JP2018521245A - 電気比抵抗を用いた岩盤グラウチングモニタリング方法 - Google Patents

Abstract

電気比抵抗を用いた岩盤グラウチングモニタリング方法が開示される。開示された岩盤グラウチングモニタリング方法は、地下構造物の周辺岩盤または地盤にグラウト（ｇｒｏｕｔ）を注入してグラウチング部を形成するために、地下構造物に放射状に設けられた複数のボアホール（ｂｏｒｅ ｈｏｌｅ）と、ボアホールの内部に設けられた複数の電極と、ボアホールの内部に設けられ、岩盤または地盤の温度を測定する複数の温度センサーと、を含む岩盤グラウチングモニタリング装置において、（ａ）測定部が、電極に電流または電圧を印加し、温度センサーが岩盤または地盤の温度を測定するステップと、（ｂ）測定部が、相互隣接したボアホールに設けられた電極間の抵抗値を測定するステップと、（ｃ）グラウチング分析部が、温度センサー及び測定部の測定値を相互分析して、電気比抵抗値を算出するステップと、を含む。
【選択図】 図６

Description

本発明は、電気比抵抗を用いた岩盤グラウチングモニタリング方法に関するものであって、電気比抵抗測定のために、グラウト（ｇｒｏｕｔ）の注入のための多数のボアホール（ｂｏｒｅ ｈｏｌｅ）の内部に電極を設け、グラウトの注入後、ボアホール内部に電極が永久に埋め立てられて周期的に岩盤またはグラウチングの電気比抵抗値を測定することにより、長期的なグラウチング健全度評価が可能であり、低コストでありながら精度の高い岩盤節理内グラウチングモニタリング方法である。

最近、岩盤内の大深度、大規模の地下構造物が建設されるのにつれて重要地下構造物の遮水及び安全性の増大を目的として、岩盤節理内グラウチング技術が適用されており、非破壊的な方法を用いた従来のモニタリング方法は、地表面（主に砂質土）で実行される電気比抵抗物理探査を用いた。

しかし、これらの電気比抵抗物理探査を用いた岩盤グラウチングモニタリング方法は、地表面で実行されるため、深い（例、１ｋｍの深度）ところに存在する地下構造物の評価においては、評価の深さの約２倍に当たる側線（電極設置間隔約２ｋｍ）の長さが必要である。

実質的に側線の長さが増加すると、側線内の地表面に存在する障害物（木、岩、急な地形など）によって、電極の設置に多くのコストと努力が必要である。

また、物理探査で測定される電気比抵抗値は、定性的な（相対的な）値であるため、グラウチング分布を確認するためには、逆解釈を必須に実行すべきである。

逆解釈を介して地下構造物の周辺の広帯域的なグラウチング分布評価を確認することができるが、特定の位置に対する精密な分布を把握し難い点がある。

また、グラウチング分布の逆解釈の結果は、地盤の仮定条件（温度、地層構造、空隙数の電気伝導度など）に応じて変わることができる限界点を持つ。

また、節理がない新鮮な岩盤では、電気伝導度が非常に低いため、地表面における電気比抵抗の測定を介して岩盤深部に存在する地下構造物の周辺グラウチング評価をすることは容易ではない。

前記問題点を解決するために、本発明は、電気比抵抗測定のために、グラウト（ｇｒｏｕｔ）の注入のための多数のボアホール（ｂｏｒｅ ｈｏｌｅ）の内部に電極を設け、グラウトの注入後、ボアホールの内部に電極が永久に埋め立てられて周期的に岩盤またはグラウチングの電気比抵抗値を測定することにより、長期的なグラウチング健全度評価が可能であり、低コストでありながら精度の高い岩盤節理内グラウチングモニタリング方法を提供することを目的とする。

本発明の解決課題は、以上で言及されたものなどに限定されず、言及されていない他の解決課題などは、以下の記載から、当該技術分野において通常の知識を有する者に明確に理解され得るだろう。

