JP7201538B2 - 計測システム、計測方法および間隔決定方法 - Google Patents

Description

本発明は、計測システム、計測方法および間隔決定方法に関する。

従来の根切り・山留め工事の計測管理では、ピアノ線による山留め壁頭部変位の簡易計測や、傾斜計による水平変位の深度分布の計測等を行っている。しかしながら、従来の方法では点・線的かつ局所的な計測データしか得られず、山留め壁の全体的な挙動を一目で把握することは難しい。

上記のような背景から、山留め壁の計測管理に対して面的な評価ができる計測手法として、山留め壁の３次元計測システムが提案されている（特許文献１）。このシステムは、山留め壁の面に複数のセンサ（変位計または傾斜計）を配置し、変位データを３次元で可視化することを特徴とする。センサは、高価な高感度センサと安価な低感度センサを組み合わせて配置することにより、コストを抑えて計測を行うことができる。

特開２０１１－９４４４２号公報 特開２０１９－５２４６７号公報

図９は、山留め壁の変位パターンを模式的に示す側面図である。図９（ａ）は１次根切り後の変形例を示し、図９（ｂ）は２次根切り後の変形例を示す。また、図９（ｃ）は回転の変形例を示し、図９（ｄ）は平行移動の変形例を示す。特許文献１に記載されているシステムを単独で運用した場合、不動点が設けられていない性質上、得られる変位データは山留め壁の相対変位であり、山留め壁の変形・回転は捉えられても平行移動のような挙動を捉えることはできない。また、センサは山留め壁の面に配置、すなわち掘削後に配置せざるを得ないことから、既に変位が生じたものに対する計測となっており、計測手法を再検討することが望ましい。

そこで、本願発明者は、根切り・山留め工事の計測管理において、山留め壁の芯材にＭＥＭＳ型加速度センサ（以下、センサ）を取り付けて壁面水平（面外）方向の相対変位を計測する方法を提案している（特許文献２参照）。
ここで、センサの設置間隔は、山留め計測に要求される精度を満たすように決定できることが望ましい。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、根切り・山留め工事の全期間において、掘削領域の周辺を含めた地盤の全体的な挙動を精度高くモニタリングすることができる計測システム、計測方法、および間隔決定方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一態様は、鉛直方向である掘削方向に長手方向を有する芯材を用いて構成された山留め壁において、前記長手方向に所定の第１間隔で前記芯材に取り付けられた複数の傾斜角検知部から構成される第１傾斜角検知ユニットを用いて計測された前記芯材の傾斜角を表す情報を前記第１傾斜角検知ユニットから取得し、前記長手方向に対して直交する方向である水平方向に所定の第２間隔で前記芯材に取り付けられた複数の前記傾斜角検知部から構成される第２傾斜角検知ユニットを用いて計測された前記芯材の傾斜角を表す情報を前記第２傾斜角検知ユニットから取得する傾斜角情報取得部と、前記第１傾斜角検知ユニットから取得した前記傾斜角を表す情報に基づく第１相対変位を表す情報と、前記第２傾斜角検知ユニットから取得した前記傾斜角を表す情報に基づく第２相対変位を表す情報とを、出力する出力部とを備えることを特徴とする計測システムである。

また、本発明の一態様は、鉛直方向である掘削方向に長手方向を有する芯材を用いて構成された山留め壁において、前記長手方向に所定の第１間隔で前記芯材に取り付けられた複数の傾斜角検知部から構成される第１傾斜角検知ユニットを用いて計測された前記芯材の傾斜角を表す情報を前記第１傾斜角検知ユニットから取得し、前記長手方向に対して直交する方向である水平方向に所定の第２間隔で前記芯材に取り付けられた複数の前記傾斜角検知部から構成される第２傾斜角検知ユニットを用いて計測された前記芯材の傾斜角を表す情報を前記第２傾斜角検知ユニットから取得する傾斜角情報取得部を用いて、出力部によって、前記第１傾斜角検知ユニットから取得した前記傾斜角を表す情報に基づく第１相対変位を表す情報と、前記第２傾斜角検知ユニットから取得した前記傾斜角を表す情報に基づく第２相対変位を表す情報とを、出力することを特徴とする計測方法である。

また、本発明の一態様は、上記記載の計測システムにおける前記所定の第１間隔、および前記所定の第２間隔を、前記傾斜角検知部が検出する変位の最小単位、および前記傾斜角検知部が検出できる最小単位に応じて決定することを特徴とする間隔決定方法である。

本発明によれば、根切り・山留め工事の全期間において、掘削領域の周辺を含めた地盤の全体的な挙動を精度高くモニタリングすることができる。

第１参考例に係る計測システムの構成例を説明するための模式図である。 図１に示す山留め壁２の変位の例を模式的に示す斜視図である。 第２参考例に係る計測システムの構成例を説明するための模式図である。 図３に示す山留め壁２の変位の例を模式的に示す平面図である。 第３参考例に係る計測システムの構成例を説明するための模式図である。 図５に示すテープ式傾斜計４０の構成例を示す模式図である。 図６に示すテープ式傾斜計４０の芯材２１への取り付け例を示す模式図である。 山留め壁の変位の算出例を示す模式図である。 山留め壁の変位の例を示す模式図である。 本発明の第１実施形態に係る計測システム１００の構成例を説明するための模式図である。 本発明の第１実施形態に係る３軸ＭＥＭＳ加速度センサ（傾斜角検知部４）の構成例を説明するための模式図である。 図１１に示す加速度センサの精度と深度方向（掘削方向）の設置間隔との関係を表す図である。 掘削平面における山留め壁２の相対変位の例を模式的に示す図である。 図１１に示す加速度センサの精度と水平方向の設置間隔との関係を表す図である。

