(57)【要約】【課題】切羽前方地山変位を連続的に自動測定可能とする。【解決手段】ボアホール９内に設置固定可能な変位ロッド２と、ボアホール９内に設置固定可能なケーシング６に、変位ロッド２を介して伝達される地山の変位を検出し変位量を電気信号に変換する変位検出部３、及び変位検出部３から送られる電気信号を変位データとして記録する記録部５を収納した変位記録計１とで切羽前方地山変位の測定装置を構成する。切羽前方地山変位を測定する場合には、切羽から切羽前方地山に掘削による影響範囲外の十分離れた位置まで、測定用のボアホール９をさく孔し、ボアホール９の最深部に変位記録計１を設置してボアホール９に固定する。この変位記録計１から切羽側に変位ロッド２を設置し後端をボアホール９に固定する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボアホール内に設置固定可能な変位ロッドと、ボアホール内に設置固定可能なケーシングに、変位ロッドを介して伝達される地山の変位を検出し変位量を電気信号に変換する変位検出部、及び変位検出部から送られる電気信号を変位データとして記録する記録部を収納した変位記録計とからなる切羽前方地山変位の測定装置。
【請求項２】
変位ロッドが掘削機により切断可能な材質で構成されていることを特徴とする請求項１記載の切羽前方地山変位の測定装置。
【請求項３】
変位ロッドを測定点に固定する測定点アンカーが、水圧式アンカーであることを特徴とする請求項１又は２記載の切羽前方地山変位の測定装置。
【請求項４】
切羽前方地山にボアホールをさく孔して、ボアホールの最深部に変位記録計を設置固定し、変位記録計から切羽側に変位ロッドを設置固定することを特徴とする請求項１記載の測定装置を用いた切羽前方地山変位の測定方法。
【請求項５】
変位ロッドを、測定点アンカーに割りピンで連結される挿入位置決めロッドで位置決めして固定した後、挿入位置決めロッドを回収することを特徴とする請求項４記載の切羽前方地山変位の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネルやその他の地下空間を掘削する際に、掘削に伴う前方地山変位を測定するための測定装置及び測定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
トンネル等の地下空間を掘削する際の地山の変位には、切羽前方地山コアのトンネル軸方向の変形である押出し変位、切羽前方地山のトンネル中心方向への変形である先行変位、切羽通過後の地山のトンネル断面形状に対するトンネル中心方向への変形である内空変位がある。
【０００３】
ＮＡＴＭ工法では地山変位の制御を目的としたコンクリート吹付けとロックボルトの打設を行う。
切羽前方地山の補強工法には、固結剤注入、先受けボルト打設、鏡止めボルト打設等がある（特許文献１、特許文献２参照）。
これらの地山補強による効果を把握し、工事の安全性を確保するため、トンネル支保に発生する応力状況、深度方向の地山変位状況がロックボルト軸力計、地中変位計、内空変位計等で測定されている。
【０００４】
最近、掘削による影響範囲から十分離れた切羽前方位置からの切羽前方コア地山の経時的な変形状況を測定し、そのデータに基づき適切な補強対策を施して切羽前方コアの変形をコントロールすることにより、安定した掘削が可能となることが明らかになってきている。
切羽前方コアの変形の測定には、スライディングミクロメーターが用いられている。スライディングミクロメーターは、図５に示すように、メジャリングマーク５１付きのジョイント５２で接続されるメジャメントケーシング５３と、両端にプローブヘッド５４、内部に差動トランス５５を備えたプローブ５６とで構成されている。メジャリングマーク５１はジョイント５２の内周上に等間隔で４箇所に設けられている。プローブヘッド５４の外周上には、メジャリングマーク５１に当接させるためのリブ５７が等間隔で４箇所に設けられている。
【０００５】
前後のメジャリングマーク５１間、及び前後のプローブヘッド５４間の距離は１．００ｍとなっている。
測定を行う場合には、切羽から掘削による影響範囲外の十分離れた位置まで、測定用のボアホール５８をさく孔し、ボアホール５８内にメジャメントケーシング５３を挿入してグラウト５９で地山に固定する。
【０００６】
所定時間経過後、メジャメントケーシング５３内にプローブ５６をガイドロッド６０を用いて挿入し、前後のプローブヘッド５４を前後のメジャリングマーク５１に当接させる。メジャリングマーク５１に対するプローブヘッド５４の挿通と当接は、図５（ｂ）、（ｃ）に示すように、プローブ５６を４５度回転させることで行うことができる。
【０００７】
地山が変位して前後のメジャリングマーク５１間の距離が変化していれば、ガイドロッド６０に張力を与えて前後のプローブヘッド５４を前後のメジャリングマーク５１に当接させたときプローブ５６に軸方向への変形が生じ、差動トランス５５から測定データが読取り装置（図示略）に送られる。
図６に示すように、この手順を順次繰り返すことで、各メジャリングマーク５１間の距離がそれぞれ測定され、測定用のボアホール５８の軸方向の地山変位データが得られる。
【０００８】
【特許文献１】
特開平６−３４１２８７号公報
【特許文献２】
