JP2003020897A - トンネル切羽前方の地質予測方法および地質予測装置 - Google Patents
トンネル切羽前方の地質予測方法および地質予測装置Info
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- JP2003020897A JP2003020897A JP2001207387A JP2001207387A JP2003020897A JP 2003020897 A JP2003020897 A JP 2003020897A JP 2001207387 A JP2001207387 A JP 2001207387A JP 2001207387 A JP2001207387 A JP 2001207387A JP 2003020897 A JP2003020897 A JP 2003020897A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 精度良く切羽前方の地質状況を評価できるト
ンネル切羽前方の地質予測方法を提供すること。 【解決手段】 切羽前方１３に削孔検層ボーリング孔９
を削孔して得られるデータから破壊エネルギ係数を算出
し、ＴＢＭ３で地山１を掘削して得られるＴＢＭ機械デ
ータから岩盤強度と掘削体積比エネルギを算出する。破
壊エネルギ係数を岩盤強度に換算し、これらの岩盤強度
の分布を平均値関数、共分散関数等の位置の情報を含む
関数によってモデル化し、このモデルを基にして、クリ
ッギングを用いて任意地点での岩盤強度を推定する。
ンネル切羽前方の地質予測方法を提供すること。 【解決手段】 切羽前方１３に削孔検層ボーリング孔９
を削孔して得られるデータから破壊エネルギ係数を算出
し、ＴＢＭ３で地山１を掘削して得られるＴＢＭ機械デ
ータから岩盤強度と掘削体積比エネルギを算出する。破
壊エネルギ係数を岩盤強度に換算し、これらの岩盤強度
の分布を平均値関数、共分散関数等の位置の情報を含む
関数によってモデル化し、このモデルを基にして、クリ
ッギングを用いて任意地点での岩盤強度を推定する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、トンネル切羽前方
の地質予測方法および地質予測装置に関するものであ
る。
の地質予測方法および地質予測装置に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、ＴＢＭ（トンネルボーリングマシ
ン）によりトンネルを掘削する場合、以下の（１）、
（２）のような方法で、切羽前方の地質状況の予測、切
羽や側壁の地質状況の把握を行っている。
ン）によりトンネルを掘削する場合、以下の（１）、
（２）のような方法で、切羽前方の地質状況の予測、切
羽や側壁の地質状況の把握を行っている。
【０００３】（１）削孔検層による方法（特公平７−４
９７５６）では、ＴＢＭの斜め前方に油圧ドリルで岩盤
を削孔し、削孔時に得られるデータを測定して各深度の
地山状況を評価する。単位体積あたりの岩盤を掘削する
のに必要なエネルギを表す破壊エネルギ係数を用いる
と、切羽前方の地質評価が精度良く行える。
９７５６）では、ＴＢＭの斜め前方に油圧ドリルで岩盤
を削孔し、削孔時に得られるデータを測定して各深度の
地山状況を評価する。単位体積あたりの岩盤を掘削する
のに必要なエネルギを表す破壊エネルギ係数を用いる
と、切羽前方の地質評価が精度良く行える。
【０００４】（２）ＴＢＭ機械データを用いる方法（特
開２０００−３４８９０）では、掘削時に逐次収録され
るＴＢＭ機械データから岩盤強度や掘削体積比エネルギ
を求め、切羽の地質状況を把握する。
開２０００−３４８９０）では、掘削時に逐次収録され
るＴＢＭ機械データから岩盤強度や掘削体積比エネルギ
を求め、切羽の地質状況を把握する。
【０００５】さらに、（１）の方法で得られた削孔検層
データ、岩盤強度や掘削体積比エネルギ、事前地質情
報、測量管理や施工管理の情報を一元的に管理すること
で、切羽前方や周辺の地質状況をリアルタイムに把握で
きる。
データ、岩盤強度や掘削体積比エネルギ、事前地質情
報、測量管理や施工管理の情報を一元的に管理すること
で、切羽前方や周辺の地質状況をリアルタイムに把握で
きる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、（１）
の方法では、ＴＢＭルーフ直後から切羽前方に削孔する
ため、得られるデータは掘削予定位置の間にずれが生じ
る。また、（２）の方法では、ＴＢＭ機械データから求
まる岩盤強度や掘削体積比エネルギにより掘削地点の地
質評価は行えるものの、削孔検層から求まる破壊エネル
ギ係数と岩盤強度や掘削体積比エネルギとの関連性が不
明であるため、ＴＢＭ機械データを切羽前方の地質予測
には利用していない。切羽前方の予測には削孔検層のみ
を用いているので、（１）の方法と同様に、予測結果に
ずれが生じる。
の方法では、ＴＢＭルーフ直後から切羽前方に削孔する
ため、得られるデータは掘削予定位置の間にずれが生じ
る。また、（２）の方法では、ＴＢＭ機械データから求
まる岩盤強度や掘削体積比エネルギにより掘削地点の地
質評価は行えるものの、削孔検層から求まる破壊エネル
ギ係数と岩盤強度や掘削体積比エネルギとの関連性が不
明であるため、ＴＢＭ機械データを切羽前方の地質予測
には利用していない。切羽前方の予測には削孔検層のみ
を用いているので、（１）の方法と同様に、予測結果に
ずれが生じる。
【０００７】本発明は、このような問題に鑑みてなされ
たもので、その目的とするところは、精度良く切羽前方