前記目的を達成するために、本発明は、地下構造物の周辺岩盤または地盤にグラウト（ｇｒｏｕｔ）を注入してグラウチング部を形成するために、地下構造物に放射状に設けられた複数のボアホール（ｂｏｒｅ ｈｏｌｅ）と、ボアホールの内部に設けられた複数の電極と、ボアホールの内部に設けられ、岩盤または地盤の温度を測定する複数の温度センサーと、を含む岩盤グラウチングモニタリング装置において、（ａ）測定部が、電極に電流または電圧を印加し、温度センサーが岩盤または地盤の温度を測定するステップと、（ｂ）測定部が、相互隣接したボアホールに設けられた電極間の抵抗値を測定するステップと、（ｃ）グラウチング分析部が、温度センサー及び測定部の測定値を相互分析して、電気比抵抗値を算出するステップと、を含む。

本発明において、電極は、ボアホールの長さ方向に沿って順次に離隔配置されることが好ましい。

本発明は、（ｂ）ステップにおいて、測定部は、相互隣接したボアホールを基準にして、一側のボアホールに設けられた１つの電極と、他側のボアホールに設けられた１つの電極との間の抵抗値を測定することが好ましい。

本発明は、（ｃ）ステップにおいて、グラウチング分析部は、算出された電気比抵抗値を分析して、注入されたグラウト範囲または完成したグラウチング部の損傷か否か及び損傷の位置を導出することが好ましい。

本発明は、（ｄ）出力部が、温度センサーと測定部の測定値及びグラウチング分析部の分析結果値をオペレータのモニターまたは端末機に示すステップをさらに含むことが好ましい。

本発明は、（ｄ）ステップにおいて、出力部は、グラウチング部が損傷した場合、地下構造物に設けられた警報システムを作動させるか、オペレータのモニターまたは端末機に危険信号を示すことが好ましい。

本発明による岩盤グラウチングモニタリング方法は、相互隣接したボアホールに設けられた電極間の抵抗値を測定し、電気比抵抗値を算出することにより、グラウチング評価のための逆解釈が必要ではなく、現場で直ちにグラウチング評価が可能な効果を得ることができる。

また、グラウトの注入前に、評価対象岩盤の全体的な節理方向と大きさの情報を取得することができる。

また、グラウトの注入中に、岩盤節理に注入されたグラウトの範囲に応じて変動される電気比抵抗値を介してグラウトの注入程度及び養生程度を評価することができる効果を得ることができる。

また、グラウチングの完成後、電極は、ボアホールの内部に永久的に挿入された状態であるので、長期的にリアルタイム岩盤グラウチングモニタリングが可能な効果がある。

本発明の効果は、以上で言及されたものなどに限定されず、言及されていない他の効果などは、以下の記載から当該技術分野において通常の知識を有する者に明確に理解され得るだろう。

本発明の一実施形態による岩盤グラウチングモニタリング方法を具現するための岩盤グラウチングモニタリング装置１００のブロック図である。 図１に示されたボアホール１１０と電極１２０の設置状態図である。 図１に示された電極１２０の斜視図である。 図３ａに示された電極１２０の背面斜視図である。 図１に示された電極１２０のまた他の実施形態を示す斜視図でる。 図４ａに示された電極１２０の背面斜視図である。 図１に示された電極１２０のまた他の実施形態を示す斜視図である。 図１に示された電極１２０のまた他の実施形態を示す斜視図である。 本発明の一実施形態による岩盤グラウチングモニタリング方法のフローチャートである。 図１に示されたボアホール１１０を介して注入中であるグラウトの範囲を示す図である。 図１に示されたボアホール１１０を介して注入が完了したグラウトの範囲を示す図である。 完成したグラウチング部Ｇに割れ目Cの発生が開始された状態を示した図である。 図９に示されたグラウチング部Ｇに発生された割れ目Cが進行された状態を示した図である。

また、図９及び図１０を参照して、本発明による岩盤グラウチングモニタリング方法を介して地震、風化、劣化など不特定の外力によってグラウチング部Ｇが損傷する場合、グラウチング部Ｇの損傷か否か及び損傷の位置を導出することができる。

