トルク計測装置及び限界動水勾配測定方法
【課題】限界動水勾配を迅速に求めるためのトルク計測装置及び限界動水勾配測定方法を提供する。
【解決手段】トルク計測装置１は、スクリュー状部材７ｂを端部に有する回転体７と、回転体７を取り付け可能な取付部５を有し、取付部５に取り付けられた回転体７を回転させる際に回転体７に加わるトルク値を計測するトルクレンチ２とを具備する。限界動水勾配測定方法は、地山に挿入された、トルク計測装置１に取り付けられた回転体７を回転させる際に回転体７に加わるトルク値を計測するトルク計測工程と、トルク計測工程で計測したトルク値に基づき、地山の限界動水勾配の値を推定する推定工程と、を具備する。
【解決手段】トルク計測装置１は、スクリュー状部材７ｂを端部に有する回転体７と、回転体７を取り付け可能な取付部５を有し、取付部５に取り付けられた回転体７を回転させる際に回転体７に加わるトルク値を計測するトルクレンチ２とを具備する。限界動水勾配測定方法は、地山に挿入された、トルク計測装置１に取り付けられた回転体７を回転させる際に回転体７に加わるトルク値を計測するトルク計測工程と、トルク計測工程で計測したトルク値に基づき、地山の限界動水勾配の値を推定する推定工程と、を具備する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はトルク計測装置及び限界動水勾配測定方法に関する。より詳しくは、限界動水勾配を迅速に求めるためのトルク計測装置及び限界動水勾配測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
未固結の砂質土地山における地下掘削では、湧水に伴う地山の崩壊が多く報告されている。湧水に対する地山の安定性を評価する力学的指標の一つに、非特許文献１に示される水平一次元浸透崩壊モデル実験や非特許文献２で示される鉛直浸透崩壊実験により得られる限界動水勾配がある。
【０００３】
また、この限界動水勾配は砂質土の粘着力や変形性と関連することが非特許文献３に示されている。さらに、特許文献１には、透水性地盤に削孔して削孔内の水位を低下させ、動水勾配を増大させることによりボイリング現象を人為的に発生させ、ボイリング発生時の削孔内外の水位差を用いて限界動水勾配を演算する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２７１１号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】木谷日出男、大島洋志、榎本秀明「切羽安定性評価のための砂質土地山の分類法」鉄道総研報告、Ｖｏｌ．５，Ｎｏ．６，ｐｐ．３９−４６．
【非特許文献２】Ｔｅｒｚａｇｈｉ，Ｋ“Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｍｉｎｏｒ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｄｅｔａｉｌｓ ｏｎ ｔｈｅ ｓａｆｅｔｙ ｏｆ ｄａｍｓ”、Ａｍｅｒ． Ｉｎｓｔ． Ｍｉｎ． ａｎｄ Ｍｅｔ． Ｅｎｇｒｓ． Ｔｅｃｈ． Ｐｕｂｌ．， ２１５， ｐｐ．３１−４４．
【非特許文献３】川越健、浦越拓野、池尻健「湧水を伴う砂質土地山の安定性指標の検討」土木学会第６３回年次学術講演会３−３５６、ｐ．７１１−７１２．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、限界動水勾配を得るためには非特許文献１や非特許文献２で示されるような土質試験を行うことが必要であり、掘削工程の中で掘削面についてその値を得ることが困難である。また、特許文献１に示した測定方法も、測定の際に地盤に削孔する必要があり、掘削工程の中で実施することは難しい。現状では掘削工程の中で限界動水勾配に基づいて掘削面の湧水に対する安定性の評価を行う方法は確立されていない。
【０００７】
また、限界動水勾配と関連することが非特許文献３に示される砂質土の粘着力や変形性の値についても、土質試験により計測することが必要なため同様の問題がある。
【０００８】
これに対して、迅速に限界動水勾配の値を測定することができれば、掘削工程の中で掘削面の湧水に対する安定性評価を迅速かつ定量的に行うことが可能となる。掘削面の安定性の正確な評価に応じて対策工を適宜実施できるようになるので、湧水に伴う掘削面の崩壊の危険性を低減させることができる。
【０００９】
本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたもので、限界動水勾配を迅速に求めるためのトルク計測装置及び限界動水勾配測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前述した目的を達するための第１の発明は、回転体と、前記回転体を取り付け可能な取付部を有し、前記取付部に取り付けられた前記回転体を回転させる際に前記回転体に加わるトルク値を計測するトルクレンチと、を具備することを特徴とするトルク計測装置である。
【００１１】
