JPH05202694A - トンネル掘削方法 - Google Patents

トンネル掘削方法

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JPH05202694A
JPH05202694A JP4044826A JP4482692A JPH05202694A JP H05202694 A JPH05202694 A JP H05202694A JP 4044826 A JP4044826 A JP 4044826A JP 4482692 A JP4482692 A JP 4482692A JP H05202694 A JPH05202694 A JP H05202694A
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Setsu Wada
節 和田
Juichi Nakazawa
重一 中澤
Toshiaki Orita
利昭 折田
Toshio Yamamoto
俊夫 山本
Koji Yunoki
孝治 柚木
Atsushi Murabayashi
篤 村林
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 発破によるトンネル掘削方法において、切羽
面の地質情報を容易に収集できる手段を採用し、これに
よって収集した切羽面の地質情報により穿孔パターンを
修正して、可能な限り、余掘りやアタリが生じないよう
にしようとすること。 【構成】 トンネルを施工する地山の地質構造について
事前調査を行ない、この事前調査により地質構造を予測
し、この予測した地質構造から穿孔パターンを設計し、
この穿孔パターンに基づき、マーキング、穿孔、装薬、
発破、ずり出しを繰り返し、切羽面を次々に更新しなが
ら掘削していくトンネル掘削方法において、切羽面を撮
像装置によって撮像し、得られた切羽面の画像を画像処
理装置によって画像処理して、切羽面における不連続面
の抽出と亀裂の抽出を行ない、その結果に基づいて穿孔
パターンを修正するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、発破によるトンネル
掘削方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】発破によるトンネル掘削は、従来、図1
1に示すようなフローに従って行なわれている。
【0003】まず、トンネルを施工する地山について、
地表踏査、ボーリング調査、弾性波探査などの事前調査
を行なう。
【0004】上記事前調査により、切羽部の地質、断層
や節理といった不連続面に関する情報などを入手して、
これらの情報と設計条件に基づいて、切羽面に穿孔する
装薬用の発破孔の位置及び数、即ち、穿孔パターンを設
計する。
【0005】次に、設計した穿孔パターンを切羽面にマ
ーキングし、そのマーキングに従って切羽面を穿孔し、
穿孔した発破孔に装薬して発破を行ない、発破後、ずり
出しを行なう。
【0006】そして、次の切羽面でも、マーキング、穿
孔、装薬、発破、ずり出しという作業を繰り返して掘削
していく。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】各切羽面でマーキング
される穿孔パターンは、上記のように、地表踏査などの
事前調査に基づいて設計されているが、事前調査による
地質構造の予測には限界があるので、設計した穿孔パタ
ーンに従って穿孔し、装薬、発破を実施した場合、設計
断面どおりに掘削されずに、余掘りやアタリが生じるこ
とが多い。
【0008】トンネルのような長大構造物では、余掘り
やアタリが大きいと、施工費や施工時間が膨大化すると
いう問題がある。
【0009】ところで、切羽面は、露頭の一種であるか
ら、切羽面の観察によって得られる地質情報は、事前調
査によって設計した穿孔パターンを修正するための重要
な情報源として期待できる。
【0010】ところが、実際には、施工サイクルに追わ
れるため、切羽面の調査が完了するまで、長時間に亘っ
て切羽面をそのままの状態に放置しておくことができな
い。
【0011】また、切羽面への調査員の接近は、落石等
があり危険であるし、トンネル断面が大きい場合には、
リフト等を用いなければごく一部分の調査しか行えな
い。
【0012】これらの理由から、従来、切羽面での十分
な調査が行えないという問題があった。
