JP6328433B2 - 発破工法 - Google Patents

Description

本発明は、発破工法に関し、特に、発破対象領域の発破に伴って周辺の所定地点で生じる振動を低減する発破工法に関する。

トンネル掘削工事では、掘削対象の岩盤（切羽）が極めて堅硬な場合、発破工法が採用される。発破工法では、切羽に複数の装薬孔を穿ち、装薬孔に爆薬を装填し、爆発させる。発破工法では、周辺環境への振動や音の影響を低減するため、様々な方策が提案されている。

下記非特許文献１に記載されるように、発破工法における振動低減対策として、段発発破に使用される電気雷管の段数を増やすことにより段当たりの薬量を減らす方法が知られている。電気雷管では、管体内の延時薬により発破秒時が設定される。電気雷管としては、たとえば、秒時間隔が２５０ｍｓのＤＳ雷管と、秒時間隔が２５ｍｓのＭＳ雷管が知られている。一方、より短い秒時間隔を設定可能な電子雷管が知られている。電子雷管では、管体内のＩＣチップによる電気タイマーによって秒時間隔が設定される。

電気雷管では、延時薬を用いているため、実際の秒時間隔が設定された秒時間隔に対し大きくばらつくことがある。この場合、現起爆孔と次起爆孔の秒時が重なるなど、斉発性が低い。一方、電子雷管では、１ｍｓ単位で秒時間隔を設定することができ、斉発性が高い。近年では、切羽での実施工に即し、秒時の設定を切羽にて任意に変更・設定できる機能を有した新たな電子雷管も知られている。

下記特許文献１〜４に記載されるように、電子雷管を用いた種々の発破工法が知られている。たとえば特許文献１に記載される工法では、段発発破の振動から単発発破の振動を予測し、それを基に特定の条件を満たす段発発破起爆秒時列を算出している。また特許文献２に記載される工法では、Ｍ系列と呼ばれる疑似乱数式に従って、基本周期τに対して起爆秒時差を設定することにより、振動パワースペクトル（周波数毎の振動の大きさ）を低減している。また特許文献３，４に記載される工法では、トンネル切羽の装薬孔の側部にスロットを設けるとともに、各装薬孔も一定間隔で削孔した上で予め爆薬を試験起爆させ、発生した振動波のシミュレーションによって、振動波のエネルギーまたは振幅が最小となる起爆秒時間隔を決定している。

これらの発破工法では、電子雷管を用いることで秒時間隔を正確に設定し、振動の重ね合わせによって波の打消し効果を生じさせ、この波の打消し効果によって振動増幅を抑えている。

国際公開９８／２１５４４号公報 特開平２−３０２０６６号公報 特開２００１−２１３００号公報 特開２００１−２１２９８号公報

日本火薬工業会、「あんな発破 こんな発破 発破事例集」、平成１４年３月、ｐ．１０−１３

発破工法を採用するトンネル現場では、近隣民家等に対する発破振動の低減が重要である。そのため、上述した発破工法のように、電子雷管を用いて起爆秒時間隔を正確に設定し、斉発性を高め、各起爆孔における波形の干渉による振動低減がなされている。しかしながら、実際には、トンネル切羽は掘削サイクルに準じて日々進行するため、発破の度に地上構造物との距離または地盤条件が異なってくる。従って、上記特許文献１のように、段発発破の振動波形から単発発破の振動波形を予測したり、上記特許文献３のように、試験起爆で発生した振動波のシミュレーションにより、発破ごとに起爆秒時差を求めたりすることは、技術的にも作業的にも困難である。

本発明は、発破対象領域の位置が変化する場合であっても、発破に伴い周辺の所定地点で生じる振動を低減することができる発破工法を提供することを目的とする。

本発明は、発破対象領域の発破に伴って周辺の所定地点で生じる振動を低減する発破工法であって、発破対象領域はトンネル掘削における切羽であり、トンネル掘削において複数回の発破作業を繰り返すものであり、発破対象領域の単発発破により生じる振動の所定地点における卓越周波数を測定する工程と、卓越周波数とは異なるピーク周波数が生じるように段発発破の起爆秒時差を設定する工程と、起爆秒時差で発破対象領域の段発発破を行う工程と、を含み、卓越周波数を測定する工程では、複数回の発破作業のうちの１回の発破作業の中で、卓越周波数を測定するための少なくとも１回の単発発破と、当該単発発破の後の段発発破とを連続して行い、段発発破の起爆秒時差は３０ｍｓ以下であることを特徴とする。

