JP2018154969A - Method for estimating spring water pressure of natural ground - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、トンネル工事に先行しておこなわれる調査ボーリングに基づいて、地山の湧水圧を推定する、地山の湧水圧推定方法に関するものである。 The present invention relates to a natural spring pressure estimation method for estimating natural spring pressure based on survey boring performed prior to tunnel construction.
地山の湧水圧を測定もしくは特定するべく、トンネル工事に先行して水平調査ボーリングがおこなわれることがある。この湧水圧を測定する簡易な方法としては、湧水の生じているボーリング孔の口元を閉じ、口元で水圧を測定する方法があるが、この方法では、圧力測定後に口元を開放した際にボーリング孔内の圧力が急激に低下し、ボーリング孔壁が崩壊する危険性がある。そのため、時間をかけて徐々に口元を開放するのが好ましいものの、今度は口元開放に多くの時間を要し、工事工程に影響を与えることが想定される。また、被測定対象の湧水帯の位置からボーリング孔の口元までの間に別の湧水帯が存在する場合、口元での圧力測定値の精度が低下することが容易に想定される。 In order to measure or identify the spring pressure of natural ground, horizontal survey boring may be performed prior to tunnel construction. As a simple method for measuring the spring pressure, there is a method in which the mouth of the borehole where the spring water is generated is closed and the water pressure is measured at the mouth. There is a risk that the pressure in the hole drops rapidly and the borehole wall collapses. Therefore, although it is preferable to gradually open the mouth over time, it is assumed that it takes a lot of time to open the mouth this time and affects the construction process. Further, when another spring zone exists between the position of the spring zone to be measured and the mouth of the borehole, it is easily assumed that the accuracy of the pressure measurement value at the mouth is lowered.
そこで、ボーリング孔削孔用のケーシングの内部に圧力計を設置し、この圧力計で湧水圧を測定する方法が現在開発されている。しかしながら、ボーリング孔内を湧水が流れている状態におけるボーリング孔先端（切羽）付近の圧力測定値は湧水帯の湧水圧を測定していることにならないと考えられる。たとえばボーリング孔の口元を閉じることで湧水圧の測定は可能であると考えられるものの、その場合には、既述するようにボーリング孔壁の崩壊の危険性の問題を内在する。 In view of this, a method has been developed in which a pressure gauge is installed in the borehole casing and the spring pressure is measured with this pressure gauge. However, it is considered that the measured pressure near the tip (face) of the borehole when the spring is flowing through the borehole does not measure the spring pressure in the spring zone. For example, it is considered that the spring pressure can be measured by closing the mouth of the borehole, but in that case, there is a problem of the risk of collapse of the borehole wall as described above.
一方、浸透率を推定する検層技術として核磁気共鳴検層（NMR検層）があり、この技術を用いることで対象となる地山の空隙率や空隙サイズを測定できるほか、自由流体空隙率と浸透率も算出することができる。しかしながら、地山中に磁性鉱物が大量に含まれる場合（火山岩地域）には測定が困難であり、ボーリング孔削孔用のケーシングに装備されたセンサーが孔壁に密着する必要があるなど、大量の湧水が生じるような水平調査ボーリングでの利用は困難であると考えられる。 On the other hand, there is a nuclear magnetic resonance logging (NMR logging) as a logging technique for estimating the permeability. By using this technique, the porosity and void size of the target natural ground can be measured, and the free fluid porosity And permeability can also be calculated. However, when a large amount of magnetic mineral is contained in the natural ground (volcanic rock area), it is difficult to measure, and the sensor installed in the boring hole casing needs to be in close contact with the hole wall. It is considered difficult to use in horizontal survey boring where spring water is generated.
以上のことより、トンネル工事に先行しておこなわれる調査ボーリングにおいて、ボーリング孔の口元を閉じることなく地山の湧水圧を推定する技術の確立が当該技術分野において切望されている。 From the above, in the survey boring conducted prior to tunnel construction, establishment of a technique for estimating the spring water pressure in the natural ground without closing the mouth of the borehole is eagerly desired in the technical field.
