7227300 岩砕の管理方法及びこれに用いるセンサ

(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】2023-02-13

(45)【発行日】2023-02-21

(54)【発明の名称】岩砕の管理方法及びこれに用いるセンサ

(51)【国際特許分類】

   G01N 33/24 20060101AFI20230214BHJP

   G01N 27/04 20060101ALI20230214BHJP

   B09C 1/00 20060101ALI20230214BHJP

【ＦＩ】

G01N33/24 D

G01N27/04 Z

B09B5/00 S ZAB

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2021077044

(22)【出願日】2021-04-30

(65)【公開番号】P2022170820

(43)【公開日】2022-11-11

【審査請求日】2022-09-20

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 令和３年３月３日 応用地質株式会社のウェブサイト （ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｏｙｏ．ｃｏ．ｊｐ／ｏｙｏｃｍｓ＿ｈｑ／ｗｐ－ｃｏｎｔｅｎｔ／ｕｐｌｏａｄｓ／２０２１／０３／２０２１０３０３＿ｎｅｗｓ－ｒｅｌｅａｓｅ＿ｏｙｏ．ｐｄｆ）において発表

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000121844

【氏名又は名称】応用地質株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100091904

【弁理士】

【氏名又は名称】成瀬 重雄

(72)【発明者】

【氏名】門間 聖子

(72)【発明者】

【氏名】松田 慎思

(72)【発明者】

【氏名】土屋 秀二

【審査官】西浦 昌哉

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－１３４３１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２６３６１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００４／００８３８３３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１１－２３１５６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０８９７９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－０５３３５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】新藤和男、河口達也，リスク評価に基づくトンネル掘削ずりの対策事例－自然由来重金属対策におけるコスト縮減方法－，応用地質技術年報，2013年，No.32，p.99-108，https://www.oyo.co.jp/oyocms_hq/wp-content/uploads/2014/12/2013_07.pdf，検索日：令和4年11月11日

【文献】サイト概念モデルを用いた土壌・地下水汚染の管理・制御技術，山木正彦 他，土木技術資料，2010年06月，Vol.52/No.6，p.6-9

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ３３／２４

Ｂ０９Ｂ ５／００

Ｅ０２Ｄ １／０８

Ｇ０１Ｎ ２７／００－２７／４９

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

盛土された岩砕の内部環境を検出するためのセンサであって、
内部が空洞である筒状に形成されたケーシングと、
前記ケーシングの内部に配置されたセンサ本体とを備えており、
前記ケーシングは、その内部が密封されており、これにより、前記内部への酸素の侵入を阻止する密封構造となっており、
前記センサ本体のセンサ部は、前記ケーシングの外部に露出させられており、これにより、前記ケーシングが前記岩砕内部に挿入されたときに前記岩砕の内部環境を検出可能な構成となっており、
前記ケーシングの端部には、前記センサ本体の交換時において、前記ケーシングから前記センサ本体を取り出し可能であり、かつ、常時は、前記ケーシングの内部を密封するために閉鎖可能である開口が形成されている
センサ。

【請求項2】

請求項１に記載のセンサを用いた岩砕の管理方法であって、
自然由来の重金属を含む岩石を掘削して生成された岩砕を盛土した場合の、外部環境への影響を、重金属移流分散シミュレーションにより評価するステップと、
前記岩砕により構築された盛土に前記センサを設置するステップと、
前記センサからの出力に基づいて、前記岩砕の内部環境を監視するステップと
を備える岩砕の管理方法。

【請求項3】

前記岩砕の内部環境とは、前記岩砕内部におけるｐＨ、電気伝導率及び／又は酸化還元電位である
請求項２に記載の管理方法。

【請求項4】

前記岩砕を盛土した後、前記岩砕の表面を締固めるステップをさらに備える
請求項２又は３に記載の管理方法。

【請求項5】

請求項１に記載のセンサと、
自然由来の重金属を含む岩石を掘削して生成された岩砕を盛土した場合の、外部環境への影響を評価するための、重金属移流分散シミュレーションを行うシミュレーション装置と、
前記岩砕により構築された盛土に設置された前記センサからの出力に基づいて、前記岩砕の内部環境を監視する監視装置と
を備える岩砕の管理システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、自然由来の重金属を含む岩石を掘削して生成された岩砕を盛土した場合における岩砕の管理方法及びこれに用いるセンサに関するものである。

【背景技術】

【0002】

日本は火山国であるため、地盤中の岩石は自然由来の重金属を含んでいることが多い。このため、トンネル工事などにおいて岩石を掘削して生じた岩砕にも重金属が含まれることが多い。