【0013】そこで、この発明は、切羽面の地質情報を
容易に収集できる手段を採用し、これによって収集した
切羽面の地質情報により穿孔パターンを修正して、可能
な限り、余掘りやアタリが生じないようにしようとする
ものである。
【0014】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、この発明が採用した切羽面の地質情報の収集手段
は、切羽面の撮像装置によって撮像し、得られた切羽面
の画像を画像処理装置によって画像処理して、切羽面に
おける不連続面の抽出と亀裂の抽出を行なうというもの
である。
【0015】そして、穿孔パターンの修正は、画像処理
装置において抽出した亀裂の密度を測定し、この亀裂の
密度から切羽面の地質の硬軟を判定し、地質の軟らかい
部分について穿孔パターンの各穿孔位置の間隔を広げ、
地質の硬い部分について穿孔パターンの各穿孔位置の間
隔を狭めるようにして行なう。
【0016】また、画像処理装置において抽出した不連
続面の情報と、事前調査の地質情報とから、切羽面の前
方の地質構造を予測し、この予測に基づいて、穿孔パタ
ーンをさらに修正する。
【0017】上記地質の硬軟による穿孔パターンの修正
は、周辺孔の孔間隔の変更によって行うことができる。
また、不連続面の情報に基づく修正は、周辺孔の位置を
中心方向に移動させることによって行うことができる。
【0018】
【作用】上記の手段によると、切羽面の地質情報を得る
ための坑内作業は、撮像装置による切羽面の撮像作業だ
けになり、得られた画像の解析は坑外等の切羽面から離
れた場所において行うことができる。
【0019】したがって、切羽面を、調査期間中そのま
ま放置しておく必要がないので、撮像作業が終了する
と、直ちに、支保工建込み、コンクリート吹付け、ロッ
クボルト工などの作業に移ることができる。
【0020】また、撮像装置によって撮像した画像を、
画像処理装置によって処理して、切羽面における不連続
面の抽出と亀裂の抽出を行うので、客観的で高精度の地
質情報が得られる。
【0021】
【実施例】この発明によるトンネル掘削方法を、図1の
全体フローに基づいて説明する。
【0022】まず、トンネル工事を行なう地山の地質情
報を、地表踏査、ボーリング調査、弾性波調査などの事
前調査によって収集する。
【0023】この事前調査によって収集した断層や節理
などの地山の不連続面の位置を、図2に示すように、座
標原点を坑口のS.L中央点とし、真北に直角な水平軸
をX軸、鉛直軸をY軸、真北方向をZ軸として、3次元
の座標データとしてコンピュータに入力して保存する。
【0024】次に、上記事前調査の情報に基づき、穿孔
パターンの設計プログラムを用いてコンピュータによっ
て切羽面での基本になる穿孔パターンを設計し、穿孔位
置の全個数についてその位置を、切羽面におけるX、Y
座標として、コンピュータに入力して保存する。設計し
た穿孔パターンの例を、周辺孔について図示すると図9
のようになる。図9において、符号3は、発破孔の位置
を示している。
【0025】そして、設計された穿孔パターンを、切羽
調査により次のようにして修正する。
【0026】切羽面をインスタントカラーフィルムを装
着したスチールカメラ、あるいはCCDビデオカメラ等
の撮像装置を図3のように設置して撮影し、撮影した画
像を画像処理装置に取り込む。図3において、符号1は
カメラを示し、符号2は切羽面を示している。
【0027】画像処理装置において、画面補正処理、幾
何変換処理、画像フィルター処理などの処理を行って、
取り込んだ画像の画質を改善する。
【0028】そして、切羽面の画像に出現しているトン
ネル掘削に影響する大きな不連続面を抽出し、その座標
データをコンピュータに入力して保存する。図4は、画
像処理装置の画像解析によって抽出した不連続面を示し
ている。
【0029】上記不連続面の抽出は、次のようにして行
う。
【0030】まず、切羽写真は、断面毎に撮影条件が一
定しないために、切羽写真上での不連続面を表す部分の
輝度値や色彩が異なることが多いので、R(赤)、G
(緑)、D(青)の各色素別にモノクロ画像に変換した
ものを解析画像とする。次いで、不連続面の分布する部
分はモノクロ画像では黒から暗灰色であるものとして、
しきい値40、60の2ケースの輝度値にて2値化像を
求める。この後、ノイズレーサーと8近傍膨張の2値化
像処理を行い、切羽面の不連続面、陰影部分、黒っぽく
