JPH11230743A - 地盤内空洞の計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】空洞充填を迅速かつ確実に行う。 【解決手段】本発明に係る地盤内空洞の計測装置１１
は、地盤内空洞２に連通する連通孔１２に挿通され先端
に距離計測手段としての超音波センサ１３が取り付けら
れた計測ロッド１４と、超音波センサ１３に電気接続さ
れ該センサで得られた距離データを用いて地盤内空洞２
の形状、容量等の諸量を演算する演算制御手段としての
演算制御部１５と、該演算制御部にて演算処理された諸
量を出力する出力手段としてのモニタ１６及びプリンタ
１７と、演算制御部１５の制御下で計測ロッド１４を該
ロッドの材軸に沿って進退させるとともに該ロッドの材
軸廻りに回転させる駆動機構１８とを備えるとともに、
その進退量及び回転量を用いて上述した諸量を演算制御
部１５で演算できるように構成してある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、トンネル掘削工事
や立坑掘削工事等において地盤内空洞の形状や容量など
を計測する地盤内空洞の計測装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】山岳トンネル工法においては、工事計画
の段階で、岩種、割れ目の状態、地山の弾性波速度値、
地山の物性値などに注目して地山を工学的に分類し、か
かる分類に基づいてトンネルの掘削工法、支保パター
ン、二次覆工などの標準を定め、事前設計を行うのが普
通である。

【０００３】一方、施工中においては、切羽の観察、掘
削場所で採取された試料による試験などを適宜行って設
計にフィードバックさせたり、湧水や地山の崩落といっ
た不測の事態に備えることが重要である。

【０００４】特に、図３(a)のように切羽１前方に空洞
２が存在する場合において該空洞の存在に気がつかずに
掘進を進めると、空洞部分まで掘り進んだときに同図
(b)に示すように地山が崩落し、不測の事故が生じる可
能性がある。また、同図(c)に示すように、当初、空洞
が存在していなくても、掘り進んでいった結果、地山が
緩んで崩壊し、その結果として空洞２が新たに形成され
ることもある。

【０００５】このように、前方に空洞２が存在する場合
には、図４に示すように、切羽１からボーリング孔３を
削孔し、該ボーリング孔を介して空洞２内に予め充填材
４を注入し、掘進の際の地山崩落を防止するようにして
いた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、空洞２
の大きさや形状は、掘削側からは直接観察できないこと
が多いため、ボーリング孔の本数はどうしても多くせざ
るを得ず、空洞充填の事前準備に多大な時間とコストが
かかるとともに、そこまで多数のボーリング孔を設けて
も空洞２の形状や大きさを把握するには精度の面で限度
があり、空洞２内に充填材３を確実に充填することはか
なり困難であるという問題を生じていた。

【０００７】本発明は、上述した事情を考慮してなされ
たもので、空洞充填を迅速かつ確実に行うことが可能な
地盤内空洞の計測装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る地盤内空洞の計測装置は請求項１に記
載したように、地盤内空洞に連通する連通孔に挿通され
先端に距離計測手段が取り付けられた計測ロッドと、前
記距離計測手段に電気接続され該距離計測手段で得られ
た距離データを用いて前記地盤内空洞の形状、容量等の
諸量を演算する演算制御手段と、該演算制御手段にて演
算処理された諸量を出力する出力手段とからなるもので
ある。

【０００９】また、本発明に係る地盤内空洞の計測装置
は、前記演算制御手段の制御下で前記距離計測手段を前
記計測ロッドの材軸に沿って進退させるとともに該ロッ
ドの材軸廻りに回転させる駆動機構を備えるとともに、
その進退量及び回転量を用いて前記諸量を前記演算制御
手段で演算するように構成したものである。

【００１０】本発明に係る地盤内空洞の計測装置におい
ては、地盤内空洞に連通する連通孔に計測ロッドを挿通
し、その先端に取り付けられた距離計測手段で地盤内空
洞の内部を計測する。

【００１１】次に、計測された距離データを用いて地盤
内空洞の形状、容量等の諸量を演算制御手段にて演算す
る。次に、演算制御手段にて演算処理された諸量を出力
手段で出力する。

【００１２】本発明でいうところの地盤内空洞は、トン
ネル切羽前方に存在するものを主な対象とするが、それ
以外であっても地盤内に存在している空洞、例えば、シ
ールドマシンの発進立坑や到達立坑の掘削時に遭遇する
空洞、エネルギー備蓄のための岩盤空洞なども当然含ま
れる。また、既存の地盤内空洞だけではなく、掘削に伴
う地山の緩みによって新たに形成されるものも含まれ
る。

