(57)【要約】【課題】トンネルの将来の変形を効果的に予測する。【解決手段】トンネルの切羽、側壁、底盤の少なくとも一つ以上から地山に向けてボーリング孔を削孔すると共に、削孔した前記ボーリング孔に孔径変位計測装置を挿入配置して、前記ボーリング孔の孔径変位の計測を開始する削孔計測工程と、計測により得られた前記ボーリング孔の孔径変位の時系列変化と、解析により得られる前記ボーリング孔の孔径変位の時系列変化とを比較して、クリープ解析に用いるパラメータを設定するパラメータ設定工程と、前記トンネルの周辺地山及び覆工構造体を複数の要素に分割した解析モデルに対して、設定された前記パラメータを用いてクリープ解析を行う解析工程とを含む。【選択図】図１０
2020066843.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネルの切羽、側壁、底盤の少なくとも一つ以上から地山に向けてボーリング孔を削孔すると共に、削孔した前記ボーリング孔に孔径変位計測装置を挿入配置して、前記ボーリング孔の孔径変位の計測を開始する削孔計測工程と、
計測により得られた前記ボーリング孔の孔径変位の時系列変化と、解析により得られる前記ボーリング孔の孔径変位の時系列変化とを比較して、クリープ解析に用いるパラメータを設定するパラメータ設定工程と、
前記トンネルの周辺地山及び覆工構造体を複数の要素に分割した解析モデルに対して、設定された前記パラメータを用いてクリープ解析を行う解析工程と、を含む
ことを特徴とするトンネルの変形予測方法。
【請求項２】
前記削孔計測工程では、前記ボーリング孔の削孔後、遅くとも１時間以内に孔径変位の計測を開始する
請求項１に記載のトンネルの変形予測方法。
【請求項３】
前記削孔計測工程では、前記ボーリング孔を前記トンネルの直径よりも深く削孔すると共に、前記孔径変位計測装置を前記ボーリング孔内の前記トンネルから前記直径以上離れた所定の計測位置まで挿入配置して孔径変位を計測する
請求項１又は２に記載のトンネルの変形予測方法。
【請求項４】
前記パラメータ設定工程では、前記パラメータとして、少なくとも、歪み速度を支配する第１クリープパラメータ及び、クリープ破壊時間を支配する第２クリープパラメータを設定する
請求項１から３の何れか一項に記載のトンネルの変形予測方法。
【請求項５】
トンネルの切羽、側壁、底盤の少なくとも一つ以上から周辺地山に向けて削孔したボーリング孔に挿入配置されて、該ボーリング孔の孔径変位を計測する孔径変位計測装置と、
前記ボーリング孔の孔径変位解析値を演算すると共に、前記孔径変位計測装置により得られた孔径変位計測値の時系列変化と、解析により得られる前記孔径変位解析値の時系列変化とを比較して設定されるパラメータを用いて、前記トンネルの周辺地山及び覆工構造体を複数の要素に分割した解析モデルに対してクリープ解析を実行する解析装置と、を備える
ことを特徴とするトンネルの変形予測システム。
【請求項６】
前記孔径変位計測装置は、
前記ボーリング孔に挿入される長尺状の本体部と、
前記本体部の長手方向の一端側及び他端側の少なくとも一方に設けられて前記本体部を前記ボーリング孔内に支持する支持部と、
前記本体部に設けられて孔径変位を計測する計測部と、を備え、
前記計測部は、
前記本体部から張り出して前記ボーリング孔の内壁に弾接する板状の弾性変形部材と、孔径変化に追従した前記弾性変形部材の変形に基づいて孔径変位量を検出する検出部と、を有する
請求項５に記載のトンネルの変形予測システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、トンネルの変形予測方法及び、変形予測システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
山岳トンネル等の施工においては、トンネルの掘進に伴い軟弱地山帯に進入する等、地山状況に変化が生じた場合には、支保工パターンの変更や補助工法の適用等が必要となる。地山の変化に応じた適切な支保工パターンを選定するには、切羽前方を含めたトンネル周囲の地山状況を適宜に把握して、トンネルの将来の変形を予測することが望まれる。
【０００３】
