(57)【要約】【課題】地質調査図を用いて、トンネルの切羽前方の地山の地質を効率的にかつ精度良く予測できる地質境界面または断層面解析方法を提供すること。【解決手段】予測地質境界面または予測断層面を解析する地質境界面または断層面解析方法であって、地質調査図１において表された地層の境界線４上に露頭コントロールポイントＣＰ１を定め、露頭コントロールポイントＣＰ１から走向方向ａに所定長さＬ離れた位置に走向コントロールポイントＣＰ２を定めると共に、露頭コントロールポイントＣＰ１から傾斜方向ｂに所定長さＬ離れた位置に傾斜コントロールポイントＣＰ３を定め、地質探査試験のデータから探査コントロールポイントＣＰ４を定め、各コントロールポイントＣＰ１，ＣＰ２，ＣＰ３，ＣＰ４の座標値から、重み付き線形最小二乗法によって予測地質境界面または予測断層面を解析する。【選択図】図３
2018004494.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地質調査図及び三次元モデル解析プログラムを用いて地質境界面または断層面を推定する地質境界面または断層面の予測方法であって、
前記地質調査図に描かれた異なる地層の境界線上または断層線上に露頭コントロールポイントを定め、
該露頭コントロールポイントから走向方向に所定長さ離れた位置に、走向コントロールポイントを定めると共に、該露頭コントロールポイントから傾斜方向に所定長さ離れた位置に、傾斜コントロールポイントを定め、
且つ推定される地質境界面または断層面の位置を確認するために行う地質探査の探査データから、地質境界面または断層面の探査コントロールポイントを定め、
定められた前記露頭コントロールポイント、前記走向コントロールポイント、前記傾斜コントロールポイント、及び前記探査コントロールポイントの座標値から、前記三次元モデル解析プログラムに組み込まれた所定の計算式により最適解を求めて、地質境界面または断層面を推定する地質境界面または断層面の予測方法。
【請求項２】
前記最適解を求める所定の計算式が、重み付き線形最小二乗法または重み付き非線形最小二乗法であり、重み付き二乗距離の合計を最小にする最適解を求めて、地質境界面または断層面を推定する請求項１記載の地質境界面または断層面の予測方法。
【請求項３】
前記露頭コントロールポイント、前記走向コントロールポイント、前記傾斜コントロールポイント、及び前記探査コントロールポイントの重みを、各計測誤差に基づき決定し、重み付き線形最小二乗法または重み付き非線形最小二乗法により最適解を求める請求項２記載の地質境界面または断層面の予測方法。
【請求項４】
前記地質探査の探査データが、削孔検層による探査データである請求項１〜３の何れか１項記載の地質境界面または断層面の予測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地質境界面または断層面の予測方法に関し、特に、地質調査図及び三次元モデル解析プログラムを用いて地質境界面または断層面を推定する地質境界面または断層面の予測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
トンネルとして例えば山岳トンネルを掘削して構築する工事においては、トンネルの切羽前方の地山の地質の変化を予め予測して、その変化に迅速に対応できるようにすることは極めて重要である。トンネルの切羽前方の地山の地質の変化を正確に予測することによって、断層や湧水等に対するリスク管理が容易になると共に、地質に適したパターンの支保工を予め準備しておくことができるので、効率良くトンネルの掘削作業を行うことが可能になる。このようなことから、トンネルの切羽前方の地山の地質の変化を予測するための種々の方法が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１４１８３５号公報
【特許文献２】特開２００２−１２２６７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来のトンネルの切羽前方の地山の地質の変化を予測する方法によれば、いずれも、発破による反射波を解析して地質の変化を予測するものであり、例えば地質境界面や断層面を予測するには多大な費用と時間が掛かる。このようなことから、効率的にかつ精度良く、トンネルの切羽前方の地山の地質の変化を予測できるようにする技術の開発が望まれている。
