特開 2023-107119 応力測定装置

(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】P2023107119

(43)【公開日】2023-08-02

(54)【発明の名称】応力測定装置

(51)【国際特許分類】

   E21D 9/04 20060101AFI20230726BHJP

   G01N 3/40 20060101ALI20230726BHJP

   E21D 9/00 20060101ALI20230726BHJP

【ＦＩ】

E21D9/04 Z

G01N3/40 B

E21D9/00 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022008244

(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）】

2D054

【Ｆターム（参考）】

2D054GA15

2D054GA17

2D054GA64

2D054GA81

2D054GA92

(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。
【解決手段】応力測定装置は、ロッドを含む第１筐体と、第１筐体の第１端部の側に配置される第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る第２センサと、第１筐体の第１端部の側に連結される第２筐体とを含む。第１センサは、ロッドの軸長方向に延伸し一端が第１筐体に固定され他端が自由端とされた第１弾性板と、第１弾性板に取り付けられた第１歪みゲージと、第１弾性板の自由端に取り付けられた接触ローラとを含み、第２センサは、ロッドの軸長方向に延伸し一端が第１筐体に固定された第２弾性板と、第２弾性板に取り付けられた第２歪みゲージと、第２弾性板の他端の側に取り付けられた接触ピンとを含む。第１センサの接触ローラ及び第２センサの接触ピンが、第１弾性板及び第２弾性板の第１端部の側に対し第２端部の側に配置されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ロッドを含む第１筐体と、
前記第１筐体の第１端部の側に配置される第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る第２センサと、
前記第１筐体の前記第１端部の側に連結される第２筐体と、を含み、
前記第１センサは、
前記ロッドの軸長方向に延伸し一端が前記第１筐体に固定され他端が自由端とされた第１弾性板と、
前記第１弾性板に取り付けられた第１歪みゲージと、
前記第１弾性板の自由端に取り付けられた接触ローラと、を含み、
前記第２センサは、
前記ロッドの軸長方向に延伸し一端が前記第１筐体に固定された第２弾性板と、
前記第２弾性板に取り付けられた第２歪みゲージと、
前記第２弾性板の他端の側に取り付けられた接触ピンと、を含み、
前記接触ローラ及び前記接触ピンが、前記第１弾性板及び前記第２弾性板の前記第１端部の側に対し前記第２端部の側に配置されている、ことを特徴とする応力測定装置。

【請求項2】

前記第１筐体は、
前記ロッドの前記第１端部の側に設けられ、前記ロッドの外径より大きい外径を有する第１支持部材と、
前記ロッドの前記第２端部の側に設けられ、前記ロッドの外径より大きい外径を揺する第２支持部材と、
を含み、
前記第１弾性板が前記第１支持部材に片持ち支持され、前記第２弾性板が前記第２支持部材に取り付けられている、請求項１に記載の応力測定装置。

【請求項3】

前記第１筐体と前記第２筐体とが、自在継手を介して連結されている、請求項１又は２に記載の応力測定装置。

【請求項4】

前記第１筐体と前記第２筐体との間に間隙が設けられている、請求項３に記載の応力測定装置。

【請求項5】

前記第１弾性板が前記ロッドの軸径方向に弾性変形し、前記第２弾性板が前記ロッドの軸長方向に弾性変形する、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】

前記第２弾性板が湾曲部を有し、前記第２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】

前記接触ローラ及び前記接触ピンが、前記第１筐体の外面より外側に突出している、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】

前記第１センサ及び前記第２センサが、前記第１筐体の外周に沿って複数個配置されている、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】

前記第１歪みゲージが測定孔の孔径方向の変位を測定し、前記第２歪みゲージが測定孔の孔長方向の変位を測定する、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の応力測定装置。

【請求項10】

前記第１歪みゲージ及び前記第２歪みゲージの測定値を記録するデータロガーを有し、前記データロガーが前記第２筐体内に設けられている、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の応力測定装置。

【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】

オーバーコアリング法では、測定孔の孔径方向の変形量と孔長方向の変形が計測される。応力測定装置は、接触式の歪みゲージによって、測定孔の孔長及び孔径方向の変形を計測している。従来の応力測定装置は、測定孔へ挿入するときに生じる孔長方向の変位が計測結果に含まれてしまい、特に孔径方向の変形を正確に計測できないという問題がある。

