切羽前方地山におけるひずみ計測パイプの設置方法
【課題】ひずみセンサが取り付けられたひずみ計測パイプを、変形させることなく裏込材を介して切羽前方地山に安定した状態で埋設設置させて、切羽前方地山のひずみ計測を精度良く行えるようにするひずみ計測パイプの設置方法を提供する。
【解決手段】トンネルの切羽前方地山３１のひずみ変化を捉えるために、外周面にひずみセンサ１１が取り付けられたひずみ計測パイプ１０を、切羽前方地山３１に穿孔形成された計測孔１２に設置するためのひずみ計測パイプ１０の設置方法であって、ひずみ計測パイプ１０の内部に充填流体として好ましくは水１３を充填した状態でひずみ計測パイプ１０の略全体を計測孔１２に配置し、しかる後に、ひずみ計測パイプ１０の外周面と計測孔１２の内周面との間の隙間に裏込材１４を注入充填して固化させることにより、ひずみ計測パイプ１０を切羽前方地山３１に一体として埋設設置する。
【解決手段】トンネルの切羽前方地山３１のひずみ変化を捉えるために、外周面にひずみセンサ１１が取り付けられたひずみ計測パイプ１０を、切羽前方地山３１に穿孔形成された計測孔１２に設置するためのひずみ計測パイプ１０の設置方法であって、ひずみ計測パイプ１０の内部に充填流体として好ましくは水１３を充填した状態でひずみ計測パイプ１０の略全体を計測孔１２に配置し、しかる後に、ひずみ計測パイプ１０の外周面と計測孔１２の内周面との間の隙間に裏込材１４を注入充填して固化させることにより、ひずみ計測パイプ１０を切羽前方地山３１に一体として埋設設置する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネルの切羽前方地山のひずみ変化を捉えるために、外周面にひずみセンサが取り付けられたひずみ計測パイプを切羽前方地山に埋設設置するための切羽前方地山におけるひずみ計測パイプの設置方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば山岳トンネル工法において、トンネルの掘削に伴う切羽前方地山の挙動を把握して、好ましくは地山のひずみ変化を捉えることができれば、トンネルの施工管理や安全管理の上で有益な情報となる。従来より、機械や構造物等のひずみ測定には、例えば電気抵抗式のひずみゲージが電気式ひずみセンサとして一般に用いられているが（例えば、特許文献１参照）、電気式ひずみセンサでは、電磁界の影響下では使用に適さず、またトンネルの掘削に伴う切羽前方地山のひずみを計測するために用いる場合には、掘削用の重機等による電気ノイズ発生源の影響を受けやすくなると共に、多点計測する際には配線用のケーブルが太くなって取り扱いが不便である。
【０００３】
これに対して、近年、光ファイバを利用した光ファイバ式ひずみセンサも提案され、実用に供されている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。光ファイバによるひずみセンサによれば、一本の光ファイバに複数のひずみセンサを設けることができるので、多点計測を容易に行うことが可能になると共に、電磁界や電気ノイズの影響を受けることがなく、且つ光ファイバを防護材で覆った通線コードが切断されても、光ファイバを融着接続することで、切断前と測定値の変動のないひずみ計測が可能になる。
【０００４】
また、光ファイバによるひずみセンサは、種々の方式によるものが開発されており、それぞれ測定原理、センサ構造、精度、測定時間などが異なっているが、例えばファイバブラッググレーティング方式（ＦＧＢ方式）によるひずみセンサ（例えば、特許文献２、特許文献３参照）。は、光ファイバにパルス光を入射し、その反射光を解析することにより、光ファイバに生じているひずみ変化を、電気式ひずみセンサと同等の測定精度で測定するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２０１４１１号公報
【特許文献２】特開２００８−１８５４９８号公報
【特許文献３】特開２０１０−５４３６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一方、ひずみセンサとして、例えばＦＧＢ方式によるひずみセンサ（ＦＧＢセンサ）をトンネルの切羽前方地山の内部に設置して、切羽前方地山のひずみを計測するには、好ましくは塩化ビニルパイプからなるひずみ計測パイプの外周面にＦＧＢセンサを備える光ファイバを固着した状態で、このひずみ計測パイプを切羽前方地山に穿孔形成された計測孔に配置すると共に、ひずみ計測パイプの外周面と計測孔の内周面との間の隙間に裏込材を注入充填して固化させることにより、ひずみ計測パイプ及び光ファイバのＦＧＢセンサが、切羽前方地山と一体となって挙動するようにすることが検討されているが、種々の実験により、光ファイバによるＦＧＢセンサをひずみ計測パイプと共に切羽前方地山に埋設設置する作業には、種々の技術的課題があることが判明している。
【０００７】
すなわち、例えば光ファイバ及びＦＧＢセンサを取り付けたひずみ計測パイプを計測孔に配置した後に、ひずみ計測パイプの外側の計測孔の内周面との間の隙間に裏込材を注入する際に、ひずみ計測パイプが中空のパイプ部材であることから、裏込材の充填圧力によって、中空のひずみ計測パイプが押し潰されて変形したり、ひずみ計測パイプの内部に裏込材が侵入して固化することにより、ＦＧＢセンサによるひずみの計測が困難になる場合がある。また、計測孔に裏込材が注入されることで、中空のひずみ計測パイプが浮力によって当初の配置位置から移動しやすくなり、ひずみ計測パイプに予期しないひずみが生じて、精度の良い切羽前方地山のひずみ計測を行うことができなくなる場合がある。
【０００８】
本発明は、このような技術的課題を鑑みてなされたものであり、ひずみセンサが取り付けられたひずみ計測パイプを、変形させたり内部に裏込材を侵入させたりすることなく、裏込材を介して切羽前方地山の計測孔に安定した状態で埋設設置させて、切羽前方地山のひずみ計測を精度良く容易に行なわせることのできる切羽前方地山における計測パイプの設置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】
【０００９】
本発明は、トンネルの切羽前方地山のひずみ変化を捉えるために、外周面にひずみセンサが取り付けられたひずみ計測パイプを前記切羽前方地山に穿孔形成された計測孔に設置するためのひずみ計測パイプの設置方法であって、前記ひずみ計測パイプの内部に充填流体を充填した状態で前記ひずみ計測パイプの略全体を前記計測孔に配置し、しかる後に、前記ひずみ計測パイプの外周面と前記計測孔の内周面との間の隙間に裏込材を注入充填して固化させることにより、前記ひずみ計測パイプを前記切羽前方地山に一体として埋設設置する切羽前方地山におけるひずみ計測パイプの設置方法を提供することにより、上記目的を達成したものである。
【００１０】
そして、本発明の切羽前方地山におけるひずみ計測パイプの設置方法は、前記ひずみ計測パイプを前記計測孔に配設してから充填流体を注入して、前記ひずみ計測パイプの内部に充填流体を充填した状態で前記ひずみ計測パイプの略全体を前記計測孔に配置することが好ましい。
【００１１】
また、本発明の切羽前方地山におけるひずみ計測パイプの設置方法は、前記ひずみ計測パイプの先端にエア抜き用のチェックバルブ（逆止弁）を取り付けて、内部の空気を排除しつつ前記ひずみ計測パイプに充填流体を注入することが好ましい。
【００１２】
