JP7709635B2 - Wall strength estimation method, rock mass property evaluation method, and seismic wave exploration system - Google Patents
Wall strength estimation method, rock mass property evaluation method, and seismic wave exploration systemInfo
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Description
本発明は、壁面強度推定方法、地山性状の評価方法、及び弾性波探査システムに関する。 The present invention relates to a method for estimating wall strength, a method for evaluating natural ground properties, and an elastic wave exploration system.
例えば、山岳トンネル工事では、特許文献1の従来技術で開示されているように、事前にボーリング作業等による地質調査を行って支保パターンを計画したのち、トンネル施工を進行しながら、原位置調査や室内岩石試験、切羽の観察など様々な調査を行って地山の性状を把握し、支保パターンを決定する。 For example, in mountain tunnel construction, as disclosed in the prior art of Patent Document 1, a geological survey is conducted in advance using drilling work etc. to plan the support pattern, and then, as the tunnel construction progresses, various surveys such as in-situ surveys, indoor rock testing, and observation of the face are conducted to understand the characteristics of the ground and to determine the support pattern.
室内岩石試験としては、切羽から採取したボーリングコアを用いた岩石の一軸圧縮試験や、パルス透過法による岩石の超音波速度試験などが挙げられる。また、原位置調査としては、岩検ハンマーを利用して定性的に地山の軟硬を判定する試験や、切羽にシュミットロックハンマーを押し当てた際の反発度に基づいて一軸圧縮強度を推定するシュミットハンマー試験等が挙げられる。 Laboratory rock tests include uniaxial compression tests using borehole cores taken from the face, and ultrasonic velocity tests of rocks using the pulse transmission method. In-situ investigations include tests using a rock testing hammer to qualitatively determine the softness or hardness of the ground, and Schmidt hammer tests to estimate the uniaxial compressive strength based on the degree of rebound when a Schmidt rock hammer is pressed against the face.
これら原位置調査や室内岩石試験は、山岳トンネル工事だけでなく、ダムや道路などの岩盤を対象とする工事においても地山の性状を把握するべく、岩盤斜面などを利用して実施されている。 These in-situ surveys and laboratory rock tests are not only carried out in mountain tunnel construction, but also on rock slopes and other locations in construction projects involving rock masses, such as dams and roads, in order to understand the properties of the ground.
原位置調査はもとより室内岩石試験においても岩盤から岩石を採取するといった、現場作業員が岩盤斜面やトンネル切羽近傍で実施する必要のある作業が含まれている。このような作業は、現場の工事を中断して実施することとなるが、作業が煩雑であるとともに手間がかかるため、多大な時間を要する場合がある。また、岩盤斜面やトンネル切羽近傍での作業は肌落ちや落石等による労働災害が発生しやすく、作業安全の確保に課題が生じる。 In-situ surveys as well as laboratory rock tests involve tasks such as extracting rocks from the bedrock, which must be carried out by on-site workers on rock slopes and near the tunnel face. This type of work requires interruption of on-site construction work, but it can be time-consuming as it is cumbersome and time-consuming. Furthermore, work on rock slopes and near the tunnel face is prone to industrial accidents due to rockfall and falling rocks, creating challenges in ensuring work safety.
本発明は、かかる課題に鑑みなされたものであって、その主な目的は、迅速かつ安全に地山の一軸圧縮強度を推定し、地山性状を評価することである。 The present invention has been developed in consideration of these problems, and its main purpose is to quickly and safely estimate the uniaxial compressive strength of ground and evaluate ground properties.
かかる目的を達成するため、本発明の壁面強度推定方法は、調査対象面近傍の地山の一軸圧縮強度を推定する壁面強度推定方法であって、表面波速度に基づいて地山の一軸圧縮強度を推定する強度推定式を取得する推定式取得工程と、前記調査対象面に衝撃を付与することで発生する表面波の表面波速度を取得する速度取得工程と、前記表面波速度と前記強度推定式に基づいて、前記一軸圧縮強度を推定する強度推定工程と、を備え、前記推定式取得工程で、P波速度に基づいて地山の一軸圧縮強度を推定する強度推定式を、別途取得し、前記速度取得工程で、前記表面波とともに発生する実体波のP波速度の取得を試み、前記強度推定工程で、前記P波速度が取得できた場合にはP波速度を選択し、対応する強度推定式に基づいて前記一軸圧縮強度を推定することを特徴とする In order to achieve this object, the wall strength estimation method of the present invention is a wall strength estimation method for estimating the uniaxial compressive strength of the natural ground near a survey target surface, and includes an estimation equation acquisition step of acquiring a strength estimation equation for estimating the uniaxial compressive strength of the natural ground based on a surface wave velocity, a velocity acquisition step of acquiring the surface wave velocity of a surface wave generated by applying an impact to the survey target surface, and a strength estimation step of estimating the uniaxial compressive strength based on the surface wave velocity and the strength estimation equation, wherein the estimation equation acquisition step separately acquires a strength estimation equation for estimating the uniaxial compressive strength of the natural ground based on a P-wave velocity, the velocity acquisition step attempts to acquire the P-wave velocity of a body wave generated together with the surface wave, and when the P-wave velocity has been acquired, the strength estimation step selects the P-wave velocity and estimates the uniaxial compressive strength based on the corresponding strength estimation equation.
本発明の壁面強度推定方法によれば、表面波探査技術を利用して遠隔で表面波を検知することで、表面波速度を取得し地山の一軸圧縮強度を推定することができる。これにより、従来より現場作業員が調査対象面近傍で実施していた、調査対象面から室内岩石試験用のコアを採取する、調査対象面でシュミットハンマーによる試験を実施する、もしくはハンマーによる打音調査を実施する等の作業を省略できる。したがって、調査対象面がいずれの作業環境にあっても、遠隔操作により現場作業員の安全性を確保しつつ迅速に地山の強度特性を評価することが可能となる。 According to the wall strength estimation method of the present invention, by remotely detecting surface waves using surface wave exploration technology, it is possible to obtain the surface wave velocity and estimate the uniaxial compressive strength of the ground. This makes it possible to omit tasks that have traditionally been performed by field workers near the surveyed surface, such as extracting cores for indoor rock testing from the surveyed surface, conducting tests with a Schmidt hammer on the surveyed surface, or conducting hammer tapping surveys. Therefore, regardless of the work environment in which the surveyed surface is located, it is possible to quickly evaluate the strength characteristics of the ground by remote operation while ensuring the safety of field workers.
また、表面波速度を採用するため、従来の調査方法では一軸圧縮強度を推定できない程度に調査対象面に劣化が生じている場合にも、地山の強度特性を高い精度で評価することが可能となる。 In addition, because surface wave velocity is used, it is possible to evaluate the strength characteristics of the ground with high accuracy even when the surface being surveyed has deteriorated to such an extent that the unconfined compressive strength cannot be estimated using conventional survey methods.
本発明の壁面強度推定方法によれば、調査対象面に衝撃を付与することで表面波とともに発生する実体波を観測し、表面波速度と併せてP波速度の取得を試みる。これにより、P波速度が取得できた場合にはP波速度を、取得できなかった場合には表面波速度を選択でき、調査対象面の現状に見合った一軸圧縮強度を推定し地山の強度特性を評価することが可能となる。 According to the wall strength estimation method of the present invention, by applying an impact to the surface to be investigated, the body waves generated along with the surface waves are observed, and an attempt is made to obtain the P-wave velocity in addition to the surface wave velocity. This allows the P-wave velocity to be selected if it can be obtained, and the surface wave velocity to be selected if it cannot be obtained, making it possible to estimate the uniaxial compressive strength appropriate to the current state of the surface to be investigated and evaluate the strength characteristics of the natural ground.
本発明の壁面強度推定方法は、前記調査対象面に対をなす受振点を設け、対をなす該受振点間の前記表面波速度及び又はP波速度を取得する速度取得工程と、を備えることを特徴とする。 The wall strength estimation method of the present invention is characterized by comprising a velocity acquisition process for providing a pair of receiving points on the surface to be surveyed and acquiring the surface wave velocity and/or P-wave velocity between the pair of receiving points.
また、本発明の壁面強度推定方法は、前記調査対象面の3次元形状データを取得する形状取得工程を備え、前記速度取得工程は、前記3次元形状データから推定した伝播経路に基づいて、前記表面波速度及び又は前記P波速度を取得することを特徴とする。 The wall strength estimation method of the present invention further includes a shape acquisition process for acquiring three-dimensional shape data of the surface to be surveyed, and the velocity acquisition process is characterized in that it acquires the surface wave velocity and/or the P-wave velocity based on a propagation path estimated from the three-dimensional shape data.
本発明の壁面強度推定方法によれば、一軸圧縮強度の推定に用いる表面波速度又はP波速度を、3次元形状データから推定した伝播経路に基づいて算定できる。これにより、調査対象面の現状に見合った表面波速度を利用して、一軸圧縮強度を推定することが可能となる。 According to the wall strength estimation method of the present invention, the surface wave velocity or P-wave velocity used to estimate the unconfined compressive strength can be calculated based on the propagation path estimated from the three-dimensional shape data. This makes it possible to estimate the unconfined compressive strength using a surface wave velocity appropriate for the current state of the surveyed surface.
本発明の壁面強度推定方法は、前記調査対象面が、トンネル切羽であることを特徴とする。 The wall strength estimation method of the present invention is characterized in that the surface to be surveyed is a tunnel face.
本発明の壁面強度推定方法によれば、肌落ちや落石等による災害を生じる可能性のあるトンネル切羽近傍での現場作業員の作業を省略し、トンネル建設工事に係る調査作業の安全性を向上することが可能となる。 The wall strength estimation method of the present invention makes it possible to eliminate the need for on-site workers to work near the tunnel face, where damage from surface collapse or falling rocks may occur, and to improve the safety of survey work related to tunnel construction work.
本発明の地山性状の評価方法は、トンネル掘削時の押出し性を地山強度比により評価する地山性状の評価方法であって、前記地山強度比の算定に、本発明の壁面強度推定方法で推定した一軸圧縮強度を採用することを特徴とする。 The method for evaluating ground properties of the present invention is a method for evaluating the extrusion properties during tunnel excavation using the ground strength ratio, and is characterized in that the uniaxial compressive strength estimated by the wall strength estimation method of the present invention is used to calculate the ground strength ratio.