以下、図面を参照して参考例、本発明の実施形態について説明する。

＜第１参考例＞
図１は、第１参考例に係る計測システム１の構成例を説明するための模式図である。図１に示す計測システム１は、絶対位置情報取得部１１と、傾斜角情報取得部１２と、出力部１３を備える。絶対位置情報取得部１１は、掘削方向に長手方向を有する芯材２１を用いて構成された山留め壁２の頭部２ａ（以下、山留め壁頭部２ａともいう）の所定の計測点３の絶対位置を表す情報を取得する。図１に示す例において、絶対位置情報取得部１１は、絶対位置計測部３０によって非接触で計測された山留め壁頭部２ａの所定の計測点３の絶対位置を表す情報を取得する。傾斜角情報取得部１２は、芯材２１の長手方向に所定の間隔で芯材２１に取り付けられた複数の傾斜角検知部４を用いて計測された芯材２１の傾斜角を表す情報を傾斜角検知部４毎に取得する。複数の傾斜角検知部４は、例えば、山留め壁２の施工前に予め芯材２１に取り付けられている。傾斜角検知部４は、山留め壁２を構成する複数の芯材２１のすべてに取り付けられていてもよいし、一部に（例えば芯材２１の所定本間隔で）取り付けられていてもよい。出力部１３は、絶対位置情報取得部１１が取得した絶対位置を表す情報に基づく計測点３の絶対変位を表す情報と、傾斜角情報取得部１２が取得した傾斜角を表す情報に基づく芯材２１の相対変位を表す情報を合わせて出力する。計測システム１は、例えば、ノート型パーソナルコンピュータ等のコンピュータと、通信装置等の周辺装置との組み合わせから構成することができる。出力部１３は、上記コンピュータの表示装置であったり、携帯端末等の他のコンピュータの表示装置であったりする。

絶対位置計測部３０は、例えばトータルステーションを用いて構成することができる。トータルステーションは、距離を測る光波距離計と角度を測るセオドライトを組み合わせた測量機器である。この場合、例えば、山留め壁頭部２ａの各計測点３に反射プリズムを固定的に設置し、不動点に設置した（または不動点を参照する）トータルステーションから順次反射プリズムの計測を行う。絶対位置情報取得部１１は、トータルステーションから山留め壁頭部２ａの計測点３の絶対位置を表す情報（角度と距離）を取得する。出力部１３（あるいは絶対位置情報取得部１１）は、例えば、取得した情報（角度と距離）に基づく座標値と、過去の計測結果に基づく座標値とを比較することで、各計測点３の絶対変位量を計算する。

あるいは、絶対位置計測部３０は、全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ））を利用して位置を計測する装置（あるいはシステム）としてもよい。この場合、絶対位置計測部３０は、例えば、山留め壁頭部２ａの各計測点３に固定的（あるいは半固定的）に設置されたＧＮＳＳ受信機と、ＧＮＳＳ受信機が計測した位置情報を収集して、絶対位置情報取得部１１へ送信する端末とから構成することができる。この場合も、出力部１３（あるいは絶対位置情報取得部１１）は、例えば、取得した情報に基づく座標値と、過去の計測結果に基づく座標値とを比較することで、各計測点３の絶対変位量を計算する。

また、各傾斜角検知部４は、例えば、３軸ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）加速度センサを用いて構成することができる。各傾斜角検知部４は、直交する３軸の重力加速度を検知し、検知結果を示す情報を出力する。傾斜角情報取得部１２は、各傾斜角検知部４が出力した検知結果を示す情報を、芯材２１の傾斜角を表す情報として取得する。出力部１３（あるいは傾斜角情報取得部１２）は、３軸の重力加速度の検知結果を傾斜角に変換し、さらに傾斜角に所定の基準点からの距離を乗じることで、水平変位量を算出する。

図８は、４個の傾斜角検知部４について傾斜角と相対変位（基準線に対する変位）との関係を模式的に示す側面図である。図８では、４個の傾斜角検知部４の位置をそれぞれ測点Ｐ_１～Ｐ_４として示している。基準線は、測点Ｐ_１を通る鉛直方向の直線である。θ_ｎは基準線に対して測点Ｐ_ｎと測点Ｐ_ｎ＋１を結ぶ測線がなす傾斜角、δ_ｎは基準線に対する測点Ｐ_ｎ＋１の変位、ｌは測点間距離（各傾斜角検知部４間の距離）である（ただし、ｎ＝１～３）。測線がｎ本のときのＰ_ｎ＋１の変位δ_ｎはδ_ｎ＝ｌ×（θ_１＋θ_２＋…θ_ｎ－１＋θ_ｎ）で表される。

