JP6516520B2

JP6516520B2 - 発破工法

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Inventors: 野間　達也; 達也野間
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Filing date: 2015-03-19
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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１７は、電気雷管である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１７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。
図１８を参照して普通発破による爆破の一例を説明する。
切羽面２は、切羽面２の中央に位置するほぼ楕円状の中心部４と中心部４の周囲に帯状に延在する周辺部６とで構成されている。符号８は雷管が装薬される装薬孔を示す。
切羽面２にはＤＳ雷管が設置される段が♯１〜♯９の９段設定され、♯１〜♯９のそれぞれにＤＳ雷管の１段〜９段（０ｓｅｃ〜２．０ｓｅｃ）が配置される。この場合、９段の爆破が行われる。
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、発破に伴う騒音および振動の抑制を図りつつ、コストの低減および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、本発明は、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起爆する結線用雷管と、前記結線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複数の導火管付き雷管とを用いてトンネル掘削を行なう発破工法であって、トンネルの切羽面に、前記複数の導火管付き雷管が設置される段を複数段設定する段設定工程と、前記段毎の前記導火管付き雷管として、前記遅延時間が同一のものを用意し、前記着火用雷管および前記結線用雷管を配置すると共に、前記用意した複数の導火管付き雷管を爆薬と共に前記複数の段毎に配置する雷管配置工程とを含み、前記複数の導火管付き雷管の前記遅延時間が３０００ｍｓ以上であり、かつ、前記段毎に前記導火管付き雷管の遅延時間が異なり、前記切羽面を第１の領域から第Ｎ（Ｎ≧２）の領域のＮ個の領域に分割する領域分割工程をさらに含み、前記段設定工程と前記雷管配置工程は前記第１の領域から第Ｎの領域のそれぞれについて行なわれ、前記第１の領域から第Ｎの領域の前記着火用雷管は、着火されてから起爆するまでの遅延時間がそれぞれ予め定められた時間差をもって設定され、前記予め定められた時間差は、前記段毎の導火管付き雷管の遅延時間の差分の最小値よりも短いことを特徴とする。
また、本発明は、前記複数の導火管付き雷管が設置される複数段の設定は、前記切羽面の中央部から周辺部に向かって順番に各段の前記複数の導火管付き雷管が起爆することで前記中央部の掘削が最初になされ、次いで前記周辺部の中心部寄りの箇所から前記周辺部の外周寄りの箇所に向かって順次掘削が行なわれるようになされることを特徴とする。
また、本発明は、前記着火用雷管は電気雷管で構成されていることを特徴とする。

遅延時間が３０００ｍｓ以上の導火管付き雷管は、延時薬の量のばらつきが大きく、同一の遅延時間を有する複数の導火管付き雷管を同時に着火しても起爆時刻がばらついており、実質的に１孔１段の制御発破と同様の制御発破を行なうことができる。
本発明によれば、トンネルの切羽面において、複数の導火管付き雷管が設置される段を複数段設定し、段毎の導火管付き雷管として、着火されてから起爆するまでの遅延時間が同一のものを用意し、着火用雷管および結線用雷管を配置すると共に、用意した複数の導火管付き雷管を爆薬と共に複数の段毎に配置し、複数の導火管付き雷管の遅延時間を３０００ｍｓ以上とし、かつ、段毎に導火管付き雷管の遅延時間を異ならせるようにした。
そのため、各段において複数の導火管付き雷管が互いに異なる起爆時刻で起爆するため、実質的に１孔１段の制御発破と同様の制御発破が行われ、発破に伴う騒音および振動の低減を図ることができる。
また、段毎に遅延時間が同一の複数の導火管付き雷管を用いることができるため、１孔１段の制御発破を行なう場合のように、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多大な手間を要することがないので、コストの低減および発破作業の効率化を図る上で有利となる。
また、本発明によれば、切羽面を複数の領域に分割して領域毎に段設定工程と雷管配置工程を行なうため、切羽面の面積が広い場合であっても、同一時刻に起爆する導火管付き雷管の数を抑制できるので、同時に爆発する装薬量を抑制でき、騒音および振動の低減を図る上でより有利となる。
また、本発明によれば、複数の領域での導火管付き雷管の起爆時刻を確実に異ならせることができ、騒音および振動の低減を図る上でより有利となる。
また、本発明によれば、中心部の発破により新たな自由面が形成され、周辺部の発破を効果的に行なうことができ、掘削効率の向上を図う上で有利となる。
また、本発明によれば、着火用雷管を安価な電気雷管で構成することにより発破に要するコストを低減する上で有利となる。

