JP2001165716A - 岩盤挙動データ処理システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＡＥの波形データを短時間に誤判断すること
なく解析でき、解析結果を即時に現場へ反映して地下空
洞の安全掘削に供することができるようにした岩盤挙動
データ処理システムを提供する。 【解決手段】 掘削される空洞の周囲に埋設された複数
のＡＥセンサ（４）と制御装置（６）で構成され、制御
装置（６）には、波形データをしきい値に基づいてフィ
ルタリング処理し、フィルタリング処理された波形デー
タを増幅して成型する増幅手段（６ａ）と、アナログの
波形データをデジタルの波形データに変換するＡＤ変換
手段（６ｃ）と、波形データを時間のパラメータに基づ
いて判断し、ＡＥの波形データ以外を破棄する波形判断
手段（６ｄ）と、ＡＥの波形データの各特性を解析する
波形解析手段（６ｅ）が具備されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、岩盤が塑性変形あ
るいは破壊するときに、それまで貯えられていた歪エネ
ルギが解放され弾性波が生じる現象であるＡｃｏｕｓｔ
ｉｃ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ（以下ＡＥと略す）を自動的に
計測してデータ処理し、掘削に伴う地下空洞周辺の岩盤
の”ゆるみ域”の範囲や岩盤挙動を推定することによ
り、地下発電所などの地下空洞を安全に掘削できるよう
にする岩盤挙動データ処理システムに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来空洞の掘削に際して、空洞周辺の岩
盤内にボアホールを穿孔し、その中にＡＥセンサを設置
し、セメントミルクで埋設する。このようにすると掘削
に伴って岩盤内において発生するＡＥ波を埋設したＡＥ
センサで受信して信号ケーブルを介して計測器に伝送し
ている。このＡＥ波は通常１００ＫＨｚ程度である。こ
のような方法で計測されたＡＥ波から空洞を掘削する際
の岩盤の挙動を推定して予測するために、従来技術によ
れば、まず伝送された信号をすべて記憶媒体に収録し、
次に計測作業の終了後に、測定員自身が目視によって全
波形データによついてＡＥ波であるか否かを判別してＡ
Ｅ波と判別されたものについてＦＦＴ解析と波形のパラ
メータ解析等の波形解析を行い、その結果をまとめて岩
盤挙動の予測をしていた。

【０００３】したがって、このような従来の方法では測
定員による人力を多く必要とし、計測結果を算出するの
に比較的多くの時間を必要とするために、掘削の進捗に
対応した計測結果を現場に反映させることが困難であっ
た。また測定員を多く必要とすることは非能率である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した様
な従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、Ａ
Ｅの波形データを短時間に誤判断することなく解析で
き、解析結果を即時に現場へ反映して地下空洞の安全掘
削に供することができるようにした岩盤挙動データ処理
システムを提供することを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、掘削される空
洞の周囲に複数のＡＥセンサを埋設し、ＡＥセンサが感
知した波形データを制御装置に送信し、制御装置で波形
データを解析するようにした岩盤挙動データ処理システ
ムにおいて、前記制御装置には、波形データをしきい値
に基づいてフィルタリング処理し、フィルタリング処理
された波形データを増幅して成型する増幅手段と、増幅
手段から受けたアナログの波形データをデジタルの波形
データに変換するＡＤ変換手段と、ＡＤ変換手段から受
けた波形データを時間のパラメータに基づいて判断し、
ＡＥの波形データ以外を破棄する波形判断手段と、波形
判断手段から受けたＡＥの波形データの各特性を解析す
る波形解析手段が具備されているので、ＡＥの波形デー
タを短時間に正確に解析でき、解析結果を即時に現場へ
反映して地下空洞の安全掘削に供することができるよう
になる。

【０００６】そして、前記制御装置には、前記波形解析
手段で解析された解析結果を作表する作表手段と、作表
手段が作表した表を印字する印字手段が具備されている
ので、解析結果は印字されて目視でき、即時に現場へ反
映して地下空洞の安全掘削に供することができるように
なる。

