JP5258734B2 - Tunnel front face exploration method and exploration system - Google Patents

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本発明は、トンネル等の掘削に際して、切羽前方の岩盤や地盤の良し悪しを評価するための探査技術に関する。   The present invention relates to an exploration technique for evaluating the quality of a rock or ground in front of a face when excavating a tunnel or the like.

トンネル等の築造工事に先立ち、切羽前方の岩盤や地盤の良し悪しを評価するための探査技術として、いわゆる「削孔検層」（特許文献１参照）と「速度検層」（例えば、特許文献２参照）とが知られている。   Prior to the construction of tunnels and the like, so-called “drilling logging” (see Patent Document 1) and “velocity logging” (for example, patent documents) are used as exploration techniques for evaluating the quality of rock and ground in front of the face. 2).

「削孔検層」は、トンネル切羽から油圧ジャンボにより削孔し、削孔時の機械データから「破壊エネルギー係数」を求めることにより、切羽前方の岩盤を評価し、地質状況を予測するものである。
しかし、「削孔検層」は、削孔の際に得られた「破壊エネルギー係数」が、同一の岩盤或いは地盤であっても、現場における各種条件、例えば使用する機材の仕様その他により、異なってしまう。そのため、安全に施工できる地質状態かを判断するための「破壊エネルギー係数のしきい値」は施工現場毎に設定しなければならない。
しかし、施工現場毎に「破壊エネルギー係数のしきい値」を求めることは、非常に煩雑であり、必ずしも正確に設定されるものではなかった。従って、削孔検層で求めた「破壊エネルギー係数」を「破壊エネルギー係数のしきい値」と比較して、切羽前方の岩盤や地盤の良し悪しを、的確に評価することは、従来技術では困難であった。 “Drilling logging” is a method of drilling from a tunnel face with a hydraulic jumbo and evaluating the rock mass in front of the face by calculating the “fracture energy coefficient” from the machine data at the time of drilling and predicting the geological situation. is there.
However, the “drilling logging” shows that the “fracture energy coefficient” obtained during drilling varies depending on various conditions at the site, such as the specifications of the equipment used, even if the rock or ground is the same. End up. For this reason, the “threshold value of the fracture energy coefficient” for judging whether the geological state can be safely constructed must be set for each construction site.
However, obtaining the “threshold value of the fracture energy coefficient” for each construction site is very complicated and not always set accurately. Therefore, by comparing the “destructive energy coefficient” obtained by drilling logging with the “threshold value of the destructive energy coefficient”, it is possible to accurately evaluate the quality of the rock and ground in front of the face. It was difficult.

これに対して、「速度検層」では、速度検層で得られたデータ（図６の弾性波速度：Ｐ波速度）は、同一の地盤或いは岩盤であれば、現場の状態によって左右されない絶対的な数値である。そして、岩盤の良し悪しに関する弾性波のしきい値も、土木学会等の基準によって明確に定められている。
しかし「速度検層」は、油圧ジャンボによりボーリング孔を削孔し、一度油圧ジャンボを切羽から後退させ、削孔した孔に受振器を挿入して、速度検層を行わなくてはならない。すなわち、非常に手間がかかるという問題がある。
さらに、軟弱な地質条件の下では、油圧ジャンボで削孔した孔が崩壊してしまい、速度検層が実施できないという問題もあった。 On the other hand, in “velocity logging”, the data obtained by velocity logging (elastic wave velocity: P wave velocity in FIG. 6) is not affected by the state of the site if it is the same ground or rock. Numerical value. The threshold value of the elastic wave regarding the quality of the bedrock is also clearly defined by standards such as the Japan Society of Civil Engineers.
However, “speed logging” requires drilling a boring hole with a hydraulic jumbo, once retracting the hydraulic jumbo from the face, and inserting a geophone into the drilled hole to perform speed logging. That is, there is a problem that it takes much time and effort.
Furthermore, under soft geological conditions, the hole drilled with the hydraulic jumbo collapsed, and there was a problem that velocity logging could not be performed.

ここで、「削孔検層」と「速度検層」とを併用して、切羽前方の探査或いは評価を正確に行なう技術が提案されている（特許文献３参照）。
しかし、係る従来技術（特許文献３）では、「速度検層」の結果から「破壊エネルギー係数のしきい値」を求めることは全く開示されておらず、「削孔検層」と「速度検層」から切羽前方の探査或いは評価の精度を向上させるための具体的な態様は開示されていない。 Here, a technique has been proposed in which “hole drilling logging” and “velocity logging” are used in combination to accurately perform exploration or evaluation in front of the face (see Patent Document 3).
However, in the related art (Patent Document 3), it is not disclosed at all that the “threshold value of fracture energy coefficient” is obtained from the result of “velocity logging”. A specific mode for improving the accuracy of exploration or evaluation in front of the face from the “layer” is not disclosed.

これに加えて、先進ボーリング掘削時にロータリー・パーカッションドリルから発生する振動により弾性波を地山に設けた加速度計により受振して、前方地山における弾性波速度を計算する技術も提案されている（特許文献４）。
しかし、特許文献４では、反射波を用いた解析を行っており、トンネル切羽から反射部分（例えば、異なる地質の境界面）までの距離を算出することを目的しているので、弾性波が発生した地点から加速度計を設置した箇所の間において、領域毎に発生した弾性波（反射波）速度を解析するのが困難である。そのため、弾性波速度の分布は求められないという問題が存在する。 In addition to this, a technique has also been proposed in which elastic waves are received by an accelerometer provided in a natural ground by vibration generated from a rotary percussion drill during advanced boring excavation, and the elastic wave velocity in the front natural ground is calculated ( Patent Document 4).
However, in Patent Document 4, analysis using reflected waves is performed, and the purpose is to calculate the distance from the tunnel face to the reflected portion (for example, the boundary surface of different geology), so elastic waves are generated. It is difficult to analyze the velocity of the elastic wave (reflected wave) generated for each region between the points where the accelerometers are installed from the point where they are made. Therefore, there is a problem that the elastic wave velocity distribution cannot be obtained.

特開平４−１６１５８８号公報（特許第２０１０６５７号）JP-A-4-161588 (Patent No. 2010657) 特開平１１−１８２１７１号公報（特許第３４３９３３４号）Japanese Patent Laid-Open No. 11-182171 (Japanese Patent No. 3439334) 特開平１１−１７４０４６号公報（特許第３３０８４７８号）Japanese Patent Laid-Open No. 11-174046 (Patent No. 3308478) 特開２０００−１７０４７８号公報JP 2000-170478 A

本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、削孔検層中にロッドを引き抜くことなく、掘削したままの状態で探査でき、施工現場の状況や使用機材の違いをも許容し、迅速、正確で勝つ容易に地質を判断することの出来るトンネル前方探査方法及びシステムの提供を目的としている。   The present invention has been proposed in view of the above-mentioned problems of the prior art, and can be explored in the state of excavation without pulling out the rod during drilling logging, and there are differences in construction site conditions and equipment used. It is intended to provide a tunnel forward exploration method and system that can judge the geology quickly, accurately, and easily.

本発明のトンネル切羽前方探査方法は、先端に掘削用ビット（３）を設けた掘削ロッド（２）により切羽前方の領域（Ｇ）を削孔し、削孔の際に所定間隔毎に得たデータにより破壊エネルギー係数を演算する削孔検層工程（Ｓ２）と、切羽前方の領域（Ｇ）を一定距離だけ削孔した際に（例えば、前記ロッド２を切り継ぎする際に）削孔中の切羽前方の領域（Ｇ：例えば、岩盤）を掘削用ビット（３）により打撃して弾性波を発生し、発生した弾性波を切羽（Ｇｆ）に設置した受振器（１０）で直接受振して（反射波を受振するのではなく、掘削用ビット３による打撃で発生した弾性波を直接受振して）、弾性波速度を求める速度検層工程（Ｓ４）と、切羽（Ｇｆ）から予め定められた距離（例えば３ｍ）だけ削孔が行われた後、削孔検層工程（Ｓ２）で得た破壊エネルギー係数と速度検層工程（Ｓ４）で得た弾性波速度から破壊エネルギー係数のしきい値を決定するしきい値決定工程（Ｓ７）と、削孔検層工程（Ｓ２）で得た破壊エネルギー係数と決定されたしきい値を比較し、以って、切羽（Ｇｆ）から予め定められた距離だけ削孔された領域を前記所定の間隔毎に評価する評価工程（Ｓ８）とを有することを特徴としている（図３）。   In the tunnel face front exploration method of the present invention, the area (G) in front of the face is drilled by the excavation rod (2) provided with the excavation bit (3) at the tip, and obtained at predetermined intervals when drilling. Drilling logging process (S2) for calculating the fracture energy coefficient based on the data, and when drilling the area (G) in front of the face by a certain distance (for example, when cutting the rod 2) The area in front of the face (G: for example, rock) is hit by the excavation bit (3) to generate elastic waves, and the generated elastic waves are directly received by the geophone (10) installed on the face (Gf). (Instead of receiving the reflected wave, directly receiving the elastic wave generated by the hitting by the excavating bit 3), the velocity logging step (S4) for obtaining the elastic wave velocity and the face (Gf) are determined in advance. After drilling for a given distance (eg 3m), drilling logging A threshold value determining step (S7) for determining a threshold value of the fracture energy coefficient from the fracture energy coefficient obtained in (S2) and the elastic wave velocity obtained in the velocity logging step (S4); An evaluation step of comparing the fracture energy coefficient obtained in S2) with the determined threshold value, and evaluating a region drilled by a predetermined distance from the face (Gf) at each predetermined interval. (S8) (FIG. 3).

