JP6688605B2 - Front face exploration method - Google Patents
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Description
本発明は、切羽前方探査方法に関するものであり、詳しくは、孔間比抵抗トモグラフィー技術を用いた切羽前方探査に関する発明である。 The present invention relates to a front face exploration method , and more particularly to a front face exploration method using interhole resistivity tomography technology.
トンネル掘削を行う際には、安全で適切かつ迅速な工事を行うために、予め地山の状況を把握する必要がある。このため、トンネル掘削に先立ちあるいはトンネル掘削の進行に合わせて地山の状況を把握するための技術が種々提案されている。このような従来技術として、直接的手法ではボーリングによるもの(削孔検層法、先進ボーリング)がある。また、間接的手法では反射法による弾性波探査(HSP法、TSP法、反射トモグラフィー)、FDEM等がある。 When excavating a tunnel, it is necessary to grasp the condition of the ground in advance in order to carry out safe, appropriate and prompt construction. Therefore, various technologies have been proposed for grasping the condition of the ground before the tunnel excavation or as the tunnel excavation progresses. As such a conventional technique, there is a direct method using boring (hole drilling method, advanced boring). Indirect methods include elastic wave exploration by reflection method (HSP method, TSP method, reflection tomography), FDEM, and the like.
地山の比抵抗値は、地山を構成している土粒子や岩石の電気的な特性に加えて、土の間隙や岩盤の亀裂に存在する地下水や空気、粘土鉱物などの電気的特性を強く反映する。そこで、比抵抗値の判別に基づいて、「地層境界」、「断層」、「地下水」、「地下空洞」、「地下埋設物」等の探査を行うことができる。この比抵抗値を用いて地盤の状況を探査する技術として、孔間比抵抗トモグラフィー探査法が知られている。 In addition to the electrical characteristics of the soil particles and rocks that make up the ground, the resistivity value of the ground is determined by the electrical characteristics of groundwater, air, clay minerals, etc. present in the soil gaps and bedrock cracks. Strongly reflected. Therefore, based on the determination of the specific resistance value, it is possible to search for “geological boundary”, “fault”, “groundwater”, “underground cavity”, “underground buried object” and the like. The interhole resistivity tomography exploration method is known as a technique for exploring the condition of the ground using this resistivity value.
孔間比抵抗トモグラフィー探査法では、電流電極から発生した電流により地盤内に1次磁場を発生させると、地盤内に過電流が生じ、さらにこの渦電流によって2次磁場が誘導される。この2次磁場の1次磁場に対するレスポンスを電位電極で測定することにより、地盤の比抵抗を求めることができる(特許文献1参照)。 In the interhole resistivity tomography exploration method, when a primary magnetic field is generated in the ground by a current generated from a current electrode, an overcurrent is generated in the ground, and the eddy current induces a secondary magnetic field. The specific resistance of the ground can be obtained by measuring the response of the secondary magnetic field to the primary magnetic field with the potential electrode (see Patent Document 1).
特許文献1に記載された技術は、ケーシングロッド内に、先端に電極部を有する電極ロッドを延在させておき、ケーシングロッドに付与された回転推進力によってトンネル切羽前方の地盤に対して所定深さまで水平ボーリング孔を削孔する。そして、口元キャップで水平ボーリング孔の口元を閉塞して、その孔内を流入地下水で満たす。また、電極ロッドのトンネル側端を介して、トンネル坑内に設置された電気検層測定装置に結線された電極部(電流電極)を、ケーシングロッド先端からボーリング孔内に突出させる。これにより電気検層測定装置に結線された接地電極(電位電極)との間で地盤の比抵抗を測定し、電極部(電流電極)の位置における電気検層を行う。 In the technique described in Patent Document 1, an electrode rod having an electrode portion at its tip is extended inside a casing rod, and a predetermined depth with respect to the ground in front of the tunnel face by the rotational propulsive force applied to the casing rod. Now drill the horizontal boring hole. Then, the mouth of the horizontal boring hole is closed with a mouth cap, and the hole is filled with inflowing groundwater. Further, the electrode portion (current electrode) connected to the electrical logging measuring device installed in the tunnel pit is projected from the tip of the casing rod into the boring hole via the end of the electrode rod on the tunnel side. Thereby, the specific resistance of the ground is measured between the grounding electrode (potential electrode) connected to the electrical logging device and the electrical logging is performed at the position of the electrode portion (current electrode).
