(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーダによるトンネル切羽前方地質探査方法において、
切羽前方の地質内に複数回発信波を発信し、
複数の受信波を受信し、
複数の受信波の波形を重ね合わせて合成受信波形を求め、
合成受信波形から切羽前方の地質を探査するトンネル切羽前方地質探査方法であって、
レーダの測定位置毎に合成受信波形を求め、
各信号のレーダ発信時のカッターフェイス位置を同一の位置となるように補正することにより、同一の反射波を同一時間に並べて表示し、
複数の掘削位置で求めた合成受信波を重ね合わせ処理することでノイズを弱め、反射波を強調して、
切羽前方の地質を探査することを特徴とする、
トンネル切羽前方地質探査方法。
【請求項２】
カッターフェースを有するマシンで掘削するトンネルの切羽に対してレーダによるトンネル切羽前方地質探査システムにおいて、
カッターフェース面にアンテナを取付け、
アンテナによって、切羽前方の地質内に複数回電磁波の発信波を発信し、反射してきた複数の受信波を受信し、
受信波の波形を処理する処理装置と処理された受信波の波形を表示する出力装置とを備え、
処理装置で複数の受信波の波形を重ね合わせて合成受信波形を求め、
出力装置で重ね合わせた合成受信波形を表示し、
切羽前方の地質を探査するトンネル切羽前方地質探査システムであって、
レーダの測定位置毎に合成受信波形を求め、
各信号のレーダ発信時のカッターフェイス位置を同一の位置となるように補正することにより、同一の反射波を同一時間に並べて表示し、
複数の掘削位置で求めた合成受信波を重ね合わせ処理することでノイズを弱め、反射波を強調して、
切羽前方の地質を探査することを特徴とする、
トンネル切羽前方地質探査システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネル切羽前方の地質探査に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
シールドマシン或いはトンネルボーリングマシンにおいて、掘削する地山の状態が悪化すると、掘削不可能に陥ることがあり、その復旧には多大な労力と費用が発生している。
【０００３】
しかし、従来、電磁レーダを用いた探査は行われているが、微弱な反射波を検出することが出来ず、単に既製杭や構造物などの障害物を探査するもので、反射波を直接、画面表示するだけのものであった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、トンネル切羽前方の地質の変化面を正確に探査することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、レーダによるトンネル切羽前方地質探査方法において、切羽前方の地質内に複数回発信波を発信し、複数の受信波を受信し、複数の受信波の波形を重ね合わせて合成受信波形を求め、合成受信波形から切羽前方の地質を探査するトンネル切羽前方地質探査方法であって、レーダの測定位置毎に合成受信波形を求め、各信号のレーダ発信時のカッターフェイス位置を同一の位置となるように補正することにより、同一の反射波を同一時間に並べて表示し、複数の掘削位置で求めた合成受信波を重ね合わせ処理することでノイズを弱め、反射波を強調して、切羽前方の地質を探査することを特徴とするトンネル切羽前方地質探査方法、またはカッターフェースを有するマシンで掘削するトンネルの切羽に対してレーダによるトンネル切羽前方地質探査システムにおいて、カッターフェース面にアンテナを取付け、アンテナによって、切羽前方の地質内に複数回電磁波の発信波を発信し、反射してきた複数の受信波を受信し、受信波の波形を処理する処理装置と処理された受信波の波形を表示する出力装置とを備え、処理装置で複数の受信波の波形を重ね合わせて合成受信波形を求め、出力装置で重ね合わせた合成受信波形を表示し、切羽前方の地質を探査するトンネル切羽前方地質探査システムであって、レーダの測定位置毎に合成受信波形を求め、各信号のレーダ発信時のカッターフェイス位置を同一の位置となるように補正することにより、同一の反射波を同一時間に並べて表示し、複数の掘削位置で求めた合成受信波を重ね合わせ処理することでノイズを弱め、反射波を強調して、切羽前方の地質を探査することを特徴とするトンネル切羽前方地質探査システムにある。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
【０００７】
＜イ＞トンネル切羽前方地質探査システム
トンネル切羽前方地質探査システムは、シールドマシン１やトンネルボーリングマシンなどのカッターフェース面に電磁レーダのアンテナを配置し、トンネル７を掘削した切羽面の前方の地中にレーダ信号（発信波）を発信し、地盤内から反射して戻ってきた受信波を受信し、波形処理を行うものである。
【０００８】
