JP3439334B2 - 速度検層方法 - Google Patents
速度検層方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は、切羽前方の地質状
況を予測する切羽前方探査のための速度検層方法に関す
る。 【０００２】 【従来の技術】トンネル掘削に際して、切羽前方の地質
状況を精度よく予測することは重要である。 【０００３】従来から、計画・設計段階の調査として
は、地表地質踏査と地表弾性波探査とが実施されている
に過ぎず、主として弾性波速度から、トンネル路線沿い
に地山分類が行われ、地山分類から支保パターンが設定
されてきた。しかしながら、特に土被りが大である場合
は、断層破砕帯の位置や規模についての精度は悪いのが
現状であり、施工中の調査で補う方法が採用されてい
る。 【０００４】また、施工中の切羽前方調査としては、種
々な方法が開発されているが、確実な方法としては先進
ボーリングがある。この方法は、切羽から前方に向けて
コアを採取するボーリングを行なうもので、地質状況が
確実に把握できるがトンネル掘削と並行して実施できな
いため、工程を遅延させ施工の支障となる。 【０００５】また、岩盤評価の指標として従来より弾性
波速度（Ｐ波速度、Ｓ波速度）が広く用いられており、
単一のボーリング孔を用いて弾性波速度を測定する手法
としては、速度検層・ＰＳ検層が従来から実施されてい
る。これは、主として鉛直孔を用い、次のようないくつ
かの方式が行われている。即ち（１）地表に振源（Ｐ
波、Ｓ波）を置き、孔内の受振器を孔壁に圧着させて振
源からの振動を記録する。受振器の深度を変えて順次測
定を行ない、深度に応じた弾性波速度分布を求める。
（２）複数の受振器が連なったゾンデを孔内に挿入し、
地表の振源からの振動を記録する。受振器の深度を変え
て順次測定を行ない、深度に応じた弾性波速度分布を求
める。 【０００６】トンネルの事前調査として行われる地表弾
性波探査により、地山の弾性波速度分布、低速度帯（断
層破砕帯）の位置・規模を求めることはできるが、トン
ネル施工位置の弾性波速度、断層破砕帯の位置の情報と
するには精度的に問題があった。 【０００７】また、切羽からの先進ボーリングは、断層
破砕帯の位置等が適確に把握できるが、トンネル掘削を
中断することが必要であり、工程に及ぼす影響が大であ
る。弾性波速度分布は速度検層により求められるが、従
来の速度検層は鉛直孔を主とし、トンネル施工のサイク
ルタイムに合わないという問題がある。 【０００８】 【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明
は、トンネルの施工にも効率よく用いることが出来る速
度検層方法を提供することを目的としている。 【０００９】 【課題を解決するための手段】本発明によれば、切羽前
方の地質状況を予測する切羽前方探査のための速度検層
方法において、トンネルの切羽からボーリング孔を掘削
し、そのボーリング孔の内部に複数の受振器を設置し、
先端の受振器の深度を測定・解析用パソコンに入力し、
切羽位置を発振手段で起振させて受振器により振動波形
を求めて記録をセーブし、次に受振器の位置を動かして
同様に起振させて振動波形を記録し、そして深度と初動
到達時間から区間の弾性波の速度値を算出し、以て切羽
前方の地質状況を予測するようになっている。 【００１０】 【００１１】 【００１２】 【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態を説明する。 【００１３】図１において、トンネル１の切羽２から
は、図示しないドリルジャンボによりボーリング孔３
（例えば、長さ５０ｍ）が掘削され、そのボーリング孔
３の先端部３ａには地山の振動を受振する複数（図示の
例では３個）の受振器５が、例えば、塩ビパイプに１ｍ
間隔で設置されており、受振器５に接続された受振ケー
ブル６はボーリング孔３に挿入された複数の長さ２ｍの
塩ビパイプ４がコネクタ４ａで接続され構成された塩ビ
パイプ４を経由して計測手段である測定・解析用パソコ
ン７に接続されており、切羽２はトリガーケーブル８で
パソコン７に接続されている。 【００１４】図２は、図１に示す速度検層装置のブロッ
ク図を示し、測定・解析用パソコン７は受振器５と電気
回路である受振ケーブル６で接続され、切羽にハンマー
打撃或は発破で与えられた振動をピックアップするトリ
ガケーブル８の一端は切羽に、他端はパソコンに接続さ
れている。なお、プリンタ１１は電気回路１１ａでパソ
コン７に接続されている。 【００１５】以下、図３に示す測定手順のフローチャー
トを参照して、測定の手順について説明する。先ず、切
