JP2003014863A

JP2003014863A - 地山探査方法

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Publication number: JP2003014863A
Application number: JP2001202536A
Authority: JP
Inventors: Hideyuki Murayama; 秀幸村山; Takuro Kato; 卓朗加藤; Takeshi Igawa; 猛井川; Nobuyuki Shimizu; 信之清水; Shigeyuki Suda; 茂幸須田
Original assignee: CHIKYU KAGAKU SOGO KENKYUSHO K; CHIKYU KAGAKU SOGO KENKYUSHO KK; Fujita Corp
Current assignee: CHIKYU KAGAKU SOGO KENKYUSHO K; CHIKYU KAGAKU SOGO KENKYUSHO KK; Fujita Corp
Priority date: 2001-07-03
Filing date: 2001-07-03
Publication date: 2003-01-15

Abstract

(57)【要約】【課題】弾性波における種々のデータ解析法を併用し
て、地山探査を高精度に行う。【解決手段】トンネルの施工段階で、切羽前方の水平
構造、鉛直構造を、切羽前方の山上地表面からの弾性波
探査方法と、坑内側からの弾性波反射方法との併用によ
り、高精度に探査する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、トンネルの路線を
構成する周辺地質である地山の探査方法に関し、特に、
トンネルの新規着工における計画段階からの地山探査結
果を、その後の施工段階、あるいは竣工後のトンネルの
保守管理などでも利用できるようにして、探査データを
有効利用する技術である。

【０００２】

【従来の技術】トンネル工事においては、計画、設計段
階において、トンネル路線を構成する地質（地山とも言
う）の事前調査が行われる。地表からの弾性波屈折法
や、比抵抗電気探査法などの物理探査、ボーリング調査
などを実施し、これらの資料に基づき新規トンネルの計
画、設計がなされる。

【０００３】かかる調査手法のうち、特に、弾性波屈折
法は、トンネル路線の地山状況を弾性波速度という物理
量で区分して、評価基準を定量化することができる手法
として重要であり、トンネル設計において多用されてい
る。

【０００４】しかし、現実には、上記弾性波屈折法で十
全な事前調査を行ったにもかかわらず、実際のトンネル
の施工段階において、事前予測された地山区分、地山状
況と、実際の掘削現場での切羽により確認される地質状
況とが、大きく異なるケースにしばしば遭遇する。

【０００５】地山状況の事前調査結果と、掘削現場での
実際の切羽状況とのかかる不一致の技術的な原因として
は、主に、地質状況の複雑さや弾性波屈折法の探査原理
的な調査限界（調査精度）に起因しているものと考えら
れる。

【０００６】すなわち、弾性波屈折法は、その探査原理
からして、元々は水平構造の探査方法であって、地山の
鉛直構造の探査では精度の高い探査が行えないこと、解
析に際しては弾性波速度は地山深部に向かう程高くなる
と想定しているため、中間層に上位層より弾性波速度が
低い弾性波低速度帯が存在するとその層より以深の探査
ができないこと、また、ほぼ同一の弾性波速度を有する
層厚は地山深部に向かうにつれて厚くなるとの解析上の
想定を行っているため、中間層に上位層より層厚が薄い
層が存在するとその薄層については探査できないことな
どの解析技術的な面からの探査限界がある。

【０００７】そこで、トンネル計画段階における弾性波
屈折法では予測し得ない地山性状が考えられることとな
り、トンネル施工段階で、トンネル坑内で弾性波反射法
（一部、電磁波を用いる場合もある）を実施することに
より、事前探査では十分に得られなかった地質情報を、
掘削時に精度高く取得して、切羽前方地質の予測に役立
てる手法が提案されている。

【０００８】このように地表側からの探査手法と、トン
ネル坑内側からの探査手法とが、それぞれトンネルの地
山探査手法として幾つか提案されているが、両手法は、
個々各別に独立して実施されており、現状では、両手法
を解析方法として関係づける形では実施されていない。

【０００９】また、トンネルの着工は、トンネルの計
画、設計段階からかなりの長年月が経ってから行われる
のが普通であり、通常３〜５年、極端な場合には、１０
年以上経過してから着工される場合もあるため、トンネ
ルの計画、設計段階の事前調査における生波形が散在、
紛失されたりして、解析上両手法を関連づけて実施しに
くい面がある。

【００１０】また、最近の測定データ（波形）は、全て
デジタルデータとして保管可能であるが、数年前までは
アナログデータ（紙への印刷）しかない場合があり、近
年の施工時の探査に過去の事前調査結果が利用できない
ケースも多い。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】かかる現状に鑑み、本
発明者は、施工時の地山探査として、坑内と地表を同時
にあるいは連続的に測定し、解析上、両手法を関連づけ
て、より確度の高い探査を実施できるようにすることが
必要と考えた。

