JP3123875B2 - 溝状連続孔の形成方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は溝状連続孔の形成方法に
係り、特に中硬岩トンネルの等の岩盤掘削において掘削
面に自由面を形成するのに適した溝状連続孔の形成方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、中硬岩の山岳トンネル掘削や明か
り工事の岩盤の掘削等には発破工法が採用されてきた。
この発破工法は経済的、工期的に優れているが、発破に
よる発生振動が既設構造物に与える影響や騒音の面での
問題がある。そこで、最近では住宅地や既設構造物に近
接したトンネル等では制御発破工法や発破を用いない割
岩工法等が採用されるようになってきている。このなか
で制御発破の効率や精度を上げるため、また割岩工法で
効率の良いブロック割りを行うためにトンネル切羽に溝
状連続孔からなる自由面を形成する方法がとられてい
る。このトンネル切羽に形成される自由面の例を図５に
示す。たとえば、トンネル切羽５０の全面に縦横に溝状
連続孔からなる自由面５１、５２を形成し、独立した各
岩盤ブロック５３を片持ち状態にしてブレーカー等で取
り除く掘削方法がある。また、トンネル上半の輪郭に沿
って溝状連続孔からなる略円弧状の自由面５４を形成
し、トンネル外周の岩盤５５とトンネル切羽面５０の縁
切りを行い、周囲の岩盤を傷めないようにして精度の高
い掘削を行うことも多い。

【０００３】このような溝状連続孔を形成する削孔装置
として図６に示したような種々の掘削機が開発されてい
る。同図（ａ）は一度に溝状連続孔を形成可能な多連ロ
ッドを備えた掘削機の一例を示したものである。同図に
示した掘削機６０ではドリル（図示せず）の駆動力を伝
達するギヤボックス６１の動作により５本のロッド６２
…、６３…に同時に回転、打撃、フィードを加えること
ができる。各ロッド６２、６３の先端にはビット６４、
６５がトンネル切羽面に対して前後して２列になるよう
にして装着されている。このようにビット６４、６５を
配置することにより掘削機６０を切羽面に向けてフィー
ドするだけで破線で示した範囲の溝状連続孔を形成する
ことができる。

【０００４】図６（ｂ）には円形のガイド孔を形成する
２本のガイド孔削孔ロッド６６と、この２個のガイド孔
間を直線溝状に掘削するラインビット６８とを有する板
状揺動部（スイングプレート）６９を備えた揺動ドリル
式の掘削機７０が示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前述したよ
うな掘削機は、ロッドから伝達される打撃、回転等によ
りビット先端で岩盤に連続した中実孔を形成していくタ
イプのものであり、中実孔が削孔された周囲の岩盤をガ
イドとして削孔方向が規定されるため、周囲の岩盤状況
によっては孔曲がりが発生してしまうおそれもある。こ
のため掘削機側にロッドガイドを設けた掘削機も提案さ
れているが、岩盤内でロッドが湾曲し始めると、このロ
ッドガイドでは先端のビットの削孔方向を十分に規制で
きない場合もある。

【０００６】そこで、本発明の目的は上述した従来の技
術が有する問題点を解消し、削孔が進行している状態
で、岩盤自体に残存形成された芯部からなるガイド部分
により、削孔ビットをガイドするという新しい発想のも
とに、トンネル切羽面等に精度の高い自由面を形成でき
る溝状連続孔の形成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】上記目的を達成するため
に、本発明は掘削機上に搭載された環状をなす削孔手段
の作動により環状孔が岩盤面に形成されるのと同時に、
片持ち円筒形状をなして岩盤内に残存形成される芯部を
ガイドコアとして前記削孔手段の削孔方向を規制すると
ともに、前記ガイドコアの隣接位置に前記環状孔とに所
定の重なり部分をもたせるように前記削孔手段を移動さ
せ、岩盤内に前記ガイドコアを残存形成しながら環状孔
を順次形成し、該環状孔形成後に残存する前記芯部を、
その根元部に付与した側方力により岩盤面に沿って割裂
させて岩盤面から除去し、所定削孔深さの連続した溝状
部を形成するようにしたことを特徴とするものである。