本発明の地山性状の評価方法は、トンネル掘削時の押出し性を地山強度比により評価する、地山性状の評価方法であって、前記地山強度比の算定に、準岩盤圧縮強度を用いるとともに、該準岩盤圧縮強度の算定に、少なくとも本発明の壁面強度推定方法で推定した一軸圧縮強度を採用することを特徴とする。 The method for evaluating ground properties of the present invention is a method for evaluating ground properties that evaluates the extrusion properties during tunnel excavation using the ground strength ratio, and is characterized in that the ground strength ratio is calculated using the quasi-rock compressive strength, and the uniaxial compressive strength estimated by at least the wall strength estimation method of the present invention is used to calculate the quasi-rock compressive strength.
本発明の地山性状の評価方法によれば、壁面強度推定方法で推定した一軸圧縮強度を利用して地山強度比を迅速に取得し、地山強度比に基づく支保パターンの設計を速やかに実施することが可能となる。 According to the method for evaluating ground properties of the present invention, it is possible to quickly obtain the ground strength ratio using the uniaxial compressive strength estimated by the wall strength estimation method, and quickly design a support pattern based on the ground strength ratio.
本発明の弾性波探査システムは、本発明の壁面強度推定方法に用いる弾性波探査システムであって、前記調査対象面に衝撃を付与する加振装置と、衝撃により発生する振動を検知し、振動情報を取得する振動計測装置と、を備えることを特徴とする。 The elastic wave exploration system of the present invention is an elastic wave exploration system used in the wall strength estimation method of the present invention, and is characterized by comprising a vibration device that applies an impact to the surface to be surveyed, and a vibration measuring device that detects vibrations generated by the impact and acquires vibration information.
本発明の弾性波探査システムによれば、調査対象面に衝撃を付与する作業から一軸圧縮強度を推定するまでの一連の作業を連続して実施でき、調査作業に係る省人化を図ることが可能となる。 The elastic wave exploration system of the present invention can carry out a series of operations in a continuous manner, from applying an impact to the surveyed surface to estimating the uniaxial compressive strength, making it possible to reduce the number of people required for the survey work.
本発明の弾性波探査システムは、前記振動計測装置に、レーザードップラー振動計が備えられていることを特徴とする。 The elastic wave exploration system of the present invention is characterized in that the vibration measurement device is equipped with a laser Doppler vibrometer.
本発明の弾性波探査システムは、前記振動計測装置に、振動可視化レーダーが備えられていることを特徴とする。 The elastic wave exploration system of the present invention is characterized in that the vibration measurement device is equipped with a vibration visualization radar.
本発明の弾性波探査システムは、前記加振装置に、加振用レーザー発振器が備えられていることを特徴とする。 The elastic wave exploration system of the present invention is characterized in that the excitation device is equipped with an excitation laser oscillator.
本発明の弾性波探査システムは、前記加振装置に、前記調査対象面を直接打撃する打撃手段が備えられていることを特徴とする。 The elastic wave exploration system of the present invention is characterized in that the excitation device is equipped with a striking means for directly striking the surface to be surveyed.
本発明の弾性波探査システムによれば、前記振動計測装置にレーザードップラー振動計や振動可視化レーダーを、また加振装置に加振用レーザー発振器を備えることで、遠隔から安全かつ迅速に調査対象面近傍の表面波や実体波を検知できる。また、加振点と受振点の離間距離を自在に設定することができ、例えば数cm程度に設定することも可能となる。したがって、岩盤の状態が一様ではなく様々な岩石が現れている状態にあるトンネル切羽であっても、切羽内における岩盤強度の分布計測を容易に実施して、切羽の安定性評価に寄与することが可能となる。 According to the elastic wave exploration system of the present invention, by equipping the vibration measuring device with a laser Doppler vibrometer or a vibration visualization radar, and the vibration excitation device with a laser oscillator for excitation, surface waves and body waves near the surface to be investigated can be detected safely and quickly from a remote location. In addition, the distance between the excitation point and the receiving point can be freely set, for example, to about a few centimeters. Therefore, even in the case of a tunnel face where the rock condition is not uniform and various rocks are exposed, it is possible to easily measure the distribution of rock strength within the face and contribute to the evaluation of the stability of the face.
本発明によれば、調査対象面がいずれの作業環境にあっても、調査対象面近傍で実施する作業を大幅に省略でき、現場作業員の安全性を確保しつつ原位置で迅速に地山の強度特性を評価することが可能となる。 According to the present invention, regardless of the working environment of the surface to be surveyed, the work carried out near the surface to be surveyed can be significantly reduced, and it becomes possible to quickly evaluate the strength characteristics of the ground in situ while ensuring the safety of on-site workers.
本発明は、現場作業員の安全性を確保しつつ高い精度で地山の一軸圧縮強度を推定し、さらには、推定した地山の一軸圧縮強度をトンネル掘削時の押出し性の判定指標として用いられる地山強度比の算定に採用し、切羽近傍の地山性状を把握しようとするものである。 The present invention aims to estimate the uniaxial compressive strength of the ground with high accuracy while ensuring the safety of on-site workers, and further to use the estimated uniaxial compressive strength of the ground to calculate the ground strength ratio, which is used as an indicator for determining extrusion properties during tunnel excavation, and to grasp the ground properties near the face.
以下に、図1~図9を参照しつつ、本発明における壁面強度推定方法、地山性状の評価方法、及び弾性波探査システムについて、詳細を説明する。なお、壁面強度推定方法及びこれに使用する弾性波探査システムは、山岳トンネルの掘削工事だけでなく、山岳で実施するダムや道路等の様々な建設工事もしくは岩盤斜面の安定性評価等において採用可能である。 The wall strength estimation method, natural ground property evaluation method, and elastic wave exploration system of the present invention will be described in detail below with reference to Figures 1 to 9. The wall strength estimation method and the elastic wave exploration system used therein can be used not only in mountain tunnel excavation work, but also in various construction works such as dams and roads carried out in mountains, or in the stability evaluation of rock slopes.
≪≪壁面強度推定方法≫≫
図1(a)で示すように、山岳トンネル1の切羽2に設けた加振点P1に衝撃を付与すると、弾性波が発生し地山を伝搬する。壁面強度推定方法では、図2(a)(b)で示すように、弾性波の中でも表面波4と実体波5に着目し、切羽近傍の一軸圧縮強度quを推定する。
<<Wall strength estimation method>>
As shown in Fig. 1(a), when an impact is applied to an excitation point P1 provided at a face 2 of a mountain tunnel 1, elastic waves are generated and propagate through the natural ground. In the wall strength estimation method, as shown in Fig. 2(a) and (b), attention is paid to surface waves 4 and body waves 5 among the elastic waves, and the uniaxial compressive strength qu near the face is estimated.
具体的には、地盤中を伝播する実体波5及び表面波4の両者を切羽2表面で観測してP波速度PVと表面波速度Rvの取得を試みる。こののち、P波速度PVを取得できた場合にはP波速度Pvを選択し、P波速度Pvが取得できなかった場合には、表面波速度Rvを選択する。選択した速度に基づいて切羽2近傍の一軸圧縮強度quを推定する。一軸圧縮強度quの推定には、事前に取得した強度推定式を採用し、強度推定式にP波速度Pvもしくは表面波速度Rvを代入する。 Specifically, both the body waves 5 and surface waves 4 propagating through the ground are observed at the surface of the face 2 to attempt to obtain the P-wave velocity PV and the surface wave velocity Rv. After this, if the P-wave velocity PV can be obtained, the P-wave velocity Pv is selected, and if the P-wave velocity Pv cannot be obtained, the surface wave velocity Rv is selected. The unconfined compressive strength qu near the face 2 is estimated based on the selected velocity. To estimate the unconfined compressive strength qu, a strength estimation formula obtained in advance is used, and the P-wave velocity Pv or the surface wave velocity Rv is substituted into the strength estimation formula.
以下に、壁面強度推定方法の手順を、図3で示すフローに沿って説明する。なお、表面波4は、弾性波のなかでも切羽2の表面に沿って伝播する波のレイリー波を採用し、実体波5は、切羽2近傍の地盤中を伝播する直接波のP波を採用している。 The procedure for the wall strength estimation method is explained below with reference to the flow shown in Figure 3. Note that the surface waves 4 are Rayleigh waves, which are elastic waves that propagate along the surface of the face 2, and the body waves 5 are P waves, which are direct waves that propagate through the ground near the face 2.
≪≪≪推定式取得工程≫≫≫
まず、一軸圧縮強度quの推定に用いる強度推定式を取得する。強度推定式は、P波速度Pvに基づいて一軸圧縮強度quを推定する際に用いる強度推定式(P波用)と、表面波速度Rvに基づいて一軸圧縮強度quを推定する際に用いる強度推定式(表面波用)を取得する。
≪≪≪Estimated formula acquisition process≫≫≫
First, a strength estimation formula for estimating the unconfined compressive strength qu is obtained. The strength estimation formula includes a strength estimation formula (for P waves) used when estimating the unconfined compressive strength qu based on the P-wave velocity Pv, and a strength estimation formula (for surface waves) used when estimating the unconfined compressive strength qu based on the surface wave velocity Rv.
≪強度推定式(P波用)の取得≫
一般に、岩盤から採取した岩石の一軸圧縮強度と岩石から取得した供試体の弾性波速度は相関関係があることが知られており、近似式も広く活用されている。したがって、P波速度Pvに基づいて一軸圧縮強度quを推定する際に用いる強度推定式(P波用)は、これらの近似式を適宜採用すればよい。
<Obtaining the intensity estimation formula (for P waves)>
In general, it is known that there is a correlation between the unconfined compressive strength of rocks taken from rock masses and the elastic wave velocity of specimens obtained from the rocks, and approximation formulas are widely used. Therefore, the strength estimation formula (for P waves) used when estimating the unconfined compressive strength qu based on the P-wave velocity Pv can be any of these approximation formulas.
≪強度推定式(表面波用)の取得≫
一方、表面波速度Rvに基づいて一軸圧縮強度quを推定する強度推定式(表面波用)の取得方法は、次に示すとおりである。
<Obtaining the intensity estimation formula (for surface waves)>
On the other hand, the method of obtaining the strength estimation equation (for surface waves) for estimating the uniaxial compressive strength qu based on the surface wave velocity Rv is as follows.
表面波速度RvとP波速度Pvとの間に相関があるとの一般的な知見に鑑みると、一軸圧縮強度quと表面波速度Rvとの間にも相関があるといえる。そこで、次の試験を行って、切羽2近傍の一軸圧縮強度quと表面波速度Rvとの関係式を取得し、これを強度推定式(表面波用)として採用する。 Considering the general knowledge that there is a correlation between the surface wave velocity Rv and the P-wave velocity Pv, it can be said that there is also a correlation between the unconfined compressive strength qu and the surface wave velocity Rv. Therefore, the following test is carried out to obtain the relational equation between the unconfined compressive strength qu and the surface wave velocity Rv near the face 2, and this is adopted as the strength estimation equation (for surface waves).
