特許 7084681 変状トンネル対策工の効果予測プログラムとその効果予測方法及び変状トンネル対策工の効果予測装置

(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】

(24)【登録日】2022-06-07

(45)【発行日】2022-06-15

(54)【発明の名称】変状トンネル対策工の効果予測プログラムとその効果予測方法及び変状トンネル対策工の効果予測装置

(51)【国際特許分類】

   E21D 11/10 20060101AFI20220608BHJP

【ＦＩ】

E21D11/10 Z

【請求項の数】 15

(21)【出願番号】P 2019107842

(22)【出願日】2019-06-10

(65)【公開番号】P2020200648

(43)【公開日】2020-12-17

【審査請求日】2021-08-30

(73)【特許権者】

【識別番号】000173784

【氏名又は名称】公益財団法人鉄道総合技術研究所

(74)【代理人】

【識別番号】100104064

【弁理士】

【氏名又は名称】大熊 岳人

(72)【発明者】

【氏名】嶋本 敬介

(72)【発明者】

【氏名】水谷 真基

【審査官】彦田 克文

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－１２３５６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－１４０６０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－２５５３２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－１９７７８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２９１７２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－３０９００８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－２１８８２７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ２１Ｄ １１／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

変状トンネルに実施予定の対策工の効果を予測するための変状トンネル対策工の効果予測プログラムであって、
前記変状トンネルの内空変位速度に基づいて、この変状トンネルに実施予定の対策工の変状抑制効果を予測する効果予測手順をコンピュータに実行させること、
を特徴とする変状トンネル対策工の効果予測プログラム。

【請求項2】

請求項１に記載の変状トンネル対策工の効果予測プログラムにおいて、
前記効果予測手順は、前記変状トンネルに将来発生することが予測される内空変位速度に基づいて、この変状トンネルに実施予定の対策工の変状抑制効果を予測する手順を含むこと、
を特徴とする変状トンネル対策工の効果予測プログラム。

【請求項3】

請求項１又は請求項２に記載の変状トンネル対策工の効果予測プログラムにおいて、
前記効果予測手順は、対策工の変状抑制効果に影響を与える条件をパラメータとしてこの対策工の変状抑制効果を事前に数値解析した事前数値解析結果と、前記変状トンネルの内空変位速度とに基づいて、この変状トンネルに実施予定の対策工の変状抑制効果を予測する手順を含むこと、
を特徴とする変状トンネル対策工の効果予測プログラム。

【請求項4】

請求項３に記載の変状トンネル対策工の効果予測プログラムにおいて、
前記事前数値解析結果は、前記変状トンネルの構造に関する構造条件と、この変状トンネルの変状の調査及び計測結果に関する調査・計測結果条件と、対策工の種類に関する対策工条件とをパラメータとして組み合わせたときに、組合せ毎に事前に解析した対策工の変状抑制効果の数値解析結果であること、
を特徴とする変状トンネル対策工の効果予測プログラム。

【請求項5】

請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の変状トンネル対策工の効果予測プログラムにおいて、
前記効果予測手順は、前記変状トンネルの内空幅を測定する測定装置の測定結果に基づいて、この変状トンネルに実施予定の対策工の変状抑制効果を予測する手順を含むこと、
を特徴とする変状トンネル対策工の効果予測プログラム。

【請求項6】

変状トンネルに実施予定の対策工の効果を予測する変状トンネル対策工の効果予測方法であって、
前記変状トンネルの内空変位速度に基づいて、この変状トンネルに実施予定の対策工の変状抑制効果を予測する効果予測工程を含むこと、
を特徴とする変状トンネル対策工の効果予測方法。

【請求項7】

請求項６に記載の変状トンネル対策工の効果予測方法において、
前記効果予測工程は、前記変状トンネルに将来発生することが予測される内空変位速度に基づいて、この変状トンネルに実施予定の対策工の変状抑制効果を予測する工程を含むこと、
を特徴とする変状トンネル対策工の効果予測方法。

【請求項8】

請求項６又は請求項７に記載の変状トンネル対策工の効果予測方法において、
前記効果予測工程は、対策工の変状抑制効果に影響を与える条件をパラメータとしてこの対策工の変状抑制効果を事前に数値解析した事前数値解析結果と、前記変状トンネルの内空変位速度とに基づいて、この変状トンネルに実施予定の対策工の変状抑制効果を予測する工程を含むこと、
を特徴とする変状トンネル対策工の効果予測方法。

【請求項9】

請求項８に記載の変状トンネル対策工の効果予測方法において、
前記事前数値解析結果は、前記変状トンネルの構造に関する構造条件と、この変状トンネルの変状の調査及び計測結果に関する調査・計測結果条件と、対策工の種類に関する対策工条件とをパラメータとして組み合わせたときに、組合せ毎に事前に解析した対策工の変状抑制効果の数値解析結果であること、
を特徴とする変状トンネル対策工の効果予測方法。

【請求項10】

請求項６から請求項９までのいずれか１項に記載の変状トンネル対策工の効果予測方法において、
前記効果予測工程は、前記変状トンネルの内空幅を測定する測定装置の測定結果に基づいて、この変状トンネルに実施予定の対策工の変状抑制効果を予測する工程を含むこと、
を特徴とする変状トンネル対策工の効果予測方法。

【請求項11】

変状トンネルに実施予定の対策工の効果を予測する変状トンネル対策工の効果予測装置であって、
前記変状トンネルの内空変位速度に基づいて、この変状トンネルに実施予定の対策工の変状抑制効果を予測する効果予測部を備えること、
を特徴とする変状トンネル対策工の効果予測装置。

【請求項12】

請求項１１に記載の変状トンネル対策工の効果予測装置において、
前記効果予測部は、前記変状トンネルに将来発生することが予測される内空変位速度に基づいて、この変状トンネルに実施予定の対策工の変状抑制効果を予測すること、
を特徴とする変状トンネル対策工の効果予測装置。

【請求項13】

請求項１１又は請求項１２に記載の変状トンネル対策工の効果予測装置において、
前記効果予測部は、対策工の変状抑制効果に影響を与える条件をパラメータとしてこの対策工の変状抑制効果を事前に数値解析した事前数値解析結果と、前記変状トンネルの内空変位速度とに基づいて、この変状トンネルに実施予定の対策工の変状抑制効果を予測すること、
を特徴とする変状トンネル対策工の効果予測装置。

【請求項14】

請求項１３に記載の変状トンネル対策工の効果予測装置において、
前記事前数値解析結果は、前記変状トンネルの構造に関する構造条件と、この変状トンネルの変状の調査及び計測結果に関する調査・計測結果条件と、対策工の種類に関する対策工条件とをパラメータとして組み合わせたときに、組合せ毎に事前に解析した対策工の変状抑制効果の数値解析結果であること、
を特徴とする変状トンネル対策工の効果予測装置。

【請求項15】

請求項１１から請求項１４までのいずれか１項に記載の変状トンネル対策工の効果予測装置において、
前記効果予測部は、前記変状トンネルの内空幅を測定する測定装置の測定結果に基づいて、この変状トンネルに実施予定の対策工の変状抑制効果を予測すること、
を特徴とする変状トンネル対策工の効果予測装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、変状トンネルに実施予定の対策工の効果を予測するための変状トンネル対策工の効果予測プログラムとその効果予測方法及び変状トンネル対策工の効果予測装置に関する。

