セグメント、充填判定システム及び充填判定方法
【課題】本発明の目的は、空隙に注入する空隙を詰める材料が、空隙内に充填されたことを従来に比べて精度よく判定する充填判定方法を提供することにある。
【解決手段】トンネルの周方向に複数並べて配置されてトンネル壁を形成するセグメントであって、前記セグメントがトンネルに配置された場合に地盤側に向く外面における特定の位置と前記地盤と前記セグメントとの間の空隙に充填される流動する材料との接触を、検出するための物理量を測定する測定手段と、無線通信により前記測定手段における測定結果に応じた情報を他の装置に送信する通信手段とを具備することを特徴とするセグメント。
【解決手段】トンネルの周方向に複数並べて配置されてトンネル壁を形成するセグメントであって、前記セグメントがトンネルに配置された場合に地盤側に向く外面における特定の位置と前記地盤と前記セグメントとの間の空隙に充填される流動する材料との接触を、検出するための物理量を測定する測定手段と、無線通信により前記測定手段における測定結果に応じた情報を他の装置に送信する通信手段とを具備することを特徴とするセグメント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セグメント、充填判定システム及び充填判定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
地盤中にシールドトンネルを建設する際、組み上げられたセグメントと周囲地盤との間の空隙に注入されるコンクリートミルクなどの間詰め用の物質の充填状況を確認する技術が知られている。特許文献１では、液状物質を注入する空隙内の複数の部所定位に、無線識別信号を送信する電子タグユニットを取り付け、空隙内への液状物質の注入時または後に、電子タグユニットからの信号の読み取りが停止したことをもって液状物質の充填を確認する技術が開示されている。しかしながら、通信の停止をもって充填を確認する上述の技術においては、電子タグユニットが不具合を起こした場合などに充填と判別されてしまう場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２９９６０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、空隙に注入される流動する材料が空隙内に充填されたことを、従来に比べて精度よく判定する充填判定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、トンネルの周方向に複数並べて配置されてトンネル壁を形成するセグメントであって、前記セグメントがトンネルに配置された場合に地盤側に向く外面における特定の位置と、前記地盤と前記セグメントとの間の空隙に充填される流動する材料との接触を検出するための物理量を測定する測定手段と、無線通信により前記測定手段における測定結果に応じた情報を他の装置に送信する通信手段とを具備することを特徴とするセグメントを提供する。このセグメントを用いれば、空隙に注入される流動する材料が空隙内に充填されたことを、従来に比べて精度よく判定することができる。
【０００６】
別の好ましい態様において、前記通信手段における無線通信は、電磁誘導を用いてもよい。このセグメントを用いれば、通信装置が水分を含む材料に覆われた状態、または通信装置と他の装置の間に金属のセグメントを挟んだ状態でも無線通信を行うことができる。
【０００７】
別の好ましい態様において、前記特定の位置は前記外面の周辺部における複数の位置であり、前記流動する材料を充填するために当該流動する材料を注入する注入孔であって、前記外面と当該外面とは反対側の内面とを貫通し、前記外面側の開口部を前記周辺部より内側の領域にもつ注入孔をさらに具備し、前記測定手段は、前記特定の位置の各々に対応して、前記接触を検出するための物理量を測定してもよい。このセグメントを用いれば、前記特定の位置が前記外面の周辺部における複数の位置でない場合に比べて、流動する材料が外面全体に充填されたことを容易に判定することができる。
【０００８】
別の好ましい態様において、前記測定手段は、他のセグメントと隣接する面における特定の位置と前記流動する材料との接触を検出するための物理量をさらに測定し、
前記通信手段は、当該測定手段による測定結果に応じた情報を前記他の装置に送信してもよい。このセグメントを用いれば、隣接するセグメント間の空隙に注入される流動する材料が空隙内に充填されたことを、従来に比べて精度よく判定することができる。
【０００９】
別の好ましい態様において、時刻を示す時刻情報を出力する時刻情報出力手段と、前記時刻情報出力手段によって出力された時刻情報、および前記測定手段によって測定された物理量に応じた情報を対応付けて記憶する記憶手段とをさらに具備し、前記通信手段が送信する情報は、前記記憶手段に対応付けられて記憶された前記時刻情報および前記情報を送信することを特徴とする。このセグメントを用いれば、過去にセグメント間の空隙に注入された流動する材料の充填状況およびその材料のその後の状態を知ることができる。
【００１０】
別の好ましい態様において、上記のいずれかに記載のセグメントと、前記地盤との間に前記流動する材料が充填されたことを判定する充填判定システムであって、前記セグメントと、前記外面とは反対側から、前記流動する材料が充填されたことを判定する前記他の装置である判定装置とを具備し、前記判定装置は、前記通信手段によって送信された前記検出結果に応じた情報を受信する受信手段と、前記受信手段によって受信された情報が特定の条件を満たす場合に、前記流動する材料が前記セグメントと前記地盤との間に充填されたと判定する判定手段とを備えることを特徴とする充填判定システムを提供する。この充填判定システムによれば、空隙に注入される流動する材料が空隙内に充填されたことを、従来に比べて精度よく判定することができる。
【００１１】
別の好ましい態様において、トンネルの地盤とセグメントとの間の空隙に流動する材料が充填されたことを判定する充填判定方法であって、配置された場合に前記地盤側に向く外面における特定の位置と前記流動する材料との接触を検出するための物理量を測定する測定手段、および無線通信により前記測定手段における測定結果に応じた情報を他の装置に送信する通信手段を有する前記セグメントと、前記トンネルの地盤との間に流動する材料を注入する注入過程と、前記他の装置によって前記測定結果に応じた情報を受信する受信過程と、前記受信過程において受信した情報が特定の条件を満たす場合に、前記流動する材料が前記セグメントと前記地盤との間に充填されたと判定する判定過程とを備えることを特徴とする充填判定方法を提供する。この充填判定方法によれば、空隙に注入される流動する材料が空隙内に充填されたことを、従来に比べて精度よく判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】シールドトンネル内に配置されたセグメントの断面図である。
【図２】通信装置を設置する位置を説明する図である。
【図３】通信装置１０と読取装置２０が通信する様子を示す図である。
【図４】充填判定システム１のブロック図である。
【図５】通信装置１０のブロック図である。
【図６】読取装置２０のブロック図である。
【図７】本実施形態に係る充填判定方法のフローチャートである。
【図８】空隙ＡＳにコンクリートミルクが注入された状態の一例を示す図である。
【図９】本実施形態における各部の温度変化の一例を示すグラフである。
【図１０】通信装置１０と読取装置２０の動作を示すシーケンスチャートである。
【図１１】図１１は、変形例２に係るセグメント２の概観図である。
【図１２】変形例３に係る充填判定システム１を説明する模式図である。
【図１３】変形例４に係るセグメント２ａ、２ｂを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
＜実施形態＞
[構成]
図１は、シールドトンネル内に配置されたセグメントの断面図である。まず、図に示す地盤１には、図示せぬ掘削機が掘り進んでできたトンネルが形成されている。セグメント２は、鋼やコンクリートなどを有し、複数のセグメント２がトンネルの円周に沿った周方向に並べて配置されるとトンネルの壁を形成してトンネルを支える。トンネル内にセグメント２が配置された時点では、掘削機の外径とセグメント２が形成する壁の外径との違いなどから、セグメント２の地盤１に向く外面と地盤１との間に図に示す空隙ＡＳが存在する。空隙ＡＳを埋めるため、コンクリートミルクなどの流動する材料を空隙ＡＳに注入して充填させる作業が行われる。この流動する材料は、他にもセメントミルク、モルタルなどが用いられ、これらの材料は、注入当初は流動性があるため空隙の隅々まで行き渡り、時間の経過とともに硬化して地盤１を支える。また、流動する材料の他にも、豆砂利などの粒径１０ｍｍ以下程度の砂利を材料として用いて空隙ＡＳを充填してもよい。以下、この例では、コンクリートミルクを注入する場合を用いて説明する。
【００１４】
本実施形態においては、空隙ＡＳへ注入されるコンクリートミルクが充填されたことを判定するため、無線通信の機能を有する通信装置を用いる。
【００１５】
