JPH05208793A - 掘削土運搬制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 構内天井を自動走行するグラブバケットで掘
削場所から作業基地への掘削土運搬を自動化する装置の
動作を制御して、運搬作業の効率化を図る。 【構成】 掘削土運搬装置５に、リモートコントローラ
４１からの運搬許可指令信号を受けてウィンチ装置１６
を下降方向に動作させることによりグラブバケット１４
を下降させ、該グラブバケット１４を閉動作させること
により掘削土４を掴むとともに、該グラブバケット１４
をウィンチ装置１６により上昇させて所定の走行高さで
自動停止させた後、走行トロリ装置１７を作業基地６方
向へ走行制御することによりグラブバケット１４を作業
基地６まで移送させ、この作業基地６でグラブバケット
１４を開動作させて土砂４を放出した後、走行トロリ装
置１７を掘削場所Ｐ方向へ走行制御させてグラブバケッ
ト１４を待機位置に停止させるように制御する制御回路
を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば地下鉄工事等の
地下掘削工事において掘削土を掘削箇所から作業基地
（地上への揚土基地）まで運搬する掘削土運搬装置の動
作を制御する掘削土運搬制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、地下鉄工事等の地下掘削工事
は水平掘削工事を繰り返すことにより所定の掘削深さま
で段階的に掘削を行っている。また、施工区内の地盤の
Ｎ値が０〜５程度の軟弱地盤を掘削する場合は、地表面
から所定の深さ位置に逆巻き工法にて天井スラブを構築
し、この天井スラブ下を段階的に掘削しつつ山留壁間に
切梁を階層状に架設して山留壁の補強を行うようにして
いる。

【０００３】ところで、例えば掘削現場が昼夜とも交通
の激しい場所であるとき等には開口部の設置場所が限定
されるので、この場合には、掘削土を掘削現場から開口
部に搬送し、また、資機材を開口部から掘削現場に搬送
することで掘削土や資機材の運搬を行う必要がある。そ
こで従来、アイランド工法により一方の開口部から隣の
開口部まで小型バックホー等により掘削し、ブルドーザ
ー、ベルトコンベア、あるいはクローラショベル等の集
土機械を利用して掘削土を集土し、開口部の直下まで搬
送していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、集土機
械を用いる掘削土の搬出方法にあっては、例えば地下掘
削の開削幅が狭い場合には機械の走行路を確保し難くア
イランド工法が採用できない。

【０００５】また、掘削部分の地盤が軟弱である場合に
は、階層状に配設される切梁の鉛直方向の間隔を短くす
る必要があり、切梁設置のための余掘りの深さをあまり
深くすることができないので、既設の切梁が邪魔になっ
て掘削土の搬出を行うための機械の大きさや作業範囲に
制約が生じるほか、機械の操作も面倒になってオペレー
タへの負担を増大させるという不具合があった。さら
に、掘削場所が開口部から離れてくると、掘削土を中継
しながら運搬するために何台もの機械が必要になり、多
くの人手を要するほか、機械の操作ミスなどにより切梁
を破損したりするおそれがあり、掘削土の搬送作業を効
率的に行うことができなくなる場合があるという不具合
があった。

【０００６】一方、ベルトコンベアを利用する掘削土の
搬出方法においては、地盤が掘削機械により掘り下げら
れて既設の切梁の下方に新たな切梁が架設される毎に、
その新設の切梁の下方にベルトコンベアを段取り代えし
なければならず、その段取り代え作業が繁雑になるとと
もに、段取り代え作業中は掘削土の運搬ができず、掘削
工事の能率に支障を来す問題がある。そこで、上記課題
を解決するために本出願人は、地下坑の開削幅が狭い場
合や掘削部分の地盤が軟弱である場合にも掘削土の搬送
を効率よく行えるようにするために、掘削土を掘削箇所
の上方に吊り上げて搬送する方法を提案している。

【０００７】本発明は前記事情に着目してなされたもの
であり、掘削土を掘削箇所の上方に吊り上げて搬送する
際に、掘削土の吊り上げ吊り下げ及び搬送動作を行う装
置の動作を制御して、掘削土の運搬・排土作業を効率的
且つ安全に行わせて作業の簡素化、省力化を実現させる
ことができる掘削土運搬制御装置を提供することにあ
る。

