JPH06201843A

JPH06201843A - 地質の調査方法

Info

Publication number: JPH06201843A
Application number: JP34784592A
Authority: JP
Inventors: Kenzo Mizuhara; 憲三水原; Michinao Terada; 道直寺田
Original assignee: Okumura Corp
Current assignee: Okumura Corp
Priority date: 1992-12-28
Filing date: 1992-12-28
Publication date: 1994-07-22
Anticipated expiration: 2012-11-26
Also published as: JP2681735B2

Abstract

(57)【要約】【目的】爆破孔の削孔作業と同様にボアホールとなる小
径の調査孔を削孔することによって、ボーリング機械が
不要でボアホールカメラによる地質の調査をすること。【構成】爆破孔の削孔機械を用いて、３本の小径の孔１
１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃを穿ち、この孔の中をボアホール
カメラ１２によって撮像し、各孔の内壁面の状況から、
調査対象の地盤の地質を三次元的に把握する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、調査対象の地盤に調査
孔を掘削することによって、当該地盤の地質を調査する
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、地盤の地質を調査する方法と
しては、地盤を直接観察する方法と地盤の一部を切り出
してサンプルを採取し、このサンプルを観察する方法と
があった。トンネル掘削工事等においては、事前に調査
対象の地盤を直接目視観察することは不可能であるの
で、対象地盤をボーリング機械でボーリングして、棒状
のボーリングコアを採取し、このコアを観察することに
よって、地質を調べる先進ボーリング調査が採用される
ことが多かった。

【０００３】しかし、先進ボーリング調査には、以下の
問題があった。調査対象の地盤の地質が悪ければ悪いほど、観察可
能なボーリングコアの採取は困難となり、断層や破砕帯
等のように、施工上に本当に知りたい部分のボーリング
コアの採取が困難となって地質の情報が得られないとい
う問題があった。ボーリングコアを得るには専用のボーリング機械を
要するので、そのような専用の機械を、トンネル工事の
切羽へ搬入したり削孔の準備作業をしたりすることは、
時間と労力を要するという問題がある。ボーリング作業中は、トンネル自体の掘削工事は中
断を余儀無くされるので、一般的に調査費用が嵩むとい
う問題がある。サンプルとしてのボーリングコアのサイズは、調査
対象の地盤に比して小さいため、信頼性の高い地質調査
ができないという問題がある。

【０００４】そこで、ボーリングコアを採取して観察す
る代わりに、ボーリングした調査孔の内壁面をボアホー
ルカメラで撮像する方法がある。これは、ボーリングし
た調査孔の中に、ボアホールカメラを挿入して周囲の壁
面を撮像し、得られた画像の濃淡や色調等を肉眼で観察
して、地質の分類・同定あるいは亀裂等の走向傾斜の解
析が行われている。

【０００５】そして、得られた画像から亀裂の面や異な
る地質の境界面等の不連続面の走向傾斜を解析するとき
は、得られた画像上における亀裂等の不連続面をひとつ
ずつ手作業でトレースして、手計算によって走向傾斜を
求めていた。しかし、このようなボアホールカメラを用
いた従来の地質の調査方法では、判断基準が曖昧で、観
察者の主観に左右されやすく、観察者の個人差が介入し
やすく、再現性が低いという問題がある。

【０００６】また、同一人による観察の場合でも、判断
基準が曖昧でばらつきがあるため、再現性が低いという
問題がある。また、観察による地質の分類・同定には、
ある程度の経験と専門的知識が必要となるという問題が
ある。また、亀裂の面や異なる地質の境界面等の不連続
面の走向傾斜を解析するには、手作業によるトレースと
手計算による走向傾斜の解析を要するので、時間と労力
を要するという問題がある。特に、亀裂等の不連続面が
多いほど解析により多くの時間と労力が必要となるとい
う問題がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ボアホールを
掘削するためにコアボーリング機械を使用すると、前述
したように、コアボーリング機械のような専用の機械
を、トンネル工事の切羽へ搬入したり削孔の準備作業を
したりすることは、時間と労力を要するという問題は、
未だ解決できないとともに、ボアホールを削孔する作業
は、トンネル自体の掘削工事とは別であり、ボーリング
作業中は、トンネル自体の掘削工事が中断され、施工の
能率が悪いという問題も、未だ解決できない。