上述した特許文献1に記載された技術は、水平ボーリング孔内に水を満たすことにより電流を伝播させているが、水平ボーリング孔内に水を溜めることは困難である。すなわち、水平ボーリング孔内に貯留した水は孔口から流れ出るため、口元キャップを用いて水平ボーリング孔の口元を閉塞しているが、水は粘性が低いため、岩盤亀裂からの逸水や、口元からの漏水を完全に防止することは困難である。また、水平ボーリング孔内へ貯留する水は地下水を利用しているが、十分な地下水を採取できない場合には、水平ボーリング孔内を水で満たすことができず、正確な孔間比抵抗計測を行うことができない場合がある。 In the technique described in Patent Document 1 described above, the current is propagated by filling the horizontal boring hole with water, but it is difficult to store the water in the horizontal boring hole. That is, since the water stored in the horizontal boring hole flows out from the mouth of the hole, the mouth of the horizontal boring hole is closed using a mouth cap, but since the water has low viscosity, water leaks from rock cracks and It is difficult to completely prevent water leakage from water. Also, groundwater is used as the water stored in the horizontal borehole, but if sufficient groundwater cannot be collected, the horizontal borehole cannot be filled with water, and accurate inter-hole resistivity measurement is required. It may not be possible.
さらに、特許文献1に記載された技術は、ケーシングロッドを用いてボーリングを行い、削孔後もケーシングロッドを残置している。これは、水平ボーリング孔の孔壁が崩れやすいためであるが、地山と電流電極及び電位電極との間にケーシングロッドが存在すると、正確な孔間比抵抗計測に支障を来すおそれがある。 Further, in the technique described in Patent Document 1, boring is performed using a casing rod, and the casing rod is left after drilling. This is because the hole wall of the horizontal boring hole is likely to collapse, but if a casing rod exists between the ground and the current electrode and the potential electrode, it may interfere with accurate measurement of the inter-hole resistivity. .
本発明は、上述した事情に鑑み提案されたもので、孔間比抵抗トモグラフィー技術を用いて、切羽前方の地山状況(比抵抗分布)を容易かつ正確に探査することが可能な切羽前方探査方法を提供することを目的とする。 The present invention has been proposed in view of the above-mentioned circumstances, and using the inter-hole resistivity tomography technology, the front face of a cutting face capable of easily and accurately exploring the ground condition (specific resistance distribution) in front of the face face. The purpose is to provide a method .
本発明の切羽前方探査方法は、上述した目的を達成するため、以下の特徴点を有している。すなわち、本発明の切羽前方探査方法は、トンネル切羽前方の地山状況を探査するための方法であって、切羽前方へ向かって略水平方向に、電位電極を設置するための少なくとも1つのボーリング孔と、電流電極を設置するための少なくとも1つのボーリング孔とを削孔し、電位電極または電流電極を設置するボーリング孔内に挿入した削孔用の中空ロッドの先端部からゲル状の充填材を供給しながら当該中空ロッドを引き抜くことにより、当該ボーリング孔内にゲル状の充填材を充填し、電位電極または電流電極のいずれか一方を取り付けた中空状の支持ロッドをゲル状の充填材を充填したボーリング孔内に挿入しながら、当該支持ロッドの中空部を介して、ボーリング孔内から充填材を吸引しつつ、支持ロッドをボーリング孔内に挿入して、電位電極または電流電極を設置し、電流電極から発生した電流により生じる電位を電位電極で測定して、電流電極と電位電極との間における比抵抗分布に基づいて切羽前方地山の地質を分析することを特徴とするものである。 The face exploration method of the present invention has the following characteristic features in order to achieve the above-mentioned object. That is, the front face exploration method of the present invention is a method for exploring the ground condition in front of a tunnel face, and at least one boring hole for installing a potential electrode in a substantially horizontal direction toward the front of the face face. And at least one boring hole for installing the current electrode, and a gel-like filling material from the tip of the hollow rod for drilling inserted in the boring hole for installing the potential electrode or the current electrode. By pulling out the hollow rod while supplying, the gel filling material is filled in the boring hole, and the hollow support rod having either the potential electrode or the current electrode attached is filled with the gel filling material. Inserting the support rod into the boring hole while sucking the filling material from the boring hole through the hollow part of the supporting rod while inserting it into the boring hole. , The potential electrode or the current electrode is installed, the potential generated by the current generated from the current electrode is measured by the potential electrode, and the geology of the ground in front of the cutting face is analyzed based on the specific resistance distribution between the current electrode and the potential electrode. It is characterized by doing.
