JPH06280476A - 多機能掘削機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、ガントリー型の掘削機に切羽部に
必要な作業機械を搭載し、作業の並行進行を可能にして
作業能率の効率化と省力化により工期の短縮を図る多機
能掘削機を提供することを目的とする。 【構成】 走行レール１３上を自走可能であって水平架
台３を脚柱４で支承するセミボックス型ガントリー本体
２を設け、前記架台３の上部には、その先端側ではトン
ネル軸方向に自走可能な自由断面掘削機５と吹付け機６
と、前記架台の中央部から後端部に亘ってトンネル軸方
向に移動自在なクレーン７と、その側部でトンネル軸方
向に移動自在なエレクター兼用のマンケージ８とを各々
設け、前記ガントリー本体２の両側部に設けられた側部
架台の上にトンネル軸方向に移動自在な削岩機９を設け
るとともに、該ガントリー本体２の先端部の架台下部ス
ペース１１に別体の掘削兼用ズリ搬出機１０を収納自在
にした多機能掘削機。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、山岳トンネル等のトン
ネル工事における掘削機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、トンネル工事においては、地盤の
地質が比較的安定な場合にＮＡＴＭミニベンチ工法が採
用され、切羽からの掘削、ズリ積み、ズリ搬出、支保工
建て込み、一次覆工用吹き付け、ロックボルトの施工、
等の各作業区分がある。

【０００３】前記掘削作業では削岩機が、ズリ積み作業
ではズリ積機が、ズリ搬出作業では機関車やズリトロ若
しくはダンプトラックが、支保工建て込み作業では移動
式等の支保工建込み装置が、吹き付け作業では吹き付け
ロボット及びコンクリートポンプ等の機械が各々使用さ
れている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
掘削作業から一次覆工作業までの各作業は、各々単独の
作業であって、順次作業機械等の設置交換や人員配置の
組み替えを行うことにより、その入れ替え作業に時間が
掛かって工期が長期化する。

【０００５】また、前記各作業は並行処理ができないの
で、例えばズリ処理に時間が掛かるとともに、切羽を開
けられないので掘削中は他の作業ができないこととなっ
て、ミニベンチ工法での上半部と下半部の同時掘削がで
きず工期の短縮化が図れないものであった。

【０００６】本発明は、上記の課題に鑑みてなされたも
ので、ガントリー型の掘削機に切羽部に必要な作業機械
を搭載し、作業の並行進行を可能にして作業能率の効率
化と省力化により工期の短縮及び安全性を図る多機能掘
削機を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の上記課題を解決
し上記目的を達成するための要旨は、自己保持型の走行
レール上を自走し、水平架台を脚柱で支承するセミボッ
クス型ガントリー本体を設け、前記架台の上部には、そ
の先端側ではトンネル軸方向に自走可能な自由断面掘削
機と吹付け機と、前記架台の中央部から後端部に亘って
トンネル軸方向に移動自在なクレーンと、その側部でト
ンネル軸方向に移動自在なエレクター兼用のマンケージ
とを各々設け、前記ガントリー本体にはトンネル軸方向
に移動自在な削岩機を設けるとともに、前記ガントリー
本体の先端部の架台下部スペースに別体の掘削兼用ズリ
搬出機を収納自在にした多機能掘削機に存する。

【０００８】

【作用】本発明の多機能掘削機によれば、ミニベンチ工
法において、上半部と下半部の掘削・ズリ出し、支保工
建て込み、吹き付け、ロックボルト施工の一連の作業
が、作業の安全性を確保しつつ並行作業が可能となる。
作業の交代では、ガントリー本体の各種作業機を切羽側
に進出・後退の移動を行うだけでよく、迅速な作業交代
が実現されて、工期が短縮される。

【０００９】

【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。図１は、本発明に係る多機能掘削機の斜視図、図２
は側面図、図３は平面図、図４は切羽側から見た正面図
と側面図である。図において符号１は多機能掘削機、２
はガントリー本体、３は架台、４は脚柱、５は自由断面
掘削機、６は吹付け機、７はクレーン、８はマンケー
ジ、９は削岩機、１０は掘削兼用ズリ搬出機、１１は架
台下部スペース、１２はスライドレール、１３は走行レ
ール、１５は下部プレートを各々示している。

【００１０】本発明の多機能掘削機１は、トンネル内に
強固なガントリーを設けてその切羽側に必要な諸機械を
備えることで、ミニベンチカット工法において上下半部
の同時並行作業を可能にしようとするものである。即
ち、自走用の走行レール１３をトンネル軸方向に突出さ
せて仮敷設可能に保持し、各種作業機械を搭載するため
の水平架台３を脚柱４で支承するとともに、本体の据え
付け安定用の略Ｕ字型の下部プレート１５を上下移動自
在に配設した門型ガントリー本体２を設ける。

