特開 2023-159942 計測装置及び、計測方法

(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】P2023159942

(43)【公開日】2023-11-02

(54)【発明の名称】計測装置及び、計測方法

(51)【国際特許分類】

   G01L 5/00 20060101AFI20231026BHJP

   E21D 11/00 20060101ALI20231026BHJP

【ＦＩ】

G01L5/00 A

E21D11/00 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022069881

(22)【出願日】2022-04-21

(71)【出願人】

【識別番号】000000549

【氏名又は名称】株式会社大林組

(71)【出願人】

【識別番号】511264766

【氏名又は名称】株式会社エス・ケー・ラボ

(74)【代理人】

【識別番号】110000213

【氏名又は名称】弁理士法人プロスペック特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100171619

【弁理士】

【氏名又は名称】池田 顕雄

(72)【発明者】

【氏名】古川 昌裕

(72)【発明者】

【氏名】中岡 健一

(72)【発明者】

【氏名】出口 大輔

(72)【発明者】

【氏名】辻村 幸治

【テーマコード（参考）】

2D155

2F051

【Ｆターム（参考）】

2D155BA05

2D155CA08

2D155KA00

2D155KB04

2D155LA13

2F051AA07

2F051AB09

(57)【要約】

【課題】簡素な構成で、施工方法を変更することなく、中空構造物の中空部内にセンサを容易に定置させる。
【解決手段】中空部に固化材が充填される中空構造物５の状態を計測する計測装置１０であって、センサ４０，５０，６０を保持する保持部材２２，２７，２８，２９と、保持部材（２２，２７，２８，２９を中空部の内周面に移動自在に支持する支持部材２３，２４，２５，２６と、中空部内に固化材が充填されるよりも前に、保持部材２２，２７，２８，２９及び支持部材２３，２４，２５，２６を中空部内の所定位置に押し入れる押し込み部材３０と、中空部に固化材が充填されて保持部材２２，２７，２８，２９及び支持部材２３，２４，２５，２６が中空部内の所定位置に定置された後、センサ４０，５０，６０の検出結果に基づいて中空構造物５の状態を取得する状態取得部８０とを備えた。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

中空部に固化材が充填される中空構造物の状態を計測する計測装置であって、
センサを保持するとともに、前記中空部内に挿入される保持部材と、
前記中空部内に挿入される前記保持部材を前記中空部の内周面に移動自在に支持する支持部材と、
前記中空部内に前記固化材が充填されるよりも前に、前記支持部材に支持された前記保持部材を前記中空部内の所定位置に押し入れる押し込み部材と、
前記中空部に前記固化材が充填されて前記保持部材及び前記支持部材が前記中空部内の前記所定位置に定置された後、前記センサの検出結果に基づいて前記中空構造物の状態を取得する状態取得部と、を備える
ことを特徴とする計測装置。

【請求項2】

前記保持部材は、
前記中空部に充填される前記固化材を流通させる円環状に形成されるとともに、円環内部にセンサを保持可能な円環部材と、
前記円環部材から径方向外側に延びるとともに、先端部にセンサを保持可能なロッドと、を備える
請求項１に記載の計測装置。

【請求項3】

前記支持部材は、
前記保持部材から前記中空部の内周面に向けて延びる少なくとも一対の脚部と、
前記脚部の先端に設けられるとともに、前記中空部の内周面を転動可能な転動体と、を備える
請求項１又は２に記載の計測装置。

【請求項4】

前記押し込み部材は、弾性変形可能な長尺状の板材で形成される
請求項１又は２に記載の計測装置。

【請求項5】

前記センサは、一対のひずみ計を含み、
前記保持部材は、前記中空構造物に作用する曲げ荷重により前記中空部内の前記固化材が圧縮方向の応力を受ける部分に一方のひずみ計を保持するとともに、前記曲げ荷重により前記中空部内の前記固化材が引張方向の応力を受ける部分に他方のひずみ計を保持し、
前記状態取得部は、一対の前記ひずみ計の検出結果に基づき、前記中空構造物に作用する軸方向応力及び、又は曲げモーメントを演算する
請求項１又は２に記載の計測装置。

【請求項6】

前記センサは、有効応力計を含み、
前記保持部材は、前記有効応力計の軸心が前記中空部の軸心と一致するように前記有効応力計を保持し、
前記状態取得部は、前記有効応力計の検出結果に基づき、前記中空部内の前記固化材に作用する軸方向応力を取得する
請求項１又は２に記載の計測装置。

【請求項7】

前記中空構造物がトンネルの覆工コンクリートの下部地山に構築される鋼管複合インバートを構成する鋼管であり、
前記固化材が前記鋼管内に充填されるグラウト材である
請求項１又は２に記載の計測装置。

【請求項8】

中空部に固化材が充填される中空構造物の状態を計測する計測方法であって、
センサを保持した保持部材を支持部材によって前記中空部の内周面に移動自在に支持するとともに、前記中空部内に前記固化材が充填されるよりも前に、前記支持部材に支持された前記保持部材を押し込み部材によって前記中空部内の所定位置に押し入れ、
前記中空部に前記固化材が充填されて前記保持部材及び前記支持部材が前記中空部内の前記所定位置に定置された後、前記センサの検出結果に基づいて前記中空構造物の状態を取得する
ことを特徴とする計測方法

