特許 7194636 削孔位置決め方法および削孔位置決め制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-12-14

(45)【発行日】2022-12-22

(54)【発明の名称】削孔位置決め方法および削孔位置決め制御装置

(51)【国際特許分類】

   E21B 7/02 20060101AFI20221215BHJP

   E21D 9/00 20060101ALI20221215BHJP

【ＦＩ】

E21B7/02

E21D9/00 C

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2019087831

(22)【出願日】2019-05-07

(65)【公開番号】P2020183647

(43)【公開日】2020-11-12

【審査請求日】2022-02-15

(73)【特許権者】

【識別番号】000002299

【氏名又は名称】清水建設株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】591284601

【氏名又は名称】株式会社演算工房

(73)【特許権者】

【識別番号】595056675

【氏名又は名称】サンドビック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100161506

【弁理士】

【氏名又は名称】川渕 健一

(74)【代理人】

【識別番号】100161207

【弁理士】

【氏名又は名称】西澤 和純

(72)【発明者】

【氏名】垣見 康介

(72)【発明者】

【氏名】福田 毅

(72)【発明者】

【氏名】楠本 太

(72)【発明者】

【氏名】大坪 宏行

(72)【発明者】

【氏名】荒井 匠

(72)【発明者】

【氏名】谷村 浩輔

(72)【発明者】

【氏名】林 稔

(72)【発明者】

【氏名】古後 健太

(72)【発明者】

【氏名】松本 啓志

(72)【発明者】

【氏名】大久保 雅宏

【審査官】小倉 宏之

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－０７８６６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－２２０６２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－２２９８３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２１７０１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２１６１８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－０２１２９９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ２１Ｂ ７／０２

Ｅ２１Ｄ ９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

トンネル工事に使用される削岩機が切羽面を削孔する際に、削孔する位置を算出する削孔位置決め方法であって、
前記切羽面の外周に設定される余掘り評価範囲における余掘り量の平均余掘り深さを算出する平均余掘り深さ算出工程と、
算出された前記平均余掘り深さと、前回の削孔の差し角と、に基づいて、今回の削孔の差し角を算出する差し角算出工程と、
を備えることを特徴とする削孔位置決め方法。

【請求項2】

前記差し角算出工程は、
算出された前記今回の削孔の差し角が予め定めた最小差し角未満となる場合は、
差し角を前記最小差し角にし、
前記削孔する位置である孔口を、前記平均余掘り深さに基づいて、前記切羽面の半径方向の内面側に移動させる位置移動量を算出する位置移動量算出工程を
含むことを特徴とする請求項１に記載の削孔位置決め方法。

【請求項3】

前記前回の削孔の差し角をθ_ｎ、前記平均余掘り深さをΔ_ｎ、前記今回の削孔の差し角をθ_ｎ＋１、1発破進行長をｌ、設定値をα（≦１）、β（≦１）とすると、
前記位置移動量算出工程は、α×ｌ×ｔａｎθ_ｎ＋１＝α×ｌ×ｔａｎθ_ｎ－β×Δ_ｎで表される式により前記位置移動量β×Δ_ｎを算出する工程である
ことを特徴とする請求項２に記載の削孔位置決め方法。

【請求項4】

トンネル工事に使用される削岩機が切羽面を削孔する際に、削孔する位置を算出する削孔位置決め制御装置であって、
前記切羽面の外周に設定される余掘り評価範囲における余掘り量の平均余掘り深さを算出する平均余掘り深さ算出部と、
算出された前記平均余掘り深さと、前回の削孔の差し角と、に基づいて、今回の削孔の差し角を算出する差し角算出部と、
を備えることを特徴とする削孔位置決め制御装置。

【請求項5】

前記差し角算出部は、
算出された前記今回の削孔の差し角が予め定めた最小差し角未満となる場合は、
差し角を前記最小差し角にし、
前記削孔する位置である孔口を、前記平均余掘り深さに基づいて、前記切羽面の半径方向の内面側に移動させる位置移動量を算出する
ことを特徴とする請求項４に記載の削孔位置決め制御装置。

