(57)【要約】【課題】切羽の岩盤を振動させるエネルギーを大きくして切羽の岩盤状況及びその変化を広範囲にしかもリアルタイムで評価する。【解決手段】この手法では、トンネル坑内の切羽から離れた後方所定の位置にジオフォン及びＩＣレコーダを設置し、切羽の岩盤を発破により破壊して切羽の岩盤から発生する弾性波をジオフォンで受振、計測し、ＩＣレコーダに記録することを切羽掘削毎に繰り返し、切羽掘削毎に、ＩＣレコーダに記録された弾性波をスペクトログラム解析してスペクトログラム分布図を作成し、スペクトログラム分布により切羽の岩盤状態の良否を推定する。【選択図】図１
2019109168.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネル坑内の切羽から離れた後方所定の位置に地震計及び記録装置を設置し、
前記切羽の岩盤に爆薬を装填し前記切羽の岩盤を前記爆薬により破壊して、前記切羽の岩盤から発生する弾性波を前記地震計で受振、計測し、前記記録装置に記録することを切羽掘削毎に繰り返し、
切羽掘削毎に、前記記録装置に記録された弾性波データをスペクトログラム解析装置により解析して、スペクトログラム分布図を作成し、前記スペクトログラム分布図のスペクトログラム分布により前記切羽の岩盤状態の良否を推定する、
ことを特徴とする岩盤評価方法。
【請求項２】
トンネル坑内の切羽から離れた後方所定の位置に地震計及び記録装置を設置し、
前記切羽の岩盤に爆薬を装填し前記切羽の岩盤を前記爆薬により破壊して、前記切羽の岩盤から発生する弾性波を前記地震計で受振、計測し、前記記録装置に記録することを切羽掘削毎に繰り返し、
切羽掘削毎に、前記記録装置に記録された弾性波データをスペクトログラム解析装置により解析して、スペクトログラム分布図を作成し、前記スペクトログラム分布図のスペクトログラム分布の変化パターンにより前記切羽の岩盤状態の変化を推定する、
ことを特徴とする岩盤評価方法。
【請求項３】
トンネル坑内の切羽から離れた後方所定の位置に地震計及び記録装置を設置し、
前記切羽の岩盤に爆薬を装填し前記切羽の岩盤を前記爆薬により破壊して、前記切羽の岩盤から発生する弾性波を前記地震計で受振、計測し、前記記録装置に記録することを切羽掘削毎に繰り返し、
切羽掘削毎に、前記記録装置に記録された弾性波データをスペクトログラム解析装置により解析して、前記弾性波データから時間−周波数領域における各位置のパワースペクトル値を求め、
前記各位置のパワースペクトル値からパワースペクトル値が最大となる位置の周波数を用いて、発破地点の岩盤の良否を推定する、
ことを特徴とする岩盤評価方法。
【請求項４】
トンネル坑内の切羽から離れた後方所定の位置に地震計及び記録装置を設置し、
前記切羽の岩盤に爆薬を装填し前記切羽の岩盤を前記爆薬により破壊して、前記切羽の岩盤から発生する弾性波を前記地震計で受振、計測し、前記記録装置に記録することを切羽掘削毎に繰り返し、
切羽掘削毎に、前記記録装置に記録された弾性波データをスペクトログラム解析装置により解析して、前記弾性波データから時間−周波数領域における各位置のパワースペクトル値を求めるとともに、前記各位置のパワースペクトル値からパワースペクトル値が最大となる位置の周波数の前記地震計への到達時刻を求め、
前後の各切羽での前記パワースペクトル値が最大となる位置の周波数の前記地震計への各到達時刻から時間の差を求めて、前記時間の差から、前記各切羽の岩盤の変化を推定する、
ことを特徴とする岩盤評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネル工事において切羽の岩盤状態の評価判定に使用する岩盤評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、岩盤をハンマーにより打撃し、打撃音の違いにより、岩盤の良否を判定する手法が行なわれている。岩盤を打撃した際に発生する打撃音は岩盤の状況と関連し、例えば電力中央研究所による岩盤分類では、その評価項目に、岩盤をハンマーで打撃し、その反発音を評価することが示されている。しかし、この評価方法は定性的で、定量的ではなく、測定者の個人差を含むものとなっていた。
【０００３】
そこで、ハンマー打撃音をスペクトル解析により数値化し、ハンマー打撃音を定量的に評価する手法が特許文献１、２により提案されている。
特許文献１の岩盤の性状測定方法では、岩盤をロックハンマーで打撃して、打撃位置の第１の圧電素子と、離れた位置の第２の圧電素子とで検出し、得られた振動信号をＦＦＴプロセッサーにて高速フーリエ変換して第１、第２の周波数スペクトル分布特性を得、両方の周波数スペクトル分布特性のスペクトル強度とスペクトル強度の比を算出し、全周波数域におけるスペクトル強度の比の周波数分布特性を得て、標準パターンと比較し当該岩盤の性状を判定する。
特許文献２の岩盤斜面上の岩塊の不安定性評価方法では、
（ａ）同じ地質条件の岩盤斜面上に存在し、かつ同程度のサイズである複数の岩塊を対象として設定し、
（ｂ）打撃装置を用いて前記複数の岩塊のうちの一つの岩塊を一定強度で打撃し、該岩塊を振動させ、
