フジタ技術研究報告㻌
第 㻡㻟 号㻌 㻌 㻞㻜㻝㻣 年㻌

トンネル前方探査における地震波干渉法の試行（その２）

村 山 秀 幸概新 井 智 之要

前報では、トンネル施工中に実施する切羽前方探査に対する新しい概念として、地震波干渉法の考え方とその適用性を検証した。地震波干渉法では特別な震源が不要であり、従来ノイズとされてきた坑内作業で発生する様々な振動を切羽前方探査に活用できる可能性が示唆されると同時に、坑内観測機器の簡素化が期待できる。一般に、地震波干渉法で取り扱う振動ノイズは、一見すると無相関でランダム性が高く非定常な波動が適していると言われおり、処理するデータ長はなるべく長い方がよいとされているものの、地震波干渉法に適した振動ノイズに対する定量的な評価がなされていない。本報告では、地震波干渉法を用いたトンネル前方探査の実用化を目的として、坑内作業に伴い発生する振動ノイズの特性を検証した。また、地震波干渉法に適した振動ノイズを判定する指標として波形のランダム性を表す 㻺㻾㻵 値を導入し、ホワイトノイズを比較し 㻺㻾㻵 値の妥当性を検証した。さらに、㻺㻾㻵 値を用いて自己相関処理における適切なデータ長を検証すると共に、初期反射における立ち上がりを理論的に除去する方法について提案する。㻌
㻌An application study of seismic interferometry ahead of tunnel faces (Ⅱ)

Abstract
The previous paper described an application study of the seismic interferometry method as a new idea forsurveys ahead of tunnels and examined the suitability of this method. Seismic interferometry can be applied totunnel surveys without the need for special seismic sources, and it is thought that it could also be applied to thevarious noises that occur with tunnel work and help to simplify the measurement system in tunnels. The seismic
noise associated with the seismic interferometry method appears at first glance to be highly random and without
correlation, and therefore it is generally said that irregular waves are suitable. Although it is held that data forprocessing should be as long as possible, quantitative evaluation of seismic noise using the seismic interferometry
method has not yet been conducted. This paper describes the suitable seismic noise generated during the tunnel
work process for geological surveys ahead of tunnel faces using seismic interferometry, in the aim of making
seismic interferometry practical for surveys ahead of tunnel faces. We propose an NRI value that shows therandomness of seismic noise, and we compared the white noise and inspected the validity of the NRI value. We also
estimated the suitable data length on auto-correlation processing using this NRI value, and we theoretically
proposed how to mute the early time rising of auto-correlation waves.

キーワード： トンネル切羽前方探査、地震波干渉法、

㻌

自己相関、シミュレーション−9−－㻝－㻌フジタ技術研究報告㻌 第 㻡㻟 号

§１．はじめに

表1㻌 連続㻿㻾㻾㼀と地震波干渉法の比較㻌㻌
筆者らは、山岳トンネルの施工時調査手法として弾性波反 射 法 の VSP 処 理 に 基 づ く ト ン ネ ル 浅 層 反 射 法 探 査（Shallow Seismic Reflection survey for Tunnels、以連続6657

地震波干渉法（自己相関）

発破時刻（高精度時計）*36信号光伝送装置，原子時計刻時装置等が必要．

基本的には必要ない．
※発破時刻を正確に検知する必要はないが，坑内常設の振動記録装置の時計精度の確保が必要．

解析に必要なデータ

発破程度（週間～日）のデータを蓄積して解析．

単発や段発の発破，ある一定期間の機械振動や作業ノイズで処理可能．

測線（受振点）受振器FKが基本配置．

原理的には受振器つで処理可能．

963処理>データ長秒以内@

自己相関処理>必要データ長等の詳細が不明確@

下SSRTと称す）を開発し、様々な現場で検証を進めてき処理方法た1)。SSRTでは人工震源として、機械震源である油圧イン

データ回収と即時性

坑内ネットワークで回収
～週間で処理結果

坑内ネットワークで回収数時間で処理可能

パクタ（P波とS波）やバイブレータ（P波とS波）、探査用の3波／6波（地下水探査の可能性）

成分の受振器を設置すると単純に倍 FKの機器が必要．

最低成分の受振器を箇所 FKの機器が必要．
⇒36波の導入が簡便

小薬量発破などが必要となる。連続SSRT2)は、切羽掘削に用いる段発発破を震源に活用するため人工震源が不要成分 *\）受振器
成分 *\）受振器となり掘削作業を中断することなく探査できることがメリットである。なお、SSRT、連続SSRT共に、得られた振動波形をVSP処理し切羽前方の反射構造をイメージングすることに相違はない。

