(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
切羽に削孔された装薬孔に該装薬孔の孔壁との間に空隙が生じないように粒状爆薬を機械充填によって密に充填するとともに、前記装薬孔のうち、最外周の装薬孔の孔元のみに閉塞栓を取り付け、該閉塞栓と前記粒状爆薬との間に空隙を確保して体積デカップリング法を用いた制御発破を行うことを特徴とするスムースブラスティング発破工法。
【請求項２】
前記装薬孔のうち、最外周の装薬孔内に装薬する粒状爆薬の体積を、前記最外周の装薬孔内におけるガス圧Ｐｓが以下の式、
σｃ＞Ｐｓ＞σｔ
σｃ；岩石の圧縮強度
σｔ；岩石の引張強度
を満たすように調整する請求項１記載のスムースブラスティング発破工法。
【請求項３】
前記閉塞栓を弾性材料を用いて円筒、円錐又は円錐台状に形成するとともに、その外径が前記最外周の装薬孔の内径よりも大きくなるように形成した請求項１又は請求項２記載のスムースブラスティング発破工法。
【請求項４】
前記閉塞栓の断面中央近傍にその材軸に沿って導火管を通す貫通孔を設けるとともに、前記閉塞栓の断面形状がＣ字状断面となるように前記貫通孔から半径方向に延びるスリットを形成した請求項３記載のスムースブラスティング発破工法。
【請求項５】
前記閉塞栓を、各断面形状が半円形又は扇形をなす複数の閉塞片で構成するとともに、該閉塞片が円筒、円錐又は円錐台状に組み合わされたとき、その断面中央に導火管を通す貫通孔が形成されるように前記各閉塞片を形成した請求項３記載のスムースブラスティング発破工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主としてトンネルに適用されるスムースブラスティング発破工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
トンネル掘削においては、爆轟（ばくごう）破壊を制御する制御発破が広く採用されており、かかる制御発破のうち、スムースブラスティングは、切羽最外周に装薬孔を狭い間隔で削孔するとともに、かかる装薬孔にそれらの孔径よりも小さな細長い爆薬（以下、ＳＢ爆薬）を装薬することで、発破による地山の損傷を抑制し余堀りを少なくすることができる。
【０００３】
スムースブラスティングで制御発破を行うにあたっては、上述したように切羽最外周に削孔された装薬孔にＳＢ爆薬を装薬するが、かかる装薬作業は、ＳＢ爆薬が細長くて柔らかいため、装薬用のパイプを使って手作業で削孔内に装填している。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３０７１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そのため、装薬作業に時間がかかり、作業性に劣るのみならず、安全面でも改善の余地があった。加えて、最外周を除く他の装薬孔には、紙巻きの含水爆薬を装薬するが、かかる含水爆薬とＳＢ爆薬の二種類を使い分けなければならないため、装薬作業が煩雑になるという問題も生じていた。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、爆薬の装填を効率よくかつ手作業によらずに行うことが可能なスムースブラスティング発破工法を提供することを目的とする。
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明に係るスムースブラスティング発破工法は請求項１に記載したように、切羽に削孔された装薬孔に該装薬孔の孔壁との間に空隙が生じないように粒状爆薬を機械充填によって密に充填するとともに、前記装薬孔のうち、最外周の装薬孔の孔元のみに閉塞栓を取り付け、該閉塞栓と前記粒状爆薬との間に空隙を確保して体積デカップリング法を用いた制御発破を行うものである。
【０００８】
また、本発明に係るスムースブラスティング発破工法は、前記装薬孔のうち、最外周の装薬孔内に装薬する粒状爆薬の体積を、前記最外周の装薬孔内におけるガス圧Ｐｓが以下の式、
【０００９】
σｃ＞Ｐｓ＞σｔ
【００１０】
σｃ；岩石の圧縮強度
【００１１】
σｔ；岩石の引張強度
【００１２】
を満たすように調整するものである。
【００１３】
また、本発明に係るスムースブラスティング発破工法は、前記閉塞栓を弾性材料を用いて円筒、円錐又は円錐台状に形成するとともに、その外径が前記最外周の装薬孔の内径よりも大きくなるように形成したものである。