【０００５】
一方、地山を構成する地層の地質を、岩石や地層が地表に露出している部分である露頭を手掛かりとして、クリノメータと呼ばれる簡易な計測機器を用いて、作業員が調査現場で地層を直接に目で見て確認しながら調査して得られた地質調査図が、例えば地質調査業者に作成を依頼して、入手できるようになっている。地質調査図には、調査対象となっている地山の等高線、露頭の位置、地層の境界線、断層線等が描かれた地質平面図や、地質平面図に基づいて地層を描いた地質縦断面図等が含まれており、また地質境界面または断層面の走向や傾斜が、付随情報として得られるようになっている。
【０００６】
ここで、地層は、堆積したときは水平であったものが、その後の地殻変動等のために傾いたり変形したりしていることが多い。地層の地質境界面または断層面がどのように傾いているかを表すものが、走向と傾斜である。走向は、各地層の地質境界面または断層面と水平面との交線の方向である。傾斜は、地質境界面または断層面が水平面から何度傾いているかを示すものであり、傾斜を測る方向は、走向に対して垂直な方向である。
【０００７】
地質調査図は、作業員が調査現場で地層を直接に目で見て確認して得られたものであるため、地表面における地山の地層の状況を精度良く反映していると考えられるが、トンネルが構築される所定の深さにおける地山の地層の状況を、地質調査図の地質平面図に描かれた地層の状況から、精度良く把握することは困難である。すなわち、地質調査で得られた地質平面図、及び地質境界面や断層面の走向や傾斜の情報に基づいて、地質縦断面図を作成したとしても、地質境界面や断層面は、地中における様々な要因により変動していると考えられるので、地質調査図の地質縦断面図によって、所定の深さにおけるトンネルの切羽前方の地山の地質境界面または断層面を、効率的にかつ精度良く予測することは困難である。
【０００８】
本発明は、地質調査図と探査データを用いて、所定の深さにおけるトンネルの切羽前方の地山の地質境界面または断層面を、効率的にかつ精度良く推定して予測することを可能にする地質境界面または断層面の予測方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、地質調査図及び三次元モデル解析プログラムを用いて地質境界面または断層面を推定する地質境界面または断層面の予測方法であって、前記地質調査図に描かれた異なる地層の境界線上または断層線上に露頭コントロールポイントを定め、該露頭コントロールポイントから走向方向に所定長さ離れた位置に、走向コントロールポイントを定めると共に、該露頭コントロールポイントから傾斜方向に所定長さ離れた位置に、傾斜コントロールポイントを定め、且つ推定される地質境界面または断層面の位置を確認するために行う地質探査の探査データから、地質境界面または断層面の探査コントロールポイントを定め、定められた前記露頭コントロールポイント、前記走向コントロールポイント、前記傾斜コントロールポイント、及び前記探査コントロールポイントの座標値から、前記三次元モデル解析プログラムに組み込まれた所定の計算式により最適解を求めて、地質境界面または断層面を推定する地質境界面または断層面の予測方法を提供することにより、上記目的を達成したものである。ここで、所定の計算式により求めた最適解は、最も確からしい地質境界面または断層面の位置を推定させる解である。
【００１０】
そして、本発明の地質境界面または断層面の予測方法は、前記最適解を求める所定の計算式が、重み付き線形最小二乗法または重み付き非線形最小二乗法であり、重み付き二乗距離の合計を最小にする最適解を求めて、地質境界面または断層面を推定することが好ましい。
【００１１】
また、本発明の地質境界面または断層面の予測方法は、前記露頭コントロールポイント、前記走向コントロールポイント、前記傾斜コントロールポイント、及び前記探査コントロールポイントの重みを、各計測誤差に基づき決定し、重み付き線形最小二乗法または重み付き非線形最小二乗法により最適解を求めることが好ましい。
【００１２】
