JPH06273533A - 切羽前方探査方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 探査距離が長く、三次元的な探査を容易に行
うことができ、しかも工事の進捗に支障をきたすことが
ない切羽前方探査方式を提供すること。 【構成】 この前方探査システムは、ビット先端１４が
振動発生源となる油圧ドリル１２と、振動波を受振する
複数の受振器１０と、データの収集，格納を行う収集デ
ータ格納部２０と、スペクトル解析部２４，ジオトモグ
ラフィー解析部２６と、各解析結果を格納する解析結果
格納部２８と、この解析結果に基づいて地質判別を行う
地質判別部３０と、探査全体を制御する探査制御部４０
と、油圧ドリル１２による削孔動作を制御する油圧ドリ
ル駆動制御部５０とを含んで構成される。この切羽前方
探査システムは、一般の発破工法等で用いられている油
圧ドリル１０による削孔時に発生する連続削孔波あるい
は削孔を一時停止してビット先端１４を衝打させたとき
に発生するパルス状の弾性波を用いて前方探査を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、地下にトンネル等の空
間を造る場合において、掘削面である切羽の前方の地層
を探査する切羽前方探査方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】トンネルの掘削においては、掘削面であ
る切羽の前方の地質を確実に把握し、その対策を講ずる
ことが安全かつ確実な施工を行う上で必要となる。

【０００３】このような切羽の前方を調べる従来の探査
方式としては、トンネル壁面切羽での地質観察結果を基
に予測を行い、必要に応じて先進ボーリングによる調査
を行う方法があった。この先進ボーリングによれば、調
べたい地層のコアを確実に採取できるため切羽前方の地
層を直接目視することができる。

【０００４】また、その他の従来の探査方式としては、
レーリー波探査法が知られている。このレーリー波探査
法は、例えば土木学界第４６回年次学術講演会（平成３
年９月）資料の１９４頁および１９５頁に開示されてお
り、切羽に起振器と受振器を取付け、レーリー波の周波
数を変化させながら振動させることにより、進路方向の
データを得るものである。切羽前方２０ｍ先の断層破砕
体が検出可能とされている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した先
進ボーリングを行う従来の探査方式においては、先行ボ
ーリングを行う際に切羽の進行を止めるか、あるいは横
坑を掘削して行う必要があり、工期，工費を圧迫し、工
事進捗に支障をきたすという問題があった。

【０００６】また、上述したレーリー波探査法において
は、切羽前方の探査距離が数ｍから２０ｍ程度であり探
査距離が短く、しかも切羽に大型の起振器を取り付ける
必要があり、工事の進捗に支障をきたすという問題があ
った。

【０００７】そこで、本発明はこのような点に鑑みてな
されたものであり、その目的は探査距離が長く、二次元
あるいは三次元的な探査を容易に行うことができ、しか
も工事の進捗に支障をきたすことがない切羽前方探査方
式を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、本発明の切羽前方探査方式は、切羽前方に対し
て削孔を行う削孔ドリルと、切羽表面に二次元的な広が
りをもって配置され、前記削孔ドリルの先端のビット部
によって発生した振動波を検出する複数の受振器と、前
記複数の受振器によって検出した振動波の解析を行う解
析手段と、前記解析手段による解析結果に基づいて前記
削孔ドリルの先端と切羽間の地層の性状あるいは構造を
解析する地質判別手段と、前記解析手段による解析結果
を出力する出力手段と、を備えることを特徴とする。

【０００９】

【作用】本発明の切羽前方探査方式においては、削孔ド
リル先端のビット部によって発生する振動を切羽表面に
二次元的な広がりをもって取り付けられた複数の受振器
で検出する。そして、この検出した振動波を解析手段に
よって解析し、さらに地質判別手段がこの解析結果に基
づいて地層の性状，構造を判別する。

【００１０】特に、削孔ドリルによって発生する振動と
しては、削孔時に先端のビット部によって岩石等を砕く
際に発生する連続振動波と、削孔を一時停止して先端の
ビット部を孔底に衝打する際に発生するパルス状の振動
波とがあり、このいずれか一方あるいは両方を解析する
ことにより、地山状況・物性値、すなわち地層の性状あ
るいは構造を正確に判別することができる。

【００１１】本発明にあっては、削孔ドリルを用いて解
析に必要な振動波を発生させており、発破工法等に用い
られる一般の削孔ドリルを振動発生用に兼用することが
でき、特に大型の起振器を切羽に取り付ける必要がな
く、工事の進捗に支障をきたすことがない。