ここで、前記しきい値決定工程（Ｓ７）は、所定間隔毎に得られた破壊エネルギー係数を速度検層工程（Ｓ４）の一定距離毎に対応して区画する破壊エネルギー係数区画工程（Ｓ２１）と、区画毎の破壊エネルギー係数を平均化する平均化工程（Ｓ２２）と、平均化された破壊エネルギー係数を対応する一定距離の弾性波速度と対比する対比工程（Ｓ２３）と、対応する破壊エネルギー係数と弾性波速度との特性図を作成する特性図作成工程（Ｓ２４）と、作成された特性図（図７）から破壊エネルギー係数と弾性波速度の関係式を決定する関係式決定工程（Ｓ２５）と、前記関係式に弾性波速度のしきい値（予め決定されている数値）を代入して破壊エネルギー係数のしきい値を演算する演算工程（Ｓ２６）とを備えているのが好ましい（図４）。   Here, in the threshold value determining step (S7), the fracture energy coefficient partitioning step (S21) for partitioning the fracture energy coefficient obtained at every predetermined interval corresponding to each constant distance of the velocity logging step (S4). An averaging step (S22) for averaging the fracture energy coefficients for each section, a comparison step (S23) for comparing the averaged fracture energy coefficients with the corresponding elastic wave velocities at a certain distance, and the corresponding fracture energy A characteristic diagram creating step (S24) for creating a characteristic diagram between the coefficient and the elastic wave velocity, and a relational equation determining step (S25) for determining a relational equation between the fracture energy coefficient and the elastic wave velocity from the created characteristic diagram (FIG. 7). And a calculation step (S26) of calculating a threshold value of the fracture energy coefficient by substituting a threshold value (a predetermined numerical value) of the elastic wave velocity into the relational expression ( 4).

また、本発明のトンネル切羽前方探査システムは、先端に掘削用ビット（３）を設けた掘削ロッド（２）により切羽前方の領域（Ｇ）を削孔する掘削機械（例えば、油圧ジャンボ１）を有し、掘削機械（１）による破壊エネルギー係数を演算するのに必要なパラメータを計測する計測装置（例えば、深度計５、フィード圧計６、打撃圧計７、トルク計８等）と、掘削用ビット（３）により削孔中の切羽前方の領域（Ｇ：例えば、岩盤）を打撃するための打撃装置（９：例えば油圧ジャンボのパーカッション部）と、切羽（Ｇｆ）に設置されて弾性波を直接受振する（反射波を受振するのではなく、掘削用ビット３による打撃で発生した弾性波を直接受振する）受振器（１０）と、制御装置（２０）とを有し、制御装置（２０）は、前記計測装置（５、６、７、８）により計測されたパラメータに基づいて破壊エネルギー係数を演算する破壊エネルギー係数演算ユニット（２１）と、前記受振器（１０）により受振された弾性波に基づいて弾性波速度を演算する弾性波速度演算ユニット（２２）とを備え、破壊エネルギー係数と弾性波速度から破壊エネルギー係数のしきい値を決定する機能と、削孔検層で演算した破壊エネルギー係数と破壊エネルギー係数のしきい値とを比較して評価する機能とを有することを特徴としている（図１、図２）。   Further, the tunnel face forward exploration system of the present invention is provided with a drilling machine (for example, hydraulic jumbo 1) for drilling a region (G) in front of the face with a drill rod (2) provided with a drill bit (3) at the tip. A measuring device (for example, a depth gauge 5, a feed pressure gauge 6, a striking pressure gauge 7, a torque gauge 8, etc.) and a drilling bit for measuring parameters necessary for calculating a fracture energy coefficient by the excavating machine (1) According to (3), a striking device (9: for example, a percussion part of a hydraulic jumbo) for striking a region in front of the face in the drilling hole (G: for example, rock), and an elastic wave installed directly on the face (Gf) A vibration receiving device (10) for receiving vibration (not directly receiving reflected waves but directly receiving elastic waves generated by hitting by the excavating bit 3) and a control device (20), the control device (20) Is the measuring instrument A fracture energy coefficient computing unit (21) for computing a fracture energy coefficient based on the parameters measured by (5, 6, 7, 8), and an elastic wave based on the elastic wave received by the geophone (10). An elastic wave velocity calculation unit (22) for calculating velocity, a function for determining a threshold value of the fracture energy factor from the fracture energy factor and the elastic wave velocity, and a fracture energy factor and fracture energy calculated by drilling logging. It has a function of comparing and evaluating the threshold value of the coefficient (FIGS. 1 and 2).

前記制御装置（２０）は、前記所定間隔毎に得られた破壊エネルギー係数を掘削用ビット（３）により打撃して弾性波速度を求めた地点間の距離に対応して区画するユニット（削孔検層データ区画ユニット２３）と、当該区画毎の破壊エネルギー係数を平均化する平均化ユニット（削孔検層データ平均ユニット２４）と、平均化された破壊エネルギー係数を対応する一定距離の弾性波速度と対比して対応する破壊エネルギー係数と弾性波速度との特性図を作成する特性図作成ユニット（特性図作成ユニット２５）と、作成された特性図から破壊エネルギー係数と弾性波速度の関係式（特性）を決定する関係式決定ユニット（特性決定ユニット２６）と、前記関係式に弾性波速度のしきい値（予め決定されている数値）を代入して破壊エネルギー係数のしきい値を演算する演算ユニット（削孔検層データしきい値決定ユニット２７）と、前記所定間隔毎に得られた破壊エネルギー係数を前記しきい値と比較する比較ユニット（比較ユニット２９）を備えているのが好ましい（図２）。   The control device (20) is a unit (drilling unit) that divides the fracture energy coefficient obtained at the predetermined intervals according to the distance between points where the excavation bit (3) is used to determine the elastic wave velocity. Logging data section unit 23), averaging unit for averaging the fracture energy coefficient for each section (drilling logging data averaging unit 24), and an elastic wave at a constant distance corresponding to the averaged fracture energy coefficient. A characteristic diagram creation unit (characteristic diagram creation unit 25) for creating a characteristic diagram of the fracture energy coefficient and elastic wave velocity corresponding to the velocity, and a relational expression between the fracture energy coefficient and the elastic wave velocity from the created characteristic diagram A relational expression determination unit (characteristic determination unit 26) for determining (characteristic), and a threshold value of elastic wave velocity (a predetermined numerical value) is substituted into the relational expression to obtain fracture energy. An arithmetic unit for calculating a coefficient threshold value (drilling logging data threshold value determination unit 27), and a comparison unit for comparing the fracture energy coefficient obtained at each predetermined interval with the threshold value (comparison unit 29) ) Is preferably provided (FIG. 2).

上述する構成を具備する本発明によれば、切羽前方の領域（Ｇ）を一定距離だけ削孔した際に（例えば、前記ロッド２を切り継ぎする際に）、弾性波速度を求める（速度検層）にあたって、従来技術の様に削孔用の掘削ロッド（２）を切羽まで引き抜くことなく、削孔中の切羽前方の領域（Ｇ：例えば、岩盤）を掘削用ビット（３）により打撃して弾性波を発生している。そのため、削孔用の掘削ロッド（２）を抜き差しする労力及び時間を節約して、トンネル切羽前方の領域（Ｇ）を探査することが出来る。   According to the present invention having the above-described configuration, the elastic wave velocity is obtained (speed detection) when the region (G) in front of the face is drilled by a certain distance (for example, when the rod 2 is cut). Layer), without drilling the drilling rod (2) for drilling to the face as in the prior art, the area in front of the face (G: for example, rock) in the drilling hole is hit with the drill bit (3). Generating elastic waves. Therefore, labor and time for inserting / removing the drilling rod (2) for drilling can be saved, and the region (G) in front of the tunnel face can be searched.

