JP5941283B2 - 受発振点レイアウトおよび弾性波探査方法 - Google Patents

Description

本発明は、弾性波探査用の受発振点レイアウトおよび弾性波探査方法に関する。

山岳トンネル工事における切羽前方探査方法として、弾性波探査反射法の原理を利用したＴＳＰ（Tunnel Seismic Prediction）やＨＳＰ（Horizontal Seismic Profiling）が知られている（特許文献１，２参照）。

ＴＳＰ法は、多数の発振点において弾性波（人工地震波）を順次発生させ、少数の受振点において弾性波を計測することにより反射面の位置等を推定する、というものである。なお、発振点および受振点は、トンネル側壁から側方に向けて延在する孔の内部に配置される。

一方、ＨＳＰ法は、少数の発振点において弾性波を発生させ、多数の受振点において弾性波を計測することにより反射面の位置等を推定する、というものである。

なお、ＴＳＰ法やＨＳＰ法では、直接波（発振点から受振点まで直線的に伝播した波）に含まれるＰ波の初動に基づいてＰ波速度を求め、このＰ波速度を利用して反射面の位置等を推定している。ちなみに、最近のＴＳＰ法では、３成分受信器が使用され、Ｐ波の空間分布、Ｓ波の空間分布、地山密度の推定式などから岩盤物性の空間分布を求めているが、その具体的な計算方法は未公開である。

特開２００４−３４６５６７号公報 特開２００２−１２２６７３号公報

Ｐ波による探査に加えてＳ波や表面波による探査を行うことができれば、反射面の推定精度を高めることが可能となるが、発振点と受振点との距離が近接しているＴＳＰ法やＨＳＰ法では、Ｓ波の初動がＰ波のコーダ部分や表面波と重なってしまうことから、Ｓ波の実諸元（伝播速度の実測値や、卓越波長の実測値など）を読み取ることができず、読み取れたとしても大きな誤差を含む虞がある。なお、かかる問題は、トンネル坑内において実施される弾性波探査（切羽前方探査）に限らず、斜面や地表面において実施される弾性波探査にも当てはまる問題である。

このような観点から、本発明は、Ｓ波の実諸元の読み取りが容易となる弾性波探査用の受発振点レイアウトを提供することを課題とし、さらには、反射面の検知精度を高めることが可能な弾性波探査方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決する本発明に係る受発振点レイアウトは、間隔をあけて並べられた複数の発振点からなる発振点群と、前記発振点群から離れた位置に設けられた後方受振点と、を備え、前記各発振点から前記後方受振点に伝播したＰ波、Ｓ波および表面波の直接波の中からＳ波の直接波を特定するための弾性波探査用の受発振点レイアウトであって、前記後方受振点には、Ｐ波、Ｓ波および表面波を含む弾性波の時刻歴データを取得するための地震計が設置されており、探査対象地盤におけるＰ波伝播速度をＶ_P、Ｓ波伝播速度をＶ_S、表面波伝播速度をＶ_R、Ｐ波卓越波長をλ_P、Ｓ波卓越波長をλ_Sとしたとき、前記後方受振点に最も近い前記発振点と前記後方受振点との離隔距離Ｌが、Ｌ＞Ｖ_S・λ_P／（Ｖ_P−Ｖ_S）を満足し、且つ、Ｌ＞Ｖ_R・λ_S／（Ｖ_S−Ｖ_R）を満足する、ことを特徴とする。
なお、本発明における「前」、「後」は便宜的に付したものであり、反射面との関係を表すものではない。

各発振点において弾性波（人工地震）を発生させると、Ｐ波、Ｓ波および表面波の直接波が後方受振点に順次到達するところ、Ｌ＞Ｖ_S・λ_P／（Ｖ_P−Ｖ_S）という条件を満足すれば、理想的には、１波長の長さを持つＰ波が到達した後に、Ｓ波がその初動に対してＰ波の影響が及んでいない状態で観測されるようになり、Ｌ＞Ｖ_R・λ_S／（Ｖ_S−Ｖ_R）という条件を満足すれば、理想的には、Ｓ波の到達後、その１波長が観測された後に表面波が観測されるようになる。而して、弾性探査法では、Ｐ波、Ｓ波および表面波がそれぞれ最初の１波長（初動）で収束し、それ以降の波形を無視できる場合が多いから、時間軸上においてＳ波の１波長分が表面波と重ならなければ、Ｓ波の実諸元（伝播速度や卓越波長の実測値）を容易に読み取ることが可能になる。