この発破工法によれば、発破対象領域と所定地点との間を伝わる振動の所定地点における卓越周波数が予め求められ、その卓越周波数とは異なるピーク周波数が生じるように設定された起爆秒時差で、発破対象領域の段発発破が行われる。このように、発破対象領域と所定地点との位置関係が決まった状態で所定地点における卓越周波数が測定されるため、発破対象領域の位置が変化する場合であっても、その位置関係に応じた距離または地盤条件のもとで卓越周波数が正確に測定される。よって、発破対象領域の段発発破を行った際、その起爆秒時差によって生じるピーク周波数と所定地点における卓越周波数との共振が回避され、その結果、所定地点で生じる振動を低減することができる。また、トンネル掘削が進捗すると切羽の位置が変化するが、トンネル周辺の所定地点に保安物件がある場合でも、その保安物件の地点における卓越周波数が、トンネル掘削の進捗に合わせて測定される。よって、トンネル掘削の進捗に合わせて、所定地点の保安物件に対する振動の影響を軽減できる。また、少なくとも１回の単発発破と段発発破とが連続して行われるので、段発発破によるトンネル掘削を行いつつ、単発発破によって、その時点の切羽の位置に応じた適切な起爆秒時差を設定できる。よって、トンネル掘削の進捗に合わせて、所定地点で生じる振動を確実に低減することができる。

少なくとも１回の単発発破と、当該単発発破の後の段発発破との間に１００〜１０００ｍｓの間隔を設けてもよい。この場合、単発発破と段発発破との間に１００ｍｓ以上の間隔を設けることで、所定地点における卓越周波数の測定に対する段発発破の影響を排除できる。
また、少なくとも１回の単発発破と、当該単発発破の後の段発発破との全起爆時間の合計である発破時間は、５ｓｅｃ以下であってもよい。

また、本発明は、発破対象領域の発破に伴って周辺の所定地点で生じる振動を低減する発破工法であって、発破対象領域の単発発破により生じる振動の所定地点における卓越周波数を測定する工程と、卓越周波数とは異なるピーク周波数が生じるように段発発破の起爆秒時差を設定する工程と、起爆秒時差で発破対象領域の段発発破を行う工程と、を含み、所定地点は２以上の地点であり、卓越周波数を測定する工程では、発破対象領域の単発発破により生じる振動の所定地点のそれぞれにおける卓越周波数を測定し、起爆秒時差を設定する工程では、所定地点のそれぞれに対応する２種類以上の起爆秒時差を設定し、段発発破を行う工程では、発破対象領域を所定地点のそれぞれに対応させて区分し、設定した起爆秒時差でそれぞれの区分の段発発破を行うことを特徴とする。この場合、２以上の地点のそれぞれに対応する区分ごとに、卓越周波数が測定され、起爆秒時差が設定される。よって、発破対象領域と各地点との距離または地盤条件が異なっていても、それらの条件が加味されて起爆秒時差が設定される。よって、各地点のそれぞれにおいて振動を低減することができる。

起爆秒時差は１０ｍｓ以下であり、段発発破の全起爆時間は３ｓｅｃ以下であると、発破に必要な所望の段数を確保しつつ、全起爆時間が短縮される。よって、所定地点で生じる振動を低減し、しかも振動の発生時間を短縮することができる。

起爆秒時差を設定する工程において、ピーク周波数が、起爆秒時差の逆数または起爆秒時差の逆数の倍数とすることにより求められてもよい。この場合、ピーク周波数と所定地点における卓越周波数との共振を回避し得るような起爆秒時差を容易に設定することができる。

本発明によれば、発破対象領域の位置が変化する場合であっても、発破に伴い周辺の所定地点で生じる振動を低減することができる。

本発明の一実施形態に係る発破工法が適用されたトンネル掘削現場を示す模式図である。 図１中の切羽における起爆孔の配置例を示す正面図である。 起爆孔における爆薬および雷管の配置例を示す断面図である。 本発明の他の実施形態に係る発破工法が適用されたトンネル掘削現場を示す模式図である。 図３中の切羽における起爆孔の配置例を示す正面図である。 実施例１に係る発破による振動データを示す図である。 （ａ）〜（ｃ）は、図６中の３回の単発発破における周波数解析結果を示す図である。 図６中の段発発破における周波数解析結果を示す図である。 実施例３に係る発破による振動データを示す図である。 図９中の段発発破における周波数解析結果を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

