(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネルの切羽面に複数の発破孔を穿設し、これら発破孔に対して爆薬およびこの爆薬を起爆する起爆手段を装填した後、一直線状に隣接する複数の発破孔を一つずつそれらの起爆手段を１ミリ秒以上の所定の時間差を以て順次起爆させ、これに続いて直前に起爆した発破孔を含むすでに起爆済みの発破孔に隣接する他の発破孔を一つずつそれらの起爆手段を１ミリ秒以上の所定の時間差を以て順次起爆させることにより、前記発破孔にそれぞれ装填されたすべての起爆手段をすべて異なる起爆時期にて順次起爆させるようにしたことを特徴とするトンネル発破工法。
【請求項２】
トンネルの切羽面に複数の発破孔を穿設し、これら発破孔に対して爆薬およびこの爆薬を起爆する起爆手段を装填した後、一直線状に並ばない相互に隣接する３つの発破孔を一つずつそれらの起爆手段を１ミリ秒以上の所定の時間差を以て順次起爆させ、これに続いて直前に起爆した発破孔を含むすでに起爆済みの発破孔に隣接する他の発破孔を一つずつそれらの起爆手段を１ミリ秒以上の所定の時間差を以て順次起爆させることにより、前記発破孔にそれぞれ装填されたすべての起爆手段をすべて異なる起爆時期にて順次起爆させるようにしたことを特徴とするトンネル発破工法。
【請求項３】
トンネルの中央部から外周縁に向けて螺旋状に１ミリ秒以上の所定の時間差を以て順次起爆するようにしたことを特徴とする請求項２に記載したトンネル発破工法。
【請求項４】
所定の時間差が２５０ミリ秒以下であることを特徴とする請求項１または請求項２または請求項３に記載したトンネル発破工法。
【請求項５】
起爆手段が電気的遅延電気雷管であることを特徴とする請求項１または請求項２または請求項３に記載したトンネル発破工法。
【請求項６】
起爆手段の起爆時間精度が設定時間に対して±１ミリ秒以下の精度を有するものであることを特徴とする請求項４に記載したトンネル発破工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、効率良くトンネル掘進を行うためのトンネル発破工法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、発破の効率は、自由面を如何にうまく利用するかに大きく左右され、自由面の数が多いほど発破効率は増大する。
【０００３】
トンネル掘進発破において、切羽面のみが自由面の一自由面発破となる場合、発破としては効率の悪いものである。そこで、まず切羽面内に新たな自由面を形成する芯抜き発破と、次にこの二自由面を順次拡大して行く払い発破を組み合わせることにより効率の向上を図っている。
【０００４】
従来、芯抜き発破として用いられてきたものとしては、Ｖカットやピラミッドカット等のアングルカットと、バーンカットやラージホールカットあるいはスパイラルカット等のパラレルカットとを挙げることができる。このうち、Ｖカットやピラミッドカット等のアングルカットは、切羽面を唯一の自由面として利用し、発破孔の穿孔角度を掘進方向の一点に集中させ、トンネルの掘進方向に向けて楔形やピラミッド型に穿孔し、発破孔の底部に集中的に装薬し、切羽面に向かってずりを押し出すように掘削するものであり、発破孔の穿孔角度を正確に維持し、孔底を一点に集中させることが重要である。また、起爆は斉発が好ましい。
【０００５】
また、バーンカットやラージホールカットあるいはスパイラルカット等のパラレルカットは、掘進方向と平行に発破孔を穿孔することを基本とするもので、芯抜き部分の中心付近に複数の空孔あるいは大口径の空孔を配置し、これを取り巻く形で数段階の発破孔を配置し、中心の空孔と切羽面とを自由面として利用し、発破孔に対する装薬は、この発破孔の口元近傍までほぼ均一に分散させ、空孔に最も近い発破孔群は一孔ずつ、それより以遠の発破孔群は斉発あるいは段発することにより、空孔に向かってずりを押し出すようにし、空孔を順次自由面としての効果が充分発揮される大きさまで拡大して行く方法である。特に、スパイラルカットは、大口径の空孔の周りに螺旋状に発破孔を配置し、空孔に近い方から順次起爆して芯抜きを行うものであり、これらの中では最も効率の良い方法である。