の地質状況を評価できるトンネル切羽前方の地質予測方
法および地質予測装置を提供することにある。
たもので、その目的とするところは、精度良く切羽前方
の地質状況を評価できるトンネル切羽前方の地質予測方
法および地質予測装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ための第１の発明は、切羽前方に削孔して得られるデー
タから破壊エネルギ係数を算出する工程と、トンネル掘
削機で地山を掘削して得られる機械データから岩盤強度
と掘削体積比エネルギとを算出する工程と、前記破壊エ
ネルギ係数と、前記岩盤強度と掘削体積比エネルギと
を、相関関係をもとに統一された評価指標に換算する工
程と、前記評価指標を、位置の情報を含む関数によって
モデル化する工程と、前記モデルを基にして、線形補間
手法を用いて任意地点での前記評価指標を推定する工程
とを具備することを特徴とするトンネル切羽前方の地質
予測方法である。
ための第１の発明は、切羽前方に削孔して得られるデー
タから破壊エネルギ係数を算出する工程と、トンネル掘
削機で地山を掘削して得られる機械データから岩盤強度
と掘削体積比エネルギとを算出する工程と、前記破壊エ
ネルギ係数と、前記岩盤強度と掘削体積比エネルギと
を、相関関係をもとに統一された評価指標に換算する工
程と、前記評価指標を、位置の情報を含む関数によって
モデル化する工程と、前記モデルを基にして、線形補間
手法を用いて任意地点での前記評価指標を推定する工程
とを具備することを特徴とするトンネル切羽前方の地質
予測方法である。
【０００９】第１の発明では、切羽前方に削孔して得ら
れるデータから破壊エネルギ係数を算出し、トンネル掘
削機で地山を掘削して得られる機械データから岩盤強度
と掘削体積比エネルギとを算出する。算出された破壊エ
ネルギ係数、岩盤強度、掘削体積比エネルギとを、相関
関係をもとに、統一された評価指標に換算し、平均値関
数、共分散関数等の位置の情報を含む関数によってモデ
ル化する。このモデルを基にして、代表的な線形補間手
法であるクリッギングを用いて任意の点での評価指標を
推定する。
れるデータから破壊エネルギ係数を算出し、トンネル掘
削機で地山を掘削して得られる機械データから岩盤強度
と掘削体積比エネルギとを算出する。算出された破壊エ
ネルギ係数、岩盤強度、掘削体積比エネルギとを、相関
関係をもとに、統一された評価指標に換算し、平均値関
数、共分散関数等の位置の情報を含む関数によってモデ
ル化する。このモデルを基にして、代表的な線形補間手
法であるクリッギングを用いて任意の点での評価指標を
推定する。
【００１０】ここで、トンネル掘削機は、ＴＢＭやシー
ルド機を含む。また、評価指標は、岩盤強度、破壊エネ
ルギ係数、掘削体積比エネルギのいずれかである。評価
指標を統一して任意の点での評価を補間することで切羽
前方の地質状況を精度良く推定できる。
ルド機を含む。また、評価指標は、岩盤強度、破壊エネ
ルギ係数、掘削体積比エネルギのいずれかである。評価
指標を統一して任意の点での評価を補間することで切羽
前方の地質状況を精度良く推定できる。
【００１１】第２の発明は、切羽前方に削孔して得られ
るデータを用いて算出された破壊エネルギ係数と、トン
ネル掘削機で地山を掘削して得られる機械データから算
出された岩盤強度と掘削体積比エネルギとを、相関関係
をもとに統一された評価指標に換算する手段と、前記評
価指標を、位置の情報を含む関数によってモデル化する
手段と、前記モデルを基にして、線形補間手法を用いて
任意地点での前記評価指標を推定する手段とを具備する
ことを特徴とするトンネル切羽前方の地質予測装置であ
る。
るデータを用いて算出された破壊エネルギ係数と、トン
ネル掘削機で地山を掘削して得られる機械データから算
出された岩盤強度と掘削体積比エネルギとを、相関関係
をもとに統一された評価指標に換算する手段と、前記評
価指標を、位置の情報を含む関数によってモデル化する
手段と、前記モデルを基にして、線形補間手法を用いて
任意地点での前記評価指標を推定する手段とを具備する
ことを特徴とするトンネル切羽前方の地質予測装置であ
る。
【００１２】第２の発明では、トンネルを掘削するにあ
たり、コンピュータ等に破壊エネルギ係数、岩盤強度、
掘削体積比エネルギを入力し、相関関係をもとに統一さ
れた評価指標に換算する。統一された評価指標を位置の
情報を含む関数によってモデル化し、前記モデルを基に
して、線形補間手法を用いて任意地点での評価指標を推
定する。
たり、コンピュータ等に破壊エネルギ係数、岩盤強度、
掘削体積比エネルギを入力し、相関関係をもとに統一さ
れた評価指標に換算する。統一された評価指標を位置の
情報を含む関数によってモデル化し、前記モデルを基に
して、線形補間手法を用いて任意地点での評価指標を推
定する。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて、本発明の
実施例を詳細に説明する。図１は、ＴＢＭ３による地山
１の掘削の概要図である。トンネル５は、ＴＢＭ３を用
いて地山１のトンネル計画位置１１に掘削される。切羽
前方１３の地質状況を予測するため、ＴＢＭ３の掘削段
階ごとに、トンネル５の上方には削孔検層ボーリング孔
９が掘削される。切羽７の地質状況を把握するため、Ｔ
ＢＭ３が進行し掘削するごとに、ＴＢＭ機械データが収
集される。
実施例を詳細に説明する。図１は、ＴＢＭ３による地山
１の掘削の概要図である。トンネル５は、ＴＢＭ３を用
いて地山１のトンネル計画位置１１に掘削される。切羽
前方１３の地質状況を予測するため、ＴＢＭ３の掘削段
