JP2006003323A - Method of measuring distribution of axial force of lock bolt and the lock bolt - Google Patents
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本発明は、ナトム工法などの地盤改良工法に用いるロックボルトの軸力を計測するロックボルト軸力分布計測方法及びこれに用いるロックボルトに関する。 The present invention relates to a lock bolt axial force distribution measuring method for measuring an axial force of a lock bolt used in a ground improvement method such as a natom method, and a lock bolt used therefor.
ロックボルト軸力分布計測方法としては、例えば特許文献1,2に記載の如き発明が知られている。特許文献1に記載の発明では、異形棒鋼型ロックボルトからなる軸力測定計に測定溝を設け、その底面にストレンゲージを貼付し、リード線を測定溝に配設している。また、特許文献2に記載の発明では、鋼管膨張型ロックボルトの表面にストレンゲージを貼付しその周りを防護パイプ、充填材等でストレンゲージ及び入出力ケーブルを保護している。 As a rock bolt axial force distribution measuring method, for example, the inventions described in Patent Documents 1 and 2 are known. In the invention described in Patent Document 1, a measurement groove is provided in an axial force measuring meter made of a deformed steel bar lock bolt, a strain gauge is attached to the bottom surface, and a lead wire is provided in the measurement groove. In the invention described in Patent Document 2, a strain gauge is affixed to the surface of the steel pipe expansion type lock bolt, and the strain gauge and the input / output cable are protected by a protective pipe, a filler, and the like.
いずれの先行発明においても、ストレンゲージを用いて軸力を計測しており、計測部までケーブルを配設しなければならず、トンネル現場での取り扱いは煩雑で測定計としても高価なものとなっていた。 In any of the prior inventions, the axial force is measured using a strain gauge, and a cable must be arranged up to the measuring section. The handling at the tunnel site is complicated and expensive as a measuring meter. It was.
また、ロックボルトとは全く技術分野の異なる参考例であるが、特許文献3に記載の如く超音波によるボルト軸力計測法が知られている。同発明は、軸方向の縦波と横波の伝播時間の比を求め、予め既知の軸力下で求めた縦波と横波の伝播時間の比と軸方向の引張応力との関係から、締結されたボルト全体のボルト軸力を求めている。よって、ロックボルトに適用するという点の示唆もその適用時の実現性等についての開示も全く見受けられない。
かかる従来の実情に鑑みて、本発明は、管理が簡易で確実に軸力を計測することの可能なロックボルト軸力分布計測方法及びロックボルトを提供することを目的とする。 In view of such a conventional situation, an object of the present invention is to provide a lock bolt axial force distribution measuring method and a lock bolt that can be easily managed and can reliably measure an axial force.
上記目的を達成するため、本発明に係るロックボルト軸力分布計測方法の特徴は、中実のロックボルトに作用する軸力を計測するロックボルト軸力分布計測方法であって、前記ロックボルトの施工時に予めロックボルトの露出部である入射部から超音波を送信すると共に受信して標点間の受信時間差を求める超音波測定を実施し、後に改めて超音波測定を実施して受信時間差の変化により前記軸力を算定することにある。 In order to achieve the above object, a feature of the lock bolt axial force distribution measuring method according to the present invention is a lock bolt axial force distribution measuring method for measuring an axial force acting on a solid lock bolt, wherein At the time of construction, ultrasonic waves are transmitted and received in advance from the incident part, which is the exposed part of the rock bolt, and the ultrasonic measurement is performed to obtain the reception time difference between the gauge points, and then the ultrasonic measurement is performed again to change the reception time difference. To calculate the axial force.
同特徴によれば、ストレンゲージを用いることなく、各標点における超音波の受信時間差の変化により軸力を算定することができる。 According to the same feature, the axial force can be calculated from the change in the reception time difference of the ultrasonic wave at each gauge point without using a strain gauge.
