(57)【要約】【課題】放電衝撃力を利用した破壊方法において、衝撃力を被破壊物の破壊に効率良く利用する。【解決手段】放電衝撃破壊装置１のカートリッジ２が挿入された被破壊物９の凹部９１に硬化性を有する流動性の樹脂材料７１を注入し、樹脂材料７１の硬化後にカートリッジ２内の破壊用物質２２を気化させることにより被破壊物９が破壊される。このように、樹脂材料７１が硬化して凹部９１の内面に強固に付着した状態で破壊用物質２２を気化させることにより、破壊用物質２２の気化膨張の際に樹脂材料７１が凹部９１から外部へと押し出されることが抑制される。その結果、破壊用物質２２の気化により生じる衝撃力が、凹部９１の開口から外部へと放散してしまうことが抑制され、当該衝撃力を被破壊物９の破壊に効率良く利用することができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被破壊物を破壊する破壊方法であって、
ａ）金属細線を介して互いに接続された一対の電極および破壊用物質が内部に収容されたカートリッジを、被破壊物に形成された凹部内に挿入する工程と、
ｂ）前記凹部内に硬化性を有する流動性の樹脂材料を注入する工程と、
ｃ）前記凹部内において前記樹脂材料が硬化した後に、前記一対の電極に電気エネルギーを供給して前記金属細線を溶融させることにより前記破壊用物質を気化させ、前記破壊用物質の気化の際の膨張により前記被破壊物を破壊する工程と、
を備えることを特徴とする破壊方法。
【請求項２】
請求項１に記載の破壊方法であって、
前記ｂ）工程よりも前に、第１材料と第２材料とを混合することにより前記樹脂材料を生成する工程をさらに備え、
前記第１材料および前記第２材料の混合により前記樹脂材料の硬化が開始することを特徴とする破壊方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の破壊方法であって、
前記樹脂材料の体積が硬化時に増加することを特徴とする破壊方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被破壊物を破壊する破壊方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、コンクリート構造物や岩石等の被破壊物を破壊する方法として、いわゆる放電衝撃力を利用した方法が用いられている。例えば、特許文献１では、金属細線を介して接続された一対の電極および水が収容された破壊容器（以下、「破壊プローブ」という。）を、被破壊物に形成された装着孔に挿入し、金属細線にコンデンサから電気エネルギーを短時間にて放電供給することにより水を急激に気化させ、気化の際の膨張により被破壊物を破壊する方法が開示されている。また、特許文献１では、被破壊物に形成された装着孔に破壊プローブを挿入した後、装着孔に砂を充填して押圧することにより、破壊の際の衝撃力が装着孔の開口から外部に放散することを抑制する技術が開示されている。
【０００３】
特許文献２では、被破壊物に形成された溝や孔に放電破壊用電極装置の放電部を直接設置するとともに、溝や孔の内部において放電部の周囲に流動性を失ったゲル状の充填材を充填し、放電を行うことにより充填剤の一部を気化させて被破壊物を破壊する技術が開示されている。充填材としては、水を吸収した高吸水性樹脂により形成された含水ゲルが利用され、放電により生じる圧力が当該充填材により溝や孔の内面に伝達される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３７７３３０５号公報
【特許文献２】特開２００８−５５３４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１のように被破壊物の装着孔に砂等を充填する方法では、装着孔に入れた砂を鉄筋棒やハンマー等を用いて突き固める必要があるため、破壊プローブの装着時間が長くなってしまうとともに、作業員の技術の差等により、砂等の充填の程度（装着孔内の砂の密度等）が変化してしまい、破壊プローブによる破壊の程度も変化してしまうおそれがある。また、砂を突き固める際に、破壊プローブの電極から外部に伸びる電線を避けて作業する必要があるため作業に熟練を要する。
