JP2005256532A

JP2005256532A - 孔径変化測定装置

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Publication number: JP2005256532A
Application number: JP2004072315A
Authority: JP
Inventors: Tsuneo Yamauchi; 常生山内; Shigejirou Shimizu; 茂治郎清水
Original assignee: Macome Corp
Current assignee: Macome Corp
Priority date: 2004-03-15
Filing date: 2004-03-15
Publication date: 2005-09-22

Abstract

【目的】岩盤変動測定のためにボーリング孔の任意位置の孔径変化を測定できる孔径変化測定装置を提供する。
【構成】この発明の孔径変化測定装置は、ボーリング孔の孔径変化を測定する孔径変化測定器と、この孔径変化測定器に連結されたフレキシブルロッドであって、該フレキシブルロッドはその軸方向へ実質的に変形しないフレキシブルロッドと、備えている。
【選択図】図３

Description

本発明は孔径変化測定装置に関する。

この発明の孔径変化測定装置はボーリング孔の孔壁の孔径変化測定に好適に使用される。ボーリング孔の孔径変化を介してボーリング孔周辺の岩盤の変動を測定することができる。
ボーリング孔を利用して岩盤の変動を測定する場合、通常は、鉛直方向に掘削されたボーリング孔の孔底にモルタルを用いて測定装置を固定し、その測定装置に電源線や信号線で構成される複合ケーブルを取り付け、そのケーブルを孔口に設けた電源や記録装置と接合し、測定装置内部に取り付けた変位測定手段により岩盤の変動に対応して変化する測定装置を構成している容器壁面の変位を測定する。測定装置をモルタルで固定した場合、岩盤の変動がモルタルを介して測定装置を構成している容器壁面を変位させるため、容器壁面の変位を測定すれば岩盤の変動が測定できる（特許文献１、２参照）。

上記公知技術の岩盤変動測定装置をボーリング孔内に設置すれば、地滑り地における岩盤変動のモニター、地下構造物周辺の岩盤変動のモニター、道路トンネルの周辺の岩盤変動のモニター等が行える。岩盤変動をモニターすることで岩盤内での応力の蓄積状態がわかり、岩盤の崩落前に進行する応力集中に伴う微小な変動が検出でき、事前に岩盤の崩落を防止する補強工事が行える。

また、新たにトンネル等の掘削を行い、地下空間を利用するための工事現場では、周辺の岩盤内にボーリング孔を掘削しその中に岩盤変動測定装置を設置すれば、トンネル掘削に伴うトンネル床面の変形の状態をモニターできる。岩盤変動をモニターすることでトンネル壁面の破壊前に進行する応力集中に伴う岩盤の微小な変動を検出でき、崩落前に壁面崩落を防止する補強工事が行える。

岩盤の変動をモニターしつつその崩落を事前に予測し、災害防止用の補強工事を行うことは重要である。しかし、岩盤変動測定装置は高価であるし、その装置を設置するためのボーリング孔の掘削経費も膨大である。岩盤変動測定装置が再利用できたり、同じボーリング孔に複数の岩盤変動測定装置が設置できれば、安価に岩盤変動の状況、言い換えれば、応力の蓄積状態をモニターできる。

公知技術による複合ケーブルが接続されている岩盤変動測定装置をボーリング孔内に設置した場合、モルタルで固定した岩盤変動測定装置を修理することができないし、再利用することも難しい。修理したり再利用したりするためには岩盤変動測定装置を掘り出す必要がある。そのためには、測定装置の近くで信号ケーブルと測定装置とを切り離し、岩盤変動測定装置の外径より大きな孔径のオーバーコアリングを行い、岩盤変動測定装置を回収しなければならない。

さらに、オーバーコアリングの作業中は、コアリングビットを冷却したりコアリングで生じた岩石の細粒を取り除いたりするために、ボーリング孔に圧力をかけた水を送水する必要がある。加圧された水の圧力が高くなった場合、切断された複合ケーブルを介して水が岩盤変動測定装置の内部に浸透してしまい、測定装置内部の電子部品を破損する。

