こうえいフォーラム第 12 号 / 2004. 1

ロックボルトおよびグラウンドアンカー長さ計測技術の開発
A NEW SYSTEM FOR INSPECTING THE LENGTH OF GROUND ANCHORS AND ROCK BOLTS

藤原鉄朗*・松山公年*・金本康宏*
Tetsuro FUJIWARA, Kimitoshi MATSUYAMA and Yasuhiro KANEMOTO

For the successful engineering of excavations and other constructions, careful inspection of the length of any
ground anchors or rock bolts used is critical. In Japan, these inspections are carried out using reports supplemented
by check sheets and photographs made by contractors. This method is unreliable. We developed a new inspection
system for quality control of ground anchors and rock bolts. This report explains the development and properties ofthe system.

Key Words：

non destructive testing, inspection, quality control, rock bolt, ground anchor

1. はじめに現在、アンカー長の出来形管理は、施工時の品質管理表の記入と写真撮影によって実施されている。しかし、度々アンカーやロックボルトが所定の長さに満たずに施工され、後日問題となるケースがある。
施工後および施工中にアンカー長を検査できる技術が開発できれば、品質管理の効率化と信頼性の向上が期待でき、アンカーの維持管理を行ううえでも有効な技術になるものと考えられた。
本論文は、上記のニーズを踏まえ、国土交通省中部地方整備局中部技術事務所の発注で実施した「工事検査に関する技術検討業務委託」のうち、アンカー長さ計測手法の開発について紹介するものである。

2. 開発のフローと初期検討（1）開発フロー

図−１

ロックボルト・アンカー長さ計測技術の開発フロー

工事検査の対象として設定したアンカーのタイプは以下のとおりである。
① ロックボルト（切土法面ロックボルト、NATMロックボルト、落石防止網用ワイヤーロープアンカーなど鋼棒およびその加工品）② グラウンドアンカー（地すべり対策などに利用されるアンカーで主にPC鋼より線の加工品）
開発は、図−1に示すとおり、机上検討、室内モデル試験、野外モデル試験、現場検証試験などを経て、計測装置の開発および使用マニュアルの作成を行った。

*

社会環境エンジニアリング事業部 ライフサイクルマネジメント部

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ロックボルトおよびグラウンドアンカー長さ計測技術の開発（2）机上検討による計測技術の抽出
机上検討では表−1に示す手法について比較検討した。このうち、工事検査の現場で使用可能な簡易な調査手法として超音波法・衝撃弾性波法・電気パルス法の3つの手法についてモデル試験を行う提案をした。

モデル試験を実施した結果、ロックボルトについては超音波法および衝撃弾性波法による施工後の長さ計測の可能性を確認した。
しかしながら、グラウンドアンカーについては、形状が複雑・多様であり、最低でも長さが7mあることから、超音波法や衝撃弾性波法ではエネルギーが減衰して反射信号

表−１

ロックボルト・アンカー長さ計測の候補技術を計測できないことが明らかになった。一方、電気パルス法は、反射信号の確認はできるものの、伝搬速度が埋設環境に大きく依存し、精度の高い計測ができないことが判明した。
このため、グラウンドアンカーについては施工後の計測を断念し、後述する「削孔長管理装置」により工事検査を合理化する方法に検討方向を転換した。

3. ロックボルト長さ計測専用器の開発（1）ロックボルト長さ計測技術の概要
超音波法は、本来鋼材の厚みや傷の点検に使用される手法であり、衝撃弾性波法は、コンクリートの厚みや基礎の（3）室内モデル試験による計測技術の絞り込み根入れ深さの調査に用いられる手法である。

室内モデル試験は、超音波法、衝撃弾性波法、電気パル両手法の装置とも、現場で計測可能なように小型化されス法の3手法について、タイプの異なる30mのグラウンドアており、予測される長さの範囲を入力すると、自動的に長ンカーを含む実物供試体を用いて実施した。上記3つの手法さを表示する機能を有している。の概要を表−2に示す。これらの手法はいずれも信号をアンしかし、双方の装置ともに本来別の用途に開発された装置