【００１１】前記架台３の上部には、切羽側に近い先端
側でトンネル軸方向に移動自在な自由断面掘削機５と吹
付け機６と、前記架台３の中央部から後端部に亘ってト
ンネル軸方向に敷設されたスライドレール１２上を摺動
自在なクレーン７と、その側部で当該架台３の先端部か
ら後端部までに亘ってトンネル軸方向に敷設されたスラ
イドレール１２上を摺動自在に移動するエレクター兼用
のマンケージ８とを各々設ける。

【００１２】前記ガントリー本体２の両側部には、該ガ
ントリー本体２のトンネル軸方向に移動自在な削岩機９
を設けるとともに、該ガントリー本体２の先端部の架台
下部スペース１１に別体の掘削兼用ズリ搬出機１０を収
納自在にする。

【００１３】前記ガントリー本体２は、トンネル軸方向
に細長い矩形状の架台３と、この架台３を支承する複数
本の脚柱４とからなり、前記脚柱４の下部には車輪１４
が備えられ、自己保持型の前記走行レール１３上を当該
ガントリー本体２が切羽側へと走行できるようになって
いる。

【００１４】また、ガントリー本体２の両側部で、先端
側と後端側の各々脚柱４，４の間に架設された前記下部
プレート１５は、図４に示すように、前記ガントリー本
体２に反力をとる油圧シリンダー１５ａによって上下移
動し、各下部プレート１５の下面には、トンネル軸方向
に直交する方向にスベリ止め用の凸部１５ｂが並設され
ている。この下部プレート１５は必要なガントリー本体
２の強度の要請に応じて任意数設けられるものである。

【００１５】また、ガントリー本体２を掘削作業時に姿
勢安定させる前記下部プレート１５とともに、前記脚柱
４から伸長させるアウトリガー４ａでガントリー本体２
を強固に位置固定するものである。一例として前記ガン
トリー本体２の大きさが全長約２３ｍ，高さ約９ｍ，幅
約６．５ｍで重量が約２５０ｔである。

【００１６】前記自由断面掘削機５は、前記架台３上に
一台備えられ、その構造は電動駆動式カッター５ａと、
掘削土砂を手前にかき寄せるスクリュー５ｂからなる切
削部と、該切削部を支承する屈曲自由なナックル型のア
ーム５ｃと、このアーム５ｃを固定するとともに旋回用
油圧シリンダーと俯仰角用油圧シリンダーを備えたター
レット５ｄと、該ターレット５ｄを載置してガントリー
本体２の長手方向に移動自在な前後進架台５ｅとからな
る。

【００１７】この自由断面掘削機５の大きさは、全長約
１２．８ｍで、高さ約２ｍ、幅が約３．３ｍ、重量が約
６５ｔである。前後進架台５ｅにおけるガントリー本体
２のトンネル軸方向の移動量は約７ｍである。また前記
アーム５ｃの長さは、一段目が約４．８ｍで二段目が約
２．２ｍである。カッターヘッドの直径は約８３０ｍｍ
である。

【００１８】そして、当該前後進架台５ｅは、切削部を
作動させた際の掘削反力をとるべくガントリー本体２の
架台３に当該前後進架台５ｅを固定する架台ロック装置
を備えている（図示せず）。

【００１９】次に、吹付け機６は図示にように架台３上
で、前記自由断面掘削機５の左右両側に２台設けられ、
架台３の先端側から中央部に亘りトンネル軸方向に沿っ
て敷設されたレール６ａ上を摺動自在して移動すること
ができる。また、この吹付け機６にコンクリーを圧送す
るコンクリートポンプもガントリー本体２に搭載してあ
る。

【００２０】また、クレーン７は、ガントリー本体２の
架台３の後端部に懸装された支保工１６や材料の吊り上
げに使用されるもので、前記自由断面掘削機５の後端側
においてスライドレール１２上を摺動自在に移動する。

【００２１】マンケージ８は、架台３の両側部で敷設さ
れたスライドレール１２上を摺動して、作業員を乗せて
支保工１６の構築や切羽での作業に使用する。

【００２２】次に、削岩機９は、ガントリー本体２の両
側部の側部架台９ａに敷設されたスライドレール１２上
を摺動自在に移動する。その構成はドリフタとガイドシ
ェル、ブーム及びロックボルトチェンジャーとからな
り、切羽面に向かって前進し、削孔作業とロックボルト
の打ち込みを自動で行うことができる。前記ブームの長
さは約５．６ｍで、更に削岩機９が約６ｍ切羽面へ前進
する。