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。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。（Ａ）はトンネルの切羽面の第１の領域に装薬された着火用雷管の遅延時間、導火管付き雷管の遅延時間、合計の遅延時間を示す図、（Ｂ）はトンネルの切羽面の第２の領域に装薬された着火用雷管の遅延時間、導火管付き雷管の遅延時間、合計の遅延時間を示す図である。トンネルの切羽面の第１の領域に装薬された着火用雷管の着火から導火管付き雷管の起爆までの時間経過を示す模式図である。トンネルの切羽面の第２の領域に装薬された着火用雷管の着火から導火管付き雷管の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。本実施の形態の発破工法における騒音の測定結果を示す線図である。電気雷管を用い起爆間隔Δｔ＝０．２５ｓとした場合における騒音の測定結果を示す線図である。電子雷管を用い起爆間隔Δｔ＝１５ｍｓとした場合における騒音の測定結果を示す線図である。電子雷管を用い起爆間隔Δｔ＝３０ｍｓとした場合における騒音の測定結果を示す線図である。電子雷管を用い起爆間隔Δｔ＝５０ｍｓとした場合における騒音の測定結果を示す線図である。本実施の形態の発破工法における振動の測定結果を示す線図である。電子雷管を用い起爆間隔Δｔ＝３０ｍｓとした場合における振動の測定結果を示す線図である。電子雷管を用い起爆間隔Δｔ＝５０ｍｓとした場合における振動の測定結果を示す線図である。電気雷管（ＤＳ雷管、ＭＳ雷管）の遅延時間の基準秒時を示す図である。従来の普通発破による発破工法で掘削するトンネルの切羽面の正面図である。

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３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、後述するトンネルの切羽面２の第１の領域２Ａ（図１参照）に設置される着火用雷管１４Ａと、第１の領域２Ａに設置される結線用雷管１６Ａと、第１の領域２Ａに設置される複数の導火管付き雷管２０と、後述するトンネルの切羽面２の第２の領域２Ｂ（図１参照）に設置される着火用雷管１４Ｂと、第２の領域２Ｂに設置される結線用雷管１６Ｂと、第２の領域２Ｂに設置される複数の導火管付き雷管２０とを含んで構成されている。

発破器１２は、着火用雷管１４Ａ、１４Ｂ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と着火用雷管１４Ａ、１４Ｂとは、各着火用雷管１４Ａ、１４Ｂ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。

着火用雷管１４Ａは第１の領域２Ａに配置され、着火用雷管１４Ｂは、第２の領域２Ｂに配置されている。
着火用雷管１４Ａ、１４Ｂは、遅延時間が予め設定された電気雷管で構成されている。
しかしながら、着火用雷管１４Ａ、１４Ｂとして、遅延時間が予め設定された電子雷管、あるいは、後述する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。しかしながら、本実施の形態のようにすると安価な電気雷管を用いることで発破に要するコストを低減する上で有利となる。
着火用雷管１４Ａ、１４Ｂ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の領域２Ａの着火用雷管１４Ａの遅延時間は０ｍｓ、第２の領域２Ｂの着火用雷管１４Ｂの遅延時間は２５０ｍｓとなっている。
なお、その場で遅延時間が設定される電子雷管とは、以下のようなものである。
すなわち、電子雷管の導電線には、出荷時に個々の電子雷管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、電子雷管を起爆する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に対して、遅延時間の秒時設定を行なう。

結線用雷管１６Ａ、１６Ｂは導火管付き雷管で構成され、結線用雷管１６Ａ、１６Ｂのうち一方の結線用雷管１６Ａは第１の領域２Ａに配置され、他方の結線用雷管１６Ｂは第２の領域２Ｂに配置されている。
一方の結線用雷管１６Ａは着火用雷管１４Ａに導火管（チューブ）を介して接続され、他方の結線用雷管１６Ｂは着火用雷管１４Ｂに導火管（チューブ）を介して接続されている。
結線用雷管１６Ａ、１６Ｂは着火用雷管１４Ａ、１４Ｂ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１６Ａ、１６Ｂは遅延時間は０ｍｓとしている。言い換えると、結線用雷管１６Ａ、１６Ｂは遅延時間無しで起爆する。

