JPH03259785A - 地中探査方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

本発明は地中探査方法および装置に係り、特に電波法に
より地層境界までの距離や埋設障害物までの検出に好適
であってシールド掘削時の地中探査に用いるのに適した
地中探査方法および装置に関する。

【従来の技術】

従来、シールド工法では、裏込め注入量の管理のために
スキンプレート表層の泥水層の厚さを検出することによ
り地山の崩壊状況を検知したり、あるいは掘進施工上の
管理の必要性から掘削前方の障害物を探知することが行
われている。 ？ この種の探査方法として従来から電波法が知られている
（例えば特開昭５８−１８１９９９号、同６Ｃ）−１５
７０６５号、同６０−１７３２９４号）。これはシール
ドマシンの外面部に送受信アンテナを設けて他山に向け
て発射された電磁波の反射波を捉え、反射波到達までの
時間から地山境界層までの距離や障害物までの距離を求
めるようにしたものである。すなわち、電波法は地山と
非接触で地山に発射した電磁波の往復経過時間を反射波
のピーク点を判定して算出し、得られた反射画像を解析
１７て探査するのである。

【発明が解決しようとする課題】

ところが、地山に電磁波を発射してその反射波を検出す
る方法では、電磁波の減衰率が問題となっており、これ
が特に地山の導電率によって左右され、導電率が大きい
場合には、第４図（１）に示されるように電磁波の減衰
が大きくなり、同図（２）に示されるごとく検出反射波
の振幅が小さくなって検出が困難になるとともに、電磁
波の到達範囲か限定されてしまう。このため、従来から
小さい振幅の受信電波を的確に補足すべく受信アンプに
より振幅を増幅するようにしていた。 しかしながら、受信電波の増幅率が太き過ぎると、第５
図に示すように、受信機の計測限界を越えてしまい、ま
た、雑音も大きくなって対比が困難となっていた。した
がって適正な増幅率を設定すればよいが、地山の導電率
が多様であり、特に泥水シールド工法の場合にはベント
ナイト水を先方に注入し７つつ掘進するため、前方他山
の導電率がその都度変化し、予め導電率を把握すること
が困難であった。このようなことから、予め適正増幅率
に設定しておくことができず、精度の高い計測ができな
い問題があった。 本発明は、上記従来の問題点に着目し、測定対象の他山
の導電率を計測しつつ、これによって定まる増幅率を適
正に設定することにより、適正な電波法による計測がで
きるようにした地中探査方法および装置を提供すること
を目的とする。

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するために、本発明に係る地中探査方法
は、電波法により地中に向けて発射された電磁波の反射
波をレーダアンテナにより受信し、この受信信号を増幅
することにより反射波の伝播時間を算出して地中探査を
なす方法において、前記電波法と併用して比抵抗測定用
電極列により探査方向の導電率を算出し、この導電率に
より前記反射波の増幅率を設定して反則波の伝播時間を
算出するように構成したものである。 また本発明に係る地中探査装置は、地中に向けて配置さ
れる送受信レーダアンテナと、このアンテナに接続され
て反射波の受信信号を入力する受信器と、この受信器に
よる受信信号を設定増幅率にて増幅する増幅器と、この
増幅信号により反射波の伝播時間を算出して地層境界あ
るいは障害物までの距離を算出してこれを表示出力する
処理装置とを備えた地中探査装置において、前記レーダ
アンテナに併設して比抵抗測定用電極列を設け、この比
抵抗４１１１定用電極列からの検出信号を人力して地中
の導電率を算出する演算装置を設けるとともに、この演
算装置からの出力された導電率に基づき前記レークアン
テナからの信号が入力される増幅器の増幅率を調整する
増幅率調整手段を設けた構成としたものである。

【作用】

上記構成によれば、比抵抗測定用電極列によって予めあ
るいは同時に地山の導電率が測定でき、導電率が大きけ
れば電波受信機の増幅率を増して減衰した検出反射波の
振幅が適正になるように設定すればよい。これは予め受
信電波の減衰率と導電率の関係を求めておき、両者の相
関関係から適宜設定値を調整するようにしておけばよい
。また、比抵抗測定用電極列による計測では、同時に地
層の比抵抗を計測して地層境界面を把握することができ
る。したがって、同時に計測した比抵抗分布のデータを
前記電波法による計測データと比較することにより、よ
り多くの情報が得られ、障害物や地山崩壊状態の検出を
高い精度で行うことができる。

