JPH0515210B2

JPH0515210B2 -

Info

Publication number: JPH0515210B2
Application number: JP29221485A
Authority: JP
Inventors: Keiji Tokutomi
Original assignee: Kyowa Electronic Instruments Co Ltd
Current assignee: Kyowa Electronic Instruments Co Ltd
Priority date: 1985-12-26
Filing date: 1985-12-26
Publication date: 1993-03-01
Also published as: JPS62151706A

Description

【発明の詳細な説明】

(a) 技術分野本発明は、トンネル内壁に設置してトンネルの
内空変位状況を計測するための変位計測用検出器
およびこの変位計測用検出器を用いたトンネル内
空の変位計測方法に関するものである。 (b) 従来技術岩盤等を掘削して穿設されるトンネルは、岩盤
の硬軟あるいは土圧の変化等によりその内周壁の
断面形態が変形し（これを「内空変位」と称して
いる）、極端な場合、落盤等の生じる虞れがある。
そのため、トンネル（特にNATM工法によるト
ンネル）の内空変位計測は、抗内観察調査、天端
沈下測定と共に日常計測項目（計測Ａ）とされて
いる。従来、このような内空変位計測は、コンバージ
エンスメジヤーを用いた人手による計測方法が実
施されてきた。第６図は、この従来の内空変位計測方法を説明
するための概略構成を示す正面図である。同図において、１および２は、トンネル内壁３
の対向する部位に軸心方向を一致させてそれぞれ
植設されたコンバージエンスボルトであり、一方
のコンバージエンスボルト１にはユニツト４を介
してテープ５の一端が連結され、このテープ５の
他端は調整チユーブ付引張装置６、ダイヤルゲー
ジ７およびユニツト８を順次介して他方のコンバ
ージエンスボルト２に連結されて、いわゆるコン
バージエンスメジヤーが構成される。内空変位の計測に際して、コンバージエンスメ
ジヤーの２つのユニツト４および８を両方のコン
バージエンスボルト１および２に取付け、さらに
正確に２点間の距離を測定するために調整装置６
を操作してテープ５の張力が一定となるように調
整する。その後、ダイヤルゲージ７の値を読み取
り、記録しておく。適宜時間または所定時間経過
後テープの張力を調整してダイヤルゲージ７の値
または最初に読み取つた値からの変化値を記録し
ておく。以後も同様の手順によつて対向するトン
ネル内壁３，３間の間隔（または長さ）の変化を
測定する。ところで、このような従来の内空変位計測方法
は、トンネル内空を横切るようにしてコンバージ
エンスメジヤーを設置する関係上、その設置作
業、調整（較正を含む）作業、測定作業等のため
に大がかりな足場を重機を用い且つ熟練作業者に
よつて組まねばならず、非常にコストが高くつく
ばかりでなく、高所作業のため危険性を伴うとい
う難点がある。その上、設置作業や計測作業の都
度、トンネル掘削作業や土砂の搬出作業等の工事
を中断しなければならないという不都合があつ
た。さらに、機器取付に熟練を要し且つテープ５に
正確な張力を与える必要があり、さらには計測精
度を上げるために、コンバージエンスメジヤーの
ユニツト４，８とダイヤルゲージ７を毎回の測定
の都度、付属した校正装置で校正する必要がある
等、甚だ厄介な作業を伴うという難点がある。また、ダイヤルゲージ７は、目視するものであ
るため、読取り上の誤差が大きいという難点があ
るばかりでなく、測定データを電気的に伝達する
ことができず、遠隔地点での計測が不可能であ
り、しかも人手を介した演算が必要となるという
難点がある。また、近年では、施工管理の重要性が高まつて
