JPH11131971A - 切羽前方探査方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 切羽前方における未掘削地層内の水、空洞等
の状況を的確に探査することができるようにした切羽前
方探査方法及び装置を提供すること。 【解決手段】 カッタフェース１０１を回転駆動して地
盤を掘削する際に切羽１０４前方の未掘削地盤内の探査
を電磁レーダ１０を用いて行なう場合、カッタフェース
１０１の回転により電磁レーダ１０による探査位置が移
動するよう送信・受信アンテナ素子２１をカッタフェー
ス１０２に装着し、カッタフェース１０２を回転させつ
つ電磁レーダ１０により取得した１組のデータを円状測
線データとして解析し、切羽１０４の前方の破砕帯、空
洞等を探査する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、地下にトンネル等
を掘削形成する場合において、掘削面である切羽の前方
の未掘削地層の状態を探査する切羽前方探査方法及び装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば地山を掘削してトンネル等の空間
を形成する場合、円筒状の前胴前部にカッタヘッドを回
転自在に設け、該カッタヘッドに地盤を破壊するディス
クカッタを多数取り付けて成るトンネルボーリングマシ
ン（以下、ＴＢＭと略称する）を用い、前胴の後部に連
結されている後胴をメイングリッパで位置保持した状態
で、カッタヘッドを回転駆動させつつスラストシリンダ
によって前胴を後胴に対して前進させることにより、地
盤の掘削を行なっている。

【０００３】このようにして地山にトンネル等の空間を
形成していく場合、安全且つ確実な施工を行なうために
は、掘削すべき前方の地盤中に、掘削作業に支障を来す
ことになる可能性のある破砕帯や空洞があるか否かを探
査する必要が生じる。

【０００４】ところで、従来の切羽前方探査方法として
は、トンネル壁面切羽での地質観察結果を基に予測を行
ない、必要に応じて探りボーリングによる調査を行なう
方法、弾性波を使用する方法、及び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、切羽に起振器
と受振器とを取り付け、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。さらに別の方法として、電磁波を用いた地
盤探査が、地中レーダとして、遺跡調査や埋設管探査方
面で使われており、この技術は土木工事にも適用されて
いる。例えば、軟岩掘削用シールドマシンでは、そのフ
ェースにアンテナを搭載し、掘削前方の埋設物や障害物
を発見する目的で探査を行なっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来方法のう
ち、探りボーリングによる方法及び弾性波を使用する方
法は、いずれも実際に知りたい水や空洞の存在に敏感で
はなく、掘削前方の水や空洞の探査を的確に行なうには
不向きであるし、レーリー波探査法は、受振器が設置さ
れた測線上の探査しかできないため、複数の受振器を必
要とするという別の問題点を有している。一方、硬岩掘
削用ＴＢＭを用いる場合、電磁波を用いて水又は空洞を
探査する方法はまだ実用化されていない。

【０００６】したがって、現在では、ＴＢＭやシールド
マシンは、いわば、眼を持たず前方を掘削している。こ
のように、従来においては、探りボーリングや事前の地
質調査を参考にしてＴＢＭ等により前方掘削を行なって
いるため、切羽前方探査が不十分であり、掘削前に空洞
や水の探知に十分な結果を得られている保障がない。こ
の結果、掘削の途中で、破砕帯などのためにＴＢＭの進
行が不可能になったり、最悪の場合水没したりして、工
程に大きな影響を与えるほか、工費も増加することにな
るという不具合が多々生じている。

【０００７】本発明の目的は、したがって、従来技術に
おける上述の問題点を解決することができる、切羽前方
における未掘削地層内の水、空洞等の状況を的確に探査
することができるようにした切羽前方探査方法及び装置
を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明では、胴体部の前部に回転自在に設けられた
カッタフェースを回転駆動して地盤を掘削する際に切羽
前方の未掘削地盤内の探査を電磁レーダを用いて行なう
方法であって、前記カッタフェースの回転により前記電
磁レーダによる探査位置が移動するよう前記電磁レーダ
の送信・受信アンテナ素子を前記カッタフェースに装着
し、前記カッタフェースを回転させつつ前記電磁レーダ
により取得した１組のデータを円状測線データとして解
析し、切羽前方の破砕帯、空洞等を探査するようにした
方法を提案する。

