特許 6391010 トンネル切羽前方の透水特性の評価方法および評価システム

(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】6391010

(24)【登録日】2018年8月31日

(45)【発行日】2018年9月19日

(54)【発明の名称】トンネル切羽前方の透水特性の評価方法および評価システム

(51)【国際特許分類】

   E21B 49/00 20060101AFI20180910BHJP

   E21D 9/00 20060101ALI20180910BHJP

   E21D 9/06 20060101ALI20180910BHJP

【ＦＩ】

   E21B49/00

   E21D9/00 Z

   E21D9/06 302Z

【請求項の数】10

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2014-256627(P2014-256627)

(22)【出願日】2014年12月18日

(65)【公開番号】特開2016-117997(P2016-117997A)

(43)【公開日】2016年6月30日

【審査請求日】2017年5月17日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002299

【氏名又は名称】清水建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100089118

【弁理士】

【氏名又は名称】酒井 宏明

(72)【発明者】

【氏名】石井 三郎

(72)【発明者】

【氏名】高坂 信章

【審査官】 荒井 良子

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０３−０５５３１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２１１５６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２５２８１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１１３３３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０３７３８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１３８４４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０１８０１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１９６２６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０４５３７０６２（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許第０４０５２８８５（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｅ２１Ｂ １／００−４９／１０

Ｅ２１Ｄ １／００−９／１４

Ｅ０２Ｄ １／００−３／１１５

Ｇ０１Ｎ ３／００−３／６２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

トンネルの切羽前方の岩盤の透水特性を評価する方法であって、
切羽前方の岩盤に所定の孔間距離を隔ててトンネル軸に沿って削孔した２つのボーリング孔のうちいずれか一方を注水孔に設定するとともに、他方を排水孔に設定し、
注水孔に注水すると同時に、注水した量と同量を排水孔から排水しながら、このときの注水圧、排水圧の経時変化を測定し、測定した値をもとに岩盤の透水特性を評価することを特徴とするトンネル切羽前方の透水特性の評価方法。

【請求項2】

岩盤の透水特性として、透水係数と比貯留係数の少なくとも一方を評価することを特徴とする請求項１に記載のトンネル切羽前方の透水特性の評価方法。

【請求項3】

注水孔と排水孔の孔間距離を切羽の面積に応じて設定したことを特徴とする請求項１または２に記載のトンネル切羽前方の透水特性の評価方法。

【請求項4】

評価した岩盤の透水特性に基づいて、切羽前方を掘削した際の湧水量、水圧および排水時間の少なくとも一つを予測することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のトンネル切羽前方の透水特性の評価方法。

【請求項5】

注水孔と排水孔の注排水を停止した状態で、注水孔と排水孔の水圧の経時変化を測定し、測定した値をもとに岩盤内の地下水の状況を評価することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のトンネル切羽前方の透水特性の評価方法。

【請求項6】

トンネルの切羽前方の岩盤の透水特性を評価するシステムであって、
切羽前方の岩盤に所定の孔間距離を隔ててトンネル軸に沿って削孔した２つのボーリング孔のうちいずれか一方に設定した注水孔と、いずれか他方に設定した排水孔と、
注水孔に注水する注水手段と、排水孔から排水する排水手段と、
注水孔に注水すると同時に、注水した量と同量を排水孔から排水しながら、このときの注水圧、排水圧の経時変化を測定する測定手段と、
測定した値をもとに岩盤の透水特性を評価する評価手段とを備えることを特徴とするトンネル切羽前方の透水特性の評価システム。

【請求項7】

評価手段は、岩盤の透水特性として、透水係数と比貯留係数の少なくとも一方を評価することを特徴とする請求項６に記載のトンネル切羽前方の透水特性の評価システム。

【請求項8】

注水孔と排水孔の孔間距離を切羽の面積に応じて設定したことを特徴とする請求項６または７に記載のトンネル切羽前方の透水特性の評価システム。

【請求項9】

評価した岩盤の透水特性に基づいて、切羽前方を掘削した際の湧水量、水圧および排水時間の少なくとも一つを予測する予測手段をさらに備えることを特徴とする請求項６〜８のいずれか一つに記載のトンネル切羽前方の透水特性の評価システム。

