掘削性― Excability

連載
土工機械の話
掘削性― Excability ―
第 4 回　山﨑建設
（株）
技術部長　岡本 直樹
法で、ショベル＆ダンプトラック工法に適した工法で
4-1　はじめに
ある。また、ブルによるエサ出し（切崩し）とローダ
前回は機械土工の基本となる土工計画について施工
積込みの場合の組合せは、両工法の併用である。図 2
業者の立場で手法を紹介し、施工性（掘削性・積込み性・
は発破ベンチカットの施工図である。図中のケーブル
走行性・締固め性）を重視した検討の必要性を述べた。
式パワーショベルは、国内では姿を消しているが、海
今回は掘削について、特に掘削機械の機種選定と生産
外鉱山ではまだ超大型が使われている。国内ではロー
性で問題となる掘削性を中心に記すこととする。
ダかバックホウ積込みとなり、鉱山では大型油圧ロー
ディングショベルも使われている。
さて、掘削法にはこのほか、機種ごとのオペレーティ
4-2　掘　削
ングレベルのものがあるが本稿では触れない。
4-2-1　掘削法
4-2-2　掘削機構の分類
機械土工の基本的な掘削法には、山の取り方による
掘削機には掘削
分類があり、ダウンヒルカット工法（傾斜面掘削）と
機構から分類する
ベンチカット工法
（階段式掘削）
がある。ダウンヒルカッ
と図 3 のようなも
ト工法は、傾斜面の下り勾配を利用して掘削を行う方
のがある。
法でブルドーザやスクレーパ系の掘削に適する工法で
①ディッパ方式
ある。ベンチカット工法は、階段状に掘削を進める方
②ドラグ方式
③グラブ方式
図 3　掘削機構の種類 3）
①
②
④
③
④ブレード方式
図 1　ダウンヒルカット工法
⑤スクレーパ方式
作業始点
⑥リッパ方式
下り勾配削土
⑦連続掘削方式
掘削積込み作
⑤
業や掘削運搬を兼
ねる機種について
⑥
は、今回は取り上
げない。
⑦
図 2　ベンチカット工法 2）
（1）削岩
クローラドリル
（2）ハッパ
4-2-3　掘削性の“はかり”
岩の硬さを表す“はかり”として、計画時に入手し
（3）積込み
パワーショベル
やすい情報には、岩そのものの硬さを示す一軸圧縮強
きれつ
度、岩層の亀裂の程度を表す RQD、両者を含めてマ
クロ的に捉える弾性波速度がある。また、軟岩以下で
（4）運搬
は N 値も利用できる。施工中には、簡易なシュミット
ダンプ
トラッ
ク
連載　土工機械の話
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図 4　機種別適用範囲 4）
削工法の選定基準の例を図 6 に示す。
4-2-5　低公害岩掘削工法
環境面から岩掘削工事において発破が制限さ
れ、振動・騒音を抑制した制御発破や無発破工法
の採用例が増えている。振動・騒音を低減した低
公害岩掘削法はいろいろあるが、整理すると図 7
のように分類できる。
図 7　低公害掘削法の種類
図 5　工法別適用範囲
ハンマも利便性が高い。
掘削性の判定には弾性波速度がよく使われ、
道路土工指針では汎用的な機械の大まかな掘
削性の適用範囲を示している（図 4）
。
4-2-4　岩掘削工法の選定
岩掘削の各種工法の適用範囲を示すとおお
むね図 5 のようになる。インパクトリッパは
リッパとブレーカを合体させたもので、硬岩
領域に踏込み生産性が高かったが、消耗が激
しいためか生産中止となっている。次に岩掘
図 6　岩掘削工法選定の例
4-3　無発破工法
岩掘削工法
上図の低公害掘削工法の
転岩
岩質？
中から主な機械掘削工法を
硬岩
以下に紹介する。
軟岩
不能
3
No
3,000m 以下
全切土量
かつ、硬岩
Yes
別途積算
ブレーカ
普通発破
の適用？
リッパ
特殊発破
規模大
無発破工法の機械掘削工
＜ 50,000m3
＜ 10,000m3
小規模発破
4-3-1　リッパ工法
法には、軟岩から中硬岩領
域まで掘削可能で生産性の
通常発破
