(57)【要約】【課題】設置時間の短縮を可能にするとともに、材料費の低減化を図ることができる計測装置設置方法および計測装置を提案する。【解決手段】トンネル１の壁面に装置挿入孔１０を削孔する削孔工程と、装置挿入孔１０内に外管３を固定する外管固定工程と、計測機を内装した内管４を外管３内に固定する内管固定工程とを備える計測機設置方法であって、内管４は、形状記憶合金を用いた伸縮部材と、伸縮部材を加熱するヒーターと、伸縮部材の伸縮により進退する固定手段とを備えていて、内管固定工程では、固定手段を外管３内に当接させる。【選択図】図１ 
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネルの壁面に装置挿入孔を削孔する削孔工程と、
前記装置挿入孔内に外管を固定する外管固定工程と、
計測機を内装した内管を前記外管内に固定する内管固定工程と、を備える計測機設置方法であって、
前記内管は、形状記憶合金を用いた伸縮部材と、前記伸縮部材を加熱するヒーターと、前記伸縮部材の伸縮により進退する固定手段と、を備えていて、
前記内管固定工程では、前記固定手段を前記外管内に当接させることを特徴とする、計測機設置方法。
【請求項２】
装置挿入孔内に固定される外管と、
前記外管内に固定される内管と、
形状記憶合金を用いた伸縮部材と、
前記伸縮部材を加熱するヒーターと、
計測機と、
前記内管から前記外管の内面に向けて進出可能な固定手段と、を備え、
前記伸縮部材、前記ヒーターおよび前記計測機は前記内管に設けられており、
前記固定手段は、前記伸縮部材の伸縮に応じて進出することで前記外管の内面に当接することを特徴とする、計測装置。
【請求項３】
前記内管の外面に、前記外管の内面に当接する環状シール材が設置されていることを特徴とする、請求項２に記載の計測装置。
【請求項４】
前記伸縮部材が形状記憶合金を用いたバネを備えていることを特徴とする、請求項２または請求項３に記載の計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、計測装置設置方法および計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
山岳トンネルの施工時に切羽前方の地山状況を把握することができれば、掘削をより安全かつより経済的に実施することが可能になる。
【０００３】
トンネル施工時における地山状況の計測方法としては、先進ボーリングや坑内弾性探査が一般的である。
ところが、先進ボーリングや坑内弾性探査は、切羽近傍で作業を行うため、計測時にはトンネルの掘削作業を中断する必要があり、工期短縮化の妨げとなる場合があった。
【０００４】
そのため、特許文献１には、日常の施工管理の一環として実施可能な地山状況予測方法が開示されている。この予測方法は、トンネル坑内に設置された傾斜計によりトンネル軸方向での傾斜角度を計測することで、切羽前方の地山の状況を簡易に予測するものである。
【０００５】
本出願人は、トンネル坑内への傾斜計の設置方法として、特許文献２に示すように、トンネル坑内の装置挿入孔に固定した定着金具に、傾斜計が内装された収納ケースを螺着し、収容ケースと装置挿入孔の孔壁との隙間に発泡ウレタン等の充填材を充填する方法を開発し、実施している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−００７４０８号公報
【特許文献２】特開２０１３−０５３４４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記従来の傾斜計の設置方法では、充填材の注入に手間と材料費がかかってしまう。
このような観点から、本発明は、設置時間の短縮を可能にするとともに、材料費の低減化を図ることができる計測装置設置方法および計測装置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】