【００１２】また、一般の削孔ドリルを使用しているた
め、ロッドを継ぎ足していけばその掘削深度を数１０ｍ
から数１００ｍとすることも可能であり、探査距離を長
くすることができる。 さらに、削孔ドリルの先端のビ
ット部によって発生した振動波を二次元的な広がりをも
って配置された受振器で検出しているため、容易に三次
元的な探査を行うことができる。

【００１３】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の切羽前方探査
方式を適用した一実施例の探査システムについて詳細に
説明する。

【００１４】本実施例の探査システムの特徴は、油圧ド
リルによって切羽に削孔を行う際に発生する連続振動波
を切羽に取り付けた受振器によって検出して解析を行う
点にある。また、他の特徴は、この削孔を一時停止し、
油圧ドリルのビット先端によって孔底を衝打するときに
生ずる単発のパルス状の振動波を切羽に取り付けた受振
器で検出して解析を行う点にある。従って、これら２種
類の振動波によって発生した振動波を用いて切羽の前方
探査を行っており、以下に本実施例の探査システムの詳
細について、構成及び動作について場合を分けて説明す
る。

【００１５】（１）探査システムの構成 図１は、本実施例の探査システムの全体構成を示す図で
ある。

【００１６】同図において、複数の受振器１０のそれぞ
れは、切羽６０の前方の地層内部から切羽表面に伝播さ
れる振動波を検出するものである。例えば、固定磁石の
作る磁場内をバネで吊るされたコイルが相対的に動くこ
とにより生ずる起電力を利用して振動を検出するジオフ
ォントが用いられる。これら複数の受振器１０は、その
ほとんどが切羽６０の全面に分散して配置されるもので
あるが、その中の１つは油圧ドリル１２に取り付けられ
ている。

【００１７】収集データ格納部２０は、複数の受振器１
０のそれぞれにおいて受振，検出した振動波を各受振器
１０毎に収集，蓄積するものである。収集データ格納部
２０に格納するデータはデジタルあるいはアナログのい
ずれであってもよいが、本実施例においてはデジタルデ
ータに変換して格納するものとする。このため、本実施
例の探査システムは、収集データ格納部２０の前段にア
ナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換器２２を有しており、
このＡ／Ｄ変換器２２によって各受振器１０の出力（ア
ナログデータ）をデジタルデータに変換し、この変換後
のデジタルデータを収集データ格納部２０に格納する。

【００１８】なお、各受振器１０によって検出した振動
波をアナログの形態で収集（蓄積）する場合には、収集
データ格納部２０の後段にＡ／Ｄ変換器２２を接続す
る。

【００１９】スペクトル解析部２４は、油圧ドリル１２
によって削孔を行う際に、そのビット先端１４が岩盤を
砕くために発生する連続波（連続削孔波）の解析を行う
ものである。このスペクトル解析を行うことにより、切
羽前方を伝播する連続削孔波の時間遅れおよび減衰量が
周波数成分毎にわかるため、地山状況および物性値の推
定を二次元，三次元的に行うことができる。

【００２０】同様に、ジオトモグラフィー解析部２６
は、油圧ドリル１２のビット先端１４を孔底に衝打させ
たときに発生する弾性波に基づいてジオトモグラフィー
による解析を行うものである。このジオトモグラフィー
解析を行うことにより、切羽前方の二次元，三次元構造
（地質断面構造，物性分布等）を知ることができる。

【００２１】解析結果格納部２８は、スペクトル解析部
２４およびジオトモグラフィー解析部２６の各解析結果
を一時格納するためのものである。これらの各解析は、
油圧ドリル１２のビット先端１４の位置が切羽６０から
所定の位置に達したときに行うが、これらの各解析を行
うビット先端１４の位置は所定間隔（例えば１ｍ間隔）
に設定されている。そして、これら所定間隔のビット先
端位置に対応した各解析結果を解析結果格納部２８に格
納する。

【００２２】地質判別部３０は、解析結果格納部２８に
格納された解析結果に基づいて、地質の性状および構造
を判別する。また、比較データ格納部３２は、既知の地
質についてのスペクトル解析結果およびジオトモグラフ
ィー解析結果を予め格納しておくものである。

