JPH0943361A - 切羽前方探査装置 - Google Patents

切羽前方探査装置

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JPH0943361A
JPH0943361A JP19827495A JP19827495A JPH0943361A JP H0943361 A JPH0943361 A JP H0943361A JP 19827495 A JP19827495 A JP 19827495A JP 19827495 A JP19827495 A JP 19827495A JP H0943361 A JPH0943361 A JP H0943361A
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JP
Japan
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face
stratum
reflected
elastic wave
exploration
Prior art date
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Withdrawn
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JP19827495A
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English (en)
Inventor
Tomohiro Tsunada
知博 綱田
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 切羽前方探査装置において、高度な知識や熟
練を有する作業者しか地層構造を判読することができな
い。 【解決手段】 震源11が前方の掘削地層に対して所定
の弾性波を順次発生し、複数の受信機16a〜16eが
この弾性波が地層境界面Sにて反射した反射波を検出
し、データ解析装置15は弾性波と反射波とに基づいて
地層境界面Sの位置を演算する一方、逆解析装置21は
データ解析装置15の演算結果を初期条件として地層構
造を推定し、表示装置18は解析データ及び視覚的な地
層構造を表示する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、トンネルを掘削形
成するために前方の地層の状態を探査する切羽前方探査
装置に関する。
【0002】
【従来の技術】地山を掘削してトンネルを掘削するトン
ネル掘削機において、例えば、岩盤を掘削するものとし
てトンネルボーリングマシン(以下、TBMと称す
る。)がある。このTBMは、円筒形状をなす前胴の前
部に駆動回転自在なカッタヘッドが装着され、このカッ
タヘッドには岩盤を破壊するディスクカッタが多数取付
けられており、また、前胴には掘削形成したトンネルの
内壁面に圧接してこの前胴を位置保持可能なフロントグ
リッパが装着されている。一方、前胴の後部には掘進方
向に沿って相対移動自在な円筒形状の後胴が連結されて
おり、この後胴には掘削形成したトンネルの内壁面に圧
接して後胴を位置保持可能なリアグリッパが装着されて
いる。更に、この前胴と後胴との間には両者を前進させ
る複数のスラストシリンダが架設されている。
【0003】従って、このように構成されたTBMによ
ってトンネルを掘削形成するには、リアグリッパによっ
て後胴をトンネル内で位置保持する一方、カッタヘッド
を回転駆動させながら複数のスラストシリンダを伸長さ
せると、多数のディスクカッタが前方の岩盤を掘削しな
がら前胴が前進する。そして、スラストシリンダが所定
ストロークだけ伸長すると、このスラストシリンダの駆
動を停止し、フロントグリッパによって前胴を位置保持
する一方、リアグリッパによる後胴の位置保持を解除す
る。この状態で複数のスラストシリンダを縮小させる
と、前胴に対して後胴が引き寄せられて前進する。その
後、前述と同様に、リアグリッパによって後胴を位置保
持する一方、フロントグリッパによる前胴の位置保持を
解除し、カッタヘッドを回転駆動させながら複数のスラ
ストシリンダを伸長させることで、岩盤を掘削しながら
前胴が前進する。この繰り返しによって所定長さのトン
ネルを掘削形成していく。
【0004】このように所定長さのトンネルを掘削形成
していく際、掘削する地層が岩盤であるか、泥土層であ
るか、あるいは掘削不能な障害物があるかを探査する必
