JP6342749B2

JP6342749B2 - 発破工法

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Publication number: JP6342749B2
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Inventors: 野間　達也; 達也野間
Original assignee: Fujita Corp
Current assignee: Fujita Corp
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Filing date: 2014-08-25
Publication date: 2018-06-13
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Also published as: JP2016044901A

Description

本発明はトンネル掘削を行なう発破工法に関する。

トンネルを発破工法で掘削するに際しては、切羽面に穿孔した複数の装薬孔（発破孔）に雷管を取り付けた爆薬を挿入し、雷管を起爆することで爆薬を爆破して切羽面を掘削する（特許文献１参照）。
この場合、民家や重要構造物近隣では発破、すなわち切羽面の爆破により発生する振動を極力抑制することが必要となるため、爆薬の破壊力を制御して発破を行なう制御発破が採用される。

発破時に発生する発破振動の予想式は以下の式（１）で示される。
Ｖ＝Ｋ×W^ｍ×Ｄ^ｎ……（１）
Ｖ：変位速度（ｃｍ／ｓ）
Ｋ：発破条件や岩盤特性によって変化する定数
Ｗ：段当たりの薬量（ｋｇ）
Ｄ：発破場所からの距離（ｍ）
ｍ：定数、ｎ：定数
なお、「段当たり」とは、１回の同時の爆破当たりを意味する。

上記式（１）の定数ｍ、ｎとして一般的な数値を代入した場合、以下の式（２）となる。
Ｖ＝Ｋ×Ｗ^０．７５×Ｄ^−２……（２）
ここで、定数Ｋは以下のような範囲とされる。
トンネル発破の心抜き：Ｋ＝４５０〜９００
トンネル発破の払い：Ｋ＝２００〜５００
トンネル発破の踏まえ：Ｋ＝３００〜７００

式（２）から、Ｋの値、発破位置と観測位置との隔離距離が一定であれば、発破振動の変位速度Ｖは段当たりの装薬量Ｗに依存することになり、制御発破は段当たりの装薬量を低減することによって行なうことが一般的である。
制御発破としては、以下のものが例示される。
１）複数の装薬孔に装填した雷管付きの爆薬の起爆を複数の雷管毎に行なうもの
２）１孔１段と呼ばれ複数の装薬孔に装填した雷管付きの爆薬の起爆を１つの装薬孔毎に行なうもの（すなわち同時に２つ以上の装薬孔での爆破を行わない）。

なお、発破の段数を例示すると、通常の７０〜８０ｍ^２の断面のトンネルでは、通常の発破（DS雷管のみ使用）で8〜10段、MS雷管、DS雷管を使用した制御発破で25〜30段程度、1孔1段となると100〜140段程度となる。
図１０は、DS雷管、MS雷管の基準秒時を示すものである。基準秒時とは、発破器から電気エネルギーが供給され雷管が通電されてから起爆するまでの遅延時間であり、各遅延時間に対応して段数が対応付けられている。
図１０に示すように、段数は、ＤＳ雷管で２０段、ＭＳ雷管で２０段となっており、ＤＳ雷管のみでは最大２０段の爆破が可能であり、ＤＳ雷管とＭＳ雷管とを組み合わせると、最大３８段の爆破が可能となる。
トンネルの心抜きおよび払いの発破における段当たりの装薬量に基づいて前記の式（２）で計算すると、普通発破（DS雷管のみ使用）と比較してMS雷管、DS雷管を用いた制御発破では、発破振動が1/3〜1/8程度抑制され、1孔1段の制御発破では発破振動が1/6〜1/20程度抑制される。
したがって、1孔1段発破を行なうことが発破振動を抑制する上で最も有利となる。

ところで、1孔1段発破による発破工法としては、以下に示すように、電子雷管を使用するものと、導火管付き雷管を使用するものとに分けられる。
１）電子雷管
電子雷管としては以下の２種類のものが提供されている。
１−１）工場出荷時に予め遅延時間（基準秒時）の秒時設定がなされているもの。
１−２）発破を行なう現場で各電子雷管毎に個別に遅延時間（基準秒時）の秒時設定を行なうもの。

２）導火管付き雷管
導火管付き雷管は、それ自体で燃焼することはできず、必ず導火管付き雷管を着火するための着火用雷管（電気雷管あるいは電子雷管）が必要となり、着火用雷管により導火管に着火する。
また、全ての導火管付き雷管に導火した後に爆破が開始する必要がある。これは、全ての導火管付き雷管に着火する前に爆破が始まると、導火管を破損して導火せず、不発となってしまうためである。
このため、導火管付き雷管は、必ず結線用の導火管付き雷管（バンチコネクターという）との併用となる。このバンチコネクターにも遅延時間（基準秒時）が設定されており、起爆時間は、0ms（瞬発）と25msの組み合わせが主として使用される。
したがって、導火管付き雷管を用いる場合は、着火用雷管と、該着火用雷管によって着火され互いに直列に接続された複数の結線用雷管と、各結線用雷管によって着火される複数の導火管付き雷管とを組み合わせることになる。
そして、着火用雷管を介して各結線用雷管が着火され、各結線用雷管から全ての導火管付き雷管に着火がなされたのち、導火管付き雷管による１孔１段の発破が開始されるように、各結線用雷管の遅延時間（基準秒時）、各導火管付き雷管の遅延時間（基準秒時）が予め設定されている必要がある。

