JP3883298B2 - Geophysical exploration method and apparatus by electric discharge destruction - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネル施工時の岩盤や地山、水中、構造物などにおいて、地震探査法による震源として、放電破壊を用いて弾性波を発生させる放電破壊による物理探査方法および装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、トンネル施工など、地山の掘削を必要とする作業の場合、その施工に影響を与えるような地質変化を予め探査する必要がある。従来、この探査方法には弾性波探査法と呼ばれるものがあり、この方法は、例えばトンネル側壁で発破を行い、その際に発生した弾性波が破砕帯や地質変化面、すなわち弾性波速度の変化面で反射あるいは屈折して戻ってきた弾性波を受震し、前方の地質を探査するものである。しかしこの方法では、火薬による発破作業を行なうため危険が伴うという問題がある。
【0003】
そのため、震源に火薬の爆発に代えて、電気エネルギーにより金属などを溶融気化させてその際に生じる衝撃力を利用する放電破壊装置を使用し、その膨張衝撃力で弾性波を発生させることが提案されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、放電破壊を利用した物理探査方法は、土中や岩盤中で発生させた衝撃力による弾性波の屈折波や反射波を受震してその加速度の計測波形の減衰量や変化により、震源から離れた位置の地質の状況を探査するため、衝撃力の発生時間が明確でないと、計測波形点の距離や位置が確定できず、正確な探査ができないという問題があった。また都市部では、環境的な配慮から火薬の使用に制限を受ける場合がある。
【0005】
本発明は、上記問題点を解決して衝撃力の発生時間を正確に把握できて正確な物理探査を実施できる放電破壊による物理探査方法および装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項1記載の放電破壊による物理探査方法は、震源装置の導電性物質に短時間に電気エネルギーを供給して溶融気化する際の衝撃力により探査物質内を伝播する弾性波を発生させ、その反射波または屈折波を検出して探査物質を探査するに際して、トリガー信号により放電用スイッチをオンして電気エネルギーを導電性物質である金属細線に供給し、このトリガー信号による電気エネルギー供給開始時間に、放電条件の特性である電気エネルギーの供給量、および震源装置の特性である金属細線の材質、形状、太さに対応して得られた電気エネルギー供給開始から震源装置による放電衝撃力発生までの遅延時間を加算して、衝撃力発生時間を求めるものである。
【0007】
また請求項2記載の放電破壊による物理探査装置は、導電性物質に短時間に電気エネルギーを供給して溶融気化する際の放電破壊による衝撃力により、探査物質内を伝播する弾性波を発生させ、その反射波または屈折波を測定して探査物質を探査する放電破壊による物理探査装置であって、伝達物質が充填された探査容器内で電極間に導電性物質である金属細線が接続された震源装置と、この震源装置の金属細線に電気エネルギーを供給する電気エネルギー供給装置と、前記震源装置から発生した弾性波を検出する受震器と、この受震器の信号に基づいて振動を測定する振動測定装置とを具備し、前記電気エネルギー供給装置の放電用スイッチを作動させるトリガー信号を前記振動測定装置に出力する起動検出ラインを設け、前記振動測定装置を、この起動検出ラインからのトリガー信号による電気エネルギー供給開始時に、放電条件の特性である電気エネルギーの供給量、および震源装置の特性である金属細線の材質、形状、太さに対応して得られた震源装置への電気エネルギー供給開始から放電衝撃力の発生までの遅延時間を加算して、衝撃力発生時間を求めるように構成したものである。
【0008】
上記構成によれば、放電スイッチをオンするトリガー信号を取り出し、トリガー信号に検知される電気エネルギー供給開始時間に、実験やシュミレーションにより、放電条件の特性である電気エネルギーの供給量、震源装置の特性である金属細線の材質、形状および太さに対応して予め得られた遅延時間を加算することで、震源装置による衝撃力発生時間を正確に求めることができ、正確な物理探査が可能となる。
【0009】
【発明の実施の形態】
ここで、本発明に係る放電破壊による地質探査装置の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【0010】
