特開 2018-3277 地山改良検知方法、及び地山改良検知システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2018-3277(P2018-3277A)

(43)【公開日】2018年1月11日

(54)【発明の名称】地山改良検知方法、及び地山改良検知システム

(51)【国際特許分類】

   E21D 9/00 20060101AFI20171208BHJP

   E21D 9/04 20060101ALI20171208BHJP

【ＦＩ】

   E21D9/00 Z

   E21D9/04 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2016-126915(P2016-126915)

(22)【出願日】2016年6月27日

(71)【出願人】

【識別番号】390036515

【氏名又は名称】株式会社鴻池組

(71)【出願人】

【識別番号】000129758

【氏名又は名称】株式会社ケー・エフ・シー

(74)【代理人】

【識別番号】100124039

【弁理士】

【氏名又は名称】立花 顕治

(74)【代理人】

【識別番号】100156845

【弁理士】

【氏名又は名称】山田 威一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100179213

【弁理士】

【氏名又は名称】山下 未知子

(74)【代理人】

【識別番号】100170542

【弁理士】

【氏名又は名称】桝田 剛

(74)【代理人】

【識別番号】100195305

【弁理士】

【氏名又は名称】本田 恵

(72)【発明者】

【氏名】山田 浩幸

(72)【発明者】

【氏名】長沼 諭

(72)【発明者】

【氏名】小山内 快和

(72)【発明者】

【氏名】井本 厚

(72)【発明者】

【氏名】道上 剛幸

【テーマコード（参考）】

2D054

【Ｆターム（参考）】

2D054AB07

2D054AC20

2D054FA02

2D054GA15

2D054GA61

2D054GA82

2D054GA92

(57)【要約】      （修正有）

【課題】トンネル掘削に際し、トンネルの周囲の地山に注入された固結材の充填状況を簡単且つ確実にモニタリングすることができる、地山改良検知方法、及びシステムを提供する。
【解決手段】本発明に係る地山改良検知方法は、外周面に少なくとも１つの貫通孔が形成された長尺管２を複数準備するステップと、トンネルの周囲の地山に前記複数の長尺管を打設するステップと、複数の長尺管の少なくとも１つの近傍に、少なくとも１つの検知用削孔１５を形成するステップと、検知用削孔に、発光部と受光部とを有する少なくとも１つの検知センサ９を挿入するステップと、各長尺管に、固結材Ｓを注入するとともに、長尺管の吐出孔２２から流れ出した固結材により、当該長尺管の周囲の地山を補強するステップと、検知センサの発光部から照射された光を受光部で受光するとともに、受光部で受光した光の強度を測定するステップと、を備えている。
【選択図】図１２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

外周面に少なくとも１つの貫通孔が形成された長尺管を複数準備するステップと、
トンネルの周囲の地山に前記複数の長尺管を打設するステップと、
前記複数の長尺管の少なくとも１つの近傍に、少なくとも１つの検知用削孔を形成するステップと、
前記検知用削孔に、発光部と受光部とを有する少なくとも１つの検知センサを挿入するステップと、
前記各長尺管に、固結材を注入するとともに、前記長尺管の貫通孔から流れ出した固結材により、当該長尺管の周囲の地山を補強するステップと、
前記検知センサの発光部から照射された光を前記受光部で受光するとともに、前記受光部で受光した光の強度を測定するステップと、
を備えている、地山改良検知方法。

【請求項2】

前記光の強度を測定するステップでは、
前記長尺管に注入される固結材の注入量と、前記検知センサの受光部で受光された光の強度との関係から、前記長尺管の周囲の地山の補強状況を確認する、請求項１に記載の地山改良検知方法。

【請求項3】

前記検知センサを挿入するステップでは、複数の検知センサを前記検知用削孔に挿入するとともに、当該各検知センサの前記発光部及び受光部を、削孔形成方向における異なる位置に配置する、請求項１または２のいずれかに記載の地山改良検知方法。

【請求項4】

前記検知センサを挿入するステップは、
前記検知用削孔に、補助長尺管を挿入するステップと、
前記補助長尺管に、少なくとも１つの検知センサを挿入するステップと、
前記検知センサを前記検知用削孔に残したまま、前記補助長尺管を前記検知用削孔から抜き出すステップと、
を備えている、請求項１から３のいずかれに記載の地山改良検知方法。

【請求項5】

前記検知センサは、先端に前記発光部及び受光部を有する長尺状に形成されており、
前記補助長尺管は、複数の管部材を軸方向に連結することで形成され、
前記各管部材の外周面には、当該各管部材の後端開口と連通するスリットが形成されており、当該スリットを前記検知センサが通過可能である、請求項４に記載の地山改良検知方法。

