JP2006003324A - Method of measuring distribution of axial force of lock bolt and method of measuring distribution of axial force of lock bolt and the lock bolt - Google Patents
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Description
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
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、中空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の受信時間差を求める超音波測定を実施し、後に改めて前記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 hollow lock bolt, wherein the construction of the lock bolt is performed. Sometimes 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 difference in the reception time of the target point, and later the ultrasonic measurement is performed again due to the change in the reception time difference. It is 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、各標点が切欠を含むことが望ましい。 Moreover, you may provide the mark which reflects an ultrasonic wave between the said incident part and termination | terminus of the ultrasonic wave in a rock bolt, and it is desirable for each mark to contain 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、前記超音波が横波の場合において、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。さらに、当該ロックボルトは、前記標点として複数の切欠を有することが望ましい。 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 the ultrasonic wave incident portion is inclined with respect to the longitudinal direction of the lock bolt when the ultrasonic wave is a transverse wave. There is. Further, the lock bolt desirably has a plurality of notches as the mark.
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に至った。 According to the characteristics of the rock bolt axial force distribution measuring method according to the present invention described above, the use of ultrasonic waves eliminates the need for strain gauge wiring and the like, simplifies management, and allows the axial force to be reliably measured. 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は本発明の軸力分布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. 1 shows a
ロックボルト10は、異形管20の両端に注水側スリーブ30,封止側スリーブ40を溶着してなる。異形管20は図2に示すように、溶融メッキ鋼管を扁平にすると共に略C字型に形成したものであり、各断面位置で扁平度合いが異なっている。全長の端部では同図(b)(c)に示すように管外面21,管内面22が近接しており、同図(d)の位置では管内部23が膨大し中央部26が縮小している。管内部23への注水時に開口部25を介して管内面22が同図(e)の如く膨大する。
The
略C字型の異形管20先端は注水側スリーブ30の孔に挿入され、その先端部において溶接部24で注水側スリーブ30に固着される。異形管20の他端も封止側スリーブ40に対して同様に溶着される。注水側スリーブ30のスリーブ側部32及び管外面21には注水孔27が貫通形成され、外部から水がこの注水孔27を通じて管内部23に供給される。
The distal end of the substantially C-shaped
注水側スリーブ30のスリーブ先端31は、図3に示すように切欠部33において斜めに削り込まれ、溶接部24の一部と共に超音波の入射部11となる斜面34を形成している。この斜面34に探触子2が接触し、超音波が異形管20内に向けて送受信される。斜面34は異形管20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。スリーブ先端31は切欠部33において中心から遠ざかるほど深くなるように削り込むのが加工上便宜である。なお、縦波を入射させる場合には、図5に示すように一部を平坦に削り込み、平坦面に探触子2を接触させるとよい。
As shown in FIG. 3, the
異形管20の適宜箇所には図4(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。各切欠N1−5は、それぞれがロックボルト10の周部に沿う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。なお、各切欠N1−5は図4(c)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N1−5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、端部切欠N5と端部12とはいずれか一方の信号のみ用いるようにしてもよい。
As shown in FIGS. 4A and 4B, a plurality of notches N1-5 are formed as reference points at appropriate portions of the
ところで、各切欠N1−5の内部に異形管20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4(d)に示すように、各切欠N1−5には異形管20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 having a similar acoustic impedance to the material of the
実験によると、特に横波を入射する場合は、表面に多くの凹凸が存在すると、表面が平滑な場合に比べて超音波の減衰が大きいことが確認されたので、異形管20の表面は切欠以外超音波の反射に影響しない程度に平坦となっている。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。 According to the experiment, especially when a transverse wave is incident, it is confirmed that if there are many irregularities on the surface, the attenuation of the ultrasonic wave is larger than when the surface is smooth. It is flat enough not to affect the reflection of ultrasonic waves. The mark may be a recess or a protrusion other than the notch, but the notch can most clearly detect the reflection of the ultrasonic wave.
