JP5200311B1 - 破砕方法 - Google Patents

Abstract

【課題】岩盤、コンクリート構造物や岩石などの被破砕物を効率的に破砕する。
【解決手段】岩盤、コンクリート構造物や岩石などの被破砕物１に削孔２を形成する第１工程と、破砕力発生部材３、楔部材４および可動部材５、５をこの順序で削孔２内に挿入し、破砕力発生部材３に近接した位置で楔部材４を削孔２の形成方向に移動自在に配置するとともに、楔部材４に形成される傾斜面に対して可動部材５、５を摺動自在に配置する第２工程と、削孔２内で破砕力発生部材３により破砕力を発生させ、当該破砕力により楔部材４を削孔２の開口側に移動させることで可動部材５、５を削孔２の内壁面に押圧して被破砕物１を破砕する第３工程とを備える。
【選択図】図１

Description

この発明は、岩盤、コンクリート構造物や岩石などの被破砕物を破砕する破砕方法に関するものである。

本願発明者は、被破砕物に形成した削孔内に楔部材および複数の可動部材を配置した後、楔部材を削孔の形成方向とほぼ平行に駆動することによって可動部材を削孔の内壁面に移動させて圧力を与え、被破砕物を破砕する技術を創作した（特許文献１、２等）。

特許第３３２３４９２号公報 特許第３３８１１６３号公報

これらの従来技術では、被破砕物に破砕力を与えるための破砕力発生部材として油圧ジャッキを用いている。油圧ジャッキは被破砕物の表面上に配置され、削孔内の楔部材を表面側に引き上げて被破砕物の破砕を実行する。したがって、削孔の表面近傍部位を効率的に破砕するのに有効な手段であるが、削孔の底面部位近傍まで破砕するためには、上記破砕処理を繰り返して行う必要がある。また、破砕処理を繰り返すためには、次の破砕処理を行う前に被破砕物の表面を平坦に整地した上で油圧ジャッキを再配置する必要がある。このように、従来技術では比較的深い削孔の周囲を効率的に破砕することが難しかった。

この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、岩盤、コンクリート構造物や岩石などの被破砕物を効率的に破砕する技術を提供することを目的とする。

この発明にかかる破砕方法は、上記目的を達成するため、岩盤、コンクリート構造物や岩石などの被破砕物に削孔を形成する第１工程と、削孔の周囲を破砕するための破砕力を発生させる破砕力発生部材、楔部材および可動部材をこの順序で削孔内に挿入し、破砕力発生部材に近接した位置で楔部材を削孔の形成方向に移動自在に配置するとともに、楔部材に形成される傾斜面に対して可動部材を摺動自在に配置する第２工程と、削孔内で破砕力発生部材により破砕力を発生させ、当該破砕力により楔部材を削孔の開口側に移動させることで可動部材を削孔の内壁面に押圧して被破砕物を破砕する第３工程とを備えている。

このように構成された発明では、破砕力発生部材が削孔内で、かつ楔部材および可動部材よりも削孔底面側に配置される。そして、破砕力発生部材から発生する破砕力によって楔部材が削孔の開口側に移動する。この移動に伴い可動部材が傾斜面上を摺動して削孔の内壁面に押圧して被破砕物を破砕する。したがって、破砕力発生部材から破砕力の発生により、削孔の開口に比較的近い位置はもちろんのこと比較的深い位置についても破砕することができ、優れた効率で被破砕物を破砕することができる。

ここで、第２工程において、破砕力発生部材、楔部材および可動部材の配置後に、削孔内に例えば砂や土などの充填部材を挿入して削孔を密封してもよく、これにより破砕力発生部材から発生した破砕力が削孔から外部に抜けるのを防止し、楔部材に効率良く与えられる。その結果、被破砕物の破砕効率を高めることができる。また、破砕処理に伴い発生する破砕片が削孔内から噴出するのを防止して作業性を高めることができる。

