JP6216520B2 - 原位置計測装置 - Google Patents

Description

本発明は、岩盤の原位置計測を実施するための原位置計測装置に関する。

岩盤の原位置計測手法として、岩盤に複数のボーリング孔を削孔して、弾性波検出センサーや変位センサーや圧力センサー等の各種のセンサーを、別々にボーリング孔に配置し、各ボーリング孔において、弾性波のみ、変位のみ、圧力のみを計測するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１０−１９７２９６号公報

特許文献１に記載の岩盤の原位置計測手法では、各種のセンサー毎にボーリング孔を削孔しているため、計測項目が多くなると多数のボーリング孔を削孔しなければならなくなり、作業工数が多くなる。また、各種のセンサーの設置位置が異なり、得られる各種の計測データが異なる位置でのものとなるため、計測データの評価が難しかった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、岩盤に削孔された一つのボーリング孔内で複数種類の項目について計測することができる原位置計測装置を提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために、本発明に係る原位置計測装置は、岩盤に削孔されたボーリング孔に挿入されるロッドと、前記ロッドに設けられ、前記ボーリング孔内で複数種類の項目について原位置計測を行う複数種のセンサーとを備え岩盤に削孔されたボーリング孔に挿入されるロッドと、前記ロッドに設けられ、前記ボーリング孔内で複数種類の項目について原位置計測を行う複数種のセンサーとを備える原位置計測装置であって、前記ロッドは、当該ロッドを先端側と基端側とに分離可能な分離部を備え、前記先端側に前記複数種のセンサーの中の一種のセンサーが設けられ、前記基端側に他種のセンサーが設けられている。

前記原位置計測装置において、前記一種のセンサーは歪みセンサーであり、前記歪みセンサーと前記ボーリング孔の孔壁との間にグラウトを注入するためのホースを備えてもよい。

前記原位置計測装置において、前記一種のセンサーは歪みセンサーであり、前記歪みセンサーと前記ボーリング孔の孔壁との間にグラウトを注入するためのホースを備えてもよい。
この場合、前記分離部はネジにより前記先端側と前記基端側とを分離可能に接続し、前記基端側は、当該基端側のロッドを複数に分離可能な基端側分離部を備え、前記先端側と前記基端側との間の前記分離部と、前記基端側分離部とは、ねじの向きが互いに逆向きであることとしてもよい。

前記原位置計測装置において、前記ロッドの周囲には、軸方向に離間して３つのパッカーが設けられ、先端側の前記パッカーと中間の前記パッカーとの間に前記一種のセンサーが設けられ、中間の前記パッカーと基端側の前記パッカーとの間に前記他種のセンサーが設けられてもよい。

本発明によれば、岩盤に削孔された一つのボーリング孔内で複数種類の項目について計測することができる原位置計測装置及び方法を提供することができる。

一実施形態に係る原位置計測装置を用いた岩盤の原位置計測の一実施例を示す立断面図である。 一実施形態に係る原位置計測装置を用いた岩盤の原位置計測の一実施例を示す立断面図である。 図１のIII−III断面図（平断面図）である。 図１のIV−IV断面図（平断面図）である。 原位置計測装置を用いた岩盤の原位置計測の他の実施例を示す斜視図である。 原位置計測装置のセンサー部を示す斜視図である。 センサー部の先端側を示す斜視図である。 センサー部の基端側を示す斜視図である。 センサー部の一部を拡大して示す斜視図である。 他の実施形態に係る原位置計測装置を示す斜視図である。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。図１及び図２は、一実施形態に係る原位置計測装置１０を用いた岩盤の原位置計測の一実施例を示す立断面図である。なお、図２は、図１のII−II断面図である。また、図３は、図１のIII−III断面図（平断面図）であり、図４は、図１のIV−IV断面図（平断面図）である。これらの図に示すように、本実施例における岩盤の原位置計測は、立坑１の周囲の所定の計測領域２に複数の原位置計測装置１０のセンサー部２０を設置して実施される。

立坑１が形成された岩盤における計測領域２よりも浅い位置には、拡径部３と、拡径部３を貫通する水平坑道４とが形成されており、複数のボーリング孔５が拡径部３又は水平坑道４から計測領域２まで削孔され、原位置計測装置１０のロッド１１がボーリング孔５に挿入されてロッド１１の先端のセンサー部２０が計測領域２に設置されている。センサー部２０は、立坑１の周囲に間隔をあけて配置されると共に、それよりも外周側に間隔をあけて配置される。計測領域２の内周部に通じるボーリング孔５は、拡径部３から鉛直に削孔され、計測領域２の外周部に通じるボーリング孔５は、水平坑道４から鉛直に又は拡径部３から外周側に傾斜するように削孔される。