このように、本発明に係る受発振点レイアウトを用いて弾性波探査を行えば、Ｐ波の実諸元のみならず、Ｓ波の実諸元をも取得できるようになる。Ｓ波の実諸元を取得できれば、複数種の波が混在・重畳する反射波の中からＳ波を高い精度で分離することが可能になるので、Ｓ波による反射面検知を行うことが可能になる。なお、Ｓ波の波長は、Ｐ波の波長よりも短いので、Ｓ波で反射面検知を行うことができれば、反射面の検知精度を高めることが可能になる。また、反射面前後のＳ波速度に対するＰ波速度の比（＞１）が求まれば、ポアソン比を計算できるので、反射面前後での岩盤物性評価が可能になる。

前記発振点群と前記後方受振点との間に中間受振点を設けてもよい。また、前記発振点群を挟んで前記後方受振点の反対側に前方受振点を設けてもよい。複数の受振点において反射波を観測すれば、反射面検知の精度を高めることが可能になる。

なお、トンネル切羽の前方探査を行う場合（前記各発振点、前記後方受振点および前記前方受振点をトンネル側壁に穿設された孔の内部に設ける場合）には、前記発振点群の坑口側に前記後方受振点を設け、前記発振点群のトンネル切羽側に前記前方受振点を設けることが好ましい。

上記課題を解決する本発明に係る弾性波探査方法は、探査対象地盤におけるＰ波伝播速度Ｖ_P0、Ｓ波伝播速度Ｖ_S0、表面波伝播速度Ｖ_R0、Ｐ波卓越波長λ_P0およびＳ波卓越波長λ_S0を仮設定する諸元設定工程と、探査対象地盤に複数の発振点を設けて発振点群を形成するとともに、前記発振点群の端に位置する前記発振点からの離隔距離Ｌが、Ｌ＞Ｖ_S0・λ_P0／（Ｖ_P0−Ｖ_S0）、且つ、Ｌ＞Ｖ_R0・λ_S0／（Ｖ_S0−Ｖ_R0）となる位置に後方受振点を設ける受発振点設置工程と、前記各発振点において弾性波を発生させる人工地震発生工程と、前記各発振点から前記後方受振点に伝播した直接波と、前記探査対象地盤内の反射面を介して前記後方受振点に伝播した反射波とを取得する計測工程と、前記後方受振点で取得した直接波の中からＳ波の初動を特定し、特定したＳ波の初動に基づいて実際のＳ波伝播速度Ｖ_S1およびＳ波卓越波長λ_S1を求めるＳ波特定工程と、前記Ｓ波特定工程で求めたＳ波伝播速度Ｖ_S1またはＳ波卓越波長λ_S1に基づいて、前記後方受振点で取得した反射波又は前記後方受振点以外の受振点で取得した反射波の中からＳ波を抽出するＳ波抽出工程と、前記Ｓ波抽出工程で抽出したＳ波に基づいて前記反射面の位置を解析する反射面解析工程と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、Ｐ波での反射面検知に加えて、Ｓ波での反射面検知を行うことが可能になるので、反射面の検知精度を高めることが可能になる。

本発明に係る受発振点レイアウトによれば、Ｓ波の実諸元の読み取りが容易となる。
また、本発明に係る弾性波探査方法によれば、反射面の検知精度を高めることが可能になる。

本発明の実施形態に係る受発振点レイアウトを示す平断面図である。 Ｐ波、Ｓ波および表面波を含む地震記象を示す模式図である。 （ａ）は、坑口に最も近い発振点で発生させた弾性波を後方受振点で観測した場合に得られる加速度時刻歴データの初期部分を示す図であり、（ｂ）は、坑口に最も近い発振点で発生させた弾性波を中間受振点で観測した場合に得られる加速度時刻歴データの初期部分を示す図である。

