JP3579830B2 - 光学式地盤変位計測用ガイド管路 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は斜面やトンネルの掘削あるいは立坑の開削現場における地盤の変位を測定するための計測用管路に関し、詳しくは、光学式地盤変位測定装置を用いる計測用ガイド管路に関する。
【0002】
【従来の技術】
掘削工事に伴う周辺地山の変位挙動を計測する方法として、地盤内に埋設した中空のガイド管の傾斜を挿入式の傾斜計で測定する方法が広く採用されている。このとき用いられる傾斜計は振り子の原理を応用した2軸傾斜計と、連結距離を計測する計測ゾンデによっていた。この方法では、測定範囲が限定され鉛直測線の計測の制約があった。このため、法面掘削時の地盤変位計測においては、鉛直ボーリング孔を掘り直さなければならず、掘削工事の中止など問題があった。また、斜めの地盤変位を正確に計測できない問題、計測に時間がかかる問題があった。その解決のためにボーリング孔の掘削角度に関わらず地盤の変位を精度良く測定できると共に、短時間で計測を行なう方法として地中のガイド管が地山の変位挙動により傾斜、伸縮した部分を撮影して計測する光学式地盤変位計測装置とその計測システムを本発明者が出願した特開平11−304429、特開平11−304430で提案している。
【0003】
従来の光学式地盤変位計測用ガイド管路100aは、図8に示すように、ガイドパイプ10の下端部と上端部の所要範囲をゴム板25で囲繞すると共に、そのゴム板25をリベット25aによってガイドパイプ10に止着して連結して構成していた。図7において、15は光学式地盤変位計測装置50(図9参照)の挿通をガイドするガイドローラ軌道溝、13はガイドパイプの端部近傍に設けられた計測溝である。上下のガイドパイプ10、10は地盤変位による伸縮間隔を見越した間隙Sを離して連結されている。
【0004】
図9に示す光学式地盤変位計測装置50は、ガイドパイプの内部映像から地山の変位を求めるもので、伸縮は間隙Sと計測溝13の映像により、傾斜は傾斜測定板54aの映像により測定するものである。
【0005】
このような前記ゴム板25による連結によれば、従来の剛性連結管によるリベット固定に対して、地山の伸縮に応じて可動する継ぎ手を得ることができたが、地山からせん断力を受けた場合、上下のガイドパイプが水平にずれて上下のガイドローラ軌道溝15に段違いが生じて光学式地盤変位計測装置が挿入不能となる問題があった。また、地山の変位挙動によっては、ガイドパイプ10が斜め方向にずれても同じ問題があった。
【0006】
また、地山の変位が大きな場合、上下のガイドパイプの間隙Sが大きくなる、つまり計測溝13、13の間隔が大きくなると、光学式地盤変位計測装置のCCDカメラの撮影範囲に計測溝の一方が写らなくなり1画像内での計測ができない問題があった。
【0007】
さらに、地中数百mなどの大深度の計測においては、被圧水などの影響で、地下水、モルタル等の周囲の充填材が、ガイド管路内に浸透し、その石灰成分などにより測定用の画像が不鮮明になり測定精度が低下する問題があった。
【0008】
またさらに、ガイド管路の傾斜時の伸縮測定において、傾斜による画像の歪みの補正を標準換算係数で行なうための精度誤差を最小とするための標準マーカーが備えられていない問題があった。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前述の問題に鑑みて、対象地盤の3次元変位量の測定に適した光学式地盤変位計測用のガイド管路構造を備え、変位量の大きな地盤の計測、盤ぶくれ地盤の変位発生位置の計測に適した測定精度の高い光学式地盤変位計測用のガイド管路の提供を目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため請求項1記載の光学式地盤変位計測用ガイド管路は、掘削などの地盤に対する工事に伴う周辺地山の変位挙動を計測するため地盤の地中深く掘削したボーリング孔に設置される光学式地盤変位計測用ガイド管路であって、
