JPH0713429B2 - 立坑の掘削方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、トンネル、石油備蓄用地下空間、発電所用
地下空間などの通気口、排気口、或いは地上との連結通
路となる立坑の掘削方法に関する。

〔従来の技術〕

首記の如き立坑の掘削法としては、一般的なダウンザホ
ールドリル等による掘削（この方法での穿孔可能穴径は
1mφ程度）のほか、レイズボーラと呼ばれるローラ圧砕
式ビットを回転させながら地下から地表にむかって引上
げていく工法がある。

また、大径の立坑を掘る場合には、切上げ工法と呼ばれ
る人力による鑿岩、発破工法が多用されている。この方
法は、地表からの先行掘り貫通小径穴にワイヤを通して
リフトを吊るし、このリフトに人が乗って孔の鑿岩、そ
の孔に対する火薬の装填を行なう。次いで、退避、爆破
の作業を繰返えしながら立坑を地下から地表に向かって
切上げていく。

このほか、アリマック工法とよばれる方法や、近年開発
された全旋回式オールケーシング掘削機で地表側から穴
を掘り下げていくオールケーシング工法がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した各工法のうち、オールケーシング工法を除く他
の工法は、穴面積（穿孔可能穴径）の制約や安全上の問
題がある。特に、切上り工法は、火薬装填孔の穿設時に
岩石が落下するなどの他、火薬を使うことから作業の危
険性が高い。

そこで、回転力、押込力共に大きなものが多く、直径2
m、深さ50m以上の穴あけが可能なオールケーシング機に
よる工法が注目を浴び出している。しかしながら、この
オールケーシング工法では、ケーシングチューブ内にコ
アとして残される地層をクレーンを用いてハンマークラ
ブなどで掴み出しているため、50mを越えるような深穴
の掘削では極めて不能率である。

そこで、この発明は、ケーシング工法を活用して安価に
安全に立坑を掘削し得る方法を提供しようとするもので
ある。

〔課題を解決するための手段〕

この発明の方法では、立坑の掘削域中心に予め立坑径よ
りも小径のパイロットホールを貫通して穿孔する。

次に、ケーシングチューブの先頭管の先端と先頭管の内
側に固定した１枚以上の前すぼみ翼の傾斜縁部に掘削ビ
ットを有し、さらに前すぼみ翼の先端にパイロットホー
ルに挿入される倣いガイドを有する構造の掘削ヘッドを
備える全旋回式オールケーシング掘削機を使用して上記
パイロットホールでケーシングチューブを先導しなが
ら、かつ、掘削屑をパイロットホールを通して地下空間
又はトンネル内に落とし込みながら立坑を掘削する。

〔作用〕

目的空間に達するパイロットホールは、ダウンザホール
ドリルやボーリング機等であけることができる。

この発明によれば、そのパイロットホールが次に行なう
拡孔作業時にケーシングチューブを先導しつつ掘削屑を
下部空間に順次落下排除する役目を果たすため、拡孔作
業の連続的実施が可能になる。

また、パイロットホールは、拡孔時の掘削を容易にして
作業能率を更に高めるほか、掘削ヘッド先端のビットの
寿命にも好影響を与える。

即ち、岩石などの脆性物は圧縮耐力は大きいが、引張り
方向の耐力は弱く、自由端近くに貫入力が加わると割れ
易い。この発明ではパイロットホールが拡孔時の自由面
となるため、第１図に示すように、ケーシングチューブ
先端ビット１の切削力がＡ方向に働らく割合が高まり、
チューブ内のコア部がクラックを生じるなどして崩れ易
くなる。そこに前すぼみ翼に取付けてあるビット２がパ
イロットホール９に近いものから順にコア部に切込まれ
て２の切削力がＢ方向に働らくため、破壊される岩盤は
片となり易く、これが順次パイロットホールに落ちてい
くので２次切削が減少する。従って、純粋に切削して微
粉化するよりも掘削効率がはるかに良くなる。

また、上の理由からビット２は特に弱い力でコアを切崩
していくことができるので負荷が小さく、損耗が少な
い。

以上の作用・効果によって掘削コストが下がる。また、
ケーシング工法を応用したことによって作業の安全性が
確保される。

〔実施例〕

第１図及び第２図に基づいてこの発明の方法の一例を説
明する。

先ず、地表から地下のトンネル等に向かって先行掘りす
るパイロットホールは、ダウンザホールハンマ、アース
オーガ、ボーリングマシン等によって掘削する。第２図
はその例を示したもので、図中６はダウザホールハン
マ、７はダウンザホールドリリングマシン、８は地下ト
ンネル、９はパイロットホールを示している。

