JPH0782092B2 - 地中探査方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

本発明は地中探査方法および装置に係り、特に電波法に
より地層境界までの距離や埋設障害物までの検出に好適
であってシールド掘削時の地中探査に用いるのに適した
地中探査方法および装置に関する。

【従来の技術】

従来、シールド工法では、裏込め注入量の管理のために
スキンプレート表層の泥水層の厚さを検出することによ
り地山の崩壊状況を検知したり、あるいは掘進施工上の
管理の必要性から掘削前方の障害物を探知することが行
われている。 この種の探査方法として従来から電波法が知られている
（例えば特開昭58−181999号、同60−157065号、同60−
173294号）。これはシールドマシンの外面部に送受信ア
ンテナを設けて地山に向けて発射された電磁波の反射波
を捉え、反射波到達までの時間から地山境界層までの距
離や障害物までの距離を求めるようにしたものである。
すなわち、電波法は地山と非接触で地山に発射した電磁
波の往復経過時間を反射波のピーク点を判定して算出
し、得られた反射画像を解析して探査するのである。

【発明が解決しようとする課題】

ところが、地山に電磁波を発射してその発射波を検出す
る方法では、電磁波の減衰率が問題となっており、これ
が特に地山の導電率によって左右され、導電率が大きい
場合には、第４図（１）に示されるように電磁波の減衰
が大きくなり、同図（２）に示されるごとく検出反射波
の振幅が小さくなって検出が困難になるとともに、電磁
波の到達範囲が限定されてしまう。このため、従来から
小さい振幅の受信電波を的確に捕足すべく受信アンプに
より振幅を増幅するようにしていた。 しかしながら、受信電波の増幅率が大き過ぎると、第５
図に示すように、受信機の計測限界を越えてしまい、ま
た、雑音も大きくなって対比が困難となっていた。した
がって適正な増幅率を設定すればよいが、地山の導電率
が多様であり、特に泥水シールド工法の場合にはベント
ナイトを含む水を先方に注入しつつ掘進するため、前方
地山の導電率がその都度変化し、予め導電率を把握する
ことが困難であった。このようなことから、予め適正増
幅率に設定しておくことができず、精度の高い計測がで
きない問題があった。 本発明は、上記従来の問題点に着目し、測定対象の地山
の導電率を計測しつつ、これによって定まる増幅率を適
正に設定することにより、適正な電波法による計測がで
きるようにした地中探査方法および装置を提供すること
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、本発明に係る地中探査方法
は、電波法により地中に向けて発射された電磁波の反射
波をレーダアンテナにより受信し、この受信信号を増幅
することにより反射波の伝播時間を算出して地中探査を
なす方法において、前記電波法と併用して比抵抗測定用
電極列により探査方向の導電率を算出して、この導電率
により前記反射波の増幅率を設定して反射波の伝播時間
を算出するように構成したものである。 また本発明に係る地中探査装置は、地中に向けて配置さ
れる送受信レーダアンテナと、このアンテナに接続され
て反射波の受信信号を入力する受信器と、この受信器に
よる受信信号を設定増幅率にて増幅する増幅器と、この
増幅信号により反射波の伝播時間を算出して地層境界あ
るいは障害物までの距離を算出してこれを表示出力する
処理装置とを備えた地中探査装置において、前記レーダ
アンテナに併設して比抵抗測定用電極列を設け、この比
抵抗測定用電極列からの検出信号を入力して地中の導電
率を算出する演算装置を設けるとともに、この演算装置
からの出力された導電率に基づき前記レーダアンテナか
らの信号が入力される増幅器の増幅率を調整する増幅率
調整手段を設けた構成としたものである。

【作用】

上記構成によれば、比抵抗測定用電極列によって予めあ
るいは同時に地山の導電率が測定でき、導電率が大きけ
れば電波受信機の増幅率を増して減衰した検出反射波の
振幅が適正になるように設定すればよい。これは予め受
信電波の減衰率と導電率の関係を求めておき、両者の相
関関係から適宜設定値を調整するようにしておけばよ
い。また、比抵抗測定用電極列による計測では、同時に
地層の比抵抗を計測して地層境界面を把握することがで
きる。したがって、同時に計測した比抵抗分布のデータ
を前記電波法による計測データと比較することにより、
より多くの情報が得られ、障害物や地山崩壊状態の検出
を高い精度で行うことができる。

