JP7393240B2 - Rock evaluation method using drilling energy - Google Patents

Rock evaluation method using drilling energy Download PDF

Info

Publication number
JP7393240B2
JP7393240B2 JP2020024230A JP2020024230A JP7393240B2 JP 7393240 B2 JP7393240 B2 JP 7393240B2 JP 2020024230 A JP2020024230 A JP 2020024230A JP 2020024230 A JP2020024230 A JP 2020024230A JP 7393240 B2 JP7393240 B2 JP 7393240B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
drilling
drilling energy
face
energy
rock
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2020024230A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2021127655A (en
Inventor
亮 若竹
一郎 関根
英明 三上
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toda Corp
Original Assignee
Toda Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toda Corp filed Critical Toda Corp
Priority to JP2020024230A priority Critical patent/JP7393240B2/en
Publication of JP2021127655A publication Critical patent/JP2021127655A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7393240B2 publication Critical patent/JP7393240B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
  • Excavating Of Shafts Or Tunnels (AREA)

Description

本発明は、山岳トンネルの掘削時にドリルジャンボによって計測された穿孔エネルギーを利用して切羽前方の地山を評価する方法に関する。 The present invention relates to a method of evaluating the ground in front of a tunnel face using drilling energy measured by a drill jumbo during excavation of a mountain tunnel.

従来より、山岳トンネルの掘削において、切羽の地山強度を事前に把握することは、発破の効率化やそれによる余掘の低減に繋がるだけでなく、予期せぬ地質変化による急激な内空の変状や切羽の崩壊を防ぐために重要である。そのため、従来からドリルによって1本若しくは複数本(2~3本程度)の長尺削孔を行い、その削孔データ(穿孔エネルギー)などを用いて切羽前方の地山性状を予想することが行われてきた(以下、削孔検層という)。なお、前記長尺削孔の長さは概ね20~40m程度とされる。 In the past, when excavating mountain tunnels, understanding the strength of the ground at the face in advance not only leads to more efficient blasting and the reduction of over-excavation, but also prevents sudden hollowing due to unexpected geological changes. This is important to prevent deformation and collapse of the face. Therefore, it has traditionally been possible to drill one or more (about 2 to 3) long holes with a drill and use the drilling data (drilling energy) to predict the properties of the ground in front of the face. (hereinafter referred to as drilling logging). Note that the length of the long drilled hole is approximately 20 to 40 m.

例えば、下記特許文献1では、 油圧式パーカッションドリルで削孔し、削孔により得られた掘削深度と各深度における累積掘削時間、瞬間削孔速度、ピストン打撃エネルギ、給進力、トルク、送水圧の削孔データファイルを作成し、該ファイルをパーソナルコンピュータで一括処理して破壊エネルギを算出して単位孔長当りの平均破壊エネルギを算出し、確率・統計的手法により岩盤等級と破壊エネルギとの対応付けを行い、破壊エネルギによる岩盤評価を実施し、コンピュータによる画像処理を行い、破壊エネルギの分布状況を把握して切羽前方地質を予測することを特徴とする油圧ドリルによる削孔データを用いた岩盤評価及び切羽前方地質の予測方法が提案されている。 For example, in Patent Document 1 below, a hole is drilled with a hydraulic percussion drill, and the drilling depth obtained by drilling, the cumulative drilling time at each depth, instantaneous drilling speed, piston impact energy, feeding force, torque, and water supply pressure are described. A drilling data file of This method uses drilling data from a hydraulic drill, which is characterized by mapping, performing rock evaluation using fracture energy, performing image processing using a computer, grasping the distribution of fracture energy, and predicting the geology in front of the face. A method for evaluating the rock mass and predicting the geology in front of the face has been proposed.

しかしながら、切羽面に対して1~3本程度の削孔データでは切羽前方の地山状況を詳細かつ正確に把握することは困難であった。そこで近年は、コンピューター制御のドリルジャンボによって、掘削時の削孔位置とともに、発破削孔やロックボルト削孔時の穿孔エネルギーを含む削孔データを自動的に取得し、これらの削孔データを処理・解析して切羽前方の地山性状を把握するシステムが開発されている。 However, it has been difficult to obtain a detailed and accurate understanding of the ground conditions in front of the face using drilling data for one to three holes per face. Therefore, in recent years, computer-controlled drill jumbo machines have been used to automatically acquire drilling data, including the drilling position during drilling, as well as drilling energy during blast drilling and rock bolt drilling, and process this drilling data.・A system has been developed to analyze and understand the nature of the ground in front of the face.

例えば、下記特許文献2では、切羽近傍の画像データを取得する作業と、切羽周辺の地山の穿孔データを3次元的に取得する作業と、前記画像データに基づいて地質展開画像を作成する作業と、前記穿孔データに基づいて穿孔エネルギーのコンター図を作成する作業とを有し、前記地質展開画像および前記コンター図によりトンネル背面および切羽前方の地山状況を評価するトンネル周辺地山の評価方法が提案されている。 For example, in Patent Document 2 listed below, there is a task of acquiring image data near the face, a task of three-dimensionally acquiring drilling data of the ground around the face, and a task of creating a geological development image based on the image data. and creating a contour map of drilling energy based on the drilling data, the method for evaluating the ground around a tunnel, which evaluates the ground condition at the back of the tunnel and in front of the tunnel face using the geological development image and the contour map. is proposed.

