特開 2023-76034 挿入装置及び、挿入方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023076034

(43)【公開日】2023-06-01

(54)【発明の名称】挿入装置及び、挿入方法

(51)【国際特許分類】

   E21D 20/00 20060101AFI20230525BHJP

【ＦＩ】

E21D20/00 X

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021189178

(22)【出願日】2021-11-22

(71)【出願人】

【識別番号】000000549

【氏名又は名称】株式会社大林組

(74)【代理人】

【識別番号】110000213

【氏名又は名称】弁理士法人プロスペック特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100171619

【弁理士】

【氏名又は名称】池田 顕雄

(72)【発明者】

【氏名】森野 弘之

(72)【発明者】

【氏名】谷口 信博

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 哲

(57)【要約】

【課題】作業効率及び生産性を効果的に向上する。
【解決手段】ガイド部材２１と、ガイド部材２１に移動可能に設けられる移動部材２２Ａ及び、アクチュエータ２３を有する推進装置２２と、ガイド部材２１の先端側に設けられるとともに、棒状部材３０３を挿通させる貫通孔２５Ａを有しており、貫通孔２５Ａに挿通された棒状部材３０３を軸線方向に移動可能、且つ、径方向に変位可能に支持する支持部材２５と、支持部材２５に設けられており、棒状部材３０３の貫通孔２５Ａ内における径方向への変位を検出可能なセンサ部８０と、アクチュエータ２３から移動部材２５Ａに推進力を伝達して棒状部材３０３を孔３０１に挿入する挿入動作中に、センサ部８０により検出される棒状部材３０３の変位に基づいて、棒状部材３０３の軸線方向ＸＡに対して孔３０１の軸線方向ＸＨが傾いているかを判定する判定部１００と、を備えた。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

棒状部材を孔に挿入する挿入装置であって、
前記棒状部材の軸線方向と略平行に延びるガイド部材と、
前記ガイド部材に、該ガイド部材の長手方向に沿って移動可能に設けられるとともに、前記棒状部材の基端を支持する移動部材及び、該移動部材に推進力を伝達するアクチュエータを有する推進装置と、
前記ガイド部材の先端側に設けられるとともに、前記棒状部材を挿通させる貫通孔を有しており、該貫通孔に挿通された前記棒状部材を軸線方向に移動可能、且つ、径方向に変位可能に支持する支持部材と、
前記支持部材に設けられており、前記棒状部材の前記貫通孔内における前記径方向への変位を検出可能なセンサ部と、
前記アクチュエータから前記移動部材に推進力を伝達して前記棒状部材を前記孔に挿入する挿入動作中に、前記センサ部により検出される前記棒状部材の前記径方向への変位に基づいて、前記棒状部材の軸線方向に対して前記孔の軸線方向が傾いているかを判定する判定部と、を備える
ことを特徴とする挿入装置。

【請求項2】

前記判定部は、
前記挿入動作中に、前記アクチュエータの推進力が増加又は、前記棒状部材の送り出し量が変化しない場合において、前記センサ部が前記棒状部材の前記径方向への変位を検出しない場合には、前記孔内に前記棒状部材の挿入を妨げる障害物があると判定する
請求項１に記載の挿入装置。

【請求項3】

前記センサ部は、
前記貫通孔の内周に周方向に所定ピッチで配置されるとともに、前記棒状部材の前記径方向への変位に伴い荷重を検出する複数のロードセルを含み、
前記判定部は、
前記複数のロードセルのうち、前記荷重を検出したロードセルの前記棒状部材に対する配置方向に基づいて、前記棒状部材の軸線方向に対する前記孔の軸線方向の傾き方向を判定する
請求項１又は２に記載の挿入装置。

【請求項4】

前記ガイド部材の姿勢を調整可能な姿勢調整機構と、
前記アクチュエータの作動及び、前記姿勢調整機構の作動を制御する制御部と、をさらに備え、
前記制御部は、
前記アクチュエータを作動して前記移動部材を前記ガイド部材に沿って移動させることにより、前記棒状部材を前記孔に自動挿入するとともに、該自動挿入中に前記センサ部が前記棒状部材の前記径方向への変位を検出した場合には、前記センサ部が変位を検出しない状態となるように、前記姿勢調整機構の作動を自動制御する
請求項１から３の何れか一項に記載の挿入装置。

【請求項5】

前記棒状部材が、トンネル周壁に削孔した孔に挿入されるロックボルト、又は、トンネル周壁に削孔した孔に充填剤を注入する注入ロッド、又は、トンネルの切羽に削孔した装薬孔に爆薬を装填する装填ノズルの何れかである
請求項１から４の何れか一項に記載の挿入装置。

【請求項6】

請求項１に記載の挿入装置を用いて前記棒状部材を前記孔に挿入する挿入方法であって、
前記棒状部材の先端を前記孔の開口と対向させた後、前記アクチュエータを作動して前記移動部材を前記ガイドセルに沿って移動させることにより、前記棒状部材を前記孔に挿入する挿入動作を開始し、該挿入動作中に、前記センサ部が前記棒状部材の前記径方向への変位を検出した場合には、前記センサ部が変位を検出しない状態となるように前記ガイド部材の姿勢を調整し、前記棒状部材の先端が前記孔内の所望位置に到達するまで前記挿入作動を継続する
ことを特徴とする挿入方法。

【請求項7】

前記挿入動作中に、前記アクチュエータの推進力が増加又は、前記棒状部材の送り出し量が変化しない場合において、前記センサ部が前記棒状部材の前記径方向への変位を検出しない場合には、前記アクチュエータを逆方向に作動して前記棒状部材を前記孔から引き抜くことにより、前記挿入動作を中断し、前記孔から前記棒状部材の挿入を妨げる障害物を取り除いた後に、前記挿入動作を再開する
請求項６に記載の挿入方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、挿入装置及び、挿入方法に関し、特に、棒状部材を孔に挿入する挿入作業に好適な技術に関するものである。

【背景技術】

【0002】

トンネルを構築する工法として、トンネル周壁に複数本のロックボルトを打設することにより、周辺地山の安定化を図るＮＡＴＭ（Ｎｅｗ Ａｕｓｔｒｉａｎ Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ Ｍｅｔｈｏｄ）が広く用いられている。ＮＡＴＭでは、吹付けコンクリートを貫通して地山に到達する孔を削孔し、削孔した孔に充填材の注入及び、ロックボルトの挿入を順不同で行なうことによりロックボルトを施工する。

【0003】

このようなロックボルトの施工に用いられる装置として、例えば、特許文献１には、ガイドセルに沿って移動可能なドリフタに推進力を伝達する駆動機構を備え、駆動機構によりドリフタをガイドセルに沿って前進させることにより、ロックボルトや充填剤の注入ロッドを孔に機械的に挿入するようにした装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１９－０６５５３６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ロックボルトや注入ロッド（以下、単に棒状部材とも称する）を孔に挿入する際に、棒状部材の軸線方向が孔の軸線方向と一致していない場合には、棒状部材の先端が孔の内面に接触することで、棒状部材を孔内の所望位置まで挿入できない場合がある。また、孔内に小石等の障害物が存在する状態で棒状部材を挿入すると、棒状部材の先端が障害物に当接することで、棒状部材を孔内の所望位置まで挿入できない場合がある。このような状態で棒状部材を強引に挿入しようとすると、棒状部材の変形や破損を招くことになる。

【0006】

このため、棒状部材を孔に挿入する際は、事前にカメラ等を孔に挿入して計測を行うことにより、孔の軸線方向や内部の障害物等を把握することが考えられる。しかしながら、事前計測により孔の軸線方向等を把握できたとしても、それらの情報を棒状部材の挿入動作に反映させることは難しい。また、事前計測を行うことは、作業効率や生産性の低下を招く要因ともなる。

【0007】

本開示の技術は、上記事情に鑑みてなされたものであり、棒状部材を孔に挿入する際に、作業効率及び生産性を効果的に向上することができる技術を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本開示の挿入装置は、
棒状部材を孔に挿入する挿入装置であって、
前記棒状部材の軸線方向と略平行に延びるガイド部材と、
前記ガイド部材に、該ガイド部材の長手方向に沿って移動可能に設けられるとともに、前記棒状部材の基端を支持する移動部材及び、該移動部材に推進力を伝達するアクチュエータを有する推進装置と、
前記ガイド部材の先端側に設けられるとともに、前記棒状部材を挿通させる貫通孔を有しており、該貫通孔に挿通された前記棒状部材を軸線方向に移動可能、且つ、径方向に変位可能に支持する支持部材と、
前記支持部材に設けられており、前記棒状部材の前記貫通孔内における前記径方向への変位を検出可能なセンサ部と、
前記アクチュエータから前記移動部材に推進力を伝達して前記棒状部材を前記孔に挿入する挿入動作中に、前記センサ部により検出される前記棒状部材の前記径方向への変位に基づいて、前記棒状部材の軸線方向に対して前記孔の軸線方向が傾いているかを判定する判定部と、を備えることを特徴とする。

