JP4021102B2

JP4021102B2 - 発破による低振動破砕工法

Info

Publication number: JP4021102B2
Application number: JP19048999A
Authority: JP
Inventors: 猛志栗田; 博幸須田; 英宏野田
Original assignee: Okumura Corp
Current assignee: Okumura Corp
Priority date: 1999-07-05
Filing date: 1999-07-05
Publication date: 2007-12-12
Anticipated expiration: 2019-07-05
Also published as: JP2001021298A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネル掘削工事等の土木工事における多段発破の技術に関するものである。特には、多段発破による振動を抑制する工法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、掘削するための岩盤等の対象面に複数の発破孔を設け、これらの発破孔に装填したダイナマイトを短時間の間に連続して爆発させる多段発破による破砕工法があった。
このような多段発破による破砕工法によれば、一つの穴当たりの爆薬量が少なくても良いので、発生する振動が少なくなるという効果が得られた。
従って、施工現場の近くに構造物や市街地等がある場合に、それらへの振動の影響を低減する工法として採用されていた。
さらには、各爆薬を起爆させる秒時間隔を適切に制御することによって、位相の異なる複数の振動波を発生させ、それらの振動波のピークどうしが打ち消し合うように設定することが可能である。
そのためには、適切な起爆秒時間隔の設定が必要となる。
【０００３】
そこで、適切な起爆秒時間隔を決定する技術として特公平７−１２２５５９号公報に記載された発破工法がある。
この公報に記載された技術は、あらかじめ卓越振動周波数を測定し、該卓越振動周波数に基づき振動波が干渉するような一定の起爆秒時間隔を決定し、電気的遅延電気雷管によって前記起爆秒時間隔の周期で複数孔を順次起爆することを特徴とする発破工法である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記公報に記載された発破工法においては、発破振動を正弦波と仮定して行った解析結果に基づいて起爆秒時間隔を決定するので、施工現場で発生する複雑な振動波を十分に減衰させることは困難であった。
【０００５】
そこで、本発明は、実際の施工現場で発生する振動波を使用したシミュレーションを実施することによって、より効果的な起爆秒時間隔を決定する手法を提供することを目的としてなされたものである。
【０００７】
本発明にかかる請求項１の発破による低振動破砕工法は、装薬孔の周囲四方のうちの一方のみがスロットに面して自由面となっている装薬孔に装填された爆薬を第一回目の試験起爆として試験的に起爆させて、発生した一回目の振動波を計測記録した後に、前記装薬孔に隣接し、スロットに面した自由面と、第一回の試験起爆によって破砕されて形成された自由面とによって、二方が自由面となった装薬孔に装填された爆薬を第二回目の試験起爆として試験的に起爆させて、発生した二回目の振動波を計測記録し、記録した二回目の振動波データから、種々の遅延秒時間隔で遅延させたシミュレーション用振動波データ群を生成し、前記一回目の振動波データと各遅延秒時間隔のシミュレーション用振動波データ群とを組みあわせてそれらの振動波データの重ね合わせ処理を行い、重ね合わせ処理後の振動波データの振動エネルギーが最小となる組合せを抽出し、係る組合せとなる遅延秒時間隔を前記起爆秒時間隔とすることを特徴としている。
【０００８】
なお、試験的な起爆を一回だけでなく、異なる条件の別の装薬孔でも行い、実際の多段発破においては、それらのシミュレーションによって得られた条件別の遅延秒時間隔を採用してもよい。
また、試験的に起爆させる爆薬としては、当該装薬孔の四方のうち一方のみがスロットによって自由面となっている装薬孔に装填された爆薬を選択した場合には、シミュレーションによって起爆秒時間隔を決定した後で、各装薬孔に装填された爆薬は、隣接しない装薬孔の順に従って起爆させてもよい。
このように隣接しない順番で起爆することによって、各装薬孔は一方のみが自由面となった状態で起爆させることとなり、試験的に起爆させた装薬孔と類似した条件であるので、シミュレーションが効果的に生かせるようになる。
