JPH11324559A - 周辺制御発破工法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スムースブラスティングによるトンネル周辺
制御発破を経済的に精度良く行えるようにする。 【解決手段】 トンネルの設計掘削線３上に装薬孔３を
せん孔し、装薬孔１０に対して設計掘削線３に沿うよう
に補助孔１１を連接させた連孔１を、所定間隔をあけて
設計掘削線３に沿って形成する。これら連孔１の装薬孔
１０内に所定薬量の爆薬４を装填し、装薬孔１０での爆
発に伴う亀裂の発生を補助孔１１から隣接した連孔１間
で伝播させ、設計掘削線３に沿った掘削面を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は周辺制御発破工法に
係り、特に発破工法によるトンネル掘削等においてスム
ースブラスティングによってトンネル周辺を掘削する際
に、円滑な掘削面を形成させるようにした周辺制御発破
工法に関する。

【０００２】

【従来の技術】トンネル掘削を行う場合、設計掘削線よ
り余掘りが大きくなると吹付けコンクリートや二次覆工
コンクリートがその分多く必要となるため、経済的な施
工のためにはこれらのロスを小さくすることが求められ
る。特に硬岩トンネルにおいて発破工法によってトンネ
ル掘削を行う場合、使用爆薬の装薬量が過大だったり、
周辺岩盤の状態が不良であったりすると、周辺発破にお
いて設計掘削線通りに岩盤を破砕させることが困難なこ
とが多い。このため、設計掘削線に沿った掘削内空を確
保するために設計掘削線より外側まで掘削してしまうこ
とも多く、過大な余掘り発生が問題となることも多い。

【０００３】周辺発破において、円滑な掘削面を形成で
きない（余掘りが大きくなる）理由としては、岩盤亀裂
が優勢であることや発破の破壊衝撃波の伝播が発破孔か
ら同心円状に拡がるため、設計掘削線以外の部分に同等
の衝撃波が伝わり、岩の破壊方向が制御できないことが
考えられる。そこで、従来より設計掘削線に沿って円滑
な掘削面を形成可能なトンネル周辺制御発破工法とし
て、スムースブラスティングが採用されている。このス
ムースブラスティングによれば、発破時の岩盤の破壊方
向を各周辺孔同士を指向するように方向制御が行われ
る。

【０００４】図５は従来のスムースブラスティングによ
る設計掘削線５１に沿ってせん孔された周辺孔の発破パ
ターンを部分的に示した説明図である。スムースブラス
ティングでは設計掘削線５１に沿ってせん孔された周辺
孔の方向制御発破を実現するために、周辺孔としての装
薬孔５０に装填する爆薬の薬量を抑え、その代わりに図
５に示したように装薬孔５０の孔間隔（Ｄ）、最小抵抗
線長（Ｗ）との関係（Ｄ／Ｗ）がＤ／Ｗ＝０．５〜０．
８程度となるように発破パターンを設計している。ま
た、せん孔径に対して装薬径を小さく設定した低爆速の
スムースブラスティング用爆薬を用い、秒時精度のよい
ＭＳ（ミリセコンド）段発電気雷管を用いて周辺孔発破
の斉発性を高めている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、周辺発破に
スムースブラスティングを用いるにはスムースブラステ
ィング専用の爆薬を使用しなければならない上、発破時
の方向制御を確実にするためにＭＳ段発電気雷管を全段
装着している。このため工費増につながるという問題が
ある。

【０００６】そこで、本発明の目的は上述した従来の技
術が有する問題点を解消し、周辺孔の発破時に生じた亀
裂を設計掘削線に沿って精度良く伝播させるようにした
周辺制御発破工法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明は、掘削空間の周辺を画成する設計掘削線
上に装薬孔をせん孔し、該装薬孔に対して前記設計掘削
線に沿うように補助孔を連接させてせん孔した連孔を、
所定間隔をあけて前記設計掘削線に沿ってせん孔して周
辺発破孔列を形成し、前記連孔の装薬孔内に所定薬量の
爆薬を装填し、前記装薬孔での爆発に伴う亀裂の発生を
前記補助孔から隣接した連孔間で伝播させるようにして
前記周辺発破孔列に沿った掘削面を形成させたことを特
徴とするものである。

【０００８】このとき、前記連孔は１孔の装薬孔と、該
装薬孔に前記設計掘削線に沿って連接された少なくとも
１孔以上の連孔形状とすることが好ましい。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の周辺制御発破工法
の一実施の形態について、添付図面を参照して説明す
る。図１は本発明の周辺制御発破工法において、スムー
スブラスティングのための周辺発破孔１がトンネルのア
ーチ２の設計掘削線３に沿って所定間隔をあけてせん孔
され、そのうちの装薬孔１０内に爆薬４が装填された状
態を示した状態説明図である。図１に示したように、心
抜き発破により形成された自由面５から岩盤内部に位置
する所定の掘削空間を画成するための設計掘削線３に沿
ってスムースブラスティングの周辺発破孔１がせん孔さ
れている。この周辺発破孔１は公知のトンネルジャンボ
等に搭載され所定せん孔径のせん孔ロッドが装着された
削岩機（図示せず）によりせん孔されたもので、同一径
の装薬孔１０と補助孔１１とを所定の重なりを有して連
接された連孔形状をなし、設計掘削線３に沿って所定の
間隔をあけてせん孔されている。この連孔形状の周辺発
破孔１（以下、連孔１と記す。）のせん孔径φは岩質、
装薬量にもよるが、φ＝３０〜６０ｍｍ程度に設定する
ことが好ましい。また、スムースブラスティングによる
方向制御を確実に実現するために、デカップリング装薬
を標準とし、装薬径はφ／２程度とすることが好まし
い。

