特開 2023-106778 応力測定装置及びその操作用具

(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】P2023106778

(43)【公開日】2023-08-02

(54)【発明の名称】応力測定装置及びその操作用具

(51)【国際特許分類】

   G01L 1/00 20060101AFI20230726BHJP

   G01L 1/04 20060101ALI20230726BHJP

   G01L 5/00 20060101ALI20230726BHJP

【ＦＩ】

G01L1/00 D

G01L1/04

G01L5/00 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022007708

(22)【出願日】2022-01-21

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用申請有り 令和３年１１月２６日に第３１回トンネル工学研究発表会にて発表

(71)【出願人】

【識別番号】302060926

【氏名又は名称】株式会社フジタ

(71)【出願人】

【識別番号】504173471

【氏名又は名称】国立大学法人北海道大学

(71)【出願人】

【識別番号】595005905

【氏名又は名称】株式会社エーティック

(74)【代理人】

【識別番号】110000408

【氏名又は名称】弁理士法人高橋・林アンドパートナーズ

(72)【発明者】

【氏名】池田 奈央

(72)【発明者】

【氏名】村山 秀幸

(72)【発明者】

【氏名】福田 大祐

(72)【発明者】

【氏名】児玉 淳一

(72)【発明者】

【氏名】釣賀 雅人

(72)【発明者】

【氏名】中村 健太

【テーマコード（参考）】

2F051

【Ｆターム（参考）】

2F051AA06

2F051AB09

2F051BA07

(57)【要約】

【課題】正確に応力を計測することのできる応力測装置を提供することを目的とする。
【解決手段】応力測定装置は、細長形状を有する第１筐体と、第１筐体の長手方向の第１端部の側に配置され第１歪みゲージを含む少なくとも１つの第１センサと、第１筐体の第１端部とは反対側の第２端部の側に配置され第２歪みゲージを含む少なくとも１つの第２センサと、第１筐体に連結される第２筐体とを含む。第１センサは、第１筐体の長手方向と平行な方向に延伸し第１歪みゲージが取り付けられた弾性板と、弾性板に連結された接触ピンと、弾性板と同じ方向に伸び、弾性板が取り付けられるセンサ支持部材とを有する。センサ支持部材は、後端が回転可能な継手で第１筐体に連結され、先端が第１筐体の断面中心方向に変位可能に設けられている。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

細長形状を有する第１筐体と、
前記第１筐体の長手方向の第１端部の側に配置され第１歪みゲージを含む少なくとも１つの第１センサと、
前記第１筐体の前記第１端部とは反対側の第２端部の側に配置され第２歪みゲージを含む少なくとも１つの第２センサと、
前記第１筐体に連結される第２筐体と、を含み、
前記第１センサは、
前記第１筐体の長手方向と平行な方向に延伸し前記第１歪みゲージが取り付けられた弾性板と、
前記弾性板に連結された接触ピンと、
前記弾性板と同じ方向に伸び、前記弾性板が取り付けられるセンサ支持部材と、を有し、
前記センサ支持部材は、後端が回転可能な継手で前記第１筐体に連結され、先端が前記第１筐体の断面中心方向に変位可能に設けられている
ことを特徴とする応力測定装置。

【請求項2】

前記センサ支持部材の先端部分と前記第１筐体との間に間隙を有し、前記間隙に、前記先端の前記断面中心方向への変位に対して反力を作用する弾性体が設けられている、請求項１に記載の応力測定装置。

【請求項3】

前記第１筐体の第１端部側に、前記センサ支持部材の先端の外側への変位の範囲を規制するストッパが着脱可能に設けられている、請求項２に記載の応力測定装置。

【請求項4】

前記センサ支持部材の先端にテーパー部を有する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の応力測定装置。

【請求項5】

前記センサ支持部材は、前記先端と前記後端との間に長手方向に延びるスリットを有し、前記接触ピンが前記スリットに沿って一軸方向に変位可能に設けられている、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の応力測定装置。

【請求項6】

前記弾性板が湾曲部を有し、前記第１歪みゲージが前記湾曲部に設けられている、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の応力測定装置。

【請求項7】

前記第１センサが、測定孔の孔長方向の変位を測定し、前記第２センサが、測定孔の孔径方向の変位を測定する、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の応力測定装置。

【請求項8】

前記少なくとも１つの第１センサが複数の第１センサからなり、前記複数の第１センサが前記第１筐体の周囲を囲むように配置され、前記第１筐体の前記断端部から外側に伸びる把持棒を有する、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の応力測定装置。

【請求項9】

請求項８に記載の応力測定装置を把持して扱う操作用具であって、
前記第１筐体に配置された前記複数の第１センサの前記センサ支持部材の先端に嵌合し、開口部を有するキャップと、
前記把持棒を把持する把持器具と、を有し、
前記把持棒が前記開口部から挿通されて前記把持器具に達するように、前記キャップと把持器具とが隣合わせで配置されている、
ことを特徴とする応力測定装置の操作用具。

【請求項10】

前記キャップの前記センサ支持部材の先端に嵌合する部分にテーパー面を有する、請求項９に記載の応力測定装置の操作用具。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の一実施形態は応力解放法を用いた応力測定装置の構造、応力測定装置を扱う操作用具の構造に関する。

【背景技術】

【0002】

山岳トンネルを設計する際には数値解析的な手法が用いられる。数値解析を行うに当たっては、地山の初期応力状態が解析結果に重大な影響を与える。そのため、地山の初期応力状態を正確に捉えることが重要である。地山の応力を測定する方式の一つとしてオーバーコアリング法が知られている。オーバーコアリング法では、地山に形成した測定孔（「ボーリング孔」とも呼ばれる。）に応力を測定する装置を挿入し、さらに測定孔の外周を削孔することで生じる測定孔の変形を測定することで初期応力状態の評価が行われている。

