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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.

特開2003−014863号公報JP 2003-014863 A

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.

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。It is a longitudinal section showing the geological exploration system concerning a 1st embodiment. 弾性波受振装置の配置例を示した平面図である。It is the top view which showed the example of arrangement | positioning of an elastic wave receiving device. 波形取得装置による波形及び時刻情報の記録例を示した図である。It is the figure which showed the example of a recording of the waveform and time information by a waveform acquisition apparatus. 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。It is the flowchart which showed the procedure of three-dimensional tomography analysis. 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。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the geological exploration system which concerns on 2nd Embodiment. 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。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the geological exploration system which concerns on 3rd Embodiment. 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。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the geological exploration system which concerns on 4th Embodiment. 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。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the geological exploration system which concerns on 5th Embodiment. 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いる。The elastic wave velocity distribution which is a simulation result of the comparative example is shown. 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いる。The elastic wave velocity distribution which is the simulation result of an Example is shown.

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 geological exploration system 1 according to the present embodiment calculates the propagation speed of elastic waves between the tunnel A mine and the ground surface in front of the face before excavating the tunnel A. Investigate the degree of geological hardness in front of the face. In addition, as shown in FIG. 1, the fault crushing zone B which is a low-velocity layer exists in front of the face of the tunnel A.

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 geological exploration system 1 is detected by an oscillation-side facility 10 for oscillating an elastic wave in the tunnel A mine, a vibration-receiving facility 20 for receiving an elastic wave that has reached the ground surface in front of the face, and an oscillation-side facility 10. And an analysis computer 30 for grasping the degree of geological hardness in front of the face based on the detected information and the information detected by the receiving side equipment 20.

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 oscillation side equipment 10 includes an elastic wave oscillation device 11, an oscillation time detection device 12, a time information reception device 13, an optical transmission line 14, and a clock device 15.

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 device 11 is an oscillation point that is arranged on a face in the tunnel A mine and oscillates an elastic wave toward the front of the face. The elastic wave oscillating device 11 is composed of, for example, a hammer or a mechanical oscillator (for example, an electromagnetic hammer, a hydraulic impactor, a vibrator) or the like. Usually, when digging through the tunnel A, it blasts with a face about four times a day. Therefore, it is preferable to apply this blasting to the elastic wave oscillator 11. In a low earth covering environment of about 10 to 20 m, an elastic wave oscillated by a hammer or a mechanical oscillator is transmitted to the ground surface. In a high earth covering environment of 100 m or more, high energy such as blasting is generated. Since elastic waves are not transmitted to the ground surface unless elastic waves are generated, it is also preferable to determine means used for the elastic wave oscillation device 11 according to the degree of covering.

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 time detection device 12 is arranged in the vicinity of the face in the tunnel A well like the elastic wave oscillation device 11 and detects the oscillation time of the elastic wave oscillated from the elastic wave oscillation device 11. That is, the oscillation time detection device 12 includes an internal clock (not shown) and an initial motion detection sensor (not shown) that detects the initial motion of the elastic wave oscillated from the elastic wave oscillation device 11. The oscillation time detection device 12 detects the oscillation time of the elastic wave oscillated from the elastic wave oscillation device 11 by recording the time of the internal clock when the initial motion detection sensor detects the initial motion of the elastic wave. Note that the oscillation time detection device 12 includes, for example, a vibration measurement device that measures vibration, and records the vibration waveform measured by the vibration measurement device together with the time information of the internal clock, and generates an elastic wave from the recorded waveform. It is also possible to detect the oscillation time of the elastic wave oscillated from the elastic wave oscillating device 11 by detecting the initial movement.

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 information receiving device 13 is arranged outside the tunnel A mine and receives time information transmitted from a time information transmitting device (not shown). The time information transmitter is, for example, a GPS (Global Positioning System) satellite (not shown) or a standard frequency time signal station (not shown). The time information receiver 13 is, for example, GPS information transmitted from a GPS satellite. A receiver for receiving GPS time information included in the receiver, a receiver for receiving standard time information included in a standard radio wave transmitted from a standard frequency information station, and the like.

