地中変位測定装置
【課題】測定範囲の制限を受けることなく地中の土の変位を測定することを可能にする地中変位測定装置を提供することを課題とする。
【解決手段】地中変位測定装置１０１は、ボアホール３内に互いに間隔をあけて設置される複数のセンサ装置１０１ａを備える。センサ装置１０１ａは、超音波を発信する超音波発信器１１と、超音波を検知する超音波受信器１２と、制御装置２０とを有している。さらに、センサ装置１０１ａの制御装置２０は、センサ装置１０１ａ及び別のセンサ装置１０１ａの間で別のセンサ装置１０１ａの超音波発信器１１が超音波を発信してからセンサ装置１０１ａの超音波受信器１２が超音波を検知するまでの伝播時間を検出する伝播時間検出手段として作用し、検出した超音波の伝播時間及び超音波の伝播速度に基づき別のセンサ装置１０１ａに対するセンサ装置１０１ａの変位を算出する変位算出手段として作用する。
【解決手段】地中変位測定装置１０１は、ボアホール３内に互いに間隔をあけて設置される複数のセンサ装置１０１ａを備える。センサ装置１０１ａは、超音波を発信する超音波発信器１１と、超音波を検知する超音波受信器１２と、制御装置２０とを有している。さらに、センサ装置１０１ａの制御装置２０は、センサ装置１０１ａ及び別のセンサ装置１０１ａの間で別のセンサ装置１０１ａの超音波発信器１１が超音波を発信してからセンサ装置１０１ａの超音波受信器１２が超音波を検知するまでの伝播時間を検出する伝播時間検出手段として作用し、検出した超音波の伝播時間及び超音波の伝播速度に基づき別のセンサ装置１０１ａに対するセンサ装置１０１ａの変位を算出する変位算出手段として作用する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、地中の土の変位を測定する地中変位測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
トンネルや地下空間の掘削、地盤の掘削、又は、斜面の形成のための切土若しくは盛土等を行う際、掘削した地山又は盛土の崩壊を防ぐために、地山又は盛土の変位が測定・監視される。
例えば、特許文献１には、トンネルの掘削方向である切羽前方の地山の変位を測定するための測定装置が記載されている。
【０００３】
特許文献１の測定装置は、変位記録計と変位ロッドとから構成され、切羽前方に削孔された測定用のボアホール内に挿入される。
変位記録計は、これに接続される変位ロッドの変位を検出し、検出した変位データを記録するもので、ボアホールの最深部に設置・固定される。変位ロッドは、その一端である前端が変位記録計に固定され、他端である後端が測定点アンカーによって変位記録計より切羽側の所定の測定点でボアホール内に固定される。また、測定点が複数ある場合、各測定点に対して変位ロッドがそれぞれ設けられ、各変位ロッドの後端は対応する測定点においてボアホールに固定される。
【０００４】
そして、切羽前方の地山が変位したとき変位ロッドが伸縮するため、変位記録計は、各ロッドの測定点と変位記録計との間の距離の変動を測定することによって、各測定点での地山の変位量を検出し記録する。さらに、変位記録計が検出し記録した地山の変位量は、変位記録計から切羽側に引き出された信号ケーブルをモニター等に接続することによって確認することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３１６１１７号公報
【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、特許文献１の測定装置では、ボアホールが深くなり測定点と変位記録計との距離が長くなるつまり変位ロッドが長くなると、自重により変位ロッドに撓みが生じるため、地山の変位量が変位ロッドの伸縮量として正確に反映されず、正確な変位量を検出することができないことがある。また、ボアホールが深くなり測定点が多くなると変位ロッドの数量が増加するため、測定装置が大型化してボアホール径も大きくなり、それによって、ボアホールの削孔コストが上昇し、さらに、ボアホールの崩壊の危険性も高まる。このため、特許文献１の測定装置では、深度が大きいボアホールでの地山の変位測定には適しておらず、地山の変位の測定範囲が制限されるという問題がある。
【０００７】
この発明はこのような問題点を解決するためになされたものであり、測定範囲の制限を受けることなく地中の土の変位を測定することを可能にする地中変位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】
【０００８】
上記の課題を解決するために、この発明に係る地中変位測定装置は、ボアホール内に互いに間隔をあけて設置される複数のセンサ装置を備え、センサ装置が、進行波を発信する進行波発信手段と、進行波を検知する進行波受信手段と、センサ装置及び別のセンサ装置の間で進行波を発信してから進行波を検知するまでの伝播時間を検出する伝播時間検出手段と、伝播時間検出手段によって検出された伝播時間及び進行波の伝播速度に基づき別のセンサ装置に対するセンサ装置の変位を算出する変位算出手段とを有する。
【０００９】
センサ装置は、センサ装置の傾斜量を検出する傾斜量検出手段を有し、センサ装置の変位算出手段は、伝播時間検出手段によって検出された伝播時間及び進行波の伝播速度から算出するセンサ装置及び別のセンサ装置の間の距離と、傾斜量検出手段によって検出されたセンサ装置の傾斜量とに基づき別のセンサ装置に対するセンサ装置の変位を算出してもよい。
【００１０】
進行波は、超音波であり、センサ装置の伝播時間検出手段は、別のセンサ装置の進行波発信手段から超音波が発信されてからセンサ装置の進行波受信手段が上記超音波を検知するまでの伝播時間を検出してもよい。
さらに、センサ装置は、時計と、別のセンサ装置との間で情報を送信及び受信可能な通信手段とを有し、センサ装置は、通信手段を介して時計の時刻と別のセンサ装置における時計の時刻とを時刻同期させて、進行波発信手段から超音波を発信させてもよい。
一方、進行波は、光波であり、センサ装置は、光波を反射可能な反射部を有し、センサ装置の伝播時間検出手段は、センサ装置の進行波発信手段から光波が発信されてから、発信された光波が別のセンサ装置の反射部に反射した後、センサ装置の進行波受信手段が上記光波を検知するまでの伝播時間を検出してもよい。
【発明の効果】
【００１１】
この発明に係る地中変位測定装置によれば、測定範囲の制限を受けることなく地中の土の変位を測定することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の実施の形態１に係る地中変位測定装置のボアホール内での全体配置図である。
【図２】図１のセンサ装置の構成を示す模式断面図である。
【図３】実施の形態１に係る地中変位測定装置が地中の土の変位を測定する流れを示すフロー図である。
【図４】この発明の実施の形態２に係る地中変位測定装置が地中の土の変位を測定する流れを示すフロー図である。
【図５】この発明の実施の形態３に係る地中変位測定装置におけるセンサ装置の構成を示す模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、この発明の実施の形態について添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
まず、図１及び２を用いて、この発明の実施の形態１に係る地中変位測定装置１０１の構成を説明する。なお、以下の実施の形態では、トンネルの切羽の前方すなわち掘削方向の地山の変位を測定するために、地中変位測定装置を使用した場合の例について説明する。
【００１４】
図１を参照すると、トンネル１の切羽２からその前方の地山には、トンネルの掘削方向に向かって直線状の細長いボアホール３が水平且つ平行に複数削孔される。さらに、各ボアホール３の内部には、地中変位測定装置１０１の複数のセンサ装置１０１ａが順次挿入されてボアホール３の長手方向に一定の間隔ｄをあけて一列に配置される。
そして、本実施の形態１では、センサ装置１０１ａは、１つのボアホール３に対して、ボアホール３の最深部３ｄから４つ設置されるものとする。そして、ボアホール３の複数のセンサ装置１０１ａのうち、最深部３ｄに設置されたものをセンサ装置番号を４とする第四センサ装置１０１ａ４と呼ぶ。さらに、第四センサ装置１０１ａ４から切羽２に向かって順次設置されているセンサ装置１０１ａをそれぞれ、センサ装置番号を３とする第三センサ装置１０１ａ３、センサ装置番号を２とする第二センサ装置１０１ａ２、及びセンサ装置番号を１とする第一センサ装置１０１ａ１と呼ぶ。
【００１５】
また、図２を参照すると、ボアホール３に設置されているセンサ装置１０１ａの詳細な構成が示されている。
センサ装置１０１ａは、筒状の側部１０ａと側部１０ａの両端を閉じている端部１０ｂ及び１０ｃとによって形成される筐体１０を有している。
そして、センサ装置１０１ａは、筐体１０の端部１０ｂを切羽２側とし、端部１０ｃを最深部３ｄ側として、ボアホール３に挿入されている。
【００１６】
センサ装置１０１ａは、筐体１０の内部における端部１０ｃ側に進行波である超音波を発生する超音波発信器１１を有し、超音波発信器１１における超音波を発信するための超音波発信部１１ａを端部１０ｃから外部に突出させている。そして、超音波発信器１１は、筐体１０の内部に設けられた制御装置２０と電気的に接続され、制御装置２０の制御によって超音波を発生する。
【００１７】
また、センサ装置１０１ａは、筐体１０の内部における端部１０ｂ側に超音波を検知して受信する超音波受信器１２を有し、超音波受信器１２における超音波を検知・受信するための超音波受信部１２ａを端部１０ｂから外部に突出させている。そして、超音波受信器１２は、制御装置２０と電気的に接続され、超音波の受信の有無を示す信号を制御装置２０に送る。
ここで、超音波発信器１１は進行波発信手段を構成し、超音波受信器１２は進行波受信手段を構成している。
【００１８】
また、センサ装置１０１ａは、筐体１０の内部に通信手段である無線機１３を有し、無線機１３における電波を送受信するためのアンテナ１３ａを筐体１０の端部１０ｂから外部に突出させている。そして、無線機１３は、制御装置２０と電気的に接続され、制御装置２０の制御によって情報を送信し、また受信した情報を制御装置２０に送る。
【００１９】
また、センサ装置１０１ａは、筐体１０の内部に二軸傾斜センサ１４を有している。二軸傾斜センサ１４は、端部１０ｂから端部１０ｃに向かう水平方向の軸（Ｘ軸とする）と、紙面上で手前方向から奥行き方向に向かうＸ軸に垂直な水平方向の軸（Ｙ軸とする）とに対して、筐体１０の側部１０ａの中心軸１０ＣＬの傾斜角を検出するものである。二軸傾斜センサ１４は、制御装置２０と電気的に接続され、検出した傾斜角度情報を制御装置２０に送る。
ここで、二軸傾斜センサ１４は、傾斜量検出手段を構成している。
【００２０】
また、センサ装置１０１ａは、筐体１０の内部に、筐体１０の外部の温度を測定するための温度センサ１５、時刻を測定するための時計１６、及び各種情報を記憶するためのデータ収録器１７を有し、温度センサ１５、時計１６及びデータ収録器１７はいずれも制御装置２０と電気的に接続されている。そして、温度センサ１５は測定した温度情報を制御装置２０に送り、時計１６は時刻情報を制御装置２０に送る。また、制御装置２０は、取得した情報をデータ収録器１７に送信してデータとして記憶させると共に、データ収録器１７に記憶されているデータを取り出すことができる。
【００２１】
また、センサ装置１０１ａは、筐体１０の内部に制御装置２０に電力を供給するための電源として電池１８を有している。そして、制御装置２０は、電池１８から供給される電力を、超音波発信器１１、超音波受信器１２、無線機１３、二軸傾斜センサ１４、温度センサ１５、時計１６及びデータ収録器１７に対してこれらを動作させるために供給する。さらに、センサ装置１０１ａの制御装置２０は、電池１８の電圧を測定しており、測定した電圧値をデータ収録器１７に記憶させる。
【００２２】
図１に戻り、センサ装置１０１ａは、トンネル１の内部又は外部において地中変位測定装置１０１と離れて設置されたワークステーション等の管理装置１００と、付属の無線機１３（図２参照）を介して無線通信することができる。そして、地山の変位の監視を担当する監視者は、管理装置１００を使用することによって、センサ装置１０１ａの制御装置２０（図２参照）を制御し、センサ装置１０１ａを動作させることができる。
【００２３】
次に、図１〜３を用いて、この発明の実施の形態１に係る地中変位測定装置１０１の動作を説明する。
図１を参照すると、地山の変位の監視を担当する監視者は、管理装置１００を操作して、地中変位測定装置１０１の各センサ装置１０１ａを起動させる。
【００２４】