【０００９】電磁レーダの周波数は、地盤探査のために
使用されている適宜の値とすることができ、例えばその
中心周波数を１５０〜２００ＭＨｚ程度に設定するのが
好ましい。電磁レーダからの送信波は切羽前方の地盤内
にある破砕帯や空洞との境界面で反射して反射波を生じ
ることになる。送信・受信アンテナ素子の位置はカッタ
フェースの回転により周期的に変化して探査位置が移動
しており、受信波において反射波の影響を受けるタイミ
ングが地層境界の状態を反映して得られる。この受信デ
ータを円状測線データとして解析することにより、切羽
前方にある破砕帯又は空洞等の様子を三次元的に把握す
ることができる。これにより、切羽前方１０ｍ程度の探
査が可能である。

【００１０】本発明では、上記の構成において、前記送
信・受信アンテナ素子を前記カッタフェースの面盤内に
配設しておき、前記カッタフェースにより地盤掘削が行
なわれていない場合に、前記送信・受信アンテナ素子を
前記面盤内から前記切羽に向けて突出させ、前記面盤を
回転させることにより、所要のデータを前記電磁レーダ
により取得する方法を提案する。

【００１１】本発明では、前記送信・受信アンテナ素子
が出入する前記面盤の開口を保護板部材により開閉自在
とし、前記電磁レーダによる探査を行なう場合に前記開
口を開けることを提案する。これにより、カッタフェー
スを回転させて地盤の掘削を行なっている場合に送信・
受信アンテナ素子を掘削土や泥水から保護することがで
きる。

【００１２】また、本発明では、胴体部の前部に回転自
在に設けられたカッタフェースを回転させて電磁レーダ
による切羽前方の未掘削地盤内の探査位置を変化させて
該地盤内の状態を探査するための切羽前方探査装置であ
って、前記電磁レーダの送信・受信アンテナ素子を含ん
で成り前記カッタフェースの面盤内の前面に設けられた
凹部内に収納されたアンテナ装置と、前記凹部の切羽に
対向する開口部を開閉するため前記開口部にスライド自
在に設けられた保護板部材とを具え、前記アンテナ装置
は、前記送信・受信アンテナ素子を前記開口部から切羽
に向けて進退自在に前記凹部に収納されており、前記保
護板部材が前記開口部を開状態にした場合に前記送信・
受信アンテナ素子を前記切羽に接近させた状態で、前記
カッタフェースの回転に従って前記送信・受信アンテナ
素子を移動させ前記電磁レーダによる探査位置を変化さ
せるようにした切羽前方探査装置を提案する。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態の一例につき詳細に説明する。図１は、本発明
による切羽前方探査装置の実施の形態の一例を示す概略
構成図である。切羽前方探査装置１は、ＴＢＭ１００に
よって地山を掘削してトンネルを形成する場合におい
て、掘削面である切羽前方の未掘削地層にある破砕帯及
び空洞等の様子を電磁レーダを用いて三次元的に把握す
ることができるように構成されている。

【００１４】ＴＢＭ１００のカッタフェース１０１の面
盤１０２に設けられた凹部１０３内には電磁レーダのア
ンテナ装置２が収納されており、アンテナ装置２は、伝
送ケーブル３を介して電磁レーダ装置本体を含んで構成
されるレーダ探査表示器４と電気的に接続されている。
伝送ケーブル３によって接続されているアンテナ装置２
とレーダ探査表示器４とによって公知の電磁レーダ装置
１０が構成されている。ここで、符号３Ａで示されてい
るのはケーブル接続用のコネクタである。

