JP2002168961A - Working face forward probing method and probing device - Google Patents

Working face forward probing method and probing device

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JP2002168961A
JP2002168961A JP2000366890A JP2000366890A JP2002168961A JP 2002168961 A JP2002168961 A JP 2002168961A JP 2000366890 A JP2000366890 A JP 2000366890A JP 2000366890 A JP2000366890 A JP 2000366890A JP 2002168961 A JP2002168961 A JP 2002168961A
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Japan
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wave
face
rock
reflected
ground
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JP2000366890A
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Japanese (ja)
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Takeshi Arai
健 荒井
Tadashi Saima
正 斎間
Setsuo Ito
節男 伊藤
Masayuki Mizukawa
雅之 水川
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Maeda Corp
Original Assignee
Maeda Corp
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Publication date
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  • Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a working face forward probing method and a probing device capable of precisely obtaining physical properties and a position of a rock bed ahead of a tunnel working face or a ground ahead of a shaft working face. SOLUTION: A solitary wave 30, which is an elastic wave having a property that the waveform is not collapsed during propagation into the rock-bed 18 or the ground, is inputted into the rock-bed 18 ahead of the working face 17 or the ground, and a reflected wave of the solitary wave 30 reflected from a reflecting object in the rock-bed 18 or the ground is detected. The physical properties and the position of the reflecting object are obtained based on the detected reflected wave.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、トンネルの岩盤や
立坑の地盤など、切羽前方が不明な状態で掘削工事をす
る際に好適な切羽前方探査方法および探査装置に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and an apparatus for exploring a front face of a face suitable for excavation work in a state where the front face of the face is unknown, such as a bedrock of a tunnel or a ground of a shaft.

【0002】[0002]

【従来の技術】例えば、トンネルを掘削するとき、切羽
前方の岩盤に断層や軟弱な破砕帯などがあると、切羽が
断層や破砕帯に達したときに切羽が崩壊するなどの事故
が生じるおそれがある。特に断層や破砕帯に地下水があ
る場合には切羽が崩れやすく、掘削は困難を究める。し
かし、切羽前方の岩盤の物性および断層や破砕帯などの
位置を探査するのに調査ボーリング以外に信頼できるも
のがなく、切羽面の補強の必要性とその範囲および補強
方法などの判断が遅れる傾向にある。
2. Description of the Related Art For example, when excavating a tunnel, if there is a fault or a soft crush zone on the bedrock in front of the face, an accident such as collapse of the face when the face reaches the fault or crush zone may occur. There is. In particular, if there is groundwater in the fault or shatter zone, the face is likely to collapse, making excavation difficult. However, there is no reliable method other than survey boring for exploring the physical properties of rocks in front of the face and the location of faults and shatter zones, and the judgment on the necessity of face face reinforcement, its range, and reinforcement method tends to be delayed. It is in.

【0003】また、極めて軟弱な岩盤を掘削する場合に
は、切羽前方で硬質な岩盤に変化したとしても、掘削方
法を変更する程度の処置で対処できるので、切羽前方の
探査をする必要性はそれ程高くないようにも考えられる
が、この場合には、軟弱な岩盤の補強範囲を決定するた
めに探査をする意味がある。
In the case of excavating extremely soft rock, even if the rock is changed to a hard rock in front of the face, it can be dealt with by a measure of changing the excavation method. It may not be so high, but in this case it is worth exploring to determine the extent of reinforcement of the soft rock mass.

【0004】従来、切羽前方を探査する場合は、エアー
ガンやウォータガン、もしくは人為的手段によって切羽
に打撃を加えて弾性波を発生させ、この弾性波を岩盤内
に入力すると共に、同じ切羽に設けた単数もしくは複数
のピックアップによって、切羽前方の断層や破砕帯など
の反射対象物から反射してきた反射波を検出し、これに
より反射対象物までの距離を判断する試みがなされてい
る。
Conventionally, when exploring the front of a face, an elastic wave is generated by hitting the face with an air gun, a water gun, or artificial means, and the elastic wave is input into the rock and provided on the same face. Attempts have been made to detect reflected waves reflected from a reflection target such as a fault or a crush zone in front of the face by one or more pickups, and thereby determine the distance to the reflection target.

【0005】すなわち、反射波の実際の到達時間と、岩
盤の弾性波伝達速度から計算される基準到達時間との差
を算出し、この差から断層または破砕帯までの距離を求
めようとする試みがなされてきた。
That is, an attempt is made to calculate the difference between the actual arrival time of the reflected wave and the reference arrival time calculated from the elastic wave transmission velocity of the rock, and to determine the distance to the fault or crush zone from this difference. Has been done.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
探査方法では、切羽にエアーガン、ウォータガンもしく
は人為的手段によって打撃を加えるにより弾性波を発生
させていたので、弾性波の波形は管理された既知の波形
ではないため、その都度波形が異なるばかりでなく、種
々の位相や波長の要素が含まれるため、岩盤中を伝搬す
る過程で波形が変形するという問題があった。
However, in the conventional exploration method, an elastic wave is generated by hitting the face with an air gun, a water gun or artificial means, so that the waveform of the elastic wave is controlled. Therefore, not only is the waveform different from each other, but also the waveform is different each time, and since various phase and wavelength elements are included, there is a problem that the waveform is deformed in the process of propagating through the rock.