また、ロックボルトにおける超音波の前記入射部と終端との間に超音波を反射する標点を設けてもよく、各標点が切欠であってもよい。 Moreover, a gage that reflects the ultrasonic wave may be provided between the incident part and the end of the ultrasonic wave in the rock bolt, and each gage may be a notch.
さらに、超音波が横波である場合には、ロックボルトの入射部がロックボルトの長手方向に対して傾斜していることが望ましい。 Furthermore, when the ultrasonic wave is a transverse wave, it is desirable that the incident portion of the lock bolt is inclined with respect to the longitudinal direction of the lock bolt.
一方、上記ロックボルト軸力分布計測方法に用いることの可能なロックボルトの特徴は、前記超音波が横波である場合において、前記超音波の入射部がロックボルトの長手方向に対して傾斜していることにある。また、超音波の入射部と終端との間に超音波を反射する複数の標点を設けてもよく、表面が平滑で丸断面形状となるようにロックボルトを形成してもよい。 On the other hand, the feature of the lock bolt that can be used in the method for measuring the axial force distribution of the lock bolt is that when the ultrasonic wave is a transverse wave, the ultrasonic wave incident portion is inclined with respect to the longitudinal direction of the lock bolt. There is to be. Further, a plurality of reference points that reflect the ultrasonic waves may be provided between the ultrasonic incident part and the terminal, and the lock bolt may be formed so that the surface is smooth and has a round cross-sectional shape.
上記本発明に係るロックボルト軸力分布計測方法の特徴によれば、超音波を用いることでストレンゲージの配線等が不要で管理が簡素であり、しかも、確実に軸力を計測することが可能なロックボルト軸力分布計測方法及びロックボルトを提供するに至った。 According to the above-described characteristics of the rock bolt axial force distribution measuring method according to the present invention, the use of ultrasonic waves eliminates the need for strain gage wiring and the like, simplifies management, and enables reliable axial force measurement. To provide a rock bolt axial force distribution measuring method and a lock bolt.
本発明の他の目的、構成及び効果については、以下の発明の実施の形態の項から明らかになるであろう。 Other objects, configurations, and effects of the present invention will become apparent from the following embodiments of the present invention.
次に、適宜添付図面を参照しながら、本発明をさらに詳しく説明する。図1(a)は本発明の軸力計測に用いるロックボルト10と軸力分布計測装置1とを示す。軸力分布計測装置1は、超音波をロックボルト10へ送受信する探触子2と、超音波を発信及び受信するパルサー・レシーバー3と、信号を制御すると共に受信信号を処理・表示するPC(パーソナルコンピュータ)4及びモニター5を備えている。
Next, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings as appropriate. FIG. 1A shows a
ロックボルト10は、超音波を入射させる入射部11と、先端をテーパー状に尖らせた他方の端部12とを備えている。露出部となる入射部11は、縦波を入射させる場合、図1(a)に示すようにロックボルト10の一部を平坦に削り込み、平坦面を形成している。この平坦面に探触子2を接触させ、超音波がロックボルト10内に向けて送受信される。一方、横波を入射させる場合には、図3(b)に示すように、露出部となる入射部11は、ロックボルト10を斜めに削り込み、斜面を形成している。この斜面に探触子2が接触し、超音波がロックボルト10内に向けて送受信される。この斜面はロックボルト10全体の軸線に対して略45度程度傾斜し、探触子2から横波の超音波が送信される。端部12は、先端がテーパー状に尖った終端12bまで鋼材等で一体成形する他、ロックボルト10の終端12aに先端の尖った樹脂製キャップ等12bを接着させるようにしてもよい。
The
ロックボルト10の適宜箇所には図2(a)(b)に示すように標点として複数の切欠N1−5が形成されている。
As shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b), a plurality of notches N1-5 are formed as reference points at appropriate portions of the
各切欠N1−5は、それぞれがロックボルト10の周部にボルト長手方向に垂直に切り込むように可能な範囲で設けられ、異なる長手方向位置において位相が同じ位置に配置されている。また、端部12はテーパー状で適正な信号が反射されにくいことから、端部12近傍の切欠N5は他の切欠N1−4よりも深く切り込んで、信号の反射が確実となるように構成してある。
Each of the notches N1-5 is provided in a possible range so as to be cut in the periphery of the
ところで、各切欠N1−5の内部にロックボルト10の材料と音響インピーダンスの近い材料が浸入すると、各切欠N1−5からの反射信号が低減する場合も考えられる。したがって、図2(c)に示すように、各切欠N1−5にはロックボルト10の材料と音響インピーダンスの異なる材料、例えば、合成樹脂等、超音波の伝播率が低い材料よりなる挿入体16を充填等により各切欠N1−5の内部に介在させてもよい。
By the way, when a material close to the acoustic impedance of the material of the
各切欠N1−4は図2(d)のように異なる長手方向位置において位相が異なるように配置してもよく、この場合、超音波が中間部の切欠N1−4及び端部12のものをより確実に検出することができる。なお、標点は切欠以外に凹部や突起でもよいが、切欠が超音波の反射を最も明瞭に検出することができる。また、ロックボルト10の強度と後続の切欠からの反射に重大な影響を与えない範囲内で、図2(e)に示すように、ロックボルト10の外周に切欠N1−5として全周溝を形成してもよい。
Each notch N1-4 may be arranged so as to have different phases at different longitudinal positions as shown in FIG. 2 (d). In this case, the ultrasonic waves are those of the notch N1-4 and the
設置に際しては、トンネル壁100の適宜箇所に形成された挿入孔101にセメントミルク、グラウト等の充填材102を充填する。充填後、図1(a)の如く充填材102が充填された挿入孔101にロックボルト10を挿入することにより、ロックボルト10の挿入孔101への定着が完了する。挿入孔101にロックボルト10を挿入した後、モルタル等の充填材102を充填してもよい。入射部11の近傍にはベアリングプレートが介挿され、実質的にトンネル壁100を支持する。
At the time of installation, a
計測に際しては、図1(a)のように入射部11の面に探触子2を接触媒質を介して接触させ、超音波を入射すると共に受信する。図3(b)の場合は斜面に形成した入射部11に探触子2を接触させる。
In measurement, as shown in FIG. 1A, the probe 2 is brought into contact with the surface of the
まずは、超音波の発信時刻と図1(b)に示す各標点(N1−5)から反射してくる反射波の受信時刻の差から伝播時間Ti(iは区間番号)が求められる。次に、隣接する区間の伝播時間の差Ti−Ti-1から区間伝播時間が算出できる。上記の手順に基づいて、ロックボルト打設直後に各標点区間SC1〜5の各区間伝播時間を初期値として計測する。打設後随時に各区間伝播時間を同様に計測して、それぞれ初期値に対する変化率(区間伝播時間変化率dD)を求める。予め求めておいた軸力と区間伝播時間変化率dDとの相関関係から、各区間の軸力が算定できる。 First, the propagation time T i (i is a section number) is obtained from the difference between the transmission time of the ultrasonic wave and the reception time of the reflected wave reflected from each target point (N1-5) shown in FIG. Next, the section propagation time can be calculated from the difference T i −T i−1 in the propagation time between adjacent sections. Based on the above procedure, the section propagation times of the respective mark sections SC1 to SC5 are measured as initial values immediately after the rock bolt is placed. Each section propagation time is similarly measured at any time after placement, and a change rate (section propagation time change rate dD) with respect to the initial value is obtained. The axial force of each section can be calculated from the correlation between the axial force obtained in advance and the section propagation time change rate dD.