特開２０１３−２３８３６８号公報

しかしながら、上述した電子雷管は、一般的な電気雷管と比較すると１０倍程度の価格であり、電子雷管を切羽面の全域に配置すると、多大なコストを要する不利がある。
一方、上述した導火管付き雷管（結線用雷管を含む）は、一般的な電気雷管と比較して２倍程度の価格に留まるものの、切羽面の全ての装薬孔の全てに導火管付き雷管を装薬しようとすると以下の問題がある。
すなわち、各導火管付き雷管には、個別に異なる遅延時間が設定されている。
したがって、複数の導火管付き雷管を間違えることなく結線用雷管に接続すると共に、複数の導火管付き雷管を起爆順が予め定められた装薬孔に間違えることなく装薬する必要がある。
そのため、それら結線用雷管および導火管付き雷管を切羽面の全域に配置する作業には多大な手間を要し、発破作業の効率化を図る上で改善の余地がある。
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、その目的は、コストの抑制を図りつつ発破作業の効率化を図る上で有利な発破工法を提供することにある。

上述の目的を達成するため、請求項１記載の発明は、トンネル掘削を行なう発破工法であって、切羽面のうち中央に位置する心抜き部と、前記心抜き部の周囲に帯状に延在する複数の分割払い部とを設定する工程と、前記心抜き部に、互いに異なる時刻で起爆するように遅延時間が設定された複数の電子雷管を爆薬と共に配置する工程と、前記複数の分割払い部のそれぞれに、予め定められた遅延時間で起爆する着火用雷管と、前記着火用雷管によって着火されることで予め定められた遅延時間で起爆する結線用雷管とを配置すると共に、前記結線用雷管により着火されることで予め定められた互いに異なる遅延時間後に起爆する複数の導火管付き雷管を爆薬と共に配置する工程と、発破器により前記複数の電子雷管および前記複数の着火用雷管を起爆させる工程と、前記複数の電子雷管の起爆により前記心抜き部の発破を１孔１段で行なう工程と、前記各着火用雷管の起爆により前記結線用雷管を着火して起爆させ、これにより前記複数の導火管付き雷管を着火してこれら複数の導火管付き雷管を起爆させて前記各分割払い部の発破を１孔１段で行なう工程とを含み、前記複数の導火管付き雷管の全てに対する着火が完了したのち、前記複数の電子雷管の起爆が開始され、かつ、前記心抜き部の発破が終了したのち前記各分割払い部の発破が開始され、かつ、前記複数の導火管付き雷管の全てが互いに異なる時刻に起爆するという条件が満たされるように、前記複数の電子雷管の遅延時間と、前記複数の着火用雷管の遅延時間と、前記複数の結線用雷管の遅延時間と、前記複数の導火管付き雷管の遅延時間とが設定されていることを特徴とする。
請求項２記載の発明は、前記複数の電子雷管は、前記切羽面の中央部から外周縁に次第に近づく方向に順番に起爆するように配置されていることを特徴とする。
請求項３記載の発明は、前記複数の導火管付き雷管は、前記切羽面の外周縁に沿ってかつ前記切羽面の中央部から前記外周縁に次第に近づく方向に順番に起爆するように配置されていることを特徴とする。
請求項４記載の発明は、前記複数の電子雷管は、それら電子雷管を前記心抜き部に順番に配置する毎に異なる値の前記遅延時間を設定可能に構成されたものであることを特徴とする。
請求項５記載の発明は、前記結線用雷管は、着火されることで遅延時間無しで起爆するものであることを特徴とする。
請求項６記載の発明は、前記結線用雷管は、導火管付き雷管で構成されていることを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、切羽面を、心抜き部と複数の分割払い部とに設定し、心抜き部は遅延時間の秒時設定を現場で設定する電子雷管を用いて1孔1段発破を行い、複数の分割払い部は導火管付き雷管を用いて1孔1段発破を行なうようにした。
そのため、心抜き部においては、装薬孔と電子雷管の遅延時間との組み合わせが複雑となるものの、遅延時間の秒時設定を現場で設定する電子雷管を用いて装薬を行なうため、装薬作業を効率的に行なう上で有利となる。また、複数の分割払い部のそれぞれにおいては、装薬孔と導火管付き雷管の遅延時間との組み合わせが単純なものとなるため、予め遅延時間が設定された導火管付き雷管を用いても装薬作業を効率的に行なうことができ、安価な導火管付き雷管を用いるため、コストを抑制する上で有利となる。
したがって、切羽面の発破による騒音・低周波音を抑制する１孔１段発破を確実に行なうと共に、コストの抑制を図りつつ発破作業の効率化を図る上で有利となる。
請求項２記載の発明によれば、心抜き部の掘削を確実に行なう上で有利となる。
請求項３記載の発明によれば、複数の導火管付き雷管に予め設定された遅延時間の昇順に沿って切羽面の中央部から外周縁に向かう順番で、あるいは、複数の導火管付き雷管に設定された遅延時間の降順に沿って切羽面の外周縁から中央部に向かう順番で、雷管の装薬作業を行なえば良いため、複数の導火管付き雷管の装薬作業の効率化を図る上で有利となる。
請求項４記載の発明によれば、電子雷管の遅延時間を考慮して装薬作業を行なう必要がなく、複数の電子雷管の装薬作業の効率化を図る上で有利となる。
請求項５記載の発明によれば、結線用雷管を単一の種類で構成でき、結線用雷管の管理および装薬作業の効率化を図る上で有利となる。
請求項６記載の発明によれば、結線用雷管を導火管付き雷管で構成するため、各分割払い部に配置する複数の導火管付き雷管への着火を確実に行なう上で有利となる。

