(57)【要約】【課題】グラウト材を適切な圧力及び量で基礎地盤へ注入する。【解決手段】注入装置１００は、ボーリング孔３ｂにグラウト材６を注入する注入部１０と、基礎地盤１に鉛直方向に形成される観測孔７に挿入され、鉛直方向への観測孔７の内壁の変位に伴って歪む光ファイバケーブル４０と、光ファイバケーブル４０における複数の位置での歪みを計測する歪み計測部５０と、歪み計測部５０により計測される歪みを用いて光ファイバケーブル４０の変位量を算出し、算出された変位量に基づいて注入部１０を制御する制御部３０と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基礎地盤に形成されたボーリング孔にグラウト材を注入する注入装置であって、
前記ボーリング孔にグラウト材を注入する注入部と、
前記基礎地盤に鉛直方向に形成される観測孔に挿入され、鉛直方向への前記観測孔の内壁の変位に伴って歪む光ファイバケーブルと、
前記光ファイバケーブルにおける複数の位置での歪みを計測する歪み計測部と、
前記歪み計測部により計測される歪みを用いて前記光ファイバケーブルの変位量を算出し、算出された変位量に基づいて前記注入部を制御する制御部と、
を備えるグラウト材の注入装置。
【請求項２】
前記光ファイバケーブルは、鉛直方向に複数の区域に区割りされる前記ボーリング孔に対応して複数の区域に区割りされており、
前記制御部は、前記歪み計測部により計測される歪みを用いて、前記光ファイバケーブルの前記複数の区域における変位量を算出し、算出した変位量に基づいて前記注入部を制御する、
請求項１に記載のグラウト材の注入装置。
【請求項３】
基礎地盤に形成されたボーリング孔にグラウト材を注入する注入方法であって、
前記基礎地盤に鉛直方向に観測孔を形成し、前記観測孔に光ファイバケーブルを鉛直方向への前記観測孔の内壁の変位に伴って歪むように挿入し、
前記光ファイバケーブルにおける複数の位置での歪みを計測し、
計測される歪みに基づいて、前記ボーリング孔にグラウト材を注入する、
グラウト材の注入方法。
【請求項４】
グラウト材の注入時に、計測される歪みに基づいて、グラウト材の注入圧を変化させる、
請求項３に記載のグラウト材の注入方法。
【請求項５】
計測される歪みを用いて前記光ファイバケーブルの変位量を算出し、算出される変位量に基づいて、前記ボーリング孔にグラウト材を注入する、
請求項３又は４に記載のグラウト材の注入方法。
【請求項６】
前記ボーリング孔を鉛直方向に複数の区域に区割りして区域毎にグラウト材を注入する場合において、
前記光ファイバケーブルを、前記ボーリング孔の区割りに対応して複数の区域に区割りし、
計測される歪みを用いて、前記光ファイバケーブルの前記複数の区域における変位量を算出し、算出した変位量に基づいて、前記ボーリング孔にグラウト材を注入する、
請求項５に記載のグラウト材の注入方法。
【請求項７】
前記光ファイバケーブルの前記複数の区域におけるそれぞれの変位量のうち、最大値に基づいて、前記ボーリング孔にグラウト材を注入する、
請求項６に記載のグラウト材の注入方法。
【請求項８】
前記光ファイバケーブルの前記複数の区域のうち所定区域の変位量に基づいて、前記ボーリング孔にグラウト材を注入する、
請求項６又は７に記載のグラウト材の注入方法。
【請求項９】
前記光ファイバケーブルの前記複数の区域のうち、少なくとも２つの区域における変位量の合計値に基づいて、前記ボーリング孔にグラウト材を注入する、
請求項６から８のいずれか１項に記載のグラウト材の注入方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、グラウト材を基礎地盤へ注入する装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダム工事では、基礎地盤の遮水性及び強度を高めるために、基礎地盤にボーリング孔を形成しグラウト材を注入して基礎地盤中の亀裂を塞ぐグラウチングが行われる。グラウチングでは、より多くのグラウト材を亀裂に流入させるためには注入圧は高く注入量は多い方がよい。しかし、注入圧が高すぎる場合や注入量が多すぎる場合には、亀裂に流入したグラウト材により基礎地盤が押し上げられるように破壊され、所望の遮水性及び強度が得られないおそれがある。このような理由から、基礎地盤の変位を監視しながらグラウチングを行うことが提案されている（特許文献１）。
【０００３】
特許文献１に開示されるグラウト材の注入方法では、リニアスケールを使用して地盤表面の変位を計測し、地盤表面の変位量が一定値以上になると注入圧を変更したり注入を停止したりしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２０９６７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
