JP2020067286A - 孔径変位計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡素な構成で、孔径変位を容易に計測する孔径変位計測装置を提供する。【解決手段】孔内に挿入される長尺状の本体部１０と、本体部１０の長手方向の一端側及び他端側に設けられて本体部１０を孔内に支持する支持部２０Ａ，２０Ｂと、本体部１０に設けられて孔径変位を計測する計測部３０とを備え、計測部３０は、本体部１０から張り出して孔内壁に弾接する板状の弾性変形部材４１，５１と、孔径変化に追従した弾性変形部材４１，５１の変形に基づいて孔径変位量を検出する検出部とを有する。【選択図】図１

Description

本開示は、孔径変位計測装置に関し、特に、ボーリング孔の孔径変位の計測に好適な技術に関するものである。

例えば、特許文献１には、岩盤に掘削したボーリング孔の内部に計測器をセメントミルク等で埋設固定するようにした岩盤変位計測装置の技術が開示されている。しかしながら、当該文献記載の技術では、計測器を再利用するには、計測器の掘り出し等が必要となるため、掘り出し時に計測器を破損させてしまう可能性がある。

このような計測器の再利用を可能にする技術が、例えば、特許文献２，３に開示されている。当該文献記載の技術によれば、モータを正転駆動させてプッシュロッドを作動させると、アームが外側に張り出して孔内壁に当接することにより、計測器本体をボーリング孔内の所定位置に保持できるように構成されている。また、モータを逆転駆動させると、アームが内側に戻されることにより、計測器本体をボーリング孔から回収できるように構成されている。

特開平１１−０３７８６６号公報 特開２００５−２５６５３２号公報 特開２００５−２５７６０２号公報

ところで、上記特許文献２，３記載の技術では、計測器本体がモータやプッシュロッド、アーム等の多くの部品類で複雑に構成されている。このため、装置全体の大型化や部品点数の増加によるコストの上昇を招くといった課題がある。

また、上記特許文献２，３記載の技術では、装置全体の大型化により計測器本体とボーリング孔とのクリアランスを十分に確保できない可能性がある。このため、ボーリング孔の壁面に大きな凹凸があると、計測器本体をボーリング孔に容易に挿入、或いは、計測器本体をボーリング孔から容易に回収できなくなる可能性もある。特に、横方向のボーリング孔には、小石等が多く残存するため、これらの小石が噛み込むと、装置を正常に作動させられなくなる虞がある。

本開示の技術は、簡素な構成で、孔径変位を容易に計測することができる孔径変位計測装置を提供することを目的とする。

本開示の技術は、孔内に挿入される長尺状の本体部と、前記本体部の長手方向の一端側及び他端側の少なくとも一方に設けられて前記本体部を前記孔内に支持する支持部と、前記本体部に設けられて孔径変位を計測する計測部と、を備え、前記計測部は、前記本体部から張り出して孔内壁に弾接する板状の弾性変形部材と、孔径変化に追従した前記弾性変形部材の変形に基づいて孔径変位量を検出する検出部と、を有することを特徴とする。

また、前記計測部は、前記本体部に長手方向にスライド移動可能に設けられたスライダー部材をさらに備えており、前記弾性変形部材は、一端を前記本体部に固定されると共に、他端を前記スライダー部材に弾接又は固定されており、孔径変化に追従変形することにより前記スライダー部材をスライド移動させ、前記検出部は、前記スライダー部材のスライド移動に基づいて孔径変位量を検出することが好ましい。

また、前記検出部は、一端を前記スライダー部材に固定されると共に、他端を前記本体部に固定されて、前記スライダー部材のスライド移動に伴い湾曲変形する板状の起歪体と、前記起歪体に貼り付けられて、前記起歪体に生じる歪み量を取得する歪みゲージと、を有しており、前記歪みゲージにより取得される歪み量に基づいて孔径変位量を検出することが好ましい。

