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JP2024087370A - Remote control system for face drilling machine - Google Patents

Remote control system for face drilling machine Download PDF

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JP2024087370A
JP2024087370A JP2022202165A JP2022202165A JP2024087370A JP 2024087370 A JP2024087370 A JP 2024087370A JP 2022202165 A JP2022202165 A JP 2022202165A JP 2022202165 A JP2022202165 A JP 2022202165A JP 2024087370 A JP2024087370 A JP 2024087370A
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JP
Japan
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drilling machine
tunnel
face
remote control
face drilling
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Pending
Application number
JP2022202165A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
永康 三河内
Nagayasu Mikochi
幸人 末松
Yukihito Suematsu
廉樹 浅沼
Yasuki Asanuma
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujita Corp
Original Assignee
Fujita Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujita Corp filed Critical Fujita Corp
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Publication of JP2024087370A publication Critical patent/JP2024087370A/en
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Abstract

To provide a remote control system for a face drilling machine capable of easily and accurately moving a boring machine of the face drilling machine to a predetermined position in tunnel construction in mountainous areas.SOLUTION: A remote control system (300, 400) has a 3D scanner (201) that measures three-dimensional distances within a tunnel (10) in which a face drilling machine (100) is located and outputs three-dimensional data, a tunnel shape extraction unit that extracts a tunnel face and side shapes from the three-dimensional data, a position detection unit that detects position information of the face drilling machine from the three-dimensional data, and a remote control device (300) that controls the operation of the face drilling machine. The face drilling machine has a drilling machine (102), a drive/braking system, and a control unit that operates the face drilling machine according to control by the remote control device. The remote control device moves the face drilling machine to a predetermined working position according to the position information of the face drilling machine detected by the position detection unit, and at the predetermined working position, the drilling machine of the face drilling machine forms a hole (13) at the desired position of the tunnel.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、山岳地などのトンネル工事を行なう切羽穿孔機の遠隔制御システムに関する。 The present invention relates to a remote control system for a face drilling machine used in tunnel construction in mountainous areas, etc.

山岳地のトンネル工事では切羽面に雷管と爆薬を装填するための装薬孔を削孔(穿孔)する必要がある。装薬孔を削孔するための自走式の大型削孔機はドリルジャンボとも呼ばれており、ドリルジャンボを用いた掘削工法が種々の提案がされている。 When constructing tunnels in mountainous areas, it is necessary to drill (bored) holes in the tunnel face to load detonators and explosives. The large self-propelled drilling machines used to drill holes are also called drill jumbos, and various excavation methods using drill jumbos have been proposed.

たとえば特許文献1に開示されたドリルジャンボは、装薬孔を削孔する機能に加えて、切羽面の近傍の周壁面にロックボルト挿通孔を削孔し、ロックボルト挿通孔にロックボルトを打設するロックボルト打設機能や、ロックボルト挿通孔にグラウトを充填するグラウト充填機能などを備えている。通常、このような装薬孔やロックボルト挿通孔の削孔、ロックボルトの打設、グラウトの充填は、ドリルジャンボの操縦席に着座した操作員が各種の操作レバーや操作ボタンを操作することによって行われている。 For example, the drill jumbo disclosed in Patent Document 1 has a function for drilling charge holes, as well as a rock bolt driving function for drilling rock bolt insertion holes in the peripheral wall surface near the face and driving rock bolts into the rock bolt insertion holes, and a grout filling function for filling the rock bolt insertion holes with grout. Typically, drilling charge holes and rock bolt insertion holes, driving rock bolts, and filling grout are performed by an operator seated in the cockpit of the drill jumbo by operating various control levers and buttons.

またドリルジャンボは、装薬孔やロックボルト挿通孔を予め決められたパターンに削孔するために、ドリルジャンボ自体とムーブに取り付けられた削孔機の正確な位置検出が必要である。この位置制御に関しても種々の提案がされてきた。 In addition, in order for the drill jumbo to drill the charge holes and rock bolt insertion holes in a predetermined pattern, it is necessary to accurately detect the positions of the drill jumbo itself and the drilling machine attached to the move. Various proposals have been made regarding this position control.

たとえば特許文献2には、ドリルジャンボの台車と削岩機とに座標測定可能な視準ターゲットを設置し、台車後方に視準ターゲットの座標を測定する測量機器を設けることで正確な削孔位置決めを行う制御方法が開示されている。 For example, Patent Document 2 discloses a control method for accurately positioning a drill hole by installing a collimation target whose coordinates can be measured on the carriage and rock drill of a drill jumbo and providing a surveying device to the rear of the carriage that measures the coordinates of the collimation target.

また特許文献3には、ドリルジャンボ上の架台にトータルステーションを設置し、トータルステーションがトンネル内に配置された反射ターゲットからのレーザビーム反射光を検知してドリルジャンボの位置姿勢を検出する方法が開示されている。 Patent Document 3 also discloses a method in which a total station is installed on a stand above the drill jumbo, and the total station detects the position and orientation of the drill jumbo by detecting the reflected laser beam from a reflective target placed inside the tunnel.

特開2020-094422号公報JP 2020-094422 A 特開2005-220627号公報JP 2005-220627 A 特開2004-138422号公報JP 2004-138422 A

上述したように、ドリルジャンボでは、装薬孔やロックボルト挿通孔を予め決められたパターンに削孔するために、まずドリルジャンボ自体を削孔作業ができる位置へ移動し、アウトリガーにより位置を固定した後、操作員のレバー操作等によりブームを移動させて削孔機を所定位置に移動させている。しかしながら、山岳地のトンネル工事に際しては、安全確保や作業環境の向上を図る観点から、トンネルの坑内で作業する現場作業員の数をなるべく削減することが望まれている。 As mentioned above, in order to drill charge holes and rock bolt insertion holes in a predetermined pattern, the drill jumbo itself is first moved to a position where drilling work can be performed, and the position is fixed with outriggers. After that, the operator operates a lever or the like to move the boom and move the drilling machine to the specified position. However, when constructing tunnels in mountainous areas, it is desirable to reduce the number of on-site workers working inside the tunnel as much as possible from the perspective of ensuring safety and improving the working environment.

また特許文献2では視準ターゲットを設置する必要があり、それらの位置検出からドリルジャンボの位置姿勢を計算する複雑な計算処理が必要である。同様に、特許文献3ではトンネル内に反射ターゲットを複数箇所に配置する必要があり、それらの位置検出からドリルジャンボの位置姿勢を計算する複雑な計算処理が必要である。このように特許文献2および3では、設備およびシステム構成だけでなく計算処理も複雑化する。 In addition, in Patent Document 2, it is necessary to install collimation targets, and complex calculations are required to calculate the position and orientation of the drill jumbo from detecting their positions. Similarly, in Patent Document 3, it is necessary to place reflective targets at multiple locations inside the tunnel, and complex calculations are required to calculate the position and orientation of the drill jumbo from detecting their positions. In this way, in Patent Documents 2 and 3, not only the equipment and system configuration but also the calculations are complicated.

本発明は前記事情に鑑み案出されたもので、本発明の目的は、山岳地のトンネル工事において、切羽穿孔機の削孔機を予め決められた位置に容易にかつ正確に移動させることができる切羽穿孔機の遠隔制御システムを提供することにある。 The present invention was devised in consideration of the above circumstances, and its object is to provide a remote control system for a face drilling machine that can easily and accurately move the boring machine of the face drilling machine to a predetermined position in mountain tunnel construction.

