特許7304321地山計測システム、地山計測方法、地山管理システム、及び地山管理方法
(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】2023-06-28
(45)【発行日】2023-07-06
(54)【発明の名称】地山計測システム、地山計測方法、地山管理システム、及び地山管理方法
(51)【国際特許分類】
E21D 9/00 20060101AFI20230629BHJP
【ＦＩ】
E21D9/00 Z
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2020116700
(22)【出願日】2020-07-06
(65)【公開番号】P2022014396
(43)【公開日】2022-01-19
【審査請求日】2022-08-09
(73)【特許権者】
【識別番号】000206211
【氏名又は名称】大成建設株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
(72)【発明者】
【氏名】水野 史隆
(72)【発明者】
【氏名】谷 卓也
【審査官】佐久間 友梨
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１９－１４０６８７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２０－８８８０３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００３－７５２４７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－６１０８０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１１－２５６５２５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０２２－５１３４４４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－０１６００６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００３－０２８９９１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－０５３４４４（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｅ２１Ｄ １／００－１９／０６
２３／００－２３／２６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
山岳トンネルの掘進に伴って地山性状を示す定量データの計測を行う、地山計測システムであって、前記山岳トンネルの坑壁から地山側に延びる計測孔に収容されている、計測器と、
前記計測孔よりも坑口側に配設されている、通信器と、を有し、
前記計測器は、計測部と、第一通信部と、を備え、
前記第一通信部は、前記計測部にて計測された計測データを前記通信器に無線送信する、ＬＰＷＡ無線通信モジュールと、通信アンテナと、を備えていることを特徴とする、地山計測システム。
【請求項2】
前記計測器の全体が前記計測孔に収容されていることを特徴とする、請求項１に記載の地山計測システム。
【請求項3】
前記通信器が、以下のいずれか一種であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の地山計測システム。（１）前記計測データの送受信が可能なゲートウェイ、
（２）前記計測データの受信が可能なゲートウェイと、該ゲートウェイに接続されている坑内ＬＡＮと、該坑内ＬＡＮに接続されている送信用アクセスポイント。
【請求項4】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の地山計測システムと、前記通信器とネットワークを介して接続される、サーバ装置と、
前記サーバ装置とネットワークを介して接続される、ユーザ端末と、を有し、
前記サーバ装置は、前記計測データを受信する第二通信部と、該計測データを格納する格納部と、を備え、
前記ユーザ端末は、前記サーバ装置から少なくとも前記計測データを受信する第三通信部と、少なくとも該計測データを表示する表示部と、を備え、
前記サーバ装置と前記ユーザ端末の少なくとも一方が、前記計測データに基づいて前記地山性状、及び／又は、前記地山性状に応じた地山評価を判定する判定部をさらに備えていることを特徴とする、地山管理システム。
【請求項5】
山岳トンネルの掘進に伴って地山性状を示す定量データの計測を行う、地山計測方法であって、前記山岳トンネルの坑壁から地山側に延びる計測孔を施工する、計測孔施工工程と、
計測部と、第一通信部と、を備え、該第一通信部は、前記計測部にて計測された計測データを通信器に無線送信する無線通信モジュールと、通信アンテナと、を備えている、計測器の全体を前記計測孔に設置する、計測器設置工程と、
前記計測孔よりも坑口側に通信器を設置する、通信器設置工程と、
