(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
穿孔する地山の性状に合わせて、穿孔機の打撃圧力と最大送り圧力を設定し、所定のロッドとビットを装着した穿孔機を下半部、側壁部、肩部、天井部に向けて、それぞれ無負荷状態で設定した打撃圧力で打撃しながら、想定される複数の穿孔速度で穿孔機に送りをかけ、穿孔機の回転圧力と送り圧力を計測し、得られたデータをガイドシェル角度にまとめ、無負荷状態での回転圧力と送り圧力を設定した後、穿孔機で地山を穿孔するときの穿孔機の穿孔長、穿孔速度、打撃圧力、回転圧力、送り圧力を計測し、その計測した回転圧力と送り圧力から、穿孔したガイドシェル角度に相当する無負荷状態での回転圧力および送り圧力を差し引いて、補正後の回転圧力と送り圧力として評価を行なう山岳トンネルにおける穿孔データによる地山の評価方法において、同一切羽における評価を行なう場合は、穿孔の開始付近と終了付近のデータを除外し、同一切羽の各穿孔ごとに、打撃圧力、穿孔速度、補正後の回転圧力および補正後の送り圧力を平均して、穿孔速度当りの補正後の回転圧力と穿孔速度当りの補正後の送り圧力をそれぞれ座標軸にとり、各穿孔ごとの平均値から得られる値をプロットし、傾向が異なる穿孔があるかどうかを評価する山岳トンネルにおける穿孔データによる地山の評価方法。
【請求項２】
穿孔する地山の性状に合わせて、穿孔機の打撃圧力と最大送り圧力を設定し、所定のロッドとビットを装着した穿孔機を下半部、側壁部、肩部、天井部に向けて、それぞれ無負荷状態で設定した打撃圧力で打撃しながら、想定される複数の穿孔速度で穿孔機に送りをかけ、穿孔機の回転圧力と送り圧力を計測し、得られたデータをガイドシェル角度にまとめ、無負荷状態での回転圧力と送り圧力を設定した後、穿孔機で地山を穿孔するときの穿孔機の穿孔長、穿孔速度、打撃圧力、回転圧力、送り圧力を計測し、その計測した回転圧力と送り圧力から、穿孔したガイドシェル角度に相当する無負荷状態での回転圧力および送り圧力を差し引いて、補正後の回転圧力と送り圧力として評価を行なう山岳トンネルにおける穿孔データによる地山の評価方法において、切羽ごとの評価を行う場合は、各切羽における穿孔長ごとに穿孔速度当りの補正後の回転圧力と穿孔速度当りの補正後の送り圧力を算定した後、穿孔速度当りの補正後の回転圧力の平均値と標準偏差および穿孔速度当りの補正後の送り圧力の平均値と標準偏差を求め、穿孔速度当りの補正後の回転圧力と穿孔速度当りの補正後の送り圧力をそれぞれ座標軸にとり、切羽ごとに平均値と標準偏差をプロットして、切羽ごとの傾向を評価する山岳トンネルにおける穿孔データによる地山の評価方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、油圧ジャンボ式の穿孔機で穿孔作業を行なうときに、穿孔機の穿孔速度と種々の負荷を計測して地山を評価する山岳トンネルにおける穿孔データによる地山の評価方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、トンネル等の地下空洞の掘削に際し、切羽前方あるいは空洞周辺の地質を的確に評価し、予測することは施工を進める上から極めて重要であるとされている。
【０００３】
そこで、油圧式パーカッションドリルの試験削孔により得られた削孔データを用いて、工事の進捗を妨げることなく、より原位置に即して迅速かつ的確に岩盤評価及び切羽前方地質の予測を行なうことのできる油圧ドリルによる削孔データを用いた岩盤評価及び切羽前方地質の予測方法に関する特公平７−４９７５６号の発明が知られている。
【０００４】
