JP2010266347A - Geological structure survey system and method therefor - Google Patents

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Inventor
Yoichi Akutsu
陽一 圷
Koichi Kikuchi
浩一 菊池
Kunio Araki
邦夫 荒木
Ichiro Seko
一郎 瀬古
Shoji Mizoguchi
昭二 溝口
Shunsaku Nishie
俊作 西江
Toshio Shinohara
敏雄 篠原
Masao Saito
正男 斎藤
Hidesuke Odera
秀介 王寺
Nagashi Sugiyama
長志 杉山
Original Assignee
Japan Atomic Energy Agency
独立行政法人 日本原子力研究開発機構
Chuo Kaihatsu Kk
中央開発株式会社
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a geological structure original position survey system for integrating and analyzing measured data obtained from each sub-system. <P>SOLUTION: This geological structure original position survey system 1 is constituted of an S-wave structure survey sub-system 100, a core sampling sub-system 200, a JFT measuring sub-system 300, a hole bottom shear strength measuring sub-system 400, a hole inside horizontal loading test sub-system 500, a bore hole television sub-system 600, and a multi-element data integration sub-system 700. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、地質構造の調査システム及びその方法に関し、より詳細には、主要構築物等の重要施設を設置する支持基盤及びその上下の地盤地質構造について、簡易に探査・調査・解析・確認を行うシステム及び方法に関する。   The present invention relates to a survey system and method for a geological structure, and more specifically, exploration / investigation / analysis / confirmation of a support base for installing important facilities such as main structures and a geological structure above and below the support base. The present invention relates to a system and method.
従来技術、それらの問題点を以下説明する。主要構築物について既存の安全審査指針を適用あるいは準用する場合には、各種探査、多数のボーリング(例えば緻密に鉛直ボーリングを実施することを特徴とする群列ボーリング)や、室内分析試験、それらの調査結果を原位置において確認するための高価な横坑内調査(不整合面・亀裂を検出した場合には通常水平方向に延長を余儀なくされ、さらにスケッチ壁面の研ぎ出しを特徴とする)と横坑内原位置試験等の実施あるいはその準用が求められる (以下横坑調査という)。   Prior arts and their problems will be described below. When the existing safety review guidelines are applied to or applied mutatis mutandis to the main structure, various exploration, numerous borings (for example, group boring characterized by precise vertical boring), indoor analysis tests, and surveys Expensive horizontal shaft inspection to confirm the result in-situ (if mismatched surface / crack is detected, it is usually forced to extend in the horizontal direction, and the sketch wall is sharpened) and the horizontal shaft in-situ location Implementation of tests, etc. or application thereof is required (hereinafter referred to as horizontal shaft survey).
前記の安全審査指針における横坑等による調査は、施設に由来することが想定される環境影響負荷の程度によらず、種々の重要施設に対して準用される傾向がある。   Investigations by horizontal shafts or the like in the safety examination guidelines described above tend to be applied mutatis mutandis to various important facilities regardless of the degree of environmental impact that is assumed to originate from the facilities.
このような過大な探査とボーリング調査、横坑原位置試験に対する要請の原因は、表層から深度100m程度であっても、既存探査の精度不足と機動性・経済性に乏しいという問題と、従来型ボーリング調査が平面的には点状分布(例えば群列ボーリングや例え斜掘ボーリングを実施するような場合でもシステムとしてではなく、立体視すると単一斜線程度)の調査情報に留まっていた。このため従来調査法では、地表から推定しがたい直立に近い鋭角の伏在すべり面・破砕帯・不整合面を検出しがたかったし、従来のリニアメント調査における断層露頭情報が得られない場合には、定性的記述に留まり、地下数十メートル以深に関しては確認調査法としては、伏在断層・すべり面の有無についての確認は手のほどこしようがなかった。   The cause of the request for such an excessive exploration, boring survey, and horizontal shaft in-situ test is that the existing exploration lacks accuracy, mobility and economy, even if the depth is about 100 m from the surface layer, and the conventional type The boring survey is limited to survey information in a point distribution (for example, even when performing group row boring or oblique boring, not as a system but as a single oblique line in stereoscopic view). For this reason, it is difficult for conventional survey methods to detect sharply-sloped slip surfaces, fracture zones, and misaligned surfaces that are difficult to estimate from the ground surface, and fault outcrop information in conventional lineament surveys cannot be obtained. However, it was only a qualitative description, and as for the confirmation method for depths of several tens of meters below the ground, there was no way to confirm whether or not there were underlying faults and slip surfaces.
特に従来型ボーリングではオールコア採取とはいいながら、掘削水の送水圧に基づくコア中微粒分の流失・コアの緩み等を生じやすく、コアの品質が礫・破砕部・砂質部・粘土質・泥岩等のいずれかを複数含有する複雑地層に対して、地質構造判定やすべり面等の判定に耐えるものではなかった (従来技術ではコア採取率100%とは、微粒物質、即ちマトリックスが流失していても許されていた)。特に、地下数十メートル以深であって固結度の低いガウジ(破砕屑岩片を含む固結程度の低い粘土層)については、高品質コアの採取に関する調査技術は、全く無力であった。   In particular, in conventional boring, all-core sampling is said to be easy to cause loss of core fines and loosening of the core based on the water pressure of the drilling water, and the core quality is such as gravel, crushed part, sandy part, clay, It was not able to withstand the determination of geological structure and slip surface, etc. for complex strata containing any of mudstone etc. (In the conventional technology, the core collection rate of 100% means that fine particles, that is, the matrix is washed away. Even if it was allowed). In particular, for gouges that are deeper than a few tens of meters deep and have a low degree of consolidation (a clay layer with a low degree of consolidation including crushed debris), the investigation techniques for collecting high-quality cores were completely ineffective.
また、それらの地質構造情報(データの品質、データベース化、「ゆらぎ」に関する誤差論、総合的解析がされなかったので、種々の不確実要素を含んでいた)に基づき建設予定地を選定して、原位置確認のために横坑調査による岩相スケッチと横坑内原位置せん断試験等を実施してきたので、経費的、時間的に大きな負担となり、時には、数キロメートルにわたる横坑による不整合面の追跡、坑壁の磨きだしによるスケッチを必要とすることがあった。   In addition, the planned construction site was selected based on the geological structure information (data quality, creation of database, error theory related to “fluctuation”, and various uncertainties were included because comprehensive analysis was not performed). In order to confirm the in-situ position, we have carried out lithological sketches and in-situ in-situ shear tests, etc. in the side pit survey, which was a heavy burden in terms of cost and time. In some cases, sketches were required for tracking and polishing of the pit walls.
さらに、従来、伏在断層・すべり面の地表からの推定には、踏査による地形・露頭調査(地表に露出しているものからの推定に限られる)、空中写真解読によるリニアメント調査等があったが定性的な記述に留まっていた)が、伏在断層・すべり面層・不整合面の確認には、群列ボーリングあるいは横坑内スケッチに頼らざるを得ず、また、既存重要施設に関する支持基盤面直下の地層については(横坑調査レベル以下における調査ができないことから)、支持基盤面の損傷なくして把握することが困難であった。重要施設の建設予定地点に関しても、支持盤面の深度をやや深く機動的に変更することは至難のことであった(従来の発想では、横坑を水平方向に延長するとともに坑壁磨だし・スケッチを繰り返すというに留まっていた)。   In addition, the estimation of underground faults and slip surfaces from the surface has been conducted by topographic and outcrop surveys by reconnaissance (limited to estimation from those exposed on the surface), and lineament surveys by decoding aerial photographs. However, in order to confirm the underlying faults, slip planes, and inconsistent planes, it is necessary to rely on group row boring or side tunnel sketches, and support bases for existing important facilities. It was difficult to grasp the strata directly under the surface (because the survey below the horizontal shaft survey level was not possible) without damaging the support base. It was also difficult to change the depth of the support plate slightly deeply and flexibly at the planned construction site of important facilities (in the conventional idea, the horizontal pit was extended in the horizontal direction and the wall was polished and sketched. ).
以下従来におけるそれぞれの探査・コア採取工法、横坑内力学試験法について、例示し説明する。従来の探査技術の一つであるPS検層は、その到達深度と距離が大きいという利点があるが屈折波を利用するということから、直接S波構造を把握するものではなく、また、地下水位を始めとする種々の干渉要素のために解像度に問題があり、また発信源に火薬を使用する等の問題がある。   Hereinafter, each conventional exploration / core collection method and horizontal shaft mechanics test method will be illustrated and described. PS logging, which is one of the conventional exploration techniques, has the advantage of large reach depth and distance, but uses refracted waves, so it does not directly grasp the S wave structure, and the groundwater level There are problems with the resolution due to various interference elements such as the use of gunpowder as a transmission source.
従来の探査技術の他の一つである反射法探査は、表層から数百メートルまで効率良くS波構造を探査することが可能であるが、表層近くでは弾性波の波長によっては地盤に対する透過性が急激に低下したり、分解能に限度がある等の困難や、実施費用が高価なために緻密な測線により、地質構造を高精度かつ立体的に表示することが困難であったり、また、機動性(状況に応じて測線変更等)を求めることも事実上できなかった。   The reflection method exploration, which is another conventional exploration technique, can expedite the S wave structure from the surface layer to several hundred meters, but near the surface, depending on the wavelength of the elastic wave, the permeability to the ground It is difficult to display the geological structure with high accuracy and three-dimensionality due to the precise survey line due to the high cost of implementation and the difficulty of the resolution rapidly decreasing, the resolution being limited, etc. It was virtually impossible to ask for sex (change of survey line depending on the situation).
従来の探査技術のさらに他の一つである微動アレイ探査法は、海岸波浪等が起す振動のうち地盤内を伝播するレイリー波を複数同心円上に配置された(アレイという通常数十〜数百mの同心円上に配置)検出器により測定し、地盤特性を反映した位相速度を解析することにより、着目地層のS波構造を推定する方法であり、機動性に富むという利点がある。しかし、表面波の特性上地表からの深度−50m〜−1000mの間の測定解析には適しているが、多地点・複雑地層では多量のデータ解析処理に時間が掛かり、また、波長の関係から地表近くの信号は極端に弱くて分解能が低く、このため、浅い地層では測定・解析が困難であるという問題があった。   The microtremor array exploration method, which is still another conventional exploration technique, arranges multiple Rayleigh waves propagating in the ground out of vibrations caused by coastal waves etc. (usually tens to hundreds of arrays). This is a method for estimating the S-wave structure of the target formation by measuring with a detector and analyzing the phase velocity reflecting the ground characteristics, and has the advantage of high mobility. However, although it is suitable for measurement analysis at a depth of -50m to -1000m from the ground surface due to the characteristics of surface waves, it takes time to analyze a large amount of data in multipoint / complex geological formations. Signals near the ground surface are extremely weak and have low resolution, which makes measurement and analysis difficult in shallow formations.
従来の探査技術のさらに他の一つである人工的な発信源を使用した表面波探査法は、発信源のエネルギーの限度(かけやを使用)とこれに伴う受信器の能力(一般に4.5Hz使用)から、測定可能な深度は地表から20m以浅とされてきた。エネルギー不足を補う方法として起振車を使用する方法があるが、起伏・沼沢等の複雑な地形では使用できないという欠点がある。   The surface wave exploration method using an artificial transmission source, which is still another conventional exploration technique, is limited in the energy of the transmission source (using a shading) and the capability of the receiver (generally 4. From 5 Hz), the measurable depth has been shallower than 20 m from the ground surface. There is a method of using a shaker as a method to compensate for the energy shortage, but there is a disadvantage that it cannot be used on complicated terrain such as undulations and marshes.
従来の地質調査技術の一つである普通工法ボーリングで、清水を使用したオールコアサンプリングは、深度方向の地質情報をもたらし、コアとともにボーリング孔を得ることが期待される工法であるが、平面的に見れば点としての情報をもたらすにとどまっていた。さらに、固結度の低いシルト層・泥岩や破砕帯であるとか、角礫・砂を挟む固結度の低い泥炭層・砂質泥岩層では、スライム排除のための送水圧・量に基く孔内の乱れをもたらし、その結果、マトリックスが流失して乱れが生じ、地質構造推定や地化学・水理学等の各種試験において解釈の余地がない的確な判断を下すに足るコアやボーリング孔を得る事ができなかった。   All-core sampling using normal water, which is one of the conventional geological survey techniques, is a method that is expected to provide geological information in the depth direction and obtain a borehole with the core. If it sees, it has only brought information as a point. Furthermore, in the case of silt layers, mudstones and fracture zones with low consolidation, or peat layers and sandy mudstone layers with low consolidation, sandwiching boulders and sand, pores based on the water pressure and volume to eliminate slime. As a result, the matrix is washed away, resulting in turbulence, and obtaining cores and boreholes that are sufficient for making accurate judgments that cannot be interpreted in various tests such as geological structure estimation and geochemistry / hydraulics. I could n’t.
従来の地質調査技術の他の一つとして、掘削水の比重調整と孔壁保護のために、普通工法ボーリングに泥水を使用するオールコアサンプリング工法があるが、固結度の低いシルト層・泥岩や破砕帯であるとか、角礫・砂を挟む固結度の低い泥炭層・砂質泥岩層では、清水掘りよりもやや改善されるとしても、スライム排除のための送水圧・量に基く孔内の乱れをもたらし、その結果、微粒分流失して乱れが生じ、地質構造推定において解釈の余地のない的確な判断を下すに足る高品質コアや高品質のボーリング孔を得る事ができなかった。泥水の使用は、特に、地化学・水理学等の各種試験において、目詰まり・収着等の致命的な撹乱を起こす工法として、忌み嫌われている。さらにこの調査法で得られる情報は、前記の清水掘りボーリング工法同様に、平面的に見れば、点としての情報に留まる。   As another conventional geological survey technique, there is an all-core sampling method that uses mud for ordinary boring to adjust the specific gravity of drilling water and protect the hole wall. In a peat layer or sandy mudstone layer with a low degree of consolidation, such as a crush zone or breccia / sand, even if it is slightly improved compared to freshwater digging, As a result, turbulence occurred due to the loss of fine particles, and it was impossible to obtain a high-quality core and high-quality boring hole sufficient to make an accurate judgment without interpretation in the geological structure estimation. The use of muddy water is disliked as a construction method that causes fatal disturbance such as clogging and sorption, especially in various tests such as geochemistry and hydraulics. Furthermore, the information obtained by this survey method remains as point information when viewed in plan, as in the case of the fresh water digging boring method.
従来技術の一つとして、主要建築物の支持基盤直上の地質構造を確認するために通称横坑調査法がある。この調査法では、主要構築物地点確認のため、従来型探査法と従来型ボーリングを組合せた事前調査を行い、次いでアクセスのための縦坑を設け、主要構築物設置・支持基盤面直上において、主要構築物を中心として交叉して設けた2本の横坑中で、地盤不安定要素の有無の確認を横坑内スケッチ等により、地質構造、特に表層から検出しがたい断層・すべり面・不整合面のような調査を実施する。次いで、従来型ボーリングで採取した岩石の室内試験結果を現位置において確認するために、多大な費用を要する横坑内において岩盤せん断試験等を実施する。   As one of the prior arts, there is a so-called horizontal shaft survey method to confirm the geological structure directly above the support base of the main building. In this survey method, in order to confirm the location of the main structure, a preliminary survey combining conventional exploration and conventional boring is conducted, and then a vertical shaft for access is provided. In the two horizontal shafts crossed around the center, the presence of ground instability elements is confirmed by sketches in the horizontal shaft, etc. of the geological structure, especially faults, slip surfaces, and inconsistent surfaces that are difficult to detect from the surface layer. Conduct such surveys. Next, in order to confirm the laboratory test results of the rock collected by conventional boring at the current position, a rock shear test or the like is carried out in a horizontal shaft that requires a great deal of cost.
この調査法の欠点は、表層からGL−100m問の重要な地質構造については、従来型の探査法では不確実性を有し(例えば比較的精度が良いとされる反射法であっても、分解能に限界があり、高価でそのため機動性を欠き)、併用する通常型ボーリング法は一般に高品質コア採取が困難なために、膨大な経費を必要とする横坑調査の中心部の選定において、不確実性(偶然性)を伴わざるを得なく、また、精密な坑壁スケッチのためには、孔壁の清浄化ばかりでなく磨ぎだす必要があり、往々にして、直交または斜交すべり面・伏在断層・不整合面等を見いだした場合には、横坑を延長し、調査を続行する必要があった。   The shortcoming of this survey method is that the geological structure of GL-100m from the surface layer has uncertainty in the conventional exploration method (for example, even the reflection method that is considered to be relatively accurate, In the selection of the center of the horizontal shaft survey that requires enormous costs, the normal boring method used in combination is generally difficult to collect high-quality cores, because the resolution is limited and expensive and therefore lacks mobility. Uncertainty (incidentity) is unavoidable, and for precise mine wall sketches, it is necessary not only to clean the hole walls but also to polish them. When finding a buried fault or inconsistent surface, it was necessary to extend the horizontal shaft and continue the survey.
