JP5407142B2

JP5407142B2 - スムースブラスティング工法

Info

Publication number: JP5407142B2
Application number: JP2008008420A
Authority: JP
Inventors: 通夫中谷; 敏則林下; 純一永里; 敬明中戸
Original assignee: Obayashi Corp
Current assignee: Obayashi Corp
Priority date: 2008-01-17
Filing date: 2008-01-17
Publication date: 2014-02-05
Anticipated expiration: 2028-01-17
Also published as: JP2009168374A

Description

本発明は、トンネルの発破掘削におけるスムースブラスティング工法に係り、特に発破孔内全体に発破エネルギーを効率的に伝播させる技術に関する。

トンネルの発破掘削におけるスムースブラスティング工法とは、掘削する切羽面に削孔された発破孔のうち最外周の発破孔に装填する爆薬量を調整することで、発破のエネルギーを制御して地山の損傷を抑制し、余掘りを少なくするとともに掘削面を平滑に仕上げることを目的とする制御発破工法の一つである。

このスムースブラスティング工法には、切羽面上の最外周の発破孔に、細長いスムースブラスティング専用の爆薬を増ダイとして装填して使用する孔径デカップリングという装薬方式があり、この装薬方式では、通常、上記増ダイとなる専用爆薬を装填した後、発破孔の孔口周辺に粘土製の込め物を充填する。

しかしながら、発破孔の孔長が長尺である場合には、込め物も孔口から深い部分まで充填する必要があり、充填作業に時間を要するだけでなく、充填が不十分になることがある。ここで充填が不十分な場合、発破孔に装填された爆薬の一部が爆破しないカットオフ現象や、爆破ガスが発破孔外へ逸散する、いわゆる鉄砲現象が生じるおそれがある。

そこで、従来より、発破孔内に専用爆薬とともに専用爆薬の周囲に流体を充填することにより、流体の液圧効果により爆発のエネルギーを孔内全体に均一かつ速やかに伝播させる技術が提案されている。

例えば、特許文献１には、岩盤内に浸入しにくい流体を、容易に破ることのできる袋に充填し、その流体が充填された袋を、予め、発破孔内に専用爆薬を装填する前に発破孔内に挿入しておき、その後、専用爆薬を発破孔内に装填する際に、爆薬の先端で、当該袋を破ることにより袋から流体を流出させて、発破孔内に流体を充填させ、これと同時に流体が発破孔の孔口から流出しないように、孔口付近にパッカー等の込め物を設置し、これら装填作業が完了の後、専用爆薬を起爆させる岩盤掘削方法が開示されている。
特開平６−３０７１８１号公報

しかしながら、特許文献１に開示される岩盤掘削方法では、流体を袋に充填する準備が必要となるとともに、その袋を発破孔内に予め挿入する設置作業に手間がかかる。特に、孔長が長尺であったり、孔径の小さい場合には、発破孔内に、流体が充填される破れやすい袋を設置するのは困難な作業となる。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、発破孔内に爆薬と、爆薬の爆破エネルギー伝播させるための流体とを簡便に装填することができるスムースブラスティング工法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明は、トンネルの発破掘削におけるスムースブラスティング工法であって、
掘削を実施する切羽面に発破孔を削孔し、
前記削孔した発破孔内に爆薬を装填し、
前記爆薬が装填された発破孔内へその外部から、前記発破孔の孔口から流出せず、かつ前記発破孔内が削孔される地盤に浸透しない程度の粘性を有する粘性流体を充填し、
前記爆薬を起爆させ、
前記削孔した発破孔内の一部への爆薬の装填には、複数の孔を有する筒体、又は筒状の籠体からなる爆薬装填補助部材に、粒状の爆薬を充填し、前記粒状の爆薬が充填された爆薬装填補助部材を、前記発破孔内に挿入することを特徴とする。