また、上述した構成に加えて、電位電極及び電流電極は、ボーリング孔の長さ方向に沿って複数設置することが好ましい。 Further, in addition to the above-described configuration, it is preferable that a plurality of potential electrodes and current electrodes are installed along the length direction of the boring hole.
本発明に係る切羽前方探査方法では、電流電極及び電位電極を設置する水平ボーリング孔内に充填材(例えば、ゲル状の物質)を充填することにより、鉛直ボーリング孔と同様に、電流電極から発生し、電位電極で電位を測定する電流を確実に伝播させることができる。すなわち、水平ボーリング孔では、鉛直ボーリング孔と異なり、水を充填しようとしても孔口から水が漏れ出してしまい、電流を確実に伝搬させることができなかった。 In the front face exploration method according to the present invention, a filling material (for example, a gel-like substance) is filled in the horizontal boring hole in which the current electrode and the potential electrode are installed, so that the current electrode is generated in the same manner as the vertical boring hole. However, the current for measuring the potential with the potential electrode can be reliably propagated. That is, in the horizontal boring hole, unlike the vertical boring hole, even if an attempt was made to fill the water, the water leaked from the hole, and the current could not be reliably transmitted.
本発明に係る切羽前方探査方法によれば、水平ボーリング孔内に充填する充填材(例えば、ゲル状の物質)は水と比較して粘性が高いため、適切な漏れ止めを行うことにより水平ボーリング孔の孔口から漏れ出すことがない。したがって、孔間比抵抗トモグラフィーの技術を用いて、切羽前方の地山状況(比抵抗分布)を容易かつ適切に探査することができる。 According to the face exploration method according to the present invention, since the filler (eg, gel-like substance) with which the horizontal boring hole is filled has a higher viscosity than water, horizontal boring can be performed by appropriately preventing leakage. Does not leak from the mouth of the hole. Therefore, it is possible to easily and appropriately search the ground condition (resistivity distribution) in front of the face using the technique of interhole resistivity tomography.
以下、図面を参照して、本発明に係る切羽前方探査方法の実施形態を説明する。図1〜図3は本発明の実施形態に係る切羽前方探査方法を説明するもので、図1は切羽前方探査方法を実施するための切羽前方探査装置の構成を示すブロック図、図2は切羽前方探査装置の設置状態を示す模式図、図3は切羽前方探査方法の手順を示す説明図である。 Hereinafter, an embodiment of a front face exploration method according to the present invention will be described with reference to the drawings. 1 to 3 are diagrams for explaining a face forward exploration method according to an embodiment of the present invention, FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a face forward exploration device for implementing the face forward exploration method , and FIG. 2 is a face face. The schematic diagram which shows the installation state of a forward exploration apparatus, FIG. 3 is explanatory drawing which shows the procedure of a face front exploration method.
