(57)【要約】【課題】さく孔中のパーカッションドリルから得られる情報に基づいて、対象岩盤の状況を探査する岩盤探査方法において、岩盤の硬軟岩の評価および不連続層等の岩質の評価のいずれにおいても好適な評価を行える岩盤探査方法を提供する。【解決手段】対象岩盤Ｓをパーカッションドリル１０でさく孔によって穿孔し、その穿孔速度に基づいて岩盤Ｓの硬軟を判別し（ステップＳ４）、また、回転圧力に基づいて岩盤Ｓの性状を判別し（ステップＳ５）、両者の判別結果の関係に基づいて地山等級を分類する（ステップＳ６，７）。【選択図】図２
2015067957.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
さく孔中のパーカッションドリルから得られる情報に基づいて、対象とする岩盤の状況を探査する岩盤探査方法であって、
前記パーカッションドリルで対象とする岩盤をさく孔によって穿孔して実測穿孔データとして穿孔速度および回転圧力を取得する実測穿孔データ取得工程と、前記穿孔速度に基づいて対象とする岩盤の岩盤強度を判別する岩盤強度判別工程と、前記回転圧力に基づいて対象とする岩盤の岩盤性状を判別する岩盤性状判別工程と、前記岩盤強度と前記岩盤性状との関係に基づいて、対象とする岩盤の地山分類を判別する地山分類判別工程と、判定の基準とする基準岩盤の地山等級と前記地山分類の判別結果との関係に基づいて、対象とする岩盤の地山等級を判別する地山等級判別工程とを含むことを特徴とする岩盤探査方法。
【請求項２】
前記実測穿孔データ取得工程、前記岩盤強度判別工程、前記岩盤性状判別工程、前記地山分類判別工程および前記地山等級判別工程は、制御装置で実行されることを特徴とする請求項１に記載の岩盤探査方法。
【請求項３】
前記岩盤強度判別工程は、判別に用いる穿孔速度として、前記実測穿孔データとして取得された穿孔速度に補正式を適用して得られた補正穿孔速度を用い、
前記岩盤性状判別工程は、判別に用いる回転圧力として、前記実測穿孔データとして取得された回転圧力に補正式を適用して得られた補正回転圧力を用い、
実測穿孔データ取得工程は、穿孔開始時は予め設定された基準穿孔値に基づいて穿孔を行い、その後は、穿孔に用いる穿孔速度または回転圧力として、前記補正穿孔速度または補正回転圧力を穿孔状況に応じて用いることを特徴とする請求項１または２に記載の岩盤探査方法。
【請求項４】
さく孔中のパーカッションドリルから得られる情報に基づいて、対象とする岩盤の状況を探査する岩盤探査方法であって、
判定の基準とする基準岩盤に対する前記パーカッションドリルでの予備穿孔に基づいて基準穿孔値を設定する基準穿孔値設定工程と、
前記パーカッションドリルで対象とする岩盤をさく孔によって穿孔して実測穿孔データを取得する実測穿孔データ取得工程と、
前記基準穿孔値および前記実測穿孔データ相互の穿孔速度の比較に基づいて対象とする岩盤の岩盤強度を判別する岩盤強度判別工程と、
前記基準穿孔値および前記実測穿孔データ相互の回転圧力の比較に基づいて対象とする岩盤の岩盤性状を判別する岩盤性状判別工程と、
前記岩盤強度判別工程での岩盤強度の判別結果および前記岩盤性状判別工程での岩盤性状の判別結果相互の関係に基づいて、対象とする岩盤の地山分類を判別する地山分類判別工程と、
前記基準岩盤の地山等級に対する前記地山分類判別工程での地山分類の判別結果の関係に基づいて、対象とする岩盤の地山等級を判別する地山等級判別工程とを含むことを特徴とする岩盤探査方法。
【請求項５】
前記基準穿孔値設定工程、前記実測穿孔データ取得工程、前記岩盤強度判別工程、前記岩盤性状判別工程、前記地山分類判別工程および前記地山等級判別工程は、制御装置で実行されることを特徴とする請求項４に記載の岩盤探査方法。
【請求項６】
前記岩盤強度判別工程は、判別に用いる穿孔速度として、前記実測穿孔データとして取得された穿孔速度に補正式を適用して得られた補正穿孔速度を用い、
前記岩盤性状判別工程は、判別に用いる回転圧力として、前記実測穿孔データとして取得された回転圧力に補正式を適用して得られた補正回転圧力を用い、
実測穿孔データ取得工程は、穿孔開始時は前記基準穿孔値に基づいて穿孔を行い、その後は、穿孔に用いる穿孔速度または回転圧力として、前記補正穿孔速度または補正回転圧力を穿孔状況に応じて用いることを特徴とする請求項４または５に記載の岩盤探査方法。
【請求項７】
前記基準穿孔値として、基準打撃圧力、基準フィード圧力、基準穿孔速度および基準回転圧力が取得され、
前記実測穿孔データとして、実測打撃圧力、実測フィード圧力、実測穿孔速度および実測回転圧力が取得され、
前記補正穿孔速度は、前記実測穿孔速度を、前記基準フィード圧力と前記実測フィード圧力との関係、前記基準打撃圧力と前記実測打撃圧力との関係、および前記パーカッションドリルの穿孔用のロッドの継ぎ足し本数の状況との関係に応じて補正したものを用い、