本発明によれば、発破孔内に爆薬と、爆薬の爆破エネルギー伝播させるための流体とを簡便に装填することができるスムースブラスティング工法を提供することができる。

以下、本発明の好ましい一実施形態について図面に基づき詳細に説明する。
本実施形態に係るスムースブラスティング工法（以下、ＳＢ工法という）は、掘削する切羽面に削孔された発破孔のうち最外周の発破孔に装填する爆薬量を調整することで、発破のエネルギーを制御して地山の損傷を抑制し、余掘りを少なくするとともに掘削面を平滑に仕上げる制御発破工法である。

図１は、ＳＢ工法による切羽面３０に削孔される発破孔のパターンの示す図である。
図１に示すように、ＳＢ工法では、先ず、トンネル中央からトンネル内周にかけて幾重もの環状パターンを描くような配置で発破孔１６を削孔する。同図の発破パターンＰ１〜Ｐ８は、発破する際の順番を示している。これら発破孔１６のうち、最外周（発破パターンＰ８と記載された箇所）に配置される発破孔１６ａは、ＳＢ工法を実施するための発破孔であるため、孔間のピッチが比較的狭く設定されている。

図２は、装薬手順を示す最外周の発破孔１６ａの断面図である。
図２に示すように、最外周の発破孔１６ａには、親ダイの設置Ｓ１０、増ダイの設置Ｓ２０、ゲル状込め物の充填Ｓ３０の手順で装薬が行われる。

親ダイの設置Ｓ１０では、発破孔１６ａの内の先端に起爆用のダイナマイトである親ダイ１８を設置する。親ダイ１８の長さは、例えば、発破孔１６ａの長さが２ｍであるときには、１５〜２０ｃｍ程度になる。なお、雷管１９には起爆用電線２１が発破孔１６ａの外から結線されている。

こうして発破孔１６ａ内に親ダイ１８を設置した後、増ダイの設置Ｓ２０で、親ダイ１８以外のダイナマイトである増ダイ２５を親ダイ１８と隣接するように設置する。ここで増ダイ２５は、爆薬装填補助部材１０に粒状の爆薬２０を充填したものである。

図３は、爆薬装填補助部材１０の外観斜視図である。
図３に示すように、爆薬装填補助部材１０は、先端に蓋１２を備えるメッシュ状パイプであり、例えば、プラスチック製や紙製の筒に複数の孔１４を形成したものや、プラスチック製や紙製のロープを筒状に編んだものを用いることができる。

爆薬装填補助部材１０のパイプ長は、設置される発破孔の長さにもよるが、発破孔の長さの６０％程度に設定される。例えば、発破孔の長さが２ｍである場合には、パイプ長は１２０ｃｍ程度に設定される。

爆薬装填補助部材１０のパイプ径については、その外径が、設置される発破孔１６ａの内径よりも小さく、かつその内径が、本実施形態に係るＳＢ工法で用いられる粒状爆薬の粒径よりも大きく設定されている。例えば、発破孔の内径がφ４５ｍｍ、使用する粒状爆薬の粒径がφ２〜３ｍｍである場合には、パイプの内外径をφ３０ｍｍ前後にする。また、この場合にパイプに形成された孔１４の大きさは、パイプ内に充填される爆薬の粒径より小さく（２〜３ｍｍ以下）に設定されている。

パイプ先端の蓋１２は、パイプ基端からパイプ内部に充填される粒状爆薬を、先端から逸散しないように封鎖するものであればどのような構成でもよく、例えば、プラスチック製のキャップを用いることができる。

図４は、爆薬装填補助部材１０に粒状爆薬２０を充填する方法を説明するための説明図である。
図４に示すように、増ダイ２５の部材として用いられる爆薬装填補助部材１０を発破孔１６ａに設置する前に、爆薬装填補助部材１０の内部に粒状の硝安油剤爆薬（以下、ＡＮＦＯという）やランデックス等を充填する。充填には、粒状爆薬を空送充填する専用の装填機械２３（例えば、ＡＮＦＯローダ等）を用いることができる。