このとき、管理装置１００からは、センサ装置１０１ａのうちの第一センサ装置１０１ａ１に対して起動指令が無線を介して送信され、第一センサ装置１０１ａ１が無線機１３（図２参照）を介して起動指令を受信して起動する。次に、第一センサ装置１０１ａ１は、無線機１３を介して第二センサ装置１０１ａ２に起動指令を送信して起動させ、さらに、起動した第二センサ装置１０１ａ２が第三センサ装置１０１ａ３を、そして、第三センサ装置１０１ａ３が第四センサ装置１０１ａ４を順次起動させる。
【００２５】
さらに、監視者は、変位測定を実施するために管理装置１００を操作して、第一センサ装置１０１ａ１に対して地山の変位の測定を実施させる指令を、無線を介して送信する。この指令は、変位測定を実施する度に送信されて変位測定を一回実施させる内容のものであってもよく、一回の送信で所定の時間毎に変位測定を実施させる内容のもの、又は、一回の送信で連続的に変位測定を実施させる内容のものであってもよい。
【００２６】
そして、地山の変位の測定を実施する際、第一センサ装置１０１ａ１〜第四センサ装置１０１ａ４は、図３に示すフローチャートに従って動作する。
図３を参照すると、ステップＳ１では、管理装置１００（図１参照）から地山の変位の測定を実施する指令が送信され、第一センサ装置１０１ａ１（図１参照）の制御装置２０（図２参照）は、無線機１３（図２参照）を介して指令を受信する。
なお、以下のステップＳ２〜ステップＳ９については、センサ装置番号Ｎを初期値の１とする第一センサ装置１０１ａ１とセンサ装置番号Ｎ＋１を２とする第二センサ装置１０１ａ２との動作に関して説明する。
【００２７】
ステップＳ１から進むステップＳ２において、センサ装置番号Ｎ（Ｎ＝１）の第一センサ装置１０１ａ１の制御装置２０は、センサ装置番号Ｎ＋１（Ｎ＋１＝２）の第二センサ装置１０１ａ２（図１参照）に対して、変位の測定の実施の指令を無線機１３を介して送信する。このとき、第二センサ装置１０１ａ２の制御装置２０は、第一センサ装置１０１ａ１に対して、上記指令を受信したことを示す信号を第二センサ装置１０１ａ２の無線機１３を介して送信する。
ステップＳ２から進むステップＳ３において、第一センサ装置１０１ａ１の制御装置２０は、第二センサ装置１０１ａ２からの信号を受信した場合、ステップＳ４に進み、受信できない場合、ステップＳ１０に進む。なお、第一センサ装置１０１ａ１では、制御装置２０は、第二センサ装置１０１ａ２からの信号を受信できるため、ステップＳ４に進む。
【００２８】
ステップＳ４において、第一センサ装置１０１ａ１の制御装置２０は、第二センサ装置１０１ａ２に対して、変位の測定を実施するにあたり互いの時計１６（図２参照）の時刻を合わせるために、つまり時刻同期させるために、第一センサ装置１０１ａ１の時計１６が示す現時刻Ｔ０の情報を含む時刻同期信号を、無線機１３を介して送信する。
【００２９】
次に、ステップＳ４から進むステップＳ５において、第二センサ装置１０１ａ２の制御装置２０は、無線機１３を介して受信した時刻同期信号に含まれる現時刻Ｔ０に合わせて第二センサ装置１０１ａ２の時計１６を設定し、この時計１６と第一センサ装置１０１ａ１の時計１６とを時刻同期させる。
【００３０】
さらに、ステップＳ５から進むステップＳ６において、第一センサ装置１０１ａ１の制御装置２０は、時刻同期信号の送信時である送信した現時刻Ｔ０から所定の時間ｔ１経過後に、第二センサ装置１０１ａ２の超音波受信器１２（図２参照）に向けられている超音波発信器１１（図２参照）を使用して、超音波を発信する。そして、発信された超音波は、反射等の作用を受けることなく、第二センサ装置１０１ａ２の超音波受信器１２まで直接到達することができるため、減衰することなく第二センサ装置１０１ａ２の超音波受信器１２に受信される。
【００３１】
ステップＳ６から進むステップＳ７において、第二センサ装置１０１ａ２の制御装置２０は、第一センサ装置１０１ａ１からの超音波を受信すると、受信した時点の時刻Ｔ１を第二センサ装置１０１ａ２の時計１６から取得する。さらに、第二センサ装置１０１ａ２の制御装置２０は、超音波の発信時刻を同期時刻を基準として算出する、つまり第一センサ装置１０１ａ１との時刻同期により設定した現時刻Ｔ０からの所定の時間ｔ１経過後の時刻Ｔ０＋ｔ１を超音波の発信時刻として算出する。また、第二センサ装置１０１ａ２の温度センサ１５（図２参照）は、第一センサ装置１０１ａ１から第二センサ装置１０１ａ２に超音波が伝播するボアホール３の内部の温度を測定しており、この温度センサ１５による温度の測定値を第二センサ装置１０１ａ２の制御装置２０は取得する。
【００３２】
そして、第二センサ装置１０１ａ２の制御装置２０は、予め記憶している超音波の伝播速度を取得した温度の測定値で補正して補正伝播速度を算出し、また、同期時刻を基準とする超音波の発信時刻Ｔ０＋ｔ１及び超音波の受信時刻Ｔ１より、第一センサ装置１０１ａ１から第二センサ装置１０１ａ２へ超音波が到達するまでに要した超音波伝播時間を算出する。さらに、第二センサ装置１０１ａ２の制御装置２０は、算出した超音波の補正伝播速度と算出した超音波伝播時間とから、第二センサ装置１０１ａ２と第一センサ装置１０１ａ１との間の距離ｄ１を算出する。これによって、第二センサ装置１０１ａ２と第一センサ装置１０１ａ１との間について、当初の距離ｄに対する距離ｄ１の変化量つまり伸縮変位が算出される。
【００３３】
また、第二センサ装置１０１ａ２の制御装置２０は、上述のようにして取得した各情報及び算出した各数量を第二センサ装置１０１ａ２のデータ収録器１７（図２参照）にデータとして記憶させる。そして、第二センサ装置１０１ａ２の制御装置２０は、ステップＳ８に進む。
ここで、制御装置２０は、伝播時間検出手段及び変位算出手段を構成している。
【００３４】
ステップＳ８では、第二センサ装置１０１ａ２の制御装置２０は、二軸傾斜センサ１４から、Ｘ軸及びＹ軸についての自身の中心軸１０ＣＬの傾斜角度情報を取得する（図２参照）。
さらに、第二センサ装置１０１ａ２の制御装置２０は、取得した第二センサ装置１０１ａ２の傾斜角度情報と、ステップＳ７において算出した距離ｄ１とから、第一センサ装置１０１ａ１に対する第二センサ装置１０１ａ２の相対沈下量を算出する。なお、相対沈下量は、第一センサ装置１０１ａ１より第二センサ装置１０１ａ２が低くなっている（沈下している）場合は正の値をとり、高くなっている（隆起している）場合は負の値をとる。さらに、第二センサ装置１０１ａ２の傾斜角度情報と、距離ｄ１とから算出される相対沈下量は、第二センサ装置１０１ａ２の水平方向の変位を含んで三次元的な変位として算出することもできる。
また、第二センサ装置１０１ａ２の制御装置２０は、上述のようにして取得した情報及び算出した数量のそれぞれを第二センサ装置１０１ａ２のデータ収録器１７に記憶させる。そして、第二センサ装置１０１ａ２の制御装置２０は、ステップＳ９に進む。
【００３５】
ステップＳ９では、第二センサ装置１０１ａ２の制御装置２０は、自身のセンサ装置番号をＮとした第Ｎセンサ装置としてステップＳ２に進む。
ステップＳ２では、センサ装置番号Ｎ（Ｎ＝２）の第二センサ装置１０１ａ２の制御装置２０は、センサ装置番号Ｎ＋１（Ｎ＋１＝３）の第三センサ装置１０１ａ３（図１参照）に対して、変位の測定の実施の指令を無線機１３を介して送信する。このとき、第三センサ装置１０１ａ３の制御装置２０は、第二センサ装置１０１ａ２に対して、上記指令を受信したことを示す信号を送信する。そして、ステップＳ２から進むステップＳ３では、第二センサ装置１０１ａ２の制御装置２０は、ステップＳ４に進む。
【００３６】
第二センサ装置１０１ａ２の制御装置２０は、第三センサ装置１０１ａ３と共に、ステップＳ４〜ステップＳ９の処理を上述と同様にして繰り返す。そして、第三センサ装置１０１ａ３の制御装置２０は、ステップＳ７では、第三センサ装置１０１ａ３と第二センサ装置１０１ａ２との間の距離及び伸縮変位を算出し、ステップＳ８では、第二センサ装置１０１ａ２に対する第三センサ装置１０１ａ３の相対沈下量を算出する。さらに、第三センサ装置１０１ａ３の制御装置２０は、ステップＳ９では、自身のセンサ装置番号をＮとした第Ｎセンサ装置としてステップＳ２に進む。
【００３７】
ステップＳ９から進むステップＳ２では、センサ装置番号Ｎ（Ｎ＝３）の第三センサ装置１０１ａ３の制御装置２０は、センサ装置番号Ｎ＋１（Ｎ＋１＝１）の第四センサ装置１０１ａ４（図１参照）に対して、変位の測定の実施の指令を無線機１３を介して送信する。このとき、第四センサ装置１０１ａ４の制御装置２０は、第三センサ装置１０１ａ３に対して、上記指令を受信したことを示す信号を送信する。そして、ステップＳ２から進むステップＳ３では、第三センサ装置１０１ａ３の制御装置２０は、ステップＳ４に進む。
【００３８】
第三センサ装置１０１ａ３の制御装置２０は、第四センサ装置１０１ａ４と共に、ステップＳ４〜ステップＳ９の処理を上述と同様にして繰り返す。そして、第四センサ装置１０１ａ４の制御装置２０は、ステップＳ７では、第四センサ装置１０１ａ４と第三センサ装置１０１ａ３との間の距離及び伸縮変位を算出し、ステップＳ８では、第三センサ装置１０１ａ３に対する第四センサ装置１０１ａ４の相対沈下量を算出する。さらに、第四センサ装置１０１ａ４の制御装置２０は、ステップＳ９では、自身のセンサ装置番号をＮとした第Ｎセンサ装置としてステップＳ２に進む。
【００３９】
さらに、ステップＳ２では、センサ装置番号Ｎ（Ｎ＝４）の第四センサ装置１０１ａ４の制御装置２０は、変位の測定の実施の指令を無線機１３を介して送信するが、ステップＳ２から進むステップＳ３において、指令を受信したことを示す信号を受信できないため、ステップＳ１０に進む。
そして、ステップＳ１０において、第四センサ装置１０１ａ４の制御装置２０は、自身のセンサ装置番号Ｎ（Ｎ＝４）がＮの最小値Ｎｍｉｎ（最小値Ｎｍｉｎ＝１）であるか否かを判定し、センサ装置番号Ｎが最小値Ｎｍｉｎである場合にステップＳ１４に進み、センサ装置番号Ｎが最小値Ｎｍｉｎでない場合にステップＳ１１に進む。なお、第四センサ装置１０１ａ４ではそのセンサ装置番号Ｎが最小値Ｎｍｉｎでないため、制御装置２０はステップＳ１１に進む。
【００４０】
ステップＳ１０から進むステップＳ１１において、第Ｎ（Ｎ＝４）センサ装置である第四センサ装置１０１ａ４では、制御装置２０は、データ収録器１７に記憶している第四センサ装置１０１ａ４に関するデータを、無線機１３を介して、第Ｎ−１（Ｎ−１＝３）センサ装置である第三センサ装置１０１ａ３に送信する。このとき、二軸傾斜センサ１４によって検出された第四センサ装置１０１ａ４の傾斜角度情報、第四センサ装置１０１ａ４及び第三センサ装置１０１ａ３間の距離情報、第四センサ装置１０１ａ４の相対沈下量情報、第四センサ装置１０１ａ４の温度センサ１５によって測定された温度情報、第四センサ装置１０１ａ４の電池１８の電圧情報等のデータが送信される。
【００４１】
ステップＳ１１から進むステップＳ１２において、第三センサ装置１０１ａ３では、制御装置２０は、無線機１３を介して受信した第四センサ装置１０１ａ４からのデータを、第三センサ装置１０１ａ３のデータ収録器１７に記憶させ、ステップＳ１３に進む。
【００４２】
ステップＳ１３では、第三センサ装置１０１ａ３の制御装置２０は、自身のセンサ装置番号をＮ（Ｎ＝３）とした第Ｎセンサ装置として、ステップＳ１０に進み、第Ｎ−１（Ｎ−１＝２）センサ装置となる第二センサ装置１０１ａ２と共に、ステップＳ１０〜ステップＳ１３の処理を上述と同様にして繰り返す。
このとき、第三センサ装置１０１ａ３の制御装置２０は、ステップＳ１０ではセンサ装置番号Ｎが最小値ＮｍｉｎでないためステップＳ１１に進み、ステップＳ１１では、データ収録器１７に記憶されている第三センサ装置１０１ａ３及び第四センサ装置１０１ａ４に関するデータを第二センサ装置１０１ａ２に送信する。さらに、ステップＳ１２では、第二センサ装置１０１ａ２の制御装置２０が受信したデータをデータ収録器１７に記憶させる。そして、ステップＳ１３では、第二センサ装置１０１ａ２の制御装置２０が自身のセンサ装置番号をＮ（Ｎ＝２）とした第Ｎセンサ装置としてステップＳ１０に進む。
【００４３】
その後、第二センサ装置１０１ａ２の制御装置２０は、第Ｎ−１（Ｎ−１＝１）センサ装置となる第一センサ装置１０１ａ１と共に、ステップＳ１０〜ステップＳ１３の処理を上述と同様にして繰り返す。
このとき、第二センサ装置１０１ａ２の制御装置２０は、ステップＳ１０ではセンサ装置番号Ｎが最小値ＮｍｉｎでないためステップＳ１１に進み、ステップＳ１１では、データ収録器１７に記憶されている第二センサ装置１０１ａ２〜第四センサ装置１０１ａ４に関するデータを第一センサ装置１０１ａ１に送信する。さらに、ステップＳ１２では、第一センサ装置１０１ａ１の制御装置２０が受信したデータをデータ収録器１７に記憶させる。そして、ステップＳ１３では、第一センサ装置１０１ａ１の制御装置２０が自身のセンサ装置番号をＮ（Ｎ＝１）とした第Ｎセンサ装置としてステップＳ１０に進む。さらに、ステップＳ１０において、第一センサ装置１０１ａ１の制御装置２０は、センサ装置番号Ｎが最小値ＮｍｉｎであるためステップＳ１４に進む。