前記補正回転圧力は、前記実測回転圧力を、前記パーカッションドリルの穿孔用のロッドの継ぎ足し本数の状況に応じて補正したものを用いることを特徴とする請求項６に記載の岩盤探査方法。
【請求項８】
前記補正穿孔速度は、補正式として（式１）を適用して得られ、
前記補正回転圧力は、補正式として（式２）を適用して得られたものであることを特徴とする請求項７に記載の岩盤探査方法。
但し、（式１）および（式２）において、Ｄはロッドを１本継ぎ足すことによる減衰率である。
【数１】
2015067957.tif 000007
【数２】
2015067957.tif 000008
【請求項９】
前記基準岩盤は、予めボーリングデータを採取した岩盤であってその地山等級がＢ、ＣＩ、ＣＩＩのいずれかの岩盤から選択されたものであることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の岩盤探査方法。
【請求項１０】
さく孔中のパーカッションドリルから得られる情報に基づいて、対象とする岩盤の状況を探査する岩盤探査システムであって、
前記パーカッションドリルで対象とする岩盤をさく孔によって穿孔して実測穿孔データとして穿孔速度および回転圧力を取得する実測穿孔データ取得手段と、前記穿孔速度に基づいて対象とする岩盤の岩盤強度を判別する岩盤強度判別手段と、前記回転圧力に基づいて対象とする岩盤の岩盤性状を判別する岩盤性状判別手段と、前記岩盤強度と前記岩盤性状との関係に基づいて、対象とする岩盤の地山分類を判別する地山分類判別手段と、判定の基準とする基準岩盤の地山等級と前記地山分類の判別結果との関係に基づいて、対象とする岩盤の地山等級を判別する地山等級判別手段とを有することを特徴とする岩盤探査システム。
【請求項１１】
前記岩盤強度判別手段は、判別に用いる穿孔速度として、前記実測穿孔データとして取得された穿孔速度に補正式を適用して得られた補正穿孔速度を用い、
前記岩盤性状判別手段は、判別に用いる回転圧力として、前記実測穿孔データとして取得された回転圧力に補正式を適用して得られた補正回転圧力を用い、
実測穿孔データ取得手段は、穿孔開始時は予め設定された基準穿孔値に基づいて穿孔を行い、その後は、穿孔に用いる穿孔速度または回転圧力として、前記補正穿孔速度または補正回転圧力を穿孔状況に応じて用いることを特徴とする請求項１０に記載の岩盤探査システム。
【請求項１２】
さく孔中のパーカッションドリルから得られる情報に基づいて、対象とする岩盤の状況を探査する岩盤探査システムに用いられ、前記パーカッションドリルでのさく孔に用いる穿孔データを穿孔状況に応じて補正する岩盤探査用穿孔データ補正装置であって、
前記岩盤探査システムは、前記パーカッションドリルで対象とする岩盤をさく孔によって穿孔して実測穿孔データとして穿孔速度および回転圧力を取得する、請求項１１に記載の岩盤探査システムであり、
当該穿孔データ補正装置は、前記実測穿孔データとして取得された穿孔速度に補正式として（式１）を適用して補正穿孔速度を算出する補正穿孔速度算出手段と、前記実測穿孔データとして取得された回転圧力に補正式として（式２）を適用して補正回転圧力を算出する補正回転圧力算出手段とを有し、算出された補正穿孔速度または補正回転圧力をさく孔に用いる穿孔データとして出力することを特徴とする岩盤探査用穿孔データ補正装置。
但し、（式１）および（式２）において、Ｄはロッドを１本継ぎ足すことによる減衰率である。
【数１】
2015067957.tif 000009
【数２】
2015067957.tif 000010
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主にトンネル等を掘削する場合に、トンネル切羽前方の岩盤評価に採用する上で好適な岩盤探査技術に係り、特に、さく孔中のパーカッションドリル（さく岩機）から得られる情報に基づいて、対象岩盤の状況を探査する岩盤探査方法および岩盤探査システム並びに岩盤探査用穿孔データ補正装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、岩盤を探査する方法として、さく孔中のさく岩機から得られるさく孔データを利用することが試みられている（例えば特許文献１参照）。従来の岩盤探査方法の多くは、さく岩機から得られるさく孔データの打撃エネルギや穿孔速度を重視しており、さく岩機が岩盤に与えた単位体積当たりの破壊エネルギを基準とするものがほとんどである。
しかし、穿孔の結果として得られる回転圧力の変化は、回転数の変化となって穿孔状態に大きな影響を与える。そのため、この評価情報が欠落すれば、重大な評価違いを起こす事態をまねくおそれがあり、岩盤評価上、回転圧力の変化は重要な評価指標になると本発明者は考えた。
