JP6441997B1 - トンネル切羽における前方探査装置およびこれを用いた前方探査方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】トンネルの切羽前方の地山の状態を直接視認することができる、トンネル切羽における前方探査装置を提供する。
【解決手段】ケーシングによりトンネル掘進方向に掘削したボーリング孔４１内に連続して位置する複数の透明管１と、透明管１に挿入して透明管１内から周囲のボーリング孔４１の孔壁を撮影するカメラ２と、を有し、先頭の透明管１の先端には円錐状の先導管１１を取り付け、複数の透明管１の、先行する透明管１の後端と、後行する透明管の前端とを両端から挿入した接続管３により接続する、トンネル切羽における前方探査装置。
【選択図】図１
【解決手段】ケーシングによりトンネル掘進方向に掘削したボーリング孔４１内に連続して位置する複数の透明管１と、透明管１に挿入して透明管１内から周囲のボーリング孔４１の孔壁を撮影するカメラ２と、を有し、先頭の透明管１の先端には円錐状の先導管１１を取り付け、複数の透明管１の、先行する透明管１の後端と、後行する透明管の前端とを両端から挿入した接続管３により接続する、トンネル切羽における前方探査装置。
【選択図】図１
Description
本発明は、トンネルの切羽から前方探査を行うための、トンネル切羽における前方探査装置およびこれを用いた前方探査方法に関する。
トンネルの施工において、設計段階ではトンネルの地山の状態の予測はできるものの、完全には把握できない。
このため、施工時に切羽から前方探査を行って地山の状態を把握することは、施工時のトラブルを防止し、かつ、効率的な施工を行うために重要となる。
このため、施工時に切羽から前方探査を行って地山の状態を把握することは、施工時のトラブルを防止し、かつ、効率的な施工を行うために重要となる。
従来のトンネル切羽における前方探査としては、切羽から水平ボーリングを行ってコアを採取し、これを観察して地山の状態を推定する方法が用いられている。
このコアを採取する方法は、地山の状態を目視することができるため、直接的に地山の状態を把握することができ、大変有効である。
このコアを採取する方法は、地山の状態を目視することができるため、直接的に地山の状態を把握することができ、大変有効である。
しかし、従来のコアを採取して前方探査を行う方法は、以下のような問題がある。
（１）水平ボーリングによって採取されたコアは、引き抜いて採取する際に乱された状態であるため、地山内の状態とは異なる場合がある。
（２）水平ボーリングにおいて孔壁が自立しない場合には、コア採取自体が困難である。
（３）採取したコアでは、湧水の発生箇所や量などは特定することができない。
（１）水平ボーリングによって採取されたコアは、引き抜いて採取する際に乱された状態であるため、地山内の状態とは異なる場合がある。
（２）水平ボーリングにおいて孔壁が自立しない場合には、コア採取自体が困難である。
（３）採取したコアでは、湧水の発生箇所や量などは特定することができない。
本発明は、トンネルの切羽前方の地山の状態を撮影した動画または静止画を通じて観察することができる、トンネル切羽における前方探査装置およびこれを用いた前方探査方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するためになされた本願の第１発明は、ケーシングによりトンネル掘進方向に掘削したボーリング孔内に連続して位置する複数の透明管と、前記透明管に挿入して前記透明管内から周囲の前記ボーリング孔の孔壁を撮影するカメラと、を有し、先頭の前記透明管の先端には円錐状の先導管を取り付け、複数の前記透明管の、先行する前記透明管の後端と、後行する前記透明管の前端とを両端から挿入した接続管により接続し、前記先行する前記透明管の後端から所定の距離に、外周の周方向に等間隔に３つ以上配置したボールベアリングを有する、トンネル切羽における前方探査装置を提供する。
