JP7860006B2 - 変位計測装置および地盤変位計測方法 - Google Patents

Description

本発明は、トンネル施工における切羽前方の地盤変位を計測する変位計測装置および変位計測装置を用いた地盤変位計測方法に関する。

例えば、トンネルの施工において、切羽前方の地山状況に応じて適切な工法を採用するためには、切羽前方の地盤変位を管理する必要がある。
地盤変位の計測方法としては、切羽前方に向けて形成した計測孔に光ファイバーケーブルセンサを挿入し、測定装置から光ファイバーケーブルセンサに光を入射して散乱光が戻るまでの時間や散乱光の周波数分布を解析することで、地盤変位を把握する方法がある。
特許文献１には、パイプの外周面に光ファイバーケーブルセンサを取り付け、計測孔にパイプを挿入し、計測孔内にグラウト材を充填することで、光ファイバーケーブルセンサを計測孔内に固定することが開示されている。

特開２００２－１５６２１５号公報

前記した従来の地盤変位計測方法では、計測孔内に充填したグラウト材に光ファイバーケーブルセンサが埋め込まれるため、地盤変位を計測した後に、光ファイバーケーブルセンサを回収できないという問題がある。例えば、全長に亘って高分解能および高精度に地盤変位を計測可能な光ファイバーケーブルセンサを前記した従来の地盤変位計測方法に適用すると、施工コストが嵩んでしまう。

本発明は、前記した問題を解決し、地盤変位を計測した後に、計測孔から光ファイバーケーブルセンサを回収できる変位計測装置および地盤変位計測方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、第一の発明は、変位計測装置であって、計測孔に挿入されるパイプと、前記パイプ内で膨張収縮可能な袋状のパッカーと、前記パッカーの外面と前記パイプの内面との間に配置された上下の平板と、前記平板に取り付けられた光ファイバーケーブルセンサと、前記パイプ内に配置された位置揃え部材と、を備えている。この変位計測装置では、複数の前記パッカーが前記パイプの延長方向に連結されている。前記光ファイバーケーブルセンサは、前記光ファイバーケーブルセンサのひずみを測定する測定装置に接続可能である。前記パッカーを膨張させた状態では、前記平板が前記パッカーの外面と前記パイプの内面との間に挟まれて固定されるように構成されている。前記位置揃え部材には、隣り合う前記パッカーの連結部が挿通される挿通口と、前記両平板に形成された係合部がそれぞれ係合される上下の被係合部と、が形成されている。

前記課題を解決するため、第二の発明は、地盤の変位を計測する地盤変位計測方法である。この地盤変位計測方法は、地盤に設けた計測孔に前記した変位計測装置を挿入する工程と、前記計測孔の内面と前記パイプの外面との間に充填材を充填して、前記パイプの位置決めを行う工程と、前記パッカー内を加圧して前記パッカーを膨張させ、前記平板を前記パッカーの外面と前記パイプの内面との間に挟んで、前記光ファイバーケーブルセンサを前記パイプに対して固定する工程と、前記光ファイバーケーブルセンサのひずみを計測する工程と、前記パッカー内を減圧して、前記パッカーを収縮させる工程と、前記パッカー、前記平板および前記光ファイバーケーブルセンサを前記パイプから抜き出す工程と、を備えている。

本発明では、地盤に設けた計測孔に挿入したパイプ内でパッカーを膨張させ、平板をパッカーの外面とパイプの内面との間に挟むことで、光ファイバーケーブルセンサをパイプに対して固定できる。そして、光ファイバーケーブルセンサを用いて地盤変位を計測した後に、パッカーを収縮して、光ファイバーケーブルセンサのパイプへの固定を解除することで、パイプ内から光ファイバーケーブルセンサを回収できる。
このように、本発明では、地盤変位を計測した後に地盤内から光ファイバーケーブルセンサを回収できるため、高精度の変位計側が期待できる高価な光ファイバーケーブルセンサとパッカー装置を用いる場合でも、地盤変位の計測に要するコストを抑えることができる。つまり、高価な光ファイバーケーブルセンサとパッカー装置を用いた変位計測方法に本発明を適用して、地盤変位を精度良く求めることができる。
また、本発明では、上下の平板が位置揃え部材に係合されることで、両平板がパイプ内に位置決めされる。これにより、両平板に取り付けた上下の光ファイバーケーブルセンサの水平方向の位置を揃えることができるため、鉛直方向の地盤変位を正確に求めることができる。

前記した変位計測装置において、前記被係合部が前記位置揃え部材に形成された孔部であり、前記平板から突出した前記係合部を前記被係合部に差し込むように構成した場合には、平板の係合部を、位置揃え部材の被係合部に容易に係合できる。

