JPH0579274A - トンネル掘削装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 トンネルの掘削に際し、トンネルの周に対応
するスリットの形成作業、スリットによって分割された
内残部に対する破砕剤充填用の穴の穿孔作業、穿孔され
た穴に対する破砕剤の充填及び注水作業等の全てを行う
ことが出来るトンネル掘削装置を提供する。 【構成】 ガイドセル１１に移動可能なガイドブリッジ
を設け、このガイドブリッジ１４に先端に削岩用のビッ
トを有するドリフタ１２を取り付ける。ドリフタと平行
に先端に岩盤に穿孔された穴に破砕剤を充填すると共に
注水する充填ノズル１９を設けた供給ロッド１８を配置
し、該供給ロッドとガイドブリッジとを離接可能に構成
する。岩盤にスリットを形成する場合は、供給ロッドと
ドリフタを一体的に移動させて充填ノズルをガイドとし
て利用する。穴に破砕剤を充填する場合は、供給ロッド
に形成した通孔を通して破砕剤，水を圧送する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は静的破砕剤を用いてトン
ネルを掘削するトンネル掘削装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】岩盤にトンネルを掘削する場合、トンネ
ルの周と対応する位置に所定の深さと幅を持ったスリッ
トを形成すると共にこのスリットによって分割された内
残部に複数の穴を穿孔し、該穴に生石灰（ＣａＯ）を主
成分とする破砕剤を充填して内残部を破砕することでト
ンネルを掘削する方法がある。トンネルを掘削するに際
し、岩盤にスリットや穴を穿孔する作業及び穿孔された
穴に静的破砕剤を充填する作業は、異なる装置を用いて
行われるのが一般である。

【０００３】例えば、トンネルの周と対応する位置に連
続したスリットを形成することを目的として、先端にビ
ット及びガイドロッドを有するドリフタを用いて所定深
さの穴を穿孔し、この穴を案内として該穴の隣に新たな
穴を穿孔する技術が提案されている（特開昭62−248792
号公報，同62−248795号公報）。本件出願人は、ドリフ
タを用いて比較的浅い穴を穿孔しつつ該ドリフタを岩盤
の表面に対して移動させて深さの浅いスリットを形成
し、所望長さのスリットを形成した後、徐々にスリット
の深さを成長させることで一定の幅を持ったスリットを
形成する技術を開発して既に特許出願している（特願平
２−121148号）。更に本件出願人は、岩盤に穿孔された
穴に静的破砕剤を充填することを目的として、静的破砕
剤を空気搬送して穴に充填すると共に、水を圧送し得る
ように構成した破砕剤充填注水装置を開発して既に特許
出願している（特願平３−160819号）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の如く、従来静的
破砕剤を用いて岩盤にトンネルを掘削する場合、破砕剤
を充填するための穴を穿孔する穿孔装置と、穿孔された
穴に静的破砕剤を充填すると共に注水する充填注水装置
とを個別に用いなければならない。このため、トンネル
掘削位置に穿孔装置と充填注水装置とを配置し、岩盤に
対する作業内容に応じて一方の作業を行っている時に他
方の装置を退避させておくことが必要となる。従って、
作業現場が交錯し、作業性が悪化するという問題があ
る。

【０００５】本発明の目的は、トンネルを掘削するに際
し、岩盤に対する穿孔作業と穿孔された穴に対する静的
破砕剤の充填及び注水作業とを行うことが出来るトンネ
ル掘削装置を提供せんとするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明に係るトンネル掘削装置は、先端に穿孔用のビ
ットを有するドリフタと、前記ドリフタを直進移動可能
に搭載すると共に位置移動可能に構成されたガイドセル
と、前記ドリフタをガイドセルに沿って直進移動させる
駆動手段と、穿孔された穴に静的破砕剤及び水を充填す
る充填部材を先端に設け且つ前記ドリフタと平行に配設
された充填手段と、前記ドリフタと充填手段とを選択的
に離接させる離接手段とを有して構成されるものであ
る。