上述した目的を達成するために、本発明の一実施の形態は、トンネルを掘削する切羽穿孔機を制御するための遠隔制御システムであって、前記切羽穿孔機が配置されたトンネル内の3次元距離を計測し3次元データを出力する3次元スキャナと、前記3次元データから前記トンネルの切羽および側面形状を抽出するトンネル形状抽出部と、前記3次元データから前記切羽穿孔機の位置情報を検出する位置検出部と、前記切羽穿孔機の動作を制御する遠隔制御装置と、を有し、前記切羽穿孔機が、位置および姿勢に変更可能な削孔機と、自走するための駆動/制動系と、前記遠隔制御装置による制御に従って前記切羽穿孔機を動作させる制御部と、を有し、前記遠隔制御装置が、前記位置検出部により検出された前記切羽穿孔機の位置情報に従って前記切羽穿孔機を所定作業位置へ移動させ、前記所定作業位置において前記切羽穿孔機の前記削孔機により前記トンネルの所望位置に削孔を形成する、ことを特徴とする。
また、本発明の一実施の形態は、前記切羽穿孔機はアウトリガーをさらに有し、前記遠隔制御装置が、前記所定作業位置において前記アウトリガーを駆動して前記切羽穿孔機の位置を固定することを特徴とする。
また、本発明の一実施の形態は、前記遠隔制御装置は、予め用意された削孔パターンに従って前記切羽穿孔機の前記ブーム、前記ガイドシェルおよび前記削孔機を動作させ、前記トンネルの切羽削孔およびロックボルト削孔を形成する、ことを特徴とする。
また、本発明の一実施の形態は、前記切羽穿孔機が、多関節アクチュエータを用いて伸縮、旋回、起伏するブームと、前記ブームの先端部に支持され旋回、起伏、スライドするガイドシェルと、を有し、前記削孔機が前記ガイドシェルに搭載され、前記遠隔制御装置が、前記所定作業位置において前記切羽穿孔機の前記ブーム、前記ガイドシェルおよび前記削孔機を制御し前記トンネルの所望位置に削孔を形成する、ことを特徴とする。
In order to achieve the above-mentioned object, one embodiment of the present invention is a remote control system for controlling a face drilling machine that excavates a tunnel, comprising: a 3D scanner that measures three-dimensional distances within a tunnel in which the face drilling machine is located and outputs three-dimensional data; a tunnel shape extraction unit that extracts the face and side shape of the tunnel from the three-dimensional data; a position detection unit that detects the position information of the face drilling machine from the three-dimensional data; and a remote control device that controls the operation of the face drilling machine, wherein the face drilling machine comprises a drilling machine whose position and attitude can be changed, a drive/braking system for self-propelling, and a control unit that operates the face drilling machine according to the control of the remote control device, and the remote control device moves the face drilling machine to a predetermined working position according to the position information of the face drilling machine detected by the position detection unit, and at the predetermined working position, the drilling machine of the face drilling machine forms a hole at a desired position of the tunnel.
In addition, one embodiment of the present invention is characterized in that the face drilling machine further has an outrigger, and the remote control device drives the outrigger at the specified working position to fix the position of the face drilling machine.
In addition, one embodiment of the present invention is characterized in that the remote control device operates the boom, the guide shell and the drilling machine of the face drilling machine in accordance with a pre-prepared drilling pattern to form face drilling and rock bolt drilling of the tunnel.
In addition, one embodiment of the present invention is characterized in that the face drilling machine has a boom that extends, rotates, and rises and falls using a multi-joint actuator, and a guide shell that is supported at the tip of the boom and rotates, rises and falls and slides, the drilling machine is mounted on the guide shell, and the remote control device controls the boom, guide shell and drilling machine of the face drilling machine at the specified working position to form a hole at the desired position of the tunnel.

本発明の一実施の形態によれば、3次元データに基づいて検出された切羽穿孔機の位置情報に基づいて切羽穿孔機を所望作業位置に移動させ、そこを基準として切羽穿孔機の削孔機を所望位置に容易にかつ正確に移動させることができる。
また、本発明の一実施の形態によれば、アウトリガーにより切羽穿孔機の作業位置を固定することができ、切羽穿孔機の削孔機を所望位置に容易にかつ正確に移動させることができる。
また、本発明の一実施の形態によれば、削孔パターンに従って装薬孔あるいはロックボルト削孔を形成する場合でも削孔機を所望位置に正確に移動できるので、削孔パターンに正確に一致した削孔を形成することができる。
また、本発明の一実施の形態によれば、切羽穿孔機のブーム、ガイドシェルおよび削孔機を制御しトンネルの所望位置に削孔を容易に且つ正確に形成することができる。
According to one embodiment of the present invention, the face drilling machine can be moved to a desired working position based on the position information of the face drilling machine detected based on three-dimensional data, and the drilling machine of the face drilling machine can be easily and accurately moved to a desired position using this as a reference.
Furthermore, according to one embodiment of the present invention, the working position of the face drilling machine can be fixed by the outriggers, and the drilling machine of the face drilling machine can be easily and accurately moved to the desired position.
Furthermore, according to one embodiment of the present invention, even when forming charge holes or rock bolt holes according to a drilling pattern, the drilling machine can be accurately moved to the desired position, so that holes can be formed that accurately match the drilling pattern.
Furthermore, according to one embodiment of the present invention, the boom, guide shell and drilling machine of the face drilling machine can be controlled to easily and accurately form a hole at a desired position in the tunnel.

本発明の一実施形態による切羽穿孔機の遠隔制御システムの全体的構成を説明するためのトンネル断面図である。1 is a cross-sectional view of a tunnel for explaining the overall configuration of a remote control system for a face drilling machine according to one embodiment of the present invention. FIG. 本実施形態で使用される切羽穿孔機の機能的構成の一例を示すブロック図である。A block diagram showing an example of the functional configuration of a face drilling machine used in this embodiment. 本実施形態における遠隔制御装置の機能的構成の一例を示すブロック図である。2 is a block diagram showing an example of a functional configuration of a remote control device according to the present embodiment. FIG. 本実施形態におけるトンネル削孔管理システムの機能的構成の一例を示すブロック図である。A block diagram showing an example of the functional configuration of a tunnel drilling management system in this embodiment. 本実施形態における切羽面の削孔パターンの一例を示す切羽面の正面図である。FIG. 2 is a front view of a face showing an example of a drilling pattern on the face in this embodiment. 本実施形態による切羽穿孔機の遠隔制御システムを用いたトンネル掘削工程の一例を示すフローチャートである。1 is a flowchart showing an example of a tunnel excavation process using a remote control system for a face drilling machine according to this embodiment.

1.システム構成
以下、図1に示するようなトンネル掘削工事を一例として、本発明の一実施形態による切羽穿孔機の遠隔制御システムについて詳細に説明する。
1. System Configuration Hereinafter, a remote control system for a face drilling machine according to an embodiment of the present invention will be described in detail, taking a tunnel excavation work as shown in FIG. 1 as an example.

図1に示すように、本実施形態による切羽穿孔機の遠隔制御システムは、ドリルジャンボ100、遠隔制御装置200およびトンネル掘削管理システム400からなる。切羽穿孔機であるドリルジャンボ100はトンネル10内の切羽12の正面に配置されている。ドリルジャンボ100は複数のブーム101、それらの先端部に設けられた削孔機102、ガイドシェル103、アウトリガー104、撮像部107等を有する。ドリルジャンボ100自体の移動、ブーム101、削孔機102およびガイドシェル103の動作、アウトリガー104の動作、その他動作は、後述する遠隔制御装置300による制御下で自動化可能である。 As shown in FIG. 1, the remote control system for a face drilling machine according to this embodiment is composed of a drill jumbo 100, a remote control device 200, and a tunnel excavation management system 400. The drill jumbo 100, which is a face drilling machine, is located in front of the face 12 in the tunnel 10. The drill jumbo 100 has multiple booms 101, drilling machines 102 attached to the tips of the booms 101, guide shells 103, outriggers 104, an imaging unit 107, etc. The movement of the drill jumbo 100 itself, the operation of the booms 101, drilling machines 102 and guide shells 103, the operation of the outriggers 104, and other operations can be automated under the control of the remote control device 300 described later.

また、トンネル10内には移動式の台車200が設置され、台車200には3Dスキャナ201および必要に応じてサーモグラフィカメラ202が搭載されている。3Dスキャナ201は台車200の最上部に設置され、台車200を移動させることで、トンネル内壁部11、切羽12およびドリルジャンボ100を含むトンネル内の3次元距離を計測することができる。なお、サーモグラフィカメラ202は赤外線を利用してドリルジャンボ100および切羽12の温度分布画像を取得する赤外線カメラである。 A mobile cart 200 is installed inside the tunnel 10, and the cart 200 is equipped with a 3D scanner 201 and, if necessary, a thermographic camera 202. The 3D scanner 201 is installed at the top of the cart 200, and by moving the cart 200, it is possible to measure three-dimensional distances inside the tunnel, including the tunnel inner wall 11, the face 12, and the drill jumbo 100. The thermographic camera 202 is an infrared camera that uses infrared rays to obtain temperature distribution images of the drill jumbo 100 and the face 12.

本実施形態におけるトンネル掘削管理システム400は、3Dスキャナ201により取得された3次元距離の計測データ(以下、3Dデータという。)を用いてドリルジャンボ100のトンネル10内での相対的位置を検出することができる。遠隔制御装置300は、トンネル掘削管理システム400から検出された位置データを用いてドリルジャンボ100を所定位置に移動させることができる。 The tunnel excavation management system 400 in this embodiment can detect the relative position of the drill jumbo 100 within the tunnel 10 using three-dimensional distance measurement data (hereinafter referred to as 3D data) acquired by the 3D scanner 201. The remote control device 300 can move the drill jumbo 100 to a predetermined position using the position data detected from the tunnel excavation management system 400.