前記ガイド管路は、複数のガイドパイプと、そのガイドパイプを連結するソケット部と、ボーリング孔の地山に固定する充填固化材で構成され、
前記ガイドパイプは、内部に光学式地盤変位計測装置の挿通をガイドする複数のガイドローラ軌道溝と、ガイドパイプの一方端内部に設けられた突出標識プレートと、ガイドパイプの他端または両端内部に設けられた計測マークとを備え、
前記ソケット部は、前記ガイドパイプの外周に略等しい内径の硬質パイプのソケットと、連結される前後のガイドパイプを伸縮余裕間隙を保持して連結する第一の固定手段と、地盤の変位圧で破壊可能な第2の固定手段と、ソケット両端部を覆う防水部を備え、
ガイドパイプの前記突出標識プレートと、連結された他方のガイドパイプの標示マークの映像を光学式地盤変位計測装置の撮影範囲に配置することを特徴とする。
【0011】
この発明によれば、ガイド管路の地中埋設時の打撃荷重、振動による閉塞や測定装置ガイドローラ軌道の変形がなく、設置後は、地盤の変位挙動に追従する光学式地盤変位計測用のガイド管路を提供することができる。特に、突出標識プレートを備えることにより計測管路の軸方向の大きな変位を計測することができる。
【0012】
請求項2の発明は、請求項1記載の発明であって、前記ガイドパイプは、外周表面に摩擦吸収被覆層を備え、地山の伸縮によるガイドパイプの長さ変化を少なくすることを特徴とする。
【0013】
この発明によれば、ガイドパイプの中間部は被膜層により地山との一体化を避けることができ、地山の変位によるガイドパイプの伸縮量を最小とし、計測用のマーカー伸縮による基準長の変化を防止すると共に、地山の変位を接続部の伸縮計測で正確に把握することができる。
【0014】
請求項3の発明は、請求項1または2記載の発明であって、前記ソケットは、外周表面を凹凸表面形状に形成し、地山の伸縮による変位挙動に追従することを特徴とする。
【0015】
この発明によれば、地山の変位挙動を連結部の伸縮に集中させて正確に計測することができる。なお、伸縮の発生が大きいと予測される地盤の計測には、ガイドパイプの長さを1mとするように短くして連結部を多くして精度の高い変位測定を行なうことができる。
【0016】
請求項4の発明は、請求項1または2記載の発明であって、前記突出標識プレートは、その先端部表面に計測用の有色標示点と、その後方に予め定めた一定寸法間隔で碁盤状に表示した実寸ガイドマーク(標準マーカー)が表示または刻印されており、少なくともガイドパイプ内部の上下左右に対向した4面または、内周を等分した角度毎に複数枚ガイドパイプ先端から突出するように固定されていることを特徴とする。
【0017】
この発明によれば、上下のガイドパイプが地山の伸長によって大きく離間しても標識プレートが突出しているので離間距離を画像として撮影することができる。さらに、傾斜が大きくなった場合傾いた画像に既知の寸法の標準マーカーが撮影されているため精度の高い伸縮量補正を行なうことができる。
【0018】
請求項5の発明は、請求項1または2記載の発明であって、前記計測マークは、少なくともガイドパイプ内部の上下左右に対向した4面または、内周を等分した角度毎にガイドパイプ先端から内部に向けて一定間隔を有する有色標示点を表示または刻印されていること特徴とする。
【0019】
この発明によれば、一方端から突出された標識プレートの有色標示点と、複数の計測マークとの重なり画像の撮影で大きな変位の測定を可能とする。
【0020】
請求項6の発明は、請求項1から5の何れかに記載の発明であって、前記ガイドパイプは、内部にガイドパイプと同じ長さに形成された伸縮測定用ロッドを備え、該伸縮測定用ロッドの一方端をガイドパイプに固定し、他方端までを摺動自在に支持することにより、伸縮測定用ロッドの先端部を地山の変位挙動によるガイドパイプの伸縮作用から隔離した計測標点とすることを特徴とする。
【0021】
この発明によれば、地山変位によるガイドパイプの伸縮の影響を受けない計測点として、伸縮測定ロッドの固定端と移動端間の間隔の測定により精度の高い変位測定をすることができる。
