(57)【要約】【目的】  岩盤変動測定のためにボーリング孔の任意位置の孔径変化を測定できる孔径変化測定器を提供する。【構成】  この発明の孔径変化測定器はボーリング孔の内面を押圧しこれを変形させる押圧力付加部と、該押圧力付加部により変形した前記ボーリング孔内面の孔径変化を測定する孔径変化測定部と、を備えてなる。【選択図】      図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボーリング孔の内面を押圧しこれを変形させる押圧力付加部と、
該押圧力付加部により変形した前記ボーリング孔内面の孔径変化を測定する孔径変化測定部と、を備えてなる孔径変化測定器。
【請求項２】
前記孔径変化測定器には上下に貫通する貫通孔若しくは溝が形成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の孔径変化測定器。
【請求項３】
前記孔径変化測定器がフレキシブルロッドに連結され、該フレキシブルロッドはその軸方向へ実質的に変形しない、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の孔径変化測定装置。
【請求項４】
前記フレキシブルロッドはＦＲＰロッドからなる、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の孔径変化測定装置。
【請求項５】
前記フレキシブルロッド内には信号線と電源線が通されている、ことを特徴とする請求項３又は４に記載の孔径変化測定装置。
【請求項６】
ボーリング孔の内壁へ押圧力を与え、変形した前記内壁の孔径変化を測定する、ことを特徴とする孔径変化測定方法。
【請求項７】
前記ボーリング孔に挿入された金属管の内壁へ押圧力を与え、変形した前記内壁の孔径変化を測定する、ことを特徴とする孔径変化測定方法。
【請求項８】
第１のボーリング孔を穿設してその内壁へ第１の押圧力を与え、変形した前記内壁の第１の孔径変化を測定する第１の測定ステップと、
前記第１のボーリング孔の内壁へ岩盤の応力がかからないように該内壁の外周外方の岩盤を除去するステップと、
前記内壁へ第２の押圧力を与え、変形した前記内壁の第２の孔径変化を測定する第２の測定ステップと、
前記第１の孔径変化と前記第２の孔径変化とから前記岩盤の応力を演算するステップと、を含む孔径変化測定方法。
【請求項９】
前記第１のボーリング孔はそれより大径なボーリング孔の底部へ穿設され、前記岩盤の除去ステップは前記第１のボーリング孔の周囲をオーバーコアリングすることにより行う、ことを特徴とする請求項８に記載の孔径変化測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は孔径変化測定器に関する。
本発明は、ボーリング孔の孔径変化やそのボーリング孔に挿入されたケーシングパイプの内径変化から、そのボーリング孔やケーシングパイプの周辺に作用している岩盤の応力を測定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
地下深部に作用している応力の大きさと方向を知ることは地震発生を予測するために必要であるし、地下空間を利用し大規模な地下構造物を建設した場合、建造物周辺の岩盤に作用している応力の大きさや、その時間的変化を測定することは建造物の安全性を確保するために重要である。
【０００３】
岩盤の応力変化測定方法としては、水圧破砕法、特許文献１（特願平８−７３４４２号公報）、特許文献２（特許第３０６９６０２号公報）、特許文献３（特開２０００−２０５９７８号公報）が公知の技術であり、応力の時間的変化を求める方法として特許文献４（特許第３０４１４７９号公報）が公知の技術である。
【０００４】
【特許文献１】特願平８−７３４４２号公報
【特許文献２】特許第３０６９６０２号公報
【特許文献３】特開２０００−２０５９７８号公報
【特許文献４】特許第３０４１４７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献２による方法では、ボーリング孔内の所定の位置におけるオーバーコアリングは１回しか行えないし、セメントを用いて岩盤変動測定装置を岩盤に固定しなければならず、ボーリング孔内のケーシングパイプが挿入されていない特定の深度でしか応力測定が行えなかった。また、上記の水圧破砕法や特許文献１の方法により応力を測定した場合、水圧や油圧を加えて岩盤を破砕するため、ボーリング孔の孔壁が崩れてしまい孔底に地震計や傾斜計等の観測装置を設置しにくくなるし、破砕した孔壁部分から岩盤が砕けてできた細粒がボーリング孔に流れ出し、各種の測定の妨げになる欠点があった。
【０００６】