さらに、本発明の切羽前方地山におけるひずみ計測パイプの設置方法は、前記ひずみ計測パイプに予め充填流体を注入してから前記計測孔に配設して、前記ひずみ計測パイプの内部に充填流体を充填した状態で前記ひずみ計測パイプの略全体を前記計測孔に配置することが好ましい。
【００１３】
さらにまた、本発明の切羽前方地山におけるひずみ計測パイプの設置方法は、前記充填流体が水であることが好ましい。
【００１４】
また、本発明の切羽前方地山におけるひずみ計測パイプの設置方法は、前記裏込材は、固化後に前記切羽前方地山と同等の強度を有する裏込材であることが好ましい。
【００１５】
さらに、本発明の切羽前方地山におけるひずみ計測パイプの設置方法は、前記ひずみ計測パイプが配置された前記計測孔の口元部をコーキングし、コーキング部を貫通して設けた裏込材注入ホースを介して裏込材を注入することにより、前記ひずみ計測パイプの外周面と前記計測孔の内周面との間の隙間に裏込材を充填することが好ましい。
【００１６】
さらにまた、本発明の切羽前方地山におけるひずみ計測パイプの設置方法は、前記コーキング部を貫通して前記計測孔の先端部分まで配設された裏込材リターンホースの口元部側端部から、注入した裏込材が漏れ出ることで、裏込材が充填されたことを確認することが好ましい。
【００１７】
また、本発明の切羽前方地山におけるひずみ計測パイプの設置方法は、前記ひずみ計測パイプの外周面に取り付けられたひずみセンサが、光ファイバに設けられたファイバブラッググレーティングセンサ（ＦＧＢセンサ）であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の切羽前方地山におけるひずみ計測パイプの設置方法によれば、ひずみセンサが取り付けられたひずみ計測パイプを、変形させたり内部に裏込材を侵入させたりすることなく、裏込材を介して切羽前方地山の計測孔に安定した状態で埋設設置させて、切羽前方地山のひずみ計測を精度良く容易に行なわせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の設置方法によって設置されるひずみ計測パイプを用いてひずみが計測されるトンネルの切羽前方地山を説明する、（ａ）は略示横断面図、（ｂ）は略示縦断面図である。
【図２】本発明の設置方法によって設置されるひずみ計測パイプの構成を説明する、（ａ）は先端部分の略示斜視図、（ｂ）は全体の略示斜視図である。
【図３】（ａ），（ｂ）は、本発明の好ましい第１実施形態に係る切羽前方地山におけるひずみ計測パイプの設置方法を説明する略示断面図である。
【図４】（ａ），（ｂ）は、本発明の好ましい第２実施形態に係る切羽前方地山におけるひずみ計測パイプの設置方法を説明する略示断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の好ましい第１実施形態に係る切羽前方地山におけるひずみ計測パイプの設置方法は、例えば図１に示すような山岳トンネル工法において、切羽面３０よりも掘削方向Ｘ前方の切羽前方地山３１が、例えば切羽面３０でのトンネルの掘削作業の影響でひずみ変形するのを事前に把握して、トンネル工事の施工管理や安全管理を適切に行えるようにすることを目的として、外周面にひずみセンサ１１が取り付けられたひずみ計測パイプ１０（図３（ａ），（ｂ）参照）を、切羽前方地山３１に穿孔形成された計測孔１２に、切羽前方地山３１と一体として挙動させて切羽前方地山３１のひずみ変形を精度良く計測可能となるように、安定した状態で埋設設置させるための設置方法として採用されたものである。
【００２１】
ここで、図１に示す山岳トンネル工法は、例えば岩盤等の比較的硬い地盤に例えば５〜１０ｍ程度の内径の断面形状を有するトンネル３２を掘削形成するものであり、本第１実施形態では、例えば上半部分の地盤を先行して掘削した後に、これに後続して下半部分の地盤を掘削してゆく工法を採用している。また本第１実施形態では、上半部分の地盤を先行して掘削して行く際に、例えば上半掘削部分の切羽面３０から、トンネル断面の中央部分の切羽前方地山３１に向けて、切羽面３０での掘削作業の影響が切羽前方地山３１に及ぶ可能性のある深さとして、例えば１０〜２０ｍ程度（トンネルの内径の２倍程度）の深さでひずみ計測パイプ１０を切羽前方地山３１に設置して、当該切羽前方地山３１のひずみ変形を計測するようになっている。
【００２２】
なお、本第１実施形態では、切羽面３０でのトンネルの掘削作業は、例えば１．０〜１．５ｍ程度のピッチ毎に行われるようになっており、設置されたひずみ計測パイプ１０を切削しつつピッチ毎に繰り返し掘削作業が行われて、切羽前方地山３１に設置されたひずみ計測パイプ１０が例えば２〜３ｍ程度しか地中に残置されなくなった段階で、別のひずみ計測パイプ１０を、切羽面３０から切羽前方地山３１に向けて、例えば１０〜２０ｍ程度の深さで新たに設置することで、引き続いて切羽前方地山３１のひずみ変形を計測できるようになっている。
【００２３】
そして、本第１実施形態の切羽前方地山におけるひずみ計測パイプ１０の設置方法は、図２（ａ），（ｂ）に示すように、トンネルの切羽前方地山３１のひずみ変化を捉えるために、外周面にひずみセンサ１１が取り付けられたひずみ計測パイプ１０（図３参照）を、切羽前方地山３１に穿孔形成された計測孔１２に設置するための設置方法であって、ひずみ計測パイプ１０の内部に充填流体として好ましくは水１３を充填した状態でひずみ計測パイプ１０の略全体を計測孔１２に配置し、しかる後に、ひずみ計測パイプ１０の外周面と計測孔１２の内周面との間の隙間に裏込材１４を注入充填して固化させることにより、ひずみ計測パイプ１０を切羽前方地山３１に一体として埋設設置するようになっている。
【００２４】
本第１実施形態では、ひずみ計測パイプ１０は、図３（ａ），（ｂ）に示すように、例えば直径が４０〜５０ｍｍ程度の中空円筒形状の塩化ビニル製のパイプ部材からなり、例えば１２ｍ程度の長さを有している。このひずみ計測パイプ１０には、ひずみセンサ１１として好ましくはＦＧＢセンサを複数備える光ファイバ１５が、例えばゴム系接着剤等によって被覆防護されたケーブル状態で、光ファイバセンサケーブル部１７としてひずみ計測パイプ１０の外周面を軸方向に延設して、切羽面３０側の基端部から先端部に向けて略全長に亘って取り付けられている。また、光ファイバ１５は、ひずみ計測パイプ１０の先端部において、通線穴１９を介してひずみ計測パイプ１０の内側に延設するようになっており、この内側に延設した部分が、先端部から切羽側の基端部に向けて折り返されて通信ケーブル部１８を構成している。この折り返された通信ケーブル部１８は、ひずみ計測パイプ１０の基端部の開口の後方まで延設可能な長さを有していて、当該基端部の後方で、例えばコネクタ２０を介して伝送ケーブル２１に接続され、さらにＦＧＢアナライザ２２に接続されるようになっている（図３（ｂ）参照）。
【００２５】
また、本第１実施形態では、ひずみ計測パイプ１０の外周面に沿って配置される光ファイバ１５の光ファイバセンサケーブル部１７には、当該光ファイバ１５に特殊加工が施されることにより、例えば１ｃｍ程度の軸方向領域に形成された複数の回析格子によるＦＧＢセンサ１１が、例えば１ｍ程度のピッチで複数箇所に設けられている。このＦＧＢセンサ１１によるひずみ計測では、公知の技術と同様に、光ファイバ１５にパルス光を入射して、各ＦＧＢセンサ１１で反射する反射光の波長の変化をＦＧＢアナライザ２２によって解析することで、光ファイバ１５の光ファイバセンサケーブル部１７において各ＦＧＢセンサ１１の部分に生じたひずみ変化を検出し、これによってひずみ計測パイプ１０が埋設設置された部分の切羽前方地山３１のひずみ変形を計測することができるようになっている。
