JP7304321B2 - 地山計測システム、地山計測方法、地山管理システム、及び地山管理方法 - Google Patents
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Description
例えば、特許文献1には、トンネルの沈下に加えて水平内空変位を精度よく特定することにより、切羽前方の地山状況の高精度な予測を可能とする、地山状況予測方法が提案されている。具体的には、少なくとも半円形部を含む断面形状のトンネルのトンネルアーチ部において、トンネルの軸方向に間隔を置いて複数の傾斜計を設置し、各傾斜計の計測データを取得し、隣接する傾斜計のそれぞれの計測データから傾斜角の変化量を算定し、算定結果に基づいて切羽前方の地山状況を予測する方法において、水平方向のスプリングラインと鉛直方向のセンターラインの交点を中心として、スプリングラインから角度55度乃至65度の範囲に傾斜計を設置するものである。
計測場所が限定的になることに関してはさらに、切羽の近傍を計測場所とした際に切羽における肌落ち等の懸念があることから、切羽面からある程度離れた安全な場所を計測場所とすることなどもその理由となる。この切羽面からある程度離れた計測場所での地山計測に関しては、地山に近接した場所での計測が地山前方の性状評価に好適であることに鑑みると、性状評価精度の低下に繋がり得る。また、データ回収の時間帯が限定的になることにより、以後の山岳トンネル施工に対して計測データを速やかにフィードバックさせ難いといった課題も生じ得る。
山岳トンネルの掘進に伴って地山性状を示す定量データの計測を行う、地山計測システムであって、
前記山岳トンネルの坑壁から地山側に延びる計測孔に収容されている、計測器と、
前記計測孔よりも坑口側に配設されている、通信器と、を有し、
前記計測器は、計測部と、第一通信部と、を備え、
前記第一通信部は、前記計測部にて計測された計測データを前記通信器に無線送信する、LPWA無線通信モジュールと、通信アンテナと、を備えていることを特徴とする。
ここで、LPWA(Low Power Wide Area)は、広域データ通信と低消費電力を可能にした無線通信方式(例えば、920MHz帯のISM(Industrial Scientific and Medical Band)を使用した通信方式)のことであり、従来、山岳トンネルにLPWAを適用した計測システムや計測方法は存在しない。そのため、山岳トンネルにLPWAを適用した場合に、長距離通信が可能であるかは定かでないことから、本発明者等は山岳トンネルにおいて計測器からLPWA無線通信にて通信器に計測データの送信が可能か否かを検証し、その適用妥当性を実証している。
尚、本明細書において「長距離通信」とは、例えば1km以上の距離において計測データを無線通信することを意味する。
計測器としては傾斜計(例えば二軸の傾斜計)や変位計、ロックボルトの軸力計(応力計)、吹付けコンクリートの応力計等が含まれる。例えば、計測器が傾斜計である場合は、計測部により山岳トンネルの掘進方向(軸方向)と断面方向(横断方向)の傾斜角に関する計測データが得られる。得られた計測データは、計測器の備える制御部の制御により、LPWA無線通信モジュールに繋がる通信アンテナを介して、例えば1km以上離れた坑口側にある通信器に無線通信される。
計測データを受信した通信器は、例えばネットワークを介してサーバ装置や施工関係者(施工管理者、施工会社の本支店担当者、施工業者等)の備えるユーザ端末(スマートフォンやタブレット、パーソナルコンピュータ等)に送信される。LPWA無線通信を適用することにより、トンネルに設置される通信器の数を可及的に低減することができ、山岳トンネルの長さによっては、例えば一台の通信器のみで、計測器にて計測された計測データをネットワークを介してサーバ装置等に送信することが可能になる。
ここで、計測孔の内部に計測器を完全に収容した際に、通信アンテナから通信器に計測データが良好に送信できるかが問題となり得るが、計測孔内に計測器を完全に収容した場合においても長距離通信が可能であることが本発明者等により実証されている。
(1)前記計測データの送受信が可能なゲートウェイ、
(2)前記計測データの受信が可能なゲートウェイと、該ゲートウェイに接続されている坑内LANと、該坑内LANに接続されている送信用アクセスポイント。
本態様によれば、二つの形態の通信器のいずれか一種を有することにより、ネットワークを介してサーバ装置や施工関係者の備えるユーザ端末に対して計測データを良好に送信することが可能になる。
前記地山計測システムと、
前記通信器とネットワークを介して接続される、サーバ装置と、
前記サーバ装置とネットワークを介して接続される、ユーザ端末と、を有し、
前記サーバ装置は、前記計測データを受信する第二通信部と、該計測データを格納する格納部と、を備え、
