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技術 切羽前方探査装置及び切羽前方探査方法

出願人 前田建設工業株式会社
発明者 水谷和彦
出願日 2015年12月24日 (5年0ヶ月経過) 出願番号 2015-250952
公開日 2017年6月29日 (3年5ヶ月経過) 公開番号 2017-115390
状態 特許登録済
技術分野 立坑・トンネルの掘削技術 光学的手段による材料の調査、分析 地中削孔
主要キーワード アタッチメント部材 継手管内 管部材内 撮像対象面 中継管 ボアホールカメラ 内部映像 漏れ止め
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この項目の情報は公開日時点(2017年6月29日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (4)

課題

トンネル切羽前方地山状況探査する際に、略水平方向に削孔したボーリング孔内面孔壁)を孔の状態で直接撮影することにより、地山状況を容易かつ正確に探査する。

解決手段

切羽前方へ向かって略水平方向に削孔したボーリング孔10と、ボーリング孔10内に充填した透光性を有する充填材20と、ボーリング孔10内に挿入可能なボアホールカメラ30と、ボアホールカメラ30で撮影した映像を表示する表示装置50とを備える。ボアホールカメラ30は、中空管支持ロッド40)の先端部に設置することが好ましい。

概要

背景

土木作業を行う際には、予め地山状況を把握するために地山探査を行う必要がある。例えば、トンネル掘削を行う際には、安全で適切かつ迅速な工事を行うために、トンネル掘削に先立ちあるいはトンネル掘削の進行に合わせて地山の状況を把握しなければならない。従来、地山探査を行うための技術が種々提案されている。このような従来技術として、直接的手法ではボーリングによるもの(削孔検層法、先進ボーリング)がある。また、間接的手法では反射法による弾性波探査(HSP法、TSP法、反射トモグラフィー)等がある。

また、鉛直方向に削孔したボーリング孔内の状況を把握するために、ボーリング孔内にボアホールカメラを挿入して内部映像撮影する方法がある。鉛直方向に削孔したボーリング孔や鉛直方向に建て込んだ孔間継手内面を、ボアホールカメラにより観察する技術が種々開示されている(特許文献1参照)。特許文献1に記載された管内撮像装置は、管内を撮影するためのボアホールカメラと、当該ボアホールカメラを水密に内包し、撮像方向の面が透明なカプセルとを備えている。この管内撮像装置は、ボアホールカメラを水密に内包する透明なカプセルを所定の深度まで継手管内に挿入し、継手管内に充満した泥水濁水)をカプセルの幅分だけ排除して、継手管内を撮影することができるとしている。

また、トンネル切羽前方の地山状況(地質構造等)を探査するために、略水平方向に削孔したボーリング孔内にボアホールカメラを挿入して内部映像を撮影する技術が開示されている(特許文献2参照)。特許文献2に記載されたトンネルの切羽前方の地山・地質構造の探査方法は、削孔機中継管に透明な管部材を用いて削孔を形成する。そして、当該透明な管部材内にボアホールカメラを挿入し、管部材を介して地山の状況を撮影するようになっている。

概要

トンネル切羽前方の地山状況を探査する際に、略水平方向に削孔したボーリング孔の内面(孔壁)を孔の状態で直接撮影することにより、地山状況を容易かつ正確に探査する。切羽前方へ向かって略水平方向に削孔したボーリング孔10と、ボーリング孔10内に充填した透光性を有する充填材20と、ボーリング孔10内に挿入可能なボアホールカメラ30と、ボアホールカメラ30で撮影した映像を表示する表示装置50とを備える。ボアホールカメラ30は、中空管支持ロッド40)の先端部に設置することが好ましい。

目的

本発明は、上述した事情に鑑み提案されたもので、トンネル切羽前方の地山状況を探査する際に、略水平方向に削孔したボーリング孔の内面(孔壁)を裸孔の状態で直接撮影することにより、地山状況を容易かつ正確に探査することが可能な切羽前方探査装置及び切羽前方探査方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

トンネル切羽前方地山状況探査するための装置であって、切羽前方へ向かって略水平方向に削孔したボーリング孔と、前記ボーリング孔内充填した透光性を有する充填材と、前記ボーリング孔内に挿入可能なボアホールカメラと、前記ボアホールカメラで撮影した映像を表示する表示装置と、を備えたことを特徴とする切羽前方探査装置。

