特許 6673542 凍土の造成状況管理システム、凍土の造成状況処理装置、及び凍土の造成状況管理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6673542

(24)【登録日】2020年3月9日

(45)【発行日】2020年3月25日

(54)【発明の名称】凍土の造成状況管理システム、凍土の造成状況処理装置、及び凍土の造成状況管理方法

(51)【国際特許分類】

   E02D 3/115 20060101AFI20200316BHJP

   E02D 19/14 20060101ALI20200316BHJP

   G01K 13/10 20060101ALI20200316BHJP

   G01K 11/32 20060101ALI20200316BHJP

   E21D 9/04 20060101ALI20200316BHJP

【ＦＩ】

   E02D3/115

   E02D19/14

   G01K13/10

   G01K11/32 A

   E21D9/04 C

【請求項の数】7

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2016-21715(P2016-21715)

(22)【出願日】2016年2月8日

(65)【公開番号】特開2017-141554(P2017-141554A)

(43)【公開日】2017年8月17日

【審査請求日】2019年1月23日

(73)【特許権者】

【識別番号】000201478

【氏名又は名称】前田建設工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100100549

【弁理士】

【氏名又は名称】川口 嘉之

(74)【代理人】

【識別番号】100113608

【弁理士】

【氏名又は名称】平川 明

(72)【発明者】

【氏名】武部 篤治

(72)【発明者】

【氏名】田辺 和也

(72)【発明者】

【氏名】森 芳樹

(72)【発明者】

【氏名】安光 立也

(72)【発明者】

【氏名】野本 康介

【審査官】 佐々木 創太郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−２６３５５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−０４１３５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１２１１７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５７３０５５０（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｅ０２Ｄ ３／１１５

Ｅ０２Ｄ １９／１４

Ｅ２１Ｄ ９／０４

Ｇ０１Ｋ １１／３２

Ｇ０１Ｋ １３／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

地盤内に構築される構造物の周囲に造成される凍土の造成状況を管理する凍土の造成状況管理システムであって、
地盤内に構築される構造物の壁に設けられ、壁の温度情報を取得する線状の温度測定部と、
前記温度測定部で取得された壁の温度情報と、地盤の属性情報とに基づいて、凍土の造成状況を予測値として算出し、出力する、凍土の造成状況処理部と、
を備え、
前記凍土の造成状況処理部は、地盤の属性情報として、地盤の含水比、地盤の土粒子密度、及び地盤の飽和度を取得し、地盤のパラメータとして、地盤の初期温度、地盤の密度、地盤の熱伝導率、地盤の比熱を算出し、算出した地盤のパラメータと前記壁の温度情報とに基づいて、凍土の造成状況を算出する、凍土の造成状況管理システム。

【請求項2】

地盤内に構築される構造物の周囲に造成される凍土の造成状況を管理する凍土の造成状況管理システムであって、
地盤内に構築される構造物の壁に設けられ、壁の温度情報を取得する線状の温度測定部と、
前記温度測定部で取得された壁の温度情報と、地盤の属性情報とに基づいて、凍土の造成状況を予測値として算出し、出力する、凍土の造成状況処理部と、
を備え、
前記凍土の造成状況処理部は、予測値としての凍土の造成状況と、実測値としての凍土の造成状況とを比較し、比較結果を出力する、凍土の造成状況管理システム。

【請求項3】

前記凍土の造成状況処理部は、所定期間経過後における凍土の造成範囲を、凍土の温度を段階的に区分して出力する、請求項１又は２に記載の凍土の造成状況管理システム。

【請求項4】

地盤内に構築される構造物の周囲に造成される凍土の造成状況を処理する凍土の造成状況処理装置であって、
情報の入力を受け付ける操作部と、
前記操作部で受け付けた、地盤内に構築される構造物の壁に設けられた線状の温度測定部で取得された壁の温度情報と、地盤の属性情報とを記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶された、前記壁の温度情報と、前記地盤の属性情報とに基づいて、凍土の造成状況を予測値として算出する処理部と、
前記処理部で算出された予測値としての凍土の造成状況を表示する表示部と、
を備え、
、
前記処理部は、地盤の属性情報として、地盤の含水比、地盤の土粒子密度、及び地盤の飽和度を取得し、地盤のパラメータとして、地盤の初期温度、地盤の密度、地盤の熱伝導率、地盤の比熱を算出し、算出した地盤のパラメータと前記壁の温度情報とに基づいて、凍土の造成状況を算出する、凍土の造成状況処理装置。

