JP6311650B2 - グラウト工事のシミュレーション装置、グラウト工事のシミュレーションプログラム及びグラウト工法 - Google Patents

Description

本発明は、坑道掘削予定の岩盤にグラウト孔を掘削するグラウト工事において、グラウト孔の設計及び施工を容易且つ迅速に行うことが可能なグラウト工事のシミュレーション装置、グラウト工事のシミュレーションプログラム及びグラウト工法に関する。

地下水位を下回るレベルでの坑道掘削では、坑道壁面からの湧水を止めること（止水）が重要であり、岩盤に対するグラウト工事という方法が広く知られている。グラウト工事とは、岩盤の湧水箇所（主として岩盤の割れ目）にグラウト材（一般的にはセメントミルク）を充填して固化することであり、この処理のおかげで、地下水の湧き出す経路が閉塞されて湧水を止めることが可能となる。

グラウト工事は、既に掘削済みのトンネル（坑道）の外壁に向かって、岩盤のセメント改良で施工される場合もあるが、鉱山の深部で行なう場合、坑道掘削作業と並行して湧き出した温泉水の排水処理対応が必要であり、熱湯が作業員にかかるリスクもあり、坑道掘削作業の効率が著しく低下する。このため、坑道掘削予定の岩盤に予めグラウト工事が行われている。予めグラウト工事が行なわれた岩盤であれば、坑道掘削作業時に、大量の湧水は発生しないため、坑道掘削作業において高い効率を維持することだけでなく、作業上の安全性も大きく向上するため効果的な方法である。

坑道掘削作業前に施工するグラウト工事の一例としては、坑道掘削予定の岩盤に傘をかぶせるように円錐の母線上に複数本のグラウト孔をあけて、グラウト材を充填する方法がある（例えば、特許文献１参照）。このようなグラウト工事は、岩盤の割れ目に沿って地下水（温泉水）が上昇して石英鉱脈を形成している鉱山（熱水鉱床）等に、非常に有効である。

しかしながら、このようなグラウト工事においては、グラウト孔が掘削予定の坑道の掘削方向を基準とする相対的な数値で設計されているので、坑道の掘削方向が水平面上にあるときは特に大きな問題は無いが、特に、掘削予定の坑道が水平面に対して傾斜している場合には、掘削予定の坑道の傾斜に合わせてその数値を変換しなければならず、煩雑で時間もコストも掛かり、グラウト孔の設計や掘削作業等の施工も煩雑となり、容易且つ迅速化が望まれている。

特開２００９−１７４１７１号公報

本発明は、このような状況を解決するためになされたものであり、坑道掘削予定の岩盤にグラウト孔を掘削するグラウト工事において、グラウト孔の設計及び施工を容易且つ迅速に行うことが可能なグラウト工事のシミュレーション装置、グラウト工事のシミュレーションプログラム及びグラウト工法を提供することを目的とする。

本発明に係るグラウト工事のシミュレーション装置は、坑道の切羽から前方外方に広がるように円錐状にグラウト孔を配置するグラウト工事のシミュレーションを行うグラウト工事のシミュレーション装置であって、前記坑道及び前記グラウト孔に関する設計データを入力する入力部と、前記入力部によって入力された設計データに基づいて、前記グラウト孔の配置のシミュレーションを行うシミュレーション部と、前記シミュレーション部によって行われたシミュレーションの結果を表示する表示部とを備え、前記シミュレーション部は、前記入力部を介して、前記グラウト孔の基準点を定めるために、前記グラウト孔の基準点の経度、緯度、標高の座標が入力され、前記基準点を出発点とした坑道の掘削方向を定めるために、前記坑道の水平面における水平面上に設定された基準方位に対する方位角度Ａ及び前記水平面に対する傾斜角度θｄが入力され、前記グラウト孔の前記基準点から前記坑道の掘削方向に沿った第１の距離Ｌが入力され、前記第１の距離Ｌにおける前記グラウト孔の到達目標位置と前記坑道の掘削方向がなす直線との第２の距離Ｒが入力され、前記基準点から、前記坑道の掘削方向を透視した面における、水平面と前記グラウト孔の掘削方向とが成す角度θｎが入力されると、前記基準点を出発点とするグラウト孔の掘削ベクトルを後記（１）式によって算出し、前記掘削ベクトルに基づいて前記坑道に前記グラウト孔を仮想的に配置したシミュレーションの結果を表示部に表示することを特徴とする。

掘削ベクトル（ｘ、ｙ、ｚ）＝
（Ｌ*cos(θd)*cos(Ａ)＋Ｒ*cos(θn)*sin(Ａ)＋Ｒ*sin(θn)*sin(θd)*cos(Ａ)、
Ｌ*cos(θd)*sin(Ａ)−Ｒ*cos(θn)*cos(Ａ)＋Ｒ*sin(θn)*sin(θd)*sin(Ａ)、
−Ｌ*sin(θd)＋Ｒ*sin(θn)*cos(θd) ） ・・・（１）