【0009】

本開示の挿入装置の他の態様において、
前記判定部は、
前記挿入動作中に、前記アクチュエータの推進力が増加又は、前記棒状部材の送り出し量が変化しない場合において、前記センサ部が前記棒状部材の前記径方向への変位を検出しない場合には、前記孔内に前記棒状部材の挿入を妨げる障害物があると判定することが好ましい。

【0010】

本開示の挿入装置の他の態様において、
前記センサ部は、
前記貫通孔の内周に周方向に所定ピッチで配置されるとともに、前記棒状部材の前記径方向への変位に伴い荷重を検出する複数のロードセルを含み、
前記判定部は、
前記複数のロードセルのうち、前記荷重を検出したロードセルの前記棒状部材に対する配置方向に基づいて、前記棒状部材の軸線方向に対する前記孔の軸線方向の傾き方向を判定することが好ましい。

【0011】

本開示の挿入装置の他の態様において、
前記ガイド部材の姿勢を調整可能な姿勢調整機構と、
前記アクチュエータの作動及び、前記姿勢調整機構の作動を制御する制御部と、をさらに備え、
前記制御部は、
前記アクチュエータを作動して前記移動部材を前記ガイド部材に沿って移動させることにより、前記棒状部材を前記孔に自動挿入するとともに、該自動挿入中に前記センサ部が前記棒状部材の前記径方向への変位を検出した場合には、前記センサ部が変位を検出しない状態となるように、前記姿勢調整機構の作動を自動制御することが好ましい。

【0012】

本開示の挿入装置の他の態様において、
前記棒状部材が、トンネル周壁に削孔した孔に挿入されるロックボルト、又は、トンネル周壁に削孔した孔に充填剤を注入する注入ロッド、又は、トンネルの切羽に削孔した装薬孔に爆薬を装填する装填ノズルの何れかであってもよい。

【0013】

本開示の挿入方法は、
前記挿入装置を用いて前記棒状部材を前記孔に挿入する挿入方法であって、
前記棒状部材の先端を前記孔の開口と対向させた後、前記アクチュエータを作動して前記移動部材を前記ガイドセルに沿って移動させることにより、前記棒状部材を前記孔に挿入する挿入動作を開始し、該挿入動作中に、前記センサ部が前記棒状部材の前記径方向への変位を検出した場合には、前記センサ部が変位を検出しない状態となるように前記ガイド部材の姿勢を調整し、前記棒状部材の先端が前記孔内の所望位置に到達するまで前記挿入作動を継続することを特徴とする。

【0014】

本開示の挿入方法の他の態様において、
前記挿入動作中に、前記アクチュエータの推進力が増加又は、前記棒状部材の送り出し量が変化しない場合において、前記センサ部が前記棒状部材の前記径方向への変位を検出しない場合には、前記アクチュエータを逆方向に作動して前記棒状部材を前記孔から引き抜くことにより、前記挿入動作を中断し、前記孔から前記棒状部材の挿入を妨げる障害物を取り除いた後に、前記挿入動作を再開することが好ましい。

【発明の効果】

【0015】

本開示の挿入装置及び、挿入方法によれば、棒状部材を孔に挿入する際に、作業効率及び生産性を効果的に向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本実施形態に係るロックボルト施工装置を示す模式的な側面図である。

【図2】本実施形態に係るボルト送り出し装置及び、充填剤注入装置の模式的な全体構成図である。

【図3】（Ａ）は、第１センサ部が設けられたボルト支持部をガイドセルの長手方向に切断して示す模式的な断面図であり、（Ｂ）は、第１センサ部が設けられたボルト支持部をガイドセルの長手方向と直交する方向に切断して示す模式的な断面図である。

【図4】（Ａ）は、第２センサ部が設けられたロッド支持部をガイドセルの長手方向に切断して示す模式的な断面図であり、（Ｂ）は、第２センサ部が設けられたロッド支持部をガイドセルの長手方向と直交する方向に切断して示す模式的な断面図である。

【図5】本実施形態に係る補正マップの一例を説明する模式図である。

【図6】補正処理の対象となるロードセルを説明する模式図である。

【図7】本実施形態に係る軸線傾き判定の処理の流れをボルト送り出し装置の動作に基づいて説明する模式図である。

【図8】本実施形態に係る軸線傾き判定の処理の流れを説明するタイミングチャートである。

【図9】本実施形態に係る軸線傾き判定の処理の流れを説明するタイミングチャートである。

【図10】本実施形態に係る軸線傾き判定の処理の流れを説明するタイミングチャートである。

【図11】本実施形態に係る軸線傾き判定の処理の流れを説明するタイミングチャートである。

【図12】本実施形態に係る軸線傾き判定の処理の流れを説明するタイミングチャートである。

【図13】本実施形態に係る軸線傾き判定の処理の流れを説明するタイミングチャートである。

【図14】本実施形態に係る軸線傾き判定の処理の流れを説明するタイミングチャートである。

【図15】本実施形態に係る軸線傾き判定の処理の流れを説明するタイミングチャートである。

【図16】本実施形態に係る障害物判定の処理の流れをボルト送り出し装置の動作に基づいて説明する模式図である。

【図17】本実施形態に係る障害物判定の処理の流れを説明するタイミングチャートである。

【図18】本実施形態に係る自動挿入制御のルーチンを説明するフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、添付図面に基づいて、本実施形態に係る挿入装置及び、挿入方法について説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。

【0018】

［全体構成］
図１は、本実施形態に係るロックボルト施工装置１０を示す模式的な側面図である。

【0019】

図１に示すように、ロックボルト施工装置１０は、トンネルＴの支保構造３００の施工に用いられる。本実施形態において、トンネルＴは、例えばＮＡＴＭにより構築される。ＮＡＴＭでは、まず、地山Ｇを掘削してトンネルＴの周壁に吹付けコンクリートＣを施工する。次に、ロックボルト施工装置１０を用いて、トンネルＴの周壁に吹付けコンクリートＣを貫通して地山Ｇに到達する孔３０１を削孔する（削孔工程）。孔３０１は、例えば、孔径が約５０～６０ｍｍ、孔深さが約４～６ｍの長孔である。孔３０１を削孔したならば、孔３０１に充填剤３０２を注入し、孔３０１内にロックボルト３０３を挿入する（充填工程、挿入工程）。充填剤は、例えばモルタルである。ロックボルト３０３を挿入したならば、孔３０１からトンネルＴの坑内に突出するロックボルト３０３の端部にプレート３０４を取り付けて、ナット３０５を螺合することにより支保構造３００を構築する。

【0020】

本実施形態において、ロックボルト施工装置１０は、例えば、ドリルジャンボ等の作業車両１に搭載されている。作業車両１は、トンネルＴの坑内を移動可能な走行台車２と、ロックボルト施工時に走行台車２を支持して安定させる複数のアウトリガ３と、走行台車２の上部に設けられた運転室４と、複数本（図示例では３本）のブーム５，６，７を備えている。

【0021】

各ブーム５，６，７は、走行台車２の前部に旋回可能、且つ、起伏可能に設けられており、不図示のアクチュエータを作動させることにより基端側を支点に旋回・起伏する。また、各ブーム５，６，７は、長手方向に伸縮可能であり、不図示のアクチュエータを作動させることにより長手方向に伸縮する。第１ブーム５の先端部には、ボルト送り出し装置２０が旋回可能、且つ、傾動可能に取り付けられている。第２ブーム６の先端部には、充填剤注入装置３０が旋回可能、且つ、傾動可能に取り付けられている。ボルト送り出し装置２０及び、充填剤注入装置３０は、本開示の挿入装置の一例である。第３ブーム７の先端部には、削孔装置４０が旋回可能、且つ、傾動可能に取り付けられている。