【請求項5】

地盤内に構築される構造物の周囲に造成される凍土の造成状況を処理する凍土の造成状況処理装置であって、
情報の入力を受け付ける操作部と、
前記操作部で受け付けた、地盤内に構築される構造物の壁に設けられた線状の温度測定部で取得された壁の温度情報と、地盤の属性情報とを記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶された、前記壁の温度情報と、前記地盤の属性情報とに基づいて、凍土の造成状況を予測値として算出する処理部と、
前記処理部で算出された予測値としての凍土の造成状況を表示する表示部と、
を備え、
前記処理部は、予測値としての凍土の造成状況と、実測値としての凍土の造成状況とを比較し、比較結果を出力する、凍土の造成状況処理装置。

【請求項6】

地盤内に構築される構造物の周囲に造成される凍土の造成状況を管理する凍土の造成状況管理方法であって、
地盤内に構築される構造物の壁に設けられた線状の温度測定部により、壁の温度情報を取得する壁の温度情報取得ステップと、
前記壁の温度情報取得ステップで取得した壁の温度情報と、地盤の属性情報とに基づいて、凍土の造成状況を予測値として算出し、出力する、凍土の造成状況処理ステップと、を含み、
前記凍土の造成状況処理ステップにおいて、地盤の属性情報として、地盤の含水比、地盤の土粒子密度、及び地盤の飽和度を取得し、地盤のパラメータとして、地盤の初期温度、地盤の密度、地盤の熱伝導率、地盤の比熱を算出し、算出した地盤のパラメータと前記壁の温度情報とに基づいて、凍土の造成状況を算出する、凍土の造成状況管理方法。

【請求項7】

地盤内に構築される構造物の周囲に造成される凍土の造成状況を管理する凍土の造成状況管理方法であって、
地盤内に構築される構造物の壁に設けられた線状の温度測定部により、壁の温度情報を取得する壁の温度情報取得ステップと、
前記壁の温度情報取得ステップで取得した壁の温度情報と、地盤の属性情報とに基づいて、凍土の造成状況を予測値として算出し、出力する、凍土の造成状況処理ステップと、を含み、
前記凍土の造成状況処理ステップにおいて、予測値としての凍土の造成状況と、実測値としての凍土の造成状況とを比較し、比較結果を出力する、凍土の造成状況管理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、凍土の造成状況管理システム、凍土の造成状況処理装置、及び凍土の造成状況管理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

地盤内に凍土を造成する技術がある。例えば、特許文献１には、洞道となる部分に沿って複数の凍結管用孔を並列に形成し、その凍結管用孔に凍結管をそれぞれ挿入し、各凍結管内で冷却液を循環させて凍結管の周囲の地盤を凍結させ、得られた凍土を掘削すると共に地盤の温度を測定・管理して洞道を形成する凍結工法が開示されている。また、特許文献１には、温度計として、洞道の内壁から地盤に向かって放射状に配置された複数の測温管内にそれぞれ布設された光ファイバと、これらの光ファイバと接続され各光ファイバに光信号を通過させてその光信号の波長変化を検出する検出装置とを備えた温度計を使用することが開示されている。

【0003】

また、特許文献２には、地盤に埋設された凍結管と、前記凍結管周辺に埋設された複数の温度計と、前記凍結管へ所定の温度のブラインを流すブライン冷却循環装置と、前記温度計で測定される地盤温度データと、前記ブライン冷却循環装置で測定されるブライン温度データとを用いて、凍土温度と凍土強度との関係から最適ブライン温度を算出し、前記凍結管へ前記最適ブライン温度のブラインを循環するように前記ブライン冷却循環装置を制御する制御装置と、を具備することを特徴とする凍結装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００４−２８９３５号公報

【特許文献2】特開２００９−１２１１７４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

凍土を造成した地盤内に測温管を配置し、直接地盤内の温度を計測して、凍土の状態を確認する技術がある。一例として、複数の白金抵抗体が設けられたケーブルが収容された測温管を地盤内に埋設し、白金抵抗体で温度を測定し、データロガーで温度変化を測定して地盤内の温度を管理する技術がある。しかしながら、白金抵抗体を用いた温度計は、温度測定において、各白金抵抗体が点として機能するため、広範囲の温度測定には適していなかった。一方、特許文献１に記載の技術では、洞道の内壁から地盤に向かって放射状に配置された複数の測温管内に光ファイバを布設し、各光ファイバに光信号を通過させてその光信号の波長変化を検出して、地盤内の温度を管理する。光ファイバを用いることで、測温管の軸方向（洞道の内壁と直交する方向）では、線状に温度を測定することができる。しかしながら、洞道の軸方向においては、測温管は点として機能する。そのため、洞道の軸方向における温度測定の精度を高めるためには、測温管同士の間隔を狭め、多くの測温管を地盤内に埋設する必要がある。しかしながら、測温管の埋設作業は、多大な労力を要する。そのため、温度測定範囲が広くなると、一層、作業が煩雑となる。