羽からドリルジャンボ等により長さすなわち深度３０〜
５０ｍ程度の水平ボーリング孔３を掘削し、塩ビパイプ
４の先端に１ｍ間隔に３連の受振器５、５、５を取り付
け、受振ケーブル６とともに例えば２ｍの塩ビパイプ４
をコネクタ４ａで接続しながら受振器５を孔３の奥まで
挿入し、ケーブル６をパソコン７に接続し、打撃ハンマ
１０の図示しないスイッチのリード線、トリガーケーブ
ル８を介してパソコン７に接続する。このようにして測
定準備を完了する（ステップＳ１）。電源をＯＮして、
例えば、パソコン７のソフト（例えばウインドウズ）の
メインメニューが表示され（ステップＳ２）、そのメニ
ューから計測システムを選択する（作業Ｍ１）。今作業
Ｍ１の１を選択したものとし、岩盤の硬さにより５０ｋ
Ｈｚ（硬岩用）か２５ｋＨｚ（軟岩用）かのいずれかに
設定し（ステップＳ４）、先端受振器５の深度をパソコ
ン７に設定する（ステップＳ５）。この場合、例えば深
度５０を入力すれば、５０、４９、４８を測定すること
になる。ついで、起振のトリガーを待ち（ステップＳ
６）、起振させて、振動波形を記録する（ステップＳ
７）。例えば波形は３チャンネルで表示でき、良好な振
動波形が得られたらこのデータを保存し（作業Ｍ２）、
作業Ｍ２の２を選択すれば記録がセーブされる（ステッ
プＳ８）。すると例えば深度４８ｍと表示される（ステ
ップＳ９）。そこで塩ビパイプを２ｍ引き出して同様に
起振させて振動波形を記録する。 【００１６】この作業は受信器５が孔３の入口にくるま
で繰返される。作業Ｍ１において解析システムを選択し
た場合（Ｍ１−２）、ステップＳ３において、後述する
図４に示す解析が行われる。また作業Ｍ１において終了
を選択した場合（Ｍ１−３）、作業は終了する。 【００１７】作業Ｍ２において再測が選択された場合
（Ｍ２−１）、ステップＳ６に戻り、同一の深度で再起
振を行う。また作業Ｍ３において、次の測定を選択すれ
ば（Ｍ３−１）、ステップＳ６に戻り、深度変更を選択
すれば（Ｍ３−２）、ステップＳ５に戻り、終了を選択
すれば（Ｍ３−３）、測定作業は終る。 【００１８】図４は図３のステップＳ３のフローの説明
図である。解析メニューとしては１．記録の読み取り、
２．走時曲線の作成、３．解析結果の出力、４．終了が
ある。そこで記録の読み取りを選択すれば（Ｍ４−
１）、図５に示すような測定した波形のラインアップが
表示され、記録の自動読み取りが行われる（ステップＳ
１１）。この図５は横軸に振動の到達時間を取り、縦軸
に深度をとった図である。そして初動到達時間が自動的
に読み取られ、また波形の一点をクリックすることによ
って指定もできるようになっている。 【００１９】次に、走時曲線の作成を選択すると（Ｍ４
−２）、図６に示す走時曲線を作成することができる
（ステップＳ１２）。図６は読み取った初動到達時間を
横軸に切羽からの深度を縦軸にとって示してある。所定
長さ例えば１ｍ区間の速度値が一定となる区間、すなわ
ち走時曲線の傾きが一定となる区間の速度値が算出でき
る。 【００２０】この段階で、走時曲線を修正する場合は、
走時の修正を選択し（Ｍ５−１）、初動到達時間の読取
りを再度行うことができる（ステップＳ１１）。 【００２１】作業Ｍ４において、解析結果の出力を選択
すれば（Ｍ４−３）、ステップＳ１３に示すようにプリ
ンタで出力される。すなわち図５に示す波形ラインアッ
プ、図６に示す走時曲線、図７に示す結果図が得られ
る。この図７は切羽からの深度別に読み取り時間、時間
差、速度および区間速度をまとめて示している。 【００２２】 【発明の効果】本発明は上記のように構成されており、
以下の優れた効果を奏することができる。 【００２３】（１） ドリルジャンボにより切羽から掘
削した横方向のボーリング孔を用いているので、速度検
層方法で工程に支障なく弾性波速度分布が求められ、切
羽前方の地質状況の予測が可能となった。 【００２４】（２） 測定から解析まで短時間でできる
ため、現場のサイクルタイクムに組み込みが可能で、結
果の施工へのフィードバック（支保パターンの変更、補
助工法の採用等）が出来る。 【００２５】（３） 測定から解析までシステム化され
ており、現場で測定・解析が可能であり、適時に工程に
支障なく実施できる。
況を予測する切羽前方探査のための速度検層方法に関す
る。 【０００２】 【従来の技術】トンネル掘削に際して、切羽前方の地質
状況を精度よく予測することは重要である。 【０００３】従来から、計画・設計段階の調査として
は、地表地質踏査と地表弾性波探査とが実施されている
に過ぎず、主として弾性波速度から、トンネル路線沿い
に地山分類が行われ、地山分類から支保パターンが設定