【請求項6】

前記前回の削孔の差し角をθ_ｎ、前記平均余掘り深さをΔ_ｎ、前記今回の削孔の差し角をθ_ｎ＋１、1発破進行長をｌ、設定値をα（≦１）、β（≦１）とすると、
前記差し角算出部は、α×ｌ×ｔａｎθ_ｎ＋１＝α×ｌ×ｔａｎθ_ｎ－β×Δ_ｎで表される式により前記位置移動量β×Δ_ｎを算出する
ことを特徴とする請求項５に記載の削孔位置決め制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、削孔位置決め方法および削孔位置決め制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、トンネル掘削工事の削孔作業においては、ドリフター（削岩機）が一般的に用いられている（特許文献１参照）。ドリフターを用いたトンネル内の削孔作業では、トンネルの切羽の前面側において、施工重機であるドリルジャンボのブーム先端のガイドセル上にドリフターが配置される。そして、削岩機の出力軸はカップリングを介して軸心Ｚの方向に延びるロッドと連結しており、ロッドの最先端には削孔ビットが取り付けられている。

【0003】

ドリフターはその構造上、切羽の最外周部に対して垂直に穿孔することは不可能であり、差し角が生じる。この差し角は余掘りとなるが、この差し角をトンネル軸に対して平行となるように小さくすることは困難であった。このため、削岩機を用いた長孔発破による合理化施工では、余掘り量が増大し、この結果、吹付けコンクリートなどの材料のコストアップを招来する要因となっていた。

【0004】

すなわち、コンピュータジャンボ（ドリルジャンボ）を使用することで、あらかじめ決められた発破パターンに従って、削孔ビットの始点（削孔始点）の位置を、切羽における最外周孔とし、差し角をトンネル軸に対して平行となるように３°くらいに小さくすることにより、ある程度、精度よく削孔し、発破することはできていた。
ここで、「発破パターン」には、削孔機が切羽を削孔する際の位置制御情報として、削孔ビットの切羽面における削孔始点の位置（孔口位置とも言う）、および削孔の差し角が含まれている。また、「最外周孔」とは、差し角を最小にした状態で、削孔機が切羽を削孔することができる、切羽の最外周部より内側の位置（所定位置）に位置する孔口を言う。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１５－１２１０４４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかし、あらかじめ決められた発破パターンでは、地山が不均質な場合に余掘り量が局所的に大きくなることがある。その結果、掘削ずりの増大や吹付けコンクリート厚さの増大を招くこととなり、トンネル施工の生産性を低下させる一因となっていた。

【0007】

本発明は、上記の事情を考慮してなされたものであり、余掘り量に応じて余掘りを低減させるように、最外周孔の差し角を自動で変更することを可能とする、削孔位置決め方法および削孔位置決め制御装置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】

上記課題を解決するため本発明の一態様は、トンネル工事に使用される削岩機が切羽面を削孔する際に、削孔する位置を算出する削孔位置決め方法であって、前記切羽面の外周に設定される余掘り評価範囲における余掘り量の平均余掘り深さを算出する平均余掘り深さ算出工程と、算出された前記平均余掘り深さと、前回の削孔の差し角と、に基づいて、今回の削孔の差し角を算出する差し角算出工程と、を備えることを特徴とする削孔位置決め方法である。

【0009】

また、本発明の一態様は、上記削孔位置決め方法であって、前記差し角算出工程は、算出された前記今回の削孔の差し角が予め定めた最小差し角未満となる場合は、差し角を前記最小差し角にし、前記削孔する位置である孔口を、前記平均余掘り深さに基づいて、前記切羽面の半径方向の内面側に移動させる位置移動量を算出する位置移動量算出工程を含むことを特徴とする。

