JPH0754571A - 穿孔機械の掘削ドリル位置決め方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 掘削断面に対し掘削ドリルの穿孔位置及び穿
孔角度を容易に、かつ正確に設定でき、現場に即した実
用的な穿孔機械の掘削ドリル位置決め方法を提供する。 【構成】 切羽に掘削ドリル２３により穿孔する穿孔機
械１０のドリル架台２０に照準用ターゲット２６、２７
を掘削ドリル２３の進退方向に所定間隔離して配設し、
ビーム発振器５４から切羽の掘進方向と平行なレーザビ
ーム５４ａを発生させ、このレーザビーム５４ａにドリ
ル架台２０の照準用ターゲット２６、２７を合わせるこ
とにより、掘削ドリル２３を切羽の掘進方向と平行する
基準位置に割り出し、この割り出し基準位置からドリル
架台２０を切羽の穿孔位置へ平行移動させ、掘削ドリル
２３を予め設定された水平及び鉛直方向の角度に調節し
て、掘削ドリル２３をトンネル切羽の穿孔に適合する角
度に設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、トンネル切羽などの掘
削断面に対する掘削ドリルの穿孔位置及び穿孔角度を割
り出す時の穿孔機械の掘削ドリル位置決め方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】トンネル切羽にその円周に沿い穿孔する
穿孔機械としては、移動式の台車に複数の掘削機を架装
したドリルジャンボが知られている。

【０００３】この種のドリルジャンボを用いてトンネル
切羽を穿孔する場合の最も典型的な穿孔方法としては、
まず、ドリルジャンボを施工位置まで移動させる。次
に、掘削ドリルを支持するブームを運転席にいるオペレ
ータのマニュアル操作により動作させて、掘削ドリルを
切羽の目標穿孔位置にセットし、かつ切羽に対する掘削
ドリルの穿孔角度を目標値にセットする。その後、コン
トロールレバーなどをマニュアル操作することにより、
掘削ドリルを回転させながら前進方向に送り込み、これ
により切羽に穿孔する。

【０００４】従来、このようなドリルジャンボにおい
て、切羽に対する掘削ドリルの穿孔位置及び穿孔角度を
設定する場合は、まず、トンネル切羽に対する穿孔機械
本体の施工位置を光学測定装置により計測し、その計測
値が穿孔許容範囲に入るように穿孔機械本体を移動し位
置決めした後、この位置を基準にして切羽に対する掘削
ドリルの穿孔位置及び穿孔角度をトンネルの軌道データ
から演算により求め、この穿孔位置及び穿孔角度に掘削
ドリルを割り出していた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような従来の穿孔機械における穿孔位置及び穿孔角度の
設定方法では、穿孔機械が穿孔許容範囲に設置されてい
ることを光学測定装置により計測した後、この位置を基
準にしてトンネル切羽に対する掘削ドリルの穿孔角度及
び穿孔角度を演算により求める構成になっているため、
穿孔機械本体の位置が正確に計測されていないと掘削ド
リルの穿孔位置及び穿孔角度に誤差が生じ、余掘りの原
因となってしまう。また、穿孔機械本体を基準にして掘
削ドリルの穿孔位置及び角度を割り出さなければならな
いため、穿孔機械が移動する度に穿孔機械本体の位置を
計測しなければならず、その計測作業が面倒で時間もか
かり、トンネルのような作業環境の悪い現場には即さな
いという問題があった。

