(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】2023-11-16
(45)【発行日】2023-11-27
(54)【発明の名称】トンネル施工装置及びトンネル施工方法
(51)【国際特許分類】
E21D 20/00 20060101AFI20231117BHJP
【ＦＩ】
E21D20/00 M
E21D20/00 X
【請求項の数】
4
(21)【出願番号】P 2020104723
(22)【出願日】2020-06-17
(65)【公開番号】P2021195829
(43)【公開日】2021-12-27
【審査請求日】2022-12-13
(73)【特許権者】
【識別番号】000001373
【氏名又は名称】鹿島建設株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002468
【氏名又は名称】弁理士法人後藤特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】平岡 耕介
(72)【発明者】
【氏名】坪倉 聖一
(72)【発明者】
【氏名】牟田口 茂
(72)【発明者】
【氏名】岩野 圭太
(72)【発明者】
【氏名】犬塚 隆明
【審査官】小林 謙仁
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１９－０６５５３６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－０２８９２３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１０－０８８５６８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０８－０５３８３３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０５－１６３７１７（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｅ２１Ｄ ２０／００
Ｅ０２Ｄ ３／１２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
トンネル施工装置であって、地山に形成された孔に充填材を注入する注入ロッドと、
前記注入ロッドを前記孔内で移動させる注入ロッド駆動部と、
前記注入ロッドの移動量を検出する注入ロッド移動検出部と、
前記充填材を前記注入ロッドに送出する充填材送出部と、
前記充填材の注入を制御するコントローラと、
前記地山に前記孔を削孔する削孔ロッドと、
前記削孔ロッドを前記孔内で移動させる削孔ロッド駆動部と、
前記削孔ロッドの移動量を検出する削孔ロッド移動検出部と、を備え、
前記コントローラは、前記地山の削孔時に前記削孔ロッド移動検出部により検出された前記移動量に基づいて、前記充填材送出部による前記充填材の送出を開始する送出開始前進量を決定し、前記注入ロッド駆動部を駆動して前記注入ロッドを前進させ、前記注入ロッド移動検出部により検出された前記移動量が前記送出開始前進量に達したときに、前記充填材送出部による前記充填材の送出を開始する、
トンネル施工装置。
【請求項2】
前記コントローラは、前記注入ロッド駆動部を駆動して前記注入ロッドを後進させ、前記注入ロッド移動検出部により検出された前記移動量に基づいて、前記充填材送出部による前記充填材の送出を停止する、請求項１に記載のトンネル施工装置。
【請求項3】
前記コントローラは、前記注入ロッド駆動部による前記注入ロッドの後進速度を制御する、請求項１又は２に記載のトンネル施工装置。
【請求項4】
地山に形成された孔に充填材を注入する注入ロッドを用いたトンネル施工方法であって、削孔ロッドを用いた前記地山の削孔時に前記削孔ロッドの移動量を検出し、検出した前記削孔ロッドの移動量に基づいて、前記充填材の送出を開始する送出開始前進量を決定し、
前記注入ロッドを移動させて前記孔に挿入し、前記注入ロッドの移動量を検出し、
検出した前記注入ロッドの移動量が前記送出開始前進量に達したときに、前記注入ロッドへの前記充填材の送出を開始して前記充填材を前記孔に注入する、
トンネル施工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、トンネル施工装置、及びトンネル施工方法に関する。
【背景技術】
【0002】
トンネル工事においては、地山を安定させることを目的として、地山に複数のロックボルトが設置される。ロックボルトを設置する際には、地山に孔を削孔し、削孔された孔に充填材を注入すると共にロックボルトを挿入する。特許文献１には、地山に削孔された孔に充填材を注入することが開示されている。
