JPH09250287A - 地山削孔装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 不良地山に施工されるロックボルト等の応力
材のための小口径の挿入孔を削孔するとともに、地山の
崩落を確実に防止する。 【解決手段】 トンネル１の油圧ジャンボのガイドシェ
ル４に搭載された削岩機５と、削岩機５の駆動力を、削
岩機５先端に装着されたシャンクロッド６を介してクリ
ーニングアダプタ１１内の内筒１４及びこの内筒１４内
に収容された調整ロッド１５を備え、アウターケーシン
グ４０の後端を内筒１４に接続し、インナーロッド３０
の後端を調整ロッド１５先端に接続し、アウターケーシ
ング４０とインナーロッド３０とを一体的に駆動し、２
重管の先端部で地山を削孔するようにしたことを特徴と
する地山削孔装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は地山削孔装置に係
り、特に不良地山に施工される山岳トンネル等におい
て、ロックボルト等の応力材を確実に施工できるように
した地山削孔装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、トンネル工事は、立地条件や地山
条件の良否にかかわらず、大断面化、長大化、高速施工
化の傾向にある。このため地質の悪い地山条件下でも掘
削断面が相当大きなトンネルが計画、施工されるように
なってきた。不良地山におけるトンネル施工では、切羽
の前方の地山に長尺ロックボルトを施工し、切羽前方の
地山の先行緩みを抑制する補助工法等も考案されてい
る。このために長尺ロックボルト長に相当するロックボ
ルト孔を削孔する工夫が種々なされている。なお、本明
細書では長尺ロックボルトとしてボルト長が２０ｍ程度
のものを想定している。たとえば、不良地山を掘削する
トンネルでは、ロックボルト孔壁の崩落防止のために
は、自穿孔タイプのロックボルトや２重管削孔等で対処
することも考えられる。自穿孔タイプのロックボルト
は、ロックボルトの先端に穿孔ビットを取り付け、削孔
と同時にロックボルトを埋設するものである。このため
施工に際し、孔壁崩落のおそれがない。しかし、現在の
ところ、削孔精度が十分得られておらず、長尺ロックボ
ルトに適用できない。一方、グラウンドアンカーで採用
されている２重管削孔方式は、インナーロッドとアウタ
ーケーシングとからなる２重管で構成されている。イン
ナーロッドとアウターケーシングとを一体的に操作して
地山にアンカー孔を削孔し、その後アウターケーシング
のみを地山内に存置した状態で、アウターケーシング内
にアンカーケーブルを挿入するまでの間の孔壁崩落を防
止を図っている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の２重
管削孔方式は、アンカー孔内に埋設されるアンカー材が
比較的太い応力材であるため、アウターケーシング外径
が最少外径でもφ＝１００ｍｍ程度のものまでしか実現
されていない。このため、この程度の直径の孔にロック
ボルト等の応力材を埋設すると、応力材と孔壁とのクリ
アランスが大きすぎて応力材を定着するための注入材の
数量が多くなってしまう。この結果、施工コストが増
え、作業上のロスも大きいという問題がある。このた
め、施工コスト低減と作業の効率化のために、小口径に
よる削孔が求められ、また削孔した孔壁の支保を確実に
行えるような削孔装置の開発が望まれていた。

【０００４】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、長尺ロックボルト等の応力
材を施工するための孔を確実に施工できるようにした地
山削孔装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明はトンネル内を自在に走行可能な走行体に設
けられた可動支持体上に搭載された削岩機と、該削岩機
とともに前記支持体上に装備され、前記削岩機にアダプ
タを介して接続されたインナーロッドと該インナーロッ
ドを内部に収容するアウターケーシングからなる２重管
部とを備え、該２重管部の先端部分で地山を削孔する地
山削孔装置において、前記アダプタは、前記削岩機先端
に装着されたシャンクロッドを介して筒状体及び該筒状
体内に収容された調整ロッドを備え、前記アウターケー
シングの後端が前記筒状体に接続され、前記インナーロ
ッドの後端が前記調整ロッドに接続され、前記アウター
ケーシングと前記インナーロッドとが一体的に駆動し、
２重管の先端部で前記アダプタを介して伝達された駆動
力により地山を削孔するようにしたことを特徴とするも
のである。