【背景技術】

【0002】

トンネルは背面地盤からの土圧により、経年とともに徐々に変状（ひび割れや側壁の内空側への押出し変形）が進行することがある。このような場合、計測により、変形がどの程度の速度で進行しているか把握される。トンネル変状の計測は年に２～４回程度行われることが一般的である（例えば、非特許文献１参照）。近年では、無線センサを用いてリアルタイム自動計測も行われている（例えば、非特許文献２参照）。トンネル変状対策工としては、裏込注入工、ロックボルト工、内巻工の中から１つまたは複数選択することが一般的である（例えば、非特許文献３参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】財団法人鉄道総合技術研究所,「鉄道構造物等維持管理標準・同解説（構造物編 トンネル）」,丸善株式会社,平成19年1月25日,p57

【0004】

【文献】嶋本敬介,外2名,「無線センサーを用いてトンネルの動きを把握する」, Railway Research Review,一般財団法人研友社, 2018年9月号,第75巻,第9号,p24-27

【0005】

【文献】財団法人鉄道総合技術研究所,「変状トンネル対策工設計マニュアル」, 財団法人鉄道総合技術研究所編,平成10年2月,p57-58

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

変状トンネルの対策工の選定は、これまでには、過去の類似事例やマニュアルの標準設計を参考に、経験的に裏込注入、ロックボルト又は内巻といった対策工が選択されることが一般的であった。トンネルの健全度は、内空変位速度（左側壁と右側壁との間の距離の縮小速度）で評価されており、内空変位速度が大きい場合には、変状トンネル対策工により、1mm/年未満に抑える必要がある。内空変位速度を1mm/年未満に抑えることで、非特許特許文献１に示すように、最も悪い健全度であるＡランクを解消することができる。

【0007】

一方で、これまでの類似事例に基づく対策工選定では、対策工を実施した場合に、内空縮小速度がどの程度抑制されるか予測できなかった。よって、過剰設計となったり過少設計となったりして、内空変位速度を1mm/年未満に抑制できず、再度、対策工の設計・施工が必要となる場合があった。

【0008】

この発明の課題は、変状トンネルに実施予定の対策工の変状抑制効果を簡単に予測して最適な対策工を選定することができる変状トンネル対策工の効果予測プログラムとその効果予測方法及び変状トンネル対策工の効果予測装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

この発明は、以下に記載するような解決手段により、前記課題を解決する。
なお、この発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、この実施形態に限定するものではない。
請求項１の発明は、図１、図２及び図９に示すように、変状トンネル（Ｔ）に実施予定の対策工（Ｃ）の効果を予測するための変状トンネル対策工の効果予測プログラムであって、前記変状トンネルの内空変位速度（ｖ）に基づいて、この変状トンネルに実施予定の対策工の変状抑制効果を予測する効果予測手順（Ｓ１２０）をコンピュータに実行させることを特徴とする変状トンネル対策工の効果予測プログラムである。

【0010】

請求項２の発明は、請求項１に記載の変状トンネル対策工の効果予測プログラムにおいて、前記効果予測手順は、前記変状トンネルに将来発生することが予測される内空変位速度（ｖ）に基づいて、この変状トンネルに実施予定の対策工の変状抑制効果を予測する手順を含むことを特徴とする変状トンネル対策工の効果予測プログラムである。

【0011】

請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の変状トンネル対策工の効果予測プログラムにおいて、図４に示すように、前記効果予測手順は、対策工の変状抑制効果に影響を与える条件（Ｄ_A1，Ｄ_A2，Ｄ_A3）をパラメータとしてこの対策工の変状抑制効果（Ｄ_A4）を事前に数値解析した事前数値解析結果（Ｄ_A）と、前記変状トンネルの内空変位速度とに基づいて、この変状トンネルに実施予定の対策工の変状抑制効果を予測する手順を含むことを特徴とする変状トンネル対策工の効果予測プログラムである。

【0012】

請求項４の発明は、請求項３に記載の変状トンネル対策工の効果予測プログラムにおいて、前記事前数値解析結果は、前記変状トンネルの構造に関する構造条件（Ｄ_A1）と、この変状トンネルの変状の調査及び計測結果に関する調査・計測結果条件（Ｄ_A2）と、対策工の種類に関する対策工条件（Ｄ_A3）とをパラメータとして組み合わせたときに、組合せ毎に事前に解析した対策工の変状抑制効果（Ｄ_A4）の数値解析結果であることを特徴とする変状トンネル対策工の効果予測プログラムである。

【0013】

請求項５の発明は、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の変状トンネル対策工の効果予測プログラムにおいて、図１及び図３に示すように、前記効果予測手順は、前記変状トンネルの内空幅（ｕ）を測定する測定装置（２）の測定結果に基づいて、この変状トンネルに実施予定の対策工の変状抑制効果を予測する手順を含むことを特徴とする変状トンネル対策工の効果予測プログラムである。

【0014】

請求項６の発明は、図１、図２及び図８に示すように、変状トンネル（Ｔ）に実施予定の対策工（Ｃ）の効果を予測する変状トンネル対策工の効果予測方法であって、前記変状トンネルの内空変位速度（ｖ）に基づいて、この変状トンネルに実施予定の対策工の変状抑制効果を予測する効果予測工程（＃１７０）を含むことを特徴とする変状トンネル対策工の効果予測方法（＃１００）である。

【0015】

請求項７の発明は、請求項６に記載の変状トンネル対策工の効果予測方法において、前記効果予測工程は、前記変状トンネルに将来発生することが予測される内空変位速度（ｖ）に基づいて、この変状トンネルに実施予定の対策工の変状抑制効果を予測する工程を含むことを特徴とする変状トンネル対策工の効果予測方法である。

【0016】

請求項８の発明は、請求項６又は請求項７に記載の変状トンネル対策工の効果予測方法において、図４に示すように、前記効果予測工程は、対策工の変状抑制効果に影響を与える条件（Ｄ_A1，Ｄ_A2，Ｄ_A3）をパラメータとしてこの対策工の変状抑制効果（Ｄ_A4）を事前に数値解析した事前数値解析結果（Ｄ_A）と、前記変状トンネルの内空変位速度とに基づいて、この変状トンネルに実施予定の対策工の変状抑制効果を予測する工程を含むことを特徴とする変状トンネル対策工の効果予測方法である。

【0017】

請求項９の発明は、請求項８に記載の変状トンネル対策工の効果予測方法において、図４に示すように、前記事前数値解析結果は、前記変状トンネルの構造に関する構造条件（Ｄ_A1）と、この変状トンネルの変状の調査及び計測結果に関する調査・計測結果条件（Ｄ_A2）と、対策工の種類に関する対策工条件（Ｄ_A3）とをパラメータとして組み合わせたときに、組合せ毎に事前に解析した対策工の変状抑制効果（Ｄ_A4）の数値解析結果であることを特徴とする変状トンネル対策工の効果予測方法である。

【0018】

請求項１０の発明は、請求項６から請求項９までのいずれか１項に記載の変状トンネル対策工の効果予測方法において、図１及び図３に示すように、前記効果予測工程は、前記変状トンネルの内空幅（ｕ）を測定する測定装置（２）の測定結果に基づいて、この変状トンネルに実施予定の対策工の変状抑制効果を予測する工程を含むことを特徴とする変状トンネル対策工の効果予測方法である。

【0019】

請求項１１の発明は、図１～図３に示すように、変状トンネル（Ｔ）に実施予定の対策工（Ｃ）の効果を予測する変状トンネル対策工の効果予測装置であって、前記変状トンネルの内空変位速度（ｖ）に基づいて、この変状トンネルに実施予定の対策工の変状抑制効果を予測する効果予測部（１２）を備えることを特徴とする変状トンネル対策工の効果予測装置（４）である。

