JP2007010473A

JP2007010473A - 岩盤注入材料の位置測定方法

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Publication number: JP2007010473A
Application number: JP2005191294A
Authority: JP
Inventors: Norihisa Nagai; 典久永井; Yoshihiro Abe; 義宏阿部; Masahiro Tanaka; 正弘田仲
Original assignee: Nittoc Constructions Co Ltd
Current assignee: Nittoc Constructions Co Ltd
Priority date: 2005-06-30
Filing date: 2005-06-30
Publication date: 2007-01-18

Abstract

【課題】注入材料を注入して、岩盤の透水性を低下させるとともに、岩盤を強化する場合において、注入材料がある地点を通過したか否かをリアルタイムに測定でき、施工の合理化に寄与する情報が簡単に得られる。
【解決手段】注入材料の通過状況を調査する箇所にボーリング孔を穿設し、このボーリング孔内にＡＥセンサ１２を設置して、その周囲の岩盤割れ目内を注入材料が流動するときに発生する音を検知して、注入材料の位置を検知する。音は、１０ｋＨ_Ｚ以上のアコースティック・エミッションである。
【選択図】図１

Description

本発明は、岩盤内の亀裂に注入材料を注入して、岩盤の透水性を低下させるとともに、岩盤を強化する場合の岩盤注入材料の位置測定方法に関するものである。

注入材料が岩盤内の所定の箇所に所望通りに注入されたか否かの確認には、注入材料が流動した箇所を把握することであるが、これには従来、下記４通りの方法があった。

その第１は、注入箇所の前後に透水試験を行い、透水の低下が認められれば、その周辺に注入材料が到達したと推定する方法である。

第２は、注入箇所でボーリングした孔から採取したコアの中に注入材料（セメント）の痕跡、形跡があるか否かで判定する方法である。

第３は、注入箇所でボーリングした孔にボアホールスキャナ等のカメラを挿入し、撮影した箇所から注入脈を観察する方法である。

第４は、注入箇所を開削し、注入脈を観察する方法である。

なお、岩盤注入材料の位置測定方法に関して、注入材料が流動した箇所を把握する方法については特許等の文献は存在しない。

ＡＥ（アコースティック・エミッション）センサを用いる土木技術として、岩盤の崩壊に伴う微小振動をＡＥ（アコースティック・エミッション）センサにより検出し、この検出信号に基づいて岩盤の崩壊状況を予測する岩盤の崩壊予測方法及び装置が下記特許文献に示されている。

特開平１０−１２３１０２号公報（岩盤の崩壊予測方法及び装置）

これは図１０に示すように、岩盤に埋設した高感度加速度センサ１ａ〜１ｄ，ＡＥ計測装置３、スピーカ４、通信回線５、パーソナルコンピュータ６及びデジタルテープレコーダ７を有し、スピーカ４からの検知信号音を聴取することにより、岩盤の破壊音が周波数の高い小さな音である時は岩盤に微小な亀裂が入る初期段階と予測し、亀裂面が摩擦するような大きな音が聴取される時は岩盤の亀裂が進展していると予測し、前記亀裂の進展に伴い聴取される破壊音の間隔が小さく頻繁に検知される時は岩盤の崩壊が近づいていると予測するものである。

前記第１の方法では、統計処理をともなうため。試験回数を増やさなければ精度が向上しないという欠点がある。

また、第２、第３の方法では、小孔径で注入脈を捉えるのがしばしば困難であるという問題がある。

第４の方法では、注入箇所を破壊しなければ判明しないという問題がある。

また、いずれの方法も事後処理であるため、分析結果を施工にフィードバックするのに時間がかかり、間に合わないおそれもある。

前記特許文献１に示す技術は、岩盤の破壊に伴う微小な振動をＡＥセンサにより電気的に検出し、前記検出信号を音に変換して出力し、前記音出力を聴取して岩盤破壊音の特性及び発生数の変化から岩盤内の状況を推定して岩盤崩壊を予測するものであり、注入材料が流動した箇所を把握する方法とは無関係のものである。

本発明の目的は前記従来例の不都合を解消し、注入材料を注入して、岩盤の透水性を低下させるとともに、岩盤を強化する場合において、注入材料がある地点を通過したか否かをリアルタイムに測定でき、施工の合理化に寄与する情報が簡単に得られる岩盤注入材料の位置測定方法を提供するものである。

前記目的を達成するため本発明は、第１に、注入材料の通過状況を調査する箇所にボーリング孔を穿設し、このボーリング孔内にＡＥセンサを設置して、その周囲の岩盤割れ目内を注入材料が流動するときに発生する音を検知して、注入材料の位置を検知すること、第２に、音は、１０ｋＨ_Ｚ以上のアコースティック・エミッションであることを要旨とするものである。