【0010】

また、本発明の一態様は、上記削孔位置決め方法であって、前記前回の削孔の差し角をθ_ｎ、前記平均余掘り深さをΔ_ｎ、前記今回の削孔の差し角をθ_ｎ＋１、1発破進行長をｌ、設定値をα（≦１）、β（≦１）とすると、前記位置移動量算出工程は、α×ｌ×ｔａｎθ_ｎ＋１＝α×ｌ×ｔａｎθ_ｎ－β×Δ_ｎで表される式により前記位置移動量β×Δ_ｎを算出する工程であることを特徴とする。

【0011】

また、本発明の一態様は、トンネル工事に使用される削岩機が切羽面を削孔する際に、削孔する位置を算出する削孔位置決め制御装置であって、前記切羽面の外周に設定される余掘り評価範囲における余掘り量の平均余掘り深さを算出する平均余掘り深さ算出部と、算出された前記平均余掘り深さと、前回の削孔の差し角と、に基づいて、今回の削孔の差し角を算出する差し角算出部と、を備えることを特徴とする削孔位置決め制御装置である。

【0012】

また、本発明の一態様は、上記削孔位置決め制御装置であって、前記差し角算出部は、算出された前記今回の削孔の差し角が予め定めた最小差し角未満となる場合は、差し角を前記最小差し角にし、前記削孔する位置である孔口を、前記平均余掘り深さに基づいて、前記切羽面の半径方向の内面側に移動させる位置移動量を算出することを特徴とする。

【0013】

また、本発明の一態様は、上記削孔位置決め制御装置であって、前記前回の削孔の差し角をθ_ｎ、前記平均余掘り深さをΔ_ｎ、前記今回の削孔の差し角をθ_ｎ＋１、1発破進行長をｌ、設定値をα（≦１）、β（≦１）とすると、前記差し角算出部は、α×ｌ×ｔａｎθ_ｎ＋１＝α×ｌ×ｔａｎθ_ｎ－β×Δ_ｎで表される式により前記位置移動量β×Δ_ｎを算出することを特徴とする。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、余掘り量に応じて余掘りを低減させるように、最外周孔の差し角を自動で変更することを可能とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】初期の発破パターンの模式図を示す図である。

【図2】余掘りに応じて各削孔位置での差し角を変更した模式図を示す図である。

【図3】縦断方向からみた差し角変更前後の模式図を示す図である。

【図4】本発明の実施形態の構成例を説明するための模式図である。

【図5】図４に示す装置を用いたときの発破パターンを説明するための模式図である。

【図6】図４に示す装置を用いたときの発破パターンを説明するための模式図である。

【図7】本発明の実施形態の構成例を用いたときの発破パターン生成処理を説明するためのフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は、初期の発破パターンの模式図を示す図である。また、図２は、余掘りに応じて各削孔位置での差し角を変更した模式図を示す図である。また、図３は、縦断方向からみた差し角変更前後の模式図を示す図である。
まず、図１～図３を用いて、本発明の概念について説明する。

【0017】

発破後に切羽の三次元形状を３Ｄ（３次元）スキャナ等の方法を用いてデータ取得することで設計に対してどの程度の余掘りが発生しているのか定量的に把握することができる。
この余掘り量に応じて余掘りを低減させるように最外周孔の差し角を自動で変更するシステムを考案した。その概念は、図１～図３のとおりである。
ここで、図１、図２は、いずれもトンネルの切羽の前面側から見たときの切羽の円周面（切羽面）の１／４の横断図（トンネル方向に対して垂直な断面図）を示している。また、切羽の円周面とは、図１、図２で示す横軸ＳＬと縦軸ＣＬとの交点を原点Ｏとして、トンネルの半径で円周を描いたときの設計堀削面（あるいは設計吹付け面）を言う。
また、図１、図２においては、切羽の円周面における削孔始点Ｐ１～Ｐ７を表している。ここで、削孔始点Ｐ１～Ｐ７は、切羽面における最外周孔の位置を表している。