【０００８】

【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、水平方向に長い地下掘削部分の長手方向に
沿わせて該地下掘削部分の上部に配設された案内レール
と、前記案内レールに走行可能に支持されたウィンチ装
置と、前記案内レールに走行可能に支持され、前記ウィ
ンチ装置を掘削場所の上方と揚土用の作業基地との間で
走行動作させる走行トロリ装置と、前記ウィンチ装置に
ワイヤロープを介して吊下され、前記掘削場所と所定の
走行高さとの間で昇降可能なグラブバケットと、掘削土
運搬許可指令を送出するリモートコントローラとを備え
る掘削土運搬装置の動作を制御するための装置であっ
て、前記リモートコントローラからの運搬許可指令信号
を受けて前記ウィンチ装置を下降方向に動作させること
によりグラブバケットを前記掘削場所まで下降させ、該
グラブバケットを閉動作させることにより掘削土を掴む
とともに、該グラブバケットをウィンチ装置により上昇
させて前記走行高さで自動停止させた後、前記走行トロ
リ装置を作業基地方向へ走行制御することにより前記グ
ラブバケットを作業基地まで移送させ、この作業基地で
前記グラブバケットを開動作させて掘削土を放出させた
後、前記走行トロリ装置を掘削場所方向へ走行制御して
グラブバケットを掘削場所の上方に停止させる手段を備
えることを特徴とする。

【０００９】また、本発明は、前記グラブバケットおよ
び前記走行トロリ装置の走行経路に配設されて障害物の
侵入を検知するセンサと、このセンサが侵入物体を検知
したときは前記走行トロリ装置の走行を停止させる手段
とをさらに備えることを特徴とする。

【００１０】

【実施例】図１〜図３により本発明の実施例を説明す
る。図１は、掘削土運搬制御装置の構成図、図２は、掘
削土運搬機械の構成図、図３は、本発明の掘削土運搬制
御装置を適用した地下掘削の施工状況を示す全体の概略
構成図である。

【００１１】図３において、１は地表面２から所定の深
さ（例えば７ｍ）に逆巻き工法により構築された天井ス
ラブであり、この天井スラブ１は、工区の全長に亘り構
築される。また、地表面２は、不図示の覆工板を敷設す
ることにより構築され、自動車等が自由に通行できるよ
うにしてある。天井スラブ１の下方の地盤は、ショート
リーチバックホーなどのショベル系の掘削機械３により
掘削される。掘削された土砂は、掘削機械３の後方に集
積されるとともに、ショベル系の集土機械２５により集
土場所Ｐに山盛りに集土される。また、山盛りに集積さ
れた土砂４は、天井スラブ１に設置した掘削土運搬装置
５により作業基地（揚土基地）６に自動的に運搬され
る。

【００１２】作業基地６には、地表面２から天井スラブ
１を貫通して掘削レベルに至る揚土用の昇降路７が形成
されており、この昇降路７の下端側には、掘削土運搬装
置５により運搬されてきた土砂を受けるシュート８が連
設されている。さらに、昇降路７内には、地上に設置し
た揚荷機械（不図示）から吊下げられた揚土用のグラブ
バケット９が昇降可能に配置され、シュート８下に堆積
された土砂４Ａをグラブバケット９により掴み、揚荷機
械にて地上へ引き揚げて不図示のダンプトラックへ積込
むようになっている。１０はシュート８下へ土砂４Ａを
寄せ集めるための集土機械である。

【００１３】天井スラブ１の下方の地盤を掘削し排土す
ることにより生じる空間すなわち構内１１内に露出する
山留壁Ｙは、水平及び垂直方向に配置される多数の切梁
１２により補強される。このとき、切梁１２の水平方向
の設置間隔は２ｍ程度であり、また、垂直方向の設置間
隔は２．６ｍ程度である。