また、破砕力発生部材としては、火薬、非火薬破砕薬または放電衝撃発生部材を用いることができる。この場合、破砕力発生部材を作動させるための導線を楔部材に設けられた案内孔に挿通して破砕力発生部材に接続してもよく、導線を介して破砕力発生部材を作動させて破砕力を確実に発生させることができる。もちろん、破砕力発生部材はこれらに限定されるものではなく、静的破砕材を破砕力発生部材として用いることも可能である。

本発明にかかる破砕方法の第１実施形態を示す図である。 図１の破砕方法で用いる楔部材および可動部材の構成を示す斜視図である。 本発明にかかる破砕方法の第２実施形態を示す図である。 図３の破砕方法で用いる楔部材および可動部材の構成を示す斜視図である。 本発明にかかる破砕方法の第３実施形態を示す図である。 図５の破砕方法で用いる楔部材および可動部材の構成を示す斜視図である。 本発明にかかる破砕方法の他の実施形態を示す図である。

図１は本発明にかかる破砕方法の第１実施形態を示す図である。また、図２は図１の破砕方法で用いる楔部材および可動部材の構成を示す斜視図である。図１（ａ）は破砕力発生部材を作動させる前の状態を示す一方、図１（ｂ）は破砕力発生部材を作動させたときの状態を模式的に示している。また、図１中の下欄は断面構造を示す一方、上欄は断面構造図中のＡ−Ａ線矢視図である。なお、これらの点については、後で説明する図３および図５においても同様である。

図１に示す実施形態では、破砕力発生部材として火薬を用いており、次の手順で破砕処理を実行する。まず、岩盤、コンクリート構造物や岩石などの被破砕物１に対して（−Ｚ）方向に削孔２を形成する（第１工程）。

次に、削孔２の開口２１から削孔２の内部に、破砕力発生部材３、楔部材４、可動部材５、５をこの順序で挿入した後、砂や土を充填部材６として挿入して削孔２を密閉する（第２工程）。本実施形態では、複数本の火薬と電気雷管を束ねたものを破砕力発生部材３として用いている。この破砕力発生部材３には導線７の一方端が電気雷管に接続されるとともに、導線７が楔部材４の回転中心を貫いて設けられた案内孔４１を通って削孔２の外側に延びている。なお、導線７の他方端については電気発破器（図示省略）に接続する。

楔部材４は、図２に示すように、基台部位４２と、楔部位４３とを一体化したものである。基台部位４２は削孔２の内径と同一または若干小さい外径を有する円盤形状を有しており、すっぽりと削孔２内に挿入自在となっている。そして、基台部位４２の上面から楔部位４３が（＋Ｚ）方向に立設されている。楔部位４３は、Ｘ方向の幅が一定でありながら、基台部位４２から離れるにしたがってＹ方向に薄くなっており、マイナスドライバーの先端形状や平たがねの先端形状と類似した先細り形状を有している。このように楔部材４はＺ方向に延びる回転中心軸ＡＸに対して（＋Ｙ）方向側および（−Ｙ）方向側に傾斜面４４を有している。また、回転中心軸ＡＸ（図２）に沿って案内孔４１が穿設されており、上記したように導線７を挿通自在となっている。このように構成された楔部材４を、本実施形態では基台部位４２側から削孔２内に挿入し、図１（ａ）に示すように破砕力発生部材３に対して削孔２の開口２１側（＋Ｚ方向側）に近接して配置する。

各可動部材５は、楔部材４の傾斜面４４に対して摺動自在な摺動面５１を有している。また図２に示すように、Ｙ方向において摺動面５１に対して反対側の面５２は削孔２の内壁面２２とほぼ同一曲率を有する凸面形状に仕上げられている。このように構成された可動部材５を、本実施形態では凸面５２を削孔２の内壁面２２に向けた状態で削孔２の内部に挿入し、図１（ａ）に示すように摺動面５１を傾斜面４４に当接させる。なお、同図（および後で説明する図３、図５および図７）では、傾斜面４４および摺動面５１の理解を容易にするために、敢えて両面を若干離間させて図示しているが、実際には両者は当接して相対的に摺動自在となっている。