【００１２】また、本発明者は、データの散逸、データ
形式の違いなどにより、トンネル計画段階での事前調査
結果と、施工段階の調査結果とを、同じ解析手法を適用
して比較検討することができない現状は、地山状況の高
精度の把握という観点からは、早急に解決すべき問題で
あると考えた。

【００１３】例えば、従来から実施されているトンネル
坑内からの切羽前方探査であるＴＳＰ法では、データの
取得方法が特殊であり、且つ解析方法も切羽前方探査に
限定されるため、ＴＳＰ法以外の他の手法で解析できる
ような互換性のあるデータとして利用することができな
い。すなわち、ＴＳＰ法により取得された既存のデータ
や新たに坑内や地表で測定されたデータを、他手法にか
けて解析することにより、その結果を比較対照すること
ができない。

【００１４】本発明者は、取得データを、種々の解析手
法で利用できるようにすることにより、同じ取得データ
を多面的に考察して、より精度の高い地山状況の把握が
行えるようにすることが必要であると考えた。地山状況
を精度高く把握することは、トンネル施工時の最適工法
の選択に不可欠であり、且つ最適工法を適用することに
より施工時の安全確保、工期の短縮などが図れるもので
ある。

【００１５】さらに、解析手法の適用に関しては、例え
ば、弾性波屈折法、弾性波反射法、弾性波直接法などの
手法を併用できるようにすることが必要と考えた。これ
は、取得したデータを共有して、適用可能な手法を併用
して解析することにより、それぞれの手法の原理的な限
界を互いに補完しながらデータからの地山状況の把握を
行うことができ、単一手法のみを使用して解析する場合
に比べて、より精度の高い探査が行えるためである。

【００１６】本発明の目的は、弾性波における種々のデ
ータ解析法を併用して、地山探査を高精度に行うことに
ある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明は、トンネル路線
を構成する地山状況を探査する方法であって、前記地山
状況の探査データが、屈折法、反射法、直接法の少なく
とも２手法以上の解析方法で使用できるデータとして保
存されることを特徴とする。前記探査データは、前記ト
ンネルの計画段階における地表からの探査手法により取
得されたデータと、前記トンネルの施工段階におけるト
ンネル坑内からの探査手法、および地表からの探査手法
により取得されたデータとを有することを特徴とする。

【００１８】あるいは、前記探査データは、前記トンネ
ルの計画段階における地表からの探査手法により取得さ
れたデータと、前記トンネルの施工段階におけるトンネ
ル坑内からの探査手法、および地表からの探査手法によ
り取得されたデータと、前記トンネル竣工後におけるト
ンネル坑内からの探査手法、および／または地表からの
探査手法により取得されたデータとを有することを特徴
とする。

【００１９】前記の施工段階におけるトンネル坑内から
の探査手法とは、弾性波屈折法における水平構造探査手
法、弾性波反射法における水平構造探査手法、弾性波反
射法における鉛直構造探査手法、弾性波直接法における
トモグラフィ解析手法の少なくともいずれかの探査手法
であり、前記施工段階における地表からの探査手法と
は、前記弾性波屈折法における水平構造探査手法、前記
弾性波反射法における水平構造探査手法、前記弾性波直
接法におけるトモグラフィ解析手法の少なくともいずれ
かの探査手法であることを特徴とする。

【００２０】前記地山状況の探査データを、弾性波の屈
折法および反射法の両解析方法で使用できるデータとし
て保存するとは、起振源から発振された前記弾性波を受
振点で受振してデジタル波形として保存することである
ことを特徴とする。

【００２１】前記起振源は、非爆薬起振源であることを
特徴とする。前記起振源が、前記地表からの探査手法と
前記トンネル坑内からの探査手法との双方に共通である
ことを特徴とする。前記地表からの探査手法と前記トン
ネル坑内からの探査手法との双方に共通の前記起振源に
おける起振は、前記起振源から発振された弾性波を受振
して記録する側からの無線による起振信号に基づいて行
われることを特徴とする。

【００２２】なお、起振源としては、上記構成では非爆
薬起振源としたが、爆薬を用いることができる測定条件
であれば、あるいは、爆薬を用いることに対して何ら制
約がない場合には、非爆薬起振源に特段こだわることは
なく、爆薬を使用しても構わない。

【００２３】以上の構成を有する本発明の地山探査方法
は、データの保存形式が反射法、屈折法、直接法のいず
れの解析手法でも利用可能になっているため、汎用性が
高い探査システムと言える。トンネル路線決定の事前調
査、計画段階の生のデータがデジタル値で残っており、
そのデータ構造（フォーマット）が明確であれば、デー
タを取り込んで上記手法のいずれを使用しても解析する
ことができるのである。