図１に示されるように、本実施形態の発破工法は、堅硬な岩盤からなる地層Ｘに対するトンネル掘削に適用される工法である。この発破工法は、トンネル掘削が行われる際、トンネルＴＮＬの周囲（たとえば丘陵上）に位置する所定地点Ｐ１，Ｐ２で生じる振動を低減させる。たとえば、図１に示される例では、トンネル掘削の発破対象領域である切羽Ａの周辺には、所定地点Ｐ１，Ｐ２に住居１，２が建っている。この発破工法は、所定地点Ｐ１または所定地点Ｐ２および住居１または住居２において生じる振動を低減させることを目的としている。

図２に示されるように、発破を行う際、切羽Ａには、複数の起爆孔１０が設けられる。複数の起爆孔１０は、切羽Ａにおいて、段発発破を行うための複数の起爆孔群Ｂ１〜Ｂ６を成している。切羽Ａ中央の起爆孔群Ｂ１，Ｂ２は芯抜きのためのものである。図２に示される起爆孔１０の配列はあくまで一例であり、個数および配列パターンは適宜変更できる。複数の起爆孔１０の段数および配列は、公知の方法に基づいて決定することができる。各起爆孔１０には、たとえば図３に示されるように、孔１１内に配置された複数の爆薬（いわゆる親ダイおよび増ダイ）１２と、奥側の爆薬（いわゆる親ダイ）１２に設けられた雷管１３と、爆薬１２の手前側に設けられた込め物１４とが設けられている。

本実施形態の発破工法では、雷管１３としては、１ｍｓ単位での起爆秒時設定が可能な電子雷管を用いる。この電子雷管は、切羽Ａでの実施工に即し、起爆秒時設定を切羽Ａにて任意に変更・設定できる機能を有している。この電子雷管では、たとえば１ｍｓ〜３０ｍｓの範囲において、起爆秒時差を１ｍｓ単位で設定可能である。電子雷管を採用することにより、段発発破で生じるピーク周波数をコントロール可能になっており、その結果として、地点Ｐ１または地点Ｐ２で生じる振動を低減することができる。

さらに、本実施形態の発破工法では、段発発破に用いられる複数の起爆孔群Ｂ１〜Ｂ６とは別に、単発発破に用いられる複数の起爆孔２０が切羽Ａに設けられている。起爆孔２０は、切羽Ａ中央に設けられた起爆孔群Ｂ１，Ｂ２の上方近傍に設けられている。各起爆孔２０の構成は、上記した起爆孔１０の構成と同様であるが、孔１１の内部に配置された雷管１３が単発発破用のタイミングに設定される点で、起爆孔１０の雷管１３とは異なっている。これらの起爆孔２０は、切羽Ａの単発発破により生じる振動の所定地点Ｐ１または地点Ｐ２における卓越周波数を測定するために設けられている。

図２に示される例では、起爆孔２０を３個設けているが、単発発破に用いられる起爆孔２０は１個または２個であってもよいし、４個以上であってもよい。起爆孔２０は、切羽Ａ中央または中央付近に設けられる場合に限られず、切羽Ａの外周側に設けられてもよい。起爆孔２０による単発発破と起爆孔１０による段発発破との間には、一定時間の間隔が設けられる。すなわち、単発発破を行う起爆孔２０の最後の起爆と、段発発破を行う起爆孔１０の最初の起爆は、一定時間の間隔で実施される。

続いて、本実施形態の発破工法の手順について説明する。まず、切羽Ａに対し、起爆孔１０と起爆孔２０とを設ける。すなわち、上述したように、単発発破用の複数の起爆孔２０と、段発発破用の複数の起爆孔１０を切羽Ａに設ける。ここで、単発発破と段発発破との間には、１００ｍｓ以上の間隔が設けられる。単発発破と段発発破との間隔は、３００ｍｓ以上であることが好ましい。一方、単発発破と段発発破との間隔は大きすぎても、発破時間（単発発破と段発発破の全起爆時間の合計）が長くなるので、最大でも１０００ｍｓである。言い換えれば、単発発破と段発発破との間の間隔は、１００〜１０００ｍｓに設定される。この間隔は、たとえば５００ｍｓに設定される。地点Ｐ１，Ｐ２のそれぞれには振動計を設置しておき、切羽Ａの発破に応じて発生する変位速度を測定する。