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、計測装置及び、計測方法に関し、特に、中空部に固化材が充填される中空構造物（永久構造物）のモニタリングに好適な技術に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、トンネルの周辺地山や坑道支保工に作用する応力等を計測するための技術が種々提案されている。

【0003】

例えば、特許文献１には、計測パイプの外周面にひずみセンサを取り付けるとともに、該計測パイプ内に水を充填し、切羽前方地山に穿孔した計測孔に計測パイプを挿入した後、計測パイプの外周面と計測孔の内周面との隙間に裏込材を充填固化させることにより計測を行う技術が開示されている。

【0004】

例えば、特許文献２には、計測対象物の周辺岩盤や計測対象物の内部に走行管を設けるとともに、センサを搭載した移動式のモニタリング装置を走行管の内部に配置し、モニタリング装置を走行管内で移動させながら、あるいは走行管内の所定位置に定置させることにより計測を行う技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１１－２５２３７０号公報

【特許文献2】特開２００３－０２８９９１公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

山岳トンネルにおいては、トンネルの安定性や内空断面を確保するためのコンクリートインバートが設置される場合がある。コンクリートインバートの施工には、下部地山の掘削に伴い車両の通行止めが必要となる。このため、道路幅員方向の中央付近では掘削を行わず、側方に掘削した作業スペースから鋼管を打設することにより車線規制のみで施工が可能な鋼管複合インバートが提案されている。このような鋼管複合インバートの保守管理には、鋼管や鋼管内に充填したグラウト材に作用する応力の長期的なモニタリングが重要となる。

【0007】

上記特許文献１記載の技術では、ひずみセンサをパイプの外周面に取り付けている。このため、鋼管複合インバートのような、鋼管をロータリーパーカッション等によって地山に直接打設する構造物に適用すると、鋼管を打設する際に外周面のひずみセンサが破損してしまう課題がある。また、ひずみセンサの取り付け位置は、パイプの外周面に限られるため、センサの取り付け位置を計測目的等に応じてパイプ径方向（断面方向）に適宜に調整できない課題もある。

【0008】

上記特許文献２記載の技術では、計測対象物の周辺地山にモニタリング装置を走行させるための走行管を埋設している。このため、鋼管複合インバートに適用する場合は、鋼管の周辺地山に走行管を別途打設する必要があり、施工方法を変更しなければならない課題がある。また、モニタリング装置を鋼管内に直接挿入することも考えられるが、モニタリング装置の両端には、大径の移動安定装置が取り付けられている。このため、グラウト材を充填する際に、移動安定装置が充填の障害になる課題もある。

【0009】

本開示の技術は、上記事情に鑑みてなされたものであり、簡素な構成で、固化材が充填される中空構造物の中空部内に、施工方法を変更することなくセンサを容易に定置させることができる技術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】

【0010】

本開示の計測装置は、
中空部に固化材が充填される中空構造物（５）の状態を計測する計測装置（１０）であって、
センサ（４０，５０，６０）を保持するとともに、前記中空部内に挿入される保持部材（２２，２７，２８，２９）と、
前記中空部内に挿入される前記保持部材（２２，２７，２８，２９）を前記中空部の内周面に移動自在に支持する支持部材（２３，２４，２５，２６）と、
前記中空部内に前記固化材が充填されるよりも前に、前記支持部材（２３，２４，２５，２６）に支持された前記保持部材（２２，２７，２８，２９）を前記中空部内の所定位置に押し入れる押し込み部材（３０）と、
前記中空部に前記固化材が充填されて前記保持部材（２２，２７，２８，２９）及び前記支持部材（２３，２４，２５，２６）が前記中空部内の前記所定位置に定置された後、前記センサ（４０，５０，６０）の検出結果に基づいて前記中空構造物（５）の状態を取得する状態取得部（８０）と、を備えることを特徴とする。

【0011】

本開示の方法は、
中空部に固化材が充填される中空構造物（５）の状態を計測する計測方法であって、
センサ（４０，５０，６０）を保持した保持部材（２２，２７，２８，２９）を支持部材（２３，２４，２５，２６）によって前記中空部の内周面に移動自在に支持するとともに、前記中空部内に前記固化材が充填されるよりも前に、前記支持部材（２３，２４，２５，２６）に支持された前記保持部材（２２，２７，２８，２９）を押し込み部材（３０）によって前記中空部内の所定位置に押し入れ、
前記中空部に前記固化材が充填されて前記保持部材（２２，２７，２８，２９）及び前記支持部材（２３，２４，２５，２６）が前記中空部内の前記所定位置に定置された後、前記センサ（４０，５０，６０）の検出結果に基づいて前記中空構造物（５）の状態を取得することを特徴とする。

【0012】

以上の構成によれば、簡素な構成で、固化材が充填される中空構造物（５）の中空部内に、施工方法を変更することなくセンサ（４０，５０，６０）を容易に定置させることができる。また、施工方法を変更する必要がないことから、工期の遅延や工費の増加を招くことなく、中空構造物（５）の長期的なモニタリングを実現することが可能になる。

