(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の削孔現場において削岩機等の削孔手段で地山を削孔するとともに削孔時のフィード圧Ｆ1と削孔速度Ｖ1とを計測し、前記フィード圧Ｆ1の変動量ΔＦ1と該変動量に対応する前記削孔速度Ｖ1の変動量ΔＶ1とを回帰分析してフィード圧―削孔速度相関関係を求め、
第２の削孔現場において削岩機等の削孔手段で地山を削孔するとともに削孔時のフィード圧Ｆ2と削孔速度Ｖ2とを計測し、
前記フィード圧Ｆ2の基準フィード圧からの差分ΔＦ2を算出して該差分ΔＦ2を前記フィード圧―削孔速度相関関係に適用することにより、前記削孔速度Ｖ2の変動量ΔＶ2を算出し、
前記変動量ΔＶ2を前記削孔速度Ｖ2に加算又は減算して修正削孔速度ＶRを算出し、
該修正削孔速度ＶRを、それらの値が０から１となるように正規化して正規化削孔速度比ＶNを算出し、
前記第２の掘削現場において削孔位置近傍の地山からコア試料を採取し、該コア試料から、地山の一軸圧縮強度σc、コア試料の弾性波速度Ｖpc及び地山の単位体積重量γを地山パラメータとして求め、
前記正規化削孔速度比ＶNと前記地山の一軸圧縮強度σcとから速度比―圧縮強度相関関係を、前記正規化削孔速度比ＶNと前記コア試料の弾性波速度Ｖpcとから速度比―弾性波速度相関関係を、前記正規化削孔速度比ＶNと前記地山の単位体積重量γとから速度比―単位体積重量相関関係をそれぞれ求めることを特徴とする削孔速度比及び地山パラメータの相関関係算出方法。
【請求項２】
第３の削孔現場において削岩機等の削孔手段で地山を削孔するとともに削孔時のフィード圧Ｆ3と削孔速度Ｖ3とを計測し、
前記フィード圧Ｆ3の基準フィード圧からの差分ΔＦ3を算出し、
前記差分ΔＦ3を請求項１記載の前記フィード圧―削孔速度相関関係に適用することによって、前記削孔速度Ｖ3の変動量ΔＶ3を算出し、
前記変動量ΔＶ3を前記削孔速度Ｖ3に加算又は減算して修正削孔速度ＶRを算出し、
前記修正削孔速度ＶRを、それらの値が０から１となるように正規化して正規化削孔速度比ＶNを算出し、
前記正規化削孔速度比ＶNを、請求項１記載の前記速度比―圧縮強度相関関係、請求項１記載の前記速度比―弾性波速度相関関係、及び請求項１記載の前記速度比―単位体積重量相関関係に適用することによって、地山の一軸圧縮強度σc、コア試料の弾性波速度Ｖpc及び地山の単位体積重量γをそれぞれ算出し、
算出された地山の一軸圧縮強度σc、コア試料の弾性波速度Ｖpc及び地山の単位体積重量γから地山強度比、
σc・（Ｖp／Ｖpc）2／（γ・Ｈ）
Ｖp；  地山の弾性波速度
Ｈ  ；  土被り高さ
を算出することを特徴とする切羽前方予測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として山岳トンネルの地山を掘削する際に採用される削孔速度比及び地山パラメータの相関関係算出方法及びそれを用いた切羽前方予測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
山岳トンネルを掘削するにあたり、切羽前方に拡がる地山の性状を適切かつ高い精度で把握することは、支保工及び補助工を含めた掘削工事全体を効率よくかつ安全に進めていく上で非常に重要であり、かかるトンネル切羽前方探査を行う技術として、ノンコア削孔による穿孔探査が広く知られている。
【０００３】
穿孔探査は、トンネル切羽前方を削孔する際、穿孔データとして穿孔速度、打撃圧、回転圧、フィード圧、ダンピング圧等を取得し、かかる穿孔データから穿孔エネルギーを、下記の式、すなわち、
穿孔エネルギー＝｛打撃エネルギー×打撃回数／（穿孔速度×孔断面積）｝
×損失係数
で算出し、該穿孔エネルギーの大小で地山性状（岩盤等級）を評価する方法である。
【０００４】
かかる方法において、穿孔速度は、フィード圧、すなわち削岩機のロッドを地山に押し付ける圧力に左右されるため、穿孔エネルギーから地山を客観的に評価するためには、フィード圧を一定にする必要がある。
【０００５】
【特許文献１】特許第３３８０７９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、地山によっては、フィード圧を一定に維持することが困難であって、穿孔エネルギーから地山を客観的に評価することができないという問題を生じていた。
