JP2001348856A - 岩盤不連続面の補強効果の評価方法 - Google Patents

岩盤不連続面の補強効果の評価方法

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JP2001348856A
JP2001348856A JP2000172824A JP2000172824A JP2001348856A JP 2001348856 A JP2001348856 A JP 2001348856A JP 2000172824 A JP2000172824 A JP 2000172824A JP 2000172824 A JP2000172824 A JP 2000172824A JP 2001348856 A JP2001348856 A JP 2001348856A
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rock
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Masayuki Kosugi
昌幸 小杉
Hiroki Yoneda
裕樹 米田
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Pacific Consultants Co Ltd
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Pacific Consultants Co Ltd
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  • Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ロックボルト等の岩盤補強の効果、変位拘束
効果、支保強度を検証する岩盤不連続面の補強効果の評
価方法を提供する。 【解決手段】 岩盤2内に掘削するトンネル20周辺の
不連続面4に対して配置するロックボルト21の変形抑
制効果を評価するために、不連続面4を貫通するように
穿った孔井3内に三次元変位計測装置1を設置する。三
次元変位計測装置1は、不連続面4を挟む両岩盤2の相
対変化を三次元的に計測するための装置で、ロックボル
ト21と並列に設置する。三次元変位計測装置1を設置
する孔井3は、ロックボルト21用に削孔する孔井3を
利用する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、トンネルなど岩
盤内構造物の安定施工を目的とした岩盤補強工を実施す
る際にその補強効果を評価する方法に関し、特に岩盤内
不連続面の相対変化を計測して補強効果を評価する方法
に関する。
【0002】
【従来の技術】岩盤内にトンネル、空洞などを構築する
際、周辺に亀裂、ジョイントなどの不連続面が存在する
場合には、この不連続面の挙動を抑制して岩盤の支保効
果を強化するためにロックボルト又はアンカーの打込
み、あるいは接着剤注入による不連続面接着などの補強
工法が実施されている。
【0003】図6にトンネルにおけるロックボルトの補
強例を示す。実用のトンネル工法では、岩盤102内に
おけるトンネル120などの地下空間の開削後、所定の
設計に従ってロックボルト121と図示しない吹付けコ
ンクリートや鋼枠とグラウトなどの支保が施工される。
一般的には、ロックボルト121は図6に示すような対
称的配置となっているが、この場合には不連続面104
の挙動抑止が十分とは言えない場合があり、より効果的
なロックボルト配置の検討が考えられる。
【0004】そのような場合、ロックボルト121の効
果を評価するため、従来は不連続面104を貫通する孔
井103を削孔し、孔内に設けた固定点の変位を孔口で
計測する一次元計測を行っていた。この計測方法は、孔
井103内に固定した測点の変位を剛性ロッドもしくは
緊張したワイヤーによって伝達し、孔口付近の岩盤10
2に設置する挙動トランス式あるいはひずみゲージ式の
変位センサで、剛性ロッドと孔口岩盤間の距離の相対変
位を検出するものであった。又ロックボルト121の軸
圧を測定したり、空洞の内空変位を計測してマスとして
の岩盤挙動を二次元あるいは三次元的に評価する方法も
