(57)【要約】 【課題】トンネル掘削工事に実施される爆薬装填用孔の掘削、或いは先受け工法として実施される穿孔の工程を利用して実施でき、切羽前方地山の地質情報を、掘削又は排水から得た試料に基づいて得ることができ、直ちにトンネル掘削工事の実施に速やかに適切に反映できる。【解決手段】トンネル切羽１の掘削作業時に発生する掘削排水４のｐＨ値を計測してｐＨデータを得る。掘削排水４を遠心分離型濾過器７により固形物１３の分離回収を行う。分離回収した固形物１３を、カメラ等の画像取得手段で撮影して色彩データを求め、更に同固形物１３を篩い分けして粒度分布データを得る。得られたｐＨデータと色彩データ及び粒度分布データのいずれか一種、又は複数種をそれぞれ、既知の岩種区分データ、色彩データ及びｐＨデータと照合する判定を行う。【選択図】図１
2015004194.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
山岳トンネルの掘削作業に際し、トンネル切羽の掘削に使用される爆薬装填用孔又は試し掘りの掘削作業時に発生する掘削排水を、切羽近傍に設けた釜場へ集めて溜め、前記掘削排水のｐＨ値を計測してｐＨデータを得る段階と、
（イ）釜場に溜めた掘削排水を水中ポンプにより遠心分離型濾過器へ送り、同遠心分離型    濾過器により同掘削排水中に含まれた固形物の分離回収を行う段階と、
（ロ）前記遠心分離型濾過器により分離回収した固形物をカメラ等の画像取得手段で撮影    して色彩データを求め、更に同固形物を篩い分けして粒度分布データを得る段階と、
から成り、
上記のように得たｐＨデータと色彩データ及び粒度分布データのいずれか一種、又は複数種をそれぞれ、既知の岩種区分データ、色彩データ及びｐＨデータと照合する判定を行って、切羽前方地山の地質情報を得ることを特徴とする、山岳トンネル切羽前方の地質探査方法。
【請求項２】
山岳トンネルの掘削作業に先行する先受け工法用としてトンネル切羽及び/又は切羽周辺部地山に行う穿孔作業時に発生する穿孔排水を、穿孔位置近傍に設けた釜場へ集めて溜めた上で、又は各穿孔位置から導いて集合させた穿孔排水を坑外へ送り出す排水管から採取して、前記穿孔排水のｐＨ値を計測してｐＨデータを得る段階と、
（イ）採取した穿孔排水を水中ポンプにより遠心分離型濾過器へ送り、同遠心分離型濾過    器により穿孔排水中に含まれた固形物の分離回収を行う段階と、
（ロ）前記遠心分離型濾過器により分離回収した固形物をカメラ等の画像取得手段で撮影    して色彩データを求め、更に同固形物を篩い分けして粒度分布データを得る段階と、
から成り、
上記のように得たｐＨデータと色彩データ及び粒度分布データのいずれか一種、又は複数種をそれぞれ、既知の岩種区分データ、色彩データ及びｐＨデータと照合する判定を行って、切羽前方地山の地質情報を得ることを特徴とする、山岳トンネル切羽前方の地質探査方法。
【請求項３】
上記のように得たｐＨデータと色彩データ及び粒度分布データのいずれか一種、又は複数種をそれぞれ、トンネル掘削工事に先行して切羽前方地山について行ったボーリング調査により得た事前データと照合する判定を行って、切羽前方地山の地質情報を得ることを特徴とする、請求項１又は２に記載した山岳トンネル切羽前方の地質探査方法。
【請求項４】
上記のようにして得られたトンネル切羽前方地山の地質情報は、直ちに当該切羽のトンネル掘削工事の施工に反映させて、安全で効率的なトンネル掘削工事の遂行に寄与せしめることを特徴とする、請求項１又は２若しくは３に記載した山岳トンネル切羽前方の地質探査方法。
【請求項５】
カメラ等の画像取得手段で撮影したｐＨデータ、色彩データ及び粒度分布データは、パーソナルコンピュータ等の電子情報処理機へ入力して、同電子情報処理機へ予め入力した既知のデータ又は事前調査による事前データとの照合処理操作を行い、その判定結果は記録・保存しておくことを特徴とする、請求項１又は２若しくは３に記載した山岳トンネル切羽前方の地質探査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、いわゆる山岳トンネル掘削工事の安全性及び経済性、工期の短縮等を確保する上で重要なトンネル切羽前方地山の地質情報を得る、トンネル切羽前方地山の地質探査方法の技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
トンネル掘削工事では、実施工に着工する時前にトンネル切羽前方地山の地盤条件（地質情報）を的確に把握し、その地質条件に合わせて適宜に施工方法、施工内容を選択・変更して実施することが、工事の安全性及び経済性、工期の短縮等を確保する上で重要である。前記のように対処することによってはじめて、適切で合理的な施工が可能となり、経済性にも優れたトンネル掘削工事を実施できる。
しかし、実施工に備え、前もって上述したトンネル切羽前方地山の地盤条件・地質情報を正確に細かくデータとして採取・分析することは、物理的、予算的に極めて困難とされている。
