トンネル周縁部の掘削方法
【課題】放電用電極の基端部と支保工とが接触した状態で放電を行うと支保工に高電圧が流れて危険である。
【解決手段】トンネル掘削対象部に掘削進行方向に延長する放電用孔４を形成し、放電用孔内に放電用電極を設けてこの放電用電極の放電部での放電により衝撃波を発生させ、この衝撃波でトンネル掘削対象部を破砕してトンネルを掘削していくに際し、掘削の終了した孔の周縁の内側に地山を支える支保工９３を設け、その支保工より掘削進行方向側に位置する切羽面９４の周縁部９６に放電用孔を形成し、この放電用孔内に設置して放電を行う放電用電極として折り曲げ可能な放電用電極１を用い、この放電用電極を折り曲げて支保工より離した状態としてから放電用孔内で当該放電用電極による放電を行なってトンネル周縁部を破砕したことを特徴とする。
【解決手段】トンネル掘削対象部に掘削進行方向に延長する放電用孔４を形成し、放電用孔内に放電用電極を設けてこの放電用電極の放電部での放電により衝撃波を発生させ、この衝撃波でトンネル掘削対象部を破砕してトンネルを掘削していくに際し、掘削の終了した孔の周縁の内側に地山を支える支保工９３を設け、その支保工より掘削進行方向側に位置する切羽面９４の周縁部９６に放電用孔を形成し、この放電用孔内に設置して放電を行う放電用電極として折り曲げ可能な放電用電極１を用い、この放電用電極を折り曲げて支保工より離した状態としてから放電用孔内で当該放電用電極による放電を行なってトンネル周縁部を破砕したことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電破砕方法によってトンネル周縁部を破砕してトンネルを掘削する場合に、安全に施工できるトンネル掘削方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
岩石やコンクリート等の破壊対象物を破砕するために放電破砕装置を用いた放電破砕方法が知られている。即ち、図７のように、破壊対象物６０に予め放電用孔６１を形成し、この放電用孔６１内に水などの電解液６３を注入してこの電解液６３中に放電破砕装置５０Ａの放電用電極７０を挿入し、放電用電極７０に８ｋＶ〜２０ｋＶの高電圧を印加して放電を行なわせる。この放電エネルギーにより衝撃波が発生し、この衝撃波で放電用孔６１の周囲を破砕することで、破壊対象物６０を破砕する。放電破砕装置５０Ａは、大容量（例えば約５００ｋＪ）のコンデンサ８２及びスイッチ８３，８４を備えた回路で構成されたパルスパワー源８０と、コンデンサ８２の一方の極８２ａに接続されるとともにコンデンサ８２の他方の極８２ｂにスイッチ８３を介して接続された発電機等の電源部８１と、コンデンサ８２の一方の極８２ａに接続された一方電極とコンデンサ８２の他方の極８２ｂにスイッチ８４を介して接続された他方電極とこれら一方電極と他方電極とを絶縁する絶縁体とで形成された放電用電極７０とを備える。図示しないが、パルスパワー源８０の回路は接地（アース）されている。放電用電極７０は、例えば、＋電極のような一方電極としての棒状の内部導体７３と、内部導体７３の外周囲を被覆する筒状の絶縁体７４と、絶縁体７４の外周囲に設けられた−電極のような他方電極としての外部導体７５とにより構成される。すなわち、放電用電極７０は、内部導体７３と絶縁体７４と外部導体７５とが同軸状に配置された構成の同軸電極である。外部導体７５は、内部導体７３の中心線に沿った方向に間隔を隔てて設けられた複数の浮遊電極７６；７６・・・を構成する。浮遊電極とは、電源側と電気的に絶縁された電極のことである。絶縁体７４の先端７４ｔより突出して露出する内部導体７３の先端部７３ｔとこの先端部７３ｔに最も近い浮遊電極７６の先端部７６ｔとで放電を生じさせる先端側放電ギャップ７７が形成され、互いに対向する浮遊電極７６同士の端部７６ｓと端部７６ｓとで放電を生じさせる中間側放電ギャップ７８が形成される。中間側放電ギャップ７８は複数形成される。先端側放電ギャップ７７と複数の中間側放電ギャップ７８とにより放電部７９が形成される。スイッチ８４及びスイッチ８３の非導通の状態で、破壊対象物６０の放電用孔６１内の電解液６３中に放電用電極７０を挿入した後に、スイッチ８３を導通してコンデンサ８２に電源部８１からの電荷を蓄積させる。そしてスイッチ８４を導通して、コンデンサ８２に蓄えられた電荷がケーブル７１及びコネクタ７２を介して放電用電極７０に印加されると、先端側放電ギャップ７７で放電を生じ、この放電エネルギーによって衝撃波を発生する。同様に、複数の中間側放電ギャップ７８で放電を生じ、この放電エネルギーによって衝撃波を発生する。これら衝撃波により破壊対象物６０が破砕する。
【特許文献１】特開２００３−３１１１７５号公報
【特許文献２】特開２００３−３２０２６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述した放電破砕方法を使用してトンネルを掘削することが考えられる。つまり、地山におけるトンネル掘削対象部に掘削進行方向に延長する放電用孔を形成し、放電用孔内に設置した放電用電極に高電圧を印加して発生させた放電により衝撃波を発生させ、その衝撃波でトンネル掘削対象部を破砕してトンネルを掘削することが考えられる。この場合、まず、トンネル掘削対象部の表面となる地山の地肌面に放電用孔を形成し、上述した放電破砕方法を使用してトンネルの孔を掘削する。その後、図８のように、掘削した孔９０の周縁９１の内側に地山９２を支える支保工９３を設ける。その支保工９３より掘削進行方向Ｘ側に位置するトンネル掘削対象部の表面となる切羽面９４から掘削進行方向Ｘに延長する複数の放電用孔９５を形成し、この放電用孔９５内に上述の真直ぐな丸棒状に形成された同軸構成の放電用電極７０を設けて放電を行うことで切羽面９４を破砕して孔９０を掘進していくことが考えられる。この場合、切羽面９４の周縁部９６を破砕するために切羽面９４の周縁部９６にも放電用孔９５を形成する。切羽面９４の周縁部９６とは、支保工９３の後端部９７と対向する切羽面９４内の面領域（図４における切羽面９４の周縁９６ａと想像線９６ｂ（図３の支保工９３の下縁位置９３ｔに対応する線）との間の領域）を言う。一般に、切羽面９４における周縁部９６の破砕の後にトンネル周縁部の余掘りを行うことでトンネルの断面径を設計に合わせるためには、トンネル周縁の設計位置Ｃより内側にくるように放電用孔９５を形成する必要がある。このため、切羽面９４の周縁部９６に形成する放電用孔９５の差角αを小さくすることが望ましい。尚、差角αとは、図８に示すように、トンネルの掘削進行方向Ｘに沿う基準線Ａと放電用孔９５の孔の進行方向に沿う線Ｂとのなす角度、すなわち、基準線Ａに対する線Ｂの傾き角度である。