【0022】
請求項7の発明は、請求項1から6の何れかに記載の発明であって、前記光学式地盤変位計測用ガイド管路は、ガイド管路が挿入された前記ボーリング孔周囲にモルタルなどの充填固化材を充填して地山に固定する時、地上からガイド管路先端部まで挿通さた給水パイプを設けてガイド管路内部に清水を充填または循環させ、ガイド管接続部の防水部が何らかの原因で破損し、防水機能が低下した場合でも内水圧により地山からの浸透を防止することを特徴とする。
【0023】
この発明によれば、ガイド管接続部の防水部が何らかの原因で破損し、防水機能が低下した場合でも、ガイド管路内部に充填固化材の石灰成分などが浸透し、ガイド管底部の沈殿や、ガイド管内の標示点が汚れて鮮明な画像を得られなくなることを防止することができる。
【0024】
請求項8の発明は、請求項1記載の発明であって、前記第一の固定手段は、アルミニウムを含む耐腐食性の金属リベットを用い、前記第2の固定手段は、ガイド管路をボーリング孔に挿入する際の偏荷重・打撃荷重に耐える強度を有するプラスチックリベットを用いることを特徴とする。
【0025】
この発明によれば、ガイド管路の埋設時のボーリング孔への貫挿作業を容易に行なうことができ、地山の変位挙動の正確に追従できるガイド管路を設置することができる。また、地山の変位挙動にしたがってプラスチックリベットが剪断されることによりガイド管路の連結部が伸縮することができる。
【0026】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【0027】
図1は本発明の光学式地盤変位計測用ガイド管路100の構成を示す断面図である。計測対象の地盤1に掘削されたボーリング孔2に地表面からソケット部20で連結されたガイドパイプ10が貫入され、ボーリング孔2の壁面の地山との間に充填固化材3が充填されて固定されている。
【0028】
最深部のガイドパイプ10の先端は底蓋4で密閉されている。上下のガイドパイプ10,10の連結部は、伸縮余裕間隙Sをあけてソケット部20に固定されている。また、ガイドパイプ内部には突出標識プレート11が備えられている。
【0029】
図2(a)は、前記ガイドパイプ10の断面図である。ガイドパイプの内面には光学式地盤変位計測装置50(図9参照)の挿通をガイドするガイドローラ軌道溝15がガイドパイプの内周に90度の間隔で設けられている。光学式地盤変位計測装置は、その筐体(プローブケース51,52)の前後にローラを備えこのガイドローラ軌道溝15に導かれて一定方向を保って計測用の画像を撮影することができる。
【0030】
ガイドパイプ10の端部10aには、突出標識プレート11が先端を端部より突出してリベットで固定されている。この実施の形態では、ガイドパイプ10内周に90度の間隔で設けられている。その内側には、ソケット21と連結するためのリベット用の第1固定孔16が90度間隔で4個所穿孔されている。
【0031】
ガイドパイプ10の他方端10bには、計測マーク12がガイドパイプ内部の上下左右に対向した4面に、ガイドパイプ先端から内部に向けて一定間隔毎に刻印して標示されている。この実施の形態では90度間隔としたが、内周を等分した角度毎に設けても良い。その内側にはソケット21と連結するためのリベット用の第2固定孔17が180度間隔で2個所穿孔されている。
【0032】
図2(b)は図2(a)のA−A断面を示す断面図である。15はガイドローラ軌道溝、11は突出標識プレートである。この実施の形態では突出標識プレート11を板状に形成したが、丸棒形状に形成しても良い。
【0033】
図3は、ソケット部20とガイドパイプの連結構造を示す断面図である。ソケット部20は、ガイドパイプ10の外周に略等しい内径の硬質パイプで、その外周表面をやすりなどで凹凸を施して摩擦係数を高めたものを用いている。ガイドパイプ10,10の端部をソケット21に挿入し、前記第1固定孔16に金属リベット22で固定し、他方の前記第2固定孔17にプラスチックリベット23で固定し、ガイドパイプ端部10a,10b間に伸縮余裕間隙Sを形成する。ソケット21の両端は、防水部24で密閉する。防水部24は、変形可能なブチルゴムを塗布した後ブチルテープを巻きまわし、さらに表面にエポキシ樹脂で密封した防水構造とする。