【0003】
特許文献１に開示された方法では、まず、地山に削孔された孔に注入ロッドを挿入する。次に、ポンプを用いて充填材を注入ロッドに送出し、地山に削孔された孔に注入ロッドの先端から充填材の注入を開始する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】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】
特許文献１に開示された方法では、ロックボルトに所期の性能を発揮させるために、地山の孔内に充填材を適切に注入して孔内における所望の範囲に充填材を行き渡らせることが求められる。充填材を適切に注入するためには、充填材の注入を開始するときの注入ロッドの位置が重要である。
【0006】
しかしながら、特許文献１には、充填材の注入を制御する具体的な方法は開示されていない。充填材の注入作業では、作業員の操作により注入ロッドを地山の孔に挿入し、作業員の感覚で、充填材の注入を開始しているのが現状である。そのため、作業員の熟練度によるところが大きく、孔に適切に充填材を注入することができないおそれがある。
【0007】
本発明は、地山に形成された孔に適切に充填材を注入することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明に係るトンネル施工装置は、地山に形成された孔に充填材を注入する注入ロッドと、注入ロッドを孔内で移動させる注入ロッド駆動部と、注入ロッドの移動量を検出する注入ロッド移動検出部と、充填材を注入ロッドに送出する充填材送出部と、充填材の注入を制御するコントローラと、地山に孔を削孔する削孔ロッドと、削孔ロッドを孔内で移動させる削孔ロッド駆動部と、削孔ロッドの移動量を検出する削孔ロッド移動検出部と、を備え、コントローラは、地山の削孔時に削孔ロッド移動検出部により検出された移動量に基づいて、充填材送出部による充填材の送出を開始する送出開始前進量を決定し、注入ロッド駆動部を駆動して注入ロッドを前進させ、注入ロッド移動検出部により検出された移動量が送出開始前進量に達したときに、充填材送出部による充填材の送出を開始する。
【0009】
また、本発明は、地山に形成された孔に充填材を注入する注入ロッドを用いたトンネル施工方法であって、削孔ロッドを用いた地山の削孔時に削孔ロッドの移動量を検出し、検出した削孔ロッドの移動量に基づいて、充填材の送出を開始する送出開始前進量を決定し、注入ロッドを移動させて孔に挿入し、注入ロッドの移動量を検出し、検出した注入ロッドの移動量が送出開始前進量に達したときに、注入ロッドへの充填材の送出を開始して充填材を孔に注入する。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、地山に形成された孔に適切に充填材を注入することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】本発明の第１実施形態に係るトンネル施工装置の側面図である。
【図3】本発明の第１実施形態に係るトンネル施工装置が備える注入機の斜視図である。
【図4】本発明の第１実施形態に係るトンネル施工装置が備える挿入機の斜視図である。
【図7】本発明の第１実施形態に係るトンネル施工装置のブロック図である。
【図8】本発明の第１実施形態に係るトンネル施工方法のフローチャートである。
【図9】本発明の第２実施形態に係るトンネル施工装置のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、本発明の実施形態に係るトンネル施工装置及びトンネル施工方法について、図面を参照して説明する。
【0013】
【0014】
山岳トンネルの施工に主に用いられるＮＡＴＭ（Ｎｅｗ Ａｕｓｔｒｉａｎ Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ Ｍｅｔｈｏｄ）では、図１に示すように、地山を安定させるためにロックボルト１が地山に設置される。ロックボルト１を設置する工程では、地山に孔２を削孔し、孔２に充填材３を注入すると共にロックボルト１を挿入する。充填材３は、例えば、モルタルである。充填材３が充分に硬化した後、ナット５をロックボルト１に螺合し定着板４を地山の壁面Ｗに押し当てる。
【0015】
充填材３は、孔２に挿入される注入ロッド４１を通じて孔２に注入される。ロックボルト１は、孔２に充填材３を注入した後に挿入されてもよいし、孔２に充填材３を注入する前に挿入されてもよい。
【0016】
本実施形態に係るトンネル施工装置１００は、孔２の削孔、充填材３の注入、及びロックボルト１の挿入において用いられる。すなわち、トンネル施工装置１００は、地山にロックボルト１を設置する一連の作業を行う。
【0017】