されてきた。しかしながら、特に土被りが大である場合
は、断層破砕帯の位置や規模についての精度は悪いのが
現状であり、施工中の調査で補う方法が採用されてい
る。 【０００４】また、施工中の切羽前方調査としては、種
々な方法が開発されているが、確実な方法としては先進
ボーリングがある。この方法は、切羽から前方に向けて
コアを採取するボーリングを行なうもので、地質状況が
確実に把握できるがトンネル掘削と並行して実施できな
いため、工程を遅延させ施工の支障となる。 【０００５】また、岩盤評価の指標として従来より弾性
波速度（Ｐ波速度、Ｓ波速度）が広く用いられており、
単一のボーリング孔を用いて弾性波速度を測定する手法
としては、速度検層・ＰＳ検層が従来から実施されてい
る。これは、主として鉛直孔を用い、次のようないくつ
かの方式が行われている。即ち（１）地表に振源（Ｐ
波、Ｓ波）を置き、孔内の受振器を孔壁に圧着させて振
源からの振動を記録する。受振器の深度を変えて順次測
定を行ない、深度に応じた弾性波速度分布を求める。
（２）複数の受振器が連なったゾンデを孔内に挿入し、
地表の振源からの振動を記録する。受振器の深度を変え
て順次測定を行ない、深度に応じた弾性波速度分布を求
める。 【０００６】トンネルの事前調査として行われる地表弾
性波探査により、地山の弾性波速度分布、低速度帯（断
層破砕帯）の位置・規模を求めることはできるが、トン
ネル施工位置の弾性波速度、断層破砕帯の位置の情報と
するには精度的に問題があった。 【０００７】また、切羽からの先進ボーリングは、断層
破砕帯の位置等が適確に把握できるが、トンネル掘削を
中断することが必要であり、工程に及ぼす影響が大であ
る。弾性波速度分布は速度検層により求められるが、従
来の速度検層は鉛直孔を主とし、トンネル施工のサイク
ルタイムに合わないという問題がある。 【０００８】 【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明
は、トンネルの施工にも効率よく用いることが出来る速
度検層方法を提供することを目的としている。 【０００９】 【課題を解決するための手段】本発明によれば、切羽前
方の地質状況を予測する切羽前方探査のための速度検層
方法において、トンネルの切羽からボーリング孔を掘削
し、そのボーリング孔の内部に複数の受振器を設置し、
先端の受振器の深度を測定・解析用パソコンに入力し、
切羽位置を発振手段で起振させて受振器により振動波形
を求めて記録をセーブし、次に受振器の位置を動かして
同様に起振させて振動波形を記録し、そして深度と初動
到達時間から区間の弾性波の速度値を算出し、以て切羽
前方の地質状況を予測するようになっている。 【００１０】 【００１１】 【００１２】 【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態を説明する。 【００１３】図１において、トンネル１の切羽２から
は、図示しないドリルジャンボによりボーリング孔３
（例えば、長さ５０ｍ）が掘削され、そのボーリング孔
３の先端部３ａには地山の振動を受振する複数（図示の
例では３個）の受振器５が、例えば、塩ビパイプに１ｍ
間隔で設置されており、受振器５に接続された受振ケー
ブル６はボーリング孔３に挿入された複数の長さ２ｍの
塩ビパイプ４がコネクタ４ａで接続され構成された塩ビ
パイプ４を経由して計測手段である測定・解析用パソコ
ン７に接続されており、切羽２はトリガーケーブル８で
パソコン７に接続されている。 【００１４】図２は、図１に示す速度検層装置のブロッ
ク図を示し、測定・解析用パソコン７は受振器５と電気
回路である受振ケーブル６で接続され、切羽にハンマー
打撃或は発破で与えられた振動をピックアップするトリ
ガケーブル８の一端は切羽に、他端はパソコンに接続さ
れている。なお、プリンタ１１は電気回路１１ａでパソ
コン７に接続されている。 【００１５】以下、図３に示す測定手順のフローチャー
トを参照して、測定の手順について説明する。先ず、切
羽からドリルジャンボ等により長さすなわち深度３０〜
５０ｍ程度の水平ボーリング孔３を掘削し、塩ビパイプ
４の先端に１ｍ間隔に３連の受振器５、５、５を取り付
け、受振ケーブル６とともに例えば２ｍの塩ビパイプ４
をコネクタ４ａで接続しながら受振器５を孔３の奥まで
挿入し、ケーブル６をパソコン７に接続し、打撃ハンマ
１０の図示しないスイッチのリード線、トリガーケーブ
ル８を介してパソコン７に接続する。このようにして測
定準備を完了する（ステップＳ１）。電源をＯＮして、
例えば、パソコン７のソフト（例えばウインドウズ）の
メインメニューが表示され（ステップＳ２）、そのメニ
