JP3531537B2 - トンネル切羽前方の緩みの予測方法 - Google Patents

トンネル切羽前方の緩みの予測方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、トンネル切羽前
方の緩みの予測方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】山岳トンネルの構築現場では、トンネル
施工中において、掘削時の切羽の安全を確保するために
は、掘削による切羽前方の緩みを把握することが、極め
て重要である。
【0003】ところが、このようなトンネル工事におい
ては、掘削による切羽前方の緩みを直接検出する手法が
確立されていなかったので、例えば、ロックボルトの軸
力変位を軸力計で測定したり、あるいは、切羽近傍の掘
削断面の内空変位を地中変位計などにより測定して、間
接的な変位から切羽の掘削に伴う緩みを予測していた。
【0004】しかしながら、このような従来の予測方法
には、以下に説明する技術的な課題があった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】すなわち、ロックボル
トの軸力変位や掘削断面の内空変位に基づいて、掘削に
伴う切羽前方の緩みを予測する方法では、いずれも間接
的な計測に基づいて予測するので、切羽前方の緩みを的
確に評価することが難しい。
【0006】また、トンネル施工中の切羽前方の地山の
変化を測定する手法として、弾性波の反射を利用する弾
性波探査法が知られているが、この手法は、切羽の数十
メートル前方の地質状況を把握するためのものであっ
て、掘削による切羽の緩みを予測ないしは把握すること
に適用することができなかった。
【0007】本発明は、このような従来の問題点に鑑み
てなされたものであって、その目的とするところは、切
羽の性状を直接測定することにより、その前方の緩みを
的確に評価予測することができる方法を提供することに
ある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、掘削されたトンネルの切羽面に複数の比
抵抗測定用電極を設置して、前記電極を介して切羽岩盤
の比抵抗を測定し、得られた比抵抗値に基づいて、前記
切羽面の前方地質の緩みを予測するトンネル切羽前方の
緩みの予測方法であって、前記電極は、前記切羽面上に
設定された複数の水平測線、または、垂直側線,放射状
側線のいずれか1つに沿って等間隔に設置し、得られた
比抵抗値に基づいて、有限要素モデルを作成し、制限付
き最小二乗法による逆解析を行い、前記水平測線に沿っ
た二次元比抵抗断面分布図を作成し、この二次元比抵抗
断面分布図に基づいて、前記切羽面の前方地質の緩みを
予測するようにした。このように構成したトンネル切羽
前方の緩みの予測方法によれば、切羽の性状、すなわ
ち、切羽岩盤の比抵抗を直接測定する。岩盤の比抵抗
は、岩盤中に含まれている水分の量などにより変化し、
緩みがあれば、その部分の比抵抗は、緩みのない部分に
比べて間隙率が非常に高いため、一般的には、大きくな
る。従って、得られた比抵抗値を評価することにより、
切羽面の前方地質の緩みを予測することができ、このよ
うな予測方法では、従来の間接的な測定に基づく予測よ
りも、掘削に伴う緩みを的確に評価することができる。
この場合、前記電極は、前記切羽面上に設定された複数
の水平測線に沿って等間隔に設置し、得られた比抵抗値
に基づいて、有限要素モデルを作成し、制限付き最小二
乗法による逆解析を行い、前記水平測線に沿った二次元
比抵抗断面分布図を作成し、この二次元比抵抗断面分布
図に基づいて、前記切羽面の前方地質の緩みを予測する
ので、掘削に伴う緩みを二次元比抵抗断面分布図に基づ
いて、視覚的に評価することができる。前記電極は、前
記切羽面上に設定された複数の水平,垂直または放射状
測線に沿って等間隔に設置し、前記二次元比抵抗断面分
布図を前記各測線に対応して作成し、得られた二次元比
抵抗断面分布図を合成することにより、前記切羽面の前
方地質の緩みを予測することができる
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
について、添付図面に基づいて詳細に説明する。図1か
ら図4は、本発明にかかるトンネル切羽前方の緩みの予
測方法の一実施例を示している。
【0010】同図に示した切羽前方の緩みの予測方法で
は、図1に示すように、切羽面10に比抵抗測定用電極
12が複数設置される。本実施例の場合には、2極法に
より比抵抗を測定するので、一方の遠電極をトンネルの
抗口近傍に設置し、他方の電極12を切羽面10に、例
えば、ベントナイトなどで固定する。
【0011】この場合、切羽面10には、電極12を設
置するための3本の水平測線1〜3が設定される。本実
施例の場合に設定された水平測線1〜3は、切羽面10
の水平方向に沿って相互に等間隔で平行になる3本の一
直線である。
【0012】このような水平測線1〜3は、切羽面10
に、例えば、ペンキなどで表示され、表示された水平測
線1〜3上に、等間隔になるように電極12が固定配置
される。
【0013】このような水平測線1〜3を採用すると、
後述する垂直測線や放射状測線などと比べて、測線長を
長く取ることができ、これに伴って、水平測線1〜3に
沿って等間隔で配置する電極12の数が、増加して、緩
み予測の精度が向上するので望ましい。
【0014】電極12の配置が終了すると、遠電極と電
極12との間に通電して、切羽面10の岩盤の比抵抗が
順次測定される。比抵抗の測定が終了し、各水平測線1
〜3に沿った複数個の比抵抗値が得られると、有限要素