【請求項6】

前記検知センサは、先端に前記発光部及び受光部を有する長尺状に形成された光ファイバーセンサである、請求項１から５のいずれかに記載の地山改良検知方法。

【請求項7】

外周面に少なくとも１つの貫通孔が形成された複数の長尺管であって、トンネルの周囲の地山に打設される複数の長尺管と、
前記地山に打設された複数の長尺管の少なくとも１つの近傍に形成された、少なくとも１つの検知用の削孔に挿入され、発光部と受光部とを有する少なくとも１つの検知センサと、
を備えている、地山改良検知システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、地山改良検知方法、及び地山改良検知システムに関する。

【背景技術】

【0002】

トンネル掘削に際し、トンネルの周囲の地山に長尺管を打設し、この長尺管内から注入を施して地山を改良する、ＡＧＦ工法、サイドパイル、レッグパイル等の各種補助工法が知られている。例えば、ＡＧＦ工法は、予め切羽前方のトンネル掘削部の外周地山を補強する工法である（例えば、特許文献１、２参照）。この工法では、３ｍ程度の複数本の鋼管を接続することで１０〜２０ｍ程度の長尺鋼管を地山内に複数作製し、これを汎用のドリルジャンボを用いて打設する。このとき、複数の長尺鋼管は、切羽前方の外周の補強領域に対し、アンブレラ状に打設される。すなわち、トンネルの掘削方向に対して、末広がりとなるように、複数の長尺鋼管が打設される。そして、長尺鋼管の打設後、各長尺鋼管内にウレタン、シリカレジン等の薬液やセメント系注入材等の固結材を注入する。こうして注入された固結材は、各長尺鋼管の外部に浸みだし、長尺鋼管の周囲の地山を補強し、その結果、地山の緩みを抑止する。この際、切羽前方地山の性状と補強度合いは、解析等によって予測され、実施工では、注入量および注入圧力の管理によって補強領域が構築されたことが確認されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第３８８２１１８号公報

【特許文献2】特許第３１０１５５０号公報

【特許文献3】特開２０１５−１５８４３７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところが、例えば、図１５に示すように、地山に亀裂Ｄの多い脆い領域が存在した場合、適正な量の固結材を注入しても、注入された固結材が亀裂によって補強領域Ｃの外方に流出してしまい、補強領域Ｃに固結材が十分に注入されない可能性がある。そこで、特許文献３では、切羽の前方地山の状況を探査する方法として、専用の探査装置や発破を用いる方法が提案されている。しかし、このようにすると、探査にかかる設備が非常に大がかりなものになるという問題がある。また、このような探査においてデータを解析して岩質の変化を推定する作業は時間を要するため、ＡＧＦ工法を用いた場合には、長尺鋼管打設サイクルに組み込むのは容易ではない。これらのことは、ＡＧＦ工法と同様に長尺鋼管の打設と注入を用いてトンネル周囲の地山を改良するサイドパイルやレッグパイルでも同様に問題となる。

【0005】

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、トンネル掘削に際し、トンネルの周囲の地山に注入された固結材の充填状況を簡単且つ確実にモニタリングすることができる、地山改良検知方法、及び地山改良検知システム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】

【0006】

本発明に係る地山改良検知方法は、外周面に少なくとも１つの貫通孔が形成された長尺管を複数準備するステップと、トンネルの周囲の地山に前記複数の長尺管を打設するステップと、前記複数の長尺管の少なくとも１つの近傍に、少なくとも１つの検知用削孔を形成するステップと、前記検知用削孔に、発光部と受光部とを有する少なくとも１つの検知センサを挿入するステップと、前記各長尺管に、固結材を注入するとともに、前記長尺管の貫通孔から流れ出した固結材により、当該長尺管の周囲の地山を補強するステップと、前記検知センサの発光部から照射された光を前記受光部で受光するとともに、前記受光部で受光した光の強度を測定するステップと、を備えている。

【0007】

この構成によれば、長尺管に固結材を注入すると、長尺管の貫通孔から流れ出した固結材が、当該長尺管の周囲の地山に浸透していき、この過程で、長尺管の近傍に形成された検知用削孔にも固結材が流れ込む。このとき、検知用削孔では、検知センサの発光部から照射された光が受光部で受光されるが、検知用の削孔が固結材で充填されるにしたがって、受光部で受光される光の強度が低下していき、検知用削孔が固結材で完全に充填されると、受光部及び発光部が固結材で塞がれるため、受光部で受光される光の強度はほぼゼロになる。これにより、固結材が長尺管の周囲の地山に浸透していることを確認することができる。一方、長尺管の周囲の地山に空隙や亀裂が存在している場合には、長尺管から流れ出た固結材は亀裂に流れ込むため、検知用削孔には固結材が十分に流れ込まない。このような状態では、検知用センサの受光部で受光される光の強度がゼロにならなかったり、あるいは光の強度が低下しないため、長尺管の周囲に亀裂などが存在していることが分かる。