また、前記回転体の回転軸の端部にはスクリュー状部材が設けられる。
【００１２】
第１の発明のトルク計測装置は、回転体を回転させる際に、回転体に加わるトルク値を計測する。例えば回転体を地山内で回転させる際には、地山の粘着力や変形性に応じた回転抵抗を受けるようになるので、地山の粘着力や変形性に応じたトルク値が計測されるようになる。
トルク計測装置の回転体を回転させるだけでトルク値が計測され、またこれと対応する地山の粘着力や変形性が上述のように限界動水勾配と関連するので、このトルク値により限界動水勾配を迅速に測定することが可能である。
【００１３】
前記スクリュー状部材は、長さ方向に同径または先端に向かって先細となるように構成されることが望ましい。
上記構成により、スクリュー状部材を長さ方向に同径とすれば、例えば地山のトルク値を計測するときに限界動水勾配との関連性が高いトルク値が得られる。また、スクリュー状部材を先端に向かって先細となるようにすれば、例えば回転体を地山に挿入するときに、挿入が容易となる。
【００１４】
前述した目的を達するための第２の発明は、地山に挿入された所定の回転体を回転させる際に前記回転体に加わるトルク値を計測するトルク計測工程と、前記トルク計測工程で計測したトルク値に基づき、前記地山の限界動水勾配の値を推定する推定工程と、を具備することを特徴とする限界動水勾配測定方法である。
【００１５】
また、第２の発明の限界動水勾配測定方法におけるトルク計測工程では、第１の発明のトルク計測装置が用いられることが望ましい。
【００１６】
これにより、地山内で回転体を回転させる際に回転体に加わるトルク値を計測し、事前に得られたトルク値と地山の限界動水勾配との関係に基づいて、地山の限界動水勾配を推定することにより地山の限界動水勾配を測定することができる。限界動水勾配を求める際には、トルク計測装置に取り付けた回転体を地山内で回転させてトルク値を計測すればよく、試料を採取して試験を行う必要がない。このため迅速に限界動水勾配を測定できる。これにより、掘削工程の中で湧水に対する掘削面の安全性の定量的な評価を安価且つ迅速に行うことができるようになる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明により、限界動水勾配を迅速に求めるためのトルク計測装置及び限界動水勾配測定方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】トルク計測装置の一例を示す図
【図２】回転体の形状の例を示す図
【図３】本実施形態の限定動水勾配測定方法を示す流れ図
【図４】トルク計測装置を用いたトルク値の計測を説明する図
【図５】トルク値と限界動水勾配の関係を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照しながら、本発明のトルク計測装置及び限界動水勾配測定方法の実施形態について説明する。
まず、図１、図２を用いて、本実施形態のトルク計測装置について説明する。図１は、トルク計測装置の一例を示す図である。図２は、回転体の形状の例を示す図である。
【００２０】
図１（ａ）に示すように、トルク計測装置１は、トルクレンチ２と、回転体７とを具備する。トルクレンチ２はトルク値の計測を行う既製品を利用可能であり、本実施形態では外観上、本体部３と、取付部５と、表示部９とを有する。
【００２１】
本体部３の一方の端部には取付部５が設けられる。取付部５は、例えばラチェットであり、後述する回転体７の基部７ｃと嵌合させて回転体７を取り付けるための取付穴（不図示）を側面に有する。取付部５は、回転体７を取り付けて所定の方向に回転体７を回転させる際に、回転体７がトルクレンチ２に対し相対回転しないようになっている。また、回転体７を取り付けるための取付穴を有するソケット等を取付部５に取り付け、回転体７をソケット等を介して取付部５に取り付けるようにしてもよい。
【００２２】
なお、取付部５については、回転体７が取り付け可能であり、少なくとも一方向に回転体７を回転させる際に回転体７がトルクレンチ２に対して相対回転しないものであればよく、その形状等構成については上記示したものに限らない。
【００２３】
本体部３の別の一方の端部にはグリップ部３ａが設けられる。グリップ部３ａを握ってトルクレンチ２を回転等操作することができる。
【００２４】
本体部３の内部には、回転体７に加わるトルク値を計測する計測部としてトルクセンサとトルク演算部（不図示）とが設けられる。トルク演算部は、トルクセンサや表示部９等と電気的に接続する。
【００２５】
トルクセンサ及びトルク演算部は公知のものを使用可能であるため、簡単な説明に留める。例えば、本体部３の内部で、本体部３の長さ方向に弾性体（不図示）を設け、この弾性体にトルクセンサとしての歪みゲージ（不図示）を取り付ける。トルクレンチ２を回転させる際本体部３にかかる回転方向の荷重により弾性体が歪み、歪みゲージが弾性体の歪み量に応じた信号をトルク演算部に出力するようにする。当該信号に基づいてトルク演算部がトルク値を演算することによってトルク値を計測し、表示部９にデジタル表示させる。このようにしてトルク値の計測を可能にすることができる。