【００２３】地質判別部３０は、この比較データ格納部
３２に格納された既知の地層についての解析結果と、解
析結果格納部２８に格納されている実際の探査で得られ
た各解析結果とを比較することにより、切羽６０の前方
の地質の判別を行っている。

【００２４】表示部３４は、地質判別部３０による判別
結果を表示するためのものであり、例えばＣＲＴ（陰極
線管）とその表示制御部とを含んで構成されている。ま
た、表示部３４はスぺクトル解析部２４，ジオトモグラ
フィー解析部２６の各解析結果についてもリアルタイム
で表示できるようになっている。

【００２５】プリンタ３６は、地質判別部３０による判
別結果を記録紙に出力するためのものであるが、表示部
３４と同様にスぺクトル解析部２４，ジオトモグラフィ
ー解析部２６の各解析結果についてもリアルタイムで出
力できるようになっている。

【００２６】探査制御部４０は、上述した探査システム
の全体動作を制御するものであり、特に収集データ格納
部２０，スペクトル解析部２４，ジオトモグラフィー解
析部２６，解析結果格納部２８，地質判別部３８の動作
タイミングを制御している。すなわち、収集データ格納
部２０から所定の振動波データを読み出したときに、ス
ペクトル解析部２４およびジオトモグラフィー解析部２
６による解析を開始し、この解析が終了した時点でこれ
ら各解析結果を解析結果格納部２８に格納する。また、
全ての解析が終了した時点で全解析結果を解析結果格納
部２８から読み出し、地質判別部３０による判別処理を
行うようタイミング制御を行っている。

【００２７】また、スペクトル解析部２４，ジオトモグ
ラフィー解析部２６，地質判別部３０による各処理にお
いては、油圧ドリル１２のビット先端１４の位置データ
を解析あるいは判別のパラメータとして使用する必要が
あるが、この位置データは後述する油圧ドリル駆動制御
部５０から探査制御部４０に入力され他ビット位置情報
に基づいて、探査制御部３６が作成し、スペクトル解析
部２４，ジオトモグラフィー解析部２６，地質判別部２
８に入力している。

【００２８】油圧ドリル駆動制御部５０は、油圧ドリル
１２による削孔動作を制御するものであり、削孔速度や
削孔長を自由に設定することができる。この制御された
削孔長は、ビット位置情報として探査制御部４０に入力
される。

【００２９】また、油圧ドリル駆動制御部５０は、油圧
ドリル１２によって発生する振動波の制御も行ってい
る。すなわち、連続削孔波を発生させる場合には、油圧
ドリル駆動制御部５０は、油圧ドリル１２を回転，推進
させる制御を行う。一方、パルス状の弾性波を発生させ
るには、油圧ドリル駆動制御部５０は、油圧ドリル１２
の回転，推進を一時停止し、油圧ドリル１２の全体を往
復運動させることにより、そのビット先端１４を孔底に
衝打させる制御を行う。

【００３０】図２は、切羽６０表面において、複数の受
振器１０の設置位置および油圧ドリル１２による削孔位
置を示す図である。

【００３１】同図（ａ）には受振器１０をクロスライン
上に設置した例が示されており、水平ライン上に７個の
受振器１０が、これと交差する垂直ライン上に３個の受
振器１０が配置されている。また、削孔位置は、水平ラ
インの両端および垂直ラインの上端と、両ラインの交差
部分に合計４個配置されており、この削孔位置は以下に
示す同図（ｂ），（ｃ）の場合も同じであるものとす
る。

【００３２】また、同図（ｂ）には受振器１０を円周上
に設置した例が示されており、円周上に９個の受振器１
０が配置されている。同図（ｃ）では同図（ｂ）に示し
た位置に加え、さらに内側に５個の受振器１０が配置さ
れている。

【００３３】図３は、上述した油圧ドリル１２を備えた
削岩機の概略構造を示す図である。この削岩機は、油圧
ドリル１２を有する削岩機と移動用車両とが一体化した
構造を有しており、掘削の進行によって切羽６０の位置
が前進した場合に、容易に油圧ドリル１２の位置を変え
ることができるようになっている。また、油圧ドリル１
２によって切羽６０に対して削孔を行うが、その削孔長
については、ロッドを継ぎ足すことにより数１０〜数１
００ｍとすることができる。

