JPH03260286A - シールド工法の地山崩壊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】

本発明はシールド工法の地山崩壊探査方法および装置に
係り、特にシールドマシンと地山の間に存在する泥水層
の厚さを検知して地山の崩壊状態を検出するのに好適な
シールド工法の地山崩壊探査方法および装置に関する。

【従来の技術】

一般に、シールド工法では、裏込め注入量の管理等の観
点から、シールドマシン外表面の地山崩壊の状況を検知
することが行なわれている。従来のこの種の方法として
比抵抗法が知られており、例えば、実開平１−１３１１
８６号公報にはウェンナー電極列をシールドマシンの外
表面に設け、地層によって異なる比抵抗を検知し、この
比抵抗の変化に基づいて第−層の泥水層厚を求めて地山
の崩壊状態を検知する方法が開示されている。

【発明が解決しようとする課題】

ところが、上記従来の方法では、測定した比抵抗の値を
直接利用するものであるため、電極か経時劣化した場合
でもこれがそのまま泥水層に反映されてしまい、精度よ
く地層厚さを検出することができなかった。また、上記
公報に記載されたウェンナー電極列による方法では、基
本的に電極間の距離によって定まるある一定の深さの点
の比抵抗の測定ができるものに過ぎず、多点測定を行な
う場合には電極数を多くせざるを得ない。しかし、電極
数を多くすると電源供給側の電極位置を逐次変更する必
要が生じ、作業性が非常に悪化し、しかも地層での供給
電流が安定し難いため、−層効率を悪くしている。した
がって、短時間での測定を要するシールド工法に適用す
るには多くの問題があった。しかも、上記方法では崩壊
形状を把握することが非常に困難であった。 本発明は、上記従来の問題点に着目し、比抵抗の測定精
度が高く、しかも崩壊形状も正確に把握でき、短時間で
測定可能なシールド工法の地山崩壊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、本発明に係るシールド工法
の地山崩壊探査方法は、第一に、シールドマシンの外表
面に設けられた測定用ダイポール電極列と参照用ウェン
ナー電極列を利用し、前記測定電極列における電極組合
せによる計測比抵抗マツプを求めるとともに、前記参照
用電極列により地山側の比抵抗および層境界厚を算出し
て前記計測比抵抗マツプに対応する基準比抵抗マツプを
求め、前記基準比抵抗マツプの算出値に対する測定比抵
抗マツプの計測値の比を算出して変動比マツプを求める
ことにより地山崩壊状態の探査をなすように構成したも
のである。 また本発明に係るシールド工法の地山崩壊探査装置は、
シールドマシンの外表面に定電流（または定電圧）供給
源および電圧（または電流）測定器に接続された測定用
ダイポール電極列と参照用ウェンナー電極列とを設け、
前記参照電極列からの計測信号を入力し地山側の比抵抗
および層境界厚を算出して参照比抵抗マツプを算出する
基準信号算出手段と、前記測定電極列からの信号を入力
して測定比抵抗マツプを算出する測定信号算出手段と、
前記測定比抵抗マツプの各個とこれに対応する前記参照
比抵抗マツプの各個の比を求めてマツプ化する信号処理
手段とを備えた構成としたものである。この場合におい
て、前記測定用ダイポール電極列と参照用ウェンナー電
極列とは平行配置すればよいが、両電極列を直交配置し
て構成してもよい。また、前記信号処理手段には測定比
抵抗マツプの各個とこれに対応する参照比抵抗マツプの
各個の比により構成されるマツプから等値曲線を算出し
て出力する手段が設けることができる。 さらには、前記出力手段には画像表示手段を接続するよ
うにしてもよい。