【００２３】架台３の下部スペース１１にて使用される
掘削兼用ズリ搬出機１０は、切羽が自由断面掘削機５に
よって掘削され、その掘削土砂をダンプトラック等の運
搬車１７に積み込むとともに掘削作業もできるもので、
掘削ヘッド及び積み込みヘッドと移送用コンベアと本体
ベースとからなる。積み込みヘッドはコンベアと連動し
て回転し、更に上下旋回が可能である。また、コンベア
も上下左右の旋回が可能であって、切羽の上下半部の全
面に対応できるものである。

【００２４】前記掘削兼用ズリ搬出機１０は、架台３の
下部スペース１１内でガントリー本体２のトンネル軸方
向に向かってクローラで前進・後退が自在である。そし
て、その大きさは全長が約１５ｍ、高さが約３．５ｍ、
幅が約３ｍであり、土砂の積み込み能力は９０ｍ3／ｈ
である。

【００２５】以上説明した多機能掘削機１に搭載され
た、自由断面掘削機５，吹き付け機６，マンケージ８，
削岩機９，掘削兼用ズリ搬出機１０等は、いずれもその
操作は遠隔操作にて行うものである。こうして掘削作業
の能率向上と作業の安全性が確保されているものであ
る。

【００２６】このような多機能掘削機１をトンネルのミ
ニベンチカット工法に使用すれば、図５（イ）、（ロ）
に示すように、まず上半部の掘削とそれに伴うずり出し
を自由断面掘削機５と掘削兼用ズリ搬出機１０とで作業
する。そして、前記掘削兼用ズリ搬出機１０でも、上半
部のずり搬出作業をしていない間には先端部の掘削ヘッ
ドでもって下半部の掘削を行い、ズリ搬出を行う。この
ように上半部と下半部の掘削作業は並行させて行うこと
ができる。

【００２７】次に、図６（イ）、（ロ）に示すように、
前記自由断面掘削機５で下半部の右半断面から左半断面
へと順に掘削を行い、ずり出しを掘削兼用ズリ搬出機１
０で行う。これと同時に上半部では、吹付け機６，６で
掘削壁面にコンクリートを吹き付けて覆工作業する。

【００２８】そして、下半部の掘削作業が終了した後
に、吹付け機６で下半部の掘削壁面にコンクリートを吹
き付けて覆工作業を行う。次に、上半部と下半部での吹
き付け作業が完了した後に、図７（イ）、（ロ）に示す
ように、削岩機９によってロックボルトの施工を開始す
る。

【００２９】この場合、互いに作業の邪魔にならないよ
うに対角上の上半部の右半断面と下半部の左半断面か
ら、並行作業にして削岩機９で穿孔作業を行う。ロック
ボルトの打設はマンケージ８に乗った作業員が手作業で
行なったり、若しくはロックボルトチェンジャーにより
自動化して行うものである。

【００３０】そして、上半部の左半断面と下半部の右半
断面のロックボルトを施工する。このようにして掘削か
らロックボルトの施工までの１サイクルが完了する。こ
れを一連の手順表にしたものを図１０に示す。

【００３１】上記図１０に示す作業手順は基本的な手順
であるが、トンネルの地山によっては支保工の建て込み
が必要となる場合もあり、その場合には、図１１に示す
手順で上下半部の作業が行われる。

【００３２】即ち、上半部での掘削とずり出しと一次吹
付作業と、下半部での掘削とずり出し作業を図５乃至図
６に示すように並行させて施工した後に、上下半部で鋼
製支保工の建て込みを行う。支保工１６はクレーン７で
吊り上げて、マンケージ８で建て込むものである。

【００３３】この上半部での鋼製支保工の建て込みが完
了すると、図８に示すように、上半部の右半断面で吹付
け機６による二次吹付作業と、下半部の吹き付け作業を
並行して行う。このように、並行作業となるので、上下
半部での作業は互いに対角上となるようにして作業の安
全を図る。

【００３４】下半部での支保工１６の鋼製支保工の建て
込みと吹き付け作業の完了後においては、上半部の右半
断面でロックボルトの施工ができるので、図９に示すよ
うに、削岩機９で削孔作業を行う。

【００３５】そして、下半部での吹き付け作業が完了後
に、上半部の右半断面のロックボルト施工と並行して下
半部の左半断面でロックボルトの施工を行う。このよう
にして、鋼製支保工の建て込みが必要な場合の１サイク
ルが完了する。

【００３６】切羽における上下半部の１サイクルが上述
のように完了したら、ガントリー本体２のアウトリガー
４ａを伸長させることで当該ガントリー本体２を持ち上
げて車輪１４を走行レール１３から浮かせる。

【００３７】次に、走行レール１３の後端部に繋着され
たチェーンをガントリー本体２側の巻取りドラムで巻取
ることで、相対的に走行レール１３を切羽側に所定量突
出させる。