【００２６】
さらに、本第１実施形態では、光ファイバ１５の光ファイバセンサケーブル部１７は、例えば接着剤を介してひずみ計測パイプ１０の外周面に強固に貼り付け固定されるようになっており、また変位伝達塩ビ棒２３や、半割状の変位伝達塩ビリブ２４を適宜取り付けることによって、光ファイバセンサケーブル部１７の固定状態が補強されるようになっている。一方、ひずみ計測パイプ１０の内側に延設した光ファイバ１５の通信ケーブル部１８は、ひずみ計測パイプ１０の両端部を除く中間部分では、これの内側面に光ファイバセンサケーブル部１７を固着する作業が困難であることから、通線穴１９を介して内側に延設して折り返された後に、ひずみ計測パイプ１０の切羽面３０側の基端部までフリーな状態で延設して配設されるようになっている。
【００２７】
さらにまた、本第１実施形態では、光ファイバ１５の光ファイバセンサケーブル部１７には、ひずみ計測パイプ１０の先端部分に配置されて、温度補正用ＦＧＢセンサ２５が設けられている。またひずみ計測パイプ１０の先端には、エア抜き用のチェックバルブ（逆止弁）２６を備えるキャップ部材２７が嵌着されることで、ひずみ計測パイプ１０の先端開口は、内部の空気や水を排出可能な状態で封止されるようになっている。さらに、計測パイプ１０の先端部に設けられた通線穴１９には、光ファイバ１５を挿通させた状態で、コーキング処理が施される。
【００２８】
なお、本第１実施形態では、光ファイバセンサケーブル部１７と通信ケーブル部１８とからなる光ファイバ１５は、ひずみ計測パイプ１０に一対取り付けられている。これらの光ファイバ１５は、ひずみ計測パイプ１０の外周面の周方向に１８０度の角度間隔をおいた直径方向に対向する位置に、光ファイバセンサケーブル部１７を各々配置した状態で、ひずみ計測パイプ１０に取り付けられることで、ひずみ計測パイプ１０の曲げひずみと軸ひずみとを分離して計測することができるようになっている。
【００２９】
そして、本第１実施形態のひずみ計測パイプの設置方法は、上述のような構成を有するひずみ計測パイプ１０を、切羽前方地山３１に穿孔形成された計測孔１２に設置するための設置方法であって、図２（ａ），（ｂ）に示すように、ひずみ計測パイプ１０を計測孔１２に配設してから充填流体として水を注入して、ひずみ計測パイプ１０の内部に水を充填した状態でひずみ計測パイプ１０の略全体を計測孔１２に配置し、しかる後に、ひずみ計測パイプ１０の外周面と計測孔１２の内周面との間の隙間に裏込材１４を注入充填して固化させることにより、ひずみ計測パイプ１０を切羽前方地山３１に一体として埋設設置する。
【００３０】
すなわち、本第１実施形態では、光ファイバ１５等が配置された中空のひずみ計測パイプ１０を、例えばトンネル３２の上半掘削部分の底盤部３３に設置した挿入装置（図示せず。）に支持させて、切羽前方地山３１に穿孔形成された計測孔１２に、ひずみ計測パイプ１０の略全体が計測孔１２に配置されるように挿入する。ここで、計測孔１２は、ひずみ計測パイプ１０の外径よりも大きな内径で、ひずみ計測パイプ１０の挿入作業に先立って、公知の穿孔装置を用いて穿孔形成されたものであり、好ましく穿孔時の切削ズリの排除が容易なように、先端側に向けて若干上り勾配となるように設けられている。また、ひずみ計測パイプ１０は、これの外周面に沿って裏込材注入ホース３７が添設された状態で、計測孔１２に挿入配置される。
【００３１】
計測孔１２にひずみ計測パイプ１０を挿入配置したら、これの中空内部に充填流体として好ましくは水１３を注入充填する。かかる水１３の注入作業は、例えば図２（ａ）に示すように、設置したひずみ計測パイプ１０の切羽面３０側の基端部に、送水ホース２８が接続された送水キャップ２９を装着した後に、圧力計３４で注水圧力を管理しながらバルブ３５を開くことで、容易に行うことができる。すなわち、チェックバルブ２６を介して内部の空気を排除しつつ、ひずみ計測パイプ１０に水１３が注入される。ひずみ計測パイプ１０の内部に水が充填されて、チェックバルブ２６から水１３が排出され始めた段階では、ひずみ計測パイプ１０の内部の圧力が急激に増大するので、この圧力の増大を圧力計３４で読み取ることで、水１３が充填されたことを確認した後に、バルブ３５を閉塞して注入作業を終了する。
【００３２】
なお、上述の注水作業においては、光ファイバ１５の通信ケーブル部１８のひずみ計測パイプ１０の基端部からはみ出した部分は、例えばまとめた状態で基端部の開口からひずみ計測パイプ１０の内部に収容し、基端部の開口の付近に仮止めしておくことで、送水キャップ２９の装着に支障がないようにしておくことができる。
【００３３】
ひずみ計測パイプ１０に水１３を注入充填したら、引き続いて、ひずみ計測パイプ１０の外周面と計測孔１２の内周面との間の隙間に裏込材１４を注入充填する。かかる裏込材１４の充填作業は、例えば図２（ｂ）に示すように、ひずみ計測パイプ１０の基端部が配設された計測孔１２の口元部をコーキング材によってコーキングし、このコーキング部３６を貫通して設けられた、上述のひずみ計測パイプ１０に添設された裏込材注入ホース３７を介して裏込材１４を注入充填することで、容易に行うことができる。すなわち、裏込材注入ホース３７の切羽面３０側の端部を注入ホース３８に接続した後に、圧力計３９で注入圧力を管理しながら裏込材バルブ４０を開くことにより、裏込材１４の充填作業が行われる。裏込材１４が充分に充填されて、例えばコーキング部３６に設けられた空気抜きパイプ４１から裏込材１４が流出するのを確認したら、裏込材バルブ３９を閉塞して充填作業を終了する。
【００３４】
ここで、裏込材１４としては、固化後に切羽前方地山３１と同等の強度を有する裏込材を用いることが好ましい。このような裏込材１４を用いることで、切羽前方地山３１の挙動をさらに正確に反映させた状態でひずみ計測パイプ１０に伝達することが可能になる。これによって切羽前方地山３１のひずみ変形をさらに精度良く計測することが可能になる。本第１実施形態では、裏込材１４として、好ましくは表１に示すような配合のグラウト材である、商品名「デンカ速硬性コロイダルスーパー」（電気化学工業（株）製）を用いることができる。
【００３５】
【表１】
【００３６】
ひずみ計測パイプ１０の外周面と計測孔１２の内周面との間の隙間に充填した裏込材１４が固化したら、送水ホース２８及び送水キャップ２９や裏込材注入ホース３７を取り外すと共に、ひずみ計測パイプ１０の内部に充填されていた水１３を排出させた後に、ひずみ計測パイプ１０や裏込材注入ホース３７を切削しつつ、切羽前方地山３１のひずみ変形を計測しながら切羽面１４の掘削作業が行われる。
【００３７】
かかる切羽面１４の掘削作業は、例えば１．０〜１．５ｍ程度のピッチ毎に行われると共に、各ピッチの掘削作業が終了したら、ひずみ計測パイプ１０の内部の基端部側の部分に収容されていた光ファイバ１５の通信ケーブル部１８を引き出して、コネクタ２０及び伝送ケーブル２１を介してＦＧＢアナライザ２２（図３（ｂ）参照）に接続することで、切羽前方地山３１のひずみ変形を計測する。ひずみ変形の計測が終了したら、通信ケーブル部１８をＦＧＢアナライザ２２から取り外して、ひずみ計測パイプ１０の内部の例えば１〜２ｍの深さまで押し込んで通信ケーブル部１８を収容した後に、次のピッチの掘削作業が行われる。これによって、光ファイバ１５の通信ケーブル部１８を切断することなく掘削作業を行うことが可能になる。
【００３８】