この公知の発明は、切羽に垂直方向３０ｍから５０ｍを削孔し、その時に要するエネルギーを計測して、切羽前方の地山の硬さを評価する方法であるが、この場合、通常の穿孔の他に、わざわざ前方を穿孔する必要がある問題点と、３０ｍから５０ｍのロッドを装着して削孔するため、削孔せずにロッドを装着した状態で回転、送り、打撃に要するエネルギーを把握できず、得られた値が地山だけのものではないという問題点がある。即ち、３０ｍから５０ｍのロッドを装着して気中で回転、送り、打撃に要するエネルギーを計測しようとしても、ロッドが垂れてしまって計測不可能である。
【０００５】
また、上記の発明では、地山の硬さの程度だけしか判断できず、地山も岩片も柔らかいか硬いか、または破砕されているか、さらには粘土のようにビット、ロッドに巻き付くかなどの状態は判断できず、穿孔しているトンネルの支保工のタイプを決定する資料とはなり得ないという問題点がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、穿孔している地山の部分的に弱い部分や、そのトンネルで過去の切羽の状況との比較ができて、設けられる支保工の構造を決定する指標とすることのできる山岳トンネルにおける穿孔データによる地山の評価方法を提供する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、穿孔する地山の性状に合わせて、穿孔機の打撃圧力と最大送り圧力を設定し、所定のロッドとビットを装着した穿孔機を下半部、側壁部、肩部、天井部に向けて、それぞれ無負荷状態で設定した打撃圧力で打撃しながら、想定される複数の穿孔速度で穿孔機に送りをかけ、穿孔機の回転圧力と送り圧力を計測し、得られたデータをガイドシェル角度にまとめ、無負荷状態での回転圧力と送り圧力を設定した後、穿孔機で地山を穿孔するときの穿孔機の穿孔長、穿孔速度、打撃圧力、回転圧力、送り圧力を計測し、その計測した回転圧力と送り圧力から、穿孔したガイドシェル角度に相当する無負荷状態での回転圧力および送り圧力を差し引いて、補正後の回転圧力と送り圧力として評価を行なう山岳トンネルにおける穿孔データによる地山の評価方法において、同一切羽における評価を行なう場合は、穿孔の開始付近と終了付近のデータを除外し、同一切羽の各穿孔ごとに、打撃圧力、穿孔速度、補正後の回転圧力および補正後の送り圧力を平均して、穿孔速度当りの補正後の回転圧力と穿孔速度当りの補正後の送り圧力をそれぞれ座標軸にとり、各穿孔ごとの平均値から得られる値をプロットし、傾向が異なる穿孔があるかどうかを評価する山岳トンネルにおける穿孔データによる地山の評価方法からなり、さらに本発明は、上記の地山の評価の際に、切羽ごとの評価を行う場合は、各切羽における穿孔長ごとに穿孔速度当りの補正後の回転圧力と穿孔速度当りの補正後の送り圧力を算定した後、穿孔速度当りの補正後の回転圧力の平均値と標準偏差および穿孔速度当りの補正後の送り圧力の平均値と標準偏差を求め、穿孔速度当りの補正後の回転圧力と穿孔速度当りの補正後の送り圧力をそれぞれ座標軸にとり、切羽ごとに平均値と標準偏差をプロットして、切羽ごとの傾向を評価する山岳トンネルにおける穿孔データによる地山の評価方法からなる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態につき説明するが、図１は本発明の山岳トンネルにおいて穿孔を行なう油圧ジャンボ式の穿孔機１の一実施形態の側面図であり、前方にはドリフタ２を保持したガイドシェル３を装備しており、機体上には、ガイドスライド操作検出圧力スイッチ４とフィード長さＬ及び速度検出油量センサ５が設けられ、機体下部にはコントロールボックス６と、打撃圧力、回転圧力および送り圧力をそれぞれ検出する油圧検出センサ７と、ノートパソコン等の記録装置８及び記録装置用受け台９が設けられている。
【０００９】
そこで本発明では、穿孔作業を行なう前に過去の経験から、その地山の性状に合わせて、穿孔機１の打撃圧力と最大送り圧力を設定する。
【００１０】