【0007】そのため、弾性波が反射する反射対象物、
例えば断層や破砕帯などが複数存在する場合に、ピック
アップによって検出される反射波に、複数の反射波が混
入しているにも関わらず、P波(縦波)のみの到達時間
しか測定されないため、複数の反射対象物から反射して
くる反射波の数と特性を無視して解析せざるを得なかっ
た。そのため、複数ある断層や破砕帯などの反射対象物
までの距離を正確に把握できず、反射対象物の物性につ
いては全く判断できなかった。
For this reason, a reflection object on which an elastic wave is reflected,
For example, when there are a plurality of faults, shatter zones, etc., only the arrival time of the P wave (longitudinal wave) is measured, despite the fact that the reflected wave detected by the pickup contains a plurality of reflected waves. In addition, the number and characteristics of reflected waves reflected from a plurality of reflection objects must be ignored and analyzed. For this reason, the distance to the reflection target such as a plurality of faults and shatter zones could not be accurately grasped, and the physical properties of the reflection target could not be determined at all.

【0008】本発明の目的は、このような問題点を解決
するためになされたものであり、トンネル切羽の前方の
岩盤、または立坑の切羽前方の地盤内にある断層や破砕
帯などの物性および位置をより正確に求めることが可能
な切羽前方探査方法および探査装置を提供することにあ
る。
An object of the present invention is to solve such a problem, and the physical properties such as a fault or a crush zone in the rock in front of the tunnel face or the ground in front of the shaft in the shaft are considered. It is an object of the present invention to provide a method and a device for exploring a face in front of which a position can be obtained more accurately.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明は切羽前方探査方
法および探査装置であり、前述の技術的課題を解決する
ために以下のように構成されている。すなわち、本発明
の切羽前方探査方法は、岩盤または地盤内を伝搬中に波
形が崩れない特性を有する弾性波を、切羽前方の前記岩
盤または前記地盤内に入力し、前記岩盤または前記地盤
中の反射対象物から反射した前記弾性波の反射波を検出
し、前記検出された反射波に基づいて前記反射対象物の
物性および位置を求めることを特徴とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a method and an apparatus for exploring a front face of a face, and is constituted as follows in order to solve the above-mentioned technical problem. That is, the front face exploration method of the present invention, an elastic wave having a characteristic that the waveform does not collapse during propagation in the rock or the ground, is input into the rock or the ground in front of the face, and the rock or the ground. A reflection wave of the elastic wave reflected from the reflection target is detected, and a physical property and a position of the reflection target are obtained based on the detected reflection wave.

【0010】また、本発明の切羽前方探査装置は、岩盤
または地盤内を伝搬中に波形が崩れない弾性波を作成す
る造波手段と、前記弾性波を切羽前方の前記岩盤または
前記地盤内に入力する弾性波入力手段と、前記岩盤また
は前記地盤中の反射対象物によって反射された前記弾性
波の反射波を検出する反射波検出手段と、を備えたこと
を特徴とする。
[0010] Further, according to the present invention, there is provided an apparatus for exploring a face in front of a rock face which creates an elastic wave whose waveform does not collapse while propagating in the rock or ground; An elastic wave input unit for inputting, and a reflected wave detecting unit for detecting a reflected wave of the elastic wave reflected by the reflection object in the rock or the ground are provided.

【0011】次に、各構成要素について説明する。 (造波手段)孤立波や正弦波などの弾性波を作成するも
のであり、発振器を例示できる。 (弾性波入力手段)弾性波入力手段としては油圧ジャッ
キを例示できる。この油圧ジャッキを弾性波のタイミン
グで作動させることにより、弾性波を圧力変動に変換し
て岩盤または地盤に入力できる。 (反射波検出手段)この反射波検出手段としても、油圧
ジャッキを例示できる。この場合、油圧ジャッキから岩
盤または地盤に予圧を与えておき、反射波を油圧ジャッ
キの圧力変動として検出する。
Next, each component will be described. (Wave-making means) A means for generating an elastic wave such as a solitary wave or a sine wave, and an oscillator can be exemplified. (Elastic Wave Input Means) As the elastic wave input means, a hydraulic jack can be exemplified. By operating the hydraulic jack at the timing of the elastic wave, the elastic wave can be converted into pressure fluctuation and input to the rock or ground. (Reflected wave detecting means) As the reflected wave detecting means, a hydraulic jack can be exemplified. In this case, a preload is applied to the rock or ground from the hydraulic jack, and a reflected wave is detected as a pressure fluctuation of the hydraulic jack.

【0012】本発明によれば、トンネル切羽前方の岩盤
または立坑切羽前方の地盤内を伝搬するときに、波形の
崩れない弾性波を使用するので、その反射波を確実に検
出できる。また、反射対象物が複数ある場合でも、それ
ぞれの反射対象物からの反射波を区別することと反射波
の極性から、各反射対象物の物性および位置ならびに個
数を正確に求めることができる。
According to the present invention, an elastic wave whose waveform does not collapse is used when propagating in the rock in front of the tunnel face or in the ground in front of the shaft face, so that the reflected wave can be reliably detected. Further, even when there are a plurality of reflection objects, it is possible to accurately determine the physical property, position, and number of each reflection object from distinguishing the reflected waves from each reflection object and the polarity of the reflected waves.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る切羽前方探査
方法および探査装置の実施の形態について、図面を参照
して詳細に説明する。なお、ここでは、本発明をトンネ
ル切羽の前方探査に適用した場合について説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of a method and an apparatus for exploring a front face of a face according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Here, a case where the present invention is applied to a forward search of a tunnel face will be described.

