JPH1181855A - 最適発破設計システム - Google Patents
最適発破設計システムInfo
- Publication number
- JPH1181855A JPH1181855A JP23808697A JP23808697A JPH1181855A JP H1181855 A JPH1181855 A JP H1181855A JP 23808697 A JP23808697 A JP 23808697A JP 23808697 A JP23808697 A JP 23808697A JP H1181855 A JPH1181855 A JP H1181855A
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- blasting
- pattern
- blast
- blasting pattern
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- Excavating Of Shafts Or Tunnels (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 発破作業時、発破毎に変化する地山状況に応
じて、常に最適な発破パターンを提示する最適発破設計
システムを提供すること。 【解決手段】 発破設計プログラム１１は、発破パター
ンに対して、データ削孔検層システム７から得られる定
量的地質データ１３と、切羽画像処理システム９から得
られる地質データ１５に基づき、修正を行う。
じて、常に最適な発破パターンを提示する最適発破設計
システムを提供すること。 【解決手段】 発破設計プログラム１１は、発破パター
ンに対して、データ削孔検層システム７から得られる定
量的地質データ１３と、切羽画像処理システム９から得
られる地質データ１５に基づき、修正を行う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は発破工法でトンネル
等の掘削を行う際の最適発破設計システムに関するもの
である。
等の掘削を行う際の最適発破設計システムに関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】一般に、発破工法でトンネル等を掘削す
る際、発破設計が行われる。発破設計では、発破孔配
置、爆薬の種類および数量、爆薬を装填する穿孔の長
さ、発破に関する条件により特殊爆薬を使用するか否
か、トンネル中央部の発破孔形状つまり芯抜き形状等を
決定する。
る際、発破設計が行われる。発破設計では、発破孔配
置、爆薬の種類および数量、爆薬を装填する穿孔の長
さ、発破に関する条件により特殊爆薬を使用するか否
か、トンネル中央部の発破孔形状つまり芯抜き形状等を
決定する。
【０００３】
【発明が解決しょうとする課題】しかしながら、これら
の要因が相互に関連していること、さらに岩盤の硬さ、
亀裂の発達程度及び湧水・破砕帯の存在など、地山の状
況が変化することから、最適発破パターンを見出すこと
が困難であった。
の要因が相互に関連していること、さらに岩盤の硬さ、
亀裂の発達程度及び湧水・破砕帯の存在など、地山の状
況が変化することから、最適発破パターンを見出すこと
が困難であった。
【０００４】本発明は、このような問題を解決するため
になされたもので、その目的とするところは、発破作業
時に地山状況に応じて、常に最適な発破パターンを提示
する最適発破設計システムを提供することにある。
になされたもので、その目的とするところは、発破作業
時に地山状況に応じて、常に最適な発破パターンを提示
する最適発破設計システムを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ために本発明は、複数の発破パターンを記録したデータ
ベースと、前記データベースから検索された発破パター
ンを削孔時のデータに基づいて修正する修正手段とを具
備することを特徴とする最適発破設計システムである。
ために本発明は、複数の発破パターンを記録したデータ
