JP6754302B2 - 地山探査方法 - Google Patents

Description

本発明は、地山探査方法に関し、詳しくは、地中に電磁波を入射させて地山の探査を行う方法に関する。

特許文献１には、地中に電磁波を入射してその透過波、反射波、回析波を多地点から多数とらえ、これらの振幅、伝搬時間などを計測し、これらを解析処理することにより地中の空洞、埋設物、地質構造などを断面情報として得る地中レーダトモグラフィ方法が開示されている。

また、特許文献２には、探査したい地中を通過した受信信号を送信信号と相関させて伝送路の状態を探査する装置であるボアホールレーダが開示されている。

特開平６−３２４１６２号公報 特開平７−２９４６６１号公報

例えば山岳トンネルの現場で、切羽前方の探査をボアホールレーダなどの探査装置を用いて行えば、広範囲の地質状態を容易に探査することができ、トンネル掘削工事の効率化などに寄与できる。
しかし、切羽又はトンネル側壁から探査用のボーリングを施工したときに、未固結地山や断層部ではボーリング施工後に孔壁が崩れてしまい、ボーリング孔をレーダ探査に用いることができなくなる場合があった。

ここで、ボーリング施工後にボーリング孔に塩化ビニール製などの管を保孔管として挿入することで、孔壁の崩れを防ぐ手法があるが、管を挿入する前に孔壁が崩れると、孔壁が崩れた部分よりも先に管を挿入することができず、結果、所望の探査が行えなくなったり、ボーリングのやり直しによって作業効率が低下したりする。
本願発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、未固結地山や断層部などにおいても電磁波による地中探査を安定して行うことができる、地山探査方法を提供することを目的とする。

そのため、本発明に係る地山探査方法は、その一態様として、樹脂製の管の先端に設けた削孔ビットの進行に伴って前記管を地山内に打設する第１工程であって、インナービット及びリングビットからなる前記削孔ビットと、前記管の内部に収容され先端に前記インナービットが装着された削孔ロッドとを含む削孔装置を用いて削孔し、削孔後に、前記インナービット及び前記削孔ロッドを削孔の開口側に引き抜き、前記リングビットと前記管を削孔内に残留させ、地山内に前記管を打設する、前記第１工程と、地山内に打設した前記管の内部に、地中に電磁波を入射させて探査を行う探査装置を挿入し、前記探査装置によって前記管の周囲の地山を探査する第２工程と、を含む。
前記地山探査方法の好ましい態様において、前記第１工程は、樹脂製の継手を介して前記管を継ぎ足しながら削孔する。

さらに別の好ましい態様では、前記管は、ガラス繊維強化樹脂製である。
さらに別の好ましい態様では、前記探査装置は、電磁波を放射させる送信アンテナと前記送信アンテナから放射された電磁波を受信する受信アンテナとを一体的に備える。

さらに別の好ましい態様では、前記探査装置は、電磁波を放射させる送信アンテナを備えた送信側探査機器と前記送信アンテナから放射された電磁波を受信する受信アンテナを備えた受信側探査機器とからなり、前記第１工程は、地山内に前記管を打設した複数の探査用孔を穿設し、前記第２工程は、前記送信側探査機器と前記受信側探査機器とをそれぞれ異なる前記探査用孔に挿入する。

本発明によると、ボーリング孔を削孔しながら管を地山内に打設するので、管によってボーリング孔が全長に亘って保孔され、しかも、管は樹脂製であって電磁波を透過するので、管内に探査装置を挿入することで、未固結地山や断層部であってもボーリング孔を削孔した範囲で地中探査を行える。

本発明の実施形態における削孔装置の構成を示す図である。 本発明の実施形態におけるトンネル現場での探査の概要を説明するための図である。 本発明の実施形態における探査工程を説明するための図であり、（Ａ）は管を地山内に打設する工程、（Ｂ）は管の内部の削孔ロッドを回収する工程、（Ｃ）は管の内部に探査装置を挿入して管の周囲の地山を探査する工程を示す。 本発明の実施形態におけるクロスホールモードでの探査を説明するための部分断面図である。