続いて、複数の起爆孔２０による単発発破と複数の起爆孔群Ｂ１〜Ｂ６による段発発破とを連続して行う。この際、この発破が当該トンネル掘削現場における最初の発破である場合には、前もって切羽Ａでの単発発破を実施し、その振動の地点Ｐ１，Ｐ２における卓越周波数を測定する。また、卓越周波数は、周波数解析（ＦＦＴ解析）により求めることもできる。そして、段発発破における起爆秒時差の逆数または起爆秒時差の逆数の倍数とすることによってピーク周波数を求め、そのピーク周波数が卓越周波数と異なるように、起爆秒時差を設定しておく。最初の発破では、このように予め設定した起爆秒時差で段発発破を行う。

起爆秒時差とピーク周波数の関係について説明すると、本発明者らは、起爆秒時差をＴ（ｍｓ）として段発発破を行ったときに、以下の知見を見出した。その一点目は、測定される振動値が起爆秒時差Ｔの逆数の周波数（ｆ＝１／Ｔ）及び起爆秒時差Ｔの逆数の倍数（２ｆ、３ｆ・・・）の周波数で高いピークを有することである。また、二点目は、高いピークを有する周波数のうち、特に起爆秒時差Ｔの逆数の１倍が最も高いピークを有することである。三点目は、電子雷管の起爆秒時差の正確性が高いことにより、上記のような関係性が成立することである。そして、四点目は、起爆秒時差を調整することにより、振動値のピーク周波数（段発発破による振動値の卓越周波数）を任意にコントロールできることである。

トンネル掘削では、上記した単発発破と段発発破とを連続させた発破作業を繰り返す。繰り返す頻度は、例えば１日に２〜１０回という程度である。２回目以降の発破では、前回の発破の単発発破で測定された地点Ｐ１，Ｐ２における卓越周波数に基づいて、段発発破の起爆秒時差を設定する。ここでも、前回の単発発破を実施した際の振動の地点Ｐ１，Ｐ２における卓越周波数と、段発発破における起爆秒時差の逆数の整数倍（すなわちピーク周波数）とが異なるように、起爆秒時差を設定する。好ましくは、起爆秒時差の逆数が卓越周波数より大きくなるように設定する。

電子雷管である雷管１３によれば、起爆秒時差を１ｍｓ単位で、しか現場で設定できるため、地点Ｐ１，Ｐ２における振動の卓越周波数に応じて、それとの共振を回避できるような起爆秒時差を設定することができる。電子雷管は斉発性が高いため、現起爆孔と次起爆孔との発破秒時を明確に分離できる。

そして、複数の起爆孔２０による単発発破と、設定した起爆秒時差での起爆孔群Ｂ１〜Ｂ６による段発発破とを連続して行う。このようにして、本実施形態の発破工程が実施される。

なお、単発発破と段発発破との組み合わせを毎回繰り返す場合に限られず、たとえば２回の発破のうち１回のみ単発発破を組み込んでもよい。起爆秒時差を設定するにあたり、直前の単発発破による卓越周波数を用いる場合に限られず、２回以上前の単発発破で得られた卓越周波数を用いてもよい。トンネル掘削においては、１回に掘り進む距離はたとえば１〜２ｍであるが、地点Ｐ１または地点Ｐ２との間の距離や地盤条件の観点では、一または数回前の切羽Ａと現在の切羽Ａとは同一の位置にあると考えることができる。つまり、地点Ｐ１，Ｐ２の卓越周波数が同じと想定される区間については、単発発破は必要としない。

また、単発発破と段発発破とを連続して行わず、分離して行ってもよい。すなわち、地点Ｐ１または地点Ｐ２における卓越周波数を把握するために、段発発破を伴わない単発発破を行ってもよい。