また、上記の特許文献２による技術では、３ｍ程度の長さの鉄製等のロッドの先端に測定装置を取り付け、ロッドを接続しつつ測定装置を所定の位置まで移動させ、逆に、ロッドを切り離しながら測定装置を孔口まで引き出さなければならず、ボーリング孔が深くなると測定装置の移動に時間がかかり、高額の作業経費が必要であった。一方、水圧破砕法や特許文献１による技術では、高圧の水圧や油圧による圧力で岩盤を破砕する必要があり、堅牢な構造の測定装置にする必要がある。このため、ボーリング孔が曲がっていると測定装置をボーリング孔に出し入れすることが難しく、公知の技術を屈曲したボーリング孔の作業に適用することはできなかった。また、応力の測定地点が深くなると測定装置に水圧や油圧を伝達するためのパイプが長くなり、その壁面の粘性抵抗で深部まで圧力を伝達することできなくなり、深い地点では応力測定ができなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は、上記課題の少なくとも一つを解決すべくなされたものである。即ち、ボーリング孔の内面を押圧しこれを変形させる押圧力付加部と、
該押圧力付加部により変形した前記ボーリング孔内面の孔径変化を測定する孔径変化測定部と、
を備えてなる孔径変化測定器。
【発明の効果】
【０００８】
このように構成された孔径変化測定器において押圧力付加部によりボーリング孔の内面を押圧したとき、この内面を構成する岩盤にかかる応力に応じてその変位量が変化する。即ち、当該内面を構成する岩盤に大きな応力がかかっているときは内面の変位量が小さく、他方当該内面を構成する岩盤に大きな応力がかかっているときは内面の変位量が大きくなる。従って、ボーリング孔の内面へ所定の押圧力を加えたときの内面の孔径変化から岩盤にかかる応力を得ることができる。
【０００９】
ボーリング孔の内面の孔径変化を測定する具体的態様として、ボーリング孔へ挿入されたケーシングパイプ（金属管）の内面の孔径変化を測定する。ボーリング孔に挿入されたケーシングパイプは、ボーリング孔の孔壁との間にモルタルを圧入されることにより岩盤と密着した状態になり、岩盤に作用する応力の大きさに対応して変形する。そのため、ケーシングパイプの内面の変形の大きさはケーシングパイプの周辺に作用する応力の大きさを反映する。
【００１０】
したがって、ケーシングパイプの内径変化が分かれば、その変位データに基づいて逆解析によりケーシングパイプの周辺に作用している応力の大きさと方向を推定することができる。また、ケーシングパイプの内径変化を測定する地点の深度を変えたり、時間を変えてケーシングパイプの内径変化を測定すれば、深度別の応力の大きさや、その応力の時間的変化が推定できる。
【００１１】
変形していない状態のケーシングパイプをボーリング孔に挿入した場合でも、岩盤からの応力の作用で図１で示したように変形する。すなわち、ボーリング孔の孔壁に作用している岩盤の応力が大きな方向では、変形量が大きく、応力が小さな方向はあまり変形しない。変形したケーシングパイプ内面に面力を作用させ、元の形状に戻す場合、岩盤から大きな応力が作用している方向では図２で示したように大きな面力を作用させないと元の形状には戻らない。一方、岩盤から受ける応力が小さな方向では、小さな面力でも元の形状に戻る。したがって、ケーシングパイプに面力を作用させつつ、その面力の大きさとケーシングパイプの内径変化の関係を求めれば、逆解析によりボーリング孔の孔壁に作用している応力の方向と大きさが推定できる。
【００１２】
鉄製のケーシングパイプは錆びやすくケーシングパイプ内面が錆びると内面の変位の測定が不正確になる。錆びないステンレス製のケーシングパイプは鉄製のケーシングパイプより高価であるが、これらの欠点がなく、ケーシングパイプ内面の変位を正確に求めることができ、逆解析による応力の推定が正確になる。
【００１３】
上記のように、鉄製のケーシングパイプを利用する測定では正確さに欠けるが、図３で示すように鉄製のケーシングパイプＦの中間に、ステンレス製のケーシングパイプＳを挟み込んでボーリング孔に挿入し、隣り合うステンレス製のケーシングパイプＳの部分で測定した変位の大きさを参考にし、錆びた鉄製のケーシングパイプＦで得られた変位データの補正を行えば、鉄製のケーシングパイプＦの部分における応力の大きさの推定誤差を小さくできる。したがって、特定の深さに限定されず、ボーリング孔の必要な深度における応力の大きさを推定することができる。
【００１４】
ボーリング孔に作用している応力の方向を知るためには、孔径変化測定器の方位を測定しなければならない。ボーリング孔では安価であることから磁性のある鉄製のケーシングパイプが使用される。その磁性の影響を受けるため磁気方位計では孔径変化測定器の方位を測定することができない。このような場合、高価な光を利用するジャイロコンパス等を使用して耐圧容器の方位を測定する必要がある。
【００１５】
