特許 6289206 トンネル掘削における地質探査方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6289206

(24)【登録日】2018年2月16日

(45)【発行日】2018年3月7日

(54)【発明の名称】トンネル掘削における地質探査方法

(51)【国際特許分類】

   G01V 1/00 20060101AFI20180226BHJP

【ＦＩ】

   G01V1/00 A

【請求項の数】5

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2014-66468(P2014-66468)

(22)【出願日】2014年3月27日

(65)【公開番号】特開2015-190789(P2015-190789A)

(43)【公開日】2015年11月2日

【審査請求日】2016年11月18日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001317

【氏名又は名称】株式会社熊谷組

(74)【代理人】

【識別番号】100080296

【弁理士】

【氏名又は名称】宮園 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100141243

【弁理士】

【氏名又は名称】宮園 靖夫

(72)【発明者】

【氏名】片山 政弘

(72)【発明者】

【氏名】石濱 茂崇

(72)【発明者】

【氏名】手塚 仁

(72)【発明者】

【氏名】青木 宏一

【審査官】 安田 明央

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０７−２５９４７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０４３４０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０５８０２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２３０６８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−３１１８８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０６０６２０８５（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｖ １／００−１５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

発破の繰り返しによって切羽を進行させるトンネル掘削における切羽前方の地質状態を探索する地質探査方法であって、
発破により生じる発破振動を受振する受振器をトンネル坑外における地上面の、発破対象となる切羽よりも前方にのみ設置し、当該受振器により発破振動を受振する工程と、
前記受振器を前記発破により前方に進行した切羽よりも前方の前記発破振動を受振した位置と異なる位置の地上面に移動して設置する工程と、
前記進行後の切羽を発破して当該発破により生じる発破振動を前記移動後の受振器により受振する工程と、
を備えたことを特徴とする地質探査方法。

【請求項2】

発破振動を移動後の受振器により受振する工程を前記進行後の切羽を発破する度に行うことを特徴とする請求項１記載の地質探査方法。
質探査方法。

【請求項3】

前記受振器を発破振動を受振した位置よりも後側に移動させることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の地質探査方法。

【請求項4】

前記受振器は、前記受振器により受振した発破振動を記録する記録装置を備え、
前記受振器と前記記録装置とを１つのバックパックに収容し、持ち運び自在としたことを特徴とする請求項１乃至請求項３いずれかに記載の地質探査方法。

【請求項5】

前記受振器は、地上面における位置情報を取得するＧＰＳ受信器を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項４いずれかに記載の地質探査方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、トンネル掘削における地質探査方法、特に、山岳トンネルの掘削において切羽前方の地質状況を事前に把握するために、発破による発破振動波を利用したトンネル掘削における地質探査方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、山岳トンネルの掘削では、特許文献１や特許文献２で開示されるように、掘削中の地山の地質の状態を調べるために、切羽に仕掛けた発破を爆発させて生じた発破振動をトンネル坑外の予定路線上方の地上面にあらかじめ設置した複数の坑外受振器、及びトンネル坑内に設置した起振点側の坑内受振器とにより受振し、坑内受振器と接続された記録装置に同期して記録する。この記録装置に記録された発破振動は、その伝播速度や振幅減衰から地中を伝播する弾性波を演算し、この弾性波に基づいてトンネルの予定路線上方の地質状況を解析することで、切羽前方における岩盤の崩落や、湧き水の発生が予想される断層破砕帯や、地質境界あるいは亀裂域などを事前に把握する地質探査方法が知られている。
しかしながら、発破振動を受振するための坑外受振器をあらかじめ地上面に設置しているため、トンネルの掘削が進むにしたがって、切羽の前方に位置する受振器の数が少なくなり、これから掘削する前方の地質状況を把握する精度が悪化していくと言う問題がある。この問題を解決する方策として、トンネル掘削にともない切羽が移動しても地質状況を把握する上で精度が低下しないように坑外受振器の設置数を増やす方法が考えられるが、坑外受振器と起振点側に設けた記録装置とを接続するためのケーブルを坑外受振器の数量分だけ山中に配線しなくてはならず、非常に多くの手間を要することになる。さらに、発破振動は、伝播距離に限界があることから、切羽から遠方に設置した坑外受振器では、切羽前方の予測も困難となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平７−２５９４７２号公報