【００４４】
ステップＳ１４において、第一センサ装置１０１ａ１では、制御装置２０は、データ収録器１７に記憶されている第二センサ装置１０１ａ２〜第四センサ装置１０１ａ４に関する受信データと、第一センサ装置１０１ａ１で測定しデータ収録器１７に記憶させていた第一センサ装置１０１ａ１に関するデータを、無線機１３を介して管理装置１００に送信する。
【００４５】
ステップＳ１４から進むステップＳ１５において、管理装置１００は、第一センサ装置１０１ａ１から受信したデータを結合させて演算する。すなわち、管理装置１００は、各センサ装置１０１ａの傾斜角度情報、センサ装置１０１ａ同士の間の距離情報、センサ装置１０１ａ同士の間の相対沈下量情報、各センサ装置１０１ａでの温度情報等から、各センサ装置１０１ａの絶対的な変位量を二次元的又は三次元的に算出する。そして、管理装置１００は、各センサ装置１０１ａの位置を測点として、各測点における地山の変位量を管理装置１００に付属するモニター装置上に表及び図で表示し、また、第一センサ装置１０１ａ１から受信した各センサ装置１０１ａにおける電池１８の電圧値から、電池１８の電気残量をモニター装置に表示することもできる。
【００４６】
上述のステップＳ１〜ステップＳ１５に示すように、地中変位測定装置１０１では、隣り合うセンサ装置１０１ａ同士の間で、超音波及び無線電波の送受信を行うように動作する。このため、センサ装置１０１ａにおいて、超音波及び無線電波の誤受信を防ぐことができ、誤受信に起因する変位の測定結果の誤りを防ぐことが可能となる。
【００４７】
また、上述の説明から、この発明に係る地中変位測定装置１０１は、ボアホール３内に互いに間隔をあけて設置される複数のセンサ装置１０１ａを備える。センサ装置１０１ａは、超音波を発信する超音波発信器１１と、超音波を検知する超音波受信器１２と、制御装置２０とを有している。さらに、センサ装置１０１ａの制御装置２０は、センサ装置１０１ａ及び別のセンサ装置１０１ａの間で超音波発信器１１が超音波を発信してから超音波受信器１２が超音波を検知するまでの伝播時間を検出する伝播時間検出手段として作用し、検出した超音波の伝播時間及び超音波の伝播速度に基づき別のセンサ装置１０１ａに対するセンサ装置１０１ａの変位を算出する変位算出手段として作用する。さらに、センサ装置１０１ａの制御装置２０は、伝播時間を検出する際、別のセンサ装置１０１ａの超音波発信器１１から超音波が発信されてからセンサ装置１０１ａの超音波受信器１２がその超音波を検知するまでの伝播時間を検出する。
【００４８】
このとき、センサ装置１０１ａは、間隔をあけて隣り合う別のセンサ装置１０１ａから発信される超音波を直接検知するまでの超音波の伝播時間及び超音波の伝播速度に基づき別のセンサ装置１０１ａとの距離を算出することによって、別のセンサ装置１０１ａに対する伸縮変位を検出することができる。そして、センサ装置１０１ａを複数設置することによって、センサ装置１０１ａ同士の距離を過度に長くせずに変位測定を行うことができるため、地中変位測定装置１０１は、深度の大きいボアホール３に適用することができる。さらに、センサ装置１０１ａは、ボアホール３の軸方向について両側の端部１０ｂ及び１０ｃに超音波発信器１１又は超音波受信器１２を備えればよい構造であるため、その径を小さいものとすることができ、そして、隣接するセンサ装置１０１ａ同士の間は、超音波が伝播すればよく、これらをつなぐケーブル及びロッドを必要とせず非接触である。よって、センサ装置１０１ａは、ボアホール３の径を小径とすることができる。従って、地中変位測定装置１０１は、小径で深度が大きいボアホール３を使用した地山の変位測定を可能とするため、測定範囲の制限を受けることなく地中の土の変位を測定することを可能にする。
【００４９】
また、地中変位測定装置１０１は、トンネル１の施工のように切羽２がボアホール３の最深部３ｄに向かって進行する場合、切羽２の進行に伴い切羽２近傍のセンサ装置１０１ａが除去された場合でも、ボアホール３内に残存するセンサ装置１０１ａのみによって、地山の変位測定を行うことができる。つまり、地中変位測定装置１０１は、トンネル１の施工の進捗と並行したリアルタイムな地山の変位測定を行うことができる。
【００５０】
また、地中変位測定装置１０１において、センサ装置１０１ａは、別のセンサ装置１０１ａとの間で情報を送信及び受信可能な無線機１３を有している。このとき、無線機１３によってセンサ装置１０１ａ同士の間、並びに、センサ装置１０１ａとボアホール３外部との間での情報の送受信が可能になる。よって、各センサ装置１０１ａに関する情報を外部に取り出すことができるため、トンネル１の掘削作業と並行したリアルタイムな地山の変位測定が容易になる。
【００５１】
また、地中変位測定装置１０１において、センサ装置１０１ａは、時計１６を有し、センサ装置１０１ａは、無線機１３を介して時計１６の時刻と別のセンサ装置１０１ａにおける時計１６の時刻とを時刻同期させて、超音波発信器１１から超音波を発信させる。このとき、隣り合うセンサ装置１０１ａ同士で時刻同期させた後、所定の時間経過後に超音波を発信させることによって、隣り合うセンサ装置１０１ａ同士間における超音波の伝播時間を正確に測定することができ、それにより、隣り合うセンサ装置１０１ａ同士間の距離を正確に算出することが可能になる。つまり、センサ装置１０１ａの変位の算出精度が向上する。
【００５２】
また、地中変位測定装置１０１において、センサ装置１０１ａは、センサ装置１０１ａの傾斜量を検出する二軸傾斜センサ１４を有し、センサ装置１０１ａの制御装置２０は、検出された超音波の伝播時間及び超音波の伝播速度から算出するセンサ装置１０１ａ及び別のセンサ装置１０１ａの間の距離と、二軸傾斜センサ１４によって検出されたセンサ装置１０１ａの傾斜量とに基づき別のセンサ装置１０１ａに対するセンサ装置１０１ａの変位を算出する。センサ装置１０１ａ同士の間における超音波の伝播時間及び超音波の伝播速度から算出されるセンサ装置１０１ａ同士の間の距離とセンサ装置１０１ａの傾斜量とから、別のセンサ装置１０１ａに対するセンサ装置１０１ａの沈下量を算出することができる。よって、別のセンサ装置１０１ａに対するセンサ装置１０１ａの二次元的又は三次元的な変位を算出することが可能になる。
【００５３】
また、地中変位測定装置１０１は、ボアホール３の外部に設けられ、且つセンサ装置１０１ａから無線機１３を介して情報を受け取り、センサ装置１０１ａそれぞれに関する情報を結合する管理装置１００を備える。ボアホール３の外部の管理装置１００が各センサ装置１０１ａに関する情報を結合することによって、センサ装置１０１ａに情報を演算するための装置が不要となるため、センサ装置１０１ａの小型化及びコストの低減を図ることができる。
【００５４】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係る地中変位測定装置は、実施の形態１の地中変位測定装置１０１において、管理装置１００から無線を介して発信される指令によって、第一センサ装置１０１ａ１〜第四センサ装置１０１ａ４がそれぞれ各測定値を計測し、計測値及び計測値から算出した算出値を管理装置１００に常に送信していたものを、第一センサ装置１０１ａ１〜第四センサ装置１０１ａ４が自立的に、各測定値の計測及び算出値の算出を周期的に実施するようにしたものである。
なお、以下の実施の形態において、前出した図における参照符号と同一の符号は、同一または同様な構成要素であるので、その詳細な説明は省略する。
【００５５】
また、この発明の実施の形態２に係る地中変位測定装置の構成は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。このため、実施の形態２に係る地中変位測定装置の動作について、以下に説明する。
実施の形態２に係る地中変位測定装置では、実施の形態１の地中変位測定装置１０１と同様にしてボアホール３に設置された第一センサ装置１０１ａ１〜第四センサ装置１０１ａ４は、図４に示すフローチャートに従って動作し、地山の変位の測定を実施する。
【００５６】
図１、２及び４をあわせて参照すると、ボアホール３に設置されたセンサ装置１０１ａのうちトンネル１の切羽２に最も近い、つまりセンサ装置番号Ｎが最も小さい第一（Ｎ＝１）センサ装置１０１ａ１が、自身が備える時計１６の測定する時刻に基づき、所定の周期時間毎に地山の変位測定を開始する。すなわち、第一センサ装置１０１ａ１の制御装置２０は、ステップＳ２０１において、所定の周期時間毎に、隣の第二センサ装置１０１ａ２に対して、変位の測定の実施の指令を無線機１３を介して送信する。このとき、第二センサ装置１０１ａ２の制御装置２０は、第一センサ装置１０１ａ１に対して、上記指令を受信したことを示す信号を自身の無線機１３を介して送信する。
なお、以下のステップＳ２０２〜ステップＳ２０９については、センサ装置番号Ｎを１とする第一センサ装置１０１ａ１とセンサ装置番号Ｎ＋１を２とする第二センサ装置１０１ａ２との動作に関して説明する。
【００５７】
ステップＳ２０１から進むステップＳ２０２において、センサ装置番号Ｎ（Ｎ＝１）の第一センサ装置１０１ａ１の制御装置２０は、センサ装置番号Ｎ＋１（Ｎ＋１＝２）の第二センサ装置１０１ａ２からの信号を受信した場合、ステップＳ２０３に進み、受信できない場合、ステップＳ２１０に進む。なお、第一センサ装置１０１ａ１の制御装置２０は、第二センサ装置１０１ａ２からの信号を受信できるため、ステップＳ２０３に進む。
【００５８】
ステップＳ２０３では、実施の形態１のステップＳ４と同様にして、第一センサ装置１０１ａ１の制御装置２０は、第二センサ装置１０１ａ２に対して、互いの時計１６を時刻同期させるために、第一センサ装置１０１ａ１の時計１６が示す現時刻の情報を含む時刻同期信号を無線機１３を介して送信する。
ステップＳ２０３から進むステップＳ２０４において、実施の形態１のステップＳ５と同様にして、第二センサ装置１０１ａ２の制御装置２０は、受信した時刻同期信号に基づき、自身の時計１６と第一センサ装置１０１ａ１の時計１６とを時刻同期させる。
【００５９】
ステップＳ２０４から進むステップＳ２０５において、実施の形態１のステップＳ６と同様にして、第一センサ装置１０１ａ１の制御装置２０は、時刻同期信号を送信した時刻から所定の時間経過後に、第二センサ装置１０１ａ２の超音波受信器１２に対して、超音波発信器１１から超音波を発信する。
【００６０】
ステップＳ２０５から進むステップＳ２０６において、実施の形態１のステップＳ７と同様にして、第二センサ装置１０１ａ２の制御装置２０は、第一センサ装置１０１ａ１からの超音波を受信した時刻と、同期時刻を基準とした超音波の発信時刻と、温度センサ１５による温度で補正した超音波の補正伝播速度とから、第二センサ装置１０１ａ２と第一センサ装置１０１ａ１との間の距離及び伸縮変位を算出する。さらに、第二センサ装置１０１ａ２の制御装置２０は、取得した各情報及び算出した各数量を自身のデータ収録器１７に記憶させ、ステップＳ２０７に進む。
【００６１】
ステップＳ２０７では、実施の形態１のステップＳ８と同様にして、第二センサ装置１０１ａ２の制御装置２０は、二軸傾斜センサ１４から取得するＸ軸及びＹ軸についての自身の傾斜角度情報と、ステップＳ２０６において算出した距離とから、第一センサ装置１０１ａ１に対する第二センサ装置１０１ａ２の相対沈下量を算出して、自身のデータ収録器１７に記憶させ、ステップＳ２０８に進む。
【００６２】
ステップＳ２０８では、第二センサ装置１０１ａ２の制御装置２０は、自身のセンサ装置番号をＮ（Ｎ＝２）とした第Ｎセンサ装置としてステップＳ２０９に進み、ステップＳ２０９では、第二センサ装置１０１ａ２の制御装置２０は、隣のセンサ装置番号がＮ＋１（Ｎ＋１＝３）である第三センサ装置１０１ａ３に対して、変位の測定の実施の指令を無線機１３を介して送信する。このとき、第三センサ装置１０１ａ３の制御装置２０は、第二センサ装置１０１ａ２に対して、上記指令を受信したことを示す信号を自身の無線機１３を介して送信する。
【００６３】
ステップＳ２０９から進むステップＳ２０２において、第二センサ装置１０１ａ２の制御装置２０は、第三センサ装置１０１ａ３からの信号を受信してステップＳ２０３に進み、さらに、ステップＳ２０３〜ステップＳ２０８の処理を、第三センサ装置１０１ａ３と共に、上述と同様にして繰り返す。そして、ステップＳ２０９において、センサ装置番号Ｎ（Ｎ＝３）の第三センサ装置１０１ａ３の制御装置２０は、隣のセンサ装置番号がＮ＋１（Ｎ＋１＝４）である第四センサ装置１０１ａ４に対して、変位の測定の実施の指令を送信し、さらに、ステップＳ２０２において、第四センサ装置１０１ａ４からの信号を受信してステップＳ２０３に進み、ステップＳ２０３〜ステップＳ２０８の処理を、第四センサ装置１０１ａ４と共に、上述と同様にして繰り返す。さらにまた、ステップＳ２０９において、センサ装置番号Ｎ（Ｎ＝４）の第四センサ装置１０１ａ４の制御装置２０は、変位の測定の実施の指令を送信するが、ステップＳ２０２において、指令を受信したことを示す信号を受信できないため、ステップＳ２１０に進む。
