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(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】P2024033945
(43)【公開日】2024-03-13
(54)【発明の名称】評価装置及び、評価方法
(51)【国際特許分類】
E21D 11/00 20060101AFI20240306BHJP
E21D 11/18 20060101ALI20240306BHJP
G01L 5/00 20060101ALI20240306BHJP
【ＦＩ】
E21D11/00 Z
E21D11/18
G01L5/00 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022137876
(22)【出願日】2022-08-31
(71)【出願人】
【識別番号】000000549
【氏名又は名称】株式会社大林組
(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】藤岡 大輔
(72)【発明者】
【氏名】中岡 健一
【テーマコード（参考）】
2D155
2F051
【Ｆターム（参考）】
2D155BA05
2D155BB02
2D155FB01
2D155LA13
2F051AA06
2F051AB09
(57)【要約】
【課題】トンネルの周辺地山の安定性を効果的に評価する。
【解決手段】地山Ｇを掘削して形成される坑の坑壁に支保工１２０を建て込むことにより構築されるトンネルＴの周辺地山Ｇの評価装置１０であって、坑壁に建て込まれた支保工１２０が地山Ｇから作用する荷重により鉛直方向に圧縮応力σｓを受ける部分１２０Ｂに取り付けられ、支保工１２０に作用する圧縮応力σｓを計測する第１計測部３０と、坑壁に建て込まれた支保工１２０が地山Ｇから作用する荷重により鉛直方向に圧縮変位する部分１２０Ｂに取り付けられ、支保工１２０の圧縮変位に伴う変位量ΔＬを計測する第２計測部４０と、第１計測部３０により計測される圧縮応力σｓ及び、第２計測部４０により計測される変位量ΔＬに基づき、周辺地山Ｇの安定性に係る所定の指標を算出する指標算出部６０，９０～９３と、を備えた。
【選択図】図４
【解決手段】地山Ｇを掘削して形成される坑の坑壁に支保工１２０を建て込むことにより構築されるトンネルＴの周辺地山Ｇの評価装置１０であって、坑壁に建て込まれた支保工１２０が地山Ｇから作用する荷重により鉛直方向に圧縮応力σｓを受ける部分１２０Ｂに取り付けられ、支保工１２０に作用する圧縮応力σｓを計測する第１計測部３０と、坑壁に建て込まれた支保工１２０が地山Ｇから作用する荷重により鉛直方向に圧縮変位する部分１２０Ｂに取り付けられ、支保工１２０の圧縮変位に伴う変位量ΔＬを計測する第２計測部４０と、第１計測部３０により計測される圧縮応力σｓ及び、第２計測部４０により計測される変位量ΔＬに基づき、周辺地山Ｇの安定性に係る所定の指標を算出する指標算出部６０，９０～９３と、を備えた。
【選択図】図４
【特許請求の範囲】
【請求項1】
地山を掘削して形成される坑の坑壁に支保工を建て込むことにより構築されるトンネルの周辺地山の評価装置であって、
前記坑壁に建て込まれた前記支保工が前記地山から作用する荷重により鉛直方向に圧縮応力を受ける部分に取り付けられ、前記支保工に作用する前記圧縮応力を計測する第１計測部と、
前記坑壁に建て込まれた前記支保工が前記地山から作用する荷重により鉛直方向に圧縮変位する部分に取り付けられ、前記支保工の前記圧縮変位に伴う変位量を計測する第２計測部と、
前記第１計測部により計測される前記圧縮応力及び、前記第２計測部により計測される前記変位量に基づき、前記周辺地山の安定性に係る所定の指標を算出する指標算出部と、を備える
ことを特徴とする評価装置。
前記坑壁に建て込まれた前記支保工が前記地山から作用する荷重により鉛直方向に圧縮応力を受ける部分に取り付けられ、前記支保工に作用する前記圧縮応力を計測する第１計測部と、
前記坑壁に建て込まれた前記支保工が前記地山から作用する荷重により鉛直方向に圧縮変位する部分に取り付けられ、前記支保工の前記圧縮変位に伴う変位量を計測する第２計測部と、
前記第１計測部により計測される前記圧縮応力及び、前記第２計測部により計測される前記変位量に基づき、前記周辺地山の安定性に係る所定の指標を算出する指標算出部と、を備える
ことを特徴とする評価装置。
【請求項2】
請求項１に記載の評価装置であって、
前記指標算出部は、
前記第１計測部により計測される前記圧縮応力に前記支保工の断面積を乗じることにより、前記地山から前記支保工に作用する圧縮荷重を算出するとともに、前記第２計測部により計測される前記変位量に基づいて、前記地山から前記支保工に作用する圧縮ひずみを算出し、
前記圧縮荷重及び、前記圧縮ひずみに基づいて、前記圧縮荷重のピーク値を推定又は取得するとともに、前記ピーク値を、前記支保工及び、該支保工の周囲の所定範囲に含まれる吹付けコンクリート及び地山の断面積で除することにより、一軸圧縮強さを前記指標の一つとして算出する
評価装置。
前記指標算出部は、
前記第１計測部により計測される前記圧縮応力に前記支保工の断面積を乗じることにより、前記地山から前記支保工に作用する圧縮荷重を算出するとともに、前記第２計測部により計測される前記変位量に基づいて、前記地山から前記支保工に作用する圧縮ひずみを算出し、
前記圧縮荷重及び、前記圧縮ひずみに基づいて、前記圧縮荷重のピーク値を推定又は取得するとともに、前記ピーク値を、前記支保工及び、該支保工の周囲の所定範囲に含まれる吹付けコンクリート及び地山の断面積で除することにより、一軸圧縮強さを前記指標の一つとして算出する
評価装置。
【請求項3】
請求項２に記載の評価装置であって、
前記指標算出部は、
前記支保工の土被り高さに前記地山の単位体積重量を乗じることにより土圧を求めるとともに、前記一軸圧縮強さを前記土圧で除することにより、地山強度比を前記指標の一つとして算出する
評価装置。
前記指標算出部は、
前記支保工の土被り高さに前記地山の単位体積重量を乗じることにより土圧を求めるとともに、前記一軸圧縮強さを前記土圧で除することにより、地山強度比を前記指標の一つとして算出する
評価装置。
【請求項4】
請求項１から３の何れか一項に記載の評価装置であって、
前記第１計測部及び、前記第２計測部は、計測値を無線通信により送信可能な無線通信装置を備えており、
前記指標算出部は、前記無線通信装置から無線通信を通じて送信される前記計測値を受信可能な端末装置に設けられている
評価装置。
前記第１計測部及び、前記第２計測部は、計測値を無線通信により送信可能な無線通信装置を備えており、
前記指標算出部は、前記無線通信装置から無線通信を通じて送信される前記計測値を受信可能な端末装置に設けられている
評価装置。
【請求項5】
請求項４に記載の評価装置であって、
前記第１計測部は、前記支保工に貼り付けられるひずみゲージと、
前記無線通信装置を有するとともに、前記ひずみゲージがケーブルを介して着脱可能に接続されるひずみ計本体部と、を備えており、
前記ひずみゲージは、前記支保工に吹付けられる吹付けコンクリートに埋設され、
前記ひずみ計本体部は、前記支保工の坑内側に臨む内側フランジに着脱可能に設置される
評価装置。
前記第１計測部は、前記支保工に貼り付けられるひずみゲージと、
前記無線通信装置を有するとともに、前記ひずみゲージがケーブルを介して着脱可能に接続されるひずみ計本体部と、を備えており、
前記ひずみゲージは、前記支保工に吹付けられる吹付けコンクリートに埋設され、
前記ひずみ計本体部は、前記支保工の坑内側に臨む内側フランジに着脱可能に設置される
評価装置。
【請求項6】
請求項４に記載の評価装置であって、
前記第２計測部は、前記支保工に鉛直方向に取り付けられる有底筒状の管と、
前記管内に挿入されて先端を前記管の底部に係止されるワイヤを有するワイヤ式変位計及び、前記無線通信装置を有する変位計本体部と、を備えており、
前記管は、前記支保工に吹付けられる吹付けコンクリートに埋設され、
前記変位計本体部は、前記支保工の坑内側に臨む内側フランジに着脱可能に設置される
評価装置。