ここで、従来の公開技術として特許文献１，２を挙げることができる。特許文献１に記載の湧水状況の判定方法は、地下水位以下の岩盤中にボーリング孔を削孔し、孔内にバルブを有する排水管とパッカーを挿入し、孔内湧水をパッカーで遮断した後に排水管のバルブを開き、孔内湧水を放出するとともに湧水量と時間の関係を測定し、測定された湧水量の最大値、定常値とそれぞれ所定の閾値との大小関係を基準にして湧水パターンを分類して高透水性の亀裂の存在状況を判定するものである。 Here, Patent Documents 1 and 2 can be cited as conventional published technologies. The judgment method of the spring condition described in Patent Document 1 is that a borehole is drilled in the bedrock below the groundwater level, a drain pipe having a valve and a packer are inserted in the hole, and the spring water in the hole is blocked by the packer. After that, the valve of the drain pipe is opened to release the spring water in the borehole and measure the relationship between the spring water volume and the time, and based on the magnitude relation between the measured maximum value and steady value of the spring water and the predetermined threshold value. The spring water patterns are classified to determine the presence of highly permeable cracks.
一方、特許文献２に開示のトンネルの切羽近傍における湧水圧測定装置によれば、トンネルの切羽近傍における湧水圧測定装置において、ビットを有する自穿孔型ケーシングとしての自穿孔ロックボルトと、自穿孔ロックボルトに連結される分岐ケーシングと、分岐ケーシングに連結される第１のバルブと、分岐ケーシングに連結される第２のバルブと、第２のバルブに連通可能な水圧計とを具備するものである。 On the other hand, according to the spring pressure measuring device in the vicinity of the face of the tunnel disclosed in Patent Document 2, in the spring pressure measuring device in the vicinity of the face of the tunnel, a self-piercing lock bolt as a self-piercing-type casing having a bit, and a self-piercing lock A branch casing connected to the bolt, a first valve connected to the branch casing, a second valve connected to the branch casing, and a water pressure gauge capable of communicating with the second valve. .
特許文献１で記載される湧水状況の判定方法によれば、複雑なシステムを必要とせず、迅速かつ確実に岩盤中の湧水状況を判定することができるとしている。一方、特許文献２で記載されるトンネルの切羽近傍における湧水圧測定装置によれば、トンネルの切羽近傍に局所的に分布する地下水がどの程度の水圧を有しているかを簡易に測定することができるとしている。しかしながら、いずれの判定方法および測定装置を適用した場合でも、上記する課題、すなわち、ボーリング孔の口元を閉じることなく地山の湧水圧を推定することはできない。 According to the spring condition determination method described in Patent Document 1, a complicated system is not required, and the spring condition in the rock can be determined quickly and reliably. On the other hand, according to the spring pressure measuring device in the vicinity of the face of the tunnel described in Patent Document 2, it is possible to easily measure the water pressure of the groundwater locally distributed near the face of the tunnel. I can do it. However, no matter which determination method and measuring device are applied, the above-mentioned problem, that is, the spring pressure of the natural ground cannot be estimated without closing the mouth of the borehole.
本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、ボーリング孔の口元を閉じることなく地山の湧水圧を精度よく推定することのできる地山の湧水圧推定方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a natural spring pressure estimation method capable of accurately estimating the natural spring pressure without closing the mouth of the borehole. To do.
