相関曲線作成方法、削孔速度修正方法、地山区分評価テーブルの作成方法及び切羽前方予測方法
【課題】フィード圧の変動を削孔速度に反映させることが可能な相関曲線作成方法、それを用いた削孔速度修正方法、それを用いた地山区分評価テーブルの作成方法及び修正削孔速度及び地山区分評価テーブルを用いて切羽前方の地山を精度良く予測することが可能な切羽前方予測方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る相関曲線作成方法においては、まず、第１の削孔現場において、削孔手段、例えば油圧ジャンボで地山を削孔するとともに、削孔時のフィード圧Ｆ１と削孔速度Ｖ１とを計測する（ステップ１０１）。次に、計測されたデータを用いてフィード圧Ｆ１の変動量ΔＦ１と該変動量に対応する削孔速度Ｖ１の変動量ΔＶ１とを、例えば異なる７地点で算出する（ステップ１０２）。次に、原点を含めた計８組のΔＦ１，ｉ（ｉ＝０，１，２，３・・・７）及びΔＶ１，ｉ（ｉ＝０，１，２，３・・・７）を回帰分析し、相関曲線を作成する（ステップ１０３）。
【解決手段】本発明に係る相関曲線作成方法においては、まず、第１の削孔現場において、削孔手段、例えば油圧ジャンボで地山を削孔するとともに、削孔時のフィード圧Ｆ１と削孔速度Ｖ１とを計測する（ステップ１０１）。次に、計測されたデータを用いてフィード圧Ｆ１の変動量ΔＦ１と該変動量に対応する削孔速度Ｖ１の変動量ΔＶ１とを、例えば異なる７地点で算出する（ステップ１０２）。次に、原点を含めた計８組のΔＦ１，ｉ（ｉ＝０，１，２，３・・・７）及びΔＶ１，ｉ（ｉ＝０，１，２，３・・・７）を回帰分析し、相関曲線を作成する（ステップ１０３）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として山岳トンネルの地山を掘削する際に採用される相関曲線作成方法、削孔速度修正方法、地山区分評価テーブルの作成方法及び切羽前方予測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
山岳トンネルを掘削するにあたり、切羽前方に拡がる地山の性状を適切かつ高い精度で把握することは、支保工及び補助工を含めた掘削工事全体を効率よくかつ安全に進めていく上で非常に重要であり、かかるトンネル切羽前方探査を行う技術として、ノンコア削孔による穿孔探査が広く知られている。
【０００３】
穿孔探査は、トンネル切羽前方を削孔する際、穿孔データとして穿孔速度、打撃圧、回転圧、フィード圧、ダンピング圧等を取得し、かかる穿孔データから穿孔エネルギーを、下記の式、すなわち、
穿孔エネルギー＝｛打撃エネルギー×打撃回数／（穿孔速度×孔断面積）｝
【０００４】
×損失係数
で算出し、該穿孔エネルギーの大小で地山性状（岩盤等級）を評価する方法である。
【０００５】
かかる方法において、穿孔速度は、フィード圧、すなわち削岩機のロッドを地山に押し付ける圧力に左右されるため、穿孔エネルギーから地山を客観的に評価するためには、フィード圧を一定にする必要がある。
【０００６】
【特許文献１】特許第３３８０７９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、地山によっては、フィード圧を一定に維持することが困難であって、穿孔エネルギーから地山を客観的に評価することができないという問題を生じていた。
【０００８】
かかる問題を解決すべく、フィード圧の変動によって穿孔エネルギーに与える影響をフィード圧補正という形で除去し、その上で地山を評価する手法も提案されているものの、未だ研究の域を出ない。
【０００９】
いずれにしろ、ノンコア削孔による前方探査技術は、削岩機からの物理データを用いるものではあるが、データ処理で得られる結果については精度の面で信頼性に乏しく、経験的な判断を行う上での材料にとどまっているのが現状である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、フィード圧の変動を削孔速度に反映させることが可能な相関曲線作成方法、それを用いた削孔速度修正方法、それを用いた地山区分評価テーブルの作成方法及び修正削孔速度及び地山区分評価テーブルを用いて切羽前方の地山を精度良く予測することが可能な切羽前方予測方法を提供することを目的とする。
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明に係る相関曲線作成方法は請求項１に記載したように、第１の削孔現場において削岩機等の削孔手段で地山を削孔するとともに削孔時のフィード圧Ｆ1と削孔速度Ｖ1とを計測し、前記フィード圧Ｆ1の変動量ΔＦ1と該変動量に対応する前記削孔速度Ｖ1の変動量ΔＶ1とを回帰分析して相関曲線を作成するものである。
【００１２】
また、本発明に係る削孔速度修正方法は請求項２に記載したように、第２の削孔現場において削岩機等の削孔手段で地山を削孔するとともに削孔時のフィード圧Ｆ2と削孔速度Ｖ2とを計測し、
【００１３】
前記フィード圧Ｆ2の基準フィード圧からの差分ΔＦ2を算出して該差分ΔＦ2を請求項１記載の相関曲線に適用することにより、前記削孔速度Ｖ2の変動量ΔＶ2を算出し、
【００１４】
前記変動量ΔＶ2を前記削孔速度Ｖ2に加算又は減算して修正削孔速度ＶRを算出するものである。
【００１５】
また、本発明に係る地山区分評価テーブルの作成方法は請求項３に記載したように、請求項２記載の修正削孔速度ＶRを、それらの値が０から１となるように正規化して正規化削孔速度比ＶNを算出し、
【００１６】
前記正規化削孔速度比ＶN及びそのばらつきを前記第２の削孔現場の地山区分に対応付けることで地山区分評価テーブルを作成するものである。
【００１７】
また、本発明に係る切羽前方予測方法は請求項４に記載したように、第３の削孔現場において削岩機等の削孔手段で地山を削孔するとともに削孔時のフィード圧Ｆ3と削孔速度Ｖ3とを計測し、
【００１８】
前記フィード圧Ｆ3の基準フィード圧からの差分ΔＦ3を算出し、
【００１９】
前記差分ΔＦ3を、請求項１記載の相関曲線に適用することにより、前記削孔速度Ｖ3の変動量ΔＶ3を算出し、
【００２０】
前記変動量ΔＶ3を前記削孔速度Ｖ3に加算又は減算して修正削孔速度ＶRを算出し、
【００２１】
前記修正削孔速度ＶRを、それらの値が０から１となるように正規化して正規化削孔速度比ＶNを算出し、
【００２２】
前記正規化削孔速度比ＶN及びそのばらつきを、請求項３記載の地山区分評価テーブルに適用することで、前記第３の削孔現場における地山区分を推測するものである。
【００２３】
ノンコア削孔で得られる物理データを用いて前方探査を行うにあたり、本出願人は、フィード圧Ｆの変動量ΔＦと削孔速度Ｖの変動量ΔＶとの間には相関関係があり、かつ、この相関関係は、フィード圧Ｆや削孔速度Ｖの大きさに依存しないというあらたな知見を得るとともに、この相関関係に基づいて新たな前方探査手法を確立できないだろうかという点に着目し研究開発を行ったところ、上述した相関関係から回帰分析を行って相関曲線を作成するとともに、該相関曲線にフィード圧の変動量ΔＦを適用して削孔速度Ｖの変動量ΔＶを算出することにより、フィード圧の変動を考慮した形で削孔速度を修正することに成功したものである。