【００２６】
他にも、トルクレンチの本体部を回転方向の荷重により歪む弾性体で構成し、本体部の歪みに応じて本体部に対して移動する指針及び歪み量に対応するトルク値が示された目盛を有する表示部を設けてトルク値の計測を可能とした、所謂プレート型のトルクレンチを用いることも可能である。
【００２７】
表示部９は、本体部３の側面に設けられる。例えばＬＣＤ等の表示パネルを有し、計測したトルク値をデジタル表示する。その他、上記トルク演算部から有線あるいは無線でデータ受信する表示装置を外部に設け、トルク値の表示を行わせるようにすることもできる。
【００２８】
図１（ａ）、図１（ｂ）に示すように、回転体７は、回転軸７ａと、回転軸７ａの一方の端部に設けられるスクリュー状部材７ｂと、回転軸７ａの別の一方の端部に設けられる基部７ｃを有する。スクリュー状部材７ｂは、スクリュー形状を有するカッタで構成される。図１（ｂ）に示すように、本実施形態においてスクリュー状部材７ｂはスクリュー状部材７ｂの長さ方向に同径となるように構成される。これにより、例えば後述の地山のトルク値を計測するときに、限界動水勾配との関連性が高いトルク値が得られるようになる。また、基部７ｃは取付部５の取付穴と嵌合可能な側面形状を有する。基部７ｃの側面形状は、例えば六角形として構成される。
【００２９】
図２に示すように、回転部７のスクリュー状部材７ｂの形状は上記のものに限らず様々に定めることができる。例えば図２（ａ）のようにスクリュー状部材７ｂが先端に向かってやや先細となるようにすることができる。スクリュー状部材７ｂを先細とすることで、例えば地山に回転体７を挿入することが容易になる。また、図２（ｂ）に示すようにスクリュー状部材７ｂが先細となる度合を大きくしたり、スクリュー状部材７ｂのテーパ角は様々に定めることができる。また、図２（ｃ）に示すように回転体７に対するスクリュー状部材７ｂの長さを変化させることも可能である。
【００３０】
続いて、図３、図４、図５を参照しながら、本実施形態の限界動水勾配測定方法について説明する。本実施形態の限界動水勾配測定方法は、砂質土等の地山の掘削面において、上記説明したトルク計測装置１を用いて限界動水勾配を測定する際に用いられる。
図３は、本実施形態の限定動水勾配測定方法を示す流れ図である。
図４は、トルク計測装置を用いたトルク値の計測を説明する図である。
図５は、トルク値と限界動水勾配の関係を示す図である。
【００３１】
図３に示すように、本実施形態の限界動水勾配測定方法では、まず、限界動水勾配を測定したい掘削面について、トルク計測装置１の回転体７を地山内で回転させる際に回転体７に加わるトルク値（以下、「地山のトルク値」と称する）を求める（ステップ１０１）。
【００３２】
図４を参照しながら、トルク計測装置１を用いて地山のトルク値を計測する方法について説明する。本実施形態では、図４に示す掘削面１１の地山のトルク値を計測する。図４（ａ）は、掘削面１１に回転体７を挿入した状態のトルク計測装置１を示す側面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡに示す方向からトルク計測装置１をみた側面図である。
【００３３】
まず、掘削面１１にトルク計測装置１の回転体７のスクリュー状部材７ｂの先端を付き当てて、図４（ｂ）の方向Ｂにトルクレンチ２を回転させて回転体７を掘削面１１の中へ挿入してゆく。
【００３４】
図４（ａ）に示すように、スクリュー状部材７ｂが全て掘削面１１に挿入された後、更にトルクレンチ２を図４（ｂ）の方向Ｂに回転させ、この時表示部９に表示されるトルク値を読み取る。これを地山のトルク値とする。
なお、地山のトルク値を読み取るタイミングは様々に定められる。例えば回転体７のスクリュー状部材７ｂが全て掘削面１１に挿入された後、一回目に回転体７を所定角回転させた際の地山のトルク値を読み取るようにしてもよいし、スクリュー状部材７ｂが全て掘削面１１に挿入された後、続けて所定量回転部７を掘削面に挿入して、その後回転体７を所定角回転させた時の地山のトルク値を読み取るようにしてもよい。
【００３５】
地山のトルク値は、地山の粘着力や変形性に応じて変化する。地山の粘着力や変形性は、非特許文献３に示されるように限界動水勾配の値と関連するので、地山のトルク値より限界動水勾配を推定することが可能である。限界動水勾配の推定については後述する。
【００３６】
図３を用いた限界動水勾配測定方法の説明に戻る。ステップ１０１で地山のトルク値を計測した後、事前の実験検討により求められた地山のトルク値と限界動水勾配の関係を用いて、ステップ１０１で求めた地山のトルク値より地山の限界動水勾配を推定する（ステップ１０２）。
【００３７】
図５を参照しながら、地山のトルク値と限界動水勾配の関係の例を示す。
図５は、横軸を地山のトルク値、縦軸を限界動水勾配としたグラフであり、複数の地山について、地山のトルク値と限界動水勾配の値をプロットした散布図の一例である。限界動水勾配は、各地山から採取した試料について水平一次元浸透崩壊モデル実験（非特許文献１参照）を行い得られたものである。
