JP2023136696A - 応力測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】測定孔に挿入された状態であっても有線接続によらずに測定データを読み出すことのできる応力測装置を提供する。
【解決手段】応力測定装置は、地山に設けられた測定孔の変位を測定するセンサと、センサの検出データを格納するデータロガーと、データロガーを収納する筐体と、筐体の内側又は外側に設けられたアンテナとを含む。データロガーは送受信回路を有し、アンテナが送受信回路と接続されている。筐体が、金属で形成された本体と、電波を透過可能な材料で形成された電波透過部とを含み、アンテナが筐体の内側に設けられていてもよい。また、アンテナが、筐体の外側に設けられていてもよい。
【選択図】図１

Description

特許法第３０条第２項適用申請有り 令和３年１１月２６日に第３１回トンネル工学研究発表会にて発表

本発明の一実施形態は応力解放法を用いた応力測定装置の構成に関する。

山岳トンネルを設計する際には数値解析的な手法が用いられる。数値解析を行うに当たっては、地山の初期応力状態が解析結果に重大な影響を与える。そのため、地山の初期応力状態を正確に捉えることが重要である。地山の応力を測定する方式の一つとしてオーバーコアリング法が知られている。オーバーコアリング法では、地山に形成した測定孔（「ボーリング孔」とも呼ばれる。）に応力を測定する装置を挿入し、さらに測定孔の外周を削孔することで生じる測定孔の変形を測定することで初期応力状態の評価が行われている。

測定孔の変形量を測定する装置としては、例えば、長尺状の本体部と、本体部の先端側に設けられた第１孔内支持部と、本体部の基端側に設けられた第２孔内支持部と、本体部の各孔内支持部の間に設けられた計測部とを備えた応力測定装置が知られている（特許文献１参照）。

特開２０２０－０６６８４３号公報

応力測定装置は、歪みゲージによって測定孔の変形を計測し、その計測値を内蔵されたデータロガーに格納している。応力測定は地中で行われるため応力測定装置と無線通信をすることが難しいため、データロガーに格納された計測データは、有線接続で読み出すか、応力測定装置を測定孔から取り出した後で無線接続により読み出すことが行われている。

しかし、有線接続された応力測定装置を測定孔に挿入するには、オーバーコアリングするためのボーリングロッドの中にケーブルを通す必要がある。しかし、このような構成ではボーリング中にケーブルが断線するおそれがある。また、ボーリングでは切削水が使用されるため、ケーブル及びその接続部の防水が不十分であると漏電により通信障害が発生するおそれがある。ケーブルやボーリング用の治具を防水構造にすることも考えられるが、現実的には難しいという問題がある。

このような問題に鑑み、本発明の一実施形態は、測定孔に挿入された状態であっても有線接続によらずに測定データを読み出すことのできる応力測装置を提供することを目的とする。

本発明の一実施形態に係る応力測定装置は、地山に設けられた測定孔の変位を測定するセンサと、センサの検出データを格納するデータロガーと、データロガーを収納する筐体と、筐体の内側又は外側に設けられたアンテナとを含む。データロガーは送受信回路を有し、アンテナが送受信回路と接続されている。

本発明の一実施形態に係る応力測定装置は、ロッドを含む第１筐体と、第１筐体の第１端部の側に配置される第１センサと、第１筐体の第１端部とは反対側の第２端部の側に配置される第２センサと、第１筐体の第１端部の側に連結される第２筐体とを含む。第１センサは、ロッドの軸長方向に延伸し一端が第１筐体に固定され他端が自由端とされた第１弾性板と、第１弾性板に取り付けられた第１歪みゲージと、第１弾性板の自由端に取り付けられた接触ローラとを含み、第２センサは、ロッドの軸長方向に延伸し一端が第１筐体に固定された第２弾性板と、第２弾性板に取り付けられた第２歪みゲージと、第２弾性板の他端の側に取り付けられた接触ピンとを含む。接触ローラ及び接触ピンが第１弾性板及び第２弾性板の第１端部の側に対し第２端部の側に配置され、第２筐体に第１歪みゲージ及び第２歪みゲージの測定値を記録するデータロガーとアンテナとが設けられ、データロガーは送受信回路を有しアンテナが送受信回路と接続されている。

本発明の一実施形態において、筐体（第２筐体）が、金属で形成された本体と、電波を透過可能な材料で形成された電波透過部とを含み、アンテナが筐体（第２筐体）の内側に設けられていてもよい。また、アンテナが、筐体（第２筐体）の外側に設けられていてもよい。

