爆破 き裂制御のための装薬ホル ダーの有効性に関す る研究

研 究 徐 支 川 ) l T J J Mml ] ) mm mm l T l r m

爆破 き裂制御のための装薬ホル ダーの有効性に関す る研究

中村椿一書 ,山本雅昭叫.松永博文

…

爆破 き裂の方向制御 と爆破エネルギーの利用効率の向上を行 うために先に撫養 した くさび形 空洞を有する焚熊ホルダーを使用する方法についてモデル爆破交換を行い,その有効性を検討 した｡ くさび形空洞を有す る装薬ホルダーの特故は動的作用 としての噸尭衝撃波の集中効果を 作 り出す ことにあ り.装薬孔の孔藍に作用す る億 力の作用方向お よび作用時間の制御が可能に なる｡本研究では, レーザーシャ ドウグラフ法に よる爆破現象の可視化写真破棄を行い,恭熊 ホル ダーによって生 じる応力波の挙動を明らかに した｡ また,鉛供試体とモルタル供鉄棒を用 いたモデル爆破実故によって装薬ホルダーが作 り出す爆破効果を明らかに し. き封形成位位 と 進展方向の制W.我薬孔の孔兜の損佑防止.破断作用の向上などにおいて本方法が有効である

ことを示 した｡

I . 枯 骨

地下空洞開発や コンクI)‑ ト構遺物の爆破解体の具 体化にともなって効串的な制御爆破工法の必要性が高 まってい石目 eL特に.柄庇の高い き裂の方向制御が 可能な爆破工法を確立す ることが韮群である｡理想的 なき裂制蹄爆破工法では. き掛 こよる破断面の軌の制 御. き裂の位腔と進展方向の制御, き裂の進展を効率 的にする噸力の制御などが満足 されなければならない TL このため.著者 らは噸噴現象を解明 し.その成果 を もとに爆破 き裂制御のための有効な要素技術を確立 す る とい う立掛 こた って研究を進めてきたE)l).前報 では,新 しい着想 として.街草薮のg!中効果を作 り出 す くさび形空洞を有す る襲串ホルダーを使用す る方法 を示 した8'. この根葉法は デカ ップ 1)./〆状態にある 装薬の爆発によ.?て発生す る衝撃波 と特別に工夫 され た戟何形状を有する集萌孔壁面 との干渉効果に薪 目し た ものであ り.装薬孔の孔既に作用す る噸力の作用方 向 と作用時間を制御 し. くさび形空洞先端位鑑の鵜

薬

孔駿面上に引 っ蛮 り応力喝を生 じさせ.その位既を予

1 9 9 4 年 1 2 月 7

日受理 '^代工業高専噂Pl学校

〒 8 6 6

畑本県^代市平山新町

2 6 2 7 TELO 9 6 5 1 3 5 ‑ 1 6 1

1 内線

2 5 5 F A

^X

0 9 6 5 ‑ 3 3 ‑ 0 6 1 6

''旭化成工業株式会社化薬散発祈一部

〒) o

o史京蔀千代田区内幸町

1‑I‑I TEL 0 3 ‑ 3 5 0 7 ‑ 7 8 1 2

m X0 3 ‑ 3 5 0 7 ‑ 2 6

70

走破斬両方向に一鼓 させ ることに よって, き裂の進展 方向を制御することを意図 している｡

本研究では,爆破現象を可視化写其枕寮するために 解築 した レーザーシャ ドウグラフシステムを用いて装 秦,+･ル 1‑に よって生 じる応力波の挙動を

PMMA

供 妖体を使用 して可視化硯零 した｡ また.鉛供釈体 とモ ルタル供妖件を用いたモデル爆破襲故を行い.装薬ホ ルダーが作 り出す爆破効果を的べた｡ これ らの実験培 柴か ら, き裂形成位庇 と進展方向の潮印,装薬孔の孔 聖の折衝防止.破断作用の向上などに関す る くさび形 空洞を有す る装薬ホル ダ‑の有効性を考察 した｡

2 .