このようにして破砕力発生部材３、楔部材４および可動部材５、５をこの順序で削孔２の内部に挿入すると、破砕力発生部材３上に楔部材４が配置され、その楔部材４の傾斜面４４と削孔２の内壁面２２とに挟まれるように可動部材５がＹ方向に振り分けて配置される。この段階では、削孔２内では上方に空隙が残っているため、当該空隙に対して砂や土などの充填部材６を挿入し、図１（ａ）に示すように削孔２を密閉する。こうして、破砕処理を実行するための破砕装置（破砕力発生部材３、楔部材４、可動部材５、５）の設定作業が完了する。

その後、適当なタイミングで電気発破器のスイッチをＯＮにし、これによって導線７を介して電気エネルギーが電気雷管に与えられ、電気雷管の発火により火薬を爆破させる（第３工程）。これによって、図１（ｂ）に示すように、破砕力発生部材３から発生した爆発力Ｐ（図２）が楔部材４の基台部位４２に与えられ、楔部材４が削孔２の開口２１側（＋Ｚ方向側）に移動され、可動部材５、５をＹ方向に押し広げる。つまり、この移動に伴って、（＋Ｙ）方向側可動部材５が傾斜面４４上を楔部材４に対して相対的に摺動しながら（＋Ｙ）方向に移動するとともに（−Ｙ）方向側可動部材５が傾斜面４４上を楔部材４に対して相対的に摺動しながら（−Ｙ）方向に移動する。これによって、可動部材５、５が削孔２の内壁面２２を圧力Ｐ２（図２）で押圧し、削孔２の周囲を破砕する。

以上のように、本実施形態によれば、削孔２の内部において、その内底面に破砕力発生部材３を配置するとともに破砕力発生部材３に対して削孔２の開口２１側、つまり（＋Ｚ）方向側に楔部材４を配置している。そして、当該破砕力発生部材３を構成する火薬を点火して爆発させ、その爆発力（破砕力）Ｐにより楔部材４を削孔２の開口２１側に移動させ、可動部材５、５を削孔２の内壁面２２に押圧して被破砕物１を破砕する。したがって、１回の破砕処理によって削孔２の周囲を破砕することができ、優れた効率で被破砕物１の破砕を行うことができる。

また、本実施形態では、破砕力発生部材３を削孔２の内底面に配置して削孔２の最深層位置まで破砕しているが、削孔２の中間深さ位置までを破砕し、深層位置までの破砕を行わない場合には、破砕力発生部材３を中間深さ位置に配置すればよい。このように破砕すべき領域の深さをコントロールしながら被破砕物１を破砕することができ、作業の汎用性に優れている。

また、本実施形態では、削孔２内で火薬を爆発させて破砕処理を行っており、この点では従来から多用されている火薬破砕技術、つまり火薬の爆発力をそのまま利用して被破砕物１を破砕する技術と近似している。しかしながら、本実施形態では、爆発力Ｐにより楔部材４を移動させ、その移動によって可動部材５、５を削孔２の内壁面２２に押圧させて破砕しているため、爆発力Ｐが直接内壁面２２に作用する場合よりも大きな力Ｐ２が内壁面２２に作用する。例えば、図２に示すように、楔部位４３の角度を２αとしたとき、傾斜面４４がＸＹ平面と交差する角度θは、（９０゜−α）である。ここで、楔部材４に与えられて楔部材４を可動部材５、５の間に押し込む力は爆発力Ｐであり、可動部材５により削孔２の内壁面２２を押し広げる力Ｐ２は、Ｐ・tanθである。なお、本実施形態では、２つの可動部材５、５を用いてＹ方向に押し広げているため、各可動部材５により与えられる力は（Ｐ２／２）となる。例えば、爆発力Ｐが２８０［ｔ］であり、角度αが０．９９９８６０６［度］に設定された場合、破砕に寄与する力（Ｐ２／２）は８０２１．７［ｔ］になる。また、本実施形態では、可動部材５、５の配置を調整することで優先的に破砕される方向を制御することができ、このことは、破砕方向を制御することが困難な火薬破砕技術に比べて有利な作用効果といえる。