前記した変位計測装置において、複数の前記平板が前記パイプの延長方向に連結され、 隣り合う前記平板の内面に重ねられた連結部材によって、隣り合う前記平板が連結されており、前記平板に形成された取付孔に外面側から挿入されたねじ部材が、前記連結部材に形成されたねじ孔に螺合されている場合には、前記連結部材の内面側に突出した前記ねじ部材の先端部によって前記係合部を形成することで、部品点数を抑えることができる。

前記した変位計測装置では、パッカーを膨張させたときに、平板が延長方向に移動する場合があるが、前記被係合部を前記平板の延長方向に延びている長孔に形成することで、位置揃え部材が平板の移動を妨げるのを防ぐことができる。

本発明の変位計測装置および地盤変位計測方法では、地盤変位を計測した後に地盤内から光ファイバーケーブルセンサを回収できるため、高精度な地盤変位の計測に要するコストを抑えることができる。また、本発明の変位計測装置および地盤変位計測方法では、上下の光ファイバーケーブルセンサの水平方向の位置を揃えることができるため、鉛直方向の地盤変位を正確に求めることができる。

本発明の実施形態に係るトンネルを示した斜視図である。 本発明の実施形態に係るトンネルを示した側断面図である。 本発明の実施形態に係るトンネルを示した図で、図２のIII－III断面図である。 本発明の実施形態に係る計測孔を形成する態様を示した側断面図である。 本発明の実施形態に係る変位計測装置において、パッカーを収縮させた状態を示した軸断面図である。 本発明の実施形態に係る変位計測装置において、パイプ、平板およびパッカーを示した斜視図である。 本発明の実施形態に係る変位計測装置において、パッカーを膨張させた状態を示した軸断面図である。 本発明の実施形態に係る変位計測装置において、挿入用スペーサーが設けられている部位を示した軸断面図である。 本発明の実施形態に係る変位計測装置において、挿入用スペーサーが設けられている部位を示した側面図である。 本発明の実施形態に係る変位計測装置において、位置揃え部材が設けられている部位を示した軸断面図である。 本発明の実施形態に係る変位計測装置において、位置揃え部材が設けられている部位を示した図で、図１０のXI－XI断面図である。 本発明の実施形態に係る変位計測装置において、位置揃え部材を示した斜視図である。 本発明の他の実施形態に係る変位計測装置において、パッカーを膨張させた状態を示した軸断面図である。

本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るトンネル１を示した斜視図である。図２は、本発明の実施形態に係るトンネル１を示した側断面図である。図３は、本発明の実施形態に係るトンネル１を示した図で、図２のIII－III断面図である。
本実施形態の変位計測装置１０および地盤変位計測方法は、図１に示すトンネル１の切羽２前方の地盤変位を把握するものである。
本実施形態のトンネル１は、山岳トンネル工法によって形成されたものであり、馬蹄形状の断面形状である。なお、トンネル１の施工方法や断面形状は限定されるものではなく、例えば、トンネルが円形断面でもよい。
トンネル１の壁部には、図２に示すように、延長方向に所定の間隔（例えば１２ｍ）毎に拡幅部３が形成されている。拡幅部３は、トンネル１の壁部を標準断面よりも外側に拡幅した部位である。本実施形態のトンネル１では、図３に示すように、延長方向に所定の間隔ごとに三つの拡幅部３が形成されている。本実施形態では、トンネル１の左右の端部および頂部にそれぞれ拡幅部３が形成されている。
トンネル１の周囲の地盤には、図２に示すように、拡幅部３から切羽２の前方に向けて斜め上向きに計測孔９０が形成されている。

図５は、本発明の実施形態に係る変位計測装置１０において、パッカー３０を収縮させた状態を示した軸断面図である。
計測孔９０は、図５に示すように、掘削孔９２と、掘削孔９２内に挿入された管体９１とによって構成されている。本実施形態の管体９１は、円筒状の鋼管である。図３に示すように、各拡幅部３からそれぞれ切羽２前方に向けて計測孔９０が形成されている（図１参照）。
図８は、本発明の実施形態に係る変位計測装置１０において、挿入用スペーサー７０が設けられている部位を示した軸断面図である。
管体９１の周壁部には、図８に示すように、複数の連通孔９１ａが周方向および軸方向に間隔を空けて形成されている。具体的には、管体９１の径方向に対向する二つの連通孔９１ａ，９１ａが長手方向に間隔を空けて配置されている。また、管体９１の長手方向に隣り合う二つの連通孔９１ａ，９１ａは、管体９１の周方向に９０度位相をずらして互い違いに設けられている。
なお、管体９１は、鋼管に限定されるものではなく、例えば、樹脂製の管体を用いてもよい。
図４は、本発明の実施形態に係る計測孔９０を形成する態様を示した側断面図である。
本実施形態では、図４に示すように、トンネル削岩機を用いたＡＧＦ工法によって、地盤に計測孔９０を形成している。
地盤を掘削する掘削刃９３は、管体９１の先端部に取り付けられている。管体９１内にはロッド９４を挿通させ、ロッド９４の先端部を掘削刃９３に連結している。掘削刃９３の外径は、管体９１の外径よりも僅かに大きく形成されている。
ロッド９４を軸回りに正回転させたときには、ロッド９４と掘削刃９３とが連結された状態に維持され、ロッド９４を軸回りに逆回転させると、ロッド９４と掘削刃９３との連結が解除されるように構成されている。