各導火管付き雷管２０は、トンネルの切羽面２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。
トンネルの切羽面２は、切羽面２の中央に位置するほぼ楕円状の中心部４と、中心部４の周囲に帯状に延在する周辺部６とで構成されている。
中心部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、中心部４の発破は、新たな自由面を形成し、周辺部６の発破を効果的に行なうためのものである。
そして、切羽面２には１１０個の装薬孔８が形成されている。なお、装薬孔８の数は切羽面２の面積や装薬量などの条件に応じて適宜設定される。
そして、本実施の形態では、切羽面２を互いに面積が等しい第１の領域２Ａと第２の領域２Ｂとに分割する。具体的には、切羽面２とトンネルの軸線を含む鉛直面とが交差する線で切羽面２を第１の領域２Ａと第２の領域２Ｂとに分割する。したがって、第１の領域２Ａと第２の領域２Ｂとで装薬孔８の数は同一となるかほぼ同一となる。
第１の領域２Ａに設置された複数の導火管付き雷管２０は、一方の結線用雷管１６Ａに導火管（チューブ）を介して接続され、第２の領域２Ｂに設置された複数の導火管付き雷管２０は、他方の結線用雷管１６Ｂに導火管（チューブ）を介して接続されている。
したがって、第１の領域２Ａに設置された導火管付き雷管２０は、一方の結線用雷管１６Ａが起爆することで、導火管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。第２の領域２Ｂに設置された導火管付き雷管２０は、他方の結線用雷管１６Ｂが起爆することで、導火管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。

さらに、切羽面２には、複数の導火管付き雷管２０が設置される段が複数段設定される。
図１には、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。
すなわち、段は、同一の遅延時間の複数の導火管付き雷管２０が設置される部分を示している。そして、切羽面２の中央部４から周辺部６に向かって順番に各段の複数の導火管付き雷管２０が起爆することで切羽面２の中央部４の掘削が最初になされ、次いで周辺部６の中心部４寄りの箇所から周辺部６の外周寄りの箇所に向かって順次掘削がなされるように複数の段が設定される。
図１において、♯１〜♯９は１段〜９段をそれぞれ示しており、♯１、♯２、♯３、♯４、♯５、♯６、♯７、♯８、♯９の順番で、起爆がなされるように複数の導火管付き雷管２０が各段に装薬される。
本実施の形態では、図７に示すように、導火管付き雷管２０のうち、遅延時間が５０００ｍｓから９０００ｍｓの９種類の導火管付き雷管２０（段数ＤＳ−２１〜ＤＳ−２９）を使用するため、図３に示すように、切羽面２に設定される段の数は９段となる。
ここで、複数の段♯１〜♯９と導火管付き雷管２０の段数との対応は以下の通りである。
♯１：ＤＳ−２１（５０００ｍｓ）
♯２：ＤＳ−２２（５５００ｍｓ）
♯３：ＤＳ−２３（６０００ｍｓ）
♯４：ＤＳ−２４（６５００ｍｓ）
♯５：ＤＳ−２５（７０００ｍｓ）
♯６：ＤＳ−２６（７５００ｍｓ）
♯７：ＤＳ−２７（８０００ｍｓ）
♯８：ＤＳ−２８（８５００ｍｓ）
♯９：ＤＳ−２９（９０００ｍｓ）

なお、導火管付き雷管２０は、その遅延時間が３０００ｍｓ以上であればよい。したがって、図７に示す導火管付き雷管２０を用いる場合、遅延時間が３０００ｍｓから９０００ｍｓ（段数ＤＳ−１７〜ＤＳ２９）の１３種類の導火管付き雷管２０を使用でき、切羽面２に設定される段の数は、最大で１３段となる。
本実施の形態では、段毎の複数の導火管付き雷管２０は同一の遅延時間となるため、同一の段には同一の遅延時間の複数の導火管付き雷管２０を装薬孔８に装薬すればよい。
そのため、１孔１段で制御発破を行なう場合と異なり、遅延時間が異なる電子雷管あるいは導火管付き雷管を目視で１つずつ注意深く選別して対応する装薬孔８に１つずつ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。