前記第２計測部は、前記支保工に鉛直方向に取り付けられる有底筒状の管と、
前記管内に挿入されて先端を前記管の底部に係止されるワイヤを有するワイヤ式変位計及び、前記無線通信装置を有する変位計本体部と、を備えており、
前記管は、前記支保工に吹付けられる吹付けコンクリートに埋設され、
前記変位計本体部は、前記支保工の坑内側に臨む内側フランジに着脱可能に設置される
評価装置。
【請求項7】
地山を掘削して形成される坑の坑壁に支保工を建て込むことにより構築されるトンネルの周辺地山の評価方法であって、
前記地山から前記支保工に作用する荷重が、前記坑壁に建て込まれた前記支保工を鉛直方向に圧縮する圧縮応力を計測し、
前記地山から前記支保工に作用する荷重が、前記坑壁に建て込まれた前記支保工を鉛直方向に圧縮変位させる変位量を計測し、
計測した前記圧縮応力及び、前記変位量に基づき、前記周辺地山の安定性に係る所定の指標を算出する
ことを特徴とする評価方法。
前記地山から前記支保工に作用する荷重が、前記坑壁に建て込まれた前記支保工を鉛直方向に圧縮する圧縮応力を計測し、
前記地山から前記支保工に作用する荷重が、前記坑壁に建て込まれた前記支保工を鉛直方向に圧縮変位させる変位量を計測し、
計測した前記圧縮応力及び、前記変位量に基づき、前記周辺地山の安定性に係る所定の指標を算出する
ことを特徴とする評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、評価装置及び、評価方法に関し、特に、トンネルの周辺地山の安定性評価に好適な技術に関するものである。
【背景技術】
【0002】
山岳トンネル工事において、地山の掘削を安全且つ効率的に進めるには、掘削に伴う周辺地山の安定性を高精度に評価し、必要な補強等の対策工事を的確且つ迅速に行うことが重要となる。従来、地山（岩盤、地盤等）の性状を評価する技術が種々提案されている。
【0003】
例えば、特許文献１には、トンネルの周辺地盤を削孔してボーリング孔を削孔するとともに、ボーリング孔から採取したボーリングコアに計器を取り付けて埋め戻すことにより、原位置地盤をモニタリングするようにした装置が開示されている。
【0004】
例えば、特許文献２には、トンネルの周辺岩盤に岩石カッタを用いて円柱状の供試体を切削するとともに、供試体に荷重計及び変位計を取り付け、加圧ジャッキによって供試体を圧縮することにより、原位置にて岩盤の一軸圧縮試験を行うようにした装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２００９－０４１２６９号公報
【特許文献2】特開昭６２－１４８７１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
トンネルの施工中に地山の安定性を評価するには、工期に影響を与えないよう、掘削を止めることなく計測を行うことが望まれる。上記特許文献１，２記載の装置は、ボーリング孔の削孔や供試体の切削を行う際に、トンネルの掘削を止める必要がある。このため、工期に影響を与えてしまう課題がある。また、地山強度比が小さい軟弱地山では、ボーリングコアの採取や供試体の形成が困難となり、計測を確実に行えない課題もある。
【0007】
本開示の技術は、上記事情に鑑みてなされたものであり、トンネルの周辺地山の安定性を効果的に評価す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】
【0008】
本開示の評価装置は、
地山（Ｇ）を掘削して形成される坑の坑壁に支保工（１２０）を建て込むことにより構築されるトンネル（Ｔ）の周辺地山（Ｇ）の評価装置（１０）であって、
前記坑壁に建て込まれた前記支保工（１２０）が前記地山（Ｇ）から作用する荷重により鉛直方向に圧縮応力（σｓ）を受ける部分（１２０Ｂ）に取り付けられ、前記支保工（１２０）に作用する前記圧縮応力（σｓ）を計測する第１計測部（３０）と、
前記坑壁に建て込まれた前記支保工（１２０）が前記地山（Ｇ）から作用する荷重により鉛直方向に圧縮変位する部分（１２０Ｂ）に取り付けられ、前記支保工（１２０）の前記圧縮変位に伴う変位量（ΔＬ）を計測する第２計測部（４０）と、
前記第１計測部（３０）により計測される前記圧縮応力（σｓ）及び、前記第２計測部（４０）により計測される前記変位量（ΔＬ）に基づき、前記周辺地山（Ｇ）の安定性に係る所定の指標を算出する指標算出部（６０，９０～９３）と、を備える
ことを特徴とする。
地山（Ｇ）を掘削して形成される坑の坑壁に支保工（１２０）を建て込むことにより構築されるトンネル（Ｔ）の周辺地山（Ｇ）の評価装置（１０）であって、
前記坑壁に建て込まれた前記支保工（１２０）が前記地山（Ｇ）から作用する荷重により鉛直方向に圧縮応力（σｓ）を受ける部分（１２０Ｂ）に取り付けられ、前記支保工（１２０）に作用する前記圧縮応力（σｓ）を計測する第１計測部（３０）と、
前記坑壁に建て込まれた前記支保工（１２０）が前記地山（Ｇ）から作用する荷重により鉛直方向に圧縮変位する部分（１２０Ｂ）に取り付けられ、前記支保工（１２０）の前記圧縮変位に伴う変位量（ΔＬ）を計測する第２計測部（４０）と、
前記第１計測部（３０）により計測される前記圧縮応力（σｓ）及び、前記第２計測部（４０）により計測される前記変位量（ΔＬ）に基づき、前記周辺地山（Ｇ）の安定性に係る所定の指標を算出する指標算出部（６０，９０～９３）と、を備える
ことを特徴とする。
【0009】
本開示の評価方法は、
地山（Ｇ）を掘削して形成される坑の坑壁に支保工（１２０）を建て込むことにより構築されるトンネル（Ｔ）の周辺地山（Ｇ）の評価方法であって、
前記地山（Ｇ）から前記支保工（１２０）に作用する荷重が、前記坑壁に建て込まれた前記支保工（１２０Ｂ）を鉛直方向に圧縮する圧縮応力（σｓ）を計測し、
前記地山（Ｇ）から前記支保工（１２０）に作用する荷重が、前記坑壁に建て込まれた前記支保工（１２０Ｂ）を鉛直方向に圧縮変位させる変位量（ΔＬ）を計測し、
計測した前記圧縮応力（σｓ）及び、前記変位量（ΔＬ）に基づき、前記周辺地山（Ｇ）の安定性に係る所定の指標を算出する
ことを特徴とする。
地山（Ｇ）を掘削して形成される坑の坑壁に支保工（１２０）を建て込むことにより構築されるトンネル（Ｔ）の周辺地山（Ｇ）の評価方法であって、
前記地山（Ｇ）から前記支保工（１２０）に作用する荷重が、前記坑壁に建て込まれた前記支保工（１２０Ｂ）を鉛直方向に圧縮する圧縮応力（σｓ）を計測し、
前記地山（Ｇ）から前記支保工（１２０）に作用する荷重が、前記坑壁に建て込まれた前記支保工（１２０Ｂ）を鉛直方向に圧縮変位させる変位量（ΔＬ）を計測し、
計測した前記圧縮応力（σｓ）及び、前記変位量（ΔＬ）に基づき、前記周辺地山（Ｇ）の安定性に係る所定の指標を算出する
ことを特徴とする。
【0010】
以上の構成によれば、評価装置（１０）は、下半支保工（１２０Ｂ）に取り付けた第１計測部（３０）及び、第２計測部（４０）の計測結果に基づき、トンネル（Ｔ）の周辺地山（Ｇ）の安定性に係る指標を求めることができる。すなわち、地山（Ｇ）からコア等の供試体を採取することなく、安定性に係る指標を把握できるように構成されている。これにより、トンネル（Ｔ）の工期に影響を与えることなく、周辺地山（Ｇ）の安定性を効果的に評価することが可能になる。
【0011】
本開示の他の態様において、
前記指標算出部（６０，９０～９２）は、
前記第１計測部（３０）により計測される前記圧縮応力（σｓ）に前記支保工（１２０Ｂ）の断面積（Ａｓ）を乗じることにより、前記地山（Ｇ）から前記支保工（１２０Ｂ）に作用する圧縮荷重（Ｐ）を算出するとともに、前記第２計測部（４０）により計測される前記変位量（ΔＬ）に基づいて、前記地山（Ｇ）から前記支保工（１２０Ｂ）に作用する圧縮ひずみ（εｃｓ）を算出し、
前記圧縮荷重（Ｐ）及び、前記圧縮ひずみ（εｃｓ）に基づいて、前記圧縮荷重（Ｐ）のピーク値（Ｐｐ）を推定又は取得するとともに、前記ピーク値（Ｐｐ）を、前記支保工（１２０Ｂ）及び、該支保工（１２０Ｂ）の周囲の所定範囲に含まれる吹付けコンクリート（１１０，１３０）及び地山（Ｇ）の断面積（Ａ）で除することにより、一軸圧縮強さ（ｑｕ）を前記指標の一つとして算出する。
前記指標算出部（６０，９０～９２）は、