あった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の特定の
不連続面104に対する一次元変位計測は、不連続面1
04の挙動を直接計測する方法ではなかったので、多数
の測点を設けねばならずしかも同数の変位センサを孔口
付近の岩盤102に取り付けねばならなかった。又一本
の孔井103内の測点数は制限されているため、従来の
測定手段は必ずしも経済的、効果的とは言えない面があ
った。また剛性ロッドと変位センサを直接固定していた
ため、モニタ中に測定範囲を再調整できるような操作性
を十分有しているとは言えなかった。又、孔井軸方向以
外の変位は計測できなかったので効果的な補強工の選定
は困難であった。
【0006】又、マスとしての岩盤挙動を二次元あるい
は三次元的に評価する従来の評価方法は、施工の安全性
を管理する上での不可欠なモニタ手段ではあったが、岩
盤補強の対象となる不連続面104の施工中における挙
動を評価することはできず、補強工の締付効果や接着効
果を直接確認することはできなかったので問題となる岩
盤内不連続面の補強効果を物理量として評価できない欠
点があった。このように従来の岩盤不連続面の補強効果
の評価方法は、計測システムの効果性、経済性、精度、
操作性などの点で改良の余地が残されていた。
【0007】この発明は、上記のような従来の問題点を
鑑みてなされたものであり、岩盤内に賦存する亀裂など
不連続面の挙動メカニズムを岩盤亀裂の変位に着目し、
現位置計測した三次元的挙動データと応力状態との関係
を明らかにして、ロックボルト等の岩盤補強の効果、変
位拘束効果、支保強度を検証する岩盤不連続面の補強効
果の評価方法を提供することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、この発明の岩盤不連続面の補強効果の評価方法は、
不連続面を貫通するように穿った孔井内に不連続面の相
対変化を検出する三次元変位計測装置を設置し、補強工
の設置前後及び長期間経過後における不連続面変位の時
間経過に伴う変化を検出し、補強工による岩盤締付効果
を不連続面の締付変位から評価することを特徴とするも
のである。
【0009】亀裂やジョイントなどの不連続面が存在す
る岩盤内にトンネルや坑道等を構築する場合、空洞近傍
に岩盤の支保効果を強化するためにロックボルト又はア
ンカーを打込んだり、あるいは接着剤を注入して不連続
面を接着するなどの補強工が実施される。
【0010】三次元変位計測装置は、不連続面を挟む両
岩盤の相対変化を三次元的に計測するための装置で、一
方の岩盤孔井に固定する前部構造体の互いに直交する三
面の計測面と、他方の岩盤孔井に固定する後部構造体に
あって前記計測面に直交する三方向の変位を計測する変
位センサを備えるものである。
【0011】ロックボルト、アンカー又は不連続面接着
などの補強効果は、この三次元変位計測装置により不連
続面の変位を計測して評価する。例えばロックボルトや
アンカーの打込み方向に締付による変化が見られない場
合には、ボルト等の打込み角度を変える。逆に不連続面
に締付変位が生じている場合には補強が有効であると判
断する。
【0012】請求項2記載の岩盤不連続面の補強効果の
評価方法における孔井は、ロックボルト用に削孔する小
孔井であって、圧力センサと、この圧力センサに当接す
る載荷ロッドと、計測面に当接する圧着端子と、一端に
この圧着端子を保持し他端に前記載荷ロッドを保持する
弾性部材を有する三次元変位計測装置を用いて不連続面
の締付変位を検出することを特徴とするものである。
【0013】計測面の変位により圧着端子と載荷ロッド
の距離が変化する。両者の相対変化に応じて変化した弾
性部材のたわみを載荷ロッドを介して後段に配置する圧
力センサに荷重として伝達する。この圧力センサによっ
て検出した圧力を弾性部材のたわみ変位に換算する。
【0014】
【発明の実施の形態】次にこの発明の実施の形態を添付
図面に基づき詳細に説明する。図1は岩盤内に開削する
トンネルの補強工を示す断面図である。この補強工で
は、岩盤2内のトンネル20の掘進に伴う不連続面モデ
ルの挙動を個別要素法などの解析プログラムを用いて評
価し、変形の大きい不連続面4に対して最適な変形抑制
効果が得られるよう、かつ経済的なロックボルト21の
配置を行っている。