【０００６】本発明は、上記のような従来の問題を解決
するものであり、その目的とするところは、掘削断面に
対し掘削ドリルの穿孔位置及び穿孔角度を容易に、かつ
正確に設定でき、現場に即した実用的な穿孔機械の掘削
ドリル位置決め方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明は、走行可能な走行体と、前記走行体に水平方
向及び鉛直方向に揺動可能に支持されたブームと、前記
ブームを水平方向及び鉛直方向に揺動させるブーム駆動
手段と、前記ブームの揺動先端部に水平方向及び鉛直方
向に揺動可能に支持されたドリル架台と、前記ドリル架
台を水平方向及び鉛直方向に揺動させる架台駆動手段
と、前記ドリル架台に進退可能に支持されているととも
に駆動手段により回転される掘削ドリルと、前記掘削ド
リルを進退させる送り手段とを備え、前記ブーム駆動手
段及び架台駆動手段により掘削断面に対し掘削ドリルの
穿孔位置及び穿孔角度を割り出す穿孔機械の掘削ドリル
位置決め方法であって、前記ブーム及び前記ドリル架台
の水平方向の揺動角を検出する水平センサ、及び前記ド
リル架台の鉛直方向の揺動角を検出する鉛直センサを設
け、前記水平センサ及び前記鉛直センサで検出された水
平及び鉛直方向の揺動角度を表示する表示手段を設け、
前記ドリル架台に第１及び第２の照準用ターゲットを前
記掘削ドリルの進退方向に所定間隔離して配設し、前記
掘削断面に向けて光ビーム発生手段から掘削断面の掘進
方向と平行な基準光ビームを発生させ、前記基準光ビー
ムに前記ドリル架台の第１及び第２の照準用ターゲット
を合わせることにより前記掘削ドリルを前記掘削断面の
掘進方向と平行に基準位置に割り出し、前記ドリル架台
を前記ブームにより前記割り出し基準位置から掘削断面
の穿孔位置に平行移動させ、前記表示手段を見ながら前
記架台駆動手段により前記ドリル架台の水平及び鉛直方
向の角度を予め設定された角度に調節して前記掘削ドリ
ルの掘削断面に対する穿孔角度を決定する構成にした。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図１は、本発明方法を適用した穿孔機械（２ブ
ームホイールジャンボ）の概略構成を示す側面図であ
る。図１において、トンネル内を移動する穿孔機械１０
は、ホイール移動式の台車１１を備え、この台車１１は
アウトリガ１２により地面上に安定に据え付けられる構
成になっている。台車１１上には、穿孔機械１０の走行
駆動源であるディーゼルエンジン１３、及び図略の電動
機により駆動される油圧ポンプ等からなる油圧発生源１
４が設置され、さらに運転席１５及び各種の操作レバー
（不図示）等を有する操作盤１６などが設置されてい
る。

【０００９】台車１１の前端部には、図略の油圧モータ
により水平方向に揺動される支持台１７が設置され、こ
の支持台１７には、左右一対の伸縮可能なブーム１８の
各基部が上下方向に揺動可能に支持されており、この各
ブーム１８は、油圧発生源１４から操作盤１６を通して
供給される圧油で駆動される油圧シリンダ１９により、
前記基部を基点にして上下方向に揺動される。また、ブ
ーム１８の揺動先端部には、ドリル架台２０が水平方向
及び鉛直方向に揺動可能に取り付けられている。ドリル
架台２０は、油圧発生源１４から操作盤１６を通して供
給される圧油で駆動される油圧機構２１により水平方向
に揺動され、さらに、油圧発生源１４から操作盤１６を
通して供給される圧油で駆動される油圧機構２２により
鉛直方向に揺動される。

【００１０】ドリル架台２０には、図２に示すように、
掘削ドリル２３がドリル架台２０の長手方向に進退可能
に、かつ回転可能に支持されており、この掘削ドリル２
３は、これと一体にドリル架台２０上を進退する電動機
２４により回転駆動される。また、ドリル架台２０に
は、掘削ドリル２３及び電動機２４を進退させる送り装
置２５が設置されている。

【００１１】ドリル架台２０の一側面には、穿孔機械１
０の掘削ドリル２３を基準点に位置出しするための第１
の照準用ターゲット２６と第２の照準用ターゲット２７
がドリル架台２０の長手方向に所定間隔（例えば、２ｍ
程度）離して、マグネット等により着脱可能に取り付け
られている。第１の照準用ターゲット２６の中心には図
２に示すようにレーザビーム透過孔２６ａが形成されて
おり、また、第２の照準用ターゲット２７はミラーから
構成される。