【０００８】そこで、本発明においては、爆破孔の削孔
作業と同様にボアホールとなる小径の調査孔を削孔する
ことによって、コアボーリング機械を不要にできる地質
の調査方法を提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明においては、調査
対象の地盤に、少なくとも２本の小径の筒状の調査孔を
穿ち、前記各調査孔の内壁面を連続的に撮像して画像デ
ータを得て、前記各調査孔の画像データに基づいて、前
記調査対象の地盤の地質を二次元的，三次元的に想定す
るように構成した。

【００１０】また、調査対象の地盤に、少なくとも２本
の小径の筒状の調査孔を穿ち、前記各調査孔の内壁面
を、軸に平行に設定した計測線に沿って連続的に撮像し
て画像データを得て、前記各画像データを所定の範囲で
１画素ずつシフトしながら比較し、各画像データが最も
よく一致するときのシフト量を算出し、前記シフト量ず
れた各調査孔間の地質を二次元的，三次元的に同じ地質
と判定するようにした。

【００１１】

【作用】本発明によれば、調査対象の地盤に穿った筒状
の調査孔の内壁面を連続的に撮像して調査するので、そ
の調査孔の内壁面の地質は把握できる。そして、調査孔
は少なくとも２本削孔したので、各調査孔において観察
された地質を、二次元的，三次元的に関係付けることに
よって、調査対象の地盤の地質の分布を二次元的，三次
元的に把握できる。なお、前記調査孔は、小径でありト
ンネル掘削用の機械を利用することができ、コアボーリ
ング専用の機械を要しない。

【００１２】また、前記各調査孔の内壁面を、軸に平行
に設定した計測線に沿って撮像した画像データから、地
質の分布を二次元的，三次元的に把握することができ
る。このときは、各調査孔から得た画像データを１画素
ずつシフトしながら比較し、各画像データが最もよく一
致するときが、同じ地質であると判定し、そのときのシ
フト量に基づいて、調査対象の地盤を二次元的，三次元
的に把握できる。

【００１３】

【実施例】以下に本発明の地質の調査方法を、その実施
例を示した図面に基づいて詳細に説明する。図１は前記
実施例の構成を示すブロック図、図２は同実施例の画像
処理装置のブロック図である。

【００１４】図１，２に示したように、トンネル工事用
の削孔機械を用いて爆破孔を削孔する作業と並行して、
同削孔機械を用いて簡易ボアホールとして適用可能な小
口径の３本の調査孔１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃを削孔す
る。

【００１５】前記各調査孔に挿入したボアホールカメラ
１２によって内壁面を撮像し、展開処理装置１４に入力
し、内壁面の展開画像を得て、一端磁気テープ等に保存
する。このとき、前記削孔作業における削孔速度、音、
トルク等の削孔情報も、画像データと対応させて記録す
る。なお、前記展開処理装置１４における展開処理の具
体的な技術の一つは、出願人が特開平3-132590号におい
て既に詳細に示した。

【００１６】このようにして得た磁気テープに記録され
た展開画像の画像データを、画像処理装置１０に入力す
る。前記削孔情報は削孔情報部１６に入力する。画像処
理装置１０においては、画像量子化処理、フィルタ処
理、特徴量抽出処理等の前処理を行う前処理部１３と、
亀裂のパラメータを抽出するパラメータ抽出処理、走向
傾斜を算出する傾斜算出処理、ＲＱＤの算出、岩質や風
化度の判定処理等の画像処理を行う画像処理部１５と、
この画像処理部１５において得られた結果と前記削孔情
報部１６の削孔情報とに基づいて、地質構造予測処理、
岩盤等級予測処理、湧水状況判定処理等の前方予測処理
を行う前方予測部１７とを備えている。