【００１３】連通孔を形成するにあたっては、ボーリン
グで削孔する、中空管を圧入するなどの方法が考えられ
る。計測ロッドは棒状のものであれば何でもよいが、計
測ケーブルを通す関係上、中空管で構成するのが好まし
い。

【００１４】距離計測手段なる用語の概念には、既に公
知になっている原理や構造がすべて含まれており、例え
ば、ＰＳＤ（位置検出素子）による三角測量の原理を用
いた赤外線距離センサ、送受信兼用の素子を用いた超音
波距離センサ、光源とＣＣＤカメラとを組み合わたもの
などで構成することが可能である。

【００１５】演算制御手段は、例えばパーソナルコンピ
ュータで構成することが可能であり、出力手段とは、モ
ニターやディスプレイ、プリンタ、プロッタ等を含む。

【００１６】計測深さや計測点数等については、地盤内
空洞の形状等を適確に把握できるかどうかを基準として
適宜定め、必要な回数だけ計測を繰り返せばよく、その
計測操作並びに記録は、手動でももちろんかまわない
が、前記演算制御手段の制御下で前記距離計測手段を前
記計測ロッドの材軸に沿って進退させるとともに該ロッ
ドの材軸廻りに回転させる駆動機構を備えるとともに、
その進退量及び回転量を用いて前記諸量を前記演算制御
手段で演算するように構成したならば、地盤内空洞の計
測を自動化することが可能となる。

【００１７】なお、かかる駆動機構は、距離計測手段を
直接駆動するようにしてもよいし、該距離計測手段が取
り付けられた計測ロッドを介して間接的に駆動するよう
にしてもよい。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る地盤内空洞の
計測装置の実施の形態について、添付図面を参照して説
明する。なお、従来技術と実質的に同一の部品等につい
ては同一の符号を付してその説明を省略する。

【００１９】本実施形態に係る地盤内空洞の計測装置１
１は、図１に示すように、地盤内空洞２に連通する連通
孔１２に挿通され先端に距離計測手段としての超音波セ
ンサ１３が取り付けられた計測ロッド１４と、超音波セ
ンサ１３に電気接続され該センサで得られた距離データ
を用いて地盤内空洞２の形状、容量等の諸量を演算する
演算制御手段としての演算制御部１５と、該演算制御部
にて演算処理された諸量を出力する出力手段としてのモ
ニタ１６及びプリンタ１７と、演算制御部１５の制御下
で計測ロッド１４を該ロッドの材軸に沿って進退させる
とともに該ロッドの材軸廻りに回転させる駆動機構１８
とを備えるとともに、その進退量及び回転量を用いて上
述した諸量を演算制御部１５で演算できるように構成し
てある。

【００２０】演算制御部１５には、計測データや演算デ
ータを記憶しておく記憶部１９を接続しておくのが好ま
しい。これら演算制御部１５、記憶部１９、モニタ１６
及びプリンタ１７はパーソナルコンピュータ及びその周
辺機器で構成することができる。

【００２１】超音波センサ１３としては、全体の大きさ
をコンパクトにまとめることができるとともに、ピーク
周波数のずれによる感度低下の懸念がない送受信兼用の
素子を用いたタイプを使用するのがよい。

【００２２】計測ロッド１４は、超音波センサ１３と演
算制御部１５との間を結ぶ計測ケーブルを通す関係上、
中空管で構成するのが好ましい。

【００２３】本実施形態に係る地盤内空洞の計測装置１
１においては、まず、切羽１の側からボーリングを行っ
て地盤内空洞２に連通する連通孔１２を形成する。

【００２４】次に、連通孔１２に計測ロッド１４を挿通
し、その先端に取り付けられた超音波センサ１３で地盤
内空洞２の内部を計測する。

【００２５】計測深さや計測点数あるいは計測方法等に
ついては、地盤内空洞２の形状等を適確に把握できるか
どうかを基準として適宜定め、それらを予め演算制御部
１５に入力しておくとともに、かかる入力データに基づ
いて演算制御部１５にて駆動機構１８及び超音波センサ
１３を制御する。そして、駆動機構１８に内蔵されたエ
ンコーダ等の計測機器から出力されたデータから超音波
センサ１３の三次元座標位置並びに該センサの回転角度
を把握する。

【００２６】次に、超音波センサ１３で計測された距離
データと該データが得られたときの超音波センサ１３の
三次元座標位置及び回転角度データを用いて地盤内空洞
２の形状、容量等の諸量を演算制御部１５にて演算し、
該諸量をモニタ１６に画像表示するとともに、必要に応
じて記憶部１９への保存並びにプリンタ１７への印刷を
行う。