【0003】

従来は、このような、自然由来の重金属を含む岩砕の処分においては、生じた岩砕を遮水シートでくるむなどの処理を行い、自然環境への重金属の流出を防ぐようにしている。

【0004】

しかしながら、大規模な工事においては多量の岩砕が発生する。岩砕に対するこれらの処理には、高額な費用を要するだけでなく、処理時におけるＣＯ_２発生量が大きいという問題もある。

【0005】

下記特許文献１及び２には、汚染土における汚染状態そのものをモニタリングする技術が記載されているが、これらは、かなり大掛かりなシステムとならざるを得ない。一方、自然由来の重金属は、環境中に本来的に存在するものなので、一般的には、自然環境への影響は少ないと考えられる。そこで、なるべく低コストで簡易に岩砕を管理することができれば好ましい。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２００７－９８３３０号公報

【文献】特開２００２－１１９９５１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明は、前記した状況に鑑みてなされたものである。本発明の主な目的は、自然由来の重金属を含む岩石を掘削して生成された岩砕を低コストかつ簡易に管理可能な技術を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明は、以下の項目に記載の発明として表現することができる。

【0009】

（項目１）
自然由来の重金属を含む岩石を掘削して生成された岩砕を盛土した場合の、外部環境への影響を、重金属移流分散シミュレーションにより評価するステップと、
盛土された前記岩砕の内部環境を検出するセンサを設置するステップと、
前記センサからの出力に基づいて、前記岩砕の内部環境を監視するステップと
を備える岩砕の管理方法。

【0010】

（項目２）
前記岩砕の内部環境とは、前記岩砕内部におけるｐＨ、電気伝導率及び／又は酸化還元電位である
項目１に記載の管理方法。

【0011】

（項目３）
前記岩砕を盛土した後、前記岩砕の表面を締固めるステップをさらに備える
項目１又は２に記載の管理方法。

【0012】

（項目４）
盛土された岩砕の内部環境を検出するためのセンサであって、
内部が空洞である筒状に形成されたケーシングと、
前記ケーシングの内部に配置されたセンサ本体とを備えており、
前記ケーシングは、その内部が密封されており、これにより、前記内部への酸素の侵入を阻止する密封構造となっており、
前記センサ本体のセンサ部は、前記ケーシングの外部に露出させられており、これにより、前記ケーシングが前記岩砕内部に挿入されたときに前記岩砕の内部環境を検出可能な構成となっており、
前記ケーシングの端部には、前記センサ本体の交換時において、前記ケーシングから前記センサ本体を取り出し可能であり、かつ、常時は、前記ケーシングの内部を密封するために閉鎖可能である開口が形成されている
センサ。

【0013】

（項目５）
自然由来の重金属を含む岩石を掘削して生成された岩砕を盛土した場合の、外部環境への影響を評価するための、重金属移流分散シミュレーションを行うシミュレーション装置と、
盛土された前記岩砕の内部環境を検出するセンサからの出力に基づいて、前記岩砕の内部環境を監視する監視装置と
を備える岩砕の管理システム。

【発明の効果】

【0014】

本発明の技術によれば、自然由来の重金属を含む岩石を掘削して生成された岩砕を低コストかつ簡易に管理して、岩砕の処分の効率化を図ることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の一実施形態に係る岩砕の管理方法において用いられる盛土の断面の模式的な説明図である。

【図2】本発明の一実施形態に係る岩砕の管理システムの概略的なブロック図である。

【図3】図２のシステムに用いるセンサの概略的な構成を示す説明図である。

【図4】本発明の一実施形態に係る岩砕の管理方法の手順を説明するための説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

本発明の一実施形態に係る岩砕の管理方法に用いられる岩砕の管理システムを、添付の図面を参照しながら説明する。まず、図１を参照しながら、岩砕を用いた盛土の構成例について説明する。

【0017】

（盛土の構成）
図１の盛土１は、地盤２の上に構築されたものであり、自然由来の重金属を含む岩石の掘削により生成された岩砕１１と、その上を覆う覆土１２とから構成されている。岩砕１１には、この岩砕１１の内部環境を監視するセンサ３（後述）が配置されている。盛土１の大きさには特に制約はないが、例えば、平面視して縦（延長）５０～２００ｍ程度、横２０ｍ程度、高さ１０ｍ程度であることが通常と考えられる。

【0018】

（岩砕の管理システム）
次に、本例の管理方法に用いられる岩砕の管理システムを、図２をさらに参照しながら説明する。この管理システム５は、シミュレーション装置６と監視装置７とから構成されている。