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にロックボルト10を挿入する。挿入時は図2(d)の如く、挿入孔101と異形管20との間に隙間103が残存している。その後、注水側スリーブ30にシールヘッドを取り付けて水を注水孔27から管内部23内に加圧注水する。この注水により異形管20は図1の一点鎖線20’及び図2(e)の如く膨張し、隙間103は殆ど無くなって挿入孔101に異形管20外面が密着することになり、これにより摩擦力が作用してロックボルト10の挿入孔101への定着が完了する。注水側スリーブ30の近傍にはベアリングプレート15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, the
計測に際しては、図3のように斜面34(入射部11)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5の場合は平坦な入射部11に探触子2を接触させる。
At the time of measurement, the
まずは、超音波の発信時刻と図4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 the 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 of the reference points (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。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、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っていた。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3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であったが、図5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 a transverse wave, the axial force F and the propagation time change rate dD are substantially proportional, and in the case of a longitudinal wave, these proportional coefficients dD / F are larger than those in the case of a transverse 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
次に、本発明のさらに別の実施形態について説明する。
上記実施形態では、中空の鋼管膨張型ロックボルト10を用いた。しかし、ロックボルトとしては、例えば図6に断面を示す自穿孔ロックボルト51(10)を用いても構わない。この自穿孔ロックボルト51は中央を圧搾水が通過する管体をなすロッド52の先端に孔掘削用のビット53を有している。そして、トンネル壁100に挿入孔101を自穿孔しながら挿入されていく構造となっている。このようなロッド52に上述の標点を設けるとよい。ロッド52表面にはねじ溝が形成されているため、縦波を用いて計測することがより好適である。
Next, still another embodiment of the present invention will be described.
In the above embodiment, the hollow steel pipe expansion
また、上記実施形態では、異形管20の両端に注水側スリーブ30,封止側スリーブ40を溶着したロックボルト10を用いた。しかし、ロックボルトとしては、図7に示すように、注水側スリーブ30を突出させた状態で固着後に切断して、異形管20の切り口11に探触子2を接触させ、ロックボルトに作用する軸力を計測しても構わない。
Moreover, in the said embodiment, the
上記実施形態において、異形管20には標点として5カ所の切欠N1−5を形成した。しかし、標点の数は5カ所に限られるものではなく、任意に設定することができる。
In the above-described embodiment, the notch N1-5 is formed in the
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 embodiment, the present invention is expressed as a method for measuring the axial force distribution of a rock bolt, but the present invention can also be expressed as a method for measuring an extension distribution of a lock bolt.
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:軸力分布計測装置、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、15:ベアリングプレート、16:挿入体、20,20’:異形管、21:管外面、22:管内面、23:管内部、24:溶接部、25:開口部、26:中央部、27:注水孔、30:注水側スリーブ、31:スリーブ先端、32:スリーブ側部、33:切欠部、34:斜面、40:封止側スリーブ、51:自穿孔ロックボルト、52:ロッド、53:ビット、100:トンネル壁 、101:挿入孔、103:隙間、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 distribution measuring device, 2: probe, 3: pulser / receiver, 4: PC, 5: monitor, 10: lock bolt, 11: incident part, 12: end, 15: bearing plate, 16: Insert, 20, 20 ′: Deformed pipe, 21: Pipe outer surface, 22: Pipe inner surface, 23: Pipe inside, 24: Welded part, 25: Opening part, 26: Center part, 27: Water injection hole, 30: Water injection side Sleeve: 31: Sleeve tip, 32: Sleeve side, 33: Notch, 34: Slope, 40: Sealing sleeve, 51: Self-drilling lock bolt, 52: Rod, 53: Bit, 100: Tunnel wall, 101 : Insertion hole, 103: gap, N1-5: gauge point (notch), SC1-5: gauge section, Da: propagation time, Db: section propagation time, dD: propagation time change rate
Claims (6)
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: It has a some notch as the said mark, The lock bolt characterized by the above-mentioned.
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JP2004182929A JP2006003324A (en) | 2004-06-21 | 2004-06-21 | Method of measuring distribution of axial force of lock bolt and method of measuring distribution of axial force of lock bolt and the lock bolt |
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