【００２４】
すなわち、請求項１に係る相関曲線作成方法においては、まず、第１の削孔現場において地山を削岩機等の削孔手段で削孔するとともに削孔時のフィード圧Ｆ1と削孔速度Ｖ1とを計測する。
【００２５】
削孔手段は、例えば油圧ジャンボの名称で広く使用されている削岩機を用いることが可能であり、かかる場合においては、油圧ジャンボに搭載されているドリフターの計測システムを利用して計測すればよい。
【００２６】
次に、計測されたデータを用いてフィード圧Ｆ1の変動量ΔＦ1と該変動量に対応する削孔速度Ｖ1の変動量ΔＶ1とを算出する。
【００２７】
フィード圧Ｆ1の変動量ΔＦ1は例えば、互いに異なる２つの設定フィード圧で同一区間ｉ（ｉ＝１，２，３・・・ｎ）を削孔した場合におけるそれぞれの平均フィード圧を求め、それらの差分をとってΔＦi（ｉ＝１，２，３・・・ｎ）とすればよい。
【００２８】
一方、削孔速度Ｖ1の変動量ΔＶ1は、上述した２つの設定フィード圧で同一区間ｉ（ｉ＝１，２，３・・・ｎ）を削孔した場合におけるそれぞれの平均削孔速度を求め、それらの差分をとってΔＶi（ｉ＝１，２，３・・・ｎ）とすればよい。
【００２９】
次に、ΔＦi（ｉ＝１，２，３・・・ｎ）及びΔＶi（ｉ＝１，２，３・・・ｎ）に対して回帰分析を行い、相関曲線を作成する。
【００３０】
なお、設定フィード圧とは、削孔手段を駆動する際のフィード圧の目安として設定するものであって、実際に計測されるフィード圧とは異なるものである。
【００３１】
本出願人が膨大のデータ検証を行った結果、フィード圧の大きさが異なっても、フィード圧の差分が同じであれば、それに対応する削孔速度の差分も同じになるというあらたな知見を得た。
【００３２】
加えて、フィード圧の変動は主として地山の岩盤性状の違いに起因するため、上述した知見は、削孔する地山が異なっても、フィード圧の差分が同じであれば、それに対応する削孔速度の差分も同じになると言い換えることができる。
【００３３】
上述した相関曲線を用いて削孔速度を修正するには、まず、第２の削孔現場において削岩機等の削孔手段で地山を削孔するとともに削孔時のフィード圧Ｆ2と削孔速度Ｖ2とを計測する。
【００３４】
次に、フィード圧Ｆ2の基準フィード圧からの差分ΔＦ2を算出して該差分ΔＦ2を上述した相関曲線に適用することにより、削孔速度Ｖ2の変動量ΔＶ2を算出する。
【００３５】
次に、変動量ΔＶ2を削孔速度Ｖ2に加算又は減算して修正削孔速度ＶRを算出する。
【００３６】
以上の手順を実行することにより、フィード圧の変動を考慮した形で削孔速度を修正することが可能となり、かかる削孔速度を従来の削孔理論に用いることで、より適切な地山評価を行うことが可能となる。
【００３７】
このように、修正削孔速度ＶRを従来の削孔理論に適用することで地山の評価を行ってもかまわないが、従来の削孔理論では、評価が難しい損失係数等のパラメータを必要とするため、削孔エネルギーを的確かつ精度よく評価することは必ずしも容易ではない。
【００３８】
本出願人は、かかる状況下、あらたな観点で地山を評価する方法の検討を重ねた結果、上述した修正削孔速度ＶRを用いることにより、従来の削孔理論によることなく、切羽前方の地山をより高い精度で予測することに成功したものである。
【００３９】
すなわち、請求項３に係る地山区分評価テーブルの作成方法においては、まず、上述した削孔速度修正方法で得られた修正削孔速度ＶRを、それらの値が０から１となるように正規化して正規化削孔速度比ＶNを算出する。
【００４０】
次に、正規化削孔速度比ＶN及びそのばらつきを、第２の削孔現場の地山区分に対応付けることで、地山区分評価テーブルを作成する。
【００４１】
このように地山区分評価テーブルを作成しておけば、以下の手順によって第３の削孔現場で地山区分を適切に予測することが可能となる。すなわち、まず、第３の削孔現場において削岩機等の削孔手段で地山を削孔するとともに削孔時のフィード圧Ｆ3と削孔速度Ｖ3とを計測する。
【００４２】
次に、フィード圧Ｆ3の基準フィード圧からの差分ΔＦ3を算出する。
【００４３】
次に、差分ΔＦ3を、請求項１記載の削孔速度修正方法で得られた相関曲線に適用することにより、削孔速度Ｖ3の変動量ΔＶ3を算出する。
【００４４】
次に、変動量ΔＶ3を削孔速度Ｖ3に加算又は減算して修正削孔速度ＶRを算出する。
【００４５】
次に、修正削孔速度ＶRを、それらの値が０から１となるように正規化して正規化削孔速度比ＶNを算出する。
【００４６】
次に、正規化削孔速度比ＶN及びそのばらつきを、請求項２記載の地山区分評価テーブルの作成方法で得られた地山区分評価テーブルに適用することで、第３の削孔現場における地山区分を推測する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
以下、本発明に係る相関曲線作成方法、削孔速度修正方法、地山区分評価テーブルの作成方法及び切羽前方予測方法の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。なお、従来技術と実質的に同一の部品等については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００４８】
（第１実施形態）
【００４９】
図１は、本実施形態に係る相関曲線作成方法を示したフローチャートである。同図でわかるように、本実施形態に係る相関曲線作成方法においては、まず、第１の削孔現場において、削孔手段、例えば油圧ジャンボで地山を削孔するとともに、削孔時のフィード圧Ｆ1と削孔速度Ｖ1とを計測する（ステップ１０１）。
【００５０】
ここで、第１の削孔現場は、例えば実際のトンネル掘削現場を利用することができるが、第１の削孔現場における目的は、フィード圧の変動量と削孔速度の変動量とを回帰分析して両者の相関曲線を作成するためであって、そのために必要な基礎データを取得することであるため、地山の前方予測は、後述する第３の削孔現場で可能となる。
【００５１】
削孔の際には、例えば油圧ジャンボに搭載されたドリフターの設定フィード圧がその都度異なる値となるように、設定フィード圧を調整する。例えば、４．９０ＭＰａ、３．９２ＭＰａ、２．９４ＭＰａに設定することが考えられる。
【００５２】
次に、計測されたデータを用いてフィード圧Ｆ1の変動量ΔＦ1と該変動量に対応する削孔速度Ｖ1の変動量ΔＶ1とを算出する（ステップ１０２）。
【００５３】
フィード圧Ｆ1の変動量ΔＦ1は、互いに異なる２つの設定フィード圧で同一区間ｉ（ｉ＝１，２，３・・・ｎ）を削孔した場合におけるそれぞれの平均フィード圧を求め、それらの差分をとってΔＦ1,i（ｉ＝１，２，３・・・ｎ）とする。
【００５４】