例えば、特許文献１には、トンネル坑内に設置された測距及び測角が可能なトータルステーションにより、掘削後の切羽面を対象としてトンネル延長方向の変位計測を行い、事前に保有しているトンネル延長方向の変位速度と最終変位量との相関データに基づき、トンネルの最終変位量を予測する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２９８４３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、トンネルの将来の変形を高精度に予測するには、トンネルの周辺地山の経時的な変化を支配する時間依存係数（パラメータ）を考慮する必要がある。上記特許文献１記載の技術では、トンネルの変位計測を支保工が構築された状態で行っているため、支保工によって変形が抑制された変位量を計測することになる。このため、パラメータを高精度に設定し、それによってトンネルの変形を高精度に予測するには、支保工の影響を取り除く必要があり、そのための解析に労力を要すると共に、予測精度を十分に担保できない可能性がある。
【０００６】
本開示の技術は、トンネルの将来の変形を効果的に予測することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の方法は、トンネルの切羽、側壁、底盤の少なくとも一つ以上から地山に向けてボーリング孔を削孔すると共に、削孔した前記ボーリング孔に孔径変位計測装置を挿入配置して、前記ボーリング孔の孔径変位の計測を開始する削孔計測工程と、計測により得られた前記ボーリング孔の孔径変位の時系列変化と、解析により得られる前記ボーリング孔の孔径変位の時系列変化とを比較して、クリープ解析に用いるパラメータを設定するパラメータ設定工程と、前記トンネルの周辺地山及び覆工構造体を複数の要素に分割した解析モデルに対して、設定された前記パラメータを用いてクリープ解析を行う解析工程と、を含むことを特徴とする。
【０００８】
また、前記削孔計測工程では、前記ボーリング孔の削孔後、遅くとも１時間以内に孔径変位の計測を開始することが好ましい。また、前記削孔計測工程では、前記ボーリング孔を前記トンネルの直径よりも深く削孔すると共に、前記孔径変位計測装置を前記ボーリング孔内の前記トンネルから前記直径以上離れた所定の計測位置まで挿入配置して孔径変位を計測することが好ましい。
【０００９】
また、前記パラメータ設定工程では、前記パラメータとして、少なくとも、歪み速度を支配する第１クリープパラメータ及び、クリープ破壊時間を支配する第２クリープパラメータを設定することが好ましい。
【００１０】
本開示のシステムは、トンネルの切羽、側壁、底盤の少なくとも一つ以上から周辺地山に向けて削孔したボーリング孔に挿入配置されて、該ボーリング孔の孔径変位を計測する孔径変位計測装置と、前記ボーリング孔の孔径変位解析値を演算すると共に、前記孔径変位計測装置により得られた孔径変位計測値の時系列変化と、解析により得られる前記孔径変位解析値の時系列変化とを比較して設定されるパラメータを用いて、前記トンネルの周辺地山及び覆工構造体を複数の要素に分割した解析モデルに対してクリープ解析を実行する解析装置と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
また、前記孔径変位計測装置は、前記ボーリング孔に挿入される長尺状の本体部と、前記本体部の長手方向の一端側及び他端側の少なくとも一方に設けられて前記本体部を前記ボーリング孔内に支持する支持部と、前記本体部に設けられて孔径変位を計測する計測部と、を備え、前記計測部は、前記本体部から張り出して前記ボーリング孔の内壁に弾接する板状の弾性変形部材と、孔径変化に追従した前記弾性変形部材の変形に基づいて孔径変位量を検出する検出部と、を有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本開示の技術によれば、トンネルの将来の変形を効果的に予測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態に係る変形予測システムを示す模式的な全体構成図である。
【図２】本実施形態に係る孔径変位計測装置の本体部を示す模式的な断面図である。
【図３】本実施形態に係る孔径変位計測装置の第１孔内支持部を示す模式的な斜視図である。
【図４】本実施形態に係る孔径変位計測装置の計測部を示す模式的な断面図である。
【図５】本実施形態に係る孔径変位計測装置を用いたボーリング孔の孔径変位の計測手順を説明する模式図である。
【図６】本実施形態に係る孔径変位計測装置を用いたボーリング孔の孔径変位の計測手順を説明する模式図である。
【図７】本実施形態に係る情報処理装置及び関連する周辺構成を示す機能ブロック図である。
【図８】本実施形態に係る時系列グラフ画像の一例を示す模式図である。