図２は、通信装置を設置する位置を説明する図である。同図（ａ）は、セグメント２の概観図である。通信装置１０−１、１０−２、１０−３、１０−４（以下、それぞれを区別しないときは通信装置１０という）は、無線通信の機能をもつ装置であり、セグメント２の地盤側の外面における端部からあらかじめ決められた長さの範囲（以下、周辺部という）の特定の位置にそれぞれ固定して設置されている。注入孔３は、セグメント２の地盤側の外面とトンネル側の内面とにわたって貫通して形成され、この外面側の開口部は上述した周辺部より内側の領域、すなわち上述したあらかじめ決められた長さよりも長い距離だけ外面の端部から離れて設けられ、この注入孔３を通して流動する材料が空隙ＡＳへ注入される。同図（ｂ）は、このセグメント２がトンネル内に設置された状態を示す図である。この図において、セグメント２は、同図（ａ）の注入孔３を通る切断線ＩＩｂ−ＩＩｂ´による切断面を示している。通信装置１０は、コンクリートミルクが注入孔３から注入され、通信装置１０の位置まで充填されると、空隙ＡＳの充填が完了したと判定されるように、注入孔３から離れた位置に設置されている。なお、この通信装置１０を設置する位置と数量は、セグメントの大きさ、注入する材料の種類などに応じて決めればよい。
【００１６】
通信装置１０は、後述する構成と動作により、自装置とコンクリートミルクとの接触を検出するための情報を生成し、無線通信により送信する。この通信装置１０が送信する情報は、通信装置１０とはセグメント２を挟んで反対側のトンネル内にある、無線通信の機能を有する読取装置により受信される。
【００１７】
図３は、通信装置１０と読取装置２０が通信する様子を示す図である。通信装置１０は、無線通信の機能を有する無線タグ１１０および直方体状の筐体１２０を備え、セグメント２を挟んで読取装置２０と通信を行う。この無線通信は、電磁誘導方式による通信手段によって、周波数が１３１ｋＨｚ程度の長波（ＬＦ：Low Frequency）を用いて行う。障害物の影響を受けにくい長波帯の周波数を用いるため、通信装置１０と読取装置２０は、金属または水分を含むコンクリートを有するセグメント２を間に挟んだ状態でも、通信を行うことができる。また、この通信は双方向に行われ、概ね数ｍを有効な通信距離とする。
【００１８】
筐体１２０は、プラスチックなどの原料で形成され、充填されるコンクリートミルクの圧力や水分などから無線タグ１１０を保護するとともに、周囲に接触する物質の温度を内部に伝達するように形成されている。無線タグ１１０は、温度センサを有するセンサ部１１２（図５参照）を備え、筐体１２０に接する物質から伝達される温度を測定する。無線タグ１１０は、時刻を示す時刻情報を出力する時計部１１６（図５参照）を備え、この出力された時刻情報と測定された温度とを対応付ける。このように、無線タグ１１０は、この測定された温度および対応付けられた時刻情報が示す温度の履歴の情報（以下、温度履歴情報という）を生成する。そして、無線タグ１１０は、後述する動作によりこの温度履歴情報を示す信号を外部に送信する。通信装置１０においては、このように筐体１２０がセンサ部へ温度を伝達するため、センサ部から外部への測定用の部位を露出させる必要がない。このため、筐体１２０の加工は、容易に行うことができ、製造コストの上昇が抑えられる。
【００１９】
読取装置２０は、通信機能を有し、通信装置１０が送信した信号を受信する受信手段として機能し、この信号に示されている情報を読み取る。表示画面２４１は、液晶などの画面を有し、上述の読み取られた情報や、この情報に基づき読取装置２０が生成する情報などを表示する。操作子２５１は、複数のボタンまたはタッチパネルなどを有し、読取装置２０への入力機能を持つ。利用者は操作子２５１により読取装置２０を操作する。また、読取装置２０は、通信装置１０に対して生成した情報を送信することを要求する信号を送信し、通信装置１０は、この信号を受信すると、上述の送信動作を行う。このように、通信装置１０と読取装置２０は、互いに通信を行いながら、後述する動作によりコンクリートミルクと通信装置１０との接触を検知し、空隙ＡＳへのコンクリートミルクの充填が完了したかどうかを判定するひとつのシステムとして機能する。このシステムを充填判定システム１という。
【００２０】
図４は、充填判定システム１のブロック図である。読取装置２０は、同図に示すように、複数の通信装置１０と通信を行う。この通信は、上述のとおり有効な通信距離が概ね数ｍあるため、複数の通信装置１０が通信可能な位置にある場合がある。これら複数の通信装置１０による情報を区別するため、例えば、通信装置１０同士を識別する識別番号をあらかじめ定め、この識別番号を加えた信号を用いて通信する。そして、各通信装置１０はそれぞれ固有の識別番号の情報を保存しており、この識別番号が一致している要求信号を受信した場合に、読取装置２０への送信を行う。また、読取装置２０は、あらかじめ決められた期間送信がなければ、次の識別番号の通信装置１０への要求信号を送信する。このようにして、読取装置２０は、通信装置１０から送信される信号が競合しないように制御する。このような複数の通信を制御する方法はどのような方法であってもよく、一般的なアンチコリジョン機能を用いた方法にすればよい。
【００２１】
図５は、通信装置１０のブロック図である。無線タグ１１０は、温度を検出するセンサ部１１２や、読取装置２０と情報を通信する通信部１１４などの装置を有し、通信装置１０の主要な機能を担う装置である。図に示すとおり、バス１０１により互いに接続される、制御部１１１、センサ部１１２、記憶部１１３、通信部１１４、電源部１１５、時計部１１６を有している。制御部１１１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）などを有し、ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶されたプログラムをＲＡＭにロードして実行する。これにより、制御部１１１は、バス１０１を介して無線タグ１１０の各部の制御と、制御部１１１へ入力される情報の演算およびこの情報の記憶部１１３への格納などを行う。また、このＲＯＭには、通信装置１０を他の装置と識別する識別番号が保存されており、特定の装置の動作を要求するこの識別番号が含まれた要求信号を受信した場合などに、この識別番号が参照される。時計部１１６は、時刻を示す時刻情報を生成する機能を有し、あらかじめ決められた間隔で制御部１１１へこの時刻情報を出力する時刻情報出力手段である。制御部１１１は、この時刻情報を用いて、日時などの時刻または時間に応じた制御をする。
【００２２】
センサ部１１２は、温度を測定するセンサを有し、筐体１２０を介して伝達される通信装置１０に接触する物質の温度を測定し、この温度情報を生成して制御部１１１へ出力する。記憶部１１３は、不揮発性メモリなどの記憶手段であって、センサ部１１２が測定する温度などの情報を保存する。
ここで、制御部１１１は、センサ部１１２による測定および出力の動作と、センサ部１１２から入力される温度情報を記憶部１１３へ格納する動作と、記憶部１１３による温度情報を蓄積する動作とを、あらかじめ決められた間隔で継続的に行うよう各部を制御する。また、制御部１１１は、記憶部１１３へこの温度情報を格納するときに、この温度が測定された時刻の情報を合わせて格納する。これにより、記憶部１１３には、上述した温度履歴情報が蓄積される。通信部１１４は、無線通信の機能を有し、読取装置２０との間で無線通信を行う。電源部１１５は、一次電池を有し、無線タグ１１０の各部に電力を供給する。このように、電源部１１５が電力を供給するため、通信装置１０が通信をしていないときも各部が動作して温度履歴情報が蓄積される。
【００２３】
図６は、読取装置２０のブロック図である。制御部２１０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを有し、ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶されたプログラムをＲＡＭにロードして実行する。これにより、制御部２１０は、バス２０１を介して、読取装置２０の各部について制御する。通信部２２０は、無線通信によって、通信装置１０との間で情報のやり取りを行う通信手段である。通信により通信装置１０から読み取られた情報は、制御部２１０へ出力され、制御部２１０は、この情報を記憶部２３０へ格納する。
【００２４】
記憶部２３０は、不揮発性メモリなどの記憶手段であって、読み取られた情報を格納し、蓄積する。表示部２４０は、液晶画面などで形成される表示画面２４１を有し、読み取られた温度情報や、記憶部２３０へ格納された情報を表示する。操作部２５０は、複数のボタンまたはタッチパネルなどの入力機能を持つ操作子２５１を有し、利用者が読取装置２０に対して選択、確認、取り消しなどの指示を行うための操作を行う操作手段であって、操作内容を示す情報を制御部２１０に出力する。インターフェース２６０は、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）などの外部装置と接続する端子を有し、コンピュータなどの外部装置と情報のやり取りを行う際のインターフェースとなる。