そして、上述の構成を有する本第１実施形態のひずみ計測パイプ１０の設置方法によれば、ひずみセンサ１１が取り付けられたひずみ計測パイプ１０を、変形させたり内部に裏込材１４を侵入させたりすることなく、裏込材１４を介して切羽前方地山３１の計測孔１２に安定した状態で埋設設置させて、切羽前方地山３１のひずみ計測を精度良く容易に行なわせることが可能になる。
【００３９】
すなわち、本第１実施形態によれば、ひずみ計測パイプ１０の内部に水１３を充填した状態でひずみ計測パイプ１０を計測孔１２に配置し、しかる後に、ひずみ計測パイプ１０の外周面と計測孔１２の内周面との間の隙間に裏込材１４を注入充填して固化させることで、ひずみ計測パイプ１０を切羽前方地山３１に一体として埋設設置するので、裏込材１４を注入充填する際に、裏込材１４の充填圧力によって、ひずみ計測パイプ１０が押し潰されて変形したり、ひずみ計測パイプ１０の内部に裏込材が侵入して固化するのを効果的に回避することが可能になる。また、ひずみ計測パイプ１０の内部に水１３が充填されているので、ひずみ計測パイプ１０に負荷される裏込材１４による浮力が抑制されることで、ひずみ計測パイプが不安定な状態となって精度の良いひずみ計測ができなくなるのを効果的に回避することが可能になる。
【００４０】
図４（ａ），（ｂ）は、本発明の好ましい第２実施形態に係る切羽前方地山におけるひずみ計測パイプの設置方法を説明するものである。本第２実施形態によれば、ひずみ計測パイプ１０に予め充填流体として水１３を注入充填してから計測孔１２に配設することで、ひずみ計測パイプ１０の内部に充填流体１３を充填した状態でひずみ計測パイプ１０の略全体を計測孔１２に配置し、しかる後に、ひずみ計測パイプ１０の外周面と計測孔１２の内周面との間の隙間に裏込材１４を注入充填して固化させることにより、ひずみ計測パイプ１０を切羽前方地山３１に一体として埋設設置するようになっている。
【００４１】
すなわち、本第２実施形態では、例えばトンネル３２の上半掘削部分の底盤部３３での作業として、ひずみ計測パイプ１０の切羽面３０側の基端部に、送水ホース２８が接続された送水キャップ２９を装着して、圧力計３４で注水圧力を管理しながらバルブ３５を開くことで、ひずみ計測パイプ１０の内部に予め水１３を注入充填する。しかる後に、図４（ａ）に示すように、例えばトンネル３２の上半掘削部分の底盤部３３に設置した挿入装置（図示せず。）に支持させて、切羽前方地山３１に穿孔形成された計測孔１２に、水１３が充填されたひずみ計測パイプ１０の略全体が計測孔１２に配置されるように挿入する。
【００４２】
また、本第２実施形態では、ひずみ計測パイプ１０は、これの外周面に沿って添設された裏込材注入ホース３７と共に、裏込材リターンホース４２を伴った状態で、計測孔１２に設置される。これによって裏込材リターンホース４２は、図４（ｂ）にも示すように、コーキング部３６を貫通して計測孔１２の先端部分まで配設されることになる。
【００４３】
水１３が充填されたひずみ計測パイプ１０を計測孔１２に配置したら、図４（ｂ）に示すように、ひずみ計測パイプ１０の外周面と計測孔１２の内周面との間の隙間に裏込材１４を注入充填する。かかる裏込材１４の充填作業は、上記第１実施形態と同様に、計測孔１２の口元部をコーキング材によってコーキングし、ひずみ計測パイプ１０に添設された裏込材注入ホース３７を介して裏込材１４を注入充填することで、容易に行うことができる。また、裏込材１４が充分に充填されて、例えば計測孔１２の先端部分まで配設された裏込材リターンホース４２の口元部側端部（切羽面３０側端部）から、注入した裏込材１４が漏れ出るのを確認したら、裏込材バルブ３９を閉塞して充填作業を終了する。
【００４４】
本第２実施形態のひずみ計測パイプの設置方法によっても、ひずみ計測パイプ１０の内部に水１３を充填した状態でひずみ計測パイプ１０を計測孔１２に配置し、しかる後に、ひずみ計測パイプ１０の外周面と計測孔１２の内周面との間の隙間に裏込材１４を注入充填するので、上記第１実施形態と同様の作用効果が奏される。
【００４５】
なお、本発明は上記各実施形態に限定されることなく種々の変更が可能である。例えば、ひずみ計測パイプの外周面に取り付けられるひずみセンサは、光ファイバに設けられたＦＧＢセンサである必要は必ずしもなく、ＦＧＢセンサ以外のその他の光ファイバに設けられるセンサであっても良い。また、ひずみ計測パイプの外周面に取り付けられるひずみセンサは、光ファイバに設けられるものである必要は必ずしもなく、電気式ひずみセンサであっても良い。さらに、ひずみ計測パイプの中空内部に注入される充填流体は水以外の流体であっても良く、裏込材の比重に近づくように比重を調整した流体とすることもできる。
【符号の説明】
【００４６】
１０ ひずみ計測パイプ
１１ ひずみセンサ
１２ 計測孔
１３ 水（充填流体）
１４ 裏込材
１５ 光ファイバ
１７ 光ファイバセンサケーブル部
１８ 通信ケーブル部
１９ 通線穴
２２ ＦＧＢアナライザ
２６ チェックバルブ
２８ 送水ホース
３０ 切羽面
３１ 切羽前方地山
３２ トンネル
３６ コーキング部
３７ 裏込材注入ホース
４２ 裏込材リターンホース
Ｘ 掘削方向
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネルの切羽前方地山のひずみ変化を捉えるために、外周面にひずみセンサが取り付けられたひずみ計測パイプを切羽前方地山に埋設設置するための切羽前方地山におけるひずみ計測パイプの設置方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば山岳トンネル工法において、トンネルの掘削に伴う切羽前方地山の挙動を把握して、好ましくは地山のひずみ変化を捉えることができれば、トンネルの施工管理や安全管理の上で有益な情報となる。従来より、機械や構造物等のひずみ測定には、例えば電気抵抗式のひずみゲージが電気式ひずみセンサとして一般に用いられているが（例えば、特許文献１参照）、電気式ひずみセンサでは、電磁界の影響下では使用に適さず、またトンネルの掘削に伴う切羽前方地山のひずみを計測するために用いる場合には、掘削用の重機等による電気ノイズ発生源の影響を受けやすくなると共に、多点計測する際には配線用のケーブルが太くなって取り扱いが不便である。
【０００３】
これに対して、近年、光ファイバを利用した光ファイバ式ひずみセンサも提案され、実用に供されている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。光ファイバによるひずみセンサによれば、一本の光ファイバに複数のひずみセンサを設けることができるので、多点計測を容易に行うことが可能になると共に、電磁界や電気ノイズの影響を受けることがなく、且つ光ファイバを防護材で覆った通線コードが切断されても、光ファイバを融着接続することで、切断前と測定値の変動のないひずみ計測が可能になる。
【０００４】
また、光ファイバによるひずみセンサは、種々の方式によるものが開発されており、それぞれ測定原理、センサ構造、精度、測定時間などが異なっているが、例えばファイバブラッググレーティング方式（ＦＧＢ方式）によるひずみセンサ（例えば、特許文献２、特許文献３参照）。は、光ファイバにパルス光を入射し、その反射光を解析することにより、光ファイバに生じているひずみ変化を、電気式ひずみセンサと同等の測定精度で測定するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２０１４１１号公報
【特許文献２】特開２００８−１８５４９８号公報