【０００７】さらに、前記制御装置には、前記波形解析
手段で解析された解析結果を記憶する記憶手段と、解析
結果を遠隔地のコントローラーへ送信する通信手段が具
備されているので、解析結果を遠隔地でも知ることがで
き、地下空洞の安全掘削に供することができるようにな
る。

【０００８】また、前記制御装置には、前記増幅手段へ
しきい値を設定し、前記波形判断手段へ時間のパラメー
タを設定する設定手段が具備されているので、岩盤の条
件により数値を変更でき、掘削する現場の状況に即応で
きるようになる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照にして、本
発明の実施の形態を説明する。図１において、地下発電
所用に掘削される空洞１は、断面が３０Ｍ×５０Ｍ程の
巨大なものであり、掘削される空洞１の周囲には機械
坑、ドレーン抗、作業抗などの坑道２、２・・・が掘ら
れている。そして、坑道２から空洞１側の岩盤にボアホ
ール３が複数掘られ、ボアホール３内にＡＥセンサ４が
設置され、セメントミルクで埋設されている。ボアホー
ル３内に設置されたＡＥセンサ４は、信号線５を介して
制御装置６に接続されている。図中空洞１内の数字は掘
削の順序を示し丸印の数字は先に行うものである。

【００１０】図２は、本発明を実施した岩盤挙動データ
処理システムのブロック図である。ＡＥセンサ４は、１
ユニット４Ａ１２チャンネルを有し、１０ユニットで１
セットを構成している。そして、ＡＥセンサ４の１ユニ
ット４Ａが、各坑道２のボアホール３内に設置される。
なお、図示の例では５ユニットが設置されているが１ユ
ニット４Ａ（１２チャンネル）のみで使用してもよい。

【００１１】ＡＥセンサ４で感知された波形データは、
プリアンプ４ａで増幅され、信号線５を介して制御装置
６へ入力される。制御装置６の増幅手段６ａは、設定手
段６ｂで設定されたしきい値に基づいて送られてきた波
形データをフィルタリング処理し、波形データを増幅し
て成型する。ＡＤ変換手段６ｃは、増幅手段６ａから受
けたアナログの波形データをデジタルの波形データに変
換する。波形判断手段６ｄは、設定手段６ｂで設定され
た時間のパラメータに基づいてＡＤ変換手段６ｃから受
けた波形データを判断し、ＡＥの波形データ以外を破棄
する。波形解析手段６ｅは、波形判断手段６ｄから受け
たＡＥの波形データの各特性を解析する。作表手段６ｆ
は、波形解析手段６ｅから受けたＡＥの波形データの解
析結果を作表し、印字手段６ｇで印字する。また、波形
解析手段６ｅの解析結果は、記憶手段６ｈに記憶され、
通信手段６ｉを介して遠隔地のコントローラ７へ送信で
きるようになっている。

【００１２】次に、図３のフロー図、及び図４乃至７を
参照にして動作を説明する。ＡＥセンサ４で波形が感知
されると（ＳＴ１）、この波形はプリアンプ４ａで増幅
され（ＳＴ２）、信号線５を介して制御装置６へ伝送さ
れる（ＳＴ３）。

【００１３】制御装置６の増幅手段６ａには設定手段６
ｂでしきい値が設定されていて、このしきい値に基づい
て送られてきた波形データをフィルタリング処理し、波
形データを増幅して成型する（ＳＴ４）。なお、本発明
の岩盤挙動データ処理システムではノイズレベルより振
幅の大きな波形を対象としているために、図４に示すよ
うに、設定手段６ｂで設定されるしきい値はノイズレベ
ルより若干高めに設定されている。

