(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
震源装置の導電性物質に短時間に電気エネルギーを供給して溶融気化する際の衝撃力により探査物質内を伝播する弾性波を発生させ、その反射波または屈折波を検出して探査物質を探査するに際して、
トリガー信号により放電用スイッチをオンして電気エネルギーを導電性物質である金属細線に供給し、
このトリガー信号による電気エネルギー供給開始時間に、放電条件の特性である電気エネルギーの供給量、および震源装置の特性である金属細線の材質、形状、太さに対応して得られた電気エネルギー供給開始から震源装置による放電衝撃力発生までの遅延時間を加算して、衝撃力発生時間を求める
ことを特徴とする放電破壊による物理探査方法。
【請求項２】
導電性物質に短時間に電気エネルギーを供給して溶融気化する際の放電破壊による衝撃力により、探査物質内を伝播する弾性波を発生させ、その反射波または屈折波を測定して探査物質を探査する放電破壊による物理探査装置であって、
伝達物質が充填された探査容器内で電極間に導電性物質である金属細線が接続された震源装置と、この震源装置の金属細線に電気エネルギーを供給する電気エネルギー供給装置と、前記震源装置から発生した弾性波を検出する受震器と、この受震器の信号に基づいて振動を測定する振動測定装置とを具備し、
前記電気エネルギー供給装置の放電用スイッチを作動させるトリガー信号を前記振動測定装置に出力する起動検出ラインを設け、
前記振動測定装置を、この起動検出ラインからのトリガー信号による電気エネルギー供給開始時に、放電条件の特性である電気エネルギーの供給量、および震源装置の特性である金属細線の材質、形状、太さに対応して得られた震源装置への電気エネルギー供給開始から放電衝撃力の発生までの遅延時間を加算して、衝撃力発生時間を求めるように構成した
ことを特徴とする放電破壊による物理探査装置。
【請求項３】
信号用電源から振動測定装置に接続された電源出力ラインと、この電源出力ラインに介在されたスイッチ手段とを設け、
起動検出ラインのトリガー信号により前記スイッチ手段をオンするように構成した
ことを特徴とする請求項２記載の放電破壊による物理探査装置。
【請求項４】
スイッチ手段を、光信号により作動される光駆動スイッチとし、
起動出力ラインに、光駆動スイッチを作動させる光信号変換回路を設けた
ことを特徴とする請求項３記載の放電破壊による物理探査装置。
【請求項５】
放電スイッチを光信号により作動される光駆動式の放電スイッチとし、
トリガー信号出力ラインに光駆動放電スイッチを作動させる光信号変換回路を設けた
ことを特徴とする請求項４記載の放電破壊による物理探査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネル施工時の岩盤や地山、水中、構造物などにおいて、地震探査法による震源として、放電破壊を用いて弾性波を発生させる放電破壊による物理探査方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、トンネル施工など、地山の掘削を必要とする作業の場合、その施工に影響を与えるような地質変化を予め探査する必要がある。従来、この探査方法には弾性波探査法と呼ばれるものがあり、この方法は、例えばトンネル側壁で発破を行い、その際に発生した弾性波が破砕帯や地質変化面、すなわち弾性波速度の変化面で反射あるいは屈折して戻ってきた弾性波を受震し、前方の地質を探査するものである。しかしこの方法では、火薬による発破作業を行なうため危険が伴うという問題がある。
【０００３】
そのため、震源に火薬の爆発に代えて、電気エネルギーにより金属などを溶融気化させてその際に生じる衝撃力を利用する放電破壊装置を使用し、その膨張衝撃力で弾性波を発生させることが提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、放電破壊を利用した物理探査方法は、土中や岩盤中で発生させた衝撃力による弾性波の屈折波や反射波を受震してその加速度の計測波形の減衰量や変化により、震源から離れた位置の地質の状況を探査するため、衝撃力の発生時間が明確でないと、計測波形点の距離や位置が確定できず、正確な探査ができないという問題があった。また都市部では、環境的な配慮から火薬の使用に制限を受ける場合がある。
【０００５】