なお、傾斜角検知部４は、３軸の加速度センサに限らず、重力方向に吊るした錘や液面と、傾いた物体との偏差を検出することで傾斜角を検知する振り子式、フロート式等の傾斜センサを用いて構成してもよい。

また、本参考例、実施形態において「山留め壁」とは、掘削に際して、根切り側面を保護したり、土砂の崩壊や湧水を防いだり、近傍の他の構造物の安全を確保したりするための仕切りである。山留め壁は、土留め壁等ともいわれる。山留め壁には、例えば、親杭横矢板壁、鋼矢板壁、鋼管矢板壁、ソイルセメント固化連続壁、地中連続壁等がある。親杭横矢板壁は、親杭（Ｈ型鋼）を所定の間隔で地中に打ち込み、親杭間（図１の間部２２）に横矢板をはめ込んで構築された壁である。この場合、親杭が芯材である。鋼矢板壁は、複数の鋼矢板の継手部を互いにかみ合わせることで地中に連続して構築された壁である。この場合、鋼矢板が芯材である。鋼管矢板壁は、複数の鋼管矢板の継手部を互いにかみ合わせることで地中に連続して構築された壁である。この場合、鋼管矢板が芯材である。また、図１の間部２２は存在しない。ソイルセメント固化連続壁または地中連続壁は、芯材（Ｈ型鋼または鉄筋かご）とコンクリート（セメントミルク）から地中に連続的に構築された壁等である。また、「根切り」とは、基礎や地下構造物を作るため地盤面下の土砂や岩盤を掘削することである。「芯材」とは、山留め壁の一部として耐力を分担する部材であり、例えば、Ｈ型鋼、鋼矢板、鋼管矢板、コンクリート２次製品等である。

また、「山留め壁の頭部の所定の計測点の絶対位置を表す情報」とは、当該計測点の絶対位置を表す数値データと、絶対位置を算出する際に基準となる数値データを含む。例えば、所定の測地系における緯度、経度および高さで絶対位置を表す場合、計測点の絶対位置を表す数値データは、緯度、経度および高さを表す数値データである。また、絶対位置を算出する際に基準となる数値データは、所定の変換処理によって、緯度、経度および高さを表す数値データに変換することができる数値データであって、絶対位置を算出する際に計測点の位置を特定する数値データである。絶対位置を算出する際に基準となる数値データは、例えば、不動点からの（あるいは不動点を参照した）計測点までの距離と角度を表す数値データである。

また、「芯材の傾斜角を表す情報」とは、芯材２１における所定の位置（所定の点、所定の線または所定の面）を基準として、当該芯材２１に取り付けられている各傾斜角検知部４が検知した傾斜角を表す情報と、各傾斜角検知部４に対応する傾斜角を算出する際に基準となる情報を含む。検知した傾斜角を表す情報は、傾斜角を表す１軸または２軸の角度を表すデジタルまたはアナログのデータである。傾斜角を算出する際に基準となる情報は、例えば、３軸の重力加速度を表すデジタルまたはアナログのデータである。

また、「絶対変位」とは、所定の測地系における計測点の位置の時間的（経時的）な変化、あるいは所定の不動点を基準とした計測点の位置の時間的な変化である。また、芯材の「相対変位」とは、芯材上の所定点（所定の基準線あるい基準面）を基準とした芯材の変形に伴う芯材上の各計測点の位置の変化（偏差）である。

出力部１３は、例えば図２に示すようにして、計測点３の絶対変位ＡＤを表す情報と、芯材２１の各傾斜角検知部４における相対変位ＲＤを表す情報を合わせて出力する。図２は、図１に示す山留め壁２の変位の例を模式的に示す斜視図である。図２では、図１に示すものと同一の構成に同一の符号を用いている。図２は、計測点３の絶対変位ＡＤを鎖線の矢印で示し、各傾斜角検知部４に対応する相対変位ＲＤを実線の矢印で示す。また、施工時（掘削前）の山留め壁２および芯材２１を鎖線で示し、変位発生時の山留め壁２を破線で示し、変位発生時の芯材２１を実線で示している。

以上のように、本参考例の計測システム１は、絶対位置情報取得部１１と、傾斜角情報取得部１２と、出力部１３を備える。そして、絶対位置情報取得部１１は、掘削方向に長手方向を有する芯材２１を用いて構成された山留め壁頭部２ａの所定の計測点３の絶対位置を表す情報を取得する。また、傾斜角情報取得部１２は、長手方向に所定の間隔で芯材２１に取り付けられた複数の傾斜角検知部４を用いて計測された芯材２１の傾斜角を表す情報を傾斜角検知部４毎に取得する。また、出力部１３は、絶対位置情報取得部１１が取得した絶対位置を表す情報に基づく絶対変位を表す情報と、傾斜角情報取得部１２が取得した傾斜角を表す情報に基づく相対変位を表す情報を合わせて出力する。よって、根切り・山留め工事の全期間において、掘削領域の周辺を含めた地盤の全体的な挙動を容易にモニタリングすることができる。

＜第２参考例＞
次に、図３および図４を参照して第２参考例に係る計測システム１ａについて説明する。図３は、第２参考例に係る計測システム１ａの構成例を説明するための模式図である。図４は、図３に示す山留め壁２の変位の例を模式的に示す平面図である。なお、図３および図４において、図１および図２に示すものと同一の構成には同一の符号を用いている。

