JPH01121494A - 岩盤の破砕装置 - 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」 この発明は、騒音を発生させたり、また掘削外周辺の岩
盤を援めたり、傷付けたりすることなく、岩盤を効率良
く破砕するための岩盤の破砕装置に関するものである。

「従来の技術」 一般に、トンネル掘削等においては、火薬、削岩機等を
用いて衝撃的な力を加え、岩盤を破砕する方法がとられ
ている。ところが、このような方法は、衝撃的な力を岩
盤に与えるため、振動、騒音が発生するばかりか危険を
伴う。そこで、近年このような欠点を防止するため、静
的な力によって岩盤を破砕する種々の手段が用いられる
ようになってきている。

従来、この種の静的力による岩盤の破砕手段としては、
第７図から第１１図に示すような方法が用いられている
。

第７図、第８図に示す破砕棒ｌは、一端が閉鎖されたゴ
ム製のチューブ１１に作動油１２が充填され、他端にこ
の作動油１２に圧油を供給する油圧ホース１３が接続さ
れてなるものである。このような破砕棒ｌは、予め岩盤
Ｒに設けられた穴Ｈに挿入されて使用され、前記油圧ホ
ース１３を通じて作動油を圧入し、前記チューブ１１を
膨張させることにより、前記穴Ｈの内壁に力を加えて岩
盤Ｒを破砕するようになっている。また、第９図に示す
ものは割岩機である。この割岩機２は、本体２１内の油
圧シリンダによって駆動される楔状のウェッジ２２の両
面にくちばし状のウェッジガイド２３．２３が設けられ
てなるものでる。そして、この割岩＠２は、岩盤Ｒに予
め設けられた穴Ｈに前記ウェッジガイド２３．２３を挿
入させ、前記ウェッジ２２を突出させることにより、ウ
ェッジガイド２３．２３を押し広げ、岩盤Ｒを破砕する
ようになっている。さらに、第１０図、第１１図は、静
的破砕剤３を用いる方法を示したものである。この静的
破砕剤３は、ペースト状の薬剤で、凝固する時膨張する
性質を有しているものである。

そして、この静的破砕剤３は、岩盤Ｒに予め設けられた
穴Ｈに充填され、凝固する際の膨張力によって岩盤Ｒを
破砕するようになっている。

「発明が解決しようとする問題点」 ところが、前記破砕棒１にあっては、作動油の圧力がチ
ューブ１１を介して穴Ｈの内壁に加わるだけであるため
、穴Ｈの内壁に加わる力は充分とはいえず、小形の岩石
等を割ることはできるものの、トンネル掘削時の切羽に
おける岩盤を破砕するような場合には、充分な破砕力が
でないこと、また、チューブ１１がゴム製であるため、
岩盤が割れた際に、外周拘束力が外れ、該チューブ１１
が必要以上に膨張して破壊する危険性があるという問題
点があった。

また、前記削岩機２にあっては、作動浦の圧力を大きな
破砕力に変換するための大形の油圧シリンダを必要とし
、この油圧シリンダを有する本体２１がかさ張って重た
くなり、しかも、この重い本体２１は穴Ｈより突出して
おり、割岩機２が傾斜しようとするため、使用時に本体
２１を支持する必要があり、その結果、余分な作業者な
いしは、支持体等が必要になり、かつハンドリングが悪
く多連効果を発揮させることができないという問題点が
あった。

さらに、前記静的破砕剤３にあっては、薬剤が高価であ
ると共に、充填後凝固するまでに長い養生時間を必要と
し、破砕作業に時間がかかること、また、速効型の薬剤
では養生時間にむらがあり、作業工程が予測しにくいこ
と、さらに、静的破砕剤の圧力では、高強度、高靭性の
岩に対しては、充分な亀裂が発生せず、充分な破砕効果
が期待できないこと等の問題点があった。

本発明は、前記問題点に鑑みてなされたもので、トンネ
ル掘削時の切羽における高強度、高靭性の岩盤をも充分
に破砕することができ、岩盤が割れた際にもチューブが
膨張し過ぎて破壊することがなく、また、多連同時作業
を可能として掘削能率を高め、作業性を向上させること
ができると共に、工程管理を容易に行うことのできる岩
盤の破砕装置を提供することを目的としている。

