JP7315449B2 - 掘削面地質評価方法 - Google Patents
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Description
この弾性波速度測定方法は、機材設置ステップ、音波振動、弾性波振動記録ステップ、弾性波速度算出ステップを順次実施する。
(1)上記特許文献1の弾性波速度測定方法では、地山を伝播する弾性波速度は伝播距離と伝播時間から算出されるため、切羽付近の弾性波速度を算出するためには、伝播距離を変えた複数回の発破を1台の地震計で測定する必要があり、弾性波速度の測定に、比較的長い時間を要する。
(2)これに対して、トンネル坑内における従来の弾性波探査手法として、1回の発破を複数台の地震計で測定する手法が知られているが、この測定手法では、複数台の地震計をトンネル坑内に設置する必要があり、地震計の設置のために、比較的長時間を要する。また、この測定手法では、比較的高価な多チャンネル式のデータ記録装置が必要で、全体としてコストは増大する。
トンネル坑内の切羽を含む土木工事における掘削面の掘削毎に前記各掘削面から所定の距離離れた所定の設置位置にマイクロフォンの機能を有する機器を含むマイクロフォンを設置して、前記マイクロフォンに通信ケーブルを介してパーソナルコンピュータ、ICレコーダを含む録音機能を有する各種記録装置を接続し、
前記掘削面毎に前記各掘削面に一定の破砕力を加えて破砕音を発生させ、前記各掘削面と前記マイクロフォンの設置位置との間の空中を伝播する前記破砕音を前記マイクロフォンで集音し、前記各掘削面で前記破砕音の発生前から記録動作を開始させた前記各種記録装置に記録して、
前記各種記録装置に記録された前記掘削面毎の前記破砕音の音波データから音波の周波数特性を算出し、
前記掘削面毎の前記音波の周波数特性に基づいて前記各掘削面の地質状況を推定し評価する、
ことを要旨とする。
また、この方法では、予め、掘削面付近を含む土木工事の現場の適宜の位置に警報器を配備しておき、掘削面毎に前記警報器により掘削面の地質状況の評価に応じた警報を発するようにしてもよい。
(1)掘削面を発破により掘削する土木工事では、前記掘削面に加える一定の破砕力として探査用の発破を使用し、前記探査用の発破は一定量の爆薬を瞬発雷管により起爆させ、前記掘削面を掘削するための発破は所定量の爆薬を段発雷管により起爆させる。
(2)掘削面をブレーカ、ハンマを含む建設機械・器具により掘削する土木工事では、前記建設機械・器具を前記掘削面に加える一定の破砕力として使用し、前記建設機械・器具で前記掘削面を一定の打撃力で破砕する。
(3)パーソナルコンピュータに音波データを解析する解析ソフトを搭載し、解析装置として使用する。
まず、機材設置ステップで、図3に示すように、トンネル坑内の切羽から所定の距離離れた後方所定の設置位置にマイクロフォン1及びデジタル記録装置2を設置し、マイクロフォン1とデジタル記録装置2とを通信ケーブル3を介して接続する。この場合、マイクロフォン1に一般に市販されている汎用マイクロフォンを採用し、このマイクロフォン1をトンネル坑内の所定の位置に設置する。なお、マイクロフォンの機能を有する機器であれば、それに代用可能である。記録装置2にはやはり市販品の可搬型の汎用パソコンを採用する(以下、記録装置2に代えてパソコン2という。)。近時のパソコンは通常ピンジャックが付設されていて録音が可能であり、パソコン2のピンジャックにマイクロフォン1を通信ケーブル3を介して接続する。なお、記録装置は録音機能を有する機器であれば、それに代用可能である。機材設置作業の簡便性を重視すれば、記録装置にやはり市販品の可搬式のICレコーダを用いてもよい。この場合、ICレコーダで録音したデータを適宜の時点でパソコンに移せばよい。このようにしてこれら市販品のマイクロフォン1とパソコン2を後述する切羽の破砕音(音波の振動)の測定に用いる。さらに、このパソコン2には音波データを解析する解析ソフト(例えば、SP-WAVEなど)を搭載し、このパソコン2を解析装置としても使用する。
次に、音波記録ステップで、図3を参照すると、トンネル坑内の切羽毎に各切羽に発破で一定の破砕力を加えて破砕音を発生させ、各切羽とマイクロフォン1の設置位置との間の空中を伝播する音波をマイクロフォン1で集音し、各切羽で破砕音の発生前から記録動作を開始させたパソコン2に記録する。