【０００８】
前記課題を解決するために、本発明の計測装置設置方法は、トンネルの壁面に装置挿入孔を削孔する削孔工程と、前記装置挿入孔内に外管を固定する外管固定工程と、計測機を内装した内管を前記外管内に固定する内管固定工程とを備えている。
前記内管は、形状記憶合金を用いた伸縮部材と、前記伸縮部材を加熱するヒーターと、前記伸縮部材の伸縮により進退する固定手段とを備えていて、前記内管固定工程では、前記固定手段を前記外管内に当接させる。
【０００９】
また、本発明の計測装置は、装置挿入孔内に固定される外管と、前記外管内に固定される内管と、形状記憶合金を用いた伸縮部材と、前記伸縮部材を加熱するヒーターと、計測機と、前記内管から前記外管の内面に向けて進出可能な固定手段とを備え、前記伸縮部材、前記ヒーターおよび前記計測機は前記内管に設けられており、前記固定手段は前記伸縮部材の伸縮に応じて進出することで前記外管の内面に当接するように構成されている。
【００１０】
かかる計測装置設置方法および計測装置によれば、ヒーターを制御するだけで、計測装置を着脱することが可能なため、施工性に優れている。また、計測機の固定に充填材等の固定用の特殊な材料を必要としないため、材料費の低減化も可能である。
また、計測後に計測機を回収することも容易である。
【００１１】
前記内管の外面に、前記外管の内面に当接する環状シール材が設置されていれば、内管と外管との間でがたつきが生じにくくなるため、計測機の固定がより安定する。
なお、前記伸縮部材は、形状記憶合金を用いたバネを備えているのが望ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の計測装置設置方法および計測装置によれば、計測装置の設置時間の短縮を可能にするとともに、材料費の低減化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態の計測装置を示す断面図である。
【図２】（ａ）は図１の計測装置の外管を示す断面図、（ｂ）は同計測装置の内管を示す側面図である。
【図３】（ａ）は、外管への内管の取付状況を模式的に示す断面図、（ｂ）は図２の（ｂ）のＸ矢視図である。
【図４】計測装置の固定時における固定部を示す図であって、（ａ）は平断面図、（ｂ）は縦断面図である。
【図５】計測装置の設置・回収時における固定部を示す図であって、（ａ）は平断面図、（ｂ）は縦断面図である。
【図６】計測装置設置方法の各作業工程を示す図であって、（ａ）は削孔工程の断面図、（ｂ）は外管固定工程の断面図である。
【図７】図４に示す固定部の他の形態を示す図であって、（ａ）は平断面図、（ｂ）は縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本実施形態では、トンネル施工時において、切羽前方の地山状況を計測することを目的として、図１に示すように、トンネル１のアーチ部に傾斜計（計測機）を内装した計測装置２を設置する場合について説明する。
本実施形態の計測装置２は、外管３と、内管４と、傾斜計（図示せず）とを備えている。
【００１５】
外管３は、トンネル１の壁面に形成された装置挿入孔１０に配設される部材であって、図２の（ａ）に示すように、筒状部材からなる本体部３０と、本体部３０の先端に形成された抜け止め部材３１とを備えている。
【００１６】
本体部３０は、内管４を挿入可能な内径を備えている。
本体部３０を構成する材料は限定されるものではなく、例えば、アルミ製の管材や、塩化ビニル製の管材であってもよい。
【００１７】
本体部３０の上端は、取付部３２により遮蔽されている。
取付部３２は、本体部３０の蓋材である。取付部３２には、抜け止め部材３１が固定されている。