【0008】

したがって、大がかりな装置を使用することなく、地山の状態を確認することができる。また、長尺先受工法の施工に組み込むことができるため、検知を並行して行うにもかかわらず、施工時間が過度に増大するのを防止することができる。

【0009】

前記光の強度を測定するステップでは、前記長尺管に注入される固結材の注入量と、前記検知センサの受光部で受光された光の強度との関係から、前記長尺管の周囲の地山の補強状況を確認することができる。

【0010】

この構成によれば、例えば、長尺管の周囲の地山に亀裂が存在しない場合における、前記長尺管に注入される固結材の注入量と、前記検知センサの受光部で受光された光の強度との関係を予め測定しておけば、この関係と比べ、固結材の注入量に対して受光される光の強度が低いとき、長尺管の周囲の地山に亀裂等が存在する可能性があることを容易に判断することができる。

【0011】

また、前記検知センサを挿入するステップでは、複数の検知センサを前記検知用削孔に挿入するとともに、当該各検知センサの前記発光部及び受光部を、削孔形成方向における異なる位置に配置することができる。

【0012】

この構成によれば、複数の検知用センサで受光した光の強度を測定することで、検知用削孔の削孔形成方向のいずれの位置で、亀裂が存在するかを確認することができる。

【0013】

また、前記検知センサを挿入するステップは、前記検知用削孔に、補助長尺管を挿入するステップと、前記補助長尺管に、少なくとも１つの検知センサを挿入するステップと、前記検知センサを前記検知用削孔に残したまま、前記補助長尺管を前記検知用削孔から抜き出すステップと、を備えることができる。

【0014】

この構成によれば、補助長尺管の内部に、検知用センサを挿入するため、検知用の削孔の所望の位置に、検知用センサを容易に挿入することができる。

【0015】

また、上記地山改良検知方法において、前記検知センサは、先端に前記発光部及び受光部を有する長尺状に形成されており、前記補助長尺管は、複数の管部材を軸方向に連結することで形成され、前記各管部材の外周面には、当該各管部材の後端開口と連通するスリットが形成されており、当該スリットを前記検知センサが通過可能であるものとすることができる。

【0016】

この構成によれば、次の利点がある。まず、補助長尺管は、ドリフタなどで検知用削孔から引き抜かれるのであるが、このとき、ドリフタは補助長尺管の後端開口に取り付けられる。そのため、上記のように、鋼管の外周面にスリットを形成しておけば、補助長尺管をドリフタに接続した状態でも、スリットから検知用センサの後端部を引き出しておくことができる。そして、補助長尺管をドリフタにより引き抜くと、これとともに検知用センサも引き抜かれるおそれがある。これを防止するため、スリットから引き出された検知用センサの端部を削孔の奥端部に向けて押し込めば、センサ挿入用長尺管とともに検知用センサが引き抜かれるのを防止することができる。

【0017】

上記地山改良検知方法において、前記検知センサは、種々の物を用いることができるが、例えば、先端に前記発光部及び受光部を有する長尺状に形成された光ファイバーセンサを用いることができる。

【0018】

本発明に係る地山改良検知システムは、外周面に少なくとも１つの貫通孔が形成された複数の長尺管であって、トンネルの周囲の地山に打設される複数の長尺管と、前記地山に打設された複数の長尺管の少なくとも１つの近傍に形成された、少なくとも１つの検知用の削孔に挿入され、発光部と受光部とを有する少なくとも１つの検知センサと、を備えている。

【発明の効果】

【0019】

本発明によれば、トンネル掘削に際し、トンネルの周囲の地山に注入された固結材の充填状況を簡単且つ確実にモニタリングすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の地山改良検知方法を適用した長尺先受工法の概略構成を示す横断面図である。