階ごとに、トンネル５の上方には削孔検層ボーリング孔
９が掘削される。切羽７の地質状況を把握するため、Ｔ
ＢＭ３が進行し掘削するごとに、ＴＢＭ機械データが収
集される。
【００１４】図２はトンネル５の切羽前方１３の地質予
測方法のフローチャートである。まず、削孔検層ボーリ
ング孔９でのデータから破壊エネルギ係数を得る（ステ
ップ１０１）。図１に示すように、ＴＢＭ３を用いて地
山１にトンネル５を掘削する際、ＴＢＭ３の掘削段階ご
とに、トンネル５の上方に削孔検層ボーリング孔９を掘
削する。そして、削孔時に得られる削孔速度ｖ、打撃エ
ネルギＪ、打撃回数Ｎ、削孔断面積Ａ等を収集し、式
（１）により各観測点１０での破壊エネルギ係数Ｅｖを
算出してコンピュータ等に入力する。
測方法のフローチャートである。まず、削孔検層ボーリ
ング孔９でのデータから破壊エネルギ係数を得る（ステ
ップ１０１）。図１に示すように、ＴＢＭ３を用いて地
山１にトンネル５を掘削する際、ＴＢＭ３の掘削段階ご
とに、トンネル５の上方に削孔検層ボーリング孔９を掘
削する。そして、削孔時に得られる削孔速度ｖ、打撃エ
ネルギＪ、打撃回数Ｎ、削孔断面積Ａ等を収集し、式
（１）により各観測点１０での破壊エネルギ係数Ｅｖを
算出してコンピュータ等に入力する。
【００１５】
Ｅｖ＝（Ｅ・Ｎ）／（ｖ・Ａ） ………（１）
【００１６】次に、ＴＢＭ３掘削のあるステップでの岩
盤強度、掘削体積比エネルギを得る（ステップ１０
３）。ＴＢＭ３は、掘削時に推力Ｆ、貫入量Ｐｅ、掘削
断面積Ａ、カッタ回転数Ｎ、カッタトルクＴｒ、掘削速
度ｖ等のＴＢＭ機械データが収録される。これらのデー
タと定数Ｃ１を用い、式（２）により岩盤強度σｃＦ
を、式（３）から掘削体積比エネルギＱｖを算出してコ
ンピュータ等に入力する。
盤強度、掘削体積比エネルギを得る（ステップ１０
３）。ＴＢＭ３は、掘削時に推力Ｆ、貫入量Ｐｅ、掘削
断面積Ａ、カッタ回転数Ｎ、カッタトルクＴｒ、掘削速
度ｖ等のＴＢＭ機械データが収録される。これらのデー
タと定数Ｃ１を用い、式（２）により岩盤強度σｃＦ
を、式（３）から掘削体積比エネルギＱｖを算出してコ
ンピュータ等に入力する。
【００１７】
σｃＦ＝Ｆ／（Ｃ１・Ｐｅ） ………（２）
【００１８】
Ｑｖ＝Ｆ／Ａ＋２π・Ｎ・Ｔｒ／（Ａ・ｖ） ………（３）
【００１９】次に、破壊エネルギ係数を岩盤強度、掘削
体積比エネルギに変換する（ステップ１０５）。図３は
破壊エネルギ係数と岩盤強度の相関を示す図、図４は破
壊エネルギ係数と掘削体積比エネルギの相関を示す図で
あり、トンネル５を１ｍずつの区間に区切り、２ｃｍ毎
に取られた各データの平均を代表値としている。図３、
図４に示すように、破壊エネルギ係数と岩盤強度、破壊
エネルギ係数と掘削体積比エネルギは、地質統計学手法
を適用するのに十分な相関関係を満たしている。この相
関関係から、破壊エネルギ係数を岩盤強度や掘削体積比
エネルギに変換する。
体積比エネルギに変換する（ステップ１０５）。図３は
破壊エネルギ係数と岩盤強度の相関を示す図、図４は破
壊エネルギ係数と掘削体積比エネルギの相関を示す図で
あり、トンネル５を１ｍずつの区間に区切り、２ｃｍ毎
に取られた各データの平均を代表値としている。図３、
図４に示すように、破壊エネルギ係数と岩盤強度、破壊
エネルギ係数と掘削体積比エネルギは、地質統計学手法
を適用するのに十分な相関関係を満たしている。この相
関関係から、破壊エネルギ係数を岩盤強度や掘削体積比
エネルギに変換する。
【００２０】次に、変換した岩盤強度、掘削体積比エネ
ルギの空間分布の構造をモデル化する（ステップ１０
７）。地質統計学を用いた評価においては、評価の対象
である物理量の空間的な特性である変動のトレンドやば
らつきをモデル化する。例えば、一般に物性値の空間分
布には、周辺と比較して大きな値を示している箇所や小
さな値を示している箇所が存在するのが普通であり、こ
れらがトレンドをもって分布していることも少なくな
い。
ルギの空間分布の構造をモデル化する（ステップ１０
７）。地質統計学を用いた評価においては、評価の対象
である物理量の空間的な特性である変動のトレンドやば
らつきをモデル化する。例えば、一般に物性値の空間分
布には、周辺と比較して大きな値を示している箇所や小
さな値を示している箇所が存在するのが普通であり、こ
れらがトレンドをもって分布していることも少なくな
い。
【００２１】また、一般に空間の異なる２点における物
性値を比較すると、距離が大きい場合には２点の物性値
の間には関連性はほとんどないが、２点間の距離が小さ
い場合には物性値が類似した値を示すことが多い。この
ような空間構造を位置の情報を含む関数である平均値関
数や共分数関数によってモデル化する。
性値を比較すると、距離が大きい場合には２点の物性値
の間には関連性はほとんどないが、２点間の距離が小さ
い場合には物性値が類似した値を示すことが多い。この
ような空間構造を位置の情報を含む関数である平均値関
数や共分数関数によってモデル化する。
【００２２】次に、このモデルを基にして、クリッギン
グにより切羽前方１３の岩盤強度、掘削体積比エネルギ
の分布を推定する（ステップ１０９）。推定には、代表
的な線形補間手法であるクリッギングを用いる。図５
は、観測点２７、２９と推定点３１のモデル図である。
観測点２７、２９の観測値から、観測値の得られていな
い任意の地点である推定点３１の値を推定して補間す
る。
グにより切羽前方１３の岩盤強度、掘削体積比エネルギ
の分布を推定する（ステップ１０９）。推定には、代表
的な線形補間手法であるクリッギングを用いる。図５
は、観測点２７、２９と推定点３１のモデル図である。