【特許文献2】特開２０１１−４３４０９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

そこで、本発明は上記課題を解決するため、トンネル掘削においてこれから掘削する切羽前方の地質の状況を精度良く予測できるトンネル掘削における地質探査方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明に係るトンネル掘削における地質探査方法として、発破の繰り返しによって切羽を進行させるトンネル掘削における切羽前方の地質状態を探索する地質探査方法であって発破により生じる発破振動を受振する受振器をトンネル坑外における地上面の、発破対象となる切羽よりも前方にのみ設置し、当該受振器により発破振動を受振する工程と、前記受振器を前記発破により前方に進行した切羽よりも前方の前記発破振動を受振した位置と異なる位置の地上面に移動して設置する工程と、前記進行後の切羽を発破して当該発破により生じる発破振動を前記移動後の受振器により受振する工程とを備えたので、切羽が移動する毎に受振器も切羽の前方の範囲内で移動するため、切羽が移動する毎に切羽前方において異なる経路を通過した発破振動の受振が可能となり、受振器の数を増やすことなく地質状態を探索するためのデータを多く取得して地質状態を精度良く予測することができる。
また、トンネル掘削における地質探査方法の他の形態として、発破振動を移動後の受振器により受振する工程を前記進行後の切羽を発破する度に行うので、地山の地質状況を調べるためのデータをより多く集めることができ、地山の地質状況をより精度良く把握することができる。
また、トンネル掘削における地質探査方法の他の形態として、前記受振器を発破振動を受振した位置よりも後側に移動させるようにしたので、切羽前方の地質状況をより正確に調べることができる。
また、トンネル掘削における地質探査方法の他の形態として、前記受振器は、前記受振器により受振した発破振動を記録する記録装置を備え、前記受振器と前記記録装置とを１つのバックパックに収容し、持ち運び自在としたので、坑外での持ち運びや移動が容易となる。
また、トンネル掘削における地質探査方法の他の形態として、前記受振器は、地上面における位置情報を取得するＧＰＳ受信器を備えたので、発破振動を受振する受振器を切羽前方におけるトンネル掘削予定路線上の異なる地上面に確実に移動させることができる。また、受振器を接地した場所が正確に特定できるので、地山における地質状態の異なる位置を精度良く把握することができる。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】トンネルを掘削中の山岳地盤を示す概略断面図である。

【図2】地質探査装置の構成を示すブロック図である。

【図3】地質探査方法の工程を示すフローチャートである。

【図4】解析された弾性波のようすを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

図１は、トンネル１０を掘削中の山岳地盤を示す概略断面図である。以下、本発明のトンネル掘削における地質探査方法について、図面を参照して詳細に説明する。同図において破線で示す１１は、トンネル１０の掘削予定路線である。掘削予定路線１１とは、トンネルの掘削が予定された経路をいい、掘削予定路線１１上の地表とは、路線の上方に位置する山岳地の地上面１２をいう。図１に示すトンネル１０は山岳地帯に施工中のものであり、図中二点鎖線で示す先端の切羽１３を繰り返し発破することにより数ｍ間隔で掘り進められる。トンネル１０の切羽前方の地質は、本発明に係る地質探査方法の一実施形態を地質探査装置１で実行することにより探査される。