本発明の一実施形態において、アンテナを囲む中空ロッドを有し、中空ロッドが筐体（第２筐体）の軸長方向に沿って外側に延びていてもよい。

本発明の一実施形態において、センサが測定孔の軸方向及び周方向の少なくとも一方の変位を検出する歪みセンサであってもよい。センサが、測定孔の軸方向の変位を検出する第１歪みセンサと、測定孔の周方向の変位を検出する第２歪みセンサとで構成されていてもよい。

本発明の一実施形態によれば、応力測定装置が送受信回路及びアンテナを備えることで、ボーリング作業に伴うケーブルの断線や切削水の影響を受けずに、応力測定装置が測定孔に挿入された状態で測定データを読み出し、その場で測定データをデータ計算用の端末装置で取得することができる。

本発明の一実施形態に係る応力測定装置の機能的構成示すブロック図であり、（Ａ）及び（Ｂ）は歪みセンサの構成の違いを示す。 本発明の一実施形態に係る応力測定装置に設けられるアンテナの構成を示し、（Ａ）～（Ｂ）はアンテナの配置の違いを示し、（Ｃ）は応力測定装置に設けられる中空ロッドとアンテナの配置を示す。 本発明の一実施形態に係る応力測定装置を示し、（Ａ）及び（Ｂ）は応力測定装置が測定孔に挿入された状態を示す。 本発明の一実施形態に係る応力測定装置を示し（Ａ）は平面アンテナの構成、（Ｂ）は筐体に電波透過部が設けられた構成、（Ｃ）はスパイラルアンテナが筐体の内側に設けられた構成、（Ｄ）はスパイラルアンテナが筐体の外側に設けられた構成を示す。 本発明の一実施形態に係る応力測定装置の構成を示す。 本発明の一実施形態に係る応力測定装置の構成を示す。

以下、本発明の実施の形態を、図面等を参照しながら説明する。但し、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、以下に例示する実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の長さ、幅、高さ、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号（又は数字の後にＡ、Ｂ、又はａ、ｂなどを付した符号）を付して詳細な説明を適宜省略することがある。さらに各要素に対する「第１」、「第２」と付記された文字は、各要素を区別するために用いられる便宜的な標識であり、特段の説明がない限りそれ以上の意味を有しない。

図１（Ａ）は、本発明の一実施形態に係る応力測定装置１００Ａの構成を示す。応力測定装置１００Ａは、センサ部１００１、制御部１００２を有する。センサ部１００１はセンサ１０５を含み、制御部１００２はデータロガー１２４、バッテリ１２６、及びアンテナ１２７を含む。

センサ部１００１にはセンサ１０５が設けられる。センサ１０５は、測定孔の周方向又は軸方向の変化量を測定する機能を有する。センサ１０５は、例えば、一軸又は二軸直交歪みセンサが用いられる。具体的に、センサ１０５は、測定孔の内壁に接する触針と、触針を支える弾性板と、弾性板に取り付けられた歪みゲージにより構成されてもよい。

制御部１００２にはデータロガー１２４が設けられる。データロガー１２４は、Ａ／Ｄコンバータ１２４１、プロセッサ（ＣＰＵ）１２４２、メモリ１２４３、送受信回路１２４４を含む。Ａ／Ｄコンバータ１２４１は、センサ１０５から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換する機能を有する。Ａ／Ｄコンバータ１２４１は、例えば、Ａ／Ｄ変換回路により構成される。

プロセッサ１２４２は、Ａ／Ｄコンバータ１２４１から出力されたセンサ１０５の測定データ（デジタルデータ）を連続的に読み込んで、所定のファイル形式でメモリ１２４３に測定データを格納させる機能を有する。また、プロセッサ１２４２は、測定データを送受信回路１２４４に出力する機能を有する。プロセッサ１２４２は、遠隔操作による制御信号（命令）に従って動作し、センサ１０５による測定の開始、測定の停止などの制御を行う機能を有する。プロセッサ１２４２によって行われる測定データを収集する間隔（サンプリング周期）は、あらかじめプログラムで設定されていていてもよいし、制御信号（命令）によって適時設定されてもよい。また、プロセッサ１２４２は、制御信号（命令）に従ってメモリ１２４３に格納された測定データの読み出し、送受信回路１２４４を介して送信する機能を有する。プロセッサ１２４２は、汎用ＣＰＵ、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit：特定用途向け集積回路）などが用いられる。

メモリ１２４３は、プロセッサ１２４２の動作に必要なプログラムが格納される。また、メモリ１２４３は、測定データを格納するメモリ空間が確保されている。メモリ１２４３の構成に限定はないが、例えば、不揮発性の半導体メモリが用いられる。