【００１５】アンテナ装置２は、後述するように、送信
・受信アンテナ素子２１を含んでおり、レーダ探査表示
器４から送られてくる電磁波を送信・受信アンテナ素子
２１から切羽前方の探査すべき未掘削の地盤に向けて発
射し、地盤内で反射されて戻ってきた電磁波は送信・受
信アンテナ素子２１で受信され、レーダ探査表示器４に
入力される。ここで、アンテナ装置２が取りつけられて
いるカッタフェース１０１が回転した場合に、電磁レー
ダ１０による地盤内の探査位置が周期的に変化するよ
う、アンテナ装置２は、面盤１０２の回転中心Ｐから離
れた面盤１０２の外周縁１０２Ａ近くに設けられた凹部
１０３内に収納されている。この凹部１０３は、アンテ
ナ装置２を収納するための収納室として働くものであ
る。

【００１６】上述の如く構成された電磁レーダ１０によ
って得られたデータを円状測線データとして解析し、切
羽前方の破砕帯、空洞等を電磁波の反射面として捉えて
三次元的に探査するため、電磁レーダ１０で取得された
データは一旦ＤＡＴテープレコーダ５に記録された後、
ＧＰＩＢユニット６を介してパーソナルコンピュータ７
に入力される。ＧＰＩＢユニット６からのデータはパー
ソナルコンピュータ７にセットされているＧＰＩＢボー
ド８を介してパーソナルコンピュータ７内に取り込ま
れ、ここで後述する所定のデータ処理が施され、これに
より得られた処理結果に基づく探査結果が表示部９上に
所定の表示形態で表示される。切羽前方探査装置１によ
れば、電磁レーダ１０を用いて切羽１０４前方の未掘削
地盤中の探査位置を変えて、その反射波によるデータを
円状測線データとして解析するようにしたので、未掘削
地盤中の空洞や水による反射面の位置の探査を良好に行
なうことができる。

【００１７】次に、図２を参照して、アンテナ装置２の
構成について説明する。アンテナ装置２は、面盤１０２
に形成され、切羽１０４に対向する開口１０３Ａを有す
る凹部１０３内に収納されている。アンテナ装置２は、
剛性を有する適宜の材料から作られた枠体２２を有し、
送信・受信アンテナ素子２１が支持棒２１Ａによって枠
体２２に固定されている。枠体２２の後端部にＴＢＭ１
００の進行方向（Ｙ方向）と平行に延びるようにして取
り付けられたパイプ２３には、押し出し用盤２４が遊嵌
されると共に、コイルばね２５が枠体２２の後端部とパ
イプ２３との間に図示の如く介装されている。ここで、
送信・受信アンテナ素子２１と伝送ケーブル３とを電気
的に接続するため、パイプ２３の中空部には伝送ケーブ
ル３が通されている。

【００１８】送信・受信アンテナ素子２１から送信され
る電磁波を前方の地盤内に向けて良好に輻射させるた
め、枠体２２の表面には公知の適宜の電磁波吸収部材２
６が設けられている。電磁波吸収部材２６は電磁波吸収
性の塗料であってもよい。したがって、送信・受信アン
テナ素子２１から輻射される電磁波のうち、切羽１０４
と反対の方向へ進んだ電磁波は電磁波吸収部材２６によ
って吸収されてしまうので、送信・受信アンテナ素子２
１から電磁波を切羽１０４に向けて良好に輻射させるこ
とができる。この探査のための電磁波の周波数は、１５
０〜２００ＭＨｚに選ぶのが好ましい。

【００１９】送信・受信アンテナ素子２１からこのよう
にして輻射される電磁波を未掘削の地盤内に効率よく到
達させることができるようにするため、枠体２２の前端
部には、ＦＲＰからなる薄板部材２７Ａに飴ゴムから成
るゴム板部材２７Ｂを密着させて成る２層構造の蓋部材
２７が適宜の手段により固定されており、これにより、
枠体２２内が密閉空間となっている。ここで、送信・受
信アンテナ素子２１は薄板部材２７Ａの表面に接近して
配置されている。ゴム板部材２７Ｂの外表面には、塩化
ビニール製の橇２８が設けられている。

