(57)【要約】【課題】地山状況やボーリング孔の穿孔精度に関わらず、ボーリング孔の孔径を簡易に測定することを可能とした孔径測定装置および孔径測定方法を提案する。【解決手段】発光手段２と、基準尺３と、カメラ４とを備える孔径測定装置１を利用して、ボーリング孔Ｂの孔壁全周に対してレーザー光を照射するとともに、レーザー光が照射された孔壁および当該孔壁の位置においてボーリング孔Ｂ内に設けられた基準尺３を撮影し、撮影された画像を利用して、基準尺３と孔壁との比に基づいて孔壁の寸法を算出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光手段と、基準尺と、カメラと、を備える孔径測定装置であって、
前記発光手段は、前記基準尺の位置においてボーリング孔の孔壁の全周に対してレーザー光を発光し、
前記カメラは、前記基準尺と対向しており、前記孔壁に照射されたレーザー光と前記基準尺とを撮影可能であることを特徴とする、孔径測定装置。
【請求項２】
前記発光手段を収容するレーザー用ケースと、
前記カメラを収容するカメラ用ケースと、
前記レーザー用ケースと前記カメラ用ケースとを連結するアームと、を備えていることを特徴とする、請求項１に記載の孔径測定装置。
【請求項３】
前記アームが、前記レーザー用ケースに対して摺動可能であることを特徴とする、請求項２に記載の孔径測定装置。
【請求項４】
ボーリング孔の孔壁全周に対してレーザー光を照射するとともに、前記レーザー光が照射された孔壁および当該孔壁の位置において前記ボーリング孔内に設けられた基準尺を撮影し、
撮影された画像中の前記基準尺と前記孔壁との大きさ比に基づいて、前記孔壁の寸法を算出することを特徴とする、孔径測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボーリング孔の孔径測定装置および孔径測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
グラウンドアンカーやロックボルト等を設置する場合には、地山にボーリング孔を穿孔した後、このボーリング孔内にアンカー材やロックボルトを打設する。ボーリング孔は、地山状況や施工条件等によって孔壁が崩落する場合があるため、ボーリング孔の仕上がり径は、必ずしも設計された仕上がり径と一致しない。一方、ボーリング孔の仕上がり径は、ボーリング孔内に注入されるグラウトやモルタル等の定着材の注入量を決める要因となるため、現場状況に応じた施工を行うために予め計測しておく必要がある。
【０００３】
ボーリング孔の孔径を計測する手段として、例えば特許文献１には、孔軸方向に摺動する摺動片と、摺動片の移動に従って開閉する２本の検出レバーとを備え、２本の検出レバーをボーリング孔内で押し広げて孔壁に接触した際の摺動片の移動距離によって孔径値を測定する孔径測定装置が開示されている。
また、特許文献２には３本のシャフトをボーリング孔内で広げて孔壁に押し当てることで、孔径を測定する孔径測定装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０９−２１０６６７号公報
【特許文献２】特開２０１２−０１３６６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１および特許文献２の孔径測定装置は、孔壁に計測手段を接触させることにより孔径を測定するため、脆弱層を対象としたボーリング孔に対して計測を行うと、孔壁を傷めるおそれがある。また、接触型孔径計測装置は、ボーリング孔が円形断面であることを前提としているが、ボーリング孔は施工誤差や穿孔対象となる岩盤の状況等によって必ずしも円形断面とはならない。そのため、接触型の孔径計測装置では、高精度の測定できないおそれがある。