ロックボルト１を地山に設置する際には、ロックボルト１に所期の性能を発揮させるために、孔２の内部に充填材３を適切に注入して孔２の内部における所望の範囲に充填材３を行き渡らせることが求められる。充填材３を適切に注入するためには、充填材３の注入を開始するときの注入ロッド４１の位置が重要である。
【0018】
トンネル施工装置１００は、後述する構成により、孔２の内部における注入ロッド４１の移動と、充填材３の注入と、を制御する。したがって、作業員の感覚によらずに充填材３の注入を開始することができ、孔２に適切に充填材３を注入することができる。
【0019】
図１に示すように、トンネル施工装置１００は、孔２の削孔、孔２への注入ロッド４１及びロックボルト１の挿入を行うロックボルト施工装置１０と、充填材３の供給を行う充填材供給装置２０と、を備えている。
【0020】
ロックボルト施工装置１０は、自走可能な台車１１と、台車１１の前部に上下方向及び左右方向にスイング自在に設けられたブーム１２と、ブーム１２の先端に設けられた作業部３０と、を備える。作業部３０に、注入ロッド４１が設けられている。また、作業部３０は、図２に示す注入機４０と、図３に示す削孔機５０と、図４に示す挿入機６０と、を備える。なお、図１では、削孔機５０及び挿入機６０の図示を省略している。
【0021】
台車１１には不図示の運転席が設けられており、作業員は、運転席からロックボルト施工装置１０を操縦する。ブーム１２は、不図示の流体圧シリンダの駆動により台車１１に対して上下方向及び左右方向にスイングする。また、ブーム１２は、伸縮自在に形成されており、不図示の流体圧シリンダの駆動により伸縮する。
【0022】
作業部３０は、ブーム１２の伸縮方向に沿う第１軸Ａ１を中心に回転自在であり、第１軸Ａ１と直交する第２軸Ａ２を中心に回転自在であり、かつ、第２軸Ａ２と直交する第３軸Ａ３（図１において紙面と直交する軸）を中心にスイング自在である。作業部３０は、不図示のモータの駆動によって、ブーム１２に対して回転及びスイングする。
【0023】
注入ロッド４１は、開口４１ａが形成された先端と閉塞された基端とを有する中空の部材である。注入ロッド４１の外周面には、側管４１ｂが固定されている。側管４１ｂは、注入ロッド４１の基端近傍に配置されている。側管４１ｂには、ホース４１ｃの一端が接続される。ホース４１ｃの他端は充填材供給装置２０に接続される。充填材供給装置２０から供給される充填材３は、ホース４１ｃ及び側管４１ｂを通じて注入ロッド４１に導かれ、注入ロッド４１の開口４１ａから流出する。
【0024】
充填材供給装置２０は、充填材３の粉状原料（例えばドライモルタル）を貯蔵する原料サイロ２１と、水を貯留する水タンク２２と、粉状原料と水とを混練して充填材３を生成すると共に充填材３を送出する充填材送出部２３と、を備えている。充填材送出部２３は、例えばスクリューフィーダである。原料サイロ２１、水タンク２２及び充填材送出部２３は、トラック２４に搭載される。
【0025】
原料サイロ２１の粉状原料は、スクリューコンベア２５を用いて充填材送出部２３に供給される。水タンク２２の水は、水ポンプ２６を用いて充填材送出部２３に供給され、粉状原料と水が練り混ぜられる。充填材送出部２３の送出口にはホース４１ｃの他端が接続されており、練り混ぜられて生成された充填材３は充填材送出部２３によって、ホース４１ｃに送出される。
【0026】
図２に示すように、注入機４０は、注入ロッド４１と、注入ガイドセル４２と、注入ガイドセル４２に往復移動自在に支持された注入キャリッジ４３と、注入キャリッジ４３を往復移動させる注入ロッド駆動部４４と、を備える。注入ロッド駆動部４４は、例えばモータである。注入キャリッジ４３は、注入ロッド４１が注入キャリッジ４３の移動方向に延在するように注入ロッド４１の基端を支持する。そのため、注入キャリッジ４３が注入ロッド駆動部４４の駆動により移動すると、注入ロッド４１がその軸方向に移動する。
【0027】
以下において、注入ロッド４１の基端から先端へ向かう方向への移動を「前進」とし、注入ロッド４１の先端から後端へ向かう方向への移動を「後進」とする。
【0028】
注入ガイドセル４２には、注入ロッド４１の移動を案内する注入セントラライザ４５が設けられる。注入セントラライザ４５には、注入ロッド４１が挿通する孔４５ａが形成されている。
【0029】
図１に示すように、注入セントラライザ４５が孔２の開口近傍に位置するように作業部３０を移動させ、注入ロッド駆動部４４を駆動して注入ロッド４１を前進させると、注入ロッド４１が孔２に挿入される。注入ロッド駆動部４４を駆動して注入ロッド４１を後進させると、注入ロッド４１が孔２から抜き出される。このように、注入ロッド駆動部４４は、注入ロッド４１を孔２内で移動させる。
【0030】