モデルを作成し、制限付き最小二乗法による逆解析を行
い、各水平測線1〜3に沿った二次元比抵抗断面分布図
を作成する。
【0015】図2から図4は、各水平測線1〜3に対応
した二次元比抵抗断面分布図の一例を示している。これ
らの二次元比抵抗断面分布図は、実際のトンネル工事現
場において、水平測線1〜3間の間隔を約1mとし、各
水平測線1〜3に9点の電極12を設置して、比抵抗を
測定した場合のものである。
【0016】図2〜図4に示した二次元比抵抗断面分布
図では、下端側の0目盛りの線が切羽面10に対応して
いて、上部側の数値が切羽面10の奥側の距離を示して
いる。
【0017】このような二次元比抵抗断面分布図が得ら
れると、岩盤の比抵抗は、岩盤中に含まれている水分の
量などにより変化し、緩みがあれば、その部分の比抵抗
は、緩みのない部分に比べて、間隙率が非常に高いた
め、一般的には、大きくなる。
【0018】従って、得られた二次元比抵抗断面分布図
の比抵抗値の大きさをを評価することにより、切羽面1
0の前方地質の緩みを予測することができる。図2〜図
4に示した二次元比抵抗断面分布図では、比抵抗値が1
000Ωm以上の高比抵抗部分が、各分布図に存在して
いる。
【0019】比抵抗値が1000Ωm以上の個所の切羽
面10からの距離は、水平測線1では、4m程度、水平
測線2と水平測線3とでは、2m程度であり、水平測線
2と水平測線3とを比較すると、水平測線2の方が高比
抵抗値の範囲が大きい。
【0020】この二次元比抵抗断面分布図に表れている
高比抵抗値の部分は、掘削に伴って発生した緩みに相当
しているものと考えられる。そこで、各水平測線1〜3
の二次元比抵抗断面分布図を繋げると、高比抵抗の部分
は、切羽面10の下方から上方に向かって、奥側に深く
存在しているイメージが得られ、これは、一般的に知ら
れている切羽の崩壊の状況とよく一致していて、本実施
例の緩みの予測が高精度であることを示唆している。
【0021】図5には、電極12を設置する測線の別の
パターンを示しており、本発明の予測方法では、水平測
線以外に、垂直測線(図5に一点鎖線で示している)や放
射状側線(図5にニ点鎖線で示している)を用いることも
できるし、これらを水平測線と組合せることもできる。
【0022】この場合特に、水平測線と垂直測線または
放射状測線とを組合せて、各測線に対応して、図2から
図4に示したような二次元比抵抗断面分布図を作成し、
得られた二次元比抵抗断面分布図を合成することによ
り、切羽面10の前方地質の緩みを予測することができ
る。
【0023】このような予測方法によれば、水平,垂直,
放射状測線に対応して作成された複数の二次元比抵抗断
面分布図を合成することにより、掘削に伴う切羽前方の
緩みを上記実施例と同様に把握することができる。
【0024】
【発明の効果】以上、実施例で詳細に説明したように、
本発明にかかるトンネル切羽前方の緩みの予測方法によ
れば、切羽の性状を直接測定することにより、その前方
の緩みを的確に評価予測することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかるトンネル切羽前方の緩みの予測
方法における比抵抗の測定状態の説明図である。
【図2】図1の水平測線1上の二次元比抵抗断面分布図
である。
【図3】図1の水平測線2上の二次元比抵抗断面分布図
である。
【図4】図1の水平測線3上の二次元比抵抗断面分布図
である。
【図5】本発明にかかるトンネル切羽前方の緩みの予測
方法における比抵抗の測定状態の他の例を示す説明図で
ある。
【符号の説明】
10 切羽面 12 電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−99986(JP,A) 特開 平10−260264(JP,A) 特開 平10−220182(JP,A) 特開 平5−72348(JP,A) 特開 平2−176590(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01V 3/02 E21D 9/00 G01D 21/00 G01N 27/04

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 掘削されたトンネルの切羽面に複数の比
    抵抗測定用電極を設置して、 前記電極を介して切羽岩盤の比抵抗を測定し、 得られた比抵抗値に基づいて、前記切羽面の前方地質の
    緩みを予測するトンネル切羽前方の緩みの予測方法であ
    って、 前記電極は、前記切羽面上に設定された複数の水平測
    線、または、垂直側線,放射状側線のいずれか1つに沿
    って等間隔に設置し、 得られた比抵抗値に基づいて、有限要素モデルを作成
    し、制限付き最小二乗法による逆解析を行い、前記水平
    測線に沿った二次元比抵抗断面分布図を作成し、この二
    次元比抵抗断面分布図に基づいて、前記切羽面の前方地
    質の緩みを予測する ことを特徴とするトンネル切羽前方
    の緩みの予測方法。
  2. 【請求項2】 前記電極は、前記切羽面上に設定された
    複数の水平,垂直または放射状測線に沿って等間隔に設
    置し、前記二次元比抵抗断面分布図を前記各測線に対応
    して作成し、得られた二次元比抵抗断面分布図を合成す
    ることにより、前記切羽面の前方地質の緩みを予測する
    ことを特徴とする請求項1記載のトンネル切羽前方の緩
    みの予測方法。
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