【０００３】
これに対し、例えば特許文献２記載の地層岩盤判別方法は、ロータリーパーカッションドリル（穿孔機）を用い、地盤を単位体積あたりの推進エネルギ、回転エネルギおよび打撃エネルギの合計、すなわち回転エネルギを加えた全投入エネルギに基づき、総合的に評価するというものであり、比較的軟弱でかつ安定した地盤をロータリーパーカッションドリルで穿孔する場合に有効な調査方法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公平７−４９７５６号公報
【特許文献２】特許第３８３１９０４号公報
【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、特許文献２記載の地層岩盤判別方法は、比較的軟弱でかつ安定した地盤の硬軟岩の評価には有効ではあるものの、複雑な状態が混在する不連続層等の岩質を捉えた評価に対しては不十分であり、特に、硬く且つ不安定な状態が混在するトンネル掘削のための探査方法としては不適当である。
例えば、破砕帯では、正常な穿孔が損なわれて不均一な繰り粉がさく孔抵抗となることからさく孔時の回転圧力が上昇して回転数が減少するところ、特許文献２記載の評価手法では、単純に回転エネルギを加えた全投入エネルギに基づき評価するので、穿孔速度の低下から破壊エネルギが上昇した場合には、「岩盤が硬くなった」との実態とは相反する間違った評価をするおそれがある。
【０００６】
そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、岩盤の硬軟岩の評価および不連続層等の岩質の評価のいずれにおいても好適に評価し得る岩盤探査方法および岩盤探査システム、並びに岩盤探査用穿孔データ補正装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の一態様のうち、本発明の第一の態様に係る岩盤探査方法は、さく孔中のパーカッションドリルから得られる情報に基づいて、対象とする岩盤の状況を探査する岩盤探査方法であって、前記パーカッションドリルで対象とする岩盤をさく孔によって穿孔して実測穿孔データとして穿孔速度および回転圧力を取得する実測穿孔データ取得工程と、前記穿孔速度に基づいて対象とする岩盤の岩盤強度を判別する岩盤強度判別工程と、前記回転圧力に基づいて対象とする岩盤の岩盤性状を判別する岩盤性状判別工程と、前記岩盤強度と前記岩盤性状との関係に基づいて、対象とする岩盤の地山分類を判別する地山分類判別工程と、判定の基準とする基準岩盤の地山等級と前記地山分類の判別結果との関係に基づいて、対象とする岩盤の地山等級を判別する地山等級判別工程とを含むことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の第二の態様に係る岩盤探査方法は、さく孔中のパーカッションドリルから得られる情報に基づいて、対象とする岩盤の状況を探査する岩盤探査方法であって、判定の基準とする基準岩盤に対する前記パーカッションドリルでの予備穿孔に基づいて基準穿孔値を設定する基準穿孔値設定工程と、前記パーカッションドリルで対象とする岩盤をさく孔によって穿孔して実測穿孔データを取得する実測穿孔データ取得工程と、前記基準穿孔値および前記実測穿孔データ相互の穿孔速度の比較に基づいて対象とする岩盤の岩盤強度を判別する岩盤強度判別工程と、前記基準穿孔値および前記実測穿孔データ相互の回転圧力の比較に基づいて対象とする岩盤の岩盤性状を判別する岩盤性状判別工程と、前記岩盤強度判別工程での岩盤強度の判別結果および前記岩盤性状判別工程での岩盤性状の判別結果相互の関係に基づいて、対象とする岩盤の地山分類を判別する地山分類判別工程と、前記基準岩盤の地山等級に対する前記地山分類判別工程での地山分類の判別結果の関係に基づいて、対象とする岩盤の地山等級を判別する地山等級判別工程とを含むことを特徴とする。
【０００９】
また、上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る岩盤探査システムは、さく孔中のパーカッションドリルから得られる情報に基づいて、対象とする岩盤の状況を探査する岩盤探査システムであって、前記さく岩機で対象とする岩盤をさく孔によって穿孔して実測穿孔データとして穿孔速度および回転圧力を取得する実測穿孔データ取得手段と、前記穿孔速度に基づいて対象とする岩盤の岩盤強度を判別する岩盤強度判別手段と、前記回転圧力に基づいて対象とする岩盤の岩盤性状を判別する岩盤性状判別手段と、前記岩盤強度と前記岩盤性状との関係に基づいて、対象とする岩盤の地山分類を判別する地山分類判別手段と、判定の基準とする基準