請求項2

前記ボアホールカメラは、中空管の先端部に設置されている、ことを特徴とする請求項1に記載の切羽前方探査装置。

請求項3

トンネル切羽前方の地山状況を探査するための方法であって、切羽前方へ向かって略水平方向にボーリング孔を削孔し、前記ボーリング孔内に透光性を有する充填材を充填するとともにボアホールカメラを挿入してボーリング孔の内壁面を撮影し、前記ボアホールカメラで撮影した映像を表示装置に表示することにより切羽前方地山地質分析する、ことを特徴とする切羽前方探査方法

技術分野

0001

本発明は、切羽前方探査装置及び切羽前方探査方法に関するものであり、特に、水平ボーリング孔内にボアホールカメラを挿入してトンネル切羽前方地山探査を行う装置及び方法に関するものである。

背景技術

0002

土木作業を行う際には、予め地山状況を把握するために地山探査を行う必要がある。例えば、トンネル掘削を行う際には、安全で適切かつ迅速な工事を行うために、トンネル掘削に先立ちあるいはトンネル掘削の進行に合わせて地山の状況を把握しなければならない。従来、地山探査を行うための技術が種々提案されている。このような従来技術として、直接的手法ではボーリングによるもの(削孔検層法、先進ボーリング)がある。また、間接的手法では反射法による弾性波探査(HSP法、TSP法、反射トモグラフィー)等がある。

0003

また、鉛直方向に削孔したボーリング孔内の状況を把握するために、ボーリング孔内にボアホールカメラを挿入して内部映像撮影する方法がある。鉛直方向に削孔したボーリング孔や鉛直方向に建て込んだ孔間継手内面を、ボアホールカメラにより観察する技術が種々開示されている(特許文献1参照)。特許文献1に記載された管内撮像装置は、管内を撮影するためのボアホールカメラと、当該ボアホールカメラを水密に内包し、撮像方向の面が透明なカプセルとを備えている。この管内撮像装置は、ボアホールカメラを水密に内包する透明なカプセルを所定の深度まで継手管内に挿入し、継手管内に充満した泥水濁水)をカプセルの幅分だけ排除して、継手管内を撮影することができるとしている。

0004

また、トンネル切羽前方の地山状況(地質構造等)を探査するために、略水平方向に削孔したボーリング孔内にボアホールカメラを挿入して内部映像を撮影する技術が開示されている(特許文献2参照)。特許文献2に記載されたトンネルの切羽前方の地山・地質構造の探査方法は、削孔機中継管に透明な管部材を用いて削孔を形成する。そして、当該透明な管部材内にボアホールカメラを挿入し、管部材を介して地山の状況を撮影するようになっている。

先行技術

0005

特開2005−201717号公報
特開2012−12879号公報

発明が解決しようとする課題

0006

上述した特許文献1に記載された技術は、鉛直方向に設置した継手管内にボアホールカメラを挿入して、継手管内の映像を撮影するための技術であり、ボアホールカメラを鉛直方向に吊り下げて挿入することができるため、ボアホールカメラを挿入しあるいは抜去する際に、継手管の内面(孔壁)にボアホールカメラが引っ掛かる等の不都合が生じる可能性は極めて低い。

0007

一方、水平方向に削孔したボーリング孔(孔)の場合には、孔壁に存在する亀裂や突起物等にボアホールカメラが引っ掛かるおそれがあり、挿入が困難な場合があるだけではなく、挿入できたとしても回収不能となるおそれがある。この点、特許文献2に記載された技術では、削孔機の中継管に透明な管部材を用いて、管部材の内部にボアホールカメラを挿入して撮影を行うため、孔壁にボアホールカメラが引っ掛かる可能性は低い。

0008

しかし、特許文献2に記載された技術は、ボーリング孔内に透明な管部材を設置することによりボーリング孔の内面(孔壁)を撮影している。したがって、孔壁が管部材により保護されているため、撮影した映像からは実際の地質を把握できない場合がある。また、管部材は、アクリル樹脂ポリカーボネート樹脂塩化ビニル樹脂等を使用しているため、その外面に傷が付き、最悪の場合には管部材が破損するおそれがある。管部材の外面に傷が付いたり破損したりした場合には、映像が不鮮明となり、あるいは撮影不能となるおそれがある。