ベースと、前記データベースから検索された発破パター
ンを削孔時のデータに基づいて修正する修正手段とを具
備することを特徴とする最適発破設計システムである。
【０００６】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施の形態を詳細に説明する。図１は本発明の実施の形態
に係る最適発破設計システム１の構成図である。最適発
破設計システム１は、コンピュータ３、発破パターンデ
ータベース５等からなる。コンピュータ３により本実施
の形態に係る削孔検層システム７、切羽画像処理システ
ム９、発破設計プログラム１１が実行される。発破パタ
ーンデータベース５は発破パターンを格納する。
施の形態を詳細に説明する。図１は本発明の実施の形態
に係る最適発破設計システム１の構成図である。最適発
破設計システム１は、コンピュータ３、発破パターンデ
ータベース５等からなる。コンピュータ３により本実施
の形態に係る削孔検層システム７、切羽画像処理システ
ム９、発破設計プログラム１１が実行される。発破パタ
ーンデータベース５は発破パターンを格納する。
【０００７】発破パターンデータベース５には、異なる
地山分類等に応じてそれぞれ最適な発破パターンが格納
されている。削孔検層システム７は、岩盤を油圧ドリル
で削孔する際の掘進速度、打撃エネルギー等の削孔デー
タをコンピュータ処理し、岩盤等級と破壊エネルギーの
分布状況等を画像処理した状態で把握して、切羽前方の
地質を評価する。尚、削孔検層システム７については、
本出願人は特許出願を行っている（特公平７−４９７５
６）。切羽画像処理システム９は、トンネル内切羽をデ
ジタルカメラで撮影し、パソコンで画像処理して、切羽
スケッチ作成の省力化と均質化を図るとともに、切羽の
地質状況をより詳細に把握する。
地山分類等に応じてそれぞれ最適な発破パターンが格納
されている。削孔検層システム７は、岩盤を油圧ドリル
で削孔する際の掘進速度、打撃エネルギー等の削孔デー
タをコンピュータ処理し、岩盤等級と破壊エネルギーの
分布状況等を画像処理した状態で把握して、切羽前方の
地質を評価する。尚、削孔検層システム７については、
本出願人は特許出願を行っている（特公平７−４９７５
６）。切羽画像処理システム９は、トンネル内切羽をデ
ジタルカメラで撮影し、パソコンで画像処理して、切羽
スケッチ作成の省力化と均質化を図るとともに、切羽の
地質状況をより詳細に把握する。
【０００８】発破設計プログラム１１は、発破パターン
データベース５から検索された発破パターン１７に対し
て、データ削孔検層システム７から得られる定量的地質
データ１３と、切羽画像処理システム９から得られる地
質データ１５に基づき修正を行う。
データベース５から検索された発破パターン１７に対し
て、データ削孔検層システム７から得られる定量的地質
データ１３と、切羽画像処理システム９から得られる地
質データ１５に基づき修正を行う。
【０００９】次に、最適発破設計システム１を用いた発
破作業について説明する。図２は最適発破設計システム
１を用いた発破作業を示すフローチャートである。最適
発破設計システム１は、ステップ２０１からステップ２
０４により、発破毎に最適な発破パターンを決定する。
まず、地山分類を行い（ステップ２０１）、この地山分
類に応じて発破パターンデータベース５を検索して、発
破パターンを設定する（ステップ２０２）。
破作業について説明する。図２は最適発破設計システム
１を用いた発破作業を示すフローチャートである。最適
発破設計システム１は、ステップ２０１からステップ２
０４により、発破毎に最適な発破パターンを決定する。
まず、地山分類を行い（ステップ２０１）、この地山分
類に応じて発破パターンデータベース５を検索して、発
破パターンを設定する（ステップ２０２）。
【００１０】次に、削孔検層システム７により得られた
破壊エネルギー係数等の定量的地質データ１３と、切羽
画像処理システム９により得られた岩盤の構成岩石種別
等の地質データ１５及び穿孔位置、芯抜き角度測定19に
より得られたデータとを用いて穿孔状況を把握し（ステ
ップ２０３）、発破設計プログラム１１で、ステップ２