【請求項10】

評価手段は、注水孔と排水孔の注排水を停止した状態で、注水孔と排水孔の水圧の経時変化を測定し、測定した値をもとに岩盤内の地下水の状況を評価することを特徴とする請求項６〜９のいずれか一つに記載のトンネル切羽前方の透水特性の評価システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、トンネル切羽前方の岩盤の地下水特性の測定および評価技術に関するものであり、特に、トンネル切羽前方の透水特性の評価方法および評価システムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、トンネル掘削時の湧水状況から地下水特性を予測することが一般に行われている。しかしながら、これは事後の検討であり、トンネル掘削前に予め周辺岩盤の透水特性を知ることはできない。

【0003】

岩盤の透水特性を調べるために、地盤工学会基準（ＪＧＳ １３２３）の「ルジオン試験」が行われることがある。この試験は、ボーリング孔内をパッカーで区切った試験区間内に一定圧力で注水し、圧力と注水流量から岩盤の透水性の指標であるルジオン値を求めるものである。ルジオン値とは、試験区間に０．９８ＭＰａの有効注水圧力で注水したときの試験区間１ｍ当たりの１分間の注水量（リットル）をいう。このため、この試験では０．９８ＭＰａの規定水圧まで送水する必要があり、この水圧によって切羽やトンネルの崩壊を招くおそれがあることから、トンネルの切羽では適用し難いという問題がある。

【0004】

また、地盤工学会基準（ＪＧＳ １３２２）の「注水による岩盤の透水試験」や、地盤工学会基準（ＪＧＳ １３１４）の「単孔を利用した透水試験（非定常法）」が行われることがある。「注水による岩盤の透水試験」は、岩盤に掘削したボーリング孔内をパッカーにより任意の試験区間に区切り、試験区間内の有効注水圧力を段階的に上昇させながら注水し、その定常時の注水流量から岩盤の透水係数を求める定常法による透水試験である。この試験では、岩盤の変形や破壊が生じないように、有効注水圧力を低圧として注水することから、複数ステップの定圧管理が必要であり、正確な透水特性を求めるためには長時間を要するという問題がある。また、「単孔を利用した透水試験（非定常法）」は、測定用パイプ内の水位を一時的に低下または上昇させ、平衡状態に戻るときの水位変化を継時的に測定して、地盤の透水係数を求めるものである。この試験では、透水係数が１０^−４ｍ／ｓ程度以上と予想される砂質・礫質地盤においては、水位の経時変化が速く、計測し難いため適用に注意を要するという問題がある。

【0005】

また、上記のいずれの試験も水位変化を伴い都市域の遮水トンネル等の施工条件では実施することは難しい。また、透水性が低い岩盤を対象とした試験であるため、定常状態に至るまでに長い時間を要し、この間、トンネル掘削作業を停止する必要がある。

【0006】

一方、トンネル掘削前に岩盤の透水特性を評価するための従来技術として、例えば、特許文献１、２に示される技術が知られている。

【0007】

特許文献１は、岩盤内に存在する複数の層のそれぞれの物性値を取得する取得工程と、岩盤内に弾性波を発生させ、その反射波を利用して複数の層の分布を解析する解析工程と、解析工程において解析された各層の物性値として、取得工程において取得した各層の物性値を適用し、岩盤の物性を評価する評価工程とを有するものである。

【0008】

特許文献２は、岩盤試料の表面に当接する側に溝が形成された導水板を複数の面に貼り付けた状態の立方体形状の岩盤試料の全体を防水性と弾性とを有する被覆部材によって被覆し、この被覆部材によって被覆された岩盤試料に、加圧板によって三主応力を付加しながら、被覆部材を貫通して備えられる注水用配管を介して透水方向の注水側の導水板の溝に水を供給するとともに、透水方向の排水側の導水板に到達した水を溝によって収集して、被覆部材を貫通して備えられる排水用配管を介して排水して透水試験を行うようにしたものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開２００４−１３８４４７号公報

【特許文献2】特開２０１２−１８０１５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

ところで、トンネル切羽から前方の岩盤の透水特性を掘削前に予め評価する技術において、評価箇所周辺の地下水位の変動を抑制しつつ短時間で評価することのできる技術が求められていた。