切羽側

地震波干渉法とは、自然地震や従来ノイズと考えられて(a)受振器設置、埋設状況いた微小な振動を用いて地下構造のイメージングを行う探査手法である3),4)。具体的には、観測された振動ノイズに対して相互相関処理（cross-correlation）あるいは、自己相関処理（auto-correlation）を実施する。相互相関では、二点間で観測された波形がどれだけ似ているかを、自己相関では、同一の波形記録において過去の波形が現在の波形とどれだけ似ているかを示すことができる。
連続SSRTの坑内観測配置では、各受振点（12ch）における発破振動記録を自己相関処理すると、発破点である切羽を仮想受振点とする切羽前方地山の反射記録を受(b)受振器埋設箇所と切羽作業の位置関係振点毎に得ることができ、処理が平易で1回の発破で切羽

写真1㻌 坑内作業ノイズの観測状況（受振器）前方の反射イメージが得られることがメリットとなる3),4)。
表-1に、連続SSRTと地震波干渉法を比較して示す。地

§２．坑内作業ノイズの振動特性㻌

震波干渉法は、連続SSRTと比較して坑内観測機器の簡素化と即時性の向上等が期待できることがわかる。さらに、

㻞㻚㻝㻌 坑内作業ノイズの取得㻌

例えば地下水探査を念頭においたP波とS波探査におい坑内の掘削作業で発生する振動ノイズを取得するためて観測機械が劇的に少なくなりP波とS波探査を簡便に行作業中のトンネル切羽近傍の脚部に、写真 1 に示すように、える可能性も示唆される。

3 成分受振器（卓越周波数 30Hz）と 1 成分受振器（卓越前報告 4) では、音響場シミュレーションを用いて単発発周波数 100Hz：連続 SSRT 用標準ジオフォン）を埋設し、破と段発発破の自己相関処理に適するデータ長（ゲート掘削サイクルに伴い発生する様々な振動を約 30 時間連長）に関する考察を実施すると共に、現場観測記録から地続で観測した。観測期間中に 5 回の掘削発破が実施され震波干渉法の課題を考察した。本報告では、地震波干渉

4 サイクル（発破孔削孔→発破→ずり出し・こそく→一次吹法において、坑内作業で発生する振動ノイズを活用するた付け→鋼製支保工設置→二次吹付け→ロックボルト削孔）めの基礎的な検討を実施した結果について述べる。の振動ノイズを取得した。
−10−－㻞－㻌

トンネル前方探査における地震波干渉法の試行（その２）

写真 2 に、振動記録装置の坑内設置状況を示す。振動
記録装置としては、新たに開発したセシウム原子時計搭載型 4ch 振動記録装置（MS3000-4ch+CS/CLOCK-TL）と称する高精度時計を搭載した振動記録装置を使用した。

連続用振動記録装置（ 台）

本装置は、坑外で GPS 信号によって数時間時刻校正す

電源ノイズカット用
トランス

れば、坑内で長期間連続的に使用することができる。セシウム原子時計搭載型 4ch 振動記録装置は、連続 SSRT 用の 12ch 振動記録装置 2 台に対して同時に時刻情報を供

連続用測線（受振器）

セシウム原子時計搭載型振動記録装置給することができ、装置内部の時計を随時校正できる仕様としている。なお、写真 2 に示したように、本測定では切羽

写真2 坑内作業ノイズの観測状況（振動記録装置）

後方の発破点火小屋近傍に連続 SSRT の探査測線を配置しており、12ch 振動記録装置 2 台も設置している。
本観測では、発破時刻と各作業サイクルにおける振動ノイズをサンプリング間隔 0.5ms で記録した。

坑内作業ノイズの振動特性に関する検証
削孔作業における振動ノイズ
坑内作業で最も振動エネルギーが大きいと考えられる

50Hz,100Hz,150Hz↓ ↓ ↓油圧削岩機（ジャンボ）による発破孔およびロックボルトの削孔時の振動ノイズを検証する。図1にロックボルト削孔時の振動ノイズ波形を示す。図より、削孔時のノイズ波形は顕著に周期性を有しており、50Hzの倍数で振幅スペクトラムにピークが確認できる。ここで、削岩機に搭載されている

