(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネル岩盤に打設されるロックボルトを電極として、前記ロックボルト間の比抵抗を測定し、得られた比抵抗値に基づいて、前記トンネル岩盤の割れ目，湧水，岩盤強度など地山性状を評価するトンネル岩盤の評価方法であって、
前記ロックボルトは、トンネル断面のほぼ同一横断面上にあって、前記トンネルの周方向に沿って、所定の間隔を隔てて、上半および側部に複数打設され、
性状を評価しようとする切羽面の直近ないしはその近傍に打設された前記ロックボルトを選択し、選択したロックボルトのうち、任意の４本を選択して、外側の２本を電流電極とし、この電流電極に挟まれた内側の２本を電圧電極として、前記比抵抗値を測定するとともに、前記比抵抗値は、前記ロックボルトから選択する４本を１組として、前記トンネルの周方向に沿って、順次１本ずつズラせながら求めることを特徴とするトンネル岩盤の評価方法。
【請求項２】
前記比抵抗値は、前記ロックボルトの長さと打設間隔とにより計算式を変更することを特徴とする請求項１記載のトンネル岩盤の評価方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、トンネル岩盤の評価方法に関し、特に、岩盤の電気的特性、すなわち、比抵抗を測定することにより地山性状を評価する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
山岳トンネルの構築現場では、トンネル施工中において、掘削時の切羽の安全を確保するためには、地山性状を正確に把握することが、極めて重要である。
【０００３】
この場合、例えば、近時、施工が増加している既設トンネルのリニューアル（修復）施工では、トンネル壁面より弾性波や電磁波などを照射して、吹きつけコンクリートの劣化や地山岩盤の劣化を診断する技術が開発されている。
【０００４】
ところで、通常の新設トンネル工事においては、一般的に、岩盤の状況（風化や緩み、湧水など）は、地山状況を項目ごとに作業員が目視観察し、切羽面のスケッチ画や写真とともに、複数に分かれた項目毎に、４ないしは５段階評価を記述する切羽日報を作成し、これにより把握している。
【０００５】
しかしながら、このような従来のトンネル岩盤における地山性状の評価方法には、以下に説明する課題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
すなわち、切羽日報による地山性状の評価方法では、切羽面の目視観察に基づく方法なので、作業員の経験や知識などによって、評価がバラツキ易くなり、評価の信頼性に欠けるという問題があった。
【０００７】
このような技術的課題の解決方法として、本発明者らは、特開２０００−３４６９５３号公報に開示されているように、切羽面に複数の電極を設置して、切羽岩盤の比抵抗を測定し、得られた比抵抗値に基づいて、切羽の性状を評価する方法を提案した。
【０００８】
このような評価方法よれば、切羽の性状を岩盤の比抵抗値に基づいて評価するので、定量的で、かつ、信頼性の高い評価を行うことができる。ところが、この公報に提案されている評価方法では、切羽面に複数の電極を設置しなければならず、また、この電極は、測定の終了とともに、切羽面から撤去する必要もあるので、電極の設置および撤去が、トンネル工事の進行に影響を及ぼす恐れがあった。
【０００９】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、電極の設置および撤去が不要で、トンネル工事に影響を与えることなく、地山性状を定量的で、かつ、高信頼性の下で行えるトンネル岩盤の評価方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、トンネル岩盤に打設されるロックボルトを電極として、前記ロックボルト間の比抵抗を測定し、得られた比抵抗値に基づいて、前記トンネル岩盤の割れ目，湧水，岩盤強度など地山性状を評価するトンネル岩盤の評価方法であって、  前記ロックボルトは、トンネル断面のほぼ同一横断面上にあって、前記トンネルの周方向に沿って、所定の間隔を隔てて、上半および側部に複数打設され、性状を評価しようとする切羽面の直近ないしはその近傍に打設された前記ロックボルトを選択し、選択したロックボルトのうち、任意の４本を選択して、外側の２本を電流電極とし、この電流電極に挟まれた内側の２本を電圧電極として、前記比抵抗値を測定するとともに、前記比抵抗値は、前記ロックボルトから選択する４本を１組として、前記トンネルの周方向に沿って、順次１本ずつズラせながら求めるようにした。
【００１１】