【作用】

上記構成によれば、ダイポール電極列では電流供給源を
固定状態で計測電極位置を変更するだけで複数の測定点
が得られる。したがって、この電流源電極の移動回数を
少なくして計測電極を移動させることにより、マトリッ
クス状に地山の多点測定を容易に行なうことができる。 これにより地山の比抵抗に相当する計測電圧値の分布が
得られ、計測比抵抗マツプとして求められる。 一方、ウェンナー電極列では地山の深さ方向の測定をな
して、比抵抗と層境界厚をに−ｄ法等により求める。そ
して、求められた値から公知の計算方法により前記ダイ
ポール電極列により得られた計測比抵抗マツプに対応す
る基準比抵抗マツプが算出できる。この測定は層の厚さ
方向の検出でよく、したがって、電流供給電極の変更操
作は少なくてよい。この結果は参照用として用いる。 このようにして得られた結果から、基準比抵抗マツプの
算出値に対する測定比抵抗マツプの計測値の比を算出し
て変動比マツプを求めるが、これによりダイポール電極
列の経時劣化による計測値の外乱要因が相殺された絶対
変動値が得られ、結局地山の崩壊形状を表すものとなる
のである。したがって、この変動比マツプを読取ること
により測定誤差や外乱のない崩壊形状を精度よく検出す
ることができるものとなる。 このような方法を実現するに際して、参照用ウェンナー
電極列はシールドマシンの進行方向に沿って配列すれば
よいが、計測用ダイポール電極列はウェンナー電極列と
平行にすることにより進行方向の崩壊形状が、直交配列
することによりシールドマシンの周方向の崩壊形状が把
握することができる。また、必要に応じて参照用ウェン
ナー電極列をシールドマシンの周方向に沿って配設する
こともできる。