本願の第２発明は、第１発明のトンネル切羽における前方探査装置において、前記接続管は、先行する前記透明管の後端に接着剤により固定し、外周に止水材を配置した後行する前記透明管を挿入することを特徴とする、前方探査装置を提供する。
本願の第３発明は、第１発明または第２発明のトンネル切羽における前方探査装置において、前記カメラは、前記透明管内を自走可能とすることを特徴とする、前方探査装置を提供する。
本願の第４発明は、第１発明乃至第３発明のいずれかのトンネル切羽における前方探査装置を使用した前方探査方法であって、（Ａ）外ケーシングおよび先端ビットを設けたロッドによりボーリング孔を掘削する工程と、（Ｂ）前記外ケーシングから前記先端ビットおよび前記ロッドを引き抜く工程と、（Ｃ）切羽の前記外ケーシング内部に、先端に先導管を取り付けた前記透明管を挿入する工程と、（Ｄ）先行する前記透明管の後端に前記接続管を接続し、前記接続管の後端に後行する前記透明管を挿入して、後行する前記透明管を前記外ケーシング内に押し込む工程と、（Ｅ）前記（Ｄ）工程を繰り返して、前記外ケーシング内の全長に亘って複数の前記透明管を連続して配置する工程と、（Ｆ）前記外ケーシングを引き抜く工程と、（Ｇ）前記透明管内にカメラを挿入し、前記透明管を透過して前記透明管の周囲の前記ボーリング孔の孔壁を撮影する工程と、からなる、前方探査方法を提供する。
本願の第２発明は、第１発明のトンネル切羽における前方探査装置において、前記接続管は、先行する前記透明管の後端に接着剤により固定し、外周に止水材を配置した後行する前記透明管を挿入することを特徴とする、前方探査装置を提供する。
本願の第３発明は、第１発明または第２発明のトンネル切羽における前方探査装置において、前記カメラは、前記透明管内を自走可能とすることを特徴とする、前方探査装置を提供する。
本願の第４発明は、第１発明乃至第３発明のいずれかのトンネル切羽における前方探査装置を使用した前方探査方法であって、（Ａ）外ケーシングおよび先端ビットを設けたロッドによりボーリング孔を掘削する工程と、（Ｂ）前記外ケーシングから前記先端ビットおよび前記ロッドを引き抜く工程と、（Ｃ）切羽の前記外ケーシング内部に、先端に先導管を取り付けた前記透明管を挿入する工程と、（Ｄ）先行する前記透明管の後端に前記接続管を接続し、前記接続管の後端に後行する前記透明管を挿入して、後行する前記透明管を前記外ケーシング内に押し込む工程と、（Ｅ）前記（Ｄ）工程を繰り返して、前記外ケーシング内の全長に亘って複数の前記透明管を連続して配置する工程と、（Ｆ）前記外ケーシングを引き抜く工程と、（Ｇ）前記透明管内にカメラを挿入し、前記透明管を透過して前記透明管の周囲の前記ボーリング孔の孔壁を撮影する工程と、からなる、前方探査方法を提供する。
本発明は、上記した課題を解決するための手段により、次のような効果の少なくとも一つを得ることができる。
（１）透明管の内側のカメラによって、透明管を透過して周囲のボーリング孔の孔壁を撮影するため、地山の状態を動画または静止画を通じて観察することができる。
（２）孔壁が自立しないような地山の状態でも撮影することができる。
（３）実際の地山の状態を撮影できるため、湧水箇所も撮影して特定することができる。
（１）透明管の内側のカメラによって、透明管を透過して周囲のボーリング孔の孔壁を撮影するため、地山の状態を動画または静止画を通じて観察することができる。
（２）孔壁が自立しないような地山の状態でも撮影することができる。
（３）実際の地山の状態を撮影できるため、湧水箇所も撮影して特定することができる。
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
［１］トンネル切羽前方探査装置。
＜１＞トンネル切羽前方探査装置の構成。
本発明のトンネル切羽前方探査装置は、透明管１を連続して配置し、その透明管１内にカメラ２を挿入して、透明管１を透過して周囲の地山を撮影するものである（図１、２）。