【図９】本実施形態に係る解析結果画像の一例を模式的に示す図である。
【図１０】本実施形態に係るトンネルの変形予測方法の手順を説明するフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付図面に基づいて、本実施形態に係るトンネルの変形予測方法及び、変形予測システムについて説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
【００１５】
［全体構成］
図１は、本実施形態に係るトンネルの変形予測システム１を示す模式的な全体構成図である。
【００１６】
図１に示すように、変形予測システム１は、トンネルの切羽や側壁、底盤から地山に削孔したボーリング孔の孔径変位を計測する孔径変位計測装置２と、計測した孔径変位に基づいてトンネルの将来の変形を予測するクリープ解析等の各種処理を行う情報処理装置１００とを備えて構成されている。
【００１７】
孔径変位計測装置２は、長尺状の本体部１０と、本体部１０の先端側に設けられた第１孔内支持部２０Ａと、本体部１０の基端側に設けられた第２孔内支持部２０Ｂと、本体部１０の各孔内支持部２０Ａ，２０Ｂの間に設けられた計測部３０とを備えている。また、本体部１０の基端部には、挿入棒７０（図５参照）を接続固定するための接続用アダプタ７１が設けられている。
【００１８】
［本体部］
本体部１０は、例えば、アルミニウム等で形成された断面略Ｌ字状の計４枚のアングル材１１Ａ〜１１Ｄを矩形状に配置すると共に、これらアングル材１１Ａ〜１１Ｄを長手方向（図中Ｚ方向）に平行に設けることにより構成されている。
【００１９】
具体的には、図２に示すように、各アングル材１１Ａ〜１１Ｄは、所定の間隔をおいて互いにＬ字が反対側に向くように対向配置されている。すなわち、各アングル材１１Ａ〜１１Ｄの対向側面によって４方向に開放する略十字状（＋字状）の空間１２が区画形成されている。各アングル材１１Ａ〜１１Ｄは、その対向側面に架け渡された複数のブラケット１５Ａ〜１５Ｄに、不図示のボルトナット等を締結することにより互いに連結固定されている。本体部１０の断面寸法Ｄは、ボーリング孔とのクリアランスを十分に確保できる約４ｃｍ程度とされており、本体部１０をボーリング孔内に容易に挿入できるようになっている。また、各アングル材１１Ａ〜１１Ｄの長手方向の長さは、約９１ｃｍとされており、本体部１０の接続用アダプタ７１（図１参照）を含めた長手方向の全体長さは、約１ｍ程度とされている。なお、本体部１０の寸法は、これらの数値に限定されるものではなく、計測対象となるボーリング孔の孔径や深さ等に応じて適宜に設定することができる。
【００２０】
なお、以下の説明では、一対のアングル材１１Ａ，１１Ｂの対向空間Ｘ１を第１スリット、一対のアングル材１１Ｃ，１１Ｄの対向空間Ｘ２を第２スリット、一対のアングル材１１Ｂ，１１Ｃの対向空間Ｙ１を第３スリット、一対のアングル材１１Ａ，１１Ｄの対向空間Ｙ２を第４スリットと称する。また、第１スリットＸ１及び第２スリットＸ２が開放する方向をＸ方向、第３スリットＹ１及び第４スリットＹ２が開放する方向をＹ方向と称する。
【００２１】
［孔内支持部］
次に、第１孔内支持部２０Ａ及び、第２孔内支持部２０Ｂの詳細構造について説明する。これら第１及び第２孔内支持部２０Ａ，２０Ｂは、略同一構造で構成されるため、以下では、先端側の第１孔内支持部２０Ａを説明し、基端側の第２孔内支持部２０Ｂについては説明を省略する。
【００２２】
図３は、第１孔内支持部２０Ａを示す模式的な斜視図である。第１孔内支持部２０Ａは、第１支持用リング部材２１と、第２支持用リング部材２２と、第１ブラケット２３と、第２ブラケット２４と、第３ブラケット２５と、第４ブラケット２６とを備えて構成されている。
【００２３】
各ブラケット２３〜２６は、本体部１０の長手方向Ｚに互いに所定の間隔をおいて対向配置されている。これらブラケット２３〜２６は、本体部１０の各アングル材１１Ａ〜１１Ｄに不図示のボルトナット等を締結することにより固定さている。
【００２４】
第１及び第２支持用リング部材２１，２２は、弾性変形可能な鋼製の薄板リング部材であって、互いに径方向が直交するように配置されている。これら第１及び第２支持用リング部材２１，２２のリング幅は、好ましくは約１ｃｍ程度とされている。
【００２５】