【0020】

請求項１２の発明は、請求項１１に記載の変状トンネル対策工の効果予測装置において、前記効果予測部は、前記変状トンネルに将来発生することが予測される内空変位速度（ｖ）に基づいて、この変状トンネルに実施予定の対策工の変状抑制効果を予測することを特徴とする変状トンネル対策工の効果予測装置である。

【0021】

請求項１３の発明は、請求項１１又は請求項１２に記載の変状トンネル対策工の効果予測装置において、図４に示すように、前記効果予測部は、対策工の変状抑制効果に影響を与える条件（Ｄ_A1，Ｄ_A2，Ｄ_A3）をパラメータとしてこの対策工の変状抑制効果（Ｄ_A4）を事前に数値解析した事前数値解析結果（Ｄ_A）と、前記変状トンネルの内空変位速度とに基づいて、この変状トンネルに実施予定の対策工の変状抑制効果を予測することを特徴とする変状トンネル対策工の効果予測装置である。

【0022】

請求項１４の発明は、請求項１３に記載の変状トンネル対策工の効果予測装置において、図４に示すように、前記事前数値解析結果は、前記変状トンネルの構造に関する構造条件（Ｄ_A1）と、この変状トンネルの変状の調査及び計測結果に関する調査・計測結果条件（Ｄ_A2）と、対策工の種類に関する対策工条件（Ｄ_A3）とをパラメータとして組み合わせたときに、組合せ毎に事前に解析した対策工の変状抑制効果（Ｄ_A4）の数値解析結果であることを特徴とする変状トンネル対策工の効果予測装置である。

【0023】

請求項１５の発明は、請求項１１から請求項１４までのいずれか１項に記載の変状トンネル対策工の効果予測装置において、図１及び図３に示すように、前記効果予測部は、前記変状トンネルの内空幅（ｕ）を測定する測定装置（２）の測定結果に基づいて、この変状トンネルに実施予定の対策工の変状抑制効果を予測することを特徴とする変状トンネル対策工の効果予測装置である。

【発明の効果】

【0024】

この発明によると、変状トンネルに実施予定の対策工による変状抑制効果を簡単に予測して最適な対策工を選定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】この発明の実施形態に係る変状トンネル対策工の効果予測システムを模式的に示す構成図である。

【図2】この発明の実施形態に係る変状トンネル対策工の効果予測装置によって変状抑制効果が予測される対策工を一例として模式的に示す縦断面図である。

【図3】この発明の実施形態に係る変状トンネル対策工の効果予測装置の構成図である。

【図4】この発明の実施形態に係る変状トンネル対策工の効果予測装置の事前数値解析データのデータ構造を示す模式図である。

【図5】この発明の実施形態に係る変状トンネル対策工の効果予測装置の設定条件データのデータ構造を示す模式図である。

【図6】この発明の実施形態に係る効果予測装置の設定条件入力画面を一例として示す模式図である。

【図7】この発明の実施形態に係る効果予測装置の結果出力画面を一例として示す模式図である。

【図8】この発明の実施形態に係る変状トンネル対策工の効果確認方法の工程図である。

【図9】この発明の実施形態に係る変状トンネル対策工の効果確認装置の動作を説明するためのフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0026】

以下、図面を参照して、この発明の実施形態について詳しく説明する。
図１及び図２に示す地山Ｇは、トンネルＴを建設するときに掘削される地盤である。地山Ｇは、トンネルＴのトンネル覆工Ｔ₁の外側で接している。トンネルＴは、地山Ｇを貫通して車両Ｖを通過させるために必要な空間を確保することを主目的として建設される固定構造物（土木構造物）である。トンネルＴは、このトンネルＴの建設後、使用中に変状が生じた変状トンネルである。図１及び図２に示すトンネルＴは、山岳部の地山Ｇ内に山岳工法によって建設される山岳トンネルであり、単線の軌道Ｒを内包した区間を有する単線トンネルである。トンネルＴは、コンクリートを主要材料として地山Ｇの内側に構築される抗土圧構造物であるトンネル覆工（内壁部）Ｔ₁と、このトンネル覆工Ｔ₁の上半分の半円部分を構成するアーチＴ₂と、トンネル覆工Ｔ₁の下半分の右側部分及び左側部分を構成する側壁Ｔ₃と、トンネルＴの底部を構成する逆アーチ状のインバートＴ₄などを備えている。図１に示す車両Ｖは、軌道Ｒに沿って走行する移動体である。車両Ｖは、例えば、電気車、気動車、客車又は貨車などの鉄道車両である。軌道Ｒは、車両Ｖが走行する通路（線路）である。

【0027】

図２に示す対策工Ｃは、トンネルＴの変状を抑制するための工法である。対策工Ｃは、トンネルＴの変状原因、変状の程度、変状の進行性、トンネルＴの構造条件などに応じて種々の工法が選定され採用される。対策工Ｃは、例えば、図２に示すように、裏込注入工Ｃ₁と、ロックボルト工Ｃ₂と、内巻工Ｃ₃などである。裏込注入工Ｃ₁は、トンネル覆工Ｔ₁と地山Ｇとの間に生じた背面空隙を充填材で充填する工法である。裏込注入工Ｃ₁は、トンネル覆工Ｔ₁にかかる土圧の均等化及びトンネル覆工Ｔ₁からの漏水の防止などを目的として、トンネル覆工Ｔ₁と地山Ｇとの間の背面空隙にモルタルなどを充填して施工される。ロックボルト工Ｃ₂は、ロックボルトによって地山Ｇを支持する工法である。ロックボルト工Ｃ₂は、地山Ｇの安定を確保しつつこの地山Ｇの変形を抑制することを目的として施工される。ロックボルト工Ｃ₂は、トンネル覆工Ｔ₁の内面側から地山Ｇに向かってロックボルト穴を穿孔し、ロックボルト穴に打設したロックボルトとこのロックボルト穴との間の隙間に注入した定着材の硬化後に、トンネル覆工Ｔ₁の内空側に突出するロックボルトの雄ねじ部に最適な締付力で締結部材を締結して施工される。内巻工Ｃ₃は、一次覆工の施工後にこの一次覆工の内側に二次覆工を施工する工法である。内巻工Ｃ₃は、地山Ｇの緩みを抑えることを目的として、トンネル覆工Ｔ₁の内側に二次覆工として現場打ちコンクリートを打設し施工される。

【0028】

図１及び図３に示す効果予測システム１は、トンネルＴに実施予定の対策工Ｃの効果を予測する効果予測するシステムである。効果予測システム１は、測定装置２と、通信装置３と、効果予測装置４などを備えている。効果予測システム１は、トンネルＴの変状を測定装置２によって測定し、通信装置３を通じて測定装置２の測定結果を効果予測装置４に送信し、トンネルＴに実施予定の対策工Ｃの変状抑制効果を効果予測装置４によって予測する。

【0029】

測定装置２は、トンネルＴの内空幅ｕを測定する装置である。測定装置２は、トンネルＴの変状箇所に設置されており、この変状箇所の内空幅ｕを計測するとともに、内空幅ｕを測定結果として無線センサによって送信するモニタリング機器として機能する。測定装置２は、例えば、トンネルＴの内空幅ｕを１時間に１回測定し、内空幅ｕを内空幅データとして通信装置３に出力する。測定装置２は、例えば、トンネルＴの左右の側壁Ｔ₃間の距離である内空幅ｕをレーザ光Ｌによって測定するレーザ変位計である。測定装置２は、一方の側壁Ｔ₃から他方の側壁Ｔ₃に向けてレーザ光Ｌを照射する照射部２ａと、照射部２ａが照射するレーザ光Ｌを一方の側壁Ｔ₃から他方の側壁Ｔ₃に向けて反射する反射部２ｂと、反射部２ｂが反射するレーザ光Ｌを側壁Ｔ₃で受光する受光部２ｃと、照射部２ａがレーザ光Ｌを照射してから受光部２ｃがレーザ光Ｌを受光するまでの時間を演算して内空幅ｕを演算する距離演算部（内空幅演算部）２ｄと、距離演算部２ｄが出力する内空幅ｕに応じた内空幅データをトンネルＴ内からトンネルＴの坑口に向けて送信する送信部（無線子機）２ｅと、送信部２ｅが送信する内空幅データをトンネル坑口で受信するとともに内空幅データを通信装置３に送信する送受信部（無線親機）２ｆなどを備えている。

