JPH03260289A - 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、電極が経時劣化した場合
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、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、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しい変動
比を連結した等値曲線を求めるとともに、この等値曲線
と等値曲線間隔のデータに基づき三次元座標面に計測境
界層の形状をコンピュータアルゴリズムにより立体画像
表示させるように構成した。

【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公知のに−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。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、この等値曲線データを画像処理手
段に入力し、比の値の差に比例した階差を与えて立体画
像表示させることかできる。これはコンピュータアルゴ
リズムにより立体トモグラフィー処理により容易に画像
処理ができる。これによれば、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かできる。 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では第−層の泥水層２０の比抵抗、地山の深
さ方向の比抵抗、および泥水層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１４３．１４７、・・・・・・１４７のうち４個
の電極１４１．１４□、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
．１４．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ｍ１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、ｍ３、・
・・・・・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、ｋ−ｄ法により泥水層の比抵抗ρ
１、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、ρ２、
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１６□、１６３
、・・・・・・１６ｎのうち４個の電極１６．．１６□
、１６３．１６４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１６８，１６
．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法さにある点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１）＋２、ｐｕｓ、・・・・・
ｐｌｏ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
ｐ２．、ｐｚｚ、ｐａｌｓ・・・・・・ｐ２ｎ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Ｍ８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Ｍ、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ｐ、、ρ２とすると、次式が成立することが知
られている。 ρ　暴 一＝　Ｉ＋　ｎ（ｎ＋１）（ｎ＋２）ｘρ　１ また（２）式を上式に代入してＶを求めると、ρ　１ 但し、ρ、はｐ　、＝　７ｒ　ａｎ（ｎ＋１）（ｎ＋２
）Ｖ／Ｉ−＝　−（２）で導出される見掛けの比抵抗、
ｔ＝ｄ、／ａ、　Ｑ＝（ρ２−ρ、）／（ρ２＋ρ１）
である。 （１）式でに＝１のとき、 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。 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Ｍ、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。したかって、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）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。これは変動比マッブＭを直交座標面とみ
なして等比抵抗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、等比抵抗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ρ７、地山比抵抗ｐ２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ｄ。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
Ｍ、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、断面解析手段５２では算出された等値曲線のデ
ータを基礎にして立体トモグラフィー処理を行なうよう
にしている。すなわち、変動比マツプＭの等値曲線の曲
線間隔は比抵抗と等価の階差を示し、これは崩壊部の深
さに対応する。そこでこの等価比抵抗の階差を深さデー
タとして三次元座標上に地山崩壊形状の立体画像を表す
ことができる。 この具体例を第８図（１）に示した測定データにより説
明する。これは同図（２）に示した崩壊部を測定したも
ので、変動比マツプＭ上には電極数に応じた計測データ
が表示されている。この変動比マツプＭで直交軸線Ａ−
Ａ線とＢ−Ｂ線に沿うデータ列を各々測定電流値を縦軸
にしたグラフにプロットして表示すると、同図（３）に
示すように表せられる。したがって、変動比マツプＭの
平面データに変動比の大きさを縦軸にした三次元座標に
表すと、第９図に示したように、計測対象の崩壊形状に
対応した鳥轍図が得られる。この例では直接変動比マツ
プＭ上の値を三次元座標に表示したが、データ間の階差
の変化割合が一様であると想定し、これを連続したなだ
らかな曲線にして表すことができる。このような三次元
処理は公知のコンピュータアルゴリズムにより処理すれ
ばよく、簡単に画像出力手段に表示させることができる
。 このようにして得られたいわゆる鳥敞図によって立体画
像表示することにより、直感的に崩壊形状を認識するこ
とができる。 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
１ｏ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つつ、これを立体画像出
力表示させることができるので、シールド工法における
地山崩壊形状を視覚により特別な判読能力を要さずに容
易に判別探査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（１
）は変動比マ・ツブＭの実験データ、同図（２）は計測
対象の断面図、同図（３）は変動比マツプＭの直交軸線
に沿うデータのグラフ、第９図は実験により得られた崩
壊形状の立体画像の出力例である。

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
   曲線を求めるとともに、この等値曲線と等値線間隔のデ
   ータに基づき三次元座標面に計測境界層の形状をコンピ
   ュータアルゴリズムにより立体画像表示させることを特
   徴とするシールド工法の地山崩壊探査方法。