図1 ロックボルト削孔時の振動ノイズ(1秒間)（上段：生振動波形、下段：振幅スペクトラム）

油圧ドリフタの打撃回数が毎分約3,000回であることを考慮すると、その周波数は50Hz（3,000回/60秒）となり、観測された記録と一致する。よって、図1の周期的な波形は、受振器～切羽側発破～150m

50m150m・・・

油圧ドリフタの打撃周期と一致していることがわかる。
前報 4) では、音響場シミュレーションモデルの入力波形

地山弾性波速度Vp=4000m/s←破砕帯（幅5m）
Vp=3500m/s

5mを発破としたが、今回は、ロックボルト削孔時の振動ノイズを入力波形として自己相関処理を実施する。図2に、連続SSRT配置における音響場シミュレーションモデルを示す。

100msec

300msec

図2 音響場シミュレーションモデル4)

地山弾性速度は4,000m/s、発破地点（切羽の振動発生
150msec

350msec

100msec

300msec
200msec

400msec

150msec

250msec
350msec

450msec箇所）から前方150mと200mに弾性波速度が3,500m/sとなる破砕帯を幅5mで想定したモデルである。
図3に、ロックボルト削孔時の振動ノイズを入力波形とした場合の震源からの波動伝播状況を示す。図より、震源から規則的な波形が干渉縞状に地山に伝播していることが明確であり、その周波数はほぼ50Hzが卓越し油圧ドリフタの打撃周波数と一致することがわかる。

図3 ロックボルト削孔時の振動ノイズを入力波形とした場合の震源からの波動伝播状況
400msec
200msec−11−－ －250msec

450msecフジタ技術研究報告㻌 第 㻡㻟 号

切羽

SP1

50m

150m・・・

5m

油圧ドリフタの打撃
周波数*\に起因する自己相関波形

顕著な反射無し

図4㻌 ロックボルト削孔の振動ノイズを入力波形とした音響場シミュレーション結果

図4に、ロックボルト削孔の振動ノイズを入力波形とした音響場シミュレーション結果を示す。自己相関処理では、
元波形の周期性や類似性（繰り返し現象）に依存することから、油圧ドリフタの打撃周波数50Hzに起因した反射が深度0～50m区間で非常に強く確認できる。ここで地山弾性波速度が4,000m/s、周波数が50Hzから、往復走時を考慮して、40m（(4,000/50)/2）がその分布範囲と考えられ、図4の規則的な反射分布位置と整合する。一方、この浅深度における強い反射の影響を受け、それ以深の破砕帯想定位置に顕著な反射が識別できないことがわかる。
以上から、油圧削岩機を用いた削孔時の振動ノイズは、油圧ドリフタの周期的な打撃振動の影響を強く受け、地震(a)発破8分後における周期性を有する波形(6秒間)波干渉法による切羽前方探査に不適切であると言える。
㻔㻞㻕ずり出し・こそく作業における振動ノイズ㻌
坑内作業のうち削孔時の次に、振動エネルギーが大きいことが期待されるずり出し・こそく作業における振動ノイズを検証する。図5に、典型的な振動ノイズ記録として、周期性を有する波形と周期性が少なくランダムと思われる波形を対比して示す。図5(a)の周期性のある波形は、発破8分後の作業初期段階であり周波数は7.0～7.5Hzである。一般に、油圧ブレーカの打撃数は1分あたり300～600回とされており周波数は5～10Hzとなる。よって、この周期性のある波形は、周波数的には油圧ブレーカとほぼ整合するものの、ずり出し初期段階では油圧ブレーカを用いたこそく(b)発破30分後における周期性の少ない波形(6秒間)作業は実施しておらず不可解で振動源を特定できない。

図5㻌 ずり出し・こそく作業における振動ノイズ−12−－㻠－㻌

トンネル前方探査における地震波干渉法の試行（その２）㻌

①周期性あり：～+]"""②周期性少ない≒ランダム？

"""