【0022】

削孔装置４０は、直線状のガイドセル４１と、ガイドセル４１に沿って移動可能な削岩機４３と、削岩機４３に推進力を伝達する推進装置４４と、長尺の削孔ロッド４５と、削孔ロッド４５の先端に設けられた削孔ビッド４６とを備えている。ガイドセル４１の先端側には、削孔ロッド４５を支持するロッド支持部４７（セントラライザ）が設けられている。削岩機４３には、削孔ロッド４５の基端部が接続されている。削岩機４３は、例えば、油圧式のドリフタであって、削孔ロッド４５に回転力及び、打撃力を付与する。削孔装置４０は、削岩機４３により削孔ロッド４５を回転させつつ、推進装置４４により削岩機４３をガイドセル４１に沿って前進させることにより、トンネルＴの周壁に孔３０１を削孔する。

【0023】

ボルト送り出し装置２０は、主として、ガイドセル２１、推進装置２２等を備えている。ボルト送り出し装置２０は、推進装置２２からロックボルト３０３に推進力を伝達することにより、ロックボルト３０３を孔３０１内に挿入する。充填剤注入装置３０は、主として、ガイドセル３１、推進装置３２、注入ロッド３４等を備えている。充填剤注入装置３０は、削孔装置４０により削孔した孔３０１内に注入ロッド３４を挿入し、注入ロッド３４の先端から充填剤３０２を吐出するとともに、注入ロッド３４を孔３０１から引き抜くことにより、孔３０１内に充填剤３０２を充填する。

【0024】

以下、図２に基づいて、ボルト送り出し装置２０及び、充填剤注入装置３０の詳細構成を説明する。なお、以下の説明では、ロックボルト３０３や注入ロッド３４を孔３０１内に挿入する方向を「前進方向」、注入ロッド３４を孔３０１から引き抜く方向を「後進方向」という。

【0025】

［ボルト送り出し装置、充填剤注入装置］
図２は、本実施形態に係るボルト送り出し装置２０及び、充填剤注入装置３０の模式的な全体構成図である。

【0026】

ボルト送り出し装置２０は、直線状のガイドセル２１と、ガイドセル２１に沿って移動可能な移動体２２Ａを有する推進装置２２と、ガイドセル２１の先端側に設けられたボルト支持部２５（セントラライザ）とを備えている。推進装置２２は、アクチュエータ２３を備えており、アクチュエータ２３が作動することにより、移動体２２Ａをガイドセル２１に沿って前進移動又は後進移動させる。アクチュエータ２３は、油圧や空圧により作動する流体圧式シリンダでもよく、或いは、油圧モータや電動モータであってもよい。アクチュエータ２３の作動は、制御装置１００から送信される作動信号に応じて制御される。

【0027】

移動体２２Ａには、ロックボルト３０３の基端部を受容して支持する筒状のボルト保持部２２Ｂが設けられている。基端部をボルト保持部２２Ｂに保持されたロックボルト３０３は、先端側をボルト支持部２５によって支持されることにより、軸線方向ＸＡがガイドセル２１の長手方向と略平行に保たれるようになっている。ボルト支持部２５には、詳細を後述する第１センサ部８０が設けられている。ガイドセル２１の先端側の端面には、ロックボルト３０３の挿入時にトンネル内壁面に押し付けられるマーキング２８が取り付けられている。

【0028】

ガイドセル２１は、連結機構５０を介して第１ブーム５の先端に連結されている。連結機構５０は、第１旋回装置５１、第２旋回装置５２及び、傾動装置５３を備えている。第１ブーム５、第１旋回装置５１、第２旋回装置５２、傾動装置５３は、本開示の姿勢調整機構を構成する。本開示において、姿勢調整とは、ガイドセル２１の長手方向の向き（水平方向又は鉛直方向に対する角度）を調整することにより、ボルト送り出し装置２０の姿勢を調整することをいう。

【0029】

第１旋回装置５１は、第１ブーム５の先端に設けられている。第１旋回装置５１には、連結部材５４を介して第２旋回装置５２が連結されている。第２旋回装置５２は、傾動装置５３を介してガイドセル２１に連結されている。傾動装置５３は、第２旋回装置８２に固定された第１ブラケット５５と、ガイドセル２１に固定された第２ブラケット５６とを備えている。第１及び第２ブラケット５５，５６は、支軸５７を介して互いに相対回転可能に連結されている。

【0030】

第１旋回装置５１、第２旋回装置５２及び、傾動装置５３は、制御装置１００から送信される作動信号に応じて作動する不図示のアクチュエータをそれぞれ備えている。アクチュエータは、流体圧式又は電動式の何れであってもよい。第１旋回装置５１のアクチュエータを作動させると、ボルト送り出し装置２０は第１ブーム５の伸縮方向（長手方向）に沿った軸周りに図中矢印Ｒ１Ａ方向に旋回する。第２旋回装置５２のアクチュエータを作動させると、ボルト送り出し装置２０は第１ブーム５の伸縮方向と直交する軸周りに図中矢印Ｒ２Ａ方向に旋回する。傾動装置５３のアクチュエータを作動させると、ボルト送り出し装置２０は支軸５７を軸心に図中矢印Ｒ３Ａ方向に傾動する。

【0031】

ボルト送り出し装置２０を用いてロックボルト３０３を孔３０１に挿入する際は、まず、第１ブーム５、第１旋回装置５１、第２旋回装置５２及び、傾動装置５３の少なくも一つを作動させることにより、ロックボルト３０３の先端を孔３０１の開口と対向させる（対向動作）。この際、好ましくは、マーキング２８をトンネル内壁面に接触させる。次に、アクチュエータ２３を作動させて移動体２２Ａをガイドセル２１に沿って前進移動させ、ロックボルト３０３に推進力を伝達することにより、ロックボルト３０３を孔３０１に挿入する（挿入動作）。これら対向動作及び、挿入動作の一連の動作は、制御装置１００のＲＯＭに格納したプログラムをＣＰＵが実行する自動制御により実現してもよく、或いは、オペレータによる操作装置１３０の操作に応じて制御装置１００から作動信号を送信する手動制御により実現してもよい。

【0032】

充填剤注入装置３０は、直線状のガイドセル３１と、ガイドセル３１に沿って移動可能な移動体３２Ａを有する推進装置３２と、長尺筒状の注入ロッド３４と、ガイドセル３１の先端側に設けられたロッド支持部３５（セントラライザ）とを備えている。推進装置３２は、アクチュエータ３３を備えており、アクチュエータ３３が作動することにより、移動体３２Ａをガイドセル３１に沿って前進移動又は後進移動させる。アクチュエータ３３は、油圧や空圧により作動する流体圧式シリンダでもよく、或いは、油圧モータや電動モータであってもよい。アクチュエータ３３の作動は、制御装置１００から送信される作動信号に応じて制御される。

【0033】

移動体３２Ａには、不図示の充填剤供給源から充填剤が供給されるジョイント３４Ａが固定されている。ジョイント３４Ａには、注入ロッド３４の基端が接続されており、ジョイント３４Ａに供給される充填剤が注入ロッド３４内に送り込まれるように構成されている。ジョイント３４Ａに固定された注入ロッド３４は、先端側をロッド支持部３５によって支持されることにより、軸線方向ＸＢがガイドセル３１の長手方向と略平行に保たれるようになっている。ロッド支持部３５には、詳細を後述する第２センサ部９０が設けられている。ガイドセル３１の先端側の端面には、注入ロッド３４の挿入時にトンネル内壁面に押し付けられるマーキング３８が取り付けられている。

【0034】

ガイドセル３１は、連結機構６０を介して第２ブーム６の先端に連結されている。連結機構６０は、第１旋回装置６１、第２旋回装置６２及び、傾動装置６３を備えている。第２ブーム６、第１旋回装置６１、第２旋回装置６２、傾動装置６３は、本開示の姿勢調整機構を構成する。本開示において、姿勢調整とは、ガイドセル３１の長手方向の向き（水平方向又は鉛直方向に対する角度）を調整することにより、充填剤注入装置３０の姿勢を調整することをいう。

【0035】

第１旋回装置６１は、第２ブーム６の先端に設けられている。第１旋回装置６１には、連結部材６４を介して第２旋回装置６２が連結されている。第２旋回装置６２は、傾動装置６３を介してガイドセル３１に連結されている。傾動装置６３は、第２旋回装置６２に固定された第１ブラケット６５と、ガイドセル３１に固定された第２ブラケット６６とを備えている。第１及び第２ブラケット６５，６６は、支軸６７を介して互いに相対回転可能に連結されている。