【００１８】
抜け止め部材３１は、装置挿入孔１０の孔壁に係止される部材である（図１参照）。
本実施形態の抜け止め部材３１は、軸部３１ａと、複数の羽根部３１ｂ，３１ｂ，…とを備えている。
【００１９】
軸部３１ａは、一端（下端）が取付部３２に固定されていて、他端（上端）に複数の羽根部３１ｂ，３１ｂ，…が固定されている。
【００２０】
複数の羽根部３１ｂ，３１ｂ，…は、金属製で、軸部３１ａの先端（上端）から下方（本体部３０の上端）に向かって放射状に形成されている。
本実施形態では、羽根部３１ｂが４枚形成されている場合について説明するが、羽根部３１ｂの数は限定されるものではない。また、羽根部３１ｂの形状および材質も限定されるものではない。
【００２１】
複数の羽根部３１ｂ，３１ｂ，…は、下方（トンネル内空側）に向かうにしたがって、互いの間隔が広がるように形成されている。複数の羽根部３１ｂ，３１ｂ，…の先端（下端）同士を結ぶ線（輪）の内径は、本体部３０の外径よりも大きい。
羽根部３１ｂは、装置挿入孔１０に挿入する際は抵抗無く挿入され、抜け止め部材３１に引き抜き力が作用した際は、装置挿入孔１０の孔壁に掛止められる。
【００２２】
内管４は、傾斜計を内装していて、図１に示すように、外管３内に固定される。
内管４は、筒状部材からなる本体部４０を主体に形成されている。
内管４（本体部４０）を構成する筒状部材は、外管３の内径と同等の外径を有している。
【００２３】
本体部４０の外面には、図２の（ｂ）に示すように、外管３の内面に当接する環状シール材４１，４１が設置されている。本実施形態の環状シール材４１は、本体部４０の上下に設けられているが、環状シール部材４１の配置や数は限定されない。
【００２４】
図３の（ａ）に示すように、本実施形態の本体部４０の上端面は開口している。また、本体部４０の上端部は、上側に設けられた環状シール部材４１の下側において遮蔽されている。すなわち、本体部４０の上端部には凹部４７ａが形成されている。
本体部の側面には、凹部４７ａにつながる第一の通気孔４８ａが形成されている。第一の通気孔４８ａは上側の環状シール材４１の下側に隣接する位置に形成されている。
【００２５】
また、本体部４０の下端面も開口している。そして、本体部４０の下端部は、下側に設けられた環状シール部材４１の上側において遮蔽されている。すなわち、本体部４０の下端部には、凹部４７ｂが形成されている。
さらに、本体部４０の側面には、凹部４７ｂにつながる第二の通気孔４８ｂが形成されている。第二の通気孔４８ｂは、下側の環状シール材４１の上側に隣接する位置に形成されている。
【００２６】
なお、本体部４０の上端面および下端面は、必ずしも開口している必要はなく、例えば、通気孔が形成されていてもよい。また、通気孔４８ａ，４８ｂの数や形状は限定されない。
【００２７】
本体部４０の上端には固定部４２が形成されている。
固定部４２は、図４に示すように、収容部材４３、伸縮部材４４、ヒーター４５および固定手段４６を備えている。
【００２８】
収容部材４３は、本体部４０に連結された筒状部材からなる。収容部材４３を構成する筒状部材は、本体部４０と同等の断面形状を有している。
図４の（ｂ）に示すように、収容部材４３には、伸縮部材４４およびヒーター４５が内装されている。
【００２９】
本実施形態の収容部材４３は、図３の（ａ）に示すように、先端および後端が開口されている。すなわち、収容部材４３は、内部での空気の流通が可能に構成されている。なお、収容部材４３の先端および後端は必ずしも開口している必要はない。例えば、収容部材４３の先端および後端に通気孔が形成されていてもよい。
【００３０】
また、収容部材４３の側面には、固定手段４６（グリッパー４６ａ）を挿通するための貫通孔４３ｂが形成されている。