特開２００２−１９４９８５号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このスライディングミクロメーターは、手動でプローブ５６を操作しながら各メジャリングマーク５１間の距離を測定するものであるため、隔時的なデータしか得られず、掘削時の変位データを連続的に得ることはできない。
より良い切羽前方地山変位データを得るためには、１ｍ掘削する毎に、切羽面から露出した部分のメジャメントケーシング５３をジョイント５２から取外し、プローブ５６を挿入して、切羽前方地山変位測定作業を行わねばならない。
【００１０】
１サイクルの切羽前方地山変位測定作業には約１時間を要するため、メジャメントケーシング５３の口元付近の保護と測定作業中の安全対策が必要である。
このため、切羽前方地山変位を連続的に自動測定可能な、切羽前方地山変位の測定装置及び測定方法の開発が望まれていた。
本発明は、切羽前方地山変位の測定における上記問題を解決するものであって、切羽前方地山変位を連続的に自動測定可能な切羽前方地山変位の測定装置及び測定方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明では、上記課題を解決するため、ボアホール内に設置固定可能な変位ロッドと、ボアホール内に設置固定可能なケーシングに、変位ロッドを介して伝達される地山の変位を検出し変位量を電気信号に変換する変位検出部、及び変位検出部から送られる電気信号を変位データとして記録する記録部を収納した変位記録計とで切羽前方地山変位の測定装置を構成している。
【００１２】
この測定装置を用いて切羽前方地山変位を測定する場合には、切羽から切羽前方地山に、掘削による影響範囲外の十分離れた位置まで、測定用のボアホールをさく孔し、ボアホールの最深部に変位記録計を設置してボアホールに固定する。この変位記録計から切羽側に変位ロッドを設置し後端をボアホールに固定する。変位ロッドの前端は変位記録計の変位検出部に固定されている。
【００１３】
切羽前方地山変位が生ずると、これに伴って変位ロッドも変位し、地山の変位が変位検出部に伝達される。この変位は変位検出部で検出されて変位量が電気信号に変換され、この電気信号が記録部に送られて連続して自動的に変位データとして記録される。
変位記録計は、切羽から十分離れ、掘削により地山が影響を受けない位置に設置されるので、非変位点に対する変位ロッド後端の測定点のトンネル軸方向の変位が正確に測定される。測定作業により掘削作業に支障を来すこともない。
【００１４】
変位検出部を多点変位計として構成し、長さの異なる変位ロッドを固定すれば、切羽前方地山の多数の測定点の変位を同時に自動的に測定可能である。
なお、変位検出部における変位−電気信号の変換手段としては、ポテンショメータ方式、歪みゲージ方式、差動トランス方式、圧力変換方式、磁気変換方式、容量変換方式等を用いることができる。
【００１５】
掘削により切羽が進行すると、変位ロッドが切羽面から露出する。変位ロッドを掘削機により切断可能な材質で構成しておけば、掘削時に掘削機が変位ロッドを切断するので、特に除去作業を行う必要がない。
変位ロッドの測定点アンカーは、水圧式アンカーとすることにより、前後何れの方向にも移動しないよう強固に固定することが可能であり、正確な測定結果が得られる。
【００１６】
変位ロッドを、測定点アンカーに割りピンで連結された挿入位置決めロッドを用いて位置決めし、測定点アンカーを固定した後、挿入位置決めロッドを測定点アンカーから切り離して回収するようにすると、変位ロッドの挿入と位置決め作業が容易となる。
変位記録計から信号ケーブルを切羽側へ引出してモニターに接続すれば、切羽側で水圧アンカーの設定時の位置確認やトンネル掘進時の地山変位状況の観測が可能である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の一形態を示す切羽前方地山変位の測定装置の全体配置図、図２は切羽前方地山変位の測定装置の構成の説明図、図３は図２のＡ−Ａ線断面図である。
この切羽前方地山変位の測定装置は、変位記録計１と変位ロッド２とで構成されている。変位ロッド２には測定点アンカー１０が設けられている。
【００１８】
変位記録計１は、変位ロッド２の変位を検出し変位量を電気信号に変換する変位検出部３、及び変位検出部から送られる電気信号を変位データとして記録する記録部５を備えており、この変位検出部３と記録部５とは、円筒形のケーシング６内に収納されている。
変位検出部３は、筒型の多点変位計であり、複数の変位ロッド２の軸方向の変位を検出することができる。記録部５にはケーシング６内に収納可能な小型のデータロガが用いられている。
【００１９】
ケーシング６は防水構造で、後端部には加圧チューブ７から供給される高圧水で後方が拡開される記録計固定アンカー８が設けられていて、ボアホール９内に設置固定可能となっている。
変位ロッド２には、掘削機により切断可能な材質のＦＲＰロッドが用いられている。変位ロッド２は前端（図１上で左端）が変位記録計１の変位検出部３に固定され、後端は測定点アンカー１０でボアホール９に固定される。ここでは、長さの異なる６本の変位ロッド２が設けられており、６箇所の測定点Ｐｌ  〜Ｐ６  の測定ができるようになっている。
【００２０】