【図2】図１の縦断面図である。

【図3】長尺鋼管の組み立て図である。

【図4】削孔ビット及びビットアダプタの側面図である。

【図5】図３の長尺鋼管の打設を示す断面図である。

【図6】長尺鋼管への固結材の注入方法の一例を示す断面図である。

【図7】長尺鋼管への固結材の注入方法の一例を示す断面図である。

【図8】補助鋼管の側面図である。

【図9】光ファイバーセンサを示す斜視図である。

【図10】図９の光ファイバーセンサの設置方法を示す断面図である。

【図11】図９の光ファイバーセンサの設置方法を示す断面図である。

【図12】長尺鋼管と光ファイバーセンサとが打設された地山の断面図である。

【図13】光ファイバーセンサによって受光された光の強度と経過時間との関係をグラフ化したモニタの一例である。

【図14】長尺鋼管の施工例を示す断面図である。

【図15】長尺鋼管が打設された地山の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、本発明に係る地山改良検知工法をトンネルの長尺先受工法（所謂ＡＧＦ工法）に適用した場合の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１は本実施形態に係る長尺先受工法の概略構成を示す断面図、図２は図１のトンネル切羽付近の断面図である。なお、以下では、説明の便宜のため、長尺鋼管が挿入される削孔の奥端部側を「先端側」または「先頭側」、その反対側を「基端部側」または「後端側」と称することがある。また、削孔の延びる方向及びそれに対応する長尺鋼管の延びる方向を軸方向と称することがある。また、この軸方向を中心に、径方向または周方向という文言により、方向を示すこともある。以下では、新設のトンネルの内壁面に長尺鋼管を施工する例について説明する。

【0022】

＜１．トンネルの長尺先受工法の概要＞
はじめに、一般的なトンネルの長尺先受け工法について説明する。図１及び図２に示すように、一般的な長尺先受工法では、まず、トンネル切羽１の鏡面１２に鏡面吹付けコンクリート１１を施工して鏡面１２を一時的に押える。そして、この鏡面１２に対して、長尺鋼管４８を打設する。同様に、切羽１の外縁に沿って複数の長尺鋼管２を打設する。これら複数の長尺鋼管２は、切羽１の外縁に沿ってアーチ状に、かつトンネル軸線方向Ｘと所定の仰角θをなすように打設される。また、この点について、さらに詳細に説明する。

【0023】

長尺鋼管２は、次のように形成されている。図３は長尺鋼管の組み立て図である。同図に示すように、長尺鋼管は、円筒状に形成された複数の鋼管２１を接続することで構成されている。各鋼管２１の軸方向の両端部には、雌ネジが形成されており、ネジ式のカプラ２３などで複数の鋼管２１を軸方向に接続する。但し、長尺鋼管２の構成はこれに限定されず、例えば、各鋼管２１の先端部に雌ネジを形成する一方、後端部に雄ネジを形成し、これら雄ネジと雌ネジとを螺合させることで、複数の鋼管２１を接続することもできる。また、各鋼管２１には、複数の吐出孔２２が形成されており、この吐出孔２２を介して鋼管２１の内部空間と外部とが連通している。

【0024】

このように形成された長尺鋼管２は、次に説明するように地山に打設される。この点について、図４を参照しつつ説明する。図４は削孔ビット及びビットアダプタの側面図である。

【0025】

図４に示すように、長尺鋼管２の先端には、筒状のケーシングシュー６２がネジ締め又は溶接で取り付けられており、このケーシングシュー６２の内部に、ビットアダプタ４１が、削孔振動による軸方向への移動を許容された形で収まっている。そして、ビットアダプタ４１の先端には、地山を掘削する削孔ビット３が取り付けられ、ケーシングシュー６２から突出している。削孔ビット３の先端には、複数の刃体３１が設けられており、この刃体３１によって地山を掘削する。また、ビットアダプタ４１の後部にはロープねじ状の雌ネジが形成されており、この雌ネジに、削孔ロッド６１が螺合されている。そして、削孔ロッド６１は、長尺鋼管２の内部を通過して、長尺鋼管２の後方に配置されるドリルジャンボ等の削孔機６に連結されている（図５参照）。

【0026】

また、削孔ビット３とビットアダプタ４１とは、行き止まり嵌合キー溝で係合しており、削孔機６によって削孔ロッド６１をビットアダプタ４１とともに正転駆動させると係合状態が維持され、逆転させると、このキー溝からビットアダプタ４が離脱する。

【0027】

次に、上記のように構成された長尺鋼管２の打設方法について、図５も参照しつつ説明する。まず、削孔ビット３とビットアダプタ４とを連結するとともに、削孔ビット３を長尺鋼管２の先頭部分を構成する鋼管２１の先端部に配置する。また、図１及び図５に示すような公知の削孔機６を準備する。削孔機６には、シャンクロッド（図示省略）を介して削孔ロッド６１が取り付けられ、削孔ロッド６１の先端をビットアダプタ４を介して削孔ビット３に連結する。シャンクロッドの後端にはスプライン軸が取り付けられており、このスプライン軸は、削孔機６の駆動軸に連結される。すなわち、削孔ビット３は長尺鋼管２内に挿通された削孔ロッド６１とビットアダプタ４を介して削孔機６の駆動軸とスプライン結合され、回転力、打撃力、推力が伝達される。