【実施例】

以下に本発明に係るシールド工法の地山崩壊探査方法お
よび装置の具体的実施例を図面を参照して詳細に説明す
る。 第１図は実施例に係る泥水シールド工法に適用した地山
崩壊探査装置の構成を示すブロック図である。この図に
示すように、シールドマシン１０のスキンプレート１２
の外表面にはウェンナー電極列からなる参照用電極列１
４と、ダイポール電極列からなる計測用電極列１６が取
り付けられている。各電極列１４．１６にはそれぞれリ
レーボックス１８が付帯され、参照用電極列１４ではウ
ェンナー法による比抵抗検出を行なうべく電極の切換え
をなすようにしている。これは第２図（１）に示すよう
に、等間隔に配置された電極のうち外側に位置する一対
の電極を電流供給電極１４Ａ、内側の一対の電極を電圧
検出電極１４Ｂとしたものである。一方、計測用電極列
１６では、同図（２）に示すように、ダイポール電極列
を構成し、隣接する一対の電極を電流供給電極１６Ａと
し、これから所定距離を隔てて配置された一対の電極を
電圧検出電極１６Ｂとしている。リレーボックス１８は
これらの電極の組合せを変更するもので、参照用電極列
１４では地山の深さ方向の比抵抗と第−層の泥水層２０
の層厚を検出し、基準比抵抗マツプＭ！ｌを算出するよ
うになっており、また、計測用電極列１６では直接複数
点の計測比抵抗マツプＭ、を算出するようになっている
。この電極の切換えはコンピュータ２２により制御され
るコントローラ２４によって行なわれる。 ここでまずウェンナー電極列からなる参照用電極列１４
の検出法を説明する。これは第３図に示すように、複数
の電極１４．．１４２、・・・・・・１４゜のうち４個
の電極１４１．１４２．１４３．１４４を選択し、外側
の一対の電極１４３．１４４を定電流供給源２６に接続
して電流供給電極１４Ａとし、内側の一対の電極１４２
．１４３に電圧計２８を接続して電圧検出電極１４Ｂと
する。これにより電流供給電極１４Ａの間隔によって定
められる深さの点ｍ、における比抵抗が検出される。そ
して電流供給電極１４Ａとなる電極を図示破線や鎖線の
ように切換えることにより深さ方向の点ｍ２、ｍｓ、・
・・・・・ｍｆｉの各深さの比抵抗を検出できる。この
ようにして得られた値を周知のウェンナー法による標準
曲線上にプロットし、公知のに−ｄ法により泥水層の比
抵抗ρ３、地山の比抵抗ρ２、および泥水層厚ｄ０を求
める。このため、検出信号を信号処理装置３０に入力す
るようになっており、参照用電極列１４からの信号をに
−ｄ法処理手段３２に取込み、求められた比抵抗ρ１、
ｐ２、および泥水層厚ｄ。を演算部３４に出力するよう
にしている。このに−ｄ洗処理手段３２と演算部３４と
は基準信号算出手段を構成する。 一方、ダイポール電極列からなる計測用電極列１６での
検出方法は次のようになる。すなわち、第４図に示すよ
うに、一定間隔で配列された複数の電極１６３．１６４
、・・・・・・１６□のうち４個の電極１６３．１６□
、１６８．１６４を選択し、最初の隣接する一対の電極
１６１．１６２を定電流供給源２６に接続して電流供給
電極１６Ａとし、次の隣接する一対の電極１６３．１６
４に電圧計２８を接続して電圧検出電極１６Ｂとする。 これにより対の電極間の中点から等距離源さにある点ｐ
１．の比抵抗に対応する電圧が検出される。そして、電
圧検出電極１６Ｂとなる電極対を次々に変更することに
より地山の深さ方向の点ｐ５１、ｐｌｉ、・・・・・・
ｐ、７における電圧を連続して検出することができる。 次いで電流供給電極１６Ａを図示破線で示すように隣の
電極対１６２．１６３に移し、同様に電圧検出電極１６
Ｂを切換えて検出することにより、同様に深さ方向の点
Ｔ）２＋、ｐａｚ、ｐｉｓ、・・・・・・ｐ３．、の電
圧値を検出することができる。したがって、リレーボッ
クス１８の切換えによって得られる計測信号を逐次測定
信号算出手段としての演算部３６に取込み、図示のよう
に三角マトリックス状に配列されたマツプデータＶｘＹ
からなる計測比抵抗マツプＭｓを求めることができる。 ところで、前記参照用電極列１４による出力信号を取込
む演算部３４では、上述した計測比抵抗マツプＭｓに対
応する基準比抵抗マツプＭ、を求めるようにしている。 これはダイポール電極列において、垂直二層を対象とし
て検出を行なうときの条件を第５図に示すように、電流
供給電極１６Ａと電圧検出電極１６Ｂにおける電極間距
離をａ１両電極対間の距離ｎａ、第−層厚ｄ０、各層の
比抵抗をρ１、ρ２とすると、次式が成立することが知
られている。 ｌ また（２）式を上式に代入してＶを求めると、但し、ρ
、はｐ　、　＝　ｙｒ　ａｎ（ｎ＋１）　（ｎ＋２）Ｖ
／Ｉ−＝−（２）で導出される見掛けの比抵抗、ｔ＝ｄ