以下では、図面を参照して、本発明に係る地山探査方法の一態様を説明する。
図１は、本発明に係る地山探査方法に用いる削孔装置１００の一態様を示す。
図１において、削孔ビット１０は、インナービット１１とリングビット１２とからなり、インナービット１１を削孔時の回転方向に回動したときにインナービット１１とリングビット１２とが係合する一方、インナービット１１を削孔時とは逆方向に回動したときにインナービット１１とリングビット１２との係合状態が解除され、この状態でインナービット１１を図１の右方向に移動させると、インナービット１１をリングビット１２から引き抜くことができるよう構成されている。

リングビット１２の基端側には、塩化ビニールやガラス繊維強化樹脂（ＧＦＲＰ）などの樹脂材料で中空筒状に形成される挿入管２０の一端が連結される。
上記構成の削孔装置１００において削孔を行わせるに当たっては、挿入管２０の先端にリングビット１２を装着するとともに、インナービット１１の基端側に中空管状の削孔ロッド３０の先端部を連結しておき、削孔ロッド３０を挿入管２０内に挿入して、リングビット１２とインナービット１１とを係合させる。

そして、削孔ロッド３０の後端部に、ドリルジャンボのガイドシェル４０等に設けた回転打撃装置５０を連結させる。
つまり、削孔装置１００は、樹脂製の挿入管２０の先端に削孔ビット１０（インナービット１１及びリングビット１２）を設け、また、先端にインナービット１１が装着され、後端に回転打撃装置５０が連結される削孔ロッド３０を挿入管２０の内部に収容して構成される。

そして、回転打撃装置５０の回転と打撃力とを削孔ロッド３０を介してインナービット１１及びリングビット１２に伝達することで削孔が施され、更に、削孔時、挿入管２０はリングビット１２により削孔方向前側に向けて牽引されて削孔内に引き込まれる。
係る削孔時には、削孔の進行に伴って、削孔ロッド３０及び挿入管２０はそれぞれ必要に応じてカプラ（継手）３０ａ、２０ａ等で継ぎ足される。

ここで、削孔距離が設定距離に達すると、削孔ロッド３０と共にインナービット１１を削孔時とは逆方向に回転させることで、インナービット１１とリングビット１２との係合を解除した後、削孔ロッド３０と共にインナービット１１を削孔の開口側に引き抜き、これによってリングビット１２と挿入管２０を削孔内に残留させ、地山５５０内に挿入管２０を打設する。
そして、本願発明に係る地山探査方法では、例えば図２に示すように、山岳でのトンネル５００の現場において切羽５１０から前記削孔装置１００を用いて先進ボーリングを行わせることで、切羽前方の地山５５０に挿入管２０を略水平に打設し、削孔ロッド３０及びインナービット１１が引き抜かれ挿入管２０で保孔される探査用孔（ボーリング孔）３２０に、地中に電磁波を入射させて探査を行うボアホールレーダなどの探査装置２００を挿入し、探査装置２００を用いて切羽進行方向における水みちの有無（切羽での水みちの出現位置）などを探査する。

以下では、図３を参照しつつ地山探査方法の各工程を詳細に説明する。
山岳トンネルの現場において切羽進行方向における水みちの有無などを探査する場合は、図３（Ａ）に示すように、図１に示した削孔装置１００を用いてトンネル５００の切羽５１０から切羽進行方向に向けて略水平に探査用孔３２０を削孔し、同時に挿入管２０を探査用孔３２０内に引き込んで地山５５０内に挿入管２０を打設する（第１工程）。
なお、探査用孔３２０の長さは、数十ｍとすることができる。また、探査用孔３２０は、図２に点線で示すように、トンネル５００の側壁５２０から切羽進行方向に向けて斜めに削孔させることができる。

探査用孔３２０を所定長さだけ削孔すると、挿入管２０を探査用孔３２０内に残留させつつ、挿入管２０内から削孔ロッド３０及びインナービット１１を引き抜いて回収し、図３（Ｂ）に示すように挿入管２０内を空けて、探査装置２００を挿入管２０内に挿入できるようにする。
挿入管２０の内部が空くと、図３（Ｃ）に示すように、探査用孔３２０に残留される挿入管２０内に探査装置２００を挿入し、探査装置２００によって探査用孔３２０周囲の地山５５０を探査する（第２工程）。