破砕帯 破砕帯

図6㻌 ずり出し・こそく作業における振動ノイズを入力波形とした音響場シミュレーション結果

図6に、削孔時の振動ノイズと同様に、ずり出し・こそく作

表2㻌 段発発破と主な掘削機械で発生する振動の周波数

業における振動ノイズを入力波形とする音響場シミュレー

発破，重機における打撃回数

ション結果を、周期性のある波形（7.0～7.5Hz）と周期性

地山弾性波速度8ROUにおける距離［ 8R/λ)/2］

*\

O

油圧ブレーカ（～回分）

～*\

～O

油圧削岩機（回分）

*\

O

段発発破
（'6雷管#PV）の少ない波形で対比して示す。図6は、図4と比較してメリハリのある反射波形となっており、破砕帯想定位置でも弱い反射が、特に周期性のある波形で確認できる。一方、地山弾性波速度4,000m/sにおける周波数7.0～7.5Hzの繰

想定周波数
λ

㻔㻟㻕まとめ㻌り 返 し 波 形 に 相 当 す る 反 射 波 は 、 深 度 270 ～ 285m

表2に、段発発破と主な掘削機械で発生する振動ノイズ（(4,000/7.5)/2～(4,000/7)/2）に出現すると考えられ、周の周波数を示し、その周波数で地山弾性波速度4,000m/s

期性のある波形において深度300～350mでやや顕著ににおける自己相関処理により反射が出現する切羽からの確認される反射がこの影響である可能性が示唆される。

距離を併記して示す。段発発破（DS雷管）は段間時間以上から、削孔時の振動ノイズよりずり出し・こそく作業250msから周波数を算出した。表2から、切羽近傍に周期で発生する振動ノイズの方が地震波干渉法処理に適して性のある振動ノイズに相当する反射の出現が予測される油おり、切羽前方が予測できる可能性が高いと言える。

圧削岩を用いた発破孔やロックボルト削孔時の振動ノイズ

なお、ずり出し・こそく作業において振動が発生する箇は、自己相関処理による切羽前方予測に不適切であり、所は、切羽近傍に限定されず切羽後方50m程度の区間で油圧ブレーカや段発発破など想定周波数が10Hz以下の重機（ホイールローダ、重ダンプ、油圧ブレーカや油圧シャ規則的な振動ノイズの発生が想定される坑内作業であれベル等）が稼働することによって発生しており振動発生源

ば切羽前方数100mの予測が可能であると考えられる。

を一義的に特定することが難しい。すなわち、ずり出し・こなお、地震波干渉法で取り扱う振動ノイズは、一見規則

そく作業における振動ノイズを自己相関処理に用いる場合、性のないランダムな波形とされており、表2で示した振動源

図6で示した深度0m地点（自己相関におけるタイム0点）をは規則性のある波形であり、本来自己相関処理に適さなどこと設定すべきか判然としないという課題がある。

い可能性が示唆されるため、次章で振動ノイズのランダム性に関する指標の提案とその効果について述べる。
−13−－㻡－㻌フジタ技術研究報告㻌 第 㻡㻟 号§３．15, 値の導入とその効果

0t$PSSH㻟㻚㻝㻌㻺㻾㻵 値の定義
自己相関処理とは、「ある時系列データについて時間τ－τ（τをラグタイムと称す）だけずらしたとき、ずらす前の時系

τ列データとどの程度似ているか（類似性）を定量化するた評価できるのは、時間τずらした後にオーバラッ

D 時刻列データ ラグタイムτすらししている部分のみめの操作」である。図7に自己相関処理の概念図を示す。

E 自己相関処理結果

図7（a）に示すように、タイムラグτだけずらした自己相関処

0t

W 
τ=0

理結果は、時刻t=0を振幅のピークとして正負対称に分布$PSSHDN→する。ここで、図7に示したように、時刻t=0における最大振幅 を Amp.peak と し 、 後 続 波 に お け る 振 幅 の 平 均 値 をτAmp.rmsとして、
NRI値（Noise Random Index:ノイズラτ－＋ンダム指標）を以下のように定義する。
τNRI = Amp.peak / Amp.rms$PSUPV
評価できるのは、時間τずらした後にオーバラップ

D 時刻列データ ラグタイムτすらししている部分のみ

なお、RMSは以下で定義される。

 (x )RMS ( x ) 
t2ttt1

E 自己相関処理結果（W に対して正負で対称）

図7㻌 自己相関処理の概念図

2250

N216.34200

NRI値

ｘ：時系列、N：サンプル数
ランダム波であるホワイトノイズの自己相関処理では、時

150
99.54

10062.26

刻t=0で振幅が最大となり、後続波には規則性（＝類似50性）がないと考えられることから後続波の振幅は小さくなり、

039.986秒NRI値が大きくなる。逆に、時刻列データに規則的な波形

10秒20秒30秒

データ長(a)データ長とNRI値が含まれる場合、後続波の振幅がその規則性に相当する周波数に応じた時刻で大きくなることが想定され NRI 値が1400小さくなることが期待できる。