【００３４】（２）探査システムによる探査動作 次に、本実施例の探査システムを用いて前方探査を行う
場合の動作を説明する。

【００３５】本実施例の探査システムは、上述したよう
に２種類の振動波を用いて地質及びその構造の判別を行
うものである。図４は、そのうちの連続削孔波を発生さ
せる場合の概略を示す図である。同図に示すように、削
岩機に取り付けられた油圧ドリル１２によって削孔を行
うが、この削孔の詳細については一般の発破工法等で行
われる削孔と何ら変わるところがない。従って、油圧ド
リル１２は通常のトンネル工事で使用されているものを
そのまま兼用することができる。なお、一般の発破工法
等においては、その削孔距離は数ｍ程度であるため、本
実施例のように数１０ｍから数１００ｍの削孔を行う場
合には、その削孔距離に応じてビットを継ぎ足す必要が
ある。

【００３６】また、図５は油圧ドリル１２のビット先端
１４によって孔底を衝打し、パルス状の弾性波を発生さ
せる場合の概略を示す図である。このような弾性波を発
生させるためには油圧ドリル１２による削孔を一時停止
し、回転が止まった油圧ドリル１２のビット先端１４に
よって、削孔の孔底を打撃する。その後、削孔を再開
し、ビット先端１４の位置が所定距離だけ進行した後、
再び削孔を一時中止し、弾性波を発生させる。このよう
に、所定間隔で削孔を停止して孔底を打撃することによ
り、所定間隔でパルス状の弾性波を発生させている。

【００３７】次に、本実施例の探査システムによって切
羽６０の前方探査を行う場合の詳細な動作を説明する。
図６はその動作手順を示す図であり、以下、図６の各ス
テップ毎に説明を行う。

【００３８】ステップ６００（削孔）：まず、本探査シ
ステムは切羽６０の所定位置（例えば図２（ａ）の中央
近傍の位置）に対して削孔を開始する。具体的には、油
圧ドリル駆動制御部５０の制御により油圧ドリル１２を
回転させると共に振動，推進させ、そのビット先端１４
によって岩盤を削り採ることにより削孔を行う。

【００３９】ステップ６０１（連続削孔波の受振等）：
次に、探査制御部４０は、収集データ格納部２０に指示
を送って、各受振器１０によって検出した振動波のデー
タ蓄積を行う。切羽６０の全面に分散配置された受振器
１０および油圧ドリル１２に取り付けられた受振器１０
によって検出された振動波がＡ／Ｄ変換器２２を介して
収集データ格納部２０に入力されており、収集データ格
納部２０は、探査制御部４０からの格納指示に基づいて
これら各受振器１０からの出力させるデータを格納す
る。

【００４０】ステップ６０２（ビット先端位置の検
出）：次に、油圧ドリル１２のビット先端１４の位置検
出が行われる。この位置検出は油圧ドリル駆動制御部５
０から探査制御部４０に送られるビット位置情報に基づ
いて行われる。

【００４１】ステップ６０３（探査位置の判定）：次
に、油圧ドリル１２のビット先端１４が探査位置に達し
たか否かの判定が行われる。この探査位置の判定は、油
圧ドリル駆動制御部５０から入力されるビット位置情報
に基づいて探査制御部４０が行っており、探査位置に達
していない場合にはステップ６００に戻って削孔動作を
継続する。また、ビット先端１４の位置が探査位置に達
すると、探査制御部４０はこのステップ６０２における
判定処理において肯定判断を行う。

【００４２】なお、上述した説明においては、探査制御
部４０が油圧ドリル駆動制御部５０から入力されるビッ
ト位置情報に基づいてステップ６０３の判定処理を行
い、自動的に収集データ格納部２０に格納指示を送るよ
うにしているが、作業員が油圧ドリル駆動制御部５０あ
るいは探査制御部４０に接続された表示部（図示せず）
を監視しており、目視によるステップ６０３の判定を行
ってもよい。この場合は、ビット先端１４が所定位置に
達したときに作業者が探査制御部４０に対して指示を送
り、探査制御部４０はこの指示に応じて収集データ格納
部２０に対して格納指示を送ることになる。

【００４３】ステップ６０４（削孔停止）：次に、油圧
ドリル駆動制御部５０は、油圧ドリル１２の回転，推進
を中断し、削孔動作を停止する。この停止処理は、油圧
ドリル駆動制御部５０自身の判断で行ってもよいし、探
査制御部４０から油圧ドリル駆動制御部５０に対して停
止指示を送るようにしてもよい。また、収集データ格納
部２０に対するデータ格納が終了したことを作業員が確
認した後、この作業員が油圧ドリル駆動制御部５０を操
作して削孔動作を停止するようにしてもよい。