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 optical transmission line 14 includes an optical fiber cable 14a extending in the tunnel A pit, an optical transmitter 14b connected to one end of the optical fiber cable 14a and connected to the time information receiver 13, and an optical fiber cable 14a. And an optical receiver 14c connected to the clocking device 15 and connected to the other end of the clock. When the time information receiver 13 receives the time information, the optical transmitter 14b optically transmits the time information to the optical receiver 14c through the optical fiber cable 14a. For this reason, the clocking device 15 arranged in the tunnel A mine can acquire the time information received by the time information receiving device 13 in substantially real time.

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 time detection device 12 in the tunnel A mine, and synchronizes the internal clock of the oscillation time detection device 12 with the received time information. Thereby, the oscillation time detection device 12 can detect the oscillation time of the elastic wave oscillated by the elastic wave oscillation device 11 based on the time information transmitted from the time information transmission device. When the time information receiving device 13 receives GPS time information transmitted from a GPS satellite, it is possible to detect the oscillation time of the elastic wave oscillated by the elastic wave oscillating device 11 with reference to this GPS time information. When the time information receiving device 13 receives the standard time information transmitted from the standard frequency time signal station, it is possible to detect the oscillation time of the elastic wave oscillated by the elastic wave oscillating device 11 with reference to the standard time information. .

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 side equipment 20 includes a plurality of elastic wave receiving devices 21 (21 a to 21 f), a waveform acquisition device 22, a time information receiving device 23, and a clocking device 24. The elastic wave receiving devices 21a to 21f all have the same configuration, and will be described below as the elastic wave receiving device 21 unless otherwise specified.

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 wave receiving device 21 is disposed on the ground surface in front of the face and receives the elastic wave oscillated from the elastic wave oscillating device 11 of the oscillation side equipment 10 by measuring the vibration propagated from the tunnel A tunnel. It is. The elastic wave receiving device 21 can transmit the measured vibration waveform to the waveform acquiring device 22.

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 wave receiving device 21 is two-dimensionally (planarly) or three-dimensionally (three-dimensionally) dispersedly arranged on the surface of the tunnel A in front of the face. That is, the elastic wave receiving devices 21 are not arranged linearly only in the tunnel A digging direction, but are arranged in the tunnel A traveling direction, and also in the direction orthogonal to the tunnel A digging direction. Be placed. The elastic wave receiving device 21 does not necessarily have to be arranged as shown in FIG. 2, but is appropriately arranged at an optimal position according to the shape of the ground surface, the environment, and the like.

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 waveform acquisition device 22 is a data logger that is arranged on the ground surface in front of the face like the elastic wave receiving device 21 and records the waveform of the elastic wave received by each elastic wave receiving device 21. That is, the waveform acquisition device 22 includes an internal clock (not shown) and a plurality of channels (not shown) to which the elastic wave receiving devices 21 are connected. Then, the waveform acquisition device 22 acquires the vibration waveform transmitted from each elastic wave receiving device 21 through each channel, and records the vibration waveform and the time information of the internal clock together. Therefore, by detecting the initial motion of the elastic wave from the recorded waveform and comparing the detected initial motion with the recorded time information, it is possible to obtain the receiving time of the elastic wave received by each elastic wave receiving device 21. It becomes.

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 waveform acquisition device 22. In FIG. 3, the receiving point a is a recording of the waveform transmitted from the elastic wave receiving device 21a, the receiving point b is a recording of the waveform transmitted from the elastic wave receiving device 21b, and the time t is a recording of time information. . Thus, since the waveform transmitted from each elastic wave receiving device 21 and the time information are recorded together, each waveform can be easily compared with the time information. By detecting the initial motion, it is possible to easily obtain the receiving time of the elastic wave received by each elastic wave receiving device 21.