試験は、任意の複数の岩盤各々からコアSを採取し、それぞれ一軸圧縮試験を行って一軸圧縮強度quを測定した。一軸圧縮試験は、JGS 2521「岩石の一軸圧縮試験方法」に基づいて実施した。また、図4(a)で示すように、一軸圧縮試験に用いるコアSの各々に対して、人工的に弾性波動を発生させ、コアS表面を伝搬する表面波4の表面波速度Rvを測定した。 For the test, cores S were taken from each of multiple random rock masses, and uniaxial compression tests were performed on each to measure the uniaxial compressive strength qu. The uniaxial compression tests were performed based on JGS 2521 "Method of uniaxial compression test of rocks." In addition, as shown in Figure 4 (a), elastic waves were artificially generated for each of the cores S used in the uniaxial compression tests, and the surface wave velocity Rv of the surface wave 4 propagating on the surface of the core S was measured.
表面波速度Rvを測定する手段はなんら制限されるものではないが、本実施の形態では、コアSを加振する手段及び表面波4を受振する手段の両者に、レーザーを採用した。具体的には、コアSの側面に設けた加振点P1に向けて加振用レーザー光L1を照射し、同じくコアSの側面に設けた受振点P2に向けて計測用レーザーL2を照射した。 There is no limitation on the means for measuring the surface wave velocity Rv, but in this embodiment, lasers are used for both the means for exciting the core S and the means for receiving the surface wave 4. Specifically, an exciting laser beam L1 is irradiated toward an exciting point P1 provided on the side surface of the core S, and a measurement laser beam L2 is irradiated toward an exciting point P2 also provided on the side surface of the core S.
加振用レーザー光L1の照射は、加振用レーザー発振器201としてパルス間隔8nsのNd-YAGレーザーを採用した。その原理は、パルスレーザー照射によりコアS表面がアブレーションあるいは温度上昇によって瞬間的に膨張し、コアSの内部に弾性波が発生するというものである。また、計測用レーザー光L2の照射は、遠隔から高精度に振動を測定できるレーザードップラー振動計111を採用した。変位分解能は1μm、測定距離は5~10m程度、加振点P1と受振点P2の離間距離は、40~80mm程度に設定した。 For irradiation of the excitation laser light L1, an Nd-YAG laser with a pulse interval of 8 ns was used as the excitation laser oscillator 201. The principle is that the surface of the core S expands instantaneously due to ablation or temperature rise caused by pulsed laser irradiation, generating elastic waves inside the core S. For irradiation of the measurement laser light L2, a laser Doppler vibrometer 111 was used, which can measure vibrations remotely with high accuracy. The displacement resolution was set to 1 μm, the measurement distance to approximately 5 to 10 m, and the distance between the excitation point P1 and the receiving point P2 to approximately 40 to 80 mm.
上記の加振用レーザー発振器201により、コアSの加振点P1に向けて加振用レーザー光L1を照射して弾性波を発生させた。また、上記のレーザードップラー振動計111により、コアSの受振点P2に向けて計測用レーザーL2を照射して振動測定を行い、表面波4を検知した。こののち、加振点P1から受振点P2までの到達時間と両者の離間距離とに基づいて、表面波速度Rvを測定した。 The excitation laser oscillator 201 irradiated excitation laser light L1 toward the excitation point P1 of the core S to generate elastic waves. The laser Doppler vibrometer 111 irradiated measurement laser L2 toward the receiving point P2 of the core S to measure vibration and detect surface waves 4. After that, the surface wave velocity Rv was measured based on the arrival time from the excitation point P1 to the receiving point P2 and the distance between them.
測定した結果を、図4(b)で示すように、一軸圧縮強度quを縦軸とし表面波速度Rvを横軸としたグラフにプロットした。これにより得られる一軸圧縮強度quと表面波速度Rvとの関係式を、表面波速度Rvに基づいて切羽2近傍の一軸圧縮強度quを推定する強度推定式(表面波用)として、採用する。 The measurement results were plotted on a graph with the unconfined compressive strength qu on the vertical axis and the surface wave velocity Rv on the horizontal axis, as shown in Figure 4 (b). The relational equation between the unconfined compressive strength qu and the surface wave velocity Rv obtained in this way was adopted as the strength estimation equation (for surface waves) for estimating the unconfined compressive strength qu near the face 2 based on the surface wave velocity Rv.
図4(b)をみると、決定係数R2は0.8を超えており、関係式は上記の試験で取得したデータに当てはまる様子がわかる。なお、上記の試験では、コアSの側面を研磨し表面波速度Rvを測定した。 As can be seen from Figure 4(b), the coefficient of determination R2 exceeds 0.8, and the relational equation fits the data obtained in the above test. In the above test, the side surface of the core S was polished and the surface wave velocity Rv was measured.
≪弾性波探査システムの据え付け≫
上記のとおり、強度推定式を取得する作業と同時にもしくはこれと前後して、切羽2を加振してP波速度Pvと表面波速度Rvを取得するべく、山岳トンネル1の坑内に弾性波探査システム100を据え付ける。
<Installation of the elastic wave exploration system>
As described above, simultaneously with or before or after the work of obtaining the strength estimation equation, an elastic wave exploration system 100 is installed inside the mountain tunnel 1 to vibrate the face 2 and obtain the P-wave velocity Pv and the surface wave velocity Rv.
≪弾性波探査システム100≫
弾性波探査システム100は、図1(a)で示すように、少なくとも振動計測装置10と、加振装置20と、情報処理端末30とを備えている。
<Elastic wave exploration system 100>
As shown in FIG. 1( a ), the elastic wave exploration system 100 includes at least a vibration measuring device 10 , a vibration excitation device 20 , and an information processing terminal 30 .
振動計測装置10は、加振により発生した振動を受振する装置であり、レーザー振動計11と、レーザー振動計11を制御する振動計コントローラー12を備える。また、スキャナー13と、スキャナー13を制御するスキャナーコントローラー14とを備える。 The vibration measuring device 10 is a device that receives vibrations generated by excitation, and includes a laser vibrometer 11 and a vibrometer controller 12 that controls the laser vibrometer 11. It also includes a scanner 13 and a scanner controller 14 that controls the scanner 13.
レーザー振動計11は、上記の≪事前準備≫で強度推定式(表面波用)を取得するための試験で使用したレーザードップラー振動計111を採用している。レーザードップラー振動計111は、切羽2に設けた受振点P2に向けて計測用レーザーL2を照射して反射したレーザー光の周波数の変化を検知し、振動情報を取得する。 The laser vibrometer 11 is the laser Doppler vibrometer 111 used in the test to obtain the intensity estimation formula (for surface waves) in the above-mentioned <<Preparation>>. The laser Doppler vibrometer 111 irradiates a measurement laser L2 toward a receiving point P2 installed on the face 2, detects changes in the frequency of the reflected laser light, and obtains vibration information.
その性能(変位分解能等)は、振動計コントローラー12を利用して適宜制御することが可能である。レーザー振動計11で取得した振動情報に基づいて、実体波5及び表面波4を検出することができる。 Its performance (displacement resolution, etc.) can be appropriately controlled using the vibrometer controller 12. Body waves 5 and surface waves 4 can be detected based on the vibration information acquired by the laser vibrometer 11.
スキャナー13は、計測用レーザーL2を受振点P2にピンポイントで照射することを目的に使用するものであり、いわゆるガルバノスキャナを採用している。ガルバノスキャナは、レーザー光反射鏡131を備え、スキャナーコントローラー14により所望の角度に回転することができる。 The scanner 13 is used to pinpoint the measurement laser L2 at the receiving point P2, and employs a so-called galvanometer scanner. The galvanometer scanner is equipped with a laser light reflector 131 and can be rotated to a desired angle by the scanner controller 14.
加振装置20は、上記の≪事前準備≫で強度推定式(表面波用)を取得するための試験で使用した加振用レーザー発振器201を採用している。加振用レーザー発振器201は、パルスレーザー照射によって切羽2の表面をアブレーションあるいは温度上昇させ、地山の内部に弾性波を発生させる。 The excitation device 20 employs the excitation laser oscillator 201 used in the test to obtain the intensity estimation formula (for surface waves) in the above-mentioned <<Preparation>>. The excitation laser oscillator 201 ablates or raises the temperature of the surface of the tunnel face 2 by irradiating it with a pulsed laser, generating elastic waves inside the natural ground.
情報処理端末30は、振動計測装置10及び加振装置20との間でデータの送受信が可能となるよう、無線もしくは有線で接続されるとともに、図1(b)で示すように、入力装置31、出力装置32、中央演算処理装置33、ファイル装置34、及びメインメモリ35を備えている。 The information processing terminal 30 is connected wirelessly or by wire to the vibration measuring device 10 and the vibration excitation device 20 so as to enable data transmission and reception therebetween, and is equipped with an input device 31, an output device 32, a central processing unit 33, a file device 34, and a main memory 35, as shown in FIG. 1(b).
入力装置31は、例えばキーボード、スキャナー、タッチパネル等であり、出力装置32は、ディスプレイやプリンター等が挙げられる。また、中央演算処理装置33は、CPU、GPU、ROM、RAM及びハードウェアインタフェース等を有するコンピュータである。 The input device 31 is, for example, a keyboard, a scanner, a touch panel, etc., and the output device 32 is, for example, a display or a printer, etc. The central processing unit 33 is a computer having a CPU, a GPU, a ROM, a RAM, a hardware interface, etc.
ファイル装置34は、半導体メモリ又はハードディスクドライブ等からなる記憶装置である。詳細は後述するが、壁面強度推定方法で使用する条件データファイル341、観測データファイル342、算定データファイル343等が格納されている。例えば、条件データファイル341には、P波速度Pv及び表面波速度Rvの算定に必要となる強度推定式等のデータを格納しておくとよい。 The file device 34 is a storage device consisting of a semiconductor memory or a hard disk drive. Details will be described later, but it stores a condition data file 341, an observation data file 342, a calculation data file 343, etc., used in the wall strength estimation method. For example, the condition data file 341 may store data such as a strength estimation formula required to calculate the P-wave velocity Pv and the surface wave velocity Rv.