地盤に計測孔９０を形成する場合には、トンネル削岩機の駆動機構によって、ロッド９４を軸回りに正回転させ、掘削刃９３によって地盤を掘削して掘削孔９２を形成しながら、掘削刃９３とともに管体９１を掘削孔９２内に挿入する。そして、所定の深さまで掘削孔９２を掘削した後に、ロッド９４を軸回りに逆回転させ、掘削刃９３からロッド９４を分離させて、管体９１内からロッド９４を引き抜く。これにより、掘削孔９２および管体９１からなる計測孔９０が地盤内に形成される。なお、掘削刃９３および管体９１は地盤内に残置される。
掘削刃９３の外径は、管体９１の外径よりも大きく形成されているため、掘削孔９２の内面と管体９１の外面との間に隙間が形成される。例えば、掘削刃９３の外径が１２１ｍｍに対して、管体９１の外径が１１４．３ｍｍに設定されている。
管体９１内には、図８に示すように、シリカレジンやセメントミルク等の充填材４が充填されている。この充填材４は、管体９１の各連通孔９１ａを通じて、掘削孔９２の内面と管体９１の外面との間の隙間にも充填される。これにより、充填材４によって管体９１が掘削孔９２内に位置決めされる。

変位計測装置１０は、図５に示すように、計測孔９０の管体９１内に挿入されるパイプ２０と、パイプ２０内に配置されたパッカー３０と、パッカー３０の外面とパイプ２０の内面との間に配置された四枚の平板４０および四本の光ファイバーケーブルセンサ５０と、を備えている。
図１１は、本発明の実施形態に係る変位計測装置１０において、位置揃え部材６０が設けられている部位を示した図で、図１０のXI－XI断面図である。
また、変位計測装置１０は、図１１に示すように、パイプ２０内に配置された位置揃え部材６０を備えている。
また、変位計測装置１０は、図８に示すように、パイプ２０の外面に取り付けられた挿入用スペーサー７０を備えている。

図６は、本発明の実施形態に係る変位計測装置１０におけるパイプ２０、平板４０およびパッカー３０を示した斜視図である。
パイプ２０は、図６に示すように、前後方向に延びているＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）製の角形の管体である。本実施形態では、軸方向の長さ３ｍ、幅５０ｃｍの角パイプであるパイプ２０を四本連結して１２ｍの長さに形成している。なお、パイプ２０の材質は樹脂製に限定されるものではなく、例えば、鋼管を用いてもよい。また、パイプ２０の長さやパイプ２０を連結する本数は限定されるのではない。
パイプ２０の外面には、上下左右の四つの平面２１が形成されている。パイプ２０を水平面上に載置した場合には、上下の平面２１，２１が水平に配置され、左右の平面２１，２１が鉛直に配置される。
本実施形態のパイプ２０は、図５に示すように、正方形の断面形状に形成されているが、長方形の断面形状でもよい。なお、隣り合う二つの平面２１，２１の間に傾斜面を形成して六角形や八角形等の多角形の断面形状に形成してもよい。
パイプ２０は、管体９１の下部に配置されている。パイプ２０の外面と管体９１の内面との間には、充填材４が充填されており、この充填材４によってパイプ２０が管体９１内に位置決めされている。

パッカー３０は、図６に示すように、前後方向に延びている合成ゴム製の袋体である。パッカー３０は内部を気体または液体によって加圧することで、膨張可能である。また、パッカー３０を膨張させた後に、パッカー３０の内部を減圧することで、収縮可能である。このように、パッカー３０は、膨張収縮を繰り返すことが可能である。
なお、パッカー３０の材質は合成ゴムに限定されるものではなく、膨張収縮可能であれば各種の材料を用いることができる。
膨張させる前のパッカー３０は、図５に示すように、円形断面に形成されている。パッカー３０の外面３１は、パイプ２０の上下左右の内面２２にそれぞれ間隔を空けて対峙している。