さらに、本発明の地質境界面または断層面の予測方法は、前記地質探査の探査データが、削孔検層による探査データであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の地質境界面または断層面の予測方法によれば、地質調査図と探査データを用いて、所定の深さにおけるトンネルの切羽前方の地山の地質境界面または断層面を、効率的にかつ精度良く推定して予測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の好ましい一実施形態に係る地質境界面または断層面の予測方法に用いられる地質調査図の地質平面図の一例を示す図である。
【図２】（ａ）は図１の地質平面図のＡ部拡大図、（ｂ）は図１のＡ部の拡大地質縦断面図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）は、走向コントロールポイント、傾斜コントロールポイント、及び探査コントロールポイントの説明図である。
【図４】本発明の好ましい一本実施形態に係る地質境界面または断層面の予測方法を、コンピュータを用いて実施する際の処理フローを示すチャートである。
【図５】本発明の好ましい一実施形態に係る地質境界面または断層面の予測方法を説明する、地質調査図から得られた計画地質境界面や断層面と、本発明の地質境界面または断層面の予測方法によって得られた予測地質境界面や断層面とを重ねて示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の好ましい一実施形態に係る地質境界面または断層面予測方法は、トンネルとして、例えば山岳地帯を縦断して形成される山岳トンネルを構築する工事において、トンネルの切羽を掘削するのに先立って、切羽前方の地山の地質の変化を、より精度良く予測することを可能にして、例えば断層や湧水等に対するリスクに備えることができるようにしたり、地質に適したパターンの支保工を予め準備しておくことができるようにして、効率良く掘削作業を行えるようにするものである。すなわち、本実施形態の地質境界面または断層面予測方法は、例えば地質調査業者が作成した地質調査図に基づいて、三次元モデル解析プログラムが組み込まれたコンピュータを用いて、切羽前方の地山の地質が変化する部分である地質境界面または断層面の位置を、効率的にかつ精度良く推定できるようにするものである。
【００１６】
そして、本実施形態の地質境界面または断層面予測方法は、地質調査業者が作成した、例えば図１及び図２（ａ）、（ｂ）に示すような地質調査図３０、及びコンピュータに組み込まれた三次元モデル解析プログラムを用いて、地質境界面または断層面を推定する予測方法であって、地質調査図３０に描かれた異なる地層の境界線１２上又は断層線上に露頭コントロールポイントＣＰ１を定め（図２（ａ）、（ｂ）参照）、露頭コントロールポイントＣＰ１から走向方向Ｘに所定長さＬ離れた位置に、走向コントロールポイントＣＰ２を定めると共に、露頭コントロールポイントＣＰ１から傾斜方向Ｙに所定長さＭ離れた位置に、傾斜コントロールポイントＣＰ３を定める（図３（ａ）、（ｂ）参照）。また推定される地質境界面または断層面の位置を確認するために行う地質探査の探査データから、設計計画時における地質境界面（計画地質境界面）または断層面（計画断層面）１１の探査コントロールポイントＣＰ４を定める（図３（ａ）参照）。定められた露頭コントロールポイントＣＰ１、走向コントロールポイントＣＰ２、傾斜コントロールポイントＣＰ３、及び探査コントロールポイントＣＰ４の座標値から、三次元モデル解析プログラムに組み込まれた所定の計算式により最適解を求めて、地質境界面または断層面１０を推定する。なお、露頭コントロールポイントＣＰ１から走向コントロールポイントＣＰ２までの所定長さＬと、露頭コントロールポイントＣＰ１から傾斜コントロールポイントＣＰ３までの所定長さＭは、同じ値となっていることが好ましい。
【００１７】
また、本実施形態では、最適解を求める所定の計算式は、好ましくは重み付き線形最小二乗法または重み付き非線形最小二乗法であり、重み付き二乗距離の合計を最小にする最適解を求めて、地質境界面または断層面１０を推定するようになっている。
【００１８】
さらに、本実施形態では、露頭コントロールポイントＣＰ１、走向コントロールポイントＣＰ２、傾斜コントロールポイントＣＰ３、及び探査コントロールポイントＣＰ４の重みを、各計測誤差に基づき決定し、重み付き線形最小二乗法または重み付き非線形最小二乗法により最適解を求めるようになっており、例えば露頭コントロールポイントＣＰ１の重みを、走向コントロールポイントＣＰ２、傾斜コントロールポイントＣＰ３、及び探査コントロールポイントＣＰ４の重みよりも大きくして、露頭コントロールポイントＣＰ１の動きを抑制した状態で、重み付き線形最小二乗法または重み付き非線形最小二乗法により最適解を求めるようになっている。