グラウト材の注入に伴う基礎地盤の変位は、基礎地盤の内部でのみ生じることがある。例えば、鉛直方向に間隔を開けて２つの亀裂が存在する基礎地盤では、下側の亀裂にグラウト材が高圧で流入し２つの亀裂間の地盤が押し上げられて変位したとしても、上側の亀裂が狭められるだけで地盤表面は変位しないことがある。
【０００６】
特許文献１に開示される方法では、このような場合の基礎地盤の変位を検出することができない。そのため、グラウト材を適切な圧力及び量で基礎地盤へ注入することができず、基礎地盤を破壊するおそれがある。
【０００７】
本発明は、グラウト材を適切な圧力及び量で基礎地盤へ注入することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、基礎地盤に形成されたボーリング孔にグラウト材を注入する注入装置であって、ボーリング孔にグラウト材を注入する注入部と、基礎地盤に鉛直方向に形成される観測孔に挿入され、鉛直方向への観測孔の内壁の変位に伴って歪む光ファイバケーブルと、光ファイバケーブルにおける複数の位置での歪みを計測する歪み計測部と、歪み計測部により計測される歪みを用いて光ファイバケーブルの変位量を算出し、算出された変位量に基づいて注入部を制御する制御部と、を備える。
【０００９】
また、本発明は、基礎地盤に形成されたボーリング孔にグラウト材を注入する注入方法であって、基礎地盤に鉛直方向に観測孔を形成し、観測孔に光ファイバケーブルを鉛直方向への観測孔の内壁の変位に伴って歪むように挿入し、光ファイバケーブルにおける複数の位置での歪みを計測し、計測される歪みに基づいて、ボーリング孔にグラウト材を注入する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、グラウト材を適切な圧力及び量で基礎地盤へ注入することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態に係るグラウト材の注入装置の構成を示す概略図である。
【図２】基礎地盤の断面図であり、２次ボーリング孔へのグラウト材の注入が完了した状態を示す。
【図３】基礎地盤の断面図であり、３次ボーリング孔へのグラウト材の注入が完了した状態を示す。
【図４】基礎地盤の変位に伴う光ファイバケーブルの歪みを説明する断面図である。
【図５】第１実施形態に係るコントローラの詳細を示すブロック図である。
【図６】判定部によって行われる処理を説明するためのフロー図である。
【図７】第２実施形態に係るコントローラの詳細を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
【００１３】
＜第１実施形態＞
まず、図１から図６を参照して、本発明の第１実施形態に係るグラウト材の注入装置１００及び注入方法について説明する。グラウト材の注入装置１００は、ダム工事におけるグラウチングに用いられる。グラウチングは、基礎地盤中の亀裂をグラウト材により塞いで基礎地盤の遮水性及び強度を高めるために行われる。
【００１４】
まず、グラウチングの手順について、図１から図３を参照して簡単に説明する。ここでは、鉛直方向に間隔を開けて２つの亀裂２ａ，２ｂが存在する基礎地盤１に対してグラウチングを行う場合について説明する。
【００１５】
ダム工事におけるグラウチングでは、まず、図１に示すように、ボーリング孔としての複数の１次ボーリング孔３ａ，３ｂにグラウト材６を注入する。次に、図２に示すように、１次ボーリング孔３ａ，３ｂの間に形成される２次ボーリング孔４ａにグラウト材６を注入する。
【００１６】
グラウト材６を１次ボーリング孔３ａ，３ｂ及び２次ボーリング孔４ａに注入する前には、１次ボーリング孔３ａ，３ｂ及び２次ボーリング孔４ａにおけるルジオン値の測定がそれぞれ行われる。ルジオン値は、いわゆるルジオン試験により測定され、基礎地盤１における遮水性や強度の評価に用いられる。
【００１７】
１次ボーリング孔３ａ，３ｂにおけるルジオン値は、グラウト材６が注入される前の基礎地盤１の遮水性及び強度を評価するために用いられる。２次ボーリング孔４ａにおけるルジオン値は、１次ボーリング孔３ａ，３ｂへのグラウト材６の注入による遮水性及び強度の向上を確認するために用いられる。２次ボーリング孔４ａにおけるルジオン値が基準値を満たしていない場合には、２次ボーリング孔４ａにグラウト材６を注入した後に、図３に示すように、１次ボーリング孔３ａ，３ｂと２次ボーリング孔４ａとの間にそれぞれ形成される３次ボーリング孔５ａ，５ｂにグラウト材６を注入する。
【００１８】
