JP6465659B2 - トンネルの切羽前方の地質探査方法及び工業用内視鏡装置 - Google Patents

Description

本発明は、トンネル掘削時の切羽崩壊などを回避し安全で経済的な掘削に資するため、トンネルの切羽前方の地質を探査する地質探査方法及び工業用内視鏡装置に関する。

従来より、山岳トンネルなどの切羽前方の地質を把握することは、切羽崩壊などを回避し、安全で経済的な掘削を行う上で大変重要な技術であるとともに、現場からのニーズが非常に高い課題であった。

トンネルの切羽前方の地質を探査する手法としては、ボーリング孔内に、先端に小型カメラを搭載したプローブを挿入し、地質を観察する方法（例えば下記特許文献１）、削孔する際の削孔速度や削孔エネルギーなどの削孔データに基づいて地質の良否を推定する削孔検層システムによる方法（例えば下記特許文献２）、人工震源によって地中へ弾性波を発生させ、地質の境界面からの反射波を受振し、その受振データに基づいて判定する弾性波探査法などがある。

下記特許文献１においては、トンネルの切羽前方に削孔機を用いて形成した削孔に敷設した透明な管部材に、ボアホールカメラを挿入し、管部材を介して地山の状況を撮影する地質の探査方法が開示されている。

また、下記特許文献２においては、トンネル掘削工事において、切羽前方の地山の地質を予測する方法として、削岩機の穿孔用ロッドの推力、穿孔するビット先端からの穿孔水の水圧、回転トルク、打撃圧と削孔深度・速度から、削岩機の単位時間当たりに穿孔される岩盤の体積で除算した値を尺度として地山の地質を判別する方式が開示されている。

特開２０１２−１２８７９号公報 特開平１０−２５２０５１号公報

しかしながら、前述のボーリング孔内に小型カメラを挿入して地質を観察する方法では、直接的に地山の状況が把握できるという利点を有するものの、孔壁の自立性が悪く、岩盤が不良で肌荒れが顕著な場合などにはプローブが挿入不能となるため、探査可能な地山の性状が限定されていた。

一方、上記特許文献１記載の方法では、削孔に透明な管部材を敷設し、この削孔に敷設した管部材にボアホールカメラを挿入し、前記管部材を介して地山の状況を撮影することによって、坑壁が自立しないような軟弱な地山にも適用することを可能にしている。ところが、削孔に前記管部材を敷設する際、管部材の表面が傷付くとともに、透明な管部材の外面に泥土が付着するため、管部材が邪魔になって地山の正確な状況を把握しにくい問題があった。

また、上記特許文献１記載の方法では、削孔機として、透明な管部材を含む外管部材と、この外管部材に挿入して使用される削孔部材とからなるものを用いているため、前記ボアホールカメラを透明な管部材に挿入するには、前記外管部材から削孔部材を引き抜く手間がかかるとともに、外管部材を敷設するための時間とコストが余計にかかっていた。

一方、前記削孔検層システムは、削孔時の削孔エネルギーなどに基づいて地質を予測するものであるので、間接的な情報しか得られず、地山の亀裂や破砕の状況などを正確に把握できないという問題があった。さらに、前記弾性波探査法についても同様に、地山の間接的な情報しか得られないため、地山の状況を正確に把握できない問題があった。

そこで本発明の主たる課題は、孔壁が崩壊しやすい地山でも探査可能にするとともに、地山の状況が直接的に把握でき、簡単な作業で探査できるようにしたトンネルの切羽前方の地質探査方法及び工業用内視鏡装置を提供することにある。

上記課題を解決するために請求項１に係る本発明として、ガイドセル上にドリフタを前後進自在に設け、先端に削孔用ビットを備えたロッドによって削孔を行うための削孔機を搭載したドリルジャンボによって切羽前方の地山を１本又は複数本のロッドを継ぎ足しながら削孔する過程で、地質探査箇所に到達したならば、一時的に削孔を中断し、所定距離だけドリフタと共にロッドを後退させて前記削孔用ビットの前方に内視鏡挿入部の先端を削孔用ビットの削孔水吐出孔から外部に突出させるための空間を形成したならば、その後前記ロッドからドリフタを切り離した状態とし、前記ロッドの基端側から削孔水送給路を通して工業用内視鏡装置の内視鏡挿入部を送り込み、先端を前記削孔用ビットの削孔水吐出孔から外部に突出させ、前記内視鏡挿入部の先端と地山との間に何も介在しない状態で削孔内の地山の状況を直接撮影することによって前記削孔用ビットより前方の地山の状況を探査するに当たって、
削孔が崩壊性孔壁の場合は、前記内視鏡挿入部の先端を前記削孔用ビットの削孔水吐出孔から外部に突出させた状態で、前記ロッド及び削孔用ビットを牽引器具により引き抜くとともに、前記内視鏡挿入部を同調させながら引き抜くことにより、削孔内の地山の状況を軸方向に連続的に探査し、削孔が自立性孔壁の場合は、ロッド及び削孔用ビットを牽引器具により引き抜いた後、内視鏡挿入部を独立的に手動によって前後に移動させて孔壁を観察することを特徴とするトンネルの切羽前方の地質探査方法が提供される。