０２で得られた発破パターンを修正し、発破パターン１
７とする（ステップ２０４）。
破壊エネルギー係数等の定量的地質データ１３と、切羽
画像処理システム９により得られた岩盤の構成岩石種別
等の地質データ１５及び穿孔位置、芯抜き角度測定19に
より得られたデータとを用いて穿孔状況を把握し（ステ
ップ２０３）、発破設計プログラム１１で、ステップ２
０２で得られた発破パターンを修正し、発破パターン１
７とする（ステップ２０４）。
【００１１】発破パターン１７が決定されると発破を行
い（ステップ２０５）、粉砕効果の確認を行う（ステッ
プ２０６）。発破後、断面を測定し、切羽画像処理シス
テム９を用いて、のみ跡、孔尻状況等の観察を行い、ず
りの発生状況、およびずりの飛散状況等を確認し、総合
的に発破効果を確かめる。次に、発破パターンの妥当性
について検討する（ステップ２０７）。即ち発破パター
ン１７の妥当性は、トンネルの中央部の爆破後の形状、
つまり芯抜き形状、芯抜き以外の爆薬を仕掛けるための
孔位置、爆薬の量、爆薬の種類、雷管の種類等に付いて
検証される。
い（ステップ２０５）、粉砕効果の確認を行う（ステッ
プ２０６）。発破後、断面を測定し、切羽画像処理シス
テム９を用いて、のみ跡、孔尻状況等の観察を行い、ず
りの発生状況、およびずりの飛散状況等を確認し、総合
的に発破効果を確かめる。次に、発破パターンの妥当性
について検討する（ステップ２０７）。即ち発破パター
ン１７の妥当性は、トンネルの中央部の爆破後の形状、
つまり芯抜き形状、芯抜き以外の爆薬を仕掛けるための
孔位置、爆薬の量、爆薬の種類、雷管の種類等に付いて
検証される。
【００１２】検討結果が良好な場合は、発破パターン１
７を発破パターンデータベース５の地山分類別発破パタ
ーンに新たに記録する（ステップ２０８）。検討の結
果、十分な成果が得られなかったと判断された場合は、
ステップ２０４で決定した発破パターン１７を改良し
（ステップ２０９）、データベース５に改良した発破パ
ターンを記録する。掘削工事が完了するまで、発破作業
は繰り返される。ステップ２０１に戻って、新たな切羽
前方の地山の状況により発破パターンを決定する処理を
再び繰り返し、掘削工程は進む。
７を発破パターンデータベース５の地山分類別発破パタ
ーンに新たに記録する（ステップ２０８）。検討の結
果、十分な成果が得られなかったと判断された場合は、
ステップ２０４で決定した発破パターン１７を改良し
（ステップ２０９）、データベース５に改良した発破パ
ターンを記録する。掘削工事が完了するまで、発破作業
は繰り返される。ステップ２０１に戻って、新たな切羽
前方の地山の状況により発破パターンを決定する処理を
再び繰り返し、掘削工程は進む。
【００１３】次に、削孔検層システム７の処理について
説明する。図３は削孔検層システム７の処理を示すフロ
ーチャートである。掘削する断面を設定し（ステップ３
０１）、ボーリングする孔に孔番を設定する（ステップ
３０２）。指定された断面を油圧パーカッションドリル
で削孔し、削孔速度、打撃エネルギー、岩盤の亀裂の多
少等の削孔データを測定して、結果を記録する（ステッ
プ３０３）。１つの孔の削孔が終了すると（ステップ３
０４）、更に他の孔に付いてもステップ３０２に戻って
ボーリングを行い、削孔データを集める。
説明する。図３は削孔検層システム７の処理を示すフロ
ーチャートである。掘削する断面を設定し（ステップ３
０１）、ボーリングする孔に孔番を設定する（ステップ
３０２）。指定された断面を油圧パーカッションドリル
で削孔し、削孔速度、打撃エネルギー、岩盤の亀裂の多
少等の削孔データを測定して、結果を記録する（ステッ
プ３０３）。１つの孔の削孔が終了すると（ステップ３
０４）、更に他の孔に付いてもステップ３０２に戻って
ボーリングを行い、削孔データを集める。
【００１４】全ての孔について削孔を終了すると（ステ
ップ３０５）、削孔データファイルとしてフロッピィデ
ィスク等に記録する。削孔データをファイル変換し（ス
テップ３０６）、パーソナルコンピュータ等を用いて、
コマンドにより一括処理して破壊エネルギーを算出する