カー材に入射し、反射してくるまでの時間に伝搬速度を乗であり、ロックボルト長さ計測への適用性は不明である。そじることにより長さを計測する手法である。

こで、両手法の適用性の把握をするために野外モデル試験および現地試験を実施した。野外モデル試験では、径、長さ、

表−2

ロックボルト・アンカー長さ計測手法の概要1）

先端形状の異なるロックボルト（異形棒鋼）に対して周辺グラウト・地中埋設を行い、図−2に示すタイミングで長さ計測を実施した。野外モデル試験におけるロックボルトの埋図−264

ロックボルト野外モデル試験実施フローこうえいフォーラム第 12 号 / 2004. 1

設状況および使用した装置の仕様を図−3、表−3に示す。

図−3

ロックボルトモデル試験概況（埋設断面）表−3 ロックボルトモデル試験に用いた既往の装置

図−5 衝撃弾性波法による野外モデル試験計測結果と、埋設状態によって伝搬速度は4200〜5200m/secの間で変化していることが明らかになった。
超音波法は、垂直に切断されたD25のロックボルトに対して、長さ3.0mまでは高精度（誤差2％以下）で計測可能であモデル試験では、超音波法における伝搬速度を5900m/sec、り（図−6）、径がD29まで太くなると4.5mまで計測が可能に衝撃弾性波法における伝搬速度を5200m/secと仮定して実際なった。しかしながら、地山側先端を斜切あるいは山切（円長さと計測長さの比較を行った。

錐状）に処理した場合、径D25・長さ3.0mでも計測ができなそれぞれの比較結果を図−4、5に示す。図−4に示すといことが明らかになった（図−7）。

おり、超音波法においては、いずれのタイミングで計測した場合においても、実際長さと計測長さの関係は同一であり、伝搬速度は5900m/secと一定で埋設状況に依存せずにロックボルトの長さ計測ができた。
しかしながら、図−5に示す衝撃弾性波法については、埋設状態によってロックボルトの実際長さと計測長さの関係が異なる結果を示した。これは、衝撃弾性波法においては、埋設状態によって弾性波の伝搬形態が異なることによるためであり、実際の長さを用いて弾性波伝搬速度を逆算する
図−6 超音波法によるロックボルト長さ計測例（径D25/長さ3.0ｍ/先端垂直）

図−4 超音波法による野外モデル試験計測結果

図−7 超音波法によるロックボルト長さ計測例（径D25/長さ3.0ｍ/先端斜切）65

ロックボルトおよびグラウンドアンカー長さ計測技術の開発

次に、既往装置の現場での適用性を確認する目的で、
表−4に示す現場においてロックボルトの長さ計測を実施した。

各現地試験の結果、超音波法については、野外モデル試験結果を裏付ける結果が得られた。
一方、衝撃弾性波法については、野外モデル試験と現地試験とで異なる結果を得た。図−8は野外モデル試験において埋設された状態のロックボルト、図−9は実際のトンネル

表−4
調査対象で施工された後のロックボルトの計測結果である。

現地試験地およびロックボルトの形状
施工場所

ワイヤーロープ
岐阜県
アンカー
加古郡
長さ1.0〜1.5m
御嵩町
トンネル
三重県度会郡
ロックボルト 南島町〜紀勢町
長さ3.0m
切土法面
ロックボルト
長さ5.0〜5.5m

三重県
北牟婁郡海山町相賀

切土法面
ロックボルト
長さ3.0m

静岡県
裾野市桃園

長さ（m）

径

末端1.0

D22斜切1.5D22斜切3.0

D25

山切5.3

D29

垂直5.3

D22

垂直5.8

D22

垂直3.2

D29垂直

図−8では、実際の長さよりも長く計測結果が表示されているものの、地山側先端からの反射が明瞭に確認できる。
しかしながら、図−9に示す施工後のNATMロックボルトでは、波形が一定せず、地山側先端からの反射は確認できない。これは、現場ではロックボルトの周辺が固い岩盤で拘束されているため、弾性波が地山全体に拡散するためと考えられた。
野外モデル試験および現地試験の結果、明らかになった事項を以下に整理する。
① 超音波法は、垂直に切断された切土法面ロックボルトに対して長さ3.0mまでは高精度（誤差2％程度）で長さ計測が可能である。
② 超音波法は、地山側先端形状によって計測できない場合がある。とくに斜めに切断されている場合は、長さ3.0mでも計測ができない。
③ 衝撃弾性波法は、埋設状態によって計測結果が変化するほか、地山が岩盤の場合はロックボルト長さを計測できない。
（2）ロックボルト長さ計測専用器の開発
上記の検討の結果、衝撃弾性波法の現場適用は困難であり、超音波法は計測精度が高いものの、既往の超音波装置によるロックボルト計測限界長さは3.0m程度であることが確認された。