【００１４】
また、本発明に係るスムースブラスティング発破工法は、前記閉塞栓の断面中央近傍にその材軸に沿って導火管を通す貫通孔を設けるとともに、前記閉塞栓の断面形状がＣ字状断面となるように前記貫通孔から半径方向に延びるスリットを形成したものである。
【００１５】
また、本発明に係るスムースブラスティング発破工法は、前記閉塞栓を、各断面形状が半円形又は扇形をなす複数の閉塞片で構成するとともに、該閉塞片が円筒、円錐又は円錐台状に組み合わされたとき、その断面中央に導火管を通す貫通孔が形成されるように前記各閉塞片を形成したものである。
【００１６】
スムースブラスティングは、従来技術でも述べたように掘削切羽の最外周に削孔された装薬孔に装薬して発破を行う際、爆薬のエネルギーの作用方向を制御し、地山の損傷を制御し、掘削面を平滑に仕上げることを目的としたものであって、かかるスムースブラスティングには従来、ＳＢ爆薬が使用されてきた。
【００１７】
かかる状況下、孔径よりも十分小さな外径を有するＳＢ爆薬を装着長が長くなるように装填しなければならないことに起因する問題点に鑑み、出願人は、このような孔径デカップリング法ではなく、体積デカップリング法を採用することができないかという点に着眼した。
【００１８】
しかしながら、体積デカップリング法では、装填した爆薬と孔元との間に所定体積の空隙が保持されるよう、装薬孔の孔元（孔口）に詰め込まれる閉塞栓と爆薬との間にスペーサを設けることが不可欠となり、従来のＳＢ爆薬を用いた課題を何ら解決できない。
【００１９】
そこで、出願人はさらなる研究開発を行った結果、機械充填によって密に充填可能な粒状爆薬であれば、スペーサを用いることなく、爆薬と孔元との間に空隙を保持することができるというあらたな知見を得るに至った。
【００２０】
すなわち、本発明においては、切羽に削孔された装薬孔に粒状爆薬を機械充填によって密に充填するとともに最外周に位置する装薬孔の孔元のみに閉塞栓を取り付け、該閉塞栓と前記粒状爆薬との間に空隙を確保して体積デカップリング法を用いた制御発破を行う。
【００２１】
かかる構成においては、爆轟の際、衝撃波は空隙内の空気で減衰し、ガス圧だけが装薬孔に均一に作用するので、爆破の際のエネルギーを抑制することが可能となる。そして、最外周の装薬孔に装薬される爆薬が粒状爆薬であるため、機械充填が可能であり、作業員が直接装填する必要がなくなる。そのため、安全性が向上するほか、装薬時の作業性が飛躍的に向上する。加えて、最外周とそれより内側の装薬孔に装薬する爆薬が同一種類となるため、装薬作業は簡易になり、上述した機械充填による装薬時の作業性向上と相まって、爆薬装填の作業効率が大幅に向上する。
【００２２】
体積デカップリング法におけるデカップリング指数Ｄ′は、従来、込物部分を除いた穿孔内体積Ｖ′ｈと爆薬の体積Ｖ′ｃとの比Ｖ′ｈ／Ｖ′ｃで定義され、Ｄ′＝４〜６の値が標準とされているが、かかる公知の値は、スペーサが不可欠となる紙巻包装含水爆薬を用いることを前提とし、かつ、爆薬径を、装薬孔径の２／３〜３／４程度に設定することを前提としたものであり、機械充填によって粒状爆薬を装薬孔に密に充填する本発明においては、かかる数値は必ずしも当てはまらない。
【００２３】
したがって、過剰な掘削とならないかどうか、換言すれば余堀が生じないかどうかという点と、逆に必要な掘削ができているかどうかという２つの点に注意しながら、実際に装薬量を変えつつ発破を行うことで、どの程度の装薬量が適当かを把握していくこととなる。
【００２４】
ここで、上述した装薬孔のうち、最外周の装薬孔内に装薬する粒状爆薬の体積を、最外周の装薬孔内におけるガス圧Ｐｓが以下の式、
【００２５】
σｃ＞Ｐｓ＞σｔ
【００２６】
σｃ；岩石の圧縮強度
【００２７】
σｔ；岩石の引張強度
【００２８】
を満たすように調整すれば、岩盤に不測の亀裂がなく均質である限り、最外周の装薬孔内に装薬する粒状爆薬の適切な装薬量を概ね把握することができるとともに、その結果を使って、本発明に係る体積デカップリング指数Ｄ、すなわち、最外周の装薬孔内の体積Ｖｈと爆薬の体積Ｖｃとの比を求めることができる。
【００２９】