前記第１計測部（３０）により計測される前記圧縮応力（σｓ）に前記支保工（１２０Ｂ）の断面積（Ａｓ）を乗じることにより、前記地山（Ｇ）から前記支保工（１２０Ｂ）に作用する圧縮荷重（Ｐ）を算出するとともに、前記第２計測部（４０）により計測される前記変位量（ΔＬ）に基づいて、前記地山（Ｇ）から前記支保工（１２０Ｂ）に作用する圧縮ひずみ（εｃｓ）を算出し、
前記圧縮荷重（Ｐ）及び、前記圧縮ひずみ（εｃｓ）に基づいて、前記圧縮荷重（Ｐ）のピーク値（Ｐｐ）を推定又は取得するとともに、前記ピーク値（Ｐｐ）を、前記支保工（１２０Ｂ）及び、該支保工（１２０Ｂ）の周囲の所定範囲に含まれる吹付けコンクリート（１１０，１３０）及び地山（Ｇ）の断面積（Ａ）で除することにより、一軸圧縮強さ（ｑｕ）を前記指標の一つとして算出する。
【0012】
本態様によれば、地山（Ｇ）からコア等の供試体を採取することなく、一軸圧縮強さ（ｑｕ）を効果的に算出することができる。すなわち、工期に影響を与えることなく、一軸圧縮強さ（ｑｕ）を把握することができる。また、吹付けコンクリート（１１０，１３０）及び地山（Ｇ）が一体化した支保工（１２０Ｂ）の一軸圧縮強さ（ｑｕ）を算出することから、より現実的な一軸圧縮強さ（ｑｕ）を把握することも可能になる。
【0013】
本開示の他の態様において、
前記指標算出部（６０，９０～９３）は、
前記支保工（１２０Ｂ）の土被り高さ（Ｈ）に前記地山（Ｇ）の単位体積重量（γ）を乗じることにより土圧（Ｐ０）を求めるとともに、前記一軸圧縮強さ（ｑｕ）を前記土圧（Ｐ０）で除することにより、地山強度比（Ｇｒ）を前記指標の一つとして算出する。
前記指標算出部（６０，９０～９３）は、
前記支保工（１２０Ｂ）の土被り高さ（Ｈ）に前記地山（Ｇ）の単位体積重量（γ）を乗じることにより土圧（Ｐ０）を求めるとともに、前記一軸圧縮強さ（ｑｕ）を前記土圧（Ｐ０）で除することにより、地山強度比（Ｇｒ）を前記指標の一つとして算出する。
【0014】
本態様によれば、地山（Ｇ）からコア等の供試体を採取することなく、地山強度比（Ｇｒ）を効果的に算出することができる。すなわち、工期に影響を与えることなく、地山強度比（Ｇｒ）を把握することができる。また、吹付けコンクリート（１１０，１３０）及び地山（Ｇ）が一体化した支保工（１２０Ｂ）の一軸圧縮強さ（ｑｕ）に基づき、地山強度比（Ｇｒ）を算出することから、より現実的な地山強度比（Ｇｒ）を把握することも可能になる。
【0015】
本開示の他の態様において、
前記第１計測部（３０）及び、前記第２計測部（４０）は、計測値を無線通信により送信可能な無線通信装置（３７，４７）を備えており、
前記指標算出部（９０～９４）は、前記無線通信装置（３７，４７）から無線通信を通じて送信される前記計測値を受信可能な端末装置（６０）に設けられている。
前記第１計測部（３０）及び、前記第２計測部（４０）は、計測値を無線通信により送信可能な無線通信装置（３７，４７）を備えており、
前記指標算出部（９０～９４）は、前記無線通信装置（３７，４７）から無線通信を通じて送信される前記計測値を受信可能な端末装置（６０）に設けられている。
【0016】
本態様によれば、評価装置（１０）は、第１計測部（３０）及び、第２計測部（４０）が取り付けられた下半支保工（１２０Ｂ）をトンネル（Ｔ）の坑壁に建て込むことにより、第１計測部（３０）及び、第２計測部（４０）の計測結果を、無線通信を通じて端末装置（６０）によって受信できるように構成されている。これにより、作業員は、崩落の危険性がある切羽の近傍等、下半支保工（１２０Ｂ）が建て込まれる現場に立ち会うことなく計測を開始することができ、安全性の向上が図られるようになる。
【0017】
本開示の他の態様において、
前記第１計測部（３０）は、前記支保工（１２０Ｂ）に貼り付けられるひずみゲージ（３１Ａ，３１Ｂ）と、
前記無線通信装置（３７）を有するとともに、前記ひずみゲージ（３１Ａ，３１Ｂ）がケーブル（３２Ａ，３２Ｂ）を介して着脱可能に接続されるひずみ計本体部（３３）と、を備えており、
前記ひずみゲージ（３１Ａ，３１Ｂ）は、前記支保工（１２０Ｂ）に吹付けられる吹付けコンクリート（１３０）に埋設され、
前記ひずみ計本体部（３３）は、前記支保工（１２０Ｂ）の坑内側に臨む内側フランジ（１２２）に着脱可能に設置される。
前記第１計測部（３０）は、前記支保工（１２０Ｂ）に貼り付けられるひずみゲージ（３１Ａ，３１Ｂ）と、
前記無線通信装置（３７）を有するとともに、前記ひずみゲージ（３１Ａ，３１Ｂ）がケーブル（３２Ａ，３２Ｂ）を介して着脱可能に接続されるひずみ計本体部（３３）と、を備えており、
前記ひずみゲージ（３１Ａ，３１Ｂ）は、前記支保工（１２０Ｂ）に吹付けられる吹付けコンクリート（１３０）に埋設され、
前記ひずみ計本体部（３３）は、前記支保工（１２０Ｂ）の坑内側に臨む内側フランジ（１２２）に着脱可能に設置される。
【0018】
本態様によれば、評価装置（１０）は、ひずみ計本体部（３３）を再利用できるように構成されている。これにより、安定性の評価に係る装置のコストを効果的に抑えることができる。
【0019】
本開示の他の態様において、
前記第２計測部（４０）は、前記支保工（１２０Ｂ）に鉛直方向に取り付けられる有底筒状の管（４１）と、
前記管（４１）内に挿入されて先端を前記管の底部に係止されるワイヤ（Ｗ）を有するワイヤ式変位計（４３，４４，４５，４６）及び、前記無線通信装置（４７）を有する変位計本体部（４２）と、を備えており、
前記管（４１）は、前記支保工（１２０Ｂ）に吹付けられる吹付けコンクリート（１３０）に埋設され、
前記変位計本体部（４２）は、前記支保工（１２０Ｂ）の坑内側に臨む内側フランジ（１２２）に着脱可能に設置される。
前記第２計測部（４０）は、前記支保工（１２０Ｂ）に鉛直方向に取り付けられる有底筒状の管（４１）と、
前記管（４１）内に挿入されて先端を前記管の底部に係止されるワイヤ（Ｗ）を有するワイヤ式変位計（４３，４４，４５，４６）及び、前記無線通信装置（４７）を有する変位計本体部（４２）と、を備えており、
前記管（４１）は、前記支保工（１２０Ｂ）に吹付けられる吹付けコンクリート（１３０）に埋設され、
前記変位計本体部（４２）は、前記支保工（１２０Ｂ）の坑内側に臨む内側フランジ（１２２）に着脱可能に設置される。
【0020】
本態様によれば、評価装置（１０）は、変位計本体部（４２）を再利用できるように構成されている。これにより、安定性の評価に係る装置のコストを効果的に抑えることができる。
【0021】
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】
【0022】
本開示の評価装置及び、評価方法によれば、トンネルの周辺地山の安定性を効果的に評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【0023】
【図1】本実施形態に係る評価装置の評価対象の一例を説明する模式図である。
【図2】本実施形態に係る評価装置の計測部が設置される支保工の一例を説明する模式図である。
【図3】支保工の施工手順を説明する模式図である。
【図4】本実施形態に係る評価装置のハードウェア構成を示す模式的な全体構成図である。
【図5】本実施形態に係る計測装置が備える計測部の設置例を説明する模式図である。
【図6】本実施形態に係る計測装置が備える端末装置のソフトウェア構成の一例を示す模式図である。
【図7】（Ａ）は、支保工の断面積、（Ｂ）支保工、吹付けコンクリート及び、地山の断面積を説明する模式図である。
【図8】圧縮ひずみ演算部により演算される圧縮ひずみを横軸、圧縮荷重演算部により演算される圧縮荷重を縦軸にプロットした模式図である。
【図9】地山強度比を説明する概念図である。
【図10】本実施形態に係る評価方法の手順を説明するフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【0024】
以下、添付図面に基づいて、本実施形態に係る評価装置及び、評価方法について説明する。
【0025】
［評価対象］