見える岩の部分などを、物体6のように表わす(図5参
照)。そして、各物体6の重心座標を求め、各物体のう
ち、その重心点7(図6参照)が、それまでの地質情報
から予測した不連続分布予測範囲内にあるものについて
はそれが不連続面であるとし、不連続分布予測範囲内に
なければ、それは不連続面でないものと判定する。ま
た、当該切羽面に初めて出現するような不連続面につい
ては、上記重心座標が次のI、IIの条件に適合すること
を条件にして不連続面として判定する。
【0031】I:形状が線状を呈し、その方向が地山の
地質構造の傾向と一致する場合 II:2点以上の重心が一直線状に地山の地質構造の傾向
と一致する場合 このような不連続面の抽出は、コンピュータによって自
動的に行うことができる。
【0032】次に、上記切羽面の画像から抽出した不連
続面の座標データと、それまでの切羽面の画像から抽出
した不連続面の座標データのうちの最新の座標データ
と、事前調査によって収集した不連続面の座標データと
から、次の切羽面での不連続面の出現状態を予測し、そ
の座標データをコンピュータに入力して保存する。この
前方地質構造の予測は、地質予測プログラムを用いてコ
ンピュータによって行われる。
【0033】なお、図4中の実線は、画像処理装置の画
像解析によって抽出した不連続面4を示し、破線は次期
切羽面の予想不連続面5を示している。
【0034】上記の不連続面の抽出と並行して、切羽面
の地質の硬軟を判定するために、切羽面の画像から小さ
な亀裂を抽出して亀裂の密度を測定する。
【0035】この亀裂の抽出は、切羽面の画像を、輝度
変換処理によって2値化し、2値化した画像について太
さを持つ線状図形を幅方向に線幅が1になるまで細める
細線化を行なって、太い線や一定の面積で表されていた
亀裂を、その中心線のみで表して行なう。この画像を図
示すると、図7のようになる。そして、切羽面を所定の
ブロックに分割し、それぞれのブロックについて亀裂の
密度を測定する。図8は、周辺孔の部分を扇形に6分割
した例を示している。亀裂密度は、亀裂が上記の細線化
処理によって線状に表現されているため、線の長さの合
計値としてコンピュータによって計算される。
【0036】上記のようにして測定した亀裂の密度を、
切羽面のブロックごとにコンピュータに入力して、密度
の平均値と標準偏差を求める。そして、平均値と標準偏
差を加えた値よりも大きな値の密度を有するブロックに
ついては、亀裂が多くて軟らかい部分であると判定し
て、そのブロックについてコンピュータに保存している
穿孔パターンの穿孔間隔を広げるように、穿孔パターン
を修正する。また、平均値から標準偏差を差し引いた値
よりも小さな値の密度を有するブロックについては、亀
裂が少くて硬い部分であると判定し、そのブロックにつ
いてコンピュータに保存している穿孔パターンの穿孔間
隔を狭くするように穿孔パターンを修正する。このよう
にして修正した穿孔パターンのデータはコンピュータに
入力保存される。
【0037】このようにして間隔を修正した穿孔パター
ンを、さらに、その切羽面で抽出した不連続面と、予測
した次の切羽面での不連続面をもとに、中心方向に修正
する。修正した穿孔パターンを示すと、図10のように
なり、図中のX印は、修正前の位置を示している。
【0038】この中心方向の修正は、円周方向の修正を
行なった穿孔パターンの座標データをもとに、各穿孔位
置の前後の間隔を計算し、各穿孔位置から抽出した不連
続面までの長さを計算する。そして、穿孔位置間隔と不
連続面までの垂線の長さの関係から、穿孔位置が隣の孔
より不連続面に近いものについてはその垂線の長さによ
り中心方向に修正(例えば、10cm、20cmの2段階)
する。また、穿孔位置が垂線の長さより隣との孔に近い
ものはそのままとする。
【0039】円周方向と中心方向の修正が完了した穿孔
パターンの座標データはコンピュータに入力保存され
る。
【0040】上記円周方向と中心方向の修正は、穿孔位
置修正プログラムによりコンピュータによって行われ
る。
【0041】そして、コンピュータに入力保存された修
正済の穿孔パターンの座標データは、コンピュータ制御
によって駆動するレーザー自動マーキング装置に取り込
まれ、この座標データに従って切羽面に、穿孔位置がレ
ーザー光によってマーキングされる。
【0042】なお、切羽面の画像解析によって得られた
地質情報は、地質情報ファイルに書き加えられ、事前調
