JP6713627B2 - トンネル切羽前方の地山評価方法及びシステム - Google Patents

Description

本発明はトンネル切羽前方の地山評価方法及びシステムに関し，とくにトンネル切羽面の前方地山の地質分布を評価する方法及びシステムに関する。
に関する。

地山に山岳トンネル等を掘削する場合に発破工法が実施される。発破工法では，例えば図５（Ａ）に示すように，岩盤の切羽面２にトンネルの軸線方向に沿って複数の装薬孔３を穿孔して火薬を埋め込み，各装薬孔３の火薬を同時に又は順次に起爆することで所定断面形状のトンネル坑を所定距離（例えば１〜３ｍ）ずつ掘削する。次いで図５（Ｂ）に示すように，発破で飛散した岩石（発破ズリ）５を坑外の仮置き場へ運び出し，掘削した切羽１に必要な支保工を建て込んだうえで次回の発破掘削（掘削サイクル）を繰り返す。掘削する地山に地質不良部等が存在すると支保工の変形や切羽の崩壊の原因となって工事の安全性に大きな影響を及ぼしうるが，切羽前方の地山調査（地質調査）を事前に十分に行うことは困難であることが多い。このため発破工法では，図５（Ａ）及び（Ｂ）の掘削サイクルを繰り返しながら切羽前方の地山地質を適切に評価することが求められる。

従来からトンネル切羽前方の地山地質を評価する技術として，削孔検層及び速度検層が開発されている。削孔検層は，切羽前方（又は斜め前方）に油圧ドリルで長尺の単孔を削孔し，その削孔時の油圧ドリルの機械データから切羽前方の地質を評価する方法である（特許文献１）。また速度検層は，油圧ドリルで削孔した長尺単孔内の深さ方向の異なる位置にそれぞれ受振器（速度計）を挿入し，切羽付近をハンマ打撃して発生させた弾性波が各受振器に到達するまでの時聞を計測し，その時間から切羽前方の深度ごとの地質分布を評価する方法である（特許文献２参照）。

特開２００３−０２０８９７号公報 特開２０１１−１０２７０６号公報

鹿島建設株式会社「長孔発破を用いてＮＡＴＭ工法での国内最高記録・月進３５９ｍを達成〜東京大学大型低温重力波望遠鏡施設工事（神岡トンネル）〜」２０１３年１２月１９日，インターネット＜ＨＴＴＰ：／／ｗｗｗ．ｋａｊｉｍａ．ｃｏ．ｊｐ／ｎｅｗｓ／ｐｒｅｓｓ／２０１３１２／１９ｃ１−ｊ．ｈｔｍ＞

しかし，従来の削孔検層は，長尺単孔の削孔時の機械データのみから切羽前方の地山を評価する必要があるため，切羽前方の地質を面的に精度よく評価することが難しい問題点がある。これに対し，従来の速度検層によれば，複数の受振器（速度計）の計測値から切羽前方の面的な地質分布を評価できるので，切羽全体の地山状況を適切に評価することが可能である。ただし，速度検層は，掘削サイクルを一旦停止したうえで切羽前方に長尺単孔を削孔して複数の受振器を挿入し，計測後に受振器を取り出して掘削サイクルを再開しなければならず，切羽前方の地質評価に手間がかかる。すなわち，速度検層は地山状況を面的に評価できるが，評価に手間がかかるため工期に制約のある現場では頻繁に繰り返すことができず，切羽全面の地山状況を迅速に評価できない問題点がある。工事の安全性を高める観点等から，現場において切羽前方の面的な地質状況を確認しながら掘削サイクルを繰り返すことのできる技術の開発が求められている。

そこで本発明の目的は，発破作業を繰り返す現場において切羽前方の面的な地質状況を迅速に把握できる方法及びシステムを提供することにある。

図１及び図３の実施例を参照するに，本発明によるトンネル切羽前方の地山評価方法は，トンネル１の切羽面２に削孔装置１０で穿孔する複数の孔３の各々の削孔位置Ｐと削孔時機械データＤとを検出し，切羽面２を複数のエリア４０に区分したモニタ画面３１（図３参照）上の何れかのエリア位置Ｐを削孔装置１０の作業員Ａが各孔３の削孔時に入力することにより各孔３の削孔位置を検出し，モニタ画面３１上の各孔３の検出エリア位置Ｐにその孔３の検出機械データＤを相互識別可能に表示することにより切羽前方の地質分布を評価してなるものである。

また図１及び図３の実施例を参照するに，本発明によるトンネル切羽前方の地山評価システムは，トンネル１の切羽面２上に複数の孔３を削孔する削孔装置１０，切羽面２を複数のエリア４０に区分したモニタ画面３１（図３参照）上の何れかのエリア位置Ｐを入力する端末３２を有し且つ削孔装置１０の作業員Ａが各孔３の削孔時に端末３２上の何れかのエリア位置Ｐを入力することにより各孔３の削孔位置Ｐを検出する位置検出手段２０，及び各孔３の削孔装置１０による削孔時機械データＤと位置検出手段２０による削孔エリア位置Ｐとを入力し且つモニタ画面３１（図３参照）上の各孔３の検出エリア位置Ｐにその孔３の検出機械データＤを相互識別可能に表示する表示手段３０を備え，モニタ画面３１の表示により切羽前方の地質分布を評価してなるものである。