実施の形態の発破工法で掘削するトンネルの切羽面の正面図である。図１におけるＡＡ線断面図である。第１の分割払い部における複数の導火管付き雷管の配置状態を示す図である。実施の形態における発破工法で使用される発破システムの構成を示す説明図である。実施の形態における心抜き部に装薬された各電子雷管の遅延時間、各分割払い部に装薬された結線用雷管の遅延時間、各分割払い部に装薬された導火管付き雷管の遅延時間を示す図である。実施の形態における心抜き部に装薬された各電子雷管の着火から起爆までの時間経過を示す模式図である。（Ａ）〜（Ｅ）は実施の形態における各分割払い部に装薬された各電子雷管の着火から起爆までの時間経過を示す模式図である。導火管付き雷管の遅延時間の基準秒時を示す図である。本実施の形態における発破工法を示すフローチャートである。ＤＳ雷管、ＭＳ雷管の遅延時間の基準秒時を示す図である。

以下、本発明の実施の形態に係る発破工法について図面を参照して説明する。
まず、図４を参照して、本実施の形態の発破工法を実現するための発破システムの構成を示す。
発破システム１０は、発破器１２と、後述する心抜き部４（図１参照）に設定される複数の電子雷管１４（１４−１〜１４−３５）と、後述する第１〜第５の分割払い部６Ａ〜６Ｅ（図１参照）のそれぞれに設置される着火用雷管１６（１６Ａ〜１６Ｅ）、結線用雷管１８（１８Ａ〜１８Ｅ）、複数の導火管付き雷管２０（２０Ａ−１〜２０Ａ−１５、２０Ｂ−１〜２０Ｂ−１５、２０Ｃ−１〜２０Ｃ−１６、２０Ｄ−１〜２０Ｄ−１５、２０Ｅ−１〜２０Ｅ−１５）とを含んで構成されている。

発破器１２は、電子雷管１４および着火用雷管１６に電気エネルギーを供給して着火させるためのものであり、発破器１２と複数の電子雷管１４とは、各電子雷管１４に電気エネルギーを供給する導電線を介して接続され、発破器１２と各着火用雷管１６とは、各着火用雷管１６に電気エネルギーを供給する導電線を介して接続される。

電子雷管１４は、遅延時間の秒時設定を発破の現場で設定するものが用いられる。
この電子雷管１４は、発破器１２により遅延時間が任意に設定可能に構成されている。
また、各電子雷管１４の導電線には、出荷時に個々の電子雷管１４を識別するための識別データを示すバーコードが記載されたタグが付けられている。
発破現場では、電子雷管１４を設けた爆薬を装薬孔に装薬（装填）したのち、爆破順にスキャナーでこのバーコードを読み込む。
さらに、発破器１２と各電子雷管１４とを導電線を介して電気的に接続する。
そして、発破器１２は、スキャナーで読み込まれたバーコードに基づいて導電線を介して各電子雷管１４に対して、遅延時間の秒時設定を行なう。本実施の形態では、各電子雷管１４の遅延時間の秒時差を５０ｍｓとしている。

図１、図２に示すように、本実施の形態では、心抜き部４に３５個の装薬孔８が形成され、第１〜第５の分割払い部６Ａ〜６Ｅにはそれぞれ１５個の装薬孔８が形成されている。したがって、心抜き部４には、３５個の電子雷管１４が用いられる。
心抜き部４は楕円状を呈しているため、複数の電子雷管１４が切羽面２の中央部から外周縁に次第に近づく方向に順番に起爆するように配置する場合、装薬孔８と電子雷管１４の遅延時間との組み合わせは複雑なものとなる。
しかしながら、上述したように、電子雷管１４を装薬孔８に装薬すると同時に遅延時間を電子雷管１４に設定できるため、遅延時間が異なる電子雷管１４を目視で選別して対応する装薬孔８に装薬する場合に比較して装薬作業が確実に簡単に行なえ、作業効率を高める上で有利なものとなる。