観測点２７、２９の観測値から、観測値の得られていな
い任意の地点である推定点３１の値を推定して補間す
る。
【００２３】観測点２７は、例えば削孔検層ボーリング
孔９の観測点１０、観測点２９はＴＢＭ機械データを収
集した、切羽７の地点であり、観測点２７での観測値
は、削孔検層により得られた破壊エネルギ係数を岩盤強
度や掘削体積比エネルギに変換した値、観測点２９での
観測値はＴＢＭ機械データから算出した岩盤強度や掘削
体積比エネルギである。
孔９の観測点１０、観測点２９はＴＢＭ機械データを収
集した、切羽７の地点であり、観測点２７での観測値
は、削孔検層により得られた破壊エネルギ係数を岩盤強
度や掘削体積比エネルギに変換した値、観測点２９での
観測値はＴＢＭ機械データから算出した岩盤強度や掘削
体積比エネルギである。
【００２４】補間にあたっては、観測点２７と推定点３
１の距離３３、観測点２９と推定点３１の距離３５によ
って変化する重み係数により、観測値の線形和として推
定を行う。任意の推定点３１の位置ｘ０における推定量
Ｚ＊（ｘ０）、複数の観測点での重み係数λｉ、観測値
Ｚ（ｘｉ）、平均値関数μ（ｘ）の間には、式（４）の
関係が成り立つ。
１の距離３３、観測点２９と推定点３１の距離３５によ
って変化する重み係数により、観測値の線形和として推
定を行う。任意の推定点３１の位置ｘ０における推定量
Ｚ＊（ｘ０）、複数の観測点での重み係数λｉ、観測値
Ｚ（ｘｉ）、平均値関数μ（ｘ）の間には、式（４）の
関係が成り立つ。
【００２５】
【００２６】重み係数λｉの総和が１となることを条件
に、ラグランジュの未定係数法を用いて重み係数λｉと
未定係数を算出し、任意の推定点での観測値を推定す
る。ステップ１０５からステップ１０９は、ＴＢＭ３の
内部や近傍等に設置されたコンピュータ等を用いて行
う。
に、ラグランジュの未定係数法を用いて重み係数λｉと
未定係数を算出し、任意の推定点での観測値を推定す
る。ステップ１０５からステップ１０９は、ＴＢＭ３の
内部や近傍等に設置されたコンピュータ等を用いて行
う。
【００２７】図６は、トンネル５の切羽前方１３の地質
予測方法の工程図である。図６（ａ）では、削孔検層ボ
ーリング孔９において、観測点２１ａ、２１ｂ、２１ｃ
で断層の存在を示す観測結果が見られる。ステップ１０
５からステップ１０９の方法で、削孔検層ボーリング孔
９での観測値とＴＢＭ３での観測値とから、任意の点で
の観測値が推定され、地山１の想定断層１７ａの位置と
形状を推定できる。
予測方法の工程図である。図６（ａ）では、削孔検層ボ
ーリング孔９において、観測点２１ａ、２１ｂ、２１ｃ
で断層の存在を示す観測結果が見られる。ステップ１０
５からステップ１０９の方法で、削孔検層ボーリング孔
９での観測値とＴＢＭ３での観測値とから、任意の点で
の観測値が推定され、地山１の想定断層１７ａの位置と
形状を推定できる。
【００２８】次に、ＴＢＭ３掘削のステップ毎に、岩盤
強度、掘削体積比エネルギを実測値として入力する（ス
テップ１１１）。すなわち、ＴＢＭ３掘削のステップ毎
に、ステップ１０１からステップ１０９を繰り返す。
強度、掘削体積比エネルギを実測値として入力する（ス
テップ１１１）。すなわち、ＴＢＭ３掘削のステップ毎
に、ステップ１０１からステップ１０９を繰り返す。
【００２９】図６（ｂ）は、ＴＢＭ３の掘削が、図６
（ａ）からさらに進行した状態を示す。ＴＢＭ３の掘削
が進行した段階で、ＴＢＭ３の観測点２３で想定断層１
７ａが観測されない場合、削孔検層ボーリング孔９での
観測値とＴＢＭ３での観測値から、再度地山１の任意の
点での観測値の推定が行われ、想定断層１７ａの位置と
形状が想定断層１７ｂに変更される。
（ａ）からさらに進行した状態を示す。ＴＢＭ３の掘削
が進行した段階で、ＴＢＭ３の観測点２３で想定断層１
７ａが観測されない場合、削孔検層ボーリング孔９での
観測値とＴＢＭ３での観測値から、再度地山１の任意の
点での観測値の推定が行われ、想定断層１７ａの位置と
形状が想定断層１７ｂに変更される。
【００３０】図６（ｃ）は、ＴＢＭ３の掘削がさらに進
行した状態を示す。ＴＢＭ３の観測点２５ａ、２５ｂで
観測値に変化がみられた場合、削孔検層ボーリング孔９
での観測値とＴＢＭ３での観測値から、再度地山１の任
意の点での観測値の推定が行われ、想定断層１７ｂの位
置と形状が想定断層１７ｃに変更される。
行した状態を示す。ＴＢＭ３の観測点２５ａ、２５ｂで
観測値に変化がみられた場合、削孔検層ボーリング孔９
での観測値とＴＢＭ３での観測値から、再度地山１の任
意の点での観測値の推定が行われ、想定断層１７ｂの位
置と形状が想定断層１７ｃに変更される。
【００３１】図６（ｄ）は、ＴＢＭ３の掘削がさらに進
行した状態を示す。ＴＢＭ３の後方の観測点２５ａ、２
５ｂ、２５ｃ、２５ｄで断層の存在を示す観測結果がみ
られた場合、削孔検層ボーリング孔９での観測値とＴＢ
Ｍ３での観測値から、再度地山１の任意の点での観測値
の推定が行われ、ＴＢＭ３の確定断層１９の位置と形状
が決定される。
行した状態を示す。ＴＢＭ３の後方の観測点２５ａ、２
５ｂ、２５ｃ、２５ｄで断層の存在を示す観測結果がみ
られた場合、削孔検層ボーリング孔９での観測値とＴＢ
Ｍ３での観測値から、再度地山１の任意の点での観測値
の推定が行われ、ＴＢＭ３の確定断層１９の位置と形状
が決定される。
【００３２】図７は、図２と図６に示す方法および工程
で評価した、トンネル５の地質評価結果を表す図であ
る。図７（ａ）は削孔検層ボーリング孔９で採取された
スライムの観察結果４５を、図７（ｂ）は支保工設置位
置４７を、図７（ｃ）はトンネル５の掘削後の坑壁観察