第１支持用リング部材２１は、第１スリットＸ１及び第２スリットＸ２に挿入配置されている。より詳しくは、第１支持用リング部材２１は、本体部１０の長手方向Ｚの対角２箇所を第２ブラケット２４及び第４ブラケット２６に不図示のボルトナット等で締結固定されており、各スリットＸ１，Ｘ２から突出する部位が本体部１０からＸ方向外側に半円弧状に湾曲して張り出すように設けられている。
【００２６】
第２支持用リング部材２２は、第３スリットＹ１及び第４スリットＹ２に挿入配置されている。より詳しくは、第２支持用リング部材２２は、本体部１０の長手方向Ｚの対角２箇所を、第１ブラケット２３及び第３ブラケット２５に不図示のボルトナット等で締結固定されており、各スリットＹ１，Ｙ２から突出する部位が本体部１０からＹ方向外側に半円弧状に湾曲して張り出すように設けられている。
【００２７】
以上のように構成された第１孔内支持部２０Ａによれば、本体部１０をボーリング孔内の所定位置に挿入配置すると、第１及び第２支持用リング部材２１，２２がボーリング孔の内壁に弾接して径方向内側に変形することにより、本体部１０をボーリング孔の略中心位置に確実に保持できるようになっている。また、本体部１０をボーリング孔に挿入、又は、ボーリング孔から回収する際には、第１及び第２支持用リング部材２１，２２がボーリング孔の内壁に摺接しながら弾性変形することにより、本体部１０をボーリング孔内で円滑に移動できるようになっている。
【００２８】
［計測部］
次に、図４に基づいて、計測部３０の詳細について説明する。図４（Ａ）は、計測部３０をＹ方向に切り欠いて示す模式的な縦断面図であり、図４（Ｂ）は、計測部３０をＸ方向に切り欠いて示す模式的な横断面図である。計測部３０は、ボーリング孔の主としてＸ方向の孔径変位を計測する第１計測部４０と、ボーリング孔の主としてＹ方向の孔径変位を計測する第２計測部５０とを備えている。
【００２９】
［第１計測部］
図４（Ａ）に示すように、第１計測部４０は、第１計測用リング部材４１と、第１スライダー部材４２と、第１検出部４３とを備えて構成されている。
【００３０】
第１計測用リング部材４１は、弾性変形可能な鋼製の薄板を本体部１０の基端側に開放する略Ｃ字状に湾曲させることにより形成されている。第１計測用リング部材４１のリング幅は、好ましくは約１ｃｍ程度とされている。
【００３１】
第１計測用リング部材４１は、第１スリットＸ１及び第２スリットＸ２に挿入配置されている。より詳しくは、第１計測用リング部材４１は、その開放側端部４１Ａを本体部１０に固設された第１固定ブラケット４８に不図示のボルトナット等で締結固定されており、各スリットＸ１，Ｘ２から突出する部位が本体部１０からＸ方向外側に略半円弧状に張り出すように設けられている。
【００３２】
さらに、第１計測用リング部材４１は、開放側端部４１Ａとは反対側の湾曲端部４１Ｂを第１スライダー部材４２に弾接又は、不図示のボルトナット等で締結固定されている。第１スライダー部材４２は、ガイドレールとして機能する各アングル材１１Ａ〜１１Ｄの対向空間内に長手方向Ｚに沿ってスライド移動自在に保持されている。
【００３３】
すなわち、第１計測用リング部材４１の本体部１０から張り出した部位が、ボーリング孔の孔径縮小に伴い径方向内側に追従変形すると、第１計測用リング部材４１の全体が第１固定ブラケット４８を支点に本体部１０の長手方向Ｚに伸長することにより、第１スライダー部材４２を図中Ｚ１方向にスライド移動させるように構成されている。
【００３４】
第１検出部４３は、弾性変形可能な第１起歪体４４と、第１起歪体４４に貼り付けられた第１歪みゲージ４５とを備えている。第１起歪体４４は、例えば、銅等の金属で形成された帯板部材であって、一端側を第１スライダー部材４２に固定されると共に、他端側を第２固定ブラケット５８に固定されて、これら第１スライダー部材４２と第２固定ブラケット５８との間に湾曲状態で設けられている。
【００３５】
第１検出部４３は、第１計測用リング部材４１の変形により第１スライダー部材４２が図中Ｚ１方向にスライド移動すると、これに伴い第１起歪体４４が湾曲変形することにより、第１起歪体４４に生じた歪みを第１歪みゲージ４５の抵抗値又は電圧値の変化として検出するように構成されている。第１歪みゲージ４５の抵抗値又は電圧値の変化量は、不図示のリード線を介して接続された情報処理装置１００（図１参照）に送信される。
【００３６】
［第２計測部］
図４（Ｂ）に示すように、第２計測部５０は、第２計測用リング部材５１と、第２スライダー部材５２と、第２検出部５３とを備えて構成されている。
【００３７】
第２計測用リング部材５１は、弾性変形可能な鋼製の薄板を本体部１０の先端側に開放する略Ｃ字状に湾曲させることにより形成されている。第２計測用リング部材５１のリング幅は、好ましくは約１ｃｍ程度とされている。
