JP3308478B2 - トンネル切羽前方探査方法 - Google Patents
トンネル切羽前方探査方法Info
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- JP3308478B2 JP3308478B2 JP34478597A JP34478597A JP3308478B2 JP 3308478 B2 JP3308478 B2 JP 3308478B2 JP 34478597 A JP34478597 A JP 34478597A JP 34478597 A JP34478597 A JP 34478597A JP 3308478 B2 JP3308478 B2 JP 3308478B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、トンネル等を掘削
する際に、切羽前方の地質状況を可能な限り的確に予測
する予測方法に関する。
する際に、切羽前方の地質状況を可能な限り的確に予測
する予測方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、計画・設計段階の調査として
は、地表地質踏査と地表弾性波探査および抗口付近のボ
ーリング調査が実施されているに過ぎず、主として弾性
波速度から、トンネル路線沿いに地山分類が行われ、地
山分類から支保パターン設定がされてきた。しかしなが
ら、特に土被りが大である場合は、断層破砕帯の位置や
規模についての精度は悪いのが現状であり、施工中の調
査で補う方法が採用されている。
は、地表地質踏査と地表弾性波探査および抗口付近のボ
ーリング調査が実施されているに過ぎず、主として弾性
波速度から、トンネル路線沿いに地山分類が行われ、地
山分類から支保パターン設定がされてきた。しかしなが
ら、特に土被りが大である場合は、断層破砕帯の位置や
規模についての精度は悪いのが現状であり、施工中の調
査で補う方法が採用されている。
【０００３】また、施工中の切羽前方調査としては、確
実な方法としては、先進ボーリングがある。この方法
は、地質状況が確実に把握できるがトンネル掘削と並行
して実施できないため、施工の支障となる。
実な方法としては、先進ボーリングがある。この方法
は、地質状況が確実に把握できるがトンネル掘削と並行
して実施できないため、施工の支障となる。
【０００４】これに対し、施工に用いるドリルジャンボ
で切羽からノンコアのボーリングを行なうさぐりボーリ
ングがあるが、削孔速度とスライムだけで地質状況を把
握するものであり、それだけでは的確な予測は困難であ
る。
で切羽からノンコアのボーリングを行なうさぐりボーリ
ングがあるが、削孔速度とスライムだけで地質状況を把
握するものであり、それだけでは的確な予測は困難であ
る。
【０００５】そこで、このドリルジャンボによるノンコ
アボーリングを用い、岩石の破壊エネルギの多少によ
り、岩盤評価および切羽前方地質の予測を行なう方法
（削孔検層という）が本出願人により、開示されている
（特公平７−４９７５６号公報参照）。
アボーリングを用い、岩石の破壊エネルギの多少によ
り、岩盤評価および切羽前方地質の予測を行なう方法
（削孔検層という）が本出願人により、開示されている
（特公平７−４９７５６号公報参照）。
【０００６】さらに、ドリルジャンボによる孔に受振器
を挿入し、切羽位置からの振動を測定することにより弾
性波速度を求める方法も提案されており、岩盤評価の指
標として有効な弾性波速度により、地質状況を予測する
ものである（速度検層という）。
を挿入し、切羽位置からの振動を測定することにより弾
性波速度を求める方法も提案されており、岩盤評価の指
標として有効な弾性波速度により、地質状況を予測する
ものである（速度検層という）。
【０００７】また、弾性波探査反射法の原理を用いたＴ
ＳＰ（Ｔｕｎｎｅｌ Ｓｅｉｓｍｉｃ Ｐｒｅｄｉｃｔ
ｉｏｎ）という方法があり、トンネル壁面に複数の発破
孔と受振孔とを設置し、切羽前方の不連続面の位置・傾
きを算出・表示する。
ＳＰ（Ｔｕｎｎｅｌ Ｓｅｉｓｍｉｃ Ｐｒｅｄｉｃｔ
ｉｏｎ）という方法があり、トンネル壁面に複数の発破
孔と受振孔とを設置し、切羽前方の不連続面の位置・傾
きを算出・表示する。
【０００８】一方、トンネル掘削では通常切羽観察が実
施される。そこで、デジタルカメラにより切羽を撮影
し、地質判定を行なう切羽画像処理システムが開発され
ているが、切羽を撮影し、地質判定する作業を継続すれ
ば、切羽前方５メートル程度は地質状況を予測できる。
施される。そこで、デジタルカメラにより切羽を撮影
し、地質判定を行なう切羽画像処理システムが開発され
