JP6289206B2 - トンネル掘削における地質探査方法 - Google Patents
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Description
しかしながら、発破振動を受振するための坑外受振器をあらかじめ地上面に設置しているため、トンネルの掘削が進むにしたがって、切羽の前方に位置する受振器の数が少なくなり、これから掘削する前方の地質状況を把握する精度が悪化していくと言う問題がある。この問題を解決する方策として、トンネル掘削にともない切羽が移動しても地質状況を把握する上で精度が低下しないように坑外受振器の設置数を増やす方法が考えられるが、坑外受振器と起振点側に設けた記録装置とを接続するためのケーブルを坑外受振器の数量分だけ山中に配線しなくてはならず、非常に多くの手間を要することになる。さらに、発破振動は、伝播距離に限界があることから、切羽から遠方に設置した坑外受振器では、切羽前方の予測も困難となる。
また、トンネル掘削における地質探査方法の他の形態として、発破振動を移動後の受振器により受振する工程を前記進行後の切羽を発破する度に行うので、地山の地質状況を調べるためのデータをより多く集めることができ、地山の地質状況をより精度良く把握することができる。
また、トンネル掘削における地質探査方法の他の形態として、前記受振器を発破振動を受振した位置よりも後側に移動させるようにしたので、切羽前方の地質状況をより正確に調べることができる。
また、トンネル掘削における地質探査方法の他の形態として、前記受振器は、前記受振器により受振した発破振動を記録する記録装置を備え、前記受振器と前記記録装置とを1つのバックパックに収容し、持ち運び自在としたので、坑外での持ち運びや移動が容易となる。
また、トンネル掘削における地質探査方法の他の形態として、前記受振器は、地上面における位置情報を取得するGPS受信器を備えたので、発破振動を受振する受振器を切羽前方におけるトンネル掘削予定路線上の異なる地上面に確実に移動させることができる。また、受振器を接地した場所が正確に特定できるので、地山における地質状態の異なる位置を精度良く把握することができる。
坑内観測装置2は、発破起爆装置21、震源22、複数の坑内受振器24及び坑内記録装置25を備える。
発破起爆装置21は、この地質探査において震源22を起爆するための装置であり、発破器27と電力供給線28と発破信号検出器29とを備える。発破器27は、震源22と電力供給線28を介して接続され、内蔵する電源27Aから震源22に電力を供給する。電力供給線28は、高電圧大電流の流れを許容可能な導線である。発破信号検出器29は、発破器27から各***30に向かう高電圧の電力が電力供給線28に流れたことを非接触で検出するセンサであって、数マイクロ秒の遅れで当該発破信号検出器29に接続された坑内記録装置25にパルス信号として出力する。
震源22は、***30と発破(ダイナマイト)31からなる。***30には、例えば、瞬発電気***(通電から2ミリ秒以内で起爆するように制御される***)やDS電気***(デシセコンド***、各段で通常250〜500ミリ秒ずつ遅れて起爆するように制御される***)により10段程度の段発***が用いられ、1段目には瞬発電気***が用いられ、2段目以降にはDS電気***が用いられる。なお、***30の構成は上記構成に限らず、任意の構成とすることができる。
なお、発破は複数段の段発発破により行われるが、本実施形態では、坑内記録装置25に記録された1段目の***30の発破時刻を発振時刻として処理するものとして説明する。
なお、坑内受振器24は、あらかじめトンネル坑内の地盤上や、側壁上に設けたボーリング孔に配置して当該坑内における地盤等の振動状態を検出するようにしても良い。また、ボーリング孔に限らず、トンネル坑内の天井、壁、床の各面に直接設置しても良い。
この坑内受振器24が観測した発破振動のデータ(受振データ)は、デジタル信号に変換された後、坑内記録装置25に出力される。