【0003】

測定孔の変形量を測定する装置としては、例えば、長尺状の本体部と、本体部から突き出るように設けられた測定用リング部材と、この測定用リング部材を前後から挟むように本体部の前後に設けられた支持用リング部材と、本体部の先端側に設けられた第１孔内支持部と、本体部の基端側に設けられた第２孔内支持部と、本体部の各孔内支持部の間に設けられた計測部とを備えた応力測定装置が知られている（特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２０－０６６８４３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に開示される応力測定装置は、測定孔の孔径変位を測定するための測定用リング部材が外側に大きく突出した構造を有する。しかし、測定用リング部材が大きく突出していると、応力測定装置を測定孔に挿入する際に測定用のリング部材が内壁面を摺動するため、測定前から歪みゲージに孔長方向の歪みがかかることが問題となる。

【0006】

このような問題に鑑み、本発明の一実施形態は、正確に応力を計測することのできる応力測装置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】

【0007】

本発明の一実施形態に係る応力測定装置は、細長形状を有する第１筐体と、第１筐体の長手方向の第１端部の側に配置され第１歪みゲージを含む少なくとも１つの第１センサと、第１筐体の第１端部とは反対側の第２端部の側に配置され第２歪みゲージを含む少なくとも１つの第２センサと、第１筐体に連結される第２筐体とを含む。第１センサは、第１筐体の長手方向と平行な方向に延伸し第１歪みゲージが取り付けられた弾性板と、弾性板に連結された接触ピンと、弾性板と同じ方向に伸び、弾性板が取り付けられるセンサ支持部材とを有する。センサ支持部材は、後端が回転可能な継手で第１筐体に連結され、先端が第１筐体の断面中心方向に変位可能に設けられている。

【0008】

本発明の一実施形態において、センサ支持部材の先端部分と第１筐体との間に間隙を有し、間隙に先端の断面中心方向への変位に対して反力を作用する弾性体が設けられていてもよい。第１筐体の第１端部側に、センサ支持部材の先端の外側への変位の範囲を規制するストッパが着脱可能に設けられていてもよい。センサ支持部材の先端にテーパー部を有していてもよい。

【0009】

本発明の一実施形態において、第１センサのセンサ支持部材は、先端と後端との間に長手方向に延びるスリットを有し、接触ピンがスリットに沿って一軸方向に変位可能に設けられていることが好ましい。第１センサの弾性板が湾曲部を有し、第１歪みゲージが湾曲部に設けられていることが好ましい。

【0010】

本発明の一実施形態において、第１センサが、測定孔の孔径方向の変位を測定し、第２センサが、測定孔の孔長方向の変位を測定するように設けられていてもよい。少なくとも１つの第１センサが複数の第１センサからなり、複数の第１センサが第１筐体の周囲を囲むように配置されていることが好ましい。

【0011】

本発明の一実施形態に係る応力測定装置を把持して扱う操作用具は、第１筐体に配置された複数の第１センサのセンサ支持部材の先端に嵌合し、開口部を有するキャップと、応力測定装置の第１筐体に設けられた把持棒を把持する把持器具とを有し、把持棒が開口部から挿通されて把持器具に達するようにキャップと把持器具とが隣合わせで配置されている。

【0012】

本発明の一実施形態において、キャップのセンサ支持部材の先端に嵌合する部分がテーパー形状を有していてもよい。キャップは、把持器具に伸びる把手部を有していてもよい。操作用具は、把持器具を囲む筐体を有し、キャップと筐体が一体化されていてもよい。

【発明の効果】

【0013】

本発明の一実施形態に係る応力測定装置によれば、測定孔の孔長方向の歪みを計測するセンサを、蝶番で本体に連結し、内壁面に接触する接触ピンを挿入時に沈み込む構成とすることで、本体を測定孔に挿入する際に歪みが生じないないようにすることができ、測定精度を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の一実施形態に係る応力測定装置の構成を示す。

【図2】本発明の一実施形態に係る応力測定装置の第１センサ部の構造を示し、（Ａ）はその断面構造、（Ｂ）は第１センサの平面図、（Ｃ）はＡ１－Ａ２間に対応する断面構造、（Ｄ）はＢ１－Ｂ２間に対応する断面構造を示す。

【図3】本発明の一実施形態に係る応力測定装置の第１センサ部の構造を示す。

【図4】本発明の一実施形態に係る応力測定装置の第２センサ部の構造を示し、（Ａ）はその断面構造、（Ｂ）はＣ１－Ｃ２間に対応する断面構造を示す。

【図5】本発明の一実施形態に係る応力測定装置を扱う操作用具の構造を示し、（Ａ）はその側面構造、（Ｂ）はその正面構造、（Ｃ）はキャップの側面構造、（Ｄ）は筐体の側面構造、（Ｅ）は把持器具の側面構造を示す。

【図6】本発明の一実施形態に係る応力測定装置を測定孔に挿入するときの段取りを説明する図であり、（Ａ）は挿入前の状態、（Ｂ）は挿入中の状態、（Ｃ）は挿入後の状態を示す。

【図7】本発明の一実施形態に係る応力測定装置を測定孔に挿入した状態を示す。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の実施の形態を、図面等を参照しながら説明する。但し、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、以下に例示する実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の長さ、幅、高さ、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号（又は数字の後にＡ、Ｂ、又はａ、ｂなどを付した符号）を付して詳細な説明を適宜省略することがある。さらに各要素に対する「第１」、「第２」と付記された文字は、各要素を区別するために用いられる便宜的な標識であり、特段の説明がない限りそれ以上の意味を有しない。