モニタ画面３１を区分けした何れかのエリア４０に複数の孔３が含まれるときは，表示手段３０によりそのエリア４０に含まれる複数の孔３の検出機械データＤの中間値をモニタ画面３１上の検出エリア位置Ｐに表示することができる。

望ましい実施例では，図４に示すように，トンネル切羽面２をアーチ型とし，複数のエリア４０に天端部４１ａ，右壁部４１ｂ，左壁部４１ｃ，芯部４１ｄの４エリアを含める。また，各孔３の検出機械データＤは，モニタ画面３１上に数値，色彩別，模様別，又はそれらの組み合わせにより表示することができる。

本発明によるトンネル切羽前方の地山評価方法及びシステムは，トンネル１の切羽面２に削孔装置１０で穿孔する複数の孔３の各々の削孔位置Ｐと削孔時機械データＤとを検出し，切羽面２を複数のエリア４０に区分したモニタ画面３１上の何れかのエリア位置Ｐを削孔装置１０の作業員Ａが各孔３の削孔時に入力することにより各孔３の削孔位置を検出し，モニタ画面３１上の各孔３の検出削孔エリア位置Ｐにその孔３の検出機械データＤを相互識別可能に表示することにより切羽前方の地質分布を評価するので，次の有利な効果を奏する。

（イ）切羽面２の複数の孔３の削孔時機械データＤを孔３の削孔位置Ｐに表示することにより，切羽前方の面的な地質分布を評価することが可能となり，単孔の削孔時機械データだけから切羽前方の地質を評価する従来の削孔検層に比して，切羽前方の地山を面的に精度よく評価することができる。
（ロ）また，切羽面２を掘削サイクルで得られる削孔時機械データＤから切羽前方の地質分布を評価することにより，掘削サイクルを一旦停止したうえで切羽前方の地質分布を評価する従来の速度検層に比して，切羽前方の地山を迅速に把握することができる。
（ハ）例えば発破作業を繰り返す現場において，切羽前方の面的な地質分布をその場で迅速に確認しながら掘削サイクルを繰り返すことが可能となり，切羽前方の地山状況に応じて適切な支保工（支保パターン）を選定する等の対策によってトンネル工事の安全性・操作性を高めることができる。

（ニ）また，切羽前方の地質分布を確認しながら，切羽前方の地山状況に応じて孔のパターンや火薬の埋め込み量（火薬量），発破長（掘削長）等を選定できるので，発破１回当たりのトンネル坑の掘削距離を安全に延ばしてトンネル工事の短工期化を図ることも期待できる。
（ホ）切羽面２の各孔３の削孔位置Ｐは測量装置等を用いて検出することもできるが，モニタ画面３１上の位置を入力する端末３２を用い，削孔装置１０の作業員Ａが各孔３の削孔時に端末３２を操作して削孔位置Ｐを検出することにより，測量装置等の適用が難しい発破現場においても各孔３の削孔位置Ｐを簡単に検出することができる。
（ヘ）また，モニタ画面３１を複数のエリア４０に区分けし，各孔３の削孔位置Ｐを切羽面２上の何れかのエリア位置Ｐとして検出し，各孔３の検出機械データＤをモニタ画面３１上の検出エリア位置Ｐに表示することにより，切羽前方の地質分布を迅速に分かりやすく提示することができる。

以下，添付図面を参照して本発明を実施するための形態及び実施例を説明する。
本発明による地山評価システムの一実施例の説明図である。 図１の実施例で用いる切羽モニタ画面の一例の説明図である。 図１の実施例で用いる切羽モニタ画面の他の一例の説明図である。 図１の実施例で用いる切羽モニタ画面の更に他の一例の説明図である。 従来の発破工法の一例の説明図である。 本発明による地山評価システムの他の実施例の説明図である。 図６の実施例で用いる切羽モニタ画面の一例の説明図である。 図６の実施例で用いる切羽モニタ画面の他の一例の説明図である。 図６の実施例で用いる切羽モニタ画面の更に他の一例の説明図である。