また、本実施の形態では、壁面強度推定方法に引き続き、後述する地山性状の評価方法にも情報処理端末30を利用する場合を考慮し、性状評価ファイル344等をファイル装置34に格納している。さらに、これらのファイルに加えて、切羽2の位置情報や地山の地質情報、もしくは切羽2の画像データ等、トンネル施工に必要な情報を記録したファイルを、ファイル装置34に格納してもよい。 In this embodiment, in consideration of the case where the information processing terminal 30 is also used for the method of evaluating natural ground properties, which will be described later, following the wall strength estimation method, the property evaluation file 344 and the like are stored in the filing device 34. Furthermore, in addition to these files, files recording information necessary for tunnel construction, such as position information of the tunnel face 2, geological information of the natural ground, or image data of the tunnel face 2, may be stored in the filing device 34.
メインメモリ35は、中央演算処理装置33によって実行可能なプログラムやデータを一時的に格納するものであり、詳細は後述するが、速度算定部351、強度推定部352、地山性状の評価方法で用いる強度比算定部353、準岩盤強度算定部354を、少なくとも備えている。 The main memory 35 temporarily stores programs and data that can be executed by the central processing unit 33, and includes at least a speed calculation unit 351, a strength estimation unit 352, a strength ratio calculation unit 353 used in the evaluation method for natural ground properties, and a quasi-rock strength calculation unit 354, as will be described in detail later.
上記の弾性波探査システム100を用いれば、切羽2へ衝撃を付与する作業から一軸圧縮強度quの推定、さらには後述する地山強度比GNの算定に係る一連の作業を、連続して迅速に行うことができ、調査作業に係る省人化を図ることができる。 Using the above-mentioned elastic wave exploration system 100, a series of tasks from applying an impact to the face 2 to estimating the uniaxial compressive strength qu and calculating the ground strength ratio GN, which will be described later, can be performed continuously and quickly, thereby reducing the number of people required for the investigation work.
なお、弾性波探査システム100は上記の構成に限定されるものではなく、例えば、情報処理端末30を省略してもよい。情報処理端末30を省略する場合には、情報処理端末30に代わる機能を有する他のシステムや携帯処理端末等を別途準備し、振動計測装置10及び加振装置20との間で、データの送受信が可能となるよう、無線もしくは有線で接続すればよい。また、振動計測装置10は1台に限定されるものではなく、複数台を装備し、複数の受振点で振動情報を取得してもよい。 The elastic wave exploration system 100 is not limited to the above configuration, and for example, the information processing terminal 30 may be omitted. In the case where the information processing terminal 30 is omitted, another system or a mobile processing terminal having functions in place of the information processing terminal 30 may be separately prepared, and a wireless or wired connection may be made between the vibration measuring device 10 and the excitation device 20 so that data can be sent and received. Furthermore, the vibration measuring device 10 is not limited to one unit, and multiple units may be installed to obtain vibration information at multiple receiving points.
さらに、振動計測装置10や加振装置20についても、切羽2との間で現場作業員の安全を確保できる距離を確保可能であれば、いずれの手段もしくは設備を採用してもよい。例えば、図9で示すように、加振装置20にジャイアントブレーカー202を採用してもよいし、振動計測装置10に振動を検知可能な振動可視化レーダー101を採用してもよい。振動可視化レーダー101としては、例えば、ミリ波(波長がmm単位となる30~300Ghz帯の電波)を対象物に照射してセンシングを行う、ミリ波レーダーの採用が考えられる。 Furthermore, for the vibration measuring device 10 and the excitation device 20, any means or equipment may be used as long as a distance can be secured between the face 2 to ensure the safety of on-site workers. For example, as shown in FIG. 9, a giant breaker 202 may be used for the excitation device 20, and a vibration visualization radar 101 capable of detecting vibrations may be used for the vibration measuring device 10. As the vibration visualization radar 101, for example, a millimeter wave radar that senses by irradiating an object with millimeter waves (radio waves in the 30 to 300 GHz band with wavelengths in mm) may be used.
ミリ波レーダーは、動作距離が数十m、電波の発信及び受信が検知角度100°前後程度の性能を有する。したがって、ミリ波レーダーで切羽2表面を探査することにより、加振装置20により加振された切羽2表面の微細な振動挙動を、切羽2における所望の複数位置で同時に検出することができる。なお、ミリ波レーダーを使用する場合には、切羽とミリ波レーダーとの間に、ミリ波が透過しない物体(例えば、施工機器や現場作業員等)が入り込む事象を排除する対策が必要となる。 Millimeter-wave radar has an operating distance of several tens of meters, and a detection angle of approximately 100° for the transmission and reception of radio waves. Therefore, by detecting the surface of the face 2 with a millimeter-wave radar, the minute vibration behavior of the surface of the face 2 excited by the vibration device 20 can be detected simultaneously at multiple desired positions on the face 2. When using a millimeter-wave radar, measures are required to prevent objects that cannot transmit millimeter waves (e.g., construction equipment, on-site workers, etc.) from coming between the face and the millimeter-wave radar.
上記のように、振動計測装置10にレーザードップラー振動計または振動可視化レーダー110を採用し、加振装置20に加振用レーザー発振器を採用すると、加振点P1と受振点P2の離間距離を自在に設定することができ、例えば数cm程度に設定しつつ、実体波5及び表面波4を検出することも可能となる。したがって、切羽2近傍の岩盤が一様ではなく様々な岩盤が現れている状態にあっても、切羽2内における岩盤強度の分布計測を容易に実施して、切羽の安定性評価に寄与することが可能となる。 As described above, by adopting a laser Doppler vibrometer or vibration visualization radar 110 for the vibration measuring device 10 and an excitation laser oscillator for the excitation device 20, the distance between the excitation point P1 and the receiving point P2 can be freely set, for example to about a few centimeters, and it is also possible to detect body waves 5 and surface waves 4. Therefore, even if the rock mass near the face 2 is not uniform and various rock masses are present, it is possible to easily measure the distribution of rock mass strength within the face 2 and contribute to the evaluation of the stability of the face.
≪≪≪速度取得工程≫≫≫
上述した弾性波探査システム100を利用して、実体波5及び表面波4を観測し、P波速度Pv及び表面波速度Rvの算定を試みる。
≪≪≪Speed acquisition process≫≫≫
Using the above-described elastic wave exploration system 100, the body waves 5 and surface waves 4 are observed, and an attempt is made to calculate the P-wave velocity Pv and the surface wave velocity Rv.
≪事例1:加振点P1と受振点P2を利用≫
まず、図1(a)で示すように、切羽2上に設けた加振点P1に向けて加振装置20から加振用レーザー光L1を照射して弾性波を発生させるとともに、照射時刻を取得する。また、切羽2上に設けた受振点P2に向けて振動計測装置10から計測用レーザーL2を照射して振動測定を行い、表面波4及び実体波5を観測するとともに観測時刻を取得する。
<<Example 1: Using excitation point P1 and receiving point P2>>
1(a), an excitation laser beam L1 is emitted from an excitation device 20 toward an excitation point P1 provided on the working face 2 to generate elastic waves and acquire the emission time. A measurement laser L2 is emitted from a vibration measuring device 10 toward a receiving point P2 provided on the working face 2 to measure vibrations, and surface waves 4 and body waves 5 are observed and the observation times are acquired.
加振点P1に向けた加振用レーザー光L1の照射時刻と、受振点P2で観測した表面波4及び実体波5各々の観測時刻は、情報処理端末30に送信され、ファイル装置34の観測データファイル342に格納される。すると、中央演算処理装置33は速度算定部351の指令を受け、表面波速度Rv及びP波速度Pvを算定する。 The time of irradiation of the excitation laser light L1 toward the excitation point P1 and the observation time of each of the surface wave 4 and body wave 5 observed at the receiving point P2 are transmitted to the information processing terminal 30 and stored in the observation data file 342 of the file device 34. The central processing unit 33 then receives a command from the velocity calculation unit 351 and calculates the surface wave velocity Rv and the P-wave velocity Pv.
P波速度Pvは、図2(a)で示すように、加振点P1での照射時刻と受振点P2での実体波5の観測時刻との差である時間差Δtp1と、加振点P1と受振点P2との離間距離D1とに基づいて算定する。一方、表面波速度Rvは、加振点P1での照射時刻と受振点P2での表面波4の観測時刻との差である時間差Δtr1と、加振点P1と受振点P2との離間距離D1とに基づいて算定する。 2A, the P-wave velocity Pv is calculated based on the time difference Δtp 1 between the irradiation time at the excitation point P1 and the observation time of the body wave 5 at the receiving point P2, and the distance D1 between the excitation point P1 and the receiving point P2. On the other hand, the surface wave velocity Rv is calculated based on the time difference Δtr 1 between the irradiation time at the excitation point P1 and the observation time of the surface wave 4 at the receiving point P2, and the distance D1 between the excitation point P1 and the receiving point P2.
≪事例2:2つの受振点P2、P3を利用≫
P波速度Pv及び表面波速度Rvは、図2(b)で示すように、切羽2に2つの受振点P2、P3を設け、これらで観測したデータを用いて算定してもよい。なお、加振装置20としてジャイアントブレーカー202を採用する場合には、2つの受振点P2、P3と加振点P1とを概ね一直線上に配置するとよい。
<<Case 2: Using two receiving points P2 and P3>>
As shown in Fig. 2(b), the P-wave velocity Pv and the surface wave velocity Rv may be calculated using data observed at two receiving points P2 and P3 provided at the face 2. When a giant breaker 202 is used as the vibration device 20, it is advisable to arrange the two receiving points P2 and P3 and the vibration point P1 approximately on a straight line.
具体的には、P波速度Pvを、2つの受振点P2、P3間の実体波5の到達時間差Δtp2と、2つの受振点P2、P3間の離間距離D2とに基づいて算定する。一方、表面波速度Rvは、2つの受振点P2、P3間の表面波4の到達時間差Δtr2と、2つの受振点P2、P3間の離間距離D2とに基づいて算定する。 Specifically, the P-wave velocity Pv is calculated based on the arrival time difference Δtp2 of the body wave 5 between the two receiving points P2 and P3 and the distance D2 between the two receiving points P2 and P3. On the other hand, the surface wave velocity Rv is calculated based on the arrival time difference Δtr2 of the surface wave 4 between the two receiving points P2 and P3 and the distance D2 between the two receiving points P2 and P3.