【００１４】このようにして増幅手段６ａでフィルタリ
ング処理され増幅された波形データは、ＡＤ変換手段６
ｃでアナログからデジタルの波形データに変換され、波
形判断手段６ｄへ伝わる（ＳＴ５）。波形判断手段６ｄ
には、波形の立ち上がり時間Ｔ１、波形の持続時間Ｔ
２、波形の終了時間Ｔ３、及び立ち上がりから最大振幅
までの時間Ｔ４の４つの時間のパラメータが設定手段６
ｂで設定されている。図５の列に示すようにこの場合の
時間のパラメータは、波形を記録する時間Ｔが2048μ秒
であると、波形の立ち上がり時間Ｔ１は１００＜Ｔ１＜
５００μ秒で、波形の持続時間Ｔ２は１００＜Ｔ２＜１
２００μ秒で、波形の終了時間Ｔ３は３００＜Ｔ３＜１
８００μ秒で、立ち上がりから最大振幅までの時間Ｔ４
は０＜Ｔ４＜２００μ秒である。なお、時間Ｔ１、Ｔ
２、Ｔ３、Ｔ４は計測地点における初期のノイズ計測に
よって設定されるものである。

【００１５】そして、４つの時間のパラメータＴ１、Ｔ
２、Ｔ３、Ｔ４に基づいて、全ての波形データからＡＥ
の波形データを識別する。すなわち、全ての波形データ
を時間のパラメータＴ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４と比較し、
その内の一つでも範囲外であればＡＥの波形データと認
めないものである。観測された代表的な波形の例とし
て、Ａ、Ｂ、ＣはＡＥの波形、Ｄは電気的なノイズ、Ｅ
は発破孔を掘削している時の波形である。このような波
形データを受けた波形判断手段６ｄは、Ａ、Ｂ、Ｃは時
間のパラメータＴ１乃至Ｔ４の条件をクリアしているの
でＡＥの波形データと認め、ＤはＴ２、Ｔ４が短く、Ｔ
３が長いのでＡＥの波形データと認めず破棄され、Ｅは
Ｔ２、Ｔ４が長いのでＡＥの波形データと認めず破棄さ
れる。このようにして、ＡＥの波形データだけが自動的
に識別され、ＡＥの波形データと認められなかった波形
は破棄される（ＳＴ６）。

【００１６】波形判断手段６ｄで判断されたＡＥの波形
データは波形解析手段６ｅへ伝わり、各特性が解析され
る。この解析内容は、図６に示すように波形の最大振幅
Ｖ、リングダウン数、周波数Ｈｚ、パワー、及びＦＦＴ
解析などであるＳＴ７）。

【００１７】そして、波形解析手段６ｅで解析された解
析結果は作表手段６ｆで作表され、印字手段６ｇで印字
される（ＳＴ８）。図７は作表手段６ｆで作表され、印
字手段６ｇで印字されたものあり、波形データが時経列
順に、ＡＥセンサ別に印字されている。図７により、Ａ
Ｅの発生時刻、発生位置、最大振幅Ｖ、波形の立ち上が
り時間Ｔ１、波形の持続時間Ｔ２、波形の終了時間Ｔ
３、立ち上がりから最大振幅までの時間Ｔ４、リングダ
ウン数、周波数Ｈｚ、パワー、及びＦＦＴ解析数（Ｗｏ
ｒｄｓ数）などが容易に知ることができる。このように
して、ＡＥの波形データは短時間に誤判断することなく
解析され、解析結果を即時に現場へ反映することがで
き、地下空洞の安全掘削に供することができるようにな
る。

【００１８】また、波形解析手段６ｅで解析された解析
結果は、記憶手段６ｈに記憶され、通信手段６ｉを介し
て遠隔地のコントローラ７へ送信できるようになってい
る（ＳＴ９）。このようにして、解析結果は遠隔地でも
知ることができ、地下空洞の安全掘削に供することがで
きるようになる。なお、このシステムは岩盤空洞のみな
らず岩盤斜面など他の岩盤構造物でも適用できる。

