公害抑制型破砕機による岩盤掘削・ｺﾝｸﾘｰﾄ破砕の工法について
株式会社 神島組 代表取締役 神島 昭男○土木部 条谷 貴志
１．はじめに
これまで岩盤掘削工事では火薬等による発破工法、また大型ブレーカ等による破砕が主流でしたが、近年それに伴う振動・騒音・粉塵等、周辺環境に与える影響が重要な問題となっています。またこれまでの楔破砕や薬剤等による破砕工法では、作業効率が大幅にダウンし、また施工コストが割高になるケースが多く、発注者側にかかる負担は大きくなっていました。
今回開発の公害抑制型破砕機はこれらの問題点を考慮し、環境に優しくさらに効率的な破砕工事を提供するために開発された岩盤破砕機です。

２．概要

公害抑制型破砕機 仕様
本体重量：3.2ｔ 割岩能力：11,400t
写真−1 本体写真 (特許第 3381163 号 )写真−2 先端部分

２．1 本機械の説明
本機械は転石・岩盤の破砕やコンクリート構造物等の破砕を、無振動・無騒音でおこなうものです。
楔の原理を応用し、破砕機となる油圧シリンダー（280t）のピストン先端に特殊形状のくさびを結合することで約４０倍の大きな力を発生させ、その力を利用して機械的に岩盤及びコンクリート等を破砕する機械です。
従来 2 方向に開くセリ矢を更に進化させ縦横 4 分割に開くことで大きな破砕面積を実現し、11,400t もの割岩力で削孔ピッチを大きくしたことで、効率的な破砕作業を提供できます。施工方法は、あらかじめクローラードリルでφ150 の削孔を行い、その削孔口に開発した破砕機の先端の矢の部分をセットし、油圧をかけることで楔を打ち込み岩破砕をおこないます。
楔の押し込みには油圧ジャッキを使用する為、本機械による破砕時には振動・騒音は皆無です。破砕された岩はバックホウ等で引き起こし作業をおこない、掘削完了とします。

図−1 破砕原理イメージ[断面図]

破砕力の根拠280ｔ

楔によりφ150 の孔をφ200 まで拡げることで、面積は約 1.7 倍に拡がる計算になります。
削孔内部の円周に対して 360 度均等に力をかけると岩は割れませんが、本機械は 90 度ごとに 4 点で力をかけることにより、4 方向に割取ることができます。
φ200
[平面図]

φ150
φ155
φ125

従来の 2 方向破砕(1700t)

２．２用途
環境に配慮を要する工事● 道路の新設・拡幅工事に伴う岩掘削● 河川工事に伴う岩掘削● 宅地造成工事等に伴う岩掘削● コンクリート（RC 含む）構造物等の破砕

新開発 4 方向破砕(11.450t)

図−2 施工フロー図

現地調査（岩の強度測定）

クローラドリルによる削孔作業

２．３特徴①破砕時に騒音や振動が無く、環境対策に最適。
②１回の破砕で４分割する形で十字に破砕でき、割岩力は 11,400t と強力で作業効率が良い。
③破砕力が強力なため、二次破砕の数量が激減する。
④現場条件に最適なアタッチメントの変更が可能。
⑤静的破砕剤と比較して薬剤公害の懸念もなく、安全なうえ経済的。
⑥陸上だけでなく水中（海中含む）での使用もできる。

公害抑制型破砕機による割岩作業破砕岩の引き起こし作業

岩石の積込み作業⇒掘削完了

２．４適応範囲
現場状況により最適なウェッジの選択ができます。
通常岩盤破砕時にはウェッジ長 80cm・90cm での施工をおこないます。また、より硬岩質な岩盤や鉄筋コンクリート破砕時にはウェッジ長 120cm タイプを使用。道路の舗装版用にはウェッジ長 40cm タイプを使用します。
表−1

ウエッジタイプの種類

ウェッジ長

楔角度

割岩幅

40cm タイプ

9.4°

4.7cm

割岩能力
3,405t

舗装盤 コンクリート構造物 等

備考

80cm タイプ

2.8°

2.4cm

11,456t

岩盤（軟岩〜硬岩Ⅰ） コンクリート構造物 等

90cm タイプ

4.2°

4.9cm

7,636t

岩盤（軟岩〜硬岩Ⅰ） コンクリート構造物 等

120cm タイプ

2.5°

4.3cm

12,444t

岩盤（軟岩〜硬岩Ⅱ） コンクリート構造物 等

２．5 施工事例
H17 年 2 月 民間工事の岩盤破砕にて施工をおこないました。
貯水池増設に伴う硬岩質の岩盤掘削を、本機械にて以下の施工手順により実施工をおこないました。
①一軸圧縮強度を簡易弾性波試験機で判定し岩判定を行う。
⇒岩盤の削孔ﾋﾟｯﾁを決定する。
掘削量 ： 1,500m3
掘削岩質： 花崗岩 弾性波速度(V)5,070m/s
2,150kgf/cm2（硬岩Ⅱ）

