(57)【要約】【課題】ロックボルト又はアンカーボルトに付設する装置として、遠隔監視するために電気的な地殻異常の感知が可能で、必要により危険度を段階的に判定できる地殻異常感知装置を提供する。【解決手段】法面３に追従する突起電極１６と、アンカーボルト２の露出端８に追従する絶縁板１９及び電極板１７，１８と、前記突起電極１６及び電極板１７，１８を結ぶ報知回路部とからなり、法面３から突起電極１６、絶縁板１９及び電極板１７，１８の順に積層し、突起電極１６及び電極板１７，１８を絶縁板１９の介装によって報知回路部を切断状態とし、アンカーボルト２の変位又は変形によって突起電極１６が絶縁板１９を貫通し、この突起電極１６及び電極板１７，１８が接触することで報知回路部を通電状態とする地殻異常感知装置１である。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネル壁面に打ち込んだロックボルトや切土斜面又は法面に打ち込んだアンカーボルトの露出端に装着し、該ロックボルト又はアンカーボルトに掛かる地殻荷重によるロックボルト又はアンカーボルトの変位又は変形から地殻異常を感知する装置であって、トンネル壁面、切土斜面又は法面に追従する打抜突起部と、ロックボルト又はアンカーボルトの露出端に追従する被打抜変位部とからなり、トンネル壁面、切土斜面又は法面から打抜突起部、被打抜変位部の順に積層し、ロックボルト又はアンカーボルトの変位又は変形によって打抜突起部が被打抜変位部を貫通することで地殻異常を感知するように構成してなる地殻異常感知装置。
【請求項２】
打抜突起部及び被打抜変位部を電極として、該打抜突起部及び被打抜変位部の接触又は非接触をスイッチとする報知回路部を接続し、切土斜面又は法面から打抜突起部、絶縁変位部及び被打抜変位部の順に積層し、報知回路部は絶縁変位部の介装により打抜突起部及び被打抜変位部が非接触の切断状態から、ロックボルト又はアンカーボルトの変位又は変形によって打抜突起部が絶縁変位部を貫通して該打抜突起部及び被打抜変位部が接触する通電状態になることで地殻異常を感知するように構成してなる請求項１記載の地殻異常感知装置。
【請求項３】
打抜突起部は、トンネル壁面、切土斜面又は法面に追従する突起基準部から突設した突起からなる請求項１又は２記載の地殻異常感知装置。
【請求項４】
突起基準部、絶縁変位部又は被打抜変位部は、ロックボルト又はアンカーボルトの貫通部位を備えた板体である請求項１又は２記載の地殻異常感知装置。
【請求項５】
突起基準部、絶縁変位部又は被打抜変位部は、貫通部位として貫通孔を有する板体である請求項３記載の地殻異常感知装置。
【請求項６】
打抜突起部は、貫通部位から点対称な位置関係で突起基準部に複数突設した突起からなる請求項３記載の地殻異常感知装置。
【請求項７】
被打抜変位部は複数層で、打抜突起部及び各被打抜変位部毎に個別の報知回路部を接続してなり、ロックボルト又はアンカーボルトの変位又は変形によって打抜突起部が更に上層の被打抜変位部を貫通し、該打抜突起部及び上層の被打抜変位部が接触することで各報知回路部が順次通電状態となる請求項２記載の地殻異常感知装置。
【請求項８】
報知回路部は、通電により発光する発光体を設けた請求項２記載の地殻異常感知装置。
【請求項９】
報知回路部は、通電により特定の電気信号を発信する通報部を設けた請求項２記載の地殻異常感知装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネル壁面に打ち込んだロックボルトや切土斜面又は法面に打ち込んだアンカーボルトの露出端に装着し、このロックボルト又はアンカーボルトに掛かる地殻荷重によるロックボルト又はアンカーボルトの変位又は変形から地殻異常を感知する地殻異常感知装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
トンネル壁面にはロックボルトを、切土斜面又は法面にアンカーボルトを打ち込んで、それぞれ崩落や地滑り等、いわゆる地殻異常を防止する補強がなされることがよく見受けられる。こうした補強は永続的かつ完全な地殻異常を防止することを目的とするが、やはり経時的な劣化や予期しない地盤変動のために、地殻異常が起きることもあり得る。しかし、突発的に生ずる地殻異常は別にして、通常予兆的な規模の小さい崩落又は地滑りが先行することが多いことから、補強したトンネル壁面や切土斜面又は法面には地滑り計、歪み計やセンターホール型ロードセルを設けて、地殻異常を監視できるようにしていた。