結果４９を示す。図８、図９、図１０は削孔検層ボーリ
ング孔９から得られるデータとＴＢＭ機械データを用い
て推定した、地山１の断層位置を示すコンタ図を示す。
５１は岩盤強度の凡例である。
で評価した、トンネル５の地質評価結果を表す図であ
る。図７（ａ）は削孔検層ボーリング孔９で採取された
スライムの観察結果４５を、図７（ｂ）は支保工設置位
置４７を、図７（ｃ）はトンネル５の掘削後の坑壁観察
結果４９を示す。図８、図９、図１０は削孔検層ボーリ
ング孔９から得られるデータとＴＢＭ機械データを用い
て推定した、地山１の断層位置を示すコンタ図を示す。
５１は岩盤強度の凡例である。
【００３３】図８、図９、図１０に示すように、複数の
削孔検層ボーリング孔９を削孔してスライムを採取し、
図７（ａ）に示すスライムの観察結果４５を得る。ま
た、削孔時に取得した削孔速度ｖ、打撃エネルギＪ、打
撃回数Ｎ、削孔断面積Ａ等から、式（１）を用いて破壊
エネルギ係数を算出し、算出された破壊エネルギ係数を
岩盤強度に換算し、図８に示す予測図を得る。図８で
は、ＴＢＭ機械データは反映されていない。
削孔検層ボーリング孔９を削孔してスライムを採取し、
図７（ａ）に示すスライムの観察結果４５を得る。ま
た、削孔時に取得した削孔速度ｖ、打撃エネルギＪ、打
撃回数Ｎ、削孔断面積Ａ等から、式（１）を用いて破壊
エネルギ係数を算出し、算出された破壊エネルギ係数を
岩盤強度に換算し、図８に示す予測図を得る。図８で
は、ＴＢＭ機械データは反映されていない。
【００３４】次に、掘削が図８に示すＴＢＭ位置５３ａ
から、図９に示すＴＢＭ５３ｂまで進んだときに得られ
るＴＢＭ機械データから、式（２）、式（３）を用い、
岩盤強度、掘削体積比エネルギを算出する。削孔検層ボ
ーリング孔９の位置での換算された岩盤強度と、ＴＢＭ
位置５３ａからＴＢＭ位置５３ｂまでの岩盤強度の空間
分布の構造をモデル化し、線形補間手法を用いて地山１
の任意の点での岩盤強度を推定し、図９の予測図を得
る。
から、図９に示すＴＢＭ５３ｂまで進んだときに得られ
るＴＢＭ機械データから、式（２）、式（３）を用い、
岩盤強度、掘削体積比エネルギを算出する。削孔検層ボ
ーリング孔９の位置での換算された岩盤強度と、ＴＢＭ
位置５３ａからＴＢＭ位置５３ｂまでの岩盤強度の空間
分布の構造をモデル化し、線形補間手法を用いて地山１
の任意の点での岩盤強度を推定し、図９の予測図を得
る。
【００３５】さらに、掘削が図９に示すＴＢＭ位置５３
ｂから図１０に示すＴＢＭ５３ｃまで進んだときに得ら
れるＴＢＭ機械データから、式（２）、式（３）を用
い、岩盤強度、掘削体積比エネルギを算出する。削孔検
層ボーリング孔９の位置での換算された岩盤強度と、Ｔ
ＢＭ位置５３ｂからＴＢＭ位置５３ｃまでの岩盤強度の
空間分布の構造をモデル化し、線形補間手法を用いて地
山１の任意の点での岩盤強度を推定し、図１０の予測図
を得る。
ｂから図１０に示すＴＢＭ５３ｃまで進んだときに得ら
れるＴＢＭ機械データから、式（２）、式（３）を用
い、岩盤強度、掘削体積比エネルギを算出する。削孔検
層ボーリング孔９の位置での換算された岩盤強度と、Ｔ
ＢＭ位置５３ｂからＴＢＭ位置５３ｃまでの岩盤強度の
空間分布の構造をモデル化し、線形補間手法を用いて地
山１の任意の点での岩盤強度を推定し、図１０の予測図
を得る。
【００３６】ＴＢＭ３でのトンネル５の掘削が進行する
につれて、掘削終了部分でのＴＢＭ機械データの取得に
より、地山１の任意の点での岩盤強度の推定が繰り返さ
れ、岩盤強度の分布図が複雑かつ詳細に更新される。
につれて、掘削終了部分でのＴＢＭ機械データの取得に
より、地山１の任意の点での岩盤強度の推定が繰り返さ
れ、岩盤強度の分布図が複雑かつ詳細に更新される。
【００３７】例えば、図８、図９、図１０では、トンネ
ル長８８９ｍ〜８９５ｍ、９０８ｍ〜９１０ｍの硬質部
（黒色部）が新たに認識され、トンネル長９０１ｍ〜９
０５ｍでの岩盤強度の低い部分（白色部）の分布形状が
更新されている。これらの岩盤強度分布は、図７（ｃ）
に示す掘削後の坑壁観察結果４９と一致する。
ル長８８９ｍ〜８９５ｍ、９０８ｍ〜９１０ｍの硬質部
（黒色部）が新たに認識され、トンネル長９０１ｍ〜９
０５ｍでの岩盤強度の低い部分（白色部）の分布形状が
更新されている。これらの岩盤強度分布は、図７（ｃ）
に示す掘削後の坑壁観察結果４９と一致する。
【００３８】図８、図９、図１０に示すような岩盤強度
分布の予測図を用いることで、精度よく切羽前方１３の
地質を予測しながら、支保工設置位置４７や掘削計画等
を決定し、ＴＢＭ掘削を進めることができる。
分布の予測図を用いることで、精度よく切羽前方１３の
地質を予測しながら、支保工設置位置４７や掘削計画等
を決定し、ＴＢＭ掘削を進めることができる。
【００３９】このように、削孔検層ボーリング孔９から
得られる破壊エネルギ係数とＴＢＭ機械データから得ら
れる岩盤強度とをコンピュータ等に入力し、破壊エネル
ギ係数を岩盤強度に換算し、地質統計学手法により空間
補間を行うことにより、切羽前方１３の地質状況の空間
的分布を精度良く推定できる。さらに、コンピュータ等
を用いてステップ１０５からステップ１０９の手順で地
質の推定を繰り返しつつ、トンネル５を掘削することに
より、トンネル５を高速で施工でき、施工の安全性を向
上させることができる。
得られる破壊エネルギ係数とＴＢＭ機械データから得ら
れる岩盤強度とをコンピュータ等に入力し、破壊エネル
ギ係数を岩盤強度に換算し、地質統計学手法により空間
補間を行うことにより、切羽前方１３の地質状況の空間
的分布を精度良く推定できる。さらに、コンピュータ等
