JP6465850B2 - 破砕方法 - Google Patents
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Description
このような拡開式の破砕装置による破砕は、堅固な対象物を静圧によって破砕することができるため、鉄筋コンクリート構造物などの解体作業において振動や騒音の発生を防ぐことができる。
公知の破砕装置の機構を模式的に図5に示す。
<1>導入孔の孔壁をライナーの外面全体で加圧して破砕する方法であるため、破砕に大きなエネルギーが必要であり、破砕効率が悪い。
<2>破砕効率を上げるには装置の大型化が必要であり、製造コスト・施工コストがかさむ。
<3>対象物を導入孔の内部から自由面に向かって塊状に粉砕するため、破砕範囲を予測しにくい。よって、破砕範囲の重複や漏れが生じやすく、施工効率が悪い。
<4>対象物を導入孔の内部から自由面に向かって塊状に粉砕するため、破砕範囲を正確に区画することができない。よって、設計の自由度が低い。
<5>破砕範囲が不明確なので、破砕装置を案内する手元作業員の足元が崩れないよう、安全上の配慮が必要となる。
<6>破砕時に導入孔の孔壁とライナーの外面が面接触するため、破砕が進行しない場合ライナーが摩耗しやすく寿命が短い。また、破砕時に生じる高温の摩擦熱によってライナーが熱変形しやすい。
<1>導入孔の孔壁に、破断面を誘発する指向溝を形成した後、これと直交する方向に拡開して、対象物を層状に破砕する。このため、従来に比べ少ないエネルギーで対象物を破砕できる。
<2>対象物を自由面側へ層状に剥がし取るように破砕するため、破砕範囲を直線状に区画して設定することができる。このため、破砕範囲の重複や漏れが生じにくく、施工効率が良い。
<3>破砕範囲を直線状に区画して設定できるため、設計の自由度が高い。
<4>破砕範囲を従来に比べて正確に予測できるため、施工の安全性が高い。
<1>導入孔の孔壁を、まず突起部で部分的に破断した後に、ライナーで加圧して破砕する。このため、従来に比べ少ないエネルギーで破砕でき、破砕効率が非常に高い。
<2>破砕時のライナーと孔壁との接触面積が少なく、対象物を少エネルギーで破砕できるため、ライナーと孔壁との間の摩擦が少ない。このため、ライナーの摩耗や熱変形が生じにくい。
<1>全体の構成(図1)。
本発明に係る破砕装置1は、同方向に先端を向けて対向して配置する一対のライナー10と、一対のライナー10間にこれと同方向に先端を向けて配置するウェッジ20と、ライナー10の外面に付設する突起部30と、ウェッジ20の後部に位置する圧入機構40と、フレーム50と、を少なくとも備える。
フレーム50内には、一対のライナー10およびウェッジ20の後端と、圧入機構40が収容される。
圧入機構40を駆動してウェッジ20を先端方向に押し出すと、クサビ状のウェッジ20が対向するライナー10の間に圧入されることで、ライナー10が側面方向に押し広げられる。
破砕装置1は、油圧ショベルなどの重機の先端に装着するか、その先端から吊り下げて使用する。
ライナー10は、ウェッジ20による押出しを受けて、先端を側方に押し広げる一対の部材である。
それぞれのライナー10は、フレーム50内に位置する基部11と、フレーム50から突出する胴部12とを有する。
基部11は、胴部12より幅広に形成され、ライナー10がフレーム50から抜け出さないようにフレーム50内に保持される。
胴部12は、基部11との接続部分から先端に向かって、徐々に断面積が大きくなる。
一対のライナー10を対向して組み合わせた状態における内側の面を胴部12の内面とすると、胴部12の内面は、ウェッジ20の外周面に対応した円滑面を備える。
胴部12の外面は、導入孔aの孔壁に対応した断面円弧状であることが望ましい。
胴部12の外面には突起部30を付設する。
ウェッジ20は、圧入機構40による加圧を受けて、一対のライナー10を側方に押し広げるクサビ状の部材である。
ウェッジ20は後端から先端に向かって断面積が小さくなる、先細りの形状を呈する。
ウェッジ20は、軸方向に沿って摺動可能な状態で、一対のライナー10の間に保持される。ウェッジ20の後端はフレーム50内であって圧入機構40の前方に位置する。
突起部30は、ライナー10の外側に付設する峰状の突起部材である。
本例では、突起部30は、タングステンカーバイドの超硬チップを、ライナー10の長手方向に沿って連続して付設してなる。ただし、素材はこれに限られず、所定の硬度を備えれば他の素材を採用してもよい。
突起部30は、一定間隔を空けて断続的に付設してもよい。
突起部30は、(1)導入孔a1の縁部に指向溝Cを形成する溝形成機能、(2)対象物Aの破砕効率を高める破砕促進機能、および(3)ライナー10の摩耗や熱変形を防ぐ摩耗防止機能、を少なくとも備える。