【０００６】このとき、前記調整ロッドは内部にフラッ
シング水供給路が形成され、該フラッシング水供給路に
より前記削岩機のシャンクロッド内のフラッシング水供
給路と前記インナーロッド内のフラッシング水供給路と
が連通されるようにすることが好ましい。このとき、前
記インナーロッドは、その両端部にそれぞれインナーロ
ッド同士を直接連結するための雄雌の接合ネジが形成さ
れ、その外周に前記フラッシング水戻り経路が形成され
るように小口径のアウターケーシング内に収容すること
が好ましい。

【０００７】また、前記アウターケーシングと前記イン
ナーロッド外周との間にフラッシング水戻り経路が形成
されるとともに、前記筒状体内に該フラッシング水戻り
経路の排水ポートを設けることが好ましい。

【０００８】前記調整ロッドの外径は、前記インナーロ
ッドの外径とほぼ等しく設定することが好ましい。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の地山削孔装置の一
実施の形態について、添付図面を参照して説明する。図
１はトンネル１内の地山削孔状況をトンネル縦断方向に
模式的に示した概略縦断図である。トンネル１の切羽２
の近傍には、トンネル１内を自在に走行できる走行体と
してのクローラ式油圧ドリルジャンボＪが配置されてい
る。この油圧ドリルジャンボＪのブーム３に連結された
可動支持体としてのガイドシェル４には、油圧削岩機５
が装備されている。削岩機（以下、ドリフタ５と記
す。）のシャンクロッド６には本発明の削孔装置１０が
連結されている。この削孔装置１０は、図２に詳細を示
したように、クリーニングアダプタ１１と、クリーニン
グアダプタ１１の調整ロッド１５に螺着されるインナー
ロッド３０と、インナーロッド３０を内部に収容するよ
うにして端部がクリーニングアダプタ１１に螺着された
小口径アウターケーシング４０とから構成されている。
これらのうちクリーニングアダプタ１１は、ドリフタ５
から伝達される駆動力（回転、打撃）をインナーロッド
３０、アウターケーシング４０に伝達する。また、削孔
時にドリフタ５を介して供給されるフラッシング水を、
インナーロッド３０のフラッシング水供給路３２（後述
する）に供給するとともに、ロッド先端部からアウター
ケーシング４０内の戻り経路４３を経由して戻ってきた
リターン分を、外部に排出する。

【００１０】クリーニングアダプタ１１の構成について
図２を参照して説明する。ガイドシェル４のキャリッジ
（図示せず）上に搭載されたドリフタ５の先端に装着さ
れたシャンクロッド６の先端６ａにはクリーニングアダ
プタ１１が螺着されている。クリーニングアダプタ１１
は、ガイドシェル４上に装着されたスライドベース１２
上に固定されている。このスライドベース１２はガイド
シェル４上を自在にスライドできる。これにより、ドリ
フタ５が切羽方向にフィードされると、削孔装置１０は
スライドベース１２と一体的に切羽方向に移動する。

【００１１】クリーニングアダプタ１１は、主要構成と
して筒状体としての外筒１３、内筒１４及び内筒１４内
に収容される調整ロッド１５とからなる。これらのう
ち、外筒１３は略円筒形状の肉厚鋼管加工品である。外
筒１３の外周面の一部にはキー溝（図示せず）が形成さ
れている。このキー溝をスライドベース１２に形成され
たキーにはめ込んでカバー（図示せず）で覆うようにし
てスライドベース１２上に固定するようになっている。
外筒１３の内径は、内筒１４の外径と嵌合可能に設定さ
れ、クリーニングアダプタ１１を組み立てる際に、内筒
１４の外側にはめ込まれる。このとき内筒１４前面位置
に取り付けられた円板１６によって内筒１４から離脱し
ないように保持される。本実施の形態では、外筒１３の
素材としてクロムモリブデン鋼（ＳＣＭ）の調質材が使
用されている。外筒１３の外周面の一部には後述するフ
ラッシング水排水円孔が形成されている。

