JP7030502B2

JP7030502B2 - Rock evaluation method

Info

Publication number: JP7030502B2
Application number: JP2017243443A
Authority: JP
Inventors: 和弘大沼
Original assignee: Hazama Ando Corp
Current assignee: Hazama Ando Corp
Priority date: 2017-12-20
Filing date: 2017-12-20
Publication date: 2022-03-07
Anticipated expiration: 2037-12-20
Also published as: JP2019109168A

Description

本発明は、トンネル工事において切羽の岩盤状態の評価判定に使用する岩盤評価方法に関する。 The present invention relates to a rock mass evaluation method used for evaluating and determining the rock mass state of a face in tunnel construction.

従来より、岩盤をハンマーにより打撃し、打撃音の違いにより、岩盤の良否を判定する手法が行なわれている。岩盤を打撃した際に発生する打撃音は岩盤の状況と関連し、例えば電力中央研究所による岩盤分類では、その評価項目に、岩盤をハンマーで打撃し、その反発音を評価することが示されている。しかし、この評価方法は定性的で、定量的ではなく、測定者の個人差を含むものとなっていた。 Conventionally, a method of hitting a bedrock with a hammer and judging the quality of the bedrock based on the difference in hitting sound has been performed. The hitting sound generated when hitting the bedrock is related to the condition of the bedrock. For example, in the bedrock classification by the Electric Power Central Research Institute, it is shown that the evaluation item is to hit the bedrock with a hammer and evaluate its anti-sounding. ing. However, this evaluation method was qualitative, not quantitative, and included individual differences of the measurer.

そこで、ハンマー打撃音をスペクトル解析により数値化し、ハンマー打撃音を定量的に評価する手法が特許文献１、２により提案されている。
特許文献１の岩盤の性状測定方法では、岩盤をロックハンマーで打撃して、打撃位置の第１の圧電素子と、離れた位置の第２の圧電素子とで検出し、得られた振動信号をＦＦＴプロセッサーにて高速フーリエ変換して第１、第２の周波数スペクトル分布特性を得、両方の周波数スペクトル分布特性のスペクトル強度とスペクトル強度の比を算出し、全周波数域におけるスペクトル強度の比の周波数分布特性を得て、標準パターンと比較し当該岩盤の性状を判定する。
特許文献２の岩盤斜面上の岩塊の不安定性評価方法では、
（ａ）同じ地質条件の岩盤斜面上に存在し、かつ同程度のサイズである複数の岩塊を対象として設定し、
（ｂ）打撃装置を用いて前記複数の岩塊のうちの一つの岩塊を一定強度で打撃し、該岩塊を振動させ、
（ｃ）該岩塊の表面に圧着させたフード付きマイクロフォンで、前記岩塊の振動によって発生する音を取得し、
（ｄ）打撃音解析装置によって前記音の電気信号の強度を解析し、
（ｅ）前記（ｂ）～（ｄ）の測定を十分な回数行い、
（ｆ）前記複数の岩塊の全ての岩塊に対して前記（ｂ）～（ｅ）の測定を行い、
（ｇ）前記複数の岩塊の岩塊毎の音の電気信号の強度から、前記複数の岩塊での相対的な不安定性の順位付けを定量的に行う。 Therefore, Patent Documents 1 and 2 have proposed a method of quantifying a hammer striking sound by spectral analysis and quantitatively evaluating the hammer striking sound.
In the method for measuring the properties of the bedrock of Patent Document 1, the bedrock is hit with a lock hammer, detected by the first piezoelectric element at the hitting position and the second piezoelectric element at the distant position, and the obtained vibration signal is detected. Fast Fourier transform is performed by the FFT processor to obtain the first and second frequency spectral distribution characteristics, the ratio of the spectral intensity and the spectral intensity of both frequency spectral distribution characteristics is calculated, and the frequency of the ratio of the spectral intensities in the entire frequency range is calculated. The distribution characteristics are obtained and compared with the standard pattern to determine the properties of the bedrock.
In the method for evaluating the instability of a rock mass on a bedrock slope of Patent Document 2,
(A) Set for multiple rock masses that exist on a bedrock slope with the same geological conditions and have the same size.
(B) Using a striking device, one of the plurality of rock masses is impacted with a constant strength, and the rock mass is vibrated.
(C) With a hooded microphone crimped to the surface of the rock mass, the sound generated by the vibration of the rock mass is acquired.
(D) The strength of the electric signal of the sound is analyzed by the striking sound analysis device, and the strength of the electric signal is analyzed.
(E) Perform the measurements (b) to (d) a sufficient number of times.
(F) The measurements (b) to (e) are performed on all the rock masses of the plurality of rock masses, and the measurements are performed.
(G) The relative instability in the plurality of rock masses is quantitatively ranked from the strength of the electric signal of the sound of each rock mass of the plurality of rock masses.

特開平７－４３３５１号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 7-43351 特開２００９－２８７９２３公報JP-A-2009-287923

しかしながら、上記従来の各方法では、次のような問題がある。
（１）ハンマー打撃によるため、岩盤を振動させるエネルギーが比較的小さく、探査、評価可能な岩盤の範囲が限定され、トンネル切羽などの岩盤評価に適用することは難しい。
（２）卓越する周波数とスペクトル強度分布により岩盤を評価しているが、評価指標が明確でない。 However, each of the above-mentioned conventional methods has the following problems.
(1) Since the energy for vibrating the bedrock is relatively small due to the hammer impact, the range of the bedrock that can be explored and evaluated is limited, and it is difficult to apply it to the bedrock evaluation such as tunnel face.
(2) The bedrock is evaluated based on the predominant frequency and spectral intensity distribution, but the evaluation index is not clear.

本発明は、このような従来の問題を解決するものであり、この種の岩盤評価方法において、切羽の岩盤を振動させるエネルギーを大きくして切羽の岩盤状況及びその変化を広範囲にしかもリアルタイムで評価でき、切羽の岩盤状況が急激に変化する場合でも、岩盤評価を迅速に行えること、また、明確な評価指標を用いて、適切な岩盤評価を行えること、などを目的としている。 The present invention solves such a conventional problem, and in this kind of rock evaluation method, the energy for vibrating the rock of the face is increased to evaluate the rock condition of the face and its change in a wide range and in real time. The purpose is to be able to perform rock mass evaluation quickly even when the rock mass condition of the face changes suddenly, and to be able to perform appropriate rock mass evaluation using clear evaluation indexes.

上記課題を解決するため、本発明の岩盤評価方法（１）は、
トンネル坑内の切羽から離れた後方所定の位置に地震計及び記録装置を設置し、
前記切羽の岩盤に爆薬を装填し前記切羽の岩盤を前記爆薬により破壊して、前記切羽の岩盤から発生する弾性波を前記地震計で受振、計測し、前記記録装置に記録することを切羽掘削毎に繰り返し、
切羽掘削毎に、前記記録装置に記録された弾性波データをスペクトログラム解析装置により解析して、前記弾性波データから時間－周波数領域における各位置のパワースペクトル値を求め、
前記各位置のパワースペクトル値からパワースペクトル値が最大となる位置の周波数を用いて、発破地点の岩盤の良否を推定する、
ことを要旨とする。
上記課題を解決するため、本発明の岩盤評価方法（２）は、
トンネル坑内の切羽から離れた後方所定の位置に地震計及び記録装置を設置し、
前記切羽の岩盤に爆薬を装填し前記切羽の岩盤を前記爆薬により破壊して、前記切羽の岩盤から発生する弾性波を前記地震計で受振、計測し、前記記録装置に記録することを切羽掘削毎に繰り返し、
切羽掘削毎に、前記記録装置に記録された弾性波データをスペクトログラム解析装置により解析して、前記弾性波データから時間－周波数領域における各位置のパワースペクトル値を求めるとともに、前記各位置のパワースペクトル値からパワースペクトル値が最大となる位置の周波数の前記地震計への到達時刻を求め、
前後の各切羽での前記パワースペクトル値が最大となる位置の周波数の前記地震計への各到達時刻から時間の差を求めて、前記時間の差から、前記各切羽の岩盤の変化を推定する、
ことを要旨とする。 In order to solve the above problems, the bedrock evaluation method ( 1 ) of the present invention is:
A seismograph and a recording device were installed at a predetermined position behind the face in the tunnel mine.
Face excavation that loads explosives into the bedrock of the face, destroys the bedrock of the face with the explosive, receives and measures elastic waves generated from the bedrock of the face with the seismograph, and records them in the recording device. Repeat every time,
For each face excavation, the elastic wave data recorded in the recording device is analyzed by the spectrogram analyzer, and the power spectrum value of each position in the time-frequency region is obtained from the elastic wave data.
The quality of the rock at the blasting point is estimated from the power spectrum value at each position using the frequency at the position where the power spectrum value is maximum.
The gist is that.
In order to solve the above problems, the bedrock evaluation method ( 2 ) of the present invention is:
A seismograph and a recording device were installed at a predetermined position behind the face in the tunnel mine.
Face excavation that loads explosives into the bedrock of the face, destroys the bedrock of the face with the explosive, receives and measures elastic waves generated from the bedrock of the face with the seismograph, and records them in the recording device. Repeat every time,
For each face excavation, the elastic wave data recorded in the recording device is analyzed by the spectrogram analyzer, the power spectrum value of each position in the time-frequency region is obtained from the elastic wave data, and the power spectrum of each position is obtained. Obtain the arrival time of the frequency at the position where the power spectrum value is maximum from the value to the seismometer.
The time difference is obtained from each arrival time at the seismograph at the frequency at the position where the power spectrum value is maximum in each of the front and rear faces, and the change in the bedrock of each face is estimated from the time difference. ,
The gist is that.