図３に示す計測システム１ａは、データ処理装置８と、ノート型パーソナルコンピュータ９を備える。図３に示すデータ処理装置８は、図１に示す第１参考例の絶対位置情報取得部１１と傾斜角情報取得部１２に対応する。また、図３に示すノート型パーソナルコンピュータ９は、図１に示す第１参考例の出力部１３に対応する。

図３に示す計測システム１ａは、山留め壁頭部２ａを対象とした水平・鉛直方向の絶対変位の計測と、山留め壁２内に配置した傾斜角検知部４による壁面水平（面外）方向の相対変位の計測とを組み合わせ、根切り・山留め工事における掘削領域周辺を含めた地盤の全体的な挙動を３次元的に可視化する計測システムである。

山留め壁頭部２ａを対象とした絶対変位の計測には、非接触型計測器を用いる。例えば、山留め壁頭部２ａに反射プリズム３ａを設置し、不動点に設置した（または不動点を参照する）トータルステーション３１から順次反射プリズム３ａの計測を行い、各点の絶対変位量を計算する。精度が確保できるのであれば、山留め壁頭部２ａにＧＮＳＳ観測点を設けて全地球航法衛星システムの衛星３２を利用して絶対変位を計測する手法であってもよい。

山留め壁２の相対変位は、山留め施工前に予め（あるいは施工と同時に）設置した傾斜角検知部４を用いて計測する。傾斜角検知部４としては、傾斜計に対して安価なＭＥＭＳ加速度センサを山留め芯材２１（Ｈ型鋼）に設置することができる。相対変位の計測は山留め壁２の面的な挙動を捉えることを意図しており、複数の傾斜角検知部４を配置した芯材２１を２～５本間隔で建込むことによって実現される。

上記の手法で計測した山留め壁２の絶対変位データと相対変位データを組み合わせることで、掘削時に発生する山留め壁２の全体的な挙動を３次元的に把握することができる。得られる計測結果の平面的な模式図を図４に示す。図４では、採掘前の山留め壁２を山留め壁２－１として示し、採掘後の山留め壁２を山留め壁２－２として示す。図４に示す例では、山留め壁２－２において、山留め壁２－１に対する平行移動である絶対変位ＡＤと、山留め壁２－１に対する変形である相対変位ＲＤが発生している。

図３に示す計測システム１ａは、計測データを無線通信によってデータ処理装置８に取り込み、それらのデータを山留め壁２の面に対応させた表示画面９１にプロットし、変位した山留め壁２の映像として可視化する。

さらに、掘削領域の周辺に構造物５が近接する場合は、構造物５に反射プリズム３０１ａを設置し、トータルステーション３１から順次反射プリズム３０１ａの計測を行い、各点の絶対変位量を計算する。非接触計測器を用いて近傍の構造物５の変位を計測することで、山留め壁２変位による周辺への影響を定量的に評価することができる。

本参考例によれば、根切り・山留め工事の全期間において、掘削領域の周辺を含めた地盤の全体的な挙動を容易にモニタリングすることができる。これによって、変位の原因となる事象が捉え易くなる。すなわち、本システムは、施工時における安全確保および不具合発生時における対策工選定の意思決定に供するものとなる。

＜第３参考例＞
次に、図５～図７を参照して第３参考例に係る計測システム１ｂについて説明する。図５は、第３参考例に係る計測システム１ｂの構成例を説明するための模式図である。図６は、図５に示すテープ式傾斜計４０の構成例を模式的に示す平面図である。図７は、図６に示すテープ式傾斜計４０の芯材２１への取り付け例を示す模式図である。なお、図５～図７において、図１および図２に示すものと同一の構成には同一の符号を用いている。

図５に示す計測システム１ｂは、図１に示す計測システム１あるいは図３に示す計測システム１ａと同様の構成を有する。この場合、図５に示す計測システム１ｂは、現場事務所２０１に設置されている。第３参考例では、計測システム１ｂが用いる情報を計測するための構成であって、芯材２１の傾斜角を計測するための構成が、第１参考例および第２参考例と異なる。なお、図５では、絶対変位の計測に係る構成の図示を省略している。

図５に示す計測システム１ｂは、図６に示すテープ式傾斜計４０を用いて芯材２１の傾斜角を計測する。また、計測システム１ｂは、テープ式傾斜計４０が計測したデータを送信部１０１および受信部１０２を介して取得する。送信部１０１は、図６に示すように、電源４０１と、データロガー４０２と、発信機４０３を備える。電源４０１は、テープ式傾斜計４０に所定の電力を供給する。データロガー４０２は、テープ式傾斜計４０で計測されたデータを記録したり、テープ式傾斜計４０との間で所定の制御信号を送受信したりする。発信機４０３は、データロガー４０２に記録されたデータを受信部１０２へ送信する。また、受信部１０２は、発信機４０３が送信したデータを受信し、計測システム１ｂへ送信する。

