JPS6314991A - 地下空洞掘進における発破方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、トンネル或いは大規模地下空洞等の地下空洞
掘進における発破方法に関する。

〔従来の技術〕

一般に、地下空洞掘進においては、穿孔、火薬の装薬、
発破、ずり処理および支保工建込み等の工程を反復する
掘進方法が採用されている。このうち、発破計画におい
て発破効果を増大させるためには、自由面の数を多くす
る程良い結果が得られるが、トンネル内においては切羽
面が唯一の自由面を形成し、非常に制約された状態にあ
る。そこで、まず芯抜き発破により自由面を形成させ、
次に芯抜きによって形成された自由面に対して払い発破
をかけ、順次外側に拡大しながら発破する方法をとって
いる。

従来、上記芯抜き方法には、■カット、ピラミッドカッ
ト、バーンカット、大口径芯抜き法等種々の方法があげ
られる。このうち、■カット、ピラミッドカットは、穿
孔角度を掘進方向の一点に集中させ、進行方向に向けて
模型、ピラミッド型に穿孔するものであるため、１発破
光たりの進行長が掘進断面積により制限され、また、穿
孔精度が発破効果に大きな影響を与える結果、掘進能率
が低下するという欠点がある。

その点、上記バーンカット、大口径芯抜き法等の平行孔
芯抜き法は、１発破光たりの進行長を３ｍ以上と長くす
ることができるので、掘進能率を大幅に向上させること
ができる。第５図は、バーンカフ）の例を示すもので、
トンネルｌの切羽面２に掘進方向に平行に空孔３．３、
・・・および装薬孔４．４、・・・を穿孔し、装薬孔４
．４、・・・に火薬を装填し斉発或いは段発により発破
を行い、自由面として作用する空孔３．３、・・・に向
けて破壊させる方法である。これら空孔および装薬孔の
配置は、上記ボックスカットの他、クローバ−リーフカ
ット、ラインカット等がある。

また、第６図は、大口径芯抜き法の例を示すもので、ト
ンネル１の切羽面２に掘進方向に平行に大口径孔５およ
び装薬孔４．４、・・・を穿孔し、装薬孔４．４、・・
・に火薬を装填し斉発或いは段発により発破を行い、自
由面として作用する大口径孔５に向けて破壊させる方法
であり、また、２つの大口径孔を穿孔するコロマントカ
ットも知られている。

そして、芯抜きにより形成された自由面に向けて、時間
差を付けながら周囲に発破を拡大させてゆき、最後に設
定空洞形成面の近傍に残った岩石を斉発させて地下空洞
を形成するものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来の芯抜き方法においては、芯抜き後に形成され
る自由面が円形断面或いは不規則な断面になるという問
題を有していた。すなわち、自由面が円形断面の場合に
は、続いて行われる払い発破において、破壊応力が円の
接線方向に分散されてしまい、そのぶん穿孔数、装薬量
を増大しなければならない問題が生じるし、自由面が不
規則な断面の場合には、払い発破における装薬孔の配置
、装薬量の設計が困難となり、過装薬或いは弱装薬の原
因となるという問題を生じていた。

また、効果的な芯抜き発破が行われない結果、後続して
行われる払い発破において有効な自由面が形成されず、
ますます後続して行われる発破の効果が悪くなるという
問題を有していた。

また、従来のバーンカット或いは大口径芯抜き法におい
ては、複数本或いは大口径の空孔を穿孔するため、穿孔
時間が増大すると共に穿孔方向を高制度に維持しなけれ
ばならず、掘進能率を低下させる要因となっていた。

さらに、最後に行われる設定空洞形成面の近傍の発破に
おいては、一時に全部の岩石の発破を行うため、破壊応
力が一時に岩盤に作用し、掘削面が荒く仕上げられ、ま
た、岩盤に亀裂を生じさせる等地山に対して悪影響を与
えると言う問題を有していた。また、破壊応力が設定空
洞形成面の接線方向に逃げアーチ状破壊となるため、大
量の火薬を必要とするという問題を有し、とくに都市部
の地下空洞掘進においては問題となっていた。