前記目的を達成すべく、本発明による地山の湧水圧推定方法は、トンネル工事に先行しておこなわれる調査ボーリングに基づいて、地山の湧水圧を推定する方法であって、先端に掘削ビットを備えたケーシングを使用して地山にボーリング孔を削孔し、この過程で、該ケーシングの内部に装備された撮像装置を用いて該ケーシングの壁面を介してボーリング孔の孔壁画像を撮像するとともに、掘削進捗に応じてボーリング孔口元の湧水量データを取得しておく第一のステップ、前記孔壁画像に基づいて孔壁における空隙分布モデルを作成する第二のステップ、前記空隙分布モデルを用いて流体解析を実行して透水係数を算定する第三のステップ、前記湧水量データと前記透水係数を用いて数値解析を実行し、地山の湧水圧を推定する第四のステップからなるものである。 In order to achieve the above object, a method for estimating the spring pressure of a natural ground according to the present invention is a method for estimating the spring pressure of a natural ground on the basis of a survey boring performed prior to tunnel construction, and includes a drill bit at the tip. A boring hole is drilled in a natural ground using a casing provided with an image, and in this process, a hole wall image of the boring hole is imaged through the wall surface of the casing using an imaging device provided in the casing. In addition, a first step of acquiring spring water volume data at the base of the borehole according to the progress of excavation, a second step of creating a void distribution model in the hole wall based on the hole wall image, the gap distribution model The third step of calculating the hydraulic conductivity using the fluid analysis, and the fourth step of estimating the spring pressure of the natural ground by performing the numerical analysis using the water flow rate data and the hydraulic conductivity. Tsu is made of-flops.
本発明の地山の湧水圧推定方法は、調査ボーリングに適用される先端に掘削ビットを備えたケーシング（これらをまとめて削孔ツールスと称することもできる）の内部に撮像装置を装備しておき、この撮像装置を用いてケーシングの壁面を介してボーリング孔の孔壁画像を撮像し、孔壁画像に基づいて孔壁における空隙分布モデルを作成し、空隙分布モデルを用いて流体解析を実行して地山の湧水圧を推定することにより、ボーリング孔の口元を閉じることなく調査ボーリングをおこないながら、地山の湧水圧を精度よく推定することを可能としたものである。 According to the method for estimating spring pressure of a natural ground according to the present invention, an imaging device is provided inside a casing (which may be collectively referred to as a drilling tool) having a drill bit at a tip applied to survey boring. Using this imaging device, the hole wall image of the borehole is taken through the wall surface of the casing, a void distribution model in the hole wall is created based on the hole wall image, and fluid analysis is performed using the void distribution model. By estimating the spring pressure of the natural ground, it is possible to accurately estimate the spring pressure of the natural ground while conducting survey boring without closing the mouth of the borehole.
ここで、撮像装置としては、ボアホールカメラのようなCCDカメラなど、多様な装置が適用できる。そして、ケーシングの管壁のうち、撮像装置が装備された箇所はケーシング外側のボーリング孔壁を撮像できるように透明樹脂もしくは高強度ガラスなどから構成されるのがよい。なお、ボーリング孔壁の空隙形状は画像処理で測定することから、湧水に濁りが生じていなければケーシングと孔壁の間の水の流れが測定データ（空隙形状の画像）に与える影響は小さいと考えられる。 Here, various devices such as a CCD camera such as a borehole camera can be applied as the imaging device. And the location where the imaging device is equipped among the tube walls of a casing is good to be comprised from transparent resin or high intensity | strength glass so that the boring hole wall of a casing outer side can be imaged. In addition, since the void shape of the borehole wall is measured by image processing, the influence of the water flow between the casing and the hole wall on the measurement data (gap shape image) is small unless the spring water is turbid. it is conceivable that.
第一のステップでは、ボーリング孔の孔壁画像を撮像するのと並行して、掘削進捗に応じてボーリング孔口元の湧水量データを取得しておく。なお、この際、ボーリング孔の口元は常時開放している。 In the first step, the amount of spring water at the base of the borehole is acquired in accordance with the progress of excavation in parallel with capturing the hole wall image of the borehole. At this time, the mouth of the boring hole is always open.
また、第二のステップにおける空隙分布モデルの作成においては、ボーリング孔壁の空隙形状データをもとに統計的手法を用いて空隙分布モデルを作成することができ、この数値解析を行うためのモデル化手法としては、空隙をポアとスロートで分けたポアネットワークモデルを作成する方法などが挙げられる。 In the creation of the void distribution model in the second step, a void distribution model can be created using a statistical method based on the void shape data of the borehole wall, and a model for performing this numerical analysis. An example of a method for creating a pore network model is that a void is divided into a pore and a throat.
