JP5679804B2 - Geological exploration system - Google Patents
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Description
本発明は、トンネル掘進時などに地質の探査を行う地質探査システムに関する。 The present invention relates to a geological exploration system that performs geological exploration during tunnel excavation and the like.
山岳トンネル工事や都市部のシールドトンネル工事などでは、切羽前方に断層破砕帯などの軟質な地層が存在すると、トンネルの掘進に先立ち支保パターンの変更、地盤の補強や改良などを行う必要があるため、トンネル掘進を安全かつ合理的に行うため、トンネル切羽前方の地質状況を事前に探査して精度良く把握しておく必要がある。 In mountain tunnel construction and urban shield tunnel construction, if there is a soft stratum such as a fault crush zone in front of the face, it is necessary to change the support pattern, reinforce or improve the ground prior to tunnel excavation, etc. In order to carry out tunnel excavation safely and rationally, it is necessary to investigate the geological conditions ahead of the tunnel face in advance and grasp it with high accuracy.
このため、従来から、切羽前方の地質を探査する手段として、地表部から発振した弾性波の屈折波を利用する屈折法弾性波探査や、切羽から発振した弾性波の反射波を利用する反射波弾性波探査が行われている(特許文献1参照)。 For this reason, conventionally, as means for exploring the geology in front of the face, refraction method elastic wave exploration using the refracted wave of the elastic wave oscillated from the ground surface, and reflected wave using the reflected wave of the elastic wave oscillated from the face Elastic wave exploration is performed (see Patent Document 1).
屈折法弾性波探査は、地層構成の把握には有効であるが、トンネル掘進に影響を及ぼす断層破砕帯などの低速度層の把握には不向きであり、更には、土被りが深くなればなるほど探査の信頼性が低下する。 Refraction seismic exploration is effective for understanding the formation of the strata, but is not suitable for understanding low-velocity layers such as fault fracture zones that affect tunneling, and the deeper the covering, Exploration reliability decreases.
また、反射法弾性波探査は、断層破砕帯などの地質不連続面の位置を把握することは可能であるが、地質の硬軟の程度までは把握することが困難であるため、低速度層である断層破砕帯などの軟弱部と高速度層である硬質部との区別がつきづらく、切羽前方に存在する断層破砕帯を高精度に把握することができない。特に、低土被りの環境では、地表面においても弾性波が反射するため、地質の解析精度が著しく低下する。 In addition, reflection seismic exploration can grasp the position of geological discontinuities such as fault fracture zones, but it is difficult to grasp the degree of geological hardness, so it is It is difficult to distinguish between a soft part such as a fault fracture zone and a hard part that is a high-velocity layer, and the fault fracture zone existing in front of the face cannot be grasped with high accuracy. In particular, in a low earth covering environment, elastic waves are reflected even on the ground surface, so the accuracy of geological analysis is significantly reduced.
そこで、近年、地質の硬軟の程度も把握できるように、切羽から発振した弾性波の直接波を利用する探査手法が考えられるようになった(特許文献1参照)。 Therefore, in recent years, an exploration technique using a direct wave of an elastic wave oscillated from a face has been considered so that the degree of geological hardness can be grasped (see Patent Document 1).
この探査手法は、発振点から発振した弾性波の直接波を受振点で受振し、この弾性波の伝播速度をトモグラフィ解析することで、地山を切断した断面の地質構造を把握するものである。 In this exploration method, a direct wave of an elastic wave oscillated from an oscillation point is received at the receiving point, and the propagation velocity of this elastic wave is analyzed by tomography, so that the geological structure of the section cut through the ground is grasped. is there.
しかしながら、従来の探査手法は、二次元の探査であるため、地山を切断した断面の地質構造しか解析することができなかった。このため、解析対象断面から外れた位置に解析対象断面よりも硬質な高速度層が存在すると、受振点では、弾性波の直接波を観測する前に、この高速度層からの屈折波や反射波が初動として観測されるため、トモグラフィ解析の解析精度が低下し、切羽前方の地質の硬軟の程度が適切に把握できないという問題がある。 However, since the conventional exploration method is a two-dimensional exploration, it was only possible to analyze the geological structure of a section cut from a natural ground. For this reason, if a high-speed layer that is harder than the cross-section to be analyzed exists at a position off the cross-section to be analyzed, the refracted wave or reflected wave from the high-speed layer is observed at the receiving point before direct observation of the elastic wave Since waves are observed as the initial motion, the accuracy of tomographic analysis is reduced, and there is a problem that the degree of geological hardness in front of the face cannot be properly grasped.
そこで、本発明は、切羽前方の地質の硬軟の程度を高精度に把握することができる地質探査システムを提供することを目的とする。 Then, an object of this invention is to provide the geological exploration system which can grasp | ascertain the degree of hardness of the geology ahead of a face with high precision.
本発明に係る地質探査システムは、弾性波の伝播時間に基づいて掘進するトンネルの切羽前方の地質を探査する地質探査システムであって、弾性波を発振する弾性波発振手段と、弾性波発振手段から弾性波を発振した発振時刻を検出する発振時刻検出手段と、弾性波を受振する弾性波受振手段と、弾性波受振手段が弾性波を受振した受振時刻を検出する受振時刻検出手段と、発振時刻検出手段が検出した発振時刻と受振時刻検出手段が検出した受振時刻とに基づいて算出される弾性波発振手段から弾性波受振手段に至る弾性波の伝播時間から、トモグラフィ解析を用いてトンネルの切羽前方の弾性波速度分布を生成する解析手段と、発振時刻検出手段が検出する発振時刻と受振時刻検出手段が検出する受振時刻とを同一の時間軸上に合わせる同期手段と、を有し、トンネル坑内に、弾性波発振手段又は弾性波受振手段の何れか一方が配置され、切羽前方の地表部に、弾性波発振手段又は弾性波受振手段の何れか他方が二次元的又は三次元的に複数配置され、発振時刻検出手段及び受振時刻検出手段は、弾性波受振手段が配置されるトンネル坑内又は切羽前方の地表部の何れか他方に配置されて同一の時刻情報を備えており、同期手段は、弾性波発振手段から弾性波が発振されると、弾性波発振手段が配置されるトンネル坑内又は切羽前方の地表部の何れか一方に配置された無線伝送手段によりトリガ信号を発振時刻検出手段及び受振時刻取得手段に無線伝送し、発振時刻検出手段は、トリガ信号の受信タイミングを弾性波発振手段から弾性波を発振した発振時刻とする。
本発明に係る地質探査システムによれば、弾性波発振手段と弾性波受振手段とがトンネル坑内と切羽前方の地表部とに別れて配置されるため、発振時刻検出手段により検出される弾性波の発振時刻と、受振時刻検出手段により検出される弾性波の受振時刻とにより、弾性波の伝播速度を計測することができる。そして、切羽前方の地表部に、弾性波発振手段又は弾性波受振手段の何れか他方を二次元的又は三次元的に複数配置することで、切羽前方における弾性波の伝播経路を増加させることができるとともに、解析手段により三次元の弾性波速度分布を生成することができるため、周囲の地質状態を考慮しながら切羽前方の地質の硬軟の程度を高精度に把握することができる。そして、発振時刻検出手段と受振時刻検出手段との時間軸を同期させることで、トモグラフィ解析の精度を向上させることができる。そして、発振時刻検出手段及び受振時刻検出手段が同一の時刻情報を備えることで、発振時刻検出手段と受振時刻検出手段との時間軸を一致させることができ、弾性波発振手段から弾性波が発振されたことをトリガ信号の無線伝送により発振時刻検出手段及び受振時刻検出手段に通知することで、発振時刻検出手段及び受振時刻検出手段において弾性波発振手段から弾性波が発振されたタイミングを略リアルタイムに知ることができる。これにより、弾性波発振手段から弾性波受振手段に至る弾性波の伝播時間を高精度に算出することができる。