本発明で使用する粒状爆薬は、例えば日本化薬株式会社が製造し株式会社カヤテックが「ランデックス（Landex）、いずれも登録商標」の商品名で販売している粒状エマルション爆薬を採用することができる。かかる粒状爆薬は、含水爆薬を粒状化したものであり、導火管付き雷管で起爆するブースター（親ダイ）を孔尻に挿入した後、引き続いて機械充填する形で用いる。
【００３０】
ここで、閉塞栓は、空隙の体積を設計通りに確保することができる限り、どのような材料で構成するかは任意であって、孔径デカップリング法や従来の体積デカップリング法で使用しているような粘土でもかまわない。
【００３１】
しかし、孔径デカップリング法では増しダイが背後に存在し、従来の体積デカップリング法ではスペーサが背後に存在するため、それらから反力をとることで粘土を孔元にしっかりと詰め込むことができるが、本発明においては、背後が空隙であって反力をとることができず、粘土では孔元をしっかりと閉塞できない場合が生じる。加えて、背後で反力をとれないことに起因して、粘土を過剰に押し込み、その結果、空隙体積の精度が低下する懸念もある。
【００３２】
かかる場合においては、例えば、前記閉塞栓を弾性材料を用いて円筒、円錐又は円錐台状に形成するとともに、その外径が前記最外周の装薬孔の内径よりも大きくなるように形成するといった方法が考えられる。
【００３３】
さらに具体的には、前記閉塞栓の断面中央近傍にその材軸に沿って導火管を通す貫通孔を設けるとともに、前記閉塞栓の断面形状がＣ字状断面となるように前記貫通孔から半径方向に延びるスリットを形成し、又は、前記閉塞栓を、各断面形状が半円形又は扇形をなす複数の閉塞片で構成するとともに、該閉塞片が円筒、円錐又は円錐台状に組み合わされたとき、その断面中央に導火管を通す貫通孔が形成されるように前記各閉塞片を形成するのが望ましい。
【００３４】
かかる構成においては、導火管を閉塞栓の貫通孔に通した状態で該閉塞栓を装薬孔に押し込むことにより、粒状爆薬を用いた体積デカップリング法によるスムースブラスティングを効率よく実施することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、本発明に係るスムースブラスティング発破工法の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。なお、従来技術と実質的に同一の部品等については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００３６】
図１は、本実施形態に係るスムースブラスティング発破工法の手順を示したフローチャートである。同図でわかるように、本実施形態に係るスムースブラスティング発破工法においては、図２(a)に示すようにまず、切羽１の最外周（発破パターンで８と記された箇所）に装薬孔２ａを削孔するとともに、最外周よりも内側（発破パターンで１、２、・・・７と記された箇所）に装薬孔２ｂをそれぞれ削孔する（ステップ１０１）。
【００３７】
最外周の装薬孔２ａは、スムースブラスティングを行う装薬孔であるため、削孔ピッチを比較的狭く、例えば４５ｃｍに設定する。
【００３８】
次に、図２(b)，(c)に示すように、削孔された装薬孔２ａ，２ｂに粒状爆薬３を機械充填によってそれぞれ密に充填する（ステップ１０２）。
【００３９】
粒状爆薬３は、例えば日本化薬株式会社が製造し株式会社カヤテックが「ランデックス（Landex）、いずれも登録商標」の商品名で販売している粒状エマルション爆薬を採用することができる。
【００４０】
機械充填は、コンプレッサーを備えた専用の装填機を用いることが可能であり、粒状爆薬３を装薬孔２ａ，２ｂ内にエアーで送り込んで圧縮装填することができるため、人力装填に比べて装薬時間を大幅に短縮することができる。
【００４１】
なお、粒状爆薬３を装薬する前に、導火管付き雷管（図示せず）及び該雷管で起爆する親ダイ４（紙巻含水爆薬）を予め孔尻に挿入しておく。
【００４２】
ここで、装薬孔２ｂに充填する粒状爆薬３の装薬長は、図２(b)でよくわかるように削孔長の１／２程度とするが、最外周の装薬孔２ａに充填する粒状爆薬３の装薬長は、以下の手順で決定する。
【００４３】
すなわち、装薬孔２ａは、体積デカップリング法を用いたスムースブラスティングを行う装薬孔であり、爆轟の際、衝撃波が空隙６内の空気で減衰し、ガス圧だけが装薬孔２ａの内面に均一に作用するよう、粒状爆薬３の体積を決定する。
【００４４】
具体的には、最外周の装薬孔２ａ内におけるガス圧Ｐｓが以下の式、
【００４５】