（ｃ）該岩塊の表面に圧着させたフード付きマイクロフォンで、前記岩塊の振動によって発生する音を取得し、
（ｄ）打撃音解析装置によって前記音の電気信号の強度を解析し、
（ｅ）前記（ｂ）〜（ｄ）の測定を十分な回数行い、
（ｆ）前記複数の岩塊の全ての岩塊に対して前記（ｂ）〜（ｅ）の測定を行い、
（ｇ）前記複数の岩塊の岩塊毎の音の電気信号の強度から、前記複数の岩塊での相対的な不安定性の順位付けを定量的に行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−４３３５１号公報
【特許文献２】特開２００９−２８７９２３公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の各方法では、次のような問題がある。
（１）ハンマー打撃によるため、岩盤を振動させるエネルギーが比較的小さく、探査、評価可能な岩盤の範囲が限定され、トンネル切羽などの岩盤評価に適用することは難しい。
（２）卓越する周波数とスペクトル強度分布により岩盤を評価しているが、評価指標が明確でない。
【０００６】
本発明は、このような従来の問題を解決するものであり、この種の岩盤評価方法において、切羽の岩盤を振動させるエネルギーを大きくして切羽の岩盤状況及びその変化を広範囲にしかもリアルタイムで評価でき、切羽の岩盤状況が急激に変化する場合でも、岩盤評価を迅速に行えること、また、明確な評価指標を用いて、適切な岩盤評価を行えること、などを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明の岩盤評価方法（１）は、
トンネル坑内の切羽から離れた後方所定の位置に地震計及び記録装置を設置し、
前記切羽の岩盤に爆薬を装填し前記切羽の岩盤を前記爆薬により破壊して、前記切羽の岩盤から発生する弾性波を前記地震計で受振、計測し、前記記録装置に記録することを切羽掘削毎に繰り返し、
切羽掘削毎に、前記記録装置に記録された弾性波データをスペクトログラム解析装置により解析して、スペクトログラム分布図を作成し、前記スペクトログラム分布図のスペクトログラム分布により前記切羽の岩盤状態の良否を推定する、
ことを要旨とする。
上記課題を解決するため、本発明の岩盤評価方法（２）は、
トンネル坑内の切羽から離れた後方所定の位置に地震計及び記録装置を設置し、
前記切羽の岩盤に爆薬を装填し前記切羽の岩盤を前記爆薬により破壊して、前記切羽の岩盤から発生する弾性波を前記地震計で受振、計測し、前記記録装置に記録することを切羽掘削毎に繰り返し、
切羽掘削毎に、前記記録装置に記録された弾性波データをスペクトログラム解析装置により解析して、スペクトログラム分布図を作成し、前記スペクトログラム分布図のスペクトログラム分布の変化パターンにより前記切羽の岩盤状態の変化を推定する、
ことを要旨とする。
上記課題を解決するため、本発明の岩盤評価方法（３）は、
トンネル坑内の切羽から離れた後方所定の位置に地震計及び記録装置を設置し、
前記切羽の岩盤に爆薬を装填し前記切羽の岩盤を前記爆薬により破壊して、前記切羽の岩盤から発生する弾性波を前記地震計で受振、計測し、前記記録装置に記録することを切羽掘削毎に繰り返し、
切羽掘削毎に、前記記録装置に記録された弾性波データをスペクトログラム解析装置により解析して、前記弾性波データから時間−周波数領域における各位置のパワースペクトル値を求め、
前記各位置のパワースペクトル値からパワースペクトル値が最大となる位置の周波数を用いて、発破地点の岩盤の良否を推定する、
ことを要旨とする。
上記課題を解決するため、本発明の岩盤評価方法（４）は、
トンネル坑内の切羽から離れた後方所定の位置に地震計及び記録装置を設置し、
前記切羽の岩盤に爆薬を装填し前記切羽の岩盤を前記爆薬により破壊して、前記切羽の岩盤から発生する弾性波を前記地震計で受振、計測し、前記記録装置に記録することを切羽掘削毎に繰り返し、
切羽掘削毎に、前記記録装置に記録された弾性波データをスペクトログラム解析装置により解析して、前記弾性波データから時間−周波数領域における各位置のパワースペクトル値を求めるとともに、前記各位置のパワースペクトル値からパワースペクトル値が最大となる位置の周波数の前記地震計への到達時刻を求め、
前後の各切羽での前記パワースペクトル値が最大となる位置の周波数の前記地震計への各到達時刻から時間の差を求めて、前記時間の差から、前記各切羽の岩盤の変化を推定する、
ことを要旨とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明（１）の岩盤評価方法によれば、爆薬により切羽の岩盤から弾性波を発生させ、この弾性波を地震計で受振、計測して記録装置に記録することを切羽掘削毎に繰り返し、切羽掘削毎に、記録装置に記録された弾性波データをスペクトログラム解析装置により解析して、スペクトログラム分布図を作成し、このスペクトログラム分布図のスペクトログラム分布から切羽の岩盤状態の良否を推定するので、切羽の岩盤を振動させるエネルギーを大きくして切羽の岩盤状態を広範囲にしかもリアルタイムで評価することができ、切羽の岩盤状況が急激に変化する場合でも、岩盤評価を迅速に行うことができる、という本発明独自の格別な効果を奏する。