本発明に係るグラウト工事のシミュレーションプログラムは、坑道の切羽から前方外方に広がるように円錐状にグラウト孔を配置するグラウト工事のシミュレーションを行うグラウト工事のシミュレーション装置に備えられたコンピュータによって実行されるグラウト工事のシミュレーションプログラムであって、前記グラウト孔の基準点を定めるために、前記グラウト孔の基準点の経度、緯度、標高の座標が入力され、前記基準点を出発点とした坑道の掘削方向を定めるために、前記坑道の水平面における水平面上に設定された基準方位に対する方位角度Ａ及び前記水平面に対する傾斜角度θｄが入力され、前記グラウト孔の前記基準点から前記坑道の掘削方向に沿った第１の距離Ｌが入力され、前記第１の距離Ｌにおける前記グラウト孔の到達目標位置と前記坑道の掘削方向がなす直線との第２の距離Ｒが入力され、前記基準点から、前記坑道の掘削方向を透視した面における、水平面と前記グラウト孔の掘削方向とが成す角度θｎが入力されると、前記基準点を出発点とするグラウト孔の掘削ベクトルを前記（１）式によって算出し、前記掘削ベクトルに基づいて前記坑道に前記グラウト孔を仮想的に配置したシミュレーションの結果を表示部に表示する処理を前記コンピュータに実行させる。

本発明に係るグラウト工法は、坑道の切羽から前方外方に広がるように円錐状にグラウト孔を配置するグラウト工法であって、経度、緯度、標高の座標から定められたグラウト孔の基準点と、前記坑道の水平面における水平面上に設定された基準方位に対する方位角度Ａ及び前記水平面に対する傾斜角度θｄから定められた前記基準点を出発点とした坑道の掘削方向と、前記グラウト孔の前記基準点から前記坑道の掘削方向に沿った第１の距離Ｌと、前記第１の距離Ｌにおける前記グラウト孔の到達目標位置と前記坑道の掘削方向がなす直線との第２の距離Ｒと、前記基準点から、前記坑道の掘削方向を透視した面における、水平面と前記グラウト孔の掘削方向とが成す角度θｎとに基づいて、前記基準点を出発点とするグラウト孔の掘削ベクトルを前記（１）式によって算出し、次いで、前記掘削ベクトルに基づいて、後記（２）式によって、前記グラウト孔の水平面における方位角度αを算出し、後記（３）式によって、前記グラウト孔の水平面に対する傾斜角度βを算出し、後記（４）式によって、前記グラウト孔の掘削深さｃを算出し、次いで、前記方位角度α、前記傾斜角度β、前記掘削深さｃに基づいて、前記グラウト孔を掘削することを特徴とする。

α=-180+180*Arctan(y/x)/π ・・・（２）

β=180*Arctan(z/(x²+y²)^1/2)/π ・・・（３）

ｃ=（x²+y²+ｚ²)^1/2 ・・・（４）

本発明によれば、坑道掘削予定の岩盤にグラウト孔を掘削するグラウト工事において、グラウト孔の設計及び施工を容易且つ迅速に行うことが可能となるので、極めて大きな工業的価値を有する。

グラウト工事の様子を示した側面断面図である。 坑道を示した側面図である。 グラウト孔の配置を示した正面図である。 シミュレーション装置を示したブロック図である。 グラウト孔を配置する前の坑道を示した概略図である。 シミュレーション装置によるシミュレーションの結果を示した概略図である。 シミュレーション装置によるシミュレーション方法を示したフローチャートである。 グラウト工事の施工方法を示したフローチャートである。 試錐機の方位付け方法の様子を示した概略図である。

以下、本発明に係るグラウト工事のシミュレーション装置、グラウト工事のシミュレーションプログラム及びグラウト工法について図面を参照して説明する。なお、本発明は以下の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更可能である。

＜１．グラウト工事の概要の説明＞
グラウト工事とは、岩盤の湧水箇所（主として岩盤の割れ目）にグラウト材（一般的にはセメントミルク）を充填して固化し、地下水の湧き出す経路を閉塞して湧水を止めるための工事である。例えば、図１に示すように、水平面における水平面上に設定された基準方位に対する坑道方位角度Ａ（図９参照）及び水平面に対する坑道傾斜角度θｄ（図２参照）が所定の角度に設定されている掘削予定の坑道１ｂを岩盤２に掘削する場合には、既に掘削済みの坑道１ａの切羽３の手前の坑道１ｂの坑道軸４上の基準点１０から前方（掘削方向ｗ）に向かうに連れて漸次坑道１ｂの径方向外方に広がり円錐状となるように、岩盤２のこの基準点１０を頂点とする複数の円錐の母線上に、それぞれ所定の間隔でグラウト孔２０を複数掘削して、そのグラウト孔２０にグラウト材を充填して固化させて、その後、グラウト工事が施された岩盤２を掘削方向ｗに沿って所定の深さまで掘削して、岩盤２に坑道１ａと連続する新たな坑道１ｂを形成する。次いで、同様に、新たな坑道１ｂの切羽３の手前に基準点１０を設定し、岩盤２にグラウト孔２０を掘削し、グラウト材を充填して、岩盤２に坑道１を掘削するといった手順を繰り返して、岩盤２に坑道１を形成していく。これにより、坑道１ｂの周囲の岩盤２には予めグラウト工事が行なわれて地下水の湧き出す経路が閉塞されて湧水が止められているので、坑道掘削作業時に大量の湧水が発生しないため、坑道掘削作業において高い効率を維持することができ、更に、熱湯等が作業員にかかるリスクが低減するために、作業上の安全性も大きく向上させることができる。