また、下記非特許文献1では、山岳トンネルの掘削に使用されるドリルジャンボの施工データ(発破孔・ロックボルト孔の穿孔エネルギー)を使用して、切羽およびその近傍の地山性状を定量的かつ詳細に3次元評価可能な地山評価システムが開示されている(図9参照)。 In addition, in the following non-patent document 1, the construction data (drilling energy of blast holes and rock bolt holes) of a drill jumbo used for excavating mountain tunnels is used to quantitatively and A rock evaluation system capable of detailed three-dimensional evaluation has been disclosed (see FIG. 9).

特公平11-174046号公報Special Publication No. 11-174046 特開2017-201074号公報JP 2017-201074 Publication

山下雅之外2名、“ドリルジャンボの削孔データを使用した3次元地山評価システム(DRISS-3D)の開発”西松建設技報 VOL.41、インターネット<URL:https://www.nishimatsu.co.jp/solution/engineering.php>Masayuki Yamashita and two others, “Development of a three-dimensional rock evaluation system (DRISS-3D) using drill jumbo drilling data,” Nishimatsu Construction Technical Report VOL.41, Internet <URL: https://www.nishimatsu. co.jp/solution/engineering.php>

前記特許文献2及び非特許文献1では、ドリルジャンボによって計測された穿孔エネルギーの数値が記憶装置に記憶されるとともに、これらの数値に基づき、切羽の2次元コンター図又は俯瞰した全体の3次元コンター図が作成されるようになっている。 In Patent Document 2 and Non-Patent Document 1, numerical values of drilling energy measured by a drill jumbo are stored in a storage device, and based on these numerical values, a two-dimensional contour diagram of the face or a three-dimensional contour diagram of the entire bird's-eye view is created. A diagram is now created.

この際、穿孔エネルギーの計測点は離散的に存在しているものであるため、前記コンター図を描くために地球統計学的手法(空間データ補間処理法)によって計測点以外の箇所の穿孔エネルギーを推測し前記コンター図を描いている。 At this time, since the drilling energy measurement points exist discretely, the drilling energy at locations other than the measurement points is calculated using geostatistical methods (spatial data interpolation processing method) in order to draw the contour map. The contour diagram is drawn based on the estimation.

前記空間データ補間処理法は、具体的には逆距離荷重平均法(IDW法)又はクリギング法が専ら用いられている。前者の逆距離荷重平均法は推定するポイントに近いほど平均化処理への影響が大きくなるというルールの下、距離の逆数を重みとした加重平均で推定値を求めるものであり、後者のクリギング法は距離が近いほど類似性が高いというルールの下、最尤法,最小二乗法等により推定誤差が最小となるように解析領域内の任意の地点における線形、不偏の空間補間値を推定するものである。 Specifically, the inverse distance weighted averaging method (IDW method) or the Kriging method is exclusively used as the spatial data interpolation processing method. The former method, the inverse distance weighted averaging method, calculates estimated values using a weighted average using the reciprocal of the distance as a weight, based on the rule that the closer the point is to the point to be estimated, the greater the influence on the averaging process, while the latter method, the Kriging method, Estimates a linear, unbiased spatial interpolation value at any point within the analysis area using the maximum likelihood method, least squares method, etc., based on the rule that the closer the distance, the higher the similarity. It is.

しかしながら、前記逆距離荷重平均法及びクリギング法は、対象の切羽全体のデータを用いて空間補間を行うため、地山性状の変化箇所の再現が困難であるという問題があった。すなわち、推定箇所の数値は全周方向の計測穿孔エネルギー値を用いることになるが、破砕帯や弱層が存在している場合、この境界線の内外では地質が全く異なることになるにも拘わらず、この境界線近傍の推定値を予測する際に境界線を越えた地層のデータを加味することになるため地質の急激に変化する境界線が曖昧となり表現され難いという問題があった。 However, since the inverse distance weighted average method and the Kriging method perform spatial interpolation using data of the entire target face, there is a problem in that it is difficult to reproduce locations where the rock properties change. In other words, the numerical value for the estimated location uses the measured drilling energy value in the circumferential direction, but if there is a fracture zone or weak layer, the geology will be completely different inside and outside this boundary line. First, when predicting estimated values near this boundary line, data from strata beyond the boundary line is taken into consideration, which causes the problem that the boundary line, where the geology changes rapidly, becomes ambiguous and difficult to represent.

そこで本発明の主たる課題は、ドリルジャンボによって計測された穿孔エネルギーを用いて切羽の2次元コンター図又は俯瞰した全体の3次元コンター図を作成するに当たって、穿孔エネルギーが急激に変化する境界をきっちりと表現できるようにした穿孔エネルギーによる地山評価方法を提案することにある。 Therefore, the main problem of the present invention is to accurately identify the boundaries where the drilling energy changes rapidly when creating a two-dimensional contour diagram of the face or a three-dimensional contour diagram of the entire bird's-eye view using the drilling energy measured by the drill jumbo. The purpose of this paper is to propose a method for evaluating rock formations using drilling energy that can be expressed.