要がある。図3に従来の切羽前方探査装置を表す概略、
図4に従来の切羽前方探査装置による探査方法を表すフ
ローチャートを示す。
【0005】従来の切羽前方探査装置において、図3に
示すように、切羽Fの表面に密着して震源11が配設さ
れ、この震源11には電力増幅器12を介して震源作動
装置13が接続されている。更に、この震源作動装置1
3にはA/D変換器14を介してデータ解析装置15が
接続されている。一方、切羽10の表面に密着した震源
11と並設して複数の受信器16a,16b,16c,
16d,16eが設けられており、この各受信器16
a,16b,16c,16d,16eには電力増幅器1
7を介して前述したA/D変換器14が接続されてい
る。また、データ解析装置15には表示装置18及び出
力装置19が接続されている。
【0006】従って、この従来の切羽前方探査装置を用
いて前方の地層を探査するには、図3及び図4に示すよ
うに、まず、震源作動装置13によって発生させた信号
を電力増幅器12によって増幅し、この増幅された信号
によって震源11を駆動する。すると、この震源11か
らは前方の切羽Fに向かって弾性波が発し、地盤内を伝
播したこの弾性波は断層などの地層境界面Sで反射す
る。次に、受信器16a,16b,16c,16d,1
6eは地層境界面Sで反射された反射波を受信し、電力
増幅器17は各検出信号を増幅し、A/D変換器14を
介してデータ解析装置15に入力する。すると、このデ
ータ解析装置15では、CDPアンサンブルを作成後、
NMO補正を行ってCDP重合し、マイグレーションを
行うことで、データの分析、解析を行う。表示装置18
は解析信号を順次画面に表示し、出力装置19は解析信
号をプリントする。作業者はこれらの出力データから地
層構造を判読する。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の切羽前
方探査装置にあっては、計測線が直線であるため、この
直線下の一断面の情報しか得ることができない。また、
データ解析装置15では、各受信器16a,16b,1
6c,16d,16e間の距離の補正や重合等を行うこ
とで、解読性の向上は図られるが、実際の処理画面はこ
れらの処理信号では取り除くことのできない複雑な信号
を含んだ画面となっており、作業者が処理画面から地層
構造を判読するには高度な知識と熟練が必要であった。
そのため、一部の作業者のみしか地層構造を判読するこ
とができず、作業者に多大な負担がかかり、且つ、作業
性がよくないという問題があった。また、信号処理の過
程で、処理する検出データに対する種々の仮定データを
設定する必要があり、この仮定データを設定値によって
探査結果が大きく異なることもあり、この点でも熟練作
業者が必要であった。
【0008】本発明はこのような問題を解決するもので
あって、探査データの解読を容易化して探査作業の作業
性の向上を図った切羽前方探査装置を提供することを目
的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの本発明の切羽前方探査装置は、切羽の表面に密着し
て配設されて前方の掘削地層に対して所定の弾性波を選
択的に順次発生する弾性波発信器と、該弾性波発信器と
共に直線状に配設されて該弾性波発信器から発信された
弾性波が探査対象物にて反射した反射波を検出する複数
の反射波受信機と、前記弾性波発信機から発信された弾
性波と前記反射波受信機によって検出された反射波とに
基づいて前記探査対象物の位置を演算する演算手段と、
該演算手段の演算結果を初期条件として地層構造を推定
する逆解析手段とを具えたことを特徴とするものであ
る。
【0010】従って、弾性波発信器は前方の掘削地層に
対して所定の弾性波を順次発生すると、複数の反射波受
信機はこの弾性波が探査対象物にて反射した反射波を検
出し、演算手段は発信された弾性波と検出された反射波
とに基づいて探査対象物の位置を演算すると共に、逆解
析手段は演算手段の演算結果を初期条件として地層構造
を推定することとなり、解析データ及び視覚的な地層構
造が解読される。
【0011】また、本発明の切羽前方探査装置は、前記
演算手段の演算結果と逆解析手段の解析結果を表示する
表示手段を設けたことを特徴とするものである。
【0012】従って、表示手段は、演算手段が演算した
探査対象物の解析データと逆解析手段が解析した視覚的
な地層構造を表示する。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面に基づき、実施例を挙げて詳細に説明する。