本発明（２）の岩盤評価方法によれば、爆薬により切羽の岩盤から弾性波を発生させ、この弾性波を地震計で受振、計測して記録装置に記録することを切羽掘削毎に繰り返し、切羽掘削毎に、記録装置に記録された弾性波データをスペクトログラム解析装置により解析して、スペクトログラム分布図を作成し、スペクトログラム分布図のスペクトログラム分布の変化パターンにより切羽の岩盤状態の変化を推定するので、切羽の岩盤を振動させるエネルギーを大きくして切羽の岩盤状態の変化を広範囲にしかもリアルタイムで評価することができ、切羽の岩盤状況が急激に変化する場合でも、岩盤評価を迅速に行うことができる、という本発明独自の格別な効果を奏する。
本発明（３）の岩盤評価方法によれば、爆薬により切羽の岩盤から弾性波を発生させ、この弾性波を地震計で受振、計測して記録装置に記録することを切羽掘削毎に繰り返し、切羽掘削毎に、記録装置に記録された弾性波データをスペクトログラム解析装置により解析して、弾性波データから時間−周波数領域における各位置のパワースペクトル値を求め、各位置のパワースペクトル値からパワースペクトル値が最大となる位置の周波数を用いて、発破地点の岩盤の良否を推定するので、切羽の岩盤を振動させるエネルギーを大きくして切羽の岩盤状態を広範囲にしかもリアルタイムで評価することができ、切羽の岩盤状態が急激に変化する場合でも、岩盤評価を迅速に行うことができ、また、明確な評価指標を用いて、適切な岩盤評価を行うことができる、という本発明独自の格別な効果を奏する。
本発明（４）の岩盤評価方法によれば、爆薬により切羽の岩盤から弾性波を発生させ、この弾性波を地震計で受振、計測して記録装置に記録することを切羽掘削毎に繰り返し、切羽掘削毎に、記録装置に記録された弾性波データをスペクトログラム解析装置により解析して、弾性波データから時間−周波数領域における各位置のパワースペクトル値を求めるとともに、各位置のパワースペクトル値からパワースペクトル値が最大となる位置の周波数の地震計への到達時刻を求め、前後の各切羽でのパワースペクトル値が最大となる位置の周波数の地震計への各到達時刻から時間の差を求めて、この時間の差から、各切羽の岩盤の変化を推定するので、切羽の岩盤を振動させるエネルギーを大きくして切羽の岩盤状態を広範囲にしかもリアルタイムで評価することができ、切羽の岩盤状況が急激に変化する場合でも、岩盤評価を迅速に行うことができ、また、明確な評価指標を用いて、適切な岩盤評価を行うことができる、という本発明独自の各別な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の実施の形態による岩盤評価方法を示す図
【図２】同方法においてトンネル切羽の岩盤で発生させた弾性波の波形データを示す図（（ａ）は良好な岩盤の弾性波データ（ｂ）は不良な岩盤の弾性波データ）
【図３】同方法においてトンネル切羽の岩盤で発生させた弾性波データをスペクトログラム解析して作成したスペクトログラム分布図（（ａ）は良好な岩盤の弾性波データのスペクトログラム分布図（ｂ）は不良な岩盤の弾性波データのスペクトログラム分布図）
【図４】本発明の第２の実施の形態による岩盤評価方法を示す図
【図５】同方法においてトンネル切羽の岩盤で発生させた弾性波データをスペクトログラム解析して作成したスペクトログラム分布図（岩盤状況が一定の場合）
【図６】同方法においてトンネル切羽の岩盤で発生させた弾性波データをスペクトログラム解析して作成したスペクトログラム分布図（岩盤状況が変化する場合）
【図７】本発明の第３、第４、第５の実施の形態による岩盤評価方法を示す図
【図８】同方法においてトンネル切羽の岩盤で発生させた弾性波の波形データを示す図（（ａ）は良好な岩盤の弾性波データ（ｂ）は不良な岩盤の弾性波データ）
【図９】同方法においてトンネル切羽の岩盤で発生させた弾性波データをスペクトログラム解析して作成したスペクトログラム分布図（（ａ）は良好な岩盤の弾性波データのスペクトログラム分布図（ｂ）は不良な岩盤の弾性波データのスペクトログラム分布図）
【図１０】同方法により得たパワースペクトルの最大値の周波数と弾性波速度との関係を示す図
【図１１】同方法により得たパワースペクトルの最大値の周波数の地震計への到達時刻と弾性波速度との関係を示す図（（ａ）は散布図（ｂ）は確率分布図）
【図１２】同方法における岩盤状況の良好度を推定する推定工程のフローを示す図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に、この発明を実施するための形態について図を用いて説明する。
なお、この発明は、地山を伝播する弾性波が多数の周波数成分（スペクトル）から構成され、その強度や減衰特性は弾性波が伝播する地山の特性に依存していると考えられることから、本願発明者が、某所トンネル工事において切羽の発破掘削毎に切羽で発生した弾性波を測定し、この弾性波データをスペクトログラム解析してスペクトログラム分布図を作成したところ、スペクトログラム分布図は岩盤の良・不良により特有のスペクトログラム分布を示し、また、前後の切羽で岩盤状態が一定の場合には略同一のスペクトログラム分布を示し、前後の切羽で岩盤状態が変化する場合にはスペクトログラム分布が変化することを示し、これらのスペクトログラム分布から岩盤状態を推定できることを見出し、創案するに至ったもので、次のような岩盤評価方法１−５を提案する。