【特許文献３】特開２０１０−５４３６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一方、ひずみセンサとして、例えばＦＧＢ方式によるひずみセンサ（ＦＧＢセンサ）をトンネルの切羽前方地山の内部に設置して、切羽前方地山のひずみを計測するには、好ましくは塩化ビニルパイプからなるひずみ計測パイプの外周面にＦＧＢセンサを備える光ファイバを固着した状態で、このひずみ計測パイプを切羽前方地山に穿孔形成された計測孔に配置すると共に、ひずみ計測パイプの外周面と計測孔の内周面との間の隙間に裏込材を注入充填して固化させることにより、ひずみ計測パイプ及び光ファイバのＦＧＢセンサが、切羽前方地山と一体となって挙動するようにすることが検討されているが、種々の実験により、光ファイバによるＦＧＢセンサをひずみ計測パイプと共に切羽前方地山に埋設設置する作業には、種々の技術的課題があることが判明している。
【０００７】
すなわち、例えば光ファイバ及びＦＧＢセンサを取り付けたひずみ計測パイプを計測孔に配置した後に、ひずみ計測パイプの外側の計測孔の内周面との間の隙間に裏込材を注入する際に、ひずみ計測パイプが中空のパイプ部材であることから、裏込材の充填圧力によって、中空のひずみ計測パイプが押し潰されて変形したり、ひずみ計測パイプの内部に裏込材が侵入して固化することにより、ＦＧＢセンサによるひずみの計測が困難になる場合がある。また、計測孔に裏込材が注入されることで、中空のひずみ計測パイプが浮力によって当初の配置位置から移動しやすくなり、ひずみ計測パイプに予期しないひずみが生じて、精度の良い切羽前方地山のひずみ計測を行うことができなくなる場合がある。
【０００８】
本発明は、このような技術的課題を鑑みてなされたものであり、ひずみセンサが取り付けられたひずみ計測パイプを、変形させたり内部に裏込材を侵入させたりすることなく、裏込材を介して切羽前方地山の計測孔に安定した状態で埋設設置させて、切羽前方地山のひずみ計測を精度良く容易に行なわせることのできる切羽前方地山における計測パイプの設置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】
【０００９】
本発明は、トンネルの切羽前方地山のひずみ変化を捉えるために、外周面にひずみセンサが取り付けられたひずみ計測パイプを前記切羽前方地山に穿孔形成された計測孔に設置するためのひずみ計測パイプの設置方法であって、前記ひずみ計測パイプの内部に充填流体を充填した状態で前記ひずみ計測パイプの略全体を前記計測孔に配置し、しかる後に、前記ひずみ計測パイプの外周面と前記計測孔の内周面との間の隙間に裏込材を注入充填して固化させることにより、前記ひずみ計測パイプを前記切羽前方地山に一体として埋設設置する切羽前方地山におけるひずみ計測パイプの設置方法を提供することにより、上記目的を達成したものである。
【００１０】
そして、本発明の切羽前方地山におけるひずみ計測パイプの設置方法は、前記ひずみ計測パイプを前記計測孔に配設してから充填流体を注入して、前記ひずみ計測パイプの内部に充填流体を充填した状態で前記ひずみ計測パイプの略全体を前記計測孔に配置することが好ましい。
【００１１】
また、本発明の切羽前方地山におけるひずみ計測パイプの設置方法は、前記ひずみ計測パイプの先端にエア抜き用のチェックバルブ（逆止弁）を取り付けて、内部の空気を排除しつつ前記ひずみ計測パイプに充填流体を注入することが好ましい。
【００１２】
さらに、本発明の切羽前方地山におけるひずみ計測パイプの設置方法は、前記ひずみ計測パイプに予め充填流体を注入してから前記計測孔に配設して、前記ひずみ計測パイプの内部に充填流体を充填した状態で前記ひずみ計測パイプの略全体を前記計測孔に配置することが好ましい。
【００１３】
さらにまた、本発明の切羽前方地山におけるひずみ計測パイプの設置方法は、前記充填流体が水であることが好ましい。
【００１４】
また、本発明の切羽前方地山におけるひずみ計測パイプの設置方法は、前記裏込材は、固化後に前記切羽前方地山と同等の強度を有する裏込材であることが好ましい。
【００１５】
さらに、本発明の切羽前方地山におけるひずみ計測パイプの設置方法は、前記ひずみ計測パイプが配置された前記計測孔の口元部をコーキングし、コーキング部を貫通して設けた裏込材注入ホースを介して裏込材を注入することにより、前記ひずみ計測パイプの外周面と前記計測孔の内周面との間の隙間に裏込材を充填することが好ましい。
【００１６】
さらにまた、本発明の切羽前方地山におけるひずみ計測パイプの設置方法は、前記コーキング部を貫通して前記計測孔の先端部分まで配設された裏込材リターンホースの口元部側端部から、注入した裏込材が漏れ出ることで、裏込材が充填されたことを確認することが好ましい。
【００１７】
また、本発明の切羽前方地山におけるひずみ計測パイプの設置方法は、前記ひずみ計測パイプの外周面に取り付けられたひずみセンサが、光ファイバに設けられたファイバブラッググレーティングセンサ（ＦＧＢセンサ）であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の切羽前方地山におけるひずみ計測パイプの設置方法によれば、ひずみセンサが取り付けられたひずみ計測パイプを、変形させたり内部に裏込材を侵入させたりすることなく、裏込材を介して切羽前方地山の計測孔に安定した状態で埋設設置させて、切羽前方地山のひずみ計測を精度良く容易に行なわせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の設置方法によって設置されるひずみ計測パイプを用いてひずみが計測されるトンネルの切羽前方地山を説明する、（ａ）は略示横断面図、（ｂ）は略示縦断面図である。
【図２】本発明の設置方法によって設置されるひずみ計測パイプの構成を説明する、（ａ）は先端部分の略示斜視図、（ｂ）は全体の略示斜視図である。
【図３】（ａ），（ｂ）は、本発明の好ましい第１実施形態に係る切羽前方地山におけるひずみ計測パイプの設置方法を説明する略示断面図である。
【図４】（ａ），（ｂ）は、本発明の好ましい第２実施形態に係る切羽前方地山におけるひずみ計測パイプの設置方法を説明する略示断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の好ましい第１実施形態に係る切羽前方地山におけるひずみ計測パイプの設置方法は、例えば図１に示すような山岳トンネル工法において、切羽面３０よりも掘削方向Ｘ前方の切羽前方地山３１が、例えば切羽面３０でのトンネルの掘削作業の影響でひずみ変形するのを事前に把握して、トンネル工事の施工管理や安全管理を適切に行えるようにすることを目的として、外周面にひずみセンサ１１が取り付けられたひずみ計測パイプ１０（図３（ａ），（ｂ）参照）を、切羽前方地山３１に穿孔形成された計測孔１２に、切羽前方地山３１と一体として挙動させて切羽前方地山３１のひずみ変形を精度良く計測可能となるように、安定した状態で埋設設置させるための設置方法として採用されたものである。
【００２１】
ここで、図１に示す山岳トンネル工法は、例えば岩盤等の比較的硬い地盤に例えば５〜１０ｍ程度の内径の断面形状を有するトンネル３２を掘削形成するものであり、本第１実施形態では、例えば上半部分の地盤を先行して掘削した後に、これに後続して下半部分の地盤を掘削してゆく工法を採用している。また本第１実施形態では、上半部分の地盤を先行して掘削して行く際に、例えば上半掘削部分の切羽面３０から、トンネル断面の中央部分の切羽前方地山３１に向けて、切羽面３０での掘削作業の影響が切羽前方地山３１に及ぶ可能性のある深さとして、例えば１０〜２０ｍ程度（トンネルの内径の２倍程度）の深さでひずみ計測パイプ１０を切羽前方地山３１に設置して、当該切羽前方地山３１のひずみ変形を計測するようになっている。
