JP2000045678A - 切羽崩壊警報システム - Google Patents

切羽崩壊警報システム

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JP2000045678A
JP2000045678A JP10213037A JP21303798A JP2000045678A JP 2000045678 A JP2000045678 A JP 2000045678A JP 10213037 A JP10213037 A JP 10213037A JP 21303798 A JP21303798 A JP 21303798A JP 2000045678 A JP2000045678 A JP 2000045678A
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JP
Japan
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inclinometer
output
displacement meter
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JP10213037A
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English (en)
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Akio Tamai
昭雄 玉井
Toru Matsuno
徹 松野
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Obayashi Corp
Original Assignee
Obayashi Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 距離変動と傾斜変動の双方のデータを計測す
ることで、より精度の高い監視を行えるようにした。 【解決手段】 本発明のシステムは、切羽面1aに配置
したターゲット2と、ターゲット2の近傍に配置した傾
斜計3と、ターゲット2に光軸を向けて坑内適宜位置に
固定設置されたレーザ変位計4と、傾斜計3から出力さ
れるデータ、および変位計4から出力されるデータの双
方を、所定のサンプリング周期で取込んで、それぞれ前
回データと今回データとの差を演算し、いずれかの演算
結果が所定値を越えたら、警報出力を発生するパソコン
6とを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えばトンネルに
おける切羽の崩壊警報システムに関する。
【0002】
【従来の技術】山岳トンネルにおける切羽は、地山応力
の集中、未知の地質、出水などの自然条件が激しい一方
で、支保工の建て込み、装薬作業などの人力作業が集中
するため、切羽崩壊による事故の発生を確実に阻止する
必要がある。特に、都市NATM工法のように、比較的
軟弱な沖積層や、洪積層を対象とする工事では、土被り
も浅く、地下水の存在する土砂地山にトンネルを構築す
るため、切羽の崩壊やこれに伴う地表沈下による近隣構
造物への影響を防止するために、厳重な監視が必要であ
る。
【0003】ところが、トンネル工事の最終目的は、力
学的に安定した空間を作ることであるため、浅い土被り
や、軟質地盤などの切羽の崩壊が予想される場合を除
き、切羽の安全管理システムの導入は積極的にはなされ
ていないのが現状である。これは、不動点が切羽近くに
取れないことや、計測機器が掘削作業の邪魔となるから
である。このため、掘削からロックボルト設置までの間
において、熟練した作業者が切羽面を目視して微少な変
動を経験により察知して待避を行っている。
【0004】そこで、以上の変動を監視するための非接
触形の監視装置としてレーザ変位計を用いる方法が開発
されている。この変位計は、レーザ光を強度変調し、反
射光の位相を測定することで距離を求める方式のもの
で、測定精度は±0.5mmと非常に高精度となってお
り、切羽面の微小な押出し量を検出することができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、切羽崩
壊の兆候としては、単純な押出しのみでなく切羽面の傾
斜を伴ったり、或いは切羽面が傾斜するだけの場合もあ
り、距離変動として捕捉できないこともあり、十分では
なかった。
【0006】本発明は、以上の課題を解決するものであ
り、距離変動と傾斜変動の双方のデータを計測すること