しかしながら、切羽面９４の周縁部９６の破砕において上述した真直ぐな丸棒状に形成された同軸構成の放電用電極７０を用いる場合に、切羽面９４の周縁部９６に形成する放電用孔９５の差角αを小さく設定する（例えば、差角αを０°〜１０°の角度に設定する）と、放電用孔９５内に挿入した放電用電極７０の基端部９８が鋼製の支保工９３に接触してしまう。放電用電極７０の基端部９８と支保工９３とが接触した状態で放電を行うと支保工９３に高電圧が流れて危険である。上述した放電用電極７０の基端部９８を曲げて使用することができれば、放電用電極７０の基端部９８と支保工９３との接触を回避することも可能であるが、当該放電用電極７０は、基端部９８を曲げて使用するような使い方は考慮されておらず、基端部９８を曲げることが困難であり、基端部９８を曲げることができたとしても放電用電極７０自体が壊れてしまって正常な放電を行えない。従って上述した放電用電極７０を用いて放電用電極７０と支保工９３との接触を防止するためには、図８に示すように、切羽面９４の周縁部９６に形成する放電用孔９６の差角αを大きく設定する必要がある（例えば、差角αを１０°より大きい角度に設定する）。しかしながら、放電用孔９６の差角αを大きく設定する場合、放電用孔９５の掘削進行方向Ｘに延長する孔の長さを長くすると、放電用孔９５の孔の先端部（底部）９５ｔがトンネル周縁の設計位置Ｃより外側にはみだしてしまい、このように差角αを大きく設定して孔の長さを長く形成した放電用孔９５内に放電用電極７０を入れて放電を行って切羽面９４の周縁部９６を破砕するとトンネルの孔９０の径が大きくなってしまい、設計より大きな断面径のトンネルとなってしまう。これを防ぐために、放電用孔９６の差角αを大きく設定する場合において、放電用孔９５の掘削進行方向Ｘに延長する孔の長さを短くすることが考えられる。しかし、この場合、放電用孔９５を形成する回数が多くなり、作業効率が悪くなる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本願発明に係るトンネル周縁部の破砕方法は、トンネル掘削対象部に掘削進行方向に延長する放電用孔を形成し、放電用孔内に放電用電極を設けてこの放電用電極の放電部での放電により衝撃波を発生させ、この衝撃波でトンネル掘削対象部を破砕してトンネルを掘削していくに際し、掘削の終了した孔の周縁の内側に地山を支える支保工を設け、その支保工より掘削進行方向側に位置する切羽面の周縁部に放電用孔を形成し、この放電用孔内に設置して放電を行う放電用電極として折り曲げ可能な放電用電極を用い、この放電用電極を折り曲げて支保工より離した状態としてから放電用孔内で当該放電用電極による放電を行なってトンネル周縁部を破砕したことを特徴とする。切羽面の周縁部に形成する放電用孔の差角を０°〜１０に設定したり、折り曲げ可能な放電用電極としてワイヤにより形成されたワイヤ電極を用い、ワイヤ電極は、ワイヤの一端がワイヤの他端の方向に折曲されてワイヤの両端部が絶縁保持部材により互いに絶縁状態に保持され、かつ、ワイヤの切断による切断面と切断面とを対向させて放電を生じさせる放電ギャップが形成されたことも特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明のトンネル掘削方法によれば、放電用孔に挿入される放電用電極の基端部を曲げることによって放電用電極の基端部と鋼製の支保工との接触を防止できるので、トンネルを安全に施工できる。また、切羽面の周縁部に形成する放電用孔の差角を小さく設定したとしても、放電用電極の基端部を曲げることによって放電用電極の基端部と鋼製の支保工との接触を防止できるので、トンネルを安全に施工できる。よって、放電用孔の差角を小さく設定できることによって、放電用孔の孔の先端部がトンネル周縁の設計位置より外側に大きくはみだすことがないように放電用孔の長さを長くすることが可能となり、設計に合った断面径のトンネルを効率的に施工できる。即ち、設計に合った断面径のトンネルを安全かつ効率的に施工できる。特に、切羽面の周縁部に形成する放電用孔の差角を０°〜１０°に設定したことにより、放電用孔の孔の先端部がトンネル周縁の設計位置より外側に大きくはみだすことがないように放電用孔の長さを長くできるという効果をより具体的に実現できるようになり、設計に合った断面径のトンネルを効率的に施工できるという効果をより具体的に実現できる。折り曲げ可能な放電用電極としてワイヤ電極を用いることで、折り曲げが容易で、かつ、確実に放電を行わせることができ、作業、破砕を効率的に行え、トンネルを効率的に施工できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
図１〜図５は本発明の最良の形態を示し、図１はトンネル周縁部の掘削方法を示し、図２は地山のトンネル掘削対象部に形成される放電用孔及び自由面の配置を示し、図３は図１のＡ−Ａ断面を示し、図４は図１のＢ−Ｂ断面を示し、図５はトンネル周縁部の掘削方法に用いる放電用電極としてのワイヤ電極を示す。尚、図７；８の従来例と同一又は相当部分は同一符号を付して詳説を省略する。
【０００７】
本形態によるトンネル周縁部の掘削方法は、図２に示すように、地山９２におけるトンネル掘削対象部２の表面２Ａからトンネルの掘削進行方向Ｘ（図１参照）及びこの掘削進行方向Ｘと直交する方向に延長する自由面３を形成するとともに掘削進行方向Ｘに延長する放電用孔４を形成し、放電用孔４内に放電用電極を設置して放電を行ってトンネル掘削対象部２を破砕することでトンネルを掘削して行く。トンネル掘削対象部２は、図２において想像線（二点鎖線）Ｄで囲まれた地山９２の内側領域であって、トンネル掘削対象部２の表面２Ａは、掘削開始の際には地山９２の地肌面に設定される面であり、掘削進行後は切羽面９４である。切羽とは、トンネルの掘削している孔９０の最先端箇所である。掘削進行方向Ｘと直交する方向とは、例えばトンネル掘削対象部２の表面２Ａが掘削進行方向Ｘと直交する面（トンネル断面）だとすれば、当該表面２Ａに沿った方向である。
【０００８】
自由面３は、トンネル掘削対象部２に表面２Ａから掘削進行方向Ｘに延長する複数の孔５を掘削進行方向Ｘと直交する方向に数珠繋ぎのように並べて形成することで複数の孔５を互いに連続させた連続削孔溝６の内面により形成される。孔５や放電用孔４は例えば断面円形の筒状の孔である。自由面３を形成する連続削孔溝６は、例えば、本出願人により出願された特許出願である特願２００１−１３３０９７号（特開２００２−３２７５８９号公報）に記載された図外の切削機械としての穿孔機を用いて形成する。つまり、案内ロッドと先端に岩盤を削る穿孔ビットを有する穿孔ロッドとを備えた穿孔機を用いて連続削孔溝６を形成する。まず、トンネル掘削対象部２におけるトンネル断面の内側に対応する箇所の上方側から穿孔ビットで最初の孔５ａ（５）を形成した後、最初の孔５ａ内に案内ロッドを挿入して穿孔ビットで最初の孔５ａの下方（地面８側）に最初の孔５ａと連続する孔５ｂ（５）を形成する。つまり、穿孔ロッド及び穿孔ビットを駆動手段で回転及び前後駆動させることで穿孔ロッドが地山９２の岩盤を削って孔５を形成する。穿孔機の穿孔ロッドと案内ロッドとの間には超硬チップが設けられており、上下に並ぶ孔５ａと孔５ｂとの間の地山１は超硬チップにより削られて、この削られた連結孔部分７により孔５ａと孔５ｂの内面同士が繋がる。以後、同様に、下方に向けて順番に孔５を形成していくことで、トンネル掘削対象部２の上下方向に設けられた複数の孔５が連結孔部分７により数珠繋ぎのように繋がれた連続削孔溝６が形成される。この連続削孔溝６の内面が自由面３として機能する。