【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、ロッドを含む第１筐体と、第１筐体の第１端部の側に配置される第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る第２センサと、第１筐体の第１端部の側に連結される第２筐体とを含む。第１センサは、ロッドの軸長方向に延伸し一端が第１筐体に固定され他端が自由端とされた第１弾性板と、第１弾性板に取り付けられた第１歪みゲージと、第１弾性板の自由端に取り付けられた接触ローラとを含み、第２センサは、ロッドの軸長方向に延伸し一端が第１筐体に固定された第２弾性板と、第２弾性板に取り付けられた第２歪みゲージと、第２弾性板の他端の側に取り付けられた接触ピンとを含む。第１センサの接触ローラ及び第２センサの接触ピンが、第１弾性板及び第２弾性板の第１端部の側に対し第２端部の側に配置されている。

【0008】

本発明の一実施形態において、第１筐体は、ロッドの第１端部の側に設けられ、ロッドの外径より大きい外径を有する第１支持部材と、ロッドの第２端部の側に設けられ、ロッドの外径より大きい外径を揺する第２支持部材と、を含み、第１弾性板が第１支持部材に片持ち支持され、第２弾性板が第２支持部材に取り付けられていてもよい。

【0009】

本発明の一実施形態において、第１筐体と第２筐体とが、自在継手を介して連結されていてもよく、この構成において第１筐体と第２筐体との間に間隙が設けられていてもよい。

【0010】

本発明の一実施形態において、第１弾性板は、ロッドの軸径方向に弾性変形し、第２弾性板は、ロッドの軸長方向に弾性変形するように設けられていてもよい。第２弾性板は、湾曲部を有し、第２歪みゲージが湾曲部に設けられていてもよい。

【0011】

本発明の一実施形態において、接触ローラ及び接触ピンが、第１筐体の外面より外側に突出していることが好ましい。

【0012】

本発明の一実施形態において、第１センサ及び第２センサが、第１筐体の外周に沿って複数個配置されていることが好ましい。

【0013】

本発明の一実施形態において、第１歪みゲージが測定孔の孔径方向の変位を測定し、第２歪みゲージ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ることが好ましい。

【0014】

本発明の一実施形態において、第１歪みゲージ及び第２歪みゲージの測定値を記録するデータロガーを有し、データロガーが第２筐体内に設けられていてもよい。

【発明の効果】

【0015】

本発明の一実施形態に係る応力測定装置によれば、測定孔の孔径方向の変形量を測定するセンサの先端部分をローラ構造とすることで、測定孔への挿入時に生じる測定孔の孔長方向の変位の影響を受けないようにすることができ、測定孔の孔径方向の歪みを正確に測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【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部分構造を示し、（Ａ）は第１センサ部の断面構造、（Ｂ）はＡ１－Ａ２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部分構造を示し、（Ａ）は第２センサ部の断面構造、（Ｂ）は第２センサの平面構造、（Ｃ）はＢ１－Ｂ２間に対応する断面構造、（Ｄ）はＣ１－Ｃ２間に対応する断面構造を示す。

【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】

【0017】

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。

【0018】

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、測定孔の孔径方向の変位量を測定する第１センサ部１００１と測定孔の孔長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。

【0019】

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。

【0020】

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。

【0021】

第１筐体１０２は、ロッド１０２３と、ロッド１０２３の第１端部Ｌ１の側に設けられた第１支持部材１０２１と、第２端部Ｒ１の側に設けられた第２支持部材１０２２とを含む。ロッド１０２３の一例は、材軸方向に直線状に延びる筒状又は棒状の部材である。本明細書において、ロッド１０２３の材軸方向を「軸長方向」とも呼び、材軸方向に直交する方向を「軸径方向」とも呼ぶ。

【0022】

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及び接触ローラ１１８が取り付けられた構造を有する。第２センサ１０８は、第２弾性板１１６に第２歪みゲージ１１２が取り付けられ、一端に接触ピン１２０が連結された構造を有する。接触ローラ１１８及び接触ピン１２０は、第１筐体１０２の外側に突き出ており、応力測定装置１００が測定孔に挿入され、変位を測定するときには、測定孔の内壁面に接触するように設けられている。

