JPH10148089A - 竪坑の掘削工法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 竪坑の掘削を安全かつ能率的に行うことので
きる工法を提供する。 【解決手段】 水平面内で回転可能な回転テーブルと、
該回転テーブルを地面から持ち上げて支持する複数の脚
と、前記回転テーブル上に立設されその下部が該回転テ
ーブルの外側及び中心側に向くように傾斜可能なガイド
セルと、該ガイドセルに上下移動可能に取り付けたさく
岩機とを備えた穿孔装置を用い、前記回転テーブルを所
定角度づつ回転させつつ、複数の下穴を同心円上に下向
きに穿孔し、これら下穴を利用して発破または加圧を行
い岩盤を破砕する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、地盤に竪坑を能率
的に掘削することのできる竪坑掘削工法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】岩盤等に下向きの穴すなわち竪坑を掘削
する場合は、作業者がさく岩機を手でもって下向きの穿
孔を行い、発破等の破砕手段で岩盤を破砕して掘削を行
う施工法が古くから採用されてきた。この方法は簡便で
あるが、作業者の負担が大きく、しかも塵肺や白蝋病等
の危険があるので、好ましい施工法ではなかった。最近
高速道路や新幹線用軌道の建設等、大型の建設工事が盛
んになっているが、狭隘な国土の我が国において、大型
の構造物を建設する場合、どうしても急斜面に基礎用の
竪坑を掘削して建設しなければならない場合が多い。こ
のような急斜面の現場での竪坑掘削工事では、施工機械
装置の搬入が困難であるため、やむを得ず従来の人力に
よる工法（いわゆる深礎工法）が採用されているが、こ
の方法は人力施工法であるから莫大な労力が必要であ
り、しかも非常に危険度の高い工法であった。

【０００３】上記従来の問題の多い工法を改良するた
め、小型のクローラ式走行装置にさく岩機を支持するガ
イドセルを取り付けた穿孔装置を用いて破砕用の下穴を
穿孔する方法や、ガイドセルをクレーンで吊り下げて移
動させつつ穿孔する装置等が開発されているが、クロー
ラ式の穿孔装置は、走行装置自体のスペースが必要であ
るから、例えば狭い竪坑の中央部に穿孔しようとして
も、穿孔装置自体が邪魔になって、所望の位置にうまく
穿孔することができないという問題点があった。

【０００４】また、上記クレーン等でガイドセルを吊り
下げて穿孔する方法では、ガイドセルを所望の位置と角
度に強固に支持するのが困難であり、しかも、穿孔位置
を所定の位置へ設定するために時間と労力を必要とする
ので非能率的であるという問題点があった。これらの他
にも、種々の穿孔装置を使用する工法が検討されたが、
一般に竪坑の施工基面はすり鉢状で起伏が多く、しかも
その施工断面のほぼ全体にわたって穿孔を行う必要があ
り、さらには、狭隘な空間で作業を行わなければならな
い、穿孔装置撤去が容易でなければならない、穴壁はほ
とんどがライナープレートでライニングされているの
で、穿孔用の反力をこれに支持させることができない等
の制限があるので、いまだ十分に満足できる掘削工法は
得られていないのが現状である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】一方、竪坑の掘削に際
しては、複数の穴を同心円上に穿孔し、中央部に芯抜き
穴を設けておくのが効率的であることが知られている。
しかしながら、上記従来の方法では、例えば、竪坑の中
心軸に対し同じ傾斜角を有する複数の穴を能率的に穿孔
するのが困難であり、芯抜き穴のさく孔にもきわめて多
くの手間がかかっていた。そこで、本発明は、従来の方
法に比べて竪坑の掘削をはるかに安全かつ能率的に行な
うことのできる工法を提供することを課題としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は次のような構成とした。すなわち、本発明
にかかる竪坑掘削工法は、水平面内で回転可能な回転テ
ーブルと、該回転テーブルを地面から持ち上げて支持す
る複数の脚と、前記回転テーブル上に立設されその下部
が該回転テーブルの外側及び中心側に向くように傾斜可
能なガイドセルと、該ガイドセルに上下移動可能に取り
付けたさく岩機とを備えた穿孔装置を用い、前記回転テ
ーブルを所定角度づつ回転させつつ、複数の下穴を同心
円上に下向きに穿孔し、これら下穴を利用して発破また
は加圧を行い岩盤を破砕することを特徴としている。以
下、本発明にかかる竪坑掘削工法の実施の形態につい
て、具体例をあげて詳細に説明する。