【0014】図1は、本発明に係る切羽前方探査装置1
0を示す。この切羽前方探査装置10は、岩盤に衝撃を
加えるのではなく、押圧力を加えることによって弾性波
を入力するものである。ここでは、電磁弁の制御によ
り、加力レベルもしくは岩盤の変形量を制御するように
なっている。
FIG. 1 shows a front face exploration apparatus 1 according to the present invention.
Indicates 0. The front face exploration apparatus 10 inputs an elastic wave by applying a pressing force instead of applying an impact to the rock. Here, the force level or the deformation amount of the rock is controlled by controlling the solenoid valve.

【0015】すなわち、切羽前方探査装置10は、弾性
波を作成する造波手段として例えば発振器のような造波
装置11と、この造波装置11によって作成された弾性
波を増幅する増幅装置12と、弾性波を油圧に変換する
油圧変換装置13と、この油圧変換装置13に接続され
た入力検出用油圧ジャッキ15A,および検出用油圧ジ
ャッキ15Bとを備えている。ここでは、弾性波とし
て、後述の理由から孤立波30(図2)を使用する。
That is, the front face exploration apparatus 10 includes, as wave-forming means for generating an elastic wave, a wave-making apparatus 11 such as an oscillator, and an amplification apparatus 12 for amplifying the elastic wave created by the wave-making apparatus 11. And a hydraulic pressure conversion device 13 for converting elastic waves into hydraulic pressure, and an input detection hydraulic jack 15A and a detection hydraulic jack 15B connected to the hydraulic pressure conversion device 13. Here, the solitary wave 30 (FIG. 2) is used as the elastic wave for the reason described later.

【0016】各油圧ジャッキ15A,15Bの油圧室
(図示せず)と油圧変換装置13との間には、さらに圧
力変換器16A,16Bと、バルブV1,V2とが直列
的に接続されている。圧力変換器16A,16Bとして
は、例えば箔ゲージや差動トランス型などの圧力測定セ
ンサーを使用できる。
Between the hydraulic chambers (not shown) of the hydraulic jacks 15A and 15B and the hydraulic converter 13, pressure converters 16A and 16B and valves V1 and V2 are further connected in series. . As the pressure transducers 16A and 16B, for example, a pressure measuring sensor such as a foil gauge or a differential transformer type can be used.

【0017】入力検出用油圧ジャッキ15Aは、造波手
段11で製造された孤立波30を例えばトンネルの切羽
17前方の岩盤18内に入力するものであり、アンカー
19によってトンネルの切羽17に固定されている。
The hydraulic jack 15A for input detection is for inputting the solitary wave 30 produced by the wave-making means 11 into, for example, a bedrock 18 in front of the tunnel face 17 and is fixed to the tunnel face 17 by an anchor 19. ing.

【0018】また、検出用油圧ジャッキ15Bは、岩盤
18内の反射対象物、すなわち断層や破砕帯などから反
射してきた孤立波30の反射波を検出するものであり、
アンカー19によって切羽17に固定されている。
The detection hydraulic jack 15B detects a reflection object of the solitary wave 30 reflected from an object to be reflected in the bedrock 18, that is, a fault or a crush zone.
It is fixed to the face 17 by an anchor 19.

【0019】これらの油圧ジャッキ15A,15Bに
は、油圧変換装置13によって常時一定の油圧が加えら
れており、これによって、そのピストン20A,20B
から切羽17に一定の予圧が付加されている。
A constant hydraulic pressure is constantly applied to these hydraulic jacks 15A, 15B by a hydraulic pressure converter 13, whereby the pistons 20A, 20B are provided.
Thus, a constant preload is applied to the face 17.

【0020】また、この切羽前方探査装置10は、圧力
変換器16A,16Bから出力された圧力信号を計測す
る計測器21と、この計測器21の出力をデジタル信号
に変換するA/D変換器22と、このA/D変換器22
に接続されたコンピュータ23、およびコンピュータ2
3に接続されたデータ記録器24とを備えている。
The front face detecting device 10 includes a measuring device 21 for measuring pressure signals output from the pressure converters 16A and 16B, and an A / D converter for converting the output of the measuring device 21 into a digital signal. 22 and the A / D converter 22
Connected to the computer 23 and the computer 2
3 connected to a data recorder 24.

【0021】次に、上述した各構成部分について詳細に
説明する。造波装置11は、切羽17の前方の岩盤18
中を伝搬するときでも、波形が変化しない弾性波を作成
する。本実施形態では、図2に示すように、弾性波とし
て孤立波30を使用する。ここで、孤立波30を使用す
るのは、次の理由からである。
Next, each component described above will be described in detail. The wave making device 11 includes a rock bed 18 in front of a face 17.
An elastic wave whose waveform does not change even when propagating in the inside is created. In the present embodiment, as shown in FIG. 2, a solitary wave 30 is used as an elastic wave. Here, the solitary wave 30 is used for the following reason.

【0022】すなわち、弾性波が伝搬する媒体が、完全
弾性体でない場合、粘性により弾性波の減衰が生じる。
粘性による振幅減衰は、数式1によって求められる。
That is, when the medium through which the elastic wave propagates is not a perfect elastic body, the viscosity causes attenuation of the elastic wave.
Amplitude attenuation due to viscosity is obtained by equation (1).