本実施形態の発破工法では、段発発破の起爆秒時差は、３０ｍｓ以下とされる。起爆秒時差が大き過ぎると、段発発破により発生する振動の高い振動値を示す周波数ｆが小さくなり、所定地点における卓越周波数と異なるピーク周波数を設定することが難しくなる。段発発破の起爆秒時差は１０ｍｓ以下であることが好ましく、７ｍｓ以下であることが更に好ましい。トンネル発破に伴って周辺の所定地点で生じる振動の卓越周波数は５０〜１５０Ｈｚに分布し、更に大部分は８０〜１２０Ｈｚに分布することから、起爆秒時差を１０ｍｓ以下に設定し、更に好ましくは７ｍｓ以下に設定することで、段発発破により発生する振動の高い振動値を示す周波数ｆの倍数（２倍以上）を考慮する必要がなくなる。

一方、段発発破の起爆秒時差は、３ｍｓより大きいことが好ましい。起爆秒時差が小さ過ぎると段発発破により発生する振動の高い振動値を示す周波数ｆが大きくなり、振動値が大きくなる。起爆秒時差は、更に好ましくは５ｍｓ以上である。

本実施形態の発破工法では、段発発破の起爆秒時差を短く設定することで、全起爆時間も短くできる。発破において所定の段数を確保しつつ、全起爆時間が短縮できる。段発発破の全起爆時間は、５ｓｅｃ以下に設定される。段発発破の全起爆時間は、好ましくは３ｓｅｃ以下に設定される。段発発破の全起爆時間が長すぎると、発破による振動の時間も長くなるからである。

本実施形態の発破工法によれば、切羽Ａと所定地点Ｐ１または所定地点Ｐ２との間を伝わる振動の所定地点Ｐ１または所定地点Ｐ２における卓越周波数が予め求められ、その卓越周波数とは異なるピーク周波数が生じるように設定された起爆秒時差で、切羽Ａの段発発破が行われる。このように、切羽Ａと所定地点Ｐ１または所定地点Ｐ２との位置関係が決まった状態で所定地点Ｐ１または所定地点Ｐ２における卓越周波数が測定されるため、切羽Ａの位置が変化する場合であっても、その位置関係に応じた距離または地盤条件のもとで卓越周波数が正確に測定される。よって、切羽Ａの段発発破を行った際、その起爆秒時差によって生じるピーク周波数と所定地点Ｐ１または所定地点Ｐ２における卓越周波数との共振が回避され、その結果、所定地点Ｐ１または所定地点Ｐ２で生じる振動が低減される。

このように、本実施形態では、電子雷管の起爆秒時差の正確性の高さを利用し、起爆秒時差の調整による段発発破の振動のピーク周波数を任意にコントロールする（言い換えれば、距離や地盤条件に固有の卓越周波数からシフトさせる）ことで振動低減効果が高められている。この発想は、振動波形の重ね合わせ（干渉）による振動低減を行おうとしていた従来の発破工法とは異なった技術的思想である。振動波形の重ね合わせによる振動低減は、理論上は可能であっても実際に実現するのは困難であった。この点、本実施形態では、卓越周波数に対してピーク周波数を外すという簡便な制御により振動低減を実現可能であるため、従来の発破工法に比して、実用性および汎用性が高い。

トンネル掘削が進捗すると切羽Ａの位置が変化するが、トンネルＴＮＬ周辺の所定地点Ｐ１，Ｐ２に保安物件である住居（地上構造物）１，２（図１参照）がある場合でも、住居１または住居２の地点Ｐ１または地点Ｐ２における卓越周波数が、トンネル掘削の進捗に合わせて測定される。よって、トンネル掘削の進捗に合わせて、所定地点Ｐ１または所定地点Ｐ２の住居１または住居２に対する振動の影響が軽減される。また、少なくとも１回の単発発破と段発発破とが連続して行われるので、段発発破によるトンネル掘削を行いつつ、単発発破によって、その時点の切羽Ａの位置に応じた適切な起爆秒時差を設定できる。すなわち、振動の伝搬経路や伝搬距離が両発破（単発発破と段発発破）で差がないため、周波数の評価が容易である。したがって、トンネル掘削の進捗に合わせて、所定地点Ｐ１または所定地点Ｐ２で生じる振動が確実に低減される。

また、単発発破と段発発破との間には１００ｍｓ以上の間隔が設けられる。単発発破と段発発破との間に１００ｍｓ以上の間隔を設けることで、所定地点における卓越周波数の測定に対する段発発破の影響が排除できる。間隔が短い場合、単発発破により生じる振動の所定地点における卓越周波数の測定時に単発発破により生じる振動と段発発破による振動が重複して、卓越周波数の測定が正確にできない。

