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JPH0749756B2 - Evaluation method of rock mass and prediction of geology ahead of cutting face using drilling data with hydraulic drill - Google Patents
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JPH0749756B2 - Evaluation method of rock mass and prediction of geology ahead of cutting face using drilling data with hydraulic drill - Google Patents

Evaluation method of rock mass and prediction of geology ahead of cutting face using drilling data with hydraulic drill

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JPH0749756B2
JPH0749756B2 JP2281759A JP28175990A JPH0749756B2 JP H0749756 B2 JPH0749756 B2 JP H0749756B2 JP 2281759 A JP2281759 A JP 2281759A JP 28175990 A JP28175990 A JP 28175990A JP H0749756 B2 JPH0749756 B2 JP H0749756B2
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rock mass
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fracture energy
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剛寿 吉田
潤 牟田
康成 手塚
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、トンネル等の地下空洞を掘削する際の油圧ド
リルによる削孔データを用いて岩盤評価及び切羽前方地
質の予測方法に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for evaluating rock mass and predicting the geology ahead of a face using drilling data obtained by a hydraulic drill when excavating an underground cavity such as a tunnel.

[従来の技術] トンネル等の地下空洞の掘削に際し、切羽前方あるいは
空洞周辺の地質を的確に評価、予測することは、施工を
進める上から極めて重要である。
[Prior Art] When excavating an underground cavern such as a tunnel, it is extremely important from the viewpoint of construction to accurately evaluate and predict the geology in front of the face or around the cavern.

従来の施工時における岩盤評価及び地質の予測は、空洞
壁面における地質観察結果に基づいて行っており、その
結果、大規模な断層破砕帯の出現が予想される場合等
に、コアボーリングにより調査を行うようにしていた。
Rock mass evaluation and geological prediction during conventional construction are based on the results of geological observations on the cavity wall surface.As a result, when a large-scale fault crush zone is expected to appear, a core boring survey will be conducted. I was going to do it.

[発明が解決しようとする課題] しかし、岩盤の評価及び地質の予測は、あくまでも壁面
での分布から判断せざるを得ず、また、ボーリング調査
は、切羽の進行を止めるか横孔を掘削して実施する必要
があり、工期・工費を圧迫して工事進捗に支障をきたす
場合が多い。
[Problems to be solved by the invention] However, the evaluation of rock mass and the prediction of geology cannot but be judged only from the distribution on the wall surface. In addition, in the boring survey, the progress of the face is stopped or the lateral hole is excavated. It is necessary to carry out the work in advance, and in many cases the construction period and construction cost are squeezed, which hinders the progress of the construction.

本発明は工事の進捗を妨げることなく、より原位置に即
した方法で迅速かつ的確に行うことができる油圧ドリル
による削孔データを用いた岩盤評価及び切羽前方地質の
予測方法を提供することを目的としている。
The present invention provides a rock mass evaluation method using rock drilling data and a prediction method of the geology ahead of a cutting face that can be performed quickly and accurately by a method more suited to the original position without hindering the progress of construction. Has an aim.

[知見] 本発明者は種々研究の結果、施工上ごく一般的に用いら
れている油圧式パーカッションドリルによって削孔する
際の削孔速度、打撃エネルギ等は、岩盤の硬さ、亀裂の
多少等によって変化するので、これらの削孔データは岩
盤評価に活用可能であることを見出した。
[Observation] As a result of various studies, the present inventor has found that the drilling speed, impact energy, etc. when drilling with a hydraulic percussion drill that is generally used in construction, the hardness of rock mass, the degree of cracking, etc. It was found that these drilling data can be utilized for rock mass evaluation, as they vary depending on the type.

具体的には、例えば地下石油備蓄基地建設工事のうち、
水封トンネル工事における水封ボーリング孔の削孔時
に、事前に試験削孔を行い、岩盤等級毎の破壊エネルギ
を確率・統計的手法を用いて把握することにより、破壊
エネルギをパラメータとした岩盤評価が可能であり、そ
の破壊エネルギの分布を解析することにより原位置に則
した地質状況の予測が可能であるとの知見を得た。
Specifically, for example, in the construction of underground oil storage base,
At the time of drilling water-sea drilling holes in water-sealing tunnel construction, test drilling is performed in advance and the rock energy is evaluated using the fracture energy as a parameter by grasping the fracture energy for each rock grade using probabilistic and statistical methods. We obtained the knowledge that it is possible to predict the geological condition based on the original position by analyzing the distribution of the fracture energy.