本発明は、上記した問題を解決するものであって、芯抜
き発破により有効な自由面の数を増大させると共に、自
由面を規則正しく配列させることにより、払い発破にお
ける穿孔数、装薬量を減少させ、掘削時間を短縮させ掘
進能率を向上させるとともに、地山に対する悪影響を防
止する地下空洞掘進における発破方法を提供することを
目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

そのために本発明の地下空洞掘進における発破方法は、
芯抜き部の中心に掘進方向に平行に穿孔される装薬孔、
該装薬孔の周囲に多角形状に平行に穿孔される複数の装
薬孔、該多角形の１方向両側に穿孔される複数の装薬孔
、前記芯抜き部と離間してこれに平行かつ直線状に穿孔
される複数の装薬孔および設定空洞形成面に沿って穿孔
される複数の空孔を有し、前記多角形の１方向両側に穿
孔される複数の装薬孔は、発破後に順次形成される自由
面を底辺とする２等辺三角形の頂点に穿孔され、先ず多
角形状に穿孔された装薬孔を斉発した後、前記中心の装
薬孔を発破し、次いで前記発破後に形成される自由面を
底辺とする２等辺三角形の頂点の装薬孔を順次発破して
断面鋸歯状の自由面を有する芯抜き部を形成し、次いで
前記芯抜き部と平行な装薬孔を順次発破することにより
断面矩形状の自由面を順次形成し、最後に設定空洞形成
面に残った岩石を破砕することを特徴とし、さらには、
芯抜き部の中心に掘進方向に平行に穿孔される装薬孔、
該装薬孔の周囲に多角形状に平行に穿孔される複数の装
薬孔、該多角形の１方向両側に穿孔される複数の装薬孔
、前記芯抜き部と離間してこれに平行かつ直線状に穿孔
される複数の装薬孔および設定空洞形成面に沿って穿孔
される複数の装薬孔を有し、前記多角形の１方向両側に
穿孔される複数の装薬孔は、発破後に順次形成される自
由面を底辺とする２等辺三角形の頂点に穿孔され、先ず
多角形状に穿孔された装薬孔を斉発した後、前記中心の
装薬孔を発破し、次いで前記発破後に形成される自由面
を底辺とする２等辺三角形の頂点の装薬孔を順次発破し
て断面鋸歯状の自由面を有する芯抜き部を形成し、次い
で前記芯抜き部と平行な装薬孔を順次発破することによ
り断面矩形状の自由面を順次形成し、最後に設定空洞形
成面に残った岩石をブロック毎に時間差をつけて発破す
ることを特徴とするものである。

〔作用〕

本発明の地下空洞掘進における発破方法においては、先
ず断面が多角形状の自由面を形成させ、次に断面が鋸歯
状の自由面を形成させ、以下順次矩形状の自由面を形成
させるように発破を行い、最後に設定空洞形成面に残っ
た岩石を破砕若しくはブロック毎に時間差をつけて発破
を行う。

〔実施例〕

以下、実施例を図面を参照しつつ説明する。

第１図は本発明の地下空洞掘進における発破方法の１実
施例を示す図、第２図は第１図の実施例における芯抜き
方法を説明するための図、第３図は本発明の他の実施例
を示す図、第４図は第３図の実施例におけるスリット形
成方法を説明するための図である。図において、Ａは芯
抜き孔、Ｂは心動孔、Ｃ−Ｌはブロック、２−ｗ　ｑは
装薬孔、６〜１１は装薬孔、１２は設定空洞形成面、１
９はスリット、２０は切削パイプ、２２はノズル、２３
は方向指示装置、２４は円板状スリット、２５は亀裂を
示す。

第１図の実施例において、芯抜き孔Ａおよび心動孔Ｂに
後述する方法により装薬孔を掘進方向に平行に穿孔する
と共に、芯抜き孔Ａおよび心動孔Ｂの上部および下部に
これに平行に装薬孔６．６、・・・および７．７、・・
・を穿孔し、さらに装薬孔６．６、・・・の上部にこれ
に平行に順次装薬孔８．８、・・・、９．９、・・・お
よび１０，１０．・・・を穿孔する。