【0011】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、評価箇所周辺の岩盤の地下水位の変動を抑制しつつ短時間で評価することのできるトンネル切羽前方の透水特性の評価方法および評価システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るトンネル切羽前方の透水特性の評価方法は、トンネルの切羽前方の岩盤の透水特性を評価する方法であって、切羽前方の岩盤に所定の孔間距離を隔ててトンネル軸に沿って削孔した２つのボーリング孔のうちいずれか一方を注水孔に設定するとともに、他方を排水孔に設定し、注水孔に注水すると同時に、注水した量と同量を排水孔から排水しながら、このときの注水圧、排水圧の経時変化を測定し、測定した値をもとに岩盤の透水特性を評価することを特徴とする。

【0013】

また、本発明に係る他のトンネル切羽前方の透水特性の評価方法は、上述した発明において、岩盤の透水特性として、透水係数と比貯留係数の少なくとも一方を評価することを特徴とする。

【0014】

また、本発明に係る他のトンネル切羽前方の透水特性の評価方法は、上述した発明において、注水孔と排水孔の孔間距離を切羽の面積に応じて設定したことを特徴とする。

【0015】

また、本発明に係る他のトンネル切羽前方の透水特性の評価方法は、上述した発明において、評価した岩盤の透水特性に基づいて、切羽前方を掘削した際の湧水量、水圧および排水時間の少なくとも一つを予測することを特徴とする。

【0016】

また、本発明に係る他のトンネル切羽前方の透水特性の評価方法は、上述した発明において、注水孔と排水孔の注排水を停止した状態で、注水孔と排水孔の水圧の経時変化を測定し、測定した値をもとに岩盤内の地下水の原状回復の状況を評価することを特徴とする。

【0017】

また、本発明に係るトンネル切羽前方の透水特性の評価システムは、トンネルの切羽前方の岩盤の透水特性を評価するシステムであって、切羽前方の岩盤に所定の孔間距離を隔ててトンネル軸に沿って削孔した２つのボーリング孔のうちいずれか一方に設定した注水孔と、いずれか他方に設定した排水孔と、注水孔に注水する注水手段と、排水孔から排水する排水手段と、注水孔に注水すると同時に、注水した量と同量を排水孔から排水しながら、このときの注水圧、排水圧の経時変化を測定する測定手段と、測定した値をもとに岩盤の透水特性を評価する評価手段とを備えることを特徴とする。

【0018】

また、本発明に係る他のトンネル切羽前方の透水特性の評価システムは、上述した発明において、評価手段は、岩盤の透水特性として、透水係数と比貯留係数の少なくとも一方を評価することを特徴とする。

【0019】

また、本発明に係る他のトンネル切羽前方の透水特性の評価システムは、上述した発明において、注水孔と排水孔の孔間距離を切羽の面積に応じて設定したことを特徴とする。

【0020】

また、本発明に係る他のトンネル切羽前方の透水特性の評価システムは、上述した発明において、評価した岩盤の透水特性に基づいて、切羽前方を掘削した際の湧水量、水圧および排水時間の少なくとも一つを予測する予測手段をさらに備えることを特徴とする。

【0021】

また、本発明に係る他のトンネル切羽前方の透水特性の評価システムは、上述した発明において、評価手段は、注水孔と排水孔の注排水を停止した状態で、注水孔と排水孔の水圧の経時変化を測定し、測定した値をもとに岩盤内の地下水の原状回復の状況を評価することを特徴とする。

【発明の効果】

【0022】

本発明に係るトンネル切羽前方の透水特性の評価方法によれば、トンネルの切羽前方の岩盤の透水特性を評価する方法であって、切羽前方の岩盤に所定の孔間距離を隔ててトンネル軸に沿って削孔した２つのボーリング孔のうちいずれか一方を注水孔に設定するとともに、他方を排水孔に設定し、注水孔に注水すると同時に、注水した量と同量を排水孔から排水しながら、このときの注水圧、排水圧の経時変化を測定し、測定した値をもとに岩盤の透水特性を評価するので、トンネル切羽から前方の岩盤の透水特性を掘削前に予め評価することができる。また、注水と排水を同時に行うため、評価箇所周辺の岩盤の地下水位の変動を抑制することができる。さらに、注水と排水を同時に行うため、岩盤内の地下水の流況が定常状態に至るまでの時間を短縮でき、評価結果を得るまでの時間およびトンネル工事の停止時間を短くすることができるという効果を奏する。