ここで、削孔検層によって得られる破壊エネルギー係数は、施工現場毎に数値が異なり、いわば「相対的な」データであるため、従来の技術では、削孔検層で得られる破壊エネルギー係数に基づいて、トンネル切羽前方の領域（Ｇ）の岩盤や地盤の良し悪しを正確に判断することは出来なかった。
それに対して本発明によれば、施工現場による差異がない弾性波速度を相対的なデータである破壊エネルギー係数と関連付けて、トンネル切羽前方の領域（Ｇ）の地質状態に対応する弾性波速度のしきい値を用いて、施工現場毎の破壊エネルギー係数のしきい値を得ることができる。そして、その様な破壊エネルギー係数のしきい値と、削孔検層で演算された破壊エネルギー係数とを比較することにより、削孔検層が行われたトンネル切羽前方の領域（Ｇ）の岩盤や地盤の良し悪しを、迅速、正確、容易に判断することが出来る。 Here, the fracture energy coefficient obtained by drilling logging varies depending on the construction site, so to speak, it is `` relative '' data, so the conventional technology uses the fracture energy coefficient obtained by drilling logging. Based on this, it was impossible to accurately judge the quality of the bedrock and ground in the area (G) in front of the tunnel face.
On the other hand, according to the present invention, the elastic wave velocity corresponding to the geological condition in the region (G) in front of the tunnel face is obtained by associating the elastic wave velocity with no difference depending on the construction site with the fracture energy coefficient that is relative data. Using the threshold value, it is possible to obtain the threshold value of the fracture energy coefficient for each construction site. Then, by comparing the threshold value of such fracture energy coefficient with the fracture energy coefficient calculated by drilling logging, the rock mass in the area (G) in front of the tunnel face where drilling logging was performed Whether the ground is good or bad can be judged quickly, accurately and easily.

さらに、本発明では、弾性波速度を演算するに当たって、反射波を使用せずに、掘削ビット（３）が打撃を与えた箇所から直接伝播した弾性波を受振して、弾性波速度を演算している。ここで、掘削ビット（３）が打撃を与えた箇所から直接伝播した弾性波は、最も早く受振器（１０）に到達するので、直接伝播した弾性波を、ノイズその他の波から容易に分離することが可能である。   Further, in the present invention, in calculating the elastic wave velocity, the elastic wave velocity is calculated by receiving the elastic wave directly propagated from the location where the excavation bit (3) hits without using the reflected wave. ing. Here, since the elastic wave directly propagated from the location hit by the excavation bit (3) reaches the geophone (10) earliest, the directly propagated elastic wave is easily separated from noise and other waves. It is possible.

また、掘削ビット（３）が打撃を与えた箇所から直接伝播した弾性波は、削孔が行われている領域から直接伝播されるので、受振器（１０）までの各領域における弾性波速度を直接求めることが出来る。   In addition, since the elastic wave directly propagated from the location where the excavation bit (3) hits is directly propagated from the region where the drilling is performed, the elastic wave velocity in each region up to the geophone (10) is You can ask directly.

本発明の実施形態のブロック図である。It is a block diagram of an embodiment of the present invention. 実施形態の制御装置の詳細を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the detail of the control apparatus of embodiment. 実施形態の制御を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows control of embodiment. 実施形態において、破壊エネルギー係数のしきい値を求める制御の詳細を示すフローチャートである。5 is a flowchart illustrating details of control for obtaining a threshold value of a fracture energy coefficient in the embodiment. 削孔検層で得られた破壊エネルギー係数と削孔位置との特性図である。It is a characteristic view of the fracture energy coefficient obtained by drilling logging and the drilling position. 速度検層で得られた弾性波速度と削孔位置との特性図である。It is a characteristic view of the elastic wave velocity and hole position obtained by velocity logging. 破壊エネルギー係数と弾性波速度との関連の一例を示す図。The figure which shows an example of the relationship between a fracture energy coefficient and an elastic wave velocity.

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態の概要を示している。
図１において、全体を符号１００で示すトンネル切羽前方探査システムは、ロータリーパーカッションの様な掘削機械（例えば、油圧ジャンボ）１、深度計５、フィード圧計６、打撃圧計７、トルク計８、受振器１０、記録装置Ｍ、制御装置２０を有している。
記録装置Ｍは、削孔検層記録装置１１と速度検層記録装置１２を有している。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 shows an overview of an embodiment of the present invention.
In FIG. 1, a tunnel face forward exploration system generally designated by reference numeral 100 includes an excavating machine (for example, hydraulic jumbo) 1 such as a rotary percussion, a depth gauge 5, a feed pressure gauge 6, an impact pressure gauge 7, a torque gauge 8, and a geophone. 10, a recording apparatus M, and a control apparatus 20.
The recording device M has a drilling logging device 11 and a velocity logging device 12.

油圧ジャンボ１は、掘削ロッド２、掘削ロッド２の先端に設けた掘削ビット３、油圧源４、打撃装置９を備えている。
ここで、打撃装置９は、掘削ビット３により削孔中の切羽Ｇｆの前方（図１では左方）の領域Ｇの岩盤を打撃するための、例えば、油圧ジャンボ１のパーカッション部９であり、掘削ロッド２の後端に接続されている。以下、打撃装置９をパーカッション部９と記載する。
明確には図示されていないが、図示の実施形態では、切羽Ｇｆの前方の領域Ｇを一定距離、例えば３ｍだけ削孔した際に、掘削ロッド２を切り継ぎ（接続）している。 The hydraulic jumbo 1 includes a drilling rod 2, a drilling bit 3 provided at the tip of the drilling rod 2, a hydraulic power source 4, and a striking device 9.
Here, the striking device 9 is, for example, a percussion part 9 of the hydraulic jumbo 1 for striking the rock in the region G in front of the face Gf in the drilling hole (leftward in FIG. 1) by the excavation bit 3. It is connected to the rear end of the excavation rod 2. Hereinafter, the striking device 9 is referred to as a percussion portion 9.
Although not clearly illustrated, in the illustrated embodiment, the excavation rod 2 is cut (connected) when a region G in front of the face Gf is drilled by a certain distance, for example, 3 m.

フィード圧計６を介装した油圧ラインＬｏ１が、パーカッション部９の掘削ロッド２側（図１では左側）の先端９ａ近傍と、油圧源４に連通している。ラインＬｏ１には、深度計５が介装されている。
打撃圧計７を介装した油圧ラインＬｏ２及びトルク計８を介装したラインＬｏ３が、それぞれ、パーカッション部９の油圧源４側（図１では右側）の端部９ｂ近傍と、油圧源４に連通している。 A hydraulic line Lo1 including a feed pressure gauge 6 communicates with the vicinity of the tip 9a on the excavation rod 2 side (left side in FIG. 1) of the percussion portion 9 and the hydraulic power source 4. A depth meter 5 is interposed in the line Lo1.
The hydraulic line Lo2 with the impact pressure gauge 7 and the line Lo3 with the torque gauge 8 communicated with the vicinity of the end 9b on the hydraulic source 4 side (right side in FIG. 1) of the percussion part 9 and the hydraulic source 4, respectively. doing.

油圧ジャンボ１は、油圧により、先端に掘削ビット３を設けた掘削ロッド２に対して、軸方向（図１の左右方向）の打撃と、回転を与える様に構成されている。そして、油圧ジャンボ１において、掘削ロッド２に打撃を与えるのがパーカッション部９である。
パーカッション部９には、油圧源４からラインＬｏ１を介して油圧が送られ、パーカッション部９はその油圧によって、掘削ロッド２の軸方向（図１の左右方向）に衝撃を伴う往復運動を繰り返して、掘削ロッド２に連続して打撃を与えている。その打撃は掘削ロッド２を介して掘削ビット３に伝達される。
掘削ビット３は、係る打撃と、油圧ジャンボ１（パーカッション部９とは別の部位）から回転力とを伝達されて、削孔中の切羽Ｇｆ前方の領域Ｇにおける岩盤や地盤を掘削する。 The hydraulic jumbo 1 is configured to give an impact in the axial direction (left-right direction in FIG. 1) and rotation against the excavating rod 2 provided with the excavating bit 3 at the tip by hydraulic pressure. In the hydraulic jumbo 1, the percussion part 9 gives a hit to the excavation rod 2.
The percussion section 9 is supplied with hydraulic pressure from the hydraulic power source 4 through the line Lo1, and the percussion section 9 repeats reciprocating motion with impact in the axial direction of the excavation rod 2 (left and right direction in FIG. 1) by the hydraulic pressure. The drill rod 2 is continuously hit. The hit is transmitted to the excavation bit 3 through the excavation rod 2.
The excavation bit 3 is transmitted with the hitting force and the rotational force from the hydraulic jumbo 1 (a part different from the percussion part 9), and excavates the rock and ground in the region G in front of the face Gf in the drilling hole.