このように構成したトンネル岩盤の評価方法によれば、岩盤の比抵抗を測定する際の電極として、トンネル岩盤に打設されているロックボルトを利用するので、比抵抗の測定用電極の設置および撤去が不要になり、電極の設置および撤去がトンネル工事の進行に影響を及ぼさない。
【００１２】
この場合、トンネル岩盤の割れ目，湧水，岩盤強度など地山性状の評価は、比抵抗値に基づいて行われるので、測定者の経験などと無関係に、定量的な評価が行われ、信頼性の高い評価が得られる。
【００１３】
前記比抵抗値は、前記ロックボルトの長さと打設間隔とにより計算式を変更することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、添付図面に基づいて詳細に説明する。図１および図２は、本発明にかかるトンネル岩盤の評価方法の一実施例を示している。
【００１７】
図１は、トンネルＡの横断面図であり、馬蹄形状の部分が切羽面Ｂとなっている。トンネルＡの側方側の掘削面には、金網Ｃが設置され、その上面に吹き付けコンクリート層Ｄが設けられている。
【００１８】
ロックボルトＥは、鋼やアルミニウムなどの金属製の中実ないしは中空棒状体であって、トンネルＡの内方から外方の地山Ｆに向けて放射状に複数本が打設されている。各ロックボルトＥの一端は、吹き付けコンクリート層Ｄの内面側に露出している。
【００１９】
また、複数本のロックボルトＥは、図２に示すように、打設位置がトンネル断面のほぼ同一横断面上に配置されていて、掘削坑壁に直交するように打設され、かつ、トンネルＡの周方向に沿って、ほぼ等間隔で、合計１７本が設けられている。
【００２０】
なお、図１に符号Ｇで示した部分は、吹き付けコンクリート層Ｄの内面に形成された覆工コンクリートである。以上のようにトンネルＡの構築形態は、従来のトンネル工法と全く同じであるが、本実施例の場合には、特に、切羽面Ｂの岩盤の割れ目，湧水，岩盤強度などの地山性状を評価する際に、以下に説明する特別な方法を採用している。
【００２１】
すなわち、切羽面Ｂの地山性状を評価する際には、複数のロックボルトＥのうち、複数本が、比抵抗測定用電極として選択される。本実施例の場合には、図１に符号１〜１１で示した合計１１本のロックボルトＥが選択される。
【００２２】
なお、本実施例の場合には、トンネルＡの上半に配置されているロックボルトＥだけを比抵抗測定用電極として選択しているが、このような選択に限る必要はなく、側部に配置されているものを選択してもよい。
【００２３】
また、電極として選択されるロックボルトＥは、性状を評価しようとする切羽面Ｂの直近ないしはその近傍に打設されたものが選択される。
【００２４】
比抵抗測定用電極が選択されると、外側の２本、例えば、１と４のロックボルトＥを電流電極とし、この電流電極に挟まれた内側の２本、２と３のロックボルトＥを電圧電極として、電流電極間に直流電流Ｉを流し、その際の電圧電極間の電圧Ｖを測定することにより、比抵抗ρを測定する。この場合の比抵抗ρは、電圧電極間の距離をａとすると、２πａＩ／Ｖとして求められる。
【００２５】
このような比抵抗ρの測定では、次の連続する５〜８間での４本のロックボルトＥを選択して、比抵抗を測定することもできるし、また、次に、２と５のロックボルトＥを電流電極とし、３と４のロックボルトＥを電圧電極として、比抵抗ρを測定しさらに、４本が１組の電流および電圧電極を、周方向に沿って、順次１本ずつズラしながら、比抵抗を測定することもできる。
【００２６】
以上のようにして、複数の比抵抗値が得られると、この比抵抗値に基づいて、トンネル岩盤、すなわち、切羽面Ｂの割れ目，湧水，岩盤強度など地山性状を評価する。
【００２７】
このように構成したトンネル岩盤の評価方法によれば、岩盤の比抵抗を測定する際の電極として、トンネル岩盤に打設されているロックボルトＥを利用するので、比抵抗の測定用電極の設置および撤去が不要になり、電極の設置および撤去がトンネル工事の進行に影響を及ぼさない。
【００２８】
この場合、トンネル岩盤の割れ目，湧水，岩盤強度など地山性状は、比抵抗値に基づいて行われるので、測定者の経験などの無関係に、定量的な評価が行われ、信頼性の高い評価が得られる。
【００２９】
本発明者らは、本発明の有効性を確認するために、実際のトンネルの施工現場において、上述した方法で比抵抗ρを測定し、従来の切羽日報による評価方法との相関を観察した。
【００３０】
比抵抗の測定には、応用地質社製のマックオーム２１（商品名）を用い、電源電圧には、１２Ｖ，２４Ａの鉛蓄電池を用いた。ロックボルトＥとの環の接続には、圧着端子付きのコードを用い、圧着端子をロックボルトＥの端部に圧着固定した。
【００３１】