本発明（１）の岩盤評価方法によれば、爆薬により切羽の岩盤から弾性波を発生させ、この弾性波を地震計で受振、計測して記録装置に記録することを切羽掘削毎に繰り返し、切羽掘削毎に、記録装置に記録された弾性波データをスペクトログラム解析装置により解析して、弾性波データから時間－周波数領域における各位置のパワースペクトル値を求め、各位置のパワースペクトル値からパワースペクトル値が最大となる位置の周波数を用いて、発破地点の岩盤の良否を推定するので、切羽の岩盤を振動させるエネルギーを大きくして切羽の岩盤状態を広範囲にしかもリアルタイムで評価することができ、切羽の岩盤状態が急激に変化する場合でも、岩盤評価を迅速に行うことができ、また、明確な評価指標を用いて、適切な岩盤評価を行うことができる、という本発明独自の格別な効果を奏する。
本発明（２）の岩盤評価方法によれば、爆薬により切羽の岩盤から弾性波を発生させ、この弾性波を地震計で受振、計測して記録装置に記録することを切羽掘削毎に繰り返し、切羽掘削毎に、記録装置に記録された弾性波データをスペクトログラム解析装置により解析して、弾性波データから時間－周波数領域における各位置のパワースペクトル値を求めるとともに、各位置のパワースペクトル値からパワースペクトル値が最大となる位置の周波数の地震計への到達時刻を求め、前後の各切羽でのパワースペクトル値が最大となる位置の周波数の地震計への各到達時刻から時間の差を求めて、この時間の差から、各切羽の岩盤の変化を推定するので、切羽の岩盤を振動させるエネルギーを大きくして切羽の岩盤状態を広範囲にしかもリアルタイムで評価することができ、切羽の岩盤状況が急激に変化する場合でも、岩盤評価を迅速に行うことができ、また、明確な評価指標を用いて、適切な岩盤評価を行うことができる、という本発明独自の各別な効果を奏する。 According to the bedrock evaluation method of the present invention ( 1 ), an elastic wave is generated from the bedrock of the face by an explosive, and the elastic wave is received and measured by a seismometer and recorded in a recording device, which is repeated for each face excavation. For each face excavation, the elastic wave data recorded in the recording device is analyzed by the spectrogram analyzer, the power spectrum value of each position in the time-frequency region is obtained from the elastic wave data, and the power spectrum is obtained from the power spectrum value of each position. Since the quality of the bedrock at the rupture point is estimated using the frequency at the position where the value is maximum, the energy that vibrates the bedrock of the face can be increased to evaluate the bedrock state of the face in a wide range and in real time. Even when the bedrock condition of the face changes suddenly, the bedrock evaluation can be performed quickly, and an appropriate bedrock evaluation can be performed using a clear evaluation index, which is a special effect unique to the present invention. Play.
According to the bedrock evaluation method of the present invention ( 2 ), an elastic wave is generated from the bedrock of the face by an explosive, and the elastic wave is received and measured by a seismograph and recorded in a recording device, which is repeated for each face excavation. For each face excavation, the elastic wave data recorded in the recording device is analyzed by the spectrogram analyzer, the power spectrum value of each position in the time-frequency region is obtained from the elastic wave data, and the power is obtained from the power spectrum value of each position. Find the time of arrival at the seismograph at the position where the spectral value is maximum, and find the time difference from each arrival time at the seismograph at the position where the power spectrum value at the front and rear faces is maximum. Since the change in the bedrock of each face is estimated from this time difference, the energy that vibrates the bedrock of the face can be increased to evaluate the bedrock state of the face in a wide range and in real time. Even when the rock mass changes suddenly, the rock mass evaluation can be performed quickly, and an appropriate rock mass evaluation can be performed using a clear evaluation index, which is a unique effect of the present invention.

本発明の第１の実施の形態による岩盤評価方法を示す図The figure which shows the rock mass evaluation method by 1st Embodiment of this invention. 同方法においてトンネル切羽の岩盤で発生させた弾性波の波形データを示す図（（ａ）は良好な岩盤の弾性波データ（ｂ）は不良な岩盤の弾性波データ）The figure which shows the waveform data of the elastic wave generated in the rock mass of a tunnel face by the same method ((a) is the elastic wave data of a good rock mass (b) is the elastic wave data of a bad rock mass). 同方法においてトンネル切羽の岩盤で発生させた弾性波データをスペクトログラム解析して作成したスペクトログラム分布図（（ａ）は良好な岩盤の弾性波データのスペクトログラム分布図（ｂ）は不良な岩盤の弾性波データのスペクトログラム分布図）A spectrogram distribution map created by spectrogram analysis of elastic wave data generated in the rock mass of the tunnel face by the same method ((a) is a spectrogram distribution map of elastic wave data of good rock mass (b) is an elastic wave of poor rock mass. Data spectrogram distribution map) 本発明の第２の実施の形態による岩盤評価方法を示す図The figure which shows the rock mass evaluation method by the 2nd Embodiment of this invention. 同方法においてトンネル切羽の岩盤で発生させた弾性波データをスペクトログラム解析して作成したスペクトログラム分布図（岩盤状況が一定の場合）Spectrogram distribution map created by spectrogram analysis of elastic wave data generated in the bedrock of the tunnel face by the same method (when the bedrock condition is constant) 同方法においてトンネル切羽の岩盤で発生させた弾性波データをスペクトログラム解析して作成したスペクトログラム分布図（岩盤状況が変化する場合）Spectrogram distribution map created by spectrogram analysis of elastic wave data generated in the bedrock of the tunnel face by the same method (when the bedrock condition changes) 本発明の第３、第４、第５の実施の形態による岩盤評価方法を示す図The figure which shows the rock mass evaluation method by the 3rd, 4th, 5th embodiment of this invention. 同方法においてトンネル切羽の岩盤で発生させた弾性波の波形データを示す図（（ａ）は良好な岩盤の弾性波データ（ｂ）は不良な岩盤の弾性波データ）The figure which shows the waveform data of the elastic wave generated in the rock mass of a tunnel face by the same method ((a) is the elastic wave data of a good rock mass (b) is the elastic wave data of a bad rock mass). 同方法においてトンネル切羽の岩盤で発生させた弾性波データをスペクトログラム解析して作成したスペクトログラム分布図（（ａ）は良好な岩盤の弾性波データのスペクトログラム分布図（ｂ）は不良な岩盤の弾性波データのスペクトログラム分布図）A spectrogram distribution map created by spectrogram analysis of elastic wave data generated in the rock mass of the tunnel face by the same method ((a) is a spectrogram distribution map of elastic wave data of good rock mass (b) is an elastic wave of poor rock mass. Data spectrogram distribution map) 同方法により得たパワースペクトルの最大値の周波数と弾性波速度との関係を示す図The figure which shows the relationship between the frequency of the maximum value of the power spectrum obtained by this method, and the elastic wave velocity. 同方法により得たパワースペクトルの最大値の周波数の地震計への到達時刻と弾性波速度との関係を示す図（（ａ）は散布図（ｂ）は確率分布図）A diagram showing the relationship between the arrival time of the maximum frequency of the power spectrum obtained by the same method at the seismograph and the elastic wave velocity ((a) is a scatter diagram (b) is a probability distribution diagram). 同方法における岩盤状況の良好度を推定する推定工程のフローを示す図The figure which shows the flow of the estimation process which estimates the goodness of a rock condition by the same method.

次に、この発明を実施するための形態について図を用いて説明する。
なお、この発明は、地山を伝播する弾性波が多数の周波数成分（スペクトル）から構成され、その強度や減衰特性は弾性波が伝播する地山の特性に依存していると考えられることから、本願発明者が、某所トンネル工事において切羽の発破掘削毎に切羽で発生した弾性波を測定し、この弾性波データをスペクトログラム解析してスペクトログラム分布図を作成したところ、スペクトログラム分布図は岩盤の良・不良により特有のスペクトログラム分布を示し、また、前後の切羽で岩盤状態が一定の場合には略同一のスペクトログラム分布を示し、前後の切羽で岩盤状態が変化する場合にはスペクトログラム分布が変化することを示し、これらのスペクトログラム分布から岩盤状態を推定できることを見出し、創案するに至ったもので、次のような岩盤評価方法１－５を提案する。 Next, a mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
In this invention, the elastic wave propagating in the ground is composed of a large number of frequency components (spectrums), and its intensity and attenuation characteristics are considered to depend on the characteristics of the ground in which the elastic wave propagates. The inventor of the present application measured the elastic wave generated at the face each time the face was ruptured and excavated in a tunnel construction at a certain place, and spectrogram-analyzed this elastic wave data to create a spectrogram distribution map. -It shows a peculiar spectrogram distribution due to defects, shows almost the same spectrogram distribution when the bedrock state is constant in the front and back face, and changes the spectrogram distribution when the bedrock state changes in the front and back face. We found that the bedrock state can be estimated from these spectrogram distributions, and came up with the idea. We propose the following bedrock evaluation method 1-5.