送受信回路１２４４は、測定データを無線で送信する機能を有する。また、送受信回路１２４４は、データロガー１２４を遠隔操作する制御信号（命令）を受信して、プロセッサ１２４２に出力する機能を有する。送受信回路１２４４は、応力測定装置１００Ａが土中の細長い測定孔の中に配置された状態でも、外部に置かれた端末装置３００と通信を行うことを可能とするために、例えば、ＬＰＷＡ（Low Power Wide Area）の無線通信規格に準じた通信を行う通信回路で構成されることが好ましい。

ＬＰＷＡの通信周波数は７００ＭＨｚ～２．１ＧＨｚであり、例えば、９２０ＭＨｚが使用される。また、通信速度は最大でも２５０ｋｂｐｓ程度である。この通信速度はＷｉＦｉによる無線通信と比べると遅いが、送受信回路１２４４はセンサ１０５で測定されたデータを送信するのが主であり、画像データのような大容量のデータを扱わないので、この程度の通信速度で十分である。送受信回路１２４４としてＬＰＷＡの規格に準じた構成を採用することで、低消費電力化を図ることができ、土中においても安定したデータ通信を可能とすることができる。

バッテリ１２６は、データロガー１２４に電力を供給する。バッテリ１２６は、例えば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池などの二次電池で構成される。

アンテナ１２７は、送受信回路１２４４から出力された電気信号を空間へ放射し（電波を送信し）、また、空間を流れる電流を導線へ誘導する（電波を受信する）機能を有する。応力測定装置１００Ａに設けられるアンテナ１２７の詳細は後述される。

図１（Ａ）は、また、応力測定装置１００Ａと通信を行う端末装置３００の構成を示す。端末装置３００は、アンテナ３０２、通信回路３０４、プロセッサ（ＣＰＵ）３０６、メモリ３０８、モニタ３１０を含む。アンテナ３０２及び通信回路３０４は、データロガー１２４と通信を行うために用いられる。プロセッサ３０６は、メモリ３０８に格納されているコンピュータプログラムを実行し、データロガー１２４からの測定データの読み出し、読み出した測定データのメモリ３０８への格納、及び測定データを視覚的情報としてモニタ３１０へ表示する動作を行う。また、端末装置３００には、図示されない入力部（キーボード、ポインティングデバイス（マウス））が備えられていてもよい。この入力部は、モニタ３１０に付加されたタッチパネルによって実現されてもよい。
このような端末装置３００は、タブレット端末、スマートフォン、パーソナルコンピュータなどの電子機器によって実現される。

図１（Ｂ）は、応力測定装置１００Ｂの構成を示す。応力測定装置１００Ｂは、図１（Ａ）に示す応力測定装置１００Ａと対比すると、センサ部１００１の構成が異なり、制御部１００２の構成は同じである。

応力測定装置１００Ｂは、センサ部１００１に第１センサ１０６及び第２センサ１０８を有する。第１センサ１０６は測定孔の周方向の変位を測定し、第２センサ１０８は測定孔の軸方向の変位を測定する機能を有する。第１センサ１０６及び第２センサ１０８は、例えば、測定孔の内壁に接する触針と、触針を支える弾性板と、弾性板に取り付けられた歪みゲージで構成されてもよい。

応力測定装置１００Ｂの制御部１００２は、図１（Ａ）に示す応力測定装置１００Ａと同じ構成を有する。したがって、応力測定装置１００Ｂは、測定孔の軸方向及び周方向の歪みを測定できることの他は、応力測定装置１００Ａと同様の機能を有する。

図１（Ａ）に示す応力測定装置１００Ａ、図１（Ｂ）に示す応力測定装置１００Ｂによれば、センサ部１００１の機能によって測定孔の周方向及び／又は軸方向の変位を測定し、その測定データをデータロガー１２４で収集し、その測定データを、応力測定装置１００Ａ、１００Ｂが測定孔の中に挿入されたままの状態で、及び測定孔から取り出された状態で、無線通信により読み出すことができる。

図２（Ａ）～（Ｃ）は、応力測定装置１００Ａにおけるアンテナの構成を示す。応力測定装置１００Ａは、センサ部１００１に第１筐体１０２が設けられ、制御部１００２に第２筐体１０４が設けられる。センサ１０５は第１筐体１０２に設けられ、データロガー１２４及びアンテナ１２７は第２筐体１０４に設けられる。

図２（Ａ）は、アンテナ１２７が第２筐体１０４の内部に設けられる構成を示す。第２筐体１０４は機器を内部に収納できる中空構造を有する。第２筐体１０４の内側にアンテナ１２７を設けることで、アンテナ１２７の破損を防止することができる。

図２（Ｂ）は、アンテナ１２７が第２筐体１０４の外部に設けられる構成を示す。アンテナ１２７は、例えば、第２筐体１０４の外周に沿って、又は第２筐体１０４の外周を囲むように設けられる。第２筐体１０４の外側にアンテナ１２７を設けることで、電波の感度を高めることができる。

