JPH0733760B2 - 岩盤破砕方法及びその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は岩盤にトンネル等を掘削する場合における岩盤
の破砕方法とその装置に関するものである。

（従来の技術） 従来から岩盤を破砕するには、破砕しようとする岩盤部
分の周囲に所定深さの連続溝を掘削し、この連続溝で囲
まれた岩盤部分の中央部にボアホールを穿設したのち、
該ボアホール内に破砕装置を挿入してボアホールの先端
から四方の連続溝に向かって亀裂を発生させることによ
り行っている。

そして、このような破砕装置としては、例えば実公昭63
−9677号公報に記載されているように、中心部に圧力流
体圧送通路を設けた軸体の前端部に背面を円錐形面に形
成した大径部を一体に形成すると共に軸体の後部上に大
径部と略同径の可動押圧部材を前後動自在に配設し、こ
れらの大径部と押圧部材間に弾性体を挟持させた構造の
ものが知られており、この装置を岩盤に穿設された前記
ボアホール内に挿入したのち、押圧部材を前進させるこ
とにより弾性体を拡大変形させて孔壁面に圧着させると
共に軸体の中心部に貫設した通路を通じて圧力流体を孔
底部側に圧入することによってその流体圧で岩盤を破砕
させるように構成している。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような装置によれば、弾性体のみを
孔壁面に圧着させているだけであるから、孔内の流体圧
を上昇させると、その圧力によって弾性体と孔壁面間に
辷りが発生し、装置全体が後退して孔内を所定の岩盤破
砕圧力まで上昇させることができない場合が生じると共
に弾性体が損傷して完全なシール効果を奏することがで
きなくなる虞れがあり、さらに、液体が岩盤の隙間に浸
入したり、或いはボアホールから漏出して岩盤に対して
強固な破砕圧力を発生させることが困難となる場合が生
じる等の問題点があった。

本発明はこのような問題点を解消し得る岩盤の破砕方法
とその装置の提供を目的とするものである。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明の岩盤破砕方法は、
破砕すべき岩盤の外周に沿って適宜深さの連続溝を掘削
すると共に該連続溝で囲まれた岩盤をこの連続溝に連通
する区画溝によって複数の岩盤部分に分割したのち、各
岩盤部分においてその中央部に適宜深さのボアホールを
穿設すると共に該ボアホールの先端に前記溝側に向かっ
て拡大したディスク状溝を形成し、しかるのち、ボアホ
ールに破砕装置を挿入して該破砕装置の楔体をボアホー
ルの孔壁に係止させ、この破砕装置の先端ロッドを前進
させてボアホールの先端岩盤を押圧することによりディ
スク状溝の面方向に亀裂を発生させてボアホール周囲の
岩盤を破砕することを特徴とするものである。

又、この方法を実施する装置としては、小径軸部の前端
に前方に向かうに従って大径となる円錐形部を介して大
径軸部を一体に設けてなる本体を形成し、この本体の大
径軸部にシリンダ部を設けて該シリンダ部内に配設した
ピストンロッドを前方に向かって前後動自在に突設させ
ると共に本体の軸部にピストンの背面側に連通する圧力
流体供給通路を形成し、さらに、本体の前記円錐形部に
内面が該円錐形部の傾斜面に接する数個の分割楔体を前
後摺動自在に配設すると共に小径軸部にこの分割楔体の
押圧受止部材を前後移動自在に装着してなる構造を有す
るものである。

（作用） 区画溝によって囲まれた岩盤部分に穿設しているボアホ
ール内に破砕装置を挿入して該破砕装置の楔体のボアホ
ールの孔壁に係止させたのち、この破砕装置の先端ロッ
ドを前進させてボアホールの先端岩盤に押圧させると、
その押圧力によって破砕装置は後退しようとするが、楔
体が押圧力の大きさに比例してボアホールの孔壁に強固
に食い込み、従って、破砕装置は後退することなく、上
記ロッドの押圧力をそのまゝ岩盤面に強固に作用させて
ボアホールの先端外周に設けたディスク状溝を拡げよう
とする作用力が生じ、この作用力によってディスク状溝
の面方向に周囲の区画溝に達する亀裂を発生させてボア
ホール周囲の岩盤を破砕するものである。

