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トンネル発破掘削時の装薬孔内清掃器具を開発

切羽から離れた場所より清掃が可能となり、作業時の安全性を向上

2021年5月12日
大成建設株式会社

 大成建設株式会社(社長:相川善郎)は、山岳トンネル工事の発破掘削を行う際に、爆薬を装填する装薬孔内を安全に清掃するための専用器具を開発しました。本器具を使用することで、切羽からある程度離れた場所より装薬孔の清掃作業が可能となり、切羽から土砂や岩が剥がれ落ちる“肌落ち”による災害を防止でき、作業時の安全性向上が図れます。

 山岳トンネル工事の発破掘削では、発破で用いる爆薬の装薬孔を削岩機により穿孔します。その際、穿孔作業に伴い小石などが孔内に残る場合があり、これらは装薬の支障となるため、事前に取り除く必要があります。
 従来は先端をカギ状に整形した専用除去棒(以下、キューレン棒)を用いて、作業員が切羽で装薬孔内を直接目視で確認しながら清掃作業を行ってきました。しかし、この作業は、1つの装薬孔に何度もキューレン棒を差し込んで適切に小石を除去しなければならず、切羽近接での清掃作業時間が長くなり、作業員が肌落ちなどに巻き込まれる危険性がありました。
 そこで当社は、切羽より離れた場所から装薬孔に挿入でき、エアードリルを活用して一度に多数の小石を除去可能な専用清掃器具を開発し、実証試験によりその性能を確認しました。また、この度、開発した器具は当社が開発を進めているトンネル切羽作業の自動化・機械化技術の一つの要素となっており、将来的には装薬作業の完全機械化に向けた技術に位置付けられます。

 本器具の特徴および実証試験結果は以下のとおりです。

【特徴】(写真1、図1参照)

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    螺旋形状のスクリューを用いて小石を絡めとるように除去
    装薬孔の径に合わせて丸鋼を螺旋形状に加工したスクリューをドリル先端に装着し、回転させながら小石を絡めとるように捕捉することが可能で、一度に多数の小石を除去できます。

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    爆薬に対して安全なエアー駆動方式を採用
    発破作業には電気雷管を用いた爆薬を用いるため、装薬孔の清掃作業では静電気の発生を防止する必要があり、本器具のスクリューを回転させるドリルにはより安全な圧縮空気で動くエアードリルを使用しています。エアードリルに附属した減圧弁・流量調整バルブや操作レバーにより、圧縮空気の吐出量や回転速度の強弱を調整可能で、万が一、小石が挟まった場合には逆回転させて解放することができます。

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    穿孔長に合わせて清掃器具のシャフト長を自由に選定可能
    エアードリルは、先端側の「スクリュー」とモーター側の「シャフト」の2分割で構成されており、各々をネジで連結した単純な構造のため、シャフト長だけを必要に応じて変更することが可能で、異なる穿孔長にも対応することができます。また、スクリュー、シャフトとも鋼製で、現場での簡単な加工で調整や修理などを行えます。

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    清掃器具を軽量化し、作業性を向上
    スクリューシャフト長2mでも器具の全体重量が約3.0kgと軽量化されており、清掃作業時間の延長への対応や器具の取り扱いが容易になることから、作業員の負担を軽減するとともに作業性の向上を図っています。

【実証試験】(写真2参照)

  • 試験内容:下向き20度に設置した長さ1mのパイプ(φ45mm)の内部に小石10個(15mm~40mm)を詰め、従来のキューレン棒(長さ1.2m)と本清掃器具(スクリューシャフト長2m)を用いて、孔内から小石を除去する時間を比較
  • 試験結果:キューレン棒での除去時間60秒に対し、本清掃器具では除去時間30秒で、約50%の除去時間短縮が可能

 今後、当社は、山岳トンネル工事で発破掘削を行う現場に対して本清掃器具を導入し、発破作業の安全性向上を図っていきます。また、本器具を要素技術とした機械による装薬自動化の開発にも取り組み、切羽作業の更なる省力化と安全性の向上に努めてまいります。

写真1 作業状況比較
写真1 作業状況比較
図1 清掃器具概要
図1 清掃器具概要
写真2 清掃手順(実証実験による検証)
写真2 清掃手順(実証実験による検証)