【０００３】
ロックボルトやアンカーボルトを用いる場合、上記地殻異常はロックボルト又はアンカーボルトに掛かる地殻荷重によるロックボルト又はアンカーボルトの変位（打ち込み方向の変位や、壁面、切土斜面又は法面方向の変位等）又は変形といった形で現れることが多い。これから、上記地殻異常の監視のために、直接的にロックボルト又はアンカーボルトの変位を検出又は感知する装置が提案されている。例えば、特許文献１は、例えばロックボルトを挿通して配設する荷重検出装置を提案している。この荷重検出装置は、保持部材、変色部材及び保持部からなり、前記変色部材が荷重を受けると発光するため、ロックボルトの変位又は変形が検出できる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平０９−２６９２６９号公報（第３〜５頁、図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１でも指摘しているように、従前はロックボルト又はアンカーボルトの変位又は変形の検出に、歪みゲージやロードセルを用いていた。これらは、前記歪みゲージやロードセルが高価であったり、測定値から危険度を判定するのに時間及びコストがかかり、結果として対応に遅れるといった問題があった。これから、先行技術は安価で、危険度も変色部材の変色という明白で簡易な判定が可能であることから、効果的に地殻異常を検出できると言える。
【０００６】
特許文献１の荷重検出装置は、変色部材として「第一の液と第二の液とを別々に封入された小型容器タイプ」を例示している。前記構成では、両液を隔てる境界壁の強度や各液を封入する筒体の強度によって、検出又は感知できる地殻荷重を自由に設定する。ここで、両液の確実な混合を図るには、設定した地殻荷重を受けた段階で確実に境界壁又は筒体が破壊されなければならないが、常態としての地殻荷重（土圧）に耐えながら、設定した地殻荷重で確実に境界壁又は筒体が破壊されて地殻異常を感知できるようにする強度設計は難しい。
【０００７】
また、従前の歪みゲージやロードセルでは、測定値を電気的に処理できることから、遠隔監視が可能である利点がある。この点、特許文献１では目視により危険度を判定することから、こうした遠隔監視による装置構成が難しい。このほか、特許文献１には、変色の有無という択一的な危険度の判定では地殻異常の程度を判定しにくい問題がある。歪みゲージやロードセルを用いる程度の精密な危険度の判定は不要でも、対応の程度が可能な段階的な判定が可能であることが望ましい。
【０００８】
そこで、ロックボルト又はアンカーボルトに付設する装置として、常態としての地殻荷重（土圧）に耐えながら、設定した地殻荷重で確実に地殻異常を感知できる強度設計が容易で、必要により遠隔監視可能な電気的な地殻異常の感知ができ、更には危険度を段階的に判定できる構成を有する地殻異常感知装置を開発するべく、検討した。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
検討の結果開発したものが、トンネル壁面に打ち込んだロックボルトや切土斜面又は法面に打ち込んだアンカーボルトの露出端に装着し、このロックボルト又はアンカーボルトに掛かる地殻荷重によるロックボルト又はアンカーボルトの変位又は変形から地殻異常を感知する装置であって、トンネル壁面、切土斜面又は法面に追従する打抜突起部と、ロックボルト又はアンカーボルトの露出端に追従する被打抜変位部とからなり、トンネル壁面、切土斜面又は法面から打抜突起部、被打抜変位部の順に積層し、ロックボルト又はアンカーボルトの変位又は変形によって打抜突起部が被打抜変位部を貫通することで地殻異常を感知するように構成した地殻異常感知装置である。
【００１０】
上記構成の地殻異常感知装置は、「打抜突起部が被打抜変位部を貫通する」構造的変化を目視確認することで地殻異常を感知できる構成で、別途電源等を要さない最も簡易な基本構成である。当然、打抜突起部が被打抜変位部を貫通する状態を観察しなければ地殻異常が分からないので、遠隔監視には不向きである。
【００１１】
そこで、本発明では上記基本構成の応用して、打抜突起部及び被打抜変位部を電極として、この打抜突起部及び被打抜変位部の接触又は非接触をスイッチとする報知回路部を接続し、切土斜面又は法面から打抜突起部、絶縁変位部及び被打抜変位部の順に積層し、報知回路部は絶縁変位部の介装により打抜突起部及び被打抜変位部が非接触の切断状態から、ロックボルト又はアンカーボルトの変位又は変形によって打抜突起部が絶縁変位部を貫通してこの打抜突起部及び被打抜変位部が接触する通電状態になることで地殻異常を感知する地殻異常感知装置を構成する。