高いリッパ工法がある。
（1）リッパの種類
U：アーバナイト
C：CCR
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図 11　リッパビリティ
図 8　油圧リッパ
（1）ジャイアントリッパ
（2）マルチシャンクリッパ
図 9　リッパの貫入力
牽引力
リッパは、21t 級以上
押付け力
図 12　リッパ能力 10）
のブルドーザ後部に装着
貫入力
される図 8 のような油圧
式の岩破砕装置で、マル
チシャンク式のものとシングル式のジャイアントリッ
式、アジャスタブル式の３種類があったが、現在の国内
機種は可変式のアジャスタブル式のみとなっている。ま
た、15 ｔ級ブルドーザ等に装着されている小型のもの
かき
はリッパスカリファイアと称し、硬土の掻起こし用であ
作業量 m3/h
パがある。リッパの貫入機構にはヒンジ式とパラレル
る。
（2）リッピングのメカニズム
リッピングとは、ブルドーザのリッパ刃先にかける
けんいん
押付け力と牽引力との合成力である貫入力で、刃先を
く
岩盤に喰い込ませながら、岩盤組織を破壊し、破砕す
る作業である。リッピングによる地盤起砕の状況を模
弾性波速度 m/s
式的に示すと図 10 のようなタイプがある。
（3）リッパビリティ ：Rippability
38 ～ 100t 級
図 10　リッパによる起砕 10）
のリッパ付ブル
（b）
（a）
（d）
（c）
4-3-2　ブレーカ
ドーザの岩種別
ブレーカは、転石破砕や発破後の二次破砕として
リッパビリティ
使われていたが、環境面からの発破制限や小割の細粒
を図 11 に示す。
化要求から多用されるようになっている。欠点は生
図 12 は、38 ～
産性が低いのと騒音である。このため騒音対策として
100 ｔ 級 の 生 産
コンクリート破壊機（ニブラ）も利用されている。ま
性の比を示してい
た、これだけ普及しているにもかかわらずその生産性
る。実際の作業量
を示すオーソライズされた文献資料がない。わずか
は岩質等の係数を
1,300kg 級が国交省の標準歩掛値としてあるだけであ
掛けて求める。
る。参考にブレーカの能力比較と転石破砕能力関係の
連載　土工機械の話
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図 13　ブレーカ能力比較 7）
図 15　ブレーカ転石破砕能力 10）
図 14　ブレーカ能力比較 10）
図 16　油圧割岩機の割岩手順 10）
石灰石
雲母片岩
ドロマイト
黒雲母花こう岩
角閃石片麻岩
花こう岩
石灰質砂岩
コンクリートコケラ
（丸石）
一次破砕 m3/8h
班れい岩
長石砂岩
風化玄武岩
安山岩
花こう岩
片麻岩　粘板岩
輝石閃緑岩
黒雲母片麻岩
リオライト
角閃石花こう岩
閃緑岩
角閃石片岩
新玄武岩
風化輝緑岩
生産性
長石けい岩
輝石けい岩
未風化輝緑岩
ブルドーザで二次破砕を行う場合の割岩ピッチと弾性
波速度の関係を示すと図 17 のようになる。割岩機に
は油圧式の他にドロップハンマ式がある。
公表資料を転載する。図 13 はトンネル工事での実測
4-3-4　切削系
値、図 14 はメーカ提供の理論曲線である。2 つのメー
カから同様の資料が提供されている
参考資料である旨がただし書にある。
図 15 は転石破砕の能力である。
4-3-3　油圧割岩機
図 17　弾性波速度と割岩ピッチ 10）
ピ�チ
が、クラス別の生産性比較（比率）の
P×2の範囲を2自由面にする
3
2 自由面破砕
(P)
�
1.5m 以上
2
せんこう
油圧割岩機は、ドリルで穿孔した孔
くさび
に油圧楔 を挿入して割岩するもので、
ドリルとの一体式と単体式があり、施
1
1 自由面破砕
(m)
工は図 16 のような手順で行う。
BP500 で割岩し、70t 級リッパ付
0
2
中硬岩