【００１９】

【発明の効果】以上のように本発明は、掘削される空洞
の周囲に複数のＡＥセンサを埋設し、ＡＥセンサが感知
した波形データを制御装置に送信し、制御装置で波形デ
ータを解析するようにした岩盤挙動データ処理システム
において、前記制御装置には、波形データをしきい値に
基づいてフィルタリング処理し、フィルタリング処理さ
れた波形データを増幅して成型する増幅手段と、増幅手
段から受けたアナログの波形データをデジタルの波形デ
ータに変換するＡＤ変換手段と、ＡＤ変換手段から受け
た波形データを時間のパラメータに基づいて判断し、Ａ
Ｅの波形データ以外を破棄する波形判断手段と、波形判
断手段から受けたＡＥの波形データの各特性を解析する
波形解析手段が具備されているので、ＡＥの波形データ
を短時間に正確に解析でき、解析結果を即時に現場へ反
映して地下空洞の安全掘削に供することができるように
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の岩盤挙動データ処理システムを実施し
て空洞を掘削する全体図。

【図２】本発明の岩盤挙動データ処理システムの全体を
示すブロック図。

【図３】本発明の岩盤挙動データ処理システムの動作を
示すフロー図。

【図４】ＡＥ波形としきい値の概念図。

【図５】ＡＥ波形とノイズ波形との識別を示す図。

【図６】ＡＥ波形の解析を示す図。

【図７】ＡＥ波形の解析結果を示す図。

【符号の説明】

１・・・空洞 ２・・・坑道 ３・・・ボアホール ４・・・ＡＥセンサ ４ａ・・・プリアンプ ５・・・信号線 ６・・・制御装置 ６ａ・・・増幅手段 ６ｂ・・・設定手段 ６ｃ・・・ＡＤ変換手段 ６ｄ・・・波形判断手段 ６ｅ・・・波形解析手段 ６ｆ・・・作表手段 ６ｇ・・・印字手段 ６ｈ・・・記憶手段 ６ｉ・・・通信手段 ７・・・コントローラ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小 山 俊 博 東京都千代田区内幸町１丁目１番３号 東 京電力株式会社内 (72)発明者 南 部 茂 義 東京都千代田区内幸町１丁目１番３号 東 京電力株式会社内 (72)発明者 森 孝 之 東京都調布市飛田給二丁目19番１号 鹿島 建設株式会社技術研究所内 (72)発明者 田 仲 正 弘 神奈川県川崎市川崎区東門前１−３−12 Ｆターム(参考） 2F076 BB09 BD12 BE04 BE06 BE09 BE16 2G047 AA10 BA05 GG09 GG15 GG17 GG19 GG33 GH02

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 掘削される空洞の周囲に複数のＡＥセン
   サを埋設し、ＡＥセンサが感知した波形データを制御装
   置に送信し、制御装置で波形データを解析するようにし
   た岩盤挙動データ処理システムにおいて、前記制御装置
   には、波形データをしきい値に基づいてフィルタリング
   処理し、フィルタリング処理された波形データを増幅し
   て成型する増幅手段と、増幅手段から受けたアナログの
   波形データをデジタルの波形データに変換するＡＤ変換
   手段と、ＡＤ変換手段から受けた波形データを時間のパ
   ラメータに基づいて判断し、ＡＥの波形データ以外を破
   棄する波形判断手段と、波形判断手段から受けたＡＥの
   波形データの各特性を解析する波形解析手段が具備され
   ていることを特徴とした岩盤挙動データ処理システム。
2. 【請求項２】 前記制御装置には、前記波形解析手段で
   解析された解析結果を作表する作表手段と、作表手段が
   作表した表を印字する印字手段が具備されている請求項
   １に記載の岩盤挙動データ処理システム。
3. 【請求項３】 前記制御装置には、前記波形解析手段で
   解析された解析結果を記憶する記憶手段と、解析結果を
   遠隔地のコントローラーへ送信する通信手段が具備され
   ている請求項１又は２に記載の岩盤挙動データ処理シス
   テム。
4. 【請求項４】 前記制御装置には、前記増幅手段へしき
   い値を設定し、前記波形判断手段へ時間のパラメータを
   設定する設定手段が具備されている請求項１乃至３に記
   載の岩盤挙動データ処理システム。