【0013】

本開示の他の態様において、
前記保持部材（２２，２７，２８，２９）は、
前記中空部に充填される前記固化材を流通させる円環状に形成されるとともに、円環内部にセンサ（４０）を保持可能な円環部材（２２）と、
前記円環部材（２２）から径方向外側に延びるとともに、先端部にセンサ（５０，６０）を保持可能なロッド（２８，２９）と、を備えることが好ましい。

【0014】

本態様によれば、保持部材（２２，２７，２８，２９）が中空構造物（５）の内空断面積に与える影響を小さく抑えられることができ、固化材の充填が妨げられることを効果的に防止することが可能になる。

【0015】

本開示の他の態様において、
前記支持部材（２３，２４，２５，２６）は、
前記保持部材（２２）から前記中空部の内周面に向けて延びる少なくとも一対の脚部（２５）と、
前記脚部（２５）の先端に設けられるとともに、前記中空部の内周面を転動可能な転動体（２６）と、を備えることが好ましい。

【0016】

本態様によれば、センサ（４０，５０，６０）を保持した保持部材（２２，２７，２８，２９）を、転動体（２６）によって中空構造物（５）の中空部内の所望位置まで容易に移動させることが可能になる。

【0017】

本開示の他の態様において、
前記押し込み部材（３０）は、弾性変形可能な長尺状の板材で形成されることが好ましい。

【0018】

本態様によれば、例えば、挿入作業を行うスペースが狭い場合であっても、押し込みプレート３０を変形させることにより、スペース上の制約を受けることなく挿入作業を容易に行うことが可能になる。

【0019】

本開示の他の態様において、
前記センサ（４０，５０，６０）は、一対のひずみ計（５０，６０）を含み、
前記保持部材（２２，２８，２９）は、前記中空構造物（５）に作用する曲げ荷重により前記中空部内の前記固化材が圧縮方向の応力を受ける部分に一方のひずみ計（５０）を保持するとともに、前記曲げ荷重により前記中空部内の前記固化材が引張方向の応力を受ける部分に他方のひずみ計（６０）を保持し、
前記状態取得部（８０，８２）は、一対の前記ひずみ計（５０，６０）の検出結果に基づき、前記中空構造物（５）に作用する軸方向応力及び、又は曲げモーメントを演算することが好ましい。

【0020】

本態様によれば、中空構造物（５）に作用する軸方向応力及び、又は曲げモーメントを、中空構造物（５）の中空部内に定置した一対のひずみ計（５０，６０）の検出結果に基づいて効果的に演算することが可能になる。

【0021】

本開示の他の態様において、
前記センサ（４０，５０，６０）は、有効応力計（４０）を含み、
前記保持部材（２２，２７）は、前記有効応力計（４０）の軸心が前記中空部の軸心と一致するように前記有効応力計（４０）を保持し、
前記状態取得部（８０，８１）は、前記有効応力計（４０）の検出結果に基づき、前記中空部内の前記固化材に作用する軸方向応力を取得することが好ましい。

【0022】

本態様によれば、中空構造物（５）の中空部に充填された固化材に作用する軸方向応力を、中空構造物（５）の中空部内に定置した有効応力計（４０）の検出結果に基づいて高精度に取得することが可能になる。

【0023】

本開示の他の態様において、
前記中空構造物（５）がトンネル（Ｔ）の覆工コンクリート（ＬＣ）の下部地山に構築される鋼管複合インバート（１）を構成する鋼管（５）であり、
前記固化材が前記鋼管（５）内に充填されるグラウト材であることが好ましい。

【0024】

本態様によれば、簡素な構成で、鋼管複合インバート（１）の鋼管（５）及び、鋼管（５）内に充填されたグラウト材（Ｍ）に作用する応力の長期的なモニタリングを実現することが可能になる。

【0025】

上記説明においては、発明の理解を助けるために、実施形態に対応する発明の構成要件に対して、実施形態で用いた符号を括弧書きで添えているが、発明の各構成要件は、前記符号によって規定される実施形態に限定されるものではない。

【発明の効果】

【0026】

本開示の計測装置及び、計測方法によれば、簡素な構成で、中空構造物の中空部内に、施工方法を変更することなくセンサを容易に定置させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】本実施形態に係る計測装置を設置した鋼管複合インバートの模式的な断面図である。

【図2】本実施形態に係る計測装置を示す模式的な全体構成図である。

【図3】鋼管内に挿入された計測部を管軸方向から視た模式図である。

【図4】鋼管内に挿入された計測部を管径方向から視た模式図である。

【図5】計測部を鋼管内に定置する位置を説明する模式図である。

【図6】第１係数及び、第２係数の設定に用いる試験装置の概略構成図である

【図7】グラウト材の軸ひずみと、計算された鋼管の軸ひずみとの関係を示す図の一例である。

【図8】グラウト材の曲げひずみと、計算された鋼管の曲げひずみとの関係を示す図の一例である。

【図9】変形例の計測部を説明する模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0028】

以下、添付図面に基づいて、本実施形態に係る計測装置及び計測方法について説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。

【0029】

［設置例］
図１は、本実施形態に係る計測装置１０を設置する鋼管複合インバート１の模式的な断面図である。鋼管複合インバート自体は周知であるため、以下、簡単に説明する。