【0034】
このソケット部20を備えることによれは、ガイド管路の地中埋設時の打撃荷重、振動による閉塞や測定装置ガイドローラ軌道の変形がなく、設置後は、地盤の変位挙動に追従する光学式地盤変位計測用のガイド管路を提供することができる。特に、突出標識プレートを備えることにより計測管路の軸方向の大きな変位を計測することができる。
【0035】
また、図2、図3に示すガイドパイプ10の外周表面には摩擦吸収被膜層14を設け、ガイドパイプ10とボーリング孔2の内壁地盤との一体化を避け、地山の変位によるガイドパイプ10の伸縮を防止している。この摩擦吸収被膜層14の構造は、ガイドパイプ10表面に樹脂シートを巻きまわし、その上面を熱収縮チューブで覆う2層構造とする(図示せず)ことにより摩擦吸収効果を高くすることができる。なお、樹脂シートとしては、テトラフルオロエチレン等からなるフッ素樹脂シートを用いることが好ましい。
【0036】
次に、突出標識プレート11の構造を図4により説明する。突出標識プレート11の先端には、対向するガイドパイプ10の計測マーク12との離間距離を計測するための有色標示点11aと、その後方に実寸ガイドマーク11bと、ガイドパイプ10に取付けるためのパイプ取付孔11c,11cとを備える。前記実寸ガイドマーク11bは、予め定めた一定寸法間隔で碁盤状に表示した点で、この実施の形態では、縦3個、横3個の正方形に並べた標示点としている。
【0037】
図5は伸縮測定用ロッド30を備えたガイドパイプ10の断面図である。伸縮測定用ロッド30は、ガイドパイプ10と同じ長さの温度変化の少ない金属または樹脂材料で一端を固定治具31でガイドパイプ10に固定し、他の端部まで撓みを防止するスライドガイド32の貫通孔に摺動可能に支持されている。ガイドパイプ10に固定された端部を固定標点30a、ガイドパイプ10の伸縮に伴ってガイドパイプ10の端部に対して出入りする可動標点30bである。
【0038】
この伸縮測定用ロッド30を備えたガイドパイプ10を用いれば、地山の変位挙動によってガイドパイプ10が伸縮しても、そのガイドパイプ10の両端の変化しない伸縮測定用ロッド30の固定標点30aと、連結されたガイドパイプ10の可動標点30bとの間隔の変化を画像情報として撮影することにより計測することができる。
【0039】
図6は、給水パイプを設けたガイド管路の模式図である。光学式地盤変位計測用ガイド管路100の地上に給水ポンプ9aを備え、給水パイプ9をガイドパイプ10内に挿入し、その先端の清水吐出口9bを管底に届くように配置する。この給水パイプにより清水を管内に充填して循環させることによりガイド管路内の圧力を高めガイド管接続部の防水部が何らかの原因で破損し、防水機能が低下した場合でも、地山からの充填固化材3や地下水の浸透を防止する。
【0040】
特に、ボーリング孔2との隙間にモルタルなどの充填固化材3を打設する際の石灰成分の浸透は、管路内への付着や、管底部への沈殿などで、光学式地盤変位計測装置の画像撮影を不鮮明あるいは不可能にする。このため、ガイド管路埋設工事に際して効果を呈する。
【0041】
次に本発明のガイド管路を用いた地盤変位計測について説明する。図9に示す光学式地盤変位計測装置50は、上側プローブケース51と下側プローブケース52がユニバーサルジョイント56で連結されてガイド管路の上下の傾斜に追従する構造を備えている。上下のプローブケース51,52は、それぞれ前後にガイドローラ58を備えガイド管路のガイドローラ軌道溝15に沿って挿通される。
【0042】
上側プローブケース51内にはCCDカメラ53とその映像情報を送信する制御部57を備え、下側プローブケース52に軸支されている円錐形ミラー54が組込まれている。円錐形ミラー54の周囲のプローブケースは透明な窓59として、ガイド管路の映像をCCDカメラ53のレンズ部53aに反射する。また、円錐形ミラー54は、頂点に傾斜測定板54aを備え、傾動軸55の傾きを計測する標点映像を得る。