透明管１は、あらかじめケーシングによりトンネル掘進方向に掘削したボーリング孔４１内に位置する。
＜１＞トンネル切羽前方探査装置の構成。
本発明のトンネル切羽前方探査装置は、透明管１を連続して配置し、その透明管１内にカメラ２を挿入して、透明管１を透過して周囲の地山を撮影するものである（図１、２）。
透明管１は、あらかじめケーシングによりトンネル掘進方向に掘削したボーリング孔４１内に位置する。
＜２＞透明管
透明管１は、例えばΦ５０、長さ１〜２ｍ、肉厚３〜４ｍｍの、アクリルや塩化ビニル等からなる樹脂製の透明な管である。
透明管１は、先行する透明管１の後端と、後行する透明管１の前端を接続管３によってそれぞれ接続し、あらかじめ掘削したボーリング孔４１の長さ方向に亘って配置する。
先端の透明管１の前部には、ボーリング孔４１の深さ方向に尖った円錐状の先導管１１を取り付ける。
また、透明管１の、先導管１１の後部外周や、各接続管３の前部外周には、ボールベアリング１２を取り付ける。
ボールベアリング１２は透明管１の外周の周方向に等間隔に３つ以上取り付けることが好ましい。
透明管１は、例えばΦ５０、長さ１〜２ｍ、肉厚３〜４ｍｍの、アクリルや塩化ビニル等からなる樹脂製の透明な管である。
透明管１は、先行する透明管１の後端と、後行する透明管１の前端を接続管３によってそれぞれ接続し、あらかじめ掘削したボーリング孔４１の長さ方向に亘って配置する。
先端の透明管１の前部には、ボーリング孔４１の深さ方向に尖った円錐状の先導管１１を取り付ける。
また、透明管１の、先導管１１の後部外周や、各接続管３の前部外周には、ボールベアリング１２を取り付ける。
ボールベアリング１２は透明管１の外周の周方向に等間隔に３つ以上取り付けることが好ましい。
＜３＞カメラ
カメラ２は、孔内の状態を動画または静止画で撮影することができるボアホールカメラである。
カメラ２は、カメラケーブル２１を備えており、カメラケーブル２１をコンピュータ装置（図示しない）等に接続して、撮影した動画や静止画を表示、記録する。
カメラ２は、孔内の状態を動画または静止画で撮影することができるボアホールカメラである。
カメラ２は、カメラケーブル２１を備えており、カメラケーブル２１をコンピュータ装置（図示しない）等に接続して、撮影した動画や静止画を表示、記録する。
＜４＞接続管
接続管３は、透明管１の端部に外挿し、連続する透明管１どうしを接続する部材である。
接続管３は、例えばΦ５５、長さ１００ｍｍ、肉厚３〜４ｍｍの、アクリルや塩化ビニル等からなる樹脂製の透明な管である。
接続管３は、前方の透明管１ａの外周に塗布した接着剤３１により透明管１ａの後部に接続する。後方の透明管１ｂは接続管３に内挿するだけでよい（図３）。後方の透明管１ｂには、接続管３に内挿する位置に、Ｏリングからなる止水材３２を配置する（図２、図３）。
接続管３は、透明管１の端部に外挿し、連続する透明管１どうしを接続する部材である。
接続管３は、例えばΦ５５、長さ１００ｍｍ、肉厚３〜４ｍｍの、アクリルや塩化ビニル等からなる樹脂製の透明な管である。
接続管３は、前方の透明管１ａの外周に塗布した接着剤３１により透明管１ａの後部に接続する。後方の透明管１ｂは接続管３に内挿するだけでよい（図３）。後方の透明管１ｂには、接続管３に内挿する位置に、Ｏリングからなる止水材３２を配置する（図２、図３）。
［２］トンネル切羽先方探査方法。
次に、上述したトンネル切羽前方探査装置を使用した、トンネル切羽前方探査方法を説明する。
次に、上述したトンネル切羽前方探査装置を使用した、トンネル切羽前方探査方法を説明する。
＜１＞掘削
外ケーシング５に、先端ビット６１を取り付けたロッド６２を挿入し、切羽４２から前方（トンネル掘進方向）に掘削を行う（図４）。
外ケーシング５は、透明管１よりも大径で例えばΦ１００程度であり、探査を行いたい範囲を掘削する。
掘削終了後、先端ビット６１およびロッド６２を引き抜く。