【００３８】
図５より、決定係数Ｒ２が０．４７以上と地山のトルク値と限界動水勾配の関連性が強く、地山のトルク値が大きいほど限界動水勾配が大きくなることが読み取れる。
【００３９】
ステップ１０２では、上記図５で示したような、事前の実験検討で得られた関係を利用して、地山のトルク値より限界動水勾配を求める。例えばステップ１０１で計測した地山のトルク値が約３（Ｎ／ｍｍ２）（図５の点Ｃ参照）であったとする。図５のグラフを用いて対応する限界動水勾配の値を調べると、この地山の限界動水勾配は３程度（図５の点Ｄ参照）であることがわかる。
以上のように、地山のトルク値より地山の限界動水勾配を測定する。
【００４０】
なお、限界動水勾配を求めるためには、図５に示すような事前の実験検討に基づいて得られた地山のトルク値と限界動水勾配の関係が必要であるが、両者の関係は回転体７の形状やトルク計測のタイミング等地山のトルク値の計測条件により異なる。従って、予め地山のトルク値の計測条件は所定のものに定めておき、事前の実験検討により地山のトルク値と限界動水勾配の関係を求める際、及びステップ１０１において地山のトルク値を計測する際はこの統一した計測条件で地山のトルク値を計測する。
【００４１】
地山の限界動水勾配は、上記説明したように地山のトルク値との関係より求められる値そのものとしてもよいが、値の範囲あるいはその下限値を求めるようにしてもよい。値の範囲あるいはその下限値は、統計学的に定めてもよいし、所定の地山のトルク値に対応する地山の限界動水勾配の値のばらつきを事前の実験検討より得ておき、その最大値や最小値等により定めてもよい。値の範囲を求めれば値のばらつき即ち曖昧さを予め見越した測定となる。値の範囲の下限値を求めるようにしておけば、地山の限界動水勾配の値を低く見積もることになるので、後述する湧水に対する掘削面の安定性の評価では、安全側に評価することになる。
【００４２】
掘削面の湧水に対する安定性の評価については、この後ステップ１０２で求めた限界動水勾配と、掘削面における動水勾配を比較する流れとなる。上記測定した限界動水勾配の値よりも掘削面における動水勾配が低ければ、湧水に対して掘削面が安定であると評価できる。一方、上記測定した限界動水勾配の値よりも掘削面の動水勾配が高ければ、掘削面の湧水に対する安定化のため対策工を実施する。例えば、水抜き孔により地下水位を低下させる、掘削面にウレタン注入等して掘削面の安定化を図る等行う。
【００４３】
以上説明したように、本実施形態のトルク計測装置及び限界動水勾配測定方法によれば、回転体７と、取付部５に取り付けた回転体７を回転させる際に回転体７に加わるトルク値を計測するトルクレンチ２とを具備したトルク計測装置１を用いて、地山に挿入された回転体７を回転させる際に回転体７に加わるトルク値を計測し、事前の実験検討により得られた地山のトルク値と限界動水勾配との関係を用いて、上記計測された地山のトルク値より地山の限界動水勾配の値を推定することにより、限界動水勾配が求められる。限界動水勾配を求める際には、トルク計測装置１に取り付けた回転体７を地山内で回転させてトルク値を計測すればよく、試料を採取して試験を行う必要がない。このため迅速に限界動水勾配を測定できる。これに基づき湧水に対する掘削面の安定性評価を行うことができるので、掘削工程の中で掘削面の安定性評価を安価且つ迅速に行うことが可能となる。また、純粋な力学的指標を用いるので地山の地域性に影響されず、汎用性を有する点においても有利である。
また、限界動水勾配を用いて掘削面の湧水に対する安定性評価を定量的に行うことができるので、熟練を必要とせず誰でも正確な評価を行うことが可能である。加えて、指標等計測方法の詳細について検証して精度を向上させることができる。
【００４４】
以上、添付図面を参照しながら、本発明にかかるトルク計測装置及び限界動水勾配測定方法等の実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００４５】
１………トルク計測装置
２………トルクレンチ
７………回転体
７ｂ………スクリュー状部材
【技術分野】
【０００１】
本発明はトルク計測装置及び限界動水勾配測定方法に関する。より詳しくは、限界動水勾配を迅速に求めるためのトルク計測装置及び限界動水勾配測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
未固結の砂質土地山における地下掘削では、湧水に伴う地山の崩壊が多く報告されている。湧水に対する地山の安定性を評価する力学的指標の一つに、非特許文献１に示される水平一次元浸透崩壊モデル実験や非特許文献２で示される鉛直浸透崩壊実験により得られる限界動水勾配がある。
【０００３】