【0006】

本発明は、上記の問題に鑑み、従来よりも容易に凍土を管理できる技術を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するため、本発明では、地盤内に構築される構造物の周囲に造成される凍土の造成状況を管理するため、地盤内に構築される構造物の壁に線状の温度測定部を設けて壁の温度情報を取得し、取得した壁の温度情報と、地盤の属性情報とに基づいて、凍土の造成状況を予測できるようにした。

【0008】

詳細には、本発明は、地盤内に構築される構造物の周囲に造成される凍土の造成状況を管理する凍土の造成状況管理システムであって、地盤内に構築される構造物の壁に設けられ、壁の温度情報を取得する線状の温度測定部と、前記温度測定部で取得された壁の温度情報と、地盤の属性情報とに基づいて、凍土の造成状況を予測値として算出し、出力する、凍土の造成状況処理部と、を備える。

【0009】

本発明に係る凍土の造成状況管理システムでは、凍土の造成状況を予測値として算出することで、従来よりも容易に凍土を管理することができる。具体的には、線状の温度測定部を壁に設けることで、従来多大な労力を要していた測温管を地盤に埋設する作業を大幅に削減することができる。また、線状の温度測定部を壁に設けることで、構造物の壁に沿う方向において、点ではなく、線状に温度を測定することができる。線状の温度測定部は、壁に埋設してもよく、また、壁の表面（好ましくは、地盤側の表面）に沿うように設けてもよい。また、予測値としての凍土の造成状況を算出する際に用いる地盤の属性情報は、一般的な土質試験結果から得ることができる。その結果、本発明に係る凍土の造成状況管理システムでは、従来よりも容易に凍土を管理することができる。

【0010】

構造物は、地盤内に構築されるものであればよく、形状は特に限定されない。壁の形状は、曲線状、直線状でもよく、特に限定されない。壁は、地盤内に構築される構造物の外郭を形成し、内部にコンクリートを含むものとすることができる。構造物には、トンネルや立坑が例示される。線状の温度測定部は、線状かつ多点を測定できるものが好ましく、光ファイバが例示される。

【0011】

ここで、前記凍土の造成状況処理部は、地盤の属性情報として、地盤の含水比、地盤の土粒子密度、及び地盤の飽和度を取得し、地盤のパラメータとして、地盤の初期温度、地盤の密度、地盤の熱伝導率、地盤の比熱を算出し、算出した地盤のパラメータと前記壁の温度情報とに基づいて、予測値としての凍土の造成状況を算出することができる。地盤の含水比、地盤の土粒子密度、地盤の飽和度等は、一般的な土質試験から容易に得ることができる。そのため、容易に予測値としての凍土の造成状況を算出することができる。

【0012】

また、前記凍土の造成状況処理部は、所定期間経過後における凍土の造成範囲を、凍土の温度を段階的に区分して出力することができる。これにより、容易に凍土の造成状況を把握することができる。所定期間は、構造物の種類や規模等に応じて、任意に設定することができる。例えば、コンター図を用いることで、分かりやすく凍土の造成状況を出力することができる。

【0013】

また、前記凍土の造成状況処理部は、予測値としての凍土の造成状況と、実測値としての凍土の造成状況とを比較し、比較結果を出力することができる。これにより、凍土の造成状況の管理精度を向上することができる。実測値としての凍土の造成状況は、例えば、地盤内に測温管を設け、地盤内の温度を直接測定することで得ることができる。なお、測温管の埋設箇所は、予測値の精度に基づいて任意に決定することができる。例えば、予測値としての凍土の造成状況と、実測値としての凍土の造成状況との差が既定値以下の場合には、予測値の精度が高いとして、測温管の埋設箇所を少なくすることができる。また、例えば、予測値と実測値との差が既定値を上回る場合には、予測値の精度が低いとして、測温管の埋設箇所を多くすることができる。なお、予測値の精度が低い場合には、地盤の属性情報を見直すようにしてもよい。