本実施形態では、貫通孔４３ｂが矩形状の場合について説明するが、貫通孔４３ｂの形状寸法は、固定手段４６（グリッパー４６ａ）の形状に応じて適宜設定すればよい。
【００３１】
内管４を外管３に挿入する際に、外管３の内部には空気Ａが滞留している。本実施形態では、内管４の内部や外面に沿って通気ルートを確保することで、気密性の高い外管に内管を挿入または引き抜く際に外管３の内部と外部（トンネル１の内空）に気圧差を生じさせずに、外管３内への内管４の挿入および引き抜きを可能としている。
【００３２】
すなわち、内管４を外管３に挿入する際には、図３の（ａ）に示すように、内管４の内部の空気Ａは収容部材４３の内部から本体部４０の凹部４７ａに入り込む。凹部４７ａ内の空気Ａは、第一の通気孔４８ａを挿通して本体部４０の外部に排出される。本体部４０から排出された空気Ａは、上下の環状シール材４１，４１の間において本体部４０の側面に沿って流れる。さらに、当該空気Ａは、第二の通気孔４８ｂから本体部４０の内部（凹部４７ｂ）に誘導された後、本体部４０の下端から排出される。
【００３３】
伸縮部材４４は、図４の（ｂ）に示すように、形状記憶合金を用いたバネ（以下、単に「形状記憶合金バネ」という）４４ａと、バイアスバネ４４ｂを備えている。
形状記憶合金バネ４４ａとバイアスバネ４４ｂは、底板４３ａ上において、上下に連続して配設されている。
【００３４】
形状記憶合金バネ４４ａとバイアスバネ４４ｂとの間には、中間板４４ｃが介設されている。
本実施形態では、底板４３ａの上に、下から形状記憶合金バネ４４ａ、中間板４４ｃ、バイアスバネ４４ｂの順番で配設されている。なお、形状記憶合金バネ４４ａとバイアスバネ４４ｂの上下の位置は限定されない。なお、底版４３ａには、図示しない開口部が形成されており、通気が可能に形成されている。
【００３５】
形状記憶合金バネ４４ａは、常温では収縮しており（図４の（ｂ）参照）、所定温度（＞常温）以上に加熱することで伸張する（図５の（ｂ）参照）。
バイアスバネ４４ｂは、形状記憶合金バネ４４ａの収縮に伴い伸張し（図４の（ｂ）参照）、形状記憶合金バネ４４ａの伸張に伴って収縮する（図５の（ｂ）参照）。
そのため、中間板４４ｃは、形状記憶合金バネ４４ａおよびバイアスバネ４４ｂの伸縮に伴って上下動する。
【００３６】
本実施形態のヒーター４５は、伸縮部材４４を加熱することが可能となるように、伸縮部材４４の周囲を囲うように配設されている。
本実施形態のヒーター４５は、電熱線により構成されていて、電力を供給することにより加熱される。なお、ヒーター４５の構成は電熱線に限定されない。
【００３７】
本実施形態の固定手段４６は、図４の（ａ）および（ｂ）に示すように、グリッパー４６ａと、ラック４６ｂ、平歯車４６ｃと、連結部材４６ｄとを備えている。
グリッパー４６ａは、収容部材４３に形成された貫通孔４３ｂに配設されていて、内管４から外管３の内面に向けて進出可能に設けられている。
【００３８】
グリッパー４６ａの基端部には、雌ネジ加工が施されていて、連結部材４６ｄの先端に形成された雄ネジ４６ｅが螺合されている。
グリッパー４６ａの先端面は、外管３の内面に当接可能な形状を有している。
【００３９】
グリッパー４６ａは、図３の（ｂ）に示すように、断面視多角形状（本実施形態では矩形状）に形成されている。グリッパー４６ａの断面形状は、収容部材４３の貫通孔４３ｂと同等であって、グリッパー４６ａの貫通孔４３ｂとは互いに噛み合うように構成されている。
なお、グリッパー４６ａおよび貫通孔４３ｂの形状は、互いに噛み合う形状であれば限定されるものではなく、例えば三角形や五角形以上の多角形であってもよい。
【００４０】
図４の（ｂ）に示すように、ラック４６ｂの下端は、伸縮部材４４の中間板４４ｃに固定されている。ラック４６ｂは、中間板４４ｃの上下動に伴って上下動する。本実施形態のラック４６ｂは、バイアスバネ４４ｂの中心部（内空部分）を挿通して中間板４４ｃに固定されているが、ラック４６ｂの配置は限定されない。