査の地質情報がより高精度に書き換えられるようになっ
ている。
【0043】
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、穿孔パ
ターンを最適位置に修正することができるので、余掘り
やアタリの少ないトンネル掘削を行うことができるとい
う効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に係るトンネル掘削方法の全体フロー
を示す図
【図2】座標データの基準を示す図
【図3】切羽面の撮像状況を示す図
【図4】画像解析によって抽出した不連続面と予想不連
続面を示す図
【図5】2値化処理画像における物体の分布を示す図
【図6】重心点の分布状態を示す図
【図7】画像解析によって抽出した亀裂を示す図
【図8】切羽面の画像の分割例を示す図
【図9】穿孔パターンの例を示す図
【図10】修正後の穿孔パターンを示す図
【図11】従来のトンネル掘削方法の全体フローを示す
【符号の説明】
1 カメラ 2 切羽面 3 発破孔 4 不連続面 5 予想不連続面
フロントページの続き (72)発明者 山本 俊夫 大阪市此花区伝法4丁目3番55号 株式会 社鴻池組技術研究所内 (72)発明者 柚木 孝治 大阪市此花区伝法4丁目3番55号 株式会 社鴻池組技術研究所内 (72)発明者 村林 篤 大阪市此花区伝法4丁目3番55号 株式会 社鴻池組技術研究所内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 トンネルを施工する地山の地質構造につ
    いて事前調査を行ない、この事前調査により地質構造を
    予測し、この予測した地質構造から穿孔パターンを設計
    し、この穿孔パターンに基づき、マーキング、穿孔、装
    薬、発破、ずり出しを繰り返し、切羽面を次々に更新し
    ながら掘削していくトンネル掘削方法において、切羽面
    を撮像装置によって撮像し、得られた切羽面の画像を画
    像処理装置によって画像処理して、切羽面における不連
    続面の抽出と亀裂の抽出を行ない、その結果に基づいて
    穿孔パターンを修正することを特徴とするトンネル掘削
    方法。
  2. 【請求項2】 画像処理装置において抽出した亀裂の密
    度を測定し、この亀裂の密度から切羽面の地質の硬軟を
    判定し、地質の軟らかい部分について穿孔パターンの各
    穿孔位置の間隔を広げ、地質の硬い部分について穿孔パ
    ターンの各穿孔位置の間隔を狭めるように穿孔パターン
    を修正することを特徴とする請求項1記載のトンネル掘
    削方法。
  3. 【請求項3】 画像処理装置において抽出した不連続面
    の情報と、事前調査の地質情報とから、切羽面の前方の
    地質構造を予測し、この予測に基づいて、請求項2にお
    いて修正した穿孔パターンをさらに修正することを特徴
    とする請求項1記載のトンネル掘削方法。
  4. 【請求項4】 請求項2記載の穿孔パターンの修正を、
    周辺孔の孔間隔の変更によって行うことを特徴とするト
    ンネル掘削方法。
  5. 【請求項5】 請求項3記載の穿孔パターンの修正を、
    周辺孔を中心方向に移動させることによって行うことを
    特徴とするトンネル掘削方法。
  6. 【請求項6】 穿孔パターンを座標データ化し、この座
    標データをレーザー自動マーキング装置に入力してマー
    キングすることを特徴とする請求項1〜5のいずれかの
    項に記載のトンネル掘削方法。
JP4044826A 1991-11-25 1992-03-02 トンネル掘削方法 Expired - Lifetime JPH07116917B2 (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3-309126 1991-11-25
JP30912691 1991-11-25

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JPH05202694A true JPH05202694A (ja) 1993-08-10
JPH07116917B2 JPH07116917B2 (ja) 1995-12-18

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