【００２４】従来においては、トンネル計画段階での調
査データは、デジタル波形として保存されていることが
殆どないため、現況ではその利用がなされていないが、
上記構成の本発明では、施工時の調査においてデジタル
波形として保存することができるので、施工段階で取得
した共通のデータに対して、弾性波屈折法、弾性波反射
法、あるいは弾性波直接法を適用することができる。

【００２５】デジタル波形の保存には、汎用の公開され
ているデータフォーマットを使用して保存するようにす
ればよい。

【００２６】さらに、本発明では、施工段階で、トンネ
ル坑内からの探査のみならず、地表からの探査を行うよ
うに構成しているため、地山性状の把握をより高精度に
行うことができる。

【００２７】また、調査、計画段階で実施する弾性波屈
折法においては、原理的に探査不能な地山性状があり、
同様に、施工段階で坑内から実施する弾性波反射法も原
理的な限界があるが、本発明を適用することにより、取
得した同じデータに両手法を適用して解析することがで
きるため、双方の解析結果を対照、比較することによ
り、双方の原理的な限界点を互いに補完することができ
る。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づき詳細に説明する。本発明は、トンネルの計画段
階と、トンネルの施工段階とでの探査データを共用可能
にし、かかる探査データに弾性波探査法における反射
法、屈折法、直接法などの異なる手法を適用して、それ
ぞれの解析結果を比較、対照してトンネルの地山状況を
精度高く把握することができる構成を有する。

【００２９】また、トンネルの計画段階での探査データ
を利用することができない場合でも、トンネルの施工段
階で、地表からの探査と坑内からの探査とを行い、双方
で得られる探査データを共用可能にし、かかる探査デー
タに弾性波探査方法における反射法、屈折法、直接法な
どの異なる手法を適用して、それぞれの解析結果を比
較、対照してトンネルの施工段階での地山状況を精度高
く把握することもできる。

【００３０】さらには、地表側からの探査と、坑内側か
らの探査とを、竣工後のトンネルに対して適用すること
で、竣工後のトンネルの保守管理、あるいはトンネルの
拡幅に必要な地山状況の把握を精度高く行うこともでき
る。

【００３１】このように本発明では、トンネルの計画段
階、施工段階、竣工後段階で、弾性波探査方法を適用し
て、高精度の地山探査を行うこととなるが、以下の表１
に、それぞれの段階の地山探査に使用できる弾性波探査
法をまとめた。

【００３２】

【表１】

【００３３】上記表１に示すように、Ｐ波を使用する弾
性波探査法は、大分類では屈折波を利用する屈折法と、
反射波を利用する反射法と、直接波を利用する直接法と
に分けられる。屈折法は、トンネルの計画段階の地表側
からの探査、トンネルの施工段階での坑内側からの探査
のいずれの場合にも適用でき、地山状況の水平構造の探
査に適した地山探査方法である。

【００３４】屈折法に関しては、トンネルの計画段階で
の地表側からの探査に利用することは、従来より行われ
ていたが、トンネル施工段階で坑内側からの地山探査に
適用する提案は、本発明において初めてなされたもので
ある。坑内側から、弾性波屈折法を適用することによ
り、坑内の底盤直下の地山の水平構造を精度高く探査す
ることができる。

【００３５】本来的には、トンネルの施工段階での地山
状況を、トンネルの計画段階における地山探査で確実に
予測できるのが好ましいが、トンネルの計画段階での地
山探査は、トンネルの路線計画に沿った地形表面からの
水平構造探査であるため、実際のトンネル施工時の掘削
深度における水平構造探査を十分な精度で行うことがで
きない。そこで、本発明では、施工段階での十分な地山
状況の把握のために、計画段階での探査では得られない
地山情報を、坑内から弾性波屈折法を適用した水平構造
探査で取得することを提案するものである。

【００３６】反射法は、水平構造探査に利用する浅層反
射法と、鉛直構造探査に適用するＶＳＰ法とに分けられ
る。このうち浅層反射法は、トンネル計画段階、トンネ
ル施工段階の双方で適用できる水平構造探査法であり、
本発明により提案されるものである。水平構造探査に浅
層反射法を適用することは従来より知られた一般的技術
であるが、トンネルにおける地山探査法として適用され
た例はない。

【００３７】ＶＳＰ法は、鉛直構造探査に適用される探
査手法であり、トンネル坑内からの地山探査に適用でき
るものである。かかるＶＳＰ法のうち、ＴＳＰ法と呼ば
れる手法は、既にトンネルの施工段階で適用されている
が、データの取得、管理などが独特の手法を使用するた
め、本発明では、かかるＴＳＰ法を採用していない。