なお、本実施形態による遠隔制御装置300およびトンネル掘削管理システム400は1つの装置で構成されてもよいし、別々の装置がデータ通信可能に接続された構成であってもよい。また本実施形態による遠隔制御装置300およびトンネル掘削管理システム400はCPU(Central Processing Unit)、MPU(Micro Processor Unit)等の1個以上のプロセッサを有する汎用サーバあるいはパーソナルコンピュータ上に構築可能である。 The remote control device 300 and the tunnel excavation management system 400 according to this embodiment may be configured as a single device, or may be configured as separate devices connected to enable data communication. The remote control device 300 and the tunnel excavation management system 400 according to this embodiment can be constructed on a general-purpose server or personal computer having one or more processors such as a CPU (Central Processing Unit) or MPU (Micro Processor Unit).

以下、本実施形態におけるドリルジャンボ100、遠隔制御装置300およびトンネル掘削管理システム400の機能構成および動作について図2~図4を参照しながら説明する。 The following describes the functional configuration and operation of the drill jumbo 100, remote control device 300, and tunnel excavation management system 400 in this embodiment with reference to Figures 2 to 4.

2.ドリルジャンボ
図2に例示するように、ドリルジャンボ100は、トンネル10の坑内において、発破工法における装薬孔の削孔、ロックボルト挿通孔の削孔、ロックボルト挿通孔へのロックボルトの打設、ロックボルト挿通孔へのグラウトの充填などを行なう切羽穿孔機であり、遠隔制御装置300によって遠隔制御可能である。
2, the drill jumbo 100 is a face drilling machine that performs operations such as drilling charge holes for blasting construction inside a tunnel 10, drilling rock bolt insertion holes, driving rock bolts into the rock bolt insertion holes, and filling the rock bolt insertion holes with grout, and can be remotely controlled by a remote control device 300.

ドリルジャンボ12は、ブーム101、削孔機102、ガイドシェル103、アウトリガー104、駆動/制動系105、ロックボルト打設装置106および撮像部107を含んで構成されている。 The drill jumbo 12 includes a boom 101, a drilling machine 102, a guide shell 103, an outrigger 104, a drive/braking system 105, a rock bolt driving device 106, and an imaging unit 107.

ブーム101は複数本、例えば2本あるいは4本設けられている。ブーム101の基端部はドリルジャンボ100の本体の前部に取り付けられており、多関節アクチュエータ111を用いて伸縮し、また、水平方向へ旋回し、上下方向に起伏する。多関節アクチュエータ111は油圧シリンダやモータなど従来公知の様々なアクチュエータによって構成されている。また、多関節アクチュエータ111は複数のアクチュエータを備えている。なお、多関節アクチュエータ111は、ブーム101を伸縮、旋回、起伏できる構成であればよく、従来公知の様々なドリルジャンボに使用される多関節アクチュエータが使用可能である。 Multiple booms 101, for example two or four, are provided. The base end of the boom 101 is attached to the front of the main body of the drill jumbo 100, and is extended and retracted using a multi-joint actuator 111, rotates horizontally, and rises and falls vertically. The multi-joint actuator 111 is composed of various conventionally known actuators such as hydraulic cylinders and motors. The multi-joint actuator 111 also has multiple actuators. Note that the multi-joint actuator 111 may be configured to extend, retract, rotate, and raise and lower the boom 101, and any multi-joint actuator used in various conventionally known drill jumbos can be used.

削孔機102はガイドシェル103に搭載されている。削孔機102は、図示されていないが、先端にビットが取り付けられた削孔ロッドと、削孔ロッドの後端に打撃を与えるドリフタと、それらをガイドシェル103上で前後動させるフィーダを含んで構成されている。削孔ロッドの回転、ドリフタによる打撃、フィーダによる前後動は、削孔機アクチュエータ112により実行される。削孔機アクチュエータ112は油圧シリンダやモータなど従来公知の様々なアクチュエータによって構成されている。なお、削孔機アクチュエータ102は図示されていないが複数のアクチュエータを備えている。また削孔機アクチュエータ102は、削孔ロッドの回転、ドリフタによる打撃、フィーダによる前後動ができればよく、従来公知の様々なドリルジャンボに使用される削孔機アクチュエータが使用可能である。 The drilling machine 102 is mounted on a guide shell 103. Although not shown, the drilling machine 102 is composed of a drilling rod with a bit attached to the tip, a drifter that strikes the rear end of the drilling rod, and a feeder that moves them back and forth on the guide shell 103. The rotation of the drilling rod, the strike by the drifter, and the back and forth movement by the feeder are performed by a drilling machine actuator 112. The drilling machine actuator 112 is composed of various conventionally known actuators such as hydraulic cylinders and motors. The drilling machine actuator 102 is equipped with multiple actuators, although not shown. Furthermore, the drilling machine actuator 102 only needs to be able to rotate the drilling rod, strike by the drifter, and move back and forth by the feeder, and drilling machine actuators used in various conventionally known drill jumbos can be used.

削孔機102は、トンネル10の切羽12を削孔して発破工法による装薬孔を削孔する機能と、コンクリートが吹きつけられたトンネル10の周壁面11に対して垂直にロックボルト挿通孔を削孔する機能とを有する。このような装薬孔やロックボルト挿通孔の削孔は、ブーム101およびガイドシェル103を介して削孔機102の位置および姿勢を変更することによって実現される。また、削孔機102は、切羽12や周壁面11の削孔を行なうものであればよく、削孔機102の構成として従来公知の様々な構成のものが使用可能である。 The drilling machine 102 has the function of drilling holes in the tunnel face 12 of the tunnel 10 to drill charge holes by blasting, and the function of drilling rock bolt insertion holes perpendicular to the wall surface 11 of the tunnel 10 onto which concrete has been sprayed. The drilling of such charge holes and rock bolt insertion holes is achieved by changing the position and attitude of the drilling machine 102 via the boom 101 and guide shell 103. In addition, the drilling machine 102 may be any machine capable of drilling holes in the tunnel face 12 and the wall surface 11, and various conventionally known configurations can be used for the drilling machine 102.

ガイドシェル103は直線状に延在する細長形状を有し、ブーム101の先端部に設けられたガイドマウンティングに支持される。ガイドシェル103は、複数のガイドシェルアクチュエータ113によって、ガイドシェル103の延在方向と平行な軸線周りに回転し、水平方向に旋回し、上下方向に起伏し、ガイドシェル22の延在方向に沿って前後にスライドする。 The guide shell 103 has an elongated shape that extends linearly, and is supported by a guide mounting provided at the tip of the boom 101. The guide shell 103 rotates around an axis parallel to the extension direction of the guide shell 103 by multiple guide shell actuators 113, pivots horizontally, rises and falls in the vertical direction, and slides back and forth along the extension direction of the guide shell 22.

ガイドシェルアクチュエータ113は油圧シリンダやモータなど従来公知の様々なアクチュエータによって構成されている。ガイドシェルアクチュエータ113は複数のアクチュエータを備えているが、ここでは図示を簡略化するため、1つのアクチュエータとして記載している。なお、ガイドシェルアクチュエータ113は、ガイドシェル103の回転、旋回、起伏、スライドができればよく、従来公知の様々なドリルジャンボに使用されるガイドシェルアクチュエータが使用可能である。 The guide shell actuator 113 is composed of various actuators known in the art, such as hydraulic cylinders and motors. The guide shell actuator 113 is equipped with multiple actuators, but is illustrated here as a single actuator to simplify the illustration. Note that the guide shell actuator 113 only needs to be able to rotate, pivot, raise and lower, and slide the guide shell 103, and any guide shell actuator used in various drill jumbos known in the art can be used.

削孔機102の位置および姿勢は、多関節アクチュエータ111によるブーム101の各動作、および、ガイドシェルアクチュエータ113による各動作によって変更可能である。トンネル10の切羽12あるいは切羽12の近傍の周壁面11の所望の箇所に所望の角度で削孔がなされるように図られている。 The position and attitude of the drilling machine 102 can be changed by each movement of the boom 101 by the articulated actuator 111 and each movement by the guide shell actuator 113. It is designed to drill holes at a desired angle at a desired location on the face 12 of the tunnel 10 or on the peripheral wall surface 11 near the face 12.

アウトリガー104はドリルジャンボ100の本体部からアウトリガーアクチュエータ114により伸長して本体部を坑内地面から浮かせドリルジャンボ100自体の位置を固定する。アウトリガーアクチュエータ114は油圧シリンダやモータなど従来公知の様々なアクチュエータによって構成されている。なおアウトリガーアクチュエータ114は複数のアクチュエータを備えているが、ここでは図示を簡略化するため、1つのアクチュエータとして記載している。 The outrigger 104 extends from the main body of the drill jumbo 100 by an outrigger actuator 114, lifting the main body above the underground surface and fixing the position of the drill jumbo 100 itself. The outrigger actuator 114 is composed of various conventionally known actuators such as hydraulic cylinders and motors. Note that the outrigger actuator 114 is equipped with multiple actuators, but is shown here as a single actuator to simplify the illustration.