外ケーシング５に、先端ビット６１を取り付けたロッド６２を挿入し、切羽４２から前方（トンネル掘進方向）に掘削を行う（図４）。
外ケーシング５は、透明管１よりも大径で例えばΦ１００程度であり、探査を行いたい範囲を掘削する。
掘削終了後、先端ビット６１およびロッド６２を引き抜く。
＜２＞透明管の挿入
切羽４２の外ケーシング５内部に、先端に先導管１１を取り付けた透明管１を挿入する（図５）。
透明管１は外ケーシング５より小径であり、透明管１は容易に挿入することができる。
切羽４２の外ケーシング５内部に、先端に先導管１１を取り付けた透明管１を挿入する（図５）。
透明管１は外ケーシング５より小径であり、透明管１は容易に挿入することができる。
＜３＞透明管の接続
先に挿入した透明管１ａの後端に接続管３を接続する（図６（ａ））。
そして、接続管３の後端から、透明管１ｂを挿入して押し込む。
透明管１ｂを押し込むと、透明管１ｂの先端が接続管３内で透明管１ａの後端に当接して、透明管１ａもさらに外ケーシング５内に押し込まれる（図６（ｂ））。
そして、長さ１〜２ｍの透明管１の挿入と接続管３の接続を繰り返しながら、透明管１を外ケーシング５内の全長に亘って押し込んでいく。
透明管１の外周には、先導管１１の後部や各接続管３の前部に、所定の間隔でボールベアリング１２を取り付けてあるため、ボールベアリング１２のボールが外ケーシング５に接触して回転することで、透明管１は外ケーシング５に沿って容易に挿入することができ、透明管１に傷がつかない。特に、ボールベアリング１２を透明管１の外周の周方向に等間隔に３つ以上取り付けることにより、外ケーシング５内に押し込む際に透明管１が外ケーシング５内で回転しても、常にいずれかのボールベアリング１２が外ケーシング５に接触し、透明管１が傷つくことがない。
先に挿入した透明管１ａの後端に接続管３を接続する（図６（ａ））。
そして、接続管３の後端から、透明管１ｂを挿入して押し込む。
透明管１ｂを押し込むと、透明管１ｂの先端が接続管３内で透明管１ａの後端に当接して、透明管１ａもさらに外ケーシング５内に押し込まれる（図６（ｂ））。
そして、長さ１〜２ｍの透明管１の挿入と接続管３の接続を繰り返しながら、透明管１を外ケーシング５内の全長に亘って押し込んでいく。
透明管１の外周には、先導管１１の後部や各接続管３の前部に、所定の間隔でボールベアリング１２を取り付けてあるため、ボールベアリング１２のボールが外ケーシング５に接触して回転することで、透明管１は外ケーシング５に沿って容易に挿入することができ、透明管１に傷がつかない。特に、ボールベアリング１２を透明管１の外周の周方向に等間隔に３つ以上取り付けることにより、外ケーシング５内に押し込む際に透明管１が外ケーシング５内で回転しても、常にいずれかのボールベアリング１２が外ケーシング５に接触し、透明管１が傷つくことがない。
＜４＞外ケーシングの引き抜き
透明管１の先端には尖った先導管１１が取り付けられており、また、外ケーシング５内には土砂等の異物はほとんど存在しないため、透明管１は外ケーシング５の先端まで容易に挿入することができる。
透明管１の先導管１１が先端まで到達し、外ケーシング５内の全長に亘って複数の透明管１を連続して配置し、（図７（ａ））ボーリング孔４１内に透明管１を残置して外ケーシング５のみを引き抜く（図７（ｂ））。
外ケーシング５の先端５１は外周より狭くなっている場合があるが、透明管１の先端には先導管１１が設けられているため、先端５１は容易に先導管１１に誘導され、透明管１の外周まで引き抜くことができる。
そして、透明管１の外周には、先導管１１の後部や各接続管３の前部に、所定の間隔でボールベアリング１２を取り付けてある。所定の間隔でボールベアリング１２を配置することで、先端５１が透明管１の外周に接触して傷をつけたり、透明管１と接続管３との段差に先端５１が引っかかって透明管１が抜けることを防止する。
外ケーシング５を抜いていくと、地山であるボーリング孔４１内に透明管１が残される。
透明管１は肉厚であるため、ボーリング孔４１が自立せずに崩壊しても、透明管１が変形することがない。