【0014】

ここで、本発明は、凍土の造成状況を処理する凍土の造成状況処理装置として特定してもよい。凍土の造成状況処理装置は、上述した凍土の造成処理部に相当する。すなわち、本発明は、地盤内に構築される構造物の周囲に造成される凍土の造成状況を処理する凍土の造成状況処理装置であって、情報の入力を受け付ける操作部と、前記操作部で受け付けた、地盤内に構築される構造物の壁に設けられた線状の温度測定部で取得された壁の温度情報と、地盤の属性情報とを記憶する記憶部と、前記記憶部に記憶された、前記壁の温度情報と、前記地盤の属性情報とに基づいて、凍土の造成状況を予測値として算出する処理部と、前記処理部で算出された予測値としての凍土の造成状況を表示する表示部と、を備える。本発明に係る凍土の造成状況処理装置によれば、従来よりも容易に凍土の造成状況を管理することができる。

【0015】

また、本発明は、凍土の造成状況を管理する凍土の造成状況管理方法として特定してもよい。例えば、本発明は、地盤内に構築される構造物の周囲に造成される凍土の造成状況を管理する凍土の造成状況管理方法であって、地盤内に構築される構造物の壁に設けられた線状の温度測定部により、壁の温度情報を取得する壁の温度情報取得ステップと、前記壁の温度情報取得ステップで取得した壁の温度情報と、地盤の属性情報とに基づいて、凍土の造成状況を予測値として算出し、出力する、凍土の造成状況処理ステップと、を含む。本発明に係る凍土の造成状況管理方法によれば、従来よりも容易に凍土の造成状況を管理することができる。

【0016】

また、本発明に係る凍土の造成状況管理方法は、前記地盤内に測温管を埋設し、当該地盤の温度を直接測定して、実測値としての凍土の造成状況を取得する実測値の取得ステップを更に含み、前記凍土の造成状況処理ステップは、予測値としての凍土の造成状況と、実測値としての凍土の造成状況とを比較し、比較結果を出力することができる。これにより、凍土の造成状況の管理精度を向上することができる。

【0017】

また、本発明は、上記に加えて、凍土の造成状況処理装置で実行される方法やプログラムとして特定してもよい。また、本発明は、そのようなプログラムが記録された記録媒体として特定してもよい。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、従来よりも容易に凍土を管理できる技術を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】図１は、実施形態に係る凍土の造成状況管理システムの概要を示す。

【図2】図２は、シールドトンネルに光ファイバを設置した例を示す。

【図3】図３は、図２のＡ−Ａ断面図を示す。

【図4】図４は、立坑に光ファイバを設置した例を示す。

【図5】図５は、図４のＢ−Ｂ断面図を示す。

【図6】図６は、実施形態に係る凍土の造成状況処理装置の構成を示す。

【図7】図７は、実施形態に係る凍土の造成状況管理方法のフローを示す。

【図8】図８は、鋼製セグメントの表面から３０ｃｍピッチの節点における温度履歴のグラフの一例を示す。

【図9】図９は、予測値としての凍土の造成状況の表示例を示す。

【図10】図１０は、予測値としての凍土の造成状況と、実測値としての凍土の造成状況との比較結果の表示例を示す。

【図11】図１１は、シールドトンネルに光ファイバを設置した他の例を示す。

【図12】図１２は、図１１のシールドトンネルに用いられる、接続アダプタを用いて光ケーブルを接続する鋼製セグメントを示す。

【図13】図１３は、図１１のシールドトンネルに用いられる、接続アダプタを用いて光ケーブルを接続する鋼製セグメントの他の例を示す。

【発明を実施するための形態】

【0020】

次に、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。以下の説明は例示であり、本発明は以下の内容に限定されるものではない。

【0021】

＜システムの概要＞
図１は、実施形態に係る凍土の造成状況管理システムの概要を示す。実施形態に係る凍土の造成状況管理システム１００（以下、単に管理システム１００ともいう。）は、地盤６の温度情報を取得する温度測定装置２００、予測値としての凍土の造成状況を算出する凍土の造成状況処理装置３００を備える。

【0022】

＜＜温度測定装置＞＞
温度測定装置２００は、本発明の温度測定部の一例であり、光ファイバ２０１と、光ファイバ２０１にレーザを入射するとともに散乱光を測定して温度を測定する測定器２０２とを含む構成である。測定器２０２の機能は、凍土の造成状況処理装置３００に持たせるようにしてもよい。

【0023】

ここで、図２、図３は、止水装置１を用いてシールドトンネルの周囲に凍土を造成する場合における光ファイバ２０１の設置例を示す。図２は、シールドトンネルに光ファイバを設置した例を示す。図３は、図２のＡ−Ａ断面図を示す。止水装置１について簡単に説明すると、止水装置１は、複数の凍結管２、被覆材３、断熱材４を含む。地盤６内に構築されるシールドトンネル５（以下、単にトンネル５ともいう）を構成する鋼製セグメント５１の内側に凍結管２が設置されている。鋼製セグメント５１は、本発明の壁の一例であり、コンクリートを中詰めした鋼製セグメントからなる。凍結管２は、図示しない所謂Ｕバンドで鋼製セグメント５１に固定されている。また、凍結管２は、被覆材３（コンクリート又はモルタル等）で被覆されている。また、被覆材３は、断熱材４（例えば、発泡ウレタン）で被覆されている。凍結管２に冷却媒体が供給されると、凍土７が造成される。