【0036】

第１旋回装置６１、第２旋回装置６２及び、傾動装置６３は、制御装置１００から送信される作動信号に応じて作動する不図示のアクチュエータをそれぞれ備えている。アクチュエータは、流体圧式又は電動式の何れであってもよい。第１旋回装置６１のアクチュエータを作動させると、充填剤注入装置３０は第２ブーム６の伸縮方向（長手方向）に沿った軸周りに図中矢印Ｒ１Ｂ方向に旋回する。第２旋回装置６２のアクチュエータを作動させると、充填剤注入装置３０は第２ブーム６の伸縮方向と直交する軸周りに図中矢印Ｒ２Ｂ方向に旋回する。傾動装置６３のアクチュエータを作動させると、充填剤注入装置３０は支軸６７を軸心に図中矢印Ｒ３Ｂ方向に傾動する。

【0037】

充填剤注入装置３０を用いて孔３０１内に充填剤を注入する際は、まず、第２ブーム６、第１旋回装置６１、第２旋回装置６２及び、傾動装置６３の少なくも一つを作動させることにより、注入ロッド３４の先端を孔３０１の開口と対向させる（対向動作）。この際、好ましくは、マーキング３８をトンネル内壁面に接触させる。次に、アクチュエータ３３を作動させて移動体３２Ａをガイドセル３１に沿って前進移動させ、注入ロッド３４に推進力を伝達することにより、注入ロッド３４を孔３０１に挿入する（挿入動作）。注入ロッド３４の先端が孔３０１の底部側に到達したならば、注入ロッド３４の先端から充填剤を吐出しつつ、アクチュエータ３３を作動させて移動体３２Ａをガイドセル３１に沿って後進移動させることにより、注入ロッド３４を孔３０１から引き抜く（引き抜き動作）。これら対向動作、挿入動作及び、引き抜き動作の一連の動作は、制御装置１００のＲＯＭに格納したプログラムをＣＰＵが実行する自動制御により実現してもよく、或いは、オペレータによる操作装置１３０の操作に応じて制御装置１００から作動信号を送信する手動制御により実現してもよい。

【0038】

ここで、ロックボルト３０３や注入ロッド３４を、孔３０１の所望位置、具体的には、ロックボルト３０３や注入ロッド３４の先端が孔３０１の底部側に到達する位置まで挿入する場合を考える。ロックボルト３０３や注入ロッド３４の先端を孔３０１の底部側まで確実に挿入するには、挿入動作時に、これらロックボルト３０３や注入ロッド３４の軸線方向ＸＡ，ＸＢを孔３０１の軸線方向ＸＨと略一致させる必要がある。また、孔３０１の内部に、ロックボルト３０３や注入ロッド３４の前進を妨げる小石等の障害物が無いことも必要となる。

【0039】

孔３０１の開口は、トンネル坑内から視認できるため、挿入動作の開始前に、ロックボルト３０３や注入ロッド３４の先端が孔３０１の開口と対向するように、オペレータが手動制御によりボルト送り出し装置２０や充填剤注入装置３０の姿勢を調整することは容易である。また、自動制御であっても、制御装置１００が孔３０１の開口位置をカメラ等の画像処理により認識しながら、ロックボルト３０３や注入ロッド３４の先端が孔３０１の開口と対向するように、ボルト送り出し装置２０や充填剤注入装置３０の姿勢を調整することは容易である。

【0040】

しかしながら、手動制御又は自動制御の何れであっても、孔３０１の軸線方向ＸＨは、トンネル坑内から把握することができないため、ロックボルト３０３や注入ロッド３４の軸線方向ＸＡ，ＸＢが孔３０１の軸線方向ＸＨと略一致するように、ボルト送り出し装置２０や充填剤注入装置３０の姿勢を調整することは難しい。

【0041】

このため、ロックボルト３０３や注入ロッド３４を孔３０１に挿入する際は、事前にカメラ等を孔３０１内に挿入して計測を行うことにより、孔３０１の軸線方向ＸＨや内部状況を把握することが考えられる。しかしながら、事前計測によって孔３０１の軸線方向ＸＨや内部状況を把握できたとしても、それらの情報を挿入動作に反映させることは難しい。また、事前計測を行うことは、作業効率や生産性の低下を招く要因ともなる。

【0042】

そこで、本実施形態では、ボルト送り出し装置２０に第１センサ部８０、充填剤注入装置３０に第２センサ部９０をそれぞれ設け、ロックボルト３０３や注入ロッド３４を孔３０１に挿入する際は、挿入動作と並行してセンサ部８０，９０により孔３０１の軸線方向ＸＨや内部状況を把握しつつ、把握した情報を挿入動作に反映させることにより、作業効率及び生産性の向上を図るようにした。以下、第１センサ部８０及び、第２センサ部９０の詳細を説明する。

【0043】

［第１センサ部、第２センサ部］
図３（Ａ）は、第１センサ部８０が設けられたボルト支持部２５をガイドセル２１の長手方向に切断して示す模式的な断面図であり、図３（Ｂ）は、第１センサ部８０が設けられたボルト支持部２５をガイドセル２１の長手方向と直交する方向に切断して示す模式的な断面図である。

【0044】

第１センサ部８０は、複数個のロードセル、具体的には４個のロードセル８１Ａ，８１Ｂ，８１Ｃ，８１Ｄを備えて構成されている。各ロードセル８１Ａ，８１Ｂ，８１Ｃ，８１Ｄは、ボルト支持部２５のロックボルト３０３を挿通させる貫通孔２５Ａの内周に周方向に等ピッチ（９０度ピッチ）で配置されている。

【0045】

具体的には、ロードセル８１Ａは、貫通孔２５Ａの孔中心Ｃ１（図３（Ｂ）参照）に対してガイドセル２１側に配置されている。すなわち、図示例のように、ロックボルト３０３がガイドセル２１に対して鉛直方向上方に位置するように、ボルト送り出し装置２０の姿勢が調整されたとき、ロードセル８１Ａは貫通孔２５Ａの孔中心Ｃ１に対して鉛直方向下方に位置する。このため、以下の説明では、ロードセル８１Ａを「下側ロードセル」と称する。ロードセル８１Ｂは、貫通孔２５Ａの孔中心Ｃ１を挟んで下側ロードセル８１Ａと対向配置されている。このため、以下の説明では、ロードセル８１Ｂを「上側ロードセル」と称する。

【0046】

ロードセル８１Ｃ及び、ロードセル８１Ｄは、貫通孔２５Ａの孔中心Ｃ１（図３（Ｂ）参照）を通って各ロードセル８１Ａ，８１Ｂを結ぶ直線と直交する直線上に孔中心Ｃ１を挟んで互いに対向配置されている。具体的には、ボルト支持部２５を移動体２２Ａ（図２参照）側から軸方向視したとき、貫通孔２５Ａの孔中心Ｃ１に対して、ロードセル８１Ｃは右側に配置され、ロードセル８１Ｄは左側に配置されている。このため、以下の説明では、ロードセル８１Ｃを「右側ロードセル」、ロードセル８１Ｄを「左側ロードセル」と称する。

【0047】

なお、第１センサ部８０が備えるロードセルの個数は４個に限定されず、５個以上（例えば、８個）であってもよい。また、説明の便宜上、以下では、下側ロードセル８１Ａ，上側ロードセル８１Ｂ，右側ロードセル８１Ｃ，左側ロードセル８１Ｄは、これらを纏めて単に「ロードセル８１」と称する場合もある。

【0048】

図４（Ａ）は、第２センサ部９０が設けられたロッド支持部３５をガイドセル３１の長手方向に切断して示す模式的な断面図であり、図４（Ｂ）は、第２センサ部９０が設けられたロッド支持部３５をガイドセル３１の長手方向と直交する方向に切断して示す模式的な断面図である。

【0049】

第２センサ部９０も第１センサ部８０と同様、複数個のロードセル、具体的には４個のロードセル９１Ａ，９１Ｂ，９１Ｃ，９１Ｄを備えて構成されている。各ロードセル９１Ａ，９１Ｂ，９１Ｃ，９１Ｄは、ロッド支持部３５の注入ロッド３４を挿通させる貫通孔３５Ａの内周に周方向に等ピッチ（９０度ピッチ）で配置されている。