そこで実施工時に地山の地盤条件（地質情報）を的確に把握して、その地盤条件に見合う施工方法に変更、採用して工事を進めることが、工事の安全性と経済性を確保するために必要とされる。
何故なら、現状実施されている切羽前方の地質探査は、大がかりなボーリング機械や高精度な器具が必要で、しかも判定には高度な知識が必要で、標準的な現場のトンネル技術者には困難とされているからである。
現状、トンネル切羽前方地山の地質探査方法として実施されている最も簡便な方法は、トンネル掘削技術者が切羽から排出された排水を手にすくい取り、その排水に含まれた微粒子の量、硬さ、色彩などを目視確認して、経験則により、地質情報を判断し判定結果を出している。しかし、前記方法は、定性的な内容であるし、判定を担当する技術者各人の学識、経験と判断力に基づくので、個性が反映して判断基準が曖昧であり、必ずしも共通化、一般化しないという課題を有している。また、事後に再確認したい場合でも、必要なデータが残っていないという問題点がある。
こうした課題を解決する目的で研究、開発された既往の地質探査方法は、おおよそ削孔・穿孔調査法と物理的探査法とに大別される。
先ず削孔・穿孔調査法は、削孔・穿孔時に得られた地層のコアやスライムを利用してトンネル切羽前方の地山条件・地質情報を確認する方法である。この調査方法によれば、水抜き効果が得られる利点もある。ただし、削孔・穿孔の延長が長くなると、調査期間が長くなり、費用も高額になる欠点がある。
次に、物理的探査法は、弾性波や電気波・電磁波を利用する間接的な方法である。直接、地山を目視確認しない間接的方法であるため、上記コア採取の調査方法に比較して精度は劣る。ただし、探査深度は１００ｍに及ぶほど深いことが利点である
【０００３】
更に、先行する特許文献を調査した結果、およそ下記の４件が注目されたので、以下に概説する。
先ず下記の特許文献１に開示された発明は、「トンネル切羽の画像解析に於ける岩種及び岩級識別方法」の名称が示すように、ビデオカメラによりトンネル切羽のカラー画像を求め、輝度信号と色差信号に変換し、色差信号から色ベクトルを求め、色相の分布を色角度で表し、人間の視覚により、色相の違いから岩種及び岩級を識別することを内容としている。しかし、この発明を実施する場合には、ビデオカメラでトンネル切羽をカラー撮影することから始めねばならない。そのため実施工の現場において、ビデオカメラによるトンネル切羽のカラー撮影の時間と場所を確保する段取りを実施できるかの問題がある。
下記の特許文献２に開示された発明は、トンネル坑内に複数の発振点と受信点とから成る測線を配置し、発振点から発振した地震波を受信点で受信し、受信した地震波を解析して切羽前方の地質を探査する方法である。したがって、やはり実施工のトンネル坑内に複数の発振点と受信点とを配置する時間と場所を確保する段取りを実施できるか疑問である。仮にそうした段取りを実施して探査を実行できたとしても、そうした地質探査を実施するが故に、トンネル掘削工事の工期がかなり延びるという問題点は避けられない。
下記の特許文献３に開示された発明は、トンネルの坑口側から切羽手前側区域間内の底盤に間隔を空けて複数の受信装置を設置し、起振装置により底盤を叩いて起振し、発生した弾性波が切羽前方から来る前方反射波と、切羽後方から来る後方反射波とを併せて受信し、後方反射波と、実際の掘削時に切羽後方から確認された地質情報との対応を行い、この対応に基づき、解析により反射波が示す地質状況を予測する方法である。よって、実施工の坑内現場に於いて調査するに際しては、起振とそれに伴う反射波の受信を実施する場所及び時間の確保が一段と困難な方法と考えられる。
下記の特許文献４に開示された発明は、上記特許文献１の発明と同様に、デジタルカメラによりトンネル切羽の画像情報をコンピュータへ取り込み、ディスプレイ上の画像と、作業員が記録した切羽の観察結果とに基づいて判定結果を得る内容である。したがって、上記特許文献１の発明と同様に、実施工の現場において切羽の画像情報を採取する時間と場所を確保する段取りに困難性があるといえる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第２９９６８３６号公報（特開平０７−０４４７１０号）
【特許文献２】特許第３４０４０１５号公報（特開２００２−１３９５７４号）
【特許文献３】特許第４２６０３２９号公報（特開２００１−２４９１８６号）
【特許文献４】特開平１０−０３９０４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したとおり、既往の各先行技術は、いずれも大がかりなボーリング機械、或いはビデオカメラ、起振装置、受信装置等の精密器具の使用が必要である。しかも得られたデータの判定には高度な学識と技術力、経験が必要で、室内作業も必須となる。しかも既往の地質調査の実施には、トンネル掘削工事の工程に新規の工種・工程を追加することになり、その分工期が延び、費用も高額になる等々の問題点が認められる。