【0018】

図１において、削孔始点Ｐ１～Ｐ７に対応して設けられ、トンネル工事に使用される削岩機の削孔ビットは、設計堀削面の外周側に存在する余掘りを、差し角を変更しないで行うため、余掘量が多い状態となってしまう場所が発生してしまう。すなわち、図１に示すように、削孔始点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ５に対応する余掘量は大きな値となっており、Ｐ３，Ｐ４、Ｐ６、Ｐ７に対応する余掘量は適切な（概ね余掘量がゼロ）余掘量となっている。

【0019】

そのため、図２において、削孔始点Ｐ１～Ｐ７に対応して設けられる削岩機の削孔ビットは、設計堀削面の外周側に存在する余掘りを、余掘量に応じて低減させるように、差し角を変更して行うため、余掘量が多い状態となってしまう場所の余掘量を低減できる。すなわち、図２に示すように、削孔始点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ５に対応する余掘量は大きな値となっているため、差し角を変更する。一方、Ｐ３，Ｐ４、Ｐ６、Ｐ７に対応する余掘量は適切な（概ね余掘量がゼロ）余掘量となっているため、差し角の変更を行わない。

【0020】

また、図３は差し角変更前後の縦断図（トンネル方向に対して平行な断面図）を示している。ここでは、図２に示した削孔始点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ５のうちの一つの削孔始点を示している。また、図３に示す切羽面（切羽鏡面）より左側の部分では、吹付けコンクリート、及び鋼アーチ支保工が施されている状態を示している。一方、切羽面より右側の部分では、余掘りを示す余掘り範囲において、余掘り量が大きな値となっている状態を示している。
すなわち、削孔始点に対応して設けられる削岩機の削孔ビットは、設計堀削面の外周側に存在する余掘りを、余掘量に応じて低減させるように、差し角を変更して行うため、余掘量が多い状態となってしまう場所の余掘量を低減できる。

【0021】

続いて、図４～図６を参照しつつ、以上説明した余掘量が多い状態となってしまう場所の余掘量を低減する処理について説明する。図４は、本発明の実施形態の構成例を説明するための模式図である。また、図５、図６は、図４に示す装置を用いたときの発破パターンを説明するための模式図である。
図４に示すように、本実施形態における差し角変更システム１００は、３Ｄスキャナ部１０と、削孔位置決め制御装置２０と、サーボ機構３０と、を含んで構成される。

【0022】

３Ｄスキャナ部１０は、公知の装置であり、発破後に切羽の三次元形状を３Ｄ（３次元）スキャナ等の方法を用いてデータ取得する。
サーボ機構３０は、公知の装置であり、削岩機内に内蔵され、削孔位置決め制御装置２０からの位置制御信号（最外周孔の位置、および差し角）に基づいて、削岩機の削孔ビットを所定の削孔位置（最外周孔の位置）に誘導して位置決めし、削孔ビットによる削孔を実行する機能を有する。

【0023】

削孔位置決め制御装置２０は、平均余掘り深さ算出部２１と、差し角算出部２２と、記憶部２３と、を含んで構成される。
平均余掘り深さ算出部２１は、３Ｄスキャナ部１０から取得したデータから、設計掘削面に対して、どの程度の余掘りが発生しているのか定量的に把握する。
そして、平均余掘り深さ算出部２１は、切羽面の外周に設定される余掘り評価範囲における余掘り量の平均余掘り深さを算出する。

【0024】

差し角算出部２２は、位置制御信号（削孔位置、および削孔の差し角）を、サーボ機構３０に出力する。
また、差し角算出部２２は、平均余掘り深さ算出部２１が算出した平均余掘り深さと、前回の削孔の差し角と、に基づいて、今回の削孔の差し角を算出する。

【0025】

記憶部２３は、差し角算出部２２が算出した、前回の削孔位置および前回の削孔の差し角を、余掘り評価範囲ごとに記憶する。
差し角算出部２２は、記憶部２３が記憶する前回の削孔位置および前回の削孔の差し角に基づいて、余掘り評価範囲に対応する、今回の削孔位置および今回の削孔の差し角を算出する。