本発明の実施形態に係る受発振点レイアウトＡは、図１に示すように、トンネルＴの切羽前方探査に適用されるものであり、複数の発振点１，１，…からなる発振点群１０と、発振点群１０から離れた位置に設けられた後方受振点２と、発振点群１０と後方受振点２との間に設けられた中間受振点３と、発振点群１０を挟んで後方受振点２の反対側に設けられた前方受振点４とを備えている。後方受振点２は、発振点群１０の坑口側に設けられており、前方受振点４は、発振点群１０のトンネル切羽側に設けられている。

なお、本実施形態では、左右のトンネル側壁Ｔ１，Ｔ１のそれぞれに受発振点レイアウトＡを設ける場合を例示するが、本発明の適用範囲を限定する趣旨ではない。また、左右の受発振点レイアウトＡ，Ａは、トンネルＴの中心軸線に対して対称であるから、一方の受発振点レイアウトＡを対象にして詳細な説明を行うこととする。

発振点１は、発振孔１ａの内部に設けられている。発振孔１ａは、トンネル側壁Ｔ１から斜め下方に向けて穿設された有底の孔であり、発振点１は、発振孔１ａの底部に設けられている。発振孔１ａの削孔深度に制限はないが、本実施形態のものは2.0（m）である。

発振点１には、弾性波（人工地震）を発生するための起振源（本実施形態では爆薬）が装填される。起振源は、図示せぬ制御装置に接続されており、制御装置からのトリガー信号を受けたときに起振（爆発）する。なお、発振点１をトンネル壁面に設ける場合には、起振源として油圧インパクタやハンマーを使用してもよい。

発振点群１０の発振点１，１，…は、トンネル縦断方向に間隔をあけて並設されている。発振点１，１，…の数は、１２点であり、発振点１，１，…のピッチは3.0（m）である。なお、発振点１の数やピッチは、適宜増減してもよい。

後方受振点２、中間受振点３および前方受振点４は、受振孔２ａ，３ａ，４ａの内部に設けられている。受振孔２ａ，３ａ，４ａは、いずれも、トンネル側壁Ｔ１から斜め下方に向けて穿設された有底の孔である。後方受振点２、中間受振点３および前方受振点４は受振孔２ａ，３ａ，４ａの底部に設けられている。受振孔２ａ，３ａ，４ａの削孔深度に制限はないが、本実施形態のものは、いずれも1.5（m）である。後方受振点２、中間受振点３および前方受振点４には、弾性波（人工地震）を取得するための図示せぬ地震計（加速度センサや速度センサ）が設置される。地震計は、振動の大きさに応じた電気信号を図示せぬデータロガーに出力する。

発振点群１０と中間受振点３との離隔距離（中間受振点３に最も近い発振点１から中間受振点３までの距離）Ｌ₁₃および発振点群１０と前方受振点４との離隔距離（前方受振点４に最も近い発振点１から前方受振点４までの距離）L₁₄は、いずれも10.0（m）である。離隔距離Ｌ₁₃，L₁₄は、ＴＳＰ（Tunnel Seismic Prediction）法において推奨されている範囲（約10〜20m）に設定することが好ましい。

発振点群１０と後方受振点２との離隔距離（後方受振点２に最も近い発振点１から後方受振点２までの距離）Ｌは、第一条件（式１）を満足し、且つ、第二条件（式２）を満足するように設定する。

Ｌ ＞ Ｖ_S・λ_P／（Ｖ_P−Ｖ_S） ・・・（式１）
Ｌ ＞ Ｖ_R・λ_S／（Ｖ_S−Ｖ_R） ・・・（式２）
Ｖ_P：Ｐ波伝播速度（ｍ／ｓ）
Ｖ_S：Ｓ波伝播速度（ｍ／ｓ）
Ｖ_R：表面波伝播速度（ｍ／ｓ）
λ_P：Ｐ波卓越波長（ｍ）
λ_S：Ｓ波卓越波長（ｍ）

式１は、Ｐ波が後方受振点２に到達してからＳ波が後方受振点２に到達するまでの時間ΔＴ_P-SがＰ波の卓越周期Ｔ_Pよりも大きい（ΔＴ_P-S＞Ｔ_P）という条件から求めることができる。なお、ΔＴ_P-S＜Ｔ_Pとなると、Ｐ波とＳ波が重なってしまい、Ｐ波とＳ波とを分離できなくなる。