【００１２】図１において、２８は支持台１７に取り付
けた第１の水平センサであり、この第１の水平センサ２
８はブーム１８の基準点からの水平方向の揺動角度を検
出するものである。２９はドリル架台２０に取り付けた
第２の水平センサであり、この第２の水平センサ２９は
ドリル架台２０の基準点からの水平方向の揺動角度を検
出するものである。また、３０はドリル架台２０に取り
付けた鉛直センサであり、この鉛直センサ３０は、ドリ
ル架台２０の基準点からの鉛直方向の揺動角度を検出す
るものである。

【００１３】図１中、３１は操作盤１６上に設置した表
示装置であり、この表示装置３１の表示パネル３１ａに
は、図３に示すように、掘削ドリル２３の鉛直方向の揺
動角度を表示するデジタル表示部３２、掘削ドリル２３
を基準位置に位置決めするときに基準からの鉛直方向の
揺動角度のずれ具合を表示する表示部３３、掘削ドリル
２３の水平方向の揺動角度を表示するデジタル表示部３
４、及び掘削ドリル２３を基準位置に位置決めするとき
に基準からの水平方向の揺動角度のずれ具合を表示する
表示部３５と、切羽の円周方向の複数の穿孔位置及び切
羽の中心に掘削ドリル２３を位置決めするときの位置決
め状態を表示する表示部３６がそれぞれ設けられてい
る。

【００１４】次に、図４の構成について説明する。図４
は掘削ドリル２３の位置決め時における表示処理のブロ
ック図を示すもので、４０は中央処理装置（以下、ＣＰ
Ｕと略称する）であり、このＣＰＵ４０の入力側には、
第１の水平センサ２８、第２の水平センサ２９及び鉛直
センサ３０がそれぞれ接続されている。また、ＣＰＵ４
０の出力側には、表示制御回路４１を介して表示装置３
１が接続されている。

【００１５】次に、図５により穿孔機械１０の掘削ドリ
ル２３を基準点に位置出しするためのレーザビームを生
成する場合の構成について説明する。図５に示すよう
に、トンネル５０内の切羽５１側の天井部等には、掘削
ドリル２３の切羽５１に対する基準位置を割り出すため
の基準用ターゲットミラー５２を配設し、さらに、トン
ネル５０内の坑口側に位置する天井部には、光波距離計
５３を備えたレーザ発振器５４を配設し、このレーザ発
振器５４から発生するレーザビーム５４ａをターゲット
ミラー５２に照射することにより、切羽５１の掘進方向
と平行な基準レーザビームを生成する。また、切羽５１
の任意の位置には、光波距離計５３から切羽５１までの
距離及び切羽５１の位置を計測するための反射プリズム
５５が配設されている。

【００１６】次に、上記のように構成された本実施例の
動作について説明する。切羽５１に発破用の孔などを穿
孔する場合は、まず、ディーゼルエンジン１３を起動し
て穿孔機械１０を手動運転にてトンネル切羽５１と正対
する施工位置まで移動し、この穿孔機械１０をアウトリ
ガ１２によりトンネル５０内に安定に据え付ける。次
に、図５に示すように、レーザ発振器５４から発生する
レーザビーム５４ａを基準用ターゲットミラー５２に向
けて照射し、該基準用ターゲットミラー５２を視準する
ことにより、トンネル５０の掘進方向と平行なレーザビ
ーム５４ａを生成する。このレーザビーム５４ａは穿孔
機械１０の掘削ドリル２３を基準点に位置出しするため
の基準レーザビームとなる。

【００１７】次に、操作盤１６上の操作レバーを操作し
て、支持台旋回用油圧モータ及びブーム上下動用油圧シ
リンダ１９に油圧発生源１４から圧油を供給することに
よりブーム１８の揺動端側をレーザビーム５４ａへ移動
させ、ブーム１８の揺動端に設けたドリル架台２０の各
照準用ターゲット２６、２７をレーザビーム５４ａの光
路上に位置させる。さらに、操作盤１６上の別の操作レ
バーを操作することにより、ドリル架台２０を油圧機構
２１で水平方向に揺動させるとともに、油圧機構２２に
より鉛直方向に揺動させて、各照準用ターゲット２６、
２７の中心がレーザビーム５４ａの光路と一致するよう
にドリル架台２０の位置を調節する。これにより、レー
ザビーム５４ａが第１の照準用ターゲット２６の透過孔
２６ａを通過して第２の照準用ターゲット２７を視準す
るようにすれば、掘削ドリル２３はトンネル５０の掘進
方向に対してローリングもピッチングもない、掘進方向
と平行する基準位置に割り出され、位置決めされること
になる。