【0026】

以下、削孔位置決め制御装置２０について、余掘り評価範囲のより具体的な構成を、図５、図６を参照しつつ説明する。
図５（ａ）は、発破パターンにおける削孔始点Ｐ１～Ｐ１３（図１あるいは図２の削孔始点Ｐ１～Ｐ７に対応する）の横断図を示している。また、図５（ｂ）は、削孔始点Ｐ７における切羽（前回切羽および今回切羽）の縦断図を示している。また、図６は、削孔始点Ｐ７における前回削孔および今回削孔における差し角（差し角θ_ｎおよび差し角θ_ｎ＋１）を示している。

【0027】

図５（ａ）においては、設計堀削面（あるいは設計吹付け面）の中心座標を原点Ｏとして示しており、余掘り評価範囲Ｎｏ．１～Ｎｏ．７の、実堀削面と設計堀削面との間に存在する余掘りを示している。
また、図中の１２００は、設計堀削面の円形における余掘り評価範囲の角度Θを１２度とした場合、１２度×削孔始点数１５＝１８０度となるように決められた数値である。
ここで、削孔始点数１５とは、余掘り評価範囲１３個に対応する削孔始点Ｐ１～Ｐ１３の１３個と、２個（削孔始点Ｐ１の半時計回り側に存在する削孔始点Ｐ０と、削孔始点Ｐ１３の時計回り側に存在する削孔始点Ｐ１４）とを合計した値である。

【0028】

また、設計堀削面（あるいは設計吹付け面）は、角度Θ（＝１２度）×削孔始点数１５＝１８０度で表される、原点Ｏを通過する水平線より上側の半円形を含んだ形状となる。
つまり、設計堀削面（あるいは設計吹付け面）は、例えば、原点Ｏより上側の半径５７００（ｍｍ）の半円形と、原点Ｏより下側の高さ２２００（ｍｍ）の直線と、を有した構成である。

【0029】

すなわち、削孔始点数１３に対応する余掘り評価範囲Ｎｏ．１～Ｎｏ．１３各々は、原点Ｏの時計回りに角度Θ＝１２度の範囲において、設計堀削面の外周側に存在する余掘りを、トンネル方向に対して垂直方向に有している。
なお、余掘り評価範囲Ｎｏ．１～Ｎｏ．１３に対応して設定される削孔始点Ｐ１～Ｐ１３は、設計堀削面の円形の原点Ｏからの位置が、削孔始点が所定の位置となるように（最外周孔となるように）設定されている。

【0030】

また、図５（ｂ）においては、トンネル方向における余掘り評価範囲をｌ＝１０００（ｍｍ）×設定値α（＝１）とした場合の、上記Θ＝９０度の場合（すなわち、トンネル方向に対して垂直な面のうち上下方向における余掘り評価範囲Ｎｏ．７）の前回切羽と今回切羽を表している。
なお、図５（ｂ）は、図６に示す前回削孔での削項長（今回削孔で示す直線の削孔始点Ｐ７からの距離）が１１００（ｍｍ）であったことを示している。

【0031】

図６においては、削孔始点Ｐ７における前回の差し角θ_ｎと、今回の差し角θ_ｎ＋１と、を示している。
ここで、前回の差し角θ_ｎに対応する削孔始点Ｐ７の位置は、図６に示す前回切羽における最外周孔の位置を示している。
また、今回の差し角θ_ｎ＋１に対応する削孔始点Ｐ７の位置は、図６に示す今回切羽における最外周孔の位置を示している。

【0032】

また、図６においては、削孔始点Ｐ７を含んだ余掘り評価範囲における、前回削孔での差し角θ_ｎにより削孔した場合の平均余掘り深さΔがΔ_ｎであることを示している。
また、図６においては、平均余掘り深さΔの下方に吹付け厚ｔ（図３に示す吹付けコンクリートに対応する余掘りの厚さ）があることを示している。