上記請求項１記載の発明は、ドリルジャンボによって切羽前方の地山を削孔する過程で、地質探査箇所に到達したならば、一時的に削孔を中断し、前記ロッドをケーシング代わりとして削孔内に工業用内視鏡装置の内視鏡挿入部を挿入して地質探査を行う方法である。具体的には、一時的に削孔を中断し、所定距離だけドリフタと共にロッドを後退させ、前記ロッドからドリフタを切り離した状態とし、前記ロッドの基端側から削孔水送給路を通して内視鏡挿入部を送り込み、先端を前記削孔用ビットの削孔水吐出孔から外部に突出させ、前記内視鏡挿入部の先端と地山との間に何も介在しない状態で削孔内の地山の状況を直接撮影することによって前記削孔用ビットより前方の地山の状況を探査するに当たって、
削孔が崩壊性孔壁の場合は、前記内視鏡挿入部の先端を前記削孔用ビットの削孔水吐出孔から外部に突出させた状態で、前記ロッド及び削孔用ビットを牽引器具により引き抜くとともに、前記内視鏡挿入部を同調させながら引き抜くことにより、削孔内の地山の状況を軸方向に連続的に探査し、削孔が自立性孔壁の場合は、ロッド及び削孔用ビットを牽引器具により引き抜いた後、内視鏡挿入部を独立的に手動によって前後に移動させて孔壁を観察する。

このため、本地質探査方法では、孔壁が崩壊しやすい地山でも、ロッドをケーシング代わりとして削孔内に内視鏡挿入部が挿入でき、内視鏡挿入部による探査が可能となる。また、内視鏡挿入部による探査は、内視鏡挿入部の先端を削孔用ビットの削孔水吐出孔から外部に突出して行っているため、直接地山の状況が詳細に探査できるようになる。さらに、地質探査の作業としては、一時的に削孔を中断した状態で、ロッドの基端側から削孔水送給路を通して内視鏡挿入部を送り込むだけなので、簡単な作業で地質探査できるようになる。

請求項２に係る本発明として、前記工業用内視鏡装置としてファイバースコープを用いている請求項１記載のトンネルの切羽前方の地質探査方法が提供される。

上記請求項２記載の発明では、前記工業用内視鏡装置としてファイバースコープを用いることにより、前記ロッド及び削孔用ビットの内部が直線の場合だけでなく、途中で曲がった曲部を有する場合でも、ファイバースコープが柔軟に向きを変えて前記曲部を通過でき、内視鏡挿入部の先端が削孔用ビットの削孔水吐出孔から外部に突出する位置まで挿入できるようになる。

請求項３に係る本発明として、前記ドリルジャンボによる削孔時に、削孔データから地質を予測する削孔検層システムを適用し、該削孔検層システムにより地質が変化する境界付近に達したと予測されたとき、前記内視鏡挿入部によって地山の状況を探査する請求項１、２いずれかに記載のトンネルの切羽前方の地質探査方法が提供される。

上記請求項３記載の発明では、前記ドリルジャンボによる削孔時に、削孔速度や削孔エネルギーなどの削孔データに基づいて地質を予測する削孔検層システムを適用し、この削孔検層システムの結果から地質が変化する境界付近に達したと予測されたとき、前記内視鏡挿入部によって地山の状況を探査する。このように、地質探査に当たって、削孔検層システムを併用することによって、この削孔検層システムに基づいて地質の状況を間接的に把握しつつ、内視鏡挿入部による地質探査によって地質の詳細な状況が直接的に観察できるようになる。

請求項４に係る本発明として、請求項１〜３いずれかに記載のトンネルの切羽前方の地質探査方法に用いる工業用内視鏡装置であって、
前記工業用内視鏡装置は、前記ロッドの削孔水送給路及び前記削孔用ビットの削孔水吐出孔に挿通可能な内視鏡挿入部を含み、
前記内視鏡挿入部は、カメラが搭載された先端部と、前記先端部から後方に延びる電線とを備えるとともに、該内視鏡挿入部を前記ロッドの基端側から送り込む際の押込力を伝達しやすくするための補強手段が備えられていることを特徴とする工業用内視鏡装置が提供される。

上記請求項４記載の発明では、工業用内視鏡装置の内視鏡挿入部を前記ロッドや削孔用ビットの内部に送り込みやすくするため、内視鏡挿入部をロッドの基端側から送り込む際の押込力を伝達しやすくするための補強手段を備えるようにしている。

請求項５に係る本発明として、前記内視鏡挿入部は、前記補強手段として、前記電線にファイバロッドを並設するとともに、これら電線及びファイバロッドを一体的にブレードチューブで被覆した構造を備えている請求項４記載の工業用内視鏡装置が提供される。

上記請求項５記載の発明では、前記補強手段として、前記電線にファイバロッドを並設するとともに、これら電線及びファイバロッドを一体的にブレードチューブで被覆することにより、直線的で曲げ剛性の高いファイバロッドによって内視鏡挿入部を押し込む際の押込力を伝達しやすくしている。

請求項６に係る本発明として、前記内視鏡挿入部は、前記補強手段として、前記電線を曲げ変形可能かつ押込力が伝達可能な金属製の可撓管で被覆した構造を備えている請求項４記載の工業用内視鏡装置が提供される。

上記請求項６記載の発明では、前記補強手段として、前記電線を、曲げ変形可能かつ押込力が伝達可能な金属製の可撓管（例えばフレキシブルチューブ）で被覆することによって、この可撓管によって電線が補強され、内視鏡挿入部を押し込む際の押込力を伝達しやすくしている。

請求項７に係る本発明として、前記補強手段は前記電線の前端から所定の間隔をあけた後方に施され、前記補強手段を施さない前方の前記電線を樹脂製のチューブで被覆するとともに、これの外側を金属製のコイルチューブで外嵌することにより、補強手段を施さない前方の前記電線に曲げに対する弾撥性を付与している請求項４〜６いずれかに記載の工業用内視鏡装置が提供される。

上記請求項７記載の発明では、前記補強手段を電線の前端から所定の間隔をあけた後方に施し、この補強手段を施さない前端部分の電線を、樹脂製のチューブで被覆するとともに、これの外側を金属製のコイルチューブで外嵌している。これによって、この前端部分の電線に、曲げに対する弾撥性が付与され、削孔用ビットの削孔水吐出孔の途中に屈曲部を有する場合でも弾撥性が付与された区間が自在に変形して、この屈曲部を通過できるようになる。