また、この限界動水勾配は砂質土の粘着力や変形性と関連することが非特許文献３に示されている。さらに、特許文献１には、透水性地盤に削孔して削孔内の水位を低下させ、動水勾配を増大させることによりボイリング現象を人為的に発生させ、ボイリング発生時の削孔内外の水位差を用いて限界動水勾配を演算する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２７１１号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】木谷日出男、大島洋志、榎本秀明「切羽安定性評価のための砂質土地山の分類法」鉄道総研報告、Ｖｏｌ．５，Ｎｏ．６，ｐｐ．３９−４６．
【非特許文献２】Ｔｅｒｚａｇｈｉ，Ｋ“Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｍｉｎｏｒ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｄｅｔａｉｌｓ ｏｎ ｔｈｅ ｓａｆｅｔｙ ｏｆ ｄａｍｓ”、Ａｍｅｒ． Ｉｎｓｔ． Ｍｉｎ． ａｎｄ Ｍｅｔ． Ｅｎｇｒｓ． Ｔｅｃｈ． Ｐｕｂｌ．， ２１５， ｐｐ．３１−４４．
【非特許文献３】川越健、浦越拓野、池尻健「湧水を伴う砂質土地山の安定性指標の検討」土木学会第６３回年次学術講演会３−３５６、ｐ．７１１−７１２．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、限界動水勾配を得るためには非特許文献１や非特許文献２で示されるような土質試験を行うことが必要であり、掘削工程の中で掘削面についてその値を得ることが困難である。また、特許文献１に示した測定方法も、測定の際に地盤に削孔する必要があり、掘削工程の中で実施することは難しい。現状では掘削工程の中で限界動水勾配に基づいて掘削面の湧水に対する安定性の評価を行う方法は確立されていない。
【０００７】
また、限界動水勾配と関連することが非特許文献３に示される砂質土の粘着力や変形性の値についても、土質試験により計測することが必要なため同様の問題がある。
【０００８】
これに対して、迅速に限界動水勾配の値を測定することができれば、掘削工程の中で掘削面の湧水に対する安定性評価を迅速かつ定量的に行うことが可能となる。掘削面の安定性の正確な評価に応じて対策工を適宜実施できるようになるので、湧水に伴う掘削面の崩壊の危険性を低減させることができる。
【０００９】
本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたもので、限界動水勾配を迅速に求めるためのトルク計測装置及び限界動水勾配測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前述した目的を達するための第１の発明は、回転体と、前記回転体を取り付け可能な取付部を有し、前記取付部に取り付けられた前記回転体を回転させる際に前記回転体に加わるトルク値を計測するトルクレンチと、を具備することを特徴とするトルク計測装置である。
【００１１】
また、前記回転体の回転軸の端部にはスクリュー状部材が設けられる。
【００１２】
第１の発明のトルク計測装置は、回転体を回転させる際に、回転体に加わるトルク値を計測する。例えば回転体を地山内で回転させる際には、地山の粘着力や変形性に応じた回転抵抗を受けるようになるので、地山の粘着力や変形性に応じたトルク値が計測されるようになる。
トルク計測装置の回転体を回転させるだけでトルク値が計測され、またこれと対応する地山の粘着力や変形性が上述のように限界動水勾配と関連するので、このトルク値により限界動水勾配を迅速に測定することが可能である。
【００１３】
前記スクリュー状部材は、長さ方向に同径または先端に向かって先細となるように構成されることが望ましい。
上記構成により、スクリュー状部材を長さ方向に同径とすれば、例えば地山のトルク値を計測するときに限界動水勾配との関連性が高いトルク値が得られる。また、スクリュー状部材を先端に向かって先細となるようにすれば、例えば回転体を地山に挿入するときに、挿入が容易となる。
【００１４】
前述した目的を達するための第２の発明は、地山に挿入された所定の回転体を回転させる際に前記回転体に加わるトルク値を計測するトルク計測工程と、前記トルク計測工程で計測したトルク値に基づき、前記地山の限界動水勾配の値を推定する推定工程と、を具備することを特徴とする限界動水勾配測定方法である。
【００１５】
また、第２の発明の限界動水勾配測定方法におけるトルク計測工程では、第１の発明のトルク計測装置が用いられることが望ましい。
【００１６】
これにより、地山内で回転体を回転させる際に回転体に加わるトルク値を計測し、事前に得られたトルク値と地山の限界動水勾配との関係に基づいて、地山の限界動水勾配を推定することにより地山の限界動水勾配を測定することができる。限界動水勾配を求める際には、トルク計測装置に取り付けた回転体を地山内で回転させてトルク値を計測すればよく、試料を採取して試験を行う必要がない。このため迅速に限界動水勾配を測定できる。これにより、掘削工程の中で湧水に対する掘削面の安全性の定量的な評価を安価且つ迅速に行うことができるようになる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明により、限界動水勾配を迅速に求めるためのトルク計測装置及び限界動水勾配測定方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】トルク計測装置の一例を示す図