「問題点を解決するための手段」 本発明は、前記問題点を解決するために、一端が閉鎖さ
れた弾性を有する複数のチューブと、このチューブ内に
圧油を供給することにより該チューブを膨張させて岩盤
を破砕させる油圧源ユニットと、前記チューブの外周に
設けられて該チューブの局所的な膨張を規制するための
鞘管と、前記油圧源ユニットとチューブとの間に配設さ
れて、該油圧源ユニットから供給される圧油の総供給量
を規制するためのリミットシリンダとを備えるようにし
たものである。

「作用」 本発明の岩盤の破砕装置によれば、複数のチューブに圧
油を供給することにより該チューブを膨張させて岩盤を
破砕させる際に、その途中に設けられたリミットシリン
ダによって油圧源ユニットから送られる圧油が、前記チ
ューブの臨界膨張量以内に規制され、かつ前記チューブ
は外周に設けられた鞘管を拡幅して岩盤を破砕すると共
に、該鞘管によって局部的に膨張するのが防止される。

「実施例」 以下、本発明を図面を用いて説明する。第１図ないし第
６図は本発明の岩盤の破砕装置の一実施例を示すもので
ある。

第１図は本発明の岩盤の破砕装置の概要を示す図であり
、第２図は第１図の系統図である。図中符号４は、岩盤
の破砕装置であり、岩盤Ｒ内へ設置されたチューブ５と
、チューブ５を膨張させる油圧源ユニット６と、チュー
ブ５の局所的な膨張を規制するための鞘管７と、油圧源
ユニット６から供給される圧油の総供給量を規制するた
めのリミットシリンダ８とを主な構成要素としている。

チューブ５は、第４図に示すように、ウレタンゴムによ
って筒状に製作され、このチューブ５の内部には作動油
が充填されていると共に、両端にはこれらの端部を閉鎖
する閉鎖金具５２．５３が設けられている。一方の閉鎖
金具５２には、油圧ホース５４が接続されており、前記
チューブ５内に圧油を供給し、該チューブ５を膨張させ
るようになっている。前記油圧ホース５４の閉鎖金具５
２の近傍には、外方へ突出した受は金具５５が設けられ
ており、前記チューブ５を岩盤に設けられた穴に挿入す
る際に、チューブ５の軸方向の位置決めができるように
なっている。

チューブ５に圧油を供給する油圧源ユニット６には、作
動油を供給および回収する油圧ホース６１が接続されて
いる。この油圧ホース６１には、コントロールバルブユ
ニット（バルブ）６２が接続されている。このコントロ
ールバルブユニット６２は、前記油圧源ユニット６から
供給された作動油を、各チューブ５に分配供給するため
のものであって、第２図に示すように、６個のバルブが
内蔵されている。そして、各バルブには、それぞれ油圧
ホース６４が接続されており、この油圧ホース６４の先
端はリミットシリンダ８の端部に接続されている。この
、リミットシリンダ８の他端部は前記油圧ホース５４に
接続されている。

前記チューブ５の外周に設けられた鞘管７は、薄板で製
作された筒体の一部分を軸方向に沿って切り欠いて、割
りを入れたものであり、内部のチューブ５を膨張させる
ことにより、半径方向へ拡幅するようになっており、拡
幅されることによりその外周面で岩盤を押圧するように
なっている。また、前記コントロールバルブユニット６
２とチューブ５との間に配設されたリミットシリンダ８
は、第３図に示すように、有底円柱状のシリンダ本体８
１と、該シリンダ本体８１の一端部に嵌合されることに
よりシリンダ本体８１の内部に円柱状の密閉空間８２を
形成する蓋部８３とからなっている。そして、蓋部８３
の略中央部には油圧源ユニット６からの圧油を密閉空間
８２内へ出し入れするための連通孔８４が形成されてい
ると共に、シリンダ本体８１の端部中央にはチューブ５
側へ圧油を出し入れするための連通孔８５が形成され、
この連通孔８４．８５には油圧ホースが接続されるよう
になっている。また、密閉空間８２の内部には、該密閉
空間８２内部を往復摺動するピストン８６が配設されて
いると共に、ピストン８６の内部空間８７には該ピスト
ン８６を連通孔８４側へ付勢するためのスプリング８８
の一端部が固定されたものとなっている。そして、油圧
源ユニット６から圧油が供給されると、これによってピ
ストン８６が密閉空間８２内を連通孔８５側へ移動して
密閉空間８２内の圧油を連通孔８５からチューブ５側へ
送り出すが、ピストン８６は密閉空間８２のストローク
分だけ移動するとシリンダ本体８１の端部に当接して停
止することとなり、チューブ５側へ送り出される圧油の
量を制限するようになっている。なお、シリンダ密閉空
間８２、油圧ホース５４，６１，６４、チューブ５内に
は予め油が充填されている。