まず最初に、放電破壊を行う衝撃発生装置10の基本構成を図2を参照して説明する。この衝撃発生装置10は、目的とする地山や岩盤に形成した装着孔に装着される震源装置1と、震源装置1に電気エネルギーを供給する電気エネルギー供給装置(以下単に「供給装置」と称す)3とで構成されている。
【0011】
前記震源装置1は、この探査容器(カートリッジ)1b内に挿入された一対の電極1d同士を接続する導電性物質(溶融気化物質ともいう、カーボン等であってもよい)である金属細線(例えば銅:Cu)1aと、探査容器1b内に封入されて金属細線1aの溶融気化による衝撃力を地山に伝達する(圧力)伝達物質1cとで構成されており、この伝達物質1cはたとえば水が使用されるが、この水に替えて、溶融気化により起爆(短時間の燃焼も含む)されこの衝撃力により地山に弾性波を伝達する爆発性物質、たとえばニトロ系化合物であってもよい。
【0012】
前記供給装置3は、放電電源5にエネルギー制御用の抵抗器6を介して接続されたコンデンサ7と、このコンデンサ7に充電蓄積された電気エネルギーを放電するための放電スイッチ(サイリスタ)8とを備えている。またこの放電スイッチ8には、この放電スイッチ8をオン−オフするトリガー信号を出力するトリガー回路9が設けられてトリガー信号出力ライン11を介して放電スイッチ8に接続されている。11aはトリガー信号調整用の抵抗器である。
【0013】
このトリガー回路は、図3(a)に示すように、放電スイッチ8を起動時間t0から一定時間、放電スイッチ8をオンするためのトリガー信号が出力される。また図3(b)に示すように、このトリガー信号によりオンされた放電スイッチ8により、コンデンサ7に貯えられた電気エネルギーが給電ライン13を介して震源装置1の金属細線1aに供給される。この時、図3(c)に示すように、放電電流が流れてこのピーク時=t1に金属細線1aが溶断され、図3(d)に示すようにこのピーク時t1に放電衝撃力の加速度のピーク値があらわれる。したがって、トリガー信号が出力された時点t0から放電衝撃力の加速度のピーク値があらわれるt1までの時間が遅延時間Tとなる。この遅延時間Tは、放電条件すなわち電気エネルギーの供給量や、金属細線8の材質、形状、太さにより異なるが、これらの条件が一定であれば、遅延時間Tが一定であることがわかっている。
【0014】
図1は本発明に係る地質探査装置の第1の実施の形態を示し、基本構成と同一部材は同一符号を付して説明を省略する。
この地質探査装置は、前述した衝撃発生装置10に加えて、震源装置1による衝撃力で発生した弾性波のうち、探査範囲の地山からの反射弾性波を検出する加速度センサ(受震器)4と、加速度センサ4の検出信号に基づいて反射弾性波の振動を検出する振動測定装置12とが設けられている。
【0015】
また、トリガー信号出力ライン11にトリガー信号を取り出す起動検出ライン21が接続されて、振動測定装置12に入力するように接続され、振動測定装置12では、このトリガー信号により電気エネルギー供給開始時を検知することができる。またこの起動検出ライン21には、電気エネルギー供給装置3が高圧回路であるため、これから絶縁するための絶縁器(DC−DCアイソレータ)22が介在されている。さらにこの振動測定装置12には、震源装置1や電気エネルギー供給回路3の仕様に対応して、トリガー信号の出力点t0から放電衝撃力の加速度のピーク値があらわれるt1までの遅延時間Tが予め入力されている。
【0016】
したがって、トリガー回路9からトリガー信号が出力されて放電スイッチ8がオンされると、コンデンサ7に貯えられた電気エネルギーが震源装置1の金属細線1aに供給され、金属細線1aの溶融気化による衝撃力が伝達物質1cを介して地山2に伝達される。するとこの探査範囲の地山2からの反射弾性波が加速度センサ4により検出されて振動測定装置12で測定される。この時、トリガー信号が起動検出ライン21を介して振動測定装置12に入力されており、振動測定装置12では、このトリガー信号による起動時間t0に、入力された遅延時間Tが加算されて衝撃力の発生時間t1がもとめられ、この衝撃力の発生時間t1に基づいて弾性波が解析され、地質構造が求められる。
【0017】
上記実施の形態によれば、放電スイッチ8をオンするトリガー信号を振動測定装置12に取り出して、この電気エネルギー供給開始時t0に、予め入力された遅延時間Tを加算することで、震源装置1による衝撃力発生時間t1を正確に求めることができ、正確な地質探査が可能となる。
【0018】
図4は第2の実施の形態を示す。第1の実施の形態では、トリガー信号を直接取り出したが、この第2の実施の形態ではスイッチ手段であるリレー31を介在させている。
【0019】
すなわち、リレー31は、電気エネルギー供給装置3に組み込まれた信号用電源32から、振動測定装置12に接続された電源出力ライン33に介在されており、起動検出ライン21により取り出されたトリガー信号がドライブ電源としてリレー31のコイル側に入力されて、これに遅延時間Tが加算される。