この際、グラウト孔２０は、図１に示すように、複数のグラウト孔２０によって、坑道１ｂの掘削方向ｗ（坑道軸４）に対してそれぞれ角度が異なる複数のグラウト孔群２１を構成している。例えば、グラウト孔２０は、６つのグラウト孔群２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅ，２１ｆを構成している。更に、これらの第１〜第６のグラウト孔群２１ａ〜２１ｆは、第１のグラウト孔群２１ａ、第２のグラウト孔群２１ｂ、第３のグラウト孔群２１ｃ、第４のグラウト孔群２１ｄ、第５のグラウト孔群２１ｅ、第６のグラウト孔群２１ｆの順に、坑道１ｂの掘削方向ｗ（坑道軸４）に対する角度が小さくなるように形成されている。

また、第１〜第６のグラウト孔群２１ａ〜２１ｆの各グラウト孔２０は、基準点１０から最深部２２までの坑道１ｂの掘削方向ｗに沿った第１の距離Ｌ（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４）と、第１の距離Ｌにおけるグラウト孔２０の到達目標位置（最深部２２）と坑道１ｂの掘削方向ｗがなす直線との第２の距離Ｒ（Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３）、すなわち、最深部２２から坑道１ｂの坑道軸４までの坑道１ｂの掘削方向ｗと直交する掘削直交方向に沿った第２の距離Ｒ（Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３）とがそれぞれ所定の値に設定されている。

更に、各グラウト孔２０は、図２に示すように、基準点１０から、坑道１ｂの掘削方向ｗを透視した面における、水平面とグラウト孔２０の掘削方向ｗとが成す位相角度θｎ、すなわち、坑道１ｂの坑道軸４と当接する切羽３の当接点５において坑道軸４と直交する仮想切羽面６に、図３に示すように、当接点５を原点、水平面上に設定された基準方向となる所定の水平方向をｘ軸方向、鉛直方向をｙ軸方向として、平面直交座標系を設けた場合に、ｘ軸の＋方向（一方向）からｙ軸の＋方向（上方向）に対して（左回りに）、位相角度θｎを有するように配置されている。

例えば、図１及び図３に示すように、第１のグラウト孔群２１ａは、１２個のグラウト孔２０で構成され、各グラウト孔２０は、第１の距離Ｌが１１．１ｍ（Ｌ１）、第２の距離Ｒが５．６５ｍ（Ｒ１）に設定され、仮想切羽面６に、ｘ軸から１５°位相させた状態で、３０°間隔で等間隔にリング状に配置されている。第２のグラウト孔群２１ｂは、６個のグラウト孔２０で構成され、各グラウト孔２０は、第１の距離Ｌが１６．８ｍ（Ｌ２）、第２の距離Ｒが５．６５ｍ（Ｒ１）に設定され、仮想切羽面６に、ｘ軸から３０°位相させた状態で、６０°間隔で等間隔にリング状に配置されている。第３のグラウト孔群２１ｃは、１２個のグラウト孔２０で構成され、各グラウト孔２０は、第１の距離Ｌが２２．０ｍ（Ｌ３）、第２の距離Ｒが５．６５ｍ（Ｒ１）に設定され、仮想切羽面６に、ｘ軸から１５°位相させた状態で、３０°間隔で等間隔にリング状に配置されている。第４のグラウト孔群２１ｄは、６個のグラウト孔２０で構成され、各グラウト孔２０は、第１の距離Ｌが２７．０ｍ（Ｌ４）、第２の距離Ｒが５．６５ｍ（Ｒ１）に設定され、仮想切羽面６に、ｘ軸から６０°間隔で等間隔にリング状に配置されている。第５のグラウト孔群２１ｅは、８個のグラウト孔２０で構成され、各グラウト孔２０は、第１の距離Ｌが２７．０ｍ（Ｌ４）、第２の距離Ｒが３．８５ｍ（Ｒ２）に設定され、仮想切羽面６に、ｘ軸から２２．５°位相させた状態で、４５°間隔で等間隔にリング状に配置されている。第６のグラウト孔群２１ｆは、４個のグラウト孔２０で構成され、各グラウト孔２０は、第１の距離Ｌが２７．０ｍ（Ｌ４）、第２の距離Ｒが２．０５ｍ（Ｒ３）に設定され、仮想切羽面６に、ｘ軸から９０°間隔で等間隔にリング状に配置されている。