グラウト材６を３次ボーリング孔５ａ，５ｂに注入する前には、同様に、３次ボーリング孔５ａ，５ｂにおけるルジオン値の測定が行われる。３次ボーリング孔５ａ，５ｂにおけるルジオン値が基準値を満たしていない場合には、図示を省略するが、４次ボーリング孔や５次ボーリング孔等の高次ボーリング孔にグラウト材を更に注入する。３次ボーリング孔５ａ，５ｂにおけるルジオン値が基準値を満たしている場合には、基礎地盤１の遮水性及び強度が高められたとしてグラウチングを終了する。
【００１９】
なお、３次ボーリング孔５ａ，５ｂにおけるルジオン値が基準値を満たしている場合であっても、必要に応じて、高次ボーリング孔にグラウト材を注入してもよい。
【００２０】
図１に示す例では、１次ボーリング孔３ｂは亀裂２ａ，２ｂを貫通しており、１次ボーリング孔３ｂへのグラウト材６の注入によって、グラウト材６が亀裂２ａ，２ｂに流入し亀裂２ａ，２ｂが塞がれる。亀裂２ａ，２ｂを塞ぐためには、より多くのグラウト材６を亀裂２ａ，２ｂに流入させるのが望ましく、そのためには注入圧は高く注入量は多い方がよい。
【００２１】
しかし、注入圧が高すぎる場合や注入量が多すぎる場合には、亀裂２ａ，２ｂに流入したグラウト材６により基礎地盤１が押し上げられるように破壊されることがある。この場合、亀裂２ａ，２ｂが塞がれず、所望の遮水性及び強度が得られないおそれがある。このような理由から、基礎地盤１の変位を把握してグラウト材６を注入する必要がある。
【００２２】
本実施形態に係る注入装置１００及び注入方法は、基礎地盤１の変位を把握し、グラウト材６を注入する。以下、注入装置１００の構成及び注入方法の手順について、図１、図４及び図５を参照して具体的に説明する。
【００２３】
ここでは、１次ボーリング孔３ｂにグラウト材６を注入する場合を説明する。１次ボーリング孔３ａ、２次ボーリング孔４ａ、３次ボーリング孔５ａ，５ｂ等の他のボーリング孔にグラウト材６を注入する場合も略同じであるため、その説明を省略する。また、以下において、１次ボーリング孔３ｂを単に「ボーリング孔３ｂ」とも称する。
【００２４】
また、ここでは、ステージ注入工法によりボーリング孔３ｂにグラウト材６を注入する場合を説明する。
【００２５】
ステージ注入工法では、まず、予め設定されたボーリング孔３ｂの全長（例えば２５ｍ）を鉛直方向に所定の長さ（例えば５ｍ）で区割りしてボーリング孔３ｂに複数の区域（ステージ）を設定する。次に、鉛直方向上部の区域から、ボーリングと、グラウト材６の注入と、を交互に行い、順次深部に施工を進める。
【００２６】
図１に示す例では、ボーリング孔３ｂに５つの区域を設定し、基礎地盤１の表面から深部に向かって順に第１区域Ｚ１、第２区域Ｚ２、・・・、第５区域Ｚ５としている。図１は、ボーリング孔３ｂの第３区域Ｚ３までのグラウト材６の注入と、ボーリング孔３ｂの第４区域Ｚ４の形成と、が完了しており、第４区域Ｚ４にグラウト材を注入している状態を示している。
【００２７】
図１に示すように、注入装置１００は、不図示のミキサから供給されるグラウト材６を注入管２１を通じてボーリング孔３ｂに注入する注入部１０を備える。注入部１０は、注入管２１にグラウト材６を送出するポンプ１１と、注入管２１におけるグラウト材６の流れを制御する制御弁１２と、を含む。
【００２８】
ポンプ１１は、モータやエンジン等の不図示の駆動源により駆動される。制御弁１２は、例えばリターンバルブである。ポンプ１１の回転数や制御弁１２の開度を変化させることにより、グラウト材６の注入圧及び注入流量を変化させることができる。
【００２９】
ポンプ１１及び制御弁１２は、制御部としてのコントローラ３０によって制御される。コントローラ３０は、演算処理を行うＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）と、ＣＰＵにより実行される制御プログラム等を記憶するＲＯＭ（Ｒｅａｄ−Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）と、ＣＰＵの演算結果等を記憶するＲＡＭ（ｒａｎｄｏｍ  ａｃｃｅｓｓ  ｍｅｍｏｒｙ）と、を含むマイクロコンピュータで構成される。コントローラ３０は、単一のマイクロコンピュータで構成されていてもよいし、複数のマイクロコンピュータで構成されていてもよい。
【００３０】
注入管２１は、１次ボーリング孔３ｂの第３区域Ｚ３まで挿入されている。注入管２１の先端にはパッカ２２が取り付けられており、パッカ２２によって注入管２１の外周とボーリング孔３ｂにおける第３区域Ｚ３の内壁との間が閉塞される。これにより、ボーリング孔３ｂの第４区域Ｚ４におけるグラウト材６の圧力を高めることができ、より多くのグラウト材６を亀裂２ｂに流入させることができる。
【００３１】
