JP2015145571A - トンネル施工設備及び施工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】大断面トンネルであっても、コンクリートの吹付けを効果的に行うこと。
【解決手段】トンネル内に複数のトンネル施工装置を搬入し、支保工の建込みとコンクリートの吹付けを行うトンネル施工設備であって、前記施工装置は、第１のタイプの施工装置と第２のタイプの施工装置とを有し、各施工装置のそれぞれは、支保工の建込みを行うエレクターと、コンクリートの吹付けを行う吹付けアームを有し、それらを一台の走行車両に搭載したものであり、前記第１のタイプの施工装置は、トンネル切羽に向かって左側に位置し、主に左半部の支保工の建込み及びコンクリートの吹付けを担当し、前記第２のタイプの施工装置は、トンネル切羽に向かって右側に位置し、主に右半部の支保工の建込み及びコンクリートの吹付けを担当し、前記第１のタイプの施工装置は、前記エレクターを左側に、前記吹付けアームを右側に備え、前記第２のタイプの施工装置は、前記エレクターを右側に、前記吹付けアームを左側に備えるトンネル施工設備を提供する。
【選択図】図３

Description

本発明は、トンネル内壁面にコンクリートやモルタル等を吹付けるトンネル施工設備及び施工方法に関する。詳しくは、単位時間当たりのコンクリート吹付け量を向上させたコンクリート施工設備及び施工方法に関する。

山岳地帯でのトンネル掘削では、主としてＮＡＴＭ工法（New Austrian Tunneling Method）が多用されている。このＮＡＴＭ工法は、掘削、ずり出し、一次コンクリート吹付け、支保工建込み、二次コンクリート吹付け、ロックボルト打設という手順で行われる。

前記各作業を行う機械としては、トンネル掘進機、削岩機、支保工建込みエレクター、コンクリート吹付機等が存在するが、工期を短縮するために、前記各機能を一台の装置に組み込んだトンネル施工装置が開発されている（特許文献１）。

特開平７−２１７３９２号公報

しかし、従来のコンクリート吹付機やトンネル施工装置（以下、「コンクリート吹付機等」という。）は、吹付け用のブームを一本しか備えていないため、吹付け作業時間を短縮することが困難であった。特に、掘削断面が大きいトンネルの施工において、吹付け作業時間の短縮が望まれていた。

さらに、コンクリート吹付機等とは別に、圧縮空気を吹付機へ送るためのコンプレッサーを設けていた。そのため、コンクリート吹付機等を切羽近傍へ移動させる際に、コンプレッサーも同時に移動させる必要があり、作業効率が悪かった。

また、コンクリート吹付機等に不具合が生じた場合、コンクリートの吹付けを行うことができず、工事が止まる可能性があった。

本発明は前記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、大断面トンネルであっても、コンクリートの吹付けを効果的に行うことができるトンネル施工設備及び施工方法を提供することにある。

本発明は、トンネル内に複数のトンネル施工装置を配置し、支保工の建込みとコンクリートの吹付けを行うトンネル施工設備である。詳しくは、前記施工装置は、支保工の建込みを行うエレクターと、コンクリートの吹付けを行う吹付けアームを有し、それらを一台の走行車両に搭載したものであり、トンネル切羽に向かって左側に位置し、主に左半部の支保工の建込み及びコンクリートの吹付けを担当する第１のタイプと、トンネル切羽に向かって右側に位置し、主に右半部の支保工の建込み及びコンクリートの吹付けを担当する第２のタイプからなり、前記第１のタイプの施工装置は、前記エレクターを左側に、前記吹付けアームを右側に備え、前記第２のタイプの施工装置は、前記エレクターを右側に、前記吹付けアームを左側に備えることを特徴とする。

前記のように複数のトンネル施工装置を用いることで、掘削した断面が広い場合でも、支保工の建込み及びコンクリートの吹付けが容易となる。また、単位時間当たりのコンクリート吹付け量を増やすことができ、工期を短縮することができる。さらに、１台がトラブルで使用できなくなった場合であっても、他のトンネル施工装置を用いて工事を続行することができる。

前記トンネル施工装置には、コンクリートを吹付けるためのコンプレッサーを搭載することが好ましい。トンネル施工装置にコンプレッサーを搭載することで、トンネル施工装置と別にコンプレッサーを設ける必要がなくなる。その結果、コンプレッサーの移動が容易となり、作業効率を向上することができる。

前記第１のタイプの施工装置は、前記吹付けアームの右側に削岩機をさらに搭載し、前記第２のタイプの施工装置は、前記吹付けアームの左側に削岩機をさらに搭載することもできる。

また、本発明は、支保工の建込みを行うエレクターを左側に、コンクリートの吹付けを行う吹付けアームを右側に搭載した第１のタイプのトンネル施工装置と、前記エレクターを右側に、前記吹付けアームを左側に搭載した第２のタイプのトンネル施工装置を用いて、支保工の建込み及びコンクリートの吹付けを行うトンネル施工方法に関するものである。詳しくは、前記第１のタイプの施工装置を、切羽に向かって左側に配置し、前記第２のタイプのトンネル施工装置を、切羽に向かって右側に配置する第１工程と、前記第１のタイプの施工装置を用いて、主に左半部に一次コンクリートを吹付け、前記第２のタイプの施工装置を用いて、主に右半部に一次コンクリートを吹付ける第２工程と、前記第１のタイプのトンネル施工装置を用いて、主に左半部に支保工を建込み、前記第２のタイプの施工装置を用いて、主に右半部に支保工を建込む第３工程と、 前記第１のタイプの施工装置を用いて、主に左半部に二次コンクリートを吹付け、前記第２のタイプのトンネル施工装置を用いて、主に右半部に二次コンクリートを吹付ける第４工程からなることを特徴とする。