【０００７】

【作用】上記トンネル掘削装置（以下『掘削装置』とい
う）によれば、岩盤に対するスリットの形成作業，内残
部に対する穿孔作業，穿孔された穴に対する静的破砕剤
（以下『破砕剤』という）の充填及び注水作業を一台の
装置で容易に行うことが出来る。即ち、先端に穿孔用の
ビットを有するドリフタを位置移動可能に構成されたガ
イドセルに搭載し、ドリフタを駆動手段によってガイド
セルに沿って直進移動させることで岩盤に穴を穿孔する
ことが出来る。そして所定の穴を穿孔した後、順次ガイ
ドセルの位置を移動させて新たな穴を穿孔することで岩
盤にスリットを形成することが出来る。また岩盤に穿孔
された穴に充填部材を対向させて該穴に対する破砕剤の
充填及び注水を行うことが出来る。従って、本発明に係
る掘削装置を用いることによって、岩盤に対するスリッ
トの形成，穴の穿孔，破砕剤の充填等の作業を全て行う
ことが出来る。

【０００８】

【実施例】以下上記掘削装置の一実施例について図を用
いて説明する。図１は掘削機の全体構成を説明する側面
図、図２は掘削装置の側面図、図３は図２のＡ−Ａ矢視
図、図４は図３のＢ−Ｂ断面図、図５は図３のＦ部拡大
図である。本発明に係る掘削装置は、岩盤にトンネルを
掘削するに際し、該岩盤に対しトンネルの周を規定する
スリットの形成，このスリットにより岩盤から分割され
た内残部に対する穴の穿孔，穿孔された穴に対する破砕
剤の充填及び注水等の作業を全て実施し得るように構成
されたものである。従って、岩盤に対しトンネルを掘削
する場合、作業性を向上させると共に作業の安全性をは
かることが可能である。また本発明に係る掘削装置は、
岩盤に対するトンネルの掘削のみを行うものではなく、
例えばコンクリート塊に所望の形状と径を持った孔を形
成するような作業を行うことも可能である。

【０００９】先ず、図１により掘削機の全体構成につい
て説明する。掘削装置Ａは掘削すべき岩盤の表面に対し
垂直な姿勢を維持して所望の位置に移動し得るように構
成されている。即ち、台車Ｂに電動モーター或いは油圧
モーター等のモーター１が搭載され、このモーター１に
ブラケット２が回転可能に取り付けられている。ブラケ
ット２には油圧シリンダー３とアーム４が夫々ピン２
ａ，２ｂを介して回動可能に取り付けられている。また
油圧シリンダー３のロッド３ａはアーム４の所定位置に
接続されている。アーム４にはピン４ａを介してブラケ
ット５が回動可能に取り付けられている。前記ブラケッ
ト５にはアーム４に取り付けた油圧シリンダー６のロッ
ド６ａ、及び後述する掘削装置Ａのガイドセル11が取り
付けられている。上記構成に於いて、油圧シリンダー３
を作動させてアーム４をピン２ｂを中心に回動させると
共に、油圧シリンダー６を作動させてブラケット５をピ
ン４ａを中心に回動させることで、掘削装置Ａの軸心
（ドリフタ12の軸心）をモーター１の軸心から所望の距
離離隔させることが可能である。即ち、掘削すべきトン
ネルの周（径）を所望の値に設定することが可能であ
る。

【００１０】台車Ｂには生石灰を主成分とする破砕剤を
収納したホッパー７及び水タンク８を搭載した台車Ｃが
連結されている。ホッパー７及び水タンク８は図示しな
い空圧源と接続され、且つホース７ａ，８ａを介して後
述する充填手段を構成する供給ロッド18と接続されてい
る。従って、ホッパー７或いは水タンク８に選択的に圧
力空気を供給することで、収納された破砕剤或いは水を
充填ノズル19を通して岩盤に形成された穴に圧送して充
填することが可能である。

【００１１】台車Ｃに油圧ユニット９を搭載した台車Ｄ
が連結され、更に台車ＤにバッテリーカーＥが連結され
ている。油圧ユニット９は、図示しない油圧ポンプ，オ
イルタンク，電磁弁等の油圧機器によって構成されてお
り、油圧シリンダー３，６及び後述するドリフタ12に対
し選択的に圧油を供給して所望の動作をさせるものであ
る。尚、本実施例に於いて、台車Ｂ〜Ｅは掘削すべきト
ンネルに対応して敷設されたレール10上に移動可能に載
置されている。