で、より精度の高い監視を行えるようにした切羽崩壊警
報システムを提供するものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
め、本発明は、切羽面に配置したターゲットと、該ター
ゲットの近傍に配置した傾斜計と、前記ターゲットに光
軸を向けて坑内の適宜位置に固定設置されたレーザ変位
計と、前記傾斜計から出力されるデータおよび変位計か
ら出力されるデータの双方を、所定のサンプリング周期
で取込んで、それぞれ前回データと今回データとの差を
演算する演算手段と、いずれかの演算結果が所定値を越
えときに警報出力を発生する警報手段とを備えたことを
特徴とする。
【0008】従って、本発明では、微小な距離変動と、
傾斜変動の双方を判定でき、この判定結果に基づき、地
山崩壊の前兆と判断し、早期に待避、あるいは保全処置
を高ずることができる。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態につき、添付図面を参照して詳細に説明する。図1は
本発明の警報システムを配置したトンネルの説明図、図
2は同警報システムのハードウエア構成を示すものであ
る。同図において、トンネル坑1における切羽面1aの
適宜位置には、ターゲット(コーナキューブなどの反射
体)2およびその近傍に傾斜計3が固定配置されてい
る。これに対し、トンネル坑1の側壁にはレーザ変位計
4が固定され、その投受光面がターゲット2に向けられ
ている。
【0010】前記傾斜計3は、無線送信部3aを通じ
て、その計測データを受信部5aを備えたコントローラ
5に送信する。この受信データは、コントローラ5に接
続された制御用パソコン6の入力ポートを通じてパソコ
ン6の内部に取込まれる。
【0011】また、レーザ変位計4は、レーザ投光部4
aおよび受光部4bを有し、投光部4aから出光したレ
ーザ光をターゲット2から反射させ、その反射光を受光
部4bで受光し、その投受光の位相差により距離を計測
する。この計測値はコントローラ7に接続された入力ポ
ートを通じて、同じく制御用パソコン6内に取込まれ
る。
【0012】パソコン6には前記それぞれの計測データ
を処理するための処理ソフトが組込まれている。この処
理ソフトは、傾斜計の角度変位データと、レーザ変位計
4による距離データを所定のサンプリング周期で順次取
込み、順次そのデータを記録する記録手段と、それぞれ
記録された前回データと今回データとを比較演算し、そ
の変動が所定値を上回った場合に、警報出力を発生する
警報出力発生手段を備えたもので、警報出力の発生によ
りパソコン6の出力ポートにコントローラ8を介して接
続された警報ランプ9,サイレン10等を駆動する。
【0013】なお、警報を出力するための変動値は、過
去の経験に基づき判定されるものである。すなわち、例
えば傾斜の場合、傾斜計3により測定される傾斜度が単
位時間内にどの程度傾斜すると崩壊の前兆を示すといっ
た値が設定されている。また、押出し量の場合には例え
ばレーザ変位計4により測定される距離変動(押出し
量)が単位時間内にどれだけ変動すると崩壊の前兆であ
るかといった値が設定されている。
【0014】さらにその他に、傾斜と押出しが同時に生
じた場合には、いずれかの設定値を下回っても崩壊の前
兆であると判断するプログラムを設定したり、ロックボ
ルト打込みなどによる機械振動による変動を識別するプ
ログラムを設定することもできる。
【0015】各コントローラ5,7,8およびパソコン
6には共通の電源が供給される。また傾斜計3は、前記
のように無線送信を行う場合には、バッテリなど別電源
により駆動されるが、有線でコントローラ5に接続され
ている場合には、同一電源により給電される。
【0016】以上において、トンネルの施工は、次の工
程の繰返により行われる。 (1)掘削(ボーリング、発破作業を含む) (2)コンクリート吹付け (3)支保工建て込み (4)コンクリート吹付け (5)ロックボルト打込み
【0017】以上の(1)〜(5)の工程中、ターゲッ
ト2、傾斜計3およびレーザ変位計4の据付けおよび測
定作業は、(2)のコンクリート吹付け終了後に行われ
る。据付けには、例えば図3(a)に示すごとく、切羽
面1aが吹付コンクリート11で覆われた後に、アンカ
ー用のボルト12によりターゲット2を取付け、その一
部にブラケット14を介して傾斜計3を取付けるか、あ
るいは(b)に示すごとく、予めターゲット2を切羽面
1aに取付け、その周囲を吹付コンクリート11に埋設
することで固定しておき、コンクリート吹付け作業完了