これは要するに、従来型探査法とボーリングによるコア採取、室内分析試験、横坑調査の組合せによる調査法において、一般的従来型探査法ではその精度から不確実性があり、従来型ボーリングはその品質から砂・礫・破砕岩等を含む固結度の低い泥岩・シルト岩・破砕帯では岩相に関する信頼性が低く平面的に見ると鉛直掘は点としての情報で斜掘は点線としての情報を与えるのみであり、原位置において地質・岩相に関する情報を確認するための横坑調査では、主要構築物設置基盤の損傷を避けるために基盤直上におけるスケッチによる確認に止まり、それ以下の深度における不整合面やすべり面の検出とそれらの立体的表示については無力であるばかりか、特定注目地層に関する流向・流速についての解析手段に寄与するところは無かった。   In short, there are uncertainties in the accuracy of the conventional conventional exploration method due to the accuracy of the conventional exploration method and the core sampling by boring, the laboratory analysis test, and the horizontal pit survey. In low-consolidated mudstone, siltstone, and fractured zone including sand, gravel, and fractured rock, the reliability of the lithology is low and the vertical excavation is information as a point and the oblique excavation is information as a dotted line In order to avoid damage to the main structure installation base, the cross-sectional survey to confirm the geological and lithological information at the in-situ location is limited to the confirmation by the sketch directly above the base, and the depth below Not only is it ineffective at detecting matching surfaces and slip surfaces and their three-dimensional display, but there is no place to contribute to the analysis method for the flow direction and flow velocity of a specific stratum of interest. It was.
従って、室内試験結果、ボーリングデータ、地質構造情報、地盤強度情報、風化帯情報、すべり面・不整合面・破砕帯に関する情報、水理・水文学的データ等を地図上で随時取出可能なデータとしてデータベース化し、それらを総合して逆解析法により、総合して三次元的表示・断面表示することができなかった。   Therefore, laboratory test results, drilling data, geological structure information, ground strength information, weathered zone information, information on slip surface / misalignment surface / fracture zone, hydraulic / hydrological data, etc. can be retrieved on the map at any time. As a database, it was not possible to comprehensively display them in a three-dimensional display or cross-section using the inverse analysis method.
さらに、従来技術として、ボーリングの斜掘を用いて伏在断層・すべり面・不整合を地表から検出・確認する方法があるが、原位置における岩盤試験に関しては無力であり、所詮人が立ち入るための横坑または大口径の縦坑の建設を必要とし、経費的にも時間的にも機動性に欠ける大規模な工事を必要としていた。また、ボーリング孔内において孔壁を加圧して地盤岩盤の変形係数、降伏圧力、極限圧力数を得るための従来型原位置試験装置として、A型・B型孔内載荷試験装置がある。A型孔内載荷試験装置は、等分布荷重方式といい測定管が1室のゴムチューブ製測定用セルで構成される試験機で、圧力制御は加圧コックの開閉等を利用し圧力源からの圧力を制御するとともに、圧力計及び変移量測定用のスタンドパイプ等を備える。B型孔内載荷試験装置は等分布荷重方式といい測定管がゴムチューブ製の測定用メインセル及び上下のガードセルの3室で構成され、圧力制御は減圧制御弁を用い、メインセルとガードセルの圧力差は自動制御弁によって一定に保持され、圧力計及び変移量測定用のスタンドパイプ等を有する試験機である。A型孔内載荷試験装置・B型孔内載荷試験装置では、圧力載荷に当たっては、高圧ガスあるいはポンプで圧力を連結管を通じて供給し、いずれの場合にも乱れの少ないボーリング孔の形成を前提とするとともに、連結管にいても圧力損失を恐れて、加圧に対する膨張量の少ないことが要求される。また、測定管長は、円筒形圧力の場を二次元と見做せる充分な長さとし、直径の6倍以上が求められていて、キャリブレーションの時間・回数・載荷圧等に制約があり、固結度の低いすべり面に対しては充分な追従・測定を期待することが出来なかった。この他にC型孔内載荷試験装置があり、測定円管周囲の一部が載荷板であるような構造を有し、圧力制御用のポンプと圧力計とともに、孔壁変移量の測定が加圧ジャッキの吐出油量などに基いて測定する装置であるが、孔壁に引っ掛り装置の回収が困難になることが多く、その使用を避ける傾向があった。   In addition, as a conventional technique, there is a method of detecting and confirming underlying faults, slip planes, and inconsistencies from the ground surface using borehole excavation. The construction of a horizontal shaft or a large-diameter vertical shaft was required, and a large-scale construction lacking mobility in terms of cost and time was required. In addition, there are A-type and B-type in-hole loading test devices as conventional in-situ testing devices for obtaining the deformation coefficient, yield pressure, and ultimate pressure number of the ground rock by pressurizing the hole wall in the borehole. The A-type in-hole loading test device is a test machine with a uniform distribution load method, and the measuring tube is composed of a measurement tube made of rubber tube in one chamber. In addition to controlling the pressure, a pressure gauge and a stand pipe for measuring the displacement are provided. The B-type in-hole loading test device is called the uniform load system, and the measuring tube is composed of three chambers: a rubber tube measuring main cell and upper and lower guard cells. The pressure control uses a pressure reducing control valve. The pressure difference is kept constant by an automatic control valve, and is a testing machine having a pressure gauge, a stand pipe for measuring displacement, and the like. In the A-type in-hole loading test device and the B-type in-hole loading test device, high pressure gas or a pump is used to supply pressure through a connecting pipe for pressure loading. At the same time, even in the connecting pipe, there is a need for a small expansion amount with respect to pressurization because of fear of pressure loss. The length of the measuring tube should be long enough to allow the cylindrical pressure field to be considered as two-dimensional. It is required to be at least six times the diameter, and there are restrictions on the calibration time, number of times, loading pressure, etc. Sufficient follow-up and measurement could not be expected for a slip surface with a low degree of binding. In addition to this, there is a C-type in-hole loading test device, which has a structure in which a part of the circumference of the measurement tube is a loading plate, and the measurement of the hole wall displacement is added together with a pressure control pump and a pressure gauge. Although it is a device that measures based on the amount of oil discharged from the pressure jack, it tends to be difficult to recover the device because it is caught on the hole wall, and its use tends to be avoided.
従来の孔内せん断試験としては、到達深度が数十m程度の粘性土・固結の程度が低い軟岩(特に、N値ゼロの地盤)に対して、ベーンブレードを土中に押込んだ後回転することによりせん断力を測定するベーンせん断試験があるが、粘性土から硬岩まで、適用できるものではなかった。   As a conventional borehole test, after a vane blade is pushed into the soil against a viscous soil with a depth of reach of several tens of meters and soft rock with a low degree of consolidation (especially ground with a zero N value) Although there is a vane shear test that measures shearing force by rotating, it was not applicable from clay to hard rock.
この他にリングせん断試験機がある。当たり面に金属製の刃を放射状につけたようなコーンをロッドの先端部に装着し水圧で孔底に圧着させ、地上で回転角と発生する応力を測定する装置(ノンコア測定)であるが、N値20以下の粘性土程度の測定に留まり、また地上と孔底間におけるロッドのネジレによる測定誤差の問題のために、適用深度も数十mに限られていて、地表から深地下までの測定や、粘性土から硬岩に至るまで、同一掘進装置を使用するということは、不可能とされてきた。なお、ドラグビットやツーコーンビットを使用した専用のボーリングマシンを使用し押込みながら回転することにより一軸圧縮強度を測定するロータリーサウンディング装置があるが、一軸圧縮強度測定のみであって論外である。この装置とてもビットを押込むための反力に限界があり、最大適用深度も数十メートル程度で、改良土への適用に留まっていた。また、大型の先導ボーリング孔を利用するせん断試験法がある。一旦掘進を止めて先導ボーリング孔の孔底に対して一回り小さい外径のビットを使用してさらに掘進を続けた後、その小口径のボーリング孔に対し先端が開くリーマーを作用させ、ドーナッツ状の円盤を残す(その下側には先導孔と同一半径の空洞を形成する)。ドーナッツ状円盤の下にロッド先端に装着した冶具を開き、引抜くことにより、岩盤のせん断試験を実施する方法が提案されている。この方法は、直接的な岩盤せん断試験を実施可能なように見えるが、先導孔の孔底の平滑さ(一般にノンコア掘進はビットの食い込みが悪く精度がでない)と小外径ボーリング孔の中心位置の精度、メタル、リーマー掘進によるドーナッツ状円盤の精度、せん断試験における冶具の当たり面と地盤・岩盤の位置的精度等の解決すべき問題が多々あり、経費・時間・精度、潜在的なひびあるいは、固結度の低い挟在物の存在の可能性等々容易ではない。さらに、そのような精度が要求される準備時間中の応力の緩和についても考慮する必要がでてくるし、孔壁スケッチの広がりを期待できない。他のせん断試験方法としては、大口径の縦穴を建設し、その中心に中空円筒状の岩塊(土の室内円筒せん断試験用供試体と同様形状で竹輪状の岩塊)を自立せしめ、捩れせん断試験を実施する方法がある。この方法もまた、岩塊調製精度や測定開始までに応力緩和が起こる等の問題があり、もはや横坑建設によるブロックせん断試験と大差がないばかりか、合わせて実施されるべき横坑内孔壁スケッチのような広がりを持ったデータを期待できない。   There is also a ring shear tester. It is a device (non-core measurement) that measures the rotation angle and the stress generated on the ground by attaching a cone with a metal blade to the contact surface radially to the tip of the rod and crimping it to the hole bottom with water pressure. The application depth is limited to several tens of meters due to the problem of measurement error due to the twisting of the rod between the ground and the bottom of the hole. It has been impossible to measure and use the same excavator from cohesive soil to hard rock. There is a rotary sounding device that measures the uniaxial compressive strength by rotating while pushing using a dedicated boring machine using a drag bit or two-cone bit, but only uniaxial compressive strength measurement is out of the question. This device has a very limited reaction force to push the bit, and the maximum application depth is about several tens of meters. There is also a shear test method that uses a large leading bore hole. Once the drilling is stopped and the drilling is continued further using a bit with a small outer diameter with respect to the bottom of the leading borehole, a reamer that opens the tip is applied to the borehole of the small bore to make a donut shape (A cavity with the same radius as the leading hole is formed on the lower side). A method for performing a rock shear test by opening a jig attached to the tip of a rod under a donut-shaped disk and pulling it out has been proposed. This method seems to be able to perform direct rock shear tests, but the smoothness of the bottom of the leading hole (generally, non-core drilling does not bite the bit and the accuracy is not accurate) and the center position of the small outer diameter drilling hole There are many problems to be solved, such as the accuracy of metal, the accuracy of donut-shaped disks by reamer excavation, the contact accuracy of the jig and the positional accuracy of the ground / rock in the shear test, and cost / time / accuracy, potential cracks or The possibility of the presence of a sandwich with a low degree of consolidation is not so easy. Furthermore, it is necessary to consider the relaxation of stress during the preparation time for which such accuracy is required, and the spread of the hole wall sketch cannot be expected. As another shear test method, a large-diameter vertical hole is constructed, and a hollow cylindrical rock mass (taken ring-shaped rock mass with the same shape as the specimen for indoor cylindrical shear test of soil) is self-supported and twisted. There is a method of performing a shear test. This method also has problems such as rock mass preparation accuracy and stress relaxation before the start of measurement, which is no longer a big difference from the block shear test by horizontal shaft construction, and the side wall borehole sketch to be performed together I cannot expect data with such a spread.
本発明の地質構造調査システム及びその方法は、各サブシステムにより、前記従来の各方法の問題点を解決することを目的とする。さらに、本発明の地質構造調査システム及びその方法は、各サブシステムから得られた測定データを統合して、解析することを目的とする。   An object of the geological structure survey system and method of the present invention is to solve the problems of the conventional methods by each subsystem. A further object of the geological structure survey system and method of the present invention is to integrate and analyze measurement data obtained from each subsystem.
上記課題を解決するために、第1の発明は、地質構造調査システムであって、レイリー波及び反射波を測定して、地質構造を探査する波構造探査サブシステムと、懸濁気泡水を用いてボーリング孔を掘進して、ボーリング孔の形成とコアを採取するコア採取サブシステムと、遮水型多重パッカーにより湧水圧試験(JFT)を行って、地質の水質水文を測定するJFT測定サブシステムと、前記懸濁気泡水により洗浄されたボーリング孔底で孔底せん断を行って、地質の強度を測定する孔底せん断強度測定サブシステムと、前記ボーリング孔内で水平載荷試験を行う孔内水平載荷試験サブシステムと、前記ボーリング孔内を撮影する孔内撮影サブシステムと、前記各サブシステムで得られた多要素データを用いて、地質の三次元解析を行う多要素データ統合サブシステムと、から構成される地質構造調査システムである。   In order to solve the above-mentioned problems, the first invention is a geological structure investigation system, which uses a wave structure exploration subsystem for exploring a geological structure by measuring Rayleigh waves and reflected waves, and suspended bubble water. The core collection subsystem that drills the borehole and collects the borehole and collects the core, and the JFT measurement subsystem that measures the water quality and hydrology of the geology by performing a spring pressure test (JFT) using a water-impervious multipacker And a bottom shear strength measurement subsystem for measuring the strength of the geology by performing bottom shear at the bottom of the borehole washed with the suspended bubble water, and a horizontal inside hole for performing a horizontal loading test within the borehole. A multi-dimensional analysis of geology using a loading test subsystem, an in-hole imaging subsystem that images the borehole, and multi-element data obtained from each subsystem. And containing data integration subsystem, a geological survey system constituted.
第2の発明は、前記地質構造調査システムにおいて、前記S波構造探査サブシステムは、前記レイリー波及び前記反射波を測定するために、地表に設定されたグリッドの各頂点に配置される複数のアレイを備える、地質構造調査システムである。第3の発明は、前記地質構造調査システムにおいて、前記アレイは、所定の間隔で配置される複数の受信機から構成される、地質構造調査システムである。第4の発明は、前記地質構造調査システムにおいて、前記コア採取サブシステムは、鉛直堀及び又は斜掘のコア採取装置を備える、地質構造調査システムである。   According to a second aspect of the present invention, in the geological structure survey system, the S-wave structure exploration subsystem includes a plurality of arranged at each vertex of a grid set on the ground surface in order to measure the Rayleigh wave and the reflected wave. A geological survey system with an array. A third invention is the geological structure survey system, wherein the array is composed of a plurality of receivers arranged at predetermined intervals. A fourth aspect of the present invention is the geological structure survey system, wherein the core sampling subsystem includes a vertical moat and / or a diagonal core sampling device.
第5の発明は、前記地質構造調査システムにおいて、前記JFT測定サブシステムの前記多段パッカーは、測定部位の上側に配置される上多段パッカーと、前記測定部位の下側に配置される下多段パッカーとから構成される、地質構造調査システムである。第6の発明は、前記地質構造調査システムにおいて、前記上多段パッカー及び前記下多段パッカーは、複数のパッカーである、地質構造調査システムである。   According to a fifth aspect of the present invention, in the geological structure survey system, the multistage packer of the JFT measurement subsystem includes an upper multistage packer disposed above the measurement site and a lower multistage packer disposed below the measurement site. This is a geological structure survey system. The sixth invention is the geological structure survey system, wherein the upper multi-stage packer and the lower multi-stage packer are a plurality of packers.
第7の発明は、前記地質構造調査システムにおいて、前記孔底せん断強度測定サブシステムは、掘進にあたって先導し、せん断面を確実にする錐冠を有し、掘進時に前記コアを保持しつつ回転力を与えることにより前記コアを孔底からせん断するコア引き上げを確実にするためのコアリフターを備える、地質構造調査システムである。   The seventh invention is the geological structure survey system, wherein the hole bottom shear strength measurement subsystem has a conical crown that leads the excavation and secures a shear surface, and holds the core during excavation while rotating the core. It is a geological structure investigation system provided with a core lifter for ensuring that the core is lifted by shearing the core from the bottom of the hole.
第8の発明は、前記地質構造調査システムにおいて、前記孔内水平載荷試験サブシステムは、前記ボーリング孔内で送圧による圧力を測定する複数のセルと、接触したセルによるボーリング孔壁の変移を測定する複数の変移計とを備えることにより、多元的にボーリング孔壁の圧力及び変移を測定する、地質構造調査システムである。第9の発明は、前記地質構造調査システムにおいて、前記孔内水平載荷試験サブシステムの前記複数のセルは、当該複数のセルを孔壁の変形に追従させるための変形追従具をそれぞれ備える、地質構造調査システムである。第10の発明は、前記地質構造調査システムにおいて、前記セルは、弾性を有し、互いに圧力が伝達されるような、地質構造調査システムである。   In an eighth aspect of the geological structure survey system, the horizontal loading test sub-system in the borehole includes a plurality of cells that measure pressure due to pressure feeding in the borehole and a change in the borehole wall due to the contacted cell. It is a geological structure survey system that measures a borehole wall pressure and displacement in a multi-dimensional manner by providing a plurality of displacement meters to be measured. According to a ninth aspect of the present invention, in the geological structure survey system, the plurality of cells of the in-hole horizontal loading test subsystem each include a deformation follower for causing the plurality of cells to follow deformation of the hole wall. It is a structural survey system. A tenth aspect of the present invention is the geological structure survey system, wherein the cells have elasticity and pressure is transmitted to each other.