一方、削孔速度Ｖ1の変動量ΔＶ1は、上述した２つの設定フィード圧で同一区間ｉ（ｉ＝１，２，３・・・ｎ）を削孔した場合におけるそれぞれの平均削孔速度を求め、それらの差分をとってΔＶ1,i（ｉ＝１，２，３・・・ｎ）とする。なお、以下、ΔＦ1の数値群をΔＦ1,i（ｉ＝１，２，３・・・ｎ）と表し、ΔＶ1の数値群をΔＶ1,i（ｉ＝１，２，３・・・ｎ）と表す。
【００５５】
図２は、ある削孔現場において、平均フィード圧が４．９０ＭＰａ、３．９２ＭＰａ、２．９４ＭＰａである場合の削孔速度とその平均値を描いたグラフであり、同図から、４．９０ＭＰａに対応する削孔速度が２３０ｃｍ／ｍｉｎ、３．９２ＭＰａに対応する削孔速度が１８０ｃｍ／ｍｉｎ、２．９４ＭＰａに対応する削孔速度が１３０ｃｍ／ｍｉｎであることがわかる。
【００５６】
これらのうち、４．９０ＭＰａと３．９２ＭＰａとの差分をとって、
ΔＦ1,1＝０．９８ＭＰａ
３．９２ＭＰａと２．９４ＭＰａとの差を
ΔＦ1,2＝０．９８ＭＰａ
とする。このとき、対応する削孔速度の変動量は、
ΔＶ1,1＝５０ｃｍ／ｍｉｎ
ΔＶ1,2＝５０ｃｍ／ｍｉｎ
となる。
【００５７】
図３〜図５は、別の削孔現場におけるフィード圧と削孔速度との関係を横軸に距離程をとって示したグラフであり、フィード圧の変動量とそれらに対応する削孔速度の変動量を併せて記載してある。
【００５８】
これらのうち、距離程が９００ｍ〜９３０ｍの区間におけるフィード圧の変動量は、
ΔＦ1,3＝０．２４５ＭＰａ
となる。また。これに対応する削孔速度の変動量は、
ΔＶ1,3＝１５ｃｍ／ｍｉｎ
となる。
【００５９】
同様に、距離程が１３００ｍ〜１３２０ｍの区間におけるフィード圧の変動量と、これに対応する削孔速度の変動量は、
ΔＦ1,4＝０．４９ＭＰａ
ΔＶ1,4＝４０ｃｍ／ｍｉｎ
となり、距離程が１３４０ｍ前後の区間におけるフィード圧の変動量とこれに対応する削孔速度の変動量は、
ΔＦ1,5＝１．７１５ＭＰａ
ΔＶ1,5＝８０ｃｍ／ｍｉｎ
となり、距離程が２０２０ｍ〜２０３０ｍの区間におけるフィード圧の変動量とこれに対応する削孔速度の変動量は、
ΔＦ1,6＝０．４９ＭＰａ
ΔＶ1,6＝３０ｃｍ／ｍｉｎ
となり、距離程が２０４０ｍ前後の区間におけるフィード圧の変動量とこれに対応する削孔速度の変動量は、
ΔＦ1,7＝０．４９ＭＰａ
ΔＶ1,7＝５０ｃｍ／ｍｉｎ
となる。
【００６０】
次に、原点、すなわち、
ΔＦ1,0≒０
ΔＶ1,0≒０
も含めた計８組のΔＦ1,i（ｉ＝０，１，２，３・・・７）及びΔＶ1,i（ｉ＝０，１，２，３・・・７）を回帰分析し、相関曲線を作成する（ステップ１０３）。ここで、ΔＦ1,0及びΔＶ1,0は、回帰分析の都合上、それぞれ０．１としてある。
【００６１】
上述した８組の値は、以下の３次多項式、すなわち、
ΔＶ＝ｃ１×（ΔＦ）3
＋ｃ２×（ΔＦ）2
＋ｃ３×（ΔＦ）1
で近似することが可能であり、この３次多項式を相関曲線として図６に示す。
【００６２】
図２及び図６でもわかるように、ΔＶ1、ΔＶ2は、フィード圧の大きさが異なるものの、ΔＦ1、ΔＦ2は、いずれも５０ｃｍ／ｍｉｎである。
【００６３】
これ以外でも、本出願人が膨大のデータ検証を行った結果、同様な性状を示す例は数多く見られ、このことから、フィード圧の大きさが異なっても、フィード圧の差分が同じであれば、それに対応する削孔速度の差分も同じになるというあらたな知見を得た。なお、フィード圧の差分が０．４９ＭＰａのとき、削孔速度の差分として、３０ｃｍ／ｍｉｎ、４０ｃｍ／ｍｉｎ、５０ｃｍ／ｍｉｎの３ケースを載せたが、これは、削孔データを回帰分析する際にばらつきが生じることを示したものである。
【００６４】
加えて、フィード圧の変動は主として地山の岩盤性状の違いに起因するため、上述した知見は、削孔する地山が異なっても、フィード圧の差分が同じであれば、それに対応する削孔速度の差分も同じになると言い換えることができる。
【００６５】
すなわち、図６に示した相関曲線は、回帰分析に用いるプロット数が適切であれば、あらゆる地盤に適用し得る汎用性の高いものであると言える。
【００６６】
以上説明したように、本実施形態に係る相関曲線作成方法によれば、フィード圧の大きさが異なっても、フィード圧の差分が同じであれば、それに対応する削孔速度の差分も同じになるというあらたな知見を前提とし、任意の地山に対し、計測されたフィード圧及び削孔速度から修正削孔速度を算出可能な相関曲線を作成することができる。
【００６７】
（第２実施形態）
【００６８】
次に、本実施形態に係る削孔速度修正方法を説明する。
【００６９】
図７は、本実施形態に係る削孔速度修正方法の手順を示したフローチャートである。同図に示すように、本実施形態に係る削孔速度修正方法においては、まず、第２の削孔現場において削孔時のフィード圧Ｆ2及び削孔速度Ｖ2を計測しながら、予め設定された基準フィード圧Ｆ0、例えば４．９ＭＰａからのフィード圧Ｆ2の差分ΔＦ2を算出する（ステップ１１１）。すなわち、
ΔＦ2＝Ｆ2−Ｆ0
【００７０】
次に、差分ΔＦ2（絶対値）を第１実施形態で述べた相関曲線に適用することにより、削孔速度Ｖ2の変動量ΔＶ2を算出する（ステップ１１２）。
【００７１】
次に、変動量ΔＶ2を削孔速度Ｖ2に加算又は減算して修正削孔速度ＶRを算出する（ステップ１１３）。
ここで、計測されたフィード圧Ｆ2が基準フィード圧Ｆ0よりも大きい場合、削孔速度Ｖ2は、基準フィード圧Ｆ0の下では減少すると考え、下記の式、すなわち、
修正削孔速度ＶR＝削孔速度Ｖ2−ΔＶ2
を演算することで修正削孔速度ＶRを求める。
【００７２】
一方、計測されたフィード圧Ｆ2が基準フィード圧Ｆ0よりも小さい場合、削孔速度Ｖ2は、基準フィード圧Ｆ0の下では増加すると考え、下記の式、すなわち、
修正削孔速度ＶR＝削孔速度Ｖ2＋ΔＶ2
を演算することで修正削孔速度ＶRを求める。
【００７３】
図８は、上述した計測値に対する修正削孔速度ＶRを示したものである。
【００７４】
以上説明したように、本実施形態に係る削孔速度修正方法によれば、修正削孔速度ＶRは、フィード圧が基準フィード圧であった場合の予測値として修正されたものであって、フィード圧の変動が適切に考慮されたものである。
【００７５】
そのため、かかる修正削孔速度ＶRを従来の削孔理論に適用すれば、フィード圧を考慮した削孔速度で削孔エネルギーが算出されることとなり、かくして、従来の削孔理論を用いつつ、精度の高い切羽の前方予測を行うことが可能となる。
【００７６】
（第３実施形態）
【００７７】
次に、第３実施形態に係る地山区分評価テーブルの作成方法について説明する。図９は、本実施形態に係る地山区分評価テーブルの作成方法の手順を示したフローチャートである。同図に示すように、本実施形態に係る地山区分評価テーブルの作成方法においては、まず、上述した削孔速度修正方法で得られた修正削孔速度ＶRから最大値及び最小値を抽出し、これらの値を参考に上限閾値および下限閾値を設定する（ステップ１２１）。
【００７８】
次に、設定した閾値の範囲内に収まっている修正削孔速度ＶRを対象とし、以下に定義される正規化削孔速度比ＶNを求める（ステップ１２２）。