【００１１】
図１に第１の実施の形態を示している。
図１に示すように、岩盤評価方法１（以下の説明では、単に手法１という。）は、次のステップにより行う。
（ステップ１）
トンネル坑内の切羽から離れた後方所定の位置に地震計及び記録装置を設置する。
（ステップ２）
切羽の岩盤に爆薬を装填し切羽の岩盤を爆薬により破壊して、切羽の岩盤から発生する弾性波を地震計で受振、計測し、記録装置に記録する。
（ステップ３）
記録装置に記録された弾性波データをスペクトログラム解析装置により解析して、スペクトログラム分布図を作成し、スペクトログラム分布図のスペクトログラム分布により切羽の岩盤の状態の良否を推定する。
切羽掘削毎に（ステップ２）、（ステップ３）を繰り返す。
【００１２】
以下、この手法１の各ステップについて詳述する。
（ステップ１）
ステップ１で、まず、掘削完了区間の切羽後方の所定の位置の坑壁壁面に地震計Ｓを記録装置Ｒとともに設置する。この場合、地震計Ｓに可搬型のジオフォン、記録装置ＲにＩＣレコーダを使用する。また、この場合、ジオフォンは地山深部を伝搬する弾性波を検出できるようにトンネル坑壁に設置したロックボルトに固定し、ジオフォンとＩＣレコーダとを通信ケーブルを介して接続する。
（ステップ２）
ステップ２で、先ず、トンネル坑内の切羽の岩盤に爆薬を装填する。この場合、切羽の掘削に当たり発破を行うので、発破は瞬発電気雷管及びＤＳ電気雷管等を用いて起爆させることとし、切羽に発破孔を削孔して、電気雷管を装着した爆薬を装填する。切羽の爆薬は発破スイッチのＯＮ操作により起爆させる。なお、切羽の岩盤に発破孔を設けている間や発破孔に爆薬を装填している間、あるいは発破孔に爆薬を装填した後の爆薬の起爆の直前など、爆薬の起爆前にＩＣレコーダの記録動作を開始（つまり、録音をスタート）し、録音（中の）状態にしておく。この際、録音スタート時刻を確認し、記録しておく。
続いて、発破スイッチをＯＮ操作し、切羽の岩盤に装填された爆薬を起爆して切羽を爆破し、切羽の岩盤から振動を発生させる。この爆発により、切羽の岩盤から発生した弾性波は地山を伝搬し、この弾性波が切羽後方のジオフォンに到達する。この弾性波をジオフォンで受振、計測し、これを録音（中の）状態になっているＩＣレコーダに記録する。
（ステップ３）
ステップ３で、ＩＣレコーダに記録した弾性波データをスペクトログラム解析装置としてＰＣ（パソコン）に入力し、ＰＣにインストールした一般の解析ソフトにより、弾性波データをスペクトログラム解析して、スペクトログラム分布図を作成し、スペクトログラム分布図のスペクトログラム分布により切羽の岩盤状態の良否を推定する。
図２（ａ）に良好な岩盤の弾性波の波形データを示し、図３（ａ）にこの弾性波データをＰＣの解析ソフトを使ってスペクトログラム解析し作成した横軸を時間、縦軸を周波数とし、周波数成分の強さを色の濃さで示すスペクトログラム分布図を示している。図３（ａ）に示すように、良好な岩盤では、信号成分は初動付近に高周波が明瞭なピークを示す。
図２（ｂ）に不良な岩盤の弾性波の波形データを示し、図３（ｂ）にこの弾性波データをＰＣの解析ソフトを使ってスペクトログラム解析し作成した横軸を時間、縦軸を周波数とし、周波数成分の強さを色の濃さで示すスペクトログラム分布図を示している。図３（ｂ）に示すように、不良な岩盤では、信号成分は初動付近のピークが明瞭ではなく、時間遅れで複数のピークを示す。
なお、ここでは図示を省略したが、岩盤が良好と不良の中位の場合は、信号成分は初動付近のピークの他、時間遅れのピークを示し、２つ若しくは３つの目玉状になっている。
このようにして切羽掘削毎にＩＣレコーダに記録された弾性波データをＰＣにより解析して、スペクトログラム分布図を作成し、スペクトログラム分布図のスペクトログラム分布により切羽の岩盤状態の良否を推定する。
【００１３】
以上説明したように、この手法１によれば、発破により切羽の岩盤から弾性波を発生させ、この弾性波をジオフォンで受振、計測してＩＣレコーダに記録することを切羽掘削毎に繰り返し、切羽掘削毎に、ＩＣレコーダに記録された弾性波データをＰＣにより解析して、スペクトログラム分布図を作成し、このスペクトログラム分布図のスペクトログラム分布から切羽の岩盤状態の良否を推定するようにしたので、切羽の岩盤を振動させるエネルギーを大きくして切羽の岩盤状況を広範囲にしかもリアルタイムで評価することができ、切羽の岩盤状況が急激に変化する場合でも、岩盤評価を迅速に行うことができ、トンネル支保工の選定などに活用することができる。
また、この手法１では、切羽の岩盤から弾性波を発生させる発破にトンネルの掘削発破を利用でき、弾性波の測定作業も掘削の中断を伴うことがないので、掘削工程に影響がない。しかも、発破時の測定作業は無人により実施でき、作業の安全性を確保することができる。