【００１２】
この応用構成は、「打抜突起部が絶縁変位部を貫通してこの打抜突起部及び被打抜変位部が接触する通電状態になること」で電気的に地殻異常を感知するため、後述するように、発光を目視する監視や、電気信号の伝達による遠隔監視もできる。
【００１３】
上記基本構成及び応用構成の打抜突起部は、トンネル壁面、切土斜面又は法面に追従し、被打抜変位部はロックボルト又はアンカーボルトの露出端に追従すればよく、それぞれ構造を特定しない。応用構成は、絶縁変位部もロックボルト又はアンカーボルトに追従することが望ましいが、下層を絶縁変位部、上層を被打抜変位部として積層する関係から、絶縁変位部のロックボルト又はアンカーボルトの露出端に対する追従性は、ロックボルト又はアンカーボルトの露出端に追従して変位する被打抜変位部に押される間接的な追従性でよい。
【００１４】
ここで、絶縁変位部とは上層となる被打抜変位部に対する相対的な呼称であり、例えば上下層とも被打抜変位部を用いながら、下層の上層に対向する上面に絶縁膜を形成したり、上下層の各被打抜変位部間に絶縁シートを介装して絶縁を図ってもよく、この場合は下層の被打抜変位部が上層の被打抜変位部に対して相対的に絶縁変位部になる。
【００１５】
本発明の地殻異常感知装置は、ロックボルト又はアンカーボルトの変位又は変形から、補強したトンネル壁面、切土斜面又は法面の地殻異常を感知する装置である。従前の歪みゲージやロードセルが高価なのは、対応策を要する程度の地殻異常がロックボルト又はアンカーボルトに非常に大きな負荷をかけるため、前記負荷により感知機構の破壊を伴わずに、地殻異常を正しく検出する仕組み又は構造が必要であったからである。本発明では、地殻異常を感知する手段として、打抜突起部が被打抜変位部（基本構成）又は絶縁変位部（応用構成）を貫通する物理的破壊現象を利用している。
【００１６】
ここで、本発明にいう「貫通」とは、打抜突起部が被打抜変位部を越えて突出するような被打抜変位部の物理的損壊を伴う物理現象（基本構成）、又は打抜突起部が絶縁変位部を越えて被打抜変位部に達するような絶縁変位部の物理的損壊を伴う物理現象（応用構成）を意味する。すなわち、打抜突起部が被打抜変位部又は絶縁変位部を貫く物理現象を言い、字義通り打抜突起部が被打抜変位部又は絶縁変位部を貫く場合のみならず、貫くに際して被打抜変位部又は絶縁変位部を破壊する場合も含む。
【００１７】
打抜突起部が被打抜変位部又は絶縁変位部を貫通する物理的破壊現象は、地殻異常による負荷の大きさで発生の有無及び程度が決まるので、検出できる地殻荷重の大きさ＝地殻異常の程度は、打抜突起部が被打抜変位部又は絶縁変位部を貫通する難易度により決定できる。前記貫通する難易度は、打抜突起部と被打抜変位部又は絶縁変位部との相対的な構造強度（硬度）の差や、負荷による力の掛かり具合を決定する打抜突起部及び絶縁変位部の構造により調節できる。
【００１８】
打抜突起部は、直接トンネル壁面、切土斜面又は法面に載置したり、固着してもよいが、大きな地殻荷重に対してもずれることなく、確実に被打抜変位部又は絶縁変位部に対向できることが望ましい。これから、打抜突起部は、トンネル壁面、切土斜面又は法面に追従する突起基準部から突設した１又は複数の突起から構成し、前記突起基準部をトンネル壁面、切土斜面又は法面に載置又は固着し、打抜突起部を構成する前記突起の突出方向を固定するとよい。
【００１９】
また、突起基準部を用いる場合、突起基準部と被打抜変位部又は絶縁変位部との間に突起から構成する打抜突起部を介装する態様で、前記突起の上に絶縁変位部又は被打抜変位部を積層することになる。この場合、安定した積層関係を維持するため、突起基準部、絶縁変位部又は被打抜変位部は、ロックボルト又はアンカーボルトの貫通部位を備えた板体であることが望ましい。この場合、突起基準部、絶縁変位部又は被打抜変位部すべてが板体である方が安定した積層関係を構築できるが、例えば突起基準部のみを板材とし、この突起基準部をトンネル壁面、切土斜面又は法面に接面させて安定させ、板材でない絶縁変位部又は被打抜変位部を安定した突起基準部の上に積層してもよい。
【００２０】