本発明の目的は、通常のトンネル掘削工事に際して必ず実施される、爆薬装填用孔（いわゆる発破用孔）の掘削、或いは先受け工法として実施される穿孔の工程を利用して軽便に、現場の段取り替え等の手間を掛けることなく実施でき、しかも切羽前方地山の地質情報を、事前調査のデータと、爆薬装填用孔の掘削又は受け工法用穿孔時の排水から得た試料に基づいて確実に得ることができ、しかも判定結果は現場近傍で短時間の照合・判定として得られ、直ちにトンネル掘削工事の実施に速やかに適切に反映できる、地質探査方法を提供することである。
本発明の次の目的は、大がかりな機械、器具類を必要とせず、また、高度な学識、経験による判定技術や経験もさして必要でなく、しかも個人差の介入が少ない探査ができ、その上現場のトンネル掘削工程に従属した実施ができ、よって新しい工種を介入させることなく安価に短時間に実施でき、現場近傍の位置で速やかに探査結果が得られ、直ちにトンネル掘削工事へ反映できる、山岳トンネル切羽前方地山の地質探査方法を提供することである。
本発明の更なる目的は、トンネル掘削工事に使用される爆薬装填用孔（いわゆる発破用孔）の掘削作業の際に発生する排水、或いは先受け工法用穿孔の際に発生する排水を取り込み、同排水のｐＨ値を測定し、同排水に含まれた微粒子（固形物）を遠心分離型濾過器により分離処理を行い、分離・回収された微粒子（固形物）の粒度分布、色彩などをデータ化して、現場で、又は室内作業として事前データと比較、対照する判定作業を行ってトンネル切羽前方地山の精密な地質情報を得ることができ、その地質情報を直ちにトンネル掘削工事に反映させて安全で効率の良い実施を可能とし、しかも前記地質情報の各根拠データは全て後日確認のために記録、保存しておくことができる、山岳トンネル切羽前方の地質探査方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係る山岳トンネル切羽前方地山の地質探査方法は、
山岳トンネル１００の掘削作業に際し、トンネル切羽１の掘削に使用される爆薬装填用孔２又は試し掘りの掘削作業時に発生する掘削排水４を、切羽近傍に設けた釜場５へ集めて溜め、前記掘削排水４のｐＨ値を計測してｐＨデータを得る段階と、
（イ）釜場５に溜めた掘削排水４を水中ポンプ６により遠心分離型濾過器７へ送り、同遠    心分離型濾過器７により同掘削排水４中に含まれた固形物１３の分離回収を行う段階    と、
（ロ）前記遠心分離型濾過器７により分離回収した固形物１３をカメラ等の画像取得手段    で撮影して色彩データを求め、更に同固形物１３を篩い分けして粒度分布データを得    る段階と、
から成り、
上記のように得たｐＨデータと色彩データ及び粒度分布データのいずれか一種、又は複数種をそれぞれ、既知の岩種区分データ、色彩データ及びｐＨデータと照合する判定を行って、切羽前方地山の地質情報を得ることを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載した発明に係る山岳トンネル切羽前方の地質探査方法は、
山岳トンネル１００の掘削作業に先行する先受け工法用としてトンネル切羽１及び/又は切羽周辺部地山に行う穿孔作業時に発生する穿孔排水４１を、穿孔位置近傍に設けた釜場５へ集めて溜めた上で、又は各穿孔位置から導き集合させた穿孔排水４１を坑外へ送り出す排水管２０から採取して、前記穿孔排水４１のｐＨ値を計測してｐＨデータを得る段階と、
（イ）採取した穿孔排水４１を水中ポンプ６により遠心分離型濾過器７へ送り、同遠心分    離型濾過器７により穿孔排水４中に含まれた固形物１３の分離回収を行う段階と、
（ロ）前記遠心分離型濾過器７により分離回収した固形物１３をカメラ等の画像取得手段    で撮影して色彩データを求め、更に同固形物１３を篩い分けして粒度分布データを得    る段階と、
から成り、
上記のように得たｐＨデータと色彩データ及び粒度分布データのいずれか一種、又は複数種をそれぞれ、既知の岩種区分データ、色彩データ及びｐＨデータと照合する判定を行って、切羽前方地山の地質情報を得ることを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載した発明は、請求項１又は２に記載した山岳トンネル切羽前方の地質探査方法において、
上記のように得たｐＨデータと色彩データ及び粒度分布データのいずれか一種、又は複数種をそれぞれ、トンネル掘削工事に先行して切羽前方地山について行ったボーリング調査３０により得た事前データ３１と照合する判定を行って、切羽前方地山の地質情報を得ることを特徴とする。
請求項４に記載した発明は、請求項１又は２若しくは３に記載した山岳トンネル切羽前方の地質探査方法において、
上記のようにして得られたトンネル切羽前方地山の地質情報は、直ちに当該切羽のトンネル掘削工事の施工に反映させて、安全で効率的なトンネル掘削工事の遂行に寄与せしめることを特徴とする。
請求項５に記載した発明は、請求項１又は２若しくは３に記載した山岳トンネル切羽前方の地質探査方法において、
