第 24 回 国土技術開発賞 入賞

6 m 継ぎボルト打設装置を搭載したロックボルト専用機

山岳トンネル工事におけるロックボルト作業を完全機械化〔受賞者〕 大成建設株式会社
みやもと〔本稿執筆者〕 宮本以下に，第 24 回 国土技術開発賞で入賞した「6 m 継ぎボルト打設装置を搭載したロックボルト専用機」を紹介します。

しん ご真吾開発を行ったものである。
⑴

ロックボルト工とは従来のロックボルト工は，ドリルジャンボで周方向に削孔を行った後，マンケージバスケットに1.

はじめに乗った作業員がモルタルをホースで充填し，バスケットにあらかじめ積み込んでおいたロックボル

建設業では高齢化が深刻化しており，それと同トを人力で挿入する。

時に担い手不足の問題に直面している。経験工学

ロックボルトは地山の性状に合わせて 3 ～ 6 mといわれる土木工学では，今後の担い手不足は大程度の規格が設計され，狭隘なバスケット上でのきな問題となっている。このような状況でありな

空中作業で長尺かつ重量物のロックボルトを人力がら，山岳トンネル工事では肌落ち災害が後を絶にて挿入する作業はかなりの重労働となっている

たない。

（図− 1）。また，この作業は切羽直近での作業でトンネル工事の災害で最も多い災害が「肌落ちあり，切羽が崩落した場合は崩壊土砂に巻き込ま災害」であり，その多くが切羽で発生している。

れ，重篤な災害となるリスクをはらんでいる。

切羽での肌落ち災害が発生した場合，その重篤度は非常に高いため，肌落ち災害が発生する可能性の高い切羽近傍での人力作業を可能な限り機械化することで，切羽近傍に作業員が立ち入らず作業を行えること，また，現状の作業人員編成を低減することが特に重要である。
以上のような背景から，切羽近傍での非常に危険な作業から作業員を解放すべく，6 m 継ぎロックボルト打設装置を搭載した「BOLTINGER」の開発を行った。本技術は，切羽近傍の作業の中で特に危険かつ過酷なロックボルト作業に着目して

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図− 1ロックボルト人力打設状況

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⑵既存のロックボルト打設装置となることが多い。また，トンネルは地山の状況

ロックボルト作業を人力によらず施工できる機に応じて支保パターンが変わり，パターンに応じ械は海外を中心に普及が進んでいる。この装置はてロックボルトの長さも変更となることから，ロロックボルト工における削孔，モルタル充填，ロックボルト長の変更に柔軟に対応可能な打設装置ックボルト打設の一連作業を全て行うものであの仕様が必要となる。

り，削孔用削岩機，モルタル充填ホースならびに以上のような背景から，日本国内のトンネル現打設するロックボルトを保持しておくマガジンと場特有の施工条件に適用可能なロックボルト打設挿入用の削岩機が一体となった機構となってい専用機の開発を行ったものが今回の技術である。

る。この装置は，一連作業の機構全てが組み込まれていることから，総じて重量が重くなってしま

2.

技術の内容

い，機械本体に対して 1 台の組み合わせとなることが一般的である（図− 2）。

⑴

6 m 継ぎボルト打設装置
本技術開発の基本方針として，6 m のロックボ

ルトは 3 m の 2 本継ぎ，4 m までは 1 本物で打設することを考慮して，6 m 未満となる構造を目指すこととした。日本国内のトンネルの内空断面積は 70 ～ 80 m2 程度であり，上半先進ベンチカット工法では，上半盤からトンネル天端までの高さが 7 m 未満となることが多いため，打設装置が7 m を超えてしまうと断面内に打設装置が収まらなくなってしまう。
図− 2

ロックボルト専用機例

そこで最初に述べたとおり，6 m のロックボル
トは 3 m ものを 2 本継ぐ仕様にすることで打設装置の長さを抑え，断面内に収まる仕様とし，1既存のロックボルト専用機は，打設するロック本物で最大の 4 m ロックボルトを打設すること