なお、グラウト孔群２１の個数、各グラウト孔群２１のグラウト孔２０の個数、各グラウト孔２０の第１の距離Ｌ、第２の距離Ｒ、位相角度θｎ等の値については、上述したものに限定されるものではなく、例えば、岩盤２の特性等に応じて適宜変更可能である。更に、例えば、大きな岩等の障害物を避けるために、グラウト孔２０は、同じグラウト孔群２１の他のグラウト孔２０と、第１の距離Ｌ、第２の距離Ｒ、位相角度θｎ等の値を異ならせて配置されるようにしてもよい。更に、グラウト孔２０は、不等間隔に配置されるようにしてもよい。

＜２．シミュレーション装置の説明＞
次に、上述したようなグラウト工事におけるグラウト孔２０の配置のシミュレーションを行うことが可能なシミュレーション装置３０について説明する。

このシミュレーション装置３０は、図４に示すように、例えば、ＣＰＵ３１、ＲＯＭ３２、ＲＡＭ３３等を有する汎用のコンピュータからなり、図１に示すように、既に掘削済みの坑道１ａの切羽３の手前の基準点１０から前方（掘削方向ｗ）に向かうに連れて径方向外方に広がるように円錐状にグラウト孔２０を配置するグラウト工事のシミュレーションを行うものである。

更に、シミュレーション装置３０は、図４に示すように、坑道１及びグラウト孔２０に関する設計データを入力する入力部３４と、入力部３４によって入力された設計データに基づいて、グラウト孔２０の配置シミュレーションを行うシミュレーション部３５と、シミュレーション部３５によって行われた配置シミュレーションの結果を表示する表示部３６と、各種データを記憶する記憶部３７とを備えている。

入力部３４は、キーボード、マウス、タッチパネル等で構成されており、例えば、坑道１及びグラウト孔２０に関する設計データが入力される。

例えば、入力部３４を介して、図１に示すように、グラウト孔２０を配置する基準点１０を定めるために、基準点１０の経度、緯度、標高の座標等の基準点データが入力される。更に、基準点１０を出発点とした坑道１ｂの掘削方向ｗを定めるために、坑道方位角度Ａや坑道傾斜角度θｄ等の坑道傾斜データが入力される。更に、グラウト孔群２１の個数や、各グラウト孔群２１のグラウト孔２０の個数や、各グラウト孔２０に対する、第１の距離Ｌや第２の距離Ｒや位相角度θｎ等のグラウト孔方向データが入力される。そして、入力部３４は、入力された基準点データ、坑道傾斜データ、グラウト孔方向データ等の設計データを、記憶部３７に出力して一旦記憶する。

更に、入力部３４は、シミュレーション部３５に配置シミュレーションを開始させたり、記憶部３７に記憶されているデータの中から所望のデータを選択したり、記憶部３７に記憶されているデータを編集したりするなどの操作が行われる。

シミュレーション部３５は、例えば、記憶部３７に記憶されている設計データ等を読み出して、坑道１にグラウト孔２０を仮想的に配置させる配置シミュレーションを行う。そして、シミュレーション部３５は、配置シミュレーションの結果を、記憶部３７に出力して一旦記憶すると共に、表示部３６に出力する。

具体的に、シミュレーション部３５は、坑道方位角度Ａと坑道傾斜角度θｄと第１の距離Ｌと第２の距離Ｒと位相角度θｎとに基づいて、基準点１０を出発点とするグラウト孔２０の掘削ベクトルを後記（５）式によって算出する。更に、シミュレーション部３５は、算出した掘削ベクトルに基づいて、後記（６）式によって、グラウト孔２０の基準点１０からの水平面上におけるグラウト孔方位角度αを算出し、後記（７）式によって、グラウト孔２０の基準点１０からの水平面に対するグラウト孔傾斜角度βを算出し、後記（８）式によって、グラウト孔２０の基準点１０からの掘削深さｃを算出する。そして、シミュレーション部３５は、図５に示すような坑道１に、図６に示すように、この掘削ベクトルに基づいてグラウト孔２０を仮想的に配置した配置シミュレーションデータを生成し、配置シミュレーションの結果を表示部３６に表示する。この際に、掘削ベクトルは、原点が基準点１０になり、ベクトルの線分がグラウト孔２０になり、ベクトルの先端がグラウト孔２０の到達目標位置（最深部２２）になり、ベクトルの長さがグラウト孔２０の掘削深さｃになる。なお、配置シミュレーションの結果は、図６に示すように、３次元でプロットされることが好ましいが、２次元でプロットされるようにしてもよい。

掘削ベクトル（ｘ、ｙ、ｚ）＝
（Ｌ*cos(θd)*cos(Ａ)＋Ｒ*cos(θn)*sin(Ａ)＋Ｒ*sin(θn)*sin(θd)*cos(Ａ)、
Ｌ*cos(θd)*sin(Ａ)−Ｒ*cos(θn)*cos(Ａ)＋Ｒ*sin(θn)*sin(θd)*sin(Ａ)、
−Ｌ*sin(θd)＋Ｒ*sin(θn)*cos(θd) ） ・・・（５）