【図２】回転体の形状の例を示す図
【図３】本実施形態の限定動水勾配測定方法を示す流れ図
【図４】トルク計測装置を用いたトルク値の計測を説明する図
【図５】トルク値と限界動水勾配の関係を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照しながら、本発明のトルク計測装置及び限界動水勾配測定方法の実施形態について説明する。
まず、図１、図２を用いて、本実施形態のトルク計測装置について説明する。図１は、トルク計測装置の一例を示す図である。図２は、回転体の形状の例を示す図である。
【００２０】
図１（ａ）に示すように、トルク計測装置１は、トルクレンチ２と、回転体７とを具備する。トルクレンチ２はトルク値の計測を行う既製品を利用可能であり、本実施形態では外観上、本体部３と、取付部５と、表示部９とを有する。
【００２１】
本体部３の一方の端部には取付部５が設けられる。取付部５は、例えばラチェットであり、後述する回転体７の基部７ｃと嵌合させて回転体７を取り付けるための取付穴（不図示）を側面に有する。取付部５は、回転体７を取り付けて所定の方向に回転体７を回転させる際に、回転体７がトルクレンチ２に対し相対回転しないようになっている。また、回転体７を取り付けるための取付穴を有するソケット等を取付部５に取り付け、回転体７をソケット等を介して取付部５に取り付けるようにしてもよい。
【００２２】
なお、取付部５については、回転体７が取り付け可能であり、少なくとも一方向に回転体７を回転させる際に回転体７がトルクレンチ２に対して相対回転しないものであればよく、その形状等構成については上記示したものに限らない。
【００２３】
本体部３の別の一方の端部にはグリップ部３ａが設けられる。グリップ部３ａを握ってトルクレンチ２を回転等操作することができる。
【００２４】
本体部３の内部には、回転体７に加わるトルク値を計測する計測部としてトルクセンサとトルク演算部（不図示）とが設けられる。トルク演算部は、トルクセンサや表示部９等と電気的に接続する。
【００２５】
トルクセンサ及びトルク演算部は公知のものを使用可能であるため、簡単な説明に留める。例えば、本体部３の内部で、本体部３の長さ方向に弾性体（不図示）を設け、この弾性体にトルクセンサとしての歪みゲージ（不図示）を取り付ける。トルクレンチ２を回転させる際本体部３にかかる回転方向の荷重により弾性体が歪み、歪みゲージが弾性体の歪み量に応じた信号をトルク演算部に出力するようにする。当該信号に基づいてトルク演算部がトルク値を演算することによってトルク値を計測し、表示部９にデジタル表示させる。このようにしてトルク値の計測を可能にすることができる。
【００２６】
他にも、トルクレンチの本体部を回転方向の荷重により歪む弾性体で構成し、本体部の歪みに応じて本体部に対して移動する指針及び歪み量に対応するトルク値が示された目盛を有する表示部を設けてトルク値の計測を可能とした、所謂プレート型のトルクレンチを用いることも可能である。
【００２７】
表示部９は、本体部３の側面に設けられる。例えばＬＣＤ等の表示パネルを有し、計測したトルク値をデジタル表示する。その他、上記トルク演算部から有線あるいは無線でデータ受信する表示装置を外部に設け、トルク値の表示を行わせるようにすることもできる。
【００２８】
図１（ａ）、図１（ｂ）に示すように、回転体７は、回転軸７ａと、回転軸７ａの一方の端部に設けられるスクリュー状部材７ｂと、回転軸７ａの別の一方の端部に設けられる基部７ｃを有する。スクリュー状部材７ｂは、スクリュー形状を有するカッタで構成される。図１（ｂ）に示すように、本実施形態においてスクリュー状部材７ｂはスクリュー状部材７ｂの長さ方向に同径となるように構成される。これにより、例えば後述の地山のトルク値を計測するときに、限界動水勾配との関連性が高いトルク値が得られるようになる。また、基部７ｃは取付部５の取付穴と嵌合可能な側面形状を有する。基部７ｃの側面形状は、例えば六角形として構成される。
【００２９】
図２に示すように、回転部７のスクリュー状部材７ｂの形状は上記のものに限らず様々に定めることができる。例えば図２（ａ）のようにスクリュー状部材７ｂが先端に向かってやや先細となるようにすることができる。スクリュー状部材７ｂを先細とすることで、例えば地山に回転体７を挿入することが容易になる。また、図２（ｂ）に示すようにスクリュー状部材７ｂが先細となる度合を大きくしたり、スクリュー状部材７ｂのテーパ角は様々に定めることができる。また、図２（ｃ）に示すように回転体７に対するスクリュー状部材７ｂの長さを変化させることも可能である。
【００３０】