上記課題を解決するために請求項1に係る本発明として、ドリルジャンボによって切羽に対する装薬孔の穿孔時に、穿孔箇所とともに、穿孔エネルギーを自動的に計測し、これに基づいて切羽の2次元コンター図又は地山の3次元コンター図を作成して切羽前方の地山を評価するに当たって、
穿孔箇所の穿孔エネルギーを整理し、穿孔エネルギーが急変する箇所を抽出し、急変箇所が連続している場合にそのラインを地質性状の境界線と判断する第1手順と、
前記境界線によって分断された領域毎にエリア分けする第2手順と、
対象とする地山範囲を所定形状のメッシュで分割し、各エリアに属するメッシュの穿孔エネルギー推定値をそのエリア内の穿孔エネルギー測定値のみに基づいて空間データ補間処理法によって推定する第3手順と、
前記各メッシュの穿孔エネルギー値に基づいて切羽の2次元コンター図又は地山の3次元コンター図を作成する第4手順とからなることを特徴とする穿孔エネルギーによる地山評価方法が提供される。
In order to solve the above problems, the present invention according to claim 1 is such that when a drill jumbo drills a charging hole in a face, the drilling location and the drilling energy are automatically measured, and based on this, the two-dimensional contour of the face is measured. When evaluating the ground in front of the face by creating a map or 3D contour map of the ground,
A first step of organizing the drilling energy of the drilling locations, extracting locations where the drilling energy suddenly changes, and determining the line as a boundary line of geological properties if there are consecutive locations of sudden changes;
a second step of dividing the area into areas divided by the boundary line;
The third step is to divide the target rock range into meshes of a predetermined shape, and estimate the estimated drilling energy of the mesh belonging to each area by a spatial data interpolation method based only on the measured drilling energy in that area. ,
A fourth step of creating a two-dimensional contour map of the face or a three-dimensional contour map of the rock based on the drilling energy values of each of the meshes is provided.

上記請求項1記載の発明では、先ず最初に穿孔箇所の穿孔エネルギーを整理し、穿孔エネルギーが急変する箇所を抽出し、急変箇所が連続している場合にそのラインを地質性状の境界線と判断する(第1手順)。地質性状の境界線が確認された場合は、次に前記境界線によって分断された領域毎にエリア分けし(第2手順)、次に対象とする地山範囲を所定形状のメッシュで分割し、各エリアに属する各メッシュの穿孔エネルギー推定値をそのエリア内の穿孔エネルギー測定値のみに基づいて空間データ補間処理法によって推定する(第3手順)。そして、前記各メッシュの穿孔エネルギー値に基づいて切羽の2次元コンター図又は地山の3次元コンター図を作成する(第4手順)。 In the invention as claimed in claim 1, first, the drilling energies of the drilling locations are sorted out, and the locations where the drilling energy suddenly changes are extracted, and if the sudden changes are continuous, that line is determined to be the boundary line of the geological properties. (first step). If boundaries of geological properties are confirmed, then divide the areas into areas divided by the boundaries (second step), then divide the target geological range with a mesh of a predetermined shape, The drilling energy estimation value of each mesh belonging to each area is estimated by the spatial data interpolation processing method based only on the drilling energy measurement value within that area (third step). Then, a two-dimensional contour map of the face or a three-dimensional contour map of the ground is created based on the drilling energy value of each mesh (fourth step).

従来は、切羽全体の穿孔エネルギー測定値を用いて任意箇所の穿孔エネルギーを空間データ補間処理法によって推定していたが、本発明ではまず最初に地質性状が急変する断層(境界線)が存在する場合は、この境界線によって分断された領域毎にエリア分けを行い、そして各エリアに属する各メッシュの穿孔エネルギー推定値をそのエリア内の穿孔エネルギー測定値のみに基づいて空間データ補間処理法によって推定することにより、当該メッシュを含むエリア以外の穿孔エネルギー測定値は空間データ補間処理法による参考データとはしないようにしている。すなわち、境界線によって分断された各領域は地質性状が大きく異なっているのであるが、従来はこの境界線を越えた領域の穿孔エネルギー測定値をも参考にして推定を行っていた。このような手法の場合は地質急変箇所の数値が緩和され地質の急激に変化する境界線が表現され難かったが、本方法の場合は基本的に同一ないし類似する地層が一つのエリアとして設定され、このエリア内の穿孔エネルギー測定値のみに基づいて空間データ補間処理法によって推定する。従って、境界線の内外近傍領域で大きく穿孔エネルギーの数値が異なるようになり、地質性状が急激に変化する境界をきっちりと表現できるようになる。 Conventionally, the drilling energy at an arbitrary point was estimated using a spatial data interpolation method using the drilling energy measurement value of the entire face, but in the present invention, first of all, there is a fault (boundary line) where the geological properties suddenly change. In this case, the area is divided into areas divided by this boundary line, and the estimated drilling energy value of each mesh belonging to each area is estimated using a spatial data interpolation processing method based only on the drilling energy measurement value within that area. By doing so, the drilling energy measurements in areas other than the area including the mesh are not used as reference data for the spatial data interpolation processing method. In other words, the geological properties of each area divided by the boundary line differ greatly, but in the past, estimates were made by also referring to the drilling energy measurements of the area beyond the boundary line. In the case of such a method, the numerical values at places with sudden geological changes were relaxed, making it difficult to express the boundaries of rapidly changing geology, but in the case of this method, basically the same or similar geological strata are set as one area. , estimated by a spatial data interpolation process based only on the drilling energy measurements within this area. Therefore, the numerical values of drilling energy will differ greatly between the areas near the inside and outside of the boundary line, making it possible to accurately represent boundaries where geological properties change rapidly.