起爆秒時差は１０ｍｓ以下であり、段発発破の全起爆時間は３ｓｅｃ以下であると、所定地点Ｐ１，Ｐ２で生じる振動が低減され、しかも、所定地点Ｐ１または所定地点Ｐ２で振動が発生している時間が短縮される。

また、ピーク周波数を大きくする（すなわち起爆秒時差を小さくする）ことで距離減衰が大きくなる（すなわち、高周波であれば距離減衰しやすい）。この場合、起爆秒時差を小さくすることで全体の発破継続時間の短縮が図られ、周辺環境（たとえば住居・民家等）への影響を軽減できる。また、起爆秒時差を小さくすることにより、各振動波形の重ね合わせによる振動増幅が懸念される場合は、単発振動の振動振幅値と比較することで、波の干渉による増幅度を都度確認できる。

また、ピーク周波数が、起爆秒時差の逆数または起爆秒時差の逆数の倍数とすることにより求められるため、ピーク周波数と所定地点Ｐ１または所定地点Ｐ２における卓越周波数との共振を回避し得るような起爆秒時差を容易に設定することができる。

図４および図５は、本発明の他の実施形態に係る発破工法を示す図である。この実施形態において、卓越周波数を測定する工程では、切羽Ａの単発発破により生じる振動の所定地点Ｐ１，Ｐ２のそれぞれにおける卓越周波数を測定する。そして、起爆秒時差を設定する工程では、所定地点Ｐ１，Ｐ２のそれぞれに対応する２種類以上の起爆秒時差を設定し、段発発破を行う工程では、切羽Ａを所定地点のそれぞれに対応させて２つに区分し（第１区分Ａ１および第２区分Ａ２）、各第１区分Ａ１，Ａ２の段発発破を行う。

より具体的には、図５に示されるように、第１区分Ａ１における段発発破（図示左型の起爆孔群Ｂ２〜Ｂ６）と、第２区分Ａ２における段発発破（図示道側の起爆孔群Ｂ２〜Ｂ６）とで起爆秒時差を個別に設定する。

切羽Ａの区分は、所定地点Ｐ１，Ｐ２の位置関係により区分する。例えば、トンネルＴＮＬの左側に位置する地点Ｐ１、右側に位置する地点Ｐ２に対応するために、切羽Ａを中央垂直に区分してもよいし、切羽Ａの区分が左右均等でなくてもよい。また、トンネル中心の下側から周方向に複数に区分してもよい。

このような発破工法によっても、上記した先の実施形態の発破工法と同様の作用効果が奏される。また、２以上の地点Ｐ１，Ｐ２ごとに、卓越周波数が測定され、区分Ａ１，Ａ２ごとに起爆秒時差が設定されるため、切羽Ａと各地点Ｐ１，Ｐ２との距離または地盤条件が異なっていても、それらの条件が加味されて起爆秒時差が設定されることになる。よって、各地点Ｐ１，Ｐ２のそれぞれにおいて振動を低減することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限られない。たとえば、段発発破における起爆秒時差の設定は、等間隔の起爆秒時差に限られない。たとえば、起爆秒時差を３ｍｓ、５ｍｓ、７ｍｓ、１１ｍｓ、１３ｍｓ・・・等と素数にすることで段発発破による振動のピーク周波数を発生させないようにしてもよい。

（実施例１）
実際のトンネル掘削において発破による振動試験を行った。実施例１では、起爆孔１孔あたりの薬量は約８００ｇとした。単発発破間の間隔、及び単発発破と段発発破の間隔を５００ｍｓとした。切羽Ａから振動測定地点までの距離は３６ｍであった。

図７（ａ）〜（ｃ）に示されるように、単発発破において測定された卓越周波数は１１２〜１３６Ｈｚであった。これに対し、段発発破の起爆孔を９２孔とし、起爆孔１孔あたりの薬量を約８００ｇとして、各起爆の起爆秒時差を５ｍｓ（起爆秒時差の逆数であるピーク周波数は２００Ｈｚ）に設定した。卓越周波数に対してピーク周波数を高い側に外した。その結果、図６に示されるように、最大振動値は０．３５６ｃｍ／ｓであった。図８に示されるように、段発発破における振動値の増幅は見られなかった。なお、段発発破に伴い周辺に生じる振動を低減するためには、振動値の増幅を起さないようすることが重要であった。秒時差の大きい段発発破は一般に振動値の増幅を起しやすいとする知見を得た。