【０００６】
上述の砂や特許文献２のゲル状の充填材は流動性を有していないため、被破壊物の装着孔に均等に充填することが困難であり、破壊の際の衝撃力を被破壊物に均等に伝達することが難しい。また、被破壊物に装着孔を形成する際に、装着孔の内面から周囲に細かい亀裂（いわゆる、ヘアクラック）が生じる場合があるが、砂やゲル状の充填材を亀裂の内部まで充填することは困難である。このため、衝撃力が亀裂内の空間に放散されてしまい、被破壊物への衝撃力の伝達効率向上に限界がある。さらには、装着孔の径が小さい場合、あるいは、装着孔が下向きや横向きに開口している場合には、砂やゲル状の充填材を装着孔に充填することが困難になるとともに、砂やゲル状の充填材は装着孔の内面に強固に付着するわけではないため、衝撃力の外部への放散抑制に限界がある。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、放電衝撃力を利用した破壊方法において、衝撃力を被破壊物の破壊に効率良く利用することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の発明は、被破壊物を破壊する破壊方法であって、ａ）金属細線を介して互いに接続された一対の電極および破壊用物質が内部に収容されたカートリッジを、被破壊物に形成された凹部内に挿入する工程と、ｂ）前記凹部内に硬化性を有する流動性の樹脂材料を注入する工程と、ｃ）前記凹部内において前記樹脂材料が硬化した後に、前記一対の電極に電気エネルギーを供給して前記金属細線を溶融させることにより前記破壊用物質を気化させ、前記破壊用物質の気化の際の膨張により前記被破壊物を破壊する工程とを備える。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の破壊方法であって、前記ｂ）工程よりも前に、第１材料と第２材料とを混合することにより前記樹脂材料を生成する工程をさらに備え、前記第１材料および前記第２材料の混合により前記樹脂材料の硬化が開始する。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の破壊方法であって、前記樹脂材料の体積が硬化時に増加する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明では、衝撃力を被破壊物の破壊に効率良く利用することができる。請求項２の発明では、流動性材料の硬化を容易に開始することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】放電衝撃破壊装置の構成を示す図である。
【図２】放電衝撃破壊装置による被破壊物の破壊の流れを示す図である。
【図３】放電衝撃破壊装置と被破壊物とを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、本発明の一の実施の形態に係る放電衝撃破壊装置１の構成を示す図である。図１に示すように、放電衝撃破壊装置１は、コンクリート構造物や岩石等の被破壊物に装着されるカートリッジ２、配線３を介してカートリッジ２に接続されるコンデンサ４、および、配線５を介してコンデンサ４に接続される直流電源６を備え、配線３および配線５にはそれぞれ放電スイッチ３１および充電スイッチ５１が設けられる。図１では、図の理解を容易にするためにカートリッジ２を断面にて描いている。
【００１４】
カートリッジ２は、プラスチック等により形成された略円筒状の破壊容器２１、破壊容器２１内に充填された破壊用物質２２（例えば、水等の液体やゲル状物質）、破壊容器２１内に収容された一対の電極２３、および、一対の電極２３の先端部に接続された電極２３よりも断面積が小さい金属細線２４を備える。一対の電極２３は、金属細線２４を介して互いに接続されるとともに配線３を介してコンデンサ４に接続される。
【００１５】
図２は、放電衝撃破壊装置１による被破壊物の破壊の流れを示す図である。放電衝撃破壊装置１により被破壊物の破壊が行われる際には、まず、図３に示すように、ドリル等により被破壊物９に凹部９１が形成される（ステップＳ１１）。本実施の形態では、凹部９１は深孔状の装填孔とされ、凹部９１の深さ方向に垂直な断面は略円形とされる。続いて、一対の電極２３および破壊用物質２２が内部に収容されたカートリッジ２が、被破壊物９の凹部９１内に挿入される（ステップＳ１２）。図３では、図の理解を容易にするために被破壊物９を断面にて描いている。