【0008】

図２（ａ），（ｂ）は、地質探査装置１の構成を示すブロック図である。同図に示すように、地質探査装置１は、トンネル坑内に設置される坑内観測装置２と、トンネル坑外に設置される坑外観測装置４と、坑内観測装置２及び坑外観測装置４で観測された発破振動に基づいて地質を解析する解析装置５（図１参照）とを含んで構成される。
坑内観測装置２は、発破起爆装置２１、震源２２、複数の坑内受振器２４及び坑内記録装置２５を備える。
発破起爆装置２１は、この地質探査において震源２２を起爆するための装置であり、発破器２７と電力供給線２８と発破信号検出器２９とを備える。発破器２７は、震源２２と電力供給線２８を介して接続され、内蔵する電源２７Ａから震源２２に電力を供給する。電力供給線２８は、高電圧大電流の流れを許容可能な導線である。発破信号検出器２９は、発破器２７から各雷管３０に向かう高電圧の電力が電力供給線２８に流れたことを非接触で検出するセンサであって、数マイクロ秒の遅れで当該発破信号検出器２９に接続された坑内記録装置２５にパルス信号として出力する。
震源２２は、雷管３０と発破（ダイナマイト）３１からなる。雷管３０には、例えば、瞬発電気雷管（通電から２ミリ秒以内で起爆するように制御される雷管）やＤＳ電気雷管（デシセコンド雷管、各段で通常２５０〜５００ミリ秒ずつ遅れて起爆するように制御される雷管）により１０段程度の段発雷管が用いられ、１段目には瞬発電気雷管が用いられ、２段目以降にはＤＳ電気雷管が用いられる。なお、雷管３０の構成は上記構成に限らず、任意の構成とすることができる。

【0009】

したがって、発破器２７から電力供給線２８に電流が流れることで、雷管３０と発破３１が時間遅れをともなって順次爆破して発破振動が発生する。この発破信号検出器２９から坑内記録装置２５に出力されたパルス信号が、坑内記録装置２５に内蔵された内部時計により、このパルス信号の立ち上がり時刻を発破時刻、つまり発破振動の発振開始時刻として記録される。
なお、発破は複数段の段発発破により行われるが、本実施形態では、坑内記録装置２５に記録された１段目の雷管３０の発破時刻を発振時刻として処理するものとして説明する。

【0010】

坑内受振器２４は、例えばジオフォン（陸上受振器）などの小型の地震計からなり、トンネル１０の長手方向に沿って所定の間隔、例えば１０ｍ程度の間隔を空けて並べて複数配置される。坑内受振器２４は、接続ケーブル２４Ａにより、坑内受振器２４が接続されるとともに坑内記録装置２５と接続される。
なお、坑内受振器２４は、あらかじめトンネル坑内の地盤上や、側壁上に設けたボーリング孔に配置して当該坑内における地盤等の振動状態を検出するようにしても良い。また、ボーリング孔に限らず、トンネル坑内の天井、壁、床の各面に直接設置しても良い。
この坑内受振器２４が観測した発破振動のデータ（受振データ）は、デジタル信号に変換された後、坑内記録装置２５に出力される。

【0011】

坑内記録装置２５は、内部時計３２と、ＧＰＳ受信器３３と、電源装置３４と、記録媒体３５とを備えたデータロガーである。内部時計３２は、水晶発振により時刻を進行させる時計である。内部時計３２は、ＧＰＳ受信器３３で受信されたＧＰＳ信号に含まれるＧＰＳ時刻に同期可能に構成される。ＧＰＳ受信器３３は、ＧＰＳアンテナ３３ａを備え、ＧＰＳアンテナ３３ａで受信したＧＰＳ信号に含まれるＧＰＳ時刻を受信するとともに、ＧＰＳ衛星から受信したＧＰＳ信号に基づいてＧＰＳ受信器３３の地球上における位置情報を処理する。
なお、ＧＰＳ信号とは、ＧＰＳ（Global Positioning System；全地球測位システム）衛星から発せられた時刻校正を目的とした信号（１ＰＰＳ、時刻情報など）を含んだ電波信号である。