続いて、図３、図４、図５を参照しながら、本実施形態の限界動水勾配測定方法について説明する。本実施形態の限界動水勾配測定方法は、砂質土等の地山の掘削面において、上記説明したトルク計測装置１を用いて限界動水勾配を測定する際に用いられる。
図３は、本実施形態の限定動水勾配測定方法を示す流れ図である。
図４は、トルク計測装置を用いたトルク値の計測を説明する図である。
図５は、トルク値と限界動水勾配の関係を示す図である。
【００３１】
図３に示すように、本実施形態の限界動水勾配測定方法では、まず、限界動水勾配を測定したい掘削面について、トルク計測装置１の回転体７を地山内で回転させる際に回転体７に加わるトルク値（以下、「地山のトルク値」と称する）を求める（ステップ１０１）。
【００３２】
図４を参照しながら、トルク計測装置１を用いて地山のトルク値を計測する方法について説明する。本実施形態では、図４に示す掘削面１１の地山のトルク値を計測する。図４（ａ）は、掘削面１１に回転体７を挿入した状態のトルク計測装置１を示す側面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡに示す方向からトルク計測装置１をみた側面図である。
【００３３】
まず、掘削面１１にトルク計測装置１の回転体７のスクリュー状部材７ｂの先端を付き当てて、図４（ｂ）の方向Ｂにトルクレンチ２を回転させて回転体７を掘削面１１の中へ挿入してゆく。
【００３４】
図４（ａ）に示すように、スクリュー状部材７ｂが全て掘削面１１に挿入された後、更にトルクレンチ２を図４（ｂ）の方向Ｂに回転させ、この時表示部９に表示されるトルク値を読み取る。これを地山のトルク値とする。
なお、地山のトルク値を読み取るタイミングは様々に定められる。例えば回転体７のスクリュー状部材７ｂが全て掘削面１１に挿入された後、一回目に回転体７を所定角回転させた際の地山のトルク値を読み取るようにしてもよいし、スクリュー状部材７ｂが全て掘削面１１に挿入された後、続けて所定量回転部７を掘削面に挿入して、その後回転体７を所定角回転させた時の地山のトルク値を読み取るようにしてもよい。
【００３５】
地山のトルク値は、地山の粘着力や変形性に応じて変化する。地山の粘着力や変形性は、非特許文献３に示されるように限界動水勾配の値と関連するので、地山のトルク値より限界動水勾配を推定することが可能である。限界動水勾配の推定については後述する。
【００３６】
図３を用いた限界動水勾配測定方法の説明に戻る。ステップ１０１で地山のトルク値を計測した後、事前の実験検討により求められた地山のトルク値と限界動水勾配の関係を用いて、ステップ１０１で求めた地山のトルク値より地山の限界動水勾配を推定する（ステップ１０２）。
【００３７】
図５を参照しながら、地山のトルク値と限界動水勾配の関係の例を示す。
図５は、横軸を地山のトルク値、縦軸を限界動水勾配としたグラフであり、複数の地山について、地山のトルク値と限界動水勾配の値をプロットした散布図の一例である。限界動水勾配は、各地山から採取した試料について水平一次元浸透崩壊モデル実験（非特許文献１参照）を行い得られたものである。
【００３８】
図５より、決定係数Ｒ２が０．４７以上と地山のトルク値と限界動水勾配の関連性が強く、地山のトルク値が大きいほど限界動水勾配が大きくなることが読み取れる。
【００３９】
ステップ１０２では、上記図５で示したような、事前の実験検討で得られた関係を利用して、地山のトルク値より限界動水勾配を求める。例えばステップ１０１で計測した地山のトルク値が約３（Ｎ／ｍｍ２）（図５の点Ｃ参照）であったとする。図５のグラフを用いて対応する限界動水勾配の値を調べると、この地山の限界動水勾配は３程度（図５の点Ｄ参照）であることがわかる。
以上のように、地山のトルク値より地山の限界動水勾配を測定する。
【００４０】
なお、限界動水勾配を求めるためには、図５に示すような事前の実験検討に基づいて得られた地山のトルク値と限界動水勾配の関係が必要であるが、両者の関係は回転体７の形状やトルク計測のタイミング等地山のトルク値の計測条件により異なる。従って、予め地山のトルク値の計測条件は所定のものに定めておき、事前の実験検討により地山のトルク値と限界動水勾配の関係を求める際、及びステップ１０１において地山のトルク値を計測する際はこの統一した計測条件で地山のトルク値を計測する。
【００４１】
地山の限界動水勾配は、上記説明したように地山のトルク値との関係より求められる値そのものとしてもよいが、値の範囲あるいはその下限値を求めるようにしてもよい。値の範囲あるいはその下限値は、統計学的に定めてもよいし、所定の地山のトルク値に対応する地山の限界動水勾配の値のばらつきを事前の実験検討より得ておき、その最大値や最小値等により定めてもよい。値の範囲を求めれば値のばらつき即ち曖昧さを予め見越した測定となる。値の範囲の下限値を求めるようにしておけば、地山の限界動水勾配の値を低く見積もることになるので、後述する湧水に対する掘削面の安定性の評価では、安全側に評価することになる。
【００４２】