【0019】

シミュレーション装置６は、自然由来の重金属を含む岩石を掘削して生成された岩砕１１を盛土した場合の、外部環境への影響を評価するための、重金属移流分散シミュレーションを行うものである。具体的には、本実施形態のシミュレーション装置６は、ユーザや他の機器からの入力を受け付ける入力部６１と、処理部６３による処理結果をユーザや他の機器に出力する出力部６２と、重金属移流分散シミュレーションを実行する処理部６３と、処理に必要なデータやプログラムを記憶する記憶部６４とから構成されている。

【0020】

ここで重金属移流分散シミュレーションとは、「サイト概念モデルを用いたリスク評価」を行うものであり、これは、「岩砕自体が重金属の溶出量基準を超過していても、解析により評価地点での地下水濃度が基準を満たしていることが確認できれば、無処理で盛土を構築しても環境影響を生じないとする手法」として知られている（参考：建設工事における自然由来重金属等含有土砂への対応マニュアル委員会（2010）：建設工事における自然由来重金属等含有岩石・土壌への対応マニュアル（暫定版））。重金属移流分散シミュレーション自体は、すでによく知られているので、これについての詳しい説明は省略する。重金属移流分散シミュレーションによる評価自体は作業者が行うことが一般である。ただし、例えばＡＩ技術などを用いて評価を機械的に行うことは可能であると考えられる。

【0021】

監視装置７は、盛土された岩砕１１の内部環境を検出するセンサ３からの出力に基づいて、岩砕１１の内部環境を監視するものである。具体的には、監視装置７は、センサ３の出力やユーザからの入力等を受け付ける入力部７１と、処理部６３による処理結果をユーザや他の機器に出力する出力部７２と、監視のために必要な各種の処理を実行する処理部７３と、処理に必要なデータやプログラムを記憶する記憶部７４とから構成されている。

【0022】

（センサ）
次に、本実施形態で用いられるセンサ３の構成について、図３をさらに参照しながら説明する。本実施形態のセンサ３は、盛土された岩砕１１の内部環境を検出するものである。このセンサ３としては、電気伝導率（導電率）測定用（図３（ａ））、ｐＨ測定用（図３（ｂ））、溶存酸素量測定用（図３（ｃ））、酸化還元電位（ＯＲＰ）測定用（図３（ｄ））が用いられる。これらのセンサは、いずれも構造としては基本的に同様なので、同じ符号を付すことで説明の煩雑を避ける。

【0023】

これらのセンサ３はいずれも、内部が空洞である筒状に形成されたケーシング３１と、ケーシング３１の内部に配置されたセンサ本体３２とから構成されている。ケーシング３１は、その内部が密封されており、これにより、ケーシング３１の内部への酸素の侵入を阻止する密封構造となっている。センサ本体３２としては、用途（検出対象）により異なるものが用いられる。

【0024】

センサ本体３２の先端は、測定対象の濃度を検知するためのセンサ部３２１となっている。センサ部３２１は、ケーシング３１の外部に露出させられている。これにより、本実施形態のセンサ３は、ケーシング３１が岩砕１１の内部に挿入されたときに、岩砕１１の内部環境（すなわち電気伝導率、ｐＨ、溶存酸素量、酸化還元電位のいずれかまたはすべて）を検出できるようになっている。

【0025】

ケーシング３１の端部（図３において下側の端部）には、センサ本体３２の交換時において、ケーシング３１からセンサ本体３２を取り出し可能な開口３１１が形成されている。この開口３１１は、常時は（つまりセンサ本体３２を用いた監視作業時は）、ケーシング３１の内部を密封するために、適宜な蓋体やＯリングなどで閉鎖できるようになっている。

【0026】

（岩砕の管理方法）
前記したセンサ３及び管理システム５を用いて岩砕を管理する方法を、図４をさらに参照しながら説明する。

【0027】

（図４のステップＳＡ－１）
まず、シミュレーション装置６により、盛土による自然環境への影響を評価するためのシミュレーションを行う。具体的には、自然由来の重金属を含む岩石を掘削して生成された岩砕を盛土した場合の外部環境への影響を評価するための重金属移流分散シミュレーションを行う。評価自体は作業者が行う。この処理は、すでに知られたものなので、これについての詳しい説明は省略する。

【0028】

（図４のステップＳＡ－２）
ステップＳＡ－１での評価において、重金属による外部環境への影響が特に問題ないものと判断されたとき、地盤２の上に実際に盛土１を構築する。

【0029】

ここで、本実施形態では、岩砕１１を盛土した後、その上に覆土１２を設けることで、岩砕１１の表面を締固める。これにより、本実施形態においては、盛土１への雨水浸透を抑制することができるという利点がある。盛土１への雨水浸透を抑制することにより、盛土１の外部に重金属が流出することを抑制することができる。