実験方法

2 . 1

装藁ホルダーの形状

襲故 に使用 した装薬ホル ダ‑の形状を

Fi g. t

に示 す｡ くさび形空洞を有す る装薬ホルT

‑ ( Ty p eⅡ‑

1 ･ Ⅱ‑ 2) は

,丸鋼を段械加工 して作製 された甲に 示す部品を組み合わせて構成 され 同一威佳上に適当 な角度を有す る くさび形空洞 (空気のギ ャップ)を形 成す る｡ ヂカ ップ lJ./グ状態で焚てんされた爆薬の毎 掛 こよって生 じた折申渡は. くさび形空洞内を干渉 し なが らくさび先端に向か って伝は し,術帝政の集中効 果を作 り出す｡ これに1 り.洗薬孔の孔既に作用す る 爆力の作用方向 と作用時間の制即が可能 とな り. くさ び形空洞先端位匠の装薬孔壁面上に引蛮応力喝が形成 され その位既を予定破断面方向に一致 させ ることに 上ってき裂の進展方向を制御す ることを意回 している｡

き裂が くさび先掛 こ形成された扱.蝶亮に ともな う生

KB Y a k L JGa k k a i s h i . Vo L5 6 .No .1 .1 9 95 ‑ 1 9

‑

Ty p eェⅠ ‑1 T y p

eI‑ 2

F i g.1 G e o me t r yo Ec h a r g eh o l d e r s .

成 ガスの作用によ りき裂の進展が促進 され る｡

また.

デカ ップ . ). /〆効果およびホルダーの補強効果に より.

浅発孔盤面の損傷防止が可能であ り.爆発ガスの予定 破断面以外への噴 き出 しをな くす

ことに よって破斬作 用の向上 と騒音の

低碑化 も実現{･ きる｡ この ことは.

爆薬の有する爆

破エネルギーの利用物串を高めること を意味 し,装薬

畳を少な くす ることが出来 る ｡Ty pe

Ⅱ‑ 1 .丑‑

2 は,ホル ダーの外径 とくさび形空洞の 件街が典なっている

｡Ty p e lは従来の方法を祐簸 し た もので.応

力集中効果のみを作 り出I Tことを意図 し ている｡ ホ

ルp‑の良 さはすべて 7 0 皿である｡

2 . 2 倍供

抗体及びモルタル供就体の形状 と装

薬条

件

喪薬ホルダー Ty p e Ⅱ‑1,丑‑2 の有効性を 検証 するために.拍供妖体およびモル タル供妖体

2 税額のモデル爆破実験を行った｡ 装熟

こ

は.地質採鉱用 を用いた

電気冊甘 く6 号)を用いた｡

装薬ホル1‑の内径で定戎

されろ液薬のデカ,プ ) )ン 〆持故はすべて 2 . 73

である｡姶供釈体の形状は直径 1 0 c n. 高 さl l c

d.装薬孔深 さ 7 c nである｡爆破東独後の 拍供試体の塑性変

形守を確鑑するために.安負前に鉛 供試体上面に水平およ

び垂直方向に l c d間隔の方取扱

をけがいた｡鉛供試体の中心執 こ各鼻薬. ホル

F i g . 3 0p

d

c a l a r r a n g e me n t so f

a血 d o w卵 p hs y s t e m.

Controlf r act ure P l ane

JI ‑

A ‑

Pi e甜el ectric cha r8 e

hold er S au8e抑 仏 pl (200Z2 0hz ate A, 2

h

t hick) F i g. 4 PMMA p l a t et o ro p t i c a l ▼ i s u a l i z a t i o n s

o f S t r e s 8Wa Y e S .

食 との同期

のために

2

台の遅延回路 と自作 した起爆回 路 (充電電

圧4

5 V

,放租時定数

2

ミリ秒)を使用 した｡

遅延回路は

デ ジセ ナ トスイ ナチに よって

.

】マイ クF, 抄の柄度

で遷延時間 の設定が可能であ る｡ シ十 ドゥグ ラフ法 は

比較的簡qtな光学 系の配既 {･応 力波 (所帯 波).爆発

ガスや き劃進展な どの場 の故細栴適 を知 る ことが出来 る｡ その

ための光学 系 の配 位を

Fi g.3

に 示す

｡

2

個の凹面故 (焦点舞姫

1 . 5m.

有効径

1 5 c m)

を 用 い

た2両 対 向 法 で あ る｡ これ ら の 光 学 系は

He ‑Ne

レ

ーザ 一に よって光軸調整 され る｡ L,‑ザ ー 光は ビ

ーム

拡散

用凹 レンズ,補助平面故 .凹両統に よ って平

行光投 とな り.故淵部を通過す る｡ この とき.

観脚執

こおけ る密度変化に よって生 じる光の波紋は.

受光何

の凹面故.補助平面故で典光 され たのち. カ}

ラの フ ィル

ム面上に結像 され. シャ ドウ グラフ写衣が 粒捗 され る｡ 可現

化写f(破棄のモデル爆破発毛かこは,

F i g. 4

に示す

PMMA

坂を使用 した｡ この爆破実験 は 鋼製爆尭容皆内

で行い,装薬 (地震探鑑用fE

曳 t I Y ℡)

の爆 発光

と レーザ ーの光 Jtルスは フ ォ トトラ ./ジス ダーで感知 し

た｡ これに よると使用 した花

見

岬管の転 噸選れは.約

1 2 0

17イ クF'秒であ った｡ また.供

拭体 の自由面に圧fRy‑ジを我若 し,応力波 の到達時刻を 計測

3 .