前記第１のタイプの施工装置が、前記吹付けアームの右側に削岩機をさらに搭載し、前記第２のタイプの施工装置が前記吹付けアームの左側に削岩機をさらに搭載することも可能であり、この場合における本発明の方法は、前記第４工程の後に、前記第１のタイプの施工装置の削岩機を用いて、主に左半部にロックボルト挿入孔を空け、第２のタイプの施工装置の削岩機を用いて、主に右半部にロックボルト挿入孔を空ける第５工程を加えることができる。

本発明のトンネル施工設備及び施工方法を用いることにより、大断面トンネルであっても、コンクリートの吹付けを効果的に行うことができる。

本発明に係るトンネル施工装置（第１のタイプ）の側面図である。 本発明に係るトンネル施工装置（第１のタイプ）の平面図である。 本発明に係るトンネル施工設備の正面図である。 本発明に係るトンネル施工装置（第１のタイプ）の正面図である。 本発明に係るトンネル施工装置（第２のタイプ）の側面図である。 本発明に係るトンネル施工装置（第２のタイプ）の平面図である。 本発明に係るトンネル施工設備の平面図である。 本発明に係るトンネル施工装置の吹付けアームの側面図である。 本発明に係るトンネル施工装置の吹付けアームの平面図であり、左右方向の動きを示したものである。 本発明に係るトンネル施工装置の吹付けアームの上下方向の動きを示したものであり、（Ａ）が側面図、（Ｂ）が正面図である。 本発明に係るトンネル施工装置のエレクターの側面図である。 本発明に係るトンネル施工装置のエレクターの平面図である。 本発明に係るトンネル施工装置のキャッチャーの側面図である。 本発明に係るトンネル施工装置のキャッチャーの正面図である。 本発明の一実施の形態に適用される把持部を示す図であって、（Ａ）は高さが２５０ｍｍの支保工を把持する場合を表す図であり、（Ｂ）は高さが１２５ｍｍの支保工を把持する場合を表す図である。 削岩機を搭載した本発明に係るトンネル施工装置（第１のタイプ）の平面図である。 本発明に係るトンネル施工装置の削岩機の側面図である。 本発明に係るトンネル施工装置の削岩機の平面図である。

本発明の実施形態を図１〜図１８に基づいて説明する。

（トンネル施工装置）
図１に示すトンネル施工装置２は、走行車両３の前方にコンクリートを吹付ける吹付けアーム４と、支保工Ｗを建込むエレクター５が取り付けられている。

走行車両３の後方には吹付機６が搭載されている。この吹付機６にはコンクリートの供給口７が設けられ、この供給口７を通じてコンクリートが吹付機６内に供給される。また、吹付機６には圧送ポンプ８が備えられており、吹付機６内のコンクリートは、この圧送ポンプ８により、コンクリート配管９及びホース１２を介して吹付けノズル２１へ送られる。

前記では、圧送ポンプ８によってコンクリートを搬送するポンプ式を説明したが、エアによってコンクリートを搬送するエア搬送式を用いても良い。

走行車両３の後方には、コンクリート吹付け用のコンプレッサー１０Ａと、急結剤搬送用のコンプレッサー１０Ｂが搭載されている。このコンプレッサー１０Ａ、１０Ｂにより圧縮空気を生成し、生成した圧縮空気を用いて、吹付けアーム４の先端から切羽Ｐ面にコンクリートを吹付ける。

そのほか、走行車両３に急結剤供給装置１１を設けて、コンクリートの凝結時間を著しく短くするために、コンクリートに急結剤を混ぜる。

前記吹付けアーム４は、図１、図２の例では、基端アーム２２から吹付けノズル２１までの部分をいい、走行車両３の前方に取り付けられたベース２０と連結され、上下方向及び左右方向に自在に移動可能となっている。そのため、アーム４の先端に設けた吹付けノズル２１を切羽Ｐの吹付対象箇所と対面させ、ピンポイントでコンクリートの吹付けを行うことができる。

（吹付けアーム）
以下に、吹付けアーム４の構成を詳述する。前記ベース２０には、基端アーム２２が取り付けられており、その下方には基端アーム上下シリンダ２２Ａが設けられている。この基端アーム上下シリンダ２２Ａが伸縮することにより、基端アーム２２が上下方向に揺動する。揺動可能範囲は、基端アーム２２が地面に水平な状態を基準として、下方向への角度（γ１）が約２４°、上方向への角度（γ２）が約４５°である。

この基端アーム上下シリンダ２２Ａの左右両側には、基端アーム旋回左右シリンダ２２Ｂが設けられている。この基端アーム旋回左右シリンダ２２Ｂが伸縮することにより、基端アーム２２が水平方向に揺動する。揺動可能範囲は、基端アーム２２がトンネルの側壁に平行な状態を基準として、右方向への角度（α１）が約４５°、左方向への角度（α２）が約４５°である。