図３に示すように、削孔機５０は、孔２を削孔する削孔ロッド５１と、削孔ガイドセル５２と、削孔ガイドセル５２に往復移動自在に支持された削孔キャリッジ５３と、削孔キャリッジ５３を往復移動させる削孔ロッド駆動部５４と、を備える。削孔ロッド駆動部５４は、注入ロッド駆動部４４と同様に、例えばモータである。削孔キャリッジ５３は、削孔ロッド５１が削孔キャリッジ５３の移動方向に延在するように削孔ロッド５１の基端を支持する。そのため、削孔キャリッジ５３が削孔ロッド駆動部５４の駆動により移動すると、削孔ロッド５１がその軸方向に移動する。
【0031】
削孔ガイドセル５２には、削孔ロッド５１の移動を案内する削孔セントラライザ５５が設けられる。削孔セントラライザ５５には、削孔ロッド５１が挿通する孔５５ａが形成されている。
【0032】
削孔キャリッジ５３には不図示のドリフタが搭載されており、削孔ロッド５１は、ドリフタを介して削孔キャリッジ５３に支持されている。ドリフタは、削孔ロッド５１に回転力及び打撃力を付与可能に形成されている。削孔ロッド５１の先端にはビット５１ａが設けられている。ビット５１ａを地山に押付けた状態でドリフタによって削孔ロッド５１をビット５１ａと共に回転させ、打撃力を付与することにより、地山に孔２（図１参照）を削孔する。
【0033】
図４に示すように、挿入機６０は、挿入ガイドセル６２と、挿入ガイドセル６２に往復移動自在に支持された挿入キャリッジ６３と、挿入キャリッジ６３を往復移動させるロックボルト駆動部６４と、を備える。ロックボルト駆動部６４は、注入ロッド駆動部４４及び削孔ロッド駆動部５４と同様に、例えばモータである。挿入キャリッジ６３は、ロックボルト１が挿入キャリッジ６３の移動方向に延在するようにロックボルト１の基端を支持する。そのため、挿入キャリッジ６３がロックボルト駆動部６４の駆動により移動すると、ロックボルト１がその軸方向に移動する。
【0034】
ロックボルト１は、定着板４及びナット５が装備された状態で挿入キャリッジ６３によって支持される。挿入キャリッジ６３に支持されたロックボルト１が地山に設置されると、挿入キャリッジ６３によるロックボルト１の支持が解除される。その後、別のロックボルト１が、不図示のボルトマガジンから供給され、挿入キャリッジ６３に支持される。
【0035】
挿入ガイドセル６２には、ロックボルト１の移動を案内する挿入セントラライザ６５が設けられる。挿入セントラライザ６５は、定着板４の通過を許容できるように構成されている。具体的には、挿入セントラライザ６５は、ロックボルト１の移動方向に沿う軸を中心にスイング自在に挿入ガイドセル６２に設けられる一対のライザ部材６５ａ，６５ｂを有する。一対のライザ部材６５ａ，６５ｂは、挿入ガイドセル６２に対してスイングすることにより、ロックボルト１に近接した状態（図４に示す状態）と、ロックボルト１から離間した状態（図示省略）と、に切り換えられる。一対のライザ部材６５ａ，６５ｂがロックボルト１に近接した状態では、一対のライザ部材６５ａ，６５ｂによって、ロックボルト１が挿通する孔６５ｃが形成され、孔６５ｃによって、ロックボルト１の移動が案内される。一対のライザ部材６５ａ，６５ｂがロックボルト１から離間した状態では、定着板４は、一対のライザ部材６５ａ，６５ｂの間を通過する。
【0036】
挿入キャリッジ６３は、ロックボルト１の回転を拘束した状態でナット５を回転駆動可能に構成される。そのため、地山の孔２（図１参照）に挿入されたロックボルト１の後端にナット５を螺合させ、定着板４を地山の壁面Ｗに押し当てることができる。
【0037】
図５は、作業部３０を、注入ロッド４１の先端から基端に向かって見た正面図である。図５に示すように、作業部３０は、注入機４０の注入ガイドセル４２、削孔機５０の削孔ガイドセル５２及び挿入機６０の挿入ガイドセル６２を連結する連結部材３１と、連結部材３１を軸Ｇ（図５において紙面と直交する軸）を中心にスイング自在に支持する支持部材３２と、連結部材３１をスイングさせる連結部材駆動部３４と、を備える。連結部材駆動部３４は、例えば、流体圧シリンダである。支持部材３２は、ブーム１２（図１参照）の先端に連結される。
【0038】
連結部材３１は、注入ロッド４１及び削孔ロッド５１が軸Ｇを中心とする円Ｈ上に位置するように、かつ、注入ロッド４１の移動方向及び削孔ロッド５１の移動方向が軸Ｇと平行になるように、注入ガイドセル４２及び削孔ガイドセル５２を連結する。そのため、連結部材３１が、軸Ｇ周りの注入ロッド４１と削孔ロッド５１との間の角度α、スイングすると、注入ロッド４１は、削孔ロッド５１があった位置に移動する。したがって、削孔ロッド５１により形成された孔２（図１参照）に対して注入ロッド４１の位置及び向きを容易に合わせることができ、孔２に注入ロッド４１を容易に挿入することができる。
【0039】