【０００７】

【発明の実施の形態】図は、本発明の実施の形態を具体
的に例示するもので、竪坑掘削に際しては、図１に示す
ような穿孔装置を用いて発破用（または加圧破砕用）の
下穴を多数穿孔する。この穿孔装置１は、中央部に設け
られた基枠２から四方に放射状に伸び出す４本のアーム
３，…が設けられている。そして、これらアームの先端
部にはそれぞれ伸縮可能な下向きの脚５が取り付けられ
ている。４本のアーム３，…は放射状に設けられている
ので、これらの間隔部には、基枠２の中心部に向かって
入り込むＶ状の空間部４，…が形成されている。アーム
の数は、図示例の４本に限らず、３本でもよく、５本以
上でもよいが、通常の竪坑用であれば、４本とするのが
安定がよく水平調節も容易であるので好ましい。

【０００８】前記脚５は、油圧シリンダ７のロッド下端
部に接地部材８を取り付けたアウトリガー式のものであ
る。図示例の油圧シリンダ７は、２段階で伸縮するテレ
スコープ式のシリンダであり、通常の油圧シリンダに比
べて、比較的短い全長で大きな伸縮量を得ることができ
る。接地部材８は、図９に示すように、底面に３本の爪
８ａ，…が設けられたもので、球面式のジョイント９を
介してシリンダ７に取り付けられており、いずれの方向
にも所定範囲で傾斜自在となっている。

【０００９】前記脚５の上端部と、アーム３の取り付け
部材３ａとの間には、両者を押し離すスプリング１０が
介装されている。また、アーム３の先端部の取り付け部
材３ａには接地検出センサとしてのリミットスイッチ１
１が取り付けられており、脚５の上端部には前記リミッ
トスイッチ１１に対向する棒材１２が設けられている。
接地部材８が接地しない状態では、両者はスプリング１
０によって押し離されているが、接地部材８が接地して
スプリング１０が押縮められると、棒材１２がリミット
スイッチ１１を押して作動させる。これにより、１本の
脚の接地が検出され、その検出結果に対応して他の脚を
伸長させて接地させることにより、機体を水平に設置す
ることができる。

【００１０】放射状のアーム３，…の中央部は前記基枠
２となっており、その上にローラベアリングで支持され
た回転テーブ１５が設けられている。回転テーブル１５
は、旋回用モータ１７側の駆動ギヤと、これに噛合する
リングギヤによって正逆回転させることができる。この
回転テーブル１５上には、互いに反対方向に延びる上下
一対の支持フレーム２０，２１が設けられており、これ
ら支持フレームによって一対のスライド枠２２，２３が
移動可能に支持されている。これらスライド枠は、それ
ぞれ間隔をおいて設けられた左右一対のフレーム２２
ａ，２２ａ及び２３ａ，２３ａを横枠２２ｂ，…、２３
ｂ，…で接合してなる。また、上記支持フレーム２０，
２１の基部、すなわち回転テーブル１５の中央部には、
スライド用の油圧モータ２５が設けられており、その回
転軸に設けたピニオンが各スライド枠２２，２３に設け
たラックギヤ２２ｃ，２３ｃに噛合している。このた
め、油圧モータ２５が正逆回転すれば、一対のスライド
枠２２，２３が同時に反対方向にスライドする。図中の
２７，…はスライド枠の移動を案内するカムフォロアで
ある。