【０００７】
かかる問題を解決すべく、フィード圧の変動によって穿孔エネルギーに与える影響をフィード圧補正という形で除去し、その上で地山を評価する手法も提案されているものの、未だ研究の域を出ない。
【０００８】
いずれにしろ、ノンコア削孔による前方探査技術は、削岩機からの物理データを用いるものではあるが、データ処理で得られる結果については精度の面で信頼性に乏しく、経験的な判断を行う上での材料にとどまっているのが現状である。
【０００９】
また、山岳トンネル工事における切羽の安定性を判断する指標として、地山強度比が知られており、
σc・（Ｖp／Ｖpc）2／（γ・Ｈ）
σc；  地山の一軸圧縮強度
Ｖp；  地山の弾性波速度
Ｖpc；  コア試料の弾性波速度
γ  ；  地山の単位体積重量
Ｈ  ；  土被り高さ
から求めることができる（以下、Ｖp、Ｖpc、γ及びＨを地山パラメータと呼ぶ）。
【００１０】
かかる地山強度比は、切羽の安定性を判断する指標として、中硬岩から軟岩あるいは土砂の範囲で適用されているが、山岳トンネルの前方予測として地山強度比を求めるのであれば、コア試料の採取箇所を切羽近傍ではなく切羽より前方の地山としなければならず、水平ボーリングが不可欠となって掘削工事の中断を余儀なくされるという問題を生じていた。
【００１１】
加えて、地山の一軸圧縮強度σc、コア試料の弾性波速度Ｖpc及び地山の単位体積重量γについては、現場では測定が困難であって室内試験が必要となるため、水平ボーリングにおける問題とも相俟って、掘削効率がますます低下するという問題も生じていた。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、掘削工事を中断することなく地山強度比を算出することが可能な削孔速度比及び地山パラメータの相関関係算出方法及びそれを用いた切羽前方予測方法を提供することを目的とする。
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明に係る削孔速度比及び地山パラメータの相関関係算出方法は請求項１に記載したように、第１の削孔現場において削岩機等の削孔手段で地山を削孔するとともに削孔時のフィード圧Ｆ1と削孔速度Ｖ1とを計測し、前記フィード圧Ｆ1の変動量ΔＦ1と該変動量に対応する前記削孔速度Ｖ1の変動量ΔＶ1とを回帰分析してフィード圧―削孔速度相関関係を求め、
第２の削孔現場において削岩機等の削孔手段で地山を削孔するとともに削孔時のフィード圧Ｆ2と削孔速度Ｖ2とを計測し、
前記フィード圧Ｆ2の基準フィード圧からの差分ΔＦ2を算出して該差分ΔＦ2を前記フィード圧―削孔速度相関関係に適用することにより、前記削孔速度Ｖ2の変動量ΔＶ2を算出し、
前記変動量ΔＶ2を前記削孔速度Ｖ2に加算又は減算して修正削孔速度ＶRを算出し、
該修正削孔速度ＶRを、それらの値が０から１となるように正規化して正規化削孔速度比ＶNを算出し、
前記第２の掘削現場において削孔位置近傍の地山からコア試料を採取し、該コア試料から、 地山の一軸圧縮強度σc、コア試料の弾性波速度Ｖpc及び地山の単位体積重量γを地山パラメータとして求め、
前記正規化削孔速度比ＶNと前記地山の一軸圧縮強度σcとから速度比―圧縮強度相関関係を、前記正規化削孔速度比ＶNと前記コア試料の弾性波速度Ｖpcとから速度比―弾性波速度相関関係を、前記正規化削孔速度比ＶNと前記地山の単位体積重量γとから速度比―単位体積重量相関関係をそれぞれ求めるものである。
【００１４】
また、本発明に係る切羽前方予測方法は請求項２に記載したように、第３の削孔現場において削岩機等の削孔手段で地山を削孔するとともに削孔時のフィード圧Ｆ3と削孔速度Ｖ3とを計測し、
前記フィード圧Ｆ3の基準フィード圧からの差分ΔＦ3を算出し、  
前記差分ΔＦ3を請求項１記載の前記フィード圧―削孔速度相関関係に適用することによって、前記削孔速度Ｖ3の変動量ΔＶ3を算出し、
前記変動量ΔＶ3を前記削孔速度Ｖ3に加算又は減算して修正削孔速度ＶRを算出し、
前記修正削孔速度ＶRを、それらの値が０から１となるように正規化して正規化削孔速度比ＶNを算出し、