ているが、切羽を撮影し、地質判定する作業を継続すれ
ば、切羽前方５メートル程度は地質状況を予測できる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た技術においては、例えば、先進ボーリングはトンネル
掘削を中断しなければならず、探りボーリングは工程に
影響はないもののスライムと削孔速度だけでは地質状況
を的確に判断できない。
た技術においては、例えば、先進ボーリングはトンネル
掘削を中断しなければならず、探りボーリングは工程に
影響はないもののスライムと削孔速度だけでは地質状況
を的確に判断できない。
【００１０】また、探りボーリングを改良した前記削孔
検層では工程に影響を及ぼさないものの、破壊エネルギ
を用いて岩盤評価を行なうので、この方法だけでは既存
の岩盤物性と対応付けがなく、信頼性に疑問が残る。
検層では工程に影響を及ぼさないものの、破壊エネルギ
を用いて岩盤評価を行なうので、この方法だけでは既存
の岩盤物性と対応付けがなく、信頼性に疑問が残る。
【００１１】さらに、速度検層はよい指標となる弾性波
速度が得られるが、全区間の実施は手間が係り実用的で
なく、ＴＳＰも不良の程度の判断が難しく、不連続面の
存在位置には誤差がある等、いずれも単独で予測する事
は困難である。
速度が得られるが、全区間の実施は手間が係り実用的で
なく、ＴＳＰも不良の程度の判断が難しく、不連続面の
存在位置には誤差がある等、いずれも単独で予測する事
は困難である。
【００１２】したがって、本発明は掘削するトンネル等
の前方の地質状況を適確に予測し、事前に不良地質部の
対策がとれ、安全に且つ経済的に施工出来るトンネル切
羽前方探査方法を提供することを目的としている。
の前方の地質状況を適確に予測し、事前に不良地質部の
対策がとれ、安全に且つ経済的に施工出来るトンネル切
羽前方探査方法を提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、掘削す
るトンネルの事前調査により、路線沿いに地山の弾性波
速度を測定し破砕帯の概略位置・規模を推定し、この情
報から切羽の前方探査の必要区間を判断し、先ず弾性波
探査反射法により切羽前方所定距離までの不連続面の存
在を予測し、ついで、不連続面に切羽が近ずいた時点
で、ドリルジャンボによる孔を用いて削孔検層を行なっ
て破壊エネルギー係数を求め、削孔検層を行なった孔で
速度検層を行なって、弾性波速度により地質状況の予測
を行なうと共に、弾性波速度と破壊エネルギー係数との
相関関係が確認できれば、以後削孔検層だけで地質状況
を予測する事を特徴としている。
るトンネルの事前調査により、路線沿いに地山の弾性波
速度を測定し破砕帯の概略位置・規模を推定し、この情
報から切羽の前方探査の必要区間を判断し、先ず弾性波
探査反射法により切羽前方所定距離までの不連続面の存
在を予測し、ついで、不連続面に切羽が近ずいた時点
で、ドリルジャンボによる孔を用いて削孔検層を行なっ
て破壊エネルギー係数を求め、削孔検層を行なった孔で
速度検層を行なって、弾性波速度により地質状況の予測
を行なうと共に、弾性波速度と破壊エネルギー係数との
相関関係が確認できれば、以後削孔検層だけで地質状況
を予測する事を特徴としている。
【００１４】また本発明によれば、掘削時に切羽画像処
理システムにより切羽近傍の地質状況を把握して掘削を
行う事を特徴としている。
理システムにより切羽近傍の地質状況を把握して掘削を
行う事を特徴としている。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態を説明する。
実施の形態を説明する。
【００１６】図１は、本発明に係るトンネル切羽前方探
査方法の全体構成を示しており、ＴＳＰシステム１、削
孔検層システム２、速度検層システム３、切羽画像処理
システム４の４つのサブシステムを有しており、それぞ
れのシステムはいずれも汎用パソコンソフト（例えば、
Ｗｉｎｄｏｗｓ）を用い、同じ出力形式で統合したシス
テムとしている。そして、各システムは探査結果評価シ
ステムに探査結果が入力されるよう構成されており、各
システムからの結果を総合的に評価して、地質状況との
対応も分析する。
査方法の全体構成を示しており、ＴＳＰシステム１、削
孔検層システム２、速度検層システム３、切羽画像処理
システム４の４つのサブシステムを有しており、それぞ
れのシステムはいずれも汎用パソコンソフト（例えば、
Ｗｉｎｄｏｗｓ）を用い、同じ出力形式で統合したシス
テムとしている。そして、各システムは探査結果評価シ
ステムに探査結果が入力されるよう構成されており、各
システムからの結果を総合的に評価して、地質状況との
対応も分析する。