ボルトの全長に合わせて機械が設計されており，を考慮し，打設装置の全長を 6 m 未満となる構

一般的に打設するロックボルト長に約 1.5 m の削造を目指した（図− 3）。

岩機長を加えた全長となる。つまり，6 m のロッ2 本のロックボルトを継ぎ足す構造とするにあク ボ ル ト を 打 設 す る 場 合 に は，7.5 m（ 6 m ＋たり，1 本目のボルトを把持できるように油圧の1.5 m）程度の打設装置全長が必要となる。このクランプを開発した（図− 4）。打設の手順は，ような機械を国内で使用する際には高さ方向に削孔した孔に 1 本目のロックボルトを挿入した7.5 m を超える空間が必要になるが，一般的に6 m のロックボルトが設計上計画されるようなト■従来型

ンネルにおいては，地質条件が悪い場合が多く，計画断面を一度に掘削するような全断面掘削工法
ではなく，掘削断面を上下に分割する上半先進ベンチカット工法等の採用が一般的である。

短縮■継ぎロックボルト型

上半先進ベンチカット工法の場合，上半盤に施工機械を設置する必要があり，掘削断面が小さくなることから，打設装置の全長が収まらない断面

図− 3

打設装置全長の短縮

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ロックボルト打設用
ドリフタ■従来のボルティングユニット

ロックボルトマガジン

ドリリング
HD210S/HD90

注入装置

ボルティングHD30

モルタル注入用
ホース
ロックボルトクランプ
ロックボルトロックボルトマガジン
ロックボルトマガジン

ロックボルトクランプ

図− 5

従来の打設装置■注入・ボルティング専用仕様
注入装置

図− 4

ボルティング
HD30

油圧クランプと打設装置

後，これを油圧クランプで把持して，2 本目のロックボルトを回転させながら連結する方式であロックボルトる。この機構に必要な専用のロックボルトも，併左右ブーム搭載
穿孔ユニット（ドリルジャンボ共通）

マガジンせて開発を行った。
図− 6⑵本技術の打設装置

削孔作業
打設装置を検討するにあたって，前工程となる削孔機能を打設装置に持たせるかどうかの検討を行った。前述のとおり，既存のロックボルト専用機は削孔からロックボルト打設まで一連の作業を行うことができる半面，打設が完了しないと次の孔に移行できず，総じて施工時間が長くなる傾向にある。そこで，当該打設装置を使用する場合，削孔作業は別のブームで行うこととし，削孔用ブームと，モルタル充填，ロックボルト打設用ブー

図− 7

ロックボルト専用機全景ムを分けることとした（図− 5，6）。
なお，削孔ブームで 6 m を削孔する際には，⑶

削孔ガイダンス機能

ロッドを機械的に接続できる既存技術「ロッドセ本技術の仕様は，削孔ブームと打設ブームが異ッター」を使用することとした。この技術を使用なるため，削孔が終了した孔に対して打設ブームすることで，削孔は 3 m のロッドを継ぎながらを移動させて施工を行う必要がある。開発した初行うことができるため，削孔装置においても全長号機（以下，「1 号機」という）は，ベースマシを抑えることができた。これにより，削孔とロッンを通常のドリルジャンボとしていた影響で，ガクボルト打設作業を同時並行で進められることとイダンス機能を搭載していない仕様であったたなり，作業サイクルの短縮を図った。機械全景をめ，施工時に問題が生じた。具体的には，削孔し図− 7 に示す。

た口元は目視確認が可能であるが，孔内部の 3 次

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元方向は確認ができないので，削孔した孔の方向⑷

モルタル供給装置の一体化と打設しようとする方向がうまく合わずに，無理

1 号機ではロックボルト専用機として，削孔とにロックボルトを挿入する形となった点である。

打設に関しては可能となったものの，モルタル充これを解決するために，2 号機以降はベースマ

填を行うためには，従来工法と同様で，モルタルシンをコンピュータ仕様とすることで機械位置，ポンプ，モルタル供給装置とこれを搭載する車両

ガイドシェルの方向が 3 次元座標で管理されたガの配置，さらに操作する作業員が 1 名必要であっイダンス機能を搭載し，削孔した孔の位置情報をた。

画面で確認しながら打設装置を合わせることがで2 号機以降は，さらなる省人化と効率的な施工きるようになった。また，この機能により，位置を実現するために，これらの機能をロックボルト情報だけでなく削孔データ（位置情報，速度，各専用機本体と一体化した。ベースマシンの後方に種圧力等）も取得できるようになり，3 次元削孔モルタルを供給するためのサイロと，モルタルを情報を BIM/CIM モデルに統合することで，地山練り混ぜるポンプを搭載し，その操作を運転席内内部の状態を立体的に把握できるようになった。