【００１２】次に、掘削装置Ａの構成について図２乃至
図５を用いて説明する。図に於いて、ガイドセル11はア
ーム４に回動可能に取り付けたブラケット５に固着され
ており、ピン４ａを中心として回動可能に構成されてい
る。またガイドセル11の先端には岩盤の切羽に押圧され
て掘削装置Ａの位置及び固定を行うフートパット11ａが
設けられている。ガイドセル11にはドリフタ12の駆動手
段となるロッドレスシリンダー13がガイドセル11の長手
方向に沿って取り付けられている。またガイドセル11に
は、ロッドレスシリンダー13と接続され且つドリフタ12
のベッド12ａが固着されたガイドブリッジ14が該ガイド
セル11の長手方向に沿って移動可能に設けられている。
従って、ロッドレスシリンダー13を駆動することによっ
て、ガイドブリッジ14及びドリフタ12をガイドセル11の
長手方向に移動させることが可能である。

【００１３】ドリフタ12は油圧ユニット９から供給され
る圧油によって作動してロッド15の先端に設けた削岩用
のビット16を回転させると共に打撃力を付与し、このビ
ット16の回転及び打撃によって岩盤を掘削するものであ
る。ロッド15は一端がドリフタ12に支持された片持状と
なる。このため、ロッド15をガイドセル11の先端近傍に
固着されたセントライザー17に摺動及び回転可能に嵌合
することで、ロッド15の軸心（ドリフタ12の軸心）をロ
ッドレスシリンダー13の軸心と平行に配置している。

【００１４】ドリフタ12の上方に破砕剤及び水の充填手
段が構成されている。この充填手段は岩盤に穿孔された
穴にホッパー７から供給された破砕剤を空気圧送するこ
とで充填すると共に、破砕剤が充填された穴に注水して
該破砕剤を水和反応させるための手段である。充填手段
は、破砕剤及び水の供給通路を有する供給ロッド18、供
給ロッド18の先端に取り付けられた充填部材となる充填
ノズル19、供給ロッド18の後端に設けられたロッドホル
ダー20とによって構成されている。前記各部材によって
構成される充填手段は、一方の端部である供給ロッド18
がガイドセル11の先端近傍に固着されたセントライザー
17によって支持され、且つ他方の端部であるロッドホル
ダー20が該ホルダー20に固着した摺動ブラケット21によ
って支持されている。摺動ブラケット21は、供給ロッド
18の軸心をドリフタ12及びロッドレスシリンダー13と平
行に支持し得る高さを持って形成され、且つガイドセル
11に摺動可能に載置されている。

【００１５】供給ロッド18はセントライザー17に摺動可
能に嵌合されて支持され、且つ後端18ａ側は図３及び図
５に示すように、ロッドホルダー20を構成するプレート
部材20ｄに固着されて支持されている。また供給ロッド
18の内部には破砕剤の通路となる通孔18ｂ、及び水の通
路となる通孔18ｃが夫々設けられており、夫々の通孔18
ｂ，18ｃにはホース金具22ａ，22ｂが固着されている。
そしてホース金具22ａに破砕剤の供給ホース７ａが接続
され、またホース金具22ｂに水の供給ホース８ａが接続
されている。

【００１６】充填ノズル19はビット16の径と略等しいか
或いは僅かに小さい径を持って形成されている。充填ノ
ズル19は、後述するロッドホルダー20のバネ20ｂによっ
て該ノズル19の先端がビット16よりも前方側に突出する
ように付勢されている。また充填ノズル19の内部には供
給ロッド18の通孔18ｂ，18ｃと連通する孔19ａ，19ｂが
形成されている。従って、岩盤に穿孔された穴に充填ノ
ズル19の先端を挿入し、供給ロッド18に形成した通孔18
ｂ，18ｃを通って圧送される破砕剤，水を充填ノズル19
に形成した孔19ａ，19ｂから岩盤に穿孔された穴に充
填，注水することが可能である。