【0028】

そして、削孔ビット３の先端面を地山表面に当接させ、削孔機６を駆動して地山を掘削していく。このとき、長尺鋼管２は、上述したように、トンネル軸線方向Ｘと所定の仰角θをなすように打設される。こうして、削孔が形成されていくが、削孔ビット３は長尺鋼管２と連結されているため、削孔ビット３とともに長尺鋼管２も地山に進入していく。このとき、削孔ビット３の外径と長尺鋼管２の外径とはほぼ同じであるため、長尺鋼管２は削孔内壁面と接しつつ、前進していく。こうして、先頭の鋼管２１を地山に進入させたところで、カプラ２３により２本目の鋼管２１を先頭の鋼管２１に連結すると共に、削孔ロッド６１も同様に２本目を連結し、削孔・打設作業を継続していく。こうして、図１に示すように、所定長の長尺鋼管２の後端が地山の表面まで達すると、削孔機６を停止する。これに続いて、削孔機６を逆転させ、ビットアダプタ４を削孔ビット３から取り外し、ビットアダプタ４及び削孔ロッド６１を長尺鋼管２から引き抜く。すなわち、地山には、削孔ビット３及び長尺鋼管２が取り残された状態となる。

【0029】

続いて、固結材を長尺鋼管２に注入する。このとき、固結材は、セメント系固結材、ウレタン系固結材、水ガラス系固結材等、種々の固結材を利用することができる。まず、セメント系固結材を利用する場合について説明する。この場合には、例えば、図６に示すように、長尺鋼管２の後端部を口元バルブ２７で封止するとともに、この口元バルブ２７を貫通する複数の注入管２９を長尺鋼管２に挿入する。複数の注入管２９は長さが異なっており、各注入管２９の先端開口が、長尺鋼管２の軸方向の異なる位置に配置されるようにする。そして、各注入管２９に固結材を注入すると、長尺鋼管２内に固結材が充填される。このとき、複数の注入管２９の先端開口は、それぞれ、軸方向の異なる位置に配置されているため、長尺鋼管２の内部では、複数箇所で固結材の充填が行われる。但し、水ガラス系固結材もセメント系固結材と同様の態様で使用することができる。

【0030】

一方、ウレタン系固結材を用いる場合には、例えば、図７に示すように、長尺鋼管２の内部に複数のパッカー４５を配置する。各パッカー４５は、長尺鋼管２の軸方向の複数箇所に配置され、長尺鋼管２の内壁面に密着する。これにより、長尺鋼管２の内部空間は、軸方向に沿って複数の領域２０に仕切られる。そして、複数の注入管２９を口元バルブ２７から挿入し、各注入管２９の先端開口が、仕切られた各領域２０に配置されるようにした上で、固結材を注入する。これにより、固結材は、各領域２０に均一に充填される。但し、上述したセメント系固結材や水ガラス系固結材もパッカーとともに用いることができる。

【0031】

以上のように、いずれの方式を用いても長尺鋼管２には固結材が充填されるが、さらに固結材を注入すると、固結材は各鋼管２１に形成された吐出孔２２から長尺鋼管２の外部に流れ出す。図１に示すように、流れ出した固結材Ｓは、長尺鋼管２の周囲の地山に浸透し、地山が補強される。その後、鏡面１２の掘削を行い、トンネル内にでてきた長尺鋼管４８は順次破砕しながら発破や機械による掘削によってトンネルを掘り進める。そして、掘削されたトンネル内壁面には支保工５を構築した後、吹付コンクリート７を打設する。こうして、長尺鋼管２の打設、及び鏡面１２の掘削を繰り返しながら、トンネルの掘削を進めていく。

【0032】

ところで、上記のように固結材を注入し、長尺鋼管２の周囲の地山に固結材を浸透すれば、地山は補強されるが、地山に空隙や亀裂が存在している場合には、固結材は空隙や亀裂に流れ込み、長尺鋼管２の周囲から離れたところに固結材が分散するおそれがある。その結果、長尺鋼管２の周囲を固結材によって十分に補強できない可能性がある。そこで、本実施形態においては、以下の方法により、長尺鋼管２の周囲に固結材が充填されているか否かを確認する。