第11の発明は、前記地質構造調査システムにおいて、前記多要素データ統合サブシステムは、前記各サブシステムで得られた前記多要素データを記録すると共に、前記多要素データ用いて三次元の画像として解析・表示する、地質構造調査システムである。   In an eleventh aspect of the present invention, in the geological structure survey system, the multi-element data integration subsystem records the multi-element data obtained by the subsystems and uses the multi-element data as a three-dimensional image. It is a geological structure survey system that analyzes and displays.
第12の発明は、地質構造調査方法であって、レイリー波及び反射波を測定して、地質構造を探査するS波構造探査工程と、懸濁気泡水を用いてボーリング孔を掘進して、コアを採取するコア採取工程と、多重パッカーにより湧水圧試験(JFT)を行って、水質水文を測定するJFT測定工程と、前記懸濁気泡水により洗浄されたボーリング孔底で孔底せん断を行って、地質の強度を測定する孔底せん断強度測定工程と、前記ボーリング孔内で水平載荷試験を行う孔内水平載荷試験工程と、前記ボーリング孔内を撮影する孔内撮影工程と、前記各工程で得られた多要素データを用いて、地層の三次元解析を行う多要素データ統合工程と、から構成される地質構造調査方法である。   The twelfth invention is a geological structure investigation method, which measures a Rayleigh wave and a reflected wave, explores a geological structure, and drills a borehole using suspended bubble water, A core collection process for collecting the core, a JFT measurement process for measuring water quality and hydrology by performing a spring pressure test (JFT) with multiple packers, and a bottom shear at the bottom of the borehole washed with the suspended bubble water Hole bottom shear strength measuring step for measuring the strength of the geology, in-hole horizontal loading test step for performing a horizontal loading test in the boring hole, in-hole photographing step for photographing the inside of the boring hole, and each of the above steps This is a geological structure survey method comprising a multi-element data integration step for performing a three-dimensional analysis of the formation using the multi-element data obtained in (1).
第13の発明は、前記地質構造調査方法において、前記S波構造探査工程は、前記レイリー波及び前記反射波を測定するために、地表に設定されたグリッドの各頂点に配置される複数のアレイを備える、地質構造調査方法である。第14の発明は、前記地質構造調査方法において、前記アレイは、所定の間隔で配置される複数の受信機から構成される、地質構造調査方法である。第15の発明は、前記地質構造調査方法において、前記コア採取工程は、鉛直堀及び又は斜掘のコア採取装置を備える、地質構造調査方法である。   According to a thirteenth aspect of the present invention, in the geological structure investigation method, the S wave structure exploration step includes a plurality of arrays arranged at each vertex of a grid set on the ground surface in order to measure the Rayleigh wave and the reflected wave. This is a geological structure survey method. A fourteenth aspect of the present invention is the geological structure survey method, wherein the array is composed of a plurality of receivers arranged at predetermined intervals. A fifteenth aspect of the present invention is the geological structure survey method according to the geological structure survey method, wherein the core collecting step includes a vertical moat and / or inclined core collecting device.
第16の発明は、前記地質構造調査方法において、前記JFT測定工程の前記多段パッカーは、測定部位の上側に配置される上多段パッカーと、前記測定部位の下側に配置される下多段パッカーとから構成される、地質構造調査方法である。第17の発明は、前記地質構造調査方法において、前記上多段パッカー及び前記下多段パッカーは、複数のパッカーである、地質構造調査方法である。   According to a sixteenth aspect of the present invention, in the geological structure survey method, the multi-stage packer of the JFT measurement step includes an upper multi-stage packer disposed above the measurement site, and a lower multi-stage packer disposed below the measurement site. This is a geological survey method. A seventeenth aspect of the invention is the geological structure investigation method, wherein the upper multistage packer and the lower multistage packer are a plurality of packers.
第18に係る発明は、前記地質構造調査方法において、前記孔底せん断強度測定工程は、非掘進時に前記コアを保持しつつ回転・載荷することにより前記コアを孔底からせん断するコアキャッチャーを備えて引張強度を測定する、地質構造調査方法である。   According to an eighteenth aspect of the present invention, in the geological structure survey method, the hole bottom shear strength measuring step includes a core catcher that shears the core from the hole bottom by rotating and loading while holding the core during non-digging. This is a geological survey method that measures the tensile strength.
第19に係る発明は、前記地質構造調査方法において、前記孔内水平載荷試験工程は、前記ボーリング孔内及び測定セル内の圧力を測定する複数のセルと、ボーリング孔壁の変位を測定する複数の変位計とを備えることにより、多元的にボーリング孔壁の圧力及び変位を測定する、地質構造調査方法である。第20に係る発明は、前記地質構造調査方法において、前記孔内水平載荷試験工程の前記複数のセルは、当該複数のセルを孔壁の変形に追従させるための変形追従具をそれぞれ備える、地質構造調査方法である。第21に係る発明は、前記地質構造調査方法において、前記位置保持具は、椀状で弾性を有し、前記セルの周囲に取り付けられる、地質構造調査方法である。   According to a nineteenth aspect of the present invention, in the geological structure survey method, the in-hole horizontal loading test step includes a plurality of cells for measuring pressures in the borehole and the measurement cell, and a plurality of for measuring displacement of the borehole wall. It is the geological structure investigation method which measures the pressure and displacement of a boring hole wall multi-dimensionally by providing a displacement gauge. According to a twentieth aspect of the present invention, in the geological structure investigation method, the plurality of cells in the in-hole horizontal loading test step each include a deformation follower for causing the plurality of cells to follow deformation of the hole wall. It is a structure investigation method. A twenty-first aspect of the present invention is the geological structure survey method according to the geological structure survey method, wherein the position holding tool is bowl-shaped and elastic and is attached around the cell.
第22に係る発明は、前記地質構造調査方法において、前記多要素データ統合工程は、前記各工程で得られた前記多要素データを記録すると共に、前記多要素データ用いて三次元の画像として表示する、地質構造調査方法である。   According to a twenty-second aspect of the present invention, in the geological structure survey method, the multi-element data integration step records the multi-element data obtained in each of the steps and displays the multi-element data as a three-dimensional image. This is a geological survey method.
本発明の地質構造調査システムは、S波構造探査サブシステムによるS波構造から推定される伏在断層・不整合面・すべり面の三次元的推定値と、高品質ボーリング孔形成・高品質コア採取サブシステムを用いて採取されたコアデータから得られる地質・構造データと、孔内観測サブシステムによって得られる地質・構造の確認と、孔内水平載荷試験サブシステム及び孔底せん断試験・引っ張り強度試験による原位置試験と、JFT測定サブシステムによる原位置透水性試験及び間隙水圧試験等の実施による水理・水文学的情報とから、地盤岩盤内の流向流速(あるいは流速線)分布を得ることが可能となり、さらこれらの多要素データを用いて、多要素データ統合サブシステムにより地質構造の三次元の立体的あるいは平面的表示(さらに断面表示)が可能になる。   The geological structure survey system according to the present invention includes three-dimensional estimated values of buried faults, inconsistent surfaces, and slip surfaces estimated from the S-wave structure by the S-wave structure exploration subsystem, high-quality borehole formation, and high-quality core. Geological and structural data obtained from core data collected using the sampling subsystem, confirmation of geology and structure obtained by the borehole observation subsystem, horizontal loading test subsystem in the borehole, and bottom shear test and tensile strength Obtain the flow velocity (or velocity line) distribution in the ground rock from the in-situ test by the test and the hydraulic and hydrological information from the in-situ permeability test by the JFT measurement subsystem and the pore water pressure test. In addition, using these multi-element data, the multi-element data integration subsystem enables a three-dimensional three-dimensional or planar display of geological structures (further, Surface display) become possible.
本発明の地質構造原位置調査システムを示すブロック図である。It is a block diagram which shows the geological structure in-situ survey system of this invention. 図1のS波構造探査サブシステム100の原理を示す図である。It is a figure which shows the principle of the S-wave structure search subsystem 100 of FIG. 図1のコア採取サブシステムを示す構成図である。It is a block diagram which shows the core collection subsystem of FIG. 図1のS波構造探査サブシステム及びコア採取サブシステムの配置を示す斜視図である。It is a perspective view which shows arrangement | positioning of the S wave structure search subsystem of FIG. 1, and a core extraction subsystem. 図1のコア採取サブシステムによる地質構造確認の効果を示す原理図である。It is a principle figure which shows the effect of the geological structure confirmation by the core extraction subsystem of FIG. 図1のJFT測定サブシステムを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the JFT measurement subsystem of FIG. 図1の孔底せん断強度測定サブシステムを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the hole bottom shear strength measurement subsystem of FIG. 図1の孔内水平載荷試験サブシステムを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the horizontal loading test subsystem in a hole of FIG.
本発明に係る地質構造原位置調査システム(地質構造調査システム)及びその方法は、重要構築物を設置する支持基盤の地層・原位置特性に関するボーリング孔内(または孔底、コア等)で簡易に実施するものである。以下、本発明の地質構造原位置調査システム及びその方法に係る実施形態を、図1〜図8を参照して説明する。
[システムの全体構成]
本発明の地質構造原位置調査システム1の全体構成を、図1のブロック図を用いて説明する。図1において、地質構造原位置調査システム1は、S波構造探査サブシステム(波構造探査サブシステム)100と、コア採取サブシステム200と、JFT測定サブシステム300と、孔底せん断強度測定サブシステム400と、孔内水平載荷試験サブシステム500と、ボアホールテレビサブシステム(孔内撮影サブシステム)600と、多要素データ統合サブシステム700と、から構成される。
The geological structure in-situ survey system (geological structure survey system) and its method according to the present invention are simply implemented in the borehole (or hole bottom, core, etc.) regarding the stratum and in-situ characteristics of the support base where the important structure is installed. To do. Hereinafter, an embodiment according to a geological structure in-situ survey system and method of the present invention will be described with reference to FIGS.
[System overall configuration]
The overall structure of the geological structure in-situ survey system 1 of the present invention will be described with reference to the block diagram of FIG. In FIG. 1, a geological structure in-situ survey system 1 includes an S wave structure exploration subsystem (wave structure exploration subsystem) 100, a core sampling subsystem 200, a JFT measurement subsystem 300, and a hole bottom shear strength measurement subsystem. 400, an in-hole horizontal loading test subsystem 500, a borehole television subsystem (in-hole imaging subsystem) 600, and a multi-element data integration subsystem 700.
S波構造探査サブシステム100は、後述のアレイをグリッドの頂点に配置してレイリー波及び反射波を測定する。コア採取サブシステム200は、懸濁気泡水を使用して、前記グリッドの頂点で鉛直及び斜堀ボーリングを併用して、孔壁を形成してコアを採取する。JFT測定サブシステム300は、マルチパッカー式の湧水圧試験(JFT)を行って、水文状況を測定する。孔底せん断強度測定サブシステム400は、コア採取サブシステム200に含まれる掘進装置により懸濁気泡水を使用し清水掘りに準ずるボーリング孔を形成し、任意の深度で形成された新鮮な孔底を懸濁気泡水により洗浄した後、直ちに孔底せん断試験を実施する。   The S-wave structure exploration subsystem 100 measures an Rayleigh wave and a reflected wave by arranging an array, which will be described later, at the top of the grid. The core collection subsystem 200 collects the core by forming a hole wall using suspended bubble water and using vertical and oblique drilling at the top of the grid. The JFT measurement subsystem 300 performs a multipacker spring pressure test (JFT) to measure the hydrological situation. The hole bottom shear strength measurement subsystem 400 forms a borehole in accordance with fresh water digging by using suspended bubble water by a drilling device included in the core collection subsystem 200, and creates a fresh hole bottom formed at an arbitrary depth. A hole bottom shear test is performed immediately after washing with suspended water.
孔内水平載荷試験サブシステム500は、多元的にボーリング孔内で水平載荷試験を行う。ボアホールテレビサブシステム600は、ボーリング孔内に挿入されたボアホールテレビによって、自動的に孔内を観測して所定のアルゴリズムで解析し、さらに観測及び解析結果を記録する。多要素データ統合サブシステム700は、各サブシステムで得られたデータを収集記憶することにより、多要素データを統合するデータベースを構築して、地層の三次元解析を行って解析結果を画像表示する。これによって、多要素データ統合サブシステム700は、伏在断層・すべり面・不整合面確認、走向傾斜確認を可能とする。   The in-hole horizontal loading test subsystem 500 performs a horizontal loading test in a boring hole in a multiple manner. The borehole television subsystem 600 automatically observes the inside of the hole by the borehole television inserted in the borehole, analyzes it with a predetermined algorithm, and records the observation and analysis results. The multi-element data integration subsystem 700 collects and stores data obtained by each subsystem, thereby constructing a database that integrates multi-element data, performs a three-dimensional analysis of the formation, and displays an analysis result as an image. . As a result, the multi-element data integration subsystem 700 enables confirmation of underlying faults, slip planes, inconsistent planes, and strike direction confirmation.
地質構造原位置調査システム1では、地表からは検出確認し難かった重要構造物の支持基盤上下における鋭角または直立した伏在断層・すべり面・不整合について検出・確認することができ、従来型の横坑内調査(あるいは活断層発掘調査)を不要ならしめるとともに、ボーリング工法を活用した孔底せん断強度測定サブシステム400及び孔内水平載荷サブシステム500により、従来型の横坑内調査を不要ならしめることができる。   In the geological structure in-situ survey system 1, it is possible to detect and confirm acute angles or upright underground faults, slip planes and inconsistencies above and below the support base of important structures that were difficult to detect from the ground surface. In addition to eliminating the need for a horizontal borehole survey (or active fault excavation survey), the borehole shear strength measurement subsystem 400 and the horizontal borehole loading subsystem 500 using the boring method can eliminate the need for a conventional horizontal borehole survey. Can do.
なお、従来技術では、地表から伏在断層・すべり面・不整合を取りこぼしなく検出することが出来ず、さらに効率よく・高精度で機動的に確認することが到底できなかったが、本発明のサブシステム100〜300はこれを可能にした。しかし、原位置試験としては従来型の横坑あるいは縦坑において大規模なせん断試験や水平載荷試験を行なわざるを得なかった。   In the prior art, it was not possible to detect the hidden faults, slip planes, and inconsistencies from the ground surface, and it was impossible to efficiently and efficiently confirm the faults. Subsystems 100-300 made this possible. However, as an in-situ test, a large-scale shear test or horizontal loading test was inevitably performed on a conventional horizontal shaft or vertical shaft.
これに対して、本発明においては、孔底せん断強度測定サブシステム400による孔底せん断試験と、孔内水平載荷試験サブシステム500による水平載荷試験とにより、横坑あるいは縦坑内の原位置岩盤試験を必要としなくなり、任意の深度ごとに、複数のボーリング孔内で実施することにより、支持基盤の上下のみならず地盤全体において原位置岩盤特性が得られる。即ち、着目地点において、孔内水平載荷試験により地盤岩盤の変形特性の測定解析(堆積土・軟岩にあっては、c、φ値測定解析)を行うことができる。なお、これらボーリング孔内での水平載荷試験及び孔底せん断試験は、機動的に試験位置を選定する前記鉛直・斜掘を特徴とする適地選定によって初めてそれらの効果を発揮するものである。   On the other hand, in the present invention, the in-situ rock test in the horizontal or vertical shaft is performed by the bottom shear test by the bottom shear strength measurement subsystem 400 and the horizontal load test by the in-hole horizontal load test subsystem 500. By implementing in a plurality of boreholes at any depth, in-situ rock properties can be obtained not only above and below the support base but also in the entire ground. That is, at the point of interest, measurement analysis of the deformation characteristics of the ground bedrock (c, φ value measurement analysis for sedimentary soil / soft rock) can be performed by the horizontal loading test in the hole. The horizontal loading test and the bottom shear test in these boreholes demonstrate their effects only by selecting the appropriate site characterized by the vertical and oblique excavation where the test position is selected flexibly.
さらに、後述の図4に示すように、コントロールボーリング・定方位ボーリングを、本発明の地質構造原位置調査システム1と組み合わせることにより、重要構築物についても、断層破砕帯・すべり面等の有無確認ならびに岩石強度の原位置試験を精度良く実施することが出来るとともに、多くの開口部を残すことなく精度の高い地質・構造調査や岩盤強度原位置試験を機動的・経済的に実施することが出来る。   Furthermore, as shown in FIG. 4 to be described later, by combining control boring / fixed orientation boring with the geological structure in-situ survey system 1 of the present invention, it is possible to confirm whether there is a fault crush zone, slip surface, etc. In-situ rock strength tests can be performed with high accuracy, and high-precision geological / structural surveys and rock strength in-situ tests can be performed flexibly and economically without leaving many openings.
各サブシステムによって得られる、地質構造や、層序、地盤強度、水理・水文学的情報、流向・流速・流跡線等の情報、地表からの岩盤試験結果は、多要素データ統合サブシステム700によって、随時地図上に表示可能なデータとしてデータベース化され、次いで各データについて逆解析による三次元解析を実施し、総合的な画像として立体あるいは断面として表示する。実測データには自然現象としての「ゆらぎ」があることから、本発明から得られるデータとその解析結果は、誤差として記録又は表示することも可能である。   The geological structure, stratigraphy, ground strength, hydraulic / hydrological information, flow direction / velocity / trajectory information, etc. obtained from each subsystem, and rock mass test results from the ground surface are integrated into the multi-element data integration subsystem. By 700, the data is displayed as data that can be displayed on the map at any time, and then each data is subjected to three-dimensional analysis by inverse analysis and displayed as a solid image or a cross section. Since the actual measurement data has “fluctuations” as a natural phenomenon, the data obtained from the present invention and the analysis results thereof can be recorded or displayed as errors.