【０００６】
一方、従来の払い発破としては、巻き方式とライン方式とを挙げることができる。
【０００７】
巻き方式は、芯抜き発破により形成された芯抜き穴の自由面を取り巻く形で同心円状に配置した発破孔を斉発あるいは段発し、この芯抜き穴を切り広げて行く二自由面発破あるいは三自由面発破である。
【０００８】
また、ライン方式は、芯抜き発破により形成された芯抜き穴を、この芯抜き穴と同じ高さで、トンネルの横幅よりわずかに狭い範囲に亙って水平に配置された発破孔を斉発あるいは段発することにより切り広げ、これによって切り広げられた自由面に対し、平行に配置された発破孔をさらに斉発あるいは段発することにより、順次切り広げて行く二自由面発破あるいは三自由面発破である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来のトンネル掘削においては、雷管の種類や発破段数が限られているＭＳ段発雷管やＤＳ段発雷管を主として使用しているため、切羽面のほぼ全面に亙って三自由面発破を行うことができない。つまり、二自由面発破が主体であって、効率の良い三自由面発破が部分的にしか行われていない。
【００１０】
また、トンネル掘削における従来の芯抜き発破のうち、Ｖカットやピラミッドカット等のアングルカットは、発破孔の穿孔角度を正確に維持し、発破孔の底を一点に集中させることに熟練を要し、この精度の低下が掘進効率の低下につながる欠点があった。この芯抜き穴の起爆には、高い斉発の精度が要求されるが、発破振動や騒音等の環境問題のため、斉発薬量を制限する目的で、芯抜き孔群を分割起爆する必要がある場合には、ＭＳ段発雷管やＤＳ段発雷管を用いなければならない。しかし、ＭＳ段発雷管やＤＳ段発雷管では上述した斉発精度を維持することが困難なため、掘進効率の大幅な低下を招いている。さらに、アングルカットの場合、比較的大きなずりが発生するため、搬出のためにこのずりを破砕する必要があり、トンネルの掘進作業能率を低下させる原因の一つとなっている。
【００１１】
また、バーンカットやラージホールカットあるいはスパイラルカット等のパラレルカットは、近年の発破孔の長孔化に適した技術であり、芯抜きのための起爆も、１孔あるいは２孔ずつ順次行うため、発破振動や騒音等の環境問題対策にも好ましい方法と言える。しかし、トンネルの掘進効率を最も良くする起爆時間間隔は、一発破進行長に合わせて決定するべきものであるが、従来のＭＳ段発雷管やＤＳ段発雷管では、その種類や段数が限られ、この要求に充分に対応できるものではなかった。
【００１２】
一方、払い発破のうち、巻き方式においては、斉発あるいは数ブロックの段発でトンネルの中心側に向かってアーチ状に払う場合には、二自由面発破となり、しかもアーチアクションが発生する非効率的な発破となるため、発破孔の穿孔数や装薬量が増大してしまう原因となっていた。
【００１３】
また、ライン方式は、芯抜き発破により形成された芯抜き穴を順次切り広げる二自由面発破であり、この芯抜き穴の切り広げ段階において隅に相当する部分が払われにくく、発破孔の穿孔数や装薬量を増大させなければならない。しかも、ずりの大きさが大きくなる傾向にあり、発破後のずりの処理に時間を要している。
【００１４】
【発明の目的】
本発明の目的は、トンネルの切羽面のほぼ全面に亙って三自由面発破を行うことにより、より少ない装薬量で効率良くトンネル掘進し得るトンネル発破工法を提供することにある。
【００１５】