本発明は、上記問題点を解決して衝撃力の発生時間を正確に把握できて正確な物理探査を実施できる放電破壊による物理探査方法および装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１記載の放電破壊による物理探査方法は、震源装置の導電性物質に短時間に電気エネルギーを供給して溶融気化する際の衝撃力により探査物質内を伝播する弾性波を発生させ、その反射波または屈折波を検出して探査物質を探査するに際して、トリガー信号により放電用スイッチをオンして電気エネルギーを導電性物質である金属細線に供給し、このトリガー信号による電気エネルギー供給開始時間に、放電条件の特性である電気エネルギーの供給量、および震源装置の特性である金属細線の材質、形状、太さに対応して得られた電気エネルギー供給開始から震源装置による放電衝撃力発生までの遅延時間を加算して、衝撃力発生時間を求めるものである。
【０００７】
また請求項２記載の放電破壊による物理探査装置は、導電性物質に短時間に電気エネルギーを供給して溶融気化する際の放電破壊による衝撃力により、探査物質内を伝播する弾性波を発生させ、その反射波または屈折波を測定して探査物質を探査する放電破壊による物理探査装置であって、伝達物質が充填された探査容器内で電極間に導電性物質である金属細線が接続された震源装置と、この震源装置の金属細線に電気エネルギーを供給する電気エネルギー供給装置と、前記震源装置から発生した弾性波を検出する受震器と、この受震器の信号に基づいて振動を測定する振動測定装置とを具備し、前記電気エネルギー供給装置の放電用スイッチを作動させるトリガー信号を前記振動測定装置に出力する起動検出ラインを設け、前記振動測定装置を、この起動検出ラインからのトリガー信号による電気エネルギー供給開始時に、放電条件の特性である電気エネルギーの供給量、および震源装置の特性である金属細線の材質、形状、太さに対応して得られた震源装置への電気エネルギー供給開始から放電衝撃力の発生までの遅延時間を加算して、衝撃力発生時間を求めるように構成したものである。
【０００８】
上記構成によれば、放電スイッチをオンするトリガー信号を取り出し、トリガー信号に検知される電気エネルギー供給開始時間に、実験やシュミレーションにより、放電条件の特性である電気エネルギーの供給量、震源装置の特性である金属細線の材質、形状および太さに対応して予め得られた遅延時間を加算することで、震源装置による衝撃力発生時間を正確に求めることができ、正確な物理探査が可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
ここで、本発明に係る放電破壊による地質探査装置の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１０】
まず最初に、放電破壊を行う衝撃発生装置１０の基本構成を図２を参照して説明する。この衝撃発生装置１０は、目的とする地山や岩盤に形成した装着孔に装着される震源装置１と、震源装置１に電気エネルギーを供給する電気エネルギー供給装置（以下単に「供給装置」と称す）３とで構成されている。
【００１１】
前記震源装置１は、この探査容器（カートリッジ）１ｂ内に挿入された一対の電極１ｄ同士を接続する導電性物質（溶融気化物質ともいう、カーボン等であってもよい）である金属細線（例えば銅：Ｃｕ）１ａと、探査容器１ｂ内に封入されて金属細線１ａの溶融気化による衝撃力を地山に伝達する（圧力）伝達物質１ｃとで構成されており、この伝達物質１ｃはたとえば水が使用されるが、この水に替えて、溶融気化により起爆（短時間の燃焼も含む）されこの衝撃力により地山に弾性波を伝達する爆発性物質、たとえばニトロ系化合物であってもよい。
【００１２】
前記供給装置３は、放電電源５にエネルギー制御用の抵抗器６を介して接続されたコンデンサ７と、このコンデンサ７に充電蓄積された電気エネルギーを放電するための放電スイッチ（サイリスタ）８とを備えている。またこの放電スイッチ８には、この放電スイッチ８をオン−オフするトリガー信号を出力するトリガー回路９が設けられてトリガー信号出力ライン１１を介して放電スイッチ８に接続されている。１１ａはトリガー信号調整用の抵抗器である。
【００１３】