また、連結部材３１は、ロックボルト１が円Ｈ上に位置するように、かつ、ロックボルト１の移動方向が軸Ｇと平行になるように、挿入ガイドセル６２を連結する。そのため、連結部材３１が、角度αに加え、軸Ｇ周りの注入ロッド４１とロックボルト１との間の角度β、スイングすると、注入ロッド４１は、削孔ロッド５１があった位置に移動する。したがって、削孔ロッド５１により形成された孔２（図１参照）に対してロックボルト１の位置及び向きを容易に合わせることができ、孔２にロックボルト１を容易に挿入することができる。
【0040】
【0041】
図６に示すように、作業部３０は、支持部材３２に設けられる突出部３５を備えている。突出部３５は、軸Ｇ上に位置し軸Ｇに沿って突出しており、注入ロッド４１、削孔ロッド５１及びロックボルト１が地山に当たらない状態で地山の壁面Ｗに押付け可能である。そのため、突出部３５を地山に押付けて支持部材３２を保持した状態で連結部材３１をスイングさせることができる。したがって、軸Ｇの振れを防止しつつ連結部材３１をスイングさせることができ、削孔ロッド５１により形成された孔２に対して注入ロッド４１及びロックボルト１の位置及び向きをより容易に合わせることができる。
【0042】
突出部３５の先端は凸状に形成されている。そのため、突出部３５を地山の壁面Ｗに食い込ませることができ、支持部材３２をより確実に保持することができる。突出部３５の先端にはゴム等の弾性体が装着されていてもよい。突出部３５は、支持部材３２に出没自在に設けられていてもよい。
【0043】
図７は、トンネル施工装置１００のブロック図である。図７に示すように、トンネル施工装置１００は、注入ロッド４１の移動量を検出する注入ロッド移動検出部４６と、孔２の削孔、充填材３の注入及びロックボルト１の挿入を制御するコントローラ７０と、を備えている。
【0044】
注入ロッド移動検出部４６は、例えば、注入機４０の注入ガイドセル４２（図２参照）に設けられるリニアエンコーダである。注入ロッド移動検出部４６は、リニアエンコーダに限られず、注入ロッド４１の移動量を検出できる機器であればよい。
【0045】
コントローラ７０は、制御プログラム等を実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）と、ＣＰＵにより実行される制御プログラムを記憶するＲＯＭ（Ｒｅａｄ－Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）と、ＣＰＵの演算結果等を記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）と、を備えるマイクロコンピュータである。コントローラ７０は、１つのマイクロコンピュータによって構成されていてもよいし、複数のマイクロコンピュータによって構成されていてもよい。コントローラ７０は、ロックボルト施工装置１０の台車１１（図１参照）に搭載されていてもよいし、充填材供給装置２０のトラック２４（図１参照）に搭載されていてもよいし、台車１１及びトラック２４から分離して設置されていてもよい。
【0046】
コントローラ７０は、情報取得部７１と、情報取得部７１により取得された情報に基づいて制御信号を出力する信号出力部７２と、を備える。情報取得部７１及び信号出力部７２は、コントローラ７０の機能を仮想的なユニットとしたものである。
【0047】
情報取得部７１は、注入ロッド移動検出部４６により検出された注入ロッド４１の移動量の情報を取得する。
【0048】
信号出力部７２は、注入ロッド駆動部４４、削孔ロッド駆動部５４、ロックボルト駆動部６４、連結部材駆動部３４及び充填材送出部２３に制御信号を出力する。注入ロッド駆動部４４、削孔ロッド駆動部５４、ロックボルト駆動部６４、連結部材駆動部３４及び充填材送出部２３は、制御信号に応じて動作する。
【0049】
信号出力部７２は、注入ロッド駆動部４４を駆動して注入ロッド４１を孔２内で前進させ、注入ロッド移動検出部４６により検出された移動量に基づいて、充填材送出部２３による充填材３の送出を開始する。具体的には、信号出力部７２は、注入ロッド移動検出部４６により検出された移動量が予め定められた送出開始前進量に達するまでは、充填材送出部２３による充填材３の送出を停止し、注入ロッド移動検出部４６により検出された移動量が送出開始前進量に達したときに、充填材送出部２３による充填材３の送出を開始する。そのため、注入ロッド４１が地山の孔２内における所定の位置（例えば、孔２の奥付近）まで挿入されると、充填材３は、充填材送出部２３から注入ロッド４１へ供給され、注入ロッド４１から孔２へ注入され始める。したがって、作業員の感覚によらずに充填材３の注入を開始することができ、孔２に適切に充填材３を注入することができる。
【0050】