岩盤の地山等級と前記地山分類の判別結果との関係に基づいて、対象とする岩盤の地山等級を判別する地山等級判別手段とを有することを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、穿孔速度に基づく岩盤強度の判別と、回転圧力に基づく岩盤性状の判別とを別個に行い、これらの判別結果相互の関係に基づいて対象とする岩盤の地山分類を判別し、さらに、基準岩盤の地山等級と地山分類の判別結果との関係に基づいて対象とする岩盤の地山等級を判別するので、対象とする岩盤が複雑な状態が混在する岩盤であっても、穿孔速度に基づいて得られた岩盤の硬軟評価を分類しつつ、回転圧力の変化を複雑な岩盤性状に応じて加わる負荷抵抗の度合いとして捉えて評価分類した上で、これらを組み合わせて総合評価することができる。そのため、パーカッションドリルの穿孔理論に即してパラメータを選定して岩盤を評価することができるため、基準岩盤に対する相対比較を精度良く行うことができる。したがって、複雑な状態が混在する岩盤であっても、その岩盤の硬軟岩の評価および不連続層等の岩質の評価のいずれにおいても好適な岩盤評価を行うことができる。
【００１１】
なお、パーカッションドリル（さく岩機）は、打撃機構で発生させた衝撃波を回転機構で位相を変化させながらロッド先端のビットを介して岩盤に伝えて岩盤を破砕しつつ、送り機構で孔の奥底に押し込んで掘り進むという、さく孔による穿孔を行うものであるのに対し、上述したロータリーパーカッションドリル（穿孔機）は、回転トルクで地盤を削り取るものであって、これに打撃機能を加えることで穿孔能力を高めた装置であり（回転だけで穿孔する場合もある）、両者は穿孔のメカニズムが基本的に異なるものである。
【００１２】
ここで、本発明の一態様に係る岩盤探査方法において、前記岩盤強度判別工程は、判別に用いる穿孔速度として、前記実測穿孔データとして取得された穿孔速度に補正式を適用して得られた補正穿孔速度を用い、前記岩盤性状判別工程は、判別に用いる回転圧力として、前記実測穿孔データとして取得された回転圧力に補正式を適用して得られた補正回転圧力を用い、実測穿孔データ取得工程は、穿孔開始時は予め設定された基準穿孔値に基づいて穿孔を行い、その後は、穿孔に用いる穿孔速度または回転圧力として、前記補正穿孔速度または補正回転圧力を穿孔状況に応じて用いることは好ましい。
【００１３】
このような構成であれば、補正を行わない場合には膨大な測定時間を要するところ、実測穿孔データ取得工程での穿孔速度または回転圧力をその時々の穿孔状況に応じて最適となるように補正できるので、測定時間を短縮できるとともに、穿孔できなくなるような事態を未然に防止することができる。また、岩盤強度判別工程および岩盤性状判別工程で判別に用いるデータが補正されるので、探査精度を向上させる上でより好適である。
【００１４】
また、本発明の一態様に係る岩盤探査方法において、前記基準岩盤は、予めボーリングデータを採取した岩盤であってその地山等級がＢ、ＣＩ、ＣＩＩのいずれかの岩盤から選択されたものであることは好ましい。
このような構成であれば、岩盤評価に際し、事前に実施されたボーリングデータの情報が取得されており、これによる地山等級区分が判る岩盤が基準岩盤に設定される。そのため、この基準岩盤に対する想定または試験穿孔等の予備穿孔に基づいて基準穿孔値を設定した上で岩盤評価を行うことは精度の高い岩盤の硬軟岩の評価および不連続層等の岩質の評価を行う上でより好適である。
【００１５】
また、上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る岩盤探査用穿孔データ補正装置は、さく孔中のパーカッションドリルから得られる情報に基づいて、対象とする岩盤の状況を探査する岩盤探査システムに用いられ、前記パーカッションドリルでのさく孔に用いる穿孔データを穿孔状況に応じて補正する岩盤探査用穿孔データ補正装置であって、前記岩盤探査システムは、前記パーカッションドリルで対象とする岩盤をさく孔によって穿孔して実測穿孔データとして穿孔速度および回転圧力を取得する、本発明の一態様に係る岩盤探査システムであり、当該穿孔データ補正装置は、前記実測穿孔データとして取得された穿孔速度に補正式として（式１）を適用して補正穿孔速度を算出する補正穿孔速度算出手段と、前記実測穿孔データとして取得された回転圧力に補正式として（式２）を適用して補正回転圧力を算出する補正回転圧力算出手段とを有し、算出された補正穿孔速度または補正回転圧力をさく孔に用いる穿孔データとして出力することを特徴とする。
【００１６】