【0024】

光ファイバ２０１は、鋼製セグメント５１の内部に埋め込まれている。光ファイバ２０１が埋め込まれた鋼製セグメント５１は、例えば、光ファイバ２０１を埋め込むための孔を形成し、隣接する鋼製セグメント５１の孔の位置を合わせて現場で鋼製セグメント５１を組み立てた後、形成した孔に光ファイバ２０１を通すことで実現できる。光ファイバ２０１を孔に通した後、孔の内面と光ファイバ２０１の外面との間に隙間が形成されている場合には、その隙間に凍結しにくい充填材（例えば、熱伝導性シリコン材やグリース材など）を充填してもよい。

【0025】

ここで、図４、図５は、止水装置１を用いて立坑の周囲に凍土を造成する場合における光ファイバ２０１の設置例を示す。図４は、立坑に光ファイバを設置した例を示す。また、図５は、図４のＢ−Ｂ断面図を示す。図４、図５の例においても、止水装置１は、複数の凍結管２、被覆材３、断熱材４を含む。但し、図４、図５の例では、凍結管２が、立坑９を構成する鋼矢板・中詰めコンクリート９１の内側に設置されている。鋼矢板・中詰めコンクリート９１は、本発明の壁の一例である。凍結管２は、図示しない所謂Ｕバンドで、鋼矢板・中詰めコンクリート９１に固定されている。また、凍結管２は、被覆材３（コンクリート又はモルタル等）で被覆されている。また、被覆材３は、断熱材４（例えば、発泡ウレタン）で被覆されている。凍結管２に冷却媒体が供給されると、凍土７が造成される。

【0026】

光ファイバ２０１は、鋼矢板・中詰めコンクリート９１の内部に埋め込まれている。光
ファイバ２０１が埋め込まれた鋼矢板・中詰めコンクリート９１は、例えば、光ファイバ２０１を埋め込むための孔を形成し、隣接する鋼矢板・中詰めコンクリート９１の孔の位置を合わせて現場で鋼矢板・中詰めコンクリート９１を組み立てた後、形成した孔に光ファイバ２０１を通すことで実現できる。光ファイバ２０１を孔に通した後、孔の内面と光ファイバ２０１の外面との間に隙間が形成されている場合には、その隙間に凍結しにくい充填材（例えば、熱伝導性シリコン材やグリース材など）を充填してもよい。

【0027】

＜＜凍土の造成状況処理装置＞＞
図６は、実施形態に係る凍土の造成状況処理装置の構成を示す。処理装置３００（以下、単に処理装置３００ともいう。）は、汎用のコンピュータによって構成することができ、処理装置３００は、制御部３０１、表示部３０４、操作部３０５、記憶部３０６、通信部３０７を備える。制御部３０１は、ＣＰＵ３０２、メモリ３０３を含み、メモリ３０３に格納されたプログラムに従って、処理装置３００又は管理システム１００を制御する。例えば、制御部３０１は、温度測定装置２００で取得した壁の温度情報と、地盤６の属性情報とに基づいて、凍土の造成状況を予測値として算出し、表示部３０４に表示する。

【0028】

メモリ３０３は、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶媒体によって構成されている。メモリ３０３には、制御プログラム等のデータが記憶されている。表示部３０４は、例えば、液晶表示装置、プラズマディスプレイパネル、ＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ）、エレクトロルミネッセンスパネル等を含む。操作部３０５は、例えば、キーボード、ポインティングデバイス、タッチパネル、操作ボタン等を含む。記憶部３０６は、例えば、ＨＤＤ（ハードディスクドライブ）、ＳＳＤ（ｓｏｌｉｄ ｓｔａｔｅ ｄｒｉｖｅ）等を含む。通信部３０７には、例えば、ネットワークへの接続を実現する通信モジュール（例えば、ネットワークカード）が例示される。