図２を参照してより詳細に説明する。図２は、Ｐ波、Ｓ波および表面波を含む地震記象において、Ｐ波、Ｓ波および表面波の基本波（卓越波）がそれぞれ１波長（初動）で収束し、それ以降の波形を無視できると仮定した場合の模式図である。ちなみに、図２では、各ウェーブレットの時刻歴波形が式３によって構成されると仮定した。
ｙ（ｔ）＝Ａ₀・sin（２πｆｔ）・exp（−ｋｔ） ・・・式３
Ａ₀：初期振幅
ｆ：卓越周波数
ｋ：減衰係数

Ｐ波とＳ波とを分離するために最小限必要となる発振点１と後方受振点２との離隔距離をＬ_P-Sとすると、後方受振点２に最も近い発振点１で発生したＰ波が後方受振点２に到達するまでの時間ｔ_P、後方受振点２に最も近い発振点１で発生したＳ波が後方受振点２に到達するまでの時間ｔ_S、時間ΔＴ_P-S、Ｐ波の卓越周期Ｔ_Pは、それぞれ式１１〜１４となる。発振点１と後方受振点２との離隔距離ＬがＬ_P-Sであるときには、ΔＴ_P-S＝Ｔ_Pとなるから、式１３および式１４を代入すると、式１５のとおりとなり、式１５をＬ_P-Sについて解くと、式１６（式１の右辺）が得られる。
ｔ_P ＝ Ｌ_P-S／Ｖ_P ・・・式１１
ｔ_S ＝ Ｌ_P-S／Ｖ_S ・・・式１２
ΔＴ_P-S ＝ ｔ_S−ｔ_P ＝ Ｌ_P-S／Ｖ_S−Ｌ_P-S／Ｖ_P ・・・式１３
Ｔ_P ＝ λ_P／Ｖ_P ・・・式１４
Ｌ_P-S／Ｖ_S − Ｌ_P-S／Ｖ_P ＝ λ_P／Ｖ_P ・・・式１５
Ｌ_P-S ＝ Ｖ_S・λ_P／（Ｖ_P−Ｖ_S） ・・・式１６

式２は、Ｓ波が後方受振点２に到達してから表面波が後方受振点２に到達するまでの時間ΔＴ_S-RがＳ波の卓越周期Ｔ_Sよりも大きい（ΔＴ_S-R＞Ｔ_S）という条件から求めることができる。なお、ΔＴ_S-R＜Ｔ_Sとなると、Ｓ波と表面波が重なってしまい、Ｓ波と表面波とを分離できなくなる。

図２を参照してより詳細に説明する。Ｓ波と表面波とを分離するために最小限必要となる発振点１と後方受振点２との離隔距離をＬ_S-Rとすると、後方受振点２に最も近い発振点１で発生したＳ波が後方受振点２に到達するまでの時間ｔ_S、後方受振点２に最も近い発振点１で発生した表面波が後方受振点２に到達するまでの時間ｔ_R、時間ΔＴ_S-R、Ｓ波の卓越周期Ｔ_Sは、それぞれ式２１〜２４となる。発振点１と後方受振点２との離隔距離ＬがＬ_S-Rであるときには、ΔＴ_S-R＝Ｔ_Sとなるから、式２３および式２４を代入すると、式２５のとおりとなり、式２５をＬ_S-Rについて解くと、式２６（式２の右辺）が得られる。
ｔ_S ＝Ｌ_S-R／Ｖ_S ・・・式２１
ｔ_R ＝Ｌ_S-R／Ｖ_R ・・・式２２
ΔＴ_S-R ＝ ｔ_R−ｔ_S ＝Ｌ_S-R／Ｖ_R−Ｌ_S-R／Ｖ_S ・・・式２３
Ｔ_S ＝ λ_S／Ｖ_S ・・・式２４
Ｌ_S-R／Ｖ_R −Ｌ_S-R／Ｖ_S ＝ λ_S／Ｖ_S ・・・式２５
Ｌ_S-R ＝ Ｖ_R・λ_S／（Ｖ_S−Ｖ_R） ・・・式２６