後、その一部にブラケット12を介して傾斜計3を取付
けても良い。
【0018】いずれも、取付け後は、その位置を避けて
作業するほか、傾斜計3に付いては適度な養生を施して
おくことで、機器の保全を図ることが必要である。な
お、トンネルの岩質が固い場合には、最初のコンクリー
ト吹付けを行わない場合も多く、この場合には、図3
(a)の器具を直接切羽面に取り付ける。また、上記器
具の据付け方法は上述したものに限定されず、例えば切
羽面の地山にロックボルト等を打ち込み、それに直接鉄
板、傾斜計等を取り付けることも可能である。
【0019】一方、レーザ変位計4は、(c)に示すよ
うに、トンネル壁面に設けた支保工15に調整用の雲台
16を介して角度調整可能に取付ければ良い。
【0020】取付け後は、雲台16の調整などによりレ
ーザ変位計4の光軸をターゲット2に合わせる。
【0021】その後は、コントローラ5,7,8、パソ
コン6の接続およびこれら各機器の立ち上げにより、パ
ソコン6はその内蔵されたソフトによりその初期値から
傾斜計およびレーザ変位計の値を順次読みとり、ディス
プレイ上に表示する。また、危険な兆候があると判断し
た場合にのみ警報を出力し、これに基づき、警報ランプ
9を点滅させると同時に、サイレン10を鳴動させ、現
場作業員の早期待避を警告し、安全を確保する。
【0022】なお、ロックボルト打込み作業中には機械
振動により、規則的な繰返し変位が計測されてしまう
が、前述のごとく、これによる変動を機械雑音として識
別するプログラムを設定することで、特に計測に支障を
与えることはない。
【0023】ロックボルト打込みにより、トンネル壁面
が完成したなら、ターゲット2,傾斜計3,およびレー
ザ変位計4を取外して次の掘削に備える。
【0024】なお、トンネル坑1が直進トンネルで、大
きな傾斜勾配が無く、また、掘削用重機などによりレー
ザ変位計4の視野が妨げられない場合には、レーザ変位
計4のみ現状位置に固定し、次のターゲット位置で光軸
調整するようにしてもよい。また、この場合には、前回
の距離データとの差により掘進距離も計測できる。
【0025】なお、以上の実施形態では、各機器とパソ
コンとを接続してシステムを構築するようにしたが、一
体化した専用のシステムとすることも可能である。
【0026】
【発明の効果】以上の説明により明らかなように、本発
明による切羽崩壊警報システムによれば、切羽面の押出
し量だけでなく、傾斜度合を計測し、それぞれの値を判
断することで、切羽崩壊の予兆をさらに早期かつ精度良
く捕捉することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の警報システムを備えたトンネルの説明
図である。
【図2】同警報システムのハードウエア構成を示すブロ
ック図である。
【図3】(a)〜(c)はターゲット、傾斜計およびレ
ーザ変位計の取付け構造を示す断面図である。
【符号の説明】
1 トンネル坑 1a 切羽 2 ターゲット 3 傾斜計 4 レーザ変位計 6 パソコン(演算手段、警報手段) 9 警報ランプ 10 サイレン
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G08B 21/00 G08B 21/00 A Fターム(参考) 2F076 BA12 BA18 BB09 BD02 BD05 BD17 BE08 BE09 BE14 BE15 BE17 5C086 AA46 AA48 BA30 CA11 CA25 CB40 DA08 EA11 EA41 EA45 FA01 FA11 GA02

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 切羽面に配置したターゲットと、該ター
    ゲットの近傍に配置した傾斜計と、前記ターゲットに光
    軸を向けて坑内の適宜位置に固定設置されたレーザ変位
    計と、前記傾斜計から出力されるデータおよび変位計か
    ら出力されるデータの双方を、所定のサンプリング周期
    で取込んで、それぞれ前回データと今回データとの差を
    演算する演算手段と、いずれかの演算結果が所定値を越
    えときに警報出力を発生する警報手段とを備えたことを
    特徴とする切羽崩壊警報システム。
JP10213037A 1998-07-28 1998-07-28 切羽崩壊警報システム Pending JP2000045678A (ja)

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