JP2017179725A

JP2017179725A - トンネル地山探査方法

Info

Publication number: JP2017179725A
Application number: JP2016063572A
Authority: JP
Inventors: 幹金岡; Miki Kaneoka; 英郷小島; Hidesato Kojima; 健太郎尾田; Kentaro Oda
Original assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Priority date: 2016-03-28
Filing date: 2016-03-28
Publication date: 2017-10-05
Anticipated expiration: 2036-03-28
Also published as: JP6820505B2

Abstract

【課題】より正確且つ効率的にトンネル周辺地山の状況を予測できるトンネル地山探査方法を提供する。【解決手段】切羽前方地山及びトンネル周辺地山の状況を予測するためのトンネル地山探査方法であって、穿孔掘削機１で地山を穿孔掘削するとともに、穿孔掘削機１に設けた穿孔角度センサー２と穿孔データ取得システムによって穿孔位置データと穿孔掘削機１の穿孔作業時の少なくとも穿孔エネルギー値の機械データを自動的に取得し、穿孔位置データと機械データを用いて地山の状況を予測するようにした。【選択図】図１

Description

本発明は、トンネル地山探査方法に関する。

トンネル工事を安全に進め、必要な補強等の対策工事を的確且つ迅速に行うためには、トンネル周辺地山の状況を精度よく確認・把握することが特に重要である。そして、従来から、トンネル周辺地山の状況を確認・把握する手法として、探り削孔や先進ボーリングなどの直接的に地山状況を確認・把握する手法や、各種の物理探査による間接的な地山状況を確認・把握する手法などが用いられている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。

また、山岳トンネル工事では、切羽（掘削面）前方の地質状況を事前に把握するために、既往の穿孔機械で切羽前方を３０ｍ程度穿孔し、得られた穿孔エネルギー分布状況から前方地山の地質分布状況を予測するようにしている。

特開２０１３−２０９２号公報特開２０１２−１２８７９号公報特開２０１０−２３０６８９号公報

しかしながら、上記従来の穿孔エネルギー分布状況から前方地山の地質分布状況を予測する手法においては、得られる調査結果の解釈や評価手法が定性的で、曖昧さがあり、精度よく地質分布を予測できるとは言えないのが現状である。このため、経験等を基にしてその調査結果の判断をゆだねるケースが多くなる。

本発明は、上記事情に鑑み、より正確且つ効率的にトンネル周辺地山の状況を予測できるトンネル地山探査方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。

本発明のトンネル地山探査方法は、切羽前方地山及びトンネル周辺地山の状況を予測するためのトンネル地山探査方法であって、穿孔掘削機で地山を穿孔掘削するとともに、前記穿孔掘削機に設けた穿孔角度センサーと穿孔データ取得システムによって穿孔位置データと前記穿孔掘削機の穿孔作業時の少なくとも穿孔エネルギー値の機械データを自動的に取得し、前記穿孔位置データと前記機械データを用いて地山の状況を予測することを特徴とする。

また、本発明のトンネル地山探査方法においては、前記穿孔位置データと前記機械データは前方探査の穿孔データとロックボルト施工における穿孔データであり、前記前方探査の穿孔データと前記ロックボルト施工における穿孔データを比較し、前方探査の穿孔データによる地山状況の予測に反映させることが望ましい。

さらに、本発明のトンネル地山探査方法においては、前記ロックボルト施工における穿孔データと前記前方探査の穿孔データを合わせる３次元コンピュータグラフィックス処理を行うことにより、トンネル周辺地山と切羽前方地山を全体で評価することがより望ましい。

また、本発明のトンネル地山探査方法においては、前記自動的に取得した穿孔位置データと前記穿孔機械データと地質情報・トンネル計測結果との相関関係を分析し、その分析結果を前記穿孔機械データによる地山状況の予測（地質予測、トンネル変位量予測等の地山状況の予測）に反映させることがさらに望ましい。

本発明のトンネル地山探査方法においては、穿孔機械データと切羽評価点、地山強度、トンネル変位量との相関関係を分析するなどして、従来では活用していない穿孔機械データを用いて地質予測、トンネル変位量予測等の地山状況の予測を行うことができる。

本発明の一実施形態に係る穿孔掘削機（ドリルジャンボ）を示す平面図である。穿孔エネルギー値の２次元展開図である。３次元鳥瞰図（切羽観察と穿孔エネルギー分布状況）である。本発明の一実施形態に係るトンネル地山探査方法において、穿孔エネルギー値の空間分布を３次元コンピュータグラフィックス処理（レンダリング）により画像化し、地山の前方予測を行った結果を示す図である。

以下、図１から図４を参照し、本発明の一実施形態に係るトンネル地山探査方法について説明する。

ここで、本実施形態は、通常の施工管理の中でも継続的に実施できるように組み合わせた一連のシステムにより、施工を中断することなく地山状況を把握し、その変化の兆候をとらえることによって詳細調査の必要性、実施地点の判断に合理的な根拠を与えることを可能にするトンネル地山探査方法に関するものである。

本実施形態のトンネル地山探査方法では、施工時に穿孔掘削機による穿孔作業の機械データを自動的に取得・転送・データ保存する。すなわち、本実施形態のトンネル地山探査方法においては、従来、トンネル掘削施工時に継続的に取得していなかった穿孔作業の機械データを自動的且つ継続的に取得する。

そして、地質情報・トンネル計測結果と比較することにより、この自動的に取得・転送・データ保存した穿孔作業の機械データを分析し、前方探査としての穿孔時の機械データに反映する。これにより、前方地山の予測精度を向上させる。

