JPH02296184A - 岩盤内における湧水の探知方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用公費） 本発明は山岳トンネル等の岩盤を掘削する際にその岩盤
内の亀裂又は節理面に存在する湧水を探知する方法であ
る。

（従来の技術） 従来、トンネルを掘削するときは多少の湧水があること
を予想し、これを排除するために下水を設け、勾配を両
坑門に向かって自然流下しうるように設計する。しかし
この湧水が地下水、またはトンネルの上部の川、湖水な
どが原因の場合はこの下水では排除しきれないばかりか
、非常な高圧を伴う場合もある。

このような湧水があると地質が緩み、土砂を流し、また
は粘土化して膨張する等掘削上最悪の状態となり掘削す
ることが出来ない場合もある。さらに坑内は水びたしと
なり、大事故を引き起こす危険性が大きかった。

そこで従来はこのような危険を避けるため、多量の湧水
が予想される場合は、先行ポーリング等で探知しながら
掘削しているのが現状であった。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記のような先行ポーリング等による探
知方法は多大な工期及び工費を必要とするので効率的な
掘削をすることが出来ないという問題点があった。

本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたもので
あり、その目的はトンネル掘削時において、そのトンネ
ル切羽前方にある亀裂部や節理面における湧水の探知を
迅速かつ効率的に行うとともに、トンネル切羽から亀裂
部又は節理面における湧水位置までの距離を正確に計測
する方法を提供することである。

（課題を達成するための手段） 以上の課題を達成するための本発明の手段は、電磁波を
発信する発信器と、それを受信する受信器とを掘削中の
トンネル切羽面に設置し、該発信器と受信器とを回転ま
たは平行移動させながら電磁波を発信させるとともに、
該電磁波が岩盤内の亀裂部及び節理面における湧水で反
射されて受信器で受信される腋での伝播時間と、前記発
信器から発射された電磁波が切羽の表面近くを伝播して
受信器に伝播される電磁波を表面伝播波としてとらえ、
該表面伝播波の伝播時間から算出されたトンネル切羽前
方における岩盤の比誘電率とにより岩盤内におけるトン
ネル切羽から湧水位置までの距離を探知することを特徴
とする岩盤内における湧水の探知方法に存する。

（作用） 而して上記のような構成によると、発信器から発信され
た電磁波はトンネル切羽前方の亀裂部又は節理面におけ
る湧水で反射し、その反射波が受信器で受信されるとと
もに、切羽の表面近くを伝播した電磁波が表面伝播波と
して受信器に受信される。

そしてこれら電磁波が岩盤内の亀裂部又は節理面におけ
る湧水で反射されて受信器で受信されるまでの伝播時間
と、表面伝播波の伝播時間から算出されたトンネル切羽
前方における岩盤の比誘電率とによりトンネル切羽から
湧水までの距離を正確に探知計測することができる。

（実施例） 以下本発明の岩盤内の亀裂部又は節理面における湧水の
探知方法の一実施例を図面に基づいて説明する。

岩盤内における亀裂部または節理面等には水が存在する
場合が多く、岩盤の比誘電率と水の比誘電率とでは大き
な差があり、この相違により電磁波を反射しやすい状況
にある。

そこで本発明は、発信器から発信させた電磁波を亀裂部
又は節理面で反射させ、その反射波が受信器に受信され
るまでの時間と、岩盤の比誘電率の値とによりシールド
掘削機から亀裂部又は節理面における湧水までの距離を
正確に測定しその存在を探知しようとするものである。

図中Ａはトンネル横抗の先端部を示す。

Ｂは送信アンテナを装着したケースａを先端部に保持し
、切羽面でアンテナの移動を行うための例えば油圧式の
機械である。

ケースａには発信器１と受信器２が取り付けられ、これ
ら発信器１及び受信器２を制御する制御器３に連結され
、該制御器３は、発信器１がらの信号を表示する表示器
４に連結されている。

発信器１はパルス幅が例えば１　ｎ５ｅｃ程度のごく狭
いパルス状の電力を発生するパルサ５と、このパルサ５
から出力されるパルス状の電力により、パルス状の電磁
波を発信するダイポールアンテナ６ａと、ダイポールア
ンテナ６ａにパルス状の電力を与えるバラン５ａと、ダ
イポールアンテナ６ａの背面側をシールドし、電磁波が
ダイポールアンテナ６ａの背面側に漏れないようにシー
ルドするシールドカバー７ａとによって構成されている
。

