JPH08326470A - プレライニング施工における削孔方法及びプレライニング機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高速に削孔し、かつ余掘を防止する。 【構成】 ポンプ３０ｃは、起泡剤貯留槽３０ｅから起
泡剤を取り込み、コントロール・ユニット３０ｂに供給
する。一方、コンプレッサ３０ｆは圧縮空気を同じくコ
ントロール・ユニット３０ｂに供給する。コントロール
・ユニット３０ｂは、ポンプ３０ｃから供給される起泡
剤およびコンプレッサ３０ｆからの空気をそれぞれ、制
御盤３０ｄからの信号により決まる流量に調整して、発
泡装置３０ａに供給する。発泡装置３０ａは供給された
起泡剤に空気を混合して気泡を発生させ、所定の配管を
通じて、オーガの孔に供給する。その結果、オーガの先
端から気泡が噴出し、削孔はその状態で行われる。従っ
て、掘削土に気泡が混ざって排土抵抗が低下し、高速に
削孔を行える。また、気泡により孔壁の崩壊が防止さ
れ、余掘を低減できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、土被りの浅い未固結地
山にトンネルを掘削する場合に、その切羽前方地山にア
ーチ状のコンクリート壁を構成して地山を補強するプレ
ライニング施工における削孔方法及びプレライニング機
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】地山にトンネルを掘削する場合、地表面
の沈下を抑え、かつ切羽の安定性を確保するために、ト
ンネルの切羽前方にプレライニング機によりアーチシェ
ルを構成して地山を補強する施工法が知られている（特
開平２−１１２５９５号公報）。

【０００３】従来、このようなプレライニング機を用い
てトンネルの切羽前方にトンネル断面に沿いアーチ状の
コンクリート壁（アーチシェル）を形成する場合は、ま
ず機械本体を施工位置まで移動させる。次に、オーガ架
台を支持する油圧式多関節機構を運転席にいるオペレー
タのマニュアル操作により作動させてオーガ架台を目標
位置にセットする。その後、コントロールレバーをマニ
アル操作することにより、オーガの回転数およびオーガ
の送り込み速度を調整しながら地山に孔をあける。そし
て、所定の長さに削孔がなされた後は、オーガを一定速
度で抜き方向に後退させながら、コントロールレバーを
マニアル操作することにより、モルタルポンプからオー
ガの中空部を通して孔内に注入されるモルタル注入量を
オーガの抜き速度に合わせて調整し、孔内をモルタルに
より充填することにより、地山内にプレライニングを構
築するようにしていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述のように
オーガを回転させ、送り込んで削孔を行う際、地山を構
成する土砂の質など、地山の状態によっては、削孔に大
きいトルクを必要とし、削孔速度が低下してしまう場合
が多々あった。また、地山を構成する土砂に粘性が少な
い場合には余掘が発生し、オーガによって直接掘削され
る部分以上に地山が掘削され、削孔された孔の断面積
は、設計値より大きくなってしまう。削孔断面積が予定
以上に大きくなると、設計値にもとづいて決められた量
のモルタルを注入した場合、モルタル量は不足すること
になり、形成されたプレライニングには断絶が生じる結
果となる。

【０００５】本発明の目的はこのような問題を解決し、
地山の状態にかかわらず、高速に削孔でき、さらに余掘
を防止して完全に連続したプレライニングの形成が可能
なプレライニング施工における削孔方法及びプレライニ
ング機を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、オーガを回転させつつ前進させて地山に削孔
し、削孔した孔に、前記オーガを通じてモルタルを注入
し、充填するプレライニング施工において、前記オーガ
による削孔時に、オーガから気泡を噴出させ、前記気泡
により掘削土に流動性を持たせると共に、孔内に気泡を
充填させ孔壁をその気泡圧によって支えるようにしたこ
とを特徴とする。