【００１９】
本実施形態の地質境界面または断層面の予測方法に用いる地質調査図３０（図１参照）は、山岳トンネルの施工箇所の地山の地質を予め把握しておくことを目的として、トンネルの掘削工事を施工するのに先立って、例えば地質調査業者に作成を依頼することで、得ることができる。地質調査図３０は、調査作業員が実際に現場に入って、地層が地表に露出している部分である、岩盤等による露頭１３（図２（ａ）参照）を手掛かりとして、クリノメータ等の計測機器を使用して、調査現場で地層を直接に目で見て確認しながら調査することにより得られたものである。地質調査図には、図１及び図２（ａ）、（ｂ）に示すように、調査対象の地山の等高線、露頭１３、地層の境界線１２、断層線等が描かれた地質平面図３１や、この地質平面図３１に基づいて作成された地質縦断面図３２等が含まれており、また地層が変化する部分である地質境界面１１（図２（ｂ）参照）の走向や傾斜、または断層面の走向や傾斜が、付随情報として得られるようになっている。地質調査図３０には、さらに、構築される山岳トンネル２０の位置が、地質平面図３１や地質縦断面図３２に描かれている。
【００２０】
本実施形態では、地質調査図３０の地質縦断面図３２に描かれた計画地質境界面１１または計画断層面は、地質境界面１１または断層面が平面であることを前提として、当該平面を推定することを目的としている。一方、付随情報として得られる走向や傾斜の角度には誤差があるため、地質調査図のみからは、地表面から相当の深さに位置する山岳トンネルの施工箇所における、実際の地質境界面または断層面を精度良く予測することは困難である。本実施形態では、地質調査図３０から得られる地質境界面（計画地質境界面）１１または断層面（計画断層面）の情報に加えて、地質探査の探査データを利用し、コンピュータに組み込まれた三次元モデル解析プログラムを用いて、所定の計算式による修正を加えることによって、山岳トンネル２０が通過する部分の地層の変化を、より精度良く予測できるようになっている。
【００２１】
本実施形態の地質境界面または断層面の予測方法に用いる三次元モデル解析プログラムとしては、オートデスク社製のソフト「Civil3D」や伊藤忠テクノソリューションズ社製のソフト「GEORAMA」等を含む、コンピュータ上で三次元モデルを作成することが可能な公知の各種のソフトウェアを用いることができる。ただし、本実施形態の予測方法を実装するためには、ソフトウェア側で開発環境が提供されていることが前提となる。三次元モデル解析プログラムは、三次元モデルの作成、表示、情報取得、解析等の機能を備えている。本実施形態の予測方法を実装するための開発環境が提供されている三次元モデル解析プログラムとして、例えばパスコ社製ソフト「ＰＡＤＭＳ」を用いることができる。本実施形態では、三次元モデル解析プログラムに組み込まれた所定の計算式として、好ましくは重み付き線形最小二乗法または重み付き非線形最小二乗法を用いて、露頭コントロールポイントＣＰ１、走向コントロールポイントＣＰ２、傾斜コントロールポイントＣＰ３、及び探査コントロールポイントＣＰ４から最適解を求めることで、地質境界面（予測地質境界面）１０または断層面（予測断層面）を推定すると共に、推定された地質境界面１０または断層面から、山岳トンネル２０が通過する所定の深さ位置における地質境界面または断層面を、より精度良く予測できるようになっている。
【００２２】
本実施形態では、露頭コントロールポイントＣＰ１は、地表面において、推定される地質境界面（予測地質境界面）１０または推定される断層面（予測断層面）が通る確率が高いとされる部分に選定されるポイントであり、地質調査図３０の地質平面図３１から容易に定めることができる（図２（ａ）参照）。すなわち、地表面において、予測地質境界面１０または予測断層面が通る確率が高いとされる部分として、好ましくは地質平面図３１に描かれた地層の境界線１２上であって、地質平面図３１に描かれている露頭１３に近いポイントを、露頭コントロールポイントＣＰ１として定めることができる。