鉄製のケーシングパイプの代わりに非磁性のステンレスパイプを使用すれば、磁性による乱れが無くなるため、安価な磁気方位計使用しても孔径変化測定器の方位を測定できる。
【００１６】
上記では、ボーリング孔に挿入したケーシングパイプ内の内径変化を測定する方法について述べたが、ボーリング孔を掘削した場合、岩盤が強固であり、孔壁が崩落しない状態であれば、ここでは図示してないが上述した方法を用いて岩盤に直接面力を作用させたり、孔径変化、言い換えれば岩盤の変位を直接測定することができ、ケーシングパイプを介することによる測定誤差が無くなり、応力の推定がより正確に行える。
【００１７】
しかも、ボーリング孔の孔壁を破砕しないため、同じ場所で繰り返し孔径変化の測定を行って岩盤に作用している応力の大きさを推定できるし、ボーリング孔の孔壁が崩れることはなく、地震計や傾斜計の設置作業には支障がない。さらに、ボーリング孔には破砕された岩盤の細粒は流れ込まないため、各種の測定の妨げにはならない。
【００１８】
本発明の他の局面によれば、孔径変化測定器がフレキシブルロッドに連結されているので、フレキシブルロッドを伸張若しくは巻き上げることによりボーリング孔の任意の位置へこれらをセットすることができる。ここに、フレキシブルロッドはその軸方向へ実質的に変形しないので、孔径変化測定器をセットする位置がフレキシブルロッドの長さにより調整される。また、孔径変化測定器のセット位置の移動も任意になる。更には、軸方向へ実質的に変形しないフレキシブルロッドによればその軸方向に十分な剛性があるので、ボーリング孔と孔径変化測定器との間に抵抗があったとしても、この孔径変化測定器の移動が可能になる。よって、ボーリング孔が屈曲したものであっても、斜め方向若しくは横方向のものであっても、当該ボーリング孔内の任意の位置に孔径変化測定器をセット可能となる。
【００１９】
ボーリング孔内の任意の位置に孔径変化測定器をセット可能とするフレキシブルロッドは軸方向へ実質的に変化しない一方で、その半径方向には変形可能であって大きな可撓性を有するものとする。これにより、フレキシブルロッドはドラム等に巻回可能となり、また巻きぐせもつき難く、ボーリング工事現場までの運搬が容易になり、また現場での作業性が向上する。
フレキシブルロッドには信号や電源を伝達する媒体として、信号線及び電源線を内在させ、その基端から先端まで通しておくことが好ましい。かかる信号線を介してボーリング孔外の制御装置から孔径変化測定装置へ制御信号を送り、また孔径変化測定装置の測定信号をボーリング孔口外の演算装置へ送ることができる。電源線は孔径変化測定装置の駆動部へ電気的エネルギーを供給する。
【００２０】
かかるフレキシブルロッドとしてＦＲＰロッドを用いることが出来る。ＦＲＰロッドはカーボンやアラミド等の強化繊維若しくはその膜で補強された樹脂製のロッドであり、その内部には軸方向に連続した信号線及び電源線が通されている。信号線や電源線は耐熱性の高いフッ素樹脂製の管（若しくは金属製の管）で覆っておくことが好ましい。また、カーボン繊維の束をフレキシブルロッドとして使用することもできる。
ＦＲＰロッドやカーボン繊維束は耐候性樹脂外皮で被覆することが好ましい。
このフレキシブルロッドは押出し成型により同一径に形成することができる。このとき、信号線や電源線を挿入したフッ素樹脂管を心材としてＦＲＰ部分（カーボン繊維の束の部分）及び外皮を押出し成形することが好ましい。
【００２１】
孔径変化測定器をフレキシブルロッドへ間挿することにより、複数の孔径変化測定器をボーリング孔内へセットすることができる。この場合、孔径変化測定器には信号用バイパス線と電源用バイパス線を設け、これらのバイパス線を用いて上側（ボーリング孔口側）のフレキシブルロッドの信号線及び電源線と下側（ボーリング底部側）のフレキシブルロッドの信号線及び電源線とを連結することが好ましい。更には、各バイパス線には増幅装置を介在させることができる。これにより、長いボーリング孔に対しても十分なパワーの信号及び電力を供給可能となる。
複数の孔径変化測定器を用いることにより、ボーリング孔内の複数の地点の孔径変化、即ち岩盤変動を同時に測定可能となる。トンネルの掘削現場等において岩盤変動をモニターして応力の蓄積状態を把握する場合、モニター場所が多ければ多いほどデータ数が多くなり、トンネル崩壊などをより高い確率で予知可能となる。また、一つのボーリング孔で複数場所の岩盤変動を測定できることにより（公知技術では測定場所毎にボーリング孔が必要であった）、測定のトータル施工コストが低減される。
【００２２】
この発明によれば、孔径変化測定器に寿命がきたときまたメンテナンスが必要となったときなど、これをボーリング孔から取り出して取替え又は修理し、再度ボーリング孔内へ戻すことができる。また、他のボーリング孔で再使用することもできる。これにより、利用者の経済的負担が軽減されることとなる。