【0023】[0023]

【数1】u=u0・exp((−ω/2QC)・x) 但し、u:振幅減衰 u0:基準点の振幅 ω:角振動数 C:伝搬速度 Q:媒体の減衰特性を表す無次元数 x:反射対象物までの距離 この数式1は、複数の振動波形が合成された振動波は、
媒体の粘性によって合成波を構成する波形の角振動数が
高いほど減衰が大きくなることを示している。すなわ
ち、完全弾性体ではない岩盤18(図1)に振動波が伝
搬する過程で、複雑な波形の弾性波は、変形していくこ
とを示している。
U = u 0 · exp ((− ω / 2QC) · x) where u: amplitude attenuation u 0 : amplitude of reference point ω: angular frequency C: propagation velocity Q: represents the attenuation characteristic of the medium Dimensionless number x: distance to reflection target Equation 1 indicates that a vibration wave obtained by combining a plurality of vibration waveforms is
This shows that the higher the angular frequency of the waveform constituting the composite wave is due to the viscosity of the medium, the greater the attenuation. In other words, it shows that the elastic wave having a complicated waveform is deformed in the process of propagating the vibration wave to the rock 18 (FIG. 1) which is not a completely elastic body.

【0024】したがって、単一波形の弾性波、例えば正
弦波を切羽17から岩盤18内に入力すれば、この正弦
波が反射対象物で反射し、波形が一定の反射波を切羽1
7で受信することが可能となる。
Therefore, if a single-wave elastic wave, for example, a sine wave is input from the face 17 into the rock 18, the sine wave is reflected by the object to be reflected, and the reflected wave having a constant waveform is converted into the face 1.
7 can be received.

【0025】ところで、弾性波の伝搬速度は、媒体であ
る岩盤18の弾性係数に支配されているため、探査対象
である岩盤18の各位置における物性によって波長が異
なることになる。しかし、反射波の受信位置は、岩盤1
8の表面の切羽17であるから、入力した弾性波と同じ
波長として受信することになる。
Since the propagation speed of an elastic wave is governed by the elastic coefficient of the rock 18 as a medium, the wavelength differs depending on the physical properties at each position of the rock 18 to be searched. However, the receiving position of the reflected wave is
Since it is the face 17 on the surface of No. 8, it is received as the same wavelength as the input elastic wave.

【0026】また、正弦波のように周期関数で表記され
る波でなくとも、特性が明確な1波形を用いれば、媒体
を伝搬する間に波形の変形を防止することができる。こ
のような1波形の1つが、孤立波30なのである。
Even if the waveform is not a wave represented by a periodic function such as a sine wave, if one waveform having clear characteristics is used, the waveform can be prevented from being deformed while propagating through the medium. One such waveform is the solitary wave 30.

【0027】この孤立波30においては、任意の位置x
における時刻tの波高ηは、数式2により求められる。
In the solitary wave 30, any position x
The wave height η at time t in is obtained by Expression 2.

【0028】[0028]

【数2】η=Hsech2(C1(x−ct)) 但し、η:位置xおよび時刻tにおける波高 H:最大波高 C1:定数 c:弾性波速度 この孤立波30の特性は、波長が無限であることと、波
形が崩れないことである。また、単一のピークしかもた
ない波であるから、発信した信号の反射波も当然単一の
ピークしかもたない。そのため、反射対象物が複数あっ
た場合には、その個数だけピークを受信するので、反射
対象物の個数を容易に判別できる。
Η = Hsech 2 (C 1 (x−ct)) where η: wave height at position x and time t H: maximum wave height C1: constant c: elastic wave velocity It is infinite and the waveform does not collapse. Also, since the wave has only a single peak, the reflected wave of the transmitted signal naturally has only a single peak. For this reason, when there are a plurality of reflection targets, the number of peaks is received by the number, so that the number of reflection targets can be easily determined.

【0029】また、孤立波30の発信からその反射波の
受信までに要する時間により、反射対象物の位置をある
程度正確に推定することが可能になる。さらに、入力し
た孤立波30およびその反射波32の波高Hを比較する
ことにより、反射対象物の反射係数を得て、切羽岩盤の
密度と伝搬速度と反射対象物の伝搬速度を仮定すること
により、反射対象物の密度を算出し、この密度から反射
対象物の硬さを推定することができる。反射係数Rは、
岩盤境界面における入射波の振幅と反射波の振幅との比
で定義され、岩盤の密度ρ1,ρ2、伝搬速度v1,v2
用いて数式3で示される。
Also, the time required from the transmission of the solitary wave 30 to the reception of its reflected wave makes it possible to estimate the position of the reflection target to some extent accurately. Further, by comparing the wave heights H of the input solitary wave 30 and its reflected wave 32, the reflection coefficient of the object to be reflected is obtained, and the density and propagation speed of the face rock and the propagation speed of the object to be reflected are assumed. , The density of the reflection target is calculated, and the hardness of the reflection target can be estimated from the density. The reflection coefficient R is
It is defined by the ratio between the amplitude of the incident wave and the amplitude of the reflected wave at the rock boundary surface, and is expressed by Expression 3 using the density ρ 1 , ρ 2 of the rock and the propagation velocities v 1 , v 2 .

