(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地中変位を計測するために削孔された計測用孔に設置するための地中変位計であって、
前記計測用孔内に挿入される計測管と、
該計測管の一端部を前記計測用孔の孔奥で固定するため前記一端部に設けられたパンタグラフ状の第１アンカーと、
前記計測管の他端部を支持するフランジ部と、
前記フランジ部を前記計測用孔の孔口付近に固定するため前記フランジ部に設けられたパンタグラフ状の第２アンカーと、
前記フランジ部に変位計固定用治具を介して固定された板ばね変位計と、
前記フランジ部に固定され前記板ばね変位計と電気的に接続されたデータロガーと
を備えて成ることを特徴とする地中変位計。
【請求項２】
シェルを有する掘削機で掘削されたトンネル内壁に前記シェルに設けられた開口部を介して削孔された計測用孔に請求項１に記載の地中変位計を設置して地中変位を計測するための変位測定方法であって、
前記計測用孔をロックボルト用削孔機で削孔して形成し、
前記地中変位計を前記掘削機内部より前記計測用孔内に挿入し、
しかる後、前記第１及び第２アンカーを拡いて前記地中変位計を岩盤に設置して作動させ、
前記計測用孔の孔奥と孔口との相対変位を連続的に測定して一連の測定データを前記データロガーに記録し、
前記掘削機が前記計測用孔を通過した後に前記地中変位計を回収する
ようにしたことを特徴とする変位測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＴＢＭ、シールド掘削機等の如きシェルを備えた掘削機でトンネルを掘削する場合に生じる地盤の変位を測定するのに好適な、地中変位計及び変位測定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
トンネルを掘削する場合、その掘進に伴って発生する天端沈下や側方変位などのトンネル周囲の地盤内の地中変位を計測してトンネルの安定性を評価することが重要である。このような目的で地中変位を計測するため従来から地中変位計が用いられているが、その設置にあたっては、まず地中変位計を挿入する孔を削孔するためのボーリングマシンを導入し、トンネルとなる掘削計画穴の近くにおいてボーリングを行い、専門の計測業者に地中変位計測を委託していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、地中変位を計測するためのコストが高くなる上に、計測のためのボーリング作業及び変位計の設置作業を行っている間現場の施工を中断しなければならず、計測の実施を回避する傾向を生じている。また、設置された地中変位計からの出力データをデータロガーによって収集しているが、このデータロガーが大きいため地山に埋設することができなかった。このため、ＴＢＭのようなシェルを有する掘削機では地中変位の連続計測が行えないという問題点も有していた。
【０００４】
本発明は従来技術における上述の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、ＴＢＭ、シールド掘削機等の如きシェルを備えた掘削機でトンネルを掘削する際に、掘削機内部からトンネル周囲の地盤内に熟練を必要とせず簡単に設置できる地中変位計、及びこの地中変位計を用いて掘削機による施工中でも地中変位を連続して計測する地中変位測定方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための請求項１の発明の特徴は、地中変位を計測するために削孔された計測用孔に設置するための地中変位計であって、前記計測用孔内に挿入される計測管と、該計測管の一端部を前記計測用孔の孔奥で固定するため前記一端部に設けられたパンタグラフ状の第１アンカーと、前記計測管の他端部を支持するフランジ部と、前記フランジ部を前記計測用孔の孔口付近に固定するため前記フランジ部に設けられたパンタグラフ状の第２アンカーと、前記フランジ部に変位計固定用治具を介して固定された板ばね変位計と、前記フランジ部に固定され前記板ばね変位計と電気的に接続されたデータロガーとを備えて成る点にある。
【０００６】