【００６４】
ステップＳ２１０において、第四センサ装置１０１ａ４の制御装置２０は、センサ装置番号Ｎ（Ｎ＝４）がＮの最小値Ｎｍｉｎ（最小値Ｎｍｉｎ＝１）でないことを判定し、ステップＳ２１１に進む。
ステップＳ２１１において、実施の形態１のステップＳ１１と同様にして、第四センサ装置１０１ａ４の制御装置２０は、データ収録器１７に記憶している第四センサ装置１０１ａ４に関するデータを、無線機１３を介して第Ｎ−１（Ｎ−１＝３）センサ装置である第三センサ装置１０１ａ３に送信する。
ステップＳ２１１から進むステップＳ２１２において、実施の形態１のステップＳ１２と同様にして、第三センサ装置１０１ａ３の制御装置２０は、受信した第四センサ装置１０１ａ４からのデータを、自身のデータ収録器１７に記憶させ、ステップＳ２１３に進む。
【００６５】
ステップＳ２１３において、実施の形態１のステップＳ１３と同様にして、第三センサ装置１０１ａ３の制御装置２０は、自身を第Ｎ（Ｎ＝３）センサ装置として、ステップＳ２１０に進み、第Ｎ−１（Ｎ−１＝２）センサ装置となる第二センサ装置１０１ａ２と共に、ステップＳ２１０〜ステップＳ２１３の処理を上述と同様にして繰り返す。このとき、ステップＳ２１１では、第三センサ装置１０１ａ３の制御装置２０は、第三センサ装置１０１ａ３及び第四センサ装置１０１ａ４に関するデータを第二センサ装置１０１ａ２に送信し、ステップＳ２１２では、第二センサ装置１０１ａ２の制御装置２０が受信したデータを自身のデータ収録器１７に記憶させる。
【００６６】
さらに、ステップＳ２１３において、第二センサ装置１０１ａ２の制御装置２０は、自身を第Ｎ（Ｎ＝２）センサ装置として、ステップＳ２１０に進み、第Ｎ−１（Ｎ−１＝１）センサ装置となる第一センサ装置１０１ａ１と共に、ステップＳ２１０〜ステップＳ２１３の処理を上述と同様にして繰り返す。このとき、ステップＳ２１１では、第二センサ装置１０１ａ２の制御装置２０は、第二センサ装置１０１ａ２〜第四センサ装置１０１ａ４に関するデータを第一センサ装置１０１ａ１に送信し、ステップＳ２１２では、第一センサ装置１０１ａ１の制御装置２０が受信したデータを自身のデータ収録器１７に記憶させる。
【００６７】
さらにまた、ステップＳ２１３において、第一センサ装置１０１ａ１の制御装置２０は、自身を第Ｎ（Ｎ＝１）センサ装置として、ステップＳ２１０に進み、ステップＳ２１０では、自身のセンサ装置番号Ｎが最小値Ｎｍｉｎであると判定し、ステップＳ２１４に進む。
そして、ステップＳ２１４において、第一センサ装置１０１ａ１の制御装置２０は、管理装置１００からデータ送信の要求がなされているか否かを判定し、データ送信の要求がなされている場合、ステップＳ２１５に進み、データ送信の要求がなされていない場合、第一センサ装置１０１ａ１〜第四センサ装置１０１ａ４に関する情報をそのデータ収録器１７に記憶させた状態で、地山の変位測定に関する一連の処理を一旦終了する。そして、所定の周期時間経過後、第一センサ装置１０１ａ１の制御装置２０は、ステップＳ２０１の処理を再び開始する。
【００６８】
また、ステップＳ２１４から進むステップＳ２１５では、第一センサ装置１０１ａ１の制御装置２０は、そのデータ収録器１７に記憶させた第一センサ装置１０１ａ１〜第四センサ装置１０１ａ４に関する情報を、無線機１３を介して管理装置１００に送信し、地山の変位測定に関する一連の処理を一旦終了する。
なお、第一センサ装置１０１ａ１〜第四センサ装置１０１ａ４に記憶されたデータは、トンネルの掘削の進捗に伴ってボアホール３から順次撤去されたセンサ装置から取得してもよい。
また、この発明の実施の形態２に係る地中変位測定装置のその他の動作は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
【００６９】
上述で説明するように、実施の形態２における地中変位測定装置によれば、上記実施の形態１の地中変位測定装置１０１と同様な効果が得られる。
また、実施の形態２における地中変位測定装置によれば、管理装置１００を第一センサ装置１０１ａ１と無線通信可能な領域に配置する必要がない、つまり管理装置１００をトンネル１内の掘削現場に常時設置しておく必要がなく、地山の変位測定に関する情報が必要な場合に、第一センサ装置１０１ａ１と無線通信可能な位置に管理装置１００を運ぶ、又は、管理装置１００と無線通信可能な位置に第一センサ装置１０１ａ１を運べばよい。そして、第一センサ装置１０１ａ１〜第四センサ装置１０１ａ４がそれぞれ、自身より最深部３ｄ側のボアホール３の変位に関する情報の収集及び管理を自立的に行うことができる。
【００７０】
実施の形態３．
この発明の実施の形態３に係る地中変位測定装置３０１は、実施の形態１の地中変位測定装置１０１において、各センサ装置１０１ａ間の距離を測定するために超音波を使用していたものを、光波を使用するようにしたものである。
【００７１】
図５を参照すると、地中変位測定装置３０１のセンサ装置３０１ａは、実施の形態１の地中変位測定装置１０１のセンサ装置１０１ａと同様にして、筐体１０の内部に、無線機１３、二軸傾斜センサ１４、時計１６、データ収録器１７、電池１８及び制御装置２０を有しており、超音波発信器１１、超音波受信器１２及び温度センサ１５を有していない。
さらに、センサ装置３０１ａは、筐体１０の内部における端部１０ｂ側にレーザー光等の光波を発信し且つ光波を検知する光学式距離計３１１を有し、光学式距離計３１１における光波を発信及び検知するため光波受発信部３１１ａを端部１０ｂから外部に突出させている。
また、センサ装置３０１ａは、筐体１０の端部１０ｃの外側に光波を反射するミラーからなる光波反射部３１２を有している。光波反射部３１２は、ボアホール３の最深部３ｄ側の表面３１２ａで光波を反射することができる。
【００７２】
そして、センサ装置３０１ａの光学式距離計３１１は、光波受発信部３１１ａから発信された光波が隣のセンサ装置３０１ａの光波反射部３１２で反射して戻り、反射した光波が光波受発信部３１１ａで再び検知されるまでの伝播時間と、光波の伝播速度とから、センサ装置３０１ａと隣のセンサ装置３０１ａとの間の距離を算出する。このため、センサ装置３０１ａは、実施の形態１のセンサ装置１０１ａのように隣のセンサ装置３０１ａとの間で時計の時刻同期を行うことなく、距離の算出を行うことができる。つまり、光学式距離計３１１は、進行波発信手段、進行波受信手段、及び伝播時間検出手段を構成している。そして、制御装置２０は、光学式距離計３１１によって算出されたセンサ装置３０１ａ及び隣のセンサ装置１０１ａの間の距離と、二軸傾斜センサ１４によって検出されたセンサ装置１０１ａの傾斜角度情報とから、センサ装置１０１ａの変位を算出する。
【００７３】
また、この発明の実施の形態３に係る地中変位測定装置３０１のその他の構成及び動作は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
上述で説明するように、実施の形態３における地中変位測定装置３０１によれば、上記実施の形態１の地中変位測定装置１０１と同様な効果が得られる。
【００７４】
また、実施の形態１〜３において、地中変位測定装置は、各センサ装置１０１ａ，３０１ａ同士の間における距離の伸縮量及び沈下量から、各センサ装置１０１ａ，３０１ａの変位を算出していたが、これに限定されるものでない。地中変位測定装置は、各センサ装置１０１ａ，３０１ａ同士の間における距離の伸縮量又は沈下量のいずれかを、センサ装置１０１ａ，３０１ａの変位とするものであってもよい。
また、実施の形態１〜３において、各センサ装置１０１ａ，３０１ａが自身の変位を算出していたが、これに限定されるものでなく、測定データをすべて管理装置１００に送信し、管理装置１００が、各センサ装置１０１ａ，３０１ａにおける変位を算出するようにしてもよい。
【００７５】
また、実施の形態１〜３において、センサ装置１０１ａ，３０１ａの傾斜を検出するために二軸傾斜センサ１４を使用していたが、これに限定されるものでない。傾斜を検出するセンサは、一つの軸に対する傾斜角を検出する一軸傾斜センサ又は３つの軸に対する傾斜角を検出する三軸傾斜センサであってもよい。
また、実施の形態１〜３において、各センサ装置１０１ａ，３０１ａには、筐体１０の端部１０ｂにのみ無線機１３のアンテナ１３ａを設けていたが、これに限定されるものでなく、端部１０ｂに対向する端部１０ｃにもアンテナを設けてもよい。これによって、各センサ装置１０１ａ同士の無線通信の感度を向上させることが可能になる。
【００７６】
また、実施の形態１〜３において、各センサ装置１０１ａ，３０１ａ同士は、無線通信を介してデータの送受信を行っていたが、これに限定されるものでなく、各制御装置２０同士を接続する有線による通信を介して、データの送受信を行ってもよい。なお、データの送受信を有線通信とすることによって、妨害電波等の周辺環境の変化にかかわらず安定したデータの送受信が可能となると共に、センサ装置１０１ａ，３０１ａのコストを低く抑えることが可能になる。なお、管理装置１００とセンサ装置１０１ａ，３０１ａとの間の通信も無線通信に限定されるものでなく、有線通信であってもよい。
また、実施の形態１及び２において、第一センサ装置１０１ａ１〜第四センサ装置１０１ａ４はそれぞれ、それ自身に関するデータと、自身よりセンサ装置番号Ｎが大きいボアホール３の最深部３ｄ側のセンサ装置に関するデータとを記憶していたが、これに限定されるものでなく、全てのセンサ装置に関するデータを常に記憶するようにしてもよい。これにより、センサ装置が故障した場合でも記憶データの消失を防ぐことができる。また、上記構成は、実施形態３のセンサ装置３０１ａでも同様である。
【００７７】
また、実施の形態１〜３において、地中変位測定装置は、トンネル１の切羽２前方の地山変位の測定に使用されていたが、これに限定されるものでない。地中変位測定装置は、地下空間や地盤の掘削箇所の地山、斜面を切土した地山、又は盛土における地中の土の変位の測定に使用されてもよい。また、地中変位測定装置は、水平なボアホール３に設置されていたがこれに限定されるものでなく、鉛直又は斜め方向のボアホールに設置されてもよい。
【符号の説明】
【００７８】
３ ボアホール、１１ 超音波発信器（進行波発信手段）、１２ 超音波受信器（進行波受信手段）、１３ 無線機（通信手段）、１４ 二軸傾斜センサ（傾斜量検出手段）、１６ 時計、２０ 制御装置（伝播時間検出手段、変位算出手段）、１０１，３０１ 地中変位測定装置、１０１ａ，３０１ａ センサ装置、３１１ 光学式距離計（進行波発信手段、進行波受信手段、伝播時間検出手段）、３１２ 光波反射部(反射部）。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、地中の土の変位を測定する地中変位測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
トンネルや地下空間の掘削、地盤の掘削、又は、斜面の形成のための切土若しくは盛土等を行う際、掘削した地山又は盛土の崩壊を防ぐために、地山又は盛土の変位が測定・監視される。
例えば、特許文献１には、トンネルの掘削方向である切羽前方の地山の変位を測定するための測定装置が記載されている。
【０００３】
特許文献１の測定装置は、変位記録計と変位ロッドとから構成され、切羽前方に削孔された測定用のボアホール内に挿入される。
変位記録計は、これに接続される変位ロッドの変位を検出し、検出した変位データを記録するもので、ボアホールの最深部に設置・固定される。変位ロッドは、その一端である前端が変位記録計に固定され、他端である後端が測定点アンカーによって変位記録計より切羽側の所定の測定点でボアホール内に固定される。また、測定点が複数ある場合、各測定点に対して変位ロッドがそれぞれ設けられ、各変位ロッドの後端は対応する測定点においてボアホールに固定される。
【０００４】
そして、切羽前方の地山が変位したとき変位ロッドが伸縮するため、変位記録計は、各ロッドの測定点と変位記録計との間の距離の変動を測定することによって、各測定点での地山の変位量を検出し記録する。さらに、変位記録計が検出し記録した地山の変位量は、変位記録計から切羽側に引き出された信号ケーブルをモニター等に接続することによって確認することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３１６１１７号公報