【０００９】
放電用孔４は、上述した穿孔機の案内ロッドを取り外して残った穿孔ロッドの先端の穿孔ビットを駆動して形成したり、専用の穿孔機を用いて形成する。トンネル掘削対象部２の表面２Ａの中心側に形成される複数の放電用孔４は任意の間隔を隔てて形成される。トンネル掘削対象部２の表面２Ａの周縁（図２の想像線Ｄ及び地面８に近い部分）に沿って形成される複数の放電用孔４は上述した任意の間隔より狭い所定の間隔を隔てて形成される。
【００１０】
まず、トンネル掘削対象部２の表面２Ａである地山９２の地肌面を破砕する。即ち、地山９２の地肌面に形成した放電用孔４内に放電用電極を設けてこの放電用電極にパルスパワー源８０から８ｋＶ〜２０ｋＶの高電圧を印加する。これにより、放電用電極の放電部で放電を生じ、この放電エネルギーによって衝撃波を発生し、衝撃波で地山９２におけるトンネル掘削対象部２の表面である地肌の岩盤を破砕して孔９０を掘削する。本形態では、自由面３は連続削孔による溝６内の空間と接している溝６の内面により形成され、この自由面３を形成する溝６により掘削対象部２の岩盤が縁切りされる。よって、放電用孔４と自由面３との間の岩盤が岩盤によって拘束されていない溝６のある側に動きやすくなるので、衝撃波によって放電用孔４と自由面３との間の岩盤にひび割れ（亀裂）が生じやすくなり、さらには、衝撃波が自由面３で反射されて戻ることに伴う引張力によっても放電用孔４と自由面３との間の岩盤にひび割れが生じやすくなることから、放電用孔４と自由面３との間の岩盤がひび割れにより破砕したり、あるいは、ひび割れた部分を小型のブレーカなどの削岩機を用いて破砕することで、横坑を効率的に掘削できる。一方、自由面３を形成しない場合には、衝撃波は放電用孔４の周りから外側に広がって行く過程で徐々に減衰するので、衝撃波によって岩盤を効率的に破砕できない。また、本形態では、掘削対象部２の表面２Ａの中心に近い部位に形成された放電用孔４から表面２Ａの中心より遠い位置の放電用孔４という順番で放電を行う。すなわち、まず、図２のように２つの溝６；６で挟まれた掘削対象部２の表面２Ａの中心に近い部位に形成された放電用孔４内で放電を行うことで発生させた衝撃波により放電用孔４と溝６の自由面３との間の岩盤を破砕する。これにより、２つの溝６；６で挟まれた掘削対象部２の中央部を破砕できる。この２つの溝６；６で挟まれた掘削対象部２の中央部が破砕されると、２つの溝６；６の間に図外の大きな孔が形成されて、溝６；６の内面が図外の大きな孔の内面の一部となり、この図外の孔の内面で大きな面積の自由面が形成されることになる。そして、当該図外の孔の周囲にある放電用孔４内で放電を行って当該放電用孔４と自由面となる中央の孔の内面との間の岩盤を破砕することにより掘削対象部２の中央の周囲を徐々に破砕していき、最後に、掘削対象部２における横坑の周縁部近傍に形成された放電用孔４内で放電を行って横坑の周縁部の岩盤を破砕することで、掘削対象部２を掘削できる。このように、掘削対象部２の表面２Ａの中心に近い部位に形成された放電用孔４から表面２Ａの中心より遠い位置の放電用孔４という順番で放電を行うようにすることで、横坑掘削対象部２の中央に図外の大きな孔の内面による自由面を形成でき、この自由面を利用して掘削対象部２における横坑の周縁部側を効率的に破砕できる。トンネル掘削対象部２の表面である地山９２の地肌面の破砕に用いる放電用電極としては上述した放電用電極７０を用いてもよいし、後述するワイヤ電極１を用いてもよい。
【００１１】
その後、図１のように、掘削した孔９０の周縁９１に沿った内側に地山９２を支えるための支保工９３を構築する。図３に示すように、支保工９３は、上部が湾曲形状に形成された２本の鋼支柱３５の上端同士をボルトナットなどによる固定具３５Ａによって接合してアーチ状に形成された支保工柱３６が、掘削進行方向Ｘに沿って所定の間隔を隔てて順次設けられ、これら支保工柱３６が鋼製の連結パイプ３７により互いに連結され、連結パイプ３７で繋がれた支保工柱３６と支保工柱３６との間の外側に図外の土留材を設けてなる。支保工柱３６の鋼支柱３５はＨ形鋼やＩ形鋼のような鋼材よりなる。連結パイプ３７の両端部はボルト部３８に形成され、連結パイプ３７のボルト部３８が支保工柱３６に形成された図外のボルト挿通孔に通されてナット３９により支保工柱３６に固定される。すなわち、掘削が進むにつれて孔９０の周縁９１の内側において切羽面９４に近い場所まで支保工９３を構築するとともに切羽面９４の中央部及び周縁部９６に放電用孔４を形成する。切羽面９４の周縁部９６とは、支保工９３の後端部９７と対向する切羽面９４内の面領域（図４における切羽面９４の周縁９６ａと想像線９６ｂ（図３の支保工９３の下縁位置９３ｔに対応する線）との間の領域）を言う。
【００１２】
本形態では、掘削した孔９０の周縁９１の内側に支保工９３を形成した後に、この支保工９３より掘削進行方向Ｘ側に位置する切羽面９４の周縁部９６に形成する複数の放電用孔４Ａ（４）（図４参照）の差角αを、０°〜１０°、さらに好ましくは、０°〜５°に設定する（図１参照）。そして、当該放電用孔４Ａ内に挿入して放電を行う放電用電極としてワイヤ電極１を用いた。すなわち、切羽面９４の周縁部９６に形成する放電用孔４Ａの差角αを小さく設定するとともにこの切羽面９４の周縁部９６に形成した放電用孔４Ａ内での放電に用いる折り曲げ可能な放電用電極としてワイヤ電極１を用いる。
【００１３】
