特許 6963929 地盤改良状態検査方法

(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】6963929

(24)【登録日】2021年10月20日

(45)【発行日】2021年11月10日

(54)【発明の名称】地盤改良状態検査方法

(51)【国際特許分類】

   E02D 3/12 20060101AFI20211028BHJP

【ＦＩ】

   E02D3/12 101

【請求項の数】5

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2017-149611(P2017-149611)

(22)【出願日】2017年8月2日

(65)【公開番号】特開2019-27209(P2019-27209A)

(43)【公開日】2019年2月21日

【審査請求日】2020年5月11日

(73)【特許権者】

【識別番号】591029921

【氏名又は名称】フジモリ産業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100085556

【弁理士】

【氏名又は名称】渡辺 昇

(74)【代理人】

【識別番号】100115211

【弁理士】

【氏名又は名称】原田 三十義

(72)【発明者】

【氏名】扇畑 邦史

(72)【発明者】

【氏名】細田 優介

【審査官】 石川 信也

(56)【参考文献】

【文献】 実開昭５６−１３８９３４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開昭６１−１３４４１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６２−１４６９０６（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開昭５７−０１９６５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−０９００５８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｅ０２Ｄ ３／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

注入工程で地盤改良用孔から周囲の地山に注入された注入材による地盤改良状態を検査する方法であって、
前記注入工程前の注入材に検査波感応材を混入して均一に分散させる工程と、
前記注入工程によって、前記地山における前記注入材が注入された部分である注入改良体に、前記検査波感応材が均一に分散される工程と、
前記地盤改良用孔に挿入した検査波送受信アンテナから前記検査波感応材と相互作用可能な検査波を放射し、かつ前記検査波送受信アンテナによって反射波を受信する工程と、
前記反射波の受信データに基づいて、前記注入材の注入状態を解析する工程と
を備えていることを特徴とする地盤改良状態検査方法。

【請求項2】

前記検査波感応材による前記検査波に対する減衰率又は反射率が、地山における前記検査波の減衰率又は反射率と異なることを特徴とする請求項１に記載の地盤改良状態検査方法。

【請求項3】

前記検査波感応材が、金属粉を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の地盤改良状態検査方法。

【請求項4】

前記地盤改良用孔の内部に案内管を挿入し、前記地盤改良用孔の内周と前記案内管の外周との間の環状路を前記注入材の流路とし、
前記案内管に前記検査波送受信アンテナを挿入することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の地盤改良状態検査方法。

【請求項5】

前記検査波送受信アンテナを前記地盤改良用孔の軸線方向へ移動させながら、前記検査波の放射及び受信を行なうことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の地盤改良状態検査方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、地盤改良状態を検査する方法に関し、特に注入材の注入による地盤改良状態の検査方法に関する。

【背景技術】

【0002】

例えばＮＡＴＭ（New Austrian Tunneling Method）トンネルを掘削する際の補助工法として、切羽の上半部の外周から前方へ先受け鋼管を打設するＡＧＦ（All Ground Fasten）工法や、切羽鏡部に鏡ボルトを打設する鏡ボルト工法が知られている（特許文献１等参照）。打設後の先受け鋼管や鏡ボルトの注入穴から注入材を地山内に注入することで、地山を安定させる。注入材としては、ウレタン系注入材、セメント系注入材、水ガラス系注入材などが用いられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０００−３１００９４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

前記注入材は地中に注入されるために、注入改良体を直接的に目視等で確認することができず、改良範囲及び改良効果を定量的に把握するのが困難である。鏡ボルト工法では、掘削中の切羽に注入改良体の断面が現れるが、掘削前に注入改良体を直接的に確認することはできない。
現状では、注入材の注入圧力が、注入量に基づく計算や経験などによる想定圧力に達した時点で、想定改良体が形成されたものとしている。
どうしても事前に改良範囲を知りたい場合は模擬地山や実際の地山に試験注入を行い、改良体を掘り出す事で改良範囲を確認しており、手間・時間・コストを掛けて試験する事になる。
本発明は、かかる事情に鑑み、地中での注入材の注入状況ひいては地盤改良状態を確実かつ容易に把握可能とすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