【００２３】
露頭コントロールポイントＣＰ１は、地質平面図３１における地層の境界線１２上または断層線上のポイントであり、露頭の上に露頭コントロールポイントＣＰ１を定めた場合、他のコントロールポイントと比較して、誤差の少ないポイントであると考えられる。本実施形態では、好ましくは、所定の計算式として重み付き線形最小二乗法または重み付き非線形最小二乗法を用いて予測地質境界面１０または予測断層面の最適解を求める際に、露頭の上に定めた露頭コントロールポイントＣＰ１の重みを、他のコントロールポイントＣＰ２、ＣＰ３、ＣＰ４の重みよりも大きくして、露頭コントロールポイントＣＰ１の動きを抑制した状態で最適解を求めるようになっている。露頭コントロールポイントＣＰ１を露頭から離れて定めた場合には、誤差があることを考慮して、露頭コントロールポイントＣＰ１の重みを適宜設定することになる。
【００２４】
走向コントロールポイントＣＰ２は、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、地質調査図３０の付随情報である地質境界面（計画地質境界面）１１または断層面(計画断層面)の走向の情報に基づいて、露頭コントロールポイントＣＰ１から走向方向Ｘに所定長さＬ離れた位置のポイントとして、容易に定めることができる。例えば、走向コントロールポイントＣＰ２は、露頭コントロールポイントＣＰ１から走向方向Ｘに所定長さＬ離れた位置として、走向方向Ｘに１度の角度誤差があった場合に、１ｍの距離誤差を生じる長さＬ分離れた位置である、Ｌ＝１／tan１°＝５７ｍ離れた位置のポイントとすることができる。これによって角度情報を位置情報として利用することが可能になる。
【００２５】
傾斜コントロールポイントＣＰ３は、地質調査図３０の付随情報である地質境界面（計画地質境界面）１１または断層面（計画断層面）の傾斜の情報に基づいて、露頭コントロールポイントＣＰ１から傾斜方向Ｙに所定長さＭ離れた位置のポイントとして、容易に定めることができる。例えば、傾斜コントロールポイントＣＰ３は、露頭コントロールポイントＣＰ１から傾斜方向Ｙに所定長さＭ離れた位置として、傾斜方向Ｙに１度の角度誤差があった場合に、１ｍの距離誤差を生じる長さＭ分離れた位置である、Ｍ＝１／tan１°＝５７ｍ離れた位置のポイントとすることができる。これによって角度情報を位置情報として利用することが可能になる。
【００２６】
また、本実施形態では、走向コントロールポイントＣＰ２が露頭コントロールポイントＣＰ１から走向方向Ｘに離れた所定長さＬと、傾斜コントロールポイントＣＰ３が露頭コントロールポイントＣＰ１から傾斜方向Ｙに離れた所定長さＭとを、同じ長さに設定することが好ましい。
【００２７】
本実施形態では、上述のように、露頭コントロールポイントＣＰ１、走向コントロールポイントＣＰ２、及び傾斜コントロールポイントＣＰ３は、いずれも、地質調査業者が作成した地質調査図３０、及び走向や傾斜の情報に基づいて、容易に定めることができる。また、地質調査図３０の地質縦断面図３２に描かれた計画地質境界面１１または計画断層面は、これらの３点のコントロールポイントＣＰ１、ＣＰ２、ＣＰ３を通る境界面として、容易に設定することができる。
【００２８】
そして、本実施形態では、たとえばこれらの３点のコントロールポイントＣＰ１、ＣＰ２、ＣＰ３に加えて、地質境界面または断層面を確認するために行われた地質探査の探査データから、計画地質境界面１１または計画断層面の探査コントロールポイントＣＰ４を少なくとも１点定め、これらの少なくとも４点のコントロールポイントＣＰ１、ＣＰ２、ＣＰ３、ＣＰ４から、最適解として予測地質境界面１０または予測断層面を求めるようになっている。なお、探査コントロールポイントＣＰ４は複数定めてもよいし、複数種類の探査方法による探査コントロールポイントを組み合わせて用いてもよい。
【００２９】
ここで、探査コントロールポイントＣＰ４を定める探査データを得るための地質探査としては、物理探査、弾性波探査等の、トンネルの切羽前方の地山の地質を探査する方法として公知の、種々の探査方法を用いることができる。本実施形態では、例えば特開２０００−１７０４７８号公報に記載されるような、削孔検層による地質探査によって、探査データを得ることができる。削孔検層による地質探査では、例えば切羽前方の地山に向けて先進ボーリングを行い、この先進ボーリングの掘削時にドリルビットから発生する単位掘削長当りのエネルギー値を利用して、探査データを得るようになっている。得られた単位掘削長当りのエネルギー値は、地山の地層が変化する箇所で、急激に変化することから、このような波形が急激に変化する箇所を特定することによって、探査コントロールポイントＣＰ４を定めることが可能になる。