また、本発明の別な目的は、ずりを小さくし得るトンネル発破工法を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明による第一の形態は、トンネルの切羽面に複数の発破孔を穿設し、これら発破孔に対して爆薬およびこの爆薬を起爆する起爆手段を装填した後、一直線状に隣接する複数の発破孔を一つずつそれらの起爆手段を１ミリ秒以上の所定の時間差を以て順次起爆させ、これに続いて直前に起爆した発破孔を含むすでに起爆済みの発破孔に隣接する他の発破孔を一つずつそれらの起爆手段を１ミリ秒以上の所定の時間差を以て順次起爆させることにより、前記発破孔にそれぞれ装填されたすべての起爆手段をすべて異なる起爆時期にて順次起爆させるようにしたことを特徴とするトンネル発破工法にある。
【００１７】
また、本発明による第二の形態は、トンネルの切羽面に複数の発破孔を穿設し、これら発破孔に対して爆薬およびこの爆薬を起爆する起爆手段を装填した後、一直線状に並ばない相互に隣接する３つの発破孔を一つずつそれらの起爆手段を１ミリ秒以上の所定の時間差を以て順次起爆させ、これに続いて直前に起爆した発破孔を含むすでに起爆済みの発破孔に隣接する他の発破孔を一つずつそれらの起爆手段を１ミリ秒以上の所定の時間差を以て順次起爆させることにより、前記発破孔にそれぞれ装填されたすべての起爆手段をすべて異なる起爆時期にて順次起爆させるようにしたことを特徴とするトンネル発破工法にある。
【００１８】
本発明の第二の形態においては、トンネルの中央部から外周縁に向けて螺旋状に起爆させることが好ましく、また、何れの形態においても所定の時間差が２５０ミリ秒以下となるように順次起爆することが好ましい。また、起爆手段が電気的遅延電気雷管であり、その起爆時間精度が設定時間に対して±１ミリ秒以下の精度を有するものであることが有効である。
【００１９】
【作用】
本発明によると、一直線状に隣接する複数の発破孔を一つずつ１ミリ秒以上の所定の時間差を以て順次起爆させることにより、最初の発破孔に対する起爆は、トンネルの切羽面を一自由面とする一自由面発破となるが、一直線状に隣接する２つ目以降の発破孔に対する起爆は、それ以前の発破孔の起爆により新たに自由面が形成されるため、二自由面発破となる。
【００２０】
これ以降の発破孔に対する起爆は、トンネルの隅部に相当する部分を除いてすべて三自由面発破が繰り返される。また、発破孔が一直線状に並んでいない場合、３つ目以降の発破孔に対する起爆は、新たに一自由面が追加されるため、すべて三自由面発破となる。
【００２１】
なお、トンネルの切羽面に発破孔と共に予め空孔を設け、これに隣接する発破孔に装填された起爆手段の起爆を行うようにした場合には、最初の発破孔に対する起爆から二自由面発破となる。
【００２２】
【実施例】
本発明によるトンネル発破工法を最も有効に実施し得る形態は、トンネルの切羽面に対して螺旋状に配置した発破孔を、一つずつトンネルの中心側より隅部へ向けて順次一発破進行長に合わせ、掘進効率が最も良くなるような岩質に応じた起爆間隔で順次起爆するものである。これにより、掘進効率を低下させることなく、発破振動や騒音等の環境問題も発生せず、効率的な掘進を行うことができる。また、１孔ずつの起爆を行うため、破砕岩石が小さくなって搬出の際の作業性が改善される。つまり、従来のように大きな破砕岩石が発生し、搬出の際に作業能率を低下させるようなこともない。
【００２３】
また、一直線状に隣接する複数の発破孔を用いる場合も、自由面の横幅を縦の高さをほとんど変えることなく順次切り広げる部分は、同じ二自由面発破にはなるが、続いて自由面に対して平行に、さらに切り広げを行う段階でも右あるいは左から順次１孔ずつ起爆することにより、最初の１孔だけは効率の良くない二自由面発破となるが、あとはすべて効率の良い三自由面発破とすることができる。
【００２４】
なお、高秒時精度雷管としては、起爆秒時設定の多用性と高秒時精度を利用する必要があるため、特公昭６３−５３４７９号公報や特開平５−７９７９７号公報等に開示された電気的遅延電気雷管を使用することができる。
【００２５】