【０００８】この場合、前記削孔手段は所定間隔をあけ
て複数が並列状態をなして切羽面を向くように配置さ
れ、同時に複数の環状孔を形成し、該環状孔を連続させ
ることで溝状部を形成することが好ましい。

【０００９】

【作用】本発明によれば、掘削機上に搭載された環状を
なす削孔手段の作動により環状孔が岩盤面に形成される
のと同時に、片持ち円筒形状をなして岩盤内に残存形成
される芯部をガイドコアとして前記削孔手段の削孔方向
を規制するとともに、前記ガイドコアの隣接位置に前記
環状孔とに所定の重なり部分をもたせるように前記削孔
手段を移動させ、岩盤内に前記ガイドコアを残存形成し
ながら環状孔を順次形成し、該環状孔形成後に残存する
前記芯部を、その根元部に付与した側方力により岩盤面
に沿って割裂させて岩盤面から除去し、所定削孔深さの
溝状部を形成するようにし、従来の円形孔の削孔に使用
される円形削孔ビットの削孔断面とほぼ等しい削孔面積
の環状孔を形成するため、ビットに導入される削孔エネ
ルギーは従来と同等のままで環状孔を削孔でき、このと
き前記削孔手段内に形成される芯部を削孔時のガイドコ
アとして直進性の高い削孔ができ、すでに自由面が形成
されている既設孔に隣接した部分にも精度良く削孔を行
え、さらに芯部の根元部を割裂してこの削孔部分に残存
する芯部を除去することで、所定深さの溝状連続孔を所
定位置に精度良く形成することができる。

【００１０】この場合、前記削孔手段は所定間隔をあけ
て複数が並列状態をなして切羽面を向くように配置さ
れ、同時に複数の環状孔を形成し、該環状孔を連続させ
ることで溝状部を形成する連続孔を迅速に形成すること
ができる。

【００１１】

【実施例】以下本発明による溝状連続孔の形成方法の一
実施例を添付図面を参照して説明する。図１は本発明に
よる溝状連続孔を形成する工程での施工状態を示した施
工順序図である。本実施例では掘削機として図４に示し
た環状の削孔手段としての環状シャンクが削孔駆動部に
搭載されたタイヤ走行式掘削機が示されている（同図に
は前部のみが示されている）。このタイヤ走行式掘削機
１０（以下、掘削機１０と記す。）はトンネル内をタイ
ヤ走行により自走可能な台車１７上に搭載された旋回ベ
ース１１と、この旋回ベース１１に支持された作業アー
ム１２と、この作業アーム１２により所定の位置にドリ
ル１３を移動可能な横動手段１４と、この横動手段１４
で横方向に削孔ピッチごとにスライド移動可能に搭載さ
れた振動回転モータ１５と、この振動回転モータに代表
される削岩機１５により回転と打撃からなる駆動力が付
与されるドリル１３とから構成されている。このドリル
１３の先端部分は前記駆動力を確実にドリル先端１３ａ
に伝達可能なケーシングロッド１６と、ケーシングロッ
ド１６に接続された環状ビット２０から構成されている
（以下、削岩部分を総称して説明する場合にはドリル１
３と記す。）。