【００１７】ロッドホルダー20は、後端が閉塞された一
対のパイプ部材20ａと、夫々のパイプ部材20ａの閉塞端
に内挿されたバネ20ｂと、夫々のパイプ部材20ａに嵌合
された２本の軸部材20ｃと、２本の軸部材20ｃの先端を
接続するプレート部材20ｄとによって構成されている。
バネ20ｂは供給ロッド18の先端に取り付けられた充填ノ
ズル19が岩盤の表面に当接したときのクッションとして
の機能を有すると共に、充填ノズル19の退避長さを規定
する機能を有するものである。このため、充填ノズル19
が岩盤の表面と当接して退避し、これによりバネ20ａが
圧縮されたとき、充填ノズル19の先端がビット16の先端
と略同一位置となるように構成されている。

【００１８】ロッドホルダー20を構成するパイプ部材20
ａの所定位置には、ロッドホルダー20をガイドブリッジ
14に離接させる離接手段が設けられている。この離接手
段は、圧油或いは圧縮空気の供給によって作動するシリ
ンダー23と、夫々のパイプ部材20ａの外周に回動可能に
嵌合された回動リング24と、回動リング24に固着され且
つガイドブリッジ14に形成した図示しない係止溝と係合
する係合部材25とによって構成されている。そしてシリ
ンダー23及びロッドと夫々の回動リング24とが接合され
ている。従って、シリンダー23を作動させると回動リン
グ24が回動し、この回動に応じて係合部材25が回動して
ガイドブリッジ14の係止溝と係合することで、ロッドホ
ルダー20をガイドブリッジ14と接続することが可能であ
り、また係合部材25と係止溝との係合を解除すること
で、ロッドホルダー20とガイドブリッジ14との接続を解
除することが可能である。そしてロッドホルダー20をガ
イドブリッジ14と接続してロッドレスシリンダー13を作
動させることで、ロッドホルダー20，供給ロッド18，充
填ノズル19をドリフタ12と共にガイドセル11に沿って移
動させることが可能である。

【００１９】尚、図２に於いて、26はドリフタ12のロッ
ド15と充填手段を構成する供給ロッド18との相対距離を
規定するためのロッドブラケットであり、ロッド15の先
端近傍に取り付けられ且つ供給ロッド18を摺動可能に嵌
合している。

【００２０】次に、上記の如く構成した掘削機及び掘削
装置を用いて岩盤にトンネルを掘削する際の手順につい
て説明する。先ず、台車Ｂ〜Ｅを移動させて掘削装置Ａ
を岩盤の切羽に対向させる。次に、油圧シリンダー３，
６に圧油を供給して作動させ、ドリフタ12のロッド15を
モーター１の軸心からトンネルの半径に対応する距離に
離隔させると共に、掘削装置Ａを切羽に対し垂直に保持
する。台車Ｂ〜Ｅを前進させ、ガイドセル11の先端に設
けたフートパット11ａを切羽に押圧させた後、ドリフタ
12に圧油を供給してビット16を回転させつつ打撃力を付
与し、同時にロッドレスシリンダー13を作動させて岩盤
に所望の深さの穴を穿孔する。このとき、ロッドホルダ
ー20のガイドブリッジ14に対する係合は解除しておく。
前記操作により、岩盤に掘削すべきトンネルの周に対応
する位置に１個の穴を穿孔することが可能である。

【００２１】次に、ロッドレスシリンダー13を作動させ
てドリフタ12を後退させ、更に、台車Ｂ〜Ｅを後退さ
せ、モーター１を駆動してビット16を該ビット16の直径
に応じて半径方向に回動させる。またシリンダー23を作
動させて係合部材25をガイドブリッジ14の係止溝に係合
させる。台車Ｂ〜Ｅを前進させ、上記と同様にしてビッ
ト16を回転させつつ打撃力を付与し、ロッドレスシリン
ダー13を作動させて岩盤を穿孔する。このとき、充填ノ
ズル19の先端がビット16の先端よりも突出しているた
め、ビット16による穿孔の開始に先立って該ノズル19は
既に穿孔されている穴に挿入されてビット16を該穴に沿
ってガイドする機能を発揮する。岩盤に対する穿孔作業
の進行に伴ってビット16が抵抗の少ない方、即ち、既に
穿孔されている穴の方向に逃げようとしても供給ロッド
18とロッド15とがロッドブラケット26によって互いの離
隔距離が一定となるように規定されているため、ビット
16は岩盤に対し垂直な穴を穿孔することが可能である。
そして穿孔作業が進行して充填ノズル19の先端が穴底に
到達すると、ロッドホルダー20のパイプ部材20ａに内挿
されたバネ20ｂに撓みが生じ、ビット16のみが前進して
既に穿孔されている穴と同一深さの穴を穿孔することが
可能である。上記操作を繰り返すことで岩盤に掘削すべ
きトンネルの周に対応する位置にスリットを形成し、該
スリットにより分割された内残部を形成する。