カメラ等の画像取得手段で撮影したｐＨデータ、色彩データ及び粒度分布データは、パーソナルコンピュータ等の電子情報処理機へ入力して、同電子情報処理機へ予め入力した既知のデータ又は事前調査３０による事前データ３１との照合処理操作を行い、その判定結果は記録・保存しておくことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明による山岳トンネル切羽前方地山の地質探査方法によれば、トンネル切羽１の掘削に使用される爆薬の装填用孔２（発破用孔）の掘削、又は単なる試し掘りの掘削作業の際に発生する排水（以下、掘削排水４という。）を採取して、又は先受け工法用として実施する穿孔掘削時に発生する排水（以下、穿孔排水４１という。）を採取して、同地山の地質探査を行う方法であるから、地山の地層構成の実体に即した地質情報が得られる。
しかもトンネル切羽１の掘削工程の実施、或いはトンネル掘削に先行して実施する地山の補強工事（先受け工法）の実施に支障を及ぼさない（邪魔しない）実施ができる。
よって、トンネル切羽１の掘削工事、又は先受け工法の速やかな進捗を促し、工期の短縮化に寄与するところが大である。
というのも、請求項１、２記載の発明の場合は、トンネル切羽１の掘削に使用される爆薬の装填用孔２（発破用孔）の掘削に際し、その掘削排水４を集めて以下の探査処理を行い、また、請求項２記載の発明の場合は、先受け工法を実施する穿孔時に発生する穿孔排水４１を採取して地質探査を行う方法なので、掘削工事又は穿孔工事の実施および進捗になんら支障を与えないで実施できるからである。
【００１０】
本発明の新規性は、上記した掘削排水４、又は穿孔排水４１のいずれも、地山の地層構成に起因する固形物１３を含み、或いはｐＨ値を示すと考えた着眼点にある。
前記掘削排水４或いは穿孔排水４１を遠心分離型濾過器７によって行う固形物１３の分離回収はおよそ３分〜１０分程度の短時間に、水量にして８〜１５リットル/毎分程度に僅かな分量で行える。因みに前記遠心分離型濾過器７の濾過性能は、固形物比重が１．５以上で、固形物粒径１５ミクロン以上を発揮するので、地質探査性能は極めて高い。
更に、前記掘削排水４又は穿孔排水４１のｐＨ値を計測し、水質の判定も併せて行うので、地下水の流れと、含まれた地層成分の判定も行える。
そして、前記遠心分離型濾過器７により分離回収された固形物（微粒子）１３は、デジタルカメラ、スマートホン等を初めとする画像取得手段により撮影して色彩データ３１を得た上で、更に、篩いなどにかけて粒度分布データを求める。
その上で、前記３種のデータを、例えば昭和６１年１１月に建設大臣官房の技術審議官上條俊一郎氏が纏めた「ボーリング柱状図作成要領（案）解説書（改訂版）」（ただし、その詳細な記事の記載は割愛する。）のページIV−２−１９  IV−２−２０  IV−２−２１に準拠する既知の岩種区分データ、色彩データ、及びｐＨデータと照合することで現場でも速やかに正確な判定結果を得ることができ、トンネル掘削工事の実施へ反映することができる。
或いは、トンネル掘削工事の事前に、当該地山をボーリング調査３０して得られた事前データ３１と照合することによっても、切羽前方地山（全体地山）の地質情報を実体に即した内容で求める方法であるから、極めて精度の高い地質探査が行える。
しかも、速やかに（リアルタイムに）切羽前方地山の地質情報が得られるので、得られた探査結果（地質情報）は、即時にトンネル掘削工事の実施に反映できる。
こうして、本発明の地質探査方法は、トンネル掘削工事の実施工へ速やかに反映でき、同掘削工事の安全性確保と施工内容の適正化、能率の向上などに大きく寄与できる。
即ち、地山の地質情報に適合する爆薬の量を適正に定めることができ、或いは掘削工法や掘削機を適切に選択し又は変更して実施することで、トンネル掘削工事の効率化と経済性を高めて、コストダウン及び工期の短縮化を図ることに寄与する。
或いは先受け補助工法による地山改良材の効果確認が行えるので、施工の安全性を高めること、及びトンネル掘削工事の工法や掘削機の適正な選択にも寄与する。
また、切羽の掘削排水を利用する地質探査方法であるから、地下水の品質確認（ｐＨ管理）もリアルタイムに行え、地下水の水質変化に即時対応した実施工を行うことが可能となる。
更に本発明の特筆できる効果は、既往の地質探査方法に比較して、極めて安価に短時間に実施できること。それもトンネル掘削工事の発破用孔の掘削工程、又は先受け工法の穿孔工程を利用して、実施工の合間に実施できることである。
更に、本発明の地質探査方法の実施で取得した各データは、記録保存しておけるほか、個人差の入らない客観的な判定を行えるので、トンネル掘削工事の工法や工程、工期の改善に寄与する効果が大きい地質探査方法でもある。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明による山岳トンネル切羽前方地山の地質探査方法の枢要なプロセスをブロック図として示した工程図である。
【図２】本発明による切羽前方地山の地質探査方法の実施例１を簡単化して示した概念図（トンネル断面）である。
【図３】本発明の地質探査方法で使用する遠心分離型濾過器の一例を示した立面図である。