請求項2に係る本発明として、事前に、切羽から前方地山に対して複数本の削孔検層を行い、穿孔エネルギーの概略的3次元分布を得ておき、請求項1記載の方法によって切羽の2次元コンター図又は地山の3次元コンター図を得たならば、それに合わせて前記穿孔エネルギーの概略的3次元分布を上書し更新していくことを特徴とする穿孔エネルギーによる地山評価方法が提供される。 As the present invention according to claim 2, a plurality of boreholes are logged in advance from the face to the ground in front to obtain a rough three-dimensional distribution of drilling energy, and the method according to claim 1 is used. A rock formation based on drilling energy, characterized in that when a two-dimensional contour map of a face or a three-dimensional contour map of a rock is obtained, the rough three-dimensional distribution of the drilling energy is overwritten and updated accordingly. An evaluation method is provided.

上記請求項2記載の発明は、通常、山岳トンネルの掘削に当たっては、事前に、切羽から前方地山に対して複数本の削孔検層を行い、穿孔エネルギーの概略的3次元分布を得ておく。しかし、この穿孔エネルギーの概略的3次元分布はおおまかな地質予測には寄与するが、定量的に精度良く地山性状を評価するには至っていない。従って、1掘削サイクル毎に行われる装薬孔穿孔によって得られた穿孔エネルギーによって請求項1記載の方法によって切羽の2次元コンター図又は地山の3次元コンター図を得たならば、それに合わせて前記穿孔エネルギーの概略的3次元分布を上書し更新していくことによって、切羽前方の地山をより精度良く予測することが可能になる。 The invention as set forth in claim 2 provides that, when excavating a mountain tunnel, a plurality of boreholes are normally logged in advance from the face to the ground in front of the mountain to obtain a rough three-dimensional distribution of drilling energy. put. However, although this rough three-dimensional distribution of drilling energy contributes to rough geological predictions, it has not reached the point where it is possible to quantitatively and accurately evaluate the properties of the rock. Therefore, if a two-dimensional contour map of the face or a three-dimensional contour map of the ground is obtained by the method according to claim 1 using the drilling energy obtained by drilling the charge hole performed in each excavation cycle, the By overwriting and updating the rough three-dimensional distribution of the drilling energy, it becomes possible to predict the ground in front of the face with higher accuracy.

請求項3に係る本発明として、ドリルジャンボによるロックボルト穿孔に対して、請求項1記載の第1手順から第4手順までを適用し、穿孔エネルギーの3次元コンター図を得ることを特徴とする穿孔エネルギーによる地山評価方法が提供される。 The present invention according to claim 3 is characterized in that the first to fourth steps described in claim 1 are applied to rock bolt drilling by a drill jumbo to obtain a three-dimensional contour diagram of drilling energy. A method for evaluating rock formations using drilling energy is provided.

上記請求項3記載の発明は、ドリルジャンボによるロックボルト穿孔に対して、請求項1記載の第1手順から第4手順までを適用することにより穿孔エネルギーの3次元コンター図を得るようにしたものである。 The invention as set forth in claim 3 above obtains a three-dimensional contour diagram of drilling energy by applying the first to fourth steps as set forth in claim 1 to rock bolt drilling using a drill jumbo. It is.

以上詳説のとおり本発明によれば、ドリルジャンボによって計測された穿孔エネルギーを用いて切羽の2次元コンター図又は俯瞰した全体の3次元コンター図を作成するに当たって、穿孔エネルギーが急激に変化する境界をきっちりと表現できるようになる。 As described in detail above, according to the present invention, when creating a two-dimensional contour diagram of a face or a three-dimensional contour diagram of the entire bird's-eye view using the drilling energy measured by a drill jumbo, boundaries where the drilling energy rapidly changes are detected. You will be able to express yourself clearly.

ドリルジャンボによる掘削要領を示すトンネル側面図である。FIG. 2 is a side view of a tunnel showing the procedure for excavation using a drill jumbo. 削孔検層の箇所を示す切羽の斜視図である。FIG. 3 is a perspective view of the working face showing the location of borehole logging. 削孔検層によって得られた穿孔エネルギーの概略的3次元分布図の例である。This is an example of a schematic three-dimensional distribution map of drilling energy obtained by drilling well logging. 切羽の装薬孔穿孔パターン例を示す切羽正面図である。FIG. 3 is a front view of the face showing an example of a charging hole drilling pattern of the face. 穿孔エネルギー急変箇所が存在した場合のエリア分け例を示す切羽正面図である。FIG. 3 is a front view of a face showing an example of area division when there is a location where drilling energy suddenly changes. 地山をメッシュで分割した切羽正面図である。It is a front view of a face in which the ground is divided into meshes. 穿孔エネルギーの切羽コンター図である。It is a face contour diagram of drilling energy. 概略的3次元分布図の上書・更新要領を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating how to overwrite and update a schematic three-dimensional distribution map. 非特許文献1による地山評価システムの穿孔エネルギーの3次元表示図である。It is a three-dimensional display diagram of the drilling energy of the rock evaluation system according to Non-Patent Document 1.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳述する。 Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