図１に第１の実施の形態を示している。
図１に示すように、岩盤評価方法１（以下の説明では、単に手法１という。）は、次のステップにより行う。
（ステップ１）
トンネル坑内の切羽から離れた後方所定の位置に地震計及び記録装置を設置する。
（ステップ２）
切羽の岩盤に爆薬を装填し切羽の岩盤を爆薬により破壊して、切羽の岩盤から発生する弾性波を地震計で受振、計測し、記録装置に記録する。
（ステップ３）
記録装置に記録された弾性波データをスペクトログラム解析装置により解析して、スペクトログラム分布図を作成し、スペクトログラム分布図のスペクトログラム分布により切羽の岩盤の状態の良否を推定する。
切羽掘削毎に（ステップ２）、（ステップ３）を繰り返す。 FIG. 1 shows the first embodiment.
As shown in FIG. 1, the rock mass evaluation method 1 (in the following description, simply referred to as method 1) is performed by the following steps.
(Step 1)
A seismograph and recording device will be installed at a predetermined position behind the face in the tunnel.
(Step 2)
Explosives are loaded into the bedrock of the face, the bedrock of the face is destroyed by the explosive, and elastic waves generated from the bedrock of the face are received by a seismograph, measured, and recorded on a recording device.
(Step 3)
The elastic wave data recorded in the recording device is analyzed by the spectrogram analyzer to create a spectrogram distribution map, and the quality of the rock mass of the face is estimated from the spectrogram distribution of the spectrogram distribution map.
(Step 2) and (Step 3) are repeated for each face excavation.

以下、この手法１の各ステップについて詳述する。
（ステップ１）
ステップ１で、まず、掘削完了区間の切羽後方の所定の位置の坑壁壁面に地震計Ｓを記録装置Ｒとともに設置する。この場合、地震計Ｓに可搬型のジオフォン、記録装置ＲにＩＣレコーダを使用する。また、この場合、ジオフォンは地山深部を伝搬する弾性波を検出できるようにトンネル坑壁に設置したロックボルトに固定し、ジオフォンとＩＣレコーダとを通信ケーブルを介して接続する。
（ステップ２）
ステップ２で、先ず、トンネル坑内の切羽の岩盤に爆薬を装填する。この場合、切羽の掘削に当たり発破を行うので、発破は瞬発電気***及びＤＳ電気***等を用いて起爆させることとし、切羽に発破孔を削孔して、電気***を装着した爆薬を装填する。切羽の爆薬は発破スイッチのＯＮ操作により起爆させる。なお、切羽の岩盤に発破孔を設けている間や発破孔に爆薬を装填している間、あるいは発破孔に爆薬を装填した後の爆薬の起爆の直前など、爆薬の起爆前にＩＣレコーダの記録動作を開始（つまり、録音をスタート）し、録音（中の）状態にしておく。この際、録音スタート時刻を確認し、記録しておく。
続いて、発破スイッチをＯＮ操作し、切羽の岩盤に装填された爆薬を起爆して切羽を***し、切羽の岩盤から振動を発生させる。この爆発により、切羽の岩盤から発生した弾性波は地山を伝搬し、この弾性波が切羽後方のジオフォンに到達する。この弾性波をジオフォンで受振、計測し、これを録音（中の）状態になっているＩＣレコーダに記録する。
（ステップ３）
ステップ３で、ＩＣレコーダに記録した弾性波データをスペクトログラム解析装置としてＰＣ（パソコン）に入力し、ＰＣにインストールした一般の解析ソフトにより、弾性波データをスペクトログラム解析して、スペクトログラム分布図を作成し、スペクトログラム分布図のスペクトログラム分布により切羽の岩盤状態の良否を推定する。
図２（ａ）に良好な岩盤の弾性波の波形データを示し、図３（ａ）にこの弾性波データをＰＣの解析ソフトを使ってスペクトログラム解析し作成した横軸を時間、縦軸を周波数とし、周波数成分の強さを色の濃さで示すスペクトログラム分布図を示している。図３（ａ）に示すように、良好な岩盤では、信号成分は初動付近に高周波が明瞭なピークを示す。
図２（ｂ）に不良な岩盤の弾性波の波形データを示し、図３（ｂ）にこの弾性波データをＰＣの解析ソフトを使ってスペクトログラム解析し作成した横軸を時間、縦軸を周波数とし、周波数成分の強さを色の濃さで示すスペクトログラム分布図を示している。図３（ｂ）に示すように、不良な岩盤では、信号成分は初動付近のピークが明瞭ではなく、時間遅れで複数のピークを示す。
なお、ここでは図示を省略したが、岩盤が良好と不良の中位の場合は、信号成分は初動付近のピークの他、時間遅れのピークを示し、２つ若しくは３つの目玉状になっている。
このようにして切羽掘削毎にＩＣレコーダに記録された弾性波データをＰＣにより解析して、スペクトログラム分布図を作成し、スペクトログラム分布図のスペクトログラム分布により切羽の岩盤状態の良否を推定する。 Hereinafter, each step of this method 1 will be described in detail.
(Step 1)
In step 1, first, the seismograph S is installed together with the recording device R on the wall surface of the pit wall at a predetermined position behind the face of the excavation completion section. In this case, a portable geophone is used for the seismograph S, and an IC recorder is used for the recording device R. Further, in this case, the geophone is fixed to a lock bolt installed on the tunnel wall so that elastic waves propagating in the deep part of the ground can be detected, and the geophone and the IC recorder are connected via a communication cable.
(Step 2)
In step 2, first, the explosive is loaded into the bedrock of the face in the tunnel mine. In this case, since blasting is performed when excavating the face, blasting is to be detonated using an instantaneous electric detonator, a DS electric detonator, etc., a blasting hole is made in the face, and an explosive equipped with an electric detonator is loaded. The explosive on the face is detonated by turning on the blasting switch. In addition, before the detonation of the explosive, such as while the blasting hole is provided in the bedrock of the face, while the explosive is loaded in the blasting hole, or immediately before the detonation of the explosive after the explosive is loaded in the blasting hole, the IC recorder Start the recording operation (that is, start recording) and leave it in the recording (middle) state. At this time, check the recording start time and record it.
Then, the blasting switch is turned on to detonate the explosive loaded in the bedrock of the face to explode the face and generate vibration from the bedrock of the face. Due to this explosion, elastic waves generated from the bedrock of the face propagate through the ground, and the elastic waves reach the geophone behind the face. This elastic wave is received and measured by a geophone, and this is recorded in the IC recorder in the recording (middle) state.
(Step 3)
In step 3, the elastic wave data recorded in the IC recorder is input to the PC (personal computer) as a spectrogram analysis device, and the spectrogram analysis of the elastic wave data is performed by the general analysis software installed in the PC to create a spectrogram distribution map. , The quality of the bedrock condition of the face is estimated from the spectrogram distribution of the spectrogram distribution map.
FIG. 2 (a) shows good rock mass elastic wave waveform data, and FIG. 3 (a) shows the elastic wave data spectrogram-analyzed using PC analysis software, and the horizontal axis is time and the vertical axis is frequency. The spectrogram distribution map showing the intensity of the frequency component by the color depth is shown. As shown in FIG. 3 (a), in a good bedrock, the signal component shows a clear peak at a high frequency near the initial motion.
FIG. 2 (b) shows the waveform data of the elastic wave of the defective bedrock, and FIG. 3 (b) shows the time on the horizontal axis and the frequency on the vertical axis created by spectrogram analysis of the elastic wave data using PC analysis software. The spectrogram distribution map showing the intensity of the frequency component by the color depth is shown. As shown in FIG. 3 (b), in the poor rock mass, the peak near the initial motion is not clear in the signal component, and a plurality of peaks are shown with a time delay.
Although not shown here, when the bedrock is in the middle of good and bad, the signal component shows a peak near the initial motion and a peak with a time delay, and is in the shape of two or three eyeballs. ..
In this way, the elastic wave data recorded in the IC recorder for each face excavation is analyzed by a PC to create a spectrogram distribution map, and the quality of the rock mass of the face is estimated from the spectrogram distribution of the spectrogram distribution map.