図１は、本実施形態に係る評価装置１０の評価対象の一例を説明する模式図である。図中の符号Ｔは、いわゆる山岳トンネル（以下、単にトンネルと称する）である。トンネルＴは、例えば、ＮＡＴＭ工法(New Austrian Tunneling Method)により構築される。ＮＡＴＭ工法は、周辺地山Ｇが有する強度や保持力を有効に利用してトンネルＴの安定性を維持するものであり、支保構造１００が周辺地山Ｇと一体化するように構築される。
図１は、本実施形態に係る評価装置１０の評価対象の一例を説明する模式図である。図中の符号Ｔは、いわゆる山岳トンネル（以下、単にトンネルと称する）である。トンネルＴは、例えば、ＮＡＴＭ工法(New Austrian Tunneling Method)により構築される。ＮＡＴＭ工法は、周辺地山Ｇが有する強度や保持力を有効に利用してトンネルＴの安定性を維持するものであり、支保構造１００が周辺地山Ｇと一体化するように構築される。
【0026】
支保構造１００は、基本的には、以下の（１）～（４）の施工手順に従って構築される。（１）発破掘削や機械掘削により露出した切羽近傍の地山Ｇにコンクリートを吹付けて一次吹付けコンクリート層１１０を形成する。（２）支保工１２０を建て込むことにより地山Ｇの崩落を防止する。（３）一次吹付けコンクリート層１１０及び支保工１２０の表面にコンクリートを吹付けて二次吹付けコンクリート層１３０を形成する。（４）各支保工１２０の間に一次吹付けコンクリート層１１０及び、二次吹付けコンクリート層１３０を貫通して地山Ｇに到達する複数本のロックボルト１４０を放射状に打設して補強する。
【0027】
支保工１２０は、例えば、Ｈ型鋼等の鋼製支保工であって、ウェブ１２１と、ウェブ１２１に直交する一対の内側フランジ１２２及び外側フランジ１２３とを有する。
【0028】
図２に示すように、支保工１２０は、複数本の分割体の端部同士を互いに連結することによりアーチ状に形成される。分割体の本数は特に限定されないが、図例では、左右一対の上半支保工１２０ＵＬ，ＵＲと、左右一対の下半支保工１２０ＢＬ，ＢＲとを備えている。なお、以下では、左右の上半支保工１２０ＵＬ，ＵＲは、これらを区別する必要がない場合、単に「上半支保工１２０Ｕ」とも称する。また、左右の下半支保工１２０ＢＬ，ＢＲは、これらを区別する必要がない場合、単に「下半支保工１２０Ｂ」とも称する。
【0029】
支保工１２０が、上半支保工１２０Ｕと、下半支保工１２０Ｂとを備える場合、これら上半支保工１２０Ｕ及び、下半支保工１２０Ｂは、基本的には、図３（Ａ）～（Ｃ）に示す施工手順に従ってトンネルＴの坑壁に建て込まれる。すなわち、図３（Ａ）に示しように、上半部の一次吹付けコンクリート層１１０を形成した後、上半支保工１２０Ｕを建て込むとともに、二次吹付けコンクリート層（図示省略）を形成する。続いて、図３（Ｂ）に示すように、トンネルＴの下半部の地山Ｇ（破線参照）を掘削する。下半部の地山Ｇを掘削したならば、図３（Ｃ）に示すように、下半部の一次吹付けコンクリート層１１０を形成した後、下半支保工１２０Ｂを建て込むとともに、二次吹付けコンクリート層（図示省略）を形成する。
【0030】
このようにして構築される支保構造１００において、トンネルＴの掘削を安全且つ効率的に進めるには、例えば、地山強度比を求めて、周辺地山Ｇの安定性を評価することにより、必要な補強等の対策工事を的確且つ迅速に行うことが重要となる。周辺地山Ｇの安定性を評価する場合、例えば、周辺地山Ｇから供試体としてのコアを採取して一軸圧縮試験等を行うことが考えられる。しかしながら、地山Ｇからのコアの採取は、トンネルＴの掘削を止めて行う必要があり、工期の遅延を招くといった課題がある。また、供試体は切羽の発破掘削や機械掘削により発生するズリから採取することも可能ではあるが、実際に評価を行うべき周辺地山Ｇとは位置が異なってしまう課題がある。また、ノンコア削孔やシュミットハンマ等、コアを採取することなく一軸圧縮強さを推定する方法もあるが、精度を十分に担保できない課題がある。
【0031】
本実施形態の評価装置１０は、計測部２０を支保工１２０の所定位置（例えば、支保工１２０の脚部に相当する下半支保工１２０Ｂ）に設置することにより、周辺地山Ｇの高精度な安定性評価を実現するものである。評価装置１０は、計測部２０を予め下半支保工１２０Ｂに取り付けておき、下半支保工１２０Ｂを建て込んだ直後、或は、二次吹付けコンクリート層１３０が固化した直後から計測を開始することができる。すなわち、地山Ｇからのコアの採取が不要なため、工期に影響を与えることなく計測を迅速に開始することができる。図２及び、図３に示す例において、計測部２０は、左右の下半支保工１２０ＢＬ，ＢＲにそれぞれ設置されているが、右側の下半支保工１２０ＢＲ又は、左側の下半支保工１２０ＢＬの何れか一方のみに設けてもよい。以下、評価装置１０の詳細構成について説明する。
【0032】
［ハードウェア構成］
図４は、本実施形態に係る評価装置１０のハードウェア構成を示す模式的な全体構成図である。
図４は、本実施形態に係る評価装置１０のハードウェア構成を示す模式的な全体構成図である。
【0033】
評価装置１０は、計測部２０と、情報処理装置としての端末装置６０とを備える。計測部２０は、ひずみ計測ユニット３０及び、変位計測ユニット４０を有する。本実施形態において、ひずみ計測ユニット３０及び変位計測ユニット４０と、端末装置６０とは、無線通信により相互に通信可能に接続されている。
【0034】
ひずみ計測ユニット３０は、本開示の第１計測部の一例であって、地山Ｇからの荷重により下半支保工１２０Ｂに鉛直方向に作用するひずみεを計測する。具体的には、ひずみ計測ユニット３０は、下半支保工１２０Ｂ（図２，３参照）に取り付けられる一対のひずみゲージ３１Ａ，３１Ｂと、各ひずみゲージ３１Ａ，３１Ｂのそれぞれがケーブル３２Ａ，３２Ｂを介して接続されたひずみ計本体部３３とを備えている。
【0035】
ひずみ計本体部３３は、ブリッジ抵抗回路３４Ａ，３４Ｂと、増幅回路３５Ａ，３５Ｂと、Ａ／Ｄ変換回路３６Ａ，３６Ｂと、無線通信装置３７と、記憶装置３８と、バッテリ３９とを構成要素として備えている。なお、図４では図示を省略するが、ひずみ計本体部３３は、各構成要素３４Ａ～３９を覆うカバー部材３３Ａ（図５参照）を備えている。カバー部材３３Ａの素材は特に限定されないが、地山Ｇの発破に伴う爆風から各構成要素３４Ａ～３９を保護できる強度を有する素材（例えば、硬質の合成樹脂や鋼板等）を選定することが望ましい。
【0036】
ひずみゲージ３１Ａ，３１Ｂは、例えば、絶縁性を有する板状の基材３１Ｃ，３１Ｄの上面に抵抗体３１Ｅ，３１Ｆが設けられた電気抵抗式のひずみゲージである。ひずみゲージ３１Ａ，３１Ｂは、下半支保工１２０Ｂに貼り付けられて、二次吹付けコンクリート層１３０内（何れも図３参照）に埋設される。ひずみゲージ３１Ａ，３１Ｂの設置の詳細については後述する。
【0037】
ブリッジ抵抗回路３４Ａ，３４Ｂは、ひずみゲージ３１Ａ，３１Ｂの電気抵抗の変動を電圧変動に変換して増幅回路３５Ａ，３５Ｂに出力する。増幅回路３５Ａ，３５Ｂは、ブリッジ抵抗回路３４Ａ，３４Ｂから入力される電圧変動を増幅してＡ／Ｄ変換回路３６Ａ，３６Ｂに出力する。Ａ／Ｄ変換回路３６Ａ，３６Ｂは、増幅されたアナログ電圧値をデジタル信号に変換して無線通信装置３７に出力する。無線通信装置３７はアンテナ３７Ａを備えている。無線通信装置３７は、Ａ／Ｄ変換回路３６Ａ，３６Ｂから入力されるデジタル信号を無線信号に変換して端末装置６０に送信する。
【0038】
記憶装置３８は、端末装置６０が無線通信装置３７から送信される無線信号を受信できなかった場合に、当該無線信号のデータを一時的に記憶する記憶デバイスである。バッテリ３９は、ブリッジ抵抗回路３４Ａ，３４Ｂ、増幅回路３５Ａ，３５Ｂ、Ａ／Ｄ変換回路３６Ａ，３６Ｂ、無線通信装置３７及び、記憶装置３８に電力を供給する。バッテリ３９の種類や容量は特に限定されないが、ひずみ計測ユニット３０による計測の開始から、支保工１２０（図１参照）の変形が収束するまでの期間（例えば、約１カ月）に亘って充電残量を確保できる容量のバッテリを選定することが望ましい。
【0039】
変位計測ユニット４０は、本開示の第２計測部の一例であって、地山Ｇからの荷重により下半支保工１２０Ｂ（図２，３参照）が鉛直方向に変位する変位量ΔＬを計測する。具体的には、変位計測ユニット４０は、略Ｌ字状に屈曲する筒状の挿入管４１と、変位計本体部４２とを備えている。