【0014】図1に本発明の一実施例に係る切羽前方探
査装置を表す概略、図2に本実施例の切羽前方探査装置
による探査方法を表すフローチャートを示す。
【0015】本実施例の切羽前方探査装置において、図
1に示すように、震源11は切羽Fの表面に密着して配
設され、この切羽Fに対して垂直方向に振動をして前方
の地盤内に弾性波(周波数が数十ヘルツ〜数千ヘルツの
正弦波、またはランダム波、インパルス波)を発信する
ことができる。そして、この震源11には電力増幅器1
2を介して震源作動装置13が接続されている。更に、
この震源作動装置13にはA/D変換器14を介してデ
ータ解析装置15が接続されている。一方、切羽10の
表面に密着した震源11に並設して複数の受信器(振動
センサ、あるいは速度計、加速度計)16a,16b,
16c,16d,16eが設けられており、震源11及
び各受信器16a,16b,16c,16d,16eは
直線状に配設されている。そして、この各受信器16
a,16b,16c,16d,16eは電力増幅器17
を介して前述したA/D変換器14に接続されている。
【0016】また、データ解析装置15には逆解析装置
21が接続されている。この逆解析装置21は、データ
解析装置15から入力されたデータ系列から地層構造を
推定する画像処理装置21aと、データ解析装置15か
ら入力されたデータ系列及びこの画像処理装置21aよ
り得られた地層構造を情報とする逆解析演算装置21b
とを有している。そして、データ解析装置15及び逆解
析装置21には表示装置18及び出力装置19が接続さ
れている。
【0017】ここで、トンネル掘削機によるトンネルの
掘削開始時や掘削中に、本実施例の切羽前方探査装置を
用いて前方の地層を探査する場合について説明する。図
1及び図5に示すように、まず、震源11と受信器16
a,16b,16c,16d,16eとを切羽Fの所定
の測定位置に直線状に配設する。この状態で、震源作動
装置13によって発生させた信号を電力増幅器12によ
って増幅し、この増幅された信号によって震源11を駆
動する。すると、この震源11は切羽Fに対して垂直方
向に振動をし、前方の切羽Fに向かって弾性波を発し、
この弾性波は地盤内を伝播して断層などの地層境界面S
にて反射される。
【0018】受信器16a,16b,16c,16d,
16eは地層境界面Sで反射された各反射波を受信し、
各点での検出信号は電力増幅器17によって増幅され、
A/D変換器14によってアナログ量がデジタル量の変
換され、データ解析装置15に送られる。このデータ解
析装置15では、CDPアンサンブルを作成後、各受信
器16a,16b,16c,16d,16eの配設距離
の間のNMO補正を行ってCDP重合し、マイグレーシ
ョンを行うことで、データの分析、解析を行う。そし
て、解析結果を表示装置18及び出力装置19に送ら
れ、表示装置18は解析信号を順次画面に表示し、出力
装置19は解析信号をプリントする。
【0019】一方、データ解析装置15による解析結果
は逆解析装置21にも送られる。この逆解析装置21に
おいて、画像処理装置21aはこのデータ解析装置15
から入力されたデータ系列に基づいて地層構造(地層モ
デル)を推定し、逆解析演算装置21bはデータ解析装
置15から入力されたデータ系列及びこの画像処理装置
21aより得られた地層モデルを情報として弾性波伝播
シュミレーションを行い、精密な地層構造を推定する解
析を行う。この解析は、例えば、フィルタ理論を用いた
逆解析手順によって行う。
【0020】ここで、フィルタ理論を用いた逆解析手順
について説明する。即ち、推定パラメータをz、確率シ
ステム系をMとすると、このシステム系に推定対象パラ
メータzを入力したときの出力yは以下の数式にて表さ
れる。
【0021】 y=Mz+n ・・・・・(1) z=By ・・・・・(2)
【0022】この数式(1)は観測式であり、観測値y
はノイズnを含む形で確率システムMから出力される量
である。また、数式(2)は観測値yをあるフィルタB
に通すことにより推定値Zが得られることを示してい
る。なお、フィルタBとしては、以下に示すフィルタ式
を用いることができる。
【0023】カルマンフィルタ: B=RMT(MRM+Q)+ ・・・・・(3) 射影フィルタ: B=(MT+M)MT+ ・・・・・(4)
【0024】ここで、Rは推定パラメータの誤差共分散
値、Qは観測値yの誤差共分散値である。また、Tはマ