また、注入装置１００は、基礎地盤１内に設置される光ファイバケーブル４０と、光ファイバケーブル４０の歪みを計測する歪み計測部５０と、を備える。歪み計測部５０から出力される信号は、コントローラ３０に入力される。
【００３２】
光ファイバケーブル４０は、基礎地盤１にボーリングにより鉛直方向に形成される観測孔７に挿入されている。光ファイバケーブル４０の先端は早強セメント４１を用いて観測孔７の底部に固定されており、光ファイバケーブル４０の末端は観測孔７から延出して歪み計測部５０に接続されている。
【００３３】
光ファイバケーブル４０は、複数の鋼製線材と共に撚られた状態でエポキシ樹脂によって被覆されている。したがって、光ファイバケーブル４０を観測孔７に挿入する際に光ファイバケーブル４０が破損するのを防止することができる。複数の鋼製線材と共に撚られる光ファイバケーブル４０は１本でもよいし２本以上でもよい。
【００３４】
観測孔７の内壁と光ファイバケーブル４０との隙間には、ベントナイト４２が充填される。ベントナイト４２の充填は、光ファイバケーブル４０の先端が観測孔７の底部に固定され光ファイバケーブル４０に緊張力が加えられた状態で行われる。ベントナイト４２によって、光ファイバケーブル４０は、観測孔７の底部から基礎地盤１の表面に至る範囲に渡って観測孔７の内壁に接着される。そのため、光ファイバケーブル４０は、鉛直方向への観測孔７の内壁の変位に伴って歪む。
【００３５】
観測孔７の内壁の変位に伴う光ファイバケーブル４０の歪みについて、図４を参照して具体的に説明する。
【００３６】
図４に示すように、観測孔７は亀裂２ａ，２ｂを貫通している。以下において、基礎地盤１のうち表面と亀裂２ａとの間の部分を第１地盤層１ａとし、亀裂２ａと亀裂２ｂとの間の部分を第２地盤層１ｂとし、亀裂２ｂよりも下方の部分を第３地盤層１ｃとする。光ファイバケーブル４０のうち第１、第２及び第３地盤層１ａ，１ｂ，１ｃに位置する部分をそれぞれ第１、第２及び第３ケーブル部４０ａ，４０ｂ，４０ｃとする。また、光ファイバケーブル４０のうち第１及び第２ケーブル部４０ａ，４０ｂ間に位置する部分を第４ケーブル部４０ｄとし、第２及び第３ケーブル部４０ｂ，４０ｃ間に位置する部分を第５ケーブル部４０ｅとする。
【００３７】
観測孔７の内壁の変位、すなわち第１、第２及び第３地盤層１ａ，１ｂ，１ｃの変位は、亀裂２ａ，２ｂにグラウト材６（図１参照）が流入することによって生じる。グラウト材６は基礎地盤１の遮水性及び強度等を高めるたに、ボーリング孔（３ａ，３ｂ，４ａ）に注入され、注入されたグラウト材６は亀裂２ａ，２ｂに流入する。グラウト材の注入圧が低い場合、亀裂２ａ，２ｂのグラウト材の流入（充填）が不十分となり、所定の遮水性及び強度が得られない。したがって、グラウチングではグラウト材の亀裂への流入（充填）が十分に行われるように注入圧を設定して注入が行われる。しかし、注入圧が大きい場合は亀裂２ａ，２ｂに流入したグラウト材により観測孔７内に設置された光ファイバケーブル４０が変位して歪む。
【００３８】
グラウト材６の注入により、どのように光ファイバケーブル４０に歪みが発生するかのメカニズムについては、本発明の本質ではないが、例えば、以下のように説明される。まず、亀裂２ａにグラウト材６が流入するときに生じる基礎地盤１の変位及び光ファイバケーブル４０の歪みについて説明する。なお、グラウト材６は、ボーリング孔３ｂにおける第２区域Ｚ２（図１等参照）にグラウト材６を注入するときに亀裂２ａに流入する。
【００３９】
亀裂２ａにグラウト材６が流入するときには、第１地盤層１ａが亀裂２ａに流入するグラウト材６により押し上げられることがある。第１地盤層１ａにはベントナイト４２を介して第１ケーブル部４０ａが接着されているため、第１地盤層１ａの変位に伴って第１ケーブル部４０ａが上方に変位する。
【００４０】
このとき、第２地盤層１ｂは押し上げられないため、第２地盤層１ｂに接着されている第２ケーブル部４０ｂは上方に変位しない。したがって、第１ケーブル部４０ａと第２ケーブル部４０ｂとの間の第４ケーブル部４０ｄが引っ張られ、第４ケーブル部４０ｄに引張歪みが生じる。
【００４１】
また、亀裂２ａにグラウト材６が流入するときには、第２地盤層１ｂが亀裂２ａに流入するグラウト材６により押し下げられることがある。この場合には、第２地盤層１ｂの変位に伴って第２ケーブル部４０ｂが下方に変位する。したがって、第４ケーブル部４０ｄが引っ張られ、第４ケーブル部４０ｄに引張歪みが生じる。
【００４２】
このように、亀裂２ａにグラウト材６が流入するときには、第１地盤層１ａの上方への変位、第２地盤層１ｂの下方への変位、又はその両方によって光ファイバケーブル４０の一部（第４ケーブル部４０ｄ）に引張歪みが生じる。なお、亀裂２ｂにグラウト材６が流入するときも同様である。