次に、前記のように構成された岩盤の破砕装置を用いて
トンネル掘削における切羽の岩盤を破砕する方法につい
て説明する。

まず、切羽の岩盤Ｒのほぼ中央部に、凹状の凹部Ｕを形
成する。この凹部Ｕは、破砕装置４で岩盤Ｒに力を加え
亀裂を生じせしめる際の自由面を確保するためのもので
あって、前記岩盤表面Ｆに垂直で、前記チューブ５の長
さと同程度の深さを有しており、その開口部が上下方向
に形成されるスリット状の溝部として形成される。なお
、通常、この凹部Ｕは、第６図に示すように、チューブ
５より大径のビットによって前記岩盤表面Ｆに垂直に穿
設された円柱状の空間を上下方向に互いに連通させて形
成されている。

次に、この凹部Ｕの周囲に前記チューブを挿入するため
の６個の穴Ｈを前記岩盤表面Ｆに垂直に形成する。これ
ら６個の穴Ｈの内、岩盤表面Ｆに向って前記凹部Ｕの左
側に前記凹部Ｕからほぼ等距離に、２個の穴Ｈ１、Ｈｌ
を形成し、同じく右側に、２個の穴Ｈ２，Ｈ２を形成す
る。６個の穴の内残りの２個Ｈ３，Ｈ４はそれぞれ前記
凹部Ｕの左上方向および右上方向に形成する。

このようにして、形成された穴Ｈ１，Ｈ１，Ｈ２゜Ｈ２
，Ｈ３，Ｈ４に前記破砕装置４の各チューブ５をそれぞ
れ挿入する。この際、前記各チューブ５には鞘管７を、
該鞘管７の割り部分が岩盤に亀裂を入れる方向に沿って
向くように装着しておく。

次に、このような状態で穴の内部に装着された各チュー
ブ５を、油圧源ユニット６を始動させた後コントロール
バルブユニット６２等を操作することにより順次作動さ
せる。

まず、穴Ｈ１、Ｈ１に挿入された各チューブ５に作動油
を流入させ、これを作動させる。すると、チューブ５が
膨張して鞘管７を拡゛幅させ、この鞘管７によって穴Ｈ
１の内壁を押圧する。この際、鞘管７の割り部分が広が
ることにより、その方向に沿って穴Ｈ１の内壁に亀裂を
生じさせるが、岩盤に亀裂が入ってもチューブ５は鞘管
７によって外周が規制されているため、割れ目に直接く
い込むことがないと共に、リミットシリンダ８の働きに
よって、チューブ５内には所定量の圧油しか流入するこ
とがなく、チューブ５が破裂するまで膨張することはな
い。そして、第６図に示すように、２つの穴Ｈ１、ＨＩ
を繋ぐ亀裂Ｃ１ａが形成され、さらに、前記穴）（１，
Ｈｌと凹部Ｕとの間の岩盤Ｒ１は凹部Ｕの方向に押圧さ
れ、これによって前記上側の穴Ｈ１と凹部Ｕとを繋ぐ亀
裂ｃｔｂが形成され、同様に前記下側の穴Ｈ！と凹部Ｕ
とを繋ぐ亀裂Ｃ１ｃが形成される。このようにして、亀
裂Ｃ１によって岩盤Ｒ１が岩盤Ｒから分離される。

以下、同様に穴Ｈ２、Ｈ２内のチューブ５，５、穴Ｈ３
内のチューブ５、穴Ｈ４内のチューブ５をこの順番に作
動させる。そして、亀裂Ｃ２、亀裂Ｃ６、亀裂Ｃ３、亀
裂Ｃ４、亀裂Ｃ５を形成させることによって、岩盤Ｒ２
、岩盤Ｒ３、岩盤Ｒ４を順次分離する。