部のボタン操作で可能な仕様とした（図− 10）。

図− 8 に削孔ガイダンス画面を，図− 9 に 3 次

これにより，モルタル充填に必要な機能全てを元削孔データを示す。モデル空間に地山情報が見一体化させることができ，モルタルポンプを操作える化されることで，岩判定や補助工法の選定なする作業者が 1 名とモルタル供給装置を搭載する

どの判断材料として削孔情報が有効利用されるこ車両を 1 台削減することが可能となった。2 号機とが期待される。

での作業状況を図− 11 に示す。

図− 8

図− 9

ガイダンス画面

図− 10

モルタル供給装置の一体図− 11

本技術の施工状況（2 号機）

3 次元削孔データ（BIM/CIM モデル）

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業が不要となった。

3.

技術導入の効果

また，削孔データを取得し，3 次元モデルに統合することで，周辺地山の情報を立体的に把握す⑴

直接的効果ることが可能となり，岩判定や補助工法の検討にまず，従来のロックボルト作業は，オペレータも活用することができる可能性を示した。

ーが 2 名，高所でのロックボルト打設作業員が 2名，モルタルポンプ操作者 1 名の計 5 名編成で作

4.

おわりに業を行っていたが，本技術を活用することで，オペレーター 2 名がキャビン内で削孔からロックボ

山岳トンネルの掘削作業は，削孔，装薬，発ルト打設までの一連作業を行うことが可能とな

破，ズリ出し，支保工建込，吹付，ロックボルトり， 作 業 に 必 要 な 作 業 員 を 60% 削 減 す る こ との一連作業を繰り返すものである。これらの作業で，省人化を達成し生産性が 2.5 倍に向上した。

は，トンネル特殊工と呼ばれる多能工が 5 人一組

また，従来はモルタル充填作業のためにモルタとなって全ての作業をこなしながら進めるものでルポンプを搭載した 4 t 平車級の車両を必要としあり，海外のように作業ごとに専門工事業者が入ていたが，ロックボルト専用機とモルタルポンれ替わりながら進めるものではない。よって，全プ，供給装置を一体化させたことにより，車両をての作業工程において，自動化・機械化技術を高1 台削減することができた。

いレベルまで開発しなければ，全体を通じての省ロックボルト工に関わる一連の作業を完全に機力化は達成し得ない。

械化することにより，切羽近傍での人力作業を排本技術はロックボルト工に着目して開発したも除することができた。これにより作業員を高所でのであり，ロックボルトが省力化されたからといの重労働作業から解放でき，切羽肌落ち災害のリって，トンネル掘削作業全てを 2 名で施工できるスクをゼロにすることができた。

ように変わるわけではないが，各作業工程におい従来の打設専用機と比較して，削孔装置と打設て，それぞれ省力化技術は開発されており，全て装置を別にしたことで，削孔と打設を同時に進めの工程において技術が整えば，その中で最も人数ることができるため，施工時間を約 50% 短縮しを要する作業に合わせて作業人員が計画されるこた。ととなる中で，先陣を切って省力化の道筋を示せたものと考えている。

⑵

間接的効果

将来的にはトンネル掘削作業全体が 1 ～ 2 名でガイダンス機能を搭載したコンピュータ仕様と施工できるようにロックボルト工以外の作業工程することで，削孔装置と打設装置が別のブームにでも技術開発を進め，建設業における山岳トンネなってしまうことで生じる，位置合わせの問題をル工事分野での担い手不足解消と，安全性の向上解決した。また，従来はロックボルトの作業前にによる切羽災害の撲滅，および生産性向上の推進行っていた，打設位置をスプレー等で明示する作に引き続き尽力していきたい。

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