本発明の地殻異常感知装置は、ロックボルト又はアンカーボルトに対する打抜突起部（又は打抜突起部として突起を突設した突起基準部）、絶縁変位部又は被打抜変位部の位置関係は自由である。しかし、ロックボルト又はアンカーボルトの露出端に追従する絶縁変位部又は被打抜変位部が板体である場合、ロックボルト又はアンカーボルトが絶縁変位部又は被打抜変位部外に位置すると、前記露出端の変位に絶縁変位部又は被打抜変位部を追従させる部材に地殻荷重が集中し、本発明の目的である大きな地殻荷重によっても壊れない装置構成が実現できなくなる虞がある。そこで、板体とした突起基準部、絶縁変位部又は被打抜変位部に設ける貫通部位は、板体内にロックボルト又はアンカーボルトが位置するようにし、連結部材の長さを短くする又はなくすことで、大きな地殻荷重に対して壊れない装置構成を実現する。
【００２１】
絶縁変位部又は被打抜変位部は、例えば板体側縁から延びる切欠を貫通部位としてもよいが、好ましくは貫通部位として貫通孔を有する板体とする。貫通孔は、ロックボルト又はアンカーボルトを板体の突起基準部、絶縁変位部又は被打抜変位部が囲むことで、装置全体がロックボルト又はアンカーボルトから離脱する虞をなくす利点がある。貫通孔を含む貫通部位は板体内のどこに設けてもよいが、打抜突起部は貫通部位から点対称な位置関係で突起基準部に複数突設する突起として構成することが好ましい。
【００２２】
打抜突起部による絶縁変位部又は被打抜変位部の貫通は、ロックボルト又はアンカーボルトの露出端に追従して変位する絶縁変位部又は被打抜変位部が打抜突起部に押し付けられる結果であるから、絶縁変位部又は被打抜変位部に対し、打抜突起部を構成する複数の突起が均等に押し付けられるように、ロックボルト又はアンカーボルトを挿通する貫通部位を中心に複数の突起を配置する。
【００２３】
本発明の応用構成からなる地殻異常感知装置は、打抜突起部と対となってスイッチを構成する被打抜変位部が複数層あると、打抜突起部の貫通枚数に従って順次通電するスイッチを複数設けることができる。そこで、被打抜変位部は複数層で、打抜突起部及び各被打抜変位部毎に個別の報知回路部を接続してなり、ロックボルト又はアンカーボルトの変位又は変形によって打抜突起部が更に上層の被打抜変位部を貫通し、この打抜突起部及び上層の被打抜変位部が接触することで各報知回路部が順次通電状態となる応用構成にすることで、検出できる地殻加重の大きさ＝地殻異常の程度を、打抜突起部が貫通する被打抜変位部の枚数によって通電する報知回路の数で判別できるようになる。
【００２４】
上記複数の報知回路を有する応用構成では、各層の被打抜変位部相互が接面する各対向面に絶縁膜を形成したり、被打抜変位部間に絶縁シートを介装して、被打抜変位部相互の絶縁を図っておく。ここで、地殻異常感知装置を設置する際、上層の被打抜変位部から押圧（例えばロックボルト又はアンカーボルトに締め付けるナットによる押圧）により絶縁変位部を打抜突起部により打ち抜き、予め下層の被打抜変位部及び打抜突起部の報知回路部を導通させて装置設置完了をランプの点灯等により外部から視認できるようにし、前記ランプの点灯等の持続をもって報知回路部の正常な作動状態を永続的に確認してもよい。
【００２５】
打抜突起部が貫通する下層の被打抜変位部は、上述同様、打抜突起部及び被打抜変位部の相対的な構造強度（硬度）の差や、負荷による力の掛かり具合を決定する打抜突起部及び被打抜変位部の構造によって、貫通する難易度を調節できる。電極としての各被打抜変位部の導電性は、報知回路部の通電を実現できればよく、例えば被打抜変位部表面に導電面を形成したり、別途導電部材を面接させて取り付けてもよいため、材料選択の制約は少ない。
【００２６】
応用構成に基づく地殻異常感知装置は、地殻異常の程度を具体量として計測するのではなく、あくまで地殻異常の有無又は大まかな大きさを電気的に検出し、通電した報知回路部の作動により外部から感知できるようにする。前記報知回路として最も簡易な構成は、通電により発光する発光体を設けた構成である。ここにいう発光体は、通常用いられる蛍光ランプ又は白熱球（電球）等でもよいが、節電を図りながら遠隔からの視認性も高いことからＬＥＤが好ましく、発色は赤、黄又は白色がよい。
【００２７】
また、報知回路部は、通電により特定の電気信号を発信する通報部を設けた構成にしてもよい。これにより、装置から直接発光体の発光を視認して地殻異常を感知できるほか、通報部からの電気信号を遠隔地へ送信し、遠隔からの地殻異常の監視ができるようになる。
【００２８】