【0033】

＜２．固結材の充填の確認方法＞
本実施形態に係る固結材の充填の確認方法では、上述した固結材の注入に先立って、補助長尺鋼管８と、長尺状の光ファイバーセンサ９を地山に打設し、その後、固結材を注入したときに、光ファイバーセンサ９を用いて固結材の充填を確認する。以下では、まず、補助長尺鋼管８と光ファイバーセンサ９について説明し、その後、確認方法について説明する。

【0034】

＜２−１．補助長尺鋼管＞
図８に示すように、補助長尺鋼管８は、複数の円筒状の鋼管８１を軸方向に接続したものである（本実施形態では３本）。複数の鋼管８１の接続方法は特には限定されないが、上述した長尺鋼管２を形成する場合と同様に構成することができる。

【0035】

但し、各鋼管８１の後端部には、少なくとも１つのスリット８２が形成されている。各スリット８２は、鋼管８１の後端部の開口から、軸方向に前方に向かって延びている。また、このスリット８２には後述する光ファイバーセンサ９またはその束が通されるため、このセンサ９またはその束の外径より大きい幅であることが必要である。

【0036】

また、補助長尺鋼管８の先端には、コーン部材８３が取り付けられる。このコーン部材８３は、円錐型の本体部８３１と、この本体部８３１の下面に取り付けられた軸部材８３２とで構成されており、軸部材８３２が補助長尺鋼管８の先端開口に着脱自在に挿入される。

【0037】

＜２−２．光ファイバーセンサ＞
次に、光ファイバーセンサ９について説明する。本実施形態で使用する光ファイバーセンサは、公知のものを用いることができ、例えば、図９（ａ）に示すように、長尺状の２芯プラスチック光ファイバーセンサを用いることができる。すなわち、このセンサ９は、長尺状の受光用光ファイバー９１と発光用光ファイバー９２とを一体的に固定したものであり、発光用光ファイバー９２の先端の発光部９２１から照射された光を、受光用光ファイバー９１の先端の受光部９１１で受光し、受光した光の強度を測定するものである。また、後述するように、本実施形態では、長さの異なる複数の光ファイバーセンサ９を用いる。すなわち、後述するように、検知用削孔１５の軸方向に沿って、先端部が異なる位置に配置されるように、複数の光ファイバーセンサ９を束ねたものを用いる（例えば、図１０（ｃ）参照）。

【0038】

また、光ファイバーセンサ９は、図９（ｂ）に示すように構成することができる。すなわち、受光用光ファイバー９１の先端面及び発光用光ファイバーの先端部を、発光部９２１と受光部９１１が、より向き合うに斜めカットしていても良い。このように構成すると、光ファイバーセンサ９は、湧水等によりボアホール内に濁り水がある場合でも、より敏感に受光した光の強度を測定することができる。

【0039】

次に、固結材の充填の確認方法について説明する。まず、図１０（ａ）に示すように、検知用削孔１５を長尺鋼管２の周囲に形成する。検知用削孔１５は、打設された長尺鋼管２のいくつかを選択し、それらの近傍、望ましくは隣接する長尺鋼管２、２の中間位置に長尺鋼管２と平行に形成する。したがって、すべての長尺鋼管２の近傍に検知用削孔１５を形成する必要はなく、隣接する長尺鋼管２の間など、適宜選択することができる。また、長尺鋼管２と検知用削孔１５との距離は、例えば、長尺鋼管２の打設ピッチが４５０ｍｍであれば、２２５ｍｍ前後であることが望ましく、長尺鋼管２の打設ピッチが６００ｍｍであればその中央近傍、即ち長尺鋼管２から３００ｍｍ前後の位置が望ましい。さらに、現場試験において、長尺鋼管２の打設ピッチが９００ｍｍである場合にその中央近傍、即ち長尺鋼管２から４５０ｍｍの位置に検知用削孔１５を形成して検知を行ったところ、的確な検知により固結材の充填確認を行うことができたことが確認されている。なお、この検知用削孔１５の形成は、長尺鋼管２を打設した後の固結材を注入する前、または長尺鋼管２を打設する前に行うことができる。

【0040】

続いて、図１０（ｂ）に示すように、ドリフタ６８によって補助長尺鋼管８を検知用削孔１５に挿入する。このとき、補助長尺鋼管８の先端には、コーン部材８３が取り付けられている。また、検知用削孔１５には、補助長尺鋼管８を一気に挿入するほか、鋼管８１を接続しながら、検知用削孔１５に挿入することもできる。すなわち、一の鋼管８１をドリフタ６８で挿入した後、その鋼管８１の後端に他の鋼管８１を連結した後、この他の鋼管８１を検知用削孔１５に挿入することできる。