次に、本発明の実施形態に係る弾性波探査方法を説明する。本実施形態に係る弾性波探査方法は、図１に示す受発振点レイアウトＡをトンネル坑内に形成し、この受発振点レイアウトＡを利用して弾性波探査を行い、得られた結果に基づいて反射面の位置を解析する、というものであり、諸元設定工程と、受発振点設置工程と、人工地震発生工程と、計測工程と、Ｓ波特定工程と、Ｓ波抽出工程と、反射面解析工程とを含むものである。

諸元設定工程は、探査対象地盤におけるＰ波伝播速度Ｖ_P0、Ｓ波伝播速度Ｖ_S0、表面波伝播速度Ｖ_R0、Ｐ波卓越波長λ_P0およびＳ波卓越波長λ_S0を仮設定する工程である。なお、受発振点レイアウトＡを形成すべき区間の周辺（例えば、受発振点レイアウトＡを形成すべき区間よりも坑口側の区間、隣接する他のトンネル、トンネル計画ルート上の地表面等）において弾性波探査等が既に実施されており、当該弾性波探査等によってＰ波伝播速度、Ｓ波伝播速度、表面波伝播速度、Ｐ波卓越波長およびＳ波卓越波長の実測値あるいは推定値が得られている場合には、この実測値あるいは推定値をＰ波伝播速度Ｖ_P0、Ｓ波伝播速度Ｖ_S0、表面波伝播速度Ｖ_R0、Ｐ波卓越波長λ_P0およびＳ波卓越波長λ_S0とすればよい。また、受発振点レイアウトＡを形成すべき区間の周辺において弾性波探査等が未だ行われておらず、Ｐ波伝播速度等の実測値および推定値が存在していない場合には、地質条件から求まる一般的な値（あるいは経験値）に基づいて、Ｐ波伝播速度Ｖ_P0、Ｓ波伝播速度Ｖ_S0、表面波伝播速度Ｖ_R0、Ｐ波卓越波長λ_P0およびＳ波卓越波長λ_S0を仮設定すればよい。本実施形態では、上記の各諸元を表１のとおりに仮設定する場合を例示する。なお、λ＝Ｖ／ｆの関係にあるから、Ｐ波、Ｓ波および表面波の卓越周波数ｆ（＝１／卓越周期Ｔ）の実測値あるいは推定値が得られている場合には、伝播速度Ｖを卓越周波数ｆで除することにより、卓越波長λを求めてもよい。

受発振点設置工程は、図１に示すように、探査対象地盤に複数の発振点１，１，…を設けて発振点群１０を形成するとともに、発振点群１０の端に位置する発振点１からの離隔距離Ｌが、Ｌ＞Ｖ_S0・λ_P0／（Ｖ_P0−Ｖ_S0）、且つ、Ｌ＞Ｖ_R0・λ_S0／（Ｖ_S0−Ｖ_R0）となる位置に後方受振点２を設ける工程である。

表１の諸元を式１６に代入すると、Ｌ_P-S＝16.0（m）となり、表１の諸元を式２６に代入すると、Ｌ_S-R＝56.7（m）となるから、本実施形態では、Ｌ＝60.0（m）（＞Ｌ_S-R＞Ｌ_P-S）とする。

また、受発振点設置工程では、坑口に最も近い発振点１から離れた位置に中間受振点３を設け、切羽に最も近い発振点１から離れた位置に前方受振点４を設ける。

本実施形態の受発振点設置工程では、まず、各トンネル側壁Ｔ１に対して3.0（m）ピッチで複数の発振孔１ａ，１ａ，…を削孔するとともに、坑口に最も近い発振点１から60.0（m）離れた位置に受振孔２ａを削孔し、さらに、坑口に最も近い発振点１から10.0（m）離れた位置に受振孔３ａを削孔し、切羽に最も近い発振点１から10.0（m）離れた位置に受振孔４ａを削孔する。発振孔１ａを形成したら、その底部に爆薬を装填する。また、受振孔２ａ，３ａ，４ａを形成したら、その底部に地震計を設置する。