一軸圧縮強度②削孔作業
クローラドリルによる削孔〔削孔径φ150mm

最低削孔長1.6m

削孔ﾋﾟｯﾁ1.0ｍ〕

削孔ﾋﾟｯﾁは岩盤の1軸圧縮強度より岩盤に応じて1.9m〜0.7mまで変動する。

③公害抑制型破砕機の吊り込み削孔口に本機械をセットします。
ﾎｲｰﾙｸﾚｰﾝまたはｸﾛｰﾗｸﾚｰﾝにて吊り込み、削孔したφ150mmの孔に挿入する。
④割岩作業
本機械による岩破砕クレーン運転席からの操作でジャッキを押し、岩盤を引き割る。
当現場において使用したセリ矢のタイプはウェッジ長（矢の長さ）が 80cmタイプと 90cm タイプの 2 種類。

⑤引き起こし作業
バックホウによる破砕岩の引き起こし作業割岩されクラックの入った岩盤をバックホウで引起す。

0.5m

写真−3 破砕状況

1.2ｍ

0.8m

調査の段階において硬岩Ⅱクラスの花崗岩で更にベタ岩であるという非常に困難な岩盤条件ではあったが、本機械の施工の結果、予想以上の破砕能力を確認することができました。平面方向へのクラックの幅は、平均をとって約 1,2m。垂直方向へのクラックの深さはウェッジ長から 0.5〜0.6m 程超えた約 1,3m 程度の破砕範囲になりました。
ベタ岩の岩盤掘削では自由面が少ない為施工が困難になるケースがほとんどでしたが、岩盤の引起し作業時において 1.8m3クラスのバックホウにより施工をおこないましたが、大型ブレーカを使用することなく楽に引起し作業ができました。

図−3 破砕状況イラスト

写真−4 破砕後の状況

写真−5 割岩幅

２．6 活用の効果
本工法の開発により無振動・無騒音での岩盤掘削を可能としただけなく、作業効率の大幅アップを実現できた為、これまでの静的破砕工法と比較してコストの縮減と工期の短縮を図ることができました。
また通常の楔破砕では 2 方向に圧力をかけ直線状のクラックを発生させる破砕方法でしたが、本工法
では４方向へ圧力をかけることでφ150mm の削孔口をφ200mm まで拡げて破砕します。このことにより本機械の施工後は岩盤には多数のクラックが生じ、バックホウによる引起し作業後ほとんどの岩が予想以上にバラバラに破砕された状態となりました。その結果 2 次破砕の量が減少し、破砕後の工程においてもブレーカによる 2 次破砕の削減が図れました。

表−2 オープン掘削による作業能力（80cm タイプ）

岩質軟岩
中硬岩
硬岩

破砕能力（１日当り）
250 m3144 m364 m3※ 現場条件により作業能力は変動します（国土交通省 NETIS 登録 KK-040044）

写真−6
当機械による破砕後の削孔口を上から見た状況です。

4 方向への破砕だけでなく、互いに干渉しながら破砕をおこなう為、無数にクッラクが発生して破砕されています。
このことにより 2 次破砕の削減が図れます。

３．結論
本工法で施工の結果、転石だけでなく岩盤も確実に破砕する事ができ、破砕後の岩の引き起こし作業においても効率良く施工がおこなえました。これは破砕機の矢の部分の広がりを大きくしたとこで、岩に対する破砕の範囲をより大きくできたこと、また破砕機本体の構造の見直しにより破砕力の大幅アップが図れたことによります。従来のセリ矢は 2 方向へのクラックのみでしたが、当破砕機が誇る威力により４方向への割岩だけでなく多方向にクラックが入り、周辺の岩もバラバラの状態となり二次破砕の処理が大幅に削減される効果が確認された。以上の結果をふまえて施工性の向上や作業員の労務の軽減が図れ、当初目標としていたコスト縮減・工期の短縮を確実に実現できました。また周辺環境を重視し削孔時の騒音を低減させるため、超低騒音型クローラドリルの開発を含め、公害抑制型岩盤掘削システ
ムの構築に到りました。 今後、発破や大型ブレーカの使用が制限される現場、またブレーカで割れない岩盤の施工等、各現場条件に最適な公害抑制型岩盤破砕機を活用する事は、環境及びコスト両面にわたり有効的な工法であると確信しています。
４．今後の課題
割岩力を岩盤の状況により変化させ、現場条件に合ったクラックの幅を調節する。
ウエッジ長の改良により、割岩の深さを増大させる。
岩の種類・強度、現場条件ごとによる、より正確な作業量の把握・データの採取。