駆動/制動系105は、ドリルジャンボ100の本体部を自走させるための操舵輪および駆動輪を備える。操舵輪は本体部の前部で車幅方向の両側に設けられ、操舵されることで進行方向を変更させる。駆動輪は、本体部の後部で車幅方向の両側に設けられ、回転駆動することでドリルジャンボ100を前進、後退させる。また、駆動/制動系105は、図示しない動力源、操舵アクチュエータ、ブレーキおよびブレーキアクチュエータを搭載している。 The drive/brake system 105 is equipped with steering wheels and drive wheels for self-propelling the main body of the drill jumbo 100. The steering wheels are provided on both sides in the width direction of the vehicle at the front of the main body, and are steered to change the direction of travel. The drive wheels are provided on both sides in the width direction of the vehicle at the rear of the main body, and are driven to rotate to move the drill jumbo 100 forward and backward. The drive/brake system 105 is also equipped with a power source, steering actuator, brakes, and brake actuators, all of which are not shown.

動力源は駆動輪に回転駆動力を与えるものであり、エンジン(内燃機関)あるいはモータ(電動機)である。操舵アクチュエータは、操舵輪の操舵角を変更させる。ブレーキは操舵輪および駆動輪の制動を行なう。ブレーキアクチュエータは、ブレーキの駆動を行なう。なお、本実施形態では、操舵輪と駆動輪によって走行する場合について説明したが、本体部がクローラによって走行するものであってもよい。 The power source provides rotational driving force to the drive wheels, and is an engine (internal combustion engine) or a motor (electric motor). The steering actuator changes the steering angle of the steered wheels. The brakes brake the steered wheels and drive wheels. The brake actuator drives the brakes. Note that, although this embodiment has been described as running using the steered wheels and drive wheels, the main body may also run using crawlers.

ロックボルト打設装置106は、グラウド充填機構(不図示)と、挿入機構(不図示)とを含んで構成されている。グラウド充填機構は、削孔機102によって削孔されたロックボルト挿通孔にモルタルやセメントミルクなどのグラウドを充填する。グラウド充填機構は、ロックボルト挿通孔に挿入されるグラウト注入管、グラウト注入管を往復直線移動させる注入管移動部、グラウト注入管にグラウトを圧送するポンプなどを含んで構成されている。挿入機構は、複数本のロックボルトを収容保持する収容保持機構、収容保持機構に収容保持された複数本のロックボルトのうちの1本のロックボルトを抜き出す抜き出し機構、抜き出し機構により抜き出されたロックボルトに定着部材を装着する定着部材装着機構、定着部材が装着されたロックボルトをロックボルト挿通孔に打設する打設機構などを含んで構成されている。このようなロックボルト打設装置106は、従来公知の様々なドリルジャンボに使用されるロックボルト打設装置が使用可能である。また、ロックボルト打設装置106によってトンネル10の周壁面11にロックボルトが打設されることにより周壁面11の安定化が図られる。 The rock bolt installation device 106 includes a grout filling mechanism (not shown) and an insertion mechanism (not shown). The grout filling mechanism fills the rock bolt insertion hole drilled by the drilling machine 102 with grout such as mortar or cement milk. The grout filling mechanism includes a grout injection pipe inserted into the rock bolt insertion hole, an injection pipe moving part that moves the grout injection pipe back and forth linearly, and a pump that pressurizes grout into the grout injection pipe. The insertion mechanism includes a storage and holding mechanism that stores and holds multiple rock bolts, an extraction mechanism that extracts one of the multiple rock bolts stored and held in the storage and holding mechanism, a fixing member attachment mechanism that attaches a fixing member to the rock bolt extracted by the extraction mechanism, and a casting mechanism that casts the rock bolt with the fixing member attached into the rock bolt insertion hole. Such a rock bolt installation device 106 can use rock bolt installation devices used in various conventionally known drill jumbos. In addition, the rock bolt driving device 106 drives rock bolts into the peripheral wall surface 11 of the tunnel 10, stabilizing the peripheral wall surface 11.

撮像部107は、ドリルジャンボ100の本体部上部に取り付けられており、トンネル10の切羽12を撮像して画像情報を生成し、通信部130を通して遠隔制御装置300へ送信する。画像情報としては、トンネル10の切羽12およびその近傍の周壁面11などの画像情報が含まれている。本実施形態では、撮像部107が1台設けられているが、撮像範囲を異ならせた2台以上の撮像部28を設けるなど任意である。 The imaging unit 107 is attached to the top of the main body of the drill jumbo 100, and images the tunnel face 12 of the tunnel 10 to generate image information, which is then transmitted to the remote control device 300 via the communication unit 130. The image information includes image information of the tunnel face 12 of the tunnel 10 and the surrounding wall surface 11 in its vicinity. In this embodiment, one imaging unit 107 is provided, but it is optional to provide two or more imaging units 28 with different imaging ranges.

上述した多関節アクチュエータ111、削孔機アクチュエータ112、ガイドシェルアクチュエータ113、アウトリガーアクチュエータ114、駆動/制動系105、およびロックボルト打設装置106によるドリルジャンボ100の動作は、それぞれブーム制御部121、削孔制御部122、ガイドシェル制御部123、アウトリガー制御部124、走行制御部125およびロックボルト打設制御部126により制御される。これらのドリルジャンボ100の各種動作は、通信部130を通して遠隔制御装置300から受信する制御信号に従って制御され得る。 The operations of the drill jumbo 100 using the above-mentioned articulated actuator 111, drilling machine actuator 112, guide shell actuator 113, outrigger actuator 114, drive/braking system 105, and rock bolt driving device 106 are controlled by the boom control unit 121, hole drilling control unit 122, guide shell control unit 123, outrigger control unit 124, travel control unit 125, and rock bolt driving control unit 126, respectively. These various operations of the drill jumbo 100 can be controlled according to control signals received from the remote control device 300 via the communication unit 130.

たとえば遠隔制御装置300は、後述するトンネル掘削管理システム400から受信したドリルジャンボ100の位置情報に基づいて、ブーム101、削孔機102、ガイドシェル103、アウトリガー104、駆動/制動系105、およびロックボルト打設装置106の動作制御を行う。すなわち、遠隔制御装置300は、ドリルジャンボ100の位置情報に基づいてドリルジャンボ100を削孔作業を行う所定位置へ移動させ、所定位置に到達すると、ブーム等を動作させて所定パターンの削孔作業を実行させることができる。 For example, the remote control device 300 controls the operation of the boom 101, the drilling machine 102, the guide shell 103, the outriggers 104, the drive/braking system 105, and the rock bolt driving device 106 based on the position information of the drill jumbo 100 received from the tunnel excavation management system 400 described below. That is, the remote control device 300 moves the drill jumbo 100 to a predetermined position where drilling work will be performed based on the position information of the drill jumbo 100, and when the predetermined position is reached, it operates the boom, etc. to perform drilling work in a predetermined pattern.

なお、通信部130と遠隔制御装置300との通信は、信号ケーブルを用いた有線回線であってもよい。ただし無線回線を用いる方がケーブル敷設作業が不要となり、またケーブルが坑内で作業の妨げになる事態を避けることができるので望ましい。 The communication between the communication unit 130 and the remote control device 300 may be via a wired line using a signal cable. However, using a wireless line is preferable because it eliminates the need for cable laying and also prevents the cable from interfering with work inside the tunnel.

ブーム制御部121は、多関節アクチュエータ111を制御することでブーム101の伸縮、水平方向への旋回、上下方向への起伏の動作を制御する。 The boom control unit 121 controls the multi-joint actuator 111 to control the extension and retraction, horizontal rotation, and vertical raising and lowering of the boom 101.

削孔制御部122は、削孔機アクチュエータ112を制御することにより、削孔ロッドの回転、ドリフタによる打撃、フィーダによる前後動の制御を行なう。 The drilling control unit 122 controls the drilling machine actuator 112 to control the rotation of the drilling rod, the impact of the drifter, and the forward and backward movement of the feeder.

ガイドシェル制御部123は、ガイドシェルアクチュエータ113を制御することで、ガイドシェル103の回転、水平方向への旋回、上下方向への起伏、前後方向へのスライドの動作を制御する。 The guide shell control unit 123 controls the guide shell actuator 113 to control the rotation, horizontal rotation, vertical rise and fall, and forward and backward sliding of the guide shell 103.

アウトリガー制御部124は、アウトリガーアクチュエータ114を制御することで、アウトリガー104の伸縮を制御する。 The outrigger control unit 124 controls the extension and retraction of the outrigger 104 by controlling the outrigger actuator 114.