このトリガー回路は、図３（ａ）に示すように、放電スイッチ８を起動時間ｔ０から一定時間、放電スイッチ８をオンするためのトリガー信号が出力される。また図３（ｂ）に示すように、このトリガー信号によりオンされた放電スイッチ８により、コンデンサ７に貯えられた電気エネルギーが給電ライン１３を介して震源装置１の金属細線１ａに供給される。この時、図３（ｃ）に示すように、放電電流が流れてこのピーク時＝ｔ１に金属細線１ａが溶断され、図３（ｄ）に示すようにこのピーク時ｔ１に放電衝撃力の加速度のピーク値があらわれる。したがって、トリガー信号が出力された時点ｔ０から放電衝撃力の加速度のピーク値があらわれるｔ１までの時間が遅延時間Ｔとなる。この遅延時間Ｔは、放電条件すなわち電気エネルギーの供給量や、金属細線８の材質、形状、太さにより異なるが、これらの条件が一定であれば、遅延時間Ｔが一定であることがわかっている。
【００１４】
図１は本発明に係る地質探査装置の第１の実施の形態を示し、基本構成と同一部材は同一符号を付して説明を省略する。
この地質探査装置は、前述した衝撃発生装置１０に加えて、震源装置１による衝撃力で発生した弾性波のうち、探査範囲の地山からの反射弾性波を検出する加速度センサ（受震器）４と、加速度センサ４の検出信号に基づいて反射弾性波の振動を検出する振動測定装置１２とが設けられている。
【００１５】
また、トリガー信号出力ライン１１にトリガー信号を取り出す起動検出ライン２１が接続されて、振動測定装置１２に入力するように接続され、振動測定装置１２では、このトリガー信号により電気エネルギー供給開始時を検知することができる。またこの起動検出ライン２１には、電気エネルギー供給装置３が高圧回路であるため、これから絶縁するための絶縁器（ＤＣ−ＤＣアイソレータ）２２が介在されている。さらにこの振動測定装置１２には、震源装置１や電気エネルギー供給回路３の仕様に対応して、トリガー信号の出力点ｔ０から放電衝撃力の加速度のピーク値があらわれるｔ１までの遅延時間Ｔが予め入力されている。
【００１６】
したがって、トリガー回路９からトリガー信号が出力されて放電スイッチ８がオンされると、コンデンサ７に貯えられた電気エネルギーが震源装置１の金属細線１ａに供給され、金属細線１ａの溶融気化による衝撃力が伝達物質１ｃを介して地山２に伝達される。するとこの探査範囲の地山２からの反射弾性波が加速度センサ４により検出されて振動測定装置１２で測定される。この時、トリガー信号が起動検出ライン２１を介して振動測定装置１２に入力されており、振動測定装置１２では、このトリガー信号による起動時間ｔ０に、入力された遅延時間Ｔが加算されて衝撃力の発生時間ｔ１がもとめられ、この衝撃力の発生時間ｔ１に基づいて弾性波が解析され、地質構造が求められる。
【００１７】
上記実施の形態によれば、放電スイッチ８をオンするトリガー信号を振動測定装置１２に取り出して、この電気エネルギー供給開始時ｔ０に、予め入力された遅延時間Ｔを加算することで、震源装置１による衝撃力発生時間ｔ１を正確に求めることができ、正確な地質探査が可能となる。
【００１８】
図４は第２の実施の形態を示す。第１の実施の形態では、トリガー信号を直接取り出したが、この第２の実施の形態ではスイッチ手段であるリレー３１を介在させている。
【００１９】
すなわち、リレー３１は、電気エネルギー供給装置３に組み込まれた信号用電源３２から、振動測定装置１２に接続された電源出力ライン３３に介在されており、起動検出ライン２１により取り出されたトリガー信号がドライブ電源としてリレー３１のコイル側に入力されて、これに遅延時間Ｔが加算される。
【００２０】
したがって、トリガー信号によりリレー３１がオンされると、信号用電源３２から電源出力ライン３３を介して起動信号（電源電圧）が振動測定装置１２に供給されて起動時間が検知される。
【００２１】
第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果を奏することができる。なお、信号用電源３２を振動測定装置１２に組み込むこともできる。
【００２２】
図５は第３の実施の形態を示す。この第３の実施の形態は、第２の実施の形態のリレー３１をＬＥＤなどの光信号により作動される光駆動スイッチである光駆動リレー（フォトカップラ）４１としたものである。
【００２３】
すなわち、電気エネルギー供給装置３に組み込まれた信号用電源３２から振動測定装置１２に接続された電源出力ライン３３に、光駆動リレー４１が介在されている。また起動検出ライン２１は、光駆動リレー４１のＬＥＤ回路（光信号変換回路）４２に接続されている。したがって、起動検出ライン２１のトリガー信号がＬＥＤ回路４２により光信号に変換され、この光信号により光駆動リレー４１がオンされることにより、信号用電源３２から電源出力ライン３３を介して起動信号が振動測定装置１２に供給され、放電スイッチ８の作動時間ｔ０に遅延時間Ｔが加算されて放電衝撃力の発生時間が検知される。