【0040】
変位計本体部４２は、ステンレス製のワイヤＷが巻き回された巻取りスプール４３と、巻取りスプール４３にワイヤＷを巻き戻す方向の回転力を付与するスプリング（例えば、コイルばね）４４と、ポテンシャルメータやエンコーダ等のロータリセンサ４５と、Ａ／Ｄ変換回路４６と、無線通信装置４７と、記憶装置４８と、バッテリ４９とを構成要素として備えている。なお、図４では図示を省略するが、変位計本体部４２は、各構成要素４３～４９を覆うカバー部材４２Ａ（図５参照）を備えている。カバー部材４２Ａの素材は特に限定されないが、地山Ｇの発破に伴う爆風から各構成要素４３～４９を保護できる強度を有する素材（例えば、硬質の合成樹脂や鋼板等）を選定することが望ましい。
【0041】
挿入管４１は、支保工１２０に吹付けられる二次吹付けコンクリート層１３０内（何れも図３参照）に埋設される。挿入管４１の設置の詳細については後述する。挿入管４１の素材は特に限定されないが、コンクリートの吹付けにより大きく変形せず、且つ、支保工１２０の変形に追従して塑性変形するような素材（例えば、蛇腹状の樹脂材等）を選定することが望ましい。
【0042】
挿入管４１内には、巻取りスプール４３から引き出されたワイヤＷが挿入される。また、挿入管４１内には、支持スプール４１Ａ及び、係止部４１Ｂが設けられている。支持スプール４１Ａは、挿入管４１の屈曲部の内側に設けられている。支持スプール４１Ａは、ワイヤＷが挿入管４１の屈曲部内周に接触することなく、管軸方向に沿って略Ｌ字状に延びるよう、ワイヤＷを下方から支持する。
【0043】
係止部４１Ｂは、挿入管４１内の先端底部に設けられている。係止部４１Ｂには、ワイヤＷの先端が係止される。巻取りスプール４３から引き出したワイヤＷの先端を係止部４１Ｂに係止すると、ワイヤＷはスプリング４４の張力によって張られた状態となる。係止部４１Ｂは、スプリング４４の張力よりも大きな係止力でワイヤＷの先端を保持しつつ、作業員がワイヤＷに所定以上の張力を付与すると、ワイヤＷの先端を解放するように構成されている。すなわち、計測の終了後、変位計本体部４２を取り外して他の支保工１２０に移設する場合には、ワイヤＷを挿入管４１内から巻取りスプール４３に回収できるようになっている。
【0044】
ロータリセンサ４５は、巻取りスプール４３の回転に伴う電圧変動をＡ／Ｄ変換回路４６に出力する。Ａ／Ｄ変換回路４６は、ロータリセンサ４５から入力されるアナログ電圧値をデジタル信号に変換して無線通信装置４７に出力する。無線通信装置４７はアンテナ４７Ａを備えている。無線通信装置４７は、Ａ／Ｄ変換回路４６から入力されるデジタル信号を無線信号に変換して端末装置６０に送信する。
【0045】
記憶装置４８は、端末装置６０が無線通信装置４７から送信される無線信号を受信できなかった場合に、当該無線信号のデータを一時的に記憶する記憶デバイスである。バッテリ４９は、ロータリセンサ４５、Ａ／Ｄ変換回路４６、無線通信装置４７及び、記憶装置４８に電力を供給する。バッテリ４９の種類や容量は特に限定されないが、変位計測ユニット４０による計測の開始から、支保工１２０（図１参照）の変形が収束するまでの期間（例えば、約１カ月）に亘って充電残量を確保できる容量のバッテリを選定することが望ましい。
【0046】
なお、ひずみ計本体部３３及び、変位計本体部４２は、図示例では別体のユニットとして示されているが、これらをまとめて一つのユニットとすることも可能である。この場合、無線通信装置３７，４７や記憶装置３８，４８、バッテリ３９，４９は一つに統合してもよい。
【0047】
端末装置６０は、例えば、管理事務所等に設置されるパーソナルコンピュータであって、ＣＰＵ（Central Processing Unit）６１、ＲＯＭ（Read Only Memory）６２、ＲＡＭ（Random Access Memory）６３、補助記憶装置６４、ネットワークインターフェイス（ネットワークＩＦ）６５、無線通信インターフェイス（無線通信ＩＦ）６６等を備えている。ＣＰＵ６１、ＲＯＭ６２、ＲＡＭ６３は、いわゆるマイクロコンピュータを形成する。
【0048】
ＣＰＵ６１は、補助記憶装置６４に格納された各種プログラムを実行する。ＲＯＭ６２は、不揮発性メモリであって、補助記憶装置６４に格納された各種プログラムをＣＰＵ６１が実行するために必要なデータ等を記憶する。ＲＡＭ６３は、揮発性メモリであって、補助記憶装置６４に格納された各種プログラムがＣＰＵ６１によって実行される際に展開される作業領域を提供する。補助記憶装置６４は、各種プログラムや各種プログラムが実行される際に用いられるデータ等を記憶する補助記憶デバイスである。ネットワークＩＦ６５は、端末装置６０が不図示のネットワークを介して他の情報処理装置等と相互に通信するための通信デバイスである。無線通信ＩＦ６６は、端末装置６０がひずみ計測ユニット３０及び、変位計測ユニット４０との間で無線通信を行うための通信デバイスである。
【0049】
端末装置６０は、ディスプレイ等の表示装置７０及び、キーボードやマウス等の操作装置７５を備えている。現場の作業員は、表示装置７０を視ながら、操作装置７５を操作することにより、ひずみ計測ユニット３０及び、変位計測ユニット４０に対する入力指示や設定操作を行うことができる。なお、端末装置６０は、現場の作業員が携帯するスマートフォンやタブレット等の携帯端末であってもよい。
【0050】
［設置例］
図５は、本実施形態に係る計測装置１０が備える計測部２０の設置例を説明する模式図である。
図５は、本実施形態に係る計測装置１０が備える計測部２０の設置例を説明する模式図である。
【0051】
計測部２０は、下半支保工１２０Ｂに設置される。図５に示す例では、計測部２０を右側の下半支保工１２０ＢＲに設置する場合を説明する。ここでいう右側とは、トンネルＴの坑内にて切羽を正面視した場合の右側である。計測部２０を左側の下半支保工１２０ＢＬに設置する場合は、左右が反転するのみのため、説明を省略する。
【0052】
計測部２０は、下半支保工１２０Ｂを建て込むよりも前に、下半支保工１２０Ｂに予め取り付けておく。これにより、工期に影響を与えることなく、計測部２０をトンネルＴ内の所望位置に容易に設置することができる。
【0053】
ひずみ計本体部３３は、下半支保工１２０Ｂの上端側に取り付けられる。具体的には、ひずみ計本体部３３は、下半支保工１２０Ｂの内側フランジ１２２のトンネル坑内に臨む側の面に、不図示のクランプ或はボルトナット等を用いて着脱可能に固定される。図中の符号３３Ａは、地山の発破に伴う爆風から各構成要素を保護するためのカバー部材を示している。なお、カバー部材３３Ａは、地山を機械掘削により掘削する場合、プラスチック等であってもよい。
【0054】
一対のひずみゲージ３１Ａ，３１Ｂは、下半支保工１２０Ｂのウェブ１２１の上端側に取り付けられる。具体的には、一対のひずみゲージ３１Ａ，３１Ｂのうち、一方のひずみゲージ３１Ａは、基材３１Ｃをウェブ１２１の内側フランジ１２２付近に接着剤等により貼り付けられ、他方のひずみゲージ３１Ｂは、基材３１Ｄをウェブ１２１の外側フランジ１２３付近に接着剤等により貼り付けられる。この際、ひずみゲージ３１Ａ，３１Ｂには、抵抗体３１Ｅ，３１Ｆ等を吹付けコンクリートから保護するための保護プレート（図示せず）をそれぞれ取り付けることが望ましい。
【0055】
ひずみゲージ３１Ａ，３１Ｂ及び、ケーブル３２Ａ，３２Ｂの一部は、吹付けコンクリートに埋設される。ひずみ計本体部３３は、計測の終了後、ケーブル３２Ａ，３２Ｂを引き抜いて内側フランジ１２２から取り外すことにより、再利用することができる。なお、ひずみ計本体部３３を再利用しない場合、ひずみ計本体部３３は、ひずみゲージ３１Ａ，３１Ｂ等と一体に吹付けコンクリートに埋設してもよい。この場合は、アンテナ３７Ａを吹付けコンクリートよりも外側に突出させればよい。
【0056】
変位計本体部４２は、下半支保工１２０Ｂの上端側に取り付けられる。具体的には、変位計本体部４２は、下半支保工１２０Ｂの内側フランジ１２２のトンネル坑内に臨む側の面に、不図示のクランプ或はボルトナット等を用いて着脱可能に固定される。図中の符号４２Ａは、地山の発破に伴う爆風から各構成要素を保護するためのカバー部材を示している。なお、カバー部材４２Ａは、地山を機械掘削により掘削する場合、プラスチック等であってもよい。