【0020】
したがって、トリガー信号によりリレー31がオンされると、信号用電源32から電源出力ライン33を介して起動信号(電源電圧)が振動測定装置12に供給されて起動時間が検知される。
【0021】
第2の実施の形態によれば、第1の実施の形態と同様の効果を奏することができる。なお、信号用電源32を振動測定装置12に組み込むこともできる。
【0022】
図5は第3の実施の形態を示す。この第3の実施の形態は、第2の実施の形態のリレー31をLEDなどの光信号により作動される光駆動スイッチである光駆動リレー(フォトカップラ)41としたものである。
【0023】
すなわち、電気エネルギー供給装置3に組み込まれた信号用電源32から振動測定装置12に接続された電源出力ライン33に、光駆動リレー41が介在されている。また起動検出ライン21は、光駆動リレー41のLED回路(光信号変換回路)42に接続されている。したがって、起動検出ライン21のトリガー信号がLED回路42により光信号に変換され、この光信号により光駆動リレー41がオンされることにより、信号用電源32から電源出力ライン33を介して起動信号が振動測定装置12に供給され、放電スイッチ8の作動時間t0に遅延時間Tが加算されて放電衝撃力の発生時間が検知される。
【0024】
上記実施の形態によれば、上記作用、効果に加えて、電源出力ライン33の回路が電気エネルギー回路装置3の高電圧回路と絶縁されるため、操作上安全となる。なお、信号用電源32を振動測定装置12に組み込むことができる。
【0025】
図6は、第4の実施の形態を示す。この第4の実施の形態は、第3の実施の形態において、光駆動タイプのサイリスタ等の素子からなる光駆動式の放電スイッチ51を設けたもので、トリガー回路54からトリガー信号出力ライン56を介して出力されるトリガー信号は、第1LED回路(光信号変換回路)55Aおよび第2LED回路(光信号変換回路)55Bに入力されて光信号に変換される。そして、第1LED回路55Aの光信号により、光駆動放電スイッチ51の光駆動スイッチ部55aが作動されてオンされ、また第2LED回路55Bの光信号により光駆動リレー41がオンされる。
【0026】
したがって、トリガー回路54がオンされると、トリガー信号が第1LED回路55Aの光信号に変換されて、この光信号により、放電スイッチ51の光駆動スイッチ部55aがオンされることにより、トリガー電源52からトリガー電源ライン53を介して光駆動放電スイッチ51に作動電流が供給されオンされる。さらにトリガー信号が第2LED回路55Bにより光信号に変換され、この光信号により光駆動リレー41が作動(オン)されると、信号用電源32から起動信号が振動測定装置12に供給され、光駆動式の放電スイッチ51の作動時間t0に遅延時間Tが加算されて放電衝撃力の発生時間が検知される。
【0027】
上記実施の形態によれば、上記作用、効果に加えて、電源出力ライン33の回路およびトリガー信号の回路が電気エネルギー供給装置3の高電圧回路と絶縁されるため、操作上さらに安全となる。
【0028】
なお、信号用電源32を振動測定装置12に組み込むこともできる。また1つのLED回路から発行される光信号を分岐させて光駆動リレー41および光駆動放電スイッチ51に導入してもよい。
【0029】
上記各実施の形態では、地質探査装置について説明したが、探査対象が岩盤や大型構造物などであってもよい。
【0030】
【発明の効果】
以上に述べたごとく本発明によれば、放電スイッチをオンするトリガー信号を取り出し、トリガー信号に検知される電気エネルギー供給開始時間に、実験やシュミレーションにより、放電条件の特性である電気エネルギーの供給量、震源装置の特性である金属細線の材質、形状および太さに対応して予め得られた遅延時間を加算することで、震源装置による衝撃力発生時間を正確に求めることができ、正確な物理探査が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る地質探査装置の第1の実施の形態を示す構成図である。
【図2】同地質探査装置の衝撃力発生装置を示す構成図である。
【図3】(a)〜(d)は図2の地質探査装置におけるスイッチ操作時のタイムチャートを示し、(a)はトリガー信号、(b)は放電スイッチのオン−オフ信号、(c)は放電電流、(d)は衝撃力を示すグラフである。
【図4】本発明に係る地質探査装置の第2の実施の形態を示す構成図である。
【図5】本発明に係る地質探査装置の第3の実施の形態を示す構成図である。
【図6】本発明に係る地質探査装置の第4の実施の形態を示す構成図である。
【符号の説明】
1 震源装置
2 地山
3 電気エネルギー供給装置
4 加速度センサ
5 放電電源
6 抵抗器
7 コンデンサ
8 放電スイッチ
9 トリガー回路