【００１２】この環状ビット２０は図４に示したよう
に、本実施例では外径φ２００ｍｍ、内径φ１８０ｍｍ
の円環状をなす硬質合金からなる中空管である。図５で
示したような従来の円形ビット（φ５０〜６０ｍｍ）に
比べ削孔断面積は僅かに大きい程度であるが、中空であ
るため外径を大きく設定することができる。また環状ビ
ット２０の先端面２１には所定形状をなしたメタルチッ
プ２２が一部埋設された状態で固着されている。このメ
タルチップ２２は環状ビット２０の内外径よりも３〜４
ｍｍ程度張り出すように形成されており、岩盤を破砕し
た際に環状ビット２０の内外面と岩盤表面との間に所定
厚さの内外の環状クリアランスを形成するようになって
いる。この環状クリアランス部分を細かい破砕片を含ん
だフラッシング水が切羽側から後方へ流れ出ることで、
孔内先端で発生した破砕片（ズリ）を孔外に排出するよ
うになっている。このときフラッシング水は環状ビット
２０の肉厚部分に管の長手方向に形成された細孔に沿っ
て後方から切羽位置まで供給されるようになっている。
また、この環状ビット２０には削岩機１５からの駆動力
を伝達するケーシングロッド１６が接続されている。こ
のケーシングロッド１６も環状ビット２０と略等しい内
径を有する中空管であり、強力な伝達回転力をロスなく
環状ビット２０に伝達できるようにきわめて高いねじり
剛性を有している。さらに所定長さに破砕された円柱状
のガイドコア（後述する）をロッド外に排出するコアシ
ューター２６が後方位置に形成されている。なお、出願
人は既に共同でこのタイプのトンネル掘削機にかかる発
明についての提案を行っている（特願平５−１９３３６
７号参照）。

【００１３】図１（ａ）は前述の掘削機１０をトンネル
切羽面１に掘削機１０のドリル先端１３ａを正対させた
状態を示している。掘削機１０は連続孔削孔位置の端部
２にドリル先端１３ａがくる位置まで作業アーム１２が
移動されるととも、図示しないアウトリガーにより岩盤
表面に支持がとられており、削孔時の作用反力を支持で
きるようになっている。

【００１４】また、本実施例では水平方向に並列して配
置されたドリル１３の横方向の間隔は削孔ピッチの４倍
の間隔（４Ｄ）に設定されている。また、ドリル１３は
横動手段上を削孔ピッチ（Ｄ）刻みに横方向にスライド
できるようになっている。この状態から同図（ｂ）に示
したように２連の各ドリル１３に回転、打撃を付与しな
がらドリル１３全体を切羽面に向けてフィードさせ、切
羽面１の第１孔３の削孔を開始する。このときドリル先
端１３ａの環状ビット２０部分は図３（ａ）、（ｂ）に
示したように内部に芯部１Ａを残した状態で岩盤を環状
に削孔する。この芯部１Ａはガイドコアとして掘削時に
環状ビット２０あるいはケーシングロッド１６に及ぶ範
囲の中空部分に位置するため、削孔時の振動によってド
リル１３全体が振れてもフィード時の直進性が保持さ
れ、孔曲がりが発生するのを防止できる。

【００１５】図１（ｃ）において、第１孔３の削孔が完
了したら、掘削機１０の台車１７の位置はそのままで、
横動手段１４上の削岩機１５を削孔ピッチ分だけ横方向
に移動させ第２孔４を削孔する。このとき第２孔４は既
に削孔された第１孔３の一部に重なるように位置決めさ
れているため、一方に第１孔３による自由面がある状態
で削孔される。このため通常ならドリル先端１３ａがこ
の自由面側に流れて孔曲がりが発生してしまう。しか
し、本願では前述のように環状ビット２０内の残存芯部
１Ａがガイドコアとして機能し、ドリルの直進性が保持
され、自由面（既設孔）に隣接した新設孔も精度良く形
成することができる。以上の削孔工程を繰り返していく
ことにより同図（ｄ）に示したような溝状連続孔５を形
成することができる。