図２（Ｃ）は、アンテナ１２７が第２筐体１０４の外部に設けられ、さらにアンテナ１２７が設置された部分から外側に延びる中空ロッド１２８が設けられた構成を示す。中空ロッド１２８は、例えば、金属管で形成される。アンテナ１２７は、中空ロッド１２８の中空部分に突き出るように設けられる。アンテナ１２７から放射される電波は、中空ロッド１２８の中空部分（金属管の管内）を伝搬する。中空ロッド１２８の長さに限定はないが、例えば、測定孔の入口に達する長さを有していてもよい。中空ロッド１２８を設けることにより、アンテナ１２７から放射された電波の減衰を抑制することができる。

図２（Ａ）～（Ｃ）は、図１（Ａ）に示す応力測定装置１００Ａにおけるアンテナ１２７の構成を示すが、図１（Ｂ）に示す応力測定装置１００Ｂに対しても同様の構成を採用することができる。

図３（Ａ）は、応力測定装置１００Ａが使用される態様を示す。応力測定装置１００Ａは、地山（岩盤）の初期応力の測定に用いられる。地山（岩盤）の初期応力の測定としてオーバーコアリング法（応力解放法）の一例である孔径変化法や円錐孔底ひずみ法などが知られている。このうち図３（Ａ）は応力解放法により初期応力を測定する態様を模式的に示す。

図３（Ａ）は、地山（岩盤）２００に形成された測定孔２０２に応力測定装置１００Ａが挿入された状態を示す。測定孔２０２はボーリングにより形成される細長い孔である。測定孔２０２の中で応力測定装置１００Ａはセンサ１０５の触針が内壁面に接触し、筐体の部分が内壁面へ直接的に接触しないように配置される。応力測定装置１００Ａが配置された測定孔２０２の周囲の地山（岩盤）２０３を、地山（岩盤）２００から切り離すためにオーバーコアリングを行って外周孔２０４が形成される。これにより、測定孔２０２の周囲の地山（岩盤）２０３は、地山（岩盤）２００から切り離されて応力が解放される。応力測定装置１００Ａは、地山（岩盤）２０３の応力解放に伴う変形を測定する。測定した地山（岩盤）２０３の変形量を用いて地山（岩盤）２００の応力を所定の関係式を用いて評価することができる。このような地山（岩盤）の初期応力の評価方法は、例えば、特開２０２２－００１８５３号公報に開示されている。

図３（Ａ）に模式的に示されるように、測定孔２０２に挿入された応力測定装置１００Ａのセンサ１０５によって得られた測定データは、データロガー１２４によって収集される。データロガー１２４で収集された測定データは、送受信回路１２４４によって測定孔２０２の中から外部に無線によって出力される。アンテナ１２７から放射される電波は測定孔２０２の内部を伝って伝搬する。地山（岩盤）２００は電波を反射するので、アンテナ１２７から放射された電波は測定孔２０２を通って外部に伝搬する。地山（岩盤）２００は電波を１００％反射するわけではないので、測定孔２０２内の電波は減衰を伴って伝搬する。

応力測定装置１００Ａは、図示されない端末装置３００と通信を行い、センサ１０５による測定データを送信する。応力測定装置１００Ａは、地山（岩盤）２００に囲まれた測定孔２０２の中に配置されているので、端末装置３００との通信環境は必ずしも良好とは言えない。しかし、送受信回路１２４４としてＬＰＷＡを用いることで、測定孔２０２内で電波がある程度減衰するとしても、データ通信を可能とすることができる。

また、図３（Ａ）には図示されないが、応力測定装置１００Ａと端末装置３００との間に中継器が配置されてもよい。

図３（Ｂ）は、応力測定装置１００Ａに中空ロッド１２８が設けられた例を示す。図３（Ｂ）に示す構成によれば、アンテナ１２７から放射された電波は中空ロッド１２８の中を伝搬するので、測定孔２０２の中に深く応力測定装置１００Ａが挿入された状態であっても、測定孔２０２の外部に配置される端末装置３００と良好に通信を行うことができる。

なお、図３（Ａ）及び（Ｂ）は、応力測定装置１００Ａの構成を示すが、応力測定装置１００Ｂについても同様である。応力測定装置１００Ａは、測定孔２０２の軸方向又は周方向の変形を測定するが、応力測定装置１００Ｂは、測定孔２０２の軸方向及び周方向の両方の変形を同時に測定することができる。