第三のステップでは、数値解析によって地山の湧水帯の透水係数を算定する。この数値解析では、第二のステップにてモデル化された空隙構造に対し、たとえばナビエストークス方程式を解く流体解析をおこなうことで透水係数（もしくは浸透率）を計算することができる。 In the third step, the hydraulic conductivity of the natural spring water zone is calculated by numerical analysis. In this numerical analysis, the hydraulic conductivity (or permeability) can be calculated by performing a fluid analysis that solves the Naviestokes equation, for example, on the void structure modeled in the second step.
最後に、第四のステップでは、対象となる地山（もしくは湧水層）の規模を仮定し、削孔区間に亘って取得されている湧水量データ（区間湧水量）と計算された透水係数を用いて、たとえばダルシーモデルによる数値解析等を実行することにより、対象地山における湧水圧を特定し、推定することができる。 Finally, in the fourth step, assuming the size of the target natural ground (or spring water layer), the spring water data (section spring water volume) acquired over the drilling section and the calculated hydraulic conductivity By using, for example, numerical analysis by the Darcy model or the like, it is possible to identify and estimate the spring pressure in the target ground.
また、本発明による地山の湧水圧推定方法の好ましい実施の形態において、前記第一のステップでは、前記撮像装置が前記ケーシングの所定の位置においてボーリング孔の全内周面（360度）の前記孔壁画像を撮像し、前記第二のステップでは、三次元の前記空隙分布モデルを作成するものである。 Further, in a preferred embodiment of the natural spring pressure estimation method according to the present invention, in the first step, the imaging device is configured such that the imaging device has the entire inner peripheral surface (360 degrees) of the borehole at a predetermined position of the casing. A hole wall image is taken, and in the second step, the three-dimensional void distribution model is created.
たとえば、ケーシングの任意箇所の一定幅領域において、その全周を透明ガラスで構成し、ケーシングの内部では所定間隔に複数の撮像装置を取り付けておき、全ての撮像装置で孔壁画像を撮像することで、ボーリング孔の全内周面の孔壁画像を撮像することができる。また、他の構成としては、ケーシング（の透明ガラスの内側）内に該ケーシングの周方向に延びる環状レールを配設しておき、一基の撮像装置がこの環状レールを走行しながらボーリング孔の全内周面の孔壁画像を撮像してもよい。 For example, in a constant width region at an arbitrary location of the casing, the entire circumference is made of transparent glass, a plurality of imaging devices are attached at predetermined intervals inside the casing, and a hole wall image is captured by all the imaging devices. Thus, the hole wall image of the entire inner peripheral surface of the borehole can be taken. As another configuration, an annular rail extending in the circumferential direction of the casing is disposed in the casing (inside of the transparent glass), and one imaging device travels on the annular rail while running on the annular rail. A hole wall image of the entire inner peripheral surface may be taken.
ボーリング孔全周の孔壁画像に基づいて作成された三次元の空隙分布モデルを用いて流体解析を実行することにより、地山の湧水圧をより一層精度よく推定することが可能になる。 By executing the fluid analysis using a three-dimensional void distribution model created based on the hole wall image of the entire circumference of the borehole, it becomes possible to estimate the spring pressure of the natural ground with higher accuracy.
本発明の地山の湧水圧推定方法によれば、調査ボーリングに適用されるケーシングの内部に撮像装置を装備しておき、この撮像装置を用いてケーシングの壁面を介してボーリング孔の孔壁画像を撮像し、孔壁画像に基づいて孔壁における空隙分布モデルを作成し、空隙分布モデルを用いて流体解析を実行して地山の湧水圧を推定することにより、ボーリング孔の口元を閉じることなく調査ボーリングをおこないながら、地山の湧水圧を精度よく推定することができる。 According to the natural ground spring pressure estimation method of the present invention, an imaging device is installed inside a casing applied to survey boring, and a hole wall image of a borehole is provided through the wall surface of the casing using the imaging device. The borehole hole is closed by creating a void distribution model in the hole wall based on the hole wall image and performing fluid analysis using the void distribution model to estimate the spring pressure of the natural ground. It is possible to accurately estimate the spring pressure of natural ground while conducting survey boring.