【００３８】そして前記走行レール１３が所定量で切羽
側に突出したら、前記巻取りドラムの巻取り作業を停止
させ、再び前記アウトリガー４ａを縮退させて前記車輪
１４を走行レール１３上に乗せる。この後、下部プレー
ト１５と前記アウトリガー４ａを地盤から浮かせて、車
輪１４を回転させてガントリー本体２を切羽側に前進さ
せるものである。

【００３９】そして、所定位置にて再び前記下部プレー
ト１５を油圧ジャッキ１５ａの作動で地盤に当接させて
固定し、更にアウトリガー４ａの脚部を伸長させてガン
トリー本体２を強固に位置固定する。このようにしてか
ら前述の上下半部の掘削作業等を並行させて行う１サイ
クルを繰り返してトンネルの掘削を行っていくものであ
る。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る多機
能掘削機は、自己保持型の走行レール上を自走し、水平
架台を脚柱で支承するセミボックス型ガントリー本体を
設け、前記架台の上部には、その先端側ではトンネル軸
方向に自走可能な自由断面掘削機と吹付け機と、前記架
台の中央部から後端部に亘ってトンネル軸方向に移動自
在なクレーンと、その側部でトンネル軸方向に移動自在
なエレクター兼用のマンケージとを各々設け、前記ガン
トリー本体の両側部に設けられた側部架台の上にトンネ
ル軸方向に移動自在な削岩機を設けるとともに、前記ガ
ントリー本体の先端部の架台下部スペースに別体の掘削
兼用ズリ搬出機を収納自在にしたので、切羽の上下半部
での掘削から一次覆工までの作業を、安全性を確保しな
がら作業機械の入れ替えをせずに並行させて作業するこ
とができて作業能率の向上となり、また、大幅な工期の
短縮となる。

【００４１】多機能掘削機のガントリー本体は、自己保
持型の走行レール上を自走可能であるので、掘削から一
次覆工までの１サイクルが完了した後に容易に切羽側に
前進せしめることができるので、作業機械の入れ替えを
行う必要がなく、連続したトンネル工事となって工期の
短縮を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る多機能掘削機の斜視図である。

【図２】同じく側面図である。

【図３】同じく平面図である。

【図４】切羽側から見た多機能掘削機の正面図（イ）
と、切羽近傍の側面図（ロ）である。

【図５】上半部での掘削とずり出しの作業の様子を示す
説明図（イ）、（ロ）である。

【図６】下半部の掘削とずり出し、及び上半部の吹き付
けの各作業を示す説明図（イ）、（ロ）である。

【図７】上半部の左半断面のロックボルト施工と下半部
の右半断面の吹き付けの各作業を示す説明図（イ）、
（ロ）である。

【図８】上半部の二次吹き付け作業と、下半部の鋼製支
保工の建て込み作業を示す説明図（イ）、（ロ）であ
る。

【図９】上半部の左半断面の二次吹き付け作業と、右半
断面のロックボルト施工の各作業を示す説明図（イ）、
（ロ）である。

【図１０】施工手順を示す表である。

【図１１】同じく他の例の施工手順を示す表である。

【符号の説明】

１ 多機能掘削機、２ ガントリー本体、３ 架台、４
脚柱、５ 自由断面掘削機、６ 吹付け機、７ クレ
ーン、８ マンケージ、９ 削岩機、１０ 掘削兼用ズ
リ搬出機、１１ 架台下部スペース、１２ スライドレ
ール、１３ 走行レール、１５ 下部プレート。

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【手続補正書】

【提出日】平成５年１０月２６日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図１０

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１０】施工手順を示すフローチャート図である。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図１１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１１】同じく他の例の施工手順を示すフローチャー
ト図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石垣 和明 東京都中央区京橋１−７−１ 戸田建設株 式会社内 (72)発明者 宮内 政男 東京都中央区京橋１−７−１ 戸田建設株 式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 自己保持型の走行レール上を自走し、水
   平架台を脚柱で支承するセミボックス型ガントリー本体
   を設け、前記架台の上部には、その先端側ではトンネル
   軸方向に自走可能な自由断面掘削機と吹付け機と、前記
   架台の中央部から後端部に亘ってトンネル軸方向に移動
   自在なクレーンと、その側部でトンネル軸方向に移動自
   在なエレクター兼用のマンケージとを各々設け、前記ガ
   ントリー本体にはトンネル軸方向に移動自在な削岩機を
   設けるとともに、前記ガントリー本体の先端部の架台下
   部スペースに別体の掘削兼用ズリ搬出機を収納自在にし
   たことを特徴としてなる多機能掘削機。