また、信号出力部７２は、充填材送出部２３による充填材３の送出を開始後、注入ロッド駆動部４４を駆動して注入ロッド４１を孔２内で後進させ、注入ロッド移動検出部４６により検出された移動量に基づいて、充填材送出部２３による充填材３の送出を停止する。具体的には、信号出力部７２は、注入ロッド移動検出部４６により検出された移動量が予め定められた送出停止後進量に達するまでは、充填材送出部２３による充填材３の送出を継続し、注入ロッド移動検出部４６により検出された移動量が送出停止後進量に達したときに、充填材送出部２３による充填材３の送出を停止する。そのため、注入ロッド４１が地山の孔２内における所定の位置（例えば、孔２の開口付近）まで抜き出されると、注入ロッド４１への充填材３の供給が停止し、注入ロッド４１からの充填材３の流出が停止する。したがって、孔２へ充填材３を過注入するのを防止することができ、孔２から充填材３が漏れるのを防止することができる。
【0051】
また、信号出力部７２は、注入ロッド駆動部４４による注入ロッド４１の後進速度を制御する。また、後進速度の制御と併せて充填材送出部２３による充填材３の送出流量を制御してもよい。具体的には、信号出力部７２は、充填材送出部２３から送出される充填材３の送出流量に基づいて注入ロッド４１が予め定められた速度で孔２内を後進するように注入ロッド駆動部４４を駆動する。充填材３が予め定められた流量で注入ロッド４１から孔２に注入されるように充填材送出部２３を駆動する。予め定められた流量は、注入ロッド４１の後進速度に孔２の断面積を乗じて得られる値である。そのため、充填材３は、孔２の容積に対して過不足なく孔２に注入される。したがって、孔２内における所望の範囲（例えば、孔２の全体）に充填材３を行き渡らせることができ、より適切に孔２に充填材３を注入することができる。
【0052】
信号出力部７２は、注入ロッド４１の後進速度を制御するのに代えて、注入ロッド４１の後進速度を検出し、検出された後進速度に基づいて充填材送出部２３による充填材３の送出流量を制御してもよい。この場合においても、充填材３は、孔２の容積に対して過不足なく孔２に注入される。したがって、適切に孔２に充填材３を注入することができる。注入ロッド４１の後進速度は、例えば、注入ロッド移動検出部４６により検出される移動量の時間変化を算出することにより得られる。
【0053】
次に、トンネル施工装置１００を用いてトンネルＴを施工する方法について、図１、図７及び図８を参照して説明する。図８は、トンネル施工方法のフローチャートである。ここでは、不図示の掘削機を用いて地山に形成された掘削坑に、台車１１及びトラック２４を移動させた後のステップについて説明する。
【0054】
ステップＳ８０１では、粉状原料と水とを混練した充填材３を準備する。具体的には、まず、作業員が充填材供給装置２０を操作し、スクリューコンベア２５、水ポンプ２６及び充填材送出部２３を駆動し、粉状原料と水とを混練する。このとき、粉状原料に対する水の割合を、最終的に準備される充填材３における割合に対して高くし、充填材３の流動性を高めておく。この状態での充填材送出部２３、スクリューコンベア２５及び水ポンプ２６の駆動を所定時間、継続する。その後、所定時間かけて、粉状原料と水との割合が最終的に準備される充填材３の割合になるまで、水の流量を低下させる。粉状原料と水との割合が所定の割合になってから所定時間、充填材送出部２３、スクリューコンベア２５及び水ポンプ２６の駆動を継続し、粉状原料と水との配合を安定させる。その後、充填材送出部２３、スクリューコンベア２５及び水ポンプ２６の駆動を更に継続し、配合の安定した充填材３を注入ロッド４１の先端に到達させる。その後、充填材送出部２３、スクリューコンベア２５及び水ポンプ２６の駆動を停止する。以上により、充填材３の準備が完了する。
【0055】
ステップＳ８０２では、作業員がロックボルト施工装置１０を操縦し、作業部３０を地山の壁面Ｗの近傍に移動させると共に作業部３０の向きを調整する。具体的には、図６に示すように、作業部３０の突出部３５を壁面Ｗに押付け、軸Ｇが壁面Ｗに対して所望の角度で交差するように作業部３０の向きを調整する。
【0056】
ステップＳ８０３～ステップＳ８０７は、コントローラ７０によって自動で行われる。
【0057】
ステップＳ８０３では、地山に孔２を削孔する。具体的には、削孔ロッド駆動部５４により削孔ロッド５１を前進させ、孔２を掘り進める。孔２が予め定められた深さまで達したところで、削孔ロッド駆動部５４により削孔ロッド５１を後退させ、削孔ロッド５１を孔２から抜き出す。
【0058】
ステップＳ８０４では、孔２に対して注入ロッド４１の位置を合わせる。具体的には、図５に示される角度α、連結部材３１を連結部材駆動部３４によりスイングさせる。
【0059】
ステップＳ８０５では、孔２に充填材３を注入する。
