JPH0259276B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は超高圧噴流水により岩盤を切断するト
ンネル掘削工法に関する。

従来より、トンネルの掘削工法においては、爆
破工法が主に採用されている。爆破工法において
は、通常、無限軌道帯の回転によつて前後進する
自走台車上に削孔ジヤンボを設け、その各削孔ブ
ームには削岩機を装着し、ブームをジヤンボ上に
て前後にスライドさせ、かつ上下左右に揺動させ
ることにより、削岩機を切羽面の所定箇所に当接
させて掘削するようにしている。そして削孔した
孔に装薬した後、自走台車を後退させてジヤンボ
を切羽後方の適所に待避させ爆破を行う。こうし
て破壊された岩盤を、バツクホウで下半部に落と
し、ダンプトラツクに積み込んでトンネル外部に
排出するようにしている。

したがつて、このような爆破工法では、削孔、
装薬、待避の３つの工程を必要とし、そのために
かなりの時間のロスが避け得なかつた。また、爆
破作業における安全性に問題点が多く、岩盤のゆ
るみや落盤の恐れがあつた。さらに爆破音や爆破
振動も激しく作業を困難にしていた。その上、ト
ンネル内壁の凹凸によるコンクリート打設量の増
加や切羽鏡面の肌落等の問題もあつた。

これに対し、高圧水を噴射して岩盤を切断する
削岩機が知られている。（特公昭46−16649号公
報）。そして、該公法に示されるトンネル掘削の
態様においては、トンネル外形の溝を掘削し、芯
抜孔の奥部に掘削した放射状孔及び複数の横孔の
奥に装薬して爆破し、破砕した岩盤を排出するよ
うにしている。しかし、従来よりは少ないが相当
量の爆薬を必要とし、上記した作業時間及び安全
性の問題を解決することはできない。

したがつて、本発明の目的は、作業時間を短縮
化し、安全性に優れ、かつトンネル内壁の凹凸が
少く後工程を有利になし得るトンネル掘削工法を
提供することにある。

本発明によれば、トンネル切羽面の複数箇所を
削岩機で削孔し、ジヤンボのブームにガイドセル
を介して取付けられた超高圧導水ロツドを前記削
孔された孔に挿入し、該ロツド先端部より軸方向
に対してほぼ直角方向に長高圧水を噴出させると
共に該ロツド先端部より排水用の圧縮空気を噴出
させ、該ロツドの回転角を検出して超高圧水の噴
出方向を制御しつつ該ロツドをフイードさせるこ
とにより岩盤を切断し、それらの切断面を連続さ
せることによりトンネル切羽の岩盤をトンネル形
状に沿い垂直及び前後方向に碁盤目状に切断し、
切断した岩盤をくずして排出するようにしてい
る。

なお、本発明の実施に際し、必要に応じて補助
適な爆破作業を行つてもよい。

以下、本発明によるトンネル掘削工法の実施例
を添付した図面を参照して説明する。

本発明では、トンネル切羽面の所定箇所を図示
しないジヤンボに搭載された削岩機で削孔し、こ
の孔に高圧水噴射ノズルを有するロツドを挿入し
て岩盤を高圧水により切断される。そこでまず、
本発明において好適に使用される高圧水噴射装置
を第１図〜第４図を参照して説明する。