以上説明したように、この手法１によれば、発破により切羽の岩盤から弾性波を発生させ、この弾性波をジオフォンで受振、計測してＩＣレコーダに記録することを切羽掘削毎に繰り返し、切羽掘削毎に、ＩＣレコーダに記録された弾性波データをＰＣにより解析して、スペクトログラム分布図を作成し、このスペクトログラム分布図のスペクトログラム分布から切羽の岩盤状態の良否を推定するようにしたので、切羽の岩盤を振動させるエネルギーを大きくして切羽の岩盤状況を広範囲にしかもリアルタイムで評価することができ、切羽の岩盤状況が急激に変化する場合でも、岩盤評価を迅速に行うことができ、トンネル支保工の選定などに活用することができる。
また、この手法１では、切羽の岩盤から弾性波を発生させる発破にトンネルの掘削発破を利用でき、弾性波の測定作業も掘削の中断を伴うことがないので、掘削工程に影響がない。しかも、発破時の測定作業は無人により実施でき、作業の安全性を確保することができる。
さらに、この手法１では、測定機器・機材はジオフォン、ＩＣレコーダ及びこれらを接続する通信ケーブルのみであり、従来使用される物理探査機器・機材に比べて、安価な機器・機材で実施することができる。また、解析装置にＰＣ及び一般の解析用のアプリケーションソフトを用い、これらの汎用機器・機材で切羽の岩盤状態を評価判定できるので、切羽の岩盤状態の評価判定に要するコストも可及的に低く抑えることができる。 As described above, according to this method 1, an elastic wave is generated from the rock of the face by blasting, and this elastic wave is received and measured by a geophone and recorded in an IC recorder, which is repeated for each face excavation. For each excavation, the elastic wave data recorded in the IC recorder was analyzed by a PC to create a spectrogram distribution map, and the quality of the rock condition of the face was estimated from the spectrogram distribution of this spectrogram distribution map. It is possible to evaluate the rock condition of the face in a wide range and in real time by increasing the energy that vibrates the rock of the face, and even if the rock condition of the face changes suddenly, the rock condition can be evaluated quickly and the tunnel is supported. It can be used for selection of works.
Further, in this method 1, excavation blasting of a tunnel can be used for blasting to generate elastic waves from the bedrock of the face, and the measurement work of elastic waves does not involve interruption of excavation, so that the excavation process is not affected. Moreover, the measurement work at the time of blasting can be carried out unattended, and the safety of the work can be ensured.
Further, in this method 1, the measuring equipment / equipment is only a geophone, an IC recorder, and a communication cable connecting them, and the equipment / equipment can be cheaper than the geophysical exploration equipment / equipment conventionally used. can. In addition, since the rock condition of the face can be evaluated and judged by using a PC and application software for general analysis as the analysis device, the cost required for the evaluation judgment of the rock condition of the face is as low as possible. It can be suppressed.

図４に第２の実施の形態を示している。
図４に示すように、この岩盤評価方法２（以下の説明では、単に手法２という。）は、次のステップにより行う。
（ステップ１）
トンネル坑内の切羽から離れた後方所定の位置に地震計及び記録装置を設置する。
（ステップ２）
切羽の岩盤に爆薬を装填し切羽の岩盤を爆薬により破壊して、切羽の岩盤から発生する弾性波を地震計で受振、計測し、記録装置に記録する。
（ステップ３）
記録装置に記録された弾性波データをスペクトログラム解析装置により解析して、スペクトログラム分布図を作成し、スペクトログラム分布図のスペクトログラム分布の変化パターンにより切羽の岩盤状態の変化を推定する。
切羽掘削毎に（ステップ２）、（ステップ３）を繰り返す。 FIG. 4 shows a second embodiment.
As shown in FIG. 4, this bedrock evaluation method 2 (in the following description, simply referred to as method 2) is performed by the following steps.
(Step 1)
A seismograph and recording device will be installed at a predetermined position behind the face in the tunnel.
(Step 2)
Explosives are loaded into the bedrock of the face, the bedrock of the face is destroyed by the explosive, and elastic waves generated from the bedrock of the face are received by a seismograph, measured, and recorded on a recording device.
(Step 3)
The elastic wave data recorded in the recording device is analyzed by the spectrogram analyzer to create a spectrogram distribution map, and the change in the bedrock state of the face is estimated from the change pattern of the spectrogram distribution in the spectrogram distribution map.
(Step 2) and (Step 3) are repeated for each face excavation.

以下、この手法２の各ステップについて詳述する。
なお、（ステップ１）、（ステップ２）については、第１の実施の形態と同じなので、こでは、その重複した説明を省略し、（ステップ３）についてのみ説明する。
（ステップ３）
ステップ３で、ＩＣレコーダに記録した弾性波データをスペクトログラム解析装置としてＰＣに入力し、ＰＣにインストールした一般の解析ソフトにより、弾性波データをスペクトログラム解析して、スペクトログラム分布図を作成し、スペクトログラム分布図のスペクトログラム分布の変化パターンにより切羽の岩盤状態の変化を推定する。
図５に切羽の岩盤状況が一定の場合を例示している。図５に示すように、岩盤状況が一定の場合、スペクトログラム分布に変化は少ない。
図６に切羽の岩盤状況が変化する場合を例示している。図６に示すように、岩盤状況が変化する場合、各スペクトログラム分布間に明瞭な違いが発生する。
これらのスペクトログラム分布から信号成分のピークの数の増減とこのピークの周波数の高低から岩盤状態の変化を推定する。例えば、信号成分のピークの数が「増加」に転じた場合は、岩盤状況が「不良」に変化したと推定する。また、ピークの周波数が「高周波」から「低周波」に転じた場合は、岩盤状況が「不良」に変化したと推定する。
このようにして切羽掘削毎にＩＣレコーダに記録された弾性波をＰＣによりスペクトログラム解析して、スペクトログラム分布図を作成し、スペクトログラム分布図のスペクトログラム分布の変化パターンにより切羽の岩盤状態の変化を推定する。 Hereinafter, each step of this method 2 will be described in detail.
Since (step 1) and (step 2) are the same as those in the first embodiment, the duplicated description thereof will be omitted here, and only (step 3) will be described.
(Step 3)
In step 3, the elastic wave data recorded in the IC recorder is input to the PC as a spectrogram analysis device, the spectrogram analysis is performed on the elastic wave data by general analysis software installed on the PC, a spectrogram distribution map is created, and the spectrogram distribution is created. The change in the bedrock state of the face is estimated from the change pattern of the spectrogram distribution in the figure.
FIG. 5 illustrates a case where the rock condition of the face is constant. As shown in FIG. 5, when the rock mass condition is constant, there is little change in the spectrogram distribution.
FIG. 6 illustrates a case where the rock condition of the face changes. As shown in FIG. 6, when the rock mass condition changes, a clear difference occurs between each spectrogram distribution.
From these spectrogram distributions, the increase / decrease in the number of peaks of the signal component and the change in the bedrock state are estimated from the high and low frequencies of these peaks. For example, if the number of peaks of the signal component turns to "increase", it is estimated that the bedrock condition has changed to "poor". If the peak frequency changes from "high frequency" to "low frequency", it is estimated that the bedrock condition has changed to "poor".
In this way, the elastic waves recorded in the IC recorder for each face excavation are analyzed spectrogram by PC to create a spectrogram distribution map, and the change in the bedrock state of the face is estimated from the change pattern of the spectrogram distribution in the spectrogram distribution map. ..

以上説明したように、この手法２によれば、発破により切羽の岩盤から弾性波を発生させ、この弾性波をジオフォンで受振、計測してＩＣレコーダに記録することを切羽掘削毎に繰り返し、切羽掘削毎に、ＩＣレコーダに記録された弾性波データをＰＣによりスペクトログラム解析して、スペクトログラム分布図を作成し、スペクトログラム分布図のスペクトログラム分布の変化パターンにより切羽の岩盤状態の変化を推定するようにしたので、切羽の岩盤を振動させるエネルギーを大きくして切羽の岩盤状況の変化を広範囲にしかもリアルタイムで評価することができ、切羽の岩盤状況が急激に変化する場合でも、岩盤評価を迅速に行うことができ、トンネル支保工の選定などに活用することができる。
また、この手法２では、切羽の岩盤から弾性波を発生させる発破にトンネルの掘削発破を利用でき、弾性波の測定作業も掘削の中断を伴うことがないので、掘削工程に影響がない。しかも、発破時の測定作業は無人により実施でき、作業の安全性を確保することができる。
さらに、この手法２では、測定機器・機材はジオフォン、ＩＣレコーダ及びこれらを接続する通信ケーブルのみであり、従来使用される物理探査機器・機材に比べて、安価な機器・機材で実施することができる。また、解析装置にＰＣ及び一般の解析用のアプリケーションソフトを用い、これらの汎用機器・機材で切羽の岩盤状態を評価判定できるので、切羽の岩盤状態の評価判定に要するコストも可及的に低く抑えることができる。 As described above, according to this method 2, elastic waves are generated from the rock mass of the face by blasting, and the elastic waves are received and measured by a geophone and recorded in the IC recorder, which is repeated for each face excavation. For each excavation, elastic wave data recorded in the IC recorder was analyzed by PC in a spectrogram, a spectrogram distribution map was created, and the change in the rock state of the face was estimated from the change pattern of the spectrogram distribution in the spectrogram distribution map. Therefore, it is possible to evaluate changes in the rock mass condition of the face in a wide range and in real time by increasing the energy that vibrates the rock mass of the face, and even if the rock mass condition of the face changes suddenly, the rock mass evaluation should be performed quickly. It can be used for selecting tunnel support works.
Further, in this method 2, excavation blasting of a tunnel can be used for blasting to generate elastic waves from the bedrock of the face, and the measurement work of elastic waves does not involve interruption of excavation, so that the excavation process is not affected. Moreover, the measurement work at the time of blasting can be carried out unattended, and the safety of the work can be ensured.
Further, in this method 2, the measuring equipment / equipment is only a geophone, an IC recorder, and a communication cable connecting them, and the equipment / equipment can be cheaper than the geophysical exploration equipment / equipment conventionally used. can. In addition, since the rock condition of the face can be evaluated and judged by using a PC and application software for general analysis as the analysis device, the cost required for the evaluation judgment of the rock condition of the face is as low as possible. It can be suppressed.