【００２２】次に、段落番号００２０で説明した手順に
より、内残部の所定位置に単独の穴を複数穿孔する。内
残部に対する穿孔作業が終了した後、穿孔された穴に充
填ノズル19を対向させると共に先端を穴の内部に挿入
し、ホッパー７に圧縮空気を供給して破砕剤を圧送して
該穴に充填する。穴に所定量の破砕剤を充填した後、破
砕剤の充填を中止して水タンクに圧縮空気を供給し該穴
に注水する。前記破砕剤の充填及び注水作業を繰り返
し、穴に所定量の破砕剤を充填すると共に注水する。そ
の後、充填ノズル19を異なる穴に対向させ、上記と同様
にしてこの穴に所定量の破砕剤を充填すると共に注水す
る。この操作を繰り返すことで内残部に穿孔された全て
の穴に破砕剤の充填及び注水を行う。

【００２３】上記の如くして穴に破砕剤を充填すると共
に注水すると、破砕剤は水和反応を生起し、この反応に
よって内残部が破砕される。従って、破砕された岩石を
除去することで岩盤にトンネルが掘削される。そして上
記操作を順次岩盤の深さ方向に進行させることで、所望
のトンネルを掘削することが可能となる。

【００２４】上記の如く構成した掘削装置を操作する場
合、図示しない操作盤上に配置された各動作機器に対応
するレバーをオペレーターが手動操作しても良く、また
岩盤に掘削すべきトンネルの径，各動作機器の動作順
位，操作量等を予めプログラムしてコンピューターに入
力して自動操作することも可能である。

【００２５】

【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明に係る
トンネル掘削装置によれば、岩盤に掘削すべきトンネル
の周と対応する位置にスリットを形成すると共に、該ス
リットによって分割された内残部に穴を穿孔し、且つ穿
孔された穴に対する静的破砕剤の充填作業及び注水作業
を行うことが出来る。このように、岩盤に対する穿孔作
業と静的破砕剤の充填作業及び注水作業を一台の装置で
すべて実施することが出来るため、作業現場に複数の機
械装置を配置する必要がなく、従って、作業能率を向上
させると共にトンネルの掘削作業を効率良く行うことが
出来るという特徴を有するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】掘削機の全体構成を説明する側面図である。

【図２】掘削装置の側面図である。

【図３】図２のＡ−Ａ矢視図である。

【図４】図３のＢ−Ｂ断面図である。

【図５】図３のＦ部拡大図である。

【符号の説明】

Ａは掘削装置、Ｂ〜Ｅは台車、１はモーター、２はブラ
ケット、３，６は油圧シリンダー、４はアーム、５はブ
ラケット、７はホッパー、８は水タンク、９は油圧ユニ
ット、11はガイドセル、12はドリフタ、13はロッドレス
シリンダー、14はガイドブリッジ、15はロッド、16はビ
ット、17はセントライザー、18は供給ロッド、19は充填
ノズル、20はロッドホルダー、20ａはパイプ部材、20ｂ
はバネ、20ｃは軸部材、20ｄはプレート部材、21は摺動
ブラケット、22ａ，22ｂはホース金具、23はシリンダ
ー、24は回動リング、25は係合部材、26はロッドブラケ
ットである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 先端に穿孔用のビットを有するドリフタ
   と、前記ドリフタを直進移動可能に搭載すると共に位置
   移動可能に構成されたガイドセルと、前記ドリフタをガ
   イドセルに沿って直進移動させる駆動手段と、穿孔され
   た穴に静的破砕剤及び水を充填する充填部材を先端に設
   け且つ前記ドリフタと平行に配設された充填手段と、前
   記ドリフタと充填手段とを選択的に離接させる離接手段
   とを有することを特徴としたトンネル掘削装置。