(57)【要約】【課題】  超音波を用いることでストレンゲージの配線等が不要で管理が簡素であり、しかも、確実に軸力を計測することの可能なロックボルト軸力分布計測方法及びロックボルトを提供すること。【解決手段】  中空のロックボルト１０の施工時に予めロックボルト１０の露出部である入射部１１から超音波を送信すると共に受信して標点の受信時間差を求める超音波測定を実施し、後に改めて超音波測定を実施して受信時間差の変化により前記軸力を算定する。ロックボルトにおける超音波の入射部１１と終端１２との間に超音波を反射する標点を設ける。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空のロックボルト（１０）に作用する軸力を計測するロックボルト軸力分布計測方法であって、前記ロックボルトの施工時に予めロックボルトの露出部である入射部（１１）から超音波を送信すると共に受信して標点の受信時間差を求める超音波測定を実施し、後に改めて前記超音波測定を実施して受信時間差の変化により前記軸力を算定することを特徴とするロックボルト軸力分布計測方法。
【請求項２】
前記ロックボルトにおける超音波の前記入射部（１１）と終端（１２）との間に超音波を反射する標点を設けたことを特徴とする請求項１記載のロックボルト軸力分布計測方法。
【請求項３】
前記標点が切欠を含むことを特徴とする請求項１又は２記載のロックボルト軸力分布計測方法。
【請求項４】
前記超音波が横波であり、前記ロックボルトの入射部（１１、３４）がロックボルトの長手方向に対して傾斜していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のロックボルト軸力分布計測方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のロックボルト軸力分布計測方法に用いることの可能なロックボルトであって、前記超音波の入射部（１１）がロックボルトの長手方向に対して傾斜していることを特徴とするロックボルト。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれかに記載のロックボルト軸力分布計測方法に用いることの可能なロックボルトであって、前記標点として複数の切欠を有することを特徴とするロックボルト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナトム工法などの地盤改良工法に用いるロックボルトの軸力を計測するロックボルト軸力分布計測方法及びこれに用いるロックボルトに関する。
【背景技術】
【０００２】
ロックボルト軸力分布計測方法としては、例えば特許文献１，２に記載の如き発明が知られている。特許文献１に記載の発明では、異形棒鋼型ロックボルトからなる軸力測定計に測定溝を設け、その底面にストレンゲージを貼付し、リード線を測定溝に配設している。また、特許文献２に記載の発明では、鋼管膨張型ロックボルトの表面にストレンゲージを貼付しその周りを防護パイプ、充填材等でストレンゲージ及び入出力ケーブルを保護している。
【０００３】
いずれの先行発明においても、ストレンゲージを用いて軸力を計測しており、計測部までケーブルを配設しなければならず、トンネル現場での取り扱いは煩雑で測定計としても高価なものとなっていた。
【０００４】
また、ロックボルトとは全く技術分野の異なる参考例であるが、特許文献３に記載の如く超音波によるボルト軸力計測法が知られている。同発明は、軸方向の縦波と横波の伝播時間の比を求め、予め既知の軸力下で求めた縦波と横波の伝播時間の比と軸方向の引張応力との関係から、締結されたボルト全体のボルト軸力を求めている。よって、ロックボルトに適用するという点の示唆もその適用時の実現性等についての開示も全く見受けられない。
【特許文献１】実開平４−３８５４１号
【特許文献２】特開２００４−３７２２７号
【特許文献３】特開平５−２０３５１３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
かかる従来の実情に鑑みて、本発明は、管理が簡易で確実に軸力を計測することの可能なロックボルト軸力分布計測方法及びロックボルト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】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明に係るロックボルト軸力分布計測方法の特徴は、中空のロックボルトに作用する軸力を計測するロックボルト軸力分布計測方法であって、前記ロックボルトの施工時に予めロックボルトの露出部である入射部から超音波を送信すると共に受信して標点の受信時間差を求める超音波測定を実施し、後に改めて前記超音波測定を実施して受信時間差の変化により前記軸力を算定することにある。
【０００７】
同特徴によれば、ストレンゲージを用いることなく、各標点における超音波の受信時間差の変化により軸力を算定することができる。
【０００８】
また、ロックボルトにおける超音波の前記入射部と終端との間に超音波を反射する標点を設けてもよく、各標点が切欠を含むことが望ましい。
【０００９】