【００３８】
第２計測用リング部材５１は、第３スリットＹ１及び第４スリットＹ２に挿入配置されている。より詳しくは、第２計測用リング部材５１は、その開放側端部５１Ａを本体部１０に固設された第２固定ブラケット５８に不図示のボルトナット等で締結固定されており、各スリットＹ１，Ｙ２から突出する部位が本体部１０からＹ方向外側に略半円弧状に張り出すように設けられている。
【００３９】
さらに、第２計測用リング部材５１は、開放側端部５１Ａとは反対側の湾曲端部５１Ｂを第２スライダー部材５２に弾接支持又は、不図示のボルトナット等で締結固定されている。第２スライダー部材５２は、ガイドレールとして機能する各アングル材１１Ａ〜１１Ｄの対向空間内に長手方向Ｚに沿ってスライド移動自在に保持されている。
【００４０】
すなわち、第２計測用リング部材５１の本体部１０から張り出した部位が、ボーリング孔の孔径縮小に伴い径方向内側に追従変形すると、第２計測用リング部材５１の全体が第２固定ブラケット５８を支点に本体部１０の長手方向Ｚに伸長することにより、第２スライダー部材５２を図中Ｚ２方向にスライド移動させるように構成されている。
【００４１】
第２検出部５３は、弾性変形可能な第２起歪体５４と、第２起歪体５４に貼り付けられた第２歪みゲージ５５とを備えている。第２起歪体５４は、例えば、銅等の金属で形成された帯板部材であって、一端側を第２スライダー部材５２に固定されると共に、他端側を第１固定ブラケット４８に固定されて、これら第２スライダー部材５２と第１固定ブラケット４８との間に湾曲状態で設けられている。
【００４２】
第２検出部５３は、第２計測用リング部材５１の変形により第２スライダー部材５２が図中Ｚ２方向にスライド移動すると、これに伴い第２起歪体５４が湾曲変形することにより、第２起歪体５４に生じた歪みを第２歪みゲージ５５の抵抗値又は電圧値の変化として検出するように構成されている。第２歪みゲージ５５の抵抗値又は電圧値の変化量は、不図示のリード線を介して接続された情報処理装置１００（図１参照）に送信される。
【００４３】
［情報処理装置］
図１に戻り、情報処理装置１００は、例えば、パーソナルコンピュータ等の演算を行う処理装置であり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０１と、ＲＡＭ（Random Access Memory）等により構成された主記憶装置１０２と、ハードディスク等により構成された補助記憶装置１０３とを備えている。補助記憶装置１０３には、後述するクリープ解析を実現するための解析プログラム等が格納されている。クリープ解析等の各種処理は、ＣＰＵ１０１が補助記憶装置１０３に格納されているプログラムを主記憶装置１０２に読み込んで実行することにより実現される。
【００４４】
入力装置１８０は、例えば、情報処理装置１００に接続されたキーボードやマウス等を含み、情報処理装置１００に種々の情報や指示等を入力する。表示装置１９０は、例えば、情報処理装置１００に接続されたディスプレイであって、情報処理装置１００から供給される画像データに基づいて、各種画像を表示させる。また、表示装置１９０は、解析を行うための各種条件を入力する画面、解析モデル、解析結果等を表示させる。
【００４５】
［計測方法］
次に、図５，６に基づいて、本実施形態に係る孔径変位計測装置２を用いたボーリング孔３００の孔径変位の計測手順について説明する。なお、図中において、符号Ｔはトンネル、符号Ｇは地山、符号２００は切羽、符号２１０は鋼製支保工、符号２２０は吹付けコンクリートをそれぞれ模式的に示している。
【００４６】
図５（Ａ）に示すように、ドリルジャンボ等のドリル装置４００を用いて、切羽２００から前方に向けてボーリング孔３００を削孔する（第１ステップ）。図示例において、ボーリング孔３００は、略水平方向に削孔されているが、鉛直方向或いは斜め前方に向けて削孔してもよい。また、ボーリング孔３００は、トンネルＴの側壁や底盤から径方向に向けて削孔してもよい。
【００４７】
本実施形態において、ボーリング孔３００は、本体部１０をトンネルＴの応力解放や覆工構造体（鋼製支保工２１０、吹付けコンクリート２２０等）の力学的影響を大きく受けない地山Ｇに設置できるよう、好ましくは、トンネルＴの直径よりも長い深さ（例えば、約２０ｍ）で削孔される。
【００４８】