1288.52

1200

1000

NRI値

以上から、自己相関処理に適した振動ノイズ波形のランダム性を評価する指標としてNRI値を導入する。

755.85800
600400200

㻟㻚㻞㻌㻺㻾㻵 値によるデータ長の検証㻌

272.81
88.53

06秒×5スタック

NRI 値は、波形のランダム性を表す指標であるが自己6秒×50スタック

6秒×500スタック 6秒×5000スタック

データ長

相関処理するデータ長にも依存すると考えられること、およ(b)スタック（重合）時のNRI値

び処理できるデータ長に限界があることから、ホワイトノイズ

図8㻌 ホワイトノイズのデータ長とNRI値波形を用いてデータ長とNRI値に関する検討を行った。
ホワイトノイズ波形は、ランダム関数生成のアルゴリズム

図8に、ホワイトノイズのデータ長とNRI値の関係を示す。

やサンプル数の違いによりNRI値が異なることが検討の過

ホワイトノイズの生成においてはランダム関数のアルゴリズ程で明らかとなったため、自己相関処理の簡便性等を考ムを12パターン設定して各々 NRI 値を計算しその平均値慮してサンプリング間隔を4ms（対象周波数0～125Hz）とを示した。データ長は6秒、10秒、20秒、30秒と単純に長くし、データ長の相違によるNRI値の違いを検討した。

したケースと、6秒データを基本としてそのランダム性向上−14−－㻢－㻌

トンネル前方探査における地震波干渉法の試行（その２）㻌

P

P

断層

断層

断層

15,
:DYHOHW
VHF

断層

断層

15,
:DYHOHW
VHF

15,
:DYHOHW
VHF

15,
:DYHOHW
VHF

断層

15,
:DYHOHW
VHF

15,
:DYHOHWVHF

(a)初期反射ミュートなし㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 (b)初期反射ミュートあり
図9㻌 ホワイトノイズを用いた音響場シミュレーションのためスタック（重合）させた場合の NRI値の変化を確認しーション結果を示す。

た。図8より、データ長が長くスタック数が多いほど NRI 値以上から、地震波干渉法に対する適切なデータの評価が上昇し波形のランダム性が向上することがわかる。一方、指標としてNRI値が有効であることを示した。一方、図9よりデータ長30秒と6秒×5スタック（計30秒分）の NRI 値を比自己相関処理に用いるデータ長は、偽像と考えられる後較するとデータ長30秒の方が NRI 値は高い。よって、ラン続波が少ないこと、処理の簡便性等を考慮し30秒程度がダム性は、スタッキングで向上が期待できるものの同じ6秒適切であると考えられる。さらに、スタック（重合）を併用すのデータを30秒分重ねてるより単純にデータ長が長い方ることも有益と考えられる。

が自己相関処理に有利であると言える。
図9(a)に、切羽前方100mの位置に断層がある音響場㻟㻚㻟㻌 初期反射のミュートの考え方㻌

シミュレーションモデルにおいて、ホワイトノイズを入力波形

図9(a)では、初期反射が非常に強くそれ以降の後続反とした場合の結果を、データ長10秒、30秒、60秒の3ケー射が判別しづらいため、初期反射のミュート（除去）する方スで示す。図9(a)より、初期反射が強いものの断層想定位法について検討する。

置付近に断層に相当する反射が弱いながらも3ケース共に理想的なホワイトノイズは、全周波数帯域にわたってフラ確認できる。一方、データ長が長くなりNRI値が向上するとットなスペクトルであり、自己相関関数はランダム関数であ断層想定位置以降の後続波が少なくなり、ランダム性の向る。今回ホワイトノイズ作成時に用いたランダム関数は、周上によって偽像が減少したと考えられる。なお、図9(b)には、波数バンドが限定されており、得られる自己相関関数はバ

後述する初期反射ミュートを実施した場合の音響シミュレ

ンドパスフィルターの自己相関数と考えることができる。そ−15−－㻣－㻌フジタ技術研究報告㻌 第 㻡㻟 号

中心周波数*\（OU）

波長

機械掘削S-1002
sin 0t
F (t )  0 cos c t
図10㻌 バンドパスフィルターの自己相関波形
0tω0ωc

写真3㻌 自由断面掘削機(S-100)の外観:: 帯域幅の二分の一:: 中心周波数

sinc関数はT0/2周期で0値，一方cosωctはTc/2周期で0値をとる
ωc >= ω0 は常に成り立つので、Bandpass Filterの0値は”凡そ”ωcで決定できる 。