【0023】

また、本発明に係る他のトンネル切羽前方の透水特性の評価方法によれば、岩盤の透水特性として、透水係数と比貯留係数の少なくとも一方を評価するので、トンネル掘削時の岩盤からの湧水特性をより正確に把握できるという効果を奏する。

【0024】

また、本発明に係る他のトンネル切羽前方の透水特性の評価方法によれば、注水孔と排水孔の孔間距離を切羽の面積に応じて設定したので、切羽の規模に応じた岩盤の透水特性の評価が可能になるという効果を奏する。

【0025】

また、本発明に係る他のトンネル切羽前方の透水特性の評価方法によれば、評価した岩盤の透水特性に基づいて、切羽前方を掘削した際の湧水量、水圧および排水時間の少なくとも一つを予測するので、予測した結果をもとに遮水対策、排水対策の選択が容易となり、排水工法で予想外の大量湧水に遭遇して切羽崩壊事故等を発生させるリスクを低減することができるという効果を奏する。

【0026】

また、本発明に係る他のトンネル切羽前方の透水特性の評価方法によれば、注水孔と排水孔の注排水を停止した状態で、注水孔と排水孔の水圧の経時変化を測定し、測定した値をもとに岩盤内の地下水の原状回復の状況を評価するので、岩盤内の地下水の原状回復の状況を確認することができるという効果を奏する。

【0027】

また、本発明に係るトンネル切羽前方の透水特性の評価システムによれば、トンネルの切羽前方の岩盤の透水特性を評価するシステムであって、切羽前方の岩盤に所定の孔間距離を隔ててトンネル軸に沿って削孔した２つのボーリング孔のうちいずれか一方に設定した注水孔と、いずれか他方に設定した排水孔と、注水孔に注水する注水手段と、排水孔から排水する排水手段と、注水孔に注水すると同時に、注水した量と同量を排水孔から排水しながら、このときの注水圧、排水圧の経時変化を測定する測定手段と、測定した値をもとに岩盤の透水特性を評価する評価手段とを備えるので、トンネル切羽から前方の岩盤の透水特性を掘削前に予め評価することができる。また、注水と排水を同時に行うため、評価箇所周辺の岩盤の地下水位の変動を抑制することができる。さらに、注水と排水を同時に行うため、岩盤内の地下水の流況が定常状態に至るまでの時間を短縮でき、評価結果を得るまでの時間およびトンネル工事の停止時間を短くすることができるという効果を奏する。

【0028】

また、本発明に係る他のトンネル切羽前方の透水特性の評価システムによれば、評価手段は、岩盤の透水特性として、透水係数と比貯留係数の少なくとも一方を評価するので、トンネル掘削時の岩盤からの湧水特性をより正確に把握できるという効果を奏する。

【0029】

また、本発明に係る他のトンネル切羽前方の透水特性の評価システムによれば、注水孔と排水孔の孔間距離を切羽の面積に応じて設定したので、切羽の規模に応じた岩盤の透水特性の評価が可能になるという効果を奏する。

【0030】

また、本発明に係る他のトンネル切羽前方の透水特性の評価システムによれば、評価した岩盤の透水特性に基づいて、切羽前方を掘削した際の湧水量、水圧および排水時間の少なくとも一つを予測する予測手段をさらに備えるので、予測した結果をもとに遮水対策、排水対策の選択が容易となり、排水工法で予想外の大量湧水に遭遇して切羽崩壊事故等を発生させるリスクを低減することができるという効果を奏する。

【0031】

また、本発明に係る他のトンネル切羽前方の透水特性の評価システムによれば、評価手段は、注水孔と排水孔の注排水を停止した状態で、注水孔と排水孔の水圧の経時変化を測定し、測定した値をもとに岩盤内の地下水の原状回復の状況を評価するので、岩盤内の地下水の原状回復の状況を確認することができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0032】

【図1】図１は、本発明に係るトンネル切羽前方の透水特性の評価方法の実施の形態を示す概略斜視図である。

【図2】図２は、本発明に係るトンネル切羽前方の透水特性の評価方法の実施の形態を示す概略フローチャート図である。

【図3】図３は、所定の比貯留係数における水位変動量の経時変化を透水係数毎に例示した図である。

【図4】図４は、図３に対応する透水係数と水位上昇量の関係を例示した図である。

【図5】図５は、所定の透水係数における水位変動量の経時変化を比貯留係数毎に例示した図である。

【図6】図６は、所定の透水係数、比貯留係数における水位変動量の経時変化を排水試験と注水排水試験で比較した図である。

【図7】図７は、本発明に係るトンネル切羽前方の透水特性の評価システムの実施の形態を示す概略ブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0033】

