(57)【要約】【課題】簡易な方法で地中の弾性波速度を測定すること。【解決手段】発振装置１０２により、任意の発振地点において騒音と振動とを同時に発生させ、発生された騒音の到達時刻および振動の到達時刻を発振地点から所定距離Ｌ離れた測定地点で測定する。弾性波速度算出装置１０８は、騒音の到達時刻と所定距離Ｌとに基づいて、騒音および振動の発生時刻を推定し、推定した騒音および振動の発生時刻と振動の到達時刻とに基づいて、発振地点と測定地点との間の地中における弾性波速度を算出する。【選択図】図１
2015094731.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地中の弾性波速度を測定する弾性波速度測定方法であって、
任意の発振地点において騒音と振動とを同時に発生させる発振工程と、
前記発振工程で発生された前記騒音の到達時刻および前記振動の到達時刻を、前記発振地点から所定距離離れた測定地点で測定する測定工程と、
前記測定工程で測定された前記騒音の到達時刻と前記所定距離とに基づいて、前記騒音および前記振動の発生時刻を推定する発生時刻推定工程と、
前記発生時刻推定工程で推定された前記騒音および前記振動の発生時刻と前記振動の到達時刻とに基づいて、前記発振地点と前記測定地点との間の地中における弾性波速度を算出する弾性波速度算出工程と、
を含むことを特徴とする弾性波速度測定方法。
【請求項２】
前記発生時刻推定工程では、前記所定距離を音速値で除して前記騒音の到達所要時間を算出し、前記騒音の到達時刻から前記騒音の到達所要時間を差し引いて前記騒音および前記振動の発生時刻を推定し、
前記弾性波速度算出工程では、前記騒音および前記振動の発生時刻と前記振動の到達時刻とから前記振動の到達所要時間を算出し、前記所定距離を前記振動の到達所要時間で除して前記弾性波速度を算出する、
ことを特徴とする請求項１記載の弾性波速度測定方法。
【請求項３】
前記発生時刻推定工程では、前記測定地点の近傍または前記発振地点の近傍の気温に基づいて、前記音速値を補正して前記騒音および前記振動の発生時刻を推定する、
ことを特徴とする請求項２記載の弾性波速度測定方法。
【請求項４】
前記発振地点および前記測定地点は、掘削中のトンネル内の任意の箇所である、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の弾性波速度測定方法。
【請求項５】
前記発振地点は前記トンネルの切羽であり、前記測定地点は前記トンネルの抗口または前記トンネル抗内の任意の箇所である、
ことを特徴とする請求項４に記載の弾性波速度測定方法。
【請求項６】
前記発振工程では、前記トンネルの掘削における火薬による発破により、前記騒音および前記振動を発生させる、
ことを特徴とする請求項４または５に記載の弾性波速度測定方法。
【請求項７】
地中の弾性波速度を測定する弾性波速度測定システムであって、
任意の発振地点において騒音と振動とを同時に発生させる発振装置と、
前記発振装置によって発生された前記騒音の到達時刻を前記発振地点から所定距離離れた測定地点で測定する騒音測定装置と、
前記発振装置によって発生された前記振動の到達時刻を前記測定地点で測定する振動測定装置と、
前記騒音の到達時刻と前記所定距離とに基づいて、前記騒音および前記振動の発生時刻を推定し、推定した前記騒音および前記振動の発生時刻と前記振動の到達時刻とに基づいて、前記発振地点と前記測定地点との間の地中における弾性波速度を算出する弾性波速度算出装置と、
を備えることを特徴とする弾性波速度測定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地中の弾性波速度を測定する弾性波速度測定方法および弾性波速度測定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、トンネルやダムなどの構造物を建設する際に、建設地の地中の弾性波速度を測定し、地中の地質を調査している。このような弾性波速度の測定は、構造物の建設前におこなわれ測定結果が設計強度等に反映される他、構造物の建設中にも逐次おこなわれ、測定結果を用いて設計データの見直しなどがおこなわれる。