図５に示すように、ワイヤ電極１は、１本のワイヤ１１（導体線棒）を中間点１２を基準としてワイヤ１１の一端１３をワイヤ１１の他端１４の方向に折り返した後に、一直線状に対向するワイヤ１１の一端側１５と他端側１６とを複数箇所で絶縁保持部材１７により互いに保持してから、ワイヤ１１の一端側１５や他端側１６の一部を切断することで放電ギャップ１８が形成された電極本体１９と、電極本体１９の少なくとも放電ギャップ１８の形成された部分を収納するとともに内部に電解液６３が充填されるカートリッジ２０とを備えた構成である。ワイヤ１１としては、例えば鉄，銅，貴金属，合金等の導体により直径５ｍｍ程度に形成されたワイヤを用いる。ワイヤ１１の一端側１５（あるいは他端側１６）が複数箇所で切断され、切断面２１と切断面２１とを対向させて放電を生じさせる上記放電ギャップ１８が複数形成される。放電ギャップ１８は数ｍｍ程度に設定される。カートリッジ２０は、ゴムやプラスチック等で形成された収納体であり、上部に封止部２２を有する。すなわち、ワイヤ電極１は、電解液６３及び電極本体１９の放電ギャップ１８の部分をカートリッジ２０の内部に収納した後に封止部２２を図外の封止材での水密に封止して、電解液６３がカートリッジ２０の外部に漏れないように構成されたものである。ワイヤ電極１の後端、即ち、ワイヤ１１の一端１３と他端１４は、互いに電気的に絶縁状態に電極側コネクタ２５に接続され、かつ、機械的に電極側コネクタ２５により保持される。この電極側コネクタ２５に着脱可能に接続される接続コネクタ２６にはパルスパワー源８０からの正極線２７及び負極線２８が接続される。従って、電極側コネクタ２５と接続コネクタ２６とを互いに電気的に接続することで、例えば、ワイヤ２１の一端１３が正極線２７に接続され、ワイヤ２１の他端１４が負極線２８に接続される。正極線２７と負極線２８は同軸ケーブルで形成してもよい。パルスパワー源８０には電源ケーブル２９を介して電源部８１が接続される。
【００１４】
従って、図１に示すように、ワイヤ電極１の基端部３０を折り曲げておいてワイヤ電極１の先端３１側を切羽面９４の周縁部９６に形成した放電用孔４Ａ内に挿入し、ワイヤ電極１の基端部３０が支保工９３と接触しないように設定した後に放電する。このようにすることで、切羽面９４の周縁部９６に形成する放電用孔４Ａの差角αを小さく設定したとしても、ワイヤ電極１の基端部３０を曲げることによってワイヤ電極１の基端部３０と鋼製の支保工９３との接触を防止できるので、トンネルを安全に施工できる。また、放電用孔４Ａの差角αを小さく設定できることによって、放電用孔４Ａの孔の先端部４ｔがトンネル周縁の設計位置Ｃより外側にはみだすことがないように放電用孔４Ａの長さを長くすることが可能となり、設計に合った断面径のトンネルを効率的に施工できる。特に、本形態では、切羽面９４の周縁部９６に形成する放電用孔４Ａの差角αを０°〜１０°に設定したことにより、放電用孔４Ａの孔の先端部４ｔがトンネル周縁の設計位置Ｃより外側にはみだすことがないように放電用孔４Ａの長さを長くできるという効果をより具体的に実現できるようになる。よって、本形態によれば、設計に合った断面径のトンネルを効率的に安全に施工できる。また、差角αを０°に近くするほど放電用孔４Ａの掘削進行方向Ｘへの孔の長さを長くできるので、作業効率を向上でき、しかも、トンネル周縁部の余掘り部分を残すことができて、トンネルの孔９０の径を正確に施工できる。また、折り曲げ可能な放電用電極としてワイヤ電極１を用いたことで、折り曲げが容易で、かつ、放電ギャップ１８に影響を与えずに電極本体１９を折り曲げることができるので、確実に放電を行わせることができ、作業、破砕を効率的に行え、トンネルを効率的に施工できる。
【産業上の利用可能性】
【００１５】
切羽面９４の周縁部９６に形成した放電用孔４Ａ内に挿入して放電を行わせる放電用電極として、図６に示すようなワイヤ電極１Ａを用いても良い。以下、図６によりワイヤ電極１Ａを説明するが、図５のワイヤ電極１と同一又は相当部分は同一符号を付して詳説を省略する。このワイヤ電極１Ａは、１本のワイヤ１１を中間点１２を基準としてワイヤ１１の一端１３をワイヤ１１の他端１４の方向に折り返し、中間点１２の折曲部位を境としたワイヤ１１の一端側１５と他端側１６とを複数の箇所で交差させる。複数の交差点３１においてワイヤ１１の一端側１５と他端側１６とが絶縁保持部材３２により互いに絶縁保持された電極本体３２を備えたものである。絶縁保持部材３２間におけるワイヤ１１の一端側１５や他端側１６の一部を切断することで放電ギャップ１８が形成される。交差点３１のワイヤ１１の一端側１５と他端側１６とを絶縁接着剤で絶縁接着保持してもよい。すなわち、ワイヤ電極１Ａは、電解液６３及び電極本体３２の放電ギャップ１８の部分をカートリッジ２０の内部に収納した後に封止部２２を図外の封止材での水密に封止して、電解液６３がカートリッジ２０の外部に漏れないように構成されたものである。折り曲げ可能な放電用電極として、上述したワイヤ電極１；１Ａとは形態の異なるワイヤ電極、あるいは、ワイヤ電極以外で基端部が折り曲げ可能に構成された電極を用いても良い。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】トンネル周縁部の掘削方法を示す断面図（最良の形態）。
【図２】トンネル掘削対象部に形成した放電用孔及び衝撃波反射面の配置図（最良の形態）。
【図３】図１のＡ−Ａ断面図（最良の形態）。
【図４】図１のＢ−Ｂ断面図（最良の形態）。
【図５】トンネル周縁部の掘削方法に用いる放電用電極としてのワイヤ電極を示す構成図（最良の形態）。
【図６】トンネル周縁部の掘削方法に用いる放電用電極としての他のワイヤ電極を示す構成図。
【図７】従来の放電破砕装置及び電極を示す図。
【図８】従来の放電破砕方法を用いて考えられるトンネル周縁部の掘削方法を示す断面図。
【符号の説明】
【００１７】
１ ワイヤ電極、２ トンネル掘削対象部、２Ａ トンネル掘削対象部の表面、
４Ａ（４） 放電用孔、１１ ワイヤ、１８ 放電ギャップ、９２ 地山、
９３ 支保工、９４ 切羽面、９６ 切羽面の周縁部、α 差角。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電破砕方法によってトンネル周縁部を破砕してトンネルを掘削する場合に、安全に施工できるトンネル掘削方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