【００１１】一方のスライド枠２２にはガイドセル３０
が搭載されている。ガイドセル３０は、スライド枠２２
の先端部に設けた支持パイプ３２に取り付けられてお
り、該支持パイプ３２の基部は前記スライド枠２２に軸
２２ｄによって枢着されている。また、ガイドセル３０
の背面部には、前記支持パイプ３２内に嵌合させた昇降
用油圧シリンダ３４のロッドと、スライド枠２２に基部
が取り付けられた傾動用油圧シリンダ３５のロッドがそ
れぞれ連結されている。したがって、この油圧シリンダ
３４を伸縮させれば、ガイドセル３０が該油圧シリンダ
の軸方向に移動し、油圧シリンダ３５を伸縮させれば、
ガイドセル３０が前後に傾動する。

【００１２】上記と反対側のスライド枠２３には、油圧
装置４０が搭載されている。図示例の油圧装置は、大小
２基の油圧ポンプを備えており、スライド枠２３の左右
に振り分けられている。すなわち、大容量の油圧ポンプ
（１５ＫＷ）４１と油タンク４２が第１の油圧ユニット
４０ａとしてスライド枠２３の一方に設置されている。
該ユニットの端面にはプログラムコントローラを内蔵す
る制御盤４５が、また側面部には油圧ポンプの起動盤４
６がそれぞれ取り付けられている。

【００１３】また、小容量の油圧ポンプ（３．７ＫＷ）
４７とマニホルドブロック４８は第２の油圧ユニット４
０ｂとして、前記一方の油圧ユニット４０ａと間隔Ｄを
おいてスライド枠２３の反対側に設置されている。マニ
ホルドブロック４８は、電磁弁、分流弁等の各種の弁を
一つのブロックにコンパクトに組み込んだもので、油圧
ポンプ側からの油圧を送り込む管（パイプまたはホー
ス）と、油タンク４２への戻り管とを接続するだけで、
ここから各油圧機器へ油圧を分流供給することができ
る。このマニホルドブロック４８は、電気で制御するこ
とができるので、この穿孔装置１に設けられている各種
油圧機器を操作ペンダント４９の各種スイッチ類で遠隔
操作することができる。前記第２の油圧ユニット４０ｂ
の前側には、オイルクーラー５０が設置され、各油圧ユ
ニットとパイプで接続されている。なお、前記２基の油
圧ポンプ４１，４７の圧油は一つにまとめられてマニホ
ルドブロック４８に供給され、そこから各油圧機器へ供
給される。

【００１４】前記ガイドセル３０には、油圧式さく岩機
５５が搭載されている。すなわち、ガイドセル３０の前
（下）端部と後（上）端部にスプロケットホイール５
３，５４が設けられ、ガイドセル３０の長手方向に沿う
チェーン５７がこれらにかけられている。また、ガイド
セル３０の後端部には、フィード用の油圧モータ６０が
設けられ、このモータと一体の減速機６０ａの回転軸に
取り付けたスプロケットホイールに前記チェーンが掛け
られている。６１，６１は、このチェーンを案内するガ
イドローラである。

【００１５】前記ガイドセル３０の前（下）端部には該
ガイドセルを地面に押し付けて固定するためのフットパ
ット３０ａが設けられ、その中間部には前記チェーン５
７が固着されたキャリッジ６３が、その長手方向に沿っ
て往復移動自在に設けられている。前記さく岩機５５
は、このキャリッジ６３に固着搭載されている。したが
って、前記油圧モータ（フィードモータ）を正逆回転さ
せれば、キャリッジ６３に搭載されたさく岩機５５がガ
イドセル３０に沿って前後に移動する。図中、５５ａは
さく岩機の回転装置、５５ｂはその打撃装置、６４はホ
ースターミナル、６５はホースリールユニット、６６は
ホースハンガー、６７はさく孔ロッド、６８はロックビ
ットである。