本発明における報知回路部は、通電する電源を付設又は内蔵する。しかし、装置の設置対象であるロックボルト又はアンカーボルトに対し、打抜突起部、絶縁変位部及び被打抜変位部からなる装置全体をあまり大きくできず、この装置全体に付設又は内蔵する前記電源の容量には制約がある。これから、長期にわたる安定した作動を実現するには、上述のように消費電力の小さいＬＥＤを用いるほか、例えば複数の報知回路部がある場合、各報知回路毎に電源としてバッテリを付設又は内蔵するとよい。
【００２９】
このほか、電源として報知回路部毎又は一定数の報知回路部毎に太陽電池を付設してもよい。また、本発明の地殻異常感知装置は、補強したトンネル壁面、切土斜面又は法面に打ち込んだロックボルト又はアンカーボルト毎に取り付けることから、通常多数設置する。そこで、全地殻異常感知装置の報知回路部を一体に装置群として単一の電源を設け、この単一電源から各報知回路部へ個別に給電してもよい。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図を参照しながら説明する。図１は本発明の地殻異常感知装置１をアンカーボルト２に取り付けた状態を表す部分破断斜視図、図２は同状態を表す垂直断面図、図３は同状態を表す平面図であり、図４は地殻異常感知装置１の断面図である。本発明の地殻異常感知装置１は、トンネル壁面に打ち込むロックボルトにも適用可能であるが、利用態様は類似であるため、本例では切土斜面又は法面３（例示では法面３で代表）の補強に打ち込むアンカーボルト２の場合について説明し、ロックボルトの利用態様の説明は省略する。
【００３１】
アンカーボルト２を打ち込んで法面３を補強する場合、図１及び図２に見られるように、まず法面３に対してコンクリートプレート４を敷設し、このコンクリートプレート４を通じてアンカーボルト２を打ち込む。このアンカーボルト２は、法面表層の軟弱地盤５を貫通して法面深層の強固地盤６に先端７が到達することで、コンクリートプレート４と強固地盤６とで軟弱地盤５を挟持し、地滑り等、地殻異常が法面表層に発生させない又は発生しにくくする。本発明の地殻異常感知装置１は、コンクリートプレート４から突出するアンカーボルト２の露出端８に対して取り付け、コンクリートプレート４表面に載置する格好となる。
【００３２】
本例の地殻異常感知装置１は、アンカーボルト２を中心に貫通させ、露出端８に螺合するナット９及びコンクリートプレート４に挟持された状態で設置する。円形の基準底面（突起基準部）１０の本体筒１１外面には、図３及び図４に見られるように、報知回路部の電源であるバッテリ１２を内蔵し、上面に報知用ＬＥＤ（発光体）１３，１４を設けた回路ボックス１５を取り付けている。内蔵するバッテリに代えて、別途太陽電池Ｓを用いてもよい（図３中仮想線参照）。
【００３３】
本例では、バッテリ１２から延びる導線を突起電極（打抜突起部）１６に、報知用ＬＥＤ１３から延びる導線の一方を下層電極板（下層の被打抜変位部）１７、報知用ＬＥＤ１４から延びる導線の他方を上層電極板（上層の被打抜変位部）１８に接続して２系統の報知回路部を構成し、地殻異常の程度に応じて段階的に報知用ＬＥＤ１３，１４を発光させる。これは、電気的な地殻異常の感知手段であり、前記報知用ＬＥＤ１３，１４を遠方からの観察したり、更には後述するように、地殻異常を電気信号として遠隔地へ報知する場合に好ましい。
【００３４】
本例では、更に突起電極１６が上層電極板１８を貫通して先端の着色頭部３０を覗かせることで、上記電気的な地殻異常の感知手段に物理的な地殻異常の感知手段を加え、合計３段階で地殻異常を感知するようにしている。着色頭部３０の露出は、比較的近傍からの観察によって地殻異常を感知できる物理的手段であるが、安価であり、遠方からの観察や遠隔地への報知が必要ない場合は、単独で利用することができる。
【００３５】
基準底面１０は、装置本体となる金属製本体筒１１の底面として一体に設けている。基準底面１０に相似な円形の絶縁板（絶縁変位部）１９、下層電極板１７及び上層電極板１８は、前記記載順に積層している。基準底面１０、絶縁板１９、下層電極板１７及び上層電極板１８は、それぞれ同心に貫通孔２０を設けている。アンカーボルト２は、前記貫通孔２０を抜けて露出端８を上層電極板１８から突出し、螺合するナット９で前記上層電極板１８を上方から押圧する。絶縁板１９、下層電極板１７及び上層電極板１８は、本体筒１１に内挿し、逸脱しないようにしている。
【００３６】