【0030】

図１に示すように、鋼管複合インバート１は、トンネルＴの覆工コンクリートＬＣの下部地山Ｇに構築される。鋼管複合インバート１を施工する際は、まず、図１（Ａ）に示すように、覆工コンクリートＬＣの一方の側壁（図示例では左側壁）の下端に足付けコンクリートＣＬを打設するとともに、足付けコンクリートＣＬ側の下部地山Ｇに作業スペース２Ｌを掘削する。作業スペース２Ｌを掘削したならば、該作業スペース２ＬからトンネルＴの中央部に向けてトンネル軸方向と直交する方向に円筒状の鋼管５を不図示のロータリーパーカッション等で打設する。鋼管５は、複数本が上下に互い違い、且つ、トンネル軸方向に所定間隔を置いて略平行となるように打設される。鋼管５は、本開示の中空構造物の一例である。鋼管５を打設したならば、鋼管５の基端側から鋼管５内にグラウト材Ｍを充填する。グラウト材Ｍは、本開示の固化材の一例である。なお、図示の関係上、各鋼管５は、それぞれ１本の円筒管として描かれているが、実際には複数（例えば、５～６個）の円筒管を順次打設することにより、１本の鋼管５とされる。グラウト材Ｍは、１施工単位ごとに円筒管に充填することが望ましい。

【0031】

グラウト材Ｍを充填したならば、図１（Ｂ）に示すように、足付けコンクリートＣＬと鋼管５の基端とをコンクリート製のインバート４Ｌで接続して埋め戻す。また、覆工コンクリートＬＣの他方の側壁（図示例では右側壁）の下端に足付けコンクリートＣＲを打設するとともに、足付けコンクリートＣＲ側の下部地山Ｇに作業スペース２Ｒを掘削する。

【0032】

作業スペース２Ｒ内に鋼管５の先端を露出させたならば、図１（Ｃ）に示すように、足付けコンクリートＣＲと鋼管５の先端とをコンクリート製のインバート４Ｒで接続して埋め戻すことにより、鋼管複合インバート１の施工が完了する。

【0033】

このようにして構築される鋼管複合インバート１において、鋼管５の両端はインバート４Ｌ，４Ｒに根入れされて固定され、その他の部分は周囲の地山Ｇに接している。地山Ｇによる後荷重が覆工コンクリートＬＣに作用すると、鋼管５には軸応力が発生する。また、盤膨れによる荷重が覆工コンクリートＬＣに作用すると、鋼管５には曲げモーメントが発生する。このため、鋼管複合インバート１の保守管理を適切に行うには、鋼管５に作用する応力や、鋼管５内に充填したグラウト材Ｍに作用する応力を長期的にモニタリングする必要がある。

【0034】

本実施形態の計測装置１０は、計測部２０を鋼管５内の所定位置（例えば、鋼管５の先端側と基端側の計２カ所）に埋設することにより、鋼管５及びグラウト材Ｍに作用する応力の長期的なモニタリングを実現するものである。計測部２０は、鋼管５の基端が作業スペース２Ｌに露出する図１（Ａ）に示す状態で、鋼管５の基端側から挿入される。計測部２０を鋼管５内に挿入した後、鋼管５内にグラウト材Ｍを充填することにより、計測部２０は鋼管５内の所定位置に定置される。鋼管５やグラウト材Ｍに作用する応力の計測は、グラウト材Ｍの充填後から開始することができる。これにより、鋼管５の両端がインバート４Ｌ，４Ｒで固定されていない施工段階にあっても、地盤に変位が発生した場合には、応力を効果的に計測することが可能になる。以下、計測装置１０の詳細構成について説明する。

【0035】

［計測装置］
図２は、本実施形態に係る計測装置１０を示す模式的な全体構成図である。計測装置１０は、計測部２０と、押し込みプレート３０と、演算処理装置８０とを備えている。計測部２０には、有効応力計４０、上側ひずみ計５０及び、下側ひずみ計６０が設けられる。なお、以下では、有効応力計４０、上側ひずみ計５０及び、下側ひずみ計６０は、これらを単に「センサ４０，５０，６０」と称する場合もある。センサ４０，５０，６０の各ケーブルは、演算処理装置８０に接続されており、これらセンサ４０，５０，６０の検出結果が所定の周期で演算処理装置８０に送信されるようになっている。

【0036】

図３は、鋼管５内に挿入された計測部２０を管軸方向から視た模式図であり、図４は、鋼管５内に挿入された計測部２０を管径方向から視た模式図である。

【0037】

図３及び、図４に示すように、計測部２０は、鋼管５内を管軸方向に移動自在な移動治具２１を備えている。

【0038】

移動治具２１は、鋼管５の内径よりも小径の円環部材２２を有する。円環部材２２の径は特に限定されないが、鋼管５内に充填されるグラウト材の流動性に影響を与えない範囲で設定すればよい。本実施形態において、鋼管５の管径は、例えば約１６５ｍｍであり、円環部材２２の外径は、例えば約６０ｍｍであり、円環部材２２の内径は、例えば約５７ｍｍである。なお、以下では、説明の便宜上、円環部材２２の軸心Ｃ（図３参照）と直交する水平方向の仮想線を「横線ＨＬ」、円環部材２２の軸心Ｃと直交する鉛直方向の仮想線を「縦線ＶＬ」と称する。

