JPH11256561A - 補強材の設計評価方法 - Google Patents

補強材の設計評価方法

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JPH11256561A
JPH11256561A JP5923698A JP5923698A JPH11256561A JP H11256561 A JPH11256561 A JP H11256561A JP 5923698 A JP5923698 A JP 5923698A JP 5923698 A JP5923698 A JP 5923698A JP H11256561 A JPH11256561 A JP H11256561A
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JP
Japan
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design
geological
energy coefficient
natural ground
ground
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Pending
Application number
JP5923698A
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English (en)
Inventor
Kenji Aoki
謙治 青木
Takuji Yamamoto
拓治 山本
Michihiro Inao
道裕 稲生
Yasuyuki Miyajima
保幸 宮嶋
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Kajima Corp
Original Assignee
Kajima Corp
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  • Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 地下空洞等を施工する際に、その周辺地山の
地質状況を3次元的に把握できる地山の地質評価システ
ムを提供すること。 【解決手段】 掘削された部分に対して削孔を行い、破
壊エネルギー係数を求め、この破壊エネルギー係数の3
次元分布を算出する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、地下発電所等の地
下空洞やトンネル等を施工する際の地山の地質評価シス
テムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】地下空洞等を施工する場合、空洞周辺地
山の地質状況を的確に把握することは安全かつ合理的に
施工を進めるうえで重要である。地下空洞の形状や補強
工の仕様を決めることを目的として、設計段階では試掘
坑、ボーリングによる地質調査や岩盤物性を把握する試
験を実施し、施工段階では掘削壁面の観察によって地質
状況を把握していた。さらに、計測によって岩盤挙動を
監視しながら空洞の掘削を行っていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな方法では地下空洞周辺地山の地質状況を3次元的に
的確に把握することは困難であった。
【0004】本発明は、このような問題に鑑みてなされ
たもので、その目的とするところは、地下空洞やトンネ
ル等を施工する際に、その周辺地山の地質状況を3次元
的に把握できる地山の地質評価システムを提供すること
にある。
【0005】
【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ために本発明は、既に掘削された地山に対して削孔を行
い、破壊エネルギー係数を算出する第1の算出手段と、
複数の孔に対して得られる前記破壊エネルギー係数を基
にして、地山中の破壊エネルギー係数の3次元分布を求
める第2の算出手段と、を具備することを特徴とする地
質評価システムである。ここで、既に掘削された地山と
は、トンネルや地下空洞等の地山である。
【0006】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施の形態を詳細に説明する。図1は、本実施の形態に係
る地質評価システムに用いられる装置の概略構成図であ
る。この地質評価システムでは、油圧式パーカッション
ドリル1で地下空洞の周辺地山を削孔して、各種データ
をメモリカード17に保持し、コンピュータ19で各種
データを解析して、地下空洞の周辺地山の地質の3次元
分布を把握する。尚、メモリカード17に代えて他の記
録媒体を用いてもよい。
【0007】油圧式パーカッションドリル1は、削孔を
行う油圧ドリル3を備え、更に深度、速度を計測するロ
ータリーエンコーダ5、ビットロード用の圧力センサ
7、トルク用の圧力センサ9、送水圧用の圧力センサ1
3、空送り防止用の圧力スイッチ11、磁気記録装置1
5等を備える。
【0008】磁気記録装置15はロータリーエンコーダ
(或いは流量計)5、圧力センサ7、9、13、圧力ス
イッチ11等と接続され、これらのセンサ類から送られ
る情報をメモリカード17等に記録する。コンピュータ
19は地下空洞の作業事務所等に設置され、メモリカー
ド17等に記録された情報を解析する。
【0009】図2は、油圧式パーカッションドリル1を
用いて削孔検層を行って破壊エネルギー係数を求める際
の説明図である。図2において、地山21に孔25を削
孔する。23は削孔用ロッドであり、削孔用ロッド23
を油圧式パーカッションドリル1の油圧ドリル3で打撃
等を行うことによって孔25を削孔し、このときの破壊
エネルギー係数を求め、地山21の地質状況を把握す
