JPH087038B2 - 地下空洞掘進における発破方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、トンネル或いは大規模地下空洞等の地下空
洞掘進における発破方法に関する。

〔従来の技術〕

一般に、地下空洞掘進においては、穿孔、火薬の装
薬、発破、ずり処理および支保工建込み等の工程を反復
する掘進方法が採用されている。このうち、発破計画に
おいて発破効果を増大させるためには、自由面の数を多
くする程良い結果が得られるが、トンネル内においては
切羽面が唯一の自由面を形成し、非常に制約された状態
にある。そこで、まず芯抜き発破により自由面を形成さ
せ、次に芯抜きによって形成された自由面に対して払い
発破をかけ、順次外側に拡大しながら発破する方法をと
っている。

従来、上記芯抜き方法には、Ｖカット、ピラミッドカ
ット、バーンカット、大口径芯抜き法等種々の方法があ
げられる。このうち、Ｖカット、ピラミッドカットは、
穿孔角度を掘進方向の一点に集中させ、進行方向に向け
て楔型、ピラミッド型に穿孔するものであるため、１発
破当たりの進行長が掘進断面積により制限され、また、
穿孔精度が発破効果に大きな影響を与える結果、掘進能
率が低下するという欠点がある。

その点、上記バーンカット、大口径芯抜き法等の平行
孔芯抜き法は、１発破当たりの進行長を3m以上と長くす
ることができるので、掘進能率を大幅に向上させること
ができる。第４図は、バーンカットの例を示すもので、
トンネル１の切羽面２に掘進方向に平行に空孔３、３、
…および装薬孔４、４、…を穿孔し、装薬孔４、４、…
に火薬を装填し斉発或いは段発により発破を行い、自由
面として作用する空孔３、３、…に向けて破壊させる方
法である。これら空孔および装薬孔の配置は、上記ボッ
クスカットの他、クローバーリーフカット、ラインカッ
ト等がある。

また、第５図は、大口径芯抜き法の例を示すもので、
トンネル１の切羽面２に掘進方向に平行に大口径孔５お
よび装薬孔４、４、…を穿孔し、装薬孔４、４、…に火
薬を装填し斉発或いは段発により発破を行い、自由面と
して作用する大口径孔５に向けて破壊させる方法であ
り、また、２つの大口径孔を穿孔するコロマントカット
も知られている。

そして、芯抜きにより形成された自由面に向けて、時
間差を付けながら周囲に発破を拡大させてゆき、地下空
洞を形成するものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来の芯抜き方法においては、芯抜き後に形成さ
れる自由面が円形断面或いは不規則な断面になると言う
問題を有していた。すなわち、自由面が円形断面の場合
には、続いて行われる払い発破において、破壊応力が円
の接線方向に分散されてしまい、そのぶん穿孔数、装薬
量を増大しなければならない問題が生じるし、自由面が
不規則な断面の場合には、払い発破における装薬孔の配
置、装薬量の設計が困難となり、過装薬或いは弱装薬の
原因となるという問題を生じていた。

また、効果的な芯抜き発破が行われない結果、後続し
て行われる払い発破において有効な自由面が形成され
ず、ますます後続して行われる発破の効果が悪くなると
いう問題を有していた。

さらに、従来のバーンカット或いは大口径芯抜き法に
おいては、複数本或いは大口径の空孔を穿孔するため、
穿孔時間が増大すると共に、穿孔方向を高精度に維持す
る必要があり、掘進能率を低下させる要因となってい
た。

本発明は、上記した問題を解決するものであって、芯
抜き発破により有効な自由面を形成させると共に、続い
て行われる発破において矩形状の自由面を形成させるこ
とにより、払い発破における穿孔数、装薬量を減少さ
せ、掘進能率を向上させる地下空洞掘進における発破方
法を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