【００１７】なお、ボアホールカメラによって調査孔の
内壁面を全面撮像しなくても、各調査孔の軸に平行な調
査線を内壁面に沿って設定し、この調査線上の輝度分布
を測定する。このような調査線上の輝度分布を、図３に
示すように、３本の各調査孔について得て、これらの輝
度分布間のシフト量を算出して、対応する地質の走向傾
斜を求めることができる。この処理の具体的な方法の一
つは、出願人が先に提案した特願平4-296048号において
詳細に示した。

【００１８】特願平4-296048号においては、調査対象の
地盤に筒状の孔を穿ち、前記孔の内壁面に、孔の軸に平
行な少なくとも二本の計測線を設定し、少なくとも前記
計測線上における内壁面を連続的に撮像し、前記両計測
線に相当する画像における走査線上の画像データを所定
の範囲で１画素ずつシフトしながら両走査線間で比較
し、両走査線間の画像データが最もよく一致するときの
シフト量を算出し、前記シフト量ずれた両計測線間の地
質を同じ地質と判定するように構成した。

【００１９】また、調査対象の地盤に筒状の孔を穿ち、
前記孔の内壁面に、孔の軸に平行な少なくとも二本の計
測線を設定し、少なくとも前記計測線上における内壁面
を連続的に撮像し、前記両計測線に相当する画像におけ
る走査線上の所定の範囲で画像データを１画素ずつシフ
トしながら、両走査線間の画像データの差の平方和を算
出し、その平方和が最小となるシフト量を求め、前記シ
フト量ずれた両計測線間の地質を同じ地質と判定しても
よい。

【００２０】また、調査対象の地盤に筒状の孔を穿ち、
前記孔の内壁面に、孔の軸に平行な第１と第２の計測線
を設定し、前記第１と第２の計測線上における内壁面を
連続的に撮像し、前記第１の計測線に相当する画像にお
ける第１の走査線上に調べたい範囲を設定し、第２の計
測線に相当する画像における第２の走査線上に前記範囲
に対応する範囲とその前後に前記範囲と同じ範囲を設定
し、前記第１の走査線上の画像データと第２の走査線上
の画像データとの差の平方和を、前記第１の範囲の３倍
の範囲で、１画素ずつシフトしながら算出し、その平方
和が最小となるシフト量を求め、前記シフト量ずれた両
計測線間の地質を同じ地質と判定してもよい。

【００２１】また、調査対象の地質に筒状の孔を穿ち、
前記孔の内壁面に、孔の軸に平行な少なくとも三本の計
測線を設定し、少なくとも前記各計測線上における内壁
面を連続的に撮像し、前記各計測線に相当する画像にお
ける走査線上の所定の範囲で画像データを１画素ずつシ
フトしながら、走査線間の画像データの差の平方和を算
出し、その平方和が最低となるシフト量を求め、このシ
フト量に基づいて、何れか１本の計測線を基準とした他
の計測線上の地質のずれを求めて三次元的な地質を求め
てもよい。

【００２２】なお、前記出願においては、単一の調査孔
の内壁面に、３本の調査線を設定し、それぞれの調査線
上における輝度分布を処理したが、本実施例において
は、３本の調査孔を削孔し、各調査孔にそれぞれ１本の
調査線を設定し、これらの調査線上における輝度分布を
処理するものである。外径が25mm〜30mm程度のボアホー
ルカメラを使用するには、調査孔の口径は36mm〜42mm程
度でよいので、専用のボーリング機械は不要であって、
トンネルの掘削と共用できるというメリットがある。

【００２３】各画像データの各画素をＲ，Ｇ，Ｂの各波
長帯域別に分解してＡ／Ｄ変換を行うことにより、原画
像の持つ輝度，色相，彩度等の情報を失うことなく数値
情報に変換する。この数値情報は、一旦磁気ディスク等
の記憶媒体に記憶させておいてもよい。なお、画像デー
タとしては、輝度情報のみを輝度分布曲線として利用し
てもよい。

【００２４】なお、輝度分布曲線と実際の地質の分布と
を比較すると、調査孔の内壁面に亀裂等の不連続部が存
在すると、その部分の輝度は他の部分の輝度より低くな
ることが判明しているので、輝度分布曲線における落ち
込んだ部分が亀裂に対応していることが判る。