ＶN＝（修正削孔速度ＶR―下限閾値）／（上限閾値―下限閾値）
例えば、上限閾値を２，０００ｃｍ／ｍｉｎ、下限閾値を−１，０００ｃｍ／ｍｉｎとすれば、
ＶN＝（修正削孔速度ＶR＋1000）／3000
となる。
【００７９】
ちなみに、上述した手順で正規化を行えば、正規化削孔速度比ＶNは、各値が０から１の範囲に入ることとなる。
【００８０】
図１０は、上述した削孔データに対して算出された正規化削孔速度比ＶNである。
【００８１】
次に、正規化削孔速度比ＶN及びそのばらつき（ノイズの大小。ばらつきが少ない場合には岩盤の性状が比較的均質であり、ばらつきが多い場合には比較的不均質である）を、第２の削孔現場の地山区分に対応付けることで、地山区分評価テーブルを作成する（ステップ１２３）。
【００８２】
正規化削孔速度比ＶNのばらつきは、例えば所定区間ごとの値が０．０５の変動幅に収まっている場合には小さく(Noiseless)、収まっていない場合には大きい(Noisey)と判断することができる。
【表１】
【００８３】
作成された地山区分評価テーブルを表１に示す。
【００８４】
以上説明したように、本実施形態に係る地山区分評価テーブルの作成方法によれば、任意の削孔現場で計測されたフィード圧及び削孔速度から上述した手順で正規化削孔速度比ＶNを算出するとともにそのノイズの大小を評価し、それを地山区分評価テーブルに照合することで、任意の削孔現場における地山区分を推定することが可能となる。
【００８５】
（第４実施形態）
【００８６】
次に、第４実施形態に係る切羽前方予測方法について説明する。
【００８７】
図１１は、本実施形態に係る切羽前方予測方法の手順を示したフローチャートである。同図に示すように、本実施形態に係る切羽前方予測方法においては、まず、第３の削孔現場において、削孔時のフィード圧Ｆ3及び削孔速度Ｖ3を計測しながら、予め設定された基準フィード圧Ｆ0、例えば４．９ＭＰａからのフィード圧Ｆ3の差分ΔＦ3を算出する（ステップ１３１）。すなわち、
ΔＦ3＝Ｆ3−Ｆ0
【００８８】
次に、差分ΔＦ3（絶対値）を第１実施形態で説明した相関曲線に適用することにより、削孔速度Ｖ3の変動量ΔＶ3を算出する（ステップ１３２）。
【００８９】
次に、変動量ΔＶ3を削孔速度Ｖ3に加算又は減算して修正削孔速度ＶR3を算出する（ステップ１３３）。
ここで、計測されたフィード圧Ｆ3が基準フィード圧Ｆ0よりも大きい場合、削孔速度Ｖ3は、基準フィード圧Ｆ0の下では減少すると考え、下記の式、すなわち、
修正削孔速度ＶR3＝削孔速度Ｖ3−ΔＶ3
を演算することで修正削孔速度ＶR3を求める。
【００９０】
一方、計測されたフィード圧Ｆ3が基準フィード圧Ｆ0よりも小さい場合、削孔速度Ｖ3は、基準フィード圧Ｆ0の下では増加すると考え、下記の式、すなわち、
修正削孔速度ＶR3＝削孔速度Ｖ3＋ΔＶ3
を演算することで修正削孔速度ＶR3を求める。
【００９１】
次に、修正削孔速度ＶR3から最大値及び最小値を抽出し、これらの値を参考に上限閾値および下限閾値を設定する（ステップ１３４）。
【００９２】
次に、設定した閾値の範囲内に収まっている修正削孔速度ＶR3を対象とし、以下に定義される正規化削孔速度比ＶN3を求める（ステップ１３５）。
ＶN3＝（修正削孔速度ＶR3―下限閾値）／（上限閾値―下限閾値）
例えば、上限閾値を２，０００ｃｍ／ｍｉｎ、下限閾値を−１，０００ｃｍ／ｍｉｎとすれば、
ＶN3＝（修正削孔速度ＶR3＋1000）／3000
【００９３】
となる。ちなみに、上述した手順で正規化を行えば、正規化削孔速度比ＶN3は、各値が０から１の範囲に入ることとなる。
【００９４】
次に、正規化削孔速度比ＶN3のばらつきが小さいか(Noiseless)、大きいか(Noisey)を第３実施形態と同様に判別する（ステップ１３６）。
【００９５】
次に、得られた正規化削孔速度比ＶN3のばらつきを、第３実施形態の手順で作成された地山区分評価テーブルに照合し、第３の削孔現場における地山区分を評価する（ステップ１３７）。
【００９６】
以上説明したように、本実施形態に係る切羽前方予測方法によれば、予め作成された相関曲線及び地山区分評価テーブルを用いることにより、切羽前方を予測しようとしている現場、本実施形態では第３の現場において、切羽の前方に拡がる地山の岩盤性状を予測することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】第１実施形態に係る相関曲線作成方法の手順を示したフローチャート。
【図２】相関曲線を作成する際に用いた平均フィード圧に対する削孔速度を示すグラフ。
【図３】フィード圧と削孔速度との関係を横軸に距離程をとって示したグラフであり、フィード圧の変動量とそれらに対応する削孔速度の変動量を併記したもの。
【図４】同じくフィード圧と削孔速度との関係を横軸に距離程をとって示したグラフ。
【図５】同じくフィード圧と削孔速度との関係を横軸に距離程をとって示したグラフ。
【図６】フィード圧の変動量とそれらに対応する削孔速度の変動量との相関関係を示したグラフ。
【図７】第２実施形態に係る削孔速度修正方法の手順を示したフローチャート。
【図８】修正削孔速度ＶRを示したグラフ。
【図９】第３実施形態に係る地山区分評価テーブルの作成方法の手順を示したフローチャート。
【図１０】正規化削孔速度比ＶNを示したグラフ。
【図１１】第４実施形態に係る切羽前方予測方法の手順を示したフローチャート。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として山岳トンネルの地山を掘削する際に採用される相関曲線作成方法、削孔速度修正方法、地山区分評価テーブルの作成方法及び切羽前方予測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
山岳トンネルを掘削するにあたり、切羽前方に拡がる地山の性状を適切かつ高い精度で把握することは、支保工及び補助工を含めた掘削工事全体を効率よくかつ安全に進めていく上で非常に重要であり、かかるトンネル切羽前方探査を行う技術として、ノンコア削孔による穿孔探査が広く知られている。
【０００３】
穿孔探査は、トンネル切羽前方を削孔する際、穿孔データとして穿孔速度、打撃圧、回転圧、フィード圧、ダンピング圧等を取得し、かかる穿孔データから穿孔エネルギーを、下記の式、すなわち、
穿孔エネルギー＝｛打撃エネルギー×打撃回数／（穿孔速度×孔断面積）｝
【０００４】
×損失係数
で算出し、該穿孔エネルギーの大小で地山性状（岩盤等級）を評価する方法である。
【０００５】
かかる方法において、穿孔速度は、フィード圧、すなわち削岩機のロッドを地山に押し付ける圧力に左右されるため、穿孔エネルギーから地山を客観的に評価するためには、フィード圧を一定にする必要がある。
【０００６】
【特許文献１】特許第３３８０７９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、地山によっては、フィード圧を一定に維持することが困難であって、穿孔エネルギーから地山を客観的に評価することができないという問題を生じていた。