透明管１は後部は接着剤３１、前部は止水材３２により封止してある。このためボーリング孔４１に湧水があったとしても、透明管１内部に水が入ることがない。
透明管１の先端には尖った先導管１１が取り付けられており、また、外ケーシング５内には土砂等の異物はほとんど存在しないため、透明管１は外ケーシング５の先端まで容易に挿入することができる。
透明管１の先導管１１が先端まで到達し、外ケーシング５内の全長に亘って複数の透明管１を連続して配置し、（図７（ａ））ボーリング孔４１内に透明管１を残置して外ケーシング５のみを引き抜く（図７（ｂ））。
外ケーシング５の先端５１は外周より狭くなっている場合があるが、透明管１の先端には先導管１１が設けられているため、先端５１は容易に先導管１１に誘導され、透明管１の外周まで引き抜くことができる。
そして、透明管１の外周には、先導管１１の後部や各接続管３の前部に、所定の間隔でボールベアリング１２を取り付けてある。所定の間隔でボールベアリング１２を配置することで、先端５１が透明管１の外周に接触して傷をつけたり、透明管１と接続管３との段差に先端５１が引っかかって透明管１が抜けることを防止する。
外ケーシング５を抜いていくと、地山であるボーリング孔４１内に透明管１が残される。
透明管１は肉厚であるため、ボーリング孔４１が自立せずに崩壊しても、透明管１が変形することがない。
透明管１は後部は接着剤３１、前部は止水材３２により封止してある。このためボーリング孔４１に湧水があったとしても、透明管１内部に水が入ることがない。
＜５＞カメラの挿入
外ケーシング５を引き抜き終わると、ボーリング孔４１内の全長に亘って透明管１が残る。
そして、切羽４２の透明管１内部にカメラ２を挿入する（図８）。
透明管１内には異物が存在しないため、カメラ２はカメラケーブル２１を押し込むことで透明管１の奥まで挿入することができる。また、カメラ２はロッド等によって押し込んでもよい。
カメラ２が自走機能を有する場合には、透明管１内部を走行して先端まで到達することができる。
外ケーシング５を引き抜き終わると、ボーリング孔４１内の全長に亘って透明管１が残る。
そして、切羽４２の透明管１内部にカメラ２を挿入する（図８）。
透明管１内には異物が存在しないため、カメラ２はカメラケーブル２１を押し込むことで透明管１の奥まで挿入することができる。また、カメラ２はロッド等によって押し込んでもよい。
カメラ２が自走機能を有する場合には、透明管１内部を走行して先端まで到達することができる。
＜６＞撮影
透明管１の内側のカメラ２から、透明管１を透過してボーリング孔４１の全周を撮影する。これにより、地山の状態をカメラ２で撮影した動画または静止画を通じて観察することにより、有効なデータを得ることができる。
撮影は、カメラ２の挿入時に行ってもよいし、先にカメラ２を透明管１の先端に到達させてからカメラ２を引き抜きながら行ってもよい。
ボーリング孔４１の状態を原位置で直接撮影することができるため、地山の亀裂の観察により、地山の緩み範囲を特定することができる（図９）。
カメラ２による撮影位置は挿入したカメラケーブル２１の長さで特定することができるが、透明管１の外周にあらかじめ等間隔に目盛を書いておけば、撮影位置の特定が容易となる。
ボーリング孔４１は透明管１よりも大径であるため、ボーリング孔４１が自立する地山状態だけでなく、ボーリング孔４１の孔壁が自立しないような緩んだ地山もそのままの状態で撮影できる（図１０）。
また、実際の地山の内部に透明管１が配置されているため、湧水箇所も撮影できる（図１１）。
地山の緩み範囲や湧水箇所を正確に特定することができるため、トンネル掘削時の対策の策定が容易かつ効率的となる。
撮影後、カメラ２は透明管１内から引き抜く。透明管１もその後引き抜いてもよいが、透明管１が地山中にあっても特にトンネルの掘削に支障はない。