図５は、原位置計測装置１０を用いた岩盤の原位置計測の他の実施例を示す斜視図である。この図に示すように、本実施例における岩盤の原位置計測は、施工中のトンネル６の前方の所定の計測領域７に複数の原位置計測装置１０のセンサー部２０を設置して実施される。

岩盤のトンネル６の周囲には、複数のボーリング孔８が間隔をあけてトンネル６の掘削方向に沿って計測領域７まで削孔され、原位置計測装置１０のロッド１１がボーリング孔８に挿入されてロッド１１の先端のセンサー部２０が計測領域７に設置されている。

図６は、原位置計測装置１０のセンサー部２０を示す斜視図であり、図７は、センサー部２０の先端側を示す斜視図であり、図８は、センサー部２０の基端側を示す斜視図である。これらの図に示すように、センサー部２０は、センサー搭載用のロッド１２と、第一〜第三のパッカー２２、２４、２６と、光ファイバーセンサーである歪センサー２８、温度センサー３０、間隙水圧センサー３２、ＡＥセンサー３４と、夫々複数のガイドローラー３６、３８とを備えている。ロッド１２は、原位置計測装置１０のロッド１１の先端に接続されている。なお、ロッド１１は、全長より短いロッドをネジ結合により連結した構成になっている。

第一〜第三のパッカー２２、２４、２６は、ゴム等の弾性部材で形成された円筒状の膨張部２２Ａ、２４Ａ、２６Ａと、これらの両端が取り付けられたフランジ２２Ｂ、２４Ｂ、２６Ｂとを備えている。フランジ２２Ｂ、２４Ｂ、２６Ｂは、ロッド１２と一体化されており、膨張部２２Ａ、２４Ａ、２６Ａが内部に供給された圧縮空気や窒素ガス等の気体で加圧されて膨張してボーリング孔壁に圧接する。第一〜第三のパッカー２２、２４、２６は、ロッド１２の先端側から第一、第二、第三の順序で配されており、第一のパッカー２２よりも先端側に複数のガイドローラー３６が配され、第一のパッカー２２と第二のパッカー２４との間に歪センサー２８が配され、第二のパッカー２４と第三のパッカー２６との間に温度センサー３０、間隙水圧センサー３２、及びＡＥセンサー３４が配され、第三のパッカー２６よりも基端側に複数のガイドローラー３８が配されている。

夫々複数のガイドローラー３６、３８は、ロッド１２の周囲に等角度間隔で、ボーリング孔壁に当接するように配されており、ロッド１２のボーリング孔への挿入を案内する。

歪センサー２８は、ＦＢＧ（ファイバブラッググレーティング）センサー等であって、グラウトでボーリング孔壁に接着されており、岩盤の原位置の歪みの変化を検出する。ここで、ロッド１１の基端から第一のパッカー２２と第二のパッカー２４との間までグラウト注入用のホース４０が延びており、このホース４０を通して、歪センサー２８とボーリング孔壁との間にグラウトを注入することで、歪センサー２８をボーリング孔壁に接着できる。

温度センサー３０、間隙水圧センサー３２は、ファブリ・ペロー式センサー等であって、これらは、固定用ホルダー３５を介してロッド１２に固定されている。温度センサー３０は、岩盤を通して原位置に流出入する地下水の温度を計測し、間隙水圧センサー３２は、岩盤の原位置の間隙水圧を計測する。

ＡＥセンサー３４は、光ファイバによるアコースティック・エミッション（ＡＥ）センサーであって、ロッド１２に機械バネ式機構（特開２０１０−１２２１７４号公報に掲載）を介して支持されており、機械バネによりボーリング孔壁に圧接されている。なお、該機械バネ式機構に気圧を供給することによりＡＥセンサー３４の圧接が解除される。このＡＥセンサー３４は、岩盤の原位置で発生したＡＥ波を検出する。

図７及び図８に示すように、原位置計測装置１０は、ロッド１２に沿って配線され各種のセンサーに接続された光ファイバーケーブル５０と、第二のパッカー２４と第三のパッカー２６との間に設けられた光コネクタポート５４とを備えている。光ファイバーケーブル５０は、ロッド１２の基端側から第三のパッカー２６の内側を通って光コネクタポート５４まで延びる多芯光ファイバーケーブル５１と、光コネクタポート５４から各種のセンサーまで延びる単芯光ファイバーケーブル５２Ａ〜５２Ｄとを備えている。