山岳トンネルの掘削は、図1に示されるように、切羽近傍にドリルジャンボ5、吹付け機6、ホイールローダ等のトンネル施工用重機が配置され、例えば上半及び下半の一括併行作業により掘削を行うミニベンチ工法により上半及び下半のそれぞれにおいてロックボルト削孔および装薬孔・装薬を併行して行った後、上半及び下半を一気に切り崩し、その後ズリ出し→当り取り→一次吹付け→鋼製支保工の建込み→二次吹付け→ロックボルト打設などの手順にて掘削が1サイクル毎に行われる。また、切羽後方ではセントルが配置され、覆工体の構築、インバート施工が行われる。 As shown in Figure 1, when excavating a mountain tunnel, heavy equipment for tunnel construction, such as a drill jumbo 5, a sprayer 6, and a wheel loader, is placed near the face.For example, the upper and lower halves are excavated simultaneously. Using the mini-bench construction method, the upper and lower halves are drilled for rock bolts and charged holes and charged at the same time, and then the upper and lower halves are cut down at once. Excavation is carried out in each cycle, following the steps of installation, erection of steel shoring, secondary spraying, and driving of rock bolts. In addition, a center will be placed behind the face, and construction of the lining and invert construction will be carried out.

〔削孔検層〕
掘削に当たっては、断層破砕帯の存在や局部的な脆弱部の存在を事前に予測し対策を行うことが重要となる。そのために、切羽前方の地山性状をおおまかに予測するために前記ドリルジャンボ5の削岩機を用いて削孔検層を概ね30~50mの長さ範囲に亘って行い、削孔の長手方向に沿って穿孔エネルギーを連続的に計測する。削孔検層の箇所は概ね1又は複数箇所とされる。例えば、図2に示されるように、トンネル切羽の両側部と天端の3箇所で長尺削孔10、10…によって削孔検層を行う。
[Drilling logging]
When excavating, it is important to predict the existence of fault fracture zones and local weak areas in advance and take countermeasures. For this purpose, in order to roughly predict the nature of the ground in front of the face, we performed drilling logging over a length range of approximately 30 to 50 m using the Drill Jumbo 5 rock drill, and The drilling energy is continuously measured along the The number of locations for drilling and logging is generally one or more. For example, as shown in FIG. 2, borehole logging is performed at three locations on both sides of the tunnel face and at the top using long holes 10, 10, . . . .

近年のドリルジャンボは、コンピューター制御によるものが多く普及しており、削孔時に穿孔位置とともに、穿孔エネルギー、穿孔方向の角度データなどの掘削データを自動的に入手できるようになっている。これらの掘削データは、通信基地局2に無線通信された後、通信ケーブル3または無線によって現場事務所H内の管理コンピューター1に伝送され、記憶装置に記憶される。もちろん、現場事務所だけでなく、モデム7、7を介したインターネットや専用回線等の遠隔通信手段により、本社等に設置された管理コンピューター8に掘削データを送信することも可能である。 In recent years, many computer-controlled drill jumbo machines have become popular, making it possible to automatically obtain drilling data such as the drilling position, drilling energy, and angle data of the drilling direction during drilling. These excavation data are wirelessly communicated to the communication base station 2, then transmitted to the management computer 1 in the field office H via the communication cable 3 or wirelessly, and stored in the storage device. Of course, it is also possible to transmit the excavation data not only to the field office but also to the management computer 8 installed at the head office or the like by remote communication means such as the Internet or a dedicated line via the modems 7, 7.

前記穿孔エネルギーは、単位体積あたりの岩盤を穿孔するのに要したエネルギー量を示し、より硬質な岩盤ほど多くの穿孔エネルギーが必要となることになるため、これに指標に地山の性状を知ることが可能になる。この穿孔エネルギーは下式(1)によって求められる。 The above-mentioned drilling energy indicates the amount of energy required to drill into the rock per unit volume, and the harder the rock, the more drilling energy is required, so this is used as an index to understand the properties of the rock. becomes possible. This drilling energy is determined by the following formula (1).

Figure 0007393240000001
ここに、Ed:穿孔エネルギー(J/cm3)
Ep:打撃エネルギー(J)<下式(2)による>
Cp:打撃数(bpm)
K :損失係数
Vd:穿孔速度(cm/min)
S :孔断面積(cm2)
Figure 0007393240000001
Here, Ed: drilling energy (J/cm 3 )
Ep: Impact energy (J) <according to formula (2) below>
Cp: Number of blows (bpm)
K: Loss coefficient Vd: Drilling speed (cm/min)
S: Hole cross-sectional area (cm 2 )

Figure 0007393240000002
ここに、Ep:打撃エネルギー(J)
A :ピストン受圧面積(cm2)
L :ピストンストローク(m)
Pp:打撃圧(kgf/cm2)
削孔検層によって得た3箇所の穿孔エネルギーを用い、空間データ補間処理法によってそれらの中間領域の穿孔エネルギーを推測することにより穿孔エネルギーの概略的3次元分布を得るようにする。図3はその概略的3次元分布図の例を示したものである。
Figure 0007393240000002
Here, Ep: Strike energy (J)
A: Piston pressure receiving area (cm 2 )
L: Piston stroke (m)
Pp: Impact pressure (kgf/cm 2 )
A rough three-dimensional distribution of drilling energy is obtained by estimating the drilling energy in the intermediate region using the drilling energy at three locations obtained through drilling logging and using a spatial data interpolation processing method. FIG. 3 shows an example of a schematic three-dimensional distribution diagram.

〔装薬孔穿孔時の穿孔エネルギー計測〕
1サイクル毎の掘進作業は、先ずドリルジャンボ5によって切羽に装薬孔11の穿孔を行う。
[Drilling energy measurement when drilling a charging hole]
In the excavation work for each cycle, first, the drill jumbo 5 drills a charging hole 11 in the face.