11 トリガー信号出力ライン
12 振動測定装置
21 起動出力ライン
22 絶縁器
31 リレー
32 信号用電源
33 電源出力ライン
41 光駆動リレー
42 LED回路
51 光駆動放電スイッチ
54 トリガー回路
55A 第1LED回路
55B 第2LED回路
56 トリガー起動ライン
T 遅延時間[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a physical exploration method and apparatus by electric discharge destruction that generates elastic waves using electric discharge destruction as an epicenter by the seismic exploration method in rocks, grounds, underwater, structures and the like during tunnel construction.
[0002]
[Prior art]
In general, in the case of work that requires excavation of natural ground, such as tunnel construction, it is necessary to explore in advance geological changes that affect the construction. Conventionally, this exploration method has been called an elastic wave exploration method. This method blasts on the side wall of a tunnel, for example. It receives the elastic waves that have been reflected or refracted by the surface, and explores the geology ahead. However, this method has a problem in that it is dangerous because the blasting work is performed with gunpowder.
[0003]
Therefore, instead of exploding explosives at the epicenter, it is proposed to use an electric discharge destruction device that uses the impact force generated by melting and vaporizing metals etc. with electrical energy and generating elastic waves with the expansion impact force Has been.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the geophysical exploration method using electric discharge breakdown is based on the seismic source by receiving the refracted wave or reflected wave of the elastic wave due to the impact force generated in the soil or rock, and the attenuation or change of the measured waveform of the acceleration. In order to investigate the geological situation at a position away from the location, if the generation time of the impact force is not clear, the distance and position of the measurement waveform point cannot be determined, and there is a problem that accurate survey cannot be performed. In urban areas, the use of gunpowder may be restricted due to environmental considerations.