【0030】

（図４のステップＳＡ－３）
盛土１を構築した後、盛土１にセンサ３を設置する。このセンサ３により、岩砕１１の内部環境を検出することができる。本実施形態では、電気伝導率測定用、ｐＨ測定用、溶存酸素量測定用、酸化還元電位（ＯＲＰ）測定用のセンサ３を用いているので、対応したそれぞれのデータを取得することができる。ここで、これらのセンサ３の動作には、多少の水分が必要である。ただし、盛土１の内部には、間隙を通るわずかな水の流れがあるので、センサ部３２１がその水に触れることで、前記した内部環境のデータを取得できる。ここで仮に、盛土１の内部における水の流れが、センサ部３２１に触れることがないほど少なければ、そもそも重金属が盛土１の外部に溶出する可能性は極めて低いと想定できる。また、センサ３の配置としては、なるべく盛土１における複数個所に配置して、センサ部３２１が水の流れに接するようにすることが好ましい。

【0031】

（図４のステップＳＡ－４）
各センサ３からの出力は、監視装置７の入力部７１に入力される。監視装置７では、この入力に基づいて、処理部７３により、所定のプログラムに基づいて処理を行う。例えば、センサ３からの入力値が異常値を示した場合、出力部７２により警報を発することができる。異常値かどうかの判定は、例えば適宜な閾値に基づいて行うことができる。これにより、本実施形態では、センサ３からの出力に基づいて、岩砕１１の内部環境を監視することができる。

【0032】

従来は、自然由来の重金属を含む岩砕の処分において、生じた岩砕を遮水シートでくるむなどの処理を行っていたため、処理コストが高いという問題があった。これに対して本実施形態の技術によれば、このような高コストの処理を省略し、通常の盛土による処理が可能となっている。このため、この技術によれば、自然由来の重金属を含む岩石を掘削して生成された岩砕を低コストかつ簡易に管理することが可能になる。また、仮に何らかの異常値を検出したときは、当該盛土についての対策を講じることができる。ただし、基本的には、盛土１を構成する岩砕１１に含まれる重金属は自然由来なので、自然環境への影響は基本的には低いものと推測できる。

【0033】

この点を言い換えると以下の通りである。すなわち、本発明者らの知見によれば、移流分散シミュレーションによる事前の想定以上に重金属が溶出する場合には、盛土１内部の酸化還元電位、ｐＨ、電気伝導率といった化学的指標が異常値を示す。このため、これらの値が安定していることをセンサ３により確認することで、想定外の重金属の溶出が発生しないことを担保することができる。

【0034】

このように、事前の解析により重金属による環境影響が生じないと想定された岩砕に対しては、盛土工事の工程で締固めを行い、センサ３を埋設してモニタリングすることで、それ以外の特段の対策工事を施さなくても環境に影響を及ぼさない盛土を構築できると考えられる。

【0035】

また、センサ３のメンテナンスを行う際に、盛土１の内部に酸素が侵入すると、盛土１の内部の化学的環境が局部的に変化してしまい、監視時の異常判定の精度が劣化する恐れがある。これに対して、本実施形態では、ケーシング３１の内部にセンサ本体３２を配置し、ケーシング３１の内部を密封しており、さらに、ケーシング３１に開口３１１を設けている。すると、例えばセンサ本体３２の故障時には、ケーシング３１を盛土１内に残したまま、センサ本体３２をケーシング３１の開口３１１を介して取り外して交換できる。センサ本体３２の取り付け時には、開口３１１を介してセンサ本体３２をケーシング３１に取り付けることができる。これにより、センサ３のメンテナンス時における盛土１への酸素の侵入を抑止して、その内部環境の変化、特に、センサ３で検出している位置での変化を低く抑えることができる。これにより、内部状態の変化についての判定を精度良く行うことが可能になる。ここで、センサ部３２１がケーシング３１を貫通している位置ではわずかな酸素の侵入はありうるが、センサ部３２１の径を小さくすることなどの対策により、この侵入量を、実際上問題ない程度に低く抑えることができる。

【0036】

なお、前記実施形態の記載は単なる一例に過ぎず、本発明に必須の構成を示したものではない。各部の構成は、本発明の趣旨を達成できるものであれば、上記に限らない。

【0037】

例えば、前記した実施形態では、平坦な地盤２の上に盛土１を構築しているが、傾斜した地盤２に岩砕１１等を腹付け盛土することで盛土１を構築することも可能である。

【符号の説明】

【0038】

１ 盛土
１１ 岩砕
１２ 覆土
２ 地盤
３ センサ
３１ ケーシング
３１１ 開口
３２ センサ本体
３２１ センサ部
５ 管理システム
６ シミュレーション装置
６１ 入力部
６２ 出力部
６３ 処理部
６４ 記憶部
７ 監視装置
７１ 入力部
７２ 出力部
７３ 処理部
７４ 記憶部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】