【００１８】上記掘削ドリル２３の基準位置割り出し時
において、第１の水平センサ２８により検出されるブー
ム１８の水平方向の揺動角度信号はＣＰＵ４０に取り込
まれるとともに、第２の水平センサ２９により検出され
るドリル架台２３の水平方向の揺動角度信号もＣＰＵ４
０に取り込まれる。また、鉛直センサ３０により検出さ
れるドリル架台２０の鉛直方向の揺動角度信号もＣＰＵ
４０に取り込まれる。ＣＰＵ４０では、第１及び第２の
水平センサ２８、２９で検出した角度信号を合成処理し
て、切羽５１に対する掘削ドリル２３の水平方向の揺動
角度を演算し、その演算結果を表示制御回路４１を通し
て表示部３１に出力する。この演算結果、即ち掘削ドリ
ル２３の水平方向の揺動角度はデジタル表示部３４に数
値表示されるとともに、レーザビーム５４ａに一致する
以前の水平方向の角度のずれ具合が表示部３５に表示さ
れる。一方、ＣＰＵ４０に取り込まれた鉛直センサ３０
からの角度信号はＣＰＵ４０で処理された後、表示制御
回路４１を通して表示部３１に出力される。その結果、
切羽５１に対する掘削ドリル２３の鉛直方向の揺動角度
はデジタル表示部３２に数値表示されるとともに、レー
ザビーム５４ａに一致する以前の鉛直方向の角度のずれ
具合が表示部３３に表示される。また、ドリル架台２０
の第１及び第２の照準用ターゲット２６、２７がレーザ
ビーム５４ａと一致する基準位置へ割り出された状態で
は、表示部３３、３５のランプ点灯位置は、図３の黒塗
で示す如く中央にくる。従って、この表示状態を視認す
ることにより、掘削ドリル２３がトンネル５０の掘進方
向と平行する基準位置に割り出されたことを容易に判断
できる。

【００１９】また、表示装置３１の表示パネル３１ａに
設けたリセットボタン３７を押すことにより、各デジタ
ル表示部３２、３４の表示内容をゼロリセットし、この
ゼロリセットされた水平及び鉛直方向の揺動角度が掘削
ドリル２３の基準角度データとしてＣＰＵ４０に内蔵の
メモリに格納される。従って、実際の切羽５１に対する
掘削ドリル２３の穿孔位置及び穿孔角度の設定は、上記
基準位置を基にして行われる。

【００２０】次に、切羽５１に対して掘削ドリル２３の
実際の穿孔位置及び穿孔角度を決定する場合について説
明する。まず、レーザ発振器５４から発振するレーザビ
ーム５４ａをトンネル切羽５１に設置した反射プリズム
５５に向けて照射することにより、反射プリズム５５の
中心を自動的に探索する。これにより、切羽５１までの
距離を光波距離計５３で計測するとともに、この距離デ
ータと予め設定されているトンネル５０の軌道データを
基にして反射プリズム設置位置に対する切羽面を図略の
計算装置により演算する。その後、上記演算結果に基づ
いてレーザ発振器５４を動作させることにより、図６に
示すように、レーザビーム５４ａで掘削ラインＬを半円
形に照射し、または発破パターンの穿孔位置を照射し、
これらの照射位置をマーキングする。

【００２１】次に、操作盤１６上のレバーをマニュアル
操作することによりブーム１８を揺動させて掘削ドリル
２３を含めたドリル架台２０をレーザビーム５４ａと一
致する基準割り出し位置から切羽５１のマーキング位置
へ平行移動させる。その後、トンネル５０の軌道データ
及び切羽５１の地質等に応じて予め設定されている角度
データに切羽５１の各マーキング位置に対する掘削ドリ
ル２３の水平方向及び鉛直方向の角度を設定する。この
場合、マーキング位置に対するトンネル掘進方向の穿孔
角度は予め設定されている角度データから判明している
から、ドリル架台２０を油圧機構２１、２２により水平
方向及び鉛直方向に揺動させ、このドリル架台２０をゼ
ロリセットされた基準の角度から予め設定されている水
平及び鉛直方向の角度に調節することにより、掘削ドリ
ル２３をトンネル切羽５１の穿孔に適合する角度に正確
に設定することができる。