【0030】

通信装置３は、測定装置２から効果予測装置４に内空幅データを送信する装置である。通信装置３は、測定装置２の送受信部２ｆから効果予測装置４の受信部５に内空幅データを送信するために、これらを相互に通信可能なように接続する携帯電話回線又はインターネット回線などの電気通信回線である。

【0031】

効果予測装置４は、トンネルＴに実施予定の対策工Ｃの効果を予測する装置である。効果予測装置４は、測定装置２の測定結果に基づいて、トンネルＴに実施予定の対策工Ｃの変状抑制効果を予測する。効果予測装置４は、トンネルＴに最適な対策工を選定するために、対策工の変状抑制効果を事前に数値解析した事前数値解析データＤ_Aと、トンネルＴの内空変位速度ｖとに基づいて、トンネルＴの実施予定の対策工Ｃの変状抑制効果を予測する。効果予測装置４は、図３に示すように、受信部５と、内空幅データ記憶部６と、事前数値解析データ記憶部７と、条件設定部８と、設定条件データ記憶部９と、内空変位速度演算部１０と、内空変位速度データ記憶部１１と、効果予測部１２と、変状抑制効果データ記憶部１３と、効果予測プログラム記憶部１４と、表示部１５と、制御部１６などを備えている。効果予測装置４は、例えば、パーソナルコンピュータなどによって構成されており、効果予測プログラムに従って所定の処理を実行する。

【0032】

受信部５は、測定装置２が送信する内空幅データを受信する手段である。受信部５は、測定装置２の送受信部２ｆが通信装置３を通じて送信する内空幅データを受信する受信機などである。内空幅データ記憶部６は、測定装置２が測定した内空幅データを記憶する手段である。内空幅データ記憶部６は、測定装置２の距離演算部２ｄが出力する内空幅データを時系列順に記憶する記憶装置などである。

【0033】

事前数値解析データ記憶部７は、事前数値解析データＤ_Aを記憶する手段である。事前数値解析データ記憶部７は、図４に示す構造条件Ｄ_A1、調査・計測結果の条件Ｄ_A2及び対策工の条件Ｄ_A3の組合せと、これらの組合せ毎の変状抑制効果Ｄ_A4とを記憶する。事前数値解析データ記憶部７は、対策工の変状抑制効果Ｄ_A4を事前に数値解析によって求めておいた事前数値解析データＤ_Aを記憶する記憶装置などである。事前数値解析データ記憶部７は、効果予測装置４内で生成された事前数値解析データＤ_Aを記憶したり、外部装置で生成され効果予測装置４内に取り込まれた事前数値解析データＤ_Aを記憶したりする。事前数値解析データ記憶部７は、例えば、効果予測装置４が情報記録媒体から読み取った事前数値解析データＤ_A又は効果予測装置４が電気通信回線を通じて取り込んだ事前数値解析データＤ_Aなどを記憶する。

【0034】

図４に示す事前数値解析データＤ_Aは、対策工の変状抑制効果Ｄ_A4に影響を与える条件をパラメータとして、この対策工の変状抑制効果Ｄ_A4を事前に数値解析した事前数値解析結果である。ここで、対策工の変状抑制効果Ｄ_A4に影響を与える条件とは、変状トンネルの構造条件Ｄ_A1、変状トンネルの調査・計測結果の条件Ｄ_A2及び対策工の条件Ｄ_A3である。事前数値解析データＤ_Aは、図４に示すように、構造条件Ｄ_A1と、調査・計測結果の条件Ｄ_A2と、対策工の条件Ｄ_A3と、対策工の変状抑制効果Ｄ_A4とに関するデータを含む。事前数値解析データＤ_Aは、構造条件Ｄ_A1と、調査・計測結果の条件Ｄ_A2と、対策工の条件Ｄ_A3とをパラメータとして組み合わせたときに、組合せ毎に事前に解析した対策工の変状抑制効果Ｄ_A4の数値解析結果である。

【0035】

構造条件Ｄ_A1は、トンネルＴの構造に関する条件である。構造条件Ｄ_A1は、トンネル形状、覆工巻厚（トンネル覆工Ｔ₁の厚さ）及びインバートである。トンネル形状は、「単線」又は「複線」の２通りの組合せであり、覆工巻厚は「30cm」又は「60cm」の２通りの組合せであり、インバートは「なし」又は「あり」の２通りの組合せである。

【0036】

調査・計測結果の条件Ｄ_A2は、トンネルＴの変状の調査及び計測結果に関する条件である。調査・計測結果の条件Ｄ_A2は、背面空洞、変形モード、地山強度及び内空変位速度である。背面空洞は、「なし」又は「あり」の２通りの組合せであり、変形モードは「側壁全体押出し」、「側壁上部前傾」又は「脚部押出し」の３通りの組合せであり、地山強度は「2MPa」又は「8MPa」の２通りの組合せであり、内空変位速度は「1mm/年」、「2mm/年」、「3mm/年」、「5mm/年」又は「10mm/年」の５通りの組合せである。

【0037】

対策工の条件Ｄ_A3は、対策工の種類に関する条件である。対策工の条件Ｄ_A3は、図２に示すような裏込注入工Ｃ₁、ロックボルト工Ｃ₂及び内巻工Ｃ₃である。裏込注入工Ｃ₁は、図３に示すように、「なし」又は「あり」の２通りの組合せであり、ロックボルト工Ｃ₂は「なし」、「4本」、「6本」又は「8本」の４通りの組合せであり、内巻工Ｃ₃は「なし」又は「あり」の２通りの組合せである。

【0038】

対策工の変状抑制効果Ｄ_A4は、構造条件Ｄ_A1、調査・計測結果の条件Ｄ_A2及び対策工の条件Ｄ_A3のＮ個の組合せ毎に事前にパラメータ解析を実施したときに、全ての組合せＮ毎に数値解析された対策後の予測内空変位速度ｖ₁，…，ｖ_Nである。但し、対策工の変状抑制効果Ｄ_A4は、例えば、背面空洞が「なし」であって、裏込注入工Ｃ₁が「あり」のような、実際にはあり得ない組合せについては事前のパラメータ解析から除かれている。

【0039】

図３に示す条件設定部８は、トンネルＴに実施予定の対策工Ｃの変状抑制効果に影響を与える条件を設定する手段である。条件設定部８は、図５に示すように、図４に示す事前数値解析データＤ_Aの構造条件Ｄ_A1、調査・計測結果の条件Ｄ_A2及び対策工の条件Ｄ_A3にそれぞれ対応する構造条件Ｄ_B1、調査・計測結果の条件Ｄ_B2及び対策工の条件Ｄ_B3の設定条件を設定条件データＤ_Bとして設定する。条件設定部８は、使用者によって選択されることによって、構造条件Ｄ_B1、調査・計測結果の条件Ｄ_B2及び対策工の条件Ｄ_B3を設定条件として設定する。条件設定部８は、例えば、図６に示す条件入力画面上に表示される入力欄に使用者が入力装置を使用して入力されたり、事前定義されている選択肢の一つを補助入力装置によって使用者が選択されたりしたときに、構造条件Ｄ_B1、調査・計測結果の条件Ｄ_B2及び対策工の条件Ｄ_B3を設定条件として設定する。