前記正規化削孔速度比ＶNを、請求項１記載の前記速度比―圧縮強度相関関係、請求項１記載の前記速度比―弾性波速度相関関係、及び請求項１記載の前記速度比―単位体積重量相関関係に適用することによって、地山の一軸圧縮強度σc、コア試料の弾性波速度Ｖpc及び地山の単位体積重量γをそれぞれ算出し、
算出された地山の一軸圧縮強度σc、コア試料の弾性波速度Ｖpc及び地山の単位体積重量γから地山強度比、
σc・（Ｖp／Ｖpc）2／（γ・Ｈ）
Ｖp；  地山の弾性波速度
Ｈ  ；  土被り高さ
を算出するものである。
【００１５】
ノンコア削孔で得られる物理データを用いて前方探査を行うにあたり、本出願人は、フィード圧Ｆの変動量ΔＦと削孔速度Ｖの変動量ΔＶとの間には相関関係があり、かつ、この相関関係は、フィード圧Ｆや削孔速度Ｖの大きさに依存しないというあらたな知見を得るとともに、この相関関係に基づいて新たな前方探査手法を確立できないだろうかという点に着目し研究開発を行ったところ、フィード圧Ｆ1の変動量ΔＦ1と該変動量に対応する削孔速度Ｖ1の変動量ΔＶ1とを回帰分析することで両者の相関関係（フィード圧―削孔速度相関関係）を求め、該相関関係にフィード圧の変動量ΔＦを適用して削孔速度Ｖの変動量ΔＶを算出することにより、フィード圧の変動を考慮した形で削孔速度を修正することに成功したものである。
【００１６】
一方、地山強度比を使った地山の安定性評価を行うには、掘削工事を中断して水平ボーリングを行い、コア試料を採取する必要があるため、工期等の関係上、トンネルの掘削工事に用いることは難しいという現状を受け、本出願人は、掘削工事を中断することなく地山強度比をトンネル掘削時の前方予測に生かす手だてはないものかという点に着眼して研究開発を重ねた結果、修正削孔速度ＶRを正規化した正規化削孔速度比ＶNと地山パラメータとの間に相関関係があることをあらたな知見として得るとともに、掘削中に得られる正規化削孔速度比ＶNをこの相関関係に適用することにより、掘削工事を何ら中断することなく、切羽前方の地山パラメータを求めて地山強度比を算出し、かかる地山強度比から切羽前方における地山の安定性を評価することができるという産業上きわめて有益な知見をあらたに見出したものである。
【００１７】
すなわち、請求項１に係る相関関係算出方法においては、まず、第１の削孔現場において削岩機等の削孔手段で地山を削孔するとともに削孔時のフィード圧Ｆ1と削孔速度Ｖ1とを計測する。
【００１８】
削孔手段は、例えば油圧ジャンボの名称で広く使用されている削岩機を用いることが可能であり、かかる場合においては、油圧ジャンボに搭載されているドリフターの計測システムを利用して計測すればよい。
【００１９】
次に、計測されたデータを用いてフィード圧Ｆ1の変動量ΔＦ1と該変動量に対応する削孔速度Ｖ1の変動量ΔＶ1とを算出する。
【００２０】
フィード圧Ｆ1の変動量ΔＦ1は例えば、互いに異なる２つの設定フィード圧で同一区間ｉ（ｉ＝１，２，３・・・ｎ）を削孔した場合におけるそれぞれの平均フィード圧を求め、それらの差分をとってΔＦi（ｉ＝１，２，３・・・ｎ）とすればよい。
【００２１】
一方、削孔速度Ｖ1の変動量ΔＶ1は、上述した２つの設定フィード圧で同一区間ｉ（ｉ＝１，２，３・・・ｎ）を削孔した場合におけるそれぞれの平均削孔速度を求め、それらの差分をとってΔＶi（ｉ＝１，２，３・・・ｎ）とすればよい。
【００２２】
次に、ΔＦi（ｉ＝１，２，３・・・ｎ）及びΔＶi（ｉ＝１，２，３・・・ｎ）に対して回帰分析を行い、フィード圧―削孔速度相関関係（（ΔＦ―ΔＶ））を求める。
【００２３】
なお、設定フィード圧とは、削孔手段を駆動する際のフィード圧の目安として設定するものであって、実際に計測されるフィード圧とは異なるものである。
【００２４】
本出願人が膨大のデータ検証を行った結果、フィード圧の大きさが異なっても、フィード圧の差分が同じであれば、それに対応する削孔速度の差分も同じになるというあらたな知見を得た。
【００２５】
加えて、フィード圧の変動は主として地山の岩盤性状の違いに起因するため、上述した知見は、削孔する地山が異なっても、フィード圧の差分が同じであれば、それに対応する削孔速度の差分も同じになると言い換えることができる。