α=-180+180*Arctan(y/x)/π ・・・（６）

β=180*Arctan(z/(x²+y²)^1/2)/π ・・・（７）

ｃ=（x²+y²+ｚ²)^1/2 ・・・（８）

表示部３６は、例えば、ＣＲＴディスプレイ、液晶ディスプレイ等で構成されており、シミュレーション部３５によって行われた配置シミュレーションの結果や、設計データの数値や、設計データに基づいて算出された各種の算出結果等を表示する。

記憶部３７は、上述した、入力部３４を介して入力された坑道及１及びグラウト孔２０に関する設計データや、シミュレーション部３５によって生成された配置シミュレーションデータや、設計データに基づいて算出された各種の算出結果データが記憶されている。

以上のような構成を有するシミュレーション装置３０は、ＲＯＭ３２又はＲＡＭ３３に記憶されているプログラムに従って、次のようにして、グラウト孔２０の配置のシミュレーションを行う。

先ず、図７に示すように、ステップＳ１において、坑道及１及びグラウト孔２０に関する設計データを入力させる。

具体的には、入力部３４を介して、経度、緯度、標高の座標を入力させて、坑道１の坑道軸４上にグラウト孔２０を配置する基準点１０を少なくとも１つ定めさせる。

更に、入力部３４を介して、坑道方位角度Ａと坑道傾斜角度θｄとを入力させて、基準点１０を出発点とした掘削予定の坑道１ｂの掘削方向ｗを定めさせる。例えば、一例としては、真東方向を０°とし、そこから反時計回りを＋側と設定し、更に、鉛直方向上側を＋側と設定して、坑道１ｂの掘削方向ｗが、基準点１０から水平面上において北方向から西方向へ６０°傾きつつ、水平面に対して鉛直方向の上側に４５°傾いている場合には、坑道方位角度Ａを「＋１５０°」と入力させ、坑道傾斜角度θｄを「＋４５°」と入力させる。

更に、入力部３４を介して、岩盤２に配置するグラウト孔群２１の個数を入力させる。そして、入力部３４を介して、各グラウト孔群２１のグラウト孔２０の個数を入力させる。その後、各グラウト孔２０に対する、第１の距離Ｌと第２の距離Ｒと位相角度θｎとを入力させる。そして、基準点１０が複数ある場合には、同様に、各基準点１０に対して、坑道方位角度Ａと、坑道傾斜角度θｄと、グラウト孔群２１の個数と、各グラウト孔群２１のグラウト孔２０の個数と、各グラウト孔２０に対する、第１の距離Ｌと第２の距離Ｒと位相角度θｎとを入力させる。

次いで、ステップＳ２において、坑道及１及びグラウト孔２０に関する設計データに基づいて配置シミュレーションを行う。

具体的には、入力部３４によって、シミュレーション部３５に配置シミュレーションを開始させる操作が行われると、シミュレーション部３５は、例えば、記憶部３７から設計データを読み出して、坑道１にグラウト孔２０を仮想的に配置させる配置シミュレーションを行う。

この際、シミュレーション部３５は、坑道方位角度Ａと坑道傾斜角度θｄと第１の距離Ｌと第２の距離Ｒと位相角度θｎとに基づいて、基準点１０を出発点とするグラウト孔２０の掘削ベクトルを前記（５）式によって算出する。更に、シミュレーション部３５は、算出した掘削ベクトルに基づいて、前記（６）式によって、グラウト孔方位角度αを算出し、前記（７）式によって、グラウト孔傾斜角度βを算出し、前記（８）式によって、掘削深さｃを算出する。そして、シミュレーション部３５は、図５に示すような坑道１に、図６に示すように、この掘削ベクトルに基づいて坑道１にグラウト孔２０を仮想的に配置した配置シミュレーションの結果を生成する。

次いで、ステップＳ３において、配置シミュレーションの結果を表示部３６に表示する。

以上のようにして、シミュレーション装置３０は、坑道１にグラウト孔２０を仮想的に配置させる配置シミュレーションを行う。

以上のように、シミュレーション装置３０は、図６に示すように、坑道１にグラウト孔２０を仮想的に配置した配置シミュレーションの結果を表示部３６に表示することができる。したがって、表示部３６に表示された配置シミュレーションの結果を確認することで、グラウト孔２０の配置やグラウト材（セメントミルクなど）が充填された状況等を、視覚的、直感的にしかも正確に把握できるようになる。よって、グラウト工事の妥当性の検証が可能になり、しかも、妥当性の検討が容易になり、その結果、グラウト孔２０の設計を容易且つ迅速に行うことができ、更に、グラウト工事の安全性を向上させることができる。

なお、シミュレーション部３５は、全ての基準点１０のグラウト孔群２１のグラウト孔２０の各種データの入力が完了する毎に、配置シミュレーションを行い、配置シミュレーションの結果を表示部３６に表示することに加え、１つの基準点１０の全てのグラウト孔群２１のグラウト孔２０の各種データの入力が完了する毎、１つのグラウト孔群２１の全てのグラウト孔２０の各種データの入力が完了する毎、１つのグラウト孔２０の各種データの入力が完了する毎に、配置シミュレーションを行い、配置シミュレーションの結果を表示部３６に表示するようにしてもよい。更に、これらの設定を自由に切り換えることができるようにしてもよい。