【実施例】

以下に、本発明に係る地中探査方法および装置の具体的
実施例を、シールドマシンに適用した例に付き、図面を
参照して詳細に説明する。 第１図〜第２図に実施例に係る地中探査装置の構成図を
示す。 まず、電波探査装置はシールドマシン10のスキンプレー
トに開口形成された凹部内に送受信レーダアンテナ12を
取り付けており、探査対象の地山14に送受信方向を向け
て配置されている。このアンテナ12にはパルス発生回路
16が接続されており、このパルス発生回路16にはトリガ
回路18が接続されている。アンテナ12はトリガ回路18に
よって形成されるトリガ信号によりパルス発生回路16か
ら送出される一定周期のパルス信号を地山14に向けて発
信する。またアンテナ12は反射電波を受信するが、この
信号を入力する受信機としてのサンプリング回路20が接
続されている。サンプリング回路20は受信信号を前記ト
リガ回路18からの計測タイミング信号によってサンプリ
ングし、これを次段の増幅器22に送出し、ここで設定さ
れた増幅率で増幅して演算回路24に出力するようになっ
ている。演算回路24では受信した反射波のピーク値から
その到達時間を算出して地層境界面までの距離を求め、
これを出力装置26にて画像表示するようにしている。 上記のような電波探査装置に併設して地中探査装置には
比抵抗探査装置が併設されている。シールドマシン10の
スキンプレートの外表面には前記アンテナ12に隣接して
ダイポール電極列からなる比抵抗測定用電極列30が取り
付けられている。この比抵抗測定用電極列30は複数の電
極を等間隔に配列したもので、スキンプレートに地山14
側に電極が露出するように取り付けられている。比抵抗
測定用電極列30は、リレーボックス等の電極切換え器32
に接続され、複数の電極のうち隣接する一対の電極を送
信電極対30Aとするとともに、他の一対の隣接する電極
を受信電極対30Bとするように切換えられるものとなっ
ている。電極切換え器32には上記送信電極対30Aに対し
て送信電流を供給するための発振器34がアンプ36を介し
て接続され、選択された送信電極対30Aに対し、所定周
波数の電流を供給して当該送信電極対30Aを通じて地山1
4に電流を流すものとしている。また、電極切換え器32
はアンプ38を介して信号処理装置40に接続され、選択さ
れている受信電極対30Bからの検出電圧信号を当該信号
処理装置40に入力させるようになっている。信号処理装
置40では入力された計測信号により計測対象となってい
る地山の比抵抗を算出する処理を行う。 ここで、信号処理装置40における比抵抗の算出方法は次
のようになる。前記比抵抗測定用電極列30をダイポール
電極列構成とし、各電極の間隔が一定ａであり、第２図
に示すように、隣接する一対の電極を送信電極対30A、
他の隣接する一対の電極を受信電極対30Bとし、これら
の距離をnaとすると、電極対30A、30Bの中心間距離を底
辺とする直角三角形の頂点の見掛けの比抵抗ρは次式で
求められる。 ρ＝ｎ（ｎ＋１）（ｎ＋２）πａ・V/I……（１） そして、前記送信電極対30Aと受信電極対30Bの組合せを
前記電極切換え器32によって切換えることにより、測定
点の位置が変更され、第２図に示したように三角マトリ
ックス状に地山の比抵抗分布を求めることができるので
ある。このような処理を行った信号処理装置40では演算
結果をプリンタや画像表示装置等の外部出力装置42に出
力し、比抵抗分布を表示するようにしている。 ところで、上記比抵抗探査装置における信号処理装置40
では、比抵抗ρの算出と同時に当該比抵抗の逆数である
地山の導電率を演算するようにしている。この演算部に
は増幅率調整手段44が接続されており、この増幅率調整
手段44に演算結果としての導電率を出力している。増幅
率調整手段44は前記電波探査装置における設定増幅率の
値を入力された導電率に基づいて設定変更するものであ
る。すなわち、電波探査装置における受信信号の適正な
増幅率は使用している受信機の演算回路24によって定ま
り、受信信号の減衰率によって一定に定まる。受信信号
の減衰率はまた地中の導電率によって変化し、したがっ
て、増幅率は地山の導電率に対して一義的に決定でき
る。この電波探査装置の増幅器22の設定増幅率と、比抵
抗探査装置によって求められた導電率とを対応させた相
関関係を規定値として定めておき、入力された導電率に
より前記増幅率調整手段44が、増幅器22に対し、対応す
る適正な増幅率に設定値を変更するようにしているので
ある。 このように構成された地中探査装置では、電波探査装置
部で電波探査を行うと同時に、比抵抗探査装置部で地山
の比抵抗検出を行い、求められた比抵抗値から導電率を
算出し、これにより電磁波の減衰率に対応する適正な受
信電波の増幅率を演算回路24に出力させることができ
る。したがって電波探査における増幅率の調整が迅速に
行われ、特に泥水シールド工法において顕著な導電率の
変化に対しても正確な計測情報が得られるものとなる。
また、シールドマシンの前方に高い導電率をもつ金属塊
等の障害物がある場合にも、電波減衰が大きくなるが、
当該装置によればその検出も確実に検知することができ
る。更に、この実施例装置では、比抵抗探査装置部によ
り地山の比抵抗分布が同時に得られ、地山崩壊形状の検
出も算出することができる。 なお、上記実施例ではシールドマシン10のスキンプレー
トに探査装置を取り付けたが、これはカッタヘッドに取
り付け前方探査を行うことができるのはもちろんであ
り、両者を併用することも可能である。また、ここでは
比抵抗法にダイポール法を考えたが、ウェンナー法、そ
の他の手法を用いることができるのは明らかである。