【００２２】
なお、本第１実施形態では、切羽面３０でのトンネルの掘削作業は、例えば１．０〜１．５ｍ程度のピッチ毎に行われるようになっており、設置されたひずみ計測パイプ１０を切削しつつピッチ毎に繰り返し掘削作業が行われて、切羽前方地山３１に設置されたひずみ計測パイプ１０が例えば２〜３ｍ程度しか地中に残置されなくなった段階で、別のひずみ計測パイプ１０を、切羽面３０から切羽前方地山３１に向けて、例えば１０〜２０ｍ程度の深さで新たに設置することで、引き続いて切羽前方地山３１のひずみ変形を計測できるようになっている。
【００２３】
そして、本第１実施形態の切羽前方地山におけるひずみ計測パイプ１０の設置方法は、図２（ａ），（ｂ）に示すように、トンネルの切羽前方地山３１のひずみ変化を捉えるために、外周面にひずみセンサ１１が取り付けられたひずみ計測パイプ１０（図３参照）を、切羽前方地山３１に穿孔形成された計測孔１２に設置するための設置方法であって、ひずみ計測パイプ１０の内部に充填流体として好ましくは水１３を充填した状態でひずみ計測パイプ１０の略全体を計測孔１２に配置し、しかる後に、ひずみ計測パイプ１０の外周面と計測孔１２の内周面との間の隙間に裏込材１４を注入充填して固化させることにより、ひずみ計測パイプ１０を切羽前方地山３１に一体として埋設設置するようになっている。
【００２４】
本第１実施形態では、ひずみ計測パイプ１０は、図３（ａ），（ｂ）に示すように、例えば直径が４０〜５０ｍｍ程度の中空円筒形状の塩化ビニル製のパイプ部材からなり、例えば１２ｍ程度の長さを有している。このひずみ計測パイプ１０には、ひずみセンサ１１として好ましくはＦＧＢセンサを複数備える光ファイバ１５が、例えばゴム系接着剤等によって被覆防護されたケーブル状態で、光ファイバセンサケーブル部１７としてひずみ計測パイプ１０の外周面を軸方向に延設して、切羽面３０側の基端部から先端部に向けて略全長に亘って取り付けられている。また、光ファイバ１５は、ひずみ計測パイプ１０の先端部において、通線穴１９を介してひずみ計測パイプ１０の内側に延設するようになっており、この内側に延設した部分が、先端部から切羽側の基端部に向けて折り返されて通信ケーブル部１８を構成している。この折り返された通信ケーブル部１８は、ひずみ計測パイプ１０の基端部の開口の後方まで延設可能な長さを有していて、当該基端部の後方で、例えばコネクタ２０を介して伝送ケーブル２１に接続され、さらにＦＧＢアナライザ２２に接続されるようになっている（図３（ｂ）参照）。
【００２５】
また、本第１実施形態では、ひずみ計測パイプ１０の外周面に沿って配置される光ファイバ１５の光ファイバセンサケーブル部１７には、当該光ファイバ１５に特殊加工が施されることにより、例えば１ｃｍ程度の軸方向領域に形成された複数の回析格子によるＦＧＢセンサ１１が、例えば１ｍ程度のピッチで複数箇所に設けられている。このＦＧＢセンサ１１によるひずみ計測では、公知の技術と同様に、光ファイバ１５にパルス光を入射して、各ＦＧＢセンサ１１で反射する反射光の波長の変化をＦＧＢアナライザ２２によって解析することで、光ファイバ１５の光ファイバセンサケーブル部１７において各ＦＧＢセンサ１１の部分に生じたひずみ変化を検出し、これによってひずみ計測パイプ１０が埋設設置された部分の切羽前方地山３１のひずみ変形を計測することができるようになっている。
【００２６】
さらに、本第１実施形態では、光ファイバ１５の光ファイバセンサケーブル部１７は、例えば接着剤を介してひずみ計測パイプ１０の外周面に強固に貼り付け固定されるようになっており、また変位伝達塩ビ棒２３や、半割状の変位伝達塩ビリブ２４を適宜取り付けることによって、光ファイバセンサケーブル部１７の固定状態が補強されるようになっている。一方、ひずみ計測パイプ１０の内側に延設した光ファイバ１５の通信ケーブル部１８は、ひずみ計測パイプ１０の両端部を除く中間部分では、これの内側面に光ファイバセンサケーブル部１７を固着する作業が困難であることから、通線穴１９を介して内側に延設して折り返された後に、ひずみ計測パイプ１０の切羽面３０側の基端部までフリーな状態で延設して配設されるようになっている。
【００２７】
さらにまた、本第１実施形態では、光ファイバ１５の光ファイバセンサケーブル部１７には、ひずみ計測パイプ１０の先端部分に配置されて、温度補正用ＦＧＢセンサ２５が設けられている。またひずみ計測パイプ１０の先端には、エア抜き用のチェックバルブ（逆止弁）２６を備えるキャップ部材２７が嵌着されることで、ひずみ計測パイプ１０の先端開口は、内部の空気や水を排出可能な状態で封止されるようになっている。さらに、計測パイプ１０の先端部に設けられた通線穴１９には、光ファイバ１５を挿通させた状態で、コーキング処理が施される。
【００２８】
なお、本第１実施形態では、光ファイバセンサケーブル部１７と通信ケーブル部１８とからなる光ファイバ１５は、ひずみ計測パイプ１０に一対取り付けられている。これらの光ファイバ１５は、ひずみ計測パイプ１０の外周面の周方向に１８０度の角度間隔をおいた直径方向に対向する位置に、光ファイバセンサケーブル部１７を各々配置した状態で、ひずみ計測パイプ１０に取り付けられることで、ひずみ計測パイプ１０の曲げひずみと軸ひずみとを分離して計測することができるようになっている。
【００２９】
そして、本第１実施形態のひずみ計測パイプの設置方法は、上述のような構成を有するひずみ計測パイプ１０を、切羽前方地山３１に穿孔形成された計測孔１２に設置するための設置方法であって、図２（ａ），（ｂ）に示すように、ひずみ計測パイプ１０を計測孔１２に配設してから充填流体として水を注入して、ひずみ計測パイプ１０の内部に水を充填した状態でひずみ計測パイプ１０の略全体を計測孔１２に配置し、しかる後に、ひずみ計測パイプ１０の外周面と計測孔１２の内周面との間の隙間に裏込材１４を注入充填して固化させることにより、ひずみ計測パイプ１０を切羽前方地山３１に一体として埋設設置する。
【００３０】
すなわち、本第１実施形態では、光ファイバ１５等が配置された中空のひずみ計測パイプ１０を、例えばトンネル３２の上半掘削部分の底盤部３３に設置した挿入装置（図示せず。）に支持させて、切羽前方地山３１に穿孔形成された計測孔１２に、ひずみ計測パイプ１０の略全体が計測孔１２に配置されるように挿入する。ここで、計測孔１２は、ひずみ計測パイプ１０の外径よりも大きな内径で、ひずみ計測パイプ１０の挿入作業に先立って、公知の穿孔装置を用いて穿孔形成されたものであり、好ましく穿孔時の切削ズリの排除が容易なように、先端側に向けて若干上り勾配となるように設けられている。また、ひずみ計測パイプ１０は、これの外周面に沿って裏込材注入ホース３７が添設された状態で、計測孔１２に挿入配置される。
【００３１】
計測孔１２にひずみ計測パイプ１０を挿入配置したら、これの中空内部に充填流体として好ましくは水１３を注入充填する。かかる水１３の注入作業は、例えば図２（ａ）に示すように、設置したひずみ計測パイプ１０の切羽面３０側の基端部に、送水ホース２８が接続された送水キャップ２９を装着した後に、圧力計３４で注水圧力を管理しながらバルブ３５を開くことで、容易に行うことができる。すなわち、チェックバルブ２６を介して内部の空気を排除しつつ、ひずみ計測パイプ１０に水１３が注入される。ひずみ計測パイプ１０の内部に水が充填されて、チェックバルブ２６から水１３が排出され始めた段階では、ひずみ計測パイプ１０の内部の圧力が急激に増大するので、この圧力の増大を圧力計３４で読み取ることで、水１３が充填されたことを確認した後に、バルブ３５を閉塞して注入作業を終了する。