【００２０】以上のように構成されたアンテナ装置２
を、面盤１０２が回転して地盤を掘削している場合に生
じる掘削土や泥水から保護するため、凹部１０３の開口
１０３Ａには、保護鉄板１０５が設けられている。保護
鉄板１０５は図示しない案内機構により案内されてスラ
イドし、開口１０３Ａを開閉することができるように構
成されている。保護鉄板１０５に連結された図示しない
開閉用治具によって、探査を行なう場合にのみ開口１０
３Ａを開くよう保護鉄板１０５をスライドさせることが
できるようになっている。

【００２１】アンテナ装置２は、凹部１０３に案内され
てＹ方向に沿って凹部１０３内を移動することができる
よう凹部１０３内に収納、配置されている。したがっ
て、保護鉄板１０５のスライドにより開口１０３Ａが開
いている場合、押し出し用盤２４を図示しない押し出し
用治具で切羽１０４に向けて押し、アンテナ装置２を凹
部１０３の開口１０３Ａから突出させ、コイルばね２５
の力により橇２８を切羽１０４の表面に軽く圧接させる
ことができる。この状態で電磁レーダ１０を作動させて
面盤１０２を少なくとも１回転させることにより、所要
の探査に必要な１組の円状測線データをＤＡＴテープレ
コーダ５に記録することができる。すなわち、面盤１０
２にセットされたアンテナ装置２は、探査の場合にのみ
切羽１０４に接近させ、掘削中は面盤１０２内に収納し
て保護鉄板１０５により凹部１０３を閉じることによ
り、アンテナ装置２を掘削土や泥水から護ることができ
る。このように、面盤１０２内の凹部１０３に収納され
たアンテナ装置２は、必要に応じて凹部１０３の開口１
０３Ａから切羽１０４に接近させて必要なデータの取得
を行なうことができるので、便利であり、使い勝手がよ
い。

【００２２】図３には、面盤１０２を回転させることに
よる未掘削地盤内の破砕帯の様子を三次元的に探査する
場合の測定の原理図が示されている。図３から判るよう
に、前方に破砕帯１２０がある場合、ＴＢＭ１００の面
盤１０２に設けられたアンテナ装置２からその時の探査
位置に向けて発射されたパルス状の送信電磁波ＷＴは地
層と破砕帯１２０との境界である反射面１１０において
反射し、その反射電磁波ＷＲがアンテナ装置２に戻って
くる。

【００２３】この反射電磁波ＷＴの測定を、面盤１０２
にセットされたアンテナ装置２が例えば２ｃｍ移動する
毎、すなわち面盤１０２が所定の角度回転する毎に行な
い、その反射電磁波ＷＲのデータを同期信号と共にＤＡ
Ｔテープレコーダ５に記録する。この記録されたデータ
は、ＤＡＴテープレコーダ５に接続されているＧＰＩＢ
ユニット６を通じてパーソナルコンピュータ７にインサ
ートされているＧＰＩＢボード８に送られ、パーソナル
コンピュータ７において以下に述べるようにして円状測
線データとして解析される。

【００２４】なお、上述のデータ転送は、パーソナルコ
ンピュータ７側から制御される。パーソナルコンピュー
タ７にはＤＡＴテープレコーダ５の制御プログラムがイ
ンストールしてあり、ＤＡＴテープレコーダ５に接続さ
れているＧＰＩＢユニット６を通じてパーソナルコンピ
ュータ７側からＤＡＴテープレコーダ５にセットされて
いるＤＡＴテープの走行や巻き戻しなどの制御が可能で
ある。

【００２５】ＤＡＴテープレコーダ５にセットされてい
るＤＡＴテープには、以下の３種類のデータが収録され
る。即ち、ビデオ信号（振幅信号）、同期信号、距離信
号データである。同期信号毎に対応する反射電磁波ＷＲ
に従う反射波データが存在するが、２ｃｍ毎の距離信号
を検知し、この距離信号に続く最も近くにある同期信号
を見つけ、面盤１０２の回転角ｄθごとの２πｒ／ｄθ
本の電磁波反射トレースとする。ここで、ｒは電磁レー
ダの回転半径、すなわち、面盤１０２の回転中心Ｐとア
ンテナ装置２との間の距離である。本明細書では、この
トレース群を電磁波反射データと称する。