また、前記弾性変形部材が、前記本体部から直交する４方向に張り出して設けられていることが好ましい。

また、前記支持部は、前記本体部から半円弧状に張り出すように設けられて孔内壁に弾接する複数の弾性板材を有することが好ましい。

また、前記弾性板材が、前記本体部から直交する４方向に半円弧状に張り出して設けられていることが好ましい。

本開示の技術によれば、簡素な構成で、孔径変位を容易に計測することができる。

本実施形態に係る孔径変位計測装置を示す模式的な斜視図である。 本実施形態の本体部を示す模式的な断面図である。 本実施形態の第１孔内支持部を示す模式的な斜視図である。 本実施形態の計測部を示す模式的な断面図である。 本実施形態に係る孔径変位計測装置を用いたボーリング孔の孔径変位の計測手順を説明する模式図である。 本実施形態に係る孔径変位計測装置を用いたボーリング孔の孔径変位の計測手順を説明する模式図である。

以下、添付図面に基づいて、本実施形態に係る孔径変位計測装置について説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

［全体構成］
図１は、本実施形態に係る孔径変位計測装置１を示す模式的な斜視図である。

図１に示すように、孔径変位計測装置１は、長尺状の本体部１０と、本体部１０の先端側に設けられた第１孔内支持部２０Ａと、本体部１０の基端側に設けられた第２孔内支持部２０Ｂと、本体部１０の各孔内支持部２０Ａ，２０Ｂの間に設けられた計測部３０と、データ処理装置１００と、入力装置１１０と、表示装置１２０とを備えている。また、本体部１０の基端部には、挿入棒７０（図５参照）を接続固定するための接続用アダプタ７１が設けられている。

［本体部］
本体部１０は、例えば、アルミニウム等で形成された断面略Ｌ字状の計４枚のアングル材１１Ａ〜１１Ｄを矩形状に配置すると共に、これらアングル材１１Ａ〜１１Ｄを長手方向（図中Ｚ方向）に平行に設けることにより構成されている。

具体的には、図２に示すように、各アングル材１１Ａ〜１１Ｄは、所定の間隔をおいて互いにＬ字が反対側に向くように対向配置されている。すなわち、各アングル材１１Ａ〜１１Ｄの対向側面によって４方向に開放する略十字状（＋字状）の空間１２が区画形成されている。各アングル材１１Ａ〜１１Ｄは、その対向側面に架け渡された複数のブラケット１５Ａ〜１５Ｄに、不図示のボルトナット等を締結することにより互いに連結固定されている。本体部１０の断面寸法Ｄは、ボーリング孔とのクリアランスを十分に確保できる約４ｃｍ程度とされており、本体部１０をボーリング孔内に容易に挿入できるようになっている。また、各アングル材１１Ａ〜１１Ｄの長手方向の長さは、約９１ｃｍとされており、本体部１０の接続用アダプタ７１（図１参照）を含めた長手方向の全体長さは、約１ｍ程度とされている。なお、本体部１０の寸法は、これらの数値に限定されるものではなく、計測対象となるボーリング孔の孔径や深さ等に応じて適宜に設定することができる。

なお、以下の説明では、一対のアングル材１１Ａ，１１Ｂの対向空間Ｘ１を第１スリット、一対のアングル材１１Ｃ，１１Ｄの対向空間Ｘ２を第２スリット、一対のアングル材１１Ｂ，１１Ｃの対向空間Ｙ１を第３スリット、一対のアングル材１１Ａ，１１Ｄの対向空間Ｙ２を第４スリットと称する。また、第１スリットＸ１及び第２スリットＸ２が開放する方向をＸ方向、第３スリットＹ１及び第４スリットＹ２が開放する方向をＹ方向と称する。

［孔内支持部］
次に、第１孔内支持部２０Ａ及び、第２孔内支持部２０Ｂの詳細構造について説明する。これら第１及び第２孔内支持部２０Ａ，２０Ｂは、略同一構造で構成されるため、以下では、先端側の第１孔内支持部２０Ａを説明し、基端側の第２孔内支持部２０Ｂについては説明を省略する。

