JPH1061370A - 岩盤破砕方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 割岩機の膨張ロスを減少させ、割岩機の寿命
を延ばすことにより破砕工法のコストダウンを図り、破
砕作業の効率を高めること。 【解決手段】 岩盤に割岩孔８を形成し、割岩孔１０に
膨張破砕式の割岩機１０を挿入する。割岩機１０は、例
えば、円筒状の弾性膨張体１６と、断面が矩形で細長状
に延在し内部に弾性膨張体１６が挿入される弾性スリー
ブ１８と、弾性スリーブ１８の平坦な外面１８０２毎に
配設された複数の載荷板２０等で細長形状に形成されて
いる。割岩孔８に割岩機１０が挿入されたならば、割岩
機１０の外周面と割岩孔８の内壁８０２との間の空隙Ｓ
に砂等の充填材３０を充填させる。ここで割岩機１０の
弾性膨張体１６に加圧流体を供給すると、弾性膨張体１
６の加圧開始とほぼ同時に、載荷板２０が弾性膨張体１
６の半径方向外方に移動しようとする力が充填材３０を
介して割岩孔８の内壁８０２に伝達される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は岩盤破砕方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えばトンネルなどの構築のため
に岩盤を掘削する場合、ダイナマイトなどを用いる発破
工法が採られてきた。しかし、爆破の衝撃により、大き
な振動や騒音が発生して周辺環境に悪影響を及ぼした
り、周辺岩盤の緩みを招くといった問題があった。そこ
で、膨張破砕式の割岩機を用いて静的にトンネルなどを
掘削する工法が採用されるようになってきている。この
工法ではまず、図３に示すように、トンネルなどの切羽
２の外周に沿って、また切羽２を区画する複数の領域の
境界に沿って多数の孔が一部重複して連続削孔され、削
孔列によるスリット状の溝６が形成される。次に、スリ
ット状の溝６によって囲まれた各領域４内に多数の割岩
孔８が形成される。次に、水平方向に並ぶ割岩孔８の列
毎に膨張破砕式の割岩機１０が挿入され、それを膨張さ
せることにより各割岩孔８に亀裂を生じさせ、順次下方
又は上方の列の割岩孔８へと破砕を行っていく。このよ
うなスリット状の溝６の形成、およびスリット状の溝６
によって囲まれた領域４の破砕を繰り返すことにより、
トンネルなどが掘り進められる。

【０００３】この種の膨張破砕式の割岩機１０は、特開
平２ー１１５４９０号公報や特開平３ー１８３８９４号
公報等で公知である。すなわち、例えば、図４（Ａ）、
（Ｂ）で示すように、割岩機１０は、円筒状に所定の長
さ延在し両端に芯金１２、１４が取着された弾性膨張体
１６と、断面が矩形で細長状に延在し内部に前記弾性膨
張体１６が挿入される弾性スリーブ１８と、弾性スリー
ブ１８の平坦な外面１８０２毎に配設された複数の載荷
板２０等で細長形状に形成されている。そして、割岩機
１０は、上述のように割岩孔８に挿入され、岩盤に露出
する割岩機１０の弾性膨張体１６の端部の芯金１２から
加圧用ホース２２（図３参照）を介して加圧流体（水）
が各弾性膨張体１６の内部に充填され、図５（Ａ）、
（Ｂ）で示すように、これにより各弾性膨張体１６が膨
張し、弾性スリーブ１８を介して各載荷板２０を径方向
外方に移動することで岩盤が破砕される。