単発発破により生じる振動の卓越周波数の測定において、段発発破の影響もなく良好に卓越周波数を測定することができた。なお、段発発破の全起爆時間は約５００ｍｓである。段発発破における起爆孔の配置は図２に示すとおりであって、図中の１孔が段発発破における起爆孔２孔に相当するものとした。

（実施例２）
実施例２では、実施例１に先だって、切羽Ａから振動測定地点までの距離が８０ｍである地点で単発発破を行った。起爆孔１孔あたりの薬量は８００ｇとした。単発発破において測定された卓越周波数は１０２〜１１８Ｈｚであった。これに対し、段発発破の起爆秒時差を７ｍｓ（起爆秒時差の逆数であるピーク周波数は約１４２Ｈｚ）に設定して、実施例１と同様に発破した。その結果、実施例１と同様に、段発発破による振動値の増幅は見られなかった。

（実施例３）
実施例３では、単発発破（３回）と起爆秒時差１０ｍｓの段発発破を行った。切羽Ａから振動測定地点までの距離は３４ｍであった。この距離は、実施例１を行ったときの距離と大きく変わらない。装薬条件は実施例１と略同じである。単発発破同士間の間隔を５００ｍｓとし、３回目の単発発破から段発発破の開始までの間隔も５００ｍｓとした。なお、段発発破の全起爆時間は約１０００ｍｓである。

図７（ａ）〜（ｃ）からわかるように、この地点において、単発発破で測定される卓越周波数は１１２〜１３６Ｈｚ程度である。これに対し、１０ｍｓの起爆秒時差（すなわちピーク周波数は１００Ｈｚ）とすることで、卓越周波数に対してピーク周波数を低い側に外した。その結果、図９に示されるように、最大振動値は０．４８３ｃｍ／ｓであった。また、図１０に示されるように、段発発破における周波数は、１００Ｈｚ付近で重なっており、これが振動値の増幅につながったと考えられる。このように、卓越周波数と起爆秒時差の設定によるピーク周波数とが近い場合には、振動値が増大する傾向が見られた。

（実施例４）
実施例４では、切羽Ａが振動測定地点の再近傍を通過して、切羽Ａから振動測定地点までの距離が８０ｍに達する地点で単発発破を行った。起爆孔１孔あたりの薬量は８００ｇとした。単発発破において測定された卓越周波数は１０２〜１１８Ｈｚであった。これに対し、段発発破の起爆秒時差を７ｍｓ（起爆秒時差の逆数であるピーク周波数は約１４２Ｈｚ）に設定して、実施例１，２と同様に発破した。その結果、実施例１，２と同様に、段発発破による振動値の増幅は見られなかった。

以上の結果より、一般的に、同じ地盤条件であれば、切羽Ａから振動測定地点までの距離が大きいほど、卓越周波数は小さくなり、切羽Ａから振動測定地点までの距離が小さいほど、卓越周波数は大きくなる傾向が見られた。このような傾向が見られる場合には、トンネル掘削の進行状況に合わせて、切羽Ａから振動測定地点が近づくほど、起爆秒時差を小さくし、切羽Ａから振動測定地点が遠ざかるほど、起爆秒時差を大きくすることができる。

なお、振動測定地点までの距離は３５ｍである切羽Ａにおいて、単発発破（３回）と起爆秒時差３ｍｓの段発発破を行ったところ、最大振動値は１．０５ｃｍ／ｓであった。地盤条件から決まる卓越周波数は９０Ｈｚ付近であったが、３ｍｓと起爆秒時差を小さくしたために、段発発破同士の波形が重なったことで振動速度が大きくなったと考えられる。

（実施例５）
地盤条件の異なるトンネルの実施例５では、切羽Ａの単発発破により生じる振動を図４に示すように所定地点Ｐ１，Ｐ２のそれぞれにおいて卓越周波数を測定した。起爆孔１孔あたりの薬量は約１０００ｇとした。地点Ｐ１は切羽Ａに向かって左側に位置して、地点Ｐ２は切羽Ａに向かって右側に位置するようにした。切羽Ａから地点Ｐ１までの距離は１００ｍで、切羽Ａから地点Ｐ２までの距離は６０ｍであった。単発発破において測定された卓越周波数は地点Ｐ１では６６〜７４Ｈｚ、地点Ｐ２では９６〜１０８Ｈｚであった。