続いて、本実施形態に係る動作について、図７から１０を用いて説明する。
【００２５】
［動作］
図７は、本実施形態に係る充填判定方法のフローチャートである。まず、作業者が、コンクリートミルクを、注入孔３から空隙ＡＳへ注入する（ステップＳ１００）。そして、このコンクリートミルクの注入が完了してから、コンクリートミルクが硬化するまでの間に、この作業者は、空隙ＡＳへのコンクリートミルクの充填が完了したかどうかを判定する充填判定処理を行う（ステップＳ２００）。作業者は、この充填判定処理により充填が完了したと判定されるまで、充填を完了させるための作業を行う。空隙ＡＳにコンクリートミルクが充填されたかどうかは、次のように判定する。
【００２６】
図８は、空隙ＡＳにコンクリートミルクが注入された状態の一例を示す図である。同図に示すように、通信装置１０−１の周囲の空間にはコンクリートミルク４が充填し、通信装置１０−２の周囲の空間には空隙が発生している。通信装置１０−１においては、コンクリートミルク４の注入前は周囲の空気の温度が測定され、注入後にコンクリートミルク４が通信装置１０−１に接触すると、コンクリートミルク４の温度が測定される。このとき、通信装置１０−１の測定する温度の履歴には、コンクリートミルク４と周囲の空気との温度差を、短時間で変化する様子が検出される。一方、通信装置１０−３においては、コンクリートミルク４の注入後も、周囲の空気の温度が測定される。この場合、空気の熱容量があるため、コンクリートミルク４と直接接触する場合と比べて、温度変化は緩やかにおこなわれ、かつコンクリートミルク４と同じ温度にはならない場合もある。これらの温度変化の様子を、例を用いて説明する。
【００２７】
図９は、本実施形態における各部の温度変化の一例を示すグラフである。このグラフの縦軸は温度Ｔｅｍｐを示し、横軸は時刻ｔを示す。同図（ａ）は通信装置１０−１が測定する温度ＭＴＩ、コンクリートミルク４の温度ＣＭＴ、およびトンネル内の気温ＡＴの時間変化を示している。すなわち、この温度ＭＴＩは、通信装置１０−１に蓄積される温度履歴情報をグラフに表わしたものである。このグラフに示す時刻ｔ１は、コンクリートミルク４の注入が開始された時刻である。一般に、注入後数時間から数日間経過するまでのコンクリートミルクは、水とセメントの水和反応により発熱している状態のため、同図の温度ＣＭＴに示されるように、トンネル内の気温ＡＴに比べて高い温度となる。このため、通信装置１０−１が測定する温度ＭＴＩは、充填前は気温ＡＴに近く、時刻ｔ１にコンクリートミルク４の注入が始まると、コンクリートミルク４により周囲の空気が暖められ徐々に上昇する。そして、通信装置１０とコンクリートミルク４が接触すると、通信装置１０はコンクリートミルク４の温度ＣＭＴを測定するため、このグラフの時刻ｔ２に示されるように、瞬間的に温度ＭＴＩが上昇する。
【００２８】
一方、図９（ｂ）は通信装置１０−２が測定する温度ＭＴＩＩ、コンクリートミルク４の温度ＣＭＴ、およびトンネル内の気温ＡＴの時間変化を示している。すなわち、この温度ＭＴＩＩは、通信装置１０−２に蓄積される温度履歴情報をグラフに表わしたものである。このグラフに示す時刻ｔ１も、コンクリートミルク４の注入が開始された時刻である。上述のとおり、通信装置１０−２の周囲の空間が空隙である場合、空隙内を占める空気はコンクリートミルク４の熱により暖められるが、空気の熱容量があるため、コンクリートミルク４と接触した場合と比べて温度変化はゆるやかに行われる。加えて、この空隙は図８に示すように地盤１およびセグメント２と接しておりこれらの温度の影響も受けるため、通信装置１０−２が測定する温度ＭＴＩＩは、コンクリートミルク４の温度ＣＭＴまでは達しない。
【００２９】
このように、通信装置１０が蓄積する温度履歴情報は、コンクリートミルク４との接触の有無によって異なる温度変化を示す。上述した充填判定システム１は、この温度変化の違いから、この接触の有無を検出し、これによりコンクリートミルク４の充填も判定する。例えば、充填判定システム１は、温度履歴情報の各時刻における温度の値と、１回前の時刻に測定された温度の値の差（以下、温度の変動量という）を算出し、この温度の変動量があらかじめ決められた値以上となる時刻を検出する。この検出された時刻の直前には、瞬間的な温度変化、すなわち通信装置１０とコンクリートミルク４との接触があったものとみなされる。このようにして、充填判定システム１は、温度履歴情報から通信装置１０とコンクリートミルク４の接触を検出する。この場合、コンクリートミルク４の接触による温度の変化が、気温の変化による温度の変化と区別されるように、温度を測定する時間の間隔が決められているものとする。
【００３０】
なお、この他にも、測定される温度の値があらかじめ決められた値以上となった時刻を検出してもよい。または、各時刻における温度の変動量が、１回前の時刻における温度の変動量に対してあらかじめ決められた値以上異なった時刻を検出してもよい。このように、温度履歴情報がこれら特定の条件を満たす場合に、充填判定システム１は、通信装置１０とコンクリートミルク４の接触を検出する。これらの条件は、コンクリートミルク４の温度的な性質や、季節による気温の違いに応じて定めればよい。このようにして、通信装置１０とコンクリートミルク４との接触が検出され、上述した充填判定処理（ステップＳ２００）においては、全ての通信装置１０においてコンクリートミルク４との接触が検出されたら、空隙ＡＳへのコンクリートミルク４の充填が完了したと判定する。次に、この充填判定処理において、通信装置１０と読取装置２０との具体的な動作を次に説明する。
【００３１】
図１０は、通信装置１０と読取装置２０の動作を示すシーケンスチャートである。読取装置２０は、利用者の操作もしくは他の装置からの動作を指示する信号により、通信装置１０−１に対して、温度履歴情報の送信を要求する信号を送信する（ステップＳ３１０）。通信装置１０−１は、この送信を要求する信号を受信すると、蓄積した温度履歴情報から読取装置２０へ送信する情報を生成し（ステップＳ３２０）、この生成した情報を送信する（ステップＳ３３０）。読取装置２０は、この温度履歴情報を受信して、記憶部２３０へ格納する（ステップＳ３４０）。読取装置２０は、この一連の動作を、各通信装置１０−１、１０−２、１０−３、１０−４に対して順次行う。なお、作業者が温度履歴情報の送信を要求するときは、要求する時刻の範囲を指定してもよい。その場合には、通信装置１０−１は、指定された時刻の範囲の温度履歴情報を送信情報として生成してもよい。
【００３２】
読取装置２０は、このようにして読み取った各通信装置１０の温度履歴情報において、あらかじめ決められた値以上である温度の変動量を検出すると、この温度の変動量を含む温度履歴情報を送信した通信装置１０とコンクリートミルク４との接触を検出する。この接触を検出する動作を各通信装置１０ごとに行い（ステップＳ３５０）、全ての通信装置１０からこの接触が検出されると、空隙ＡＳへのコンクリートミルク４の充填が完了したと判定する（ステップＳ３６０）。そして、充填が完了したと判定すると、充填完了の判定結果を示す表示情報を生成して表示画面２４１に表示する（ステップＳ３７０）。また、充填が完了していないと判定すると、充填が未完了であるとの判定結果を示す表示情報を生成して表示画面２４１に表示する（ステップＳ３８０）。
【００３３】
ここで、読取装置２０は、例えばトンネルの設計または測量によりあらかじめ得ている各通信装置が設置されている位置の座標情報を、各通信装置の識別番号と対応させて保持している。なお、この識別番号は、通信装置１０が設置されるセグメントの固体およびこのセグメント上における位置を示すものであってもよい。そして、上述した充填が未完了であるとの判定結果を示す表示情報を生成する際、この座標情報、識別番号に基づき、まだ接触が検知されていない通信装置１０の位置の情報を合わせて表示する。なお、通信装置１０は電源部１１５が供給する電力により常に動き続けているため、例えば温度が変化しなくなるなどの温度履歴情報の異常が検出された場合は、この温度履歴情報を生成した通信装置１０に不具合が発生したことを合わせて表示してもよい。このように、読取装置２０は、空隙ＡＳへのコンクリートミルク４の充填が完了したことを判定する装置として機能する。
【００３４】
さらに、この接触検出処理以降の動作は、読取装置２０と接続するコンピュータなどの外部の装置で行ってもよい。この場合、作業者はこの外部の装置に接続される表示装置上の画面で、充填判定処理の結果を確認する。また、読取装置２０は、読み取った温度履歴情報をそのまま又はグラフなどに加工して表示画面２４１へ表示し、この内容に基づき作業者が充填を判定してもよい。他にも、接触検出処理を通信装置１０で行ってもよい。この場合、読取装置２０へ送信する情報は、接触検出の結果を示す判定情報となる。
【００３５】