図９は、完成したグラウチング部Ｇに割れ目Ｃの発生が開始された状態を示した図である。

図１０は、図９に示されたグラウチング部Ｇに発生された割れ目Ｃが進行された状態を示した図である。

岩盤内のグラウチング部Ｇが損傷すると、地下構造物Ｓの安全性が低下し、地下水が地下構造物Ｓの内部に入ることができる。

図９を参照すると、グラウチング部Ｇに発生された割れ目Cによって地下水が浸透すると、電極Ａ３−Ｂ３の区間（または電極Ａ３−Ｂ２、Ａ２−Ｂ３の区間）で電気比抵抗値の変化が発生する。

図１０を参照すると、電極Ａ１−Ｂ１の区間まで電気比抵抗値の変化が発生すると、地下水の浸透が地下構造物Ｓの周辺まで発生することを判断することができる。

前述したように、グラウチング分析部１５０は、岩盤とグラウトとのミクスチャー（ｍｉｘｔｕｒｅ）であるグラウチング部Ｇが、地震、風化、劣化など不特定の外力によって損傷する場合、割れ目Cが生じたグラウチング部Ｇで算出された電気比抵抗値が割れ目C前に算出された電気比抵抗値の２０％以上減少する場合、出力部１６０を介して地下構造物Ｓに設けられた警報システムを作動させるか、オペレータのモニターまたは端末機で危険信号を示す。

以下、図１〜図６を参照して、本発明の一実施形態による岩盤グラウチングモニタリング方法について説明することにする。

図１は、本発明の一実施形態による岩盤グラウチングモニタリング方法を具現するための岩盤グラウチングモニタリング装置１００のブロック図である。

図２は、図１に示されたボアホール１１０と電極１２０の設置状態図である。

図３ａは、図１に示された電極の斜視図であり、図３ｂは、図３ａに示された電極の背面斜視図である。

図４ａは、図１に示された電極のまた他の実施形態を示す斜視図であり、図４ｂは、図４ａに示された電極の背面斜視図である。

図５ａは、図１に示された電極のまた他の実施形態を示す斜視図である。

図５ｂは、図１に示された電極のまた他の実施形態を示す斜視図である。

図６は、本発明の一実施例による岩盤グラウチングモニタリング方法のフローチャートである。

先ず、図１〜図５ａ及び図５ｂに示されたように、本発明による岩盤グラウチングモニタリング方法を具現するための岩盤グラウチングモニタリング装置１００は、ボアホール（ｂｏｒｅ ｈｏｌｅ）１１０と、電極１２０と、温度センサー１３０と、測定部１４０と、グラウチング分析部１５０と、出力部１６０と、を含む。

ボアホール１１０は、地下構造物Ｓの周辺岩盤にグラウトを注入して、図９に示されたグラウチング部Ｇを形成するために、地下構造物Ｓに放射状に設けられる。

電極１２０は、ボアホール１１０の内部に複数個設けられるが、より具体的には、ボアホール１１０の内部に少なくとも２つ以上設けられることが好ましく、ボアホール１１０の長さ方向に沿って順次に離隔配置される。

図３ａ及び図３ｂを参照すると、電極１２０は、板（ｐｌａｔｅ）の形状であって、ボアホール１１０の内側面の形状と対応するように屈曲または折曲されることができ、電極１２０の上部に塗布された導電性接着剤Ａによってボアホール１１０の内側面に付着されて固定される。

温度センサー１３０は、電極１２０の背面に取り付けられ、電極１２０の背面には、電極１２０に連結された電線Ｗを固定するための電線ハンガー１２１が設けられている。

図４ａ及び図４ｂを参照すると、電極２０の上部に釘の形態の複数の突起１２２が形成されることができ、突起１２２がボアホール１１０の内側面にめりこまれることによって電極１２０を固定することができる。

そして、温度センサー１３０は、電極１２０の背面に取り付けられ、電極１２０の背面には、電極１２０に連結された電線Ｗを固定するための電線ハンガー１２１が設けられている。

図５ａを参照すると、電極１２０は、押しピンの形状に製作されることができ、板状のヘッド部１２３に電線Ｗを固定するための電線ハンガー１２１が設けられ、ヘッド部１２３の一側に温度センサー１３０が取り付けられることができる。