図−8 衝撃弾性波法のロックボルト波形例（野外モデル試験・地中埋設後・長さ3.0ｍ）

しかしながら、切土法面などで用いられるロックボルトにはさらに長いものがあり（図−10）、既往の装置では十分でない。

図−9 衝撃弾性法によるロックボルト波形例（現地試験・NATMロックボルト・長さ3.0ｍ）

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図−10

切土のり面のロックボルト長さ2）こうえいフォーラム第 12 号 / 2004. 1超音波装置は、鋼材の厚さや傷をmm単位の精度で計測す

表−6 専用器の性能確認に用いた供試体る目的で開発されている。しかしながら、ロックボルトの長さ計測ではmm単位の精度は要求されない。
そこで、多少精度を犠牲にし、長距離計測を可能にするロックボルト計測専用器の開発に取り組んだ。専用器は既往の超音波装置に対して以下の改良を行うことにより製作した。
① スタッキングによる波形の平均化② プリアンプの付加

例として、地山側先端形状が斜切で長さ4.0mのロックボ③ 受信器の狭帯域化、および探触子直径の拡大

ルト（D25）について、従来器と専用器の計測結果の比較を開発した装置の仕様および外観を表−5、写真−1に示す。

図−11に示す。図−11に示すとおり、専用器の計測結果では、改良によってノイズが減少し、地山側先端からの反射

表−5 ロックボルト長さ計測専用器の仕様を識別できるようになっている。また、計測精度についても誤差2％以下を維持している。

図−11 従来器と専用器の計測結果比較
次に、表−7に示すトンネル現場で専用器の性能確認を行った。
表−7 専用器性能確認試験実施現場

トンネルロックボルトの調査実施状況を写真−2に示す。
超音波法によるロックボルト長さ計測においては、ロックボルト端面をあらかじめヤスリなどで研磨する必要があるが、計測自体は探触子を押し当てるだけで可能であり、1本
写真−1 ロックボルト長さ計測専用器のロックボルト長さ計測は数分で終了する。現地適用試験の結果、ロックボルト長さ計測専用器は、これまで計測が（3）専用器の性能確認とマニュアル作成
試作した専用器について表−6に示す供試体で性能試験を実施した。モデル試験の結果、専用器は従来器に対して約13dBのSN比向上を実現しており、計測限界が向上されているとともに、操作性および携帯性についても改善されていることを確認した。

難しかった長さ4.0mのNATMロックボルトについても高い確率で計測が可能であることを確認した。供試体試験および現地試験により確認した従来器とロックボルト長さ計測専用器の性能の相違を表−8に整理する。
なお、本技術開発では、上記の現地試験結果を踏まえ、専用器を用いたロックボルト長さ計測マニュアルについても作成を行っている。

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ロックボルトおよびグラウンドアンカー長さ計測技術の開発

写真−2 専用器性能確認試験実施状況
表−8 従来器と専用器の性能比較

写真−3

グラウンドアンカー施工管理の現状（2）削孔長管理装置の原理
開発目標とした削孔長管理装置の基本構造は、写真により視認可能な大きな表示部を有するデジタルメジャーである。ただし、装置はアンカーの施工現場での使用に耐え得る堅牢な構造を有している必要がある。
まず、削孔長管理装置の構造としては、ロータリーエンコーダ方式とトランスポンダ（RF-ID）方式の2つの方式について比較検討を行った。この結果、表−9に示すとおりトランスポンダ（RF-ID）
方式の方が適用性に優れているものと判断して、これを採用するものとした。RF-ID技術とは、非接触自動認識技術の1つであり、情報の記録が可能な微小な電4. グラウンドアンカー等削孔長管理装置の開発（1）開発の背景
グラウンドアンカーの施工では、孔壁が自立しないため削孔後すぐにアンカーを挿入し、孔をグラウトで閉塞せざるえない。このため、削孔深さの多くは請負者が写真を撮影し、これを監督職員に提出する方法で出来形管理が行われている。
この際の典型的な管理写真を写真−3に示す。写真−3に示すように、削孔長は、検尺ロッドで計測しているものの検尺ロッドの計測値（目盛）は、写真では判読できず、実質的な検尺になっていないという問題点がある。
一方、前述の検討結果では、グラウンドアンカーについては、品質管理に求められる精度で、施工後に検査を行う手法がないことが明らかになった。
そこで、管理写真の撮影方法を改良することにより、上記の問題点を解決することを考え、削孔長管理装置の開発を行った。