前記課題を解決するため、本発明方法は、地盤改良用孔から周囲の地山に注入された注入材による地盤改良状態を検査する方法であって、
前記地盤改良用孔に挿入した検査波送受信アンテナから検査波を放射し、かつ前記検査波送受信アンテナによって反射波を受信する工程と、
前記反射波の受信データに基づいて、前記注入材の注入状態を解析する工程と
を備え、前記注入材に、前記検査波と相互作用可能な検査波感応材が混入されていることを特徴とする。

【0006】

注入材が注入された地山は注入改良体となる。該注入改良体は検査波感応体を含むために、検査波の伝播状態が、非注入地山部分とは異なる。この検査波の反射波を解析することによって、注入改良体と非注入地山部分との境を識別したり、改良領域の広がりを定量化したりできる。
前記相互作用は、検査波の吸収、減衰、反射、散乱、屈折、回折、干渉、波長変換、位相変換、励起、失活などを含む。
前記解析工程は、断面画像、３次元画像、グラフなどの作成工程を含んでいてもよい。

【0007】

前記検査波感応材による前記検査波に対する減衰率又は反射率が、地山における前記検査波の減衰率又は反射率と異なることが好ましい。
これによって、注入改良体における検査波の伝播状態を、非注入地山部分における検査波の伝播状態とは確実に異ならせることができる。この検査波の反射波によって、注入改良体の大きさなどを検知でき、地盤改良状態を適確に把握できる。
前記検査波感応材による前記検査波に対する減衰率が、地山における前記検査波の減衰率より高くても、低くてもよい。
前記検査波感応材による前記検査波に対する反射率が、地山における前記検査波の反射率より高くても、低くてもよい。

【0008】

前記検査波感応材が、金属粉を含むことが好ましい。
これによって、注入改良体の内部に金属粉が混入、分散される。該金属粉によって、検査波を確実に減衰又は反射できる。
前記金属粉は、微粒子状態であることが好ましい。

【0009】

前記地盤改良用孔の内部に案内管を挿入し、前記地盤改良用孔の内周と前記案内管の外周との間の環状路を前記注入材の流路とし、
前記案内管に前記検査波送受信アンテナを挿入することが好ましい。
これによって、地盤改良用孔の内部にアンテナを注入材に妨げられることなく容易に挿入できる。検査終了後は、検査波送受信アンテナを回収して再使用することで、費用を節減できる。

【0010】

前記検査波送受信アンテナを前記地盤改良用孔の軸線方向へ移動させながら、前記検査波の放射及び受信を行なうことが好ましい。
これによって、検査領域を地盤改良用孔の軸線に沿って拡張でき、軸線方向の各位置における注入改良体の断面積又は直径を定量化できる他、注入改良体全体の体積を定量化できる。この結果、地盤改良状態をより的確に把握できる。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、地中での注入材の注入状況ひいては地盤改良状態を確実かつ容易に把握することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、本発明の一実施形態に係る構築施工中のトンネルにおける注入材の注入工程の様子を示す側面断面図である。

【図2】図２は、前記構築施工中のトンネルにおける注入改良体の検査時の様子を示す側面断面図である。

【図3】図３は、図１の円部ＩＩＩを拡大して示す側面断面図である。

【図4】図４は、前記検査時における検査波の送受信工程を示す解説図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の一実施形態を図面にしたがって説明する。
図１に示すように、例えばＮＡＴＭトンネル１の掘進時の地山２を安定化させるための補助工法として、ＡＧＦ工法が採用されている。トンネル１の切羽１ａの外周に沿ってアーチ支保工３が設置されている。該アーチ支保工３から掘進前方側（図１において右側）の地山２内に長尺の先受け鋼管１０が打ち込まれている。先受け鋼管１０の材質は、スチールなどの金属である。

【0014】

図３に示すように、先受け鋼管１０の内部が、地盤改良用孔１１を構成している。図１に示すように、先受け鋼管１０ひいては地盤改良用孔１１は、トンネル軸線に対して掘進前方側（図１において右側）へ向かうにしたがってトンネル外周側へ少し傾斜されている。先受け鋼管１０の先端部には、掘削ビット１４が設けられている。

【0015】

先受け鋼管１０には、複数の注入穴１２が管壁を貫通するように形成されている。複数の注入穴１２は、先受け鋼管１０の管軸方向及び周方向に分散して配置されている。地盤改良用孔１１が、これら注入穴１２を介して、先受け鋼管１０の外部へ連通している。