このような観点から、本発明は、地山状況やボーリング孔の穿孔精度に関わらず、ボーリング孔の断面寸法を簡易に測定することを可能とした孔径測定装置および孔径測定方法を提案することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するために、本発明の孔径測定装置は、発光手段と、基準尺と、カメラとを備えるものであって、前記発光手段は前記基準尺の位置においてボーリング孔の孔壁の全周に対してレーザー光を発光し、前記カメラは前記基準尺と対向しており、前記孔壁に照射されたレーザー光と前記基準尺とを撮影可能であることを特徴としている。かかる孔径測定装置によれば、孔壁に照射されたレーザー光と形状が既知の基準尺との大きさ比によって、孔壁の断面寸法を算出することができる。また、非接触により測定することができるため、孔壁を傷めるリスクが低い。加えて、ボーリング孔の形状が変形（円形以外）している場合であっても、寸法を算出することができる。ここで、本明細書において、「ボーリング孔」とは、地山を穿孔することにより形成された円筒状の孔であって、その用途は限定されるものではない。例えば、ロックボルトやアンカーを打設することを目的として形成された孔、地質調査用の孔、または集水井等のための孔であってもよい。また、ボーリング孔の向きは限定されるものではなく、下向き、横向き、または上向きであってもよい。
【０００７】
前記孔径測定装置は、前記発光手段を収容するレーザー用ケースと、前記カメラを収容するカメラ用ケースと、前記レーザー用ケースと前記カメラ用ケースとを連結するアームとを備えているのが望ましい。かかる孔径測定装置によれば、カメラと基準尺との位置関係が固定されるため、断面寸法の算出がより簡易となる。また、前記アームが前記レーザー用ケースに対して摺動可能であるのがさらに望ましい。かかる孔径測定装置によれば、ピントや撮影範囲の可変が容易となる。
【０００８】
また、本発明の孔径測定方法は、ボーリング孔の孔壁全周に対してレーザー光を照射するとともに、前記レーザー光が照射された孔壁および当該孔壁の位置において前記ボーリング孔内に設けられた基準尺を撮影し、撮影された画像中の前記基準尺と前記孔壁との大きさ比に基づいて、前記孔壁の寸法を算出することを特徴としている。かかる孔径測定方法によれば、非接触によりボーリング孔の断面寸法を算出することができるため、孔壁を傷めるリスクが低い。また、基準尺とレーザー光（孔壁）の形状の比によって、ボーリング孔の断面寸法を算出するため、計算が容易である。そのため、画像データによる自動計測も可能である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の孔径測定装置および孔径測定方法によれば、地山状況やボーリング孔の穿孔精度に関わらず、ボーリング孔の断面寸法を非接触で簡易に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係る孔径測定方法の概要を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態の孔径測定装置を示す概要図であって、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視図である。
【図３】（ａ）は孔径測定装置を利用した測定状況を示す斜視図、（ｂ）は撮影画像の一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本実施形態では、図１に示すように、孔径測定装置１を利用して、穿孔したボーリング孔Ｂの孔径Ｄ（形状）を測定する場合について説明する。孔径測定装置１は、発光手段２と、基準尺３と、カメラ４とを備えている。本実施形態の孔径測定装置１は、孔口ＢＥの反対側（ボーリング孔先端ＢＴ側）から順に発光手段２、基準尺３およびカメラ４が配設されている。なお、発光手段２、基準尺３およびカメラ４の順序はこれに限定されるものではなく、例えば、孔口ＢＥ側から順に発光手段２、基準尺３およびカメラ４が配設されていてもよい。
発光手段２は、ボーリング孔Ｂの軸方向に対して直交する方向にレーザー光Ｌを照射する。すなわち、発光手段２は、ボーリング孔Ｂの孔壁１２の全周に対してレーザー光Ｌを発光することが可能である。発光手段２は、基準尺３が配設された位置（断面）において、孔壁１２に向けてレーザー光を照射する。
【００１２】