【００１７】また、これらの探査結果はデータベース化
しておき、次の探査にフィードバックさせることがで
き、さらに精度の向上を図ることが出来るようになって
いる。図２は、図１に示すシステムの出力イメージを示
すもので、それぞれのサブシステムの探査結果を合わせ
て表示し、予測された地質状況が記入できるよう組み立
てられている。ここで、符号５はトンネル、６、７は破
砕帯、８は切羽をそれぞれ示している。
しておき、次の探査にフィードバックさせることがで
き、さらに精度の向上を図ることが出来るようになって
いる。図２は、図１に示すシステムの出力イメージを示
すもので、それぞれのサブシステムの探査結果を合わせ
て表示し、予測された地質状況が記入できるよう組み立
てられている。ここで、符号５はトンネル、６、７は破
砕帯、８は切羽をそれぞれ示している。
【００１８】以下、トンネル前方の切羽探査手順を、図
３を参照して、説明する。
３を参照して、説明する。
【００１９】先ず、事前調査により、トンネル路線沿い
の弾性波速度や破砕帯の概略の位置・規模が推定されて
いるので、この情報をもとに前方地質の予測を行ない
（ステップＳ１）、トンネル内からの前方探査が必要で
あるか否か判断する（ステップＳ２）。必要が無い場合
は、掘削を続行し（ステップＳ８）、前方探査が必要で
ある場合は、ＴＳＰで切羽前方所定距離例えば１００〜
１５０ｍ先までの破砕帯の存在や概略位置を予測する
（ステップＳ３）。次に、以上の結果をみて、さらに詳
細な調査が必要か否か判断する（ステップＳ４）。不用
であれば、掘削作業を続行し（ステップＳ８）、調査が
必要であれば、ドリルジャンボによるノンコアボーリン
グ孔を用いて削孔検層を行ない（ステップＳ５）、削孔
検層のキャリブレーションのために速度検層を数回実施
する（ステップＳ９）。掘削初期の段階で削孔検層の破
壊エネルギー係数と速度検層の弾性波速度の相関関係が
把握出来れば、以後は削孔検層だけ実施すればよい。こ
れらの調査結果をもとに、破砕帯の大小、湧水量の大
小、止水対策の必要性等を判断する（ステップＳ６）。
掘削に支障がない場合は掘削を続行し（ステップＳ
８）、支障がある場合は地山改良や水抜きボーリング等
の対策を実施し（ステップＳ７）、掘削を行なう（ステ
ップＳ８）。そして、切羽近傍の地質状況を把握しつつ
掘削作業を行なうため、デジタルカメラによる地質観察
システムにより観察を実施し（ステップＳ１０）、支保
パターンに反映させることが出来る。
の弾性波速度や破砕帯の概略の位置・規模が推定されて
いるので、この情報をもとに前方地質の予測を行ない
（ステップＳ１）、トンネル内からの前方探査が必要で
あるか否か判断する（ステップＳ２）。必要が無い場合
は、掘削を続行し（ステップＳ８）、前方探査が必要で
ある場合は、ＴＳＰで切羽前方所定距離例えば１００〜
１５０ｍ先までの破砕帯の存在や概略位置を予測する
（ステップＳ３）。次に、以上の結果をみて、さらに詳
細な調査が必要か否か判断する（ステップＳ４）。不用
であれば、掘削作業を続行し（ステップＳ８）、調査が
必要であれば、ドリルジャンボによるノンコアボーリン
グ孔を用いて削孔検層を行ない（ステップＳ５）、削孔
検層のキャリブレーションのために速度検層を数回実施
する（ステップＳ９）。掘削初期の段階で削孔検層の破
壊エネルギー係数と速度検層の弾性波速度の相関関係が
把握出来れば、以後は削孔検層だけ実施すればよい。こ
れらの調査結果をもとに、破砕帯の大小、湧水量の大
小、止水対策の必要性等を判断する（ステップＳ６）。
掘削に支障がない場合は掘削を続行し（ステップＳ
８）、支障がある場合は地山改良や水抜きボーリング等
の対策を実施し（ステップＳ７）、掘削を行なう（ステ
ップＳ８）。そして、切羽近傍の地質状況を把握しつつ
掘削作業を行なうため、デジタルカメラによる地質観察
システムにより観察を実施し（ステップＳ１０）、支保
パターンに反映させることが出来る。
【００２０】図４〜図１０は、軟岩の岩盤中に掘削され
たトンネルに本願の切羽前方探査方法を実施した例を示
し、図４は縦軸に破壊エネルギー係数、横軸に深度を表
しており、ドリルジャンボによる孔を用いて削孔検層を
実施した例であり、削孔検層により求められた深度ごと
の破壊エネルギー係数を、図５は縦軸に平均破壊エネル
ギー係数を表し、深度１ｍごとに平均した破壊エネルギ
ー係数を、図６は、横軸に深度を表してスライム観察結
果を、図７は、縦軸に速度検層により求められた１ｍご
との区間速度を、図８は、縦軸に伝搬時間、横軸に深度
を表した走時曲線で傾きが一定となる区間の速度を、そ
れぞれ示している。
たトンネルに本願の切羽前方探査方法を実施した例を示
し、図４は縦軸に破壊エネルギー係数、横軸に深度を表