【実施例】

以下に、本発明に係る地中探査方法および装置の具体的
実施例を、シールドマシンに適用した例にイ１き、図面
を参照して詳細に説明する。 第１図〜第２図に実施例に係る地中探査装置の構成図を
示す。 まず、電波探査装置はシールドマシン１０のスキンプレ
ートに開口形成された凹部内に送受信レーダアンテナ１
２を取り付けており、探査対象の地山１４に送受信方向
を向けて配置されている。 このアンテナ１２にはパルス発生回路１６が接続されて
おり、このパルス発生回路１６にはトリガ回路１８が接
続されている。アンテナ１２はトリガ回路１８によって
形成されるトリガ信号によりパルス発生回路１６から送
出される一定周期のパルス信号を地山１４に向けて発信
する。またアンテナ１２は反射電波を受信するが、この
信号を入力する受信機としてのサンプリング回路２０が
接続されている。サンプリング回路２０は受信信号を前
記トリガ回路１８からの計測タイミング信号によってサ
ンプリングし、これを次段の増幅器２２に送出し、ここ
で設定された増幅率で増幅して演算回路２４に出力する
ようになっている。演算回路２４では受信した反射波の
ピーク値からその到達時間を算出して地層境界面までの
距離を求め、これを出力装置２６にて画像表示するよう
にしている。 上記のような電波探査装置に併設して地中探査装置には
比抵抗探査装置が併設されている。シールドマシン１０
のスキンプレートの外表面には前記アンテナ１２に隣接
してダイポール電極列からなる比抵抗測定用電極列３０
が取り付けられている。この比抵抗測定用電極列３０は
複数の電極を等間隔に配列したもので、スキンプレート
に地山１４側に電極が露出するように取り付けられてい
る。比抵抗測定用電極列３０は、リレーボックス等の電
極切換え器３２に接続され、複数の電極のうち隣接する
一対の電極を送信電極対３０Ａとするとともに、他の一
対の隣接する電極を受信電極対３０Ｂとするように切換
えられるものとなっている。電極切換え器３２には上記
送信電極対３０Ａに対して送信電流を供給するための発
振器３４がアンプ３６を介して接続され、選択された送
信電極対３０Ａに対し、所定周波数の電流を供給して当
該送信電極対３０Ａを通じて地山１４に電流を流すもの
としている。また、電極切換え器３２はアンプ３８を介
して信号処理装置４０に接続され、選択されている受信
電極対３０Ｂからの検出電圧信号を当該信号処理装置４
０に入力させるようになっている。信号処理装置４０で
は入力された計測信号により計測対象となっている地山
の比抵抗を算出する処理を行う。 ここで、信号処理装置４０における比抵抗の算出方法は
次のようになる。前記比抵抗測定用電極列３０をダイポ
ール電極列構成とし、各電極の間隔が一定ａであり、第
２図に示すように、隣接する一対の電極を送信電極対３
０Ａ１他の隣接する一対の電極を受信電極対３０Ｂとし
、これらの距離をｎａとすると、電極対３０Ａ、３０Ｂ
の中心間距離を底辺とする直角三角形の頂点の見掛けの
比抵抗ρは次式で求められる。 ρ　＝　ｎ（ｎ＋１）（ｎ＋２）π　ａ　−ｖ／　■　
・・・・・・　（１）そして、前記送信電極対３０Ａと
受信電極対３０Ｂの組合せを前記電極切換え器３２によ
って切換えることにより、測定点の位置が変更され、第
２図に示したように三角マトリックス状に地山の比抵抗
分布を求めることができるのである。このような処理を
行った信号処理装置４０では演算結果をプリンタや画像
表示装置等の外部出力装置４２に出力し、比抵抗分布を
表示するようにしている。 ところで、！上記比抵抗探査装置における信号処理装置
４０では、比抵抗ρの算出と同時に当該比抵抗の逆数で
ある地山の導電率を演算するようにしている。この演算
部には増幅率調整手段４４が接続されており、この増幅
率調整手段４４に演算結果としての導電率を出力してい
る。増幅率調整手段４４は前記電波探査装置における設
定増幅率の値を入力された導電率に基づいて設定変更す
るものである。すなわち、電波探査装置における受信信
号の適正な増幅率は使用している受信機の演算回路２４