ューから計測システムを選択する（作業Ｍ１）。今作業
Ｍ１の１を選択したものとし、岩盤の硬さにより５０ｋ
Ｈｚ（硬岩用）か２５ｋＨｚ（軟岩用）かのいずれかに
設定し（ステップＳ４）、先端受振器５の深度をパソコ
ン７に設定する（ステップＳ５）。この場合、例えば深
度５０を入力すれば、５０、４９、４８を測定すること
になる。ついで、起振のトリガーを待ち（ステップＳ
６）、起振させて、振動波形を記録する（ステップＳ
７）。例えば波形は３チャンネルで表示でき、良好な振
動波形が得られたらこのデータを保存し（作業Ｍ２）、
作業Ｍ２の２を選択すれば記録がセーブされる（ステッ
プＳ８）。すると例えば深度４８ｍと表示される（ステ
ップＳ９）。そこで塩ビパイプを２ｍ引き出して同様に
起振させて振動波形を記録する。 【００１６】この作業は受信器５が孔３の入口にくるま
で繰返される。作業Ｍ１において解析システムを選択し
た場合（Ｍ１−２）、ステップＳ３において、後述する
図４に示す解析が行われる。また作業Ｍ１において終了
を選択した場合（Ｍ１−３）、作業は終了する。 【００１７】作業Ｍ２において再測が選択された場合
（Ｍ２−１）、ステップＳ６に戻り、同一の深度で再起
振を行う。また作業Ｍ３において、次の測定を選択すれ
ば（Ｍ３−１）、ステップＳ６に戻り、深度変更を選択
すれば（Ｍ３−２）、ステップＳ５に戻り、終了を選択
すれば（Ｍ３−３）、測定作業は終る。 【００１８】図４は図３のステップＳ３のフローの説明
図である。解析メニューとしては１．記録の読み取り、
２．走時曲線の作成、３．解析結果の出力、４．終了が
ある。そこで記録の読み取りを選択すれば（Ｍ４−
１）、図５に示すような測定した波形のラインアップが
表示され、記録の自動読み取りが行われる（ステップＳ
１１）。この図５は横軸に振動の到達時間を取り、縦軸
に深度をとった図である。そして初動到達時間が自動的
に読み取られ、また波形の一点をクリックすることによ
って指定もできるようになっている。 【００１９】次に、走時曲線の作成を選択すると（Ｍ４
−２）、図６に示す走時曲線を作成することができる
（ステップＳ１２）。図６は読み取った初動到達時間を
横軸に切羽からの深度を縦軸にとって示してある。所定
長さ例えば１ｍ区間の速度値が一定となる区間、すなわ
ち走時曲線の傾きが一定となる区間の速度値が算出でき
る。 【００２０】この段階で、走時曲線を修正する場合は、
走時の修正を選択し（Ｍ５−１）、初動到達時間の読取
りを再度行うことができる（ステップＳ１１）。 【００２１】作業Ｍ４において、解析結果の出力を選択
すれば（Ｍ４−３）、ステップＳ１３に示すようにプリ
ンタで出力される。すなわち図５に示す波形ラインアッ
プ、図６に示す走時曲線、図７に示す結果図が得られ
る。この図７は切羽からの深度別に読み取り時間、時間
差、速度および区間速度をまとめて示している。 【００２２】 【発明の効果】本発明は上記のように構成されており、
以下の優れた効果を奏することができる。 【００２３】（１） ドリルジャンボにより切羽から掘
削した横方向のボーリング孔を用いているので、速度検
層方法で工程に支障なく弾性波速度分布が求められ、切
羽前方の地質状況の予測が可能となった。 【００２４】（２） 測定から解析まで短時間でできる
ため、現場のサイクルタイクムに組み込みが可能で、結
果の施工へのフィードバック（支保パターンの変更、補
助工法の採用等）が出来る。 【００２５】（３） 測定から解析までシステム化され
ており、現場で測定・解析が可能であり、適時に工程に
支障なく実施できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示す速度検層装置の断
面を示す図。 【図２】図１の装置の構成を示すブロック図。 【図３】測定手順のフローチャート図。 【図４】データ解析のフローチャート図。 【図５】記録波形を例示する図。 【図６】走時曲線を例示する図。 【図７】結果のまとめを例示する図。 【符号の説明】 １・・・トンネル ２・・・切羽 ３・・・ボーリング孔 ４・・・塩ビパイプ ４ａ・・・コネクタ ５・・・受振器 ６・・・受振ケーブル ７・・・パソコン ８・・・トリガーケーブル １０・・・打撃ハンマ １１・・・プリンタ １１ａ・・・電気回路
面を示す図。 【図２】図１の装置の構成を示すブロック図。 【図３】測定手順のフローチャート図。 【図４】データ解析のフローチャート図。 【図５】記録波形を例示する図。 【図６】走時曲線を例示する図。 【図７】結果のまとめを例示する図。 【符号の説明】 １・・・トンネル ２・・・切羽 ３・・・ボーリング孔 ４・・・塩ビパイプ ４ａ・・・コネクタ ５・・・受振器 ６・・・受振ケーブル ７・・・パソコン ８・・・トリガーケーブル １０・・・打撃ハンマ １１・・・プリンタ １１ａ・・・電気回路