平板４０は、図６に示すように、前後方向に延びているＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）製の板状の部材である。なお、平板４０の材質はＰＶＣに限定されるものではなく、各種の材料を用いることができる。例えば、軸方向の長さ３ｍの平板４０を四本連結して１２ｍの長さに形成している。なお、平板４０の長さや平板４０を連結する本数は限定されるのではない。
平板４０は、図５に示すように、パッカー３０の外面３１とパイプ２０の内面２２との間に配置されている。パッカー３０の側方には上下左右の四枚の平板４０が配置されている。
平板４０の内面４２は、パッカー３０の外面３１に対峙し、平板４０の外面４１は、パイプ２０の内面２２に対峙している。

平板４０の内面４２には、前後方向に延びている窪み部４３が形成されている（図６参照）。窪み部４３は、平板４０の幅方向の中央部に形成されている。また、窪み部４３は、平板４０の内面４２から外側に向かうに連れて幅が小さくなるように三角形の断面形状に形成されている。なお、窪み部４３の位置や断面形状は限定されるものではない。
本実施形態の変位計測装置１０では、上下の平板４０，４０の窪み部４３，４３が左右方向において同じ位置に配置され、左右の平板４０，４０の窪み部４３，４３が上下方向において同じ位置に配置されている。

光ファイバーケーブルセンサ５０は、図６に示すように、前後方向に延びている。四本の光ファイバーケーブルセンサ５０は、上下左右の平板４０の窪み部４３にそれぞれ嵌め込まれている。光ファイバーケーブルセンサ５０を窪み部４３に嵌め込んだ後に、エポキシ樹脂によって窪み部４３をコーティングすることで、光ファイバーケーブルセンサ５０が平板４０の内面４２に固定されている。
上下の光ファイバーケーブルセンサ５０，５０は、左右方向において同じ位置に配置され、左右の光ファイバーケーブルセンサ５０，５０は、上下方向において同じ位置に配置されている。
光ファイバーケーブルセンサ５０は、図１に示すように、光ファイバーケーブルセンサ５０のひずみに基づいて地盤変位を求める測定装置８０に接続可能である。
測定装置８０は、コンピュータであり、光ファイバーケーブルセンサ５０に光を入射して散乱光が戻るまでの時間や散乱光の周波数分布を解析することで、光ファイバーケーブルセンサ５０の延長方向のひずみを把握できる。本実施形態の測定装置８０では、ＯＦＤＲ方式の変位計測方法によって光ファイバーケーブルセンサ５０のひずみを算出しているが、ＢＯＴＤＲ方式やＰＰＰ－ＢＯＴＤＡ方式等の各種の解析方法によって光ファイバーケーブルセンサ５０のひずみを算出してもよい。

図７は、本発明の実施形態に係る変位計測装置１０において、パッカー３０を膨張させた状態を示した軸断面図である。
図７に示すように、パイプ２０内でパッカー３０を膨張させると、パッカー３０によって平板４０がパイプ２０の内面２２側に押し出され、平板４０の外面４１がパイプ２０の内面２２に押し付けられる。
また、パッカー３０の外面３１が上下左右の平板４０の内面４２にそれぞれ押し付けられることで、パッカー３０の外面３１に上下左右の四つの平面が形成され、パッカー３０は四角形の断面形状に変形する。
そして、光ファイバーケーブルセンサ５０がパッカー３０の外面３１とパイプ２０の内面２２との間に挟まれて固定される。光ファイバーケーブルセンサ５０はパッカー３０の外面３１に接している。このようにして、上下左右の四本の光ファイバーケーブルセンサ５０がパイプ２０内に固定される。

本実施形態の変位計測装置１０では、図１１に示すように、複数のパッカー３０がパイプ２０の延長方向に連結されている。隣り合うパッカー３０，３０の連結部３５では、一方のパッカー３０に設けられたプラグを他方のパッカー３０のソケットに差し込むことで、隣り合うパッカー３０，３０が連結されている。
パイプ２０内において、連結部３５が配置されている部位には、位置揃え部材６０が配置されている。
図１２は、本発明の実施形態に係る変位計測装置１０において、位置揃え部材６０を示した斜視図である。
位置揃え部材６０は、図１２に示すように、法線方向が前後方向（パイプ２０の延長方向）に配置された四角形の平板部６１と、平板部６１の上下左右の縁部からそれぞれ前方に向けて突出した上下左右四つの側板６２と、を備えている。
図１０は、本発明の実施形態に係る変位計測装置において、位置揃え部材が設けられている部位を示した軸断面図である。
平板部６１の中央部には、図１０に示すように、円形の挿通口６３が開口している。挿通口６３は、連結部３５が挿通される部位である。
側板６２には、図１２に示すように、二つの被係合部６４，６４が形成されている。上下の側板６２，６２では、二つの被係合部６４，６４が左右方向に間隔を空けて配置され、左右の側板６２，６２では、二つの被係合部６４，６４が上下方向に間隔を空けて配置されている。被係合部６４は、前後方向に延びている長孔である。