また、予め、坑道方位角度Ａ、坑道傾斜角度θｄ、坑道１ｂの掘削方向ｗ、経度、緯度、標高の座標等を含んだ、図５に示すような３次元又は２次元の坑道データを、記憶部３７等に記憶させておき、入力部３４を介して坑道１の坑道軸４が選択されると、その位置が自動的に基準点１０として設定されるようにしてもよい。

＜３．グラウト工事の施工方法の説明＞
次に、上述したようなシミュレーション装置３０を使用したグラウト工事の施工方法について説明する。

先ず、図８に示すように、ステップＳ１０において、既に掘削済みの坑道１ａの切羽３の手前にグラウト孔２０を配置する基準点１０を定める。

次いで、ステップＳ１１において、シミュレーション装置３０によって、坑道方位角度Ａと坑道傾斜角度θｄと第１の距離Ｌと第２の距離Ｒと位相角度θｎとに基づいて、この基準点１０を出発点とする全てのグラウト孔２０の掘削ベクトルを前記（５）式によって算出する。

次いで、ステップＳ１２において、シミュレーション装置３０によって、算出した掘削ベクトルに基づいて、前記（６）式によって、グラウト孔方位角度αを算出し、前記（７）式によって、グラウト孔傾斜角度βを算出し、前記（８）式によって、掘削深さｃを算出する。すなわち、各グラウト孔２０に対して、坑道１ｂの掘削方向ｗ基準ではなく、水平面基準での方位及び傾斜を算出する。

例えば、坑道方位角度Ａが−９０°、坑道傾斜角度tanθｄが、−０．１７（θｄ＝-9.65°）、第１の距離Ｌが３０ｍ、第２の距離Ｒが８ｍ、位相角度θｎが０°の場合には、掘削ベクトル（ｘ、ｙ、ｚ）は（−８．０００、−２９．５７６、５．０２８）となり、グラウト孔方位角度αは−１０５．１３６°となり、グラウト孔傾斜角度βは−９．３１９°となり、掘削深さｃは３１．０４８ｍとなる。

次いで、ステップＳ１３において、グラウト孔方位角度α、グラウト孔傾斜角度β、掘削深さｃに基づいて、各グラウト孔２０を掘削する。例えば、試錐機を、先ず、水平面上において、基準点１０から基準方位に対してグラウト孔方位角度αの向きに向け、次いで、水平面に対してグラウト孔傾斜角度βだけ傾斜させて配置させた後に、基準点１０から掘削深さｃだけ掘削する。

この際、例えば、試錐機の方位付けは次のようにして行う。先ず、図９に示すように、坑道１ａ内に同一標高の水平面上に３本の測線４０，４１，４２を張り、それぞれの測線４０，４１，４２の位置を測量したうえで、これらの測線４０，４１，４２の側壁等からの距離で、正確に試錐機の方位付けを行う。例えば、北から時計回りに３００°の方位にグラウト孔２０を掘削する場合には、測線４０の右測点４０ａから１．９１ｍの位置と、測線４１の右測点４１ａから１．８０ｍの位置と、測線４２の右測点４２ａから１．７１ｍの位置とを結ぶ方向に試錐機を向ける等して、試錐機の方位付けを行なう。

次いで、ステップＳ１４において、切削したグラウト孔２０にグラウト材を充填して固化させる。その後、ステップＳ１２〜Ｓ１４の手順を繰り返して、この基準点１０から配置される全てのグラウト孔２０を同様に掘削して、グラウト材を充填して固化させる。

次いで、ステップＳ１５において、掘削方向ｗに沿って所定の深さまで掘削して、既に掘削済みの坑道１ａと連続する新たな坑道１ｂを掘削する。その後、ステップＳ１０〜Ｓ１５の手順を繰り返して、掘削済みの坑道１の切羽３の手前に基準点１０を設定して、掘削ベクトルから、グラウト孔方位角度α、グラウト孔傾斜角度β、掘削深さｃを算出して、各グラウト孔２０に対して、坑道１ｂの掘削方向ｗ基準ではなく、水平面基準での方位及び傾斜を算出して、それらの水平面基準の値を用いてグラウト孔２０を形成して、坑道１を形成していく。

以上のようにして、シミュレーション装置３０を使用してグラウト工事の施工を行う。

以上のように、シミュレーション装置３０を使用したグラウト工事の施工方法によれば、各グラウト孔２０の掘削ベクトルを算出し、算出した掘削ベクトルから、グラウト孔方位角度α、グラウト孔傾斜角度β、掘削深さｃとを算出することができる。すなわち、各グラウト孔２０に対して、坑道１ｂの掘削方向ｗ基準ではなく、水平面基準での方位及び傾斜を算出することができる。したがって、坑道１の傾斜に影響されずに、水準器さえあれば、各グラウト孔２０の掘削方向を把握することができる。よって、坑道掘削予定の岩盤２に容易にグラウト孔２０を掘削することができるので、容易且つ迅速にグラウト工事の施工を行うことができ、極めて大きな工業的価値を有する。

