JP6465850B2 - 破砕方法 - Google Patents

Description

本発明は、破砕方法に関し、特に指向性を備えた破砕が可能な、破砕方法に関する。

コンクリートや岩盤などを破砕する従来技術として、特許文献１、２には、対象物に穿設した導入孔に内面同士を対向させた２本のライナーを差し込み、ライナー間にクサビ状のウェッジを圧入して２本のライナーを拡開させ、対象物の引張強度を上回る緊張応力を加えることで、対象物を破砕する破砕装置と破砕方法が開示されている。
このような拡開式の破砕装置による破砕は、堅固な対象物を静圧によって破砕することができるため、鉄筋コンクリート構造物などの解体作業において振動や騒音の発生を防ぐことができる。
公知の破砕装置の機構を模式的に図５に示す。

特開２００４−６０１６０号公報 特開２００９−２４９８６７号公報

しかし、従来技術には次のような欠点がある。
＜１＞導入孔の孔壁をライナーの外面全体で加圧して破砕する方法であるため、破砕に大きなエネルギーが必要であり、破砕効率が悪い。
＜２＞破砕効率を上げるには装置の大型化が必要であり、製造コスト・施工コストがかさむ。
＜３＞対象物を導入孔の内部から自由面に向かって塊状に粉砕するため、破砕範囲を予測しにくい。よって、破砕範囲の重複や漏れが生じやすく、施工効率が悪い。
＜４＞対象物を導入孔の内部から自由面に向かって塊状に粉砕するため、破砕範囲を正確に区画することができない。よって、設計の自由度が低い。
＜５＞破砕範囲が不明確なので、破砕装置を案内する手元作業員の足元が崩れないよう、安全上の配慮が必要となる。
＜６＞破砕時に導入孔の孔壁とライナーの外面が面接触するため、破砕が進行しない場合ライナーが摩耗しやすく寿命が短い。また、破砕時に生じる高温の摩擦熱によってライナーが熱変形しやすい。

本発明の目的は、これら従来技術の課題を解決可能な、破砕方法および破砕装置を提供することにある。

上記のような課題を解決するための本発明の破砕方法は、自由面と、自由面以外の面に形成した導入孔と、を備えた対象物を破砕する破砕方法であって、導入孔の縁部へ自由面の連続方向と実質的に平行する両方向に一対の指向溝を形成する、溝形成工程と、導入孔を自由面の連続方向と直交する両方向へ拡開して対象物を破砕する、拡開工程と、を備えることを特徴とする。

本発明の破砕方法は、対象物が複数の導入孔を備え、複数の導入孔は自由面の連続方向に沿って配列していてもよい。

本発明の破砕方法は、隣り合う導入孔の中間に補助孔を備えてもよい。

本発明の破砕装置は、対象物に設けた導入孔に先端を挿入し、これを拡開して対象物を破砕する破砕装置であって、先端に向かって断面積が大きくなる複数のライナーと、先端に向かって断面積が小さくなるウェッジと、複数のライナーの間にウェッジを圧入可能な圧入機構と、を備え、複数のライナーの外面には、ライナーの長手方向に沿って延在する突起部を備えることを特徴とする。

本発明の破砕装置は、突起部が、ライナーの長手方向に沿って断続的に設けられていてもよい。

本発明の破砕方法は、以上の構成により、次の効果の少なくともひとつを備える。
＜１＞導入孔の孔壁に、破断面を誘発する指向溝を形成した後、これと直交する方向に拡開して、対象物を層状に破砕する。このため、従来に比べ少ないエネルギーで対象物を破砕できる。
＜２＞対象物を自由面側へ層状に剥がし取るように破砕するため、破砕範囲を直線状に区画して設定することができる。このため、破砕範囲の重複や漏れが生じにくく、施工効率が良い。
＜３＞破砕範囲を直線状に区画して設定できるため、設計の自由度が高い。
＜４＞破砕範囲を従来に比べて正確に予測できるため、施工の安全性が高い。