具体的に、山岳トンネルにおける発破掘削方式では、図１に示すように、トンネル最先端の切羽へ爆薬を装填するためにドリルジャンボ（穿孔掘削機）１で穿孔作業を行う。また、トンネル掘削後のトンネル変位を抑制するための支保としてトンネル周辺に２〜６ｍのロックボルトを打設する際にもドリルジャンボ１で穿孔作業を行う。

このとき、穿孔角度センサー２、穿孔データ取得システムをドリルジャンボなどの穿孔掘削機１に設けておき、穿孔作業時の穿孔位置データと機械データを施工中に完全自動取得する。また、取得したデータを現場ＰＣサーバーへ転送して保存する。

そして、本実施形態では、図２、図３に示すように、描画処理システムにより穿孔データと切羽観察情報を描画モデルに割り付け、穿孔エネルギー分布と地質分布の関係を２次元展開図、３次元鳥瞰図などとして表示（可視化）する。

さらに、図４に示すように、切羽前方地山を穿孔掘削した際の穿孔エネルギー値（機械データ）と、ロックボルト用にトンネル周辺地山を穿孔掘削した際の穿孔エネルギー値（機械データ）を仮想空間でレンダリング処理することにより、トンネル周辺地山と切羽前方地山を全体で評価し、切羽観察等で得られた地質情報を合わせてトンネル前方地山全体を予測する。

ここで、トンネル切羽面の地山観察はトンネル地質状況を把握する上で非常に重要である。そして、一般に、岩種・硬軟・亀裂・湧水状況を切羽観察簿として１日１回程度記録するようにしている。また、支保選定の目安としてこれらを切羽評価点として点数化する場合もある。

また、山岳トンネルの標準工法であるＮＡＴＭでは、トンネル掘削後の坑内変位を計測してその経時変化から挙動を確認しながら施工を進める。このとき、理論的には周辺地山と支保が一体となり応力再配分により安定化する。このため、トンネル周辺地山状況がトンネル変位量や支保選定に大きく関係することになり、一般に、切羽観察結果によりトンネル周辺地山を間接的に評価し、トンネル変位との相関性等を確認するようにしている。また、トンネル内圧を地山に伝達する必要のある構造トンネル（例えば，導水路トンネルなど）では、トンネル側壁背面の地山穿孔エネルギー分布より、側壁背面の地盤反力状況や空洞有無の状況を探る。

このような従来の手法に対し、本実施形態のトンネル地山探査方法においては、切羽穿孔の機械データを自動取得・保存することで、切羽観察に加えて客観的な評価値を残すことができ、切羽評価における指標の１つとして利用することが可能になる。また、人による観察を実施していない切羽についてその評価を補うことも可能になる。

また、本実施形態のトンネル地山探査方法においては、ロックボルト穿孔時の機械データを全て取得することで直接的なトンネル周辺地山の評価指標としてトンネル変位等と相関性を確認できる。

そして、本実施形態のトンネル地山探査方法によって蓄積された莫大な穿孔機械データと切羽評価点、地山強度、トンネル変位量との相関関係を分析することで、これまでは行ってこなかった穿孔機械データによる地質予測、トンネル変位量予測等の地山状況の予測を行うことができる。

よって、本実施形態のトンネル地山探査方法によれば、従来よりも正確且つ効率的にトンネル周辺地山の状況を予測できる。

また、本実施形態のトンネル地山探査方法においては、ロックボルト施工における穿孔データと前方探査の穿孔データを合わせる３次元コンピュータグラフィックス処理（レンダリング）を行うことにより、トンネル周辺地山と切羽前方地山を全体で評価することができ、前方探査として穿孔した箇所だけでなく前方地山全体を予測し、前方に出現する切羽全体を予測することが可能になる。

また、穿孔機械データによるトンネル変位量予測や支保選定指標としての活用が可能になることで、前方探査穿孔時の機械データから切羽全体を予測して適正な支保選定が可能になる。

さらに、作業時の機械データを活用し、そのデータ蓄積により地山を評価するようにしたことで、掘削サイクルに全く影響を与えず、前方地山評価の精度を向上させることができる。

また、自動的に蓄積したデータはＣＩＭ情報としてトンネル維持管理にも活用可能である。

以上、本発明に係るトンネル地山探査方法の一実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、本発明に係る穿孔掘削機がドリルジャンボであるものとして説明を行ったが、穿孔掘削機をドリルジャンボに限定する必要はない。

１ドリルジャンボ（穿孔掘削機）
２穿孔角度センサー

Claims

切羽前方地山及びトンネル周辺地山の状況を予測するためのトンネル地山探査方法であって、
穿孔掘削機で地山を穿孔掘削するとともに、前記穿孔掘削機に設けた穿孔角度センサーと穿孔データ取得システムによって穿孔位置データと前記穿孔掘削機の穿孔作業時の少なくとも穿孔エネルギー値の機械データを自動的に取得し、
前記穿孔位置データと前記機械データから地山の状況を予測することを特徴とするトンネル地山探査方法。
請求項１記載のトンネル地山探査方法において、
前記穿孔位置データと前記機械データは前方探査の穿孔データとロックボルト施工における穿孔データであり、前記前方探査の穿孔データと前記ロックボルト施工における穿孔データを比較し、前方探査の穿孔データによる地山状況の予測に反映させることを特徴とするトンネル地山探査方法。
請求項２に記載のトンネル地山探査方法において、
前記ロックボルト施工における穿孔データと前記前方探査の穿孔データを合わせる３次元コンピュータグラフィックス処理を行うことにより、トンネル周辺地山と切羽前方地山を全体で評価することを特徴とするトンネル地山探査方法。
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のトンネル地山探査方法において、
前記自動的に取得した穿孔位置データと前記穿孔機械データと地質情報・トンネル計測結果との相関関係を分析し、その分析結果を前記穿孔機械データによる地山状況の予測に反映させることを特徴とするトンネル地山探査方法。