【0012】

電源装置３４は、１００Ｖや２００Ｖの商用電源から供給された電力を充電可能に構成された２次電池や、乾電池などの一次電池で構成された蓄電池であって、１００Ｖや２００Ｖの商用電源から独立して移動可能に構成される。記録媒体３５は、例えば、着脱自在な記憶ディスクである。
この坑内記録装置２５は、例えば、ＧＰＳアンテナ３３ａが露出するように、防爆ケースなどに収容され、例えば１つのバックパックなどのバッグに収容してトンネル坑外に持ち運び自在に構成される。このように坑内記録装置２５をトンネル坑外に搬出可能にしておくことで、発破振動を受振するときの内部時計３２の時刻をＧＰＳ時計の時刻に一致させた状態を保つことができる。

【0013】

この坑内記録装置２５は、切羽１３が前進する毎に、トンネル坑外に持ち出されることにより、内部時計３２がＧＰＳ時刻に同期される。そして、ＧＰＳ受信器３３がＧＰＳ信号を受信する毎に内部時計３２がＧＰＳ信号に含まれたＧＰＳ時刻（基準時刻）と自動的に同期して、上述の発破信号検出器２９で検出した発破信号を発破開始時刻の合図とし、内部時計３２の時刻を時間軸とする波形として坑内受振器２４から入力された受振データを内蔵する記録媒体３５に記録する。記録媒体３５には、例えば、着脱自在なメモリディスク、及びハードディスクなどが挙げられる。
なお、ＧＰＳ受信器３３及びＧＰＳアンテナ３３ａは、坑内記録装置２５から分離してＧＰＳ電波を受信可能にトンネル坑外に設け、坑内記録装置２５とＧＰＳ受信器３３とが通信可能なように有線や無線により接続しても良い。また、ＧＰＳアンテナ３３ａのみをトンネル坑外に設けて、ＧＰＳ受信器３３にＧＰＳアンテナ３３ａで受信した信号を出力可能なように有線により接続するようにしても良い。

【0014】

坑外観測装置４は、坑外受振器４１と坑外記録装置４２とを含んで構成される。坑外受振器４１は、坑内受振器２４と同様なジオフォンなどの小型の地震計などで構成され、トンネル１０の掘削予定路線１１の切羽１３よりも前方の地上面１２上の複数箇所に受振点として配置される。本実施形態では、各坑外受振器４１は、図１に示すように、例えば、掘削予定路線１１上に沿って接続ケーブル４１Ａにより接続され、３箇所に配置される。これら坑外受振器４１は坑外記録装置４２を備える。坑外受振器４１は坑外記録装置４２と接続されて震源２２を起振点として地表に伝播する発破振動を各坑外受振器４１で受振した受振データとして坑外記録装置４２に出力する。なお、坑外受振器４１が観測した発破振動のデータ（受振データ）は、デジタル信号に変換された後、坑外記録装置４２に出力されて記録される。

【0015】

坑外記録装置４２は、内部時計（水晶時計）４３を備えたデータロガーであって、坑外受振器４１から入力された受振データを内部時計４３の時刻を時間軸とした波形として発破振動を内蔵する記録手段を介して記録媒体４６に記録する。記録媒体４６には、例えば、着脱自在なメモリディスク、及びハードディスクなどが挙げられる。

【0016】

坑外記録装置４２は、内部時計４３と、ＧＰＳ受信器４４と、電源装置４５と、記録媒体４６とを備えたデータロガーである。内部時計４３は、水晶発振により時刻を進行させる時計である。内部時計４３は、ＧＰＳ受信器４４で受信されたＧＰＳ信号に含まれるＧＰＳ時刻に同期可能に構成される。ＧＰＳ受信器４４は、ＧＰＳアンテナ４４ａを備え、ＧＰＳアンテナ４４ａで受信したＧＰＳ信号に含まれるＧＰＳ時刻を受信するとともに、ＧＰＳ衛星から受信したＧＰＳ信号に基づいてＧＰＳ受信器４４の地球上における位置情報、例えば緯度、経度及び標高の演算処理をする。ＧＰＳ信号から演算処理された位置情報は、図示しない表示装置に表示され、この位置情報をもとに、坑外受振器４１が、掘削予定路線１１の切羽１３よりも前方の地上面１２上に配置されているかどうか確認される。つまり、ＧＰＳ信号から得られた位置情報により切羽前方における坑外受振器４１の位置を取得することにより、トンネル掘削予定路線上に沿った異なる地上面に坑外受振器４１を確実に移動させることができる。また、坑外受振器４１を接地した場所が正確に特定できるので、後述の解析装置５により地山の地質状態を解析するときに、地山における地質状態の異なる位置を精度良く把握することができる。なお、坑外受振器４１が発破振動を受信したときには、発破振動とともに受信した位置情報も合わせて記録される。