【図４】粒度分布データによる岩級判定の要領を示した棒グラフである。
【図５】Ａは本発明の異なる実施例２を簡単化して示した概念図（トンネル断面）、Ｂ図は切羽正面の概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明による山岳トンネル切羽前方の地質探査方法は、山岳トンネル１００の掘削作業に際し、トンネル切羽１の掘削に使用される爆薬装填用孔２又は試し掘りの掘削作業時に発生する掘削排水４を、切羽近傍に設けた釜場５へ集めて溜め、前記掘削排水４のｐＨ値を計測してｐＨデータを得る段階と、
（イ）釜場５に溜めた掘削排水４を水中ポンプ６により遠心分離型濾過器７へ送り、同遠    心分離型濾過器７により同掘削排水４中に含まれた固形物１３の分離回収を行う段階    と、
（ロ）前記遠心分離型濾過器７により分離回収した固形物１３をカメラ等の画像取得手段    で撮影して色彩データを求め、更に同固形物１３を篩い分けして粒度分布データを得    る段階と、
から成る方法として実施される。そして、上記のようにして得たｐＨデータと色彩データ及び粒度分布データは、そのいずれか一種、又は複数種をそれぞれ、既知の岩種区分データ、色彩データ及びｐＨデータと照合する判定処理を行って、切羽前方地山の地質情報を得ることができる。
【００１３】
本発明による山岳トンネル切羽前方の地質探査方法としてはまた、山岳トンネル１００の掘削作業に先行する先受け工法用としてトンネル切羽１及び／又は切羽周辺部地山に行う穿孔作業時に発生する穿孔排水４１を、穿孔位置近傍位置に設けた釜場５へ集めて溜めた上で採取して、又は各穿孔位置から導き集合させた穿孔排水４１を坑外へ送り出す排水管２０から採取して、前記穿孔排水４１のｐＨ値を計測してｐＨデータを得る段階と、
（イ）採取した穿孔排水４１を水中ポンプ６により遠心分離型濾過器７へ送り、同遠心分    離型濾過器７により穿孔排水４中に含まれた固形物１３の分離回収を行う段階と、
（ロ）前記遠心分離型濾過器７により分離回収した固形物１３をカメラ等の画像取得手段    で撮影して色彩データを求め、更に同固形物１３を篩いにかけるなどして粒度分布デ    ータを求める段階と、
から成る方法としても実施される。この場合でも、上記のように得たｐＨデータと色彩データ及び粒度分布データのいずれか一種、又は複数種をそれぞれ、既知の岩種区分データ、色彩データ及びｐＨデータと照合する判定処理を行って、切羽前方地山の地質情報を得ることができる。
【００１４】
上記した各発明の地質探査方法はまた、上記のように得たｐＨデータと色彩データ及び粒度分布データのいずれか一種、又は複数種をそれぞれ、トンネル掘削工事に先行して切羽前方地山について行ったボーリング調査３０によって得た事前データ３１と照合する判定処理を行って、切羽前方地山の地質情報を得ることもできる。
そして、上記の山岳トンネル切羽前方の地質探査方法により得たトンネル切羽前方地山の地質情報は、直ちに当該切羽前方地山のトンネル掘削工事の施工に反映させて、安全で効率的なトンネル掘削工事の遂行に寄与せしめることができる。
更に、上記の山岳トンネル切羽前方の地質探査方法において、カメラ等の画像取得手段で撮影した色彩データは、パーソナルコンピュータ等の電子情報処理機へ入力して、同電子情報処理機による照合処理操作を行って、新鮮度合い、風化度合い、岩種色彩等の色彩判定の処理を行い、その判定結果は記録・保存しておくことができる。
【実施例１】
【００１５】
以下に、本発明を図示した実施例１に基づいて説明する。
本発明による山岳トンネル切羽前方の地質探査方法の主要プロセスを纏めると、およそ図１に示す工程図になる。以下、各プロセスを順を追って説明する。
図２は、山岳トンネルの掘削作業、とりわけトンネル切羽１に爆薬装填用孔２（発破用孔）を削岩機３で掘削する作業工程の状況を示している。削岩機３により掘り進める削孔部２から流出してくる掘削排水４を、図１の実施例では、切羽近傍の底盤位置に予め設けた釜場５に集めて溜める。この釜場５に溜まった掘削排水４は、削岩機３を通じて放出した掘削用水であるが、当然、地山から湧出してきた地下水、及び削孔時に破砕した地山の岩盤細片が含まれている。
トンネル切羽１を削岩機３で掘削する爆薬装填用孔２（発破用孔）の深さ及び本数は、切羽１の面積と、この切羽１を構成する地層の種類や強度、及び爆薬の強さ等の総合評価で種々異なる。少ない場合には３本ぐらい、多ければ１０数本の爆薬装填用孔２が切羽１に掘削される。そして、各爆薬装填用孔２の深さは３０ｃｍぐらいから、３ｍに及ぶ深さまで多様である。こうした爆薬装填用孔２の掘削に要する所要時間は、削岩機３の性能が良いので、３０ｃｍ程度の深さなら数秒程度、３ｍ程度の深さでも３０秒から１分程度で急速に完成する。
上記爆薬装填用孔２の掘削施工を前提に、掘削排水４を溜める釜場５の設営は、各発破用孔２から流出してくる掘削排水４を効率よく集約して溜められる場所と位置を選んで設置する。具体的には、トンネル底盤１０へ、例えば深さ３００ｍｍ〜５００ｍｍ程度、上面開口の直径５００ｍｍ程度の大きさに掘り込んだ水溜まり（凹部）として用意する。また、集めた排水を水中ポンプ６により遠心分離型濾過器７へ速やかに送水できるように設営する。