基端アーム２２は、アウター基端アーム２２Ｘと、その内部に挿入されたインナー基端アーム２２Ｙからなる。この基端アーム２２には、基端アーム伸縮シリンダ２２Ｃが内蔵されており、このシリンダ２２Ｃによってインナー基端アーム２２Ｙがスライド移動する。移動総距離（２２Ｍ）は、最大約１．３ｍである。

また、基端アーム２２の下方であって、基端アーム上下シリンダ２２Ａの上方には、基端アーム同調シリンダ２２Ｄが設けられている。このシリンダ２２Ｄは、インナー基端アーム２２Ｙのスライド移動に同調して伸縮する。

基端アーム２２の先端には、斜め上方に向かって先端アーム２３が取り付けられている。そして、先端アーム２３の先端には、ピン２４を介して第１接合部材２５が取り付けられている。この第１接合部材２５は、基端側から中央付近へ向かって水平方向に延在し、中央付近から上方へ向かって約９０°屈曲し、中央付近から先端側へ向かって上方に延在している。

第１接合部材２５の先端には、スライドアーム２６が取り付けられている。前記先端アーム２３の下方にはスライドアーム上下シリンダ２６Ａが設けられており、このシリンダ２６Ａが伸縮することにより、スライドアーム２６が上下方向に揺動する。揺動可能範囲は、スライドアーム２６が地面に水平な状態を基準として、下方向への角度（δ１）が約４５°、上方向への角度（δ２）が約２４°である。

スライドアーム２６の側方には、スライドアーム旋回左右シリンダ２６Ｂが設けられている。このスライドアーム旋回左右シリンダ２６Ｂが伸縮することにより、スライドアーム２６が水平方向に揺動する。揺動可能範囲は、スライドアーム２６がトンネルの側壁に平行な状態を基準として、右方向への角度（β１）が約４５°、左方向への角度（β２）が約４５°である。

スライドアーム２６は、アウタースライドアーム２６Ｘと、そのアーム２６Ｘの内部に挿入された第１インナースライドアーム２６Ｙと、そのアーム２６Ｙの内部に挿入された第２インナースライドアーム２６Ｚからなる。このスライドアーム２６の下方には、第１スライドアーム伸縮シリンダ２６Ｄが設けられている。このシリンダ２６Ｄの伸縮により、第１インナースライドアーム２６Ｙに対してアウタースライドアーム２６Ｘがスライド移動する。

また、スライドアーム２６には、第２スライドアーム伸縮シリンダ２６Ｃが内蔵されており、このシリンダ２６Ｃの伸縮により、第２インナースライドアーム２６Ｚに対して第１インナースライドアーム２６Ｙがスライド移動する。前記シリンダ２６Ｄおよび２６Ｃによってスライドアーム２６がスライド移動する総距離（２６Ｍ）は、最大２．７ｍとなっている。

スライドアーム２６の先端には、ノズル左右モータ２７が取り付けられている。そして、モータ２７の先端には、第２接合部材２９が取り付けられている。この第２接合部材２９は、基端側から先端側へ向かって水平方向に延在する第１部材２９Ａと、第１部材２９Ａの先端部から上方へ向かって延在する第２部材２９Ｂからなり、第１部材２９Ａと第２部材２９Ｂがピンを介して一体となっている。さらに、第２部材２９Ｂの下方にはノズル前傾後傾シリンダ２８が設けられている。

そして、第２接合部材２９の先端には吹付けノズル２１が取り付けられている。吹付けノズル２１は、前記ノズル回転モータ２７によって垂直方向に回転可能であり、その回転角度（θ）は３６０°である。

前記吹付けノズル２１は、通常図１のように路面に対して垂直になっている。この状態から、前記ノズル前傾後傾シリンダ２８を伸縮させることにより、吹付ノズル２１を前方又は後方に傾けることができる。傾けることができる範囲は、吹付ノズル２１が地面に垂直な状態を基準として、前方への角度（ε１）が約９０°、後方への角度（ε２）が約３０°である。

（吹付範囲）
図３に、第１のタイプのトンネル施工装置２Ｌのコンクリート吹付け範囲を示す。スライドアーム２６を切羽Ｐに対して垂直にし、その垂直状態を保ちながら吹付けアーム４を移動させた場合、図３の吹付け範囲Ｑにコンクリートを吹付けることができる。また、前記の制約を無くして、吹付けアーム４を自由に移動させた場合、図３の最大吹付け範囲Ｒにコンクリートを吹付けることができる。

より詳しくは、施工装置２Ｌの寸法が高さ４．００ｍ、幅３．１０ｍであり、吹付け範囲Ｑの最大吹付け高さが９．１２ｍ、最大吹付け幅が１２．６ｍである。また、前記の施工装置２Ｌを用いる場合、最大吹付範囲Ｒの最大吹付け高さが１２．４ｍであり、最大吹付け幅が２２．０４ｍである。

（エレクター）
エレクター５は、図１、図２の例では、第１ブーム３１からキャッチャー３７までの部分をいい、走行車両３の前方に取り付けられたブームベース３０と連結されている。以下に、エレクター５の構成を詳述する。