さらに、この手法１では、測定機器・機材はジオフォン、ＩＣレコーダ及びこれらを接続する通信ケーブルのみであり、従来使用される物理探査機器・機材に比べて、安価な機器・機材で実施することができる。また、解析装置にＰＣ及び一般の解析用のアプリケーションソフトを用い、これらの汎用機器・機材で切羽の岩盤状態を評価判定できるので、切羽の岩盤状態の評価判定に要するコストも可及的に低く抑えることができる。
【００１４】
図４に第２の実施の形態を示している。
図４に示すように、この岩盤評価方法２（以下の説明では、単に手法２という。）は、次のステップにより行う。
（ステップ１）
トンネル坑内の切羽から離れた後方所定の位置に地震計及び記録装置を設置する。
（ステップ２）
切羽の岩盤に爆薬を装填し切羽の岩盤を爆薬により破壊して、切羽の岩盤から発生する弾性波を地震計で受振、計測し、記録装置に記録する。
（ステップ３）
記録装置に記録された弾性波データをスペクトログラム解析装置により解析して、スペクトログラム分布図を作成し、スペクトログラム分布図のスペクトログラム分布の変化パターンにより切羽の岩盤状態の変化を推定する。
切羽掘削毎に（ステップ２）、（ステップ３）を繰り返す。
【００１５】
以下、この手法２の各ステップについて詳述する。
なお、（ステップ１）、（ステップ２）については、第１の実施の形態と同じなので、こでは、その重複した説明を省略し、（ステップ３）についてのみ説明する。
（ステップ３）
ステップ３で、ＩＣレコーダに記録した弾性波データをスペクトログラム解析装置としてＰＣに入力し、ＰＣにインストールした一般の解析ソフトにより、弾性波データをスペクトログラム解析して、スペクトログラム分布図を作成し、スペクトログラム分布図のスペクトログラム分布の変化パターンにより切羽の岩盤状態の変化を推定する。
図５に切羽の岩盤状況が一定の場合を例示している。図５に示すように、岩盤状況が一定の場合、スペクトログラム分布に変化は少ない。
図６に切羽の岩盤状況が変化する場合を例示している。図６に示すように、岩盤状況が変化する場合、各スペクトログラム分布間に明瞭な違いが発生する。
これらのスペクトログラム分布から信号成分のピークの数の増減とこのピークの周波数の高低から岩盤状態の変化を推定する。例えば、信号成分のピークの数が「増加」に転じた場合は、岩盤状況が「不良」に変化したと推定する。また、ピークの周波数が「高周波」から「低周波」に転じた場合は、岩盤状況が「不良」に変化したと推定する。
このようにして切羽掘削毎にＩＣレコーダに記録された弾性波をＰＣによりスペクトログラム解析して、スペクトログラム分布図を作成し、スペクトログラム分布図のスペクトログラム分布の変化パターンにより切羽の岩盤状態の変化を推定する。
【００１６】
以上説明したように、この手法２によれば、発破により切羽の岩盤から弾性波を発生させ、この弾性波をジオフォンで受振、計測してＩＣレコーダに記録することを切羽掘削毎に繰り返し、切羽掘削毎に、ＩＣレコーダに記録された弾性波データをＰＣによりスペクトログラム解析して、スペクトログラム分布図を作成し、スペクトログラム分布図のスペクトログラム分布の変化パターンにより切羽の岩盤状態の変化を推定するようにしたので、切羽の岩盤を振動させるエネルギーを大きくして切羽の岩盤状況の変化を広範囲にしかもリアルタイムで評価することができ、切羽の岩盤状況が急激に変化する場合でも、岩盤評価を迅速に行うことができ、トンネル支保工の選定などに活用することができる。
また、この手法２では、切羽の岩盤から弾性波を発生させる発破にトンネルの掘削発破を利用でき、弾性波の測定作業も掘削の中断を伴うことがないので、掘削工程に影響がない。しかも、発破時の測定作業は無人により実施でき、作業の安全性を確保することができる。
さらに、この手法２では、測定機器・機材はジオフォン、ＩＣレコーダ及びこれらを接続する通信ケーブルのみであり、従来使用される物理探査機器・機材に比べて、安価な機器・機材で実施することができる。また、解析装置にＰＣ及び一般の解析用のアプリケーションソフトを用い、これらの汎用機器・機材で切羽の岩盤状態を評価判定できるので、切羽の岩盤状態の評価判定に要するコストも可及的に低く抑えることができる。
【００１７】
図７に第３、第４、第５の実施の形態を示している。
岩盤評価方法３（以下の説明では、単に手法３という。）は、次のステップにより行う。
（ステップ１）
トンネル坑内の切羽から離れた後方所定の位置に地震計及び記録装置を設置する。
（ステップ２）
切羽の岩盤に爆薬を装填し切羽の岩盤を爆薬により破壊して、切羽の岩盤から発生する弾性波を地震計で受振、計測し、記録装置に記録する。
（ステップ３）
記録装置に記録された弾性波データをスペクトログラム解析により解析して、この弾性波データから時間−周波数領域における各位置のパワースペクトル値を求め、各位置のパワースペクトル値からパワースペクトル値が最大となる位置の周波数を用いて、発破地点の岩盤の良否を推定する。
切羽掘削毎に（ステップ２）、（ステップ３）を繰り返す。
岩盤評価方法４（以下の説明では、単に手法４という。）は、次のステップにより行う。