次に、本実施の形態に係る発破工法について図８のフローチャートを参照して説明する。
まず、図１に示すように、トンネルの切羽面２をトンネルの切羽面２を第１の領域２Ａと第２の領域２Ｂとに分割する（ステップＳ１０：領域分割工程）。
次に、第１の領域２Ａおよび第２の領域２Ｂのそれぞれにおいて、複数の導火管付き雷管２０が設置される段を複数段設定する（ステップＳ１２：段設定工程）。
本実施の形態では、前述したように、導火管付き雷管２０の遅延時間を５０００ｍｓ、５５００ｍｓ、６０００ｍｓ、６５００ｍｓ、……、８５００ｍｓ、９０００ｍｓの９段階としたため、段数が９段となる。
また、本実施の形態では、段毎に配置される導火管付き雷管２０の数の最大値と最小値との差がなるべく小さくなるように複数の段の設定を行った。
また、切羽面２の中央部４から外周に近づく方向に順番に起爆するように各段♯１〜♯９に複数の導火管付き雷管２０が装薬されるので、切羽面２の掘削が効率よくなされる。

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を第１の領域２Ａおよび第２の領域２Ｂに穿孔する（ステップＳ１４）。
図２に示すように、中心部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。

次に、第１の領域２Ａ、第２の領域２Ｂのそれぞれにおいて、段毎の導火管付き雷管２０として、着火されてから起爆するまでの遅延時間が同一のものを用意し、着火用雷管１４Ａ、１４Ｂおよび結線用雷管１６Ａ、１６Ｂを配置すると共に、用意した複数の導火管付き雷管２０を爆薬と共に複数の段毎に配置する（ステップＳ１６：雷管配置工程）。
本実施の形態では、複数の導火管付き雷管２０の遅延時間が５０００ｍｓ以上であり、かつ、段毎に導火管付き雷管２０の遅延時間が異っている。
また、第１の領域２Ａの着火用雷管１４Ａと第２の領域２Ｂの着火用雷管１４Ｂとは、遅延時間がそれぞれ予め定められた時間差をもって設定され、時間差は、段毎の導火管付き雷管２０の遅延時間の差分の最小値５００ｍｓよりも短い２５０ｍｓとしている。
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−２１〜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４（Ａ）はトンネルの切羽面２の第１の領域２Ａに装薬された着火用雷管１４Ａの遅延時間、導火管付き雷管２０の遅延時間、合計の遅延時間を示す図、（Ｂ）はトンネルの切羽面２の第２の領域２Ｂに装薬された着火用雷管１４Ｂの遅延時間、導火管付き雷管２０の遅延時間、合計の遅延時間を示す図である。
このように、第１の領域２Ａにおいて、着火用雷管１４Ａ、結線用雷管１６Ａ、各段の複数の導火管付き雷管２０を組み合わせることで、各段において、着火用雷管１４Ａが着火してから複数の導火管付き雷管２０が起爆するまでに要する起爆時間、言い換えると遅延時間がそれぞれ設定されることになる。
同様に、第２の領域２Ｂにおいても、着火用雷管１４Ｂ、結線用雷管１６Ｂ、各段の複数の導火管付き雷管２０を組み合わせることで、各段において、着火用雷管１４Ｂが着火してから複数の導火管付き雷管２０が起爆するまでに要する起爆時間、言い換えると遅延時間がそれぞれ設定されることになる。
したがって、第１の領域２ＡにおけるＮ段（Ｎ≧１）の複数の導火管付き雷管２０の起爆時間と、第２の領域２ＢにおけるＮ段（Ｎ≧１）の複数の導火管付き雷管２０の起爆時間とは、着火用雷管１４Ａ、１４Ｂの遅延時間の時間差２５０ｍｓのずれが生じることになる。