The geological exploration system according to the present invention is a geological exploration system for exploring the geology in front of the face of a tunnel excavated based on the propagation time of elastic waves, and includes an elastic wave oscillating means for oscillating elastic waves, and an elastic wave oscillating means An oscillation time detecting means for detecting an oscillation time at which an elastic wave is oscillated from, an elastic wave receiving means for receiving an elastic wave, a receiving time detecting means for detecting a receiving time when the elastic wave receiving means receives an elastic wave, and an oscillation Tunneling using tomographic analysis from the propagation time of elastic waves from the elastic wave oscillation means to the elastic wave reception means calculated based on the oscillation time detected by the time detection means and the vibration reception time detected by the vibration reception time detection means The analysis means for generating the elastic wave velocity distribution ahead of the face of the face, the oscillation time detected by the oscillation time detection means and the vibration reception time detected by the vibration reception time detection means are aligned on the same time axis. And either one of the elastic wave oscillating means or the elastic wave receiving means is disposed in the tunnel pit, and either the elastic wave oscillating means or the elastic wave receiving means is disposed on the ground surface in front of the face. A plurality of two-dimensional or three-dimensional arrangements are made, and the oscillation time detecting means and the receiving time detecting means are arranged at either the tunnel tunnel where the elastic wave receiving means is arranged or the ground surface in front of the face and the same time. When the elastic wave is oscillated from the elastic wave oscillating means, the synchronizing means is a radio transmission means arranged in either the tunnel pit where the elastic wave oscillating means is arranged or the ground surface in front of the face Thus, the trigger signal is wirelessly transmitted to the oscillation time detecting means and the vibration receiving time acquiring means, and the oscillation time detecting means sets the reception timing of the trigger signal to the oscillation time when the elastic wave is oscillated from the elastic wave oscillating means .
According to the geological exploration system of the present invention, the elastic wave oscillating means and the elastic wave receiving means are arranged separately in the tunnel pit and the ground surface in front of the face, so that the elastic wave detected by the oscillation time detecting means The propagation speed of the elastic wave can be measured from the oscillation time and the elastic wave receiving time detected by the receiving time detecting means. And, by arranging a plurality of two-dimensionally or three-dimensionally either the elastic wave oscillating means or the elastic wave receiving means on the ground surface part in front of the face, the propagation path of the elastic wave in front of the face can be increased. In addition, since the three-dimensional elastic wave velocity distribution can be generated by the analysis means, the degree of hardness of the geology in front of the face can be grasped with high accuracy in consideration of the surrounding geological condition. The accuracy of tomography analysis can be improved by synchronizing the time axes of the oscillation time detecting means and the vibration receiving time detecting means. Since the oscillation time detection means and the vibration reception time detection means have the same time information, the time axes of the oscillation time detection means and the vibration reception time detection means can be matched, and an elastic wave oscillates from the elastic wave oscillation means. This is notified to the oscillation time detecting means and the vibration receiving time detecting means by wireless transmission of a trigger signal, so that the timing at which the elastic wave is oscillated from the elastic wave oscillating means in the oscillation time detecting means and the vibration receiving time detecting means is substantially real time. Can know. Thereby, the propagation time of the elastic wave from the elastic wave oscillating means to the elastic wave receiving means can be calculated with high accuracy.
そして、受振時刻検出手段は、トリガ信号を受信すると弾性波受振手段が弾性波を受振する受振時刻の検出を開始することが好ましい。このように、受振時刻検出手段はトリガ信号を受信してから受振時刻の検出を開始することで、受振時刻検出手段が検出する受振時刻のみによって、弾性波発振手段から弾性波受振手段に至る弾性波の伝播時間を高精度に算出することができる。
これらの場合、トンネル坑内に、弾性波発振手段又は弾性波受振手段の何れか一方が複数配置されることが好ましい。このように、トンネル坑内でも、弾性波発振手段又は弾性波受振手段の何れか一方を複数配置することで、切羽前方における弾性波の伝播経路を大幅に増加させることができるため、切羽前方の地質の硬軟の程度を更に高精度に把握することができる。
And it is preferable that a vibration receiving time detection means will start the detection of the vibration receiving time when an elastic wave receiving means receives an elastic wave, if a trigger signal is received. In this way, the vibration receiving time detecting means starts detecting the vibration receiving time after receiving the trigger signal, so that the elastic wave from the elastic wave oscillating means to the elastic wave receiving means is detected only by the vibration receiving time detected by the vibration receiving time detecting means. Wave propagation time can be calculated with high accuracy.
In these cases, it is preferable that any one of the elastic wave oscillating means and the elastic wave receiving means is arranged in the tunnel mine. As described above, since a plurality of either the elastic wave oscillating means or the elastic wave receiving means can be arranged in the tunnel well, the propagation path of the elastic wave in front of the face can be greatly increased. The degree of hardness can be grasped with higher accuracy.
本発明によれば、切羽前方の地質の硬軟の程度を高精度に把握することができる。 According to the present invention, the degree of geological hardness in front of the face can be grasped with high accuracy.
以下、図面を参照して、本発明に係る地質探査システムの好適な実施形態について詳細に説明する。なお、全図中、同一又は相当部分には同一符号を付すこととする。 Hereinafter, a preferred embodiment of a geological exploration system according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals.