【０００７】本発明はまた、長手方向に延在し先端部で
開口する孔を有するオーガを備え、前記オーガを回転さ
せつつ前進させて地山に削孔し、削孔した孔に、前記オ
ーガの前記孔を通じてモルタルを注入し、充填するプレ
ライニング機において、液状の起泡剤を収容する槽と、
空気を圧縮するコンプレッサと、前記槽から供給される
前記起泡剤に対して、前記コンプレッサにより圧縮され
た空気を混合し、気泡を生成して、前記オーガの前記孔
に供給する気泡生成装置とを備えたことを特徴とする。
本発明はまた、前記気泡生成装置が、前記槽から前記起
泡剤を取り込むポンプを含むことを特徴とする。本発明
はまた、前記気泡生成装置が、前記コンプレッサにより
圧縮された空気を前記起泡剤に混合する発泡装置を含む
ことを特徴とする。

【０００８】

【作用】気泡生成装置は、槽から供給される前記起泡剤
に対して、コンプレッサにより圧縮された空気を混合
し、気泡を生成して、オーガの孔に供給する。気泡を噴
出させつつオーガを回転、前進させて削孔が行われ、掘
削土には気泡が混入し、掘削土は適当な流動性を獲得す
る。これにより、排土抵抗が低下するので、削孔トルク
が減少して削孔速度が増し、削孔時間の短縮が可能とな
る。また、削孔内に気泡が充填されるので、孔壁は気泡
圧によって支えられる。従って、地山の粘性が低い場合
でも、孔壁の崩壊を防止して余掘を低減でき、削孔断面
積の設計値にもとづく量のモルタルを注入することによ
り完全に連続したプレライニングを形成することができ
る。

【０００９】

【実施例】次に本発明に係る方法をプレライニング機と
共に説明する。図２は本発明によるプレライニング機の
全体を示す側面図、図１は特に本発明に係わる部分の構
成を示す構成図である。１はトンネルの切羽前方にアー
チシェルを構成するための本実施例のプレライニング機
である。このプレライニング機１は、前後および旋回方
向に走行可能なクローラ２、およびクローラ２上に水平
方向に旋回可能に設置した車体３を備え、車体３上に
は、運転席４、クローラ２および不図示の油圧ポンプな
どの駆動源となる電動機５、電動機５その他を制御する
制御盤６などが設置されている。また、７はクローラ２
のフレーム２ａ上に設置したモルタルポンプである。

【００１０】車体３上の旋回中心には、所定の支持部材
を介して多関節支持体を構成する主ブーム９の一端が上
下方向に回動可能に枢着され、この主ブーム９はリフト
用油圧シリンダ１０により上下方向に回動されるように
なっている。主ブーム９の揺動端には、ブーム伸縮機構
４０が設けられており、この機構４０は、後述するオー
ガで削孔するとき、オーガ架台上にその長手方向に設置
されているスライド機構により前方へスライドさせなが
ら削孔するが、切羽までの距離が長くなってオーガ先端
が所定の位置まで届かないような場合に切羽までの距離
を調整するものである。

【００１１】連結部材１２には、副ブーム１４の一端が
水平方向に揺動可能に枢着され、この副ブーム１４はス
イング用油圧シリンダ１５によって水平方向に回動でき
るようになっている。副ブーム１４には、オーガ基台１
７が左右方向（ローリング方向）に揺動可能に支持さ
れ、そして、このオーガ基台１７は枢支部に設けた油圧
アクチュエータ１７ａによりローリング方向に回動でき
るようになっている。

【００１２】オーガ基台１７上には、オーガ架台１９が
前後方向にスライド可能に設置され、このオーガ架台１
９は油圧シリンダ２０により前後方向に移動できるよう
になっている。オーガ架台１９上には、オーガ回転用油
圧モータ２２ａを有する掘進機構２２がオーガ架台１９
の長手方向にスライド可能に設置されており、掘進機構
２２には、オーガ架台１９の長手方向に伸びる複数の削
孔用オーガ２３の一端が連結され、それぞれは掘進機構
２２の油圧モータ２２ａにより回転されるようになって
いる。また、オーガ２３の他端はオーガ架台１９に取り
付けた振れ止め部材２４によって支持されている。

【００１３】２５はオーガ架台１９の後端に設置したオ
ーガフィード用油圧モータであり、この油圧モータ２５
の回転軸に設けたスプロケット２６と、オーガ架台１９
の先端に設けたスプロケット２７との間には、エンドレ
スチェーン２８が巻き掛けられ、このエンドレスチェー
ン２８は掘進機構２２に連結されている。