図１は，発破工法で掘削する山岳トンネル１の切羽面２に本発明の地山評価システムを適用した実施例を示す。図示例の地山評価システムは，トンネル１の切羽面２上に複数の装薬孔３を削孔する削孔装置１０と，各装薬孔３の切羽面２上の削孔位置Ｐを検出する位置検出手段２０と，削孔装置１０による削孔時機械データＤ及び位置検出手段２０による削孔位置Ｐを入力して表示する表示手段３０とを有している。以下，図１を参照して本発明を説明するが，本発明は発破工法で掘削するトンネル１の切羽面２への適用に限定されるわけではなく，削孔装置１０により掘削する孔も装薬孔１０に限定されるわけではない。例えば，鏡ボルト等の補助工法等において切羽面２に穿孔する孔を本発明に含めることができ，発破工法以外の方法で掘削するトンネル１においても，そのトンネル１の切羽面２に削孔装置１０で複数の孔１０を掘削することにより本発明を適用することが可能である。

削孔装置１０の一例は油圧ドリルである。例えば図示例のようにドリルジャンボと呼ばれる移動式の施工装置１１の取付台１５に削孔装置１０を取付け，その施工装置１１の作業員台１４に搭乗した作業員Ａが取付台１５を上下左右に操作することにより，削孔装置１０を切羽面２上の所望位置に位置付けることができる。また，図示例のように取付台１５にガイド１６を設け，そのガイド１６に沿って作業員台１４に搭乗した作業員Ａが削孔装置１０を押し出し操作することにより，切羽面２上の所望位置に削孔装置１０の先端を押し当てて装薬孔３を削孔することができる。ただし，削孔装置１０は図示例に限定されるわけではなく，人力で操作する削孔装置１０に本発明を適用することも可能である。

削孔装置１０による各装薬孔３の削孔時の機械データＤを表示手段３０に入力する。例えば削孔装置１０を油圧ドリルとした場合は，各装薬孔３の削孔時に得られる油圧ドリルの削孔速度ｖ，打撃エネルギーＪ，打撃回数Ｎ等を収集して表示手段３０に入力する。各装薬孔３の削孔時の削孔速度ｖ，打撃エネルギーＪ，打撃回数Ｎ等はそれぞれ前方の地質状況を反映しており，それらの機械データＤから各装薬孔３の前方の地質状況の違いを評価することができる。すなわち，削孔速度ｖ，打撃エネルギーＪ，打撃回数Ｎをそれぞれ単独で地質状況を評価する指標としてもよいし，それらと削孔断面積Ａを含む組合せを指標としてもよい。望ましくは，各装薬孔３の削孔時の削孔速度ｖ，打撃エネルギーＪ，打撃回数Ｎ，及び削孔断面積Ａから（１）式により破壊エネルギー係数Ｅｖを算出し，その破壊エネルギー係数Ｅｖを各装薬孔３の削孔時機械データＤとして表示手段３０に入力する。油圧ドリルの破壊エネルギー係数Ｅｖは地質状況の定量的な指標となることが知られており（例えば特許文献１参照），破壊エネルギー係数Ｅｖに基づき各装薬孔３の前方の地質状況の違いを定量的に評価することができる。
Ｅｖ＝（Ｊ・Ｎ）／（ｖ・Ａ） ……………………………………………………（１）

位置検出装置２０の一例は，トータルステーション等の測量装置２２である。例えば削孔装置１０の取付台１５又はガイド１６の後端に測量用マーク１７を取付け，施工装置１１の後方に設置した測量装置２２によって測量用マーク１７を視準して三次元座標を測量し，その三次元座標と取付台１５又はガイド１６の所定形状とから削孔装置１０の先端の削孔位置Ｐを求めることができる。或いは，ドリルジャンボに装備されている削孔装置のドリル位置検出装置により削孔位置Ｐを検出してもよい。ただし，切羽周辺は比較的暗い環境であって発破によるガスや粉塵も存在しており，施工装置１上には様々な器具も搭載されているので，施工装置１１の後方の測量装置２２から取付台１５又はガイド１６上のマーク１７を常に見通すことができるとは限らず，測量装置２２を位置検出装置２０とした場合には切羽面２上の全ての装薬孔３の削孔位置Ｐを検出できない場合もありうる。

或いは，図１（Ｂ）に示すように，位置検出装置２０にモニタ画面３１上の位置を入力する端末３２を含め，その端末３２を位置検出装置２０とすることもできる。この場合は，削孔装置１０の作業員Ａが，各装薬孔３を削孔するときに端末３２を操作して削孔位置Ｐを入力し，その入力により削孔位置Ｐを検出することができる。図示例の端末３２は，表示手段３０のモニタ画面（例えば液晶パネル）３１とタッチパッド２１とが一体的に組み合わされたタッチパネル３２である。例えばタッチパネル３２のモニタ画面３１に切羽面２の外周形状２１ａを表示し，各装薬孔３の削孔時に削孔装置１０の作業員Ａがタッチパネル画面２１をタッチすることにより，切羽面２の外周位置とタッチ位置との相対関係から切羽面２上の装薬孔３の削孔位置Ｐを検出する。