次に、穿孔機１に所定のロッドとビットをドリフタ２に装着し、穿孔機１のガイドシェル３の角度を下半部、側壁部、肩部、天井部に向くように、例えば−１５°、０°、４５°、９０°のそれぞれの角度を変えながら、それぞれについて、地山を掘らない無負荷状態で上記で設定した打撃圧力で空打ち状態の打撃をしながら、その地山の性状から想定される複数の穿孔速度、例えば１．０ｍ／ｍｉｎ．、２．０ｍ／ｍｉｎ．、３．０ｍ／ｍｉｎ．で穿孔機１に送りをかけ、その穿孔機１の回転圧力と送り圧力を計測する。
【００１１】
計測で得られたデータを前記ガイドシェル３の角度−１５°、０°、４５°、９０°の角度別にまとめ、無負荷状態での回転圧力と送り圧力を計測する。
【００１２】
上記の計測した測定結果を、図２のガイドシェル角度と穿孔速度との表に示しており、表に示した送り圧力の補正値と回転圧力の補正値がそれぞれ図２に示すごとく得られる。
【００１３】
次に、穿孔機１で地山の１つの切羽断面にそれぞれ１５個の穿孔を行ない、各孔ごとの穿孔機１の穿孔長、穿孔速度、打撃圧力、回転圧力、送り圧力を計測したデータを図３の（Ａ）に元データとして示している。
【００１４】
上記の（Ａ）の元データの計測した回転圧力および送り圧力から、図２で示した穿孔したガイドシェル３の角度に相当する無負荷状態での回転圧力及び送り圧力の補正値を差し引き、図３の（Ｂ）に示すデータ補正した補正後の回転圧力と送り圧力としている。
【００１５】
なお、上記図３の元データのうち吹付コンクリートを穿孔する影響が及ぶ部分、例えば吹付厚さ＋５ｃｍの穿孔の開始付近の部分と、穿孔終了の影響が及ぶ部分、例えば穿孔長−１０ｃｍの終了付近のデータはそれぞれＤで示す範囲を除外し、同一切羽の各穿孔ごとに、打撃圧力、穿孔速度、補正後の回転圧力および補正後の送り圧力を平均して、穿孔速度当りの補正後の回転圧力と穿孔速度当りの補正後の送り圧力をそれぞれ座標にとり各穿孔ごとの平均値から得られる値をプロットし、傾向が異なる穿孔があるかどうかを表する。
【００１６】
即ち、穿孔データの平均値処理において、穿孔速度をＶ、打撃圧力をＰp 、補正した回転圧力をＰr −Ｐr Ｏ、そして補正した送り圧力をＰf −Ｐf Ｏとし、算出した平均値をもとに、図３では（Ｐr −Ｐr Ｏ）／Ｖすなわち、穿孔速度１ｍ／ｍｉｎ．当りの穿孔機１の正味の回転圧力の平均が２３．８で、（Ｐf −Ｐf Ｏ）／Ｖすなわち、穿孔速度１ｍｍ／ｍｉｎ．当りの穿孔機１の正味送り圧力の平均が１０．５となる。
【００１７】
なお、上記の打撃圧力の平均値は、設定した値と相違がないかどうかを確認するものである。
【００１８】
そこで、上記の同一切羽における個別評価を図４の（Ｐr −Ｐr Ｏ）／Ｖを縦軸に（Ｐf −Ｐf Ｏ）／Ｖを横軸にした座標に示しており、これは地山の２０９ｍのポイントから１．９ｍ地点と３．９ｍ地点の２ｍ離れた地山の同一切羽の２つのグループで得られた値をプロットしたものである。
【００１９】
ここで、（Ｐr −Ｐr Ｏ）／Ｖを縦軸に、（Ｐf −Ｐf Ｏ）／Ｖを横軸にした座標を図５に示すようにＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの４つの領域に分けて、それぞれの領域の特性を述べると、Ａ領域は、送り圧力も回転圧力も小さいので、地山も穿孔した岩片も軟らかい状態であり、Ｂ領域は、送り圧力は大きく、回転圧力は小さいので、地山は硬いが、穿孔した岩片は軟らかく、細かく破砕された状態であり、Ｃ領域は、送り圧力も回転圧力も大きいので、地山も穿孔した岩片も硬いか、もしくは岩片は大きく破砕されている状態であり、Ｄ領域は、送り圧力は小さく、回転圧力は大きいので、地山は軟らかいが、岩片は硬いか、もしくは粘土のようにビットやロッドに巻き付く状態である。
【００２０】
図４において２０９＋１．９の肩部Ｂの（Ｐf −Ｐf Ｏ）／Ｖが他に比べて小さい。このことは、この部分に他と相違する軟らかい介在物や風化帯等の何かが存在することである。
【００２１】