図６に示すテープ式傾斜計４０は、テープ状のフレキシブル基板４１、複数のセンサ４２、センサ４２を電気的に接続する配線５１～５５、電極金具４３～４７、６３～６７等によって構成されている。センサ４２は、ＭＥＭＳ３軸加速度センサとＣＰＵ（中央処理装置）を搭載している。信号の伝送には、例えば、複数のセンサ４２を芋づる式に１本のケーブルに接続して計測する通信規格（１－ＷＩＲＥ（登録商標）、ＳＤＩ（シリアルデジタルインタフェース）など）を使用する。センサ４２は、第１参考例および第２参考例における傾斜角検知部４に対応する構成である。すなわち、テープ式傾斜計４０では、傾斜角検知部４に対応する構成であるセンサ４２がテープ状の基板上で連続的に接続されている。

テープ式傾斜計４０では、一個のセンサ４２を有するユニット４ａが複数・連続的に結合しており、センサ４２は例えば、数十ｃｍ間隔で配列されている。また、センサ４２には識別ＩＤ（識別符号）が振られている。水平変位量の測定は、センサ４２によって直交する３軸の重力加速度変化を検出し、これを傾斜角に変換し、さらに傾斜角に距離を乗じて水平変位量に変換する。

ユニット４ａ間を電気的に接続する電極金具６３～６７は幅方向に切断可能な構造とし、切断されたユニット４ａ間には切断箇所から配線可能な電極が形成される。電源はテープ端（フレキシブル基板４１端）の電極金具４３および４４から供給し、計測データはテープ端の電極金具４５～４７とデータロガー４０２とを接続することで収集する。

傾斜データの収集は以下の手順で実施する。（１）データロガー４０２側からＩＤを指定して計測要求を出す。（２）ＩＤに対応したセンサ４２のみが応答し、計測データを送信する。（３）データロガー４０２がデータを解釈し、保存する。

次に、図７を参照して、テープ式傾斜計４０の芯材２１への取り付け例について説明する。テープ式傾斜計４０は、図７に示すように、山留め芯材２１に設置することができる。例えば芯材２１がＨ型鋼である場合、芯材２１の長さに合わせて切断したテープ式傾斜計４０は、接着剤等を用いてウェブ２１ａ（図７（ａ））、またはフランジ２１ｂ（図７（ｂ））に貼り付けることができる。

図５に示すように、山留め壁２に設置されたテープ式傾斜計４０が計測したデータは、図６に示すデータロガー４０２で収集され、収集されたデータは無線通信によって現場事務所２０１の受信部１０２へ送信され、現場事務所２０１では詳細な山留め壁変位を常時モニタリングすることが可能となる。

第３参考例によれば、比較的安価なセンサを用いることにより、従来の傾斜計を用いた計測に対して物的コストの低減が可能となる。また、山留め壁変位の高密度・連続データを取得することが可能となり、詳細な変位分布が得られる。

＜第１実施形態＞
次に、図１０、図１１、図１２、図１３、図１４および図８を参照して本発明の第１実施形態に係る計測システム１００について説明する。
図１０は、本発明の第１実施形態に係る計測システム１００の構成例を説明するための模式図である。また、図１１は、本発明の第１実施形態に係る３軸ＭＥＭＳ加速度センサ（傾斜角検知部４）の構成例を説明するための模式図である。また、図１２は、図１１に示す加速度センサの精度と深度方向（掘削方向）の設置間隔との関係を表す図である。また、図１３は、掘削平面における山留め壁２の相対変位の例を模式的に示す図である。また、図１４は、図１１に示す加速度センサの精度と水平方向の設置間隔との関係を表す図である。
なお、図１０において、図１に示すものと同一の構成には同一の符号を用いている。すなわち、計測システム１００は、図１に示す計測システム１に対応した形で構成される。
ここで、図１と図１０とで相違する点は以下の通りである。
すなわち、計測システム１００を示す図１０においては、傾斜角検知部は、長手方向（掘削方向）に所定の第１間隔ｌｖで芯材２１に取り付けられた複数の傾斜角検知部４から構成される傾斜角検知ユニット４ｖ（第１傾斜角検知ユニット）である。
つまり、計測システム１を示す図１においては、芯材２１には、長手方向（掘削方向）に５つ（複数）の傾斜角検知部４が所定の間隔（一定間隔）で取り付けられている。
これに対して、計測システム１００を示す図１０においては、芯材２１には、長手方向（掘削方向）に傾斜角検知ユニット４ｖを構成する５つ（複数）の傾斜角検知部４が所定の第１間隔ｌｖで取り付けられている。

また、計測システム１００を示す図１０においては、傾斜角検知部は、長手方向に対して直交する方向である水平方向に所定の第２間隔ｌｈで芯材２１に取り付けられた複数の傾斜角検知部４から構成される傾斜角検知ユニット４ｈ（第２傾斜角検知ユニット）である。
つまり、計測システム１を示す図１においては、芯材２１には、長手方向に対して直角の方向である水平方向に２つ（２つ）の傾斜角検知部４が所定の間隔（一定間隔）で取り付けられている。
これに対して、計測システム１００を示す図１０においては、芯材２１には、長手方向に対して直角の方向である水平方向に傾斜角検知ユニット４ｈを構成する２つ（複数）の傾斜角検知部４が所定の第２間隔ｌｈで取り付けられている。