【００３０】
また、本実施形態では、上述のように、従来より少ない数の削孔検層によって、地質境界面１０または断層面を精度よく推定することを可能にしている。削孔検層による地質探査を、切羽面に対して従来より少ない数の複数箇所で行ない、これらの探査データから、複数の探査コントロールポイントＣＰを定めることもできる。これによって、地質境界面または断層面を、効率的にかつ精度良く推定することが可能になる。
【００３１】
本実施形態では、定められた露頭コントロールポイントＣＰ１、走向コントロールポイントＣＰ２、傾斜コントロールポイントＣＰ３、及び探査コントロールポイントＣＰ４の各座標値から、最適解を求めて予測地質境界面１０または予測断層面を推定するための所定の計算式として、好ましくは重み付き線形最小二乗法または重み付き非線形最小二乗法を用いることができる。
【００３２】
重み付き線形最小二乗法または重み付き非線形最小二乗法は、複数の点を通る平面を推定するための計算方法として公知のものであり、与えられた点から推定される平面までの距離の二乗和が最小となるようにして計算して、平面を推定することができる。重み付き線形最小二乗法または重み付き非線形最小二乗法では、与えられた点の精度に応じて重みを付けた上で、平面を推定することが可能である。
【００３３】
具体的には、ｎ個の重み（ｗi）付きの点データＰi（ｘi，ｙi，ｚi，ｗi）、ｉ＝１、・・・ｎが与えられた場合、下記の式（１）で平面を表現すると、最適平面（推定平面）は、下記の式（２）の値を最小とする平面とすることができる。
【００３４】
【数１】
2018004494.tif 000003
【００３５】
【数２】
2018004494.tif 000004
【００３６】
重み付き非線形最小二乗法としては、一般的に知られているLevenberg-Marquardt法（ＬＭ法）やニュートン法などを用いることができる。また、非線形問題を線形問題に変換した上で、重み付き線形最小二乗法によって、推定平面の最適解を求めることもできる。
【００３７】
本実施形態の地質境界面または断層面の予測方法では、三次元モデル解析プログラムを用いて、図４に示す以下の処理フローに従って、例えば図５に示すモデルによって予測地質境界面１０または予測断層面を推定することができる。すなわち、本実施形態では、三次元モデル解析プログラムの組み込まれたコンピュータに、各種のデータとして、例えば、計画地質境界１１または計画断層面に関する情報である、地質調査業者が作成した地質調査図３０のデータや、地質境界面または断層面の走向角度や傾斜角度のデータや、地質調査図３０の地質平面図３１において定められた露頭コントロールポイントＣＰ１のデータ等が読み込まれる。これらのデータによって、計画地質境界面１１または計画断層面のモデルを得ることができる。
【００３８】
また、三次元モデル解析プログラムが組み込まれたコンピュータに、地質探査の探査データである、削孔検層による探査コントロールポイントＣＰ４のデータが読み込まれる。図５のモデルでは、削孔検層による地質探査として、切羽前方の地山に向けて３本の先進ボーリングを行い、３本の先進ボーリングの探査データから、探査コントロールポイントＣＰ４のデータが得られるようになっている。
【００３９】
本実施形態では、さらに、三次元モデル解析プログラムが組み込まれたコンピュータに、各コントロールポイントＣＰ１、ＣＰ２、ＣＰ３、ＣＰ４の重みに関するデータが、例えば手入力によって入力されることで読み込まれる。本実施形態では、露頭コントロールポイントＣＰ１は、地質調査図に描かれた異なる地層の境界線１２上における露頭上のポイントであって、誤差が最も少ないものと考えられる。走向コントロールポイントＣＰ２及び傾斜コントロールポイントＣＰ３は、走向方向Ｘや傾斜方向Ｙの角度に１度の誤差があった場合に、１ｍの誤差を生じることとして、角度の精度を距離の精度に置き換えたポイントとなっている。