そのために本発明の地下空洞掘進における発破方法
は、掘進方向に平行に多角形状に穿孔される複数の装薬
孔ｂ〜ｇと、前記多角形の中心に掘進方向に平行に穿孔
される装薬孔ａと、前記多角形状に穿孔される装薬孔の
水平方向両側に掘進方向に平行に穿孔される複数の装薬
孔ｈ〜ｑと、これら全装薬孔から一定高さ離れて水平位
置に並んで掘進方向に平行に穿孔される複数の装薬孔６
とを有し、前記多角形状に穿孔される装薬孔の水平方向
両側に穿孔される複数の装薬孔は、発破後に順次形成さ
れる自由面を底辺とする２等辺三角形の頂点に穿孔さ
れ、先ず、多角形状に穿孔された複数の装薬孔を斉発し
た後、前記中心の装薬孔を発破することにより断面多角
形状の自由面を有する芯抜き孔Ａを形成し、次いで、前
記発破後に形成される自由面を底辺とする２等辺三角形
の頂点に穿孔された装薬孔を順次発破することにより断
面鋸歯状の自由面を有する心助孔Ｂを形成し、次いで、
一定高さ離れて水平位置に並んで穿孔された複数の装薬
孔を発破することにより断面矩形状の自由面を形成する
ことを特徴とするものである。なお、上記構成に付加し
た番号は、本発明の理解を容易にするために図面と対比
させるためのもので、これにより本発明の構成が何ら限
定されるものではない。

〔実施例〕

以下、実施例を図面を参照しつつ説明する。

第１図は本発明の地下空洞掘進における発破方法の１
実施例を示す図、第２図は本発明の他の実施例を示す
図、第３図は第２図の実施例におけるスリット形成方法
を説明するための図である。図において、Ａは芯抜き
孔、Ｂは心助孔、ａ〜ｑは装薬孔、６は装薬孔、19はス
リット、20は切削パイプ、22はノズル、23は方向指示装
置、24は円板状スリット、25は亀裂を示す。

第１図の実施例においては、芯抜き孔Ａの中心に掘進
方向に平行に装薬孔ａを穿孔し、該装薬孔ａに平行かつ
その周囲に正六角形状に６個の装薬孔ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、
ｆ、ｇを穿孔する。また、芯抜き孔Ａの水平方向両側の
心助孔Ｂ、Ｂには、下記に述べる位置に装薬孔ｈ、ｉ、
ｊ、ｋ、ｌ、ｍ、ｎ、ｏ、ｐ、ｑ、…を掘進方向に平行
に穿孔する。

ｈ、ｉ…前記装薬孔ｃ−ｄ間および装薬孔ｆ−ｇ間を
底辺とするそれぞれの正三角形の頂点。

ｊ、ｋ、ｌ、ｍ…装薬孔ｂ−ｈ間、ｈ−ｅ間、ｅ−ｉ
間およびｉ−ｂ間を底辺とするそれぞれの正三角形の頂
点。

ｎ、ｏ、ｐ、ｑ…装薬孔ｊ−ｈ間、ｈ−ｋ間、ｉ−ｌ
間およびｉ−ｍ間を底辺とするそれぞれの正三角形の頂
点。

以下順次この方法により芯抜き孔Ａの水平方向両側に
装薬孔を穿孔してゆく。さらに、芯抜き孔Ａおよび心助
孔Ｂ、Ｂの上部に一定高さ離れて水平位置に並んで掘進
方向に平行に複数の装薬孔６、６、…を穿孔する。

次に、発破方法について説明すると、各装薬孔に火薬
を装填した後、先ず正六角形状に穿孔された装薬孔ｂ、
ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇを斉発させると中心の装薬孔ａの周
囲にクラックが生じ、次いで中心の装薬孔ａを段発させ
る。その結果、芯抜き孔Ａは正六角柱状に芯抜きされ、
次に、得られた自由面ｃ−ｄおよびｇ−ｆに向けて装薬
孔ｈ、ｉを段発させると、ｂ−ｈ間、ｈ−ｅ間、ｅ−ｉ
間およびｉ−ｂ間に自由面が形成される。次に、これら
自由面ｂ−ｈ、ｈ−ｅ、ｅ−ｉおよびｉ−ｂに向けて装
薬孔ｊ、ｋ、ｌ、ｍを発破させると、ｊ−ｈ間、ｈ−ｋ
間、ｉ−ｌ間およびｉ−ｍ間に自由面が形成される。次
に、これら自由面ｊ−ｈ、ｈ−ｋ、ｉ−ｌおよびｉ−ｍ
に向けて装薬孔ｎ、ｏ、ｐ、ｑを発破させる。以下、順
次形成される自由面に対して段発発破を行うことによ
り、芯抜き孔Ａの水平方向両側に断面鋸歯状の自由面を
有する心助孔Ｂ、Ｂを形成するものである。そして、形
成された芯抜き部は自由面の数が多くかつ規則正しく配
列された鋸歯状の空洞となり、次に装薬孔６、６、…発
破させると、容易に岩石が破壊され、断面矩形状の自由
面が形成されるため、後続して行われる払い発破の効果
も増大する。