おり、計測データの現場への迅速なフイードバツ
クが必要であり、電気的出力の得られる内空変位
計測方法およびその方法を実現する機器の開発が
要望されているが、上述のコンバージエンスメジ
ヤー等の機構的な計測では到底その要望を満たす
ことはできない。 (c) 目的本発明は、上述した従来の難点に鑑みなされた
もので、その目的とするところは、種々のトンネ
ルあるいは各種構造物の被測定個所における変位
状況を知るために必要な基準個所または隣接する
被測定個所との間の変位および相対角度を電気信
号として簡便に且つ精度よく検出することがで
き、しかも構成が簡素で、製造コストが低廉であ
り何回でも再利用が可能であり、さらに携帯性に
も優れたトンネル内空の変位計測用検出器を提供
すると共に、この計測に際して被測定個所から離
れた地点での計測が可能で、高所作業による危険
性が全くなく、熟練を要せず、設置コスト、計測
コストが低廉で、工事の中断の必要がなくしかも
良好な精度でトンネル内空の変位を計測し得るト
ンネル内空の変位計測方法を提供することにあ
る。 (d) 構成第１の発明（特許請求の範囲第１項に記載の発
明）は、上記の目的を達成させるため、トンネル
内壁の被測定個所にアンカー手段によつて固定さ
れる検出器本体と、この検出器本体上に回動可能
に支持された滑車と、この滑車に掛けられ両端側
に所定の張力が与えられるワイヤと、前記検出器
本体上に設けられ前記滑車の前記検出器本体に対
する回動量を検出しその回動量に対応した電気信
号を出力する変位計測用変換器と、前記検出器本
体上に設けられ前記検出器本体に対する前記ワイ
ヤの各端側の引出方向角度をそれぞれ検出しその
角度に対応した電気信号を出力する第１および第
２の相対角度計測用変換器とからなり、前記トン
ネル内空の断面形態の把握に必要な隣接する被測
定個所または基準個所との間の区間変位および相
対角度に相応する電気信号が得られるように構成
したことを特徴としたものであり、第２の発明
（特許請求の範囲第２項に記載の発明）は、アン
カー手段を有する検出器本体に、回動可能な滑車
と当該滑車の回動量を検出し電気信号を出力する
変位計測用変換器と当該滑車に掛け渡されるワイ
ヤの各端側の検出器本体に対する引出方向角度を
それぞれ検出する第１および第２の相対角度計測
用変換器がそれぞれ取付けられてなる変位計測用
検出器を、トンネル内壁の複数の被測定個所に前
記アンカー手段をもつてそれぞれ設置し、１本の
前記ワイヤの一端を前記トンネル内壁の基準個所
に固定し、さらに当該ワイヤを前記複数の変位計
測用検出器の各滑車に順次掛け渡し、その他端に
一定張力を付与せしめる張力付与手段を連結し、
前記変位計測用変換器および前記第１、第２の相
対角度計測用変換器からそれぞれ出力される当該
被測定個所の隣接する被測定個所または基準個所
に対する変位および相対角度に対応する電気信号
をもとに前記基準個所からの各変位計測用検出器
の位置座標を演算により求めることを特徴とした
ものである。以下、第１および第２の発明（ここではこれら
両発明を総称して本発明ということがある）の構
成を、添付図面に示す実施例に基づいて詳細に説
明する。第２図は、第１の発明の一実施例の構成を示す
正面図である。同図において、９はトンネル覆工コンクリート
であり、岩盤等を掘削した後で、土砂や岩石等の
落下や湧水を止めるためのもので、その内表面が
トンネル内壁３を形成している。１０は、トンネル内壁の変位を計測する変位計
測用検出器（以下、「変位検出器」と略称する）
であり、その基本的な構成は、検出器本体１１、
アンカー手段としてのアンカー治具１２、変位計
測用滑車１３、変位計測用変換器としての変位計
１４、第１および第２の角度伝達アーム１５およ
び１６、第１および第２の相対角度計測用変換器
としての角度計１７および１８、ワイヤ１９より
なつている。このうち、検出器本体１１は、七角