釜場５の設置につき更に具体的に説明する。トンネル切羽１の近傍の底盤１０の空き地に、掘削排水４を集め易い場所と位置を選び、探査の精度を高めるため、例えば金属製又はプラスチック製、或いは陶磁器などによる水桶を埋め込む方法で設置するのが好ましい。
設置した釜場５内に水中ポンプ６を設置する。つまり、本発明の探査方法は、トンネル切羽１の削岩機３による爆薬装填用孔２の掘削作業の工程と並行して、同掘削工程の邪魔にならない場所を選んで、釜場５を設置し実施する。
遠心分離型濾過器７の設置に関しては、設置場所さえ確保できれば、前記釜場５の水中ポンプ６に近い場所を選んで設備するのも良い。或いは釜場５の近傍に適当な場所を確保しがたいときは、送水ホース８を長く用いて、適当に離れた空き地を選び設備すれば足りる。
【００１６】
本発明の地質探査法の実施に使用する上記水中ポンプ６には、一例として、通称２インチ水中ポンプと呼ばれる機種を使用できる。これは最大吐出量が０．１ｍ３ ／ｍｉｎであるが、地質探査には、毎分当たり８〜１０リットル程度を遠心分離型濾過器７へ送水できれば足りる。この水中ポンプ６の通例の大きさは、長さが１７３ｍｍ、幅２１７ｍｍ、高さ３５３ｍｍ程度に小型・軽量である。よって、持ち運びが容易で、大して設置場所を要しない。前記水中ポンプ６は、地質探査用として釜場５の掘削排水４を３〜１０分間程度送水するべく運転すれば足り、短時間の運転で終了する。
次に、図３に、遠心分離型濾過器７の一例を示した。図示例は株式会社インダストリーが製造・販売するｔｙｐｅｓ１５−Ａを示している。これは適用流量の範囲が８〜１５リットル／分である。大きさも、上下方向の高さが３７０ｍｍ程度と小型。軽量である。よって、トンネル坑内でも持ち運びが容易であり、大して設置場所を要しない。排水中の固形物１３（微粒子）の分離回収可能範囲は、固形物比重が１．５以上、固形物粒径１５ミクロン以上の性能を発揮する。
上記遠心分離型濾過器７の本体シリンダ７１の上端部のヘッドカバー７２へ、上記水中ポンプ６から引き回した送水管８が接続される。水中ポンプ６から圧送された掘削排水４は、前記ヘッドカバー７２を通過する際に水平接線方向への旋回流に誘導され、勢いよく回転（旋回）しつつ本体シリンダ７１内へ流入する。その際の回転流動に伴う遠心力の作用で、同掘削排水４中に含まれた固形物（微粒子）は、上記した１５ミクロン以上の固形物粒子１３が分離され、下方に長い本体シリンダ７１内を沈降する。
他方、排水の方は、粒径、質量が１５ミクロン以下の微粒子と共に、前記ヘッドカバー７２の上部に設けた出口７３から上方へ延びる配管１１を通じて廃棄場所へと導かれる。
こうして本体シリンダ７１内で分離され沈降した固形物粒子１３は、下方部のドレン口７４に設置されたドレンコック７５を開くことにより、ドレン水１４と共にドレン受け容器１２内へ流出し回収される。
【００１７】
本実施例の地質探査法は、切羽１へ爆薬装填用孔２を削岩機３で掘削する削孔作業に付随して実施する点に特長がある。即ち、削岩機３で爆薬装填用孔２を掘削する作業に先立って、予めその掘削位置の近傍位置（切羽近傍の位置）に、図２に示したように釜場５を準備し、削孔部２から流出してくる掘削排水４を、釜場５に集めて溜める。こうして釜場５に溜めた掘削排水４は、上述した水中ポンプ６により、毎分当たり８〜１０リットル程度の流量で約３〜１０分間程度、遠心分離型濾過器７へ送水し、同掘削排水４中に含まれた固形物の遠心分離を行うことにより始められる。こうして遠心分離され沈降した固形物粒子１３は、濾過器下部のドレン口７４に設置されたドレンコック７５を開くことにより、ドレン水１４と共にドレン受け容器１２へ回収でき、さしたる手数を要しない。勿論、爆薬装填用孔２を削岩機３で掘削する作業に対しても、さしたる支障を及ぼさないで実施できる。
なお、上記固形物粒子の回収工程は、爆薬装填用孔２を削岩機３で掘削する作業時間も上述のとおり短いが、それでも十分に、その掘削時間内で実施できる。もっとも、掘削時間が長く、その間の地層の変化が懸念される場合には、念のため、掘削作業の進捗に応じて、前後複数回に分けて固形物粒子の回収工程を実行することも、より精緻な地質情報を得る上で好ましい。
【００１８】
（事前データの採取について）
なお、本発明による地質探査方法の実施に限らないが、当該地山のトンネル掘削工事を計画し始めるに当たっては、当然のことながら所謂発注前に、発注者により、図１の冒頭に示し、図５にも例示したように、予め地質を穿孔調査するボーリング調査３０を行い、コア抜きした試料に基づいて事前データ３１を用意し検討して岩石の種類が推定され、それに併せて掘削に使用する爆薬数量や配置などが決められている。
前記事前データ３１を構成するのは、色彩データ、ｐＨデータ、粒度分布データなどであるが、こうした情報を得ておいて、実施工の際に岩石種類や実体（風化度など）を推定することが、施工の効率、経済性、安全性等を向上させる上で重要である。また、トンネル掘削工事の施工方法、施工内容その他の設計と計画を事前に練るのが、通例の手法である。