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 information receiving device 23 is arranged in the vicinity of the clocking device 24 and receives time information transmitted from a time information transmitting device (not shown). The time information transmitting device is, for example, a GPS satellite (not shown) or a standard frequency time signal station (not shown). The time information receiving device 23 is, for example, the same as the time information receiving device 13 of the oscillation side equipment 10, for example. , A receiving device that receives GPS time information included in GPS information transmitted from a GPS satellite, and a receiving device that receives standard time information included in standard radio waves transmitted from a standard frequency reporting station.

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 clocking device 24 is connected to the time information receiving device 23 and the waveform acquisition device 22, and synchronizes the internal clock of the waveform acquisition device 22 with the time information received by the time information receiving device 23. As a result, the waveform acquisition device 22 uses the time information transmitted from the time information transmitting device as a reference in the same manner as the time information receiving device 13 of the oscillation-side equipment 10, and determines the receiving time of the elastic wave received by each elastic wave receiving device 21. The oscillation time detection device 12 and the waveform acquisition device 22 can be aligned on the same time axis. When the time information receiving device 23 receives GPS time information transmitted from a GPS satellite, it is possible to detect the receiving time of the elastic wave received by each elastic wave receiving device 21 with reference to this GPS time information. When the time information receiving device 23 receives the standard time information transmitted from the standard frequency time signal station, the receiving time of the elastic wave received by each elastic wave receiving device 21 is detected based on the standard time information. Can do.

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 analysis computer 30 is disposed at an arbitrary position such as a building office and analyzes the degree of hardness of the geology in front of the face. That is, the analysis computer 30 determines the elasticity based on the oscillation time of the elastic wave detected by the oscillation time detection device 12 and the vibration wave reception time obtained from each waveform and time information recorded by the waveform acquisition device 22. The propagation speed of the elastic wave from the wave oscillating device 11 to each elastic wave receiving device 21 is calculated. And the analysis computer 30 produces | generates the elastic wave velocity distribution ahead of a face by tomography analysis from each propagation velocity, and displays the result on a display etc.

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 wave receiving device 21 is arranged two-dimensionally or three-dimensionally, the propagation path of each elastic wave from the elastic wave oscillating device 11 to each elastic wave receiving device 21 is three-dimensional. It is expressed. Therefore, the analysis computer 30 performs a three-dimensional tomography analysis from the propagation velocity of the elastic wave in each propagation path, and generates a three-dimensional elastic wave velocity distribution.

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 analysis computer 30 may acquire the elastic wave oscillation time and the elastic wave receiving record from the oscillation time detection device 12 and the waveform acquisition device 22 by wireless communication or wired communication, and a storage storing these information. The operator may carry the medium to acquire the elastic wave oscillation time and the elastic wave receiving record from the oscillation time detection device 12 and the waveform acquisition device 22. Further, since the position coordinates of the elastic wave oscillation device 11 and the elastic wave receiving devices 21 are necessary in calculating the propagation speed of each elastic wave, it is preferable to obtain these position coordinates in advance.

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 analysis computer 30 will be described in detail.

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 analysis computer 30, the Eikonal equation (a finite difference approximation of the wave equation) is improved, and the correction amount of the slowness (Slowness) of each elastic wave line is weighted and averaged. The modified SIRT method (iterative reconstruction method) is used to obtain the correction amount of the grid slowness. Then, the iterative calculation is performed until the propagation path of the elastic wave obtained by the calculation matches the measured propagation path.

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。

Figure 0005679804

ここで、t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).
Figure 0005679804

Here, t L is the propagation time of the elastic wave from the elastic wave oscillator 11 to each elastic wave receiver 21, L is the distance from the elastic wave oscillator 11 to each elastic wave receiver 21, and V is each It is the propagation speed of elastic waves through the lattice.