図４に示すように、各着火用雷管１６は、第１〜第５の分割払い部６Ａ〜６Ｅのそれぞれに１つずつ配置されている。
着火用雷管１６は、遅延時間が予め設定された電気雷管、あるいは、遅延時間が予め設定された電子雷管、あるいは、上述のようにその場で遅延時間が設定される電子雷管の何れを用いても良い。
各着火用雷管１６に設定される遅延時間は、互いに異なっており、本実施の形態では、第１〜第５の分割払い部６Ａ〜６Ｅの着火用雷管１６の遅延時間は、０ｍｓ、５０ｍｓ、１００ｍｓ、１５０ｍｓ、２００ｍｓとなっている。

各結線用雷管１８は、第１〜第５の分割払い部６Ａ〜６Ｅのそれぞれに１つずつ配置されている。
各結線用雷管１８は、導火管付き雷管２０で構成され、着火用雷管１６に導火管を介して接続されている。結線用雷管１８は着火用雷管１６が起爆することで着火され予め設定された遅延時間後に起爆する。
導火管付き雷管２０は、導火管（チューブ）を介して伝達された爆発の衝撃波により着火され予め設定された遅延時間後に起爆する。
本実施の形態では、結線用雷管１８の遅延時間は０ｍｓとしている。言い換えると、各結線用雷管１８は遅延時間無しで起爆する。

各導火管付き雷管２０は、第１〜第５の分割払い部６Ａ〜６Ｅに設けられた複数の装薬孔８のそれぞれに配置されている。
本実施の形態では、導火管付き雷管２０は、１つの分割払い部に１５個配置され、したがって、第１〜第５の分割払い部６Ａ〜６Ｅに合計７５個の導火管付き雷管２０が配置されている。
また、各分割払い部６Ａ〜６Ｅに配置された１５個の導火管付き雷管２０は、各分割払い部６Ａ〜６Ｅに配置された１つの結線用雷管１８に接続されている。
また、各分割払い部６Ａ〜６Ｅにそれぞれ配置される１５個の導火管付き雷管２０に設定される遅延時間は、互いに異なっており、本実施の形態では、１５個の導火管付き雷管２０の遅延時間の秒時差は５００ｍｓとしている。
また、第１〜第５の分割払い部６Ａ〜６Ｅは、心抜き部４の周囲に帯状に延在しているため、複数の着火用雷管１６が切羽面２の中央部から外周縁に次第に近づく方向に順番に起爆するように配置する場合、装薬孔８と着火用雷管１６の遅延時間との組み合わせは比較的単純なものとなる。
したがって、遅延時間が異なる導火管付き雷管１６を目視で選別して対応する装薬孔８に装薬したとしても、その装薬作業は比較的効率的に行なうことができる。

次に、本実施の形態に係る発破工法について図９のフローチャートを参照して説明する。
まず、発破により掘削するトンネルの切羽面２を、心抜き部４と、複数の分割払い部６Ａ〜６Ｅとに設定する（ステップＳ１０）。
図１に示すように、本実施の形態では、切羽面２の中央に位置するほぼ楕円状の領域を心抜き部４として設定し、心抜き部４の周囲に帯状に延在する領域を、その延在方向に間隔をおいて分割することで第１〜第５の分割払い部６Ａ〜６Ｅとして設定する。
心抜き部４は、切羽面２の中央を最初に起爆して掘削する部分であり、心抜き部４の発破は、新たな自由面を形成し、心抜き部４の周囲の分割払い部６Ａ〜６Ｅの発破を効果的に行なうためのものである。

次に、図１、図２に示すように、雷管を設けた爆薬を装薬（装填）するための装薬孔８を心抜き部４および第１〜第５の分割払い部６Ａ〜６Ｅに穿孔する（ステップＳ１２）。
図２に示すように、心抜き部４においては、各装薬孔８を、上方から見て切羽面２の中心に対してトンネルの掘削方向に至るにつれて間隔が狭まるように傾斜して形成し、いわゆるＶカットによる心抜きができるようにしている。
なお、図１は、複数の雷管をひとまとまりの段として設定して発破を行なう場合の図面を流用している。そのため、各段を示す線が各装薬孔８を結ぶように記載されているが、本実施の形態では、１孔１段による発破を行なうため、それらの線に特別な意味は無い。
なお、本実施の形態では、合計１１０個の装薬孔８を設け、１１０段の発破を１段ずつ行なう場合について説明するが、上述したように図面を流用しているため、１１０個の以上の孔が図１に記載されている。

次に、心抜き部４に、１孔１段で制御発破するために互いに異なる時刻で起爆するように遅延時間が設定された複数の電子雷管１４（本実施の形態では３５個の電子雷管１４）を爆薬と共に配置する（ステップＳ１４）。
前述したように、各電子雷管１４の遅延時間は、各装薬孔８への装薬後に爆破順にスキャナーでこのバーコードを読み込むことによりなされる。
心抜き部４において、複数の電子雷管１４は、切羽面２の中央部から外周縁に次第に近づく方向に順番に起爆するように配置する。
このようにすることで、切羽面２の中央部から外周縁に近づく方向に順番に電子雷管１４が起爆することで、切羽面２の掘削が効率よくなされることが図られている。