図３は、第１孔内支持部２０Ａを示す模式的な斜視図である。第１孔内支持部２０Ａは、第１支持用リング部材２１と、第２支持用リング部材２２と、第１ブラケット２３と、第２ブラケット２４と、第３ブラケット２５と、第４ブラケット２６とを備えて構成されている。

各ブラケット２３〜２６は、本体部１０の長手方向Ｚに互いに所定の間隔をおいて対向配置されている。これらブラケット２３〜２６は、本体部１０の各アングル材１１Ａ〜１１Ｄに不図示のボルトナット等を締結することにより固定さている。

第１及び第２支持用リング部材２１，２２は、弾性変形可能な鋼製の薄板リング部材であって、互いに径方向が直交するように配置されている。これら第１及び第２支持用リング部材２１，２２のリング幅は、好ましくは約１ｃｍ程度とされている。

第１支持用リング部材２１は、第１スリットＸ１及び第２スリットＸ２に挿入配置されている。より詳しくは、第１支持用リング部材２１は、本体部１０の長手方向Ｚの対角２箇所を第２ブラケット２４及び第４ブラケット２６に不図示のボルトナット等で締結固定されており、各スリットＸ１，Ｘ２から突出する部位が本体部１０からＸ方向外側に半円弧状に湾曲して張り出すように設けられている。

第２支持用リング部材２２は、第３スリットＹ１及び第４スリットＹ２に挿入配置されている。より詳しくは、第２支持用リング部材２２は、本体部１０の長手方向Ｚの対角２箇所を、第１ブラケット２３及び第３ブラケット２５に不図示のボルトナット等で締結固定されており、各スリットＹ１，Ｙ２から突出する部位が本体部１０からＹ方向外側に半円弧状に湾曲して張り出すように設けられている。

以上のように構成された第１孔内支持部２０Ａによれば、本体部１０をボーリング孔内の所定位置に挿入配置すると、第１及び第２支持用リング部材２１，２２がボーリング孔の内壁に弾接して径方向内側に変形することにより、本体部１０をボーリング孔の略中心位置に確実に保持できるようになっている。また、本体部１０をボーリング孔に挿入、又は、ボーリング孔から回収する際には、第１及び第２支持用リング部材２１，２２がボーリング孔の内壁に摺接しながら弾性変形することにより、本体部１０をボーリング孔内で円滑に移動できるようになっている。

［計測部］
次に、図４に基づいて、計測部３０の詳細について説明する。図４（Ａ）は、計測部３０をＹ方向に切り欠いて示す模式的な縦断面図であり、図４（Ｂ）は、計測部３０をＸ方向に切り欠いて示す模式的な横断面図である。計測部３０は、ボーリング孔の主としてＸ方向の孔径変位を計測する第１計測部４０と、ボーリング孔の主としてＹ方向の孔径変位を計測する第２計測部５０とを備えている。

［第１計測部］
図４（Ａ）に示すように、第１計測部４０は、第１計測用リング部材４１と、第１スライダー部材４２と、第１検出部４３とを備えて構成されている。

第１計測用リング部材４１は、弾性変形可能な鋼製の薄板を本体部１０の基端側に開放する略Ｃ字状に湾曲させることにより形成されている。第１計測用リング部材４１のリング幅は、好ましくは約１ｃｍ程度とされている。

第１計測用リング部材４１は、第１スリットＸ１及び第２スリットＸ２に挿入配置されている。より詳しくは、第１計測用リング部材４１は、その開放側端部４１Ａを本体部１０に固設された第１固定ブラケット４８に不図示のボルトナット等で締結固定されており、各スリットＸ１，Ｘ２から突出する部位が本体部１０からＸ方向外側に略半円弧状に張り出すように設けられている。

さらに、第１計測用リング部材４１は、開放側端部４１Ａとは反対側の湾曲端部４１Ｂを第１スライダー部材４２に弾接支持（又は、不図示のボルトナット等で締結固定）されている。第１スライダー部材４２は、ガイドレールとして機能する各アングル材１１Ａ〜１１Ｄの対向空間内に長手方向Ｚに沿ってスライド移動自在に保持されている。