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。

Figure 0005679804

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、Gaussは、ガウスの確率分布、Min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).
Figure 0005679804

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 waveform acquisition device 22, and filtering for removing noise is performed. This filtering is performed mainly by emphasizing the necessary frequency band and cutting the unnecessary frequency band and restoring the attenuated waveform.

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 waveform acquisition device 22 is picked up to obtain the reception time at which each elastic wave receiving device 21 receives the elastic wave, and each elastic wave receiving from the elastic wave oscillating device 11. The propagation velocity of each elastic wave reaching the device 21 is calculated.

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 elastic wave oscillator 11 to each elastic wave receiver 21 is calculated using the initial elastic wave velocity model constructed in step S4. The calculation is repeated until the calculated propagation time approaches the measurement time recorded by the waveform acquisition device 22.

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 elastic wave oscillator 11 and the elastic wave receivers 21 are arranged separately in the tunnel A pit and the ground surface in front of the face. The propagation speed of the elastic wave can be measured from the oscillation time of the elastic wave detected by the waveform acquisition unit and each receiving time of the elastic wave obtained from each waveform and time information recorded by the waveform acquisition device 22. Further, by arranging a plurality of elastic wave receiving devices 21 two-dimensionally or three-dimensionally on the ground surface in front of the face, the propagation path of the elastic wave in front of the face can be increased, and the analysis computer 30 performs a third order. Since the original elastic wave velocity distribution can be generated, the degree of hardness of the geology in front of the face can be grasped with high accuracy while considering the surrounding geological condition.

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 time detection device 12 in the tunnel A mine and arranging the waveform acquisition device 22 on the ground surface in front of the face, the oscillation time of the elastic wave and the vibration reception time of the elastic wave can be detected in real time. . Since the time axis of the oscillation time detection device 12 and the waveform acquisition device 22 is synchronized by the time information transmitted from the time information transmission device, the error on the time axis between the oscillation time and the vibration reception time of the elastic wave is minimized. Can be. Thereby, the propagation time of the elastic wave from the elastic wave oscillator 11 to the elastic wave receiver 21 can be calculated with high accuracy.

[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 geological exploration system 1 according to the first embodiment, and a plurality of elastic wave oscillators 11 are arranged. Only the difference. For this reason, in the following description, only the part different from the first embodiment will be described, and the description of the same part as the first embodiment will be omitted.

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-side equipment 10 of the geological exploration system 2 includes a plurality of elastic wave oscillation devices 11 (11a to 11c), and the oscillation time detection device 12 is an oscillation time of an elastic wave oscillated from each elastic wave oscillation device 11. Is detected. The elastic wave oscillator 11 only needs to be able to oscillate an elastic wave from a different location. For this reason, it is not always necessary to physically prepare a plurality of elastic wave oscillators 11, and the same elastic wave oscillator 11 may oscillate elastic waves from different locations at different times. As described above, since the working face advances as the tunnel A is dug, the position where blasting is performed moves with the passage of time. Therefore, blasting that is performed a plurality of times at different times at different times may be used as each elastic wave oscillator 11. Each elastic wave oscillator 11 is preferably arranged two-dimensionally (planarly) or three-dimensionally (three-dimensionally), but may be arranged linearly.

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 time detecting device 12 detects the oscillation time of the elastic wave oscillated from each elastic wave oscillating device 11, and the waveform acquisition device 22 of the receiving side equipment 20 is the elastic wave oscillated from each elastic wave oscillating device 11. For each wave, the waveform transmitted from each elastic wave receiving device 51 and the time information of the internal clock are recorded together.

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 analysis computer 30 is based on the oscillation time of each elastic wave detected by the oscillation time detection device 12 and the vibration wave reception time obtained from each waveform and time information recorded by the waveform acquisition device 22. The propagation speed of the elastic wave from each elastic wave oscillator 11 to each elastic wave receiver 21 is calculated.