さらに、超音波が横波である場合には、ロックボルトの入射部がロックボルトの長手方向に対して傾斜していることが望ましい。
【００１０】
一方、上記ロックボルト軸力分布計測方法に用いることの可能なロックボルトの特徴は、前記超音波が横波の場合において、前記超音波の入射部がロックボルトの長手方向に対して傾斜していることにある。さらに、当該ロックボルトは、前記標点として複数の切欠を有することが望ましい。
【発明の効果】
【００１１】
上記本発明に係るロックボルト軸力分布計測方法の特徴によれば、超音波を用いることでストレンゲージの配線等が不要で管理が簡素であり、しかも、確実に軸力を計測することの可能なロックボルト軸力分布計測方法及びロックボルトを提供するに至った。
【００１２】
本発明の他の目的、構成及び効果については、以下の発明の実施の形態の項から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次に、適宜添付図面を参照しながら、本発明をさらに詳しく説明する。図１は本発明の軸力分布計測に用いるロックボルト１０と軸力分布計測装置１とを示す。軸力分布計測装置１は、超音波をロックボルト１０へ送受信する探触子２と、超音波を発信及び受信するパルサー・レシーバー３と、信号を制御すると共に受信信号を処理・表示するＰＣ（パーソナルコンピュータ）４及びモニター５を備えている。
【００１４】
ロックボルト１０は、異形管２０の両端に注水側スリーブ３０，封止側スリーブ４０を溶着してなる。異形管２０は図２に示すように、溶融メッキ鋼管を扁平にすると共に略Ｃ字型に形成したものであり、各断面位置で扁平度合いが異なっている。全長の端部では同図（ｂ）（ｃ）に示すように管外面２１，管内面２２が近接しており、同図（ｄ）の位置では管内部２３が膨大し中央部２６が縮小している。管内部２３への注水時に開口部２５を介して管内面２２が同図（ｅ）の如く膨大する。
【００１５】
略Ｃ字型の異形管２０先端は注水側スリーブ３０の孔に挿入され、その先端部において溶接部２４で注水側スリーブ３０に固着される。異形管２０の他端も封止側スリーブ４０に対して同様に溶着される。注水側スリーブ３０のスリーブ側部３２及び管外面２１には注水孔２７が貫通形成され、外部から水がこの注水孔２７を通じて管内部２３に供給される。
【００１６】
注水側スリーブ３０のスリーブ先端３１は、図３に示すように切欠部３３において斜めに削り込まれ、溶接部２４の一部と共に超音波の入射部１１となる斜面３４を形成している。この斜面３４に探触子２が接触し、超音波が異形管２０内に向けて送受信される。斜面３４は異形管２０全体の軸線に対して略４５度程度傾斜し、探触子２から横波の超音波が送信される。スリーブ先端３１は切欠部３３において中心から遠ざかるほど深くなるように削り込むのが加工上便宜である。なお、縦波を入射させる場合には、図５に示すように一部を平坦に削り込み、平坦面に探触子２を接触させるとよい。
【００１７】
異形管２０の適宜箇所には図４（ａ）、（ｂ）に示すように標点として複数の切欠Ｎ１−５が形成されている。各切欠Ｎ１−５は、それぞれがロックボルト１０の周部に沿うように可能な範囲で設けられ、異なる長手方向位置において位相が同じ位置に配置されている。なお、各切欠Ｎ１−５は図４（ｃ）のように異なる長手方向位置において位相が異なるように配置してもよく、この場合、超音波が中間部の切欠Ｎ１−５及び端部１２のものをより確実に検出することができる。なお、端部切欠Ｎ５と端部１２とはいずれか一方の信号のみ用いるようにしてもよい。
【００１８】
ところで、各切欠Ｎ１−５の内部に異形管２０の材料と音響インピーダンスの近い材料が浸入すると、各切欠Ｎ１−５からの反射信号が低減する場合も考えられる。したがって、図４（ｄ）に示すように、各切欠Ｎ１−５には異形管２０の材料と音響インピーダンスの異なる材料、例えば、合成樹脂等、超音波の伝播率が低い材料よりなる挿入体１６を充填等により各切欠Ｎ１−５の内部に介在させてもよい。
【００１９】
実験によると、特に横波を入射する場合は、表面に多くの凹凸が存在すると、表面が平滑な場合に比べて超音波の減衰が大きいことが確認されたので、異形管２０の表面は切欠以外超音波の反射に影響しない程度に平坦となっている。なお、標点は切欠以外に凹部や突起でもよいが、切欠が超音波の反射を最も明瞭に検出することができる。
【００２０】
設置に際しては、トンネル壁 １００の適宜箇所に形成された挿入孔１０１にロックボルト１０を挿入する。挿入時は図２（ｄ）の如く、挿入孔１０１と異形管２０との間に隙間１０３が残存している。その後、注水側スリーブ３０にシールヘッドを取り付けて水を注水孔２７から管内部２３内に加圧注水する。この注水により異形管２０は図１の一点鎖線２０’及び図２（ｅ）の如く膨張し、隙間１０３は殆ど無くなって挿入孔１０１に異形管２０外面が密着することになり、これにより摩擦力が作用してロックボルト１０の挿入孔１０１への定着が完了する。注水側スリーブ３０の近傍にはベアリングプレート１５が介挿され、実質的にトンネル壁１００を支持する。
【００２１】
計測に際しては、図３のように斜面３４（入射部１１）に探触子２を接触媒質を介して接触させ、超音波を入射すると共に受信する。図５の場合は平坦な入射部１１に探触子２を接触させる。
