JP2005010122A - オーバーコアリング式応力解放法による応力測定方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】軽量コンパクトな市販コアドリル装置を利用し、オーバーコアリング中においても経時変化を計測できるオーバーコアリング式応力解放法による応力測定方法およびその装置を提供すること。
【解決手段】ドリル軸（Ｃ１）に対しモーター回転軸（Ｃ２）が同軸心にないコアドリル装置（Ｍ）を準備し、測定位置にそのコアドリル装置（Ｍ）を設置し、カットボーリングを行い、ボーリングカッター（１０）を後退させそのボーリング孔（Ｂ）内にひずみゲージ（３０）を貼付してそのリード線（２０）を外部に設置した計測器（Ｋ）にドリル軸（Ｃ１）内を貫通して接続し、オーバーコアリングを行ってその前後を通してひずみを計測し応力測定を行う。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば岩盤等の応力をオーバーコアリング式応力解放法によって計測する応力測定方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、既設のトンネルまたは地下空洞の背面地山、あるいは既設コンクリート構造物に対する応力測定の手法としては、オーバーコアリング式応力解放法が岩盤を対象に実績がある。
そのオーバーコアリング式応力解放法は、応力を受けている岩盤をボーリングし、そのボーリング孔を利用してひずみゲージを接着し、その部分を含む岩盤をオーバーコアリングすることで応力を解放し、その際に生じるひずみの測定によって２次元ないし３次元的な地圧を計測する手法である。
【０００３】
このオーバーコアリング式応力解放法には大きく分けて下記の３種類がある。
１．孔径変化法
２．孔壁ひずみ法
３．孔底ひずみ法
【０００４】
上記孔径変化法は、削孔されたボーリング孔の中に孔径の変化を測定するための計器を設置し、オーバーコアリングによる応力解放時のボーリング孔径を測定してそれより初期地圧を計測する。
また、孔壁ひずみ法は、応力開放時のボアホール壁面のひずみを測定し、それより初期地圧を計測する。孔壁面へのひずみゲージの直接貼付は難しいので、ボアホール内に満たされた接着剤の中にモールドゲージを挿入する方法が開発されている。
そして、孔底ひずみ法は、削孔されたボーリング孔の孔底を平面・球面・円錐などに整形し、そこにひずみゲージを貼り付けて応力解放した際のひずみ変化を測定することで初期地圧を計測する。孔底の形状により、平面孔底ひずみ法、球面孔底ひずみ法、円錐孔底ひずみ法とそれぞれ呼ばれている。
【０００５】
次に、岩盤応力測定を目的とした上記種々のオーバーコアリング式応力解放法の中で円錐孔底ひずみ法を例に、その手順を以下図１４〜図２０を参照して説明する。
まず、図１４に示すように岩盤に対向して（大型）ボーリングマシンＭ１をコンクリート基礎１Ａ上に設置する。そして、カットボーリングを行い（図１５）、円錐ビット１２Ａによって孔底の整形・洗浄を行う（図１６）。さらに、アセトン付布３１で孔底の洗浄を行って（図１７）、ひずみゲージセル３０Ａの接着を行う（図１８）。そして、図１９に示すように、オーバーコアリングの準備作業としてゲージセル３０Ａからのリード線２０をスイベル３２の後方から出し、データロガーＫに結線をする。次に、ひずみゲージセル３０Ａを含む部分をオーバーコアリング（３３）し、その時のひずみの経時変化データを取得する（図２０）。
この後に、ひずみ値を応力に換算するため、同ボーリング孔のコアを用いて室内３軸圧縮試験を行い、弾性係数を求めておき、以上の３次元的に設置されたひずみゲージによるひずみ値と弾性係数とから３次元的な応力状態を算出する。
【０００６】
また、図２１はオーバーコアリングによる解法ひずみ曲線の一例で、横軸のオーバーコアリング深度に対する測定値が示されており、これらの経時変化曲線を観察し、ひずみデータの有効・棄却の判断をする。
【０００７】
一方、トンネル覆工コンクリートを対象にした場合など比較的に浅層におけるオーバーコアリングでは、上記のようなボーリングマシンＭ１ではなく、軽量コンパクトな従来のコアドリルを用いることができれば、その測定法の方が有利である。
しかしながらコアドリルは通常、ドリル軸の延長上にモーターが設置される構造であるため、オーバーコアリング中に計測するためのリード線（信号線）を取り出すことができず、したがって経時的な連続測定をすることができなかった。
【０００８】
従来のコアドリルを用いた場合のひずみ測定を図２２〜図２５を参照して説明する。
まず、コアドリルＭを所定位置に設置してカットボーリングを行い（図２２）、次にヘッド３Ａを取り外し、孔底にゲージ３０を接着して計測器Ｋとリード線２０で結線し、オーバーコアリング前のひずみを測定する（図２３）。