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 analysis computer 30 stores the calculated propagation speed of the elastic wave and various information detected this time. That is, when an elastic wave is oscillated by blasting, each time blasting is performed, the oscillation time of each elastic wave detected by the oscillation time detection device 12, each waveform and time information recorded by the waveform acquisition device 22, and the elastic wave This is reflected when the elastic wave is oscillated by the next blast.

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 analysis computer 30 adds the information accumulated to the propagation velocity of the elastic wave calculated this time, generates an elastic wave velocity distribution in front of the face by tomography analysis, and displays the result on a display or the like. The analysis method by the analysis computer 30 is the same as that in the first embodiment.

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 elastic wave oscillators 11 are arranged in the tunnel A tunnel, and the tomographic analysis including past accumulated information is performed to greatly increase the propagation path of the elastic wave in front of the face. Therefore, the degree of geological hardness in front of the face can be grasped with higher accuracy.

[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 geological exploration system 1 according to the first embodiment, and the arrangement of the oscillation side equipment and the receiving side equipment is switched. Is different. For this reason, in the following description, only the part different from the first embodiment will be described, and the description of the same part as the first embodiment will be omitted.

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 oscillation side equipment 40 for oscillating an elastic wave at the surface part in front of the face, a vibration receiving side equipment 50 for receiving an elastic wave reaching the tunnel A tunnel, and the oscillation side equipment 40. And an analysis computer 30 for grasping the degree of geological hardness in front of the face based on the detected information and the information detected by the receiving side equipment 50.

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-side facility 40 includes an elastic wave oscillation device 41 (41a to 41f), an oscillation time detection device 42, a time information reception device 43, and a clock device 44. The elastic wave oscillating devices 41a to 41f move one elastic wave oscillating device 41 to generate elastic waves at a plurality of points. However, the elastic wave oscillating devices 41 are arranged at a plurality of points to be elastic. A wave may be generated. Even in the latter case, since the elastic wave oscillators 41a to 41f all have the same configuration, the following description will be made as the elastic wave oscillator 41 unless otherwise specified.

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 wave receiving device 21 of the first embodiment shown in FIG. A plurality are arranged in the traveling direction, and a plurality are also arranged in a direction orthogonal to the tunnel A digging direction.

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 time detection device 42 is arranged on the ground surface in front of the face like the elastic wave oscillation device 41 and detects the oscillation time of the elastic wave oscillated from each elastic wave oscillation device 41. That is, the oscillation time detection device 42 includes an internal clock (not shown) and a plurality of initial motion detection sensors (not shown) that detect the initial motion of the elastic wave oscillated from each elastic wave oscillation device 41. Then, the oscillation time detection device 42 detects the oscillation time of the elastic wave oscillated from each elastic wave oscillation device 41 by recording the time of the internal clock when each initial motion detection sensor detects the initial motion of the elastic wave. To do.

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 information receiving device 43 is arranged in the vicinity of the clocking device 44 and receives time information transmitted from a time information transmitting device (not shown). The time information transmitter is, for example, a GPS satellite (not shown) or a standard frequency time signal station (not shown), and the time information receiver 43 is, for example, a GPS time included in GPS information transmitted from a GPS satellite. It is a receiving device that receives information or a receiving device that receives standard time information included in a standard radio wave transmitted from a standard frequency reporting station.

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 clock device 44 is connected to the time information receiver 43 and the oscillation time detector 42, and synchronizes the internal clock of the oscillation time detector 42 with the time information received by the time information receiver 43. Thereby, the oscillation time detecting device 42 can detect the oscillation time of the elastic wave oscillated by the elastic wave oscillating device 41 with reference to the time information transmitted from the time information transmitting device. In addition, when the time information receiver 43 receives GPS time information transmitted from a GPS satellite, it is possible to detect the oscillation time of the elastic wave oscillated by the elastic wave oscillator 41 with reference to this GPS time information. When the time information receiving device 43 receives the standard time information transmitted from the standard frequency time information station, the oscillation time of the elastic wave oscillated by the elastic wave oscillating device 41 can be detected based on the standard time information. .