【０００４】詳細には、割岩機１０の中心にある内径８
ｍｍ〜１０ｍｍの中空構造の弾性膨張体１６に高い流体
圧を加えて膨張させ、これにより割岩機１０の外殻をな
す載荷板２０が孔壁を押し付けることにより、岩盤に亀
裂Ｋを発生させ、発生した亀裂Ｋの開口巾が１０ｍｍ程
度となるまで弾性膨張体１６を膨らませて硬い岩盤を破
砕していた。特に潜在的な目が多い岩盤においては、開
口巾１０ｍｍ以上の大きな亀裂Ｋを発生させる必要があ
った。この技術において、割岩機１０を円滑に割岩孔８
に挿入するために割岩孔８の内壁８０２と割岩機１０と
の間に数ｍｍ程度の空隙Ｓが必要であり、載荷板２０を
内壁８０２に到達させるためには、この空隙Ｓの分だ
け、余分に弾性膨張体１６を膨張させていた。すなわ
ち、発生させる亀裂Ｋの開口巾を十分大きくするため
に、高い流体圧により弾性膨張体１６の内径が約２倍以
上になるように膨張させる必要があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】一方、弾性膨張体１６
の寿命は、その膨張率に反比例し、１００％を超えると
著しく短くなる。従って、従来の岩盤破砕方法では、割
岩孔８の内壁８０２と割岩機１０との間の空隙Ｓの分だ
け、余分に弾性膨張体１６を膨張させる必要があり、こ
の分弾性膨張体の膨張ロスとなり、岩盤の性状によって
は弾性膨張体の膨張率が１００パーセント以上となるこ
とが頻繁に生じ、弾性膨張体１６の損傷も多く、寿命が
短かくなることがあった。弾性膨張体１６の寿命が短い
と割岩機１０のコストアップとなる。また、その都度弾
性膨張体１６の交換のため作業に中断が生じ、その交換
が頻繁となり作業効率も低下する。本発明は前記事情に
鑑み案出されたものであって、本発明の目的は、割岩機
の膨張ロスを減少させ、割岩機の寿命を延ばすことによ
り破砕工法のコストダウンを図り、さらに作業効率の改
善を目的としたものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明は、岩盤に孔を開け、前記孔に膨張破砕式の
細長形状の割岩機を挿入し、割岩機の内部に加圧流体を
供給し割岩機の断面形状を膨張させて岩盤を破砕するに
際して、前記孔に割岩機を挿入したのち、割岩機の外周
面と孔の内壁との間の空隙に充填材を充填させ、次い
で、割岩機の内部に加圧流体を供給し、前記充填材を介
して割岩機により岩盤を破砕するようにしたことを特徴
とする。また、本発明は、充填材が粒状物であることを
特徴とする。また、本発明は、粒状物が砂であることを
特徴とする。また、本発明は、充填材が硬化性を有する
流動体であり、この流動体が硬化したのち割岩機の内部
に加圧流体を供給することを特徴とする。また、本発明
は、流動体がモルタルであることを特徴とする。

【０００７】本発明に係る岩盤破砕方法では、充填材を
充填させたのち、加圧流体を割岩機に供給すると、割岩
機の膨張作動が充填材を介してそのまま割岩孔の内壁に
伝達される。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明を、トンネルの掘削
に適用した実施例について説明する。図１は本発明に係
る岩盤破砕方法の説明図で（Ａ）は割岩孔８に割岩機１
０を挿入した状態の断面正面図、（Ｂ）は同側面図を示
す。まず、従来と同様に、図３に示すように、スリット
状の溝６により切羽２を複数の領域４に区画し、領域４
に多数の割岩孔８を形成する。次に、水平方向に並ぶ割
岩孔８の列のうち、最も上方の列又は下方の列をなす各
割岩孔１０に膨張破砕式の割岩機１０が挿入される。割
岩機１０の割岩孔８への挿入は機械を用いてもよく、手
作業でもよい。割岩機１０は、図４（Ａ）、（Ｂ）で示
した従来公知のもので、円筒状に所定の長さ延在し両端
に芯金１２、１４が取着された弾性膨張体１６と、断面
が矩形で細長状に延在し内部に前記弾性膨張体１６が挿
入される弾性スリーブ１８と、弾性スリーブ１８の平坦
な外面１８０２毎に配設された複数の載荷板２０等で細
長形状に形成されている。

【０００９】各割岩孔８に割岩機１０が挿入されたなら
ば、次に、図１（Ａ）、（Ｂ）で示すように、各割岩孔
８において、割岩機１０の外周面と割岩孔８の内壁８０
２との間の空隙Ｓに充填材３０を充填させる。この例で
は、充填材３０として粒状物である砂を用いた。充填材
３０の空隙Ｓへの充填は、例えば割岩孔８の深さよりも
長い小径のパイプを割岩孔８に挿入し、このパイプの先
端を割岩孔８の奥部に臨ませ、コンプレッサからの圧縮
空気を利用して割岩孔８の奥部から充填させることでな
される。

【００１０】各割岩孔８において、割岩機１０の外周面
と割岩孔８の内壁８０２との間の空隙Ｓに充填材３０を
充填させたならば、岩盤に露出する割岩機１０の弾性膨
張体１６の端部の芯金１２から加圧用ホース２２を介し
て加圧流体（水）を各弾性膨張体１６の内部に充填さ
せ、各弾性膨張体１６を膨張させる。弾性膨張体１６を
膨張させると載荷板２０は、弾性膨張体１６の半径方向
外方に移動しようとするが、実施例では、割岩機１０の
外周面と割岩孔８の内壁８０２との間の空隙Ｓが砂で充
填され、空隙Ｓが塞がれているので、弾性膨張体１６の
加圧開始とほぼ同時にこの載荷板２０の動きは充填材３
０を介して割岩孔８の内壁８０２に伝達される。この力
により、図２に示すように、岩盤に亀裂Ｋが生じ、本実
施例では、従来のような弾性膨張体１６の膨張ロスがな
く、弾性膨張体１６の加圧開始とほぼ同時に外方に向か
う力が割岩孔８の内壁８０２に作用するので、弾性膨張
体１６の膨張率１００％以下で所望の亀裂開口幅とな
り、岩盤が破砕される。