形ではあるが板状で且つ野球のホームベース状に
類似した形状を呈しており、一端部にアンカー治
具１２が溶接、ねじ止め等に手段により一体的に
固設されており、この検出器本体１１は、アンカ
ー治具１２をトンネル内壁３を形成するトンネル
覆工コンクリート９に植設することによつて固定
される。この検出器本体１１には、変位計測用変
換器としての変位計１４の本体部が取付けられ、
一方この変位計１４の受感部としての回動軸１４
ａまたはこの回動軸１４ａと同心で且つ一体的に
回動する支軸（図には現われていない）には、変
位計測用滑車１３が嵌合固定されている。上記変
位計１４は、この実施例の場合、ポテンシヨンメ
ータが用いられている。検出器本体１１上におけ
る滑車１３の斜め両側方の等距離位置には、第１
および第２の相対角度計測用変換器としてのポテ
ンシヨンメータよりなる角度計１７および１８の
本体部が取付けられ、一方これら角度計１７およ
び１８の受感部としての回動軸１７ａおよび１８
ａまたはこれと一体に回動する支軸によつて第１
および第２の角度伝達アーム１５および１６の基
端がそれぞれ一体的に回動するように取付けられ
ている。この細長い板状の第１および第２の角度
伝達アーム１５および１６には、それぞれ長手方
向に略一直線上に、３個の滑車２１，２２，２３
および２４，２５，２６が回動可能に取付けられ
ている。上記回動軸１７ａと１４ａおよび回動軸
１８ａと１４ａの間の検出器本体１０上には案内
用滑車２７および２８が回動自在に取付けられて
いる。そして、変位検出器１０には、インバー線
よりなるワイヤ１９が、滑車２１，２２，２３を
順次千鳥状に掛け渡され、さらに案内用滑車２
７、変位計測用滑車１３、案内用滑車２８を介
し、さらに滑車２４，２５，２６を順次千鳥状に
掛け渡されて引出されている。第１図は、第２の発明の一実施例を説明するた
めの模式的断面図である。同図において、１０，１０……は、それぞれ第
２図に示したトンネル内空変位計測用の変位検出
器であり、トンネル内空の測定断面の性状、測定
目的、測定個所等に応じて所定間隔おきに必要数
を配置する。この例の場合、被測定個所は６個所
であり、変位検出器１０も６個配設されている。
１９は、インバー線よりなるワイヤであり、一端
は、基準個所M₀に固定され、第２図の実施例に
示したような要領で、各変位検出器１０に順に掛
け渡され、その他端は、最後の被測定個所M₅の
近傍において重錘２９が連結され一定の張力が負
荷されるように構成されている。次に、このように構成された実施例の動作につ
き説明する。先ず、トンネル内壁の所定断面において、基準
個所M₀およびこの基準個所M₀から区間L₁〜L₅を
設けて被測定個所M₁〜M₅に、それぞれ変位検出
器１０を各アンカー治具１２によつて固定する。
そして、各変位検出器１０に掛け渡されたワイヤ
１９の一端を基準個所M₀に固定し、ワイヤ１９
の他端を末端の被測定個所M₅の近傍に延出し重
錘２９を連結し吊下げる。これによつて、ワイヤ
１９の各部には一定の張力が常時付与されること
になる。このような状態において、例えば、被測
定個所M₁が垂直方向に沈下（変位）したと仮定
すると、変位検出器１０が共に沈下するから、変
位計測用滑車１３は、反時計回りに回動する。こ
れと同時に、第１の角度伝達アーム１５は、時計
回りに僅かに回動し、第２の角度伝達アーム１６
は反時計回りに僅かに回動する。この変位計測用
滑車１３の検出器本体１１に対する相対回動角の
変化を変位計１４が検出し、その回動角に対応し
た電気信号、換言すれば、区間L₁の変位（この
場合、マイナス変位）に対応した電気信号を出力
する。また、第１および第２の角度伝達アーム１
５および１６の検出器本体１１に対する相対角度
変化を角度計１７および１８がそれぞれ検出し、
その相対角度変化に対応した電気信号、換言すれ
ば、隣接した区間L₁，L₂との間の相対角度変化
（この場合、プラス角度変化）に対応した電気信