図１（Ｂ）に示すように，位置検出装置２０としてタッチパネル等の端末３２を用いることにより，測量装置２２の適用が難しいような現場においても各装薬孔３の削孔位置Ｐを簡単に検出することが可能となる。すなわち，切羽面２上の各装薬孔３の削孔位置Ｐを作業員Ａが操作可能な端末３２からの入力によって検出し，後述する表示手段３０によって表示することにより，切羽前方の地質分布等の地山評価を好適に把握することができる。切羽面２上の各装薬孔３の削孔位置Ｐとタッチパネル画面２１上のタッチ位置とは厳密に一致しているわけではないが，各装薬孔３の削孔位置Ｐに多少の誤差が生じていても，表示手段３０の切羽前方の地質分布表示をトンネル１の掘削に有効に活用できる。もっとも，端末３２はタッチパネルに限定されるわけではなく，モニタ画面３１から分離された位置入力装置とすることも可能であり，そのような位置入力装置を作業員Ａが操作して各装薬孔３の削孔位置Ｐを検出することができる。

また，例えば図２に示すように，発破工法において切羽面２上に削孔する装薬孔３のパターン（発破パターン）が予め設計されていることがある。そのような場合は，図２のようにタッチパネル３２のモニタ画面３１に切羽面２の外周形状２１ａと共に装薬孔３の削孔パターン２１ｂを表示し，削孔装置１０の作業員Ａの端末操作により，具体的には操作員Ａがタッチパネル３２上の何れかの削孔パターン２１ｂをタッチすることにより，切羽面２上の装薬孔３の削孔位置Ｐを検出することができる。装薬孔３は所定面積ごと（例えば１ｍ^２ごと）に１箇所程度の密度で設計されているのが通常であるから，削孔パターン２１ｂを削孔位置Ｐの検知の目安とすることができる。すなわち，切羽面２の外周形状と共に発破パターン２１ｂを表示することにより，作業員Ａの操作による削孔位置の検出精度を高めることが期待できる。

表示手段３０の一例は，切羽面２のモニタ画面３１が接続されたコンピュータである。図示例の表示手段３０は，記憶手段３５及び通信手段３６が接続されたコンピュータを示しており，各装薬孔３の削孔装置１０による削孔時機械データＤと位置検出手段２０による削孔位置Ｐとを入力し，内蔵プログラムによって削孔時機械データＤを相互識別可能な色別点に変換したうえで，図１（Ｂ）に示すように切羽面２のモニタ画面３１上の各装薬孔３の検出削孔位置Ｐにその装薬孔３の変換後の機械データＤ（色別点）を表示している。ただし，モニタ画面３１上の各装薬孔３の検出機械データＤの表示は図示例に限定されるわけではなく，モニタ画面３１上に各装薬孔３の検出機械データＤを数値，色彩別，模様別，又はそれらの組み合わせにより表示することができる。

図１（Ｂ）は，切羽面２上の各装薬孔３の削孔時の破壊エネルギー係数Ｅｖをハッチング別の点で表示したモニタ画面３１を示し，ハッチング間隔が狭いほど破壊エネルギー係数Ｅｖが大きく（機械データ１側），ハッチング間隔が広いほど破壊エネルギー係数Ｅｖが小さいことを表している（機械データ５側）。図示例のモニタ画面３１は，切羽面２上の左側の装薬孔３の破壊エネルギー係数Ｅｖが相対的に大きく，切羽面２上の右側の装薬孔３の破壊エネルギー係数Ｅｖが相対的に小さいことを示している。破壊エネルギー係数Ｅｖは地質状況を定量的に表していることから，図示例のモニタ画面３１の表示により，切羽前方の左側の地質が右側の地質に比して相対的に硬いという地質分布を評価することができる。

図１（Ｂ）のようなモニタ画面３１を表示することにより，各装薬孔３に埋め込んだ火薬を起爆してトンネルを掘削する直前に，発破する切羽前方の面的な地質分布をその場で確認することができる。発破前に常に切羽前方の地質状況を確認することにより，例えば地質状況に応じて各装薬孔３に埋め込む火薬量を調整することが可能となり，或いは地質状況に応じて装薬孔３を追加して装薬孔３のパターンを変更することも可能となる。

また，図１（Ｂ）のようなモニタ画面３１の切羽前方の地山状況に応じて適切な支保工を選定し，トンネル工事の安全性・操作性を高めることができる。すなわち，トンネルの品質を確保するためには，地山状況に応じて適切な支保構造（支保パターン）を選択することが重要であるが，従来は目視観察を主体とした定性的・主観的な評価となりがちという問題点があった。切羽前方の地質状況を定量的に表す削孔時機械データに基づくことにより，主観的な評価に偏らない定量的な支保工の選定が可能となる。例えば図１に示すように，表示手段３０であるコンピュータの記憶手段３５に複数の支保パターンを記憶しておき，内蔵プログラムとして削孔時機械データに基づき適切な支保パターンを選定する支保工選定手段３７を設けることができる。