事例1及び事例2のいずれの場合も、算定されたP波速度Pv及び表面波速度Rvは、ファイル装置34の算定データファイル343に格納される。また、加振点P1と受振点P2との離間距離D1、及び2つの受振点P2、P3間の離間距離D2は各々の最短距離を採用し、条件データファイル341に格納しておくとよい。 In both cases of Case 1 and Case 2, the calculated P-wave velocity Pv and surface wave velocity Rv are stored in the calculation data file 343 of the filing device 34. In addition, the distance D1 between the excitation point P1 and the receiving point P2, and the distance D2 between the two receiving points P2 and P3 should be the shortest distance between them, and should be stored in the condition data file 341.
≪事例3:3次元形状データを利用≫
切羽2の表面形状に凹凸がある場合、表面波4及び実体波5はともに直線的に伝播せず、事例1及び事例2のような、表面波速度Rv及びP波速度Pvの算定に最短の離間距離D1もしくは離間距離D2を採用すると、実際の速度より遅く評価されるおそれが生じる。特に、切羽2の表面形状に谷部がある場合に顕著である。
<<Example 3: Using 3D shape data>>
When the surface shape of the face 2 is uneven, the surface waves 4 and the body waves 5 do not propagate linearly, and when the shortest distance D1 or D2 is used to calculate the surface wave velocity Rv and the P-wave velocity Pv as in Case 1 and Case 2, there is a risk that the velocities will be evaluated to be slower than the actual velocities. This is particularly noticeable when the surface shape of the face 2 has valleys.
そこで、事例3では、表面波速度Rv及びP波速度Pvの算定に先立ち、切羽2表面の3次元形状を把握するべく、3次元形状データを取得する。そして、取得した3次元形状データから推定した伝播経路に基づいて、加振点P1と受振点P2間の最短の伝播距離D3及び2つの受振点P2、P3間の最短の伝播距離D4を算定する。 Therefore, in Case 3, prior to calculating the surface wave velocity Rv and the P-wave velocity Pv, three-dimensional shape data is acquired to grasp the three-dimensional shape of the surface of the face 2. Then, based on the propagation path estimated from the acquired three-dimensional shape data, the shortest propagation distance D3 between the excitation point P1 and the receiving point P2 and the shortest propagation distance D4 between the two receiving points P2 and P3 are calculated.
この伝播距離D3もしくは伝播距離D4を採用し、表面波速度Rv及びP波速度Pvを算出することとした。以下に、切羽2表面の3次元形状データの取得方法、及び推定した表面波4及び実体波5の伝播経路に基づいて、伝播距離D3及び伝播距離D4の算出方法を説明する。 The propagation distance D3 or D4 is used to calculate the surface wave velocity Rv and the P-wave velocity Pv. Below, we explain how to obtain the three-dimensional shape data of the face 2 surface, and how to calculate the propagation distance D3 and the propagation distance D4 based on the estimated propagation paths of the surface wave 4 and the body wave 5.
≪≪≪形状取得工程≫≫≫
≪3次元形状データの取得≫
図5(a)で示すように、切羽2表面の3次元形状データは、3次元形状計測装置40を利用して取得する。3次元形状計測装置40は、何ら限定されるものではないが、例えば、3DレーザースキャナやLiDAR等を採用すると良い。
≪≪≪Shape acquisition process≫≫≫
<Acquisition of 3D shape data>
5A, the three-dimensional shape data of the surface of the working face 2 is acquired using a three-dimensional shape measuring device 40. The three-dimensional shape measuring device 40 is not limited in any way, but may be, for example, a 3D laser scanner or LiDAR.
3Dレーザースキャナは、計測対象物の表面に係る形状把握や凹凸を計測する手段として広く一般に採用されており、計測対象物の表面形状をxyz座標上の点群で表現した点群モデルを、3次元表面形状データとして取得できる。したがって、計測対象物として切羽2を採用すれば、切羽2表面の3次元形状を点群モデルで取得することができる。これにより、切羽2表面に設定した2地点間の寸法や角度は、点群モデルを形成する点群の位置座標から取得することもできるし、点群モデルと3次元CADデータとの関連付けを行うと、CAD上で寸法計算を行うことも可能である。 3D laser scanners are widely used as a means of grasping the shape and measuring unevenness of the surface of a measurement object, and can obtain a point cloud model that expresses the surface shape of the measurement object as a point cloud on the xyz coordinate system as three-dimensional surface shape data. Therefore, if the face 2 is used as the measurement object, the three-dimensional shape of the face 2 surface can be obtained as a point cloud model. As a result, the dimensions and angles between two points set on the face 2 surface can be obtained from the position coordinates of the point cloud that forms the point cloud model, and by associating the point cloud model with three-dimensional CAD data, it is also possible to perform dimensional calculations on CAD.
≪推定した伝播経路に基づく伝播距離D3、D4≫
例えば、図5(b)で示すような、加振点P1と受振点P2間の最短の伝播距離D3は、次の手順により算定できる。なお、本実施の形態では、切羽2表面上の頂部と谷部とを結ぶ稜線上に位置する2点間の最短距離を、稜線距離と称する。
<<Propagation distances D3 and D4 based on estimated propagation paths>>
For example, the shortest propagation distance D3 between the excitation point P1 and the receiving point P2 as shown in Fig. 5(b) can be calculated by the following procedure. In this embodiment, the shortest distance between two points located on the ridge line connecting the peak and valley on the surface of the face 2 is called the ridge line distance.
まず、加振点P1及び受振点P2の各々に隣接して位置する谷部間の最短距離D31を計測する。次に、加振点P1とこれに隣接する谷部までの稜線距離D32、及び受振点P2とこれに隣接する谷部までの稜線距離D33をそれぞれ計測する。そして、これら3つの算定結果を合算することで、加振点P1及び受振点P2間の最短の伝播距離D3が算出される。 First, the shortest distance D31 between the valleys located adjacent to each of the excitation point P1 and the receiving point P2 is measured. Next, the ridgeline distance D32 from the excitation point P1 to the adjacent valley, and the ridgeline distance D33 from the receiving point P2 to the adjacent valley are measured. Then, by adding together these three calculation results, the shortest propagation distance D3 between the excitation point P1 and the receiving point P2 is calculated.
また、2つの受振点P2、P3が、例えば図6(a)~(c)で示すような位置にある場合には、両者間の最短の伝播距離D4を次の手順により算定できる。なお、伝播距離D4の算定手順は、上述した加振点P1と受振点P2の最短の伝播距離D4の算定に用いることも可能である。 When the two receiving points P2 and P3 are located at positions such as those shown in Figures 6(a) to 6(c), the shortest propagation distance D4 between them can be calculated by the following procedure. Note that the procedure for calculating the propagation distance D4 can also be used to calculate the shortest propagation distance D4 between the excitation point P1 and the receiving point P2 described above.
図6(a)は、切羽2表面の不陸が小さいなだらかな場合の、最短の伝播距離D4の算定方法を示している。まず、共に谷部に位置する加振点P1及び受振点P2の最短距離D41を計測する。次に、同じく共に谷部に位置する加振点P1、P3間の最短距離D42を計測し、両者の差を伝播距離D4として算定する。 Figure 6 (a) shows a method for calculating the shortest propagation distance D4 when the unevenness of the face 2 surface is small and gentle. First, the shortest distance D41 between the excitation point P1 and the receiving point P2, both of which are located in a valley, is measured. Next, the shortest distance D42 between the excitation points P1 and P3, both of which are also located in a valley, is measured, and the difference between the two is calculated as the propagation distance D4.
図6(b)は、加振点P1及び2つの受振点P2、P3が、切羽2表面の凹部に位置する場合の伝播距離D4の算定方法を示している。まず、谷部に位置する加振点P1と頂部に位置する受振点P2との最短距離D41を計測する。最短距離D41は、加振点P1と受振点P2に近接する谷部間の直線距離と、この谷部と受振点P2間の稜線距離を合算する。次に、谷部に位置する加振点P1と同じく谷部に位置する受振点P3との地山内の最短距離D42を算定する。そして、最短距離D42と最短距離D41の差を、伝播距離D4として算定する。 Figure 6 (b) shows a method for calculating the propagation distance D4 when the excitation point P1 and two receiving points P2, P3 are located in a recess on the surface of the face 2. First, the shortest distance D41 between the excitation point P1 located in a valley and the receiving point P2 located at the top is measured. The shortest distance D41 is calculated by adding up the straight-line distance between the excitation point P1 and the valley close to the receiving point P2, and the ridge distance between this valley and the receiving point P2. Next, the shortest distance D42 in the natural ground between the excitation point P1 located in the valley and the receiving point P3 also located in the valley is calculated. The difference between the shortest distance D42 and the shortest distance D41 is then calculated as the propagation distance D4.
図6(c)は、加振点P1及び2つの受振点P2、P3が、切羽2表面の凸部に位置する場合の伝播距離D4の算定方法を示している。まず、稜線上に位置する加振点P1と谷部に位置する受振点P2までの最短距離D41を算定する。最短距離D41は、加振点P1とこれに近接する谷部間の稜線距離と、この谷部と受振点P2間の直線距離を合算する。次に、稜線上に位置する加振点P1と谷部に位置する受振点P3までの最短距離D42を算定する。最短距離D42は、加振点P1とこれに近接する谷部間の稜線距離と、この谷部と受振点P3間の直線距離を合算する。そして、最短距離D42と最短距離D41の差を、伝播距離D4として算定する。 Figure 6 (c) shows a method for calculating the propagation distance D4 when the excitation point P1 and two receiving points P2, P3 are located on the convex part of the face 2 surface. First, the shortest distance D41 between the excitation point P1 located on the ridgeline and the receiving point P2 located in the valley is calculated. The shortest distance D41 is calculated by adding up the ridgeline distance between the excitation point P1 and the nearby valley, and the straight-line distance between this valley and the receiving point P2. Next, the shortest distance D42 between the excitation point P1 located on the ridgeline and the receiving point P3 located in the valley is calculated. The shortest distance D42 is calculated by adding up the ridgeline distance between the excitation point P1 and the nearby valley, and the straight-line distance between this valley and the receiving point P3. Then, the difference between the shortest distance D42 and the shortest distance D41 is calculated as the propagation distance D4.
≪≪≪強度推定工程≫≫≫
算定されたP波速度Pv及び表面波速度Rvが、ファイル装置34の算定データファイル343に格納されると、中央演算処理装置33は強度推定部352の指令を受け、表面波速度RvもしくはP波速度Pvに基づいて、切羽2近傍の切羽2近傍の一軸圧縮強度quを推定する。
≪≪≪Strength estimation process≫≫≫
When the calculated P-wave velocity Pv and surface wave velocity Rv are stored in the calculation data file 343 of the filing device 34, the central processing unit 33 receives a command from the strength estimation unit 352 and estimates the uniaxial compressive strength qu near the face 2 based on the surface wave velocity Rv or the P-wave velocity Pv.
