(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、
放電用スイッチがオンされて、電気エネルギーが電気エネルギー供給装置の給電回路ラインおよび電源ケーブルを介して前記震源装置の導電性物質である金属細線に供給される放電電流を、前記給電回路ラインまたは前記電源ケーブルに設けられた非接触式の放電電流検出手段により検出し、
前記電気エネルギー供給装置の放電条件の特性および前記震源装置の金属細線の少なくとも材質および形状から予め求められた補正値により、放電電流のピーク時間を補正して衝撃力の発生時間とし、
この衝撃力の発生時間に基づいて弾性波を解析する
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、この電気エネルギー供給装置の給電回路ラインから震源装置の金属細線に供給する電源ケーブルと、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、前記電気エネルギー供給装置の給電回路ラインまたは前記電源ケーブルに設けられて前記電気エネルギー供給装置から震源装置に供給される放電電流を検出する非接触式の放電電流検出手段と、この放電電流検出手段の検出信号を振動測定装置に入力する電流検出ラインとを具備し、
前記振動測定装置は、前記電気エネルギー供給装置の放電条件および震源装置の金属細線の少なくとも材質および形状から予め求められた補正値により、前記放電電流検出手段により検出された放電電流のピーク時間を補正して衝撃力の発生時間とし、この衝撃力の発生時間に基づいて受震した弾性波を解析するように構成された
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】
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、この電気エネルギー供給装置の給電回路ラインから震源装置の金属細線に供給する電源ケーブルと、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給電回路ラインまたは前記電源ケーブルに設けられて前記電気エネルギー供給装置から震源装置に供給される放電電流を検出する非接触式の放電電流検出手段を設け、
この放電電流検出手段からの放電電流の検出信号によりオンされて電源信号を振動測定装置に入力するスイッチ手段を設け、
前記振動測定装置は、前記電気エネルギー供給装置の放電条件および震源装置の特性である前記金属細線の少なくとも材質および形状から求められた補正値により、前記放電電流検出手段により検出された放電電流のピーク時間を補正して衝撃力の発生時間とし、この衝撃力の発生時間に基づいて受震した弾性波を解析するように構成された
ことを特徴とする放電破壊による物理探査装置。
【請求項４】
電流検出ラインに、振動測定装置に適した信号とする変圧手段を介在させた
ことを特徴とする請求項２または３に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、放電破壊により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。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。
【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衝撃力を発生する放電破壊装置を利用し、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。
【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、放電用スイッチがオンされて、電気エネルギーが電気エネルギー供給装置の給電回路ラインおよび電源ケーブルを介して前記震源装置の導電性物質である金属細線に供給される放電電流を、前記給電回路ラインまたは前記電源ケーブルに設けられた非接触式の放電電流検出手段により検出し、前記電気エネルギー供給装置の放電条件の特性および震源装置の前記金属細線の少なくとも材質および形状から予め求められた補正値により、放電電流のピーク時間を補正して衝撃力の発生時間とし、この衝撃力の発生時間に基づいて弾性波を解析するものである。
【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、この電気エネルギー供給装置の給電回路ラインから震源装置の金属細線に供給する電源ケーブルと、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、前記電気エネルギー供給装置の給電回路ラインまたは前記電源ケーブルに設けられて前記電気エネルギー供給装置から震源装置に供給される放電電流を検出する非接触式の放電電流検出手段と、この放電電流検出手段の検出信号を振動測定装置に入力する電流検出ラインとを具備し、前記振動測定装置は、前記電気エネルギー供給装置の放電条件および震源装置の金属細線の少なくとも材質および形状から予め求められた補正値により、前記放電電流検出手段により検出された放電電流のピーク時間を補正して衝撃力の発生時間とし、この衝撃力の発生時間に基づいて受震した弾性波を解析するように構成されたものである。
【０００８】
さらに請求項３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、この電気エネルギー供給装置の給電回路ラインから震源装置の金属細線に供給する電源ケーブルと、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給電回路ラインまたは前記電源ケーブルに設けられて前記電気エネルギー供給装置から震源装置に供給される放電電流を検出する非接触式の放電電流検出手段を設け、この放電電流検出手段からの放電電流の検出信号によりオンされて電源信号を振動測定装置に入力するスイッチ手段を設け、前記振動測定装置は、前記電気エネルギー供給装置の放電条件および震源装置の特性である前記金属細線の少なくとも材質および形状から求められた補正値により、前記放電電流検出手段により検出された放電電流のピーク時間を補正して衝撃力の発生時間とし、この衝撃力の発生時間に基づいて受震した弾性波を解析するように構成されたものである。
上記請求項１乃至３記載のいずれかに記載の構成によれば、放電電流検出手段により検出された放電電流のピーク値を、放電条件および震源装置の金属細線の材質や形状などから予め求められた補正値により補正して、衝撃力の発生時間とすることにより、震源装置による衝撃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、目的とする探査物質である地山２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、カーボンなどであってもよい）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２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。なお、実験によるデータでは、伝達物質１ｃを水とした場合の弾性波による地質探査範囲は、５０〜７０ｍであり、また伝達物質１ｃをニトロ系化合物とした場合の弾性波による地質探査範囲は、約３００ｍであった。
