JP2017211257A

JP2017211257A - 変位情報の表示装置

Info

Publication number: JP2017211257A
Application number: JP2016104029A
Authority: JP
Inventors: 林　稔; Minoru Hayashi; 稔林; 真一芥川; Shinichi Akutagawa
Original assignee: Kobe University NUC; Enzan Koubou Co Ltd
Current assignee: Kobe University NUC; Enzan Koubou Co Ltd
Priority date: 2016-05-25
Filing date: 2016-05-25
Publication date: 2017-11-30
Anticipated expiration: 2036-05-25
Also published as: JP6792232B2

Abstract

【課題】地山又は建設工事における構造体の変位の状況（変位量及び変位速度）を現場にいる監督員や作業員、調査員等がリアルタイムに一目で把握できるようにした変位情報の表示装置を提供する。【解決手段】表示装置４は、発光ダイオード４１が縦及び横方向に行列状に配列されたＬＥＤ発光部４Ａを備え、予め変位速度に閾値を設定しておき、計測された変位速度が前記閾値よりも大である場合、前記ＬＥＤ発光部４Ａに所定の発光ダイオード群の発光によって上向き矢印又は下向き矢印を表示するとともに、計測された変位速度が前記閾値よりも小である場合、前記前記ＬＥＤ発光部４Ａに所定の発光ダイオード群の発光によって横向き矢印を表示する。また、変位量を管理基準値毎にランク分けするとともに、それら各管理基準ランク毎に表示色を定め、前記上向き矢印又は下向き矢印、横向き矢印を前記表示色で発光させる。【選択図】図４

Description

本発明は、例えば、山岳トンネルの建設、地滑り対策、土留め工などにおいて、変位の状況（変位速度及び変位量）を現場にいる監督員や作業員、調査員等がリアルタイムに一目で把握できるようにした変位情報の表示装置に関する。

例えば、ＮＡＴＭ工法に代表される山岳トンネル工事においては、発破による掘削後に、あまり時間をおくことなく、掘削壁面に対する吹付けコンクリートによる一次覆工を行うとともに、ロックボルトを打設することで周辺地山の変形を抑えるようにしている。その後、トンネル壁面の変位を日常的に管理する、所謂Ａ計測（天端沈下量、内空変位等）が経時的に行われる。これらの計測の目的は、(1)周辺地山の変形が弾性範囲に留まっているのか、塑性しているのかの判断、(2)施工済み支保構造の妥当性の確認、(3)未施工区間の設計、施工性の検討、(4)二次覆工コンクリートの打設時期の判断などである。

従来、この種の坑内Ａ計測は、図１３に示されるように、トンネル内に設置されたトータルステーション３２により、天端及び側壁に設置した計測用反射シールやプリズム等を計測した後、この測定結果をコンピューターに入力し、図１４に示されるように、モニタ３４上において、各点の変位量や沈下量を表示していた。

しかしながら、前記従来に係る方法では、山岳トンネルの各断面毎の概ねの変位量は画面から容易に把握できるけれども、具体的にどの箇所にどの程度の変位が生じているかを一目で視覚的かつ全体的に把握することができなかった。

そこで、下記特許文献１では、トンネル坑内に設置された測距及び測角が可能な測量機器により、複数の内空断面形状計測箇所を経時的に繰り返して計測を行い、この内空断面測定結果について、初期の内空断面測定値と、その後の内空断面計測値との差分から各計測時における変位量を算出し、モニタ上に、変位量を任意に設定した等量線毎に区分するとともに、各等量線の範囲毎に色分けした展開図によって表示するとともに、該展開図を同一モニタ上において経時的順序で切り換えて表示するようにしたトンネル壁面変位の表示方法が提案されている。