（ステップ３０７）。図４は、爆薬装填を目的に削孔し
た時に計測した破壊エネルギーの分布を示す。瞬間削孔
速度を用いているため、計算値のバラツキは大きい。そ
こで、平均破壊エネルギーを算出する（ステップ３０
８）。
ップ３０５）、削孔データファイルとしてフロッピィデ
ィスク等に記録する。削孔データをファイル変換し（ス
テップ３０６）、パーソナルコンピュータ等を用いて、
コマンドにより一括処理して破壊エネルギーを算出する
（ステップ３０７）。図４は、爆薬装填を目的に削孔し
た時に計測した破壊エネルギーの分布を示す。瞬間削孔
速度を用いているため、計算値のバラツキは大きい。そ
こで、平均破壊エネルギーを算出する（ステップ３０
８）。
【００１５】さらに、切羽面コンター図を作成する（ス
テップ３０９）。図５は切羽面コンター図の例である。
比較的狭い掘削範囲においても、破壊エネルギー係数が
異なる領域が複雑に入り組んでいることが分かる。最後
に、切羽面コンター図を出力し（ステップ３１０）、削
孔検層システムで求められた力学的なデータをまとめて
岩盤の硬軟を表す岩級をつけ、地山の亀裂密度を求めて
地質評価を行い（ステップ３１１）、定量的地質データ
１３として発破設計プログラム１１に出力する。
テップ３０９）。図５は切羽面コンター図の例である。
比較的狭い掘削範囲においても、破壊エネルギー係数が
異なる領域が複雑に入り組んでいることが分かる。最後
に、切羽面コンター図を出力し（ステップ３１０）、削
孔検層システムで求められた力学的なデータをまとめて
岩盤の硬軟を表す岩級をつけ、地山の亀裂密度を求めて
地質評価を行い（ステップ３１１）、定量的地質データ
１３として発破設計プログラム１１に出力する。
【００１６】次に、最適発破設計システム１の発破設計
プログラム１１について説明する。発破設計プログラム
１１は、発破パターンに対して削孔検層システム７から
得られた切羽前方の定量的地質データ１３と、切羽画像
処理システム９により得られた地質データ１５を基にし
て、発破パターンを修正する。図６は発破設計プログラ
ムのフローチャートであり、図７は爆薬を装薬する孔の
配置を示す発破のパターンを示す。図７（ａ）におい
て、Ａは周辺孔、Ｂは払い孔、Ｃは芯抜き、Ｄは踏前孔
である。
プログラム１１について説明する。発破設計プログラム
１１は、発破パターンに対して削孔検層システム７から
得られた切羽前方の定量的地質データ１３と、切羽画像
処理システム９により得られた地質データ１５を基にし
て、発破パターンを修正する。図６は発破設計プログラ
ムのフローチャートであり、図７は爆薬を装薬する孔の
配置を示す発破のパターンを示す。図７（ａ）におい
て、Ａは周辺孔、Ｂは払い孔、Ｃは芯抜き、Ｄは踏前孔
である。
【００１７】発破設計プログラムでは、初めに芯抜き孔
Ｃの数と配置、芯抜き形状（ステップ６０１）、踏前孔
Ｄ（ステップ６０２）、周辺孔Ａ（ステップ６０３）、
払い孔Ｂ（ステップ６０４）を決定し、孔番、孔数をチ
ェックし（ステップ６０５）、正しく設定されていない
場合はステップ６０１に戻る。設定が完了すると、爆薬
の種類を決め、薬量を計算し（ステップ６０６）、薬量
を確認し（ステップ６０７）、正しく設定されていない
場合は、ステップ６０１に戻る。
Ｃの数と配置、芯抜き形状（ステップ６０１）、踏前孔
Ｄ（ステップ６０２）、周辺孔Ａ（ステップ６０３）、
払い孔Ｂ（ステップ６０４）を決定し、孔番、孔数をチ
ェックし（ステップ６０５）、正しく設定されていない
場合はステップ６０１に戻る。設定が完了すると、爆薬
の種類を決め、薬量を計算し（ステップ６０６）、薬量
を確認し（ステップ６０７）、正しく設定されていない
場合は、ステップ６０１に戻る。
【００１８】次に、段差割を設定し（ステップ６０
８）、最後に、ステップ６０１〜ステップ６０５で設計
した孔の数と配置をあわせて図７（ａ）に示す発破パタ
ーン図を作成し、出力する（ステップ６０９）。図７
（ａ）は、本発破設計プログラムで出力された発破パタ
ーンである。例えば、図７（ａ）の発破パターンを用い
て発破を実施し（ステップ２０５）、発破パターンの妥