続いて、パワースペクトル周波数算出ステップで、パソコン2に記録された音波データから音波のパワースペクトル周波数を算出する。ここでは、パソコン2に記録された音波についてパソコン2(の解析ソフト)でFFT解析を行い、それぞれのパワースペクトルを算出する。この場合、解析ソフトはSP-WAVEを使用する。
そして、地質状況推定評価ステップで、音波のパワースペクトル周波数に基づいて切羽の地質状況を推定し評価する。ここでは、パソコン2で、まず、切羽で発破の振動により発生させた音波について、現地点の切羽での音波パワースペクトル周波数と一つ前の地点の切羽での音波パワースペクトル周波数とを比較して、前地点の切羽の地質と現地点の切羽の地質の変化を判定し、切羽地質変化の評価を行う。ここで、切羽地質変化の評価は次の式(1)-(3)により、次のように行う。
式(1)を満足する場合、切羽の地質状況が変化する可能性は小さい、と評価する。
式(2)を満足する場合、切羽の地質状況が変化する可能性がある、と評価する。
式(3)を満足する場合、切羽の地質状況が変化する可能性が大きい、と評価する。
図6では、切羽の掘削進捗に伴い、切羽の地質が花崗閃緑岩から細粒凝灰岩に変化した箇所付近での音波のパワースペクトル周波数の推移を示している。この測定結果は、パソコン2のディスプレイに表示される。各切羽の距離程を横軸、パワースペクトル周波数を縦軸とし、ひし形のマークが音波のパワースペクトル周波数を示している。なお、点線は5切羽のパワースペクトル周波数の移動平均値を参考として示している。
ここで、花崗閃緑岩、細粒凝灰岩の各同一地質の区間では、各切羽での音波のパワースペクトル周波数は大きく変化していないことから、地質状況が変化していないことが分かる。一方、花崗閃緑岩から細粒凝灰岩への地質変化に伴い、地質変化点で音波のパワースペクトル周波数の上昇が認められ、音波のパワースペクトル周波数が大きく変化しており、異なる地質間では地質状況が変化していることが分かる。なお、閾値α、βは、FFT解析における周波数分解能とばらつきを考慮して設定している。
本方法ではこの地質状況推定評価ステップに続いて切羽の地質状況の評価に応じて警報を発する警報ステップを実施する。この警報ステップでは、図3に示すように、予め、切羽付近を含む土木工事の現場の適宜の位置に警報器4を配備しておき、切羽毎に警報器4により切羽の地質状況の評価に応じた警報を発する。
2 パーソナルコンピュータ(記録装置)
3 通信ケーブル
4 警報器
Claims (5)
- トンネル坑内の切羽を含む土木工事における掘削面の掘削毎に前記各掘削面から所定の距離離れた所定の設置位置にマイクロフォンの機能を有する機器を含むマイクロフォンを設置して、前記マイクロフォンに通信ケーブルを介してパーソナルコンピュータ、ICレコーダを含む録音機能を有する各種記録装置を接続し、
前記掘削面毎に前記各掘削面に一定の破砕力を加えて破砕音を発生させ、前記各掘削面と前記マイクロフォンの設置位置との間の空中を伝播する前記破砕音を前記マイクロフォンで集音し、前記各掘削面で前記破砕音の発生前から記録動作を開始させた前記各種記録装置に記録して、
前記各種記録装置に記録された前記掘削面毎の前記破砕音の音波データから音波の周波数特性を算出し、
前記掘削面毎の前記音波の周波数特性に基づいて前記各掘削面の地質状況を推定し評価する、
ことを特徴とする掘削面地質評価方法。 - 予め、掘削面付近を含む土木工事の現場の適宜の位置に警報器を配備しておき、掘削面毎に前記警報器により掘削面の地質状況の評価に応じた警報を発する請求項1に記載の掘削面地質評価方法。
- 掘削面を発破により掘削する土木工事では、前記掘削面に加える一定の破砕力として探査用の発破を使用し、前記探査用の発破は一定量の爆薬を瞬発雷管により起爆させ、前記掘削面を掘削するための発破は所定量の爆薬を段発雷管により起爆させる請求項1又は2に記載の掘削面地質評価方法。
- 掘削面をブレーカ、ハンマを含む建設機械・器具により掘削する土木工事では、前記建設機械・器具を前記掘削面に加える一定の破砕力として使用し、前記建設機械・器具で前記掘削面を一定の打撃力で破砕する請求項1又は2に記載の掘削面地質評価方法。
- パーソナルコンピュータに音波データを解析する解析ソフトを搭載し、解析装置として使用する請求項1乃至4のいずれかに記載の掘削面地質評価方法。
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