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 山 本 拓 治
東京都調布市飛田給二丁目19番１号 鹿
島建設株式会社技術研究所内
(72)発明者 戸井田 克
東京都調布市飛田給二丁目19番１号 鹿
島建設株式会社技術研究所内
(56)参考文献 特開 平６−2323（ＪＰ，Ａ)
特開 平９−43361（ＪＰ，Ａ)
特開 昭62−273480（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
E21D 9/06 301
G01V 1/00
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 切羽前方の地質状況を予測する切羽前方
探査のための速度検層方法において、トンネルの切羽か
らボーリング孔を掘削し、そのボーリング孔の内部に複
数の受振器を設置し、先端の受振器の深度を測定・解析
用パソコンに入力し、切羽位置を発振手段で起振させて
受振器により振動波形を求めて記録をセーブし、次に受
振器の位置を動かして同様に起振させて振動波形を記録
し、そして深度と初動到達時間から区間の弾性波の速度
値を算出し、以て切羽前方の地質状況を予測することを
特徴とする速度検層方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35691797A JP3439334B2 (ja) | 1997-12-25 | 1997-12-25 | 速度検層方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35691797A JP3439334B2 (ja) | 1997-12-25 | 1997-12-25 | 速度検層方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11182171A JPH11182171A (ja) | 1999-07-06 |
| JP3439334B2 true JP3439334B2 (ja) | 2003-08-25 |
Family
ID=18451422
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35691797A Expired - Lifetime JP3439334B2 (ja) | 1997-12-25 | 1997-12-25 | 速度検層方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3439334B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003014863A (ja) * | 2001-07-03 | 2003-01-15 | Fujita Corp | 地山探査方法 |
| DE502004006847D1 (de) * | 2004-08-05 | 2008-05-29 | Hochtief Construction Ag | Verfahren zur Bestimmung von Bodeneigenschaften |
| JP5258734B2 (ja) * | 2009-11-10 | 2013-08-07 | 鹿島建設株式会社 | トンネル切羽前方探査方法及び探査システム |
| JP6396824B2 (ja) * | 2015-02-24 | 2018-09-26 | 鹿島建設株式会社 | シールドトンネルの前方探査装置及び方法 |
| JP6884628B2 (ja) * | 2017-04-24 | 2021-06-09 | 戸田建設株式会社 | 切羽前方の地質探査装置 |
| CN108802193A (zh) * | 2018-03-30 | 2018-11-13 | 中国平煤神马能源化工集团有限责任公司 | 一种巷道围岩松动圈的探测设备及探测方法 |
-
1997
- 1997-12-25 JP JP35691797A patent/JP3439334B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11182171A (ja) | 1999-07-06 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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