【0033】

また、図６においては、前回切羽と今回切羽との間の距離を、１発破進行長ｌで示している。
ここで、孔尻が掘削不足になっている可能性があるため、平均余掘り深さ算出部２１は、３Ｄスキャナ部１０から取得したデータから、前回切羽からα×ｌまでの範囲のデータ（図６の平均余掘りに対応するデータ）を使用して、平均余掘り深さΔ_ｎを算出する。
なお、αは、設定値であって、α≦１なる値である。

【0034】

また、差し角算出部２２は、前回削孔での差し角θ_ｎと平均余掘り深さΔ_ｎとから、今回の削孔での差し角θ_ｎ＋１を、下記式（１）により算出する。
α×ｌ×ｔａｎθ_ｎ+１＝α×ｌ×ｔａｎθ_ｎ－Δ_ｎ…（１）
但し、式（１）により算出するのは、θ_ｎ+１≧θ_ｍｉｎの場合（今回の削孔での差し角θ_ｎ＋１が最小差し角以上の場合）である。なお、最小差し角θ_ｍｉｎは、例えば、θ_ｍｉｎ＝３°程度の機械特性による値である。

【0035】

一方、θ_ｎ+１＜θ_ｍｉｎの場合（今回の削孔での差し角θ_ｎ＋１が最小差し角未満の場合）は、今回の削孔での差し角θ_ｎ＋１を最小差し角θ_ｍｉｎとし、孔口を、トンネルの半径方向の内面側に位置移動量δだけ位置移動させる。
すなわち、下記式（２）により位置移動量δを算出し、算出した移動量δに基づいて、削孔始点Ｐ７の位置を前回の最外周点の位置から位置移動させる。
δ＝β×Δ_ｎ…（２）
ただし、設定値βはβ≦1であり、β＝1とした場合は、計掘削面まで掘削できない可能性があるため、今後実験を行い、式（１）の右辺α×ｌ×ｔａｎθ_ｎ－Δ_ｎのΔ_ｎを１／２×Δ_ｎや１／３×Δ_ｎに変更する可能性もあるため、β≦1としている。

【0036】

すなわち、最小差し角θ_ｍｉｎでも大きな余掘りが発生することがある。そこで、θ_ｍｉｎを保ったまま内側にオフセットする。ただし、その際の余掘り量Δ_ｎをそのままオフセット量とするかどうかは、今後検証する必要があるので、本実施形態においてはβ×Δ_ｎ（β≦１）という形としている。

【0037】

続いて、本実施形態における削孔位置決め制御装置２０で行う処理について、図７を参照しつつ説明する。図７は、本発明の実施形態の構成例を用いたときの発破パターン生成処理を説明するためのフローチャートである。
平均余掘り深さ算出部２１は、平均余掘り深さΔ_ｎを算出する（ステップＳ１）。
具体的には、平均余掘り深さ算出部２１は、切羽面の外周に設定される余掘り評価範囲（Ｎｏ．１～Ｎｏ．１３）のうちの１つの余掘り評価範囲における余掘り量の平均余掘り深さΔ_ｎを算出する。

【0038】

差し角算出部２２は、今回の削孔の差し角θ_ｎ＋１を算出する（ステップＳ２）。
具体的には、差し角算出部２２は、算出された平均余掘り深さΔ_ｎと、前回の削孔の差し角θ_ｎと、に基づいて、今回の削孔の差し角θ_ｎ＋１を、式（１）を用いて算出する。

【0039】

今回の削孔の差し角θ_ｎ＋１が、最小差し角θ_ｍｉｎ以上であるか否かを判定する（ステップＳ３）。
具体的には、差し角算出部２２は、今回の削孔の差し角θ_ｎ＋１が、最小差し角θ_ｍｉｎ以上であるか否かを判定する。