特開２００８−２９８４３２号公報

前記特許文献１に係る表示方法は、変位量に着目しこれを視覚的に表示するようにしたものであるが、対象構造物によっては、変位とともに、変位速度に着目する必要な場合がある。例えば、次工程となる覆工コンクリートは、原則として支保工（地山）の変形が収束した後にコンクリート打設を行うことになっているが、その収束判定は、「道路トンネル観察・計測指針平成21年改訂版」((社)日本道路協会、H21月2月）によれば、「内空変位の変位速度が１〜３ｍｍ／月程度以下が２週間程度継続すれば覆工の施工に支障はない。」と謳われており、トンネル壁面の変位速度を迅速に把握する意味は、速やかな作業工程を組む上で重要となっている。

また、初期値からの変位量を把握することも重要であるが、変位速度が急激に増加する事態は、周辺地山や支保工に何らかの異常を来していることが予想されるため、この情報をリアルタイムに現場にいる監督員や作業員が知ることは作業の安全性を確保する意味でも非常に重要である。

しかしながら、前述した従来の計測方法はいずれも、天端や内空変位を計測を行ったデータが管理室などにあるコンピューターに取り込まれ、データを整理することによってモニタ上に視覚的に表示されるようにしたものであり、これらの結果は、管理室にいる人々は、計測結果をリアルタイムに閲覧することができるが、坑内にいる監督員や作業員にはその情報が送れて伝達されることになり、タイムラグが生じていた。

そのため、異常な壁面変位や変位速度が確認されても、坑内にいる監督員や作業員達にその情報が伝わるまでに時間が掛かっており、迅速に施工中断や待避の判断ができず、人員の安全確保が遅れたりする危険性もあった。

以上、トンネルの建設工事を例に説明したが、土留め掘削工事における壁面変位、地中空間構築の掘削工事における壁面変位、土工事における斜面や壁面変位などの管理においても同様の問題が生じている。

そこで本発明の主たる課題は、地山又は建設工事における構造体の変位の状況（変位量及び変位速度）を現場にいる監督員や作業員、調査員等がリアルタイムに一目で把握できるようにした変位情報の表示装置を提供することにある。

上記課題を解決するために請求項１に係る本発明として、地山又は建設工事における構造体の変位情報を表示する表示装置であって、
前記表示装置は、発光ダイオードが縦及び横方向に行列状に配列されたＬＥＤ発光部を備え、予め変位速度に閾値を設定しておき、計測された変位速度が前記閾値よりも大である場合、前記ＬＥＤ発光部に所定の発光ダイオード群の発光によって上向き矢印又は下向き矢印を表示するとともに、計測された変位速度が前記閾値よりも小である場合、前記前記ＬＥＤ発光部に所定の発光ダイオード群の発光によって横向き矢印を表示するようにしたことを特徴とする変位情報の表示装置が提供される。

上記請求項１記載の発明では、変位情報を表示する表示装置が発光ダイオードが縦及び横方向に行列状に配列されたＬＥＤ発光部を備えている。そして、予め変位速度に閾値を設定しておき、計測された変位速度が前記閾値よりも大である場合、前記ＬＥＤ発光部に所定の発光ダイオード群の発光によって上向き矢印又は下向き矢印を表示するとともに、計測された変位速度が前記閾値よりも小である場合、前記前記ＬＥＤ発光部に所定の発光ダイオード群の発光によって横向き矢印を表示するようにしてある。

従って、前記表示装置を現場に多数設置するとともに、管理コンピューターと情報伝達可能としておき、変位情報をリアルタイムに表示することにより、変位速度が現在どのような状況にあるかを現場にいる監督員や作業員、調査員等がリアルタイムに一目で把握できるようになり、瞬時に施工中断や安全確保や補助工法実施のタイミングの判断に役立てることでき、作業の安全性向上と構造物等の安定確保につながるようになる。

請求項２に係る本発明として、前記閾値は、変位速度が安定したと判断し得る数値を設定してある請求項１記載の変位表示の表示装置が提供される。

前記請求項２記載の発明は、前記閾値の設定基準を示したものである。前記閾値としては、通常、変位速度が安定したと判断し得る数値を設定する。

請求項３に係る本発明として、変位量を管理基準値毎にランク分けするとともに、それら各管理基準ランク毎に表示色を定め、前記上向き矢印又は下向き矢印、横向き矢印を前記表示色で発光させるようにしてある請求項１、２いずれかに記載の変位情報の表示装置が提供される。