【００１４】次に、掘削土運搬装置５の構成を図２につ
いて説明する。掘削土運搬装置５は、図２に示すように
構内１１のスラブ１の天井面に工区の略全長に亘り敷設
した案内レール１３と、グラブバケット１４と、案内レ
ール１３に走行可能に支持され、ワイヤロープ１５の巻
取り、巻戻しによりグラブバケット１４を前記集土場所
Ｐ（掘削場所に相当）の高さと所定の走行高さとの間で
昇降させるウィンチ装置１６と、案内レール１３に走行
可能に支持されグラブバケット１４を含むウィンチ装置
１６を案内レール１３に沿って移動させる走行トロリ装
置１７とから構成される。

【００１５】図２において、１８はウィンチ装置１６の
支持フレーム１６ａとワイヤロープ１５との結合部に設
けたロードセルであり、このロードセル１８はグラブバ
ケット１４にかかる負荷を検出する。１９はウィンチ装
置１６によるグラブバケット１４の巻上げ停止位置を検
出するリミットスイッチ等からなる巻上げ停止位置セン
サ、２０，２１はウィンチ装置１６および走行トロリ装
置１７にそれぞれ取り付けた超音波センサなどの侵入物
体センサであり、これらの侵入物センサ２０，２１は、
ウィンチ装置１６を含むグラブバケット１４の走行領域
に侵入する物体を検出する。また、２２は走行トロリ装
置１７に下方へ向けて取り付けたバケット案内部検出用
の超音波センサであり、バケット案内部２３は土砂４が
山盛りに集積された集土場所Ｐに対向して切梁１２間に
形成され、グラブバケット１４の集土場所Ｐへの昇降路
として使用される。また、バケット案内部２３の下面に
は、集土場所Ｐへの作業者等の侵入物体の有無を検出す
る超音波センサなどからなる集土ゾーンセンサ２４が設
置されている。

【００１６】次に、図１に示す掘削土運搬制御装置およ
びその監視システムの構成について述べる。図１におい
て、マイクロコンピュータ等から構成される制御回路３
１は、掘削土運搬装置５を運行制御し管理する制御手段
としてのものであり、この制御回路３１には、グラブバ
ケット１４を開閉する電動機３２、ウィンチ装置１６お
よび走行トロリ装置１７が接続されている。また、制御
回路３１には、グラブバケット１４のロードセル１８、
グラブバケット１４の巻上げ停止位置センサ１９、グラ
ブバケット走行領域の侵入物体センサ２０，２１、バケ
ット案内部検出用の超音波センサ２２、集土ゾーンセン
サ２４、および走行トロリ装置１７の走行距離を検出す
るロータリエンコーダなどの距離検出器３３、ウィンチ
装置１６のワイヤロープ繰出量および巻取量を検出する
ロープ長検出器３４がそれぞれ接続され、さらに送受信
機３５およびリモートコントロール用の受信機３６が接
続されている。

【００１７】送受信機３５は、掘削土運搬制御装置５の
作動状況を中継局３７との間で送受信するとともに、集
土ゾーンセンサ２４の送信機３８から送出される検知情
報を受信して制御回路３１へ出力するものである。中継
局３７は、制御回路３１側の送受信機３５との間で信号
の送受信を行う送受信機３７ａと、この送受信機３７ａ
を制御する通信制御部３７ｃとから構成される。中継局
３７は構内ＬＡＮ３９を介して監視センタ４０に接続さ
れる。監視センタ４０は構内ＬＡＮ３９を通して高速伝
送されてくる制御装置の動作状況を監視し集中管理する
監視装置４０ａを備える。また、４１は構内に待機する
オペレータが携帯するリモートコントローラであり、こ
のリモートコントローラ４１からは掘削土運搬装置５に
対し搬出許可指令が送出される。