【0050】

具体的には、ロードセル９１Ａは、貫通孔３５Ａの孔中心Ｃ２（図４（Ｂ）参照）に対してガイドセル３１側に配置されている。すなわち、図示例のように、注入ロッド３４がガイドセル３１に対して鉛直方向上方に位置するように、充填剤注入装置３０の姿勢が調整されたとき、ロードセル９１Ａは貫通孔３５Ａの孔中心Ｃ２に対して鉛直方向下方に位置する。このため、以下の説明では、ロードセル９１Ａを「下側ロードセル」と称する。ロードセル９１Ｂは、貫通孔３５Ａの孔中心Ｃ２を挟んで下側ロードセル９１Ａと対向配置されている。このため、以下の説明では、ロードセル９１Ｂを「上側ロードセル」と称する。

【0051】

ロードセル９１Ｃ及び、ロードセル９１Ｄは、貫通孔３５Ａの孔中心Ｃ２を通って各ロードセル９１Ａ，９１Ｂを結ぶ直線と直交する直線上に孔中心Ｃ２を挟んで互いに対向配置されている。具体的には、ロッド支持部３５を移動体３２Ａ（図２参照）側から軸方向視したとき、貫通孔３５Ａの孔中心Ｃ２に対して、ロードセル９１Ｃは右側に配置され、ロードセル９１Ｄは左側に配置されている。このため、以下の説明では、ロードセル９１Ｃを「右側ロードセル」、ロードセル９１Ｄを「左側ロードセル」と称する。

【0052】

なお、第２センサ部９０が備えるロードセルの個数は４個に限定されず、５個以上（例えば、８個）であってもよい。また、説明の便宜上、以下では、下側ロードセル９１Ａ，上側ロードセル９１Ｂ，右側ロードセル９１Ｃ，左側ロードセル９１Ｄは、これらを纏めて単に「ロードセル９１」と称する場合もある。

【0053】

各ロードセル８１，９１は、貫通孔２５Ａ、３５Ａ内に配置可能な小型のロードセルであって、例えば、圧縮型のロードセルを用いることができる。ロードセル８１，９１は、ケース８２，９２内に、何れも不図示の起歪体及び、該起歪体に貼り付けられたひずみゲージを収容して構成されている。ロードセル８１，９１は、ケース８２，９２から突出するロードボタン８３，９３を備えている。

【0054】

ロードセル８１は、ロードボタン８３の先端の受圧面がロックボルト３０３の外周面に当接するように、ボルト支持部２５に取り付けられている。すなわち、ロックボルト３０３が、周方向に等ピッチで配置されたロードセル８１のロードボタン８３によって、貫通孔２５Ａの略中心に軸線方向に移動可能、且つ、径方向に変位可能に支持されるように構成されている。ロードセル９１は、ロードボタン９３の先端の受圧面が注入ロッド３４の外周面に当接するように、ロッド支持部３５に取り付けられている。すなわち、注入ロッド３４が、周方向に等ピッチで配置されたロードセル９１のロードボタン９３によって、貫通孔３５Ａの略中心に軸線方向に移動可能、且つ、径方向に変位可能に支持されるように構成されている。

【0055】

各ロードボタン８３，９３は、弾性変形可能な起歪体に連結されており、このロードボタン８３，９３に力（荷重）が作用すると起歪体が変形するようになっている。各ロードセル８１，９１は、起歪体の変形量に比例してひずみゲージの電気抵抗が変化することにより、起歪体の変形量に比例した電気信号を制御装置１００に出力する。

【0056】

［制御装置］
再び図２を参照し、制御装置１００は、ＣＰＵなどの処理部、ＲＡＭやＲＯＭなどの記憶部、入出力用のインターフェイスＩ／Ｆ、補助記憶装置などを備えており、パーソナルコンピュータやサーバ等の情報処理装置によって構成されている。制御装置１００は、ＲＯＭに格納されたプログラム又はルーチンをＣＰＵが実行することにより、各種機能を実現するようになっている。このため、制御装置１００には、ディスプレイ等の表示装置１２０、オペレータにより操作される操作装置１３０が通信可能に接続されている。また、制御装置１００には、第１センサ部８０、第２センサ部９０、ブーム５，６，７のアクチュエータ、旋回装置５１，５２，６１，６２のアクチュエータ、傾動装置５３，６３のアクチュエータ、推進装置２２，３２のアクチュエータ２３，３３が通信可能に接続されている。

【0057】

制御装置１００、表示装置１２０及び、操作装置１３０は、作業車両１の運転室４（何れも図１参照）に設けられてもよく、或いは、トンネル施工現場から離れた管理事務所等の遠隔地に設けることもできる。遠隔地に設ける場合、制御装置１００は、センサ部８０，９０、ブーム５，６，７のアクチュエータ、旋回装置５１，５２，６１，６２のアクチュエータ、傾動装置５３，６３のアクチュエータ、推進装置２２，３２のアクチュエータ２３，３３のそれぞれと無線通信可能に接続すればよい。

【0058】

本実施形態において、制御装置１００は、ロックボルト３０３や注入ロッド３４の挿入時に、センサ部８０，９０からの電気信号等に基づいて孔３０１の軸線方向ＸＨや内部状況を取得しつつ、取得した情報を挿入動作に反映することにより、ロックボルト３０３や注入ロッド３４を孔３０１に自動的に挿入する自動挿入制御を実行する。以下、自動挿入制御の詳細について説明する。なお、自動挿入制御の処理手順は、ロックボルト３０３の挿入時及び注入ロッド３４の挿入時の何れも同様の処理となるため、以下では、ロックボルト３０３の挿入時を説明し、注入ロッド３４の挿入時については説明を省略する。

【0059】

［自動挿入制御］
制御装置１００は、ロックボルト３０３の先端が孔３０１の開口と対向すると、アクチュエータ２３を作動し、移動体２２Ａからロックボルト３０３に推進力を伝達することにより、自動挿入制御を開始する。ロックボルト３０３の先端を孔３０１の開口と対向させる位置合わせ制御は、制御装置１００による自動制御又は、オペレータによる手動制御の何れであってもよい。自動挿入制御を開始すると、制御装置１００は、ロードセル８１から入力される電気信号に基づいて、ロックボルト３０３からロードセル８１に作用する荷重ＦＣをリアルタイムに演算する。

【0060】

ここで、ロードセル８１に作用する荷重ＦＣを演算する場合、ロックボルト３０３の下方に位置するロードセル８１の演算値は、ロックボルト３０３の自重の影響を受けることになる。図２に示す例では、ガイドセル２１は長手方向が略水平方向に向けられており、且つ、ロックボルト３０３はガイドセル２１の鉛直方向上方に位置している。この場合、下側ロードセル８１Ａが、ロックボルト３０３の自重の影響を受けることになる。制御装置１００は、荷重ＦＣを演算する際に、ロックボルト３０３の自重の影響を取り除く補正処理を行う。

【0061】

具体的には、制御装置１００のＲＯＭには、予め実験やシミュレーションなどを行うことにより作成した、図５に示す補正マップＭが格納されている。補正マップＭは、例えば、横軸にガイドセル２１の水平方向に対する傾斜角θが規定され、縦軸にロードセル８１に作用するロックボルト３０３の自重Ｗが規定されている。自重Ｗは、傾斜角θが０度のときに最大とされ、傾斜角θが±９０度のときに最小（例えば、０）とされている。ここで、傾斜角θが９０度とは、ガイドセル２１を水平方向に対して＋９０度傾動させて、ロックボルト３０３の先端が基端に対して鉛直方向上方にある状態をいう。また、傾斜角θが－９０度とは、ガイドセル２１を水平方向に対して－９０度傾動させて、ロックボルト３０３の先端が基端に対して鉛直方向下方にある状態をいう。

【0062】

制御装置１００は、自動挿入制御を開始する際に、ガイドセル２１の水平方向に対する傾斜角θに基づいて補正マップＭを参照することにより、傾斜角θに応じた自重Ｗを読み取ると共に、読み取った自重Ｗを下側ロードセル８１Ａの電気信号に基づいて演算される荷重ＦＣから減算することにより、ロックボルト３０３の自重の影響を取り除く補正処理を実行する。ガイドセル２１の水平方向に対する傾斜角θは、制御装置１００から旋回装置５１，５２や傾動装置５３の各アクチュエータに送信される作動信号に基づいて演算してもよく、或いは、ガイドセル２１に不図示の傾斜センサ等を設けることにより直接的に取得してもよい。

【0063】

なお、第１旋回装置５１の旋回状態によっては、ロックボルト３０３の下方に位置するロードセル８１が下側ロードセル８１Ａではない場合がある。具体的には、図６（Ａ）に示すように、右側ロードセル８１Ｃがロックボルト３０３の下方に位置する場合もあれば、図６（Ｂ）に示すように、左側ロードセル８１Ｄがロックボルト３０３の下方に位置する場合もある。