【０００８】
かかる問題を解決すべく、フィード圧の変動によって穿孔エネルギーに与える影響をフィード圧補正という形で除去し、その上で地山を評価する手法も提案されているものの、未だ研究の域を出ない。
【０００９】
いずれにしろ、ノンコア削孔による前方探査技術は、削岩機からの物理データを用いるものではあるが、データ処理で得られる結果については精度の面で信頼性に乏しく、経験的な判断を行う上での材料にとどまっているのが現状である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、フィード圧の変動を削孔速度に反映させることが可能な相関曲線作成方法、それを用いた削孔速度修正方法、それを用いた地山区分評価テーブルの作成方法及び修正削孔速度及び地山区分評価テーブルを用いて切羽前方の地山を精度良く予測することが可能な切羽前方予測方法を提供することを目的とする。
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明に係る相関曲線作成方法は請求項１に記載したように、第１の削孔現場において削岩機等の削孔手段で地山を削孔するとともに削孔時のフィード圧Ｆ1と削孔速度Ｖ1とを計測し、前記フィード圧Ｆ1の変動量ΔＦ1と該変動量に対応する前記削孔速度Ｖ1の変動量ΔＶ1とを回帰分析して相関曲線を作成するものである。
【００１２】
また、本発明に係る削孔速度修正方法は請求項２に記載したように、第２の削孔現場において削岩機等の削孔手段で地山を削孔するとともに削孔時のフィード圧Ｆ2と削孔速度Ｖ2とを計測し、
【００１３】
前記フィード圧Ｆ2の基準フィード圧からの差分ΔＦ2を算出して該差分ΔＦ2を請求項１記載の相関曲線に適用することにより、前記削孔速度Ｖ2の変動量ΔＶ2を算出し、
【００１４】
前記変動量ΔＶ2を前記削孔速度Ｖ2に加算又は減算して修正削孔速度ＶRを算出するものである。
【００１５】
また、本発明に係る地山区分評価テーブルの作成方法は請求項３に記載したように、請求項２記載の修正削孔速度ＶRを、それらの値が０から１となるように正規化して正規化削孔速度比ＶNを算出し、
【００１６】
前記正規化削孔速度比ＶN及びそのばらつきを前記第２の削孔現場の地山区分に対応付けることで地山区分評価テーブルを作成するものである。
【００１７】
また、本発明に係る切羽前方予測方法は請求項４に記載したように、第３の削孔現場において削岩機等の削孔手段で地山を削孔するとともに削孔時のフィード圧Ｆ3と削孔速度Ｖ3とを計測し、
【００１８】
前記フィード圧Ｆ3の基準フィード圧からの差分ΔＦ3を算出し、
【００１９】
前記差分ΔＦ3を、請求項１記載の相関曲線に適用することにより、前記削孔速度Ｖ3の変動量ΔＶ3を算出し、
【００２０】
前記変動量ΔＶ3を前記削孔速度Ｖ3に加算又は減算して修正削孔速度ＶRを算出し、
【００２１】
前記修正削孔速度ＶRを、それらの値が０から１となるように正規化して正規化削孔速度比ＶNを算出し、
【００２２】
前記正規化削孔速度比ＶN及びそのばらつきを、請求項３記載の地山区分評価テーブルに適用することで、前記第３の削孔現場における地山区分を推測するものである。
【００２３】
ノンコア削孔で得られる物理データを用いて前方探査を行うにあたり、本出願人は、フィード圧Ｆの変動量ΔＦと削孔速度Ｖの変動量ΔＶとの間には相関関係があり、かつ、この相関関係は、フィード圧Ｆや削孔速度Ｖの大きさに依存しないというあらたな知見を得るとともに、この相関関係に基づいて新たな前方探査手法を確立できないだろうかという点に着目し研究開発を行ったところ、上述した相関関係から回帰分析を行って相関曲線を作成するとともに、該相関曲線にフィード圧の変動量ΔＦを適用して削孔速度Ｖの変動量ΔＶを算出することにより、フィード圧の変動を考慮した形で削孔速度を修正することに成功したものである。
【００２４】
すなわち、請求項１に係る相関曲線作成方法においては、まず、第１の削孔現場において地山を削岩機等の削孔手段で削孔するとともに削孔時のフィード圧Ｆ1と削孔速度Ｖ1とを計測する。
【００２５】
削孔手段は、例えば油圧ジャンボの名称で広く使用されている削岩機を用いることが可能であり、かかる場合においては、油圧ジャンボに搭載されているドリフターの計測システムを利用して計測すればよい。
【００２６】
次に、計測されたデータを用いてフィード圧Ｆ1の変動量ΔＦ1と該変動量に対応する削孔速度Ｖ1の変動量ΔＶ1とを算出する。
【００２７】
フィード圧Ｆ1の変動量ΔＦ1は例えば、互いに異なる２つの設定フィード圧で同一区間ｉ（ｉ＝１，２，３・・・ｎ）を削孔した場合におけるそれぞれの平均フィード圧を求め、それらの差分をとってΔＦi（ｉ＝１，２，３・・・ｎ）とすればよい。
【００２８】
一方、削孔速度Ｖ1の変動量ΔＶ1は、上述した２つの設定フィード圧で同一区間ｉ（ｉ＝１，２，３・・・ｎ）を削孔した場合におけるそれぞれの平均削孔速度を求め、それらの差分をとってΔＶi（ｉ＝１，２，３・・・ｎ）とすればよい。
【００２９】
次に、ΔＦi（ｉ＝１，２，３・・・ｎ）及びΔＶi（ｉ＝１，２，３・・・ｎ）に対して回帰分析を行い、相関曲線を作成する。
【００３０】
なお、設定フィード圧とは、削孔手段を駆動する際のフィード圧の目安として設定するものであって、実際に計測されるフィード圧とは異なるものである。
【００３１】
本出願人が膨大のデータ検証を行った結果、フィード圧の大きさが異なっても、フィード圧の差分が同じであれば、それに対応する削孔速度の差分も同じになるというあらたな知見を得た。
【００３２】
加えて、フィード圧の変動は主として地山の岩盤性状の違いに起因するため、上述した知見は、削孔する地山が異なっても、フィード圧の差分が同じであれば、それに対応する削孔速度の差分も同じになると言い換えることができる。
【００３３】
上述した相関曲線を用いて削孔速度を修正するには、まず、第２の削孔現場において削岩機等の削孔手段で地山を削孔するとともに削孔時のフィード圧Ｆ2と削孔速度Ｖ2とを計測する。
【００３４】
次に、フィード圧Ｆ2の基準フィード圧からの差分ΔＦ2を算出して該差分ΔＦ2を上述した相関曲線に適用することにより、削孔速度Ｖ2の変動量ΔＶ2を算出する。
【００３５】
次に、変動量ΔＶ2を削孔速度Ｖ2に加算又は減算して修正削孔速度ＶRを算出する。
【００３６】
以上の手順を実行することにより、フィード圧の変動を考慮した形で削孔速度を修正することが可能となり、かかる削孔速度を従来の削孔理論に用いることで、より適切な地山評価を行うことが可能となる。
【００３７】
このように、修正削孔速度ＶRを従来の削孔理論に適用することで地山の評価を行ってもかまわないが、従来の削孔理論では、評価が難しい損失係数等のパラメータを必要とするため、削孔エネルギーを的確かつ精度よく評価することは必ずしも容易ではない。
【００３８】