【００１９】
（ｐＨ測定の採取について）
さて、上述した掘削排水４については、例えば釜場５に溜まった排水を直接ｐＨ計により計測してｐＨデータを求める。
このｐＨ測定には、ポータブルｐＨ計（例えば東亜ディ・ケー・ケーが製造、販売する商品「ＨＭ−２１Ｐ」（ｐＨ測定範囲０〜１４）を好適に使用することができる。同商品は携帯型で、測定値がデジタル表示されるので、瞬時にｐＨ値が判明する。
因みに、硫酸を含む岩質はｐＨ値が５以下を示す。先受け補助工法に使用したセメント系材料の影響が出ると、ｐＨ値は１０〜１３を示すので、地山から湧出する地下水の品質と、先受け工法の有効性の可否を把握することに役立つ。
即ち、ｐＨデータの重要性は、次のように認められている。
ボーリング調査によって岩石の種類が推定され、その内容に応じて掘削に使用する爆薬の数量や配置が決められているが、コア抜きした試料に基づいて目視した岩石は、担当の技術者が「同じ」と判定しても、それが必ずしも正しいと言えない事例が頻発している。
特に岩石の種類は、事前データと同じでも、岩石には必ず風化作用が加わっている。風化には一般に次の２種類があると評価されている。
その第一は、雨、風によって削られてゆく物理的風化を指す。
その要因は温度変化による膨張と収縮である。膨張と収縮を繰り返すことによって、そうした変化に耐えられなくなって、砕けてしまう。例えば風化によって生成した粘土層を見ると、色や粒子のサイズ（粒度分布）、硬さなどを要因として判明する。
第二は、水によって溶解されてゆく化学的風化を指す。  
雨や地下水の存在が原因である。岩石と地下水は同時に併存するが、極めて緩やかに岩石が水によって溶解・加水分解が進行する。地層の岩石が熔解される化学的風化は、雨や地下水の存在によって起こる。岩石と地下水は併存し得るが、その間、極めて緩やかであるが、岩石の溶解、加水分解が進行する。例えば地殻成分中の多くを占める「長石」は、ＳｉとＮａ、Ｃａなどから形成されている。こうしたアルカリ金属、アルカリ土金属は、比較的容易に溶解・風化する。こうして「長石」が風化した際の地下水のｐＨ値は６．０程度の弱酸性を示す。しかし、アルカリ金属を含む水で風化されたときのｐＨ値は８．０以上のアルカリ性を示す。
このような既知データに基づいて、岩脈やその風化度合いを推定できるので、ｐＨデータの重要性がここに認められる。風化が進むと、同じ岩種でも想定した硬度の岩石種類ではないから、必然、装填する爆薬の箇所数及び火薬量を低減できる重要なデータになる。
【００２０】
（色彩データの採取について）
上記したように、釜場５から採取した掘削排水４を水中ポンプ６で遠心分離型濾過器７へ圧送し、遠心分離法により同掘削排水４中に含まれた固形物粒子１３を分離・回収したときは、先ず市販のデジタルカメラ、スマートホンその他の所謂画像取得手段により、固形物粒子１３のカラー撮影を行い、色彩データを求める。もっとも、続く後工程の篩い分けにより粒度分布を仕分けた各分粒試料毎にもカラー撮影を行い、色彩データを求めることも有意義である。
色彩データの重要性は、次のように理解されている。
岩石は、色々な種類の鉱物からできている。混ざり合っている鉱物毎の色によって、当該岩石の地色が決まると考えても間違いではない。したがって、採取した色彩データについても、実施工の色彩データと、及び既知データ（事前調査のデータ、又は既知の標準化された学術的データ）の色と一致すれば、そのまま岩種を判定でき、ひいては爆薬の設置箇所数や個々の火薬量を決定して良いことになる。
しかしながら、そうした岩石の色が変化したとき、例えば白色に近くなれば風化度合いが大きいと判定できるため、その分当該岩石の硬さは小さいと推定でき、ひいては爆薬の設置箇所数や火薬量を低減化しても良い判断材料になる。
岩石の色彩判定に関しては、目視判定を排除しないが、客観的精度を高め、且つ記録保存を行う手法としては、例えば事前調査３０の時点で得た事前データ３１の１種として、撮影しておいた地山の岩種サンプルの色彩データをパソコンなどの情報処理装置へ取り込んでおく。
一方、現地で採取した上記色彩データも同じ情報処理装置へ入力し、両者を機械的に照合する判定処理操作を行う。かくすると、どのサンプルの色彩データに最も適合するかの照合・判定の処理を客観的に精緻に迅速に行うことができる。しかもそうした判定の経緯と結果は、自動的に記録保存することができる。
【００２１】
因みに、岩種区分及びその色彩の判定に関する既知データに関しては、例えば昭和６１年１１月に、建設大臣官房の技術審議官上條俊一郎氏が纏めた「ボーリング柱状図作成要領（案）解説書（改訂版）」のページIV−２−１９  IV−２−２０  IV−２−２１（但し、その記載内容は割愛する。）に準拠して行うことができる。
こうして、採取した色彩データに基づく岩種の判定は、上記したように掘削排水４から分離、回収した固形物粒子１３という、紛れもない実物に即して、客観的に精密に行うことができる。
