JPH05202694A

JPH05202694A - トンネル掘削方法

Info

Publication number: JPH05202694A
Application number: JP4044826A
Authority: JP
Inventors: 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
Original assignee: Konoike Construction Co Ltd
Current assignee: Konoike Construction Co Ltd
Priority date: 1991-11-25
Filing date: 1992-03-02
Publication date: 1993-08-10
Anticipated expiration: 2010-12-18
Also published as: JPH07116917B2

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
図

【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

【特許請求の範囲】

【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。