JP6692206B2

JP6692206B2 - 岩盤評価方法

Info

Publication number: JP6692206B2
Application number: JP2016088908A
Authority: JP
Inventors: 順民山上; 孝志市來
Original assignee: Taisei Corp
Current assignee: Taisei Corp
Priority date: 2016-04-27
Filing date: 2016-04-27
Publication date: 2020-05-13
Anticipated expiration: 2036-04-27
Also published as: JP2017197955A

Description

本発明は、岩盤評価方法に関する。

トンネルの施工時に切羽前方の地山状況を把握することができれば、地山状況に応じた支保構造を事前に選定することが可能となり、掘削をより安全かつより経済的に実施することが可能になる。
また、採石場等において、岩盤状況を把握することができれば、装薬量の調整に利用することができ、また、予め良材と不良材の比率を把握することができる。

岩盤の評価方法としては、採取された岩石の岩質や風化変質の程度等を、目視観察、岩石用ハンマーによる打診および周辺地形や周辺地質に関する知識に基づいて、地質技術者が評価する方法が一般的である。ところが、前記従来の岩石材料の評価方法は、技術者の経験に基づくため定量性に劣り、また、技術者により個人差が生じるおそれがある。
また、採取した岩石について、試験室において物理性質試験（JIS A 1110「粗骨材の密度及び吸水率試験方法」）を行い、岩石の密度や吸水率で評価を行う場合がある。ところが、この室内試験による評価方法は、試験結果を得られるまでに時間を要するため、現場で即座に評価を行う必要がある場合には採用することができなかった。
そのため、特許文献１には、岩盤穿孔時の穿孔エネルギーを測定し、この穿孔エネルギーを利用して地山の性状を予測する岩盤評価方法が開示されている。

特許第３３８０７９５号公報

穿孔エネルギーの計測は、フィード圧を一定にした状態で行う必要があるため、オペレータの技術が計測結果に影響を及ぼすおそれがあった。また、孔内に穿孔岩屑がたまると、穿孔エネルギーが高くなるため、計測結果に影響を及ぼしてしまう。
このような観点から、本発明は、簡易かつ迅速に計測することができ、また、定量的かつ高精度に岩盤の評価をすることができる岩盤評価方法を提案することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明の岩盤評価方法は、岩盤の穿孔に伴い発生した穿孔岩屑の色彩値または帯磁率を測定し、前記色彩値または帯磁率の測定値に基づいて、前記岩盤を評価することを特徴としている。なお、穿孔岩屑の色彩値および帯磁率は、それぞれ携帯型の色彩計および帯磁率計により測定することができる。
本願発明者は、穿孔岩屑の色彩値または帯磁率が岩盤の劣化程度と相関していることに着目し、本発明を創案するに至った。本発明によれば、岩盤の評価を現場において簡易かつ迅速、なおかつ定量的に行うことができる。そのため、技術者の経験や個人差による影響も少なく、信頼性の高い岩盤の評価が可能となる。なお、岩盤の良好度の管理基準として、乾燥密度や吸水率が用いられている。乾燥密度や吸水率は、帯磁率や色彩値との相関性が確認されている。そのため、岩盤の帯磁率または色彩値を測定することで、岩盤の劣化の進行を確認することができる。
ここで、帯磁率は、物質の磁化しやすさの程度を示す指標で、岩石に含まれる磁鉄鉱という鉱物の含有量と相関がある。岩石が劣化するプロセスをたどると、化学的な作用の進展に伴い、帯磁率も低下する。つまり、帯磁率と乾燥密度や吸水率との間には相関がある。また、色彩値は、色を明度、赤み、青みをパラメータとして定量化した値である。岩石の白みが強い場合には、劣化のプロセスで鉱物の褐色化が進行する。つまり、色彩値と乾燥密度や吸水率との間には、相関がある。