通常、アンカーボルトは金属製であるから、このアンカーボルトによる電気的短絡を回避するため、各部を貫通するアンカーボルトの部位に絶縁用の樹脂チューブ等をアンカーボルトに外嵌したり、各部の貫通孔２０内周面に絶縁膜を形成しておくとよい。絶縁板１９は、非導通素材製又は絶縁被膜を形成した金属製で、下層電極板１７及び上層電極板１８は同種又は異種の導通素材製又は金属製である。
【００３７】
突起電極１６は、基準底面１０の貫通孔２０を中心として点対称に８基立設しており、それぞれ絶縁基礎２１を介して立設することで基準底面１０との導通を避けている。装置の設置直後は、図４に見られるように、突起電極１６が先端の着色頭部３０で絶縁板１９を支持し、下層電極板１７及び上層電極板１８を積み重ねた状態にある。ここで、設置に際し、ナット９を締め付けて突起電極１６を絶縁板１９のみ貫通させて下層電極板１７が導通状態とし、点灯する報知用ＬＥＤ１３によって設置完了及び正常作動状態を外部から確認できるようにしてもよい。
【００３８】
突起電極１６は、点対称の位置関係で立設しているので、絶縁板１９、下層電極板１７及び上層電極板１８を安定して積層しておくことができる。この突起電極１６にアンカーボルト２から負荷がかかった場合、露出端８に螺合したナット９から突起電極１６の並び範囲内で上層電極板１８に負荷がかかり、各突起電極１６に略等価な圧力を加えることで、突起電極１６による絶縁板１９、下層電極板１８の順に貫通を実現できる。
【００３９】
図５は上記例示の地殻異常感知装置１の設置例を示す法面３の部分斜視図、図６は突起電極１６が絶縁板１９を貫通して地殻異常を感知した状態を表す図４相当断面図、図７は同状態における装置１の図３相当平面図、図８は突起電極１６が下層電極板１７を貫通してより大きな地殻異常を感知した状態を表す図４相当断面図、図９は同状態における装置１の図３相当平面図、図１０は突起電極１６が上層電極板１８を貫通してより大きな地殻異常を感知した状態を表す図４相当断面図、図１１は同状態における装置の図３相当平面図で、図１２は同状態における法面３の図５相当部分斜視図である。本例は法面３についてであるが、トンネル壁面又は切土斜面等の補強面でも同様に地殻異常感知装置１は作動する。
【００４０】
本発明の地殻異常感知装置１は、図５に見られるように、法面３に並設するコンクリートプレート４に対して打ち込むアンカーボルト２毎に取り付けるため、マトリックス状に並設することになる。各装置１は独立して作動するため、各装置１毎の感知状態によって、一定程度の地殻異常の程度や発生部位を特定できる（後述図１２参照）。本例に用いる装置１は、上述したバッテリ１２内蔵の装置１（図４参照）であるが、実際には多数の装置１をマトリックス状に並設することになるため、全装置１に共通な外部電源２２を法面３に設置し、各装置１へ電力を供給してもよい。
【００４１】
法面３では、法面深層の強固地盤６（図２参照）に対して法面表層の軟弱地盤５がずれる（崩落や地滑り等）ことで地殻異常を生じる。すなわち、強固地盤６に達したアンカーボルト２の先端７が位置固定されているが、軟弱地盤５におけるアンカーボルト２が変位又は変形することで、相対的に露出端８が下方に向かって引張られる。この露出端８の下方への引張りは、ナット９を介して絶縁板１９、下層電極板１７及び上層電極板１８を下方へ押し付ける負荷となる。本発明の地殻異常感知装置１は、前記負荷によって突起電極１６が絶縁板１９又は下層電極板１７（図４参照）を貫通することで、報知回路部が通電状態になって報知用ＬＥＤ１３，１４を点灯させ、更に着色頭部３０を露出させて、３段階で地殻異常に感知する。
【００４２】
感知段階を低レベルから高レベルに追えば、次のようになる。まず弱い地殻異常を生じると、ナット９を介して加えられる下向きの小さな負荷により、図６に見られるように、突起電極１６が絶縁板１９を貫通し、下層電極板１７に達するようになる。これにより、第１の報知回路部が通電状態となり、図７に見られるように報知用ＬＥＤ１３が点灯する。
【００４３】
このとき、仮に上層電極板１８が破損したとしても、なお突起電極１６が下層電極板１７を貫通しなければ、残る報知回路部が通電状態にならないので、報知用ＬＥＤ１３は１つしか点灯しない。逆に、突起電極１６が下層電極板１７に達すればよいため、突起電極１６が絶縁板１９を完全に貫通する必要はなく、最低限先端が絶縁板１９を貫通して下層電極板１７に触れればよい（図６参照）。本例のように着色頭部３０を用いている場合、着色塗料は導電性にするとよい。
【００４４】