請求項８に係る本発明として、前記内視鏡挿入部は、前記先端部が、細径部と前記細径部の後方に接続する大径部とからなり、前記細径部の先端に前記カメラが搭載されるとともに、前記大径部の前端面であって前記細径部の周囲に前方を照射する照明手段が備えられている請求項４〜７いずれかに記載の工業用内視鏡装置が提供される。

上記請求項８記載の発明では、前記内視鏡挿入部の先端構造として、前記先端部が、細径部と、この細径部の後方に接続する大径部とからなり、前記細径部の先端にカメラが搭載されるとともに、前記大径部の前端面であって細径部の周囲に前方を照射する照明手段が備えられるようにしている。これによって、先端部の先端が細く形成されるため、ロッドや削孔用ビットの内部に小石などが入り込んだ場合でも、小石を押し退けて挿入しやすくなる。

請求項９に係る本発明として、前記内視鏡挿入部は、前方を照射する照明部が前記先端部より後方側に位置している請求項４〜７いずれかに記載の工業用内視鏡装置が提供される。

上記請求項９記載の発明では、前方を照射する照明手段は、カメラが搭載された先端部より後方側に位置してもよいことを規定している。これによって、先端部が小型化できるため、より一層、内視鏡挿入部をロッド内に押し込みやすくすることができる。

請求項１０に係る本発明として、前記ロッドの基端に、前記内視鏡挿入部を送り込むのを補助するための送り込み補助装置が設けられ、
前記送り込み補助装置は、前端に前記ロッドに対する接続部を備え、前端面と後端面とを貫通する中空筒状の本体部と、パイプ状を成し前記本体部の内部に挿入設置されるとともに、後端面の開口から前記内視鏡挿入部が挿入され、該内視鏡挿入部との間のシール及び前記本体部との間のシールを図るためのシール用補助具と、前記本体部に前記ロッド内に流体を流し込むための流体送給手段が接続される継手とを備えており、
前記シール用補助具の後端面の開口から前記内視鏡挿入部を送り込みながら、前記ロッド内に流体を流し込むことによって、前記内視鏡挿入部に挿入方向に向けた推進力を与えるようにしてある請求項４〜９いずれかに記載の工業用内視鏡装置が提供される。

上記請求項１０記載の発明では、内視鏡挿入部をロッド内に送り込むのを補助するため、内視鏡挿入部を送り込みながらロッド内に流体を流し込むことによって、内視鏡挿入部に挿入方向に向けた推進力を与える送り込み補助装置をロッドの基端に設けている。

請求項１１に係る本発明として、前記内視鏡挿入部は、長手方向と直交する方向を撮影する側視機能又は長手方向に対して斜め前方若しくは斜め後方を撮影する斜視機能を備えている請求項４〜１０いずれかに記載の工業用内視鏡装置が提供される。

上記請求項１１記載の発明では、前記内視鏡挿入部として、長手方向と直交する方向を撮影する側視機能又は長手方向に対して斜め前方若しくは斜め後方を撮影する斜視機能を備えたものを用いることにより、削孔内を広範囲に観察できるようにしている。

請求項１２に係る本発明として、前記内視鏡挿入部は、先端に視差のある２つのレンズによって画像を得るステレオ撮影機能を備えている請求項４〜１０いずれかに記載の工業用内視鏡装置が提供される。

上記請求項１２記載の発明では、前記内視鏡挿入部として、先端に視差のある２つのレンズによって画像を得るステレオ撮影機能を備えることにより、撮影した画像から地山の割れ目の開口幅や長さ、礫の大きさ等が簡単に把握できるようになる。

請求項１３に係る本発明として、前記内視鏡挿入部は、先端に処置具を備えることによりサンプル採取機能を備えている請求項４〜１０いずれかに記載の工業用内視鏡装置が提供される。

上記請求項１３記載の発明では、前記内視鏡挿入部として、先端に備えた処置具によってサンプルを採取するサンプル採取機能を備えることにより、採取したサンプルを分析して岩種等を確認する際の有力な判断材料とすることができる。

以上詳説のとおり本発明によれば、孔壁が崩壊しやすい地山でも探査可能になるとともに、地山の状況が直接的に把握でき、簡単な作業で探査できるようになる。

ドリルジャンボ２による切羽Ｓの削孔形成要領を示すトンネルの断面図である。 本地質探査方法を示す切羽Ｓ近傍の断面図である。 (A)は削孔用ビット４の拡大断面図、(B)は削孔用ビット４前端からの視図である。 本地質探査方法の変形例を示す切羽Ｓ近傍の断面図である。 他の形態例に係る内視鏡挿入部６の斜視図である。 他の形態例に係る内視鏡挿入部６の分解斜視図である。 ディスプレイ７及びコントローラ８を示す斜視図である。 他の形態例に係る内視鏡挿入部６の斜視図である。 他の形態例に係る内視鏡挿入部６の斜視図である。 送り込み補助装置２１の分解斜視図である。 送り込み補助装置２１の断面図である。 処置具３０を備えた内視鏡挿入部６の分解斜視図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳述する。

図１に示されるように、例えば発破工法による山岳トンネルの掘削の場合には、切羽Ｓの近傍に、ドリルジャンボ２、吹付け機、ホイールローダなどのトンネル施工用重機が配置され、例えば、上半及び下半一括の併行作業により掘削を行うミニベンチ工法により、上半及び下半のそれぞれにおいてロックボルト削孔及び装薬孔・装薬を行った後、上半及び下半を一気に切り崩し、その後ズリ出し→当り取り→一次吹付け→支保建込み→二次吹付け→ロックボルト打設の手順にて、掘削が所定区間長毎（１サイクル毎）に進められる。

本発明に係るトンネルの切羽前方の地質探査方法では、トンネル掘削の複数サイクル毎に、切羽前方の地質探査を行うことにより、トンネル掘削時の切羽崩壊などを回避し、安全で経済的な掘削を行うことができるようにしている。