【0043】
図7は、本発明のガイド管路の連結部を、光学式地盤変位計測装置50で撮影した画像を示す。画像60の中心には傾斜測定板54aが写っている。上下のガイド管路が傾くと傾斜測定板54aは画像中心から傾斜角度分移動する。ガイドパイプ10に取付けられた突出標識プレート11の有色標示点11aと、連結されたガイドパイプ10の計測マーク12の間隔を解析計測することにより伸縮余裕間隔Sの伸縮量を計測する。
【0044】
【発明の効果】
本発明の光学式地盤変位計測用ガイド管路によれば、ガイド管路の地中埋設時の打撃荷重、振動による閉塞や測定装置ガイドローラ軌道の変形がなく、設置後は、地盤の変位挙動に追従する光学式地盤変位計測用のガイド管路を提供することができる。特に、突出標識プレートを備えることにより計測管路の軸方向の大きな変位を計測することができる。また、高い精度で変位を計測することができる。
【0045】
請求項2の発明によれば、ガイドパイプの中間部は被膜層により地山との一体化を避けることができ、地山の変位によるガイドパイプの伸縮量を最小とし、計測用のマーカー伸縮による基準長の変化を防止すると共に、地山の変位を接続部の伸縮計測で正確に把握することができる。
【0046】
請求項3の発明によれば、地山の変位挙動を連結部の伸縮に集中させて正確に計測することができる。なお、伸縮の発生が大きいと予測される地盤の計測には、ガイドパイプの長さを1mとするように短くして連結部を多くして精度の高い変位測定を行なうことができる。
【0047】
請求項4の発明によれば、上下のガイドパイプが地山の伸長によって大きく離間しても標識プレートが突出しているので離間距離を画像として撮影することができる。さらに、傾斜が大きくなった場合傾いた画像に既知の寸法の標準マーカーが撮影されているため精度の高い伸縮量補正を行なうことができる。
【0048】
請求項5の発明によれば、一方端から突出された標識プレートの有色標示点と、複数の計測マークとの重なり画像の撮影で大きな変位の測定を可能とする。
【0049】
請求項6の発明によれば、地山変位によるガイドパイプの伸縮の影響を受けない計測点として、伸縮測定ロッドの固定端と移動端間の間隔の測定により精度の高い変位測定をすることができる。
【0050】
請求項7の発明によれば、ガイド管路内部に充填固化材の石灰成分などが浸透し、ガイド管底部の沈殿や、ガイド管内の標示点が汚れて鮮明な画像を得られなくなることを防止することができる。
【0051】
請求項8の発明によれば、ガイド管路の埋設時のボーリング孔への貫挿作業を容易に行なうことができ、地山の変位挙動の正確に追従できるガイド管路を設置することができる。また、地山の変位挙動にしたがってプラスチックリベットが剪断されることによりガイド管路の連結部が伸縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光学式地盤変位計測用ガイド管路の構成を示す断面図である。
【図2】(a)はガイドパイプの断面図、(b)は(a)のA−A断面図である。
【図3】ソケット部とガイドパイプの連結構造を示す断面図である。
【図4】突出標識プレートの平面図である。
【図5】伸縮測定ロッドを備えたガイドパイプの断面図である。
【図6】給水パイプを設けたガイド管路の模式図である。
【図7】ガイドパイプ連結部の画像を示す模式図である。
【図8】従来の光学式地盤変位計測用ガイド管路の断面図である。
【図9】光学式地盤変位計測装置を示す模式図である。
【符号の説明】
1 地盤
2 ボーリング孔
3 充填固化材
4 底蓋
9 給水パイプ
9a 給水ポンプ
9b 清水吐出口
10 ガイドパイプ
10a 端部
10b 他方端
11 突出標識プレート
11a 有色標示点
11b 実寸ガイドマーク
12 計測マーク
14 摩擦吸収被膜層