【００３２】
なお、上述の注水作業においては、光ファイバ１５の通信ケーブル部１８のひずみ計測パイプ１０の基端部からはみ出した部分は、例えばまとめた状態で基端部の開口からひずみ計測パイプ１０の内部に収容し、基端部の開口の付近に仮止めしておくことで、送水キャップ２９の装着に支障がないようにしておくことができる。
【００３３】
ひずみ計測パイプ１０に水１３を注入充填したら、引き続いて、ひずみ計測パイプ１０の外周面と計測孔１２の内周面との間の隙間に裏込材１４を注入充填する。かかる裏込材１４の充填作業は、例えば図２（ｂ）に示すように、ひずみ計測パイプ１０の基端部が配設された計測孔１２の口元部をコーキング材によってコーキングし、このコーキング部３６を貫通して設けられた、上述のひずみ計測パイプ１０に添設された裏込材注入ホース３７を介して裏込材１４を注入充填することで、容易に行うことができる。すなわち、裏込材注入ホース３７の切羽面３０側の端部を注入ホース３８に接続した後に、圧力計３９で注入圧力を管理しながら裏込材バルブ４０を開くことにより、裏込材１４の充填作業が行われる。裏込材１４が充分に充填されて、例えばコーキング部３６に設けられた空気抜きパイプ４１から裏込材１４が流出するのを確認したら、裏込材バルブ３９を閉塞して充填作業を終了する。
【００３４】
ここで、裏込材１４としては、固化後に切羽前方地山３１と同等の強度を有する裏込材を用いることが好ましい。このような裏込材１４を用いることで、切羽前方地山３１の挙動をさらに正確に反映させた状態でひずみ計測パイプ１０に伝達することが可能になる。これによって切羽前方地山３１のひずみ変形をさらに精度良く計測することが可能になる。本第１実施形態では、裏込材１４として、好ましくは表１に示すような配合のグラウト材である、商品名「デンカ速硬性コロイダルスーパー」（電気化学工業（株）製）を用いることができる。
【００３５】
【表１】
【００３６】
ひずみ計測パイプ１０の外周面と計測孔１２の内周面との間の隙間に充填した裏込材１４が固化したら、送水ホース２８及び送水キャップ２９や裏込材注入ホース３７を取り外すと共に、ひずみ計測パイプ１０の内部に充填されていた水１３を排出させた後に、ひずみ計測パイプ１０や裏込材注入ホース３７を切削しつつ、切羽前方地山３１のひずみ変形を計測しながら切羽面１４の掘削作業が行われる。
【００３７】
かかる切羽面１４の掘削作業は、例えば１．０〜１．５ｍ程度のピッチ毎に行われると共に、各ピッチの掘削作業が終了したら、ひずみ計測パイプ１０の内部の基端部側の部分に収容されていた光ファイバ１５の通信ケーブル部１８を引き出して、コネクタ２０及び伝送ケーブル２１を介してＦＧＢアナライザ２２（図３（ｂ）参照）に接続することで、切羽前方地山３１のひずみ変形を計測する。ひずみ変形の計測が終了したら、通信ケーブル部１８をＦＧＢアナライザ２２から取り外して、ひずみ計測パイプ１０の内部の例えば１〜２ｍの深さまで押し込んで通信ケーブル部１８を収容した後に、次のピッチの掘削作業が行われる。これによって、光ファイバ１５の通信ケーブル部１８を切断することなく掘削作業を行うことが可能になる。
【００３８】
そして、上述の構成を有する本第１実施形態のひずみ計測パイプ１０の設置方法によれば、ひずみセンサ１１が取り付けられたひずみ計測パイプ１０を、変形させたり内部に裏込材１４を侵入させたりすることなく、裏込材１４を介して切羽前方地山３１の計測孔１２に安定した状態で埋設設置させて、切羽前方地山３１のひずみ計測を精度良く容易に行なわせることが可能になる。
【００３９】
すなわち、本第１実施形態によれば、ひずみ計測パイプ１０の内部に水１３を充填した状態でひずみ計測パイプ１０を計測孔１２に配置し、しかる後に、ひずみ計測パイプ１０の外周面と計測孔１２の内周面との間の隙間に裏込材１４を注入充填して固化させることで、ひずみ計測パイプ１０を切羽前方地山３１に一体として埋設設置するので、裏込材１４を注入充填する際に、裏込材１４の充填圧力によって、ひずみ計測パイプ１０が押し潰されて変形したり、ひずみ計測パイプ１０の内部に裏込材が侵入して固化するのを効果的に回避することが可能になる。また、ひずみ計測パイプ１０の内部に水１３が充填されているので、ひずみ計測パイプ１０に負荷される裏込材１４による浮力が抑制されることで、ひずみ計測パイプが不安定な状態となって精度の良いひずみ計測ができなくなるのを効果的に回避することが可能になる。
【００４０】
図４（ａ），（ｂ）は、本発明の好ましい第２実施形態に係る切羽前方地山におけるひずみ計測パイプの設置方法を説明するものである。本第２実施形態によれば、ひずみ計測パイプ１０に予め充填流体として水１３を注入充填してから計測孔１２に配設することで、ひずみ計測パイプ１０の内部に充填流体１３を充填した状態でひずみ計測パイプ１０の略全体を計測孔１２に配置し、しかる後に、ひずみ計測パイプ１０の外周面と計測孔１２の内周面との間の隙間に裏込材１４を注入充填して固化させることにより、ひずみ計測パイプ１０を切羽前方地山３１に一体として埋設設置するようになっている。
【００４１】
すなわち、本第２実施形態では、例えばトンネル３２の上半掘削部分の底盤部３３での作業として、ひずみ計測パイプ１０の切羽面３０側の基端部に、送水ホース２８が接続された送水キャップ２９を装着して、圧力計３４で注水圧力を管理しながらバルブ３５を開くことで、ひずみ計測パイプ１０の内部に予め水１３を注入充填する。しかる後に、図４（ａ）に示すように、例えばトンネル３２の上半掘削部分の底盤部３３に設置した挿入装置（図示せず。）に支持させて、切羽前方地山３１に穿孔形成された計測孔１２に、水１３が充填されたひずみ計測パイプ１０の略全体が計測孔１２に配置されるように挿入する。
【００４２】
また、本第２実施形態では、ひずみ計測パイプ１０は、これの外周面に沿って添設された裏込材注入ホース３７と共に、裏込材リターンホース４２を伴った状態で、計測孔１２に設置される。これによって裏込材リターンホース４２は、図４（ｂ）にも示すように、コーキング部３６を貫通して計測孔１２の先端部分まで配設されることになる。
【００４３】
水１３が充填されたひずみ計測パイプ１０を計測孔１２に配置したら、図４（ｂ）に示すように、ひずみ計測パイプ１０の外周面と計測孔１２の内周面との間の隙間に裏込材１４を注入充填する。かかる裏込材１４の充填作業は、上記第１実施形態と同様に、計測孔１２の口元部をコーキング材によってコーキングし、ひずみ計測パイプ１０に添設された裏込材注入ホース３７を介して裏込材１４を注入充填することで、容易に行うことができる。また、裏込材１４が充分に充填されて、例えば計測孔１２の先端部分まで配設された裏込材リターンホース４２の口元部側端部（切羽面３０側端部）から、注入した裏込材１４が漏れ出るのを確認したら、裏込材バルブ３９を閉塞して充填作業を終了する。
【００４４】
本第２実施形態のひずみ計測パイプの設置方法によっても、ひずみ計測パイプ１０の内部に水１３を充填した状態でひずみ計測パイプ１０を計測孔１２に配置し、しかる後に、ひずみ計測パイプ１０の外周面と計測孔１２の内周面との間の隙間に裏込材１４を注入充填するので、上記第１実施形態と同様の作用効果が奏される。
【００４５】