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子デバイス（トランスポンダ）に対して非接触で個別情報の書き込み・読み込みを行う技術である（図−12）。トランスポンダは針先ほどの大きさで、電源を持たず、堅牢な構造を有している。
表−9

削孔長管理装置案の比較こうえいフォーラム第 12 号 / 2004. 1

十分な耐曲性を有した材質である必要がある。しかし、一方で携帯性・収納性も考慮する必要がある。検討の結果、ロッドの材質には外径13mmの硬質テフロンチューブを選定した。
削孔長管理装置は充電式であり、5時間の連続使用に耐える。また、スイッチ類については、メイン電源があるのみであり、現場での煩雑な処理は不要である。また、携帯ボックスに収めれば、1人で現場に携行することが可能である。
図−12

RF-ID 技術の原理

削孔長管理装置の仕様および外観を表−10、写真−4に示す。

RF-ID技術を用いた削孔長管理装置の原理を図−13に示す。装置はボーリングケーシングに挿入するロッドと本体

表−10 削孔長管理装置の仕様に分けられる。ロッドには、50cm間隔でトランスポンダを埋めこむ。埋めこんだトランスポンダには、埋めこまれた位置の情報を書きこんでおく。これによりロッドにはデジタルで目盛が刻印されたことになる。本体は、内部にアンテナとリーダーを持っており、大型のLEDを用いた表示部を有している。本体をロッドの特定の位置に近づけることにより、アンテナからの信号でトランスポンダが励起し、ロッドの位置情報を本体に返す。本体は、この情報を読取り、ロッドの位置をLEDに表示する。グラウンドアンカー
施工現場では、ロッドに泥や水が付着するが、RF-IDはこれらの影響を受けずに安定して位置情報を表示することが可能である。

図−13

トランスポンダ方式削孔長管理装置の原理（3）削孔長管理装置の製作
削孔長管理装置の製作においては、ボーリングケーシン

写真−4 削孔長管理装置の外形グに挿入するロッドの材質の選定が最も困難であった。ロッドは、ケーシングに挿入しても直線性を確保するために69ロックボルトおよびグラウンドアンカー長さ計測技術の開発（4）削孔長管理装置の現場適用試験開発した削孔長管理装置について、砂防関連のグラウンドアンカー施工現場において現場検証試験を実施した。削孔長管理装置の現場検証試験状況を写真−5に示す。

図−14 マニュアルに記載した削孔長管理装置の使用イメージ
また、本削孔長管理装置は、デジタルメジャーとして簡便で堅牢な構造を有し施工現場でのその他の計測にも有効であり、かつオリジナリティが高いと判断されたことから発注者とともに特許出願（特願2003-36188）を行っている。

5. おわりに
写真−5 削孔長管理装置の使用状況

本論文では、受注業務で実施したロックボルトおよびグ開発した削孔長管理装置により、これまで現場写真ではラウンドアンカー長さ計測技術の開発経緯およびその成果確認できていなかった削孔長さと現場状況が同時に撮影でについて報告した。開発した技術は、工事検査における品きることを確認した。しかしながら、削孔長さ20mまでで質向上に寄与するものであるが、いまだ完全ではない。

あれば本装置で削孔長の計測が可能であるが、さらに深度今後、設計・施工が仕様規定から性能規定に転換するうが深い場合、ロッドがケーシング内で直線を確保できないえで、これらの工事検査技術の重要性・ニーズはさらに大（ケーシング内で螺旋状に変形する）ことも明らかになった。

きくなることが予測される。しかしながら、性能規定・性このことから、本装置のロッドの耐曲性については改良の能照査に耐え得る検査技術はいまだ確立されておらず、さ余地があると考えられる。なお、開発した削孔長管理装置

らなる技術向上が必要と考える。

については、現場適用試験の結果を踏まえ、使用マニュアルを作成した。

参考文献
1）寺川陽、服部利周、近藤春彦：アンカー等の長さ計測手法の開発、第23回道路会議要旨集、No.3017

pp.34-35,1999

2）日本道路公団 切土補強土工法設計・施工指針

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