このように、本発明では、地盤岩盤に関する、特に、表層から深度約−100m程度の間の支持基盤のS波構造測定解析による伏在断層・すべり面・不整合面等の地質構造検出と地盤岩盤強度を効果的に得ることができる。なお、GL−1500m程度までは適用可能である。
[S波構造探査サブシステム]
S波構造探査サブシステム100は、レイリー波(Rayleigh Wave)と反射波とを複合したS波構造の測定・解析により地質構造を機動的に検出する。具体的には、S波構造探査サブシステム100は、地表に設定されたグリッド(測定点)の中心点に系統的に微振動アレイを配置するものである。なお、グリッドの中心点には、後述するようにボーリング孔が形成され、ボーリング孔に重錘を落下させて観測用波を発生させる重錘落下式発振源を用いる。
As described above, in the present invention, the detection of geological structures such as buried faults, slip surfaces, inconsistent surfaces and the like by the S wave structure measurement analysis of the support base between the surface and the depth of about −100 m and the ground Rock strength can be obtained effectively. In addition, it is applicable to about GL-1500m.
[S-wave structure exploration subsystem]
The S-wave structure exploration subsystem 100 dynamically detects a geological structure by measuring and analyzing an S-wave structure that combines a Rayleigh wave and a reflected wave. Specifically, the S-wave structure exploration subsystem 100 systematically arranges the micro-vibration array at the center point of a grid (measurement point) set on the ground surface. A boring hole is formed at the center point of the grid, as will be described later, and a weight drop type oscillation source is used that causes an observation wave to be generated by dropping a weight into the boring hole.
S波構造探査サブシステム100は、図2に示すように、グリッド交点にシステマティックに配列された発振源を備え、受信周波数を8秒程度にする等の工夫を加えた表面探査と、天然のレイリー波発振源を用いて独特の配列を形成する複数微動小アレイ(図2(a)に示す同心円上複数受信装置群を受信単位とする)とを複合する。   As shown in FIG. 2, the S-wave structure exploration subsystem 100 includes surface exploration provided with systematic arrangement of oscillation sources at grid intersections and a device such as a reception frequency of about 8 seconds, and a natural Rayleigh. A plurality of microtremor small arrays (using a concentric multiple receiving device group shown in FIG. 2A as a receiving unit) that form a unique array using a wave oscillation source are combined.
図2(a)は、レイリー波伝播における位相波速度に着目したS波構造探査サブシステムの配列例(但し、1測線のみ)の重ね合わせの状態を示し、図2(b)は、S波構造探査サブシステム100のアレイの配列例を示す。S波構造探査サブシステム100は、図2に示すように所定間隔(例えば約25m間隔)で地表に想定したグリッド上に、図4の表面波探査測線を設定する。   FIG. 2A shows a superposition state of an arrangement example of the S-wave structure exploration subsystem focusing on the phase wave velocity in Rayleigh wave propagation (however, only one survey line), and FIG. An example of the array of the structure exploration subsystem 100 is shown. As shown in FIG. 2, the S-wave structure exploration subsystem 100 sets the surface wave exploration survey line of FIG. 4 on a grid assumed on the ground surface at a predetermined interval (for example, an interval of about 25 m).
S波構造探査サブシステム100は、約25m間隔の表面波探査と、微動アレイ探査(受信機配置は図2(b)の参照)とを同一測線上で実施することにより、これらを同調せしめて、それぞれ異なる深度の地層によって変調を受けたS波位相波速度として測定する。   The S-wave structure exploration subsystem 100 synchronizes these by performing surface wave exploration at intervals of about 25 m and microtremor array exploration (see Fig. 2 (b) for receiver arrangement) on the same line. , And measured as S wave phase wave velocity modulated by formations of different depths.
なお、本州沿岸で発生するレイリー波に随伴する位相の伝播速度に着目して得られるS波伝播速度では、従来は独立解析していたために生じたGL−20m〜−50mにおける不確実性(反射法は信号が微弱となり、レイリー波はぼやける)があった。しかし、S波構造探査サブシステム100では、それらのデータを互いに補わせそれらの弱点を計画的に克服するために、レイリー波及び反射波の両探査測定における測定点を、互に相重なるように計画的に配置する。これによって、両探査法により得られたデータを(共通のS波伝播速度として)、以下の解析法により解析する。   Note that the S-wave propagation velocity obtained by paying attention to the propagation velocity of the phase accompanying the Rayleigh wave generated along the coast of Honshu is uncertain (reflection) in GL-20m to -50m, which was caused by independent analysis in the past. According to the law, the signal was weak and the Rayleigh wave was blurred). However, in the S-wave structure exploration subsystem 100, the measurement points in both the Rayleigh wave and reflected wave exploration measurements are overlapped with each other in order to complement these data and to overcome the weak points in a planned manner. Place it systematically. Thus, the data obtained by both exploration methods (as a common S wave propagation velocity) is analyzed by the following analysis method.
S波速度の伝播が地下の地質構造の影響を受けるところから、測定法で得られる同一地層の影響を反映するS波信号を(重ね合わせて)統合して解析することにより、従来の弱点であった表層〜GL−100mの地質構造の三次元解析が可能になる。例えば、S波構造解析では、レイリー波及びS波の両探査法で得られたデータについて、逆解析法と順解析法を複合した「複合シミュレーション解析法」によって、従来実施困難であった表層からGL−約100mに至るS波構造が得られる。これによって、改良型重錘落下式発振源について、従来からの弱点であったGL−20m〜−50m間におけるS波探査の弱点を機動的・経済的に補うことができる。   Since the propagation of the S wave velocity is affected by the underground geological structure, the S wave signal that reflects the influence of the same formation obtained by the measurement method is integrated (overlapped) to analyze the weakness of the conventional weak point. Three-dimensional analysis of the geological structure of the existing surface layer to GL-100m becomes possible. For example, in S-wave structural analysis, the data obtained by both Rayleigh wave and S-wave exploration methods can be used from the surface layer, which has been difficult to implement by the “combined simulation analysis method” that combines the inverse analysis method and the forward analysis method. GL-S wave structure up to about 100 m is obtained. This makes it possible to flexibly and economically compensate for the weak point of the S wave exploration between GL-20m and -50m, which was a conventional weak point, with the improved weight drop type oscillation source.
さらに、S波構造探査サブシステム100は、「従来方法である人工地震を使用したレイリー波探査法の到達深度限界(GL−20m以浅で有効)」に対して、人工発信源エネルギー不足の改善を機動的落下錘の重量増加により行い、GL−100mに至る計測と解析を可能とする。また、S波構造探査サブシステム100は、グリッド交点上に発信源と受信器をシスティマティックに配置するとともに特性周期(8秒±2秒)の受信器群を配置し、地中地質構造の断層・すべり面・不整合を解釈する。   Furthermore, the S-wave structure exploration subsystem 100 improves the shortage of artificial source energy against the “reach depth limit of the Rayleigh wave exploration method using an artificial earthquake, which is a conventional method (effective at shallower than GL-20 m)”. Measurement and analysis up to GL-100m is possible by increasing the weight of the mobile drop weight. In addition, the S-wave structure exploration subsystem 100 systematically arranges the transmission source and the receiver on the grid intersection, and arranges the receiver group having the characteristic period (8 seconds ± 2 seconds), so that the fault of the underground geological structure is obtained.・ Interpret slip surfaces and inconsistencies.
なお、この人工発振源を使用したレイリー波探査法において、落錐式発振源に代えて、よりエネルギーの高い起振装置や起振車を使用しても、レイリー波の複合解析のためには何ら差し支えないばかりか、データーの確実性を上昇させることができる。本発明における同心配置レイリー波検出装置(S波構造探査サブシステム100)において、受信機を10機を超えて拡大多重化することや、単数の同心配置レイリー波検出装置と併用することは、地層性状把握における到達深度をGL−約3000m程度まで増大させる。しかし、レイリー波解析の特徴として同心円内位相速度の平均値を与えるという性格上その数を、本発明における「人工発振源を使用したレイリー波探査法と測線を合致させ測定・複合解析」を行うという特徴から、経済効果を低減するが、本発明の目的達成を阻害するものではない。
[コア採取サブシステム]
コア採取サブシステム200は、上述のグリッド頂点上位置に鉛直堀・斜掘のボーリング孔を形成し、掘進用懸濁気泡水の自動スライム機能を利用し掘進する。これによって、平滑なボーリング孔壁を有するボーリング孔の形成と、実質上清水堀でコアの採取とを可能とする。なお、懸濁気泡水の自動スライム排除機能によるボーリングを行うものであり、清水掘と気泡ボーリングの長所を生かし、これらの欠点を克服した工法である。
In addition, in this Rayleigh wave exploration method using an artificial oscillation source, even if a higher energy excitation device or vehicle is used instead of a falling cone type oscillation source, a combined analysis of Rayleigh waves is not possible. Not only can it do anything, it can increase the certainty of the data. In the concentric Rayleigh wave detection device (S-wave structure exploration subsystem 100) according to the present invention, it is possible to expand and multiplex more than 10 receivers or to use in combination with a single concentric Rayleigh wave detection device. The reach depth in grasping the properties is increased to about GL-about 3000 m. However, in terms of the nature of giving the average value of concentric phase velocity as a feature of Rayleigh wave analysis, the number is used in the present invention to “measure and combine analysis by matching the Rayleigh wave exploration method using an artificial oscillation source with a survey line”. This feature reduces the economic effect, but does not hinder the achievement of the object of the present invention.
[Core collection subsystem]
The core collection subsystem 200 forms a boring hole for vertical digging and oblique digging at the above-mentioned grid apex position, and digs up using an automatic slime function of suspended bubbling water for digging. This makes it possible to form a boring hole having a smooth boring hole wall and to collect the core in a substantial supernatant water moat. In addition, it performs boring by the automatic slime exclusion function of suspended bubble water, and it is a construction method that overcomes these disadvantages by taking advantage of fresh water digging and bubble boring.
コア採取サブシステム200は図3に示すように構成されており、懸濁気泡水による孔底での自動スライム排除機能を備えている。図3の原水タンク202中には原水として地下水又は表層水、やむを得ない場合には水道水が貯留されており、原水タンク202は地下水の沈砂池としても使用している。原水タンク202に貯留された原水は、送水ポンプ204により給水管を介して、発泡用ガスで懸濁した気泡水を生成する液混合器208に連続的に圧送される。発泡用ガスボンベ210と気液混合器208の外部に配置されており、発泡用ガスボンベ210と気液混合器208とはガス供給管で接続されている。気液混合器208には、原水の供給と同時に発泡用ガスボンベ210からガス供給管を介して、発泡用ガスが連続的に一定混合比率で供給される。従って、気液混合器208中では、原水と不活性ガスとが高速混合・分散することにより、発泡用ガスで懸濁した気泡水が生成する。なお、液混合器208の前後の配管には、弁206、212が配置されている。液混合器208で生成された懸濁気泡水(清水)は、配管を介して、鉛直掘削コア採取装置220や傾斜掘削コア採取装置230に導かれる。これらのコア採取装置の孔底において、コア250が懸濁気泡水を用いて掘削される。   The core collection subsystem 200 is configured as shown in FIG. 3 and has an automatic slime removal function at the bottom of the hole by suspended bubble water. In the raw water tank 202 of FIG. 3, ground water or surface layer water is stored as raw water, and tap water is unavoidably stored, and the raw water tank 202 is also used as a groundwater settling basin. The raw water stored in the raw water tank 202 is continuously pumped by a water supply pump 204 through a water supply pipe to a liquid mixer 208 that generates bubble water suspended in a foaming gas. The foaming gas cylinder 210 and the gas-liquid mixer 208 are disposed outside, and the foaming gas cylinder 210 and the gas-liquid mixer 208 are connected by a gas supply pipe. The gas-liquid mixer 208 is supplied with foaming gas continuously from the foaming gas cylinder 210 through the gas supply pipe at the same time as the raw water is supplied. Therefore, in the gas-liquid mixer 208, the raw water and the inert gas are mixed and dispersed at a high speed to generate bubble water suspended in the foaming gas. In addition, valves 206 and 212 are arranged in the pipes before and after the liquid mixer 208. Suspended bubble water (fresh water) generated by the liquid mixer 208 is guided to the vertical excavation core collection device 220 and the inclined excavation core collection device 230 via a pipe. At the hole bottom of these core collection devices, the core 250 is excavated using suspended bubble water.
また、コア採取サブシステム200は、後述の図4に示すように、注目調査位置の支持基盤面及びこれを挟む上下の地質・構造の確認を目的とし、支持基盤面の損傷を最小限に抑えるために、着目支持基盤領域の四周で、組織的に(体系的に、所定間隔で)実施する斜掘を特徴とするボーリングとオールコア採取を実施する。   In addition, as shown in FIG. 4 to be described later, the core collection subsystem 200 is intended to confirm the support base surface at the target survey position and the upper and lower geology / structure sandwiching this, and minimize damage to the support base surface. For this purpose, boring and all-core sampling, which is characterized by oblique excavation performed systematically (systematically, at predetermined intervals), is performed on the four sides of the target support base region.
なお、S波構造探査サブシステム100のように反射法とレイリー波測定点をグリッド頂点に配置して測定する際に、嵩密度が似通う地盤岩盤あるいは層厚が薄い場合にはその解像度の制約から異なる地盤岩相(例えば不整合)で、自動解析あるいは画像表現を精密かつ明確にし難いという限界があった。先に従来技術のところで述べたように、群列を形成するような多数の鉛直ボーリングの実施は、鉛直に近い伏在断層・すべり面・不整合の検出には適せず、地盤岩盤の損傷を増加せしめるだけであって、徒労に近いことに着目して、これを克服するためにコア採取サブシステム200を工夫したものである。このコア採取サブシステム200は、従来型の普通工法(清水掘)ボーリングに替えて、「懸濁気泡水を使用した自動スライム排除機能」を付与した「清水掘コア採取工法」を使用し、計画的に配置された複数の傾斜ボーリングと鉛直ボーリングと併用して実施する。   Note that when the reflection method and Rayleigh wave measurement points are arranged at the grid apex as in the S-wave structure exploration subsystem 100, if the ground bedrock with similar bulk density or the layer thickness is thin, the resolution is limited. Therefore, there is a limit that it is difficult to make accurate analysis and image expression precise and clear in different ground rock facies (for example, mismatch). As described in the section of the prior art, many vertical borings that form group rows are not suitable for detection of subsurface faults, slip planes, and inconsistencies that are close to the vertical, and damage to ground rock masses. In order to overcome this problem, the core collection subsystem 200 is devised by focusing on the fact that it is close to labor. This core collection subsystem 200 uses the “Shimizu Mine Core Collection Method” with “Automatic Slime Eliminating Function Using Suspended Bubble Water” instead of the conventional ordinary method (Shimizu Mine) boring. It is carried out in combination with a plurality of inclined borings and vertical borings.
それらの鉛直ボーリングの配置(図4参照)は、建造物予定地の中心及びこれを取囲むように、所定間隔でグリッドを形成せしめ、その頂点に配置された鉛直ボーリング群を形成し、鉛直ボーリングの配置付近を挟むよう傾斜型ボーリング群を形成する。このように配置された斜掘型ボーリング群を有する地質構造調査ボーリングシステムにより、地表からの露頭調査・リニヤメント調査では、存在・不存在が確認しづらかった伏在断層・すべり面・不整合のような構造的広がりを持つ地質・構造すなわち深度・走向傾斜の確認を可能とするばかりか、複合表面波探査システムに残された地質構造確認評価に関する不確実性を低減し、その数値的評価を可能にする。   As for the arrangement of these vertical borings (see FIG. 4), a grid is formed at predetermined intervals so as to surround the center of the planned building site and this, and a vertical boring group arranged at the apex thereof is formed. An inclined boring group is formed so as to sandwich the vicinity of the arrangement. The geological structure survey boring system with oblique digging boring groups arranged in this way makes it difficult to confirm the presence / absence of underground faults, slip surfaces, and inconsistencies in outcrop and liniment surveys from the surface. It is possible not only to check the geology and structure with a wide structural extent, that is, depth and strike slope, but also to reduce the uncertainty related to the evaluation of the geological structure left in the complex surface wave exploration system, and to make numerical evaluation To.