図７に第３、第４、第５の実施の形態を示している。
岩盤評価方法３（以下の説明では、単に手法３という。）は、次のステップにより行う。
（ステップ１）
トンネル坑内の切羽から離れた後方所定の位置に地震計及び記録装置を設置する。
（ステップ２）
切羽の岩盤に爆薬を装填し切羽の岩盤を爆薬により破壊して、切羽の岩盤から発生する弾性波を地震計で受振、計測し、記録装置に記録する。
（ステップ３）
記録装置に記録された弾性波データをスペクトログラム解析により解析して、この弾性波データから時間－周波数領域における各位置のパワースペクトル値を求め、各位置のパワースペクトル値からパワースペクトル値が最大となる位置の周波数を用いて、発破地点の岩盤の良否を推定する。
切羽掘削毎に（ステップ２）、（ステップ３）を繰り返す。
岩盤評価方法４（以下の説明では、単に手法４という。）は、次のステップにより行う。
（ステップ１）
トンネル坑内の切羽から離れた後方所定の位置に地震計及び記録装置を設置する。
（ステップ２）
切羽の岩盤に爆薬を装填し切羽の岩盤を爆薬により破壊して、切羽の岩盤から発生する弾性波を地震計で受振、計測し、記録装置に記録する。
（ステップ３）
記録装置に記録された弾性波データをスペクトログラム解析装置により解析して、弾性波データから時間－周波数領域における各位置のパワースペクトル値を求めるとともに、各位置のパワースペクトル値からパワースペクトル値が最大となる位置の周波数の地震計への到達時刻を求め、前後の各切羽でのパワースペクトル値が最大となる位置の周波数の地震計への各到達時刻から時間の差を求めて、この時間の差から、各切羽の岩盤の変化を推定する。
切羽掘削毎に（ステップ２）、（ステップ３）を繰り返す。
これら手法３、４は上記のとおりであるが、この実施の形態では、これらの手法３、４を一連の手法としている。
すなわち、この手法（以下の説明では、手法５という。）では、最初の切羽の岩盤で手法３のステップ１－４を行い、次の切羽の岩盤以降は手法３のステップ１－４を行ってステップ４で切羽の岩盤状況の評価が困難な場合は、手法４のステップ４を行うこととし、次のステップ１－３又は４により実施する。
（ステップ１）
トンネル坑内の切羽から離れた後方所定の位置に地震計及び記録装置を設置する。
（ステップ２）
切羽の岩盤に爆薬を装填し切羽の岩盤を爆薬により破壊して、切羽の岩盤から発生する弾性波を地震計で受振、計測し、記録装置に記録する。
（ステップ３）
記録装置に記録された弾性波データをスペクトログラム解析装置により解析して、この弾性波データから時間－周波数領域における各位置のパワースペクトル値を求め、各位置のパワースペクトル値からパワースペクトル値が最大となる位置の周波数を用いて、発破地点の岩盤の良否を推定する。
（ステップ５）
記録装置に記録された弾性波データをスペクトログラム解析装置により解析して、この弾性波データから時間－周波数領域における各位置のパワースペクトル値を求めるとともに、各位置のパワースペクトル値からパワースペクトル値が最大となる位置の周波数の地震計への到達時刻を求め、前後の各切羽でのパワースペクトル値が最大となる位置の周波数の地震計への各到達時刻から時間の差を求めて、この時間の差から、各切羽の岩盤の変化を推定する。
切羽掘削毎に（ステップ２）、（ステップ３又はステップ３、４）を繰り返す。 FIG. 7 shows the third, fourth, and fifth embodiments.
The bedrock evaluation method 3 (in the following description, simply referred to as method 3) is performed by the following steps.
(Step 1)
A seismograph and recording device will be installed at a predetermined position behind the face in the tunnel.
(Step 2)
Explosives are loaded into the bedrock of the face, the bedrock of the face is destroyed by the explosive, and elastic waves generated from the bedrock of the face are received by a seismograph, measured, and recorded on a recording device.
(Step 3)
The elastic wave data recorded in the recording device is analyzed by spectrogram analysis, the power spectrum value of each position in the time-frequency region is obtained from this elastic wave data, and the power spectrum value is maximized from the power spectrum value of each position. The frequency of the position is used to estimate the quality of the bedrock at the rupture site.
(Step 2) and (Step 3) are repeated for each face excavation.
The bedrock evaluation method 4 (in the following description, simply referred to as method 4) is performed by the following steps.
(Step 1)
A seismograph and recording device will be installed at a predetermined position behind the face in the tunnel.
(Step 2)
Explosives are loaded into the bedrock of the face, the bedrock of the face is destroyed by the explosive, and elastic waves generated from the bedrock of the face are received by a seismograph, measured, and recorded on a recording device.
(Step 3)
The elastic wave data recorded in the recording device is analyzed by the spectrogram analyzer, the power spectrum value of each position in the time-frequency region is obtained from the elastic wave data, and the power spectrum value is the maximum from the power spectrum value of each position. Find the time of arrival at the seismometer at the frequency of the position, and find the time difference from the time of arrival at the seismometer at the frequency at the position where the power spectral value at each face before and after is the maximum, and this time difference. From, the change in the bedrock of each face is estimated.
(Step 2) and (Step 3) are repeated for each face excavation.
These methods 3 and 4 are as described above, but in this embodiment, these methods 3 and 4 are a series of methods.
That is, in this method (referred to as method 5 in the following description), step 1-4 of method 3 is performed on the bedrock of the first face, and steps 1-4 of method 3 are performed after the bedrock of the next face. If it is difficult to evaluate the rock condition of the face in step 4, step 4 of method 4 is performed, and the next step 1-3 or 4 is performed.
(Step 1)
A seismograph and recording device will be installed at a predetermined position behind the face in the tunnel.
(Step 2)
Explosives are loaded into the bedrock of the face, the bedrock of the face is destroyed by the explosive, and elastic waves generated from the bedrock of the face are received by a seismograph, measured, and recorded on a recording device.
(Step 3)
The elastic wave data recorded in the recording device is analyzed by the spectrogram analyzer, the power spectrum value of each position in the time-frequency region is obtained from this elastic wave data, and the power spectrum value is the maximum from the power spectrum value of each position. The quality of the bedrock at the rupture point is estimated using the frequency of the position.
(Step 5)
The elastic wave data recorded in the recording device is analyzed by the spectrogram analyzer, the power spectrum value of each position in the time-frequency region is obtained from this elastic wave data, and the power spectrum value is the maximum from the power spectrum value of each position. Find the time of arrival at the seismograph at the frequency at the position, and find the time difference from the arrival time at the seismometer at the frequency at the position where the power spectral values at the front and rear faces are maximum. From the difference, the change in the bedrock of each face is estimated.
(Step 2) and (Step 3 or Steps 3 and 4) are repeated for each face excavation.