そして、図２４に示すように、リード線２０を一旦計測器Ｋから外して孔内にまとめ、ヘッド３Ａを取り付けてオーバーコアリングを行う。オーバーコアリング修了後にはヘッド３Ａを再び取り外し、リード線２０を結線して測定を行う（図２５）。
【０００９】
図２６は、横軸に掘進深度を採り、縦軸にはひずみを示しており、図中の符号Ａはオーバーコアリング前の測定区間、符号Ｂはオーバーコアリング中の未測定区間、符号Ｃはオーバーコアリング後の測定区間を示している。図示Ｂ区間においては、符号ａで示す経過なのか、あるいは符号ｂで示す経過か、ひずみの経時挙動は不明である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、軽量コンパクトな市販コアドリル装置を利用し、オーバーコアリング中においても経時変化を計測できるオーバーコアリング式応力解放法による応力測定方法およびその装置を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の応力測定方法は、オーバーコアリング式応力解放法によって計測する応力測定方法において、ドリル軸に対しモーター回転軸が同軸心にはないコアドリル装置を準備し、測定位置にそのコアドリル装置を設置し、カットボーリングを行い、ボーリングカッターを後退させそのボーリング孔内にひずみゲージを貼付してそのリード線を外部に設置した計測器にドリル軸内を貫通して接続し、オーバーコアリングを行ってその前後を通してひずみを計測し応力測定を行う。
【００１２】
また、本発明のコアドリル装置は、オーバーコアリング式応力解放法によって応力を計測するためのコアドリル装置であって、駆動モーターをその回転軸とドリル軸とが同軸心でない位置に設け伝動手段を介してドリル軸を駆動し、オーバーコアリング用カッター装着時にひずみゲージのリード線がそのドリル軸内を貫通して計測器に接続されるように構成する。
【００１３】
上記伝動手段としては、例えば直交型として傘歯車による駆動、平行型として歯車あるいはベルトによる駆動等を用いるのが好ましい。
【００１４】
このように、本発明によれば、駆動モーター回転軸とドリル軸とが同一軸心にないので、ドリル軸内を通るリード線はモーターを通らずに容易に貫通でき、かつ回転に影響されないのでオーバーコアリングの前後を通してボーリング孔内のひずみを連続して計測できる。そして、その装置として、従来のようにボーリングマシンを使わず、例えば、市販のコアドリルを利用し、それを改造することで容易、かつ安価に準備することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１および図２は本発明によるコアドリル装置Ｍの側面図および上面図である。地盤上にアンカー５によって固定された台座１上には支柱２が立設されており、モーター部３がその支柱２に上下移動可能に支持されている。そのモーター部３には回転軸を水平にモーター７（図６参照）が設けられており、傘歯車８、９を介してボーリングを行うコアドリル１０が駆動されている。なお、符号４は昇降ハンドルを示す。
【００１６】
コアドリル１０は、軸の先端にカッタービット（ボーリングカッターやオーバーコアリングカッター）１２を取り付けた削孔部１０Ａと、その削孔部１０Ａを支え、かつ前記モーター７の回転力をドリル軸に伝える駆動部１０Ｂと、後部のスイベル部１０Ｃとで構成されている。
そして、その削孔部１０Ｂは、駆動部１０Ｂ側から下方にロッド１２、コアチューブ１１、そして前記カッタービット１２とで構成されており、またスイベル部１０Ｃには給水口１８が設けられている。
【００１７】
図１は、削孔されたボーリング孔Ｂにひずみゲージ３０を接着した状態を示しており、そのひずみゲージ３０からは、リード線２０がドリル軸内を上方へ貫通し、図示しない計測器に接続されている。
【００１８】
図３〜図５には、同軸心にないドリル軸Ｃ１とモーター回転軸Ｃ２との伝動手段の例が示されている。
図３は、ドリル軸Ｃ１とモーター軸Ｃ２とが直交配置で傘歯車（８、９：図１方式）を用いた例、図４は、平行配置で平歯車（８Ａ、９Ａ）を用いた例、図５は、平行配置でプーリー（８Ｂ、９Ｂ）によりベルト駆動した例を示す。この他にも種々の伝動手段があり、それらを用いても良い。
このように、ドリル軸Ｃ１からモーター７を外すことで、ドリル軸内にモーターを通らず容易にひずみゲージ３０からのリード線３０を貫通させることができ、オーバーコアリングと計測とを同時に行うことができる。
【００１９】
図６〜図８には直交配置の（傘）歯車方式による本発明のコアドリル装置Ｍの一例を示す。