【0023】

第２筐体１０４は、データロガー１２４、バッテリ１２６などが収納される。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。

【0024】

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２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２端部Ｒ２とは反対側の第１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。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）が設けられることで、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の筐体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。

【0025】

応力測定装置１００は、第１筐体１０２の側から押し込む器具を使って測定孔に挿入される。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、応力測定装置１００を測定孔に挿入する際に生じる測定孔の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。

【0026】

図２（Ａ）は第１センサ部１００１の側面図を示し、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）に示すＡ１－Ａ２間に対応する断面構造を示す。図２（Ａ）は、第１筐体１０２の構成として、ロッド１０２３及び第１支持部材１０２１と、第２支持部材１０２２の一部を示す。第１筐体１０２の第１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。

【0027】

図２（Ａ）に示すように、第１筐体１０２の第１端部Ｌ１と、これに近接する第２筐体１０４の端部（第２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。

【0028】

第１支持部材１０２１が第１筐体１０２の第１端部Ｌ１の側（別言すれば、ロッド１０２３の第１端部Ｌ１の側）に設けられる。また、第２支持部材１０２２は、第１筐体１０２の第２端部Ｒ１の側（別言すれば、ロッド１０２３の第２端部Ｒ１の側）に設けられる。第１筐体１０２は、図２（Ａ）に示すように、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、第１筐体１０２は、図示されないが、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。

【0029】

なお、第１筐体１０２は、図１及び図２（Ａ）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１００２を配置できるものであれば図示されるものと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。

【0030】

第1弾性板１１４が第１支持部材１０２１に取り付けられる。第１弾性板１１４は第１支持部材１０２１の外周部に取り付けられる。第１弾性板１１４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、一端が第１支持部材１０２１に固定され、他端が第１筐体１０２に接しない状態で取り付けられる。別言すれば、第１弾性板１１４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１支持部材１０２１に取り付けられる。片持ち支持された状態で第１支持部材１０２１に取り付けられた第１弾性板１１４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。

【0031】

第１支持部材１０２１には第１歪みゲージ１１０が取り付けられる。第１歪みゲージ１１０は、第１弾性板１１４の固定端と自由端との間に取り付けられる。第１歪みゲージ１１０は、第１弾性板１１４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１歪みゲージ１１０は、第１弾性板１１４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機能を有する。

【0032】

第１弾性板１１４の他端（自由端）には、接触ローラ１１８が取り付けられる。接触ローラ１１８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２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示すように、第１弾性板１１４に取り付けられる接触ローラ１１８は、第１支持部材１０２１から突出するように設けられる。接触ローラ１１８が第１支持部材１０２１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１１８が測定孔の内壁面に接触する。接触ローラ１１８が測定孔の内壁面に接触しても、測定孔の孔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１弾性板１１４は孔長方向には変形しない。一方、接触ローラ１１８は、第１弾性板１１４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１弾性板１１４を変形させることができる。

【0033】

図２（Ｂ）に示すように、第１歪みゲージ１１０及び接触ローラ１１８が取り付けられた第１弾性板１１４を含んで構成される第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（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１１８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１センサ１０６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。

【0034】

図３（Ａ）は第２センサ部１００２の側面図を示す。第２センサ部１００２には、第２センサ１０８が設けられる。図３（Ａ）は、第１筐体１０２を構成するロッド１０２３の一部、及び第２支持部材１０２２、並びに第２センサ１０８の構造を示す。また、図３（Ｂ）は、第２センサ１０８の平面図を示す。さらに、図３（Ａ）に示す、Ｂ１－Ｂ２間に対応する断面構造を図３（Ｃ）に示し、Ｃ１－Ｃ２構造に対応する断面構造を図３（Ｄ）に示す。

【0035】

図３（Ａ）に示すように、第２支持部材１０２２はロッド１０２３の第２端部Ｒ１側の端部に取り付けられる。第２支持部材１０２２はロッド１０２３の外径より大きい外径を有し、第２センサ１０８が取り付けられる。第２センサ１０８は、第２歪みゲージ１１２、第２弾性板１１６、及び接触ピン１２０を含む。第２弾性板１１６は、第１弾性板１１４と同様の部材で形成されるが、湾曲部１１６１を有する点で第１弾性板１１４と形状が相違する。

