JPS5853876B2 - 孔内の各地層境界面を発震点とした弾性波による地盤調査の方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、下水道管きよ・電纜埋設管の布設や地下鉄
建設、その他建築物基礎施工などの、特に市街地域にお
ける地中土木工事の対象となる地盤の構成状態を弾性波
により調査するための方法に関するものである。

一般に市街地やその近郊域の構成地盤は複雑・多岐に亘
る場合が多いが、家屋・建築物などが密集し、公道も舗
装されていて人通りも多く、車の往来も頻繁であるなど
の事由から、満足な地盤調査は実施困難である。

特に、公道に沿う長いルートのシールド工事に於ても、
所謂「んの調査であるボーリ／グエ事に止めざるを得な
いことから、ポーリングとポーリングの間の地盤状況は
全く不明のままで施工上種々問題となることが多い。

本発明はこのような難題を解決するために研究・開発し
たものであり、市街地域でも地上障害物の影響を受ける
ことなく、長区間の連続した所謂Ｆ線」または「面」の
調査を可能とした点に大きい特長がある。

従来、弾性波探査法には屈折波を利用する屈折法と反射
波を利用する反射法があるが、土木地質の調査ではり、
Ｍｉｎｔｒｏｐ （独逸）が１９１９年実用化に成功
し特許を獲得したとされている屈折法を適用する場合が
殆んどであり、現在では地質調査の有力な手法として広
く使われている。

この屈折法は通常一般弾性波探査法と呼ばれているが、
地表ないし浅部でダイナマイトの爆発、重錘の落下など
で発震し、地下に入射した弾性波が下位層との境界で臨
界屈折して層面を伝播し、再び臨界屈折して地表に戻る
までの時間すなわち走時を、地表の一直線上に配置した
受震器により観測した波動記録から読取り、走時曲線を
作成して解析することを基本原理としている。

しかし、この原理に基く観測方法では、地表の受震器を
配列した測線近傍に下層より波の伝播速度の大きい上層
、例えばコンクリートやアスファルトの舗装道路、コン
クリート基礎・地下室などをもつ建物、その細波の伝播
に歪を起こすような障害物が存在する場合には、理論上
地盤下部層まで正則的に波動が伝播しないため適用が不
可能であった。

本発明の方法は、この問題を解決したものであり、地盤
調査のために適当な間隔で実施したポーリング孔を利用
し、確認された孔内の各地層境界面位置、即ち所定深度
の地中で発震を行って、直接および層面な伝播・臨界屈
折して地表に達する波動な受震・観測することをその原
理としている。

従って、一般弾性波探査法とは発震形式、屈折波の伝播
や出現位置、走時曲線の形態などで大きく相違している
。

以下にその詳細を記述する。第１図はｖ１速度層、ｖ２
速度層およびｖ３速度層がそれぞれｚｌおよびｚ２の深
さに在る水平三層構造の場合を模式的に表わし、図Ａは
本発明の原理による場合、図Ｂは一般弾性波探査の場合
について、波の伝播経路（下図）と走時曲線（上図）を
示す。

本発明の原理による図Ａについて、０点の孔内のＶ１層
とＶ２層との境界面ｈ□の位置で発震し、ｖｌ た波は臨界角θ１□二８Ｉｎ”−の波路となる距離２ （臨界距離）Ｘ□ までは地中震源からの直接波となる
が、それより境界面を伝播し、臨界屈折して地表に達す
る屈折波が初動の波となる。

従って、ｈｌの発震波が下層の７３層面に進み臨界屈折
して層面に沿って進み再び臨界屈折して地表に現れる距
離Ｘ２ までの間は、走時曲線（縦軸に時間ｔ。

横軸に距離Ｘ）としてｖ２で示した直線（傾斜一般弾性
波探査図Ｂでは地表の震源０点から出た弾性波は、地表
付近を直接伝播する直接波と、■１層、７２層の境界面
で臨界屈折角θ１□＝で屈折し、層面に沿い伝播して再
び臨界屈折して地表に戻る屈折波がそれぞれ初動の波と
して観測される。

この場合の走時曲線＆Ｌ直接波とｖ２層を伝わる屈折波
が同時に到着する距離（臨界距離）Ｘｃｌ まではｖ１
層の速度を示す直線（傾斜波が同時に到着するまでの距
離（臨界距離）Ｘｃ２そこで、この両者の波の伝播経路
および走時曲線を対比してみると、本発明による場合に
は一般弾性波探査の場合に対し次のような相違点や特長
がある。

■ 本発明による場合は、一般弾性波探査のような地表
付近を水平方向に伝わる直接波がなく、下方から地表に
達する直接波と屈折波のみである。

従って、地表付近に高速度層が存在しても殆んどその影
響を受けない。

■ 第１図からも判るように、各層に対する臨界距離が
一般弾性波探査に比べ極端に短いので、発震孔のごく近
傍から各層を伝わる屈折波の走時曲線がそれぞれ長区間
に亘り得られる。

臨界距離Ｘ１ とＸｃｌを例にとると、理論式から、
■ 臨界距離が著しく短ぐなることから、本発明による
場合は、深い基盤の調査でも一般弾性波探査のような臨
界距離を考慮した長い測線（通常基盤までの深さを２と
した場合必要とされる測線長りはＬ≧６〜７Ｚ）の布設
は必要でな≦′狭小な立地域でも適用可能となる。

■ 発震源を孔内の各地層境界面に置くことから、発震
エネルギーの臨界距離に相当した波路分の減衰がなくな
り、波動の伝達距離が長くなり、また良好な記録が得ら
れ、鞘度の向上が望める。