【0015】この配置は従来の対称的な配置に比べてよ
り効果的な支保設計を目指すものであり、ジョイントの
せん断変位を抑止し、ジョイントの最大せん断応力に至
る前のせん断抵抗を維持できるようにするものである。
【0016】このような岩盤不連続面の補強工の効果を
評価するために、不連続面4を貫通するように穿った孔
井3内に不連続面4の相対変化を検出する三次元変位計
測装置を設置する。図2に示すように三次元変位計測装
置1は、不連続面4を挟む両岩盤2の相対変化を三次元
的に計測するための装置で、ロックボルト21と並列に
設置し、信号ライン15を図示しない制御装置に接続す
る。なお、三次元変位計測装置1を設置する孔井3は、
ロックボルト21用に削孔する孔井3を利用する。
【0017】次に三次元変位計測装置の詳細を図3乃至
図5に基づき説明する。三次元変位計測装置1は、岩盤
2内に直径50mm以下の孔井3(例えばφ43mm又
はφ46mm)を削孔し、亀裂などの不連続面4を挟む
両岩盤に固定する。
【0018】三次元変位計測装置1は、不連続面4を挟
んだ一方の岩盤2a内に固定手段5によって固定設置さ
れた前部構造体6と、他方の岩盤2b内に同様な固定手
段5によって固定設置された後部構造体7を有する。こ
の後部構造体7は前部構造体6とは分離した部材である
が相互に接触した状態で設置される。
【0019】前部構造体6は、先端が縮径する筒状部材
であって、その後端に平坦で互いに直角に交差する三面
の計測面8を有する。一方後部構造体7も筒状部材であ
ってその先端には各計測面8に垂直に対向する三軸方向
に三台の変位センサ9を設ける。
【0020】固定手段5は、各構造体6,7の径方向を
横断する固定ピン5aと、筒状部材の外面に設ける固定
ガイド5bからなり、固定ピン5aに圧力ライン5cを
介して油圧力を供給し、各構造体6,7を一体化した変
位計測装置1として孔井3内に挿入固定する。なお、各
構造体6,7の間隙部分に孔井3内の地下水が浸入しな
いよう、自在に変形する耐水部材としての防水シール1
0が取付けられ計測面8や変位センサ9を防護してい
る。なお、三次元変位計測装置1は固定手段5を解除す
ることにより設置場所を移動することも可能である。
【0021】次に変位センサの詳細を図4及び図5に基
づき説明する。図4は三次元変位計測装置の中心部拡大
断面図、図5は図4のV−V断面を示す断面図である。
前部構造体6の計測面8は孔井軸直交面8aと、これの
後方垂直方向に延長固定した互いに直角に交差する2枚
の孔井軸平行面8b,8cからなる。
【0022】一方後部構造体7の支持基台11に配置す
る変位センサ9は、夫々圧力センサ9aと、この圧力セ
ンサ9aに当接する載荷ロッド9bと、各計測面に当接
する圧着端子9cと、一端にこの圧着端子9cを保持し
他端に載荷ロッド9bを保持するスプリング9dを有す
る。
【0023】計測面8が変位すると圧着端子9cを介し
てスプリング9dが弾性変形し、載荷ロッド9bを介し
て圧力センサ9aに荷重として伝達する。圧力センサ9
aとしては例えばダイアフラム圧力センサを用いる。ダ
イアフラムに生じた微小な変位は電気抵抗の変化などに
よって測定され、接続ライン12及びリレー制御スイッ
チ13を介して増幅器14に接続し、信号ライン15に
より検出した圧力値を図示しない外部の制御装置に送
り、ここでスプリング9dのたわみ変位に換算する。即
ち荷重変化と使用するスプリング9dのバネ定数を使用
して計測面8の変位量を求める。
【0024】このような圧力センサ9aを用いると計測
範囲が孔井軸方向±10mm、孔井半径方向±7mm程
度まで拡大され、従来の約2倍の変位量まで計測可能と
なる。又圧力センサ9aはゲージ式の簡易シール形状の
ものが使用でき、かつ3台の変位センサ9の計測値を1
台のアンプでリレー切替するので、構造が簡易になりコ
スト低減にも寄与する。
【0025】上記のような三次元変位計測装置1を用
い、ロックボルト21の設置前後及び長期間経過後にお
ける不連続面変位の時間経過に伴う変化を検出し、補強
工による岩盤締付効果を不連続面の締付変位から評価す
る。例えば不連続面4に締付による変化、即ち両岩盤の
接近が見られない場合には、ロックボルト21の打込み
角度の変更を検討する。又不連続面の変位を三次元的に
測定することで、三次元的挙動データと応力状態との関