次に、第１〜第５の分割払い部６Ａ〜６Ｅのそれぞれに、予め定められた遅延時間で起爆する着火用雷管１６と、着火用雷管１６によって着火されることで予め定められた遅延時間後に起爆する結線用雷管１８とを配置する（ステップＳ１６）。
さらに、第１〜第５の分割払い部６Ａ〜６Ｅのそれぞれの装薬孔８に、結線用雷管１８により着火されることで予め定められた互いに異なる遅延時間後に起爆する複数の導火管付き雷管２０を爆薬と共に配置する（ステップＳ１８）。

本実施の形態では、各分割払い部６Ａ〜６Ｅに配置される１５個の導火管付き雷管２０は、２０００ｍｓ、２５００ｍｓ、３０００ｍｓ、……９０００ｍｓの遅延時間で起爆するように設定されている。具体的には、図６に示す段数ＤＳ−１５からＤＳ２９の１５種類の遅延時間の導火管付き雷管２０が用いられている。
第１〜第５の分割払い部６Ａ〜６Ｅのそれぞれにおいて、複数の導火管付き雷管２０は、切羽面２の外周縁に沿ってかつ切羽面２の中央部から外周縁に次第に近づく方向に順番に起爆するように配置する。
すなわち、遅延時間の昇順に従って、複数の導火管付き雷管２０を、切羽面２の外周縁に沿ってかつ切羽面２の中央部から外周縁に次第に近づく方向に順番に配置する。あるいは、遅延時間の降順に従って、複数の導火管付き雷管２０を、切羽面２の外周縁に沿ってかつ切羽面２の外周縁から中央部に次第に近づく方向に順番に配置する。

なお、導火管付き雷管２０に予め設定されている遅延時間は、導火管付き雷管２０に視認可能に付された段数（ＤＳ−１５〜ＤＳ−２９）で簡単かつ確実に識別できるため、装薬作業を簡単に行なうことができる。

図３に第１の分割払い部６Ａにおける複数の導火管付き雷管２０の配置例を示す。図中、装薬孔８の近傍に記載した数字は、図８に示す導火管付き雷管２０の段数（ＤＳ−１５〜ＤＳ−２９）を示している。
図３に示すように、遅延時間の昇順に従って、複数の導火管付き雷管２０を、切羽面２の外周縁に沿ってかつ切羽面２の中央部から外周縁に次第に近づく方向に順番に配置している。あるいは、遅延時間の降順に従って、複数の導火管付き雷管２０を、切羽面２の外周縁に沿ってかつ切羽面２の外周縁から中央部に次第に近づく方向に順番に配置している。
このようにすることで、心抜き部４の発破後、切羽面２の中央部から外周縁に近づく方向に順番に導火管付き雷管２０が起爆することで、各分割払い部６Ａ〜６Ｅにおける切羽面２の掘削が効率よくなされることが図られている。
なお、前述したように、分割払い部６Ａは、心抜き部４の周囲に帯状に延在しているため、複数の着火用雷管１６が切羽面２の中央部から外周縁に次第に近づく方向に順番に起爆するように配置する場合、装薬孔８と着火用雷管１６の遅延時間との組み合わせは比較的単純なものとなっていることがわかる。
また、切羽面２の中央部からの距離がほぼ等しい位置にある複数の装薬孔８の間では、導火管付き雷管２０の遅延時間（段数）の順番が入れ替わってもよい。
例えば、図３において、切羽面２の中央部からの距離がほぼ等しい位置にある段数２２〜２６に対応する複数の装薬孔８では、それら段数を任意に入れ替えて導火管付き雷管２０を配置してもよい。

次に、発破器１２により複数の電子雷管１４および複数の着火用雷管１６を起爆させる（ステップＳ２０）。
これにより、複数の電子雷管１４の起爆により心抜き部４の発破を１孔１段で行なう（ステップＳ２２）。
次いで、各着火用雷管１６の起爆により結線用雷管１８を着火して起爆させ、これにより第１〜第５の分割払い部６Ａ〜６Ｅにおける導火管付き雷管２０を着火してこれら複数の導火管付き雷管２０を起爆させて第１〜第５の分割払い部６Ａ〜６Ｅの発破を１孔１段で行なう（ステップＳ２４）。
以上で切羽面２の全域にわたって1孔1段による発破がなされることになる。