本発明の一態様に係る岩盤探査用穿孔データ補正装置によれば、さく孔に用いる穿孔データを穿孔状況に応じて補正し、これを出力することができるので、これを岩盤探査システムに用いれば、測定時間を短縮できるとともに、穿孔できなくなるような事態を未然に防止することができる。また、探査精度を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１７】
上述のように、本発明によれば、岩盤の硬軟岩の評価および不連続層等の岩質の評価のいずれにおいても好適に評価できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一態様に係る岩盤探査方法を実行するトンネル切羽前方探査システムを説明する模式図である。
【図２】図１のトンネル切羽前方探査システムで実行される地山等級判別処理のフローチャートである。
【図３】本発明に係るトンネル切羽前方探査システムによるトンネル切羽前方探査で得られた随時の穿孔長における穿孔速度比の一実施例を示すグラフである。
【図４】本発明に係るトンネル切羽前方探査システムによるトンネル切羽前方探査で得られた随時の穿孔長における回転圧力比の一実施例を示すグラフである。
【図５】本発明に係るトンネル切羽前方探査システムによるトンネル切羽前方探査で得られた随時の穿孔長における地山等級区分の一実施例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。
本実施形態の岩盤探査方法は、岩盤を探査する一例として、トンネルの切羽前方の岩盤を探査するトンネル切羽前方探査システムによって実施する例であり、パーカッションドリルで切羽前方の岩盤をさく孔によって穿孔し、そのさく孔時に得られる穿孔データに基づいて、ビットが打撃している個所における随時の穿孔長に対する岩盤の種類（地山等級区分）を自動的に判定するものである。
【００２０】
詳しくは、図１に示すように、このトンネル切羽前方探査システム１は、パーカッションドリル１０を備えている。パーカッションドリル１０は、自走可能な台車２に搭載されている。台車２には、油圧発生装置およびエンジン等を含む駆動部８が備えられる。台車２の前方には起伏自在にブーム３が設けられ、ブーム３の先端にガイドシェル４を介して油圧式のドリフタ本体５が取り付けられている。ドリフタ本体５は、不図示のフィード機構によりガイドシェル４に沿ってスライド移動可能になっている。ドリフタ本体５には、先端にビット７を有するロッド６が装着されている。ビット７の最先端部には超硬チップが埋め込まれている。また、ドリフタ本体５は、ロッド６に打撃力を加えるパーカッション機構と、岩盤と接触するビット７の位相を変化させるためにロッド６に回転を与える回転機構とを備えている。ここで、パーカッションドリル１０における回転機構の役割は、ビット先端の超硬チップと岩盤の回転軸回りの接触状態を１打撃毎に変化させることであり、回転トルクで岩盤を削り取るというものではない。なお、ロッド６は、穿孔長に応じ、所定長のさく孔がなされる毎に継ぎ足し可能とされている。
【００２１】
そして、このトンネル切羽前方探査システム１では、上記パーカッションドリル１０で探査の対象とする岩盤をさく孔し、さく孔時に随時に取得された油圧データが制御装置２０に入力されるようになっている。制御装置２０は、コンピュータを含む情報処理装置であり、後述の地山等級判別処理に係る所定のプログラムを実行して地山等級を自動的に判別可能になっている。
【００２２】
次に、上記トンネル切羽前方探査システム１の制御装置２０で実行される地山等級判別処理について図２を参照しつつ説明する。
この地山等級判別処理は、上記制御装置２０で実行されると、図２のステップＳ１に移行して、まず、予め記憶されている基準穿孔値を読み込んで、その読み込んだ基準穿孔値を以降の判別処理の基準値として設定する（基準穿孔値設定工程）。この基準穿孔値の設定に際しては、同一現場の地山の中において、予めボーリングデータを採取した岩盤から地山等級がＢ、ＣＩ、ＣＩＩのいずれかの岩盤を選択してこれを「基準岩盤」とし、この基準岩盤に対してパーカッションドリルで予備穿孔を行うことにより設定される。本実施形態では、基準岩盤は、Ｂ、ＣＩ、ＣＩＩ以外の地山等級からは選定しない。ここで、このステップＳ１での「地山等級」は、「道路トンネル技術基準（構造編）・同解説  平成１５年１１月  社団法人日本道路協会  表５−２−１  地山分類表」により設定する。
【００２３】
そして、上記の予備穿孔時に取得した油圧データに基づく打撃圧力、フィード圧力、穿孔速度、回転圧力を上記基準穿孔値（基準打撃圧力、基準フィード圧力、基準穿孔速度、基準回転圧力）とする。