【0016】

図１は、本発明の一実施形態に係る応力測定装置１００の構成を示す。本実施形態に係る応力測定装置１００は、オーバーコアリング法による初期応力の評価に用いることができ、ボーリングで形成された測定孔において応力解放に伴う孔径方向及び孔長方向の変位量を測定することができる。応力測定装置１００は、測定孔の孔長方向の変位量を測定する第１センサ部１００１と測定孔の孔径方向の変位量を測定する第２センサ部１００２とを含む。応力測定装置１００は筒形状の外観形状を有し、測定孔の孔径方向及び孔長方向はそれぞれ、応力測定装置１００の軸径及び軸長方向に略一致するため、応力測定装置１００の軸径方向の変位量は測定孔の孔径方向の変位量に相当し、応力測定装置１００の軸長方向の変位量は測定孔の孔長方向の変位量に相当する。応力測定装置１００は、さらに第１センサ部１００１及び第２センサ部１００２で測定されたデータを収集するデータロガー１２４を含む。

【0017】

図１に示すように、応力測定装置１００は、第１筐体１０２と第２筐体１０４とから構成される。第１筐体１０２及び第２筐体１０４は測定孔に挿入可能なように縦長であり、長手方向に直列に配置される。第１筐体１０２及び第２筐体１０４は、測定孔の中で位置を安定化させるために円筒状の形状を有していることが好ましい。第１筐体１０２及び第２筐体１０４は個別の筐体であり、自在継手１２２によって連結されている。第１筐体１０２には第１センサ部１００１及び第２センサ部１００２が設けられ、第２筐体１０４にはデータロガー１２４、バッテリ１２６などが収納されている。第１センサ部１００１には第１センサ１０６が設けられ、第２センサ部１００２には第２センサ１０８が設けられる。

【0018】

応力測定装置１００は、測定孔に対し、図１に示すＸ１方向に挿入され、Ｘ２方向に抜き出される。すなわち、応力測定装置１００は、第２筐体１０４を先頭にして測定孔に挿入され、それに続いて第１筐体１０２が挿入される。第１筐体１０２は、ロッド１０２３と、第１筐体１０２の第１端部Ｒ１の側に設けられた第１支持部材１０２１と、第２端部Ｌ１の側に設けられた第２支持部材１０２２とを含む。ロッド１０２３は、例えば、材軸方向に直線状に延びる筒状又は棒状の部材で構成される。また、第１筐体１０２の第１端部Ｒ１の側には、応力測定装置１００の軸長方向に沿って外側に突出する把持棒１０５が設けられる。

【0019】

第１支持部材１０２１には第１センサ１０６が取り付けられ、第２支持部材１０２２には第２センサ１０８が取り付けられる。第１センサ１０６は、第１弾性板１１４に第１歪みゲージ１１０が取り付けられ、接触ピン１１８が連結される構造を有する。第２センサ１０８は、第２弾性板１１６に第２歪みゲージ１１２及び接触ローラ１２０が取り付けられる構造を有する。接触ピン１１８及び接触ローラ１２０は、第１筐体１０２の外側に突出するように配置され、応力測定装置１００が測定孔の内部に配置されたとき内壁内に接する構造を有する。

【0020】

第２筐体１０４には、データロガー１２４、バッテリ１２６などが収納されている。データロガー１２４は、図示されない配線によって第１歪みゲージ１１０及び第２歪みゲージ１１２と接続される。また、データロガー１２４は、無線によって第１歪みゲージ１１０及び第２歪みゲージ１１２と接続されていてもよい。データロガー１２４は、バッテリ１２６から電力が供給されることにより有線又は無線による遠隔操作を必要とせずにデータの収集をすることができる。すなわち、応力測定装置１００は測定孔の中で単独で自立的に動作することができる。

【0021】

第２筐体１０４には触接ピン１３０が設けられる。触接ピン１３０は、第２筐体１０４の第１端部Ｒ２の側（第１筐体１０２と連結される側）に設けられた第１触接ピン１３０１と、第１端部Ｒ２とは反対側の第２端部Ｌ２に設けられた第２触接ピン１３０２とが含まれてもよい。第１触接ピン１３０１及び第２触接ピン１３０２は、第２筐体１０４の外周に沿って複数箇所に設けられることが好ましい。第１触接ピン１３０１及び第２触接ピン１３０２は、第２筐体１０４から突き出るように設けられる。第１触接ピン１３０１及び第２触接ピン１３０２は弾性を有し、第２筐体１０４から突き出る高さは適宜調整することができる。

【0022】

第１筐体１０２は、接触ピン１１８及び接触ローラ１２０が外側に突き出ていることにより、第１筐体１０２の胴体部分が測定孔の内壁面に直接的に接触しないようにされている。第２筐体１０４には、弾性を有する触接ピン１３０（第１触接ピン１３０１、第２触接ピン１３０２）を設けることで、同様に胴体部分が測定孔の内壁面に直接的に接触しないようにされている。第２筐体１０４を測定孔内に設置したとき、触接ピン１３０（第１触接ピン１３０１、第２触接ピン１３０２）を内壁面の２か所で接触させることが可能であり、確実に応力測定装置１００を固定させることができる。第１筐体１０２と第２筐体１０４とが自在継手１２２で連結され、第１筐体１０２においては接触ピン１１８及び接触ローラ１２０が、第２筐体１０４においては弾性を有する触接ピン１３０（第１触接ピン１３０１、第２触接ピン１３０２）が設けられることで、それぞれの筐体が測定孔の内壁面を直接摺動しないようにすることができ、第１筐体１０２と第２筐体１０４とが自在継手１２２で連結されていることで応力測定装置１００を測定孔に挿入する際に生じる孔径方向に発生するぶれを吸収し、応力測定装置１００の直進性を高めることができる。

【0023】

なお、第１筐体１０２は、図１に示される構造に限定されず、応力測定装置１００の挿入方向Ｘ１に沿って第１センサ部１００１及び第２センサ部１１０２を配置できるものであれば異なる形状を有していてもよい。例えば、ロッド１０２３に相当する部材が、第１支持部材１０２１及び第２支持部材１０２２の機能を兼ねる形状を有していてもよい。