このうち、(1)は破砕方法の記述内で説明し、(2)(3)について以下に説明する。
本発明の破砕装置1は、導入孔a1内でライナー10を拡開すると、まず、突起部30が孔壁に食い込むクサビ効果によって孔壁の一部が破断し亀裂が生じる。続いて、亀裂の周囲の孔壁をライナー10の外面が加圧することで、亀裂が対象物A内に伝播し、破砕対象部分が粉砕されて細分化する。
このように、まず先行して突起部30で破断部を形成した後に、その周囲をライナー10で加圧して破砕するため、破砕効率が非常に高く、従来の破砕機に比べて少ないエネルギーで対象物Aを破砕することができる。
また、突起部30をライナー10の外面に断続的に付設した場合には、突起部30の孔壁への食い込みが良くなるため、破砕促進機能がさらに高くなる。
従来の破砕装置は、ライナーの外面が孔壁と面接触するため、ライナーの周面と孔壁と間に過大な摩擦が生じてライナーが摩耗しやすかった。また、高温の摩擦熱によってライナーが熱変形することがあった。
これに対し、本発明の破砕装置1は、突起部30のクサビ効果によって孔壁が粉砕されるため、ライナー10の外面と孔壁との接触面積が少なくなり、また対象物Aを少エネルギーで破砕できるため、ライナー10と孔壁の間に過大な摩擦が生じない。このため、ライナー10の摩耗が少なく、熱変形が生じにくい。
圧入機構40は、ウェッジ20を介してライナー10に静圧を与える機構である。
圧入機構40は、ウェッジ20の後部に位置し、ウェッジ20を軸先端方向に押し出して一対のライナー10間に圧入させる。
本例では、圧入機構40として、油圧ポンプ、シリンダ、ピストンなどの組合せによる油圧ユニットを採用する。ただしこれに限られず、他の公知の機構、例えば高圧エアなどを採用してもよい。
圧入機構40の構造については公知なのでここでは詳述しない。
このほか、本発明に係る破砕装置1には、加振機構60を設けても良い。
加振機構60は、ライナー10に、その中心軸方向の衝撃力を与える機構である。
加振機構60は、例えば、圧入機構40による静圧のみでは対象物Aの破砕が困難な場合などに圧入機構40と併用することができる。
本例では、加振機構60として、シリンダ内のピストンをコントロールバルブで高速制御する機構を採用する。ただしこれに限られず、他の公知の機構を採用してもよい。
引き続き、本発明の破砕方法について詳細に説明する。
<1>全体の構成(図2)。
本発明に係る破砕方法は、溝形成工程と、拡開工程と、を少なくとも備える。本例では、溝形成工程の前提となる削孔工程も含めて説明する。
また、本例では、本発明の破砕装置1を用いる場合について説明する。
図2は本発明に係る破砕方法の説明図である。図面右奥から左手前に向かって、削孔工程(S1)、溝形成工程(S2)、拡開工程(S31、S32)の各工程を模式的に表している。
破砕の対象物Aは、岩盤、岩石やコンクリート構造物など自然物であると人工物であるとを問わない。
本例では、一側に自由面Bを有する岩盤を対象物Aとする例について説明する。
対象物Aの自由面Bの連続方向と直交する方向を破砕方向X、平行する方向を連続方向Y、とそれぞれ定義する。
なお、この明細書で「直交」「平行」とは、数学的に厳密な定義ではなく、それぞれ直交方向、平行方向という程度の意味である。
削孔工程は、対象物Aに導入孔a1を穿設する工程である(図2:S1)。穿設には油圧クローラードリルなどの各種公知技術を用いる。
導入孔a1の内径は、一対のライナー10を閉じた時の外径より大きく、開いた時の外径より小さく設定する。
本例では、対象物Aの上面から鉛直方向に導入孔a1を複数穿設する。
それぞれの導入孔a1は自由面B近傍であって自由面Bから一定の距離離れた位置に、自由面Bの連続方向Yに沿って穿設する。
なお、本発明の適用は導入孔a1が鉛直方向に設けられている場合に限られない。例えば、山岳トンネルの切羽において、水平方向に設けられた導入孔a1の内部から、これに直交する方向に破砕することなども可能である。
溝形成工程は、導入孔a1の縁部に一対の指向溝Cを形成する工程である(図2:S2)。
導入孔a1内に破砕装置1を吊り下ろしてライナー10を先端から挿入する。この際、破砕装置1のライナー10が拡開する拡開方向を連続方向Yと一致させる。
続いて、孔内で破砕装置1のライナー10を拡開して突起部30を孔壁に圧接させ、孔壁の縁部に一対の指向溝Cを形成する。
また、指向溝Cは、破砕装置1を吊り下ろす際の自重を利用して形成することもできる。
指向溝Cの形成後、破砕装置1のライナー10を閉じて、破砕装置1を導入孔a1内から吊り上げる。この際、破砕装置1の先端を完全に導入孔a1内から抜き出す必要はなく、ライナー10と突起部30が孔壁から離れればよい。
続いて、後続する拡開工程に備えて破砕装置1を中心軸に沿って90度回転させる。
拡開工程は、対象物Aを導入孔a1内から拡開して、対象物Aを導入孔a1から自由面B側に破砕する工程である。