[課題を解決するための手段] 本発明によれば、油圧式パーカッションドリルで削孔
し、削孔により得られた掘削深度と各深度における累積
掘削時間、瞬間削孔速度、ピストン打撃エネルギ、給進
力、トルク、送水圧の削孔データファイルを作成し、該
ファイルをパーソナルコンピュータで一括処理して破壊
エネルギを算出して単位孔長当りの平均破壊エネルギを
算出し、確率・統計的手法により岩盤等級と破壊エネル
ギとの対応付けを行い、破壊エネルギによる岩盤評価を
実施し、大型コンピュータによる画像処理を行い、破壊
エネルギの分布状況を把握して切羽前方地質を予測する
ことを特徴としている。
[Means for Solving the Problem] According to the present invention, a hydraulic percussion drill is used for drilling, the drilling depth obtained by drilling, the cumulative drilling time at each depth, the instantaneous drilling speed, the piston impact energy, and the feed. Create a drilling data file for progress, torque, and water pressure, batch process the file with a personal computer to calculate fracture energy, calculate average fracture energy per unit hole length, and use probability / statistical method. The feature is that the rock grade is associated with the fracture energy, the rock is evaluated by the fracture energy, image processing is performed by a large computer, and the distribution of the fracture energy is grasped to predict the geology ahead of the cutting face.

[作用] 本発明によれば知見に示した通り、施工上ごく一般的に
用いられる油圧式パーカッションドリルによって削孔す
る際の削孔速度、打撃エネルギ等は、岩盤の硬さ、亀裂
の多少により変化する。したがって、事前に試験削孔し
て岩盤等級毎の破壊エネルギを確率・統計的手法を用い
て把握し、破壊エネルギをパラメータとして岩盤評価を
行い、その破壊エネルギの分布を解析して原位置に即し
た切羽前方地質を予測する。
[Operation] According to the present invention, as shown by the findings, the drilling speed, impact energy, etc. when drilling with a hydraulic percussion drill that is generally used in construction depend on the hardness of rock mass and the degree of cracks. Change. Therefore, test drilling is performed in advance and the fracture energy for each rock grade is grasped by using the stochastic / statistical method, the rock energy is evaluated using the fracture energy as a parameter, and the distribution of the fracture energy is analyzed and immediately measured at the original position. Predict the geology ahead of the face.

[実施例] 以下図面を参照して本発明の実施例を説明する。Embodiments Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図及び第2図には、本発明における削孔データを得
る油圧式パーカッションドリルAが示されている。図に
おいてドリルAには、深度・速度センサであるロータリ
エンコーダ1、ビットロード用の圧力センサ2、トルク
用の圧力センサ3、送水圧用の圧力センサ4及び空送り
防止用の圧力スイッチ5が設けられ、これらはタイマを
内蔵した磁気記録装置6にそれぞれ接続されている。
1 and 2 show a hydraulic percussion drill A for obtaining drilling data in the present invention. In the figure, the drill A is provided with a rotary encoder 1 which is a depth / speed sensor, a pressure sensor 2 for bit loading, a pressure sensor 3 for torque, a pressure sensor 4 for water supply pressure and a pressure switch 5 for preventing idling. These are respectively connected to the magnetic recording device 6 having a built-in timer.

現場における削孔データの測定に際し第3図に示すよう
に、ボーリングのID(使用)を入力し(ステップS1)、
データサンプリングの時間間隔を設定し(ステップS
2)、油圧ドリルをセットし(ステップS3)、深度零点
を調整して(ステップS4)、削孔を開始する(ステップ
S5)。そこで、磁気記録部6において、各センサ1〜5
からの信号に基づき、掘削深度と各深度における累積掘
削時間、瞬間削孔速度、ピストン打撃エネルギ、給進
力、トルク、送水圧の削孔データファイルを自動的に例
えば3.5インチフロッピィディスクD1に記録する(ステ
ップS6)。そして、削孔が終了し(ステップS7)、他の
ボーリング孔の削孔がない場合は(ステップS8)、終了
する。
When measuring the drilling data on site, enter the boring ID (use) as shown in Fig. 3 (step S1),
Set the data sampling time interval (step S
2) Set the hydraulic drill (step S3), adjust the depth zero point (step S4), and start drilling (step)
S5). Therefore, in the magnetic recording unit 6, each of the sensors 1 to 5 is
Based on the signal from, the drilling depth and cumulative drilling time at each depth, instantaneous drilling speed, piston impact energy, feed force, torque, and water pressure drilling data file are automatically recorded on, for example, 3.5 inch floppy disk D1. Yes (step S6). Then, the drilling is completed (step S7), and if there is no drilling of another boring hole (step S8), the process is completed.