前記図１に示した実施形態による例で、同一の符号を付してある。コアドリル部１０は、モーター部３と共に昇降ハンドル４により支柱に沿って上下移動する。
【００２０】
次に、図９〜図１２を参照して本発明のオーバーコアリング式応力解放法による応力の測定手順を説明する。
まず、本発明によるコアドリル装置Ｍを所定位置に設置し、カットボーリングを行う（図９）。
次に、コアチューブ１１を上昇させ、ボーリング孔Ｂの孔底にひずみゲージ３０を接着し、そのリード線２０を、コアドリル１０軸内を通して計測器（データロガー）Ｋに結線する。そして、オーバーコアリング前のデータを取得する（図１０）。
次に、オーバーコアリングを行い、オーバーコアリング中のひずみ測定（図１１）と、オーバーコアリング終了後のひずみ測定（図１２）とを継続して行う。
このようにして、図１３に示すように、オーバーコアリング前（Ａ）、オーバーコアリング中（Ｂ）、そしてオーバーコアリング修了後（Ｃ）におけるひずみデータが連続して取得できる。
【００２１】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成され、以下に示す効果を奏する。
（１） 計測ケーブル（信号線）がコアドリル内を貫通し外部に配線できる構造であり、オーバーコアリング中にひずみのデータを連続して測定できる。
（２） 従来の大型ボーリングマシンを利用した初期地圧測定法と同等の精度で簡易に応力測定が可能。
（３） 適用対象としては、浅部の岩盤応力測定やコンクリート応力測定に適用できる。
（４） 従来のボーリングマシンを利用したオーバーコアリング法による初期地圧測定としての孔径変化法・孔壁ひずみ法・孔底ひずみ法のいずれに対しても適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のコアドリル装置の概要を示す側面図。
【図２】図１の主要部の平面図。
【図３】直交型の伝動手段としての傘歯車駆動を示す斜視図。
【図４】平行型の伝動手段としての平歯車駆動を示す斜視図。
【図５】平行型の伝動手段としてのベルト駆動を示す図。
【図６】本発明による直交型のコアドリル装置の一例を示す斜視図。
【図７】図６の上面図。
【図８】図６の側面図。
【図９】本発明のカットボーリング工程を説明する図。
【図１０】ひずみゲージの貼付、ひずみ測定の工程を説明する図。
【図１１】オーバーコアリング中のひずみ測定工程を説明する図。
【図１２】オーバーコアリング終了後のひずみ測定工程を説明する図。
【図１３】オーバーコアリングによる解放ひずみが連続して取得されるのを示すグラフ。
【図１４】従来のボーリングマシンによる応力測定法におけるボーリングマシン設置工程を示す図。
【図１５】図１４の次工程のカットボーリング工程を示す図。
【図１６】図１５の次工程の孔底の整形・洗浄工程を示す図。
【図１７】図１６の次工程の孔底の洗浄工程を示す図。
【図１８】図１７の次工程のひずみゲージの接着工程を示す図。
【図１９】図１８の次工程のオーバーコアリング準備工程を示す図。
【図２０】図１９の次工程のオーバーコアリング測定工程を示す図。
【図２１】解放ひずみ曲線の一例を示すグラフ。
【図２２】従来の市販コアドリルによるカットボーリング工程を示す図。
【図２３】ひずみゲージ貼付・ひずみ測定工程を示す図。
【図２４】オーバーコアリング工程を示す図。
【図２５】オーバーコアリング終了後のひずみ測定工程を示す図。
【図２６】従来のコアドリルによるひずみの測定値のグラフ。
【符号の説明】
１・・・台座
２・・・支柱
３・・・モーター部
７・・・モーター
８、９・・・歯車
１０・・・コアドリル装置
１１・・・コアチューブ
１２・・・ビット
１３・・・ロッド
２０・・・リード線
３０・・・ひずみゲージ

Claims (2)

1. オーバーコアリング式応力解放法によって計測する応力測定方法において、ドリル軸に対しモーター回転軸が同軸心にないコアドリル装置を準備し、測定位置にそのコアドリル装置を設置し、カットボーリングを行い、ボーリングカッターを後退させそのボーリング孔内にひずみゲージを貼付してそのリード線を外部に設置した計測器にドリル軸内を貫通して接続し、オーバーコアリングを行ってその前後を通してひずみを計測し応力測定を行うことを特徴とする応力測定方法。
2. オーバーコアリング式応力解放法によって応力を計測するためのコアドリル装置であって、駆動モーターをその回転軸とドリル軸とが同軸心でない位置に設け伝動手段を介してそのドリル軸を駆動し、オーバーコアリング用カッター装着時にひずみゲージのリード線がそのドリル軸内を貫通して計測器に接続されるように構成したことを特徴とするコアドリル装置。

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