【００１２】内筒１４はドリフタ５の回転に伴い、周面
が外筒１３に支持された状態で高速回転する。内筒１４
の後端には、円形フランジ１４ａが張り出して形成され
ている。この円形フランジ１４ａの直径は外筒１３の外
径とほぼ等しく、外筒１３を円板１６との間で保持する
ようになっている。さらに、内筒１４の軸線方向の中心
軸線位置には所定直径の有底孔１４ｂが穿設されてい
る。この有底孔１４ｂには左ロープ雌ネジが形成されて
いる。この有底孔１４ｂのネジ部にドリフタ５のシャン
クロッド先端６ａが螺合している。このときシャンクロ
ッド６の中心軸線位置には小径のフラッシング水供給路
６ｂが形成されている。図示しないドリフタ５側供給口
から注水された水は、このフラッシング水供給路６ｂを
介してクリーニングアダプタ１１の内筒１４に導かれ
る。内筒１４にも中心軸線に沿ってほぼ同径のフラッシ
ング水供給路１４ｃが形成されている。さらに前方に向
かって前述の調整ロッド１５が収容されるくり抜き部１
７が形成されている。このくり抜き部１７は調整ロッド
１５が螺着される雌ネジ部１７ａ、フラッシング水の排
水ポート１７ｂ及び調整ロッド挿入孔１７ｃからなる。

【００１３】雌ネジ部１７ａには、本実施の形態では、
左ミリネジが形成されている。この雌ネジ部１７ａは調
整ロッド１５の後端１５ａと螺合して調整ロッド１５を
支持する。排水ポート１７ｂは、内径が約φ１００ｍｍ
程度に設定された中空部である。周面の一端には、図３
に示したように、外筒１３のフラッシング水排水円孔１
３ａと同径のフラッシング水排水円孔１７ｄが形成され
ている。切羽部分から戻り経路４３を経由して排水ポー
ト１７ｂに戻ってきたフラッシング水は、回転している
内筒１４のフラッシング水排水円孔１７ｄと外筒１３の
フラッシング水排水円孔１３ａの位置が、図３に示した
ように一致した時に排水突き出し管１８から排水され
る。実際には内筒１４は高速回転しているため、削孔装
置１０の運転中はほとんど間断なくフラッシング水は排
水され、運転停止しているときは排水は停止する。内筒
前端１４ｄは円板１６の開口位置から突出し、先端部分
に雄ネジ部１４ｅが形成されている。この雄ネジ部１４
ｅにはアウターケーシング４０の後端ネジ部が螺着する
ようになっている。

【００１４】調整ロッド１５は、図２に示したように、
両端部に雄ネジ部が形成された全長約３００ｍｍの駆動
力伝達部材である。ほぼ全体がクリーニングアダプタ１
１内に収容され、後端部は内筒１４の雌ネジ部１７ａに
螺着されている。前端部はインナーロッド３０の後端に
形成された雌ネジ部３１に螺着されている。さらに一部
の断面を示したように、ロッドの軸線方向中心位置には
フラッシング水供給路１５ｂが貫通している。調整ロッ
ド１５は内筒１４を介して伝えられた回転力、打撃力を
インナーロッド後端３１に伝達する。このとき調整ロッ
ド１５の外径は、後述するインナーロッドの外径とほぼ
等しい。そこで、小口径であっても高い剛性とねじり強
度とが得られるように、本実施の形態では、使用鋼材と
してニッケルクロムモリブデン鋼を表面浸炭焼入れ処理
したものを使用している。使用鋼材の材質、寸法は、使
用ドリフタ５の能力等によって適宜設定することが好ま
しい。

【００１５】次に、２重管の構成について説明する。２
重管は、インナーロッド３０とアウターケーシング４０
とからなる。インナーロッド３０は、図２に示したよう
に、両端ネジタイプの丸鋼中空ロッドで、先端部に雄ネ
ジ部が、後端部に雌ネジ部が形成されている。したがっ
て、本実施の形態に示したインナーロッド３０はスリー
ブ等の連結部材を介することなく直接接続することがで
きる。鋼材としてＳＫＣ鋼が使用されている。また、強
度及びじん性を高めるために、表面浸炭焼入れ処理が施
されている。そして、先端には公知のクロスビット３３
が装着されている。なお、ロッドの中心軸に沿って形成
されている中空孔３２はフラッシング水供給路として機
能し、２重管先端部分にフラッシング水を送ることがで
きる。