【0017】

電源装置４５は、１００Ｖや２００Ｖの商用電源から供給された電力を充電可能に構成された２次電池や、乾電池などの一次電池で構成された蓄電池であって、１００Ｖや２００Ｖの商用電源から独立して移動可能に構成される。
この坑外記録装置４２は、例えば、ＧＰＳアンテナ４４ａが露出するように防水ケースや防爆ケースなどに収容され、坑外受振器４１とともに坑外観測装置４のセットとして１つのバックパックなどのバッグやケースなどの収容体にひとつの荷物として収容され、トンネル坑外において持ち運び自在に構成される。このように坑外記録装置４２を移動自在にしておくことで、坑外での持ち運びや移動が容易となるとともに、発破振動を受振するときの内部時計４３の時刻をＧＰＳ時計の時刻に一致させた状態を保つことができる。

【0018】

解析装置５は、ＣＰＵやメモリ、モニタ等を備えたいわゆるパーソナルコンピュータで構成され、坑内記録装置２５及び坑外記録装置４２で記録された受振データ及び受振データを受振した位置情報に基づいて掘削すべき地山の地質状態を解析する。なお、受振データを受振した位置情報は、測量に基づくものであっても良い。解析装置５は、図１に示すように、例えばトンネル１０の坑外に設けられた現場事務所内に設置される。
解析装置５は、坑内記録装置２５，坑外記録装置４２から受振データが入力されると、これらの記録データを屈折法、反射法、トモグラフィ解析等の様々な手法で解析する。そして、この解析結果を分析することにより、トンネル１０の切羽前方の地質（地山）を予測するとともに、既に掘削した区間の地質の評価を実行する。

【0019】

図３は、本発明の地質探査方法の手順を示すフローチャートである。
以下、図３及び図４を用いて本発明の地質探査方法の手順について説明する。
地質探査工程は、探査準備工程１０１と、観測装置配置工程１０２と、発破工程１０３と、受振工程１０４と、データ回収工程１０５と、データ取込工程１０６と、解析工程１０７とを含んで構成される。
探査準備工程１０１では、坑内観測装置２及び坑外観測装置４の動作確認及び記録媒体３５，４６の挿入の確認と、坑内記録装置２５の内部時計３２及び坑外記録装置４２の内部時計４３の時計合わせを実施する。坑内記録装置２５がトンネル坑内にある場合には、トンネル坑外に持ち出し、ＧＰＳアンテナ３３ａがＧＰＳ電波を受信可能な位置に移動させて内部時計３２をＧＰＳ時刻に同期させる。また、坑外記録装置４２のＧＰＳアンテナ４４ａにＧＰＳ電波を受信させて内部時計４３をＧＰＳ時刻に同期させる。これにより坑内記録装置２５及び坑外記録装置４２の内部時計３２，４３の時刻が同期される。