第4図には、現場でのデータ処理(日常処理)に使用さ
れる機器構成が示されている。この主機器である3.5イ
ンチフロッピィディスクドライブを備えたパーソナルコ
ンピュータ10には、プリンタ11とグラフィックプロッタ
12とが接続されている。
FIG. 4 shows a device configuration used for data processing (daily processing) on site. A personal computer 10 equipped with a 3.5-inch floppy disk drive, which is the main device, has a printer 11 and a graphic plotter.
12 and are connected.

日常処理に際し第5図に示すように、削孔日報作成プロ
グラムを起動し(ステップS10)、フロッピィディスクD
1を日報出力処理し、削孔データファイルを3.5インチフ
ロッピィディスクD2に記録する。次いで、プリンタ11、
プロッタ12に出力し、第6図に示す削孔日報R1、掘削記
録R2を作成する(ステップS12)。そして、他の出力す
べきデータが無い場合は(ステップS13)、終了する。
これらのデータR1、R2は、日常の削孔管理に使用され
る。
During daily processing, as shown in Fig. 5, the drilling daily report creation program is started (step S10), and the floppy disk D
1 is output daily and the drilling data file is recorded on the 3.5 inch floppy disk D2. Then the printer 11,
The data is output to the plotter 12 and the drilling daily report R1 and the excavation record R2 shown in FIG. 6 are created (step S12). Then, if there is no other data to be output (step S13), the process is ended.
These data R1 and R2 are used for daily drilling control.

第8図には、岩盤評価・地質予測解析(一括処理)に使
用される機器構成が示されている。
FIG. 8 shows the equipment configuration used for rock mass evaluation and geological prediction analysis (collective processing).

この機器は、日常処理と同様なパーソナルコンピュータ
10及びプリンタ11と、大型コンピュータ20とから構成さ
れている。
This equipment is a personal computer similar to daily processing
It is composed of a printer 10, a printer 11, and a large computer 20.

岩盤評価・地質予測解析に際し第9図に示すように、パ
ーソナルコンピュータ20においてフロッピィディスクD2
の削孔データファイルをファイルコンバータ処理し(ス
テップS20)、一括コマンドによる破壊エネルギを算出
する(ステップS21)。すなわち、破壊エネルギとは、
油圧ドリルが削孔に要した、つまり岩盤を破壊するに要
したエネルギであり、次式で表される。
As shown in FIG. 9, the floppy disk D2 was run on the personal computer 20 during rock mass evaluation and geological prediction analysis.
The hole-drilling data file is processed by the file converter (step S20), and the breaking energy by the batch command is calculated (step S21). That is, the breaking energy is
The energy required for drilling by the hydraulic drill, that is, the energy required for breaking the rock mass, is expressed by the following equation.

Ev=(Es×NS)/(Vd×Ar) ここで、Ev:破壊エネルギ Es:ピストン打撃エネルギ Ns:ピストン打撃回数 Vd:掘進速度 Ar:削孔断面積 しかし、油圧ドリルによる動的な掘削であるため、測定
データの瞬間削孔速度を用いると、計算値のバラツキが
大きくなることが予想されるので、算出した破壊エネル
ギの平滑化を振動解析等で一般に用いられているハニン
グ式により行い、第10図に示す破壊エネルギの深度分布
図R3を得る。
Ev = (Es × NS) / (Vd × Ar) where Ev: Breaking energy Es: Piston striking energy Ns: Piston striking frequency Vd: Drilling speed Ar: Drilling cross-sectional area However, in dynamic excavation using a hydraulic drill Therefore, if the instantaneous drilling speed of the measurement data is used, it is expected that the dispersion of the calculated value will increase, so the calculated fracture energy is smoothed by the Hanning formula generally used in vibration analysis, etc. The depth distribution map R3 of the fracture energy shown in FIG. 10 is obtained.