装薬孔11の形成は、一般的には先ず芯抜き発破により自由面を形成させ、次に芯抜きによって形成された自由面に対して払い発破をかけ、順次周囲を拡大していく発破パターンによって穿孔が行われる。この装薬孔11の穿孔時に、穿孔位置とともに、穿孔エネルギーを含む穿孔データをコンピュータ制御によって自動的に計測する。そして、この穿孔エネルギー計測値に基づいて、切羽の2次元コンター図又は地山の3次元コンター図を作成して切羽前方の地山を評価する。以下、図面に基づいて更に詳述する。 Generally, the formation of the charging hole 11 is performed by first forming a free surface by core blasting, and then by blowing the free surface formed by core core removal and sequentially expanding the circumference in a blasting pattern. The drilling is done by When drilling the charging hole 11, drilling data including the drilling position and drilling energy are automatically measured by computer control. Then, based on this drilling energy measurement value, a two-dimensional contour map of the face or a three-dimensional contour map of the ground is created to evaluate the ground in front of the face. The details will be explained below based on the drawings.

<第1手順>
切羽Sに形成した穿孔箇所のすべての穿孔エネルギーを整理し、穿孔エネルギーが急変する箇所を抽出する。そして、急変箇所が連続している場合にそのラインを地質性状が急変している境界線と判断する。例えば、図5に示される切羽の装薬孔穿孔パターン図において、各穿孔位置での穿孔エネルギーを比較して穿孔エネルギーが急変している箇所があるかどうかを検討した結果、急変箇所が連続しているラインが想定される考えられるならば、そのラインを地質性状の境界線12として設定する。
<First step>
Organize all the drilling energies of the drilling points formed on the face S, and extract the points where the drilling energy suddenly changes. If there are consecutive areas of rapid change, that line is determined to be a boundary line where the geological properties are rapidly changing. For example, in the drilling pattern diagram of the charging hole in the face shown in Figure 5, we compared the drilling energy at each drilling position and examined whether there were any places where the drilling energy suddenly changed. If a line can be assumed, that line is set as the boundary line 12 of the geological properties.

なお、図示例では境界線12が一つの例を示したが、2本以上の境界線が存在する場合も当然に想定される。また、境界線12は直線の例を示したが境界線が中間で屈曲したり屈曲線であったり、湾曲線であったりする場合も当然に想定される。 Note that although the illustrated example shows an example in which there is one boundary line 12, it is naturally assumed that there are two or more boundary lines. Although the boundary line 12 is shown as a straight line, it is naturally assumed that the boundary line may be bent in the middle, be a curved line, or be a curved line.

<第2手順>
次に、同図5に示されるように、境界線12によって分断された領域毎にエリア分けを行う。例えば、図示されるように、境界線12よりも左下側の領域をエリアAとして設定し、境界線よりも右上側の領域をエリアBとして設定する。
<Second step>
Next, as shown in FIG. 5, areas are divided into areas divided by boundary lines 12. For example, as shown in the figure, an area on the lower left side of the boundary line 12 is set as area A, and an area on the upper right side of the boundary line is set as area B.

なお、図示例ではエリアを2分割した例を示したが、3分割以上に分割される場合も当然に想定される。 Note that although the illustrated example shows an example in which the area is divided into two, it is naturally assumed that the area is divided into three or more.

<第3手順>
図6に示されるように、穿孔を行った地山範囲を対象として、図示の例では切羽全体を対象として、所定形状のメッシュで分割する。図示例では基本的に正方形状のメッシュで分割を行っている。この際、切羽の外縁と重なるメッシュについては三角形状または多角形状のメッシュとする。また、前記境界線12と交差するメッシュについては、境界線を一辺として含む三角形状または多角形状のメッシュとするのが望ましい。そして、各エリアA,Bに属する各メッシュの穿孔エネルギー値を推定するに当たって、該当するエリア内の穿孔エネルギー測定値のみに基づいて空間データ補間処理法によって推定を行う。前記空間データ補間処理法としては、前述した逆距離荷重平均法(IDW法)又はクリギング法を用いるのが望ましい。
<3rd step>
As shown in FIG. 6, the area of the ground where the borehole has been drilled is targeted, and in the illustrated example, the entire face is targeted, and is divided into meshes of a predetermined shape. In the illustrated example, division is basically performed using a square mesh. At this time, the mesh that overlaps the outer edge of the face is a triangular or polygonal mesh. Furthermore, it is desirable that the mesh intersecting the boundary line 12 be a triangular or polygonal mesh that includes the boundary line as one side. Then, in estimating the drilling energy value of each mesh belonging to each area A, B, estimation is performed by a spatial data interpolation processing method based only on the drilling energy measurement value in the corresponding area. As the spatial data interpolation processing method, it is desirable to use the aforementioned inverse distance weighted average method (IDW method) or the Kriging method.

なお、メッシュの内部に穿孔エネルギー測定値が存在する場合はその測定値をもって穿孔エネルギー値とし、メッシュ内部に穿孔エネルギー測定値が存在しない場合に、近傍の穿孔エネルギー測定値のみに基づいて空間データ補間処理法によって推定を行うようにすると処理時間を短縮できるようになる。 In addition, if there is a drilling energy measurement value inside the mesh, that measurement value is used as the drilling energy value, and if there is no drilling energy measurement value inside the mesh, spatial data interpolation is performed based only on the neighboring drilling energy measurement values. If estimation is performed using a processing method, processing time can be shortened.