岩石やコンクリート等の破壊対象物を破砕するために放電破砕装置を用いた放電破砕方法が知られている。即ち、図７のように、破壊対象物６０に予め放電用孔６１を形成し、この放電用孔６１内に水などの電解液６３を注入してこの電解液６３中に放電破砕装置５０Ａの放電用電極７０を挿入し、放電用電極７０に８ｋＶ〜２０ｋＶの高電圧を印加して放電を行なわせる。この放電エネルギーにより衝撃波が発生し、この衝撃波で放電用孔６１の周囲を破砕することで、破壊対象物６０を破砕する。放電破砕装置５０Ａは、大容量（例えば約５００ｋＪ）のコンデンサ８２及びスイッチ８３，８４を備えた回路で構成されたパルスパワー源８０と、コンデンサ８２の一方の極８２ａに接続されるとともにコンデンサ８２の他方の極８２ｂにスイッチ８３を介して接続された発電機等の電源部８１と、コンデンサ８２の一方の極８２ａに接続された一方電極とコンデンサ８２の他方の極８２ｂにスイッチ８４を介して接続された他方電極とこれら一方電極と他方電極とを絶縁する絶縁体とで形成された放電用電極７０とを備える。図示しないが、パルスパワー源８０の回路は接地（アース）されている。放電用電極７０は、例えば、＋電極のような一方電極としての棒状の内部導体７３と、内部導体７３の外周囲を被覆する筒状の絶縁体７４と、絶縁体７４の外周囲に設けられた−電極のような他方電極としての外部導体７５とにより構成される。すなわち、放電用電極７０は、内部導体７３と絶縁体７４と外部導体７５とが同軸状に配置された構成の同軸電極である。外部導体７５は、内部導体７３の中心線に沿った方向に間隔を隔てて設けられた複数の浮遊電極７６；７６・・・を構成する。浮遊電極とは、電源側と電気的に絶縁された電極のことである。絶縁体７４の先端７４ｔより突出して露出する内部導体７３の先端部７３ｔとこの先端部７３ｔに最も近い浮遊電極７６の先端部７６ｔとで放電を生じさせる先端側放電ギャップ７７が形成され、互いに対向する浮遊電極７６同士の端部７６ｓと端部７６ｓとで放電を生じさせる中間側放電ギャップ７８が形成される。中間側放電ギャップ７８は複数形成される。先端側放電ギャップ７７と複数の中間側放電ギャップ７８とにより放電部７９が形成される。スイッチ８４及びスイッチ８３の非導通の状態で、破壊対象物６０の放電用孔６１内の電解液６３中に放電用電極７０を挿入した後に、スイッチ８３を導通してコンデンサ８２に電源部８１からの電荷を蓄積させる。そしてスイッチ８４を導通して、コンデンサ８２に蓄えられた電荷がケーブル７１及びコネクタ７２を介して放電用電極７０に印加されると、先端側放電ギャップ７７で放電を生じ、この放電エネルギーによって衝撃波を発生する。同様に、複数の中間側放電ギャップ７８で放電を生じ、この放電エネルギーによって衝撃波を発生する。これら衝撃波により破壊対象物６０が破砕する。
【特許文献１】特開２００３−３１１１７５号公報
【特許文献２】特開２００３−３２０２６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述した放電破砕方法を使用してトンネルを掘削することが考えられる。つまり、地山におけるトンネル掘削対象部に掘削進行方向に延長する放電用孔を形成し、放電用孔内に設置した放電用電極に高電圧を印加して発生させた放電により衝撃波を発生させ、その衝撃波でトンネル掘削対象部を破砕してトンネルを掘削することが考えられる。この場合、まず、トンネル掘削対象部の表面となる地山の地肌面に放電用孔を形成し、上述した放電破砕方法を使用してトンネルの孔を掘削する。その後、図８のように、掘削した孔９０の周縁９１の内側に地山９２を支える支保工９３を設ける。その支保工９３より掘削進行方向Ｘ側に位置するトンネル掘削対象部の表面となる切羽面９４から掘削進行方向Ｘに延長する複数の放電用孔９５を形成し、この放電用孔９５内に上述の真直ぐな丸棒状に形成された同軸構成の放電用電極７０を設けて放電を行うことで切羽面９４を破砕して孔９０を掘進していくことが考えられる。この場合、切羽面９４の周縁部９６を破砕するために切羽面９４の周縁部９６にも放電用孔９５を形成する。切羽面９４の周縁部９６とは、支保工９３の後端部９７と対向する切羽面９４内の面領域（図４における切羽面９４の周縁９６ａと想像線９６ｂ（図３の支保工９３の下縁位置９３ｔに対応する線）との間の領域）を言う。一般に、切羽面９４における周縁部９６の破砕の後にトンネル周縁部の余掘りを行うことでトンネルの断面径を設計に合わせるためには、トンネル周縁の設計位置Ｃより内側にくるように放電用孔９５を形成する必要がある。このため、切羽面９４の周縁部９６に形成する放電用孔９５の差角αを小さくすることが望ましい。尚、差角αとは、図８に示すように、トンネルの掘削進行方向Ｘに沿う基準線Ａと放電用孔９５の孔の進行方向に沿う線Ｂとのなす角度、すなわち、基準線Ａに対する線Ｂの傾き角度である。しかしながら、切羽面９４の周縁部９６の破砕において上述した真直ぐな丸棒状に形成された同軸構成の放電用電極７０を用いる場合に、切羽面９４の周縁部９６に形成する放電用孔９５の差角αを小さく設定する（例えば、差角αを０°〜１０°の角度に設定する）と、放電用孔９５内に挿入した放電用電極７０の基端部９８が鋼製の支保工９３に接触してしまう。放電用電極７０の基端部９８と支保工９３とが接触した状態で放電を行うと支保工９３に高電圧が流れて危険である。上述した放電用電極７０の基端部９８を曲げて使用することができれば、放電用電極７０の基端部９８と支保工９３との接触を回避することも可能であるが、当該放電用電極７０は、基端部９８を曲げて使用するような使い方は考慮されておらず、基端部９８を曲げることが困難であり、基端部９８を曲げることができたとしても放電用電極７０自体が壊れてしまって正常な放電を行えない。従って上述した放電用電極７０を用いて放電用電極７０と支保工９３との接触を防止するためには、図８に示すように、切羽面９４の周縁部９６に形成する放電用孔９６の差角αを大きく設定する必要がある（例えば、差角αを１０°より大きい角度に設定する）。しかしながら、放電用孔９６の差角αを大きく設定する場合、放電用孔９５の掘削進行方向Ｘに延長する孔の長さを長くすると、放電用孔９５の孔の先端部（底部）９５ｔがトンネル周縁の設計位置Ｃより外側にはみだしてしまい、このように差角αを大きく設定して孔の長さを長く形成した放電用孔９５内に放電用電極７０を入れて放電を行って切羽面９４の周縁部９６を破砕するとトンネルの孔９０の径が大きくなってしまい、設計より大きな断面径のトンネルとなってしまう。これを防ぐために、放電用孔９６の差角αを大きく設定する場合において、放電用孔９５の掘削進行方向Ｘに延長する孔の長さを短くすることが考えられる。しかし、この場合、放電用孔９５を形成する回数が多くなり、作業効率が悪くなる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本願発明に係るトンネル周縁部の破砕方法は、トンネル掘削対象部に掘削進行方向に延長する放電用孔を形成し、放電用孔内に放電用電極を設けてこの放電用電極の放電部での放電により衝撃波を発生させ、この衝撃波でトンネル掘削対象部を破砕してトンネルを掘削していくに際し、掘削の終了した孔の周縁の内側に地山を支える支保工を設け、その支保工より掘削進行方向側に位置する切羽面の周縁部に放電用孔を形成し、この放電用孔内に設置して放電を行う放電用電極として折り曲げ可能な放電用電極を用い、この放電用電極を折り曲げて支保工より離した状態としてから放電用孔内で当該放電用電極による放電を行なってトンネル周縁部を破砕したことを特徴とする。