次に、第２図の実施例について説明すると、第１図の
実施例と比較して、装薬孔の配置、段発の順序は同一で
あるが、相違する点は、中心の装薬孔ａを除く芯抜き孔
Ａおよび心助孔Ｂ、Ｂの装薬孔ｂ、ｃ、ｄ、…、ｏ、
ｐ、ｑ…の両側面に、スリット19、19、…を形成させた
点、および装薬孔ａ、ｂ、ｃ、…、ｏ、ｐ、ｑ、…の全
部又は一部の孔尻に円板状スリット24、24、…を形成さ
せた点である。該スリット19は、各装薬孔の孔長全長に
わたり、かつ発破により形成すべき自由面にそって切削
される。

上記スリット19の形成方法を第３図により説明する
と、装薬孔ａ、ｂ、ｃ、ｄ、…、ｏ、ｐ、ｑ…を穿岩機
により穿孔した後、高圧力水発生装置（図示せず）に連
結したスリット切削パイプ20を、装薬孔ｂ〜ｑ、…に順
次、或いは同時に複数基挿入する。該スリット切削パイ
プ20の先端にはノズル22、22が設けられ、スリット切削
パイプ20を前進させながら高圧力水をノズル22、22から
噴射させると、装薬孔の側面全長にわたりスリット19、
19、…が形成される。その際、各装薬孔にスリット19、
19、…を発破により形成すべき自由面にそって切削する
ために、ノズルの位置を調整する方向指示装置23が設け
られている。そして、スリット切削パイプ20が前進し、
各装薬孔の孔底に到達すると、スリット切削パイプ20を
回転し、ノズル22、22から噴射される高圧水により各装
薬孔の孔底が円板状に切削され、円板状スリット24、24
が形成される。該円板状スリット24、24、…は、中心の
装薬孔11にも形成してもよいし、一部の装薬孔のみに形
成してもよい。

なお、スリットの形成方法は、上記高圧水により形成
する方法に限定されるものではなく、穿岩機にスリット
切削用のチップを取付けて形成するようにしてもよい。

その作用について説明すると、各装薬孔を発破させる
と、第２図に示すように、発破応力分布は、隣接する装
薬孔のスリット19、19を横軸とした略楕円形となり、隣
接する装薬孔間にスリット19、19を介して亀裂25が生
じ、第１図に示した実施例よりもさらに自由面が規則正
しく配列されることになる。また、装薬孔の全部または
一部に形成された円板状スリット24、24、…により、各
装薬孔の孔尻において地山と縁切りされる方向に亀裂が
生じるので、芯抜き効果はさらに増大し、後続して行わ
れる払い発破の効果がさらに増大する。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではな
く、種々の変更が可能である。たとえば、上記実施例に
おいては、芯抜き孔Ａの水平方向両側に心助孔Ｂ、Ｂを
形成するようにしているが、水平方向両側ではなく、垂
直上下方向でもよいし斜め方向両側に穿孔してもよい。

また、上記実施例においては、芯抜き孔Ａおよび心助
孔Ｂ、Ｂの上部に一定高さ離れて水平位置に並んで掘進
方向に平行に装薬孔を配置しているが、下部に一定高さ
離れて水平方向に並んで掘進方向に平行に装薬孔を配置
してもよい。