【0036】

第２センサ１０８は第２支持部材１０２２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２支持部材１０２２に取り付けられる。第２弾性板１１６は、湾曲部１１６１がセンサ支持部材１３２から突出するように配置され、一端がセンサ支持部材１３２に固定される。第２弾性板１１６の他端は固定具１３２２に取り付けられる。固定具１３２２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２弾性板１１６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も有する。固定具１３２２には接触ピン１２０が取り付けられる。このように第２弾性板１１６には、固定具１３２２を介して接触ピン１２０が取り付けられる。固定具１３２２は、第２弾性板１１６及び接触ピン１２０を連結し、接触ピン１２０の変位が第２弾性板１１６に伝達する機能を有する。

【0037】

図３（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１２０が挿通され、下側から固定具１３２２が当てられる。接触ピン１２０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１３２２が上下から締結具（ボルト）で挟まれている。接触ピン１２０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１２０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。

【0038】

応力測定装置１００が測定孔に挿入されたとき、接触ピン１２０は測定孔の内壁面に当接する。接触ピン１２０の先端は先細りの形状を有していることが好ましい。第２センサ１０８がこのような形状の接触ピン１２０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。

【0039】

第２センサ１０８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１２０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２センサ１０８は測定孔の孔長方向の変位を測定可能となる。接触ピン１２０は第２弾性板１１６に直接取り付けられても良いが、固定具１３２２を介して取り付けられていてもよい。

【0040】

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２支持部材１０２２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２支持部材１０２２と間隙を有するように配置され、ストッパ１３８が挿通される。ストッパ１３８は、第２支持部材１０２２にネジ止めされる。センサ支持部材１３２と第２支持部材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、このような構造により、継手１３４を支点として先端部分が上下（センサ支持部材１３２の取り付け位置によっては左右）に変位する。また、ストッパ１３８を外すと、センサ支持部材１３２が継手１３４を支点として外側に大きく開くように変位させることができる。

【0041】

第２センサ１０８は、接触ピン１２０が測定孔の孔長方向に変位することに伴って第２弾性板１１６が孔長方向に変形し、第２歪みゲージ１１２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。

【0042】

図３（Ｃ）に示すように、第２歪みゲージ１１２及び接触ピン１２０が取り付けられた第２弾性板１１６を有する第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３（Ｃ）に示すように、第２支持部材１０２２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。また、図３（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２支持部材１０２２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。

【0043】

第２センサ部１００２では、各方向に向けて取り付けられた接触ピン１２０が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、測定孔の孔長方向の変形を正確に測定することができる。

【0044】

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１弾性板１１４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。

【0045】

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。

【0046】

図１、図２、及び図３を参照して説明したように、第１センサ１０６は、接触ローラ１１８が第１弾性板１１４の固定端より第１筐体１０２の第２端部Ｒ１側に配置され、第２センサ１０８は、接触ピン１２０が第２弾性板１１６の固定端より第１筐体１０２の第２端部Ｒ１側に配置されている。応力測定装置１００は、接触ローラ１１８及び接触ピン１２０がこのような配置を有することで、測定孔へスムーズに挿入することができ、挿入時に第１センサ１０６及び第２センサ１０８に応力測定装置１００の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る。それにより、地山の初期応力を正確に計測することができる。

【0047】

図４は、応力測定装置１００が測定孔２００に挿入された状態を示す。本実施形態に示す応力測定装置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２００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２００の変位を測定する。測定後、応力測定装置１００は測定孔２００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。

【0048】

図４は、Ｘ１方向及びＸ２方向と平行な方向に測定孔２００が形成された状態を示す。応力測定装置１００は、Ｘ１方向に沿って測定孔２００に挿入される。具体的に応力測定装置１００は、第２筐体１０４が先頭となり、その後に第１筐体１０２が続くように測定孔２００に挿入される。