すなわち、第１計測用リング部材４１の本体部１０から張り出した部位が、ボーリング孔の孔径縮小に伴い径方向内側に追従変形すると、第１計測用リング部材４１の全体が第１固定ブラケット４８を支点に本体部１０の長手方向Ｚに伸長することにより、第１スライダー部材４２を図中Ｚ１方向にスライド移動させるように構成されている。

第１検出部４３は、弾性変形可能な第１起歪体４４と、第１起歪体４４に貼り付けられた第１歪みゲージ４５とを備えている。第１起歪体４４は、例えば、銅等の金属で形成された帯板部材であって、一端側を第１スライダー部材４２に固定されると共に、他端側を第２固定ブラケット５８に固定されて、これら第１スライダー部材４２と第２固定ブラケット５８との間に湾曲状態で設けられている。

第１検出部４３は、第１計測用リング部材４１の変形により第１スライダー部材４２が図中Ｚ１方向にスライド移動すると、これに伴い第１起歪体４４が湾曲変形することにより、第１起歪体４４に生じた歪みを第１歪みゲージ４５の抵抗値又は電圧値の変化として検出するように構成されている。第１歪みゲージ４５の抵抗値又は電圧値の変化量は、不図示のリード線を介して接続されたデータ処理装置１００（図１参照）に送信される。

［第２計測部］
図４（Ｂ）に示すように、第２計測部５０は、第２計測用リング部材５１と、第２スライダー部材５２と、第２検出部５３とを備えて構成されている。

第２計測用リング部材５１は、弾性変形可能な鋼製の薄板を本体部１０の先端側に開放する略Ｃ字状に湾曲させることにより形成されている。第２計測用リング部材５１のリング幅は、好ましくは約１ｃｍ程度とされている。

第２計測用リング部材５１は、第３スリットＹ１及び第４スリットＹ２に挿入配置されている。より詳しくは、第２計測用リング部材５１は、その開放側端部５１Ａを本体部１０に固設された第２固定ブラケット５８に不図示のボルトナット等で締結固定されており、各スリットＹ１，Ｙ２から突出する部位が本体部１０からＹ方向外側に略半円弧状に張り出すように設けられている。

さらに、第２計測用リング部材５１は、開放側端部５１Ａとは反対側の湾曲端部５１Ｂを第２スライダー部材５２に弾接支持（又は、不図示のボルトナット等で締結固定）されている。第２スライダー部材５２は、ガイドレールとして機能する各アングル材１１Ａ〜１１Ｄの対向空間内に長手方向Ｚに沿ってスライド移動自在に保持されている。

すなわち、第２計測用リング部材５１の本体部１０から張り出した部位が、ボーリング孔の孔径縮小に伴い径方向内側に追従変形すると、第２計測用リング部材５１の全体が第２固定ブラケット５８を支点に本体部１０の長手方向Ｚに伸長することにより、第２スライダー部材５２を図中Ｚ２方向にスライド移動させるように構成されている。

第２検出部５３は、弾性変形可能な第２起歪体５４と、第２起歪体５４に貼り付けられた第２歪みゲージ５５とを備えている。第２起歪体５４は、例えば、銅等の金属で形成された帯板部材であって、一端側を第２スライダー部材５２に固定されると共に、他端側を第１固定ブラケット４８に固定されて、これら第２スライダー部材５２と第１固定ブラケット４８との間に湾曲状態で設けられている。

第２検出部５３は、第２計測用リング部材５１の変形により第２スライダー部材５２が図中Ｚ２方向にスライド移動すると、これに伴い第２起歪体５４が湾曲変形することにより、第２起歪体５４に生じた歪みを第２歪みゲージ５５の抵抗値又は電圧値の変化として検出するように構成されている。第２歪みゲージ５５の抵抗値又は電圧値の変化量は、不図示のリード線を介して接続されたデータ処理装置１００（図１参照）に送信される。