■ 地表から入射する波では、中間層として高速度層ま
たは低速度層が実在する場合、ある特定の条件下でなげ
れば下層の存在を走時曲線に示す記録として得られない
が、本発明の場合＆転下方から発震するのでその存在を
掴むことが可能である。

■ また、理論上一般弾性波探査法では下層の厚さが上
層の厚さに比べそれらの速度値から決まるある厚さ以上
なげれば走時曲線に出現してこない（ブラインドレーヤ
ーとなる）が、各地層境界面で発震する本発明の場合は
そのような薄層の追跡も可能である。

■ 市街地などの場合、保安上からダイナマイトなどの
危険物は使用出来ないが、標準貫入試験に準じた重錘落
下の発震法や圧縮気体（空気や窒素ガス）の放出による
「エアーガン」などの発展方法を孔内で実施するので、
何等支障なく安全に作業が出来る。

なお、今までにもポーリング孔内や孔底、または坑道内
で発震し地表で受電する探査法も実験的・試行的に行わ
れてはいるが、これらは、特に地層の各境界面で発震し
、層面な直接伝播・臨界屈折する波を組織的にとらえ、
上層から順次下層まで詳細にその地盤構成を調査・解析
する本発明の方法とは基本的に異なるものである。

次に本発明の方法を実際に適用する場合の１例を模式的
に第２図に示す。

第２図について、■および■（Ａある間隔（シールド工
事の調査では１００〜ｚｏｏｍ）で実施された地盤調査
用のポーリング孔を示す。

■は非爆薬震源として使用する「エアーガン」で■なる
送気用ホースにより■なる高圧ガスボンベ（通常８０〜
１４０ ａｔｍ／）空気または窒素ガス）に運なかれる
。

■はワイヤーをもつケーブル線で■なる操作パネルのボ
タンにより「エアーガン」を操作する電流を流すほか、
「エアーガン」を吊り下げ保持するものである。

■は発震の瞬間の電流を取り出すショット用電線であり
、増巾器０に連結される。

■は地表に展開した受電器群で［相］なる本線にそれぞ
れ結線され０なる中継線を介して０の増巾器にインプッ
トされる。

なお、発震ポーリング孔に対応した他端のポーリング孔
（次回に発震孔とする）内に＋３同一地層の深度に＠な
る水中受震器を挿入し、走時のチェックを行うこともあ
る。

■は記録器で０からのアウトプットを波動として記録す
るものであり、その記録例は［相］に示す。

いま、地表に受電器群（通常２４箇ないし４８箇）を展
開（５〜ＩＯｍ間隔が普通）して、各結線、器械調整を
終えた後、「エアーガン」により発展を行うと、発生し
た弾性波動は、層面に沿い伝播・臨界屈折して地表に達
し、各位置の受震器で電気信号に変換され、これが増巾
・記録されることになる。

従って、発震の瞬間を示すタイムベース（Ｔ、Ｂ、）か
ら各波動の初動までの時間を読みとれば、距離と時間と
の関係を示す走時曲線が得られ、これを解析することで
、地盤状態が知れる。

第３図は市街地の公道に沿うシールド工事に対する調査
例を示す。

■は地盤調査兼発震ポーリング孔で、［相］なるアスフ
ァルト舗装の公道側部の歩道上または空き地などに施工
したもので、■は■と対面する歩道上に展開した受電器
群である。

■、［相］は公道に沿った地中基礎や地下室をもつ建物
を示す。

いま、発震をポーリング孔内の■１層とＶ２層の境界面
り、またはＶ２層とＶ３層の境界面ｈ２の深度で行った
場合をみると、それらの波は公道下の地層面を直接伝播
し臨界屈折して地上の受震器に達することになる。

この波の伝播は平面的には発震孔を中心として受電器群
に拡がる扇形状となる。

従って、この本発明の方法によれば、地表に存在するア
スファルト舗装（通常弾性波の伝播速度は８００〜１２
００ｍ／ｓをもつ）には左右されず、また観測単位長を
適当に選定することにより、公道両側の建物などの影響
も殆んど考慮する必要はなく、公道下のポーリングとポ
ーリング間を結ぶ連続した地盤状態や地下構造を知るこ
とが出来る。

なお、同様な考え方で、地盤調査のポーリング孔を中心
とし、放射状または任意位置に受震器を配置して各層面
を伝播してくる波を観測すれば、平面的拡がりをもった
範囲内の各層の深度が求められ、等深線図なども作成出
来るので、狭い立地域での建築物、橋梁その他の構造物
基礎地盤、ダムサイト地盤の調査にも応用することが出
来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理説明図であり、同図Ａは本発明の
方法による場合、同図Ｂは一般弾性波探査法による場合
の弾性波伝播経路とその場合に得られる走時曲線の形態
の相違を比較して示したものである。 第２図は本発明の方法を適用する場合の実施例を示す。 第３図は、市街地の公道に沿うシールド工事に対する地
盤調査に適用した場合について、発震孔と受電器配列と
の相対関係、および地中の波の伝播経路の状態を示した
ものである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 地中に掘さくされたポーリング孔内の各地層境界面
   で「エアーガン」その他により弾性波を発震し、地層境
   界面を伝播・臨界屈折して地表に現われる波動を地表に
   直線上または適当な広がりをもった位置に展開配置した
   受震器で追跡観測することによって、地上障害物の多い
   市街地域や狭小な立地条件域での深部探査を可能とした
   弾性波による地盤調査の方法。