基準穿孔値は、予備穿孔時に取得された基準フィード圧力、基準打撃圧力、基準回転圧力、基準穿孔速度である。各基準圧力は、上記ドリフタ本体５をスライド移動させるフィード機構の油圧、ロッド６を打撃するパーカッション機構の油圧、ロッド６を回転させる回転機構の油圧をそれぞれ検出可能に設けられた各油圧センサで計測する。基準穿孔速度は上記のフィード機構に設けられた作動量検出センサの計測値により算出する。
【００２４】
ステップＳ１で基準穿孔値を設定後、続くステップＳ２に移行し、切羽前方の地山に対して実測穿孔を行う。実測穿孔は、ロッド６を継ぎ足しながら行う長孔穿孔である。当該実測穿孔時の各穿孔条件は、上記予備穿孔時の条件を基準とする。実測穿孔中は、打撃圧力、フィード圧力、穿孔速度、回転圧力を各油圧センサで随時に計測し、制御装置２０はこれを取得して、実測穿孔値（実測打撃圧力、実測フィード圧力、実測穿孔速度、実測回転圧力）とする（実測穿孔データ取得工程）。
【００２５】
実測穿孔値が得られたら、続くステップＳ３に移行し、実測穿孔値を補正式に適用して補正穿孔値（補正穿孔速度、補正回転圧力）を算出する。ここで、補正穿孔速度は、実測穿孔速度を、基準フィード圧力と実測フィード圧力との関係、基準打撃圧力と実測打撃圧力との関係、およびパーカッションドリルの穿孔用のロッドの継ぎ足し本数の状況との関係に応じて補正したものを用い、補正回転圧力は、実測回転圧力を、パーカッションドリルの穿孔用のロッドの継ぎ足し本数の状況に応じて補正したものを用いることは好ましい。補正穿孔値の適用は、ロッド６が２本以上継ぎ足されたときに行い、ロッド６が１本のときは補正することなく以降のステップに移行する。
【００２６】
本実施形態では、補正穿孔値として、以下の（式１）、（式２）により、補正穿孔速度および補正回転圧力をそれぞれ算出した。（式１）、（式２）において、ロッド６を１本継ぎ足すことによる減衰率をＤとした。減衰率は、例えば、０＜Ｄ≦０．１の範囲で設定する。なお、本実施形態では、減衰率を２％（Ｄ＝０．０２）とした。
【００２７】
【数１】
2015067957.tif 000003
【００２８】
【数２】
2015067957.tif 000004
【００２９】
補正穿孔値（補正穿孔速度、補正回転圧力）を算出したら、以下のステップＳ４〜Ｓ６に移行して、地山分類の判別処理を実行する。地山分類の判別処理は、基準穿孔値と補正穿孔値との対比により地山分類を判別する。すなわち、地山分類の判別処理にあたっては、まず、ステップＳ４に移行し、基準岩盤よりも硬いものから軟らかいものに亘る岩盤の硬軟を、穿孔速度をパラメータとして複数の区分に分類する（岩盤強度判別工程）。本実施形態の例では、岩盤の硬軟は、基準穿孔速度を１００とし、補正穿孔速度の変動値により岩盤の硬軟を以下のＸ１〜Ｘ４に分類した。
Ｘ１：７０以下の場合：基準岩盤よりも硬い安定岩盤
Ｘ２：７０を超え１３０以下の場合：基準岩盤と同等の岩盤
Ｘ３：１３０を超え２００以下の場合：基準岩盤よりも軟らかい安定岩盤
Ｘ４：２００を超える場合：基準岩盤よりも非常に軟らかい岩盤
【００３０】
次に、続くステップＳ５に移行し、回転圧力をパラメータとして岩盤の性状を複数の区分に分類する（岩盤性状判別工程）。本実施形態での岩盤の性状は、基準回転圧力を１００とし、補正回転圧力の変動値により岩盤の性状を以下のＹ１〜Ｙ４に分類した。
Ｙ１：８０以下の場合：粘土層・空洞
Ｙ２：８０を超え１２０以下の場合：基準岩盤と同等の性状
Ｙ３：１２０を超え１４０以下の場合：強風化・やや粗い不連続層
Ｙ４：１４０を超える場合：粗い不連続層（破砕帯）
【００３１】
次に、続くステップＳ６に移行し、上記複数の区分に分類された岩盤の硬軟と岩盤の性状を総合して地山分類を判別する（地山分類判別工程）。本実施形態のステップＳ６では、地山分類の判別にあたって、先ず、総合的な地山分類を以下のＺ１〜Ｚ６として設定する。
Ｚ１：標準より硬い安定岩盤
Ｚ２：標準岩盤
Ｚ３：標準より軟らかい安定岩盤
Ｚ４：強風化・やや粗い不連続層
Ｚ５：標準より非常に軟らかい岩盤
Ｚ６：粘土層・空洞、または粗い不連続層（破砕帯）
【００３２】
そして、上記岩盤の硬軟：Ｘ１〜Ｘ４と（ステップＳ４）、岩盤の性状：Ｙ１〜Ｙ４（ステップＳ５）の判別結果相互の関係を、程度の良いものから悪いものに亘って相互をマトリクス状に配し、これらの組合せに対応して得られる地山分類：Ｚ１〜Ｚ６を以下の表１に基づき判別する。
【００３３】
【表１】
2015067957.tif 000005
【００３４】
次に、ステップＳ７に移行し、上記地山分類Ｚ１〜Ｚ６と基準岩盤の地山等級Ｂ、ＣＩ、ＣＩＩとから、最終的に切羽前方の地山等級を判別する（地山等級判別工程）。ここで、基準岩盤の地山等級Ｂ、ＣＩ、ＣＩＩと地山分類Ｚ１〜Ｚ６相互の関係を、程度の良いものから悪いものに亘って相互をマトリクス状に配した。そして、これらの組み合わせに対応して得られる切羽前方探査結果としての地山等級は以下の表２の通りとした。