０／ａ、　Ｑ（ρ２−ρ、）バρ８＋ρ１）である。 （１）式でに＝１のとき、 ρ　１ ここで測定点は、第５図に示すように、（ｎ＋１）ａ／
２：ｙであるから、ｎ＝（２ｙ−ａ）／ａとなり、また
、２ｔｋ＝２ｄ、／ａであるので、これらを（３）式に
代入すると、次式のようになる。 ［（ｎ＋２）”＋（２ｔｋ）２］”” これによりウェンナー電極列による測定データによって
ダイポール電極列の計測により得られた計測比抵抗マツ
プＭ、に対応するマツプデータ（Ｖ。）　ＸＹを得るこ
とができる。 上述のようにして測定信号処理手段としての演算部３６
と演算部３４とにより算出されたマツプデータ（Ｖ）　
ＸＹ、　　（ｖｏ）　ＸＹは、次のデータ処理部３８に
入力され、ここで基準比抵抗マツプＭ８の各マツプデー
タ（ＶＯ）ＸＹに対する測定比抵抗マツプの各マツプデ
ータＶＸＹの比を算出して変動比マツプＭを求めるよう
にしている。すなわち、計測比抵抗マツプＭ１１のデー
タは地山の深さ方向と電極配列方向に配列した多点デー
タとなっており、一方、基準比抵抗マツプＭ、のデータ
は深さ方向に配列した層状データとなっている。したが
って、データ処理部８８では地山の共通深さ位置で、計
測マツプデータＶＸＹを基準マツプデータ（Ｖｏ）ｘｙ
で除算処理するとともに、第６図に示すように、これを
マツプ出力するものとしている。 この出力結果は変動比マツプＭとしてプリンタ等の外部
出力器５０に出力させる。この出力結果はウェンナー電
極列によって監視されている平均的な泥水層の厚さに対
してのダイポール電極列によって監視されている地山境
界面の変化率を示し、地山崩壊があればその形状を表す
ものとなるのである。 また、この実施例では前記データ処理部３８によって算
出された変動比マツプＭのデータを断面解析手段５２に
出力している。これは変動比マツプＭを直交座標面とみ
なして等値曲線を求めるもので、公知の画像処理アルゴ
リズムに基づいて変動比マツプＭのデータから算出する
ものとしている。そして、この断面解析手段５２は外部
出力器としての画像表示手段５４に解析データを出力し
、モニター表示し、視覚的に地山の崩壊形状を認識でき
るようにしている。 このような実施例のシールド工法の地山崩壊探査装置に
よる処理の流れを第７図に示したフローチャートにより
説明する。測定の開始に当って、最初に泥水層厚ｄ。、
泥水層比抵抗ρ】、地山比抵抗ρ２を初期設定する（ス
テップ１００）。この初期設定が終了してから両電極列
１４．１６による計測を開始する（ステップ１１０）。 計測データが入力されると、まず参照用電極列１４がら
の入力信号によってに−ｄ法に基づき標準曲線に照して
泥水層厚ｄ０、泥水層比抵抗ρ１、地山比抵抗ρ２を導
出する（ステップ１２０）。この結果、泥水層厚ｄ。に
ついて初期設定値と比較しくステップ１３０）、計測泥
水層厚ｄ０が大きければこれを更新して（ステップ１４
０）基準比抵抗マツプＭ、を算出しくステップ１５０）
、そうでなければ初期設定によって決定される値から算
出した基準比抵抗マツプＭ８を維持する。次いで計測用
電極列１６によるダイポール法により計測比抵抗マツプ
Ｍ５を求め（ステップ１６０）、データ処理部３８によ
って変動比マツプＭを算出する（ステップ１７０）。こ
れを必要に応じてプリントアウトするとともに、断面解
析手段５２に出ツノし、画像処理によって等値曲線をコ
ンタ−表示しくステップ１８０）、断面解析により値山
の崩壊形状や泥水層厚ｄ、を導出して（ステップ１９０
）ステップ１１０に戻るのである。 ところで、実施例装置では、第１図（２）に示すように
、ウェンナー電極列１４とダイポール電極列１６とはシ
ールドマシン１０の進行方向（矢印Ａ）に沿った配列に
設定されており、両者は平行配列になっている。このよ
うな配列では地山崩壊形状はシールドマシン１０の進行
方向に沿う断面が把握できる。しかし、シールドマシン
１０の周方向に沿った崩壊形状を検出したい場合には、
前記ダイポール電極列１６を同図（３）に示すようにウ
ェンナー電極列１４と直交する配置に設定すればよい。 もちろんダイポール電極列１６を二列設けてこれらを直
交して配置し、適宜切換えて検出するようにすれば同時
に二つの方向の崩壊断面形状を把握することができ、こ
れらの集合データが得られれば崩壊形状の三次元的な表
示が可能となり、立体トモグラフィー処理することによ
り立体画像の表示も可能となる。また、ウェンナー電極
列１４とダイポール電極列１６とは同一の箇所に設ける
場合に限らず、前後に位置をずらして配置することはも
ちろん可能である。この時にはダイポール電極列１６を
シールドマシン１ｏの先端側に配置することが掘削処理
上望ましい。