測定点アンカー１０には、断面形状を小さく変形させた真鍮管を加圧チューブ７からの水圧により膨張させ、前後何れの方向にも移動しないよう強固に地山へ固定することが可能な水圧式アンカーが用いられている。測定点アンカー１０には割りピン１１で挿入位置決めロッド１２が連結される。
この測定装置を用いて切羽前方地山変位を測定する場合には、切羽１４から切羽前方地山に掘削による影響範囲外の十分離れた位置まで、測定用のボアホール９をさく孔する。
【００２１】
ボアホール９の最深部に変位記録計１を設置して、記録計固定アンカー８でボアホール９に固定する。この変位記録計１から切羽１４側に変位ロッド２を設置し後端をボアホール９に測定点アンカー１０で固定する。変位ロッド２の前端は変位記録計１の変位検出部３に固定されている。変位ロッド２は、挿入位置決めロッド１２で挿入位置決めする。変位ロッド２を挿入位置決めし固定した後、挿入位置決めロッド１２は回収する。
【００２２】
挿入位置決めロッド１２は、測定点アンカー１０に割りピン１１で連結して、位置決め固定した後、回収するようにしているので、変位ロッド２の挿入と位置決め作業が容易である。
図１に示すように、測定点Ｐｌ  〜Ｐ６  は、切羽１４からそれぞれ距離Ｌｌ  〜Ｌ６  に位置決めされている。変位記録計１の変位検出部３は切羽１４から距離Ｌ０  の不変位点Ｐ０  に位置している。
【００２３】
従って、各変位ロッド２の測定点Ｐｌ  〜Ｐ６  と変位検出部３の設置されている不変位点Ｐ０  との間の距離は、ｌｎ  ＝Ｌ０  −Ｌｎ  （ｎ＝１〜６）となっている。変位検出部３は各変位ロッド２を介して不変位点Ｐ０  と測定点Ｐｎ  間の距離ｌｎ  の変化を検出することで、測定点Ｐｎ  の変位を連続して自動的に測定する。
切羽前方地山変位が生ずると、これに伴って変位ロッド２が変位し地山の変位が変位記録計１の変位検出部３に伝達される。この変位は変位検出部３で検出されて変位量が電気信号に変換され、この電気信号が記録部５に送られて連続して自動的に変位データとして記録される。
【００２４】
変位記録計１は、切羽１４から十分離れ、掘削により地山が影響を受けない位置に設置されるので、不変位点Ｐ０  に対する変位ロッド２後端の測定点Ｐｌ  〜Ｐ６  のトンネル軸方向の変位が正しく測定される。測定定作業により掘削作業に支障を来すこともない。
図４はこの切羽前方地山変位の測定装置による切羽前方地山変位の測定結果の一例を示すグラフである。
【００２５】
ここで、測定点Ｐｌ  〜Ｐ６  は切羽１４からの初期設定距離が、Ｌｌ  ＝１９ｍ、Ｌ２  ＝１６ｍ、Ｌ３  ＝１３ｍ、Ｌ４  ＝１０ｍ、Ｌ５  ＝７ｍ、Ｌ６  ＝４ｍである。掘削は上半先進で行われているので、図上には、時間の経過に対する各測定点Ｐｌ  〜Ｐ６  の変位と共に、上半切羽１４Ｕ、下半切羽１４Ｂの進行距離も合わせて示している。
【００２６】
このように、変位のデータが連続的に得られ、切羽前方コア地山の経時的な変形状況が容易に把握できるので、このデータに基づいて適切な補強対策を施して切羽前方コアの変形をコントロールすることにより、安定した掘削が可能となる。即ち、切羽前方地山の応力状況、変位を把握することで、安定化工法の設計を可能とし、トンネル施工の工期を短縮し、コストを低減できる。
【００２７】
掘削により切羽が進行すると、変位ロッド２が切羽面から露出する。変位ロッド２は掘削機により切断可能な材質のＦＲＰで構成されており、掘削時に掘削機が変位ロッド２を切断するので、特に除去作業を行う必要がない。
変位ロッド２の測定点アンカー１０、水圧式の加圧アンカーであるので、前後何れ方向にも移動しないよう強固に固定することが可能であり、正確な測定結果が得られる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の切羽前方地山変位の測定装置及び測定方法によれば、切羽前方地山変位を連続的に自動測定することができる。従って、羽前方地山の応力状況、変位を把握することで、安定化工法の設計を可能とし、トンネル施工の工期を短縮し、コストを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態を示す切羽前方地山変位の測定装置の全体配置図である。
【図２】切羽前方地山変位の測定装置の構成の説明図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】切羽前方地山変位の測定装置による切羽前方地山変位の測定結果の一例を示すグラフである。
【図５】従来の切羽前方地山変位の測定に用いられたスライディングミクロメーターの構成図である。
【図６】従来のスライディングミクロメーターを用いた測定の説明図である。
【符号の説明】
１      変位記録計
２      変位ロッド
３      変位検出部
５      記録部
６      ケーシング
７      加圧チューブ
８      記録計固定アンカー
９      ボアホール
１０    測定点アンカー
１１    割りピン
１２    挿入位置決めロッド
１４    切羽
【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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