囲を覆工し、次いで、こ
のコンクリート４の下のずりを排出するものであ
る。

「発明が解決しようとする問題点」 本発明は、前述した従来の技術における次ぎの
ような問題点を解決せんとするものである。

すなわち、前記したシヨートステツプ工法で
は、切羽から3m以上近傍でコンクリート打設す
ることは困難であるため、切羽近傍に早期にコン
クリートを打設することが難しく、また、コンク
リートの剛性が発現するまでの時間を考慮する
と、どの程度立坑劣化域の抑制効果が発揮されて
いるかについて、不明であるという問題点があ
る。

本発明は、前記事情に鑑み提案されたもので、
その目的とするところは、切羽近傍で高強度、高
剛性の立坑覆工を施工することができ、地山の緩
みや変形、応力の開放を最小限に抑止することの
できる立坑の機械掘削工法およびその装置を提供
することにある。

「問題点を解決するための手段」 このような目的を達成するために、第１発明の
工法は、旋回テーブルに基端部がピン結合された
旋回及び伸縮可能なブーム式の掘削機本体と、こ
の掘削機本体の下部近くに配置されかつ掘削され
た掘削孔の内周面形状に沿うように環状に組み上
げられて掘削機本体と共に下降移動可能な覆工用
型枠とを移動させながら、掘削機本体先端のカツ
タードラムにより、下向きに掘削すべき地盤全面
を掘削する機械掘削方法であつて、前記覆工用型
枠に設けた足場から視認しながら、カツタードラ
ムによる掘削の進行に追従させてずりを排出する
と共に掘削機本体の旋回手段及び伸縮手段により
掘削機本体を下方に移動させて掘削しつつ、それ
によつて形成される掘削孔の切羽近傍で、前記型
枠を配置し、この型枠の足場から視認しながらこ
の型枠と掘削孔との間の空間に、早強剤等を含む
高強度配合コンクリート等の所定強度の覆工材を
打設して、掘削孔の内面を覆工するものである。

また、第２発明の機械掘削装置は、立坑を掘削
する機械掘削装置において、先端にカツタードラ
ムが回転自在に設けられた長尺の掘削機本体と、
この掘削機本体の基端部がピン結合されこの掘削
機本体を支持する旋回テーブルと、この旋回テー
ブルを立坑の内壁に固定する上下方向に適宜の間
隔を介して設けた複数のグリツパを有する固定手
段と、前記掘削機本体を旋回及び伸縮させる旋回
手段及び伸縮手段を備えた操縦装置と、掘削機本
体を俯仰させて任意の半径位置に保持する俯仰用
油圧シリンダと、掘削ずりを排出する排出手段
と、切羽の近傍に位置するように掘削機本体の下
部近くに配置されかつ、掘削された掘削孔の内周
面形状に沿うように環状に組み上げられて掘削機
本体と共に下降移動可能な覆工用型枠と、この覆
工用型枠に設けられた足場用の作業床板とを具備
してなるものである。

「実施例」 以下、本発明の実施例について図面を参照して
説明する。

第１図は本発明の機械掘削装置の一実施例を示
すもので、これは、地山を掘削する掘削機本体１
０と、この掘削機本体１０を立坑Ｔの内壁（第１
図では覆工コンクリート壁１１）に固定する固定
手段１２と、前記掘削機本体１０を旋回・伸縮さ
せる操縦装置１３と、掘削機本体１０を俯仰させ
て任意の半径位置に保持する俯仰用油圧シリンダ
１４と、掘削ずりを排出する排出手段１５と、切
羽の近傍で、掘削された掘削孔１６の内周面形状
に沿うように環状に組み上げられた覆工用型枠１
７とを主体として構成され、操縦装置１３および
俯仰用油圧シリンダ１４により掘削機本体１０を
移動させながら、掘削機本体１０の先端のカツタ
ードラム１８により岩盤（地山）を切削し、これ
を、所定の形状に掘削するとともに覆工用型枠１
７に打設したコンクリートによつて、掘削孔１６
の内周を覆工するようになつている。

また、この掘削装置Ｍは、図示せぬ巻上機等の
ワイヤＷに吊持され掘削時の足場を構成する支持
テーブル１９を介して吊り下げられるようになつ
ている。

これら主要構成部材について説明すると、掘削
機本体１０は、旋回テーブル２０に基端部がピン
接合された切削フレーム２１と、この切削フレー
ム２１の先端部に取り付けられ減速機および駆動
モータからなる駆動手段２２と、この駆動手段２
２の先端に回転自在に支持され全面に切削ビツト
が取り付けられた前記カツタードラム１８とから
構成されている。

また、前記固定手段２１は、掘削機本体１０の
旋回を支持するとともに上下に伸縮する機能を持
つた支持本体２６と、この支持本体２６の上下２
段にそれぞれ取り付けられこの支持本体２６の立
坑Ｔの中心に支持する油圧シリンダ２７とから構
成されている。

