JP2005313149A - 放電破砕方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 破砕対象物が、建築物の基礎コンクリートのようなコンクリート構造体や、大きな岩石や、岩石層のように広い面積を有する岩石の連続体などの場合であっても、当該破砕対象物を容易に破砕することのできる放電破砕方法を提供する。
【解決手段】 破砕対象物（基礎コンクリート１０）に放電用孔５１を形成し、放電用孔内に放電用電極７０を設け、この放電用電極７０の放電部７９での放電により衝撃波を発生させ、衝撃波で破砕対象物を破砕する方法であって、破砕対象物に自由面３を設け、放電用孔５１内での放電による衝撃波で放電用孔５１と自由面３との間を破砕して破砕対象物を破砕した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、放電用電極による放電で生じる衝撃波により岩石や建造物のコンクリート構造体などの破砕対象物を破砕する方法に関する。

従来、建造物の基礎コンクリート等のコンクリート構造体を解体する際には、安全性や環境問題の点から、発破を用いず、人力で行うか、ブレーカ等の破砕機やコールピックハンマー（ピック）等の削岩機を用いて破砕する方法が一般的である。
一方、岩石等の破砕対象物を破砕するために放電破砕装置を用いた放電破砕方法が知られている。例えば図４に示すように、破砕対象物６０に予め放電用孔６１を形成し、この放電用孔６１内に水などの電解液６３を注入してこの電解液６３中に放電破砕装置５０Ａの放電用電極７０を挿入し、放電用電極７０に８ｋＶ〜２０ｋＶの高電圧を印加して放電を行なわせる。この放電エネルギーにより衝撃波が発生し、この衝撃波で放電用孔６１の周囲を破砕することで、破砕対象物６０を破砕する。放電破砕装置５０Ａは、大容量（例えば約５００ｋＪ）のコンデンサ８２及びスイッチ８３，８４を備えた回路で構成されたパルスパワー源８０と、コンデンサ８２の一方の極８２ａに接続されるとともにコンデンサ８２の他方の極８２ｂにスイッチ８３を介して接続された発電機等の電源部８１と、コンデンサ８２の一方の極８２ａに接続された一方電極とコンデンサ８２の他方の極８２ｂにスイッチ８４を介して接続された他方電極とこれら一方電極と他方電極とを絶縁する絶縁体とで形成された放電用電極７０とを備える。図示しないが、パルスパワー源８０の回路は接地（アース）されている。放電用電極７０は、例えば、＋電極のような一方電極としての棒状の内部導体７３と、内部導体７３の外周囲を被覆する筒状の絶縁体７４と、絶縁体７４の外周囲に設けられた−電極のような他方電極としての外部導体７５とにより構成される。すなわち、放電用電極７０は、内部導体７３と絶縁体７４と外部導体７５とが同軸状に配置された構成の同軸電極である。外部導体７５は、内部導体７３の中心線に沿った方向に間隔を隔てて設けられた複数の浮遊電極７６；７６・・・を構成する。浮遊電極とは、電源側と電気的に絶縁された電極のことである。絶縁体７４の先端部７４ｔより突出して露出する内部導体７３の先端部７３ｔとこの先端部７３ｔに最も近い浮遊電極７６の先端部７６ｔとで放電を生じさせる先端側放電ギャップ７７が形成され、互いに対向する浮遊電極７６同士の端部７６ｓと端部７６ｓとで放電を生じさせる中間側放電ギャップ７８が形成される。中間側放電ギャップ７８は複数形成される。先端側放電ギャップ７７と複数の中間側放電ギャップ７８とにより放電部７９が形成される。スイッチ８４及びスイッチ８３の非導通の状態で、破砕対象物６０の放電用孔６１内の電解液６３中に放電用電極７０を挿入した後に、スイッチ８３を導通してコンデンサ８２に電源部８１からの電荷を蓄積させる。そしてスイッチ８４を導通して、コンデンサ８２に蓄えられた電荷がケーブル７１及びコネクタ７２を介して放電用電極７０に印加されると、先端側放電ギャップ７７で放電を生じ、この放電エネルギーによって衝撃波を発生する。同様に、複数の中間側放電ギャップ７８で放電を生じ、この放電エネルギーによって衝撃波を発生する。これら衝撃波により破砕対象物６０が破砕する。
特開２００３−３１１１７５号公報 特開２００３−３２０２６８号公報