【００４３】
以上のように、亀裂２ａ，２ｂにグラウト材６が流入して基礎地盤１が変位するときには、第１、第２及び第３ケーブル部４０ａ，４０ｂ，４０ｃの少なくとも１つが変位する。第１、第２及び第３ケーブル部４０ａ，４０ｂ，４０ｃは、ベントナイト４２によって第１、第２及び第３地盤層１ａ，１ｂ，１ｃにそれぞれ接着されており、第１、第２及び第３ケーブル部４０ａ，４０ｂ，４０ｃの変位量は、それぞれ、第１、第２及び第３地盤層１ａ，１ｂ，１ｃの変位量に相当する。そのため、第１、第２及び第３ケーブル部４０ａ，４０ｂ，４０ｃの少なくとも１つが変位すると、第４及び第５ケーブル部４０ｄ，４０ｅの少なくとも一方において歪みが生じる。したがって、第４ケーブル部４０ｄ及び第５ケーブル部４０ｅにおける歪みを計測することによって、基礎地盤１の変位を把握することができる。光ファイバケーブル４０により基礎地盤１の変位は水平方向、鉛直方向等を設定できるが、本実施形態では主に、鉛直方向の変位量を算出して把握するものとする。
【００４４】
光ファイバケーブル４０が基礎地盤１の変位に伴って部分的に歪むように光ファイバケーブル４０を観測孔７に挿入して基礎地盤１に設置する作業は、グラウト材６を基礎地盤１に注入する前、具体的には、１次ボーリング孔３ａ，３ｂを基礎地盤１に形成する前に行われる。
【００４５】
ところで、従来、グラウチングにおいて、基礎地盤１の変位を把握するために、基礎地盤１の表面の変位の測定が行われている。基礎地盤１の表面は第１地盤層１ａの表面であるため、基礎地盤１の表面の変位の測定によって第１地盤層１ａの変位量を把握することができる。しかし、第２地盤層１ｂと第１地盤層１ａとの間には亀裂２ａがあるため、第２地盤層１ｂの変位は、亀裂２ａによって吸収され、第１地盤層１ａには伝わらないことがある。そのため、従来行われている基礎地盤１の表面の変位の測定では、第２地盤層１ｂの変位量を正確に把握することができない。
【００４６】
前述のように基礎地盤１に設置された光ファイバケーブル４０は、第１地盤層１ａから第３地盤層１ｃに部分的に変位が生じたときに、部分的に変位して部分的に歪む。したがって、光ファイバケーブル４０の部分的な歪みを測定することによって、第２地盤層１ｂ等の基礎地盤１の内部でのみ生じる変位量を正確に把握することができる。
【００４７】
光ファイバケーブル４０の部分的な歪みは、歪み計測部５０によって計測される。光ファイバケーブル４０には、進行するパルス光を僅かに後方に散乱させる性質があり、歪み計測部５０は、この性質を利用して光ファイバケーブル４０の部分的な歪みを計測する。
【００４８】
具体的には、散乱光の周波数は光ファイバケーブル４０の歪みに依存するため、歪み計測部５０は、パルス光を光ファイバケーブル４０に入射して散乱光の周波数を計測することにより光ファイバケーブル４０の歪みを計測する。また、歪み計測部５０は、光ファイバケーブル４０にパルス光を入射してから、光ファイバケーブル４０内で発生した散乱光が歪み計測部５０に戻るまでの時間を測定することにより、散乱光が発生した位置、すなわち歪みが生じた位置を算出する。散乱光を所定の周期で検出することにより、光ファイバケーブル４０における複数の位置での歪みを計測することができる。
【００４９】
このように、歪み計測部５０は、光ファイバケーブル４０における複数の位置での歪みを計測する。前述のように、光ファイバケーブル４０は、基礎地盤１の内部でのみ生じる変位量によっても部分的に歪むため、歪み計測部５０により計測された光ファイバケーブル４０における複数の位置での歪みを用いることにより、基礎地盤１の内部でのみ生じる変位量を正確に把握することができる。
【００５０】
また、図１に示すように、光ファイバケーブル４０は、ボーリング孔３ｂの区割りに対応して第１から第５区域Ｚ１〜Ｚ５に区割りされている。歪み計測部５０は、光ファイバケーブル４０の第１から第５区域Ｚ１〜Ｚ５におけるそれぞれの歪みを計測する。計測された歪みの情報は、区域の情報と複数の位置の情報と共にコントローラ３０に入力される。
【００５１】
図５に示すように、コントローラ３０は、歪み計測部５０により計測された複数の歪みを取得する取得部３１と、取得された複数の歪みを用いて光ファイバケーブル４０の変位量を算出する変位量算出部３２と、算出された変位量に基づいて、グラウト材６の注入の継続の可否、及びグラウト材６の注入圧の上昇の可否を判定する判定部３３と、を備える。判定部３３による判定は、グラウト材６を第１から第５区域Ｚ１〜Ｚ５のそれぞれに注入する毎に行われる。
【００５２】
以下、グラウト材６が注入される区域と光ファイバケーブル４０の変位量との関係を説明しつつ、コントローラ３０の構成及び動作について、図１及び図５を参照して詳細に説明する。