そして、ヘッド部１２３に設けられた突起１２２がボアホール１１０の内側面にめりこまれることによって電極１２０を固定することができる。

図５ｂを参照すると、電極１２０は、釘の形態の棒状に製作され、電極１２０がボアホール１１０と岩盤にめりこむように構成することができる。

このとき、温度センサー１３０は、電極１２０の一側に取り付けられ、電極１２０の端部には、電極１２０に連結された電線Ｗを固定するための電線ハンガー１２１が設けられている。

電極１２０は、導電性があるスチール材質であれば使用されることができ、特に、導電性が高く、腐食性に対する耐久性が強い銅、ステンレス鋼、銀、アルミニウムのうちのいずれか１つまたは、この混合物を使用することがより好ましい。

前述したように、電極１２０には、電線ハンガー１２１が設けられ、ボアホール１１０の内側面にも電線ハンガー１２１が設けられることが好ましい。

従って、電極１２０及び温度センサーに連結され、ボアホール１１０に沿って地下構造物Ｓの内部に延長されて測定部１４０に連結された電線Ｗが電線ハンガー１２１に据え置きされる。

従って、電線Ｗによってグラウトの注入が邪魔になることを防止することができる効果を得ることができる。

前述したように、温度センサー１３０は、ボアホール１１０の内部、より具体的には、電極１２０に設けられ、岩盤の温度を測定する。

測定部１４０は、電極１２０に電流または電圧を印加し、相互隣接したボアホール１１０に設けられた電極１２０間の岩盤またはグラウチング部Ｇの抵抗値を測定する。

測定部１４０は、相互隣接したボアホール１１０を基準にして、一側のボアホール１１０に設けられた１つの電極１２０と、他側のボアホール１１０に設けられた１つの電極１２０との間の抵抗値を測定する。

すなわち、図７を参照して具体的に説明すると、一側のボアホール１１０に設けられた電極Ａ１と、他側のボアホール１１０に設けられた電極Ｂ１、または電極Ａ１と電極Ｂ２との間のグラウチング部Ｇまたは岩盤の抵抗値を測定する。

グラウチング分析部１５０は、温度センサー１３０及び測定部１４０の測定値を相互分析して電気比抵抗値を算出し、算出された電気比抵抗値を分析して、注入されたグラウトの範囲または完成したグラウチング部Ｇの損傷か否か及び損傷の位置を導出する。

出力部１６０は、温度センサー１３０と測定部１４０の測定値及びグラウチング分析部１５０の分析結果値をオペレータのモニターまたは端末機に示す。

グラウチング分析部１５０は、岩盤とグラウトとのミクスチャー（ｍｉｘｔｕｒｅ）であるグラウチング部Ｇが、地震、風化、劣化など不特定の外力によって損傷する場合、割れ目Cが生じたグラウチング部Ｇで算出された電気比抵抗値が割れ目前に算出された電気比抵抗値の２０％以上減少する場合、出力部１６０を介して地下構造物Ｓに設けられた警報システムを作動させるか、オペレータのモニターまたは端末機で危険信号を示す。

以下、図６を参照して、本発明の一実施例による岩盤グラウチングモニタリング方法について説明することにする。

図６は、本発明の一実施例による岩盤グラウチングモニタリング方法のフローチャートである。

先ず、測定部１４０が電極１２０に電圧または電流を印加し、温度センサー１３０が岩盤の温度を測定する（Ｓ１１０）。

そして、測定部１４０が相互隣接したボアホール１１０に設けられた電極１２０間の岩盤またはグラウチング部Ｇの抵抗値を測定する（Ｓ１２０）。

測定部１４０は、相互隣接したボアホール１１０を基準にして、一側のボアホール１１０に設けられた１つの電極１２０と、他側のボアホール１１０に設けられた１つの電極１２０との間の抵抗値を測定する。

図７を参照すると、一側のボアホール１１０に設けられた電極Ａ１と、他側のボアホール１１０に設けられた電極Ｂ１、または電極Ａ１と電極Ｂ２との間のグラウチング部Ｇまたは岩盤の抵抗値を測定する。