【０００３】
弾性波速度の測定方法としては、たとえば図７に示すように、発振地点７００でダイナマイト等の火薬による発破をおこない、複数の測定地点７０２Ａ〜７０２Ｊで発破による振動が到達した時刻を測定することによって発破地点７００と測定地点７０２Ａ〜７０２Ｊとの間の弾性波速度を推定する方法が一般におこなわれている（たとえば、下記特許文献１参照）。
【０００４】
また、より簡易的に弾性波速度を測定する方法として、たとえば図８Ｂに示すように、ハンマー８００により地表Ｇを叩いて振動を発生させ、振動発生箇所から所定距離離れた位置に設置された振動測定装置８０２で振動の到達時刻を測定することによって振動発生箇所と測定地点との間の弾性波速度を推定する方法が知られている。この方法では、図８Ａに示すように振動測定装置８０２からの距離Ｌを変えて複数箇所で振動を発生させて、振動到達時刻Ｔ（ΔＴ）と距離Ｌ（ΔＬ）とからなる走時曲線を作成して弾性波速度Ｖを求める。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０７−２５９４７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した火薬による発破を用いる方法およびハンマーを用いる方法では、弾性波速度測定用の発破による振動と他の振動との混同を防ぐため、構造物の建設中に測定をおこなう際には建設作業を中断する必要があるという課題がある。また、上述した火薬による発破を用いる方法では、複数の振動測定装置を設置する必要があり、測定が煩雑であるという課題がある。また、上述したハンマーを用いた方法では、人力により振動を発生させるので測定範囲が最大でも４０〜５０ｍ程度の範囲となり、広範囲での測定をおこなうことができないという課題がある。
【０００７】
本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、簡易な方法で地中の弾性波速度を測定することができる弾性波速度測定方法および弾性波速度測定システム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】
【０００８】
上述した問題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかる弾性波速度測定方法は、地中の弾性波速度を測定する弾性波速度測定方法であって、任意の発振地点において騒音と振動とを同時に発生させる発振工程と、前記発振工程で発生された前記騒音の到達時刻および前記振動の到達時刻を、前記発振地点から所定距離離れた測定地点で測定する測定工程と、前記測定工程で測定された前記騒音の到達時刻と前記所定距離とに基づいて、前記騒音および前記振動の発生時刻を推定する発生時刻推定工程と、前記発生時刻推定工程で推定された前記騒音および前記振動の発生時刻と前記振動の到達時刻とに基づいて、前記発振地点と前記測定地点との間の地中における弾性波速度を算出する弾性波速度算出工程と、を含むことを特徴とする。
また、本発明にかかる弾性波速度測定システムは、地中の弾性波速度を測定する弾性波速度測定システムであって、任意の発振地点において騒音と振動とを同時に発生させる発振装置と、前記発振装置によって発生された前記騒音の到達時刻を前記発振地点から所定距離離れた測定地点で測定する騒音測定装置と、前記発振装置によって発生された前記振動の到達時刻を前記測定地点で測定する振動測定装置と、前記騒音の到達時刻と前記所定距離とに基づいて、前記騒音および前記振動の発生時刻を推定し、推定した前記騒音および前記振動の発生時刻と前記振動の到達時刻とに基づいて、前記発振地点と前記測定地点との間の地中における弾性波速度を算出する弾性波速度算出装置と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、発振地点で騒音と振動とを同時に発生させ、測定地点への騒音の到達時刻および振動の到達時刻をそれぞれ測定し、測定結果に基づいて発振地点と測定地点との間の地中における弾性波速度を算出する。これにより、測定に用いる振動と他の振動とを区別することができ、構造物の建設中にも建設作業を中断することなく弾性波速度の測定をおこなうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態にかかる弾性波速度測定システム１０の構成を示す説明図である。