また、岩盤変動測定装置がボーリング孔に設置されている場合には、その岩盤変動測定装置に接続されている複合ケーブルが妨げとなり、同じボーリング孔内に新たに岩盤変動測定装置を設置することは難しい。ボーリング孔が屈曲していたり水平方向に掘削されていたりすると、ボーリング孔に岩盤変動測定装置を設置することはさらに難しくなる。

難しい工事を行って、岩盤変動測定装置を設置したとしても、岩盤変動測定装置とボーリング孔の壁面との間に複合ケーブルが挟まり、その複合ケーブルが変形した場合、その影響により岩盤変動測定装置の容器側面の変形が乱され、岩盤の変動、言い換えれば、応力の蓄積状態を正確に測定することができない。

本件発明に関連する技術として、特許文献３及び特許文献４を参照されたい。
特開平１１−１０８７７５号公報特開平１１−３７８６６号公報特開２０００−２０５９７８号公報特開平１０−７２９９３号公報

本発明は、上記の課題の少なくとも１つを解決するためになされたものであり、その構成は次の通りである。
ボーリング孔の孔径変化を測定する孔径変化測定器と、
該孔径変化測定器に連結されたフレキシブルロッドであって、該フレキシブルロッドはその軸方向へ実質的に変形せず、内部に信号線及び電源線が通されているフレキシブルロッドと、
を備えてなる孔径変化測定装置。

このように構成された孔径変化測定装置によれば、フレキシブルロッドに孔径変化測定器を連結したので、フレキシブルロッドを伸張若しくは巻き上げることによりボーリング孔の任意の位置へ孔径変化測定器をセットすることができる。ここに、フレキシブルロッドはその軸方向へ実質的に変形しないので、孔径変化測定器をセットする位置がフレキシブルロッドの長さにより調整される。また、孔径変化測定器のセット位置の移動も任意になる。更には、軸方向へ実質的に変形しないフレキシブルロッドによればその軸方向に十分な剛性があるので、ボーリング孔と孔径変化測定器との間に抵抗があったとしても、この孔径変化測定器の移動が可能になる。よって、ボーリング孔が屈曲したものであっても、斜め方向若しくは横方向のものであっても、当該ボーリング孔内の任意の位置に孔径変化測定器をセット可能となる。

ボーリング孔内の任意の位置に孔径変化測定器をセット可能とするフレキシブルロッドは軸方向へ実質的に変化しない一方で、その半径方向には変形可能であって大きな可撓性を有するものとする。これにより、フレキシブルロッドはドラム等に巻回可能となり、また巻きぐせもつき難く、ボーリング工事現場までの運搬が容易になり、また現場での作業性が向上する。
フレキシブルロッドには信号や電源を伝達する媒体として、信号線及び電源線を内在させ、その基端から先端まで通しておくことが好ましい。かかる信号線を介してボーリング孔外の制御装置から孔径変化測定装置へ制御信号を送り、また孔径変化測定装置の測定信号をボーリング孔口外の演算装置へ送ることができる。電源線は孔径変化測定装置の駆動部へ電気的エネルギーを供給する。

かかるフレキシブルロッドとしてＦＲＰロッドを用いることが出来る。ＦＲＰロッドはカーボンやアラミド等の強化繊維若しくはその膜で補強された樹脂製のロッドであり、その内部には軸方向に連続した信号線及び電源線が通されている。信号線や電源線は耐熱性の高いフッ素樹脂製の管（若しくは金属製の管）で覆っておくことが好ましい。また、カーボン繊維の束をフレキシブルロッドとして使用することもできる。
ＦＲＰロッドやカーボン繊維束は耐候性樹脂外皮で被覆することが好ましい。

このフレキシブルロッドは押出し成型により同一径に形成することができる。このとき、信号線や電源線を挿入したフッ素樹脂管を心材としてＦＲＰ部分（カーボン繊維の束の部分）及び外皮を押出し成形することが好ましい。