コア採取サブシステム200において、掘進方法として「懸濁気泡水を使用するコントロールボーリング」の適用や、「懸濁気泡水を使用する定方位コア採取」の適用、さらに「深度・岩種に応じた錘冠の取替え、泥水使用あるいは界面活性剤使用から懸濁気泡水への変更」、「懸濁気泡生成のための送気用ポンプや圧縮空気ボンベの使用の使用、不活性ガスとして窒素・アルゴンボンベとそれら等のグレード変更、水素混合不活性ガスボンベの使用」等はなんら差し支えなく、しかも同一掘進システムの適用(懸濁気泡水生成システムと掘進装置の使用)が可能であり、工程上差し支えなく効果を損なうものではないばかりか、それらの要素技術を地盤岩盤の硬軟・深度に応じて随時組合せることは、本発明の効果を増大せしめものである。また、コア採取サブシステム200のように、「清水掘コア採取工法」に対し、空気に替えて、窒素、高純度チッソ、アルゴン、水素入りアルゴン、ヘリウム等を使用する工法を用いても良く、この場合には、結晶質岩は勿論のこと固結度の低い泥岩、破砕帯のような岩屑の半固結混合層、礫と粘土からなる固結度の低い混合層等も円滑に、しかも微粒分を流失やコア構造の乱れのないコアを採取することが出来るばかりか、採取したコア・地下水に関する調査目的に応じて変更することにより、微生物学的試験、地化学的試験、環境化学的試験に対応することが可能になる。   In the core collection subsystem 200, as an excavation method, application of “control boring using suspended bubble water”, application of “fixed orientation core collection using suspended bubble water”, and “depending on depth and rock type” “Replacement of crown, change from mud or surfactant to suspended bubble water”, “use of air pump and compressed air cylinder to generate suspended bubbles, nitrogen / argon as inert gas Changing the cylinders and their grades, using hydrogen-mixed inert gas cylinders, etc., are all right, and the same excavation system can be applied (use of suspended bubble water generation system and excavator). Not only does this impair the effect, but combining these elemental technologies as needed according to the hardness and softness of the ground rock increases the effect of the present invention.Further, as in the core collection subsystem 200, a method using nitrogen, high purity nitrogen, argon, hydrogen-filled argon, helium or the like instead of air may be used for the “fresh water core collection method”. In this case, not only crystalline rock but also mudstone with low consolidation, semi-consolidated mixed layer of debris like crush zone, mixed layer with low consolidation of gravel and clay, etc. smoothly In addition to being able to collect cores that are free of runoff and disturbance of core structure, microbiological tests, geochemical tests, environmental chemistry can be performed by changing the cores and groundwater according to the purpose of investigation. It becomes possible to correspond to a static test.
なお、コア採取サブシステム200において、懸濁気泡水中の気泡安定化のために界面活性剤を使用しても良いが、界面活性剤を使用しないでも結晶質岩は勿論のこと固結度の低い泥岩、破砕帯のような岩屑を含む半固結混合層、礫と粘土からなる固結度の低い混合層等についても円滑に、しかも微粒分を流失させることなく、コア構造の乱れのない高品質のコアを採取することを可能ならしめるので、地化学的制約がなければ、工程の促進上有利である。   In the core collection subsystem 200, a surfactant may be used for stabilizing the bubbles in the suspended bubble water, but even if a surfactant is not used, crystalline rock has a low degree of consolidation. Mudstone, semi-consolidated mixed layer containing debris such as shattered zone, mixed layer composed of gravel and clay, etc. with low degree of consolidation smoothly, without losing fine particles, and without disturbing the core structure Since it is possible to collect high-quality cores, it is advantageous to accelerate the process if there are no geochemical constraints.
コア採取サブシステム200では、原則的には同一の孔底せん断試験用錘冠と掘進装置を使用し(錘冠はオールコア採取(ダブルコアチューブ方式)が可能とするとともに鉛直掘進部と孔底せん断試験当たり面を構成するためのらせん状に配置されたダイアモンドビット丘群からなる孔底せん断試験錘冠と、掘進ロッドの地上部には回転角と回転応力を測定するための装置を有する。   In the core collection subsystem 200, the same hole bottom shear test conical crown and excavation device are used in principle (the conical crown enables all core sampling (double core tube method), and the vertical excavation part and the hole bottom shear test). A hole bottom shear test weight crown composed of a diamond bit hill group arranged in a spiral shape to form a contact surface, and a device for measuring a rotation angle and a rotational stress are provided on the ground portion of the excavation rod.
また、コア採取サブシステム200の掘削コア採取装置をそれぞれグリッド交点に配置して(図4)、鉛直堀や傾斜掘でボーリングを行う。コア採取サブシステム200は、懸濁気泡水によってボーリング孔内の洗浄を実施しながら、ボーリングを行なうため、孔底・孔壁における付着・沈殿スライムによる滑りが無くなり、ダイヤモンドビットを使用する場合には、ダイヤモンド・ダストで研磨しているような滑らかな孔壁が得られる。このように、コア採取サブシステム200を用いることにより、S波構造探査サブシステム100で得られた、地質構造について、コア試料の地層構成鉱物・土質について分析可能となり、構造的すべり面の把握が可能となる。
[S波構造探査サブシステムとコア採取サブシステムとの配置]
図4はS波構造探査サブシステム100とコア採取サブシステム200との配置の相互関係を図示したものである。図4において、地表面1000にはS波構造探査サブシステム100が図2に示したような所定間隔で複数配置され、地表面1000の下方の地中に対象構築面1100が位置し、対象構築面1100よりさらに下方の地下の調査必要深度に調査必要深度面1200が位置する。図5中、敷地内調査として従来工法ボーリング260が、主要構築物位置に対して最外周で、調査必要深度面1200まで行われる。また、支持基盤調査としてコア採取サブシステム200の鉛直ボーリング270が、従来工法ボーリング260の位置よりも主要構築物位置により近い外周位置の矩形状頂点及び主要構築物位置で、調査必要深度面1200まで行われる。さらに、外周補完調査として前記矩形状の外周位置の各辺の中点で、コア採取サブシステム200の鉛直ボーリング280が行われる。また、傾斜不整合確認調査として、コア採取サブシステム200の傾斜ボーリング290が、外周位置内で、主要構築物接地面1100まで行われる。
Moreover, the excavation core collection device of the core collection subsystem 200 is arranged at each grid intersection (FIG. 4), and boring is performed by vertical moat or inclined excavation. Since the core collection subsystem 200 performs boring while cleaning the borehole with suspended bubble water, slipping due to adhesion / precipitation slime on the hole bottom / hole wall is eliminated, and a diamond bit is used. A smooth hole wall that is polished with diamond dust can be obtained. As described above, by using the core collection subsystem 200, it is possible to analyze the geological structure obtained by the S-wave structure exploration subsystem 100 with respect to the minerals and soil structure of the core sample, and to grasp the structural slip surface. It becomes possible.
[Arrangement of S-wave structure exploration subsystem and core collection subsystem]
FIG. 4 illustrates the interrelationship between the arrangement of the S-wave structure exploration subsystem 100 and the core collection subsystem 200. 4, a plurality of S wave structure exploration subsystems 100 are arranged on the ground surface 1000 at predetermined intervals as shown in FIG. 2, and a target construction surface 1100 is located in the ground below the ground surface 1000. The survey required depth plane 1200 is located at the survey required depth below the plane 1100. In FIG. 5, the conventional method boring 260 is performed up to the survey required depth plane 1200 at the outermost periphery with respect to the main structure position as the site survey. Further, as a support base survey, the vertical boring 270 of the core collection subsystem 200 is performed up to the survey required depth plane 1200 at the rectangular apex and the main building position of the outer peripheral position closer to the main building position than the position of the conventional method boring 260. . Further, the vertical boring 280 of the core collection subsystem 200 is performed at the midpoint of each side of the rectangular outer peripheral position as the outer periphery supplementary survey. In addition, as a tilt mismatch confirmation investigation, tilt boring 290 of the core collection subsystem 200 is performed up to the main structure ground contact surface 1100 within the outer peripheral position.
なお、S波構造探査サブシステム100は地表からの探査により、S波伝播速度の異なる面に関するデータの把握を行って、精密調査の候補となる地点・支持基盤深度についての三次元情報を与える一方、コア採取サブシステム200はグリッド交点に配置され、これにより構造的な広がりを有する伏在断層・すべり面・不整合等の確認が可能となる。それらのデータは、ボーリング孔内におけるボアホールテレビサブシステム600の併用により、伏在断層・不整合・すべり面の走向傾斜計測も可能となる。   In addition, the S-wave structure exploration subsystem 100 grasps data relating to different surfaces with different S-wave propagation speeds by exploring from the ground surface, and gives three-dimensional information on points and supporting base depths that are candidates for precise investigation. The core collection subsystem 200 is arranged at the grid intersection, and thereby it is possible to confirm a buried fault having a structural extension, a slip surface, inconsistency, and the like. By using the borehole TV subsystem 600 in the borehole, these data can also be measured for strike faults of underlying faults / misalignments / slip surfaces.
図5は、システム化された配列による鉛直・斜掘を行うコア採取サブシステム200による地質構造確認の効果を示す原理図である。従来の普通工法による鉛直掘
群列ボーリングや地表からの伏在断層・不整合・すべり面の把握が(あるいはリニアメント調査では)困難であったが、コア採取サブシステム200では、鉛直に近い鋭角で直立した伏在断層・すべり面・不整合の検出・確認が可能となる。なお、S波構造探査サブシステム100とコア採取サブシステム200とは、平行して実施可能であり、得られるデータ(情報)を随時相互に交換することにより、それらの機動的な実施を促進するばかりか、それらのデータ精度を向上させることができる。さらに本願発明の高品質鉛直掘・傾斜掘システムの周囲を取り囲むように従来法によるボーリングによる地質調査を行い、あるいはこれに懸濁気泡水を使用した地質調査はそれら自体精度は劣るが、本願発明による精度向上が見込まれる。
[JFT測定サブシステム]
JFT測定サブシステム300は、懸濁気泡水ボーリングによって得られた高品質孔壁を有する複数ボーリング孔において、前記ボアホールテレビの観測結果に加えて、孔内水レベルの回復速度測定に基き、特定注目地層に対して複数パッカを有する湧水圧試験(JFT)を適用して、複数地点で透水係数の測定と湧水圧の測定を実施し、従来困難であった特定地層内地下水の流向流速を測定・解析する。
FIG. 5 is a principle diagram showing the effect of confirming the geological structure by the core collection subsystem 200 that performs vertical and oblique excavation by a systemized arrangement. Vertical excavation by conventional ordinary method
Although it was difficult to grasp the group fault boring and underground faults, inconsistencies, and slip planes from the ground surface (or by lineament survey), the core sampling subsystem 200 is an upright vertical fault / slip with a near vertical angle. Detection and confirmation of surface / misalignment is possible. Note that the S-wave structure exploration subsystem 100 and the core collection subsystem 200 can be implemented in parallel, and facilitate their flexible implementation by exchanging the obtained data (information) as needed. In addition, the data accuracy can be improved. Further, the geological survey by boring by the conventional method is performed so as to surround the high-quality vertical digging / inclined digging system of the present invention, or the geological survey using suspended bubble water itself is inferior in accuracy, but the present invention Improvement in accuracy is expected.
[JFT measurement subsystem]
The JFT measurement subsystem 300 is based on the measurement of recovery speed of the borehole water level in addition to the observation result of the borehole TV in a plurality of boreholes having high-quality hole walls obtained by suspended bubble water boring. Apply the spring pressure test (JFT) with multiple packers to the stratum, measure the hydraulic conductivity and spring pressure at multiple points, and measure the flow velocity of the groundwater in the specific strata To analyze.
図6に示すように、JFT測定サブシステム300は、多段パッカーJFTを備えている。この多段パッカーJFTは、ボーリング孔301内において、注目地層の上方に配置される上多段パッカー302、注目地層である測定範囲の下方に配置される下多段パッカー304を有している。各多段パッカーは、図6においては2重のパッカーとなっている。   As shown in FIG. 6, the JFT measurement subsystem 300 includes a multistage packer JFT. This multistage packer JFT has an upper multistage packer 302 disposed above the target formation in the borehole 301 and a lower multistage packer 304 disposed below the measurement range which is the target formation. Each multistage packer is a double packer in FIG.
ボーリング孔301の内部には、トリップバルブ314を装備するストレーナー(多孔管)318が設けられ、ボーリング孔301内の特定深度で注目地層を挟む位置において、まず孔内水排除により注目地層の間隙水圧を形成せしめる。その後、調圧器308により加圧パイプ306を通じて各多段パッカー302、304に加圧水を送圧することにより、多段パッカー302、304を孔壁に密着せしめて、各多段パッカー302、304によって当該パッカー上下の水密性が担保される。ストレーナー318は、多数の開口を有しており、多段パッカー302、304の間に位置する測定管317の管壁に配置される。孔壁からストレーナー318の開口を介してその地層の湧水が測定管305に流れ込む。トリップバルブ314は、ストレーナー318の直上で上多段パッカー302の下方であって、測定管317内に配置され、測定管305の上下を閉鎖又は開放する。下部圧力センサー312によってJFT内圧を測定した後、落下錐316作用によりトリップバルブ314を開放して、上部及び下部圧力センサー310、312、により、湧水圧及び透水係数を測定する。そして、測定されてた湧水圧及び透水係数は、通信ケーブル320によって記録部322に送信されて記憶される。   Inside the borehole 301, a strainer (porous pipe) 318 equipped with a trip valve 314 is provided, and at the position where the target formation is sandwiched at a specific depth in the borehole 301, the pore water pressure of the target formation is first removed by removing the water in the hole. Form. Thereafter, pressurized water is fed to the multistage packers 302 and 304 through the pressure pipes 306 by the pressure regulator 308 so that the multistage packers 302 and 304 are brought into close contact with the hole wall. Sex is guaranteed. The strainer 318 has a large number of openings and is arranged on the tube wall of the measuring tube 317 located between the multistage packers 302 and 304. The spring water of the formation flows into the measuring tube 305 from the hole wall through the opening of the strainer 318. The trip valve 314 is disposed directly above the strainer 318 and below the upper multi-stage packer 302 and in the measurement tube 317, and closes or opens the measurement tube 305 above and below. After measuring the JFT internal pressure by the lower pressure sensor 312, the trip valve 314 is opened by the action of the falling cone 316, and the spring pressure and the hydraulic conductivity are measured by the upper and lower pressure sensors 310 and 312. The measured spring pressure and hydraulic conductivity are transmitted to the recording unit 322 via the communication cable 320 and stored.
このように、本システムは、従来不可能とされてきた任意深度ボーリング孔内におけるJFTの高精度の使用を可能とするもので、その理由は懸濁気泡水使用掘進による高品質ボーリング孔壁の形成と従来型JFTとは根本的に異なり、多重パッカーの使用により湧水圧と透水係数の高精度測定を可能としたものである。また、JFT測定サブシステム300は、トレーサー等を使用することなく、複数のボーリング孔内で測定した湧水圧及び透水係数の測定・解析から特定地層内地下水の流向流速を得ることを可能とする。なお、JFT測定サブシステム300は、GL−1500m程度まで適用可である。さらに、JFT測定サブシステム300を用いれば、単数あるいは複数のバルブを介した単管あるいは複数の高真空パイプを装備した採水装置を使用して、深地下において原位置ガスが溶存したままで採水しても、本サブシステムの効力を損なわない。
[孔底せん断強度測定サブシステム]
孔底せん断強度測定サブシステム400は、孔底せん断試験に当たって、特殊形状のビットで任意深度までオールコアを採取し、一旦停止後、懸濁気泡水による洗浄、新鮮な孔底においてせん断試験を実施し、同一掘進システムで、任意岩質、任意深度で、せん断試験を繰返し実施可能であり、掘進終了時のコア回収に当たりインナーチューブ内に設置されたコアキャッチャー保持コアと岩盤と間の引張応力すなわち引張強度の測定解析を行うものである。
As described above, this system enables the high-precision use of JFT in an arbitrary depth boring hole, which has been impossible in the past, because of the high-quality boring hole wall due to the use of suspended bubble water. The formation is fundamentally different from the conventional JFT, and the use of multiple packers enables highly accurate measurement of spring pressure and hydraulic conductivity. Moreover, the JFT measurement subsystem 300 can obtain the flow velocity of the groundwater in the specific formation from the measurement / analysis of the spring pressure and permeability measured in a plurality of boreholes without using a tracer or the like. The JFT measurement subsystem 300 can be applied up to about GL-1500 m. Furthermore, if the JFT measurement subsystem 300 is used, a water sampling apparatus equipped with a single pipe or a plurality of high vacuum pipes through one or a plurality of valves is used to collect the in-situ gas in the deep underground. Water does not impair the effectiveness of this subsystem.
[Hole bottom shear strength measurement subsystem]
The hole bottom shear strength measurement subsystem 400 collects all cores to any depth with a specially shaped bit in the hole bottom shear test, and once stopped, washed with suspended bubble water, and conducted a shear test on a fresh hole bottom. In the same excavation system, it is possible to repeatedly perform shear tests at arbitrary rock quality and arbitrary depth, and when recovering the core at the end of excavation, the tensile stress between the core catcher holding core installed in the inner tube and the rock mass Strength analysis is performed.