本実施形態の変位計測装置１０では、図１１に示すように、複数の平板４０が前後方向（パイプ２０の延長方向）に連結されている。
隣り合う平板４０，４０は、連結部材４５によって連結されている。連結部材４５は、隣り合う平板４０，４０の内面に重ねられた鋼製の板状部材である。
平板４０には、複数の取付孔４４が形成されている。本実施形態では、前後方向に並べられた四つの取付孔４４が、左右二列に配置されている（図１０参照）。
連結部材４５には、複数のねじ孔４６が形成されている。各ねじ孔４６は、平板４０の各取付孔４４にそれぞれ連通している。
そして、平板４０の外面側から取付孔４４に挿入されたねじ部材４７が、連結部材４５のねじ孔４６に螺合されることで、連結部材４５が平板４０の内面に固定されている。
本実施形態では、前後方向に並べられた四つのねじ部材４７のうち、最後部のねじ部材４７の先端部が、連結部材４５の内面側に突出している。ねじ部材４７の先端部は、位置揃え部材６０の被係合部６４に差し込まれる係合部４８を構成している。

本実施形態の変位計測装置１０では、図８に示すように、パイプ２０の外面に挿入用スペーサー７０が取り付けられている。本実施形態では、複数の挿入用スペーサー７０がパイプ２０の延長方向に間隔（例えば、１．５ｍ間隔）を空けて設けられている。
挿入用スペーサー７０は、パイプ２０の外面に取り付けられる枠部材７１と、枠部材７１に取り付けられた左右の支持部材７２，７２と、支持部材７２に設けられたローラー７３と、を備えている。
枠部材７１は、パイプ２０を囲んでいる環状部材である。本実施形態の枠部材７１は、帯状部材をパイプ２０の外周に沿って四角形に折り曲げることで形成されており、帯状部材の一端と他端とがパイプ２０の上面でボルトを用いて連結されている。

左右の支持部材７２，７２は、枠部材７１の左右の側面の下部にそれぞれ取り付けられている。支持部材７２の上部は、溶接等の接合手段によってパイプ２０の外面に固定されている。支持部材７２の下部は、パイプ２０の外側に向けて傾斜している。
ローラー７３は、支持部材７２の下端部に回転可能に連結されている。ローラー７３は、計測孔９０の管体９１の内面上で、計測孔９０の延長方向に転動可能である。これにより、複数の挿入用スペーサー７０によってパイプ２０を支持しながら、パイプ２０を管体９１内で移動可能となる。
図９は、本発明の実施形態に係る変位計測装置１０において、挿入用スペーサー７０が設けられている部位を示した側面図である。
ローラー７３の外径は、図９に示すように、管体９１に形成された連通孔９１ａの内径よりも大きく形成されている。
本実施形態の挿入用スペーサー７０では、二つのローラー７３，７３がパイプ２０の延長方向に並んだ状態で、支持部材７２の下端部に取り付けられている。

次に、本実施形態の変位計測装置１０を用いた地盤変位計測方法について説明する。
本実施形態の地盤変位計測方法は、計測孔９０を形成する工程（孔形成工程）と、変位計測装置１０を計測孔９０に挿入する工程（装置挿入工程）と、パイプ２０の位置決めを行う工程（位置決め工程）と、光ファイバーケーブルセンサ５０をパイプ２０に対して固定する工程（計測準備工程）と、光ファイバーケーブルセンサ５０の変位を計測する工程（計測工程）と、パッカー３０を収縮させる工程（回収準備工程）と、光ファイバーケーブルセンサ５０等をパイプ２０から抜き出す工程（センサ回収工程）と、を備えている。

図４に示すように、孔形成工程では、まず、管体９１の先端部に掘削刃９３を取り付けるとともに、管体９１内にロッド９４を挿通させ、ロッド９４の先端部を掘削刃９３に連結する。
そして、トンネル削岩機（図示せず）の駆動機構によって、ロッド９４を軸回りに正回転させ、掘削刃９３によって地盤を掘削して掘削孔９２を形成しながら、掘削刃９３とともに管体９１を掘削孔９２内に挿入していく。
所定の深さまで掘削孔９２を掘削した後に、ロッド９４を軸回りに逆回転させ、掘削刃９３からロッド９４を分離させた後に、管体９１内からロッド９４を引き抜く。これにより、掘削孔９２および管体９１からなる計測孔９０が地盤内に形成される。
装置挿入工程では、図６に示すように、パイプ２０とともに、パッカー３０および上下左右の平板４０を管体９１の基端部から計測孔９０内に挿入する。なお、各平板４０にはそれぞれ光ファイバーケーブルセンサ５０が固定されている。
このとき、図８に示すように、パイプ２０に取り付けた挿入用スペーサー７０のローラー７３を管体９１の内面上で転動させながら、パイプ２０を管体９１内に挿入していく。
パイプ２０を管体９１内に挿入した後に位置決め工程を行う。位置決め工程では、パイプ２０の外面と管体９１の内面との間に充填材４を充填して、管体９１内にパイプ２０を位置決めする。
また、管体９１内に充填された充填材４は、管体９１の各連通孔９１ａを通じて、掘削孔９２の内面と管体９１の外面との間の隙間にも充填される。これにより、充填材４によってパイプ２０が掘削孔９２内に位置決めされる。

