JP2023024089A - Tunnel face front survey system, geophone, and tunnel face front survey method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、切羽前方探査システム、受振器および切羽前方探査方法に関する。 The present invention relates to a face forward exploration system, a geophone, and a face forward exploration method.
山岳トンネルの工事において、施工上問題となる可能性のある破砕帯、湧水帯などの地山情報を事前に把握することは重要である。地山情報を事前に把握するために、反射法地震探査の原理を用いた切羽前方探査が行われてきた。切羽前方探査の従来方法として、TSP(Tunnel Seismic Prediction)法とTFT(Tunnel Face Tester)法が知られている。TSP法は、トンネル周壁面を削孔した複数の発破孔で順次発破し振動を発生させ、破砕帯等で反射した反射波を複数の受振孔内の受振器で受振し解析することで、切羽前方の地山状況を予測する技術である。TSP法の詳細は、例えば、非特許文献1に開示されている。また、TFT法は、トンネル切羽壁面を発破し振動を発生させ、破砕帯等で反射した反射波を、トンネル周壁面のロックボルト頭部に配置した受振器で受振し解析することで、切羽前方の地山状況を予測する技術である。TFT法の詳細は、例えば、特許文献1に開示されている。
In the construction of mountain tunnels, it is important to grasp ground information such as fracture zones and spring zones that may cause problems in construction in advance. In order to grasp the rock ground information in advance, face forward prospecting using the principle of reflection seismic survey has been performed. The TSP (Tunnel Seismic Prediction) method and the TFT (Tunnel Face Tester) method are known as conventional methods for face forward exploration. In the TSP method, multiple blasting holes drilled in the tunnel peripheral wall are sequentially blasted to generate vibration, and the reflected waves reflected by the fracture zone are received by geophones in multiple vibration receiving holes and analyzed. This technology predicts the ground conditions ahead. Details of the TSP method are disclosed in
TSP法では、探査用発破を震源とする。このため、切羽前方探査の際、掘削作業を中断する必要がある。その結果、掘削作業が長期化するという問題がある。また、TSP法では、反射波の解析精度を高めるため、受振孔内をモルタル等の充填材で充填し受振器を固定する必要があった。このため、受振器の配置位置に不良地山が分布していたとしても、位置を変更できず、再度、受振孔を削孔するなどの必要が発生し、受振器の設置に時間がかかるという問題があった。
一方、TFT法では、掘削用発破を震源とするため、掘削作業を中断しなくてもよい利点がある。しかし、TFT法では、受振器がロックボルト頭部に配置されるため、トンネル側壁を伝わる表面波の影響により、反射波のノイズが大きくなり、解析精度を高めることができないという問題がある。
このような観点から、本発明は、発破による切羽前方からの弾性波の解析精度を高めることができるとともに、受振器の位置変更を容易にすることができる切羽前方探査システム、受振器および切羽前方探査方法を提案することを課題とする。
In the TSP method, the epicenter is the exploration blast. For this reason, it is necessary to suspend the excavation work during face forward exploration. As a result, there is a problem that the excavation work is prolonged. In addition, in the TSP method, it was necessary to fix the geophone by filling the inside of the receiving hole with a filler such as mortar in order to improve the analysis accuracy of the reflected wave. For this reason, even if bad ground is distributed at the position of the geophone, the position cannot be changed, and it is necessary to re-drill the hole for receiving the geophone, which takes time to install the geophone. I had a problem.
On the other hand, the TFT method has the advantage that the excavation work does not have to be interrupted because the blasting for excavation is used as the epicenter. However, in the TFT method, since the geophone is placed at the top of the rock bolt, the noise of the reflected wave increases due to the influence of the surface wave propagating along the tunnel sidewall, which makes it difficult to improve the analysis accuracy.
From this point of view, the present invention provides a front face exploration system, a geophone, and a front face exploration system that can improve the analysis accuracy of elastic waves from the front of the face due to blasting and facilitate the position change of the geophone. The subject is to propose an exploration method.