【0029】

＜凍土の造成状況管理方法＞
次に、凍土の造成状況管理方法について説明する。図７は、実施形態に係る凍土の造成状況管理方法のフローを示す。

【0030】

＜＜地盤の３次元解析モデルの構築＞＞
まず、構造物（例えば、シールドトンネル５や立坑９）の施工前において、凍土７を造成する地盤６の３次元解析モデルが構築される（ステップＳ０１）。この３次元解析モデルは、設計図面などを参考にして鋼製セグメント５１、地盤６の部分を格子状モデル（節点・要素）でモデル化したものであり、設計図面などの位置情報を参考に、汎用ソフトにより作成できる。作成した３次元解析モデルは処理装置３００のメモリ３０３に格納し、処理装置内の操作部３０５により、確認が必要な対象範囲の解析モデルを選抜できるようになっている。また選抜された３次元解析モデルは表示部３０４に表示することができる。

【0031】

＜＜地盤内の熱特性値の算出＞＞
次に、地盤６内の熱特性値が算出される（ステップＳ０２）。地盤６内の熱特性値は、本発明の地盤のパラメータの一例であり、３次元解析モデルの地盤６内の節点に紐づけられるものである。地盤６が一様な地盤（例えば、砂地盤）と判断される場合は、一種類のパラメータを算出して設定するが、複数種の地盤（例えば、粘土、砂、礫など）に分類される場合は、その種類の数だけパラメータを算出して設定する。設定される地盤６内の熱特性値には、土の初期温度（本発明の地盤の初期温度の一例）、凍結前後の土の密度（本発明の地盤の密度の一例）、凍結前後の土の熱伝導率（本発明の地盤の熱伝導率の一例）、凍結前後の土の比熱（本発明の地盤の比熱の一例）が含まれる。これらの地盤６内の熱特性値は、その地盤の種類に関わらず、一般的な土質試験で得られる「土粒子密度」、「含水比」、及び「飽和度」により算出することができる。

【0032】

＜＜鋼製セグメントの温度計測データの取得＞＞
次に、構造物（例えば、シールドトンネル５や立坑９）の施工中において、温度測定装置２００により、鋼製セグメント５１の温度計測データ（本発明の壁の温度情報の一例）が取得される（ステップＳ０３）。換言すると、鋼製セグメント５１に埋め込まれた光ファイバ２０１により、多点の温度データが取得される。ステップＳ０３は、本発明の壁の温度情報取得ステップの一例である。

【0033】

＜＜予測値としての凍土の造成状況の算出＞＞
次に、予測値としての凍土の造成状況が算出される（ステップＳ０４）。予測値としての凍土の造成状況は、処理装置３００の制御部３０１が、メモリ３０３に格納された、予測値としての凍土の造成状況算出プログラムを実行することで実現される。具体的には、まず、ステップＳ０２で算出された地盤６内の熱特性値、及びステップＳ０３で取得された鋼製セグメント５１の温度計測データが処理装置３００に入力され、記憶部３０６に記憶される。地盤６内の熱特性値、及び鋼製セグメント５１の温度計測データは、操作部３０５を介して入力することができる。また、地盤６内の熱特性値を処理装置３００で算出した場合には、算出された地盤６内の熱特性値が自動的に記憶部３０６に記憶される。また、処理装置３００が測定器２０２の機能を有している場合には、測定された鋼製セグメント５１の温度計測データが自動的に記憶部３０６に記憶される。

【0034】

次に、処理装置３００の制御部３０１は、記憶部３０６に記憶された地盤６内の熱特性値（土の初期温度、凍結前後の土の密度、凍結前後の土の熱伝導率、凍結前後の土の比熱）と、鋼製セグメント５１の温度計測データとに基づいて、凍土の造成状況を算出する。具体的には、処理装置３００の制御部３０１は、所定期間経過後（例えば、３０日後、６０日後、９０日後）における凍土の造成範囲を、凍土の温度を段階的に区分して（例えば、５℃刻み）で出力できるよう、凍土の造成状況を算出する。所定期間経過後の凍土の造成範囲は、３次元解析モデルの地盤６内の各節点における温度データを算出し、算出した温度データの履歴を記憶部３０６に記憶しておき、所定期間経過後（指定日）の温度データを抽出し、節点の位置情報と温度データから、３次元解析モデルのある任意の断面および位置におけるメッシュ図に温度分布を併記して、温度分布のコンター図として出力することができる。ここで、図８は、鋼製セグメントの表面から３０ｃｍピッチの節点における温度履歴のグラフの一例を示す。図８では、鋼製セグメント５１の表面の温度履歴、鋼製セグメント５１の表面から３０、６０、９０、１２０ｃｍの温度履歴が１２０日分示されている。