計測用孔は、トンネル工事で用いられるロックボルト用削孔機等によって削孔することができる。計測用孔に挿入された計測管は、パンタグラフ状の第１アンカーを拡げることによりその一端部が計測用孔の孔奥内で固定され、フランジ部の第２アンカーを拡げることによりその他端部が計測用孔の孔口においてフランジ部により支持される。そして、フランジ部に取付けられている変位計固定用治具に板ばね変位計を固定してデータロガーと接続することにより、計測用孔の孔奥と孔口との相対変位による地中変位の計測データがデータロガー内に記録される。したがって、地中変位計から出るケーブルを必要とすることなく地中変位の測定が可能となる。
【０００７】
請求項２の発明によれば、シェルを有する掘削機で掘削されたトンネル内壁に削孔された計測用孔に地中変位計を設置して地中変位を計測するための変位測定方法であって、前記計測用孔をロックボルト用削孔機で削孔して形成し、請求項１の地中変位計を前記掘削機内部より前記計測用孔内に挿入し、しかる後、前記第１及び第２アンカーを拡いて前記地中変位計を岩盤に設置して作動させ、前記計測用孔の孔奥と孔口との相対変位を連続的に測定して一連の測定データを前記データロガーに記録し、前記掘削機が前記計測用孔を通過した後に前記地中変位計を回収するようにした点にある。
【０００８】
地中変位計の設置は第１及び第２アンカーを計測用孔内で拡げるだけであるから誰でも短時間で設置が可能であり、その設置が本工事施工の妨げとなることはない。また、地中変位計の設置のための計測用孔を殆どのトンネル工事現場で用いられているロックボルト用削孔機を用いてあけるので、従来のようにボーリングマシン等を新規に導入する必要がなくコストの低減に役立つ。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例につき詳細に説明する。
図１は、本発明による地中変位計の実施の形態の一例を示す正面図である。地中変位計１は、トンネル周囲の地盤にロックボルト用削孔機等によってあけられた計測用孔（図示せず）内に設置されてそこでの地中変位を計測し、その計測結果を外部とのケーブル接続なしに記録することができるように構成されたものであり、計測用孔内に挿入される計測管２を有している。計測管２は、比較的安価な材料である耐衝撃性硬質塩化ビニール材料から成る管状のロッド部材であり、計測用孔の孔奥に位置することになる一端部２Ａにはパンタグラフ状の先端アンカー３が設けられている。
【００１０】
先端アンカー３は、計測管２の他端から長いドライバーを内側に差し込んで操作ねじ（図示せず）を回すことにより拡げることができる公知の構成のものである。先端アンカー３がこのようにして測定用孔内で拡げられると、先端アンカー３の複数のクリッパ３１の各屈曲端３１Ａが測定用孔の内周壁に押し付けられ、これにより計測管２の一端部２Ａが計測用孔内で固定される。
【００１１】
計測管２の他端部２Ｂにはフランジ部４が設けられている。フランジ部４の中央部分には貫通孔４Ａが形成されており、計測管２の他端部２Ｂは貫通孔４Ａを貫通して配置されている。
【００１２】
図２は計測管２の他端部２Ｂ近くの平面図、図３は図２のＡ−Ａ線断面図であり、以下、図１乃至図３を参照しながら説明を進める。フランジ部４を計測用孔の孔口において固定するため、フランジ部４には後端アンカー５が設けられている。後端アンカー５は、計測管２に滑動自在に嵌装された断面正方形の内筒部材５１と、内筒部材５１に滑動自在に嵌装されその基端５２Ａがフランジ部４に固着されている同じく断面正方形の外筒部材５２とを有し、内筒部材５１と外筒部材５２との間には、２つの固定ジャバラ５３、５４が設けられている。固定ジャバラ５３、５４の各一端は内筒部材５１の先端５１Ａ付近に固定され、固定ジャバラ５３、５４の各他端は外筒部材５２の先端５２Ｂ付近に固定されている。この結果、内筒部材５１がフランジ部４の後方に向けて後退すると固定ジャバラ５３、５４が屈曲し拡がることになる。
【００１３】
内筒部材５１を移動させて後端アンカー５の拡縮を行うことができるようにするため、内筒部材５１の基端部５１Ｂはフランジ部４の貫通孔４Ａを通って反対側にまで延びており、図２に示されている操作機構５５に連結されている。
【００１４】
操作機構５５は、一対のねじ桿５６、５６によってフランジ部４と連結され、これらのねじ桿５６、５６を回転させることによってフランジ部４との間の距離を調節することができる可動プレート５７を有しており、可動プレート５７に内筒部材５１の基端部５１Ｂが適宜の公知の手段で固定されている。したがって、一対のねじ桿５６、５６をドライバで回すことにより可動プレート５７をフランジ部４に向けて移動させることにより固定ジャバラ５３、５４を屈曲させて後端アンカー５を拡げることができる。