すなわち、爆薬装填補助部材１０には孔１４や隙間が形成されているので、内部に粒状爆薬２０を空送充填すると、空気は外部に漏れるが、粒状爆薬は内部に溜まっていく。そして、このようにして粒状爆薬が充填された爆薬装填補助部材１０を増ダイ２５として発破孔１６ａに設置する（図２参照）。

ここで、爆薬装填補助部材１０の長さが上記のように１２０ｃｍである場合には、発破孔１６ａ内に設置された爆薬装填補助部材１０の基端と発破孔１６ａの孔口１７ａとの間は６０〜６５ｃｍ程度の爆薬２０が装填されない区間が形成されることになる。すなわち、通常、粒状爆薬を発破孔に装填して発破させる工法では、粒状爆薬を発破孔１６ａ内の全区間に装填するところを、爆薬装填補助部材１０を用いることにより通常よりも少ない爆薬量で装填できるようになる。

そして、このように親ダイ１８と増ダイ２５とが発破孔１６ａに設置された後に、ゲル状込め物の充填Ｓ３０を行う。

ゲル状込め物２２は、例えば、トンネル掘削時に発生する濁水を処理する際に産業廃棄物として排出される排泥スラリーに、粘度調整剤を混入したものを用いる。粘度調整剤としては、消石灰や澱粉（例えば、ＰＶＡ（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌａｌｃｏｈｏｌ）や糊）を使用する。この粘度調整剤は、ゲル状込め物２２が発破孔１６ａに充填されたときに、起爆までの間、発破孔１６ａの孔口１７ａから流出したり、発破孔１６ａ内に発生する湧水や亀裂等により発破孔１６ａから逸出したりしないように、ゲル状込め物２２の粘性を高めるために用いられる。

ゲル状込め物２２は、親ダイ１８と爆薬装填補助部材１０とが発破孔１６ａに設置された後に、発破孔１６ａの外部から、２種類の材料を経路途中で一つの経路に合流する１．５ショット方式の専用注入ポンプ及びホース２６を用いて、発破孔１６ａの孔口１７ａまで充分に満たされるように充填される。

このようにして、発破孔１６ａへ親ダイ１８、増ダイ２５、及びゲル状込め物２２を装填するとともに、最外周以外の発破孔１６に親ダイ１８及び粒状爆薬２０をそのまま孔内全部に装填し、図１に示した発破順序で各発破孔１６を爆破させることにより、トンネルの発破掘削におけるスムースブラスティング工法が行われる。

以上本実施形態に係るスムースブラスティング工法によれば、爆破エネルギーを発破孔１６ａ内に伝播させるための流体として粘性を高めたゲル状込め物２２を用いることから、ゲル状込め物２２を、爆薬を装填した後に発破孔１６ａの外部から充填しても、爆薬を起爆させるまでの間は発破孔１６ａ内から流出することなく充填される。これにより、特許文献１に記載されるように袋に流体を充填して親ダイ１８や増ダイ２５等の爆薬よりも先に発破孔１６ａ内に挿入する必要もなく、爆薬の装填後に発破孔１６ａの外部からゲル状込め物２２を充填できるので、充填作業が簡便である。

また、ゲル状込め物２２が込め物の役割をするため、特に込め物を孔口１７ａ付近に設置する必要もないので、作業が簡素化できるとともにコスト軽減に寄与する。

また、ゲル状込め物２２は、粘性が高い流体であるので、起爆時に液圧効果により発破のエネルギーを孔内全体により確実に伝播させることができる。

また、ゲル状込め物２２に、トンネル掘削時に発生する濁水を処理する際に産業廃棄物として排出される排泥スラリーをリサイクルして用いることにより、現場で安価に調達できるとともに、産業廃棄物の再利用による環境負荷の低減に寄与することができる。

また、排泥スラリーと粘度調整剤との混合及び発破孔１６ａへの充填に１．５ショット方式を使用することにより、混合のためのタンク等の設置を省略できるので、設備の簡素化に寄与する。