【００２６】
このように、第１の削孔現場においてフィード圧―削孔速度相関関係（ΔＦ―ΔＶ）を求めたならば、次に、この相関関係を第２の削孔現場での掘削に適用することで、修正削孔速度ＶRを算出するとともに、それを正規化した正規化削孔速度比ＶNを算出する。
【００２７】
すなわち、第２の削孔現場において削岩機等の削孔手段で地山を削孔するとともに、削孔時のフィード圧Ｆ2と削孔速度Ｖ2とを計測する。
【００２８】
次に、フィード圧Ｆ2の基準フィード圧からの差分ΔＦ2を算出して該差分ΔＦ2をフィード圧―削孔速度相関関係に適用することにより、削孔速度Ｖ2の変動量ΔＶ2を算出する。
【００２９】
次に、変動量ΔＶ2を削孔速度Ｖ2に加算又は減算して修正削孔速度ＶRを算出し、次いで、修正削孔速度ＶRを、それらの値が０から１となるように正規化して正規化削孔速度比ＶNを算出する。
【００３０】
一方、第２の掘削現場において、削孔位置近傍の地山からからコア試料を取り出し、該コア試料から、 地山の一軸圧縮強度σc、コア試料の弾性波速度Ｖpc及び地山の単位体積重量γを地山パラメータとして求める。
【００３１】
次に、正規化削孔速度比ＶNと地山の一軸圧縮強度σcとから速度比―圧縮強度相関関係を、正規化削孔速度比ＶNとコア試料の弾性波速度Ｖpcとから速度比―弾性波速度相関関係を、正規化削孔速度比ＶNと地山の単位体積重量γとから速度比―単位体積重量相関関係をそれぞれ求める。
【００３２】
第１の削孔現場とは、フィード圧―削孔速度相関関係（ΔＦ―ΔＶ）を得るための任意の削孔現場、第２の削孔現場とは、第１の削孔現場で得られたフィード圧―削孔速度相関関係（ΔＦ―ΔＶ）を用いて正規化削孔速度比ＶNを求めるとともに、採取されたコア試料から地山パラメータを求め、かかる正規化削孔速度比ＶN及び地山パラメータから、速度比―圧縮強度相関関係（ＶN―σc）、速度比―弾性波速度相関関係（ＶN―Ｖpc）及び速度比―単位体積重量相関関係（ＶN―γ）の３つの相関関係を求めるための任意の削孔現場である。
【００３３】
そして、第１の削孔現場及び第２の削孔現場で得られた計４つの相関関係は、切羽前方の予測を行う対象となる他の任意の削孔現場（本発明ではこれを第３の削孔現場とよぶ）に適用して切羽前方の地山性状を予測することができるものであり、第３の現場においては、４つの相関関係を再度求める必要はない。
【００３４】
第１の削孔現場と第２の削孔現場は、第１の削孔現場で得られたフィード圧―削孔速度相関関係（ΔＦ―ΔＶ）を用いて、第２の削孔現場で速度比―圧縮強度相関関係（ＶN―σc）、速度比―弾性波速度相関関係（ＶN―Ｖpc）及び速度比―単位体積重量相関関係（ＶN―γ）の３つの相関関係を得るという役割を明確にするために便宜上、第１，第２と概念を分けたものであり、第２の削孔現場と第１の削孔現場とが同一の施工現場であるかどうかは不問である。
【００３５】
加えて、第２の削孔現場におけるコア試料の採取は、正規化削孔速度比ＶNと対応した位置で採取される限り、その採取方法は任意である。すなわち、例えば所定の基準点に対する削岩機の位置を０ｍ、切羽位置を＋５ｍ、削孔先端位置を＋３５ｍとした場合、正規化削孔速度比ＶNの取得断面位置は削孔先端位置である＋３５ｍであるため、基準点から＋３５ｍの地山を水平ボーリングで採取するようにしてもよいし、掘削が進行して＋３５ｍの地山断面が切羽となって露出したとき、該切羽から岩塊を切削し、これをコア試料としてもよい。
【００３６】
以上の手順を行うことにより、フィード圧―削孔速度相関関係（ΔＦ―ΔＶ）、速度比―圧縮強度相関関係（ＶN―σc）、速度比―弾性波速度相関関係（ＶN―Ｖpc）及び速度比―単位体積重量相関関係（ＶN―γ）という４つの相関関係が求まるので、かかる相関関係を任意の削孔現場（第３の削孔現場）に適用することにより、該削孔現場でコア試料を採取することなく、切羽前方の地山性状を予測することが可能となる。
【００３７】
すなわち、第３の削孔現場においては、まず、削岩機等の削孔手段で地山を削孔するとともに削孔時のフィード圧Ｆ3と削孔速度Ｖ3とを計測する。
【００３８】