以下、この手法５の各ステップについて詳述する。
（ステップ１）
ステップ１で、まず、掘削完了区間の切羽後方の所定の位置の坑壁壁面に地震計Ｓ、記録装置Ｒを１台ずつ設置する。この場合、地震計Ｓに可搬型のジオフォン、記録装置ＲにＩＣレコーダを使用する。なお、ＩＣレコーダについて付言すれば、ＩＣレコーダに記録された弾性波データは最終的にスペクトログラム解析するので、周波数分解能を高めることが有効であり、そこで、サンプリング周波数を大きくし、Ｓ／Ｎ比を高めるために、量子化ビット数が大きい、所謂ハイレゾ（ハイレゾルーション）タイプのＩＣレコーダを採用することが望ましい。また、この場合、ジオフォンは地山深部を伝搬する弾性波を検出できるようにトンネル坑壁にロックボルトを設置してこのロックボルトに固定する。そして、ジオフォンとＩＣレコーダとを通信ケーブルを介して接続する。なお、ＩＣレコーダの記録動作を開始（つまり、録音をスタート）し、録音（中の）状態にしておく。この際、録音スタート時刻を確認し、記録しておく。
（ステップ２）
ステップ２で、先ず、トンネル坑内の切羽の岩盤に爆薬を装填する。この場合、切羽の掘削に当たり発破を行うので、含水爆薬などの爆薬を、切羽に発破孔を削孔して装填する。発破には瞬発電気***を用いた発破が含まれることが望ましい。切羽の爆薬は発破スイッチのＯＮ操作により起爆させる。
続いて、発破スイッチをＯＮ操作し、切羽の岩盤に装填された爆薬を起爆して切羽を***し、切羽の岩盤から振動を発生させる。この爆発により、切羽の岩盤から発生した弾性波は地山を伝搬し、この弾性波が切羽後方のジオフォンに到達する。この弾性波をジオフォンで受振、計測し、これを録音（中の）状態のＩＣレコーダに記録する。なお、切羽の進行に伴い、弾性波の振動レベルが小さくなる場合は、ジオフォンの設置位置を変え、ジオフォンをトンネル坑内の切羽側でかつ切羽から後方に離れた適宜の位置に移設してもよい。この場合も、同様に、ＩＣレコーダを通信ケーブルを介して接続し、記録（録音）状態にしておく。また、この手法５では、弾性波の記録にＩＣレコーダを使用するが、弾性波データをＩＣレコーダに代えて弾性波データの解析に用いるＰＣに直接記録することもできる。
（ステップ３）
ステップ３で、ＩＣレコーダに記録された弾性波データをＳＤカードその他の転送手段を介してＰＣに転送し、ＰＣにインストールした一般の解析ソフトによりデータ処理を行う。この処理では、弾性波データをＰＣによりスペクトログラム解析し、弾性波データから時間－周波数領域の各位置におけるパワースペクトル値を求め、パワースペクトル値の最大値と、その位置の周波数及び地震計への到達時刻を求め、パワースペクトルの最大値の周波数から、発破地点の岩盤状況を推定する。 Hereinafter, each step of this method 5 will be described in detail.
(Step 1)
In step 1, first, one seismograph S and one recording device R are installed on the wall surface of the pit wall at a predetermined position behind the face of the excavation completion section. In this case, a portable geophone is used for the seismograph S, and an IC recorder is used for the recording device R. As for the IC recorder, since the elastic wave data recorded in the IC recorder is finally analyzed by spectrogram, it is effective to increase the frequency resolution. Therefore, the sampling frequency is increased and the S / N ratio is increased. In order to increase the number of quantization bits, it is desirable to use a so-called high-resolution (high-resolution) type IC recorder. In this case, the geophone installs a lock bolt on the tunnel wall so that it can detect elastic waves propagating in the deep part of the ground and fixes it to the lock bolt. Then, the geophone and the IC recorder are connected via a communication cable. The recording operation of the IC recorder is started (that is, recording is started) and the recording (inside) state is set. At this time, check the recording start time and record it.
(Step 2)
In step 2, first, the explosive is loaded into the bedrock of the face in the tunnel mine. In this case, since blasting is performed when excavating the face, an explosive such as a water gel explosive is loaded by drilling a blasting hole in the face. It is desirable that blasting includes blasting using an instantaneous electric detonator. The explosive on the face is detonated by turning on the blasting switch.
Then, the blasting switch is turned on to detonate the explosive loaded in the bedrock of the face to explode the face and generate vibration from the bedrock of the face. Due to this explosion, elastic waves generated from the bedrock of the face propagate through the ground, and the elastic waves reach the geophone behind the face. This elastic wave is received and measured by a geophone, and this is recorded in the IC recorder in the recorded (middle) state. If the vibration level of the elastic wave becomes smaller as the face progresses, the geophone may be installed at an appropriate position on the face side in the tunnel pit and away from the face. .. In this case as well, similarly, the IC recorder is connected via the communication cable and kept in the recording state. Further, in this method 5, an IC recorder is used for recording elastic waves, but elastic wave data can be directly recorded on a PC used for analysis of elastic wave data instead of the IC recorder.
(Step 3)
In step 3, the elastic wave data recorded in the IC recorder is transferred to the PC via an SD card or other transfer means, and data processing is performed by general analysis software installed in the PC. In this process, the elastic wave data is spectrogram-analyzed by a PC, the power spectrum value at each position in the time-frequency region is obtained from the elastic wave data, and the maximum value of the power spectrum value and the frequency at that position and the arrival at the seismometer are reached. Find the time and estimate the bedrock condition at the burst point from the frequency of the maximum value of the power spectrum.

図８（ａ）に良好な岩盤の弾性波の波形データを示し、図９（ａ）にこの弾性波データをＰＣの解析ソフトを使ってスペクトログラム解析し作成した横軸を時間、縦軸を周波数とし、周波数成分の強さを色の濃さで示すスペクトログラム分布図を示す。
図８（ｂ）に不良な岩盤の弾性波の波形データを示し、図９（ｂ）にこの弾性波データをＰＣの解析ソフトを使ってスペクトログラム解析し作成した横軸を時間、縦軸を周波数とし、周波数成分の強さを色の濃さで示すスペクトログラム分布図を示す。
ＩＣレコーダからＰＣに転送された弾性波データをＰＣの解析ソフトによりスペクトログラム解析すると、時間と周波数のそれぞれにパワースペクトル値が出るので、その最大値に着目してパワースペクトル値が最大の周波数を求め、この周波数から発破地点の岩盤状況を推定する。良好な岩盤は高い周波数となり、不良な岩盤は低い周波数となる。 FIG. 8A shows good rock mass elastic wave waveform data, and FIG. 9A shows the time on the horizontal axis and the frequency on the vertical axis created by spectrogram analysis of this elastic wave data using PC analysis software. The spectrogram distribution map showing the intensity of the frequency component by the color depth is shown.
FIG. 8 (b) shows the waveform data of the elastic wave of the defective bedrock, and FIG. 9 (b) shows the time on the horizontal axis and the frequency on the vertical axis created by spectrogram analysis of the elastic wave data using PC analysis software. The spectrogram distribution map showing the intensity of the frequency component by the color depth is shown.
When the elastic wave data transferred from the IC recorder to the PC is spectrogram-analyzed by the analysis software of the PC, the power spectrum value is obtained for each time and frequency, so the frequency with the maximum power spectrum value is obtained by paying attention to the maximum value. , Estimate the bedrock condition at the burst point from this frequency. Good bedrock has a high frequency and bad bedrock has a low frequency.

この場合、切羽における弾性波速度は岩盤の良好度合いの指標となるので、弾性波速度とパワースペクトルの最大値における周波数の関係を求めてみる。その結果を図１０（ａ）の散布図に示す。そして、この図１０（ａ）からパワースペクトルの最大値の周波数を４３．０７Ｈｚ、８６．１３Ｈｚ、１２９．２Ｈｚ、１７２．３Ｈｚ以上の４つのグループに分けて、図１０（ａ）を図１０（ｂ）に示す確率分布に変換して見てみると、４３．０７Ｈｚの周波数の場合、弾性波速度が１ｋｍ／ｓｅｃから５．５ｋｍ／ｓｅｃ当たりまで分散して分布し、ピークは３．５ｋｍ／ｓｅｃ（の岩盤）のところにあり、８６．１３Ｈｚ、１２９．２Ｈｚの周波数の場合、２．５ｋｍ／ｓｅｃから６．０ｋｍ／ｓｅｃ付近まで同じように分散して分布し、ピークは４．０ｋｍ／ｓｅｃ付近（の岩盤）のところにあり、最大値の周波数が１７２．３Ｈｚ未満においては、弾性波速度との関係が明瞭ではないことが分かる。これに対して、１７２．３Ｈｚ以上の周波数の場合は、４．５ｋｍ／ｓｅｃから５．０ｋｍ／ｓｅｃまでのところに集中して分布していることが分かる。そうすると、１７２．３Ｈｚ以上の周波数であれば、弾性波速度は４．５ｋｍ／ｓｅｃ以上になると推定することができ、これを良好な岩盤の指標として使うことができる。そこで、ここでは、図１０から、１５０．０Ｈｚ以上の周波数を推定工程１（ステップ３）の指標とする。 In this case, the elastic wave velocity in the face is an index of the goodness of the bedrock, so the relationship between the elastic wave velocity and the frequency at the maximum value of the power spectrum will be obtained. The results are shown in the scatter plot of FIG. 10 (a). Then, from FIG. 10A, the frequency of the maximum value of the power spectrum is divided into four groups of 43.07Hz, 86.13Hz, 129.2Hz, 172.3Hz or more, and FIG. 10A is shown in FIG. 10 (a). When converted to the probability distribution shown in b), in the case of a frequency of 43.07 Hz, the elastic wave velocity is dispersed and distributed from 1 km / sec to 5.5 km / sec, and the peak is 3.5 km / sec. It is located at sec (rock mass), and in the case of a frequency of 86.13Hz, 129.2Hz, it is similarly dispersed and distributed from 2.5km / sec to around 6.0km / sec, and the peak is 4.0km / sec. It can be seen that the relationship with the elastic wave velocity is not clear when the frequency of the maximum value is less than 172.3 Hz, which is located near (rock) around sec. On the other hand, in the case of a frequency of 172.3 Hz or higher, it can be seen that the distribution is concentrated in the range from 4.5 km / sec to 5.0 km / sec. Then, if the frequency is 172.3 Hz or higher, the elastic wave velocity can be estimated to be 4.5 km / sec or higher, which can be used as an index of good rock mass. Therefore, here, from FIG. 10, the frequency of 150.0 Hz or higher is used as the index of the estimation step 1 (step 3).

（ステップ４）
ステップ４で、時間－周波数領域の各位置におけるパワースペクトル値を求めるとともに、各位置のパワースペクトル値からパワースペクトル値が最大となる位置の周波数の地震計への到達時刻を求め、前後の各切羽でのパワースペクトル値が最大となる位置の周波数の地震計への各到達時刻から時間の差を求め、この時間の差から、前後の切羽の岩盤状況の変化を推定する（推定工程２）。 (Step 4)
In step 4, the power spectrum value at each position in the time-frequency domain is obtained, and the arrival time at the frequency at the position where the power spectrum value is maximum is obtained from the power spectrum value at each position, and each face before and after is obtained. The time difference is obtained from each arrival time at the seismometer at the frequency at the position where the power spectrum value is maximum, and the change in the bedrock condition of the front and rear faces is estimated from this time difference (estimation step 2).