【0039】

円環部材２２には、一対の長板部材２３，２４が取り付けられる。長板部材２３，２４は、長手方向が円環部材２２の軸心Ｃと略平行となるように、円環部材２２の外周面に溶接、或は、ボルト等の締結具で固定されている。長板部材２３，２４は、円環部材２２の横線ＨＬよりも下側の部分に、縦線ＶＬを挟んで対称に配置される。長板部材２３，２４の長手方向の両端には、円環部材２２の径方向外側に向けて突出するキャスタ支持脚２５がそれぞれ設けられている。キャスタ支持脚２５の先端部には、全方向に転動可能なボールキャスタ２６が取り付けられている。すなわち、円環部材２２が、長板部材２３，２４、キャスタ支持脚２５及び、ボールキャスタ２６を介して鋼管５の内周面に移動自在に支持されるようになっている。

【0040】

本実施形態では、図３に示すように、ボールキャスタ２６の長さをＬ１、キャスタ支持脚２５の長さをＬ２、長板部材２３，２４の厚みをＴ１、円環部材２２の外半径をＲ１としたとき、これらを加算した総長は、鋼管５の内半径ＲＳと略等しくなるように設定されている（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｔ１＋Ｒ１≒ＲＳ）。すなわち、計測部２０を鋼管５内に挿入すると、円環部材２２の軸心Ｃが鋼管５の軸心と略一致すように構成されている。

【0041】

円環部材２２の下側内周面には、板状の台座２７が溶接等で固定されている。台座２７の上面には有効応力計４０が結束バンド等によって取り付けられる。有効応力計４０は、鋼管５内に充填されるグラウト材に作用する軸方向の応力を計測する。

【0042】

具体的には、図４に示すように、有効応力計４０は、両端開放型の角筒状のケース４１を有する。ケース４１内には、鋼管５内に充填されるグラウト材と同質、且つ、同材齢のグラウト材が注入される。ケース４１の一方の開放端には、鋼管５内に充填されるグラウト材と固着するフランジ付きの連結体４２が設けられている。また、ケース４１の他方の開放端には、鋼管５内に充填されるグラウト材と固着するフランジ付きのロードセル４３が設けられている。

【0043】

連結体４２には、鋼管５内に充填されるグラウト材と固着するためのアンカー状の付着体４４が取り付けられている。ロードセル４３には、ケース４１内に充填されるグラウト材と固着するためのアンカー状の付着体４５が取り付けられている。ロードセル４３のケーブル４６は、好ましくは、押し込みプレート３０に結束バンド等で固定されている。

【0044】

本実施形態では、図３に示すように、台座２７の下面と円環部材２２の下側内周面との距離をＬ３、台座２７の厚みをＴ２、ケース４１の半径をＲ３としたとき、これらを加算した総長は円環部材２２の内半径Ｒ２と略等しくなるように設定されている（Ｌ３＋Ｔ２＋Ｒ３≒Ｒ２）。すなわち、計測部２０を鋼管５内に挿入すると、有効応力計４０のケース４１の軸心が鋼管５の軸心と略一致すように構成されている。

【0045】

円環部材２２の外周面には、上側ロッド２８及び、下側ロッド２９が溶接、或は、ボルト等の締結具によって固定されている。上側ロッド２８は、円環部材２２の上側外周面から縦線ＶＬに沿って上方に突出する。下側ロッド２９は、円環部材２２の下側外周面から縦線ＶＬに沿って下方に突出する。上側ロッド２８の先端部には、断面半円弧状の上側支持板２８Ａが溶接、或は、ボルト等の締結具によって固定されている。下側ロッド２９の先端部には、断面半円弧状の下側支持板２９Ａが溶接、或は、ボルト等の締結具によって固定されている。

【0046】

上側支持板２８Ａには、上側ひずみ計５０が結束バンド等によって取り付けられる。下側支持板２９Ａには、下側ひずみ計６０が結束バンド等によって取り付けられる。なお、以下では、上側ひずみ計５０及び、下側ひずみ計６０は、特に区別する必要がない場合、それらを単に「ひずみ計５０，６０」とも称する。

【0047】

図４に示すように、ひずみ計５０，６０は、円柱状の本体部５１，６１と、本体部５１，６１内に設けられたひずみゲージ５２，６２と、本体部５１，６１の両端に設けられたフランジ５３，６３とを備えている。フランジ５３，６３は、鋼管５内に充填されるグラウト材Ｍと固着する。ひずみゲージ５２，６２のケーブル５４，６４は、好ましくは、押し込みプレート３０に結束バンド等で固定されている。

【0048】

本実施形態では、図３に示すように、ひずみ計５０，６０の本体部５１，６１（又はフランジ５３，６３）の直径をＤ１、支持板２８Ａ，２９Ａの厚みをＴ３、ロッド２８，２９の長さをＬ４、円環部材２２の外半径をＲ１としたとき、これらを加算した総長は、鋼管５の内半径ＲＳよりも僅かに短くなるように設定されている（Ｄ１＋Ｔ３＋Ｌ４＋Ｒ１＜ＲＳ）。すなわち、計測部２０を鋼管５内に挿入すると、ひずみ計５０，６０と鋼管５の内周面との間に所定のクリアランスが確保できるように構成されている。クリアランスの具体的な寸法は特に限定されないが、骨材を含有するグラウト材が容易に流れ込むことができる数値を基準に設定すればよい。