【0030】[0030]

【数3】R=(ρ22−ρ11)/(ρ22+ρ11) 数式3によれば、切羽岩盤から入力した孤立波の切羽前
方にある反射対象物からの反射波の特性が正であれば、
切羽前方の岩盤が切羽の岩盤よりも硬く、負であれば、
切羽前方の岩盤が切羽岩盤よりも軟らかいことが、簡単
に判別できる。
R = (ρ 2 v 2 −ρ 1 v 1 ) / (ρ 2 v 2 + ρ 1 v 1 ) According to Equation 3, the solitary wave input from the face rock is reflected from the target object in front of the face. If the characteristic of the reflected wave is positive,
If the bedrock ahead of the face is harder and more negative than the bedrock at the face,
It can be easily determined that the bedrock in front of the face is softer than the bedrock.

【0031】次に、この切羽前方探査装置10の作用を
説明する。切羽17の前方探査を行うときは、まず、各
油圧ジャッキ15A,15Bに一定の油圧をかけて、岩
盤18に予圧を与える。これによって、岩盤18には、
常に圧縮力が作用した状態となり、岩盤18内に節理等
の亀裂が多数入っている場合でも、この亀裂が剥がれて
しまうのを防止でき、これにより、孤立波30を岩盤1
8内に効率よく入力できる。
Next, the operation of the front face detecting device 10 will be described. When performing a forward search of the face 17, first, a predetermined hydraulic pressure is applied to each of the hydraulic jacks 15A and 15B to apply a preload to the bedrock 18. Thereby, the bedrock 18
The compression force is always applied, and even if many cracks such as joints are formed in the rock 18, the cracks can be prevented from peeling off.
8 can be input efficiently.

【0032】また、このときには、岩盤18に伸縮が生
ずるから、時間的に油圧を制御することにより、所期の
孤立波30を岩盤18に入力することが可能になる。そ
こで、次に、検出用油圧ジャッキ15B側のバルブV2
を閉じ、入力検出用油圧ジャッキ15A側のバルブV1
を開放する。そして、造波装置11で作成した孤立波3
0を、増幅器12、油圧変換装置13、バルブV1、お
よび圧力変換器16Aを介して入力検出用油圧ジャッキ
15Aに供給する。
At this time, since the rock 18 expands and contracts, the desired solitary wave 30 can be input to the rock 18 by temporally controlling the hydraulic pressure. Then, next, the valve V2 on the detection hydraulic jack 15B side is used.
Is closed and the valve V1 on the input detection hydraulic jack 15A side is closed.
To release. And the solitary wave 3 created by the wave making device 11
0 is supplied to the input detection hydraulic jack 15A via the amplifier 12, the hydraulic pressure conversion device 13, the valve V1, and the pressure converter 16A.

【0033】これによって、孤立波30が油圧に変換さ
れて入力検出用油圧ジャッキ15Aに供給され、切羽1
7から岩盤18内に入力される。なお、このときの油圧
は、圧力変換器16A、計測器21、A/D変換器22
およびコンピュータ23を介してデータ記録器24に供
給される。
As a result, the solitary wave 30 is converted into a hydraulic pressure and supplied to the input detecting hydraulic jack 15A.
7 is input into the bedrock 18. The hydraulic pressure at this time is determined by the pressure converter 16A, the measuring device 21, the A / D converter 22
The data is supplied to the data recorder 24 via the computer 23.

【0034】このようにして、孤立波30を岩盤18内
に入力した後、バルブV1を閉じて入力検出用油圧ジャ
ッキ15Aを反射波検出用とする。そして、岩盤18内
に反射対象物、すなわち、岩盤18と物性が大きく異な
る断層や軟弱な破砕帯などがあった場合には、この反射
対象物で孤立波30が反射し、切羽17側に戻ってく
る。
After the solitary wave 30 is input into the rock 18 in this way, the valve V1 is closed and the input detection hydraulic jack 15A is used for reflected wave detection. If there is an object to be reflected in the rock 18, that is, a fault or a soft crush zone whose physical properties are largely different from those of the rock 18, the solitary wave 30 is reflected by the object to be reflected and returns to the face 17 side. Come.

【0035】この反射してきた孤立波30の反射波は、
入力検出用油圧ジャッキ15Aと、検出用油圧ジャッキ
15Bによって受信され、ここで圧力変動に変換され
る。この圧力変動は、圧力変換器16A,16B、計測
器21、A/D変換器22、およびコンピュータ23を
介してデータ記録器24に供給され、ここで一定期間に
わたって記憶される。
The reflected wave of the reflected solitary wave 30 is:
It is received by the hydraulic jack for input detection 15A and the hydraulic jack for detection 15B, and is converted into a pressure fluctuation here. This pressure fluctuation is supplied to the data recorder 24 via the pressure converters 16A and 16B, the measuring device 21, the A / D converter 22, and the computer 23, where it is stored for a certain period.

【0036】図3(A)は入力信号31、すなわち、入
力検出用油圧ジャッキ15Aの圧力の経時変化を示して
いる。なお、図3(A)中の横軸は時刻t、縦軸は力の
大きさpを示す。
FIG. 3A shows the change over time of the input signal 31, that is, the pressure of the input detection hydraulic jack 15A. In FIG. 3A, the horizontal axis represents time t, and the vertical axis represents the magnitude p of the force.

【0037】入力検出用油圧ジャッキ15Aから岩盤1
8への加力に際しては、あらかじめ所定の力で岩盤18
を押している状態になっている。これが、図3(A)の
左方にある直線的な加力の増大範囲31aとして示され
ている。
From the input detection hydraulic jack 15A to the rock 1
8 is applied to the bedrock 18 with a predetermined force in advance.
Is being pressed. This is shown as a linear force increase range 31a on the left side of FIG.