フィード圧計６は、掘削ロッド２を切羽Ｇｆ前方の地盤に送り込むための圧力を計測している。
打撃圧計７は、パーカッション部９で掘削ロッド２に伝達される打撃の圧力（衝撃力）を計測している。
トルク計８は、油圧ジャンボ１が掘削ロッド２に回転力を作用させる際のトルクを計測している。
フィード圧計６、打撃圧計７、トルク計８の計測結果は、制御装置２０において破壊エネルギー係数を演算する（削孔検層）のに用いられる。 The feed pressure gauge 6 measures the pressure for feeding the excavation rod 2 to the ground in front of the face Gf.
The impact pressure gauge 7 measures the impact pressure (impact force) transmitted to the excavation rod 2 by the percussion part 9.
The torque meter 8 measures torque when the hydraulic jumbo 1 applies a rotational force to the excavation rod 2.
The measurement results of the feed pressure gauge 6, the impact pressure gauge 7, and the torque gauge 8 are used to calculate a fracture energy coefficient (drilling logging) in the control device 20.

受振器１０は、切羽Ｇｆにおける掘削ロッド２の貫入箇所近傍に設置され、掘削ビット３で岩盤Ｇを打撃した際に発生する弾性波を直接的に受振する。
受振器１０で弾性波を受振した結果は、制御装置２０において弾性波速度を演算する（速度検層）のに用いられる。
図示の実施形態における速度検層では、一定の削孔深度或いは掘削距離（例えば３ｍ）を掘削ロッド２で掘削して、掘削ロッド２の切り継ぎを行なう際に、掘削ビット３の先端で岩盤を打撃し、弾性波を発生させるとともに、掘削ロッド２に設置した図示しないトリガースイッチにより、弾性波の発生時刻を記録する。弾性波の受振は切羽Ｇｆに設置した受振器１０で行い、速度検層記録装置１２で受振波形を記録する。そして、この受振波形を解析することにより、深度毎（３ｍ毎）の弾性波速度を求めることが出来る（図６参照）。
図示の実施形態では、速度検層を行なう際に、掘削ロッド２を切羽Ｇｆ前方の地盤或いは岩盤から抜き取って、掘削ロッド２で掘削された孔内に受振器を配置することは行わない。 The geophone 10 is installed near the penetration point of the excavation rod 2 in the face Gf, and directly receives the elastic wave generated when the rock G is hit with the excavation bit 3.
The result of receiving the elastic wave by the geophone 10 is used to calculate the elastic wave velocity (velocity logging) in the control device 20.
In the velocity logging in the illustrated embodiment, when excavating the excavation rod 2 at a constant drilling depth or excavation distance (for example, 3 m) and performing excavation of the excavation rod 2, The elastic wave is generated by hitting, and the generation time of the elastic wave is recorded by a trigger switch (not shown) installed on the excavating rod 2. The elastic wave is received by the geophone 10 installed on the face Gf, and the velocity waveform recording device 12 records the vibration waveform. Then, by analyzing this received waveform, the elastic wave velocity for each depth (every 3 m) can be obtained (see FIG. 6).
In the illustrated embodiment, when speed logging is performed, the excavation rod 2 is not extracted from the ground or rock in front of the face Gf, and the geophone is not disposed in the hole excavated by the excavation rod 2.

深度計５と削孔検層記録装置１１とは、信号ラインＳｉ１により接続されている。
フィード圧計６と削孔検層記録装置１１とは、信号ラインＳｉ２により接続されている。
打撃圧計７と削孔検層記録装置１１とは、信号ラインＳｉ３により接続されている。
トルク計８と削孔検層記録装置１１とは、信号ラインＳｉ４により接続されている。
受振器１０と速度検層記録装置１２とは信号ラインＳｉ５によって接続されている。
削孔検層記録装置１１は、信号ラインＬａを介して、制御装置２０の後述する破壊エネルギー係数演算ユニット２１に接続されている。
そして速度検層記録装置１２は、信号ラインＬｂを介して、制御装置２０の後述する弾性波速度演算ユニット２２に接続されている。 The depth meter 5 and the borehole logging apparatus 11 are connected by a signal line Si1.
The feed pressure gauge 6 and the borehole logging apparatus 11 are connected by a signal line Si2.
The impact pressure gauge 7 and the borehole logging device 11 are connected by a signal line Si3.
The torque meter 8 and the drilling logging device 11 are connected by a signal line Si4.
The geophone 10 and the velocity logging apparatus 12 are connected by a signal line Si5.
The drilling logging device 11 is connected to a fracture energy coefficient calculation unit 21 (to be described later) of the control device 20 via a signal line La.
The velocity logging device 12 is connected to an elastic wave velocity calculation unit 22 (to be described later) of the control device 20 through a signal line Lb.

削孔検層記録装置１１は、深度計５の計測結果と、フィード圧計６の計測結果と、打撃圧計７の計測結果と、トルク計８の計測結果（計測データ）を記憶する。そして速度検層記録装置１２は、受振器１０における弾性波の受振結果（受振データ）を記憶する。
図示の実施形態では、削孔検層記録装置１１で記憶された計測データと、速度検層記録装置１２で記憶された受振データは、制御装置２０に送られて、演算、解析に使用される。 The borehole logging device 11 stores the measurement result of the depth gauge 5, the measurement result of the feed pressure gauge 6, the measurement result of the impact pressure gauge 7, and the measurement result (measurement data) of the torque gauge 8. The velocity logging device 12 stores the result of receiving the elastic wave (vibration data) in the geophone 10.
In the illustrated embodiment, the measurement data stored in the drilling logging device 11 and the vibration receiving data stored in the velocity logging device 12 are sent to the control device 20 and used for calculation and analysis. .

ここで、当該計測データ及び受振データを図示の実施形態における制御装置２０に送信することに代えて、メモリカードＭＣに記憶させても良い。
そして、メモリカードＭＣを、図１で示す制御装置２０ではなく、例えば、施工現場から離れた管理事務所まで搬送して、当該管理事務所の情報処理機械（各種コンピュータ）によって、削孔検層及び速度検層と切羽Ｇｆ前方の地盤探査の解析処理を行うことが可能である。 Here, the measurement data and the vibration receiving data may be stored in the memory card MC instead of being transmitted to the control device 20 in the illustrated embodiment.
Then, instead of the control device 20 shown in FIG. 1, for example, the memory card MC is transported to a management office away from the construction site, and drilling logging is performed by an information processing machine (various computers) of the management office. In addition, it is possible to perform analysis processing of ground exploration in front of the speed logging and the face Gf.

次に、図２を参照して、制御装置２０の構成を説明する。
図２において、制御装置２０は、破壊エネルギー係数演算ユニット２１、弾性波速度演算ユニット２２、削孔検層データ区画ユニット２３、削孔検層データ平均化ユニット２４、特性図作成ユニット２５、特性決定ユニット２６、削孔検層のしきい値決定ユニット２７、データベース２８、比較ユニット２９、モニタ３０（表示手段）を備えている。 Next, the configuration of the control device 20 will be described with reference to FIG.
In FIG. 2, the control device 20 includes a fracture energy coefficient calculation unit 21, an elastic wave velocity calculation unit 22, a drilling logging data partition unit 23, a drilling logging data averaging unit 24, a characteristic diagram creation unit 25, and a characteristic determination. A unit 26, a threshold value determination unit 27 for drilling logging, a database 28, a comparison unit 29, and a monitor 30 (display means) are provided.

破壊エネルギー係数演算ユニット２１は、ラインＬ２１により削孔検層データ区画ユニット２３と接続されている。
弾性波速度演算ユニット２２は、ラインＬ２２により削孔検層データ区画ユニット２３と接続され、ラインＬ２３により削孔検層データ平均化ユニット２４と接続されていると共に、ラインＬ２４−１により特性図作成ユニット２５と接続されている。
削孔検層データ区画ユニット２３は、ラインＬ２４により削孔検層データ平均化ユニット２４と接続されている。 The fracture energy coefficient calculation unit 21 is connected to the drilling logging data partition unit 23 by a line L21.
The elastic wave velocity calculation unit 22 is connected to the drilling logging data division unit 23 by a line L22, and connected to the drilling logging data averaging unit 24 by a line L23, and a characteristic diagram is created by a line L24-1. The unit 25 is connected.
The drilling logging data partition unit 23 is connected to the drilling logging data averaging unit 24 by a line L24.