0009

本発明は、上述した事情に鑑み提案されたもので、トンネル切羽前方の地山状況を探査する際に、略水平方向に削孔したボーリング孔の内面(孔壁)を裸孔の状態で直接撮影することにより、地山状況を容易かつ正確に探査することが可能な切羽前方探査装置及び切羽前方探査方法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

0010

本発明の切羽前方探査装置及び切羽前方探査方法は、上述した目的を達成するため、以下の特徴点を有している。すなわち、本発明の切羽前方探査装置は、トンネル切羽前方の地山状況を探査するための装置であって、切羽前方へ向かって略水平方向に削孔したボーリング孔と、ボーリング孔内に充填した透光性を有する充填材と、ボーリング孔内に挿入可能なボアホールカメラと、ボアホールカメラで撮影した映像を表示する表示装置とを備えたことを特徴とするものである。

0011

また、上述した構成に加えて、ボアホールカメラは、中空管の先端部に設置されていることが好ましい。

0012

本発明の切羽前方探査方法は、トンネル切羽前方の地山状況を探査するための方法であって、切羽前方へ向かって略水平方向にボーリング孔を削孔し、ボーリング孔内に透光性を有する充填材を充填するとともにボアホールカメラを挿入してボーリング孔の内壁面を撮影し、ボアホールカメラで撮影した映像を表示装置に表示することにより切羽前方地山の地質を分析することを特徴とするものである。

発明の効果

0013

本発明に係る切羽前方探査装置及び切羽前方探査方法では、切羽前方の地山に向かって削孔した水平ボーリング孔内に充填材(例えば、ゲル状の物質)を充填することにより、保孔管等を用いなくとも裸孔の状態を保持することができ、この状態でボーリング孔の内面(孔壁)を直接撮影することができる。

0014

したがって、保孔管等を介した撮影と比較して、地山状況を容易かつ正確に探査することが可能となる。また、水平ボーリング孔内に充填する充填材(例えば、ゲル状の物質)は水と比較して粘性が高いため、適切な漏れ止めを行うことにより水平ボーリング孔の孔口から漏れ出すことがない。

図面の簡単な説明

0015

本発明の実施形態に係る切羽前方探査装置で使用するボアホールカメラの構成を示す模式図。
本発明の実施形態に係る切羽前方探査装置の設置状態を示す模式図。
本発明の実施形態に係る切羽前方探査方法の手順を示す説明図。

実施例

0016

以下、図面を参照して、本発明に係る切羽前方探査装置及び切羽前方探査方法の実施形態を説明する。図1図3は本発明の実施形態に係る切羽前方探査装置及び切羽前方探査方法を説明するもので、図1はボアホールカメラの構成を示す模式図、図2は切羽前方探査装置の設置状態を示す模式図、図3は切羽前方探査方法の手順を示す説明図である。

0017

<切羽前方探査装置及び切羽前方探査方法の概要
本発明の実施形態に係る切羽前方探査装置及び切羽前方探査方法は、図2に示すように、ボアホールカメラ30を用いて、切羽前方の地山状況を直接に探査するための技術であり、切羽前方の地山内に略水平なボーリング孔10を削孔して、当該ボーリング孔10内に透光性を有する充填材20を充填するとともにボアホールカメラ30を挿入してボーリング孔10の内面(孔壁)を直接撮影することにより、地山の状況(地質等)を探査する。本発明の切羽前方探査装置は、ボーリング孔10及びこれに充填する透光性を有する充填材20と、ボーリング孔10内に挿入可能なボアホールカメラ30と、ボアホールカメラ30で撮影した映像を表示する表示装置50とを備えている。

0018

<ボアホールカメラ>
ボアホールカメラ30は、図1に示すように、ボーリング孔10や中空等の内部映像を撮影するためのカメラであり、一般に市販されているものを使用することができる。ボアホールカメラ30は、図1に示すように、基本的な構成として、筐体31、撮像レンズ系32、撮像素子33、照明装置34を備えている。さらに、横方向の撮影を行うために、撮像面からの撮像光屈曲させるためのミラー35を備えていてもよく、ミラー35は筐体31に対する着脱可能なアタッチメント部材としてもよい。さらに、ズーミング機構フォーカス機構パンチルト機構等を備えていてもよい。