本出願人は、かかる状況下、あらたな観点で地山を評価する方法の検討を重ねた結果、上述した修正削孔速度ＶRを用いることにより、従来の削孔理論によることなく、切羽前方の地山をより高い精度で予測することに成功したものである。
【００３９】
すなわち、請求項３に係る地山区分評価テーブルの作成方法においては、まず、上述した削孔速度修正方法で得られた修正削孔速度ＶRを、それらの値が０から１となるように正規化して正規化削孔速度比ＶNを算出する。
【００４０】
次に、正規化削孔速度比ＶN及びそのばらつきを、第２の削孔現場の地山区分に対応付けることで、地山区分評価テーブルを作成する。
【００４１】
このように地山区分評価テーブルを作成しておけば、以下の手順によって第３の削孔現場で地山区分を適切に予測することが可能となる。すなわち、まず、第３の削孔現場において削岩機等の削孔手段で地山を削孔するとともに削孔時のフィード圧Ｆ3と削孔速度Ｖ3とを計測する。
【００４２】
次に、フィード圧Ｆ3の基準フィード圧からの差分ΔＦ3を算出する。
【００４３】
次に、差分ΔＦ3を、請求項１記載の削孔速度修正方法で得られた相関曲線に適用することにより、削孔速度Ｖ3の変動量ΔＶ3を算出する。
【００４４】
次に、変動量ΔＶ3を削孔速度Ｖ3に加算又は減算して修正削孔速度ＶRを算出する。
【００４５】
次に、修正削孔速度ＶRを、それらの値が０から１となるように正規化して正規化削孔速度比ＶNを算出する。
【００４６】
次に、正規化削孔速度比ＶN及びそのばらつきを、請求項２記載の地山区分評価テーブルの作成方法で得られた地山区分評価テーブルに適用することで、第３の削孔現場における地山区分を推測する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
以下、本発明に係る相関曲線作成方法、削孔速度修正方法、地山区分評価テーブルの作成方法及び切羽前方予測方法の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。なお、従来技術と実質的に同一の部品等については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００４８】
（第１実施形態）
【００４９】
図１は、本実施形態に係る相関曲線作成方法を示したフローチャートである。同図でわかるように、本実施形態に係る相関曲線作成方法においては、まず、第１の削孔現場において、削孔手段、例えば油圧ジャンボで地山を削孔するとともに、削孔時のフィード圧Ｆ1と削孔速度Ｖ1とを計測する（ステップ１０１）。
【００５０】
ここで、第１の削孔現場は、例えば実際のトンネル掘削現場を利用することができるが、第１の削孔現場における目的は、フィード圧の変動量と削孔速度の変動量とを回帰分析して両者の相関曲線を作成するためであって、そのために必要な基礎データを取得することであるため、地山の前方予測は、後述する第３の削孔現場で可能となる。
【００５１】
削孔の際には、例えば油圧ジャンボに搭載されたドリフターの設定フィード圧がその都度異なる値となるように、設定フィード圧を調整する。例えば、４．９０ＭＰａ、３．９２ＭＰａ、２．９４ＭＰａに設定することが考えられる。
【００５２】
次に、計測されたデータを用いてフィード圧Ｆ1の変動量ΔＦ1と該変動量に対応する削孔速度Ｖ1の変動量ΔＶ1とを算出する（ステップ１０２）。
【００５３】
フィード圧Ｆ1の変動量ΔＦ1は、互いに異なる２つの設定フィード圧で同一区間ｉ（ｉ＝１，２，３・・・ｎ）を削孔した場合におけるそれぞれの平均フィード圧を求め、それらの差分をとってΔＦ1,i（ｉ＝１，２，３・・・ｎ）とする。
【００５４】
一方、削孔速度Ｖ1の変動量ΔＶ1は、上述した２つの設定フィード圧で同一区間ｉ（ｉ＝１，２，３・・・ｎ）を削孔した場合におけるそれぞれの平均削孔速度を求め、それらの差分をとってΔＶ1,i（ｉ＝１，２，３・・・ｎ）とする。なお、以下、ΔＦ1の数値群をΔＦ1,i（ｉ＝１，２，３・・・ｎ）と表し、ΔＶ1の数値群をΔＶ1,i（ｉ＝１，２，３・・・ｎ）と表す。
【００５５】
図２は、ある削孔現場において、平均フィード圧が４．９０ＭＰａ、３．９２ＭＰａ、２．９４ＭＰａである場合の削孔速度とその平均値を描いたグラフであり、同図から、４．９０ＭＰａに対応する削孔速度が２３０ｃｍ／ｍｉｎ、３．９２ＭＰａに対応する削孔速度が１８０ｃｍ／ｍｉｎ、２．９４ＭＰａに対応する削孔速度が１３０ｃｍ／ｍｉｎであることがわかる。
【００５６】
これらのうち、４．９０ＭＰａと３．９２ＭＰａとの差分をとって、
ΔＦ1,1＝０．９８ＭＰａ
３．９２ＭＰａと２．９４ＭＰａとの差を
ΔＦ1,2＝０．９８ＭＰａ
とする。このとき、対応する削孔速度の変動量は、
ΔＶ1,1＝５０ｃｍ／ｍｉｎ
ΔＶ1,2＝５０ｃｍ／ｍｉｎ
となる。
【００５７】
図３〜図５は、別の削孔現場におけるフィード圧と削孔速度との関係を横軸に距離程をとって示したグラフであり、フィード圧の変動量とそれらに対応する削孔速度の変動量を併せて記載してある。
【００５８】
これらのうち、距離程が９００ｍ〜９３０ｍの区間におけるフィード圧の変動量は、
ΔＦ1,3＝０．２４５ＭＰａ
となる。また。これに対応する削孔速度の変動量は、
ΔＶ1,3＝１５ｃｍ／ｍｉｎ
となる。
【００５９】
同様に、距離程が１３００ｍ〜１３２０ｍの区間におけるフィード圧の変動量と、これに対応する削孔速度の変動量は、
ΔＦ1,4＝０．４９ＭＰａ
ΔＶ1,4＝４０ｃｍ／ｍｉｎ
となり、距離程が１３４０ｍ前後の区間におけるフィード圧の変動量とこれに対応する削孔速度の変動量は、
ΔＦ1,5＝１．７１５ＭＰａ
ΔＶ1,5＝８０ｃｍ／ｍｉｎ
となり、距離程が２０２０ｍ〜２０３０ｍの区間におけるフィード圧の変動量とこれに対応する削孔速度の変動量は、
ΔＦ1,6＝０．４９ＭＰａ
ΔＶ1,6＝３０ｃｍ／ｍｉｎ
となり、距離程が２０４０ｍ前後の区間におけるフィード圧の変動量とこれに対応する削孔速度の変動量は、
ΔＦ1,7＝０．４９ＭＰａ
ΔＶ1,7＝５０ｃｍ／ｍｉｎ
となる。
【００６０】
次に、原点、すなわち、
ΔＦ1,0≒０
ΔＶ1,0≒０
も含めた計８組のΔＦ1,i（ｉ＝０，１，２，３・・・７）及びΔＶ1,i（ｉ＝０，１，２，３・・・７）を回帰分析し、相関曲線を作成する（ステップ１０３）。ここで、ΔＦ1,0及びΔＶ1,0は、回帰分析の都合上、それぞれ０．１としてある。
【００６１】
上述した８組の値は、以下の３次多項式、すなわち、
ΔＶ＝ｃ１×（ΔＦ）3
＋ｃ２×（ΔＦ）2
＋ｃ３×（ΔＦ）1
で近似することが可能であり、この３次多項式を相関曲線として図６に示す。
【００６２】
図２及び図６でもわかるように、ΔＶ1、ΔＶ2は、フィード圧の大きさが異なるものの、ΔＦ1、ΔＦ2は、いずれも５０ｃｍ／ｍｉｎである。
【００６３】
これ以外でも、本出願人が膨大のデータ検証を行った結果、同様な性状を示す例は数多く見られ、このことから、フィード圧の大きさが異なっても、フィード圧の差分が同じであれば、それに対応する削孔速度の差分も同じになるというあらたな知見を得た。なお、フィード圧の差分が０．４９ＭＰａのとき、削孔速度の差分として、３０ｃｍ／ｍｉｎ、４０ｃｍ／ｍｉｎ、５０ｃｍ／ｍｉｎの３ケースを載せたが、これは、削孔データを回帰分析する際にばらつきが生じることを示したものである。