受信器２は前記と同様にダイポールアンテナ６ａと、バ
ラン５ａと、シールドカバー７ａと、高周波増幅器８と
、該高周波増幅器８の利得を制御する利得制御回路９に
よって構成されている。

また発信器１と受信器２とには信号の授受を行い表示器
４にその受信信号を送り込む制御器３が連結されている
。

発信器１のダイポールアンテナ６ａの背面に取り付けた
シールドカバー７ａはダイポールアンテナ６ａから発信
された電磁波が前方にだけ発信され、背面側に漏れない
ようにシールドし、空気中を伝わって受信器２に電磁波
が伝播しないようにすることを目的としてもうけられる
ため材質はより高いシールド硬化が得られるフェライト
が用いられる。

また受信器２側のダイポールアンテナ６ａにもシールド
カバー７ａを被覆している。

このシールドカバー７ａはダイポールアンテナ６ａが発
信器１から発信した電磁波だけを受信するようにダイポ
ールアンテナ６ａの背面側をシールドすることが目的と
され、発信器１と同様にフェライト製のシールドカバー
７ａが用いられる。

受信器２に設けられた高周波増幅器８は利得制御回路９
によって電磁波の発信周期と同期して利得が制御される
。

高周波増幅器８で増幅した受信信号は制御器３を通じて
表示器４に受けられて表示されるものである。

次に、該装置を使用して岩盤内の亀裂部あるいは節理面
における湧水ｎの探知方法について説明する。

まず初めに、岩盤を掘削しズリを搬出した後に発信器１
からパルス状の電磁波を所定の間隔で切羽前方へ発信さ
せるとともに、受信器２を作動させて上記電磁波のうち
亀裂部又は節理面における湧水ｎで反射した反射波と、
切羽前方における岩盤ｍの表面近くを伝播した表面伝播
波とを受信できるように、高周波増幅器８に利得をもた
せるように制御する。そして上記反射波の伝播時間と、
岩ａｍの表面伝播波から算出した比誘電率とにより亀裂
部あるいは節理面における湧水ｎまでの距Ｍ（Ｌ）を、
下記の簡易式で計測することができる。

上記ｔは反射波の往復、即ち発信器１から発信された電
磁波が湧水ｎで反射されて受信器２により受信されるま
での伝播時間であり、これは反射波の波型により読みと
ることができる。

またεは比誘電率であり、これは表面伝播波の伝播時間
が計測できることによって算出することができる。つま
り表面伝播波の伝播距離は発信アンテナと受信アンテナ
の間隔で与えられるから、この伝播距離を伝播時間によ
って割ることにより表面伝播波の伝播速度を求めること
ができる。

表面伝播波の伝播速度がＶｄ、として求められたとする
と、岩盤ｍの比誘電率は下記の式により求めることがで
きる。

ることができる。

■　岩盤内の亀裂部や節理面における湧水の探知を迅速
かつ効率的に行うとともに、亀裂部又は節理面における
湧水までの距離を正確に計測することができるので、シ
ールド掘削機による掘削を安全でかつ効率良く行うこと
ができるとともに、工期の短縮及び工費の紙庫を図るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はトンネル切羽での使用状態断面図、第２図はア
ンテナのブロック図である。 〔但し、■ｏは空気中の電磁波伝達速度である〕また前
記式−１におけるＣは光速である。 （発明の効果） 本発明は以上の様な構成にしたことにより下記の効果を
有する。 ■　岩盤内の亀裂部又は節理面における湧水の探知を迅
速かつ効率的に行うとともに、亀裂部や節理面における
湧水までの距離を正確に計測すＡ：トンネル　　　　　
１：発信器 ２：受信器　　　　　　３：制御器 ４：表示器　　　　　　ｍ：岩盤 ｎ：湧水

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 電磁波を発信する発信器と、それを受信する受信器とを
   掘削中のトンネル切羽面に設置し、該発信器と受信器と
   を回転または平行移動させながら電磁波を発信させると
   ともに、該電磁波が岩盤内の亀裂部や節理面における湧
   水で反射されて受信器で受信されるまでの伝播時間と、
   前記発信器から発射された電磁波が切羽の表面近くを伝
   播して受信器に伝播される電磁波を表面伝播波としてと
   らえ、該表面伝播波の伝播時間から算出されたトンネル
   切羽前方における岩盤の比誘電率とにより岩盤内におけ
   るトンネル切羽から湧水位置までの距離を探知すること
   を特徴とする岩盤内における湧水の探知方法。