ここで、心抜き部４に配置された３５個の電子雷管１４の遅延時間と、各分割払い部６Ａ〜６Ｅに配置された合計５個の着火用雷管１６の遅延時間と、各分割払い部６Ａ〜６Ｅに配置された合計５個の結線用雷管１８の遅延時間と、各分割払い部６Ａ〜６Ｅに配置された合計７５個の導火管付き雷管２０の遅延時間とについて説明する。
図５において、１段〜３５段は、心抜き部４に配置された３５個の電子雷管１４−１〜１４−３５の遅延時間を示している。
また、図６は３５個の電子雷管１４−１〜１４−３５の起爆動作を示している。なお、図６は、左端の点が発破器１２による電気エネルギーの入力がなされた時点を示し、右端の点が電子雷管１４−１〜１４−３５が起爆する時点を示している。
図５、図６に示すように、３５個の電子雷管１４は、発破器１２による電気エネルギーの各電子雷管１４への入力時点を０ｍｓとした場合、２５０ｍｓ〜１９５０ｍｓにわたって５０ｍｓの秒時差の遅延時間で順次起爆するようにそれぞれ遅延時間が設定されている。

一方、図５において、３６段から１１０段は、第１〜第５の分割払い部６Ａ〜６Ｅに配置された着火用雷管１６Ａ〜１６Ｅの遅延時間と、７５個の導火管付き雷管２０Ａ−１〜２０Ａ−１５、２０Ｂ−１〜２０Ｂ−１５、２０Ｃ−１〜２０Ｃ−１６、２０Ｄ−１〜２０Ｄ−１５、２０Ｅ−１〜２０Ｅ−１５の遅延時間とを示している。また、第１〜第５の分割払い部６Ａ〜６Ｅに配置された結線用雷管１８Ａ〜１８Ｅの遅延時間は０ｍｓであるため、図示を省略する。
なお、図５において、３６段から１１０段における着火用雷管１６Ａ〜１６Ｅの遅延時間は、便宜上、電子雷管の欄に記載されている。
また、図７（Ａ）〜（Ｅ）は、各分割払い部６Ａ〜６Ｅに配置されたそれぞれの着火用雷管１６の起爆動作と、各分割払い部６Ａ〜６Ｅに配置されたそれぞれ１５個の導火管付き導火管２０の起爆動作とを示している。また、第１〜第５の分割払い部６Ａ〜６Ｅに配置された結線用雷管１８Ａ〜１８Ｅの遅延時間は０ｍｓであるため、図示を省略する。
なお、図７のうち、着火用雷管１６Ａ〜１６Ｅについては、左端の点が発破器１２による電気エネルギーの入力がなされた時点を示し、右端の点が着火用雷管１６Ａ〜１６Ｅが起爆する時点を示している。
各分割払い部６Ａ〜６Ｅに配置されたそれぞれの着火用雷管１６の遅延時間は、０ｍｓ、５０ｍｓ、１００ｍｓ、１５０ｍｓ、２００ｍｓとなっており、５０ｍｓの秒時差をもって設定されている。

また、図７のうち、導火管付き雷管２０については、左端の点が結線用雷管１８の起爆による着火がなされた時点を示し、右端の点が導火管付き雷管２０が起爆する時点を示している。
前述したように、各分割払い部６Ａ〜６Ｅに配置されたそれぞれ１５個の導火管付き雷管２０は、２０００ｍｓ、２５００ｍｓ、３０００ｍｓ、３５００ｍｓ……９０００ｍｓの遅延時間（５００ｍｓの秒時差）で起爆するように設定されている。

したがって、図５、図７（Ａ）〜（Ｅ）に示すように、以下の順番で第１〜第５の分割払い部６Ａ〜６Ｅに配置された３６〜１１０段目の導火管付き雷管２０が起爆する。
１）第１の分割払い部における３６段目の導火管付き雷管２０が２０００ｍｓで起爆する。
２）第２の分割払い部における３７段目の導火管付き雷管２０が２０５０ｍｓで起爆する。
３）第３の分割払い部における３７段目の導火管付き雷管２０が２１００ｍｓで起爆する。
４）第４の分割払い部における３８段目の導火管付き雷管２０が２１５０ｍｓで起爆する。
５）第５の分割払い部における３９段目の導火管付き雷管２０が２２００ｍｓで起爆する。
６）第１の分割払い部における４０段目の導火管付き雷管２０が２５００ｍｓで起爆する。
７）第２の分割払い部における４１段目の導火管付き雷管２０が２５５０ｍｓで起爆する。
８）第３の分割払い部における４２段目の導火管付き雷管２０が２６００ｍｓで起爆する。
９）第４の分割払い部における４３段目の導火管付き雷管２０が２６５０ｍｓで起爆する。
１０）第５の分割払い部における４４段目の導火管付き雷管２０が２７００ｍｓで起爆する。
（途中省略）
１０６）第１の分割払い部における１０６段目の導火管付き雷管２０が９０００ｍｓで起爆する。
１０７）第２の分割払い部における１０７段目の導火管付き雷管２０が９０５０ｍｓで起爆する。
１０８）第３の分割払い部における１０８段目の導火管付き雷管２０が９１００ｍｓで起爆する。
１０９）第４の分割払い部における１０９段目の導火管付き雷管２０が９１５０ｍｓで起爆する。
１１０）第５の分割払い部における１１０段目の導火管付き雷管２０が９２００ｍｓで起爆する。