しかし、都市部やその近郊では周辺にマンションや民家等があるため、ブレーカやピックを用いた場合には、大きな連続騒音が発生するといった問題点があった。
そこで、上述した放電破砕法を用いて破砕対象物としての建造物のコンクリート構造体を破砕すれば、騒音を少なくできると考えられる。
しかしながら、上述の放電破砕法、出土した転石や現場から切り出された砂岩などの、ある程度以下の大きさの岩石は破砕できるものの、破砕対象物が、建築物の基礎コンクリートのようなコンクリート構造体や、大きな岩石や、岩石層のように広い面積を有する岩石の連続体などの場合には、破砕対象物に不規則に放電用孔を形成し、この放電用孔内での放電により衝撃波を生じさせるだけでは、破砕対象物を破砕することが困難であった。

本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、破砕対象物が、建築物の基礎コンクリートのようなコンクリート構造体や、大きな岩石や、岩石層のように広い面積を有する岩石の連続体などの場合であっても、当該破砕対象物を容易に破砕することのできる放電破砕方法を提供することを目的とする。

本発明による放電破砕方法は、破砕対象物に放電用孔を形成し、放電用孔内に放電用電極を設け、この放電用電極の放電部での放電により衝撃波を発生させ、衝撃波で破砕対象物を破砕する方法であって、破砕対象物に自由面を設け、放電用孔内での放電による衝撃波で放電用孔と自由面との間を破砕して破砕対象物を破砕したことを特徴とする。破砕対象物に形成した溝の内面により自由面を形成したことや、破砕対象物の一面側を、自由面を形成する溝で離隔された複数の領域に分割し、各領域内に設けられた放電用孔内での放電による衝撃波で放電用孔と自由面との間を破砕して破砕対象物を各領域毎に破砕したことや、破砕対象物に筒状の溝を設け、この溝の近傍に放電用孔を形成したことも特徴とする。

本発明によれば、破砕対象物に自由面を設け、放電用孔内での放電による衝撃波で放電用孔と自由面との間を破砕するので、広い面積を有する建造物のコンクリート構造体、あるいは、岩石のような対象破砕物であっても、容易に破砕でき、このような対象破砕物を容易に解体できる。破砕対象物に形成した溝の内面により自由面を形成したことで、自由面を簡単に形成でき、破砕対象物を効率的に破砕できる。破砕対象物の一面側を、自由面を形成する溝で離隔された複数の領域に分割したことで、領域毎に破砕できるので、破砕対象物を効率的に破砕できる。破砕対象物に筒状の溝を設け、この溝の近傍に放電用孔を形成したことで、特殊な形状の破砕対象物であっても筒状の溝の近傍から破砕対象物を効率的に破砕できる。

以下、本発明の最良の形態について、図１〜図３に基づき説明する。図１は、本最良の形態に係る地下基礎として構築されたコンクリート構造体（以下、基礎コンクリートという）の破砕方法を示す図で、（ａ）図はその平面図、（ｂ）図は断面図である。図２、図３は放電破砕方法の他の例を示す図である。尚、図４の従来例と同一又は相当部分は同一符号を付しその詳説を省略する。
本形態では、ビルの解体工事において、破砕対象物としての基礎コンクリート１０を放電破砕方法により破砕する方法を例にして説明する。
まず、図１に示すように、破砕対象物としての細長い板状の基礎コンクリート１０の一面としての例えば上面１ａにおいて、当該上面１ａと対向する基礎コンクリート１０の下面１ｂに向かう方向及び下面１ｂに向かう方向と直交する方向にある基礎コンクリート１０の両側面１ｃ，１ｄに延長する溝１１を設け、この溝１１の内面により自由面３が形成される。そして、基礎コンクリート１０の上面１ａにおいて自由面３から所定の距離を隔てた箇所から基礎コンクリート１０の下面１ｂに向かう方向に延長する放電用孔５１を複数個形成する。複数の放電用孔５１は自由面３に沿った方向に所定の間隔を隔てて形成される。溝１１や放電用孔５１の底面と基礎コンクリート１０の下面１ｂとの間は所定距離離れている。すなわち、溝１１や放電用孔５１は基礎コンクリート１０の下面１ｂまで延長していない所定深さに形成される。よって、放電用孔５１内に注入した電解液６３を放電用孔５１内に保持できる。溝１１や放電用孔５１は図外の掘削機を用いて形成される。本形態では、例えば、基礎コンクリート１０に０．４〜１．０ｍ幅程度の溝１１を形成し、溝１１により形成された自由面３から０．４〜０．５ｍ隔てた位置において放電用孔５１を設ける。また、放電用孔５１は、溝１１の自由面３に沿った方向に約０．５ｍピッチで複数形成する。尚、自由面３と放電用孔５１との間の所定の距離は、放電用孔５１と自由面３との間のコンクリートにひび割れの生じやすい最適な距離を実験などの経験則で得て設定すればよい。