このように、本実施形態における計測システム１００においては、山留め壁２の計測管理において、山留め壁２の芯材２１にＭＥＭＳ型加速度センサ（傾斜角検知部４）を取り付けて壁面水平（面外）方向の相対変位を計測する際に、傾斜角検知ユニット４ｖ、４ｈはセンサ精度を踏まえたセンサの合理的な設置方法によって決定された設置間隔（所定の第１間隔ｌｖ、所定の第２間隔ｌｈ）を有している。

また、図１０に示すように、出力部１３は、所定の第１間隔ｌｖを決定する第１間隔決定部１３ｖと、所定の第２間隔ｌｈを決定する第２間隔決定部１３ｈと、を含んで構成されている。

［深度方向における設置間隔ｌｖについての決定］
そこで、まず、深度方向における設置間隔ｌｖ（所定の第１間隔）についての決定方法について説明する。
３軸ＭＥＭＳ加速度センサ（傾斜角検知部４）は、図１１に示すように、重力の作用方向を検出することで測点の傾斜角を検出できる。図１１に示すように、三次元直交座標系Ｏ-ｘｙｚにおいて、傾斜角検知部４がｙ軸回りを１軸回転するとき、傾斜角検知部４によって検出される加速度をαｘ,αｚとすると、ｙ軸回りの傾斜角θｙは、次式（１）で計算される。
θｙ＝ｓｉｎ^－１（αｘ／１Ｇ）…（１）
なお、「１Ｇ」は、地球に加わる重力＝約９．８０６ｍ/ｓｅｃ＾２を表す。

ここで、傾斜角θｙに基点からの距離ｌを乗じることで、次式（２）に表すように測点の水平変位量δｘが得られる。
δｘ＝ｌ・ｓｉｎθｙ…（２）

よって、傾斜角検知部４によって検出される加速度αｘ、基点からの距離ｌ、および測点の水平変位量δｘの相関関係は、式（１）と式（２）とを用いて次式（３）で表される。
ｌ＝δｘ・（１Ｇ／αｘ）…（３）
ここで、上式（３）のαｘに傾斜角検知部４が検出できる最小単位αｘ_ｍｉｎを、δｘに山留め計測管理に要求される変位の最小単位δｘ_ｍｉｎを代入すると、山留め壁の深度方向におけるセンサ（傾斜角検知部４）設置間隔ｌｖは次式（４）で表される。

ｌｖ＝δｘ_ｍｉｎ・（１Ｇ／αｘ_ｍｉｎ）…（４）
従来の山留め計測では、多段式傾斜計や挿入式傾斜計を用いてミリメートル（ｍｍ）単位の変位計測が実施されてきた。
従って、δｘ_ｍｉｎ＝０．０１ｍｍでは過剰な計測精度を持つこととなり、δｘ_ｍｉｎ＝１ｍｍではミリメートル単位の分解能を保証するための計測精度としては不十分である。

これらを勘案すると、センサ（傾斜角検知部４）に要求される変位の最小単位δｘ_ｍｉｎは、次式（５）で表すように、実用上０．０５～０．５ｍｍとするのが合理的である。
０．０５≦δｘ_ｍｉｎ≦０．５…（５）
ここで、上式（５）を満たすδｘ_ｍｉｎ＝０．１とした場合、式（４）を用いて、深度方向に関する設置間隔ｌｖを試算すると、図１２のようになる。

すなわち、図１２に示すように、センサが検出できる最小単位αｘ（加速度センサの精度）と深度方向（掘削方向）の設置間隔ｌｖとの関係が判る。
つまり、出力部１３における第１間隔決定部１３ｖは、センサ（傾斜角検知部４）に要求される変位の最小単位δｘ_ｍｉｎ（傾斜角検知部が検出する変位の最小単位）、およびセンサが検出できる最小単位αｘに応じて、図１２に示すような設置間隔ｌｖを決定する。
これにより、出力部１３は、決定された設置間隔ｌｖを用いて、図８に示すように、測線がｎ本のときの測点Ｐ１（基点：掘削方向の一番下の傾斜角検知部４の位置）を通る鉛直方向（掘削方向）の直線である基準線に対応する測点Ｐ２（掘削方向の一番下から２番目の傾斜角検知部４の位置）の水平変位量δ１、…、測点Ｐｎ＋１（掘削方向の一番下から（ｎ＋１）番目の傾斜角検知部４の位置）の水平変位量δｎを、すなわち、ｎ個の水平変位量δ１～水平変位量δｎ（第１相対変位を表す情報）を精度よく求めることができる。

［水平方向における設置間隔ｌｈについての決定］
続いて、水平方向における設置間隔ｌｈ（所定の第２間隔）についての決定方法について説明する。
山留め支保工である腹起しの管理は、簡易に応力状態を計測することが困難であるため、目視による観察が主体となっている。しかしながら、腹起しは山留め壁や切梁の点検通路で隠れてしまうことが多く、目視観察自体が難しいという問題を抱えている。
ここで、「腹起し」とは、地面を掘削するときに、土が崩れないように山留めに使う部材であり、すなわち、地中を掘削するとき、廻りの土が崩れないように矢板などで山留めをおこなうが、山留め壁２が崩れないように押さえる部材のことを言う。本実施形態において、「腹起し」は、例えば特開２０１８－１８８８７４に記載されているように、深度方向の山留め壁頭部２ａの所定の距離だけ離れたところにおいて、芯材２１に取り付けられている。