【００３８】直接法は、トモグラフィ解析により、トン
ネルの計画段階、トンネル施工段階の双方で適用可能な
方法である。かかる直接法は、地中内の探査領域を挟む
ように坑井を設け、例えば、坑井間の地表側に設けた起
振源からの弾性波を直接に坑井内の適当な深度毎に設け
た受振装置で受振して、直接波の伝達状況で坑井間の地
山状況を把握する地山探査方法である。

【００３９】起振点、受振点の設置方法に関しては、上
記説明の地表起振−坑井内受振の他にも、坑井内起振−
地表受振、坑井内起振−坑井内受振のそれぞれに対応し
た設置方法がある。地表起振−坑井内受振、坑井内起振
−地表受振では坑井間の水平構造探査が行え、坑井内起
振−坑井内受振では坑井間方向に沿った鉛直構造探査が
行えることとなる。

【００４０】図１（Ａ）には、トンネルの計画段階にお
ける地山探査に直接法を適用する場合を示したものであ
る。トンネルの計画路線１に沿って、地形表面２からボ
ーリングを行って坑井３を複数設けて直接法を適用する
状況を示している。坑井３は、トンネルの計画路線１を
縦断する深度まで設けておく必要がある。図１（Ｂ）
は、トンネル施工段階で、トンネル坑内４から鉛直方向
に坑井３を設け、坑井３に挟まれた間の地山状況を直接
法により探査する状況を示している。所望の探査構造に
合わせて、上記起振点、受振点の設置方法を適宜選択す
ればよい。

【００４１】図２には、トンネルの計画段階、施工段
階、竣工後段階での地山探査方法の適用手順を示した。
図２のフローに示すように、トンネル計画段階では地表
側からの地山探査が行われ、ブロックＡ１に示した弾性
波屈折法（水平構造探査目的）、弾性波反射法（水平構
造探査目的）、弾性波直接法の孔間弾性波トモグラフィ
ー（水平構造探査目的、鉛直構造探査目的）のうち少な
くともいずれか１種の手法を選択して適用すればよい。
勿論、複数の手法を使用しても構わない。いずれの手法
を採用した場合でも、測定データは、上記複数の手法で
解析が行えるようにデジタル波形などのようなデータ形
式で保存しておく。

【００４２】トンネルの施工段階では、図２に示すよう
に、地表側からの探査と、坑内側からの探査とを組み合
わせて、地山探査を高精度に行う。地表側からの探査手
法は、Ａ２のブロックに記載した探査方法の少なくとも
いずれか１種の探査方法を適用すればよい。矢印ａ１に
示すように、既に、トンネルの計画段階で、上記説明の
ようにデジタル波形としてブロックＡ１のいずれかの探
査方法で取得された利用可能な探査データがあれば、そ
れを利用してもよい。

【００４３】あるいは、トンネル計画段階での探査デー
タが散逸、あるいは紙面に印刷されたアナログデータな
どとして残され、デジタル解析にそのままでは利用でき
ない場合など必要に応じて、ブロックＡ２に記載の探査
方法を適用して別途探査データを取得するようにしても
よい。

【００４４】坑内側からの探査方法としては、ブロック
Ｂ１に記載の弾性波屈折法（水平構造探査目的）、弾性
波反射法の浅層反射法（水平構造探査目的）、弾性波反
射法のＶＳＰ法（鉛直構造探査目的）、弾性波直接法の
孔間弾性波トモグラフィー（水平構造探査目的、鉛直構
造探査目的）のうち少なくとも１種の手法を選択して適
用すればよい。

【００４５】さらに、トンネル竣工後の保守管理、ある
いは交通量増大に伴うトンネル拡幅などの必要に応じ
て、トンネル竣工後段階での地山探査が求められる場合
も想定される。かかる場合には、図２の矢印ａ２に示す
ように、トンネル計画段階で取得されデジタル波形など
で保存された地表側からの探査データ、あるいは矢印ａ
３に示すように、トンネルの施工段階で新たに取得さ
れ、デジタル波形などで保存された地表側からの探査デ
ータを利用する。

【００４６】また、施工後、地震などで保守管理などに
影響を及ぼす地山変化が起きることが予想される場合に
は、ブロックＡ３に示す探査手法の少なくとも１種を使
用して、地表側からの地山探査を新たに行っても構わな
い。かかる場合にも、取得データは、前記の如くデジタ
ル波形などで保存しておくことが必要である。

【００４７】さらに、坑内側からの地山探査が必要な場
合には、トンネル施工段階で取得され、デジタル波形と
して保存された探査データがある場合には、矢印ｂで示
すように、トンネルの竣工後段階で利用することができ
る。トンネル竣工後に、大きな地山変化が生じたことが
予想される場合には、ブロックＢ２に記載の少なくとも
いずれかの手法を適用して坑内からの地山データの取得
を行えばよい。