一軸圧縮強度quを算定するにあたっては、P波速度Pvが取得できた場合にはP波速度Pvを選択し、取得できなかった場合に表面波速度Rvを採用する。P波速度Pvを選択した場合には強度推定式(P波用)を採用し、表面波速度Rvを選択した場合には強度推定式(表面波用)を採用して、一軸圧縮強度quを算定する。強度推定式(P波用、表面波用)はいずれも、ファイル装置34の条件データファイル341に格納されている。また、算定された一軸圧縮強度quは、ファイル装置34の算定データファイル343に格納される。 When calculating the uniaxial compressive strength qu, if the P-wave velocity Pv can be obtained, the P-wave velocity Pv is selected, and if it cannot be obtained, the surface wave velocity Rv is used. If the P-wave velocity Pv is selected, the strength estimation formula (for P waves) is used, and if the surface wave velocity Rv is selected, the strength estimation formula (for surface waves) is used to calculate the uniaxial compressive strength qu. Both strength estimation formulas (for P waves, for surface waves) are stored in the condition data file 341 of the filing device 34. The calculated uniaxial compressive strength qu is stored in the calculation data file 343 of the filing device 34.
実体波5は表面波4と比較して振幅が小さいため、加振点P1への1回の打撃につき、実体波5を捉えることができれば表面波4を捉えることもでき、P波速度Pv及び表面波速度Rvの両者を取得できる。例えば、起振力の大きいブレーカー起振の場合(加振装置20にジャイアントブレーカー202を採用した場合等)、P波速度Pv及び表面波速度Rvの両者を取得できる蓋然性が高い。このような場合には、P波速度Pvを採用する。 Since the amplitude of the body wave 5 is smaller than that of the surface wave 4, if the body wave 5 can be captured for each impact on the excitation point P1, the surface wave 4 can also be captured, and both the P-wave velocity Pv and the surface wave velocity Rv can be obtained. For example, in the case of a breaker excitation with a large excitation force (such as when a giant breaker 202 is used for the excitation device 20), there is a high probability that both the P-wave velocity Pv and the surface wave velocity Rv can be obtained. In such a case, the P-wave velocity Pv is used.
一方、起振力が小さいレーザー起振の場合(加振装置20に加振用レーザー発振器201を採用した場合等)、P波速度Pvを取得できない蓋然性が高い。このように、実体波5を捉えることができない場合には、表面波4を捉えて表面波速度Rv取得し、これを採用する。 On the other hand, in the case of laser excitation, which has a small excitation force (such as when an excitation laser oscillator 201 is used in the excitation device 20), there is a high probability that the P-wave velocity Pv cannot be obtained. In this way, when the body wave 5 cannot be captured, the surface wave 4 is captured to obtain the surface wave velocity Rv, and this is used.
上記のとおり、壁面強度推定方法によれば、弾性波探査システム100を利用してP波速度Pv及び表面波速度Rvを取得し、切羽2近傍の一軸圧縮強度quを推定することができる。これにより、従来より現場作業員が調査対象面近傍で実施していた、調査対象面から室内岩石試験用のコアを採取する、もしくは調査対象面でシュミットハンマーによる試験を実施する等の作業を省略できる。したがって、調査対象面がいずれの作業環境にあっても、現場作業員の安全性を確保しつつ原位置で迅速に地山の強度特性を評価することが可能となる。 As described above, according to the wall strength estimation method, the P-wave velocity Pv and the surface wave velocity Rv can be acquired using the elastic wave exploration system 100, and the uniaxial compressive strength qu near the face 2 can be estimated. This makes it possible to omit tasks that have traditionally been performed by field workers near the surveyed surface, such as extracting cores for indoor rock testing from the surveyed surface or conducting tests using a Schmidt hammer on the surveyed surface. Therefore, regardless of the work environment of the surveyed surface, it becomes possible to quickly evaluate the strength characteristics of the ground in situ while ensuring the safety of field workers.
また、表面波速度Rvを採用し一軸圧縮強度を推定するため、従来の調査方法では推定できない程度に切羽2が劣化している場合にも、地山の強度特性を評価することが可能となる。 In addition, because the surface wave velocity Rv is used to estimate the uniaxial compressive strength, it is possible to evaluate the strength characteristics of the ground even when the face 2 has deteriorated to a degree that cannot be estimated using conventional survey methods.
≪≪地山性状の評価方法≫≫
上述した手順により推定した切羽2近傍の一軸圧縮強度quを用いて地山強度比GNを算定する手順を、図7のフローに沿って図1(b)を参照しつつ、以下に説明する。なお、地山強度比GNは、弾性波探査システム100の情報処理端末30で実施する場合を事例に挙げる。これらの説明に先立ち、地山強度比GN及び準岩盤圧縮強度σC′について説明する。
<<Evaluation method for ground properties>>
The procedure for calculating the natural ground strength ratio GN using the uniaxial compressive strength qu near the face 2 estimated by the above-mentioned procedure will be explained below with reference to Fig. 1(b) along the flow of Fig. 7. Note that the natural ground strength ratio GN is calculated by the information processing terminal 30 of the seismic wave exploration system 100 as an example. Prior to this explanation, the natural ground strength ratio GN and the quasi-rock compressive strength σC' will be explained.
≪地山強度比≫
地山強度比GNは、軟岩地山におけるトンネル掘削時の押出し性の判定指標であり、(1)式で示すような地山の一軸圧縮強度σcと鉛直土被り圧の比である。鉛直土被り圧は、土被り厚Hと岩石の単位体積重量γから求めることができる。そして、土被り厚Hは既知であり、単位体積重量γはトンネル周辺の同一岩石の値を用いることができる。したがって、ファイル装置34の条件データファイル341に、土被り厚H及び単位体積重量γを格納しておくと良い。
<Natural mass strength ratio>
The natural ground strength ratio GN is an index for judging the extrusion property during tunnel excavation in soft rock natural ground, and is the ratio of the unconfined compressive strength σc of the natural ground to the vertical overburden pressure as shown in formula (1). The vertical overburden pressure can be calculated from the overburden thickness H and the unit volume weight γ of the rock. The overburden thickness H is known, and the unit volume weight γ can be the value of the same rock around the tunnel. Therefore, it is advisable to store the overburden thickness H and the unit volume weight γ in the condition data file 341 of the filing device 34.
≪準岩盤圧縮強度≫
ところで、地山強度比GNには本来、図1(a)で示すような、亀裂3を含む地山の一軸圧縮強度σCが用いられるが、地山の一軸圧縮強度σCの測定には大変な手間がかかる。そのため、一般的には切羽2の亀裂3を含まない範囲から採取したボーリングコアから求めた試料の一軸圧縮強度qu’が使用される。
<Quasi-rock compressive strength>
Incidentally, the natural ground strength ratio GN is originally calculated using the uniaxial compressive strength σC of the natural ground including the crack 3 as shown in Fig. 1(a), but measuring the uniaxial compressive strength σC of the natural ground is very time-consuming. Therefore, the uniaxial compressive strength qu' of a sample obtained from a boring core taken from an area of the face 2 not including the crack 3 is generally used.
しかし、試料の一軸圧縮強度qu’から地山強度比GNを求めると、危険側の評価となりやすいことが知られている。このため、亀裂3の影響が大きい地山の性状を評価する場合、地山強度比GNの算定に必要な地山の一軸圧縮強度σCに、準岩盤圧縮強度σc’を採用する。 However, it is known that calculating the ground strength ratio GN from the uniaxial compressive strength qu' of the sample tends to result in a dangerous assessment. For this reason, when evaluating the properties of ground that are significantly affected by crack 3, the quasi-rock compressive strength σc' is used for the uniaxial compressive strength σC of the ground, which is required to calculate the ground strength ratio GN.
準岩盤圧縮強度σC’は、下記の(2)式で示すように、地山の弾性波速度VP、試料の超音波(弾性波)速度vP、及び試料の一軸圧縮強度qu’から求めることができる。 The quasi-rock compressive strength σC' can be calculated from the elastic wave velocity VP of the natural ground, the ultrasonic (elastic wave) velocity vP of the sample, and the uniaxial compressive strength qu' of the sample, as shown in the following formula (2).
したがって、地山強度比GNを算定するにあたっては、上記の事情を鑑みて準岩盤圧縮強度σC′を採用するか否かを選択する(Step1)。 Therefore, when calculating the natural ground strength ratio GN, the decision as to whether or not to use the quasi-rock compressive strength σC' is made in consideration of the above circumstances (Step 1).
≪準岩盤圧縮強度σC′を採用しない場合≫
準岩盤圧縮強度σC′を採用しない場合、まず、上記の地盤強度推定方法により、切羽2近傍の一軸圧縮強度quを推定する(Step2)。
<When not using the quasi-rock compressive strength σC'>
When the quasi-rock compressive strength σC′ is not adopted, first, the uniaxial compressive strength qu in the vicinity of the face 2 is estimated by the above-mentioned ground strength estimation method (Step 2).
一軸圧縮強度quは、上記の壁面強度推定方法により推定すればよい。このとき、表面波4及び実体波5を、図2(a)で示すように受振点P2のみで検出する場合、加振点P1と受振点P2との間に亀裂3を含める。また、図2(b)で示すように2つの受振点P2、P3で検出する場合も同様に、受振点P2、P3との間に亀裂3を含める。そのうえで、P波速度Pv及び表面波速度Rvの算定を試み、P波速度Pvが取得できた場合にはP波速度Pvを選択し、取得できなかった場合に表面波速度Rvを採用し、切羽2近傍の一軸圧縮強度quを推定する。推定した一軸圧縮強度quは、ファイル装置34の算定データファイル343に格納される。 The uniaxial compressive strength qu may be estimated by the wall strength estimation method described above. In this case, when the surface wave 4 and the body wave 5 are detected only at the receiving point P2 as shown in FIG. 2(a), the crack 3 is included between the excitation point P1 and the receiving point P2. Similarly, when the surface wave 4 and the body wave 5 are detected at the two receiving points P2 and P3 as shown in FIG. 2(b), the crack 3 is included between the receiving points P2 and P3. Then, the P-wave velocity Pv and the surface wave velocity Rv are calculated. If the P-wave velocity Pv can be obtained, the P-wave velocity Pv is selected. If the P-wave velocity Pv cannot be obtained, the surface wave velocity Rv is adopted, and the uniaxial compressive strength qu near the face 2 is estimated. The estimated uniaxial compressive strength qu is stored in the calculation data file 343 of the filing device 34.