このような岩盤破砕装置としては、上記のように、前記
の大径軸部から円錐形部を介して後部を小径軸部に形成
してなる本体の前記円錐形部に内面が該円錐形部の傾斜
面に接する数個の分割楔体を前後摺動自在に配設すると
共に小径軸部にこの分割楔体の押圧受止部材を前後移動
自在に装着しているので、押圧受止部材を前進させれば
分割楔体が円錐形部上を摺動しながら拡径してその外周
面を孔壁面に食い込むように圧着し、この状態で本体の
軸部に設けている通路を通じて外部から圧力流体を供給
すると、本体の大径軸部に設けたシリンダ内のピストン
が前進してそのロッド先端をボアホール先端の岩盤面に
押圧させ、その押圧力によって上記のようにボアホール
の先端外周に設けたディスク状溝の外周縁から周囲の区
画溝に達する亀裂を発生させるものである。

（実 施 例） 次に、本発明の実施例を図面について説明すると、穿岩
機等の穿孔機を使用して、トンネルを掘削すべき岩盤
（１）に、第１、２図に示すようにトンネルの外周に沿
うドーム形状の連続溝（２）を適宜深さまで掘削すると
共にこの連続溝（２）によって囲まれた岩盤部分を、該
連続溝（２）と同等な深さの区画溝（３）（４）を縦横
方向に穿設すると共にこれらの区画溝（３）を連続溝
（２）に連通させることによって複数の岩盤部分（1a）
（1a）・・・（1a）に分割する。

このような溝（２）〜（４）を掘削する穿孔機として
は、例えば、第６、７図に示すように、先端にビット
（21）を装着した複数本のロッド（22）をガイドシェル
（23）上に前後動自在に並設、支持させ、これらのロッ
ド（22）を一斉に回転させる機構（24）と打撃を与える
打撃装置（25）及びロッド送り装置（26）とをガイドシ
ェル（23）に装備されてなるものが使用され、この穿孔
機を作業台車等に設けたブームの先端に取付けて溝の掘
削を行うものである。

即ち、並設したロッド（22）の先端ビット（21）を岩盤
面に当接させ、ロッド（28）に打撃と回転とを与えなが
ら送り装置（26）により前進させて岩盤に平面長溝形状
の孔を適宜深さまで掘削し、この作業を繰り返し行って
溝孔を長さ方向に連続させることにより前記溝（２）〜
（４）を得るものであり。

こうして所望深さの溝（２）〜（４）を掘削したのち、
前記各岩盤部分（1a）の中央部に適宜な穿孔機を使用し
て所望径を有するボアホール（５）を前記溝（２）〜
（４）と平行方向にして且つ略等しい深さまで穿設し、
さらに、該ボアホール（５）の先端から四方の溝（２）
〜（４）の先端に向かう方向、即ち、このボアホール
（５）に直角な面に適宜径のディスク状溝（６）を形成
する。このディスク状溝（６）は、例えば、先端にボア
ホール（５）と直角方向に開口した吐出ノズルを有する
ウオータジエット噴射装置（図示せず）をボアホール
（５）内に挿入して該装置を回転させながら吐出ノズル
から高圧水ジエットを噴射させることにより掘削、形成
することができる。

先端にディスク状溝（６）を設けたボアホール（５）を
岩盤部分（1a）に穿設したのち、次に、このボアホール
（５）に破砕装置を挿入して該破砕装置によりディスク
状溝（６）の外周縁から四方の溝（２）〜（４）に向か
って岩盤中に亀裂を発生させる破砕作業を行う。

この破砕装置は、第３、４図に示すように、本体（７）
は、中心部に前後端面間に亘って圧力流体供給用通路
（８）を貫設している適宜長さの金属製軸体からなり、
その後部を小径軸部（7a）に形成していると共に前部を
大径軸部（7c）に形成し、中間部を小径軸部（7a）の前
端から大径軸部（7c）の後端に向かって徐々に大径とな
る円錐形部（7b）に形成してなるもので、その大径軸部
（7c）内にはシリンダ部（９）を設けて該シリンダ部
（９）に摺動自在に内装したピストン（10）の背面側の
室内に前記圧力流体供給通路（８）を連通させていると
共にピストンロッド（11）をシリンダ部（９）から前方
に突出させてあり、さらに円錐形部（7b）上に一定長さ
の金属製筒体を２分割した形状に形成されている半円筒
形状の楔体（12）（12）を前後摺動自在に被嵌してあ
る。