【００４４】ステップ６０５（パルス状の弾性波発
生）：次に、パルス状の弾性波の発生が行われる。この
弾性波発生は、油圧ドリル駆動制御部５０の制御によっ
て油圧ドリル１２のビット先端１４をステップ６００に
おいて削孔した孔底に打ち付けることにより行う。

【００４５】ステップ６０６（弾性波の蓄積）：次に、
探査制御部４０から収集データ格納部２０に対して指示
を送り、収集データ格納部２０は各受振器１０で受振し
たパルス状の弾性波に基づく出力信号を格納する。この
格納処理は、上述したステップ６０１における処理と実
質的には同じである。

【００４６】ステップ６０７（収集データの読出し）：
次に、探査制御部４０は、収集データ格納部２０に格納
されているデータの読出しを行う。なお、収集データ格
納部２０には、上述したステップ６０１において格納し
た連続削孔波に対する収集データと、ステップ６０６に
おいて格納したパルス状の弾性波に対応する収集データ
とが格納されているが、連続削孔波に対するデータは収
集データ格納部２０から読み出された後、スペクトル解
析部２４に入力される。一方、パルス状の弾性波に対応
するデータは収集データ格納部２０から読み出された
後、ジオトモグラフィー解析部２６に入力される。

【００４７】ステップ６０８（スペクトル，ジオトモグ
ラフィー解析）：次に、スペクトル解析部２４は、収集
データ格納部２０から読出されて入力されたデータに基
づいてスペクトル解析を行う。同様に、ジオトモグラフ
ィー解析部２６は、収集データ格納部２０から読み出さ
れて入力されたデータに基づいてジオトモグラフィー解
析を行う。

【００４８】図７は、スペクトル解析の概略を示す説明
図である。同図（ａ）は、各受振器１０によって受信し
た連続削孔波の振動波形を示すものであり、各チャネル
ｃｈ．１〜ｎが受振器１０のそれぞれに対応している。
この振動波データは収集データ格納部２０から読み出さ
れてスペクトル解析部２４に入力されるものである。ビ
ット先端１４と各受振器１０との距離は受振器毎に異な
っているため、各受振器１０で検出した連続削孔波も各
受振器１０の位置に応じた時間遅れを有する。また、同
図（ｂ）はスペクトル解析部２４によるスペクトル解析
の結果を示すものであり、同図（ａ）の各チャネル毎の
振動波形に対してスペクトル分析を行ったものである。

【００４９】同様に、図８はジオトモグラフィー解析の
概略を示す説明図である。同図において、０チャネル
（ｃｈ．０）の波形データは、油圧ドリル１２に取り付
けられた受振器１０に対応するものであり、ビット先端
１４によるパルス状の弾性波の発生時点を示すものであ
る。また、それ以外のチャネル（ｃｈ．１〜ｎ）との波
形は、切羽６０に分散配置されたそれ以外の受振器１０
に対応するものであり、ビット先端１４から各受振器１
０間での距離に応じた時間遅れを生じる。従って、この
各チャネル毎の時間遅れｔ１，ｔ２，ｔ３……や各波形
の減衰量等に基づいてジオトモグラフィー解析が行われ
る。

【００５０】なお、本実施例においては油圧ドリル１２
に取り付けた受振器１０によってパルス状の弾性波の発
生の時点を確認しているが、油圧ドリル１２に取り付け
た受振器１０とビット先端１４の位置的ずれにより振動
発生の時間的ずれが生じる場合には、この時間的ずれを
予め計測しておいて、ジオトモグラフィー解析時に補正
を行う必要がある。また、油圧ドリル１２に受振器１０
を取り付ける方法以外にも、油圧ドリル駆動制御部５０
から油圧ドリル１２に削孔指示を送ってからビット先端
１４によって振動を発生するまでの時間的遅れを予め計
測しておいて、油圧ドリル駆動制御部５０から出力され
る削孔指示に基づいてパルス状の弾性波の発生時点を特
定するようにしてもよい。

【００５１】ステップ６０９（解析結果の格納）：この
ようにしてスペクトル解析部２４およびジオトモグラフ
ィー解析部２６による解析が行われると、次に、解析結
果格納部２８は、これら各解析結果を格納する。