切羽面の周縁部に形成する放電用孔の差角を０°〜１０に設定したり、折り曲げ可能な放電用電極としてワイヤにより形成されたワイヤ電極を用い、ワイヤ電極は、ワイヤの一端がワイヤの他端の方向に折曲されてワイヤの両端部が絶縁保持部材により互いに絶縁状態に保持され、かつ、ワイヤの切断による切断面と切断面とを対向させて放電を生じさせる放電ギャップが形成されたことも特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明のトンネル掘削方法によれば、放電用孔に挿入される放電用電極の基端部を曲げることによって放電用電極の基端部と鋼製の支保工との接触を防止できるので、トンネルを安全に施工できる。また、切羽面の周縁部に形成する放電用孔の差角を小さく設定したとしても、放電用電極の基端部を曲げることによって放電用電極の基端部と鋼製の支保工との接触を防止できるので、トンネルを安全に施工できる。よって、放電用孔の差角を小さく設定できることによって、放電用孔の孔の先端部がトンネル周縁の設計位置より外側に大きくはみだすことがないように放電用孔の長さを長くすることが可能となり、設計に合った断面径のトンネルを効率的に施工できる。即ち、設計に合った断面径のトンネルを安全かつ効率的に施工できる。特に、切羽面の周縁部に形成する放電用孔の差角を０°〜１０°に設定したことにより、放電用孔の孔の先端部がトンネル周縁の設計位置より外側に大きくはみだすことがないように放電用孔の長さを長くできるという効果をより具体的に実現できるようになり、設計に合った断面径のトンネルを効率的に施工できるという効果をより具体的に実現できる。折り曲げ可能な放電用電極としてワイヤ電極を用いることで、折り曲げが容易で、かつ、確実に放電を行わせることができ、作業、破砕を効率的に行え、トンネルを効率的に施工できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
図１〜図５は本発明の最良の形態を示し、図１はトンネル周縁部の掘削方法を示し、図２は地山のトンネル掘削対象部に形成される放電用孔及び自由面の配置を示し、図３は図１のＡ−Ａ断面を示し、図４は図１のＢ−Ｂ断面を示し、図５はトンネル周縁部の掘削方法に用いる放電用電極としてのワイヤ電極を示す。尚、図７；８の従来例と同一又は相当部分は同一符号を付して詳説を省略する。
【０００７】
本形態によるトンネル周縁部の掘削方法は、図２に示すように、地山９２におけるトンネル掘削対象部２の表面２Ａからトンネルの掘削進行方向Ｘ（図１参照）及びこの掘削進行方向Ｘと直交する方向に延長する自由面３を形成するとともに掘削進行方向Ｘに延長する放電用孔４を形成し、放電用孔４内に放電用電極を設置して放電を行ってトンネル掘削対象部２を破砕することでトンネルを掘削して行く。トンネル掘削対象部２は、図２において想像線（二点鎖線）Ｄで囲まれた地山９２の内側領域であって、トンネル掘削対象部２の表面２Ａは、掘削開始の際には地山９２の地肌面に設定される面であり、掘削進行後は切羽面９４である。切羽とは、トンネルの掘削している孔９０の最先端箇所である。掘削進行方向Ｘと直交する方向とは、例えばトンネル掘削対象部２の表面２Ａが掘削進行方向Ｘと直交する面（トンネル断面）だとすれば、当該表面２Ａに沿った方向である。
【０００８】
自由面３は、トンネル掘削対象部２に表面２Ａから掘削進行方向Ｘに延長する複数の孔５を掘削進行方向Ｘと直交する方向に数珠繋ぎのように並べて形成することで複数の孔５を互いに連続させた連続削孔溝６の内面により形成される。孔５や放電用孔４は例えば断面円形の筒状の孔である。自由面３を形成する連続削孔溝６は、例えば、本出願人により出願された特許出願である特願２００１−１３３０９７号（特開２００２−３２７５８９号公報）に記載された図外の切削機械としての穿孔機を用いて形成する。つまり、案内ロッドと先端に岩盤を削る穿孔ビットを有する穿孔ロッドとを備えた穿孔機を用いて連続削孔溝６を形成する。まず、トンネル掘削対象部２におけるトンネル断面の内側に対応する箇所の上方側から穿孔ビットで最初の孔５ａ（５）を形成した後、最初の孔５ａ内に案内ロッドを挿入して穿孔ビットで最初の孔５ａの下方（地面８側）に最初の孔５ａと連続する孔５ｂ（５）を形成する。つまり、穿孔ロッド及び穿孔ビットを駆動手段で回転及び前後駆動させることで穿孔ロッドが地山９２の岩盤を削って孔５を形成する。穿孔機の穿孔ロッドと案内ロッドとの間には超硬チップが設けられており、上下に並ぶ孔５ａと孔５ｂとの間の地山１は超硬チップにより削られて、この削られた連結孔部分７により孔５ａと孔５ｂの内面同士が繋がる。以後、同様に、下方に向けて順番に孔５を形成していくことで、トンネル掘削対象部２の上下方向に設けられた複数の孔５が連結孔部分７により数珠繋ぎのように繋がれた連続削孔溝６が形成される。この連続削孔溝６の内面が自由面３として機能する。
【０００９】
放電用孔４は、上述した穿孔機の案内ロッドを取り外して残った穿孔ロッドの先端の穿孔ビットを駆動して形成したり、専用の穿孔機を用いて形成する。トンネル掘削対象部２の表面２Ａの中心側に形成される複数の放電用孔４は任意の間隔を隔てて形成される。トンネル掘削対象部２の表面２Ａの周縁（図２の想像線Ｄ及び地面８に近い部分）に沿って形成される複数の放電用孔４は上述した任意の間隔より狭い所定の間隔を隔てて形成される。
【００１０】
まず、トンネル掘削対象部２の表面２Ａである地山９２の地肌面を破砕する。即ち、地山９２の地肌面に形成した放電用孔４内に放電用電極を設けてこの放電用電極にパルスパワー源８０から８ｋＶ〜２０ｋＶの高電圧を印加する。これにより、放電用電極の放電部で放電を生じ、この放電エネルギーによって衝撃波を発生し、衝撃波で地山９２におけるトンネル掘削対象部２の表面である地肌の岩盤を破砕して孔９０を掘削する。本形態では、自由面３は連続削孔による溝６内の空間と接している溝６の内面により形成され、この自由面３を形成する溝６により掘削対象部２の岩盤が縁切りされる。よって、放電用孔４と自由面３との間の岩盤が岩盤によって拘束されていない溝６のある側に動きやすくなるので、衝撃波によって放電用孔４と自由面３との間の岩盤にひび割れ（亀裂）が生じやすくなり、さらには、衝撃波が自由面３で反射されて戻ることに伴う引張力によっても放電用孔４と自由面３との間の岩盤にひび割れが生じやすくなることから、放電用孔４と自由面３との間の岩盤がひび割れにより破砕したり、あるいは、ひび割れた部分を小型のブレーカなどの削岩機を用いて破砕することで、横坑を効率的に掘削できる。一方、自由面３を形成しない場合には、衝撃波は放電用孔４の周りから外側に広がって行く過程で徐々に減衰するので、衝撃波によって岩盤を効率的に破砕できない。また、本形態では、掘削対象部２の表面２Ａの中心に近い部位に形成された放電用孔４から表面２Ａの中心より遠い位置の放電用孔４という順番で放電を行う。