【0024】

図２（Ａ）は第1センサ部１００1の側面図を示す。第1センサ部１００１には第１センサ１０６が設けられる。図２（Ａ）は、第１筐体１０２を構成するロッド１０２３の一部、及び第１支持部材１０２１、並びに第１センサ１０６の構造を示す。図２（Ｂ）は、第１センサ１０６の平面図を示す。また、図２（Ａ）に示す、Ａ１－Ａ２間に対応する断面構造を図２（Ｃ）に示し、Ｂ１－Ｂ２構造に対応する断面構造を図２（Ｄ）に示す。

【0025】

図２（Ａ）に示すように、第1支持部材１０２１はロッド１０２３に取り付けられる。第1支持部材１０２１はロッド１０２３の外径より大きい外径を有し、第1センサ１０６が取り付けられる。第1センサ１０６は、第1歪みゲージ１１０、第１弾性板１１４、及び接触ピン１1８を含む。第１弾性板１１４はロッド１０２３の軸長方向と平行な方向に延伸する板状の部材である。第１弾性板１１４は軸長方向の一端と他端の間に平板状の部分が湾曲した湾曲部１１４１を有する。

【0026】

第１センサ１０６は、第１弾性板１１４が第１支持部材１０２１に直接取り付けられるのではなく、センサ支持部材１３２を介して第１支持部材１０２１に取り付けられる。第１弾性板１１４は、一端がセンサ支持部材１３２に固定され、湾曲部１１４１がセンサ支持部材１３２から突出するように設けられる。第１弾性板１１４の他端は、固定具１３２４に取り付けられる。固定具１３２４は、センサ支持部材１３２に摺動可能に取り付けられる部材であり、第１弾性板１１４の一端と他端の高さが水平になるようにするスペーサとしての機能を有する。固定具１３２４には接触ピン１１８が取り付けられる。すなわち、第１弾性板１１４には、固定具１３２４を介して接触ピン１１８が取り付けられる。固定具１３２４は、第１弾性板１１４に接触ピン１１８を連結し、接触ピン１１８の変位が第１弾性板１１４に伝達するようにする機能を有する。

【0027】

図２（Ｂ）に示すように、センサ支持部材１３２にはスリット１３２１が設けられる。スリット１３２１には接触ピン１１８が挿通され、下側から固定具１３２４が当てられる。接触ピン１１８がスリット１３２１を挿通する箇所ではセンサ支持部材１３２及び固定具１３２４が上下から締結具（ボルト）で挟まれている。接触ピン１１８の動きは、スリット１３２１及び締結具（ボルト）によって規制されている。接触ピン１１８は、スリット１３２１の長手方向には変位可能であるが、スリット１３２１の幅方向及びセンサ支持部材１３２の厚さ方向への変位が出来ないようにされている。

【0028】

応力測定装置１００が測定孔に挿入されたとき、接触ピン１１８が測定孔の内壁面に当接する。接触ピン１１８の先端は先細りの形状を有していることが好ましい。第１センサ１０６がこのような形状の接触ピン１１８を有することで、測定孔の孔長方向の変位を正確に測定することが可能となる。

【0029】

第１センサ１０６は平面視で長方形状を有し、長手方向がロッド１０２３の軸長方向と平行な方向に向けて配置される。接触ピン１１８は、軸長方向と平行な方向に変位可能に設けられているので、第１センサ１０６は測定孔の孔長方向の変位を測定可能となる。

【0030】

第１センサ１０６は、接触ピン１１８が軸長方向に変位することによって第１弾性板１１４が軸長方向に変形し、第１歪みゲージ１１０の抵抗値が変化することで測定孔の孔長方向の変位を測定する。データロガー１２４は第１歪みゲージ１１０の電気抵抗の変化を電気的に検出し、歪みの時間変化を記録する。

【0031】

センサ支持部材１３２は、継手１３４（蝶番又は自在継手）を介して第１支持部材１０２１に取り付けられる。センサ支持部材１３２の先端（継手１３４が取り付けられる側とは反対側の端部）は、内側面が第１支持部材１０２１と間隙を有するように配置され、上部が庇状に突出したストッパ１３８が挿通される。ストッパ１３８は、第１支持部材１０２１の軸径方向と平行な方向に立てられている。センサ支持部材１３２と第１支持部材１０２１との間隙には弾性体１３６が介在するように設けられる。弾性体１３６は、例えば、バネである。センサ支持部材１３２は、先端が第１筐体１０２の外側へ大きく開かないようにストッパ１３８で規制され、内側へは弾性体１３６の反力を受けながら継手１３４を支点として先端が第１筐体１０２の中心方向へ沈み込むように変位する。

【0032】

センサ支持部材１３２の先端部分はテーパー形状に成形されたテーパー部１３２２を有する。後述されるように、応力測定装置１００を測定孔に挿入する際に操作用具が用いられる。操作用具の先端にはセンサ支持部材１３２の先端に嵌め込まれるキャップが設けられている。センサ支持部材１３２にキャップが嵌め込まれると先端が第１筐体１０２の中心方向へ沈み込み、接触ピン１１８の高さを低くすることができ、第１歪みゲージ１１０に歪みが生じないようにして応力測定装置１００を測定孔に挿入することができる。

【0033】

図２（Ｃ）に示すように、第１センサ１０６は、第１支持部材１０２１の周囲を囲むように複数個取り付けられる。第１センサ１０６の数に限定はないが、例えば、図２（Ｃ）に示すように、第１支持部材１０２１の回りに９０度の角度差をつけて４個設けられていてもよい。図２（Ｄ）は、センサ支持部材１３２の先端部の断面形状を示す。先端部では、センサ支持部材１３２にストッパ１３８が挿通され、センサ支持部材１３２の先端の可動範囲が、ストッパ１３８と第１支持部材１０２１で形成される床面との間になるように規制されている。センサ支持部材１３２は、ストッパ１３８による押さえ込みと弾性体１３６の反発力によって振動で簡単に揺れ動かないようにされている。