また、トンネルの設定空洞形成面１２に沿って多数の装
薬孔または空孔１１．１１、・・・を穿孔する。

空孔のみによる発破の場合には、穿孔数を多くしより高
密度に穿孔する必要がある。

上記芯抜き部の穿孔は、第２図に示すように、芯抜き孔
Ａの中心に装薬孔ａを掘進方向に平行に穿孔し、その周
囲に正六角形状に６個の装薬孔ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｒ、ｇ
を平行に穿孔する。また、芯抜き孔Ａの水平方向両側の
心動孔Ｂ、Ｂには、下記に述べる位置に装薬孔り、ｉ、
ｊ、に、Ｉ、ｍ、ｎ、０、ｐ、ｑ、・・・を穿孔する。

ｈ、ｉ・・・前記装薬孔ｃ−ｄ問および装薬孔ｒ−ｇ間
を底辺とするそれぞれの正三角形の頂点。

Ｌ　ｋ、Ｉ　Ｓｍ・＝装薬孔ｂ−ｈ間、ｈ−ｅ間、ｅ−
４問およびｉ−ｈ間を底辺とするそれぞれの正三角形の
頂点。

ｎ、ｏ、ｐ、ｑ・・・装薬孔３−ｈ間、ｈ−に間、ｉ−
１問およびｉ　−ｍ間を底辺とするそれぞれの正三角形
の頂点。

以下順次この方法により芯抜き孔への水平方向両側に装
薬孔を穿孔してゆく。

次に、発破方法について説明すると、各装薬孔に火薬を
装填した後、先ず正六角形状に穿孔された装薬孔す、ｃ
、ｄ、ｅ、ｒ−＝　ｇを斉発させると、中心の装薬孔ａ
の周囲にクラックが生じ、次いで、中心の装薬孔ａを段
発させる。その結果、芯抜き孔Ａは正六角柱状に芯抜き
され、次に、得られた自由面ｃ−ｄおよびｇ−ｒに向け
て装薬孔り、　　ｉを段発させると、ｂ−ｈ間、ｈ−ｅ
間、ｅ−４問およびｉ−ｈ間に自由面が形成される。次
に、これら自由面ｂ−ｈ、　ｈ−ｅ、　ｅ−ｉおよびｉ
−ｂに向けて装薬孔ｊ、ｋ、ｌ、ｍを発破させると、ｊ
−ｈ間、ｈ−に間、ｉ−１問およびｉ　−ｍ間に自由面
が形成される０次に、これら自由面ｊ−ｈ、ｈ−に、ｉ
−１およびｉ　−ｍに向けて装薬孔ｎ、０ｓｐＳｑを発
破させる。以下、順次形成される自由面に対して段発発
破を行うことにより、芯抜き孔Ａの水平方向両側に断面
鋸歯状の自由面を有する心動孔Ｂ、Ｂを形成する。

そして、形成された芯抜き部は、自由面の数が多くかつ
規則正しく配列された断面鋸歯状の空洞となり、次に、
この自由面に向けて装薬孔６．６、・・・および７．７
、・・・を発破させると、容易に岩石が破壊され、断面
矩形状の自由面を有する空洞部が形成され、以下、順次
形成される矩形状の自由面に向けて装薬孔８．８、・・
・、９．９、・・・および１０．１０、・・・を段発に
より発破させ、最後に設定空洞形成面１２の周囲の岩石
を破砕する。

この場合、設定空洞形成面１２に沿って穿孔される孔を
空孔としたときは、高密度で多数の空孔１１．１１、・
・・間に亀裂が生じ、容易に岩盤から切離される。

一方、設定空洞形成面１２に沿って穿孔された孔を装薬
孔としたときは、装薬孔１１．１１、・・・を複数のブ
ロックＣ，ＤＳＥ、Ｆ、、Ｇ、Ｈ１■、Ｊ、に、Ｌに分
割し、各ブロック毎に時間差をつけて発破を行うもので
ある。

次に、第３図の実施例について説明すると、第１図の実
施例と比較して、装薬孔の配置、段発の順序は同一であ
るが、相違する点は、芯抜き孔Ａおよび心動孔Ｂ、Ｂの
装薬孔の内、中心の装薬孔ａを除く装薬孔す、ｃ、ｄ、
・・・、Ｏｓｐ、ｑ・・・或いは、設定空洞形成面１２
に沿って形成された装薬孔または空孔１１．１１、・・
・の両側面に、スリット１９．１９、・・・を形成させ
た点、および装薬孔ａＳｂ、ｃ、ｄ、−・、ｏ、ｐ、ｑ
”・の全部または一部の孔尻に円板状スリット２４．２
４、・・・を形成させた点である。該スリット１９は、
各装薬孔の孔長全長にわたり、かつ発破により形成すべ
き自由面にそって切削される。