前記岩盤評価方法は、対象地盤から採取した試料から色彩値または帯磁率を取得するとともに、当該試料の乾燥密度および吸水率を取得する物性値取得作業と、前記試料の乾燥密度および吸水率が、岩石材料として良質であるか否か判断する事前評価作業と、良質と評価された試料の色彩値または帯磁率と、乾燥密度と、吸水率とに基づいて岩盤評価管理基準値を設定するとともに当該岩盤評価管理基準値に相関する色彩値または帯磁率である管理基準物性値を設定する基準値設定作業と、前記対象地盤を穿孔するとともに、穿孔深度毎に穿孔岩屑の色彩値または帯磁率を測定する測定作業と、前記穿孔岩屑の色彩値または帯磁率の測定値と前記管理基準物性値とを比較して、穿孔深度毎の岩盤を評価する岩盤評価作業とを行う。
かかる岩盤評価方法によれば、岩盤の乾燥密度や吸水率等の岩盤評価管理基準値と色彩値や帯磁率等との相関関係により岩盤の評価を行うため、定量的な評価が可能である。

なお、対象地盤を穿孔する際の穿孔エネルギーを取得するエネルギー取得作業をさらに備えている場合には、前記岩盤評価作業において前記穿孔エネルギーの分布を含めて前記岩盤の評価を行うことで、穿孔エネルギーを取得した際に、フィード圧が一定でない区間や、穿孔岩屑が溜まってしまった場合であっても、穿孔岩屑を利用した岩盤の評価によって補完することができる。
前記物性値取得作業では、自然状態の岩盤である前記試料の色彩値または帯磁率を測定するとともに、前記対象地盤を破砕することにより得られた破砕された岩盤である岩石の色彩値または帯磁率を測定し、前記基準値設定作業では、前記岩石の色彩値または帯磁率と前記試料の色彩値または帯磁率との関係に基づいて前記管理基準物性値を設定するのが望ましい。

本発明の岩盤評価方法によれば、定量的な岩盤の評価を、簡易かつ迅速に、なおかつ、高精度に行うことができる。

本実施形態の岩石材料の評価方法を示すフローチャート図である。

＜第一の実施形態＞
本実施形態では、ロックフィルダムの施工に伴い、ダム外周部のロック材として使用する岩石材料を、ダムの施工サイト近傍の原石山から採取する場合について説明する。原石山から採取した岩石は、所定の形状に小割して使用する。本実施形態の岩石は、予め風化変質程度が良質であることが確認された岩盤から採取する。
本実施形態では、岩盤の帯磁率および成分を測定し、この帯磁率の測定値および成分の測定値との組み合わせにより岩盤の良質度を評価する。なお、本実施形態では、岩石が安山岩（火成岩）の場合について説明するが、岩石の種類は限定されるものではなく、例えば、花崗岩（火成岩）、堆積岩、変成岩等であってもよい。
本実施形態の岩石材料の評価方法は、図１に示すように、事前検討工程Ｓ１と、現場検討工程Ｓ２とを備えている。

事前検討工程Ｓ１では、岩石の帯磁率および岩石の成分のそれぞれについて、岩石材料に適した基準値を設定する。
事前検討工程Ｓ１は、物性値取得作業Ｓ１１、事前評価作業Ｓ１２および基準値設定作業Ｓ１３を備えている。本実施形態では、岩石の成分として、カルシウムの含有率を測定する。なお、岩石材料の評価に使用する成分はカルシウムに限定されるものではなく、例えば、ナトリウムやカリウムの測定値を使用してもよい。湿潤地帯の陸上における化学風化作用では、降水が地下に浸透し、流出することにより、アルカリ・アルカリ土類が選択的に溶脱するので、岩石材料中のケイ素、カルシウム、ナトリウム、マグネシウム、カリウム等の成分量（含有率）を測定すれば、岩石材料の風化変質の程度（材料の良否）を判定することができる。