【0049】

図２及び、図３に示すように、押し込みプレート３０は、長尺状の板材であって、円環部材２２（又は、台座２７）に固定される。押し込みプレート３０は、鋼管５内を走行可能な移動治具２１を鋼管５内の所定位置に挿入する際に用いられる。押し込みプレート３０は、好ましくは、弾性変形可能なアルミニウム等の金属プレートで形成される。押し込みプレート３０を弾性変形可能とすることで、例えば、作業スペース２Ｒ（図１参照）から鋼管５内に計測部２０を挿入する際は、押し込みプレート３０を変形させることで、スペース上の制約を受けることなく計測部２０を鋼管５内の所望位置まで容易に挿入することが可能になる。

【0050】

本実施形態において、計測部２０は、図５に示されるように、鋼管５の先端側と基端側の２カ所に定置される。先端側に定置される計測部２０と、基端側に定置される計測部２０とは、鋼管５内にグラウト材を充填する際に移動しないよう、押し込みプレート３０によって互いに連結される。なお、計測部２０を設置する箇所は、図示例の２カ所に限定されず、１カ所でもよく、或は、３カ所以上であってもよい。

【0051】

以上詳述した本実施形態の計測部２０によれば、鋼管５内を移動自在な移動治具２１にセンサ４０，５０，６０を取り付けるとともに、移動治具２１を押し込みプレート３０によって鋼管５内に挿入し、鋼管５内にグラウト材を充填することにより、計測部２０を鋼管５内の所望位置に容易に定置できるように構成されている。これにより、簡素な構成で、鋼管５やグラウト材に作用する応力の長期的なモニタリングを実現することができ、鋼管複合インバート１の保守管理を効果的に行うことが可能になる。

【0052】

また、計測部２０は、鋼管複合インバート１の施工方法を変更することなく容易に設置できることから、計測部２０の設置に伴う工期の遅延や工費の増加を効果的に抑えることも可能になる。

【0053】

また、移動治具２１は、円環部材２２、長板部材２３，２４、キャスタ支持脚２５、ロッド２８，２９等で構成される簡素な構造とされており、鋼管５の内空断面積に与える影響を小さく抑えられるように構成されている。これにより、計測部２０を鋼管５内に挿入した後も、グラウト材の流路を確実に確保できるようになり、グラウト材の充填が計測部２０によって妨げられることを効果的に防止することも可能になる。

【0054】

また、センサ４０，５０，６０の鋼管断面（径方向）に対する位置は、キャスタ支持脚２５やロッド２８，２９を適宜の長さとすることにより調整することができる。すなわち、グラウト材に作用する軸方向応力を直接的に計測する有効応力計４０は、鋼管５の軸心と略一致するように正確に配置でき、鋼管５に作用する軸方向応力や曲げモーメントを間接的に計測するひずみ計５０，６０は、鋼管５の内周面近傍に正確に配置できるように構成されている。これにより、センサ４０，５０，６０の検出結果に基づいた応力の演算精度を効果的に担保することが可能になる。

【0055】

また、パイプの外周面にセンサを直接取り付ける特許文献１記載の構造では、パイプの挿入時にセンサが破損しないよう、パイプよりも大径の計測孔を先行削孔しなければならないが、ロータリーパーカッションで削孔できる孔径には限界がある。このため、従来技術では、管径が比較的に大きい鋼管に対応するには、推進機等の大型の削孔装置を用いて大きな計測孔を先行削孔しなければならず、工費が嵩む課題がある。これに対し、本実施形態では、センサ４０，５０，６０を鋼管５の外周面に取り付ける必要がないため、鋼管５をロータリーパーカッションの削孔ロッドとして直接打設することができ、設置工程数の増加を確実に抑えることが可能になる。また、管径が比較的大きい鋼管に対しても、推進機等の大型の削孔装置を用いることなく効果的に対応することも可能になる。

【0056】

［演算処理］
再び図２を参照し、本実施形態に係る計測装置１０が備える演算処理装置８０の詳細について説明する。

【0057】

演算処理装置８０は、ＣＰＵなどの処理部、ＲＡＭやＲＯＭなどの記憶部、入出力用のインターフェイス、補助記憶装置などを備えており、パーソナルコンピュータやサーバ等の情報処理装置によって構成されている。演算処理装置８０は、ＲＯＭに格納されたプログラムをＣＰＵが実行することにより、グラウト材応力取得部８１及び、鋼管応力演算部８２を備える装置として機能する。また、演算処理装置８０には、ディスプレイなどの表示部９０、キーボードやマウスなどの入力部９５がそれぞれ接続されている。なお、演算処理装置８０は、タブレット端末やスマートフォンなどの情報処理装置によって構成することもできる。

【0058】

グラウト材応力取得部８１は、有効応力計４０の検出結果に基づき、鋼管５内に充填されたグラウト材に作用する軸方向応力（以下、グラウト軸力Ｎｇと称する）を所定の周期で取得する。グラウト材応力取得部８１は、取得したグラウト軸力Ｎｇを入力部９５の操作に応じて表示部９０に表示、あるいは、不図示の印刷機などからレポートとして出力する。