上記請求項３記載の発明では、変位量を管理基準値毎にランク分けするとともに、それら各管理基準ランク毎に表示色を定め、前記上向き矢印又は下向き矢印、横向き矢印を前記表示色で発光させるようにしてある。従って、管理基準値に対して変位がそのような状況にあるかを現場にいる監督員や作業員、調査員等がリアルタイムに一目で把握できるようになる。

請求項４に係る本発明として、前記表示装置は、無線通信機能を備えている請求項１〜３いずれかに記載の変位情報の表示装置が提供される。

上記請求項４記載の発明では、前記表示装置が無線通信機能を備えている。有線によって接続することも可能であるが、無線通信機能を備えていることにより設置の便宜が図れるようになる。

以上詳説のとおり本発明によれば、地山又は建設工事における構造体の変位の状況（変位量及び変位速度）を現場にいる監督員や作業員、調査員等がリアルタイムに一目で把握できるようになる。

トンネル掘削後の変位計測システムを示すトンネル縦断面図である。 (A)〜(C)は変位計測要領を示す手順図である。１断面内における変位情報の表示装置４の配置図である。変位情報の表示装置４の正面図である。変位情報の表示装置４における内空変位情報の表示態様図(A)〜(E)である。変位情報の表示装置４における天端沈下変位情報の表示態様図(A)〜(E)である。トンネルの変位計測結果例である。任意点における内空変位の経時的変化図（その１）である。任意点における内空変位の経時的変化図（その２）である。任意点における内空変位の経時的変化図（その３）である。変位情報の表示装置４の土留め壁への適用例を示す図である。変位情報の表示装置４の盛土擁壁への適用例を示す図である。坑内Ａ計測の測定要領図である。坑内Ａ計測の測定結果表示例を示す図である。一般的トンネルの内空変位の時間的経過曲線図である。

以下、本発明に係る変位情報の表示装置４を山岳トンネルの変位計測結果の表示に適用した例について詳述する。

ＮＡＴＭ工法による山岳トンネルの建設工事では、図１に示されるように、切羽近傍Ｓにホイールジャンボ７、吹付け機８、ホイールローダなどのトンネル施工重機が配置され、例えば図示される例では、上半及び下半の一括の併行作業により掘削を行うミニベンチ工法により、上半及び下半のそれぞれにロックボルト削孔及び装薬孔削孔・装薬を併行して行った後、上半及び下半を一気に切り崩し、その後ズリ出し→当り取り→一次吹付け→支保工建込み→二次吹付け→ロックボルト打設の手順にて掘削作業が１サイクル毎に行われる。なお、支保工については地山状況に応じて、支保工建込みや二次吹付けが省略される場合もある。

掘削及び支保工を完了した掘削済み坑内では、所謂Ａ計測と呼ばれる計測が経時的に行われる。

計測システムは、例えば図１に示されるように、坑内にトータルステーション５がトンネル内に配設される。このトータルステーション５は、トンネル掘進に合わせて順次盛替えるようにするが、三脚方式により測定時に設置するようにしてもよい。また、現場事務所Ｈ内に管理用コンピューター１が設備され、制御器２を介して通信ケーブル３によって計測データ等の情報を双方向に伝送可能となっている。なお、前記管理用コンピューター１と前記制御器２とは無線によって情報伝送可能としてもよい。前記制御器２は、後述するそれぞれの変位情報の表示装置４、４…に送る表示情報を整理し送信する機能を有し、無線送信のために無線送信器６が接続されている。

前記トータルステーション５による計測作業は、先ず、図２(A)に示されるように、予め座標が既知とされる少なくとも２点の基準点Ａ，Ｂをトータルステーション５により視準し、三角測量の原理を応用した後方交会法によりトータルステーション５の設置座標を算出する。このトータルステーション５の設置座標の特定作業は、設置点が変化している場合もあるため、各種測量が行われる毎に繰り返し行うようにするのが望ましい。なお、同図に示されるように、算出した座標を確認するためのチェック点を設けてもよい。