[0005]
An object of the present invention is to provide a geophysical exploration method and apparatus by electric discharge breakdown that can solve the above-mentioned problems and can accurately grasp the generation time of an impact force and perform an accurate physical exploration.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the physical exploration method by electric discharge destruction according to claim 1 propagates in the exploration material by an impact force when supplying electric energy to the conductive material of the hypocenter device in a short time to melt and vaporize. When an exploration material is probed by generating an elastic wave and detecting the reflected wave or refracted wave, the trigger switch turns on the discharge switch to supply electric energy to the metal thin wire that is a conductive material. The seismic source device from the start of the electrical energy supply obtained according to the electrical energy supply amount, which is a characteristic of the discharge condition, and the material, shape, and thickness of the fine metal wires that are the characteristics of the seismic device The impact force generation time is obtained by adding the delay time until the generation of the discharge impact force due to.
[0007]
The physical exploration device by electric discharge destruction according to
[0008]
According to the above configuration, the trigger signal for turning on the discharge switch is taken out, the electric energy supply start time detected by the trigger signal, the amount of electric energy supplied as the characteristics of the discharge condition , the characteristics of the hypocenter device by experiment and simulation By adding the delay time obtained in advance corresponding to the material, shape, and thickness of the thin metal wire, the impact force generation time by the seismic source device can be accurately obtained, and accurate physical exploration becomes possible. .
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Here, an embodiment of a geological exploration device by electric discharge destruction according to the present invention will be described based on the drawings.
[0010]
First, the basic configuration of the
[0011]
The
[0012]
The
[0013]
As shown in FIG. 3A, the trigger circuit outputs a trigger signal for turning on the
[0014]
FIG. 1 shows a first embodiment of a geological exploration apparatus according to the present invention. The same members as those in the basic configuration are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
This geological exploration device is an acceleration sensor (seismic receiver) that detects a reflected elastic wave from a natural ground in the exploration range among the elastic waves generated by the impact force of the
[0015]
Further, the trigger
[0016]
Therefore, when the trigger signal is output from the
[0017]
According to the above embodiment, the trigger signal for turning on the
[0018]
FIG. 4 shows a second embodiment. In the first embodiment, the trigger signal is directly taken out. In the second embodiment, a
[0019]
That is, the
[0020]
Therefore, when the
[0021]
According to the second embodiment, an effect similar to that of the first embodiment can be obtained. The
[0022]
FIG. 5 shows a third embodiment. In the third embodiment, the
[0023]
That is, the
[0024]
According to the above-described embodiment, in addition to the above operations and effects, the circuit of the power
[0025]
FIG. 6 shows a fourth embodiment. In the fourth embodiment, in the third embodiment, a light-driven
[0026]
Therefore, when the
[0027]
According to the above embodiment, in addition to the above operations and effects, the circuit of the power
[0028]
The
[0029]
In each of the above embodiments, the geological exploration device has been described, but the exploration target may be a rock mass or a large structure.
[0030]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the trigger signal for turning on the discharge switch is taken out, and the electric energy supply amount, which is a characteristic of the discharge condition , is determined by experiment and simulation at the electric energy supply start time detected by the trigger signal. By adding the delay time obtained in advance corresponding to the material, shape and thickness of the fine metal wire that is the characteristic of the seismic source device, the impact force generation time by the seismic source device can be accurately obtained, and accurate physical Exploration becomes possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of a geological exploration apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram showing an impact force generator of the geological exploration device.
3A to 3D are time charts when the switch is operated in the geological exploration apparatus of FIG. 2; FIG. 3A is a trigger signal; FIG. 3B is an on / off signal of a discharge switch; Is a graph showing the discharge current, and (d) is a graph showing the impact force.
FIG. 4 is a configuration diagram showing a second embodiment of a geological exploration device according to the present invention.
FIG. 5 is a configuration diagram showing a third embodiment of a geological exploration device according to the present invention.