ブームベース３０に第１ブーム３１が取り付けられており、その下方にはブーム起伏シリンダ３１Ａが設けられている。このブーム起伏シリンダ３１Ａが伸縮することにより、エレクター５が上下方向に揺動する。揺動可能範囲は、上約４５°、下約２４°である。

また、この第１ブーム３１の基端側の側方には、ブーム旋回シリンダ３１Ｂが設けられている。このブーム旋回シリンダ３１Ｂが伸縮することにより、第１ブーム３１が水平方向に揺動する。揺動可能範囲は、左右それぞれ約４５°である。

第１ブーム３１の内部には第２ブーム３２が挿入されており、第２ブーム３２の内部には第３ブーム３３が挿入されている。第１ブーム３１の下方には第１伸縮シリンダ３４が設けられ、第１ブーム３１の内部には第２伸縮シリンダ３５が内蔵されている。この第１伸縮シリンダ３４の伸縮により、第１ブーム３１に対して第２ブーム３２が最大約１．８ｍスライド移動する。また、第２伸縮シリンダ３５の伸縮により、第２ブーム３１に対して第３ブーム３２が最大約１．８ｍスライド移動する。

前記第３ブーム３３の先端には、支保工Ｗを把持するための支保工キャッチャー３７が装着されている。この支保工キャッチャー３７は、第３ブーム３３の先端部から伸びるＬ字形をしたＬ型アーム４０及びこのＬ型アーム４０の先端側に取り付けられた把持部４２を有している。そして、この第３ブーム３３とＬ型アーム４０との間やＬ型アーム４０自体には、３つの油圧シリンダ４４Ａ、４４Ｂ、４４Ｃが設置されていて、このＬ型アーム４０自体の傾きやＬ型アーム４０を構成する各辺相互間の傾き等をこれら３つの油圧シリンダ４４Ａ、４４Ｂ、４４Ｃにより変更可能としている。

さらに、この把持部４２の基端部分を、駆動源である油圧シリンダ４８を内蔵した駆動部４２Ａが構成しており、この駆動部４２Ａ内から伸縮可能に伸びる伸縮片４２Ｂをこの駆動部４２Ａが備えるのに伴い、この油圧シリンダ４８のピストン４８Ａの先端側が伸縮片４２Ｂに接続されている。そして、この駆動部４２Ａの先端側には、第１把持爪５１が設置されており、また、この第１把持爪５１と対向する伸縮片４２Ｂの先端側には第２把持爪５２が設置されており、これら第１把持爪５１と第２把持爪５２との間に支保工Ｗを挟み込むようになっている。

つまり、これら第１把持爪５１及び第２把持爪５２により一対の把持爪が構成されており、油圧シリンダ４８に外部から作動油が送り込まれる等によって、油圧シリンダ４８が駆動することで、これら第１把持爪５１と第２把持爪５２との間の間隔が変化されて、支保工Ｗを挟み込むようになる。

さらに、第１把持爪５１の支保工Ｗと対向する部分とされる右側の端面５１Ａは、基端側から先端側に向かって支保工Ｗ側に傾く形に、傾き角度Ａ１が８０度で傾斜している。そして、この端面５１Ａの先端部には逃げ部とされる面取り部５１Ｂが形成されている。また、第２把持爪５２の支保工Ｗと対向する部分とされる左側の端面５２Ａは、基端側から先端側に向かって支保工Ｗ側に傾く形に、傾き角度Ｂ１が８０度で傾斜している。そして、この端面５２Ａの先端部には逃げ部とされる面取り部５２Ｂが同様に形成されている。

つまり、一対の把持爪５１、５２の支保工Ｗと対向する部分とされる端面５１Ａ、５２Ａの傾き角度Ａ１、Ｂ１が、相互に同一とされ且つ、これら一対の把持爪５１、５２の基端側から先端側に向かって相互間の隙間が狭くなるように、形成されることになる。但し、これら一対の把持爪５１、５２の高さは、それぞれ１２０ｍｍ程度とされている。

本実施形態のトンネル施工装置２によれば、第３ブーム３３の先端側に把持部４２が取り付けられ、この把持部４２の一対の把持爪５１、５２が、油圧シリンダ４８の動力により間隔を変化させて支保工Ｗを挟み込むことで、把持部４２が支保工Ｗを把持する。

この際、把持爪５１、５２の支保工Ｗと対向する部分の傾き角度Ａ１、Ｂ１が、一対の把持爪５１、５２の相互間で同一とされるに伴い、これら一対の把持爪５１、５２の支保工Ｗと対向する部分における相互間の隙間が、一対の把持爪５１、５２の基端側から先端側に向かって狭くなるように、一対の把持爪５１、５２が形成されている。

つまり、一対の把持爪５１、５２の支保工Ｗと対向する部分における相互間の隙間が、一対の把持爪５１、５２の基端側から先端側に向かって狭くなっていることから、支保工Ｗを把持する際に、これら一対の把持爪５１、５２間に挟まれている支保工Ｗに、把持爪５１、５２の先端側から基端側に向かって働く力が常時加わるようになる。