前記課題を解決するために、本発明は、掘削用発破を開始する発破器と、前記掘削用発破の開始タイミングを示すショットマークを検出する検出器と、前記掘削用発破に起因して発生した弾性波を検出する受振器とを備え、前記受振器は、トンネル周壁面に削孔された受振孔に配置されており、前記受振器を前記受振孔の孔壁に固定する保持部を備える切羽前方探査システムである。
また、本発明は、掘削用発破に起因して発生した弾性波を検出する受振器であって、トンネル周壁面に削孔された受振孔に配置されており、前記受振器を前記受振孔の孔壁に固定する保持部を備える受振器である。
また、本発明は、受振器をトンネル周壁面に削孔された受振孔に配置する第1ステップと、前記受振器を前記受振孔の孔壁に固定する第2ステップと、発破器を操作して掘削用発破を開始する第3ステップと、検出器が前記掘削用発破の開始タイミングを示すショットマークを検出する第4ステップと、前記受振器が前記掘削用発破に起因して発生した弾性波を検出する第5ステップとを備える切羽前方探査方法である。
かかる構成によれば、掘削用発破を震源とするため、掘削作業を中断しなくてもよい。また、受振器が受振孔に配置されているため、TFT法と比較して、掘削用発破に起因して発生した弾性波(切羽前方の破砕帯、湧水帯などで反射した反射波を含む)のノイズを小さくできる。また、保持部が受振器を受振孔の孔壁に固定するため、受振器のセンサを地山に密着させることができ、モルタル等の充填材無しでも、センサが検出する弾性波のノイズを小さくできる。よって、受振器が検出した弾性波を解析装置が解析するときの解析精度を高めることができる。また、保持部は、受振孔の孔壁に対する受振器の固定を解除できるため、受振器の配置位置に不良地山が分布していたとしても、受振器を取り出すなどして受振器の位置を変更できる。つまり、モルタル等の充填材は用いないので、受振器の設置は短時間で済む。したがって、発破による切羽前方からの弾性波の解析精度を高めることができるとともに、受振器の位置変更を容易にすることができる。
なお、TFT法では、受振器がロックボルト頭部に配置されるため、発破による飛石や建設機械との接触に起因して受振器が破損することがないように防護器具を用意する必要があった。つまり、TFT法では、切羽前方探査を行うための部品点数が多くなってしまうという問題があった。これに対し、本発明の受振器は受振孔内に配置されているため、防護器具は不要となり、切羽前方探査を行うための部品点数を低減できる。
In order to solve the above problems, the present invention provides a blaster for starting excavation blasting, a detector for detecting a shot mark indicating the start timing of excavation blasting, and a shot mark generated due to the excavation blasting. a geophone for detecting elastic waves, the geophone being arranged in a vibration receiving hole drilled in the tunnel peripheral wall surface, and a face provided with a holding portion for fixing the geophone to the hole wall of the vibration receiving hole. It is a forward looking system.
Further, the present invention is a geophone for detecting elastic waves generated due to blasting for excavation, which is arranged in a vibration receiving hole drilled in a tunnel wall surface, and the geophone is disposed in the vibration receiving hole. A geophone with a holding part fixed to a hole wall.
Further, the present invention comprises a first step of placing a geophone in a vibration receiving hole drilled in a tunnel wall surface, a second step of fixing the geophone to the hole wall of the vibration receiving hole, and operating a blaster. a third step of starting excavation blasting with a detector; a fourth step of detecting a shot mark indicating the start timing of excavation blasting by a detector; and a fifth step of detecting .
According to this configuration, since the blasting for excavation is the epicenter, the excavation work does not have to be interrupted. In addition, since the geophone is placed in the receiving hole, compared to the TFT method, the elastic waves generated due to the blasting for excavation (including the reflected waves reflected by the fracture zone in front of the face and the seep zone, etc.) ) can be reduced. In addition, since the holding part fixes the geophone to the hole wall of the vibration receiving hole, the sensor of the geophone can be brought into close contact with the ground, and the noise of the elastic wave detected by the sensor can be reduced without filling materials such as mortar. can. Therefore, it is possible to improve the analysis accuracy when the analysis device analyzes the elastic waves detected by the geophone. In addition, since the holding part can release the fixation of the geophone to the hole wall of the receiving hole, even if a defective ground is distributed at the position where the geophone is placed, the position of the geophone can be determined by taking out the geophone, for example. can be changed. In other words, since no filler such as mortar is used, installation of the geophone can be completed in a short time. Therefore, it is possible to improve the analysis accuracy of the elastic wave from the front of the face due to blasting, and to easily change the position of the geophone.
In the TFT method, since the geophone is placed at the head of the rock bolt, it is necessary to prepare protective equipment to prevent damage to the geophone due to flying stones from blasting or contact with construction machinery. rice field. In other words, the TFT method has a problem that the number of parts required for face forward exploration increases. On the other hand, since the geophone of the present invention is arranged in the vibration receiving hole, the protective equipment is not required, and the number of parts required for searching the front face can be reduced.
また、前記検出器は、前記掘削用発破に用いる火薬と前記発破器とを繋ぐ発破母線に連結されているとともに、前記火薬と前記発破器との間に配置されており、前記火薬は、トンネル切羽に配置されており、前記発破器は、前記受振孔よりもトンネル坑口側に配置されていることが好ましい。
かかる構成によれば、掘削用発破を実現する構成を簡易にできる。また、発破器を発破による飛石から保護できる。
Further, the detector is connected to a blasting busbar that connects the explosive used in the blasting for excavation and the blaster, and is arranged between the explosive and the blaster, and the explosive is used in tunnels. It is preferable that the blaster is arranged at the face, and the blaster is arranged closer to the tunnel portal than the receiving hole.
According to this configuration, the configuration for realizing blasting for excavation can be simplified. Also, the blaster can be protected from flying stones caused by blasting.
また、前記受振器に接続されたデータロガーをさらに備え、前記データロガーは、無線通信により前記検出器から前記ショットマークを受信する無線部を備えることが好ましい。
かかる構成によれば、データロガーは、ショットマークの受信をトリガにして、受振器が弾性波を受振したときに生成するデータの収録を開始できる。つまり、発破の開始タイミングから弾性波の受振タイミングまでの時間を確実に記録できる。また、データロガーと検出器が無線通信をするため、掘削作業の進行状況に応じて、データロガーと検出器との位置関係を適宜調整できる。
Moreover, it is preferable that a data logger connected to the geophone is further provided, and the data logger is provided with a wireless section that receives the shot marks from the detector by wireless communication.