【0038】入力信号31の時刻t0における大きな力
のピーク31bが孤立波30による入力信号であり、時
刻t11および時刻t12における力のピーク31c,31
dは、切羽17の前方にある反射対象物からの反射波で
ある。すなわち、弾性波に限らず反射波は、数式3に示
すように、反射対象物の伝搬速度と密度によって極性が
正負逆転する。図3では、岩盤掘削において、軟弱な岩
盤が切羽前方に存在することを確認できることの方が重
要なため、予圧の加圧レベル31aより低い油圧の圧力
信号として受信されているところを示している。
The peak input 31b of large forces at time t 0 of the signal 31 is an input signal due to solitary wave 30, the force at time t 11 and time t 12 peak 31c, 31
d is a reflected wave from a reflection target object in front of the face 17. That is, the polarity of the reflected wave as well as the elastic wave is reversed depending on the propagation speed and the density of the reflection target as shown in Expression 3. FIG. 3 shows that a rock signal is received as a pressure signal of a hydraulic pressure lower than the preload pressurization level 31a because it is more important to be able to confirm that a soft rock exists in front of the face in rock excavation. .

【0039】ここでは、時刻t11および時刻t12におけ
る力のピーク31c,31dが、予圧の加圧レベル31
aより低下しているが、これは負の圧力変化を岩盤18
に与えているわけではなく、反射信号を示している。す
なわち、弾性波に限らず反射波は、極性が正負逆転する
ために、予圧の加圧レベル31aより低い油圧の圧力信
号として受信されているのである。
[0039] Here, the peak force 31c at time t 11 and time t 12, 31d is, the preload of the pressure level 31
a, but this causes a negative pressure change
, But shows a reflected signal. That is, not only the elastic wave but also the reflected wave is received as a pressure signal of a hydraulic pressure lower than the pressurization level 31a of the preload because the polarity is reversed in the positive and negative directions.

【0040】図3(B)は受信信号、すなわち、検出用
油圧ジャッキ15Bの圧力の経時変化を示している。こ
こでは、図3(A)と同様に、あらかじめ岩盤18に予
圧32aが加えられている。また、時刻t21,t22にお
けるピーク32c,32dは、反射波の受信信号を示し
ている。また、図3(B)では、入力信号31のピーク
31bに対応する信号が示されていないが、これは、次
の理由からである。
FIG. 3B shows a change with time of the received signal, that is, the pressure of the detection hydraulic jack 15B. Here, as in FIG. 3A, a preload 32a is applied to the bedrock 18 in advance. The peak 32c at time t 21, t 22, 32d indicates the received signal of the reflected wave. FIG. 3B does not show a signal corresponding to the peak 31 b of the input signal 31 for the following reason.

【0041】すなわち、検出用油圧ジャッキ15Bは、
入力検出用油圧ジャッキ15Aと同一の切羽面17に設
けられているので、入力検出用油圧ジャッキ15Aによ
って切羽面17を加力した場合、原理的には、この加力
信号のトンネル軸に対する直角方向の成分が検出用油圧
ジャッキ15Bによって測定されるはずであるが、これ
は非常に小さいため、図3(B)では省略したのであ
る。
That is, the detection hydraulic jack 15B is
Since the face 17 is provided on the same face 17 as the input detection hydraulic jack 15A, when the face 17 is applied by the input detection hydraulic jack 15A, in principle, the force signal is applied in a direction perpendicular to the tunnel axis. Should be measured by the detection hydraulic jack 15B, but since this is very small, it is omitted in FIG. 3 (B).

【0042】図3(A)に示す入力信号31の反射波検
出時のピーク31c,31dの波高H11,H12と、図3
(B)に示す受信信号32の反射波検出時のピーク32
c,32dの波高H21,H22を比較することによって、
反射対象物の物性、すなわち、反射係数を推定すること
が可能となる。この反射係数と反射対象までの減衰率の
推定値から、反射対象物の密度すなわち硬さを求めるこ
とができる。
The wave heights H 11 and H 12 of the peaks 31 c and 31 d at the time of detecting the reflected wave of the input signal 31 shown in FIG.
A peak 32 at the time of detecting a reflected wave of the reception signal 32 shown in FIG.
By comparing the wave heights H 21 and H 22 of c and 32d,
It is possible to estimate the physical properties of the reflection target, that is, the reflection coefficient. From the reflection coefficient and the estimated value of the attenuation rate up to the reflection target, the density, that is, the hardness of the reflection target can be obtained.

【0043】また、反射波のピーク32c,32dの個
数から、反射対象物の個数を求めることができる。さら
に、入力信号31の信号入力時刻t0から反射波受信時
刻t1 1,t12までの時間t(t11−t0,t12−t0)か
ら、反射対象物までの距離を求めることができる。
The number of reflected wave peaks 32c and 32d
From the number, the number of reflection targets can be obtained. Further
And the signal input time t of the input signal 310When receiving reflected waves from
Time t1 1, T12Time t (t11-T0, T12-T0) Or
Thus, the distance to the reflection target can be obtained.