また、本発明の破砕装置は、以上の構成により、次の効果の少なくともひとつを備える。
＜１＞導入孔の孔壁を、まず突起部で部分的に破断した後に、ライナーで加圧して破砕する。このため、従来に比べ少ないエネルギーで破砕でき、破砕効率が非常に高い。
＜２＞破砕時のライナーと孔壁との接触面積が少なく、対象物を少エネルギーで破砕できるため、ライナーと孔壁との間の摩擦が少ない。このため、ライナーの摩耗や熱変形が生じにくい。

本発明に係る破砕装置の説明図。 本発明に係る破砕方法の説明図。 本発明に係る破砕方法の実施例２の説明図。 本発明に係る破砕方法の実施例３の説明図。 従来技術の説明図。

以下、図面を参照しながら本発明に係る破砕方法および破砕装置について詳細に説明する。なお、説明の便宜上、破砕装置、破砕方法の順に説明する。

[破砕装置]
＜１＞全体の構成（図１）。
本発明に係る破砕装置１は、同方向に先端を向けて対向して配置する一対のライナー１０と、一対のライナー１０間にこれと同方向に先端を向けて配置するウェッジ２０と、ライナー１０の外面に付設する突起部３０と、ウェッジ２０の後部に位置する圧入機構４０と、フレーム５０と、を少なくとも備える。
フレーム５０内には、一対のライナー１０およびウェッジ２０の後端と、圧入機構４０が収容される。
圧入機構４０を駆動してウェッジ２０を先端方向に押し出すと、クサビ状のウェッジ２０が対向するライナー１０の間に圧入されることで、ライナー１０が側面方向に押し広げられる。
破砕装置１は、油圧ショベルなどの重機の先端に装着するか、その先端から吊り下げて使用する。

＜２＞ライナー。
ライナー１０は、ウェッジ２０による押出しを受けて、先端を側方に押し広げる一対の部材である。
それぞれのライナー１０は、フレーム５０内に位置する基部１１と、フレーム５０から突出する胴部１２とを有する。
基部１１は、胴部１２より幅広に形成され、ライナー１０がフレーム５０から抜け出さないようにフレーム５０内に保持される。
胴部１２は、基部１１との接続部分から先端に向かって、徐々に断面積が大きくなる。
一対のライナー１０を対向して組み合わせた状態における内側の面を胴部１２の内面とすると、胴部１２の内面は、ウェッジ２０の外周面に対応した円滑面を備える。
胴部１２の外面は、導入孔ａの孔壁に対応した断面円弧状であることが望ましい。
胴部１２の外面には突起部３０を付設する。

＜３＞ウェッジ。
ウェッジ２０は、圧入機構４０による加圧を受けて、一対のライナー１０を側方に押し広げるクサビ状の部材である。
ウェッジ２０は後端から先端に向かって断面積が小さくなる、先細りの形状を呈する。
ウェッジ２０は、軸方向に沿って摺動可能な状態で、一対のライナー１０の間に保持される。ウェッジ２０の後端はフレーム５０内であって圧入機構４０の前方に位置する。

＜４＞突起部。
突起部３０は、ライナー１０の外側に付設する峰状の突起部材である。
本例では、突起部３０は、タングステンカーバイドの超硬チップを、ライナー１０の長手方向に沿って連続して付設してなる。ただし、素材はこれに限られず、所定の硬度を備えれば他の素材を採用してもよい。
突起部３０は、一定間隔を空けて断続的に付設してもよい。

＜４．１＞突起部の機能。
突起部３０は、（１）導入孔ａ１の縁部に指向溝Ｃを形成する溝形成機能、（２）対象物Ａの破砕効率を高める破砕促進機能、および（３）ライナー１０の摩耗や熱変形を防ぐ摩耗防止機能、を少なくとも備える。
このうち、（１）は破砕方法の記述内で説明し、（２）（３）について以下に説明する。