削孔検層データ平均化ユニット２４は、ラインＬ２５により特性図作成ユニット２５と接続されている。
特性図作成ユニット２５は、ラインＬ２６により特性決定ユニット２６と接続されている。
特性決定ユニット２６は、ラインＬ２７により削孔検層のしきい値決定ユニット２７と接続されている。
削孔検層のしきい値決定ユニット２７は、ラインＬ２８によりデータベース２８と接続されていると共に、ラインＬ２９により比較ユニット２９と接続されている。
比較ユニット２９は、ラインＬ３０によりモニタ３０と接続されている。 The drilling logging data averaging unit 24 is connected to the characteristic diagram creating unit 25 by a line L25.
The characteristic diagram creating unit 25 is connected to the characteristic determining unit 26 by a line L26.
The characteristic determination unit 26 is connected to the threshold value determination unit 27 for drilling logging by a line L27.
The borehole logging threshold determination unit 27 is connected to the database 28 by a line L28, and is connected to the comparison unit 29 by a line L29.
The comparison unit 29 is connected to the monitor 30 by a line L30.

破壊エネルギー係数演算ユニット２１は、削孔検層記録装置１１からラインＬａ経由で入力されたデータ（深度計５と、フィード圧計６と、打撃圧計７と、トルク計８の計測データ）を処理して、破壊エネルギー係数を演算する。
ここで、破壊エネルギー係数Ｅｖ（Ｊ／ｃｍ３）は、下式を用いて求める。
Ｅｖ＝（Ｅｓ×Ｎｓ）／（Ｖｄ×Ａｒ）
ここで、「Ｅｓ」は１打撃当たりの油圧ドリルの仕事量（Ｊ）、「Ｎｓ」は単位時間当たりのピストン打撃回数（１／ｓｅｃ）、「Ｖｄ」は掘進速度（ｃｍ／ｓｅｃ）、「Ａｒ」は掘削ビット３による削孔断面積（ｃｍ２）である。
演算された破壊エネルギー係数は、ラインＬ２１を経由して、削孔検層データ区画ユニット２３に送られる。 The fracture energy coefficient calculation unit 21 processes data (measurement data of the depth gauge 5, the feed pressure gauge 6, the impact pressure gauge 7, and the torque gauge 8) input from the borehole logging device 11 via the line La. To calculate the fracture energy coefficient.
Here, the fracture energy coefficient Ev (J / cm 3 ) is obtained using the following equation.
Ev = (Es × Ns) / (Vd × Ar)
Here, “Es” is the work amount (J) of the hydraulic drill per hit, “Ns” is the number of piston hits per unit time (1 / sec), “Vd” is the drilling speed (cm / sec), “ “Ar” is a hole cross-sectional area (cm 2 ) by the excavation bit 3.
The calculated fracture energy coefficient is sent to the borehole logging data partition unit 23 via the line L21.

弾性波速度演算ユニット２２は、速度検層記録装置１２からラインＬｂ経由で入力されたデータ（掘削ビット３で削孔箇所の地盤、岩盤を打撃することによる弾性波）を演算処理して弾性波速度を求める。
弾性波速度は、ラインＬ２２を経由して削孔検層データ区画ユニット２３に送られ、ラインＬ３３を経由して削孔検層データ平均化ユニット２４に送られると共に、ラインＬ２４−１を経由して特性図作成ユニット２５に送られる。 The elastic wave velocity calculation unit 22 performs an arithmetic process on the data (elastic wave generated by hitting the ground and rock in the drilling portion with the excavation bit 3) input from the velocity logging device 12 via the line Lb, and generates an elastic wave. Find the speed.
The elastic wave velocity is sent to the drilling logging data division unit 23 via the line L22, sent to the drilling logging data averaging unit 24 via the line L33, and via the line L24-1. To the characteristic diagram creating unit 25.

図５は、掘削中の破壊エネルギー係数の変動を示している（符号Ｆで示す特性）。
図５の縦軸には、破壊エネルギー係数（Ｊ／ｃｍ３）が目盛られ、横軸には切羽Ｇｆからの距離（すなわち深度）、或いは、掘削ロッド２を切羽Ｇｆよりも前方に送り出してからの経過時間が目盛られている。
ここで、破壊エネルギー係数は、地盤、岩盤が同一であっても、施工現場における各種条件によって数値が異なり、言わば相対的なデータである。
破壊エネルギー係数が大きいほど、地盤或いは岩盤の破壊に要する時間が長いことを意味している。すなわち、破壊エネルギー係数が大きいほど、トンネル掘削には良好な地盤或いは岩盤である。 FIG. 5 shows the fluctuation of the fracture energy coefficient during excavation (characteristic indicated by symbol F).
The vertical axis of FIG. 5 indicates the fracture energy coefficient (J / cm 3 ), and the horizontal axis indicates the distance from the face Gf (that is, the depth), or after the excavation rod 2 is sent forward from the face Gf. The elapsed time is scaled.
Here, even if the ground and the rock mass are the same, the fracture energy coefficient varies depending on various conditions at the construction site, and is a relative data.
The larger the fracture energy coefficient, the longer the time required to destroy the ground or rock. That is, the larger the fracture energy coefficient, the better the ground or rock for tunnel excavation.

図６は、掘削ビット３によって岩盤に打撃を加えた際（速度検層を行っている際に）に生じる弾性波の速度を、所定の削孔距離（図６の例では３ｍ）ごとに示している。
図６の縦軸には、弾性波の速度（Ｐ波速度：ｍ／ｓｅｃ）が目盛られ、横軸には切羽Ｇｆからの距離（すなわち深度）が目盛られている。
弾性波速度は、同一の地盤或いは岩盤であれば、施工現場が異なっても同一の数値となり、施工現場における各種条件により、弾性波速度が変動することはない。換言すれば、弾性波速度は、言わば絶対的なデータである。 FIG. 6 shows the velocity of the elastic wave that occurs when the rock is hit by the excavation bit 3 (when velocity logging is performed) for each predetermined drilling distance (3 m in the example of FIG. 6). ing.
The vertical axis of FIG. 6 indicates the velocity of elastic waves (P wave velocity: m / sec), and the horizontal axis indicates the distance (ie, depth) from the face Gf.
If the elastic wave velocity is the same ground or rock, it will be the same numerical value even if the construction site is different, and the elastic wave velocity will not vary depending on various conditions at the construction site. In other words, the elastic wave velocity is absolute data.

ここで、弾性波速度が速いほど、地盤或いは岩盤は良好であることを意味している。そして、地盤或いは岩盤の良し悪しを示す弾性波速度のしきい値は、当業者には公知となっている。
図示の実施形態では、係る弾性波速度のしきい値は、データベース２８に予め記憶されている。 Here, the faster the elastic wave velocity is, the better the ground or rock is. The threshold value of the elastic wave velocity indicating the quality of the ground or the rock is known to those skilled in the art.
In the illustrated embodiment, the threshold value of the elastic wave velocity is stored in the database 28 in advance.

削孔検層データ区画ユニット２３は、破壊エネルギー係数を示す図５のようなデータの横軸を、図６で示す弾性波速度における所定の削孔範囲と同様に区分する。そして、（図６で示す弾性波速度における所定の削孔範囲と同様に）横軸を区分されたデータ（図６と同様に、所定の削孔範囲毎に区分された図５のデータ）を、ラインＬ２４で削孔検層データ平均化ユニット２４に送る。
削孔検層データ平均化ユニット２４は、所定の削孔範囲ごとに区画された横軸の区画毎に、破壊エネルギー係数を平均化する。平均化の手法としては、従来公知の手法（算術平均、移動平均、その他）の何れであっても良い。
横軸の区画毎に平均された破壊エネルギー係数のデータは、ラインＬ２５を経由して、特性図作成ユニット２５に送られる。 The borehole logging data partition unit 23 classifies the horizontal axis of the data as shown in FIG. 5 indicating the fracture energy coefficient in the same manner as the predetermined drilling range at the elastic wave velocity shown in FIG. Then, the data with the horizontal axis divided (similar to FIG. 6, the data of FIG. 5 divided for each predetermined drilling range) (similar to the predetermined drilling range at the elastic wave velocity shown in FIG. 6). Then, the data is sent to the drilling logging data averaging unit 24 through the line L24.
The drilling logging data averaging unit 24 averages the fracture energy coefficient for each section on the horizontal axis partitioned for each predetermined drilling range. As an averaging method, any of conventionally known methods (arithmetic average, moving average, etc.) may be used.
The data of the fracture energy coefficient averaged for each section on the horizontal axis is sent to the characteristic diagram creating unit 25 via the line L25.