[第1の実施形態]
図1は、第1の実施形態に係る地質探査システムを示す縦断面図である。図1に示すように、本実施形態に係る地質探査システム1は、トンネルAを掘進するにあたり、事前に、トンネルA坑内と切羽前方の地表部との間における弾性波の伝播速度を算出して、切羽前方の地質の硬軟の程度を探査するものである。なお、図1に示すように、トンネルAの切羽前方には、低速度層である断層破砕帯Bが存在している。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a geological exploration system according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the
地質探査システム1は、トンネルA坑内で弾性波を発振するための発振側設備10と、切羽前方の地表部に到達した弾性波を受振するための受振側設備20と、発振側設備10で検出した情報と受振側設備20で検出した情報とに基づいて切羽前方の地質の硬質の程度を把握するための解析コンピュータ30と、で構成される。
The
発振側設備10は、弾性波発振装置11と、発振時刻検出装置12と、時刻情報受信装置13と、光伝送路14と、刻時装置15と、を備える。
The
弾性波発振装置11は、トンネルA坑内の切羽に配置されて、切羽前方に向けて弾性波を発振する発振点である。弾性波発振装置11は、例えば、ハンマーや機械式発振器(例えば電磁ハンマー、油圧インパクタ、バイブレータ)などにより構成されるが、通常、トンネルAを掘進する際は、一日に4回程度切羽で発破が行われるため、この発破を弾性波発振装置11に適用することが好ましい。なお、10〜20m程度の低土被り環境では、ハンマーや機械式発振器により発振させた弾性波が地表面にまで伝達されるが、100m以上の高土被り環境では、発破のような高エネルギーの弾性波を発生させないと弾性波が地表面にまで伝達されないため、土被りの程度に応じて弾性波発振装置11に用いる手段を決定することも好ましい。
The elastic wave oscillating
発振時刻検出装置12は、弾性波発振装置11と同様にトンネルA坑内の切羽付近に配置されて、弾性波発振装置11から発振される弾性波の発振時刻を検出するものである。すなわち、発振時刻検出装置12は、内部時計(不図示)と、弾性波発振装置11から発振される弾性波の初動を検出する初動検出センサ(不図示)とを備えている。そして、発振時刻検出装置12は、初動検出センサが弾性波の初動を検出した時点における内部時計の時刻を記録することで、弾性波発振装置11から発振される弾性波の発振時刻を検出する。なお、発振時刻検出装置12は、例えば、振動を計測する振動計測装置を備え、この振動計測装置で計測した振動の波形と内部時計の時刻情報とを併せて記録し、記録した波形から弾性波の初動を検出することで、弾性波発振装置11から発振される弾性波の発振時刻を検出するものとしてもよい。
The oscillation
時刻情報受信装置13は、トンネルA坑外に配置されて、時刻情報発信装置(不図示)から発信された時刻情報を受信するものである。時刻情報発信装置は、例えば、GPS(Global Positioning System)衛星(不図示)や標準周波数報時局(不図示)などであり、時刻情報受信装置13は、例えば、GPS衛星から発信されたGPS情報に含まれるGPS時刻情報を受信する受信装置や、標準周波数報時局から発信された標準電波に含まれる標準時刻情報を受信する受信装置などである。
The time
光伝送路14は、トンネルA坑内に延設された光ファイバケーブル14aと、光ファイバケーブル14aの一端に接続されるとともに時刻情報受信装置13に接続される光送信機14bと、光ファイバケーブル14aの他端に接続されるとともに刻時装置15に接続される光受信機14cと、により構成されている。そして、時刻情報受信装置13が時刻情報を受信すると、光送信機14bは、光ファイバケーブル14aを通して、この時刻情報を光受信機14cに光伝送する。このため、トンネルA坑内に配置された刻時装置15は、時刻情報受信装置13が受信した時刻情報を略リアルタイムに取得することができる。
The
刻時装置15は、トンネルA坑内において発振時刻検出装置12に接続されており、受信した時刻情報に発振時刻検出装置12の内部時計を同期させるものである。これにより、発振時刻検出装置12は、時刻情報発信装置から発信された時刻情報を基準として弾性波発振装置11が発振した弾性波の発振時刻を検出することができる。なお、時刻情報受信装置13がGPS衛星から発信されたGPS時刻情報を受信する場合は、このGPS時刻情報を基準として弾性波発振装置11が発振した弾性波の発振時刻を検出することができ、時刻情報受信装置13が標準周波数報時局から発信された標準時刻情報を受信する場合は、この標準時刻情報を基準として弾性波発振装置11が発振した弾性波の発振時刻を検出することができる。
The clocking device 15 is connected to the oscillation
受振側設備20は、複数の弾性波受振装置21(21a〜21f)と、波形取得装置22と、時刻情報受信装置23と、刻時装置24と、を備える。なお、各弾性波受振装置21a〜21fは、全て同一の構成であるため、以下では、特に指定する場合を除き、弾性波受振装置21として説明する。
The receiving
弾性波受振装置21は、切羽前方の地表部に配置されて、トンネルA坑内から伝播した振動を計測することにより発振側設備10の弾性波発振装置11から発振された弾性波を受振する受振点である。そして、弾性波受振装置21は、この計測した振動の波形を波形取得装置22に送信することが可能となっている。
The elastic
図2は、弾性波受振装置の配置例を示した平面図である。図2に示すように、弾性波受振装置21は、トンネルAの切羽前方の地表部において、二次元的(平面的)又は三次元的(立体的)に分散配置される。すなわち、弾性波受振装置21は、トンネルAの掘進方向にのみ直線的に配置されるのではなく、トンネルAの進行方向に複数配置されるとともに、トンネルAの掘進方向に直交する方向にも複数配置される。なお、弾性波受振装置21は、必ずしも図2に示すように整列して配置される必要はなく、地表の形状や環境などに応じて最適な位置に適宜配置される。
FIG. 2 is a plan view showing an arrangement example of the elastic wave receiving device. As shown in FIG. 2, the elastic
波形取得装置22は、弾性波受振装置21と同様に切羽前方の地表部に配置されて、各弾性波受振装置21が受振した弾性波の波形を記録するデータロガーである。すなわち、波形取得装置22は、内部時計(不図示)と、各弾性波受振装置21が接続される複数のチャンネル(不図示)を備えている。そして、波形取得装置22は、各チャンネルを通じて各弾性波受振装置21から送信された振動の波形を取得し、この振動の波形と内部時計の時刻情報とを併せて記録する。このため、記録した波形から弾性波の初動を検出し、この検出した初動と記録した時刻情報とを対比することで、各弾性波受振装置21が受振した弾性波の受振時刻を求めることが可能となる。
The
図3は、波形取得装置22による波形及び時刻情報の記録例を示した図である。図3において、受振点aは、弾性波受振装置21aから送信された波形の記録、受振点bは、弾性波受振装置21bから送信された波形の記録、時刻tは、時刻情報の記録である。このように、各弾性波受振装置21から送信された波形と時刻情報とを併せて記録しておくことで、各波形と時刻情報とを容易に対比することができるため、各波形における弾性波の初動を検出することで、各弾性波受振装置21で受振した弾性波の受振時刻を容易に求めることが可能となる。
FIG. 3 is a diagram showing a recording example of the waveform and time information by the
時刻情報受信装置23は、刻時装置24の近傍に配置されて、時刻情報発信装置(不図示)から発信された時刻情報を受信するものである。時刻情報発信装置は、例えば、GPS衛星(不図示)や標準周波数報時局(不図示)などであり、時刻情報受信装置23は、発振側設備10の時刻情報受信装置13と同様に、例えば、GPS衛星から発信されたGPS情報に含まれるGPS時刻情報を受信する受信装置や、標準周波数報時局から発信された標準電波に含まれる標準時刻情報を受信する受信装置である。
The time
刻時装置24は、時刻情報受信装置23と波形取得装置22とに接続されており、時刻情報受信装置23が受信した時刻情報に波形取得装置22の内部時計を同期させるものである。これにより、波形取得装置22は、発振側設備10の時刻情報受信装置13と同様に時刻情報発信装置から発信された時刻情報を基準として各弾性波受振装置21が受振した弾性波の受振時刻を検出することができ、発振時刻検出装置12と波形取得装置22とを同一の時間軸上に合わせることができる。なお、時刻情報受信装置23がGPS衛星から発信されたGPS時刻情報を受信する場合は、このGPS時刻情報を基準として各弾性波受振装置21が受振した弾性波の受振時刻を検出することができ、時刻情報受信装置23が標準周波数報時局から発信された標準時刻情報を受信する場合は、この標準時刻情報を基準として各弾性波受振装置21が受振した弾性波の受振時刻を検出することができる。
The
解析コンピュータ30は、建築事務所など任意の位置に配置されて、切羽前方の地質の硬軟の程度を解析するものである。すなわち、解析コンピュータ30は、発振時刻検出装置12により検出された弾性波の発振時刻と、波形取得装置22により記録された各波形及び時刻情報から求められる弾性波の受振時刻とに基づいて、弾性波発振装置11から各弾性波受振装置21に至る弾性波の伝播速度を算出する。そして、解析コンピュータ30は、この各伝播速度からトモグラフィ解析により切羽前方の弾性波速度分布を生成し、その結果をディスプレイなどに表示する。
The
上述したように、各弾性波受振装置21は、二次元的又は三次元的に配置されているため、弾性波発振装置11から各弾性波受振装置21に至る各弾性波の伝播経路は三次元的に表される。そこで、解析コンピュータ30は、各伝播経路における弾性波の伝播速度から三次元トモグラフィ解析を行い、三次元の弾性波速度分布を生成する。
As described above, since each elastic
なお、解析コンピュータ30は、無線通信又は有線通信により、発振時刻検出装置12及び波形取得装置22から弾性波の発振時刻及び弾性波の受振記録を取得してもよく、これらの情報を記録した記憶媒体を作業者が持ち運ぶことにより、発振時刻検出装置12及び波形取得装置22から弾性波の発振時刻及び弾性波の受振記録を取得してもよい。また、各弾性波の伝播速度を算出するにあたり、弾性波発振装置11及び各弾性波受振装置21の位置座標が必要になるため、事前にこれらの位置座標を求めておくことが好ましい。
The
ここで、解析コンピュータ30による三次元トモグラフィ解析について詳しく説明する。
Here, the three-dimensional tomography analysis by the
従来の二次元のトモグラフィ解析では、地下構造が三次元的に変化している場合、精度の良い結果を得ることが難しかった。また、精度の良い探査を行なうためには、三次元構造の影響を受けにくい断面を設定する必要があり、本発明のようなトンネル切羽の前方地質の評価には不向きであった。 In the conventional two-dimensional tomographic analysis, it is difficult to obtain accurate results when the underground structure changes three-dimensionally. In addition, in order to conduct high-accuracy exploration, it is necessary to set a cross section that is not easily affected by the three-dimensional structure, which is not suitable for evaluating the geology ahead of the tunnel face as in the present invention.