なお、上記色彩データの更なる利用法としては、上記岩種判定を行う他にも、地山岩種の新鮮度具合や風化度具合などの判定に応用できることは、既に上述したｐＨデータの項で説明した通りである。
即ち、同じ岩種の色彩であって、事前データと同じと判定できても、岩石には必ず風化作用が加わっている。そうした風化度合いは、ｐＨデータと突き合わせることによって、一層詳密に推定・判断できる。
したがって、上記両ｐＨデータ及び色彩データの採取と突き合わせ判定の重要性がここに認められる。風化が進むと、同じ岩種でも想定した硬度の岩石ではないから、必然、装填する爆薬の箇所数及び火薬量を低減できる重要な根拠データになる。
【００２２】
（粒度分布データの採取と岩種判定について）
上記したようにして予め色彩データを求めた固形物粒子１３については、つづいてデジタルはかりと篩いを使用して、粒度分布データを採取する。なお、この粒度分布データの採取に関しても、予め地山の岩種サンプルを採取して、その粒度分布データを得ておくことが重要である。その上で、上記の掘削排水４から回収した固形物粒子１３を、現場でデジタルはかり又は篩いを使用して粒度分布データを採取する手順が好ましい。
上記のように、地山の岩種サンプルに関して予め採取した事前データ３１としての粒度分布データと、上記固形物粒子１３から採取した粒度分布データとは、図４のように、粒度毎の分布状態（重量％）に分けて、棒グラフに集計して対比し、相関性を確認し判定する。
因みに、図４に示す安山岩サンプルの粒度分布の棒グラフの内容は、左側の右斜め上向き斜線の棒が安山岩サンプルの粒度分布を示し、右側の右斜め下向きの斜線による棒が掘削排水４から分離回収した固形物粒子１３の粒度分布データを示している。
図４において、固形物粒子１３に関する右側の棒グラフは、粒度０．０７５ｍｍと示した粒度範囲は、０．１０６ｍｍ未満までの粒度を含み、全体の１１％を占めることが明らかである。同様に、粒度０．１０６ｍｍと示す粒度範囲は、０．２５０ｍｍまでの粒度を含み、５１％を占めることが明らかである。そして、粒度０．２５０ｍｍと示した粒度範囲は、０．２５０ｍ以上の粒度範囲を含むもので、全体の３８％を占めることが示されている。
このような粒度分布データは、切羽又は地山の岩が硬いか、柔らかいか、或いは細かいか粗いかの尺度を示すものとして有為の判断材料になる。
そして、図４に示した粒度分布データによれば、左右の棒グラフで示す各粒度分布データ同士が近似しているので、地山の岩種サンプルである安山岩と判定することが、トンネル技術者にとって容易に判断できるのである。
【実施例２】
【００２３】
次に、図５は、本発明の実施例２を示す。
本実施例２による地質探査方法の基本原理は、上記実施例１と本質的に変わるところはない。単に、採取する排水の場所と種類、内容が若干異なるにすぎない。
即ち、本実施例２は、トンネル切羽前方地山の強度、安定性が不安視される場合に実施される先受け工法、即ち、切羽１あるいは周辺地山に向かって２ｍないし１５ｍに及ぶ深さの穿孔２’の掘削を穿孔機３’によって行い、引き続き同穿孔２’の中へ、多数の注入孔を設けた注入ノズルパイプを挿入して、地山中へセメントモルタル、或いは水ガラス等の硬化剤を圧入して地山の強度、安定性を増大させる工法を実施する際に適用される地質探査方法である。
したがって、いちいち各穿孔２’の位置に発生する穿孔排水４１を集める煩わしさを避けるため、切羽１の近傍位置で各穿孔位置に発生する穿孔排水４１をひとつの場所（釜場５など）に集めて、これを採取して直に利用する場合の他、図示例では共通の排水管２０にまとめて１箇所の溜め池３０へ排出する。そして、その穿孔排水４１についてｐＨ計測を行ってｐＨデータを求め、更に同穿孔排水の一部を水中ポンプ６で汲み上げ、遠心分離型濾過器７へ送って、上記実施例１と同様に固形物（微粒物）を分離、回収する。
その上で、上記実施例１と同様に、穿孔排水４１から分離、回収した固形物（微粒物）について、図１に例示したプロセスに従って、色彩データと粒度分布データを求める。
上記のようにして得たｐＨデータ、色彩データ、粒度分布データを用いて、トンネル切羽前方地山の地層情報を得る手順と内容は、上記実施例１と変わるところはない。
【００２４】
以上に本発明を図示した実施例に基づいて説明したが、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではない。当業者が必要に応じて通常行う設計変更や、変形応用等の範囲内で様々に実施することが可能であることを申し添える。
【００２５】
１００    山岳トンネル
１    トンネル切羽
２    発破用孔
４    掘削排水
５    釜場
６    水中ポンプ
７    遠心分離型濾過器
１３    固形物
４１    穿孔排水
２０    排水管
【図１】
2015004194.tif 000003
【図２】
2015004194.tif 000004
【図３】
2015004194.tif 000005
【図４】
2015004194.tif 000006
【図５】
2015004194.tif 000007