【００１６】
次に、プラスチックボトル等の容器に入れられた硬化性を有する流動性の樹脂材料７１（本実施の形態では、ウレタン系の樹脂材料）が準備される。樹脂材料７１は２液性の硬化性樹脂材料であり、容器に入れられた第１材料である液状の主剤に、他の容器に入れられた第２材料である液状の硬化剤を加えて攪拌し、第１材料と第２材料とを混合することにより生成される（ステップＳ１３）。容器内では、第１材料と第２材料との混合により樹脂材料７１の硬化が開始されるが、樹脂材料７１が完全に硬化するまでには数分程度の時間が必要であり、硬化完了前の段階では樹脂材料７１は流動性を有している。
【００１７】
樹脂材料７１が生成されると、樹脂材料７１が十分な流動性を有している間に、被破壊物９の凹部９１内に樹脂材料７１が速やかに注入される（ステップＳ１４）。凹部９１内では、カートリッジ２と凹部９１の内面との間の間隙、および、カートリッジ２の上方に樹脂材料７１が満遍なく流入し、カートリッジ２の周囲の空間（すなわち、カートリッジ２と凹部９１の内面との間の空間、および、カートリッジ２の上端と凹部９１の開口との間の空間）に樹脂材料７１が充填される。
【００１８】
樹脂材料７１の注入は、樹脂材料７１が入っている容器の注ぎ口を凹部９１の開口に近接させた状態で容器を傾けることにより行われる。凹部９１の開口が比較的小さい場合、シリンダ等の注入器により容器内の樹脂材料７１を吸い上げた後に、当該注入器を介して凹部９１に対する樹脂材料７１の注入が行われてもよい。また、凹部９１が重力方向の下側に向かって開口している場合や横向きに開口している場合には、例えば、凹部９１の開口をパテ等により予め閉塞しておき、当該パテに設けられた小さい開口やパテと凹部９１内面との間の隙間から、注入器の先端を凹部９１内へと挿入して樹脂材料７１の注入が行われてもよい。
【００１９】
続いて、樹脂材料７１が硬化するまで待機する。樹脂材料７１は硬化膨張性を有し、樹脂材料７１の体積は硬化時に増加するため、硬化後の樹脂材料７１が凹部９１の内面を押圧する。そして、凹部９１内において樹脂材料７１が硬化した後に（すなわち、樹脂材料７１による、いわゆるタンピングが完了した後に）、放電衝撃破壊装置１の放電スイッチ３１がＯＦＦとされた状態で充電スイッチ５１がＯＮとされることにより、コンデンサ４に電気エネルギーが蓄積される。その後、充電スイッチ５１がＯＦＦとされ、放電スイッチ３１がＯＮとされることにより、コンデンサ４に蓄積された電気エネルギーがカートリッジ２の一対の電極２３に供給されて金属細線２４が溶融気化する。
【００２０】
本実施の形態では、電圧が１ｋＶ以上６ｋＶ以下、電流の最大値が１ｋＡ以上５０ｋＡ以下、かつ、供給時間が１秒以下の条件下にて、電気エネルギーが一対の電極２３に供給される。溶融気化された金属細線２４は数千度の金属ガスとなり、コンデンサ４からの電気エネルギーが当該金属ガスにさらに供給されることによりプラズマが発生する。そして、金属細線２４の溶融気化およびプラズマ化により発生する高温高圧により、カートリッジ２の破壊容器２１内において破壊用物質２２を瞬間的に蒸発気化させ、破壊用物質２２の気化の際の膨張により生じる衝撃力（すなわち、放電衝撃力）により被破壊物９が破壊される（ステップＳ１５）。
【００２１】
以上に説明したように、上述の破壊方法では、カートリッジ２が挿入された被破壊物９の凹部９１に硬化性を有する流動性の樹脂材料７１を注入し、樹脂材料７１の硬化後にカートリッジ２内の破壊用物質２２を気化させることにより被破壊物９が破壊される。このように、樹脂材料７１が硬化して凹部９１の内面に強固に付着した状態で破壊用物質２２を気化させることにより、破壊用物質２２の気化膨張の際に樹脂材料７１が凹部９１から外部へと押し出されることが抑制される。その結果、破壊用物質２２の気化により生じる衝撃力が、凹部９１の開口から外部へと放散してしまうことが抑制され（いわゆる、アンカー効果が発揮され）、当該衝撃力を被破壊物９の破壊に効率良く利用することができる。また、上述のように、樹脂材料７１が硬化膨張性を有することにより、硬化後の樹脂材料７１が凹部９１の内面を押圧し、当該内面にさらに強固に付着する。このため、破壊用物質２２の気化により生じる衝撃力の放散がより抑制され、当該衝撃力を被破壊物９の破壊にさらに効率良く利用することができる。