すなわち、センサ（傾斜角検知部４）としての傾斜角検知ユニット４ｈ（第２傾斜角検知ユニット）は、芯材２１に取り付けられた腹起しの配置位置（図１に示す芯材２１において、山留め壁頭部２ａから１つ目の傾斜角検知部４を含んで構成される傾斜角検知ユニット４ｈから５つ目の傾斜角検知部４を含んで構成される傾斜角検知ユニット４ｈのいずれかの傾斜角検知ユニット４ｈの配置位置）に対応して取り付けられているものとする。
そこで、本実施形態においては、腹起しの計測管理を対象として、水平方向におけるセンサ（傾斜角検知ユニット４ｈ）を構成する傾斜角検知部４の設置間隔ｌｈを提案する。なお、提案された設置間隔ｌｈは、水平方向におけるセンサ（傾斜角検知ユニット４ｈ）を構成する傾斜角検知部４の設置間隔ｌｈとして、第２間隔決定部１３ｈにより決定されるものとする。

まず、腹起しのたわみ角θｘは、次式（６）で表される。
θｘ＝δｘ’／Ｌｅ…（６）
ここで、Ｌｅは腹起しの有効スパン長、δｘ’は腹起しのたわみである。

腹起しの許容たわみは山留め架構の設置状況によって異なるため、山留め設計指針に具体的なたわみ制限は記載されていない。設計では、腹起しは等分布荷重を受ける梁材として応力照査を行い、安全性を確認する。両端固定梁（１端の山留め壁に取り付けられた腹起しと、他端の山留め壁に取り付けられた腹起しとの間の切梁）の最大たわみは、鋼構造設計基準において１／３００以下となるように示されている。

したがって、腹起しの許容たわみ角θｘはθｘ≦１／３００とするのが合理的である。
腹起し長は０．１ｍ（１００ｍｍ）単位で設計されるため、式（６）にＬｅ＝１００（ｍｍ）を代入すると、腹起しのたわみの最小単位δｘ_ｍｉｎ’（ｍｍ）に関する条件は次式（７）のようになる。
δｘ_ｍｉｎ’≦１／３…（７）

ここで、掘削平面における山留め壁２の相対変位の例を模式的に示す図１３において示されているｌ、θｘ、δｘを、下記式（１１）～（１２）に代入することによって、式（１３）を得ることができる。
θｘ＝ｓｉｎ^－１（αｘ／１Ｇ）…（１１）
δｘ＝ｌ・ｓｉｎθｘ…（１２）
ｌ＝δｘ・（１Ｇ／αｘ）…（１３）

ここで、上式（１３）のαｘに傾斜角検知部４が検出できる最小単位αｘ_ｍｉｎを、δｘに山留め計測管理に要求される変位の最小単位δｘ_ｍｉｎ’を代入すると、山留め壁の水平方向におけるセンサ（傾斜角検知部４）設置間隔ｌｈは、式（４）と同形として、次式（８）で表される。
ｌｈ＝δｘ_ｍｉｎ’・（１Ｇ／αｘ_ｍｉｎ）…（８）
ここで、式（７）を満たすδｘ_ｍｉｎ’＝０．３とした場合、式（８）を用いて、水平方向に関する設置間隔ｌｈを試算すると、図１４のようになる。

すなわち、図１４に示すように、センサが検出できる最小単位αｘ（加速度センサの精度）と水平方向の設置間隔ｌｈとの関係が判る。
つまり、出力部１３における第２間隔決定部１３ｈは、センサ（傾斜角検知部４）に要求される変位の最小単位δｘ_ｍｉｎ’（傾斜角検知部が検出する変位の最小単位）、およびセンサが検出できる最小単位αｘに応じて、図１４に示すような設置間隔ｌｈを決定する。
これにより、出力部１３は、決定された設置間隔ｌｈを用いて、図８に示すように、測線がｎ本のときの測点Ｐ１（基点：変形前の掘削平面の４隅に最も近い位置に取り付けられた傾斜角検知部４の位置）を通る水平方向の直線である基準線に対応する測点Ｐ２（測点Ｐ１から設置間隔ｌｈ離れた２番目の傾斜角検知部４の位置）の水平変位量δ１、…、測点Ｐｎ＋１（測点Ｐ１から設置間隔ｌｈ×ｎ離れた（ｎ＋１）番目の傾斜角検知部４の位置）の水平変位量δｎを、すなわち、ｎ個の水平変位量δ１～水平変位量δｎ（第２相対変位を表す情報）を精度よく求めることができる。

上述したように、計測システム１００においては、山留め計測に用いる加速度センサ（傾斜角検知部４）の深度方向における設置間隔は、式（４）に基づいて設計する。これにより、式（４）のδｘ_ｍｉｎは実用上、式（５）の範囲（０．０５～０．５ｍｍ）をとることができる。
また、計測システム１００は、腹起しのたわみの計測管理に用いることができる。
また、計測システム１００においては、山留め計測に用いる加速度センサ（傾斜角検知部４）の水平方向における設置間隔は、式（８）に基づいて設計する。これにより、式（８）のδｘ_ｍｉｎ’は実用上、式（７）の範囲（１／３ｍｍ以下）をとることができる。