According to such a configuration, the data logger can start recording data generated when the geophone receives the elastic wave, triggered by the reception of the shot mark. In other words, the time from the start of blasting to the reception of elastic waves can be reliably recorded. Moreover, since the data logger and the detector communicate wirelessly, the positional relationship between the data logger and the detector can be appropriately adjusted according to the progress of excavation work.
また、前記受振器は、前記弾性波を検出するジオフォンを備え、前記データロガーは、前記保持部を開閉する制御部と、前記ジオフォンが検出した弾性波のデータを記録する記録部とを備えることが好ましい。
かかる構成によれば、弾性波の検出を実現する構成を簡易にできる。
The geophone includes a geophone for detecting the elastic wave, and the data logger includes a control section for opening and closing the holding section, and a recording section for recording data of the elastic wave detected by the geophone. is preferred.
According to such a configuration, it is possible to simplify the configuration for realizing the detection of elastic waves.
また、前記データロガーが前記受振孔に配置されていることが好ましい。
かかる構成によれば、発破による飛石や建設機械との接触に起因してデータロガーが破損することがないように防護器具を用意する必要がない。よって、切羽前方探査を行うための部品点数を低減できる。
Moreover, it is preferable that the data logger is arranged in the vibration receiving hole.
According to such a configuration, it is not necessary to prepare protective equipment to prevent the data logger from being damaged due to contact with flying stones or construction machinery due to blasting. Therefore, it is possible to reduce the number of parts for searching the face forward.
また、前記受振器と前記データロガーとを通信可能に接続するケーブルをさらに備えることが好ましい。
かかる構成によれば、切羽前方探査の終了後、ケーブルを手繰り寄せて、受振孔の奥にある受振器を容易に回収することができる。
Moreover, it is preferable to further include a cable for communicably connecting the geophone and the data logger.
According to such a configuration, after the end of face front exploration, the cable can be hauled in to easily recover the geophone at the back of the receiving hole.
また、前記受振器を前記受振孔の奥に押し込む押し込み部をさらに備えることが好ましい。
かかる構成によれば、受振孔の奥の位置に受振器を容易に配置できる。
Moreover, it is preferable to further include a pushing portion for pushing the geophone into the depth of the vibration receiving hole.
According to such a configuration, the geophone can be easily arranged at the deep position of the vibration receiving hole.
また、前記掘削用発破は、所定の発破予定タイミングで3段階以上発破する段発発破であり、1発目の発破から2発目の発破までの時間間隔を2発目の発破から3発目の発破までの時間間隔よりも大きくすることが好ましい。
かかる構成によれば、1発目の発破に起因した弾性波(反射波)の計測時間を稼ぐことができる。切羽前方の破砕帯や湧水帯までの距離が大きくなるにつれて、反射波が観測されるまでの時間が長くなるが、1発目の発破から2発目の発破までの時間間隔を2発目の発破から3発目の発破までの時間間隔よりも大きくすれば、2発目の発破の影響を受けることなく受振器に検出される。このため、1発目の発破による反射波のノイズは小さくなる。その結果、切羽前方探査の探査距離を増大させることができる。
Further, the blasting for excavation is step blasting in which blasting is performed in three or more stages at a predetermined scheduled blasting timing, and the time interval from the first blasting to the second blasting is set to the third blasting from the second blasting. is preferably longer than the time interval until blasting.
According to such a configuration, it is possible to obtain time for measuring elastic waves (reflected waves) caused by the first blasting. As the distance to the fracture zone and the seep zone in front of the face increases, the time until the reflected wave is observed increases. If the time interval from the 1st blasting to the 3rd blasting is set longer than the time interval, the geophone can detect the second blasting without being affected by it. Therefore, the noise of the reflected wave from the first blast is reduced. As a result, it is possible to increase the search distance of face forward search.
本発明によれば、発破による切羽前方からの弾性波の解析精度を高めることができるとともに、受振器の位置変更を容易にすることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, while being able to raise the analysis accuracy of the elastic wave from the face front by blasting, it can facilitate the position change of a geophone.
以下、本発明の実施をするための形態を、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。各図は、本発明を十分に理解できる程度に、概略的に示してあるに過ぎない。よって、本発明は、図示例のみに限定されるものではない。なお、各図において、共通する構成要素や同様な構成要素については、同一の符号を付し、それらの重複する説明を省略する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with appropriate reference to the drawings. Each drawing is merely a schematic representation to the extent that the present invention can be fully understood. Accordingly, the present invention is not limited to the illustrated examples only. In addition, in each figure, the same code|symbol is attached|subjected about a common component and a similar component, and those overlapping description is abbreviate|omitted.