また，図１（Ｂ）のようにモニタ画面３１に切羽前方の地質分布・地質評価を表示することにより，切羽前方の地質分布・地質評価を掘削サイクル毎に得ることができ，各発破サイクルにおける装薬孔の長さ，つまり１回ごとの発破長（一発破の掘削長さ）を地質状況に応じて合理的に決めることができる。すなわち，従来は支保パターン毎に発破長を決めることが多く，地山状況の変化によって発破長を調節することはあまりなかったが，トンネルの掘削速度を向上するため発破長を延伸して掘削サイクルを減らす方法が求められている（非特許文献１参照）。モニタ画面３１のような地質分布，地質評価を発破サイクル毎に取得することにより，各サイクルの発破長を地質分布・地質評価に応じて調節することが可能であり，そのような調節によりトンネル坑の掘削距離を延ばしてトンネル工事の短工期化を図ることができる。例えば図１に示すように，表示手段３０であるコンピュータの内蔵プログラムとして，切羽前方の地質分布・地質評価に基づき発破長を調節する発破長調節手段３８を設けることができる。

更に，図１（Ｂ）のモニタ画面３１に表示された切羽前方の地質分布・地質評価は，例えば表示手段（コンピュータ）３０の記憶手段３５に累積記憶し，各装薬孔３の火薬を起爆してトンネル１を所定距離だけ掘削したのち，次回の切羽面２上の各装薬孔３の削孔時のモニタ画面３１に表示された切羽前方の地質分布・地質評価と比較することができる。例えば累積した各発破サイクルの切羽前方の地質分布，地質評価を比較することで，トンネル切羽掘進方向の変化を推測することができる。具体的には，相対的に硬い地質と軟らかい地質の境界について，前回の切羽ではトンネルの中央にあったが，次の切羽では地質の境界が右側に移動していた場合に，次々回の切羽では更に右側へ地質の境界が移動すると予想することができる。また，図１の支保工選定手段３７において累積記憶した削孔時機械データに基づき適切な支保パターンを選定し，発破長調節手段３８において累積記憶した切羽前方の地質分布・地質評価に基づき発破長を調節することもできる。発破長調整手段３８は，例えば，削孔装置（ドリル）の切羽面からの削孔深さを検出する削孔深さ検出手段，その検出深さに基づき削孔装置（ドリル）によって削孔する削孔手段，削孔により形成された装填孔３内の所定位置に火薬を装填する装填手段等と組み合わせることができる。

必要に応じて，図１（Ｂ）のモニタ画面３１に表示された各装填孔３の削孔位置Ｐ及び削孔時機械データＤを，表示手段（コンピュータ）３０の通信手段３６からトンネル外の工事事務所等へ伝送し，工事事務所等において図示例のようなモニタ画面３１を表示することも可能である。

図３は，複数のエリア４０に区分けしたモニタ画面３１の実施例を示す。図１（Ｂ）を参照して上述したように，モニタ画面３１上の各装薬孔３の検出削孔位置Ｐに検出機械データＤを表示することで切羽前方の地質分布を評価できるが，検出機械データＤが離散的に表示されているので地質分布が若干把握しにくい懸念がある。図３のようにモニタ画面３１を複数のエリア４０に区分けし，各装薬孔３の削孔位置Ｐを切羽面２上の何れかのエリア位置Ｐとして検出すると共に，各装薬孔３の検出機械データＤをモニタ画面３１上の検出エリア位置Ｐに表示することにより，切羽前方の地質分布を迅速に分かりやすく示すことができる。

図３は，モニタ画面３１の各エリア４０に，そのエリア４０に属する装薬孔３の削孔時の破壊エネルギー係数Ｅｖをハッチング別に表示した場合を示している。また，図３において，モニタ画面３１を区分けした何れかのエリア４０に複数の装薬孔３が含まれるときは，表示手段３０によりそのエリア４０に含まれる複数の装薬孔３の検出機械データＤの中間値（例えば相加平均値，相乗平均値，調和平均値）をモニタ画面３１上の検出エリア位置Ｐに表示している。図３のようなモニタ画面３１の表示により，図１（Ｂ）のモニタ画面３１に比して，切羽前方の左側の地質が右側の地質に比して相対的に硬いという地質分布を簡単に評価することが可能となる。

図４は，トンネル切羽面２をアーチ型とし，モニタ画面３１を天端部４１ａ，右壁部４１ｂ，左壁部４１ｃ，芯部４１ｄの４エリアに区分けした実施例を示す。図４は，モニタ画面３１の天端部エリア４１ａ，右壁部エリア４１ｂ，左壁部エリア４１ｃ，芯部エリア４１ｄにそれぞれ，そのエリア４１ａ〜４１ｄに属する装薬孔３の削孔時の破壊エネルギー係数Ｅｖを表示し，複数の装薬孔３が含まれるエリア４１ａ〜４１ｄにはその複数の装薬孔３の検出機械データＤの中間値（例えば相加平均値，相乗平均値，調和平均値）を表示している。