第１図に示すように、図示しないジヤンボに公
知の態様で設置されたブーム１２の先端部には、
ガイドセル受台２８が揺動可能に取付けられてお
り、このガイドセル受台２８は図示しない油圧機
構によりブーム１２に対して所定角度をなすよう
に制動される。ガイドセル受台２８にはガイドセ
ル１３が装着されており、ガイドセル１３はガイ
ドセルスライド用シリンダ２９によつて前後方向
にスライドする。ガイドセル１３の後端部には、
給水管２に連結された増圧器１が設置されてお
り、増圧器１で発生した高圧水は、逆止弁１４お
よび導水管３を通つてロツド８に導かれる。この
場合、導水管３とロツド８とは給水用スイベルジ
ヨイント４で連結されている。またロツド８に導
かれた高圧水は、第２図に示すように、ロツド８
の先端部で軸方向に対してはほぼ直角方向に取付
けられたノズル９より噴出するようになつてい
る。さらに、第３図を併せて参照すると、ロツド
８は、パイプＡとパイプＢからなる二重管構造を
なし、パイプＢの中心部には高圧水の通路Ｃが形
成されており、かつパイプＢの外周一部は切欠さ
れていてその部分にパイプＡとパイプＢとで囲ま
れた隙間Ｄが形成されている。そして給気管１５
は吸気用スイベルジヨイント５を介してロツド８
の隙間Ｄに連通しており、ロツド８の先端１０よ
り圧縮空気を噴出するようになつている。この圧
縮空気により、削孔水および切断水が切羽面に排
出され、切断能力の低下が防止される。また第４
図を併せて参照すると、ロツド８の後端部にはス
プロケツト３０が装着されていて、油圧モータ６
の回転力がローラチエーン１６を介してロツド８
に伝達され、ロツド８が回転してノズル９からの
高圧水の噴射方向が変えられるようになつてい
る。この場合、油圧モータ６には噴射方向検出の
ためのセンサ（ロータリエンコーダ）７が取付け
られている。そして増圧器１や油圧モータ６の部
分は、スライダ３１上に設置されており、このス
ライダ３１はフイードシリンダ１７によつてガイ
ドセル１３内を前後にスライドする。これに伴つ
てロツド８は前方に突出しあるいは後方にフイー
ドされる。なお図中、１１は油圧ホースの束、１
８はホースリール、３２，３３はロツド８の中間
部および先端部を支持するガイドである。

次に、第５図〜第７図を参照して本発明による
トンネル掘削工法の実施例を説明する。

第５図に示すようにトンネルの掘削を完了した
部分２０の前方には切羽面２３が形成されてい
る。そこで、削岩機によつて、切羽面２３の中央
部には芯抜孔２１を芯抜底面２２に至るまで削孔
し、切羽面２３の外周部には外周孔２４を外周底
面２５に至るまで削孔する。そしてブーム１２お
よびガイドセル受台２８を揺動させて、ロツド８
の先端１０を芯抜孔２１または外周孔２４の中心
に位置させ、フイードシリンダ１７を作動してロ
ツド８を芯抜底面２２または外周底面２５に至る
まで挿入する。この状態でセンサ７でノズル９の
噴射方向を検出しつつ、油圧モータ６を作動して
ロツド８を回転させ、ノズル９の噴射方向を所定
方向にセツトする。そして、ロツド８の先端１０
より圧縮空気を噴出させ孔内の水を排出すると共
に、ノズル９より高圧水を噴出させて岩盤を切断
しつつ、フイードシリンダ１７を作動してロツド
８を徐々にフイードさせる。このようにして切羽
面２３まで切断した後、再びロツド８を芯抜底面
２２または外周底面２５に至るまで挿入し、油圧
モータ６を作動してノズル９の噴射方向を反対方
向にセツトして同様な作業を繰り換す。これらの
作業を所定間隔をおいて削孔された芯抜孔２１ま
たは外周孔２４に順次施すことにより、第６図に
示すように、各孔を通る切断面２６が形成され
る。また、切断後の岩盤の切りくずしを容易にす
るため、例えば外周孔２４の外周底面２５および
外周孔２４の中間部では、ノズル９より高圧水を
噴射しつつロツド８を回転させて、孔の軸線に対
して垂直な切断面２７を形成する。第６図におい
て切断面２７は、切羽面２３の外周より内側に向
けられた半円形状をなし、かつ孔の軸線に沿つて
所定間隔をおいて形成されている。なお、芯抜孔
２１においては、切断面２７はロツド８を360度
回転させることにより円形をなすように形成して
もよい。また、切羽面２３には適当な個所に第７
図に示すように碁盤目状のチヤージホール３４を
形成する。この場合には、各孔を通る切断面２６
を格子状に形成し、かつ、孔の軸線に対して垂直
な切断面２７を所定間隔をおいて形成する。この
ようにして、トンネル切羽の岩盤をトンネル形状
に沿い垂直及び前後方向に碁盤目状に細かく切断
することができる。岩盤を切断して後は、シヨベ
ル等を入れて岩盤をくずし、ダンプトラツク等に
乗せてトンネル外部に排出する。この場合、くず
された土砂の排出は、噴出水と共にどろ水だけを
分離して、再び噴出水として利用することができ
る。