掘削面の湧水に対する安定性の評価については、この後ステップ１０２で求めた限界動水勾配と、掘削面における動水勾配を比較する流れとなる。上記測定した限界動水勾配の値よりも掘削面における動水勾配が低ければ、湧水に対して掘削面が安定であると評価できる。一方、上記測定した限界動水勾配の値よりも掘削面の動水勾配が高ければ、掘削面の湧水に対する安定化のため対策工を実施する。例えば、水抜き孔により地下水位を低下させる、掘削面にウレタン注入等して掘削面の安定化を図る等行う。
【００４３】
以上説明したように、本実施形態のトルク計測装置及び限界動水勾配測定方法によれば、回転体７と、取付部５に取り付けた回転体７を回転させる際に回転体７に加わるトルク値を計測するトルクレンチ２とを具備したトルク計測装置１を用いて、地山に挿入された回転体７を回転させる際に回転体７に加わるトルク値を計測し、事前の実験検討により得られた地山のトルク値と限界動水勾配との関係を用いて、上記計測された地山のトルク値より地山の限界動水勾配の値を推定することにより、限界動水勾配が求められる。限界動水勾配を求める際には、トルク計測装置１に取り付けた回転体７を地山内で回転させてトルク値を計測すればよく、試料を採取して試験を行う必要がない。このため迅速に限界動水勾配を測定できる。これに基づき湧水に対する掘削面の安定性評価を行うことができるので、掘削工程の中で掘削面の安定性評価を安価且つ迅速に行うことが可能となる。また、純粋な力学的指標を用いるので地山の地域性に影響されず、汎用性を有する点においても有利である。
また、限界動水勾配を用いて掘削面の湧水に対する安定性評価を定量的に行うことができるので、熟練を必要とせず誰でも正確な評価を行うことが可能である。加えて、指標等計測方法の詳細について検証して精度を向上させることができる。
【００４４】
以上、添付図面を参照しながら、本発明にかかるトルク計測装置及び限界動水勾配測定方法等の実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００４５】
１………トルク計測装置
２………トルクレンチ
７………回転体
７ｂ………スクリュー状部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体と、
前記回転体を取り付け可能な取付部を有し、前記取付部に取り付けられた前記回転体を回転させる際に前記回転体に加わるトルク値を計測するトルクレンチと、
を具備することを特徴とするトルク計測装置。
【請求項２】
前記回転体の回転軸の端部にはスクリュー状部材が設けられることを特徴とする請求項１記載のトルク計測装置。
【請求項３】
前記スクリュー状部材は、長さ方向に同径または先端に向かって先細となるように構成されることを特徴とする請求項２記載のトルク計測装置。
【請求項４】
地山に挿入された所定の回転体を回転させる際に前記回転体に加わるトルク値を計測するトルク計測工程と、
前記トルク計測工程で計測したトルク値に基づき、前記地山の限界動水勾配の値を推定する推定工程と、
を具備することを特徴とする限界動水勾配測定方法。
【請求項５】
前記トルク計測工程では、請求項１から請求項３のいずれかに記載のトルク計測装置を用いることを特徴とする請求項４記載の限界動水勾配測定方法。
【請求項１】
回転体と、
前記回転体を取り付け可能な取付部を有し、前記取付部に取り付けられた前記回転体を回転させる際に前記回転体に加わるトルク値を計測するトルクレンチと、
を具備することを特徴とするトルク計測装置。
【請求項２】
前記回転体の回転軸の端部にはスクリュー状部材が設けられることを特徴とする請求項１記載のトルク計測装置。
【請求項３】
前記スクリュー状部材は、長さ方向に同径または先端に向かって先細となるように構成されることを特徴とする請求項２記載のトルク計測装置。
【請求項４】
地山に挿入された所定の回転体を回転させる際に前記回転体に加わるトルク値を計測するトルク計測工程と、
前記トルク計測工程で計測したトルク値に基づき、前記地山の限界動水勾配の値を推定する推定工程と、
を具備することを特徴とする限界動水勾配測定方法。
【請求項５】
前記トルク計測工程では、請求項１から請求項３のいずれかに記載のトルク計測装置を用いることを特徴とする請求項４記載の限界動水勾配測定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−２２９７１１（Ｐ２０１０−２２９７１１Ａ）
【公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−７８３０３（Ｐ２００９−７８３０３）
【出願日】平成２１年３月２７日（２００９．３．２７）
【出願人】（０００１７３７８４）財団法人鉄道総合技術研究所 (1,666)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月２７日（２００９．３．２７）
【出願人】（０００１７３７８４）財団法人鉄道総合技術研究所 (1,666)
【Ｆターム（参考）】
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