走行制御部125は、ドリルジャンボ100の走行を制御する。具体的には、動力源のオン/オフ制御、動力伝達の調整、回転数制御、操舵量制御、制動制御等を行なう。 The travel control unit 125 controls the travel of the drill jumbo 100. Specifically, it performs on/off control of the power source, adjustment of power transmission, rotation speed control, steering amount control, braking control, etc.

ロックボルト打設制御部126は、前述したグラウド充填機構と挿入機構の制御を行なう。ロックボルト打設制御部126は、具体的には、注入管移動部によるグラウト注入管の往復直線移動、ポンプによるグラウト注入管へのグラウトの圧送の制御を行なう。また、抜き出し機構によるロックボルトの抜き出し、定着部材装着機構によるロックボルトへの定着部材の装着、打設機構による定着部材が装着されたロックボルトのロックボルト挿通孔への打設の制御を行なう。 The rock bolt casting control unit 126 controls the grout filling mechanism and insertion mechanism described above. Specifically, the rock bolt casting control unit 126 controls the reciprocating linear movement of the grout injection pipe by the injection pipe movement unit, and the pressure feeding of grout to the grout injection pipe by the pump. It also controls the extraction of the rock bolt by the extraction mechanism, the attachment of the fixing member to the rock bolt by the fixing member attachment mechanism, and the casting of the rock bolt with the fixing member attached into the rock bolt insertion hole by the casting mechanism.

なお、上述したブーム制御部121、削孔制御部122、ガイドシェル制御部123、アウトリガー制御部124、走行制御部125およびロックボルト打設制御部126は、少なくとも1つのプロセッサ131上でそれぞれの機能を実現するプログラムを起動することで実現することもできる。 The above-mentioned boom control unit 121, hole drilling control unit 122, guide shell control unit 123, outrigger control unit 124, travel control unit 125 and rock bolt driving control unit 126 can also be realized by starting a program that realizes each function on at least one processor 131.

3.遠隔制御装置
図3に例示するように、遠隔制御装置300は、通信部301および302と、制御部303と、操作部304と、表示部305と、プログラム記憶部306とを含んで構成されている。遠隔制御装置300は、トンネル10の掘削作業が行われている現場から離れた箇所、例えば、切羽12から離間したトンネル10の坑内の箇所、あるいは、トンネル10の坑外の箇所に設置されている。
3, the remote control device 300 includes communication units 301 and 302, a control unit 303, an operation unit 304, a display unit 305, and a program storage unit 306. The remote control device 300 is installed at a location away from the site where the excavation work of the tunnel 10 is being carried out, for example, at a location inside the tunnel 10 away from the face 12, or at a location outside the tunnel 10.

通信部301は上述したドリルジャンボ100と無線通信を可能にし、ドリルジャンボ100を制御する制御信号を送信し、ドリルジャンボ100の姿勢および動作状態を示す状態信号および切羽12等の撮像情報を受信することができる。通信部302は、後述するトンネル掘削管理システム400との通信を可能とし、トンネル掘削管理システム400からドリルジャンボ100の位置情報を受信することができる。通信部302はトンネル掘削管理システム400との通信を可能にするものであればよく、有線あるいは無線インタフェースを採用できる。制御部303は遠隔制御装置300の全体的動作を制御する。 The communication unit 301 enables wireless communication with the drill jumbo 100 described above, transmits control signals for controlling the drill jumbo 100, and can receive status signals indicating the attitude and operating state of the drill jumbo 100, as well as image information of the face 12, etc. The communication unit 302 enables communication with the tunnel excavation management system 400 described below, and can receive position information of the drill jumbo 100 from the tunnel excavation management system 400. The communication unit 302 may be any unit that enables communication with the tunnel excavation management system 400, and may employ a wired or wireless interface. The control unit 303 controls the overall operation of the remote control device 300.

操作部304はドリルジャンボ100の遠隔操作を行なう操作員による操作を入力して操作信号を生成し、操作信号が通信部301を通してドリルジャンボ100へ送信されることで、ドリルジャンボ100の動作を制御できる。またルーティン化された操作は、たとえばプログラム記憶部306にプログラムとして記憶され、要求に応じて制御部303が読み出し、操作信号としてドリルジャンボ100へ送信されてもよい。 The operation unit 304 receives input from an operator remotely controlling the drill jumbo 100 to generate an operation signal, which is then transmitted to the drill jumbo 100 via the communication unit 301, thereby controlling the operation of the drill jumbo 100. In addition, routine operations may be stored as a program in the program storage unit 306, for example, and read by the control unit 303 upon request and transmitted to the drill jumbo 100 as an operation signal.

本実施形態では、操作部304は、走行用操作部と、ブーム用操作部と、ガイドシェル用操作部と、削孔用操作部と、ロックボルト用操作部とを備えている。これらの各操作部は、操作員が操作するジョイスティック、操作レバー、操作スイッチなどの被操作部材を含んで構成され、各操作部の構成は従来公知の様々な遠隔操作装置で使用されているものを用いることができる。 In this embodiment, the operating unit 304 includes a traveling operating unit, a boom operating unit, a guide shell operating unit, a hole drilling operating unit, and a rock bolt operating unit. Each of these operating units includes an operated member such as a joystick, an operating lever, or an operating switch that is operated by an operator, and the configuration of each operating unit can be the same as that used in various conventionally known remote control devices.

具体的には、走行用操作部は、ドリルジャンボ100の発進、停止、前進、後進、左右への旋回、走行速度などの走行に関する操作信号を生成する。ブーム用操作部は、ブーム101の伸縮、水平方向への旋回、上下方向への起伏に関する操作信号を生成する。ガイドシェル用操作部はガイドシェル103の回転、水平方向への旋回、上下方向への起伏、前後方向へのスライドの操作関する操作信号を生成する。削孔用操作部は、削孔機102の削孔ロッドの回転、ドリフタによる打撃、フィーダによる前後方向へのスライドの操作に関する操作信号を生成する。ロックボルト用操作部は、注入管移動部によるグラウト注入管の往復直線移動、ポンプによるグラウト注入管へのグラウトの圧送、抜き出し機構によるロックボルトの抜き出し、定着部材装着機構によるロックボルトへの定着部材の装着、打設機構による定着部材が装着されたロックボルトのロックボルト挿通孔への打設の操作に関する操作信号を生成する。 Specifically, the traveling operation unit generates operation signals related to the traveling of the drill jumbo 100, such as starting, stopping, moving forward, moving backward, turning left and right, and traveling speed. The boom operation unit generates operation signals related to the extension and contraction of the boom 101, turning in the horizontal direction, and raising and lowering in the vertical direction. The guide shell operation unit generates operation signals related to the operation of the guide shell 103 rotating in the horizontal direction, raising and lowering in the vertical direction, and sliding in the forward and backward directions. The hole drilling operation unit generates operation signals related to the rotation of the drilling rod of the drilling machine 102, striking by the drifter, and sliding in the forward and backward directions by the feeder. The rock bolt operation unit generates operation signals related to the reciprocating linear movement of the grout injection pipe by the injection pipe movement unit, the pumping of grout into the grout injection pipe by the pump, the extraction of the rock bolt by the extraction mechanism, the attachment of the fixing member to the rock bolt by the fixing member attachment mechanism, and the driving of the rock bolt with the fixing member attached into the rock bolt insertion hole by the driving mechanism.

表示部305は、トンネル掘削管理システム400から受信したトンネル10内あるいは切羽12の映像を表示する。遠隔制御装置300を操作する操作員は、表示部305に表示されるトンネル10の坑内の状況を示す映像を確認しつつ操作部304を操作してドリルジャンボ100を走行させ、必要な作業を遂行させる。 The display unit 305 displays images of the inside of the tunnel 10 or the face 12 received from the tunnel excavation management system 400. The operator operating the remote control device 300 operates the operation unit 304 while checking the images showing the conditions inside the tunnel 10 displayed on the display unit 305 to run the drill jumbo 100 and carry out the necessary work.

また、表示部305に表示される映像によって示される切羽12および削孔パターンを視認しつつ、ブーム用操作部、ガイドシェル用操作部、削孔用操作部を制御して装薬孔の削孔が行われる。また、切羽12近傍のコンクリートの吹付けがなされた周壁面11を視認しつつ、ブーム用操作部、ガイドシェル用操作部、削孔用操作部を制御してロックボルト挿通孔の削孔が行われ、また、ロックボルト用操作部を操作してロックボルトの打設が行われる。 While visually checking the face 12 and the drilling pattern shown by the image displayed on the display unit 305, the boom operation unit, guide shell operation unit, and drilling operation unit are controlled to drill the charge holes.While visually checking the peripheral wall surface 11 near the face 12 to which concrete has been sprayed, the boom operation unit, guide shell operation unit, and drilling operation unit are controlled to drill the rock bolt insertion holes, and the rock bolt operation unit is operated to drive the rock bolts.