そこで、解析コンピュータ30による三次元トモグラフィ解析では、Eikonal方程式(波動方程式の有限差分近似)を改良した式を用い、各弾性波線のスローネス(Slowness)の修正量に重みをつけて平均し、各格子のスローネスの修正量を求める修正SIRT法(反復的再構築法)を利用する。そして、計算によって得られた弾性波の伝播経路が計測された伝播経路に適合するまで反復計算を行う。
Therefore, in the three-dimensional tomography analysis by the
まず、計測された弾性波の、ある格子を通る波動は、次の式(1)で表される。
ここで、tLは、弾性波発振装置11から各弾性波受振装置21に至る弾性波の伝播時間、Lは、弾性波発振装置11から各弾性波受振装置21に至る距離、Vは、各格子を通る弾性波の伝播速度である。
First, the wave of the measured elastic wave passing through a certain lattice is expressed by the following equation (1).
Here, t L is the propagation time of the elastic wave from the
また、一般に、弾性波の伝播経路は直線ではなく、むしろ地層間の密度差により大きく湾曲しているため、伝播経路は、次の式(2)に示す速度モデルに従うものとする。
ここで、Siは、各節点におけるスローネス、tc及びLcは、計算された波動の伝播時間及び距離、GaussRは、ガウスの確率分布、MinDは、ある格子Pnと波動Lとの距離である。
In general, the propagation path of the elastic wave is not a straight line, but rather is greatly curved due to the density difference between the ground layers. Therefore, the propagation path is assumed to follow the velocity model shown in the following equation (2).
Here, Si is the slowness at each node, tc and Lc are the propagation time and distance of the calculated wave, Gauss R is the Gaussian probability distribution, and Min D is the distance between a certain lattice Pn and the wave L. .
そして、これらの条件の下で、図4に示す手順に従い、三次元トモグラフィ解析を行う。図4は、三次元トモグラフィ解析の手順を示したフローチャートである。 Under these conditions, a three-dimensional tomography analysis is performed according to the procedure shown in FIG. FIG. 4 is a flowchart showing the procedure of three-dimensional tomography analysis.
図4に示すように、まず、ステップS1において、解析範囲と解析精度を設定し、メッシュの作成を行う。解析精度は格子間隔に左右されるため、解析精度と計算条件等を総合的に判断し、例えば、1.0m間隔のメッシュとする。 As shown in FIG. 4, first, in step S1, an analysis range and analysis accuracy are set, and a mesh is created. Since the analysis accuracy depends on the lattice spacing, the analysis accuracy and calculation conditions are comprehensively determined, for example, a mesh with a 1.0 m interval is used.
次に、ステップS2において、波形取得装置22により記録された全ての波形(図3参照)について、適切な波形を抽出し、ノイズを除去するためのフィルタリングを行う。このフィルタリングは、主に必要な周波数帯を強調し、不必要な周波数帯をカットすることと、減衰した波形を復元することの2種類を施すことにより行う。
Next, in step S2, appropriate waveforms are extracted from all the waveforms (see FIG. 3) recorded by the
次に、ステップS3において、波形取得装置22により記録された各波形の初動をピックアップして各弾性波受振装置21が弾性波を受振した受振時刻を求め、弾性波発振装置11から各弾性波受振装置21に至る各弾性波の伝播速度を計算する。
Next, in step S <b> 3, the initial motion of each waveform recorded by the
次に、ステップS4において、ステップS3で計算した各弾性波の伝播速度から、解析対象範囲である切羽前方の初期弾性波速度モデル(図10参照)の構築を行う。このとき、事前地質調査結果等から地層境界や断層等の顕著な特徴(位置や弾性波速度等)が予測されている場合は、その情報も初期弾性波速度モデルに盛り込むことで、更に精度の高い探査が可能となる。 Next, in step S4, an initial elastic wave velocity model (see FIG. 10) in front of the face that is the analysis target range is constructed from the propagation velocity of each elastic wave calculated in step S3. At this time, if significant features (position, elastic wave velocity, etc.) such as stratum boundaries and faults are predicted from the preliminary geological survey results, the information is also included in the initial elastic wave velocity model, so that the accuracy can be further improved. High exploration is possible.
次に、ステップS5において、ステップS4で構築した初期弾性波速度モデルを用いて、弾性波発振装置11から各弾性波受振装置21に至る各弾性波の伝播時間を計算する。そして、この計算した伝播時間が波形取得装置22により記録された計測時間に近づくまで、繰返し計算する。
Next, in step S5, the propagation time of each elastic wave from the
次に、ステップS6において、ステップS5の計算結果から三次元データである弾性波速度分布を生成し、ディスプレイなどに三次元の弾性波速度分布を表示する。なお、必要に応じて、適宜諸条件を再設定し、ステップS4に戻って再解析を実施する。 Next, in step S6, an elastic wave velocity distribution, which is three-dimensional data, is generated from the calculation result of step S5, and the three-dimensional elastic wave velocity distribution is displayed on a display or the like. If necessary, various conditions are reset as appropriate, and the process returns to step S4 to perform reanalysis.