本地質探査方法は、図１に示されるように、ガイドセル２ｂ上にドリフタ２ａを前後進自在に設け、先端に削孔用ビット４を備えたロッド３によって削孔を行うための削孔機を搭載したドリルジャンボ２によって切羽Ｓ前方の地山を１本又は複数本のロッドを継ぎ足しながら削孔する過程で、図２に示されるように、地質探査箇所に到達したならば、一時的に削孔を中断し、所定距離だけドリフタ２ａと共にロッド３を後退させ、ロッド３からドリフタ２ａを切り離した状態とし、ロッド３の基端側から削孔水送給路３ａ（図３参照。）を通して工業用内視鏡装置１の内視鏡挿入部６を送り込み、該内視鏡挿入部６の先端を削孔用ビット４の削孔水吐出孔５（図３参照。）から外部（削孔内）に突出させ、内視鏡挿入部６によって削孔用ビット４より前方の地山の状況を探査する。

本地質探査方法に用いる工業用内視鏡装置１は、図２に示されるように、前記ロッド３の削孔水送給路３ａ及び前記削孔用ビット４の削孔水吐出孔５に挿通可能な内視鏡挿入部６と、前記内視鏡挿入部６を操作するコントローラ８と、前記内視鏡挿入部６の先端に取り付けられたカメラによって撮影した画像を表示するディスプレイ７とから主に構成される。

前記ドリルジャンボ２としては、特に限定されるものではないが、図１に示されるように、トンネル掘削現場に配備される公知のドリルジャンボを使用するのが望ましい。前記ドリルジャンボ２は、ガイドセル２ｂ上に前後進自在にドリフタ２ａが設けられるとともに、ロッド３の先端に削孔用ビット４が備えられ、ロッド３の後端が前記ドリフタ２ａに接続され、所定長さのロッドを複数継ぎ足しながら削孔を行う削孔機を搭載している。前記ドリフタ２ａは、前記ロッド３に回転力を与えるとともに、ガイドセル２ｂ上を前後進することにより前記ロッド３に前方への推進力を与えている。前記ドリフタ２ａによる回転力及び推進力が前記ロッド３を介してビット４に伝達され、前記削孔用ビット４によって岩盤や地盤が掘削される。

前記ロッド３は、削孔深さに応じて、中間カップリングを介して所定長さのロッドを複数継ぎ足しながら延伸される。前記ロッド３には、長手方向に連通する削孔水送給路３ａが設けられ、この削孔水送給路３ａがロッド３の長手方向の両端でそれぞれ開口している。

前記削孔用ビット４は、前記ドリフタ２ａによる回転力と、ドリフタ２ａがガイドセル２ｂ上を前進する軸方向の推進力とが伝達され、岩盤や地盤を掘削する。前記削孔用ビット４には、ロッド３の削孔水送給路３ａに連通する削孔水吐出孔５が設けられ、この削孔水吐出孔５が削孔用ビット４の先端で開口している。

前記削孔水送給路３ａ及び削孔水吐出孔５は、前記ロッド３の基端からビット４の先端にかけて軸方向に連通し、前記ロッド３の基端及びビット４の先端でそれぞれ開口する連通孔である。前記削孔水送給路３ａ及び削孔水吐出孔５は、前記内視鏡挿入部６が挿通可能とされている。また、内視鏡挿入部６を挿入する孔としては、このような削孔水を送給するためのものとは別に、内視鏡挿入部６を挿入するための貫通孔（図示せず）を別途設けるようにしてもよい。

前記削孔用ビット４に形成される削孔水吐出孔５は、削孔用ビット４の種類によって、直線的に形成されるものもあれば、ビット先端部で複数に枝分かれするものもある。例えば、クロスビットの場合には、削孔水吐出孔５が軸芯部に直線的に１本設けられ、ビット先端の中央部に１つの開口が設けられるのが一般的であるが、ボタンビットの場合には、先端部で２本〜４本程度の複数に枝分かれし、ビット先端に複数の開口が設けられるものが多く存在する。このため、削孔水吐出孔５としては、全長に亘って直線のものばかりではなく、削孔用ビット４の先端部で屈曲する構造を有する場合がある。

前記ロッド３に設けられた削孔水送給路３ａ及び削孔用ビット４に設けられた削孔水吐出孔５はそれぞれ、断面円形状に形成され、内視鏡挿入部６の外径を直径６ｍｍとすると、これが挿入できるサイズで直径６ｍｍよりも太く、大きくとも直径１５ｍｍ程度とするのがよい。

前記内視鏡挿入部６としては、柔軟性を有するファイバースコープ、硬質な金属チューブを用いたボアスコープ（硬性鏡）のいずれでもよいが、例えば、前述の通り、前記削孔用ビット４として削孔水吐出孔５がビット４の先端部において枝分かれするボタンビットを用いた場合、前記内視鏡挿入部６としてファイバースコープを用いることにより、該ファイバースコープが前記削孔水吐出孔５の枝分かれ部で自在に向きを変えて、ファイバースコープの先端が削孔用ビット４の削孔水吐出孔５から外部に突出できる位置まで挿入できるようになるため好ましい。また、後段で詳説するように、ロッド３の内部に押し込みやすくした内視鏡挿入部６を用いることも可能である。

前記内視鏡挿入部６は、図２に示されるように、先端側に超小型のカメラ（ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ）が搭載されるとともに、基端側に前記カメラによって撮影した画像をフルカラーにて映し出すディスプレイ７（ＬＣＤなど）が接続されたビデオスコープを用いるのが好ましい。また、前記内視鏡挿入部６の基端側には、内視鏡を操作するコントローラ８が備えられている。これら他端側のディスプレイ７及びコントローラ８は、それぞれが単体で備えられるようにしたものでもよいし、これらが一体的に組み込まれた一体型の装置（図７参照。）を用いてもよい。