【0060】
具体的には、まず、注入ロッド駆動部４４により注入ロッド４１を孔２の内部で前進させる。注入ロッド移動検出部４６により検出された移動量が予め定められた送出開始前進量に達したところで、充填材送出部２３による充填材３の送出を開始する。これにより、充填材３が注入ロッド４１から孔２へ注入され始める。
【0061】
充填材送出部２３による充填材３の送出を開始後、注入ロッド駆動部４４を駆動して注入ロッド４１を孔２内で後進させる。このとき、注入ロッド駆動部４４による注入ロッド４１の後進速度を制御すると共に、充填材送出部２３による充填材３の送出流量を制御する。これにより、充填材３は、注入ロッド４１の後進に合わせて孔２に注入される。
【0062】
その後、注入ロッド移動検出部４６により検出された移動量が予め定められた送出停止後進量に達したときに、充填材送出部２３による充填材３の送出を停止する。これにより、注入ロッド４１への充填材３の供給が停止し、注入ロッド４１からの充填材３の流出が停止する。
【0063】
以上により、孔２への充填材３の注入が完了する。なお、孔２への充填材３の注入の開始及び停止に合わせて、充填材送出部２３及び水ポンプ２６の駆動を開始及び停止する。
【0064】
ステップＳ８０６では、孔２に対してロックボルト１の位置を合わせる。具体的には、図５に示される角度β、連結部材３１を連結部材駆動部３４によりスイングさせる。
【0065】
ステップＳ８０７では、孔２にロックボルト１を挿入する。具体的には、ロックボルト駆動部６４によりロックボルト１を前進させ、孔２にロックボルト１を挿入する。充填材３が充分に硬化した後、ナット５をロックボルト１に螺合し定着板４を地山の壁面Ｗに押し当てる。
【0066】
以上により、ロックボルト１の設置が完了する。別のロックボルト１を地山に設置する場合には、不図示のボルトマガジンからロックボルト１を挿入機６０に供給して支持すると共に、ステップＳ８０２～ステップＳ８０７を繰り返す。
【0067】
以上の第１実施形態によれば、以下に示す作用効果を奏する。
【0068】
トンネル施工装置１００及びトンネル施工方法では、注入ロッド駆動部４４を駆動して注入ロッド４１を孔２内で前進させ、注入ロッド移動検出部４６により検出された移動量に基づいて、充填材送出部２３による充填材３の送出を開始する。そのため、注入ロッド４１が地山の孔２内における所定の位置まで挿入されると、充填材３は、充填材送出部２３から注入ロッド４１へ供給され、注入ロッド４１から孔２へ注入され始める。したがって、孔２内における所望の位置に充填材３を注入することができ、孔２に適切に充填材３を注入することができる。
【0069】
また、充填材送出部２３による充填材３の送出を開始後、注入ロッド駆動部４４を駆動して注入ロッド４１を孔２内で後進させ、注入ロッド移動検出部４６により検出された移動量に基づいて、充填材送出部２３による充填材３の送出を停止する。そのため、注入ロッド４１が地山の孔２内における所定の位置まで抜き出されると、注入ロッド４１への充填材３の供給が停止し、注入ロッド４１からの充填材３の流出が停止する。したがって、孔２へ充填材３を過注入するのを防止することができ、孔２から充填材３が漏れるのを防止することができる。
【0070】
また、注入ロッド駆動部４４による注入ロッド４１の後進速度を制御すると共に、充填材送出部２３による充填材３の送出流量を制御する。そのため、充填材３は、孔２の容積に対して過不足なく孔２に注入される。したがって、孔２内における所望の範囲に充填材３を行き渡らせることができ、より適切に孔２に充填材３を注入することができる。
【0071】
＜第２実施形態＞
次に、図９を参照して本発明の第２実施形態に係るトンネル施工装置２００について説明する。以下では、第１実施形態と異なる点を主に説明し、第１実施形態で説明した構成と同一の構成又は相当する構成については、図中に第１実施形態と同一の符号を付して説明を省略する。また、トンネル施工装置２００の側面図、及び第２実施形態に係るトンネル施工方法のフローチャートは、図１及び図８に示される側面図及びフローチャートと略同じであるため、それらの図示を省略する。
次に、図９を参照して本発明の第２実施形態に係るトンネル施工装置２００について説明する。以下では、第１実施形態と異なる点を主に説明し、第１実施形態で説明した構成と同一の構成又は相当する構成については、図中に第１実施形態と同一の符号を付して説明を省略する。また、トンネル施工装置２００の側面図、及び第２実施形態に係るトンネル施工方法のフローチャートは、図１及び図８に示される側面図及びフローチャートと略同じであるため、それらの図示を省略する。
【0072】