【００６４】
加えて、フィード圧の変動は主として地山の岩盤性状の違いに起因するため、上述した知見は、削孔する地山が異なっても、フィード圧の差分が同じであれば、それに対応する削孔速度の差分も同じになると言い換えることができる。
【００６５】
すなわち、図６に示した相関曲線は、回帰分析に用いるプロット数が適切であれば、あらゆる地盤に適用し得る汎用性の高いものであると言える。
【００６６】
以上説明したように、本実施形態に係る相関曲線作成方法によれば、フィード圧の大きさが異なっても、フィード圧の差分が同じであれば、それに対応する削孔速度の差分も同じになるというあらたな知見を前提とし、任意の地山に対し、計測されたフィード圧及び削孔速度から修正削孔速度を算出可能な相関曲線を作成することができる。
【００６７】
（第２実施形態）
【００６８】
次に、本実施形態に係る削孔速度修正方法を説明する。
【００６９】
図７は、本実施形態に係る削孔速度修正方法の手順を示したフローチャートである。同図に示すように、本実施形態に係る削孔速度修正方法においては、まず、第２の削孔現場において削孔時のフィード圧Ｆ2及び削孔速度Ｖ2を計測しながら、予め設定された基準フィード圧Ｆ0、例えば４．９ＭＰａからのフィード圧Ｆ2の差分ΔＦ2を算出する（ステップ１１１）。すなわち、
ΔＦ2＝Ｆ2−Ｆ0
【００７０】
次に、差分ΔＦ2（絶対値）を第１実施形態で述べた相関曲線に適用することにより、削孔速度Ｖ2の変動量ΔＶ2を算出する（ステップ１１２）。
【００７１】
次に、変動量ΔＶ2を削孔速度Ｖ2に加算又は減算して修正削孔速度ＶRを算出する（ステップ１１３）。
ここで、計測されたフィード圧Ｆ2が基準フィード圧Ｆ0よりも大きい場合、削孔速度Ｖ2は、基準フィード圧Ｆ0の下では減少すると考え、下記の式、すなわち、
修正削孔速度ＶR＝削孔速度Ｖ2−ΔＶ2
を演算することで修正削孔速度ＶRを求める。
【００７２】
一方、計測されたフィード圧Ｆ2が基準フィード圧Ｆ0よりも小さい場合、削孔速度Ｖ2は、基準フィード圧Ｆ0の下では増加すると考え、下記の式、すなわち、
修正削孔速度ＶR＝削孔速度Ｖ2＋ΔＶ2
を演算することで修正削孔速度ＶRを求める。
【００７３】
図８は、上述した計測値に対する修正削孔速度ＶRを示したものである。
【００７４】
以上説明したように、本実施形態に係る削孔速度修正方法によれば、修正削孔速度ＶRは、フィード圧が基準フィード圧であった場合の予測値として修正されたものであって、フィード圧の変動が適切に考慮されたものである。
【００７５】
そのため、かかる修正削孔速度ＶRを従来の削孔理論に適用すれば、フィード圧を考慮した削孔速度で削孔エネルギーが算出されることとなり、かくして、従来の削孔理論を用いつつ、精度の高い切羽の前方予測を行うことが可能となる。
【００７６】
（第３実施形態）
【００７７】
次に、第３実施形態に係る地山区分評価テーブルの作成方法について説明する。図９は、本実施形態に係る地山区分評価テーブルの作成方法の手順を示したフローチャートである。同図に示すように、本実施形態に係る地山区分評価テーブルの作成方法においては、まず、上述した削孔速度修正方法で得られた修正削孔速度ＶRから最大値及び最小値を抽出し、これらの値を参考に上限閾値および下限閾値を設定する（ステップ１２１）。
【００７８】
次に、設定した閾値の範囲内に収まっている修正削孔速度ＶRを対象とし、以下に定義される正規化削孔速度比ＶNを求める（ステップ１２２）。
ＶN＝（修正削孔速度ＶR―下限閾値）／（上限閾値―下限閾値）
例えば、上限閾値を２，０００ｃｍ／ｍｉｎ、下限閾値を−１，０００ｃｍ／ｍｉｎとすれば、
ＶN＝（修正削孔速度ＶR＋1000）／3000
となる。
【００７９】
ちなみに、上述した手順で正規化を行えば、正規化削孔速度比ＶNは、各値が０から１の範囲に入ることとなる。
【００８０】
図１０は、上述した削孔データに対して算出された正規化削孔速度比ＶNである。
【００８１】
次に、正規化削孔速度比ＶN及びそのばらつき（ノイズの大小。ばらつきが少ない場合には岩盤の性状が比較的均質であり、ばらつきが多い場合には比較的不均質である）を、第２の削孔現場の地山区分に対応付けることで、地山区分評価テーブルを作成する（ステップ１２３）。
【００８２】
正規化削孔速度比ＶNのばらつきは、例えば所定区間ごとの値が０．０５の変動幅に収まっている場合には小さく(Noiseless)、収まっていない場合には大きい(Noisey)と判断することができる。
【表１】
【００８３】
作成された地山区分評価テーブルを表１に示す。
【００８４】
以上説明したように、本実施形態に係る地山区分評価テーブルの作成方法によれば、任意の削孔現場で計測されたフィード圧及び削孔速度から上述した手順で正規化削孔速度比ＶNを算出するとともにそのノイズの大小を評価し、それを地山区分評価テーブルに照合することで、任意の削孔現場における地山区分を推定することが可能となる。
【００８５】
（第４実施形態）
【００８６】
次に、第４実施形態に係る切羽前方予測方法について説明する。
【００８７】
図１１は、本実施形態に係る切羽前方予測方法の手順を示したフローチャートである。同図に示すように、本実施形態に係る切羽前方予測方法においては、まず、第３の削孔現場において、削孔時のフィード圧Ｆ3及び削孔速度Ｖ3を計測しながら、予め設定された基準フィード圧Ｆ0、例えば４．９ＭＰａからのフィード圧Ｆ3の差分ΔＦ3を算出する（ステップ１３１）。すなわち、
ΔＦ3＝Ｆ3−Ｆ0
【００８８】
次に、差分ΔＦ3（絶対値）を第１実施形態で説明した相関曲線に適用することにより、削孔速度Ｖ3の変動量ΔＶ3を算出する（ステップ１３２）。
【００８９】
次に、変動量ΔＶ3を削孔速度Ｖ3に加算又は減算して修正削孔速度ＶR3を算出する（ステップ１３３）。
ここで、計測されたフィード圧Ｆ3が基準フィード圧Ｆ0よりも大きい場合、削孔速度Ｖ3は、基準フィード圧Ｆ0の下では減少すると考え、下記の式、すなわち、
修正削孔速度ＶR3＝削孔速度Ｖ3−ΔＶ3
を演算することで修正削孔速度ＶR3を求める。
【００９０】
一方、計測されたフィード圧Ｆ3が基準フィード圧Ｆ0よりも小さい場合、削孔速度Ｖ3は、基準フィード圧Ｆ0の下では増加すると考え、下記の式、すなわち、
修正削孔速度ＶR3＝削孔速度Ｖ3＋ΔＶ3
を演算することで修正削孔速度ＶR3を求める。
【００９１】
次に、修正削孔速度ＶR3から最大値及び最小値を抽出し、これらの値を参考に上限閾値および下限閾値を設定する（ステップ１３４）。
【００９２】
次に、設定した閾値の範囲内に収まっている修正削孔速度ＶR3を対象とし、以下に定義される正規化削孔速度比ＶN3を求める（ステップ１３５）。
ＶN3＝（修正削孔速度ＶR3―下限閾値）／（上限閾値―下限閾値）