さらに、本実施形態では、破砕力発生部材３、楔部材４および可動部材５、５の削孔２への挿入・配置後に、削孔２内に砂や土などの充填部材６を挿入して削孔２を密封しているため、破砕力発生部材３から発生した爆発力（破砕力）が削孔２から外部に抜けるのを防止し、楔部材４に効率良く与えられ、効率的に被破砕物１を破砕することができる。また、破砕処理に伴い発生する破砕片が削孔２内から噴出するのを防止して作業性を高めることができる。

図３は本発明にかかる破砕方法の第２実施形態を示す図である。また、図４は図３の破砕方法で用いる楔部材および可動部材の構成を示す斜視図である。この第２実施形態が第１実施形態と大きく相違する点は、可動部材５が１つである点と、それに対応して楔部材４に設けられる傾斜面４４が単数である点とであり、その他の基本構成は第１実施形態と同一である。したがって、以下においては、相違点を中心に説明し、同一構成については同一符号を付して説明を省略する。

第２実施形態で使用する楔部材４では、図４に示すように、基台部位４２から立設された楔部位４３は可動部材５と対向する側（本実施形態では、（−Ｙ）方向側）に設けられれた傾斜面４４と、傾斜面４４と反対側（本実施形態では、（＋Ｙ）方向側）に設けられれた湾曲側面４５とを有している。この湾曲側面４５は削孔２の内壁面２２とほぼ同一曲率を有する凸面形状に仕上げられており、湾曲側面４５が基台部位４２の湾曲側面と一致するように楔部位４３は基台部位４２に対して一体的に取り付けられている。

そして、上記のように構成された楔部材４と、１つの可動部材５と、破砕力発生部材３とで構成される破砕装置を用いて破砕処理を実行する。すなわち、第１実施形態と同様に、岩盤、コンクリート構造物や岩石などの被破砕物１に対してＺ方向に削孔２を形成した（第１工程）後、当該削孔２の開口２１から削孔２の内部に、破砕力発生部材３、楔部材４、可動部材５をこの順序で挿入する。これにより、破砕力発生部材３上に楔部材４が配置され、その楔部材４の傾斜面４４と削孔２の内壁面２２とに挟まれるように可動部材５が（−Ｙ）方向側にのみ配置される。一方、削孔２に楔部材４がすっぽりと挿入されることで、楔部材４の湾曲側面４５は削孔２の内壁面２２と接触あるいは近接した状態で対面している。なお、この段階では、削孔２内で上方に空隙が残っているため、第１実施形態と同様に、当該空隙に対して砂や土などの充填部材６を挿入し、図３（ａ）に示すように削孔２を密閉する。こうして、破砕処理を実行するための破砕装置の設定作業が完了すると、適当なタイミングで電気発破器のスイッチを操作して火薬を爆破させる（第３工程）。これによって、図３（ｂ）に示すように、破砕力発生部材３から発生した爆発力が楔部材４の基台部位４２に与えられ、楔部材４が削孔２の開口２１側（＋Ｚ方向側）に移動され、可動部材５を（−Ｙ）方向に押し遣る。つまり、この移動に伴って、単一の可動部材５が傾斜面４４上を摺動しながら（−Ｙ）方向に移動する。これによって、楔部材４の湾曲側面４５および可動部材５が削孔２の内壁面２２を押圧し、削孔２の周囲を破砕する。

以上のように、第２実施形態では、可動部材５の個数が１個であるものの、第１実施形態と同様にして１回の破砕処理によって削孔２の周囲を効率的に破砕することができる。

図５は本発明にかかる破砕方法の第３実施形態を示す図である。また、図６は図５の破砕方法で用いる楔部材および可動部材の構成を示す斜視図である。この第３実施形態が第１実施形態と大きく相違する点は、可動部材５が４つである点と、それに対応して楔部材４に設けられる傾斜面４４が４面である点とであり、その他の基本構成は第１実施形態と同一である。したがって、以下においては、相違点を中心に説明し、同一構成については同一符号を付して説明を省略する。