【0064】

制御装置１００は、右側ロードセル８１Ｃがロックボルト３０３の下方に位置する場合には、上述の補正処理を、右側ロードセル８１Ｃの電気信号に基づいて演算される荷重ＦＣに適用する。また、制御装置１００は、左側ロードセル８１Ｄがロックボルト３０３の下方に位置する場合には、上述の補正処理を、左側ロードセル８１Ｄの電気信号に基づいて演算される荷重ＦＣに適用する。ロックボルト３０３の下方に何れのロードセル８１Ａ，８１Ｃ，８１Ｄが位置するかは、制御装置１００から第１旋回装置５１のアクチュエータに送信される作動信号に基づいて判別すればよい。

【0065】

制御装置１００は、自動挿入制御を開始した時から、ロックボルト３０３の先端が孔３０１の底部側に到達するまでの期間に亘って、ロックボルト３０３からロードセル８１に作用する荷重ＦＣを、ロードセル８１から送信される電気信号に基づいてリアルタイムに演算する。また、制御装置１００は、自動挿入制御の実行中、ロードセル８１に作用する荷重ＦＣの変化に基づいて、ロックボルト３０３の軸線方向ＸＡに対する孔３０１の軸線方向ＸＨの傾きをリアルタイムに判定する（以下、係る判定を「軸線傾き判定」と称する）。また、制御装置１００は、自動挿入制御の実行中、ロードセル８１に作用する荷重ＦＣの変化及び、アクチュエータ２３の推進力ＦＷの変化に基づいて、孔３０１内にロックボルト３０３の前進を妨げる障害物Ｓがあるかをリアルタイムに判定する（以下、係る判定を「障害物判定」と称する）。さらに、制御装置１００は、軸線傾き判定の判定結果及び、又は障害物判定の判定結果をロックボルト３０３の挿入動作に反映させることにより、ロックボルト３０３を孔３０１の底部側まで確実に挿入する。以下、軸線傾き判定及び、障害物判定の具体的な処理を説明する。

【0066】

［軸線傾き判定］
図７は、軸線傾き判定の処理の流れをボルト送り出し装置２０の動作に基づいて説明する模式図であり、図８は、軸線傾き判定の処理の流れを説明するタイミングチャートである。なお、図７の左側はボルト送り出し装置２０の側面図、右側はボルト支持部２５を軸線方向から視た正面図を示している。図８のタイミングチャートにおいて、時刻ｔ０は図７（Ａ）の状態に対応し、時刻ｔ１は図７（Ｂ）の状態に対応し、時刻ｔ２は図７（Ｃ）の状態に対応し、時刻ｔ３は図７（Ｄ）の状態に対応する。

【0067】

図７に示す例では、ボルト送り出し装置２０の姿勢は、ガイドセル２１の長手方向を略水平方向に向けると共に、ロックボルト３０３の鉛直方向下方に下側ロードセル８１Ａが位置するように調整されているものとする。また、推進装置２２のアクチュエータ２３は、電動モータを用いることもできるが、以下の説明では、油圧や空圧により作動する流体圧式シリンダが用いられるものとする。

【0068】

また、以下では、ロックボルト３０３の軸線方向ＸＡをＸ軸、右側ロードセル８１Ｃと左側ロードセル８１Ｄとを結んでＸ軸と直交する直線方向をＹ軸、下側ロードセル８１Ａと上側ロードセル８１Ｂとを結んでＸ軸及びＹ軸と直交する直線方向をＺ軸と定義する。Ｘ軸は、ロックボルト３０３の前進方向を＋Ｘ方向とする。Ｙ軸は、軸線方向ＸＡに対して右側ロードセル８１Ｃ側を＋Ｙ方向、左側ロードセル８１Ｄ側を－Ｙ方向とする。Ｚ軸は、軸線方向ＸＡに対して上側ロードセル８１Ｂ側を＋Ｚ方向、下側ロードセル８１Ｄ側を－Ｚ方向とする。

【0069】

図７（Ａ）に示すように、ロックボルト３０３の先端を孔３０１の開口に対向させてアクチュエータ２３を作動すると、移動体２２Ａがガイドセル２１に沿って＋Ｘ方向に前進移動し、移動体２２Ａからロックボルト３０３に推進力ＦＷ（図８参照）が伝達されることにより、ロックボルト３０３の先端側が孔３０１内に挿入され始める。この際、ロックボルト３０３の先端側は孔３０１の内周面に接触していないため、図８に示す時刻ｔ０では、何れのロードセル８１Ａ～８１Ｄも荷重ＦＣを検出しない状態にある。

【0070】

図７に示す例では、ロックボルト３０３は、略水平方向に削孔された孔３０１に、軸線方向ＸＡが孔３０１の軸線方向ＸＨに対して斜め上方に傾いた状態で挿入されている。このため、図７（Ｂ）に示すように、ロックボルト３０３が孔３０１内を＋Ｘ方向に前進すると、ロックボルト３０３の先端側は孔３０１の上側内周面に角度をもって接触することになる。

【0071】

この状態からロックボルト３０３をさらに前進させると、図７（Ｃ）に示すように、ロックボルト３０３の先端側は孔３０１の上側内周面に摺接しながら次第に－Ｚ方向（図示例では下方）に押し下げられる。すなわち、ボルト支持部２５に支持されているロックボルト３０３が、貫通孔２５Ａ内を下側ロードセル８１Ａに向けて変位し、下側ロードセル８１Ａのロードボタン８３を押圧することにより、下側ロードセル８１Ａが荷重ＦＣを検出することになる。この場合、制御装置１００は、孔３０１の軸線方向ＸＨがロックボルト３０３の軸線方向ＸＡに対して－Ｚ方向（図示例では下方）に傾いていると判定する。

【0072】

より詳しくは、図８に示す時刻ｔ１にて、ロックボルト３０３の先端側が孔３０１の上側内周面に接触すると、下側ロードセル８１Ａにより検出される荷重ＦＣは次第に増加する。また、アクチュエータ２３が、油圧や空圧により作動する流体圧式シリンダの場合、アクチュエータ２３の推進力ＦＣも、孔３０１の上側内周面からロックボルト３０３を介して伝達される抵抗力により次第に増加し始める。時刻ｔ１から増加し始めた荷重ＦＣが、時刻ｔ２にて所定の判定閾値ＦＣ_Ｖに達すると、制御装置１００は、ロックボルト３０３の軸線方向ＸＡに対して孔３０１の軸線方向ＸＨが－Ｚ方向（下方）に傾いていると判定する。

【0073】

軸線方向ＸＨが軸線方向ＸＡに対して－Ｚ方向に傾いていると判定すると、制御装置１００は、旋回装置５１，５２や傾動装置５３の作動を制御し、図７（Ｄ）に示すように、ロックボルト３０３の軸線方向ＸＡが孔３０１の軸線方向ＸＨと略一致するように、ボルト送り出し装置２０の姿勢を調整する。具体的には、図８の時刻ｔ３に示すように、制御装置１００は、全てのロードセル８１Ａ～８１Ｄが荷重ＦＣを検出しない状態となるように、旋回装置５１，５２や傾動装置５３の作動を制御する。ボルト送り出し装置２０の姿勢を調整したならば、制御装置１００は、ロックボルト３０３をさらに＋Ｘ方向に前進させ、ロックボルト３０３の先端が孔３０１の底部側に到達すると自動挿入制御を終了する。

【0074】

このように、ロックボルト３０３の挿入動作と並行して軸線傾き判定を行うと共に、軸線傾き判定の判定結果に基づいてボルト送り出し装置２０の姿勢を適宜に調整することにより、ロックボルト３０３を変形又は破損させることなく、孔３０１の底部側まで確実に挿入できるようになる。また、事前に孔３０１の軸線方向ＸＨを計測する必要がないため、作業効率や生産性を確実に向上することが可能になる。

【0075】

なお、図７，８では、孔３０１の軸線方向ＸＨがロックボルト３０３の軸線方向ＸＡに対して－Ｚ方向に傾いている場合を一例に説明したが、当然ながら、他の方向に傾いている場合も判定可能である。