なお、GPS信号とは、GPS(Global Positioning System;全地球測位システム)衛星から発せられた時刻校正を目的とした信号(1PPS、時刻情報など)を含んだ電波信号である。
この坑内記録装置25は、例えば、GPSアンテナ33aが露出するように、防爆ケースなどに収容され、例えば1つのバックパックなどのバッグに収容してトンネル坑外に持ち運び自在に構成される。このように坑内記録装置25をトンネル坑外に搬出可能にしておくことで、発破振動を受振するときの内部時計32の時刻をGPS時計の時刻に一致させた状態を保つことができる。
なお、GPS受信器33及びGPSアンテナ33aは、坑内記録装置25から分離してGPS電波を受信可能にトンネル坑外に設け、坑内記録装置25とGPS受信器33とが通信可能なように有線や無線により接続しても良い。また、GPSアンテナ33aのみをトンネル坑外に設けて、GPS受信器33にGPSアンテナ33aで受信した信号を出力可能なように有線により接続するようにしても良い。
この坑外記録装置42は、例えば、GPSアンテナ44aが露出するように防水ケースや防爆ケースなどに収容され、坑外受振器41とともに坑外観測装置4のセットとして1つのバックパックなどのバッグやケースなどの収容体にひとつの荷物として収容され、トンネル坑外において持ち運び自在に構成される。このように坑外記録装置42を移動自在にしておくことで、坑外での持ち運びや移動が容易となるとともに、発破振動を受振するときの内部時計43の時刻をGPS時計の時刻に一致させた状態を保つことができる。
解析装置5は、坑内記録装置25,坑外記録装置42から受振データが入力されると、これらの記録データを屈折法、反射法、トモグラフィ解析等の様々な手法で解析する。そして、この解析結果を分析することにより、トンネル10の切羽前方の地質(地山)を予測するとともに、既に掘削した区間の地質の評価を実行する。
以下、図3及び図4を用いて本発明の地質探査方法の手順について説明する。
地質探査工程は、探査準備工程101と、観測装置配置工程102と、発破工程103と、受振工程104と、データ回収工程105と、データ取込工程106と、解析工程107とを含んで構成される。
探査準備工程101では、坑内観測装置2及び坑外観測装置4の動作確認及び記録媒体35,46の挿入の確認と、坑内記録装置25の内部時計32及び坑外記録装置42の内部時計43の時計合わせを実施する。坑内記録装置25がトンネル坑内にある場合には、トンネル坑外に持ち出し、GPSアンテナ33aがGPS電波を受信可能な位置に移動させて内部時計32をGPS時刻に同期させる。また、坑外記録装置42のGPSアンテナ44aにGPS電波を受信させて内部時計43をGPS時刻に同期させる。これにより坑内記録装置25及び坑外記録装置42の内部時計32,43の時刻が同期される。
また、坑外観測装置4は、トンネル10の掘削予定路線11の切羽13よりも前方の地上面12上に、掘削予定路線11上に沿って坑外受振器41が接続ケーブル41Aを介して接続され、例えば3箇所の異なる位置に接地される。この接続ケーブル41Aの一端を坑外記録装置42と接続することで坑外観測装置4の配置が完了する。
解析工程107では、データ取込工程106により取り込んだ受振データを屈折法、反射法、トモグラフィ解析等の様々な手法で解析する。そして、この解析結果を分析することにより、トンネル10の切羽前方の地質(地山)を予測する。
具体的には、解析装置5は、坑内記録装置25が記録した発破時刻と、坑内受振器24が記録した発破振動の受振時刻とから、発破点と坑外受振器41の設置点との間における発破振動の伝搬時間を算出する。
したがって、各坑外受振器41について平均地山弾性波速度を算出・解析することにより、発破点と各坑外受振器41との間の部分における地山性状、すなわち、地質を予測することができる。
図4(b)に示すように、従来の方法では、地上面12にトンネル10の施工期間、固定的に地上面12に坑外受振器41を設けているため、切羽13が発破により位置a、位置b、位置cのように進行も、1日あたりの移動が数mであり、各坑外受振器41で観測された発破振動を解析して得られた弾性波f’1,f’2,f’3、弾性波g’1,g’2,g’3、弾性波h’1,h’2,h’3の経路にはほとんど変化が見られない。つまり、切羽13の前方において偏った受振データしか得られていないことが分かる。