以下、本発明によるトンネル発破工法の一実施例について、その切羽面の正面形状を表す図１およびそのＩＩ−ＩＩ矢視断面形状を表す図２を参照しながら詳細に説明する。
【００２６】
砂岩で中硬岩の岩質を有する約２５平方メートルの断面積のトンネルＡの切羽面Ｂの中央に直径が１０５ミリメートルの空孔０をトンネル掘進方向（図２中、上方向）と平行に１．  ７メートルの深さに穿設し、さらに、直径が４２ミリメートルの発破孔１〜６６をトンネル掘進方向と平行に空孔０を中心として螺旋状に並ぶように１．  ７メートルの深さに穿設した。そして、各発破孔１〜６６内に含水爆薬（旭化成工業株式会社製：サンベックス）をそれぞれ３００グラムと、発破孔の番号と同一の段数を持つ起爆時間間隔を２５ミリ秒毎にずらした電気的遅延電気雷管（旭化成工業株式会社製：ＥＤＤ）を１００グラムの含水爆薬に装着して親ダイとしたものとを装填した。しかる後、各発破孔１〜６６内の電気的遅延電気雷管を発破孔１〜６６の順に２５ミリ秒毎に順次起爆させ、ほぼ１．  ５メートルのトンネル掘進長を得た。
【００２７】
一方、従来工法による比較例として、そのトンネルの切羽面の正面形状を図３に示すと共にそのＩＶ−ＩＶ矢視断面構造を図４に示す。すなわち、本実施例と全く同じ岩種および岩質を有する約２５平方メートルの断面積のトンネルＡの切羽面Ｂの中央部にＶカットによる芯抜き発破のための発破孔Ｃ０１〜Ｃ０６を穿設し、さらにこれら発破孔Ｃ０１〜Ｃ０６を囲むように巻き方式の払い発破のための６ブロックの発破孔１０７〜６６１を穿設した。そして、芯抜き発破用の発破孔Ｃ０１〜Ｃ０６内に含水爆薬４００グラムと、瞬発雷管を１００グラムの含水爆薬に装着して親ダイとしたものとを装填し、さらに払い発破用の各発破孔１０７〜６６１内に含水爆薬を４００グラムと、ＤＳ電気雷管を１００グラムの含水爆薬に装着して親ダイとしたものとを装填した。しかる後、瞬発雷管を同時に起爆し、続いてＤＳ電気雷管をブロック毎に順次段発させ、ほぼ１．  ５メートルのトンネル掘進長を得た。
【００２８】
表１は、上述した本実施例による発破工法および比較例による発破工法において、岩石１立方メートル当たりの火薬消費量、起砕不良の有無、ずりの大きさ、ずりの最大飛散距離、切羽面Ｂから約５０メートル離れたトンネル坑口での発破振動についてそれぞれ示したものである。
【００２９】
【表１】
0003550183.tif 000002
【００３０】
この結果から明らかなように、従来法に比べて本発明によるトンネル発破工法は、火薬消費量で１０％、ずりの大きさで約５０％、ずりの最大飛散距離で約４０％、発破振動の大きさで約７５％それぞれ減少していることがわかる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明のトンネル発破工法によると、自由面が無理なく規則正しく順次拡大され、従来のトンネル発破と同程度の掘進に必要な火薬消費量をより少なくすることが可能である。しかも、ずりの大きさを小さくすることができ、ずりの積込みや搬出が容易で、飛び石も発生せず、安全で発破振動や騒音を非常に小さく抑えることができる。
【００３２】
また、掘削が無理なく行われるため、最終掘削面も平滑で、地山の緩みも小さく抑えられ、支保作業や材料を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるトンネル発破工法の一実施例における切羽面の正面図である。
【図２】図１中のＩＩ−ＩＩ矢視断面図である。
【図３】従来方法によるトンネル発破における切羽面の正面図である。
【図４】図３中のＩＶ−ＩＶ矢視断面図である。
【符号の説明】
Ａ  トンネル
Ｂ  切羽面
Ｃ０１〜Ｃ０６    発破孔
０  空孔
１〜６６  発破孔
１０７〜６６１  発破孔
【図１】
0003550183.tif 000003
【図２】
0003550183.tif 000004
【図３】
0003550183.tif 000005
【図４】
0003550183.tif 000006