次いで、単位長当りの平均破壊エネルギを算出し(ステ
ップS21a)、確率・統計的手法による岩盤等級と破壊エ
ネルギとの対応付けを行う(ステップS22)。例示する
と、壁面での地質観察結果から評価された岩盤等級と、
削孔データから算出した破壊エネルギとの相関性を求め
るに当り、先ず、トンネル壁面から10m以浅の単位孔長
当りの破壊エネルギを算出し、第11図に示すような算出
結果と岩盤等級との相関性を示す同数分布図R4を求め
る。この分布図R4においては、対象としたボーリング孔
にH級は存在しないが、M級とL級の2集団の間に明確
な差異が現れていることが分る。
Next, the average fracture energy per unit length is calculated (step S21a), and the rock mass grade and the fracture energy are associated by the probability / statistical method (step S22). As an example, the rock mass grade evaluated from the geological observation results on the wall surface,
In determining the correlation with the fracture energy calculated from the drilling data, first, the fracture energy per unit hole length shallower than 10 m from the tunnel wall surface was calculated, and the calculated results and rock mass grade as shown in Fig. 11 were calculated. Obtain the equivalence distribution map R4 showing the correlation. In this distribution map R4, it can be seen that there is no H-class in the targeted boring hole, but a clear difference appears between the two groups, M-class and L-class.

そこで、2集団の有意差を検証するために、先ず各集団
を正規分布と仮定し、コルモゴロフースミルノフ検定法
による検定を行い、第12図に示す検定結果図R5を得た。
この図R5から、M級、L級共に有意水準を5%とした場
合、充分に正規分布をなしていることが分る。
Therefore, in order to verify the significant difference between the two populations, first, each population was assumed to have a normal distribution, and the Kolmogorovhusmirnov test was performed to obtain a test result chart R5 shown in FIG.
From Fig. R5, it can be seen that when the significance level is set to 5% for both the M class and the L class, the normal distribution is sufficiently formed.

次に、この分布状況を基に2集団の判別の検討を行い、
第13図に示す検討結果図R6を得た。この結果、図R6によ
れば、2集団の相関比は、η1であり、明らかにM
級岩盤とL級岩盤との破壊エネルギには差異があり、判
別点は、約5000kgf/cm2/mで、その判別点における判別
率は約75%であることが確認される。
Next, based on this distribution situation, we will examine the discrimination of two groups,
The examination result diagram R6 shown in FIG. 13 was obtained. As a result, according to FIG. R6, the correlation ratio of the two populations is η 2 1, which is clearly M
It is confirmed that there is a difference in fracture energy between the class B rock and the L class rock, and the discrimination point is about 5000 kgf / cm 2 / m, and the discrimination rate at the discrimination point is about 75%.

次いで、破壊エネルギによる岩盤評価を実施し(ステッ
プS23)、大型コンピュータで画像処理を行い、破壊エ
ネルギの分布状況を把握し(ステップS24)、他に出力
すべきデータが無い場合は(ステップS25)、終了す
る。
Next, rock mass evaluation by fracture energy is carried out (step S23), image processing is carried out by a large computer, the distribution state of fracture energy is grasped (step S24), and if there is no other data to be output (step S25). ,finish.

例示すると、算出した平均破壊エネルギを基に、第14図
に示すような対象範囲における破壊エネルギの分布状況
のコンタ図R7を求め、別途作成した地質状況(岩盤等
級)の平面分布図と比較する。同図R7の黒色部Bで示し
た部分は、ステップS22で得られたL級岩盤に相当する5
000kgf/cm2/m以下の領域であり、淡黒色部Lで示した部
分は、M級岩盤の30σ(約8000kgf/cm2/m)を越える領
域である。この図R7において、施工実績から推定された
断層沿いに図中右方向に分布しているL級岩盤の分布状
況と、平均破壊エネルギのL級に相当する黒色部Bの領
域とは、略対応していることが分る。このように測定・
算出された破壊エネルギの平面分布は、地質(岩盤等
級)の分布と略一致することが確認される。
For example, based on the calculated average rupture energy, a contour map R7 of the distribution of rupture energy in the target range as shown in Fig. 14 is obtained and compared with a separately prepared plane distribution map of the geological condition (rock mass grade). . The black part B in R7 of the figure corresponds to the L-class rock mass obtained in step S22.
The area is 000 kgf / cm 2 / m or less, and the part indicated by the light black portion L is an area exceeding 30σ (about 8000 kgf / cm 2 / m) of the M-class rock. In this figure R7, the distribution status of the L-class bedrock distributed to the right in the figure along the fault estimated from the construction record and the area of the black part B corresponding to the L-class of the average fracture energy correspond approximately. I know what I'm doing. Measure like this
It is confirmed that the calculated plane distribution of the fracture energy is almost the same as that of the geology (rock grade).