を用いてステップ１０５からステップ１０９の手順で地
質の推定を繰り返しつつ、トンネル５を掘削することに
より、トンネル５を高速で施工でき、施工の安全性を向
上させることができる。
【００４０】なお、本実施例では、ステップ１０５から
ステップ１０９の手順をコンピュータ等で行ったが、削
孔検層ボーリング孔９の削孔時に取得したデータ、ＴＢ
Ｍ機械データをコンピュータ等に入力し、破壊エネルギ
係数、岩盤強度、掘削体積比エネルギの算出とステップ
１０５からステップ１０９の手順を同一の装置で行って
もよい。また、前述したコンピュータ等の装置を実現す
るプログラムをＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に保持させた
り、インターネット等を介して流通させることができ
る。
ステップ１０９の手順をコンピュータ等で行ったが、削
孔検層ボーリング孔９の削孔時に取得したデータ、ＴＢ
Ｍ機械データをコンピュータ等に入力し、破壊エネルギ
係数、岩盤強度、掘削体積比エネルギの算出とステップ
１０５からステップ１０９の手順を同一の装置で行って
もよい。また、前述したコンピュータ等の装置を実現す
るプログラムをＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に保持させた
り、インターネット等を介して流通させることができ
る。
【００４１】また、削孔検層ボーリング孔９の削孔位
置、削孔本数は、図１、図８、図９、図１０に示す限り
ではない。トンネル計画の実行に最適な削孔位置、本数
を選択することで、切羽前方１３のみでなく、ＴＢＭ３
で掘削したトンネル５の周囲の地質を予測し、拡幅など
の施工に利用することもできる。
置、削孔本数は、図１、図８、図９、図１０に示す限り
ではない。トンネル計画の実行に最適な削孔位置、本数
を選択することで、切羽前方１３のみでなく、ＴＢＭ３
で掘削したトンネル５の周囲の地質を予測し、拡幅など
の施工に利用することもできる。
【００４２】また、ステップ１０５では、破壊エネルギ
係数を岩盤強度や掘削体積比エネルギに変換したが、岩
盤強度や掘削体積比エネルギを破壊エネルギ係数に変換
してもよい。図１１は、図１に示すトンネル５の全長に
わたる各種データを示すグラフである。各グラフの横軸
は、トンネル５内の位置である。
係数を岩盤強度や掘削体積比エネルギに変換したが、岩
盤強度や掘削体積比エネルギを破壊エネルギ係数に変換
してもよい。図１１は、図１に示すトンネル５の全長に
わたる各種データを示すグラフである。各グラフの横軸
は、トンネル５内の位置である。
【００４３】図１１（ａ）の縦軸はＳＨ（シュミットハ
ンマー）による一軸圧縮強度である。ＳＨによる一軸圧
縮強度３７は、ＴＢＭ３の通過後に、ＴＢＭ３の後方の
シュミットハンマー試験位置１５で行われたシュミット
ハンマー試験結果を示す。
ンマー）による一軸圧縮強度である。ＳＨによる一軸圧
縮強度３７は、ＴＢＭ３の通過後に、ＴＢＭ３の後方の
シュミットハンマー試験位置１５で行われたシュミット
ハンマー試験結果を示す。
【００４４】図１１（ｂ）の縦軸は予測岩盤強度であ
る。予測岩盤強度３９は、ＴＢＭ３の掘削位置である切
羽７でのＴＢＭ機械データから算出される岩盤強度を示
す。図１１（ａ）と図１１（ｂ）とを比較すると、傾
向、強度の絶対値が一致しており、予測岩盤強度３９は
切羽７での地質状態を精度良く反映していることがわか
る。
る。予測岩盤強度３９は、ＴＢＭ３の掘削位置である切
羽７でのＴＢＭ機械データから算出される岩盤強度を示
す。図１１（ａ）と図１１（ｂ）とを比較すると、傾
向、強度の絶対値が一致しており、予測岩盤強度３９は
切羽７での地質状態を精度良く反映していることがわか
る。
【００４５】図１１（ｃ）の縦軸は実測破壊エネルギ係
数である。実測破壊エネルギ係数４１は複数の削孔検層
ボーリング孔９でのデータから算出される実測破壊エネ
ルギ係数を示す。図１１（ｄ）の縦軸は予測破壊エネル
ギ係数である。予測破壊エネルギ係数４３は、複数の削
孔検層ボーリング孔９でのデータから算出される破壊エ
ネルギ係数と、ＴＢＭ３のＴＢＭ機械データから算出さ
れる予測岩盤強度３９を換算した破壊エネルギ係数とか
ら、切羽前方１３の点について推定した予測破壊エネル
ギ係数を示す。
数である。実測破壊エネルギ係数４１は複数の削孔検層
ボーリング孔９でのデータから算出される実測破壊エネ
ルギ係数を示す。図１１（ｄ）の縦軸は予測破壊エネル
ギ係数である。予測破壊エネルギ係数４３は、複数の削
孔検層ボーリング孔９でのデータから算出される破壊エ
ネルギ係数と、ＴＢＭ３のＴＢＭ機械データから算出さ
れる予測岩盤強度３９を換算した破壊エネルギ係数とか
ら、切羽前方１３の点について推定した予測破壊エネル
ギ係数を示す。
【００４６】予測破壊エネルギ係数４３は、実測破壊エ
ネルギ係数４１に比べてややばらつきが小さい結果にな
っているが、傾向や絶対値はほぼ一致している。また、
予測破壊エネルギ係数４３は、ＳＨによる一軸圧縮強度
３７とも傾向が一致している。
ネルギ係数４１に比べてややばらつきが小さい結果にな
っているが、傾向や絶対値はほぼ一致している。また、
予測破壊エネルギ係数４３は、ＳＨによる一軸圧縮強度
３７とも傾向が一致している。
【００４７】このように、ＴＢＭ機械データである岩盤
強度等を破壊エネルギ係数に換算した場合でも、空間補
間を行った予測破壊エネルギ係数４３は、実際のトンネ
ル５内で行った地質評価結果と高い相関性をもち、ＴＢ
Ｍ３の切羽前方１３の地質状態を精度良く評価できる。
なお、掘削にはＴＢＭ３のかわりにシールド機等の他の