【００１６】前記一方のスライド枠２２の前端部付近に
は、左右一対のワイヤ取付具Ｆｆ，Ｆｆが設けられ、前
記他方のスライド枠２３の後部付近には、その左右中央
位置に一つのワイヤ取付具Ｆｒが設けられている。この
穿孔装置１は、これら３個のワイヤ取付具に繋着したワ
イヤの上部を一か所にまとめてフックで吊ることができ
る。この吊り下げ状態では、ガイドセル３０を立てた状
態で支持し、この時機体が水平に保持されるようになっ
ている。

【００１７】つぎに、この穿孔装置１を用いて竪坑を掘
削する工法について説明する。竪坑の掘削に際しては、
まず、上記穿孔装置１を施工場所に水平に設置する。こ
の穿孔装置１は、上記ワイヤ取付具にかけたワイヤをク
レーンで吊って移動させることができるので、その設置
と撤去が容易である。また、回転テーブル１５を支持す
る複数の脚５，…が伸縮するので、回転テーブル１５を
水平に設置するのが容易である。なお、この場合の「水
平」とは必ずしも厳密な意味の水平に限定されず、実際
の穿孔に支障がない程度の水平状態であればよい。場合
によっては、必ずしも回転テーブルを水平に設置する必
要がなく、若干傾斜していてもよい場合もある。

【００１８】そして、立設したガイドセルの位置と角度
を所定のように設定し、さく岩機を作動させて穿孔を行
う。この穿孔装置１は、油圧装置４０を搭載しているの
で、外部から油圧ホースで油圧を供給する必要がなく、
装置的にコンパクトであり、しかも元圧を不必要に高く
する必要がない。また、操作用ペンダントで遠隔操作す
ることができるので、作業性がよく、安全かつ便利であ
る。

【００１９】図１１と図１２は、穿孔する穴の配置とそ
の角度を例示するもので、多数の穴Ｈ，…が適当な間隔
で同心円上に穿孔されている。最外側列の穴は下方が外
を向く方向に傾斜（たとえばα＝５度程度）しており、
中心部に近い列の穴は下方が中心を向くように傾斜（た
とえばβ＝１５度）している。このように、竪坑の中心
軸に対し同じように傾斜する穴を同心円上に穿孔するの
が効率的である。

【００２０】図１０は、上記穿孔装置１を中心部に設置
した場合に穿孔できる範囲（斜線）を示すもので、図示
例の穿孔装置１は、スライド枠２２，２３をスライドさ
せることにより、ガイドセルを回転テーブル１５の半径
方向に自在に移動させることができる。また、回転テー
ブル１５を支持する複数のアーム３，…の間隔部４が中
心側へ入り込んでいるので、機体の下側にも十分穿孔す
ることができる。さらに、ガイドセルを外向き及び内向
きに傾斜させることができるので、上記傾斜した穴の穿
孔が容易である。しかも、回転テーブル１５を適当な角
度づつ回転させることにより、同心円上への多数の穿孔
を能率よく行うことができる。

【００２１】所定数の穿孔が終了したら、穿孔装置を撤
去し、火薬を充填して発破を行なう。この発破の代わり
に、一対の押圧棒を穿孔した孔内に挿入し、これら押圧
棒の間隔に楔棒を油圧で押し込んで、その圧力で孔壁を
破砕する公知の油圧式割岩機を用いて破砕を行なっても
よく、場合によっては、公知の岩石破砕用膨張剤を注入
して破砕してもよい。

【００２２】穿孔後の破砕を行なったら、適当なズリ排
出用の設備を用いてズリを排出し、再度穿孔装置を搬入
・設置して同様な穿孔を行なう。以下、所望の深さの竪
坑が得られるまで、同様の作業を繰り返す。