請求項２の発破による低振動破砕工法は、重ね合わせ処理に用いる振動波データの数は二個以上として振動波データの重ね合わせ処理を行い、重ね合わせ処理後の振動波データの振動エネルギーが最小となる組合せを抽出し、係る組合せとなる重ね合わせに用いられた振動波データの数と遅延秒時間隔とを決定し、決定された遅延秒時間隔を前記起爆秒時間隔とするとともに、決定された数に相当する個数ごとにまとめて前記起爆秒時間隔で多段発破することを特徴としている。
このようにして、全ての装薬孔の爆薬を一挙に連続して多段発破することにのみ限定することなく、振動波のエネルギーがより小さくなるのであれば、装薬孔を任意の数ごとにまとめて多段発破することによって、複数回の多段発破の組合せによって全ての装薬孔の爆薬を起爆させるようにしてもよいのである。
請求項３では、最も外側の列の装薬孔とスロットの間隔は一定の距離とするとともに、各装薬孔の深さは前記一定の距離より大なるように設定した。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明にかかる発破による低振動破砕工法を、その実施の形態を示した図面に基づいて詳細に説明する。
図１はトンネルの切羽の正面図、図２は前記切羽の断面斜視図、図３は前記切羽の側面断面図、図４は前記切羽の平面断面図である。
図１、２、３、４において、
１は切羽の破砕対象面であり、２は前記破砕対象面１の縁に沿って設けられたスロットである。
31，32，33，・・・は前記破砕対象面１において前記スロット２に囲まれた領域の最も外側に所定間隔で設けられた第１群の装薬孔である。
41，42，43，・・・は前記破砕対象面１において前記装薬孔31,32,33, ・・・の内側に所定間隔で設けられた第２群の装薬孔である。
このようにして、順次内側に第３群、第４群・・・の装薬孔を設ける。
なお、前記装薬孔の深さをａ、装薬孔とスロットとの間隔をｂ、前記スロットの深さをｃ、装薬孔どうしの間隔をｄとしたとき、ａ＞ｂとする。但し、ａ、ｂ、ｃ、ｄはそれぞれ一定の大きさとする。例えば、ａ＝1.5 メートル、ｂ＝0.7メートル、ｃ＝1.7 メートル、ｄ＝0.7 メートルとする。
【００１０】
次に、コンピュータシミュレーションのための振動波のデータを採るために試験発破を行う。ここで、試験発破を行う装薬孔としては、切羽の破砕対象面の隅に位置する装薬孔31を選択する。
前記装薬孔31は四方の内の一面のみがスロット２に面することによって自由面となっている。
振動波を検出するための振動計は、例えば、前記切羽から例えば数十メートル離れた位置に設置する。この設置位置は、発破による振動の影響を抑制したい位置、即ち、実際の構造物の位置等のような特定の位置を選択するとよい。人体は水平方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向）の振動波成分より上下方向（Ｚ軸方向）の成分の方に感知しやすいので、前記振動計は、上下方向（Ｚ軸方向）の成分の振動波を検出するように設定されている。
【００１１】
このように設定した状態で、前記装薬孔31に試験用の爆薬を装填して起爆させる。図５の（Ａ）において斜線を付した部分が破砕されることになる。この部分はスロット側Ｆ１のみが自由面となっている。このスロットによって爆破による振動の伝播は抑制されるのである。
この爆破により発生した振動波を前記振動計で検出して、その波形の変移を所定時間（例えば100 ｍＳ）記録する。この記録時間は振幅が十分に小さくなる時間を設定する。
【００１２】
以上のようにして得られた図６のような振動波データＤ０に基づいて、図７，８のようなシミュレーション用振動波データ群Ｄ１〜ＤＮを生成する。
図７の（Ａ）は、振動波データＤ０と、遅延秒時間隔Δｔを１ｍＳと設定して生成したシミュレーション用振動波データ群Ｄ１とを示している。
図７の（Ｂ）は、振動波データＤ０をシミュレーション用振動波データ群Ｄ１と重ねあわせて得られたシミュレーション合成データＳ１である。
図７の（Ｃ）は、振動波データＤ０と、遅延秒時間隔Δｔを２ｍＳと設定して生成したシミュレーション用振動波データ群Ｄ２とを示している。
図７の（Ｄ）は、振動波データＤ０をシミュレーション用振動波データ群Ｄ２と重ねあわせて得られたシミュレーション合成データＳ２である。
図８の（Ｅ）は、振動波データＤ０と、遅延秒時間隔Δｔを３ｍＳと設定して生成したシミュレーション用振動波データ群Ｄ３とを示している。
図８の（Ｆ）は、振動波データＤ０をシミュレーション用振動波データ群Ｄ３と重ねあわせて得られたシミュレーション合成データＳ３である。
図８の（Ｇ）は、振動波データＤ０と、遅延秒時間隔ΔｔをＮｍＳと設定して生成したシミュレーション用振動波データ群ＤＮとを示している。
図８の（Ｈ）は、振動波データＤ０をシミュレーション用振動波データ群ＤＮと重ねあわせて得られたシミュレーション合成データＳＮである。