掘削機を用いてもよい。
強度等を破壊エネルギ係数に換算した場合でも、空間補
間を行った予測破壊エネルギ係数４３は、実際のトンネ
ル５内で行った地質評価結果と高い相関性をもち、ＴＢ
Ｍ３の切羽前方１３の地質状態を精度良く評価できる。
なお、掘削にはＴＢＭ３のかわりにシールド機等の他の
掘削機を用いてもよい。
【００４８】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、精度良く切羽前方の地質状況を評価できるトン
ネル切羽前方の地質予測方法および地質予測装置を提供
できる。
よれば、精度良く切羽前方の地質状況を評価できるトン
ネル切羽前方の地質予測方法および地質予測装置を提供
できる。
【図１】ＴＢＭ３による地山１の掘削の概要図
【図２】トンネル５の切羽前方１３の地質予測方法のフ
ローチャート
ローチャート
【図３】破壊エネルギ係数と岩盤強度の相関を示す図
【図４】破壊エネルギ係数と掘削体積比エネルギの相関
を示す図
を示す図
【図５】観測点２７、２９と推定点３１のモデル図
【図６】トンネル５の切羽前方１３の地質予測方法の工
程図
程図
【図７】トンネル５の地質評価結果を表す図
【図８】地山１の断層位置を示すコンタ図
【図９】地山１の断層位置を示すコンタ図
【図１０】地山１の断層位置を示すコンタ図
【図１１】図１に示すトンネル５の全長にわたる各種デ
ータを示すグラフ
ータを示すグラフ
３………ＴＢＭ
７………切羽
９………削孔検層ボーリング位置
１３………切羽前方
２７、２９………観測点
３１………推定点
３９………予測岩盤強度
４１………実測破壊エネルギ係数
４３………予測破壊エネルギ係数
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 青木 謙治
東京都港区元赤坂一丁目２番７号 鹿島建
設株式会社内
(72)発明者 稲生 道裕
東京都港区元赤坂一丁目２番７号 鹿島建
設株式会社内
Ｆターム(参考） 2D054 AC20 GA15 GA25 GA64 GA65
GA72 GA74
Claims (10)
- 【請求項１】 切羽前方に削孔して得られるデータから
破壊エネルギ係数を算出する工程と、 トンネル掘削機で地山を掘削して得られる機械データか
ら岩盤強度と掘削体積比エネルギとを算出する工程と、 前記破壊エネルギ係数と、前記岩盤強度と掘削体積比エ
ネルギとを、相関関係をもとに統一された評価指標に換
算する工程と、 前記評価指標を、位置の情報を含む関数によってモデル
化する工程と、 前記モデルを基にして、線形補間手法を用いて任意地点
での前記評価指標を推定する工程と、 を具備することを特徴とするトンネル切羽前方の地質予
測方法。 - 【請求項２】 統一された前記評価指標は、前記破壊エ
ネルギ係数、前記岩盤強度または前記掘削体積比エネル
ギであることを特徴とする請求項１記載のトンネル切羽
前方の地質予測方法。 - 【請求項３】 前記位置の情報を含む関数は、平均値関
数と共分散関数であることを特徴とする請求項１記載の
トンネル切羽前方の地質予測方法。 - 【請求項４】 前記線形補間手法としてクリッギングを
用いることを特徴とする請求項１記載のトンネル切羽前
方の地質予測方法。 - 【請求項５】 切羽前方に削孔して得られるデータを用
いて算出された破壊エネルギ係数と、トンネル掘削機で
地山を掘削して得られる機械データから算出された岩盤
強度と掘削体積比エネルギとを、相関関係をもとに統一
された評価指標に換算する手段と、 前記評価指標を、位置の情報を含む関数によってモデル
化する手段と、 前記モデルを基にして、線形補間手法を用いて任意地点
での前記評価指標を推定する手段と、 を具備することを特徴とするトンネル切羽前方の地質予
測装置。 - 【請求項６】 統一された前記評価指標は、前記破壊エ
ネルギ係数、前記岩盤強度または前記掘削体積比エネル
ギであることを特徴とする請求項５記載のトンネル切羽
前方の地質予測装置。 - 【請求項７】 前記位置の情報を含む関数は、平均値関
数と共分散関数であることを特徴とする請求項５記載の
トンネル切羽前方の地質予測装置。 - 【請求項８】 前記線形補間手法としてクリッギングを
用いることを特徴とする請求項５記載のトンネル切羽前
方の地質予測装置。 - 【請求項９】 請求項５から請求項８のいずれかに記載
されたトンネル切羽前方の地質予測装置として、コンピ
ュータを機能させるプログラムを記載した記録媒体。 - 【請求項１０】 請求項５から請求項８のいずれかに記
載されたトンネル切羽前方の地質予測装置として、コン
ピュータを機能させるプログラム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001207387A JP4421146B2 (ja) | 2001-07-09 | 2001-07-09 | トンネル切羽前方の地質予測方法および地質予測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001207387A JP4421146B2 (ja) | 2001-07-09 | 2001-07-09 | トンネル切羽前方の地質予測方法および地質予測装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003020897A true JP2003020897A (ja) | 2003-01-24 |
| JP4421146B2 JP4421146B2 (ja) | 2010-02-24 |
Family
ID=19043384
