JP2019045366A - 地質探査方法及び地質探査システム - Google Patents
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Abstract
Description
また、弾性波トモグラフィ解析を用いて、トンネルを掘削する予定路線の上方の地質状況を推定する技術も検討されている(例えば、特許文献1参照。)。この文献に記載の地質探査法においては、トンネル掘削予定路線上の地表面に複数の受振器を設置する。そして、トンネル掘削に用いる発破により発生する弾性波を、地表面に設置した受振器にて逐次、計測する。
この各速度構造モデル候補においては、各層の速度は深部ほど大きいと仮定される(例えば、非特許文献4参照。)。
図7に示すように、この速度構造モデル候補においては、地表から地下深部に行くにつれて、相対的に速度の遅い層(低速度層)が存在しない地山において、地表で起震し、受振する場合を想定する。この場合、屈曲波は深い界面での伝播速度が速くなる。そして、起震源から、各層の界面で屈折した弾性波(屈曲波)が、順次、地表受振器に到達する。
ここで、地盤構造において、起震源の配列方向及び受振点の配列方向と平行に、帯水層等の低速度層が存在することがある。この場合には、低速度層が、起震源又は受振点の近くに位置している場合においても、弾性波(透過波)の理論伝搬時間は同じ値になるため、低速度層の位置を特定することが困難であった。
特に、低速度層が薄い場合、低速度層の有無による理論伝搬時間の差が誤差範囲になるため、低速度層の存在を特定することが難しかった。
次に、図2を用いて、トモグラフィ解析を行なう解析装置40の構成を説明する。ここでは、入力部30及び出力部31を備えた解析装置40を用いる。
制御部41は、CPU、RAM、ROM等から構成された制御手段として機能し、後述する処理(解析統括段階、実測伝搬時間算出段階、理論伝搬時間算出段階、モデル修正段階等を含む処理)を行なう。このための解析プログラムを実行することにより、解析統括部410、実測伝搬時間算出部411、理論伝搬時間算出部412、モデル修正部413等として機能する。
理論伝搬時間算出部412は、速度構造モデルに基づいて、理論上の伝搬時間を算出する処理を実行する。
次に、図3及び図4を用いて、解析装置40を用いた地質探査方法について説明する。
まず、坑内受振器25及び地表受振器26は、受振結果を取得する。具体的には、トンネル坑内15に、複数の震源装置21及び坑内受振器25を設置し、地山10の地表面10aに地表受振器26を設置する。そして、起爆装置22を用いて、震源装置21を起爆させて発破振動を発生させ、坑内受振器25及び地表受振器26で受振結果を取得する。なお、本実施形態では、図1に示すように、専用発破を用いる場合を想定する。
図3に示すように、解析装置40の制御部41は、観測データの読取処理を実行する(ステップS1)。具体的には、制御部41の解析統括部410は、入力部30を介して、坑外記録装置M1及び坑内記録装置M2から、受振結果を取得する。この場合、解析統括部410は、坑外記録装置M1に受振結果とともに、地表受振器26の位置情報を取得する。更に、解析統括部410は、坑内受振器25の設置場所についての位置情報を取得する。ここでは、坑内受振器25の識別子に対応した位置情報を、入力部30を介して取得する。
一方、屈折波については、各震源装置21から受振器(25,26)まで、各屈折波の経路を特定する。
図4に示すように、第4層に低速度層が存在する地山において、坑内で起震し、受振する場合を想定する。この場合、第1層及び第2層は、トンネル坑道の存在により、緩みゾーンとなっている。このため、トンネル坑内に近い第1層及び第2層における伝播速度は、これら上層の第2層及び第3層における伝播速度よりも遅い。一方、第4層が低速度層であるため、第3層と第4層との界面には屈折波が伝搬せず、第4層と第5層との界面において屈曲波が伝搬する。なお、第5層と第6層との界面では、深度の影響により伝播速度が反転するため、屈折波が伝搬しない。