そして、放電用孔５１内に水などの電解液６３及び放電用電極７０を設ける。即ち、放電用孔５１内に電解液６３を注入した後に放電用電極７０の放電部７９を挿入して電解液６３中に放電部７９を浸した状態で、放電用電極７０にパルスパワー源８０からの８ｋＶ〜２０ｋＶの高電圧を印加する。放電用孔５１内に放電用電極７０の放電部７９を挿入した後に放電用孔５１内に電解液６３を注入して電解液６３で放電部７９が浸された状態で、放電用電極７０にパルスパワー源８０からの８ｋＶ〜２０ｋＶの高電圧を印加してもよい。これにより、放電用電極７０の放電部７９で放電を生じ、この放電エネルギーによって衝撃波を発生し、衝撃波でコンクリート１０を破壊する。本形態では、自由面３は、溝１１内の空間と接している溝１１の内面により形成され、この自由面３を形成する溝１１により基礎コンクリート１０が縁切りされる。よって、放電用孔５１と自由面３との間のコンクリートがコンクリートによって拘束されていない自由面３のある側に動きやすくなるので、衝撃波によって放電用孔５１と自由面３との間のコンクリートにひび割れ（亀裂）が生じやすくなり、さらには、衝撃波が自由面３で反射されて戻ることに伴う引張力によっても放電用孔５１と自由面３との間のコンクリートにひび割れが生じやすくなることから、放電用孔５１と自由面３との間のコンクリートがひび割れにより破砕したり、あるいは、ひび割れた部分を小型のブレーカなどの削岩機を用いて破砕することで、コンクリートを効率的に破砕でき、基礎コンクリート１０を効率的に容易に解体できる。一方、溝１１による自由面３を形成しない場合は、衝撃波は放電用孔５１の周りから外側に広がって行く過程で徐々に減衰するので、衝撃波によってコンクリートを効率的に破砕できない。尚、放電用電極７０のコネクタ７２から延長される同軸ケーブル７１が接続されるパルスパワー源８０は、基礎コンクリート１０から離れた位置に停車された図示しないトラック等の荷台後部に搭載しておけばよい。

このように、本最良の形態では、基礎コンクリート１０に自由面３を形成する溝１１を設け、自由面３から所定の距離を隔てた箇所に放電用孔５１を形成し、放電用孔５１内での放電による衝撃波によって、放電用孔５１と自由面３との間のコンクリートにひび割れ（亀裂）を生じさせることで、広い面積を有する建築物の基礎コンクリート１０のような破砕対象物６０であっても容易に破砕できる。また、放電用孔５１内に電解液６３及び放電用電極７０を設置して放電を行うことで、電解液６３が一部気化することによる圧力によって破壊力が増し、さらに、電解液６３によりコンクリートへの衝撃波の伝播効率を高めることができる。

また、図２に示すように、破砕対象物としての細長い板状の基礎コンクリート１０の一面としての例えば上面１ａ側を、自由面３を形成する溝１１で離隔された複数の領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４に分割し、各領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４内に設けられた放電用孔５１内には、自由面３として機能する溝１１の内面及び基礎コンクリート１０の側面１ｃ、１ｄに沿って所定の間隔を隔てて複数の放電用孔５１を形成する。これら自由面３に沿って設ける放電用孔５１は、上述したように基礎コンクリート１０の上面１ａにおいて自由面３から所定の距離Ｓを隔てた箇所から基礎コンクリート１０の下面１ｂに向かう方向に延長するよう形成する。また、各領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４内の中心部にも放電用孔５１を設ける。溝１１や放電用孔５１は基礎コンクリート１０の下面１ｂまで延長していない所定深さＤに形成される。各領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４は、下面側がコンクリートにより繋がって固定されているものの、上面１ａ側の周囲は自由面３により縁切りされる。よって、各領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４内の上面１ａ側において、放電用孔５１と自由面３との間のコンクリートがコンクリートによって拘束されていない自由面３のある側に動きやすくなるので、衝撃波によって放電用孔５１と自由面３との間のコンクリートにひび割れ（亀裂）が生じやすくなり、さらには、衝撃波が自由面３で反射されて戻ることに伴う引張力によっても放電用孔５１と自由面３との間のコンクリートにひび割れが生じやすくなることから、放電用孔５１と自由面３との間のコンクリートを効率よく容易に破砕することができる。よって、基礎コンクリート１０を各領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４毎に効率よく破砕でき、基礎コンクリート１０の解体作業を効率よく容易に行うことができる。この場合、各領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４毎に、自由面３に沿って形成された放電用孔５１内での放電から行うようにしてもよいし、各領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４内の中心部に設けた放電用孔５１内での放電から行うようにしてもよい。自由面３に沿って形成された放電用孔５１内での放電から行えば、これら放電用孔５１内での放電による破砕で各領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４の外周側が破砕されて中心部に設けた放電用孔５１の周りに当該中心部の放電用孔５１に近い図外の自由面が形成されるので、中心部に設けた放電用孔５１内での放電による衝撃波で各領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４の中心部を破砕できる。また、中心部に設けた放電用孔５１内での放電から行ってもよい。尚、各領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４の中央部に形成した放電用孔５１の周りに自由面３を形成する複数の孔を設けたり、各領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４の中央部に形成する放電用孔５１の代わりに自由面を形成する孔や溝を形成してもよい。