【0020】

観測装置配置工程１０２では、切羽１３に設けられた発破３１に雷管３０を取り付け、雷管３０と発破器２７とを電力供給線２８で接続し、この電力供給線２８に発破信号検出器２９を取り付ける。発破信号検出器２９は、ＧＰＳ時刻に同期された坑内記録装置２５と接続される。また、トンネル坑内には、トンネル１０の長手方向に沿って所定の間隔を空けて並べて２つの坑内受振器２４が発破振動を受振可能に接地され、接続ケーブル２４Ａを介して坑内記録装置２５と接続される。これにより坑内観測装置２がトンネル１０内に配置される。
また、坑外観測装置４は、トンネル１０の掘削予定路線１１の切羽１３よりも前方の地上面１２上に、掘削予定路線１１上に沿って坑外受振器４１が接続ケーブル４１Ａを介して接続され、例えば３箇所の異なる位置に接地される。この接続ケーブル４１Ａの一端を坑外記録装置４２と接続することで坑外観測装置４の配置が完了する。

【0021】

発破工程１０３では、観測装置配置工程１０２によりトンネル坑内に配置した発破器２７を操作して、発破器２７に内蔵した電源２７Ａから電力供給線２８を介して雷管３０に電力を供給し、雷管３０を起爆材として発破３１を爆破させて切羽１３を掘削するとともにトンネル１０を掘削している地山内に発破振動を生じさせる。このとき電力供給線２８を流れた電流が発破信号検出器２９により検出され、坑内記録装置２５にパルス信号として出力され、発震時刻（発破時刻）が記録される。

【0022】

受振工程１０４では、地山に生じた発破振動をトンネル坑内に配置した２つの坑内受振器２４及びトンネル坑外に配置した３つの坑外受振器４１で受振する。すなわち、トンネル１０の切羽１３を掘削するために、切羽１３に設けられた発破３１の爆発を起震源とした発破振動が、発破点から放射状に伝播し、地山を通り地上面１２に到達した振動が坑外受振器４１により観測される。また、坑内受振器２４では、トンネル掘削のための発破を起震源とした発破振動が、この発破点から放射状に発せられた弾性波として地中内を伝播して地中内の地質が変化する境界面で反射した反射波が受振される。つまり、坑内受振器２４が受振した受振データは、発破点から各反射面までの距離情報を含んだものである。

【0023】

データ回収工程１０５では、坑内記録装置２５及び坑外記録装置４２から記録媒体３５及び記録媒体４６を回収する。なお、記録媒体４６は、坑外記録装置４２ごと回収するようにしても良い。このとき、坑外記録装置４２とともに３つの坑外受振器４１を回収しても良く、坑外受振器４１を地上面１２に残したまま坑外記録装置４２のみを回収して受振データを回収するようにしても良い。

【0024】

データ取込工程１０６では、回収した記録媒体３５，４６から受振データを解析装置５に取り込ませる。
解析工程１０７では、データ取込工程１０６により取り込んだ受振データを屈折法、反射法、トモグラフィ解析等の様々な手法で解析する。そして、この解析結果を分析することにより、トンネル１０の切羽前方の地質（地山）を予測する。
具体的には、解析装置５は、坑内記録装置２５が記録した発破時刻と、坑内受振器２４が記録した発破振動の受振時刻とから、発破点と坑外受振器４１の設置点との間における発破振動の伝搬時間を算出する。

【0025】

解析装置５には、あらかじめ入力された発破点と坑外受振器４１の測定点との間の距離情報と、発破振動が各坑外受振器４１で測定されるまでの伝搬時間とに基づいて、発破点と坑外受振器４１との間における発破振動による平均地山弾性波速度を算出する。平均地山弾性波は、地山中に地質が変化する部分があると、地山中を進行する速度が地山の硬軟の変化に応じて上下することになり、図１の破線で示す経路を伝播して坑外受振器４１に受振されることになる。
したがって、各坑外受振器４１について平均地山弾性波速度を算出・解析することにより、発破点と各坑外受振器４１との間の部分における地山性状、すなわち、地質を予測することができる。