以下、図面を参照して本発明の地山の湧水圧推定方法の実施の形態を説明する。 Embodiments of a natural spring pressure estimation method according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
（地山の湧水圧推定方法の実施の形態）
図１は本発明の湧水圧推定方法の第一のステップを説明した模式図である。本発明の地山の湧水圧推定方法は、トンネル工事に先行しておこなわれる水平調査ボーリングに基づいて、地山の湧水圧を推定する方法である。この推定方法においては、まず、先端に掘削ビット２を備えたケーシング１を使用して地山Ｇにボーリング孔Ｂを削孔する（Ｘ方向）。
(Embodiment of method for estimating spring pressure of natural ground)
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating the first step of the spring pressure estimation method of the present invention. The natural spring pressure estimation method of the present invention is a method for estimating the natural spring pressure based on horizontal survey boring performed prior to tunnel construction. In this estimation method, first, the boring hole B is drilled in the natural ground G using the casing 1 provided with the excavation bit 2 at the tip (X direction).
ここで、掘削ビット２はケーシング１内に内蔵された水力駆動のダウンホールモータ３にて回転駆動される。なお、掘削ビット２の回転駆動形態は図示例以外にも、油圧駆動のロータリーパーカッションなどが適用されてもよい。 Here, the excavation bit 2 is rotationally driven by a hydraulically driven downhole motor 3 incorporated in the casing 1. In addition, the rotary drive form of the excavation bit 2 may be applied to a hydraulically driven rotary percussion other than the illustrated example.
ボーリング孔口元Ｂａ付近には拡径ケーシング６が取り付けられ、それよりも小径のケーシング１との端部隙間をパッカー７で閉塞しておく。 A diameter-expanded casing 6 is attached in the vicinity of the boring hole mouth Ba, and an end gap between the casing 1 and the casing 1 having a smaller diameter is closed by the packer 7.
水平調査ボーリングにおいては、ケーシング１の坑口側から送水をおこない（Ｙ１方向）、ケーシング１内の逆止弁１ｂを介して切羽側に送水がおこなわれ、孔壁の崩壊を防止しながら掘削がおこなわれる。 In the horizontal survey boring, water is supplied from the pit side of the casing 1 (Y1 direction), and water is supplied to the face side via the check valve 1b in the casing 1, and excavation is performed while preventing the collapse of the hole wall. It is.
掘削に伴い、地山Ｇからの湧水がボーリング孔Ｂに流れ込み（Ｙ２方向）、流れ込んだ湧水はボーリング孔Ｂとケーシング１の間の隙間を流れ（Ｙ３方向）、ボーリング孔口元Ｂａにある通水管８を介して口元湧水量計５を通過し（Ｙ４方向）、ボーリング孔口元Ｂａにおける湧水量データとして取得される。なお、湧水量の他の測定方法として、たとえばボアホールカメラ等で気泡がボーリング孔内を流れる状態を捉え、ここから流水の速度を計算して湧水量を特定する等の方法もある。 Along with excavation, spring water from the natural ground G flows into the boring hole B (Y2 direction), and the flowing spring water flows through the gap between the boring hole B and the casing 1 (Y3 direction) and is at the boring hole mouth Ba. It passes through the mouth spring meter 5 through the water pipe 8 (Y4 direction) and is acquired as spring water data at the bore hole Ba. As another method for measuring the amount of spring water, for example, there is a method in which, for example, a state in which bubbles flow in the borehole with a borehole camera or the like is captured, and the speed of the water flow is calculated therefrom to specify the amount of spring water.