【００１４】オーガ２３は詳しくは図３（Ａ）および
（Ｂ）に示すように、ロッド２３ａとその先端に取り付
けられた削孔ビット２３ｂとから成る。ロッド２３ａ
は、その中心部に全長にわたって延在する孔２３ｃを有
している。また、削孔ビット２３ｂの先端面には複数の
孔２３ｄが設けられており、これらの開口はそれぞれ、
ビット２３ｂの内部に形成された孔２３ｅによってロッ
ド２３ａの孔２３ｃに接続されている。

【００１５】以上がプレライニング機の基本構成である
が、本実施例のプレライニング機は、特に本発明に係わ
る要素として、車体３上に配置された気泡注入装置３０
を有している。この気泡注入装置３０は、図１に示すよ
うに、発泡装置３０ａ、コントロール・ユニット３０
ｂ、起泡剤注入ポンプ３０ｃ、気泡注入制御盤３０ｄ、
起泡剤貯留槽３０ｅ、ならびにコンプレッサ３０ｆによ
って構成されている。

【００１６】起泡剤貯留槽３０ｅには起泡剤が収容され
ており、その排出口は配管３０ｇによってポンプ３０ｃ
の供給口に接続されている。ここで起泡剤として実施例
では、株式会社神崎商店の［ＯＫ−１］を用いた。前記
起泡剤［ＯＫ−１］は、やし油から取れるラウリン酸に
酸化エチレンを付加した高級アルコール系合成界面活性
剤である。そして前記起泡剤［ＯＫ−１］は、ラウリル
アルコール、カプリルアルコール、酸化エチレン付加
物、アルキルベタイン型合成界面活性剤、高分子泡安定
剤、エチレングリコール等を成分としている。起泡剤
は、気泡を作るための材料で、起泡剤そのもの、あるい
は、起泡剤と起泡添加剤の水溶液である。起泡剤は、各
種界面活性剤を特別に調整したもので、発泡性に優れ、
できた気泡は緻密で安定している。前記起泡剤［ＯＫ−
１］の性状を表１に示す。

【００１７】

【表１】

【００１８】前記起泡添加剤は、気泡を安定強化する材
料であり、パルプを主原料として得られるセルロース系
の水溶液性高分子剤であり、その水溶液は、潤滑性、保
水性に優れている。このような起泡添加剤として、株式
会社神崎商店の［ＯＫ−２］を用いることができ、起泡
添加剤［ＯＫ−２］の性状を表２に示す。

【００１９】

【表２】

【００２０】一方、ポンプ３０ｃの排出口は配管３０ｈ
によってコントロール・ユニット３０ｂの供給口に接続
されている。そして、ポンプ３０ｃは制御盤３０ｄから
与えられる電気信号にもとづく流量で起泡剤をコントロ
ール・ユニット３０ｂに送る。コントロール・ユニット
３０ｂには、コンプレッサ３０ｆから配管３０ｉを通じ
て圧縮空気も供給されており、コントロール・ユニット
３０ｂは、ポンプ３０ｃからの起泡剤およびコンプレッ
サ３０ｆからの空気を、それぞれ、制御盤３０ｄからの
電気信号により指定された流量で、発泡装置３０ａに供
給する。コントロール・ユニット３０ｂは具体的には、
制御盤３０ｄからの信号によって開度が変化する不図示
の弁を２つ有しており、これらの弁によって発泡装置３
０ａに供給する起泡剤および空気の流量を調整する。

【００２１】発泡装置３０ａには、コントロール・ユニ
ット３０ｂから起泡剤および空気がそれぞれ配管３０
ｊ、３０ｋを通じて供給され、発泡装置３０ａはこれら
の起泡剤に空気を混合して気泡を発生させ、所定の配管
（図示せず）を通じて、上記オーガ２３の基部側端部よ
り孔２３ｃに供給する。この発泡装置３０ａは、その気
泡排出部に、制御盤３０ｄからの電気信号によって開度
が変化する弁（図示せず）を有しており、この弁によ
り、発泡装置３０ａから排出される気泡の量が調整され
る。なお、発泡装置３０ａ、コントロール・ユニット３
０ｂ、ならびに起泡剤注入ポンプ３０ｃによって本発明
の気泡生成装置が構成されている。さらに、コントロー
ル・ユニット３０ｂによって本発明の気泡量調整装置お
よび空気量調整装置が構成されている。そして、発泡装
置３０ａの上記弁は本発明の気泡量調整装置として機能
する。