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 side equipment 50 includes an elastic wave receiving device 51, a waveform acquisition device 52, a time information receiving device 53, an optical transmission path 54, and a clock device 55.

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 wave receiving device 51 is disposed in the vicinity of the face in the tunnel A mine, detects a vibration propagating through the ground, and receives an elastic wave oscillated from each elastic wave oscillating device 41 of the oscillation side equipment 40. It is. The elastic wave receiving device 51 can transmit the measured vibration waveform to the waveform acquisition device 52. It is desirable to install a plurality of elastic wave receiving devices 51 in the vicinity of the face.

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 waveform acquisition device 52 is a data logger that is disposed in the vicinity of the face in the tunnel A pit, similarly to the elastic wave receiving device 51, and records the waveform of the elastic wave received by the elastic wave receiving device 51. That is, the waveform acquisition device 52 includes an internal clock (not shown) and is connected to the elastic wave receiving device 51. Then, the waveform acquisition device 52 records the vibration waveform transmitted from the elastic wave receiving device 51 and the time information of the internal clock together. Therefore, an elastic wave receiving device is detected for each elastic wave oscillated from each elastic wave oscillator 41 by detecting the initial motion of the elastic wave from the recorded waveform and comparing the detected initial motion with the recorded time information. It is possible to obtain the receiving time of the elastic wave received by 51.

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 information receiving device 53 is arranged outside the tunnel A mine and receives time information transmitted from a time information transmitting device (not shown). The time information transmitting device is, for example, a GPS satellite (not shown) or a standard frequency time signal station (not shown), and the time information receiving device 53 is similar to the time information receiving device 43 of the oscillation side equipment 40, for example. , A receiving device that receives GPS time information included in GPS information transmitted from a GPS satellite, and a receiving device that receives standard time information included in standard radio waves transmitted from a standard frequency reporting station.

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 optical transmission line 54 includes an optical fiber cable 54a extending in the tunnel A tunnel, an optical transmitter 54b connected to one end of the optical fiber cable 54a and connected to the time information receiver 53, and an optical fiber cable 54a. And an optical receiver 54c connected to the timing device 55. When the time information receiver 53 receives the time information, the optical transmitter 14b optically transmits the time information to the optical receiver 14c through the optical fiber cable 14a. For this reason, the timing device 55 arranged in the tunnel A mine can acquire the time information received by the time information receiving device 53 in substantially real time.

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 clock device 55 is connected to the waveform acquisition device 52 in the tunnel A mine, and synchronizes the internal clock of the waveform acquisition device 52 with the received time information. Thereby, the waveform acquisition device 52 detects the receiving time of the elastic wave received by the elastic wave receiving device 51 on the basis of the time information transmitted from the time information transmitting device in the same manner as the time information receiving device 53 of the oscillation side equipment 40. The oscillation time detection device 42 and the waveform acquisition device 52 can be aligned on the same time axis. When the time information receiving device 53 receives GPS time information transmitted from a GPS satellite, it is possible to detect the receiving time of the elastic wave received by the elastic wave receiving device 51 with reference to this GPS time information. When the time information receiving device 53 receives standard time information transmitted from the standard frequency time signal station, it is possible to detect the receiving time of the elastic wave received by the elastic wave receiving device 51 with reference to the standard time information. .

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 analysis computer 30 is based on the oscillation time of each elastic wave detected by the oscillation time detection device 42 and the vibration wave reception time obtained from each waveform and time information recorded by the waveform acquisition device 52. The propagation speed of the elastic wave from each elastic wave oscillation device 41 to the elastic wave receiving device 51 is calculated. And the analysis computer 30 produces | generates the elastic wave velocity distribution ahead of a face by tomography analysis from each propagation velocity, and displays the result on a display etc. The analysis method by the analysis computer 30 is the same as that in the first embodiment.