ボーリング孔３００を削孔したならば、図５（Ｂ）に示すように、作業者は、挿入棒７０を把持して押し入れることにより、本体部１０をボーリング孔３００内に速やかに挿入する（第２ステップ）。この際、本体部１０は、ボーリング孔３００の内壁に摺接する支持用リング部材２１，２２によって安定的に支持されながら、ボーリング孔３００内を円滑に移動する。すなわち、本体部１０を、ボーリング孔３００の内壁凹凸やボーリング孔３００内に残存する小石等に阻害されることなく、所望の計測位置まで短時間且つ容易に挿入することができる。
【００４９】
図６（Ａ）に示すように、本体部１０をボーリング孔３００内の所定の計測位置（図示例では、切羽２００からトンネルＴの直径以上離れた先端部）まで挿入したならば、孔径変位の計測を即座に開始する（第３ステップ）。本実施形態では、本体部１０を挿入する第２ステップを短時間で行えるため、ボーリング孔３００の削孔完了から計測開始までの所要時間が確実に短縮されるようになり、削孔直後から変化するボーリング孔３００の孔径変位を初期段階から効果的に計測することが可能になる。また、本体部１０を切羽２００からトンネルＴの直径以上離れたボーリング孔３００の先端部まで挿入して計測を行うことで、覆工構造体等の力学的影響を含まない孔径変位を効果的に測定することが可能になる。
【００５０】
孔径変位の計測開始から所定の時間が経過した後、ボーリング孔３００の孔径変位の計測を終了したならば、図６（Ｂ）に示すように、作業者は、挿入棒７０を把持して引き抜くことにより、本体部１０をボーリング孔３００から回収する（第４ステップ）。この際、本体部１０は、支持用リング部材２１，２２によって安定的に支持されながら、ボーリング孔３００内を円滑に移動する。すなわち、本体部１０を、ボーリング孔３００の内壁凹凸やボーリング孔３００内に残存する小石等に阻害されることなく、確実に回収することができる。
【００５１】
以上詳述した本実施形態の孔径変位計測装置２によれば、長尺状の本体部１０に、複数本のリング部材２１，２２，４１，５１、スライダー部材４２，５２、起歪体４４，５４及び、歪みゲージ４５，５５を設ける簡素な構成としたことにより、装置のコストを効果的に抑えることが可能となり、さらには、装置全体の小型化を図ることもできる。
【００５２】
また、本体部１０をアルミニウム製のアングル材１１Ａ〜１１Ｄで構成すると共に、各リング部材２１，２２，４１，５１を鋼製の薄板で形成することにより、装置全体の軽量化を図ることが可能となり、挿入時及び回収時の作業性を確実に向上することができる。
【００５３】
また、ボーリング孔の内壁に弾接する支持用リング部材２１，２２を本体部１０から直交する４方向に半円弧状に張り出すように設けたことにより、計測時には本体部１０がボーリング孔の略中心位置に効果的に保持されるようになり、孔径変位の計測精度を向上することができる。
【００５４】
［トンネルの変形予測］
図７は、本実施形態に係る情報処理装置１００及び関連する周辺構成を示す機能ブロック図である。情報処理装置１００は、制御部１１０と、孔径変位計測値演算部１２０と、孔径変位解析部１３０と、パラメータ設定部１４０と、クリープ解析部１５０と、出力部１６０とを一部の機能要素として有する。
【００５５】
制御部１１０は、情報処理装置１００の全体の動作を制御する。また、制御部１１０は、入力装置１８０を介してオペレータが入力する各種要求を受け付ける。また、制御部１１０は、受け付けた要求に従い、孔径変位計測値演算部１２０、孔径変位解析部１３０、パラメータ設定部１４０、クリープ解析部１５０及び、出力部１６０を制御して、オペレータからの要求に応じた各種処理を行う。
【００５６】
孔径変位計測値演算部１２０は、孔径変位計測装置２から入力される歪みゲージ４５，５５の抵抗値又は電圧値の変化量に基づいて、ボーリング孔の孔径変位計測値Δｄｍをリアルタイムで演算する。孔径変位計測値Δｄｍは、例えば、歪みゲージ４５，５５の抵抗値又は電圧値の変化量を入力値として含む公知の演算式、或は、これらの関係を予め実験等により規定したマップ等を参照することによりに求めればよい。孔径変位計測値演算部１２０により演算される孔径変位計測値Δｄｍは、出力部１６０に送信される。
【００５７】
孔径変位解析部１３０は、ボーリング孔をモデル化した有限差分法又は有限要素法等を用いてボーリング孔の孔径変位解析値Δｄａを演算する。具体的には、孔径変位解析部１３０は、後述するクリープ解析を行うために必要な各種パラメータ及び、時間を含む以下の数式（１）に従って孔径変位解析値Δｄａを演算する。
【００５８】
【数１】