孔径変化測定器をフレキシブルロッドへ間挿することにより、複数の孔径変化測定器をボーリング孔内へセットすることができる。この場合、孔径変化測定器には信号用バイパス線と電源用バイパス線を設け、これらのバイパス線を用いて上側（ボーリング孔口側）のフレキシブルロッドの信号線及び電源線と下側（ボーリング底部側）のフレキシブルロッドの信号線及び電源線とを連結することが好ましい。更には、各バイパス線には増幅装置を介在させることができる。これにより、長いボーリング孔に対しても十分なパワーの信号及び電力を供給可能となる。
複数の孔径変化測定器を用いることにより、ボーリング孔内の複数の地点の孔径変化、即ち岩盤変動を同時に測定可能となる。トンネルの掘削現場等において岩盤変動をモニターして応力の蓄積状態を把握する場合、モニター場所が多ければ多いほどデータ数が多くなり、トンネル崩壊などをより高い確率で予知可能となる。また、一つのボーリング孔で複数場所の岩盤変動を測定できることにより（公知技術では測定場所毎にボーリング孔が必要であった）、測定のトータル施工コストが低減される。

この発明によれば、孔径変化測定器に寿命がきたときまたメンテナンスが必要となったときなど、これをボーリング孔から取り出して取替え又は修理し、再度ボーリング孔内へ戻すことができる。また、他のボーリング孔で再使用することもできる。これにより、利用者の経済的負担が軽減されることとなる。

この発明で提供するフレキシブルロッドに結合されるボーリング孔内用測定装置として、上記の孔径変化測定装置（変位計）の外に、またこれと同時に、方位計、温度計、水圧計などの地殻変動（地学現象）を測定する測定装置を用いることができる。この発明のフレキシブルロッドを用いれば、これらの測定装置を単独で又は同時にボーリング孔の任意の位置にセット可能となる。また、当該測定装置の移動も可能であり、屈曲したボーリング孔、斜め方向乃至横方向のボーリング孔において測定装置を任意の位置でセット可能となる。

ボーリング孔内で岩盤の変動を測定する場合、孔径変化の生じている方向を知ることは重要である。そのため、磁気方位計を用いて孔径変化の生じた方向を特定することができる。また、水圧計による圧力データや温度計による温度データを用いて孔径変化測定装置の測定結果を補正することもできる。

フレキシブルロッドに埋設される信号線として光ファイバを用いることができる。当該光ファイバへボーリング孔外からレーザ光を導入し、ボーリング孔内の孔径変化測定器より放射させてその反射光を受光することにより、孔径変化の測定が可能になる。光を利用した孔径変化の測定は、電気的な測定装置では電子部品が破壊されまた機械的な装置では変形が生じるような高温環境の測定場所で用いることが有効になる。
光ファイバを用いれば光利用のジャイロコンパスにより方位の測定がより確実に行える。また、光ファイバによる高い情報伝達能力によれば、画像情報をも伝達可能となり、ＣＣＤ等の画像デバイスを測定装置として使用できる。

以下、この発明の実施例について説明する。
図１はこの発明の実施例の孔径変化測定装置１の概略構成図である。
孔径変化測定装置１はフレキシブルロッド３と孔径変化測定器２０とから構成される。フレキシブルロッド３には、図２Ａに示すように信号線４と電源線５が個別に通されている。フレキシブルロッド３の本体部はＦＲＰで形成され、当該本体部は耐候性の保護膜（外皮）３ａで被覆されている。４ａ及び５ａはそれぞれ信号線４と電源線５の保護膜であって耐熱性のフッ素樹脂からなる。これは、信号線４及び電源線５を心材としてＦＲＰを成形するときに高い成形温度が掛けられるからである。
複数の信号線や電源線を埋設するときには、図２Ｂに示すとおり、複合ケーブルをＦＲＰロッド内に埋設することができる。符号３ｂはフッ素樹脂製の保護膜である。
かかるフレキシブルロッド３の機械的特性は、曲げ強度１００〜２２０ｋｇ／ｍｍ^２、曲げ弾性率４０００〜９０００ｋｇ／ｍｍ^２、曲げ剛性１００×１０００〜５５００×１０００ｋｇ／ｍｍ^２、最小曲げ半径２００〜８００ｍｍとすることが好ましい。
このフレキシブルロッド３はドラム７に巻回されており、クレーン９によりボーリング孔１３の直上位置に懸架された滑車１１を介してボーリング孔１３へ導入されている。符号１５はコンピュータ装置であり、スリップリング等の公知の接続手段を介して信号線４へ接続され、信号線４を介して孔径変化測定器２０へ制御信号を送信し、また、信号線４を介して送られてきた孔径変化測定器２０の測定信号を受信して所定のプログラムに基づき処理して、求める岩盤変動のデータを得る。信号の伝送波として電磁波、光波、音波等を利用できる。信号線４は、入力側と出力側にそれぞれ分離されていることが好ましい。コンピュータ装置１５は、また、電源線５に接続された電源装置を制御し、電源線５を介して孔径変化測定器２０へ電力を供給してこれを動作させる。