[構成]
図1は、本実施形態の切羽前方探査システムの全体構成図であり、トンネル坑内の平面図である。切羽前方探査システムは、発破器1と、検出器2と、受振器3と、データロガー4とを備えている。
発破器1は、掘削用発破を開始する機器である。掘削用発破は、トンネル切羽に配置された火薬(図示略)を爆破させ、地山を破砕することである。発破器1は、発破母線5によって火薬と連結されている。発破器1は、トンネル周壁面を削孔した受振孔6よりも坑口側に配置されている。
検出器2は、掘削用発破の開始タイミングを示すショットマークを検出する。検出器2は、データロガー4と無線(例:WiFi(登録商標))で通信可能に接続している。検出器2は、検出したショットマークをデータロガー4に送信できる。検出器2は、発破母線5に連結されているとともに、火薬と発破器1との間のトンネル坑内に配置されている。
受振器3は、掘削用発破に起因して発生した弾性波8を検出する。受振器3は、受振孔6内に配置されている。弾性波8は、トンネル切羽前方にある破砕帯9などで反射した後、地山を介して受振器3に到達する。
データロガー4は、各種データを記録する機器である。データロガー4は、ケーブル7によって、受振器3と通信可能に接続しており、受振器3が検出した弾性波8のデータを受信できる。
[composition]
FIG. 1 is an overall configuration diagram of the face front exploration system of the present embodiment, and is a plan view of the inside of a tunnel pit. The face front detection system includes a
The
The
The data logger 4 is a device that records various data. The data logger 4 is communicably connected to the
[受振器の詳細]
図2は、受振器3の側方視内部断面図である。受振器3は、受振孔6の孔径よりも小さな径を有する略棒状体を呈している。受振器3は、筐体31と、キャップ32と、ジオフォン33と、保持部34と、モータ35とを備えている。
筐体31は、略筒状体である。筐体31の中空部には、閉状態にある保持部34とモータ35が配置されている。なお、筐体31の一部側面が開口しており、筐体31内に収容されていた保持部34を、前記開口を通じて径方向外側に展開することができる。
キャップ32は、受振器3の頭部であり、筐体31の先端部に連結されている。
ジオフォン33は、掘削用発破により破砕帯9で反射した弾性波8を検出するセンサ(地震計)である。ジオフォン33は、キャップ32に受容されている。
[Details of Geophone]
FIG. 2 is a side view internal cross-sectional view of the
The
The
The
保持部34は、受振器3を受振孔6の孔壁に固定する部材である。保持部34は、ブロック341と、一対の第1アーム342,342と、第2アーム343と、アクチュエータ344とを備えている。ブロック341、一対の第1アーム342,342およびアクチュエータ344により平行リンク機構が形成されている。
ブロック341は、保持部34が開状態になったときに受振孔6の孔壁に当接する部位である。
一対の第1アーム342,342は、ブロック341とアクチュエータ344を連結する。
第2アーム343は、ブロック341と筐体31の根元部側面を連結する。
アクチュエータ344は、モータ35の駆動により、軸方向に移動する。
モータ35は、正回転するとアクチュエータ344を軸方向正側(筐体31の根元部からキャップ32に向かう方向)に移動させ、逆回転するとアクチュエータ344を軸方向逆側(キャップ32から筐体31の根元部に向かう方向)に移動させる。アクチュエータ344を軸方向正側に移動させると、平行リンク機構が展開して保持部34が開状態となり(図3参照)、アクチュエータ344を軸方向逆側に移動させると、平行リンク機構が折り畳まれて保持部34が閉状態となる(図2参照)。
なお、図2では、筐体31の根元部を覆うエンドキャップ37が図示されているが、受振器3の使用時にはエンドキャップ37が外され、ケーブル7が受振器3に接続される。
The holding
The
A pair of
The
When the
Although FIG. 2 shows the
[受振器の動作]
図3は、受振器3の保持部34が開いたときの説明図である。保持部34が閉状態である受振器3が、受振孔6内の所定位置に配置されたとする。例えば、作業員は解析装置を用いてデータロガー4を介して制御信号を受振器3に送信できる。制御信号を送信すると、受振器3は、制御信号に従い、モータ35を正転させて、アクチュエータ344を軸方向正側に移動させる。すると、一対の第1アーム342,342、第2アーム343を介して、ブロック341が、筐体31の係方向外側に移動し、受振孔6の孔壁に当接する。よって、受振器3が受振孔6の孔壁に固定され、ジオフォン33を地山に実質的に密着させることができる。その結果、ジオフォン33が検出する弾性波8のノイズを小さくできる。
また、受振器3の配置位置に不良地山が分布していたため、弾性波8の検出が良好にならない等の理由により、受振器3の配置位置を変更したい場合がある。この場合、例えば、作業員が解析装置を用いてデータロガー4を介して制御信号を受振器3に送信する。受振器3は、制御信号に従い、モータ35を逆転させて、アクチュエータ344を軸方向逆側に移動させる。すると、第1アーム342,342、第2アーム343を介して、ブロック341と受振孔6の孔壁との当接が解除され、ブロック341が筐体31内に収納される。その結果、受振器3を移動させ、所望の配置位置に変更できる。
[Operation of Geophone]
FIG. 3 is an explanatory view when the holding
In addition, there are cases where it is desired to change the placement position of the
[押し込み部]
図4は、(a)が、押し込み部の側方視内部断面図であり、(b)が、受振器の根元部の側方視内部断面図である。押し込み部10は、受振器3を受振孔6の奥に押し込む筒状体である。押し込み部10は、複数のロッド部101と、複数の継手部102と、ガイド受容部103,103とを備えている。また、受振器3は、根元部にガイド部36,36を備えている。