なお、本発明は上記各実施形態に限定されることなく種々の変更が可能である。例えば、ひずみ計測パイプの外周面に取り付けられるひずみセンサは、光ファイバに設けられたＦＧＢセンサである必要は必ずしもなく、ＦＧＢセンサ以外のその他の光ファイバに設けられるセンサであっても良い。また、ひずみ計測パイプの外周面に取り付けられるひずみセンサは、光ファイバに設けられるものである必要は必ずしもなく、電気式ひずみセンサであっても良い。さらに、ひずみ計測パイプの中空内部に注入される充填流体は水以外の流体であっても良く、裏込材の比重に近づくように比重を調整した流体とすることもできる。
【符号の説明】
【００４６】
１０ ひずみ計測パイプ
１１ ひずみセンサ
１２ 計測孔
１３ 水（充填流体）
１４ 裏込材
１５ 光ファイバ
１７ 光ファイバセンサケーブル部
１８ 通信ケーブル部
１９ 通線穴
２２ ＦＧＢアナライザ
２６ チェックバルブ
２８ 送水ホース
３０ 切羽面
３１ 切羽前方地山
３２ トンネル
３６ コーキング部
３７ 裏込材注入ホース
４２ 裏込材リターンホース
Ｘ 掘削方向
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネルの切羽前方地山のひずみ変化を捉えるために、外周面にひずみセンサが取り付けられたひずみ計測パイプを前記切羽前方地山に穿孔形成された計測孔に設置するためのひずみ計測パイプの設置方法であって、
前記ひずみ計測パイプの内部に充填流体を充填した状態で前記ひずみ計測パイプの略全体を前記計測孔に配置し、しかる後に、前記ひずみ計測パイプの外周面と前記計測孔の内周面との間の隙間に裏込材を注入充填して固化させることにより、前記ひずみ計測パイプを前記切羽前方地山に一体として埋設設置する切羽前方地山におけるひずみ計測パイプの設置方法。
【請求項２】
前記ひずみ計測パイプを前記計測孔に配設してから充填流体を注入して、前記ひずみ計測パイプの内部に充填流体を充填した状態で前記ひずみ計測パイプの略全体を前記計測孔に配置する請求項１記載の切羽前方地山におけるひずみ計測パイプの設置方法。
【請求項３】
前記ひずみ計測パイプの先端にエア抜き用のチェックバルブを取り付けて、内部の空気を排除しつつ前記ひずみ計測パイプに充填流体を注入する請求項２記載の切羽前方地山におけるひずみ計測パイプの設置方法。
【請求項４】
前記ひずみ計測パイプに予め充填流体を注入してから前記計測孔に配設して、前記ひずみ計測パイプの内部に充填流体を充填した状態で前記ひずみ計測パイプの略全体を前記計測孔に配置する請求項１記載の切羽前方地山におけるひずみ計測パイプの設置方法。
【請求項５】
前記充填流体が水である請求項１〜４のいずれかに記載の切羽前方地山におけるひずみ計測パイプの設置方法。
【請求項６】
前記裏込材は、固化後に前記切羽前方地山と同等の強度を有する裏込材である請求項１〜５のいずれかに記載の切羽前方地山におけるひずみ計測パイプの設置方法。
【請求項７】
前記ひずみ計測パイプが配置された前記計測孔の口元部をコーキングし、コーキング部を貫通して設けた裏込材注入ホースを介して裏込材を注入することにより、前記ひずみ計測パイプの外周面と前記計測孔の内周面との間の隙間に裏込材を充填する請求項１〜６のいずれかに記載の切羽前方地山におけるひずみ計測パイプの設置方法。
【請求項８】
前記コーキング部を貫通して前記計測孔の先端部分まで配設された裏込材リターンホースの口元部側端部から、注入した裏込材が漏れ出ることで、裏込材が充填されたことを確認する請求項７記載の切羽前方地山におけるひずみ計測パイプの設置方法。
【請求項９】
前記ひずみ計測パイプの外周面に取り付けられたひずみセンサが、光ファイバに設けられたファイバブラッググレーティングセンサ（ＦＧＢセンサ）である請求項１〜８のいずれかに記載の切羽前方地山におけるひずみ計測パイプの設置方法。
【請求項１】
トンネルの切羽前方地山のひずみ変化を捉えるために、外周面にひずみセンサが取り付けられたひずみ計測パイプを前記切羽前方地山に穿孔形成された計測孔に設置するためのひずみ計測パイプの設置方法であって、
前記ひずみ計測パイプの内部に充填流体を充填した状態で前記ひずみ計測パイプの略全体を前記計測孔に配置し、しかる後に、前記ひずみ計測パイプの外周面と前記計測孔の内周面との間の隙間に裏込材を注入充填して固化させることにより、前記ひずみ計測パイプを前記切羽前方地山に一体として埋設設置する切羽前方地山におけるひずみ計測パイプの設置方法。
【請求項２】
前記ひずみ計測パイプを前記計測孔に配設してから充填流体を注入して、前記ひずみ計測パイプの内部に充填流体を充填した状態で前記ひずみ計測パイプの略全体を前記計測孔に配置する請求項１記載の切羽前方地山におけるひずみ計測パイプの設置方法。
【請求項３】
前記ひずみ計測パイプの先端にエア抜き用のチェックバルブを取り付けて、内部の空気を排除しつつ前記ひずみ計測パイプに充填流体を注入する請求項２記載の切羽前方地山におけるひずみ計測パイプの設置方法。
【請求項４】
前記ひずみ計測パイプに予め充填流体を注入してから前記計測孔に配設して、前記ひずみ計測パイプの内部に充填流体を充填した状態で前記ひずみ計測パイプの略全体を前記計測孔に配置する請求項１記載の切羽前方地山におけるひずみ計測パイプの設置方法。
【請求項５】
前記充填流体が水である請求項１〜４のいずれかに記載の切羽前方地山におけるひずみ計測パイプの設置方法。
【請求項６】
前記裏込材は、固化後に前記切羽前方地山と同等の強度を有する裏込材である請求項１〜５のいずれかに記載の切羽前方地山におけるひずみ計測パイプの設置方法。
【請求項７】
前記ひずみ計測パイプが配置された前記計測孔の口元部をコーキングし、コーキング部を貫通して設けた裏込材注入ホースを介して裏込材を注入することにより、前記ひずみ計測パイプの外周面と前記計測孔の内周面との間の隙間に裏込材を充填する請求項１〜６のいずれかに記載の切羽前方地山におけるひずみ計測パイプの設置方法。
【請求項８】
前記コーキング部を貫通して前記計測孔の先端部分まで配設された裏込材リターンホースの口元部側端部から、注入した裏込材が漏れ出ることで、裏込材が充填されたことを確認する請求項７記載の切羽前方地山におけるひずみ計測パイプの設置方法。
【請求項９】
前記ひずみ計測パイプの外周面に取り付けられたひずみセンサが、光ファイバに設けられたファイバブラッググレーティングセンサ（ＦＧＢセンサ）である請求項１〜８のいずれかに記載の切羽前方地山におけるひずみ計測パイプの設置方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−２５２３７０（Ｐ２０１１−２５２３７０Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１５日（２０１１．１２．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１２８８４０（Ｐ２０１０−１２８８４０）
【出願日】平成２２年６月４日（２０１０．６．４）
【出願人】（０００１４０２９２）株式会社奥村組 (469)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月１５日（２０１１．１２．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月４日（２０１０．６．４）
【出願人】（０００１４０２９２）株式会社奥村組 (469)
【Ｆターム（参考）】
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