【0059】

鋼管応力演算部８２は、上側ひずみ計５０及び、下側ひずみ計６０の検出結果に基づき、鋼管５に作用する軸方向応力（以下、鋼管軸力Ｎｓと称する）及び、鋼管５に作用する曲げモーメント（以下、鋼管曲げモーメントＭｓと称する）を所定の周期で演算する。具体的には、鋼管応力演算部８２は、以下の数式（１）、（２）に従って鋼管軸力Ｎｓ及び、鋼管曲げモーメントＭｓを演算する。
Ｎｓ＝ａ_１・ε_ｎｃ（Ａ_Ｓ・Ｅ_Ｓ＋Ａ_Ｃ・Ｅ_Ｃ）・・・・・・（１）
Ｍｓ＝ａ_２・ε_ｍｃ／ｙ_Ｓ（Ｅ_Ｓ・Ｉ_Ｓ＋Ｅ_Ｃ・Ｉ_Ｃ）・・・・（２）

【0060】

数式（１）及び（２）において、Ｅ_Ｓは、鋼管５の弾性係数、Ｅ_Ｃは、鋼管５内に充填されたグラウト材の弾性係数である。また、数式（１）において、Ａ_Ｓは、鋼管５の断面積、Ａ_Ｃは、鋼管５内に充填されたグラウト材の断面積、ε_ｎｃは、鋼管５内に充填されたグラウト材の軸ひずみ、ａ_１は、第１係数である。また。数式（２）において、Ｉ_Ｓは、鋼管５の断面２次モーメント、Ｉ_Ｃは、鋼管５内に充填されたグラウト材の断面２次モーメント、ｙ_Ｓは、鋼管５の半径、ε_ｍｃは、鋼管５内に充填されたグラウト材の曲げひずみ、ａ_２は、第２係数である。

【0061】

グラウト材の軸ひずみε_ｎｃ及び、曲げひずみε_ｍｃは、以下の数式（３），（４）に基づいて演算することができる。
ε_ｎｃ＝１／２（ε_ｕｃ＋ε_ｄｃ）・・・・・（３）
ε_ｍｃ＝１／２（ε_ｕｃ－ε_ｄｃ）・・・・・（４）

【0062】

数式（３）及び（４）において、ε_ｕｃは、上側ひずみ計５０の検出結果（計測値）、ε_ｄｃは、下側ひずみ計６０の検出結果（計測値）である。鋼管応力演算部８２は、上記数式（１）～（４）に基づいて演算した鋼管軸力Ｎｓ及び鋼管曲げモーメントＭｓを入力部９５の操作に応じて表示部９０に表示、あるいは、不図示の印刷機などからレポートとして出力する。

【0063】

［係数の設定］
次に、上記数式（１）に用いる第１係数ａ_１及び、上記数式（２）に用いる第２係数ａ_２の設定手順について説明する。

【0064】

図６は、第１係数ａ_１及び、第２係数ａ_２の設定に用いる試験装置１００の概略構成図である。鋼管５（試験体）は、両端を固定用モルタルＭＦによって固定する。鋼管５内には、本実施形態に係る計測装置１０の計測部２０を挿入し、現場で用いるグラウト材と同質のグラウト材Ｍを充填する。

【0065】

計測部２０は、鋼管５内の所定位置（図示例では左端側）に定置する。ここで、計測部２０を定置する位置は、実際の現場で鋼管５内に計測部２０を定置する位置と略同じ位置にすることが望ましい。

【0066】

鋼管５の外周面のうち、上側ひずみ計５０の直上に位置する部分には、上側ひずみゲージ１５０を貼り付ける。また、鋼管５の外周面のうち、下側ひずみ計６０の直下に位置する部分には、下側ひずみゲージ１６０を貼り付ける。鋼管５の長手方向の中間位置には、鋼管５に上方から曲げ荷重を付与するための曲げ荷重用ジャッキ１２０を配置する。また、固定用モルタルＭＦには、鋼管５に軸荷重を付与するための軸荷重用ジャッキ１３０を配置する。ロードセル１２１，１３１は、各ジャック１２０，１３０から付与する荷重をそれぞれ検出する。

【0067】

以上のように構成された試験装置１００を用い、鋼管５及び内部のグラウト材に対して各ジャッキ１２０，１３０から曲げ荷重及び軸荷重を付与し、上側ひずみ計５０、下側ひずみ計６０、上側ひずみゲージ１５０、下側ひずみゲージ１６０によって曲げひずみや軸ひずみを計測することにより係数ａ_１，ａ_２を設定する。以下、係数ａ_１，ａ_２の具体的な設定手順を説明する。

【0068】

鋼管５の軸ひずみε_ｎｓ及び、鋼管５内のグラウト材の軸ひずみε_ｎｃは、以下の数式（５），（６）で表すことができる。
ε_ｎｓ＝１／２（ε_ｕｓ＋ε_ｄｓ）・・・・・（５）
ε_ｎｃ＝１／２（ε_ｕｃ＋ε_ｄｃ）・・・・・（６）
数式（５）において、ε_ｕｓは、上側ひずみゲージ１５０の検出結果（計測値）であり、ε_ｄｓは、下側ひずみゲージ１６０の検出結果（計測値）である。

【0069】

また、鋼管５の曲げひずみε_ｍｓ及び、鋼管５内のグラウト材の曲げひずみε_ｍｃは、以下の数式（７），（８）で表すことができる。
ε_ｍｓ＝１／２（ε_ｕｓ－ε_ｄｓ）・・・・・（７）
ε_ｍｃ＝１／２（ε_ｕｃ－ε_ｄｃ）・・・・・（８）