【0035】

＜＜予測値としての凍土の造成状況の出力＞＞
次に、処理装置３００の制御部３０１は、ステップＳ０４で算出した、予測値としての凍土の造成状況を出力する（ステップＳ０５）。具体的には、処理装置３００の制御部３０１は、予測値としての凍土の造成状況を、表示部３０４に表示する。ここで、図９は、予測値としての凍土の造成状況（０℃以下の範囲）の表示例を示す。図９の表示例は、シールドトンネル５における、予測値としての凍土の造成状況であり、３次元解析モデルのある任意の断面および位置におけるメッシュ図に、０℃以下の温度分布が併記された、温度分布のコンター図で示されている。また、図９の表示例は、３０日後、６０日後、９０日後の、予測値としての凍土の造成状況を含む。また、図９の表示例では、凍土の造成範囲が、５℃刻みで色分けして表示されている。図９に示す例では、０．００〜−５．００℃が７ａ、−５．００〜−１０．００℃が７ｂ、−１０．００〜−１５．００℃が７ｃ、−１５．００〜−２０．００℃が７ｄで示されている。日数の経過に伴い、凍結管２を中心に凍土の造成範囲が徐々に広がっていくことを確認することができる。そして、９０日後において、凍土の造成範囲が既定値に達することが確認できる。

【0036】

＜＜実測値としての凍土の造成状況の取得＞＞
次に、測温管により地盤６内の温度が測定され、実測値としての凍土の造成状況が取得される（ステップＳ０６）。具体的には、鋼製セグメント５１の内側から地盤６内に測温管が挿入され、地盤６内の温度が測定される。測温管は、多点（複数の計測位置）での温度の取得が可能であり、測定された地盤６内の温度に基づいて、実測値としての凍土の造成状況が取得される。

【0037】

＜＜予測値と実測値との比較＞＞
次に、ステップＳ０５で出力された予測値としての凍土の造成状況と、ステップＳ０６で取得した実測値としての凍土の造成状況とが比較される（ステップＳ０７）。予測値と実測値との比較は、処理装置３００の制御部３０１が、メモリ３０３に格納された、予測値と実測値とを比較するための比較用プログラムを実行することで実現される。なお、予測値と実測値とを比較するための比較用プログラムは、先に説明した、凍土の造成状況算出プログラムに組み込んでもよい。具体的には、まず、ステップＳ０６で取得した実測値としての凍土の造成状況が処理装置３００に入力され、記憶部３０６に記憶される。実測値としての凍土の造成状況、換言すると、複数の計測値における温度は、操作部３０５を介して入力することができる。また、実測値としての凍土の造成状況を処理装置３００で算出して取得した場合には、取得した実測値としての凍土の造成状況値が自動的に記憶部３０６に記憶される。

【0038】

次に、処理装置３００の制御部３０１は、記憶部３０６に記憶された予測値としての凍土の造成状況と、同じく記憶部３０６に記憶された実測値としての凍土の造成状況とを比較する。具体的には、処理装置３００の制御部３０１は、座標に基づいて、実測値としての、計測温管の各計測位置の温度と、この各計測位置に対応する、予測値としての温度とを比較する。

【0039】

＜＜予測値と実測値との比較結果の出力＞＞
次に、処理装置３００の制御部３０１は、ステップＳ０７の比較結果を出力する（ステップＳ０８）。具体的には、処理装置３００の制御部３０１は、予測値としての凍土の造成状況と、実測値としての凍土の造成状況とを、表示部３０４に表示する。ここで、図１０は、予測値としての凍土の造成状況と、実測値としての凍土の造成状況との比較結果の表示例を示す。図１０の表示例は、図９で説明した、シールドトンネル５における、予測値としての凍土の造成状況（９０日後）と、測温管の温度計測位置が示されている。測温管の計測位置における温度は、計測位置の横に実測値をそのまま表示してもよい。また、測温管の計測位置における温度は、計測位置を示す丸印を、例えば予測値としての凍土の造成範囲の表示方法に合わせて、−５℃刻みで色分けして表示してもよい。更に、例えば、予測値としての凍土の造成状況と、実測値としての凍土の造成状況との差が既定値を上回る場合には、既定値を上回る箇所が確認できるよう、他の計測位置を示す丸印と色分けするなどして、表示するようにしてもよい。

【0040】

なお、測温管の埋設箇所は、予測値の精度に基づいて任意に決定することができる。例えば、予測値としての凍土の造成状況と、実測値としての凍土の造成状況との差が既定値以下の場合には、予測値の精度が高いとして、測温管の埋設箇所を少なくすることができる。また、例えば、予測値と実測値との差が既定値を上回る場合には、予測値の精度が低いとして、測温管の埋設箇所を多くすることができる。なお、予測値の精度が低い場合には、地盤６の属性情報を見直すようにしてもよい。以上により、凍土の造成状況を管理することができる。