<第4手順>
すべてのメッシュについて、穿孔エネルギー値を設定し終えたならば、これら各メッシュの穿孔エネルギー値に基づいて切羽の2次元コンター図(又は地山の3次元コンター図)を作成する。例えば、図7に示されるように、切羽Sについて穿孔エネルギー値の2次元コンター図を作成する。
<Fourth step>
Once the drilling energy values have been set for all meshes, a two-dimensional contour map of the face (or a three-dimensional contour map of the ground) is created based on the drilling energy values of each mesh. For example, as shown in FIG. 7, a two-dimensional contour diagram of drilling energy values for the face S is created.

<第5手順(追加手順)>
以上の要領によって、ドリルジャンボの穿孔結果に基づいて、切羽面全体に対して高精度の穿孔エネルギーコンター図を得たならば、図8(A)(B)に示されるように、前記削孔検層によって得た穿孔エネルギーの概略的3次元分布を順次上書し更新していく。
<Fifth step (additional step)>
After obtaining a highly accurate drilling energy contour diagram for the entire face surface based on the drilling results of the jumbo drill, as shown in Fig. 8(A)(B), The rough three-dimensional distribution of drilling energy obtained through well logging is sequentially overwritten and updated.

この際、前記切羽の穿孔エネルギーコンター図のデータは、装薬孔11の穿孔を行った長さ分に対するものであるが、削孔検層によって得た穿孔エネルギーの概略的3次元分布によってトンネル長手方向に沿う穿孔エネルギーの傾向は把握できるため、前記切羽の穿孔エネルギーコンター図と前記穿孔エネルギーの概略的3次元分布とに基づいて、切羽前方の地山を詳細かつ正確に予測することが可能となる。 At this time, the data on the drilling energy contour diagram of the face is for the length of the drilling of the charging hole 11, but the data on the tunnel length is determined by the rough three-dimensional distribution of drilling energy obtained by drilling logging. Since the trend of drilling energy along the direction can be grasped, it is possible to predict the ground in front of the face in detail and accurately based on the drilling energy contour map of the face and the rough three-dimensional distribution of the drilling energy. Become.

〔他の形態例〕
(1)上記形態例において、前記境界線12については1本の線として定義したが、任意の幅を有する帯状の線として定義することも可能である。
(2)上記形態例では、装薬孔11について穿孔エネルギーを計測したが、ロックボルト穿孔時にも同様に穿孔エネルギーを計測し、この結果を3次元コンター図として示すことも可能である。
[Other form examples]
(1) In the above embodiment, the boundary line 12 is defined as a single line, but it can also be defined as a strip-shaped line having an arbitrary width.
(2) In the above embodiment, the drilling energy was measured for the charging hole 11, but it is also possible to measure the drilling energy in the same way when drilling the rock bolt, and to show the results as a three-dimensional contour diagram.

1・8…管理コンピューター、2…通信基地局、3…通信ケーブル、5…ドリルジャンボ、6…吹付け機、7…モデム、10…長尺削孔、11…装薬孔、12…境界線、S…切羽 1.8... Management computer, 2... Communication base station, 3... Communication cable, 5... Drill jumbo, 6... Spraying machine, 7... Modem, 10... Long hole drilling, 11... Charge hole, 12... Boundary line , S... face

Claims (3)

ドリルジャンボによって切羽に対する装薬孔の穿孔時に、穿孔箇所とともに、穿孔エネルギーを自動的に計測し、これに基づいて切羽の2次元コンター図又は地山の3次元コンター図を作成して切羽前方の地山を評価するに当たって、
穿孔箇所の穿孔エネルギーを整理し、穿孔エネルギーが急変する箇所を抽出し、急変箇所が連続している場合にそのラインを地質性状の境界線と判断する第1手順と、
前記境界線によって分断された領域毎にエリア分けする第2手順と、
対象とする地山範囲を所定形状のメッシュで分割し、各エリアに属するメッシュの穿孔エネルギー推定値をそのエリア内の穿孔エネルギー測定値のみに基づいて空間データ補間処理法によって推定する第3手順と、
前記各メッシュの穿孔エネルギー値に基づいて切羽の2次元コンター図又は地山の3次元コンター図を作成する第4手順とからなることを特徴とする穿孔エネルギーによる地山評価方法。
When a drill jumbo drills a charging hole in a face, it automatically measures the drilling location and the drilling energy, and based on this, creates a two-dimensional contour map of the face or a three-dimensional contour map of the ground, and maps the area in front of the face. When evaluating the ground,
A first step of organizing the drilling energy of the drilling locations, extracting locations where the drilling energy suddenly changes, and determining the line as a boundary line of geological properties if there are consecutive locations of sudden changes;
a second step of dividing the area into areas divided by the boundary line;
The third step is to divide the target rock range into meshes of a predetermined shape, and estimate the estimated drilling energy of the mesh belonging to each area by a spatial data interpolation method based only on the measured drilling energy in that area. ,
A method for evaluating rock formations using drilling energy, comprising a fourth step of creating a two-dimensional contour map of the face or a three-dimensional contour map of the rock based on the drilling energy values of each of the meshes.
事前に、切羽から前方地山に対して複数本の削孔検層を行い、穿孔エネルギーの概略的3次元分布を得ておき、請求項1記載の方法によって切羽の2次元コンター図又は地山の3次元コンター図を得たならば、それに合わせて前記穿孔エネルギーの概略的3次元分布を上書し更新していくことを特徴とする穿孔エネルギーによる地山評価方法。 In advance, a plurality of drilling logs are performed from the face to the ground in front to obtain a rough three-dimensional distribution of drilling energy, and a two-dimensional contour map of the face or the ground is obtained by the method according to claim 1. 1. A method for evaluating rock formations using drilling energy, characterized in that, once a three-dimensional contour map is obtained, the rough three-dimensional distribution of drilling energy is overwritten and updated accordingly. ドリルジャンボによるロックボルト穿孔に対して、請求項1記載の第1手順から第4手順までを適用し、穿孔エネルギーの3次元コンター図を得ることを特徴とする穿孔エネルギーによる地山評価方法。 A rock formation evaluation method based on drilling energy, characterized in that the first to fourth steps according to claim 1 are applied to rock bolt drilling using a drill jumbo to obtain a three-dimensional contour diagram of drilling energy.
JP2020024230A 2020-02-17 2020-02-17 Rock evaluation method using drilling energy Active JP7393240B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020024230A JP7393240B2 (en) 2020-02-17 2020-02-17 Rock evaluation method using drilling energy