FIG. 6 is a configuration diagram showing a fourth embodiment of a geological exploration device according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (5)
トリガー信号により放電用スイッチをオンして電気エネルギーを導電性物質である金属細線に供給し、
このトリガー信号による電気エネルギー供給開始時間に、放電条件の特性である電気エネルギーの供給量、および震源装置の特性である金属細線の材質、形状、太さに対応して得られた電気エネルギー供給開始から震源装置による放電衝撃力発生までの遅延時間を加算して、衝撃力発生時間を求める
ことを特徴とする放電破壊による物理探査方法。Probing the exploration material by generating an elastic wave that propagates in the exploration material by the impact force when supplying electric energy to the conductive material of the hypocenter device in a short time and evaporating it, and detecting the reflected or refracted wave When doing
Turns on the discharge switch by the trigger signal and supplies electric energy to the thin metal wire that is a conductive substance.
The electric energy supply start time obtained by this trigger signal corresponds to the amount of electric energy supplied, which is the characteristic of the discharge condition, and the material, shape, and thickness of the metal thin wire that is the characteristic of the hypocenter device. A physical exploration method by electric discharge destruction characterized by adding the delay time from the start to the generation of the discharge impact force by the seismic source device to obtain the impact force generation time.
伝達物質が充填された探査容器内で電極間に導電性物質である金属細線が接続された震源装置と、この震源装置の金属細線に電気エネルギーを供給する電気エネルギー供給装置と、前記震源装置から発生した弾性波を検出する受震器と、この受震器の信号に基づいて振動を測定する振動測定装置とを具備し、
前記電気エネルギー供給装置の放電用スイッチを作動させるトリガー信号を前記振動測定装置に出力する起動検出ラインを設け、
前記振動測定装置を、この起動検出ラインからのトリガー信号による電気エネルギー供給開始時に、放電条件の特性である電気エネルギーの供給量、および震源装置の特性である金属細線の材質、形状、太さに対応して得られた震源装置への電気エネルギー供給開始から放電衝撃力の発生までの遅延時間を加算して、衝撃力発生時間を求めるように構成した
ことを特徴とする放電破壊による物理探査装置。An elastic wave propagating through the exploration material is generated by the impact force of electrical discharge when supplying electrical energy to the conductive material in a short time to vaporize it, and the reflected or refracted wave is measured to detect the exploration material. A geophysical exploration device using electric discharge destruction to explore,
An epicenter device in which a thin metal wire that is a conductive material is connected between electrodes in an exploration vessel filled with a transmission material , an electric energy supply device that supplies electric energy to the thin metal wire of the seismic source device, and the seismic source device A receiver that detects the generated elastic wave, and a vibration measuring device that measures vibration based on the signal of the receiver;
A start detection line for outputting a trigger signal for operating the discharge switch of the electrical energy supply device to the vibration measuring device;
When the electric energy supply is started by the trigger signal from the start detection line, the vibration measuring device is supplied with the electric energy supply amount which is a characteristic of the discharge condition, and the material, shape and thickness of the metal fine wire which is the characteristic of the hypocenter device. Geophysical exploration device by discharge breakdown, characterized by adding the delay time from the start of electrical energy supply to the seismic source device to the occurrence of the discharge impact force obtained to obtain the impact force generation time .
起動検出ラインのトリガー信号により前記スイッチ手段をオンするように構成した
ことを特徴とする請求項2記載の放電破壊による物理探査装置。A power output line connected from the signal power source to the vibration measuring device, and a switch means interposed in the power output line are provided,
The physical exploration device by discharge breakdown according to claim 2, wherein the switch means is turned on by a trigger signal of a start detection line.
起動出力ラインに、光駆動スイッチを作動させる光信号変換回路を設けた
ことを特徴とする請求項3記載の放電破壊による物理探査装置。The switch means is an optical drive switch operated by an optical signal,
4. The physical exploration device by discharge breakdown according to claim 3, wherein an optical signal conversion circuit for operating an optical drive switch is provided in the startup output line.
トリガー信号出力ラインに光駆動放電スイッチを作動させる光信号変換回路を設けた
ことを特徴とする請求項4記載の放電破壊による物理探査装置。The discharge switch is a light-driven discharge switch operated by an optical signal,
The physical exploration device by discharge breakdown according to claim 4, wherein an optical signal conversion circuit for operating a light-driven discharge switch is provided in the trigger signal output line.
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