σｃ＞Ｐｓ＞σｔ
【００４６】
σｃ；岩石の圧縮強度
【００４７】
σｔ；岩石の引張強度
【００４８】
を満たすよう、装薬孔２ａ内に空気を持たせる、換言すれば、粒状爆薬３の量（体積）と空隙６の体積との割合を決定する。ちなみに、かかる割合から体積デカップリング指数Ｄ、すなわち、最外周の装薬孔２ａ内の体積Ｖｈと粒状爆薬３の体積Ｖｃとの比を求めることが可能であり、実際の発破を行いつつデータ蓄積を行うことで、工事区間の岩盤に対する体積デカップリング指数Ｄをおおよそ評価することができる。
【００４９】
次に、最外周装薬孔２ａの孔元のみに閉塞栓５を取り付ける（ステップ１０３）。
【００５０】
閉塞栓５は、ゴムや軟質プラスチック等の弾性材料で形成してあり、図３に示すように、装薬孔２ａの内径ｄ0よりも大きい外径ｄを直径とする円筒形状に構成してあり、装薬孔２ａの孔元に押し込まれた状態で爆轟時のガス圧に耐えることができるよう、弾性材料の剛性や外径ｄを適宜設定する。
【００５１】
ここで、閉塞栓５は、断面中央近傍にその材軸に沿って導火管１１を通す貫通孔１２を設けてあるとともに、断面形状がＣ字状断面となるように貫通孔１１から半径方向に延びるスリット１３を形成してある。
【００５２】
かかる構成により、導火管１１に過剰な力を作用させることなく、空隙６の気密性を確保することが可能となり、体積デカップリング法によるスムースブラスティングを行うことができる。
【００５３】
以上説明したように、本実施形態に係るスムースブラスティング発破工法によれば、切羽１に削孔された装薬孔２ａ，２ｂに粒状爆薬３を機械充填によって密に充填するとともに、最外周に位置する装薬孔２ａの孔元のみに閉塞栓５を取り付け、該閉塞栓と粒状爆薬３との間に空隙６を確保して体積デカップリング法を用いた制御発破を行うようにしたので、爆轟の際、衝撃波を空隙６内の空気で減衰させ、ガス圧だけを装薬孔２ａ内で均一に作用させることが可能となり、爆破の際のエネルギーを抑制することができるとともに、最外周の装薬孔２ａに装薬される爆薬が粒状爆薬３であるため、機械充填が可能となり、作業員が人力で装填する必要がなくなる。
【００５４】
そのため、安全性が向上するほか、装薬時の作業性が飛躍的に向上する。加えて、最外周の装薬孔２ａとそれより内側の装薬孔２ｂに装薬する爆薬が同一種類となるため、装薬作業は簡易になり、上述した機械充填による装薬時の作業性向上と相まって、爆薬装填の作業効率が大幅に向上する。
【００５５】
本実施形態では、閉塞栓５は、断面中央近傍にその材軸に沿って導火管１１を通す貫通孔１２を設けてあるとともに、断面形状がＣ字状断面となるように貫通孔１１から半径方向に延びるスリット１３を形成して構成したが、これに代えて図４に示す閉塞栓２０としてもよい。
【００５６】
閉塞栓２０は、各断面形状が半円形をなす２つの閉塞片２１ａ，２１ｂで構成してあるとともに、該閉塞片が円筒状に組み合わされたとき、その断面中央に導火管１１を通す貫通孔が形成されるよう、各閉塞片２１ａ，２１ｂに溝２２ａ，２２ｂを形成してあり、かかる構成においても、上述した閉塞栓５とほぼ同様の作用効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本実施形態に係るスムースブラスティング発破工法の実施手順を示したフローチャート。
【図２】切羽１に削孔される装薬孔２ａ，２ｂを示した図であり、(a)は装薬孔の配置図（発破パターン）、(b)は装薬孔２ａの断面図、(c)は装薬孔２ｂの断面図。
【図３】閉塞栓５の図であり、(a)は斜視図、(b)は側面図。
【図４】変形例に係る閉塞栓２０の斜視図。
【符号の説明】
【００５８】
１                            切羽
２ａ，２ｂ                    装薬孔
３                            粒状爆薬
５，２０                      閉塞栓
６                            空隙
１２                          貫通孔
１３                          スリット
【図１】
0005190831.tif 000002
【図２】
0005190831.tif 000003
【図３】
0005190831.tif 000004
【図４】
0005190831.tif 000005