以下に、本発明に係るトンネル切羽前方の透水特性の評価方法および評価システムの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

【0034】

［トンネル切羽前方の透水特性の評価方法］
まず、本発明に係るトンネル切羽前方の透水特性の評価方法の実施の形態について図１〜図６を参照しながら説明する。

【0035】

図１に示すように、本発明に係るトンネル切羽前方の透水特性の評価方法は、トンネル１の切羽２前方の岩盤３の透水特性を評価する方法である。本発明では、切羽２前方の岩盤３に所定の孔間距離を隔てて水平なトンネル軸に沿って水平に削孔した２つの先進ボーリング孔のうちいずれか一方を注水孔Ａに設定するとともに、他方を排水孔Ｂに設定し、注水排水試験を行う。

【0036】

注水孔Ａ、排水孔Ｂの孔口はそれぞれ孔口保護工４で塞がれており、注水孔Ａ、排水孔Ｂの内部にはそれぞれ図示しないパッカーが挿入され、パッカーによって挟まれた区間を評価対象区間とする。

【0037】

そして、図１および図２に示すように、注水孔Ａに注水すると同時に、注水した量と同量を排水孔Ｂから排水しながら（ステップＳ１）、このときの評価対象区間の注水圧、排水圧（湧水圧）の経時変化を測定する（ステップＳ２）。この場合、評価対象区間の注水量および排水量の経時変化も同時に測定する。そして、測定した注水量、排水量、注水圧、排水圧のデータをもとに評価対象区間周辺の透水特性を評価する（ステップＳ３）。

【0038】

ここで、上記の透水特性として、透水係数と比貯留係数の少なくとも一方を評価することができる。こうすることで、トンネル掘削時の岩盤３からの湧水特性をより正確に把握できる。

【0039】

本発明によれば、トンネル切羽２から前方の岩盤３の透水特性を掘削前に予め評価することができる。また、注水と排水を同時に行うため、評価箇所周辺の岩盤３の地下水位の変動を抑制することができる。さらに、注水と排水を同時に行うため、岩盤３内の地下水の流況が定常状態に至るまでの時間を短縮でき、評価結果を得るまでの時間およびトンネル工事の停止時間を短くすることができる。

【0040】

また、評価した岩盤３の透水特性（透水係数、比貯留係数など）に基づいて、切羽２前方の岩盤３を掘削した際の湧水量、水圧および排水時間の少なくとも一つを算定あるいは予測することができる。予測した結果をもとに遮水対策、排水対策の選択が容易となり、排水工法で予想外の大量湧水に遭遇して切羽崩壊事故等を発生させるリスクを低減することができる。

【0041】

また、本発明によれば、より正確な透水特性を把握できるので、徒に高額な遮水対策を選択するリスクを低減することも可能となる。

【0042】

また、従来の排水孔のみを用いた排水試験では、地下水位を一度低下させてしまうと不飽和帯が地中に発生して、不飽和帯を再飽和させることが困難となり、地下水特性自体が変化してしまうことがあるのに対し、本発明によれば、このような事態の発生を未然に防止することができる。

【0043】

また、図１の例はトンネル幅が１０ｍ規模の事例であるが、透水特性の測定規模は注水孔Ａと排水孔Ｂの孔間距離を大小変化させて選択することができ、例えば、切羽２の面積に応じて設定してもよい。こうすることで、切羽２の規模に応じた岩盤３の透水特性の評価が可能になる。

【0044】

また、注水孔Ａと排水孔Ｂの注排水を停止した状態で、注水孔Ａと排水孔Ｂの水圧の経時変化を測定する原状回復確認試験を行い、測定した値をもとに岩盤３内の地下水の原状回復の状況を評価してもよい。このようにすることで、岩盤３内の地下水の原状回復の状況を確認することができる。

【0045】

（透水特性の具体的な評価方法）
次に、本発明による透水特性の具体的な評価方法について、断面二次元ＦＥＭ解析による注水排水試験のシミュレーションを用いて具体的に説明する。