このようにして、岩盤Ｒから岩盤Ｒｌ　、Ｒ２、Ｒ３、
Ｒ４を分離したら、これらの岩盤を引き出す。

そして、以下上記の手順を繰り返すことによって、さら
に外側の岩盤を順次破砕しトンネルを掘削する。

このように、本発明の岩盤の破砕装置においては、６個
のチューブに圧油を供給することにより該チューブを順
次膨張させて岩盤を破砕させる際に、その途中に設けら
れたリミットシリンダによって油圧源ユニットから送ら
れる圧油が、前記チューブの臨界膨張量以内に規制され
、かつ前記チューブは外周に設けられた鞘管を拡幅して
岩盤を破砕すると共に、鞘管によって局部的に膨張する
のが防止されるため、穴Ｈの内壁に加わる力は充分大き
なものとなり、高強度、高靭性の岩盤をも破砕すること
ができると共に、岩盤が割れた際にもゴム族のチューブ
が割れ目に直接入り込んで偏膨張したり、必要以上に膨
張して破壊する危険性がない。また１、この破砕装置は
先端部のチューブの部分だけを持ち上げて岩盤に形成さ
れた穴に装着した後、コントロールバルブユニットを操
作するだけでよく、ハンドリングが良好であり、作業者
は楽に作業を行うことができると共に、多連同時作動を
可能とし、拘束力の強い岩盤をも破砕することができ、
その結果、掘削能率が向上し、工程管理を容易に立てる
ことができる。実施例では、６個のチューブを用いた場
合と、して説明しているが、岩盤形状、硬さ等に応じ、
作動させるチューブの数は増減するものとする。

なお、重連した実施例以外の他の実施例、および技術的
事項について説明する。

（ｉ）　　前記実施例に使用した鞘管は、その側部に割
りを入れたものを用いたが、これに限られることなく、
半割りの外筒を対抗させてチューブの外側に設けるよう
にしてもよく、この半割りの外筒の外周面に突出すると
共に、軸方向に延在する凸稜部を形成したものを用いて
もよい。さらに、前記凸稜部が形成されている位置に、
半径方向外方へ向かうに従って、径ないし幅が漸次狭く
なる円錐状、角錐状、楔状等の突起部を多数離間して設
けるようにしてもよい。

（１１）前記実施例においては、コントロールバルブユ
ニットを手動により操作して、チューブを順番に膨張さ
せるようにしたが、これに限られることなく、制御装置
を設けることにより、自動コントロールバルブユニット
を作動させ、バルブの開閉時間を自由に調節することが
できるのは勿論である。

「発明の効果」 前述したように、本発明の岩盤、の破砕装置においては
、複数のチューブに圧油を供給することにより該チュー
ブを膨張させて岩盤を破砕させる際に、その途中に設け
られたリミットシリンダによって油圧源ユニットから送
られる圧油が、前記チューブの臨界膨張量以内に規制さ
れ、かつ前記チューブは外周に設けられた鞘管を拡幅し
て岩盤を破砕すると共に、鞘管によって局部的に膨張す
るのが防止されるようにしたものであるので、トンネル
掘削時の切羽における高強度、高靭性の岩盤をも充分に
破砕することかでき、岩盤が割れた際にもチューブが偏
膨張したり、破壊することがなく、また、多連同時作業
が可能となり、掘削能率を高め、作業性を向上させるこ
とができると共に、工程管理を容易に行うことができる
という優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第６図は本発明の一実施例を示すものであ
り、第１図は本発明の岩盤の破砕装置の概要を説明する
ための説明図、第２図は本発明の岩盤の破砕装置の系統
図、第３図はリミットシリンダの側断面図、第４図は鞘
管を装着した状態のチューブの側面図、第５図は鞘管の
斜視図、第６図は本発明の装置を用いて岩盤を破砕する
方法を説明するための説明図、第７図ないし第１１図は
従来の技術を示す図であり、第７図は従来の破砕棒の側
面図、第８図は第７図の■−■断面図、第９図は従来の
削岩機を示す側面図、第１θ図は従来の静的破砕剤を岩
盤の穴に充填した状態を示す側断面図、第１１図は第１
Ｏ図の刈−刈線視断面図である。 Ｒ・・・・・・岩盤、５・・・・・・チューブ、６・・
・・・・油圧源ユニット、７・・・・・・鞘管、８・・
・・・・リミットシリンダ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 一端が閉鎖された弾性を有する複数のチューブと、この
   チューブ内に圧油を供給することにより該チューブを膨
   張させて岩盤を破砕させる油圧源ユニットと、前記チュ
   ーブの外周に設けられて該チューブの局所的な膨張を規
   制するための鞘管と、前記油圧源ユニットとチューブと
   の間に配設されて、該油圧源ユニットから供給される圧
   油の総供給量を規制するためのリミットシリンダとを備
   えた岩盤の破砕装置。