【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、特許文献１の測定装置では、ボアホールが深くなり測定点と変位記録計との距離が長くなるつまり変位ロッドが長くなると、自重により変位ロッドに撓みが生じるため、地山の変位量が変位ロッドの伸縮量として正確に反映されず、正確な変位量を検出することができないことがある。また、ボアホールが深くなり測定点が多くなると変位ロッドの数量が増加するため、測定装置が大型化してボアホール径も大きくなり、それによって、ボアホールの削孔コストが上昇し、さらに、ボアホールの崩壊の危険性も高まる。このため、特許文献１の測定装置では、深度が大きいボアホールでの地山の変位測定には適しておらず、地山の変位の測定範囲が制限されるという問題がある。
【０００７】
この発明はこのような問題点を解決するためになされたものであり、測定範囲の制限を受けることなく地中の土の変位を測定することを可能にする地中変位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】
【０００８】
上記の課題を解決するために、この発明に係る地中変位測定装置は、ボアホール内に互いに間隔をあけて設置される複数のセンサ装置を備え、センサ装置が、進行波を発信する進行波発信手段と、進行波を検知する進行波受信手段と、センサ装置及び別のセンサ装置の間で進行波を発信してから進行波を検知するまでの伝播時間を検出する伝播時間検出手段と、伝播時間検出手段によって検出された伝播時間及び進行波の伝播速度に基づき別のセンサ装置に対するセンサ装置の変位を算出する変位算出手段とを有する。
【０００９】
センサ装置は、センサ装置の傾斜量を検出する傾斜量検出手段を有し、センサ装置の変位算出手段は、伝播時間検出手段によって検出された伝播時間及び進行波の伝播速度から算出するセンサ装置及び別のセンサ装置の間の距離と、傾斜量検出手段によって検出されたセンサ装置の傾斜量とに基づき別のセンサ装置に対するセンサ装置の変位を算出してもよい。
【００１０】
進行波は、超音波であり、センサ装置の伝播時間検出手段は、別のセンサ装置の進行波発信手段から超音波が発信されてからセンサ装置の進行波受信手段が上記超音波を検知するまでの伝播時間を検出してもよい。
さらに、センサ装置は、時計と、別のセンサ装置との間で情報を送信及び受信可能な通信手段とを有し、センサ装置は、通信手段を介して時計の時刻と別のセンサ装置における時計の時刻とを時刻同期させて、進行波発信手段から超音波を発信させてもよい。
一方、進行波は、光波であり、センサ装置は、光波を反射可能な反射部を有し、センサ装置の伝播時間検出手段は、センサ装置の進行波発信手段から光波が発信されてから、発信された光波が別のセンサ装置の反射部に反射した後、センサ装置の進行波受信手段が上記光波を検知するまでの伝播時間を検出してもよい。
【発明の効果】
【００１１】
この発明に係る地中変位測定装置によれば、測定範囲の制限を受けることなく地中の土の変位を測定することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の実施の形態１に係る地中変位測定装置のボアホール内での全体配置図である。
【図２】図１のセンサ装置の構成を示す模式断面図である。
【図３】実施の形態１に係る地中変位測定装置が地中の土の変位を測定する流れを示すフロー図である。
【図４】この発明の実施の形態２に係る地中変位測定装置が地中の土の変位を測定する流れを示すフロー図である。
【図５】この発明の実施の形態３に係る地中変位測定装置におけるセンサ装置の構成を示す模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、この発明の実施の形態について添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
まず、図１及び２を用いて、この発明の実施の形態１に係る地中変位測定装置１０１の構成を説明する。なお、以下の実施の形態では、トンネルの切羽の前方すなわち掘削方向の地山の変位を測定するために、地中変位測定装置を使用した場合の例について説明する。
【００１４】
図１を参照すると、トンネル１の切羽２からその前方の地山には、トンネルの掘削方向に向かって直線状の細長いボアホール３が水平且つ平行に複数削孔される。さらに、各ボアホール３の内部には、地中変位測定装置１０１の複数のセンサ装置１０１ａが順次挿入されてボアホール３の長手方向に一定の間隔ｄをあけて一列に配置される。
そして、本実施の形態１では、センサ装置１０１ａは、１つのボアホール３に対して、ボアホール３の最深部３ｄから４つ設置されるものとする。そして、ボアホール３の複数のセンサ装置１０１ａのうち、最深部３ｄに設置されたものをセンサ装置番号を４とする第四センサ装置１０１ａ４と呼ぶ。さらに、第四センサ装置１０１ａ４から切羽２に向かって順次設置されているセンサ装置１０１ａをそれぞれ、センサ装置番号を３とする第三センサ装置１０１ａ３、センサ装置番号を２とする第二センサ装置１０１ａ２、及びセンサ装置番号を１とする第一センサ装置１０１ａ１と呼ぶ。
【００１５】
また、図２を参照すると、ボアホール３に設置されているセンサ装置１０１ａの詳細な構成が示されている。
センサ装置１０１ａは、筒状の側部１０ａと側部１０ａの両端を閉じている端部１０ｂ及び１０ｃとによって形成される筐体１０を有している。
そして、センサ装置１０１ａは、筐体１０の端部１０ｂを切羽２側とし、端部１０ｃを最深部３ｄ側として、ボアホール３に挿入されている。
【００１６】
センサ装置１０１ａは、筐体１０の内部における端部１０ｃ側に進行波である超音波を発生する超音波発信器１１を有し、超音波発信器１１における超音波を発信するための超音波発信部１１ａを端部１０ｃから外部に突出させている。そして、超音波発信器１１は、筐体１０の内部に設けられた制御装置２０と電気的に接続され、制御装置２０の制御によって超音波を発生する。
【００１７】
また、センサ装置１０１ａは、筐体１０の内部における端部１０ｂ側に超音波を検知して受信する超音波受信器１２を有し、超音波受信器１２における超音波を検知・受信するための超音波受信部１２ａを端部１０ｂから外部に突出させている。そして、超音波受信器１２は、制御装置２０と電気的に接続され、超音波の受信の有無を示す信号を制御装置２０に送る。
ここで、超音波発信器１１は進行波発信手段を構成し、超音波受信器１２は進行波受信手段を構成している。
【００１８】
また、センサ装置１０１ａは、筐体１０の内部に通信手段である無線機１３を有し、無線機１３における電波を送受信するためのアンテナ１３ａを筐体１０の端部１０ｂから外部に突出させている。そして、無線機１３は、制御装置２０と電気的に接続され、制御装置２０の制御によって情報を送信し、また受信した情報を制御装置２０に送る。
【００１９】
また、センサ装置１０１ａは、筐体１０の内部に二軸傾斜センサ１４を有している。二軸傾斜センサ１４は、端部１０ｂから端部１０ｃに向かう水平方向の軸（Ｘ軸とする）と、紙面上で手前方向から奥行き方向に向かうＸ軸に垂直な水平方向の軸（Ｙ軸とする）とに対して、筐体１０の側部１０ａの中心軸１０ＣＬの傾斜角を検出するものである。二軸傾斜センサ１４は、制御装置２０と電気的に接続され、検出した傾斜角度情報を制御装置２０に送る。
ここで、二軸傾斜センサ１４は、傾斜量検出手段を構成している。
【００２０】
また、センサ装置１０１ａは、筐体１０の内部に、筐体１０の外部の温度を測定するための温度センサ１５、時刻を測定するための時計１６、及び各種情報を記憶するためのデータ収録器１７を有し、温度センサ１５、時計１６及びデータ収録器１７はいずれも制御装置２０と電気的に接続されている。そして、温度センサ１５は測定した温度情報を制御装置２０に送り、時計１６は時刻情報を制御装置２０に送る。また、制御装置２０は、取得した情報をデータ収録器１７に送信してデータとして記憶させると共に、データ収録器１７に記憶されているデータを取り出すことができる。
【００２１】
また、センサ装置１０１ａは、筐体１０の内部に制御装置２０に電力を供給するための電源として電池１８を有している。そして、制御装置２０は、電池１８から供給される電力を、超音波発信器１１、超音波受信器１２、無線機１３、二軸傾斜センサ１４、温度センサ１５、時計１６及びデータ収録器１７に対してこれらを動作させるために供給する。さらに、センサ装置１０１ａの制御装置２０は、電池１８の電圧を測定しており、測定した電圧値をデータ収録器１７に記憶させる。
【００２２】
図１に戻り、センサ装置１０１ａは、トンネル１の内部又は外部において地中変位測定装置１０１と離れて設置されたワークステーション等の管理装置１００と、付属の無線機１３（図２参照）を介して無線通信することができる。そして、地山の変位の監視を担当する監視者は、管理装置１００を使用することによって、センサ装置１０１ａの制御装置２０（図２参照）を制御し、センサ装置１０１ａを動作させることができる。
【００２３】
次に、図１〜３を用いて、この発明の実施の形態１に係る地中変位測定装置１０１の動作を説明する。
図１を参照すると、地山の変位の監視を担当する監視者は、管理装置１００を操作して、地中変位測定装置１０１の各センサ装置１０１ａを起動させる。
【００２４】
このとき、管理装置１００からは、センサ装置１０１ａのうちの第一センサ装置１０１ａ１に対して起動指令が無線を介して送信され、第一センサ装置１０１ａ１が無線機１３（図２参照）を介して起動指令を受信して起動する。次に、第一センサ装置１０１ａ１は、無線機１３を介して第二センサ装置１０１ａ２に起動指令を送信して起動させ、さらに、起動した第二センサ装置１０１ａ２が第三センサ装置１０１ａ３を、そして、第三センサ装置１０１ａ３が第四センサ装置１０１ａ４を順次起動させる。
【００２５】
さらに、監視者は、変位測定を実施するために管理装置１００を操作して、第一センサ装置１０１ａ１に対して地山の変位の測定を実施させる指令を、無線を介して送信する。この指令は、変位測定を実施する度に送信されて変位測定を一回実施させる内容のものであってもよく、一回の送信で所定の時間毎に変位測定を実施させる内容のもの、又は、一回の送信で連続的に変位測定を実施させる内容のものであってもよい。
【００２６】
そして、地山の変位の測定を実施する際、第一センサ装置１０１ａ１〜第四センサ装置１０１ａ４は、図３に示すフローチャートに従って動作する。
図３を参照すると、ステップＳ１では、管理装置１００（図１参照）から地山の変位の測定を実施する指令が送信され、第一センサ装置１０１ａ１（図１参照）の制御装置２０（図２参照）は、無線機１３（図２参照）を介して指令を受信する。
なお、以下のステップＳ２〜ステップＳ９については、センサ装置番号Ｎを初期値の１とする第一センサ装置１０１ａ１とセンサ装置番号Ｎ＋１を２とする第二センサ装置１０１ａ２との動作に関して説明する。
【００２７】
ステップＳ１から進むステップＳ２において、センサ装置番号Ｎ（Ｎ＝１）の第一センサ装置１０１ａ１の制御装置２０は、センサ装置番号Ｎ＋１（Ｎ＋１＝２）の第二センサ装置１０１ａ２（図１参照）に対して、変位の測定の実施の指令を無線機１３を介して送信する。このとき、第二センサ装置１０１ａ２の制御装置２０は、第一センサ装置１０１ａ１に対して、上記指令を受信したことを示す信号を第二センサ装置１０１ａ２の無線機１３を介して送信する。
ステップＳ２から進むステップＳ３において、第一センサ装置１０１ａ１の制御装置２０は、第二センサ装置１０１ａ２からの信号を受信した場合、ステップＳ４に進み、受信できない場合、ステップＳ１０に進む。なお、第一センサ装置１０１ａ１では、制御装置２０は、第二センサ装置１０１ａ２からの信号を受信できるため、ステップＳ４に進む。
【００２８】
ステップＳ４において、第一センサ装置１０１ａ１の制御装置２０は、第二センサ装置１０１ａ２に対して、変位の測定を実施するにあたり互いの時計１６（図２参照）の時刻を合わせるために、つまり時刻同期させるために、第一センサ装置１０１ａ１の時計１６が示す現時刻Ｔ０の情報を含む時刻同期信号を、無線機１３を介して送信する。
【００２９】
次に、ステップＳ４から進むステップＳ５において、第二センサ装置１０１ａ２の制御装置２０は、無線機１３を介して受信した時刻同期信号に含まれる現時刻Ｔ０に合わせて第二センサ装置１０１ａ２の時計１６を設定し、この時計１６と第一センサ装置１０１ａ１の時計１６とを時刻同期させる。
【００３０】
さらに、ステップＳ５から進むステップＳ６において、第一センサ装置１０１ａ１の制御装置２０は、時刻同期信号の送信時である送信した現時刻Ｔ０から所定の時間ｔ１経過後に、第二センサ装置１０１ａ２の超音波受信器１２（図２参照）に向けられている超音波発信器１１（図２参照）を使用して、超音波を発信する。そして、発信された超音波は、反射等の作用を受けることなく、第二センサ装置１０１ａ２の超音波受信器１２まで直接到達することができるため、減衰することなく第二センサ装置１０１ａ２の超音波受信器１２に受信される。