ここで、ケーシング１の途中位置には所定幅でケーシング１の全周に亘る透明ガラス１ａが配設されており、この透明ガラス１ａの内側にはCCDカメラ等の撮像装置４が複数設けられ、ケーシング１周りのボーリング孔Ｂの全周（360度）の孔壁画像を撮像できるようになっている。なお、大量湧水の生じる箇所では亀裂開口幅がある程度大きいことが考えられるが、撮像装置４としてCCDカメラを利用することにより、十分に亀裂を認識することができる。さらに、撮像装置４がケーシング１の内部に装備される構成とすることで、削孔ツールスとは別に測定器を挿入するなどの大掛かりな段取り変えが不要となることから、工程に影響を与える可能性は極めて低い。 Here, a transparent glass 1a having a predetermined width and extending over the entire circumference of the casing 1 is disposed in the middle of the casing 1, and a plurality of imaging devices 4 such as a CCD camera are provided inside the transparent glass 1a. A hole wall image of the entire circumference (360 degrees) of the boring hole B around the casing 1 can be taken. Although it is conceivable that the crack opening width is large to some extent at a location where a large amount of spring water is generated, the use of a CCD camera as the imaging device 4 can sufficiently recognize the crack. Furthermore, by adopting a configuration in which the imaging device 4 is installed inside the casing 1, it is possible to influence the process because a large-scale setup such as inserting a measuring instrument separately from the drilling tools becomes unnecessary. The nature is extremely low.
図示する構成のケーシング１を使用して地山Ｇにボーリング孔Ｂを削孔し、この過程で、ケーシング１の内部に装備された撮像装置４を用いて透明ガラス１ａを介してボーリング孔Ｂの孔壁画像を撮像する。さらに、この孔壁画像の撮像に並行して、掘削進捗に応じて各掘削区間Ｓ１，Ｓ２、・・・ごとにボーリング孔口元Ｂａの湧水量データを口元湧水量計５にて取得しておく（以上、第一のステップ）。 The boring hole B is drilled in the natural ground G using the casing 1 having the configuration shown in the figure. In this process, the boring hole B is formed through the transparent glass 1a using the imaging device 4 provided in the casing 1. A hole wall image is taken. Further, in parallel with the imaging of the hole wall image, the spring water amount data of the boring hole mouth Ba is acquired by the mouth spring amount meter 5 for each of the excavation sections S1, S2,. (This is the first step).
次に、ボーリング孔Ｂの空隙形状データをもとに、統計的手法を用いて図２で示すような三次元空隙分布画像を作成する。 Next, based on the void shape data of the borehole B, a three-dimensional void distribution image as shown in FIG. 2 is created using a statistical method.
そして、図２で示す三次元空隙分布画像を使用して数値解析のための空隙分布モデルの作成をおこなう。具体的には、図３で示すように、空隙をポアＰとスロートＴで分け、これらが相互に結合されてなる空隙分布モデルＭ（ポアネットワークモデル）を作成する(Biswal, B., C. Manwart, R. Hilfer, S. Bakke, and P. E. Oren, Quantitative analysis of experimental and synthetic microstructures for sedimentary rock, Physica A: Statistical Mechanics and its Applications, 273, 452-475, 1999.)。 Then, a void distribution model for numerical analysis is created using the three-dimensional void distribution image shown in FIG. Specifically, as shown in FIG. 3, the voids are divided into pores P and throat T, and a void distribution model M (pore network model) is created (Biswal, B., C.). Manwart, R. Hilfer, S. Bakke, and PE Oren, Quantitative analysis of experimental and synthetic microstructures for sedimentary rock, Physica A: Statistical Mechanics and its Applications, 273, 452-475, 1999.).
なお、空隙分布モデル作成の他の形態として、人工的に発生させた空隙をそのままモデル化する方法であってもよい（以上、第二のステップ）。 Note that, as another form of creating the void distribution model, a method of modeling the artificially generated voids as they are (the second step) may be used.
次に、第二のステップにて作成された空隙分布モデルＭを用いて流体解析を実行し、透水係数（もしくは浸透率）を算定する。 Next, fluid analysis is executed using the air gap distribution model M created in the second step, and the hydraulic conductivity (or permeability) is calculated.