【図２】騒音測定装置１０４により測定した波形の一例を示すグラフである。
【図３】振動測定装置１０６により測定した波形の一例を示すグラフである。
【図４】弾性波速度算出装置１０８による弾性波速度算出方法を説明する説明図である。
【図５】弾性波速度測定システム１０による弾性波速度測定方法の手順を示すフローチャートである。
【図６】トンネルＴの設計時における弾性波速度分布を示す説明図である。
【図７】従来技術にかかる弾性波速度測定方法を示す説明図である。
【図８】従来技術にかかる弾性波速度測定方法を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に添付図面を参照して、本発明にかかる弾性波速度測定方法および弾性波速度測定システムの好適な実施の形態を詳細に説明する。本実施の形態では、トンネルの掘削地における弾性波速度の測定を例にして説明する。
【００１２】
（実施の形態）
図１は、実施の形態にかかる弾性波速度測定システム１０の構成を示す説明図である。上述のように、本実施の形態では、掘削中のトンネルＴ周辺の地中の弾性波速度を測定する。図１に示すトンネルＴは、坑口Ｅから掘削がおこなわれ、切羽Ｐまで坑道が形成されている。切羽Ｐには、騒音と振動とを同時に発生させる発振装置１０２が設けられている。本実施の形態において、発振装置１０２はダイナマイト等のトンネルＴの掘削における火薬による発破をおこなう装置であり、発破によって騒音および振動を発生させる。以下、発振装置１０２が設置されている地点を「発振地点」という。
【００１３】
また、坑口Ｅには、発振装置１０２によって発生された騒音の到達時刻を発振地点から所定距離（図１では距離Ｌ）離れた測定地点（坑口Ｅ）で測定する騒音測定装置１０４と、発振装置１０２によって発生された振動の到達時刻を測定地点で測定する振動測定装置１０６とが設けられている。騒音測定装置１０４および振動測定装置１０６は、略同位置に設置し、その点を測定地点とする。測定地点と発振地点との距離Ｌは、あらかじめ正確に測定しておく。また、騒音測定装置１０４および振動測定装置１０６を同一の筐体に収納したり、両装置の機能を備えた単一の測定装置を測定地点に設置したりしてもよい。
【００１４】
騒音測定装置１０４および振動測定装置１０６は、従来公知のさまざまな形態のものを採用できるが、測定の便宜上、小型軽量で乾電池駆動型のものが好ましい。また、騒音測定装置１０４および振動測定装置１０６によるデータ測定は、測定精度を高めるために高周波数でおこなうことが好ましい。
【００１５】
図２は、騒音測定装置１０４により測定した波形の一例を示すグラフである。また、図３は、振動測定装置１０６により測定した波形の一例を示すグラフである。図２および図３のグラフにおいて、縦軸は騒音または振動の強度、横軸は時刻である。また、図２および図３では、同時刻に測定をおこない、発振地点−測定地点間の距離（所定距離Ｌ）は３００ｍであるものとする。図３のグラフでは、時刻Ｔ１に心抜きの発破による振動（波形３１）が測定地点に到達している。以降、時刻Ｔ２に２段目の発破による振動（波形３２）、時刻Ｔ３に３段目の発破による振動（波形３３）、時刻Ｔ４に４段目の発破による振動（波形３４）が、それぞれ測定地点に到達している。また、４段目の発破による振動（波形３４）以降は、低周波騒音による影響で発破振動は不明となっている。なお、発破は必ずしも複数回おこなう必要はなく、少なくとも１回おこなえばよい。
【００１６】