【００１８】次に、上記のように構成された本実施例の
動作について説明する。運搬開始時のグラブバケット１
４は、集土場所Ｐの真上に位置する最上段切梁（図２の
天井スラブ１から一段目にある切梁１２に相当する）１
２の上、すなわち前記所定高さに巻き上げられた位置で
停止し待機している。かかる状態において、集土場所Ｐ
の周囲の状況、例えば山盛り集土作業が終了し、作業
員、集土機械の退避が確認されたならば、オペレータが
リモートコントローラ４１にて掘削土運搬装置５に掘削
土の搬出許可を与える。即ち、リモートコントローラ４
１が操作されると、該リモートコントローラ４１から搬
出許可信号が制御装置側の受信機３６に向け送出され
る。受信機３６では、搬出許可信号を受信して制御回路
３１に出力する。この搬出許可信号を受けた制御回路３
１では、ウィンチ装置１６に動作指令を与えることによ
り、ウィンチ装置１６をワイヤ繰り出し方向に動作させ
て、グラブバケット１４を案内部２３に沿い下降させ
る。このとき、グラブバケット１４のシェルは開いた状
態で集土場所Ｐの山盛り土砂４上に接地される。また、
グラブバケット１４が山盛り土砂４上に接地されること
により、ワイヤロープ１５に負荷されていた荷重が減少
し、ロードセル１８の出力信号も減少方向に変化する。
したがって、制御回路３１では、ロードセル１８の出力
信号のレベルを判断することにより、グラブバケット１
４が山盛り土砂４上に接地されたことを認識できる。

【００１９】グラブバケット１４が山盛り土砂４上に接
地されたことが判定されると、制御回路３１はバケット
開閉用電動機３２を起動して土砂４を自動的に掴む。そ
して、グラブバケット１４の全閉が不図示の検出手段に
より検出されると、制御回路３１はウィンチ装置１６を
ワイヤロープ巻取り方向に起動して、土砂４を掴んだグ
ラブバケット１４が山盛り土砂４から僅かに浮き上がっ
た状態に地切りし、この地切り位置でウィンチ装置１６
の巻上げを自動的に停止する。ここで、グラブバケット
１４を地切り動作させるとき、グラブバケット１４内に
所定量以上の土砂が掴み込まれているか否かをロードセ
ル１８で検出した荷重値が設定値範囲にあるか否かを制
御回路３１により判定することにより行う。なお、所定
量以下の土砂掴み量である場合は、グラブバケット１４
を開いて再び山盛り土砂４上に下降させ、再掴み操作を
行わせる。

【００２０】グラブバケット１４内に所定量の土砂４が
掴み込まれていることが判定された場合は、グラブバケ
ット１４は地切り位置に停止され、オペレータからの次
の搬出指令を待つ。地切り状態にあるグラブバケット１
４の揺れが大きくないことがオペレータにより確認され
たときは、オペレータが携帯するリモートコントローラ
４１を操作することにより、搬送指令信号を送出する。
この搬送指令信号を受信機３６を介して受信した制御回
路３１では、ウィンチ装置１６に起動指令を与えてワイ
ヤロープ１５を巻き上げグラブバケット１４を最上段の
切梁１２の上方まで上昇させる。このときの巻上げ停止
位置は巻上げ停止位置センサ１９により検出される。

【００２１】グラブバケット１４が待機位置まで上昇し
たことが判定されると、ウィンチ装置１６が停止し、内
蔵するブレーキ装置（不図示）が作動してグラブバケッ
ト１４を最上段切梁１２の上方に位置する吊下げ状態に
保持する。その後、制御回路３１から走行トロリ装置１
７に起動指令が与えられることにより、走行トロリ装置
１７を後進、すなわち作業基地６へ向け起動させる。走
行トロリ装置１７が起動すると、これに連結したウィン
チ装置１６およびこれから吊下げされたグラブバケット
１４は案内レール１３に沿って構内１１の天井部を作業
基地６へ自動走行される。そして、グラブバケット１４
が作業基地６の昇降路７内に達すると、走行トロリ装置
１７が停止する。その後、制御回路３１から、バケット
開指令をバケット開閉用電動機３２に出力することによ
り電動機３２を開動作させてグラブバケット１４を開
き、グラブバケット１４内の土砂４をシュート８内に放
出する。放出された土砂４は、シュート８下に既に堆積
された土砂４Ａとともに集土機械１０により集土され、
揚土用グラブバケット９により揚土される。