【００２２】次に、作用について図４を参照して説明す
る。なお、図４において、３８はトンネル３６の切羽、
３９はプレライニング機１により地山に構築されたプレ
ライニング用アーチシェルである。まず、電動機５を起
動して本体、すなわちプレライニング機１をトンネル切
羽３８に正対する施工位置まで移動させる。次に、主ブ
ーム９、副ブーム１４、ならびにオーガ架台１９などの
各油圧シリンダを制御し、ブームを移動させてオーガ架
台１９の位置、方向を決め、オーガ２３の先端を削孔位
置に配置する。そして、オーガ回転用油圧モータ２２ａ
およびオーガフィード用油圧モータ２５を起動すること
により、オーガ２３を回転させ、かつ推進して切羽３８
の前方地山に削孔する。

【００２３】このとき、ポンプ３０ｃは、起泡剤貯留槽
３０ｅから起泡剤を取り込み、制御盤３０ｄからの信号
により決まる流量でコントロール・ユニット３０ｂに供
給する。一方、コンプレッサ３０ｆは圧縮空気を同じく
コントロール・ユニット３０ｂに供給する。コントロー
ル・ユニット３０ｂは、ポンプ３０ｃから供給される起
泡剤およびコンプレッサ３０ｆからの空気をそれぞれ、
制御盤３０ｄからの信号により決まる流量に調整して、
発泡装置３０ａに供給する。

【００２４】そして、発泡装置３０ａはコントロール・
ユニット３０ｂから供給される起泡剤に空気を混合して
気泡を発生させる。発泡装置３０ａの上記弁は、制御盤
３０ｄからの信号により開度が設定され、発泡装置３０
ａはその開度により決まる流量で、上記発生させた気泡
を、所定の配管を通じて、オーガ２３の基部側端部より
オーガ２３の孔２３ｃに供給する。

【００２５】従って、オーガ２３による削孔の際、オー
ガ２３の先端部の開口２３ｄからは気泡が噴出し、孔内
に注入される。この気泡は掘削によって生じた掘削土と
混ざり、掘削土は適当な流動性を獲得する。従って、排
土抵抗が低下し、削孔トルクが低下するので、削孔速度
が増す。なお、上記気泡に含まれる起泡剤と空気との比
率は、発泡装置３０ａに供給される起泡剤および空気の
量によって決まる。従って、制御盤３０ｄにおける操作
によってコントロール・ユニット３０ｂを制御し、起泡
剤および空気の流量を必要な値に設定することにより、
上記比率を適切な値に設定することができる。また、オ
ーガ２３から噴出させる気泡の量も、制御盤３０ｄにお
ける操作によって発泡装置３０ａの上記弁の開度を調整
し必要な量に設定することができる。

【００２６】オーガ２３による削孔が進み、削孔長が所
定の長さに達した場合には、オーガ２３の回転および推
進を停止させる。そして、オーガフィード用油圧モータ
２５を後退方向に起動し、また、モルタルポンプ７を起
動する。これにより、オーガ２３は一定の速度で削孔か
ら引き抜かれ、同時に、予め設定された注入量でモルタ
ルがオーガ２３の先端から削孔内に注入され、気泡に代
わってモルタルが孔内に充填され、気泡はモルタルによ
り孔の外部に押し出される。ところで、削孔の際には上
述のように削孔内に気泡が充填されるので、削孔時、孔
壁は気泡圧によって支えられることになり、地山の粘性
が低い場合でも、孔壁の崩壊が防止される。そのため、
余掘を低減でき、設計値に極めて近い断面積の削孔が形
成される。その結果、削孔断面積の設計値にもとづく量
のモルタルを注入することによって、断絶のない連続し
たプレライニングを形成できる。