図7に示すように、孔底せん断強度測定サブシステム400は、アウターチューブ401の先端に特殊形状のビット(錐冠)402を備える。このビット402は、せん断試験時に孔底岩盤との接触を常に新鮮に保つために、螺旋状に配列されたダイヤモンド丘群を植え込んだコーン状ビット402aと、さらにその先端にオールコア採取用垂直先導掘進ビットに似た先端ビット402bとを備えている。ビット(錐冠)402において、先端ビット402bは掘進にあたって先導し、コーン状ビット402aはせん断面を確実にする。また、インナーチューブ404内には、ビット402により削り出されたコア405を確保するコアキャッチャー(コアリフター)406とコアスリーブ408を内蔵する。コアキャッチャー(コアリフター)406は、掘進時にコアを保持しつつ回転力を与えることによりコアを孔底からせん断するためのコア引き上げを確実にする。なお、懸濁気泡水を使用するときには、掘進と同時に孔内洗浄が行なわれる。ビニルスリーブ408を使用しても差し支えないし、アウターチューブ401に対しビット402の外径を僅かにオーバーサイズにし、アウターチューブ401の外径とロッド410の径を一致させることにより、ロッド401の孔壁接触を避けることが出来る。もし、さらに慎重を期する場合には、一旦ケーシングを挿入した後、適切なクリアランスを有する孔内で新たに孔内せん断試験を行なうことも考えられるが、孔底せん断試験開始時のセンタリングについては注意が必要である。また、同一掘進装置を使用し粘性土のせん断試験を実施しても良いが、せん断試験用錘冠としてはメタルクラウンを使用しても良い。   As shown in FIG. 7, the hole bottom shear strength measurement subsystem 400 includes a specially shaped bit (cone crown) 402 at the tip of the outer tube 401. This bit 402 has a cone-shaped bit 402a in which a group of diamond hills arranged in a spiral shape is implanted in order to keep the contact with the bottom rock always fresh during the shear test, and a vertical leading excavation for collecting all cores at the tip thereof. And a tip bit 402b similar to the bit. In the bit (cone crown) 402, the tip bit 402b leads the excavation, and the cone-shaped bit 402a ensures a shear surface. The inner tube 404 also includes a core catcher (core lifter) 406 for securing the core 405 cut out by the bit 402 and a core sleeve 408. The core catcher (core lifter) 406 ensures the core lifting for shearing the core from the hole bottom by applying a rotational force while holding the core during excavation. In addition, when using suspended bubble water, cleaning in the hole is performed simultaneously with the excavation. Even if the vinyl sleeve 408 is used, the outer diameter of the bit 402 is slightly oversized with respect to the outer tube 401, and the outer diameter of the outer tube 401 and the diameter of the rod 410 are made to coincide with each other. Contact can be avoided. If further care is taken, it is conceivable to perform a new in-hole shear test in a hole having an appropriate clearance after inserting the casing, but for centering at the start of the bottom-shear test, Caution must be taken. Moreover, although the same excavation apparatus may be used to conduct a shear test on viscous soil, a metal crown may be used as the shear test weight crown.
図7に示すように、アウターチューブ401上方には、アウターチューブ401の回転角及び回転応力(錐冠直上トルク、掘進圧、引張応力)を測定・記録する孔内回転測定部412と、懸濁気泡水供給部418から孔内への送水圧を測定して記録する水圧測定部414とを有する。孔底せん断試験の直前には、一旦掘進を停止しそれまで掘進に使用した懸濁気泡水の自動スライム排除機能を活用しビット(錘冠)402先端及び孔内の洗浄を実施した後、孔底せん断試験を実施する。これによって、ボーリング孔底において新鮮な土質・岩盤において、任意深度でせん断試験が繰返し実施可能とする。なお、ロッド410の回転角(変位)と回転方向の応力は、回転の程度の目安とするために、地上に設けられる地上トルク計測部422と、アウターチューブ401の上部に設けられる孔内回転測定部412とで、測定することにより、深度とともに変化するロッド410の捩れ誤差を補正することが出来る。また、孔内回転測定部412、水圧測定部414について、電源は電池式が、デジタル信号の伝達はタイマー作動によるデータ記録送信が、それぞれ作業に便利である。   As shown in FIG. 7, above the outer tube 401, an in-hole rotation measurement unit 412 that measures and records the rotation angle and rotation stress (upper cone cone torque, digging pressure, and tensile stress) of the outer tube 401, and a suspension A water pressure measurement unit 414 that measures and records the water supply pressure from the bubble water supply unit 418 into the hole. Immediately before the hole bottom shear test, the excavation is stopped once and the tip of the bit (cone) 402 and the inside of the hole are cleaned using the automatic slime removal function of the suspended bubble water used for the excavation. Conduct a bottom shear test. This makes it possible to repeatedly carry out shear tests at an arbitrary depth on fresh soil and rock at the bottom of the borehole. Note that the rotation angle (displacement) of the rod 410 and the stress in the rotation direction are used as a measure of the degree of rotation, so that the ground torque measurement unit 422 provided on the ground and the in-hole rotation measurement provided on the upper portion of the outer tube 401 are measured. By measuring with the part 412, the torsional error of the rod 410 which changes with the depth can be corrected. In addition, regarding the in-hole rotation measuring unit 412 and the water pressure measuring unit 414, the battery type is used for the power source, and the data recording and transmission by the timer operation is convenient for the transmission of the digital signal.
孔底せん断試験は、任意深度において新鮮な地盤岩盤の孔底において繰返し実施可能であり、そのような場合には、試験開始直前に一旦掘進を停止し、掘削に使用した懸濁気泡水を流し、孔底のスライムを洗浄する。なお、泥水は潤滑性を与え、清水洗浄ではスライムが孔底付近における吹上げと沈降をもたらし無益である。その洗浄後、所定の(ロッド重調整)給圧に調節し回転力を増減することにより、c、φを求めることができ、一定の垂直荷重・回転数における掘削速度から一軸圧縮強さを求めることが出来る。掘進終了時においてはオイルを負圧伝道媒体とし、引張力をロッド410に伝達し、ビット402内面に設けられ、スムーズに独立回転可能なコアキャッチャー406によるコア回収を実施する。これにより、ボーリング孔底地盤岩盤から自立したコア405の引張切断に必要な応力すなわち地盤岩盤の引張強度の測定を行う。なお、コアキャッチャー406は、ビット内面に突出して設けられ、掘進時にコアがインナーチューブ404内を進むことを許容すると共に、非掘進時にコアを保持する。   The hole bottom shear test can be repeatedly performed on the bottom of fresh ground rock at an arbitrary depth. In such a case, the excavation is stopped immediately before the start of the test, and the suspended bubble water used for excavation is allowed to flow. Wash the slime at the bottom of the hole. In addition, mud water gives lubricity, and slime is useless because it causes the blow-up and settling near the bottom of the hole. After the cleaning, c and φ can be obtained by adjusting to a predetermined (rod weight adjustment) supply pressure and increasing or decreasing the rotational force, and the uniaxial compressive strength is obtained from the excavation speed at a constant vertical load and rotational speed. I can do it. At the end of excavation, oil is used as a negative pressure transmission medium, the tensile force is transmitted to the rod 410, and the core is collected by the core catcher 406 that is provided on the inner surface of the bit 402 and can smoothly rotate independently. Thereby, the stress required for the tensile cutting of the core 405 self-supported from the borehole bottom ground rock, that is, the tensile strength of the ground rock is measured. The core catcher 406 is provided so as to protrude from the inner surface of the bit, and allows the core to advance in the inner tube 404 during excavation and holds the core when not excavating.
このように孔底せん断強度測定サブシステム400は、堆積土から軟岩、硬岩に至るまでの孔内原位置地盤試験を行うことができ、従来試験坑調査では達成し得なかったような機動的、経済的な地質構造調査を可能とする。さらに、本サブシステムにより、横坑内岩盤試験・スケッチが不要になる。なお、本サブシステムの使用可能限度はGL−約1500m程度とし、ロッド径の適用限度はφ約116mm程度とする。なお、孔底せん断強度測定サブシステム400は、特殊なオールコア採取用ビットの使用と同一の掘進装置と同一の特殊な形状のダイヤモンドビットを使用し、硬岩と軟岩の別によらず掘進可能である。また、孔底せん断強度測定サブシステム400に使用する掘進装置は、掘進圧(給圧)が油圧で制御できて、掘進予定深度に対して余裕があれば通常のものであれば良い。なお、懸濁気泡水発生装置の使用条件の変更によりボーリングのみならず、オールコア採取、ビニルスリーブ付ワイヤライン掘進・コア採取が本来的に可能である。   In this way, the bottom shear strength measurement subsystem 400 can perform in-situ in-situ ground tests from sedimentary soil to soft rock and hard rock. Enables economic geological surveys. In addition, this sub-system eliminates the need for rock testing and sketching in horizontal shafts. Note that the usable limit of this subsystem is about GL—about 1500 m, and the applicable limit of the rod diameter is about φ116 mm. The hole bottom shear strength measurement subsystem 400 uses the same special shape diamond bit as the use of a special all-core sampling bit and can dig regardless of whether it is hard rock or soft rock. . Moreover, the excavation apparatus used for the hole bottom shear strength measurement subsystem 400 may be an ordinary excavator if the excavation pressure (supply pressure) can be controlled by hydraulic pressure and has a margin with respect to the planned excavation depth. In addition, by changing the use conditions of the suspended bubble water generator, not only boring but also all-core collection, wire line digging with vinyl sleeve and core collection are possible.
孔底せん断強度測定サブシステム400は、掘進装置、回転力・掘進圧力伝達用ロッド410とこれに装着可能な地上トルク測定部422、ロッド410の地中先端には先導掘進部付孔底せん断試験用当面を有する特別仕様のビット402及びコアキャッチャー406を装着したインナーチューブ404を備え、インナーチューブ404の内部には、送水圧計測・AD変換記録を行う水圧測定部414と、錘冠上トルク測定、掘進圧計測、引張応力計測を行う孔内回転測定部412とを装着する。なお、ビット402はダイヤモンドビットのみならず、(進用水同様に)土質・岩相に応じて随時、メタルビツトによるオールコア採取、ノンコア掘進等にも切替可能である。   The hole bottom shear strength measurement subsystem 400 includes a drilling device, a rotational force / digging pressure transmission rod 410 and a ground torque measuring unit 422 that can be attached thereto, and a bottom bottom shear test with a leading digging portion at the underground tip of the rod 410. An inner tube 404 equipped with a specially designed bit 402 and a core catcher 406 having a working surface is provided. Inside the inner tube 404, a water pressure measurement unit 414 that performs water pressure measurement and AD conversion recording, and torque measurement on the crown of the cone In addition, an in-hole rotation measuring unit 412 that performs digging pressure measurement and tensile stress measurement is mounted. It should be noted that the bit 402 can be switched to not only a diamond bit but also all-core sampling by metal bit, non-core excavation, etc. at any time according to the soil and lithology (similar to water for advancement).
コア採取サブシステム200により、所定の深度まで懸濁気泡水を掘進水に使用したボーリングまで掘進し、一旦掘進を停止し、懸濁気泡水のスライム自動排除機能を利用して孔底・孔内を洗浄し、直ちに孔底せん断試験を開始する。孔底せん断試験終了後、前記孔底せん断試験用の特殊錘冠を装着したまま、オールコア採取を行ないながら掘進を続けることや、掘進終了時にロッドを引上げるに当たり、インナーチューブ404内に内蔵されたコアキャッチャ406の作用により、孔底から自立しており、通常ビニルスリーブ408内に保護された状態であるコア405は、上方に引張られ、コア405の原位置における引張強度の概数を得ることができる。ビニルスリーブ408内に収納した状態で得られるコア405から、せん断試験の直前直後状況観察により、データが提供される。孔底せん断強度測定サブシステム400による孔底せん断試験は、横坑内ロックせん断試験と異なり、供試体ロックの切出しと磨ぎだしに伴う振動や時間的緩みがなく、任意の深度毎に、機動的にかつ経済的に繰返し実施することが出来る。   The core collection subsystem 200 digs the suspended bubble water up to a predetermined depth to the borehole used for digging, stops the digging once, and uses the function of automatically removing the suspended bubble water slime, And immediately start the hole bottom shear test. After completion of the hole bottom shear test, with the special spindle for hole bottom shear test attached, the drilling was continued while collecting all cores, and when the rod was pulled up at the end of the drilling, it was built in the inner tube 404. The core 405, which is self-supporting from the hole bottom by the action of the core catcher 406 and normally protected in the vinyl sleeve 408, is pulled upward, and an approximate number of tensile strengths in the original position of the core 405 can be obtained. it can. Data is provided from the core 405 obtained in the state of being accommodated in the vinyl sleeve 408 by observation of the situation immediately before and after the shear test. The bottom shear test by the bottom shear strength measuring subsystem 400 is different from the horizontal shaft lock shear test, and there is no vibration and time slack due to cutting and polishing of the specimen lock. And it can be repeated economically.
孔底せん断強度測定サブシステム400により、軟岩・粘性土にあってはモール円測定・解析、最大応力測定が可能であり、硬岩にあっては最大応力の測定が、いずれも孔底で新鮮な地盤岩盤に対して適用可能である。同一の掘進装置を使用して、堆積土・軟岩・硬岩のいずれに対しても測定解析可能であり、しかも表層から地下約1000mに至る任意の深度で繰返し、孔底から地表にいたる途中の圧損・ロッドの捩れによる応力緩和・信号減衰を自動的に測定・補償し、解析することが可能である。更に、このビット402の特徴とするところは、先端の小口径ビット部分は、ダブルコアチューブと同様にオールコア採取が可能(ビニルスリーブを使用しても回転応力を生じない)であるので、ビット402内側に備えられたコアキャッチャー406によって抱えられた地盤岩盤から自立しているコアを持ち上げるときに、引張応力の概数を測定することができるという、従来実現したことのなかった測定値を原位置で新鮮な岩について得ることができる。しかし、本孔底せん断強度測定サブシステム400単独では、岩盤特性に関する平面的広がりに対してはピンポイントの調査に留まるので、複数孔で実施することは、その効果を増大する。。
[孔内水平載荷試験サブシステム]
孔内水平載荷試験サブシステム500は、等圧に保たれた複数のセルと、孔壁変位量を測定する変位計等とを含み、水平載荷試験を行う。
The hole bottom shear strength measurement subsystem 400 can measure / analyze and measure the maximum stress for soft rocks and clayey soils, and measure the maximum stress for hard rocks. Applicable to various ground rocks. It is possible to measure and analyze sedimentary soil, soft rock, and hard rock using the same excavation device, and repeat it at any depth from the surface layer to about 1000m below the ground, and on the way from the bottom of the hole to the ground surface. It is possible to automatically measure, compensate, and analyze pressure loss, stress relaxation and signal attenuation due to torsion of the rod. Further, this bit 402 is characterized by the fact that the small-diameter bit portion at the tip can collect all cores in the same manner as the double core tube (no rotational stress is generated even if a vinyl sleeve is used). When a self-supporting core is lifted from the ground rock held by the core catcher 406 provided in the base, it is possible to measure the approximate number of tensile stresses. You can get about the rocks. However, since the hole bottom shear strength measurement subsystem 400 alone is limited to a pinpoint investigation with respect to the planar spread regarding the rock mass characteristics, implementation with a plurality of holes increases the effect. .
[In-hole horizontal loading test subsystem]
The in-hole horizontal loading test subsystem 500 includes a plurality of cells maintained at an equal pressure, a displacement meter for measuring the amount of hole wall displacement, and the like, and performs a horizontal loading test.
図8を用いて、孔内水平載荷試験サブシステム500の構成を説明する。本サブシステム500は、圧力センサー・AD変換器内蔵の多元測定用のセル502群と、変移計506群から構成されるセンサー部と、圧力計やバルブ等を装備した給排水部508と、センサー部とアーマーケーブル510で結合されるとともに、給排水部508を制御・管理する計測記録制御部512とから構成される。なお、セル502は、加圧媒体伝達物質(水あるいは油)を内蔵して互いに等圧に保たれ、セル502の内部には、圧力測定センサー、電源・信号伝達装置が内蔵される。   The configuration of the in-hole horizontal loading test subsystem 500 will be described with reference to FIG. The subsystem 500 includes a multi-measurement cell 502 group with a built-in pressure sensor / AD converter, a sensor unit composed of a shift meter 506 group, a water supply / drainage unit 508 equipped with a pressure gauge, a valve, and the like, and a sensor unit. And a measurement record control unit 512 that controls and manages the water supply / drainage unit 508. The cell 502 contains a pressurized medium transmitting substance (water or oil) and is kept at an equal pressure. The cell 502 includes a pressure measurement sensor and a power source / signal transmission device.
また、各セル502の両端は椀状で弾性を有する、例えば金属製等で孔壁変形追従用の冶具502aにより緊迫・保護されていて、給圧の程度に応じまた地盤・軟岩の変形・岩盤亀裂(破砕帯)中の挟在物の固結度に応じた変形に対して、それぞれのセル502は独立かつ精度の良い追従が可能になり、またセル502の相互比較によって測定開始時のゼロ点補正を容易ならしめている。なお、センサー部は、測定終了後に、地上近くで圧力バランスに注意しつつ、給排水部508の排水ポンプで徐々に排水しながら回収される。   Further, both ends of each cell 502 are bowl-like and elastic, for example, are made of metal or the like and are tightened and protected by a jig 502a for tracking the deformation of the hole wall, and depending on the degree of pressure supply, the deformation of the ground / soft rock / rock Each cell 502 can follow the deformation according to the degree of consolidation of the sandwiched object in the crack (fracture zone) independently and with high accuracy. Easy point correction. Note that the sensor unit is collected while being gradually drained by the drain pump of the water supply / drainage unit 508 while paying attention to the pressure balance near the ground after the measurement is completed.