孔径変化測定器２０は、固定部２１と本体部３１を備えてなる。
固定部２１は、図３及び図４に示すように、信号線４及び電源線５に接続されているモータ２３の駆動がギアヘッド２４、プッシュプルロッド２５を介してアーム２６に伝達され、当該アーム２６がケーシング２７から突出しボーリング孔１３の周壁（岩盤）２８へ強く当てつけられる。つまりアーム２６を突っ張った状態で孔径変化測定器２０がボーリング孔１３内に固定される。
即ち、ドラムを回転させて所望の長さのフレキシブルロッド３を繰り出すことにより、ボーリング孔１３の所望の高さに孔径変化測定器２０を位置させる。この状態でアーム２６を突っ張らせて孔径変化測定器２０をボーリング孔の周壁（岩盤）２８へ固定する。
また、モータ２３を逆回転させることによりアーム２６を引っ込めると、孔径変化測定器２０は岩盤２８に対してフリーになる。この状態でドラム７を回転させることにより、任意の位置まで孔径変化測定器２０を移動させることができる。

図５及び図６に本体部３１を示す。本体部３１はケーシング２７から突出する接触子３３を有する。この接触子３３は板ばね３４により外方向へ付勢されている。符号３５はカバーであり、図示しないモータ２３の駆動により上下方向に移動する。即ち、孔径変化測定装置２０を移動させているとき（アーム２６が非突出状態）はこのカバー３５は接触子３３をカバーした状態にある。そして、孔径変化測定装置２０が固定の状態（アーム２６が突出状態）のとき、カバー３５は図示上方向へ移動して、接触子３３が表出する。これにより、板ばね３４の作用により接触子３３が突出して岩盤２８へ当接する。
図５、図６の状態から岩盤に変動があると（それが孔径変化となり）、接触子３３を変位させる。接触子３３には永久磁石３６が固定されており、接触子３３の変位に伴いこの永久磁石３６も変位し、この変位量が磁気センサ３７により検出される。この検出信号は信号線４を介してコンピュータ装置１５へ送られ、ここで処理されて岩盤変動値が演算される。

図７に他の実施例の本体部４１の構造を示す。この本体部４１では光ファイバ４３から第１の窓４５を介してレーザ光４６が外部へ放出される。放出されたレーザ光４６は岩盤２８で反射して第２の窓４７を介して光センサ４９で受光される。光センサとしてイメージセンサを用いたとき、岩盤２８の変位を受光位置の変位として測定することができる。岩盤２８の変位を受光時間の変化として補足することもできる。なお、ミラーやプリズムを突出させてこれを岩盤２８に当てつけ、当該ミラーやプリズムにレーザ光を照射するようにすれば、レーザ光の反射効率が向上し、もって測定精度の向上が図れる。
光ファイバ４３はフレキシブルロッド３内を貫通し、ボーリング孔１３の外部からレーザ光を導入可能とすることが好ましい。ボーリング孔１３内へ入れる装置を簡素化するためである。

図８〜図１０に他の実施例を示す。以前の実施例の要素と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。
図８において、符号１００は従来例の孔底へ固定的に設置された測定装置（岩盤変動測定装置、地殻活動総合観測装置、地震計等）を示す。この測定装置１００はボーリング孔１３の底部に充填されたコンクリート１０３内に埋設されている。符号１０５は孔径変化測定装置１００の信号線と電源線を含んだ複合ケーブルである。
この実施例の孔径変化測定器５０はこのような既設のボーリング孔１３について底部以外の部分の孔径変化を測定するのに適している。即ち、この孔径変化測定５０には上下方向へ貫通した貫通孔５２が形成され、この貫通孔５２へ既存のワイヤ１０５を挿通可能とした。これにより、既存のワイヤ１０５が孔径変化測定器５０による孔径測定に干渉しなくなる。もって、高い精度の孔径測定が可能になる。
貫通孔の代わりに、孔径変化測定器の側面に溝を形成し、この溝へ複合ケーブルを通すこともできる。