【００１５】
フランジ部４には、また、測定器支持柱６が適宜の手段で固定されており、この測定器支持柱６に板ばね変位計７が固定されている。
【００１６】
図４及び図５に詳細に示されるように、板ばね変位計７は取付金具７１に固定されている押え金具７２に板ばね７３の基端部７３Ａが固定され、板ばね７３の先端部７３Ｂにボール付測定子７４がねじ止めされた構成となっている。図１から判るように、板ばね変位計７のボール付測定子７４の先端は計測管２の後端面２Ｃに軽く圧接しており、先端アンカー３とフランジ部４との間に地中変位が生じることにより生じる計測管２の変位により板ばね７３が変形した場合、板ばね７３の基端部７３Ａ近くに取り付けられている４つの歪ゲージ７５から板ばね７３の変形に応じた電気的信号が出力される。なお、図４、図５では、歪ゲージ７５はそのうちの３つのみが見えている。
【００１７】
歪ゲージ７５から出力される電気的信号は地中変位の大きさを示す信号であり、この電気的信号は板ばね変位計７と配線８を介して電気的に接続されるデータロガー９に送られ、ここで板ばね変位計７において検出された地中変位の大きさを示すデータが順次所定のインターバルで記録される。
【００１８】
データロガー９のケース９１内にはバッテリ（図示せず）が内蔵されており、ケース９１は蓋９２に一体に形成された一対の突片９３、９３にそれぞれ螺着された蝶ねじ９４、９４によってフランジ部４にしっかりとねじ止めされている。データロガー９は内蔵されているバッテリにより作動し、板ばね変位計７から配線８を介して送られてくる地中変位を示すデータを電気的に記憶することができる。このように、データロガー９は内蔵のバッテリで作動するため外部に電源を必要とせず、地中変位計１は外部との電気的配線なしに所要の測定を行い、その測定結果を記録しておくことができる。
【００１９】
図６に示されるように、データロガー９は、蓋９２に各種の操作のための部材が設けられて操作パネルが形成されている。ここで、９３は電源スイッチ、９４は測定確認ランプ、９５はステップスイッチ、９６はスキントップ、９７はデータロガー９内に蓄積されたデータを外部に取り出すための通信に用いる通信コネクタである。
【００２０】
地中変位計１は以上のように構成されているので、後述の如くして先端アンカー３を拡いて計測管２の一端部２Ａを測定用孔の孔奥に固定し、後端アンカー５を拡いてフランジ部４を測定用孔の孔口に固定し、これにより測定用孔内に地中変位計１を設置することができる。
【００２１】
ここで、先端アンカー３は、図７に示されるように、複数のグリッパ３１が円周上に等間隔で６個配置されているので、先端アンカー３を拡げた場合、計測管２の一端部２Ａは測定用孔の略中心に位置決めして固定されることになる。一方、後端アンカー５は、図８に示されるように、内筒部材５１の４つの外側面のうちの２つの外側面にのみ固定ジャバラ５３、５４を設けた構成であるから、測定用孔の孔口において後端アンカー５を拡げた場合、内筒部材５１の角部５１Ｋが一定鎖線で示される測定用孔の孔壁に圧接することになり、内筒部材５１は測定用孔内において偏心して位置決め固定されることになる。
【００２２】
地中変位計１は以上のようにして設置されるので、測定用孔を殆どのトンネル工事現場で用いられているロックボルト用削孔機などを用いて削孔することにより、ボーリングマシンを新規に導入することなく測定用孔を設けることができるので経済的である。この測定用孔の直径は例えば５０ｍｍ程度でよいので、直径２０ｃｍ程度の開口部があれば設置可能である。
【００２３】
地中変位計１は上述の如くして測定用孔内に設置されるので、孔奥と孔口の相対変位を計測管２の変位として板ばね変位計７によって測定することができる。なお、測定用孔の孔壁が自立しない場合には、計測管２よりも一周り大きいガイド管を測定用孔に通しておき、削孔した測定用孔の孔壁が崩壊した場合に備えるようにするのが望ましい。
【００２４】