【００１６】アウターケーシング４０は、先端部に雄ネ
ジ部が、後端部に雌ネジ部が形成された鋼管加工品であ
る。ケーシング内径は本実施の形態では、φ４４．５ｍ
ｍに設定されており、内部には外径φ３２ｍｍのインナ
ーロッド３０が収容されている。また、先端部には公知
のリングビット４２（外径φ６４ｍｍ）が装着されてい
る。インナーロッド３０のクロスビット３３が僅かにリ
ングビット４２先端より突出するような位置関係が保持
されている。上述したように、インナーロッド３０はス
リーブを用いずに接続できるため、このインナーロッド
３０を収容するアウターケーシング４０の口径を、従来
の同種のアウターケーシングに比べて十分小さくするこ
とができ、小口径削孔が可能になる。

【００１７】図３は、図２のIII-III断面線に沿って示
したクリーニングアダプタ１１部分の横断面図である。
同図には、排水ポート１７ｂに形成された内筒１４のフ
ラッシング水排水円孔１７ｄと、外筒１３のフラッシン
グ水排水円孔１３ａとが一致した位置状態が示されてい
る。クリーニングアダプタ１１全体はスライドベース１
２上に固定され、スライドベース１２下部のローラー１
３によってガイドシェル４のガイドレール４ａ上を走行
するようになっている。

【００１８】ここで、アウターケーシング４０及びイン
ナーロッド３０の接続作業に使用される油圧クランプ装
置５０の構成について図４、図５を参照して説明する。
前述のようにアウターケーシング４０とインナーロッド
３０とは２重管構造をなし、この２重管によって地山削
孔が行われる。このため、アウターケーシング長と、イ
ンナーロッド長とをほぼ等しい長さにし、インナーロッ
ド３０が内部に収容されたアウターケーシング４０を、
ガイドシェル４に搭載し、クリーニングアダプタ１１に
接続して２重管により削孔を行うと、ガイドシェル４の
先端位置でほぼ同時に次の２重管を連結するタイミング
が生じる。そこで、この２重管の連結作業の効率化のた
めに、ガイドシェル４の先端位置に油圧クランプ装置５
０を搭載した。アウターケーシング４０とインナーロッ
ド３０の把持動作とそのタイミングを調整することで、
アウターケーシング４０とインナーロッド３０の接合、
解離作業を一連の動作として行える。

【００１９】図４はガイドシェル４の先端位置の油圧ク
ランプ装置５０を示している。ガイドシェル４に倣って
組み立てられた固定フランジ５１上には、クランプスタ
ンド５２が立設されている。さらにクランプスタンド５
２のガイドシェル４の長手方向の両側にはジャッキプレ
ート５３、５４が固着されている。このジャッキプレー
ト５３、５４は、クランプ機構を構成するジャッキ群を
支持固定する。

【００２０】図５（ａ）は、ロッドクランプ機構５５を
示している。このロッドクランプ機構５５はインナーロ
ッド３０の接続、切り離し作業を行うためのクランプ機
構である。ガイドシェル４上のロッド配置位置を中心と
して水平対向位置に２台の油圧ジャッキ５６が配置され
ている。油圧ジャッキ５６のロッド先端５６ａにはチャ
ック５７が装着されている。このチャック５７の先端把
持部はインナーロッド３０の外径に一致する円弧状に加
工されている。これにより油圧ジャッキ５６のロッド５
６ａを伸長させた状態で、インナーロッド３０を確実に
把持できる。また、ロッド縮退時にはアウターケーシン
グ４０が通過できる程度にチャック間隔をあけることが
できる。なお、チャック５７は着脱自在に取着されてい
るので、ロッド径に合致したサイズを交換することがで
きる。なお、本実施の態様では、インナーロッド３０を
直接把持するようにしたが、ロッド接続にスリーブが利
用される場合には、そのスリーブをチャックで把持する
ようにしても良い。