【0040】

図６に示すように、条件設定部８は、トンネル形状、インバート、変形モード、裏込注入工Ｃ₁、ロックボルト工Ｃ₂及び内巻工Ｃ₃の設定条件ついては、条件入力画面上で使用者によって自由に選択された任意の選択肢を設定条件として設定する。条件設定部８は、覆工巻厚及び地山強度の条件については、条件入力画面上で使用者によって自由に入力された任意の数値を設定条件として設定する。条件設定部８は、内空変位速度の条件については、使用者が任意に設定した内空変位速度ｖを設定条件として設定、又はトンネルＴに将来発生することが予測される内空変位速度ｖを設定条件として設定する。条件設定部８は、条件入力画面上の「内空変位速度」の入力欄に使用者によって自由に入力された任意の数値を内空変位速度ｖの設定条件に設定する。一方、条件設定部８は、条件入力画面上の「モニタリングデータ取得」が使用者によって選択されて、モニタリングデータが自動で取得されたときには、内空変位速度演算部１０が演算した数値を内空変位速度ｖの設定条件として設定する。条件設定部８は、設定後の構造条件Ｄ_B1、調査・計測結果の条件Ｄ_B2及び対策工の条件Ｄ_B3を設定条件データＤ_Bとして制御部１６に出力する。

【0041】

図３に示す設定条件データ記憶部９は、条件設定部８が設定した設定条件データＤ_Bを記憶する手段である。設定条件データ記憶部９は、図５に示すように、変状トンネルの構造条件Ｄ_B1及び調査・計測結果の条件Ｄ_B2と、変状トンネルに実施予定の対策工の条件Ｄ_B3とを記憶する記憶装置などである。

【0042】

図３に示す内空変位速度演算部１０は、トンネルＴに将来発生することが予測される内空変位速度ｖを演算する手段である。内空変位速度演算部１０は、測定装置２の測定結果に基づいて、トンネルＴに将来発生することが予測される内空変位速度ｖを演算する。内空変位速度演算部１０は、図１及び図３に示す測定装置２から通信装置３を通じて効果予測装置４に入力する内空幅データに基づいて、トンネルＴの左右の側壁Ｔ_S間の距離の縮小速度である内空変位速度ｖ(mm/年)を演算する。内空変位速度演算部１０は、例えば、過去から現在までの内空幅データに基づいて、トンネルＴに将来発生することが予測される内空変位速度ｖを演算する。内空変位速度演算部１０は、以下の数１に示す収束関数、数２に示す線形関数及び数３に示す加速関数の３つの関数で二乗誤差が最小になるようにフィッティングし、これらの関数のうち最も二乗誤差が小さい関数を選定する。

【0043】

【数1】

【0044】

【数2】

【0045】

【数3】

【0046】

ここで、数１～数３に示すａ，ｂはフィッティングにより決定するパラメータであり、ｕはトンネルＴの内空幅であり、ｔは経過年数である。内空変位速度演算部１０は、例えば、数１～数３に示す３つの関数で二乗誤差が最小になるように、最小二乗法でフィッティングする。内空変位速度演算部１０は、決定した内空幅ｕ及び経過時間ｔの関数に、ｔ=1を代入して１年後までに発生する内空変位量を演算し、この内空変位量をトンネルＴに将来発生することが予測される内空変位速度ｖ(mm/年)とする。内空変位速度演算部１０は、図６に示す「モニタリングデータ取得」を使用者が選択したときには、演算後の内空変位速度ｖを設定条件データＤ_Bの内空変位速度ｖの設定条件に条件設定部８が設定するように、この内空変位速度ｖを内空変位速度データ（モニタリングデータ）として制御部１６に出力する。

【0047】

図３に示す内空変位速度データ記憶部１１は、内空変位速度演算部１０が演算した内空変位速度データを記憶する手段である。内空変位速度データ記憶部１１は、トンネルＴに将来発生することが予測される内空変位速度データを記憶する記憶装置などである。内空変位速度データ記憶部１１は、効果予測部１２が常に最新の内空変位速度データを取得できるように、内空変位速度演算部１０が演算する内空変位速度データを随時更新して記憶する。

【0048】

効果予測部１２は、トンネルＴの内空変位速度ｖに基づいて、トンネルＴに実施予定の対策工Ｃの変状抑制効果を予測する手段である。効果予測部１２は、トンネルＴに将来発生することが予測される内空変位速度ｖに基づいて、トンネルＴに実施予定の対策工Ｃの変状抑制効果を予測する。効果予測部１２は、測定装置２の測定結果に基づいて、トンネルＴに実施予定の対策工Ｃの変状抑制効果を予測する。効果予測部１２は、図６に示す「モニタリングデータ取得」を使用者が選択したときには、内空変位速度演算部１０が演算した内空変位速度ｖに基づいて、トンネルＴに実施予定の対策工Ｃの変状抑制効果を予測する。一方、効果予測部１２は、図６に示す「内空変位速度」の入力欄に任意の数値を使用者が自由に入力したときには、使用者が入力した内空変位速度ｖに基づいて、トンネルＴに実施予定の対策工Ｃの変状抑制効果を予測する。効果予測部１２は、事前数値解析データＤ_AとトンネルＴの内空変位速度ｖとに基づいて、トンネルＴに実施予定の対策工Ｃの変状抑制効果を予測する。

【0049】

効果予測部１２は、条件設定部８によって設定された設定条件データＤ_Bに一致する事前数値解析データＤ_Aが事前数値解析データ記憶部７に存在するか否かを検索する。効果予測部１２は、設定条件データＤ_Bに一致する事前数値解析データＤ_Aが存在するときには、一致する事前数値解析データＤ_Aの変状抑制効果Ｄ_A4を抽出し、この変状抑制効果Ｄ_A4の対策後の予測内空変位速度ｖ₁，…，ｖ_Nを対策後の予測内空変位速度ｖ'であると予測する。一方、効果予測部１２は、設定条件データＤ_Bに一致する事前数値解析データＤ_Aが存在しないときには、設定条件データＤ_Bに近い事前数値解析データＤ_Aの変状抑制効果Ｄ_A4の対策後の予測内空変位速度ｖ₁，…，ｖ_Nを補正して、この対策後の予測内空変位速度ｖ₁，…，ｖ_Nを対策後の予測内空変位速度ｖ'であると予測する。効果予測部１２は、設定条件データＤ_Bに近い事前数値解析データＤ_Aを線形補間のような回帰分析によって補正する。効果予測部１２は、例えば、条件設定部８によって設定された設定条件データＤ_Bが、図４に示す事前数値解析データＤ_Aの覆工巻厚30cm,60cmの間である場合、地山強度2MPa,8MPaの間である場合、内空変位速度1mm/年, 2mm/年,3mm/年, 5mm/年, 10mm/年の間である場合には、線形補間によって変状抑制効果Ｄ_A4を予測する。

【0050】

効果予測部１２は、図７に示すように、トンネルＴに実施予定の対策工Ｃによる対策後の予測内空変位速度ｖ'(mm/年)に基づいて、この対策工Ｃの変位抑制効果Ｅ(%)を演算する。効果予測部１２は、以下の数４によって変位抑制効果Ｅを演算する。