この結果として、支保工Ｗの大きさが変化した場合であっても、一対の把持爪５１、５２の基端側から先端側に向かって支保工Ｗがずれ出す虞がなくなることから、支保工Ｗの建込みの際に、支保工Ｗを確実に把持できるようになる。

この一方、本実施の形態によれば、一対の把持爪５１、５２の支保工Ｗと対向する部分が、一対の把持爪５１、５２の基端側から先端側に向かって相互間の隙間が単に狭くなるだけでなく、一対の把持爪５１、５２の支保工Ｗと対向する部分の傾き角度Ａ１、Ｂ１が、一対の把持爪５１、５２の相互間で同一とされていることで、支保工Ｗをより一層確実に把持できるようになる。

また、本実施の形態によれば、駆動源が油圧シリンダ４８とされていることから、この油圧シリンダ４８により強い力が発揮されて、把持部４２で支保工Ｗをより一層確実に把持できるようにもなる。

次に、本実施の形態に係るトンネル施工装置２の把持部４２により２種類の大きさの支保工Ｗを把持する際の具体例を説明する。例えば高さ寸法Ｈが２５０ｍｍの支保工Ｗを把持する場合には、図１５（Ａ）に示すように把持し、また、高さ寸法Ｈが１２５ｍｍの支保工Ｗを把持する場合には、図１５（Ｂ）に示すように把持することになる。

つまり、一対の把持爪５１、５２の高さがそれぞれ１２０ｍｍ程度とされていることから、高さ寸法Ｈが２５０ｍｍのＨ型に形成された支保工Ｗを把持する場合には、図１５（Ａ）に示すように支保工Ｗの一端側である下端側のみを把持する形になる。また、高さ寸法Ｈが１２５ｍｍのＨ型に形成された支保工Ｗを把持する場合には、図１５（Ｂ）に示すように支保工Ｗの一端側を同様に把持している。但し、支保工Ｗの他端側と対向する把持爪５１、５２の部分には面取り部５１Ｂ、５２Ｂが形成されていることから、この場合には支保工Ｗの他端側に把持爪５１、５２が接触することがない。

以上の結果として、いずれの場合にも支保工Ｗの一端側である下端側のみを把持する形になるものの、一対の把持爪５１、５２の支保工Ｗと対向する部分における相互間の隙間が、一対の把持爪５１、５２の基端側から先端側に向かって狭くなっていることから、把持爪５１、５２の先端側から基端側に向かって働く力が常時加わって、支保工Ｗを確実に把持できるようになる。

（作業範囲）
図３に、第１のタイプのトンネル施工装置２Ｌのエレクター作業範囲Ｏを示す。前記施工装置２Ｌのエレクター５によって、トンネル切羽Ｐの左側に支保工Ｗを建込むことができる。

（削岩機）
そのほか、走行車両の３の前方に削岩機６０を設けても良い。この削岩機６０は、図１６の例では、ドリルブーム６２から削孔ビット６７までの部分をいい、走行車両３の前方に取り付けられたブームポスト６１と連結されている。この削岩機６０について下記に詳述する。

前記ブームポスト６１には、ドリルブーム６２が取り付けられており、その下方には第１上下シリンダ６２Ａが設けられている。この第１上下シリンダ６２Ａが伸縮することにより、ドリルブーム６２が上下方向に揺動する。揺動可能範囲は、上約４５°、下約３０°である。

このドリルブーム６２の側方には、左右旋回シリンダ６２Ｂが設けられている。この左右旋回シリンダ６２Ｂが伸縮することにより、ドリルブーム６２が水平方向に揺動する。揺動可能範囲は、左右それぞれ約４５°である。

ドリルブーム６２は、アウタードリルブーム６２Ｘと、その内部に挿入されたインナードリルブーム６２Ｙからなる。このドリルブーム６２には、図示しない伸縮シリンダが内蔵されており、このシリンダの伸縮により、アウタードリルブーム６２Ｘに対してインナードリルブーム６２Ｙが最大約１．６ｍスライド移動する。

ドリルブーム６２の先端にはロータリアクチュエータ７０が取り付けられ、このロータリアクチュエータ７０の側方には、前後方向に延在するガイドセル６３が取り付けられている。このガイドセル６３の上方には、ガイドセル６３と同一方向に延在するロッド６４が、ロッド固定部６６を介して取り付けられている。また、このロッド６４の先端には削孔ビット６７が取り付けられ、後端にはドリフター６５が設けられている。

ガイドセル６３の下方には、第３上下シリンダ６９が取り付けられている。この第３上下シリンダ６９が伸縮することにより、ガイドセル６３が上下方向に揺動する。揺動可能範囲は、上約９０°、下約０°である。

インナードリルブーム６２Ｙの下方には、第２上下シリンダ６８が設けられている。この第２上下シリンダ６８により、ガイドセル６３が上下方向に揺動する。また、ドリルブーム６２と第１上下シリンダ６２Ａの間には同調用シリンダ７１が取り付けられている。この同調用シリンダ７１は、第２上下シリンダ６８と同調して、ガイドセル６３を平行移動させる。

なお、前記ロッド６４はガイドセル６３に沿って前後方向に最大約４ｍの距離をスライド移動できる。また、ドリフター６５の動力はロッド６４を介して、先端にある削孔ビット６７に伝達されるようになっている。