本発明は、岩盤の割れ目内を注入材料が流動することにより、（１）岩盤に新たな亀裂やすべり面が発生した場合に、もしくは（２）岩盤の割れ目に狭在する粘土などを押し出した場合にＡＥ（アコースティック・エミッション：固体が塑性変形あるいは破壊する際にそれまで貯えられていたひずみエネルギーが解放されて弾性波の生じる現象）が発生することに着目したものである。

（１）は有害なもの（工学上、問題のあるもの。具体的には人、機械、設備、構造物に損害を与える程度に規模の大きなもの）と有害でないもの（工学上、ほとんど問題のないもの）に分けられるが、岩盤注入において発生するＡＥの多くは「微小な破壊」「微視的な破壊」であり、後者に起因するとして有害なものがほとんどないため、それを利用することとした。

請求項１記載の本発明によれば、ボーリング孔内にＡＥセンサを設置して、その周囲の岩盤割れ目内を注入材料が流動するときに発生する音を検知して、注入材料の位置を検知するので、注入材料の拡散状況をリアルタイムに把握できるものである。

請求項２記載の本発明によれば、前記作用に加えて、ＡＥセンサで計測する音は、10kHz以上のアコースティック・エミッションであるが、これは岩盤注入において発生率の高い「微小な破壊」「微視的な破壊」すなわち高周波のアコースティック・エミッションを検知し、岩盤注入において発生率の低い低周波のアコースティック・エミッションを対象にしないことを意味する。

低い周波数帯で計測を行う場合はアコースティック・エミッションの到達距離が長くなるので広い範囲をカバーできるが、それにともなって一つのイベント（アコースティック・エミッションの発生）をとらえるＡＥセンサの数が増え、それぞれの受振時刻の差異から注入材料の位置を特定する作業が煩雑になること、またアコースティック・エミッションの発生率が低く、注入材料の位置を継続して特定できないことが問題になる。これに対して、本発明のごとく10kHz以上の高い周波数帯で計測を行う場合にはアコースティック・エミッションの到達距離も比較的短いものとなるが、一つのイベントを直近のＡＥセンサが単独でとらえる例が増えるため、注入材料の位置特定が容易になり、かつその精度が向上し、またアコースティック・エミッションの発生率が高いため、注入材料の位置を継続して特定できる。

以上述べたように本発明の岩盤注入材料の位置測定方法は、注入材料を注入して、岩盤の透水性を低下させるとともに、岩盤を強化する場合において、注入材料がある地点を通過したか否かをリアルタイムに測定でき、施工の合理化に寄与する情報が簡単に得られるものである。

以下、図面について本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は本発明の岩盤注入材料の位置測定方法の１実施形態を示す説明図で、図示の例はトンネルの場合で、図中８は岩盤、９はカバーロック、１０は注入範囲、１１は注入管である。

カバーロック９は、リーク防止、パッカーセット長の確保を目的として、表層１ｍに設けるものである。注入範囲１０における注入長は岩盤グラウチングで標準的な５ｍとする。

注入に先立ち、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅの削孔を行い、ＡＥセンサ１２を所定の深度まで挿入してセメントグラウトで埋め戻す。

注入孔として、Ｇ１、Ｇ２を削孔する。Ｇ１、Ｇ２の間隔を、岩盤グラウチングで標準的な３ｍに設定する。

施工前にＡＥセンサ１２の測定を行い、初期値を求める。次に、Ｇ１を対象として透水試験（もしくは簡単な水押し試験）、注入材料の注入（グラウチング）を行う。その間、ＡＥの測定を行う。

ＡＥ計測システムの図示は省略するが、ＡＥセンサ１２は一例として共振型、共振周波数３０ｋＨ_Ｚ、耐水圧型１ＭＰａの仕様のものであり、プリアンプとして増幅率４０ｄＢのものを使用する。

パソコンによるＡＥ波形収録装置、ＡＥパラメータ収録装置、およびＡＥ波形用メモリ等を組み合わせる。

続いてＧ２を対象として、透水試験（もしくは簡単な水押し試験）、注入を行う。その間、ＡＥの測定を行う。注入終了後、Ｇ１、Ｇ２をセメントミルクで埋め戻す。

図２に、モニター１３におけるＡＥ波形データの表示例をしめす。また、注入中のＡＥの変化イメージを図３に示す。ＡＥセンサ１２で計測する音は、１０ｋＨ_Ｚ以上のアコースティック・エミッションである

このように本発明は、（１）適当なフィールドを選定してボーリングを行い、孔内にＡＥセンサを設置する、（２）水押し試験とグラウチングを行う、（３）グラウチング中に発生する岩盤破壊音の計測を行う、（４）グラウチング後に水押し試験を行う、（５）これらのデータをもとに岩盤破壊音の震源を特定する等してグラウトの拡散状況を推定する、（６）その結果からグラウチングの設計に必要な基礎資料が得られるか否かを検討する。