すなわち、本実施の形態では、複数の導火管付き雷管２０の全てに対する着火が完了したのち、複数の電子雷管１４の起爆が開始され、かつ、心抜き部４の発破が終了したのち各分割払い部６Ａ〜６Ｅの発破が開始され、かつ、複数の導火管付き雷管２０の全てが互いに異なる時刻に起爆するという条件が満たされるように、複数の電子雷管１４の遅延時間と、複数の着火用雷管１６の遅延時間と、複数の結線用雷管１８の遅延時間と、複数の導火管付き雷管２０の遅延時間とが設定されている。

なお、心抜き部４における装薬孔８（電子雷管１４）の数、分割払い部の数、各分割払い部６Ａ〜６Ｅにおける装薬孔８（導火管付き雷管２０）の数は、本実施の形態に限定されるものではなく、トンネル切羽状況（切羽面２の面積や形状、岩盤の性状など）を考慮して任意に設定可能であることは無論である。
また、複数の電子雷管１４の遅延時間と、複数の着火用雷管１６の遅延時間と、複数の導火管付き雷管２０の遅延時間とは、本実施の形態に限定されるものではなく、トンネル切羽状況を考慮して前記の条件が満たされるように設定されていればよく、任意に設定可能であることは無論である。

なお、トンネルの切羽面２を1孔1段で発破する場合に発生する騒音については以下の式（３）で推定される。
Ｌ_Ａ＝Ａ＋１６ｌｏｇＷ−１６ｌｏｇＤ−２０ｌｏｇＲ＋ΔＬ……（３）
Ｌ_Ａ：騒音レベル（ｄＢ）
Ｗ：総薬量（ｋｇ）
Ｄ：坑内距離（ｍ）
Ｒ：坑外距離（ｍ）
Ａ：定数、ＤＳ雷管の場合：１３０、ＭＳ雷管の場合：１３６
ΔＬ：指向性、防音扉および障害物等の補正値（ｄＢ）

また、トンネルの切羽面２を1孔1段で発破を行なう場合に発生する低周波音については以下の式（４）で推定される。
Ｌ_Ｃ＝Ａ＋７ｌｏｇＷ−２０ｌｏｇＲ＋ΔＬ……（４）
Ｌ_Ｃ：低周波音レベル（ｄＢ）
Ｗ：総薬量（ｋｇ）
Ｒ：坑外距離（ｍ）
Ａ：定数、ＤＳ雷管の場合：１４１、ＭＳ雷管の場合：１４８
ΔＬ：指向性、防音扉および障害物等の補正値（ｄＢ）

式（３）、式（４）からわかるように、秒時差が２５ｍｓのＭＳ雷管よりも秒時差が２５０ｍｓのＤＳ雷管を用いる場合の方が、騒音、低周波音の双方を抑制する上で有利である。
言い換えると、複数の雷管が起爆する際の秒時差が長いほど、騒音、低周波音の双方を抑制する上で有利である。
したがって、本実施の形態においても、複数の電子雷管１４の秒時差、複数の導火管付き雷管２０の秒時差を、それぞれ２５ｍｓよりも大きく設定することにより、ＭＳ雷管を用いる1孔1段の発破に比較して騒音、低周波音の双方を抑制する上で有利となる。
本実施の形態では、複数の電子雷管１４の秒時差、複数の導火管付き雷管２０の秒時差は共に５０ｍｓとしたため、ＭＳ雷管を用いる1孔1段の発破に比較して騒音、低周波音の双方を抑制する上で有利となる。

以上説明したように本実施の形態によれば以下の作用効果を奏することができる。
切羽面２を、心抜き部４と複数の分割払い部とに設定し、心抜き部４は遅延時間の秒時設定を現場で設定する電子雷管１４を用いて1孔1段発破を行い、複数の分割払い部は導火管付き雷管２０を用いて1孔1段発破を行なうようにした。
そのため、心抜き部４においては、装薬孔８と電子雷管１４の遅延時間との組み合わせが複雑となるものの、遅延時間の秒時設定を現場で設定する電子雷管１４を用いて装薬を行なうため、電子雷管１４のコストを要するものの、装薬作業を効率的に行なう上で有利となる。
そのため、心抜き部４においては、装薬孔８と電子雷管１４の遅延時間との組み合わせが複雑となるものの、遅延時間の秒時設定を現場で設定する電子雷管１４を用いて装薬を行なうため、装薬作業を効率的に行なう上で有利となる。また、複数の分割払い部６Ａ〜６Ｅのそれぞれにおいては、装薬孔８と導火管付き雷管２０の遅延時間との組み合わせが単純なものとなるため、予め遅延時間が設定された導火管付き雷管２０を用いても装薬作業を効率的に行なうことができ、また、安価な導火管付き雷管を用いるため、コストを抑制する上で有利となる。
したがって、電子雷管１４と導火管付き雷管２０とを組み合わせて用いることにより、切羽面２の全域に対して全て電子雷管１４を使用する場合に比較してコストを低減する上で有利となると共に、切羽面２の全域に対して全て導火管付き雷管２０を使用する場合に比較して雷管の装薬作業の効率化を図る上で有利となる。
すなわち、切羽面２の発破による騒音・低周波音を抑制する１孔１段発破を確実に行なうと共に、コストの抑制を図りつつ発破作業の効率化を図る上で有利となる。