【0046】

図１に示すような注水排水試験装置において、注水孔Ａ〜排水孔Ｂ間の孔間距離を８ｍとし、単位奥行あたり注水量および排水量ｑをｑ＝１０Ｌ／ｍｉｎ／ｍとし、試験時間ｔをｔ＝３０ｍｉｎとして、断面二次元ＦＥＭ解析による注水排水試験のシミュレーションを行う。

【0047】

（１）透水係数による水位変動量の変化
まず、比貯留係数Ｓｓ＝１×１０^−４ １／ｍの場合について、透水係数ｋを変化させて水位変動量ｓ（注水孔Ａの注水水位、排水孔Ｂの湧水水位）の経時変化を計算した。この結果を図３に示す。また、図３に対応する透水係数ｋと水位上昇量ｓ（試験最終段階の水位変動量ｓ）の関係をまとめたものを図４に示す。

【0048】

これらの図に示すように、岩盤の透水係数ｋに応じて試験最終段階の水位変動量ｓが変化することがわかる。すなわち、試験最終段階の水位変動量ｓから透水係数ｋを評価することが可能である。試験最終段階の水位変動量ｓがわかれば、図４を用いて既知の透水係数ｋの水位変動量ｓを補間することで、評価対象区間の岩盤の透水係数ｋを推定することができる。なお、図３または図４のような計算図は、様々な比貯留係数Ｓｓについて準備しておくのが望ましい。

【0049】

（２）比貯留係数による水位変動量の変化
一方、透水係数ｋ＝１×１０^−３ｍ／ｍｉｎの場合について、比貯留係数Ｓｓを変化させて水位変動量ｓ（注水孔Ａの注水水位、排水孔Ｂの湧水水位）の経時変化を計算した。この結果を図５に示す。

【0050】

この図に示すように、比貯留係数Ｓｓにより試験最終段階の水位変動量ｓに至るまでの水位変動速度が変わることがわかる。したがって、実際の注水排水試験によって得られる水圧データを水位変動量に変換し、図５に示すような曲線群とマッチングすることにより比貯留係数Ｓｓを評価することが可能である。なお、図５のような計算図は、様々な透水係数ｋについて準備しておくのが望ましい。

【0051】

以上の（１）、（２）の原理により、透水係数ｋ、比貯留係数Ｓｓを評価することができる。

【0052】

次に、具体的な評価例について説明する。
例えば、まず、比貯留係数Ｓｓ＝１×１０^−４ １／ｍと仮定し、実際の注水排水試験によって得られる注水圧、排水圧の経時変化より、試験最終段階の水位変動量ｓを計算する。この結果、例えば水位変動量ｓ＝６．０ｍが得られたとする。図３または図４を参照すれば、この場合の透水係数ｋは、ｋ＝１×１０^−３ｍ／ｍｉｎ程度と読み取れる。

【0053】

次に、図５を参照して、実際の注水排水試験によって得られる注水圧、排水圧をもとに求めた水位変動量ｓの経時変化が、比貯留係数Ｓｓ＝１×１０^−４ １／ｍの曲線と一致するか否かを評価する。この結果、両者が一致する場合には当初仮定した比貯留係数Ｓｓが適切な値であったことを示すことから、このときの透水係数ｋ、比貯留係数Ｓｓが求めようとする岩盤の透水特性ということになる。

【0054】

一方、一致しない場合には、当初仮定した比貯留係数Ｓｓが適切な値ではなかった可能性がある。このため、再度、比貯留係数Ｓｓの値を仮定しなおして、上記の処理を繰り返す。このようにすることで、より精度の高い透水係数ｋ、比貯留係数Ｓｓを得ることができる。

【0055】

（３）本発明と排水単独試験との比較
図６は、本発明による注水排水試験と、従来の排水単独試験との場合について水位変動量の経時変化を比較したものである。この図に示すように、従来の排水単独試験では水位変動量ｓが定常状態に至るまでに比較的長時間を要するのに対し、本発明による注水排水試験の場合では、比較的短時間で定常状態に至ることがわかる。