前記計測部にて前記定量データを計測し、計測された計測データを前記通信器に対してＬＰＷＡ無線にて送信する、計測送信工程と、を有することを特徴とする、地山計測方法。
【請求項6】
請求項５に記載の地山計測方法における前記計測送信工程に次いで、前記通信器からネットワークを介して前記計測データをサーバ装置に送信し、該サーバ装置から少なくとも前記計測データをユーザ端末に送信し、該ユーザ端末において少なくとも前記計測データを表示することにより、前記山岳トンネルの地山性状を特定して施工管理を行う、地山管理方法であって、前記サーバ装置と前記ユーザ端末の少なくとも一方において、前記計測データに基づいて前記地山性状、及び／又は、前記地山性状に応じた地山評価を判定する判定工程を有することを特徴とする、地山管理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、地山計測システム、地山計測方法、地山管理システム、及び地山管理方法に関する。
【背景技術】
【0002】
山岳トンネルの施工においては、地山の性状（もしくは状態、挙動等）を把握するべく、切羽を目視観察したり、支保部材や地山の変形や応力状態を測定する坑内計測が一般に行われており、日常の施工管理のために必ず実施される所謂Ａ計測の他に、地山条件を考慮してＡ計測に追加して設定される所謂Ｂ計測がある。このＢ計測には、地中変位計測や覆工応力計測、ロックボルト軸力計測等が含まれ、いずれも特殊な計測器を設置して定量データ（計測データ）を取得し、現在の地山の性状を評価したり、さらには掘進に伴う将来的な地山の性状を評価している。
例えば、特許文献１には、トンネルの沈下に加えて水平内空変位を精度よく特定することにより、切羽前方の地山状況の高精度な予測を可能とする、地山状況予測方法が提案されている。具体的には、少なくとも半円形部を含む断面形状のトンネルのトンネルアーチ部において、トンネルの軸方向に間隔を置いて複数の傾斜計を設置し、各傾斜計の計測データを取得し、隣接する傾斜計のそれぞれの計測データから傾斜角の変化量を算定し、算定結果に基づいて切羽前方の地山状況を予測する方法において、水平方向のスプリングラインと鉛直方向のセンターラインの交点を中心として、スプリングラインから角度５５度乃至６５度の範囲に傾斜計を設置するものである。
例えば、特許文献１には、トンネルの沈下に加えて水平内空変位を精度よく特定することにより、切羽前方の地山状況の高精度な予測を可能とする、地山状況予測方法が提案されている。具体的には、少なくとも半円形部を含む断面形状のトンネルのトンネルアーチ部において、トンネルの軸方向に間隔を置いて複数の傾斜計を設置し、各傾斜計の計測データを取得し、隣接する傾斜計のそれぞれの計測データから傾斜角の変化量を算定し、算定結果に基づいて切羽前方の地山状況を予測する方法において、水平方向のスプリングラインと鉛直方向のセンターラインの交点を中心として、スプリングラインから角度５５度乃至６５度の範囲に傾斜計を設置するものである。
【0003】
ところで、山岳トンネルの施工において計測器により計測された計測データを回収する方法としては、計測器から有線ケーブルを介してデータロガーやＰＣ（パーソナルコンピュータ）にて回収する有線回収方法が主流である。しかしながら、トンネル内における有線ケーブルの設置や養生、電源の確保等に手間がかかること、山岳トンネル内は通信状態が良好でないことから、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ等の近距離無線にて計測データを回収する、近距離無線回収方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２０１６－６１０８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上記する有線回収方法と近距離無線回収方法のいずれを適用した場合でも、計測場所の近傍に作業員や管理者がアクセスする必要があることから、データ回収の時間帯（データ回収タイミング）と計測場所（計測器の設置場所）の双方が往々にして制限されるといった課題がある。すなわち、トンネル内においては様々な車輌や工事関係者が往来することから、施工の妨げにならない時間帯や計測場所である必要があること等がその理由である。
計測場所が限定的になることに関してはさらに、切羽の近傍を計測場所とした際に切羽における肌落ち等の懸念があることから、切羽面からある程度離れた安全な場所を計測場所とすることなどもその理由となる。この切羽面からある程度離れた計測場所での地山計測に関しては、地山に近接した場所での計測が地山前方の性状評価に好適であることに鑑みると、性状評価精度の低下に繋がり得る。また、データ回収の時間帯が限定的になることにより、以後の山岳トンネル施工に対して計測データを速やかにフィードバックさせ難いといった課題も生じ得る。