物性値取得作業Ｓ１１では、対象地盤から採取した試料の物性値を取得する。本実施形態では、試料の帯磁率、成分、乾燥密度、吸水率および圧縮強度を測定する。なお、対象地盤の物性値は、岩盤の露頭を直接測定してもよい。
試料の帯磁率および成分の測定には、それぞれ携帯式の帯磁率計および成分分析計を使用する。帯磁率とは、物質に外部から磁場Ｈ（Ａ／ｍ）を加えて物質内部に誘導磁化Ｊ（Ａ／ｍ）が生じるときに、Ｊ／Ｈで定義される物理量である。一般的に、岩石の帯磁率は、主に磁鉄鉱と呼ばれる鉱物の量や粒径と相関している。例えば、花崗岩よりも磁鉄鉱が多く含まれている安山岩は、より高い帯磁率を示す。一方、変質作用を受けることで、磁鉄鉱が磁性を示さない赤鉄鉱などに置換されると、帯磁率は低下する。なお、火成岩のうち、有色鉱物が多く、磁鉄鉱が多い岩石（玄武岩、安山岩、班れい岩、閃緑岩等）は、帯磁率による評価が有効である。
成分分析計は、試料にＸ線を照射することで発生する二次Ｘ線（蛍光Ｘ線）を捉えて、複数元素の含有の有無と量を分析する装置である。

続いて、帯磁率、成分、乾燥密度、吸水率および圧縮強度等の各物性値（第一の物性値）の相関関係を明らかにする。
また、本実施形態では、対象地盤を破砕することにより得られた岩石の帯磁率（第二の物性値）を測定する。すなわち、本実施形態では、破砕される前の自然状態の岩盤の物性値（第一の物性値）を取得するとともに、破砕された岩盤の物性値（第二の物性値）を取得する。

事前評価作業Ｓ１２では、物性値により試料の良否を評価する。すなわち、密度および吸水率が、ＪＩＳ等で定められた規格により岩質材料として良質であるか否かを判断する。なお、試料の良否を判断する際に使用する規格等は限定されるものではない。
基準値設定作業Ｓ１３では、良質と評価された試料の物性値に基づいて岩盤評価管理基準値を設定するとともに当該岩盤評価管理基準値に相関する帯磁率である管理基準物性値を設定する。なお、管理基準物性値は、第一の物性値と第二の物性値との相関関係により決定する。

現場検討工程Ｓ２では、事前検討工程Ｓ１において設定した管理基準物性値に基づいて、岩盤を評価する。
現場検討工程Ｓ２は、図１に示すように、穿孔エネルギー取得作業Ｓ２１、測定作業Ｓ２２および岩盤評価作業Ｓ２３を備えている。
穿孔エネルギー取得作業Ｓ２１では、対象地盤に対してノンコアボーリングを実施して、対象地盤を穿孔する際に岩盤から削岩機に伝達される穿孔反力、穿孔速度、単位体積当たりの穿孔エネルギーを穿孔深度毎に取得する。
測定作業Ｓ２２では、対象地盤を穿孔するとともに、穿孔深度毎に穿孔岩屑（スライム）の帯磁率および成分を測定する。岩石の帯磁率の測定は、携帯式の帯磁率計を使用して、現場において行う。また、岩石の成分の測定は、携帯式の成分分析計を使用して、現場において行う。
岩盤評価作業Ｓ２３では、穿孔エネルギーの分布により岩盤の評価を行うとともに、穿孔岩屑の帯磁率の測定値と、管理基準物性値とを比較することにより穿孔深度毎の岩盤を評価する。