なお、ステップＳ１２において、更に、後記（９）式によって、基準点１０からグラウト孔２０の到達目標位置（最深部２２）までの長さである掘削深さ（第１の掘削深さ）ｃのうちの、切羽３からグラウト孔２０の到達目標位置（最深部２２）までの長さである掘削深さ（第２の掘削深さ）ｃ´を算出するようにしてもよい。

ｃ´=(1-S/(L+R*tan(θｄ)*sin(θn))*（x²+y²+ｚ²)^1/2 ・・・（９）
但し、
Ｓ：坑道１ｂの坑道軸４と当接する切羽３の当接点５において坑道軸４と直交する仮想切羽面６と基準点１０との距離

例えば、坑道方位角度Ａが−９０°、坑道傾斜角度tanθｄが、−０．１７（θｄ＝-9.65）、第１の距離Ｌが３０ｍ、第２の距離Ｒが８ｍ、位相角度θｎが０°であって、切羽３の当接点５において坑道軸４と直交する仮想切羽面６と基準点１０との距離Ｓが４．０ｍの場合には、掘削深さｃ´は２６．９０９ｍとなる。

このような場合、ステップＳ１３において、試錐機を、水平面上において、基準点１０から基準方位に対してグラウト孔方位角度αの向きに向け、水平面に対してグラウト孔傾斜角度βだけ傾斜させて配置させた後に、試錐機の先端が切羽３に当接してから掘削深さｃ´だけ掘削することで、各グラウト孔２０を掘削することができる。したがって、掘削深さｃを用いて掘削する場合と同様に、坑道１の傾斜に影響されずに、坑道掘削予定の岩盤２に容易にグラウト孔２０を掘削することができるので、容易且つ迅速にグラウト工事の施工を行うことができ、極めて大きな工業的価値を有する。

１ 坑道、２ 岩盤、３ 切羽、４ 坑道軸、５ 当接点、６ 仮想切羽面、１０ 基準点、２０ グラウト孔、２１ グラウト孔群、２２ 最深部、３０ シミュレーション装置、３１ ＣＰＵ、３２ ＲＯＭ、３３ ＲＡＭ、３４ 入力部、３５ シミュレーション部、３６ 表示部、３７ 記憶部、４０ 測線、４１ 測線、４２ 測線

Claims (3)

1. 坑道の切羽から前方外方に広がるように円錐状にグラウト孔を配置するグラウト工事のシミュレーションを行うグラウト工事のシミュレーション装置であって、
   前記坑道及び前記グラウト孔に関する設計データを入力する入力部と、
   前記入力部によって入力された設計データに基づいて、前記グラウト孔の配置のシミュレーションを行うシミュレーション部と、
   前記シミュレーション部によって行われたシミュレーションの結果を表示する表示部とを備え、
   前記シミュレーション部は、前記入力部を介して、
   前記グラウト孔の基準点を定めるために、前記グラウト孔の基準点の経度、緯度、標高の座標が入力され、
   前記基準点を出発点とした坑道の掘削方向を定めるために、前記坑道の水平面における水平面上に設定された基準方位に対する方位角度Ａ及び前記水平面に対する傾斜角度θｄが入力され、
   前記グラウト孔の前記基準点から前記坑道の掘削方向に沿った第１の距離Ｌが入力され、
   前記第１の距離Ｌにおける前記グラウト孔の到達目標位置と前記坑道の掘削方向がなす直線との第２の距離Ｒが入力され、
   前記基準点から、前記坑道の掘削方向を透視した面における、水平面と前記グラウト孔の掘削方向とが成す角度θｎが入力されると、
   前記基準点を出発点とするグラウト孔の掘削ベクトルを後記（１）式によって算出し、
   前記掘削ベクトルに基づいて前記坑道に前記グラウト孔を仮想的に配置したシミュレーションの結果を表示部に表示する
   ことを特徴とするシミュレーション装置。
   
   掘削ベクトル（ｘ、ｙ、ｚ）＝
   （Ｌ*cos(θd)*cos(Ａ)＋Ｒ*cos(θn)*sin(Ａ)＋Ｒ*sin(θn)*sin(θd)*cos(Ａ)、
   Ｌ*cos(θd)*sin(Ａ)−Ｒ*cos(θn)*cos(Ａ)＋Ｒ*sin(θn)*sin(θd)*sin(Ａ)、
   −Ｌ*sin(θd)＋Ｒ*sin(θn)*cos(θd) ） ・・・（１）
   但し、
   Ａ ：坑道の掘削方向の方位角度
   θｄ：坑道の掘削方向の傾斜角度
   Ｌ ：グラウト孔の基準点から坑道の掘削方向に沿った第１の距離
   Ｒ ：第１の距離におけるグラウト孔の到達目標位置と坑道の掘削方向がなす直線との第２の距離
   θｎ：水平面とグラウト孔の掘削方向とが成す角度
   