2020066843.tif 000003
但し、Ｅ：ヤング率
ｖ：ポアソン比
Ａ：主に歪み速度を支配する第１クリープパラメータ
Ｂ：主にクリープ破壊時間を支配する第２クリープパラメータ
ｑ：主に応力に対するクリープ挙動の感度を支配する第３クリープパラメータ
φ：破壊前の第１内部摩擦角
φτ：破壊後の第２内部摩擦角
ｃｒ：破壊後の粘着力
Ｔ：時間
【００５９】
これら各種パラメータは、オペレータの操作に応じて入力装置１８０から入力される値を制御部１１０が受け付けることにより設定される。ヤング率Ｅ、ポアソン比ｖ、第１内部摩擦角φ、第２内部摩擦角φτ及び、粘着力ｃｒは、トンネル周囲の地山の種類等に応じた既知の値等に基づいて設定される。また、第３クリープパラメータｑは、一軸圧縮試験等から得られている経験的な値（例えば、０．００６）で設定される。また、第１クリープパラメータＡ及び、第２クリープパラメータＢは、オペレータが任意の値を適宜に調整するパラメータスタディにより設定される。孔径変位解析部１３０により演算される孔径変位解析値Δｄａは、出力部１６０に送信される。
【００６０】
出力部１６０は、孔径変位計測値演算部１２０から取得した孔径変位計測値Δｄｍ及び、孔径変位解析部１３０から取得した孔径変位解析値Δｄａを時系列グラフ画像に生成して表示装置１９０に送信する。
【００６１】
図８は、表示装置１９０に表示される時系列グラフ画像の一例を示す模式図である。時系列グラフ画像は、横軸に経過時間Ｔ、縦軸に孔径変位計測値Δｄｍ及び、孔径変位解析値Δｄａの時系列変化を示す孔径変位Δｄが設定されている。オペレータは、時系列グラフ画像を参照しながら入力装置１８０を操作してクリープパラメータＡ，Ｂを任意の値に調整し、孔径変位解析値Δｄａの時系列変化曲線を孔径変位計測値Δｄｍの時系列変化曲線にカーブフィッティングさせることにより、各種パラメータの最適値を求めるパラメータスタディを行う。パラメータスタディにより得られた各種パラメータの最適値は、パラメータ設定部１４０によってメモリ（図１に示す主記憶装置１０２又は補助記憶装置１０３）に格納される。
【００６２】
クリープ解析部１５０は、メモリに格納された各種パラメータの最適値を用いて有限差分法又は有限要素法等によるクリープ解析を行う。具体的には、クリープ解析部１５０は、トンネルの周辺地山及び覆工構造体を複数の要素に分割した解析モデルに対してクリープ解析を行うことにより、各要素のせん断歪み（及び、又は応力）を算出する。クリープ解析部１５０による解析結果は出力部１６０に送信され、出力部１６０にて解析結果画像に生成されて表示装置１９０に送信される。
【００６３】
図９は、解析結果画像の一例を模式的に示す図であって、（Ａ）は２０年後の最大せん断歪みの分布を示し、（Ｂ）は３０年後に破損する要素を示している。図９（Ａ）に示す一例では、２０年後にトンネルの底盤隅角部付近の地山のクリープが進み、当該底盤隅角部付近のせん断歪みが増大する解析結果が得られた（図中の色彩が濃い領域参照）。また、図９（Ｂ）に示す一例では、３０年後に底盤隅角部付近の底盤コンクリートの端部が破損する解析結果が得られた（図中実線の要素参照）。このように、有限差分法又は有限要素法を用いたクリープ解析により、トンネルの将来的な変形を予測することで、地山の状態に応じた支保工パターンの設計変更や補助工法の選定に役立てることが可能になる。
【００６４】
次に、図１０のフローに基づいて、本実施形態に係るトンネルの変形予測方法の手順について説明する。
【００６５】
第１工程Ｓ１では、図５（Ａ）に基づいて説明したように、ドリル装置４００を用いてトンネルＴの切羽、側壁、底盤の少なくとも一つ以上から地山Ｇにボーリング孔３００を削孔する。この際、孔径変位計測装置２の本体部１０をトンネルＴの応力解放や覆工構造体２１０，２２０の力学的影響を大きく受けない地山Ｇに挿入設置できるように、ボーリング孔３００の深さはトンネルＴの直径よりも長く削孔する。この第１工程Ｓ１は、本発明の削孔計測工程の前半に相当する。
【００６６】
第２工程Ｓ２では、図５（Ｂ）及び、図６（Ａ）に基づいて説明したように、ボーリング孔３００に孔径変位計測装置２の本体部１０を速やかに挿入すると共に、孔径変位の計測を即座に開始する。孔径変位計測装置２の本体部１０は、ボーリング孔３００に容易且つ短時間で挿入できるように構成されているため、削孔直後から変化するボーリング孔３００の孔径変位を初期段階から計測することができる。この第２工程Ｓ２は、本発明の削孔計測工程の後半に相当する。本実施形態において、第１工程Ｓ１の終了後、第２工程Ｓ２を開始するまでのインターバルは短いほど好ましく、例えば１５〜２０分程度を目安とし、長くても１時間以内とされる。すなわち、ボーリング孔１００の削孔後、遅くとも１時間以内に孔径変位の計測を開始する。