【００５３】
グラウチングを行う際には、基礎地盤１における亀裂の大きさ及び位置を把握できていない場合が多い。このような場合、ボーリング孔３ｂのある区域へグラウト材６を注入したときに、光ファイバケーブル４０の第１から第５区域Ｚ１〜Ｚ５のうちのどの区域に変位が生じるかわからない。したがって、光ファイバケーブル４０の第１から第５区域Ｚ１〜Ｚ５におけるそれぞれの変位量のうちもっとも大きい変位量に基づいて、グラウト材６の注入の継続の可否等を判定するのが有効である。
【００５４】
コントローラ３０の変位量算出部３２は、図５に示すように、取得部３１により取得された複数の歪みを用いて光ファイバケーブル４０の第１から第５区域Ｚ１〜Ｚ５における変位量を算出する区域毎変位量算出部３２ａと、算出した区域毎の変位量から最も大きい変位量を抽出する最大変位量抽出部３２ｂと、を含む。最大変位量抽出部３２ｂにより抽出された変位量は、光ファイバケーブル４０の第１から第５区域Ｚ１〜Ｚ５におけるそれぞれの変位量のうちの最大値である。
【００５５】
区域毎変位量算出部３２ａは、例えば光ファイバケーブル４０の第３区域Ｚ３の変位量を算出する際には、光ファイバケーブル４０の先端（下端）から第３区域Ｚ３の上端に渡る区間において計測される複数の歪みを用いて当該区間の伸縮量を算出する。算出された伸縮量は、光ファイバケーブル４０の先端（下端）に対する第３区域Ｚ３の上端の変位量に相当する。区域毎変位量算出部３２ａは、第３区域Ｚ３の上端の変位量を、第３区域Ｚ３の変位量として算出する。光ファイバケーブル４０の第１、第２、第４及び第５区域Ｚ１，Ｚ２，Ｚ４，Ｚ５における変位量も、同様に算出される。
【００５６】
最大変位量抽出部３２ｂは、抽出した変位量を判定部３３に出力する。したがって、グラウト材６の注入に伴う基礎地盤１の内部での部分的且つ最大の変位量を把握することができ、グラウト材６の注入の継続の可否等を的確に判定することができる。
【００５７】
また、基礎地盤１における亀裂は、ボーリング孔３ｂの近傍ではある一つの区域内にあったとしても、観測孔７の近傍では複数の区域に形成されている場合がある。この場合、光ファイバケーブル４０の各区域における変位量が比較的小さいとしても、光ファイバケーブル４０の全体的な変位量は大きくなることがある。したがって、光ファイバケーブル４０の当該複数の区域の変位量の合計値に基づいて、グラウト材６の注入の継続の可否等を判定するのが有効である。
【００５８】
コントローラ３０の変位量算出部３２は、図５に示すように、区域毎変位量算出部３２ａにより算出された区域毎の変位量を合計する変位量合計部３２ｃを含む。変位量合計部３２ｃにより合計された変位量は、光ファイバケーブル４０の第１から第５区域Ｚ１〜Ｚ５におけるそれぞれの変位量の合計値である。
【００５９】
変位量合計部３２ｃは、合計した変位量を判定部３３に出力する。したがって、グラウト材６の注入に伴う基礎地盤１の全体的な変位量を把握することができ、グラウト材６の注入の継続の可否等をより的確に判定することができる。
【００６０】
なお、変位量合計部３２ｃは、第１から第５区域Ｚ１〜Ｚ５のうち少なくとも２つの区域における変位量の合計値を算出するように構成されていてもよい。
【００６１】
判定部３３は、最大変位量抽出部３２ｂにより抽出された変位量の最大値、及び変位量合計部３２ｃにより算出された変位量の合計値に基づいて、グラウト材６の注入の継続の可否、及びグラウト材６の注入圧の上昇の可否を判定し、判定結果に基づいて、ポンプ１１及び制御弁１２を制御するための信号を出力する。図６を参照して、判定部３３によって行われる処理について説明する。
【００６２】
ステップＳ６０１では、変位量算出部３２により算出された変位量を取得する。取得する変位量は、最大変位量抽出部３２ｂにより抽出された変位量の最大値、及び変位量合計部３２ｃにより算出された変位量の合計値である。
【００６３】
ステップＳ６０２では、最大変位量抽出部３２ｂにより抽出された変位量の最大値が予め定められた第１閾値を超えたか否かを判定する。第１閾値は、１つの区域における許容変位量であり、例えば、０．１ｍｍである。
【００６４】
ステップＳ６０２にて、変位量の最大値が予め定められた第１閾値を超えたと判定した場合には、ステップＳ６０５に進む。ステップＳ６０２にて、変位量の最大値が予め定められた第１閾値を超えていないと判定した場合には、ステップＳ６０３に進む。
【００６５】