そして、この油圧シリンダ２７は、支持本体２
６の外周に放射状に複数個（例えば３個）取り付
けられ、これを伸張させることによつて、ロツド
先端に設けられた脚板２８を、コンクリート壁１
１の内周面に圧着させ、図面に示す如く、支持本
体２６を立坑Ｔの中心に支持するようになつてい
る。

また、掘削機本体１０を旋回・伸縮させる操縦
装置１３は、前記支持本体２６の上部に設けられ
掘削機本体１０を旋回させるロータリーテーブル
２９と、このロータリーテーブル２９と支持本体
２６との間に取り付けられた伸縮シリンダ３０と
から構成されている。ロータリーテーブル２９
は、前記支持本体２６内に支持された旋回軸の上
部に大形の平歯車が取り付けられてなり、これが
油圧モータと遊星減速機とを組み合わせた２台の
駆動装置によつて旋回駆動されるものである。

俯仰用油圧シリンダ１４は、その基端部が前記
旋回テーブル２０にピン接合されて支持されると
ともに、そのロツド１４ａの先端が切削フレーム
２１にピン接合されて掘削機本体１０を縦回動さ
せる構成となつている。

また、前記排出手段１５は、掘削機本体１０に
より掘削された岩（ずり）を吸引装置により、前
記カツタードラム１８の真上に取り付けられた吸
込み管３１を介して上方にエアーリフトパイプ３
２に送り、このエアーリフトパイプ３２を通して
外部に排出するものである。

また、覆工用型枠１７について説明を補足して
おくと、これは、パイロツト坑１０の内周面の覆
工コンクリート壁１１を成形する目的に用いられ
るもので、コンクリート壁１１の下面を成形する
底部型枠１７ａと、内周面を成形する側部型枠１
７ｂとを組み上げた構成とされ、例えば掘削装置
Ｍに一体にあるいは着脱自在に取り付けられる従
つてこの型枠は掘削機本体と共に下降動可能にな
る。また、前記側部型枠１７ｂの内周面には、作
業員の足場を構成する作業床板３３が取り付けら
れている。なお、この型枠１７は、図示例のもの
に限定されるものではなく、例えば、コンクリー
トを型枠の中に打設した後、型枠を連続して移動
させ、コンクリートの形状を整える移動型として
作用する構造のものであつても良い。

なお、図中符号３５はホツパで、外部から供給
されたコンクリート（高強度コンクリート）を受
け入れ、供給管３６を通して、前記覆工用型枠１
７と掘削壁１６の内面との間の空間Ｓにコンクリ
ートを打設するものである。

次ぎに、以上のように構成された機械掘削装置
Ｍを用いた本発明方法の一実施例を説明する。

立坑Ｔを掘削するには、掘削すべき地盤上（地
表）に、掘削装置Ｍを、支持テーブル１９を介し
て巻上機などに吊り下げた状態で配置し、掘削機
本体１０の先端のカツタードラム１８を回転させ
ることにより掘削を開始するとともに、操縦装置
１３および俯仰用油圧シリンダ１４により、掘削
機本体１０を移動させながら、地盤を下向きに掘
削していき、掘削したずりを、吸込管３１を通し
て上方のエアーリフトパイプ３２より排出してい
く。

そして、掘削が型枠１７の長さ分（例えば
2.5m）進むと同時に、掘削によつて形成される
掘削孔１６の切羽近傍に覆工用型枠１７を配置
し、掘削の進行に合わせてこの中に高強度コンク
リートを打設して、掘削孔１６の内周面をコンク
リート壁１１で覆工していくという動作を繰り返
して実行する。また、前記工程において、操縦装
置１３の伸張範囲における掘削が完了した後は、
順次、掘削装置全体を吊り降ろし、その都度、固
定手段１２によつて、すなわち、油圧シリンダ２
７を伸張させ、脚板２８をコンクリート壁１１の
内壁に圧着させることによつて、掘削機本体１０
を固定し、掘削機本体１０による掘削を進行させ
る。

なお、前記型枠１７内に打設されるコンクリー
トは、高強度配合コンクリートに早強剤等を混和
してなるものであり、この場合、早期に型枠脱型
でき、地山の変形を抑止できるような強度も必要
な程度発現するように配合養生する。

以上の手順によつて、第１図に示した立坑Ｔが
構築される。

しかして、このような掘削工法によれば、前記
覆工用型枠１７を、掘削機本体１０の掘進方向に
移動させる毎に、早期に切羽近傍の掘削孔１６の
内周面を高強度コンクリートにより覆工する工法
を採ることができるので、地山の立坑内部へのせ
り出し変形を抑止し、立坑周囲の岩盤の劣化、透
水性や透気性の増大を防止することが可能にな
る。

また、実施例によれば、地山の変形を抑止でき
るので、覆工そのものに非常に大きな応力が生じ
るようになるが、覆工を高強度コンクリートある
いはさらに高強度の覆工材により実施しているの
で、前記応力によつて、覆工が破壊されることが
ないといつた利点もある。