次に、フィード圧Ｆ3の基準フィード圧からの差分ΔＦ3を算出し、該差分ΔＦ3をフィード圧―削孔速度相関関係（ΔＦ―ΔＶ）に適用することによって、削孔速度Ｖ3の変動量ΔＶ3を算出し、この変動量ΔＶ3を削孔速度Ｖ3に加算又は減算して修正削孔速度ＶRを算出する。次いで、修正削孔速度ＶRを、それらの値が０から１となるように正規化して正規化削孔速度比ＶNを算出する。
【００３９】
次に、正規化削孔速度比ＶNを、速度比―圧縮強度相関関係（ＶN―σc）、速度比―弾性波速度相関関係（ＶN―Ｖpc）及び速度比―単位体積重量相関関係（ＶN―γ）という３つの相関関係に適用することにより、地山の一軸圧縮強度σc、コア試料の弾性波速度Ｖpc及び地山の単位体積重量γを地山パラメータとして求める。
【００４０】
次に、求められた地山パラメータを以下の式、
σc・（Ｖp／Ｖpc）2／（γ・Ｈ）
Ｖp；  地山の弾性波速度
Ｈ  ；  土被り高さ
に代入することで、地山強度比を算出する。ここで、Ｖｐ及びＨは、設計時の与条件として設計図書に記載されているので、これを用いればよい。
【００４１】
得られた地山強度比は、削孔位置における地山強度比であって、例えば該削孔位置が切羽前方２０ｍの断面位置であれば、その断面位置での地山性状を地山強度比から評価することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
以下、本発明に係る削孔速度比及び地山パラメータの相関関係算出方法及びそれを用いた切羽前方予測方法の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。なお、従来技術と実質的に同一の部品等については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００４３】
（第１実施形態）
【００４４】
図１は、第１実施形態に係る削孔速度比及び地山パラメータの相関関係算出方法を示したフローチャートである。本実施形態に係る削孔速度比及び地山パラメータの相関関係算出方法においては、まず、第１の削孔現場において、削孔手段、例えば油圧ジャンボで地山を削孔するとともに、削孔時のフィード圧Ｆ1と削孔速度Ｖ1とを計測する（ステップ１０１）。
【００４５】
ここで、第１の削孔現場は、例えば実際のトンネル掘削現場を利用することができるが、第１の削孔現場における目的は、フィード圧の変動量と削孔速度の変動量とを回帰分析して両者の相関関係を求めるためであって、地山の前方予測は、後述する第３の削孔現場で可能となる。
【００４６】
削孔の際には、例えば油圧ジャンボに搭載されたドリフターの設定フィード圧がその都度異なる値となるように、設定フィード圧を調整する。例えば、４．９０ＭＰａ、３．９２ＭＰａ、２．９４ＭＰａに設定することが考えられる。
【００４７】
次に、計測されたデータを用いてフィード圧Ｆ1の変動量ΔＦ1と該変動量に対応する削孔速度Ｖ1の変動量ΔＶ1とを算出する（ステップ１０２）。
【００４８】
フィード圧Ｆ1の変動量ΔＦ1は、互いに異なる２つの設定フィード圧で同一区間ｉ（ｉ＝１，２，３・・・ｎ）を削孔した場合におけるそれぞれの平均フィード圧を求め、それらの差分をとってΔＦ1,i（ｉ＝１，２，３・・・ｎ）とする。
【００４９】
一方、削孔速度Ｖ1の変動量ΔＶ1は、上述した２つの設定フィード圧で同一区間ｉ（ｉ＝１，２，３・・・ｎ）を削孔した場合におけるそれぞれの平均削孔速度を求め、それらの差分をとってΔＶ1,i（ｉ＝１，２，３・・・ｎ）とする。なお、以下、ΔＦ1の数値群をΔＦ1,i（ｉ＝１，２，３・・・ｎ）と表し、ΔＶ1の数値群をΔＶ1,i（ｉ＝１，２，３・・・ｎ）と表す。
【００５０】
図２は、ある削孔現場において、平均フィード圧が４．９０ＭＰａ、３．９２ＭＰａ、２．９４ＭＰａである場合の削孔速度とその平均値を描いたグラフであり、同図から、４．９０ＭＰａに対応する削孔速度が２３０ｃｍ／ｍｉｎ、３．９２ＭＰａに対応する削孔速度が１８０ｃｍ／ｍｉｎ、２．９４ＭＰａに対応する削孔速度が１３０ｃｍ／ｍｉｎであることがわかる。
【００５１】
これらのうち、４．９０ＭＰａと３．９２ＭＰａとの差分をとって、
ΔＦ1,1＝０．９８ＭＰａ
３．９２ＭＰａと２．９４ＭＰａとの差を
ΔＦ1,2＝０．９８ＭＰａ
とする。このとき、対応する削孔速度の変動量は、
ΔＶ1,1＝５０ｃｍ／ｍｉｎ