【0051】

【数4】

【0052】

ここで、数４に示すｖは、対策前の内空変位速度であり、ｖ'は対策後の予測内空変位速度である。効果予測部１２は、トンネルＴに実施予定の対策工Ｃの変状抑制効果を、対策後の予測内空変位速度ｖ'及び変位抑制効果Ｅを変状抑制効果データとして制御部１６に出力する。

【0053】

図３に示す変状抑制効果データ記憶部１３は、効果予測部１２が演算した変状抑制効果データを記憶する手段である。変状抑制効果データ記憶部１３は、トンネルＴに実施予定の対策工Ｃ毎に変状抑制効果データを記憶する記憶装置などである。

【0054】

効果予測プログラム記憶部１４は、トンネルＴに実施予定の対策工Ｃの効果を予測するための効果予測プログラムを記憶する手段である。効果予測プログラム記憶部１４は、情報記録媒体から読み取った効果予測プログラム又は電気通信回線を通じて取り込まれた効果予測プログラムを記憶する記憶装置などである。

【0055】

図３に示す表示部１５は、効果予測装置４に関する種々の情報を表示する手段である。表示部１５は、図６に示すように、条件設定部８によって設定される構造条件Ｄ_B1、調査・計測結果の条件Ｄ_B2及び対策工の条件Ｄ_B3を画面上に表示する。表示部１５は、構造条件Ｄ_B1のうちトンネル形状及びインバートの条件、調査・計測結果の条件Ｄ_B2のうち背面空洞及び変形モードの条件並びに対策工の条件Ｄ_B3については、事前定義された選択肢を使用者が選択可能なように画面上にラジオボタンで表示する。一方、表示部１５は、構造条件Ｄ_B1のうち覆工巻厚の条件、調査・計測結果の条件Ｄ_B2のうち地山強度及び内空変位速度の条件ついては、任意の数値を使用者が入力可能なように画面上にテキストボックスで表示する。表示部１５は、内空変位速度演算部１０が演算した内空変位速度ｖをモニタリングデータとして取り込むときに使用者がON操作するボタンを画面上に表示する。表示部１５は、図７に示すように、効果予測部１２によって予測されるトンネルＴに実施予定の対策工Ｃによる対策後の予測内空変位速度ｖ'及び変位抑制効果Ｅを画面上に表示する。表示部１５は、対策前（対策工Ｃがない場合）のトンネルＴの断面形状と、対策後（対策工Ｃがある場合）に予測されるトンネルＴの断面形状とを画面上に表示する。

【0056】

制御部１６は、効果予測装置４に関する種々の動作を制御する中央処理部(CPU)である。制御部１６は、効果予測プログラム記憶部１４から効果予測プログラムを読み出してこの効果予測プログラムを対策工効果予測ツールとして機能させて、この効果予測プログラムに従って対策工Ｃの抑制効果予測処理を実行する。制御部１６は、例えば、受信部５が受信する内空幅データを内空幅データ記憶部６に出力したり、内空幅データの記憶を内空幅データ記憶部６に指令したり、外部装置から読み込んだ事前数値解析データＤ_Aの記憶を事前数値解析データ記憶部７に指令したり、事前数値解析データＤ_Aを事前数値解析データ記憶部７から読み出して効果予測部１２に出力したり、条件設定部８が出力する設定条件データＤ_Bを設定条件データ記憶部９に出力したり、設定条件データＤ_Bの記憶を設定条件データ記憶部９に指令したり、設定条件データＤ_Bを設定条件データ記憶部９から読み出して効果予測部１２に出力したり、内空変位速度演算部１０に内空変位速度ｖの演算を指令したり、内空変位速度演算部１０が出力する内空変位速度データを内空変位速度データ記憶部１１に出力したり、内空変位速度データの記憶を内空変位速度データ記憶部１１に指令したり、トンネルＴに実施予定の対策工Ｃの変状抑制効果の予測を効果予測部１２に指令したり、効果予測部１２が出力する変状抑制効果データを変状抑制効果データ記憶部１３に出力したり、変状抑制効果データの記憶を変状抑制効果データ記憶部１３に指令したり、種々の情報の表示を表示部１５に指令したりする。制御部１６には、受信部５、内空幅データ記憶部６、事前数値解析データ記憶部７、条件設定部８、設定条件データ記憶部９、内空変位速度演算部１０、内空変位速度データ記憶部１１、効果予測部１２、変状抑制効果データ記憶部１３、効果予測プログラム記憶部１４及び表示部１５が相互に通信可能に接続されている。

【0057】

次に、この発明の実施形態に係る変状トンネル対策工の効果確認方法を説明する。
図８に示す効果確認方法＃１００は、トンネルＴに実施予定の対策工Ｃの効果を予測する方法である。効果確認方法＃１００は、トンネル変状検査工程＃１１０と、測定装置設置工程＃１２０と、内空幅測定工程＃１３０と、事前数値解析工程＃１４０と、条件設定工程＃１５０と、内空変位速度演算工程＃１６０と、効果予測工程＃１７０などを含む。

【0058】

トンネル変状検査工程＃１１０は、トンネルＴの変状を検査する工程である。トンネル変状検査工程＃１１０では、図１及び図２に示すトンネルＴ内を検査員が巡回し、トンネルＴの変状箇所が確認される。

【0059】

測定装置設置工程＃１２０は、トンネルＴの変状箇所に測定装置２を設置する工程である。測定装置設置工程＃１２０では、図１に示すように、トンネルＴの変状箇所の一方の側壁Ｔ₃に照射部２ａ及び受光部２ｃを設置し、他方の側壁Ｔ₃に反射部２ｂを設置するとともに、トンネルＴの変状箇所の付近に送信部２ｅを設置し、トンネルＴの坑口付近に送受信部２ｆを設置する。

【0060】

内空幅測定工程＃１３０は、トンネルＴの変状箇所の内空幅ｕを測定する工程である。内空幅測定工程＃１３０では、図１及び図３に示すトンネルＴの内空幅ｕを測定装置２が１時間に１回測定し、測定装置２の送受信部２ｆから通信装置３を通じて効果予測装置４の受信部５に内空幅データが送信される。内空幅データを受信部５が内空幅データ記憶部６に出力すると、図３に示す内空幅データ記憶部６に内空幅データが記憶される。

【0061】

事前数値解析工程＃１４０は、対策工の変状抑制効果に影響を与える条件をパラメータとして、この対策工の変状抑制効果を事前に数値解析する工程である。事前数値解析工程＃１４０では、図４に示す構造条件Ｄ_A1、調査・計測結果の条件Ｄ_A2及び対策工の条件Ｄ_A3の各組合せに対応させて、対策工の変状抑制効果Ｄ_A4を数値解析して事前数値解析データＤ_Aを生成し、事前数値解析データＤ_Aが事前数値解析データ記憶部７に記憶される。

【0062】

条件設定工程＃１５０は、トンネルＴに実施予定の対策工Ｃの変状抑制効果に影響を与える条件を設定する工程である。条件設定工程＃１４０では、図５に示す設定条件データＤ_Bの構造条件Ｄ_B1、調査・計測結果の条件Ｄ_B2及び対策工の条件Ｄ_B3が使用者によって設定され、設定条件データＤ_Bが設定条件データ記憶部９に記憶される。