【００２５】また、地質によって光学的な性質（屈折率
や反射率）に特有な色情報を持っており、カラー画像に
おけるＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）成分と地質とは相
関関係がある。よって、各画素におけるＲ，Ｇ，Ｂ成分
と地質との相関データを別途準備しておくことにより、
輝度の高い部分が花崗岩に、低い部分がひん岩に対応し
ていることを知ることができる。

【００２６】例えば、石英や長石を主要鉱物とする花崗
岩は一般的に優白色を示し、一方、その中にしばしば貫
入岩体として存在するひん岩は角閃石や輝石などの有色
鉱物を含んでいるため、暗緑色を示すことが多い。

【００２７】上記数値情報に基づいて亀裂を判断するプ
ロセスを、図３に基づいて以下に説明する。図３は各孔
の内壁面において設定した調査線に対応する画像データ
上の走査線上における輝度分布曲線である。図３の
〔Ａ〕は孔１１Ａ、図３の〔Ｂ〕は孔１１Ｂ、図３の
〔Ｃ〕は孔１１Ｃの輝度分布曲線である。

【００２８】まず、輝度が落ち込んだ部分のある深度を
中心にしたｎ画素分の深度の範囲を解析対象のウインド
ウＷとして設定する。そして、Ｒ，Ｇ，Ｂ何れかの画像
について、２本の孔、例えば孔１１Ａ，１１Ｂの間で、
孔１１Ａの走査線上における深度ｄに存在する輝度分布
曲線の落ち込みの部分を基準にして、両孔の走査線間の
対応する画素を１画素分ずつシフトさせながら、両走査
線の画素間の輝度の差の平方和Ｓ１２を順次計算して、
平方和Ｓ１２（０）〜Ｓ１２（ｎ−１）を求める。この
とき、ある亀裂に対応した画素間で計算した値は、他画
素間で計算した値に比較して最小となるので、計算値が
最小となったときのシフト量δ₁₂を求めることにより、
孔１１Ａ，１１Ｂ間での亀裂の相対位置を確定すること
ができる。

【００２９】同様に、孔１１Ａ，１１Ｃ間でのシフト量
δ₁₃を求める。以上の計算式は、数式１に示したよう
に、平方和Ｓ１２の最小値からシフト量を求めてもよい
が、数式２に示したように、平均で除して無次元化して
から差の平方和Ｓ１２’の最小値からシフト量を求めて
もよく、または、数式３に示したように、平均値との偏
差に基づいて平方和Ｓ１２”を求めてその最小値からシ
フト量を求めてもよい。さらに、輝度分布の対応程度を
平方和によって求めることなく、相関係数や共分散を求
める方法によって求めてもよい。

【００３０】

【数１】

【００３１】

【数２】

【００３２】

【数３】

【００３３】ここで、孔１１Ａの走査線上の位置ｄと、
前記シフト量δ₁₂，δ₁₃とに基づいて、亀裂面と各孔１
１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃとの交点の３次元座標を確定する
ことができる。

【００３４】以上のようにして確定された亀裂面の法線
ベクトルから、当該亀裂面の走向傾斜も求められる。な
お、画素間の輝度の差の平方和Ｓ₁₂，Ｓ₂₃，Ｓ₃₁の計算
は、それぞれの孔の走査線毎に輝度をその平均値で除し
て無次元化したデータを使用するか、あるいは平均値と
の差をとったデータを使用するかすることにより、ばら
つきの少ないより安定した計算結果を得ることができ
る。

【００３５】上記数値情報に基づいて地質を同定するプ
ロセスを以下に説明する。Ｒ，Ｇ，Ｂの何れかの画像に
ついて、上記同様に、２本の孔１１Ａ，１１Ｂにおける
走査線間で、孔１１Ａの走査線上における深度ｄに存在
する輝度分布曲線の落ち込みの部分を基準にして、両孔
の走査線間の対応する画素を１画素分ずつシフトさせな
がら、孔１１Ａ，１１Ｂの走査線間の画素間の輝度の差
の平方和Ｓ１２を求める。同様に、孔１１Ｂ，１１Ｃの
走査線間の画素間の輝度の差の平方和Ｓ２３，孔１１
Ｃ，１１Ａの走査線間の画素間の輝度の差の平方和Ｓ３
１を計算して、それれの値が最小となるときのシフト量
を求めることにより、地質の同定を定量的に行うことが
できる。