人工地震発生工程は、各発振点１において弾性波を発生させる工程である。本実施形態では、発振点１，１，…において爆薬を順次爆裂させることで、弾性波を発生させる。起振する順序に制限はないが、本実施形態では、坑口に最も近い発振点１を最初に起振する。

計測工程は、各発振点１から後方受振点２、中間受振点３および前方受振点４に伝播した直接波と、探査対象地盤内の反射面を介して後方受振点２、中間受振点３および前方受振点４に伝播した反射波とを取得する工程である。本実施形態では、後方受振点２、中間受振点３および前方受振点４のそれぞれに設けた地震計で直接波および反射波の時刻歴データを取得する。

なお、坑口に最も近い発振点１で発生させた弾性波（人工地震）を後方受振点２および中間受振点３で観測した場合に得られる弾性波波形記録の初動部分は、それぞれ図３の（ａ）および（ｂ）のようになる。横軸の原点（時刻ｔ＝０）は、発破時刻である。

Ｓ波特定工程は、受発振点設置工程の算出式により求められた位置に設置した後方受振点２において取得した直接波の中からＳ波の初動を特定し、特定したＳ波の初動に基づいて実際のＳ波伝播速度Ｖ_S1およびＳ波卓越波長λ_S1を求める工程である。実際のＳ波伝播速度Ｖ_S1、表面波伝播速度Ｖ_R1およびＳ波卓越波長λ_S1が、Ｌ＝60（m）＞Ｖ_R1・λ_S1／（Ｖ_S1−Ｖ_R1）を満たす場合であれば、後方受振点２で取得されるＰ波、Ｓ波および表面波の初動は、互いに重ならない状態となるので（図３の（ａ）参照）、時刻歴データの中からＳ波の到達時刻をグラフから読み取り、離隔距離Ｌを到達時刻で除すると、実際のＳ波伝播速度Ｖ_S1を求めることができ、さらに、Ｓ波の周期（卓越周期）をグラフから読み取り、Ｓ波伝播速度Ｖ_S1に卓越周期を乗ずると、実際の卓越波長λ_S1を求めることができる。

なお、後方受振点２で取得した直接波の中からＰ波の初動および表面波の初動を特定することもできるので、実際のＰ波伝播速度Ｖ_P1、Ｐ波卓越波長λ_P1、表面波伝播速度Ｖ_R1および表面波卓越波長λ_R1を求めることもできる。

Ｓ波抽出工程は、Ｓ波特定工程で求めたＳ波伝播速度Ｖ_S1またはＳ波卓越波長λ_S1に基づいて、後方受振点２で取得した反射波又は後方受振点２以外の受振点（中間受振点３および前方受振点４）で取得した反射波の中からＳ波を抽出する工程である。Ｓ波を抽出するには、例えば、時刻歴データを周波数領域に変換し、バンドパスフィルタなどのフィルタリング処理によってＳ波を抽出（すなわち、Ｐ波および表面波の除去）するか、あるいは、ｆ−ｋフィルタ等の空間フィルタによってＳ波を抽出すればよい。

反射面解析工程は、Ｓ波抽出工程で抽出したＳ波に基づいて反射面の位置を解析する工程である。反射面の解析方法に制限はなく、公知の解析方法（Ｐ波による反射面の解析方法と同様の解析方法）を適用することができる。Ｓ波の波長は、Ｐ波の波長よりも短いので、Ｓ波で反射面検知を行えば、反射面の検知精度を高めることが可能になる。なお、弾性波の振幅は、伝播距離が大きくなるに従って減衰するため、反射面の位置を解析する場合には、中間受振点３または前方受振点４で取得したＳ波を使用することが望ましい。

なお、Ｓ波特定工程においてＳ波の初動を特定できない場合（Ｓ波および表面波の初動が重なった場合）には、Ｐ波を利用して反射面検知を行えばよい。Ｓ波の初動が特定できなかった場合には、実際のＰ波伝播速度Ｖ_P1およびＰ波卓越波長λ_P1等を参考にしてＳ波伝播速度およびＳ波卓越波長を推定し、次回の弾性波探査に反映すればよい。