【0026】

そして、再びトンネルの掘削のために、発破３１による切羽１３の掘削が行われるときに、再び探査準備工程１０１に戻り、発破振動を観測するための準備がなされる。すなわち、坑外記録装置４２の内部時計４３と坑内記録装置２５の内部時計３２とを共にＧＰＳ時刻に常時同期させる。このように坑内記録装置２５と、坑外記録装置４２の内部時計３２，４３を常に同期させて互いの時刻を精度良く一致させるようにしているので、坑外記録装置４２に記録された坑外受振器４１の受振データと坑内記録装置２５に記録された発破時刻データとに基づいて算出される平均地山弾性波速度の算出精度を高めて、地山性状の予測精度を高めることができる。

【0027】

観測装置配置工程１０２では、前回の発破により数ｍ移動した切羽１３に対して再び、坑内観測装置２及び坑外観測装置４がそれぞれ配置される。坑外観測装置４の坑外受振器４１は、移動した切羽１３の前方に位置するように移動させるとともに、前回とは異なる位置の地上面１２上に接地される。なお、各坑外受振器４１の移動方向は、掘削方向に限らず、図４に示すように、切羽１３よりも前方であれば、移動方向は前側又は後側のいずれに移動しても良い。このように、坑外受振器４１を前回の位置とは異なる位置に移動させて、トンネル掘削用の発破３１を起震源として発破振動を受振することにより、切羽１３前方の地質を予測する予測精度を少ない数量の坑外受振器４１で向上させることができる。

【0028】

すなわち、トンネル掘削のための発破３１を爆破させる毎に、探査準備工程１０１から解析工程１０７を繰り返すことにより、切羽１３前方の地質予測の精度が徐々に向上する。つまり、トンネル掘削のための発破を探査震源として用いるようにしたので、切羽１３の掘削回数が多くなるにしたがって、トンネル地質の探査精度が向上することになる

【0029】

図４（ａ）は、本発明の方法により坑外受振器４１を発破ごとに移動させ、発破３回分の受振データをそれぞれ解析して得られた弾性波の経路を示す図である。図４（ｂ）は、従来の方法により坑外受振器４１を固定し、発破３回分の受振データをそれぞれ解析して得られた弾性波の経路を示す図である。
図４（ｂ）に示すように、従来の方法では、地上面１２にトンネル１０の施工期間、固定的に地上面１２に坑外受振器４１を設けているため、切羽１３が発破により位置ａ、位置ｂ、位置ｃのように進行も、１日あたりの移動が数ｍであり、各坑外受振器４１で観測された発破振動を解析して得られた弾性波ｆ’１,ｆ’２,ｆ’３、弾性波ｇ’１,ｇ’２,ｇ’３、弾性波ｈ’１,ｈ’２,ｈ’３の経路にはほとんど変化が見られない。つまり、切羽１３の前方において偏った受振データしか得られていないことが分かる。
一方、図４（ａ）に示すように、本願発明の方法では、発破対象となる切羽１３が発破により位置ａ，位置ｂ，位置ｃへと進行する毎に、坑外受振器４１の配置する位置を、位置Ｐ１，Ｑ１，Ｒ１から、位置Ｐ２，Ｑ２，Ｒ２、位置Ｐ３，Ｑ３，Ｒ３へと、それぞれ前回観測した位置とは異なる位置に移動させることにより、解析によって得られた弾性波ｆ１，ｇ１，ｈ１、弾性波ｆ２，ｇ２，ｈ２、弾性波ｆ３，ｇ３，ｈ３と経路に変化が見られるようになる。すなわち、図４（ａ），（ｂ）とを比較すると明らかなように、本願発明の方法によれば、地質の探査において、地山をムラなく横切るような弾性波ｆ１，ｇ１，ｈ１、弾性波ｆ２，ｇ２，ｈ２、弾性波ｆ３，ｇ３，ｈ３によって地質を探査できるので、これから掘削すべきトンネル１０の切羽１３よりも前方の地質の予測精度を確実に向上させることが可能となる。