探査装置２００は、例えば数ＧＨｚ〜数１０ＭＨｚの電磁波を放射させる送信アンテナ２２０と送信アンテナ２２０から放射された電磁波を受信する受信アンテナ２１０とを一体的に備える棒状のアンテナ部（送受信機器）２３０と、アンテナ部２３０とケーブル２４０で接続され受信信号の情報がケーブル２４０を介して送られる本体部２５０とで構成され、アンテナ部２３０が挿入管２０内に挿入され、本体部２５０はトンネル３００内に配設され作業者によって操作される。

なお、本体部２５０は、受信信号の情報などを表示する液晶画面２５０ａや操作ボタン２５０ｂなどを備える。
探査装置２００は、送信アンテナ２２０によって探査用孔３２０周囲の地中に電磁波を入射させ、地山５５０からの反射波を受信アンテナ２１０で受信するシングルホール計測タイプのボアホールレーダであり、探査用孔３２０周囲の地中、つまり、切羽進行方向における水みち（亀裂や割れ目）などの有無を探査する。

ここで、挿入管２０は、電磁波の吸収損失量（反射損失量）が小さい（シールド性が低い）ＧＦＲＰなどの樹脂材料で形成されるため、送信アンテナ２２０から放射される電磁波が地中に入射されるのを阻害することがなく、電磁波を用いた探査が可能である。
更に、挿入管２０は、探査用孔３２０を保孔して孔壁が崩れることを防止するので、孔壁が崩れ易い未固結地山や断層部についても探査用孔３２０を穿設して探査装置２００による探査を行わせることができる。

なお、挿入管２０のカプラ（継手）２０ａは金属製又はＧＦＲＰなどの樹脂製とすることができる。
カプラ（継手）２０ａが電磁波の吸収損失量が大きい（シールド性が高い）鋼製部材である場合は、挿入管２０の継手部分で探査に影響が出る場合があるが、アンテナ部２３０が継手の間に位置するときに十分な探査を行える。
また、カプラ（継手）２０ａが、挿入管２０と同様に、電磁波の吸収損失量（反射損失量）が小さい（シールド性が低い）樹脂材料で形成される場合は、挿入管２０の継手部分でも探査に影響が出ることが抑制され、アンテナ部２３０を挿入管２０内で移動させつつ連続して探査が行える。

以上、好ましい実施形態を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば種々の変形態様を採り得ることは自明である。
例えば、挿入管２０で保孔される探査用孔３２０（ボーリング孔）を複数穿設し、複数の探査用孔３２０それぞれで探査装置２００による地中探査を行わせることができる。

また、複数のアンテナ部（送受信機器）２３０を、相互に所定間隔を空けて連結し、連結された複数のアンテナ部２３０を１つの探査用孔３２０に挿入させることができる。
また、探査に利用する探査用孔（ボーリング孔）が複数であるクロスホール計測タイプの探査装置２００を用いることができる。クロスホール計測タイプとは、探査装置２００を、送信アンテナを備えてなる送信機器と受信アンテナを備えてなる受信機器とで構成し、送信機器と受信機器とを異なる探査用孔に挿入させる探査モードである。

例えば図４に示すように、挿入管２０で保孔される２本の探査用孔３２０Ａ、３２０Ｂを同一断面上で平行に延びるように削孔装置１００を用いて施工し、一方の探査用孔３２０Ａに送信アンテナを備えてなる送信機器２００Ａを挿入させ、他方の探査用孔３２０Ｂに受信アンテナを備えてなる受信機器２００Ｂを挿入させ、一方の探査用孔３２０Ａ内から放出された電磁波を、他方の探査用孔３２０Ｂ内で受信し、２本の探査用孔３２０Ａ、３２０Ｂで挟まれる地山５５０を探査させることができる。
なお、１つの探査用孔内に複数の受信機器２００Ｂを挿入することができ、また、送信機器２００Ａが挿入される探査用孔を囲むように形成した複数の探査用孔それぞれに受信機器２００Ｂを挿入させることもできる。

また、挿入管２０として、周壁に複数の吐出孔が穿設される管（有孔管）又は前記吐出孔が穿設されない管（無孔管）を用いることができるが、挿入管２０として有孔管を用い、探査後に（探査装置２００の撤去後に）挿入管２０内に固結材を注入することで、挿入管２０内及びその周囲の地山５５０に定着領域若しくは固結領域を形成して地山５５０を補強することができる。