【００２２】上記のように本実施例においては、レーザ
発振器５４から発生するレーザビーム５４ａを基準用タ
ーゲットミラー５２に向け照射して、該ターゲットミラ
ー５２を視準することにより、トンネル５０の掘進方向
と平行なレーザビーム５４ａを生成し、このレーザビー
ム５４ａにドリル架台２０の第１、第２の照準用ターゲ
ット２６、２７を合わせることにより、掘削ドリル２３
をトンネル５０の掘進方向に対してローリングもピッチ
ングもない、掘進方向と平行する基準位置に割り出し位
置決めする構成にしたので、従来のように穿孔機械本体
の位置を計測する必要がなくなり、これに伴いトンネル
切羽５１に対し掘削ドリル２３の穿孔位置及び角度を容
易に設定できると共に、基準位置の設定作業も簡便にな
り、穿孔現場に即した実用性の高い穿孔機械を提供でき
る。また、トンネル切羽５１のマーキング位置に掘削ド
リル２３を割り出す場合、ドリル架台２０を割り出し基
準位置から切羽５１の穿孔位置へ平行移動させ、ドリル
架台２０をゼロリセットされた基準の角度から予め設定
された水平及び鉛直方向の角度に調節することにより、
掘削ドリル２３をトンネル切羽５１の穿孔に適合する角
度に設定できるから、トンネル切羽５１に対する穿孔角
度を正確に設定することができる。これによって、トン
ネル５０の余堀りを防止できる。

【００２３】なお、本発明は、上記実施例に記載された
構成のものに限らず、請求項に記載した範囲を逸脱しな
い限り、種々の変形が可能である。例えば、上記実施例
では、トンネル切羽（掘削断面）の掘進方向と平行な光
ビームを発生させる手段に光波距離計５３のレーザ発振
器５４を用いた場合について説明したが、独立のレーザ
発振器を用いてもよい。この場合、基準用ターゲットミ
ラーは不要になる。また、基準用の光ビームはレーザに
限定されない。また、本発明はトンネル切羽の穿孔に限
らず、その他の掘削断面の穿孔にも適用できる。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、走
行可能な走行体と、前記走行体に水平方向及び鉛直方向
に揺動可能に支持されたブームと、前記ブームを水平方
向及び鉛直方向に揺動させるブーム駆動手段と、前記ブ
ームの揺動先端部に水平方向及び鉛直方向に揺動可能に
支持されたドリル架台と、前記ドリル架台を水平方向及
び鉛直方向に揺動させる架台駆動手段と、前記ドリル架
台に進退可能に支持されているとともに駆動手段により
回転される掘削ドリルと、前記掘削ドリルを進退させる
送り手段とを備え、前記ブーム駆動手段及び架台駆動手
段により掘削断面に対し掘削ドリルの穿孔位置及び穿孔
角度を割り出す穿孔機械の掘削ドリル位置決め方法であ
って、前記ブーム及び前記ドリル架台の水平方向の揺動
角を検出する水平センサ、及び前記ドリル架台の鉛直方
向の揺動角を検出する鉛直センサを設け、前記水平セン
サ及び前記鉛直センサで検出された水平及び鉛直方向の
揺動角度を表示する表示手段を設け、前記ドリル架台に
第１及び第２の照準用ターゲットを前記掘削ドリルの進
退方向に所定間隔離して配設し、前記掘削断面に向けて
光ビーム発生手段から掘削断面の掘進方向と平行な基準
光ビームを発生させ、前記基準光ビームに前記ドリル架
台の第１及び第２の照準用ターゲットを合わせることに
より前記掘削ドリルを前記掘削断面の掘進方向と平行に
基準位置に割り出し、前記ドリル架台を前記ブームによ
り前記割り出し基準位置から掘削断面の穿孔位置に平行
移動させ、前記表示手段を見ながら前記架台駆動手段に
より前記ドリル架台の水平及び鉛直方向の角度を予め設
定された角度に調節して前記掘削ドリルの掘削断面に対
する穿孔角度を決定する構成にしたので、穿孔機械本体
の位置を計測する必要がなくなり、掘削断面に対し掘削
ドリルの穿孔位置及び穿孔角度を容易に、かつ正確設定
できると共に、現場に即した実用性の高い穿孔機械を提
供することができる。また、掘削ドリルの基準位置およ
び切羽への割り出し時に、その水平方向及び鉛直方向の
揺動角度を表示手段に表示できる構成になっているか
ら、この表示を見ながら掘削ドリルの基準位置への位置
割り出し及び掘削断面への位置割り出し作業を簡便に行
うことができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法を適用した穿孔機械の概略側面図で
ある。