ロッド部101は、押し込み部10の本体部分を構成する筒状体である。ロッド部101の中空部にケーブル7を挿通できる。
継手部102は、隣り合うロッド部101を連結する。継手部102を用いてロッド部101を継ぎ足すことにより、押し込み部10の全長を調整できる。
ガイド受容部103,103は、受振器3のガイド部36,36を受容する。ガイド受容部103,103は、先頭のロッド部101の先端部に連結されているとともに、先頭のロッド部101の先端部から押し込み部10の軸方向に、かつ、受振器3に対向するように延在している。
受振器3のガイド部36,36は、受振器3の根元部から受振器3の軸方向に、かつ、押し込み部10に対向するように延在する針状体である。ガイド部36,36は、ガイド受容部103,103に受容されることで、押し込み部10の軸回り回転位置と受振器3の軸回り回転位置とを位置合わせできる。
[Pushing part]
FIG. 4A is a side view internal cross-sectional view of the push-in portion, and FIG. 4B is a side view internal cross-sectional view of the base portion of the geophone. The push-in
The
The
The
The
図4(b)に示すように、受振器3の根元部にケーブル7が接続された状態で、受振器3が受振孔6内の所定位置(作業員の手の届かない位置)に配置されていたとする。受振器3を受振孔6の奥に押し込みたい場合、作業員は、押し込み部10の中空部にケーブル7を挿通させ、ガイド受容部103,103にガイド部36,36を受容させる。その後、作業員が押し込み部10を受振孔6の奥に押し込むことで、受振器3を受振孔6の奥に押し込むことができ、受振器3を所望の位置に配置できる。
As shown in FIG. 4(b), the
[データロガー4の詳細]
図1に戻って、データロガー4は、無線部(図示略)と、記録部(図示略)とを備えている。無線部は、無線通信により検出器2からショットマークを受信する機能部である。記録部は、ジオフォン33が検出した弾性波8のデータを記録する機能部である。
図1に示すように、データロガー4は、受振孔6の入口に配置されている。データロガー4は、受振孔6の孔径と略一致するまたは孔径よりも小さい直径を有する円柱状体を呈している。また、データロガー4は、データロガー4の本体部よりも大きな直径を有する円板状体のフランジ部を有している。一方、受振孔6の入口には、受振孔6の孔径よりも大きい径を有する凹部(拡径部)が形成されている。作業員が受振孔6の入口にデータロガー4を配置すると、データロガー4のフランジ部が受振孔6の入口の凹部に受容されるとともに、凹部の平面に係止される。作業員がビス止め等でフランジ部を凹部に固定することで、データロガー4を受振孔6の入口に固定できる。また、凹部の深さをフランジ部の板厚よりも大きくすることでデータロガー4全体をトンネル周壁面よりもトンネル周壁内部に配置することができる。その結果、掘削用発破による飛石がデータロガー4に衝突する可能性を極めて小さくできる。
[Details of data logger 4]
Returning to FIG. 1, the data logger 4 includes a radio section (not shown) and a recording section (not shown). The radio section is a functional section that receives shot marks from the
As shown in FIG. 1, the data logger 4 is arranged at the entrance of the receiving hole 6 . The data logger 4 has a cylindrical body with a diameter substantially equal to or smaller than the hole diameter of the receiving hole 6 . The data logger 4 also has a disk-shaped flange portion having a larger diameter than the body portion of the data logger 4 . On the other hand, at the entrance of the vibration receiving hole 6, a concave portion (diameter enlarged portion) having a diameter larger than that of the vibration receiving hole 6 is formed. When the operator places the data logger 4 at the entrance of the vibration receiving hole 6, the flange portion of the data logger 4 is received in the recess at the entrance of the vibration receiving hole 6 and locked to the plane of the recess. A worker can fix the data logger 4 to the entrance of the vibration receiving hole 6 by fixing the flange portion to the recess with a screw or the like. Further, by making the depth of the concave portion larger than the plate thickness of the flange portion, the entire data logger 4 can be arranged inside the tunnel peripheral wall rather than the tunnel peripheral wall. As a result, the possibility that flying stones from blasting for excavation collide with the data logger 4 can be made extremely small.