この楔体（12）は、その前半部内周面を前端に向かって
徐々に拡径させて前記円錐形部（7b）の傾斜面と同一傾
斜面に形成されてあり、この傾斜面を円錐形部（7b）に
摺動自在に被嵌させていると共に、これらの楔体（12）
（12）の外周面数個所に周溝（12a）を設けて該周溝（1
2a）にＣ字状のスプリング（13）を嵌め込むことによ
り、楔体（12）（12）を一体的に組み合わせて円錐形部
（7b）上に拡縮自在に配設してある。

（14）は本体（８）の小径軸部（7a）に前後移動自在に
被嵌している小径筒形状の押圧受止部材で、その前端大
径部（14a）を前記楔体（12）（12）の後端部内周面に
形成した環状端面（15）に当接させていると共にその後
端面を小径軸部（7a）の外周面に形成した螺子部（16）
に螺合しているナット体（17）に受止させてある。

（18）（18）は楔体（12）（12）の後端面に固着した半
リング形状の係止板で、その内周面を楔体（12）（12）
の後端面内周縁から内方へ突出させてあり、該突出部に
押圧受止部材（14）の前端大径部（14a）の背面を当接
させて楔体（12）（12）をこの押圧受止部材（14）と一
体的に本体（７）から離間させ、抜き取り可能に構成し
ているものである。

（19）は圧力流体供給用ホースで、その先端カップリン
グ（20）を介して本体（７）の小径軸部（7a）の後端に
着脱自在に接続してある。

このように構成した岩盤破砕装置を使用して岩盤部分
（５）を破砕するには、まず、この装置の本体大径軸部
（7c）を上記ボアホール（５）内の底部近傍部まで挿入
し、その位置で停止させた状態で適宜な締付け工具によ
ってナット体（17））を螺進させると、押圧受止部材
（14）を介して楔体（12）（12）が本体（７）の円錐形
部（7b）の傾斜面に摺接しながら前進すると共にスプリ
ング（13）の弾発力に抗して拡径し、その外周面をボア
ホール（５）の孔壁面に食い込ませるようにして強固に
圧着する。

次いで、小径軸部（7a）の後端に接続したホース（19）
を通じて水等の流体を加圧ポンプ（図示せず）によって
圧送すると、流体は本体（７）の通路（８）を通ってシ
リンダ部（９）内に圧入し、ピストン（10）の背面を押
圧、前進させてそのロッド（11）先端をボアホール
（５）の先端岩盤面に当接させたのち、さらに、流体圧
によって該ロッド（11）を岩盤面に強固に押圧させる
（第５図参照）。

この時、その押圧によって本体（７）が後退する方向に
反力を受けるが、該本体（７）が後退しようとすると、
楔体（12）（12）が円錐形部（7b）によって拡径する方
向に押圧され、その外周面がボアホール（５）の孔壁面
に一層強固に圧着して後退が確実に阻止されるものであ
る。

この状態で、さらにピストン（10）に流体圧を作用させ
てそのロッド（11）により岩盤面を加圧すると、該岩盤
と平面方向に連なるディスク状溝（６）がその隙間を拡
げられる方向に作用力を受けて、該ディスク状溝（６）
の周縁から延長方向、即ち、周囲の溝（２）〜（４）の
先端に向かって岩盤に亀裂が発生し、ディスク状溝
（６）と溝（２）〜（４）間の岩盤を破砕するものであ
る。

この破砕後、圧力流体の圧送を停止し、ロッド（11）を
後退させると共にナット体（17）を螺退させてボアホー
ル（５）の孔壁面からの楔体（12）（12）の圧着を解
き、本体（７）を抜き取って次のボアホールに挿入し、
前記同様に岩盤の破砕作業を行うものである。

ディスク状溝（６）とその周囲の溝（２）〜（４）の先
端間の岩盤が破砕されると、溝（２）〜（４）で囲まれ
た岩盤部分（1a）がブロック体として抜き取られる。

なお、以上の実施例においては、楔体（12）（12）の後
端面に当接している押圧受止部材（14）は、ナット体
（17）によって押進させるように構成しているが、押圧
受止部材（14）の後部内周面に小径軸部（7a）の螺子部
（16）に螺合する雌螺子を形成して、ナット体（17）を
不要にした構造にしても、本発明を満足させることがで
きるものである。