また、上記実施例においては、２つの装薬孔間を底辺
とする正三角形の頂点に、心助孔Ｂ、Ｂを形成する装薬
孔を穿孔しているが、２等辺三角形の貯点に穿孔しても
よい。

さらに、上記実施例においては、中心孔ａを除く芯抜
き孔Ａおよび心助孔Ｂ、Ｂの装薬孔ｂ、ｃ、ｄ、…、
ｏ、ｐ、ｑ…の全部にスリットを形成しているが、正六
角形に穿孔された装薬孔のみに形成してもよいし、これ
に加えて心助孔Ｂ、Ｂの装薬孔の一部に形成してもよ
い。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、多
角形状に穿孔された複数の装薬孔を斉発した後、前記中
心の装薬孔を発破することにより断面多角形状の自由面
を有する芯抜き孔を形成し、次いで、前記発破後に形成
される自由面を底辺とする２等辺三角形の頂点に穿孔さ
れた装薬孔を順次発破することにより断面鋸歯状の自由
面を有する心助孔を形成し、次いで、一定高さ離れて水
平位置に並んで穿孔された複数の装薬孔を発破すること
により断面矩形状の自由面を形成するので、自由面が広
くかつ自由面が規則正しく配列され、後続して行われる
払い発破の効果を増大させることができ、また、払い発
破における穿孔数、装薬量を減少させると共に、穿孔時
間を短縮させ掘進能率を向上させることができる。

また、払い発破における穿孔数、装薬孔の配置、装薬
量等の発破計画が容易になる。

さらに、装薬孔にスリットおよび円板状スリットを形
成した場合には、各装薬孔のこれらスリット間に亀裂が
生じ、さらに芯抜き効果を増大させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の地下空洞掘進における発破方法の１実
施例を示す図、第２図は本発明の他の実施例を示す図、
第３図は第２図の実施例におけるスリット形成方法を説
明するための図、第４図および第５図は従来の芯抜き法
を説明するための図である。 Ａ…芯抜き孔、Ｂ…心助孔、ａ〜ｑ…装薬孔、６…装薬
孔、19…スリット、20…切削パイプ、22…ノズル、23…
方向指示装置、24…円板状スリット、25…亀裂。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石井 三郎 東京都中央区京橋２丁目16番１号 清水建 設株式会社内 (72)発明者 赤田 昌義 東京都中央区京橋２丁目16番１号 清水建 設株式会社内 (72)発明者 和田 孝史 東京都中央区京橋２丁目16番１号 清水建 設株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】掘進方向に平行に多角形状に穿孔される複
   数の装薬孔と、前記多角形の中心に掘進方向に平行に穿
   孔される装薬孔と、前記多角形状に穿孔される装薬孔の
   水平方向両側に掘進方向に平行に穿孔される複数の装薬
   孔と、これら全装薬孔から一定高さ離れて水平位置に並
   んで掘進方向に平行に穿孔される複数の装薬孔とを有
   し、前記多角形状に穿孔される装薬孔の水平方向両側に
   穿孔される複数の装薬孔は、発破後に順次形成される自
   由面を底辺とする２等辺三角形の頂点に穿孔され、先
   ず、多角形状に穿孔された複数の装薬孔を斉発した後、
   前記中心の装薬孔を発破することにより断面多角形状の
   自由面を有する芯抜き孔を形成し、次いで、前記発破後
   に形成される自由面を底辺とする２等辺三角形の頂点に
   穿孔された装薬孔を順次発破することにより断面鋸歯状
   の自由面を有する心助孔を形成し、次いで、一定高さ離
   れて水平位置に並んで穿孔された複数の装薬孔を発破す
   ることにより断面矩形状の自由面を形成することを特徴
   とする地下空洞掘進における発破方法。」
2. 【請求項２】前記中心の装薬孔を除く全部または一部の
   装薬孔の両側面全長にわたり形成すべき自由面に沿って
   スリットを形成したことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の地下空洞掘進における発破方法。
3. 【請求項３】前記装薬孔の全部若しくは一部の孔尻に円
   板状スリットを形成したことを特徴とする特許請求の範
   囲第２項記載の地下空洞掘進における発破方法。