図４（Ａ）は、応力測定装置１００Ａ、１００Ｂに用いられるアンテナ１２７として平面アンテナが用いられ、筒状の第２筐体１０４の内部に配置された例を示す。平面アンテナは、例えば、絶縁性のフィルム１２７１の表面に導体でアンテナパターン１２７２が形成された構成を示す。図４（Ａ）は、アンテナパターン１２７２によってダイポールアンテナが形成される例を示すが、アンテナパターン１２７２は図示される構成に限定されずさまざまなパターンを用いることができる。また、アンテナ１２７はダイポールアンテナに限定されず、モノポールアンテナ、パッチアンテナで構成されてもよい。

図４（Ａ）に示すアンテナ１２７は、第２筐体１０４の内側に配置される。第２筐体１０４が金属で形成されている場合、電波が遮蔽されてしまうという問題がある。これに対して、図４（Ｂ）に示すように、第２筐体１０４の一部に電波透過部１０４４が設けられた例を示す。電波透過部１０４４は、通信に用いる電波の周波数に対して透明な材料（電波を透過する材料）で形成される。例えば、電波透過部１０４４は、各種のプラスチック、セラミックス（イオン結合性セラミックス）を用いることで、筐体としての強度を保ちつつ、電波に対して透明な構造を形成することができる。

電波透過部１０４４は、第２筐体１０４の長手方向の一部分に設けられていればよい。例えば、電波透過部１０４４は、第２筐体１０４の一部分を構成し、その一部分において第２筐体１０４の全周に亘って設けられていてもよい。
図４（Ｂ）に示すように、電波透過部１０４４は、アンテナ１２７が設けられた第２筐体１０４の本体１０４２の両側を挟むように、両側に設けられていてもよい。また、図示されないが、電波透過部１０４４は、第２筐体１０４の一部に窓を形成するように部分的に設けられていてもよい。図４（Ｂ）に示すような構成によれば、アンテナ１２７を金属で形成される第２筐体１０４の内部に配置した場合でも、筐体としての強度を維持しつつ、電波を送信し受信することができる。なお、筐体としての強度を維持できるものであれば、第２筐体１０４の全体が電波に対して透明なプラスチック、セラミックスなどの素材で形成されもよい。

図４（Ｃ）は、アンテナ１２７として、スパイラルアンテナが第２筐体１０４の内部に設けられた例を示す。第２筐体１０４が筒形である場合、スパイラルアンテナを第２筐体１０４の内壁に沿って設けることができる。アンテナ１２７としてスパイラルアンテナを用いる場合でも、図４（Ｂ）に示す電波透過部１０４４が第２筐体１０４に設けられてもよい。

図４（Ｄ）は、アンテナ１２７としてのスパイラルアンテナが、第２筐体１０４の外側に設けられた例を示す。第２筐体１０４が筒形である場合、スパイラルアンテナを第２筐体１０４の外周に沿って設けることができる。第２筐体１０４が金属製である場合、スパイラルアンテナを形成する導線の鏡面は絶縁フィルムで被覆されていることが好ましい。また、スパイラルアンテナが裸導線で形成される場合には、第２筐体１０４の表面に絶縁部材１４０が巻かれていてもよい。さらにスパイラルアンテナを覆うように絶縁性の材料で形成されたカバー材１４２が設けられていてもよい。アンテナ１２７を第２筐体１０４の外側に設ける場合でも、カバー材１４２を設けることで、摩擦などによる外傷を防ぐことができる。

図４（Ａ）～（Ｄ）は、アンテナ１２７の配置及び適用されるアンテナ１２７の一例を示すが、応力測定装置１００Ａ、１００Ｂに用いられるアンテナ１２７は図示される例に限定されず、モノポールアンテナ、パッチアンテナなどのさまざまな種類のアンテナを適用することができる。

図５は、応力測定装置１００Ｂの具体的な構成の一例を示す。本実施形態に係る応力測定装置１００Ｂは、オーバーコアリング法（応力解放法）による初期応力の評価に用いることができ、ボーリングで形成された測定孔において応力解放に伴う周方向及び軸方向の変位量を測定することができる。

応力測定装置１００Ｂは、センサ部１００１と制御部１００２とを有する。センサ部１００１には、測定孔の周方向の変位量を測定する第１センサ部１００１１と測定孔の軸方向の変位量を測定する第２センサ部１００１２とを含む。第１センサ部１００１１には周方向の変位量を測定する第１センサ１０６が設けられ、第２センサ部１００１２には軸方向の変位量を測定する第２センサ１０８が設けられる。制御部１００２には、データロガー１２４、バッテリ１２６、アンテナ１２７が設けられる。

応力測定装置１００Ｂは筒形状の外観形状を有し、測定孔の周方向及び軸方向はそれぞれ、応力測定装置１００Ｂの軸径及び軸長方向に略一致するため、応力測定装置１００Ｂの軸径方向の変位量は測定孔の周方向の変位量に相当し、応力測定装置１００Ｂの軸長方向の変位量は測定孔の軸方向の変位量に相当する。また、本明細書において、ロッド１０２３の材軸方向を「軸長方向」とも呼び、材軸方向に直交する方向を「軸径方向」とも呼ぶ。

