JP4447971B2 - トンネル施工方法及びそのためのトンネル用吹付け機械 - Google Patents

Description

本発明は、トンネルへの吹付け作業と、掘削後のズリ出し作業とを併行して行えるようにしたトンネル施工方法及びそのためのトンネル用吹付け機械に関する。

山岳トンネルの施工では、掘削方法の違いにより全断面掘削工法、上部半断面先進工法、ロングベンチカット、ショートベンチカット、ミニベンチカット等のベンチカット工法などが存在するが、いずれにしてもトンネル施工手順は、概ね穿孔・装薬・発破の手順による発破掘削→ズリ搬出→支保工建込み→吹付けコンクリート施工→ロックボルト打設の工程を順に段階的に踏むことにより行われている。なお、前記支保工建込み、吹付けコンクリート施工およびロックボルト打設は、地山状況、トンネル施工方法および掘削方法等の違いによって省略されたり、順序が入れ替わることがある。

従来の山岳トンネル施工では、前述のように穿孔作業と、ズリ搬出作業と、吹付けコンクリート作業とは、直列的工程で作業が行われており、これらの各作業工程が併行して行われることはなかった。

近年、コスト削減に対する方策として急速施工が叫ばれているが、作業サイクルタイムの短縮化を可能にし得る最も効果的な方法は、安全かつ効率的に併行作業を可能とすることである。

そこで、本出願人は下記特許文献１において、脚下端部に走行装置を備え自走可能とされる門型架台と、この門型架台の進行方向前部位置に装備された、アーム先端部に吹付けノズルを保持する吹付けロボットとからなり、かつ前記門型架台の内部を、ズリ積込み機および移動式削孔ジャンボ等のトンネル施工用機械が通行可能となっている移動式吹付け作業架台を提案し、ズリ積込み機による作業と併行して前記吹付けロボットによりモルタルまたはコンクリートの吹付け作業を行うようにしたトンネル施工方法を提案した。
特開２０００−２２６９９６号公報

しかしながら、上記特許文献１記載の移動式吹付け作業架台の場合には、内部をズリ積込み機および移動式削孔ジャンボ等のトンネル施工用機械が通過可能な構造とするため、装置規模が大きくなり、トンネル内の空間を大きく占有してしまう問題があった。また、急速施工が可能となり工期が短縮されるものの、製作費が嵩み、施工費が増大してしまうなどの問題があった。

そこで本発明の主たる課題は、ズリ積込み機による作業と併行してモルタルまたはコンクリートの吹付け作業が行えるようにしたトンネル施工方法、及び製作費が安価で済む上記トンネル施工方法のためのトンネル用吹付け機械を提案することにある。

前記課題を解決するために請求項１に係る発明として、クローラ式又はタイヤ式の走行基台に、ブーム最大伸長が少なくとも１５ｍ以上とされる伸縮自在のブームを備えるとともに、このブームの先端に、旋回及び揺動自在とされる吹付けノズルを保持したトンネル用吹付け機械を用いたトンネル施工方法であって、
前記トンネル用吹付け機械をトンネル内通路の片側に寄せ、その脇部を通過してトンネル切羽前部に移動した移動式削孔ジャンボにより穿孔・装薬などの発破掘削作業、及び／又はトンネル切羽前部に移動した機械掘削機により掘削作業を行うとともに、必要に応じて前記移動式削孔ジャンボによりロックボルト穿孔・打設等の作業を行い、
前記発破掘削後に、または機械掘削時或いはその後に、前記トンネル用吹付け機械を切羽手前のトンネル内通路の片側に寄せ、その脇部をトラックが通行可能な状態としながら、モルタルまたはコンクリートの吹付け作業を行うとともに、この吹付け作業に併行して前記トンネル用吹付け機械のブーム下の空間内を利用してズリ積込み機がズリ出し作業を行うことを特徴とするトンネル施工方法が提供される。

上記請求項１記載の発明においては、前記トンネル用吹付け機械を切羽手前のトンネル内通路の片側に寄せ、その脇部をトラックが通行可能な状態とすれば、ズリ積込み機及びズリ搬出トラックが自由にトンネル切羽との間を往来できるようになるため、発破掘削後、または機械掘削時或いはその後に、前記トンネル用吹付け機械によりモルタルまたはコンクリートの吹付け作業を行うとともに、この吹付け作業に併行して前記トンネル用吹付け機械のブーム下の空間内を利用してズリ積込み機がズリ出し作業を行うことが可能となる。

請求項２に係る本発明として、前記トンネル用吹付け機のブームの上面に吹付材付着防止用カバー材を設けるとともに、該吹付材付着防止用カバー材は、少なくとも前記吹付けノズルを保持する先端側ブームの伸縮操作を阻害しないように伸縮可能な構造となっている請求項１記載のトンネル施工方法が提供される。