測定ステップＳ１１０、Ｓ１２０の以後、グラウチング分析部１５０が、温度センサー１３０及び測定部１４０の測定値を相互分析して、電気比抵抗値を算出する（Ｓ１３０）。

グラウチング分析部１５０は、算出された電気比抵抗値を分析して、注入されたグラウトの範囲または完成したグラウチング部Ｇの損傷か否か及び損傷の位置を導出する。

分析ステップＳ１３０の以後、出力部１６０が、温度センサーと測定部１４０の測定値及びグラウチング分析部１５０の分析結果値をオペレータのモニターまたは端末機に示す（Ｓ１４０）。

グラウチング分析部１５０は、岩盤とグラウトとのミクスチャー（ｍｉｘｔｕｒｅ）であるグラウチング部Ｇが地震、風化、劣化など不特定の外力によって損傷する場合、割れ目Cが生じたグラウチング部Ｇで算出された電気比抵抗値が割れ目前に算出された電気比抵抗値の２０％以上減少する場合、出力部１６０を介して地下構造物Ｓに設けられた警報システムを作動させるか、オペレータのモニターまたは端末機で危険信号を示す。

図７及び図８を参照して、本発明による岩盤グラウチングモニタリング方法を介して地下構造物Ｓの周辺にグラウトを注入するとき、注入されたグラウトの範囲及び養生程度を評価することができる。

図７は、図１に示されたボアホール１１０を介して注入中であるグラウトの範囲を示す図である。

図８は、図１に示されたボアホール１１０を介して注入が完了したグラウトの範囲を示す図である。

先ず、図７を参照すると、相互隣接したボアホール１１０のうち、一側のボアホール１１０に電極Ａ１、Ａ２、Ａ３が順次に離隔配置されており、他側のボアホール１１０に電極１２０Ｂ２、Ｂ３が順次に離隔配置されている。

測定部１４０は、電極Ａ１−Ｂ１、Ａ１−Ｂ２、Ａ１−Ｂ３またはＡ２−Ｂ１などのように１対の電極１２０間の岩盤またはグラウチング部Ｇの抵抗値を測定する。

すなわち、測定部１４０が電極Ａ１−Ｂ１を用いて抵抗値を測定し、グラウチング分析部１５０が電気比抵抗値を算出する場合、グラウトの注入が該区間に完了することを確認することができる。

一方、電極Ａ３−Ｂ３を用いて電気比抵抗を測定すると、グラウトの注入が未だ完了できなかったと判断することができる。

図８を参照すると、電極Ａ１−Ｂ１、Ａ２−Ｂ２、Ａ３−Ｂ３の区間で算出された電気比抵抗値を介してグラウトの注入が完了してグラウチング部Ｇが完成したことが分かる。

また、図９及び図１０を参照して、本発明による岩盤グラウチングモニタリング方法を介して地震、風化、劣化など不特定の外力によってグラウチング部Ｇが損傷する場合、グラウチング部Ｇの損傷か否か及び損傷の位置を導出することができる。

図９は、完成したグラウチング部Ｇに割れ目Ｃの発生が開始された状態を示した図である。

図１０は、図９に示されたグラウチング部Ｇに発生された割れ目Ｃが進行された状態を示した図である。

岩盤内のグラウチング部Ｇが損傷すると、地下構造物Ｓの安全性が低下し、地下水が地下構造物Ｓの内部に入ることができる。

図９を参照すると、グラウチング部Ｇに発生された割れ目Cによって地下水が浸透すると、電極Ａ３−Ｂ３の区間（または電極Ａ３−Ｂ２、Ａ２−Ｂ３の区間）で電気比抵抗値の変化が発生する。

図１０を参照すると、電極Ａ１−Ｂ１の区間まで電気比抵抗値の変化が発生すると、地下水の浸透が地下構造物Ｓの周辺まで発生することを判断することができる。

前述したように、グラウチング分析部１５０は、岩盤とグラウトとのミクスチャー（ｍｉｘｔｕｒｅ）であるグラウチング部Ｇが、地震、風化、劣化など不特定の外力によって損傷する場合、割れ目Cが生じたグラウチング部Ｇで算出された電気比抵抗値が割れ目C前に算出された電気比抵抗値の２０％以上減少する場合、出力部１６０を介して地下構造物Ｓに設けられた警報システムを作動させるか、オペレータのモニターまたは端末機で危険信号を示す。