地殻異常が進み、アンカーボルト２が大きく変位又は変形すると、ナット９を介して下層電極板１７及び上層電極板１８に加わる負荷は大きくなる。そして、図８に見られるように、突起電極１６が下層電極板１７を貫通して上層電極板１８に達する。これにより、残る報知回路部は通電状態となり、図９に見られるように、２つめの報知用ＬＥＤ１４が点灯する。
【００４５】
更に地殻異常が進み、アンカーボルト２が大きく変位又は変形すると、ナット９を介して残る上層電極板１８に大きな負荷が加わり、図１０に見られるように、遂には突起電極１６が上層電極板１８をも貫通して、図１１に見られるように、上層電極板１８から着色頭部３０を覗かせる（露出させる）ようになる。この段階では、全報知回路部が通電状態となって報知用ＬＥＤ１３，１４が共に点灯するほか、全突起電極１６の着色頭部３０がすべて露出した状態にある。
【００４６】
こうした報知用ＬＥＤ１３，１４の段階的点灯及び着色頭部３０の露出は、各装置１毎に加えられる負荷の大きさの程度を表し、同じ法面３に並設した装置１でも設置場所によって異なる。このため、図１２に見られるように、着色頭部３０が覗く装置１（図１２中太線で囲っている）と、報知用ＬＥＤ１３，１４が２つ点灯する装置１（図１２中クロスハッチングを施している）と、報知用ＬＥＤ１３が１つだけ点灯する装置１（図１２中通常ハッチングを施している）と、更に報知用ＬＥＤがなんら点灯していない装置（図１２中ハッチングを施していない）との並びにより、法面３のどのあたりに強い地殻異常が生じているか判断できる。例えば、図１２では左から３列目、上から１行目に地殻異常の中心的発生位置があると判断できる。
【００４７】
本発明の地殻異常感知装置は、従前見られた歪みゲージやロードセルのように、地殻異常を数値で正確に計測するものではない。しかし、例えば法面における地殻異常の発生位置及び程度を視覚的かつ直感的に感知でき、対応策の必要の有無や内容の検討を迅速に図ることができる利点がある。ここで、報知用ＬＥＤの点灯は法面から離れた場所からの確認（視認）もできるが、更に報知回路部に対して電気信号を発信する通報部２３（図１２中）を設けると、各報知回路部の通電状態により、地殻異常の発生の有無、発生位置又は程度を遠隔地へ通報できる。通報に用いる電気信号は、報知回路部の導線を延長して通電状態自体を遠隔地で把握してもよいが、好ましくは報知回路部に通報部２３を設け、電話回線や専用通信回線を通じて通報部２３が生成する電気信号を伝達する。
【００４８】
図１３は長さに異同がある突起電極１６，２４を設けた別例の地殻異常感知装置１を表す図４相当断面図、図１４は貫通部位を持たない別例の地殻異常感知装置１を表す図１相当部分破断斜視図であり、図１５は貫通孔と異なる貫通部位２５を有する別例の地殻異常感知装置１を表す図１相当部分破断斜視図である。
【００４９】
本発明の地殻異常感知装置１は、感知できる地殻異常の程度を、突起電極（打抜突起部）１６による絶縁板（絶縁変位部）１９や下層電極板（被打抜変位部）１７の貫通の難易により加減調節できる。この加減調節は、各部の物理的な形状（突起電極１６の構造）や大きさ（絶縁板１９又は下層電極板１７の厚み）、各部の素材や加工処理の違いによる。例えば、図１３に見られるように、長さの異なる突起電極１６，２４を併用した場合、絶縁板１９は長い突起電極１６のみによる貫通と、短い突起電極２４を加えた貫通とで差を設けることができる。これにより、地殻異常を感知して報知用ＬＥＤ１３，１４がそれぞれ点灯する地殻異常の程度（大きさ）が上記例示（図４対比参照）と異なることになる。
【００５０】
上記例示（図１参照）は、アンカーボルト２の変位又は変形による負荷を確実かつ安定して絶縁板（絶縁変位部）１９、下層電極板（被打抜変位部）１７及び上層電極板（被打抜変位部）１８に伝達し、前記各部をアンカーボルト２の延在方向に沿って下方へ押し下げられるように、アンカーボルト２を各部中心に設けた貫通孔２０に挿通している。しかし、本発明では絶縁変位部又は被打抜変位部がアンカーボルトの変位又は変形に追従して動けばよいので、アンカーボルトに対して偏った位置に装置を設けても構わない。
【００５１】
例えば、図１４に見られるように、アンカーボルト２に対して一方向に寄った位置でコンクリートプレート４に接面した基準板（突起基準部）２６から複数の突起電極１６を突設し、アンカーボルト２の露出端８とガイド棒２７との間に、絶縁板（絶縁変位部）１９、下層電極板（被打抜変位部）１７及び上層電極板（被打抜変位部）１８を、前記突起電極１６に対して上下動自在に架設した構成の地殻異常感知装置１を示すことができる。本例は、報知用ＬＥＤ１３，１４をガイド棒２７上端に設け、負荷による絶縁板１９、下層電極板１７及び上層電極板１８の捩れを防止するため、各部の側縁に摺接するガイド枠２８，２８を基準板２６から立設している。