なお、ドリルジャンボ100に、撮像部107の撮影方向を遠隔操作するための雲台装置と、雲台装置の動作制御を行なう雲台制御部とを設け、遠隔制御装置300に雲台装置を遠隔操作するための雲台操作部を設けてもよい。 The drill jumbo 100 may be provided with a pan head device for remotely controlling the shooting direction of the imaging unit 107 and a pan head control unit for controlling the operation of the pan head device, and the remote control device 300 may be provided with a pan head operation unit for remotely controlling the pan head device.

4.トンネル掘削管理システム
図4に例示するように、トンネル掘削管理システム400は各種データを入力するための入力部401を有する。ここでは入力部401はトンネル内に設けられた3Dスキャナ201およびサーモグラフィカメラ202と有線あるいは無線で接続され、3Dデータを入力するものとする。また入力部401はシステムのキーボード、ポインティングデバイス等の入力装置に接続され、本実施形態では穿孔パターンデータを入力することができる。
4. Tunnel Excavation Management System As shown in Fig. 4, the tunnel excavation management system 400 has an input unit 401 for inputting various data. Here, the input unit 401 is connected to the 3D scanner 201 and the thermography camera 202 installed in the tunnel by wire or wirelessly, and inputs 3D data. The input unit 401 is also connected to input devices such as a keyboard and a pointing device of the system, and in this embodiment, drilling pattern data can be input.

トンネル掘削管理システム400は、システム全体の動作を制御する制御部402を有し、制御部402が入力部401、トンネル形状抽出部(切羽形状抽出部403およびトンネル側面形状抽出部404)、ドリルジャンボ位置検出部405、データ蓄積部406、出力部407、および通信部408に接続されている。 The tunnel excavation management system 400 has a control unit 402 that controls the operation of the entire system, and the control unit 402 is connected to an input unit 401, a tunnel shape extraction unit (face shape extraction unit 403 and tunnel side shape extraction unit 404), a drill jumbo position detection unit 405, a data storage unit 406, an output unit 407, and a communication unit 408.

トンネル形状抽出部を構成する切羽形状抽出部403およびトンネル側面形状抽出部404は、3Dスキャナ201により取得された3Dデータからそれぞれ切羽形状およびトンネル側面形状を抽出し、それらをトンネル形状データとしてデータ蓄積部406に時系列に蓄積する。 The tunnel face shape extraction unit 403 and the tunnel side surface shape extraction unit 404, which constitute the tunnel shape extraction unit, extract the face shape and the tunnel side surface shape, respectively, from the 3D data acquired by the 3D scanner 201, and store them in chronological order in the data storage unit 406 as tunnel shape data.

ドリルジャンボ位置検出部405は、3Dスキャナ201により取得された3Dデータからドリルジャンボ100のトンネル10内での位置を検出し、ドリルジャンボ位置データとしてトンネル形状データと共にデータ蓄積部406に時系列に蓄積する。ドリルジャンボ100の位置検出は、たとえばドリルジャンボ100に所定の反射板を設置して3Dデータから3Dスキャナ201との距離を測定し、ドリルジャンボ100の位置を検出することもできる。またAI解析によりトンネル10の内壁を示す3Dデータからドリルジャンボ100の部分を識別し、ドリルジャンボ100の位置を検出することも可能である。データ蓄積部406の蓄積データはたとえばAI解析での機械学習モデルの構築に利用され得る。 The drill jumbo position detection unit 405 detects the position of the drill jumbo 100 in the tunnel 10 from the 3D data acquired by the 3D scanner 201, and accumulates the drill jumbo position data together with the tunnel shape data in the data accumulation unit 406 in chronological order. The position of the drill jumbo 100 can be detected, for example, by installing a specified reflector on the drill jumbo 100 and measuring the distance from the 3D scanner 201 from the 3D data to detect the position of the drill jumbo 100. It is also possible to identify parts of the drill jumbo 100 from the 3D data showing the inner wall of the tunnel 10 by AI analysis, and detect the position of the drill jumbo 100. The accumulated data in the data accumulation unit 406 can be used, for example, to build a machine learning model in AI analysis.

出力部407はコンピュータのモニタ等の表示部である。たとえば切羽形状抽出部403で抽出された切羽形状を削孔パターンと共に表示可能であり、また必要に応じてサーモグラフィカメラ202からのサーモグラフィ画像を表示することもできる。 The output unit 407 is a display unit such as a computer monitor. For example, it can display the face shape extracted by the face shape extraction unit 403 together with the drilling pattern, and can also display thermographic images from the thermographic camera 202 as necessary.

通信部408は遠隔制御装置300との通信を可能とし、上述したドリルジャンボ位置情報および、必要に応じてサーモグラフィ画像を遠隔制御装置300へ送信する。 The communication unit 408 enables communication with the remote control device 300, and transmits the above-mentioned drill jumbo position information and, if necessary, thermographic images to the remote control device 300.

なお、制御部102、切羽形状抽出部103、トンネル側面形状抽出部104およびドリルジャンボ位置検出部405の機能は、図示しないメモリに格納されたプログラムをプロセッサ上で実行することにより実現することができる。 The functions of the control unit 102, the face shape extraction unit 103, the tunnel side shape extraction unit 104, and the drill jumbo position detection unit 405 can be realized by executing a program stored in a memory (not shown) on a processor.

5.削孔パターン
切羽12に削孔される装薬孔の位置やロックボルト捜通孔の位置を指示する方法はいくつか提案されている。たとえばレーザ光によって切羽12上に照射表示させる方法、切羽面に装薬孔位置を示す画像を投影する方法(たとえば特開2018-150720号公報など)がある。しかしながら、このような方法ではレーザ光照射手段やプロジェクタ等の投影手段を別個に設ける必要がある。
5. Drilling Pattern Several methods have been proposed for indicating the positions of the charge holes and the rock bolt search holes to be drilled in the face 12. For example, there is a method of projecting a laser beam onto the face 12, and a method of projecting an image showing the charge hole positions onto the face (for example, JP 2018-150720 A, etc.). However, such methods require the separate provision of a laser beam projection means or a projection means such as a projector.

これに対して本実施形態によれば、ドリルジャンボ100の位置をアウトリガー104によって固定することで、3Dスキャナ201を用いてドリルジャンボ100の位置を正確に検出することができ、その検出された位置を基準としてドリルジャンボ100のブーム101やガイドシェル103を動作させることで、削孔パターンに従って所定の装薬孔あるいはロックボルト削孔を形成することができる。 In contrast, according to this embodiment, the position of the drill jumbo 100 is fixed by the outrigger 104, so that the position of the drill jumbo 100 can be accurately detected using the 3D scanner 201, and the boom 101 and guide shell 103 of the drill jumbo 100 can be operated based on the detected position to form a specified charge hole or rock bolt hole according to the drilling pattern.

図5に例示するように、遠隔制御装置300の表示部305に表示された切羽12の画像および削孔パターンに基づいて、制御部303がプログラムに従ってドリルジャンボ100のブーム101、削孔機102およびガイドシェル103を制御し、削孔パターンに従った所定の削孔13aを切羽12に形成する。削孔パターンは、削孔する地山の岩種、岩質、強度、削孔数、発破段数、装薬量などを考慮して予め作図されてもよいし、それらのデータを用いてAI解析により決定しても良い。削孔パターンは、トンネル10の掘削の進行に伴って更新される。ロックボルト挿通孔の削孔パターンについても同様である。 As shown in FIG. 5, based on the image of the face 12 and the drilling pattern displayed on the display unit 305 of the remote control device 300, the control unit 303 controls the boom 101, the drilling machine 102, and the guide shell 103 of the drill jumbo 100 according to a program to form predetermined holes 13a in the face 12 according to the drilling pattern. The drilling pattern may be drawn in advance taking into account the rock type, rock quality, strength, number of holes to be drilled, number of blasting stages, amount of charge, etc. of the ground to be drilled, or may be determined by AI analysis using such data. The drilling pattern is updated as the excavation of the tunnel 10 progresses. The same applies to the drilling pattern for the rock bolt insertion holes.

あるいはレーザ光により削孔パターンを投影し、マーキング装置あるいは作業員が削孔パターンの作図に基づいてスプレー塗料を用いて切羽12に直接マーキングを行い、表示部305に表示された切羽12の画像およびマーキングに基づいて、制御部303がドリルジャンボ100を上述したように制御し、削孔パターンに従った所定の削孔13aを切羽12に形成してもよい。 Alternatively, a drilling pattern may be projected using laser light, and a marking device or worker may directly mark the face 12 using spray paint based on the drawing of the drilling pattern, and the control unit 303 may control the drill jumbo 100 as described above based on the image and marking of the face 12 displayed on the display unit 305, to form the specified drilling holes 13a in the face 12 according to the drilling pattern.