【0040】

今回の削孔の差し角θ_ｎ＋１が、最小差し角θ_ｍｉｎ以上である場合（ステップＳ３－Ｙｅｓ）、今回の削孔の差し角を決定する（ステップＳ４）。
具体的には、差し角算出部２２は、今回の削孔の差し角θ_ｎ＋１が、最小差し角θ_ｍｉｎ以上である場合、今回の削孔の差し角を、式（１）により算出した結果である今回の削孔の差し角θ_ｎ＋１とする。
そして、孔口の位置を変更しない（ステップＳ５）。
具体的には、差し角算出部２２は、孔口を、前回の削孔の差し角θ_ｎを使用して削孔を行った最外周孔の位置から変更しない。

【0041】

一方、今回の削孔の差し角θ_ｎ＋１が、最小差し角θ_ｍｉｎ未満である場合（ステップＳ３－Ｎｏ）、今回の削孔の差し角θ_ｎ＋１＝最小差し角θ_ｍｉｎとする（ステップＳ６）。
具体的には、差し角算出部２２は、今回の削孔の差し角θ_ｎ＋１を最小差し角θ_ｍｉｎとする。
そして、孔口を、位置移動量δだけ位置移動させる（ステップＳ７）。
具体的には、差し角算出部２２は、前回の削孔の差し角θ_ｎを使用して削孔を行った最外周孔の位置から、トンネルの半径方向の内面側に位置移動量δだけ位置移動させた位置を算出する。

【0042】

位置制御信号の送信を行う（ステップＳ８）。
具体的には、差し角算出部２２は、ステップＳ４およびＳ５、またはステップＳ６およびＳ７において、算出した位置制御信号（最外周孔の位置、および差し角）を、サーボ機構３０に対して出力する。
これにより、サーボ機構３０は、差し角算出部２２からの位置制御信号（最外周孔の位置、および差し角）に基づいて、削岩機の削孔ビットを所定の削孔位置（最外周孔の位置）に誘導して位置決めし、削孔ビットによる削孔を実行する。

【0043】

以上説明したように、本実施形態の削孔位置決め方法は、トンネル工事に使用される削岩機が切羽面を削孔する際に、削孔する位置を算出する削孔位置決め方法である。
削孔位置決め方法は、平均余掘り深さ算出工程と、差し角算出工程と、を備える。
平均余掘り深さ算出工程は、前記切羽面の外周に設定される余掘り評価範囲における余掘り量の平均余掘り深さを算出する工程である。
また、差し角算出工程は、算出された前記平均余掘り深さと、前回の削孔の差し角と、に基づいて、今回の削孔の差し角を算出する工程である。

【0044】

また、差し角算出工程は、算出された前記今回の削孔の差し角が予め定めた最小差し角未満となる場合は、差し角を前記最小差し角にし、前記削孔する位置である孔口を、前記平均余掘り深さに基づいて、前記切羽面の半径方向の内面側に移動させる位置移動量を算出する位置移動量算出工程を含むことを特徴とする。

【0045】

また、前記前回の削孔の差し角をθ_ｎ、前記平均余掘り深さをΔ_ｎ、前記今回の削孔の差し角をθ_ｎ＋１、1発破進行長をｌ、設定値をα（≦１）、β（≦１）とすると、前記位置移動量算出工程は、α×ｌ×ｔａｎθ_ｎ＋１＝α×ｌ×ｔａｎθ_ｎ－β×Δ_ｎで表される式により前記位置移動量β×Δ_ｎを算出する工程であることを特徴とする。

【0046】

本発明の実施形態によれば、一掘進ごとに余掘り量を低減するように最外周孔の差し角を自動変更することで、地山に応じた最適な発破パターンを見出すことができる。これにより、掘削ずりの減少、および吹付けコンクリートロスの低減を実現できる。延いては、省力化、品質、出来形の向上を同時に実現することが可能である。

【0047】

上述した実施形態における削孔位置決め制御装置２０の機能をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。

【0048】

以上、図面を参照してこの発明の実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。

【符号の説明】

【0049】

１０ ３Ｄスキャナ部
２０ 削孔位置決め制御装置
３０ サーボ機構
２１ 平均余掘り深さ算出部
２２ 差し角算出部
２３ 記憶部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】