＜４．１．１＞破砕促進機能。
本発明の破砕装置１は、導入孔ａ１内でライナー１０を拡開すると、まず、突起部３０が孔壁に食い込むクサビ効果によって孔壁の一部が破断し亀裂が生じる。続いて、亀裂の周囲の孔壁をライナー１０の外面が加圧することで、亀裂が対象物Ａ内に伝播し、破砕対象部分が粉砕されて細分化する。
このように、まず先行して突起部３０で破断部を形成した後に、その周囲をライナー１０で加圧して破砕するため、破砕効率が非常に高く、従来の破砕機に比べて少ないエネルギーで対象物Ａを破砕することができる。
また、突起部３０をライナー１０の外面に断続的に付設した場合には、突起部３０の孔壁への食い込みが良くなるため、破砕促進機能がさらに高くなる。

＜４．１．２＞摩耗防止機能。
従来の破砕装置は、ライナーの外面が孔壁と面接触するため、ライナーの周面と孔壁と間に過大な摩擦が生じてライナーが摩耗しやすかった。また、高温の摩擦熱によってライナーが熱変形することがあった。
これに対し、本発明の破砕装置１は、突起部３０のクサビ効果によって孔壁が粉砕されるため、ライナー１０の外面と孔壁との接触面積が少なくなり、また対象物Ａを少エネルギーで破砕できるため、ライナー１０と孔壁の間に過大な摩擦が生じない。このため、ライナー１０の摩耗が少なく、熱変形が生じにくい。

＜５＞圧入機構。
圧入機構４０は、ウェッジ２０を介してライナー１０に静圧を与える機構である。
圧入機構４０は、ウェッジ２０の後部に位置し、ウェッジ２０を軸先端方向に押し出して一対のライナー１０間に圧入させる。
本例では、圧入機構４０として、油圧ポンプ、シリンダ、ピストンなどの組合せによる油圧ユニットを採用する。ただしこれに限られず、他の公知の機構、例えば高圧エアなどを採用してもよい。
圧入機構４０の構造については公知なのでここでは詳述しない。

＜６＞加振機構。
このほか、本発明に係る破砕装置１には、加振機構６０を設けても良い。
加振機構６０は、ライナー１０に、その中心軸方向の衝撃力を与える機構である。
加振機構６０は、例えば、圧入機構４０による静圧のみでは対象物Ａの破砕が困難な場合などに圧入機構４０と併用することができる。
本例では、加振機構６０として、シリンダ内のピストンをコントロールバルブで高速制御する機構を採用する。ただしこれに限られず、他の公知の機構を採用してもよい。

[破砕方法]
引き続き、本発明の破砕方法について詳細に説明する。
＜１＞全体の構成（図２）。
本発明に係る破砕方法は、溝形成工程と、拡開工程と、を少なくとも備える。本例では、溝形成工程の前提となる削孔工程も含めて説明する。
また、本例では、本発明の破砕装置１を用いる場合について説明する。
図２は本発明に係る破砕方法の説明図である。図面右奥から左手前に向かって、削孔工程（Ｓ１）、溝形成工程（Ｓ２）、拡開工程（Ｓ３１、Ｓ３２）の各工程を模式的に表している。

＜１．１＞破砕の対象物。
破砕の対象物Ａは、岩盤、岩石やコンクリート構造物など自然物であると人工物であるとを問わない。
本例では、一側に自由面Ｂを有する岩盤を対象物Ａとする例について説明する。

＜１．２＞破砕方向・連続方向。
対象物Ａの自由面Ｂの連続方向と直交する方向を破砕方向Ｘ、平行する方向を連続方向Ｙ、とそれぞれ定義する。
なお、この明細書で「直交」「平行」とは、数学的に厳密な定義ではなく、それぞれ直交方向、平行方向という程度の意味である。