また、探査用孔３２０（挿入管２０）内への探査装置２００（送受信アンテナ）の挿入は、棒状の器具を用いて手動で行わせることができる。つまり、探査用孔３２０の口元側から探査装置２００（送受信アンテナ）を挿入管２０内に挿し入れた後、同じく探査用孔３２０の口元側から挿入管２０内に挿し入れた棒状の器具によって探査装置２００を後ろから押すことで、探査用孔３２０内の奥側に探査装置２００を挿入させることができる。そして、探査終了後は、例えばケーブル２４０を口元側から引っ張ることで、探査装置２００を探査用孔３２０（挿入管２０）から取り出すことができる。

また、挿入管２０内で探査装置２００（送受信アンテナ）を移動し易くするために、送受信アンテナを台車に載せたりすることができる。
また、挿入管２０内を自走するロボットを用いて探査装置２００（送受信アンテナ）を挿入管２０内で移動させることができる。

また、探査用孔３２０の削孔方法は、ロータリー式、ロータリーパーカッション式のいずれの方式であってもよい。
また、削孔装置１００は、挿入管２０内に挿入される削孔ロッド３０の先端に削孔ビット１０を装着して構成されるが、例えば、ワイヤーライン工法において、先端に削孔ビット（リングビット）を備え当該削孔ビットに駆動力を伝達する管（アウターチューブ）を樹脂などの電磁波の吸収損失量が小さい材料で形成し、その内部に探査装置２００を挿入して地山の探査を行わせることができる。つまり、削孔装置は、管の内部に収容される削孔ロッドの先端に削孔ビットを装着し、削孔ロッドによって削孔ビットを駆動する構成に限定されず、削孔ビットに駆動力を伝達する管の内部に探査装置を挿入し、周囲の地山を探査させることができる。
また、本願発明に係る地中探査方法は、山岳トンネルの現場における切羽進行方向の探査に限定されるものではなく、また、地山内に管を打設する工程における削孔ビットの進行方向（ボーリング孔の削孔方向）は略水平方向に限定されず、例えば、略垂直方向に削孔ビットを進行させて地中内に垂直方向に沿って樹脂製の管を打設し、打設された管内に探査装置（ボアホールレーダ）を挿入して地中を探査させることができる。

１０…削孔ビット、１１…インナービット、１２…リングビット、２０…挿入管、３０…削孔ロッド、１００…削孔装置、２００…探査装置、２１０…受信アンテナ、２２０…送信アンテナ、２３０…アンテナ部、２４０…ケーブル、２５０…本体部、３２０…探査用孔、５００…トンネル、５１０…切羽、５５０…地山

Claims (5)

1. 樹脂製の管の先端に設けた削孔ビットの進行に伴って前記管を地山内に打設する第１工程であって、
   インナービット及びリングビットからなる前記削孔ビットと、前記管の内部に収容され先端に前記インナービットが装着された削孔ロッドとを含む削孔装置を用いて削孔し、
   削孔後に、前記インナービット及び前記削孔ロッドを削孔の開口側に引き抜き、前記リングビットと前記管を削孔内に残留させ、地山内に前記管を打設する、
   前記第１工程と、
   地山内に打設した前記管の内部に、地中に電磁波を入射させて探査を行う探査装置を挿入し、前記探査装置によって前記管の周囲の地山を探査する第２工程と、
   を含む、地山探査方法。
2. 前記第１工程は、樹脂製の継手を介して前記管を継ぎ足しながら削孔する、
   請求項１記載の地山探査方法。
3. 前記管は、ガラス繊維強化樹脂製である、
   請求項１記載の地山探査方法。
4. 前記探査装置は、電磁波を放射させる送信アンテナと前記送信アンテナから放射された電磁波を受信する受信アンテナとを一体的に備える、
   請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の地山探査方法。
5. 前記探査装置は、電磁波を放射させる送信アンテナを備えた送信側探査機器と前記送信アンテナから放射された電磁波を受信する受信アンテナを備えた受信側探査機器とからなり、
   前記第１工程は、地山内に前記管を打設した複数の探査用孔を穿設し、
   前記第２工程は、前記送信側探査機器と前記受信側探査機器とをそれぞれ異なる前記探査用孔に挿入する、
   請求項１から請求項３いずれか１つに記載の地山探査方法。