【0057】
挿入管４１は、水平方向に延びる横管４１Ｄと、鉛直方向に延びる縦管４１Ｅとを有する。挿入管４１は、横管４１Ｄの基端が内側フランジ１２２からトンネル坑内側に臨むように、下半支保工１２０Ｂに取り付けられる。なお、図中の符号Ｈは、挿入管４１をウェブ１２１に仮保持するための複数の留め具を示している。横管４１Ｄの管軸方向の長さは、好ましくは、ウェブ１２１の幅の約半分の長さで形成される。横管４１Ｄが略水平方向となるように、挿入管４１を下半支保工１２０Ｂに取り付けると、縦管４１Ｅがウェブ１２１に沿って略鉛直方向に取り付けられるようになっている。
【0058】
挿入管４１は、吹付けコンクリートに埋設される。変位計本体部４２は、計測の終了後、ワイヤＷに所定の張力を付与し、ワイヤＷを係止部４１Ｂから取り外して回収するとともに、変位計本体部４２を内側フランジ１２２から取り外すことにより、再利用することができる。なお、変位計本体部４２を再利用しない場合、変位計本体部４２は、挿入管４１と一体に吹付けコンクリートに埋設してもよい。この場合は、アンテナ４７Ａを吹付けコンクリートよりも外側に突出させればよい。また、変位計本体部４２を吹付けコンクリートに埋設する場合、挿入管４１は縦管４１Ｅのみを備える直線管であってもよい。
【0059】
図５に示す設置例において、ひずみゲージ３１Ａ，３１Ｂは、下半支保工１２０Ｂの上端側に取り付けられるものとしたが、上半支保工１２０Ｕに取り付けることもできる。ただし、この場合、ひずみゲージ３１Ａ，３１ＢをスプリングラインＳＬに近づけるべく、ひずみゲージ３１Ａ，３１Ｂは、上半支保工１２０Ｕの下端側に取り付けることが望ましい。また、ひずみゲージ３１Ａ，３１Ｂの個数は、一対に限定されず、１個又は３個以上であってもよい。ひずみゲージ３１Ａ，３１Ｂの具体的な個数は、支保工１２０の寸法等に基づいて決定すればよい。
【0060】
［ソフトウェア構成］
図６は、本実施形態に係る計測装置１０が備える端末装置６０のソフトウェア構成の一例を示す模式図である。
図６は、本実施形態に係る計測装置１０が備える端末装置６０のソフトウェア構成の一例を示す模式図である。
【0061】
図６に示すように、端末装置６０は、圧縮荷重演算部９０と、圧縮ひずみ演算部９１と、一軸圧縮強さ推定取得部９２と、地山強度比演算部９３と、安定性判定部９４とを備える。これら機能要素は、端末装置６０に含まれるものとして説明するが、これらの何れか一部又は全部を端末装置６０と通信可能な他の情報処理装置に設けることも可能である。
【0062】
圧縮荷重演算部９０は、ひずみ計測ユニット３０から受信した無線信号を変換して得られるひずみεに基づき、下半支保工１２０Ｂに作用する圧縮荷重Ｐを演算する。具体的には、圧縮荷重演算部９０は、ひずみεに、下半支保工１２０Ｂの弾性係数Ｅを乗じる以下の数式（１）に基づいて、ひずみεを応力σｓに変換する。
【0063】
σｓ＝ε×Ｅ ・・・・（１）。
本実施形態において、ひずみ計測ユニット３０は一対のひずみゲージ３１Ａ，３１Ｂを備えている。このため、数式（１）のひずみεは、一対のひずみゲージ３１Ａ，３１Ｂの計測結果の平均値とすればよい。弾性係数Ｅは、端末装置６０が備えるＲＯＭ６２又は、補助記憶装置６４に予め格納しておけばよい。
本実施形態において、ひずみ計測ユニット３０は一対のひずみゲージ３１Ａ，３１Ｂを備えている。このため、数式（１）のひずみεは、一対のひずみゲージ３１Ａ，３１Ｂの計測結果の平均値とすればよい。弾性係数Ｅは、端末装置６０が備えるＲＯＭ６２又は、補助記憶装置６４に予め格納しておけばよい。
【0064】
圧縮荷重演算部９０は、ひずみεを応力σｓに変換すると、応力σｓに下半支保工１２０Ｂの断面積Ａｓを乗じる以下の数式（２）に基づいて、圧縮荷重Ｐを所定の周期で演算する。
【0065】
Ｐ＝σｓ×Ａｓ ・・・・（２）
ここで、断面積Ａｓは、図７（Ａ）に示すように、下半支保工１２０Ｂのウェブ１２１、内側フランジ１２２及び、外側フランジ１２３の各断面積の総和である。断面積Ａｓは、予め図面などに基づいて計算し、端末装置６０が備えるＲＯＭ６２又は、補助記憶装置６４に格納しておけばよい。圧縮荷重演算部９０は、演算した圧縮荷重Ｐを一軸圧縮強さ推定取得部１２０に所定の周期で送信する。なお、圧縮荷重演算部９０は、演算した圧縮荷重Ｐを作業員からの要求指示に従って表示装置７０（図４参照）に表示してもよい。要求指示は、作業員が操作装置７５を操作することにより入力すればよい。
ここで、断面積Ａｓは、図７（Ａ）に示すように、下半支保工１２０Ｂのウェブ１２１、内側フランジ１２２及び、外側フランジ１２３の各断面積の総和である。断面積Ａｓは、予め図面などに基づいて計算し、端末装置６０が備えるＲＯＭ６２又は、補助記憶装置６４に格納しておけばよい。圧縮荷重演算部９０は、演算した圧縮荷重Ｐを一軸圧縮強さ推定取得部１２０に所定の周期で送信する。なお、圧縮荷重演算部９０は、演算した圧縮荷重Ｐを作業員からの要求指示に従って表示装置７０（図４参照）に表示してもよい。要求指示は、作業員が操作装置７５を操作することにより入力すればよい。
【0066】
圧縮ひずみ演算部９１は、変位量計測ユニット４０から受信した無線信号を変換して得られる変位量ΔＬに基づき、下半支保工１２０Ｂに生じる圧縮ひずみεｃｓを演算する。具体的には、圧縮ひずみ演算部９１は、計測を開始する際にワイヤＷが挿入管４１内に引き出されている長さを初期長さＬ、ワイヤＷが下半支保工１２０Ｂの圧縮変形に伴い巻き戻された量を変位量ΔＬとする以下の数式（３）に基づいて、圧縮ひずみεｃｓを所定の周期で演算する。
【0067】
εｃｓ＝ΔＬ／Ｌ ・・・・（３）
初期長さＬは、計測開始時の変位計測ユニット４０の計測結果に基づいて取得してもよく、或は、端末装置６０が備えるＲＯＭ６２又は、補助記憶装置６４に予めデフォルト値として格納してもよい。圧縮ひずみ演算部９１は、演算した圧縮ひずみεｃｓを一軸圧縮強さ推定取得部１２０に所定の周期で送信する。なお、圧縮ひずみ演算部９１は、演算した圧縮ひずみεｃｓを作業員からの要求指示に従って表示装置７０（図４参照）に表示してもよい。要求指示は、作業員が操作装置７５を操作することにより入力すればよい。
初期長さＬは、計測開始時の変位計測ユニット４０の計測結果に基づいて取得してもよく、或は、端末装置６０が備えるＲＯＭ６２又は、補助記憶装置６４に予めデフォルト値として格納してもよい。圧縮ひずみ演算部９１は、演算した圧縮ひずみεｃｓを一軸圧縮強さ推定取得部１２０に所定の周期で送信する。なお、圧縮ひずみ演算部９１は、演算した圧縮ひずみεｃｓを作業員からの要求指示に従って表示装置７０（図４参照）に表示してもよい。要求指示は、作業員が操作装置７５を操作することにより入力すればよい。
【0068】
一軸圧縮強さ推定取得部９２は、圧縮荷重演算部９０から入力される圧縮荷重Ｐ及び、圧縮ひずみ演算部９１から入力される圧縮ひずみεｃｓに基づき、地山Ｇの一軸圧縮強さｑｕ（一軸圧縮強度）を推定又は取得する。具体的には、一軸圧縮強さ推定取得部９２は、まず、圧縮荷重Ｐ及び、圧縮ひずみεｃｓの関係から、圧縮荷重Ｐのピーク値（以下、ピーク荷重Ｐｐと称する）を求める。図８（Ａ），（Ｂ）は、圧縮ひずみ演算部９１から入力される圧縮ひずみεｃｓを横軸（ｘ軸）、圧縮荷重演算部９０から入力される圧縮荷重Ｐを縦軸（ｙ軸）にプロットした模式図である。
【0069】
図８（Ａ）に示すように、圧縮ひずみεｃｓ及び、圧縮荷重Ｐのプロットにピークが現れた場合、一軸圧縮強さ推定取得部９２は、当該ピーク時の圧縮荷重Ｐをピーク荷重Ｐｐとして取得する。一方、図８（Ｂ）に示すように、圧縮ひずみεｃｓ及び、圧縮荷重Ｐのプロットにピークが現れなかった場合、一軸圧縮強さ推定取得部１２０は、各プロットから所定のモデル式等に従って圧縮荷重Ｐのピーク値を推定演算するとともに、推定したピーク値をピーク荷重Ｐｐとする。
【0070】
なお、図８（Ａ），（Ｂ）に示す例において、横軸（ｘ軸）には、圧縮ひずみ演算部９１が変位量ΔＬに基づいて演算した圧縮ひずみεｃｓをプロットしているが、変位量ΔＬを直接プロットしてもよい。この場合、変位量ΔＬ及び、圧縮荷重Ｐのプロットからピーク荷重Ｐｐを取得又は推定すればよい。