また前記の如く岩盤を切断した後、補助的な爆
破作業を行つてもよい。例えば、芯抜孔２１によ
つて囲まれた芯抜部３５に少量の火薬を入れて爆
破すれば芯抜部３５を容易に掘削することができ
る。その後、芯抜部３５を自由面に取り、切羽面
２３の外周を順次少量の火薬で爆破すれば、極め
て効率的にトンネル切羽の掘削をなし得る。この
場合、岩盤は既に切断されているので、少量の火
薬による爆破でも岩盤にはシヨベル等が容易に入
る程度の細かい割れ目が形成される。したがつ
て、従来の爆破工法のような大量の粉塵の発生も
なく、地山を振動させることもなく、肌落、落盤
も防止できる。また、芯抜底面２２や外周底面２
５には、前記したように孔の軸方向に対して垂直
な切断面２７が形成されているので、残火薬によ
る暴発事故も発生しない。しかも従来各孔の削孔
長さは切羽の掘削長さ＋30〜50cm必要であつた
が、孔底に垂直な切断面２７が形成されているこ
とより、この無駄掘りも必要がなくなる。さら
に、切羽面２３の外周部を切断してあるので、掘
削後のトンネル内壁の凹凸は、極めて少なくな
る。

以上説明したように、本発明によれば、トンネ
ル切羽面の複数箇所を削岩機で削孔し、ジヤンボ
のブームにガイドセルを介して取付けられた超高
圧導水ロツドを前記削孔された孔に挿入し、該ロ
ツド先端部より軸方向に対してほぼ直角方向に超
高圧水を噴出させると共に、該ロツド先端部より
排水用の圧縮空気を噴出させ、該ロツドの回転角
を変して超高圧水の噴射方向を制御しつつ該ロツ
ドをフイードさせることにより岩盤をトンネル外
形に沿い垂直及び水平方向に碁盤目状に細かく切
断するようにしたので、必ずしも爆破作業を行う
ことなくトンネルの掘削ができ、したがつて作業
時間を短縮化することができる。また補助的に爆
破作業を行つたとしても、小規模の爆破ですむの
で、爆破音や爆破振動は小さく、岩盤のゆるみや
落盤の恐れはなく、肌落も防止できる。さらに切
羽面の外周を切断することができるので、掘削後
の内壁の凹凸は少く、後工程が有利になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明で使用する高圧水噴射装置の要
部斜視図、第２図は同装置のロツド先端部の拡大
斜視図、第３図は同装置のロツドの断面図、第４
図は同装置のロツド後端部の拡大斜視図、第５
図、第６図および第７図はそれぞれ本発明による
トンネル掘削工法の説明図である。 １……増圧器、２……給水管、３……導水管、
４……給水用スイベルジヨイント、５……給気用
スイベルジヨイント、６……油圧モータ、７……
センサ、８……ロツド、９……ノズル、１０……
ロツド先端、１２……ブーム、１３……ガイドセ
ル、１４……逆止弁、１５……給気管、１６……
ローラチエーン、１７……フイードシリンダ、２
１……芯抜孔、２２……芯抜底面、２３……切羽
面、２４……外周孔、２５……外周底面、２６，
２７……切断面、２８……ガイドセル受台、３０
……スプロケツト、３１……スライダ、３４……
チヤージホール、３５……芯抜部、Ａ……外側の
パイプ、Ｂ……内側のパイプ、Ｃ……高圧水の通
路、Ｄ……圧縮空気の通路をなす隙間。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ トンネル切羽面の複数箇所を削岩機で削孔
   し、ジヤンボのブームにガイドセルを介して取付
   けられた超高圧導水ロツドを前記削孔された孔に
   挿入し、該ロツド先端部より軸方向に対してほぼ
   直角方向に超高圧水を噴出させると共に該ロツド
   先端部より排水用の圧縮空気を噴出させ、該ロツ
   ドの回転角を検出して超高圧水の噴出方向を制御
   しつつ該ロツドをフイードさせることにより岩盤
   を切断し、それらの切断面を連続させることによ
   りトンネル切羽の岩盤をトンネル形状に沿い垂直
   及び前後方向に碁盤目状に切断し、切断した岩盤
   をくずして排出することを特徴とする超高圧噴流
   水によるトンネル掘削方法。