また、図２のグラフでは時刻Ｔ５に測定地点に心抜の発破による騒音が到達している。時刻Ｔ５は図３の時刻Ｔ４（４段目の発破による振動の到達時刻）とほぼ同時刻であり、振動と比較して騒音は到達までの所要時間が長いことがわかる。なお、図２のグラフでは、２段目より後の発破による騒音は明瞭には識別することができない。
【００１７】
図１の説明に戻り、騒音測定装置１０４および振動測定装置１０６は、弾性波速度算出装置１０８と接続されている。弾性波速度算出装置１０８は、騒音の到達時刻と発振地点−測定地点間の距離（所定距離Ｌ）とに基づいて、騒音および振動の発生時刻を推定し、推定した騒音および振動の発生時刻と振動の到達時刻とに基づいて、発振地点と測定地点との間の地中における弾性波速度を算出する。弾性波速度算出装置１０８は、ＣＰＵ、演算プログラムなどを格納・記憶するＲＯＭ、演算プログラムの作動領域としてのＲＡＭ、各種データを書き換え可能に保持するＥＥＰＲＯＭ、周辺装置等とのインターフェースをとるインターフェース部、演算結果を出力する出力部などを含んで構成される。
【００１８】
図４は、弾性波速度算出装置１０８による弾性波速度算出方法を説明する説明図である。図４のグラフは、図２および図３のグラフを重ねたものである。弾性波速度算出装置１０８は、まず、騒音の到達時刻と所定距離Ｌとに基づいて、騒音および振動の発生時刻を推定する。このとき、弾性波速度算出装置１０８は、所定距離Ｌを音速値で除して騒音の到達所要時間を算出する。そして、騒音の到達時刻から騒音の到達所要時間を差し引いて騒音および振動の発生時刻を推定する。
【００１９】
図４を用いて具体的に説明すると、図４における所定距離Ｌは図２および図３と同様に３００ｍであり、音速値を３４０ｍ／ｓｅｃとすると、所定距離Ｌにおける騒音の到達所要時間Ｔαは、３００／３４０＝０．８８２（ｓｅｃ）となる。測定地点に騒音が到達した時刻Ｔ５から騒音の到達所要時間Ｔαを差し引くことによって、騒音および振動の発生時刻Ｔβを推定することができる。なお、音速値は温度によって変化するため、測定地点の近傍または発振地点の近傍の気温に基づいて、音速値を補正して騒音および振動の発生時刻を推定するようにすれば、弾性波速度の算出精度をより向上させることができる。
【００２０】
つづいて、弾性波速度算出装置１０８は、騒音および振動の発生時刻と振動の到達時刻とに基づいて、発振地点と測定地点との間の地中における弾性波速度を推定する。より詳細には、弾性波速度算出装置１０８は、騒音および振動の発生時刻と振動の到達時刻とから振動の到達所要時間を算出し、所定距離Ｌを振動の到達所要時間で除して弾性波速度を推定する。
【００２１】
図４を用いて具体的に説明すると、弾性波速度算出装置１０８は、騒音および振動の発生時刻Ｔβと心抜の発破による振動の到達時刻Ｔ１との差分を振動の到達所要時間Ｔγとする。図４の例では、振動の到達所要時間Ｔγは約０．０９８８ｓｅｃである。そして、所定距離Ｌを振動の到達所要時間Ｔγで除すことによって地中の弾性波速度を算出する。図４の例では、弾性波速度は３００／０．０９８８＝３０４０ｍ／ｓｅｃ（およそ３．０ｋｍ／ｓｅｃ）となる。
【００２２】
図６は、トンネルＴの設計時における弾性波速度分布を示す説明図である。図６では発振地点６００と測定地点６０２との間の弾性波速度が３．６〜４．４ｋｍ／ｓｅｃ（下線部参照）と推定されている。これに対して、弾性波速度測定システム１０で測定した弾性波速度は３．０ｋｍ／ｓｅｃであり、設計の予測と比較して実際の弾性波速度は遅くなっている。すなわち、測定領域周辺の地盤は予測よりもやわらかい可能性があり、設計時における支保パターンを見直す必要がある可能性がある。
【００２３】
図５は、弾性波速度測定システム１０による弾性波速度測定方法の手順を示すフローチャートである。図５のフローチャートにおいて、測定者は、まず発振装置１０２を発破地点に、騒音測定装置１０４および振動測定装置１０６を測定地点に、それぞれ設置する（ステップＳ５０１）。このとき、発破地点‐測定地点間の距離（所定距離Ｌ）を正確に測定しておく。