【００４８】次に、本発明の実施の形態を、トンネルの
施工段階において、地表側からの地山探査と、坑内側か
らの地山探査とを行う場合を例に挙げて説明する。トン
ネルの施工段階で行う地表からの探査と、坑内からの探
査とは、各々独立して相前後して、すなわち連続的に行
う方法と、あるいは並行して行う場合とが考えられる
が、いずれの方法を選択しても構わない。

【００４９】図３では、トンネルの施工段階での地表か
らの探査、坑内からの探査の状況を模式的に示す説明図
である。弾性波探査法は、基本的には、予め設定された
起振点から、起振源により起振し、起振により発生した
弾性波を、予め設置した受振点の受振装置で受振して、
受振した測定波を記録し、かかる記録された測定データ
を解析する方法である。

【００５０】なお、図３に記載の測線距離は、実際の距
離間隔がイメージできるようにと表示したものであり、
本発明はかかる数値に何ら限定されるものではない。

【００５１】トンネルの施工段階での地表側からのかか
る弾性波探査手法の適用は、以下のようにして行う。図
３に模式的に示すように、トンネルの計画路線１方向に
沿って、切羽前方の山上地表面に所定間隔離して受振点
を設定し、それに合わせて受振装置５を設置する。受振
装置５としては、地震観測に使用する市販の地震計のジ
オフォン、ピックアツプなどを使用すればよい。図中で
は、ピックアップを使用した場合について説明してい
る。精度の高い解析を行う場合には、受振点の数を増や
すようにすればよい。

【００５２】複数の受振装置５は、図示しないが、数個
ずつ１グループに接続し、各々のグループをそれぞれＡ
／Ｄ変換器であるリモートユニットに接続し、リモート
ユニット同士をさらに１グループに接続して、さらに記
録装置に接続しておけばよい。リモートユニットにより
測定された弾性波の波形は、記録装置にデジタル波形と
して記録されるようになっている。

【００５３】このように予め設定される複数の受振点に
対応して、各々起振点を設定する。起振点は、各受振点
から所定間隔離して側方に設定すればよく、かかる設定
した起振点において、個々に起振することとなる。

【００５４】起振源としては、爆薬起振と、非爆薬起振
の双方を使用することができる。現場状況などにより適
宜起振源を選択すればよい。例えば、爆薬起振を採用す
る場合には、火薬量を少量に設定した発破起振を使用す
ればよい。また、非爆薬起振を採用する場合には、起振
点を叩いて弾性波を発生させる起振装置を使用すればよ
い。かかる起振装置としては、例えば、油圧インパク
タ、バイブロサイスなどの起振装置を使用することがで
きる。

【００５５】起振源として、非爆薬起振を使用する場合
には、起振装置を、複数の受振装置側方に設定した各起
振点に順番に移動して、地表面上を叩いて起振し弾性波
を発生させる。発生させる弾性波は、現場の地山状況に
応じて周波数を変えるようにしてもよい。周波数の変更
は、使用する起振装置を選択して行うようにすればよ
い。

【００５６】起振は、上記要領で複数の受振装置の各々
に対応して行なうが、必要に応じて、同一起振場所で、
複数回起振（スタッキング、あるいは重合と呼ばれる）
を行う。

【００５７】このようにして、起振装置により各受振装
置の近傍で起振させることにより発生させられた弾性波
は、本発明では、前記記録装置にデジタル波形として記
録、保存されることとなる。探査データをデジタル波形
として保存しておくことにより、一つの探査データに弾
性波反射法、弾性波屈折法などの異なるデジタル解析手
法を適用することができ、地形表面下の水平構造探査
を、種々の解析結果と比較対照して、切羽前方の地山状
況を精度高く予測することができる。

【００５８】因みに、予測される地山状況とは、図３の
丸で囲んだ探査ターゲットに記載のように、断層構造、
地質の硬軟構造などの情報である。

【００５９】上記地表側からの探査と併せて、図３に示
すように、トンネル坑内４からの探査も行う。地表側か
らの探査により、切羽前方の水平構造探査を行ったが、
坑内からは、図３に示すように、切羽前方の鉛直構造探
査を行う。併せて、坑内の底盤直下の水平構造探査を行
っても構わない。

【００６０】切羽前方探査を行う場合には、トンネル坑
内４の底盤側に、トンネルの掘削方向に沿って、坑口側
から切羽直前まで、受振装置６を所定間隔で設置して受
振点を設定する。受振装置６は、前記地表側からの探査
に際しての構成と同様に、ジオフォン、ピックアップな
ど使用して、底盤に設置すればよい。このようにして設
定した各受振点に対して、前記と同様に、起振点を設定
する。