探査コントロールポイントＣＰ４は、３本の先進ボーリングの探査データから得ることによって、走向コントロールポイントＣＰ２や傾斜コントロールポイントＣＰ３と同様の精度となるように調整されたポイントとなっている。図５のモデルでは、これらのポイントＣＰ１、ＣＰ２、ＣＰ３、ＣＰ４の精度や信頼性を鑑みて、例えば露頭コントロールポイントＣＰ１の重みを１０．０に、走向コントロールポイントＣＰ２及び傾斜コントロールポイントＣＰ３の重みを１．０に、探査コントロールポイントＣＰ４の重みを１．０に設定して、重み付き線形最小二乗法または重み付き非線形最小二乗法によって、予測地質境界面１０または予測断層面の最適解を得るようになっている。
【００４０】
ここで、露頭コントロールポイントＣＰ１の重みは、露頭コントロールポイントＣＰ１が露頭上にある場合には、走向コントロールポイントＣＰ２、傾斜コントロールポイントＣＰ３、及び探査コントロールポイントＣＰ４の重みより大きく設定し、重み付き線形最小二乗法または重み付き非線形最小二乗法により最適解を求めるようにすることができる。これによって、誤差の少ない露頭コントロールポイントＣＰ１の動きを適度に抑制した状態で、重み付き線形最小二乗法または重み付き非線形最小二乗法によって、予測地質境界面１０または予測断層面の最適解を効率良く求めることが可能になる。
【００４１】
また、本実施形態では、計画地質境界面１１または計画断層面に関するデータや、探査データや、重みに関するデータに加えて、例えば国土地理院が発行する、山岳トンネル２０の施工箇所の地山の地形図を、地図データとして、三次元モデル解析プログラムが組み込まれたコンピュータに取り込んでおくことが好ましい。これによって、露頭コントロールポイントＣＰ１、走向コントロールポイントＣＰ２、傾斜コントロールポイントＣＰ３、及び探査コントロールポイントＣＰ４の座標値や、地質境界面１０，１１または断層面の走向方向Ｘの角度等を、地形図の緯度や経度等と関連付けて設定することが可能になる。
【００４２】
各種のデータが読み込まれたら、三次元モデル解析プログラムは、次に、計画地質境界面１１または計画断層面の走向角度や傾斜角度のデータを、点データに変換して、走向コントロールポイントＣＰ２や傾斜コントロールポイントＣＰ３を定める。具体的には、図５のモデルでは、上述のように、露頭コントロールポイントＣＰ１から走向方向Ｘに所定長さＬ離れた位置として、走向方向Ｘに１°の誤差があった場合に、１ｍの誤差を生じる長さＬ分離れた位置である、Ｌ＝１／tan１°＝５７ｍ離れた位置に、走向コントロールポイントＣＰ２を定める。また露頭コントロールポイントＣＰ１から傾斜方向Ｙに所定長さＭ離れた位置として、傾斜方向Ｙに１度の誤差があった場合に、１ｍの誤差を生じる長さＭ分離れた位置である、Ｍ＝１／tan１°＝５７ｍ離れた位置に、傾斜コントロールポイントＣＰ３を定める。これによって、重み付き線形最小二乗法または重み付き非線形最小二乗法により予測地質境界面１０または予測断層面の最適解を得るための、少なくとも４点のコントロールポイントＣＰ１、ＣＰ２、ＣＰ３、ＣＰ４が定められる。
【００４３】
露頭コントロールポイントＣＰ１、走向コントロールポイントＣＰ２、傾斜コントロールポイントＣＰ３、及び探査コントロールポイントＣＰ４の４点のコントロールポイントが定められたら、三次元モデル解析プログラムは、これらのコントロールポイントＣＰ１、ＣＰ２、ＣＰ３、ＣＰ４に、コンピュータに読み込まれた重みに関するデータに基づいて、重みを設定すると共に、重みの付いたコントロールポイントＣＰ１、ＣＰ２、ＣＰ３、ＣＰ４に対する平面フィッティングを行なって、最適な予測地質境界面１０または予測断層面を推定する。すなわち、平面フィッティングは、４点のコントロールポイントＣＰ１、ＣＰ２、ＣＰ３、ＣＰ４の重み付きの点データから、重み付き線形最小二乗法または重み付き非線形最小二乗法によって、上述のように、上記の式（２）の値を最小とする最適解を求めることで、予測結果として、最適平面（推定平面）である予測地質境界面１０または予測断層面の三次元モデルを得ると共に、予測誤差を算出する。
【００４４】
また、これらの予測結果に基づいて、コンピュータに接続されたディスプレイ等に、得られた予測地質境界面１０または予測断層面の三次元モデルを表示すると共に、算出された予測誤差による予測地質境界面１０または予測断層面の変動範囲を表示する。