【0044】さらに、入力信号31の反射波受信時刻t
11,t12と、受信信号32の反射波受信時刻t21,t22
との差△t(t11−t21,t12−t22)から、各油圧ジ
ャッキ15A,15Bから反射対象物までの距離の違い
が分かり、これによって、反射対象物の方向がわかる。
Further, the reception time t of the reflected wave of the input signal 31
11, and t 12, the reflected wave reception time t 21 of the received signal 32, t 22
From the difference Δt (t 11 −t 21 , t 12 −t 22 ), the difference in the distance from each of the hydraulic jacks 15A, 15B to the reflection target can be determined, whereby the direction of the reflection target can be determined.

【0045】上述のように、本実施の形態では、反射波
の検出用として2個の油圧ジャッキ15A,15Bを使
用したので、反射対象物を二次元的に検出することがで
きるが、反射波検出用として1個の油圧ジャッキを使用
することもできる。この場合には、反射対象物を一次元
的に捕らえることになる。また、3個以上の油圧ジャッ
キを使用することもでき、この場合には、反射対象物を
三次元的に捕らえることができる。
As described above, in this embodiment, the two hydraulic jacks 15A and 15B are used for detecting the reflected wave, so that the object to be reflected can be detected two-dimensionally. One hydraulic jack can be used for detection. In this case, the reflection target is one-dimensionally captured. Also, three or more hydraulic jacks can be used, and in this case, the reflection target can be captured three-dimensionally.

【0046】このように、本発明に係る切羽前方探査装
置10およびこれを用いた探査方法によれば、切羽17
前方の岩盤18内を伝搬するときに、波形の崩れない弾
性波として孤立波30を使用するので、反射対象物の物
性および位置を正確に判断できる。また、反射対象物が
複数ある場合には、反射波を複数検出できるので、各反
射対象物の物性および位置を区別して正確に求めること
ができる。
As described above, according to the face front exploration apparatus 10 and the exploration method using the same according to the present invention, the face 17
Since the solitary wave 30 is used as an elastic wave whose waveform does not collapse when propagating through the front rock 18, the physical properties and position of the reflection target can be accurately determined. Further, when there are a plurality of reflection objects, a plurality of reflected waves can be detected, so that the physical properties and positions of each reflection object can be distinguished and accurately obtained.

【0047】したがって、トンネル掘削時に、切羽17
前方の岩盤18の補強が必要な範囲、およびその補強方
法を決定できる。例えば、岩盤18内に破砕体や断層が
検出された場合には、薬液注入などにより、岩盤18の
強度を改良することができる。これにより、掘削作業を
確実にしかも効率よく行うことが可能になる。
Therefore, when excavating the tunnel, the face 17
The range in which the front rock 18 needs to be reinforced and the reinforced method can be determined. For example, when a crushed body or a fault is detected in the bedrock 18, the strength of the bedrock 18 can be improved by injecting a chemical solution or the like. This makes it possible to perform the excavation work reliably and efficiently.

【0048】なお、上述の実施形態では、弾性波として
孤立波30を使用したが、これ以外にも例えば正弦波な
どのように、媒体を伝搬する間に波形が崩れない特性を
有する弾性波であれば任意の波形を使用できる。また、
上述の実施形態ではアンカー19によって各油圧ジャッ
キ15A,15Bを切羽17に直接固定したが、TBM
(トンネルボーリングマシン)など重量が大きく十分な
反力を得ることができるものがあれば、これに各油圧ジ
ャッキ15A,15Bを取り付けることもできる。ま
た、本発明は、上述のトンネル切羽前方の岩盤に限ら
ず、立坑切羽前方の地盤にも適用できる。
In the above-described embodiment, the solitary wave 30 is used as the elastic wave. However, other elastic waves such as a sine wave having a characteristic that the waveform does not collapse during propagation through the medium, such as a sine wave, may be used. Any waveform can be used. Also,
In the above-described embodiment, the hydraulic jacks 15A and 15B are directly fixed to the face 17 by the anchor 19;
If there is a heavy machine such as a (tunnel boring machine) that can obtain a sufficient reaction force, each of the hydraulic jacks 15A and 15B can be attached thereto. In addition, the present invention can be applied not only to the bedrock in front of the tunnel face described above but also to the ground in front of the shaft face.

【0049】[0049]

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る切羽
前方探査方法および探査装置によれば、切羽前方の岩盤
または地盤内を伝搬するときに、波形の崩れない弾性波
を使用するので、反射波を確実に検出でき、これにより
反射対象物の物性および位置を正確に求めることができ
る。また、反射対象物が複数ある場合でも、各反射対象
物から反射した反射波を明確に区別して検出できるの
で、各反射対象物の物性および位置を正確に求めること
ができる。
As described above, according to the method and apparatus for exploring a face in front of a face according to the present invention, an elastic wave whose waveform does not collapse is used when propagating in rock or ground in front of the face. The reflected wave can be reliably detected, whereby the physical properties and position of the reflection target can be accurately obtained. Further, even when there are a plurality of reflection objects, the reflected waves reflected from each reflection object can be clearly distinguished and detected, so that the physical properties and positions of each reflection object can be accurately obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係る切羽前方探査装置を示す図であ
る。
FIG. 1 is a view showing a front face exploration apparatus according to the present invention.

【図2】本発明に係る切羽前方探査方法で使用する孤立
波の波形を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a waveform of a solitary wave used in the method for exploring a front face of a face according to the present invention.