【0070】

鋼管５の軸ひずみε_ｎｓ及び、鋼管５内のグラウト材の軸ひずみε_ｎｃは、軸ひずみε_ｎｃに第１係数ａ_１を乗算する以下の数式（９）によって近似することができる。また、鋼管５の曲げひずみε_ｍｓ及び、鋼管５内のグラウト材の曲げひずみε_ｍｃは、曲げひずみε_ｍｃに第２係数ａ_２を乗算する以下の数式（１０）によって近似することができる。
ε_ｎｓ≒ａ_１・ε_ｎｃ・・・・・（９）
ε_ｍｓ≒ａ_２・ε_ｍｃ・・・・・（１０）

【0071】

鋼管５の上側ひずみε’_ｕｓ及び、下側ひずみε’_ｄｓは、上記数式（５）～（１０）から、グラウト材の軸ひずみε_ｎｃ及び、曲げひずみε_ｍｃに基づく以下の数式（１１），（１２）で表される。
ε’_ｕｓ＝ａ_１・ε_ｎｃ＋ａ_２・ε_ｍｃ・・・・・（１１）
ε’_ｄｓ＝ａ_１・ε_ｎｃ－ａ_２・ε_ｍｃ・・・・・（１２）

【0072】

図７は、グラウト材の軸ひずみと、計算された鋼管５の軸ひずみとの関係を示す図の一例であり、図８は、グラウト材の曲げひずみと、計算された鋼管５の曲げひずみとの関係を示す図の一例である。第１係数ａ_１は、図７のプロットの線形近似線Ｓ１の傾きから求めることができる。第２係数ａ_２は、図８のプロットの線形近似線Ｓ２の傾きから求めることができる。

【0073】

以上のようにして、線形近似線Ｓ１，Ｓ２の傾きから第１係数ａ_１及び、第２係数ａ_２をそれぞれ求め、計測装置１０を実際の現場に設置した後は、上記数式（１），（３）に基づいて鋼管軸力Ｎｓを演算し、上記数式（２），（４）に基づいて鋼管曲げモーメントＭｓを演算することにより、鋼管５の内部に定置したひずみ計５０，６０の計測値（内部ひずみ）から、鋼管５に作用する応力を精度よく演算することが可能になる。

【0074】

すなわち、鋼管複合インバート１の鋼管５のように、外周面にセンサを直接取り付けられない永久構造物においても、永久構造物に作用する応力を構造物の内部で取得した計測値に基づいて効果的に演算することが可能になる。これにより、施工方法を変更することなく、簡素な構成で永久構造物に作用する応力を効果的に計測できるようになり、工期の遅延や工費の増大を招くことなく、応力の長期的なモニタリングを実現することが可能になる。

【0075】

［その他］
なお、本開示は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。

【0076】

例えば、上記実施形態において、鋼管５は直線状の円筒管を一例に説明したが、鋼管５は円弧状に湾曲する湾曲管であってもよい。この場合も、ボールキャスタ２６を備える移動治具２１は湾曲管内を移動自在であり、押し込みプレート３０は湾曲管の形状に沿うように弾性変形することから、計測部２０を湾曲管内の所望位置に容易に設置することができる。

【0077】

また、鋼管５は、円筒管に限定されず、図９に示すような角筒管であってもよい。角筒管の場合、ボールキャスタ２６及び、キャスタ支持脚２５を左右方向及び下方の少なくとも三方向に設ければよい。

【0078】

また、ひずみ計５０，６０の配置位置は、鋼管５に作用する曲げモーメントにより圧縮方向の応力が加わる部分と引張方向の応力が加わる部分であればよく、上下の２カ所に限定されない。例えば、圧縮応力や引張応力が左右の２カ所に加わるような構造物であれば、ひずみ計５０，６０を左右の２カ所に配置すれればよい。また、ひずみ計５０，６０の個数は２個に限定されず、３個以上を周方向に等ピッチで配置することも可能である。

【0079】

また、移動治具を鋼管５の内周面に移動自在に支持する支持機構は、全方向に転動可能なボールキャスタ２６に限定されず、鋼管５の内周面を少なくとも管軸方向に転動可能な車輪等の転動体、或は、管内周面に弾接する半円弧状の板材等であってもよい。

【0080】

また、本開示の適用は、鋼管複合インバート１の鋼管５に限定されず、計測部２０を埋設して定置することができる他の永久構造物にも広く適用すること可能である。また、計測部２０に設けるセンサは、ひずみ計や有効応力計に限定されず、振動計や温度計等、計測目的に応じた他のセンサを設けることも可能である。

【符号の説明】

【0081】

１…鋼管複合インバート，５…鋼管，１０…計測装置，２０…計測部，２１…移動治具，２２…円環部材，２３，２４…長板部材，２５…キャスタ支持脚，２６…ボールキャスタ，２７…台座，２８…上側ロッド，２９…下側ロッド，３０…押し込みプレート，４０…有効応力計，５０…上側ひずみ計，６０…下側ひずみ計，８０…演算処理装置，８１…グラウト材応力取得部，８２…鋼管応力演算部，９０…表示部，９５…入力部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】