号を出力する。第３図イおよびロは、隣接する区間の相対角度
変化の検出原理を説明するための説明図である。同図イにおいて、隣接する被測定個所と当該被
測定個所との間に張られるワイヤ１９₁と１９₂の
なす相対角度をθ、このワイヤ１９₁，１９₂と任
意の角度で交又する２本の線分をLa，Lb、これ
ら線分LaおよびLbがワイヤ１９₁と１９₂に対し
交又する角度をA₁，A₂およびB₁，B₂とすると、
相対角度θは、次式の関係のようになる。 θ＝A₁＋A₂−180゜……(1) θ＝B₁＋B₂−180゜……(2) この関係は、第３図ロに示すように、相対角度
θが上述の場合より大きい場合にも成立する。こ
のことから、変位検出器本体１１が覆工コンクリ
ート９に対しどのような角度で取付けられても角
度A₁，A₂またはB₁，B₂が判れば上記(1)式または
(2)式より相対角度θが求められることが理解でき
る。第４図イ、ロ、ハは、それぞれトンネル内空変
位の計測原理を説明するための図であり、同図イ
は、トンネル中心方向に△ｘの沈下が発生したと
き、同図ロは、真横方向に△ｘの移動が発生した
とき、同図ハは、△ｘの沈下と△ｘの横方向移動
が同時に発生したときの状態を模式的に示した図
である。いま、任意の被測定個所Miにおける初期設置
相対角度をθ、隣接する変位検出器間の長さ（区
間距離）をそれぞれli，li_-1とすると、被測定個
所Miの移動量（変換量）は、Mi_-1〜Mi₊₁の角度
およびli，li_-1の長さの変化量を計測することに
より求めることができる。即ち、例えば、初期区間距離ｌを2000mm、初期
相対角度を150゜、被測定個所Miにおける移動量
Δxとして、第４図イの場合下方向に５mm、ロの
場合左横方向に５mm、ハの場合下方向および左横
方向に５mmの移動がそれぞれあつたとすると、各
場合の区間変位li_-1，li、被測定個所Mi_-1、Mi、
Mi₊₁における相対角度θi_-1、θi、θi₊₁は、次表の
通り変化する。（ただし変位の単位：mm、角度の
単位：度）。

【表】ここで、相隣る被測定個所Mi，Mi₊₁での変位
計１４による観測値をLi，Li₊₁とすると、各々の
区間変位量liは、 li＝Li₊₁−Li ……(3) にて与えられる。これが上表（）内数値であ
る。このようにして、各被測定個所M₀……Mi……
Mnにおける相対角度θ、区間変位ｌの値を知る
ことができる。第５図は、トンネル内空変位計測装置の一実施
例の構成を示すブロツク図である。同図において、１０₀，１０₁，１０ｉ，……１
０ｎは、第２図に示す変位検出器であり、その各
出力値ΔE₀，ΔE₁，ΔEi……ΔEnは、接続ケーブ
ルを介してスキヤナ３０に伝達される。スキヤナ
３０は、上記変位および相対角度に対応した各出
力値ΔE₀，ΔEi……ΔEnを演算器３１の切換指令
に応じて順次演算器３１に入力せしめる。演算器
３１は、初期データ設定器３２により供給される
データ、および上記各出力値ΔE₀，ΔE₁，ΔEi…
…ΔEnに基づき各変位検出器の位置座標を演算
し、その座標値信号をバツフア３３に順次出力し
て行く。バツフア３３に出力された座標値信号
は、Ｘ−Ｙプロツタ３４に出力されこのＸ−Ｙプ
ロツタ３４により各変位検出器の位置がそれぞれ
プロツトされる。これら複数の変位検出器は、ト
ンネル内空の輪郭を形成するトンネル内壁に沿う
ようにして設置されているので、Ｘ−Ｙプロツタ
３４によつて、プロツトされた点またはこの点を
順次結んで描かれた線図よりトンネル内空の断面
形態を把握することができ、その形態の変化から
地盤の沈下、落盤等を予測することができる。近来、マイクロコンピユータ等を使用すること
により、容易に座標値を演算することができ、こ
れをＸ−Ｙプロツタ３４に転送することにより瞬
時にして図形処理が可能であるので、施工管理に
寄与するところは多大である。このように構成され且つ動作する本実施例に係