【0034】

なお、図３に示すように、ストッパ１３８を外すと、継手１３４を支点としてセンサ支持部材１３２を外側に大きく開くことができる。第１歪みゲージ１１０及び第１弾性板１１４はセンサ支持部材１３２の下側に設けられているので、センサ支持部材１３２が外側に開くことよって、これらの部材のメンテナンスが容易となる。

【0035】

第１センサ１０６は、接触ピン１１８が測定孔の内壁面に接触可能なように設けられる。そして、第１センサ部１００１では、第１センサ１０６が、第１筐体１０２の外周に沿って複数個設けられることで、測定孔の孔長方向の変形を正確に測定することができる。

【0036】

図４（Ａ）は第２センサ部１００２の側面図を示し、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）に示すＣ１－Ｃ２間に対応する断面構造を示す。図４（Ａ）は、第１筐体１０２の構成として、ロッド１０２３及び第２支持部材１０２２と、第１支持部材１０２１の一部の構成を示す。第１筐体１０２の第２端部Ｌ１（ロッド１０２３の一端）には自在継手１２２が取り付けられる。自在継手１２２は第２筐体１０４に連結されている。

【0037】

図４（Ａ）に示すように、第１筐体１０２の第２端部Ｌ１と、これに近接する第２筐体１０４の端部（第１端部Ｒ２側）との間には間隙Ｇ１が設けられる。第１筐体１０２と第２筐体１０４とは自在継手１２２で連結されるため、この連結部で屈曲可能とされているが、第１筐体１０２と第２筐体１０４が間隙Ｇ１を有するように近接して配置されることにより屈曲する範囲が規制される。間隙Ｇ１の範囲は適宜設定可能であるが、０．５ｍｍ～２ｍｍ、例えば１ｍｍの間隔を有するように設けられる。上記で述べたように、第１筐体１０２と第２筐体１０４とが間隙Ｇ１を有して配置されることにより、応力測定装置１００を測定孔に挿入及び引き抜く際に生じる測定孔の孔径方向に発生するぶれを吸収することができる。

【0038】

第２支持部材１０２２が第１筐体１０２の第２端部Ｌ１の側（別言すれば、ロッド１０２３の第２端部Ｌ１の側）に設けられる。第２支持部材１０２２はロッド１０２３に取り付けられる。また、第１支持部材１０２１が第１筐体１０２の第１端部Ｒ１の側に設けられる。図４（Ａ）に示すように、第１筐体１０２は、第１支持部材１０２１、第２支持部材１０２２、及びロッド１０２３が個別の部品で形成され組み立てられた構造を有していてもよい。また、図示されないが、第１筐体１０２は、第１支持部材１０２１、第２支持部材１０２２、及びロッド１０２３に相当する部分が一体成形された構造を有していてもよい。

【0039】

第２弾性板１１６が第２支持部材１０２２に取り付けられる。第２弾性板１１６は第２支持部材１０２２の外周部に取り付けられる。第２弾性板１１６の取り付け方法に限定はないが、例えば、ネジなどの締結具で留められていればよい。第２弾性板１１６はロッド１０２３の軸長方向と平行な方向に延伸する板状の部材で形成される。第２弾性板１１６は、一端が第２支持部材１０２２に固定され、他端が第１筐体１０２から離れた状態に取り付けられる。別言すれば、第２弾性板１１６は一端が固定端となり、他端が自由端となるように片持ち支持される状態で第２支持部材１０２２に取り付けられる。片持ち支持された第２弾性板１１６は、自由端がロッド１０２３の軸径方向に変位可能となっている。

【0040】

第２支持部材１０２２には第２歪みゲージ１１２が取り付けられる。第２歪みゲージ１１２は、第２弾性板１１６の固定端と自由端との間に取り付けられる。第２歪みゲージ１１２は、第２弾性板１１６の少なくとも一方の面に取り付けられ、好ましくは両方の面に取り付けられる。第２歪みゲージ１１２は、第２弾性板１１６の自由端が軸径方向に変位することに伴って変形し、抵抗値が変化する。データロガー１２４は第２歪みゲージ１１２の電気抵抗の変化を電気的に検出し、歪みの時間変化を記録する機能を有する。

【0041】

第２弾性板１１６の他端（自由端）には、接触ローラ１２０が取り付けられる。接触ローラ１２０は、ローラの転がり方向が応力測定装置１００の軸長方向と平行になるように取り付けられる。図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示すように、第２弾性板１１６に取り付けられる接触ローラ１２０は、第２支持部材１０２２から突出するように設けられる。接触ローラ１２０が第２支持部材１０２２から突出していることにより、応力測定装置１００を測定孔に挿入したときに接触ローラ１２０が測定孔の内壁面に接触する。接触ローラ１２０が測定孔の内壁面に接触しても、軸長方向の変位に対してはローラの回転により摩擦がほとんど生じないので、第２弾性板１１６の軸長方向には変形しない。一方、接触ローラ１２０は、第２弾性板１１６の弾性力により測定孔の内壁面に押し付けられるので、測定孔の孔径方向の変形に追従し第２弾性板１１６を変形させることができる。

【0042】

図４（Ｂ）に示すように、第２歪みゲージ１１２及び接触ローラ１２０が取り付けられた第２弾性板１１６を含んで構成される第２センサ１０８は、第２支持部材１０２２の周囲を囲むように複数個取り付けられる。第２センサ１０８の数に限定はないが、例えば、図４（Ｂ）に示すように、ロッド１０２３の回りに４５度の角度差をつけて８個が設けられていてもよい。各方向に向けて取り付けられた接触ローラ１２０は、全て測定孔の内壁面に接触するように設けられる。このように各方向に向けて第２センサ１０８を設けることにより、測定孔の孔径方向の変位を正確に測定することができる。