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001207387A Expired - Fee Related JP4421146B2 (ja) | 2001-07-09 | 2001-07-09 | トンネル切羽前方の地質予測方法および地質予測装置 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4421146B2 (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008111289A (ja) * | 2006-10-31 | 2008-05-15 | Kajima Corp | 地山の地質評価方法 |
| JP2011102706A (ja) * | 2009-11-10 | 2011-05-26 | Kajima Corp | トンネル切羽前方探査方法及び探査システム |
| JP2015001100A (ja) * | 2013-06-14 | 2015-01-05 | 鹿島建設株式会社 | 岩盤の評価方法 |
| JP2015067957A (ja) * | 2013-09-26 | 2015-04-13 | 古河ロックドリル株式会社 | 岩盤探査方法および岩盤探査システム、並びに岩盤探査用穿孔データ補正装置 |
| JP2015229832A (ja) * | 2014-06-03 | 2015-12-21 | 株式会社鴻池組 | 穿孔ナビゲーション装置 |
| JP2017201074A (ja) * | 2016-05-02 | 2017-11-09 | 大成建設株式会社 | トンネル周辺地山の評価方法およびトンネル施工方法 |
| JP2020117885A (ja) * | 2019-01-21 | 2020-08-06 | 株式会社大林組 | 地山評価方法、地山評価システム及び地山評価プログラム |
| JP2020147923A (ja) * | 2019-03-11 | 2020-09-17 | 株式会社大林組 | 地山評価方法、地山評価システム及び地山評価プログラム |
| CN115627746A (zh) * | 2022-12-08 | 2023-01-20 | 山东建筑大学 | 一种基于原位测试的承压水地层基坑抗突涌安全评估方法 |
| CN117168419A (zh) * | 2023-11-02 | 2023-12-05 | 中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司 | 一种基于机器视觉系统的岩体结构与质量自动化识别方法 |
| JP7393240B2 (ja) | 2020-02-17 | 2023-12-06 | 戸田建設株式会社 | 穿孔エネルギーによる地山評価方法 |
-
2001
- 2001-07-09 JP JP2001207387A patent/JP4421146B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008111289A (ja) * | 2006-10-31 | 2008-05-15 | Kajima Corp | 地山の地質評価方法 |
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| JP2015229832A (ja) * | 2014-06-03 | 2015-12-21 | 株式会社鴻池組 | 穿孔ナビゲーション装置 |
| JP2017201074A (ja) * | 2016-05-02 | 2017-11-09 | 大成建設株式会社 | トンネル周辺地山の評価方法およびトンネル施工方法 |
| JP2020117885A (ja) * | 2019-01-21 | 2020-08-06 | 株式会社大林組 | 地山評価方法、地山評価システム及び地山評価プログラム |
| JP7247597B2 (ja) | 2019-01-21 | 2023-03-29 | 株式会社大林組 | 地山評価方法、地山評価システム及び地山評価プログラム |
| JP2020147923A (ja) * | 2019-03-11 | 2020-09-17 | 株式会社大林組 | 地山評価方法、地山評価システム及び地山評価プログラム |
| JP7263851B2 (ja) | 2019-03-11 | 2023-04-25 | 株式会社大林組 | 地山評価方法、地山評価システム及び地山評価プログラム |
| JP7393240B2 (ja) | 2020-02-17 | 2023-12-06 | 戸田建設株式会社 | 穿孔エネルギーによる地山評価方法 |
| CN115627746A (zh) * | 2022-12-08 | 2023-01-20 | 山东建筑大学 | 一种基于原位测试的承压水地层基坑抗突涌安全评估方法 |
| CN117168419A (zh) * | 2023-11-02 | 2023-12-05 | 中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司 | 一种基于机器视觉系统的岩体结构与质量自动化识别方法 |
| CN117168419B (zh) * | 2023-11-02 | 2024-02-02 | 中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司 | 一种基于机器视觉系统的岩体结构与质量自动化识别方法 |
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