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土中音波位置探査技術の開発

地下構築(分岐・合流・接合)時の高精度測位技術

松本 三千緒*1・宮崎 裕道*1

Development of Underground Positional Sound-wave Measurement Technology

Highly Accurate Measurements for Underground Construction Work (Divergence, Confluence, and Joints)

Michio MATSUMOTO*1 and Hiromichi MIYAZAKI*1

研究の目的

近年,シールドトンネルなど地下構造物の構築では大深度化・長距離化のニーズが多くなってきています。しかし,このような大深度では従来の位置確認方法が適用できないケースが多く,構造物構築にあたり正確な位置管理を実現する技術が要請されていました。そこで,深度50m・探査範囲50mの領域で精度±20mm以内を確保する位置探査技術を開発しました。

技術の説明

防音室などが地下に作られるのは,土中では音波は伝わりにくいという理由からです。しかし,土中でも地下水位よりも深い場所であれば,音波をある程度の距離まで届かすことが可能です。本技術はこの点に着目し,50m以上の深い土中でも使用できる音波受信器と低周波大出力の音波発信器を開発しました。本システムでは,この音波発信器から特殊な音波(PRBSコード位相変調波)を出力し,複数の受信器(位置は既知)により音波を受信し,各受信器での音波到達時間を解析することにより,周辺の土中音速と発信器の位置(X,Y,Z)を算出します。受信機器の数は最低4台必要ですが,最小二乗法などによる収束計算で解析するため,現実的には6~8台を使用して位置探査を行なう事により精度を向上させています。

主な結論

まず,フィールド実験(砂層・砂礫層)にて性能を確認し,次にシールド工事での実証実験(土丹層)により,深度-50m,計測距離(到達地点との距離)26mで誤差5㎜以下の計測精度を実証しました。また,この成果に基づいて深度100m以上,計測距離130m以上の性能を持つ発信器を開発し性能を検証しています。装置は小型であるため,自在ボーリングや曲線パイプルーフなどの小口径掘進機の位置決め・誘導にも利用可能です。今後は,本技術の様々な工事への活用方法を検討し,展開を図っていきたいと考えています。

*1 技術センター 土木技術開発部 土木技術開発プロジェクト室