地中変位計１によって得られた計測データはデータロガー９内に記録されるため、地中変位計１から出るケーブルはない。データロガー９は、ケース９１と蓋９２とにより内部に収納される各パーツを水分や塵から護ることができる防水・防塵ケースが構成されている。このため、データロガー９は水、埃、吹付コンクリート及び衝撃にも強く、長期間に亙って安定に作動することができる。また、板ばね変位計７とデータロガー９との組み合わせは軽量コンパクトで突出部が小さいため、地中に埋設することが可能であり、後述するように、ＴＢＭのシェル本体内から地中変位計１を設置することができ、ＴＢＭによる掘削施工中の地中変位の連続データを計測することができる。
【００２５】
なお、地中変位計１は、計測管２の材料を耐衝撃性硬質塩化ビニール管とするほか、スチールを用いて製作されているので、材料費が安価で済み、低コストである。また、構造も簡単であるから取り扱いが簡単となり、設置、計測に熟練を必要とせず、誰でも容易に取り扱える。
【００２６】
次に、図９乃至図１２を参照して地中変位計１をトンネルの側壁に設置する方法について具体的に説明する。なお、図９乃至図１２においては、地中変位計１の構成を模式的に示し、図１乃至図８において示した各部に対応する部分に同一の符号を付してある。
【００２７】
先ず、図９に示されるように、先端アンカー３が設けられている計測管２の一端部２Ａを、ロックボルト削孔機を用いてトンネルの側壁にあけられた測定用孔１００の孔奥１０１にまで挿入し、計測管２を位置決めする。しかる後、長いドライバ１０２を計測管２内に入れて先端アンカー３の図示しない操作ねじを回し、先端アンカー３を拡げ、計測管２の一端部２Ａを測定用孔１００の孔奥１０１に固定する。
【００２８】
次に、図１０に示されるように、計測管２の他端部２Ｂにフランジ部４を装着する。測定用孔１００の孔口１０３はフランジ部４の寸法に合わせて予めその径を大きくするよう拡大されている。フランジ部４に設けられた操作機構５５の一対のねじ桿５６、５６を回すことにより可動プレート５７を測定用孔１００の外方に向けて移動させることにより内筒部材５１を移動させ、これにより後端アンカー５を拡げてフランジ部４を孔口１０３に固定する。
【００２９】
そして、図１１に示されるように板ばね変位計７を測定器支持柱６によってフランジ部４に固定し、板ばね変位計７のボール付測定子７４を計測管２の後端面２Ｃに軽く圧接させるように板ばね変位計７を設置する。データロガー９をフランジ部４にボルト止めし、板ばね変位計７とデータロガー９とを配線８により電気的に接続することにより地中変位計１の設置が完了する。板ばね変位計７は偏平な形状であり、データロガー９を小型のものとしているので、図１１に示されるように、地中変位計１の突出部全体を地山に埋設することができる。
【００３０】
この結果、図１１に示したように、地中変位計１は、先端アンカー３による計測管２の支持点Ａとフランジ部４の設置位置Ｂとの区間Ｘにおける岩盤の相対変形、すなわち地中変位を板ばね変位計７の板ばね７３の変形として検知し、板ばね７３に貼り付けられている４つの歪ゲージ７５から地中変位の大きさを示す電気的信号が出力される。この電気的信号は計測結果を示すデータとしてデータロガー９に送られ、ここで記録される。
【００３１】
次に、図１２を参照してシェルを有する掘削機１０４によってトンネル１０５を掘進するにつれて生じるトンネル１０５の周囲の岩盤の地中変位を連続的に計測する場合の本発明による変位測定方法の実施の形態の一例について説明する。
【００３２】
図１２（Ａ）を参照すると、シェルを有する掘削機１０４が掘進によりトンネル１０５内で実線で示す状態にまで達したときに、シェルを有する掘削機１０４のシェル本体１０４Ａ内からトンネル１０５の側壁の所要の測定点Ｐに測定用孔１００をあけ、地中変位計１を図９乃至図１１で説明したようにして測定用孔１００内に設置し、データロガー９の電源をオンとし、データの記録を開始する。ここで、地中変位計１の設置の手順は上述の通りであり、２〜３分で完了する簡単な作業であるから、トンネルの施工の妨げとはならない。なお、シェルを有する掘削機１０４のシェル本体１０４Ａ内からトンネル１０５の側壁の所要の測定点Ｐに測定用孔１００をあける場合、シェル本体１０４Ａに孔をあけ、この孔から測定用孔１００をあける作業を行う。そして、地中変位計１の設置が終了したならば、シェル本体１０４Ａにあけられた孔を適宜の手段で塞いでおく。
【００３３】