次に、発破器１２により各着火用雷管１４Ａ、１４Ｂを起爆させる（ステップＳ１８）。
各着火用雷管１４Ａ、１４Ｂの起爆により結線用雷管１６Ａ、１６Ｂを着火して起爆させ、これにより第１の領域２Ａおよび第２の領域２Ｂの各段に設置された複数の導火管付き雷管２０を着火してこれら複数の導火管付き雷管２０を起爆させて発破を行なう（ステップＳ２０）。
すなわち、１段♯１から９段♯９にわたって順番に発破がなされ、したがって、切羽面２の中心部４から周辺部６に向かって順次掘削がなされる。

ここで、各段に設置された複数の導火管付き雷管２０による発破の過程について説明する。
図５はトンネルの切羽面２の第１の領域２Ａに装薬された着火用雷管１４Ａの着火から導火管付き雷管２０の起爆までの時間経過を示す模式図であり、図６はトンネルの切羽面２の第２の領域２Ｂに装薬された着火用雷管１４Ｂの着火から導火管付き雷管２０の起爆までの時間経過を示す模式図である。
なお、図５、図６において、着火用雷管１４Ａ、１４Ｂ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１４Ａ、１４Ｂが起爆する時点を示している。
また、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。
また、図５、図６において、結線線用雷管１６Ａ、１６Ｂの遅延時間は０ｍｓであるため、図示を省略する。

したがって、第１の領域２Ａでは、図５に示すように、以下の順番で１段♯１〜９段♯９の導火管付き雷管２０が起爆する。
１）１段目の導火管付き雷管２０が５０００ｍｓで起爆する。
２）２段目の導火管付き雷管２０が５５００ｍｓで起爆する。
３）３段目の導火管付き雷管２０が６０００ｍｓで起爆する。
４）４段目の導火管付き雷管２０が６５００ｍｓで起爆する。
５）５段目の導火管付き雷管２０が７０００ｍｓで起爆する。
６）６段目の導火管付き雷管２０が７５００ｍｓで起爆する。
７）７段目の導火管付き雷管２０が８０００ｍｓで起爆する。
８）８段目の導火管付き雷管２０が８５００ｍｓで起爆する。
９）９段目の導火管付き雷管２０が９０００ｍｓで起爆する。

また、第２の領域２Ｂでは、図６に示すように、以下の順番で１段♯１〜９段♯９の導火管付き雷管２０が起爆する。
１）１段目の導火管付き雷管２０が５２５０ｍｓで起爆する。
２）２段目の導火管付き雷管２０が５７５０ｍｓで起爆する。
３）３段目の導火管付き雷管２０が６２５０ｍｓで起爆する。
４）４段目の導火管付き雷管２０が６７５０ｍｓで起爆する。
５）５段目の導火管付き雷管２０が７２５０ｍｓで起爆する。
６）６段目の導火管付き雷管２０が７７５０ｍｓで起爆する。
７）７段目の導火管付き雷管２０が８２５０ｍｓで起爆する。
８）８段目の導火管付き雷管２０が８７５０ｍｓで起爆する。
９）９段目の導火管付き雷管２０が９２５０ｍｓで起爆する。

次に、本実施の形態の効果について説明する。
本発明者らは、以下の知見を得た。
すなわち、導火管付き雷管２０は、着火されてから起爆するまでの遅延時間を設定するために、延時薬（火薬）を用いている。すなわち、遅延時間が短いものは延時薬が少なく、遅延時間が長くなるほど多くの延時薬が用いられている。
遅延時間が３０００ｍｓ以上の導火管付き雷管は、延時薬の量のばらつきが大きく、実際に着火されてから起爆するまでの時間は１００ｍｓから２００ｍｓ程度の範囲でばらついている。
したがって、同一の遅延時間を有する複数の導火管付き雷管２０を同時に着火しても起爆時刻は、ばらついており、実質的に１孔１段の制御発破と同様の制御発破を行なうことができる。
そこで、上記知見に基づいて、トンネルの切羽面２において、複数の導火管付き雷管２０が設置される段を複数段設定し、段毎の導火管付き雷管２０として、着火されてから起爆するまでの遅延時間が同一のものを用意し、着火用雷管１４Ａ、１４Ｂおよび結線用雷管１６Ａ、１６Ｂを配置すると共に、用意した複数の導火管付き雷管２０を爆薬と共に複数の段毎に配置した。
そして、本実施の形態では、複数の導火管付き雷管２０の遅延時間を５０００ｍｓ以上とし、かつ、段毎に導火管付き雷管２０の遅延時間を異ならせるようにした。
そのため、各段において複数の導火管付き雷管２０が互いに異なる起爆時刻で起爆するため、実質的に１孔１段の制御発破と同様の制御発破が行われるため、発破に伴う騒音および振動の低減を図ることができる。
そして、段毎に遅延時間が同一の複数の導火管付き雷管２０を用いることができるため、１孔１段の制御発破を行なう場合のように、結線用雷管および導火管付き雷管２０を切羽面２の全域に配置する作業に多大な手間を要することがなく、コストの低減および発破作業の効率化を図る上で有利となる。