透明管１の内側のカメラ２から、透明管１を透過してボーリング孔４１の全周を撮影する。これにより、地山の状態をカメラ２で撮影した動画または静止画を通じて観察することにより、有効なデータを得ることができる。
撮影は、カメラ２の挿入時に行ってもよいし、先にカメラ２を透明管１の先端に到達させてからカメラ２を引き抜きながら行ってもよい。
ボーリング孔４１の状態を原位置で直接撮影することができるため、地山の亀裂の観察により、地山の緩み範囲を特定することができる（図９）。
カメラ２による撮影位置は挿入したカメラケーブル２１の長さで特定することができるが、透明管１の外周にあらかじめ等間隔に目盛を書いておけば、撮影位置の特定が容易となる。
ボーリング孔４１は透明管１よりも大径であるため、ボーリング孔４１が自立する地山状態だけでなく、ボーリング孔４１の孔壁が自立しないような緩んだ地山もそのままの状態で撮影できる（図１０）。
また、実際の地山の内部に透明管１が配置されているため、湧水箇所も撮影できる（図１１）。
地山の緩み範囲や湧水箇所を正確に特定することができるため、トンネル掘削時の対策の策定が容易かつ効率的となる。
撮影後、カメラ２は透明管１内から引き抜く。透明管１もその後引き抜いてもよいが、透明管１が地山中にあっても特にトンネルの掘削に支障はない。
１ 透明管
１１ 先導管
１２ ボールベアリング
２ カメラ
２１ カメラケーブル
３ 接続管
３１ 接着剤
３２ 止水材
４１ ボーリング孔
４２ 切羽
５ 外ケーシング
５１ 先端
６１ 先端ビット
６２ ロッド
１１ 先導管
１２ ボールベアリング
２ カメラ
２１ カメラケーブル
３ 接続管
３１ 接着剤
３２ 止水材
４１ ボーリング孔
４２ 切羽
５ 外ケーシング
５１ 先端
６１ 先端ビット
６２ ロッド
Claims (4)
- ケーシングによりトンネル掘進方向に掘削したボーリング孔内に連続して位置する複数の透明管と、前記透明管に挿入して前記透明管内から周囲の前記ボーリング孔の孔壁を撮影するカメラと、を有し、
先頭の前記透明管の先端には円錐状の先導管を取り付け、
複数の前記透明管の、先行する前記透明管の後端と、後行する前記透明管の前端とを両端から挿入した接続管により接続し、
前記先行する前記透明管の後端から所定の距離に、外周の周方向に等間隔に３つ以上配置したボールベアリングを有する、トンネル切羽における前方探査装置。 - 請求項１に記載のトンネル切羽における前方探査装置において、
前記接続管は、先行する前記透明管の後端に接着剤により固定し、外周に止水材を配置した後行する前記透明管を挿入することを特徴とする、前方探査装置。 - 請求項１または請求項２に記載のトンネル切羽における前方探査装置において、
前記カメラは、前記透明管内を自走可能とすることを特徴とする、前方探査装置。 - 請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のトンネル切羽における前方探査装置を使用した前方探査方法であって、
（Ａ）外ケーシングおよび先端ビットを設けたロッドによりボーリング孔を掘削する工程と、
（Ｂ）前記外ケーシングから前記先端ビットおよび前記ロッドを引き抜く工程と、
（Ｃ）切羽の前記外ケーシング内部に、先端に先導管を取り付けた前記透明管を挿入する工程と、
（Ｄ）先行する前記透明管の後端に前記接続管を接続し、前記接続管の後端に後行する前記透明管を挿入して、後行する前記透明管を前記外ケーシング内に押し込む工程と、
（Ｅ）前記（Ｄ）工程を繰り返して、前記外ケーシング内の全長に亘って複数の前記透明管を連続して配置する工程と、
（Ｆ）前記外ケーシングを引き抜く工程と、
（Ｇ）前記透明管内にカメラを挿入し、前記透明管を透過して前記透明管の周囲の前記ボーリング孔の孔壁を撮影する工程と、からなる、前方探査方法。
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2017
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