各シミュレーション用振動波データ群は試験的に起爆する装薬孔を除いた実際の装薬孔の総数に相当する数とする。
【００１３】
以上のようにして得られたシミュレーション合成データＳ１〜ＳＮから、それぞれの振動エネルギーを算出し、それらの振動エネルギーを比較して最も小さいシミュレーション合成データを抽出し、そのときの遅延秒時間隔Δｔを得る。例えば、シミュレーション合成データＳ３の振動エネルギーが最も小さい場合には、遅延秒時間隔Δｔ＝３ｍＳを得る。
【００１４】
このようにしてコンピュータシミュレーション処理によって得られた遅延秒時間隔Δｔを、自由面が一方のみの装薬孔の起爆に最適な起爆秒時間隔として採用するのである。
【００１５】
次に、装薬孔32においても同様に試験的に起爆させて振動波データを記録して、コンピュータシミュレーション処理によって振動エネルギーが最も小さくなる場合の遅延秒時間隔を得る。このとき、図５の（Ｂ）において斜線を付して示したように、前記装薬孔32は、装薬孔31の爆発によって、スロット側Ｆ２のみでなく装薬孔31側Ｆ３も自由面となっているため、四方のうち二方が自由面となっている。従って、装薬孔32の起爆によって得られた遅延秒時間隔は、自由面が二方の装薬孔の起爆に最適な起爆秒時間隔として採用するのである。例えば、Δｔ＝２ｍＳを起爆秒時間隔として採用する。
【００１６】
以上のコンピュータシミュレーション処理の結果に基づいて実際の発破を行う。即ち、上記例に基づけば、装薬孔33以降の起爆秒時間隔は２ｍＳと設定し、第２群の始めの装薬孔41は自由面が一方のみであるので起爆秒時間隔は３ｍＳと設定し、それ以降の装薬孔42、43、・・・は自由面が二方であるので起爆秒時間隔は２ｍＳと設定するのである。
同様にして、第３群以降についても、それぞれの起爆秒時間隔を設定したのちに起爆させて、多段発破処理を行うのである。
このようにして行った多段発破で発生した振動波を観測したところ、図８の（Ａ）に示したように、波形が重ねあわせにより抑制されており、図９の（Ｂ）に示したように、シミュレーション合成データＳ３と極めて類似した振動波となっていることが確認された。
【００１７】
このようにして起爆秒時間隔を設定して起爆することによって、実際の多段発破によって発生した振動波は、振動エネルギーが抑制されたものとなり、人体に感じる振動としても少なく、また、構造物等に与える影響も少なくなっている。
そして、前記破砕対象面１を破砕して切羽が進んだ後には、次の破砕対象面に上記同様のスロットと装薬孔を設けて多段発破を行う。このときの起爆秒時間隔にも前記破砕対象面１において得られた遅延秒時間隔を採用することができる。
【００１８】
図７，８のシミュレーション用振動波データは、一回目の試験起爆による振動波を用いて生成したが、図１０に示したように、二回目の試験起爆による振動波を用いて生成してもよい。
この場合には、実際の切羽における多段発破における状況とより合致した状況をシミュレーションできるので、優れたシミュレーション効果が得られる。
なお、以上の説明においては、試験起爆を２回行って、自由面が一方の場合のデータと二方の場合のデータを得たが、いずれかのデータに基づいて実際の起爆秒時間隔を設定してもよい。
また、自由面が一方のみのデータを採用する場合には、実際の多段発破の起爆順は、隣接する装薬孔を順次起爆するのではなく、各群毎に、隣接しない装薬孔を順次起爆するように設定することによってシミュレーションの条件に近い条件で実際の多段発破が行える。
【００１９】
また、図１１に示したように、シミュレーション処理において組みあわせる振動波の数は複数個として、それらの組合せの中で、重ね合わせ処理された振動波の振動エネルギーが最小となる組合せを抽出するようにしてもよい。
図１１において、
ステップ１においては、重ね合わせる振動波の数を所期値（２）と設定して、ステップ２においては、遅延秒時間隔を所期値（１ｍＳ）に設定し、ステップ３においては、ステップ１において設定された数の振動波を用いて、ステップ２において設定された遅延秒時間隔だけずらせて重ね合わせてシミュレーション合成データを生成して、その振動エネルギーを算出する。
ステップ４においては、遅延秒時間隔を予め設定されたテーブルを参照して次の遅延秒時間隔に設定して、ステップ３から繰り返すように制御する。前記テーブルに設定された全ての遅延秒時間隔を使用した処理が終わった場合には、ステップ５に進むように制御する。
ステップ５においては、重ね合わせる振動波の数を予め設定されたテーブルを参照して次の数に設定して、ステップ２から繰り返すように制御する。前記テーブルに設定された全ての数を使用した処理が終わった場合には、ステップ６に進むように制御する。