計測準備工程では、図７に示すように、パッカー３０内を加圧して、パッカー３０を膨張させる。パッカー３０を膨張させると、各平板４０がパイプ２０の内面２２に押し付けられる。これにより、光ファイバーケーブルセンサ５０がパッカー３０の外面３１とパイプ２０の内面２２との間に挟まれて固定される。このようにして、上下左右の光ファイバーケーブルセンサ５０がパイプ２０内に固定される。
変位計測装置１０を設置した状態で地盤に変位が生じると、地盤の変位に追従して管体９１の少なくとも一部が湾曲し、さらに、管体９１の変位に追従してパイプ２０および各光ファイバーケーブルセンサ５０に延長方向のひずみが生じる。
計測工程では、図１に示す測定装置８０から光ファイバーケーブルセンサ５０に光を入射して散乱光が戻るまでの時間や散乱光の周波数分布を解析することで、各光ファイバーケーブルセンサ５０の延長方向のひずみを計測する。測定装置８０では、光ファイバーケーブルセンサ５０のひずみに基づいて切羽２前方の地盤変位を求める。

回収準備工程は、切羽２前方の地盤変位を計測しながらトンネル１を計測孔９０の先端部まで延長させた後に行う。回収準備工程では、図５に示すように、パッカー３０内を減圧して、パッカー３０を収縮させる。
パッカー３０を収縮させると、各平板４０および各光ファイバーケーブルセンサ５０がパイプ２０の内面に押し付けられた状態が解除される。
回収工程では、パイプ２０の基端部からパッカー３０および各平板４０を抜き出して回収する。
これにより、各平板４０とともに、各光ファイバーケーブルセンサ５０をパイプ２０内から回収できる。
図１に示すトンネル１を掘進すると、同様にして、切羽２前方の地盤に計測孔９０を形成し、図５に示すように、計測孔９０内に変位計測装置１０を挿入して地盤変位の計測を繰り返す。

以上のような変位計測装置１０および地盤変位計測方法では、図７に示すように、地盤に設けた計測孔９０に挿入したパイプ２０内でパッカー３０を膨張させ、光ファイバーケーブルセンサ５０をパッカー３０の外面とパイプ２０の内面との間に挟むことで、パイプ２０内に光ファイバーケーブルセンサ５０を容易に固定できる。
光ファイバーケーブルセンサ５０を用いて地盤変位を計測した後に、図５に示すように、パッカー３０を収縮させて、光ファイバーケーブルセンサ５０がパイプ２０に固定された状態を解除することで、パイプ２０内から光ファイバーケーブルセンサ５０を回収できる。
このように、本実施形態の変位計測装置１０および地盤変位計測方法では、地盤変位を計測した後に地盤内から光ファイバーケーブルセンサ５０を回収できる。そのため、高精度の変位計側が期待できる高価な光ファイバーケーブルセンサ５０とパッカー装置を用いる場合でも、地盤変位の計測に要するコストを抑えることができる。つまり、ＯＦＤＲ方式の変位計測方法のように、高価な光ファイバーケーブルセンサ５０とパッカー装置を用いた変位計測方法に適用して、地盤変位を精度良く求めることができる。

本実施形態の変位計測装置１０では、パイプ２０の外面に上下左右の平面２１が形成されている。この構成では、計測孔９０内にパイプ２０を挿入するときに、パイプ２０が軸回りに回転し難いため、各光ファイバーケーブルセンサ５０を計測孔９０の所定位置に正しく挿入できる。
また、図８に示すように、計測孔９０の管体９１内にパイプ２０を挿入するときに、パイプ２０に取り付けた挿入用スペーサー７０のローラー７３を管体９１の内面上で転動させながら、パイプ２０を管体９１内に挿入していくことになる。これにより、パイプ２０および光ファイバーケーブルセンサ５０を計測孔９０に対してスムーズに挿入できる。
なお、図９に示すように、ローラー７３の外径が管体９１の連通孔９１ａの内径よりも大きく形成されているため、ローラー７３が管体９１の連通孔９１ａに嵌まるのを防ぐことができる。
また、挿入用スペーサー７０には、二つのローラー７３，７３が前後方向に並べられているため、挿入用スペーサー７０の安定性を高めることができる。また、ローラー７３が管体９１の連通孔９１ａ上を通過するときに、管体９１の内面上に配置された他のローラー７３によって支持されている状態になるため、ローラー７３が連通孔９１ａに引っ掛かるのを防ぐことができる。