【0071】
一軸圧縮強さ推定取得部９２は、ピーク荷重Ｐｐを求めると、ピーク荷重Ｐｐを等価断面積Ａで除する以下の数式（４）に基づいて、一軸圧縮強さｑｕを演算する。
【0072】
ｑｕ＝Ｐｐ／Ａ ・・・・（４）
ここで、等価断面積Ａとは、図７（Ｂ）に示すように、ピーク荷重Ｐｐを、支保工１２０のみならず、支保工１２０と一体化した吹付けコンクリート層１１０，１３０及び、地山Ｇによって負担すると仮定した場合の、これら支保工１２０、吹付けコンクリート層１１０，１３０及び、地山Ｇの断面積をいう。このため、等価断面積Ａは、支保工１２０の断面積と、支保工１２０の周囲の所定範囲に含まれる吹付けコンクリート層１１０，１３０及び、地山Ｇの断面積とに基づいて求められる。等価断面積Ａは、予め図面などに基づいて計算し、端末装置６０が備えるＲＯＭ６２又は、補助記憶装置６４に格納しておけばよい。
ここで、等価断面積Ａとは、図７（Ｂ）に示すように、ピーク荷重Ｐｐを、支保工１２０のみならず、支保工１２０と一体化した吹付けコンクリート層１１０，１３０及び、地山Ｇによって負担すると仮定した場合の、これら支保工１２０、吹付けコンクリート層１１０，１３０及び、地山Ｇの断面積をいう。このため、等価断面積Ａは、支保工１２０の断面積と、支保工１２０の周囲の所定範囲に含まれる吹付けコンクリート層１１０，１３０及び、地山Ｇの断面積とに基づいて求められる。等価断面積Ａは、予め図面などに基づいて計算し、端末装置６０が備えるＲＯＭ６２又は、補助記憶装置６４に格納しておけばよい。
【0073】
一軸圧縮強さ推定取得部９２は、演算した一軸圧縮強さｑｕを地山強度比演算部９３に所定の周期で送信する。なお、一軸圧縮強さ推定取得部９２は、演算した一軸圧縮強さｑｕを作業員からの要求指示に従って表示装置７０（図４参照）に表示してもよい。要求指示は、作業員が操作装置７５を操作することにより入力すればよい。
【0074】
地山強度比演算部９３は、一軸圧縮強さ推定取得部９２から入力される地山Ｇの一軸圧縮強さｑｕに基づき、地山強度比Ｇｒを演算する。ここで、地山強度比Ｇｒとは、トンネル掘削時の押出し性の判定指標となる数値であって、地山Ｇの一軸圧縮強さｑｕと鉛直方向の土圧Ｐ０との比として算出される。具体的には、地山強度比演算部９３は、一軸圧縮強さ推定取得部９２により演算される一軸圧縮強さｑｕを鉛直方向の土圧Ｐ０で除する以下の数式（５）に基づいて、地山強度比Ｇｒを演算する。
【0075】
Ｇｒ＝ｑｕ／Ｐ０ ・・・・（５）
鉛直方向の土圧Ｐ０は、土被り高さＨに地山Ｇの単位体積重量γを乗じることにより求めることができる（Ｐ０＝γＨ）。土被り高さＨは、例えばトンネルＴの設計図面等から求めればよい。単位体積重量γは、例えば周辺地山Ｇにボーリング試験などを行うことにより取得すればよい。これら土被り高さＨ及び、単位体積重量γは、端末装置６０が備えるＲＯＭ６２又は、補助記憶装置６４に予め格納しておけばよい。地山強度比演算部９３は、演算した地山強度比Ｇｒを安定性判定部９４に送信する。なお、地山強度比演算部９３は、演算した地山強度比Ｇｒを作業員からの要求指示に従って表示装置７０（図４参照）に表示してもよい。要求指示は、作業員が操作装置７５を操作することにより入力すればよい。
鉛直方向の土圧Ｐ０は、土被り高さＨに地山Ｇの単位体積重量γを乗じることにより求めることができる（Ｐ０＝γＨ）。土被り高さＨは、例えばトンネルＴの設計図面等から求めればよい。単位体積重量γは、例えば周辺地山Ｇにボーリング試験などを行うことにより取得すればよい。これら土被り高さＨ及び、単位体積重量γは、端末装置６０が備えるＲＯＭ６２又は、補助記憶装置６４に予め格納しておけばよい。地山強度比演算部９３は、演算した地山強度比Ｇｒを安定性判定部９４に送信する。なお、地山強度比演算部９３は、演算した地山強度比Ｇｒを作業員からの要求指示に従って表示装置７０（図４参照）に表示してもよい。要求指示は、作業員が操作装置７５を操作することにより入力すればよい。
【0076】
安定性判定部９４は、地山強度比演算部９３から入力される地山強度比Ｇｒに基づき、トンネルＴの周辺地山Ｇの安定性を判定する。地山強度比Ｇｒが「２」よりも小さい場合、周辺地山Ｇが塑性化し、時間依存性の強い膨張性地山では塑性領域の進展に伴い変形が発生すると予測される。以下、図９に基づいて、簡単に説明する。図９は、トンネル及び、周辺地山を模式的に示す図である。図中のＰ０は、初期応力としての鉛直方向の土圧、Ｐｉは内圧、Ｒはトンネルの内空半径、ｒはトンネルの内空中心から地山の所定領域までの距離、σｒは半径方向の応力、σθは円周方向の応力をそれぞれ示している。
【0077】
半径方向の応力σｒ及び、円周方向の応力σθのそれぞれの理論式は、以下の数式（６），（７）で示される。
【0078】
σｒ＝Ｐｉ＋（Ｐ０－Ｐｉ）・（１－Ｒ２／ｒ２） ・・・・（６）
σθ＝Ｐｉ＋（Ｐ０－Ｐｉ）・（１＋Ｒ２／ｒ２） ・・・・（７）
掘削の直後は、内圧Ｐｉは０（ゼロ）と見做せるため、数式（６），（７）は、それぞれ以下の数式（８），（９）で表される。
σθ＝Ｐｉ＋（Ｐ０－Ｐｉ）・（１＋Ｒ２／ｒ２） ・・・・（７）
掘削の直後は、内圧Ｐｉは０（ゼロ）と見做せるため、数式（６），（７）は、それぞれ以下の数式（８），（９）で表される。
【0079】
σｒ＝Ｐ０・（１－Ｒ２／ｒ２） ・・・・（８）
σθ＝Ｐ０・（１＋Ｒ２／ｒ２） ・・・・（９）
また、トンネルの坑壁付近では、内空半径Ｒと距離ｒが等しくなるため（Ｒ＝ｒ）、数式（８），（９）は、それぞれ以下の数式（１０），（１１）で表される。
σθ＝Ｐ０・（１＋Ｒ２／ｒ２） ・・・・（９）
また、トンネルの坑壁付近では、内空半径Ｒと距離ｒが等しくなるため（Ｒ＝ｒ）、数式（８），（９）は、それぞれ以下の数式（１０），（１１）で表される。
【0080】
σｒ＝０ ・・・・（１０）
σθ＝２Ｐ０ ・・・・（１１）
ここで、地山の一軸圧縮強さｑｕが円周方向の応力σθよりも小さいと（ｑｕ＜σθ）、地山Ｇに塑性域が発生すると考えられる。すなわち、数式（１１）から、地山Ｇの一軸圧縮強さｑｕが、初期の土圧Ｐ０の２倍よりも小さいと（ｑｕ＜２Ｐ０）、地山Ｇに塑性域が発生することになる。以上より、一軸圧縮強さｑｕを土圧Ｐ０で除した地山強度比Ｇｒ（＝ｑｕ／Ｐ０）が２を下まわる場合には、地山に時間依存性のある変形が発生すると予測することができる。
σθ＝２Ｐ０ ・・・・（１１）
ここで、地山の一軸圧縮強さｑｕが円周方向の応力σθよりも小さいと（ｑｕ＜σθ）、地山Ｇに塑性域が発生すると考えられる。すなわち、数式（１１）から、地山Ｇの一軸圧縮強さｑｕが、初期の土圧Ｐ０の２倍よりも小さいと（ｑｕ＜２Ｐ０）、地山Ｇに塑性域が発生することになる。以上より、一軸圧縮強さｑｕを土圧Ｐ０で除した地山強度比Ｇｒ（＝ｑｕ／Ｐ０）が２を下まわる場合には、地山に時間依存性のある変形が発生すると予測することができる。
【0081】
安定性判定部９４は、地山強度比Ｇｒが２よりも小さい場合（Ｇｒ＝ｑｕ／Ｐ０＜２）、周辺地山Ｇを軟弱地山と判定する。また、安定性判定部９４は、地山強度比Ｇｒが２以上の場合（Ｇｒ＝ｑｕ／Ｐ０≧２）、周辺地山Ｇを軟弱地山ではないと判定する。安定性判定部９４は、判定結果を、表示装置７０（図４参照）に表示する。現場の作業員等は、表示装置７０に表示される判定結果を確認することにより、補強等の対策工事が必要か否かを判断することができる。
【0082】
［実験例］
ここで、本実施形態の評価装置１０を用いて、実際の現場にて地山強度比Ｇｒを求めた実験例を表１に示す。土被り高さＨ、断面積Ａｓ及び、等価断面積Ａは、図面等に基づいて求めた。等価断面積Ａを求める際の所定範囲は、支保工周囲の２５０ｍｍとした。地山の単位体積重量γは、ボーリング試験により取得した。初期の土圧Ｐ０は、単位体積重量γに土被り高さＨを乗じることにより求めた（Ｐ０＝γ×Ｈ）。支保工のピーク応力σｓは、ひずみ計測ユニット３０により計測したひずみεに、支保工の弾性係数Ｅを乗じることにより求めた（σｓ＝ε×Ｅ）。支保工に生じる圧縮荷重Ｐは、ピーク応力σｓに断面積Ａｓを乗じることにより求めた（Ｐ＝σｓ×Ａｓ）。一軸圧縮強さｑｕは、圧縮荷重Ｐを等価断面積Ａで除することにより求めた。地山強度比Ｇｒは、一軸圧縮強さｑｕと初期の土圧Ｐ０との比（Ｇｒ＝ｑｕ／Ｐ０）である。