さらに孔内水平載荷試験サブシステム500は、各セル502から交互・定刻ごとに得られる測定値をデジタル化するAD変換装置504と、セル502をボーリング孔内に挿入出するためのアーマードケーブル510等(電力の供給・圧力伝達・測定信号の回収も兼ねる)と、受信した信号を地上においてデジタル信号を記録装置により記録する記録部512を備え、事前に設定された時間間隔で画像出力する表示装置(不図示)から構成される。孔内水平載荷試験サブシステム500により、各試験セル502が均等な送圧を受け、これによって各試験セル502が圧着された孔壁(地層)ごとに、圧力と試験セル孔壁面の変形特性を測定することができる。なお、変形特性とは、変形係数、降伏圧力及び極限圧力のことである。   Further, the horizontal loading test subsystem 500 in the hole includes an AD converter 504 that digitizes measurement values obtained from each cell 502 alternately and on time, an armored cable 510 for inserting and removing the cell 502 into the borehole, and the like. A display device that includes a recording unit 512 that records the received signal on the ground with a recording device (which also serves as power supply, pressure transmission, and measurement signal recovery) and outputs an image at a preset time interval (Not shown). By the horizontal loading test subsystem 500 in the hole, each test cell 502 receives a uniform pressure, and the pressure and the deformation characteristics of the test cell hole wall surface are measured for each hole wall (layer) to which each test cell 502 is pressed. Can be measured. The deformation characteristics are a deformation coefficient, a yield pressure, and an ultimate pressure.
孔内水平載荷試験サブシステム500の測定操作手順を次に述べる。給排水部508及び計測記録制御部512と結合されたセンサー部を、ボーリング孔内の所定深度に、水頭圧とバランスさせつつ、アーマーケーブル510で吊下ろして設置する。センサー部内の変移計506の変化を記録しつつポンプ508で送水する。複数の変移計506のブレークスルーに関するゼロ点内挿値(モード値から)定開始点を求める。センサー部に含まれる各セル502の送水圧と、変移計506の測定値とを求めることにより、圧接する地盤岩盤の変形特性を測定することができる。   The measurement operation procedure of the in-hole horizontal loading test subsystem 500 will be described below. A sensor unit coupled to the water supply / drainage unit 508 and the measurement / recording control unit 512 is suspended from the armor cable 510 and installed at a predetermined depth in the borehole while being balanced with the hydraulic head pressure. The pump 508 supplies water while recording the change of the displacement meter 506 in the sensor unit. A zero-point interpolated value (from the mode value) regarding the breakthrough of the plurality of variometers 506 is obtained. By obtaining the water supply pressure of each cell 502 included in the sensor unit and the measured value of the displacement meter 506, the deformation characteristics of the ground rock mass to be pressed can be measured.
孔内水平載荷試験サブシステム500により、過去の活断層活動で生成した固結の程度の低いガウジ層(活断層破砕岩片を含有する粘土質の地層)等に対しても、水平載荷試験が可能となる。なお、孔内水平載荷試験サブシステム500の使用深度は、表層乃至GL−約1500m程度とする。
[ボアホールテレビサブシステム]
ボアホールテレビサブシステム600は、コア採取サブシステム200の懸濁気泡水ボーリングによって得られた孔壁に対するボアホールテレビ(光学工法)を適用して、孔壁の測定・記録・解析により地質構造を確認する。
The horizontal loading test subsystem 500 enables horizontal loading tests even for low-consolidated gouge layers (clayous strata containing active fault crushed rock fragments) generated by past active fault activity. It becomes. Note that the depth of use of the in-hole horizontal loading test subsystem 500 is about surface layer to GL—about 1500 m.
[Borehole TV Subsystem]
The borehole TV subsystem 600 applies the borehole TV (optical method) to the hole wall obtained by the suspended bubble water boring of the core collection subsystem 200, and confirms the geological structure by measuring, recording, and analyzing the hole wall. .
コア採取サブシステム200による懸濁気泡水による掘進の後、図3に示す鉛直ボーリング工法と斜掘工法により、オールコアを採取して解析を行い、あるいは懸濁気泡水工法により斜掘を特長とする孔壁を有するボーリング孔をシステム的な配置・掘進方向を定め複数実施する。そして、これらに対して、それぞれ、ボアホールテレビサブシステム600による観察・記録・解析を適用する。   After excavation with suspended bubble water by the core collection subsystem 200, all cores are collected and analyzed by the vertical boring method and the oblique excavation method shown in FIG. 3, or oblique excavation is featured by the suspended bubble water method. A plurality of boring holes with hole walls are determined and arranged in a systematic direction. Then, observation, recording, and analysis by the borehole television subsystem 600 are applied to these.
これによって、斜掘工法による高品質オールコア採取とコア分析解析の結果は、鉛直ボーリング工法による調査結果を確認し、調査精度の向上を図ると共に、S波構造探査サブシステム100による複合表面波探査による測定・解析結果と合せて総合的に解析することにより伏在断層あるいは不整合面やすべり面等の存在を検出することを可能とし、さらに候補地点の選定・確認と施設設置基盤面まで掘削を行ったのち、基盤直上・下の岩盤面において地質確認(スケッチ)と岩盤試験を実施する。   As a result, the results of high-quality all-core sampling and core analysis analysis by the oblique excavation method confirm the survey results by the vertical boring method, improve the accuracy of the survey, and also by the combined surface wave exploration by the S-wave structure exploration subsystem 100 By comprehensively analyzing the results together with the measurement and analysis results, it is possible to detect the presence of buried faults, inconsistent surfaces, slip surfaces, etc., further selecting and confirming candidate sites and excavating to the facility installation base surface After that, geological confirmation (sketch) and rock mass test will be performed on the rock surface just above and below the basement.
ボアホールテレビサブシステム600が、ボアホールテレビの連続録画・自動解析機能の実行することにより、従来不可欠とされてきた横坑内における岩盤試験とスケッチ(試掘坑内調査試験)を不要とすることができる。   The borehole television subsystem 600 can eliminate the need for the rock test and sketch (experimental mine investigation test) in the horizontal shaft, which has been indispensable in the past, by executing the continuous recording / automatic analysis function of the borehole television.
ボアホールテレビサブシステム600を使用することにより、地盤と直立または斜交するような表層からは検出しがたい断層・すべり面・不整合面の立体的把握を可能にするとともに、潜在的亀裂面の直接検出・確認を可能にする。なお、採取したコアについては、コア分析・室内力学試験・透水試験・潜在亀裂分析等を従来工法よりも高精度のデータを得ることが可能である。   By using the borehole TV subsystem 600, it is possible to obtain a three-dimensional grasp of faults, slip planes, and misalignment planes that are difficult to detect from the surface layer that is upright or obliquely crossed with the ground, and the potential crack planes. Enables direct detection and confirmation. For the collected core, it is possible to obtain data with higher accuracy than the conventional method for core analysis, laboratory mechanical test, water permeability test, latent crack analysis, and the like.
ボアホールテレビサブシステム600は、孔壁展開画像の連続記録・解析を行って、横坑内試験・スケッチに代わる地表からの機動的、経済的原位置試験を任意深度で実施する。なお、実施可能深度としてはGL−1500m程度まで適用可能である。   The borehole television subsystem 600 performs continuous recording / analysis of hole wall development images, and performs a flexible, economical in-situ test from the ground surface in place of a side pit test / sketch at an arbitrary depth. In addition, as an implementable depth, it is applicable to about GL-1500m.
鉛直ボーリング孔内のみならず、コントロールボーリングによる水平またはそれに近い傾斜角度のボーリング孔内で、ボアホールテレビサブシステム600による連続記録・解析を実施しても良く、この操作を既設主要構造物直下の地盤岩盤中で実施することもでき、その際に定方位コア採取を実施することもできる。
[多要素データ統合サブシステム]
多要素データ統合サブシステム700は、上記各サブシステム100〜600から得られたデータを多元三次元データとしてデータベース化し、三次元地質・水文データ(地下水流向流速・流跡線)として解析し、任意方向・断面の画像として表示する。
Continuous recording and analysis by the borehole TV subsystem 600 may be performed not only in the vertical boring hole but also in the boring hole at a horizontal or near-inclined angle by the control boring, and this operation is performed on the ground directly under the existing main structure. It can also be carried out in bedrock, and at that time, it is possible to carry out orientation-oriented core sampling.
[Multi-element data integration subsystem]
The multi-element data integration subsystem 700 converts the data obtained from each of the subsystems 100 to 600 into a database as multi-dimensional three-dimensional data and analyzes it as three-dimensional geological / hydrological data (groundwater flow direction flow velocity / trajectory line). Display as direction / cross-section image.
多要素データ統合サブシステム700は、それらのデータについて三次元解析と画像化することにより、従来得難かったステップ状の地質構造の解析・画像化を可能にすることとともに、特定地層地下水の流向流速分布について解析・画像化を可能にする。多要素データ統合サブシステム700は、各サブシステムから得られた各測定値等を総合し、それらを一括して三次元ないし(時系列を含めた)四次元的に解析し、画像処理することにより任意の断面〜三次元的・四次元的画像として表現する。   The multi-element data integration subsystem 700 makes it possible to analyze and image a step-like geological structure that has been difficult to obtain by three-dimensional analysis and imaging of these data, and to flow the specific direction groundwater flow velocity Enables analysis and imaging of the distribution. The multi-element data integration subsystem 700 integrates each measurement value obtained from each subsystem, analyzes them in a three-dimensional or four-dimensional (including time series), and performs image processing. From any cross-section to 3D and 4D images.
従来は各地層について二次元断面表示に留まるような測定法による地質・岩層・土質等の各種試験データ、室内試験データ並びにS波構造データとして得られていたので、夫々独立では伏在断層・すべり面・不整合面を的確に推定・確認することができず、専門家による各人個性的な解釈に基き画像化するに留まっていた。   Previously, it was obtained as various test data such as geology, rock formation, soil, etc., laboratory test data, and S-wave structure data by measuring methods that can only be displayed in two-dimensional section for each layer. The surface and inconsistency surface could not be accurately estimated / confirmed, and it was limited to image formation based on individual interpretation by experts.
しかし、多要素データ統合サブシステム700では、S波構造探査サブシステム100によって得られるS波構造データをデータベースに取込む。しかし、S波構造データのみでは、S波構造探査サブシステム100の効率・精度向上にもかかわらず、探査法としての解像度限度と、補完的解析特性からスムージングがかかり、伏在断層・すべり面・不整合に関する鋭さや解像度に関し地質専門家の常識に合致しがたいところがある。   However, in the multi-element data integration subsystem 700, the S wave structure data obtained by the S wave structure exploration subsystem 100 is taken into the database. However, with only the S wave structure data, despite the improvement in efficiency and accuracy of the S wave structure exploration subsystem 100, smoothing is applied due to the resolution limit of the exploration method and complementary analysis characteristics. There are places where it is difficult to match the common sense of geological experts regarding the sharpness and resolution of inconsistencies.
そこで、コア採取サブシステム200による鉛直・斜掘併用ボーリングで採取されるコアの分析による土質岩相分析データを特徴とする伏在断層・すべり面・不整合に関する明確な測定データを、多要素データ統合サブシステム700のデータベースに取込む。なお、コア採取サブシステム200のみでは、地上からは伺い得ない鋭角な伏在断層・すべり面・不整合面に関する正確なデータ確認が可能となるが、走向傾斜は推定に留まる。   Therefore, clear measurement data related to underlying faults, slip surfaces, and inconsistencies characterized by soil lithologic analysis data by analysis of cores collected by drilling combined with vertical and oblique excavation by the core collection subsystem 200 is obtained. Import into the database of the integrated subsystem 700. It should be noted that the core collection subsystem 200 alone enables accurate data confirmation regarding acute buried faults, slip planes, and misalignment planes that cannot be seen from the ground, but strike inclination is only an estimate.
次いで、ボアホールテレビサブシステム600において得られる鉛直・斜掘併用ボーリング孔内におけるボアホールテレビ(データの自動記録解析を行う)による各伏在断層・すべり面・不整合に関する走向傾斜に関する測定データを、多要素データ統合サブシステム700のデータベースに取り込む。なお、ボアホールテレビサブシステム600のみでは、特定地層の走向傾斜に関する情報を与えるが、水理・水文については推定に留まる。   Next, a lot of measurement data on strike slopes related to each underlying fault, slip surface, and misalignment by borehole TV (performs automatic data recording analysis) in the borehole TV sub-system 600 borehole and borehole combined borehole. Import into the database of the element data integration subsystem 700. Note that only the borehole television subsystem 600 provides information on the strike and inclination of the specific strata, but it is only an estimate for hydraulics and hydrology.
さらに、JFT測定サブシステム300を用いて、鉛直・斜掘併用ボーリング孔内の特定注目亀裂・地層において多段パッカーを特徴とするJFT測定による湧水圧と透水係数測定値を三次元座標におけるデータセットを、多要素データ統合サブシステム700のデータベースに取込む。なお、JFT測定サブシステム300のみでは、水理水文解析には不十分である。   Furthermore, using the JFT measurement subsystem 300, the data set in three-dimensional coordinates of the spring pressure and hydraulic conductivity measured by the JFT measurement characterized by multi-stage packers in the specific crack and strata in the vertical and oblique drilling boreholes. To the database of the multi-element data integration subsystem 700. Note that the JFT measurement subsystem 300 alone is not sufficient for hydraulic and hydrological analysis.
多要素データ統合サブシステム700は、各サブシステムから得られたデータについてそれぞれ、立体的な相互関係を多重平均手法により、スムージング加工することにより、コア採取における各ボーリング孔のデータと、S波構造の三次元データと、ボアホールテレビで得られるデータと、水文データとを重ね合わせて解析する。これによって、それぞれの手法の有する弱点(地層の鋭い変化は平均して表現してしまう)を相補うことから、伏在断層の検出に役立ち、コアの層理面からは走向のみで方位が分からず、偽層との区別判定が困難等の理由で、断定しがたかったすべり面等を(専門家による個性的解釈を避け)三次元画像として表現することにより、高い確実性とより現実に近い(解析計算結果との誤差が小さい)画像を得ることができる。   The multi-element data integration subsystem 700 performs the smoothing process on the three-dimensional interrelationship of the data obtained from each subsystem by the multiple average method, thereby obtaining the data of each borehole in the core collection and the S wave structure. 3D data, data obtained by borehole television, and hydrological data are superimposed and analyzed. This complements the weaknesses of each method (the sharp changes in the formation are expressed on average), which helps detect hidden faults. From the stratum surface of the core, only the strike direction is known. In addition, it is more reliable and more realistic by expressing a slip surface that was difficult to determine because it is difficult to distinguish it from the false layer, etc. A close image (small error from the analysis calculation result) can be obtained.
多要素データ統合サブシステム700は、各サブシステムから得られるデーター群を再解析して、複数の直交または斜交する複数のデータ群として(望ましくは格子状の配列で)得ることにより、三次元空間座標(時間を入れれば四次元)に属する(異なる性格のデータを)データ群として有する総合的データベースを構築するものである。複数ボーリング孔で得られる間隙水圧と透水係数の三次元分布は、地下水の三次元的流向流速を与えるばかりか、流跡線あるいは流速分布として、他のデータとともに画像化して示すことが可能である。   The multi-element data integration subsystem 700 re-analyzes the data groups obtained from each subsystem and obtains them as a plurality of orthogonal or oblique data groups (preferably in a grid-like arrangement). A comprehensive database having data groups (data of different personalities) belonging to spatial coordinates (four dimensions if time is included) is constructed. The three-dimensional distribution of pore water pressure and hydraulic conductivity obtained by multiple boreholes not only gives the three-dimensional flow velocity of groundwater, but can also be imaged and shown with other data as a trajectory or flow velocity distribution. .
主要構築物接地候補区域の絞込みのための通常の探査・工法による敷地内調査情報は有用であるばかりか、それらの情報を多要素データ統合サブシステム700に取込むことによって、その解析精度がより一層高まる。なお、本発明は、従来型探査法や普通工法(清水掘)ボーリング・検層による敷地内調査データを排除するものではない。さらに本発明は、既存構造物の支持基盤直下の地質構造調査も可能である。   In-situ survey information based on ordinary exploration and construction methods for narrowing down the main building ground contact candidate areas is not only useful, but by incorporating such information into the multi-element data integration subsystem 700, the analysis accuracy is further improved. Rise. In addition, this invention does not exclude the survey data in the site by the conventional exploration method or the ordinary construction method (Shimizu digging) boring and logging. Furthermore, the present invention can also investigate the geological structure directly under the support base of existing structures.
なお、従来の三次元画像化システムでは、独立した要素にかかるデータベースからは、それぞれデータ処理では、等価データを連続した等価曲面として解析し推測値に基いて表示するために補完しつつ計算機によりスムージング処理を行うので、内在的不連続面については、急激な変曲位置から(専門家と称する人間の介入によって)推定するに留まるので(丁度反射法S波構造解析において最終的には人間の解釈により、断層不整合面の推定が典型的な事例である)、画像を解釈する技術者の経験と解釈に頼るところが大であり、着目不整合については補助的に多数のボーリング(通常の「群列ボーリング)のような)調査を必要としていた(主要構築物の基盤調査では支持基盤を傷つけるのでそのような調査法は許されない)。   In the conventional three-dimensional imaging system, from the database of independent elements, in each data processing, the equivalent data is analyzed as a continuous equivalent curved surface and complemented to display based on the estimated value, and smoothed by a computer. Since the process is performed, the intrinsic discontinuity surface is only estimated from a sudden inflection position (by human intervention called an expert) (in the reflection S-wave structure analysis, finally, human interpretation) Therefore, it is highly dependent on the experience and interpretation of engineers who interpret images, and for the inconsistency of interest, a large number of boreholes (normal “group” Surveys (such as row boring) were required (such surveys are not allowed as the base survey of the main structure will damage the support base).