実際の測定は、図３〜図７に示すように、隣接する２断面を１セットして合計１〜１０断面において実施した。各断面における比抵抗の測定は、図１に示すように、ロックボルトＥが配置されていたので、上半部の１１本を比抵抗測定用電極として選択し、４本が１組の電流および電圧電極を、周方向に沿って、順次１本ずつズラしながら測定し、１断面に対して、合計８箇所の比抵抗を測定した。
【００３２】
図３〜図７に示した図では、電圧電極として選択したロックボルトＥの番号で、測定個所を示している。すなわち、図１に示している１〜４を電極として選択した場合の比抵抗値が、図３〜図７では、２−３として表しており、また、周方向に１本ズラせて、２〜５を電極として選択した場合の比抵抗値が、図３〜図７では、３−４となっていて、以下同様に、比抵抗の測定を行った際に、電圧電極として選択したロックボルトＥの番号で測定個所を特定表示している。
【００３３】
また、この測定を行ったトンネルの工事においては、以下の表１に示すように、支保工パターンがＣ１，Ｃ２およびＤ１の３種類採用されていて、これらの各パターンで、使用するロックボルトＥの長さ（３ｍと４ｍ）と、打設間隔（１．５ｍと１．２ｍ）とが異なっていたので、比抵抗の計算式もこれに合わせて変更した。
【００３４】
なお、支保工パターンＣ１は、岩盤の良好な個所に採用される配置パターンであり、同Ｄ１は、岩盤の脆弱な個所に採用される配置パターンであり、同Ｃ２は、これらの中間に採用される配置パターンである。
【００３５】
以下に示した表１は、図３〜図７に示した比抵抗の値を表にして、平均値を求めたものである。
【００３６】
【表１】
0003820985.tif 000002
表１に示した比抵抗値の測定結果から明らかなように、断面毎との比較では、断面７と断面８とが、ともに最大８００Ωｍと大きな値を示し、断面３，４では、これと対称的に５０Ωｍ未満の低い値になっている。計測された測定値のうちで、最も低い比抵抗値は、０．２Ωｍで、最大値と３オーダーもの違いあった。なお、５００〜１０００Ωｍの比抵抗値は、結晶質の中硬岩の値に相当し、数〜１０Ωｍは、泥岩の値に相当している。
【００３７】
図８〜図１２は、比抵抗を測定した断面の切羽日報の観察記録である。この観察記録は、図８が、図３に示した断面１に相当し、図９が断面３というように、それぞれ奇数断面に相当している。
【００３８】
ここで、各断面毎との傾向について観察すると、図３に示した、断面１，２では、比抵抗値が２０.３〜５３．０Ωｍに分布しており、この値は、比較的安定している。
【００３９】
これに対して、図８に示した切羽日報の観察記録では、強度のランクは、２（ハンマーで容易に、小片または薄く割れる）で比較的良好であるが、湧水のランクが４（部分的に噴き出る）であり、この影響が比抵抗値に現れているものと考えられる。
【００４０】
また、図４に示した、断面３，４では、比抵抗値が１．０〜４８．８Ωｍに分布しており、値には、大きなバラツキが認められる。
【００４１】
これに対して、図９に示した切羽日報の観察記録では、強度のランクは、３（ハンマーで脆く容易に割れる）で、湧水のランクが４（部分的に噴き出る）であり、その上、岩盤性状について、自立困難，全体的に風化，開口部に油目，破砕帯などの記録があり、こうした性状が低比抵抗要因となっていると考えられ、値がバラついているのは、岩盤性状の不均一に原因があると考えられる。
【００４２】
また、図５に示した、断面５，６では、特に、断面６で、５−６と７−８との２区間で、比抵抗値が１００Ωｍを超えている。これは、６番のロックボルトＥの定着が不安定であることが原因であると考えられる。ただし、コード接続時に、荷重がかかっていないことが確認されたので、地山の安定には影響しない。
【００４３】
これらを除くと、比抵抗値は、０．２〜６９．２Ωｍに分布しており、値には、非常に大きなバラツキが認められる。
【００４４】
これに対して、図１０に示した切羽日報の観察記録では、断面３，４と同様で、強度のランクは、３（ハンマーで脆く容易に割れる）で、湧水のランクが４（部分的に噴き出る）であり、岩盤性状について、自立困難，全体的に風化，開口部に油目，破砕帯などの記録がある。
【００４５】
断面３，４よりも比抵抗の値のバラツキが大きいのは、飽和の程度の違いが大きいことを示すものと考えられる。
【００４６】
さらに、図６に示した断面７，８では、比抵抗値が３６２〜８０７Ωｍに分布しており、この値は、非常に大きく、比較的安定している。
【００４７】
これに対して、図１１に示した切羽日報の観察記録では、強度のランクは、１（ハンマーが跳ね返る）ないし２で、良好で、湧水のランクが２（部分的に滲み出る）と良好で、切羽の写真にも熱変質を示す白色の岩石が確認されていない。このような性状が比抵抗値に正確に反映されているものと考えられる。