このように、前述した本発明の実施形態の電気比抵抗を用いた岩盤グラウチングモニタリング方法は、相互隣接したボアホールに設けられた電極間の抵抗値を測定して電気比抵抗値を算出することにより、グラウチング評価のための逆解釈が必要ではなく、現場で直ちにグラウチング評価が可能な効果を得ることができる。

また、グラウトの注入前に、評価対象岩盤の全体的な節理方向と大きさの情報を取得することができる。

また、グラウトの注入中に、岩盤節理に注入されたグラウトの範囲に応じて変動される電気比抵抗値を介してグラウトの注入程度及び養生程度を評価することができる効果を得ることができる。

また、グラウトの完成後に、電極は、ボアホールの内部に永久的に挿入された状態であるので、長期的にリアルタイム岩盤グラウチングモニタリングが可能な効果がある。

本明細書に開示された実施形態などは、本発明の技術的思想を限定するためのものではなく説明するためのものであって、このような実施形態によって本発明の技術思想の範囲が限定されるものではないことが自明である。

本発明の明細書及び図面に含まれた技術的思想の範囲内で当該技術分野において通常の知識を有する者が容易に類推することができる変形例と具体的な実施例は、すべて本発明の権利範囲に含まれるものと解釈すべきである。

Ｓ 地下構造物
Ｇ グラウチング部
Ｃ 割れ目
１００ 岩盤グラウチングモニタリング装置
１１０ ボアホール
１２０ 電極
１３０ 温度センサー
１４０ 測定部
１５０ グラウチング分析部
１６０ 出力部

Claims (6)

1. 地下構造物の周辺岩盤または地盤にグラウト（ｇｒｏｕｔ）を注入してグラウチング部を形成するために、前記地下構造物に放射状に設けられた複数のボアホール（ｂｏｒｅ ｈｏｌｅ）と、前記ボアホールの内部に設けられた複数の電極と、前記ボアホールの内部に設けられ、前記岩盤または地盤の温度を測定する複数の温度センサーと、を含む岩盤グラウチングモニタリング装置において、
   （ａ）測定部が、前記電極に電流または電圧を印加し、温度センサーが、前記岩盤または地盤の温度を測定するステップと、
   （ｂ）測定部が、相互隣接した前記ボアホールに設けられた電極間の抵抗値を測定するステップと、
   （ｃ）グラウチング分析部が、前記温度センサー及び測定部の測定値を相互分析して、電気比抵抗値を算出するステップと、を含む、岩盤グラウチングモニタリング方法。
2. 前記電極は、
   前記ボアホールの長さ方向に沿って順次に離隔配置されたことを特徴とする、請求項１に記載の岩盤グラウチングモニタリング方法。
3. 前記（ｂ）ステップにおいて、
   前記測定部は、前記相互隣接したボアホールを基準にして、一側のボアホールに設けられた１つの電極と、他側のボアホールに設けられた１つの電極との間の抵抗値を測定することを特徴とする、請求項１に記載の岩盤グラウチングモニタリング方法。
4. 前記（ｃ）ステップにおいて、
   前記グラウチング分析部は、前記算出された電気比抵抗値を分析して、注入されたグラウト範囲または完成された前記グラウチング部の損傷か否か及び損傷の位置を導出することを特徴とする、請求項１に記載の岩盤グラウチングモニタリング方法。
5. （ｄ）出力部が、前記温度センサーと測定部の測定値及び前記グラウチング分析部の分析結果値をオペレータのモニターまたは端末機に示すステップをさらに含む、請求項１に記載の岩盤グラウチングモニタリング方法。
6. 前記（ｄ）ステップにおいて、
   前記出力部は、前記グラウチング部が損傷した場合、前記地下構造物に設けられた警報システムを作動させるか、オペレータのモニターまたは端末機に危険信号を示すことを特徴とする、請求項５に記載の岩盤グラウチングモニタリング方法。