ステップＳ６０３では、変位量合計部３２ｃにより算出された変位量の合計値が予め定められた第２閾値を超えたか否かを判定する。第２閾値は、５つの区域における全体的な許容変位量であり、例えば、０．４ｍｍである。第２閾値は、第１閾値よりも大きく、合計する区域の数に第１閾値を乗じた値よりも小さいことが好ましい。第２閾値を、合計する区域の数に第１閾値を乗じた値よりも小さくすることにより、基礎地盤１が部分的に変位する場合の管理を緩和することができる一方で、基礎地盤１が全体的に変位する場合の管理を厳しくすることができる。
【００６６】
ステップＳ６０３にて、変位量の合計値が予め定められた第２閾値を超えたと判定した場合には、ステップＳ６０５に進む。ステップＳ６０３にて、変位量の合計値が予め定められた第２閾値を超えていないと判定した場合には、ステップＳ６０４に進む。
【００６７】
ステップＳ６０４では、グラウト材６の注入を継続すると共にグラウト材６の注入圧を上昇させる信号をポンプ１１及び制御弁１２に出力する。具体的には、ポンプ１１の回転数を上昇させる、又は制御弁１２の開度を増大させる信号を出力する。これにより、注入圧が高められた状態でグラウト材６の注入が継続される。信号の出力後、ステップＳ６０１に戻る。
【００６８】
ステップＳ６０５では、グラウト材６の注入を停止する信号を出力する。具体的には、ポンプ１１の駆動を停止する、又は制御弁１２を閉弁する信号を出力する。以上により判定部３３によって行われる処理が終了する。
【００６９】
ポンプ１１の駆動の停止、又は制御弁１２の閉弁によって、ボーリング孔３ｂへのグラウト材６の注入が停止する。したがって、グラウト材６の注入を継続することで生じる基礎地盤１の破壊を防ぐことができる。これにより、亀裂２ａ、２ｂをグラウト材６により塞ぐことができ、基礎地盤１の遮水性及び強度基礎を高めることができる。
【００７０】
以上の第１実施形態によれば、以下に示す作用効果を奏する。
【００７１】
注入装置１００及び注入方法では、歪み計測部５０は、基礎地盤１内に設置された光ファイバケーブル４０における複数の位置での歪みを計測する。コントローラ３０は、計測される歪みを用いて変位量を算出し、変位量に応じて、ポンプ１１及び制御弁１２を制御する。光ファイバケーブル４０は、基礎地盤１の変位に応じて部分的に歪むため、グラウト材６は、基礎地盤１の変位に応じて注入される。したがって、基礎地盤１の内部でのみ変位が生じる場合においてもグラウト材６を適切な圧力及び量で基礎地盤１へ注入することができる。これにより、基礎地盤１の破壊を防いで、基礎地盤１の遮水性及び強度を高めることができる。
【００７２】
また、注入装置１００では、歪み計測部５０により計測される歪みを用いて算出される変位量が予め定められた第１〜第３閾値を越えていない場合には、グラウト材６の注入圧を上昇させる。そのため、基礎地盤１の破壊を防ぎつつグラウト材６の注入圧を高めることができる。したがって、より多くのグラウト材６を基礎地盤１に注入することができ、基礎地盤１の遮水性及び強度をより高めることができる。
【００７３】
また、注入装置１００では、コントローラ３０の区域毎変位量算出部３２ａは、光ファイバケーブル４０の第１から第５区域Ｚ１〜Ｚ５における歪みを用いて変位量を算出する。そのため、ボーリング孔３ｂの区割りに対応した区割りで変位量を計測することができる。したがって、ボーリング孔３ｂのある区域にグラウト材６を注入する際に別の区域での基礎地盤１の変位状況を把握することができる。
【００７４】
また、注入装置１００では、コントローラ３０は、光ファイバケーブル４０の第１から第５区域Ｚ１〜Ｚ５におけるそれぞれの変位量のうち、最大値に基づいて、ポンプ１１及び制御弁１２を制御する。そのため、グラウト材６の注入に伴う基礎地盤１の内部での部分的且つ最大の変位量に応じてグラウト材６を基礎地盤１に注入することができる。したがって、基礎地盤１の遮水性及び強度をより高めることができる。
【００７５】
また、注入装置１００では、コントローラ３０は、光ファイバケーブル４０の第１から第５区域Ｚ１〜Ｚ５における変位量の合計値に基づいて、ポンプ１１及び制御弁１２を制御する。そのため、グラウト材６の注入に伴う基礎地盤１の全体的な変位に応じてグラウト材６を注入することができる。したがって、基礎地盤１の遮水性及び強度をより高めることができる。
【００７６】
なお、注入装置１００では、注入部１０のポンプ１１及び制御弁１２は、コントローラ３０によって制御されるが、本実施形態に係る注入方法では、作業者がポンプ１１及び制御弁１２を制御してグラウト材を注入してもよい。この場合には、作業者は、歪み計測部５０により計測される光ファイバケーブル４０の歪みに基づいて、ポンプ１１及び制御弁１２を制御する。具体的には、作業者は、歪み計測部５０により計測される光ファイバケーブル４０の歪み分布を監視してポンプ１１及び制御弁１２を制御してもよいし、光ファイバケーブル４０の歪みを用いて光ファイバケーブル４０の変位量を算出し、算出した変位量に基づいてポンプ１１及び制御弁１２を制御してもよい。