【００２１】図５（ｂ）は、ケーシングクランプ機構５
８を示している。このケーシングクランプ機構５８に
は、同図（ａ）に示した構造と同様の構造の油圧ジャッ
キ５６が配置されている。また、チャック５９の形状
は、アウターケーシング４０の外径に一致するように設
定されている。このケーシングクランプ機構５８により
アウターケーシング４０後端を確実に把持することがで
きる。

【００２２】次に、この地山削孔装置を用いて応力材の
挿入孔を削孔する手順と、応力材を施工する手順につい
て図６、図７を参照して説明する。まず、切羽の応力材
施工位置に合わせて油圧ドリルジャンボＪ（図１参照）
を移動し、ブーム３を操作してガイドシェル４をほぼ水
平に保持して２重管の先端を削孔予定位置にセットす
る。この状態から削孔を開始する。このときドリフタ５
からは回転、打撃力がクリーニングアダプタ１１を介し
てアウターケーシング４０とインナーロッド３０に伝達
される。さらに、ガイドシェル４のフィード機構により
同図（ｂ）に示したように、切羽方向への推進力が付加
される。このとき、ドリフタ５にはフラッシング水がポ
ンプユニットＰから送水される。このフラッシング水
は、図２に示したように、シャンクロッド６内のフラッ
シング水供給路６ｂ、クリーニングアダプタ１１内のフ
ラッシング水供給路１４ｃ、調整ロッド１５内のフラッ
シング水供給路１５ｂ、インナーロッド３０内のフラッ
シング水供給路３２を経由して２重管先端の削孔箇所ま
で送水される。さらに、削孔箇所で発生したくり粉を洗
い出すと、アウターケーシング４０とインナーロッド３
０との間に形成された環状の戻り経路４３を経て、クリ
ーニングアダプタ１１内の排水ポート１７ｂまで返され
る。そして図３に示したように内筒１４、外筒１３に形
成されたフラッシング水排水円孔１７ｄ、１３ａを経て
排水突き出し管１８から外部に排出される。

【００２３】さらに、削孔が進行し、２重管が全長にわ
たって地山内を進行した段階で、次の２重管をガイドシ
ェル４上に搭載し、ガイドシェル４先端に設けられたク
ランプ装置５０を操作してアウターケーシング４０とイ
ンナーロッド３０の接続作業を行う（図６（ｃ）参
照）。所定の削孔長まで２重管削孔を行ったら、アウタ
ーケーシング４０を地山内に存置したままインナーロッ
ド３０を順次引き抜いて撤去する。この引き抜き作業は
ガイドシェル４上のドリフタ５を載せたキャリッジ（図
示せず）を後退させて行う。このとき接続部分の解離作
業はクランプ装置５０を使用して行う。クランプ装置５
０で切羽側のインナーロッド３０後端を把持させた状態
でドリフタ５の逆方向回転を利用してインナーロッド３
０の螺合を解くようにすればよい（図７（ｄ）参照）。
次いで、アウターケーシング４０内に応力材６０を挿入
する。この応力材６０としては鋼棒状のロックボルトや
鋼線束や樹脂繊維束からなるケーブル状ボルトを適宜使
用することができる。また、これらの応力材６０の断面
形状は定着材注入の便宜上、所定の中空部が形成されて
いるものが好ましい。

【００２４】応力材６０の挿入が完了したら、図７
（ｆ）に示したように、ドリフタ５を利用してアウター
ケーシング４０の引き抜きを行う。接続部分の解離作業
はインナーロッド３０の場合と同様に行えばよい。アウ
ターケーシング４０の撤去が完了したら、孔部分に定着
材６１を充填する。まず、コーキング６２を行って口元
を閉塞した後、応力材６０の中空部に送りホース６３を
接続し、定着材供給ポンプ６４によってタンク６５から
孔内に定着材６１を注入する。定着材６１としては、セ
メントペーストが好適である。この注入作業は、応力材
６０の先端から孔壁と応力材６０との隙間を戻ってくる
リターン分を口元で確認できるまで行う。本発明によれ
ば、以上のように削孔から応力材の施工までの作業を効
率よく実施することができる。なお、膨張性地山や崩落
性地山を削孔する場合には、十分な断面性能を有するア
ウターケーシングを、削孔後も地山中にそのまま応力材
として存置して使用することも可能である。これによ
り、トンネル切羽やアーチ部等の崩落を確実に防止する
ことができる。