本実施形態の変位計測装置１０では、図６に示すように、平板４０に形成された窪み部４３に光ファイバーケーブルセンサ５０が嵌め込まれているため、パイプ２０内に光ファイバーケーブルセンサ５０を安定させることができる。また、図７に示すように、パッカー３０を膨張させたときに、光ファイバーケーブルセンサ５０がパッカー３０の外面に接するため、地盤変位の計測精度を高めることができる。
本実施形態の変位計測装置１０では、パッカー３０の上下左右の側方にそれぞれ平板４０が配置され、各平板４０にそれぞれ光ファイバーケーブルセンサ５０が設けられている。さらに、上下の光ファイバーケーブルセンサ５０，５０を左右方向において同じ位置に配置し、左右の光ファイバーケーブルセンサ５０，５０を上下方向において同じ位置に配置している。
図７において、左右方向をＸ方向、パイプ２０の軸方向をＹ方向、上下方向をＺ方向としたとき、例えば地盤の上下方向（Ｚ方向）の変位（変形）に伴ってパイプ２０に曲げ変形が生じる場合には、上下の光ファイバーケーブルセンサ５０，５０のそれぞれで計測された光ファイバーケーブルセンサ５０の延長方向のひずみに基づいて、パイプ２０の上下方向の変位量を計測するため、上下の光ファイバーケーブルセンサ５０，５０の一方に対して他方が左右方向（Ｘ方向）にずれた状態で計測を行うと、誤差が大きくなる虞がある。
本実施形態では、上下の光ファイバーケーブルセンサ５０，５０を左右方向において同じ位置に配置しているため、鉛直方向（Ｚ方向）の地盤変位を精度良く計測できる。
また、本実施形態の変位計測装置１０では、左右の平板４０，４０がパイプ２０の底板よって位置決めされるため、左右の光ファイバーケーブルセンサ５０，５０の上下方向の位置を精度良く揃えることができ、ひいては、水平方向（Ｘ方向）の地盤変位を精度良く求めることができる。
本実施形態の変位計測装置１０では、図１０に示すように、上下の平板４０，４０が位置揃え部材６０に係合されることで、両平板４０，４０がパイプ２０内に位置決めされている。これにより、両平板４０，４０に取り付けた上下の光ファイバーケーブルセンサ５０，５０の水平方向の位置を精度良く揃えることができるため、鉛直方向の地盤変位を正確に求めることができる。
本実施形態の変位計測装置１０では、平板４０から突出した係合部４８を、位置揃え部材６０の孔部である被係合部６４に差し込むことで、係合部４８を被係合部６４に容易に係合できる。
本実施形態の変位計測装置１０では、平板４０を連結部材４５に固定するためのねじ部材４７の先端部によって係合部４８が形成されているため、部品点数を抑えることができる。
なお、図７に示すように、パッカー３０を膨張させたときに、平板４０が延長方向に移動する場合があるが、本実施形態の位置揃え部材６０の被係合部６４は、図１１に示すように、平板４０の延長方向に延びている長孔であるため、位置揃え部材６０が平板４０の移動を妨げるのを防ぐことができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜に変更が可能である。
本実施形態では、図１に示すように、トンネル１の拡幅部３から切羽２の前方に向けて斜め上向きに計測孔９０が形成されているが、トンネル１に拡幅部３を形成することなく、トンネル１の内壁面から計測孔９０を形成してもよい。
図１３は、本発明の他の実施形態に係る変位計測装置１０において、パッカー３０を膨張させた状態を示した軸断面図である。
本実施形態の変位計測装置１０では、図５に示すように、平板４０の内面４２に光ファイバーケーブルセンサ５０が固定されているが、図１３に示すように、平板４０の外面４１に窪み部４３を形成し、その窪み部４３に光ファイバーケーブルセンサ５０を嵌め込んでもよい。
本実施形態の変位計測装置１０では、図５に示すように、パイプ２０内に上下左右の四本の光ファイバーケーブルセンサ５０が設けられているが、光ファイバーケーブルセンサ５０の数や配置は限定されるものではない。
本実施形態の地盤変位計測方法では、掘削孔９２に管体９１を挿入することで計測孔９０が構成されているが、掘削孔９２のみによって計測孔９０を構成してもよい。
管体９１、パイプ２０、パッカー３０および平板４０の形状や材質は限定されるものではなく、施工条件に応じて適宜に設定することができる。
なお、本実施形態の変位計測装置１０のように、管体９１よりもパイプ２０が柔らかい材質である場合には、管体９１の変位に追従してパイプ２０が変位し易いため、地盤変位を精度良く求めることができる。