アンテナは、例えば、１００ＭＨｚ程度の共振周波数を使用し、図１のように発信と受信を兼用する兼用アンテナ３でも、また図２のように発信用アンテナ４と受信用アンテナ５を別にしたものでもよい。
【０００９】
トンネル切羽前方地質探査システムは、図３のようにアンテナ１０に発信回路１１から発信信号を与え、レーダ信号を発信し、また、アンテナ１０で受けた受信波を受信回路１２で受信信号とし、電磁レーダ本体１３を介してコンピュータ１４に入力する。コンピュータ１４では信号処理をして、受信波形などの必要なデータを保存し、また表示装置や印刷装置などの出力装置１５に出力する。
【００１０】
＜ロ＞発信と受信
アンテナ１０から、例えば、一定時間間隔で電磁波パルスのレーダ信号を発信し、切羽前方の地層の境界面６など種々の箇所で反射し、反射した反射波をアンテナ１０で受信する。
【００１１】
レーダ信号の発信間隔を調整することにより、カッターフェース２が１回転する間に多数回の発信ができ、それに伴って多数の受信波を受信し、受信波形を記録することが出来る。
【００１２】
＜ハ＞重ね合わせ処理
受信波は、地層の境界面６など媒質の異なる様々な箇所で反射する反射波２０と共に、ノイズ２１も含んでいる。図４にはカッターフェース２が１回転する間に得られた受信波の波形を示す。これらの受信波の波形は、ほとんどカッターフェース面（アンテナ位置）が同一の位置（Ｘ１）にある時に多数回レーダ信号を発信し、その際のそれぞれの受信波の波形を示している。
【００１３】
これらの受信波の波形を重ね合わせ処理した合成受信波形（足し合わされた受信波の合成波形）を図５に示す。重ね合わせ処理をすることにより、ノイズ２１はランダムな位置に発生するので弱められ、反射波２０はどの受信波にも存在するので強調され、結果として、反射波２０のみを得ることが出来る。
【００１４】
＜ニ＞異なるカッターフェース位置での受信
カッターフェース２を回転して掘進し、各掘進位置における受信波の合成受信波形を図６に示す。合成受信波形の代わりに受信波の波形を単に用いることもできる。
【００１５】
図６の上段の信号は、カッターフェース位置がＸ１の合成受信波形であり、次の段の信号は、カッターフェース位置がΔＸ進んだ時の合成受信波形であり、これを繰り返し、最後の段の信号は、カッターフェース位置がｎΔＸ進んだ時の合成受信波形である。これらの合成受信波形からマシンの掘進が進むに従って、地層境界面６の反射波２０の位置が近づいていることが理解される。また、これら信号のどれにも含まれている波形は、測定位置に関わらず、前方に反射物質が存在することを示している。
【００１６】
図７は、図６の信号を見やすいように、各信号において同一の反射波を同じ時間軸の位置に合わせるように補正したものである。即ち、カッターフェース位置が進むに従って同一の箇所からの反射波２０が早めに現れるので、各信号のレーダ発信時のカッターフェース位置を同一の位置となるように補正することにより、同一の反射波を同一の時間に並べて表示するようにしたものである。このようにして得られた合成受信波形は、石油探査分野で実施されているＶＳＰ（Vertical Seismic Profiling）と同種の波形群と成る。したがって、ＶＳＰで行っているフィルタリング、速度フィルター、デコンボリューション、マイグレーション等の処理が適用可能になる。それ故、地層の状態をより簡単に見分けることが出来る。
【００１７】
【発明の効果】
本発明は、次のような効果を得ることができる。
＜イ＞同一の位置でレーダの送受信を繰り返し、それら多数の受信波の波形を足し合わせて、合成した合成受信波形を得ることにより、ノイズを除去することが出来る。
＜ロ＞ΔＸずれた位置でレーダーの送受信を繰り返し、これらの受信波の波形を並べて表示することにより、微弱な反射波を容易に検出することができ、これによって地質の境界面を正確に探査することができる。
＜ハ＞ΔＸずれた位置で受信波の波形群を同時処理することにより、より遠い位置にある地質の境界面を探査することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】レーダによる切羽前方地質探査図
【図２】送信用と受信用のアンテナを区別した切羽前方地質探査図
【図３】切羽前方地質探査システムのブロック図
【図４】同一カッターフェース位置での受信波形図
【図５】受信波形を足した重ね合わせ受信波形図
【図６】異なるカッターフェース位置での受信波形図
【図７】異なるカッターフェース位置での受信波形の補正図
【符号の説明】
１・・シールドマシン
２・・カッターフェース
３・・兼用アンテナ
４・・発信用アンテナ
５・・受信用アンテナ
６・・地層の境界面
７・・トンネル
１０・アンテナ
１１・発信回路
１２・受信回路
１３・レーダ本体
１４・コンピュータ
１５・出力装置
２０・反射波
２１・ノイズ
【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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