このように、充填判定システム１を用いて本実施形態に係る充填判定方法を使用すると、セグメント２に設置された通信装置１０が継続的に周囲の温度を測定し、この測定された温度の情報が蓄積されて、この蓄積された情報に基づく温度履歴情報が生成される。続いて、読取装置２０が、通信装置１０と水や金属の影響を受けにくい方式による無線通信を行いこの温度履歴情報を読み取り、この温度履歴情報より、通信装置１０とコンクリートミルク４との接触を検出する。そして、充填判定システム１は、全ての通信装置１０においてこの接触を検出すると、空隙ＡＳへのコンクリートミルク４の充填が完了したと判定する。このように、充填判定システム１では、無線通信に長波の信号を用いることで、セグメント２を間に挟んだ状態およびコンクリートミルク４に覆われた状態においても通信を行うことができる。また、一次電池を有する通信装置１０を継続して動作させることで、蓄積される温度履歴情報の内容から通信装置１０の動作の不具合による情報と正常な動作による情報とを見分けて、誤った判定の材料とすることを避けることができる。このため、この充填判定方法によれば、空隙に注入する流動する材料が、空隙内に充填されたことを従来に比べて精度よく判定することができる。
【００３６】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は以下のように、さまざまな形態で実施可能である。
＜変形例１＞
上述した実施形態においては、通信装置１０の筐体１２０とコンクリートミルク４の接触を検知するため、通信装置１０が備えるセンサ部１１２は温度を測定したが、他に通信装置１０の筐体１２０が接する物質から受ける圧力、またはこの物質のｐＨ（potential Hydrogen）、もしくは水分率などの物理量を測定してもよい。いずれの場合も、筐体１２０が空気に接している場合と、コンクリートミルク４に接している場合とで、測定される物理量の値が異なるため、例えば、読取装置２０が通信装置１０から読み取ったこれらの物理量の変化の量を示す値が、あらかじめ決められた値以上である場合に充填がされたものと判定する。なお、圧力を測定する場合は、筐体１２０は、自身が接触する物質から受ける圧力を内部に伝達するように形成されている。また、ｐＨおよび水分率を測定する場合は、通信装置１０は、センサ部１１２の一部が筐体１２０の表面に露出して形成されている。
【００３７】
＜変形例２＞
本実施形態においては、セグメント２の地盤１を向く外面における流動する材料の充填を判定したが、隣接するセグメント２同士の空隙における流動する材料の充填を判定してもよい。一般に、セグメント２は、温度による膨張、もしくは収縮、または配置後に生じるゆがみなどを考慮して、隣接するセグメントとの間に空隙ができる大きさで形成されている。これらセグメントの結合を強固にし、またセグメント間から侵入する地下水を防ぐため、この空隙を流動する材料で充填する作業が行われる。
【００３８】
図１１は、変形例２に係るセグメント２の概観図である。通信装置１０−５、１０−６、１０−７、１０−８は、セグメント２が隣接するセグメントと向き合う面の端部付近に設置されている。これらの通信装置１０が蓄積する温度履歴情報を読み取ることで、読取装置２０は、隣接するセグメント間の空隙における流動する材料の充填状況が判定できる。
【００３９】
＜変形例３＞
本実施形態においては、１台の読取装置２０を用いて温度履歴情報を読み取ったが、複数の読取装置２０を用いて読み取りを行ってもよい。トンネルは数ｋｍに渡ることもあり、複数の読取装置２０で充填判定処理を行うことで、作業が効率的に行うことができる。また、読取装置２０に、読取装置２０同士を通信させる無線通信の機能を持たせ、この通信の有効な距離ごとに読取装置２０を設置してもよい。この場合、例えば、１台の管理用の装置を設置し、この装置と各読取装置２０との間で情報のやり取りがされるように、各読取装置２０を制御するとよい。
【００４０】
図１２は、変形例３に係る充填判定システム１を説明する模式図である。同図は、地盤１に掘削機５が掘り進み、セグメント２が設置されている様子を示している。図に示す管理用の装置２１は、各読取装置２０を経由して各読取装置２０との間で通信を行う。まず、管理用の装置２１は、各読取装置２０に対して読み取りおよび送信の動作を指示する信号を送り、この信号を受信した各読取装置２０は、自装置が通信可能な通信装置１０から温度履歴情報を読み取る。そして、各読取装置２０が、この読み取った温度履歴情報を管理用の装置２１に対して送信することで、トンネル内の通信装置１０が蓄積した温度履歴情報が、管理用の装置２１に収集される。これにより、広範囲に設置された通信装置１０が蓄積する情報を、迅速かつ効率的に収集することができる。なお、読取装置２０の替わりに、各通信装置１０同士がアドホックネットワークを構築して相互に通信を行い、上述した温度履歴情報の収集を行ってもよい。
【００４１】
＜変形例４＞
本実施形態においては、通信装置１０はセグメント２の外面上に固定したが、セグメント２の内部に埋め込んで形成してもよい。例えば、セグメント２の表面にあらかじめ通信装置１０を埋め込める窪みを形成してもよいし、セグメント２に無線タグ１１０を内蔵させえてセグメント２の表面に露出させた物理量を測定するための接触測定部と配線で接続させて形成してもよい。
【００４２】
図１３は、変形例４に係るセグメント２ａ、２ｂを示す図である。同図（ａ）、（ｂ）はセグメント２ａ、２ｂの断面を示す。同図（ａ）に示すセグメント２ａは、通信装置１０が格納される窪み１３０が形成されており、通信装置１０は、窪み１３０に格納されて固定される。同図（ｂ）に示すセグメント２ｂは、通信装置１０ｂを内部に埋め込んで形成されている。通信装置１０ｂは、無線タグ１１０ｂとセグメント２ｂの表面に露出する接触測定部１４０とが配線１５０で接続されて構成され、接触測定部１４０に接触する物質の物理量を測定する。
【符号の説明】
【００４３】
１…判定システム、２…セグメント、３…注入孔、４…コンクリートミルク、５…掘削機、１０，１０−１，１０−２，１０−３，１０−４…通信装置、２０…読取装置、２１…管理用の装置、１１０…無線タグ、１２０…筐体、１３０…窪み、１４０…接触測定部、１５０…配線、２４１…表示画面、２５１…操作子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セグメント、充填判定システム及び充填判定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
地盤中にシールドトンネルを建設する際、組み上げられたセグメントと周囲地盤との間の空隙に注入されるコンクリートミルクなどの間詰め用の物質の充填状況を確認する技術が知られている。特許文献１では、液状物質を注入する空隙内の複数の部所定位に、無線識別信号を送信する電子タグユニットを取り付け、空隙内への液状物質の注入時または後に、電子タグユニットからの信号の読み取りが停止したことをもって液状物質の充填を確認する技術が開示されている。しかしながら、通信の停止をもって充填を確認する上述の技術においては、電子タグユニットが不具合を起こした場合などに充填と判別されてしまう場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２９９６０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、空隙に注入される流動する材料が空隙内に充填されたことを、従来に比べて精度よく判定する充填判定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、トンネルの周方向に複数並べて配置されてトンネル壁を形成するセグメントであって、前記セグメントがトンネルに配置された場合に地盤側に向く外面における特定の位置と、前記地盤と前記セグメントとの間の空隙に充填される流動する材料との接触を検出するための物理量を測定する測定手段と、無線通信により前記測定手段における測定結果に応じた情報を他の装置に送信する通信手段とを具備することを特徴とするセグメントを提供する。このセグメントを用いれば、空隙に注入される流動する材料が空隙内に充填されたことを、従来に比べて精度よく判定することができる。
【０００６】
別の好ましい態様において、前記通信手段における無線通信は、電磁誘導を用いてもよい。このセグメントを用いれば、通信装置が水分を含む材料に覆われた状態、または通信装置と他の装置の間に金属のセグメントを挟んだ状態でも無線通信を行うことができる。
【０００７】
別の好ましい態様において、前記特定の位置は前記外面の周辺部における複数の位置であり、前記流動する材料を充填するために当該流動する材料を注入する注入孔であって、前記外面と当該外面とは反対側の内面とを貫通し、前記外面側の開口部を前記周辺部より内側の領域にもつ注入孔をさらに具備し、前記測定手段は、前記特定の位置の各々に対応して、前記接触を検出するための物理量を測定してもよい。このセグメントを用いれば、前記特定の位置が前記外面の周辺部における複数の位置でない場合に比べて、流動する材料が外面全体に充填されたことを容易に判定することができる。
【０００８】
別の好ましい態様において、前記測定手段は、他のセグメントと隣接する面における特定の位置と前記流動する材料との接触を検出するための物理量をさらに測定し、
前記通信手段は、当該測定手段による測定結果に応じた情報を前記他の装置に送信してもよい。このセグメントを用いれば、隣接するセグメント間の空隙に注入される流動する材料が空隙内に充填されたことを、従来に比べて精度よく判定することができる。