【００２２】
ここで、破壊用物質２２の気化による衝撃圧をＰとし、カートリッジ２の上端における樹脂材料７１の底面積（すなわち、凹部９１の深さ方向に垂直な断面の面積）をＡとし、硬化後の樹脂材料７１と凹部９１の内面との摩擦係数をｕとし、樹脂材料７１の凹部９１の内面への垂直応力をＦとし、カートリッジ２よりも上方の樹脂材料７１の長さ（すなわち、凹部９１の深さ方向における樹脂材料７１の長さ）をＬとし、樹脂材料７１の単位長さ当たりの側面積をＳとすると、Ｐ・Ａ＜ｕ・Ｓ・Ｌ・Ｆとなるように樹脂材料７１の種類や破壊用物質２２の量等を決定することにより、被破壊物９の破壊時に樹脂材料７１が凹部９１から押し出されることを防止することができる。その結果、破壊用物質２２の気化により生じる衝撃力を被破壊物９の破壊に一層効率良く利用することができる。
【００２３】
上記破壊方法では、凹部９１内に流動性の樹脂材料７１を注入することにより、カートリッジ２の周囲の空間に隙間なくおよそ均等に樹脂材料７１が充填されて硬化する。これにより、破壊用物質２２の気化により生じる衝撃力が、被破壊物９に効率良くかつ均等に伝達される。また、凹部９１を形成する際に、凹部９１の内面から周囲に細かい亀裂（いわゆる、ヘアクラック）が生じた場合であっても、当該亀裂に樹脂材料７１が浸透して硬化する。このため、破壊用物質２２の気化膨張の際に樹脂材料７１が凹部９１から外部へと押し出されることがより一層抑制されるとともに、破壊用物質２２の気化により生じる衝撃力が、亀裂内の空間に放散されることなく被破壊物９に効率良く伝達される。
【００２４】
上記破壊方法では、凹部９１への樹脂材料７１の充填を容易かつ短時間にて行うことができるため、被破壊物９の破壊に係る作業の簡素化および迅速化を実現することができる。また、主剤と硬化剤とを混合することにより、樹脂材料７１が容易に生成されるとともに、樹脂材料７１の硬化が容易に開始される。
【００２５】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
【００２６】
放電衝撃破壊装置１による被破壊物９の破壊では、被破壊物９の凹部９１内へのカートリッジ２の挿入（ステップＳ１２）が、樹脂材料７１の生成および凹部９１への注入（ステップＳ１３，Ｓ１４）と被破壊物９の破壊（ステップＳ１５）との間に行われてもよい。この場合、凹部９１内に注入された流動性を有する樹脂材料７１にカートリッジ２が挿入されることになる。
【００２７】
上記破壊方法では、発泡性の樹脂材料７１が利用されてもよい。樹脂材料７１が発泡性を有することにより、樹脂材料７１の硬化時の体積増加をより大きくすることができるため、硬化後の樹脂材料７１が凹部９１の内面により一層強固に付着する。その結果、衝撃力を被破壊物９の破壊にさらに効率良く利用することができる。また、樹脂材料７１は必ずしも２液性のものに限定される必要はなく、例えば、１液性の熱硬化性樹脂や紫外線硬化性樹脂等が樹脂材料７１として利用されてもよい。上記実施の形態では、凹部９１は被破壊物９に形成された穴であるが、被破壊物９に形成された溝部が凹部９１として利用されてもよい。
【００２８】
上述の放電衝撃破壊装置１を利用した破壊方法は、例えば、トンネルにおける仕上げ破壊作業やコンクリート構造物の解体作業、水中における破壊作業、その他、発破作業が制限される破壊・解体作業に適用することができる。
【符号の説明】
【００２９】
２  カートリッジ
９  被破壊物
２２  破壊用物質
２３  電極
２４  金属細線
７１  樹脂材料
９１  凹部
Ｓ１１〜Ｓ１５  ステップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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