図４のようなエリア分けにより，切羽面２の天端部４１ａ，右壁部４１ｂ，左壁部４１ｃの何れかに地質不良部が存在するかという地質分布を簡単に評価することができ，そのような切羽前方の地質評価によって支保工の選定を切り替える等の対策によってトンネル工事の安全性・操作性を高めることができる。また，図１の支保工選定手段３７において天端部４１ａ及び両壁部４１ｂ，４１ｃにおける脆弱な箇所の有無に基づき支保パターンを選定し，発破長調節手段３８において天端部４１ａ及び両壁部４１ｂ，４１ｃにおける脆弱な箇所の有無に基づき発破長を調節することもできる。

こうして本発明の目的である「発破作業を繰り返す現場において切羽前方の面的な地質状況を迅速に把握できる方法及びシステム」を提供することができる。

図６は，本発明の地山評価システムの他の実施例を示す。上述した図１の地山評価システムを用いて切羽面２上の複数の装薬孔３の削孔時機械データＤをそれぞれモニタ画面３１上の削孔位置Ｐに識別可能に表示することにより（図１（Ｂ）参照），切羽前方の面的な地質分布（地山状況）を確認し，その地山状況に応じて適切な支保工を選定することができる。しかしながら，切羽の崩落の原因となる地質の変化や断層等は必ずしも切羽面に出現するとは限らず，切羽面２の各孔３の削孔位置Ｐ及び削孔時機械データＤだけでは，トンネル周壁（トンネル坑壁）の背面にトンネル軸線方向と平行に（又は連続的に）存在する断層や水道を確認することが難しい場合がある。切羽面に出現しない地質の変化や断層の見落としは，不適切な支保工の選定につながり，補強や対策が手遅れとなって切羽崩壊や坑道崩壊に至るおそれがある。

図６の地山評価システムは，図１のシステムと同様に，削孔装置１０と位置検出手段２０と表示手段３０とを有している。ただし，削孔装置１０により切羽面２に複数の装薬孔３を削孔すると共に，切羽面２近傍のトンネル周面６に複数のロックボルト孔７を削孔する。ロックボルト孔７は，支保工を建て込んだトンネル切羽近傍のトンネル周壁から地山内部に向けてトンネル軸線と直角方向に穿孔し，ロックボルトを挿入して定着する。ロックボルトは，トンネル周壁の支保工と地山とを一体化させる支保工部材である。

また図６のシステムは，位置検出手段２０により切羽面２及び周面６の各孔３，７の削孔位置Ｐを検出し，表示手段３０によりモニタ画面３１上に切羽面２及び周面６の各孔３，７の検出削孔位置Ｐを割り付けて各孔３，７の削孔時検出機械データＤを相互識別可能に表示している（図６（Ｂ）参照）。トンネル軸線方向の装薬孔３の削孔時機械データＤだけでなく，トンネル軸線と直角方向のロックボルト孔７の削孔時機械データＤを併せて表示することにより，切羽前方及び切羽周縁の地質分布を評価することができる。

図６のトンネル軸線と直角方向のロックボルト孔７についても，例えば図１と同様のドリルジャンボと呼ばれる施工装置１１に取り付けた削孔装置１０を用いて穿孔することができる。すなわち，削孔装置１０を施工装置１１の取付台１５に取付け，作業員台１４上の作業員Ａが取付台１５を操作しながら削孔装置１０を切羽面２近傍のトンネル周面６上の所望位置に位置付け，削孔装置１０を操作することによりロックボルト孔７を削孔することができる。ロックボルト孔７の削孔時機械データＤは，装薬孔３の削孔時機械データＤと同様に切羽周縁の地質状況を反映しており，その機械データＤから切羽周縁の地質状況を評価することができる。好ましくは，上述したトンネル切羽の装薬孔３の場合と同様に，（１）式により算出した破壊エネルギー係数Ｅｖを各ロックボルト孔７の削孔時機械データＤとして表示手段３０に入力する。トンネル切羽面の装薬孔３とトンネル周面のロックボルト孔７とを異なる装置で削孔しなければならない場合も，各装置の破壊エネルギー係数Ｅｖを対比することにより，両装置の削孔時機械データＤを組み合わせて地山状況を定量的に評価することができる。

ロックボルト孔７の削孔位置Ｐは，図１の装薬孔３の削孔位置Ｐと同様に，例えばトータルステーション等の測量装置２２により検出してもよいが，図６（Ｂ）に示すようにタッチパネル等の端末３２を位置検出装置２０に含め，削孔装置１０の作業員Ａが各ロックボルト孔７を削孔するときにタッチパネル画面（タッチパッド）２１をタッチすることで削孔位置Ｐを入力することができる。タッチパネル等の端末３２を用いることにより，測量装置２２の適用が難しい場合でも各ロックボルト孔７の削孔位置Ｐを簡単に検出できる。また，ロックボルト孔７の削孔パターンが予め設計されているような場合は，図６（Ｂ）のようにタッチパネル３２のモニタ画面３１に切羽面２の外周形状２１ａと共にロックボルト孔７の削孔パターン２１ｃを表示し，操作員Ａがタッチパネル３２上の何れかの削孔パターン２１ｃをタッチすることによりロックボルト孔７の削孔位置Ｐを入力することができる。