【図２】本実施例におけるドリル架台部分の斜視図であ
る。

【図３】本実施例における表示部に正面図である。

【図４】本実施例における表示制御部のブロック図であ
る。

【図５】本実施例における基準光ビームの発生例を示す
説明図である。

【図６】トンネル切羽にレーザビームにより掘削ライン
または穿孔位置を照射してマーキングする場合の説明図
である。

【符号の説明】

１０ 穿孔機械 １１ 台車（走行体） １４ 油圧発生源 １７ 支持台 １８ ブーム １９ 油圧シリンダ（ブーム駆動手段） ２０ ドリル架台 ２１ 油圧機構（架台駆動手段） ２２ 油圧機構（架台駆動手段） ２３ 掘削ドリル ２４ 電動機（ドリル駆動手段） ２５ 送り装置 ２６ 第１の照準用ターゲット ２７ 第２の照準用ターゲット ５１ 切羽（掘削断面） ５２ 基準用ターゲットミラー ５４ レーザ発振器（ビーム発生手段） ５４ａ レーザビーム（基準光ビーム）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 走行可能な走行体と、 前記走行体に水平方向及び鉛直方向に揺動可能に支持さ
   れたブームと、 前記ブームを水平方向及び鉛直方向に揺動させるブーム
   駆動手段と、 前記ブームの揺動先端部に水平方向及び鉛直方向に揺動
   可能に支持されたドリル架台と、 前記ドリル架台を水平方向及び鉛直方向に揺動させる架
   台駆動手段と、 前記ドリル架台に進退可能に支持されているとともに駆
   動手段により回転される掘削ドリルと、 前記掘削ドリルを進退させる送り手段とを備え、 前記ブーム駆動手段及び架台駆動手段により掘削断面に
   対し掘削ドリルの穿孔位置及び穿孔角度を割り出す穿孔
   機械の掘削ドリル位置決め方法であって、 前記ブーム及び前記ドリル架台の水平方向の揺動角を検
   出する水平センサ、及び前記ドリル架台の鉛直方向の揺
   動角を検出する鉛直センサを設け、 前記水平センサ及び前記鉛直センサで検出された水平及
   び鉛直方向の揺動角度を表示する表示手段を設け、 前記ドリル架台に第１及び第２の照準用ターゲットを前
   記掘削ドリルの進退方向に所定間隔離して配設し、 前記掘削断面に向けて光ビーム発生手段から掘削断面の
   掘進方向と平行な基準光ビームを発生させ、 前記基準光ビームに前記ドリル架台の第１及び第２の照
   準用ターゲットを合わせることにより前記掘削ドリルを
   前記掘削断面の掘進方向と平行に基準位置に割り出し、 前記ドリル架台を前記ブームにより前記割り出し基準位
   置から掘削断面の穿孔位置に平行移動させ、前記表示手
   段を見ながら前記架台駆動手段により前記ドリル架台の
   水平及び鉛直方向の角度を予め設定された角度に調節し
   て前記掘削ドリルの掘削断面に対する穿孔角度を決定す
   る、 ことを特徴とする穿孔機械の掘削ドリル位置決め方法。