【０００９】
別の好ましい態様において、時刻を示す時刻情報を出力する時刻情報出力手段と、前記時刻情報出力手段によって出力された時刻情報、および前記測定手段によって測定された物理量に応じた情報を対応付けて記憶する記憶手段とをさらに具備し、前記通信手段が送信する情報は、前記記憶手段に対応付けられて記憶された前記時刻情報および前記情報を送信することを特徴とする。このセグメントを用いれば、過去にセグメント間の空隙に注入された流動する材料の充填状況およびその材料のその後の状態を知ることができる。
【００１０】
別の好ましい態様において、上記のいずれかに記載のセグメントと、前記地盤との間に前記流動する材料が充填されたことを判定する充填判定システムであって、前記セグメントと、前記外面とは反対側から、前記流動する材料が充填されたことを判定する前記他の装置である判定装置とを具備し、前記判定装置は、前記通信手段によって送信された前記検出結果に応じた情報を受信する受信手段と、前記受信手段によって受信された情報が特定の条件を満たす場合に、前記流動する材料が前記セグメントと前記地盤との間に充填されたと判定する判定手段とを備えることを特徴とする充填判定システムを提供する。この充填判定システムによれば、空隙に注入される流動する材料が空隙内に充填されたことを、従来に比べて精度よく判定することができる。
【００１１】
別の好ましい態様において、トンネルの地盤とセグメントとの間の空隙に流動する材料が充填されたことを判定する充填判定方法であって、配置された場合に前記地盤側に向く外面における特定の位置と前記流動する材料との接触を検出するための物理量を測定する測定手段、および無線通信により前記測定手段における測定結果に応じた情報を他の装置に送信する通信手段を有する前記セグメントと、前記トンネルの地盤との間に流動する材料を注入する注入過程と、前記他の装置によって前記測定結果に応じた情報を受信する受信過程と、前記受信過程において受信した情報が特定の条件を満たす場合に、前記流動する材料が前記セグメントと前記地盤との間に充填されたと判定する判定過程とを備えることを特徴とする充填判定方法を提供する。この充填判定方法によれば、空隙に注入される流動する材料が空隙内に充填されたことを、従来に比べて精度よく判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】シールドトンネル内に配置されたセグメントの断面図である。
【図２】通信装置を設置する位置を説明する図である。
【図３】通信装置１０と読取装置２０が通信する様子を示す図である。
【図４】充填判定システム１のブロック図である。
【図５】通信装置１０のブロック図である。
【図６】読取装置２０のブロック図である。
【図７】本実施形態に係る充填判定方法のフローチャートである。
【図８】空隙ＡＳにコンクリートミルクが注入された状態の一例を示す図である。
【図９】本実施形態における各部の温度変化の一例を示すグラフである。
【図１０】通信装置１０と読取装置２０の動作を示すシーケンスチャートである。
【図１１】図１１は、変形例２に係るセグメント２の概観図である。
【図１２】変形例３に係る充填判定システム１を説明する模式図である。
【図１３】変形例４に係るセグメント２ａ、２ｂを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
＜実施形態＞
[構成]
図１は、シールドトンネル内に配置されたセグメントの断面図である。まず、図に示す地盤１には、図示せぬ掘削機が掘り進んでできたトンネルが形成されている。セグメント２は、鋼やコンクリートなどを有し、複数のセグメント２がトンネルの円周に沿った周方向に並べて配置されるとトンネルの壁を形成してトンネルを支える。トンネル内にセグメント２が配置された時点では、掘削機の外径とセグメント２が形成する壁の外径との違いなどから、セグメント２の地盤１に向く外面と地盤１との間に図に示す空隙ＡＳが存在する。空隙ＡＳを埋めるため、コンクリートミルクなどの流動する材料を空隙ＡＳに注入して充填させる作業が行われる。この流動する材料は、他にもセメントミルク、モルタルなどが用いられ、これらの材料は、注入当初は流動性があるため空隙の隅々まで行き渡り、時間の経過とともに硬化して地盤１を支える。また、流動する材料の他にも、豆砂利などの粒径１０ｍｍ以下程度の砂利を材料として用いて空隙ＡＳを充填してもよい。以下、この例では、コンクリートミルクを注入する場合を用いて説明する。
【００１４】
本実施形態においては、空隙ＡＳへ注入されるコンクリートミルクが充填されたことを判定するため、無線通信の機能を有する通信装置を用いる。
【００１５】
図２は、通信装置を設置する位置を説明する図である。同図（ａ）は、セグメント２の概観図である。通信装置１０−１、１０−２、１０−３、１０−４（以下、それぞれを区別しないときは通信装置１０という）は、無線通信の機能をもつ装置であり、セグメント２の地盤側の外面における端部からあらかじめ決められた長さの範囲（以下、周辺部という）の特定の位置にそれぞれ固定して設置されている。注入孔３は、セグメント２の地盤側の外面とトンネル側の内面とにわたって貫通して形成され、この外面側の開口部は上述した周辺部より内側の領域、すなわち上述したあらかじめ決められた長さよりも長い距離だけ外面の端部から離れて設けられ、この注入孔３を通して流動する材料が空隙ＡＳへ注入される。同図（ｂ）は、このセグメント２がトンネル内に設置された状態を示す図である。この図において、セグメント２は、同図（ａ）の注入孔３を通る切断線ＩＩｂ−ＩＩｂ´による切断面を示している。通信装置１０は、コンクリートミルクが注入孔３から注入され、通信装置１０の位置まで充填されると、空隙ＡＳの充填が完了したと判定されるように、注入孔３から離れた位置に設置されている。なお、この通信装置１０を設置する位置と数量は、セグメントの大きさ、注入する材料の種類などに応じて決めればよい。
【００１６】
通信装置１０は、後述する構成と動作により、自装置とコンクリートミルクとの接触を検出するための情報を生成し、無線通信により送信する。この通信装置１０が送信する情報は、通信装置１０とはセグメント２を挟んで反対側のトンネル内にある、無線通信の機能を有する読取装置により受信される。
【００１７】
図３は、通信装置１０と読取装置２０が通信する様子を示す図である。通信装置１０は、無線通信の機能を有する無線タグ１１０および直方体状の筐体１２０を備え、セグメント２を挟んで読取装置２０と通信を行う。この無線通信は、電磁誘導方式による通信手段によって、周波数が１３１ｋＨｚ程度の長波（ＬＦ：Low Frequency）を用いて行う。障害物の影響を受けにくい長波帯の周波数を用いるため、通信装置１０と読取装置２０は、金属または水分を含むコンクリートを有するセグメント２を間に挟んだ状態でも、通信を行うことができる。また、この通信は双方向に行われ、概ね数ｍを有効な通信距離とする。
【００１８】
筐体１２０は、プラスチックなどの原料で形成され、充填されるコンクリートミルクの圧力や水分などから無線タグ１１０を保護するとともに、周囲に接触する物質の温度を内部に伝達するように形成されている。無線タグ１１０は、温度センサを有するセンサ部１１２（図５参照）を備え、筐体１２０に接する物質から伝達される温度を測定する。無線タグ１１０は、時刻を示す時刻情報を出力する時計部１１６（図５参照）を備え、この出力された時刻情報と測定された温度とを対応付ける。このように、無線タグ１１０は、この測定された温度および対応付けられた時刻情報が示す温度の履歴の情報（以下、温度履歴情報という）を生成する。そして、無線タグ１１０は、後述する動作によりこの温度履歴情報を示す信号を外部に送信する。通信装置１０においては、このように筐体１２０がセンサ部へ温度を伝達するため、センサ部から外部への測定用の部位を露出させる必要がない。このため、筐体１２０の加工は、容易に行うことができ、製造コストの上昇が抑えられる。
【００１９】
読取装置２０は、通信機能を有し、通信装置１０が送信した信号を受信する受信手段として機能し、この信号に示されている情報を読み取る。表示画面２４１は、液晶などの画面を有し、上述の読み取られた情報や、この情報に基づき読取装置２０が生成する情報などを表示する。操作子２５１は、複数のボタンまたはタッチパネルなどを有し、読取装置２０への入力機能を持つ。利用者は操作子２５１により読取装置２０を操作する。また、読取装置２０は、通信装置１０に対して生成した情報を送信することを要求する信号を送信し、通信装置１０は、この信号を受信すると、上述の送信動作を行う。このように、通信装置１０と読取装置２０は、互いに通信を行いながら、後述する動作によりコンクリートミルクと通信装置１０との接触を検知し、空隙ＡＳへのコンクリートミルクの充填が完了したかどうかを判定するひとつのシステムとして機能する。このシステムを充填判定システム１という。
【００２０】