第３実施形態で使用する楔部材４では、図６に示すように、基台部位４２から立設された楔部位４３は四角錐台形状を有しており、回転中心軸ＡＸに対して（＋Ｙ）方向側、（−Ｙ）方向側、（＋Ｘ）方向側および（−Ｘ）方向側に傾斜面４４を有している。なお、同図においては、各可動部材５の構成および傾斜面４４との位置関係を理解し易いように、（＋Ｘ）方向側可動部材５を除いた状態で図示されている。

また、各可動部材５は、楔部材４の傾斜面４４に対して摺動自在な摺動面５１を有している。また図６に示すように、摺動面５１に対して反対側の面５２は削孔２の内壁面２２とほぼ同一曲率を有する凸面形状に仕上げられている。

そして、上記のように構成された楔部材４と、４つの可動部材５と、破砕力発生部材３とで構成される破砕装置を用いて破砕処理を実行する。すなわち、第１実施形態と同様に、岩盤、コンクリート構造物や岩石などの被破砕物１に対してＺ方向に削孔２を形成した（第１工程）後、当該削孔２の開口２１から削孔２の内部に、破砕力発生部材３、楔部材４、可動部材５をこの順序で挿入する。これにより、破砕力発生部材３上に楔部材４が配置され、その楔部材４の楔部位４３を（＋Ｘ）方向、（−Ｘ）方向、（＋Ｙ）方向および（−Ｙ）方向から可動部材５が取り囲みながら各可動部材５が傾斜面４４と削孔２の内壁面２２とに挟まれるように配置される。なお、この段階では、削孔２内で上方に空隙が残っているため、第１実施形態と同様に、当該空隙に対して砂や土などの充填部材６を挿入し、図５（ａ）に示すように削孔２を密閉する。こうして、破砕処理を実行するための破砕装置の設定作業が完了すると、適当なタイミングで電気発破器のスイッチを操作して火薬を爆破させる（第３工程）。これによって、図５（ｂ）に示すように、破砕力発生部材３から発生した爆発力が楔部材４の基台部位４２に与えられ、楔部材４が削孔２の開口２１側（＋Ｚ方向側）に移動され、楔部位４３を中心として４つの可動部材５が放射状に押し広げられる。これによって、可動部材５が削孔２の内壁面２２を４方向に押圧し、削孔２の周囲を破砕する。

以上のように、第３実施形態では、第１実施形態と同様の作用効果が得られるのみならず、削孔２の内壁面に対する可動部材５の押圧方向が４方向となり、削孔２の周囲を第１実施形態や第２実施形態よりも細かく破砕することが可能となる。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記第１実施形態ないし第３実施形態では、破砕力発生部材３として火薬、例えばカヤソフト、カヤマイト、３号桐ダイナマイト（これらは日本化薬株式会社製の商品名）、硝安油剤爆薬（ＡＮ−ＦＯ爆薬）などを用いているが、破砕の際に発生する騒音、振動を抑えるように設定された岩盤・コンクリート破砕器（日本化薬株式会社製の「ＳＬＢ」）を用いてもよい。また、これらの代わりに、ガンザイザー（登録商標）、ダイレックス（日興技化株式会社の商品名）などの非火薬破砕薬を用いてもよい。また、放電による衝撃力を用いて破砕する放電衝撃破砕装置（国土交通省の新技術情報提供システム「NETIS」の登録番号：ＫＫ−０５００４７−Ａ）を用いてもよい。この放電衝撃破砕装置では、放電カートリッジが破砕力発生部材として機能し、放電カートリッジに対して導線７を介して電気エネルギーを供給して衝撃力を破砕力として放出する。