【００６７】
第３工程Ｓ３では、計測により得られた孔径変位計測値Δｄｍと、解析により得られる孔径変位解析値Δｄａとを比較し、クリープパラメータＡ，Ｂを任意の値に適宜に調整しながら、孔径変位解析値Δｄａの時系列変化曲線を孔径変位計測値Δｄｍの時系列変化曲線にカーブフィッティングさせることにより、各種パラメータの最適値を設定するパラメータスタディを行う。この第３工程Ｓ３は、本発明のパラメータ設定工程に相当する。
【００６８】
第４工程Ｓ４では、トンネルＴの周辺地山Ｇ及び覆工構造体２１０，２２０を複数の要素に分割した解析モデルに対して、第３工程Ｓ３にて設定した各種パラメータを用いて有限差分法又は有限要素法によるクリープ解析を行うことにより、各要素のせん断歪み（又は応力）を算出し、トンネルの変形予測を終了する。この第４工程Ｓ４は、本発明の解析工程に相当する。
【００６９】
以上詳述した本実施形態によれば、ボーリング孔３００をトンネルＴの直径よりも深く削孔して孔径変位計測装置２の本体部１０を挿入設置することにより、トンネルＴの応力解放や覆工構造体２１０，２２０の力学的影響を含まない孔径変位を効果的に計測できるように構成されている。これにより、覆工構造体２１０，２２０の力学的影響を取り除く等の労力が不要となり、解析作業の省力化を図りつつ、トンネルＴの変形を効率的に予測することができる。
【００７０】
また、孔径変位計測装置２の本体部１０は、ボーリング孔３００に容易且つ短時間に挿入できるように構成されている。これにより、削孔直後から変化するボーリング孔３００の孔径変位を初期段階から計測することが可能となり、クリープ解析の精度を効果的に向上しつつ、トンネルＴの将来の変形も高精度に予測することができる。
【００７１】
［その他］
なお、本開示は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜に変形して実施することが可能である。
【００７２】
例えば、上記実施形態は、山岳トンネルの施工に適用されるものとして説明したが、既設トンネルに変状異常等が生じた場合には、当該異常箇所の解析に適用することもできる。
【００７３】
また、孔径変位計測装置２は、複数の本体部１０を長手方向に連結してボーリング孔に挿入することにより、孔径変位を多点同時に計測できるように構成してもよい。また、計測用リング部材４１，５１の本数は、図示例の２本に限定されず、３本以上とすることにより、孔径変位の計測方向をさらに追加するように構成してもよい。
【００７４】
また、孔径変位を検出する構成は、起歪体４４，５４及び、歪みゲージ４５，５５に限定されず、計測用リング部材４１，５１の径方向内側への変形量、或は、スライダー部材４２，５２のスライド移動量を直接的に検出可能なセンサ類を用いて構成してもよい。
【符号の説明】
【００７５】
１  変形予測システム
２  孔径変位計測装置
１０  本体部
１１Ａ〜１１Ｄ  アングル材
２０Ａ  第１孔内支持部
２０Ｂ  第２孔内支持部
２１  第１支持用リング部材
２２  第２支持用リング部材
３０  計測部
４０  第１計測部
４１  第１計測用リング部材
４２  第１スライダー部材
４３  第１検出部
４４  第１起歪体
４５  第１歪みゲージ
５０  第２計測部
５１  第２計測用リング部材
５２  第２スライダー部材
５３  第２検出部
５４  第２起歪体
５５  第２歪みゲージ
１００  情報処理装置
１１０  制御部
１２０  孔径変位計測値演算部
１３０  孔径変位解析部
１４０  パラメータ設定部
１５０  クリープ解析部
１６０  出力部
１８０  入力装置
１９０  表示装置
【図１】
2020066843.tif 000004
【図２】
2020066843.tif 000005
【図３】
2020066843.tif 000006
【図４】
2020066843.tif 000007
【図５】
2020066843.tif 000008
【図６】
2020066843.tif 000009
【図７】
2020066843.tif 000010
【図８】
2020066843.tif 000011
【図９】
2020066843.tif 000012
【図１０】
2020066843.tif 000013