る。
【0010】なお、削孔検層については、本出願人は既
に特許を取得している(特公平7−49756号)。削
孔検層とは、油圧ドリル3で地山(岩盤)を削孔したと
きに得られるデータ(掘進速度等)を測定し、破壊エネ
ルギー係数等を求め、削孔した深度の地質状況を評価す
る。
【0011】破壊エネルギー係数は、単位体積の岩盤を
破壊するのに要する油圧ドリルのエネルギーであり、次
式により求まる。なお、破壊エネルギー係数は、掘削位
置の岩石が硬い場合には大きくなり、軟らかい場合には
小さくなる。 Ev =(Es ×Ns )/(Vd ×Ar ) =油圧ドリル3の総仕事量/破砕した岩盤の体積 ………(1) Ev :破壊エネルギー係数 Vd :掘進速度 Ar :削孔断面積 Es :油圧ドリルの仕事量 Ns :ピストンの打撃回数
【0012】図3は、地質評価システムの一連の処理を
示すフローチャートである。本実施の形態では、地質評
価システムが地下発電所空洞に適用される場合を例とす
る。ここで、空洞の大きさは高さ54m、幅34m、長
さ211mであり、空洞上部のアーチ部を掘削した後、
ベンチカット方式で順次盤下げ掘削をし、ベンチ高さは
2.5mとする。
【0013】図4は、PSアンカー31の基本配置図で
あり、PSアンカー31の長さは地質良好部では15m
とし、地質不良部では20mとする。図4において、例
えば空洞上部の地質良好部では、長さ15mのPSアン
カー31を縦ピッチ3m、横ピッチ1.5mで設置す
る。
【0014】次に、図3に従って処理手順を説明する。
油圧式パーカッションドリル1を用いてPSアンカー挿
入用の孔を削孔する。そして、掘進速度Vd 、削孔断面
積Ar 、油圧ドリルの仕事量Es 、ピストンの打撃回数
Ns 等を計測する(ステップ301)。これらのデータ
はメモリカード17に保持され、このメモリカードがコ
ンピュータ19で読み取られ、前述した式(1)を用い
て孔ごとに破壊エネルギー係数Ev を算出し、孔ごとの
破壊エネルギー係数Ev の深度分布図を作成する(ステ
ップ302)。
【0015】そして、孔ごとの地質状況を把握し(ステ
ップ303)、設計が妥当か否かを判定し(ステップ3
04)、設計が妥当でない場合には設計変更を行う(ス
テップ305)。ステップ301からステップ305ま
での処理を第1段階と称する。
【0016】図5は、既存の地質調査結果から地質良好
部と判断された場所における削孔検層による結果を示す
図である。この部分ではPSアンカー31の設計当初の
長さが15mであり、破壊エネルギー係数Ev の深度分
布も全深度で200MPa以上を示しているので設計変
更の必要がないと判断される。
【0017】図6に示す孔では、同様に当初は地質良好
部と判断され、PSアンカー31の長さは15mとされ
ていたが、図6に示すように、破壊エネルギー係数は深
度0〜8mの区間では150MPa以下を示したので、
この部分は地質不良な弱層であると判断し、PSアンカ
ー31の長さを20mに設計変更した。また、追加して
20mまで削孔したが、15〜20mの部分は破壊エネ
ルギー係数が200MPa以上で良好であり、PSアン
カー31の定着部としては問題がないことも明らかにな
った。
【0018】次に、破壊エネルギー係数Ev の3次元分
布を算定し、3次元分布図を作成する(ステップ30
6)。そして、既存地質調査の結果や壁面観察の結果を
考慮して(ステップ307)、掘削部周辺地山の3次元
地質状況を把握し(ステップ308)、設計が妥当か否
かを判定し(ステップ309)、妥当でない場合には設
計変更を行う(ステップ310)。ステップ306から
ステップ310までの処理を第2段階と称する。
【0019】第2段階では地下空洞を数ベンチ掘削する
ごとに3次元地質解析ソフトを用いて破壊エネルギー係
数の3次元分布図を作成し、掘削部分の空洞周辺地山の
地質状況を把握する。
【0020】図7は、空洞周辺の破壊エネルギー係数の
3次元分布を示した図である。図8、図9は4ベンチま
で掘削した時点での破壊エネルギー係数Ev の3次元分
布を2次元で表現してものであり、図8はその検討位置
を示し、図9は検討結果を示す。
【0021】図8において、41は地下空洞の掘削部で
あり、43は地下空洞の未掘削部である。45は第3ベ
ンチ、47は第4ベンチである。
【0022】図9(a)は、第3ベンチにおける破壊エ
ネルギー係数の2次元分布を示す図であり、図9(b)
は第4ベンチにおける破壊エネルギー係数の2次元分布
を示す図であり、図9(c)は空洞の鉛直断面における
破壊エネルギー係数の2次元分布を示す。
【0023】図9(a)、図9(b)によると、Cから
Eの位置にかけて破壊エネルギー係数が150MPa以
下の部分が連続している箇所があることが分かり、空洞
断面で観察された破砕帯が奥に連続していると推定でき
る。この破砕帯51は、既存の調査でも把握されていた
が、本実施の形態により位置や規模をより的確に把握す
ることが可能となり、この結果PSアンカー31の一部
を補強した。
【0024】次に、未掘削部分周辺地山の3次元地質状
況を推定し(ステップ311)、設計は妥当か否かを判
定し(ステップ312)、設計が妥当でない場合には設
計変更を行う(ステップ313)。ステップ311から
ステップ313までの処理を第3段階と称する。
【0025】第3段階では既に掘削した部分の3次元地
質状況に既存地質調査結果を合わせ、未掘削部43の地
質状況を推定する。図9に示す例では、破砕帯51は更
に下方の未掘削部43の空洞周辺地山まで延長している
と推定される。この破砕帯51はより傾きが緩やかで、
空洞内部に延長していると考えられていた。したがっ
て、当初設計を変更してPSアンカー31を補強した。
【0026】このように、本実施の形態により地質状
況、とりわけ破砕帯の位置等の把握が的確にできるよう