【００１６】図２は形成された溝状連続孔５の部分を拡
大して示した概略正面図及び断面図である。同図（ｂ）
に示したように溝状連続孔５が形成された後には一部が
折れて排出された芯部１Ａが残されている。この芯部１
Ａは前述のように削孔の進行とともに環状ビット２０あ
るいはケーシングロッド１６の内部にわたって片持ち状
態の円筒形ブロックとして形成されるが、通常は削孔時
に岩盤を伝わる振動や環状ビット２０やケーシングロッ
ド１６の振動により途中で折れてしまうため、その根元
部が削孔後の切羽面に残ることになる。このとき切羽面
に残った芯部１Ａの間にくさび状の破砕具（図示せず）
を挿入して芯部１Ａの先端を矢印で示したように側方か
ら押圧すると、片持ち梁状の芯部１Ａの根元部を割裂さ
せてクラック７を発生させて環状ビット２０で削孔され
た所定深度の岩盤面から残りの芯部１Ａを除去する。こ
のように、図２（ｂ）に示したように、隣接した芯部１
Ａを利用して溝状連続孔５の底部に残存する芯部１Ａを
除去することで、環状ビット２０によって削孔された所
定深さの溝状連続孔５を形成することができる。

【００１７】また、トンネルを掘削する岩盤に節理８等
が発達している等のため亀裂が多い場合には、図３
（ｃ）のように芯部１Ａが形成された直後に根元部から
僅かの位置で折れてしまう場合もある。しかし、このよ
うな場合にもわずかにドリル先端１３ａがガイドコアと
して作用するので、孔曲がりが生じない。なお、このよ
うに環状ビット２０内でコアが折れてしまったような場
合には折れた部分はケーシングロッド１６内を送られ、
図４に示したコアシューター２６から排出させることが
できる。

【００１８】なお、以上に述べた溝状連続孔を形成する
ために使用される掘削機１０は図１に示した２連のドリ
ル１３を横動させて削孔を行うタイプに限られず、図６
に示された掘削機６０に類似した２基以上の多連ドリル
としても良いし、規模の小さい断面の場合には１基のみ
を搭載した削孔機を使用しても良い。また、前述の環状
ビット２０の外径、肉厚も搭載削孔モータの能力に応じ
て適宜設定することができることはいうまでもない。ま
た、本実施例ではトンネルの切羽面に図５に示したよう
な所定形状の溝状連続孔を形成する例を挙げて説明した
が、明かり工事のベンチカット掘削作業等においても本
工法を適用できることは言うまでもない。

【００１９】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、中硬岩のトンネルの切羽等を掘削するための
自由面を効率良くかつ高い精度で形成するための溝状連
続孔を削孔でき、効率よい岩盤掘削作業を実現できると
いう効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による溝状連続孔の形成方法の一実施例
における削孔作業の手順を示した施工順序図。

【図２】図１（ｄ）に示した溝状連続孔を拡大して示し
た部分正面図及び同断面図。

【図３】環状ビット内に残る芯部の一例を示した部分断
面図。

【図４】本発明の実施例に使用される環状ビットの一例
を示した部分斜視図。

【図５】トンネル上半の切羽面に自由面を形成するパタ
ーン例を示した概略説明図。

【図６】従来の溝状連続孔形成のための削孔装置の一例
を示した説明図。

【符号の説明】

１ トンネル切羽面 １Ａ 芯部 ５ 溝状連続孔 １０ 掘削機 １３ ドリル １６ ケーシングロッド ２０ 環状ビット Ｄ 削孔径

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】掘削機上に搭載された環状をなす削孔手段
   の作動により環状孔が岩盤面に形成されるのと同時に、
   片持ち円筒形状をなして岩盤内に残存形成される芯部を
   ガイドコアとして前記削孔手段の削孔方向を規制すると
   ともに、前記ガイドコアの隣接位置に前記環状孔とに所
   定の重なり部分をもたせるように前記削孔手段を移動さ
   せ、岩盤内に前記ガイドコアを残存形成しながら環状孔
   を順次形成し、該環状孔形成後に残存する前記芯部を、
   その根元部に付与した側方力により岩盤面に沿って割裂
   させて岩盤面から除去し、所定削孔深さの連続した溝状
   部を形成するようにしたことを特徴とする溝状連続孔の
   形成方法。