この流体解析としては、たとえばナビエストークス方程式を解く流体解析が挙げられる。なお、このナビエストークス方程式を解く流体解析をおこなって透水係数を計算する事例として、近年の石油工学の分野などにおいてX線CTによって岩石内部の空隙構造を抽出してモデル化し、ナビエストークス方程式を解く流体解析をおこなって透水係数を計算する事例が挙げられる。たとえば、ベレア砂岩をX線CTで撮影し、約1.4mm角の範囲の空隙をモデル化して計算した結果、モデル範囲の空隙率は0.20、浸透率は2.6×10−12m2（透水係数で約2.6×10−3cm/s）と計算される。 As this fluid analysis, for example, fluid analysis that solves the Navier-Stokes equation can be cited. In addition, as an example of performing fluid analysis to solve this Navier Stokes equation and calculating the hydraulic conductivity, in recent years in the field of petroleum engineering, the void structure inside the rock is extracted and modeled by X-ray CT, and the Navier Stokes equation is solved. Examples include calculating fluid permeability by conducting fluid analysis. For example, X-ray CT images of Berea sandstone were calculated by modeling a void in the range of about 1.4 mm square. As a result, the porosity in the model range was 0.20 and the permeability was 2.6 × 10 −12 m 2 (permeability coefficient It is calculated as approximately 2.6 × 10 −3 cm / s).
本発明の湧水圧推定方法では、たとえば図３で示す空隙分布モデルＭに対して同様の計算をおこなうことで透水係数を計算する。なお、亀裂の水理的開口幅と幾何学的開口幅は異なることが指摘されていることから（山本肇、他：原位置透水試験データに基づく亀裂半径分布の評価法 等価不均質連続体モデルによる透水係数分布の再現、地盤工学研究発表会発表講演集、34、2-2、pp1311-1312、1999）、同一岩石による事前のキャリブレーションをおこなうことにより、計算で得られる透水係数の補正をおこなうのが好ましい（以上、第三のステップ）。 In the spring pressure estimation method of the present invention, for example, the hydraulic conductivity is calculated by performing the same calculation on the void distribution model M shown in FIG. It is pointed out that the hydraulic opening width and geometric opening width of cracks are different (Akira Yamamoto, et al .: Evaluation method of crack radius distribution based on in-situ permeability test data) Equivalent heterogeneous continuum model Reproduction of hydraulic conductivity distribution by GIS, Proceedings of Geotechnical Research Presentations, 34, 2-2, pp1311-1312, 1999), and correction of hydraulic conductivity obtained by calculation by performing pre-calibration with the same rock It is preferable to do this (the third step).
最後に、対象となる地山（もしくは湧水層）の規模を仮定し、第一のステップにて削孔区間に亘って取得されている湧水量データと、第三のステップで計算された透水係数を用いて数値解析を実行することにより、対象地山における湧水圧が特定され、これを対象地山の湧水圧として推定する。ここで、湧水量データと透水係数を用いた数値解析としては、たとえばダルシーモデルによる数値解析等を挙げることができる。 Finally, assuming the size of the target natural ground (or spring layer), the spring water data acquired over the drilling section in the first step and the water permeability calculated in the third step By performing the numerical analysis using the coefficient, the spring pressure in the target ground is identified, and this is estimated as the spring pressure in the target ground. Here, as the numerical analysis using the spring water amount data and the permeability coefficient, for example, a numerical analysis using a Darcy model can be cited.
本発明の地山の湧水圧推定方法によれば、ボーリング孔口元Ｂａを閉じることなく湧水帯の湧水圧データを取得できることから、ボーリング孔内に入り込む湧水をボーリング孔口元Ｂａで止めた場合に懸念されるボーリング孔壁の崩壊の危険性は生じ得ない。 According to the natural ground spring pressure estimation method of the present invention, since the spring pressure data of the spring zone can be acquired without closing the borehole mouth Ba, the springwater entering the borehole is stopped at the borehole Ba. There is no risk of collapse of the borehole wall, which is a concern.