このような構成の削岩機６０は、高圧水を削孔ビット６７の吹出口から吹出しながら、ドリフター６５の回転力と打撃力により、削孔ビット６７で削孔する。そして、より深く削孔する場合は、前記ロッド６４を継ぎ足しながら削孔を続ける。削孔終了後は、ロッド６４を地山より引き抜き、削孔した孔にモルタルを注入しロックボルトを挿入する。

（トンネル施工設備及び施工方法）
図３は、本発明に係るトンネル施工設備１の正面図である。図面手前がトンネル切羽Ｐ側であり、図面奥が坑口側である。すなわち、図面左側が切羽Ｐに向かって右側となり、図面右側が切羽Ｐに向かって左側となる。

このトンネル施工設備１は、異なるタイプの複数の施工装置２から構成され、図３の例では、第１のタイプと第２のタイプの施工装置２Ｌ、２Ｒを有する。第１のタイプの施工装置２Ｌは、エレクター５を左側に備え、吹付けアーム４を右側に備えている。また、第２のタイプの施工装置２Ｒは、エレクター５を右側に備え、吹付けアーム４を左側に備えている。即ち、図３の例においては、トンネル切羽の幅方向中央の仮想線Ｓを軸として、施工装置２Ｌと施工装置２Ｒの吹付けアーム４とエレクター５の位置が線対称になっている。

さらに削岩機６０も装備する場合、第１のタイプの施工装置２Ｌは、吹付けアーム４の右側に削岩機６０を設ける。第２のタイプの施工装置２Ｒは、吹付けアーム４の左側に削岩機６０を設ける。

前記のように、エレクター５を搭載する位置は、施工装置２Ｌ、２Ｒをトンネル内に配置したときに、トンネル幅方向外側にすることが好ましい。トンネル内への支保工Ｗの搬入は、支保工Ｗをエレクター５によって把持し、施工装置２が支保工Ｗを抱えた状態でトンネル切羽近傍まで運搬する。そのため、エレクター５を幅方向外側に設けないと、支保工Ｗを運搬することができないからである。また、トンネル幅方向外側から搬入すると、左半部及び右半部に建込む支保工Ｗが互いに干渉せず、作業効率が高くなるという利点もある。

また、吹付けアーム４を搭載する位置は、施工装置２Ｌ、２Ｒをトンネル内に配置したときに、トンネル幅方向中央側にすることが好ましい。幅方向外側よりも幅方向中央側のほうが、コンクリートの吹き付け面積が大きいからである。また、施工装置２Ｌ、２Ｒの一方が故障して動かなくなった際に、他方の施工装置２Ｌ、２Ｒを用いて、左半部及び右半部の両方にコンクリートを吹き付けるため、幅方向中央寄りに配置して吹付範囲を広くする必要があるからである。

本発明に係るトンネル施工方法について説明する。この施工方法の第１工程は、施工装置２をトンネル内に配置する配置工程である。具体的には、第１のタイプの施工装置２Ｌを切羽Ｐに向かって左側に配置し、第２のタイプの施工装置２Ｒを切羽Ｐに向かって右側に配置する。

第２工程は、トンネル切羽Ｒに一次コンクリートを吹付ける一次コンクリート吹付け工程である。具体的には、第１のタイプの施工装置２Ｌの吹付けノズル２１から、主に左半部に一次コンクリートを吹付け、第２のタイプの施工装置２Ｒの吹付けノズル２１から、主に右半部に一次コンクリートを吹付ける。

なお、左半部とは、坑口側から切羽Ｐを視た際の左側部分（図３では右側部分）をいい、右半部とは坑口側から切羽Ｐを視た際の右側部分（図３では左側部分）をいう。

また、施工装置２Ｌ、２Ｒの前記コンクリート吹付け範囲は、原則的なものである。施工装置２Ｒや２Ｌが故障して動かなくなった場合や、左半部または右半部の吹付けが遅れている場合などには、施工装置２Ｌが右半部にコンクリートを吹付けたり、施工装置２Ｒが左半部にコンクリートを吹き付けたりすることもできる。このことは、後述する二次コンクリート吹付けや、ロックボルト打設においても同様である。

第３工程は、トンネル内に支保工Ｗを建込む建込み工程である。具体的には、第１のタイプの施工装置２Ｌのエレクター５を用いて、主に左半部に支保工Ｗを建込み、前記第２のタイプの施工装置２Ｒのエレクター５を用いて、主に右半部に支保工Ｗを建込む。支保工Ｗを建込んだ後は、鋼製支保工背面に金網を設置することが好ましい。

第４工程は、トンネル切羽Ｒにさらにコンクリートを吹付ける二次コンクリート吹付け工程である。具体的には、第１のタイプの施工装置２Ｌの吹付けノズル２１から、主に左半部に二次コンクリートを吹付け、第２のタイプの施工装置２Ｒの吹付けノズル２１から、主に右半部に二次コンクリートを吹付ける。

そのほか、第５工程として、ロックボルトを設けるロックボルト打設工程を加えても良い。具体的には、第１のタイプの施工装置２Ｌの削岩機を用いて、主に左半部にロックボルト挿入孔を空け、第２のタイプの施工装置２Ｒの削岩機を用いて、主に右半部にロックボルト挿入孔を空ける。