【００２３】
ボーリング孔内で岩盤の変動を測定する場合、孔径変化の生じている方向を知ることは重要である。そのため、磁気方位計を用いて孔径変化の生じた方向を特定することができる。また、水圧計による圧力データや温度計による温度データを用いて孔径変化測定装置の測定結果を補正することもできる。
【００２４】
フレキシブルロッドに埋設される信号線として光ファイバを用いることができる。当該光ファイバへボーリング孔外からレーザ光を導入し、ボーリング孔内で孔径変化測定器から放射させてその反射光を受光することにより、孔径変化の測定が可能になる。光を利用した孔径変化の測定は、電気的な測定装置では電子部品が破壊されまた機械的な装置では変形が生じるような高温環境の測定場所で用いることが有効になる。
光ファイバを用いれば光利用のジャイロコンパスにより方位の測定がより確実に行える。また、光ファイバによる高い情報伝達能力によれば、画像情報をも伝達可能となり、ＣＣＤ等の画像デバイスを測定装置として使用できる。
【００２５】
ボーリング孔の孔底には、岩盤の変動を測定する目的や地震動を観測する目的で、地殻変動観測装置・間隙水圧計・地震計等が設置されていることが多い。このような場合、地下深部に設置された地殻変動観測装置や地震計等の機器用の電源線や信号線が邪魔になり、ケーシングパイプの内面の変位を測定することが難しい。
【００２６】
しかしながら、図４で示すように孔径変化測定器に貫通孔を形成し、この貫通孔に、深部に設置した地殻変動観測装置・間隙水圧計・地震計等の機器の信号や電源を伝達する媒体を通すことができれば、この媒体が、ボーリング孔やケーシングパイプの所定の位置で孔径変化や内径変化を測定する作業を妨げることはない。したがって、そのボーリング孔の孔径変化やケーシングパイプの内径変化のデータにより、逆解析でケーシングパイプ周辺に作用している応力の大きさが推定できる。
貫通孔の代わりに、図５に示すように、孔径変化測定器周縁へ溝を設けることもできる。
【００２７】
図６にはこの発明の他の局面の孔径変化測定方法を示す。
岩盤が強固であれば、図６（Ａ）で示すようにボーリング孔の孔底に小口径のボーリング孔を掘削し、以下の手順によって岩盤に作用している応力の大きさと方向を精度よく推定できる。
第１ステップとして、その小口径のボーリング孔を利用して小口径のボーリング孔に面力（押圧力）を作用させつつ孔径変化測定器により孔径変化を測定し、逆解析で岩盤に作用している応力を推定する。
第２ステップとして、孔径変化測定器を回収し、図６（Ｂ）に示すように大きな孔径のオーバーコアリングを行い、周辺の岩盤から小口径のボーリング孔に作用している応力を解放する。
第３ステップとして、孔底に残っている同じ小口径のボーリング孔を利用して
再度、小口径のボーリング孔に面力を作用させつつ孔径変化測定器により孔径変化を測定し、逆解析で岩盤に作用している応力を再測定する。
第４ステップとして、オーバーコアリング前後のデータを比較して岩盤に作用している応力の推定誤差を少なくする。
図６（Ａ）はボーリング孔の孔底に小口径のボーリング孔を掘削し、面力を作用させて第１ステップを完了した状態、図６（Ｂ）はオーバーコアリングを終わり、面力を作用させて第３ステップを完了した状態を示す。
【００２８】
上記の第１ステップの方法により推定した応力の大きさと、オーバーコアリングにより応力を解放した後に上記の第３ステップの方法により推定した応力の大きさの差を求めれば、オーバーコアリングで解放された応力の大きさを直接求めることができ、応力の推定精度が向上する。また、必要であれば、オーバーコアリングを行った後の大きな孔径のボーリング孔で、孔径変化測定器により、ボーリング孔に直接押圧力を作用させたり、ボーリング孔の変位を直接測定して、逆解析で岩盤に作用している応力を推定することができる。
【００２９】
上記の例では小口径のボーリング孔（第１のボーリング孔）に対してオーバーコアリングすることにより、小口径のボーリング孔の内壁へ岩盤の応力がかからないようにしたが、小口径のボーリング孔の内壁の外周外方の岩盤の全部を除去する必要は無く、その一部であってもよい。即ち、小口径のボーリング孔の内壁においてその外周外方の岩盤が除去された部分について孔径変化を測定すればよい。
【００３０】
ボーリング孔やケーシングパイプの孔径変化のデータを逆解析して得られる応力の推定値には孔径変化測定器のケーシング内部の温度やケーシングが受ける水圧の影響が含まれている。ボーリング孔は深さによって温度が異なり水圧も違うため、ボーリング孔やケーシングパイプ内面の孔径変化の測定と並行して温度や水圧の測定を行い、そのデータを用いて応力の推定値の補正を行えば、応力の推定誤差を少なくすることができる。
【００３１】