当性を検討したところ（ステップ２０７）妥当でない場
合には、図７（ｂ）に示すように、発破パターンを改良
する（ステップ２０９）。
８）、最後に、ステップ６０１〜ステップ６０５で設計
した孔の数と配置をあわせて図７（ａ）に示す発破パタ
ーン図を作成し、出力する（ステップ６０９）。図７
（ａ）は、本発破設計プログラムで出力された発破パタ
ーンである。例えば、図７（ａ）の発破パターンを用い
て発破を実施し（ステップ２０５）、発破パターンの妥
当性を検討したところ（ステップ２０７）妥当でない場
合には、図７（ｂ）に示すように、発破パターンを改良
する（ステップ２０９）。
【００１９】次に、実際に発破設計プログラム１１を用
いて、爆薬量を一定にし、周辺孔数をパラメータとし
て、発破を行った結果に付いて説明する。図８は、発破
設計プログラム１１によって選られた発破パターンを用
いて、発破を行った際のトンネル内の掘削状態を示す図
の例である。計画された設計掘削線から実掘削線までの
距離すなわち余掘長をＤで表すと、平滑度Ｓは、式
（１）のように定義される。 Ｓ＝（ΔＤ×ｄ）1/2 …（１） ここで、ΔＤ：高低差（余掘長Ｄの最大Ｄｍａｘと最少
Ｄｍｉｎの差） ｄ：標準偏差（余掘長Ｄ及びその差分Ｄｉ−（Ｄｉ＋
１））
いて、爆薬量を一定にし、周辺孔数をパラメータとし
て、発破を行った結果に付いて説明する。図８は、発破
設計プログラム１１によって選られた発破パターンを用
いて、発破を行った際のトンネル内の掘削状態を示す図
の例である。計画された設計掘削線から実掘削線までの
距離すなわち余掘長をＤで表すと、平滑度Ｓは、式
（１）のように定義される。 Ｓ＝（ΔＤ×ｄ）1/2 …（１） ここで、ΔＤ：高低差（余掘長Ｄの最大Ｄｍａｘと最少
Ｄｍｉｎの差） ｄ：標準偏差（余掘長Ｄ及びその差分Ｄｉ−（Ｄｉ＋
１））
【００２０】図９は、周辺部の穿孔間隔／亀裂の平均間
隔と、余掘低減率の関係を示す図である。周辺部の穿孔
間隔は、図７の周辺孔Ａ間の距離である。余掘低減率を
式（２）のように定義し、試験前を１００％とした。 余掘低減率 ＝ 各試験発破時の余掘量／発破パターンによる経験的な余掘量 …（２） 図９により、亀裂の平均間隔及び周辺部の穿孔間隔の比
と余掘低減率の間には高い相関関係があることが分か
る。
隔と、余掘低減率の関係を示す図である。周辺部の穿孔
間隔は、図７の周辺孔Ａ間の距離である。余掘低減率を
式（２）のように定義し、試験前を１００％とした。 余掘低減率 ＝ 各試験発破時の余掘量／発破パターンによる経験的な余掘量 …（２） 図９により、亀裂の平均間隔及び周辺部の穿孔間隔の比
と余掘低減率の間には高い相関関係があることが分か
る。
【００２１】図１０は、周辺部の穿孔間隔と余掘低減率
の関係を示す図である。周辺部の穿孔間隔を減らす、つ
まり孔数を増やすと、余掘低減率をは大きく減少するこ
とが分かる。普通発破の場合、２孔、普通発破より弱い
爆力のＳＢ火薬を用いた場合、８孔増やすと３０％まで
余掘量を減らすことができる。
の関係を示す図である。周辺部の穿孔間隔を減らす、つ
まり孔数を増やすと、余掘低減率をは大きく減少するこ
とが分かる。普通発破の場合、２孔、普通発破より弱い
爆力のＳＢ火薬を用いた場合、８孔増やすと３０％まで
余掘量を減らすことができる。
【００２２】図１１は、周辺部の穿孔間隔と平滑度の関
係を示す図である。孔間隔を狭めると平滑度は向上し、
普通発破よりＳＢ発破のほうがより効果的であることが
分かる。図９から図１１までの結果から、発破設計プロ
グラム１１は、余掘量を低減させ平滑度を向上させるた
め、周辺部の穿孔間隔、火薬の種類に関して発破パター
ンの修正を行う。
係を示す図である。孔間隔を狭めると平滑度は向上し、
普通発破よりＳＢ発破のほうがより効果的であることが
分かる。図９から図１１までの結果から、発破設計プロ
グラム１１は、余掘量を低減させ平滑度を向上させるた
め、周辺部の穿孔間隔、火薬の種類に関して発破パター
ンの修正を行う。
【００２３】このように発破設計プログラム１１では、
余掘量の低減と平滑な壁面の形成という目的に対して、