ステップ６においては、以上の処理において算出された全ての振動エネルギーを比較して、最小となる場合の遅延秒時間隔と重ね合わせる振動波の数とを決定する。
ステップ７においては、このようにして決定された遅延秒時間隔と重ね合わせる振動波の数とに基づいて、多段発破の起爆条件を設定して、実際の多段発破を行うのである。
図１１のシミュレーション処理に先立って、一回の試験起爆もしくは二回の試験起爆を行い、図１１のシミュレーション処理においては、それらの振動波データの組合せ、もしくは何れか一方だけを用いることができる。
【００２０】
【発明の効果】
本発明の請求項１によれば、装薬孔の周囲四方のうちの一方のみがスロットに面して自由面となっている装薬孔に装填された爆薬を第一回目の試験起爆として試験的に起爆させて、発生した一回目の振動波を計測記録した後に、前記装薬孔に隣接し、スロットに面した自由面と、第一回の試験起爆によって破砕されて形成された自由面とによって、二方が自由面となった装薬孔に装填された爆薬を第二回目の試験起爆として試験的に起爆させて、発生した二回目の振動波を計測記録し、記録した二回目の振動波データから、種々の遅延秒時間隔で遅延させたシミュレーション用振動波データ群を生成し、前記一回目の振動波データと各遅延秒時間隔のシミュレーション用振動波データ群とを組みあわせてシミュレーション処理を行うので、さらに実際の発破状況に適し、振動が抑制される起爆秒時間隔を得ることが可能となる。
【００２１】
請求項２の発破による低振動破砕工法は、重ね合わせ処理に用いる振動波データの数は二個以上として振動波データの重ね合わせ処理を行い、重ね合わせ処理後の振動波データの振動エネルギーが最小となる組合せを抽出するので、全ての装薬孔の爆薬を一挙に連続して多段発破することにのみ限定することなく、振動波の振動エネルギーがより小さく組合せを採用することが可能になる。
そして、請求項３のように、最も外側の列の装薬孔とスロットの間隔は一定の距離とするとともに、各装薬孔の深さは前記一定の距離より大なる設定とすることにより、さらに再現性の優れたシミュレーションが可能になるとともに、スロットによる振動の伝播の抑制効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる発破による低振動破砕工法の実施の形態におけるトンネル掘削工事における切羽の正面図である。
【図２】前記切羽の縦断断面斜視図である。
【図３】前記切羽の側面断面図である。
【図４】前記切羽の平面断面図である。
【図５】前記切羽の一部を拡大した正面図である。
【図６】試験的に発生させた振動波の波形図である。
【図７】シミュレーション合成データの波形図である。
【図８】シミュレーション合成データの波形図である。
【図９】実際の振動波の波形とシミュレーション合成データとを対比させた図である。
【図１０】別例のシミュレーション合成データの波形図である。
【図１１】別例のシミュレーション処理の手順を示したフローチャートである。
【符号の説明】
１切羽の破砕対象面
２スロット
31，32，33，・・・装薬孔
41，42，43，・・・装薬孔

Claims

装薬孔の周囲四方のうちの一方のみがスロットに面して自由面となっている装薬孔に装填された爆薬を第一回目の試験起爆として試験的に起爆させて、発生した一回目の振動波を計測記録した後に、
前記装薬孔に隣接し、スロットに面した自由面と、第一回の試験起爆によって破砕されて形成された自由面とによって、二方が自由面となった装薬孔に装填された爆薬を第二回目の試験起爆として試験的に起爆させて、発生した二回目の振動波を計測記録し、
記録した二回目の振動波データから、種々の遅延秒時間隔で遅延させたシミュレーション用振動波データ群を生成し、
前記一回目の振動波データと各遅延秒時間隔のシミュレーション用振動波データ群とを組みあわせてそれらの振動波データの重ね合わせ処理を行い、
重ね合わせ処理後の振動波データの振動エネルギーが最小となる組合せを抽出し、
係る組合せとなる遅延秒時間隔を前記起爆秒時間隔とすることを特徴とする発破による低振動破砕工法。
重ね合わせ処理に用いる振動波データの数は二個以上として振動波データの重ね合わせ処理を行い、
重ね合わせ処理後の振動波データの振動エネルギーが最小となる組合せを抽出し、
係る組合せとなる重ね合わせに用いられた振動波データの数と遅延秒時間隔とを決定し、
決定された遅延秒時間隔を前記起爆秒時間隔とするとともに、
決定された数に相当する個数ごとにまとめて前記起爆秒時間隔で多段発破することを特徴とする請求項１に記載の発破による低振動破砕工法。
最も外側の列の装薬孔とスロットの間隔は一定の距離とするとともに、各装薬孔の深さは前記一定の距離より大なることを特徴とする請求項１、２の何れか１項に記載の発破による低振動破砕工法。