モーター等を用いてボーリング孔やケーシングパイプに押圧力を作用させる場合、モーター等で力を加える必要があるが、モーターが作動すると多量の電流が流れ、電源線が長い場合、流れる電流が多いと電圧降下大きくモーターへ十分な電力を供給しがたくなる。このような場合、電源を供給する手段として一次電池ないしは二次電池を用いてモーターを作動させれば、電源線による電圧降下が少なく、電流容量が大きなモーターを使用でき、大きな面力をボーリング孔やケーシングパイプ内面に作用させられる。
【実施例】
【００３２】
以下、この発明の実施例について説明する。
図７はこの発明の実施例の孔径変化測定装置１の概略構成図である。
孔径変化測定装置１はフレキシブルロッド３と孔径変化測定器２０とから構成される。フレキシブルロッド３には、図８Ａに示すように信号線４と電源線５が個別に通されている。フレキシブルロッド３の本体部はＦＲＰで形成され、当該本体部は耐候性の保護膜（外皮）３ａで被覆されている。４ａ及び５ａはそれぞれ信号線４と電源線５の保護膜であって耐熱性のフッ素樹脂からなる。これは、信号線４及び電源線５を心材としてＦＲＰを成形するときに高い成形温度が掛けられるからである。
複数の信号線や電源線を埋設するときには、図８Ｂに示すとおり、複合ケーブルをＦＲＰロッド内に埋設することができる。符号３ｂはフッ素樹脂製の保護膜である。
かかるフレキシブルロッド３の機械的特性は、曲げ強度１００〜２２０ｋｇ／ｍｍ２、曲げ弾性率４０００〜９０００ｋｇ／ｍｍ２、曲げ剛性１００×１０００〜５５００×１０００ｋｇ／ｍｍ２、最小曲げ半径２００〜８００ｍｍとすることが好ましい。
このフレキシブルロッド３はドラム７に巻回されており、クレーン９によりボーリング孔１３の直上位置に懸架された滑車１１を介してボーリング孔１３へ導入されている。
符号１５はコンピュータ装置であり、スリップリング等の公知の接続手段を介して信号線４へ接続され、信号線４を介して孔径変化測定器２０へ制御信号を送信し、また、信号線４を介して送られてきた孔径変化測定器２０の測定信号を受信して所定のプログラムに基づき処理して、求める岩盤変動のデータを得る。信号の伝送波として電磁波、光波、音波等を利用できる。信号線４は、入力側と出力側にそれぞれ分離されていることが好ましい。コンピュータ装置１５は、また、電源線５に接続された電源装置を制御し、電源線５を介して孔径変化測定器２０へ電力を供給してこれを動作させる。
【００３３】
孔径変化測定器２０は、図９に示すように、押圧力付加部２１と測定器本体部３１を備えてなる。この実施例では、一対の押圧力付加部２１、２１で本体部３１を挟む構成とした。これにより、本体部２１に対向する部分のボーリング孔内面の全面に均一な押圧力がかけられる。
押圧力付加部２１は、図１０（Ａ）、（Ｃ）に示すように、信号線４及び電源線５に接続されているモータ２３の駆動がギアヘッド２４、プッシュプルロッド２５を介してアーム２６に伝達され、当該アーム２６がケーシング２７から突出しボーリング孔１３の周壁（岩盤）２８へ押圧板２９を強く当てつける。これにより、本体部３１に対向する部分の岩盤２８はその全面が実質的に平行に半径方向外方へ付勢される。このように押圧板２９を介してアームを突っ張らせることにより、孔径変化測定器２０がボーリング孔１３内に固定される。
押圧力付加部２１の横断面を図１１に示す。
ボーリング孔内面へ当て付ける押圧板２９を多数設けることにより他方向へ押圧力を付加することができる。押圧板２９を選択しまたその押圧力を調整することでボーリング孔内面へ任意の押圧力を付加可能となる。特に、上側の押圧力付加部２１と下側の押圧力付加部２１とにおいて押圧力に差を設ければ、本体部３１に対応する部分のボーリング孔内面に傾斜した押圧力がかかることとなる。
【００３４】
図１０（Ｂ）に本体部３１を示す。本体部３１はケーシング２７から突出する接触子３３を有する。この接触子３３は板ばね３４により外方向へ付勢されている。符号３５はカバーであり、図示しないモータ２３の駆動により上下方向に移動する。即ち、孔径変化測定装置２０を移動させているとき（アーム２６が非突出状態）はこのカバー３５は接触子３３をカバーした状態にある。そして、孔径変化測定装置２０が固定の状態（アーム２６が突出状態）のとき、カバー３５は図示上方向へ移動して、接触子３３が表出する。これにより、板ばね３４の作用により接触子３３が突出して岩盤２８へ当接する。
本体部３１の横断面図を図１２に示す。
接触子３３が岩盤２８に当接した状態において押圧力付加部２１の押圧板２９により岩盤２８へ押圧力を付加する。この押圧力により岩盤はその応力に応じて変位し、接触子３３はそれに追従する。接触子３３には永久磁石３６が固定されており、接触子３３の変位に伴いこの永久磁石３６も変位し、この変位量が磁気センサ３７により検出される。この検出信号は信号線４を介してコンピュータ装置１５へ送られ、ここで処理されて岩盤変動値が演算される。