した｡乗戟着果及び考察

3. 1

装荘 ホルダ‑周甲 の

応力汝の シ ャ Pウグ ラフ

Fi g.5

写文

は.

PMMA

供拭体 の中央に鶴著 され た くさ び形空洞

を有す る装薬 ホル ダー周囲の応 力波の挙動 を 示す シャ ド

ウグラフ写fEである｡時間は応 力波が写其 の位忠か

ら自由面に到達す るまでの時間を示 してい る｡

写某か ら

左右の くさび形空洞先端を中心 とす る応力波 が発生 し

.伝はす ることがわか る｡これは装薬 ホルダー 内部 で

の祈革波の劫的集中効果に よって生 じる もので あ り.

くさび形空洞を有す る裳藁ホル ダーを使用す る ことに よ

って,噸尭エネルギーの作用方向 と作用時間 を制御す

ることが可位{･あることを示 してい る｡予定 破断面

方向の応力波の伝は速度は

PMMA

の縦波弾性 波連夜

に近い｡ また.ホル ダ‑の くさび形空洞先端か ら爆発

ガスが噴 き出 してい ることがわか る｡予定破断 面方向に き

裂が形域 され る と喋尭 ガスが作用す ること に よ.･'

て き裂の過払が促進 され ることにな る｡参考 の ために.演

歌 ホル ダーを使用 しない場合の

PMMA

供 試 体中 の応 力波

の シ 十 ドゥ グラフ写井を

Fi g.6

に示 した｡ この

写flか らもわか るように.我窮 .ホル ダ‑を 使用 しない場 合

は装薬孔を中心 とす る同心 円状に応力 波が伝はす る. なお

,

Fi g.6

の写 fEの供政体は くさ び形空洞を有す る装薬 ホIL･1‑に上って破断制

御 され た供釈体が再使用 され てお り.予定破断面 にそ う

装薬 孔 付近 での

き副の進展状況がわか る｡

3 . 2

飴供肢体及 びモルタ

ル供試体 を用 いたモデル

爆 破 乗取

爆薬の仕

ホ効果を的べ るための

T r a u

d釈放 を参考に した鉛供鉄体

を使用 して装薬 ホル g‑が作 り出す爆破 効果 を飼 べ た

｡Fi

g.7

に.典故終 了後 に粒 形 した拍 供試体 の上 面写f

Eを. また

.Fi g.8

に装 薬孔 の変形 お よび損侍

状感を砿詑す るための中心線

A‑A'

に沿 う断面写fEを

示す｡頓破兼良 前にけがかれ た方隈線の 歪み よ り億 力の作用方向を知 ることがt出来 る｡装薬

( a ) 21 . 8 F J S e C (

b) 1 9 . O F L S e C ( C) 1 6 . 8 p s e c F i g.5 Sh a d o w

g

qp h so fs t r e s swa v e si nt h ePMMAp ht ep r o d u c e db yt h ec h a r ge

h o l de r ( Ty peⅡ‑1) ･ F i g.6 Sh a d o w訂a p h so fs t r e s sW

a v ei nt h ePMMA p l a t ew it h o t l tt hec h a g eh o l d e r .

ルターを使用 しない切合,装薬の起爆にともない発生 する衝撃

波は同心円状に伝は し.水平および垂直方向 のけが き

線の歪みに方向性は生 じない｡ これに対 して, 装裾ホル

ダ‑を使用 した場合.炎薬孔近傍において.

予定破

断面に対 して垂直方向のけがき線の歪みは小さ いもの

の,水平方向のけが き線の歪みが大 きくなって Type I いることが Fi g.7 よ りわか る｡ この ことは,装薬 ホ ルダーを使用することにより,予定破断面方向に沿

う き裂を進展させるための爆力の作用方向の制御が可能 で

あるとい うことを示 している｡ また,その効果はけ がき線

の歪みの大 きさか ら Ty p eI よりも Ty p eⅡ‑I.

Ⅱ

‑2 の方が大 きいことがわかる｡ この様な変形は.

装萌ホル

ダー内部{･ の衝撃波 と爆発ガスの作用が組み 合わ さった仕群

効果に よるものであ るが,装薬ホル ダーの形状の

適

い

による衝撃波の動的集中効果の盛典 は ,装薬孔壁面の

変形および損傷状態により知ること ができる ｡Fi

g.8 か ら,予定破断面方向の孔壁面に

袋秦孔の深 さ方向に沿って損傷もしくは き裂が形成さ

れてお り,その作用効果は,スF I より, くさび形空洞を有す る装薬ホ ,I ,トを有す る Ty pe

( ( a) Ty p e

H ‑2

b) Ty f l eH‑1 F i g. 9 Fr a c t u r ept t e msi nmo r t a r

s p ∝t

m

e T I S .