請求項２記載の発明においては、前記ブームの上面には吹付材付着防止用カバー材を設けるようにするものである。吹付材の跳ね返りによってブームに吹付材が付着し、この状態のままブームを伸縮させると、ブームの挿入部でモルタル等の噛み込みを起こし、ブームの伸縮操作ができなくなる虞があるため、前記吹付材付着防止用カバー材を設けることにより、吹付材のブームへの付着を未然に防止する。この場合、ブームの内の先端側ブームは吹付け作業に当たり、吹付けノズルの位置決めのために伸縮操作する必要があるため、前記吹付材付着防止用カバー材は、先端側ブームの伸縮操作を阻害しないように伸縮可能な構造とする。

請求項３に係る本発明として、クローラ式又はタイヤ式の走行基台に、ブーム最大伸長が少なくとも１５ｍ以上とされる伸縮自在のブームを備えるとともに、このブームの先端に、旋回及び揺動自在とされる吹付けノズルを保持し、前記ブームの上面に吹付材付着防止用カバー材を設けるとともに、該吹付材付着防止用カバー材は、少なくとも前記吹付けノズルを保持する先端側ブームの伸縮操作を阻害しないように伸縮可能な構造となっていることを特徴とするトンネル用吹付け機械が提供される。

上記請求項３記載の本発明は、クローラ式又はタイヤ式の走行基台に、ブーム最大伸長が少なくとも１５ｍ以上とされる伸縮自在のブームを備える、すなわち、市販又はリースが可能なブーム付走行重機の前記ブームの先端に、旋回及び揺動自在とされる吹付けノズルを保持したものである。従って、装置規模が小さくて済むようになるとともに、クレーン自体は市販又はリースされているものを使用し、ブーム先端にアタッチメントとして取り付ける吹付け装置のみを製作すれば足りるため、製作費も安価で済むようになる。

また、前記ブームの上面には吹付材付着防止用カバー材を設けるようにすることで、前述したように、吹付材の跳ね返りによってブームに吹付材が付着し、ブームの挿入部でモルタル等の噛み込みを防止することができる。

以上詳説のとおり本発明によれば、ズリ積込み機による作業と併行してモルタルまたはコンクリートの吹付け作業が行えるようになり、トンネル施工の効率化が図れるようになる。また、これに用いるトンネル用吹付け機械は、クローラ式又はタイヤ式の走行基台に、ブーム最大伸長が少なくとも１５ｍ以上とされる伸縮自在のブームを備えるとともに、このブームの先端に、旋回及び揺動自在とされる吹付けノズルを保持した構造とするため、製作費は安価で済むようになる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳述する。

〔トンネル用吹付け機械１の構造〕
図１は本発明に係るトンネル用吹付け機械１の側面図、図２はその平面図、図３はその正面図である。

前記トンネル用吹付け機械１は、図１〜図３に示されるように、クローラ式又はタイヤ式走行基台２に、ブーム最大伸長Ｌが少なくとも１５ｍ以上とされる伸縮自在のブーム３を備えるとともに、このブーム３の先端に、旋回及び揺動自在とされる吹付けノズル６を保持した構造としたものである。

前記クローラ式又はタイヤ式走行基台２に、ブーム最大伸縮長が少なくとも１５ｍ以上、好ましくは１８ｍ以上とされる伸縮自在のブーム３を備える基台及びブーム構造部分については、例えばブーム式高所作業車の基台及びブーム構造部分をそのまま転用することが可能である。

前記ブーム３の最大伸長Ｌが、１５ｍ未満の場合には、吹付け作業に併行して前記トンネル用吹付け機械１のブーム下の空間内を利用してズリ積込み機１２がズリ出し作業を行う空間を確保することが困難となるため、本吹付け機械１では少なくとも１５ｍ以上のブーム長を備えるものが使用される。

前記トンネル用吹付け機械１のブーム３は、図示例では先端側ブーム３Ａ、中間ブーム３Ｂ及び基端側ブーム３Ｃの３段伸縮構造となっており、前記先端側ブーム３Ａ、中間ブーム３Ｂの上面に吹付材付着防止用カバー材４（以下、単にカバー材という。）が設けられている。前記先端側ブーム３Ａは、吹付け作業時に吹付けノズル６の位置決めのために伸縮操作されるため、前記カバー材４は、先端側ブーム３Ａの伸縮操作を阻害しないように伸縮可能となっている。すなわち、前記先端側ブーム３Ａの先端部を固定端として、先端側ブーム３Ａに沿ってブラケット状に支持された先端側カバー材４Ａを設けるとともに、前記中間ブーム３Ｂの先端部を固定端として中間ブーム３Ｂに沿ってブラケット状に支持された基端側カバー材４Ｂを設け、前記先端側カバー材４Ａと基端側カバー材４Ｂとが上下の関係で重なり合うようにすることにより、前記カバー材４がブーム３の伸縮操作を阻害しないようになっている。