【0076】

例えば、図９に示すように、各ロードセル８１Ａ～８１Ｄのうち、上側ロードセル８１Ｂのみが荷重ＦＣを検出した場合、制御装置１００は、ロックボルト３０３の軸線方向ＸＡに対して孔３０１の軸線方向ＸＨが＋Ｚ方向（ガイドセル２１が水平方向に向いている場合は上方）に傾いていると判定する。図１０に示すように、各ロードセル８１Ａ～８１Ｄのうち、右側ロードセル８１Ｃのみが荷重ＦＣを検出した場合、制御装置１００は、ロックボルト３０３の軸線方向ＸＡに対して孔３０１の軸線方向ＸＨが＋Ｙ方向（ガイドセル２１が水平方向に向いている場合は右方）に傾いていると判定する。図１１に示すように、各ロードセル８１Ａ～８１Ｄのうち、左側ロードセル８１Ｄのみが荷重ＦＣを検出した場合、制御装置１００は、ロックボルト３０３の軸線方向ＸＡに対して孔３０１の軸線方向ＸＨが－Ｙ方向（ガイドセル２１が水平方向に向いている場合は左方）に傾いていると判定する。

【0077】

図１２に示すように、各ロードセル８１Ａ～８１Ｄのうち、下側ロードセル８１Ａ及び右側ロードセル８１Ｃが荷重ＦＣを検出し、上側ロードセル８１Ｂ及び左側ロードセル８１Ｄが荷重ＦＣを検出しない場合、制御装置１００は、ロックボルト３０３の軸線方向ＸＡに対して孔３０１の軸線方向ＸＨが＋Ｙ－Ｚ方向（ガイドセル２１が水平方向に向いている場合は右斜め下方）に傾いていると判定する。図１３に示すように、各ロードセル８１Ａ～８１Ｄのうち、下側ロードセル８１Ａ及び左側ロードセル８１Ｄが荷重ＦＣを検出し、上側ロードセル８１Ｂ及び右側ロードセル８１Ｃが荷重ＦＣを検出しない場合、制御装置１００は、ロックボルト３０３の軸線方向ＸＡに対して孔３０１の軸線方向ＸＨが－Ｙ－Ｚ方向（ガイドセル２１が水平方向に向いている場合は左斜め下方）に傾いていると判定する。

【0078】

図１４に示すように、各ロードセル８１Ａ～８１Ｄのうち、上側ロードセル８１Ｂ及び右側ロードセル８１Ｃが荷重ＦＣを検出し、下側ロードセル８１Ａ及び左側ロードセル８１Ｄが荷重ＦＣを検出しない場合、制御装置１００は、ロックボルト３０３の軸線方向ＸＡに対して孔３０１の軸線方向ＸＨが＋Ｙ＋Ｚ方向（ガイドセル２１が水平方向に向いている場合は右斜め上方）に傾いていると判定する。図１５に示すように、各ロードセル８１Ａ～８１Ｄのうち、上側ロードセル８１Ｂ及び左側ロードセル８１Ｄが荷重ＦＣを検出し、下側ロードセル８１Ａ及び右側ロードセル８１Ｃが荷重ＦＣを検出しない場合、制御装置１００は、ロックボルト３０３の軸線方向ＸＡに対して孔３０１の軸線方向ＸＨが－Ｙ＋Ｚ方向（ガイドセル２１が水平方向に向いている場合は左斜め下方）に傾いていると判定する。

【0079】

［障害物判定］
図１６は、障害物判定の処理の流れをボルト送り出し装置２０の動作に基づいて説明する模式図であり、図１７は、障害物判定の処理の流れを説明するタイミングチャートである。なお、図１６の左側はボルト送り出し装置２０の側面図、右側はボルト支持部２５を軸線方向から視た正面図を示している。図１７のタイミングチャートにおいて、時刻ｔ０は図１６（Ａ）の状態に対応し、時刻ｔ１は図１６（Ｂ）の状態に対応し、時刻ｔ４～ｔ５は図１６（Ｃ）の状態に対応する。

【0080】

図１６において、孔３０１内の障害物Ｓは、崩落等で生じた小石を示しているが、障害物Ｓには、削孔時に何らかの要因で十分な削岩ができずに、孔径が他の部分よりも極端に小さくなっている箇所なども含まれる。また、ロックボルト３０３の軸線方向ＸＡは、孔３０１の軸線方向ＸＨと略一致しているものとする。また、推進装置２２のアクチュエータ２３は、電動モータを用いることもできるが、以下の説明では、油圧や空圧により作動する流体圧式シリンダが用いられるものとする。

【0081】

図１６（Ａ）に示すように、ロックボルト３０３の先端を孔３０１の開口に対向させてアクチュエータ２３を作動すると、移動体２２Ａがガイドセル２１に沿って前進移動し、移動体２２Ａからロックボルト３０３に推進力ＦＷが伝達されることにより、ロックボルト３０３の先端側が孔３０１内に挿入され始める。この際、ロックボルト３０３の先端は孔３０１内の障害物Ｓに接触していないため、図８に示す時刻ｔ０では、アクチュエータ２３の推進力ＦＷは変化しない。また、何れのロードセル８１Ａ～８１Ｄも荷重ＦＣを検出しない状態にある。

【0082】

図１６（Ｂ）に示すように、ロックボルト３０３の先端が障害物Ｓに当接すると、ロックボルト３０３の前進が妨げられるようになる。ロックボルト３０３の前進が妨げられると、アクチュエータ２３の推進力ＦＣは、障害物Ｓからロックボルト３０３及び移動体２２Ａを介して伝達される抵抗力により、次第に増加し始める。具体的には、図１７の時刻ｔ０～ｔ１の期間に亘って略一定であった推進力ＦＣが、時刻ｔ１から次第に増加するようになる。

【0083】

制御装置１００は、時刻ｔ１から増加し始めた推進力ＦＣが、時刻ｔ２にて所定の判定閾値ＦＷ_Ｖに到達し、且つ、何れのロードセル８１Ａ～８１Ｄも荷重ＦＣを検出しない場合には、孔３０１内にロックボルト３０３の前進を妨げる障害物Ｓがあると判定する。この際、制御装置１００は、好ましくは、その時のロックボルト３０３の送り出し量Ｌ（図１６参照）を記憶する。送り出し量Ｌは、例えば、アクチュエータ２３のストローク量から取得すればよい。送り出し量Ｌを記憶することにより、障害物Ｓが孔３０１のどの位置に存在するかを容易に把握できるようになり、後述する自動挿入制御の中断期間（時刻ｔ４～ｔ５）に孔３０１内から障害物Ｓを取り除く際の作業効率を向上することができる。

【0084】

孔３０１内に障害物Ｓがあると判定すると、制御装置１００は、アクチュエータ２３により移動体２２Ａを後進させ、ロックボルト３０３を孔３０１から引き抜くことにより、自動挿入制御を中断する。時刻ｔ４～ｔ５の中断期間に、孔３０１内から障害物Ｓが取り除かれると、制御装置１００は、図１６（Ｄ）に示すように、ロックボルト３０３を孔３０１に再度挿入することにより自動挿入制御を再開する。ロックボルト３０３の先端が孔３０１の底部側に到達すると、制御装置１００は自動挿入制御を終了する。

【0085】

このように、ロックボルト３０３の挿入動作と並行して障害物判定を行うと共に、孔３０１内に障害物Ｓがあると判定した場合には、自動挿入制御を中断して障害物Ｓを取り除いた後に、自動挿入制御を再開することにより、ロックボルト３０３を変形又は破損させることなく、孔３０１の所望位置まで確実に挿入できるようになる。

【0086】

なお、障害物判定は、アクチュエータ２３の推進力ＦＣに基づいて判定するものとして説明したが、アクチュエータ２３のストローク量に基づいて判定してもよい。この場合、ストローク量が所定期間、所定量以上変化しない場合に障害物Ｓがあると判定すればよい。また、アクチュエータ２３が電動モータの場合は、エンコーダ等によりロックボルト３０３の送り出し量を取得し、送り出し量が所定期間、所定量以上変化しない場合に障害物Ｓがあると判定すればよい。

【0087】

次に、図１８のフローチャートに基づいて、制御装置１００のＣＰＵが実行する自動挿入制御のルーチンを説明する。なお、自動挿入制御のルーチンは、ロックボルト３０３を挿入する場合も注入ロッド３４を挿入する場合も同様の内容となるため、以下ではロックボルト３０３の挿入を一例に説明する。本ルーチンは、ロックボルト３０３の先端が孔３０１の開口と対向すると開始する。

【0088】

ステップＳ１００では、制御装置１００は、アクチュエータ２３を作動させ、移動体２２Ａをガイドセル２１に沿って前進させることにより、ロックボルト３０３の孔３０１への挿入動作を開始する。