【００２６】図４には、解析のための１組の電磁波反射
データの一例が模式的に示されている。図４で、横軸は
アンテナ装置２の回転角度位置、縦軸は反射地点までの
距離を示している。切羽前方探査装置１は、上述のよう
に、電磁レーダ１０の送信・受信アンテナ素子２１を面
盤１０２にセットし、面盤１０２を回転させることによ
り電磁レーダ１０による探査位置を変更するように構成
されているので、送信・受信アンテナ素子２１をその都
度セットする必要が省け、効率のよい探査が可能とな
る。そして、探査位置は、面盤１０２を回転させるだけ
で変更できるため、誰でも簡単にデータの収集を行なえ
るという利点を有している。

【００２７】電磁レーダ１０によって得られた上述の１
組の電磁波反射データが所要のフォーマットに従ってパ
ーソナルコンピュータ７内にファイルされたならば、パ
ーソナルコンピュータ７内で上述の１組の電磁波反射デ
ータを解析するために必要な解析パラメータをパーソナ
ルコンピュータ７の入力キーボード（図示せず）から入
力する。なお、解析の２度目からは、先に入力したパラ
メータがデフォルト値となるので、変更時以外は入力す
る必要がない。

【００２８】パーソナルコンピュータ７における処理
は、一括処理が可能で、ＴＢＭ１００の位置、破砕帯１
２０等による反射面１１０の位置とその属性、すなわ
ち、走向角、傾斜角、トンネル中心軸と反射面との交差
距離が解析結果として表示される。

【００２９】図５は、パーソナルコンピュータ７におけ
る反射面推定の原理を説明するため、ＴＢＭ１００と反
射面１１０（すなわち図３に示した破砕帯１２０と地層
との境界面）との位置関係を示したものである。ＴＢＭ
１００はＹ軸方向に掘進する。掘削面をＸ−Ｚ平面とし
点Ｏを中心として時計と反対方向に面盤１０２が回転し
ている。送信・受信アンテナ素子２１はＴＢＭ１００の
回転軸を示す点Ｏ（すなわち面盤１０２の回転中心Ｐ）
からｒだけ離れた位置に設置されている。θを送信・受
信アンテナ素子２１の回転角とし、回転角θはＯ−Ｘか
らＸ−Ｚ平面内で時計と反対回りに０°〜３６０°まで
変化する。反射面ＰＱＲＳはＸ−Ｙ平面とＰＱで交差
し、トンネル軸（Ｙ軸）との交点をＬとする。

【００３０】反射面１１０の走向角αと傾斜角βとはそ
れぞれ図５に示したように定義する。すなわち、交線Ｐ
Ｑに点Ｏから下ろした垂線の足をＡとし、Ｚ軸と反射面
ＰＱＲＳとの交点をＢとするとき、走向角αはＸ−Ｙ平
面内でＹ軸から交線ＰＱへ測った角（０°〜１８０
°）、傾斜角βは線ＯＡから線ＡＢに測った角で、図５
の場合はβは負の値と定義する。ＯＬの間の距離をＦと
すると送信・受信アンテナ素子２１の位置（ｒcos θ、
０、ｒsin θ）と反射面との距離Ｄは Ｄ＝｜ｒcos θcos αsin β＋ｒsin θcos β＋Ｆsin αsin β｜・・・（１） で示される。

【００３１】ＴＢＭ１００の前面に破砕帯１２０による
反射面１１０が存在するときは、式（１）で計算される
ような反射波が送信・受信アンテナ素子２１で受信した
波形データに以下のように現われるはずである。

【００３２】たとえば、図６において、α＝１３５°、
β＝−４５°、Ｆ＝１０ｍと与えることで反射面１１０
は一意的に決定される。この場合には、反射面１１０
は、前方右上から被ってくるような想定である。