【発明の効果】 以上説明したように、本発明に係るシールド工法の地山
崩壊探査方法および装置によれば、ウェンナー電極列に
よる比抵抗検出データを参照基準としてダイポール電極
列による計測データの変動率を算出して比抵抗の絶対値
と地山の崩壊の形状を精度良く測定検出することができ
、シールド工法における地山崩壊探査を的確に行うこと
かできるという優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図（１）は実施例に係るシールド工法の地山崩壊探
査装置の構成ブロック図、同（２）は電極の配置構成を
示す平面図、同（３）は電極配置の他の構成例を示す平
面図、第２図（１）、（２）はウェンナー電極列とダイ
ポール電極列による比抵抗検出の原理説明図、第３図は
参照用電極列による計測方法とこれにより得られた基準
比抵抗マツプＭ８の説明図、第４図は計測用電極列によ
る計測方法とこれにより得られた計測比抵抗マツプＭ、
の説明図、第５図はダイポール電極列の電極間隔と地山
の測定点の関係を示す説明図、第６図はデータ処理の流
れを示す説明図、第７図は実施例のシールド工法の地山
崩壊探査方法の処理を示すフローチャートである。 １０・・・・・・シールドマシン、１２・・・・・・ス
キンプレート、１４・・・・・・参照用ウェンナー電極
列、１６・・・・・・計測用ダイポール電極列、１８・
・・・・・リレーボックス、２０・・・・・・泥水層、
３０・・・・・・信号処理手段、３２・・・・・・ｋ−
ｄ法処理手段、３４・・・・・・演算部（基準信号算出
手段）、３６・・・・・・演算部（計測信号処理手段）
、３８・・・・・・データ処理部、５２・・・・・・断
面解析手段。 第１　図 （２）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）、シールドマシンの外表面に設けられた測定用ダイ
   ポール電極列と参照用ウェンナー電極列を利用し、前記
   測定電極列における電極組合せによる計測比抵抗マップ
   を求めるとともに、前記参照用電極列により地山側の比
   抵抗および層境界厚を算出して前記計測比抵抗マップに
   対応する基準比抵抗マップを求め、前記基準比抵抗マッ
   プの算出値に対する測定比抵抗マップの計測値の比を算
   出して変動比マップを求めることにより地山崩壊状態の
   探査をなすことを特徴とするシールド工法の地山崩壊探
   査方法。 ２）、シールドマシンの外表面に定電流（または定電圧
   ）供給源および電圧（または電流）測定器に接続された
   測定用ダイポール電極列と参照用ウェンナー電極列とを
   設け、前記参照電極列からの計測信号を入力し地山側の
   比抵抗および層境界厚を算出して参照比抵抗マップを算
   出する基準信号算出手段と、前記測定電極列からの信号
   を入力して測定比抵抗マップを算出する測定信号算出手
   段と、前記測定比抵抗マップの各値とこれに対応する前
   記参照比抵抗マップの各値の比を求めてマップ化する信
   号処理手段とを備えたことを特徴とするシールド工法の
   地山崩壊探査装置。 ３）、前記測定用ダイポール電極列と参照用ウェンナー
   電極列とは平行配置されていることを特徴とする請求項
   ２に記載のシールド工法の地山崩壊探査装置。 ４）、前記測定用ダイポール電極列と参照用ウェンナー
   電極列とは直交配置されていることを特徴とする請求項
   ２に記載のシールド工法の地山崩壊探査装置。 ５）、前記信号処理手段には測定比抵抗マップの各値と
   これに対応する参照比抵抗マップの各値の比により構成
   されるマップから等値曲線を算出して出力する手段が設
   けられていることを特徴とする請求項２に記載のシール
   ド工法の地山崩壊探査装置。 ６）、前記出力手段には画像表示手段が接続されている
   ことを特徴とする請求項５に記載のシールド工法の地山
   崩壊探査装置。