【0041】

これに続いて、図１０（ｃ）に示すように、補助長尺鋼管８の内部に、束ねられた複数の光ファイバーセンサ９を挿入する（本実施形態では３本）。そして、図１０（ｄ）に示すように、光ファイバーセンサ９の先端が、補助長尺鋼管８の先端まで達すると、図１１（ａ）に示すように、補助長尺鋼管８を検知用削孔１５から引き抜く。すなわち、補助長尺鋼管８の後端開口にドリフタ６８を取り付け、検知用削孔１５から引き抜く。このとき、補助長尺鋼管８の後端開口は、ドリフタ６８により塞がれるため、光ファイバーセンサ９は、最後尾の鋼管８１に形成されたスリット８２から引き出しておく。

【0042】

ここで、補助長尺鋼管８を引き抜くと、これに伴って光ファイバーセンサ９も引き抜かれるおそれがあるため、スリット８２から引き出された光ファイバーセンサ９を削孔１５の奥端部に向かって押圧し、補助長尺鋼管８とともに引き抜かれないようにする。なお、補助長尺鋼管８を引き抜くと、先端のコーン部材８３は、補助長尺鋼管８から離脱し、検知用削孔１５内に残留する。

【0043】

そして、最後尾の鋼管８１が検査用削孔１５から引き抜かれると、図１１（ｂ）に示すように、これを補助長尺鋼管８から取り外す。これに続いて、次に最後尾となった鋼管８１にドリフタ６８を取り付けるとともに、この鋼管８１のスリット８２から光ファイバーセンサ９を引き出す。こうして、補助長尺鋼管８の引き抜き、光ファイバーセンサ９の押圧、最後尾の鋼管８１の取り外し、光ファイバーセンサ９のスリット８２からの引出し、を繰り返し、すべての鋼管８１を検知用削孔１５から抜き出すと、図１１（ｃ）に示すように、光ファイバーセンサ９が検知用削孔１５内に残留する。

【0044】

この状態で、光ファイバーセンサ９の発光部９２１から照射された光は、検知用削孔１５内で反射し、受光部９１１において受光される。

【0045】

次に、長尺鋼管２に固結材を注入すると、上記のように、固結材は、長尺鋼管２に充填された後、吐出孔２２から流れ出て長尺鋼管２の周囲に浸透していく。このとき、この固結材は、図１２に示すように、長尺鋼管２の近傍に形成された検知用削孔１５にも流れ込み、検知用削孔１５に充填されていく。この過程において、光ファイバーセンサ９では、発光部９２１から照射された光が、検知用削孔１５内で反射し、受光部９１１において受光されるが、検知用削孔１５に固結材が流れ込むにしたがって、受光部９１１において受光される光の強度が弱まっていき、検知用削孔１５が固結材で充満すると、発光部９２１及び受光部９１１は固結材で塞がれるため、受光部９１１で受光される光の強度はゼロになる。このような光の強度の測定をモニタすると、例えば、固結材がセメント系であったとき、図１３（ａ）に示すようになる。図１３（ａ）では、３本の光ファイバーセンサ９で受光した光の強度の時間変化を示している。同図に示すように、いずれの光ファイバーセンサ９も時間の経過とともに、光の強度が低下し、最終的にゼロになっている。

【0046】

一方、固結材が長尺鋼管２の周囲の空隙や亀裂に流れ込み、検知用削孔１５に流れ込まない、あるいは十分に流れ込まない場合には、受光部９１１で受光される光の強度はゼロにはならない。したがって、測定される光の強度を観測することで、長尺鋼管２の周囲に亀裂が生じているか否かを確認することができる。このとき、上記のように、検知用削孔１５の軸方向の異なる位置に、複数の光ファイバーセンサ９の先端部を配置しておけば、軸方向に沿って、亀裂が生じていると考えられる位置を確認することかできる。

【0047】

また、図１３（ｂ）は、固結材としてウレタン系を使用したときの、光ファイバーセンサ９の検知例である。図１３（ｂ）に示すように、ウレタン系固結材を用いると、光ファイバーセンサ９で受光した光の強度がゼロになったあとで、時間の経過とともに光の強度が上昇する場合がある。これはウレタン系固結材が発泡体であるがゆえに、最初に液状の固結材が検知用削孔１５に滲入して光を遮断したが、その後発泡して光が透過するようになる場合が想定される。或いは、光ファイバーセンサ９の発光部９２１又は受光部９１１に液状のウレタンが付着して受光する光の強度がゼロになった後、その液が発泡して膜状になった場合、等が想定される。これらは、いずれもウレタンやシリカレジン等の固結材特有の現象ではあるが、長尺鋼管２から所定距離離れた検知用削孔１５で光強度がこのように変化すれば、固結材の充填状況即ち地山改良状況が十分であることが確認される。また、光強度の変化により固結材の発泡の程度も確認できるため、確実な作業と施工確認を行うことができる。