ラック４６ｂの一方の縁（側面）は、歯切りされていて、平歯車４６ｃの歯と噛み合うように構成されている。
【００４１】
平歯車４６ｃは、ラック４６ｂの上下動に伴って横軸を中心に回転する。
平歯車４６ｃには、連結部材４６ｄが固定されている。
【００４２】
連結部材４６ｄは、平歯車４６ｃに一端が固定された棒状部材であって、平歯車４６ｃの軸芯の延長線上に沿って配置されている。連結部材４６ｄは、平歯車４６ｃが回転することで、軸芯を中心に回転する。
連結部材４６ｄの他端には、グリッパー４６ａの基端に螺合された雄ネジ４６ｅが固定されている。
【００４３】
雄ネジ４６ｅは、連結部材４６ｄの回転にともなって回転する。
雄ネジ４６ｅが回転すると、グリッパー４６ａが外管３に向かって進退する。すなわち、グリッパー４６ａは、貫通孔４３ｂと噛み合うことで回転が制御されているため、グリッパー４６ａの基端に螺合された雄ネジ４６ｅが回転すると、グリッパー４６ａが雄ネジ４６ｅに対して進退する。
なお、固定部４２の詳細は、前記に示したものに限定されない。
【００４４】
傾斜計は、傾斜角度を計測する電子機器（センサ）であって、本体部４０に内装されている。なお、傾斜計の本体部４０への固定方法は限定されるものではない。
本体部４０には、傾斜計や固定手段（ヒーター４５）等に電力を供給する電源（図示せず）や、ヒーター４５のスイッチ（図示せず）等が取り付けられている。
【００４５】
次に、計測装置２の設置方法について説明する。
本実施形態の計測機設置方法は、トンネル１の壁面に設置するものであって、削孔工程と、外管固定工程と、内管固定工程とを備えている。
【００４６】
削孔工程は、図６の（ａ）に示すように、トンネルの壁面に装置挿入孔１０を削孔する工程である。
装置挿入孔１０は、トンネル１の吹き付けコンクリート１１を削孔するとともに、吹き付けコンクリート１１の背面側の地山Ｇを所定長削孔することにより形成する。
【００４７】
本実施形態では、トンネル１の頂部に対して上向きに削孔することにより装置挿入孔１０を形成する。
なお、装置挿入孔１０の形成箇所は、トンネル１の頂部に限定されるものではないが、アーチ部（上半）に形成するのが望ましい。
【００４８】
外管固定工程は、図６の（ｂ）に示すように、装置挿入孔１０内に外管３を固定する工程である。
外管３を装置挿入孔１０内に挿入すると、抜け止め部材３１が装置挿入孔１０の内壁に係止されて、外管３の抜け出しが防止される。
装置挿入孔１０の内壁面と外管３の外面との隙間には、必要に応じて充填材を注入する。
【００４９】
内管固定工程は、図１に示すように、計測機を内装した内管４を、外管３内に固定する工程である。
まず、内管４を外管３に挿入する。内管４を外管３に挿入する前にヒーター４５を作動させて、伸縮部材４４を加熱する。
【００５０】
伸縮部材４４を加熱すると、図５の（ａ）および（ｂ）に示すように、形状記憶合金バネ４４ａが伸長して、ラック４６ｂが上方に移動するため、平歯車４６ｃが回転してグリッパー４６ａが引っ込んだ状態となる。
【００５１】
内管４を外管３内に挿入したら、ヒーター４５を停止して、伸縮部材４４の加熱を停止する。伸縮部材４４の加熱を停止すると、形状記憶合金バネ４４ａが冷却されて収縮するため、ラック４６ｂが下方に移動する。そして、平歯車４６ｃが回転してグリッパー４６ａが押し出される。
【００５２】
押し出されたグリッパー４６ａが外管３の内面に当接することで、内管４が外管３に固定される。
内管４を撤去する際には、ヒーター４５を作動させて伸縮部材４４を加熱することで、グリッパー４６ａによる固定状態を解除すればよい。
【００５３】