【００２４】
上記実施の形態によれば、上記作用、効果に加えて、電源出力ライン３３の回路が電気エネルギー回路装置３の高電圧回路と絶縁されるため、操作上安全となる。なお、信号用電源３２を振動測定装置１２に組み込むことができる。
【００２５】
図６は、第４の実施の形態を示す。この第４の実施の形態は、第３の実施の形態において、光駆動タイプのサイリスタ等の素子からなる光駆動式の放電スイッチ５１を設けたもので、トリガー回路５４からトリガー信号出力ライン５６を介して出力されるトリガー信号は、第１ＬＥＤ回路（光信号変換回路）５５Ａおよび第２ＬＥＤ回路（光信号変換回路）５５Ｂに入力されて光信号に変換される。そして、第１ＬＥＤ回路５５Ａの光信号により、光駆動放電スイッチ５１の光駆動スイッチ部５５ａが作動されてオンされ、また第２ＬＥＤ回路５５Ｂの光信号により光駆動リレー４１がオンされる。
【００２６】
したがって、トリガー回路５４がオンされると、トリガー信号が第１ＬＥＤ回路５５Ａの光信号に変換されて、この光信号により、放電スイッチ５１の光駆動スイッチ部５５ａがオンされることにより、トリガー電源５２からトリガー電源ライン５３を介して光駆動放電スイッチ５１に作動電流が供給されオンされる。さらにトリガー信号が第２ＬＥＤ回路５５Ｂにより光信号に変換され、この光信号により光駆動リレー４１が作動（オン）されると、信号用電源３２から起動信号が振動測定装置１２に供給され、光駆動式の放電スイッチ５１の作動時間ｔ０に遅延時間Ｔが加算されて放電衝撃力の発生時間が検知される。
【００２７】
上記実施の形態によれば、上記作用、効果に加えて、電源出力ライン３３の回路およびトリガー信号の回路が電気エネルギー供給装置３の高電圧回路と絶縁されるため、操作上さらに安全となる。
【００２８】
なお、信号用電源３２を振動測定装置１２に組み込むこともできる。また１つのＬＥＤ回路から発行される光信号を分岐させて光駆動リレー４１および光駆動放電スイッチ５１に導入してもよい。
【００２９】
上記各実施の形態では、地質探査装置について説明したが、探査対象が岩盤や大型構造物などであってもよい。
【００３０】
【発明の効果】
以上に述べたごとく本発明によれば、放電スイッチをオンするトリガー信号を取り出し、トリガー信号に検知される電気エネルギー供給開始時間に、実験やシュミレーションにより、放電条件の特性である電気エネルギーの供給量、震源装置の特性である金属細線の材質、形状および太さに対応して予め得られた遅延時間を加算することで、震源装置による衝撃力発生時間を正確に求めることができ、正確な物理探査が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る地質探査装置の第１の実施の形態を示す構成図である。
【図２】同地質探査装置の衝撃力発生装置を示す構成図である。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は図２の地質探査装置におけるスイッチ操作時のタイムチャートを示し、（ａ）はトリガー信号、（ｂ）は放電スイッチのオン−オフ信号、（ｃ）は放電電流、（ｄ）は衝撃力を示すグラフである。
【図４】本発明に係る地質探査装置の第２の実施の形態を示す構成図である。
【図５】本発明に係る地質探査装置の第３の実施の形態を示す構成図である。
【図６】本発明に係る地質探査装置の第４の実施の形態を示す構成図である。
【符号の説明】
１    震源装置
２    地山
３    電気エネルギー供給装置
４    加速度センサ
５    放電電源
６    抵抗器
７    コンデンサ
８    放電スイッチ
９    トリガー回路
１１    トリガー信号出力ライン
１２    振動測定装置
２１    起動出力ライン
２２    絶縁器
３１    リレー
３２    信号用電源
３３    電源出力ライン
４１    光駆動リレー
４２    ＬＥＤ回路
５１    光駆動放電スイッチ
５４    トリガー回路
５５Ａ  第１ＬＥＤ回路
５５Ｂ  第２ＬＥＤ回路
５６    トリガー起動ライン
Ｔ    遅延時間
【図１】
0003883298.tif 000002
【図２】
0003883298.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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