るトンネル内空の変位検出器は、その基本的構成
が検出器本体１１、アンカー治具１２、変位計測
用滑車１３、変位計１４、第１、第２の角度伝達
アーム１５，１６、角度計１７，１８、ワイヤ１
９よりなる簡素な構成であるため、携帯性がよい
上、製作コストがあまりかからず、設置作業は、
アンカー治具１２をトンネル覆工コンクリート９
に植え込むだけでよいから設置および取外しが可
能であり再利用も図れ、取り付けの順番も任意で
よい等の利点がある。また、この変位検出器は、変位および角度に応
じた電気信号が得られるので、遠隔計測、計測現
場への迅速なフイードバツク、マイクロコンピユ
ータ等による自動演算処理、図形処理が可能で、
目視による計測と違つて読取り誤差の混入する余
地がなく、人間の手を介した演算を排除すること
ができこの点で計測精度の向上が図られる。そし
て、ワイヤ１９には、常時、重錘２９によつて一
定の張力が付与されているので、従来の内空変位
計測方法のように張力を測定の都度調整する必要
がない等、取扱いが容易であり、計測作業に熟練
を何ら必要としない。また、ワイヤ１９の張る角度を検出するのに、
２つの角度計１７，１８、角度伝達アーム１５，
１６を設けてあるため、変位検出器１０のトンネ
ル内壁３に対する取付姿勢に何ら制限を受けるこ
とがなく、一定の精度を確保することができる。また、第１図に示す実施例によれば、複数の変
位検出器１０，１０……およびワイヤ１９、重錘
２９は、すべてトンネル内壁３に沿つて配設され
るので、従来のコンバージエンスメジヤーのよう
に、トンネル内空を横切るような障害となるもの
がなく、従つて、工事を中断する必要が全くな
い。また、計測に際して高所に登る必要がないた
め、危険性がなく、熟練も要せず、その分従来の
方法に比べ、設置コスト、計測コストも大幅に低
減化できる。さらに、各変位検出器１０から出力される電気
信号を、例えば第５図に示すトンネル内空変位計
測装置によつて処理することによつて、迅速且つ
正確にトンネル内空の状況を知ることができ、施
工管理上、頗る好都合な情報が得られる。そし
て、この情報は、変位検出器の数を増やし、１区
間距離を小さくすることにより、容易に検出精度
を向上することができる。尚、本発明は、上述し且つ図面に示した実施例
のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を
逸脱しない範囲において種々の変形実施が可能で
あることは勿論である。例えば、上述した実施例においては、検出器本
体１１とアンカー治具１２とを回動不能に固定し
てあるが、第３図について説明したところより明
らかなように、これら両者を回動軸１４ａを中心
として相対的に回動し得るように構成してもよ
い。また、第１、第２の角度伝達アーム１５，１６
およびこれらの上に取付けられた滑車２１，〜２
６は、必須なものではなく、要は、変位検出器１
０から、引出されるワイヤ１９の両端側の引出方
向を検知すればよいのであるから、例えば、一端
が回動軸１７ａ、または１８ａを中心として回動
する感知レバーの他端に感知ピン（ローラでもよ
い）を設け、このピンが常時ワイヤ１９に当接す
るように上記感知レバーをばねでもつて付勢した
構成としてもよい。また、この感知レバーまたは、第１、第２の角
度伝達アーム１５，１６の枢支点は、第２図示の
位置に限らず、例えば、配置上の制約が許す限
り、変位計測用滑車１３に近い位置であつてもよ
い。そして、案内用滑車２７，２８を省略しても
よい。さらに、変位計測用変換器および第１の相対角
度計測用変換器として、ポテンシヨメータ式の変
位計および角度計を用いた例につき説明したが、
ロータリエンコーダ、あるいはひずみゲージ式の
角度計または変位計等を用いてもよく、要は、回
動量（回動角）を検出し、それに対応した電気信
号を出力する変換器であれば、その形式、種類、