【００３３】上述した具体例の場合、反射波が現われる
位置は図６に示されるようになる。図６において、縦軸
は距離、横軸はθ（アンテナ走査角）である。

【００３４】このことを利用して行なう反射面の自動推
定のための、円状測線データである電磁反射波データの
処理方法につき、図７に示すフローチャートを参照しな
がら以下に詳述する。

【００３５】図７は取得された円状測線データをパーソ
ナルコンピュータ７において解析し、反射面を推定する
ための処理手順を示すフローチャートである。電磁波反
射データ（円状測線データ）の取得後、先ず、ステップ
Ｓ１においてデータ解析に必要な解析パラメータを設
定、入力する。この場合、先ず、パラメータα、β、Ｆ
の各増分ｄα、ｄβ、ｄＦを設定すると共に、後述する
加算和の幅の設定を予め行なっておく。ここでは、加算
和の幅を２ｍと設定する。よって、各パラメータについ
ての計算のための値の数は ｎα（＝１８０／ｄα） ｎβ（＝１８０／ｄβ） ｎＦ（＝ Ｆ／ｄＦ） となる。

【００３６】次のステップＳ２では、パーソナルコンピ
ュータ７に所要のフォーマットでファイルされている１
組の電磁波反射データに対してＳＴＣ除去処理が実行さ
れる。すなわち、図１に示した測定系によって得られる
本来の波形は図８の（Ａ）に例示的に示されるように、
直接波成分Ｗａのレベルは大きく、反射波成分Ｗｂのレ
ベルが小さいものであるが、レーダ探査表示器４におい
てその測定時にＳＴＣ処理される結果、図８の（Ｂ）に
示されるように、反射波成分Ｗｂのレベルが強調される
ことになる。ステップＳ２でＳＴＣ除去処理を行なうこ
とにより、各電磁波反射データが、図８の（Ａ）に示さ
れるような、元のレベル状態に相応したものとされる。

【００３７】ステップＳ３では振幅回復処理が実行さ
れ、エネルギー拡散に伴う振幅幾何減衰が補正される。
この補正は測定データの振幅が時間の経過と共に減衰す
るのを補正して特に反射波成分のレベルを強調するた
め、振幅×ｔ^k （ここで、ｔは経過時間、ｋは定数で
１．２〜１．４程度に選ばれる）に基づく演算を行なう
ことにより実行される。

【００３８】ステップＳ４では、フィルタリング処理が
実行され、これにより雑音成分の除去が行なわれる。ス
テップＳ５ではデコンボリューション処理が実行され、
これにより、波形データの振幅特性はそのままで位相特
性を最小位相にウェーブレット変換し、これにホワイト
ニングデコンボリューションフィルタを施すことにより
希望のインパルス波型に変換される。

【００３９】なお、ステップＳ２〜Ｓ５で実行される波
形処理そのものは公知の手法を用いたものであるから、
ここではこれ以上の詳しい説明は省略する。

【００４０】上述の如く波形処理して得られた１組の電
磁波反射データに基づき、ステップＳ６で反射面自動推
定処理が実行される。この処理は未掘削地盤中にある破
砕帯や空洞等による電磁波の反射面の様子をこれらの円
状測線データから自動的に抽出する処理である。なお、
この円状測線データによる反射面推定処理は手動にて行
なうこともできる。

【００４１】ステップＳ６において実行される反射面自
動推定処理は、パラメータα、β、Ｆの値をステップＳ
１において設定された各増分ｄα、ｄβ、ｄＦに従って
少しずつ変化させて式（１）を計算し、波形トレース振
幅の加算和が最大となるようなα、β、Ｆの組み合わせ
を見つけ、これらを反射面１１０を定義する１組のパラ
メータとする処理である。

【００４２】このことをより具体的に説明すると、
（１）式に基づく上述の計算の繰り返しループを規定す
るための変数ｉ、ｊ、ｋ、ｓを、ｎα、ｎβ、ｎＦ、ｎ
θを用いて次のように定義する。 ｉ＝０，ｎα ｊ＝０，ｎβ ｋ＝０，ｎＦ ｓ＝０，ｎθ ここで、ｎθは、θを１°ずつ変えて電磁波反射トレー
スを取得する場合、３６０°となる。