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3
硬岩
4
超硬岩
5 → VP（km/s）
図 20　ツインヘッダの純切削能力 10）
（1）自由断面掘削機
切削系の掘削機には自由断面
掘削機と面掘削機、トレンチャ
があり、自由断面掘削機は主
にトンネル工事用で、メーカご
との呼称としてロードヘッダ、
ブームヘッダ、カッタローダ、
スライスローダ、アルピネ、パ
ワーカッタ等がある。参考に理
論掘削能力による掘削性を示す
と図 18 のようになるが、実作
業能力はこれらの値の 5 ～ 6
割程度と考えられる。類似の切
削機にバックホウのアタッチメ
図 21　岩盤トレンチャの形式 9）
ントとしてのツインヘッダがあ
る。
（2）面掘削機
そのほかにマイナ系の面切削
チェーン式
ドラム型
円盤型
機に、サーフィスマイナとロー
ドマイナがある。類似機械にはスタビライザやコー
図 18　自由断面掘削機の切削能力 8）
ルドプレーナもある。サーフィスマイナの掘削能力は
BWE（Bucket Wheel Excavator）とともに図 19 に
スライスローダ、カッタローダ
示す。
（3）ツインヘッダ
ツインヘッダは、汎用的なバックホウに装着して岩
を切削できるので、比較的利便性が高い。メーカ提示
の掘削能力は図 20 のとおりである。
（4）岩盤トレンチャ
トレンチャは古くからある機種であるが、近年、岩
盤 ト レ ン チ ャ が 注 目 さ れ、 英 Mastenboek 社 や 米
Torencor 社のものが輸入され、岩盤のパイプ埋設掘
削やトンネルの中央排水溝掘削に利用されてい
る。そのバリエーションは図 21 のようなチェー
図 19　大型連続掘削機の掘削性能 10）
ン式、円盤型、ドラム型がある。
発破
4-3-5　バックホウ
汎用土工機械
サーフィスマイナ
バックホウは軟岩の掘削が可能であるが、大
型化に伴ってどの程度の硬さまで掘削可能なの
か、またそのときの生産性はどうなのか？　そ
トラック BWE
ういう資料は少ないが、参考になるものとして
70 ～ 180t 級のバックホウの掘削性能を図 22
に示す。掘削力から求めた理論曲線に実績値を
BWE
圧縮強度 MPa
プロットしている。
土砂
亜炭
固結土
亜瀝青炭
軟泥岩
泥灰岩
無煙炭
泥岩
軟砂岩
石灰石
鉄鉱石
砂岩
連載　土工機械の話
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図 22　大型バックホウの掘削能力 10）
関係で省いた資料も多いが、掘削能力・生産性を示す
図表をできるだけ数多く載せるように努めた。メーカ
による理論計算値が多いので、経験値からの割掛が必
要であるが、おおむね実作業量は半分くらいであろう。
さて、次回は、搬土関係の話とします。
4-4　おわりに
次回は掘削機の掘削性にポイントを絞った。紙幅の
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参考文献・資料
1）岡本：施工計画、山﨑建設、1980.5
2）伊藤雅夫：ベンチカット工法、地人書館 1969.2
3）米倉･久野：土と岩の施工論、理工図書、1981.4
4）道路土工―施工指針、日本道路協会、1986.11
5）土木工事積算基準、JH
6）振動騒音ハンドブック、JCMA
7） 重 永 晃 洋： 大 型 ブ レ ー カ に よ る 岩 石 破 砕、 建 設 機 械、
1997.11
8）竹林ほか：土工事ポケットブック、山海堂、2000.4
9） 下 半 切 削 に 関 す る 報 告 書、 ジ ェ オ フ ロ ン テ 研 究 会、
1998.11
10）Caterpillar、ヤマモトロック、コマツ、Krupp、三井三池
（製）
、日立建機の各社技術資料
11）土工教室 /,http:///www.yamazaki.co.jp