（ステップ１）
トンネル坑内の切羽から離れた後方所定の位置に地震計及び記録装置を設置する。
（ステップ２）
切羽の岩盤に爆薬を装填し切羽の岩盤を爆薬により破壊して、切羽の岩盤から発生する弾性波を地震計で受振、計測し、記録装置に記録する。
（ステップ３）
記録装置に記録された弾性波データをスペクトログラム解析装置により解析して、弾性波データから時間−周波数領域における各位置のパワースペクトル値を求めるとともに、各位置のパワースペクトル値からパワースペクトル値が最大となる位置の周波数の地震計への到達時刻を求め、前後の各切羽でのパワースペクトル値が最大となる位置の周波数の地震計への各到達時刻から時間の差を求めて、この時間の差から、各切羽の岩盤の変化を推定する。
切羽掘削毎に（ステップ２）、（ステップ３）を繰り返す。
これら手法３、４は上記のとおりであるが、この実施の形態では、これらの手法３、４を一連の手法としている。
すなわち、この手法（以下の説明では、手法５という。）では、最初の切羽の岩盤で手法３のステップ１−４を行い、次の切羽の岩盤以降は手法３のステップ１−４を行ってステップ４で切羽の岩盤状況の評価が困難な場合は、手法４のステップ４を行うこととし、次のステップ１−３又は４により実施する。
（ステップ１）
トンネル坑内の切羽から離れた後方所定の位置に地震計及び記録装置を設置する。
（ステップ２）
切羽の岩盤に爆薬を装填し切羽の岩盤を爆薬により破壊して、切羽の岩盤から発生する弾性波を地震計で受振、計測し、記録装置に記録する。
（ステップ３）
記録装置に記録された弾性波データをスペクトログラム解析装置により解析して、この弾性波データから時間−周波数領域における各位置のパワースペクトル値を求め、各位置のパワースペクトル値からパワースペクトル値が最大となる位置の周波数を用いて、発破地点の岩盤の良否を推定する。
（ステップ５）
記録装置に記録された弾性波データをスペクトログラム解析装置により解析して、この弾性波データから時間−周波数領域における各位置のパワースペクトル値を求めるとともに、各位置のパワースペクトル値からパワースペクトル値が最大となる位置の周波数の地震計への到達時刻を求め、前後の各切羽でのパワースペクトル値が最大となる位置の周波数の地震計への各到達時刻から時間の差を求めて、この時間の差から、各切羽の岩盤の変化を推定する。
切羽掘削毎に（ステップ２）、（ステップ３又はステップ３、４）を繰り返す。
【００１８】
以下、この手法５の各ステップについて詳述する。
（ステップ１）
ステップ１で、まず、掘削完了区間の切羽後方の所定の位置の坑壁壁面に地震計Ｓ、記録装置Ｒを１台ずつ設置する。この場合、地震計Ｓに可搬型のジオフォン、記録装置ＲにＩＣレコーダを使用する。なお、ＩＣレコーダについて付言すれば、ＩＣレコーダに記録された弾性波データは最終的にスペクトログラム解析するので、周波数分解能を高めることが有効であり、そこで、サンプリング周波数を大きくし、Ｓ／Ｎ比を高めるために、量子化ビット数が大きい、所謂ハイレゾ（ハイレゾルーション）タイプのＩＣレコーダを採用することが望ましい。また、この場合、ジオフォンは地山深部を伝搬する弾性波を検出できるようにトンネル坑壁にロックボルトを設置してこのロックボルトに固定する。そして、ジオフォンとＩＣレコーダとを通信ケーブルを介して接続する。なお、ＩＣレコーダの記録動作を開始（つまり、録音をスタート）し、録音（中の）状態にしておく。この際、録音スタート時刻を確認し、記録しておく。
（ステップ２）
ステップ２で、先ず、トンネル坑内の切羽の岩盤に爆薬を装填する。この場合、切羽の掘削に当たり発破を行うので、含水爆薬などの爆薬を、切羽に発破孔を削孔して装填する。発破には瞬発電気雷管を用いた発破が含まれることが望ましい。切羽の爆薬は発破スイッチのＯＮ操作により起爆させる。
続いて、発破スイッチをＯＮ操作し、切羽の岩盤に装填された爆薬を起爆して切羽を爆破し、切羽の岩盤から振動を発生させる。この爆発により、切羽の岩盤から発生した弾性波は地山を伝搬し、この弾性波が切羽後方のジオフォンに到達する。この弾性波をジオフォンで受振、計測し、これを録音（中の）状態のＩＣレコーダに記録する。なお、切羽の進行に伴い、弾性波の振動レベルが小さくなる場合は、ジオフォンの設置位置を変え、ジオフォンをトンネル坑内の切羽側でかつ切羽から後方に離れた適宜の位置に移設してもよい。この場合も、同様に、ＩＣレコーダを通信ケーブルを介して接続し、記録（録音）状態にしておく。また、この手法５では、弾性波の記録にＩＣレコーダを使用するが、弾性波データをＩＣレコーダに代えて弾性波データの解析に用いるＰＣに直接記録することもできる。
（ステップ３）
ステップ３で、ＩＣレコーダに記録された弾性波データをＳＤカードその他の転送手段を介してＰＣに転送し、ＰＣにインストールした一般の解析ソフトによりデータ処理を行う。この処理では、弾性波データをＰＣによりスペクトログラム解析し、弾性波データから時間−周波数領域の各位置におけるパワースペクトル値を求め、パワースペクトル値の最大値と、その位置の周波数及び地震計への到達時刻を求め、パワースペクトルの最大値の周波数から、発破地点の岩盤状況を推定する。