前記ユーザ端末は、前記サーバ装置から少なくとも前記計測データを受信する第三通信部と、少なくとも該計測データを表示する表示部と、を備え、
前記サーバ装置と前記ユーザ端末の少なくとも一方が、前記計測データに基づいて前記地山性状、及び/又は、前記地山性状に応じた地山評価を判定する判定部をさらに備えていることを特徴とする。
また、サーバ装置とユーザ端末の少なくとも一方が、計測データに基づいて地山性状、及び/又は、地山性状に応じた地山評価(地山の硬軟の程度、地山の安定性/不安定性、支保パターンの適否等)を判定する判定部を備えていることにより、例えば複数のユーザ端末が現状の地山性状や、地山の硬軟の程度等に応じた当初計画の支保パターンの適否等を速やかに特定することができる。そして、現状の地山性状が当初計画段階における地山性状よりも不良(例えば軟らかい)の場合は速やかに支保パターンの見直しを行うことが可能になり、地山性状の急変に対しても高い施工安全性を保証する施工管理を実現することができる。
判定部では、地山の硬軟の程度等に応じた複数の地山の良否レベル(例えば、硬質、準硬質、準軟質、軟質等)が設定され、各良否レベルに応じた支保パターンが設定されており、計測データから良否レベルが判定され、良否レベルに応じた支保パターンが割り出される。
判定部における判定結果がユーザ端末の表示部に表示されることにより、例えば複数の施工関係者は、随時、リアルタイムに地山の良否と現状計画の支保パターンの適否、変更される場合の支保パターン等を特定することが可能になる。
ここで、サーバ装置とユーザ端末の少なくとも一方が判定部を備えていることに関し、判定部がサーバ装置に内蔵されている場合は、第二通信部を介して受信され、格納部に格納される計測データに基づいて、サーバ装置の備える判定部にて地山性状等が判定される。そして、サーバ装置の第二通信部を介して、計測データに加えて判定部による判定結果がユーザ端末に送信される。
一方、判定部がユーザ端末に内蔵されている(例えば、判定アプリケーションソフトがユーザ端末にダウンロードされ、判定部を形成している)場合は、サーバ装置の第二通信部から送信され、第三通信部を介して受信された計測データに基づいて、ユーザ端末の判定部にて地山性状等が判定される。
山岳トンネルの掘進に伴って地山性状を示す定量データの計測を行う、地山計測方法であって、
前記山岳トンネルの坑壁から地山側に延びる計測孔を施工する、計測孔施工工程と、
計測部と、第一通信部と、を備え、該第一通信部は、前記計測部にて計測された計測データを通信器に無線送信する無線通信モジュールと、通信アンテナと、を備えている、計測器の全体を前記計測孔に設置する、計測器設置工程と、
前記計測孔よりも坑口側に通信器を設置する、通信器設置工程と、
前記計測部にて前記定量データを計測し、計測された計測データを前記通信器に対してLPWA無線にて送信する、計測送信工程と、を有することを特徴とする。
また、計測器設置工程において、計測器の全体を計測孔に設置することにより、山岳トンネルの施工の発破等の際に飛散し得る岩塊により計測器が破損することを防止できる。
前記地山計測方法における前記計測送信工程に次いで、前記通信器からネットワークを介して前記計測データをサーバ装置に送信し、該サーバ装置から少なくとも前記計測データをユーザ端末に送信し、該ユーザ端末において少なくとも前記計測データを表示することにより、前記山岳トンネルの地山性状を特定して施工管理を行う、地山管理方法であって、
前記サーバ装置と前記ユーザ端末の少なくとも一方において、前記計測データに基づいて前記地山性状、及び/又は、前記地山性状に応じた地山評価を判定する判定工程を有することを特徴とする。
本態様によれば、サーバ装置とユーザ端末の少なくとも一方において、計測データに基づいて地山性状、及び/又は、地山性状に応じた地山評価(地山の硬軟の程度、地山の安定性/不安定性、支保パターンの適否等)を判定する判定工程を有することにより、例えば複数のユーザ端末が現状の地山性状や、地山の硬軟の程度に応じた当初計画の支保パターンの適否等を速やかに特定することができる。そのため、現状の地山性状が当初計画段階における地山性状よりも不良の場合は、速やかに支保パターンの見直しを図ることが可能になり、地山性状の急変に対しても高い施工安全性を保証する施工管理を実現することができる。
<地山計測システム>
はじめに、図1乃至図3を参照して、実施形態に係る地山計測システムの一例について説明する。ここで、図1は、実施形態に係る地山計測システムの一例を示す全体構成図であり、図2は、地山計測システムを構成する計測器の機能構成の一例を示す図である。また、図3(a)と図3(b)はいずれも、通信器の機能構成の一例を示す図である。