【００５２】ステップ６１０（データ収集・解析終了の
判断）：次に、探査制御部４０は、各受振器１０から収
集データ格納部２０に対するデータの収集，格納および
スペクトル解析部２４，ジオトモグラフィー解析部２６
による各解析が全て終了したか否かを判定する。終了し
ていない場合、すなわちさらに油圧ドリル１２による削
孔を継続してデータの種集，解析を行う場合には否定判
断を行い、ステップ６００に戻って削孔動作を繰り返
す。例えば、１００ｍの深さの削孔を行い、その間１ｍ
間隔でデータの収集，解析を行う場合には１００ｍの深
さに達するまでこのステップ６１０において否定判断を
行って削孔動作を継続する。

【００５３】ステップ６１１（地質判別）：全てのデー
タ収集，解析が終了すると、調査制御部４０はステップ
６１０の判定処理において肯定判断を行い、地質判別部
３０に対して判別処理の開始を指示する。この指示を受
けて、地質判別３０は、既に解析結果格納部２８に格納
されている前記解析結果に基づいて切羽６０の前方の地
質の判別を行う。この地質判別には、地質を構成する岩
石の種類等を判別する性状判別と地層内の断層等を判別
する構造判別とがある。それぞれの判別は比較データ格
納部３２に格納されている既知の地質データと、解析結
果格納部２８から読み出す解析結果とを比較することに
より行われる。

【００５４】ステップ６１２（結果の表示，出力）：地
質判別部３０による判別処理が終了すると、その判別結
果は、一次元，二次元あるいは三次元の形で表示部３４
の表示画面上に表示される。あるいは、必要に応じてプ
リンタ３６から出力されるようになっている。

【００５５】なお、表示部３４およびプリンタ３６は、
地質判別結果の他に地質判別の途中経過およびスペクト
ル解析部２４，ジオトモグラフィー解析部２６による解
析結果もその都度表示，出力するようになっており、作
業員はこれらの途中経過を参照しながら前方探査を行う
ことができる。

【００５６】このように、本実施例の切羽前方探査シス
テムによれば、通常の発破工法等で用いられる油圧ドリ
ル１２を用いて前方探査に必要な振動波を発生させてお
り、前方探査のみに用いられる起振源を特別に設置する
必要がない。従って、前方探査を行う際に通常の掘削用
の設備一切を切羽面から後退させる必要もなく、トネル
工事の進捗に支障をきたすこともない。

【００５７】また、発破工法等に用いられる一般の油圧
ドリル１２は、ロッドを継ぎ足すことによりその削孔深
度を数１０ｍから数１００ｍにのばすことが可能であ
り、この結果本実施例の切羽前法探査システムによる探
査深度も数１０ｍから数１００ｍの間で可能となる。こ
れは、従来のレーリー波による探査深度である２０ｍ程
度と比較しても十分な長さである。

【００５８】また、本実施例において振動波検出に用い
られる複数の受振器１０は、図２に示すように切羽６０
の全面に分散して二次元的に配置されているため、振源
であるビット先端１４と各受振器１０とが三次元的に結
ばれる。従って、本実施例の探査システムによる探査も
容易に三次元的な探査に拡張することができる。

【００５９】なお、本発明は上述した実施例に限定され
るものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実
施が可能である。

【００６０】例えば、本実施例では、連続削孔波を用い
てスペクトル解析を行うと共に、パルス状の弾性波を用
いてジオトモグラフィー解析を行う場合を例にとり説明
したが、連続削孔波による解析とパルス状の弾性波よる
解析は必ずしも併用する必要はなく、いずれか１つのみ
を用いるようにしてもよい。また、解析の手法について
も、スペクトル解析およびジオトモグラフィー解析に限
定されるものではなく、地質判別に役立つ解析手法であ
れば他の方法を用いてもよい。他の解析方法としては、
様々な伝搬モードの重畳した連続削孔波から特定のモー
ドのみを抽出して到達時間差を決定するといったクロス
スペクトル法等がある。

【００６１】また、本実施例においては、油圧ドリル１
２によって削孔を行うようにしたが、機械式ドリルによ
って削孔を行うようにしてもよい。

【００６２】また、本実施例では、油圧ドリル１２で掘
り進んでいったときに、１ｍ間隔でデータの収集，解析
を行い、これらの全ての解析結果に基づいて地質の判別
を行うようにしたが、各掘削深度毎にデータの解析と地
質の判別を行うようにしてもよい。