【００３１】
ステップＳ６から進むステップＳ７において、第二センサ装置１０１ａ２の制御装置２０は、第一センサ装置１０１ａ１からの超音波を受信すると、受信した時点の時刻Ｔ１を第二センサ装置１０１ａ２の時計１６から取得する。さらに、第二センサ装置１０１ａ２の制御装置２０は、超音波の発信時刻を同期時刻を基準として算出する、つまり第一センサ装置１０１ａ１との時刻同期により設定した現時刻Ｔ０からの所定の時間ｔ１経過後の時刻Ｔ０＋ｔ１を超音波の発信時刻として算出する。また、第二センサ装置１０１ａ２の温度センサ１５（図２参照）は、第一センサ装置１０１ａ１から第二センサ装置１０１ａ２に超音波が伝播するボアホール３の内部の温度を測定しており、この温度センサ１５による温度の測定値を第二センサ装置１０１ａ２の制御装置２０は取得する。
【００３２】
そして、第二センサ装置１０１ａ２の制御装置２０は、予め記憶している超音波の伝播速度を取得した温度の測定値で補正して補正伝播速度を算出し、また、同期時刻を基準とする超音波の発信時刻Ｔ０＋ｔ１及び超音波の受信時刻Ｔ１より、第一センサ装置１０１ａ１から第二センサ装置１０１ａ２へ超音波が到達するまでに要した超音波伝播時間を算出する。さらに、第二センサ装置１０１ａ２の制御装置２０は、算出した超音波の補正伝播速度と算出した超音波伝播時間とから、第二センサ装置１０１ａ２と第一センサ装置１０１ａ１との間の距離ｄ１を算出する。これによって、第二センサ装置１０１ａ２と第一センサ装置１０１ａ１との間について、当初の距離ｄに対する距離ｄ１の変化量つまり伸縮変位が算出される。
【００３３】
また、第二センサ装置１０１ａ２の制御装置２０は、上述のようにして取得した各情報及び算出した各数量を第二センサ装置１０１ａ２のデータ収録器１７（図２参照）にデータとして記憶させる。そして、第二センサ装置１０１ａ２の制御装置２０は、ステップＳ８に進む。
ここで、制御装置２０は、伝播時間検出手段及び変位算出手段を構成している。
【００３４】
ステップＳ８では、第二センサ装置１０１ａ２の制御装置２０は、二軸傾斜センサ１４から、Ｘ軸及びＹ軸についての自身の中心軸１０ＣＬの傾斜角度情報を取得する（図２参照）。
さらに、第二センサ装置１０１ａ２の制御装置２０は、取得した第二センサ装置１０１ａ２の傾斜角度情報と、ステップＳ７において算出した距離ｄ１とから、第一センサ装置１０１ａ１に対する第二センサ装置１０１ａ２の相対沈下量を算出する。なお、相対沈下量は、第一センサ装置１０１ａ１より第二センサ装置１０１ａ２が低くなっている（沈下している）場合は正の値をとり、高くなっている（隆起している）場合は負の値をとる。さらに、第二センサ装置１０１ａ２の傾斜角度情報と、距離ｄ１とから算出される相対沈下量は、第二センサ装置１０１ａ２の水平方向の変位を含んで三次元的な変位として算出することもできる。
また、第二センサ装置１０１ａ２の制御装置２０は、上述のようにして取得した情報及び算出した数量のそれぞれを第二センサ装置１０１ａ２のデータ収録器１７に記憶させる。そして、第二センサ装置１０１ａ２の制御装置２０は、ステップＳ９に進む。
【００３５】
ステップＳ９では、第二センサ装置１０１ａ２の制御装置２０は、自身のセンサ装置番号をＮとした第Ｎセンサ装置としてステップＳ２に進む。
ステップＳ２では、センサ装置番号Ｎ（Ｎ＝２）の第二センサ装置１０１ａ２の制御装置２０は、センサ装置番号Ｎ＋１（Ｎ＋１＝３）の第三センサ装置１０１ａ３（図１参照）に対して、変位の測定の実施の指令を無線機１３を介して送信する。このとき、第三センサ装置１０１ａ３の制御装置２０は、第二センサ装置１０１ａ２に対して、上記指令を受信したことを示す信号を送信する。そして、ステップＳ２から進むステップＳ３では、第二センサ装置１０１ａ２の制御装置２０は、ステップＳ４に進む。
【００３６】
第二センサ装置１０１ａ２の制御装置２０は、第三センサ装置１０１ａ３と共に、ステップＳ４〜ステップＳ９の処理を上述と同様にして繰り返す。そして、第三センサ装置１０１ａ３の制御装置２０は、ステップＳ７では、第三センサ装置１０１ａ３と第二センサ装置１０１ａ２との間の距離及び伸縮変位を算出し、ステップＳ８では、第二センサ装置１０１ａ２に対する第三センサ装置１０１ａ３の相対沈下量を算出する。さらに、第三センサ装置１０１ａ３の制御装置２０は、ステップＳ９では、自身のセンサ装置番号をＮとした第Ｎセンサ装置としてステップＳ２に進む。
【００３７】
ステップＳ９から進むステップＳ２では、センサ装置番号Ｎ（Ｎ＝３）の第三センサ装置１０１ａ３の制御装置２０は、センサ装置番号Ｎ＋１（Ｎ＋１＝１）の第四センサ装置１０１ａ４（図１参照）に対して、変位の測定の実施の指令を無線機１３を介して送信する。このとき、第四センサ装置１０１ａ４の制御装置２０は、第三センサ装置１０１ａ３に対して、上記指令を受信したことを示す信号を送信する。そして、ステップＳ２から進むステップＳ３では、第三センサ装置１０１ａ３の制御装置２０は、ステップＳ４に進む。
【００３８】
第三センサ装置１０１ａ３の制御装置２０は、第四センサ装置１０１ａ４と共に、ステップＳ４〜ステップＳ９の処理を上述と同様にして繰り返す。そして、第四センサ装置１０１ａ４の制御装置２０は、ステップＳ７では、第四センサ装置１０１ａ４と第三センサ装置１０１ａ３との間の距離及び伸縮変位を算出し、ステップＳ８では、第三センサ装置１０１ａ３に対する第四センサ装置１０１ａ４の相対沈下量を算出する。さらに、第四センサ装置１０１ａ４の制御装置２０は、ステップＳ９では、自身のセンサ装置番号をＮとした第Ｎセンサ装置としてステップＳ２に進む。
【００３９】
さらに、ステップＳ２では、センサ装置番号Ｎ（Ｎ＝４）の第四センサ装置１０１ａ４の制御装置２０は、変位の測定の実施の指令を無線機１３を介して送信するが、ステップＳ２から進むステップＳ３において、指令を受信したことを示す信号を受信できないため、ステップＳ１０に進む。
そして、ステップＳ１０において、第四センサ装置１０１ａ４の制御装置２０は、自身のセンサ装置番号Ｎ（Ｎ＝４）がＮの最小値Ｎｍｉｎ（最小値Ｎｍｉｎ＝１）であるか否かを判定し、センサ装置番号Ｎが最小値Ｎｍｉｎである場合にステップＳ１４に進み、センサ装置番号Ｎが最小値Ｎｍｉｎでない場合にステップＳ１１に進む。なお、第四センサ装置１０１ａ４ではそのセンサ装置番号Ｎが最小値Ｎｍｉｎでないため、制御装置２０はステップＳ１１に進む。
【００４０】
ステップＳ１０から進むステップＳ１１において、第Ｎ（Ｎ＝４）センサ装置である第四センサ装置１０１ａ４では、制御装置２０は、データ収録器１７に記憶している第四センサ装置１０１ａ４に関するデータを、無線機１３を介して、第Ｎ−１（Ｎ−１＝３）センサ装置である第三センサ装置１０１ａ３に送信する。このとき、二軸傾斜センサ１４によって検出された第四センサ装置１０１ａ４の傾斜角度情報、第四センサ装置１０１ａ４及び第三センサ装置１０１ａ３間の距離情報、第四センサ装置１０１ａ４の相対沈下量情報、第四センサ装置１０１ａ４の温度センサ１５によって測定された温度情報、第四センサ装置１０１ａ４の電池１８の電圧情報等のデータが送信される。
【００４１】
ステップＳ１１から進むステップＳ１２において、第三センサ装置１０１ａ３では、制御装置２０は、無線機１３を介して受信した第四センサ装置１０１ａ４からのデータを、第三センサ装置１０１ａ３のデータ収録器１７に記憶させ、ステップＳ１３に進む。
【００４２】
ステップＳ１３では、第三センサ装置１０１ａ３の制御装置２０は、自身のセンサ装置番号をＮ（Ｎ＝３）とした第Ｎセンサ装置として、ステップＳ１０に進み、第Ｎ−１（Ｎ−１＝２）センサ装置となる第二センサ装置１０１ａ２と共に、ステップＳ１０〜ステップＳ１３の処理を上述と同様にして繰り返す。
このとき、第三センサ装置１０１ａ３の制御装置２０は、ステップＳ１０ではセンサ装置番号Ｎが最小値ＮｍｉｎでないためステップＳ１１に進み、ステップＳ１１では、データ収録器１７に記憶されている第三センサ装置１０１ａ３及び第四センサ装置１０１ａ４に関するデータを第二センサ装置１０１ａ２に送信する。さらに、ステップＳ１２では、第二センサ装置１０１ａ２の制御装置２０が受信したデータをデータ収録器１７に記憶させる。そして、ステップＳ１３では、第二センサ装置１０１ａ２の制御装置２０が自身のセンサ装置番号をＮ（Ｎ＝２）とした第Ｎセンサ装置としてステップＳ１０に進む。
【００４３】
その後、第二センサ装置１０１ａ２の制御装置２０は、第Ｎ−１（Ｎ−１＝１）センサ装置となる第一センサ装置１０１ａ１と共に、ステップＳ１０〜ステップＳ１３の処理を上述と同様にして繰り返す。
このとき、第二センサ装置１０１ａ２の制御装置２０は、ステップＳ１０ではセンサ装置番号Ｎが最小値ＮｍｉｎでないためステップＳ１１に進み、ステップＳ１１では、データ収録器１７に記憶されている第二センサ装置１０１ａ２〜第四センサ装置１０１ａ４に関するデータを第一センサ装置１０１ａ１に送信する。さらに、ステップＳ１２では、第一センサ装置１０１ａ１の制御装置２０が受信したデータをデータ収録器１７に記憶させる。そして、ステップＳ１３では、第一センサ装置１０１ａ１の制御装置２０が自身のセンサ装置番号をＮ（Ｎ＝１）とした第Ｎセンサ装置としてステップＳ１０に進む。さらに、ステップＳ１０において、第一センサ装置１０１ａ１の制御装置２０は、センサ装置番号Ｎが最小値ＮｍｉｎであるためステップＳ１４に進む。
【００４４】
ステップＳ１４において、第一センサ装置１０１ａ１では、制御装置２０は、データ収録器１７に記憶されている第二センサ装置１０１ａ２〜第四センサ装置１０１ａ４に関する受信データと、第一センサ装置１０１ａ１で測定しデータ収録器１７に記憶させていた第一センサ装置１０１ａ１に関するデータを、無線機１３を介して管理装置１００に送信する。
【００４５】
ステップＳ１４から進むステップＳ１５において、管理装置１００は、第一センサ装置１０１ａ１から受信したデータを結合させて演算する。すなわち、管理装置１００は、各センサ装置１０１ａの傾斜角度情報、センサ装置１０１ａ同士の間の距離情報、センサ装置１０１ａ同士の間の相対沈下量情報、各センサ装置１０１ａでの温度情報等から、各センサ装置１０１ａの絶対的な変位量を二次元的又は三次元的に算出する。そして、管理装置１００は、各センサ装置１０１ａの位置を測点として、各測点における地山の変位量を管理装置１００に付属するモニター装置上に表及び図で表示し、また、第一センサ装置１０１ａ１から受信した各センサ装置１０１ａにおける電池１８の電圧値から、電池１８の電気残量をモニター装置に表示することもできる。
【００４６】
上述のステップＳ１〜ステップＳ１５に示すように、地中変位測定装置１０１では、隣り合うセンサ装置１０１ａ同士の間で、超音波及び無線電波の送受信を行うように動作する。このため、センサ装置１０１ａにおいて、超音波及び無線電波の誤受信を防ぐことができ、誤受信に起因する変位の測定結果の誤りを防ぐことが可能となる。
【００４７】
また、上述の説明から、この発明に係る地中変位測定装置１０１は、ボアホール３内に互いに間隔をあけて設置される複数のセンサ装置１０１ａを備える。センサ装置１０１ａは、超音波を発信する超音波発信器１１と、超音波を検知する超音波受信器１２と、制御装置２０とを有している。さらに、センサ装置１０１ａの制御装置２０は、センサ装置１０１ａ及び別のセンサ装置１０１ａの間で超音波発信器１１が超音波を発信してから超音波受信器１２が超音波を検知するまでの伝播時間を検出する伝播時間検出手段として作用し、検出した超音波の伝播時間及び超音波の伝播速度に基づき別のセンサ装置１０１ａに対するセンサ装置１０１ａの変位を算出する変位算出手段として作用する。さらに、センサ装置１０１ａの制御装置２０は、伝播時間を検出する際、別のセンサ装置１０１ａの超音波発信器１１から超音波が発信されてからセンサ装置１０１ａの超音波受信器１２がその超音波を検知するまでの伝播時間を検出する。
【００４８】
このとき、センサ装置１０１ａは、間隔をあけて隣り合う別のセンサ装置１０１ａから発信される超音波を直接検知するまでの超音波の伝播時間及び超音波の伝播速度に基づき別のセンサ装置１０１ａとの距離を算出することによって、別のセンサ装置１０１ａに対する伸縮変位を検出することができる。そして、センサ装置１０１ａを複数設置することによって、センサ装置１０１ａ同士の距離を過度に長くせずに変位測定を行うことができるため、地中変位測定装置１０１は、深度の大きいボアホール３に適用することができる。さらに、センサ装置１０１ａは、ボアホール３の軸方向について両側の端部１０ｂ及び１０ｃに超音波発信器１１又は超音波受信器１２を備えればよい構造であるため、その径を小さいものとすることができ、そして、隣接するセンサ装置１０１ａ同士の間は、超音波が伝播すればよく、これらをつなぐケーブル及びロッドを必要とせず非接触である。よって、センサ装置１０１ａは、ボアホール３の径を小径とすることができる。従って、地中変位測定装置１０１は、小径で深度が大きいボアホール３を使用した地山の変位測定を可能とするため、測定範囲の制限を受けることなく地中の土の変位を測定することを可能にする。