上記スリット１９の形成方法を第４図により説明すると
、全装薬孔を穿岩機により穿孔した後、高圧力水発生装
置（図示せず）に連結したスリット切削パイプ２０を、
各装薬孔に順次、或いは同時に複数基挿入する。該スリ
ット切削パイプ２０の先端にはノズル２２．２２が設け
られ、スリット切削パイプ２０を前進させながら高圧力
水をノズル２２．２２から噴射させると、装薬孔の側面
全長にわたりスリット１９．１９、・・・が形成される
。その際、各装薬孔にスリット１９．１９、・・・を発
破により形成すべき自由面にそって切削するために、ノ
ズルの位置を調整する方向指示装置２３が設けられてい
る。

さらに、スリット切削パイプ２０が前進し、各装薬孔の
孔底に到達すると、スリット切削パイプ２０を回転させ
、ノズル２２．２２から噴射される高圧水により各装薬
孔の孔底を円板状に切削し、円板状スリット２４．２４
を形成する。なお、該円板状スリット２４は、中心の装
薬孔ａを含めた全部の装薬孔に形成させてもよいし、一
部の装薬孔に形成させてもよい。

なお、スリットの形成方法は、上記高圧水により形成す
る方法に限定されるものではなく、穿岩機にスリット切
削用のチップを取付けて形成するようにしてもよい。

その作用について説明すると、芯抜き部の装薬孔を発破
させると、第３図に示すように破壊応力分布は、隣接す
る装薬孔または空孔のスリット１９．１９を横軸とした
略楕円形となり、隣接する装薬孔間にスリット１９．１
９を介して亀裂２５が生じ、第２図に示した実施例より
もさらに自由面が規則正しく配列されることになる。ま
た、装薬孔の全部または一部に形成された円板状スリッ
ト２４．２４、・・・により、各装薬孔の孔尻において
地山と縁切りされる方向に亀裂が生しるので、芯抜き効
果はさらに増大し、後続して行われる払い発破の効果が
さらに増大する。また、設定空洞形成面１２に沿って形
成された装薬孔または空孔１１．１１、・・・において
も、隣接する装薬孔または空孔間にスリット１９．１９
を介して亀裂２５が生じ、岩盤から容易に切り離される
ことになる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、
種々の変更が可能である。たとえば、上記実施例におい
ては、正六角形状に装薬孔を穿孔しているが、三角形等
多角形状でも同様な効果が奏されるものである。

また、上記実施例においては、芯抜き孔Ａの水平方向両
側に心動孔Ｂ、Ｂを形成するようにしているが、水平方
向両側ではなく、垂直上下方向でもよいし斜め方向両側
に穿孔してもよい。

さらに、上記実施例においては、２つの装薬孔間を底辺
とする正三角形の頂点に、心動孔Ｂ、Ｂを形成する装薬
孔を穿孔しているが、２等辺三角形の頂点に穿孔しても
よい。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、先ず
断面が多角形状の自由面を形成させ、次に断面が鋸歯状
の自由面を形成させ、以下順次矩形状の自由面を形成さ
せるように発破を行い、最後に設定空洞形成面に残った
岩石を破砕或いはブロック毎に時間差をつけて発破を行
うので、払い発破における穿孔数、装薬量を減少させる
と共に、穿孔時間を短縮させ掘進能率を向上させること
ができる。また、払い発破における穿孔数、装薬孔の配
置、装薬量等の発破計画が容易になる。

また、設定空洞形成面に残った岩石は、効果的に破砕さ
れると共に、設定空洞形成面の仕上がり面が平滑になり
、岩盤への亀裂の発生等地山に対する悪影響を防止する
ことができる。

