トンネルの切羽近傍における湧水圧測定装置

【課題】トンネルの切羽近傍に局所的に分布する地下水がどの程度の水圧を有しているか簡易に測定することができるトンネルの切羽近傍における湧水圧測定装置を提供する。
【解決手段】トンネルの切羽近傍における湧水圧測定装置において、ビット１を有する自穿孔型中空管としての自穿孔ロックボルト２と、この自穿孔ロックボルト２に連結される分岐中空管４と、この分岐中空管４に連結される第１のバルブ５と、前記分岐中空管４に連結される第２のバルブ７と、前記第２のバルブ７に連通可能な水圧計１２とを具備する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネルの切羽近傍における湧水圧測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
比較的新しい時代に堆積した土砂からなる地山においては、その地質構造の複雑さ、不均質さに伴い、地下水も偏在している場合が多い。このような地山においてトンネル掘削を行う場合、水抜きボーリングやディープウェル等の各種地下水位低下工を施工した場合でも、トンネルの切羽近傍に局所的に残存する地下水によって切羽が不安定化する場合がある。
【非特許文献１】応用地質，第４０巻，第５号，「砂質土トンネル切羽の自立性評価試験法に関する研究」Ｐ２７０−２８０、１９９９
【非特許文献２】「鉄道構造物等設計基準都市部山岳工法トンネル」鉄道総研、２００２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
これまで、このようなトンネルの切羽近傍の局所的な地下水がどの程度の水圧を有しているかを簡易に測定する方法は確立されていなかった。
【０００４】
本発明は、上記状況に鑑みて、トンネルの切羽近傍に局所的に分布する地下水がどの程度の水圧を有しているかを簡易に測定することができるトンネルの切羽近傍における湧水圧測定装置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】
【０００５】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕トンネルの切羽近傍における湧水圧測定装置において、先端部にビットを有する自穿孔型中空管と、この自穿孔型中空管に連結される分岐中空管と、この分岐中空管に連結される第１のバルブと、前記分岐中空管に連結される第２のバルブと、この第２のバルブに連通可能な水圧計とを具備することを特徴とする。
【０００６】
〔２〕上記〔１〕記載のトンネルの切羽近傍における湧水圧測定装置において、前記第１のバルブを閉じて前記第２のバルブを開いて、湧水圧を計測することを特徴とする。
【０００７】
〔３〕上記〔１〕記載のトンネルの切羽近傍における湧水圧測定装置において、前記自穿孔型中空管と前記分岐中空管との間にアダプターを配置することを特徴とする。
【０００８】
〔４〕上記〔２〕記載のトンネルの切羽近傍における湧水圧測定装置において、前記バルブの開閉を操作レバーにより行うことを特徴とする。
【０００９】
〔５〕上記〔２〕、〔３〕又は〔４〕記載のトンネルの切羽近傍における湧水圧測定装置において、前記水圧計にケーブルを介して作業者の手元で測定する測定器を具備することを特徴とする。
【００１０】
〔６〕上記〔１〕記載のトンネルの切羽近傍における湧水圧測定装置において、前記第２のバルブを閉じて前記第１のバルブを開いておくことにより、地下水の水位を低下させることを特徴とする。
【００１１】
〔７〕上記〔６〕記載のトンネルの切羽近傍における湧水圧測定装置において、前記バルブの開閉を操作レバーにより行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、以下のような効果を奏することができる。
【００１３】
（１）トンネルの切羽近傍に局所的に分布する地下水がどの程度の水圧を有しているか簡易に測定することができる。
【００１４】
（２）工事現場で使用される自穿孔型中空管をアダプタを介して接続することができるため、様々な現場で適用可能である。
【００１５】
（３）バルブの開閉は操作レバーにより簡単に、しかも操作状態を保持しやすくすることができる。
【００１６】
（４）暗い環境にあるトンネルにおいても、作業者の手元で測定することにより、的確な測定を実施することができる。
【００１７】