図６の表示手段３０の一例は，図１の場合と同様に，モニタ画面３１が接続されたコンピュータである。トンネル切羽面２の各装薬孔３及びトンネル周面６の各ロックボルト孔７の削孔装置１０による削孔時機械データＤと位置検出手段２０による削孔位置Ｐとを表示手段３０へ入力し，コンピュータの内蔵プログラムによって削孔時機械データＤを相互識別可能な色別棒に変換したうえで，図６（Ｂ）に示すように切羽面２のモニタ画面３１上の各装薬孔３及び各ロックボルト孔７の検出削孔位置Ｐにその機械データＤ（色別棒）を表示する。一般にロックボルト孔７は２ｍ〜６ｍ程度の深さを有し，図示例のように色別棒は各ロックボルト孔７の削孔位置Ｐに深さ方向に沿って，深さと対応する長さで表示することができ，所定深さ毎（例えば０．１ｍ毎，０．５ｍ毎，１ｍ毎）に機械データＤを区分けして表示することができる。

また図６の表示手段３０は，各装薬孔３の削孔位置Ｐと各ロックボルト孔７の削孔位置Ｐとを，同じモニタ画面上に割り付けて表示する。ロックボルト孔７は切羽面２の装薬孔３と異なる平面上に存在しているが，コンピュータの内蔵プログラムによって各ロックボルト孔７の削孔位置Ｐを装薬孔３と同じ平面上に投影（透視）して表示することができる。すなわち，一般に山岳トンネルの掘進データは切羽面（断面）毎に管理されており，切羽面２近傍のトンネル周面６にロックボルト孔７の削孔時機械データＤを，その切羽面２の各装薬孔３の削孔時機械データＤと共に同じ平面上に表示することにより，両者を同じ断面の情報として扱うと共に，両者の削孔時機械データＤから切羽前方だけでなく切羽周縁の地質分布を一体的に評価することが可能となる。

また，上述したようにトンネル掘削作業では，切羽面の穿孔・装薬・発破掘削と，発破ズリの運び出しと，支保工設置・コンクリート吹付けと，ロックボルトの穿孔・設置との４工程の１サイクルとして繰り返している。各サイクルにおける削孔位置Ｐ及び削孔機械データＤは，４工程のものをまとめて評価すると共に管理することが望ましい。図６のように切羽面２の各装薬孔３の削孔時機械データＤと切羽近傍のトンネル周面６のロックボルト孔７の削孔時機械データＤとを同じ平面上に表示することは，このようにトンネル掘削作業の１サイクル毎のデータをまとめて評価・管理する上でも有効である。

図６（Ｂ）のようなモニタ画面３１を表示することにより，切羽前方だけでなく切羽周縁を含めた面的な地質分布を評価することができる。また，そのような切羽周縁を含めた地質状況を確認することにより，例えば支保工選定手段３７によって切羽面に出現しない地質の変化や断層を検出して適切な支保工を選定することが可能となり，図１の実施例に比してトンネル工事の安全性・操作性を一層高めることが期待できる。また，図６（Ｂ）のようにモニタ画面３１に切羽周縁を含む地質分布・地質評価を表示することにより，例えば発破長調節手段３８によって各サイクルの発破長を地質分布・地質評価に応じて安全に延ばすことが期待でき，図１の実施例に比してトンネル工事の短工期化を図ることができる。

図７は，各装薬孔３の削孔機械データＤと各ロックボルト孔７の削孔機械データＤとを併せて表示するモニタ画面３１（タッチパネル等の端末３２）の他の実施例を示す。図示例のモニタ画面３１は，画面上部に切羽面２近傍の複数のロックボルト孔７（ロックボルト孔番号１〜１１）の削孔時機械データＤをまとめて表示する表示エリアを設けており，削孔装置１０の操作員Ａが各ロックボルト孔７の削孔時に表示エリアの何れかのロックボルト孔番号１〜１１をタッチすることで削孔位置Ｐを入力し，その入力されたロックボルト孔番号のエリアに削孔時機械データＤを表示している。図６（Ｂ）のようにロックボルト孔７の削孔パターン２１ｃに従って削孔時機械データＤを表示する場合に比して，図７のように表示エリアにまとめて表示することにより，切羽周縁の地質分布を分かりやすく表示して評価の簡単化を図ることが期待できる。