また、通常よく実施されるスムースブラスティング工法では、最外周の発破孔１６ａには、専用爆薬を爆薬保護パイプに挿入して装填するのに対し、最外周以外の発破孔１６には、専用爆薬とは異なる紙巻の含水爆薬を装填することから（孔径デカップリング装薬方式）、専用爆薬と含水爆薬の二種類を使い分けなければならないために、装薬作業が煩雑になるおそれがあったが、本実施形態に係るスムースブラスティング工法によれば、同じ粒状爆薬２０を使用するので、単種類の爆薬にてスムースブラスティング工法を実施すること可能となり、爆薬の管理が簡略化できる。

また、本実施形態に係る爆薬装填補助部材１０によれば、先端に蓋１２を備えるメッシュ状パイプからなることから、内部に粒状爆薬２０を充填して切羽面３０の最外周に配置する発破孔１６ａに挿入することで、発破孔１６ａに装填する爆薬２０の量を調整することにより、地山の損傷を抑制して、余掘りを少なくするとともに掘削面を平滑に仕上げるスムースブラスティング工法を実施することができる。

また、爆薬装填補助部材１０は先端に蓋１２を備えるメッシュ状パイプであることから、その内部に粒状爆薬２０を空送充填する専用の装填機械２３を使用することができる。すなわち、粒状爆薬２０を空送充填しても、複数の孔又は籠の隙間から空気を外部に逃がし、内部に粒状爆薬２０を密な状態で充填することができる。これにより、爆薬装填の作業効率が飛躍的に向上し、切羽で作業する時間も短縮できることから施工の安全性も向上する。さらに、爆薬が爆発時には、このような複数の孔又は籠の隙間から発破のエネルギーを効率よく外部に伝播させることができる。

また、爆薬装填補助部材１０の孔１４が粒状爆薬２０の粒径よりも小さいことから、粒状爆薬２０を爆薬装填補助部材１０の外部に散逸させることなく内部に保持することができる。

なお、本実施形態では、ゲル状込め物２２として、排泥スラリーに粘度調整剤を混入したものを用いたが、これに限らず、シールドトンネルの施工時に用いられるような可塑性の裏込め材を用いてもよい。すなわち、発破孔１６ａに充填されてから起爆までの間に、発破孔１６ａの孔口１７ａから流出したり、発破孔１６ａ内に発生する湧水や亀裂等により発破孔１６ａから逸出したりしない程度の粘性を有する流体であればどのような流体でも用いてもよい。

ＳＢ工法による切羽面３０に削孔される発破孔のパターンの示す図である。装薬手順を示す最外周の発破孔１６ａの断面図である。爆薬装填補助部材１０の外観斜視図である。爆薬装填補助部材１０に粒状爆薬２０を充填する方法を説明するための説明図である。

符号の説明

１０爆薬装填補助部材
１２蓋
１４孔
１６発破孔
１６ａ最外周の発破孔
１７ａ孔口
１８親ダイ
１９雷管
２０粒状爆薬
２１起爆用電線
２２ゲル状込め物
２５増ダイ
３０切羽面

Claims

トンネルの発破掘削におけるスムースブラスティング工法であって、
掘削を実施する切羽面に発破孔を削孔し、
前記削孔した発破孔内に爆薬を装填し、
前記爆薬が装填された発破孔内へその外部から、前記発破孔の孔口から流出せず、かつ前記発破孔内が削孔される地盤に浸透しない程度の粘性を有する粘性流体を充填し、
前記爆薬を起爆させ、
前記削孔した発破孔内の一部への爆薬の装填には、複数の孔を有する筒体、又は筒状の籠体からなる爆薬装填補助部材に、粒状の爆薬を充填し、前記粒状の爆薬が充填された爆薬装填補助部材を、前記発破孔内に挿入することを特徴とするスムースブラスティング工法。