【００６１】起振源として非爆薬起振を使用する場合に
は、前記と同様に、油圧インパクタ、バイブロサイスな
どの起振装置を使用する。例えば、坑口側から切羽側に
向けて、順に各起振点を起振することにより、その都度
発生させた弾性波を各受振点で受振すればよく、起振に
際してのスタッキングなどの起振手法は、前記と同様の
要領で行うことができる。

【００６２】また、坑内に設けた受振装置６も、図示し
ないが、前記と同様に、複数の受振装置６を数個ずつ１
グループに接続し、各々のグループをそれぞれＡ／Ｄ変
換器であるリモートユニットに接続し、リモートユニッ
ト同士をさらに１グループに接続して、さらにデータロ
ガーなどの記録装置に接続しておけばよい。リモートユ
ニットにより測定された弾性波の波形を、記録装置にデ
ジタル波形として記録できるようになっている。

【００６３】このようにして、本発明では、探査データ
は、坑内からの弾性波探査に対して取得された測定波形
をデジタル波形として保存されることとなるため、かか
る坑内からの探査データに弾性波反射法のＶＳＰ法と呼
ばれる鉛直構造探査法を適用して、切羽前方の鉛直構造
を予測することができる。併せて、保存されているデジ
タル波形としての探査データに、屈折法、および／また
は、浅層反射法を適用することにより坑内直下の水平構
造探査を行うことができる。

【００６４】すなわち、弾性波探査法により１度取得し
た探査データに、ＶＳＰ法、屈折法、浅層反射法のそれ
ぞれ適用して、水平構造、鉛直構造の双方を解析するこ
とができる。図４（Ａ）、（Ｂ）に、坑内からの探査に
際して弾性波反射法により水平構造探査、鉛直構造探査
のそれぞれを行う場合の測定原理を簡単に図示した。

【００６５】また、図１に示すように、坑内底盤側、山
上地表面側から必要な坑井を設けて、図４（Ｃ）に示す
ように、起振源からの弾性波を直接に受振して、直接波
解析を行うようにしてもよい。かかる直接法により得ら
れる地山情報は、受振点に対応する断面画像として解析
結果を表すこともできる。

【００６６】また、上記のように、トンネルの施工段階
では、地表側からの探査データと、坑内側からの探査デ
ータとが、連続的に取得されるため、切羽前方の地表側
からの水平構造探査結果と、坑内側からの切羽前方の鉛
直構造探査結果とを比較、対照することにより、切羽前
方の地山状況を従来より高精度に予測することができ
る。

【００６７】従来は、トンネル施工段階での探査は、坑
内側からの地山探査であるため、どうしても、切羽前方
の鉛直構造探査は行えるものの、切羽前方の水平構造探
査の情報を加味した地山状況の把握が行えなかった。し
かし、本発明では、上記の如く、切羽前方の地表側から
の水平構造探査結果を加味した判断が行えるため、格段
に精度の高い切羽前方地山状況の予測を行うことができ
る。

【００６８】上記説明の地表側からの探査と、坑内側か
らの探査とは、一方の探査が終了してから他方の探査を
行うようにして、連続的に行う場合について説明した
が、坑内側からの探査と、地表側からの探査のいずれを
先にしても構わない。現場状況に応じて、適宜判断すれ
ばよい。

【００６９】上記説明における地表側からの探査とは、
地表側における起振−受振に基づき、地表側のみでデー
タ取得を行い、それに基づいて地表側からの水平構造探
査を行うものである。同様に、坑内側からの探査とは、
坑内側における起振−受振に基づき、坑内側のみでのデ
ータ取得、データ解析を行い、鉛直構造探査、水平構造
探査を行うものである。すなわち、かかる場合には、デ
ータの取得、データの解析に際しては、地表側からの起
振を坑内側で受振したり、逆に坑内側からの起振を地表
側で受振したりすることがない。

【００７０】一方、地表側および坑内側の双方の受振装
置を、弾性波が受振可能な状態に設定しておき、起振を
地表側から坑内側に連続的に行い、同一起振に基づく弾
性波を地表側、坑内側の双方で受振できるようにしてお
いても構わない。かかる場合には、起振源が同一側にあ
る場合には、起振点と受振点とが近傍に設定されている
ため、弾性波反射解析に必要なショット時間を大きなタ
イムラグを発生させることなく確定することができる
が、坑内と地表側とでは数Ｋｍも離れる場合も当然に想
定され、ショット時間の記録におけるタイムラグは無視
できなくなる。

【００７１】そこで、かかる場合には、図５に示すよう
な構成を採用すればよい。すなわち、図５に示すよう
に、地形表面側に設けた受振装置５、坑内底盤側に設け
た受振装置６を、それぞれデータの一時保存を行うリモ
ートデータステーション７を介して、記録装置８に接続
しておく。記録装置８から、山上地表面側の起振源９、
坑内底盤側の起振源１０にそれぞれ、無線により起振信
号を発信するようにしておけばよい。