図９及び図１０はこの実施例の孔径変化測定器５０の固定部５１を示す。この固定部５１に貫通孔５２が形成されていることがわかる。この実施例の固定部５１において、モータ５３の駆動がギアヘッド５４、プッシュプルロッド５５を介してアーム５６に伝達され、当該アーム５６がケーシング５７から突出しボーリング孔１３の周壁（岩盤）２８へ強く当てつけられる。つまりアーム５６を突っ張った状態で孔径変化測定器５０がボーリング孔１３内に固定される。

図１１及び図１２はこの実施例の本体部６１を示す。この本体部６１は、図５及び図６の例のものの板ばね並びに磁気センサ及び磁石の位置を９０度の回転し、そこに貫通孔２５用のパイプ部７０を形成したものである。即ち、ケーシングの半径方向に配置された板ばね６４により岩盤に付勢されている接触子３３の変位が磁石６６の変位に変換され、この変位が磁気センサ６７により測定される。磁石６６及び磁気センサ６７の各ホルダ６８，６９もそれぞれケーシングの半径方向に配置されている。

図１３は、複数の孔径変化測定器５１ａ、５１ｂ、５１ｃを連設した例を示す。
フレキシブルロッド３に間挿される孔径変化測定装置５１ｂ及び５１ｃには、図１４に示すように、信号バイパス線１４４及び電源バイパス線１４５が備えられる。信号バイパス線１４５は上側のフレキシブルロッド３の信号線４と下側のフレキシブルロッド３の信号線４とを連結する。電源バイパス線１４５は上側のフレキシブルロッド３の電源線５と下側のフレキシブルロッド３の電源線５とを連結する。
信号バイパス線１４４には必要に応じて増幅器１４６が備えられ、信号バイパス線１４４を通る信号を増幅する。同様に、電源バイパス線１４５にも必要に応じて電力変換器増幅器１４７を設けて電源バイパス線１４５を通る電源の電力を所定の電圧に変換する。この場合、孔径変化測定装置５１ｂ、５１ｃには電源装置を搭載しておくこととなる。この電源装置はまた電源線５からの電力により充電可能とすることが好ましい。
この実施例によれば、１つのボーリング孔１３の複数の部分において孔径変化、即ち岩盤変動を測定することができる。したがって、安い施工価格で精密な測定を行うことができる。
なお、フレキシブルロッド３へ連結する孔径変化測定器の数及び種類は任意に選択可能である。

図１５に示す通り、孔径変化測定装置８０の本体部８１内に方位センサ８４を設けることができる。方位センサ８４を設けることにより、岩盤変動の生じている方向を特定できるからである。同様に、温度センサ８５や水圧センサ８６を設けて温度や水圧のデータをコンピュータへ送り、データ補正用に利用することも出来る。
上記実施例では、磁気センサ８３のデータをそのままコンピュータ装置１５へ送ったが、各種センサの出力アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器８７を孔径変化測定装置８０内に設け、デジタル信号をフレキシブルロッド３のデータ線４へ通してもよい。更には、各種センサの出力を処理し、求める地盤変動値まで演算するプロセッサ８８を孔径変化測定装置８０内に設けることもできる。

孔径変化測定装置８０の測定結果をリアルタイムに得るには、フレキシブルロッド３の信号線４を介して測定データをボーリング孔外の装置へ伝達する必要がある。しかしながら、当該測定結果をバッチ処理する場合は、当該測定結果を孔径変化測定装置８０内のメモリ８９に保存しておいて、この孔径変化測定装置８０をボーリング孔外へ取り出したとき読み出すようにすることもできる。この場合、フレキシブルロッド３内には信号線（少なくとも信号を取り出すもの）は不要になる。更には、孔径変化測定装置８０の駆動部を遠隔操作若しくは自動操作としておくことにより、信号線（少なくとも信号を入力するもの）及び電源線をフレキシブルロッド３から省略することができる。