特性図作成ユニット２５は、図７に示すように、破壊エネルギー係数の平均値（縦軸）と弾性波速度（横軸）とを、対応する削孔領域（例えば３ｍ）毎に対比させ、削孔範囲毎にプロットして、図７で示す様な特性図を作成する。ここで、図７は単なる例示であり、図５、図６で示すデータを正確に処理して作成された特性図ではない。
特性図作成ユニット２５で作成された特性図（例えば、図７で示す様な特性図）のデータは、ラインＬ２６を介して特性決定ユニット２６に送られる。 As shown in FIG. 7, the characteristic diagram creating unit 25 compares the average value (vertical axis) of the fracture energy coefficient and the elastic wave velocity (horizontal axis) for each corresponding drilling region (for example, 3 m), and cuts the cutting energy. Plotting is performed for each hole range, and a characteristic diagram as shown in FIG. 7 is created. Here, FIG. 7 is merely an example, and is not a characteristic diagram created by accurately processing the data shown in FIGS. 5 and 6.
Data of a characteristic diagram created by the characteristic diagram creation unit 25 (for example, a characteristic diagram as shown in FIG. 7) is sent to the characteristic determination unit 26 via a line L26.

特性決定ユニット２６は、特性図（図７）の全プロットのデータから、相関係数が最も高くなるような特性Ｙを求める。係る特性の決定については、従来、公知の手法が適用可能である。
係る特性Ｙから、弾性波速度「ｘ」と破壊エネルギー係数「ｙ」との関係を決定する関係式ｙ=Ｆ（ｘ）を決定する。特性Ｙから関係式ｙ=Ｆ（ｘ）を決定するに際しても、従来、公知の手法が適用可能である。
決定された関係式ｙ=Ｆ（ｘ）は、ラインＬ２７を経由して、削孔検層のしきい値決定ユニット２７に伝達される。 The characteristic determination unit 26 obtains the characteristic Y having the highest correlation coefficient from the data of all plots of the characteristic diagram (FIG. 7). For the determination of such characteristics, conventionally known methods can be applied.
From the characteristic Y, a relational expression y = F (x) that determines the relationship between the elastic wave velocity “x” and the fracture energy coefficient “y” is determined. In determining the relational expression y = F (x) from the characteristic Y, a conventionally known method can be applied.
The determined relational expression y = F (x) is transmitted to the threshold value determination unit 27 of the borehole logging via the line L27.

削孔検層のしきい値決定ユニット２７は、特性決定ユニット２６で決定した関係式ｙ=Ｆ（ｘ）に、データベース２８に予め記憶されている弾性波速度のしきい値ｘＣを代入して、破壊エネルギー係数のしきい値ｙＣ、すなわちｙＣ=Ｆ（ｘＣ）を決定する。
そして、ラインＬ２９を経由して、破壊エネルギー係数のしきい値ｙＣを比較ユニット２９に送る。 The borehole logging threshold value determination unit 27 substitutes the elastic wave velocity threshold value x C stored in advance in the database 28 into the relational expression y = F (x) determined by the characteristic determination unit 26. Then, the threshold value y C of the fracture energy coefficient, that is, y C = F (x C ) is determined.
Then, via line L29, and sends the threshold value y C fracture energy coefficient comparison unit 29.

比較ユニット２９は、掘削ロッド２で掘削された領域の各地点における破壊エネルギー係数ｙを、しきい値ｙＣとを比較して、比較結果を表示手段であるモニタ３０に表示する。
ここで、各掘削地点の破壊エネルギー係数ｙが、しきい値ｙｃを下回る場合には、当該地点は「トンネル掘削に良好な岩盤ではない」と判断する。そして、当該地点をトンネル掘削するに際しては、トンネル掘削に良好ではない地盤、岩盤を掘削するための措置を講じる。
一方、各掘削地点の破壊エネルギー係数ｙが、しきい値ｙｃ以上であれば、当該地点は「トンネル掘削に良好な岩盤である」と判断する。 Comparison unit 29, the breaking energy coefficient y at each point of the excavation area in drill rod 2, is compared with the threshold value y C, displayed on the monitor 30 is a display unit the result of the comparison.
Here, when the fracture energy coefficient y at each excavation point is lower than the threshold value yc, it is determined that the point is “not a good rock for tunnel excavation”. When tunneling the site, take measures to excavate the ground and rock that are not good for tunnel excavation.
On the other hand, if the fracture energy coefficient y at each excavation point is equal to or greater than the threshold value yc, it is determined that the point is “good rock for tunnel excavation”.

次に、図３のフローチャートに基づいて、図１、図２をも参照して、図示の実施形態に係るトンネル切羽前方探査の制御を説明する。
図３において、ステップＳ１では、掘削ロッド２が切羽Ｇｆ前方の地盤或いは岩盤を掘削して進行する距離（掘削距離）Ｌと、掘削ロッド２の切り継ぎ回数ｔを、ともに０にセットする。
そして、掘削ロッド２の先端の掘削ビット３により、切羽Ｇｆから前方（図１の左方）に向かって削孔を行う（ステップＳ２）。
ステップＳ２の削孔に際しては、深度計５と、フィード圧計６と、打撃圧計７と、トルク計８による計測を行い、制御装置２０で破壊エネルギー係数を演算する（削孔検層）。
そして、ステップＳ３に進む。 Next, based on the flowchart of FIG. 3, the control of the forward search for the tunnel face according to the illustrated embodiment will be described with reference to FIG. 1 and FIG.
In FIG. 3, in step S1, the distance (excavation distance) L that the excavation rod 2 advances by excavating the ground or rock in front of the face Gf and the number of times t of the excavation rod 2 are connected are set to zero.
Then, with the excavation bit 3 at the tip of the excavation rod 2, drilling is performed forward (leftward in FIG. 1) from the face Gf (step S2).
At the time of drilling in step S2, the depth gauge 5, the feed pressure gauge 6, the impact pressure gauge 7, and the torque gauge 8 are measured, and the fracture energy coefficient is calculated by the control device 20 (drilling logging).
Then, the process proceeds to step S3.

ステップＳ３では、制御装置２０は、掘削ロッド２による掘削距離Ｌが、所定距離（例えば３ｍ）に達したか否かを判断する。ここで、掘削距離Ｌの所定距離は掘削ロッド３の長さに等しく、掘削ロッド３の切れ継ぎ（接続）を行うべき掘削距離でもある。
掘削距離Ｌが所定距離３ｍに達していなければ、掘削ロッド２による削孔を続行する（ステップＳ３がＮＯのループ）。掘削ロッド２による掘削距離Ｌが所定距離（３ｍ）に達したなら（ステップＳ３がＹＥＳ）、ステップＳ４に進む。 In step S3, the control device 20 determines whether or not the excavation distance L by the excavation rod 2 has reached a predetermined distance (for example, 3 m). Here, the predetermined distance of the excavation distance L is equal to the length of the excavation rod 3 and is also the excavation distance at which the excavation rod 3 is to be cut (connected).
If the excavation distance L has not reached the predetermined distance 3 m, drilling with the excavation rod 2 is continued (step S3 is NO loop). If the excavation distance L by the excavation rod 2 has reached the predetermined distance (3 m) (step S3 is YES), the process proceeds to step S4.

ステップＳ４では、油圧ジャンボ１のパーカッション部９を作動させて、掘削ロッド２に打撃を付与して、掘削ビット３によって、掘削ビット３が位置している箇所の地盤或いは岩盤を打撃して、弾性波Ｐを発生させる。
発生した弾性波Ｐは切羽Ｇｆ側に直接伝播して、受振器１０によって受振される。そして、受振器１０の受振結果により、制御装置２０で弾性波速度が演算される（速度検層）。
その後、掘削ロッド２の切り継ぎを行って、ステップＳ５に進む。 In step S4, the percussion part 9 of the hydraulic jumbo 1 is actuated to give a hit to the excavation rod 2, and the excavation bit 3 hits the ground or the rock at the location where the excavation bit 3 is located, and the elasticity is obtained. A wave P is generated.
The generated elastic wave P propagates directly to the face Gf side and is received by the geophone 10. Then, the elastic wave velocity is calculated by the control device 20 based on the vibration receiving result of the geophone 10 (velocity logging).
Then, the excavation rod 2 is cut and the process proceeds to step S5.

ステップＳ５では、切り継ぎ回数ｔが所定回数、例えば９回（掘削距離は３×１０=３０ｍ）に達したか否かを判断する。
切り継ぎ回数ｔが所定回数に達していないなら（ステップＳ５がＮＯ）、ステップＳ９に進み、切り継ぎ回数ｔを増加する。そして、ステップＳ２の削孔検層以降を繰り返す。
切り継ぎ回数ｔが所定回数に達したなら（ステップＳ５がＹＥＳ）、ステップＳ７に進む。 In step S5, it is determined whether or not the number of cuts t has reached a predetermined number, for example, 9 times (excavation distance is 3 × 10 = 30 m).
If the number of cuts t has not reached the predetermined number (NO in step S5), the process proceeds to step S9, and the number of cuts t is increased. Then, the steps after drilling logging in step S2 are repeated.
If the number of times t has reached the predetermined number (YES in step S5), the process proceeds to step S7.