【図3】本発明に係る岩盤に対する入力信号と受信信号
を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing an input signal and a received signal to the rock according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 切羽前方探査装置 11 造波装置(造波手段) 15A 入力検出用油圧ジャッキ 15B 検出用油圧ジャッキ 17 切羽 18 岩盤 30 孤立波(弾性波) DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Face front exploration apparatus 11 Wave making device (wave making means) 15A Hydraulic jack for input detection 15B Hydraulic jack for detection 17 Face 18 Rock rock 30 Solitary wave (elastic wave)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 節男 東京都千代田区富士見二丁目10番26号前田 建設工業株式会社内 (72)発明者 水川 雅之 東京都千代田区富士見二丁目10番26号前田 建設工業株式会社内 Fターム(参考) 2F068 AA06 CC11 EE02 FF01 FF16 FF25 GG05 KK14 2G047 AA10 BA03 BC02 BC03 GG09 GG19 GG30  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Setsuo Ito 2-10-26 Fujimi, Chiyoda-ku, Tokyo Maeda Inside the Construction Industry Co., Ltd. (72) Inventor Masayuki Mizukawa 2- 10-26, Fujimi 2-chome, Chiyoda-ku, Tokyo F term (reference) in Construction Industry Co., Ltd. 2F068 AA06 CC11 EE02 FF01 FF16 FF25 GG05 KK14 2G047 AA10 BA03 BC02 BC03 GG09 GG19 GG30

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 岩盤または地盤内を伝搬中に波形が崩れ
ない特性を有する弾性波を、切羽前方の前記岩盤または
前記地盤内に入力し、 前記岩盤または前記地盤中の反射対象物から反射した前
記弾性波の反射波を検出し、 前記検出された反射波に基づいて前記反射対象物の物性
および位置を求めることを特徴とする切羽前方探査方
法。
1. An elastic wave having a characteristic that a waveform does not collapse during propagation in a rock or ground is input into the rock or the ground in front of a face, and is reflected from a reflection target in the rock or the ground. A method for exploring a front face of a face, comprising: detecting a reflected wave of the elastic wave; and obtaining a physical property and a position of the reflection target based on the detected reflected wave.
【請求項2】 前記弾性波は、孤立波または正弦波であ
ることを特徴とする請求項1に記載の切羽前方探査方
法。
2. The method according to claim 1, wherein the elastic wave is a solitary wave or a sine wave.
【請求項3】 岩盤または地盤内を伝搬中に波形が崩れ
ない弾性波を作成する造波手段と、 前記弾性波を切羽前方の前記岩盤または前記地盤内に入
力する弾性波入力手段と、 前記岩盤または前記地盤中の反射対象物によって反射さ
れた前記弾性波の反射波を検出する反射波検出手段と、
を備えたことを特徴とする切羽前方探査装置。
3. A wave generating means for generating an elastic wave whose waveform does not collapse during propagation in a rock or ground; an elastic wave input means for inputting the elastic wave into the rock or the ground in front of a face; Reflected wave detecting means for detecting a reflected wave of the elastic wave reflected by a rock or a reflection target in the ground,
A front face exploration device comprising:
【請求項4】 前記弾性波入力手段および前記反射波検
出手段は油圧ジャッキであることを特徴とする請求項3
に記載の切羽前方探査装置。
4. The elastic wave input means and the reflected wave detection means are hydraulic jacks.
3. The front face exploration device according to 1.
【請求項5】 前記油圧ジャッキから前記切羽面に予圧
が与えられていることを特徴とする請求項4に記載の切
羽前方探査装置。
5. The front face exploration apparatus according to claim 4, wherein a preload is applied to the face face from the hydraulic jack.
【請求項6】 前記反射波検出手段は複数設けられてい
ることを特徴とする請求項3に記載の切羽前方探査装
置。
6. The apparatus according to claim 3, wherein a plurality of the reflected wave detecting means are provided.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011511298A (en) * 2008-02-07 2011-04-07 カリフォルニア インスティチュート オブ テクノロジー Method and apparatus for non-destructive evaluation and monitoring of materials and structures
JP2012237650A (en) * 2011-05-12 2012-12-06 Railway Technical Research Institute Epicentral distance estimation method through independent observation point processing
US9080088B2 (en) 2008-02-07 2015-07-14 California Institute Of Technology Granular crystal
CN107505355A (en) * 2017-09-05 2017-12-22 北京工业大学 The one-dimensional non-linear solitary wave sensor of spherical particle chain
CN108845030A (en) * 2018-05-03 2018-11-20 张家港申乾工程技术服务有限公司 A method of detecting tube circumference medium state in large diameter pipeline
JP7499036B2 (en) 2020-02-03 2024-06-13 清水建設株式会社 Device

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011511298A (en) * 2008-02-07 2011-04-07 カリフォルニア インスティチュート オブ テクノロジー Method and apparatus for non-destructive evaluation and monitoring of materials and structures
US9080088B2 (en) 2008-02-07 2015-07-14 California Institute Of Technology Granular crystal
JP2012237650A (en) * 2011-05-12 2012-12-06 Railway Technical Research Institute Epicentral distance estimation method through independent observation point processing
CN107505355A (en) * 2017-09-05 2017-12-22 北京工业大学 The one-dimensional non-linear solitary wave sensor of spherical particle chain
CN108845030A (en) * 2018-05-03 2018-11-20 张家港申乾工程技术服务有限公司 A method of detecting tube circumference medium state in large diameter pipeline
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