掘削（切削）状況

切羽掘削（切削）状況

セシウム原子時計搭載型4ch振動記録装置

3成分
受振器→

写真4㻌 切羽での掘削（切削）状況㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 写真5㻌 観測機器の坑内配置

こで、図10に示すバンドパスフィルターの自己相関波形にりながら切削していく。この切削時に発生する振動ノイズはおいて、およそ2つめのサイローブの0クロス位置となる9/4不規則であることが予測され、切羽後方での観測を実施し波長分をミュート長と設定する。今回生成したホワイトノイズた。写真5に観測機器の配置状況を示す。観測機器は、第の中心周波数は62.5Hz（周期16ms）であり、16ms×9/4

2章で述べたセシウム原子時計搭載型4ch振動記録装置波長がミュート長に相当する。

を用い、受振器は3成分ジオフォン（卓越周波数30Hz）、図9(b)に、図9(a)に示した音響シミュレーション結果にサンプリング間隔は4ms（対象周波数0～125Hz）とした。

対して初期反射ミュートを実施した結果を示す。図9(b)に示したように、ミュートによって後続波の反射が明瞭に示さ㻠㻚㻞㻌 機械掘削振動ノイズの自己相関処理結果㻌

れ反射構造を評価し易いことがわかる。ただし、今回導入

図11に、現場観測に基づく自己相関処理結果を切羽掘した初期反射ミュートによって、切羽距離0～40m程度の削が80m進行した場合と対比し、P波成分、SV成分、SH区間は評価できないこと、初期反射ミュートは後続の反射成分に区分して示す。自己相関処理における掘削（切削）構造を強調表示するだけであり処理結果は何ら変わらな時の振動ノイズは、前章までの検討結果を考慮しランダムいことに注意が必要となる。

性の向上と処理の簡便性から600秒（5分間）の連続データを30秒ずつ切り出し、10データをスタック（重合）して自§４．機械掘削振動を用いた地震波干渉法の検証

己相関処理した。よって、データ長としては30秒である。ま㻌た、初期反射のミュートを実施した。
図11より、観測データの NRI 値はデータ長が30秒であ㻠㻚㻝㻌 掘削機械振動の観測概要㻌
適用した現場は小断面の機械掘削トンネルである。写ることから、図8より200程度が期待されたが100以下であり、真3に、掘削機械である自由断面掘削機(S-100)の外観をホワイトノイズと比較してランダム性がかなり低いと言える。

示し、写真4に切羽での掘削状況を示す。自由断面掘削

一方、初期反射のミュートを実施したこともありメリハリのあ機は、ブーム先端のビットを装着した円筒状のドラムを切る反射が各成分で確認できるが、掘削後に確認した地質

羽に押しつけドラムが回転することによって、岩片を剥ぎ取性状として、多少の硬軟の相違はあったものの大きな変化−16−－㻤－㻌

トンネル前方探査における地震波干渉法の試行（その２）㻌

2波成分
2015年11月58波成分

2016年3月

切羽進行

Vertical04+，

2015年11月

切羽
進行

O

5*波成分

2016年3月

Horizontal
Crossline04+，

2015年11月

O

2016年3月

切羽
進行

O

Horizontal
Crossline(GS-one)04+，

解析結果比較
図11㻌 現場観測に基づく切羽進行を考慮した自己相関処理結果（P波成分、Sv成分、SH成分）はなく、得られた反射記録の妥当性評価が困難である。

数7.0～7.5Hzの規則的な波形が確認されたものの周波数以上から、前章までの地震波干渉における検証結果に領域が低いため、自己相関による切羽前方100m程度の基づき、坑内作業で発生する振動ノイズうちランダム性が探査には適用可能であることを示した。なお、主にこそく時高いと考えられる機械掘削振動ノイズの自己相関処理をに用いる油圧ブレーカの打撃周波数も5～10Hzと想定さ実施したが、切羽地質変化と対比して処理結果を評価すれることから切羽前方探査が可能であると考えられる。ただるまでには至らなかった。