以上のように、本実施形態に係る受発振点レイアウトＡを用いて弾性波探査を行えば、Ｐ波の実諸元のみならず、Ｓ波の実諸元をも取得できるようになる。Ｓ波の実諸元を取得できれば、複数種の波が混在・重畳する反射波の中からＳ波を高い精度で分離することが可能になるので、Ｓ波による反射面検知を行うことが可能になる。

すなわち、本実施形態に係る弾性波探査方法によれば、Ｐ波での反射面検知に加えて、Ｓ波での反射面検知を行うことが可能になるので、反射面の検知精度を高めることが可能になる。

Ａ 受発振点レイアウト
１ 発振点
１ａ 受振孔
１０ 発振点群
２ 後方受振点
３ 中間受振点
４ 前方受振点
２ａ〜４ａ 受振孔
Ｔ トンネル
Ｔ１ トンネル側壁

Claims (5)

1. 間隔をあけて並べられた複数の発振点からなる発振点群と、前記発振点群から離れた位置に設けられた後方受振点と、を備え、前記各発振点から前記後方受振点に伝播したＰ波、Ｓ波および表面波の直接波の中からＳ波の直接波を特定するための弾性波探査用の受発振点レイアウトであって、
   前記後方受振点には、Ｐ波、Ｓ波および表面波を含む弾性波の時刻歴データを取得するための地震計が設置されており、
   探査対象地盤におけるＰ波伝播速度をＶ_P、Ｓ波伝播速度をＶ_S、表面波伝播速度をＶ_R、Ｐ波卓越波長をλ_P、Ｓ波卓越波長をλ_Sとしたとき、前記後方受振点に最も近い前記発振点と前記後方受振点との離隔距離Ｌが、Ｌ＞Ｖ_S・λ_P／（Ｖ_P−Ｖ_S）を満足し、且つ、Ｌ＞Ｖ_R・λ_S／（Ｖ_S−Ｖ_R）を満足する、ことを特徴とする受発振点レイアウト。
2. 前記発振点群と前記後方受振点との間に設けられた中間受振点を備える、ことを特徴とする請求項１に記載の受発振点レイアウト。
3. 前記発振点群を挟んで前記後方受振点の反対側に設けられた前方受振点を備える、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の受発振点レイアウト。
4. 前記各発振点、前記後方受振点および前記前方受振点が、トンネル側壁に穿設された孔の内部に設けられており、
   前記後方受振点が、前記発振点群の坑口側に設けられており、
   前記前方受振点が、前記発振点群のトンネル切羽側に設けられている、ことを特徴とする請求項３に記載の受発振点レイアウト。
5. 探査対象地盤におけるＰ波伝播速度Ｖ_P0、Ｓ波伝播速度Ｖ_S0、表面波伝播速度Ｖ_R0、Ｐ波卓越波長λ_P0およびＳ波卓越波長λ_S0を仮設定する諸元設定工程と、
   探査対象地盤に複数の発振点を設けて発振点群を形成するとともに、前記発振点群の端に位置する前記発振点からの離隔距離Ｌが、Ｌ＞Ｖ_S0・λ_P0／（Ｖ_P0−Ｖ_S0）、且つ、Ｌ＞Ｖ_R0・λ_S0／（Ｖ_S0−Ｖ_R0）となる位置に後方受振点を設ける受発振点設置工程と、
   前記各発振点において弾性波を発生させる人工地震発生工程と、
   前記各発振点から前記後方受振点に伝播した直接波と、前記探査対象地盤内の反射面を介して前記後方受振点に伝播した反射波とを取得する計測工程と、
   前記後方受振点で取得した直接波の中からＳ波の初動を特定し、特定したＳ波の初動に基づいて実際のＳ波伝播速度Ｖ_S1およびＳ波卓越波長λ_S1を求めるＳ波特定工程と、
   前記Ｓ波特定工程で求めたＳ波伝播速度Ｖ_S1またはＳ波卓越波長λ_S1に基づいて、前記後方受振点で取得した反射波又は前記後方受振点以外の受振点で取得した反射波の中からＳ波を抽出するＳ波抽出工程と、
   前記Ｓ波抽出工程で抽出したＳ波に基づいて前記反射面の位置を解析する反射面解析工程と、を含むことを特徴とする弾性波探査方法。

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