【００４９】
また、地中変位測定装置１０１は、トンネル１の施工のように切羽２がボアホール３の最深部３ｄに向かって進行する場合、切羽２の進行に伴い切羽２近傍のセンサ装置１０１ａが除去された場合でも、ボアホール３内に残存するセンサ装置１０１ａのみによって、地山の変位測定を行うことができる。つまり、地中変位測定装置１０１は、トンネル１の施工の進捗と並行したリアルタイムな地山の変位測定を行うことができる。
【００５０】
また、地中変位測定装置１０１において、センサ装置１０１ａは、別のセンサ装置１０１ａとの間で情報を送信及び受信可能な無線機１３を有している。このとき、無線機１３によってセンサ装置１０１ａ同士の間、並びに、センサ装置１０１ａとボアホール３外部との間での情報の送受信が可能になる。よって、各センサ装置１０１ａに関する情報を外部に取り出すことができるため、トンネル１の掘削作業と並行したリアルタイムな地山の変位測定が容易になる。
【００５１】
また、地中変位測定装置１０１において、センサ装置１０１ａは、時計１６を有し、センサ装置１０１ａは、無線機１３を介して時計１６の時刻と別のセンサ装置１０１ａにおける時計１６の時刻とを時刻同期させて、超音波発信器１１から超音波を発信させる。このとき、隣り合うセンサ装置１０１ａ同士で時刻同期させた後、所定の時間経過後に超音波を発信させることによって、隣り合うセンサ装置１０１ａ同士間における超音波の伝播時間を正確に測定することができ、それにより、隣り合うセンサ装置１０１ａ同士間の距離を正確に算出することが可能になる。つまり、センサ装置１０１ａの変位の算出精度が向上する。
【００５２】
また、地中変位測定装置１０１において、センサ装置１０１ａは、センサ装置１０１ａの傾斜量を検出する二軸傾斜センサ１４を有し、センサ装置１０１ａの制御装置２０は、検出された超音波の伝播時間及び超音波の伝播速度から算出するセンサ装置１０１ａ及び別のセンサ装置１０１ａの間の距離と、二軸傾斜センサ１４によって検出されたセンサ装置１０１ａの傾斜量とに基づき別のセンサ装置１０１ａに対するセンサ装置１０１ａの変位を算出する。センサ装置１０１ａ同士の間における超音波の伝播時間及び超音波の伝播速度から算出されるセンサ装置１０１ａ同士の間の距離とセンサ装置１０１ａの傾斜量とから、別のセンサ装置１０１ａに対するセンサ装置１０１ａの沈下量を算出することができる。よって、別のセンサ装置１０１ａに対するセンサ装置１０１ａの二次元的又は三次元的な変位を算出することが可能になる。
【００５３】
また、地中変位測定装置１０１は、ボアホール３の外部に設けられ、且つセンサ装置１０１ａから無線機１３を介して情報を受け取り、センサ装置１０１ａそれぞれに関する情報を結合する管理装置１００を備える。ボアホール３の外部の管理装置１００が各センサ装置１０１ａに関する情報を結合することによって、センサ装置１０１ａに情報を演算するための装置が不要となるため、センサ装置１０１ａの小型化及びコストの低減を図ることができる。
【００５４】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係る地中変位測定装置は、実施の形態１の地中変位測定装置１０１において、管理装置１００から無線を介して発信される指令によって、第一センサ装置１０１ａ１〜第四センサ装置１０１ａ４がそれぞれ各測定値を計測し、計測値及び計測値から算出した算出値を管理装置１００に常に送信していたものを、第一センサ装置１０１ａ１〜第四センサ装置１０１ａ４が自立的に、各測定値の計測及び算出値の算出を周期的に実施するようにしたものである。
なお、以下の実施の形態において、前出した図における参照符号と同一の符号は、同一または同様な構成要素であるので、その詳細な説明は省略する。
【００５５】
また、この発明の実施の形態２に係る地中変位測定装置の構成は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。このため、実施の形態２に係る地中変位測定装置の動作について、以下に説明する。
実施の形態２に係る地中変位測定装置では、実施の形態１の地中変位測定装置１０１と同様にしてボアホール３に設置された第一センサ装置１０１ａ１〜第四センサ装置１０１ａ４は、図４に示すフローチャートに従って動作し、地山の変位の測定を実施する。
【００５６】
図１、２及び４をあわせて参照すると、ボアホール３に設置されたセンサ装置１０１ａのうちトンネル１の切羽２に最も近い、つまりセンサ装置番号Ｎが最も小さい第一（Ｎ＝１）センサ装置１０１ａ１が、自身が備える時計１６の測定する時刻に基づき、所定の周期時間毎に地山の変位測定を開始する。すなわち、第一センサ装置１０１ａ１の制御装置２０は、ステップＳ２０１において、所定の周期時間毎に、隣の第二センサ装置１０１ａ２に対して、変位の測定の実施の指令を無線機１３を介して送信する。このとき、第二センサ装置１０１ａ２の制御装置２０は、第一センサ装置１０１ａ１に対して、上記指令を受信したことを示す信号を自身の無線機１３を介して送信する。
なお、以下のステップＳ２０２〜ステップＳ２０９については、センサ装置番号Ｎを１とする第一センサ装置１０１ａ１とセンサ装置番号Ｎ＋１を２とする第二センサ装置１０１ａ２との動作に関して説明する。
【００５７】
ステップＳ２０１から進むステップＳ２０２において、センサ装置番号Ｎ（Ｎ＝１）の第一センサ装置１０１ａ１の制御装置２０は、センサ装置番号Ｎ＋１（Ｎ＋１＝２）の第二センサ装置１０１ａ２からの信号を受信した場合、ステップＳ２０３に進み、受信できない場合、ステップＳ２１０に進む。なお、第一センサ装置１０１ａ１の制御装置２０は、第二センサ装置１０１ａ２からの信号を受信できるため、ステップＳ２０３に進む。
【００５８】
ステップＳ２０３では、実施の形態１のステップＳ４と同様にして、第一センサ装置１０１ａ１の制御装置２０は、第二センサ装置１０１ａ２に対して、互いの時計１６を時刻同期させるために、第一センサ装置１０１ａ１の時計１６が示す現時刻の情報を含む時刻同期信号を無線機１３を介して送信する。
ステップＳ２０３から進むステップＳ２０４において、実施の形態１のステップＳ５と同様にして、第二センサ装置１０１ａ２の制御装置２０は、受信した時刻同期信号に基づき、自身の時計１６と第一センサ装置１０１ａ１の時計１６とを時刻同期させる。
【００５９】
ステップＳ２０４から進むステップＳ２０５において、実施の形態１のステップＳ６と同様にして、第一センサ装置１０１ａ１の制御装置２０は、時刻同期信号を送信した時刻から所定の時間経過後に、第二センサ装置１０１ａ２の超音波受信器１２に対して、超音波発信器１１から超音波を発信する。
【００６０】
ステップＳ２０５から進むステップＳ２０６において、実施の形態１のステップＳ７と同様にして、第二センサ装置１０１ａ２の制御装置２０は、第一センサ装置１０１ａ１からの超音波を受信した時刻と、同期時刻を基準とした超音波の発信時刻と、温度センサ１５による温度で補正した超音波の補正伝播速度とから、第二センサ装置１０１ａ２と第一センサ装置１０１ａ１との間の距離及び伸縮変位を算出する。さらに、第二センサ装置１０１ａ２の制御装置２０は、取得した各情報及び算出した各数量を自身のデータ収録器１７に記憶させ、ステップＳ２０７に進む。
【００６１】
ステップＳ２０７では、実施の形態１のステップＳ８と同様にして、第二センサ装置１０１ａ２の制御装置２０は、二軸傾斜センサ１４から取得するＸ軸及びＹ軸についての自身の傾斜角度情報と、ステップＳ２０６において算出した距離とから、第一センサ装置１０１ａ１に対する第二センサ装置１０１ａ２の相対沈下量を算出して、自身のデータ収録器１７に記憶させ、ステップＳ２０８に進む。
【００６２】
ステップＳ２０８では、第二センサ装置１０１ａ２の制御装置２０は、自身のセンサ装置番号をＮ（Ｎ＝２）とした第Ｎセンサ装置としてステップＳ２０９に進み、ステップＳ２０９では、第二センサ装置１０１ａ２の制御装置２０は、隣のセンサ装置番号がＮ＋１（Ｎ＋１＝３）である第三センサ装置１０１ａ３に対して、変位の測定の実施の指令を無線機１３を介して送信する。このとき、第三センサ装置１０１ａ３の制御装置２０は、第二センサ装置１０１ａ２に対して、上記指令を受信したことを示す信号を自身の無線機１３を介して送信する。
【００６３】
ステップＳ２０９から進むステップＳ２０２において、第二センサ装置１０１ａ２の制御装置２０は、第三センサ装置１０１ａ３からの信号を受信してステップＳ２０３に進み、さらに、ステップＳ２０３〜ステップＳ２０８の処理を、第三センサ装置１０１ａ３と共に、上述と同様にして繰り返す。そして、ステップＳ２０９において、センサ装置番号Ｎ（Ｎ＝３）の第三センサ装置１０１ａ３の制御装置２０は、隣のセンサ装置番号がＮ＋１（Ｎ＋１＝４）である第四センサ装置１０１ａ４に対して、変位の測定の実施の指令を送信し、さらに、ステップＳ２０２において、第四センサ装置１０１ａ４からの信号を受信してステップＳ２０３に進み、ステップＳ２０３〜ステップＳ２０８の処理を、第四センサ装置１０１ａ４と共に、上述と同様にして繰り返す。さらにまた、ステップＳ２０９において、センサ装置番号Ｎ（Ｎ＝４）の第四センサ装置１０１ａ４の制御装置２０は、変位の測定の実施の指令を送信するが、ステップＳ２０２において、指令を受信したことを示す信号を受信できないため、ステップＳ２１０に進む。
【００６４】
ステップＳ２１０において、第四センサ装置１０１ａ４の制御装置２０は、センサ装置番号Ｎ（Ｎ＝４）がＮの最小値Ｎｍｉｎ（最小値Ｎｍｉｎ＝１）でないことを判定し、ステップＳ２１１に進む。
ステップＳ２１１において、実施の形態１のステップＳ１１と同様にして、第四センサ装置１０１ａ４の制御装置２０は、データ収録器１７に記憶している第四センサ装置１０１ａ４に関するデータを、無線機１３を介して第Ｎ−１（Ｎ−１＝３）センサ装置である第三センサ装置１０１ａ３に送信する。
ステップＳ２１１から進むステップＳ２１２において、実施の形態１のステップＳ１２と同様にして、第三センサ装置１０１ａ３の制御装置２０は、受信した第四センサ装置１０１ａ４からのデータを、自身のデータ収録器１７に記憶させ、ステップＳ２１３に進む。
【００６５】
ステップＳ２１３において、実施の形態１のステップＳ１３と同様にして、第三センサ装置１０１ａ３の制御装置２０は、自身を第Ｎ（Ｎ＝３）センサ装置として、ステップＳ２１０に進み、第Ｎ−１（Ｎ−１＝２）センサ装置となる第二センサ装置１０１ａ２と共に、ステップＳ２１０〜ステップＳ２１３の処理を上述と同様にして繰り返す。このとき、ステップＳ２１１では、第三センサ装置１０１ａ３の制御装置２０は、第三センサ装置１０１ａ３及び第四センサ装置１０１ａ４に関するデータを第二センサ装置１０１ａ２に送信し、ステップＳ２１２では、第二センサ装置１０１ａ２の制御装置２０が受信したデータを自身のデータ収録器１７に記憶させる。
【００６６】
さらに、ステップＳ２１３において、第二センサ装置１０１ａ２の制御装置２０は、自身を第Ｎ（Ｎ＝２）センサ装置として、ステップＳ２１０に進み、第Ｎ−１（Ｎ−１＝１）センサ装置となる第一センサ装置１０１ａ１と共に、ステップＳ２１０〜ステップＳ２１３の処理を上述と同様にして繰り返す。このとき、ステップＳ２１１では、第二センサ装置１０１ａ２の制御装置２０は、第二センサ装置１０１ａ２〜第四センサ装置１０１ａ４に関するデータを第一センサ装置１０１ａ１に送信し、ステップＳ２１２では、第一センサ装置１０１ａ１の制御装置２０が受信したデータを自身のデータ収録器１７に記憶させる。
【００６７】
さらにまた、ステップＳ２１３において、第一センサ装置１０１ａ１の制御装置２０は、自身を第Ｎ（Ｎ＝１）センサ装置として、ステップＳ２１０に進み、ステップＳ２１０では、自身のセンサ装置番号Ｎが最小値Ｎｍｉｎであると判定し、ステップＳ２１４に進む。
そして、ステップＳ２１４において、第一センサ装置１０１ａ１の制御装置２０は、管理装置１００からデータ送信の要求がなされているか否かを判定し、データ送信の要求がなされている場合、ステップＳ２１５に進み、データ送信の要求がなされていない場合、第一センサ装置１０１ａ１〜第四センサ装置１０１ａ４に関する情報をそのデータ収録器１７に記憶させた状態で、地山の変位測定に関する一連の処理を一旦終了する。そして、所定の周期時間経過後、第一センサ装置１０１ａ１の制御装置２０は、ステップＳ２０１の処理を再び開始する。
【００６８】
また、ステップＳ２１４から進むステップＳ２１５では、第一センサ装置１０１ａ１の制御装置２０は、そのデータ収録器１７に記憶させた第一センサ装置１０１ａ１〜第四センサ装置１０１ａ４に関する情報を、無線機１３を介して管理装置１００に送信し、地山の変位測定に関する一連の処理を一旦終了する。