図５に示すように、応力測定装置１００Ｂは、第１筐体１０２と第２筐体１０４とから構成される。第１筐体１０２及び第２筐体１０４は測定孔に挿入可能なように縦長であり、長手方向に直列に配置される。第１筐体１０２及び第２筐体１０４は、測定孔の中で位置を安定化させるために円筒状の形状を有していることが好ましい。第１筐体１０２及び第２筐体１０４は個別の筐体であり、自在継手１２２によって連結されている。第１筐体１０２には第１センサ部１００１１及び第２センサ部１００１２が設けられ、第２筐体１０４にはデータロガー１２４、バッテリ１２６が収納され、アンテナ１２７が設けられている。

応力測定装置１００Ｂは、測定孔に対し、図５に示すＸ１方向に挿入され、Ｘ２方向に抜き出される。すなわち、応力測定装置１００Ｂは、第２筐体１０４を先頭にして測定孔に挿入され、それに続いて第１筐体１０２が挿入される。応力測定装置１００Ｂを測定孔に挿入するために図示されない挿入棒が用いられる。第２筐体１０４にはデータロガー１２４、バッテリ１２６、アンテナ１２７が内蔵されていて重心がしっかりしているので、応力測定装置１００Ｂを測定孔に挿入するときにブレないようにすることができる。

第１筐体１０２は、ロッド１０２３と、ロッド１０２３の第１端部Ｌ１の側に設けられた第１支持部材１０２１と、第２端部Ｒ１の側に設けられた第２支持部材１０２２とを含む。ロッド１０２３の一例は、材軸方向に直線状に延びる筒状又は棒状の部材である。

第１支持部材１０２１には第１センサ１０６が取り付けられ、第２支持部材１０２２には第２センサ１０８が取り付けられる。第１センサ１０６は、第１弾性板１１４に第１歪みゲージ１１０及び接触ローラ１１８が取り付けられた構造を有する。第２センサ１０８は、第２弾性板１１６に第２歪みゲージ１１２が取り付けられ、一端に接触ピン１２０が連結された構造を有する。接触ローラ１１８及び接触ピン１２０は、第１筐体１０２の外側に突き出ており、応力測定装置１００Ｂが測定孔に挿入され、変位を測定するときには、測定孔の内壁面に接触するように設けられている。

第１センサ１０６及び第２センサ１０８は、形状が異なるものの共通する部材が用いられる。第１弾性板１１４及び第２弾性板１１６は、例えば、板ばねが使用される。板ばねは、炭素鋼、ステンレス鋼、ニッケル鋼、又はチタン合金のような金属を材質としていてもよいし、ゴム、プラスチック、又はセラミックのような非金属を材質としていてもよい。なお、第１弾性板１１４は、歪みゲージを取り付けるために板状の部材を用いることが好ましいが、歪みゲージとしてワイヤ状のもの（ワイヤストレインゲージ）を用いる場合にはピアノ線のような弾性を有する線材が用いられてもよい。

第１歪みゲージ１１０及び第２歪みゲージ１１２は、例えば、薄い絶縁体上にジグザグ形状にレイアウトされた金属の抵抗体が形成された金属歪みゲージが用いられる。

第２筐体１０４は、データロガー１２４、バッテリ１２６などが収納され、アンテナ１２７が設けられる。図５は、第２筐体１０４の内部にアンテナ１２７が設けられる例を示す。第２筐体１０４はデータロガー１２４、バッテリ１２６が収納される本体１０４２と、アンテナ１２７が設けられ電波を通す材料で形成される電波透過部１０４４とで構成される。

データロガー１２４は、図示されない配線によって第１歪みゲージ１１０及び第２歪みゲージ１１２と接続される。また、データロガー１２４は、無線によって第１歪みゲージ１１０及び第２歪みゲージ１１２と接続されていてもよい。データロガー１２４は、バッテリ１２６から電力が供給されることにより有線又は無線による遠隔操作を必要とせずにデータの収集をすることができる。すなわち、応力測定装置１００は測定孔の中で単独で自立的に動作することができる。データロガー１２４は送受信回路１２４４を有する。送受信回路１２４４はアンテナ１２７と接続され、測定データを無線で送信することができる。