6.トンネル掘削作業
以下、図6を参照しながら、本実施形態における遠隔制御システムを用いた作業工程について説明する。
6. Tunnel Excavation Work Hereinafter, a work process using the remote control system in this embodiment will be described with reference to FIG.

図6において、トンネル掘削管理システム400の切羽形状抽出部403、トンネル側面形状抽出部404およびドリルジャンボ位置検出部405は、3Dスキャナ201により取得された3Dデータからトンネル形状を抽出し、ドリルジャンボ100の位置を計測し、撮像部107から切羽の映像を取得する(ステップ501)。続いて、上述したように削孔パターンおよび炸薬量を決定し、遠隔制御装置300の表示部305に切羽12および削孔パターンを表示する(ステップ502)。 In FIG. 6, the tunnel face shape extraction unit 403, tunnel side surface shape extraction unit 404, and drill jumbo position detection unit 405 of the tunnel excavation management system 400 extract the tunnel shape from the 3D data acquired by the 3D scanner 201, measure the position of the drill jumbo 100, and acquire an image of the tunnel face from the imaging unit 107 (step 501). Next, they determine the drilling pattern and explosive amount as described above, and display the tunnel face 12 and the drilling pattern on the display unit 305 of the remote control device 300 (step 502).

遠隔制御装置300は、ドリルジャンボ100を現在の位置から削孔作業を実行する位置へ移動させ、アウトリガー104により位置を固定する(ステップ503)。本実施形態ではトンネル10内の形状とドリルジャンボ100の位置とが計測されているので、遠隔制御装置300の制御部303が通信部301を通してドリルジャンボ100の駆動/制動系105を制御し、ドリルジャンボ100をトンネル10の坑内で切羽12の手前の作業位置に自動で移動させることができる。あるいは操作員が表示部305に表示されるトンネル10の坑内の状況を視認しつつ、操作部304の走行用操作部を操作してドリルジャンボ100を所定の作業位置に移動させてもよい。 The remote control device 300 moves the drill jumbo 100 from its current position to a position where drilling work will be performed, and fixes the position with the outriggers 104 (step 503). In this embodiment, the shape inside the tunnel 10 and the position of the drill jumbo 100 are measured, so the control unit 303 of the remote control device 300 controls the drive/braking system 105 of the drill jumbo 100 through the communication unit 301, and the drill jumbo 100 can be automatically moved to a work position just before the face 12 inside the tunnel 10. Alternatively, the operator may operate the travel operation unit of the operation unit 304 to move the drill jumbo 100 to a predetermined work position while visually checking the situation inside the tunnel 10 displayed on the display unit 305.

こうしてドリルジャンボ100が所定の作業位置でアウトリガー104により固定されると、遠隔制御装置300は、切羽12とジャンボドリル100との位置関係を基礎として、削孔パターンに従ってブーム101およびガイドシェル103を動作させ、削孔機102により切羽12に装薬孔の削孔を行なう(ステップ504)。なお、アウトリガー104により位置固定された状態のドリルジャンボ100の位置情報を用いることで、より正確な削孔作業を行うことができる。 Once the drill jumbo 100 has been fixed in a predetermined working position by the outriggers 104, the remote control device 300 operates the boom 101 and guide shell 103 according to a drilling pattern based on the positional relationship between the face 12 and the jumbo drill 100, and the drilling machine 102 drills a charge hole in the face 12 (step 504). By using the position information of the drill jumbo 100, which is fixed in position by the outriggers 104, more accurate drilling work can be performed.

切羽12に削孔パターンで装薬孔13aの削孔が終了すると、作業員は遠隔制御装置300の表示部305に表示されるトンネル10の坑内の状況を視認しつつ、坑内作業員により、あるいは遠隔制御により装薬孔に雷管を取り付けた爆薬を装薬孔13aに挿入し、続いて走行用操作部を操作してドリルジャンボ100をトンネル10の坑内で切羽12から十分に離れた退避位置に移動させる(ステップ505)。 When drilling of the charge hole 13a has been completed in the drilling pattern at the face 12, the worker visually checks the situation inside the tunnel 10 displayed on the display unit 305 of the remote control device 300, and inserts an explosive with a detonator attached into the charge hole 13a by the underground worker or by remote control, and then operates the travel control unit to move the drill jumbo 100 to a retreat position within the tunnel 10, sufficiently away from the face 12 (step 505).

坑内の作業員も含めて退避が完了すると、雷管により起爆することで発破を実行し切羽12を掘削する(ステップ506)。 Once the evacuation of the tunnel, including the workers inside, is complete, the blast is detonated using a detonator to excavate the face 12 (step 506).

発破作業終了後、現場作業員によりバックホウや削岩機を用いた掘削、ずり出し作業が行われる(ステップ507)。具体的には、切羽12がほぼ平坦に、トンネル10の切羽12近傍の周壁面11が所定の円筒面形状に、さらにトンネル10の床面がほぼ平坦に、それぞれ掘削され、また、発破作業および掘削作業によって発生した掘削ずりはホイールローダやダンプトラックなどの重機により、あるいは、ベルトコンベアなどの搬送装置によりトンネル10の坑外に搬出される。 After the blasting work is completed, on-site workers use backhoes and rock drills to perform excavation and debris removal work (step 507). Specifically, the tunnel 10 is excavated so that the tunnel face 12 is almost flat, the tunnel wall 11 near the tunnel face 12 is excavated to a specified cylindrical shape, and the tunnel 10 floor is almost flat. The debris generated by the blasting and excavation work is transported outside the tunnel 10 by heavy machinery such as wheel loaders and dump trucks, or by a transport device such as a belt conveyor.

掘削ずりの搬出後、現場作業員により支保工が設置され(ステップ508)、切羽12近傍のトンネル周壁面11およびトンネル床面に対してコンクリート吹き付け機によりコンクリートの吹付けがなされる(ステップ509)。 After the excavation waste is removed, on-site workers install shoring (step 508), and concrete is sprayed onto the tunnel wall surface 11 and the tunnel floor surface near the face 12 using a concrete sprayer (step 509).

続いて、ロックボルト挿通孔の削孔パターンを決定すると(ステップ510)、遠隔制御装置300はドリルジャンボ100を作業位置まで移動させ、アウトリガー104により固定する(ステップ511)。本実施形態ではトンネル10内の形状とドリルジャンボ100の位置とが計測されているので、上述したように、遠隔制御装置300がドリルジャンボ100の駆動/制動系105を制御し、ドリルジャンボ100を切羽12の手前のロックボルト削孔作業位置に自動で移動させることができる。あるいは操作員が表示部305に表示されるトンネル10の坑内の状況を視認しつつ、操作部304の走行用操作部を操作してドリルジャンボ100を所定の作業位置に移動させてもよい。 Next, when the drilling pattern for the rock bolt insertion holes is determined (step 510), the remote control device 300 moves the drill jumbo 100 to the work position and secures it with the outriggers 104 (step 511). In this embodiment, the shape inside the tunnel 10 and the position of the drill jumbo 100 are measured, so as described above, the remote control device 300 can control the drive/braking system 105 of the drill jumbo 100 to automatically move the drill jumbo 100 to the rock bolt drilling work position just before the face 12. Alternatively, the operator may operate the travel operation unit of the operation unit 304 to move the drill jumbo 100 to a predetermined work position while visually checking the situation inside the tunnel 10 displayed on the display unit 305.

ドリルジャンボ100が作業位置まで移動してアウトリガー104により固定されると、遠隔制御装置300は、切羽12とジャンボドリル100との位置関係を基礎として、ロックボルト捜通孔の削孔パターンに従ってブーム101およびガイドシェル103を動作させ、削孔機102によりロックボルト捜通孔の削孔を行なう(ステップ512)。その際、必要に応じて遠隔制御装置300がドリルジャンボ100を移動させロックボルト挿通孔の削孔を行なってもよい。 When the drill jumbo 100 moves to the working position and is secured by the outriggers 104, the remote control device 300 operates the boom 101 and guide shell 103 according to the drilling pattern for the rock bolt search holes based on the relative positions of the face 12 and the jumbo drill 100, and the drilling machine 102 drills the rock bolt search holes (step 512). At that time, the remote control device 300 may move the drill jumbo 100 to drill the rock bolt insertion holes as necessary.