この発明は、上記発明の実施の形態及び実施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。

以下、次の事項を開示する。
１１ボーリング孔の孔径変化を測定する少なくとも１つの手段と、
方位を測定する手段と、
温度を測定する手段と、
水圧を測定する手段と
からなる第１のグループに属する測定手段によるアナログ信号からデジタルデータを作成するアナログ／デジタル変換手段と、
前記の第１のグループに属する測定手段、及び、アナログ／デジタル変換手段と情報交換を行う演算手段であるマイクロコンピューターと、
前記の第１のグループに属する測定手段、アナログ／デジタル変換手段、及び、前記のマイクロコンピューターに電源を供給する手段を内部に備える密閉した耐圧容器と、
該耐圧容器を該ボーリング孔内に固定する手段と、
該耐圧容器に備えられた、前記の第１のグループに属する測定手段、該アナログ／デジタル変換手段、該マイクロコンピューター、及び、これらの手段に電源を供給する手段に対し、信号や電源を伝達する媒体を内在し、該耐圧容器を該ボーリング孔内の所定の位置まで移動させるフレキシブルロッドと
から構成され、該耐圧容器を該ボーリング孔内の所定の位置まで移動し、該ボーリング孔内に密着して固定し、該マイクロコンピューターを介する制御信号により、該耐圧容器に設けた測定手段による信号を、移動手段に内在する信号の伝達媒体を介して該ボーリング孔の孔口まで伝送し、孔口にて該データを受信し、受信した該データに基づき演算により該ボーリング孔周辺の岩盤の変動を求めることを特徴とする密着型岩盤変動測定装置。
１２前記フレキシブルロッドとしてカーボンロッド又はＦＲＰ復号ケーブルが用いられる、ことを特徴とする１１に記載の装置。
１３前記フレキシブルロッドに内在される媒体として光ファイバーが用いられる、ことを特徴とする１１又は１２に記載の装置。
１４前記圧力容器の中央部分に空洞があり、その空洞部分へ前記フレキシブルロッドが挿通可能である、ことを特徴とする１１〜１３のいずれかに記載の装置。

この発明の実施例の孔径変化測定装置の概略構成及びその使用態様を示す。フレキシブルロッドの断面図である。実施例の孔径変化測定器の固定部の構成を示す縦断面図である。同じく横断面図である。実施例の孔径変化測定器の本体部の構成を示す縦断面図である。同じく横断面図である。他の実施例の本体部の構成を示す。他の実施例の孔径変化測定装置の構成及びその使用態様を示す。他の実施例の孔径変化測定器の固定部の構成を示す縦断面図である。同じく横断面図である。同じく本体部の構成を示す縦断面図である。同じく横断面図である。複数の孔径変化測定器を備えた孔径変化測定装置の概略構成図である。他の実施例の孔径変化測定器の構成を示すブロック図である。他の実施例の孔径変化測定器の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１孔径変化測定装置
３フレキシブルロッド
２０、５０、８０孔径変化測定器

Claims

ボーリング孔の孔径変化を測定する孔径変化測定器と、
該孔径変化測定器に連結されたフレキシブルロッドであって、該フレキシブルロッドはその軸方向へ実質的に変形せず、内部に信号線及び電源線が通されているフレキシブルロッドと、
を備えてなる孔径変化測定装置。
前記フレキシブルロッドに複数の孔径変化測定器が連結されている、ことを特徴とする請求項１に記載の孔径変化測定装置。
前記孔径変化測定器には上下に貫通する貫通孔又は溝が形成されている、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の孔径変化測定装置。
前記孔径変化測定器には、前記ボーリング孔の周壁へアームを当てつけて該孔径変化測定器を固定する固定部と、前記ボーリング孔の周壁へ接触子を当てつけ該周壁の変位を測定する本体部とが備えられている、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の孔径変化測定装置。
ボーリング孔内の地殻変動を測定するための測定装置を懸架するフレキシブルロッドであって、
その軸方向へ実質的に変形せず、その内部には電源線と信号線とが通されている、ことを特徴とするフレキシブルロッド。
前記フレキシブルロッドはＦＲＰロッドからなる、ことを特徴とする請求項５に記載のフレキシブルロッド。