また、心抜きにおいて複数本或いは大口径の空孔を穿孔
する必要がなく、掘進能率をより向上させることができ
る。

さらに、装薬孔または空孔にスリットおよび円板状スリ
ットを形成した場合には、各装薬孔または空孔のこれら
スリット間に亀裂が生し、より発破効果を増大させるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の地下空洞掘進における発破方法の１実
施例を示す図、第２図は第１図の実施例における芯抜き
方法を説明するための図、第３図は本発明の他の実施例
を示す図、第４図は第３図の実施例におけるスリット形
成方法を説明するための図、第５閲および第６０は従来
の芯抜き法を説明するための図である。 Ａ・・・芯抜き孔、Ｂ・・・心動孔、Ｃ−Ｌ・・・ブロ
ック、ａ　−ｑ・・・装薬孔、６〜１１・・・装薬孔、
１２・・・設定空洞形成面、１９・・・スリット、２０
・・・切削パイプ、２２・・・ノズル、２３・・・方向
指示装置、２４・・・円板状スリット、２５・・・亀裂
。 出　願　人　　　　清水建設株式会社 代理人弁理士　　　阿部龍吉（外２名）第４図 ↑ 手自ｉ／ｉ　フ１（ 第３図

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）芯抜き部の中心に掘進方向に平行に穿孔される装
   薬孔、該装薬孔の周囲に多角形状に平行に穿孔される複
   数の装薬孔、該多角形の１方向両側に穿孔される複数の
   装薬孔、前記芯抜き部と離間してこれに平行かつ直線状
   に穿孔される複数の装薬孔および設定空洞形成面に沿っ
   て穿孔される複数の空孔を有し、前記多角形の１方向両
   側に穿孔される複数の装薬孔は、発破後に順次形成され
   る自由面を底辺とする２等辺三角形の頂点に穿孔され、
   先ず多角形状に穿孔された装薬孔を斉発した後、前記中
   心の装薬孔を発破し、次いで前記発破後に形成される自
   由面を底辺とする２等辺三角形の頂点の装薬孔を順次発
   破して断面鋸歯状の自由面を有する芯抜き部を形成し、
   次いで前記芯抜き部と平行な装薬孔を順次発破すること
   により断面矩形状の自由面を順次形成し、最後に設定空
   洞形成面に残った岩石を破砕することを特徴とする地下
   空洞掘進における発破方法。
2. （２）芯抜き部の中心の装薬孔を除く全部または一部の
   装薬孔若しくは空孔の両側面全長にわたり、形成すべき
   自由面に沿ってスリットを形成したことを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の地下空洞掘進における発破方
   法。
3. （３）装薬孔若しくは空孔の全部または一部の孔尻に円
   板状スリットを形成したことを特徴とする特許請求の範
   囲第２項記載の地下空洞掘進における発破方法。
4. （４）芯抜き部の中心に掘進方向に平行に穿孔される装
   薬孔、該装薬孔の周囲に多角形状に平行に穿孔される複
   数の装薬孔、該多角形の１方向両側に穿孔される複数の
   装薬孔、前記芯抜き部と離間してこれに平行かつ直線状
   に穿孔される複数の装薬孔および設定空洞形成面に沿っ
   て穿孔される複数の装薬孔を有し、前記多角形の１方向
   両側に穿孔される複数の装薬孔は、発破後に順次形成さ
   れる自由面を底辺とする２等辺三角形の頂点に穿孔され
   、先ず多角形状に穿孔された装薬孔を斉発した後、前記
   中心の装薬孔を発破し、次いで前記発破後に形成される
   自由面を底辺とする２等辺三角形の頂点の装薬孔を順次
   発破して断面鋸歯状の自由面を有する芯抜き部を形成し
   、次いで前記芯抜き部と平行な装薬孔を順次発破するこ
   とにより断面矩形状の自由面を順次形成し、最後に設定
   空洞形成面に残った岩石をブロック毎に時間差をつけて
   発破することを特徴とする地下空洞掘進における発破方
   法。
5. （５）芯抜き部の中心の装薬孔を除く全部または一部の
   装薬孔の両側面全長にわたり、形成すべき自由面に沿っ
   てスリットを形成したことを特徴とする特許請求の範囲
   第４項記載の地下空洞掘進における発破方法。
6. （６）装薬孔の全部または一部の孔尻に円板状スリット
   を形成したことを特徴とする特許請求の範囲第５項記載
   の地下空洞掘進における発破方法。