本実施形態の岩盤評価方法によれば、岩盤の評価を現場において簡易かつ迅速、なおかつ定量的に行うことができる。そのため、技術者の経験や個人差による影響も少なく、信頼性の高い岩盤の評価が可能となる。
穿孔エネルギーを取得した際にフィード圧が一定でない区間や、穿孔岩屑が溜まってしまった場合であっても、物性値を利用して劣化の進行を確認することができる。そのため、フィード圧が不安定な場合や、穿孔岩屑が溜まることで穿孔エネルギーが高くなった場合であっても補完することができる。
岩盤を破砕する際に、火薬を装填する発破孔の穿孔時のデータを利用して岩盤の評価を行うことができるため、別途、調査を行い場合に比べて、作業性に優れている。

＜第二の実施形態＞
本実施形態では、トンネルの施工に伴い、切羽前方の岩盤を評価する場合について説明する。
本実施形態では、岩石材料の色彩値および成分を測定し、この色彩値の測定値および成分の測定値との組み合わせにより、岩盤を評価する。本実施形態では、岩盤が花崗岩（火成岩）の場合について説明するが、岩盤の種類は限定されるものではなく、例えば、安山岩（火成岩）、堆積岩、変成岩等であってもよい。
本実施形態の岩盤評価方法は、図１に示すように、事前検討工程Ｓ１と、現場検討工程Ｓ２とを備えている。

事前検討工程Ｓ１では、岩石材料の色彩値と岩石試料の成分とのそれぞれについて、岩盤を評価するための基準値を設定する。
事前検討工程Ｓ１は、物性値取得作業Ｓ１１、事前評価作業Ｓ１２および基準値設定作業Ｓ１３を備えている。本実施形態では、岩石の成分として、カルシウムの含有率を測定する。なお、岩石材料の評価に使用する成分はカルシウムに限定されるものではなく、例えば、ナトリウムやカリウムの測定値を使用してもよい。

物性値取得作業Ｓ１１では、切羽において岩盤の物性値を取得する。本実施形態では、岩盤の物性値として、色彩値、成分、密度、吸水率等を取得する。
岩石の色彩値および成分の測定は、それぞれ携帯式の色彩計および成分分析計を使用して行う。色彩値による評価は、Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊表色法（ＪＩＳＺ８７８１−４）に準拠して行う。Ｌ^＊は、物質の明暗を表わすもので、１００が白、０が黒である。ａ^＊は、物質の赤みを表わすもので、正が赤、負が緑である。ｂ^＊は、物質の青みを表わすもので、正が黄、負が青である。岩石材料の色彩は、含まれる鉱物の構成や化学組成を反映しており、一般的に、変質程度に伴って色彩が変化することが知られている。例えば、花崗岩では、赤色と黄色が強くなると、風化の影響が著しいと判断される。なお、火成岩のうち、特に有色鉱物が少なく、白っぽい岩石（流紋岩や花崗岩等）は、色彩値による評価が有効である。
続いて、取得した各物性値同士の相関関係を明らかにする。

事前評価作業Ｓ１２では、物性値により地山状況を評価する。
基準値設定作業Ｓ１３では、評価された岩盤の色彩値および成分の測定値により、色彩値の基準値と、成分の基準値を設定する。

現場検討工程Ｓ２では、事前検討工程Ｓ１において設定した基準値に基づいて、岩盤の層を把握する。
現場検討工程Ｓ２は、図１に示すように、穿孔エネルギー取得作業Ｓ２１、測定作業Ｓ２２および岩盤評価作業Ｓ２３を備えている。
穿孔エネルギー取得作業Ｓ２１は、発破孔を形成する際の穿孔エネルギーやロックボルト孔を形成する際の穿孔エネルギーを取得する。
測定作業Ｓ２２では、発破孔やロックボルト孔を穿孔する際に排出された穿孔岩屑（スライム）の色彩値および成分を測定する。岩石の色彩値の測定は、携帯式の色彩計を使用して、現場において行う。また、岩石の成分の測定は、携帯式の成分分析計を使用して、現場において行う。
岩盤評価作業Ｓ２３では、穿孔エネルギーの分布により岩盤の評価を行うとともに、穿孔岩屑の色彩値および成分の測定値と、管理基準物性値とを比較することにより岩盤を評価する。