この場合、良好な岩盤の場合は、弾性波の初動が到達してから１波長のところでピークがあり、不良になるほどピークが弾性波の初動が到達してから後の方で複数回に分けて出てくる、という特徴が見られることから、弾性波の初動到達時刻を基準（時刻＝０）にして、パワースペクトル値が最大の周波数の地震計への到達時刻と弾性波速度の関係を考える。
パワースペクトル値が最大の周波数の地震計への到達時刻と弾性波速度の関係を図１１（ａ）の散布図に示す。
そして、この場合も、この図１１（ａ）からパワースペクトル値が最大の周波数の地震計への到達時刻を０－１０ｍｓｅｃ、１０－２０ｍｓｅｃ、２０－３０ｍｓｅｃ、３０ｍｓｅｃ以上の４つのグループに分けて、図１１（ａ）を図１１（ｂ）に示す確率分布に変換して見てみる。０－１０ｍｓｅｃの場合、弾性波速度が４．３ｋｍ／ｓｅｃのあたりにピークがくる。１０－２０ｍｓｅｃ、２０－３０ｍｓｅｃの場合、弾性波速度が３－４ｋｍ／ｓｅｃ当たりのところにピークがきて、０－１０ｍｓｅｃの場合と略同じくらいのところにある。そして、３０ｍｓｅｃ以上の場合は、弾性波速度が３．１ｋｍ／ｓｅｃのところにピークがきていて、０－１０ｍｓｅｃ、１０－２０ｍｓｅｃの場合とでは弾性波速度の分布が明らかに異なり、その境界は３．７ｋｍ／ｓｅｃとなっていることが分かる。そこで、ここでは、図１１から、１０ｍｓｅｃを推定工程２（ステップ４）の指標とする。 In this case, in the case of good bedrock, there is a peak at one wavelength after the initial motion of the elastic wave arrives, and the peak becomes worse after the initial motion of the elastic wave arrives, and it is divided into multiple times later. Since the feature that it comes out can be seen, the relationship between the arrival time to the seismometer with the maximum power spectral value and the elastic wave velocity is considered with reference to the initial arrival time of the elastic wave (time = 0). ..
The relationship between the arrival time at the seismograph with the maximum power spectral value and the elastic wave velocity is shown in the scatter diagram of FIG. 11 (a).
Also in this case, from FIG. 11A, the arrival time at the seismograph having the maximum power spectral value is divided into four groups of 0-10 msec, 10-20 msec, 20-30 msec, and 30 msec or more. Let's convert FIG. 11 (a) into the probability distribution shown in FIG. 11 (b). In the case of 0-10 msec, the peak comes around the elastic wave velocity of 4.3 km / sec. In the case of 10-20 msec and 20-30 msec, the peak comes at the elastic wave velocity around 3-4 km / sec, which is almost the same as in the case of 0-10 msec. When the elastic wave velocity is 30 msec or more, the peak is reached at 3.1 km / sec, and the distribution of the elastic wave velocity is clearly different from that of 0-10 msec and 10-20 msec, and the boundary is 3 It can be seen that it is 0.7 km / sec. Therefore, here, from FIG. 11, 10 msec is used as an index for the estimation step 2 (step 4).

このようなスペクトログラム解析によって、時間－周波数領域におけるパワースペクトル値が最大の周波数は、上記のような特性を有することから、図１２のフローチャート（推定工程１、２）を用いて、岩盤状況の良好度、つまり良否を推定する。ここで、パワースペクトルの最大値における時間－周波数領域における閾値は、既述のとおり、周波数：１５０Ｈｚ、時間：１０ｍｓｅｃを目安とし、掘削後に確認された岩盤状況との検証を行うものとする。 By such spectrogram analysis, the frequency having the maximum power spectrum value in the time-frequency region has the above-mentioned characteristics. Therefore, the flow chart (estimation steps 1 and 2) of FIG. 12 is used to improve the bedrock condition. Estimate the degree, that is, the quality. Here, as described above, the threshold value in the time-frequency region at the maximum value of the power spectrum is set to frequency: 150 Hz and time: 10 msec as a guide, and verification is performed with the rock condition confirmed after excavation.

図１２に示すように、最初（１回目）の切羽の掘削では、推定工程１のみを行う。この推定工程１では、まず、切羽の岩盤に爆薬を装填し切羽の岩盤を爆薬により破壊して、切羽の岩盤から発生する弾性波をジオフォンで受振、計測し、ＩＣレコーダに記録する。続いて、ＩＣレコーダに記録された弾性波データをスペクトログラム解析する。そして、この解析により、弾性波データから時間－周波数領域における各位置のパワースペクトル値を求め、各位置のパワースペクトル値からパワースペクトル値が最大となる位置の周波数が１５０Ｈｚ以上であれば、発破地点の岩盤は良好と推定する。また、パワースペクトル値が最大の周波数が１５０Ｈｚ未満の場合は、次（２回目）の推定工程へ進む。 As shown in FIG. 12, in the first (first) excavation of the face, only the estimation step 1 is performed. In this estimation step 1, first, an explosive is loaded into the bedrock of the face, the bedrock of the face is destroyed by the explosive, and elastic waves generated from the bedrock of the face are received and measured by a geophone and recorded in an IC recorder. Subsequently, the elastic wave data recorded in the IC recorder is spectrogram-analyzed. Then, by this analysis, the power spectrum value of each position in the time-frequency region is obtained from the elastic wave data, and if the frequency of the position where the power spectrum value is maximum is 150 Hz or more from the power spectrum value of each position, the bursting point The bedrock is estimated to be good. If the frequency with the maximum power spectrum value is less than 150 Hz, the process proceeds to the next (second) estimation step.

図１２に示すように、２回目の切羽の掘削以降は、各切羽掘削毎に、推定工程１又は推定工程１、２を行う。推定工程１では、同様に、まず、切羽の岩盤に爆薬を装填し切羽の岩盤を爆薬により破壊して、切羽の岩盤から発生する弾性波をジオフォンで受振、計測し、ＩＣレコーダに記録する。続いて、ＩＣレコーダに記録された弾性波データをスペクトログラム解析する。そして、この解析により、弾性波データから時間－周波数領域における各位置のパワースペクトル値を求め、各位置のパワースペクトル値からパワースペクトル値が最大となる位置の周波数が１５０Ｈｚ以上であれば、発破地点の岩盤は良好と推定する。また、パワースペクトル値が最大の周波数が１５０Ｈｚ未満の場合は、ＩＣレコーダに記録された弾性波データをスペクトログラム解析して、弾性波データから求めた時間－周波数領域における各位置のパワースペクトル値からパワースペクトル値が最大となる位置の周波数の地震計への到達時刻を求め、前後の各切羽でのパワースペクトル値が最大となる位置の周波数の地震計への各到達時刻から時間の差を求めて、この時間の差から、各切羽の岩盤の変化を推定する。この場合、後の切羽のパワースペクトル値が最大の周波数の到達時刻（ｔｉ＋１）が１０ｍｓｅｃ未満の場合、前の切羽のパワースペクトル値が最大の周波数の到達時刻（ｔｉ）が１０ｍｓｅｃ未満であれば、後の切羽の岩盤状況は前の切羽の岩盤と同程度で変化なしと推定する。また、後の切羽のパワースペクトル値が最大の周波数の到達時刻（ｔｉ＋１）が１０ｍｓｅｃ未満の場合で、前の切羽のパワースペクトル値の最大の周波数の到達時刻（ｔｉ）が１０ｍｓｅｃ未満でなければ、後の切羽の岩盤状況は前の切羽の岩盤よりも良好に変化していると推定する。また、この場合、後の切羽のパワースペクトル値が最大の周波数の到達時刻（ｔｉ＋１）が１０ｍｓｅｃ未満でない場合、前の切羽のパワースペクトル値が最大の周波数の到達時刻（ｔｉ）が１０ｍｓｅｃ未満であれば、後の切羽の岩盤状況は前の切羽の岩盤より不良に変化していると推定する。また、後の切羽のパワースペクトル値が最大の周波数の到達時刻（ｔｉ＋１）が１０ｍｓｅｃ未満ではない場合で、前の切羽のパワースペクトル値が最大の周波数の到達時刻（ｔｉ）が１０ｍｓｅｃ未満でなければ、後の切羽の岩盤状況は前の切羽の岩盤と同程度に不良で変化なしと推定する。 As shown in FIG. 12, after the second face excavation, the estimation step 1 or the estimation steps 1 and 2 are performed for each face excavation. Similarly, in the estimation step 1, first, the explosive is loaded into the bedrock of the face, the bedrock of the face is destroyed by the explosive, and the elastic wave generated from the bedrock of the face is received and measured by a geophone and recorded in an IC recorder. Subsequently, the elastic wave data recorded in the IC recorder is spectrogram-analyzed. Then, by this analysis, the power spectrum value of each position in the time-frequency region is obtained from the elastic wave data, and if the frequency of the position where the power spectrum value is maximum is 150 Hz or more from the power spectrum value of each position, the bursting point The bedrock is estimated to be good. When the maximum frequency of the power spectrum value is less than 150 Hz, the elastic wave data recorded in the IC recorder is analyzed by spectrogram, and the power is obtained from the power spectrum value of each position in the time-frequency region obtained from the elastic wave data. Find the time of arrival at the frequency at the position where the spectral value is maximum, and find the time difference from the time of arrival at the seismometer at the frequency at the position where the power spectrum value at each of the front and rear faces is maximum. , The change in the bedrock of each face is estimated from this time difference. In this case, if the arrival time (ti + 1) of the frequency with the maximum power spectrum value of the rear face is less than 10 msec, and the arrival time (ti) of the frequency with the maximum power spectrum value of the front face is less than 10 msec, It is estimated that the bedrock condition of the latter face is similar to that of the previous face and there is no change. Further, if the arrival time (ti + 1) of the maximum frequency of the power spectrum value of the rear face is less than 10 msec and the arrival time (ti) of the maximum frequency of the power spectrum value of the front face is not less than 10 msec, It is estimated that the rock mass condition of the later face is changing better than that of the previous face. Further, in this case, if the arrival time (ti + 1) of the frequency with the maximum power spectrum value of the rear face is not less than 10 msec, the arrival time (ti) of the frequency with the maximum power spectrum value of the previous face is less than 10 msec. For example, it is presumed that the bedrock condition of the later face has changed to be worse than that of the previous face. Further, when the arrival time (ti + 1) of the maximum frequency of the power spectrum value of the rear face is not less than 10 msec, and the arrival time (ti) of the frequency of the maximum power spectrum value of the front face is not less than 10 msec. It is estimated that the bedrock condition of the latter face is as bad as the bedrock of the previous face and there is no change.