【００２７】なお、実施例では起泡剤として株式会社神
崎商店の［ＯＫ−１］を用いたが、十分な気泡を形成し
て削孔トルクの軽減および孔壁の支持を実現するもので
あればよく、前記以外の起泡剤を用いることも可能であ
る。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、オーガ
を回転させつつ前進させて地山に削孔し、削孔した孔
に、前記オーガを通じてモルタルを注入し、充填するプ
レライニング施工において、前記オーガによる削孔時
に、オーガから気泡を噴出させ、前記気泡により掘削土
に流動性を持たせると共に、孔内に気泡を充填させ孔壁
をその気泡圧によって支える構成とした。本発明はま
た、長手方向に延在し先端部で開口する孔を有するオー
ガを備え、前記オーガを回転させつつ前進させて地山に
削孔し、削孔した孔に、前記オーガの前記孔を通じてモ
ルタルを注入し、充填するプレライニング機において、
液状の起泡剤を収容する槽と、空気を圧縮するコンプレ
ッサと、前記槽から供給される前記起泡剤に対して、前
記コンプレッサにより圧縮された空気を混合し、気泡を
生成して、前記オーガの孔に供給する気泡生成装置とを
備える構成とした。そのため、排土抵抗が低下し、削孔
トルクが減少して削孔速度が増し、削孔時間の短縮が可
能となる。また、削孔内に気泡が充填されるので、孔壁
は気泡圧によって支えられ、地山の粘性が低い場合で
も、孔壁の崩壊を防止して余掘を低減でき、削孔断面積
の設計値にもとづく量のモルタルを注入することにより
完全に連続したプレライニングを形成することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるプレライニング機を構成する気泡
注入装置を示す構成図である。

【図２】本発明によるプレライニング機の一例を示す側
面図である。

【図３】（Ａ）は図２のプレライニング機を構成するオ
ーガを示す側面図、（Ｂ）は正面図である。

【図４】図２のプレライニング機による施工動作を説明
するための施工状況図である。

【符号の説明】

１ プレライニング機 ３ 車体 ２３ｃ、２３ｅ 孔 ５ 電動機 ６、３０ｄ 制御盤 ７ モルタルポンプ ９ 主ブーム ２２ 掘進機構 ２３ 削孔用オーガ ３０ 気泡注入装置 ３０ａ 発泡装置 ３０ｂ コントロール・ユニット ３０ｃ 起泡剤注入ポンプ ３０ｄ 気泡注入制御盤 ３０ｅ 起泡剤貯留槽 ３０ｆ コンプレッサ ３０ｇ、３０ｈ、３０ｉ、３０ｊ、３０ｋ 配管

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 オーガを回転させつつ前進させて地山に
   削孔し、削孔した孔に、前記オーガを通じてモルタルを
   注入し、充填するプレライニング施工において、 前記オーガによる削孔時に、オーガから気泡を噴出さ
   せ、 前記気泡により掘削土に流動性を持たせると共に、孔内
   に気泡を充填させ孔壁をその気泡圧によって支えるよう
   にした、 ことを特徴とするプレライニング施工における削孔方
   法。
2. 【請求項２】 長手方向に延在し先端部で開口する孔を
   有するオーガを備え、前記オーガを回転させつつ前進さ
   せて地山に削孔し、削孔した孔に、前記オーガの前記孔
   を通じてモルタルを注入し、充填するプレライニング機
   において、 液状の起泡剤を収容する槽と、 空気を圧縮するコンプレッサと、 前記槽から供給される前記起泡剤に対して、前記コンプ
   レッサにより圧縮された空気を混合し、気泡を生成し
   て、前記オーガの前記孔に供給する気泡生成装置と、 を備えたことを特徴とするプレライニング機。
3. 【請求項３】 前記気泡生成装置は、前記槽から前記起
   泡剤を取り込むポンプを含む請求項１記載のプレライニ
   ング機。
4. 【請求項４】 前記気泡生成装置は、前記コンプレッサ
   により圧縮された空気を前記起泡剤に混合する発泡装置
   を含む請求項１記載のプレライニング機。