【００３５】
【表２】
2015067957.tif 000006
【００３６】
以上の一連の処理により、切羽前方探査結果としての地山等級が得られるので、これを当該穿孔長（ｍ）に対応付けしたデータとして記憶装置に格納してステップＳ８に移行する。
ステップＳ８では、上記実測穿孔が終了しているか否かを判定し、実測穿孔が終了していれば（Ｙｅｓ）、当該地山等級判別処理を終了し、そうでなければ（Ｎｏ）処理をステップＳ２に戻し、実測穿孔が終了するまで上記ステップＳ２〜７の処理を繰り返し実行する。このように、当該地山等級判別処理は、随時の実測穿孔値を取得し、これに基づく補正穿孔値の算出から地山等級の判別に係る一連の地山等級判別処理が、コンピュータプログラムで自動的に処理される。
【００３７】
次に、このトンネル切羽前方探査システム１によるトンネル切羽前方探査方法（岩盤探査方法）の作用効果について説明する。
上述のトンネル切羽前方探査システム１で岩盤探査を行う場合は、予め同一現場の地山の中にてボーリングデータを採取した岩盤から地山等級がＢ、ＣＩ、ＣＩＩのいずれかの岩盤を選択してこれを基準岩盤とし、この基準岩盤に対してパーカッションドリル１０で予備穿孔を行って、基準穿孔値（基準打撃圧力、基準フィード圧力、基準穿孔速度、基準回転圧力）を設定しておく（ステップＳ１）。
【００３８】
次いで、オペレータは、台車２、ブーム３等の移動により、切羽前方探査を行う地山の対象の岩盤に対して所期の位置にパーカッションドリル１０を設置する。なお、図１に示す例は、トンネルの切羽前方探査を目的として、トンネルＴの切羽Ｓに対してパーカッションドリル１０を設置した例である。
オペレータは、パーカッションドリル１０を対象岩盤の所期の位置に設置したら、ドリフタ本体５を駆動してロッド６を継ぎ足しながら長孔の実測穿孔を開始する。これにより、同時に制御装置２０では上記地山等級判別処理が実行され、さく孔時に随時に取得された油圧データが制御装置２０に入力されて実測穿孔データが取得される（ステップＳ２）。なお、当該実測穿孔を開始時の各穿孔条件は、上記予備穿孔時の基準穿孔値を基準とするが、地山の状態やロッド６の継ぎ足し状況に応じて適宜穿孔条件（穿孔速度、回転圧力）を変更しながら実測穿孔を行う。本実施形態では、実測穿孔に用いる穿孔速度または回転圧力として、上述した補正穿孔速度または補正回転圧力を用いている。なお、穿孔条件の適宜の変更は、制御装置２０からの指令によって自動的に行ってもよいし、状況に応じてオペレータが手動によって変更してもよい。これにより、切羽前方探査の時間短縮を図りながらもロッド６が岩盤に喰い込み穿孔不能（いわゆる、「タケノコ状態」）となることを防止する。
【００３９】
以降、オペレータが実測穿孔を継続しているときは、制御装置２０では、実測穿孔が終了するまで上記ステップＳ２〜７の処理を繰り返し実行し、穿孔長の全長に亘って切羽前方探査結果としての地山等級を、当該穿孔長（ｍ）に対応付けしたデータとして記憶装置に格納する（ステップＳ２〜７）。
これにより、このトンネル切羽前方探査システム１であれば、さく孔中のパーカッションドリル１０から随時に得られる穿孔情報に基づいて、探査対象の岩盤の状況を探査することができる。なお、図３〜図５は、地山等級区分が「ＣＩ」である岩盤を基準岩盤として選定した上で、探査対象の岩盤に穿孔長３０ｍに渡って実測穿孔を行い、随時に得られる穿孔情報に基づいて地山等級区分を自動判定したトンネル切羽前方探査の実施例である。
【００４０】
このように、本実施形態のトンネル切羽前方探査システム１で行われる岩盤探査方法によれば、岩盤の硬軟を穿孔速度に基づき分類し（ステップＳ４）、岩盤の性状を回転圧力に基づき分類し（ステップＳ５）、両者をマトリクス状（表１）に配して対象とする岩盤の地山分類（ステップＳ６）判別し、さらに、基準岩盤の地山等級に対する地山分類の判別結果の関係をマトリクス状（表２）に配して地山等級（ステップＳ７）を判別するのである。
【００４１】
本実施形態の岩盤探査方法の特徴は、穿孔速度に基づく評価分類に回転圧力に基づく評価分類を加える点にあり、これにより、パーカッションドリルの穿孔理論に即してパラメータを選定して岩盤を評価することができるので、複雑な状態が混在する岩盤の前方探査に適している。
つまり、パーカッションドリルの回転圧力の変化は、穿孔状態の良し悪しに対する結果圧として記録される。例えば、破砕帯では、正常な穿孔が損なわれ不均一な繰り粉が抵抗となることから回転圧力が上昇し回転数が減少する。この点において、従来の地盤調査手法（例えば特許文献２）では、穿孔速度の低下から破壊エネルギが上昇したことにより、「岩盤が硬くなった」との実態とは相反する間違った評価をしてしまうおそれがある。
【００４２】