また、本実施の形態では、トンネルの切羽面２を第１の領域２Ａと第２の領域２Ｂに分割し、第１の領域２Ａと第２の領域２Ｂのそれぞれにおいて、複数の導火管付き雷管２０が設置される段を複数段設定し、第１の領域２Ａの着火用雷管１４Ａと第２の領域２Ｂの着火用雷管１４Ｂとは、遅延時間がそれぞれ予め定められた時間差をもって設定した。
したがって、切羽面２の面積が広い場合であっても、同一時刻に起爆する導火管付き雷管２０の数を抑制できるため、同時に爆発する装薬量を抑制でき、騒音および振動の低減を図る上でより有利となる。

また、本実施の形態では、第１の領域２Ａの着火用雷管１４Ａと第２の領域２Ｂの着火用雷管１４Ｂとは、遅延時間がそれぞれ予め定められた時間差をもって設定され、時間差は、段毎の導火管付き雷管２０の遅延時間の差分の最小値５００ｍｓよりも短い２５０ｍｓとした。
そのため、第１の領域２Ａでの導火管付き雷管２０の起爆時刻と、第２の領域２Ｂでの導火管付き雷管２０の起爆時刻とを確実に異ならせることができ、騒音および振動の低減を図る上でより有利となる。

また、本実施の形態では、段毎に配置される導火管付き雷管２０の数の最大値と最小値との差がなるべく小さくなるように複数の段の設定を行った。
そのため、各段の装薬量の平準化を図ることで同時に爆発する装薬量を抑制できるため、騒音および振動の低減を図る上でより有利となる。

また、本実施の形態では、複数の導火管付き雷管２０が設置される複数段の設定は、切羽面２の中心部４から周辺部６に向かって順番に各段の複数の導火管付き雷管２０が起爆することで中心部４の掘削が最初になされ、次いで周辺部６の中心部４寄りの箇所から周辺部６４の外周寄りの箇所に向かって順次掘削がなされるようになされるようにした。
そのため、中心部４の発破により新たな自由面が形成され、周辺部６の発破を効果的に行なうことができ、掘削効率の向上を図う上で有利となる。

次に、本発明の発破工法と従来の発破工法とにおける騒音および振動の実測結果について説明する。
図９は本実施の形態の発破工法における騒音の測定結果を示す線図であり、第１の領域２Ａでの導火管付き雷管２０の起爆時刻と、第２の領域２Ｂでの導火管付き雷管２０の起爆時刻との時間差（着火用雷管１４Ａの遅延時間と着火用雷管１４Ｂの遅延時間との時間差）Δｔｄを０．２５ｓとした場合を示す。
図１０〜図１３は従来の発破工法を用いて１孔１段の制御発破を行った場合の騒音の測定結果を示す線図である。
図１１は電気雷管を用いて起爆間隔Δｔ＝０．２５ｓとした場合を示し、図１２，図１３，図１４は、電子雷管を用いて起爆間隔Δｔ＝１５ｍｓ、３０ｍｓ、５０ｍｓとした場合における騒音の測定結果をそれぞれ示す線図である。なお、起爆間隔Δｔは、１孔１段の制御発破を行った場合の電気雷管、電子雷管の起爆の時間間隔を示している。
図９〜図１３において横軸は経過時間Ｔ（ｓｅｃ）を示し、縦軸は騒音Ｎの音圧（ｄＢ）を示す。
また、図９〜図１３において、低周波は低周波成分（１００Ｈｚ以下）の騒音を示し、騒音は低周波成分を除く騒音を示す。