また、CCDカメラ等の撮像装置４をケーシング１に組み込んだ構成の削孔ツールスを使用することで、湧水量を測定する際に削孔ツールスを入れ替えるなどの大掛かりな段取り変えは不要となる。 In addition, by using a drilling tool having a configuration in which the imaging device 4 such as a CCD camera is incorporated in the casing 1, a large changeover such as replacing the drilling tool when measuring the amount of spring water becomes unnecessary.
また、撮像装置４の解像度にもよるが、対象となる地山の岩種によらず、汎用性が高く、精度の高い湧水圧推定方法となる。 Moreover, although it depends on the resolution of the imaging device 4, the spring pressure estimation method is highly versatile and accurate regardless of the rock type of the target natural ground.
さらに、地山Ｇの湧水圧を精度よく推定できることで、トンネル掘削時の適切な湧水対策が可能になる。 Furthermore, since the spring water pressure in the natural ground G can be accurately estimated, it is possible to take appropriate spring water countermeasures during tunnel excavation.
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。 The embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and there are design changes and the like without departing from the gist of the present invention. They are also included in the present invention.
１…ケーシング、１ａ…透明ガラス、１ｂ…逆止弁、２…掘削ビット、３…ダウンホールモータ、４…撮像装置、５…口元湧水量計、６…拡径ケーシング、７…パッカー、８…通水管、Ｇ…地山、Ｂ…ボーリング孔、Ｂａ…ボーリング孔口元、Ｓ１，Ｓ２…対象区間、Ｍ…空隙分布モデル、Ｐ…ポア、Ｔ…スロート DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Casing, 1a ... Transparent glass, 1b ... Check valve, 2 ... Drilling bit, 3 ... Downhole motor, 4 ... Imaging device, 5 ... Mouth spring water meter, 6 ... Expanded casing, 7 ... Packer, 8 ... Water pipe, G ... Natural mountain, B ... Boring hole, Ba ... Boring hole mouth, S1, S2 ... Target section, M ... Air gap distribution model, P ... Pore, T ... Throat
Claims (2)
先端に掘削ビットを備えたケーシングを使用して地山にボーリング孔を削孔し、この過程で、該ケーシングの内部に装備された撮像装置を用いて該ケーシングの壁面を介してボーリング孔の孔壁画像を撮像するとともに、掘削進捗に応じてボーリング孔口元の湧水量データを取得しておく第一のステップ、
前記孔壁画像に基づいて孔壁における空隙分布モデルを作成する第二のステップ、
前記空隙分布モデルを用いて流体解析を実行して透水係数を算定する第三のステップ、
前記湧水量データと前記透水係数を用いて数値解析を実行し、地山の湧水圧を推定する第四のステップからなる地山の湧水圧推定方法。 Based on the survey boring conducted prior to tunnel construction,
A boring hole is drilled in a natural ground using a casing having a drill bit at the tip, and in this process, the bore hole is drilled through the wall surface of the casing using an imaging device installed in the casing. The first step of capturing the wall image and acquiring the spring water volume data at the base of the borehole according to the progress of the excavation,
A second step of creating a void distribution model in the hole wall based on the hole wall image;
Performing a fluid analysis using the void distribution model to calculate a hydraulic conductivity,
A natural spring pressure estimation method comprising a fourth step of performing a numerical analysis using the spring water volume data and the hydraulic conductivity to estimate a natural spring pressure.
前記第二のステップでは、三次元の前記空隙分布モデルを作成する請求項１に記載の地山の湧水圧推定方法。 In the first step, the imaging device captures the hole wall image of the entire inner peripheral surface of the boring hole at a predetermined position of the casing;
The method according to claim 1, wherein in the second step, the three-dimensional void distribution model is created.
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| CN110288595A (en) * | 2019-07-01 | 2019-09-27 | 江苏东交工程检测股份有限公司 | Tunnel Overbreak & Underbreak detection method, device, electronic equipment and storage medium |
| CN111859751A (en) * | 2020-07-17 | 2020-10-30 | 中煤科工集团西安研究院有限公司 | Method for predicting water inflow of underground inclined hydrophobic borehole of coal mine |
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