図２（ａ）に示すように、本実施形態の発光手段２は防水性のレーザー用ケース５に収容されている。レーザー用ケース５は、発光手段２の外径以上の内径を有しているとともに、ボーリング孔Ｂの内径よりも小さな外径の筒状のステンレス部材により構成されている。なお、レーザー用ケース５の材質は限定されるものではなく、例えば、ステンレス以外の金属管や塩化ビニル管等であってもよい。レーザー用ケース５内に挿入された発光手段２の外面とレーザー用ケース５の内面との隙間には、充填材（図示せず）が充填されていて、水分が浸透することが防止されている。なお、充填材を構成する材料は限定されるものではなく、例えばグリース等を使用すればよい。レーザー用ケース５の基端（孔口ＢＥ側の端部）は開口していて、発光手段２の端部が突出している。また、レーザー用ケース５の先端（ボーリング孔先端ＢＴ側の端部）には、発光手段２の電源ケーブル８が接続可能に構成されている。なお、レーザー用ケース５の先端の電源ケーブル８の接続部は、ソケット９により覆われていて、防水性が確保されている。ソケット９の形状およびソケット９を構成する材料は限定されるものではなく、適宜形成すればよい。また、ソケット９は、必要に応じて設置すればよい。電源ケーブル８は、孔径測定装置１の先端において曲げられていて、孔径測定装置１の外面に沿って孔口ＢＥ側に延設されている。電源ケーブル８は、ボーリング孔Ｂ外に配設された電源（発電機等）に接続されている。
【００１３】
基準尺３は、発光手段２の基端（孔口ＢＥ側の端面）に固定されている。基準尺３の固定方法は限定されるものではなく、例えば接着剤により接着すればよい。本実施形態の基準尺３は、図２（ｂ）に示すように、辺の長さが既知の正方形のステンレス板により構成されている。基準尺３には、再帰反射塗料（図示せず）が塗布されていて、発光手段２から照射されたレーザー光Ｌが基準尺３により反射して拡散することが防止されている。なお、基準尺３を構成する材料は限定されるものではなく、例えば、プラスチック板やガラス板であってもよい。また、再帰反射塗料は、必要に応じて塗布すればよい。また、再帰反射塗料に替えて、再帰反射機能を有するシート材を基準尺３に貼着してもよい。また、基準尺３は、必ずしも発光手段２に固定する必要はなく、例えば、レーザー用ケース５に治具等を介して固定してもよい。
【００１４】
カメラ４は、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子を備えたいわゆるボアホールカメラ（ボアホールスコープ）であって、ボーリング孔内での撮影が可能に構成されている。カメラ４は、図３（ｂ）に示すように、孔壁に照射されたレーザー光Ｌと基準尺３とを同時（同画像上）に撮影することが可能である。カメラ４は、図２（ａ）に示すように、基準尺３と対向するように、基準尺３の坑口ＢＥ側に間隔をあけて配設されている。カメラ４は、カメラ用ケース６に収容されている。なお、カメラ４はボアホールカメラに限定されるものではない。
【００１５】
カメラ用ケース６は、カメラ４を収容可能な内径を有した筒状のステンレス部材により構成されている。なお、カメラ用ケース６の材質は限定されるものではなく、例えば、ステンレス以外の金属管や塩化ビニル管等であってもよい。カメラ用ケース６内に挿入されたカメラ４の周囲とカメラ用ケース６の内面との隙間には、充填材（図示せず）が充填されていて、水分が浸透することが防止されている。カメラ用ケース６の先端（ボーリング孔先端ＢＴ側）は開口していて、カメラ４のレンズが露出している。なお、カメラ用ケース６（カメラ４）の先端は、レンズやガラス板等で覆われていてもよい。カメラ用ケース６の基端（孔口ＢＥ側の端部）には、カメラ用ケーブル１０が接続されている。カメラ用ケーブル１０は、孔口ＢＥ側に延設されている。カメラ４と外部機器との間でのデータ（制御信号や画像データ）の送受信やカメラ４への給電はカメラ用ケーブル１０を介して行われる。なお、カメラ用ケーブル１０は、カメラ４またはカメラ用ケース６に接続されたパイプ材（図示せず）に挿通させてもよい。このようにすれば、パイプ材を利用して孔径測定装置１を所定の位置に移動させることができる。カメラ用ケース６の基端には、カメラ用ケーブル１０の接続部を覆うソケット１１が設けられていて、防水性が確保されている。ソケット１１の形状および材質は限定されるものではなく、適宜決定すればよい。また、ソケット１１は、必要に応じて取り付ければよい。カメラ用ケース６は、アーム７によりレーザー用ケース５と連結されている。
【００１６】
アーム７は、カメラ４と基準尺３との距離を一定の距離に保持している。本実施形態のアーム７は、レーザー用ケース５に対して摺動可能に取り付けられている。なお、アーム７は、カメラ用ケース６に対して摺動可能に取り付けられていてもよいし、レーザー用ケース５やカメラ用ケース６に一体に固定されていてもよい。
【００１７】
次に、本実施形態の孔径測定装置１を利用した孔径測定方法を説明する。