破砕装置1を再び導入孔a1内に吊り下ろし、ライナー10の外面および突起部30を孔壁に当接させる。この際、破砕装置1の拡開方向を破砕方向Xと一致させる。
続いて、破砕装置1の圧入機構40を駆動して、孔内でライナー10を破砕方向Xに拡開する(図2:S31)。
導入孔a1の縁部には、予め連続方向Yに向かう指向溝Cが形成してあるため、拡開によって指向溝Cから連続方向Yの両方向へ亀裂が延伸し、亀裂の下方には対象物A内に破断面が形成される。亀裂が隣接する導入孔a1に到達すると、破断面も隣接する導入孔a1に接続する。
このように、導入孔a1が拡開し、破断面の面積が広がることで、対象物Aが自由面B側へ引き剥がされるように破砕される(図2:S32)。
この際、ライナー10の拡開と平行して、孔内から対象物Aへ加振機構60による振動を与えてもよい。
本発明に係る破砕方法は、破砕装置1による破砕に指向性を持たせることによって、対象物Aを連続方向Yに沿って層状に剥がし取るように破砕する工法である。
この点、従来の、対象物を導入孔から自由面に向かって塊状に破砕する方法とは、根本的に技術的思想が異なる。
このように、対象物Aを塊状ではなく層状に破砕可能であるため、破砕範囲を直線状に区画して設定することが可能となり、施工時の設計が柔軟になるほか、施工効率と施工の安全性を高めることができる。
実施例1では、導入孔a1ごとにそれぞれ溝形成工程、拡開工程を行ったが、予めすべての導入孔a1に指向溝Cを形成した後に(図3:S2)、これらの導入孔a1に順次拡開工程を行ってもよい。
この場合、先行する導入孔a1の拡開時に、後続する導入孔a1にも予め指向溝Cが形成されているため、各導入孔a1の指向溝C同士が接続しやすくなる(図3:S3)。
よって、実施例1と比較して隣り合う導入孔a1間の距離を長くとることができ、施工効率が高まる。また、破砕範囲をより正確に設定することができる。
対象物Aに複数の導入孔a1を穿設した場合において、隣接する2つの導入孔a1の間に補助孔a2を穿設する他の実施例について説明する(図4)。
補助孔a2は、対象物Aに設ける孔であって、隣接する導入孔a1間の破断面の接続を補助する孔である。
補助孔a2は、隣接する2つの導入孔a1の中間に、連続方向Yに沿って穿設する。例えば、削孔工程において連続方向Yに沿って穿設した孔のうち、任意の孔を補助孔a2とすることができる。
補助孔a2には、指向溝Cを形成せず、また破砕装置1による拡開も行わない。
本例では、対象物Aに、連続方向Yに沿って導入孔a1と補助孔a2とを交互に設ける。
説明の便宜上、隣り合う2つの導入孔を第一の導入孔a1、第二の導入孔a1、として、その間に1つの補助孔a2を設けた例について説明する。
拡開工程において、第一の導入孔a1を拡開すると、指向溝Cから延伸した亀裂が、連続方向Yに沿って、補助孔a2へ繋がる。
続いて、第二の導入孔a1を拡開すると、同様に指向溝Cから延伸した亀裂が第一の導入孔a1との中間にある補助孔a2へと到達する。
このように、第一の導入孔a1から第二の導入孔a1へと、補助孔a2を介して破断面が接続する。
本例では、実施例1と比較して施工効率が高くなる他、破砕範囲をより正確に設定することができる。
10 ライナー
11 基部
12 胴部
20 ウェッジ
30 突起部
40 圧入機構
50 フレーム
60 加振機構
A 対象物
a1 導入孔
a2 補助孔
B 自由面
C 指向溝
X 破砕方向
Y 連続方向
Claims (4)
- 自由面と、自由面以外の面に形成した導入孔と、を備えた対象物を破砕する、破砕方法であって、
先端に向かって断面積が大きくなる2つのライナーと、先端に向かって断面積が小さくなるウェッジと、前記2つのライナーの間に前記ウェッジを圧入可能な圧入機構と、を備え、前記2つのライナーの外面にはそれぞれライナーの長手方向に沿って延在する突起部を有する、破砕装置を準備する準備工程と、
前記導入孔内に差し入れた前記ライナーの突起部によって、前記導入孔の縁部へ、自由面の連続方向と実質的に平行する両方向に一対の指向溝を形成する、溝形成工程と、
前記2つのライナーの間に前記ウェッジを圧入することによって、前記導入孔を、自由面の連続方向と直交する両方向へ拡開して対象物を破砕する、拡開工程と、を、備えることを特徴とする、
破砕方法。 - 対象物は複数の導入孔を備え、前記複数の導入孔は自由面の連続方向に沿って配列していることを特徴とする、請求項1に記載の破砕方法。
- 隣り合う前記導入孔の中間に補助孔を備えることを特徴とする、請求項2に記載の破砕方法。
- 前記突起部は、前記ライナーの長手方向に沿って断続的に設けられていることを特徴とする、請求項1乃至3の何れか一項に記載の破砕方法。
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