【0056】

このように、本発明では注水と排水を同時に行うため、評価箇所周辺の岩盤の地下水位の変動を小さく抑えることができる。さらに、注水と排水を同時に行うため、岩盤内の地下水の流況が定常状態に至るまでの時間を短縮でき、評価結果を得るまでの時間およびトンネル工事の停止時間を短くすることができる。

【0057】

［トンネル切羽前方の透水特性の評価システム］
次に、本発明に係るトンネル切羽前方の透水特性の評価システムの実施の形態について図７を参照しながら説明する。

【0058】

本発明に係るトンネル切羽前方の透水特性の評価システムは、上記のトンネル切羽前方の透水特性の評価方法を評価システムとして具現化したものである。

【0059】

図７および図１に示すように、本発明に係るトンネル切羽前方の透水特性の評価システム１００は、注水孔Ａに注水する注水手段１０と、排水孔Ｂから排水する排水手段２０と、注水孔Ａに注水すると同時に、注水した量と同量を排水孔Ｂから排水しながら、このときの注水圧、排水圧の経時変化を測定する測定手段３０と、測定した値をもとに岩盤の透水特性を評価する評価手段４０とを備える。

【0060】

注水手段１０、排水手段２０は、注水孔Ａ、排水孔Ｂに注排水するパイプ、ポンプ、開閉バルブ等により構成することができる。また、測定手段３０は、注水孔Ａ、排水孔Ｂ内部の評価対象区間の水圧を測定する水圧センサ、水圧データを記録するデータロガー等により構成することができる。また、評価手段４０は、注水圧、排水圧、注水量、排水量の測定値を表す情報、図３〜図５に対応するマッチング参照用の計算図表の情報があらかじめ格納されたデータベースまたはメモリと、このデータベースまたはメモリに格納された上記情報を読み出して、所定の演算処理を行う演算処理部を有するコンピュータとにより構成することができる。

【0061】

上記の構成によれば、トンネル切羽から前方の岩盤の透水特性を掘削前に予め評価することができる。また、注水と排水を同時に行うため、評価箇所周辺の岩盤の地下水位の変動を抑制することができる。さらに、注水と排水を同時に行うため、岩盤内の地下水の流況が定常状態に至るまでの時間を短縮でき、評価結果を得るまでの時間およびトンネル工事の停止時間を短くすることができる。

【0062】

ここで、上記の評価手段４０は、岩盤の透水特性として、透水係数と比貯留係数の少なくとも一方を評価してもよい。こうすることで、トンネル掘削時の岩盤からの湧水特性をより正確に把握できる。

【0063】

また、評価手段４０は、注水孔Ａと排水孔Ｂの注排水を停止した状態で、注水孔Ａと排水孔Ｂの水圧の経時変化を測定し、測定した値をもとに岩盤内の地下水の原状回復の状況を評価してもよい。こうすることで、岩盤内の地下水の原状回復の状況を確認することができる。

【0064】

また、評価した岩盤の透水特性（透水係数や比貯留係数など）に基づいて、切羽前方を掘削した際の湧水量、水圧および排水時間の少なくとも一つを算定あるいは予測する予測手段５０をさらに備えてもよい。このようにすれば、予測した結果をもとに遮水対策、排水対策の選択が容易となり、排水工法で予想外の大量湧水に遭遇して切羽崩壊事故等を発生させるリスクを低減することができる。

【0065】

以上説明したように、本発明に係るトンネル切羽前方の透水特性の評価方法によれば、トンネルの切羽前方の岩盤の透水特性を評価する方法であって、切羽前方の岩盤に所定の孔間距離を隔ててトンネル軸に沿って削孔した２つのボーリング孔のうちいずれか一方を注水孔に設定するとともに、他方を排水孔に設定し、注水孔に注水すると同時に、注水した量と同量を排水孔から排水しながら、このときの注水圧、排水圧の経時変化を測定し、測定した値をもとに岩盤の透水特性を評価するので、トンネル切羽から前方の岩盤の透水特性を掘削前に予め評価することができる。また、注水と排水を同時に行うため、評価箇所周辺の岩盤の地下水位の変動を抑制することができる。さらに、注水と排水を同時に行うため、岩盤内の地下水の流況が定常状態に至るまでの時間を短縮でき、評価結果を得るまでの時間およびトンネル工事の停止時間を短くすることができる。