すると、中央演算処理装置33は強度比算定部353の指令を受け、算定データファイル343に格納された切羽2近傍の一軸圧縮強度quを、地山強度比GNの算定に必要な地山の一軸圧縮強度σcと見做して、上記の(1)式に代入する。併せて、ファイル装置34の条件データファイル341に格納されている土被り厚H及び単位体積重量γを、上記の(1)式に代入し、地山強度比GNを算出する(Step3、Step4)。 Then, the central processing unit 33 receives a command from the strength ratio calculation unit 353, and substitutes the uniaxial compressive strength qu near the face 2 stored in the calculation data file 343 into the above formula (1), regarding it as the uniaxial compressive strength σc of the ground required to calculate the ground strength ratio GN. In addition, the soil overburden thickness H and unit volume weight γ stored in the condition data file 341 of the filing device 34 are substituted into the above formula (1) to calculate the ground strength ratio GN (Step 3, Step 4).
≪準岩盤圧縮強度σC′を採用する場合≫
一方、準岩盤圧縮強度σC′を採用する場合は、まず、亀裂3を含まない狭小範囲と亀裂3を含む広大範囲それぞれを対象範囲とし、上記の地盤強度推定方法により切羽2近傍の一軸圧縮強度quを推定する。
<When using quasi-rock compressive strength σC'>
On the other hand, when adopting the quasi-rock compressive strength σC', first, the narrow range not including crack 3 and the wide range including crack 3 are taken as the target ranges, and the uniaxial compressive strength qu near the face 2 is estimated using the above-mentioned ground strength estimation method.
≪狭小範囲で一軸圧縮強度quを推定≫
図8(a)で示すように、受振点P2、P3の離間距離を、亀裂3を含まない数cm~10cm程度の狭小範囲に設定する。加振装置20には、加振用レーザー発振器201を採用すると良い。このような亀裂3を含まない狭小範囲でP波速度Pvが取得できた場合にはP波速度Pvを採用し、取得できなかった場合に表面波速度Rvを採用して、切羽2近傍の一軸圧縮強度quを推定する。
<Estimating uniaxial compressive strength q in a narrow range>
8(a), the distance between the receiving points P2 and P3 is set to a narrow range of several centimeters to 10 cm that does not include the crack 3. A laser oscillator 201 for excitation is preferably used for the excitation device 20. If the P-wave velocity Pv can be obtained in such a narrow range that does not include the crack 3, the P-wave velocity Pv is used, and if not, the surface wave velocity Rv is used to estimate the uniaxial compressive strength qu in the vicinity of the face 2.
このとき、P波速度Pv及び表面波速度Rvの算定には、受振点P2、P3の離間距離を採用してもよいし、図6(a)~(c)で示すような3次元形状データから推定した伝播距離D4を採用してもよい。算定結果は、ファイル装置34の算定データファイル343に格納される(Step5)。 At this time, the P-wave velocity Pv and the surface wave velocity Rv may be calculated using the distance between the receiving points P2 and P3, or the propagation distance D4 estimated from the three-dimensional shape data as shown in Figures 6(a) to (c). The calculation results are stored in the calculation data file 343 of the filing device 34 (Step 5).
すると、中央演算処理装置33は準岩盤強度算定部354の指令を受け、算定データファイル343に格納された切羽2近傍の一軸圧縮強度quを、準岩盤圧縮強度σC′の算定に必要な試料の一軸圧縮強度qu’と見做し、上記の(2)式に代入する。また、切羽2近傍の一軸圧縮強度quの推定にP波速度Pvが用いられた場合には、P波速度Pvを準岩盤圧縮強度σC′の算定に必要な試料の超音波(弾性波)速度vPと見做し、上記の(2)式に代入する。 Then, the central processing unit 33 receives a command from the quasi-rock strength calculation unit 354, and regards the uniaxial compressive strength qu near the face 2 stored in the calculation data file 343 as the uniaxial compressive strength qu' of the sample required to calculate the quasi-rock compressive strength σC', and substitutes it into the above formula (2). Also, if the P-wave velocity Pv is used to estimate the uniaxial compressive strength qu near the face 2, the P-wave velocity Pv is regarded as the ultrasonic (elastic wave) velocity vP of the sample required to calculate the quasi-rock compressive strength σC', and substitutes it into the above formula (2).
一方、切羽2近傍の一軸圧縮強度quの推定に表面波速度Rvが用いられた場合には、表面波速度RvとP波速度Pvとの相関式をもとに、表面波速度Rvから換算P波速度を算出し、この換算P波速度を準岩盤圧縮強度σC′の算定に必要な試料の超音波(弾性波)速度vPと見做し、上記の(2)式に代入する(Step6)。 On the other hand, when the surface wave velocity Rv is used to estimate the uniaxial compressive strength qu near the face 2, the converted P-wave velocity is calculated from the surface wave velocity Rv based on the correlation equation between the surface wave velocity Rv and the P-wave velocity Pv, and this converted P-wave velocity is regarded as the ultrasonic (elastic wave) velocity vP of the sample required to calculate the quasi-rock compressive strength σC', and is substituted into the above equation (2) (Step 6).
≪広大範囲でP波速度Pv及び表面波速度Rvを取得≫
図8(b)で示すように、受振点P2、P3の離間距離を、亀裂3を含み先の狭小範囲より十分大きい広大範囲に設定する。広大範囲は、地山の弛みの影響を避けることを考慮し、切羽2内のできるだけ離れた2点間を設定すると良い。また、加振装置20には、ジャイアントブレーカー202を採用すると良い。ジャイアントブレーカー202を採用した場合には、P波速度Pvを取得できる蓋然性が高い。ここでは、切羽2近傍の一軸圧縮強度quを推定する工程は省略する(Step7)。
≪Obtaining P-wave velocity Pv and surface wave velocity Rv over a wide area≫
As shown in Fig. 8(b), the separation distance between receiving points P2 and P3 is set to a wide range that includes the crack 3 and is sufficiently larger than the previous narrow range. The wide range should be set between two points as far apart as possible within the face 2, taking into consideration the effect of loosening of the ground. In addition, it is preferable to use a giant breaker 202 for the vibration device 20. When the giant breaker 202 is used, there is a high probability that the P-wave velocity Pv can be obtained. Here, the process of estimating the uniaxial compressive strength qu near the face 2 is omitted (Step 7).
この場合も、P波速度Pv及び表面波速度Rvの算定には、受振点P2、P3の離間距離を採用してもよいし、図6(a)~(c)で示すような3次元形状データから推定した伝播距離D4を採用してもよい。算定結果は、ファイル装置34の算定データファイル343に格納される。すると、中央演算処理装置33は準岩盤強度算定部354の指令を受け、算定データファイル343にP波速度Pv及び表面波速度Rvが格納されている場合には、P波速度Pvを準岩盤圧縮強度σC′の算定に必要な地山の弾性波速度VPと見做して、(2)式に代入する(Step8)。 In this case, the P-wave velocity Pv and the surface wave velocity Rv may be calculated using the distance between the receiving points P2 and P3, or the propagation distance D4 estimated from the three-dimensional shape data as shown in Figures 6(a) to (c). The calculation results are stored in the calculation data file 343 of the file device 34. Then, the central processing unit 33 receives a command from the quasi-rock strength calculation unit 354, and when the P-wave velocity Pv and the surface wave velocity Rv are stored in the calculation data file 343, the P-wave velocity Pv is regarded as the elastic wave velocity VP of the ground required to calculate the quasi-rock compressive strength σC' and is substituted into equation (2) (Step 8).
一方、P波速度Pvが取得できず、算定データファイル343に表面波速度Rvのみが格納されている場合には、表面波速度RvとP波速度Pvとの相関式をもとに、表面波速度Rvから換算P波速度を算出する。この換算P波速度を準岩盤圧縮強度σC′の算定に必要な地山の弾性波速度VPと見做して、(2)式に代入する(Step8)。 On the other hand, if the P-wave velocity Pv cannot be obtained and only the surface wave velocity Rv is stored in the calculation data file 343, the converted P-wave velocity is calculated from the surface wave velocity Rv based on the correlation equation between the surface wave velocity Rv and the P-wave velocity Pv. This converted P-wave velocity is regarded as the elastic wave velocity VP of the natural ground required to calculate the quasi-rock compressive strength σC', and is substituted into equation (2) (Step 8).
上記の手順により準岩盤圧縮強度σC′が算出され、算定結果は、ファイル装置34の算定データファイル343に格納される(Step9)。すると、中央演算処理装置33は強度比算定部353の指令を受け、算定データファイル343に格納された準岩盤圧縮強度σC′を、地山強度比GNを求めるための一軸圧縮強度σcと見做して、上記の(1)式に代入する。併せて、ファイル装置34の条件データファイル341に格納されている土被り厚H及び単位体積重量γを上記の(1)式に代入し、地山強度比GNを算出する(Step3、Step4)。 The quasi-rock compressive strength σC' is calculated by the above procedure, and the calculation result is stored in the calculation data file 343 of the filing device 34 (Step 9). Then, the central processing unit 33 receives a command from the strength ratio calculation unit 353, and substitutes the quasi-rock compressive strength σC' stored in the calculation data file 343 into the above formula (1), regarding it as the uniaxial compressive strength σc for calculating the natural ground strength ratio GN. In addition, the soil overburden thickness H and unit volume weight γ stored in the condition data file 341 of the filing device 34 are substituted into the above formula (1) to calculate the natural ground strength ratio GN (Steps 3 and 4).
上記のとおり、地山性状の評価方法によれば、壁面強度推定方法で推定した切羽2近傍の一軸圧縮強度quを利用して地山強度比GNを迅速に取得し、地山強度比GNに基づく支保パターンの設計を、速やかに実施することが可能となる。 As described above, the method for evaluating ground properties makes it possible to quickly obtain the ground strength ratio GN by using the uniaxial compressive strength qu near the face 2 estimated by the wall strength estimation method, and to quickly design a support pattern based on the ground strength ratio GN.