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 geological exploration system 1 according to the first embodiment, and only the time synchronization method is different. For this reason, in the following description, only the part different from the first embodiment will be described, and the description of the same part as the first embodiment will be omitted.

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 oscillation side equipment 10 includes an elastic wave oscillation device 11, an oscillation time detection device 12, and an underground radio transmission device 61.

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 radio transmission device 61 is connected to the oscillation time detection device 12 in the tunnel A tunnel, and performs underground radio communication using a low-frequency radio wave.

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 time detection device 12 transmits a trigger signal from the underground radio transmission device 61 toward the ground surface in front of the face by underground radio. This trigger signal may be an oscillation time of an elastic wave or a simple pulse signal.

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 side equipment 20 includes a plurality of elastic wave receiving devices 21 (21 a to 21 f), a waveform acquisition device 22, and an underground radio receiving device 62.

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 radio receiving device 62 is connected to the waveform acquisition device 22 at the ground surface in front of the face, receives a trigger signal transmitted from the underground radio transmission device 61 by underground radio, and transmits it to the waveform acquisition device 22. To do.

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 waveform acquisition device 22 receives the trigger signal from the underground radio reception device 62, the time of the internal clock at the time when the trigger signal is received is set as the oscillation time when the elastic wave is oscillated from the elastic wave oscillation device 11. Record. That is, since the underground radio by the underground radio transmission device 61 and the underground radio reception device 62 can be ignored by an order of magnitude faster than the propagation time of the elastic wave, the waveform acquisition device 22 includes the elastic wave oscillation device 11. The oscillation time can be recorded at substantially the same timing as the timing of oscillating the elastic wave. Thereafter, as described above, the waveform acquisition device 22 records the vibration waveform transmitted from each elastic wave receiving device 21 and the time information of the internal clock together.

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 waveform acquisition device 22, the time axis of the oscillation time and the vibration receiving time can be matched, so that the recording information of the oscillation-side equipment 10 is not interposed. The propagation time of the elastic wave from the elastic wave oscillating device 11 to each elastic wave receiving device 21 can be calculated with high accuracy.

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 waveform acquisition device 22 stops recording the waveform until the trigger signal is transferred from the underground radio reception device 62, and at the timing when the start signal transmitted from the underground radio reception device 62 is received, Recording of the waveform transmitted from the elastic wave receiving device 21 may be started. As a result, the waveform acquisition device 22 can obtain the receiving time of the elastic wave received by each elastic wave receiving device 21 with reference to the time when the waveform is recorded. It is possible to determine the propagation time of the elastic wave from when the wave is oscillated until each elastic wave receiving device 21 receives the vibration.

[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 oscillation side equipment 10 to the vibration receiving side equipment 20. Only the method of transmitting a signal is different. For this reason, in the following description, only the part which is different from the fourth embodiment will be described, and the description of the part similar to the fourth embodiment will be omitted.

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 radio master unit 71 and a radio slave unit 72 that perform normal radio communication instead of the underground radio transmission device 61 and the underground radio reception device 62 of the geological exploration system 4 according to the fourth embodiment. Furthermore, a plurality of relay devices 73 (73a to 73e) are installed on a route from the wireless master device 71 through the tunnel A to the wireless slave device 72. In addition, since all the relay machines 73a-73e are the same structures, below, it demonstrates as the relay machine 73 except the case where it designates especially.

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 time detection device 12 wirelessly transmits a trigger signal from the wireless master device 71 when the initial motion of the elastic wave is detected by an initial motion detection sensor or the like. Then, each relay station 73 sequentially transfers this trigger signal to the wireless slave unit 72, and the wireless slave unit 72 receives the transmitted trigger signal and transmits it to the waveform acquisition device 22.