図８は，モニタ画面３１を複数のエリア４０に区分けし，位置検出手段２０によってトンネル切羽面２の各装薬孔３及びトンネル周面６の各ロックボルト孔７の削孔位置Ｄを何れかのエリア位置Ｐとして検出として割り付け，表示手段３０によって各装薬孔３及びトンネル周面６の各ロックボルト孔７の検出機械データＤをモニタ画面３１上の検出エリア位置Ｐに表示する実施例を示す。図８は，図３の場合と同様に，各エリア４０にそのエリア４０に属する装薬孔３及びロックボルト孔７の削孔時の破壊エネルギー係数Ｅｖをハッチング別に表示した場合を示している。各エリア４０内に複数の装薬孔３及びロックボルト孔７が含まれるときは，表示手段３０により複数の孔３，７の検出機械データＤの中間値（例えば相加平均値，相乗平均値，調和平均値）をモニタ画面３１上の検出エリア位置Ｐに表示することができる。図８のようなモニタ画面３１の表示により，図６（Ｂ）のように各孔３，７の機械データＤを離散的に表示したモニタ画面３１に比して，切羽前方及び切羽周縁の地質分布を簡単に評価することが可能となる。

図９は，モニタ画面３１にアーチ型のトンネル切羽面２を表示し，その切羽周縁を天端部４１ｅ，右壁部４１ｆ，左壁部４１ｇの３エリアに区分けした実施例を示す。図９は，図４の場合と同様にモニタ画面３１の各エリア４１ｅ〜４１ｇに属するロックボルト孔７の破壊エネルギー係数Ｅｖを表示し，複数のロックボルト孔７が含まれるエリア４１ｅ〜４１ｇにはその検出機械データＤの中間値（例えば相加平均値，相乗平均値，調和平均値）を表示したものである。図９のようなエリア分けにより，切羽周縁の地質分布を簡単に評価することができ，そのような切羽周縁の地質評価によって支保工の選定を切り替える等の対策によってトンネル工事の安全性・操作性を高めることができる。

１…トンネル ２…切羽面
３…装薬孔 ５…発破ズリ
６…切羽面近傍のトンネル周面 ７…ロックボルト孔
１０…削孔装置（ドリル） １１…施工装置
１２…移動手段 １４…作業員台
１５…削孔装置取付台 １６…削孔装置ガイド
１７…測量用マーク
２０…位置検出手段 ２１…タッチパッド
２１ａ…切羽像 ２１ｂ…削孔予定位置（削孔パターン）
２１ｃ…削孔予定位置（削孔パターン）
２２…測量装置
３０…表示手段（コンピュータ） ３１…モニタ画面
３２…タッチパネル
３５…記憶手段 ３６…通信手段
３７…支保工選定手段 ３８…発破長調節手段
４０…エリア
Ｅ…地山 Ａ…作業員
Ｐ…削孔位置 Ｄ…削孔時機械データ

Claims (6)

1. トンネル切羽面に削孔装置で穿孔する複数の孔の各々の削孔時機械データを検出し，前記切羽面を複数のエリアに区分したモニタ画面上の何れかのエリア位置を前記削孔装置の作業員が各孔の削孔時に入力することにより前記各孔の削孔位置を検出し，前記モニタ画面上の各孔の検出エリア位置に当該孔の検出機械データを相互識別可能に表示することにより切羽前方の地質分布を評価してなるトンネル切羽前方の地山評価方法。
2. 請求項１の方法において，前記モニタ画面を区分けした何れかのエリアに複数の孔が含まれる場合に，当該エリアに含まれる複数の孔の検出機械データの中間値をモニタ画面上の検出エリア位置に表示してなるトンネル切羽前方の地山評価方法。
3. 請求項１又は２の方法において，前記トンネル切羽面をアーチ型とし，前記複数のエリアに天端部，右壁部，左壁部，芯部の４エリアを含めてなるトンネル切羽前方の地山評価方法。
4. 請求項１から３の何れかの方法において，前記モニタ画面上に各孔の検出機械データを数値，色彩別，模様別，又はそれらの組み合わせにより表示してなるトンネル切羽前方の地山評価方法。
5. トンネル切羽面上に複数の孔を削孔する削孔装置，前記切羽面を複数のエリアに区分したモニタ画面上の何れかのエリア位置を入力する端末を有し且つ前記削孔装置の作業員が各孔の削孔時に端末上の何れかのエリア位置を入力することにより各孔の削孔位置を検出する位置検出手段，及び前記各孔の削孔装置による削孔時機械データと位置検出手段による削孔エリア位置とを入力し且つ前記モニタ画面上の各孔の検出エリア位置に当該孔の検出機械データを相互識別可能に表示する表示手段を備え，前記モニタ画面の表示により切羽前方の地質分布を評価してなるトンネル切羽前方の地山評価システム。
6. 請求項５のシステムにおいて，前記モニタ画面を区分けした何れかのエリアに複数の孔が含まれる場合に，前記表示手段により当該エリアに含まれる複数の孔の検出機械データの中間値をモニタ画面上の検出エリア位置に表示してなるトンネル切羽前方の地山評価システム。