【００６３】さらに、本実施例では、連続削孔波につい
てのデータを常時収集するとともに、所定間隔でパルス
状の弾性波についてのデータを収集し、その後これらの
収集データを解析するというサイクルを繰り返し、最終
的にこれらの解析結果に基づいて地質判別を行うように
したが、このデータ収集や解析の順序についてはこれに
限られるものではなく、これらの順序を入れ替えたり、
同時に行うようにしてもよい。例えば、図６のステップ
６０８におけるスペクトル解析及びジオトモグラフィー
解析を全てのデータ収集が終了した後、すなわちステッ
プ６１０において肯定判断を行った後に行うようにして
もよい。また、ステップ６０１における連続削孔波デー
タの収集，蓄積と並行してスペクトル解析を行い、削孔
ドリルのビット先端が断層等を通過したときに、並行し
て得られるスペクトル解析結果を参照することによりこ
の断層等をリアルタイムで判別するようにしてもよい。

【００６４】

【発明の効果】上述したように、本発明によれば、削孔
ドリルを用いて解析に必要な振動波を発生させており、
発破工法等に用いられる一般の削孔ドリルを振動発生用
に兼用することができ、特に起振源をボーリング孔内に
取り付ける等の必要がなく、工事の進捗に支障をきたす
ことがない。

【００６５】また、一般の削孔ドリルを使用しているた
め、ロッドを継ぎ足していけば、その削孔深度を数１０
ｍから数１００ｍとすることも可能であり、探査距離を
長くすることができる。

【００６６】さらに、削孔ドリルの先端のビット部によ
って発生した振動波を二次元的な広がりをもって配置さ
れた受振器で検出しているため、容易に三次元的な地質
探査を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例の探査システムの全体構成を示す図で
ある。

【図２】切羽表面における複数の受振器の設置位置およ
び油圧ドリルの削孔位置を示す図である。

【図３】油圧ドリルを備えた削岩機の概略構造を示す図
である。

【図４】連続削孔波を発生させる場合の概略を示す図で
ある。

【図５】パルス状の弾性波を発生させる場合の概略を示
す図である。

【図６】本実施例の探査システムの動作手順を示す図で
ある。

【図７】スペクトル解析データの概略を示す図である。

【図８】ジオトモグラフィー解析データの概略を示す図
である。

【符号の説明】

１０ 受振器 １２ 油圧ドリル １４ ビット先端 ２０ 収集データ格納部 ２４ スペクトル解析部 ２６ ジオトモグラフィー解析部 ２８ 解析結果格納部 ３０ 地質判別部 ３２ 比較データ格納部 ４０ 探査制御部 ５０ 油圧ドリル駆動制御部

フロントページの続き (72)発明者 内藤 将史 東京都中央区京橋１丁目７番１号 戸田建 設株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 切羽前方に対して削孔を行う削孔ドリル
   と、 切羽表面に二次元的な広がりをもって配置され、前記削
   孔ドリルの先端のビット部によって発生した振動波を検
   出する複数の受振器と、 前記複数の受振器によって検出した振動波の解析を行う
   解析手段と、 前記解析手段による解析結果に基づいて前記削孔ドリル
   の先端と切羽間の地層の性状あるいは構造を解析する地
   質判別手段と、 前記解析手段による解析結果を出力する出力手段と、 を備えることを特徴とする切羽前方探査方式。
2. 【請求項２】 請求項１において、 前記受振器によって検出する振動波は、削孔時に前記削
   孔ドリルの先端のビット部により発生する振動波である
   ことを特徴とする切羽前方探査方式。
3. 【請求項３】 請求項１において、 前記受振器によって検出する振動波は、前記削孔ドリル
   による削孔を停止して先端のビット部を衝打させること
   により発生する振動波であることを特徴とする切羽前方
   探査方式。
4. 【請求項４】 請求項１において、 前記地質判別手段は、 前記削孔ドリルの先端位置を所定間隔で変えたときに得
   られる前記解析手段による解析結果を順次格納する解析
   結果格納部と、 既知の地層に関する解析結果を比較データとして格納す
   る比較データ格納部と、 前記解析結果格納部に格納された解析結果が入力され、
   前記比較データ格納部に格納されている比較データに基
   づいて前記削孔ドリルの先端と切羽間の地層の性状ある
   いは構造を解析する判別部と、 を備えることを特徴とする切羽前方探査方式。