そして、ディスプレイに表示された三次元の弾性波速度分布を参照することで、切羽前方の地質の硬軟の程度を把握することができ、例えば、低速度層である断層破砕帯Bの位置及び硬軟の程度(弾性波の伝播速度)を把握することができる。 Then, by referring to the three-dimensional elastic wave velocity distribution displayed on the display, the degree of geological hardness in front of the face can be grasped. For example, the position of the fault crush zone B, which is the low-velocity layer, and the hardness The degree of propagation (elastic wave propagation velocity) can be grasped.
このように、第1の実施形態によれば、弾性波発振装置11と各弾性波受振装置21とがトンネルA坑内と切羽前方の地表部とに別れて配置されるため、発振時刻検出装置12が検出した弾性波の発振時刻と、波形取得装置22が記録した各波形及び時刻情報から求められる弾性波の各受振時刻とにより、弾性波の伝播速度を計測することができる。そして、切羽前方の地表部に、弾性波受振装置21を二次元的又は三次元的に複数配置することで、切羽前方における弾性波の伝播経路を増加させることができるとともに、解析コンピュータ30により三次元の弾性波速度分布を生成することができるため、周囲の地質状態を考慮しながら切羽前方の地質の硬軟の程度を高精度に把握することができる。
As described above, according to the first embodiment, the
また、発振時刻検出装置12をトンネルA坑内に配置し、波形取得装置22を切羽前方の地表部に配置することで、弾性波の発振時刻及び弾性波の受振時刻をリアルタイムに検出することができる。そして、時刻情報発信装置から発信された時刻情報により発振時刻検出装置12と波形取得装置22との時間軸が同期されるため、弾性波の発振時刻と受振時刻との時間軸上の誤差を極小にすることができる。これにより、弾性波発振装置11から弾性波受振装置21に至る弾性波の伝播時間を高精度に算出することができる。
In addition, by arranging the oscillation
[第2の実施形態]
次に、第2の実施形態に係る地質探査システムについて説明する。図5は、第2の実施形態に係る地質探査システムを示す縦断面図である。図5に示すように、第2の実施形態に係る地質探査システム2は、基本的に第1の実施形態に係る地質探査システム1と同様であり、弾性波発振装置11が複数配置される点のみ相違する。このため、以下の説明では、第1の実施形態と相違する部分のみを説明し、第1の実施形態と同様の部分の説明を省略する。
[Second Embodiment]
Next, a geological exploration system according to the second embodiment will be described. FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing a geological exploration system according to the second embodiment. As shown in FIG. 5, the geological exploration system 2 according to the second embodiment is basically the same as the
地質探査システム2の発振側設備10は、複数の弾性波発振装置11(11a〜11c)を備えており、発振時刻検出装置12は、各弾性波発振装置11から発振された弾性波の発振時刻を検出する。この弾性波発振装置11は、異なる場所から弾性波を発振させることができればよい。このため、弾性波発振装置11は、必ずしも物理的に複数個用意する必要は無く、同一の弾性波発振装置11で、異なる時間に異なる場所から弾性波を発振させることとしてもよい。上述したように、トンネルAの掘進に伴い切羽が前進して行くため、時間の経過とともに発破の行われる位置が移動する。そこで、異なる時刻に異なる場所で複数回行われる発破を、各弾性波発振装置11としてもよい。なお、各弾性波発振装置11は、二次元的(平面的)又は三次元的(立体的)に配置されることが好ましいが、直線的に配置されていてもよい。
The oscillation-
そして、発振時刻検出装置12は、各弾性波発振装置11から発振された弾性波の発振時刻を検出し、受振側設備20の波形取得装置22は、各弾性波発振装置11から発振された弾性波ごとに、各弾性波受振装置51から送信された波形と内部時計の時刻情報とを併せて記録する。
The oscillation
そして、解析コンピュータ30は、発振時刻検出装置12により検出された各弾性波の発振時刻と、波形取得装置22により記録された各波形及び時刻情報から求められる弾性波の受振時刻とに基づいて、各弾性波発振装置11から各弾性波受振装置21に至る弾性波の伝播速度を算出する。
Then, the
このとき、解析コンピュータ30は、算出した弾性波の伝播速度や、今回検出した各種情報を蓄積しておく。すなわち、発破により弾性波を発振する場合は、発破を行う毎に、発振時刻検出装置12により検出された各弾性波の発振時刻、波形取得装置22により記録された各波形及び時刻情報、弾性波の伝播速度などを蓄積しておき、次回の発破により弾性波を発振する場合に反映させる。
At this time, the
そして、解析コンピュータ30は、今回算出した弾性波の伝播速度に蓄積された情報を加えてトモグラフィ解析により切羽前方の弾性波速度分布を生成し、その結果をディスプレイなどに表示する。なお、解析コンピュータ30による解析手法は、第1の実施形態と同様である。
Then, the
このように、トンネルA坑内でも、弾性波発振装置11を複数配置し、また、過去の蓄積された情報も含めてトモグラフィ解析を行うことで、切羽前方における弾性波の伝播経路を大幅に増加させることができるため、切羽前方の地質の硬軟の程度を更に高精度に把握することができる。
As described above, a plurality of
[第3の実施形態]
次に、第3の実施形態に係る地質探査システムについて説明する。図6は、第3の実施形態に係る地質探査システムを示す縦断面図である。図6に示すように、第3の実施形態に係る地質探査システム3は、基本的に第1の実施形態に係る地質探査システム1と同様であり、発振側設備と受振側設備の配置が入れ替わっている点で相違する。このため、以下の説明では、第1の実施形態と相違する部分のみを説明し、第1の実施形態と同様の部分の説明を省略する。
[Third Embodiment]
Next, a geological exploration system according to the third embodiment will be described. FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing a geological exploration system according to the third embodiment. As shown in FIG. 6, the geological exploration system 3 according to the third embodiment is basically the same as the
地質探査システム3は、切羽前方の地表部で弾性波を発振するための発振側設備40と、トンネルA坑内に到達した弾性波を受振するための受振側設備50と、発振側設備40で検出した情報と受振側設備50で検出した情報とに基づいて切羽前方の地質の硬質の程度を把握するための解析コンピュータ30と、で構成される。
The geological exploration system 3 is detected by an