光コネクタポート５４には、多芯光ファイバーケーブル５１が接続される多芯の耐水コネクタ５５と、各単芯光ファイバーケーブル５２Ａ〜５２Ｄが夫々接続される単芯の耐水コネクタ５６とが設けられている。この光コネクタポート５４の内部では、多芯光ファイバーケーブル５１と単芯光ファイバーケーブル５２Ａ〜５２Ｄとが、融着により接続されている。

また、原位置計測装置１０は、ロッド１２に沿って配され第一〜第三のパッカー２２、２４、２６に接続された気圧供給用のホース４２と、ＡＥセンサー３４の機械バネ式機構に接続された気圧供給用のホース４４と、間隙水圧測定区間まで延びるホース４６（図７では図示省略）とを備えている。ホース４２は、第一〜第三のパッカー２２、２４、２６をこれらの内部が連通するように接続しており、地上の気圧供給装置からこれらに気圧を供給するのに用いられる。また、ホース４４は、地上の気圧供給装置からＡＥセンサー３４の機械バネ式機構に気圧を供給するのに用いられる。また、ホース４６は、間隙水圧測定区間に注水したり、当該区間のエア抜きをしたりするのに用いられる。なお、本実施形態では、ＡＥセンサー３４を孔壁に圧接する機構を、機械バネで圧接し、気圧で圧接を解除する機械バネ式機構としたが、油圧で圧接する油圧機構としてもよい。

図９は、センサー部２０の一部を拡大して示す斜視図である。この図に示すように、歪センサー２８は、第一のパッカー２２と第二のパッカー２４との間でロッド１２に取り付けられている。また、その他のセンサー（温度センサー３０、間隙水圧センサー３２、ＡＥセンサー３４）は、歪センサー２８よりも基端側である第二のパッカー２４と第三のパッカー２６との間でロッド１２に取り付けられている。

ここで、ロッド１１とロッド１２との結合部及びロッド１１の短いロッド同士の結合部では、順ネジによる締結が行われている。また、ロッド１２は、全長よりも短いロッド同士が、第二のパッカー２４と第三のパッカー２６との間の結合部１２Ａで、逆ネジにより締結されている。この結合部１２Ａは、３種のセンサー（温度センサー３０、間隙水圧センサー３２、ＡＥセンサー３４）よりも第二のパッカー２４の側（先端側）に配されている。

以下、上述の３種のセンサーを回収する手順について説明する。３種のセンサーを回収する際には、原位置計測装置１０のロッド１１及びその先端のロッド１２を、時計周り方向（図中矢印Ａ方向）に回転させることにより、結合部１２Ａにおける逆ネジによる締結を緩めて解除する。そして、原位置計測装置１０の結合部１２Ａよりも基端側の部分を、ボーリング孔から引抜く。ここで、歪センサー２８は、ボーリング孔にグラウトにより埋設され回収できないことから残置し、原位置計測装置１０の結合部１２Ａよりも基端側の部分を引抜くことにより、当該部分に配された３種のセンサーを回収する。なお、歪センサー２８に接続された単芯光ファイバーケーブル５２Ａ及びホース４２は切断される。

以上説明したように、本実施形態に係る原位置計測装置１０は、岩盤に削孔されたボーリング孔に挿入されるロッド１１、及び該ロッド１１の先端に接続されたロッド１２と、該ロッド１２に搭載され、ボーリング孔内で複数種類の項目について原位置計測を行う複数種のセンサー（歪センサー２８、温度センサー３０、間隙水圧センサー３２、ＡＥセンサー３４）とを備える。これによって、岩盤に削孔された一つのボーリング孔内で複数種類の項目について原位置計測を行うことができる。従って、削孔するボーリング孔の数を増やすことなく、計測項目を増やすことができ、ボーリング孔の削孔に要する作業工数、施工コストを低減できる。また、複数種のセンサーを同位置に設置できることによって、同位置の異なる種類の計測データを得ることができ、計測データの評価を統合化できる。

また、本実施形態に係る原位置計測装置１０では、上記複数種のセンサーは光ファイバーセンサーである。これによって、センサー部２０への電気の供給を不要にでき、防爆対策を不要にできる。また、光ファイバーセンサーは、電気式のセンサーに比して、堅牢で水回りに強いため、長期信頼性が高い。従って、本実施形態に係る原位置計測装置１０は、長期間連続して原位置計測を実施するのに好適である。