【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が接続されている。
【００１３】
上記構成において、放電スイッチ８がオンされると、供給装置３のコンデンサ７に貯えられた電気エネルギーが給電ケーブル１３を介して震源装置１の金属細線１ａに供給される。そして図３に示す放電電流Ｉａが流れて金属細線１ａが溶断され、この溶断時に放電衝撃力が発生する。したがって、放電電流のピーク値の発生時間Ｔａを放電衝撃力の発生時と見なすことができる。
【００１４】
しかし実際には、放電電流のピーク発生時間Ｔａに対して放電衝撃の発生時間は、僅かなずれ（数μ秒）を生じ、このずれ時間は放電条件と震源装置１の特性（金属細線１ａの材質や形状など）により異なる。このずれ時間は、計測には極めて影響が少ないことから、このずれ時間を無視することができる。しかしながら、このずれ時間は、使用する震源装置１と放電条件が決定されていれば、ほぼ一定にあらわれることから、実験等により震源装置１と放電条件により判明した補正値で補正することにより、より正確な探査が可能となる。
【００１５】
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。
この物理探査装置は、前述した衝撃発生装置１０に加えて、震源装置１による衝撃で発生した弾性波のうち、探査範囲の地山２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１１とが設けられている。
【００１６】
また、供給装置３内の給電回路ライン１３の正側（または検出装置３から震源装置１に至る給電ケーブル１２でもよい。）には、放電電流検出手段である非接触式電流センサ（ＣＴ）２１が設けられており、この放電電流の検出信号は放電検出ライン２２を介して振動測定装置１１に入力される。
【００１７】
振動測定装置１１では、この放電電流の検出信号により、そのピーク値の発生時間を震源装置１の衝撃力発生時間とする。そして、この衝撃力発生時間を基準として、加速度センサ４から入力される振動加速度の計測時間や減衰を解析し、探査位置や検査物体の位置関係を明確にすることができる。ここで先に述べたように、放電電流の検出信号によるピーク値の発生時間を、予め入力された補正値により補正して、放電衝撃力の発生時間としてもよい。これによりさらに正確な探査が可能となる。
【００１８】
上記実施の形態によれば、放電スイッチ８をオンすると、供給装置３から震源装置１に供給される放電電流を、非接触式電流センサ２１で検出して振動測定装置１１に入力し、振動測定装置１１では放電電流の検出信号にあらわれるピーク値の発生時間を放電衝撃力の発生時として、加速度センサ４から出力される振動加速度の波形や計測時間、減衰を解析するので、衝撃発生時間を正確に検出することができ、精度良く地質探査を行うことができる。また非接触式電流センサ２１を使用するので、供給装置３の高電圧回路から絶縁されるため、操作上安全となる。
【００１９】
図４は第２の実施の形態を示す。第１の実施の形態では、電流センサ２１から直接検出信号を取り出したが、この電流センサ２１から出力される検出信号の出力レベルは数１０Ｖ程度であり、この検出信号を振動測定装置１１の入力レベルに適した電圧にするために、放電検出ライン２２に変圧手段であるパルストランス３１を介在させたものである。たとえばこのパルストランス３１の入力側と出力側のコイル比をｎ：１とすることで、検出信号の出力レベルを１／ｎ（Ｖ）とすることができる。
【００２０】
この第２の実施の形態によれば、上記作用効果に加えて、振動測定装置１１における検出信号の処理を容易に行える。
【００２１】
図５は第３の実施の形態を示すもので、第２の実施の形態のパルストランス３１に替えて、変圧手段である可変抵抗器４１により分圧抵抗し、検出信号を振動測定装置１１の入力レベルに適した電圧にしたものである。たとえば可変抵抗器４１の抵抗値を入力側と出力側でＲ：Ｒ／ｍとすることで、検出信号の出力レベルを１／ｍとすることができる。したがって、第２の実施の形態と同一の効果を奏することができる。
【００２２】
図６は、第４の実施の形態を示す。先の各実施の形態では、電流センサ２１の検出信号を直接振動測定装置１１に入力していたが、第４の実施の形態では、スイッチ手段である半導体スイッチ５１を介して検出信号を振動測定装置１１に入力するものである。
【００２３】
すなわち、供給装置３（または振動計測装置１１でもよい）内に配設された信号用電源５２から電源信号ライン５３を介して振動測定装置１１に接続され、この電源信号ライン５３に半導体スイッチ５１が介在されている。そして、放電電流センサ１１の放電検出ライン２２が半導体スイッチ５１のゲート側に接続され、図７（ａ）に示すように、一定以上の検出電圧Ｖｓが流れた時間ｔｓの間、半導体スイッチ５１がオンされて、図７（ｂ）に示すように信号用電源５２から振動測定装置１１に電源信号（電源電圧Ｖａ）が矩形波として振動測定装置１１に印加される。ここでは矩形波の立ち上がり時が放電衝撃力の発生時とされる。
【００２４】
第４の実施の形態によれば、放電電流センサ１１の検出信号がデジタル状の矩形波である電源信号として振動測定装置１１に入力されるので、信号処理が容易になるとともに、放電衝撃波の発生時も明確かつ容易に判断することができる。
【００２５】
【発明の効果】
以上に述べたごとく本発明によれば、放電電流検出手段により検出された放電電流のピーク値を、放電条件および震源装置の金属細線の材質や形状などから予め求められた補正値により補正して、衝撃力の発生時間とすることにより、震源装置による衝撃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】同地質探査装置を示す構成図である。
【図３】同地質探査装置における放電電流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。
【図７】（ａ），（ｂ）は地質探査装置の検出信号を示し、（ａ）は放電電流検出信号を示すグラフ、（ｂ）は電源信号を示すグラフである。
【符号の説明】
１    震源装置
１ａ  金属細線
１ｂ  探査容器
１ｃ  伝達物質
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    振動測定装置
２１    非接触式電流センサ
３１    パルストランス
４１    可変抵抗器
５１    半導体スイッチ
５２    信号用電源
５３    電源信号ライン
【図１】
0003883299.tif 000002
【図２】
0003883299.tif 000003
【図３】
0003883299.tif 000004
【図４】
0003883299.tif 000005
【図５】
0003883299.tif 000006
【図６】
0003883299.tif 000007
【図７】
0003883299.tif 000008