【００４３】あるｉ、ｊ、ｋに対して、１つの走査角θ
（波形トレースと１対１に対応）により、式（１）によ
りＤの値を計算し、図９に示したように、対応する波形
トレースの振幅をウィンドウ幅の分だけ加算する。ここ
で、トレースとは走査角θの時、電磁波のパルスを発信
・受信して得られる時系列のことである。したがって、
図１０に示されるように、走査角θが１°毎の探査を行
なうと、１回の探査で３６１トレースある。

【００４４】同様に式（１）に α＝ｉ×ｄα、ｉ＝０〜ｎα β＝ｊ×ｄβ、ｊ＝０〜ｎβ Ｆ＝ｋ×ｄＦ、ｋ＝０〜ｎＦ のように増分を順に用いて、それごとに全波形トレース
（全走査角θ）についてＤの値を計算し、加算和を計算
する。したがって、その計算回数Ｎは、 Ｎ＝（ｎα＋１）（ｎβ＋１）（ｎＦ＋１） となる。その加算和Σ（ｉ、ｊ、ｋ）は 振幅Ｄ−ｍ＋・・・＋振幅Ｄ＋ｍ で表される。

【００４５】今回の加算和Σ（ｉ、ｊ、ｋ）を前回の加
算和Σ（ｉ、ｊ、ｋ）と比較し、大きい方を保存し、同
時にその時用いたα、β、Ｆを保存する。ｎα＋１、ｎ
β＋１、ｎＦ＋１回まで計算を行ない、最大値を与える
α、β、Ｆの値を反射面１１０を表すパラメータとす
る。

【００４６】図１１には、上で説明した反射面のパラメ
ータを推定するための反射面自動推定処理ステップＳ６
の詳細フローチャートが示されている。この処理の説明
は上述の通りであるから、ここでは同様の説明を繰り返
すのを省略する。

【００４７】ステップＳ６において、反射面１１０を表
すと考えられる１組のパラメータが決定されたならば、
次のステップＳ７において、ステップＳ６において得ら
れた１組のパラメータを用いて反射面の表示処理が行な
われる。ここでは、コンピュータグラフィックスの手法
を用い、ＴＢＭ１００からトンネル奥を見たイメージで
そこにある反射面を表示部９上に図形表示する。勿論、
これに代えて、例えばトンネル側面から見たイメージで
反射面を図形表示してもよい。いずれの場合にも、図形
表示に加えて、ステップＳ６において得られた反射面を
表す１組のパラメータの値を数値で示すようにしてもよ
い。

【００４８】

【発明の効果】本発明によれば、電磁レーダを用いて切
羽前方の未掘削地盤中の探査位置を変えて、その反射波
によるデータを円状測線データとして解析するようにし
たので、未掘削地盤中の空洞や水の探査を良好に行なう
ことができる。

【００４９】また、電磁レーダの送信・受信アンテナ素
子を面盤にセットし、面盤を回転させることにより電磁
レーダによる探査位置を変更するように構成されている
ので、送信・受信アンテナ素子をその都度セットする必
要が省け、効率のよい探査が可能となる。そして、探査
位置は、面盤を回転させるだけで変更できるため、誰で
も簡単に行なえるという利点を有している。

【００５０】面盤にセットされたアンテナ装置は、探査
の場合にのみ切羽に接近させ、掘削中は面盤内に収納し
て保護板部材により凹部を閉じることにより、アンテナ
装置を掘削土や泥水から護ることができる。

【００５１】このように、面盤内の凹部に収納されたア
ンテナ装置は、必要に応じて凹部の開口から切羽に接近
させて必要なデータの取得を行なうことができるので、
便利であり、使い勝手がよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による切羽前方探査装置の実施の形態の
一例を示す概略構成図。