2. 坑道の切羽から前方外方に広がるように円錐状にグラウト孔を配置するグラウト工事のシミュレーションを行うグラウト工事のシミュレーション装置に備えられたコンピュータによって実行されるグラウト工事のシミュレーションプログラムであって、
   前記グラウト孔の基準点を定めるために、前記グラウト孔の基準点の経度、緯度、標高の座標が入力され、
   前記基準点を出発点とした坑道の掘削方向を定めるために、前記坑道の水平面における水平面上に設定された基準方位に対する方位角度Ａ及び前記水平面に対する傾斜角度θｄが入力され、
   前記グラウト孔の前記基準点から前記坑道の掘削方向に沿った第１の距離Ｌが入力され、
   前記第１の距離Ｌにおける前記グラウト孔の到達目標位置と前記坑道の掘削方向がなす直線との第２の距離Ｒが入力され、
   前記基準点から、前記坑道の掘削方向を透視した面における、水平面と前記グラウト孔の掘削方向とが成す角度θｎが入力されると、
   前記基準点を出発点とするグラウト孔の掘削ベクトルを後記（２）式によって算出し、
   前記掘削ベクトルに基づいて前記坑道に前記グラウト孔を仮想的に配置したシミュレーションの結果を表示部に表示する処理を前記コンピュータに実行させるためのグラウト工事のシミュレーションプログラム。
   
   掘削ベクトル（ｘ、ｙ、ｚ）＝
   （Ｌ*cos(θd)*cos(Ａ)＋Ｒ*cos(θn)*sin(Ａ)＋Ｒ*sin(θn)*sin(θd)*cos(Ａ)、
   Ｌ*cos(θd)*sin(Ａ)−Ｒ*cos(θn)*cos(Ａ)＋Ｒ*sin(θn)*sin(θd)*sin(Ａ)、
   −Ｌ*sin(θd)＋Ｒ*sin(θn)*cos(θd) ） ・・・（２）
   但し、
   Ａ ：坑道の掘削方向の方位角度
   θｄ：坑道の掘削方向の傾斜角度
   Ｌ ：グラウト孔の基準点から坑道の掘削方向に沿った第１の距離
   Ｒ ：第１の距離におけるグラウト孔の到達目標位置と坑道の掘削方向がなす直線との第２の距離
   θｎ：水平面とグラウト孔の掘削方向とが成す角度
   
3. 坑道の切羽から前方外方に広がるように円錐状にグラウト孔を配置するグラウト工法であって、
   経度、緯度、標高の座標から定められたグラウト孔の基準点と、
   前記坑道の水平面における水平面上に設定された基準方位に対する方位角度Ａ及び前記水平面に対する傾斜角度θｄから定められた前記基準点を出発点とした坑道の掘削方向と、
   前記グラウト孔の前記基準点から前記坑道の掘削方向に沿った第１の距離Ｌと、
   前記第１の距離Ｌにおける前記グラウト孔の到達目標位置と前記坑道の掘削方向がなす直線との第２の距離Ｒと、
   前記基準点から、前記坑道の掘削方向を透視した面における、水平面と前記グラウト孔の掘削方向とが成す角度θｎとに基づいて、
   前記基準点を出発点とするグラウト孔の掘削ベクトルを後記（３）式によって算出し、
   次いで、前記掘削ベクトルに基づいて、後記（４）式によって、前記グラウト孔の水平面における水平面上に設定された基準方位に対する方位角度αを算出し、後記（５）式によって、前記グラウト孔の水平面に対する傾斜角度βを算出し、後記（６）式によって、前記グラウト孔の掘削深さｃを算出し、
   次いで、前記方位角度α、前記傾斜角度β、前記掘削深さｃに基づいて、前記グラウト孔を掘削する
   ことを特徴とするグラウト工法。
   
   掘削ベクトル（ｘ、ｙ、ｚ）＝
   （Ｌ*cos(θd)*cos(Ａ)＋Ｒ*cos(θn)*sin(Ａ)＋Ｒ*sin(θn)*sin(θd)*cos(Ａ)、
   Ｌ*cos(θd)*sin(Ａ)−Ｒ*cos(θn)*cos(Ａ)＋Ｒ*sin(θn)*sin(θd)*sin(Ａ)、
   −Ｌ*sin(θd)＋Ｒ*sin(θn)*cos(θd) ） ・・・（３）
   α=-180+180*Arctan(y/x)/π ・・・（４）
   β=180*Arctan(z/(x²+y²)^1/2)/π ・・・（５）
   ｃ=（x²+y²+ｚ²)^1/2 ・・・（６）
   
   但し、
   Ａ ：坑道の掘削方向の方位角度
   θｄ：坑道の掘削方向の傾斜角度
   Ｌ ：グラウト孔の基準点から坑道の掘削方向に沿った第１の距離
   Ｒ ：第１の距離におけるグラウト孔の到達目標位置と坑道の掘削方向がなす直線との第２の距離
   θｎ：水平面とグラウト孔の掘削方向とが成す角度
   α ：グラウト孔の水平面における方位角度
   β ：グラウト孔の水平面に対する傾斜角度
   ｃ ：グラウト孔の掘削深さ