になり、適切な設計変更が行える。すなわち、事前の地
質調査では確認できなかった空洞周辺の地質状況(特に
破砕帯等の状況)の把握が可能となり、補強工等の設計
変更に有益な情報を提供できる。この結果、地下空洞の
安全かつ合理的な設計、施工が可能となる。尚、前述し
た実施の形態では、地下空洞について説明したが、本発
明は、トンネル等に用いることもできる。更に、削孔さ
れた孔は、PSアンカーに限らずロックボルト用の孔で
もよい。
【0027】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように本発明によ
れば地下空洞やトンネル等を施工する際に、その周辺地
山の地質状況を3次元的に把握できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 地質評価システムの装置の概略構成図
【図2】 削孔検層の説明図
【図3】 地質評価システムの処理手順を示すフローチ
ャート
【図4】 当初のPSアンカー31の配置予定を示す図
【図5】 壁面からの深度と破壊エネルギー係数の関係
を示す図
【図6】 壁面からの深度と破壊エネルギー係数の関係
を示す図
【図7】 空洞周辺の破壊エネルギー係数の3次元分布
を示した図
【図8】 破壊エネルギー係数の3次元分布を2次元分
布で表す場合の検討位置を示す図
【図9】 破壊エネルギー係数の3次元分布を2次元分
布で表した図
【符号の説明】
1………油圧式パーカッションドリル 3………油圧ドリル 15………磁気記録装置 17………メモリカード 19………コンピュータ
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成11年3月5日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の名称
【補正方法】変更
【補正内容】
【発明の名称】 補強材の設計評価方法
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0004
【補正方法】変更
【補正内容】
【0004】本発明は、このような問題に鑑みてなされ
たもので、その目的とするところは、地下空洞やトンネ
ル等を施工する際に、その周辺地山の地質状況を3次元
的に把握でき、補強材の設計変更等を行う方法を提供す
ることにある。
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0005
【補正方法】変更
【補正内容】
【0005】
【課題を解決するための手段】 前述した目的を達成す
るために本発明は、既に掘削された地山に対して削孔を
行い、補強材を施工する岩盤の破壊エネルギー係数を算
出し、前記破壊エネルギー係数に応じて補強材の当初の
設計の妥当性を判定する工程と、前記破壊エネルギー係
数の3次元分布を算出し、掘削部周辺地山の3次元地質
状況を把握し、把握された3次元地質状況に応じて補強
材の設計の妥当性を判定する工程と、未掘削部分の3次
元地質状況を推定し、推定された未掘削部分の3次元地
質状況に応じて、補強材の設計の妥当性を判定する工程
と、を具備することを特徴とする補強材の設計評価方法
である。
【手続補正5】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0027
【補正方法】変更
【補正内容】
【0027】以上、詳細に説明したように本発明によれ
ば地下空洞やトンネル等を施工する際に、その周辺地山
の地質状況を3次元的に把握でき、補強材の設計変更等
を行うことができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮嶋 保幸 東京都調布市飛田給二丁目19番1号 鹿島 建設株式会社技術研究所内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 既に掘削された地山に対して削孔を行
    い、破壊エネルギー係数を算出する第1の算出手段と、 複数の孔に対して得られる前記破壊エネルギー係数を基
    にして、地山中の破壊エネルギー係数の3次元分布を求
    める第2の算出手段と、 を具備することを特徴とする地質評価システム。
  2. 【請求項2】 前記地山中の破壊エネルギー係数の3次
    元分布を基にして、未掘削部の地質状況を推定する手段
    を、 更に具備することを特徴とする請求項1記載の地質評価
    システム。
  3. 【請求項3】 前記削孔された孔はPSアンカー用の孔
    或いは、ロックボルト用の孔であることを特徴とする請
    求項1記載の地質評価システム。
  4. 【請求項4】 前記第1の算出手段又は前記第2の算出
    手段で得られた結果を基にして、補強工の設計変更を行
    うことを特徴とする請求項1記載の地質評価システム。
  5. 【請求項5】 前記地質状況を推定する手段の結果を基
    にして、補強工の設計変更を行うことを特徴とする請求
    項2記載の地質評価システム。
  6. 【請求項6】 前記地山はトンネルや地下空洞の地山で
    あることを特徴とする請求項1記載の地質評価システ
    ム。
JP5923698A 1998-03-11 1998-03-11 補強材の設計評価方法 Pending JPH11256561A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007277940A (ja) * 2006-04-07 2007-10-25 Nittoc Constr Co Ltd 水力式ダウンザホールハンマーによるボーリング削孔時の地盤判定および割れ目判定方法および装置
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