発振側設備40は、弾性波発振装置41(41a〜41f)と、発振時刻検出装置42と、時刻情報受信装置43と、刻時装置44と、を備える。弾性波発振装置41a〜41fは、一つの弾性波発振装置41を移動させて複数の地点で弾性波を発生させるものであるが、複数の弾性波発振装置41を複数の地点に配置して弾性波を発生させてもよい。なお、後者の場合であっても、弾性波発振装置41a〜41fは全て同一の構成であるため、以下では、特に指定する場合を除き、弾性波発振装置41として説明する。
The oscillation-
弾性波発振装置41は、切羽前方の地表部からトンネルAに向けて弾性波を発振するものであり、切羽前方の地表部において二次元的(平面的)又は三次元的(立体的)に分散配置される。すなわち、各弾性波発振装置41は、図2に示す第1の実施形態の各弾性波受振装置21と同様に、トンネルAの掘進方向にのみ直線的に配置されるのではなく、トンネルAの進行方向に複数配置されるとともに、トンネルAの掘進方向に直交する方向にも複数配置される。
The elastic wave oscillating device 41 oscillates an elastic wave from the ground surface in front of the face toward the tunnel A, and is distributed two-dimensionally (planarly) or three-dimensionally (three-dimensionally) in the ground part in front of the face. Be placed. That is, each elastic wave oscillator 41 is not arranged linearly only in the tunnel A digging direction, like each elastic
発振時刻検出装置42は、弾性波発振装置41と同様に切羽前方の地表部に配置されて、各弾性波発振装置41から発振される弾性波の発振時刻を検出するものである。すなわち、発振時刻検出装置42は、内部時計(不図示)と、各弾性波発振装置41から発振される弾性波の初動を検出する複数の初動検出センサ(不図示)とを備えている。そして、発振時刻検出装置42は、各初動検出センサが弾性波の初動を検出した時点における内部時計の時刻を記録することで、各弾性波発振装置41から発振される弾性波の発振時刻を検出する。
The oscillation
時刻情報受信装置43は、刻時装置44の近傍に配置されて、時刻情報発信装置(不図示)から発信された時刻情報を受信するものである。時刻情報発信装置は、例えば、GPS衛星(不図示)や標準周波数報時局(不図示)などであり、時刻情報受信装置43は、例えば、GPS衛星から発信されたGPS情報に含まれるGPS時刻情報を受信する受信装置や、標準周波数報時局から発信された標準電波に含まれる標準時刻情報を受信する受信装置である。
The time
刻時装置44は、時刻情報受信装置43と発振時刻検出装置42とに接続されており、時刻情報受信装置43が受信した時刻情報に発振時刻検出装置42の内部時計を同期させるものである。これにより、発振時刻検出装置42は、時刻情報発信装置から発信された時刻情報を基準として、弾性波発振装置41が発振した弾性波の発振時刻を検出することができる。なお、時刻情報受信装置43がGPS衛星から発信されたGPS時刻情報を受信する場合は、このGPS時刻情報を基準として弾性波発振装置41が発振した弾性波の発振時刻を検出することができ、時刻情報受信装置43が標準周波数報時局から発信された標準時刻情報を受信する場合は、この標準時刻情報を基準として弾性波発振装置41が発振した弾性波の発振時刻を検出することができる。
The
受振側設備50は、弾性波受振装置51と、波形取得装置52と、時刻情報受信装置53と、光伝送路54と、刻時装置55と、を備える。
The receiving
弾性波受振装置51は、トンネルA坑内の切羽付近に配置されて、地中を伝播してきた振動を検知して発振側設備40の各弾性波発振装置41から発振された弾性波を受振するセンサである。そして、弾性波受振装置51は、この計測した振動の波形を波形取得装置52に送信することが可能となっている。なお、弾性波受振装置51は、切羽近傍に複数設置することが望ましい。
The elastic
波形取得装置52は、弾性波受振装置51と同様にトンネルA坑内の切羽付近に配置されて、弾性波受振装置51が受振した弾性波の波形を記録するデータロガーである。すなわち、波形取得装置52は、内部時計(不図示)を備えており、弾性波受振装置51に接続されている。そして、波形取得装置52は、弾性波受振装置51から送信された振動の波形と内部時計の時刻情報とを併せて記録する。このため、記録した波形から弾性波の初動を検出し、この検出した初動と記録した時刻情報とを対比することで、各弾性波発振装置41から発振された弾性波ごとに、弾性波受振装置51が受振した弾性波の受振時刻を求めることが可能となる。
The
時刻情報受信装置53は、トンネルA坑外に配置されて、時刻情報発信装置(不図示)から発信された時刻情報を受信するものである。時刻情報発信装置は、例えば、GPS衛星(不図示)や標準周波数報時局(不図示)などであり、時刻情報受信装置53は、発振側設備40の時刻情報受信装置43と同様に、例えば、GPS衛星から発信されたGPS情報に含まれるGPS時刻情報を受信する受信装置や、標準周波数報時局から発信された標準電波に含まれる標準時刻情報を受信する受信装置である。
The time
光伝送路54は、トンネルA坑内に延設された光ファイバケーブル54aと、光ファイバケーブル54aの一端に接続されるとともに時刻情報受信装置53に接続される光送信機54bと、光ファイバケーブル54aの他端に接続されるとともに刻時装置55に接続される光受信機54cと、により構成されている。そして、時刻情報受信装置53が時刻情報を受信すると、光送信機14bは、光ファイバケーブル14aを通して、この時刻情報を光受信機14cに光伝送する。このため、トンネルA坑内に配置された刻時装置55は、時刻情報受信装置53が受信した時刻情報を略リアルタイムに取得することができる。
The
刻時装置55は、トンネルA坑内において波形取得装置52に接続されており、受信した時刻情報に波形取得装置52の内部時計を同期させるものである。これにより、波形取得装置52は、発振側設備40の時刻情報受信装置53と同様に時刻情報発信装置から発信された時刻情報を基準として弾性波受振装置51が受振した弾性波の受振時刻を検出することができ、発振時刻検出装置42と波形取得装置52とを同一の時間軸上に合わせることができる。なお、時刻情報受信装置53がGPS衛星から発信されたGPS時刻情報を受信する場合は、このGPS時刻情報を基準として弾性波受振装置51が受振した弾性波の受振時刻を検出することができ、時刻情報受信装置53が標準周波数報時局から発信された標準時刻情報を受信する場合は、この標準時刻情報を基準として弾性波受振装置51が受振した弾性波の受振時刻を検出することができる。
The
そして、解析コンピュータ30は、発振時刻検出装置42により検出された各弾性波の発振時刻と、波形取得装置52により記録された各波形及び時刻情報から求められる弾性波の受振時刻とに基づいて、各弾性波発振装置41から弾性波受振装置51に至る弾性波の伝播速度を算出する。そして、解析コンピュータ30は、この各伝播速度からトモグラフィ解析により切羽前方の弾性波速度分布を生成し、その結果をディスプレイなどに表示する。なお、解析コンピュータ30による解析手法は、第1の実施形態と同様である。
Then, the
このように、弾性波発振装置と弾性波受振装置とを入れ替えても、弾性波の伝播経路は第1の実施形態の場合と同様であるため、実施形態1と同様に、切羽前方の地質の硬軟の程度を高精度に把握することができる。 Thus, even if the elastic wave oscillation device and the elastic wave receiving device are interchanged, the propagation path of the elastic wave is the same as in the case of the first embodiment. The degree of hardness can be grasped with high accuracy.