【００４５】
そして、上述の構成を備える本実施形態の地質境界面または断層面予測方法によれば、地質調査図を用いて、所定の深さにおける山岳トンネル２０の切羽前方の地山の地質境界面（予測地質境界面）１０または断層面（予測断層面）を、精度良く推定することが可能になる。
【００４６】
すなわち、本実施形態では、地質調査図３０に描かれた異なる地層の境界線１２上または断層線上に露頭コントロールポイントＣＰ１を定め、露頭コントロールポイントＣＰ１から走向方向Ｘに所定長さＬ離れた位置に、走向コントロールポイントＣＰ２を定めると共に、露頭コントロールポイントＣＰ１から傾斜方向Ｙに所定長さＭ離れた位置に、傾斜コントロールポイントＣＰ３を定め、また地質境界面または断層面を確認するために行われる地質探査の探査データから、地質境界面または断層面の探査コントロールポイントＣＰ４を定め、定められた露頭コントロールポイントＣＰ１、走向コントロールポイントＣＰ２、傾斜コントロールポイントＣＰ３、及び探査コントロールポイントＣＰ４の座標値から、三次元モデル解析プログラムに組み込まれた所定の計算式により最適解を求めて、予測地質境界面１０または予測断層面を推定するようになっている。
【００４７】
したがって、本実施形態によれば、地質調査図３０から得られる露頭コントロールポイントＣＰ１、走向コントロールポイントＣＰ２、及び傾斜コントロールポイントＣＰ３の３点に、地質境界面または断層面を確認するために行われる地質探査の探査データから得られる探査コントロールポイントＣＰ４を加えた、少なくとも４点の点データについて、好ましくは重み付き線形最小二乗法または重み付き非線形最小二乗法により最適平面（推定平面）の最適解を求めて、予測地質境界面１０または予測断層面の変動範囲を算定するので、切羽前方の地山に対して行なわれた地質探査の探査データを反映させることによって、地質調査図３０のデータのみから得られる計画地質境界面１１または計画断層面と比較して、より精度の良い予測地質境界面１０または予測断層面を、簡易に且つ容易に推定して予測することが可能になる。
【００４８】
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々の変更が可能である。例えば探査コントロールポイントＣＰ４は、３本の先進ボーリングの探査データから得る必要は必ずしも無く、２本または１本の先進ボーリングの探査データから得ることもできる。探査データを得るための地質探査は、先進ボーリング等の削孔検層によるものである必要は必ずしも無く、弾性波探査、ＦＤＥＭ探査等の、トンネルの切羽前方の地山の地質を探査する方法として公知の、その他の種々の探査方法を用いることもできる。
【００４９】
走向コントロールポイントが定められる露頭コントロールポイントから走向方向に所定長さ離れた位置や、傾斜コントロールポイントが定められる露頭コントロールポイントから傾斜方向に所定長さ離れた位置は、１°の角度誤差があった場合に、１ｍの距離誤差を生じる長さ分離れた位置である必要は必ずしもなく、適宜設定することがきる。
【００５０】
さらに、露頭コントロールポイント、走向コントロールポイント、傾斜コントロールポイント、及び探査コントロールポイントの座標値から、予測地質境界面または予測断層面の最適平面（推定平面）を算定する所定の計算式は、重み付き線形最小二乗法または重み付き非線形最小二乗法である必要は必ずしも無く、与えられた点データから平面推定を行うことが可能な、その他の種々の計算式を用いることができる。
【符号の説明】
【００５１】
１０  予測地質境界面（予測断層面）
１１  計画地質境界面（計画断層面）
１２  異なる地層の境界線（断層線）
１３  露頭
２０  山岳トンネル（トンネル）
３０  地質調査図
３１  地質平面図
３２  地質縦断面図
ＣＰ１  露頭コントロールポイント
ＣＰ２  走向コントロールポイント
ＣＰ３  傾斜コントロールポイント
ＣＰ４  探査コントロールポイント
Ｘ    走向方向
Ｙ    傾斜方向
【図１】
2018004494.tif 000005
【図２】
2018004494.tif 000006
【図３】
2018004494.tif 000007
【図４】
2018004494.tif 000008
【図５】
2018004494.tif 000009