【００１１】岩盤破砕後は、弾性膨張体１６の内部の加
圧流体を抜き出し、弾性膨張体１６を収縮させる。この
とき、割岩孔８は拡大されているため弾性膨張体１６の
収縮により隙間が生じ、割岩機１０の抜き出しは円滑に
なされる。尚、割岩機１０の抜き出しは、機械を用いて
行なってもよく、あるいは、手作業により行なってもよ
い。割岩機１０を抜き出し後は、前記と同様に、下方又
は上方の列の各割岩孔８へ割岩機１０を挿入して前記と
同様な作業を繰り返し、岩盤が破砕されていく。

【００１２】本実施例によれば、弾性膨張体１６の膨張
ロスがなく、弾性膨張体１６の膨張率１００％以下での
岩盤破砕が可能となり、従って、弾性膨張体１６の耐久
性を高めることができ、これにより割岩機１０のコスト
ダウンを図れ、また、弾性膨張体１６の交換作業の回数
を減少させ、作業効率を高めることが可能となる。ま
た、割岩機１０の外周面と割岩孔８の内壁８０２との間
の空隙Ｓを充填材３０で充填したのち、弾性膨張体１６
を膨張させるので、割岩機１０の外周面と割岩孔８の内
壁８０２との間の空隙Ｓの大小が弾性膨張体１６の膨張
率へ与える影響は比較的少ない。従って、割岩孔８に対
して割岩機１０の直径を小さくでき、このように割岩機
１０を製作することで、割岩機１０の割岩孔８への挿入
をより円滑に行なう上で有利となる。

【００１３】尚、実施例では充填材３０として砂を用い
た場合について説明したが、充填材３０としは砂と同様
な各種の粒状物を用いることが可能である。また、充填
材３０として粒状物の他にも、モルタル等のような硬化
性を有する流動体を用いてもよい。このような流動体を
用いた場合には、流動体が硬化したのち、弾性膨張体１
６を膨張させ岩盤の破砕を行なう。また、モルタル等の
ような硬化性を有する流動体を用いた場合、流動体が固
化して割岩機１０の外周、例えば、載荷板２０等に付着
することも考えられるが、このような場合には、載荷板
２０等に剥離剤を予め塗布しておけばよい。また、割岩
機１０は実施例で用いた割岩機１０に限定されず、その
断面形状を膨張させて岩盤を破砕する種々の割岩機１０
に広く適用される。

【００１４】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明
は、岩盤に孔を開け、前記孔に膨張破砕式の細長形状の
割岩機を挿入し、割岩機の内部に加圧流体を供給し割岩
機の断面形状を膨張させて岩盤を破砕するに際して、前
記孔に割岩機を挿入したのち、割岩機の外周面と孔の内
壁との間の空隙に充填材を充填させ、次いで、割岩機の
内部に加圧流体を供給し、前記充填材を介して割岩機に
より岩盤を破砕するようにした。そのため、割岩機の膨
張ロスを減少させ、これにより割岩機の耐久性を高めて
割岩機のコストダウン、破砕工法のコストダウンを図
り、割岩機の交換作業の回数を減少させ、作業効率を高
めることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る岩盤破砕方法の説明図で（Ａ）は
割岩孔に割岩機を挿入した状態の断面正面図、（Ｂ）は
同側面図である。

【図２】本発明に係る岩盤破砕方法の説明図で（Ａ）は
割岩孔に割岩機を挿入し膨張させた状態の断面正面図、
（Ｂ）は同側面図である。

【図３】切羽の岩盤を破砕する説明図である。

【図４】従来の岩盤破砕方法の説明図で（Ａ）は割岩孔
に割岩機を挿入した状態の断面正面図、（Ｂ）は同側面
図である。

【図５】従来の岩盤破砕方法の説明図で（Ａ）は割岩孔
に割岩機を挿入し膨張させた状態の断面正面図、（Ｂ）
は同側面図である。

【符号の説明】

８ 割岩孔 １０ 割岩機 １６ 弾性膨張体 １８ 弾性スリーブ ２０ 載荷板 ３０ 充填材 Ｓ 空隙

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 岩盤に孔を開け、 前記孔に膨張破砕式の細長形状の割岩機を挿入し、 割岩機の内部に加圧流体を供給し割岩機の断面形状を膨
   張させて岩盤を破砕するに際して、 前記孔に割岩機を挿入したのち、割岩機の外周面と孔の
   内壁との間の空隙に充填材を充填させ、 次いで、割岩機の内部に加圧流体を供給し、前記充填材
   を介して割岩機により岩盤を破砕するようにした、 ことを特徴とする岩盤破砕方法。
2. 【請求項２】 前記充填材は粒状物である請求項１記載
   の岩盤破砕方法。
3. 【請求項３】 前記粒状物は砂である請求項２記載の岩
   盤破砕方法。
4. 【請求項４】 前記充填材は硬化性を有する流動体であ
   り、この流動体が硬化したのち割岩機の内部に加圧流体
   を供給する請求項１記載の岩盤破砕方法。
5. 【請求項５】 前記流動体はモルタルである請求項４記
   載の岩盤破砕方法。