【0063】

内空速度演算工程＃１６０は、トンネルＴの内空変位速度ｖを演算する工程である。内空速度演算工程＃１６０では、トンネルＴの内空変位速度ｖを内空変位速度演算部１０が演算する。内空幅データを内空幅データ記憶部６から制御部１６が読み出して、内空幅データを内空変位速度演算部１０に制御部１６が出力し、内空変位速度演算部１０に内空変位速度ｖの演算を制御部１６が指令する。その結果、１時間に１回送信される内空幅データを内空変位速度演算部１０が使用して、数１～数３に示す収束関数、線形関数及び加速関数のうち最も二乗誤差が小さい関数を内空変位速度演算部１０が選定する。１年後までに発生する予測変位量を内空変位速度ｖとして内空変位速度演算部１０が算出し、内空変位速度データを内空変位速度演算部１０が内空変位速度データ記憶部１１に出力すると、内空変位速度データが内空変位速度データ記憶部１１に記憶される。

【0064】

効果予測工程＃１７０は、トンネルＴの内空変位速度ｖに基づいて、トンネルＴに実施予定の対策工Ｃの変状抑制効果を予測する工程である。効果予測工程＃１７０では、使用者が効果予測装置４の効果予測プログラムを起動すると、一連の効果予測処理を制御部１６が実行し、トンネルＴに実施予定の対策工Ｃの変状抑制効果を効果予測部１２が予測する。

【0065】

次に、この発明の実施形態に係る変状トンネル対策工の効果確認装置の動作について説明する。
以下では、制御部１６の動作を中心として説明する。
図９に示すステップ（以下、Ｓという）１００において、効果予測プログラム記憶部１４から効果予測プログラムを制御部１６が読み込む。効果予測プログラムを制御部１６が読み込むと、一連の効果予測処理を制御部１６が開始し、図５及び図６に示すように、構造条件Ｄ_B1、調査・計測結果の条件Ｄ_B2及び対策工の条件Ｄ_B3の条件入力画面を表示部１５が表示する。

【0066】

Ｓ１１０において、構造条件Ｄ_B1、調査・計測結果の条件Ｄ_B2及び対策工の条件Ｄ_B3が設定されたか否かを制御部１６が判断する。表示部１５が条件入力画面に表示する構造条件Ｄ_B1、調査・計測結果の条件Ｄ_B2及び対策工の条件Ｄ_B3を入力装置及び補助入力装置を使用して使用者が入力すると、構造条件Ｄ_B1、調査・計測結果の条件Ｄ_B2及び対策工の条件Ｄ_B3を条件設定部８が設定し、設定条件データ記憶部９に設定条件データＤ_Bが記憶される。例えば、構造条件Ｄ_B1のトンネル形状、覆工巻厚及びインバートの条件については、トンネルＴの施工時の記録に基づいて使用者が入力することによって設定される。調査・計測結果の条件Ｄ_B2のうち背面空洞及び変形モードの条件については、トンネルＴの実際の調査結果に基づいて使用者が入力することで設定される。調査・計測結果の条件Ｄ_B2のうち地山強度の条件については、地山Ｇの強度の試験結果に基づいて使用者が入力することによって設定される。調査・計測結果の条件Ｄ_B2のうち内空変位速度の条件については、図６に示す「モニタリングデータ取得」を使用者が選択したときには、内空変位速度演算部１０が演算した内空変位速度ｖが条件設定部８によって設定されるとともに、「内空変位速度」欄のテキストボックスに使用者が数値を入力したときには、この数値が条件設定部８によって設定される。対策工の条件Ｄ_B3の裏込注入工Ｃ₁の有無、ロックボルト工Ｃ₂の本数及び内巻工Ｃ₃の有無については、トンネルＴに実施予定の対策工Ｃに応じて使用者が入力することによって設定される。構造条件Ｄ_B1、調査・計測結果の条件Ｄ_B2及び対策工の条件Ｄ_B3が設定されたと制御部１６が判断したときにはＳ１２０に進む。一方、構造条件Ｄ_B1、調査・計測結果の条件Ｄ_B2及び対策工の条件Ｄ_B3が設定されていないと制御部１６が判断したときには、一連の効果予測処理を制御部１６が終了する。

【0067】

Ｓ１２０において、トンネルＴに実施予定の対策工Ｃの変状抑制効果の予測を効果予測部１２に制御部１６が指令する。事前数値解析データ記憶部７から事前数値解析データＤ_Aを制御部１６が読み出して、この事前数値解析データＤ_Aを効果予測部１２に制御部１６が出力する。設定条件データ記憶部９から設定条件データＤ_Bを制御部１６が読み出して、この設定条件データＤ_Bを効果予測部１２に制御部１６が出力する。トンネルＴに実施予定の対策工Ｃの変状抑制効果の予測を効果予測部１２に制御部１６が指令すると、条件設定部８が設定した設定条件データＤ_Bと一致する事前数値解析データＤ_Aが存在するか否かを効果予測部１２が検索する。設定条件データＤ_Bと一致する事前数値解析データＤ_Aが存在すると効果予測部１２が判断したときには、設定条件データＤ_Bと一致する事前数値解析データＤ_Aの対策後の予測内空変位速度ｖ₁，…，ｖ_Nを対策後の予測内空変位速度ｖ'として事前数値解析データＤ_Aから効果予測部１２が抽出する。一方、設定条件データＤ_Bと一致する事前数値解析データＤ_Aが存在しないと効果予測部１２が判断したときには、設定条件データＤ_Bと近似する事前数値解析データＤ_Aの対策後の予測内空変位速度ｖ₁，…，ｖ_Nを効果予測部１２が補正して、対策後の予測内空変位速度ｖ₁，…，ｖ_Nを対策後の予測内空変位速度ｖ'として効果予測部１２が決定する。図７に示す対策工Ｃの変位抑制効果Ｅを効果予測部１２が数４によって演算すると、変状抑制効果データを効果予測部１２が制御部１６に出力し、この変状抑制効果データが変状抑制効果データ記憶部１３に記憶される。

【0068】

Ｓ１３０において、対策後の予測内空変位速度ｖ'及び変位抑制効果Ｅの表示を表示部１５に制御部１６が指令する。このため、図７に示すように、内空変位速度演算部１０が演算した内空変位速度ｖと、対策後の予測内空変位速度ｖ'と、対策後の変位抑制効果Ｅと、対策工Ｃがない場合のトンネルＴの断面形状と、対策工Ｃがある場合のトンネルＴの断面形状とを結果出力画面上に表示する。その結果、対策後の予測内空変位速度ｖ'や対策後の変位抑制効果Ｅを結果出力画面上で使用者が確認し、トンネルＴに実施予定の対策工Ｃが適切であるか否かを使用者が判断する。例えば、対策工の条件Ｄ_A3として、裏込注入工Ｃ₁を「あり」に使用者が選択し、ロックボルト工Ｃ₂を「6本」に使用者が選択したときに、対策工Ｃの変位抑制効果Ｅがどの程度であるかを使用者が確認する。また、要求する対策工Ｃの変位抑制効果Ｅを所定値未満（例えば、対策後の予測内空変位速度ｖ'が1mm/年未満）に抑えるためには、どの程度の対策工Ｃが必要であるか使用者が確認する。

【0069】

Ｓ１４０において、構造条件Ｄ_B1、調査・計測結果の条件Ｄ_B2及び対策工の条件Ｄ_B3が再設定されたか否かを制御部１６が判断する。Ｓ１３０において設定された構造条件Ｄ_B1、調査・計測結果の条件Ｄ_B2及び対策工の条件Ｄ_B3の対策工Ｃの変位抑制効果Ｅが所定値未満であるときには、要求される効果を対策工Ｃが満たしていると考えられる。一方、Ｓ１３０において設定された構造条件Ｄ_B1、調査・計測結果の条件Ｄ_B2及び対策工の条件Ｄ_B3の対策工Ｃの変位抑制効果Ｅが所定値以上であるときには、要求される効果を対策工Ｃが満たしていないと考えられる。このため、構造条件Ｄ_B1、調査・計測結果の条件Ｄ_B2及び対策工の条件Ｄ_B3を使用者が変更して再設定し、要求される効果を得られる対策工Ｃを選定する必要がある。構造条件Ｄ_B1、調査・計測結果の条件Ｄ_B2及び対策工の条件Ｄ_B3が再設定されたと制御部１６が判断したときにはＳ１２０に戻り、Ｓ１２０以降の処理を制御部１６が繰り返す。一方、構造条件Ｄ_B1、調査・計測結果の条件Ｄ_B2及び対策工の条件Ｄ_B3が設定されていないと制御部１６が判断したときには、一連の効果予測処理を制御部１６が終了する。