一方、図4(a)に示すように、本願発明の方法では、発破対象となる切羽13が発破により位置a,位置b,位置cへと進行する毎に、坑外受振器41の配置する位置を、位置P1,Q1,R1から、位置P2,Q2,R2、位置P3,Q3,R3へと、それぞれ前回観測した位置とは異なる位置に移動させることにより、解析によって得られた弾性波f1,g1,h1、弾性波f2,g2,h2、弾性波f3,g3,h3と経路に変化が見られるようになる。すなわち、図4(a),(b)とを比較すると明らかなように、本願発明の方法によれば、地質の探査において、地山をムラなく横切るような弾性波f1,g1,h1、弾性波f2,g2,h2、弾性波f3,g3,h3によって地質を探査できるので、これから掘削すべきトンネル10の切羽13よりも前方の地質の予測精度を確実に向上させることが可能となる。
また、上記実施形態では、坑外受振器41を複数設けるとして説明したが、1つの坑外受振器41であっても良い。すなわち、発破される毎に、つまり切羽13が進行する毎に切羽13の前方の地上面12に位置するように坑外受振器41を移動させ、発破振動を受振するようにしているため、例えば1つの坑外受振器41と1つの坑外記録装置42で構成される一組の坑外観測装置4で地質探査を行っても、従来のように固定的に受振器を設置したときに比べ、発破回数毎に切羽13の前方の地質データが得られることになるので、地質探査において十分な精度の良い予測が可能な受振データのサンプリング数を得ることができる。
また、上記実施形態では、発破を繰り返す毎、つまり切羽13が進行する毎に切羽13が進行する毎に切羽13の前方の地上面12に位置するように坑外受振器41を移動させて発破振動を受振するとして説明したが、発破回数が2回に1回などの複数回に1回の割合で、切羽13の前方の地上面12に位置するように坑外受振器41を移動させて発破振動を受振するようにしても良い。
10 トンネル、11 掘削予定路線、12 地上面、13 切羽、
21 発破起爆装置、22 震源、24 坑内受振器、25 坑内記録装置、
32 内部時計、33 GPS受信器、34 電源装置、35 記録媒体、
41 坑外受振器、42 坑外記録装置、43 内部時計、44 GPS受信器、
45 電源装置、46 記録媒体。
Claims (5)
- 発破の繰り返しによって切羽を進行させるトンネル掘削における切羽前方の地質状態を探索する地質探査方法であって、
発破により生じる発破振動を受振する受振器をトンネル坑外における地上面の、発破対象となる切羽よりも前方にのみ設置し、当該受振器により発破振動を受振する工程と、
前記受振器を前記発破により前方に進行した切羽よりも前方の前記発破振動を受振した位置と異なる位置の地上面に移動して設置する工程と、
前記進行後の切羽を発破して当該発破により生じる発破振動を前記移動後の受振器により受振する工程と、
を備えたことを特徴とする地質探査方法。 - 発破振動を移動後の受振器により受振する工程を前記進行後の切羽を発破する度に行うことを特徴とする請求項1記載の地質探査方法。
質探査方法。 - 前記受振器を発破振動を受振した位置よりも後側に移動させることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の地質探査方法。
- 前記受振器は、前記受振器により受振した発破振動を記録する記録装置を備え、
前記受振器と前記記録装置とを1つのバックパックに収容し、持ち運び自在としたことを特徴とする請求項1乃至請求項3いずれかに記載の地質探査方法。 - 前記受振器は、地上面における位置情報を取得するGPS受信器を備えたことを特徴とする請求項1乃至請求項4いずれかに記載の地質探査方法。
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