また、Ｓマイト（住友大阪セメント株式会社の商品名）やブライスター（太平洋マテリアル株式会社の商品名）やＨＰロックトーン（河合石灰興業株式会社の商品名）などの静的破砕材を本発明の「破砕力発生部材」として用いてもよい。ただし、静的破砕材を用いる場合には、導線７の配線は不要であり、削孔２内に配置した時点より膨張するため、静的破砕材から発生する膨脹力（破砕力）がリークするのを防止すべく、案内孔４１を塞いでおく、あるいは案内孔４１を設けていない楔部材４を用いるのが望ましい。また、リーク防止のために、破砕力発生部材３と楔部材４との間に、削孔２の内径よりも大きな外径寸法を有するゴムシートやクッションシートなどシート状部材を配置してもよい。

また、上記第１実施形態ないし第３実施形態では、１つの削孔２に対して１組の破砕力発生部材３、楔部材４および可動部材５を挿入して破砕処理を行っているが、１つの削孔２に対して複数組、例えば図７に示すように破砕力発生部材３、楔部材４および可動部材５を２組挿入して破砕処理を行ってもよい。この場合、破砕力発生部材３を同時に点火しても良いし、タイミングをずらして点火して破砕処理を行うように構成してもよい。また、各破砕力発生部材３の爆発力を互いに相違させてもよい。また、複数の破砕力発生部材３をすべて同一種類で構成し、それらを使用してもよいし、互いに異なる種類を組み合わせて使用してもよい。

また、上記実施形態では、可動部材５を削孔２の形成方向（Ｚ方向）と直交する方向に移動させて削孔２の内壁面２２を押圧しているが、押圧方向はこれに限定されるものではなく、例えば削孔形成方向と鋭角をなし、かつ被破砕物１の表面に向いた方向に設定してもよい。

また、削孔２の内周面と当接する可動部材５の面５２を湾曲面に仕上げているが、当該面５２に突起部を設けて押圧力を突起部に集中させるように構成してもよい。

また、可動部材５の個数は、単数（第２実施形態）、２個（第１実施形態）、４個（第３実施形態）に限定されるものではなく、任意である。

さらに、破砕処理を行う際には、削孔２の開口２１を覆うように、被破砕物１の表面に防爆シートなどのシートを敷設するのが更に好適である。

この発明は、地盤、コンクリート構造物や岩石などの被破砕物を破砕する破砕方法全般に適用することができる。

１…被破砕物
２…削孔
３…破砕力発生部材
４…楔部材
５…可動部材
６…充填部材
７…導線
２１…開口
２２…内壁面
４１…案内孔
４４…傾斜面
５１…摺動面

Claims (5)

1. 岩盤、コンクリート構造物や岩石などの被破砕物に削孔を形成する第１工程と、
   前記削孔の周囲を破砕するための破砕力を発生させる破砕力発生部材、楔部材および可動部材をこの順序で前記削孔内に挿入し、前記破砕力発生部材に近接した位置で前記楔部材を前記削孔の形成方向に移動自在に配置するとともに、前記楔部材に形成される傾斜面に対して前記可動部材を摺動自在に配置する第２工程と、
   前記削孔内で前記破砕力発生部材により破砕力を発生させ、当該破砕力により前記楔部材を前記削孔の開口側に移動させることで前記可動部材を前記削孔の内壁面に押圧して前記被破砕物を破砕する第３工程と
   を備える破砕方法。
2. 請求項１に記載の破砕方法であって、
   前記第２工程は、前記破砕力発生部材、前記楔部材および前記可動部材の配置後に、前記削孔内に充填部材を挿入して前記削孔を密封する工程を有する破砕方法。
3. 請求項１または２に記載の破砕方法であって、
   前記破砕力発生部材として、火薬、非火薬破砕薬または放電衝撃発生部材を用いる破砕方法。
4. 請求項３に記載の破砕方法であって、
   前記第２工程は、前記破砕力発生部材を作動させるための導線を前記楔部材に設けられた案内孔に挿通して前記破砕力発生部材に接続する工程を有し、
   前記第３工程は、前記導線を介して前記破砕力発生部材を作動させる工程である破砕方法。
5. 請求項１または２に記載の破砕方法であって、
   前記破砕力発生部材は静的破砕剤である破砕方法。

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