【発明の効果】

以上説明したように、本発明によれば、比抵抗測定用電
極列によって予めあるいは同時に地山の導電率が測定
し、導電率の大きさによって電波受信機の増幅率を適正
な値に設定し、減衰した検出反射波の振幅が適正になる
ように設定することができる効果が得られる。また、比
抵抗測定用電極列による計測では、同時に地層の比抵抗
を計測して地層境界面を把握することができる効果が得
られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例に係る地中探査装置の構成図、第２図は
比抵抗探査装置による計測方法の説明図である。 10……シールドマシン、12……レーダアンテテ、14……
地山、20……サンプリング回路、22……増幅器、24……
演算回路、30……比抵抗測定用電極列、40……信号処理
装置、44……増幅率調整手段。

フロントページの続き (72)発明者 坂西 昇一 神奈川県平塚市万田1200 株式会社小松製 作所研究所内 審査官 矢沢 清純 (56)参考文献 特開 昭60−157065（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−142285（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−282490（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−89901（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電波法により地中に向けて発射された電磁
   波の反射波をレーダアンテナにより受信し、この受信信
   号を増幅することにより反射波の伝播時間を算出して地
   中探査をなす方法において、前記電波法と併用して比抵
   抗測定用電極列により探査方向の導電率を算出し、この
   導電率により前記反射波の増幅率を設定して反射波の伝
   播時間を算出することを特徴とする地中探査方法。
2. 【請求項２】地中に向けて配置される送受信レーダアン
   テナと、このアンテナに接続されて反射波の受信信号を
   入力する受信器と、この受信器による受信信号を設定増
   幅率にて増幅する増幅器と、この増幅信号により反射波
   の伝播時間を算出して地層境界あるいは障害物までの距
   離を算出してこれを表示出力する処理装置とを備えた地
   中探査装置において、前記レーダアンテナに併設して比
   抵抗測定用電極列を設け、この比抵抗測定用電極列から
   の検出信号を入力して地中の導電率を算出する演算装置
   を設けるとともに、この演算装置からの出力された導電
   率に基づき前記レーダアンテナからの信号が入力される
   増幅器の増幅率を調整する増幅率調整手段を設けたこと
   を特徴とする地中探査装置。