本実施形態の計測装置２および計測装置設置方法によれば、ヒーター熱を制御するだけで、計測装置２のトンネルへの着脱が可能なため、施工性に優れている。また、計測機の固定に充填材等の固定用の特殊な材料を必要としないため、材料費の低減化も可能である。
【００５４】
また、計測後の計測機の回収も容易である。
また、内管４の外面に、外管３の内面に当接する環状シール材４１が設置されているため、内管４と外管３との間でがたつきが生じにくくなり、計測機の固定がより安定する。
【００５５】
内管４の内部と内管４の側面に通気ルートを確保しているため、気密性の高い外管３への内管４の挿入時や撤去時において、外管３の内部と外部（トンネル１の内空）に気圧差が生じることを抑制し、内管の挿入および撤去を可能としている。
内管４の着脱が容易なため、傾斜計を転用することで設備費の低減化を図ることができる。また、傾斜計の位置決めも容易なため、作業性に優れている。
【００５６】
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、前記実施形態では、計測機として傾斜計を使用する場合について説明したが、計測機は傾斜計に限定されない。
【００５７】
また、外管３の装置挿入孔１０への固定方法は、前記実施形態で示した方法に限定されるものではない。
前記実施形態では内管４の外面に環状シール材４１を有している場合について説明したが、環状シール材４１は必要に応じて設置すればよく、省略してもよい。
ヒーター４５の制御は、無線通信により遠隔操作で行ってもよい。
【００５８】
前記実施形態では、伸縮部材４４として形状記憶合金製のバネを使用したが、伸縮部材４４は必ずしもバネである必要はなく、例えば形状記憶合金製の棒状部材であってもよい。
また、前記実施形態では、伸縮部材４４として、形状記憶合金バネ４４ａとバイアスバネ４４ｂとを組み合わせて使用したが、形状記憶合金バネ４４ａのみであってもよい。
【００５９】
前記実施形態では、グリッパー４６ａを１つ備えている場合について説明したが、グリッパー４６ａの数や配置は限定されない。例えば、図７の（ａ）および（ｂ）に示すように、反対方向に進退する一対のグリッパー４６ａ，４６ａを備えていてもよい。一対のグリッパー４６ａ，４６ａは、同一の歯車４６ｃの上下に配設された一対のラック４６ｆ，４６ｆの先端に固定されていて、歯車４６ｃの回転により進退する。
【００６０】
前記実施形態では、ヒーター４５による加熱を停止することで内管４の外管３への固定状態を維持し、内管４を外管３から撤去する際や外管３内に挿入する際にはヒーター４５により加熱をする場合について説明したが、ヒーター４５により加熱することで内管４の外管３への固定状態を維持するものとしてもよい。
【００６１】
また、前記実施形態では、ヒーター４５の加熱により伸縮部材４４が伸張する場合について説明したが、伸縮部材４４はヒーター４５の加熱により収縮するものであってもよい。
さらに、前記実施形態では、伸縮部材４４が収縮した際に固定手段４６が進出して外管３に当接する場合について説明したが、固定手段４６は、伸縮部材４４が伸張した際に進出して外管３に当接してもよい。
【符号の説明】
【００６２】
１      トンネル
１０    装置挿入孔
２      計測装置
３      外管
４      内管
４１    環状シール材
４４    伸縮部材
４４ａ  形状記憶合金バネ
４５    ヒーター
４６    固定手段
４６ａ  グリッパー
【図１】
2016061073.tif 000003
【図２】
2016061073.tif 000004
【図３】
2016061073.tif 000005
【図４】
2016061073.tif 000006
【図５】
2016061073.tif 000007
【図６】
2016061073.tif 000008
【図７】
2016061073.tif 000009