【００１９】
図８（ａ）に良好な岩盤の弾性波の波形データを示し、図９（ａ）にこの弾性波データをＰＣの解析ソフトを使ってスペクトログラム解析し作成した横軸を時間、縦軸を周波数とし、周波数成分の強さを色の濃さで示すスペクトログラム分布図を示す。
図８（ｂ）に不良な岩盤の弾性波の波形データを示し、図９（ｂ）にこの弾性波データをＰＣの解析ソフトを使ってスペクトログラム解析し作成した横軸を時間、縦軸を周波数とし、周波数成分の強さを色の濃さで示すスペクトログラム分布図を示す。
ＩＣレコーダからＰＣに転送された弾性波データをＰＣの解析ソフトによりスペクトログラム解析すると、時間と周波数のそれぞれにパワースペクトル値が出るので、その最大値に着目してパワースペクトル値が最大の周波数を求め、この周波数から発破地点の岩盤状況を推定する。良好な岩盤は高い周波数となり、不良な岩盤は低い周波数となる。
【００２０】
この場合、切羽における弾性波速度は岩盤の良好度合いの指標となるので、弾性波速度とパワースペクトルの最大値における周波数の関係を求めてみる。その結果を図１０（ａ）の散布図に示す。そして、この図１０（ａ）からパワースペクトルの最大値の周波数を４３．０７Ｈｚ、８６．１３Ｈｚ、１２９．２Ｈｚ、１７２．３Ｈｚ以上の４つのグループに分けて、図１０（ａ）を図１０（ｂ）に示す確率分布に変換して見てみると、４３．０７Ｈｚの周波数の場合、弾性波速度が１ｋｍ／ｓｅｃから５．５ｋｍ／ｓｅｃ当たりまで分散して分布し、ピークは３．５ｋｍ／ｓｅｃ（の岩盤）のところにあり、８６．１３Ｈｚ、１２９．２Ｈｚの周波数の場合、２．５ｋｍ／ｓｅｃから６．０ｋｍ／ｓｅｃ付近まで同じように分散して分布し、ピークは４．０ｋｍ／ｓｅｃ付近（の岩盤）のところにあり、最大値の周波数が１７２．３Ｈｚ未満においては、弾性波速度との関係が明瞭ではないことが分かる。これに対して、１７２．３Ｈｚ以上の周波数の場合は、４．５ｋｍ／ｓｅｃから５．０ｋｍ／ｓｅｃまでのところに集中して分布していることが分かる。そうすると、１７２．３Ｈｚ以上の周波数であれば、弾性波速度は４．５ｋｍ／ｓｅｃ以上になると推定することができ、これを良好な岩盤の指標として使うことができる。そこで、ここでは、図１０から、１５０．０Ｈｚ以上の周波数を推定工程１（ステップ３）の指標とする。
【００２１】
（ステップ４）
ステップ４で、時間−周波数領域の各位置におけるパワースペクトル値を求めるとともに、各位置のパワースペクトル値からパワースペクトル値が最大となる位置の周波数の地震計への到達時刻を求め、前後の各切羽でのパワースペクトル値が最大となる位置の周波数の地震計への各到達時刻から時間の差を求め、この時間の差から、前後の切羽の岩盤状況の変化を推定する（推定工程２）。
【００２２】
この場合、良好な岩盤の場合は、弾性波の初動が到達してから１波長のところでピークがあり、不良になるほどピークが弾性波の初動が到達してから後の方で複数回に分けて出てくる、という特徴が見られることから、弾性波の初動到達時刻を基準（時刻＝０）にして、パワースペクトル値が最大の周波数の地震計への到達時刻と弾性波速度の関係を考える。
パワースペクトル値が最大の周波数の地震計への到達時刻と弾性波速度の関係を図１１（ａ）の散布図に示す。
そして、この場合も、この図１１（ａ）からパワースペクトル値が最大の周波数の地震計への到達時刻を０−１０ｍｓｅｃ、１０−２０ｍｓｅｃ、２０−３０ｍｓｅｃ、３０ｍｓｅｃ以上の４つのグループに分けて、図１１（ａ）を図１１（ｂ）に示す確率分布に変換して見てみる。０−１０ｍｓｅｃの場合、弾性波速度が４．３ｋｍ／ｓｅｃのあたりにピークがくる。１０−２０ｍｓｅｃ、２０−３０ｍｓｅｃの場合、弾性波速度が３−４ｋｍ／ｓｅｃ当たりのところにピークがきて、０−１０ｍｓｅｃの場合と略同じくらいのところにある。そして、３０ｍｓｅｃ以上の場合は、弾性波速度が３．１ｋｍ／ｓｅｃのところにピークがきていて、０−１０ｍｓｅｃ、１０−２０ｍｓｅｃの場合とでは弾性波速度の分布が明らかに異なり、その境界は３．７ｋｍ／ｓｅｃとなっていることが分かる。そこで、ここでは、図１１から、１０ｍｓｅｃを推定工程２（ステップ４）の指標とする。
【００２３】
このようなスペクトログラム解析によって、時間−周波数領域におけるパワースペクトル値が最大の周波数は、上記のような特性を有することから、図１２のフローチャート（推定工程１、２）を用いて、岩盤状況の良好度、つまり良否を推定する。ここで、パワースペクトルの最大値における時間−周波数領域における閾値は、既述のとおり、周波数：１５０Ｈｚ、時間：１０ｍｓｅｃを目安とし、掘削後に確認された岩盤状況との検証を行うものとする。
【００２４】
図１２に示すように、最初（１回目）の切羽の掘削では、推定工程１のみを行う。この推定工程１では、まず、切羽の岩盤に爆薬を装填し切羽の岩盤を爆薬により破壊して、切羽の岩盤から発生する弾性波をジオフォンで受振、計測し、ＩＣレコーダに記録する。続いて、ＩＣレコーダに記録された弾性波データをスペクトログラム解析する。そして、この解析により、弾性波データから時間−周波数領域における各位置のパワースペクトル値を求め、各位置のパワースペクトル値からパワースペクトル値が最大となる位置の周波数が１５０Ｈｚ以上であれば、発破地点の岩盤は良好と推定する。また、パワースペクトル値が最大の周波数が１５０Ｈｚ未満の場合は、次（２回目）の推定工程へ進む。