【0089】

ステップＳ１１０では、制御装置１００は、ロードセル８１Ａ～８１Ｄが荷重ＦＣを検出したか否かを判定する。各ロードセル８１Ａ～８１Ｄのうち、少なくとも一つのロードセル８１が荷重ＦＣを検知した場合（Ｙｅｓ）、制御装置１００は、その処理をステップＳ１２０に進める。一方、全てのロードセル８１Ａ～８１Ｄが荷重ＦＣを検出しない場合（Ｎｏ）、制御装置１００は、その処理をステップＳ２００に進める。

【0090】

ステップＳ１２０では、制御装置１００は、ロードセル８１により検出される荷重ＦＣが所定の判定閾値に達したか否かを判定する。荷重ＦＣが判定閾値に達した場合（Ｙｅｓ）、制御装置１００は、その処理をステップＳ１３０に進める。一方、荷重ＦＣが判定閾値ＦＣ_Ｖに達していない場合（Ｎｏ）、制御装置１００は、その処理をステップＳ１１０に戻す。

【0091】

ステップＳ１３０では、制御装置１００は、ロックボルト３０３の軸線方向ＸＡに対して孔３０１の軸線方向ＸＨが傾いている方向を特定する軸線傾き判定を実行する。次いで、ステップＳ１４０では、制御装置１００は、ステップＳ１３０の判定結果に基づいて、ロックボルト３０３の軸線方向ＸＡが孔３０１の軸線方向ＸＨと略一致するように、ボルト送り出し装置２０の姿勢を調整する。

【0092】

ステップＳ１５０では、全てのロードセル８１Ａ～８１Ｄが荷重ＦＣを検出しない状態になったか否かを判定する。全てのロードセル８１Ａ～８１Ｄが荷重ＦＣを検出しない場合（Ｙｅｓ）、制御装置１００は、その処理をステップＳ１６０に進める。一方、全てのロードセル８１Ａ～８１Ｄのうち、少なくとも一つが荷重ＦＣを検出する場合（Ｎｏ）、制御装置１００は、その処理をステップＳ１４０に戻す。

【0093】

ステップＳ１６０では、制御装置１００は、アクチュエータ２３の作動を継続し、ロックボルト３０３をさらに前進させる。ステップＳ１７０では、制御装置１００は、ロックボルト３０３の先端が孔３０１の底部側に到達したか否かを判定する。到達したか否かは、アクチュエータ２３が流体圧式シリンダであれば、ピストンのストローク量に基づいて判定すればよく、アクチュエータ２３が電動モータであれば、エンコーダにより取得されるロックボルト３０３の送り出し量に基づいて判定すればよい。ロックボルト３０３の先端が孔３０１の底部側に到達した場合（Ｙｅｓ）、制御装置１００は本ルーチンを終了する。一方、ロックボルト３０３の先端が孔３０１の底部側に到達していない場合（Ｎｏ）、制御装置１００はその処理をステップＳ１１０に戻す。

【0094】

ステップＳ１１０からステップＳ２００に進むと、制御装置１００は、アクチュエータ２３の推進力ＦＷが増加したか否かを判定する。アクチュエータ２３の推進力ＦＷが増加した場合（Ｙｅｓ）、制御装置１００は、その処理をステップＳ２１０に進める。一方、アクチュエータ２３の推進力ＦＷが増加していない場合（Ｎｏ）、すなわち、推進力ＦＷが略一定の場合、制御装置１００は、その処理をステップＳ１６０に進める。

【0095】

ステップＳ２１０では、制御装置１００は、アクチュエータ２３の推進力ＦＷが所定の判定閾値に達したか否かを判定する。推進力ＦＷが判定閾値に達した場合（Ｙｅｓ）、制御装置１００は、その処理をステップＳ２２０に進める。一方、推進力ＦＷが判定閾値ＦＷ_Ｖに達していない場合（Ｎｏ）、制御装置１００は、その処理をステップＳ２００に戻す。

【0096】

ステップＳ２２０では、制御装置１００は、孔３０１内にロックボルト３０３の挿入を妨げる障害物Ｓがあると判定する障害物判定を実行する。次いで、ステップＳ２３０では、制御装置１００は、アクチュエータ２３により推進装置２２を後進させ、ロックボルト３０３を孔３０１から引き抜くことにより、自動挿入制御を中断し、本ルーチンを一旦終了する。自動挿入制御の中断期間中に、孔３０１から障害物Ｓが取り除かれると、制御装置１００は、本ルーチンをステップＳ１００から再度開始することにより、自動挿入制御を再開する。

【0097】

以上詳述した本実施形態によれば、ロックボルト３０３や注入ロッド３４は、ガイドセル２１，３１の先端側に設けられた支持部２５，３５の貫通孔２５Ａ，３５Ａ内に、軸線方向に移動可能、且つ、径方向に変位可能に支持される。貫通孔２５Ａ，３５Ａには、ロックボルト３０や注入ロッド３４の径方向への変位に伴い荷重ＦＣを検出する複数のロードセル８１，９１が設けられており、挿入動作中にロードセル８１，９１が荷重ＦＣを検出することにより、孔３０１の軸線方向ＸＨを把握できるように構成されている。また、ロードセル８１，９１により検出される荷重ＦＣの変化、及び、アクチュエータ２３，３３の推進力ＦＷの変化に基づいて、孔３０１内にロックボルト３０３や注入ロッド３４の前進を妨げる障害物Ｓが存在するかを把握できるように構成されている。

【0098】

これにより、事前に孔３０１内の計測を行うことなく、挿入動作と並行しながら孔３０１の軸線方向ＸＨや障害物Ｓ等の内部状況を把握しつつ、それらの情報を挿入動作に反映させることが可能となり、作業効率及び生産性を確実に向上することができる。また、ロックボルト３０３や注入ロッド３４を変形させたり、破損させたりすることなく、孔３０１内の所望位置まで確実に挿入することも可能になる。

【0099】

［その他］
なお、本開示は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。

【0100】

例えば、上記実施形態において、ロックボルト３０３や注入ロッド３４の挿入時に、ボルト送り出し装置２０や充填剤注入装置３０の姿勢は、制御装置１００によって自動的に調整されるものとして説明したが、軸線傾き判定や障害物判定の判定結果を表示装置１２０に表示し、オペレータが表示装置１２０を確認しながら操作装置１３０を操作する手動制御により調整するようにしてもよい。

【0101】

また、上記実施形態において、ボルト送り出し装置２０や充填剤注入装置３０は、作業車両１のブーム５，６の先端に取り付けられており、姿勢調整や位置調整は機械的に行われるものとして説明したが、これらボルト送り出し装置２０や充填剤注入装置３０の姿勢調整及び、位置調整を作業員の人力により行うようにしてもよい。この場合、作業員は、表示装置１２０に表示される軸線傾き判定や障害物判定の結果を確認しながら挿入作業を行えばよい。

【0102】

また、上記実施形態において、センサ部８０，９０は、ロードセル８１，９１を用いるものとして説明したが、ロックボルト３０３や注入ロッド３４の貫通孔２５Ａ，３５Ａ内における径方向への変位を検出可能なセンサであれば、電気抵抗式ひずみゲージ、光ファイバ式ひずみゲージ、レーザ変位センサ等を用いることも可能である。

【0103】

また、本開示の技術は、切羽に削孔した装薬孔に爆薬を装填する装填ノズル、法面等に打ち込まれるアンカーボルトなど、ロックボルト３０３や注入ロッド３４以外の他の棒状部材を孔に挿入する場合にも広く適用することが可能である。

【符号の説明】

【0104】

１…作業車両，５…第１ブーム，６…第２ブーム，１０…ロックボルト施工装置，２０…ボルト送り出し装置，２１…ガイドセル，２２…推進装置，２２Ａ…移動部材，２３…アクチュエータ，２５…ボルト支持部，２５Ａ…貫通孔，３０…充填剤注入装置，３１…ガイドセル，３２…推進装置，３２Ａ…移動部材，３３…アクチュエータ，３４…注入ロッド，３５…ロッド支持部，３５Ａ…貫通孔，５０…連結機構，５１…第１旋回装置，５２…第２旋回装置，５３…傾動装置，６０…連結機構，６１…第１旋回装置，６２…第２旋回装置，６３…傾動装置，８０…第１センサ部，８１…ロードセル，９０…第２センサ部，９１…ロードセル，１００…制御装置，１２０…表示装置，１３０…操作装置，３００…支保構造，３０１…孔，３０２…充填剤，３０３…ロックボルト

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】