第２筐体１０４には触接ピン１３０が設けられる。触接ピン１３０は、第２筐体１０４の第２端部Ｒ２の側（第１筐体１０２と連結される側）に設けられた第１触接ピン１３０１と、第２端部Ｒ２とは反対側の第１端部Ｌ２に設けられた第２触接ピン１３０２とが含まれてもよい。第１触接ピン１３０１及び第２触接ピン１３０２は、第２筐体１０４の外周に沿って複数箇所に設けられることが好ましい。第１触接ピン１３０１及び第２触接ピン１３０２は、第２筐体１０４から突き出るように設けられる。第１触接ピン１３０１及び第２触接ピン１３０２は弾性を有し、第２筐体１０４から突き出る高さは適宜調整することができる。第２筐体１０４には、弾性を有する触接ピン１３０（第１触接ピン１３０１、第２触接ピン１３０２）が設けられることで、胴体部分が測定孔の内壁面に直接的に接触しないようにされている。第２筐体１０４を測定孔内に設置したとき、触接ピン１３０（第１触接ピン１３０１、第２触接ピン１３０２）を内壁面の２か所で接触させることが可能であり、確実に応力測定装置１００を固定させることができる。

応力測定装置１００Ｂは、第１筐体１０２の側から押し込む器具を使って測定孔に挿入される。第１筐体１０２と第２筐体１０４とが自在継手１２２で連結され、第２筐体１０４においては弾性を有する触接ピン１３０（第１触接ピン１３０１、第２触接ピン１３０２）が設けられることで、応力測定装置１００を測定孔に挿入する際に生じる測定孔の周方向に発生するぶれを吸収し、応力測定装置１００Ｂの直進性を高めることができる。

オーバーコアリング法では応力測定装置１００Ｂが測定孔に挿入された後に、測定孔の外周をボーリング削孔される。応力測定装置１００Ｂは、ボーリング削孔に伴う測定孔の周方向の変形を第１センサ１０６で検出し、軸方向の変形を第２センサ１０８で検出する。応力測定装置１００Ｂにはデータロガー１２４に接続されるデータ読み出し用のケーブルが設けられていないため、ボーリング作業に伴うケーブルの断線、切削水の影響による漏電といった影響を受けないようにすることができる。そして、第１センサ１０６は接触ローラ１１８が内壁面に接しているため測定孔２０２の軸方向の変形を受け流し周方向の変形を精度よく測定することができる。

図５に示す応力測定装置１００Ｂによれば、第２筐体１０４に送受信回路１２４４とアンテナ１２７が設けられることにより、第１センサ１０６及び第２センサ１０８で測定された測定データを、その場（測定孔の内部）から外部（測定孔の外部）に無線で送信することができる。それにより、オーバーコアリング法（応力解放法）により岩盤（地山）の初期応力を評価するときに、即時に測定データをデータ計算用の端末装置で取得することができる。

図６は、応力測定装置１００Ａの具体的な構成の一例を示す。本実施形態に係る応力測定装置１００Ａは、円錐孔底ひずみ法による初期応力の評価に用いることができる。

図６に示す応力測定装置１００Ａは、センサ部１００１と制御部１００２を有する。センサ部１００１は、先端が錐形に成形されたストレインセル１０３で構成される。ストレインセル１０３の先端部分にはセンサ１０５が設けられる。センサ１０５として、２軸または３軸の変位を測定可能な歪みセンサ（ひずみゲージ）が用いられる。二軸歪みセンサは、ストレインセルの外周に沿って複数個設けられる。

制御部１００２は、図５に示す応力測定装置１００Ｂと同じ構成を有する。データロガー１２４は図示されない配線により二軸歪みセンサと接続される。データロガー１２４で収集された測定データは、送受信回路１２４４及びアンテナ１２７により外部の端末装置に送信される。

図６に示す応力測定装置１００Ａは、測定孔に対し、Ｘ１方向に挿入され、測定孔２０４に固着される。すなわち、ストレインセル１０３が測定孔の底面に固着された状態で、センサ１０５により地盤の歪みが測定される。

図６に示す応力測定装置１００Ａによっても、第２筐体１０４に送受信回路１２４４とアンテナ１２７が設けられることにより、ストレインセル１０３に設けられたセンサ１０５で測定された測定データを、その場（測定孔の内部）から外部（測定孔の外部）に無線で送信することができる。それにより、オーバーコアリング法（応力解放法）により岩盤（地山）の初期応力を評価するときに、即時に測定データをデータ計算用の端末装置で取得することができる。

以上、説明したように、本発明の一実施形態に係る応力測定装置１００Ａ、１００Ｂによれば、測定孔の変位を測定しながら、その測定データを無線で読み出すことができるで、現場に居ながら測定データを確認することができ、地山（岩盤）の初期応力を評価することができる。応力測定装置１００Ａ、１００Ｂにはデータ読み出し用のケーブルが設けられていないため、ボーリング作業に伴うケーブルの断線、切削水の影響による漏電といった影響を受けないようにすることができる。