【００３５】
このような孔径変化測定器２０は次の様にしてセットされる。
ドラム７を回転させて所望の長さのフレキシブルロッド３を繰り出すことにより、ボーリング孔１３の所望の高さに孔径変化測定器２０を位置させる。この状態でアーム２６を突っ張らせて孔径変化測定器２０をボーリング孔の周壁（岩盤）２８へ固定する。
また、モータ２３を逆回転させることによりアーム２６を引っ込めると、孔径変化測定器２０は岩盤２８に対してフリーになる。この状態でドラム７を回転させることにより、任意の位置まで孔径変化測定器２０を移動させることができる。
【００３６】
図１３に他の実施例の本体部４１の構造を示す。この本体部４１では光ファイバ４３から第１の窓４５を介してレーザ光４６が外部へ放出される。放出されたレーザ光４６は岩盤２８で反射して第２の窓４７を介して光センサ４９で受光される。光センサとしてイメージセンサを用いたとき、岩盤２８の変位を受光位置の変位として測定することができる。岩盤２８の変位を受光時間の変化として補足することもできる。なお、ミラーやプリズムを突出させてこれを岩盤２８に当てつけ、当該ミラーやプリズムにレーザ光を照射するようにすれば、レーザ光の反射効率が向上し、もって測定精度の向上が図れる。
光ファイバ４３はフレキシブルロッド３内を貫通し、ボーリング孔１３の外部からレーザ光を導入可能とすることが好ましい。ボーリング孔１３内へ入れる装置を簡素化するためである。
【００３７】
図１４〜図１８に他の実施例を示す。以前の実施例の要素と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。
図１４において、符号１００は従来例の孔底へ固定的に設置された測定装置（岩盤変動測定装置、地殻活動総合観測装置、地震計等）を示す。この測定装置１００はボーリング孔１３の底部に充填されたコンクリート１０３内に埋設されている。符号１０５は孔径変化測定装置１００の信号線と電源線を含んだ複合ケーブルである。
この実施例の孔径変化測定器５０はこのような既設のボーリング孔１３について底部以外の部分の孔径変化を測定するのに適している。即ち、この孔径変化測定５０には上下方向へ貫通した貫通孔５２が形成され、この貫通孔５２へ既存のワイヤ１０５を挿通可能とした。これにより、既存のワイヤ１０５が孔径変化測定器５０による孔径測定に干渉しなくなる。もって、高い精度の孔径測定が可能になる。
【００３８】
図１５及び図１６はこの実施例の孔径変化測定器５０の押圧力付加部５１を示す。この押圧力付加部５１に貫通孔５２が形成されていることがわかる。この実施例において、モータ５３の駆動がギアヘッド５４、プッシュプルロッド５５を介してアーム５６に伝達され、これにより押圧板２９がケーシング５７から突出しボーリング孔１３の周壁（岩盤）２８へ強く当てつけられる。この実施例では均等に分配された押圧板２９を４枚用いる例を示している。
【００３９】
図１７及び図１８はこの実施例の本体部６１を示す。この本体部６１は、図５及び図６の例のものの板ばね並びに磁気センサ及び磁石の位置を９０度の回転し、そこに貫通孔２５用のパイプ部７０を形成したものである。即ち、ケーシングの半径方向に配置された板ばね６４により岩盤に付勢されている接触子３３の変位が磁石６６の変位に変換され、この変位が磁気センサ６７により測定される。磁石６６及び磁気センサ６７の各ホルダ６８，６９もそれぞれケーシングの半径方向に配置されている。
【００４０】
図１９に示す通り、孔径変化測定装置８０の本体部８１内に方位センサ８４を設けることができる。方位センサ８４を設けることにより、岩盤変動の生じている方向を特定できるからである。同様に、温度センサ８５や水圧センサ８６を設けて温度や水圧のデータをコンピュータへ送り、データ補正用に利用することも出来る。
上記実施例では、磁気センサ８３のデータをそのままコンピュータ装置１５へ送ったが、各種センサの出力アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器８７を孔径変化測定装置８０内に設け、デジタル信号をフレキシブルロッド３のデータ線４へ通してもよい。更には、各種センサの出力を処理し、求める地盤変動値まで演算するプロセッサ８８を孔径変化測定装置８０内に設けることもできる。
【００４１】
孔径変化測定装置８０の測定結果をリアルタイムに得るには、フレキシブルロッド３の信号線４を介して測定データをボーリング孔外の装置へ伝達する必要がある。しかしながら、当該測定結果をバッチ処理する場合は、当該測定結果を孔径変化測定装置８０内のメモリ８９に保存しておいて、この孔径変化測定装置８０をボーリング孔外へ取り出したとき読み出すようにすることもできる。この場合、フレキシブルロッド３内には信号線（少なくとも信号を取り出すもの）は不要になる。更には、孔径変化測定装置８０の駆動部を遠隔操作若しくは自動操作としておくことにより、電源線をフレキシブルロッド３から省略することができる。