前記ロッド３を継ぎ足しながら削孔する過程で、地質探査箇所に到達したならば、一時的に削孔を中断し、所定距離だけドリフタ２ａと共にロッド３を後退させることにより、即ちロッド３及び削孔用ビット４を手元側に若干引き戻すことにより、削孔用ビット４の前方に、内視鏡挿入部６の先端を削孔用ビット４の削孔水吐出孔５から外部に突出させるための空間を形成する。その後、ロッド３からドリフタ２ａを切り離した状態とし、ロッド３の基端側から削孔水送給路３ａを通して内視鏡挿入部６を送り込む。

前記内視鏡挿入部６は、地山の状況を探査するとき、前記カメラが取り付けられた先端を前記ロッド３の基端側から削孔水送給路３ａを通して送り込むとともに、その端部を前記削孔用ビット４の削孔水吐出孔５から外部（削孔内）に突出させることにより、ビット４より前方の地山の状況を直接撮影可能な状態で配置される。直接撮影可能な状態とは、内視鏡挿入部６の先端と孔壁（地山）との間に何ら部材が介在しないことである。

このように、本地質探査方法では、前記内視鏡挿入部６を削孔内に挿入する際、ロッド３をケーシング代わりとして挿入できるため、孔壁の自立性が悪く、岩盤が不良で肌荒れが顕著な場合などでも内視鏡挿入部６を削孔内に挿入でき、内視鏡挿入部６による探査が可能となる。

また、本地質探査方法では、前記内視鏡挿入部６による観察時に、内視鏡挿入部６の先端を削孔用ビット４の削孔水吐出孔５から外部に突出させた状態、つまり内視鏡挿入部６の先端と地山との間に何も介在しない状態で削孔内の地山の状況を直接撮影できるため、地質の変化や地山の割れ目など地山の状況が直接的かつ詳細に把握できるようになる。

さらに、地質探査作業は、前記ドリルジャンボ２によって削孔する過程で、地質探査箇所に到達したならば、一時的に削孔を中断し、所定距離だけドリフタ２ａと共にロッド３を後退させ、ロッド３からドリフタ２ａを切り離した状態とし、ロッド３の基端側から内視鏡挿入部６を挿入するという簡単な作業で済むため、ドリルを引き抜くなどの面倒な作業が不要となり、作業性が良く、経済的かつ効率的である。

ところで、前記ドリルジャンボ２による削孔時に、削孔速度（のみ下がり）や削孔エネルギーなどの削孔データに基づいて地質を予測する削孔検層システムを適用し、この削孔検層システムにより地質が変化する可能性のある位置について、内視鏡挿入部６によって精密に地山の状況を探査するという方法を採用してもよい。前記削孔検層システム（ＤＲＩＳＳ）は、ドリルジャンボ２の削孔データを計測し、得られたデータから削孔区間の地山性状を評価するものである。計測する削孔データとしては、削孔油圧（フィード圧、回転圧、打撃圧、ダンピング圧）及び削孔油量（フィード距離、削孔速度）などが挙げられる。これらを地山評価に利用する目的で種々のデータに変換し、くり粉の性状や湧水量などの目視データとともに地山状況の想定を行う。前記削孔検層システムは、削孔時の削孔エネルギーなどの間接的な情報から地質を予測するものであるので、この削孔検層システムだけでは、地山の亀裂や破砕の状況など地山の正確な状況を把握できないという問題があった。しかし、前記削孔検層システムと本発明に係る内視鏡挿入部６を用いた地質探査方法と併用することによって、破砕帯など地質が変化する部分を、効率良く直接的に詳細に観察できるようになる。

また、前記削孔検層システムを併用した地質探査では、前記削孔検層システムにより地質が変化する可能性がある破砕帯等に到達したと判断されたならば、観察したい区間長だけドリフタ２ａと共にロッド３を後退させ、削孔用ビット４の前方に観察したい破砕帯等の孔壁を削孔内に露出させた後、前記内視鏡挿入部６を送り込み、削孔用ビット４より前方の前記破砕帯等の地山の状況を探査するようにしてもよい。

前記内視鏡挿入部６によって地山の状況を観察するに当たっては、前記内視鏡挿入部６の先端を削孔用ビット４から突出させた状態で、内視鏡挿入部６によって削孔用ビット４の前方の観察を続けたまま、手動又は電動のウインチやレバーブロック（登録商標）などの索引器具により前記ロッド３及びビット４を無回転で引き抜くことにより、削孔内の地山の状況を軸方向に連続して探査できるようにしてもよい。これにより、広範囲の孔壁を連続して観察することが可能となり、地質の変化がより明確に観察できるようになる。ここで、削孔が崩壊性孔壁の場合、ロッド３及び削孔用ビット４を前記索引器具により引き抜くとともに、これに前記内視鏡挿入部６を同調させながら引き抜くことにより、削孔内の地山の状況を軸方向に連続的に探査するのが好ましい。一方、削孔が自立性孔壁の場合、図４に示されるように、ロッド３及び削孔用ビット４を前記索引器具により引き抜いた後、内視鏡挿入部６を独立的に前後に移動させて孔壁を観察するのが好ましい。このとき、内視鏡挿入部６は作業員の手で任意に移動するようにする。

前記内視鏡挿入部６は、長手方向（内視鏡挿入部６の軸方向）を直視する直視機能を備えたものが一般的であるが、長手方向と直交する方向を撮影する側視機能又は長手方向に対して斜め前方若しくは斜め後方を撮影する斜視機能を備えたものを用いてもよい。前記内視鏡挿入部６としてファイバースコープを用いた場合には、先端をフレキシブルに曲げることができるので、孔壁が比較的観察しやすくなるが、孔壁を垂直方向から正面視できない場合などには、前記側視機能又は斜視機能を備えたものを用いるのが好ましい。