図９は、トンネル施工装置２００のブロック図である。図９に示すように、トンネル施工装置２００は、削孔ロッド５１の移動量を検出する削孔ロッド移動検出部２５６を更に備えている。削孔ロッド移動検出部２５６は、例えば、削孔機５０の削孔ガイドセル５２（図３参照）に設けられるリニアエンコーダである。削孔ロッド移動検出部２５６は、リニアエンコーダに限られず、削孔ロッド５１の移動量を検出できる機器であればよい。
【0073】
トンネル施工装置２００のコントローラ２７０は、情報取得部２７１と、信号出力部２７２と、情報取得部２７１により取得された情報に基づいて送出開始前進量を決定する送出開始前進量決定部２７３と、を備える。送出開始前進量は、充填材送出部２３による充填材３の送出を開始するときの注入ロッド４１の前進量である。情報取得部２７１、信号出力部２７２及び送出開始前進量決定部２７３は、コントローラ２７０の機能を仮想的なユニットとしたものである。
【0074】
情報取得部２７１は、注入ロッド移動検出部４６により検出された注入ロッド４１の移動量の情報と、削孔ロッド移動検出部２５６により検出された削孔ロッド５１の移動量の情報と、を取得する。
【0075】
送出開始前進量決定部２７３は、地山に孔２を削孔するときに削孔ロッド移動検出部２５６により検出された移動量に基づいて、送出開始前進量を決定する。例えば、送出開始前進量決定部２７３は、地山に孔２を削孔したときに削孔ロッド移動検出部２５６により検出された最大の移動量を送出開始前進量として決定する。
【0076】
信号出力部２７２は、注入ロッド移動検出部４６により検出された移動量が、送出開始前進量決定部２７３により決定された送出開始前進量に達したときに、充填材送出部２３による充填材３の送出を開始する。そのため、削孔ロッド５１により形成された孔２の深さに合わせて注入ロッド４１が地山の孔２内に挿入されたときに、充填材３は、注入ロッド４１から孔２へ注入され始める。したがって、孔２により適切に充填材３を注入することができる。
【0077】
トンネル施工装置２００を用いたトンネル施工方法は、図８に示すステップＳ８０５において、注入ロッド駆動部４４により注入ロッド４１を孔２の内部で前進させるときに、注入ロッド移動検出部４６により検出された移動量が送出開始前進量決定部２７３により決定された送出開始前進量に達したところで充填材送出部２３による充填材３の送出を開始する。これにより、充填材３が注入ロッド４１から孔２へ注入され始める。
【0078】
トンネル施工装置２００を用いたトンネル施工方法において、ステップＳ８０１～ステップＳ８０４、ステップＳ８０６及びステップＳ８０７は、第１実施形態に係るトンネル施工方法と同じであるため、それらの説明を省略する。
【0079】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【0080】
トンネル施工装置１００は、注入機４０、削孔機５０及び挿入機６０を備えているが、本発明は、削孔機５０及び挿入機６０を備えていなくてもよい。つまり、本発明は、地山に予め削孔された孔２への充填材３の注入のみを行う形態であってもよい。
【0081】
上記実施形態では、注入ロッド４１は、注入ロッド駆動部４４の駆動により孔２に挿入されるが、注入ロッド駆動部４４に代えて、作業員の手作業により注入ロッド４１を孔２に挿入してもよい。この場合においても、コントローラ７０，２７０は、注入ロッド移動検出部４６により検出された注入ロッド４１の移動量に基づいて、充填材送出部２３による充填材３の送出を開始する。そのため、作業員の感覚によらずに充填材３の注入を開始することができ、孔２に適切に充填材３を注入することができる。
【0082】
作業員の手作業により孔２に注入ロッド４１を挿入する場合には、作業員は、充填材送出部２３による充填材３の送出の開始を、例えば注入ロッド４１の振動等により感知することができる。したがって、作業員は、充填材送出部２３による充填材３の送出の開始を感知したときに注入ロッド４１が孔２内における所定の位置まで挿入されたと判断し、注入ロッド４１を孔２から抜き出し始めればよい。
【符号の説明】
【0083】
１００，２００・・・トンネル施工装置
２・・・孔
３・・・充填材
２３・・・充填材送出部
４１・・・注入ロッド
４４・・・注入ロッド駆動部
４６・・・注入ロッド移動検出部
５１・・・削孔ロッド
５４・・・削孔ロッド駆動部
２５６・・・削孔ロッド移動検出部
７０，２７０・・・コントローラ
２・・・孔
３・・・充填材
２３・・・充填材送出部
４１・・・注入ロッド
４４・・・注入ロッド駆動部
４６・・・注入ロッド移動検出部
５１・・・削孔ロッド
５４・・・削孔ロッド駆動部
２５６・・・削孔ロッド移動検出部
７０，２７０・・・コントローラ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】