<切羽前方探査装置及び切羽前方探査方法の概要>
本発明の実施形態に係る切羽前方探査装置及び切羽前方探査方法は、孔間比抵抗トモグラフィー技術を用いて、切羽前方の地山状況を探査するための技術であり、特に、切羽前方の地山内に水平ボーリング孔を削孔して、当該ボーリング孔を用いて孔間比抵抗トモグラフィーにより地山の比抵抗分布を探査する。本発明の切羽前方探査装置は、図1及び図2に示すように、ボーリング孔10及びこれに充填する充填材20と、電流を発生する電流電極30と、電流電極か30ら発生した電流により生じる電位を測定する電位電極40と、電流電極30と電位電極40との間における比抵抗分布に基づいて切羽前方地山の地質を分析する地質分析装置50とを備えている。
<Outline of front face exploration device and front face exploration method>
The cutting face forward exploration device and the cutting face forward exploration method according to the embodiment of the present invention are techniques for exploring the rock mass condition in front of the cutting face by using the interhole resistivity tomography technology, and particularly, in the rock mass in front of the cutting face. A horizontal boring hole is drilled in the hole and the resistivity distribution of the natural ground is investigated by using the boring hole by tomography. As shown in FIGS. 1 and 2, the front face exploration device of the present invention uses a
<ボーリング孔>
ボーリング孔10は、切羽前方に向かって略水平に削孔する。なお、略水平とは、完全な水平状態だけではなく、若干の傾斜を許容する状態である。ボーリング孔10の削孔本数は特に限定されないが、トンネル断面の大きさ、トンネルの屈曲状態、予め分かっている地山の状況等に応じて、適宜の本数を削孔する。ボーリング孔10を形成するには、例えば、図3(a)〜(c)に示すように、中空ロッド60の先端部から水を供給しながら、当該中空ロッド60を地山内に挿入すればよい。なお、ボーリング孔10を削孔する地山の状況に応じて、保孔管を用いる等の削孔方法を採用してもよい。
<Boring hole>
The
<充填材>
充填材20は、ボーリング孔10内に充填することにより、電流電極30から発生して電位電極40で電位を測定する電流を、確実に地山に伝播するがことできる。また、充填材20は、孔壁保護、電流電極30や電位電極40の挿入時における推進力及び摩擦低減にも寄与する。また、孔壁の自立が困難であり、保孔管を建て込んだ際にも、保孔管外周に併せて充填材20を注入することで、電流の伝播が可能となる。この充填材20としては、ゲル状の物質を用いることが好ましい。
<Filler>
By filling the filling
<電流電極>
電流電極30は電流を発生させるための電極であり、発生した電流は地山に流される。なお、電流電極30から電流を発生させるためには、電源(図示せず)が必要となる。電流電極30を設置するボーリング孔10の数は、1つであってもよいし、2つ以上であってもよい。
<Current electrode>
The
<電位電極>
電位電極40は、電流電極30から発生した電流により生じる電位を測定するための装置である。この電位電極40は、例えば、図2及び図3(f)〜(i)に示すように、塩ビ管等からなる支持ロッド70に所定間隔で複数配設されており、ボーリング孔10内に支持ロッド70を設置することにより、ボーリング孔10の長さ方向に沿って複数の電位電極40を設置することができる。電位電極40を設置するボーリング孔10の位置や数は特に限定されないが、トンネル断面の大きさ、トンネルの屈曲状態、予め分かっている地山の状況等に応じて、適宜のボーリング孔10に電位電極40を設置する。電位電極40を複数設置することにより、電流電極30からの電流の伝播経路を複数設定することができ、より一層正確に、切羽前方の地山の比抵抗分布を探査することができる。
<Potential electrode>
The
<地質分析装置>
地質分析装置50は、電流電極30と電位電極40との間における比抵抗分布に基づいて切羽前方地山の地質を分析するための装置であり、例えば、パーソナルコンピュータ及びこれにインストールされたアプリケーションプログラムと、パーソナルコンピュータの付属機器とにより構成することができる。パーソナルコンピュータの付属機器とは、キーボートやマウス等の入力装置、ディスプレイ装置やプリンタ等の出力装置、HDD等の記憶装置等、パーソナルコンピュータとともに稼働する周辺機器のことである。なお、鉛直方向のボーリング孔を用いた孔間比抵抗トモグラフィー技術は、既に確立された技術であり、本実施形態の地質分析装置50は、この鉛直方向のボーリング孔を用いた孔間比抵抗トモグラフィー技術における解析手法を用いて切羽前方の地山の地質を分析する。
<Geological analyzer>
The
<他の探査方法との併用>
本実施形態の切羽前方探査装置及び切羽前方探査方法では、孔間比抵抗トモグラフィー技術を地質解析の主な要素とするが、これに加えて、水平ボーリング削孔時に得られる削孔検層データ等と、本実施形態の探査によって得られた比抵抗分布とを用いることにより、同地点で2種類以上の情報を総合的に評価することができ、より一層、精度の高い切羽前方の地質予測が可能となる。