15 ガイドローラ軌道溝
16 第1固定孔
17 第2固定孔
20 ソケット部
21 ソケット
22 金属リベット
23 プラスチックリベット
24 防水部
30 伸縮測定用ロッド
30a 固定標点
30b 可動標点
50 光学式地盤変位計測装置
51 上側プローブケース
52 下側プローブケース
53 CCDカメラ
53a レンズ部
54 円錐形ミラー
54a 傾斜測定板
55 傾動軸
56 ユニバーサルジョイント
58 ガイドローラ
59 透明な窓
100 光学式地盤変位計測用ガイド管路
Claims (8)
- 掘削などの地盤に対する工事に伴う周辺地山の変位挙動を計測するため地盤の地中深く掘削したボーリング孔に設置される光学式地盤変位計測用ガイド管路であって、
前記ガイド管路は、複数のガイドパイプと、そのガイドパイプを連結するソケット部と、ボーリング孔の地山に固定する充填固化材で構成され、
前記ガイドパイプは、内部に光学式地盤変位計測装置の挿通をガイドする複数のガイドローラ軌道溝と、ガイドパイプの一方端内部に設けられた突出標識プレートと、ガイドパイプの他端または両端内部に設けられた計測マークとを備え、
前記ソケット部は、前記ガイドパイプの外周に略等しい内径の硬質パイプのソケットと、連結される前後のガイドパイプを伸縮余裕間隙を保持して連結する第一の固定手段と、地盤の変位圧で破壊可能な第2の固定手段と、ソケット両端部を覆う防水部を備え、
ガイドパイプの前記突出標識プレートと、連結された他方のガイドパイプの標示マークの映像を光学式地盤変位計測装置の撮影範囲に配置することを特徴とする光学式地盤変位計測用ガイド管路。 - 前記ガイドパイプは、外周表面に摩擦吸収被覆層を備え、地山の伸縮によるガイドパイプの長さ変化を少なくすることを特徴とする請求項1記載の光学式地盤変位計測用ガイド管路。
- 前記ソケットは、外周表面を凹凸表面形状に形成し、地山の伸縮による変位挙動に追従することを特徴とする請求項1または2記載の光学式地盤変位計測用ガイド管路。
- 前記突出標識プレートは、その先端部表面に計測用の有色標示点と、その後方に予め定めた一定寸法間隔で碁盤状に表示した実寸ガイドマーク(標準マーカー)が表示または刻印されており、少なくともガイドパイプ内部の上下左右に対向した4面または、内周を等分した角度毎に複数枚ガイドパイプ先端から突出するように固定されていることを特徴とする請求項1または2記載の光学式地盤変位計測用ガイド管路。
- 前記計測マークは、少なくともガイドパイプ内部の上下左右に対向した4面または、内周を等分した角度毎にガイドパイプ先端から内部に向けて一定間隔を有する有色標示点を表示または刻印されていること特徴とする請求項1及び2記載の光学式地盤変位計測用ガイド管路。
- 前記ガイドパイプは、内部にガイドパイプと同じ長さに形成された伸縮測定用ロッドを備え、該伸縮測定用ロッドの一方端をガイドパイプに固定し、他方端までを摺動自在に支持することにより、伸縮測定用ロッドの先端部を地山の変位挙動によるガイドパイプの伸縮作用から隔離した計測標点とすることを特徴とする請求項1から5の何れかに記載の光学式地盤変位計測用ガイド管路。
- 前記光学式地盤変位計測用ガイド管路は、ガイド管路が挿入された前記ボーリング孔周囲にモルタルなどの充填固化材を充填して地山に固定する時、地上からガイド管路先端部まで挿通さた給水パイプを設けてガイド管路内部に清水を充填または循環させ、ガイド管接続部の防水部が何らかの原因で破損し、防水機能が低下した場合でも内水圧により地山からの浸透を防止することを特徴とする請求項1から6の何れかに記載の光学式地盤変位計測用ガイド管路。
- 前記第一の固定手段は、アルミニウムを含む耐腐食性の金属リベットを用い、前記第2の固定手段は、ガイド管路をボーリング孔に挿入する際の偏荷重・打撃荷重に耐える強度を有するプラスチックリベットを用いることを特徴とする請求項1記載の光学式地盤変位計測用ガイド管路。
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