しかる後、シェルを有する掘削機１０４でさらにトンネルの掘進を行い、シェルを有する掘削機が測定点Ｐを通過し、掘削面の位置Ｑと測定点Ｐとの間の距離Ｌが所定値に達した場合に地中変位計１を回収する。距離Ｌと岩盤変形との間の関係は図１３の（Ｂ）に示すように、距離Ｌが大きくなるにつれて岩盤変形も大きくなるが岩盤変形の増分は徐々に飽和する。したがって、地中変位計１を回収するタイミングは、この飽和現象を考慮して適宜に定めることができる。測定用孔１００から回収された地中変位計１のデータロガー９には、シェルを有する掘削機１０４が図１３の（Ａ）の実線で示す位置から点線で示す位置にまで掘進する間の施工中におけるトンネル周壁の地中変位の変化を示す連続データが記録されることになる。
【００３４】
この方法によると、地中変位計１をシェルを有する掘削機１０４のシェル本体内から誰でも簡単にトンネル１０５内の周壁内に設置することができるので施工の中断の必要がない。また、地中変位計１の外部にリード線を引き出す必要がないため、地中変位計１の設置位置がシェル本体で塞かれても何ら不具合を生じないので、シェルを持つ掘削機でも地中変位の連続測定を行うことができる。また、地中変位計１はシェルを有する掘削機１０４の通過後回収されるので、繰り返し使用することができ、経済的である。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、上述の如く、構成が簡単であり、設置を短時間で迅速で行うことができるので、施工を中断させることなしに地中変位を測定することができる。また、計測結果はデータロガーに記録され、外部との配線を必要としないので、シェルを有する掘削機で施工する場合でもトンネル周壁に設置してその施工中測定を行うことができる。また、小型であるから、例えば直径２０ｃｍ程度の小さな開口部があれば、ロックボルト用又はコンクリート用ハンドドリル等の削孔機で削孔して測定用孔を形成してそこに設置することができる。したがって、シェルを有する掘削機でトンネルを掘進しながらシェル本体から地中変位計を設置し、この設置位置をシェルが通過した後に地中変位計を回収することにより、トンネルの掘進に伴うトンネル周囲の岩盤の変位のデータを連続的に得ることが施工を中断させることなく可能である。したがって、特殊な熟練を必要とすることなしに誰でも手軽に施工を中断させることなく地中変位の連続計測が可能となるので、コスト低減に役立つと共に地中変位の測定を行っても施工を計画通り進めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による地中変位計の実施の形態の一例を示す正面図。
【図２】図１に示した地中変位計の計測管の他端部近くの平面図。
【図３】図２のＡ−Ａ線断面図。
【図４】図１に示した板ばね変位計の正面図。
【図５】図１に示した板ばね変位計の側面図。
【図６】図１に示したデータロガーの操作パネルを示す図。
【図７】図１に示した先端アンカーの先端部の正面図。
【図８】図１のＢ−Ｂ線断面図。
【図９】図１に示した地中変位計をトンネルの側壁に設置する方法を説明するための説明図。
【図１０】図１に示した地中変位計をトンネルの側壁に設置する方法を説明するための説明図。
【図１１】図１に示した地中変位計をトンネルの側壁に設置する方法を説明するための説明図。
【図１２】本発明による変位測定方法の実施の形態の一例を説明するための説明図。
【符号の説明】
１  地中変位計
２  計測管
２Ａ  一端部
３  先端アンカー
２Ｂ  他端部
４  フランジ部４
５  後端アンカー
６  測定器支持柱
７  板ばね変位計
８  配線
９  データロガー
１００  測定用孔
１０１  孔奥
１０３  孔口
１０４  シェルを有する掘削機
１０４Ａ  シェル本体
１０５  トンネル
【図１】
0003719816.tif 000002
【図２】
0003719816.tif 000003
【図３】
0003719816.tif 000004
【図４】
0003719816.tif 000005
【図５】
0003719816.tif 000006
【図６】
0003719816.tif 000007
【図７】
0003719816.tif 000008
【図８】
0003719816.tif 000009
【図９】
0003719816.tif 000010
【図１０】
0003719816.tif 000011
【図１１】
0003719816.tif 000012
【図１２】
0003719816.tif 000013