これに対し、本実施形態の岩盤探査方法によれば、回転圧力の変化に応じた岩盤評価を、穿孔速度の変化に応じた岩盤評価と同様に、基準穿孔値と比較することによって、回転圧力の変化を複雑な岩盤性状に応じて加わる負荷抵抗の度合いとして捉えて評価分類することができる。更に、穿孔速度の変化に応じた岩盤評価によって得られた岩盤の硬軟評価分類と、回転圧力の変化に応じた岩盤評価によって得られた複雑な岩盤性状の評価分類とをマトリクス状に組み合わせて総合評価することにより、基準岩盤に対する相対比較を精度良く行うことができる。
【００４３】
したがって、本実施形態の岩盤探査方法によれば、岩盤の硬軟岩の評価および不連続層等の岩質の評価のいずれにおいても好適な岩盤評価を行うことができる。また、本実施形態の岩盤探査方法によれば、岩盤の硬軟岩の評価に岩盤性状の評価が加味されることによって、不良地山の位置の抽出が容易であり、また、地山主体岩盤の有効的な一軸圧縮強度（推定）の把握が容易である。
【００４４】
また、本実施形態の岩盤探査方法によれば、基準岩盤を予め設定することによって、探査に伴う実測穿孔時の穿孔速度および回転圧力の状態把握が容易である。つまり、本実施形態の岩盤探査によれば、基準岩盤に対して予備穿孔を行って、予備穿孔時の条件を基準とする実測穿孔を行うものの、その後は、地山の状態やロッド６の継ぎ足し状況に応じて、制御装置２０またはオペレータが適宜穿孔条件を変更しながら穿孔を行うことで、穿孔速度と回転圧力をその時々の状況に応じて最適に補正できる。そのため、補正を行わない場合には膨大な測定時間を要するのに対し、測定時間を短縮できるとともに、穿孔できなくなるような事態を未然に防止することができる。また、前方探査の精度を向上させることができる。
【００４５】
すなわち、一般に、基準値との対比によって観測対象を判別する場合、基準値を得るための条件をそのまま維持しながら観測対象の測定をするのが常套手段といえるところ、実際のトンネル切羽の現場において、定められた穿孔条件を常時維持しながら行なう岩盤探査方法であると、判定に非常に時間が掛かることになり、また、岩盤の不意の変化に対応できない場合には穿孔不能となり得るのである。
【００４６】
例えば、複数のロッドを継ぎ足す（例えば最大で約３０ｍ）ことにより穿孔効率は低下するので、ロッドの継ぎ足し状態に応じてフィード圧力を上げないと穿孔速度がどんどん低下（場合によっては推力不足で停止）して判定時間が嵩んでしまうことになる。また、逆に破砕帯を穿孔する際には、フィード圧力を瞬時に下げないとロッドがスタックしてしまい穿孔を継続できない事態に陥る場合もある。
【００４７】
これに対し、本実施形態の岩盤探査方法であれば、基準穿孔値を基本の穿孔条件としつつも、オペレータが穿孔の様子を見ながら穿孔条件を適宜調整することを許容しており、実際の穿孔条件である実測穿孔値から補正穿孔値を算出して基準穿孔値との対比を行うので、岩盤の不意の変化に対しても適切な穿孔状態を維持するために穿孔条件を調整することができる。したがって、測定時間を短縮できるとともに、穿孔できなくなるような事態を未然に防止することができるという格別顕著な効果を奏するのである。
【００４８】
また、本実施形態の岩盤探査方法によれば、地山等級判別処理が制御装置２０で自動的に実行されるので、主観を極力排除した地山等級区分の判定（推定）が可能である。そのため、本発明の切羽前方探査技術を応用することによって、従来の岩盤探査に基づくさく孔制御に比べて一層木目細かな制御信号をさく岩機に与えることが可能であり、自動穿孔技術の精度が飛躍的に向上する。
【００４９】
なお、本発明に係る岩盤探査方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能であることは勿論である。
例えば、上記実施形態では、トンネルの切羽前方探査を目的として、トンネルＴの切羽Ｓに対してパーカッションドリル１０を設置した例で説明したが、トンネル切羽の前方探査に限らず、本発明に係る岩盤探査方法は、岩盤の状況を探査する用途に対して適用することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１    トンネル切羽前方探査システム
２    台車
３    ブーム
４    ガイドシェル
５    ドリフタ本体
６    ロッド
７    ビット
８    駆動部
１０  パーカッションドリル
２０  制御装置
Ｔ    トンネル
Ｓ    切羽
【図１】
2015067957.tif 000011
【図２】
2015067957.tif 000012
【図３】
2015067957.tif 000013
【図４】
2015067957.tif 000014
【図５】
2015067957.tif 000015