【００４２】
押圧力付加部９１においては、モータ９３に十分なパワーを与えて岩盤へ十分な押圧力を付加できるようにバッテリを内蔵することもできる。符号９５はモータの制御装置である。
【００４３】
この発明は、上記発明の実施の形態及び実施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。
【００４４】
以下、次の事項を開示する。
（１）  屈曲したボーリング孔の孔径変化からボーリング孔の周辺に作用している応力を測定する方法に関し、  
屈曲したボーリング孔の孔径変位を測定する少なくとも１つの手段と、
方位を測定する手段と、
温度を測定する手段と、
水圧を測定する手段と
からなる第１のグループに属する測定手段と、
該ボーリング孔内面に面力を作用させる少なくとも１つの手段と、
該面力の大きさを測定する手段と、
第１のグループに属する測定手段と該面力の大きさを測定する手段によるアナログ信号からデジタルデータを作成するアナログ／デジタル変換手段と、
前記の第１のグループに属する測定手段、前記の面力を作用させる手段、該面力を測定する手段、アナログ／デジタル変換手段、及び、アナログ／デジタル変換手段と情報交換を行う演算手段であるマイクロコンピューターと、
前記の該マイクロコンピューターと情報交換を行う手段、及び、該マイクロコンピューターに電源を供給する手段を内部に備える密閉した耐圧容器と、
該耐圧容器を該ボーリング孔内に固定する手段と、
該耐圧容器内に備えられた前記手段に信号や電源を伝達する媒体を内在し、該耐圧容器を該ボーリング孔内の所定の位置まで移動させる手段であるカーボンロッドと
から構成され、該耐圧容器を屈曲したボーリング孔内の所定の位置まで移動し、該ボーリング孔内に固定し、該マイクロコンピューターを介する制御信号により該ボーリング孔内面に面力を作用させつつ、前記の該耐圧容器に設けた測定手段による信号を、アナログ／デジタル変換手段でデジタルデータに変換し、移動手段に内在する信号の伝達媒体を介して該ボーリング孔の孔口まで伝送し、孔口にて該データを受信し、受信した該データに基づいて演算により該ボーリング孔の孔径変化を測定することを特徴とする孔径変化測定装置。  
（２）  屈曲したボーリング孔内の所定の位置に前記の孔径変化測定装置を移動させる手段として、信号や電源を伝達する媒体を内在するＦＲＰ複合ケーブルを使用することを特徴とする（１）に記載の孔径変化測定装置。
（３）  （１）に記載の信号や電源を伝達する媒体を内在するカーボンロッド、または、（２）に記載の信号や電源を伝達する媒体を内在するＦＲＰ複合ケーブルのいずれかに光ファイバーを内在させ、光ファイバーを介して信号を伝送することを特徴とする孔径変化測定装置。
（４）
（１）、（２）、または、（３）のいずれかに記載の孔径変化測定装置を、
（１）、（２）、または、（３）のいずれかに記載の移動手段により、屈曲したボーリング孔の孔口から該ボーリング孔内の所定の位置に移動する第１ステップと、
該ボーリング孔内面に面力を作用させつつ、該面力の大きさと、該ボーリング孔の孔径変化と、該孔径変化測定装置の方位と、内部温度と、該孔径変化測定装置に加わる水圧とに対応するアナログ信号を、アナログ／デジタル変換手段によってデジタルデータに変換し、演算手段であるマイクロコンピューターの制御で孔口に伝送する第２ステップと、
（１）、（２）、または、（３）のいずれかに記載の移動手段を利用し、孔径変化測定装置を該ボーリング孔内から回収する第３ステップと、
該ボーリング孔に作用させた該面力の大きさと孔径変化測定装置で測定した前記のデジタルデータに基づいて逆解析を行って該ボーリング孔の周辺に作用している岩盤の応力を求める第４ステップ
よりなることを特徴とする応力測定方法。
（５）
屈曲したボーリング孔に、鉄製のケーシングパイプと非磁性の酸化し難いケーシングパイプを組み合わせて挿入する第１ステップと、
該ケーシングパイプ挿入後に該ケーシングパイプと岩盤との隙間にモルタルを圧入して該ケーシングパイプを岩盤に密着させる第２ステップと、
（１）、（２）、（３）、または、（４）のいずれかに記載の孔径変化測定装置を、
（１）、（２）、または、（３）のいずれかに記載の移動手段により、該ケーシングパイプ内の所定の位置に移動させる第３ステップと、
該ケーシングパイプ内面に面力を作用させつつ、該面力の大きさと、ケーシングパイプの内径変化と、該孔径変化測定装置の方位と、内部温度と、該孔径変化測定装置に加わる水圧とに対応するアナログ信号を、アナログ／デジタル変換手段によってデジタルデータに変換し、演算手段であるマイクロコンピューターの制御で孔口に伝送する第４ステップと、