【００２２】グラブバケット１４の開動作による土砂の
放出が終了すると、制御回路３１から走行トロリ装置１
７に対し前進走行指令が与えられ、これにより走行トロ
リ装置１７が起動されると、ウィンチ装置１６を含むグ
ラブバケット１４は前進方向、すなわち掘削集土場所Ｐ
に向けて案内レール１３に沿い走行される。このとき、
走行トロリ装置１７の走行距離は距離検出器３３により
カウントされ、これに基づいて走行トロリ装置１７が集
土場所Ｐの上方に近づいたことが確認されると、制御回
路３１の制御により走行トロリ装置１７の走行速度が減
速され、超音波センサ２２が集土場所Ｐに対応して形成
した案内部２３を検出することにより走行トロリ装置１
７が停止される。以下、上述したようにオペレータが掘
削土搬出許可を与えることにより、土砂掴み、搬送、シ
ュート放出、戻りの一連の作業を連続して自動的に行
う。

【００２３】グラブバケット１４が案内レール１３に沿
って走行されているときや停止中に、グラブバケット１
４の走行路内に切梁１２などの物体が侵入すると、この
侵入物体をセンサ２０または２１が検知する。この検知
信号を受けた制御回路３１は直ちに走行トロリ装置１７
を急停止し、或は停止中である場合にはオペレータが掘
削土搬出許可を与えても発進を許可しないようにして、
走行路に侵入した物体との干渉を未然に防止する。ま
た、グラブバケット１４が集土場所Ｐの山盛り土砂４側
へ下降しているときに、その集土ゾーン内に作業員また
は集土機械が不用意に侵入していることを集土ゾーンセ
ンサ２４が検知すると、この検知信号は送信機３８から
送受信機３５を通して制御回路３１に送信され、この検
知信号を受けた制御回路３１はウィンチ装置１６のワイ
ヤロープ繰り出し動作を急停止してグラブバケット１４
の下降をストップさせる。

【００２４】さて、これまでに掘削土搬送装置５の１台
当たりの動作制御について説明したが、案内レール１３
に他のレールを併設し、複数台の掘削土搬送装置５を動
作させて土砂４の搬送を行う場合や土砂４の搬送に並行
して資機材搬送装置（図示せず）を使用して切梁１２の
移送を行う場合には、各掘削土搬送装置５毎のグラブバ
ケット１４の制御装置の作動情報や資機材搬送装置の作
動情報が、各掘削土搬送装置５や資機材搬送装置毎に設
けられた送受信機３５から中継局３７及び構内ＬＡＮ３
９を介して監視センタ４０の監視装置４０ａに高速伝送
され、監視装置４０ａは前記作動情報を処理することに
より、各掘削土搬送装置５毎のグラブバケット１４や資
機材搬送装置の作動状況等を集中監視し、各掘削土搬送
装置５毎のグラブバケット１４等の運行を集中的に管理
する。

【００２５】このような本実施例においては、掘削土運
搬装置５を電動式グラブバケット１４と、このグラブバ
ケット１４を昇降させるウィンチ装置１６と、これらの
グラブバケット１４およびウィンチ装置１６をスラブ天
井に敷設した案内レール１３に沿って走行させる走行ト
ロリ装置１７とにより構成したので、山留壁Ｙ補強用の
切梁１２が複雑に配設されることにより掘削土の運搬経
路を容易に確保できない、かつ狭い掘削構内であって
も、掘削場所の掘削土を予め定められた作業基地下へ安
全にかつ容易に運搬することができるほか、運搬作業の
機械化、標準化および簡素化も実現できる。また、グラ
ブバケット１４の運行制御装置を、各種センサおよび制
御回路３１と、オペレータが操作する無線方式のリモー
トコントローラ４１とから構成することにより、運転者
の技量を問わない安定した搬出運行を自動化でき、かつ
省力化も可能になるとともに、作業の安全性も向上でき
る。さらに、運行の自動化に伴い作業サイクルタイムが
均一化し、無駄のない効率的な掘削土搬出を可能にす
る。さらに、グラブバケット１４を予め定められた待機
位置に自動停止させ、リモートコントローラ４１からの
搬出許可指令により、グラブバケット１４を運行開始さ
せるようにしたので、狭い構内での掘削、集土、運搬作
業の安全性がさらに向上し、無駄のない掘削、集土、運
搬作業が可能になる。さらにまた、制御装置の作動状況
を構内ＬＡＮ３９で監視センタ４０へ高速伝送すること
により、複数のグラブバケット１４や資機材搬送装置等
の装置の作動情報をセンタで集中管理でき、センタでの
安全管理も可能になる。