一方、前記吹付け装置５は、詳細には図４に示されるように、先端側ブーム３Ａに連結されたブラケット７により旋回用油圧モータ８を支持するとともに、この旋回用油圧モータ８の回転軸部９の先端で、吹付けノズル６の基端側を揺動可能に軸支し、かつ前記回転軸部９の中間と前記吹付けノズル６の最基端部とを揺動用油圧シリンダ１０によって連結した構造となっている。従って、前記吹付けノズル６は、前記回転軸部９の回転によってトンネル周方向に旋回自在とされ、かつ前記揺動用油圧シリンダ１０の伸縮操作によりトンネル軸方向に揺動自在となっている。

〔トンネル施工手順〕
以下、前記トンネル用吹付け機械１を用いたトンネル施工手順について図５に基づいて詳述する。なお、図示の例はミニベンチ工法の例であるため、その工法に沿った作業手順に従って説明することとする。

（ロックボルト穿孔および装薬のための切羽穿孔等）
図５(A)に示されるように、前記トンネル用吹付け機械１をトンネル内通路の片側に寄せ、その脇部を通過してトンネル切羽前部に移動したホイール式削孔ジャンボ１１により、ロックボルト穿孔・打設および切羽穿孔・装薬を行う。

切羽に対する穿孔が完了し、かつ装薬が完了したならば、図４(B)に示されるように、前記ホイール式削孔ジャンボ１１を後方に待避させ発破を行う。

なお、本例では発破掘削による例について述べたが、掘削作業は自由断面掘削機を用いた機械掘削とすることでもよい。この場合、ロックボルト打設が必要とされる場合には、移動式削孔ジャンボ１１を併用してロックボルト穿孔およびロックボルト打設を行うようにする。

〔ズリ出し作業〕
発破作業が完了したならば（または機械掘削作業時或いはその後に）、図５(C)に示されるように、前記トンネル用吹付け機械１を切羽手前のトンネル内通路の片側に寄せ、その脇部をズリ積込み機１２及びトラック１３が通行可能な状態としながら、前記トンネル用吹付け機械１によりモルタルまたはコンクリートの吹付け作業を行うとともに、この吹付け作業に併行して前記トンネル用吹付け機械１のブーム下の空間内を利用してズリ積込み機１２がズリ出し作業を行うようにする。前記トンネル用吹付け機械１は吹付け作業を終えたならば、速やかにトンネル後方側に待避する。

本発明に係るトンネル用吹付け機械１の側面図である。 その平面図である。 その正面図である。 吹付け装置５の拡大側面図である。 (A)〜(C)はトンネル施工手順を示す作業要領図である。

１…トンネル用吹付け機械、２…走行基台、３…ブーム、３Ａ…先端側ブーム、３Ｂ…中間ブーム、３Ｃ…基端側ブーム、４…カバー材、４Ａ…先端側カバー材、４Ｂ…基端側カバー材、５…吹付け装置、６…吹付けノズル、１１…ホイール式削孔ジャンボ、１２…ズリ積込み機

Claims (3)

1. クローラ式又はタイヤ式の走行基台に、ブーム最大伸長が少なくとも１５ｍ以上とされる伸縮自在のブームを備えるとともに、このブームの先端に、旋回及び揺動自在とされる吹付けノズルを保持したトンネル用吹付け機械を用いたトンネル施工方法であって、
   前記トンネル用吹付け機械をトンネル内通路の片側に寄せ、その脇部を通過してトンネル切羽前部に移動した移動式削孔ジャンボにより穿孔・装薬などの発破掘削作業、及び／又はトンネル切羽前部に移動した機械掘削機により掘削作業を行うとともに、必要に応じて前記移動式削孔ジャンボによりロックボルト穿孔・打設等の作業を行い、
   前記発破掘削後に、または機械掘削時或いはその後に、前記トンネル用吹付け機械を切羽手前のトンネル内通路の片側に寄せ、その脇部をトラックが通行可能な状態としながら、モルタルまたはコンクリートの吹付け作業を行うとともに、この吹付け作業に併行して前記トンネル用吹付け機械のブーム下の空間内を利用してズリ積込み機がズリ出し作業を行うことを特徴とするトンネル施工方法。
2. 前記トンネル用吹付け機のブームの上面に吹付材付着防止用カバー材を設けるとともに、該吹付材付着防止用カバー材は、少なくとも前記吹付けノズルを保持する先端側ブームの伸縮操作を阻害しないように伸縮可能な構造となっている請求項１記載のトンネル施工方法。
3. クローラ式又はタイヤ式の走行基台に、ブーム最大伸長が少なくとも１５ｍ以上とされる伸縮自在のブームを備えるとともに、このブームの先端に、旋回及び揺動自在とされる吹付けノズルを保持し、前記ブームの上面に吹付材付着防止用カバー材を設けるとともに、該吹付材付着防止用カバー材は、少なくとも前記吹付けノズルを保持する先端側ブームの伸縮操作を阻害しないように伸縮可能な構造となっていることを特徴とするトンネル用吹付け機械。

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