「発明の効果」 以上説明したように、本発明の掘削工法によれ
ば、掘削機本体による掘削の進行毎に、掘削によ
つて形成された掘削孔の内周面に覆工用型枠を配
置し、この型枠内に所定強度の覆工材を打設する
ようにしているので、切羽に非常に接近して所定
強度の覆工材により覆工をすることができ、これ
により、立坑の品質を向上させ、長期耐久性に優
れた覆工を施工することができる。

また、これにより地山の立坑（掘削孔）内部へ
のせり出し変形を抑止し、立坑周囲の岩盤の劣
化、透水性や透気性の増大を防止することができ
る。

また、本発明の掘削装置によれば、前記のよう
な掘削作業を休止することなく覆工作業を行える
ので、作業能率を向上し得て、施工期間を短縮す
ることができ、コストの低減を図ることができ
る。

さらに、複数段のグリツパにより掘削機本体を
固定しながら掘削するので、掘削時おける掘削機
本体のぶれが少なく掘削精度を向上させることが
できる。その結果、覆工用型枠と立坑側壁との間
隔を一定に保つことができ、覆工巻厚を均一にす
ることができる。また、覆工材に生じる応力の偏
りも従来技術に比べて減少させることができる。
その結果、偏応力によつて生じる覆工材の亀裂、
破損等を減少させることができる。また、前記覆
工用型枠が有する足場から作業者が視認しながら
掘削、覆工作業を行うので、より適確な掘削及び
覆工をすることができる。その結果、余掘りを行
わないこと等の理由から施工期間を短縮し、施工
費用を低減させることができる。

また、覆工用型枠を切羽の近傍に位置するよう
に配置しかつ掘削機本体と共に下降移動可能にし
ているので、特に、掘削と覆工作業を行う際に、
まず掘削してから掘削機本体を立坑から引き上
げ、その後型枠を立坑内に入れてコンクリートを
打設し、再度掘削機を立坑内に入れて掘削すると
いつた、いわゆる盛り替え作業を無くすことがで
きるので、その分作業性が良好になりかつ掘削と
覆工の両方を同時に進行させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の機械掘削装置の一実施例を示
す断面図、第２図は立坑切羽付近の岩盤のせり出
しと劣化域の拡大の状況を模式的に示した断面
図、第３図イ，ロ，ハ，ニおよびホは従来の施工
方法を工程順に説明するために示したもので、そ
れぞれ側断面図である。 G₁……未掘削部分の岩盤、Ａ……劣化域、Ｔ
……立坑、Ｍ……機械掘削装置、１０……掘削機
本体、１１……コンクリート壁、１２……固定手
段、１３……操縦装置、１４……俯仰用油圧シリ
ンダ、１５……排出手段、１６……掘削孔、１７
……覆工用型枠、１８……カツタードラム、１９
……支持テーブル、２０……旋回テーブル、２１
……切削フレーム、２２……駆動手段、２６……
支持本体、２７……油圧シリンダ、２８……脚
板、２９……ロータリーテーブル、３０……伸縮
シリンダ、３１……吸込み管、３２……エアーリ
フトパイプ、３５……ホツパ、３６……供給管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 旋回テーブルに基端部がピン結合された旋回
   及び伸縮可能なブーム式の掘削機本体と、この掘
   削機本体の下部近くに配置されかつ掘削された掘
   削孔の内周面形状に沿うように環状に組み上げら
   れて掘削機本体と共に下降移動可能な覆工用型枠
   とを移動させながら、掘削機本体先端のカツター
   ドラムにより、下向きに掘削すべき地盤全面を掘
   削する機械掘削方法であつて、前記覆工用型枠に
   設けた足場から視認しながら、カツタードラムに
   よる掘削の進行に追従させてずりを排出すると共
   に掘削機本体の旋回手段及び伸縮手段により掘削
   機本体を下方に移動させて掘削しつつ、それによ
   つて形成される掘削孔の切羽近傍で、前記型枠を
   配置し、この型枠の足場から視認しながらこの型
   枠と掘削孔との間の空間に、早強剤等を含む高強
   度配合コンクリート等の所定強度の覆工材を打設
   して、掘削孔の内面を覆工することを特徴とする
   立坑の機械掘削工法。 ２ 立坑を掘削する機械掘削装置において、先端
   にカツタードラムが回転自在に設けられた長尺の
   掘削機本体と、この掘削機本体の基端部がピン結
   合されこの掘削機本体を支持する旋回テーブル
   と、この旋回テーブルを立坑の内壁に固定する上
   下方向に適宜の間隔を介して設けた複数のグリツ
   パを有する固定手段と、前記掘削機本体を旋回及
   び伸縮させる旋回手段及び伸縮手段を備えた操縦
   装置と、掘削機本体を俯仰させて任意の半径位置
   に保持する俯仰用油圧シリンダと、掘削ずりを排
   出する排出手段と、切羽の近傍に位置するように
   掘削機本体の下部近くに配置されかつ、掘削され
   た掘削孔の内周面形状に沿うように環状に組み上
   げられて掘削機本体と共に下降移動可能な覆工用
   型枠と、この覆工用型枠に設けられた足場用の作
   業床板とを具備してなることを特徴とする立坑の
   機械掘削装置。