（５）高い水圧を有する地下水を捉えた場合には、水圧測定に用いた管を残しておく。つまり、操作レバーを操作して第１のバルブを開き、自穿孔型中空管−分岐中空管−第１のバルブを通して湧水が流出するようにしておくことによりその地下水位を下げることができるため、トンネルの切羽の不安定化を未然に防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明のトンネルの切羽近傍における湧水圧測定装置は、先端部にビットを有する自穿孔型中空管と、この自穿孔型中空管に連結される分岐中空管と、この分岐中空管に連結される第１のバルブと、前記分岐中空管に連結される第２のバルブと、この第２のバルブに連通可能な水圧計とを具備しており、作業を行いながら簡単に湧水圧を測定することができる。
【実施例】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２０】
図１は本発明の実施例を示す切羽近傍における湧水圧測定装置の構成図、図２はその湧水圧測定装置に接続される測定器の正面図、図３はその測定器の側面図である。
【００２１】
図１において、１は鉄クロスビット（直径φ４５ｍｍ）、２は鉄クロスビット１を先端部に有する自穿孔型中空管としての自穿孔ロックボルト（直径φ２８．５ｍｍ）、３はアダプター、４は自穿孔ロックボルト２にアダプター３を介して連結される分岐中空管（チーズ）、５はその分岐中空管４に連結される第１のバルブ、６はその第１のバルブ５の操作レバー、７は分岐中空管４に連結される第２のバルブ、８は第２のバルブ７の操作レバー、９はブッシング、１０は配管アダプター、１１はＯリング、１２は第２のバルブ７に連通される水圧計、１３は接続部、１４は水圧計１２に接続部１３を介して接続されるケーブルである。なお、分岐中空管（チーズ）４はＴ字形状の中空管からなり、それぞれの中空管の先端部は自穿孔ロックボルト２の後端部、第１のバルブ５の先端部、第２のバルブの先端部にそれぞれ螺合して連結されるように構成されている。
【００２２】
また、ケーブル１４は、図２及び図３に示される測定器１５の接続部１６に接続されて、表示部１７に湧水圧をデジタル表示する。
【００２３】
この切羽近傍における湧水圧測定装置は、切羽近傍に局在する地下水についてその水圧を測定するものである。本装置は工事現場で使用される自穿孔ロックボルト２と、アダプター３を介して接続することができるため、様々な現場で適用可能である。また、本装置は最大２ＭＰａ程度までの水圧を測定することができる。
【００２４】
ここでは、トンネルの切羽に鉄クロスビット１付きの自穿孔ロックボルト２を用いてトンネル切羽前方を穿孔する。そこで、操作レバー６を操作して第１のバルブ５を開くと、自穿孔ロックボルト２−分岐中空管４−第１のバルブ５を通して湧水が流出する。これにより、湧水の状態を見ることができる。
【００２５】
さらに、第２のバルブ７の操作レバー８を操作して第２のバルブ７を開いて、第１のバルブ５の操作レバー６を操作して第１のバルブ５を閉じると、湧水圧が水圧計１２に負荷されるので、水圧計１２で湧水圧を測定することができる。さらに、水圧計１２からの湧水圧出力はケーブル１４−接続部１６を介して測定器１５に取り込まれ、表示部１７においてデジタル表示される。
【００２６】
図４は本発明の切羽近傍における湧水圧測定装置の使用状態を示す図であり、本発明の湧水圧測定装置の鉄クロスビット１付きの自穿孔ロックボルト２を切羽１８に穿孔して湧水圧を測定する。このように、湧水圧測定は迅速かつ簡易に行うことができる。そのため、施工サイクルに本発明の湧水圧測定装置を用いた湧水圧測定を取り入れることで、切羽近傍における地下水の残存状況およびその地下水が有する水圧を随時把握することが可能である。また、高い水圧を有する地下水を捉えた場合には、水圧測定に用いた管を残しておく。つまり、操作レバー６を操作して第１のバルブ５を開き、自穿孔ロックボルト２−分岐中空管４−第１のバルブ５を通して湧水が流出するようにしておくことによりその地下水位を下げることができるため、トンネルの切羽の不安定化を未然に防ぐことが可能となる。
【００２７】
次に、本発明を用いた湧水圧測定例について説明する。
【００２８】
トンネルの切羽の自立性を評価するために浸透崩壊試験を行い、それを現場に適用するためには、切羽近傍での動水勾配を測定することが必要となる。このため、本発明により、切羽近傍での湧水圧を測定し、動水勾配を求めることにより、浸透崩壊試験で得られた結果を現場に反映させることができる。
【００２９】
現場（東北新幹線及び北陸新幹線）での測定例について、以下に述べる。
【００３０】
図５〜図８は本発明の湧水圧測定装置を用いて東北新幹線の各現場での時間（ｓｅｃ）と水圧（ｋＰａ）との特性図、図９は北陸新幹線の飯山トンネルにおける測定時の切羽位置と湧水圧（ＭＰａ）と湧水量（ｌ／ｍｉｎ）を左右肩部及び下半右側、下半左側のそれぞれの位置で測定した結果を示している。なお、湧水量は、第１のバルブ５を開いておき、そこから流れだす湧水を分単位で計量した。