（発明の効果） 以上のように本発明の岩盤破砕方法とその方法を実施す
る装置によれば、前部の大径軸部から円錐形部を介して
後部を小径軸部に形成してなる本体の前記円錐形部に内
面が該円錐形部の傾斜面に接する数個の分割楔体を前後
摺動自在に配設すると共に小径軸部にこの分割楔体の押
圧受止部材を前後移動自在に装着しているので、押圧受
止部材を前進させることによって、分割楔体を円錐形部
上で摺動させながらその移動量に応じて外方に拡径させ
ることができ、これらの楔体の外周面を岩盤に穿設した
ボアホールの孔壁面に食い込むように強固に圧着させる
ことができるものである。

さらに、本体の軸部に設けている通路を通じて外部から
圧力流体を供給すると、本体の大径軸部に設けたシリン
ダ内のピストンを前進してそのロッド先端がボアホール
先端の岩盤面に押圧し、本体を前記分割楔体によってボ
アホールの孔壁面に支持させた状態でピストンロッドの
押圧力により、ボアホールの先端外周に設けたディスク
状溝の外周縁から周囲の溝に達する亀裂を発生させて岩
盤の破砕を行うことができるものである。

又、この際、岩盤面に対するロッドの押圧によって本体
が後退する方向に反力を受けるが、該本体が後退しよう
とすると、楔体が円錐形部によって拡径する方向に押圧
され、その外周面がボアホールの孔壁面に一層強固に圧
着して後退を確実に阻止することができ、従って、圧力
流体によるロッドの押圧力を所望の圧力まで上昇させな
がら岩盤の破砕作業を能率よく且つ確実に行えるもので
ある。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図はその溝と
ボアホールを設けた岩盤面の正面図、第２図はその縦断
側面図、第３図は破砕装置の縦断側面図、第４図は第１
図Ａ−Ａ線における縦断面図、第５図は岩盤破砕状態を
示す縦断側面図、第６図は穿孔機の側面図、第７図はそ
の平面図である。 （１）……岩盤、（1a）……岩盤部分、（２）……連続
溝、（３）（４）……区画溝、（５）……ボアホール、
（６）……ディスク状溝、（７）……本体、（7a）……
小径軸部、（7b）……円錐形部、（7c）……大径軸部、
（８）……圧力流体供給用通路、（９）……シリンダ
部、（10）……ピストン、（11）……ピストンロッド、
（12）（12）……楔体、（14）……押圧受止部材、（1
7）……ナット体。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 星野 謙三 神奈川県平塚市代官町16―21 (56)参考文献 特開 昭55−55799（ＪＰ，Ａ) 特公 昭62−29597（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】破砕すべき岩盤の外周に沿って適宜深さの
   連続溝を掘削すると共に該連続溝で囲まれた岩盤をこの
   連続溝に連通する区画溝によって複数の岩盤部分に分割
   したのち、各岩盤部分においてその中央部に適宜深さの
   ボアホールを穿設すると共に該ボアホールの先端に前記
   溝側に向かって拡大したディスク状溝を形成し、しかる
   のち、ボアホールに破砕装置を挿入して該破砕装置の楔
   体をボアホールの孔壁に係止させ、この破砕装置の先端
   ロッドを前進させてボアホールの先端岩盤を押圧するこ
   とによりディスク状溝の面方向に亀裂を発生させてボア
   ホール周囲の岩盤を破砕することを特徴とする岩盤破砕
   方法。
2. 【請求項２】小径軸部の前端に前方に向かうに従って大
   径となる円錐形部を介して大径軸部を一体に設けてなる
   本体を形成し、この本体の大径軸部にシリンダ部を設け
   て該シリンダ部内に配設したピストンロッドを前方に向
   かって前後動自在に突設させると共に本体の軸部にピス
   トンの背面側に連通する圧力流体供給通路を形成し、さ
   らに、本体の前記円錐形部に内面が該円錐形部の傾斜面
   に接する数個の分割楔体を前後摺動自在に配設すると共
   に小径軸部にこの分割楔体の押圧受止部材を前後移動自
   在に装着してなることを特徴とする岩盤破砕装置。