ΔＶ1,2＝５０ｃｍ／ｍｉｎ
となる。
【００５２】
図３〜図５は、別の削孔現場におけるフィード圧と削孔速度との関係を横軸に距離程をとって示したグラフであり、フィード圧の変動量とそれらに対応する削孔速度の変動量を併せて記載してある。
【００５３】
これらのうち、距離程が９００ｍ〜９３０ｍの区間におけるフィード圧の変動量は、
ΔＦ1,3＝０．２４５ＭＰａ
となる。また。これに対応する削孔速度の変動量は、
ΔＶ1,3＝１５ｃｍ／ｍｉｎ
となる。
【００５４】
同様に、距離程が１３００ｍ〜１３２０ｍの区間におけるフィード圧の変動量と、これに対応する削孔速度の変動量は、
ΔＦ1,4＝０．４９ＭＰａ
ΔＶ1,4＝４０ｃｍ／ｍｉｎ
となり、距離程が１３４０ｍ前後の区間におけるフィード圧の変動量とこれに対応する削孔速度の変動量は、
ΔＦ1,5＝１．７１５ＭＰａ
ΔＶ1,5＝８０ｃｍ／ｍｉｎ
となり、距離程が２０２０ｍ〜２０３０ｍの区間におけるフィード圧の変動量とこれに対応する削孔速度の変動量は、
ΔＦ1,6＝０．４９ＭＰａ
ΔＶ1,6＝３０ｃｍ／ｍｉｎ
となり、距離程が２０４０ｍ前後の区間におけるフィード圧の変動量とこれに対応する削孔速度の変動量は、
ΔＦ1,7＝０．４９ＭＰａ
ΔＶ1,7＝５０ｃｍ／ｍｉｎ
となる。
【００５５】
次に、原点、すなわち、
ΔＦ1,0≒０
ΔＶ1,0≒０
も含めた計８組のΔＦ1,i（ｉ＝０，１，２，３・・・７）及びΔＶ1,i（ｉ＝０，１，２，３・・・７）を回帰分析し、フィード圧―削孔速度相関関係（ΔＦ―ΔＶ）を求める（ステップ１０３）。ここで、ΔＦ1,0及びΔＶ1,0は、回帰分析の都合上、それぞれ０．１としてある。
【００５６】
上述した８組の値は、以下の３次多項式、すなわち、
ΔＶ＝ｃ１×（ΔＦ）3
＋ｃ２×（ΔＦ）2
＋ｃ３×（ΔＦ）1
で近似することが可能であり、この３次多項式を、フィード圧―削孔速度相関関係（ΔＦ―ΔＶ）を表す相関曲線として図６に示す。
【００５７】
図２及び図６でもわかるように、ΔＶ1、ΔＶ2は、フィード圧の大きさが異なるものの、ΔＦ1、ΔＦ2は、いずれも５０ｃｍ／ｍｉｎである。
【００５８】
これ以外でも、本出願人が膨大のデータ検証を行った結果、同様な性状を示す例は数多く見られ、このことから、フィード圧の大きさが異なっても、フィード圧の差分が同じであれば、それに対応する削孔速度の差分も同じになるというあらたな知見を得た。なお、フィード圧の差分が０．４９ＭＰａのとき、削孔速度の差分として、３０ｃｍ／ｍｉｎ、４０ｃｍ／ｍｉｎ、５０ｃｍ／ｍｉｎの３ケースを載せたが、これは、削孔データを回帰分析する際にばらつきが生じることを示したものである。
【００５９】
加えて、フィード圧の変動は主として地山の岩盤性状の違いに起因するため、上述した知見は、削孔する地山が異なっても、フィード圧の差分が同じであれば、それに対応する削孔速度の差分も同じになると言い換えることができる。
【００６０】
すなわち、図６に示した相関曲線は、回帰分析に用いるプロット数が適切であれば、あらゆる地盤に適用し得る汎用性の高いものであると言える。
【００６１】
このように、第１の削孔現場においてフィード圧―削孔速度相関関係（ΔＦ―ΔＶ）を求めたならば、次に、この相関関係を第２の削孔現場での掘削に適用することで、修正削孔速度ＶRを算出するとともに、それを正規化した正規化削孔速度比ＶNを算出する。
【００６２】
図７は、正規化削孔速度比ＶNを算出する手順を示したフローチャートである。同図に示すように、正規化削孔速度比ＶNを算出するには、まず、第２の削孔現場で地山を掘削する際、削孔時のフィード圧Ｆ2及び削孔速度Ｖ2を計測しながら、予め設定された基準フィード圧Ｆ0、例えば４．９ＭＰａからのフィード圧Ｆ2の差分ΔＦ2を算出する（ステップ１１１）。すなわち、
ΔＦ2＝Ｆ2−Ｆ0
【００６３】
次に、差分ΔＦ2（絶対値）をフィード圧―削孔速度相関関係（ΔＦ―ΔＶ）に適用することにより、削孔速度Ｖ2の変動量ΔＶ2を算出する（ステップ１１２）。
【００６４】
次に、変動量ΔＶ2を削孔速度Ｖ2に加算又は減算して修正削孔速度ＶRを算出する（ステップ１１３）。
【００６５】
ここで、計測されたフィード圧Ｆ2が基準フィード圧Ｆ0よりも大きい場合、削孔速度Ｖ2は、基準フィード圧Ｆ0の下では減少すると考え、下記の式、すなわち、