発明者らの実験によれば、鋼材試験体を伸長させることによる軸力Fと、標点間の伸長の程度に相当する伝播時間変化率dDとは一定の相関関係にあることが判明した。縦波の場合はこれらの比例係数dD/Fが横波の場合よりも大きくなり、横波の場合は軸力Fと伝播時間変化率dDとはほぼ比例していた。縦波の場合には、軸力Fによる試験体の伸長に加え、超音波の伝播速度が軸力Fにより低下する影響が積算されている。そして、これらの相関と上記測定した伝播時間変化率dDとを用いることで、ロックボルト10の軸力Fを実質的に求めることが可能である点、実験により確認がなされた。また、図1(a)に示す縦波の場合は5MHz程度の周波数領域で反射波検出がより良好であったが、図3(b)に示す横波の場合は1MHz〜2MHz程度の周波数領域で反射波検出がより良好となることが判明した。
According to the experiments by the inventors, it has been found that the axial force F caused by extending the steel specimen and the propagation time change rate dD corresponding to the degree of extension between the gauge points have a certain correlation. In the case of the longitudinal wave, these proportional coefficients dD / F are larger than those in the case of the transverse wave, and in the case of the transverse wave, the axial force F and the propagation time change rate dD are substantially proportional. In the case of the longitudinal wave, in addition to the extension of the test body due to the axial force F, the influence that the propagation speed of the ultrasonic wave decreases due to the axial force F is integrated. And it was confirmed by experiment that the axial force F of the
なお、上記実施形態では、本発明をロックボルトの軸力分布計測方法として表現したが、本発明はロックボルトの伸長分布計測方法とも表現することができる。 In the above-described embodiment, the present invention is expressed as a method for measuring the axial force distribution of a rock bolt. However, the present invention can also be expressed as a method for measuring an extension distribution of a lock bolt.
本発明では、横波と縦波との双方を使用でき、また、ロックボルト10も図3(a)の如く表面に凹凸が存在するものと図1(a)の如く凹凸がほとんど存在しないものとの双方を使用できる。したがって、本発明には波の種類が2種類と表面の凹凸状態が2種類の合計4種類の組み合わせが考えられる。ただし、表面に凹凸が存在するものでも反射波の計測は可能であるが、図1(a)、図3(b)のように、丸棒のような表面に凹凸がほとんど存在しないものの方が、超音波の減衰が少ないため、長尺ロックボルトの軸力分布計測にはより好適である。
In the present invention, both a transverse wave and a longitudinal wave can be used, and the
なお、上記実施形態において、ロックボルト10に標点として5カ所の切欠N1−5を形成したが、標点の数は5カ所に限られるものではなく、ロックボルト10の強度に影響を与えない範囲内で任意に設定することができる。
In the above-described embodiment, five notches N1-5 are formed as the reference points on the
本発明は、トンネル施工法の一種である所謂ナトム工法に用いられるロックボルトの軸力を計測するロックボルト軸力分布計測方法として利用することができる。また、トンネル以外の地盤改良のためのロックボルトの軸力分布計測方法にも用いることが可能である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used as a rock bolt axial force distribution measuring method for measuring the axial force of a lock bolt used in a so-called natom method that is a kind of tunnel construction method. It can also be used in a method for measuring the axial force distribution of rock bolts for ground improvement other than tunnels.
1:軸力測定装置、2:探触子、3:パルサー・レシーバー、4:PC、5:モニター、10:ロックボルト、11:入射部、12:端部、12a,12b:終端、16:挿入体、100:トンネル壁 、101:挿入孔、102:充填材、N1−5:標点(切欠)、SC1−5:標点区間、Da:伝播時間、Db:区間伝播時間、dD:伝播時間変化率
1: axial force measuring device, 2: probe, 3: pulser / receiver, 4: PC, 5: monitor, 10: lock bolt, 11: incident part, 12: end, 12a, 12b: terminal, 16: Insert: 100: Tunnel wall, 101: Insert hole, 102: Filler, N1-5: Mark (notch), SC1-5: Mark section, Da: Propagation time, Db: Section propagation time, dD: Propagation Time change rate
Claims (7)
It is a lock bolt which can be used for the lock bolt axial force distribution measuring method in any one of Claims 1-4, Comprising: The surface is smooth and has a round cross-sectional shape, The lock bolt characterized by the above-mentioned.
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