また、前記内視鏡挿入部６は、先端に視差のある２つのレンズによって画像を得るステレオ撮影機能を備えるようにしてもよい。これによって、得られた画像から、三角測量法により、地山の割れ目の開口幅や長さ、礫の大きさなどが測定できる。また、前記ステレオ撮影機能を備えることにより、２点間距離計測や表面形状計測、面積計測なども可能となる。

さらに、前記内視鏡挿入部６は、先端に処置具を備えることにより、削孔内のサンプルを採取する機能を具備するようにしてもよい。採取したサンプルを分析することによって、岩種等を確認する際の有力な判断材料とすることができる。先端の処置具としては、削孔内の石や砂を摘むことができる挟持機能を備えたものを用いるのが好ましい。

次に、前記内視鏡挿入部６の変形例として、前記ロッド３の基端側から内視鏡挿入部６を送り込む際の押込力を伝達しやすくするための補強手段を施したものについて説明する。

ここで、前記内視鏡挿入部６は、図５及び図６に示されるように、カメラ９が搭載された先端部１１と、前記先端部１１から後方に延びるとともに、前記カメラ９を操作する電気信号やカメラ９の電源などが電送される電線１２とを備えている。また、前記内視鏡挿入部６の先端側には、前方を照射するＬＥＤなどの照明手段１０、１０…が周方向に沿って複数設けられ、前記電線１２を通じてこれら照明手段１０の電源が電送されている。

はじめに、前述の補強手段を施した第１の変形例について説明する。第１変形例に係る内視鏡挿入部６では、前記補強手段として、前記電線１２にステンレスなどの金属材からなる直線的で前記電線１２より曲げ剛性が高いファイバロッド１３を並設するとともに、これら電線１２及びファイバロッド１３を一体的にブレードチューブ１４で被覆した構造を備えている。前記ブレードチューブ１４は、ステンレスなどの線材又は帯板をチューブ状の樹脂材の外周に編み組んだものであり、内装された部材の変形を防止するとともに、外部から保護する役割を有するものである。前記編み組んだ素材形状としては、丸線ブレード、平線ブレード、綾線ブレードのいずれを使用してもよい。

第１の変形例に係る内視鏡挿入部６では、直線的で比較的曲げ剛性が高いファイバロッド１３によって電線１２が補強されるため、内視鏡挿入部６をロッド３の基端側から送り込む際の電線１２の撓みが抑えられ、手元側から押し込む押込力が内視鏡挿入部６の全長に亘って伝達しやすくなる。

なお、前記ファイバロッド１３及び電線１２は互いに接合することにより、前記ファイバロッド１３による電線１２の補強効果が増し、内視鏡挿入部６をロッド３の基端側から送り込む際の押込力が伝達されやすくなるため好ましい。

図５及び図６に示されるように、前記ファイバロッド１３による補強は、前記電線１２の前端から所定の間隔をあけた後方に施すのが好ましい。前記ファイバロッド１３により補強された後方より前方の前記電線１２は、樹脂製のチューブ１５で被覆するとともに、その外側を金属製のコイルチューブ１６で外嵌した構造とすることにより、この間の電線１２に曲げに対する弾撥性を付与するのが好ましい。これにより、先端部１１が前記ファイバロッド１３により補強した区間から真っ直ぐに延びた状態が保持されるとともに、先端部１１に曲げ方向の外力が作用したときには、この弾撥性が付与された区間が自在に弾性変形して、先端部１１が屈曲した状態となる。なお、前記ファイバロッド１３により補強した区間と前記弾撥性を付与した区間との境界部分には、補強した区間の側に前記ブレードチューブ１４の端部に外嵌する凹部が形成されるとともに、弾撥性を付与した区間の側に前記チューブ１５及びコイルチューブ１６の端部が外嵌する凸部が形成された口金１７が設けられている。

前記ファイバロッド１３によって補強された区間より前方の電線１２に曲げに対する弾撥性を付与することにより、前記削孔用ビット４の先端部で削孔水吐出孔５が複数に枝分かれする場合でも、前記弾撥性を有する部分が自在に変形して内視鏡挿入部６の先端が削孔用ビット４から突出できるようになる。

前記弾撥性を付与した区間に被覆される樹脂製のチューブ１５は、軸方向に直線的な直線チューブを用いてもよいし、軸方向に湾曲した曲げチューブを用いてもよい。前記曲げチューブを用いることにより、曲がった通路を通過するときに曲げチューブに沿って先端部が曲がりやすく、内視鏡挿入部６を押し込みやすくなる。

なお、前記電線１２の基端側の端部には、図７に示されるように、コントローラ８に設けられた端子に接続可能な端子が取り付けられ、前記内視鏡挿入部６のカメラ９によって撮影された画像が、前記電線１２を通じてコントローラ８に取り込まれるとともに、前記コントローラ８と接続ケーブル１８を介して一体的に備えられたディスプレイ７に映し出されるようになっている。

次いで、第２の変形例に係る内視鏡挿入部６について説明すると、図８に示されるように、前記補強手段として、電線１２の外周に、曲げ変形可能かつ押込力が伝達可能な金属製の可撓管１９を被覆した構造を備えている。前記可撓管１９とは、フレキシブルチューブ（周方向に複数の山部と谷部が形成された金属製のコルゲート管の外周を樹脂等の被覆体で被覆したもの）やコイルチューブ（金属製の線材を隣接する線材同士が接するように密にコイル状に巻回したもの）と呼ばれる可撓性を有するステンレスなどの金属などからなる管であり、曲げにはフレキシブルに変形できるが、軸方向の圧縮に対しては剛性を有する管のことである。前記電線１２の外周を前記可撓管１９で被覆することにより、手元側からの押込力が前記可撓管１９を通じて効率良く伝達され、内視鏡挿入部６を押し込みやすくなる。また、通路が途中で曲がっている場合においては、前記可撓管１９がフレキシブルに変形して屈曲部を通過できるようになる。