[第4の実施形態]
次に、第4の実施形態に係る地質探査システムについて説明する。図7は、第4の実施形態に係る地質探査システムを示す縦断面図である。図7に示すように、第4の実施形態に係る地質探査システム4は、基本的に第1の実施形態に係る地質探査システム1と同様であり、時刻の同期手法のみ相違する。このため、以下の説明では、第1の実施形態と相違する部分のみを説明し、第1の実施形態と同様の部分の説明を省略する。
[Fourth Embodiment]
Next, a geological exploration system according to the fourth embodiment will be described. FIG. 7 is a longitudinal sectional view showing a geological exploration system according to the fourth embodiment. As shown in FIG. 7, the geological exploration system 4 according to the fourth embodiment is basically the same as the
発振側設備10は、弾性波発振装置11と、発振時刻検出装置12と、地中無線送信装置61と、を備える。
The
地中無線送信装置61は、トンネルA坑内において発振時刻検出装置12に接続されており、低周波の電波を用いて地中無線通信を行うものである。
The underground
そして、発振時刻検出装置12は、初動検出センサなどにより弾性波の初動を検出すると、地中無線送信装置61からトリガ信号を切羽前方の地表部に向けて地中無線により送信する。このトリガ信号は、弾性波の発振時刻であってもよく、単純なパルス信号などであってもよい。
Then, when the initial time of the elastic wave is detected by an initial motion detection sensor or the like, the oscillation
受振側設備20は、複数の弾性波受振装置21(21a〜21f)と、波形取得装置22と、地中無線受信装置62と、を備える。
The receiving
地中無線受信装置62は、切羽前方の地表部において波形取得装置22に接続されており、地中無線送信装置61から地中無線により送信されたトリガ信号を受信して波形取得装置22に送信するものである。
The underground
そして、波形取得装置22は、地中無線受信装置62からトリガ信号を受信すると、このトリガ信号を受信した時点における内部時計の時刻を、弾性波発振装置11から弾性波が発振された発振時刻として記録する。すなわち、地中無線送信装置61と地中無線受信装置62とによる地中無線は、弾性波の伝播時間に比べて桁違いに速く無視できることから、波形取得装置22は、弾性波発振装置11が弾性波を発振したタイミングと略同じタイミングで、発振時刻を記録することができる。その後、波形取得装置22は、上述したように、各弾性波受振装置21から送信された振動の波形と内部時計の時刻情報とを併せて記録する。
When the
このように、波形取得装置22で弾性波の発振時刻を記録することで、発振時刻と受振時刻との時間軸を一致させることができるため、発振側設備10の記録情報を介在することなく、弾性波発振装置11から各弾性波受振装置21に至る弾性波の伝播時間を高精度に算出することができる。
Thus, by recording the oscillation time of the elastic wave with the
なお、波形取得装置22は、地中無線受信装置62からトリガ信号が転送されるまで波形の記録を停止しており、地中無線受信装置62から送信された開始信号を受信したタイミングで、各弾性波受振装置21から送信される波形の記録を開始するようにしてもよい。これにより、波形取得装置22は、波形の記録した時点を基準として各弾性波受振装置21が受振した弾性波の受振時刻を求められることから、この受振時刻のみによって弾性波発振装置11が弾性波を発振してから各弾性波受振装置21が受振するまでの弾性波の伝播時間を求めることが可能となる。
The
[第5の実施形態]
次に、第5の実施形態に係る地質探査システムについて説明する。図8は、第5の実施形態に係る地質探査システムを示す縦断面図である。図8に示すように、第5の実施形態に係る地質探査システム5は、基本的に第4の実施形態に係る地質探査システム4と同様であり、発振側設備10から受振側設備20にトリガ信号を送信する手法のみ相違する。このため、以下の説明では、第4の実施形態と相違する部分のみを説明し、第4の実施形態と同様の部分の説明を省略する。
[Fifth Embodiment]
Next, a geological exploration system according to the fifth embodiment will be described. FIG. 8 is a longitudinal sectional view showing a geological exploration system according to the fifth embodiment. As shown in FIG. 8, the geological exploration system 5 according to the fifth embodiment is basically the same as the geological exploration system 4 according to the fourth embodiment, and triggers from the
地質探査システム5は、第4の実施形態に係る地質探査システム4の地中無線送信装置61及び地中無線受信装置62の代わりに、通常の無線通信を行う無線親機71及び無線子機72が設けられ、更に、無線親機71からトンネルAを抜けて無線子機72に至る経路上に複数の中継機73(73a〜73e)が設置されている。なお、各中継機73a〜73eは、全て同一の構成であるため、以下では、特に指定する場合を除き、中継機73として説明する。
The geological exploration system 5 is a
そして、発振時刻検出装置12は、初動検出センサなどにより弾性波の初動を検出すると、無線親機71からトリガ信号を無線送信する。すると、各中継局73は、このトリガ信号を無線子機72まで順次転送し、無線子機72は、転送されてきたトリガ信号を受信して波形取得装置22に送信する。
The oscillation
無線子機72から送信されたトリガ信号を受信した波形取得装置22は、このトリガ信号を受信した時点における内部時計の時刻を、弾性波発振装置11から弾性波が発振された発振時刻として記録する。すなわち、中継機73を介した無線親機71と無線子機72との間の無線通信は、弾性波の伝播時間に比べて桁違いに速く無視できることから、波形取得装置22は、弾性波発振装置11が弾性波を発振したタイミングと略同じタイミングで、発振時刻を記録することができる。その後、波形取得装置22は、上述したように、各弾性波受振装置21から送信された振動の波形と内部時計の時刻情報とを併せて記録する。
The
このように、中継機73を介した無線通信によりトリガ信号を発振側設備10の発振時刻検出装置12から受振側設備20の波形取得装置22に送信することでも、第4の実施形態と同様の効果を奏することができる。
In this way, even when the trigger signal is transmitted from the oscillation
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、第1の実施形態では、各弾性波受振装置21が受振した弾性波の受振時刻は、波形取得装置22が記録した各波形及び時刻情報に基づいて解析コンピュータ30が検出するものとして説明したが、波形取得装置22が検出するものとしてもよい。
The preferred embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the first embodiment, it has been described that the receiving time of the elastic wave received by each elastic
なお、各実施形態は、適宜組み合わせることが可能である。例えば、第2の実施形態で説明した弾性波発振装置と弾性波受振装置とを入れ替える配置を、他の実施形態に適用してもよい。また、第3の実施形態で説明した過去の蓄積された情報も含めてトモグラフィ解析を行う手法を、他の実施形態に適用してもよい。 Each embodiment can be appropriately combined. For example, the arrangement in which the elastic wave oscillation device and the elastic wave receiving device described in the second embodiment are replaced may be applied to other embodiments. Further, the technique for performing tomographic analysis including the past accumulated information described in the third embodiment may be applied to other embodiments.
次に、本発明の実施例について説明する。 Next, examples of the present invention will be described.
まず、実施例に対する比較例として、二次元トモグラフィ解析を行うために、トンネルAの切羽前方に断層破砕帯Bが存在する二次元モデルを作成し、トンネルA坑内に11個の弾性波発振装置11を直線状に配置し、切羽前方の地表部に15個の弾性波受振装置21を直線状に配置した。また、この二次元モデルでは、断層破砕帯Bにおける弾性波の伝播速度Vpを3km/sとし、その他の位置における弾性波の伝播速度Vpを4km/sとした。そして、各弾性波発振装置11から各弾性波受振装置21に至る弾性波の伝播速度をシミュレーションし、二次元トモグラフィ解析により、切羽前方の弾性波速度分布を生成した。図9は、比較例のシミュレーション結果である弾性波速度分布を示しており、この弾性波速度分布から把握される弾性破砕帯をB’で示している。
First, as a comparative example to the embodiment, in order to perform two-dimensional tomography analysis, a two-dimensional model in which a fault fracture zone B exists in front of the face of tunnel A is created, and eleven elastic wave oscillators are formed in tunnel A. 11 were arranged in a straight line, and 15 elastic
一方、実施例として、三次元トモグラフィ解析を行うために、トンネルAの切羽前方に断層破砕帯Bが存在する三次元モデルを作成し、トンネルA坑内に60個の弾性波発振装置11を三次元的に配置し、切羽前方の地表部に36個の弾性波受振装置21を二次元的に配置した。また、この三次元モデルでは、断層破砕帯Bにおける弾性波の伝播速度Vpを3km/sとし、その他の位置における弾性波の伝播速度Vpを4km/sとした。そして、各弾性波発振装置11から各弾性波受振装置21に至る弾性波の伝播速度をシミュレーションし、三次元トモグラフィ解析により、切羽前方の弾性波速度分布を生成した。図10は、実施例のシミュレーション結果である弾性波速度分布を示しており、この弾性波速度分布から把握される弾性破砕帯をB’で示している。
On the other hand, as an example, in order to perform three-dimensional tomography analysis, a three-dimensional model in which a fault crushing zone B exists in front of the face of tunnel A is created, and sixty
図9に示すように、比較例では、断層破砕帯B’の位置や硬軟の程度がある程度把握可能であるが、明瞭であるとは言い難い。また、解析対象断面から外れた位置の地層が不明であるため、弾性波速度分布から把握される断層破砕帯B’の位置に断層破砕帯が存在するか否かの判断が難しい。 As shown in FIG. 9, in the comparative example, the position of the fault crush zone B 'and the degree of hardness can be grasped to some extent, but it is difficult to say that it is clear. In addition, since the formation at a position outside the analysis target cross section is unknown, it is difficult to determine whether or not a fault crush zone exists at the position of the fault crush zone B 'grasped from the elastic wave velocity distribution.