しており、ドリルジャンボによる孔を用いて削孔検層を
実施した例であり、削孔検層により求められた深度ごと
の破壊エネルギー係数を、図５は縦軸に平均破壊エネル
ギー係数を表し、深度１ｍごとに平均した破壊エネルギ
ー係数を、図６は、横軸に深度を表してスライム観察結
果を、図７は、縦軸に速度検層により求められた１ｍご
との区間速度を、図８は、縦軸に伝搬時間、横軸に深度
を表した走時曲線で傾きが一定となる区間の速度を、そ
れぞれ示している。
【００２１】また、図９は、縦軸に平均破壊エネルギー
係数、横軸に泥岩、互層、凝灰岩を表し、図４〜８の孔
を含む同一トンネルの複数の孔での削孔検層結果を合わ
せたものであり、地質と平均エネルギー係数の関係を示
すが、平均エネルギー係数により、概略の地質判定が可
能である事を示している。
係数、横軸に泥岩、互層、凝灰岩を表し、図４〜８の孔
を含む同一トンネルの複数の孔での削孔検層結果を合わ
せたものであり、地質と平均エネルギー係数の関係を示
すが、平均エネルギー係数により、概略の地質判定が可
能である事を示している。
【００２２】図１０は、縦軸に区間速度、横軸に平均破
壊エネルギー係数を表し、図９と同様の孔での削孔検層
による平均破壊エネルギー係数と、速度検層による区間
速度と（走時曲線で傾きが一定となる区間の速度）との
相関関係を示したものであるが、かなり良い相関（相関
係数０．７１）となっている。これは掘削の初期の段階
で、削孔検層と速度検層とを同一孔で実施し、平均破壊
エネルギー係数と区間速度との相関関係を把握しておけ
ば、以後簡便な削孔検層だけ実施すればよい事を示して
いる。
壊エネルギー係数を表し、図９と同様の孔での削孔検層
による平均破壊エネルギー係数と、速度検層による区間
速度と（走時曲線で傾きが一定となる区間の速度）との
相関関係を示したものであるが、かなり良い相関（相関
係数０．７１）となっている。これは掘削の初期の段階
で、削孔検層と速度検層とを同一孔で実施し、平均破壊
エネルギー係数と区間速度との相関関係を把握しておけ
ば、以後簡便な削孔検層だけ実施すればよい事を示して
いる。
【００２３】
【発明の効果】本発明は上記のように構成されており、
ＴＳＰ、削孔検層、速度検層、切羽画像処理の４つの組
み合わせにより、切羽前方の地質状況の予測が可能とな
り、事前に地質不良部にたいし、支保パターンの変更や
注入、フォアパイリング等の補助工法を用いることが出
来、したがって、施工の安全性および経済性を向上する
ことが出来る。
ＴＳＰ、削孔検層、速度検層、切羽画像処理の４つの組
み合わせにより、切羽前方の地質状況の予測が可能とな
り、事前に地質不良部にたいし、支保パターンの変更や
注入、フォアパイリング等の補助工法を用いることが出
来、したがって、施工の安全性および経済性を向上する
ことが出来る。
【図１】本発明の一実施の形態を示す切羽前方探査方法
の全体構成図。
の全体構成図。
【図２】図１による切羽前方探査方法による出力のイメ
ージを示す図。
ージを示す図。
【図３】図１の方法の探査手順を示す手順のフローチャ
ト図。
ト図。
【図４】削孔検層結果の一例である破壊エネルギー係数
を示す図。
を示す図。
【図５】削孔検層結果の一例である平均破壊エネルギー
係数を示す図。
係数を示す図。
【図６】スライム観察結果の一例を示す図。
【図７】速度検層結果の一例である１ｍごとの区間速度
を示す図。
を示す図。
【図８】速度検層結果の一例である区間速度を示す図。
【図９】地質と平均破壊エネルギー係数の関係の例を示
す図。
す図。
【図１０】平均破壊エネルギー係数と区間速度との相関
関係を例示する図。
関係を例示する図。
１・・・ＴＳＰシステム ２・・・削孔検層システム ３・・・速度検層システム ４・・・切羽画像処理システム
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山 本 拓 治 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 (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 (56)参考文献 特開 平４−161588（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01N 33/24 E21D 9/00
Claims (2)
- 【請求項１】 掘削するトンネルの事前調査により、路
線沿いに地山の弾性波速度を測定し破砕帯の概略位置・
規模を推定し、この情報から切羽の前方探査の必要区間
を判断し、先ず弾性波探査反射法により切羽前方所定距
離までの不連続面の存在を予測し、ついで、不連続面に