図９〜図１３から明らかなように、図９に示す本実施の形態の発破工法では、図１０に示す電気雷管を用いた場合と比較して低周波と騒音が共に−１０〜−２０ｄＢ程度改善されており、図１１〜図１３に示す電子雷管を用いた場合と比較しても本実施の形態の発破工法では低周波と騒音が同等かそれ以上改善されていることがわかる。

図１４は、本実施の形態の発破工法における振動の測定結果を示す線図であり、第１の領域２Ａでの導火管付き雷管２０の起爆時刻と、第２の領域２Ｂでの導火管付き雷管２０の起爆時刻との時間差Δｔｄを０．５ｓとした場合を示す。
図１５，図１６は従来の発破工法を用いて１孔１段の制御発破を行った場合の振動の測定結果を示す線図であり、図１５、図１６は、電子雷管を用い起爆間隔Δｔ＝３０ｍｓ、Δｔ＝５０ｍｓとした場合における振動の測定結果をそれぞれ示す。
なお、図１４〜図１６において横軸は経過時間Ｔ（ｓｅｃ）、縦軸は変位速度Ｖ（ｋｉｎｅ）を示す。なお、（ｋｉｎｅ）は（ｃｍ／ｓｅｃ）と同じ意味である。
また、各図においては、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の３方向の変位速度を同一の実線で示しているため、３方向の変位速度が重なり合っておりそれぞれの変位速度を個別に見ることがはできないが、変位速度の全体の傾向が示されている。

図１４〜図１６から明らかなように、図１４に示す本実施の形態の発破工法では、図１５、図１６に示す電子雷管を用いた場合とほぼ同等に振動が改善されていることがわかる。

なお、本実施の形態では、切羽面２を第１の領域２Ａと第２の領域２Ｂとに２分割した場合について説明したが、切羽面２の面積が小さい場合は、切羽面２を複数の領域に分割することなく切羽面２に複数の段を設定しても発破に伴う騒音および振動の低減を図れることは無論である。
また、切羽面２の面積が大きい場合は、切羽面２を３つ以上の領域に分割することで同一時刻に起爆する導火管付き雷管２０の数を抑制できるため、同時に爆発する装薬量を低減でき、騒音および振動の低減を図る上で有利となる。

２切羽面
２Ａ第１の領域
２Ｂ第２の領域
８装薬孔
１２発破器
１４Ａ、１４Ｂ着火用雷管
１６Ａ、１６Ｂ結線用雷管
２０導火管付き雷管

Claims

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起爆する結線用雷管と、前記結線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複数の導火管付き雷管とを用いてトンネル掘削を行なう発破工法であって、
トンネルの切羽面に、前記複数の導火管付き雷管が設置される段を複数段設定する段設定工程と、
前記段毎の前記導火管付き雷管として、前記遅延時間が同一のものを用意し、前記着火用雷管および前記結線用雷管を配置すると共に、前記用意した複数の導火管付き雷管を爆薬と共に前記複数の段毎に配置する雷管配置工程とを含み、
前記複数の導火管付き雷管の前記遅延時間が３０００ｍｓ以上であり、かつ、前記段毎に前記導火管付き雷管の遅延時間が異なり、
前記切羽面を第１の領域から第Ｎ（Ｎ≧２）の領域のＮ個の領域に分割する領域分割工程をさらに含み、
前記段設定工程と前記雷管配置工程は前記第１の領域から第Ｎの領域のそれぞれについて行なわれ、
前記第１の領域から第Ｎの領域の前記着火用雷管は、着火されてから起爆するまでの遅延時間がそれぞれ予め定められた時間差をもって設定され、
前記予め定められた時間差は、前記段毎の導火管付き雷管の遅延時間の差分の最小値よりも短い、
ことを特徴とする発破工法。
前記複数の導火管付き雷管が設置される複数段の設定は、前記切羽面の中央部から周辺部に向かって順番に各段の前記複数の導火管付き雷管が起爆することで前記中央部の掘削が最初になされ、次いで前記周辺部の中心部寄りの箇所から前記周辺部の外周寄りの箇所に向かって順次掘削が行なわれるようになされる、
ことを特徴とする請求項１記載の発破工法。
前記着火用雷管は電気雷管で構成されている、
ことを特徴とする請求項１または２記載の発破工法。