【0016】

図２に示すように、各注入穴１２から吐出された注入材４によって先受け鋼管１０の周囲の地山が改良され、注入改良体２ｂが形成されている。
注入材４としては、例えばシリカレジン系注入材、ウレタン系注入材、セメント系注入材、水ガラス系注入材を用いてもよい。

【0017】

本発明形態においては、前記注入材４の注入状況ひいては地盤改良状態を、以下のようにして検査する。
＜検査波感応材混入工程＞
図１に示すように、予め、注入材４には、検査波感応材４ｂを混入し、均一に分散させておく。検査波感応材４ｂは、アルミ・鉄・ステンレス・銅等の金属粉によって構成されている。金属粉の大きさ（平均粒径）は、微粒子レベルであることが好ましく、例えば０．００５μｍ（５ｎｍ）〜１０μｍ程度である。
なお、図３及び図４における検査波感応材４ｂの大きさは、誇張されている。図２においては、検査波感応材４ｂの図示を省略する。

【0018】

＜案内管＞
図１に示すように、先受け鋼管１０を打設後、該先受け鋼管１０の内部に案内管２０を挿入する。案内管２０は、例えばポリ塩化ビニルなどの樹脂によって構成されている。なお、案内管２０の材質は、樹脂に限られず、スチールなどの金属であってもよい。
図３に示すように、案内管２０の先端部は、キャップ２２によって塞がれている。

【0019】

＜注入工程＞
先受け鋼管１０の地盤改良用孔１１の内周と、案内管２０の外周との間には、環状路１３が形成される。
この環状路１３を注入材４の流路として、注入材４を環状路１３に通し、各注入穴１２から先受け鋼管１０の周囲の地山２に注入する。地山２における注入材４が注入された部分は、注入改良体２ｂとなる。注入改良体２ｂには、金属粉からなる検査波感応材４ｂが混入され、均一に分散されている。
地山２における注入材４が注入されていない部分は、非注入地山部分２ａと称す。

【0020】

＜地盤改良状態検査装置３０＞
続いて、図２に示すように、地盤改良状態検査装置３０を用意する。地盤改良状態検査装置３０は、装置本体３１と、ケーブル３２と、検査波送受信アンテナ３３を含む。詳細な図示は詳細するが、装置本体３１には、検査波３４の送受信処理回路、受信データ解析部、電源回路などが格納されている。装置本体３１にケーブル３２を介して検査波送受信アンテナ３３が接続されている。検査波送受信アンテナ３３は、例えば棒状になっている。
地盤改良状態検査装置３０としては、例えばボアホールレーダーを用いることができる。
図示は省略するが、装置本体３１にモニタやパーソナルコンピュータ、ないしは専用コンピュータが接続されていてもよい。

【0021】

＜挿入工程＞
図２に示すように、検査波送受信アンテナ３３を、案内管２０の基端開口（図２において左端）から案内管２０の内部ひいては地盤改良用孔１１の内部に挿入する。挿入作業は、棒状の冶具（図示せず）を用いて行なうとよい。
図３に示すように、案内管２０の内部は、注入材４が入っておらず、空洞になっているから、検査波送受信アンテナ３３を注入材４に妨げられることなく容易に挿入できる。

【0022】

＜検査波放射工程＞
図４に示すように、案内管２０内の検査波送受信アンテナ３３から検査波３４を放射する。検査波３４は、好ましくは中心周波数１００ＭＨｚ〜３０００ＭＨｚ程度の高周波電磁波である。検査波３４は、検査波送受信アンテナ３３を中心にして全方位（３６０°）へ走査されることが好ましい。

【0023】

＜検査波伝播工程＞
該検査波３４が、案内管２０、環状路１３及び先受け鋼管１０を順次透過し、更に先受け鋼管１０の周囲の注入改良体２ｂの内部、及び非注入地山部分２ａの内部を伝播する。伝播しながら検査波３４の減衰や反射が起きる。特に、注入改良体２ｂにおいては、検査波３４が、検査波感応材４ｂとの相互作用によって減衰されたり反射されたりする。検査波感応材４ｂによる検査波３４に対する減衰率又は反射率は、地山２における検査波３４の減衰率又は反射率と異なる。したがって、注入改良体２ｂにおいては、検査波３４の減衰率や反射率が、非改良部分２ａとは異なる。