【００２３】掘削した竪坑の内壁部には、崩落防止用の
施工（いわゆる土留法）を施すことが多い。この土留法
として広く採用されるのは、ライナープレートとリング
（Ｈ型鋼）を内壁面に沿ってライニングする方法、ロッ
クボルトを埋め込んでさらにコンクリートを吹きつける
いわゆるＮＡＴＭ工法、鋼製リング（セグメント）とコ
ンクリートリング（セグメント）でライニングする方法
等である。上記ＮＡＴＭ工法は、図に示すように、竪坑
の内壁に横向きに多数の穿孔を行ない、その孔に長いボ
ルトを挿入してコンクリートで固めるのであるが、上記
回転テーブルにガイドセルを搭載した穿孔装置でガイド
セルを寝かせて使用すれば、このロックボルト挿入用の
孔を竪坑内壁の同心円上に能率よく穿孔することができ
るという利点もある。したがって、従来施工が困難であ
った小口径の竪坑内壁へのＮＡＴＭ工法の施工が可能と
なるのである。

【００２４】

【実施例】以下、本発明工法の実施例について説明す
る。

【００２５】中硬岩及び軟岩の岩盤に口径３０００ｍｍ
及び４５００ｍｍの竪坑を掘削した。掘削に際しては、
まず回転テーブル上にガイドセルを搭載した図１に示す
穿孔装置を用いて下向きの穴Ｈを所定本数同心円上に穿
孔し、そのＨに火薬を詰めて発破した。発破後は、油圧
クラムシェル・テレスコピック式クローラ型ズリ処理機
を用いてズリを排出した。この作業を所定の掘削深さと
なるまで繰り返した。また、作業者がさく岩機を手で持
って穿孔する従来法を並行して行ない比較データを採取
した。なお、掘削深さはいずれの場合も４ｍ以上９ｍ未
満であった。

【００２６】表１乃至表４は、この穿孔に要した時間と
人員を示すもので、比較例として上記従来工法のデータ
を併記した。なお、発破、ズリ処理等に要する時間は従
来例と同様であった。これらの表からわかる通り、本発
明によれば、従来の施工法と比べて大幅に能率を上げる
ことができるとともに、労力の節約を図ることができ
る。

【００２７】

【表１】

【００２８】

【表２】

【００２９】

【表３】

【００３０】

【表４】

【００３１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の竪坑掘削法によれば、回転テーブルに搭載した穿孔装
置を用いて、該回転テーブルを所定角度づつ回転させな
がら穿孔位置を決め、同心円上に能率よく多数の穴を穿
孔することが可能であり、竪坑掘削のコストを大幅に軽
減することが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】竪坑穿孔装置の斜視図である。

【図２】ガイドセルを倒した状態の正面図である。

【図３】その平面図である。

【図４】その側面図である。

【図５】吊り上げ状態の側面図である。

【図６】すべての脚が接地した状態の側面図である。

【図７】ガイドセルを外向きに前進させた状態の側面図
である。

【図８】機体の下側に穿孔する場合の説明図である。

【図９】脚の一部断面図である。

【図１０】穿孔可能範囲を示す平面図である。

【図１１】穿孔する下穴の配置を例示する平面図であ
る。

【図１２】その穿孔方向を例示する断面図である。

【符号の説明】

１ 竪坑穿孔装置 ２ 基枠 ３ アーム ５ 脚 １５ 回転テーブル ２２，２３ スライド枠 ３０ ガイドセル ４０ 油圧装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水平面内で回転可能な回転テーブルと、
   該回転テーブルを地面から持ち上げて支持する複数の脚
   と、前記回転テーブル上に立設されその下部が該回転テ
   ーブルの外側及び中心側に向くように傾斜可能なガイド
   セルと、該ガイドセルに上下移動可能に取り付けたさく
   岩機とを備えた穿孔装置を用い、前記回転テーブルを所
   定角度づつ回転させつつ、複数の下穴を同心円上に下向
   きに穿孔し、これら下穴を利用して発破または加圧を行
   い岩盤を破砕することを特徴とする竪坑の掘削工法。