【００７７】
また、注入装置１００及び注入方法では、注入部１０の制御は、注入圧だけでなく注入流量を制御することも含む。また、注入圧の制御は、注入圧を増減させるだけでなく、注入の停止・開始も含む。
【００７８】
＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態に係るグラウト材６の注入装置２００及び注入方法について、図７を参照して説明する。以下では、第１実施形態と異なる点を主に説明し、第１実施形態で説明した構成と同一の構成又は相当する構成については、図中に第１実施形態と同一の符号を付して説明を省略する。
【００７９】
グラウチングでは、基礎地盤１に観測孔７やボーリング孔３ｂ等を形成した段階で観測孔７やボーリング孔３ｂ等の内壁を確認することにより、基礎地盤１における亀裂の数、大きさ及び位置を予測することが可能である。基礎地盤１における亀裂の予測は、例えば作業者や亀裂検出装置によって行われる。
【００８０】
第２実施形態に係る注入装置２００では、予測された亀裂の数、大きさ及び位置を利用して、グラウト材６を基礎地盤１に注入する。以下、注入装置２００の具体的な構成を説明する。
【００８１】
図７に示すように、注入装置２００におけるコントローラ２３０の変位量算出部２３２は、注入装置１００における最大変位量抽出部３２ｂ（図５参照）に代えて、所定区域変位量抽出部２３２ｂを含む。所定区域変位量抽出部２３２ｂは、区域毎変位量算出部３２ａにより算出された区域毎の変位量から、光ファイバケーブル４０の所定区域における変位量を抽出する。
【００８２】
所定区域は、区域情報出力部６０から出力される情報に基づいて設定される。区域情報出力部６０は、作業者によって操作される入力装置や亀裂検出装置であり、出力される情報は、グラウト材６の注入に伴って歪むのが予想される光ファイバケーブル４０の区域の情報である。したがって、グラウト材６の注入に伴う地盤の変位が的確に抽出される。
【００８３】
所定区域変位量抽出部２３２ｂより抽出された変位量は、判定部３３に入力される。そのため、予測された亀裂の情報と、基礎地盤１の内部の部分的な変位と、に基づいて、グラウト材６の注入の継続の可否等を判定するこができる。したがって、グラウト材６をより適切な圧力及び量で基礎地盤１に注入することができ、基礎地盤１の破壊を防いで、基礎地盤１の遮水性及び強度を高めることができる。
【００８４】
変位量算出部２３２は、変位量合計部３２ｃを含み、変位量合計部３２ｃにより算出された変位量の合計値は、判定部３３に入力される。そのため、注入装置２００においても、グラウト材６の注入に伴う基礎地盤１の全体的な変位を把握することができ、グラウト材６の注入の継続の可否等を的確に判定することができる。
【００８５】
判定部３３によって行われる処理については、第１実施形態における判定部３３の処理と略同じであるため、ここでは、その説明を省略する。
【００８６】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【００８７】
上記の実施形態では、ステージ注入工法により基礎地盤１にグラウト材６を注入する場合を説明したが、本発明は、他の工法、例えばパッカ注入工法や二重管ダブルパッカ注入工法により基礎地盤１にグラウト材６を注入する場合にも適用可能である。
【００８８】
また、注入装置１００の変位量算出部３２は、最大変位量抽出部３２ｂと変位量合計部３２ｃの一方のみを備えた構成であってもよい。同様に、注入装置２００の変位量算出部２３２は、所定区域変位量抽出部２３２ｂと変位量合計部３２ｃの一方のみを備えた構成であってもよい。
【００８９】
注入装置２００の変位量算出部２３２は、最大変位量抽出部３２ｂを含んでいてもよい。この場合には、作業者や亀裂検出装置によって予測されなかった亀裂があるときにも基礎地盤１の内部での部分的な変位に応じてグラウト材６を基礎地盤１に注入することができる。したがって、基礎地盤１の遮水性及び強度をより高めることができる。
【符号の説明】
【００９０】
１・・・基礎地盤
３ａ，３ｂ，４ａ，５ａ，５ｂ・・・ボーリング孔
６・・・グラウト材
７・・・観測孔
１０・・・注入部
１１・・・ポンプ
１２・・・制御弁
３０・・・コントローラ（制御部）
４０・・・光ファイバケーブル
５０・・・歪み計測部
１００，２００・・・注入装置
【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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