これに対し、図10に示すように、実施例では、弾性波速度分布が三次元的に表示されるため、解析された断層破砕帯B’の位置や硬軟の程度を明確に把握することが可能である。しかも、断層破砕帯B’が広がりを持った領域として示されるため、弾性波速度分布から把握される断層破砕帯B’の位置に断層破砕帯が存在するか否かの判断を容易に行うことができる。 On the other hand, as shown in FIG. 10, in the embodiment, since the elastic wave velocity distribution is displayed three-dimensionally, it is possible to clearly grasp the position of the analyzed fault crush zone B ′ and the degree of hardness. Is possible. Moreover, since the fault fracture zone B ′ is shown as a wide area, it is easy to determine whether or not the fault fracture zone exists at the position of the fault fracture zone B ′ that is grasped from the elastic wave velocity distribution. Can do.
1〜6…地質探査システム、10…発振側設備、11(11a〜11c)…弾性波発振装置、12…発振時刻検出装置、13…時刻情報受信装置、14…光伝送路、14a…光ファイバケーブル、14b…光送信機、14c…光受信機、15…刻時装置、20…受振側設備、21(21a〜21f)…弾性波受振装置、22…波形取得装置(受振時刻検出手段)、23…時刻情報受信装置、24…刻時装置、26…地中無線受信装置、30…解析コンピュータ(受振時刻検出手段、解析手段)、40…発振側設備、41(41a〜41f)…弾性波発振装置、42…発振時刻検出装置、43…時刻情報受信装置、44…刻時装置、50…受振側設備、51…弾性波受振装置、52…波形取得装置(受振時刻検出手段)、53…時刻情報受信装置、54…光伝送路、54a…光ファイバケーブル、54b…光送信機、54c…光受信機、55…刻時装置、61…地中無線送信装置、62…地中無線受信装置、71…無線親機、72…無線子機、73(73a〜73e)…中継機、A…トンネル、B…断層破砕帯。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1-6 ... Geological exploration system, 10 ... Oscillation side equipment, 11 (11a-11c) ... Elastic wave oscillation device, 12 ... Oscillation time detection device, 13 ... Time information receiving device, 14 ... Optical transmission line, 14a ... Optical fiber Cable, 14b ... Optical transmitter, 14c ... Optical receiver, 15 ... Clocking device, 20 ... Vibration receiving side equipment, 21 (21a-21f) ... Elastic wave receiving device, 22 ... Waveform acquisition device (vibration time detecting means), DESCRIPTION OF
Claims (3)
弾性波を発振する弾性波発振手段と、
前記弾性波発振手段から弾性波を発振した発振時刻を検出する発振時刻検出手段と、
弾性波を受振する弾性波受振手段と、
前記弾性波受振手段が弾性波を受振した受振時刻を検出する受振時刻検出手段と、
前記発振時刻検出手段が検出した発振時刻と前記受振時刻検出手段が検出した受振時刻とに基づいて算出される前記弾性波発振手段から前記弾性波受振手段に至る弾性波の伝播時間から、トモグラフィ解析を用いてトンネルの切羽前方の弾性波速度分布を生成する解析手段と、
前記発振時刻検出手段が検出する発振時刻と前記受振時刻検出手段が検出する受振時刻とを同一の時間軸上に合わせる同期手段と、
を有し、
トンネル坑内に、前記弾性波発振手段又は前記弾性波受振手段の何れか一方が配置され、
切羽前方の地表部に、前記弾性波発振手段又は前記弾性波受振手段の何れか他方が二次元的又は三次元的に複数配置され、
前記発振時刻検出手段及び前記受振時刻検出手段は、前記弾性波受振手段が配置されるトンネル坑内又は切羽前方の地表部の何れか他方に配置されて同一の時刻情報を備えており、
前記同期手段は、前記弾性波発振手段から弾性波が発振されると、前記弾性波発振手段が配置されるトンネル坑内又は切羽前方の地表部の何れか一方に配置された無線伝送手段によりトリガ信号を前記発振時刻検出手段及び前記受振時刻取得手段に無線伝送し、
前記発振時刻検出手段は、前記トリガ信号の受信タイミングを前記弾性波発振手段から弾性波を発振した発振時刻とする、地質探査システム。 A geological exploration system for exploring the geology ahead of the face of a tunnel excavating based on the propagation time of elastic waves,
Elastic wave oscillation means for oscillating an elastic wave;
Oscillation time detecting means for detecting an oscillation time at which an elastic wave is oscillated from the elastic wave oscillating means;
Elastic wave receiving means for receiving elastic waves;
A receiving time detecting means for detecting a receiving time when the elastic wave receiving means receives the elastic wave;
From the propagation time of the elastic wave from the elastic wave oscillation means to the elastic wave reception means calculated based on the oscillation time detected by the oscillation time detection means and the vibration reception time detected by the vibration reception time detection means, the tomography An analysis means for generating an elastic wave velocity distribution in front of the face of the tunnel using analysis;
Synchronization means for matching the oscillation time detected by the oscillation time detection means and the vibration reception time detected by the vibration reception time detection means on the same time axis;
Have
In the tunnel mine, either one of the elastic wave oscillation means or the elastic wave receiving means is disposed,
On the ground surface in front of the face, either one of the elastic wave oscillating means or the elastic wave receiving means is two-dimensionally or three-dimensionally arranged,
The oscillation time detection means and the vibration reception time detection means are arranged on either the tunnel pit or the ground surface in front of the face where the elastic wave vibration reception means is arranged, and have the same time information.
When the elastic wave is oscillated from the elastic wave oscillating means, the synchronizing means is triggered by a radio transmission means arranged either in the tunnel pit where the elastic wave oscillating means is arranged or on the ground surface in front of the face. Wirelessly transmitted to the oscillation time detection means and the vibration receiving time acquisition means,
The geological exploration system, wherein the oscillation time detection means sets the reception timing of the trigger signal as an oscillation time when an elastic wave is oscillated from the elastic wave oscillation means.
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