なお、本第２変形例に係る内視鏡挿入部６においても、上記第１変形例に係る内視鏡挿入部６と同様に、前記可撓管１９を電線１２の前端から後方に所定の間隔をあけて設け、前記可撓管１９による補強区間より前方の電線１２を樹脂製のチューブ１５で被覆するとともに、その外側を金属製のコイルチューブ１６で外嵌するようにしてもよい。

さらに、第３の変形例に係る内視鏡挿入部６としては、図９に示されるように、内視鏡挿入部６の先端構造として、前記先端部１１が、細径部１１ａと前記細径部１１ａの後方に接続する大径部１１ｂとからなり、前記細径部１１ａの先端に前記カメラ９が搭載されるとともに、前記大径部１１ｂの前端面であって前記細径部１１ａの周囲に前方を照射する照明手段１０が備えられるようにすることができる。これにより、先端部１１の先端が細くなるので、内視鏡挿入部６の通路に小石や砂などの異物が入り込んでも、この異物を押し退けながら前進できるようになり、内視鏡挿入部６を押し込みやすくなる。

また、前記照明手段１０が取り付けられた大径部１１ｂの端面は、軸方向に対して直交する垂直面としてもよいし、軸芯側が前方に向けて傾斜する傾斜面としてもよい。前記傾斜面とした方が通路内に存在する異物を押し退ける効果が高まるため、より好ましい。

また、本第３形態例に係る内視鏡挿入部６では、図８に示されるように、前方を照射する照明手段１０を、前記カメラ９が搭載された先端部１１より後方側に位置することが可能である。すなわち、照明手段１０は、必ずしもカメラ９が搭載された先端部１１に設ける必要はなく、先端部１１より後方に設けてもよい。これにより、先端部１１をより小型化でき、内視鏡挿入部６を押し込みやすくなる。また、この場合、電線１２より細径に形成された先端部１１の長さを、削孔用ビット４の削孔水吐出孔５の長さより若干長めに設定することによって、先端部１１の削孔水吐出孔５への通過性がよくなるとともに、後方から削孔水吐出孔５を通して先端側に照明することができるようになる。

第４の変形例に係る内視鏡挿入部６では、図１０及び図１１に示されるように、内視鏡挿入部６を送り込む際、ロッド３の基端に、前記内視鏡挿入部６を送り込むのを補助するための送り込み補助装置２１を設けるようにしている。前記送り込み補助装置２１は、前端にロッド３に対する接続部を備え、前端面と後端面とを貫通する中空筒状の本体部２２と、パイプ状を成し前記本体部２２の内部に挿入設置されるとともに、後端面の開口から内視鏡挿入部６が挿入され、該内視鏡挿入部６との間のシール及び前記本体部２２との間のシールを図るためのシール用補助具２６と、前記本体部２２に前記ロッド３内に水や空気などの流体を流し込むためのポンプや送風機などの流体送給手段（図示せず）が接続される継手２７とを備えている。前記本体部２２とシール用補助具２６との間のシールは、前記本体部２２とシール用補助具２６との間に軟質な樹脂製のシール材２３を介装し、このシール材２３の前端を本体部２２内に形成された段差部に係止した状態で、ワッシャ２４を介して、前記本体部２２の後端側から前記本体部２２に螺合設置される締付け部材２５を螺入することにより、該締付け部材２５がシール材２３を圧縮しシール材２３の内周がシール用補助具２６の外周に密着することにより成されている。また、前記シール用補助具２６と内視鏡挿入部６とのシールは、前記シール用補助具２６の前端に先細の先端密着部２６ａを形成し、この先端密着部２６ａを内視鏡挿入部６の外周に密着させることにより成されている。かかる送り込み補助装置２１は、連結部材２８を介してロッド３の基端に螺合固定される。

前記送り込み補助装置２１では、図１１に示されるように、前記シール用補助具２６の後端面の開口から内視鏡挿入部６を送り込みながら前記ロッド３内に流体を流し込むことによって、内視鏡挿入部６に挿入方向に向けた推進力を与えるようにしている。例えば、前記ロッド３内に水を流し込んだ場合には、内視鏡挿入部６とロッド３の内面との間の摩擦が低減するとともに、内視鏡挿入部６の先端部１１に後方からの水圧が作用することにより内視鏡挿入部６の送り込みが補助できる。

ところで、上述のサンプル採取機能を備えた内視鏡挿入部６の詳細な構造について、図１２に基づいて説明すると、前記内視鏡挿入部６は、先端に処置具３０が取り付けられた処置用ケーブル３１が電線１２に並設されるとともに、これら電線１２及び処置用ケーブル３１が一体的に管材３２によって被覆され、かつ前記管材３２の先端に、口金３３を介して、前記内視鏡挿入部６の電線１２を挿通するための開孔３５と前記処置用ケーブル３１を挿通するための開孔３６とがそれぞれ並行して形成された取付部材３４が結合された構造とするのが好ましい。前記管材３２としては、前述の曲げ変形可能かつ押込力が伝達可能な金属製の可撓管１９を用いるのが好ましい。

前記取付部材３４に設けられた内視鏡挿入部６の電線１２を挿通するための開孔３５は、取付部材３４の外周から前記開孔３５にかけて貫通する、前記電線１２が挿通可能な幅で形成されたスリット３５ａを軸方向の全長に亘って設けることにより、このスリット３５ａから前記電線１２を開孔３５内に挿入できるようにするのが好ましい。前記処置具３０は、予め、取付部材３４の開孔３６に挿通した状態で配置してもよいし、前記開孔３６から前記管材３２内を通って手元側まで延びるチューブを設けておき、必要に応じて、このチューブ内に処置具３０及び処置用ケーブル３１を挿入することにより、後付けで配設してもよい。