<Combination with other exploration methods>
In the face forward exploration device and face forward exploration method of the present embodiment, inter-hole resistivity tomography technology is the main element of geological analysis, in addition to this, drilling logging data obtained during horizontal boring, etc. And the specific resistance distribution obtained by the exploration of this embodiment, it is possible to comprehensively evaluate two or more types of information at the same point, and a more accurate geological prediction in front of the face is possible. It will be possible.
<探査方法の手順>
次に、図3を参照して、本発明の切羽前方探査方法の一例について説明する。本発明の切羽前方探査方法では、トンネル掘削に際して、上述した構成からなる切羽前方探査装置を用いて、切羽前方の地山状況(地質)を探査する。
<Procedure of exploration method>
Next, with reference to FIG. 3, an example of the method for exploring the face ahead of the present invention will be described. According to the front face research method of the present invention, when excavating a tunnel, the front face research device configured as described above is used to search the ground condition (geology) in front of the front face.
本発明の切羽前方探査方法では、まず、切羽前方の地山内に略水平方向のボーリング孔10を削孔する。ボーリング孔10は、例えば、中空ロッド60を地山に設置するとともに、中空ロッド60の先端部から水を供給することにより形成する(a)。所定長までボーリング孔10を削孔したら、水の供給を停止する。この状態で、ボーリング孔10内に存在する水が岩盤亀裂や中空ロッド60の口元から逸水する(b)。
In the front face exploration method of the present invention, first, the horizontal
続いて、中空ロッド60の先端部から、ボーリング孔10内に充填材20を供給し(c)、充填材20の供給を継続しながら中空ロッド60を引き抜く(d)。中空ロッド60の引き抜きが完了すると、ボーリング孔10内が充填材20で充填された状態となる(e)。なお、ボーリング孔10内に電位電極40を設置した後に、充填材20を充填してもよい。
Then, the
また、中空状の塩ビ管等からなる支持ロッド70の長さ方向に、所定間隔で複数の電位電極40を設置しておく。そして、複数の電位電極40を取り付けた支持ロッド70の先端部をボーリング孔10内に挿入し(f)、支持ロッド70の中空部を介して、ボーリング孔10内から充填材20を吸引しつつ、支持ロッド70をボーリング孔10内に挿入して設置する(g)。この際、充填材20を吸引することによりボーリング孔10内に負圧が生じるとともに、充填材20による摩擦低減効果により、複数の電位電極40を取り付けた支持ロッド70をボーリング孔10内に推進させることができる(h)。ボーリング孔10の奥側の所定位置まで支持ロッド70を挿入すると、複数の電位電極40の設置が完了する(i)。
Further, a plurality of
同様の手順で、ボーリング孔10内に複数の電流電極30を設置する。そして、電流電極30から発生した電流を地山に流し、地山内を伝播してきた電流により発生する電位を電位電極40により測定する。そして、地質分析装置50により、電流電極30と電位電極40との間における比抵抗分布に基づいて切羽前方地山の地質を分析する(j)。
A plurality of
<従来技術との比較>
本発明の切羽前方探査装置及び切羽前方探査方法によれば、トンネル施工において重要な情報である、トンネル掘削地山およびトンネル周辺の比抵抗分布を集中的に探査できることから、より具体的な掘削工法や掘削方式の検討、トンネル支保工及び補助工法の設計が可能となる。
<Comparison with conventional technology>
According to the face forward exploration device and the face forward exploration method of the present invention, it is possible to concentrate the exploration of the tunnel excavation ground and the resistivity distribution around the tunnel, which is important information in tunnel construction. It is possible to study the excavation method, the tunnel support and the design of the auxiliary method.