しかしながら（Ｐr −Ｐr Ｏ）／Ｖの値は同一切羽の２つのグループではほぼ同程度であるので、破砕された岩塊の硬さは他と同一であることが判る。
【００２２】
次に、切羽ごとの評価を行なう場合は、同一切羽における全データの各データごとに穿孔速度当りの補正後の回転圧力と穿孔速度当りの補正後の送り圧力を算定した後、穿孔速度当りの補正後の回転圧力（Ｐr −Ｐr Ｏ）／Ｖの平均値と標準偏差および穿孔速度当りの補正後の送り圧力（Ｐf −Ｐf Ｏ）／Ｖの平均値と標準偏差を求め、穿孔速度当りの補正後の回転圧力と穿孔速度当りの補正後の送り圧力をそれぞれ座標軸により、切羽ごとに平均値と標準偏差をプロットして、切羽ごとの傾向を評価する。
【００２３】
図６は、２０９ｍ＋１．９の各データごとの（Ｐr −Ｐr Ｏ）／Ｖおよび（Ｐf −Ｐf Ｏ）／Ｖを算定し、それぞれの平均値と標準偏差を算定した状況の一部を示しており、その結果を（Ｐr −Ｐr Ｏ）／Ｖを縦軸に、（Ｐf −Ｐf Ｏ）／Ｖを横軸にして座標に示したものが、図７である。
【００２４】
これを図８において、各切羽における全体評価の比較を座標に標準偏差の枠内に平均値を丸で示しており、図中２０９＋１．９系列２のＡの地山と２０９＋３．９系列４のＢは同程度の地山であり、これと比べて２０９＋８８．５系列６のＣと２０９＋９０．０系列８のＤは、地山自体を硬く、岩塊も硬いことが判る。
【００２５】
さらに２０９＋９０．０系列８のＤは、２０９＋８８．５系列６のＣと比べて領域が広いため、全体としては硬いが、岩塊に硬軟を繰り返す地山であり、不均一であることが判る。
【００２６】
【発明の効果】
以上に説明した本発明における山岳トンネルにおける穿孔データによる地山の評価方法によれば、穿孔している地山の部分的に弱い部分や、そのトンネルで過去の切羽の状況と比較ができるので、設けられる支保工の構造を決定する指標とすることができる。
【００２７】
また本発明は、例えば地山の状態が、ある領域は地山も岩片も柔らかいとか、他の領域は地山は硬いが、岩片は柔らかく、細かく破砕されているとか、また他の領域は地山も岩片も硬い、もしくは岩片は大きく破砕されているとか、さらに他の領域は地山は柔らかいが、岩片は硬い、もしくは粘土のようにビット、ロッドに巻き付くというような性状が判断できるので最適な支保工のタイプを決定する資料が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の山岳トンネルの穿孔用の穿孔機の一実施形態における側面図である。
【図２】本発明の評価方法における無負荷状態で圧力測定をする測定結果と送り圧力及び回転圧力の補正値を示す図表である。
【図３】本発明の評価方法で地山を穿孔して計測した元データとその元データを図２の補正値で補正した補正データを示す図表である。
【図４】本発明の同一切羽における個別評価例の座標を示す図表である。
【図５】本発明の（Ｐｒ−ＰｒＯ）／Ｖを縦軸に、（Ｐｆ−ＰｆＯ）／Ｖを横軸にした座標の４領域を示す図表である。
【図６】本発明の評価方法における各切羽における全体評価を行う際の各データごとの（Ｐｒ−ＰｒＯ）／Ｖおよび（Ｐｆ−ＰｆＯ）／Ｖを算定し、それぞれの平均値と標準偏差を算定した状況の一部を示す図表である。
【図７】本発明の評価方法における図６の結果を座標で示す図表である。
【図８】本発明の各切羽における全体評価の比較例の座標を示す図表である。
【符号の説明】
１    穿孔機
３    ガイドシェル
【図１】
0004075980.tif 000002
【図２】
0004075980.tif 000003
【図３】
0004075980.tif 000004
【図４】
0004075980.tif 000005
【図５】
0004075980.tif 000006
【図６】
0004075980.tif 000007
【図７】
0004075980.tif 000008
【図８】
0004075980.tif 000009