１…工業用内視鏡装置、２…ドリルジャンボ、２ａ…ドリフタ、３…ロッド、３ａ…削孔水送給路、４…削孔用ビット、５…削孔水吐出孔、６…内視鏡挿入部、７…ディスプレイ、８…コントローラ、９…カメラ、１０…照明手段、１１…先端部、１２…電線、１３…ファイバロッド、Ｓ…切羽

Claims (13)

1. ガイドセル上にドリフタを前後進自在に設け、先端に削孔用ビットを備えたロッドによって削孔を行うための削孔機を搭載したドリルジャンボによって切羽前方の地山を１本又は複数本のロッドを継ぎ足しながら削孔する過程で、地質探査箇所に到達したならば、一時的に削孔を中断し、所定距離だけドリフタと共にロッドを後退させて前記削孔用ビットの前方に内視鏡挿入部の先端を削孔用ビットの削孔水吐出孔から外部に突出させるための空間を形成したならば、その後前記ロッドからドリフタを切り離した状態とし、前記ロッドの基端側から削孔水送給路を通して工業用内視鏡装置の内視鏡挿入部を送り込み、先端を前記削孔用ビットの削孔水吐出孔から外部に突出させ、前記内視鏡挿入部の先端と地山との間に何も介在しない状態で削孔内の地山の状況を直接撮影することによって前記削孔用ビットより前方の地山の状況を探査するに当たって、
   削孔が崩壊性孔壁の場合は、前記内視鏡挿入部の先端を前記削孔用ビットの削孔水吐出孔から外部に突出させた状態で、前記ロッド及び削孔用ビットを牽引器具により引き抜くとともに、前記内視鏡挿入部を同調させながら引き抜くことにより、削孔内の地山の状況を軸方向に連続的に探査し、削孔が自立性孔壁の場合は、ロッド及び削孔用ビットを牽引器具により引き抜いた後、内視鏡挿入部を独立的に手動によって前後に移動させて孔壁を観察することを特徴とするトンネルの切羽前方の地質探査方法。
2. 前記工業用内視鏡装置としてファイバースコープを用いている請求項１記載のトンネルの切羽前方の地質探査方法。
3. 前記ドリルジャンボによる削孔時に、削孔データから地質を予測する削孔検層システムを適用し、該削孔検層システムにより地質が変化する境界付近に達したと予測されたとき、前記内視鏡挿入部によって地山の状況を探査する請求項１、２いずれかに記載のトンネルの切羽前方の地質探査方法。
4. 請求項１〜３いずれかに記載のトンネルの切羽前方の地質探査方法に用いる工業用内視鏡装置であって、
   前記工業用内視鏡装置は、前記ロッドの削孔水送給路及び前記削孔用ビットの削孔水吐出孔に挿通可能な内視鏡挿入部を含み、
   前記内視鏡挿入部は、カメラが搭載された先端部と、前記先端部から後方に延びる電線とを備えるとともに、該内視鏡挿入部を前記ロッドの基端側から送り込む際の押込力を伝達しやすくするための補強手段が備えられていることを特徴とする工業用内視鏡装置。
5. 前記内視鏡挿入部は、前記補強手段として、前記電線にファイバロッドを並設するとともに、これら電線及びファイバロッドを一体的にブレードチューブで被覆した構造を備えている請求項４記載の工業用内視鏡装置。
6. 前記内視鏡挿入部は、前記補強手段として、前記電線を曲げ変形可能かつ押込力が伝達可能な金属製の可撓管で被覆した構造を備えている請求項４記載の工業用内視鏡装置。
7. 前記補強手段は前記電線の前端から所定の間隔をあけた後方に施され、前記補強手段を施さない前方の前記電線を樹脂製のチューブで被覆するとともに、これの外側を金属製のコイルチューブで外嵌することにより、補強手段を施さない前方の前記電線に曲げに対する弾撥性を付与している請求項４〜６いずれかに記載の工業用内視鏡装置。
8. 前記内視鏡挿入部は、前記先端部が、細径部と前記細径部の後方に接続する大径部とからなり、前記細径部の先端に前記カメラが搭載されるとともに、前記大径部の前端面であって前記細径部の周囲に前方を照射する照明手段が備えられている請求項４〜７いずれかに記載の工業用内視鏡装置。
9. 前記内視鏡挿入部は、前方を照射する照明部が前記先端部より後方側に位置している請求項４〜７いずれかに記載の工業用内視鏡装置。
10. 前記ロッドの基端に、前記内視鏡挿入部を送り込むのを補助するための送り込み補助装置が設けられ、
    前記送り込み補助装置は、前端に前記ロッドに対する接続部を備え、前端面と後端面とを貫通する中空筒状の本体部と、パイプ状を成し前記本体部の内部に挿入設置されるとともに、後端面の開口から前記内視鏡挿入部が挿入され、該内視鏡挿入部との間のシール及び前記本体部との間のシールを図るためのシール用補助具と、前記本体部に前記ロッド内に流体を流し込むための流体送給手段が接続される継手とを備えており、
    前記シール用補助具の後端面の開口から前記内視鏡挿入部を送り込みながら、前記ロッド内に流体を流し込むことによって、前記内視鏡挿入部に挿入方向に向けた推進力を与えるようにしてある請求項４〜９いずれかに記載の工業用内視鏡装置。
11. 前記内視鏡挿入部は、長手方向と直交する方向を撮影する側視機能又は長手方向に対して斜め前方若しくは斜め後方を撮影する斜視機能を備えている請求項４〜１０いずれかに記載の工業用内視鏡装置。
12. 前記内視鏡挿入部は、先端に視差のある２つのレンズによって画像を得るステレオ撮影機能を備えている請求項４〜１０いずれかに記載の工業用内視鏡装置。
13. 前記内視鏡挿入部は、先端に処置具を備えることによりサンプル採取機能を備えている請求項４〜１０いずれかに記載の工業用内視鏡装置。

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