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 waveform acquisition device 22 that has received the trigger signal transmitted from the wireless slave device 72 records the time of the internal clock when the trigger signal is received as the oscillation time at which the elastic wave was oscillated from the elastic wave oscillation device 11. . That is, since the wireless communication between the wireless master device 71 and the wireless slave device 72 via the relay device 73 can be ignored by orders of magnitude faster than the propagation time of the elastic wave, the waveform acquisition device 22 can generate the elastic wave oscillation. The oscillation time can be recorded at substantially the same timing as when the device 11 oscillates the elastic wave. Thereafter, as described above, the waveform acquisition device 22 records the vibration waveform transmitted from each elastic wave receiving device 21 and the time information of the internal clock together.

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 time detection device 12 of the oscillation side equipment 10 to the waveform acquisition device 22 of the vibration reception side equipment 20 by wireless communication via the relay 73, it is the same as in the fourth embodiment. There is an effect.

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 wave receiving device 21 is detected by the analysis computer 30 based on each waveform and time information recorded by the waveform acquiring device 22. However, it is good also as what the waveform acquisition apparatus 22 detects.

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 wave receiving devices 21 were arranged in a straight line on the ground surface in front of the face. In this two-dimensional model, the elastic wave propagation velocity Vp in the fault crush zone B is 3 km / s, and the elastic wave propagation velocity Vp in other positions is 4 km / s. Then, the propagation velocity of the elastic wave from each elastic wave oscillator 11 to each elastic wave receiver 21 was simulated, and the elastic wave velocity distribution ahead of the face was generated by two-dimensional tomography analysis. FIG. 9 shows an elastic wave velocity distribution as a simulation result of the comparative example, and an elastic crush band obtained from this elastic wave velocity distribution is indicated by B ′.

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 elastic wave oscillators 11 are arranged in the tunnel A well. Originally arranged, 36 elastic wave receiving devices 21 were two-dimensionally arranged on the ground surface in front of the face. In this three-dimensional model, the elastic wave propagation velocity Vp in the fault crush zone B is 3 km / s, and the elastic wave propagation velocity Vp in other positions is 4 km / s. Then, the propagation velocity of the elastic wave from each elastic wave oscillator 11 to each elastic wave receiver 21 was simulated, and an elastic wave velocity distribution in front of the face was generated by three-dimensional tomography analysis. FIG. 10 shows an elastic wave velocity distribution, which is a simulation result of the example, and an elastic crush band obtained from the elastic wave velocity distribution is indicated by B ′.

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 SYMBOLS 23 ... Time information receiver, 24 ... Clock device, 26 ... Underground radio receiver, 30 ... Analysis computer (vibration time detection means, analysis means), 40 ... Oscillation side equipment, 41 (41a-41f) ... Elastic wave Oscillating device, 42 ... oscillation time detecting device, 43 ... time information receiving device, 44 ... clocking device, 50 ... receiving device, 51 ... elastic wave receiving device, 52 ... waveform acquisition device (vibration time detecting means), 53 ... Time information receiver 54 ... Optical transmission line, 54a ... Optical fiber cable, 54b ... Optical transmitter, 54c ... Optical receiver, 55 ... Clocking device, 61 ... Underground wireless transmitter, 62 ... Underground wireless receiver, 71 ... Wireless Master unit, 72: wireless slave unit, 73 (73a to 73e) ... relay unit, A ... tunnel, B ... fracture zone.

Claims (3)

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、
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.
前記受振時刻検出手段は、前記トリガ信号を受信すると前記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、請求項1に記載の地質探査システム。 2. The geological exploration system according to claim 1 , wherein when receiving the trigger signal, the receiving time detection unit starts detecting a receiving time at which the elastic wave receiving unit receives an elastic wave. 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複数配置される、請求項1又は2に記載の地質探査システム。 The geological exploration system according to claim 1 or 2 , wherein a plurality of either the elastic wave oscillating means or the elastic wave receiving means are arranged in a tunnel mine.
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