本実施形態の岩盤評価方法によれば、岩盤の評価を現場において簡易かつ迅速、なおかつ定量的に行うことができる。そのため、技術者の経験や個人差による影響も少なく、信頼性の高い岩盤の評価が可能となる。
穿孔エネルギーを取得した際にフィード圧が一定でない区間や、穿孔岩屑が溜まってしまった場合であっても、物性値を利用して劣化の進行を確認することができるため、補完することができる。
そのため、施工エリアごとの岩盤区分を把握することができ、装薬量や支保構造の設計変更などに利用することができる。また、破砕帯の位置などを把握することができるため、補助工法の選定にも利用することができる。
また、切羽に発破孔を穿孔する際のデータや、ロックボルト孔を穿孔する際のデータ等の多数の穿孔データを使用することで、３次元的な地山分布を把握することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが本発明は、前述の実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。
前記各実施形態では、色彩値または帯磁率の測定値と成分の測定値とによって、岩盤の評価を行う場合について説明したが、色彩値、帯磁率および成分の３つの測定値を利用して岩盤評価を行ってもよい。
本実施形態の岩盤評価方法により選定された岩石材料が適用可能なダムの種類は、ロックフィルダムやコンクリートダムに限定されるものではない。
また、本実施形態の岩盤評価方法は、ダムに使用する岩石材料を採取する際の岩盤の評価に限定されるものではなく、あらゆる構造物の岩盤の評価に適用可能である。
穿孔エネルギーは必要に応じて取得すればよい。
また、既存のデータ等を利用して、岩盤の乾燥密度や吸水率等と色彩値または帯磁率等の相関関係が把握できる場合には、事前検討工程は省略してもよい。

Ｓ１事前検討工程
Ｓ１１物性値取得作業
Ｓ１２事前評価作業
Ｓ１３基準値設定作業
Ｓ２現場検討工程
Ｓ２１穿孔エネルギー取得作業
Ｓ２２測定作業
Ｓ２３岩盤評価作業

Claims

岩盤の穿孔に伴い発生した穿孔岩屑の色彩値または帯磁率を測定し、前記色彩値または帯磁率の測定値に基づいて、前記岩盤を評価する岩盤評価方法であって、
対象地盤から採取した試料から色彩値または帯磁率を取得するとともに、当該試料の乾燥密度および吸水率を取得する物性値取得作業と、
前記試料の乾燥密度および吸水率が、岩石材料として良質であるか否か判断する事前評価作業と、
良質と評価された試料の色彩値または帯磁率と、乾燥密度と、吸水率とに基づいて岩盤評価管理基準値を設定するとともに当該岩盤評価管理基準値に相関する色彩値または帯磁率である管理基準物性値を設定する基準値設定作業と、
前記対象地盤を穿孔するとともに、穿孔深度毎に穿孔岩屑の色彩値または帯磁率を測定する測定作業と、
前記穿孔岩屑の色彩値または帯磁率の測定値と、前記管理基準物性値とを比較して、穿孔深度毎の岩盤を評価する岩盤評価作業と、を備えていることを特徴とする、岩盤評価方法。
対象地盤を穿孔する際の穿孔エネルギーを取得するエネルギー取得作業をさらに備え、
前記岩盤評価作業では、前記穿孔エネルギーの分布を含めて前記岩盤の評価を行うことを特徴とする、請求項１に記載の岩盤評価方法。
前記物性値取得作業では、自然状態の岩盤である前記試料の色彩値または帯磁率を測定するとともに、前記対象地盤を破砕することにより得られた破砕された岩盤である岩石の色彩値または帯磁率を測定し、
前記基準値設定作業では、前記岩石の色彩値または帯磁率と前記試料の色彩値または帯磁率との関係に基づいて前記管理基準物性値を設定することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の岩盤評価方法。