(1)本実施形態では、解析装置40の制御部41は、残差の算出処理を実行する(ステップS5)。この場合、透過波における第1実測伝搬時間と第1理論伝搬時間との差の合計と、屈折波における第2実測伝搬時間と第2理論伝搬時間との差の合計との和を残差として算出する。そして、この残差に応じて、解析装置40の制御部41は、解析結果の出力処理を実行する(ステップS8)。これにより、地山10の地表面10aを通過する弾性波の透過波と、低速度層11よりもトンネル坑内15側を通過する屈折波とを用いて、トモグラフィ解析を精度よく行なうことができる。従って、トンネルを構築する地山の状況を精度よく把握することができる。
・上記実施形態においては、トンネル坑内15に設けた震源装置21からの発破振動を、坑内受振器25及び地表受振器26で測定して、透過波及び屈折波の受振結果を取得した。透過波の受振結果は、屈折波の受振結果と別のタイミングで取得してもよい。例えば、地山10の地表面10aに震源装置21を設け、トンネル坑内15に設けた坑内受振器で測定して透過波の受振結果を取得してもよい。
そして、例えば、1日1回の発破を、数日〜1カ月の期間、繰り返して観測を行なう。この段発発破では、1段目の心抜発破、2〜10段目程度の払い発破を行なう。心抜発破においては、例えば、基本6孔で瞬発電気雷管を用いての発破を行なう。この場合、起爆時間の誤差は2〜3msec程度であるので、6孔から起振される振動の時間差は無視でき、斉発発破と考えることができる。また、払い発破においては、例えば、8〜10孔/1段で、DS雷管を用いての発破を行なう。この場合、各段発における通電〜起爆時間において、測定記録がかぶらないようにしておくことが必須である。なお、探査用観測記録としては1段目の心抜発破の記録のみを使用するようにしてもよい。そして、切羽(掘削)の進行に伴い、これを必要に応じて繰り返す。この場合においても、発破位置を特定することにより、弾性波の伝搬経路を特定して、地質探査に用いることができる。
なお、専用発破と掘削発破とを両方用いてもよい。
Claims (5)
- 起震源から受振点までの弾性波の伝搬時間を用いたトモグラフィ解析により、軸方向に細長い地下空間を構築する地山を探査する方法であって、
地下空間の内部及び前記地山の地表面の何れか一方に設置した起震源から他方に伝搬させた弾性波の第1実測伝搬時間と、
前記地下空間の内部に設けられた起震源から前記地下空間の内部に設けられた受振点に伝搬させた弾性波の第2実測伝搬時間とを計測し、
前記第1実測伝搬時間及び前記第2実測伝搬時間を用いたトモグラフィ解析により、前記地山の地質を評価することを特徴とする地質探査方法。 - 前記第1実測伝搬時間の計測時の起震源を、前記地下空間の内部に設けたことを特徴とする請求項1に記載の地質探査方法。
- 前記地下空間の内部に設けた起震源からの弾性波を、前記地山の地表面に設けた第1受振点と、前記地下空間の内部に設けた第2受振点とで同時に測定した弾性波の受振結果を用いて、前記第1実測伝搬時間及び前記第2実測伝搬時間を算出することを特徴とする請求項2に記載の地質探査方法。
- 前記トモグラフィ解析においては、前記地山の地表面に設けた起震源から前記地表面に設けた受振点で測定した受振結果を用いることを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の地質探査方法。
- 受振点において測定した起震源からの弾性波の実測伝搬時間と、速度構造モデルに基づく理論伝搬時間との差とのが許容値よりも小さくなる速度構造モデルを、地山の地質状況として出力する制御部を備え、地下空間の内部を構築する地山を探査するシステムであって、
前記制御部は、
前記地下空間の内部に設けられた起震源から前記地山の地表面に設けられた受振点で測定した第1実測伝搬時間と、速度構造モデルに基づく第1理論伝搬時間との差と、
前記起震源から前記地下空間の内部に設けられた受振点で測定した第2実測伝搬時間と、前記速度構造モデルに基づく第2理論伝搬時間との差との合計の残差が、前記許容値よりも小さくなったときの速度構造モデルを出力することを特徴とする地質探査システム。
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