本発明に係る多要素データ統合サブシステム700では、このような不確実性を低減することが出来る。すなわち、S波構造探査サブシステム100のデータベースに、コア採取サブシステム200の斜掘を特徴とするボーリング工法で得られたコアの分析データと、室内試験データから得られる層序・水理・水文に関係するデータと、ボーリング孔内におけるボアホールテレビサブシステム600による観測・撮影のデータと、孔内検層、間水圧測定、原位置透水係数測定等の内の層序・水理・水文に関係するデータとから、地下水の特定地層中または総合的な流向流速の推定計算を行って、地下水の流向流速を解析する。   The multi-element data integration subsystem 700 according to the present invention can reduce such uncertainty. That is, in the database of the S-wave structure exploration subsystem 100, the analysis data of the core obtained by the boring method characterized by the oblique excavation of the core collection subsystem 200, and the stratigraphy, hydraulics and hydrology obtained from the laboratory test data Related to the data, observation data from the borehole TV subsystem 600 in the borehole, and the stratigraphy, hydraulics and hydrology in the borehole logging, interstitial water pressure measurement, in situ hydraulic conductivity measurement, etc. The groundwater flow direction flow velocity is analyzed by estimating and calculating the total flow direction flow velocity in a specific formation or groundwater from the data to be obtained.
地下水の流向流速を解析する多要素データ統合サブシステム700は、トレーサーを使用せず、しかも確実性の高い流向・流速情報とともに、流跡線の三次元表示、大規模施設建設に伴う揚水の環境影響評価等の事前解析とモニタリングデータに基づく対策立案に役立てることができる。   The multi-element data integration subsystem 700 that analyzes the flow direction flow velocity of groundwater does not use a tracer, and also provides highly reliable flow direction / velocity information, three-dimensional display of trajectory lines, and pumping environment associated with construction of large-scale facilities. It can be used for pre-analysis such as impact assessment and planning of measures based on monitoring data.
多要素データ統合サブシステム700は、三次元データのデータベースを構築し、三次元画像化を行って、データを解析することにより、主要構築物の基盤以深に関する地質構造、特に断層、すべり面に関する具体的なデータが得られる。したがって、長期地盤安定性評価としての一次・二次圧密(クリープ特性)、断層・伏在すべり面情報(存在しないことの確認)に基く支持基盤(テルツァギー式による)信頼性評価が可能となる。   The multi-element data integration subsystem 700 constructs a database of three-dimensional data, performs three-dimensional imaging, and analyzes the data, thereby identifying the geological structure related to the foundation of the main structure, particularly the fault and slip surface. Data can be obtained. Therefore, it is possible to evaluate the reliability of the support base (by the Terzaggy method) based on primary / secondary consolidation (creep characteristics) and fault / slip slip surface information (confirmation that it does not exist) as long-term ground stability evaluation.
多要素データ統合サブシステム700により、主要構築物基盤の地質構造、力学特性、耐震S波構造探査サブシステムとコア採取サブシステムとの配置設計データ、長期安定性評価が可能になると共に、開削(オープンカット)した後に、基盤面について専門家により全面的に地質調査が可能になる。この方法は、従来実施されてきた横坑調査では、坑道内の限られた空間で表面的にスケッチしていたが、開削された設置基盤面において実施可能であるので、優れた品質の情報と経済性向上を提供する。   The multi-element data integration subsystem 700 enables geological structure, mechanical characteristics of main structures, layout design data of seismic S wave structure exploration subsystem and core collection subsystem, long-term stability evaluation, and excavation (open After cutting), it will be possible to conduct a full-scale geological survey on the foundation by an expert. This method was sketched superficially in a limited space in the tunnel in the horizontal shaft survey that has been carried out in the past, but since it can be performed on the excavated installation base surface, it has excellent quality information and Provide economic improvement.
また、室内試験を確認するための従来型横坑内せん断試験等についても、主要構築物設置位置の軽微な位置変更が容易であり、また構築された設置基盤面において実施可能であるので、情報取得と経済性向上が可能である。本発明の複合探査・調査・三次元画像化システムが経済性と機動性に優れていることから、従来実施を諦めていたような候補となる二地点間の比較(特に伏在断層・すべり面・長期安定性評価の面で)が可能になる。   In addition, the conventional horizontal shaft shear test for confirming laboratory tests is easy to make a minor change in the position of the main building installation, and can be implemented on the constructed installation base surface. Economical improvement is possible. Since the combined exploration / investigation / three-dimensional imaging system of the present invention is excellent in economic efficiency and mobility, it is possible to compare two candidate points that have been given up in the past (especially underlying faults and slip surfaces).・ In terms of long-term stability evaluation).
なお、多要素データ統合サブシステム700は、上述の探査・計測並びにオールコア採取・分析・試験結果に基く地盤・岩盤等の情報と、別途実施される原位置透水試験・水位観測等を併せて、多要素データ統合サブシステムにより立体的に表示すると、流向流速の解析等を行うこともできる。   In addition, the multi-element data integration subsystem 700 combines information on the ground, bedrock, etc. based on the above-mentioned exploration / measurement and all-core sampling / analysis / test results, and in-situ permeability tests / water level observations, etc., to be performed separately, When the three-dimensional display is performed by the multi-element data integration subsystem, the flow direction flow velocity can be analyzed.
1 地質構造原位置調査システム
100 S波構造探査サブシステム
200 コア採取サブシステム
300 JFT測定サブシステム
400 孔底せん断強度測定サブシステム
500 孔内水平載荷試験サブシステム
600 ボアホールテレビサブシステム
700 多要素データ統合サブシステム
1 Geological structure in-situ survey system 100 S-wave structure exploration subsystem 200 Core sampling subsystem 300 JFT measurement subsystem 400 Hole bottom shear strength measurement subsystem 500 In-hole horizontal loading test subsystem 600 Borehole TV subsystem 700 Multi-element data integration sub-system

Claims (22)

  1. 地質構造調査システムであって、
    レイリー波及び反射波を測定して、地質構造を探査する波構造探査サブシステムと、
    懸濁気泡水を用いてボーリング孔を掘進して、ボーリング孔の形成とコアを採取するコア採取サブシステムと、
    遮水型多重パッカーにより湧水圧試験(JFT)を行って、地質の水質水文を測定するJFT測定サブシステムと、
    前記懸濁気泡水により洗浄されたボーリング孔底で孔底せん断を行って、地質の強度を測定する孔底せん断強度測定サブシステムと、
    前記ボーリング孔内で水平載荷試験を行う孔内水平載荷試験サブシステムと、
    前記ボーリング孔内を撮影する孔内撮影サブシステムと、
    前記各サブシステムで得られた多要素データを用いて、地質の三次元解析を行う多要素データ統合サブシステムと、から構成される地質構造調査システム。
    A geological structure survey system,
    A wave structure exploration subsystem that explores geological structures by measuring Rayleigh and reflected waves;
    A core collection subsystem that drills the borehole using suspended bubble water to form the borehole and collect the core;
    A JFT measurement subsystem that measures spring water pressure (JFT) with a water-impervious type packer to measure geological hydrology,
    Hole bottom shear strength measurement subsystem for measuring the strength of geology by performing hole bottom shear at the bottom of the borehole washed with the suspended bubble water;
    An in-hole horizontal loading test subsystem for performing a horizontal loading test in the borehole;
    An in-hole imaging subsystem for imaging the borehole;
    A geological structure survey system comprising a multi-element data integration subsystem that performs three-dimensional analysis of geology using multi-element data obtained by each of the subsystems.
  2. 請求項1記載の地質構造調査システムにおいて、前記S波構造探査サブシステムは、前記レイリー波及び前記反射波を測定するために、地表に設定されたグリッドの各頂点に配置される複数のアレイを備える、地質構造調査システム。 The geological structure survey system according to claim 1, wherein the S-wave structure exploration subsystem includes a plurality of arrays arranged at each vertex of a grid set on the ground surface in order to measure the Rayleigh wave and the reflected wave. Equipped with a geological structure survey system.
  3. 請求項2記載の地質構造調査システムにおいて、前記アレイは、所定の間隔で配置される複数の受信機から構成される、地質構造調査システム。 The geological structure survey system according to claim 2, wherein the array is composed of a plurality of receivers arranged at predetermined intervals.
  4. 請求項1記載の地質構造調査システムにおいて、前記コア採取サブシステムは、鉛直堀及び又は斜掘のコア採取装置を備える、地質構造調査システム。 The geological structure survey system according to claim 1, wherein the core sampling subsystem includes a vertical moat and / or oblique core sampling device.
  5. 請求項1記載の地質構造調査システムにおいて、前記JFT測定サブシステムの前記多段パッカーは、測定部位の上側に配置される上多段パッカーと、前記測定部位の下側に配置される下多段パッカーとから構成される、地質構造調査システム。 The geological structure investigation system according to claim 1, wherein the multi-stage packer of the JFT measurement subsystem includes an upper multi-stage packer disposed above the measurement site and a lower multi-stage packer disposed below the measurement site. Constructed geological structure survey system.
  6. 請求項5記載の地質構造調査システムにおいて、前記上多段パッカー及び前記下多段パッカーは、複数のパッカーである、地質構造調査システム。 The geological structure investigation system according to claim 5, wherein the upper multistage packer and the lower multistage packer are a plurality of packers.
  7. 請求項1記載の地質構造調査システムにおいて、前記孔底せん断強度測定サブシステムは、掘進にあたって先導し、せん断面を確実にする錐冠を有し、掘進時に前記コアを保持しつつ回転力を与えることにより前記コアを孔底からせん断するコア引き上げを確実にするためのコアリフターを備える、地質構造調査システム。 2. The geological structure survey system according to claim 1, wherein the hole bottom shear strength measuring subsystem has a conical crown that leads the excavation and secures a shear surface, and applies a rotational force while holding the core during excavation. A geological structure survey system comprising a core lifter for ensuring that the core is lifted by shearing the core from the bottom of the hole.
  8. 請求項1記載の地質構造調査システムにおいて、前記孔内水平載荷試験サブシステムは、前記ボーリング孔内で送圧による圧力を測定する複数のセルと、接触したセルによるボーリング孔壁の変移を測定する複数の変移計とを備えることにより、多元的にボーリング孔壁の圧力及び変移を測定する、地質構造調査システム。 2. The geological structure inspection system according to claim 1, wherein the in-hole horizontal loading test subsystem measures a plurality of cells that measure pressure due to pressure feeding in the boring hole, and a transition of a boring hole wall due to a contacted cell. A geological structure survey system that measures the pressure and displacement of a borehole wall in multiple ways by providing a plurality of displacement meters.
  9. 請求項8記載の地質構造調査システムにおいて、前記孔内水平載荷試験サブシステムの前記複数のセルは、当該複数のセルを孔壁の変形に追従させるための変形追従具をそれぞれ備える、地質構造調査システム。 The geological structure investigation system according to claim 8, wherein the plurality of cells of the in-hole horizontal loading test subsystem each include a deformation follower for causing the plurality of cells to follow deformation of the hole wall. system.
  10. 請求項8記載の地質構造調査システムにおいて、前記セルは、弾性を有し、互いに圧力が伝達されるような、地質構造調査システム。 The geological structure survey system according to claim 8, wherein the cells have elasticity and pressure is transmitted to each other.
  11. 請求項1記載の地質構造調査システムにおいて、前記多要素データ統合サブシステムは、前記各サブシステムで得られた前記多要素データを記録すると共に、前記多要素データ用いて三次元の画像として解析・表示する、地質構造調査システム。 2. The geological structure survey system according to claim 1, wherein the multi-element data integration subsystem records the multi-element data obtained by each of the subsystems, and analyzes and uses the multi-element data as a three-dimensional image. Display, geological structure survey system.
  12. 地質構造調査方法であって、
    レイリー波及び反射波を測定して、地質構造を探査するS波構造探査工程と、
    懸濁気泡水を用いてボーリング孔を掘進して、コアを採取するコア採取工程と、
    多重パッカーにより湧水圧試験(JFT)を行って、水質水文を測定するJFT測定工程と、
    前記懸濁気泡水により洗浄されたボーリング孔底で孔底せん断を行って、地質の強度を測定する孔底せん断強度測定工程と、
    前記ボーリング孔内で水平載荷試験を行う孔内水平載荷試験工程と、
    前記ボーリング孔内を撮影する孔内撮影工程と、
    前記各工程で得られた多要素データを用いて、地層の三次元解析を行う多要素データ統合工程と、から構成される地質構造調査方法。
    A geological survey method,
    S-wave structure exploration process for exploring geological structure by measuring Rayleigh wave and reflected wave;
    A core collecting step of excavating a borehole using suspended bubble water and collecting a core;
    A JFT measurement process in which a spring pressure test (JFT) is performed by a multipacker to measure water quality hydrology,
    Hole bottom shear strength measurement step of measuring the strength of the geology by performing hole bottom shearing at the bottom of the borehole washed with the suspended bubble water,
    In-hole horizontal loading test process for performing a horizontal loading test in the boring hole,
    In-hole photographing process for photographing the inside of the boring hole;
    A geological structure investigation method comprising: a multi-element data integration step of performing a three-dimensional analysis of the formation using the multi-element data obtained in each step.
  13. 請求項12記載の地質構造調査方法において、前記S波構造探査工程は、前記レイリー波及び前記反射波を測定するために、地表に設定されたグリッドの各頂点に配置される複数のアレイを備える、地質構造調査方法。 13. The geological structure investigation method according to claim 12, wherein the S-wave structure exploration step includes a plurality of arrays arranged at each vertex of a grid set on the ground surface in order to measure the Rayleigh wave and the reflected wave. , Geological structure survey method.
  14. 請求項13記載の地質構造調査方法において、前記アレイは、所定の間隔で配置される複数の受信機から構成される、地質構造調査方法。 The geological structure investigation method according to claim 13, wherein the array is composed of a plurality of receivers arranged at predetermined intervals.
  15. 請求項12記載の地質構造調査方法において、前記コア採取工程は、鉛直堀及び又は斜掘のコア採取装置を備える、地質構造調査方法。 13. The geological structure investigation method according to claim 12, wherein the core collecting step includes a vertical moat and / or an oblique core collecting device.
  16. 請求項12記載の地質構造調査方法において、前記JFT測定工程の前記多段パッカーは、測定部位の上側に配置される上多段パッカーと、前記測定部位の下側に配置される下多段パッカーとから構成される、地質構造調査方法。 13. The geological structure investigation method according to claim 12, wherein the multi-stage packer of the JFT measurement step is composed of an upper multi-stage packer arranged above the measurement site and a lower multi-stage packer arranged below the measurement site. The geological structure survey method.
  17. 請求項16記載の地質構造調査方法において、前記上多段パッカー及び前記下多段パッカーは、複数のパッカーである、地質構造調査方法。 The geological structure investigation method according to claim 16, wherein the upper multistage packer and the lower multistage packer are a plurality of packers.
  18. 請求項12記載の地質構造調査方法において、前記孔底せん断強度測定工程は、非掘進時に前記コアを保持しつつ回転・載荷することにより前記コアを孔底からせん断するコアキャッチャーを備えて引張強度を測定する、地質構造調査方法。 13. The geological structure survey method according to claim 12, wherein the hole bottom shear strength measuring step includes a core catcher that shears the core from the hole bottom by rotating and loading while holding the core during non-digging. Geological structure survey method to measure
  19. 請求項12記載の地質構造調査方法において、前記孔内水平載荷試験工程は、前記ボーリング孔内及び測定セル内の圧力を測定する複数のセルと、ボーリング孔壁の変位を測定する複数の変位計とを備えることにより、多元的にボーリング孔壁の圧力及び変位を測定する、地質構造調査方法。 13. The geological structure inspection method according to claim 12, wherein the in-hole horizontal loading test step includes a plurality of cells for measuring pressures in the borehole and the measurement cell, and a plurality of displacement meters for measuring displacement of the borehole wall. The geological structure investigation method which measures the pressure and displacement of a boring hole wall in multiple ways.
  20. 請求項19記載の地質構造調査方法において、前記孔内水平載荷試験工程の前記複数のセルは、当該複数のセルを孔壁の変形に追従させるための変形追従具をそれぞれ備える、地質構造調査方法。 The geological structure investigation method according to claim 19, wherein the plurality of cells in the in-hole horizontal loading test step each include a deformation follower for causing the plurality of cells to follow deformation of the hole wall. .
  21. 請求項20記載の地質構造調査方法において、前記位置保持具は、椀状で弾性を有し、前記セルの周囲に取り付けられる、地質構造調査方法。 21. The geological structure survey method according to claim 20, wherein the position holding tool is bowl-like and elastic, and is attached around the cell.
  22. 請求項12記載の地質構造調査方法において、前記多要素データ統合工程は、前記各工程で得られた前記多要素データを記録すると共に、前記多要素データ用いて三次元の画像として表示する、地質構造調査方法。 13. The geological structure investigation method according to claim 12, wherein the multi-element data integration step records the multi-element data obtained in each step and displays the multi-element data as a three-dimensional image using the multi-element data. Structural survey method.
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