修正削孔速度ＶR＝削孔速度Ｖ2−ΔＶ2
を演算することで修正削孔速度ＶRを求める。
【００６６】
一方、計測されたフィード圧Ｆ2が基準フィード圧Ｆ0よりも小さい場合、削孔速度Ｖ2は、基準フィード圧Ｆ0の下では増加すると考え、下記の式、すなわち、
修正削孔速度ＶR＝削孔速度Ｖ2＋ΔＶ2
を演算することで修正削孔速度ＶRを求める。
【００６７】
図８は、上述した計測値に対する修正削孔速度ＶRを示したものである。
【００６８】
次に、修正削孔速度ＶRから最大値及び最小値を抽出し、これらの値を参考に上限閾値および下限閾値を設定する（ステップ１１４）。
【００６９】
次に、設定した閾値の範囲内に収まっている修正削孔速度ＶRを対象とし、以下に定義される正規化削孔速度比ＶNを求める（ステップ１１５）。
ＶN＝（修正削孔速度ＶR―下限閾値）／（上限閾値―下限閾値）
【００７０】
例えば、上限閾値を２，０００ｃｍ／ｍｉｎ、下限閾値を−１，０００ｃｍ／ｍｉｎとすれば、
ＶN＝（修正削孔速度ＶR＋1000）／3000
となる。
【００７１】
ちなみに、上述した手順で正規化を行えば、正規化削孔速度比ＶNは、各値が０から１の範囲に入ることとなる。
【００７２】
図９は、上述した削孔データに対して算出された正規化削孔速度比ＶNである。
【００７３】
一方、第２の掘削現場において、削孔位置近傍の地山からからコア試料を取り出し、該コア試料から、 地山の一軸圧縮強度σc(kN/m2)、コア試料の弾性波速度Ｖpc(km/s)及び地山の単位体積重量γ(kN/m3)を地山パラメータとして求める（ステップ１１６）。
【００７４】
次に、正規化削孔速度比ＶNと地山の一軸圧縮強度σcとから速度比―圧縮強度相関関係を、正規化削孔速度比ＶNとコア試料の弾性波速度Ｖpcとから速度比―弾性波速度相関関係を、正規化削孔速度比ＶNと地山の単位体積重量γとから速度比―単位体積重量相関関係をそれぞれ求める（ステップ１１７）。
【００７５】
第２の削孔現場におけるコア試料の採取は、例えば所定の基準点に対する削岩機の位置を０ｍ、切羽位置を＋５ｍ、削孔先端位置を＋３５ｍとした場合、正規化削孔速度比ＶNの取得断面位置は削孔先端位置である＋３５ｍであるため、掘削が進行して＋３５ｍの地山断面が切羽となって露出したとき、該切羽から岩塊を切削し、これをコア試料とすればよい。
【００７６】
図１０及び図１１は、速度比―単位体積重量相関関係（ＶN―γ）、速度比―圧縮強度相関関係（ＶN―σc）及び速度比―弾性波速度相関関係（ＶN―Ｖpc）及びを示したグラフである。
【００７７】
以上説明したように、本実施形態に係る削孔速度比及び地山パラメータの相関関係算出方法によれば、フィード圧―削孔速度相関関係（ΔＦ―ΔＶ）、速度比―圧縮強度相関関係（ＶN―σc）、速度比―弾性波速度相関関係（ＶN―Ｖpc）及び速度比―単位体積重量相関関係（ＶN―γ）という４つの相関関係が求まるので、かかる相関関係を任意の削孔現場（第３の削孔現場）に適用することにより、該削孔現場でコア試料を採取することなく、切羽前方の地山性状を予測することが可能となる。
【００７８】
（第２実施形態）
【００７９】
続いて、第１実施形態で求めたフィード圧―削孔速度相関関係（ΔＦ―ΔＶ）、速度比―圧縮強度相関関係（ＶN―σc）、速度比―弾性波速度相関関係（ＶN―Ｖpc）及び速度比―単位体積重量相関関係（ＶN―γ）という４つの相関関係を用いて切羽前方の地山性状を予測する手順を説明する。
【００８０】
図１２は、第２実施形態に係る切羽前方予測方法の手順を示したフローチャートである。同図でわかるように、本実施形態に係る切羽前方予測方法においては、まず、第３の削孔現場で地山を掘削する際、削孔時のフィード圧Ｆ3及び削孔速度Ｖ3を計測しながら、予め設定された基準フィード圧Ｆ0、例えば４．９ＭＰａからのフィード圧Ｆ3の差分ΔＦ3を算出する（ステップ１２１）。すなわち、
ΔＦ3＝Ｆ3−Ｆ0
【００８１】
次に、差分ΔＦ3（絶対値）をフィード圧―削孔速度相関関係（ΔＦ―ΔＶ）に適用することにより、削孔速度Ｖ3の変動量ΔＶ3を算出する（ステップ１２２）。
【００８２】