そして、段発発破の起爆秒時差を設定する工程では、切羽Ａを地点Ｐ１（左側）、地点Ｐ２（右側）に対応させて、図５に示すように、中央垂直に２つに区分して左側を区分Ａ１とし、右側を区分Ａ２とした。起爆秒時差の設定では、区分Ａ１の起爆孔４２孔に退位して起爆孔１孔あたりの薬量を約１０００ｇとし、各起爆の起爆秒時差を１０ｍｓに設定した。一方、区分Ａ２の起爆孔４２孔に対して起爆孔１孔あたりの薬量を約１０００ｇとし、各起爆の起爆秒時差を７ｍｓに設定した。以上の条件で発破を行った。その結果、左右対称の起爆孔４２孔に対して起爆孔１孔あたりの薬量を１０００ｇとして、左右対称の起爆孔のそれぞれを起爆秒時差１０ｍｓと設定した比較例１、及び左右対称の起爆孔のそれぞれを起爆秒時差７ｍｓに設定した比較例２に対して、最大振動値をそれぞれ１／５及び１／４に低減することができた。

１０…起爆孔（段発発破用の起爆孔）、２０…起爆孔（単発発破用の起爆孔）、１２…爆薬、１３…雷管、Ａ…切羽（発破対象領域）、Ａ１…第１区分、Ａ２…第２区分、Ｐ１，Ｐ２…地点（所定地点）、ＴＮＬ…トンネル。

Claims (6)

1. 発破対象領域の発破に伴って周辺の所定地点で生じる振動を低減する発破工法であって、
   前記発破対象領域はトンネル掘削における切羽であり、前記トンネル掘削において複数回の発破作業を繰り返すものであり、
   前記発破対象領域の単発発破により生じる振動の前記所定地点における卓越周波数を測定する工程と、
   前記卓越周波数とは異なるピーク周波数が生じるように段発発破の起爆秒時差を設定する工程と、
   前記起爆秒時差で前記発破対象領域の段発発破を行う工程と、を含み、
   前記卓越周波数を測定する工程では、前記複数回の発破作業のうちの１回の発破作業の中で、前記卓越周波数を測定するための少なくとも１回の単発発破と、当該単発発破の後の段発発破とを連続して行い、
   前記段発発破の起爆秒時差は３０ｍｓ以下であることを特徴とする発破工法。
2. 前記少なくとも１回の単発発破と、当該単発発破の後の前記段発発破との間に１００〜１０００ｍｓの間隔を設ける、請求項１に記載の発破工法。
3. 前記少なくとも１回の単発発破と、当該単発発破の後の前記段発発破との全起爆時間の合計である発破時間は、５ｓｅｃ以下である、請求項１または２に記載の発破工法。
4. 発破対象領域の発破に伴って周辺の所定地点で生じる振動を低減する発破工法であって、
   前記発破対象領域の単発発破により生じる振動の前記所定地点における卓越周波数を測定する工程と、
   前記卓越周波数とは異なるピーク周波数が生じるように段発発破の起爆秒時差を設定する工程と、
   前記起爆秒時差で前記発破対象領域の段発発破を行う工程と、を含み、
   前記所定地点は２以上の地点であり、
   前記卓越周波数を測定する工程では、前記発破対象領域の単発発破により生じる振動の前記所定地点のそれぞれにおける卓越周波数を測定し、
   前記起爆秒時差を設定する工程では、前記所定地点のそれぞれに対応する２種類以上の起爆秒時差を設定し、
   前記段発発破を行う工程では、前記発破対象領域を前記所定地点のそれぞれに対応させて区分し、設定した起爆秒時差でそれぞれの区分の段発発破を行うことを特徴とする発破工法。
5. 前記起爆秒時差は１０ｍｓ以下であり、前記段発発破の全起爆時間は３ｓｅｃ以下である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の発破工法。
6. 前記起爆秒時差を設定する工程において、前記ピーク周波数は、前記起爆秒時差の逆数または前記起爆秒時差の逆数の倍数とすることにより求められる、請求項１〜５のいずれか一項に記載の発破工法。

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