【0041】

＜効果＞
以上説明した実施形態に係る凍土の造成状況管理システム１００によれば、凍土の造成
状況を予測値として算出することで、従来よりも容易に凍土を管理することができる。具体的には、線状の光ファイバ２０１を壁（鋼製セグメント５１や鋼矢板・中詰めコンクリート９１）に埋設することで、従来多大な労力を要していた測温管を埋設する作業を大幅に削減することができる。また、線状の光ファイバ２０１を壁に埋設することで、構造物（シールドトンネル５や立坑９）の壁に沿う方向において、点ではなく、線状に温度を測定することができる。一本の線で多点の温度を測定できることから、配線数を大幅に削減できる。また、予測値としての凍土の造成状況を算出する際に用いる地盤６の属性情報（地盤６の含水比、地盤６の土粒子密度）は、一般的な土質試験結果から得ることができる。その結果、実施形態に係る凍土の造成状況管理システム１００では、従来よりも容易に凍土を管理することができる。

【0042】

また、実施形態に係る凍土の造成状況管理システム１００によれば、例えば、シールドトンネル５における、予測値としての凍土の造成状況を、所謂コンター図で表示することができる。また、予測値としての凍土の造成状況は、３０日後、６０日後、９０日後について、凍土の造成範囲を所定の温度刻み（例えば、５℃刻み）で色分けして表示することができる。そのため、所定期間経過後の凍土の造成状況を容易に把握することができる。

【0043】

また、実施形態に係る凍土の造成状況管理システム１００によれば、予測値としての凍土の造成状況と、実測値としての凍土の造成状況とを比較し、比較結果を出力することができる。これにより、凍土の造成状況の管理精度を向上することができる。なお、上述したように、例えば、予測値と実測値との差が既定値を上回る場合には、予測値の精度が低いとして、測温管の埋設箇所を多くすることができる。なお、予測値の精度が低い場合には、地盤６の属性情報を見直すようにしてもよい。

【0044】

＜変形例＞
ここで、上述した実施形態では、光ファイバ２０１が埋め込まれた鋼製セグメント５１について、光ファイバ２０１を埋め込むための孔を形成し、形成した孔に光ファイバ２０１を通す構成を一例として説明した。この構成とは異なる例として、例えば、光ファイバ２０１が埋め込まれた鋼製セグメント５１は、光ファイバ２０１を設置した上で、鋼製セグメント５１の中詰めコンクリートを打設して作製してもよい。ここで、図１１は、シールドトンネルに光ファイバを設置した他の例を示す。図１２は、図１１のシールドトンネルに用いられる、接続アダプタを用いて光ケーブルを接続する鋼製セグメントを示す。図１１、図１２に示す例では、光ファイバ２０１の端部が鋼製セグメント５１から露出しており、露出する光ファイバ２０１の端部に接続アダプタ２０３が設けられている。光ファイバ２０１は、現場で鋼製セグメント５１を組み立てる際、接続アダプタ２０３を接続することで、鋼製セグメント５１に埋め込まれた一本のケーブルとして機能する。なお、図４、図５で説明した立坑に光ファイバ２０１を設置する場合においても、鋼矢板・中詰めコンクリート９１から光ファイバ２０１の端部を露出しておき、露出する光ファイバ２０１の端部に接続アダプタ２０３を設け、光ファイバ２０１を一本のケーブルとして機能させるようにしてもよい。なお、図１２に示す例は、光ファイバ２０１を鋼製セグメント５１の内側に設置する態様を示しているが、図１３に示す態様のように光ファイバ２０１を鋼製セグメント５１の外側に設置してもよい。

【0045】

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明に係る凍土の造成状況管理システム、凍土の造成状況処理装置、及び凍土の造成状況管理方法は、これらに限られず、可能な限りこれらを組み合わせることができる。

【符号の説明】

【0046】

１・・・止水装置
２・・・凍結管
３・・・被覆材
４・・・断熱材
５・・・トンネル
５１・・・鋼製セグメント（中詰めコンクリート）
６・・・地盤
７・・・凍土
９・・・立坑
９１・・・鋼矢板・中詰めコンクリート
１００・・・凍土の造成状況管理システム
２００・・・温度測定装置
２０１・・・光ファイバ
２０２・・・測定器
２０３・・・接続アダプタ
３００・・・凍土の造成状況処理装置
３０１・・・制御部
３０２・・・ＣＰＵ
３０３・・・メモリ
３０４・・・表示部
３０５・・・操作部
３０６・・・記憶部
３０７・・・通信部

【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】