【００２５】以上では応力材６０としてのロックボルト
を施工するための小口径孔を削孔する例を上げて説明し
たが、トンネル工事において、激しい湧水が予想される
場合に、インナーロッド３０を除去したアウターケーシ
ング４０内に管状ストレーナ等を設置し、その後アウタ
ーケーシング４０を撤去してトンネル前方位置の滞水層
からの強制排水を行うこともできる。また、ＴＢＭ（Tu
nnel Boring Machine）による先進導坑からの先受けボ
ルト施工や前方地質探査、水抜き工に適用することもで
きる。

【００２６】

【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、孔壁崩壊が予想される不良地山において、確
実に応力材設置用の小口径孔を削孔することができ、各
種のトンネル施工においてきわめて有効な支保手段を提
供することができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の地山削孔装置を適用したトンネル工事
の一実施の態様を示した全体施工状態説明図。

【図２】本発明の削孔装置の一実施の態様を示した部分
断面図。

【図３】図２に示したIII-III断面線に沿って示した横
断面図。

【図４】地山削孔装置のクランプ装置を示した部分拡大
図。

【図５】図４のVa−Va端面線、Vb−Vb端面線に沿って示
した部分端面図。

【図６】本発明の地山削孔装置を用いた地山削孔の施工
状態を示した状態説明図（その１）。

【図７】本発明の地山削孔装置を用いた地山削孔の施工
状態を示した状態説明図（その２）。

【符号の説明】

１ トンネル ５ ドリフタ ６ シャンクロッド １０ 削孔装置 １１ クリーニングアダプタ １３ 外筒 １４ 内筒 １５ 調整ロッド ３０ インナーロッド ４０ アウターケーシング Ｊ 油圧ジャンボ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】トンネル内を自在に走行可能な走行体に設
   けられた可動支持体上に搭載された削岩機と、 該削岩機とともに前記支持体上に装備され、前記削岩機
   にアダプタを介して接続されたインナーロッドと該イン
   ナーロッドを内部に収容するアウターケーシングからな
   る２重管部とを備え、該２重管部の先端部分で地山を削
   孔する地山削孔装置において、 前記アダプタは、前記削岩機先端に装着されたシャンク
   ロッドを介して筒状体及び該筒状体内に収容された調整
   ロッドを備え、前記アウターケーシングの後端が前記筒
   状体に接続され、前記インナーロッドの後端が前記調整
   ロッドに接続され、前記アウターケーシングと前記イン
   ナーロッドとが一体的に駆動し、２重管の先端部で前記
   アダプタを介して伝達された駆動力により地山を削孔す
   るようにしたことを特徴とする地山削孔装置。
2. 【請求項２】前記調整ロッドは内部にフラッシング水供
   給路が形成され、該フラッシング水供給路により前記削
   岩機のシャンクロッド内のフラッシング水供給路と前記
   インナーロッド内のフラッシング水供給路とが連通され
   たことを特徴とする請求項１記載の地山削孔装置。
3. 【請求項３】前記アウターケーシングと前記インナーロ
   ッド外周との間にフラッシング水戻り経路が形成される
   とともに、前記筒状体内に該フラッシング水戻り経路の
   排水ポートが設けられたことを特徴とする請求項１記載
   の地山削孔装置。
4. 【請求項４】前記調整ロッドの外径は、前記インナーロ
   ッドの外径とほぼ等しいことを特徴とする請求項１また
   は請求項２記載地山削孔装置。
5. 【請求項５】前記インナーロッドは、その両端部にそれ
   ぞれインナーロッド同士を直接連結するための雄雌の接
   合ネジが形成され、その外周に前記フラッシング水戻り
   経路が形成されるように小口径のアウターケーシング内
   に収容されたことを特徴とする請求項１または請求項３
   に記載の地山削孔装置。