図４は、充填判定システム１のブロック図である。読取装置２０は、同図に示すように、複数の通信装置１０と通信を行う。この通信は、上述のとおり有効な通信距離が概ね数ｍあるため、複数の通信装置１０が通信可能な位置にある場合がある。これら複数の通信装置１０による情報を区別するため、例えば、通信装置１０同士を識別する識別番号をあらかじめ定め、この識別番号を加えた信号を用いて通信する。そして、各通信装置１０はそれぞれ固有の識別番号の情報を保存しており、この識別番号が一致している要求信号を受信した場合に、読取装置２０への送信を行う。また、読取装置２０は、あらかじめ決められた期間送信がなければ、次の識別番号の通信装置１０への要求信号を送信する。このようにして、読取装置２０は、通信装置１０から送信される信号が競合しないように制御する。このような複数の通信を制御する方法はどのような方法であってもよく、一般的なアンチコリジョン機能を用いた方法にすればよい。
【００２１】
図５は、通信装置１０のブロック図である。無線タグ１１０は、温度を検出するセンサ部１１２や、読取装置２０と情報を通信する通信部１１４などの装置を有し、通信装置１０の主要な機能を担う装置である。図に示すとおり、バス１０１により互いに接続される、制御部１１１、センサ部１１２、記憶部１１３、通信部１１４、電源部１１５、時計部１１６を有している。制御部１１１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）などを有し、ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶されたプログラムをＲＡＭにロードして実行する。これにより、制御部１１１は、バス１０１を介して無線タグ１１０の各部の制御と、制御部１１１へ入力される情報の演算およびこの情報の記憶部１１３への格納などを行う。また、このＲＯＭには、通信装置１０を他の装置と識別する識別番号が保存されており、特定の装置の動作を要求するこの識別番号が含まれた要求信号を受信した場合などに、この識別番号が参照される。時計部１１６は、時刻を示す時刻情報を生成する機能を有し、あらかじめ決められた間隔で制御部１１１へこの時刻情報を出力する時刻情報出力手段である。制御部１１１は、この時刻情報を用いて、日時などの時刻または時間に応じた制御をする。
【００２２】
センサ部１１２は、温度を測定するセンサを有し、筐体１２０を介して伝達される通信装置１０に接触する物質の温度を測定し、この温度情報を生成して制御部１１１へ出力する。記憶部１１３は、不揮発性メモリなどの記憶手段であって、センサ部１１２が測定する温度などの情報を保存する。
ここで、制御部１１１は、センサ部１１２による測定および出力の動作と、センサ部１１２から入力される温度情報を記憶部１１３へ格納する動作と、記憶部１１３による温度情報を蓄積する動作とを、あらかじめ決められた間隔で継続的に行うよう各部を制御する。また、制御部１１１は、記憶部１１３へこの温度情報を格納するときに、この温度が測定された時刻の情報を合わせて格納する。これにより、記憶部１１３には、上述した温度履歴情報が蓄積される。通信部１１４は、無線通信の機能を有し、読取装置２０との間で無線通信を行う。電源部１１５は、一次電池を有し、無線タグ１１０の各部に電力を供給する。このように、電源部１１５が電力を供給するため、通信装置１０が通信をしていないときも各部が動作して温度履歴情報が蓄積される。
【００２３】
図６は、読取装置２０のブロック図である。制御部２１０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを有し、ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶されたプログラムをＲＡＭにロードして実行する。これにより、制御部２１０は、バス２０１を介して、読取装置２０の各部について制御する。通信部２２０は、無線通信によって、通信装置１０との間で情報のやり取りを行う通信手段である。通信により通信装置１０から読み取られた情報は、制御部２１０へ出力され、制御部２１０は、この情報を記憶部２３０へ格納する。
【００２４】
記憶部２３０は、不揮発性メモリなどの記憶手段であって、読み取られた情報を格納し、蓄積する。表示部２４０は、液晶画面などで形成される表示画面２４１を有し、読み取られた温度情報や、記憶部２３０へ格納された情報を表示する。操作部２５０は、複数のボタンまたはタッチパネルなどの入力機能を持つ操作子２５１を有し、利用者が読取装置２０に対して選択、確認、取り消しなどの指示を行うための操作を行う操作手段であって、操作内容を示す情報を制御部２１０に出力する。インターフェース２６０は、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）などの外部装置と接続する端子を有し、コンピュータなどの外部装置と情報のやり取りを行う際のインターフェースとなる。
続いて、本実施形態に係る動作について、図７から１０を用いて説明する。
【００２５】
［動作］
図７は、本実施形態に係る充填判定方法のフローチャートである。まず、作業者が、コンクリートミルクを、注入孔３から空隙ＡＳへ注入する（ステップＳ１００）。そして、このコンクリートミルクの注入が完了してから、コンクリートミルクが硬化するまでの間に、この作業者は、空隙ＡＳへのコンクリートミルクの充填が完了したかどうかを判定する充填判定処理を行う（ステップＳ２００）。作業者は、この充填判定処理により充填が完了したと判定されるまで、充填を完了させるための作業を行う。空隙ＡＳにコンクリートミルクが充填されたかどうかは、次のように判定する。
【００２６】
図８は、空隙ＡＳにコンクリートミルクが注入された状態の一例を示す図である。同図に示すように、通信装置１０−１の周囲の空間にはコンクリートミルク４が充填し、通信装置１０−２の周囲の空間には空隙が発生している。通信装置１０−１においては、コンクリートミルク４の注入前は周囲の空気の温度が測定され、注入後にコンクリートミルク４が通信装置１０−１に接触すると、コンクリートミルク４の温度が測定される。このとき、通信装置１０−１の測定する温度の履歴には、コンクリートミルク４と周囲の空気との温度差を、短時間で変化する様子が検出される。一方、通信装置１０−３においては、コンクリートミルク４の注入後も、周囲の空気の温度が測定される。この場合、空気の熱容量があるため、コンクリートミルク４と直接接触する場合と比べて、温度変化は緩やかにおこなわれ、かつコンクリートミルク４と同じ温度にはならない場合もある。これらの温度変化の様子を、例を用いて説明する。
【００２７】
図９は、本実施形態における各部の温度変化の一例を示すグラフである。このグラフの縦軸は温度Ｔｅｍｐを示し、横軸は時刻ｔを示す。同図（ａ）は通信装置１０−１が測定する温度ＭＴＩ、コンクリートミルク４の温度ＣＭＴ、およびトンネル内の気温ＡＴの時間変化を示している。すなわち、この温度ＭＴＩは、通信装置１０−１に蓄積される温度履歴情報をグラフに表わしたものである。このグラフに示す時刻ｔ１は、コンクリートミルク４の注入が開始された時刻である。一般に、注入後数時間から数日間経過するまでのコンクリートミルクは、水とセメントの水和反応により発熱している状態のため、同図の温度ＣＭＴに示されるように、トンネル内の気温ＡＴに比べて高い温度となる。このため、通信装置１０−１が測定する温度ＭＴＩは、充填前は気温ＡＴに近く、時刻ｔ１にコンクリートミルク４の注入が始まると、コンクリートミルク４により周囲の空気が暖められ徐々に上昇する。そして、通信装置１０とコンクリートミルク４が接触すると、通信装置１０はコンクリートミルク４の温度ＣＭＴを測定するため、このグラフの時刻ｔ２に示されるように、瞬間的に温度ＭＴＩが上昇する。
【００２８】
一方、図９（ｂ）は通信装置１０−２が測定する温度ＭＴＩＩ、コンクリートミルク４の温度ＣＭＴ、およびトンネル内の気温ＡＴの時間変化を示している。すなわち、この温度ＭＴＩＩは、通信装置１０−２に蓄積される温度履歴情報をグラフに表わしたものである。このグラフに示す時刻ｔ１も、コンクリートミルク４の注入が開始された時刻である。上述のとおり、通信装置１０−２の周囲の空間が空隙である場合、空隙内を占める空気はコンクリートミルク４の熱により暖められるが、空気の熱容量があるため、コンクリートミルク４と接触した場合と比べて温度変化はゆるやかに行われる。加えて、この空隙は図８に示すように地盤１およびセグメント２と接しておりこれらの温度の影響も受けるため、通信装置１０−２が測定する温度ＭＴＩＩは、コンクリートミルク４の温度ＣＭＴまでは達しない。
【００２９】
このように、通信装置１０が蓄積する温度履歴情報は、コンクリートミルク４との接触の有無によって異なる温度変化を示す。上述した充填判定システム１は、この温度変化の違いから、この接触の有無を検出し、これによりコンクリートミルク４の充填も判定する。例えば、充填判定システム１は、温度履歴情報の各時刻における温度の値と、１回前の時刻に測定された温度の値の差（以下、温度の変動量という）を算出し、この温度の変動量があらかじめ決められた値以上となる時刻を検出する。この検出された時刻の直前には、瞬間的な温度変化、すなわち通信装置１０とコンクリートミルク４との接触があったものとみなされる。このようにして、充填判定システム１は、温度履歴情報から通信装置１０とコンクリートミルク４の接触を検出する。この場合、コンクリートミルク４の接触による温度の変化が、気温の変化による温度の変化と区別されるように、温度を測定する時間の間隔が決められているものとする。