係を明らかにして、ロックボルト等の岩盤補強の効果、
変位拘束効果、支保強度を検証することができる。
【0026】このように、不連続面の締付変位を直接測
定することにより、補強工の適正範囲を判断することも
可能となる。従って安全を十分に確保しながら、できる
だけ過剰な補強工を減少させることもできる。又ロック
ボルトの増設が必要と判断される場合には、計測用孔井
を利用することもできる。この岩盤不連続面の補強効果
の評価方法は、ロックボルト以外のアンカーや不連続面
接着などの補強工にも適用可能である。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように、この発明の岩盤不
連続面の補強効果の評価方法は、不連続面変位の時間経
過に伴う変化を三次元変位計測装置により検出し、補強
工による岩盤締付効果を不連続面の締付変位から評価す
るので、不連続面の挙動を直接計測することができ、補
強工の締付効果や接着効果を直接確認し、その補強効果
を物理量として評価することができる。又、一本の孔井
に一台の三次元変位計測装置を設ければ的確な計測が可
能となるので従来の測定方法に比べ各段に経済的、効果
的になる。又、モニタ中に測定範囲の再調整も可能であ
るので操作性の点でも優れ、測定精度も向上する。
【0028】又請求項2記載の岩盤不連続面の補強効果
の評価方法は、ロックボルト用に削孔する小孔井に三次
元変位計測装置を設置して不連続面の締付変位を検出す
るので、別途測定用の孔井を削孔しなくとも計測するこ
とができる。又ロックボルトの増設が必要な場合には変
位計測装置を撤去して同孔井にロックボルトを設置する
こともできるので、補強工の増強が容易かつ経済的にな
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】岩盤内に開削するトンネルの補強工を示す断面
図である。
【図2】三次元変位計測装置の設置状況の説明図であ
る。
【図3】三次元変位計測装置の断面図である。
【図4】三次元変位計測装置の中心部拡大断面図であ
る。
【図5】図4のV−V断面を示す断面図である。
【図6】従来の岩盤内に開削するトンネルの補強工を示
す断面図である。
【符号の説明】
1 三次元変位計測装置 2 岩盤 3 孔井 4 不連続面 20 トンネル 21 ロックボルト
フロントページの続き (72)発明者 小杉 昌幸 茨城県つくば市小野川16番3 工業技術院 資源環境技術総合研究所内 (72)発明者 米田 裕樹 東京都多摩市関戸1丁目7番地5 パシフ ィックコンサルタンツ株式会社内 Fターム(参考) 2D043 AA00 BA10 2F051 AA06 AB09 2F069 AA04 AA06 AA17 BB40 CC02 DD12 GG02 GG06 GG12 GG14 GG17 GG58 HH27 JJ02 MM04

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 亀裂やジョイントなどの不連続面が存在
    する岩盤内にトンネルや坑道等を構築する場合、空洞近
    傍に岩盤の支保効果を強化するために用いるロックボル
    ト、アンカー又は不連続面接着などの補強工を実施する
    際にその補強効果を評価する方法において、前記不連続
    面を貫通するように穿った孔井内に不連続面の相対変化
    を検出する三次元変位計測装置を設置し、前記補強工の
    設置前後及び長期間経過後における不連続面変位の時間
    経過に伴う変化を検出し、補強工による岩盤締付効果を
    不連続面の締付変位から評価することを特徴とする岩盤
    不連続面の補強効果の評価方法。
  2. 【請求項2】 前記孔井は、ロックボルト用に削孔する
    小孔井であって、圧力センサと、この圧力センサに当接
    する載荷ロッドと、計測面に当接する圧着端子と、一端
    にこの圧着端子を保持し他端に前記載荷ロッドを保持す
    る弾性部材を有する三次元変位計測装置を用いて不連続
    面の締付変位を検出することを特徴とする請求項1記載
    の岩盤不連続面の補強効果の評価方法。
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