本実施形態の位置揃え部材６０では、図１２に示すように、平板部６１の上下左右の縁部にそれぞれ側板６２が設けられているが、上下の側板６２，６２のみを設けてもよい。
また、本実施形態の位置揃え部材６０では、図１１に示すように、平板４０から突出したねじ部材４７の係合部４８を、位置揃え部材６０の孔部である被係合部６４に差し込んでいるが、係合部４８および被係合部６４の構成は限定されるものではない。例えば、平板４０に形成した突起部によって係合部を構成してもよい。

本実施形態の変位計測装置１０では、図８に示すように、複数の挿入用スペーサー７０がパイプ２０の左右両側および延長方向に間隔を空けて設けられているが、挿入用スペーサー７０の数や間隔は限定されるものではない。
また、本実施形態の挿入用スペーサー７０には、図９に示すように、二つのローラー７３，７３が設けられているが、ローラー７３の数は限定されるものではなく、例えば、一つのローラー７３や三つ以上のローラー７３を設けてもよい。
また、本実施形態の挿入用スペーサー７０では、ローラー７３の外径が管体９１の連通孔９１ａの内径よりも大きく形成されているが、ローラー７３の外径は限定されるものではない。例えば、ローラー７３の外径が管体９１の連通孔９１ａの内径よりも小さい場合でも、複数のローラー７３が設けられている場合には、ローラー７３が連通孔９１ａ上を通過するときに、管体９１の内面上に配置された他のローラー７３によって支持されるため、ローラー７３が連通孔９１ａに嵌まるのを防ぐことができる。

１ トンネル
２ 切羽
３ 拡幅部
４ 充填材
１０ 変位計測装置
２０ パイプ
３０ パッカー
３５ 連結部
４０ 平板
４３ 窪み部
４４ 取付孔
４５ 連結部材
４６ ねじ孔
４７ ねじ部材
４８ 係合部
５０ 光ファイバーケーブルセンサ
６０ 位置揃え部材
６１ 平板部
６２ 側板
６３ 挿通口
６４ 被係合部
７０ 挿入用スペーサー
７１ 枠部材
７２ 支持部材
７３ ローラー
８０ 測定装置
９０ 計測孔
９１ 管体
９１ａ 連通孔
９２ 掘削孔
９３ 掘削刃
９４ ロッド

Claims (5)

1. 計測孔に挿入されるパイプと、
   前記パイプ内で膨張収縮可能な袋状のパッカーと、
   前記パッカーの外面と前記パイプの内面との間に配置された上下の平板と、
   前記平板に取り付けられた光ファイバーケーブルセンサと、
   前記パイプ内に配置された位置揃え部材と、を備え、
   複数の前記パッカーが前記パイプの延長方向に連結されており、
   前記光ファイバーケーブルセンサは、前記光ファイバーケーブルセンサのひずみを測定する測定装置に接続可能であり、
   前記パッカーを膨張させた状態では、前記平板が前記パッカーの外面と前記パイプの内面との間に挟まれて固定されるように構成されており、
   前記位置揃え部材には、
   隣り合う前記パッカーの連結部が挿通される挿通口と、
   前記両平板に形成された係合部がそれぞれ係合する上下の被係合部と、が形成されていることを特徴とする変位計測装置。
2. 前記被係合部は、前記位置揃え部材に形成された孔部であり、
   前記平板から突出した前記係合部が前記被係合部に差し込まれていることを特徴とする請求項１に記載の変位計測装置。
3. 複数の前記平板が前記パイプの延長方向に連結され、
   隣り合う前記平板の内面に重ねられた連結部材によって、隣り合う前記平板が連結されており、
   前記平板に形成された取付孔に外面側から挿入されたねじ部材が、前記連結部材に形成されたねじ孔に螺合され、
   前記連結部材の内面側に突出した前記ねじ部材の先端部によって前記係合部が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の変位計測装置。
4. 前記被係合部は、前記平板の延長方向に延びている長孔であることを特徴とする請求項２に記載の変位計測装置。
5. 地盤の変位を計測する地盤変位計測方法であって、
   地盤に設けた計測孔に請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の変位計測装置を挿入する工程と、
   前記計測孔の内面と前記パイプの外面との間に充填材を充填して、前記パイプの位置決めを行う工程と、
   前記パッカー内を加圧して前記パッカーを膨張させ、前記平板を前記パッカーの外面と前記パイプの内面との間に挟んで、前記光ファイバーケーブルセンサを前記パイプに対して固定する工程と、
   前記光ファイバーケーブルセンサのひずみを計測する工程と、
   前記パッカー内を減圧して、前記パッカーを収縮させる工程と、
   前記パッカー、前記平板および前記光ファイバーケーブルセンサを前記パイプから抜き出す工程と、
   を備えていることを特徴とする地盤変位計測方法。