まず、図１及び図３（ａ）に示すように、孔径測定装置１をボーリング孔Ｂ内に挿入する。孔径測定装置１は、ボーリング孔Ｂの孔壁全周に対してレーザー光を照射する。孔径測定装置１をボーリング孔Ｂ内に挿入するときは、カメラ４によって撮影されたレーザー光Ｌの光跡をモニターで確認しながらボーリング孔Ｂの奥へと押し込む。
【００１８】
孔径測定装置１が計測位置に到達したら、カメラ４によって画像を撮影（録画）する。図３（ｂ）に示すように、カメラ４によって孔壁に照射されたレーザー光Ｌの光跡と基準尺３とが一緒に撮影される。なお、カメラ４によって、画像を撮影する箇所（計測位置）は限定されるものではなく、例えば、所定の間隔毎に撮影してもよいし、ボーリング孔Ｂの孔径Ｄが変化していることが確認された場合の始点や終点で撮影してもよいし、最も孔径Ｄの変化が大きい箇所等において撮影してもよい。
【００１９】
そして、撮影された画像中の基準尺３と孔壁（孔壁に照射されたレーザー光Ｌ）との大きさ比に基づいて、孔壁の寸法を算出する。
以下、図３（ｂ）に示す撮影画像から算出する場合の計算例を示す。撮影画像上におけるレーザー光Ｌの直径Ｄ１、および直径Ｄ１と交差する直径Ｄ２は、それぞれ６．３７、および６．５４となった。また、基準尺３の１辺の長さ（幅、高さ）Ｗは、１．７５となった。したがって、レーザー光Ｌの直径の平均値ＤＡ（＝（Ｄ１＋Ｄ２）／２）は６．４５となる。基準尺３の実寸が１０ｍｍ角の正方形である場合、式１の関係が成り立つ。なお、式１中のＤは基準尺３の位置におけるボーリング孔Ｂの孔壁の直径である。よって、式２に示すように、孔壁の直径Ｄは３６．８６ｍｍとなる。
１０ｍｍ：１．７５＝Ｄ：６．４５  ・・・  式１
６．４５×１０＝１．７５×Ｄ
Ｄ＝６．４５×１０／１．７５＝３６．８６ｍｍ  ・・・  式２
【００２０】
以上、本実施形態の孔径測定装置１及び孔径測定方法によれば、孔壁に照射されたレーザー光Ｌと形状が既知の基準尺３との大きさ比によって、孔壁の断面寸法を算出するため、非接触によりボーリング孔Ｂの形状を測定することができ、その結果、孔壁を傷めるリスクが低い。また、ボーリング孔Ｂの形状が変形している場合や円形以外の形状である場合であっても、その形状寸法を算出することができる。また、ボーリング孔Ｂの形状（孔径）の変位と時間の関係を計測すれば、地山の力学的な性質を評価することもできる。
【００２１】
撮影画像から基準尺３とレーザー光Ｌ（孔壁）の形状の比によって、ボーリング孔Ｂの断面寸法を算出するため、計算が容易である。基準尺３とカメラ４との位置関係がアーム７によって固定されるため、ボーリング孔Ｂの断面寸法の算出が容易である。
また、孔壁に照射されたレーザー光Ｌの光跡の形状を視認することで、ボーリング孔Ｂの孔壁の変位した箇所を確認することができる。すなわち、円形に穿孔したボーリング孔Ｂに対して、レーザー光Ｌの光跡が円形以外の形（例えば、楕円等）である場合は、ボーリング孔Ｂが変位しているため、この箇所において、ボーリング孔Ｂの形状を測定すればよい。
孔径測定装置１は、容易に入手することが可能な部材を組み合わせた比較的簡易な構成のため、安価に製造することができ、経済的である。
【００２２】
以上、本発明の実施形態について説明したが本発明は、前述の実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。
例えば、カメラ４で撮影した画像データによる自動計測を行ってもよい。また、随時ボーリング孔Ｂの断面寸法を計測することで、リアルタイムに評価してもよい。
また、基準尺３とカメラ４との離隔距離は、ボーリング孔Ｂの形状に応じて適宜設定すればよい。このとき、基準尺３とカメラ４との離隔距離の調整はアーム７をレーザー用ケース５（カメラ用ケース６）に対して摺動させることにより行えばよい。
【符号の説明】
【００２３】
１  孔径測定装置
２  発光手段
３  基準尺
４  カメラ
５  レーザー用ケース
６  カメラ用ケース
７  アーム
Ｂ  ボーリング孔
Ｌ  レーザー光
【図１】
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【図２】
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【図３】
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