例えば、上限閾値を２，０００ｃｍ／ｍｉｎ、下限閾値を−１，０００ｃｍ／ｍｉｎとすれば、
ＶN3＝（修正削孔速度ＶR3＋1000）／3000
【００９３】
となる。ちなみに、上述した手順で正規化を行えば、正規化削孔速度比ＶN3は、各値が０から１の範囲に入ることとなる。
【００９４】
次に、正規化削孔速度比ＶN3のばらつきが小さいか(Noiseless)、大きいか(Noisey)を第３実施形態と同様に判別する（ステップ１３６）。
【００９５】
次に、得られた正規化削孔速度比ＶN3のばらつきを、第３実施形態の手順で作成された地山区分評価テーブルに照合し、第３の削孔現場における地山区分を評価する（ステップ１３７）。
【００９６】
以上説明したように、本実施形態に係る切羽前方予測方法によれば、予め作成された相関曲線及び地山区分評価テーブルを用いることにより、切羽前方を予測しようとしている現場、本実施形態では第３の現場において、切羽の前方に拡がる地山の岩盤性状を予測することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】第１実施形態に係る相関曲線作成方法の手順を示したフローチャート。
【図２】相関曲線を作成する際に用いた平均フィード圧に対する削孔速度を示すグラフ。
【図３】フィード圧と削孔速度との関係を横軸に距離程をとって示したグラフであり、フィード圧の変動量とそれらに対応する削孔速度の変動量を併記したもの。
【図４】同じくフィード圧と削孔速度との関係を横軸に距離程をとって示したグラフ。
【図５】同じくフィード圧と削孔速度との関係を横軸に距離程をとって示したグラフ。
【図６】フィード圧の変動量とそれらに対応する削孔速度の変動量との相関関係を示したグラフ。
【図７】第２実施形態に係る削孔速度修正方法の手順を示したフローチャート。
【図８】修正削孔速度ＶRを示したグラフ。
【図９】第３実施形態に係る地山区分評価テーブルの作成方法の手順を示したフローチャート。
【図１０】正規化削孔速度比ＶNを示したグラフ。
【図１１】第４実施形態に係る切羽前方予測方法の手順を示したフローチャート。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の削孔現場において削岩機等の削孔手段で地山を削孔するとともに削孔時のフィード圧Ｆ1と削孔速度Ｖ1とを計測し、前記フィード圧Ｆ1の変動量ΔＦ1と該変動量に対応する前記削孔速度Ｖ1の変動量ΔＶ1とを回帰分析して相関曲線を作成することを特徴とする相関曲線作成方法。
【請求項２】
第２の削孔現場において削岩機等の削孔手段で地山を削孔するとともに削孔時のフィード圧Ｆ2と削孔速度Ｖ2とを計測し、
前記フィード圧Ｆ2の基準フィード圧からの差分ΔＦ2を算出して該差分ΔＦ2を請求項１記載の相関曲線に適用することにより、前記削孔速度Ｖ2の変動量ΔＶ2を算出し、
前記変動量ΔＶ2を前記削孔速度Ｖ2に加算又は減算して修正削孔速度ＶRを算出することを特徴とする削孔速度修正方法。
【請求項３】
請求項２記載の修正削孔速度ＶRを、それらの値が０から１となるように正規化して正規化削孔速度比ＶNを算出し、
前記正規化削孔速度比ＶN及びそのばらつきを前記第２の削孔現場の地山区分に対応付けることで地山区分評価テーブルを作成することを特徴とする地山区分評価テーブルの作成方法。
【請求項４】
第３の削孔現場において削岩機等の削孔手段で地山を削孔するとともに削孔時のフィード圧Ｆ3と削孔速度Ｖ3とを計測し、
前記フィード圧Ｆ3の基準フィード圧からの差分ΔＦ3を算出し、
前記差分ΔＦ3を、請求項１記載の相関曲線に適用することにより、前記削孔速度Ｖ3の変動量ΔＶ3を算出し、
前記変動量ΔＶ3を前記削孔速度Ｖ3に加算又は減算して修正削孔速度ＶRを算出し、
前記修正削孔速度ＶRを、それらの値が０から１となるように正規化して正規化削孔速度比ＶNを算出し、
前記正規化削孔速度比ＶN及びそのばらつきを、請求項３記載の地山区分評価テーブルに適用することで、前記第３の削孔現場における地山区分を推測することを特徴とする切羽前方予測方法。
【請求項１】
第１の削孔現場において削岩機等の削孔手段で地山を削孔するとともに削孔時のフィード圧Ｆ1と削孔速度Ｖ1とを計測し、前記フィード圧Ｆ1の変動量ΔＦ1と該変動量に対応する前記削孔速度Ｖ1の変動量ΔＶ1とを回帰分析して相関曲線を作成することを特徴とする相関曲線作成方法。
【請求項２】
第２の削孔現場において削岩機等の削孔手段で地山を削孔するとともに削孔時のフィード圧Ｆ2と削孔速度Ｖ2とを計測し、
前記フィード圧Ｆ2の基準フィード圧からの差分ΔＦ2を算出して該差分ΔＦ2を請求項１記載の相関曲線に適用することにより、前記削孔速度Ｖ2の変動量ΔＶ2を算出し、
前記変動量ΔＶ2を前記削孔速度Ｖ2に加算又は減算して修正削孔速度ＶRを算出することを特徴とする削孔速度修正方法。
【請求項３】
請求項２記載の修正削孔速度ＶRを、それらの値が０から１となるように正規化して正規化削孔速度比ＶNを算出し、
前記正規化削孔速度比ＶN及びそのばらつきを前記第２の削孔現場の地山区分に対応付けることで地山区分評価テーブルを作成することを特徴とする地山区分評価テーブルの作成方法。
【請求項４】
第３の削孔現場において削岩機等の削孔手段で地山を削孔するとともに削孔時のフィード圧Ｆ3と削孔速度Ｖ3とを計測し、
前記フィード圧Ｆ3の基準フィード圧からの差分ΔＦ3を算出し、
前記差分ΔＦ3を、請求項１記載の相関曲線に適用することにより、前記削孔速度Ｖ3の変動量ΔＶ3を算出し、
前記変動量ΔＶ3を前記削孔速度Ｖ3に加算又は減算して修正削孔速度ＶRを算出し、
前記修正削孔速度ＶRを、それらの値が０から１となるように正規化して正規化削孔速度比ＶNを算出し、
前記正規化削孔速度比ＶN及びそのばらつきを、請求項３記載の地山区分評価テーブルに適用することで、前記第３の削孔現場における地山区分を推測することを特徴とする切羽前方予測方法。
【図１】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図１０】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図１０】
【公開番号】特開２００８−１５６８２４（Ｐ２００８−１５６８２４Ａ）
【公開日】平成２０年７月１０日（２００８．７．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３４３６０４（Ｐ２００６−３４３６０４）
【出願日】平成１８年１２月２０日（２００６．１２．２０）
【出願人】（００００００５４９）株式会社大林組 (1,758)
【公開日】平成２０年７月１０日（２００８．７．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１２月２０日（２００６．１２．２０）
【出願人】（００００００５４９）株式会社大林組 (1,758)
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