【００３０】
なお、この他にも、測定される温度の値があらかじめ決められた値以上となった時刻を検出してもよい。または、各時刻における温度の変動量が、１回前の時刻における温度の変動量に対してあらかじめ決められた値以上異なった時刻を検出してもよい。このように、温度履歴情報がこれら特定の条件を満たす場合に、充填判定システム１は、通信装置１０とコンクリートミルク４の接触を検出する。これらの条件は、コンクリートミルク４の温度的な性質や、季節による気温の違いに応じて定めればよい。このようにして、通信装置１０とコンクリートミルク４との接触が検出され、上述した充填判定処理（ステップＳ２００）においては、全ての通信装置１０においてコンクリートミルク４との接触が検出されたら、空隙ＡＳへのコンクリートミルク４の充填が完了したと判定する。次に、この充填判定処理において、通信装置１０と読取装置２０との具体的な動作を次に説明する。
【００３１】
図１０は、通信装置１０と読取装置２０の動作を示すシーケンスチャートである。読取装置２０は、利用者の操作もしくは他の装置からの動作を指示する信号により、通信装置１０−１に対して、温度履歴情報の送信を要求する信号を送信する（ステップＳ３１０）。通信装置１０−１は、この送信を要求する信号を受信すると、蓄積した温度履歴情報から読取装置２０へ送信する情報を生成し（ステップＳ３２０）、この生成した情報を送信する（ステップＳ３３０）。読取装置２０は、この温度履歴情報を受信して、記憶部２３０へ格納する（ステップＳ３４０）。読取装置２０は、この一連の動作を、各通信装置１０−１、１０−２、１０−３、１０−４に対して順次行う。なお、作業者が温度履歴情報の送信を要求するときは、要求する時刻の範囲を指定してもよい。その場合には、通信装置１０−１は、指定された時刻の範囲の温度履歴情報を送信情報として生成してもよい。
【００３２】
読取装置２０は、このようにして読み取った各通信装置１０の温度履歴情報において、あらかじめ決められた値以上である温度の変動量を検出すると、この温度の変動量を含む温度履歴情報を送信した通信装置１０とコンクリートミルク４との接触を検出する。この接触を検出する動作を各通信装置１０ごとに行い（ステップＳ３５０）、全ての通信装置１０からこの接触が検出されると、空隙ＡＳへのコンクリートミルク４の充填が完了したと判定する（ステップＳ３６０）。そして、充填が完了したと判定すると、充填完了の判定結果を示す表示情報を生成して表示画面２４１に表示する（ステップＳ３７０）。また、充填が完了していないと判定すると、充填が未完了であるとの判定結果を示す表示情報を生成して表示画面２４１に表示する（ステップＳ３８０）。
【００３３】
ここで、読取装置２０は、例えばトンネルの設計または測量によりあらかじめ得ている各通信装置が設置されている位置の座標情報を、各通信装置の識別番号と対応させて保持している。なお、この識別番号は、通信装置１０が設置されるセグメントの固体およびこのセグメント上における位置を示すものであってもよい。そして、上述した充填が未完了であるとの判定結果を示す表示情報を生成する際、この座標情報、識別番号に基づき、まだ接触が検知されていない通信装置１０の位置の情報を合わせて表示する。なお、通信装置１０は電源部１１５が供給する電力により常に動き続けているため、例えば温度が変化しなくなるなどの温度履歴情報の異常が検出された場合は、この温度履歴情報を生成した通信装置１０に不具合が発生したことを合わせて表示してもよい。このように、読取装置２０は、空隙ＡＳへのコンクリートミルク４の充填が完了したことを判定する装置として機能する。
【００３４】
さらに、この接触検出処理以降の動作は、読取装置２０と接続するコンピュータなどの外部の装置で行ってもよい。この場合、作業者はこの外部の装置に接続される表示装置上の画面で、充填判定処理の結果を確認する。また、読取装置２０は、読み取った温度履歴情報をそのまま又はグラフなどに加工して表示画面２４１へ表示し、この内容に基づき作業者が充填を判定してもよい。他にも、接触検出処理を通信装置１０で行ってもよい。この場合、読取装置２０へ送信する情報は、接触検出の結果を示す判定情報となる。
【００３５】
このように、充填判定システム１を用いて本実施形態に係る充填判定方法を使用すると、セグメント２に設置された通信装置１０が継続的に周囲の温度を測定し、この測定された温度の情報が蓄積されて、この蓄積された情報に基づく温度履歴情報が生成される。続いて、読取装置２０が、通信装置１０と水や金属の影響を受けにくい方式による無線通信を行いこの温度履歴情報を読み取り、この温度履歴情報より、通信装置１０とコンクリートミルク４との接触を検出する。そして、充填判定システム１は、全ての通信装置１０においてこの接触を検出すると、空隙ＡＳへのコンクリートミルク４の充填が完了したと判定する。このように、充填判定システム１では、無線通信に長波の信号を用いることで、セグメント２を間に挟んだ状態およびコンクリートミルク４に覆われた状態においても通信を行うことができる。また、一次電池を有する通信装置１０を継続して動作させることで、蓄積される温度履歴情報の内容から通信装置１０の動作の不具合による情報と正常な動作による情報とを見分けて、誤った判定の材料とすることを避けることができる。このため、この充填判定方法によれば、空隙に注入する流動する材料が、空隙内に充填されたことを従来に比べて精度よく判定することができる。
【００３６】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は以下のように、さまざまな形態で実施可能である。
＜変形例１＞
上述した実施形態においては、通信装置１０の筐体１２０とコンクリートミルク４の接触を検知するため、通信装置１０が備えるセンサ部１１２は温度を測定したが、他に通信装置１０の筐体１２０が接する物質から受ける圧力、またはこの物質のｐＨ（potential Hydrogen）、もしくは水分率などの物理量を測定してもよい。いずれの場合も、筐体１２０が空気に接している場合と、コンクリートミルク４に接している場合とで、測定される物理量の値が異なるため、例えば、読取装置２０が通信装置１０から読み取ったこれらの物理量の変化の量を示す値が、あらかじめ決められた値以上である場合に充填がされたものと判定する。なお、圧力を測定する場合は、筐体１２０は、自身が接触する物質から受ける圧力を内部に伝達するように形成されている。また、ｐＨおよび水分率を測定する場合は、通信装置１０は、センサ部１１２の一部が筐体１２０の表面に露出して形成されている。
【００３７】
＜変形例２＞
本実施形態においては、セグメント２の地盤１を向く外面における流動する材料の充填を判定したが、隣接するセグメント２同士の空隙における流動する材料の充填を判定してもよい。一般に、セグメント２は、温度による膨張、もしくは収縮、または配置後に生じるゆがみなどを考慮して、隣接するセグメントとの間に空隙ができる大きさで形成されている。これらセグメントの結合を強固にし、またセグメント間から侵入する地下水を防ぐため、この空隙を流動する材料で充填する作業が行われる。
【００３８】
図１１は、変形例２に係るセグメント２の概観図である。通信装置１０−５、１０−６、１０−７、１０−８は、セグメント２が隣接するセグメントと向き合う面の端部付近に設置されている。これらの通信装置１０が蓄積する温度履歴情報を読み取ることで、読取装置２０は、隣接するセグメント間の空隙における流動する材料の充填状況が判定できる。
【００３９】
＜変形例３＞
本実施形態においては、１台の読取装置２０を用いて温度履歴情報を読み取ったが、複数の読取装置２０を用いて読み取りを行ってもよい。トンネルは数ｋｍに渡ることもあり、複数の読取装置２０で充填判定処理を行うことで、作業が効率的に行うことができる。また、読取装置２０に、読取装置２０同士を通信させる無線通信の機能を持たせ、この通信の有効な距離ごとに読取装置２０を設置してもよい。この場合、例えば、１台の管理用の装置を設置し、この装置と各読取装置２０との間で情報のやり取りがされるように、各読取装置２０を制御するとよい。
【００４０】
図１２は、変形例３に係る充填判定システム１を説明する模式図である。同図は、地盤１に掘削機５が掘り進み、セグメント２が設置されている様子を示している。図に示す管理用の装置２１は、各読取装置２０を経由して各読取装置２０との間で通信を行う。まず、管理用の装置２１は、各読取装置２０に対して読み取りおよび送信の動作を指示する信号を送り、この信号を受信した各読取装置２０は、自装置が通信可能な通信装置１０から温度履歴情報を読み取る。そして、各読取装置２０が、この読み取った温度履歴情報を管理用の装置２１に対して送信することで、トンネル内の通信装置１０が蓄積した温度履歴情報が、管理用の装置２１に収集される。これにより、広範囲に設置された通信装置１０が蓄積する情報を、迅速かつ効率的に収集することができる。なお、読取装置２０の替わりに、各通信装置１０同士がアドホックネットワークを構築して相互に通信を行い、上述した温度履歴情報の収集を行ってもよい。
【００４１】
＜変形例４＞