なお、図３に示すように、基礎コンクリート１０が単純な矩形状でなく、例えば、円弧部１０Ｒを有する場合には、上記円弧部１０Ｒにおいては全周囲カッターと呼ばれるような切削機械を用いて円形状で所定の深さに形成された円筒状の溝１１Ｒを設け、溝１１Ｒの内部または周辺、すなわち、溝１１Ｒの近傍に放電用孔５１を設けて、放電用孔５１内での放電を行えば、円弧部１０Ｒを効率よく破砕することができる。なお、基礎コンクリート１０が、矩形部や多角形部などを有する場合には、矩形や多角形などをなす溝を設ければよい。図３においては、溝１１，１１Ｒの内面が自由面３となる。

なお、最良の形態では、破砕対象物６０を基礎コンクリート１０としたが、本発明はこれに限るものではなく、広い面積を有する転石や、岩石層のような連続体を破砕する場合にも適用可能である。また、基礎コンクリート１０に形成する溝１１の幅を０．４〜１．０ｍ程度とし、溝１１の壁面から０．４〜０．５ｍ隔てた位置に、約０．５ｍピッチで放電用孔５１を形成する例を示したが、溝１１，１１Ｒの幅及び深さや、放電用孔５１の位置及び数量はこれに限るものではなく、解体する基礎コンクリート１０の強度や厚さに応じて適宜設定される。なお、実際の作業においては、破砕作業を効率的に行うため、放電用孔になりうる複数個の穴を予め形成しておき、破砕の状況に応じて、上記穴のうちの、次の破砕を行うのに適当な穴に放電用電極７０を設置して放電破砕するようにしている。

破砕対象物の外面を自由面として利用し、この自由面から所定の距離を隔てた箇所、例えば、破砕対象物において破砕対象物の外面の近傍に放電用孔を設け、この放電用孔内に電解液及び放電用電極を設置して放電を行うことで破砕対処物を破砕することも本発明の範囲である。これによれば、破砕対象物を破砕対象物の外面側から効率よく破砕できる。放電用電極は、放電ギャップの形成された放電用電極であればよく、例えば、線（ワイヤ）を切断して放電用ギャップを形成した放電用電極、その他の形態の放電用電極を使用できる。また、放電用電極の放電部を取り囲むカートリッジを設け、カートリッジ内に電解液を充填して放電部を電解液中に浸した状態に封止できる構成の放電用電極を用いれば、放電用孔からの電解液の漏れを防止できる。

本発明の最良の形態に係る放電破砕方法を示す図である。 本最良の形態に係る放電破砕方法の他の例を示す図である。 本最良の形態に係る放電破砕方法の他の例を示す図である。 放電用電極を用いた破砕装置の構成を示す図である。

符号の説明

３ 自由面、１０ 基礎コンクリート（破砕対象物）、１１，１１Ｒ 溝、
５１ 放電用孔、７０ 放電用電極、７９ 放電部。

Claims (4)

1. 破砕対象物に放電用孔を形成し、放電用孔内に放電用電極を設け、この放電用電極の放電部での放電により衝撃波を発生させ、衝撃波で破砕対象物を破砕する方法であって、破砕対象物に自由面を設け、放電用孔内での放電による衝撃波で放電用孔と自由面との間を破砕して破砕対象物を破砕したことを特徴とする放電破砕方法。
2. 破砕対象物に形成した溝の内面により自由面を形成したことを特徴とする請求項１に記載の放電破砕方法。
3. 破砕対象物の一面側を、自由面を形成する溝で離隔された複数の領域に分割し、各領域内に設けられた放電用孔内での放電による衝撃波で放電用孔と自由面との間を破砕して破砕対象物を各領域毎に破砕したことを特徴とする請求項２に記載の放電破砕方法。
4. 破砕対象物に筒状の溝を設け、この溝の近傍に放電用孔を形成したことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の放電破砕方法。

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