【００２４】
つぎに、発振装置１０２により発破をおこない、騒音と振動とを同時に発生させる（ステップＳ５０２）。また、ステップＳ５０２と同時に騒音測定装置１０４および振動測定装置１０６により発破により生じた騒音および振動を測定する（ステップＳ５０３）。測定が終了すると、弾性波速度算出装置１０８は、発破地点‐測定地点間の距離と騒音の到達時刻とから発破時刻（騒音および振動の発生時刻）を推定する（ステップＳ５０４）。そして、発破時刻と振動の到達時刻とから振動の到達所要時間を推定し、さらに弾性波速度を算出する（ステップＳ５０５）。弾性波速度算出装置１０８は、算出した弾性波速度を表示等により出力して（ステップＳ５０６）、本フローチャートによる処理を終了する。
【００２５】
以上説明したように、実施の形態にかかる弾性波速度測定システム１０は、発振地点で騒音と振動とを同時に発生させ、測定地点への騒音の到達時刻および振動の到達時刻をそれぞれ測定し、測定結果に基づいて発振地点と測定地点との間の地中における弾性波速度を算出する。これにより、弾性波速度の測定に用いる振動と他の振動とを区別することができ、構造物の建設中にも建設作業を中断することなく弾性波速度の測定をおこなうことができる。
【００２６】
また、弾性波速度測定システム１０は、所定距離Ｌ、音速値、および騒音の到達時刻から騒音および振動の発生時刻を推定するので、振動の発生時刻を厳密に記録する必要がなく、たとえば構造物の建設作業における振動を測定に用いることができる。また、音速値を用いて演算をおこなう際に、測定地点の近傍または発振地点の近傍の気温に基づいて、音速値を補正するようにすれば、弾性波速度の測定精度をより向上させることができる。
【００２７】
また、弾性波速度測定システム１０は、掘削中のトンネルＴ内の任意の箇所を発振地点および測定地点とするので、トンネルＴの掘削作業を進めながら周囲の地質が設計時の予測と整合しているかを確認することができる。また、弾性波速度測定システム１０において、発振地点をトンネルＴの切羽とすれば、トンネルの掘削を進めるための発破を用いて弾性波速度を測定することができ、弾性波速度測定のために別途発破をおこなう必要がなく、費用的コストおよび人的コストを低減させることができる。
【００２８】
なお、図１では切羽Ｐに発振装置１０２が、坑口Ｅに騒音測定装置１０４および振動測定装置１０６が設けられているが、発振装置１０２の設置場所（発振地点）や騒音測定装置１０４および振動測定装置１０６の設置場所（測定地点）はトンネルＴ周辺の任意の箇所とすることができる。また、発破により生じる騒音が周囲に漏れないように坑口Ｅに防音扉等を設けてもよい。
【００２９】
また、本実施の形態では、掘削中のトンネル周辺の弾性波速度を測定する場合について説明したが、これに限らず、建設予定のトンネルの設計調査段階における弾性波速度の測定に本発明を適用してもよい。また、トンネルに限らず、ダム等の他の構造物の建設時に本発明を適用してもよい。
【００３０】
また、本実施の形態では、発振装置１０２として火薬を用いた発振装置を例にしたが、これに限らず、たとえばコンパクタなどトンネル掘削に用いられる他の工事用機材によって騒音および振動を同時に発生させてもよい。また、本実施の形態では、騒音測定装置１０４および振動測定装置１０６をそれぞれ１台ずつ設置するようにしたが、これに限らず、騒音測定装置１０４および振動測定装置１０６を複数台ずつ用意して複数個所で測定をおこなってもよい。
【符号の説明】
【００３１】
１０……弾性波速度測定システム、１０２……発振装置、１０４……騒音測定装置、１０６……振動測定装置、１０８……弾性波速度算出装置
【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】
2015094731.tif 000008
【図７】
2015094731.tif 000009
【図８】
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