ロックボルト挿通孔の削孔が終了すると、遠隔制御装置300は削孔パターンに従ってブーム101およびガイドシェル103を動作させ、ロックボルトの打設を行なう(513)。なお、操作員が表示部305に表示されるトンネル10の周壁面11の状況を視認しつつ、ロックボルト用操作部を操作してロックボルトの打設を行なうこともできる。詳細には、注入管移動部によるグラウト注入管の往復直線移動、ポンプによるグラウト注入管へのグラウトの圧送、抜き出し機構によるロックボルトの抜き出し、定着部材装着機構によるロックボルトへの定着部材の装着、打設機構による定着部材が装着されたロックボルトのロックボルト挿通孔への打設といった一連の操作がなされる。その際、必要に応じて遠隔制御装置300がドリルジャンボ100を移動させロックボルトの打設を行なってもよい。 When the drilling of the rock bolt insertion holes is completed, the remote control device 300 operates the boom 101 and the guide shell 103 according to the drilling pattern to cast the rock bolts (513). The operator can also cast the rock bolts by operating the rock bolt operation unit while visually checking the condition of the peripheral wall surface 11 of the tunnel 10 displayed on the display unit 305. In detail, a series of operations are performed, such as the reciprocating linear movement of the grout injection pipe by the injection pipe movement unit, the pump pumping the grout into the grout injection pipe, the extraction mechanism extracting the rock bolt, the fixing member attachment mechanism attaching the fixing member to the rock bolt, and the driving mechanism driving the rock bolt with the fixing member attached into the rock bolt insertion hole. At that time, the remote control device 300 may move the drill jumbo 100 to drive the rock bolts as necessary.

ロックボルト挿通孔に対するロックボルトの打設が終了すると、同様の作業を繰り返して行ない、これによりトンネル10の掘削作業がなされる。また、トンネル10が所定の長さ分掘削される毎に、ロックボルトが打設された周壁面11を防水シートで覆ったのち、周壁面11に対向してセントル(型枠)を設置し、周壁面11とセントルとの間にコンクリートを打設することで覆工作業が行われる。このようなトンネルの掘削作業と覆工作業が繰り返してなされることでトンネル10が施工されていく。 Once the rock bolts have been driven into the rock bolt holes, the same work is repeated, and the tunnel 10 is excavated. Each time a predetermined length of the tunnel 10 has been excavated, the surrounding wall surface 11 on which the rock bolts have been driven is covered with a waterproof sheet, a center (formwork) is placed opposite the surrounding wall surface 11, and concrete is poured between the surrounding wall surface 11 and the centerwork, thereby carrying out the lining work. The tunnel 10 is constructed by repeating this process of tunnel excavation and lining.

以上説明したように、本実施形態による遠隔制御システムによれば、3Dスキャナ201を用いてドリルジャンボ100の位置を正確に検出することができ、アウトリガー104によって固定されたドリルジャンボ100の位置を基準としてブーム101、ガイドシェル103および削孔機102を動作させることで、削孔パターンに従って所定の装薬孔あるいはロックボルト削孔を正確に形成することができる。このように山岳地のトンネル工事において、ドリルジャンボを所望位置に固定し、その固定位置を基準として削孔機を予め決められた位置に移動させることができる。 As described above, according to the remote control system of this embodiment, the position of the drill jumbo 100 can be accurately detected using the 3D scanner 201, and the boom 101, guide shell 103 and drilling machine 102 can be operated based on the position of the drill jumbo 100 fixed by the outriggers 104, thereby accurately forming a predetermined charge hole or rock bolt hole according to the drilling pattern. In this way, in tunnel construction in mountainous areas, the drill jumbo can be fixed at a desired position, and the drilling machine can be moved to a predetermined position based on the fixed position.

10 トンネル
11 トンネル内壁
12 切羽
13 装薬孔
100 ドリルジャンボ(切羽穿孔機)
101 ブーム
102 削孔機
103 ガイドシェル
104 アウトリガー
105 駆動/制動系
106 ロックボルト打設装置
107 撮像部
200 台車
201 3Dスキャナ
202 サーモグラフィカメラ
300 遠隔制御装置
301、302 通信部
303 制御部
304 操作部
305 表示部
400 トンネル掘削管理システム
401 入力部
402 制御部
403 切羽形状抽出部(トンネル形状抽出部)
404 トンネル側面形状抽出部(トンネル形状抽出部)
405 ドリルジャンボ位置検出部
406 データ蓄積部
407 出力部
408 通信部
10 Tunnel 11 Tunnel inner wall 12 Face 13 Charge hole 100 Drill jumbo (face drilling machine)
101 Boom 102 Drilling machine 103 Guide shell 104 Outrigger 105 Drive/braking system 106 Rock bolt driving device 107 Imaging unit 200 Cart 201 3D scanner 202 Thermography camera 300 Remote control device 301, 302 Communication unit 303 Control unit 304 Operation unit 305 Display unit 400 Tunnel excavation management system 401 Input unit 402 Control unit 403 Face shape extraction unit (tunnel shape extraction unit)
404 Tunnel side shape extraction unit (tunnel shape extraction unit)
405 Drill jumbo position detection unit 406 Data storage unit 407 Output unit 408 Communication unit

Claims (4)

トンネルを掘削する切羽穿孔機を制御するための遠隔制御システムであって、
前記切羽穿孔機が配置されたトンネル内の3次元距離を計測し3次元データを出力する3次元スキャナと、
前記3次元データから前記トンネルの切羽および側面形状を抽出するトンネル形状抽出部と、
前記3次元データから前記切羽穿孔機の位置情報を検出する位置検出部と、
前記切羽穿孔機の動作を制御する遠隔制御装置と、
を有し、
前記切羽穿孔機が、位置および姿勢に変更可能な削孔機と、自走するための駆動/制動系と、前記遠隔制御装置による制御に従って前記切羽穿孔機を動作させる制御部と、を有し、
前記遠隔制御装置が、前記位置検出部により検出された前記切羽穿孔機の位置情報に従って前記切羽穿孔機を所定作業位置へ移動させ、前記所定作業位置において前記切羽穿孔機の前記削孔機により前記トンネルの所望位置に削孔を形成する、
ことを特徴とする遠隔制御システム。
1. A remote control system for controlling a face drilling machine for excavating a tunnel, comprising:
a three-dimensional scanner that measures three-dimensional distances within a tunnel in which the face drilling machine is installed and outputs three-dimensional data;
a tunnel shape extraction unit that extracts a face and a side shape of the tunnel from the three-dimensional data;
a position detection unit that detects position information of the face drilling machine from the three-dimensional data;
A remote control device for controlling the operation of the face drilling machine;
having
The face drilling machine has a drilling machine whose position and attitude can be changed, a drive/brake system for self-propelling, and a control unit that operates the face drilling machine according to the control by the remote control device,
The remote control device moves the face drilling machine to a predetermined work position according to the position information of the face drilling machine detected by the position detection unit, and forms a hole at a desired position of the tunnel by the boring machine of the face drilling machine at the predetermined work position.
A remote control system comprising:
前記切羽穿孔機はアウトリガーをさらに有し、
前記遠隔制御装置が、前記所定作業位置において前記アウトリガーを駆動して前記切羽穿孔機の位置を固定することを特徴とする請求項1に記載の遠隔制御システム。
The face drilling machine further has an outrigger,
The remote control system according to claim 1, characterized in that the remote control device drives the outriggers at the predetermined working position to fix the position of the face drilling machine.
前記遠隔制御装置は、予め用意された削孔パターンに従って前記切羽穿孔機の前記ブーム、前記ガイドシェルおよび前記削孔機を動作させ、前記トンネルの切羽削孔およびロックボルト削孔を形成する、ことを特徴とする請求項1または2に記載の遠隔制御システム。 The remote control system according to claim 1 or 2, characterized in that the remote control device operates the boom, the guide shell and the drilling machine of the face drilling machine according to a drilling pattern prepared in advance to perform face drilling and rock bolt drilling of the tunnel. 前記切羽穿孔機が、多関節アクチュエータを用いて伸縮、旋回、起伏するブームと、前記ブームの先端部に支持され旋回、起伏、スライドするガイドシェルと、を有し、前記削孔機が前記ガイドシェルに搭載され、
前記遠隔制御装置が、前記所定作業位置において前記切羽穿孔機の前記ブーム、前記ガイドシェルおよび前記削孔機を制御し前記トンネルの所望位置に削孔を形成する、ことを特徴とする請求項1または2に記載の遠隔制御システム。
The face drilling machine has a boom that expands and contracts, rotates, and rises and falls using a multi-joint actuator, and a guide shell that is supported at the tip of the boom and rotates, rises and falls, and slides, and the drilling machine is mounted on the guide shell,
The remote control system according to claim 1 or 2, characterized in that the remote control device controls the boom, the guide shell and the drilling machine of the face drilling machine at the specified working position to form a hole at a desired position of the tunnel.
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