JPH03260288A - シールド工法の地山崩壊探査方法 - 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
地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か開示されている。

【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、電極が経時劣化した場合
でもこれか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
公報に記載されたつエ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、特に、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、短時間で測定可
能であるとともに、特に崩壊形状も正確に把握して視覚
的に崩壊形状を認識できるようにしたシールド工法の地
山崩壊探査方法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、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、この変動
比マツプの直交座表値から等値曲線を求めて画像表示さ
せ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。

【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。 これにより他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か、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。また、この変動比マツプの
比の値の等しい測定点を結び合わせることにより、等値
曲線が得られるので、これを画像表示させれば、視覚に
より簡単に崩壊部を認識することができ、熟練を要する
ことなく誰でも崩壊管理を容易に行なわせることができ
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方法を行なうように電極の
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１
６Ａ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では泥水の比抵抗、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Ｍｍ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。 ここでます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１４１．１４□、・・・・・・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１４１．１４４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
．１４８に電圧計２８に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、ｍ、、・
・・・・・ｍ、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、ｋ−ｄ法により泥水層の比抵抗ρ１
、地山の比抵抗ρ２、および泥水層厚ｄ、を求める。こ
のため、検出信号を信号処理装置３ｏ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、ρ２、お
よび泥水層厚ｄ０を演算部３４に出力するようにしてい
る。このに−ｄ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ｘ６．．１６＊
、・・・・・・１６ｆｉのうち４個の電極１６１．１６
□、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、次に隣接する一対の電極１６８．１
６４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＋＋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ｐｉｔＳｐ＋ｓ、・・・・・
・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１６２．１６．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
ｐ２１、ｐ２２、ｐｕｓ、・・・・・・ｐ２．、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Ｖ　ｘｙ
からなる計測比抵抗マツプＭ、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Ｍ８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。 また（２）式を上式に代入して■を求めると、ρ　１ 但し、ρ１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＝ｄｏ／ａ、　Ｑ＝（ρ、−ρ、）／（ρ２＋ρ、）
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＝２ｄＯ／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。 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Ｍｓ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）　
ｘｒ−（Ｖｏ）　ＸＹは、次のデータ処理部３８に人力
され、ここで基準比抵抗マツプＭ。 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Ｍｓ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
Ｍｍ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３８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）。Ｙ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のフ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
、等値曲線をモニター表示し、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ｄ０、
泥水層比抵抗ρ１、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から
の人力信号によってに−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ｐ１、地山比抵抗ρ２を導
出する（ステップ１２０）。この結果、泥水層厚ｄ０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Ｍ、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
Ｍｓ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に出力し、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）、断面解析により地山の
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。 ここでコンタ−表示のための処理を第８図（１）に示す
。すなわち、前述のようにして得られた変動比マツプＭ
のデータＤ、を同図（２）に示すようにナンバリングし
てこれ を入力し記憶する（ステップ２００）。このデータＤ、
の最大値Ｄ　ａｔ　ａ　ｘと最小値Ｄ　ｍ　Ｉ　ｎを求
め（ステップ２１０）、次式を演算する（ステップ２２
０）Δ＝　（Ｄ　ｍａｎ−Ｄ　ｍａｎ）／　ａ　　　＝
−−−−（５）但し、ａはコンタ−の段階数である。こ
れにより変動比マツプＭにおける勾配変化量か判明する
。 そして、算出されたΔにより、等値曲線間隔が表示でき
るか否かを設定値によって比較しくステップ２３０）、
設定値以下であれば所定の倍率ｎに調整する（ステップ
２４０）。次いで、最初のデータＤ、を取込み（ステッ
プ２５０）、第８図（３）（ａ）に示すように、そのデ
ータＤＩのボックスを中心として周囲のデータボックス
を設定する（データＤＡ、Ｄ、、ＤＣ，ＤＤ）。取込み
データＤ、は変動比マツプＭの縁辺に位置している場合
は、同図（３）（ｂ）、同図（３）　（ｃ）のように設
定する。そして、データＤＩの中心とこれに隣接する第
１のデータＤＡの中心とを結ぶ線分上で、ｍ・Δ（ｍは
自然数）の座標を有する点を求める（ステップ２６ｏ）
これはデータ間の線分は同一割合で変化している見做せ
るからである。次いで他のデータＤＩ１１Ｄｃ、Ｄｏと
の間でも同様の計算を行なう（ステ・ツブ２７０）。 以後はデータＤ、を更新しくステップ２８０）、データ
が終了するまで繰返す（ステップ２９０）。 これらの一連の演算処理が行なわれると、各データ処理
部の勾配分布が判明するので、同一座標値の点を連結し
くステップ３００）、これを前記断面解析手段５２に出
力し、画像表示手段５４に出力してコンタ−表示を行な
わせるのである。 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
うな配列では他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１０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して、これをコンタ−表示
させることができ、シールド工法における地山崩壊探査
を等高線状に視覚表示させることができるので、崩壊検
出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Ｍ、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、第８図はコ
ンタ−処理のためのフローチャートとその説明図である
。 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、５４・・・・・・画像表示手段。 第　１　図 （２）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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、泥水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、この変動
   比マップの直交座表値から等しい変動比を連結した等値
   曲線を求めて画像表示させ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。