【００５２】
また、上記例示（図１）と同様、図１５に見られるように、アンカーボルト２を装置１中心に据えながら、各部側縁から切り欠いた貫通部位（切欠）２５を貫通孔に代えて設けた地殻異常感知装置１でもよい。この場合、平面視馬蹄形状の本体筒２９に対して、平面視相似な絶縁板１９、下層電極板１７及び上層電極板１８を積層している。絶縁板１９、下層電極板１７及び上層電極板１８は、それぞれ一致する貫通部位２５を利用して側方からアンカーボルト２へ嵌め込む。各部１９，１７，１８及びアンカーボルト２の位置関係は、上記例示（図１参照）とほとんど変わりない。よって、アンカーボルト２の変位又は変形による負荷を確実かつ安定して絶縁板１９、下層電極板１７及び上層電極板１８に伝達し、前記各部１９，１７，１８をアンカーボルト２の延在方向に沿って下方へ押し下げることができる。
【００５３】
【発明の効果】
本発明により、高価な歪みゲージやロードセルに代えて、安価かつ容易に地殻異常を感知できる装置の提供が可能となる。これから、本発明の地殻異常感知装置は、ロックボルト又はアンカーボルト毎に設置でき、トンネル壁面、切土斜面又は法面全域を２次元的に監視できる効果をもたらす。また、これら歪みゲージやロードセルと異なり、測定値から危険度を判定するためのデータ処理等を要することなく、着色頭部の露出や報知用ＬＥＤの点灯等、視覚的かつ直感的に地殻異常を感知できるため、対応策を講じるための時間及びコストがかからない効果もある。これは、迅速な対応が望まれる補強したトンネル壁面、切土斜面又は法面に対して適切な監視装置であることを意味する。
【００５４】
また、本発明は電気的な地殻異常の検出も可能であったり、単純に被打抜変位部及び報知回路部の数を増やすことで、より詳細な地殻異常の危険度を段階的に感知できる。具体的には、打抜突起部と被打抜変位部との接触によって初めて報知回路部が通電状態となり、この報知回路部の通電が断続的に発生するため、明確に危険度の段階を区別して地殻異常を報知できる。更に、打抜突起部が被打抜変位部を貫通するか否か、すなわち例示における着色頭部の露出の有無という明白な地殻異常の感知も可能である。このように、本発明は地殻異常の直感的な感知を実現する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の地殻異常感知装置をアンカーボルトに取り付けた状態を表す部分破断斜視図である。
【図２】同状態を表す垂直断面図である。
【図３】同状態を表す平面図である。
【図４】地殻異常感知装置の断面図である。
【図５】地殻異常感知装置の設置例を示す法面の部分斜視図である。
【図６】突起電極が絶縁板を貫通して地殻異常を感知した状態を表す図４相当断面図である。
【図７】同状態における装置の図３相当平面図である。
【図８】突起電極が下層電極板を貫通して大きな地殻異常を感知した状態を表す図４相当断面図である。
【図９】同状態における装置の図３相当平面図である。
【図１０】突起電極が上層電極板を貫通してより大きな地殻異常を感知した状態を表す図４相当断面図である。
【図１１】同状態における装置の図３相当平面図である。
【図１２】同状態における法面の図５相当部分斜視図である。
【図１３】長さに異同がある突起電極を設けた別例の地殻異常感知装置を表す図４相当断面図である。
【図１４】貫通部位を持たない別例の地殻異常感知装置を表す図１相当部分破断斜視図である。
【図１５】貫通孔と異なる貫通部位を有する別例の地殻異常感知装置を表す図１相当部分破断斜視図である。
【符号の説明】
１  地殻異常感知装置
２  アンカーボルト
３  法面
８  露出端
１０  基準底面（突起基準部）
１３  報知用ＬＥＤ
１４  報知用ＬＥＤ
１６  突起電極（打抜突起部）
１７  下層電極板（下層の被打抜変位部）
１８  上層電極板（上層の被打抜変位部）
１９  絶縁板（絶縁変位部）
２０  貫通孔
２１  絶縁基礎
２５  貫通部位（切欠）
２６  基準板（突起基準部）
２７  ガイド棒
２８  ガイド枠
３０  着色頭部
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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