【００３６】さらに、各孔の走査線におけるＲ，Ｇ，Ｂ
成分の比の値の分布を求め、二つの孔の走査線間で画像
を１画素ごとシフトさせながら、対応する画素間で比の
値の差の平方和を求め、それらの値が最小となる時のシ
フト量を求めることにより、光量の変動やばらつきによ
る画像情報（輝度，色相，彩度等）の変化を最小限に抑
えて地質の同定を行うことができる。

【００３７】なお、結晶性の岩石では、それを構成する
結晶の種類により光学的性質が異なる上、結晶の粒内と
粒界で光学的性質が異なるため、Ｒ，Ｇ，Ｂの各画像に
ついて輝度分布の細かな特性を調べることによって、岩
石の種類や性質をより詳細に分類することができる。こ
のような処理によって、同一の調査対象の地盤内におけ
る同一種類の岩石であるか否かの同定ができる。即ち、
同一種類の岩石の分布が把握できる。

【００３８】このようにして、地盤の亀裂パラメータ、
走向傾斜等を得るのである。更に、このようにして得た
情報に、削孔作業における削孔速度や削孔音やトルク等
の削孔情報を合わせて判断することによって、切羽前方
の地盤の様子をかなり詳細に予測するすることが可能に
なる。例えば、地質構造や岩盤の等級を予測することも
可能であり、また、湧水の状況も予測できるのである。

【００３９】なお、以上の実施例においては、３本の調
査孔１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃを削孔したので、三次元的
な地層の把握ができるが、調査孔を２本削孔した場合に
は二次元的な地層の把握が可能である。

【００４０】

【発明の効果】本発明によれば、調査対象の地盤に小径
の調査孔を、少なくとも２本削孔して、各調査孔の内壁
面の画像を解析して、地質の状態を判定することができ
る。そして、調査孔の２本分を合わせることによって、
調査対象の地盤における地質の分布状態を二次元的に把
握することが可能となる。

【００４１】また、調査孔の３本分を合わせることによ
って、調査対象の地盤における地質の分布状態を三次元
的に把握することが可能となる。更に、少なくとも２本
の調査孔の画像データによって調査対象の地盤の地質を
把握するので、誤差が少ないという効果も得られる。

【００４２】また、小径の調査孔は、専用のボーリング
機械を要せずトンネル掘削用の機械を利用することがで
きるので、爆破孔の削孔と並行してボアホールとしての
調査孔を削孔でき、トンネル掘削の工事自体を中断する
ことなく、短時間に調査用の画像を得ることができると
いう効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の地質調査方法に用いる調査装置のブロ
ック構成を示す図である。

【図２】前記調査装置の画像処理装置の構成を示すブロ
ック図である。

【図３】各調査孔にて撮像した画像データの走査線上に
おける輝度分布曲線を示す図である。

【符号の説明】

１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ調査孔１２ボアホールカメラ１４画像処理装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】調査対象の地盤に、少なくとも２本の小径
の筒状の調査孔を穿ち、前記各調査孔の内壁面を連続的
に撮像して画像データを得て、前記各調査孔の画像デー
タに基づいて、前記調査対象の地盤の地質を二次元的，
三次元的に想定することを特徴とする地質の調査方法。
【請求項２】調査対象の地盤に、少なくとも２本の小径
の筒状の調査孔を穿ち、前記各調査孔の内壁面を、軸に
平行に設定した計測線に沿って連続的に撮像して画像デ
ータを得て、前記各画像データを所定の範囲で１画素ず
つシフトしながら比較し、各画像データが最もよく一致
するときのシフト量を算出し、前記シフト量ずれた各調
査孔間の地質を二次元的，三次元的に同じ地質と判定す
ることを特徴とする地質の調査方法。