【0043】

第１センサ１０６及び第２センサ１０８は、形状が異なるものの共通する部材が用いられる。第１弾性板１１４及び第２弾性板１１６は、例えば、板ばねが使用される。板ばねは、炭素鋼、ステンレス鋼、ニッケル鋼、又はチタン合金のような金属を材質としていてもよいし、ゴム、プラスチック、又はセラミックのような非金属を材質としていてもよい。なお、第２弾性板１１６は、歪みゲージを取り付けるために板状の部材を用いることが好ましいが、歪みゲージとしてワイヤ状のもの（ワイヤストレインゲージ）を用いる場合にはピアノ線のような弾性を有する線材が用いられてもよい。

【0044】

第１歪みゲージ１１０及び第２歪みゲージ１１２は、例えば、薄い絶縁体上にジグザグ形状にレイアウトされた金属の抵抗体が形成された金属歪みゲージが用いられる。

【0045】

図１、図２、及び図４を参照して説明したように、第１センサ１０６は、接触ピン１１８が第１筐体１０２の第１端部Ｒ１側に配置されている。第２センサ１０８は、接触ローラ１２０が第２弾性板１１６の固定端より第１筐体１０２の第１端部Ｒ１側に配置されている。接触ピン１１８及び接触ローラ１２０がこのような配置を有することで、応力測定装置１００を測定孔へスムーズに挿入することができる。そして、応力測定装置１００を測定孔に挿入するときに、第１センサ１０６及び第２センサ１０８に軸長方向のストレス（歪み）が与えられないようにすることができ、地山の初期応力を正確に計測することができる。

【0046】

図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は、応力測定装置１００を測定孔に挿入するときに用いる操作用具２００の構造の一例を示す。図５（Ａ）は操作用具２００の側面構造を示し、図５（Ｂ）はその正面構造を示す。

【0047】

操作用具２００は、第１キャップ２０２、第２キャップ２０３、把持器具２０４、筐体２０６を含む。把持器具２０４は筐体２０６に収納され、把持器具２０４を挟むように第１キャップ２０２及び第２キャップ２０３が筐体２０６に取付られる。筐体２０６に取り付けられる２つのキャップのうち、第１キャップ２０２は応力測定装置１００の側に取り付けられ、第２キャップ２０３はその反対側に取り付けられる。操作用具２００は、応力測定装置１００を測定孔に挿入するときに、第１筐体１０２の第１端部Ｒ１の側に取り付けられた把持棒１０５を把持して操作するために用いられる。

【0048】

図５（Ｃ）に示すように、第１キャップ２０２は第１開口部２０２１を有する。第１キャップ２０２は、外側から筐体２０６側（内側）に向けて孔径が小さくなる第１開口部２０２１を有する。すなわち、第１開口部２０２１の内面は、センサ支持部材１３２の先端部に設けられたテーパー部１３２２と嵌合するように第１テーパー面２０２２を有する。第１キャップ２０２は、応力測定装置１００を測定孔に挿入するときに、把持棒１０５が挿通され、第１開口部２０２１の内側面にセンサ支持部材１３２のテーパー部１３２２が嵌められる。第１キャップ２０２の第１テーパー面２０２２を有する第１開口部２０２１がセンサ支持部材１３２の先端のテーパー部１３２２と嵌合することで、操作用具２００を応力測定装置１００に連結することができる。第２キャップ２０３は、第２開口部２０３１を有する。第２開口部２０３１は、筐体２０６側（内側）から外側に向けて孔径が小さくなる第２テーパー面２０３２を有する。第２キャップ２０３は、応力測定装置１００を測定孔に挿入するときに、把持棒１０５が挿通される、このとき、第２開口部２０３１が第２テーパー面２０３２を有していることで、把持棒１０５を第２開口部２０３１の中央に誘導させることができる。すなわち、操作用具２００が把持棒１０５の軸中心を掴むことができる。図５（Ｄ）に示すように、筐体２０６は、例えば、筒形の形状を有し、一方の側から第１キャップ２０２が装着され、他方の側から第２キャップ２０３が装着される構造を有している。

【0049】

図５（Ｅ）に示すように、把持器具２０４は、中空構造を有する本体部２０４１と、本体部２０４１の中空部分に設けられた把持部２０４２とを有する。把持部２０４２は弾性材で形成され、例えば、空気圧の制御により把持部２０４２の膨らみを制御して、中空部分の断面積が変化するように構成されている。把持部２０４２は、例えば、ゴム材で形成される。把持器具２０４は筐体２０６の内部に固定される。把持器具２０４は、把持部２０４２の状態を制御することにより、応力測定装置１００に取り付けられた把持棒１０５を掴み、また、離すことができる。操作用具２００は、把持器具２０４を挟んで第１キャップ２０２及び第２キャップ２０３が配置される構造を有することで、第１センサ１０６の先端（すなわち、センサ支持部材１３２の先端）を押さえつつ、応力測定装置１００の中心軸上で把持棒１０５を掴むことができる。

【0050】

なお、図５（Ａ）乃至（Ｅ）に示す操作用具２００の構成は一例であり、図示される構造に限定されない。

【0051】

図６（Ａ）乃至（Ｃ）は、応力測定装置１００を測定孔３００に挿入するときの、第１センサ部１００１の状態の変化を示す。図６（Ａ）は、センサ支持部材１３２の先端に操作用具２００を取り付ける前の状態を示す。図６（Ａ）に例示するように、操作用具２００を取り付ける前の状態において第１センサ１０６は第１筐体１０２に水平に配置されている。操作用具２００の方では把持器具２０４の把持部２０４２が開いた状態になっており、応力測定装置１００を測定孔３００に挿入するに当たって操作用具２００が把持棒１０５に挿通される。