【００１０】この連孔１をせん孔する際には、まず削岩
機（図示せず）によって装薬孔１０を所定のせん孔長分
だけせん孔し、この装薬孔１０をガイド孔として装薬孔
１０と所定のラップをとって補助孔１１をせん孔する。
このとき、補助孔１１のせん孔長の深さは装薬孔１０と
同じ深さとすることが好ましい。そして、装薬孔１０の
みに所定薬量のスムースブラスティング用の爆薬４を装
填し、ＭＳ段発雷管（図示せず）を使用した段発爆破を
行う。このとき装薬孔１０内での爆発により圧力波が連
接された補助孔１１に伝播し、孔内壁面から発生した亀
裂は隣接した連孔１同士をつなぐように岩盤内を伝播
し、周辺発破孔列すなわち設計掘削線３に沿った指向性
の強い亀裂が生じる。

【００１１】図２（ａ）は本発明による周辺制御発破工
法における制御発破時の応力発生状態を解析した有限要
素法（ＦＥＭ）解析による要素主応力図である。同図に
は発破による爆ごうにより連孔１内壁面に作用した内圧
による連孔１周囲および隣接した連孔１間における応力
状態（図中、矢印で模式表示）が示されている。図２
（ｂ）は比較のために従来のスムースブラスティングに
おける装薬孔５０周囲および隣接した装薬孔５０間にお
ける応力状態を示した主応力図である。図２（ｂ）から
明らかなように、装薬孔５０のみの場合は、円孔形状の
装薬孔５０近傍においてその円内壁に沿った接線方向に
引張応力が均等に発生する（図中、矢印で模式表示）。
このため、隣接した装薬孔１０に向かう指向性の強い亀
裂の発生はない。

【００１２】これに対して本発明の連孔１では、図２
（ａ）に示したように、設計掘削線３に沿って装薬孔１
０に補助孔１１が連接されているので、補助孔１１で方
向付けられた応力方向、すなわち隣接した連孔１を結ん
だ設計掘削線３に沿って引張応力を集中させることがで
きる。このため、この応力状態に起因して岩盤内には連
孔１を結ぶように指向性の強い亀裂が伝播し、設計掘削
線３に沿った余掘りの少ない滑かな掘削面を得ることが
できる。

【００１３】図３（ａ）、（ｂ）は図２（ａ）、（ｂ）
の主応力図に対応した有限要素法解析結果の節点変位図
である。各図には変位前のメッシュと各要素の節点の変
位後の点を結んだ変位線とが示されている。図３（ａ）
に示された変位線から明らかなように、従来のスムース
ブラスティングでの変位（図３（ｂ）参照）に比べて、
隣接した連孔間では設計掘削線３に直交する方向への変
位に対して設計掘削線３を割裂する方向への変位が卓越
している。

【００１４】次に、本発明の周辺制御発破工法の変形例
について図４各図を参照して説明する。図４（ａ）に示
したように、１孔の装薬孔１０に対して連孔１を構成す
る補助孔１１を複数孔連接して連孔をスリット状とし、
発破時の方向制御をより確実にすることも好ましい。こ
の場合、せん孔数が増えてサイクル上、せん孔時間が多
くなるが、より指向性の強い亀裂の発生が見込めるの
で、装薬量やせん孔径を小さくすることも可能になる。
そこで、発破パターンの設計等において合理的な設計を
行うことで総合的には十分効果的な制御発破が可能にな
る。

【００１５】図４（ｂ）は隣接する連孔１間に所定孔数
の空孔６を増設した変形例を示したものである。この空
孔６により連孔１間の亀裂の連続性が高められるため、
連孔１の孔数、１孔ごとの装薬量の低減を図ることがで
き、より経済的な発破パターンの設計が可能となる。

【００１６】なお、以上の説明では、発破工法によるト
ンネル掘削を例に周辺制御発破工法について説明した
が、トンネル以外の各種地下空洞の掘削の他、ベンチカ
ット等におけるプリスプリッティング爆破のように斜面
整形のために周辺掘削を行う場合にも適用できることは
言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による周辺制御発破工法の一実施の形態
における連孔の配置パターンの一例を示した説明図。

【図２】本発明の周辺制御発破工法における連孔発破時
の連孔周辺の応力状態を示した解析結果図（要素主応力
図）。

【図３】本発明の周辺制御発破工法における連孔発破時
の連孔周辺の変位状態を示した解析結果図（節点変位
図）。

【図４】本発明の周辺制御発破工法の連孔の変形例を示
した模式形状図。

【図５】従来のスムースブラスティングによる周辺孔の
発破パターンの一例を示した説明図。

【符号の説明】

１ 周辺発破孔（連孔） ３ 設計掘削線 ４ 爆薬 １０ 装薬孔 １１ 補助孔

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】掘削空間の周辺を画成する設計掘削線上に
   装薬孔をせん孔し、該装薬孔に対して前記設計掘削線に
   沿うように補助孔を連接させてせん孔した連孔を、所定
   間隔をあけて前記設計掘削線に沿ってせん孔して周辺発
   破孔列を形成し、前記連孔の装薬孔内に所定薬量の爆薬
   を装填し、前記装薬孔での爆発に伴う亀裂の発生を前記
   補助孔から隣接した連孔間で伝播させるようにして前記
   周辺発破孔列に沿った掘削面を形成させたことを特徴と
   する周辺制御発破工法。
2. 【請求項２】前記連孔は１孔の装薬孔と、該装薬孔に前
   記設計掘削線に沿って連接された少なくとも１孔以上の
   連孔形状としたことを特徴とする請求項１記載の周辺制
   御発破工法。