その後、同図(B)に示されるように、所定時間毎に、又は現場事務所Ｈ内に設置された管理用コンピュータ１により計測開始の指令が出されると、制御器２からの指令によりトータルステーション５が自動的に複数の内空断面の形状計測箇所についてトンネル壁面の形状計測を行う。計測は、計測箇所に計測用ターゲットを埋め込み、これを計測するようにする。計測頻度は、測定位置と切羽との離れに応じて、計測頻度を変えるようにする。例えば、測定位置と切羽との離れが０〜０．５Ｄ（Ｄはトンネル掘削幅）の場合は２回／１日、０．５Ｄ〜２．０Ｄの場合は１回／１日、２．０Ｄ〜５．０Ｄの場合は１回／２日、５．０Ｄ以上は１回／１週としたり、或いは変位速度が１０ｍｍ以上の場合は２回／１日、５〜１０ｍｍのの場合は１回／１日、１〜５ｍｍの場合は１回／２日、１ｍｍ以下の場合は１回／１週というように計測頻度を変位量及び変位速度に応じて変えるようにするのが望ましい。

前記内空断面形状の計測箇所は、坑口から切羽Ｓにかけて、その数及び間隔などを任意に選定することができる。また、計測箇所の断面数は、計測期間中、固定的なものではなく、掘進に伴って順次断面を追加するようにする。また、坑口側の計測が不要になった断面については順次計測対象から外すようにする。計測対象となる断面については、変位の推移を把握するために、所定の時間間隔で経時的に複数回繰り返して計測が行われる。

前記計測データは、前記通信システムによって管理コンピュータ１内に自動的に取り込まれるようになっている（同図(C)）。

管理コンピュータ１に取り込まれた測定結果は、予め管理用コンピューター１に記憶されている計測済みのデータに加えられ、計測データが更新されるとともに、モニタ上に例えば図７に示されるように表示形式で表示されるようになっている。

また、トンネル坑内にいる監督員や作業員等がトンネル壁面の変位情報をリアルタイムに一目で把握できるように変位情報表示装置４（以下、単に表示装置という。）に変位情報（変位量、変位速度）が表示されるようになっている。

前記表示装置４は、１断面の計測箇所の内の選定された複数箇所の近傍位置に配置するようにする。例えば図３に示される例では、天端沈下表示用に１箇所、内空変位表示用に側壁片側に２箇所づつ、計５箇所に配置されている。配置箇所は、少なくとも天端１箇所、側壁片側に１箇所づつ、最低３箇所に配置するようにするのが望ましい。

前記表示装置４は、図４に示されるように、発光ダイオード４１が縦及び横方向に行列状に配列されたＬＥＤ発光部４Ａを備え、予め変位速度に閾値を設定しておき、計測された変位速度が前記閾値よりも大である場合、前記ＬＥＤ発光部４Ａに所定の発光ダイオード群の発光によって上向き矢印又は下向き矢印を表示するとともに、計測された変位速度が前記閾値よりも小である場合、前記前記ＬＥＤ発光部４Ａに所定の発光ダイオード群の発光によって横向き矢印を表示するようにしている。また、変位量を管理基準値毎にランク分けするとともに、それら各管理基準ランク毎に表示色を定め、前記上向き矢印又は下向き矢印、横向き矢印を前記表示色で発光させるようにしている。前記閾値は任意に設定可能であるが、通常の場合、変位速度が安定したと判断し得る数値を設定する。変位速度が安定したと言える状態は、地山等級によっても異なるが、概ね１ｍｍ以下／日か１〜３ｍｍ／月程度であるため、このような数値を基準として前記閾値を定めることが望ましい。なお、前記上向き矢印は、真上方向の上向き矢印としても良いし、斜め方向の上向き矢印としてもよい。また、前記下向き矢印も同様に、真下方向の上向き矢印としても良いし、斜め方向の下向き矢印としてもよい。