（１）、（２）、または、（３）のいずれかに記載の移動手段を利用し、孔径変化測定装置を該ケーシングパイプ内から回収する第５ステップと、
該ケーシングパイプに作用させた該面力の大きさと孔径変化測定装置で測定した前記のデジタルデータに基づいて逆解析を行って該ケーシングパイプの周辺に作用している岩盤の応力を求める第６ステップ
よりなることを特徴とする応力測定方法。
（６）
屈曲したボーリング孔の孔底に小口径のボーリング孔を掘削する第１ステップと、
（１）、（２）、または、（３）のいずれかに記載の孔径変化測定装置を、（１）、（２）、または、（３）のいずれかに記載の移動手段により、屈曲したボーリング孔の孔底に掘削した該小口径ボーリング孔内の所定の位置に移動させる第２ステップと、
該小口径ボーリング孔内面に面力を作用させつつ、該面力の大きさと、該小口径ボーリング孔の孔径変化と、該孔径変化測定装置の方位と、内部温度と、該孔径変化測定装置に加わる水圧とに対応するアナログ信号を、アナログ／デジタル変換手段によってデジタルデータに変換し、演算手段であるマイクロコンピューターの制御で孔口に伝送する第３ステップと、
（１）、（２）、または、（３）のいずれかに記載の移動手段を利用し、孔径変化測定装置を該小口径ボーリング孔内から回収する第４ステップと、
該孔径変化測定装置を回収後に、前記の第３ステップの測定を行った位置において大口径のオーバーコアリングを行って該小口径ボーリング孔に作用している周辺の岩盤からの応力を解放する第５ステップと、
オーバーコアリングを行って岩盤から加わっている応力を解放した後に、（１）、（２）、または、（３）のいずれかに記載の移動手段を利用して、該孔径変化測定装置をボーリング孔の孔口から該小口径ボーリング孔のオーバーコアリングを行った位置に再移動させる第６ステップと、
応力を解放された該小口径ボーリング孔内面に面力を再作用させつつ、該面力の大きさと、該小口径ボーリング孔の孔径変化と、該孔径変化測定装置の方位と、内部温度と、該孔径変化測定装置に加わる水圧とに対応するアナログ信号を、アナログ／デジタル変換手段によってデジタルデータに再変換し、演算手段であるマイクロコンピューターの制御で孔口に伝送する第７ステップと、
（１）、（２）、または、（３）のいずれかに記載の移動手段を利用し、該孔径変化測定装置を小口径ボーリング孔内から再移動する第８ステップと、
応力解放の前後で該孔径変化測定装置により得られたデジタルデータに基づいて逆解析を行って屈曲したボーリング孔の周辺に作用している岩盤の応力を求める第９ステップ
よりなることを特徴とする応力測定方法。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】この発明の孔径変化測定方法の原理を示す図である。
【図２】この発明の孔径変化測定方法の原理を示す図である。
【図３】この発明の孔径変化測定方法の原理を示す図である。
【図４】この発明の孔径変化測定器の一実施形態の構成を示す。
【図５】この発明の孔径変化測定器の一実施形態の構成を示す。
【図６】この発明の孔径変化測定方法の一実施形態を示す。
【図７】この発明の実施例の孔径変化測定装置の概略構成及びその使用態様を示す。
【図８】フレキシブルロッドの断面図である。
【図９】実施例の孔径変化測定器の使用態様図である。
【図１０】実施例の孔径変化測定器の構成を示す縦断面図である。
【図１１】実施例の孔径変化測定器の押圧力付加部の構成を示す横断面図である。
【図１２】実施例の孔径変化測定器の本体部の構成を示す横断面図である。
【図１３】他の実施例の本体部の構成を示す。
【図１４】他の実施例の孔径変化測定装置の構成及びその使用態様を示す。
【図１５】他の実施例の孔径変化測定器の押圧力付加部の構成を示す縦断面図である。
【図１６】同じく横断面図である。
【図１７】同じく本体部の構成を示す縦断面図である。
【図１８】同じく横断面図である。
【図１９】他の実施例の孔径変化測定器の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４６】
１  孔径変化測定装置
３  フレキシブルロッド
２０、５０、８０  孔径変化測定器
【図１】
2005257602.tif 000003
【図２】
2005257602.tif 000004
【図３】
2005257602.tif 000005
【図４】
2005257602.tif 000006
【図５】
2005257602.tif 000007
【図６】
2005257602.tif 000008
【図７】
2005257602.tif 000009
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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