【0048】

そして、受光部９１１で受光される光の強度がゼロにならず、長尺鋼管２の周囲に亀裂が生じていると考えられる場合には、例えば、図１４に示すように、対応することができる。図１４の例では、長尺鋼管２の先端付近の領域（以下、脆弱領域１８という）で、空隙や亀裂が生じており、固結材の充填が十分ではないと考えられる。この場合には、同図中の矢印で示すように、通常の長尺先受工法よりも短いピッチとなるように、長尺鋼管２の打設位置を変更し、長尺鋼管２が脆弱領域１８を通過するように、長尺鋼管２を打設する。あるいは、短尺の注入用ボルトにより固結材を追加で注入することもできる。こうして、脆弱領域１８を発見した場合には、これを補強し、トンネルを掘り進めていく。

【0049】

＜３．特徴＞
以上のように、本実施形態によれば、検知用削孔１５において、光ファイバーセンサ９の発光部９２１から照射された光を受光部９１１で受光し、受光部で受光される光の強度の変化により、固結材が長尺鋼管２の周囲の地山に浸透していることを確認することができる。したがって、大がかりな装置を使用することなく、地山の状態、即ちトンネルの周囲の地山の湧水や緩み状況とそれに対する補強度合いを確認することができる。特に、注入の前の段階から光強度の検知を開始しておくことにより、検知用削孔１５内に湧水があることも事前確認することができる。また、長尺先受工法の施工に組み込むことができるため、検知を並行して行うにもかかわらず、施工時間が過度に増大するのを防止することができる。

【0050】

なお、上記施工方法においては、例えば、長尺鋼管２の周囲の地山に亀裂が存在しない場合における、長尺鋼管２に注入される固結材の注入量と、光ファイバーセンサ９の受光部９１１で受光された光の強度との関係を予め測定し、正常な地山の状態を示す関係として、データベース化することができる。このようにすると、上記正常な関係と比べ、例えば、固結材の注入量に対して受光される光の強度が低いとき、長尺鋼管２の周囲の地山に亀裂等が存在する可能性があることを容易に判断することができる。

【0051】

＜４．変形例＞
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、種々の変更が可能である。なお、以下の変形例は、適宜組み合わせることができる。

【0052】

＜４−１＞
光ファイバーセンサを検知用削孔に挿入する際には、補助長尺鋼管を用いているが、例えば、短い削孔のように、光ファイバーセンサの挿入が容易であれば、必ずしも補助長尺鋼管を用いる必要はない。

【0053】

＜４−２＞
上記実施形態では、検知センサとして光ファイバーセンサを用いたが、これに限定されるものではない。すなわち、少なくとも光を照射する発光部と、その光を受光する受光部が設けられ、受光部で受光した光の強度を測定できるものであれば、特には限定されない。

【0054】

＜４−３＞
上記実施形態では、本発明の長尺管として、長尺鋼管を用いたが、その構成は特には限定されず、地山を補強できるものであれば、特には限定されるものではなく、例えばＦＲＰ管や硬質塩化ビニールからなるＶＰ管等でも構わない。すなわち、本発明の長尺管の構成する際には、例えば、材質、長さ、接続する鋼管の数、接続方法など、適宜変更することができる。また、削孔のための削孔ビット３、ビットアダプタ４１、削孔ロッド６１などの構成も特には限定されず、削孔を行った上で、長尺管を地山に埋設できるものであればよい。この点は、補助長尺鋼管についても同様である。

【0055】

＜４−４＞
また、上記実施形態は、本発明を、トンネルの切羽前方の地山の外周に沿って長尺管を打設するＡＧＦ工法として説明したが、本発明は、同様に、トンネルの周囲の地山に長尺管を打設する、鏡補強工、サイドパイル、レッグパイル等の各種補助工法に適用可能である。

【符号の説明】

【0056】

１ ：切羽
２ ：長尺鋼管（長尺管）
９ ：光ファイバーセンサ（検知センサ）
１５ ：検知用削孔
８ ：補助長尺鋼管（補助長尺管）
８１ ：鋼管（管部材）
８２ ：スリット
９１１ ：受光部
９２１ ：発光部
Ｓ ：固結材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】