以下、更に前記表示装置４について図面に基づき詳述する。

前記表示装置４は、ケース４０の表面側に発光ダイオード４１、４１…が縦及び横方向に行列状に配列されたＬＥＤ発光部４Ａを備えている。図示例では、１０×１０のマトリックス配列で発光ダイオード４１が設けられている。発光ダイオード４１の配列数は任意であるが、少なくとも矢印と明確に視認できる矢印マークが上向き、下向き及び横向きに表示できるだけの配列数とするのが望ましい。ケース４０の内部にはＬＥＤ表示の制御基板や無線制御基板などが設けられいる。電源は乾電池で十分であり、ケース４０の両側部には単３電池収容部４２，４２が配置され、外面には無線用のアンテナ４３が設けられている。なお、ケース４０の表面側にトータルステーション計測用にターゲット用シールなどの視準マークを貼り付け、本表示装置４を計測箇所に設置するようにしてもよい。

前記表示装置４に表示される情報は、前記変位速度の他に、初期値からの変位量を同時に表示するようにするのが望ましい。変位量については、管理基準値毎にランク分けするとともに、それら各管理基準ランク毎に表示色を定め、前記上向き矢印又は下向き矢印、横向き矢印を前記表示色で発光させるようにするのが望ましい。例えば、変位量が２０mm未満（管理基準Ｉ[通常体制]−青）、変位量が２０mm以上４０mm未満（管理基準II[注意体制]−緑）、変位量が４０mm以上６０mm未満（管理基準III[要注意体制]−黄）、変位量が６０mm以上（管理基準IV[厳重注意体制]−赤）というように定める。

前記表示装置４による変位表示を具体的に詳述すると、内空変位に関しては、日変位量（変位速度（m/日））が閾値より大であり、変位量が２０mm未満の場合は、図５(A)に示されるように、発光色を「青」とし、上向き矢印を表示する。日変位量（変位速度（m/日））が閾値より大であり、変位量が２０mm以上４０mm未満の場合は、図５(B)に示されるように、発光色を「緑」とし、上向き矢印を表示する。日変位量（変位速度（m/日））が閾値より大であり、変位量が４０mm以上６０mm未満の場合は、図５(C)に示されるように、発光色を「黄」とし、上向き矢印を表示する。日変位量（変位速度（m/日））が閾値より大であり、変位量が６０mm以上の場合は、図５(D)に示されるように、発光色を「赤」とし、上向き矢印を表示する。そして、日変位量が閾値より小となったならば、変位速度が安定したと判断し、図５(E)に示されるように、前記上向き矢印を横向き矢印に変更する。この横向き矢印の発光色は、変位量の大きさによって前記管理基準Ｉ〜IＶ毎に定めた表示色とする。

一方、天端の沈下については、沈下方向と観念が合致するように下向き矢印によって表示するのが望ましい。具体的には、日沈下量（変位速度（m/日））が閾値より大であり、変位量が２０mm未満の場合は、図６(A)に示されるように、発光色を「青」とし、下向き矢印を表示する。日沈下量（変位速度（m/日））が閾値より大であり、変位量が２０mm以上４０mm未満の場合は、図６(B)に示されるように、発光色を「緑」とし、下向き矢印を表示する。日沈下量（変位速度（m/日））が閾値より大であり、変位量が４０mm以上６０mm未満の場合は、図６(C)に示されるように、発光色を「黄」とし、下向き矢印を表示する。日沈下量（変位速度（m/日））が閾値より大であり、変位量が６０mm以上の場合は、図６(D)に示されるように、発光色を「赤」とし、下向き矢印を表示する。そして、日沈下量が閾値より小となったならば、変位速度が安定したと判断し、図６(E)に示されるように、前記下向き矢印を横向き矢印に変更する。この横向き矢印の発光色は、変位量の大きさによって前記管理基準Ｉ〜ＩＶ毎に定めた表示色とする。