また、本実施の形態によれば、複数の電子雷管１４は、切羽面２の中央部から外周縁に次第に近づく方向に順番に起爆するように配置されているので、心抜き部４の掘削を確実に行なう上で有利となる。

また、本実施の形態によれば、複数の導火管付き雷管２０は、切羽面２の外周縁に沿ってかつ切羽面２の中央部から外周縁に次第に近づく方向に順番に起爆するように配置されている。
したがって、複数の導火管付き雷管２０に予め設定された遅延時間の昇順に沿って切羽面２の中央部から外周縁に向かう順番で、あるいは、複数の導火管付き雷管２０に設定された遅延時間の降順に沿って切羽面２の外周縁から中央部に向かう順番で、雷管の装薬作業を行なえば良いため、複数の導火管付き雷管２０の装薬作業の効率化を図る上で有利となる。

また、本実施の形態によれば、複数の電子雷管１４は、それら電子雷管１４を心抜き部４に順番に配置する毎に異なる値の遅延時間を設定可能に構成されたものであるため、電子雷管１４の遅延時間を考慮して装薬作業を行なう必要がなく、複数の電子雷管１４の装薬作業の効率化を図る上で有利となる。

また、本実施の形態によれば、結線用雷管１８は、着火されることで遅延時間無しで起爆するものであるため、結線用雷管１８を単一の種類で構成でき、結線用雷管１８の管理および装薬作業の効率化を図る上で有利となる。
また、本実施の形態によれば、結線用雷管１８を導火管付き雷管で構成するため、各分割払い部６Ａ〜６Ｅに配置する複数の導火管付き雷管１６への着火を確実に行なう上で有利となる。

２切羽面
４心抜き部
６Ａ〜６Ｅ第１〜第５の分割払い部
８装薬孔
１２発破器
１４電子雷管
１６着火用雷管
１８結線用雷管
２０導火管付き雷管

Claims

トンネル掘削を行なう発破工法であって、
切羽面のうち中央に位置する心抜き部と、前記心抜き部の周囲に帯状に延在する複数の分割払い部とを設定する工程と、
前記心抜き部に、互いに異なる時刻で起爆するように遅延時間が設定された複数の電子雷管を爆薬と共に配置する工程と、
前記複数の分割払い部のそれぞれに、予め定められた遅延時間で起爆する着火用雷管と、前記着火用雷管によって着火されることで予め定められた遅延時間で起爆する結線用雷管とを配置すると共に、前記結線用雷管により着火されることで予め定められた互いに異なる遅延時間後に起爆する複数の導火管付き雷管を爆薬と共に配置する工程と、
発破器により前記複数の電子雷管および前記複数の着火用雷管を起爆させる工程と、
前記複数の電子雷管の起爆により前記心抜き部の発破を１孔１段で行なう工程と、
前記各着火用雷管の起爆により前記結線用雷管を着火して起爆させ、これにより前記複数の導火管付き雷管を着火してこれら複数の導火管付き雷管を起爆させて前記各分割払い部の発破を１孔１段で行なう工程とを含み、
前記複数の導火管付き雷管の全てに対する着火が完了したのち、前記複数の電子雷管の起爆が開始され、かつ、前記心抜き部の発破が終了したのち前記各分割払い部の発破が開始され、かつ、前記複数の導火管付き雷管の全てが互いに異なる時刻に起爆するという条件が満たされるように、前記複数の電子雷管の遅延時間と、前記複数の着火用雷管の遅延時間と、前記複数の結線用雷管の遅延時間と、前記複数の導火管付き雷管の遅延時間とが設定されている、
ことを特徴とする発破工法。
前記複数の電子雷管は、前記切羽面の中央部から外周縁に次第に近づく方向に順番に起爆するように配置されている、
ことを特徴とする請求項１記載の発破工法。
前記複数の導火管付き雷管は、前記切羽面の外周縁に沿ってかつ前記切羽面の中央部から前記外周縁に次第に近づく方向に順番に起爆するように配置されている、
ことを特徴とする請求項１または２記載の発破工法。
前記複数の電子雷管は、それら電子雷管を前記心抜き部に順番に配置する毎に異なる値の前記遅延時間を設定可能に構成されたものである、
ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項記載の発破工法。
前記結線用雷管は、着火されることで遅延時間無しで起爆するものである、
ことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項記載の発破工法。
前記結線用雷管は、導火管付き雷管で構成されている、
ことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項記載の発破工法。