【００４８】
また、図７に示した断面９では、比抵抗値が１０．３〜８８．８Ωｍに分布しており、この値は、低くしかも安定していない。
【００４９】
これに対して、図１２に示した切羽日報の観察記録では、強度のランクは、１（ハンマーが跳ね返る）で良好であるが、湧水のランクが４（部分的に噴き出る）であり、切羽の写真にも湧水が確認されている。比抵抗値は、水の存在により、大きく影響を受けるものと考えられる。
【００５０】
図１３は、岩盤評価点と測定で得られた比抵抗値との相関を求めたグラフである。比抵抗値は、表１に示した各断面の全体平均値を用い、岩盤評価点は、図８に(  )内に示した段階に応じて設定した評価点を合計し、その平均点とした。
【００５１】
相関対象は、岩盤，亀裂，水，総合点の４項目とし、岩盤は、図８に示した評価項目のＡ〜Ｄ（切羽の状態，素掘面の状態，岩石強度，風化変質）の評価点の平均値を採用し、亀裂は、同Ｅ〜Ｇ（割れ目間隔，割れ目の形態，割れ目の状態）の評価点の平均値を用い、水は、Ｈ，Ｉ（湧水，水による劣化）の評価点の平均値とした。
【００５２】
総合点は、４項目の岩盤と、３項目の亀裂と、２項目の水の合計９項目の平均値を用いた。
これらのそれぞれの値を以下の表２に示している。
【００５３】
【表２】
0003820985.tif 000003
図１３および表２に示した結果から明らかなように、従来の切羽日報に記載されている観察記録の評価点に対して、ロックボルトＥを電極として測定した比抵抗値が、評価点が低い場合には、大きな比抵抗値となり、評価点が高くなると、比抵抗値も小さくなり、両者間に良好な相関関係が存在することがわかる。
【００５４】
この場合、特に、総合点と比抵抗値との整合性が最もよく、岩盤および亀裂がこれに次いでいる。水に関しては、整合性に若干ズレがあるが、全体としては矛盾がない。以上の結果から、本発明にかかるトンネル岩盤の評価方法では、信頼性の高い評価ができることが確認された。
【００５５】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明にかかるトンネル岩盤の評価方法によれば、電極の設置および撤去が不要で、トンネル工事に影響を与えることなく、地山性状を定量的で、かつ、高信頼性の下で評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるトンネル岩盤の評価方法が適用されるトンネル断面の説明図である。
【図２】図１の側方断面図である。
【図３】実際のトンネル工事の掘削断面で、本発明の作用効果を確認するために行った比抵抗の測定結果の説明図である。
【図４】図３に示した掘削断面と異なる掘削断面での比抵抗の測定結果の説明図である。
【図５】図３に示した掘削断面と異なる掘削断面での比抵抗の測定結果の説明図である。
【図６】図３に示した掘削断面と異なる掘削断面での比抵抗の測定結果の説明図である。
【図７】図３に示した掘削断面と異なる掘削断面での比抵抗の測定結果の説明図である。
【図８】図３に示した掘削断面に対応する切羽面の切羽日誌である。
【図９】図４に示した掘削断面に対応する切羽面の切羽日誌である。
【図１０】図５に示した掘削断面に対応する切羽面の切羽日誌である。
【図１１】図６に示した掘削断面に対応する切羽面の切羽日誌である。
【図１２】図７に示した掘削断面に対応する切羽面の切羽日誌である。
【図１３】岩盤評価点と比抵抗値との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
Ａ          トンネル
Ｂ          切羽面
Ｃ          金網
Ｄ          吹き付けコンクリート層
Ｅ          ロックボルト
【図１】
0003820985.tif 000004
【図２】
0003820985.tif 000005
【図３】
0003820985.tif 000006
【図４】
0003820985.tif 000007
【図５】
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【図６】
0003820985.tif 000009
【図７】
0003820985.tif 000010
【図８】
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【図９】
0003820985.tif 000012
【図１０】
0003820985.tif 000013
【図１１】
0003820985.tif 000014
【図１２】
0003820985.tif 000015
【図１３】
0003820985.tif 000016