＜２＞削孔工程。
削孔工程は、対象物Ａに導入孔ａ１を穿設する工程である（図２：Ｓ１）。穿設には油圧クローラードリルなどの各種公知技術を用いる。
導入孔ａ１の内径は、一対のライナー１０を閉じた時の外径より大きく、開いた時の外径より小さく設定する。
本例では、対象物Ａの上面から鉛直方向に導入孔ａ１を複数穿設する。
それぞれの導入孔ａ１は自由面Ｂ近傍であって自由面Ｂから一定の距離離れた位置に、自由面Ｂの連続方向Ｙに沿って穿設する。
なお、本発明の適用は導入孔ａ１が鉛直方向に設けられている場合に限られない。例えば、山岳トンネルの切羽において、水平方向に設けられた導入孔ａ１の内部から、これに直交する方向に破砕することなども可能である。

＜３＞溝形成工程。
溝形成工程は、導入孔ａ１の縁部に一対の指向溝Ｃを形成する工程である（図２：Ｓ２）。
導入孔ａ１内に破砕装置１を吊り下ろしてライナー１０を先端から挿入する。この際、破砕装置１のライナー１０が拡開する拡開方向を連続方向Ｙと一致させる。
続いて、孔内で破砕装置１のライナー１０を拡開して突起部３０を孔壁に圧接させ、孔壁の縁部に一対の指向溝Ｃを形成する。
また、指向溝Ｃは、破砕装置１を吊り下ろす際の自重を利用して形成することもできる。

＜３．１＞破砕装置の角度転換。
指向溝Ｃの形成後、破砕装置１のライナー１０を閉じて、破砕装置１を導入孔ａ１内から吊り上げる。この際、破砕装置１の先端を完全に導入孔ａ１内から抜き出す必要はなく、ライナー１０と突起部３０が孔壁から離れればよい。
続いて、後続する拡開工程に備えて破砕装置１を中心軸に沿って９０度回転させる。

＜４＞拡開工程。
拡開工程は、対象物Ａを導入孔ａ１内から拡開して、対象物Ａを導入孔ａ１から自由面Ｂ側に破砕する工程である。
破砕装置１を再び導入孔ａ１内に吊り下ろし、ライナー１０の外面および突起部３０を孔壁に当接させる。この際、破砕装置１の拡開方向を破砕方向Ｘと一致させる。
続いて、破砕装置１の圧入機構４０を駆動して、孔内でライナー１０を破砕方向Ｘに拡開する（図２：Ｓ３１）。
導入孔ａ１の縁部には、予め連続方向Ｙに向かう指向溝Ｃが形成してあるため、拡開によって指向溝Ｃから連続方向Ｙの両方向へ亀裂が延伸し、亀裂の下方には対象物Ａ内に破断面が形成される。亀裂が隣接する導入孔ａ１に到達すると、破断面も隣接する導入孔ａ１に接続する。
このように、導入孔ａ１が拡開し、破断面の面積が広がることで、対象物Ａが自由面Ｂ側へ引き剥がされるように破砕される（図２：Ｓ３２）。
この際、ライナー１０の拡開と平行して、孔内から対象物Ａへ加振機構６０による振動を与えてもよい。

＜５＞本工法の特徴。
本発明に係る破砕方法は、破砕装置１による破砕に指向性を持たせることによって、対象物Ａを連続方向Ｙに沿って層状に剥がし取るように破砕する工法である。
この点、従来の、対象物を導入孔から自由面に向かって塊状に破砕する方法とは、根本的に技術的思想が異なる。
このように、対象物Ａを塊状ではなく層状に破砕可能であるため、破砕範囲を直線状に区画して設定することが可能となり、施工時の設計が柔軟になるほか、施工効率と施工の安全性を高めることができる。

