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JP3168181B2 - 最適発破設計システム - Google Patents
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JP3168181B2 - 最適発破設計システム - Google Patents

最適発破設計システム

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JP3168181B2 JP23808697A JP23808697A JP3168181B2 JP 3168181 B2 JP3168181 B2 JP 3168181B2 JP 23808697 A JP23808697 A JP 23808697A JP 23808697 A JP23808697 A JP 23808697A JP 3168181 B2 JP3168181 B2 JP 3168181B2
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保幸 宮嶋
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Description

【発明の詳細な説明】
【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。
【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。
【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。
【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。
【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、地山分類に応じて発破パターンを記
録したデータベースと、切羽前方の岩盤に対して削孔を
行い、切羽前方の定量的地質データを得る削孔検層シス
テムと、切羽を撮像して地質データを得る切羽画像処理
システムと、を具備し、発破を行う地山分類に応じて、
前記データベースから最適な発破パターンを検索し、検
索された発破パターンに対して、前記定量的地質データ
及び前記地質データを用いて修正を行い、実際に発破を
行い、のみ跡、孔尻状況等により、発破パターンの妥当
性を検討し、検討結果が良好な場合は、発破パターンを
前記データベースに記録し、検討結果が良好でない場合
は、発破パターンを改良して前記データベースに記録す
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。
【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。
【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。
【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)。
【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)。
【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。
【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。
【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。
【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)。
【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。
【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。
【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。
【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)。
【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))
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【図面の簡単な説明】
【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
【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
【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
【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
【図10】周辺部の穿孔間隔と、余掘低減率の関係を示
す図
【図11】周辺部の穿孔間隔と平滑度の関係を示す図
【符号の説明】
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 (56)参考文献 特開 平7−218199(JP,A) 特開 平6−249599(JP,A) 特公 平7−116917(JP,B2) 特公 平7−49756(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) E21D 9/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 地山分類に応じて発破パターンを記録し
    たデータベースと、 切羽前方の岩盤に対して削孔を行い、切羽前方の定量的
    地質データを得る削孔検層システムと、 切羽を撮像して地質データを得る切羽画像処理システム
    と、 を具備し、 発破を行う地山分類に応じて、前記データベースから最
    適な発破パターンを検索し、 検索された発破パターンに対して、前記定量的地質デー
    タ及び前記地質データを用いて修正を行い、実際に発破
    を行い、 のみ跡、孔尻状況等により、発破パターンの妥当性を検
    討し、 検討結果が良好な場合は、発破パターンを前記データベ
    ースに記録し、 検討結果が良好でない場合は、発破パターンを改良して
    前記データベースに記録することを特徴とする最適発破
    設計システム。
  2. 【請求項2】 前記検索された発破パターンに対して修
    正を行う際、前記定量的地質データ及び前記地質データ
    を用い、更に、穿孔位置、芯抜き角度測定により得られ
    たデータを用い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。
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