た場合の

Ty pe Ⅱ‑

1に 上る

噸破効果の再現性につい て評価 した ものである｡ 自由

面近傍において.予定破 断血かC;のずれが生 じている

ものの.予定破断面に沿 うき裂が形成 されることかわ

か る

｡

破断面の平滑 さを 評価するために爆破 き裂に よ

る破断面 と予定破断面で 囲 まJtた面杭を裳哉孔中心か ら両

脚の自由面 ま.{･の

2

方向について求めた｡ これに よると

Ty p eⅡ‑

1では 自tll面付近でのき裂の予定破断

面からのずれによって.

その面掛 こパ ラツ牛があるのに対 して

Ty pe J l ‑ 2

で は10C加 ､ら

2 0

cJの範臥 こなる席

亭が約

5 0 %

であった｡

こ31は き裂の進展に影響を及

ぼす反射応力波の強 さに 開拓 しているもの と考えられ

る｡ ちなみに.形成 され た き裂が直線的であるとす る

と自由面でのき裂位把が 予定破断面か ら

I

cEBずれた場 合の面軌

王1 1 . 2 5

cdであ

る｡ 4

頓破 き裂制御を行 うために

.

着 言合

考案 した くさび形空洞を 有す る装薬ホIi･ダーを使用する方法についてモデル壌

破

Theef f ect i venes sofchar gehol der sf orbl as tcr ackcont r ol byYui c hiNAKAMU RA暮 ,Ma s a a kiYAMAMOTO'

'

a J l dHi r o f u m i MATSUNAGA

' *

Thee f f e c t i ve ne s so ft hec h a r geh o l de r swi t ht wowe d ge ‑ , s ha pe da irc a v i t i e sf o rbl a s t c r a c kc o n t r o li ss t udi e de xpe r ime n t a l l y･ Thec h a r geho l de rpr o duc e ss ho dkc o nve r gl n ge f ･ f e c t si nabo r e ho l ea ndt hes ho c kwa v ep r e

ss

t l r ea c t se f f e c t i v e l yo nt hec a vi t ywa ll s . Thet e n‑

s i l es t r e s sf i e l dsa r epr o d u c e do nt heb o r e ho l ewa lla tt heL o c a t i o nso ft hea pe x e so fc a vi t i e s a n dc ont r o l l e dc r a c ksa r ei n i t i a t e d.Th ef o l l o w in gr e s ul t swe r eo b t a ine df r o m mo de le x･

pe r ime nt sus i ngae l e c t r i cde t o na t o ra sac h a r ge , PMMApl a t e sf o ro pt i c a lvi s u a li z a t i on so f s t r e s swa v e s ,mo r t ars p e c i me n sa n d l e a d o n

e

sf o re x a m in i n g b l a s t i ng e f f e c t s .The p ho t o gr a phst a ke nbyt hel a s e r ‑ s h a d o wgr a p hys ho wt ha tt hes t r e s swa v e spr o pa ga t eo ut ‑ wa r df r o mt hea p e xe so ft wowe d g e T S ha pe da i rc av i t i e sa lo ngt hec r a c kc o nt r o l di r e c t i o ns . Th ebl a s t i n ge f f e c

ts

c a us e db yt hea c t i o nso f s h o c kwa ve sa ndga s e si nt hec ha r geho l d e r si n ･ i t i a t et h ec r a c ksf o r mi n gac o n t r o lf r a c t ur epl a n e .Thec h a r geho l de r sa r ee f f e c t i vei n e l i mi n a t i ngt heda ma g et ot hebo r e ho l ewa l la ndi ndr iv in gt hec o nt r o l l e dc r a c kst ogr e a t e r di s t anc e s .

( * Ya t s us hi r oNa t i o n a lCo l l e geo fTe c ho l o g y,2 6 2 7Hi r a y a ma ‑ づhi n ma c h i ,Ya t s u ･ s hi r oCi t y,Ⅹuma mo t o8 6 6

榊A s a hi Che m iC a lI nd us t r yCo. , Lt d. , Expl o s i v e sSa le sDe pa r t me n t ,1‑ I‑ I Uc hi s a i wa i c h oChi y o d a ‑ Eu,To ky o 1 0 0 )

Ka y a k uGa k k 由h i .Vo l ･5 6.Not1 ･1 995 ‑ 2

5

‑