従来の切羽前方探査では、先受け工や鏡ボルト工、止水注入計画時には、切羽前方の地質が不確定であることから、標準的な配置に基づいて施工範囲や仕様を決定していた。これに対して、本実施形態の切羽前方探査装置及び切羽前方探査方法では、不良地山部に最適な仕様を集中的に施工できることから、効果的な対策工を経済的に計画することが可能となる。また、孔位置や孔角度を正確に記録可能としてコンピュータ制御やナビゲーション機能を保有したドリルジャンボを併用することにより、探査精度を向上させることができる。さらに、孔曲り計測を併用することにより、より一層、探査精度を向上させることができる。 In the conventional face-front exploration, the construction range and specifications were determined based on the standard layout because the geology in front of the face was uncertain at the time of the front-end work, mirror bolt work, and water injection injection planning. On the other hand, in the face forward exploration device and the face forward exploration method of the present embodiment, it is possible to intensively construct the optimum specifications in the bad ground portion, and therefore it is possible to economically plan effective countermeasure work. Becomes In addition, by using a drill jumbo that can accurately record the hole position and the hole angle and has a computer control and a navigation function, it is possible to improve the search accuracy. Furthermore, by using the hole bending measurement together, the exploration accuracy can be further improved.
10 ボーリング孔
20 充填材
30 電流電極
40 電位電極
50 地質分析装置
60 中空ロッド
70 支持ロッド
10
Claims (2)
切羽前方へ向かって略水平方向に、電位電極を設置するための少なくとも1つのボーリング孔と、電流電極を設置するための少なくとも1つのボーリング孔とを削孔し、
前記電位電極または前記電流電極を設置するボーリング孔内に挿入した削孔用の中空ロッドの先端部からゲル状の充填材を供給しながら当該中空ロッドを引き抜くことにより、当該ボーリング孔内にゲル状の充填材を充填し、
前記電位電極または前記電流電極のいずれか一方を取り付けた中空状の支持ロッドを前記ゲル状の充填材を充填したボーリング孔内に挿入しながら、当該支持ロッドの中空部を介して、ボーリング孔内から充填材を吸引しつつ、支持ロッドをボーリング孔内に挿入して、前記電位電極または前記電流電極を設置し、
前記電流電極から発生した電流により生じる電位を前記電位電極で測定して、前記電流電極と前記電位電極との間における比抵抗分布に基づいて切羽前方地山の地質を分析する、
ことを特徴とする切羽前方探査方法。 A method for exploring the ground conditions in front of the tunnel face,
Drilling at least one boring hole for installing a potential electrode and at least one boring hole for installing a current electrode in a substantially horizontal direction toward the front of the face ,
By pulling out the hollow rod while supplying the gel filler from the tip of the hollow rod for drilling inserted in the bore hole in which the potential electrode or the current electrode is installed, the gel rod is pulled into the bore hole. Fill the filling material of
While inserting a hollow support rod to which one of the potential electrode or the current electrode is attached into the boring hole filled with the gel-like filler, through the hollow portion of the support rod, into the boring hole. While sucking the filler from, insert the support rod into the boring hole, install the potential electrode or the current electrode,
The potential generated by the current generated from the current electrode is measured by the potential electrode, and the geology of the cut face forward ground is analyzed based on the specific resistance distribution between the current electrode and the potential electrode,
A front face exploration method characterized by the above.
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