トリクスの転置、+は一般化逆行列を示す。
【0025】このように上述したフィルタ理論におい
て、地層構造を表すパラメータ、例えば、地層の傾き、
障害物の位置や大きさなどを設定し、地層構造を境界要
素法あるいは有限要素法などの手段によって数式モデル
とし、パラメータ及びこの数式モデルを用いてフィルタ
Bを構成する。そして、前述した数式(2)によってパ
ラメータzを推定し、数式モデルの解と計測値がある誤
差範囲で一致するまでこの処理を繰り返す。
【0026】従って、表示装置18は、このようにデー
タ解析装置15が演算した地層境界面Sの解析データと
逆解析装置21が解析した視覚的な地層構造を表示す
る。
【0027】
【発明の効果】以上、実施例を挙げて詳細に説明したよ
うに本発明の切羽前方探査装置によれば、切羽の表面に
密着して配設されて前方の掘削地層に対して所定の弾性
波を選択的に順次発生する弾性波発信器とこの弾性波発
信器と共に直線状に配設されて発信された弾性波が探査
対象物にて反射した反射波を検出する複数の反射波受信
機とを設け、演算手段が発信された弾性波と検出された
反射波とに基づいて探査対象物の位置を演算すると共
に、逆解析手段が演算手段の演算結果を初期条件として
地層構造を推定するようにしたので、演算手段は解析デ
ータを出力し、逆解析手段は視覚的な地層構造を出力す
ることとなり、作業者は探査データを容易に解読するこ
とができ、探査作業の作業性の向上を図ることができ
る。
【0028】また、本発明の切羽前方探査装置によれ
ば、演算手段の演算結果と逆解析手段の解析結果を表示
する表示手段を設けたので、演算手段が演算した探査対
象物の解析データと逆解析手段が解析した視覚的な地層
構造を表示することができ、作業者は表示内容を見るだ
けで、探査データを容易に解読することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る切羽前方探査装置を表
す概略図である。
【図2】本実施例の切羽前方探査装置による探査方法を
表すフローチャートである。
【図3】従来の切羽前方探査装置を表す概略図である。
【図4】従来の切羽前方探査装置による探査方法を表す
フローチャートである。
【符号の説明】
11 震源 12 増幅器 13 震源作動装置 14 A/D変換器 15 データ解析装置 16a,16b,16c,16d,16e 受信器 17 増幅器 18 表示装置 19 出力装置 21 逆解析装置 21a 画像処理装置 21b 逆解析演算装置 F 切羽 S 地層境界面

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 切羽の表面に密着して配設されて前方の
    掘削地層に対して所定の弾性波を選択的に順次発生する
    弾性波発信器と、該弾性波発信器と共に直線状に配設さ
    れて該弾性波発信器から発信された弾性波が探査対象物
    にて反射した反射波を検出する複数の反射波受信機と、
    前記弾性波発信機から発信された弾性波と前記反射波受
    信機によって検出された反射波とに基づいて前記探査対
    象物の位置を演算する演算手段と、該演算手段の演算結
    果を初期条件として地層構造を推定する逆解析手段とを
    具えたことを特徴とする切羽前方探査装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の切羽前方探査装置におい
    て、前記演算手段の演算結果と逆解析手段の解析結果を
    表示する表示手段を設けたことを特徴とする切羽前方探
    査装置。
JP19827495A 1995-08-03 1995-08-03 切羽前方探査装置 Withdrawn JPH0943361A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009185511A (ja) * 2008-02-06 2009-08-20 Kajima Corp 掘削機および切羽の前方探査方法
CN103176204A (zh) * 2013-02-06 2013-06-26 云南航天工程物探检测股份有限公司 无线分布式隧道超前预报探测装置、系统及方法
JP2020134483A (ja) * 2019-02-26 2020-08-31 公益財団法人鉄道総合技術研究所 地盤探査装置

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Effective date: 20021105