【００２５】
図１２に示すように、２回目の切羽の掘削以降は、各切羽掘削毎に、推定工程１又は推定工程１、２を行う。推定工程１では、同様に、まず、切羽の岩盤に爆薬を装填し切羽の岩盤を爆薬により破壊して、切羽の岩盤から発生する弾性波をジオフォンで受振、計測し、ＩＣレコーダに記録する。続いて、ＩＣレコーダに記録された弾性波データをスペクトログラム解析する。そして、この解析により、弾性波データから時間−周波数領域における各位置のパワースペクトル値を求め、各位置のパワースペクトル値からパワースペクトル値が最大となる位置の周波数が１５０Ｈｚ以上であれば、発破地点の岩盤は良好と推定する。また、パワースペクトル値が最大の周波数が１５０Ｈｚ未満の場合は、ＩＣレコーダに記録された弾性波データをスペクトログラム解析して、弾性波データから求めた時間−周波数領域における各位置のパワースペクトル値からパワースペクトル値が最大となる位置の周波数の地震計への到達時刻を求め、前後の各切羽でのパワースペクトル値が最大となる位置の周波数の地震計への各到達時刻から時間の差を求めて、この時間の差から、各切羽の岩盤の変化を推定する。この場合、後の切羽のパワースペクトル値が最大の周波数の到達時刻（ｔｉ＋１）が１０ｍｓｅｃ未満の場合、前の切羽のパワースペクトル値が最大の周波数の到達時刻（ｔｉ）が１０ｍｓｅｃ未満であれば、後の切羽の岩盤状況は前の切羽の岩盤と同程度で変化なしと推定する。また、後の切羽のパワースペクトル値が最大の周波数の到達時刻（ｔｉ＋１）が１０ｍｓｅｃ未満の場合で、前の切羽のパワースペクトル値の最大の周波数の到達時刻（ｔｉ）が１０ｍｓｅｃ未満でなければ、後の切羽の岩盤状況は前の切羽の岩盤よりも良好に変化していると推定する。また、この場合、後の切羽のパワースペクトル値が最大の周波数の到達時刻（ｔｉ＋１）が１０ｍｓｅｃ未満でない場合、前の切羽のパワースペクトル値が最大の周波数の到達時刻（ｔｉ）が１０ｍｓｅｃ未満であれば、後の切羽の岩盤状況は前の切羽の岩盤より不良に変化していると推定する。また、後の切羽のパワースペクトル値が最大の周波数の到達時刻（ｔｉ＋１）が１０ｍｓｅｃ未満ではない場合で、前の切羽のパワースペクトル値が最大の周波数の到達時刻（ｔｉ）が１０ｍｓｅｃ未満でなければ、後の切羽の岩盤状況は前の切羽の岩盤と同程度に不良で変化なしと推定する。
【００２６】
以上説明したように、この手法５によれば、発破により切羽の岩盤から弾性波を発生させ、この弾性波を地震計で受振、計測して記録装置に記録することを切羽掘削毎に繰り返し、切羽掘削毎に、記録装置に記録された弾性波データをスペクトログラム解析装置により解析して、弾性波データから時間−周波数領域における各位置のパワースペクトル値を求め、各位置のパワースペクトル値からパワースペクトルが最大となる位置の周波数を用いて、発破地点の岩盤の良否を推定し、併せて、切羽掘削毎に、記録装置に記録された弾性波データをスペクトログラム解析装置により解析して、弾性波データから時間−周波数領域における各位置のパワースペクトル値を求めるとともに、各位置のパワースペクトル値からパワースペクトル値が最大となる位置の周波数の地震計への到達時刻を求め、前後の各切羽でのパワースペクトル値が最大となる位置の周波数の地震計への各到達時刻から時間の差を求めて、この時間の差から、各切羽の岩盤の変化を推定するようにしたので、切羽の岩盤を振動させるエネルギーを大きくして切羽の岩盤状況を広範囲にしかもリアルタイムで評価することができ、切羽の岩盤状況が急激に変化する場合でも、岩盤評価を迅速に行うことができ、また、明確な評価指標を用いて、適切な岩盤評価を行うことができ、トンネル支保工の選定などに活用することができる。
また、この手法５では、切羽の岩盤から弾性波を発生させる発破にトンネルの掘削発破を利用でき、弾性波の測定作業も掘削の中断を伴うことがないので、掘削工程に影響がない。しかも、発破時の測定作業は無人により実施でき、作業の安全性を確保することができる。
さらに、この手法５では、測定機器・機材はジオフォン、ＩＣレコーダ及びこれらを接続する通信ケーブルのみであり、従来使用される物理探査機器・機材に比べて、安価な機器・機材で実施することができる。また、解析装置にＰＣ及び一般の解析用のアプリケーションソフトを用い、これらの汎用機器・機材で切羽の岩盤状態を評価判定できるので、切羽の岩盤状態の評価判定に要するコストも可及的に低く抑えることができる。
【符号の説明】
【００２７】
Ｓ  地震計（ジオフォン）
Ｒ  デジタル記録装置（ＩＣレコーダ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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