【0030】

また、本願発明の方法によれば、坑内観測装置２の坑内記録装置２５と、坑外観測装置４の坑外記録装置４２とをケーブルなどの有線により互いに接続する必要がないので、坑内記録装置２５及び坑内受振器２４の配置や、坑外記録装置４２及び坑外受振器４１の配置が容易となるとともに、その移動も容易となり、地質探査に要する準備から解析までの時間を短縮することができる。

【0031】

以上説明したように、本発明によれば、トンネル掘削用に常時使用している発破（ダイナマイト）で発生する大きな振動を切羽１３よりも前方の探査に活用するとともに、坑外受振器４１を切羽１３の前方の地上面１２に設け、切羽１３が移動する毎に、坑外受振器４１を、移動した切羽１３の前方の地上面１２に移動させて切羽１３よりも前方の地質状態を探索するようにしたことにより、これから掘削する地山の地質を予測するための受振データのサンプリング数が増加するので、地質探査における予測精度を向上させることができる。

【0032】

なお、上記実施形態では、１つの坑外記録装置４２に複数の坑外受振器４１を接続するとして説明したが、坑外受振器４１毎に個別に坑外記録装置４２を設けて、移動可能に構成しても良い。このように、坑外受振器４１毎に坑外記録装置４２を設けることで、複数の坑外受振器４１を配置する範囲を広げても、接続ケーブル４１Ａで接続する必要がなくなるので、より効率的に地質探査を実施できるようになる。
また、上記実施形態では、坑外受振器４１を複数設けるとして説明したが、１つの坑外受振器４１であっても良い。すなわち、発破される毎に、つまり切羽１３が進行する毎に切羽１３の前方の地上面１２に位置するように坑外受振器４１を移動させ、発破振動を受振するようにしているため、例えば１つの坑外受振器４１と１つの坑外記録装置４２で構成される一組の坑外観測装置４で地質探査を行っても、従来のように固定的に受振器を設置したときに比べ、発破回数毎に切羽１３の前方の地質データが得られることになるので、地質探査において十分な精度の良い予測が可能な受振データのサンプリング数を得ることができる。
また、上記実施形態では、発破を繰り返す毎、つまり切羽１３が進行する毎に切羽１３が進行する毎に切羽１３の前方の地上面１２に位置するように坑外受振器４１を移動させて発破振動を受振するとして説明したが、発破回数が２回に１回などの複数回に１回の割合で、切羽１３の前方の地上面１２に位置するように坑外受振器４１を移動させて発破振動を受振するようにしても良い。

【0033】

なお、上記実施形態では、坑内記録装置２５に設けられたＧＰＳ受信器３３及び坑外記録装置４２に設けられたＧＰＳ受信器４４で受信したＧＰＳ時刻により、坑内記録装置２５及び坑外記録装置４２の内部時計の時刻を同期させるとして説明したが、ＧＰＳ受信器３３及びＧＰＳ受信器４４に限定されず、坑内記録装置２５及び坑外記録装置４２のそれぞれに、互いの通信を可能とする無線通信装置を設けて、坑内記録装置２５及び坑外記録装置４２の内部時計を同期させるようにしても良い。このような無線通信装置には、例えば、インターネット回線などのような公衆無線回線との接続を可能とする無線通信装置が挙げられ、インターネット回線におけるＮＴＰ（Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｔｉｍｅ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）受信器を通じて得られる時刻により坑内記録装置２５及び坑外記録装置４２の内部時計を同一時刻に同期させるようにしても良い。

【符号の説明】

【0034】

１ 地質探査装置、２ 坑内観測装置、４ 坑外観測装置、５ 解析装置、
１０ トンネル、１１ 掘削予定路線、１２ 地上面、１３ 切羽、
２１ 発破起爆装置、２２ 震源、２４ 坑内受振器、２５ 坑内記録装置、
３２ 内部時計、３３ ＧＰＳ受信器、３４ 電源装置、３５ 記録媒体、
４１ 坑外受振器、４２ 坑外記録装置、４３ 内部時計、４４ ＧＰＳ受信器、
４５ 電源装置、４６ 記録媒体。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】