によって定まり、受信信号の減衰率によって一定に定ま
る。受信信号の減衰率はまた地中の導電率によって変化
し、したがって、増幅率は他山の導電率に対して一義的
に決定できる。この電波探査装置の増幅器２２の設定増
幅率と、比抵抗探査装置によって求められた導電率とを
対応させた相関関係を規定値として定めておき、人力さ
れた導電率により前記増幅率調整手段４４が、増幅器２
２に対し、対応する適正な増幅率に設定値を変更するよ
うにしているのである。 このように構成された地中探査装置では、電波探査装置
部で電波探査を行うと同時に、比抵抗探査装置部で地山
の比抵抗検出を行い、求められた比抵抗値から導電率を
算出し、これにより電磁波の減衰率に対応する適正な受
信電波の増幅率を演算回路２４に出力させることができ
る。したがって電波探査における増幅率の調整が迅速に
行われ、特に泥水シールド工法において顕著な導電率の
変化に対しても正確な計測情報が得られるものとなる。 また、シールドマシンの前方に高い導電率をもつ金属塊
等の障害物がある場合にも、電波減衰が大きくなるが、
当該装置によればその検出も桶：実に検知することがで
きる。更に、この実施例装置では、比抵抗探査装置部に
より地山の比抵抗分布が同時に得られ、他山崩壊形状の
検出も算出することができる。 なお、上記実施例ではシールドマシン１０のスキンプレ
ートに探査装置を取り（−１けたが、これはカッタヘッ
ドに取り付は前方探査を行うことができるのはもちろん
であり、両者を併用することも可能である。また、ここ
では比抵抗法にダイポール法を考えたが、ウエンナー法
、その他の手法を用いることができるのは明らかである
。 【発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、比抵抗測定用電
極列によって予めあるいは同時に地山の導電率が測定し
、導電率の大きさによって電波受信機の増幅率を適正な
値に設定し、減衰した検出反射波の振幅が適正になるよ
うに設定することができる効果が得られる。また、比抵
抗測定用電極列による計測では、同時に一地層の比抵抗
を計測して地層境界面を把握することができる効果が得
られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例に係る地中探査装置の構成図、第２図は
比抵抗探査装置による計測方法の説明図である。 １０・・・・・・シールドマシン、１２・・・・・レー
ダアンテナ、１４・・・・・・地山、２ｏ・・・・・・
ザンプリング回路、２２・・　増幅器、２４　・・・・
演算回路、３ｏ・・・・・比抵抗測定用電極列、４ｏ・
・・・・信号処理装置、４４・・・・増幅率調整手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）、電波法により地中に向けて発射された電磁波の反
   射波をレーダアンテナにより受信し、この受信信号を増
   幅することにより反射波の伝播時間を算出して地中探査
   をなす方法において、前記電波法と併用して比抵抗測定
   用電極列により探査方向の導電率を算出し、この導電率
   により前記反射波の増幅率を設定して反射波の伝播時間
   を算出することを特徴とする地中探査方法。 ２）、地中に向けて配置される送受信レーダアンテナと
   、このアンテナに接続されて反射波の受信信号を入力す
   る受信器と、この受信器による受信信号を設定増幅率に
   て増幅する増幅器と、この増幅信号により反射波の伝播
   時間を算出して地層境界あるいは障害物までの距離を算
   出してこれを表示出力する処理装置とを備えた地中探査
   装置において、前記レーダアンテナに併設して比抵抗測
   定用電極列を設け、この比抵抗測定用電極列からの検出
   信号を入力して地中の導電率を算出する演算装置を設け
   るとともに、この演算装置からの出力された導電率に基
   づき前記レーダアンテナからの信号が入力される増幅器
   の増幅率を調整する増幅率調整手段を設けたことを特徴
   とする地中探査装置。