【0066】

また、本発明に係る他のトンネル切羽前方の透水特性の評価方法によれば、岩盤の透水特性として、透水係数と比貯留係数の少なくとも一方を評価するので、トンネル掘削時の岩盤からの湧水特性をより正確に把握できる。

【0067】

また、本発明に係る他のトンネル切羽前方の透水特性の評価方法によれば、注水孔と排水孔の孔間距離を切羽の面積に応じて設定したので、切羽の規模に応じた岩盤の透水特性の評価が可能になる。

【0068】

また、本発明に係る他のトンネル切羽前方の透水特性の評価方法によれば、評価した岩盤の透水特性に基づいて、切羽前方を掘削した際の湧水量、水圧および排水時間の少なくとも一つを予測するので、予測した結果をもとに遮水対策、排水対策の選択が容易となり、排水工法で予想外の大量湧水に遭遇して切羽崩壊事故等を発生させるリスクを低減することができる。

【0069】

また、本発明に係る他のトンネル切羽前方の透水特性の評価方法によれば、注水孔と排水孔の注排水を停止した状態で、注水孔と排水孔の水圧の経時変化を測定し、測定した値をもとに岩盤内の地下水の原状回復の状況を評価するので、岩盤内の地下水の原状回復の状況を確認することができる。

【0070】

また、本発明に係るトンネル切羽前方の透水特性の評価システムによれば、トンネルの切羽前方の岩盤の透水特性を評価するシステムであって、切羽前方の岩盤に所定の孔間距離を隔ててトンネル軸に沿って削孔した２つのボーリング孔のうちいずれか一方に設定した注水孔と、いずれか他方に設定した排水孔と、注水孔に注水する注水手段と、排水孔から排水する排水手段と、注水孔に注水すると同時に、注水した量と同量を排水孔から排水しながら、このときの注水圧、排水圧の経時変化を測定する測定手段と、測定した値をもとに岩盤の透水特性を評価する評価手段とを備えるので、トンネル切羽から前方の岩盤の透水特性を掘削前に予め評価することができる。また、注水と排水を同時に行うため、評価箇所周辺の岩盤の地下水位の変動を抑制することができる。さらに、注水と排水を同時に行うため、岩盤内の地下水の流況が定常状態に至るまでの時間を短縮でき、評価結果を得るまでの時間およびトンネル工事の停止時間を短くすることができる。

【0071】

また、本発明に係る他のトンネル切羽前方の透水特性の評価システムによれば、評価手段は、岩盤の透水特性として、透水係数と比貯留係数の少なくとも一方を評価するので、トンネル掘削時の岩盤からの湧水特性をより正確に把握できる。

【0072】

また、本発明に係る他のトンネル切羽前方の透水特性の評価システムによれば、注水孔と排水孔の孔間距離を切羽の面積に応じて設定したので、切羽の規模に応じた岩盤の透水特性の評価が可能になる。

【0073】

また、本発明に係る他のトンネル切羽前方の透水特性の評価システムによれば、評価した岩盤の透水特性に基づいて、切羽前方を掘削した際の湧水量、水圧および排水時間の少なくとも一つを予測する予測手段をさらに備えるので、予測した結果をもとに遮水対策、排水対策の選択が容易となり、排水工法で予想外の大量湧水に遭遇して切羽崩壊事故等を発生させるリスクを低減することができる。

【0074】

また、本発明に係る他のトンネル切羽前方の透水特性の評価システムによれば、評価手段は、注水孔と排水孔の注排水を停止した状態で、注水孔と排水孔の水圧の経時変化を測定し、測定した値をもとに岩盤内の地下水の原状回復の状況を評価するので、岩盤内の地下水の原状回復の状況を確認することができる。

【産業上の利用可能性】

【0075】

以上のように、本発明に係るトンネル切羽前方の透水特性の評価方法および評価システムは、トンネル切羽前方の岩盤の地下水特性の測定および評価に有用であり、特に、評価箇所周辺の岩盤の地下水位の変動を抑制しつつ短時間で透水特性を評価するのに適している。

【符号の説明】

【0076】

Ａ 注水孔
Ｂ 排水孔
１ トンネル
２ 切羽
３ 岩盤
４ 孔口保護工
１０ 注水手段
２０ 排水手段
３０ 測定手段
４０ 評価手段
５０ 予測手段
１００ トンネル切羽前方の透水特性の評価システム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】