なお、図8(a)(b)で示すような、受振点P2、P3の離間距離の調整は、例えば、受振点P3に向けて計測用レーザー光L2を照射する振動計測装置10を適宜操作すれば良い。つまり、図1(a)及び図8(b)で示すように、スキャナー13に備えたレーザー光反射鏡131を、スキャナーコントローラー14により所望の角度に回転する。こうすると、計測用レーザー光L2を照射する受振点P3の位置を、容易に変更することが可能となる。 The distance between the receiving points P2 and P3 as shown in Figures 8(a) and (b) can be adjusted, for example, by appropriately operating the vibration measuring device 10 that irradiates the measurement laser light L2 toward the receiving point P3. That is, as shown in Figures 1(a) and 8(b), the laser light reflector 131 provided on the scanner 13 is rotated to the desired angle by the scanner controller 14. In this way, it is possible to easily change the position of the receiving point P3 to which the measurement laser light L2 is irradiated.
したがって、狭小範囲で一軸圧縮強度quを推定するべく、山岳トンネル1内に振動計測装置10を据え付けた後、その据え付け位置を移動することなく、広大範囲でP波速度Pv及び表面波速度Rvを取得する作業を実施でき、作業効率を大幅に向上することが可能となる。 Therefore, after installing the vibration measuring device 10 inside the mountain tunnel 1 to estimate the uniaxial compressive strength qu in a narrow range, the P-wave velocity Pv and surface wave velocity Rv can be obtained over a wide range without moving the installation location, making it possible to significantly improve work efficiency.
本発明の壁面強度推定方法及び地山性状の評価方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。 The wall strength estimation method and ground property evaluation method of the present invention are not limited to the above-mentioned embodiment, and various modifications are possible without departing from the spirit of the present invention.
例えば、本実施の形態では、弾性波探査システム100を利用して壁面強度推定方法を実施したが、必ずしもこれに限定するものではなく、地盤調査で一般に採用されている弾性波探査技術を採用し、P波速度PVもしくは表面波速度Rvを取得してもよい。 For example, in this embodiment, the wall strength estimation method is carried out using the elastic wave exploration system 100, but this is not necessarily limited to this, and the P-wave velocity PV or surface wave velocity Rv may be obtained by adopting an elastic wave exploration technique that is generally used in ground investigations.
さらに、本実施の形態では、弾性波探査システム100の情報処理端末30を利用して、地山性状の評価方法における地山強度比GN及び準地盤強度σC’の算定を行う場合を事例に挙げた。しかし、必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、地山性状の評価方法における地山強度比GN及び準地盤強度σC’の算定に用いる処理端末を別途準備し、弾性波探査システム100との間で、データの送受信が可能となるよう、無線もしくは有線で接続する構成としてもよい。 Furthermore, in this embodiment, an example is given of the case where the information processing terminal 30 of the elastic wave exploration system 100 is used to calculate the ground strength ratio GN and quasi-ground strength σC' in the ground property evaluation method. However, this is not necessarily limited to this. For example, a processing terminal used to calculate the ground strength ratio GN and quasi-ground strength σC' in the ground property evaluation method may be prepared separately, and connected wirelessly or by wire to the elastic wave exploration system 100 so that data can be sent and received.
100 弾性波探査システム
10 振動計測装置
11 レーザー振動計
111 レーザードップラー振動計
12 振動計コントローラー
13 スキャナー
14 スキャナーコントローラー
101 振動可視化レーダー
20 加振装置
201 加振用レーザー発振器
202 ジャイアントブレーカー
30 情報処理端末
31 入力装置
32 出力装置
33 中央演算処理装置
34 ファイル装置
341 条件データファイル
342 観測データファイル
343 算定データファイル
344 性状評価ファイル
35 メインメモリ
351 速度算定部
352 強度推定部
353 強度比算定部
40 3次元形状計測装置
1 トンネル
2 切羽(調査対象面)
3 亀裂
4 表面波
5 実体波
Rv 表面波速度
Pv P波速度
S コア
P1 加振点
P2 受振点
P3 受振点
L1 加振用レーザー光
L2 計測用レーザー光
100 Elastic wave exploration system 10 Vibration measuring device 11 Laser vibrometer 111 Laser Doppler vibrometer 12 Vibration meter controller 13 Scanner 14 Scanner controller 101 Vibration visualization radar 20 Vibration device 201 Vibration laser oscillator 202 Giant breaker 30 Information processing terminal 31 Input device 32 Output device 33 Central processing unit 34 File device 341 Condition data file 342 Observation data file 343 Calculation data file 344 Property evaluation file 35 Main memory 351 Speed calculation unit 352 Strength estimation unit 353 Strength ratio calculation unit 40 Three-dimensional shape measurement device 1 Tunnel 2 Face (survey target surface)
3 Crack 4 Surface wave 5 Body wave Rv Surface wave velocity Pv P wave velocity S Core P1 Excitation point P2 Receiving point P3 Receiving point L1 Excitation laser light L2 Measurement laser light
Claims (11)
表面波速度に基づいて地山の一軸圧縮強度を推定する強度推定式を取得する推定式取得工程と、
前記調査対象面に衝撃を付与することで発生する表面波の表面波速度を取得する速度取得工程と、
前記表面波速度と前記強度推定式に基づいて、前記一軸圧縮強度を推定する強度推定工程と、を備え、
前記推定式取得工程で、P波速度に基づいて地山の一軸圧縮強度を推定する強度推定式を、別途取得し、
前記速度取得工程で、前記表面波とともに発生する実体波のP波速度の取得を試み、
前記強度推定工程で、前記P波速度が取得できた場合にはP波速度を選択し、対応する強度推定式に基づいて前記一軸圧縮強度を推定することを特徴とする壁面強度推定方法。 A wall strength estimation method for estimating the uniaxial compressive strength of a ground near a survey target surface, comprising:
An estimation equation acquisition step of acquiring a strength estimation equation for estimating the uniaxial compressive strength of natural ground based on the surface wave velocity;
a velocity acquisition step of acquiring a surface wave velocity of a surface wave generated by applying an impact to the surface to be inspected;
A strength estimation step of estimating the uniaxial compressive strength based on the surface wave velocity and the strength estimation formula,
In the estimation formula acquisition step, a strength estimation formula for estimating the uniaxial compressive strength of the ground based on the P-wave velocity is separately acquired,
In the velocity acquisition step, an attempt is made to acquire a P-wave velocity of a body wave generated together with the surface wave;
A wall strength estimation method characterized in that, in the strength estimation process, if the P-wave velocity can be obtained, the P-wave velocity is selected and the uniaxial compressive strength is estimated based on a corresponding strength estimation equation .
前記調査対象面に対をなす受振点を設け、対をなす該受振点間の前記表面波速度及び又はP波速度を取得する速度取得工程と、
を備えることを特徴とする壁面強度推定方法。 The wall strength estimation method according to claim 1 ,
a velocity acquisition step of providing a pair of receiving points on the survey target surface and acquiring the surface wave velocity and/or P-wave velocity between the pair of receiving points;
A wall strength estimation method comprising:
前記調査対象面の3次元形状データを取得する形状取得工程を備え、
前記速度取得工程は、前記3次元形状データから推定した伝播経路に基づいて、前記表面波速度及び又は前記P波速度を取得することを特徴とする壁面強度推定方法。 The wall strength estimation method according to claim 1 or 2 ,
A shape acquisition step of acquiring three-dimensional shape data of the survey target surface,
A wall strength estimation method characterized in that the velocity acquisition process acquires the surface wave velocity and/or the P-wave velocity based on a propagation path estimated from the three-dimensional shape data.
前記調査対象面が、トンネル切羽であることを特徴とする壁面強度推定方法。 The wall strength estimation method according to any one of claims 1 to 3 ,
A method for estimating wall strength, characterized in that the surface to be investigated is a tunnel face.
前記地山強度比の算定に、請求項4に記載の壁面強度推定方法で推定した一軸圧縮強度を採用することを特徴とする地山性状の評価方法。 A method for evaluating rock mass properties in which pushability during tunnel excavation is evaluated based on rock mass strength ratio, comprising the steps of:
A method for evaluating ground properties, comprising the step of employing the uniaxial compressive strength estimated by the wall strength estimation method according to claim 4 in calculating the ground strength ratio.
前記地山強度比の算定に、準岩盤圧縮強度を用いるとともに、
該準岩盤圧縮強度の算定に、少なくとも請求項4に記載の壁面強度推定方法で推定した一軸圧縮強度を採用することを特徴とする地山性状の評価方法。 A method for evaluating natural ground properties, which evaluates pushability during tunnel excavation based on natural ground strength ratio, comprising:
The rock mass strength ratio is calculated using the quasi-rock compressive strength,
A method for evaluating natural ground properties, comprising the steps of: calculating the quasi-rock compressive strength by using at least the uniaxial compressive strength estimated by the wall strength estimation method according to claim 4 .
前記調査対象面に衝撃を付与する加振装置と、
衝撃により発生する振動を検知し、振動情報を取得する振動計測装置と、
を備えることを特徴とする弾性波探査システム。 A seismic exploration system for use in the wall strength estimation method according to any one of claims 1 to 4 ,
A vibration device that applies an impact to the surface to be inspected;
A vibration measuring device that detects vibrations caused by impacts and acquires vibration information;
An elastic wave exploration system comprising:
前記振動計測装置に、レーザードップラー振動計が備えられていることを特徴とする弾性波探査システム。 The elastic wave exploration system according to claim 7 ,
An elastic wave exploration system, characterized in that the vibration measuring device is equipped with a laser Doppler vibrometer.
前記振動計測装置に、振動可視化レーダーが備えられていることを特徴とする弾性波探査システム。 The elastic wave exploration system according to claim 7 or 8 ,
An elastic wave exploration system characterized in that the vibration measuring device is equipped with a vibration visualization radar.
前記加振装置に、加振用レーザー発振器が備えられていることを特徴とする弾性波探査システム。 The elastic wave exploration system according to any one of claims 7 to 9 ,
An elastic wave exploration system characterized in that the vibration device is equipped with a vibration laser oscillator.
前記加振装置に、前記調査対象面を直接打撃する打撃手段が備えられていることを特徴とする弾性波探査システム。 The elastic wave exploration system according to any one of claims 7 to 9 ,
An elastic wave exploration system characterized in that the vibration device is equipped with a striking means for directly striking the surface to be surveyed.
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- 2021-07-16 JP JP2021117706A patent/JP7709635B2/en active Active
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004150945A (en) | 2002-10-30 | 2004-05-27 | Central Giken:Kk | Apparatus and method for non-destructive measurement of concrete mechanical properties by surface waves |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 真下英人 ほか,簡易な現場計測器の地山評価への適用性について,トンネル工学研究論文・報告集,1998年11月,第8巻, 報告(33), pages.271-276 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2023013488A (en) | 2023-01-26 |
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