次に、ステップ１１３と同様にして、変動量ΔＶ3を削孔速度Ｖ3に加算又は減算して修正削孔速度ＶRを算出する（ステップ１２３）。
【００８３】
次に、ステップ１１４〜１１５と同様にして、修正削孔速度ＶRから正規化削孔速度比ＶNを求める（ステップ１２４）。
【００８４】
求められた正規化削孔速度比ＶNを図１３に示す。
【００８５】
次に、正規化削孔速度比ＶNを、図１０及び図１１に示した速度比―圧縮強度相関関係（ＶN―σc）、速度比―弾性波速度相関関係（ＶN―Ｖpc）及び速度比―単位体積重量相関関係（ＶN―γ）という３つの相関関係に適用することにより、地山の一軸圧縮強度σc、コア試料の弾性波速度Ｖpc及び地山の単位体積重量γを地山パラメータとして求める（ステップ１２５）。
【００８６】
次に、求められた地山パラメータを以下の式、
σc・（Ｖp／Ｖpc）2／（γ・Ｈ）
Ｖp；  地山の弾性波速度(km/s)
Ｈ  ；  土被り高さ(m)
に代入することで、地山強度比を算出する（ステップ１２６）。ここで、Ｖｐ及びＨは、設計時の与条件として設計図書に記載されているので、これを用いればよい。
【００８７】
図１４は、算出された地山強度比を距離程（トンネル坑口からの距離）を横軸にして対数表示したグラフである。
【００８８】
以上説明したように、本実施形態に係る切羽前方予測方法によれば、切羽前方の地山性状を予測したい削孔現場（第３の削孔現場）においては、削孔時のフィード圧Ｆ3及び削孔速度Ｖ3を計測しながら、これを１つめの相関曲線（ΔＦ―ΔＶ）に適用することで正規化削孔速度比ＶNを算出するとともに、該正規化削孔速度比ＶNを速度比―圧縮強度相関関係（ＶN―σc）、速度比―弾性波速度相関関係（ＶN―Ｖpc）及び速度比―単位体積重量相関関係（ＶN―γ）という３つの相関曲線に適用することで、地山の一軸圧縮強度σc(kN/m2)、コア試料の弾性波速度Ｖpc(km/s)及び地山の単位体積重量γ(kN/m3)という地山パラメータを算出するとともに、算出された地山パラメータから地山強度比を求めることが可能となる。
【００８９】
したがって、削孔現場（第３の削孔現場）では、コア試料を採取したりそれを室内試験で計測したりすることなく、削孔作業を継続しながら切羽前方の地山性状をリアルタイムに予測することが可能となり、水平ボーリングによってコア試料を採取していた従前の方法に比べ、掘削効率を大幅に向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】第１実施形態に係る削孔速度比及び地山パラメータの相関関係算出方法の手順を示したフローチャート。
【図２】相関曲線を作成する際に用いた平均フィード圧に対する削孔速度を示すグラフ。
【図３】フィード圧と削孔速度との関係を横軸に距離程をとって示したグラフであり、フィード圧の変動量とそれらに対応する削孔速度の変動量を併記したもの。
【図４】同じくフィード圧と削孔速度との関係を横軸に距離程をとって示したグラフ。
【図５】同じくフィード圧と削孔速度との関係を横軸に距離程をとって示したグラフ。
【図６】フィード圧の変動量とそれらに対応する削孔速度の変動量との相関関係を示したグラフ。
【図７】正規化削孔速度比ＶNを算出する手順を示したフローチャート。
【図８】修正削孔速度ＶRを示したグラフ。
【図９】正規化削孔速度比ＶNを示したグラフ。
【図１０】速度比―単位体積重量相関関係（ＶN―γ）、速度比―圧縮強度相関関係（ＶN―σc）を示したグラフ。
【図１１】速度比―弾性波速度相関関係（ＶN―Ｖpc）及びを示したグラフ。
【図１２】第２実施形態に係る切羽前方予測方法の手順を示したフローチャート。
【図１３】正規化削孔速度比ＶNを示したグラフ。
【図１４】算出された地山強度比を距離程を横軸にして対数表示したグラフ。
【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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【図１３】
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【図１４】
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