2014 Fiscal Year Research-status Report
端面掘削方式による掘削効率を飛躍的に向上できる無人化施工技術の開発
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26420446
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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, 准教授 (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, 准教授 (70315224)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 硬質岩盤剥離掘削技術 / 端面掘削方式 / アタッチメント |
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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・低振動の新しい硬質岩盤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削孔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。今回の申請課題では、掘削中の排土処理構造を設けた実験装置を開発し、センタービットの改良を行いながら、実機を想定したモデル実験により最適な推進力の算定を行い、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、硬質岩盤や鉄筋コンクリートにおける剥離掘削機を設計・開発するための課題を摘出することを目的とした。
今回の期間内では、硬質岩や高強度モルタル供試体における岩盤剥離掘削機を設計・開発するための課題を抽出した。実機を想定した油圧による荷重制御で、岩盤剥離掘削機の掘削工程の推進力、作用トルク、単位掘削土量あたりの掘削動力である比エネルギーの性能を実験により明らかにした。また、個々の剥離破砕刃について掘削の状態を明確にし、剥離破砕方式の力学的なメカニズムを明らかにした。それぞれの岩盤において、掘削効率の向上とディスクカッタビットの摩耗量低減のための最適な荷重状態を求めていき、実用機として用いるための岩盤剥離掘削機を設計・開発するための基礎的な設計指針を提供する。
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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
実機を製作するにあたって最も重要なことは、どのぐらいの反力を確保する必要があるかである。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。これまでは現有の実験装置で本工法を採用した縦坑掘削機のモデルを用いて実験を行ってきたが、掘削土の処理が難しいため、本装置を横向きに倒すことがきるように改良し、掘削孔内の掘削残土の排出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し、掘削時の力の関係を把握した。また、実機の設計に欠かすことのできない掘削土量をリアルタイムで測定するために、掘削土を一カ所で回収し、掘削土の質量をリアルタイム測定出来るように実験装置の改良を行い、剥離破砕方式の力学的なメカニズムを明らかにする。
また、硬質岩盤を効率よく掘削するためには、初期掘削を行うセンタービットの見直しを行う必要がある。硬質岩盤用掘削機(TBM)では、中心にディスクカッタビットがセンタービットとして配置されており、このように摩耗しにくい高強度のディスクカッタビットをセンタービットに使用することで、硬質岩盤に対して効率よく掘削を行うことができる。この技術を応用して、硬質岩盤でも掘削が可能な先行ビットを開発するための基礎的な実験を行った。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実験により明らかにしようとしたが、実験装置の強度不足や力の測定方法が適切ではなかったため、センタービットの最適化までは求めることが出来なかった。しかしながら実験装置の改良と油圧制御のタイムラグを少なくするための新しい制御方法の検討を行い、基礎実験を行うことが可能になった。
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| Strategy for Future Research Activity |
硬質岩盤でも掘削が可能な先行ビットを開発する。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実験により決定するために、実験装置の改良と掘削刃に作用する力の測定方法の工夫を行い、基礎的なデータの収集を行う。
前年度までに行った基礎的な実験を踏まえて、掘削刃メーカの協力を得て、剥離破砕技術を用いた実機を想定したモデル実験を行っていく。この実験装置を用いて、実際の岩盤における本工法の適応性を明らかにするため、花崗岩や砂岩などの硬質岩盤を用いて、円柱の岩石供試体における最適な推進力、作用トルク、単位掘削土量あたりの掘削動力である比エネルギーの性能を実験により明らかにする。
次に、本工法をバックホウのアタッチメントとして採用したローラヘッダーの開発を行うために、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を開発する。本工法は押しつけ力のみで掘削を制御できるため、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利点がある。実機を製作するにあたって最も重要なことは、どのぐらいの反力を確保する必要があるかである。このようなモデル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し、実機製作のための重要なデータの収集を行うと同時に、実機製作のための問題点の検証を行っていく。
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| Causes of Carryover |
実験に使用する岩石のサイズが未定であったため、次年度の繰り越している。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
実験に使用する岩石のサイズが決定次第、発注を行う予定である。
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Research Products
(2 results)