構造を問うものではない。 (e) 効果以上詳述したように、第１の発明によれば、ト
ンネルあるいは各種構造物の被測定個所における
変位状況を知るために必要な基準個所または隣接
する被測定個所との間の変位および相対角度に正
確に対応した電気信号が簡便に得られ、しかも構
成が簡素で、製造コストが低廉で、設置、撤収お
よび取扱いが簡単で何回でも再利用でき、加えて
携帯性にも優れたトンネル内空の変位計測用検出
器を提供することができる。さらに、第２の発明によれば、第１の発明に係
る変位計測用検出器を用いているため、上記数々
の利点が得られるのは勿論のこと、トンネル内空
の変位計測に際し、被測定個所から離隔した地点
での遠隔集中計測が可能で、高所に登る必要がな
いため安全であり、設置や計測に熟練者の手を煩
わす必要がなく、従つて設置コスト、計測コスト
が低減化でき、本来の掘削工事を中断をさせずに
すみ、しかも良好な精度で、トンネル内空の形状
を把握するに充分な情報を迅速に得ることのでき
るトンネル内空の変位計測方法を提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、第２の発明の一実施例を説明するた
めの模式的断面図、第２図は、第１の発明の一実
施例の構成を示す正面図、第３図イおよびロは、
それぞれ隣接する区間の相対角度の検出原理を説
明するための説明図、第４図イ、ロ、ハは、それ
ぞれ第２の発明におけるトンネル内空変位の計測
原理を説明するための図、第５図は、第２の発明
に係るトンネル内空変位計測装置の一実施例の構
成を示すブロツク図、第６図は、従来の内空変位
計測方法を説明するための概略構成を示す正面図
である。３……トンネル内壁、９……トンネル覆工コン
クリート、１０……変位検出器、１１……検出器
本体、１２……アンカー治具、１３……変位計測
用滑車、１４……変位計、１７，１８……角度
計、１５，１６……第１、第２の角度伝達アー
ム、１９……ワイヤ、２９……重錘、３０……ス
キヤナ、３１……演算器、３２……初期データ設
定器、３３……バツフア、３４……Ｘ−Ｙプロリ
ン。

Claims

【特許請求の範囲】１トンネル内壁の被測定個所にアンカー手段に
よつて固定される検出器本体と、この検出器本体
上に回動可能に支持された滑車と、この滑車に掛
けられ両端側に所定の張力が与えられるワイヤ
と、前記検出器本体上に設けられ前記滑車の前記
検出器本体に対する回動量を検出しその回動量に
対応した電気信号を出力する変位計測用変換器
と、前記検出器本体上に設けられ前記検出器本体
に対する前記ワイヤの各端側の引出方向角度をそ
れぞれ検出しその角度に対応した電気信号を出力
する第１および第２の相対角度計測用変換器とか
らなり、前記トンネル内空の断面形態の把握に必
要な隣接する被測定個所または基準個所との間の
変位および相対角度に相応する電気信号が得られ
るように構成したことを特徴とするトンネル内空
の変位計測用検出器。２アンカー手段を有する検出器本体に、回動可
能な滑車と当該滑車の回動量を検出し電気信号を
出力する変位計測用変換器と当該滑車に掛け渡さ
れるワイヤの各端側の検出器本体に対する引出方
向角度をそれぞれ検出する第１および第２の相対
角度計測用変換器がそれぞれ取付けられてなる変
位計測用検出器を、トンネル内壁の複数の被測定
個所に前記アンカー手段をもつてそれぞれ設置
し、１本の前記ワイヤの一端を前記トンネル内壁
の基準個所に固定し、当該ワイヤを前記複数の変
位計測用検出器の各滑車に順次掛け渡し、その他
端に一定張力を付与せしめる張力付与手段を連結
し、前記変位計測用変換器および前記第１、第２
の相対角度計測用変換器からそれぞれ出力される
当該被測定個所の隣接する被測定個所または基準
個所に対する区間変位および相対角度に対応する
電気信号をもとに前記基準個所からの各変位計測
用検出器の位置座標を所定の演算により求めるこ
とを特徴とするトンネル内空の変位計測方法。