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020024230A JP7393240B2 (en) 2020-02-17 2020-02-17 Rock evaluation method using drilling energy

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2021127655A JP2021127655A (en) 2021-09-02
JP7393240B2 true JP7393240B2 (en) 2023-12-06

Family

ID=77488211

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020024230A Active JP7393240B2 (en) 2020-02-17 2020-02-17 Rock evaluation method using drilling energy

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7393240B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114320401B (en) * 2021-11-25 2023-08-04 中国煤炭科工集团太原研究院有限公司 Anchor protection vehicle

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003020897A (en) 2001-07-09 2003-01-24 Kajima Corp Method and equipment for estimating geology in front of facing of tunnel
JP2013174580A (en) 2012-01-25 2013-09-05 Hazama Ando Corp Tunnel elastic wave exploration method and tunnel elastic wave exploration system used for the same
JP2016003430A (en) 2014-06-13 2016-01-12 株式会社奥村組 Discrimination method for soil distribution using shield machine
JP2017201074A (en) 2016-05-02 2017-11-09 大成建設株式会社 Evaluation method of tunnel surrounding ground and tunnel construction method
JP2019078663A (en) 2017-10-25 2019-05-23 株式会社鴻池組 Perforating navigation device

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3238840B2 (en) * 1994-11-18 2001-12-17 不動建設株式会社 Tunnel ground search system

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003020897A (en) 2001-07-09 2003-01-24 Kajima Corp Method and equipment for estimating geology in front of facing of tunnel
JP2013174580A (en) 2012-01-25 2013-09-05 Hazama Ando Corp Tunnel elastic wave exploration method and tunnel elastic wave exploration system used for the same
JP2016003430A (en) 2014-06-13 2016-01-12 株式会社奥村組 Discrimination method for soil distribution using shield machine
JP2017201074A (en) 2016-05-02 2017-11-09 大成建設株式会社 Evaluation method of tunnel surrounding ground and tunnel construction method
JP2019078663A (en) 2017-10-25 2019-05-23 株式会社鴻池組 Perforating navigation device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2021127655A (en) 2021-09-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6769259B2 (en) Tunnel management system, tunnel management method and tunnel management program
CN110889532B (en) Intelligent selection and optimization method and system for tunnel excavation and support parameters
Chen et al. Ground characterization using breaking-action-based zoning analysis of rotary-percussive instrumented drilling
JP6251128B2 (en) Judgment method of soil distribution by shield machine
JP6802641B2 (en) Evaluation method of the ground around the tunnel and tunnel construction method
CN106524844A (en) Construction method for shield tunnel boulder exploration and blasting treatment
JP3135207B2 (en) Construction management system for tunnel machine
CN105339579A (en) Arrangement for controlling percussive drilling process
CN111119902B (en) Tunnel dynamic construction method based on BP neural network
CN109856243A (en) A kind of evaluation method of deep rock mass three-dimensional ground stress
JP7393240B2 (en) Rock evaluation method using drilling energy
JP3721486B2 (en) Evaluation method of ground in tunnel excavation and tunnel excavation method using it
CA2979330C (en) Draw-down pressure apparatus, systems, and methods
CN114352299A (en) Parallel advanced extra-deep geological prediction method under deep-buried long tunnel TBM (tunnel boring machine) construction condition
JP4421146B2 (en) Geological prediction method and geological prediction device in front of tunnel face
JP3976318B2 (en) Geological prediction method in front of ground excavation
JP6820505B2 (en) Tunnel ground exploration method
Frough et al. Study of the correlation between RMR and TBM downtimes
JP3856392B2 (en) Evaluation method of natural ground in front of ground excavation part
Mooney et al. Influence of geological conditions on measured TBM vibration frequency
JP2011102706A (en) Method and system for performing survey ahead of working face
Kim et al. Investigation of geological conditions beyond the excavation face using a MSP boring data monitoring system
US20220090486A1 (en) Borehole localization relative to objects and subterranean formations
US20210381365A1 (en) Borehole localization relative to objects and subterranrean formations
KR102183346B1 (en) A System and Method for Analyzing Drilling Data

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20230118

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20230814

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20230818

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20231004

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20231117

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20231124

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7393240

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150