ここで、本実施形態の評価装置１０を用いて、実際の現場にて地山強度比Ｇｒを求めた実験例を表１に示す。土被り高さＨ、断面積Ａｓ及び、等価断面積Ａは、図面等に基づいて求めた。等価断面積Ａを求める際の所定範囲は、支保工周囲の２５０ｍｍとした。地山の単位体積重量γは、ボーリング試験により取得した。初期の土圧Ｐ０は、単位体積重量γに土被り高さＨを乗じることにより求めた（Ｐ０＝γ×Ｈ）。支保工のピーク応力σｓは、ひずみ計測ユニット３０により計測したひずみεに、支保工の弾性係数Ｅを乗じることにより求めた（σｓ＝ε×Ｅ）。支保工に生じる圧縮荷重Ｐは、ピーク応力σｓに断面積Ａｓを乗じることにより求めた（Ｐ＝σｓ×Ａｓ）。一軸圧縮強さｑｕは、圧縮荷重Ｐを等価断面積Ａで除することにより求めた。地山強度比Ｇｒは、一軸圧縮強さｑｕと初期の土圧Ｐ０との比（Ｇｒ＝ｑｕ／Ｐ０）である。
【0083】
【表1】
【0084】
【0085】
第１工程Ｓ１では、計測部２０（ひずみ計測ユニット３０及び、変位計測ユニット４０）が予め取り付けられた下半支保工１２０Ｂを、一次吹付けコンクリート１１０が吹付けられたトンネルＴの坑壁に建て込む。これにより、計測部２０の設置を完了する。
【0086】
第２工程Ｓ２では、下半支保工１２０Ｂに吹付けられた二次吹付けコンクリート１３０が固化したか否かを確認する。二次吹付けコンクリート１３０が固化したか否かは、吹付けから所定時間が経過した場合にコンクリートが固化したと判断してもよく、或は、現場の作業員が直接確認することにより判断してもよい。二次吹付けコンクリート１３０が固化すると、第３工程Ｓ３に進む。
【0087】
第３工程Ｓ３では、計測部２０（ひずみ計測ユニット３０及び、変位計測ユニット４０）による計測を開始する。計測の開始後、地山Ｇから支保工１２０に作用する荷重は、トンネルＴの掘削進展に伴い次第に増加する。
【0088】
第４工程Ｓ４では、端末装置６０は、圧縮ひずみεｃｓ及び、圧縮荷重Ｐを所定の周期で演算する。次いで、第５工程Ｓ５では、端末装置６０は、圧縮ひずみεｃｓ及び、圧縮荷重Ｐに基づき、ピーク荷重Ｐｐを取得又は推定する。ピーク荷重Ｐｐを取得又は推定した場合（Ｙｅｓ）、第６工程Ｓ６に進む。
【0089】
第６工程Ｓ６では、端末装置６０は、ピーク荷重Ｐｐを等価断面積Ａで除することにより、一軸圧縮強さｑｕ（＝Ｐｐ／Ａ）を演算する。次いで、第７工程Ｓ７では、端末装置６０は、一軸圧縮強さｑｕを鉛直方向の土圧Ｐ０で除することにより、地山強度比Ｇｒ（＝ｑｕ／Ｐ０）を演算する。
【0090】
第８工程Ｓ８では、端末装置６０は、地山強度比Ｇｒが２以上か否かを判定する。地山強度比Ｇｒが２以上の場合（Ｙｅｓ）、本ルーチンを終了し、ひずみ計本体部３３及び、変位計本体部４２を回収して次の安定性評価に移行する。
【0091】
一方、地山強度比Ｇｒが２以上でない場合（Ｎｏ）、すなわち、地山強度比Ｇｒが２よりも小さい場合は、第９工程Ｓ９に進む。第９工程Ｓ９では、必要な補強等を検討し、対策工事を行う。この際、ひずみ計本体部３３及び、変位計本体部４２も回収する。対策工事を行ったならば、本ルーチンを終了し、次の安定性評価に移行する。以降、トンネルＴの掘削と並行しながら、前述の各工程Ｓ１～Ｓ９を繰り返し実施する。
【0092】
以上詳述した本実施形態によれば、評価装置１０は、下半支保工１２０Ｂに取り付けたひずみ計測ユニット３０及び、変位計測ユニット４０の計測結果に基づき、トンネルＴの周辺地山Ｇの一軸圧縮強さｑｕ及び、地山強度比Ｇｒを高精度に求めることができる。すなわち、地山Ｇからコア等の供試体を採取することなく、一軸圧縮強さｑｕ及び、地山強度比Ｇｒを把握できるように構成されている。これにより、トンネルＴの工期に影響を与えることなく、周辺地山Ｇの安定性を効果的に評価することが可能になる。
【0093】
また、評価装置１０は、ひずみ計測ユニット３０及び、変位計測ユニット４０を予め下半支保工１２０Ｂに取り付けておき、下半支保工１２０ＢをトンネルＴの坑壁に建て込むことにより設置することができる。ひずみ計測ユニット３０及び、変位計測ユニット４０を設置した後は、これらの計測結果を、無線通信を通じて端末装置６０によって受信できるように構成されている。すなわち、作業員は、崩落の危険性がある切羽の近傍等、下半支保工１２０Ｂが建て込まれる現場に立ち会うことなく計測を実施することができる。これより、安全性の向上を図ることが可能になる。
【0094】
また、評価装置１０は、計測の終了後、ひずみ計本体部３３及び、変位計本体部４２を回収し、次に建て込まれる下半支保工１２０Ｂに再利用しながら計測を繰り返すことにより、地山強度比Ｇｒをトンネル軸方向に連続的に求めていくことができる。このように、トンネルＴの掘削と並行しながら、地山強度比Ｇｒをトンネル軸方向に繰り返し求めていくことにより、トンネルＴ全体の地山安定性を高精度に把握することが可能になる。
【0095】
また、評価装置１０が算出する一軸圧縮強さｑｕは、吹付けコンクリート層１１０，１３０及び、地山Ｇが一体化した下半支保工１２０Ｂの一軸圧縮強さｑｕとして算出される。これにより、現実的な周辺地山Ｇの一軸圧縮強さｑｕに基づいた地山強度比Ｇｒを求めることができ、高精度な安定性評価を実現することが可能になる。
【0096】
また、トンネルＴの施工中に行う計測としては、計測Ａ及び計測Ｂの２種類がある。計測Ａは、日常の施工管理のために実施するものであり、例えば、観察調査、天端沈下測定、内空変位測定、地表沈下測定等を行う。計測Ｂは、地山条件や立地条件に応じて計測Ａに追加実施するものであり、例えば、地山試料試験、坑内地中変位測定、ロックボルト軸力測定、吹付けコンクリート応力測定、鋼製支保工応力測定、覆工応力測定、盤ぶくれ測定、ＡＥ測定等を行う。本実施形態の評価装置１０は、圧縮ひずみεｃｓ、圧縮荷重Ｐ、一軸圧縮強さｑｕ及び、地山強度比Ｇｒをそれぞれ把握できるため、下半支保工１２０Ｂの支保適合性を判定する計測Ｂにも効果的に利用することができる。
【0097】
［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。
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。
【0098】
例えば、上記実施形態では、ひずみ計測ユニット３０及び、変位計測ユニット４０は、下半支保工１２０Ｂに設置されるものとして説明したが、トンネルＴによっては支保工１２０が下半支保工１２０Ｂを備えない構造の場合もある。このような場合、ひずみ計測ユニット３０及び、変位計測ユニット４０は、支保工１２０が地山Ｇからの荷重により鉛直方向に圧縮応力を受け、且つ、支保工１２０が鉛直方向に圧縮変形する部分に設置すればよい。一例としては、支保工１２０の脚部が挙げられる。
【0099】
また、ひずみ計測ユニット３０は、ひずみゲージ３１Ａ，３１Ｂを備える構成に限定されず、支保工１２０の脚部に鉛直方向に作用する荷重を計測可能なロードセルを備える構成であってもよい。
【0100】
また、トンネルＴは、ＮＡＴＭ工法により構築されるトンネルに限定されず、支保工１２０を建て込むものであれば、他の工法により構築されるトンネルにも広く適用することが可能である。
【符号の説明】
【0101】
Ｔ…トンネル，Ｇ…地山，１０…評価装置，２０…計測部，３０…ひずみ計測ユニット，３１Ａ，３１Ｂ…ひずみゲージ，３２Ａ，３２Ｂ…ケーブル，３４Ａ，３４Ｂ…ブリッジ抵抗回路，３５Ａ，３５Ｂ…増幅回路，３６Ａ，３６Ｂ…Ａ／Ｄ変換回路，３７…無線通信装置，３８…記憶装置，３９…バッテリ，４０…変位計測ユニット，４１…挿入管，４２…変位計本体部，４３…巻取りスプール，４４…スプリング，４５…ロータリセンサ，４６…Ａ／Ｄ変換回路，４７…無線通信装置，４８…記憶装置，４９…バッテリ，６０…端末装置，９０…圧縮荷重演算部，９１…圧縮ひずみ演算部，９２…一軸圧縮強さ推定取得部，９３…地山強度比演算部，９４…安定性判定部，１００…支保構造，１１０…一次吹付けコンクリート層，１２０Ｕ…上半支保工，１２０Ｂ…下半支保工，１３０…二次吹付けコンクリート層，１４０…ロックボルト
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】