【0052】

図６（Ｂ）は、第１筐体１０２に操作用具２００をセンサ支持部材１３２に取り付けて、応力測定装置１００を測定孔３００に挿入する段階を示す。図２（Ａ）乃至（Ｄ）を参照して説明したように、第１筐体１０２には、第１支持部材１０２１の外周に沿って複数の第１センサ１０６が設けられ、第１端部Ｒ１にセンサ支持部材１３２の先端が突き出るように配置されている。操作用具２００の第１キャップ２０２は、第１開口部２０２１が第１テーパー面２０２２を有しており、この第１テーパー面２０２２とセンサ支持部材１３２の先端のテーパー部１３２２が嵌合するように操作用具２００が取り付けられる。

【0053】

第１キャップ２０２をセンサ支持部材１３２の先端のテーパー部１３２２に嵌合するように取り付けることで、センサ支持部材１３２の先端が沈み込み、接触ピン１１８が測定孔３００の内壁面に接触しない状態となる。これにより、接触ピン１１８が内壁面を摺動しない状態で応力測定装置１００を測定孔３００に挿入することができる。その結果、第１歪みゲージ１１０に、測定孔３００の孔長方向（測定孔３００の深さ方向）の歪みが生じないようにすることができる。

【0054】

このようにして操作用具２００を第１筐体１０２に取り付けた後、把持器具２０４により把持棒１０５を把持する。例えば、把持器具２０４の本体部２０４１には、空気送入する管（図示していない）が接続されており、当該管を介して把持部２０４２に空気を送り込むことができ、空気圧を高めて把持部２０４２を膨らませることにより把持棒１０５を把持する。操作用具２００は、図示されない挿入棒に連結されており、挿入棒を測定孔３００に押し込むことにより、応力測定装置１００が挿入される。操作用具２００は第１キャップ２０２がセンサ支持部材１３２の先端に嵌合し、把持器具２０４によって把持棒１０５を把持した状態で第１筐体１０２に取り付けられるので、外れることなく安定した状態で応力測定装置１００を測定孔３００に挿入することができる。

【0055】

図６（Ｃ）は、応力測定装置１００が測定孔３００の測定位置に配置された段階を示す。応力測定装置１００が測定孔３００の測定位置に配置されると、操作用具２００が取り外される。操作用具２００は、把持器具２０４の把持部２０４２を開くことにより把持棒１０５を離すことができる。例えば、把持部２０４２の空気を抜く（又は空気圧を下げる）ことにより、掴んでいた把持棒１０５を離すことができる。挿入棒を引き抜くことにより操作用具２００を第１筐体１０２から外すことができる。操作用具２００を応力測定装置１００から離すことにより、センサ支持部材１３２の先端が弾性体１３６の作用により持ち上がり、接触ピン１１８を測定孔３００の内壁に接触させることができる。

【0056】

なお、操作用具２００の第１キャップ２０２の第１テーパー面２０２２及びセンサ支持部材１３２の先端のテーパー部１３２２の一方又は両方の表面に、凹凸部を設けるか、又は表面を粗面化することが好ましい。この結果、第１テーパー面２０２２とセンサ支持部材１３２の先端において摩擦が生じるため、応力測定装置１００を測定孔３００に挿入する際に操作用具２００から応力測定装置１００がはずれることを防ぐことができる。

【0057】

図７は、応力測定装置１００が測定孔３００に挿入され、第１キャップ２０２が外された状態を示す。第１キャップ２０２が外れたことにより、第１センサ部１００１では、接触ピン１１８が測定孔３００の内壁面に接触した状態となる。第１センサ１０６は、応力測定装置１００が測定位置に置かれ第１キャップ２０２が外されたとき、接触ピン１１８が弾性体１３６の反力で押し上げられ測定孔３００の内壁に当接する。具体的には、継手１３４の位置を回転中心にしてセンサ支持部材１３２の先端が外側に開くように変位して、接触ピン１１８が測定孔３００の内壁面に当接する。図２（Ａ）及び図２（Ｂ）を参照して説明したように、接触ピン１１８はセンサ支持部材１３２に取り付けられ、スリット１３２１の方向にのみ変位可能とされているので、第１センサ１０６は測定孔３００の孔径方向の変位の影響を受けずに孔長方向の変位を測定することができる。

【0058】

図６（Ａ）乃至（Ｃ）では示されないが、応力測定装置１００は、第２筐体１０４を先頭にして、第１筐体１０２が続くように測定孔３００に挿入される。第２筐体１０４にはデータロガー１２４、バッテリ１２６が内蔵されていて重心がしっかりしているので、操作用具２００を使って第１筐体１０２を押しながら測定孔３００に挿入しても、応力測定装置１００がブレないように挿入することができる。

【0059】

第１センサ１０６では、前述のように第１キャップ２０２によって接触ピン１１８の位置を低くすることができるので、応力測定装置１００を測定孔３００に挿入する際に接触ピン１１８が内壁面を擦らないようにすることができ、それにより第１歪みゲージ１１０に、測定孔３００の孔長方向の歪みが生じないようにすることができる。

【0060】

第２センサ１０８側では、接触ローラ１２０が内側に押し込まれ、初期状態の位置から測定状態の位置へ変位する。第２弾性板１１６は弾性を有するので、接触ローラ１２０の変位に伴って撓んだ状態となる。このとき、接触ローラ１２０とロッド１０２３との間には、接触ローラ１２０がさらに内側に変位することが可能なように間隙が残されていることが好ましい。接触ローラ１２０が測定孔３００の内壁面に接触していることにより、応力測定装置１００を測定孔３００に挿入する際、及び測定位置に配置された際にも孔長方向にかかる変位を接触ローラ１２０の回転で逃がすことができ、孔長方向の変位が第２弾性板１１６に作用しないようにすることができる。このような構成により、第２センサ１０８は、挿入時に生じる孔長方向の歪みの影響を受けずに、測定孔３００の孔長方向の変位を測定することができる。また、第２センサ１０８は、孔長方向に生じる変位の影響を受けずに、測定孔３００の孔径方向におけるプラスの変位及びマイナスの変位を正確に測定することができる。