【００７２】かかる構成を採用することにより、記録装
置８側の記録開始時点で、起振源９、１０に無線で起振
信号を発信して、起振源を起動させて起振させれば、弾
性波解析に際して問題となるショット時間の記録におけ
る致命的なタイムラグを排除した状態で記録することが
できる。起振源９、１０への起振信号は、時間差を設け
て発信すればよい。

【００７３】このようにしてタイムラグを無視できる程
度に抑制した状態で、ショット時間の高精度の記録が行
えれば、地表側、坑内側の双方における起振を順に行う
ことなく、地表側、坑内側の双方で並行して起振するよ
うにしても一向に構わない。かかる並行探査を行えば、
データ取得段階で、地表側と坑内側との双方の地質情報
を融合した形でのデータ取得が行えることとなる。

【００７４】また、上記説明では、起振信号を記録装置
の側から発信する場合について説明したが、受振点側か
ら発信するようにしても構わない。この場合は、データ
取得方法は上記と同じとなる。さらに、受振点と記録装
置側とに、同一の正確な時計を装備し、データ記録に起
振信号を発信する時刻を記録し、受振側は得られた波形
信号とその時間を同時に記録するようにすれば、起振信
号の時間を正確に、同時に別々の記録装置に記録するこ
とができ、波形データの解析が可能となる。

【００７５】また、以上の説明では、起振源に非爆薬起
振を使用した場合について説明したが、前記説明でも触
れたように爆薬起振を使用するようにしても構わない。
さらには、地表探査で爆薬起振を採用し、坑内側からの
探査では非爆薬起振を採用するなど、地表側からの探査
と、坑内側からの探査とで、使用する起振源を変えるよ
うにしても構わない。

【００７６】上記説明では、トンネル施工段階における
地表側からの弾性波探査と、坑内側からの弾性波探査と
を行う場合について説明したが、トンネルの施工段階で
の地表側からの弾性波探査と同様の要領で、トンネルの
計画段階でも弾性波探査を行うことができる。弾性波探
査における起振点、起振源、受振点、受振装置などの機
器構成は、同様にして行えばよい。

【００７７】トンネル計画段階では、受振装置をトンネ
ルの計画路線に沿った地形表面に設置し、個々の受振装
置の近傍で、爆薬起振、あるいは非爆薬起振により起振
を行い、発生させた弾性波を受振し、受振した測定波を
デジタル波形として保存すればよい。

【００７８】また、トンネルの竣工後でも、トンネルの
保守管理に際しては、地山状況の把握は重要である。さ
らには、竣工後のトンネルを交通量の増加に合わせて拡
幅する場合も想定される。かかる場合にも、地山状況の
把握は重要である。

【００７９】そこで、トンネルの竣工後でも、必要に応
じて、地表側あるいは坑内側からの弾性波探査を行い、
その結果をデジタル波形として保存して、弾性波反射
法、弾性波屈折法など適宜必要な解析手法を適用して地
山状況を高精度に予測することができる。また、本発明
の地山探査方法をトンネルの計画段階から適用していれ
ば、計画段階での地表側からの探査データ、施工段階で
の地表側、坑内側からの両探査データが、デジタル波形
として保存されているので、竣工後トンネル周囲の地山
変化がなかったと考えられる場合には、かかるデータの
再解析により必要な地山状況の把握を簡便に行うことも
できる。

【００８０】

【発明の効果】本発明では、地表側からの弾性波探査、
トンネル坑内側からの弾性波探査の測定データが、反射
法、屈折法、直接法のいずれかの解析方法でも使用でき
る探査データとして保存されるため、解析方法ごとにデ
ータ測定を行わずに済む。

【００８１】併せて、必要に応じて、同一の探査データ
に基づき、異なる解析手法を適用した地山状況の結果を
比較検討することができるため、単一の解析手法を適用
して地山状況の判断を行う場合に比べて、精度の高い地
山探査が行える。

【００８２】同一の探査データに基づき、反射法、屈折
法、直接法をそれぞれ適用して解析することができるた
め、それぞれの手法に特有の探査限界に基づく探査不能
な地山性状があっても、他の手法によりかかる地山性状
の探査限界の補完が行え、より精度の高い地山探査が行
える。

【００８３】起振源として、地表面を叩いて起振する起
振装置などの非爆薬起振源を使用すれば、爆薬起振の場
合とは異なり、発生弾性波の周波数を地山状況に合わせ
て変えることができ、より精度の高い地質探査が行え
る。また、発破起振の場合とは異なり起振位置の制限が
ないため、トンネル坑内側面、天井面などの自由な起振
位置の選択が行える。

【００８４】発破起振とは異なり、同一地点で複数回起
振するスタッキングが行えるため、弾性波エネルギーが
発破起振の場合より小さくても、地質探査を精度良く行
うことができる。