このように、山留め計測に加速度センサ（傾斜角検知部４）を利用する場合、計測システム１００においては、提案した設計式（５）および（７）を用いることで、山留め計測に要求される精度（センサ（傾斜角検知部４）に要求される変位の最小単位δｘ_ｍｉｎ）を満たすようなセンサの性能・設置間隔（所定の第１間隔、所定の第２間隔）を決定できる。
すなわち、計測システム１００においては、山留め壁２の計測管理において、山留め壁２の芯材にＭＥＭＳ型加速度センサ（傾斜角検知部４）を取り付けて壁面水平（面外）方向の相対変位を計測する際に、傾斜角検知ユニット４ｖ、４ｈはセンサ精度を踏まえたセンサの合理的な設置方法によって決定された設置間隔（所定の第１間隔ｌｖ、所定の第２間隔ｌｈ）を有している。

そのため、本発明の実施形態によれば、根切り・山留め工事の全期間において、掘削領域の周辺を含めた地盤の全体的な挙動を、所定の第１間隔ｌｖを持って配置された傾斜角検知ユニット４ｖ（第１傾斜角検知ユニット）、所定の第２間隔ｌｈを持って配置された傾斜角検知ユニット４ｈ（第２傾斜角検知ユニット）により、精度高くモニタリングすることができる。

以上、この発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。例えば、計測システム１００は、図１０に示すように、絶対位置計測部３０によって非接触で計測された山留め壁頭部２ａの所定の計測点３の絶対位置を表す情報を取得する絶対位置情報取得部１１を有してもよい。計測システム１００は、これにより、絶対位置を表す情報に基づく絶対変位を表す情報と、第１相対変位を表す情報と、第２相対変位を表す情報と、合わせて出力することができる。

１，１ａ，１ｂ，１００…計測システム、２…山留め壁、２ａ…山留め壁頭部、３…計測点、４…傾斜角検知部、４ｖ，４ｈ…傾斜角検知ユニット、１１…絶対位置情報取得部、１２…傾斜角情報取得部、１３…出力部、２１…芯材、４０…テープ式傾斜計、４２…センサ

Claims (6)

1. 鉛直方向である掘削方向に長手方向を有する芯材を用いて構成された山留め壁において、前記長手方向に所定の第１間隔で前記芯材に取り付けられた複数の傾斜角検知部から構成される第１傾斜角検知ユニットを用いて計測された前記芯材の傾斜角を表す情報を前記第１傾斜角検知ユニットから取得し、
   前記長手方向に対して直交する方向である水平方向に所定の第２間隔で前記芯材に取り付けられた複数の前記傾斜角検知部から構成される第２傾斜角検知ユニットを用いて計測された前記芯材の傾斜角を表す情報を前記第２傾斜角検知ユニットから取得する傾斜角情報取得部と、
   前記第１傾斜角検知ユニットから取得した前記傾斜角を表す情報に基づく第１相対変位を表す情報と、前記第２傾斜角検知ユニットから取得した前記傾斜角を表す情報に基づく第２相対変位を表す情報とを、出力する出力部と
   を備えることを特徴とする計測システム。
2. 前記出力部は、前記所定の第１間隔、および前記所定の第２間隔を、前記傾斜角検知部が検出する変位の最小単位、および前記傾斜角検知部が検出できる最小単位に応じて決定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の計測システム。
3. 前記第２傾斜角検知ユニットは、前記芯材に取り付けられた腹起しの配置位置に対応して取り付けられている
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の計測システム。
4. 前記長手方向における前記山留め壁の頭部の所定の計測点の絶対位置を表す情報を取得する絶対位置情報取得部と、を備え、
   前記出力部は、
   前記第１相対変位を表す情報と、前記第２相対変位を表す情報と、前記絶対位置情報取得部が取得した前記絶対位置を表す情報に基づく絶対変位を表す情報と、を出力する
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の計測システム。
5. 鉛直方向である掘削方向に長手方向を有する芯材を用いて構成された山留め壁において、前記長手方向に所定の第１間隔で前記芯材に取り付けられた複数の傾斜角検知部から構成される第１傾斜角検知ユニットを用いて計測された前記芯材の傾斜角を表す情報を前記第１傾斜角検知ユニットから取得し、
   前記長手方向に対して直交する方向である水平方向に所定の第２間隔で前記芯材に取り付けられた複数の前記傾斜角検知部から構成される第２傾斜角検知ユニットを用いて計測された前記芯材の傾斜角を表す情報を前記第２傾斜角検知ユニットから取得する傾斜角情報取得部を用いて、
   出力部によって、前記第１傾斜角検知ユニットから取得した前記傾斜角を表す情報に基づく第１相対変位を表す情報と、前記第２傾斜角検知ユニットから取得した前記傾斜角を表す情報に基づく第２相対変位を表す情報とを、出力する
   ことを特徴とする計測方法。
6. 請求項１に記載の計測システムにおける前記所定の第１間隔、および前記所定の第２間隔を、前記傾斜角検知部が検出する変位の最小単位、および前記傾斜角検知部が検出できる最小単位に応じて決定する
   ことを特徴とする間隔決定方法。

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