［データ処理部］
図１に戻り、データ処理装置１００は、例えば、パーソナルコンピュータやサーバ等の情報処理装置を用いて構成される。なお、データ処理装置１００は、タブレットやスマートフォン等の情報処理装置を用いて構成されてもよい。データ処理装置１００は、第１及び第２歪みゲージ４５，５５（図４に示す）から送信される抵抗値又は電圧値の変化量を取得すると共に、取得した抵抗値又は電圧値の変化量に基づいて、ボーリング孔のＸ方向及びＹ方向の孔径変位量を演算する。

入力装置１１０は、例えば、データ処理装置１００に接続されたキーボードやマウスな等を含み、データ処理装置１００に種々の情報や指示等を入力する。表示装置１２０は、例えば、データ処理装置１００に接続されたディスプレイであって、データ処理装置１００による演算結果や入力装置１１０からデータ処理装置１００への入力内容等の各種の情報を表示する。

［計測方法］
次に、図５，６に基づいて、本実施形態に係る孔径変位計測装置１を用いたボーリング孔３００の孔径変位の計測手順について説明する。なお、図中において、符号Ｔはトンネル、符号Ｇは地山、符号２００は切羽、符号２１０は鋼製支保工、符号２２０は吹付けコンクリートをそれぞれ模式的に示している。

図５（Ａ）に示すように、ドリルジャンボ等のドリル装置４００を用いて、切羽２００から前方に向けてボーリング孔３００を削孔する（第１工程）。図示例において、ボーリング孔３００は、略水平方向に削孔されているが、鉛直方向或いは斜め前方に向けて削孔してもよい。また、ボーリング孔３００は、トンネルＴの周壁から径方向に向けて削孔してもよい。

ボーリング孔３００を削孔したならば、図５（Ｂ）に示すように、作業者は、挿入棒７０を把持して押し入れることにより、本体部１０をボーリング孔３００内に速やかに挿入する（第２工程）。この際、本体部１０は、ボーリング孔３００の内壁に摺接する支持用リング部材２１，２２によって安定的に支持されながら、ボーリング孔３００内を円滑に移動する。すなわち、本体部１０を、ボーリング孔３００の内壁凹凸やボーリング孔３００内に残存する小石等に阻害されることなく、所望の計測位置まで短時間且つ容易に挿入することができる。

図６（Ａ）に示すように、本体部１０をボーリング孔３００内の所望の計測位置まで挿入したならば、孔径変位の計測を即座に開始する（第３工程）。本実施形態では、本体部１０を挿入する第２工程を短時間で行えるため、ボーリング孔３００の削孔完了から計測開始までの所要時間が確実に短縮されるようになり、削孔直後から変化するボーリング孔３００の孔径変位を初期段階から効果的に計測することができる。

孔径変位の計測開始から所定の時間が経過した後、ボーリング孔３００の孔径変位の計測を終了したならば、図６（Ｂ）に示すように、作業者は、挿入棒７０を把持して引き抜くことにより、本体部１０をボーリング孔３００から回収する（第４工程）。この際、本体部１０は、支持用リング部材２１，２２によって安定的に支持されながら、ボーリング孔３００内を円滑に移動する。すなわち、本体部１０を、ボーリング孔３００の内壁凹凸やボーリング孔３００内に残存する小石等に阻害されることなく、確実に回収することができる。

以上詳述した本実施形態によれば、孔径変位計測装置１を、長尺状の本体部１０に、複数本のリング部材２１，２２，４１，５１、スライダー部材４２，５２、起歪体４４，５４及び、歪みゲージ４５，５５を設ける簡素な構成としたことにより、装置のコストを効果的に抑えることが可能となり、さらには、装置全体の小型化を図ることもできる。

また、本体部１０をアルミニウム製のアングル材１１Ａ〜１１Ｄで構成すると共に、各リング部材２１，２２，４１，５１を鋼製の薄板で形成することにより、装置全体の軽量化を図ることが可能となり、挿入時及び回収時の作業性を確実に向上することができる。