し、ずり出しとこそく作業は切羽後方50m付近での作業であり振動ノイズの発生源が移動するため、自己相関処理で§５．おわりに㻌の原点位置の同定に苦慮するという別の課題がある。
・DS雷管を用いた段発発破の周波数は4Hzであり、自地震波干渉法による切羽前方探査の実用化を目的とし己処理で切羽前方数100mの探査可能であると言える。て実施した、本稿での検討内容と得られた知見を以下にまとめて示す。

・自己相関処理に適した周期性のないランダムな波形であることを評価する指標として、時刻t=0における最大振幅・坑内作業で発生する機械振動ノイズのうち、振動エネを後続波における振幅で除した値をNRI値（ノイズランダムルギーが比較的大きいと考えられる油圧削岩機を用いた指標）として定義した。このNRI値の妥当性をランダム波で削孔時と、ずり出しとこそく時の振動ノイズを対象として地あるホワイトノイズで検証した。
・自己相関に適したデータ長に関して、ホワイトノイズを震波干渉法に対する適用を検証した。
・削孔時には、油圧削岩機のドリフタ打撃に起因する周入力波形とし NRI 値を用いて検証した。ランダム性が高く波数50Hz程度の顕著な周期性を有する波形が確認され、NRI値が大きな振動ノイズを得るためには、データ長が長この影響で切羽浅部しか探査することができない。よって、いこととスタック（重合）回数を増やすことが有効であり、特削孔時の振動ノイズは、自己相関による切羽前方探査ににデータ長が長いことがより有効であると言える。しかしなは不適切であることを示した。

がら、データ処理の簡便性等からデータ長として30秒程度

・ずり出しとこそく時には、発生源が不明確であるが周期が適切であり、スタック（重合）を併用することも有効であ−17−－㻥－㻌フジタ技術研究報告㻌 第 㻡㻟 号る。
ひ と こ と 㻌・自己相関結果において、初期反射のミュート方法を理地震波干渉 法で取り扱う振動データ論的に考察し提案した。

は、従来の弾性波探査における震源デ・現場において機械掘削の振動ノイズを観測し、データータに対する 㻿㻛㻺 比の向上という考え方

長30秒（600秒の連続データを30秒で切り出し10データをと全 く異 なり、フレキシブルな発 想 が肝スタックしたデータ）で自己相関処理を実施し、比較的明要となるが老齢化著しい筆者 には難敵

瞭な切羽前方の反射イメージを得ることができた。しかしながら、切羽地質との対比にはまだ課題が残った。
以上のように、本稿では地震波干渉法における様々な課題を整理して、切羽前方探査に適した坑内作業で発生する振動ノイズを評価する道筋を整えるところまで研究開発が進んだことを報告した。よって、今後さらに現場観測データ収集し、地震波干渉法を用いた切羽前方探査の実用化に至りたい。しかしながら、現場の実観測データには予期せぬ様々な要素が含まれおり、実用化までの障壁はまだ低くないと考えている。

謝辞：本研究は長年継続している株式会社地球科学総合研究所とのトンネル地盤探査に関する共同開発の成果であり、研究全般に関して清水信之氏、川崎慎治氏、解析処
理に関して東中基倫氏、藤原明氏、菅原宗氏、田中康久
氏、数値シミュレーションに関して新部貴夫氏、観測機器に関して保立正氏など多数の方々にご教授、ご尽力を頂いている。さらに、現場観測においては、弊社東北支店土木工事部の関係者に多大なるご便宜を賜った。ここに関係各位に深謝致します。㻌
㻌参 考 文 献㻌1) 例えば、村山秀幸、末松幸人、萩原正道、間宮圭、清水信之：異なる起振源を用いたトンネル切羽前方探査の比較実験について、土木学会トンネル工学研究報告
集、第15巻、pp.227-234、2005.12．
2) 例えば、村山秀幸、丹羽廣海、大野義範、押村嘉人、渡辺義孝：ルビジウム刻時装置を用いた連続的な切羽前方探査の開発と適用、土木学会トンネル工学報告集、第 20巻、pp.51-58、2010.11.
3) 村山秀幸、野田克也、石川浩司、藤原明、清水信之：
切羽前方探査における地震波干渉法の試行、土木学会
トンネル工学報告集、第 22 巻、pp.169-176、2012.11.
4) 村山秀幸、丹羽廣海：トンネル前方探査における地震波干渉法の試行、フジタ技術研究報告、第52号、pp.15-26、2016−18−－㻝㻜－㻌

村山 秀幸であり苦慮している。㻌