[ケーブル]
図1に示すように、ケーブル7は、データロガー4と受振器3と接続している。切羽前方探査が終了すると、作業員は、データロガー4を受振孔6の入口から取り出す。次に、作業員は、ケーブル7を手繰り寄せて、受振孔6の奥にある受振器3を容易に回収することができる。
[cable]
As shown in FIG. 1,
[掘削用発破]
本実施形態の掘削用発破は、例えば、所定の発破予定タイミングで3段階発破する段発発破とすることができる。なお、3段階に限らず、4段階以上にしてもよい。図5は、掘削用発破における段発発破の説明図である。図5に示すトンネル切波面上に仮想的な点P、円Q1~Q3を用意する。円Q1~Q3は、点Pを中心とする同心円である。円Q2の半径は、円Q1の2倍である。円Q3の半径は、円Q1の3倍である。点Pに火薬を配置する。点Pは、探査震源となる。また、円Q1~Q3の各々の周上には、1または複数の火薬が配置されている。ただし、点Pに配置された火薬および円Q1~円Q3の各々の周上に配置された火薬は、一直線上に並んでいる。よって、点Pに配置された火薬および円Q1~円Q3の各々に配置された火薬は、等間隔に並んでいる。
発破器1を作動させ、掘削用発破を開始した場合、発破母線5に繋がっている点Pの火薬が発破し、その後、円Q1の火薬、円Q2の火薬、円Q3の火薬が順次発破する。点Pに配置された火薬および円Q1~円Q3の各々に配置された火薬は、等間隔に並んでいるため、各火薬の発破間隔が同じになる。点Pの火薬の発破タイミングを0msとした場合、例えば、円Q1の火薬の発破タイミングは250ms後、円Q2の火薬の発破タイミングは500ms後、円Q3の火薬の発破タイミングは750ms後となる。受振器3は、発破タイミング0ms、250ms後、500ms後、および750ms後の弾性波8を検出する。
[Excavation blasting]
The excavation blasting of the present embodiment can be, for example, step blasting in which three stages of blasting are performed at predetermined scheduled blasting timings. Note that the number of steps is not limited to three, and may be four or more. FIG. 5 is an explanatory diagram of step blasting in blasting for excavation. A virtual point P and circles Q1 to Q3 are prepared on the tunnel cutting wave surface shown in FIG. Circles Q1 to Q3 are concentric circles with point P as the center. The radius of circle Q2 is twice that of circle Q1. The radius of circle Q3 is three times that of circle Q1. Place gunpowder at point P. The point P becomes an investigation hypocenter. Also, one or more explosives are arranged on the circumference of each of the circles Q1 to Q3. However, the gunpowder placed at the point P and the gunpowder placed on the circumference of each of the circles Q1 to Q3 are aligned on a straight line. Therefore, the explosive placed at the point P and the explosive placed on each of the circles Q1 to Q3 are arranged at regular intervals.
When the
上記は通常の段発発破の説明であったが、本実施形態では、段飛ばしの段発発破を導入する。図5の例の場合、段飛ばしの段発発破は、円Q1の周上に500ms後の発破、円Q2の周上に750ms後の発破、円Q3の周上に1000ms後の発破となる。よって、250ms後の発破は存在せず、受振器3は、発破タイミング0ms、500ms後、および750ms後の弾性波8を検出する。段飛ばしにより、点Pの火薬の発破に起因した弾性波8(反射波)の計測時間(500ms)を稼ぐことができる。切羽前方の破砕帯9や湧水帯までの距離が大きくなるにつれて、反射波が観測されるまでの時間が長くなるが、円Q1の火薬の発破を省略し、500msの計測時間(無音区間)を確保することで、点Pの火薬の発破による弾性波8は、円Q2の火薬の発破の影響を受けることなく受振器3に検出される。このため、点Pの火薬の発破による弾性波8のノイズは小さくなる。その結果、切羽前方探査の探査距離を増大させることができる。具体的には、通常の段発発破の場合は、探査距離が100~150m程度であったが、段飛ばしの段発発破の場合は、探査距離を400m程度に伸ばせることが確認された。
Although the above description is of ordinary stepped blasting, this embodiment introduces stepped blasting that skips steps. In the case of the example of FIG. 5, the step blasting for step skipping is blasting after 500 ms on the circumference of circle Q1, blasting after 750 ms on the circumference of circle Q2, and blasting after 1000 ms on the circumference of circle Q3. Therefore, there is no blasting after 250ms, and the
より一般的な段飛ばしの段発発破は、1発目の発破から2発目の発破までの時間間隔を2発目の発破から3発目の発破までの時間間隔よりも大きくするものである。かかる構成によれば、1発目の発破に起因した弾性波(反射波)の計測時間を稼ぐことができる。切羽前方の破砕帯や湧水帯までの距離が大きくなるにつれて、反射波が観測されるまでの時間が長くなるが、1発目の発破から2発目の発破までの時間間隔を2発目の発破から3発目の発破までの時間間隔よりも大きくすれば、2発目の発破の影響を受けることなく受振器に検出される。このため、1発目の発破による反射波のノイズは小さくなる。その結果、切羽前方探査の探査距離を増大させることができる。 In the more general step blasting of step skipping, the time interval from the first blasting to the second blasting is made larger than the time interval from the second blasting to the third blasting. . According to such a configuration, it is possible to obtain time for measuring elastic waves (reflected waves) caused by the first blasting. As the distance to the fracture zone and the seep zone in front of the face increases, the time until the reflected wave is observed increases. If the time interval from the 1st blasting to the 3rd blasting is set longer than the time interval, the geophone can detect the second blasting without being affected by it. Therefore, the noise of the reflected wave from the first blast is reduced. As a result, it is possible to increase the search distance of face forward search.
[動作]
切羽前方探査システムが行う切羽前方探査方法について説明する。図6は、本実施形態の切羽前方探査方法の手順を示すフローチャートである。
まず、作業員が受振器3を受振孔6に配置する(ステップS1)。作業員は、押し込み部10を用いて受振器3を受振孔6の奥に押し込むことができる。よって、受振孔6内の受振器3の位置を適宜設定できる。なお、受振器3は、データロガー4とケーブル7で連結されている。
次に、作業員が解析装置を操作して、受振器3を受振孔6に固定する(ステップS2)。具体的には、解析装置がデータロガー4を介して受振器3に制御信号を送信する。制御信号を受信した受振器3は、保持部34のブロック341を受振孔6の孔壁に当接させる。地山不良等により受振器3の位置を変更したい場合には、作業員が解析装置を操作して、保持部34の固定を解除し、所望の位置に移動させた後、再度、保持部34のブロック341を受振孔6の孔壁に当接させ、受振器3を受振孔6に固定する。
次に、作業員がデータロガー4を受振孔6に配置する(ステップS3)。
[motion]
A face forward search method performed by the face forward search system will be described. FIG. 6 is a flow chart showing the procedure of the face front searching method according to the present embodiment.