【００２６】なお、上記実施例では、道路下のトンネル
掘削工事における掘削土の運搬について述べたが、これ
以外の例えば造成工事などにおける地下掘削工事にも適
用できるほか、本発明は上記実施例に示す構成のものに
限らず、請求項に記載した範囲を逸脱しない限り、種々
変更し得る。

【００２７】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、リモート
コントローラからの運搬許可指令信号を受けてウィンチ
装置を下降方向に動作させることによりグラブバケット
を掘削場所まで下降させ、該グラブバケットを閉動作さ
せることにより掘削土を掴むとともに、該グラブバケッ
トをウィンチ装置により上昇させて走行高さで自動停止
させた後、走行トロリ装置を作業基地方向へ走行制御す
ることによりグラブバケットを作業基地まで移送させ、
この作業基地でグラブバケットを開動作させて掘削土を
放出させた後、走行トロリ装置を掘削場所方向へ走行制
御してグラブバケットを掘削場所の上方に停止させるこ
とにより、一連の掘削土搬出作業を自動的に行うように
したので、地下掘削部分における掘削場所から作業基地
への掘削土運搬を自動化できるとともに、運搬、排土作
業の簡素化、省力化を容易に実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す掘削土運搬制御装置の
ブロック図である。

【図２】本実施例における掘削土運搬装置の詳細を示す
構成図である。

【図３】本発明の制御装置を適用した地下掘削の施工状
況を示す全体の概略構成図である。

【符号の説明】

１ 天井スラブ ５ 掘削土運搬装置 ６ 作業基地 １１ 構内 １３ 案内レール １４ グラブバケット １５ ワイヤロープ １６ ウィンチ装置 １７ 走行トロリ装置 ２０，２１ 侵入物体センサ ３１ 制御回路 ４１ リモートコントローラ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水平方向に長い地下掘削部分の長手方向
   に沿わせて該地下掘削部分の上部に配設された案内レー
   ルと、 前記案内レールに走行可能に支持されたウィンチ装置
   と、 前記案内レールに走行可能に支持され、前記ウィンチ装
   置を掘削場所の上方と揚土用の作業基地との間で走行動
   作させる走行トロリ装置と、 前記ウィンチ装置にワイヤロープを介して吊下され、前
   記掘削場所と所定の走行高さとの間で昇降可能なグラブ
   バケットと、 掘削土運搬許可指令を送出するリモートコントローラと
   を備える掘削土運搬装置の動作を制御するための装置で
   あって、 前記リモートコントローラからの運搬許可指令信号を受
   けて前記ウィンチ装置を下降方向に動作させることによ
   りグラブバケットを前記掘削場所まで下降させ、該グラ
   ブバケットを閉動作させることにより掘削土を掴むとと
   もに、該グラブバケットをウィンチ装置により上昇させ
   て前記走行高さで自動停止させた後、前記走行トロリ装
   置を作業基地方向へ走行制御することにより前記グラブ
   バケットを作業基地まで移送させ、この作業基地で前記
   グラブバケットを開動作させて掘削土を放出させた後、
   前記走行トロリ装置を掘削場所方向へ走行制御してグラ
   ブバケットを掘削場所の上方に停止させる手段を備え
   る、 ことを特徴とする掘削土運搬制御装置。
2. 【請求項２】 前記グラブバケットおよび前記走行トロ
   リ装置の走行経路に配設されて障害物の侵入を検知する
   センサと、このセンサが侵入物体を検知したときは前記
   走行トロリ装置の走行を停止させる手段とをさらに備え
   ることを特徴とする請求項１記載の掘削土運搬制御装
   置。