【００８５】起振装置を使用することにより、発破起振
に比べて発生させる弾性波のエネルギーを小さく抑える
ことができ、起振位置から比較的近い箇所でも、弾性波
が透過する割合が少なく、発破起振ではその詳細な探査
ができない測定区間から１００ｍ程度までの比較的近い
近傍区間のデータをも詳細に判別することができる。

【００８６】本発明では、直接法を適用することができ
るので、直接法に適用される画像表示法で地山状況を視
認できるようにすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）は、弾性波直接法の坑井を地表側に設け
た様子を示す断面図であり、（Ｂ）は弾性波直接法の坑
井を坑内に設けた場合を示す断面図である。

【図２】弾性波探査方法をトンネルの計画段階、施工段
階、竣工後段階において適用するためのフロー図であ
る。

【図３】トンネルの施工段階における地表側からの水平
構造探査、坑内側からの水平構造探査、鉛直構造探査の
状況を示す説明図である。

【図４】（Ａ）は弾性波屈折法、反射法を使用する水平
構造探査手法における解析原理を示す説明図であり、
（Ｂ）は弾性波反射法を使用する鉛直構造探査手法にお
ける解析原理を示す図であり、（Ｃ）は直接法の解析原
理を示す説明図である。

【図５】タイムラグを極力排除した状態でショット時間
の記録ができるようにした機器構成を示す模式図であ
る。

【符号の説明】

１トンネルの計画路線２山上地表面３坑井４トンネル坑内５受振装置６受振装置７リモートデータステーション８記録装置９起振源１０起振源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者加藤卓朗東京都渋谷区千駄ヶ谷四丁目25番２号株式会社フジタ内 (72)発明者井川猛東京都文京区大塚１丁目５番21号株式会社地球科学総合研究所内 (72)発明者清水信之東京都文京区大塚１丁目５番21号株式会社地球科学総合研究所内 (72)発明者須田茂幸東京都文京区大塚１丁目５番21号株式会社地球科学総合研究所内Ｆターム(参考） 2D043 AB08 AC01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】トンネル路線を構成する地山状況を探査
する方法であって、前記地山状況の探査データが、屈折法、反射法、直接法
のいずれの解析方法でも使用できるデータとして保存さ
れることを特徴とする地山探査方法。
【請求項２】請求項１記載の地山探査方法において、前記探査データは、前記トンネルの計画段階における地
表からの探査手法により取得されたデータと、前記トンネルの施工段階におけるトンネル坑内からの探
査手法、および地表からの探査手法により取得されたデ
ータとを有することを特徴とする地山探査方法。
【請求項３】請求項１記載の地山探査方法において、前記探査データは、前記トンネルの計画段階における地
表からの探査手法により取得されたデータと、前記トンネルの施工段階におけるトンネル坑内からの探
査手法、および地表からの探査手法により取得されたデ
ータと、前記トンネル竣工後におけるトンネル坑内からの探査手
法、および／または、地表からの探査手法により取得さ
れたデータとを有することを特徴とする地山探査方法。
【請求項４】請求項２または３記載の地山探査方法に
おいて、前記トンネルの施工段階におけるトンネル坑内からの探
査手法とは、弾性波屈折法における水平構造探査手法、
弾性波反射法における水平構造探査手法、弾性波反射法
における鉛直構造探査手法、弾性波直接法におけるトモ
グラフィ解析手法の少なくともいずれかの探査手法であ
り、前記トンネルの施工段階における地表からの探査手法と
は、前記弾性波屈折法における水平構造探査手法、前記
弾性波反射法における水平構造探査手法、前記弾性波直
接法におけるトモグラフィ解析手法の少なくともいずれ
かの探査手法であることを特徴とする地山探査方法。
【請求項５】請求項１ないし４のいずれか１項に記載
の地山探査方法において、前記地山状況の探査データを、弾性波の屈折法および反
射法の両解析方法で使用できるデータとして保存すると
は、起振源から発振された前記弾性波を受振点で受振し
てデジタル波形として保存することであることを特徴と
する地山探査方法。
【請求項６】請求項５記載の地山探査方法において、前記起振源は、非爆薬起振源であることを特徴とする地
山探査方法。
【請求項７】請求項５または６記載の地山探査方法に
おいて、前記起振源が、前記地表からの探査手法と前記トンネル
坑内からの探査手法との双方に共通であることを特徴と
する地山探査方法。
【請求項８】請求項７記載の地山探査方法において、前記地表からの探査手法と前記トンネル坑内からの探査
手法との双方に共通の前記起振源における起振は、前記
起振源から発振された弾性波を受振して記録する側から
の無線による起振信号に基づいて行われることを特徴と
する地山探査方法。