First, an operator places the
Next, the operator operates the analysis device to fix the
Next, the worker places the data logger 4 in the receiving hole 6 (step S3).
次に、作業員が発破器1を操作して掘削用発破を開始する(ステップS4)。掘削用発破により、トンネル切羽に配置された火薬が爆破し、弾性波8が発生する。弾性波8は、破砕帯9で反射した後、地山を介して受振孔6に到達する。
次に、発破器1の操作に応じて、検出器2がショットマークを検出する(ステップS5)。検出器2は、検出したショットマークをデータロガー4に送信する。よって、データロガー4は、掘削用発破の開始タイミングを知得でき、受振器3による弾性波8の検出タイミングを特定できる。
次に、受振器3が破砕帯9で反射した弾性波8を検出する(ステップS6)。具体的には、保持部34による受振器3の固定によって、地山に実質的に密着したジオフォン33が弾性波8を検出できる。受振器3は、検出した弾性波8のデータを、ケーブル7を介してデータロガー4に送信する。
次に、データロガー4が受振器3から受信した弾性波8のデータを記録する。例えば、データロガー4は、検出された弾性波8のデータの各々に、掘削用発破の開始タイミングから特定された弾性波8の検出タイミングを関連付けることができる。なお、例えば、データロガー4は、内蔵している記録媒体に弾性波8のデータを記録することができる。作業員は、データロガー4から記録媒体を取り出して、解析装置に記録媒体を接続することで、解析装置が、弾性波8のデータを取得し、所定の解析を行うことができる。
以上で切羽前方探査方法が完了する。
Next, the operator operates the
Next, the
Next, the
Next, the data logger 4 records the data of the
This completes the face forward exploration method.
切羽前方探査終了後、作業員は、データロガー4を受振孔6から取り出す。また、作業員は、データロガー4に繋がっているケーブル7を手繰り寄せることで受振器3を容易に取り出すことができる。
After completing the exploration of the face front, the worker takes out the data logger 4 from the receiving hole 6 . In addition, the operator can easily take out the
本実施形態によれば、掘削用発破を震源とするため、掘削作業を中断しなくてもよい。また、受振器3が受振孔6に配置されているため、TFT法と比較して、掘削用発破に起因して発生した弾性波8(切羽前方の破砕帯、湧水帯などで反射した反射波を含む)のノイズを小さくできる。また、保持部34が受振器3を受振孔6の孔壁に固定するため、受振器3のセンサ(ジオフォン33)を地山に密着させることができ、従来によるモルタル等の充填材無しでも、センサが検出する弾性波のノイズを小さくできる。よって、受振器3が検出した弾性波8を解析装置が解析するときの解析精度を高めることができる。また、保持部34は、受振孔6の孔壁に対する受振器3の固定を解除できるため、受振器3の配置位置に不良地山が分布していたとしても、受振器3を取り出すなどして受振器3の位置を変更できる。つまり、従来によるモルタル等の充填材は用いないので、受振器3の設置は短時間で済む。したがって、発破による切羽前方からの弾性波8の解析精度を高めることができるとともに、受振器3の位置変更を容易にすることができる。
また、受振器3は受振孔6内に配置されているため、従来のTFT法では必須であった防護器具は不要となり、切羽前方探査を行うための部品点数を低減できる。
According to this embodiment, since the blasting for excavation is the epicenter, the excavation work does not have to be interrupted. In addition, since the
In addition, since the
また、データロガー4は、ショットマークの受信をトリガにして、受振器3が弾性波8を受振したときに生成するデータの収録を開始できる。つまり、発破の開始タイミングから弾性波8の受振タイミングまでの時間を確実に記録できる。また、データロガー4と検出器2が無線通信をするため、掘削作業の進行状況に応じて、データロガー4と検出器2との位置関係を適宜調整できる。
また、データロガー4が受振孔6に配置されているため、受振器3と同様、防護器具は不要となり、切羽前方探査を行うための部品点数を低減できる。
Further, the data logger 4 can start recording data generated when the
In addition, since the data logger 4 is arranged in the vibration receiving hole 6, like the
[変形例]
(a):検出器2とデータロガー4は、無線でなく、有線で通信可能に接続してもよい。
(b):ケーブル7を用いる代わりに、データロガー4と受振器3とは無線で通信可能に接続してもよく、データロガー4は、受振器3から弾性波8のデータを無線で受振してもよい。
(c):受振孔6は、複数用意することができ、受振孔6の各々に受振器3とデータロガー4を配置できる。また、受振孔6に配置する受振器3は、複数であってもよい。また、受振孔6の削孔方向は、トンネルの延在方向と垂直でなくてもよい。
(d):段飛ばしの段発発破の際、飛ばそうとする段の番号、回数は適宜設定できる。
(e):データロガー4は、取り出し可能な記録媒体を内蔵せず、埋め込み型の記憶部を備える構成であってもよい。この場合、解析装置とデータロガー4が有線または無線で通信可能に接続しており、データロガー4は、弾性波8のデータを解析装置に送信できる。
[Modification]
(a): The
(b): Instead of using the
(c): A plurality of vibration receiving holes 6 can be prepared, and the
(d): Step skipping When performing step blasting, the number of steps to be skipped and the number of times can be appropriately set.