【0049】

第２筐体１０４が測定孔２００に挿入されたとき、弾性を有する触接ピン１３０（第１触接ピン１３０１、第２触接ピン１３６０２）が測定孔２００の内壁面に接する状態となる。触接ピン１３０（第１触接ピン１３０１、第２触接ピン１３０２）の作用により、第２筐体１０４は測定孔２００の内壁面に接触せず、中心軸が測定孔２００の中心と一致する状態に保持される。すなわち、応力測定装置１００の先頭に位置する第２筐体１０４が測定孔２００の中でセンタリングされる。これにより、応力測定装置１００を測定孔２００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。このような構成により、応力測定装置１００を測定孔２００に挿入する際及び抜き出す際に測定孔２００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。

【0050】

第１筐体１０２は第２筐体１０４の後ろに続いて測定孔２００に挿入される。実際には、応力測定装置１００は、第１筐体１０２の第２端部Ｒ１の側から図示されない器具を使って押し込むようにして測定孔２００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、応力測定装置１００を測定孔２００に挿入するときにブレないようにすることができる。図４は、測定孔２００の所定の位置まで応力測定装置１００が挿入され、器具が抜き取られた状態を示す。

【0051】

第１筐体１０２は第１センサ部１００１及び第２センサ部１００２を有する。第１センサ部１００１は測定孔の孔径方向の変位を測定する第１センサ１０６を有し、第２センサ部１００２は測定孔の孔長方向の変位を測定する第２センサ１０８を有する。第１センサ１０６は接触ローラ１１８を有する。応力測定装置１００が測定孔２００に挿入される前の状態で、接触ローラ１１８及び接触ピン１２０は第１筐体１０２から外側に突出した状態にある。応力測定装置１００を測定孔２００に挿入する際には、接触ローラ１１８及び接触ピン１２０が測定孔２００の内壁面に接触しながら挿入される。そして、応力測定装置１００が測定位置に到達した状態でも、接触ローラ１１８及び接触ピン１２０は内壁面に接触した状態が維持される。

【0052】

第１筐体１０２が測定孔２００に挿入されると、接触ローラ１１８は内側に押し込まれ、待機状態の位置から測定状態の位置へ変位する。第１弾性板１１４は弾性を有するので、接触ローラ１１８の変位に伴って撓んだ状態となる。このとき、接触ローラ１１８とロッド１０２３との間には、接触ローラ１１８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。

【0053】

第１センサ１０６は、接触ローラ１１８によって測定孔２００の内壁面に接触しているので、第１筐体１０２を挿入する際、及び測定位置に配置された際にも応力測定装置１００の軸長方向にかかる変位を接触ローラ１１８の回転で逃がすことができ、当該軸長方向の変位が第１弾性板１１４に作用しないようにすることができる。したがって、第１センサ１０６は、挿入時に生じる応力測定装置１００の軸長方向に生じる変位の影響を受けずに、測定孔２００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。

【0054】

また、第２センサ１０８は、第１筐体１０２が測定位置に置かれたとき、接触ピン１２０の位置が内側に変位する。実際には、継手１３４の位置を回転中心にしてセンサ支持部材１３２の先端が内側に変位して斜めになる。接触ピン１２０は、センサ支持部材１３２と共に内側に沈み込み、弾性体１３６の反力で内壁面に押し付けられた状態となる。図３（Ａ）及び図３（Ｂ）を参照して説明したように、接触ピン１２０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、測定孔２００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。

【0055】

図４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２００に挿入された後に、測定孔２００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２００の孔径方向の変形を第１センサ１０６で検出し、孔長方向の変形を第２センサ１０８で検出する。前述のように、第１センサ１０６は接触ローラ１１８が内壁面に接しているため測定孔２００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。また、第２センサ１０８は、第２弾性板１１６が湾曲部を有し、接触ピン１２０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２００の孔長方向の変形を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２００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。

【0056】

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２００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２００の変位は、応力測定装置１００が測定孔２００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２００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２００の中で自立した状態でデータを収集することができる。

【0057】

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。

【0058】

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、測定孔の孔径方向の変位を検出する第１センサ１０６に、測定孔の内壁面に接触する接触ローラ１１８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。

【0059】

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】

【0060】

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、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、１１６：第２弾性板、１１６１：湾曲部、１１８：接触ローラ、１２０：接触ピン、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：固定具、１３４：継手、１３６：弾性体、１３８：ストッパ、２００：測定孔

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】