0019

撮像レンズ系32に入光した撮像光は撮像素子33上で結像し、撮影対象面の映像信号として、信号ケーブル36を介してパーソナルコンピュータ(図示せず)等に取り込まれる。そして、図示しないが、撮像対象面(本発明ではボーリング孔10の内面(孔壁))の映像は、パーソナルコンピュータに接続した表示装置50により表示される。

0020

<ボーリング孔>
ボーリング孔10は、切羽前方に向かって略水平に削孔する。なお、略水平とは、完全な水平状態だけではなく、若干の傾斜を許容する状態である。ボーリング孔10の削孔本数は特に限定されないが、トンネル断面の大きさ、トンネルの屈曲状態、予め分かっている地山の状況等に応じて、適宜の本数を削孔する。ボーリング孔10を形成するには、例えば、図3(a)〜(c)に示すように、中空ロッドの先端部から水を供給しながら、当該中空ロッドを地山内に挿入すればよい。

0021

<充填材>
充填材20は、透光性を有しており、ボーリング孔10内に充填することにより、孔壁の安定性を保つとともに、ボアホールカメラ30と孔壁との間における潤滑材やボアホールカメラ30の推進材としての役目を果たす。また、充填材20は透光性を有しているため、ボアホールカメラ30と孔壁との間に存在していても、孔壁の撮影に支障を来すことはない。この充填材20としては、ゲル状の物質を用いることが好ましい。

0022

<表示装置>
表示装置50は、ボアホールカメラ30で撮影した映像を表示するための装置であり、液晶表示装置モニタ)等からなる。なお、ボアホールカメラ30で撮影した映像を印刷する場合には、プリンタが表示装置50として機能する。すなわち、映像を表示するための装置とは、映像を可視化して示すことが可能な装置であり、モニタ、投影装置、プリンタ等を含む概念である。

0023

<他の探査方法との併用>
本実施形態の切羽前方探査装置及び切羽前方探査方法では、ボアホールカメラ30により撮影した映像を地質解析の主な要素とするが、これに加えて、水平ボーリング孔10の削孔時に得られる削孔検層データ、比抵抗分布データ、弾性波速度分布データ等を併用することにより、同地点で2種類以上の情報を総合的に評価することができ、より一層、精度の高い切羽前方の地質予測が可能となる。

0024

<探査方法の手順>
次に、図3を参照して、本発明の切羽前方探査方法の一例について説明する。本発明の切羽前方探査方法では、トンネル掘削に際して、上述した構成からなる切羽前方探査装置を用いて、切羽前方の地山状況(地質)を探査する。

0025

本発明の切羽前方探査方法では、まず、切羽前方の地山内に略水平方向のボーリング孔10を削孔する。ボーリング孔10は、例えば、中空ロッド60を地山に設置するとともに、中空ロッド60の先端部から水を供給することにより形成する(a)。所定長までボーリング孔10を削孔したら、水の供給を停止する。この状態で、ボーリング孔10内に存在する水が岩盤亀裂や中空ロッド60の口元から逸水する(b)。

0026

続いて、中空ロッド60の先端部から、ボーリング孔10内に充填材20を供給し(c)、充填材20の供給を継続しながら中空ロッド60を引き抜く(d)。中空ロッド60の引き抜きが完了すると、ボーリング孔10内が充填材20で充填された状態となる(e)。

0027

また、中空状の塩ビ管等からなる支持ロッド40の先端部に、ボアホールカメラ30を取り付けておく。そして、ボアホールカメラ30を取り付けた支持ロッド40の先端部をボーリング孔10内に挿入し(f)、支持ロッド40の中空部を介して、ボーリング孔10内から充填材20を吸引しつつ、支持ロッド40をボーリング孔10内に挿入して設置する(g)。この際、充填材20を吸引することによりボーリング孔10内に負圧が生じるとともに、充填材20による摩擦低減効果により、ボアホールカメラ30を取り付けた支持ロッド40をボーリング孔10内に推進させることができる(h)。ボーリング孔10の奥側の所定位置まで支持ロッド40を挿入した後(i)、支持ロッド40をボーリング孔10から引き抜きながら、ボアホールカメラ30により孔壁を撮影する(j)。そして、表示装置50に表示された映像により、切羽前方地山の地質を分析する。

0028

10ボーリング孔
20充填材
30ボアホールカメラ
31筐体
32撮像レンズ系
33撮像素子
34照明装置
35ミラー
36信号ケーブル
40支持ロッド
50表示装置
60 中空ロッド

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