更に、実際の内空変位計測結果例に基づいた表示装置４の表示例について説明する。なお、変位速度の閾値は１mm以下／日とする。

図８に示されるように、計測初期（１日目）の計測結果が、変位量：２０mm未満、変位速度：１３mm／日であるため、発光色を「青」とし、上向き矢印を表示する（図５(A)の表示）。更に、経時的に計測を行い、図９に示されるように、９日目の計測結果が、変位量：２９mm、変位速度：１mm以下／日であるため、発光色を「緑」とし、横向き矢印を表示する（図５(E)）。その後、図１０に示されるように、１２日目の計測結果は変位量と変位速度の両者が変化し、変位量：３８mm、変位速度：４mm／日となったため、発光色は「緑」のまま、上向き矢印を表示する（図５(B)）。

トンネル坑内にいる監督員や作業員は、トンネル壁面に設置された前記表示装置４にＬＥＤ表示された矢印の向きと発光色とによって、地山の変形状態（変位速度及び変位量）を一目でリアルタイムに把握することができるようになる。

〔他の形態例〕
(1)以上、山岳トンネルの変位計測結果の表示に対して、本発明に係る表示装置４を適用した例について詳述したが、本表示装置４は種々の建設工事における構造体の変形表示に適用することが可能である。例えば、図１１に示されるように、土留め掘削工事における壁面部分に設置し、土留め壁の変位状況を監督員や作業員が一目でリアルタイムに把握することができるようにすることもできるし、図１２に示されるように、盛土地盤による土地造成において擁壁に対して、本表示装置４を設置し、調査員等が変位状況を一目でリアルタイムに把握することができるようにすることもできる。更には、地滑り対策などで、地山の表面に変位が生じているかどうかの確認のために本表示装置４を適所に配置し、調査員等が変位状況を一目でリアルタイムに把握することができるようにすることもできる。

(2)前記表示装置４における変位速度表示に関して、変位速度が閾値よりも大きい場合は、上向き矢印又は下向き矢印を表示したが、前記閾値を段階的に設定し、変位速度の大きさに応じて前記上向き矢印又は下向き矢印の傾斜角度（勾配）を変化させるようにしてもよい。具体的に天端の例で言えば、前記閾値を第１閾値と第２閾値との２段階に設定しておく。両者の関係は、第１閾値＞第２閾値で、第２閾値は変位速度が安定したと言える変位速度を設定する。天端の変位速度が第１閾値よりも大きい場合は真下方向の矢印とし、徐々に変位速度が小さくなり、第１閾値より小さくなった段階で斜め下方向の矢印とし、その後、第２閾値よりも小さくなった段階で横向き矢印を表示するようにする。

１…管理用コンピューター、２…制御器、３…通信ケーブル、４…変位情報の表示装置、４Ａ…ＬＥＤ発光部、５…トータルステーション、６…無線送信器、７ホイールジャンボ…、８…吹付け機、４０…ケース、４１…発光ダイオード、４２…電池収納部、４３…アンテナ

Claims

地山又は建設工事における構造体の変位情報を表示する表示装置であって、
前記表示装置は、発光ダイオードが縦及び横方向に行列状に配列されたＬＥＤ発光部を備え、予め変位速度に閾値を設定しておき、計測された変位速度が前記閾値よりも大である場合、前記ＬＥＤ発光部に所定の発光ダイオード群の発光によって上向き矢印又は下向き矢印を表示するとともに、計測された変位速度が前記閾値よりも小である場合、前記前記ＬＥＤ発光部に所定の発光ダイオード群の発光によって横向き矢印を表示するようにしたことを特徴とする変位情報の表示装置。
前記閾値は、変位速度が安定したと判断し得る数値を設定してある請求項１記載の変位表示の表示装置。
変位量を管理基準値毎にランク分けするとともに、それら各管理基準ランク毎に表示色を定め、前記上向き矢印又は下向き矢印、横向き矢印を前記表示色で発光させるようにしてある請求項１、２いずれかに記載の変位情報の表示装置。
前記表示装置は、無線通信機能を備えている請求項１〜３いずれかに記載の変位情報の表示装置。