2018 Fiscal Year Research-status Report
端面掘削方式による構造物解体を飛躍的に向上できる無人化施工技術の開発
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17K06525
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| Research Institution | Kure National College of Technology |
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Principal Investigator |
重松 尚久 呉工業高等専門学校, 環境都市工学分野, 教授 (10321481)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大西 義浩 愛媛大学, 教育学部, 准教授 (00321480)
河村 進一 呉工業高等専門学校, 環境都市工学分野, 教授 (70315224)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 剥離掘削 / 端面掘削センターカッタービット |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、端面掘削方式による掘削効率を飛躍的に向上できる低騒音・低振動の新しい剥離掘削技術を開発することである。端面掘削方式は、エネルギー効率が良好なため、従来の機械掘削工法に勝る新しい掘削工法となる可能性が高く、本技術を利用してバックホウなどのアタッチメントを製作することにより、今後増加すると予想される原子力発電所の解体などの無人化施工への適応が期待できる。昨年度は、実機を想定したモデル実験により、端面掘削方式による剥離破砕技術の力学的なメカニズムを明らかにし、剥離掘削機を設計・開発するための課題を摘出し、通常のモルタルや軟岩における本工法の有効性を確認できた。
今年度は、高強度モルタル供試体や花崗岩供試体においてセンターカッタビットの最適化の検討を行った。ポイントアタックビットから摩耗に強い高強度のディスクカッタビットをセンタービットに変更することで、硬質岩盤や構造物に対して効率よく剥離掘削を行うことができる。端面掘削を効率的に行うためには、芯残りのない先行掘削が重要となるため、この技術を応用して、硬質岩盤や高強度コンクリートでも掘削が可能な先行ビットを開発する。実験により、中心からのディスクまでの距離やディスクカッタビット間の距離を変化させることにより、芯残り（削りのこり）といわれる現象がない最適なディスクカッタビットの配置を決定した。また、ソケットにひずみゲージを貼り、適切なキャリブレーションを行うことにより、掘削刃の作用する力を測定することができた。その結果、花崗岩供試体および高強度コンクリート供試体において、掘削速度は最小半径の増加に伴い減少していくことがわかった。また、効率よく芯とれが発生する掘削効率の良い最大半径は55mmであることが分かった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
昨年、掘削中の廃土処理を効率的に行うために、実験装置を横向きに倒すように改良し、掘削孔内の掘削残土の排土を効率的に行うことにより、掘削残土が影響しないデータを取得することが可能となった。この実験装置を用いて、多段型のモデル掘削機を制作し実験を行った。モルタル供試体(一軸圧縮強度40N/mm2)においては、端面掘削の掘削段階が進行すると掘削効率が上昇しているため、実機のこの方式を適用すると端面掘削においては掘削段階を増加させると掘削効率が上昇することが判明した。
今年度は、岩盤などの高強度のものに対しても対応できる掘削機を設計するために、センターカッタビットをポイントアタックビットからディスクカッタビットに変更することで、センターカッタビットの最適化の検討を行った。また、センターカッタビットの実験では、ソケットにひずみゲージを貼り、適切なキャリブレーションを行うことにより、掘削刃の作用する力を測定することができた。また、Structure From Motion法による表面形状計測を岩盤掘削実験供試体の形状計測に適用し，ひずみゲージによる応力測定に加えて，岩盤の破砕形状の変化を記録することができた。
本工法はビットを組み合わせることで、効率よく剥離掘削を発生できる掘削装置のため、押しつけ力によって生じる反力を把握し、掘削機を製作すれば、押しつけのみを制御することにより掘削を制御することができる。そこで、油圧制御をリアルタイムで行うために、電磁弁を配置しコンピュータ制御を行なうことにより最適な制御ができるように実験装置の改良を行った。電磁弁の開度による静特性を把握することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、本工法はポイントアタックビットとディスカッタービットを組み合わせることによって、効率よく剥離破砕を発生できる掘削装置が考えられる。本工法は押しつけ力のみで掘削を制御出来るため、岩盤掘削やコンクリート構造物の解体の無人化施工に応用できる。このようなモデル実験や要素実験を行うことによって、押しつけ力に対するそれぞれの反力を把握できるため、実機製作のための重要なデータとなる。そこで、掘削機の1段目に先行掘削のためのディスクカッタビットを設置し、2段目以降はそれぞれ1段目から30mm広がった位置へ刃があたるように、φ60mmのディスクカッタ-ビット2枚を10°の角度をつけて配置し、以降3段目同様な構造となっているモデル掘削機を製作し、実験を行う。端面掘削の掘削段階が進行すると掘削効率が上昇しているため、実機のこの方式を適用すると端面掘削においては掘削段階を増加させると掘削効率が上昇すると予想できる。同時に、油圧制御システムを用いて最適な制御方法を見つけていくと同時に、実機製作のための問題点の検証を行っていく。
最後に、基礎的な実験を元にして、掘削刃に作用する力の変化を検知することにより、掘削刃の摩耗度を検知する摩耗度検知システムを開発する。また、それぞれの掘削刃にかかる荷重を制御することにより、最適な掘削速度と掘削刃の摩耗が軽減できる荷重制御シ
ステムを開発する。
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| Causes of Carryover |
実験に使用する岩石供試体を未購入であり、モデル掘削機完成後にサイズを決定し購入予定である。
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