[全ての導入孔に予め指向溝を設ける実施例]
実施例１では、導入孔ａ１ごとにそれぞれ溝形成工程、拡開工程を行ったが、予めすべての導入孔ａ１に指向溝Ｃを形成した後に（図３：Ｓ２）、これらの導入孔ａ１に順次拡開工程を行ってもよい。
この場合、先行する導入孔ａ１の拡開時に、後続する導入孔ａ１にも予め指向溝Ｃが形成されているため、各導入孔ａ１の指向溝Ｃ同士が接続しやすくなる（図３：Ｓ３）。
よって、実施例１と比較して隣り合う導入孔ａ１間の距離を長くとることができ、施工効率が高まる。また、破砕範囲をより正確に設定することができる。

[補助孔を設ける実施例]
対象物Ａに複数の導入孔ａ１を穿設した場合において、隣接する２つの導入孔ａ１の間に補助孔ａ２を穿設する他の実施例について説明する（図４）。
補助孔ａ２は、対象物Ａに設ける孔であって、隣接する導入孔ａ１間の破断面の接続を補助する孔である。
補助孔ａ２は、隣接する２つの導入孔ａ１の中間に、連続方向Ｙに沿って穿設する。例えば、削孔工程において連続方向Ｙに沿って穿設した孔のうち、任意の孔を補助孔ａ２とすることができる。
補助孔ａ２には、指向溝Ｃを形成せず、また破砕装置１による拡開も行わない。
本例では、対象物Ａに、連続方向Ｙに沿って導入孔ａ１と補助孔ａ２とを交互に設ける。
説明の便宜上、隣り合う２つの導入孔を第一の導入孔ａ１、第二の導入孔ａ１、として、その間に１つの補助孔ａ２を設けた例について説明する。
拡開工程において、第一の導入孔ａ１を拡開すると、指向溝Ｃから延伸した亀裂が、連続方向Ｙに沿って、補助孔ａ２へ繋がる。
続いて、第二の導入孔ａ１を拡開すると、同様に指向溝Ｃから延伸した亀裂が第一の導入孔ａ１との中間にある補助孔ａ２へと到達する。
このように、第一の導入孔ａ１から第二の導入孔ａ１へと、補助孔ａ２を介して破断面が接続する。
本例では、実施例１と比較して施工効率が高くなる他、破砕範囲をより正確に設定することができる。

１ 破砕装置
１０ ライナー
１１ 基部
１２ 胴部
２０ ウェッジ
３０ 突起部
４０ 圧入機構
５０ フレーム
６０ 加振機構
Ａ 対象物
ａ１ 導入孔
ａ２ 補助孔
Ｂ 自由面
Ｃ 指向溝
Ｘ 破砕方向
Ｙ 連続方向

Claims (4)

1. 自由面と、自由面以外の面に形成した導入孔と、を備えた対象物を破砕する、破砕方法であって、
   先端に向かって断面積が大きくなる２つのライナーと、先端に向かって断面積が小さくなるウェッジと、前記２つのライナーの間に前記ウェッジを圧入可能な圧入機構と、を備え、前記２つのライナーの外面にはそれぞれライナーの長手方向に沿って延在する突起部を有する、破砕装置を準備する準備工程と、
   前記導入孔内に差し入れた前記ライナーの突起部によって、前記導入孔の縁部へ、自由面の連続方向と実質的に平行する両方向に一対の指向溝を形成する、溝形成工程と、
   前記２つのライナーの間に前記ウェッジを圧入することによって、前記導入孔を、自由面の連続方向と直交する両方向へ拡開して対象物を破砕する、拡開工程と、を、備えることを特徴とする、
   破砕方法。
2. 対象物は複数の導入孔を備え、前記複数の導入孔は自由面の連続方向に沿って配列していることを特徴とする、請求項１に記載の破砕方法。
3. 隣り合う前記導入孔の中間に補助孔を備えることを特徴とする、請求項２に記載の破砕方法。
4. 前記突起部は、前記ライナーの長手方向に沿って断続的に設けられていることを特徴とする、請求項１乃至３の何れか一項に記載の破砕方法。
   

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