（１）六戸トンネル（図５参照）
当該トンネルでは湧水に対して、ウェルポイントにより地下水位を低下させている。ウェルポイントで低下しきれない地下水が少量湧出する箇所で２ｍの自穿孔ロックボルトを穿孔して測定した結果、２００秒程度で測定値が一定となり、湧水圧を測定することができた。また、約６００秒後に下半のウェルポイントを停止し（グラフ中の点線部参照）、０．１〜０．２ｋＰａ程度の湧水圧上昇を確認した。
【００３１】
（２）三本木原トンネル１（図６参照）
上半切羽近傍肩部ロックボルトの孔にて測定し、約６０秒後に測定値が一定となり、湧水圧が測定できることを確認した。
【００３２】
（３）三本木原トンネル２（図７参照）
下半切羽より約２０ｍ後方の側壁部にて測定し、約２０秒後に測定値が一定となり、湧水圧が測定できることを確認した。
【００３３】
（４）牛鍵トンネル（図８参照）
トンネル掘削前に坑口の斜面上部の自然湧水箇所にて測定した。
【００３４】
（５）飯山トンネル（図９参照）
トンネルを約５〜１０ｍ掘削するごとに切羽前方４箇所に穿孔して湧水圧を測定した。その結果、１５１ｋｍ５４１〜５４９ｍ、１５１ｋｍ６２１ｍ付近の右肩部で高い湧水圧の地下水を確認した。
【００３５】
このように、トンネルの切羽近傍の局所的な地下水がどの程度の水圧を有しているか簡易に測定することができる。
【００３６】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明の切羽近傍における湧水圧測定装置は、トンネルの切羽の自立性を保つように施工管理できる湧水圧測定装置として利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施例を示す切羽近傍における湧水圧測定装置の構成図である。
【図２】本発明の実施例を示す切羽近傍における湧水圧測定装置に接続される測定器の正面図である。
【図３】本発明の実施例を示す切羽近傍における湧水圧測定装置に接続される測定器の側面図である。
【図４】本発明の切羽近傍における湧水圧測定装置の使用状態を示す図である。
【図５】本発明の測定例（その１）を示す図である。
【図６】本発明の測定例（その２）を示す図である。
【図７】本発明の測定例（その３）を示す図である。
【図８】本発明の測定例（その４）を示す図である。
【図９】本発明の測定例（その５）を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１鉄クロスビット
２自穿孔ロットボルト（自穿孔型中空管）
３アダプター
４分岐中空管（チーズ）
５第１のバルブ
６第１のバルブの操作レバー
７第２のバルブ
８第２のバルブの操作レバー
９ブッシング
１０配管アダプター
１１Ｏリング
１２水圧計
１３，１６接続部
１４ケーブル
１５測定器
１７表示部
１８切羽

【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）先端部にビットを有する自穿孔型中空管と、
（ｂ）該自穿孔型中空管に連結される分岐中空管と、
（ｃ）該分岐中空管に連結される第１のバルブと、
（ｄ）前記分岐中空管に連結される第２のバルブと、
（ｈ）該第２のバルブに連通可能な水圧計とを具備することを特徴とするトンネルの切羽近傍における湧水圧測定装置。
【請求項２】
請求項１記載のトンネルの切羽近傍における湧水圧測定装置において、前記第１のバルブを閉じて前記第２のバルブを開いて、湧水圧を計測することを特徴とするトンネルの切羽近傍における湧水圧測定装置。
【請求項３】
請求項１記載のトンネルの切羽近傍における湧水圧測定装置において、前記自穿孔型中空管と前記分岐中空管との間にアダプターを配置することを特徴とするトンネルの切羽近傍における湧水圧測定装置。
【請求項４】
請求項２記載のトンネルの切羽近傍における湧水圧測定装置において、前記バルブの開閉を操作レバーにより行うことを特徴とするトンネルの切羽近傍における湧水圧測定装置。
【請求項５】
請求項２、３又は４記載のトンネルの切羽近傍における湧水圧測定装置において、前記水圧計にケーブルを介して接続され、作業者の手元で測定可能とする測定器を具備することを特徴とするトンネルの切羽近傍における湧水圧測定装置。
【請求項６】
請求項１記載のトンネルの切羽近傍における湧水圧測定装置において、前記第２のバルブを閉じて前記第１のバルブを開いておくことにより、地下水の水位を低下させることを特徴とするトンネルの切羽近傍における湧水圧測定装置。
【請求項７】
請求項６記載のトンネルの切羽近傍における湧水圧測定装置において、前記バルブの開閉を操作レバーにより行うことを特徴とするトンネルの切羽近傍における湧水圧測定装置。

【図１】