前記一次コンクリート吹付け工程及び二次コンクリート吹付け工程において、第１のタイプと第２のタイプの各施工装置２Ｌ、２Ｒによる吹付けは、原則として同時に行う。同時に行うことで、一次コンクリート吹付け及び二次コンクリート吹付けに要する時間を短縮することができる。また、２台の施工装置を用いることにより、大断面のトンネルであっても、効率的にコンクリートを吹付けることができる。

より詳しくは、施工装置２を１台用いた場合の吹付量が例えば２５〜３０ｍ³／ｈである場合、施工装置２を２台並べて同時に吹き付けることにより、吹付量を倍（５０〜６０ｍ³／ｈ）にすることができる。このことは、施工装置２を３台、４台・・・と増やし、同時に吹き付けることにより、吹付量を３倍、４倍・・・と増やすことができる。

また、第１のタイプの施工装置２Ｌが故障等で動かなくなった場合でも、第２のタイプの施工装置２Ｒを用いて左半部へコンクリートの吹付け等をすることにより、工事を止めることなく、安定した急速施工に寄与することができる。このことは、第２のタイプの施工装置２Ｒが動かなくなった場合でも同様である。

また、各施工装置２にコンプレッサー１０Ａ、１０Ｂを搭載することにより、従来のようにコンプレッサーを別置きする必要がなくなり、切羽近傍の機械の台数を最小限に抑えることができる。

トンネル内という限られた空間で用いる機械の台数が減るとともに、吹付けアームを搭載した走行台車とコンプレッサーを搭載した台車の間を接続する配管の段取り、取り付け、取り外し、片付けという手間が無くなるため、機動性を飛躍的に向上させることができる。

また、コンクリート配管９の長さが短くなるため、コンクリートが配管９内を通る際に受ける抵抗が減り、コンクリートの吐出量（吹付け量）を増加させることができる。

以上のように、コンプレッサーを別置きしないことにより、機動性が向上し、吹付け量が増加するため、吹付け作業時間が大幅に短縮し、急速施工に寄与することができる。具体的には、別置きした場合と比べて、吹付作業時間を約半分にすることができる。

さらに、コンクリート配管９の長さが短くなるため、短くなった分だけ、消耗品（配管９）を減らすことができる。

従来のコンクリート吹付機と支保工建込みエレクターを用いる場合、まず、コンクリート吹付機を用いて一次コンクリートを吹付ける。そして、吹付け終了後に、吹付機をトンネル切羽近傍から後退させる。次に、支保工建込みエレクターを前進させてトンネル切羽近傍に配置し、この支保工建込みエレクターを用いて、支保工を組み立てる。そして、組立て終了後に、支保工建込みエレクターを切羽近傍から後退させる。次に、再びコンクリート吹付機を前進させてトンネル切羽近傍に配置し、この吹付機を用いて二次コンクリート吹付けを行う。このように、従来はコンクリート吹付機と支保工建込みエレクターをトンネル内で前方及び後方へ移動しなければならず、施工時間が長くなるとともに、手間がかかっている。

しかし、本発明のように、トンネル施工装置２に吹付けアーム４及びエレクター５を搭載することにより、トンネル内に出し入れする時間や手間を省略することができる。

また、二次コンクリート吹付けの後には、ロックボルト打設が行われる。従来は、二次コンクリート吹付け後に、コンクリート吹付機をトンネル切羽近傍から後退させ、その後に、ドリルジャンボを前進させてトンネル切羽近傍に配置し、このドリルジャンボによってロックボルト打設を行っていた。しかし、本発明のようにトンネル施工装置２に削岩機６０を搭載することにより、トンネル内でコンクリート吹付機とドリルジャンボを前方及び後方へ移動させる時間や手間を省略することができる。

本発明は、上記の実施例の形態に限られるものではなく、吹付けアーム４、エレクター５、削岩機６０の構造等は適宜変更することができる。また、前記では、トンネル施工装置２を２台用いる場合を例に説明したが、施工装置２を３台以上用いても良い。