なお、本実施形態は地山の初期応力を測定する場合に基づいて説明したが、応力測定装置１００Ａ、１００Ｂは、既設のトンネル、地下空洞の背面地山、既設コンクリート構造物に対する応力測定に適用することもできる。

１００Ａ：応力測定装置、１００Ｂ：応力測定装置、１００１：センサ部、１００２：制御部、１００１１：第１センサ部、１００１２：第２センサ部、１０２：第１筐体、１０２１：第１支持部材、１０２２：第２支持部材、１０２３：ロッド、１０３：ストレインセル、１０４：第２筐体、１０４２：本体、１０４４：電波透過部、１０５：センサ、１０６：第１センサ、１０８：第２センサ、１１０：第１歪みゲージ、１１２：第２歪みゲージ、１１４：第１弾性板、１１６：第２弾性板、１１６１：湾曲部、１１８：接触ローラ、１２０：接触ピン、１２２：自在継手、１２４：データロガー、１２４１：Ａ／Ｄコンバータ、１２４２：プロセッサ、１２４３：メモリ、１２４４：送受信回路、１２６：バッテリ、１２７：アンテナ、１２７１：フィルム、１２７２：アンテナパターン、１２８：中空ロッド、１３０：触接ピン、１３０１：第１触接ピン、１３０２：第２触接ピン、１３２：センサ支持部材、１３２１：スリット、１３２２：固定具、１３４：継手、１３６：弾性体、１３８：ストッパ、１４０：絶縁部材、１４２：カバー材、２００：地山（岩盤）、２０２：測定孔、２０３：地山（岩盤）、２０４：外周孔、３００：端末装置、３０２：アンテナ、３０４：通信回路、３０６：プロセッサ、３０８：メモリ、３１０：モニタ

Claims (10)

1. 地山に設けられた測定孔の変位を測定するセンサと、
   前記センサの検出データを格納するデータロガーと、
   前記データロガーを収納する筐体と、
   前記筐体の内側又は外側に設けられたアンテナと、を含み、
   前記データロガーは送受信回路を有し、前記アンテナが前記送受信回路と接続されていることを特徴とする応力測定装置。
2. 前記筐体が、金属で形成された本体と、電波を透過可能な材料で形成された電波透過部とを含み、前記アンテナが前記筐体の内側に設けられている、請求項１に記載の応力測定装置。
3. 前記アンテナが、前記筐体の外側に設けられている、請求項１に記載の応力測定装置。
4. 前記アンテナを囲む中空ロッドを有し、前記中空ロッドが前記筐体の軸長方向に沿って外側に延びる、請求項１に記載の応力測定装置。
5. 前記センサが、前記測定孔の軸方向及び周方向の少なくとも一方の変位を検出する歪みセンサである、請求項１に記載の応力測定装置。
6. 前記センサが、前記測定孔の軸方向の変位を検出する第１歪みセンサと、前記測定孔の周方向の変位を検出する第２歪みセンサと、で構成される、請求項１に記載の応力測定装置。
7. ロッドを含む第１筐体と、
   前記第１筐体の第１端部の側に配置される第１センサと、
   前記第１筐体の前記第１端部とは反対側の第２端部の側に配置される第２センサと、
   前記第１筐体の前記第１端部の側に連結される第２筐体と、を含み、
   前記第１センサは、
   前記ロッドの軸長方向に延伸し一端が前記第１筐体に固定され他端が自由端とされた第１弾性板と、
   前記第１弾性板に取り付けられた第１歪みゲージと、
   前記第１弾性板の自由端に取り付けられた接触ローラと、を含み、
   前記第２センサは、
   前記ロッドの軸長方向に延伸し一端が前記第１筐体に固定された第２弾性板と、
   前記第２弾性板に取り付けられた第２歪みゲージと、
   前記第２弾性板の他端の側に取り付けられた接触ピンと、を含み、
   前記接触ローラ及び前記接触ピンが、前記第１弾性板及び前記第２弾性板の前記第１端部の側に対し前記第２端部の側に配置され、
   前記第２筐体に、前記第１歪みゲージ及び前記第２歪みゲージの測定値を記録するデータロガーと、アンテナと、が設けられ、
   前記データロガーは送受信回路を有し、前記アンテナが前記送受信回路と接続されていることを特徴とする応力測定装置。
8. 前記第２筐体が、金属で形成された本体と、電波を透過可能な材料で形成された電波透過部とを含み、前記アンテナが前記筐体の内側に設けられている、請求項７に記載の応力測定装置。
9. 前記第２筐体が、金属で形成された本体と、絶縁材料で形成された電波透過部とを含み、前記アンテナが前記第２筐体の内側に設けられている、請求項７に記載の応力測定装置。
10. 前記アンテナが、前記第２筐体の外側に設けられている、請求項７に記載の応力測定装置。
    

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