本実施形態においては、通信装置１０はセグメント２の外面上に固定したが、セグメント２の内部に埋め込んで形成してもよい。例えば、セグメント２の表面にあらかじめ通信装置１０を埋め込める窪みを形成してもよいし、セグメント２に無線タグ１１０を内蔵させえてセグメント２の表面に露出させた物理量を測定するための接触測定部と配線で接続させて形成してもよい。
【００４２】
図１３は、変形例４に係るセグメント２ａ、２ｂを示す図である。同図（ａ）、（ｂ）はセグメント２ａ、２ｂの断面を示す。同図（ａ）に示すセグメント２ａは、通信装置１０が格納される窪み１３０が形成されており、通信装置１０は、窪み１３０に格納されて固定される。同図（ｂ）に示すセグメント２ｂは、通信装置１０ｂを内部に埋め込んで形成されている。通信装置１０ｂは、無線タグ１１０ｂとセグメント２ｂの表面に露出する接触測定部１４０とが配線１５０で接続されて構成され、接触測定部１４０に接触する物質の物理量を測定する。
【符号の説明】
【００４３】
１…判定システム、２…セグメント、３…注入孔、４…コンクリートミルク、５…掘削機、１０，１０−１，１０−２，１０−３，１０−４…通信装置、２０…読取装置、２１…管理用の装置、１１０…無線タグ、１２０…筐体、１３０…窪み、１４０…接触測定部、１５０…配線、２４１…表示画面、２５１…操作子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネルの周方向に複数並べて配置されてトンネル壁を形成するセグメントであって、
前記セグメントがトンネルに配置された場合に地盤側に向く外面における特定の位置と前記地盤と前記セグメントとの間の空隙に充填される流動する材料との接触を、検出するための物理量を測定する測定手段と、
無線通信により前記測定手段における測定結果に応じた情報を他の装置に送信する通信手段と
を具備することを特徴とするセグメント。
【請求項２】
前記通信手段における無線通信は、電磁誘導を用いる
ことを特徴とする請求項１に記載のセグメント。
【請求項３】
前記特定の位置は前記外面の周辺部における複数の位置であり、
前記流動する材料を充填するために当該流動する材料を注入する注入孔であって、前記外面と当該外面とは反対側の内面とにわたって貫通し、前記外面側の開口部を前記周辺部より内側の領域にもつ注入孔をさらに具備し、
前記測定手段は、前記特定の位置の各々に対応して、前記接触を検出するための物理量を測定する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のセグメント。
【請求項４】
前記測定手段は、他のセグメントと隣接する面における特定の位置と前記流動する材料との接触を検出するための物理量をさらに測定し、
前記通信手段は、当該測定手段による測定結果に応じた情報を前記他の装置に送信する
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のセグメント。
【請求項５】
時刻を示す時刻情報を出力する時刻情報出力手段と、
前記時刻情報出力手段によって出力された時刻情報、および前記測定手段によって測定された物理量に応じた情報を対応付けて記憶する記憶手段と
をさらに具備し、
前記通信手段が送信する情報は、前記記憶手段に対応付けられて記憶された前記時刻情報および前記情報を送信する
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のセグメント。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のセグメントと、前記地盤との間に前記流動する材料が充填されたことを判定する充填判定システムであって、
前記セグメントと、
前記外面とは反対側から、前記流動する材料が充填されたことを判定する前記他の装置である判定装置と
を具備し、
前記判定装置は、
前記通信手段によって送信された前記検出結果に応じた情報を受信する受信手段と、
前記受信手段によって受信された情報が特定の条件を満たす場合に、前記流動する材料が前記セグメントと前記地盤との間に充填されたと判定する判定手段と
を備える
ことを特徴とする充填判定システム。
【請求項７】
トンネルの地盤とセグメントとの間の空隙に流動する材料が充填されたことを判定する充填判定方法であって、
配置された場合に前記地盤側に向く外面における特定の位置と前記流動する材料との接触を検出するための物理量を測定する測定手段、および無線通信により前記測定手段における測定結果に応じた情報を他の装置に送信する通信手段を有する前記セグメントと、前記トンネルの地盤との間に流動する材料を注入する注入過程と、
前記他の装置によって前記測定結果に応じた情報を受信する受信過程と、
前記受信過程において受信した情報が特定の条件を満たす場合に、前記流動する材料が前記セグメントと前記地盤との間に充填されたと判定する判定過程と
を備えることを特徴とする充填判定方法。
【請求項１】
トンネルの周方向に複数並べて配置されてトンネル壁を形成するセグメントであって、
前記セグメントがトンネルに配置された場合に地盤側に向く外面における特定の位置と前記地盤と前記セグメントとの間の空隙に充填される流動する材料との接触を、検出するための物理量を測定する測定手段と、
無線通信により前記測定手段における測定結果に応じた情報を他の装置に送信する通信手段と
を具備することを特徴とするセグメント。
【請求項２】
前記通信手段における無線通信は、電磁誘導を用いる
ことを特徴とする請求項１に記載のセグメント。
【請求項３】
前記特定の位置は前記外面の周辺部における複数の位置であり、
前記流動する材料を充填するために当該流動する材料を注入する注入孔であって、前記外面と当該外面とは反対側の内面とにわたって貫通し、前記外面側の開口部を前記周辺部より内側の領域にもつ注入孔をさらに具備し、
前記測定手段は、前記特定の位置の各々に対応して、前記接触を検出するための物理量を測定する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のセグメント。
【請求項４】
前記測定手段は、他のセグメントと隣接する面における特定の位置と前記流動する材料との接触を検出するための物理量をさらに測定し、
前記通信手段は、当該測定手段による測定結果に応じた情報を前記他の装置に送信する
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のセグメント。
【請求項５】
時刻を示す時刻情報を出力する時刻情報出力手段と、
前記時刻情報出力手段によって出力された時刻情報、および前記測定手段によって測定された物理量に応じた情報を対応付けて記憶する記憶手段と
をさらに具備し、
前記通信手段が送信する情報は、前記記憶手段に対応付けられて記憶された前記時刻情報および前記情報を送信する
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のセグメント。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のセグメントと、前記地盤との間に前記流動する材料が充填されたことを判定する充填判定システムであって、
前記セグメントと、
前記外面とは反対側から、前記流動する材料が充填されたことを判定する前記他の装置である判定装置と
を具備し、
前記判定装置は、
前記通信手段によって送信された前記検出結果に応じた情報を受信する受信手段と、
前記受信手段によって受信された情報が特定の条件を満たす場合に、前記流動する材料が前記セグメントと前記地盤との間に充填されたと判定する判定手段と
を備える
ことを特徴とする充填判定システム。
【請求項７】
トンネルの地盤とセグメントとの間の空隙に流動する材料が充填されたことを判定する充填判定方法であって、
配置された場合に前記地盤側に向く外面における特定の位置と前記流動する材料との接触を検出するための物理量を測定する測定手段、および無線通信により前記測定手段における測定結果に応じた情報を他の装置に送信する通信手段を有する前記セグメントと、前記トンネルの地盤との間に流動する材料を注入する注入過程と、
前記他の装置によって前記測定結果に応じた情報を受信する受信過程と、
前記受信過程において受信した情報が特定の条件を満たす場合に、前記流動する材料が前記セグメントと前記地盤との間に充填されたと判定する判定過程と
を備えることを特徴とする充填判定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１１−５８１９９（Ｐ２０１１−５８１９９Ａ）
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２０６８９６（Ｐ２００９−２０６８９６）
【出願日】平成２１年９月８日（２００９．９．８）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月８日（２００９．９．８）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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