なお、以上の説明において、特に限定がない場合は、「コンクリート」の文言に「一次コンクリート」と「二次コンクリート」の両方の意味を含ませることができる。

１ トンネル施工設備
２ トンネル施工装置
２Ｌ 第１のタイプのトンネル施工装置
２Ｒ 第２のタイプのトンネル施工装置
３ 走行車両
４ 吹付けアーム
５ エレクター
６ 吹付機
７ 供給口
８ 圧送ポンプ
９ コンクリート配管
１０Ａ （コンクリート吹付用）コンプレッサー
１０Ｂ （急結剤搬送用）コンプレッサー
１１ 急結剤供給装置
１２ ホース
２０ ベース
２１ 吹付けノズル
２２ 基端アーム
２２Ａ 基端アーム上下シリンダ
２２Ｂ 基端アーム旋回左右シリンダ
２２Ｃ 基端アーム伸縮シリンダ
２２Ｄ 基端アーム同調シリンダ
２２Ｘ アウター基端アーム
２２Ｙ インナー基端アーム
２３ 先端アーム
２４ ピン
２５ 第１接合部材
２６ スライドアーム
２６Ａ スライドアーム上下シリンダ
２６Ｂ スライドアーム旋回左右シリンダ
２６Ｃ 第２スライドアーム伸縮シリンダ
２６Ｄ 第１スライドアーム伸縮シリンダ
２６Ｘ アウタースライドアーム
２６Ｙ 第１インナースライドアーム
２６Ｚ 第２インナースライドアーム
２７ ノズル回転モータ
２８ ノズル前傾後傾シリンダ
２９ 第２接合部材
２９Ａ 第１部材
２９Ｂ 第２部材
３０ ブームベース
３１ 第１ブーム
３１Ａ ブーム起伏シリンダ
３２ 第２ブーム
３３ 第３ブーム
３４ 第１伸縮シリンダ
３５ 第２伸縮シリンダ
３７ キャッチャー
４０ Ｌ型アーム
４２ 把持部
４２Ａ 駆動部
４２Ｂ 伸縮片
４８ 油圧シリンダ
４８Ａ ピストン
５１ 把持爪
５１Ａ 端面
５１Ｂ 面取り部
５２ 把持爪
５２Ａ 端面
５２Ｂ 面取り部
６０ 削岩機
６１ ブームポスト
６２ ドリルブーム
６２Ａ 第１上下シリンダ
６２Ｂ 左右旋回シリンダ
６２Ｘ アウタードリルブーム
６２Ｙ インナードリルブーム
６３ ガイドセル
６４ ロッド
６５ ドリフター
６６ ロッド固定部
６７ 削孔ビット
６８ 第２上下シリンダ
６９ 第３上下シリンダ
７０ ロータリアクチュエータ
７１ 同調用シリンダ
Ａ１ 端面５１Ａの傾き角度
Ｂ１ 端面５２Ｂの傾き角度
Ｏ （第１のタイプのトンネル施工装置の）エレクターの作業範囲
Ｐ 切羽
Ｑ （第１のタイプのトンネル施工装置の）スライドアームが切羽に対して垂直の時の吹付範囲
Ｒ （第１のタイプのトンネル施工装置の）最大吹付範囲
Ｓ トンネル切羽の幅方向中央の仮想線
Ｗ 支保工

Claims (5)

1. トンネル内に複数のトンネル施工装置を搬入し、支保工の建込みとコンクリートの吹付けを行うトンネル施工設備であって、
   前記施工装置は、第１のタイプの施工装置と第２のタイプの施工装置とを有し、
   各施工装置のそれぞれは、支保工の建込みを行うエレクターと、コンクリートの吹付けを行う吹付けアームを有し、それらを一台の走行車両に搭載したものであり、
   前記第１のタイプの施工装置は、トンネル切羽に向かって左側に位置し、主に左半部の支保工の建込み及びコンクリートの吹付けを担当し、
   前記第２のタイプの施工装置は、トンネル切羽に向かって右側に位置し、主に右半部の支保工の建込み及びコンクリートの吹付けを担当し、
   前記第１のタイプの施工装置は、前記エレクターを左側に、前記吹付けアームを右側に備え、
   前記第２のタイプの施工装置は、前記エレクターを右側に、前記吹付けアームを左側に備える
   ことを特徴とするトンネル施工設備。
2. 前記施工装置は、コンクリートを吹付けるためのコンプレッサーをそれぞれ搭載する請求項１記載のトンネル施工設備。
3. 前記第１のタイプの施工装置は、前記吹付けアームの右側に削岩機をさらに搭載し、
   前記第２のタイプの施工装置は、前記吹付けアームの左側に削岩機をさらに搭載する請求項１または２記載のトンネル施工設備。
4. 支保工の建込みを行うエレクターを左側に、コンクリートの吹付けを行う吹付けアームを右側に搭載した第１のタイプのトンネル施工装置と、
   前記エレクターを右側に、前記吹付けアームを左側に搭載した第２のタイプのトンネル施工装置を用いて、
   支保工の建込み及びコンクリートの吹付けを行うトンネル施工方法であって、
   前記第１のタイプの施工装置を切羽に向かって左側に配置し、前記第２のタイプの施工装置を切羽に向かって右側に配置する第１工程と、
   前記第１のタイプの施工装置を用いて、主に左半部に一次コンクリートを吹付け、前記第２のタイプの施工装置を用いて、主に右半部に一次コンクリートを吹付ける第２工程と、
   前記第１のタイプの施工装置を用いて、主に左半部に支保工を建込み、前記第２のタイプの施工装置を用いて、主に右半部に支保工を建込む第３工程と、
   前記第１のタイプの施工装置を用いて、主に左半部に二次コンクリートを吹付け、前記第２のタイプの施工装置を用いて、主に右半部に二次コンクリートを吹付ける第４工程からなることを特徴とするトンネル施工方法。
5. 前記第１のタイプの施工装置は、前記吹付けアームの右側に削岩機をさらに搭載し、
   前記第２のタイプの施工装置は、前記吹付けアームの左側に削岩機をさらに搭載しており、
   前記第４工程の後に、
   前記第１のタイプの施工装置の削岩機を用いて、主に左半部にロックボルト挿入孔を空け、第２のタイプの施工装置の削岩機を用いて、主に右半部にロックボルト挿入孔を空ける第５工程を有する請求項４記載のトンネル施工方法。

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