９の穴径は立坑10の穴径を考慮して掘削屑の良排出性が
保たれるように定める。立坑10が2mφならば９の直径は
およそ500mmφ程度が必要である。

ダウンザホールドリルであれば200〜600mmφ程度の穴を
あけ得るので上のケースでは充分に間に合う。

さて、このようにしてパイロットホールを掘ったら、全
旋回式オールケーシング機を使って拡孔作業に移る。

このオールケーシング機による掘削には特別に設計した
掘削ヘッドを用いる。その掘削ヘッドは、第１図及び第
３図に示すように、ケーシングチューブ３の先頭管の先
端に管周方向に千鳥配列されたビット１を有している。
また、先頭管の内部には管中心を横切る位置に前すぼみ
翼４を設けてある。この翼４は１枚あればよいが、図は
２枚を十字にクロスさせて取付けてある。そして、各翼
４の傾斜縁にビット１が切り残したコア部を掘削するビ
ット２を取付けてある。なお、このビット２は、図のよ
うに、掘進方向に突出させるのが望ましい。翼４の傾斜
縁に対して直角方向に向けると掘削速度が上がらず、ビ
ットの発熱も大きくなる。このことは、コンクリートブ
ロックを岩盤に見立てた小規模の模擬実験からも確認さ
れている。

このほか、前すぼみ翼４の先端部には、パイロットホー
ル９でケーシングチューブの移動を案内するための倣い
ガイド５を設けてある。このガイド５は、ビット２によ
る掘削屑の落下を妨げない形状であれば平板、円筒のい
ずれで形成してもよい。また、外周にローラを点存させ
て９との摩擦を減少させる構造にしてもよい。

このような掘削ヘッドを有する全旋回式オールケーシン
グ機でパイロットホール９を先導穴として拡孔作業を実
施すると、所望径の立坑10を安全にしかも効率良く穿孔
し得る。

第１図の11は拡孔時に発生する掘削屑の搬送車であり、
落下した屑をこれで直接受けて搬出することが可能なた
め、この面でも作業能率が上がる。

なお、前すぼみ翼４は、実施例では逆三角形の翼を示し
たが、これに近似した形状の翼、例えば、ビット２を取
付ける傾斜縁が円弧状になっているような翼であっても
よい。

〔効果〕

以上の通り、この発明の方法によれば、先行してあけた
パイロットホールでケーシングチューブを先導しなが
ら、また、掘削屑を順次排出しながらそのパイロットホ
ールを自由面として、この自由面が最も有効に活かされ
る構造の掘削ヘッドで地表側から所望径の立坑をあけて
いくので、 （１）全旋回オールケーシング機を用いる工法で使用さ
れているハンマークラブ（バケット）及びそれを昇降さ
せるクレーンが不要。

（２）掘削土砂が連続的に排出されるので、作業の停止
時間が少ない。

（３）拡孔時に岩盤の脆性破壊が生じ易く、掘進速度が
早まる。

（４）岩盤の脆性破壊と２次切削の減少によりビットの
摩耗、欠け等が少ない。

の特徴が生じ、結果として工期短縮、工費低減につなが
る。

また、オールケーシング工法を応用しているので作業の
安全性も高い。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の方法による拡孔作業工程の断面
図、第２図は先行して実施するパイロットホール穿孔工
程の断面図、第３図は第１図の掘削ヘッドの正面図であ
る。 １、２……ビット、３……ケーシングチューブ、４……
前すぼみ翼、６……ダウンザホールハンマ、７……ダウ
ンザホールドリリングマシン、８……地下トンネル、９
……パイロットホール、10……立坑、11……搬送車。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】既設の地下空間又はトンネルに向かって地
   表から立坑を貫通させる工法において、立坑の掘削域中
   心に予め立坑径よりも小径のパイロットホールを貫通し
   て穿孔し、その後、ケーシングチューブの先頭管の先端
   と先頭管の内側に固定した１枚以上の前すぼみ翼の傾斜
   縁部に各々掘削ビットを有する構造の掘削ヘッドを備え
   る全旋回式オールケーシング掘削機を使用して上記パイ
   ロットホールでケーシングチューブを先導しながら、か
   つ、掘削屑をパイロットホールを通して地下空間又はト
   ンネル内に落し込みながら立坑を掘削することを特徴と
   する立坑の掘削方法。