また、本実施形態に係る原位置計測装置１０では、上記複数種のセンサーの中の一種のセンサーは、他のセンサーよりも先端側においてボーリング孔に埋設される歪センサー２８であり、該歪センサー２８と他のセンサー（温度センサー３０、間隙水圧センサー３２、ＡＥセンサー３４）との間に、ロッド１２が先端側と基端側とに分離可能に構成された結合部１２Ａが設けられている。これによって、ボーリング孔に埋設される歪センサー２８以外のセンサーについては、回収することができ、センサーのコストを低減できる。

図１０は、他の実施形態に係る原位置計測装置のセンサー部１２０を示す斜視図である。この図に示すように、このセンサー部１２０では、光コネクタポート１５４に、多芯の耐水コネクタ５５に加えて多芯の耐水コネクタ１５５が設けられており、この耐水コネクタ１５５に多芯光ファイバーケーブル１５１が接続されている。また、光コネクタポート１５４の内部では、多芯光ファイバーケーブル５１と多芯光ファイバーケーブル１５１と単芯光ファイバーケーブル５２Ａ〜５２Ｄとが融着により接続されている。

ここで、図示は省略しているが、本実施形態に係る原位置計測装置では、その長手方向に沿って複数のセンサー部１２０が配されている。そして、多芯光ファイバーケーブル１５１は、不図示の先端側のセンサー部１２０まで延びて当該センサー部１２０の光コネクタポート１５４の耐水コネクタ５５に接続されている。これによって、ボーリング孔の複数の計測地点において複数種類の項目について原位置計測を行うことができる。

なお、上述の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。例えば、上述の実施形態では、複数種のセンサーを光ファイバーセンサーとしたが必須ではなく、電気式センサーとしてもよい。また、複数種のセンサーを、歪センサー２８、温度センサー３０、間隙水圧センサー３２、ＡＥセンサー３４としたが、これらを他の項目を計測するセンサーを装置に替えたり、他の項目を計測するセンサーを追加する等してもよい。

さらに、上述の実施形態では、センサーを回収するためのロッド１２の分離機構を、逆ネジによる結合部１２Ａとしたがこれは必須ではなく、クランプスクリューや、押込操作や回転操作によりワンタッチで着脱される機構等の他の分離機構に替えてもよい。

１ 立坑、２ 計測領域、３ 拡径部、４ 水平坑道、５ ボーリング孔、６ トンネル、７ 計測領域、８ ボーリング孔、１０ 原位置計測装置、１１ ロッド、１２ ロッド、１２Ａ 結合部、２０ センサー部、２２ 第一のパッカー、２２Ａ 膨張部、２２Ｂ フランジ、２４ 第二のパッカー、２４Ａ 膨張部、２４Ｂ フランジ、２６ 第三のパッカー、２６Ａ 膨張部、２６Ｂ フランジ、２８ 歪センサー、３０ 温度センサー、３２ 間隙水圧センサー、３４ ＡＥセンサー、３５ 固定用ホルダー、３６ ガイドローラー、３８ ガイドローラー、４０、４２、４４、４６ ホース、５０ 光ファイバーケーブル、５１ 多芯光ファイバーケーブル、５２Ａ〜５２Ｄ 単芯光ファイバーケーブル、５４ 光コネクタポート、５５、５６ 耐水コネクタ、１２０ センサー部、１５１ 多芯光ファイバーケーブル、１５４ 光コネクタポート、１５５ 耐水コネクタ

Claims (4)

1. 岩盤に削孔されたボーリング孔に挿入されるロッドと、
   前記ロッドに設けられ、前記ボーリング孔内で複数種類の項目について原位置計測を行う複数種のセンサーと
   を備える原位置計測装置であって、
   前記ロッドは、当該ロッドを先端側と基端側とに分離可能な分離部を備え、前記先端側に前記複数種のセンサーの中の一種のセンサーが設けられ、前記基端側に他種のセンサーが設けられている原位置計測装置。
2. 前記一種のセンサーは歪みセンサーであり、
   前記歪みセンサーと前記ボーリング孔の孔壁との間にグラウトを注入するためのホースを備える請求項１に記載の原位置計測装置。
3. 前記分離部はネジにより前記先端側と前記基端側とを分離可能に接続し、
   前記基端側は、当該基端側のロッドを複数に分離可能な基端側分離部を備え、
   前記先端側と前記基端側との間の前記分離部と、前記基端側分離部とは、ねじの向きが互いに逆向きである請求項２に記載の原位置計測装置。
4. 前記ロッドの周囲には、軸方向に離間して３つのパッカーが設けられ、
   先端側の前記パッカーと中間の前記パッカーとの間に前記一種のセンサーが設けられ、
   中間の前記パッカーと基端側の前記パッカーとの間に前記他種のセンサーが設けられている請求項１〜３の何れか１項に記載の原位置計測装置。