【0061】

第１センサ１０６の接触ピン１１８、及び第２センサ１０８の接触ローラ１２０が、第１筐体１０２の周囲を囲むように複数個配置され、弾性力を伴って測定孔３００の内壁面に当接することにより、第１筐体１０２は測定孔３００の中心に配置される（センタリングされる）。第２筐体１０４は、弾性を有する触接ピン１３０（第１触接ピン１３０１、第２触接ピン１３０２）が周囲を囲むように複数個配置されている。この触接ピン１３０が測定孔３００の内壁面に弾性力を伴って当接することにより、第２筐体１０４は測定孔３００の中心に配置される（センタリングされる）。このように、第１筐体１０２及び第２筐体１０４が一方向に偏らず測定孔３００の中心に配置されるため、応力測定装置１００を測定孔３００の中に安定した状態でスムーズに挿入することができる。また、応力測定装置１００を測定孔３００に挿入する際及び抜き出す際に測定孔３００の中心軸と応力測定装置１００と中心軸とを一致させることができ、測定精度を向上させることができる。

【0062】

本実施形態の応力測定装置１００は、オーバーコアリング法を用いて地山の初期応力を測定することができる。本実施の形態の応力測定装置は、孔径変化法を用いて地山の初期応力を測定することができる。応力測定装置１００は、地山を掘削して設けられた測定孔３００に挿入し、その後測定孔の外周を掘削して応力を開放させた測定孔３００の変位を測定する。測定後、応力測定装置１００は測定孔３００から抜き出され、測定されたデータをデータロガー１２４から読み出して地山の初期応力が算出される。

【0063】

図７には示されないが、オーバーコアリング法では応力測定装置１００が測定孔３００に挿入された後に、測定孔３００の外周をボーリング削孔される。応力測定装置１００は、ボーリング削孔に伴う測定孔３００の孔長方向の変形を第１センサ１０６で検出し、孔径方向の変形を第２センサ１０８で検出する。前述のように、第１センサ１０６は、第１弾性板１１４が湾曲部を有し、接触ピン１１８が弾性体１３６の作用で内壁面に押し付けられていることにより、測定孔３００の孔長方向の変形を測定することができる。第２センサ１０８は接触ローラ１２０が内壁面に接しているため測定孔３００の孔長方向の変形を受け流し孔径方向の変形を精度よく測定することができる。第１センサ１０６及び第２センサ１０８は、第１筐体１０２の外周に沿って複数個設けられていることにより、測定孔３００の孔径方向及び孔長方向の任意の方向の変位を測定することができる。

【0064】

データロガー１２４は、第１歪みゲージ１１０及び第２歪みゲージ１１２により測定された測定孔３００の変位を所定間隔で時系列に記録する機能を有する。データロガー１２４に記録された測定孔３００の変位は、応力測定装置１００が測定孔３００から抜き出された後に、コンピュータなどに読み出され、測定孔３００の変位から地山の応力が算出される。第２筐体１０４にはバッテリ１２６が内蔵されているため、データロガー１２４を駆動するための電力を有線で供給する必要がなく、データロガー１２４は測定孔３００の中で自立した状態でデータを収集することができる。

【0065】

図示されないが、第２筐体１０４にはカメラ及び照明が搭載され、カメラにより撮像された映像を見ながら応力測定装置１００を測定孔に挿入および抜き出しする構成を有していてもよい。これにより、作業者の目視のみに頼ることなく、応力測定装置１００の態勢や状態などを確認しながら円滑に挿入作業及び抜き出し作業を行うことができる。

【0066】

以上、説明したように、本発明の一実施形態に係る応力測定装置１００によれば、測定孔３００の孔長方向の変位を検出する第１センサ１０６の接触ピン１１８の先端の位置が、挿入時に操作用具２００によって沈み込む構造を有することで、挿入時に生じる第１センサ１０６の孔長方向の歪みの影響を受けないようにすることができる。また、第２センサ１０８では、測定孔の内壁面に接触する接触ローラ１２０を設けることで、挿入孔への挿入時、及び測定時（オーバーコアリング時）に生じる孔長方向の変位を受け流し、孔径方向の変位を精度良く測定することができる。応力測定装置１００がこのような構成を有することで、オーバーコアリング法によって地山の初期応力を正確に評価することができる。

【0067】

なお、本実施形態は地山の初期応力を測定する場合に基づいて説明したが、応力測定装置１００は、既設のトンネル、地下空洞の背面地山、既設コンクリート構造物に対する応力測定に適用することもできる。

【符号の説明】

【0068】

１００：応力測定装置、１００１：第１センサ部、１００２：第２センサ部、１０２：第１筐体、１０２１：第１支持部材、１０２２：第２支持部材、１０２３：ロッド、１０４：第２筐体、１０５：把持棒、１０６：第１センサ、１０８：第２センサ、１１０：第１歪みゲージ、１１２：第２歪みゲージ、１１４：第１弾性板、１１４１：湾曲部、１１６：第２弾性板、１１８：接触ピン、１２０：接触ローラ、１２２：自在継手、１２４：データロガー、１２６：バッテリ、１３０：触接ピン、１３０１：第１触接ピン、１３０２：第２触接ピン、１３２：センサ支持部材、１３２１：スリット、１３２２：テーパー部、１３２４：固定具、１３４：継手、１３６：弾性体、１３８：ストッパ、２００：操作用具、２０２：第１キャップ、２０２１：第１開口部、２０２２：第１テーパー面、第２キャップ２０３、２０３１：第２開口部、２０３２：第２テーパー面、２０４：把持器具、２０４１：本体部、２０４２：把持部、２０６：筐体、３００：測定孔

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】