ステップＳ７では、破壊エネルギー係数のしきい値ｙＣを求め、当該しきい値ｙＣを用いて、削孔検層した領域（例えば３ｍ×１０＝３０ｍ）の地盤或いは岩盤の評価、すなわち、トンネル掘削に良好であるか否かを評価する（ステップＳ８）。 In step S7, the threshold value y C of the fracture energy coefficient is obtained, and the threshold value y C is used to evaluate the ground or rock in the drilled logging area (eg, 3 m × 10 = 30 m), that is, the tunnel It is evaluated whether or not excavation is good (step S8).

次に、図４のフローチャートを参照して、図３のステップＳ７において、破壊エネルギー係数のしきい値ｙＣを求める態様の詳細を説明する。
図４のステップＳ２１では、削孔検層データ区画ユニット２３により、削孔検層で得た破壊エネルギー係数の結果（図５参照）を、速度検層で得た弾性波速度を示す図６で示すのと同様に、所定の削孔範囲（例えば３ｍ）に分ける。
より具体的には、図５で示す様な破壊エネルギー係数の演算結果を示す図の横軸を、図６で示すのと同様に、所定の削孔範囲（例えば３ｍ）毎に区画（分割）する。 Next, with reference to the flowchart of FIG. 4, in step S7 in FIG. 3, details of embodiments for obtaining the threshold y C fracture energy factor.
In step S21 of FIG. 4, the result of the fracture energy coefficient obtained by drilling logging (see FIG. 5) by the drilling logging data partition unit 23 is shown in FIG. 6 showing the elastic wave velocity obtained by velocity logging. As shown, it is divided into a predetermined drilling range (eg 3 m).
More specifically, the horizontal axis of the diagram showing the calculation result of the fracture energy coefficient as shown in FIG. 5 is divided (divided) every predetermined drilling range (for example, 3 m) in the same manner as shown in FIG. To do.

ステップＳ２２では、削孔データ平均化ユニット２４は、ステップＳ２１で分割した所定の削孔範囲毎に（図５の横軸の区画毎に）、破壊エネルギー係数を平均化する。
平均化の手法については、従来、公知の手法（算術平均、移動平均、その他）の何れかが適用される。
そして、ステップＳ２３に進む。 In step S22, the drilling data averaging unit 24 averages the fracture energy coefficient for each predetermined drilling range divided in step S21 (for each section on the horizontal axis in FIG. 5).
As the averaging method, any of conventionally known methods (arithmetic average, moving average, etc.) is applied.
Then, the process proceeds to step S23.

ステップＳ２３では、（ステップＳ２１で分割した）図５の横軸の区画における破壊エネルギー係数の平均値（ステップＳ２２で平均化）を、図５の横軸の各区画に対応する図６の横軸における所定の削孔範囲における弾性波速度を対比する。
換言すれば、同一の所定削孔範囲における平均化された破壊エネルギー係数及び弾性波速度を対比するのである。
そして、ステップＳ２４に進む。 In step S23, the average value of the fracture energy coefficient in the horizontal axis section of FIG. 5 (divided in step S21) (averaged in step S22) is the horizontal axis of FIG. 6 corresponding to each of the horizontal axis sections of FIG. The elastic wave velocity in a predetermined drilling range is compared.
In other words, the averaged fracture energy coefficient and elastic wave velocity in the same predetermined drilling range are compared.
Then, the process proceeds to step S24.

ステップＳ２４では、特性図作成ユニット２５において、ステップＳ２３の対比結果に基づいて、図７で示す様な特性図を作成する。より詳細には、例えば、横軸に或る削孔範囲における弾性波速度を取り、縦軸に同一の所定削孔範囲における平均化された破壊エネルギー係数を取る様に、削孔範囲毎にプロットする。
繰り返し述べると、図７の特性図において、縦軸は破壊エネルギー係数の平均値（ステップＳ２２で算出した「ｙ」）であり、横軸は弾性波速度である。
図７で示す様な特性図を作成したならば、ステップＳ２５に進む。 In step S24, the characteristic diagram creation unit 25 creates a characteristic diagram as shown in FIG. 7 based on the comparison result in step S23. More specifically, for example, the horizontal axis represents the elastic wave velocity in a certain drilling range, and the vertical axis represents the averaged fracture energy coefficient in the same predetermined drilling range, plotted for each drilling range. To do.
To reiterate, in the characteristic diagram of FIG. 7, the vertical axis is the average value of the fracture energy coefficient (“y” calculated in step S22), and the horizontal axis is the elastic wave velocity.
If the characteristic diagram as shown in FIG. 7 is created, the process proceeds to step S25.

ステップＳ２５では、図７で示す様な特性図における全てのプロットに対して、相関性が最も高くなる様に特性曲線を決定し、その特性曲線を示す特性式
ｙ＝Ｆ（ｘ） を決定する。
そして、ステップＳ２６において、データベース２８に記憶された弾性波速度のしきい値「ｘｃ」を、ステップＳ２５で求めた特性式の ｙ＝Ｆ（ｘ） に代入して、削孔検層を行った領域における破壊エネルギー係数のしきい値「ｙｃ」を求める。
そして、図３のステップＳ８に戻る。 In step S25, for all plots in the characteristic diagram as shown in FIG. 7, a characteristic curve is determined so as to have the highest correlation, and a characteristic equation y = F (x) representing the characteristic curve is determined. .
In step S26, the borehole logging was performed by substituting the threshold value “xc” of the elastic wave velocity stored in the database 28 into y = F (x) of the characteristic formula obtained in step S25. The threshold value “yc” of the fracture energy coefficient in the region is obtained.
Then, the process returns to step S8 in FIG.

上述した図示の実施形態によれば、切羽前方の領域Ｇを一定距離（３ｍ）だけ削孔して、掘削ロッド２の切り継ぎを行なう際に、掘削ビット３の先端で岩盤を打撃し、弾性波を発生させて速度検層を行っている。そのため、図示の実施形態では、速度検層を行なう際に、掘削ロッド２を切羽Ｇｆ前方の地盤或いは岩盤から抜き取って、掘削ロッド２で掘削された孔内に受振器を配置する必要はなく、その分の労力、コスト、作業時間を節約することが出来る。
その結果、トンネル切羽前方の領域Ｇを探査する労力、コスト、作業時間を、全体として節約することが出来る。 According to the illustrated embodiment described above, when drilling the excavation rod 2 by drilling the region G in front of the face by a certain distance (3 m) and connecting the excavation rod 2, the rock is hit with the tip of the excavation bit 3. Waves are generated and velocity logging is performed. Therefore, in the illustrated embodiment, when speed logging is performed, it is not necessary to extract the excavating rod 2 from the ground or rock in front of the face Gf and place a geophone in the hole excavated by the excavating rod 2, The labor, cost, and work time can be saved.
As a result, the labor, cost, and work time for exploring the area G in front of the tunnel face can be saved as a whole.

ここで、削孔検層によって得られる破壊エネルギー係数は、たとえ同一の地盤或いは岩盤であっても、施工現場毎に数値が異なり、いわば「相対的な」データである。そのため、従来は、当該地盤の良し悪しについて、破壊エネルギー係数を、そのしきい値と比較して判断することが出来なかった。
それに対して図示の実施形態によれば、同一の地盤或いは岩盤であれば、施工現場によって差異がない弾性波速度を、相対的なデータである破壊エネルギー係数と関連付け、以って、公知の弾性波速度のしきい値を用いて、施工現場毎の破壊エネルギー係数のしきい値を得ることができる。そして、その様な破壊エネルギー係数のしきい値と、削孔検層で演算された破壊エネルギー係数とを比較することにより、削孔検層が行われたトンネル切羽前方の領域Ｇが、トンネル削孔に良好な地盤であるか否かを、迅速、正確、容易に判断することが出来る。 Here, even if the fracture energy coefficient obtained by drilling logging is the same ground or rock, the numerical value varies depending on the construction site, and is so-called “relative” data. For this reason, conventionally, it has been impossible to judge whether the ground is good or bad by comparing the fracture energy coefficient with the threshold value.
On the other hand, according to the illustrated embodiment, if the ground or rock is the same, the elastic wave velocity that is not different depending on the construction site is associated with the fracture energy coefficient, which is relative data, so that a known elasticity is obtained. Using the wave velocity threshold value, the threshold value of the fracture energy coefficient for each construction site can be obtained. Then, by comparing such a threshold value of the fracture energy coefficient with the fracture energy coefficient calculated by the drilling logging, the region G in front of the tunnel face where the drilling logging was performed is It is possible to quickly, accurately and easily determine whether or not the hole has good ground.