すなわち、まず、図２のように２つの溝６；６で挟まれた掘削対象部２の表面２Ａの中心に近い部位に形成された放電用孔４内で放電を行うことで発生させた衝撃波により放電用孔４と溝６の自由面３との間の岩盤を破砕する。これにより、２つの溝６；６で挟まれた掘削対象部２の中央部を破砕できる。この２つの溝６；６で挟まれた掘削対象部２の中央部が破砕されると、２つの溝６；６の間に図外の大きな孔が形成されて、溝６；６の内面が図外の大きな孔の内面の一部となり、この図外の孔の内面で大きな面積の自由面が形成されることになる。そして、当該図外の孔の周囲にある放電用孔４内で放電を行って当該放電用孔４と自由面となる中央の孔の内面との間の岩盤を破砕することにより掘削対象部２の中央の周囲を徐々に破砕していき、最後に、掘削対象部２における横坑の周縁部近傍に形成された放電用孔４内で放電を行って横坑の周縁部の岩盤を破砕することで、掘削対象部２を掘削できる。このように、掘削対象部２の表面２Ａの中心に近い部位に形成された放電用孔４から表面２Ａの中心より遠い位置の放電用孔４という順番で放電を行うようにすることで、横坑掘削対象部２の中央に図外の大きな孔の内面による自由面を形成でき、この自由面を利用して掘削対象部２における横坑の周縁部側を効率的に破砕できる。トンネル掘削対象部２の表面である地山９２の地肌面の破砕に用いる放電用電極としては上述した放電用電極７０を用いてもよいし、後述するワイヤ電極１を用いてもよい。
【００１１】
その後、図１のように、掘削した孔９０の周縁９１に沿った内側に地山９２を支えるための支保工９３を構築する。図３に示すように、支保工９３は、上部が湾曲形状に形成された２本の鋼支柱３５の上端同士をボルトナットなどによる固定具３５Ａによって接合してアーチ状に形成された支保工柱３６が、掘削進行方向Ｘに沿って所定の間隔を隔てて順次設けられ、これら支保工柱３６が鋼製の連結パイプ３７により互いに連結され、連結パイプ３７で繋がれた支保工柱３６と支保工柱３６との間の外側に図外の土留材を設けてなる。支保工柱３６の鋼支柱３５はＨ形鋼やＩ形鋼のような鋼材よりなる。連結パイプ３７の両端部はボルト部３８に形成され、連結パイプ３７のボルト部３８が支保工柱３６に形成された図外のボルト挿通孔に通されてナット３９により支保工柱３６に固定される。すなわち、掘削が進むにつれて孔９０の周縁９１の内側において切羽面９４に近い場所まで支保工９３を構築するとともに切羽面９４の中央部及び周縁部９６に放電用孔４を形成する。切羽面９４の周縁部９６とは、支保工９３の後端部９７と対向する切羽面９４内の面領域（図４における切羽面９４の周縁９６ａと想像線９６ｂ（図３の支保工９３の下縁位置９３ｔに対応する線）との間の領域）を言う。
【００１２】
本形態では、掘削した孔９０の周縁９１の内側に支保工９３を形成した後に、この支保工９３より掘削進行方向Ｘ側に位置する切羽面９４の周縁部９６に形成する複数の放電用孔４Ａ（４）（図４参照）の差角αを、０°〜１０°、さらに好ましくは、０°〜５°に設定する（図１参照）。そして、当該放電用孔４Ａ内に挿入して放電を行う放電用電極としてワイヤ電極１を用いた。すなわち、切羽面９４の周縁部９６に形成する放電用孔４Ａの差角αを小さく設定するとともにこの切羽面９４の周縁部９６に形成した放電用孔４Ａ内での放電に用いる折り曲げ可能な放電用電極としてワイヤ電極１を用いる。
【００１３】
図５に示すように、ワイヤ電極１は、１本のワイヤ１１（導体線棒）を中間点１２を基準としてワイヤ１１の一端１３をワイヤ１１の他端１４の方向に折り返した後に、一直線状に対向するワイヤ１１の一端側１５と他端側１６とを複数箇所で絶縁保持部材１７により互いに保持してから、ワイヤ１１の一端側１５や他端側１６の一部を切断することで放電ギャップ１８が形成された電極本体１９と、電極本体１９の少なくとも放電ギャップ１８の形成された部分を収納するとともに内部に電解液６３が充填されるカートリッジ２０とを備えた構成である。ワイヤ１１としては、例えば鉄，銅，貴金属，合金等の導体により直径５ｍｍ程度に形成されたワイヤを用いる。ワイヤ１１の一端側１５（あるいは他端側１６）が複数箇所で切断され、切断面２１と切断面２１とを対向させて放電を生じさせる上記放電ギャップ１８が複数形成される。放電ギャップ１８は数ｍｍ程度に設定される。カートリッジ２０は、ゴムやプラスチック等で形成された収納体であり、上部に封止部２２を有する。すなわち、ワイヤ電極１は、電解液６３及び電極本体１９の放電ギャップ１８の部分をカートリッジ２０の内部に収納した後に封止部２２を図外の封止材での水密に封止して、電解液６３がカートリッジ２０の外部に漏れないように構成されたものである。ワイヤ電極１の後端、即ち、ワイヤ１１の一端１３と他端１４は、互いに電気的に絶縁状態に電極側コネクタ２５に接続され、かつ、機械的に電極側コネクタ２５により保持される。この電極側コネクタ２５に着脱可能に接続される接続コネクタ２６にはパルスパワー源８０からの正極線２７及び負極線２８が接続される。従って、電極側コネクタ２５と接続コネクタ２６とを互いに電気的に接続することで、例えば、ワイヤ２１の一端１３が正極線２７に接続され、ワイヤ２１の他端１４が負極線２８に接続される。正極線２７と負極線２８は同軸ケーブルで形成してもよい。パルスパワー源８０には電源ケーブル２９を介して電源部８１が接続される。
【００１４】
従って、図１に示すように、ワイヤ電極１の基端部３０を折り曲げておいてワイヤ電極１の先端３１側を切羽面９４の周縁部９６に形成した放電用孔４Ａ内に挿入し、ワイヤ電極１の基端部３０が支保工９３と接触しないように設定した後に放電する。このようにすることで、切羽面９４の周縁部９６に形成する放電用孔４Ａの差角αを小さく設定したとしても、ワイヤ電極１の基端部３０を曲げることによってワイヤ電極１の基端部３０と鋼製の支保工９３との接触を防止できるので、トンネルを安全に施工できる。また、放電用孔４Ａの差角αを小さく設定できることによって、放電用孔４Ａの孔の先端部４ｔがトンネル周縁の設計位置Ｃより外側にはみだすことがないように放電用孔４Ａの長さを長くすることが可能となり、設計に合った断面径のトンネルを効率的に施工できる。特に、本形態では、切羽面９４の周縁部９６に形成する放電用孔４Ａの差角αを０°〜１０°に設定したことにより、放電用孔４Ａの孔の先端部４ｔがトンネル周縁の設計位置Ｃより外側にはみだすことがないように放電用孔４Ａの長さを長くできるという効果をより具体的に実現できるようになる。よって、本形態によれば、設計に合った断面径のトンネルを効率的に安全に施工できる。また、差角αを０°に近くするほど放電用孔４Ａの掘削進行方向Ｘへの孔の長さを長くできるので、作業効率を向上でき、しかも、トンネル周縁部の余掘り部分を残すことができて、トンネルの孔９０の径を正確に施工できる。また、折り曲げ可能な放電用電極としてワイヤ電極１を用いたことで、折り曲げが容易で、かつ、放電ギャップ１８に影響を与えずに電極本体１９を折り曲げることができるので、確実に放電を行わせることができ、作業、破砕を効率的に行え、トンネルを効率的に施工できる。