【0024】

＜受信工程＞
検査波送受信アンテナ３３は、検査波３４の放射と併行して、反射波３５の受信を行なう。受信された反射波３５は、受信データとして装置本体３１へ入力される。

【0025】

＜アンテナ移動工程＞
更に、前記検査波３４の放射及び受信と併行して、図４の矢印線ａに示すように、検査波送受信アンテナ３３を案内管２０の軸線方向ひいては注入改良体２ｂの長手方向へ移動させる。
例えば、図２に示すように、検査波送受信アンテナ３３を案内管２０の先端部（図２において右端部）まで挿し入れたうえで、検査波３４の放射及び受信を開始し、その後、検査波送受信アンテナ３３を漸次、案内管２０の基端側（図２において左側）へ移動させながら、検査波３４の放射及び受信を行なう。これによって、検査領域を注入改良体２ｂの長手方向に沿って拡張できる。好ましくは、注入改良体２ｂの全長にわたって反射波３５の受信データを得ることができる。また、検査波送受信アンテナ３３を中心にして全方位から受信することによって、注入改良体２ｂの全周の受信データを得ることができる。

【0026】

＜解析工程＞
装置本体３１の受信データ解析部において、前記反射波３５の受信データに基づいて、注入材４の注入状態を解析する。
前述したように、注入改良体２ｂと非改良部分２ａとでは、検査波感応体４ｂの有無に起因して、検査波３４の減衰率や反射率が異なる。したがって、注入改良体２ｂからの受信データと、非改良部分２ａからの受信データとを明確に識別することができる。或いは、受信データが、注入改良体２ｂと非改良部分２ａとの境２ｃに相当する部分で不連続的に変化する。
したがって、受信データに基づいて、検査波送受信アンテナ３３から前記境２ｃまでの距離を測定できる。更には、注入改良体２ｂの長手方向の各位置における、注入改良体２ｂの直径や断面積を求めることができる。ひいては、注入改良体２ｂの体積を算出できる。この結果、注入材４による改良領域の広がりを定量化でき、地盤改良状態を適確かつ容易に把握することができる。
図示は省略するが、解析のために、受信データを断面画像化したり、３次元画像化したり、グラフ化したりしてもよい。これによって、地盤改良状態を可視化でき、注入の良否を容易に判断できる。

【0027】

なお、検査波３４は、案内管２０及び先受け鋼管１０においても吸収や散乱を起こす。一方、これら案内管２０及び先受け鋼管１０からの受信データは、検査波送受信アンテナ３３の移動位置に依らずに一様である。したがって、全体の受信データから案内管２０及び先受け鋼管１０からの受信データ成分を容易にフィルタリングしてカットすることができる。

【0028】

本発明は、前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範囲において種々の改変をなすことができる。
例えば、本発明の検査方法は、ＡＧＦ工法に限られず、鏡ボルト工法における注入状態の検査にも適用でき、更にはＡＧＦ工法や鏡ボルト工法などのトンネル補助工法に限られず、注入式ボーリングや注入式鋼管杭などによる地盤改良状態の検査にも適用できる。地盤改良用孔は、水平でもよく、鉛直でもよい。
案内管２０を省略してもよい。
検査波３４は、電磁波に限られず、超音波であってもよい。
検査波３４と検査波感応材４ｂとの相互作用は、減衰（吸収）や反射（散乱）に限られず、屈折、回折、干渉、波長変換、位相変換、励起、失活などであってもよい。地盤改良状態検査装置３０が、これら相互作用の有無又は度合を検知可能であることが好ましい。
検査波感応材４ｂの材質は、金属に限られず、鉱物や有機物であってもよい。

【産業上の利用可能性】

【0029】

本発明は、例えばＮＡＴＭトンネル掘削時の地山安定化のための補助工法に適用できる。

【符号の説明】

【0030】

１ トンネル
１ａ 切羽
２ 地山
２ａ 非注入地山部分
２ｂ 注入改良体
２ｃ 境
３ アーチ支保工
４ 注入材
４ｂ 検査波感応材
１０ 先受け鋼管
１１ 地盤改良用孔
１２ 注入穴
１３ 環状路
１４ 掘削ビット
２０ 案内管
２２ キャップ
３０ 地盤改良状態検査装置
３１ 装置本体
３２ ケーブル
３３ 検査波送受信アンテナ
３４ 検査波
３５ 反射波

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】