【００２７】ここで、地盤内空洞２の形状については、
例えば全体斜視図として立体的にモニタ１６に表示した
り、各位置での断面図として表示することが考えられ、
容量については、演算制御部１５にて演算された値をこ
れらのグラフィックスとともにテキスト表示することが
考えられる。

【００２８】以上説明したように、本実施形態に係る地
盤内空洞の計測装置１１によれば、多数のボーリング作
業を行うことなく、地盤内空洞２の形状や容量等を迅速
にかつ精度よく計測することができるとともに、かかる
計測データを用いることによって、地盤内空洞を充填す
るのに適した充填材の種類や必要な充填量を適確に判断
しあるいは算出することが可能となり、より確実で無駄
のない地盤内空洞２の充填作業を効率よく行うことがで
きる。

【００２９】また、本実施形態に係る地盤内空洞の計測
装置１１によれば、演算制御部１５の制御下で計測ロッ
ド１４を該ロッドの材軸に沿って進退させるとともに該
ロッドの材軸廻りに回転させる駆動機構１８を備えると
ともに、その進退量及び回転量を用いて形状や容量とい
った諸量を演算制御部１５で演算するように構成したの
で、地盤内空洞２の計測を自動化して計測作業の時間短
縮並びに精度の向上を図ることが可能となる。

【００３０】本実施形態では、計測ロッド１４を回動自
在かつ進退自在に構成したが、かかる構成に代えて、図
２に示すような計測装置２１としてもよい。

【００３１】同図に示す計測装置２１は、概ね計測装置
１１と同じであるが、計測ロッド１４についてはこれを
切羽側にて固定具２２で固定し、その先端に駆動機構で
ある伸縮機構２３を取り付けるとともに、該伸縮機構２
３の先端に駆動機構である回転機構２４を取り付け、該
回転機構の外面に超音波センサ１３を取り付けた点が異
なる。

【００３２】なお、かかる構成においても、上述したと
ほぼ同様の作用効果を奏するが、その説明についてはこ
こでは省略する。

【００３３】また、本実施形態では特に言及しなかった
が、計測ロッド１４の先端近傍にＣＣＤカメラ及びそれ
に必要な光源を併設しておけば、該ＣＣＤカメラからの
映像を監視しながら、演算制御部１５による駆動機構１
８の自動制御を必要に応じて手動制御に切り換えること
も可能である。

【００３４】

【発明の効果】以上述べたように、請求項１に係る本発
明の地盤内空洞の計測装置によれば、多数のボーリング
作業を行うことなく、地盤内空洞の形状や容量等を迅速
にかつ精度よく計測することができる。そして、かかる
計測データを用いることによって、地盤内空洞を充填す
るのに適した充填材の種類や必要な充填量を適確に判断
しあるいは算出することが可能となり、より確実で無駄
のない地盤内空洞の充填作業を効率よく行うことができ
る。

【００３５】また、請求項２に係る本発明の地盤内空洞
の計測装置によれば、地盤内空洞の計測を自動化して計
測作業の時間短縮並びに精度の向上を図ることが可能と
なるという効果も奏する。

【００３６】

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態に係る地盤内空洞の計測装置の図で
あり、(a)はその使用状況を示した断面図、(b)はブロッ
ク図。

【図２】変形例に係る地盤内空洞の計測装置の図であ
り、(a)はその使用状況を示した断面図、(b)はブロック
図。

【図３】従来技術においてトンネル掘削を行う様子を示
した図であり、(a)、(b)は既存の地盤内空洞が崩壊する
様子、(c)は地山の緩みによって新たに地盤内空洞が形
成される様子をそれぞれ示した断面図。

【図４】地盤内空洞に充填材を充填している様子を示し
た断面図。

【符号の説明】

１１、２１ 計測装置 １２ 連通孔 １３ 超音波センサ（距離計
測手段） １４ 計測ロッド １５ 演算制御部（演算制御
手段） １６ モニタ（出力手段） １７ プリンタ（出力手段） １８、２３、２４ 駆動機構

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 地盤内空洞に連通する連通孔に挿通され
   先端に距離計測手段が取り付けられた計測ロッドと、前
   記距離計測手段に電気接続され該距離計測手段で得られ
   た距離データを用いて前記地盤内空洞の形状、容量等の
   諸量を演算する演算制御手段と、該演算制御手段にて演
   算処理された諸量を出力する出力手段とからなることを
   特徴とする地盤内空洞の計測装置。
2. 【請求項２】 前記演算制御手段の制御下で前記距離計
   測手段を前記計測ロッドの材軸に沿って進退させるとと
   もに該ロッドの材軸廻りに回転させる駆動機構を備える
   とともに、その進退量及び回転量を用いて前記諸量を前
   記演算制御手段で演算するように構成した請求項１記載
   の地盤内空洞の計測装置。