次に、本発明の効果をためすために行ったフィールド実験について説明する。岩盤破壊音の測定と震源の特定、弾性波伝播速度の測定を行うことを目的として図４に示すように注入孔×１孔、計測孔×６孔、発振孔×１孔を配置する。

Ｒ１〜Ｒ５孔にはＡＥセンサ、Ｒ６孔にはＡＥセンサ、ハイドロホン（水中で使用可能なサイスミックモニタリング用のセンサ）、間隙水圧計を設置する。Ｔ１孔には弾性波伝播速度測定のために発振器を設置する。

図５に示すように各センサのおけるＡＥの到達時間の差をもとにして岩盤破裂音の震源の特定を試みた。

図６に示すように各孔にＡＥセンサ×８個、ハイドロホン×１個、間隙水圧計×１個、発振器×１個（３孔に転用）を配置する。注入孔の深度を１０ｍ、その上部５ｍをグラウトカバー、同下部５ｍを注入区間として使用する。水押し試験を行うＲ４、Ｒ５孔、およびＡＥセンサを２つ設置するＲ２、Ｒ３孔の深度を１０ｍ、それ以外のＲ１、Ｒ６、Ｔ１孔の深度を８ｍとする。

実験手順は下記の通りである。図７に示すように、ケーシング掘りを行うため、単管パイプを使用して足場（作業構台）を組み立て、その上にボーリングマシン１４を設置する。

足場に隣接する位置にグラウトポンプ１５、グラウトミキサー１６を設置して注入プラントとする。セメント置き場に足場を利用する。壁、屋根なしとする。

ユニットハウスを設置して、室内にＡＥ計測機器、グラウト流量圧力測定装置１７を収めて管理室とする。図中１８は制御装置である。

川からポンプで取水する。注入プラント内のグラウトミキサー１６を給水タンクとして利用する。注入後に発生するセメント濁水を水槽に貯め後日、処理する。発電機を設置する。

ボーリングおよび岩盤破壊音計測として、最初に注入孔でコア採取ボーリングを行い、実験フィールドの地質状況に関する資料を得る。崖錐部をφ８６ｍｍで削孔し、ガイドパイプを建込み、その中をφ６６ｍｍのコアチューブで所定の深度までボーリングする。孔壁崩壊が著しい場合はセメンテーションを行う。なお、発振孔Ｔ孔についてはボーリング中の岩盤破壊音を計測するため、最終深度の１ｍ手前でボーリングを中断し、ＡＥセンサとハイドロホンを設置した後、残りのボーリングを行う。

注入孔の注入前、およびＲ４、Ｒ５孔で注入孔の注入の前後に水押し試験を行って、注入前の岩盤の透水度を調査する。地下水位が低い場合には孔内に水を満たす。

弾性波（Ｖｐ）計測として、Ｔ１孔に設置した発振器から弾性波を発振い各ＡＥセンサでこれを受振する。これを注入の前後に実施する。

注入プラントに設置されたグラウトポンプ１５から注入孔ヘセメントミルクを圧入する。

注入中に発生する岩盤破壊音をＡＥセンサ、ハイドロホンで計測する。図８に注入時のＡＥ測定結果を、図９に観測波形を示す。

ＡＥ計測、サイスミックモニタリング（ハイドロホンによる計測）、弾性波計測、ボーリングコア、水押し試験、注入等のデータを元に実験結果を解析してグラウトの拡散状況について考察する。

本発明の岩盤注入材料の位置測定方法の１実施形態を示す説明図である。ＡＥ波形データの表示例を示す正面図である。注入中のＡＥの変化イメージを示すグラフである。フィールド実験の説明図である。フィールド実験での計測のイメージを示すグラフである。フィールド実験のセンサの配置を示す断面図である。ボーリング・グラウチング設備の説明図である。フィールド実験での注入時のＡＥ計測結果を示すグラフである。フィールド実験での観測波形を示すグラフである。岩盤の崩壊予測方法及び装置の一例を示す説明図である。

符号の説明

１ａ〜１ｄ高感度加速度センサ
３ＡＥ計測装置
４スピーカ
５通信回線
６パーソナルコンピュータ
７デジタルテープレコーダ
８岩盤
９カバーロック
１０注入範囲
１１注入管
１２ＡＥセンサ
１３モニター
１４ボーリングマシン
１５グラウトポンプ
１６グラウトミキサー
１７グラウト流量圧力測定装置
１８制御装置

Claims

注入材料の通過状況を調査する箇所にボーリング孔を穿設し、このボーリング孔内にＡＥセンサを設置して、その周囲の岩盤割れ目内を注入材料が流動するときに発生する音を検知して、注入材料の位置を検知することを特徴とした岩盤注入材料の位置測定方法。
音は、１０ｋＨ_Ｚ以上のアコースティック・エミッションである請求項１記載の岩盤注入材料の位置測定方法。