【００２２】
まずは、超音波の発信時刻と図４に示す各標点（Ｎ１−５）から反射してくる反射波の受信時刻の差から伝播時間Ｔi（ｉは区間番号）が求められる。次に、隣接する区間の伝播時間の差Ｔi−Ｔi-1から区間伝播時間が算出できる。上記の手順に基づいて、ロックボルト打設直後に各標点区間ＳＣ１〜５の各区間伝播時間を初期値として計測する。打設後随時に各区間伝播時間を同様に計測して、それぞれ初期値に対する変化率（区間伝播時間変化率ｄＤ）を求める。予め求めておいた軸力と区間伝播時間変化率ｄＤとの相関関係から、各区間の軸力が算定できる。
【００２３】
発明者らの実験によれば、鋼材試験体を伸長させることによる軸力Ｆと、標点間の伸長の程度に相当する伝播時間変化率ｄＤとは一定の相関関係にあることが判明した。横波の場合は軸力Ｆと伝播時間変化率ｄＤとはほぼ比例し、縦波の場合はこれらの比例係数ｄＤ／Ｆが横波の場合よりも大きくなっていた。軸力Ｆによる試験体の伸長に加え、超音波の伝播速度が軸力Ｆにより低下する影響が積算されている。そして、これらの相関と上記測定した伝播時間変化率ｄＤとを用いることで、ロックボルト１０の軸力Ｆを実質的に求めることが可能である点、実験により確認がなされた。また、図３に示す横波の場合は１ＭＨｚ〜２ＭＨｚ程度の周波数領域で反射波検出がより良好であったが、図５に示す縦波の場合は５ＭＨｚ程度の周波数領域で反射波検出がより良好となることが判明した。
【００２４】
次に、本発明のさらに別の実施形態について説明する。
上記実施形態では、中空の鋼管膨張型ロックボルト１０を用いた。しかし、ロックボルトとしては、例えば図６に断面を示す自穿孔ロックボルト５１（１０）を用いても構わない。この自穿孔ロックボルト５１は中央を圧搾水が通過する管体をなすロッド５２の先端に孔掘削用のビット５３を有している。そして、トンネル壁１００に挿入孔１０１を自穿孔しながら挿入されていく構造となっている。このようなロッド５２に上述の標点を設けるとよい。ロッド５２表面にはねじ溝が形成されているため、縦波を用いて計測することがより好適である。
【００２５】
また、上記実施形態では、異形管２０の両端に注水側スリーブ３０，封止側スリーブ４０を溶着したロックボルト１０を用いた。しかし、ロックボルトとしては、図７に示すように、注水側スリーブ３０を突出させた状態で固着後に切断して、異形管２０の切り口１１に探触子２を接触させ、ロックボルトに作用する軸力を計測しても構わない。
【００２６】
上記実施形態において、異形管２０には標点として５カ所の切欠Ｎ１−５を形成した。しかし、標点の数は５カ所に限られるものではなく、任意に設定することができる。
【００２７】
上記実施形態では、本発明をロックボルトの軸力分布計測方法として表現したが、本発明はロックボルトの伸長分布計測方法とも表現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明は、トンネル施工法の一種である所謂ナトム工法に用いられるロックボルトの軸力を計測するロックボルト軸力分布計測方法として利用することができる。また、トンネル以外の地盤改良のためのロックボルトの軸力分布計測方法にも用いることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】ロックボルトの破砕図及び軸力分布計測装置のブロック図である。
【図２】ロックボルトの図１における断面図等であり、（ａ）はＡ方向視図、（ｂ）はＢ−Ｂ断面図、（ｃ）はＣ−Ｃ断面図、（ｄ）はＤ−Ｄ断面図、（ｅ）は膨張後のＤ−Ｄ断面図である。
【図３】ロックボルトの頭部破砕図である。
【図４】（ａ）はロックボルトと切欠との関係を示すボルト軸方向に垂直な平面での断面図、（ｂ）はロックボルトの全長における切欠位置を示す図、（ｃ）はロックボルトと切欠との別の関係を示す（ａ）相当図、（ｄ）はロックボルトと切欠との関係を示すボルト軸方向に沿った断面図である。
【図５】ロックボルトの別の実施形態を示す頭部破砕図である。
【図６】ロックボルトのさらに別の実施形態を示す断面図である。
【図７】ロックボルトのさらに別の実施形態を示す破砕図及び軸力分布計測装置のブロック図である。
【符号の説明】
【００３０】
１：軸力分布計測装置、２：探触子、３：パルサー・レシーバー、４：ＰＣ、５：モニター、１０：ロックボルト、１１：入射部、１２：端部、１５：ベアリングプレート、１６：挿入体、２０，２０’：異形管、２１：管外面、２２：管内面、２３：管内部、２４：溶接部、２５：開口部、２６：中央部、２７：注水孔、３０：注水側スリーブ、３１：スリーブ先端、３２：スリーブ側部、３３：切欠部、３４：斜面、４０：封止側スリーブ、５１：自穿孔ロックボルト、５２：ロッド、５３：ビット、１００：トンネル壁 、１０１：挿入孔、１０３：隙間、Ｎ１−５：標点（切欠）、ＳＣ１−５：標点区間、Ｄａ：伝播時間、Ｄｂ：区間伝播時間、ｄＤ：伝播時間変化率
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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