切羽が近ずいた時点で、ドリルジャンボによる孔を用い
て削孔検層を行なって破壊エネルギー係数を求め、削孔
検層を行なった孔で速度検層を行なって、弾性波速度に
より地質状況の予測を行なうと共に、弾性波速度と破壊
エネルギー係数との相関関係が確認できれば、以後削孔
検層だけで地質状況を予測する事を特徴とするトンネル
切羽前方探査方法。 - 【請求項２】 掘削時に切羽画像処理システムにより切
羽近傍の地質状況を把握して掘削を行う請求項１記載の
トンネル切羽前方探査方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34478597A JP3308478B2 (ja) | 1997-12-15 | 1997-12-15 | トンネル切羽前方探査方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34478597A JP3308478B2 (ja) | 1997-12-15 | 1997-12-15 | トンネル切羽前方探査方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11174046A JPH11174046A (ja) | 1999-07-02 |
| JP3308478B2 true JP3308478B2 (ja) | 2002-07-29 |
Family
ID=18371972
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34478597A Expired - Lifetime JP3308478B2 (ja) | 1997-12-15 | 1997-12-15 | トンネル切羽前方探査方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3308478B2 (ja) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5223333B2 (ja) * | 2007-12-28 | 2013-06-26 | 株式会社大林組 | 削孔速度比及び地山パラメータの相関関係算出方法及びそれを用いた切羽前方予測方法 |
| JP5258734B2 (ja) * | 2009-11-10 | 2013-08-07 | 鹿島建設株式会社 | トンネル切羽前方探査方法及び探査システム |
| CN102830426A (zh) * | 2012-08-10 | 2012-12-19 | 中国建筑第四工程局有限公司 | 一种隧道地质监控方法和装置 |
| JP6465659B2 (ja) * | 2015-01-15 | 2019-02-06 | 戸田建設株式会社 | トンネルの切羽前方の地質探査方法及び工業用内視鏡装置 |
| JP6802641B2 (ja) * | 2016-05-02 | 2020-12-16 | 大成建設株式会社 | トンネル周辺地山の評価方法およびトンネル施工方法 |
| JP6612196B2 (ja) * | 2016-07-27 | 2019-11-27 | 日本システムウエア株式会社 | 岩盤強度判定装置、岩盤強度判定方法、及び岩盤強度判定プログラム |
| CN106772565B (zh) * | 2016-12-23 | 2017-09-05 | 山东大学 | 一种tbm地震波超前预报仪器的搭载装置及方法 |
| CN114723233B (zh) * | 2022-03-17 | 2025-08-12 | 中铁工程设计咨询集团有限公司 | 一种隧道涌水突泥预测方法 |
| CN116626757B (zh) * | 2023-05-17 | 2025-04-15 | 中国水利水电第七工程局有限公司 | 一种隧道超前地质预报方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0749756B2 (ja) * | 1990-10-22 | 1995-05-31 | 鹿島建設株式会社 | 油圧ドリルによる削孔データを用いた岩盤評価及び切羽前方地質の予測方法 |
-
1997
- 1997-12-15 JP JP34478597A patent/JP3308478B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11174046A (ja) | 1999-07-02 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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