発破パターンの修正が簡易に行え、所期の効果が得られ
ることが分かった。
余掘量の低減と平滑な壁面の形成という目的に対して、
発破パターンの修正が簡易に行え、所期の効果が得られ
ることが分かった。
【００２４】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、地山の状況に応じて、常に最適な発破パターン
を提示する最適発破設計システムを提供することができ
る。
よれば、地山の状況に応じて、常に最適な発破パターン
を提示する最適発破設計システムを提供することができ
る。
【図１】本発明の実施の形態に係る最適発破設計システ
ム１の構成図
ム１の構成図
【図２】最適発破設計システム１を用いた発破作業を示
すフローチャート
すフローチャート
【図３】削孔検層システム７のフローチャート
【図４】破壊エネルギーの分布を示す図
【図５】切羽面破壊エネルギーコンター図
【図６】発破設計プログラムのフローチャート
【図７】発破のパターン図の例
【図８】発破設計プログラム１１による発破パターンを
用いて発破を行った際のトンネル内の掘削状態を示す図
用いて発破を行った際のトンネル内の掘削状態を示す図
【図９】周辺部の穿孔間隔／亀裂の平均間隔と、余掘低
減率の関係を示す図
減率の関係を示す図
【図１０】周辺部の穿孔間隔と、余掘低減率の関係を示
す図
す図
【図１１】周辺部の穿孔間隔と平滑度の関係を示す図
１…………最適発破設計システム ３…………コンピュータ ５…………発破パターンデータベース ７…………削孔検層システム ９…………切羽画像処理システム １１………発破設計プログラム １３………定量的地質データ １５………地質データ １７………発破パターン １９………穿孔位置、新抜き角度測定
フロントページの続き (72)発明者 宮嶋 保幸 東京都調布市飛田給二丁目19番１号 鹿島 建設株式会社技術研究所内
Claims (3)
- 【請求項１】 複数の発破パターンを記録したデータベ
ースと、前記データベースから検索された発破パターン
を削孔時のデータに基づいて修正する修正手段と、を具
備することを特徴とする最適発破設計システム。 - 【請求項２】 前記削孔時のデータは、削孔時のエネル
ギーに基づいた定量的地質データであることを特徴とす
る請求項１記載の最適発破設計システム。 - 【請求項３】 前記削孔時のデータは、切羽を撮像する
ことによって得られる地質データであることを特徴とす
る請求項１記載の最適発破設計システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23808697A JP3168181B2 (ja) | 1997-09-03 | 1997-09-03 | 最適発破設計システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23808697A JP3168181B2 (ja) | 1997-09-03 | 1997-09-03 | 最適発破設計システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1181855A true JPH1181855A (ja) | 1999-03-26 |
| JP3168181B2 JP3168181B2 (ja) | 2001-05-21 |
Family
ID=17024960
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23808697A Expired - Fee Related JP3168181B2 (ja) | 1997-09-03 | 1997-09-03 | 最適発破設計システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3168181B2 (ja) |
Cited By (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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