以上説明したように、この手法５によれば、発破により切羽の岩盤から弾性波を発生させ、この弾性波を地震計で受振、計測して記録装置に記録することを切羽掘削毎に繰り返し、切羽掘削毎に、記録装置に記録された弾性波データをスペクトログラム解析装置により解析して、弾性波データから時間－周波数領域における各位置のパワースペクトル値を求め、各位置のパワースペクトル値からパワースペクトルが最大となる位置の周波数を用いて、発破地点の岩盤の良否を推定し、併せて、切羽掘削毎に、記録装置に記録された弾性波データをスペクトログラム解析装置により解析して、弾性波データから時間－周波数領域における各位置のパワースペクトル値を求めるとともに、各位置のパワースペクトル値からパワースペクトル値が最大となる位置の周波数の地震計への到達時刻を求め、前後の各切羽でのパワースペクトル値が最大となる位置の周波数の地震計への各到達時刻から時間の差を求めて、この時間の差から、各切羽の岩盤の変化を推定するようにしたので、切羽の岩盤を振動させるエネルギーを大きくして切羽の岩盤状況を広範囲にしかもリアルタイムで評価することができ、切羽の岩盤状況が急激に変化する場合でも、岩盤評価を迅速に行うことができ、また、明確な評価指標を用いて、適切な岩盤評価を行うことができ、トンネル支保工の選定などに活用することができる。
また、この手法５では、切羽の岩盤から弾性波を発生させる発破にトンネルの掘削発破を利用でき、弾性波の測定作業も掘削の中断を伴うことがないので、掘削工程に影響がない。しかも、発破時の測定作業は無人により実施でき、作業の安全性を確保することができる。
さらに、この手法５では、測定機器・機材はジオフォン、ＩＣレコーダ及びこれらを接続する通信ケーブルのみであり、従来使用される物理探査機器・機材に比べて、安価な機器・機材で実施することができる。また、解析装置にＰＣ及び一般の解析用のアプリケーションソフトを用い、これらの汎用機器・機材で切羽の岩盤状態を評価判定できるので、切羽の岩盤状態の評価判定に要するコストも可及的に低く抑えることができる。 As described above, according to this method 5, elastic waves are generated from the bedrock of the face by rupture, and the elastic waves are received and measured by the seismometer and recorded in the recording device, which is repeated for each face excavation. For each face excavation, the elastic wave data recorded in the recording device is analyzed by the spectrogram analyzer, the power spectrum value of each position in the time-frequency region is obtained from the elastic wave data, and the power spectrum is obtained from the power spectrum value of each position. The quality of the bedrock at the rupture point is estimated using the frequency at the position where is the maximum, and the elastic wave data recorded in the recording device is analyzed by the spectrogram analysis device for each face excavation, and the elastic wave data The power spectrum value of each position in the time-frequency region is obtained from, and the arrival time of the frequency at the position where the power spectrum value is maximized is obtained from the power spectrum value of each position, and the power at each face before and after is obtained. The time difference was obtained from each arrival time at the seismometer at the position where the spectral value became the maximum, and the change in the bedrock of each face was estimated from this time difference, so the bedrock of the face was vibrated. It is possible to evaluate the bedrock condition of the face in a wide range and in real time by increasing the energy to be made, and even if the bedrock condition of the face changes suddenly, the bedrock evaluation can be performed quickly, and a clear evaluation index. Appropriate rock mass evaluation can be performed using, and it can be used for selection of tunnel support work.
Further, in this method 5, excavation blasting of a tunnel can be used for blasting to generate elastic waves from the bedrock of the face, and the measurement work of elastic waves does not involve interruption of excavation, so that the excavation process is not affected. Moreover, the measurement work at the time of blasting can be carried out unmanned, and the safety of the work can be ensured.
Further, in this method 5, the measuring equipment / equipment is only a geophone, an IC recorder, and a communication cable connecting them, and the equipment / equipment can be cheaper than the geophysical exploration equipment / equipment conventionally used. can. In addition, since the rock condition of the face can be evaluated and judged by using a PC and application software for general analysis as the analysis device, the cost required for the evaluation judgment of the rock condition of the face is as low as possible. It can be suppressed.

Ｓ地震計（ジオフォン）
Ｒデジタル記録装置（ＩＣレコーダ） S seismograph (geophone)
R digital recording device (IC recorder)

Claims

トンネル坑内の切羽から離れた後方所定の位置に地震計及び記録装置を設置し、
前記切羽の岩盤に爆薬を装填し前記切羽の岩盤を前記爆薬により破壊して、前記切羽の岩盤から発生する弾性波を前記地震計で受振、計測し、前記記録装置に記録することを切羽掘削毎に繰り返し、
切羽掘削毎に、前記記録装置に記録された弾性波データをスペクトログラム解析装置により解析して、前記弾性波データから時間－周波数領域における各位置のパワースペクトル値を求め、
前記各位置のパワースペクトル値からパワースペクトル値が最大となる位置の周波数を用いて、発破地点の岩盤の良否を推定する、
ことを特徴とする岩盤評価方法。 A seismograph and a recording device were installed at a predetermined position behind the face in the tunnel mine.
Face excavation that loads explosives into the bedrock of the face, destroys the bedrock of the face with the explosive, receives and measures elastic waves generated from the bedrock of the face with the seismograph, and records them in the recording device. Repeat every time,
For each face excavation, the elastic wave data recorded in the recording device is analyzed by the spectrogram analyzer, and the power spectrum value of each position in the time-frequency region is obtained from the elastic wave data.
The quality of the rock at the blasting point is estimated from the power spectrum value at each position using the frequency at the position where the power spectrum value is maximum.
A rock evaluation method characterized by this.

トンネル坑内の切羽から離れた後方所定の位置に地震計及び記録装置を設置し、
前記切羽の岩盤に爆薬を装填し前記切羽の岩盤を前記爆薬により破壊して、前記切羽の岩盤から発生する弾性波を前記地震計で受振、計測し、前記記録装置に記録することを切羽掘削毎に繰り返し、
切羽掘削毎に、前記記録装置に記録された弾性波データをスペクトログラム解析装置により解析して、前記弾性波データから時間－周波数領域における各位置のパワースペクトル値を求めるとともに、前記各位置のパワースペクトル値からパワースペクトル値が最大となる位置の周波数の前記地震計への到達時刻を求め、
前後の各切羽での前記パワースペクトル値が最大となる位置の周波数の前記地震計への各到達時刻から時間の差を求めて、前記時間の差から、前記各切羽の岩盤の変化を推定する、
ことを特徴とする岩盤評価方法。 A seismograph and a recording device were installed at a predetermined position behind the face in the tunnel mine.
Face excavation that loads explosives into the bedrock of the face, destroys the bedrock of the face with the explosive, receives and measures elastic waves generated from the bedrock of the face with the seismograph, and records them in the recording device. Repeat every time,
For each face excavation, the elastic wave data recorded in the recording device is analyzed by the spectrogram analyzer, the power spectrum value of each position in the time-frequency region is obtained from the elastic wave data, and the power spectrum of each position is obtained. Obtain the arrival time of the frequency at the position where the power spectrum value is maximum from the value to the seismometer.
The time difference is obtained from each arrival time at the seismograph at the frequency at the position where the power spectrum value is maximum in each of the front and rear faces, and the change in the bedrock of each face is estimated from the time difference. ,
A rock evaluation method characterized by this.