[発明の効果] 以上説明したように本発明によれば、油圧式パーカッシ
ョンドリルの試験削孔により得られた削孔データを用
い、工事の進捗を妨げることなく、より原位置に即した
方法で迅速かつ的確に岩盤評価及び切羽前方地質の予測
を行うことができる。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, it is possible to use the drilling data obtained by the test drilling of the hydraulic percussion drill in a method closer to the original position without hindering the progress of the construction. The rock mass can be evaluated and the geology ahead of the cutting face can be predicted quickly and accurately.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図及び第2図は本発明の実施に使用される油圧式パ
ーカッションドリルを示す側面図及び上面図、第3図は
測定データの採取手順を示す手順図、第4図は日常処理
の機器構成図、第5図は日常処理の手順図、第6図及び
第7図は日常処理による削孔日報図及び削孔記録図、第
8図は一括処理の機器構成図、第9図は一括処理の手順
図、第10図は破壊エネルギの深度分布図、第11図は単位
破壊エネルギの度数分布図、第12図はコルモゴロフース
ミルノフ検定結果図、第13図は2集団の判別検討結果
図、第14図は破壊エネルギの平面分布コンタ図である。 A……油圧式パーカッションドリル、1……ロータエン
コーダ、2、3、4……圧力センサ、5……圧力スイッ
チ、6……磁気記録装置、20……大型コンピュータ
1 and 2 are a side view and a top view showing a hydraulic percussion drill used for practicing the present invention, FIG. 3 is a procedure diagram showing a procedure for collecting measurement data, and FIG. 4 is a routine processing device. Configuration diagram, FIG. 5 is a procedure diagram of daily processing, FIGS. 6 and 7 are daily drilling report and drilling record diagram by daily processing, FIG. 8 is a device configuration diagram of batch processing, and FIG. 9 is batch Fig. 10 is a procedure chart of processing, Fig. 10 is a depth distribution map of fracture energy, Fig. 11 is a frequency distribution diagram of unit fracture energy, Fig. 12 is Kolmogorovhu Smirnov test result diagram, and Fig. 13 is a discrimination study result diagram of two groups. , FIG. 14 is a contour distribution diagram of the breakdown energy. A ... hydraulic percussion drill, 1 ... rotor encoder, 2, 3, 4 ... pressure sensor, 5 ... pressure switch, 6 ... magnetic recording device, 20 ... large computer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 牟田 潤 宮城県仙台市青葉区二日町1番27号 鹿島 建設株式会社東北支店内 (72)発明者 手塚 康成 東京都調布市飛田給2丁目19番1号 鹿島 建設株式会社技術研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Jun Muta 1-27 Fukkamachi, Aoba-ku, Sendai City, Miyagi Prefecture Kashima Construction Co., Ltd. Tohoku Branch (72) Inventor Yasunari Tezuka 2-19, Tobita, Chofu-shi, Tokyo No. 1 Kashima Construction Co., Ltd. Technical Research Center

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】油圧式パーカッションドリルで削孔し、削
孔により得られた掘削深度と各深度における累積掘削時
間、瞬間削孔速度、ピストン打撃エネルギ、給進力、ト
ルク、送水圧の削孔データファイルを作成し、該ファイ
ルをパーソナルコンピュータで一括処理して破壊エネル
ギを算出して単位孔長当りの平均破壊エネルギを算出
し、確率・統計的手法により岩盤等級と破壊エネルギと
の対応付けを行い、破壊エネルギによる岩盤評価を実施
し、大型コンピュータによる画像処理を行い、破壊エネ
ルギの分布状況を把握して切羽前方地質を予測すること
を特徴とする油圧ドリルによる削孔データを用いた岩盤
評価及び切羽前方地質の予測方法。
1. Drilling with a hydraulic percussion drill, and the drilling depth obtained by drilling and the cumulative drilling time at each depth, instantaneous drilling speed, piston impact energy, feed force, torque, and water pressure drilling. Create a data file, process the file in batch with a personal computer, calculate the fracture energy, calculate the average fracture energy per unit hole length, and associate the rock mass grade with the fracture energy by the stochastic / statistical method. The rock mass evaluation using the drilling data by the hydraulic drill, which is characterized by predicting the geology ahead of the face by grasping the distribution status of the break energy and performing the rock mass evaluation by the break energy and performing the image processing by the large computer. And the method of predicting the geology ahead of the cutting face.
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