なお、第一センサ装置１０１ａ１〜第四センサ装置１０１ａ４に記憶されたデータは、トンネルの掘削の進捗に伴ってボアホール３から順次撤去されたセンサ装置から取得してもよい。
また、この発明の実施の形態２に係る地中変位測定装置のその他の動作は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
【００６９】
上述で説明するように、実施の形態２における地中変位測定装置によれば、上記実施の形態１の地中変位測定装置１０１と同様な効果が得られる。
また、実施の形態２における地中変位測定装置によれば、管理装置１００を第一センサ装置１０１ａ１と無線通信可能な領域に配置する必要がない、つまり管理装置１００をトンネル１内の掘削現場に常時設置しておく必要がなく、地山の変位測定に関する情報が必要な場合に、第一センサ装置１０１ａ１と無線通信可能な位置に管理装置１００を運ぶ、又は、管理装置１００と無線通信可能な位置に第一センサ装置１０１ａ１を運べばよい。そして、第一センサ装置１０１ａ１〜第四センサ装置１０１ａ４がそれぞれ、自身より最深部３ｄ側のボアホール３の変位に関する情報の収集及び管理を自立的に行うことができる。
【００７０】
実施の形態３．
この発明の実施の形態３に係る地中変位測定装置３０１は、実施の形態１の地中変位測定装置１０１において、各センサ装置１０１ａ間の距離を測定するために超音波を使用していたものを、光波を使用するようにしたものである。
【００７１】
図５を参照すると、地中変位測定装置３０１のセンサ装置３０１ａは、実施の形態１の地中変位測定装置１０１のセンサ装置１０１ａと同様にして、筐体１０の内部に、無線機１３、二軸傾斜センサ１４、時計１６、データ収録器１７、電池１８及び制御装置２０を有しており、超音波発信器１１、超音波受信器１２及び温度センサ１５を有していない。
さらに、センサ装置３０１ａは、筐体１０の内部における端部１０ｂ側にレーザー光等の光波を発信し且つ光波を検知する光学式距離計３１１を有し、光学式距離計３１１における光波を発信及び検知するため光波受発信部３１１ａを端部１０ｂから外部に突出させている。
また、センサ装置３０１ａは、筐体１０の端部１０ｃの外側に光波を反射するミラーからなる光波反射部３１２を有している。光波反射部３１２は、ボアホール３の最深部３ｄ側の表面３１２ａで光波を反射することができる。
【００７２】
そして、センサ装置３０１ａの光学式距離計３１１は、光波受発信部３１１ａから発信された光波が隣のセンサ装置３０１ａの光波反射部３１２で反射して戻り、反射した光波が光波受発信部３１１ａで再び検知されるまでの伝播時間と、光波の伝播速度とから、センサ装置３０１ａと隣のセンサ装置３０１ａとの間の距離を算出する。このため、センサ装置３０１ａは、実施の形態１のセンサ装置１０１ａのように隣のセンサ装置３０１ａとの間で時計の時刻同期を行うことなく、距離の算出を行うことができる。つまり、光学式距離計３１１は、進行波発信手段、進行波受信手段、及び伝播時間検出手段を構成している。そして、制御装置２０は、光学式距離計３１１によって算出されたセンサ装置３０１ａ及び隣のセンサ装置１０１ａの間の距離と、二軸傾斜センサ１４によって検出されたセンサ装置１０１ａの傾斜角度情報とから、センサ装置１０１ａの変位を算出する。
【００７３】
また、この発明の実施の形態３に係る地中変位測定装置３０１のその他の構成及び動作は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
上述で説明するように、実施の形態３における地中変位測定装置３０１によれば、上記実施の形態１の地中変位測定装置１０１と同様な効果が得られる。
【００７４】
また、実施の形態１〜３において、地中変位測定装置は、各センサ装置１０１ａ，３０１ａ同士の間における距離の伸縮量及び沈下量から、各センサ装置１０１ａ，３０１ａの変位を算出していたが、これに限定されるものでない。地中変位測定装置は、各センサ装置１０１ａ，３０１ａ同士の間における距離の伸縮量又は沈下量のいずれかを、センサ装置１０１ａ，３０１ａの変位とするものであってもよい。
また、実施の形態１〜３において、各センサ装置１０１ａ，３０１ａが自身の変位を算出していたが、これに限定されるものでなく、測定データをすべて管理装置１００に送信し、管理装置１００が、各センサ装置１０１ａ，３０１ａにおける変位を算出するようにしてもよい。
【００７５】
また、実施の形態１〜３において、センサ装置１０１ａ，３０１ａの傾斜を検出するために二軸傾斜センサ１４を使用していたが、これに限定されるものでない。傾斜を検出するセンサは、一つの軸に対する傾斜角を検出する一軸傾斜センサ又は３つの軸に対する傾斜角を検出する三軸傾斜センサであってもよい。
また、実施の形態１〜３において、各センサ装置１０１ａ，３０１ａには、筐体１０の端部１０ｂにのみ無線機１３のアンテナ１３ａを設けていたが、これに限定されるものでなく、端部１０ｂに対向する端部１０ｃにもアンテナを設けてもよい。これによって、各センサ装置１０１ａ同士の無線通信の感度を向上させることが可能になる。
【００７６】
また、実施の形態１〜３において、各センサ装置１０１ａ，３０１ａ同士は、無線通信を介してデータの送受信を行っていたが、これに限定されるものでなく、各制御装置２０同士を接続する有線による通信を介して、データの送受信を行ってもよい。なお、データの送受信を有線通信とすることによって、妨害電波等の周辺環境の変化にかかわらず安定したデータの送受信が可能となると共に、センサ装置１０１ａ，３０１ａのコストを低く抑えることが可能になる。なお、管理装置１００とセンサ装置１０１ａ，３０１ａとの間の通信も無線通信に限定されるものでなく、有線通信であってもよい。
また、実施の形態１及び２において、第一センサ装置１０１ａ１〜第四センサ装置１０１ａ４はそれぞれ、それ自身に関するデータと、自身よりセンサ装置番号Ｎが大きいボアホール３の最深部３ｄ側のセンサ装置に関するデータとを記憶していたが、これに限定されるものでなく、全てのセンサ装置に関するデータを常に記憶するようにしてもよい。これにより、センサ装置が故障した場合でも記憶データの消失を防ぐことができる。また、上記構成は、実施形態３のセンサ装置３０１ａでも同様である。
【００７７】
また、実施の形態１〜３において、地中変位測定装置は、トンネル１の切羽２前方の地山変位の測定に使用されていたが、これに限定されるものでない。地中変位測定装置は、地下空間や地盤の掘削箇所の地山、斜面を切土した地山、又は盛土における地中の土の変位の測定に使用されてもよい。また、地中変位測定装置は、水平なボアホール３に設置されていたがこれに限定されるものでなく、鉛直又は斜め方向のボアホールに設置されてもよい。
【符号の説明】
【００７８】
３ ボアホール、１１ 超音波発信器（進行波発信手段）、１２ 超音波受信器（進行波受信手段）、１３ 無線機（通信手段）、１４ 二軸傾斜センサ（傾斜量検出手段）、１６ 時計、２０ 制御装置（伝播時間検出手段、変位算出手段）、１０１，３０１ 地中変位測定装置、１０１ａ，３０１ａ センサ装置、３１１ 光学式距離計（進行波発信手段、進行波受信手段、伝播時間検出手段）、３１２ 光波反射部(反射部）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボアホール内に互いに間隔をあけて設置される複数のセンサ装置を備え、
前記センサ装置が、
進行波を発信する進行波発信手段と、
進行波を検知する進行波受信手段と、
前記センサ装置及び別の前記センサ装置の間で進行波を発信してから前記進行波を検知するまでの伝播時間を検出する伝播時間検出手段と、
前記伝播時間検出手段によって検出された伝播時間及び進行波の伝播速度に基づき別の前記センサ装置に対する前記センサ装置の変位を算出する変位算出手段と
を有する地中変位測定装置。
【請求項２】
前記センサ装置は、前記センサ装置の傾斜量を検出する傾斜量検出手段を有し、
前記センサ装置の前記変位算出手段は、前記伝播時間検出手段によって検出された伝播時間及び前記進行波の伝播速度から算出する前記センサ装置及び別の前記センサ装置の間の距離と、前記傾斜量検出手段によって検出された前記センサ装置の傾斜量とに基づき別の前記センサ装置に対する前記センサ装置の変位を算出する請求項１に記載の地中変位測定装置。
【請求項３】
前記進行波は、超音波であり、
前記センサ装置の前記伝播時間検出手段は、別の前記センサ装置の前記進行波発信手段から超音波が発信されてから前記センサ装置の前記進行波受信手段が前記超音波を検知するまでの伝播時間を検出する請求項１または２に記載の地中変位測定装置。
【請求項４】
前記センサ装置は、時計と、別の前記センサ装置との間で情報を送信及び受信可能な通信手段とを有し、
前記センサ装置は、前記通信手段を介して前記時計の時刻と別の前記センサ装置における前記時計の時刻とを時刻同期させて、前記進行波発信手段から超音波を発信させる請求項３に記載の地中変位測定装置。
【請求項５】
前記進行波は、光波であり、
前記センサ装置は、光波を反射可能な反射部を有し、
前記センサ装置の前記伝播時間検出手段は、前記センサ装置の前記進行波発信手段から光波が発信されてから、発信された前記光波が別の前記センサ装置の前記反射部に反射した後、前記センサ装置の前記進行波受信手段が前記光波を検知するまでの伝播時間を検出する請求項１または２に記載の地中変位測定装置。
【請求項１】
ボアホール内に互いに間隔をあけて設置される複数のセンサ装置を備え、
前記センサ装置が、
進行波を発信する進行波発信手段と、
進行波を検知する進行波受信手段と、
前記センサ装置及び別の前記センサ装置の間で進行波を発信してから前記進行波を検知するまでの伝播時間を検出する伝播時間検出手段と、
前記伝播時間検出手段によって検出された伝播時間及び進行波の伝播速度に基づき別の前記センサ装置に対する前記センサ装置の変位を算出する変位算出手段と
を有する地中変位測定装置。
【請求項２】
前記センサ装置は、前記センサ装置の傾斜量を検出する傾斜量検出手段を有し、
前記センサ装置の前記変位算出手段は、前記伝播時間検出手段によって検出された伝播時間及び前記進行波の伝播速度から算出する前記センサ装置及び別の前記センサ装置の間の距離と、前記傾斜量検出手段によって検出された前記センサ装置の傾斜量とに基づき別の前記センサ装置に対する前記センサ装置の変位を算出する請求項１に記載の地中変位測定装置。
【請求項３】
前記進行波は、超音波であり、
前記センサ装置の前記伝播時間検出手段は、別の前記センサ装置の前記進行波発信手段から超音波が発信されてから前記センサ装置の前記進行波受信手段が前記超音波を検知するまでの伝播時間を検出する請求項１または２に記載の地中変位測定装置。
【請求項４】
前記センサ装置は、時計と、別の前記センサ装置との間で情報を送信及び受信可能な通信手段とを有し、
前記センサ装置は、前記通信手段を介して前記時計の時刻と別の前記センサ装置における前記時計の時刻とを時刻同期させて、前記進行波発信手段から超音波を発信させる請求項３に記載の地中変位測定装置。
【請求項５】
前記進行波は、光波であり、
前記センサ装置は、光波を反射可能な反射部を有し、
前記センサ装置の前記伝播時間検出手段は、前記センサ装置の前記進行波発信手段から光波が発信されてから、発信された前記光波が別の前記センサ装置の前記反射部に反射した後、前記センサ装置の前記進行波受信手段が前記光波を検知するまでの伝播時間を検出する請求項１または２に記載の地中変位測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−９６８１５（Ｐ２０１３−９６８１５Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３９３００（Ｐ２０１１−２３９３００）
【出願日】平成２３年１０月３１日（２０１１．１０．３１）
【出願人】（０００１７３７８４）公益財団法人鉄道総合技術研究所 (1,666)
【出願人】（５００５１９９８７）株式会社ジェイアール総研情報システム (14)
【出願人】（５１１２６４７６６）株式会社エス・ケー・ラボ (2)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月３１日（２０１１．１０．３１）
【出願人】（０００１７３７８４）公益財団法人鉄道総合技術研究所 (1,666)
【出願人】（５００５１９９８７）株式会社ジェイアール総研情報システム (14)
【出願人】（５１１２６４７６６）株式会社エス・ケー・ラボ (2)
【Ｆターム（参考）】
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