【産業上の利用可能性】
【００１５】
切羽面９４の周縁部９６に形成した放電用孔４Ａ内に挿入して放電を行わせる放電用電極として、図６に示すようなワイヤ電極１Ａを用いても良い。以下、図６によりワイヤ電極１Ａを説明するが、図５のワイヤ電極１と同一又は相当部分は同一符号を付して詳説を省略する。このワイヤ電極１Ａは、１本のワイヤ１１を中間点１２を基準としてワイヤ１１の一端１３をワイヤ１１の他端１４の方向に折り返し、中間点１２の折曲部位を境としたワイヤ１１の一端側１５と他端側１６とを複数の箇所で交差させる。複数の交差点３１においてワイヤ１１の一端側１５と他端側１６とが絶縁保持部材３２により互いに絶縁保持された電極本体３２を備えたものである。絶縁保持部材３２間におけるワイヤ１１の一端側１５や他端側１６の一部を切断することで放電ギャップ１８が形成される。交差点３１のワイヤ１１の一端側１５と他端側１６とを絶縁接着剤で絶縁接着保持してもよい。すなわち、ワイヤ電極１Ａは、電解液６３及び電極本体３２の放電ギャップ１８の部分をカートリッジ２０の内部に収納した後に封止部２２を図外の封止材での水密に封止して、電解液６３がカートリッジ２０の外部に漏れないように構成されたものである。折り曲げ可能な放電用電極として、上述したワイヤ電極１；１Ａとは形態の異なるワイヤ電極、あるいは、ワイヤ電極以外で基端部が折り曲げ可能に構成された電極を用いても良い。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】トンネル周縁部の掘削方法を示す断面図（最良の形態）。
【図２】トンネル掘削対象部に形成した放電用孔及び衝撃波反射面の配置図（最良の形態）。
【図３】図１のＡ−Ａ断面図（最良の形態）。
【図４】図１のＢ−Ｂ断面図（最良の形態）。
【図５】トンネル周縁部の掘削方法に用いる放電用電極としてのワイヤ電極を示す構成図（最良の形態）。
【図６】トンネル周縁部の掘削方法に用いる放電用電極としての他のワイヤ電極を示す構成図。
【図７】従来の放電破砕装置及び電極を示す図。
【図８】従来の放電破砕方法を用いて考えられるトンネル周縁部の掘削方法を示す断面図。
【符号の説明】
【００１７】
１ ワイヤ電極、２ トンネル掘削対象部、２Ａ トンネル掘削対象部の表面、
４Ａ（４） 放電用孔、１１ ワイヤ、１８ 放電ギャップ、９２ 地山、
９３ 支保工、９４ 切羽面、９６ 切羽面の周縁部、α 差角。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネル掘削対象部に掘削進行方向に延長する放電用孔を形成し、放電用孔内に放電用電極を設けてこの放電用電極の放電部での放電により衝撃波を発生させ、この衝撃波でトンネル掘削対象部を破砕してトンネルを掘削していくに際し、掘削の終了した孔の周縁の内側に地山を支える支保工を設け、その支保工より掘削進行方向側に位置する切羽面の周縁部に放電用孔を形成し、この放電用孔内に設置して放電を行う放電用電極として折り曲げ可能な放電用電極を用い、この放電用電極を折り曲げて支保工より離した状態としてから放電用孔内で当該放電用電極による放電を行なってトンネル周縁部を破砕したことを特徴とするトンネル周縁部の掘削方法。
【請求項２】
切羽面の周縁部に形成する放電用孔の差角を０°〜１０に設定したことを特徴とする請求項１に記載のトンネル周縁部の掘削方法。
【請求項３】
折り曲げ可能な放電用電極としてワイヤにより形成されたワイヤ電極を用い、ワイヤ電極は、ワイヤの一端がワイヤの他端の方向に折曲されてワイヤの両端部が絶縁保持部材により互いに絶縁状態に保持され、かつ、ワイヤの切断による切断面と切断面とを対向させて放電を生じさせる放電ギャップが形成されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のトンネル周縁部の掘削方法。
【請求項１】
トンネル掘削対象部に掘削進行方向に延長する放電用孔を形成し、放電用孔内に放電用電極を設けてこの放電用電極の放電部での放電により衝撃波を発生させ、この衝撃波でトンネル掘削対象部を破砕してトンネルを掘削していくに際し、掘削の終了した孔の周縁の内側に地山を支える支保工を設け、その支保工より掘削進行方向側に位置する切羽面の周縁部に放電用孔を形成し、この放電用孔内に設置して放電を行う放電用電極として折り曲げ可能な放電用電極を用い、この放電用電極を折り曲げて支保工より離した状態としてから放電用孔内で当該放電用電極による放電を行なってトンネル周縁部を破砕したことを特徴とするトンネル周縁部の掘削方法。
【請求項２】
切羽面の周縁部に形成する放電用孔の差角を０°〜１０に設定したことを特徴とする請求項１に記載のトンネル周縁部の掘削方法。
【請求項３】
折り曲げ可能な放電用電極としてワイヤにより形成されたワイヤ電極を用い、ワイヤ電極は、ワイヤの一端がワイヤの他端の方向に折曲されてワイヤの両端部が絶縁保持部材により互いに絶縁状態に保持され、かつ、ワイヤの切断による切断面と切断面とを対向させて放電を生じさせる放電ギャップが形成されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のトンネル周縁部の掘削方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００７−１５４５１４（Ｐ２００７−１５４５１４Ａ）
【公開日】平成１９年６月２１日（２００７．６．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３５０９９２（Ｐ２００５−３５０９９２）
【出願日】平成１７年１２月５日（２００５．１２．５）
【出願人】（０００００１３１７）株式会社熊谷組 (551)
【出願人】（５０２２８１１２７）株式会社ファテック (83)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年６月２１日（２００７．６．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１２月５日（２００５．１２．５）
【出願人】（０００００１３１７）株式会社熊谷組 (551)
【出願人】（５０２２８１１２７）株式会社ファテック (83)
【Ｆターム（参考）】
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