次に、図4乃至図6を参照して、実施形態に係る地山管理システムの一例について説明する。ここで、図4は、実施形態に係る地山管理システムの一例を示す全体構成図である。また、図5は、コンピュータのハードウェア構成の一例を示す図であり、図6(a)と図6(b)はそれぞれ、地山管理システムを構成するサーバ装置とユーザ端末の機能構成の一例を示す図である。
次に、図7を参照して、実施形態に係る地山計測方法と地山管理方法の一例について説明する。ここで、図7は、実施形態に係る地山計測方法と地山管理方法の一例を示すフローチャートである。
本発明者等は、山岳トンネルにおけるLPWA通信の通信距離と受信信号強度との関係に関する検証実験を行い、山岳トンネルにおける通信可能な距離を特定した。
本発明者等はさらに、計測孔における計測器の挿入深さと受信信号強度との関係に関する検証実験を行い、計測孔に計測器を完全に収容した際の計測データの送受信可能性を検証した。
11:切羽
12:坑口
13:坑壁
14:支保部材
15:吹付けコンクリート
16,16A,16B:計測孔
20,20A,20B:計測器
21:本管
22:制御部
23:格納部
24:計測部
25:第一通信部
26:LPWA無線通信モジュール
27:通信アンテナ
28:外管
30,30A:通信器
31:ゲートウェイ
32:制御部
33:LPWA無線通信モジュール
34,37,38:通信アンテナ
35:LANケーブル
36:送信用アクセスポイント
50:地山計測システム
60:ネットワーク
70:サーバ装置
80,80A,80B,80C:ユーザ端末
100:地山管理システム
702:第二通信部
704:判定部
706:格納部
802:第三通信部
804:表示部
G:地山
Claims (6)
- 山岳トンネルの掘進に伴って地山性状を示す定量データの計測を行う、地山計測システムであって、
前記山岳トンネルの坑壁から地山側に延びる計測孔に収容されている、計測器と、
前記計測孔よりも坑口側に配設されている、通信器と、を有し、
前記計測器は、計測部と、第一通信部と、を備え、
前記第一通信部は、前記計測部にて計測された計測データを前記通信器に無線送信する、LPWA無線通信モジュールと、通信アンテナと、を備えていることを特徴とする、地山計測システム。 - 前記計測器の全体が前記計測孔に収容されていることを特徴とする、請求項1に記載の地山計測システム。
- 前記通信器が、以下のいずれか一種であることを特徴とする、請求項1又は2に記載の地山計測システム。
(1)前記計測データの送受信が可能なゲートウェイ、
(2)前記計測データの受信が可能なゲートウェイと、該ゲートウェイに接続されている坑内LANと、該坑内LANに接続されている送信用アクセスポイント。 - 請求項1乃至3のいずれか一項に記載の地山計測システムと、
前記通信器とネットワークを介して接続される、サーバ装置と、
前記サーバ装置とネットワークを介して接続される、ユーザ端末と、を有し、
前記サーバ装置は、前記計測データを受信する第二通信部と、該計測データを格納する格納部と、を備え、
前記ユーザ端末は、前記サーバ装置から少なくとも前記計測データを受信する第三通信部と、少なくとも該計測データを表示する表示部と、を備え、
前記サーバ装置と前記ユーザ端末の少なくとも一方が、前記計測データに基づいて前記地山性状、及び/又は、前記地山性状に応じた地山評価を判定する判定部をさらに備えていることを特徴とする、地山管理システム。 - 山岳トンネルの掘進に伴って地山性状を示す定量データの計測を行う、地山計測方法であって、
前記山岳トンネルの坑壁から地山側に延びる計測孔を施工する、計測孔施工工程と、
計測部と、第一通信部と、を備え、該第一通信部は、前記計測部にて計測された計測データを通信器に無線送信する無線通信モジュールと、通信アンテナと、を備えている、計測器の全体を前記計測孔に設置する、計測器設置工程と、
前記計測孔よりも坑口側に通信器を設置する、通信器設置工程と、
前記計測部にて前記定量データを計測し、計測された計測データを前記通信器に対してLPWA無線にて送信する、計測送信工程と、を有することを特徴とする、地山計測方法。 - 請求項5に記載の地山計測方法における前記計測送信工程に次いで、前記通信器からネットワークを介して前記計測データをサーバ装置に送信し、該サーバ装置から少なくとも前記計測データをユーザ端末に送信し、該ユーザ端末において少なくとも前記計測データを表示することにより、前記山岳トンネルの地山性状を特定して施工管理を行う、地山管理方法であって、
前記サーバ装置と前記ユーザ端末の少なくとも一方において、前記計測データに基づいて前記地山性状、及び/又は、前記地山性状に応じた地山評価を判定する判定工程を有することを特徴とする、地山管理方法。
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