また、ボーリング孔の内壁に弾接する支持用リング部材２１，２２を本体部１０から直交する４方向に半円弧状に張り出すように設けたことにより、計測時には本体部１０がボーリング孔の略中心位置に効果的に保持されるようになり、孔径変位の計測精度を向上することができる。

また、モータ等の電動装置やアーム等の作動機構を用いないため、これらの故障によるトラブルやリスク等を伴うことなく、孔径変位を容易に計測することができる。

［その他］
なお、本開示は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜に変形して実施することが可能である。

例えば、複数の本体部１０を長手方向に連結してボーリング孔に挿入することにより、孔径変位を多点同時に計測できるように構成してもよい。また、計測用リング部材４１，５１の本数は、図示例の２本に限定されず、３本以上とすることにより、孔径変位の計測方向をさらに追加するように構成してもよい。

また、孔径変位を検出する構成は、起歪体４４，５４及び、歪みゲージ４５，５５に限定されず、計測用リング部材４１，５１の径方向内側への変形量、或は、スライダー部材４２，５２のスライド移動量を直接的に検出可能なセンサ類を用いて構成してもよい。

また、本実施形態の適用は、ボーリング孔の変位計測に限定されず、他の用途にも広く適用することが可能である。

１ 孔径変位計測装置
１０ 本体部
１１Ａ〜１１Ｄ アングル材
２０Ａ 第１孔内支持部
２０Ｂ 第２孔内支持部
２１ 第１支持用リング部材
２２ 第２支持用リング部材
３０ 計測部
４０ 第１計測部
４１ 第１計測用リング部材
４２ 第１スライダー部材
４３ 第１検出部
４４ 第１起歪体
４５ 第１歪みゲージ
５０ 第２計測部
５１ 第２計測用リング部材
５２ 第２スライダー部材
５３ 第２検出部
５４ 第２起歪体
５５ 第２歪みゲージ
１００ データ処理装置

Claims (6)

1. 孔内に挿入される長尺状の本体部と、
   前記本体部の長手方向の一端側及び他端側の少なくとも一方に設けられて前記本体部を前記孔内に支持する支持部と、
   前記本体部に設けられて孔径変位を計測する計測部と、を備え、
   前記計測部は、
   前記本体部から張り出して孔内壁に弾接する板状の弾性変形部材と、孔径変化に追従した前記弾性変形部材の変形に基づいて孔径変位量を検出する検出部と、を有する
   ことを特徴とする孔径変位計測装置。
2. 前記計測部は、前記本体部に長手方向にスライド移動可能に設けられたスライダー部材をさらに備えており、
   前記弾性変形部材は、一端を前記本体部に固定されると共に、他端を前記スライダー部材に弾接又は固定されており、孔径変化に追従変形することにより前記スライダー部材をスライド移動させ、
   前記検出部は、前記スライダー部材のスライド移動に基づいて孔径変位量を検出する
   請求項１に記載の孔径変位計測装置。
3. 前記検出部は、
   一端を前記スライダー部材に固定されると共に、他端を前記本体部に固定されて、前記スライダー部材のスライド移動に伴い湾曲変形する板状の起歪体と、前記起歪体に貼り付けられて、前記起歪体に生じる歪み量を取得する歪みゲージと、を有しており、前記歪みゲージにより取得される歪み量に基づいて孔径変位量を検出する
   請求項２に記載の孔径変位計測装置。
4. 前記弾性変形部材が、前記本体部から直交する４方向に張り出して設けられている
   請求項１から３の何れか一項に記載の孔径変位計測装置。
5. 前記支持部は、前記本体部から半円弧状に張り出すように設けられて孔内壁に弾接する複数の弾性板材を有する
   請求項１から４の何れか一項に記載の孔径変位計測装置。
6. 前記弾性板材が、前記本体部から直交する４方向に半円弧状に張り出して設けられている
   請求項５に記載の孔径変位計測装置。

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