(e): The data logger 4 may be configured to have an embedded storage unit without a built-in removable recording medium. In this case, the analyzing device and the data logger 4 are communicably connected by wire or wirelessly, and the data logger 4 can transmit the data of the
(f):本実施形態で説明した種々の技術を適宜組み合わせた技術を実現することもできる。
(g):本実施形態で説明したソフトウェアをハードウェアとして実現することもでき、ハードウェアをソフトウェアとして実現することもできる。
(h):その他、ハードウェア、ソフトウェア、フローチャートなどについて、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。
(f): It is also possible to realize a technique in which the various techniques described in this embodiment are appropriately combined.
(g): The software described in this embodiment can be implemented as hardware, and the hardware can be implemented as software.
(h): In addition, hardware, software, flowcharts, etc. can be changed as appropriate without departing from the scope of the present invention.
1 発破器
2 検出器
3 受振器
4 データロガー
5 発破母線
6 受振孔
7 ケーブル
8 弾性波
9 破砕帯
10 押し込み部
101 ロッド部
102 継手部
103 ガイド受容部
31 筐体
32 キャップ
33 ジオフォン
34 保持部
341 ブロック
342 第1アーム
343 第2アーム
344 アクチュエータ
35 モータ
36 ガイド部
37 エンドキャップ
Claims (10)
前記掘削用発破の開始タイミングを示すショットマークを検出する検出器と、
前記掘削用発破に起因して発生した弾性波を検出する受振器とを備え、
前記受振器は、トンネル周壁面に削孔された受振孔に配置されており、前記受振器を前記受振孔の孔壁に固定する保持部を備える切羽前方探査システム。 a blaster for initiating drilling blasting;
a detector for detecting a shot mark indicating the start timing of the blasting for excavation;
A geophone that detects an elastic wave generated due to the blasting for excavation,
The face front exploration system, wherein the geophone is disposed in a bore hole drilled in a tunnel wall surface, and includes a holding section for fixing the geophone to the bore wall of the borehole.
前記火薬は、トンネル切羽に配置されており、
前記発破器は、前記受振孔よりもトンネル坑口側に配置されている請求項1に記載の切羽前方探査システム。 The detector is connected to a blasting busbar that connects the explosive used for blasting for excavation and the blaster, and is arranged between the explosive and the blaster,
The explosive is placed in the tunnel face,
The face front exploration system according to claim 1, wherein the blaster is arranged closer to the tunnel portal than the receiving hole.
前記データロガーは、
無線通信により前記検出器から前記ショットマークを受信する無線部を備える請求項1または請求項2に記載の切羽前方探査システム。 further comprising a data logger connected to the geophone;
The data logger is
3. The face front exploration system according to claim 1, further comprising a radio unit that receives the shot mark from the detector by radio communication.
前記弾性波を検出するジオフォンを備え、
前記データロガーは、
前記保持部を開閉する制御部と、
前記ジオフォンが検出した弾性波のデータを記録する記録部とを備える請求項3に記載の切羽前方探査システム。 The geophone is
comprising a geophone that detects the elastic waves;
The data logger is
a control unit that opens and closes the holding unit;
4. The face forward exploration system according to claim 3, further comprising a recording unit for recording data of elastic waves detected by said geophone.
トンネル周壁面に削孔された受振孔に配置されており、前記受振器を前記受振孔の孔壁に固定する保持部を備える受振器。 A geophone for detecting elastic waves generated due to blasting for excavation,
A geophone arranged in a vibration receiving hole drilled in a tunnel peripheral wall surface, and comprising a holding part for fixing the geophone to the hole wall of the vibration receiving hole.
前記受振器を前記受振孔の孔壁に固定する第2ステップと、
発破器を操作して掘削用発破を開始する第3ステップと、
検出器が前記掘削用発破の開始タイミングを示すショットマークを検出する第4ステップと、
前記受振器が前記掘削用発破に起因して発生した弾性波を検出する第5ステップとを備える切羽前方探査方法。 a first step of arranging a geophone in a receiving hole drilled in a tunnel peripheral wall;
a second step of fixing the geophone to a hole wall of the vibration receiving hole;
a third step of operating the blaster to start drilling blasting;
a fourth step in which a detector detects a shot mark indicating the start timing of the blasting for excavation;
and a fifth step in which the geophone detects an elastic wave generated due to the blasting for excavation.
1発目の発破から2発目の発破までの時間間隔を2発目の発破から3発目の発破までの時間間隔よりも大きくする請求項9の切羽前方探査方法。 The blasting for excavation is step blasting in which three or more stages are blasted at a predetermined scheduled blasting timing,
10. A face front exploration method according to claim 9, wherein the time interval from the first blasting to the second blasting is set longer than the time interval from the second blasting to the third blasting.
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JP2021130163A JP2023024089A (en) | 2021-08-06 | 2021-08-06 | Tunnel face front survey system, geophone, and tunnel face front survey method |
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