さらに、図示の実施形態では、弾性波速度を演算するに当たって、掘削ビット３が打撃を与えた箇所から直接伝播した弾性波を受振して、弾性波速度を演算している。ここで、掘削ビット３が打撃を与えた箇所から直接伝播した弾性波は、最も早く受振器１０に到達するので、直接伝播した弾性波を、ノイズその他の波から容易に分離することが可能である。   Further, in the illustrated embodiment, in calculating the elastic wave velocity, the elastic wave velocity is calculated by receiving the elastic wave directly propagated from the location where the excavation bit 3 hits. Here, since the elastic wave directly propagated from the place where the excavation bit 3 hits reaches the geophone 10 earliest, the directly propagated elastic wave can be easily separated from noise and other waves. is there.

図示の実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではない旨を付記する。   It should be noted that the illustrated embodiment is merely an example, and is not a description to limit the technical scope of the present invention.

１・・・油圧ジャンボ
２・・・掘削ロッド
３・・・掘削用ビット
４・・・油圧源
５・・・深度計
６・・・フィード圧計
７・・・打撃圧計
８・・・トルク計
９・・・パーカッション部
１０・・・受振装置
１１・・・削孔検層記録装置
１２・・・速度検層記録装置
２０・・・制御装置
２１・・・破壊エネルギー係数演算ユニット
２２・・・弾性波速度演算ユニット
２３・・・削孔検層データ区画ユニット
２４・・・削孔検層データ平均化ユニット
２５・・・特性図作成ユニット
２６・・・特性決定ユニット
２７・・・削孔検層のしきい値決定ユニット
２８・・・データベース
２９・・・比較ユニット
３０・・・モニタ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Hydraulic jumbo 2 ... Drilling rod 3 ... Drilling bit 4 ... Hydraulic source 5 ... Depth meter 6 ... Feed pressure gauge 7 ... Impact pressure gauge 8 ... Torque meter 9 ... Percussion unit 10 ... Vibration device 11 ... Drilling logging device 12 ... Velocity logging recording device 20 ... Control device 21 ... Fracture energy coefficient calculation unit 22 ... Elasticity Wave velocity calculation unit 23 ... Drilling logging data partition unit 24 ... Drilling logging data averaging unit 25 ... Characteristic drawing unit 26 ... Characteristic determination unit 27 ... Drilling logging Threshold determination unit 28 ... database 29 ... comparison unit 30 ... monitor

Claims (4)

先端に掘削用ビットを設けたロッドにより切羽前方の領域を削孔し、削孔の際に所定間隔毎に得たデータにより破壊エネルギー係数を演算する削孔検層工程と、切羽前方の領域を一定距離だけ削孔した際に削孔中の切羽前方の領域を掘削用ビットにより打撃して弾性波を発生し、発生した弾性波を切羽に設置した受振器で直接受振して、弾性波速度を求める速度検層工程と、切羽から予め定められた距離だけ削孔が行われた後、削孔検層工程で得た破壊エネルギー係数と速度検層工程で得た弾性波速度から破壊エネルギー係数のしきい値を決定するしきい値決定工程と、削孔検層工程で得た破壊エネルギー係数と決定されたしきい値を比較し、以って、切羽から予め定められた距離だけ削孔された領域を前記所定の間隔毎に評価する評価工程とを有することを特徴とするトンネル切羽前方探査方法。   A hole logging process that drills the area in front of the face with a rod provided with a drilling bit at the tip and calculates the fracture energy coefficient based on the data obtained at predetermined intervals during drilling, and the area in front of the face When drilling a certain distance, the area in front of the face in the hole is struck by an excavation bit to generate an elastic wave, and the generated elastic wave is directly received by a geophone installed on the face, and the elastic wave velocity After the drilling is performed for a predetermined distance from the face, the fracture energy coefficient obtained in the drilling logging process and the elastic wave velocity obtained in the velocity logging process are used to calculate the fracture energy coefficient. The threshold value determination step for determining the threshold value of the drilling and the fracture energy coefficient obtained in the drilling logging process are compared with the determined threshold value, so that a predetermined distance from the face is drilled. Evaluation step for evaluating the determined region at each predetermined interval Tunnel face forward exploration method characterized by having a. 前記しきい値決定工程は、所定間隔毎に得られた破壊エネルギー係数を速度検層工程の一定距離毎に対応して区画する破壊エネルギー係数区画工程と、区画毎の破壊エネルギー係数を平均化する平均化工程と、平均化された破壊エネルギー係数を対応する一定距離の弾性波速度と対比する対比工程と、対応する破壊エネルギー係数と弾性波速度との特性図を作成する特性図作成工程と、作成された特性図から破壊エネルギー係数と弾性波速度の関係式を決定する関係式決定工程と、前記関係式に弾性波速度のしきい値を代入して破壊エネルギー係数のしきい値を演算する演算工程とを備えている請求項１のトンネル切羽前方探査方法。   The threshold value determining step averages the breaking energy coefficient partitioning step for partitioning the breaking energy coefficient obtained at every predetermined interval corresponding to each fixed distance of the velocity logging step, and the breaking energy coefficient for each section. An averaging step, a comparison step of comparing the averaged fracture energy coefficient with a corresponding elastic wave velocity of a certain distance, a characteristic diagram creation step of creating a characteristic diagram of the corresponding fracture energy coefficient and elastic wave velocity, A relational expression determining step for determining a relational expression between the fracture energy coefficient and the elastic wave velocity from the created characteristic diagram, and calculating a threshold value of the fracture energy coefficient by substituting the threshold value of the elastic wave velocity into the relational expression. The tunnel face front exploration method according to claim 1, further comprising a calculation step. 先端に掘削用ビットを設けたロッドにより切羽前方の領域を削孔する掘削機械を有し、掘削機械による破壊エネルギー係数を演算するのに必要なパラメータを計測する計測装置と、掘削用ビットにより削孔中の切羽前方の領域を打撃するための打撃装置と、切羽に設置されて弾性波を直接受振する受振器と、制御装置とを有し、制御装置は、前記計測装置により計測されたパラメータに基づいて破壊エネルギー係数を演算する破壊エネルギー係数演算ユニットと、前記受振器により受振された弾性波に基づいて弾性波速度を演算する弾性波速度演算ユニットとを備え、破壊エネルギー係数と弾性波速度から破壊エネルギー係数のしきい値を決定する機能と、削孔検層で演算した破壊エネルギー係数と破壊エネルギー係数のしきい値とを比較して評価する機能とを有することを特徴とするトンネル切羽前方探査システム。   It has a drilling machine that drills the area in front of the face with a rod provided with a drilling bit at the tip, a measuring device that measures parameters required to calculate the fracture energy coefficient of the drilling machine, and a drilling bit A striking device for striking a region in front of the face in the hole, a geophone that is installed on the face and directly receives elastic waves, and a control device, the control device is a parameter measured by the measurement device A fracture energy coefficient computing unit that computes a fracture energy coefficient based on the above, and an elastic wave velocity computation unit that computes an elastic wave velocity based on the elastic wave received by the geophone, the fracture energy coefficient and the elastic wave velocity The function to determine the threshold value of the fracture energy coefficient from Tunnel face forward exploration system characterized by having a function evaluated. 前記制御装置は、前記所定間隔毎に得られた破壊エネルギー係数を掘削用ビットにより打撃して弾性波速度を求めた地点間の距離に対応して区画するユニットと、当該区画毎の破壊エネルギー係数を平均化する平均化ユニットと、平均化された破壊エネルギー係数を対応する一定距離の弾性波速度と対比して対応する破壊エネルギー係数と弾性波速度との特性図を作成する特性図作成ユニットと、作成された特性図から破壊エネルギー係数と弾性波速度の関係式を決定する関係式決定ユニットと、前記関係式に弾性波速度のしきい値を代入して破壊エネルギー係数のしきい値を演算する演算ユニットと、前記所定間隔毎に得られた破壊エネルギー係数を前記しきい値と比較する比較ユニットを備えている請求項３のトンネル切羽前方探査システム。   The controller includes a unit that divides the fracture energy coefficient obtained at each predetermined interval according to a distance between points where the elastic wave velocity is obtained by hitting with a drilling bit, and a fracture energy coefficient for each of the sections. An averaging unit that averages the characteristics, and a characteristic diagram creation unit that creates a characteristic diagram of the corresponding fracture energy coefficient and elastic wave velocity by comparing the averaged fracture energy coefficient with the corresponding elastic wave velocity of a certain distance; A relational expression determination unit that determines the relational expression between the fracture energy coefficient and the elastic wave velocity from the created characteristic diagram, and calculates the threshold of the fracture energy coefficient by substituting the elastic wave velocity threshold into the relational expression. 4. A tunnel face forward exploration system according to claim 3, further comprising: an arithmetic unit that performs a comparison, and a comparison unit that compares a failure energy coefficient obtained at each predetermined interval with the threshold value. Beam.
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