【図２】面盤に形成された凹部に収納されるアンテナ装
置の構成を説明するための断面図。

【図３】面盤を回転させることによる未掘削地盤内の破
砕帯の様子を三次元的に探査する場合の測定の原理を説
明するための説明図。

【図４】解析のための１組の電磁波反射データの一例を
模式的に示す図。

【図５】ＴＢＭと反射面との位置関係を説明するための
説明図。

【図６】反射波が現われる位置を縦軸に距離をとり、横
軸にアンテナ走査角をとって示したグラフ。

【図７】取得された円状測線データをパーソナルコンピ
ュータにおいて解析し、反射面を推定するための処理手
順を示すフローチャート。

【図８】図７のＳＴＣ除去処理ステップにおける処理を
説明するための波形図。

【図９】図７の反射面自動推定処理ステップにおけるデ
ータ処理を説明するための説明図。

【図１０】波形トレースデータを示す波形図。

【図１１】図７の反射面自動推定処理ステップの詳細フ
ローチャート。

【符号の説明】

１ 切羽前方探査装置 ２ アンテナ装置 ４ レーダ探査表示器 ７ パーソナルコンピュータ ９ 表示部 １０ 電磁レーダ装置 ２１ 送信・受信アンテナ素子 ２２ 枠体 ２３ パイプ ２４ 押し出し用盤 ２５ コイルばね ２６ 電磁波吸収部材 １００ ＴＢＭ １０１ カッタフェース １０２ 面盤 １０３ 凹部 １０３Ａ 開口 １０４ 切羽 １０５ 保護鉄板 １１０ 反射面 １２０ 破砕帯 ＷＲ 反射電磁波 ＷＴ 送信電磁波 α 走向角 β 傾斜角 θ 回転角

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 胴体部の前部に回転自在に設けられたカ
   ッタフェースを回転駆動して地盤を掘削する際に切羽前
   方の未掘削地盤内の探査を電磁レーダを用いて行なう方
   法であって、 前記カッタフェースの回転により前記電磁レーダによる
   探査位置が移動するよう前記電磁レーダの送信・受信ア
   ンテナ素子を前記カッタフェースに装着し、前記カッタ
   フェースを回転させつつ前記電磁レーダにより取得した
   １組のデータを円状測線データとして解析し、切羽前方
   の破砕帯、空洞等を探査するようにしたことを特徴とす
   る切羽前方探査方法。
2. 【請求項２】 前記送信・受信アンテナ素子を前記カッ
   タフェースの面盤内に配設しておき、前記カッタフェー
   スにより地盤掘削が行なわれていない場合に、前記送信
   ・受信アンテナ素子を前記面盤内から前記切羽に向けて
   突出させ、前記面盤を回転させることにより、所要のデ
   ータを前記電磁レーダにより取得するようにした請求項
   １記載の切羽前方探査方法。
3. 【請求項３】 前記送信・受信アンテナ素子が出入する
   前記面盤の開口を保護板部材により開閉自在とし、前記
   電磁レーダによる探査を行なう場合に前記開口を開ける
   ようにした請求項２記載の切羽前方探査方法。
4. 【請求項４】 胴体部の前部に回転自在に設けられたカ
   ッタフェースを回転させて電磁レーダによる切羽前方の
   未掘削地盤内の探査位置を変化させて該地盤内の状態を
   探査するための切羽前方探査装置であって、 前記電磁レーダの送信・受信アンテナ素子を含んで成り
   前記カッタフェースの面盤内の前面に設けられた凹部内
   に収納されたアンテナ装置と、 前記凹部の切羽に対向する開口部を開閉するため前記開
   口部にスライド自在に設けられた保護板部材とを具え、 前記アンテナ装置は、前記送信・受信アンテナ素子を前
   記開口部から切羽に向けて進退自在に前記凹部に収納さ
   れており、 前記保護板部材が前記開口部を開状態にした場合に前記
   送信・受信アンテナ素子を前記切羽に接近させた状態
   で、前記カッタフェースの回転に従って前記送信・受信
   アンテナ素子を移動させ前記電磁レーダによる探査位置
   を変化させるようにしたことを特徴とする切羽前方探査
   装置。