【0070】

この発明の実施形態に係る変状トンネル対策工の効果予測プログラムとその効果予測方法及び変状トンネル対策工の効果予測装置には、以下に記載するような効果がある。
(1) この実施形態では、トンネルＴの内空変位速度ｖに基づいて、このトンネルＴに実施予定の対策工Ｃの変状抑制効果を予測する効果予測手順Ｓ１２０をコンピュータに実行させる。このため、土圧を受けるトンネルＴに実施予定の対策工Ｃの変状抑制効果を簡単に予測して、最適な対策工Ｃを選定することができる。その結果、従来、過去の類似事例を参考に経験的に対策工Ｃを選択していた点が改善されて、トンネルＴに実施予定の対策工Ｃの変状抑制効果を事前に予測することができる。

【0071】

(2) この実施形態では、トンネルＴに将来発生することが予測される内空変位速度ｖに基づいて、このトンネルＴに実施予定の対策工Ｃの変状抑制効果を予測する。このため、変状トンネルの内空幅ｕをモニタリングデータとして計測し、この変状トンネルに今後発生が予測される変状トンネルの内空幅ｕの予測変位量に基づいて、対策工Ｃの変状抑制効果を予測し、最適な対策工Ｃを簡易に選定することができる。

【0072】

(3) この実施形態では、対策工の変状抑制効果に影響を与える条件をパラメータとしてこの対策工の変状抑制効果Ｄ_A4を事前に数値解析した事前数値解析データＤ_Aと、トンネルＴの内空変位速度ｖとに基づいて、このトンネルＴに実施予定の対策工Ｃの変状抑制効果を予測する。このため、事前に実施したパラメータ解析結果とトンネルＴの内空変位速度ｖとに基づいて、対策工Ｃの変状抑制効果を予測し最適な対策工Ｃを選定することができる。

【0073】

(4) この実施形態では、トンネルＴの構造に関する構造条件Ｄ_A1と、このトンネルＴの変状の調査及び計測結果に関する調査・計測結果の条件Ｄ_A2と、対策工の種類に関する対策工の条件Ｄ_A3とをパラメータとして組み合わせたときに、組合せ毎に事前に解析した対策工Ｃによる変位抑制効果Ｅの数値解析結果が事前数値解析データＤ_Aである。このため、例えば、対策工Ｃの変状抑制効果に与える影響が大きいインバートＴ₄の有無、変形モード、内空変位速度ｖなどに着目して、これらをパラメータとして対策工Ｃの変状抑制効果を事前に数値解析で求めておき、この数値解析結果を記憶させることができる。また、構造条件Ｄ_A1、調査・計測結果の条件Ｄ_A2及び対策工の条件Ｄ_A3の全ての組合せについて、事前に数値解析を実施することによって、対策工Ｃの変状抑制効果を予測することができる。

【0074】

(5) この実施形態では、トンネルＴの内空幅ｕを測定する測定装置２の測定結果に基づいて、このトンネルＴに実施予定の対策工Ｃの変状抑制効果を予測する。このため、例えば、レーザ変位計などの測定装置２によって計測されてインターネット上にアップロードされるトンネルＴの内空幅ｕに関するモニタリングデータを自動で抽出し、このモニタリングデータを十分に活用して、対策工Ｃの変状抑制効果を予測することができる。

【0075】

この発明は、以上説明した実施形態に限定するものではなく、以下に記載するように種々の変形又は変更が可能であり、これらもこの発明の範囲内である。
(1) この実施形態では、トンネルＴが鉄道の交通用トンネルである場合を例に挙げて説明したが、鉄道の交通用トンネルにこの発明を限定するものではない。例えば、道路、地下鉄道、地下駐車場又は運河などの他の交通用トンネルや、上水道、水力発電用又は灌漑用の用水路用トンネルや、下水道、ガス、電力線、通信線又は共同溝などの公共事業用トンネルや、地下貯蔵施設、地下工場、地域冷暖房用、地下街又は地下発電所などの他のトンネルについても、この発明を適用することができる。また、この実施形態では、トンネルＴが山岳トンネルである場合を例に挙げて説明したが、都市部の地盤中に建設される都市トンネルや、海、河川又は湖沼などの水底に建設される水底トンネルなどについても、この発明を適用することができる。さらに、この実施形態では、トンネルＴ内の軌道Ｒが単線である単線トンネルである場合を例に挙げて説明したが、トンネルＴ内の軌道Ｒが複線である複線トンネルである場合についても、この発明を適用することができる。

【0076】

(2) この実施形態では、構造条件Ｄ_A1，Ｄ_B1、調査・計測結果の条件Ｄ_A2，Ｄ_B2及び対策工の条件Ｄ_A3，Ｄ_B3の３つを例に挙げて説明したが、これらの条件の一部を削除したり、他の条件を追加したりする場合についても、この発明を適用することができる。同様に、この実施形態では、事前数値解析の実施ケースとしてトンネル形状、覆工巻厚、インバート、背面空洞、変形モード、地山強度、内空変位速度、裏込注入工Ｃ₁、ロックボルト工Ｃ₂及び内巻工Ｃ₃などの各条件の組合せを例に挙げて説明したが、これらの条件の一部を削除したり、他の条件を追加したりして組み合わせる場合についても、この発明を適用することができる。また、この実施形態では、内空変位速度演算部１０が数１～数３のいずれか一つの関数を選択する場合を例に挙げて説明したが、他の関数を使用する場合についても、この発明を適用することができる。

【符号の説明】

【0077】

１ 効果予測システム
２ 測定装置
２ａ 照射部
２ｂ 反射部
２ｃ 受光部
２ｄ 距離演算部
２ｅ 送信部
２ｆ 送受信部
３ 通信装置
４ 効果予測装置
７ 事前数値解析データ記憶部
８ 条件設定部
９ 条件設定データ記憶部
１０ 内空変位速度演算部
１２ 効果予測部
１６ 制御部
Ｇ 地山
Ｔ トンネル（変状トンネル）
Ｔ₁ トンネル覆工
Ｔ₃ 側壁
Ｔ₄ インバート
Ｖ 車両
Ｒ 軌道
Ｃ 対策工（変状トンネル対策工）
Ｃ₁ 裏込注入工
Ｃ₂ ロックボルト工
Ｃ₃ 内巻工
ｕ 内空幅
Ｌ レーザ光
Ｄ_A 事前数値解析データ（事前数値解析結果）
Ｄ_A1 構造条件
Ｄ_A2 調査・計測結果の条件
Ｄ_A3 対策工の条件
Ｄ_A4 変状抑制効果
ｖ₁，…，ｖ_N 対策後の予測内空変位速度
Ｄ_B 設定条件データ
Ｄ_B1 構造条件
Ｄ_B2 調査・計測結果の条件
Ｄ_B3 対策工の条件
ｖ 内空変位速度（対策前の内空変位速度）
ｖ' 対策後の予測内空変位速度
Ｅ 変位抑制効果

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】