計測場所が限定的になることに関してはさらに、切羽の近傍を計測場所とした際に切羽における肌落ち等の懸念があることから、切羽面からある程度離れた安全な場所を計測場所とすることなどもその理由となる。この切羽面からある程度離れた計測場所での地山計測に関しては、地山に近接した場所での計測が地山前方の性状評価に好適であることに鑑みると、性状評価精度の低下に繋がり得る。また、データ回収の時間帯が限定的になることにより、以後の山岳トンネル施工に対して計測データを速やかにフィードバックさせ難いといった課題も生じ得る。
【0006】
本発明は、計測データの回収タイミングや計測場所が制限されることがなく、計測データを以後の山岳トンネル施工に速やかにフィードバックすることのできる、地山計測システム、地山計測方法、地山管理システム、及び地山管理方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0007】
前記目的を達成すべく、本発明による地山計測システムの一態様は、
山岳トンネルの掘進に伴って地山性状を示す定量データの計測を行う、地山計測システムであって、
前記山岳トンネルの坑壁から地山側に延びる計測孔に収容されている、計測器と、
前記計測孔よりも坑口側に配設されている、通信器と、を有し、
前記計測器は、計測部と、第一通信部と、を備え、
前記第一通信部は、前記計測部にて計測された計測データを前記通信器に無線送信する、ＬＰＷＡ無線通信モジュールと、通信アンテナと、を備えていることを特徴とする。
山岳トンネルの掘進に伴って地山性状を示す定量データの計測を行う、地山計測システムであって、
前記山岳トンネルの坑壁から地山側に延びる計測孔に収容されている、計測器と、
前記計測孔よりも坑口側に配設されている、通信器と、を有し、
前記計測器は、計測部と、第一通信部と、を備え、
前記第一通信部は、前記計測部にて計測された計測データを前記通信器に無線送信する、ＬＰＷＡ無線通信モジュールと、通信アンテナと、を備えていることを特徴とする。
【0008】
本態様によれば、山岳トンネルの坑壁から地山側に延びる計測孔に収容される計測器が第一通信部を備え、当該第一通信部がＬＰＷＡ無線通信モジュールを備え、計測孔よりも坑口側に配設されている通信器に対して計測データ（定量データ）を送信することにより、山岳トンネルにおける長距離無線通信を実現することができる。このことにより、計測データの回収タイミングや計測場所が制限されることが解消され、計測データを以後の山岳トンネル施工に速やかにフィードバックすることが可能になる。
ここで、ＬＰＷＡ（Low Power Wide Area）は、広域データ通信と低消費電力を可能にした無線通信方式（例えば、９２０ＭＨｚ帯のＩＳＭ（Industrial Scientific and Medical Band）を使用した通信方式）のことであり、従来、山岳トンネルにＬＰＷＡを適用した計測システムや計測方法は存在しない。そのため、山岳トンネルにＬＰＷＡを適用した場合に、長距離通信が可能であるかは定かでないことから、本発明者等は山岳トンネルにおいて計測器からＬＰＷＡ無線通信にて通信器に計測データの送信が可能か否かを検証し、その適用妥当性を実証している。
尚、本明細書において「長距離通信」とは、例えば１ｋｍ以上の距離において計測データを無線通信することを意味する。
ここで、ＬＰＷＡ（Low Power Wide Area）は、広域データ通信と低消費電力を可能にした無線通信方式（例えば、９２０ＭＨｚ帯のＩＳＭ（Industrial Scientific and Medical Band）を使用した通信方式）のことであり、従来、山岳トンネルにＬＰＷＡを適用した計測システムや計測方法は存在しない。そのため、山岳トンネルにＬＰＷＡを適用した場合に、長距離通信が可能であるかは定かでないことから、本発明者等は山岳トンネルにおいて計測器からＬＰＷＡ無線通信にて通信器に計測データの送信が可能か否かを検証し、その適用妥当性を実証している。
尚、本明細書において「長距離通信」とは、例えば１ｋｍ以上の距離において計測データを無線通信することを意味する。
【0009】
本態様において、山岳トンネルの坑壁から地山側に延びる計測孔に対して計測器が収容される。ここで、吹付けコンクリートの厚みが厚い（例えば２０ｃｍ以上）場合は、吹付けコンクリートの内部に計測孔が造成され得る。また、吹付けコンクリートの厚みが例えば５ｃｍ乃至１０ｃｍ程度の場合は、この吹付けコンクリートを貫通し、さらにその背面の地山に亘る計測孔が造成され得る。
計測器としては傾斜計（例えば二軸の傾斜計）や変位計、ロックボルトの軸力計（応力計）、吹付けコンクリートの応力計等が含まれる。例えば、計測器が傾斜計である場合は、計測部により山岳トンネルの掘進方向（軸方向）と断面方向（横断方向）の傾斜角に関する計測データが得られる。得られた計測データは、計測器の備える制御部の制御により、ＬＰＷＡ無線通信モジュールに繋がる通信アンテナを介して、例えば１ｋｍ以上離れた坑口側にある通信器に無線通信される。
計測データを受信した通信器は、例えばネットワークを介してサーバ装置や施工関係者（施工管理者、施工会社の本支店担当者、施工業者等）の備えるユーザ端末（スマートフォンやタブレット、パーソナルコンピュータ等）に送信される。ＬＰＷＡ無線通信を適用することにより、トンネルに設置される通信器の数を可及的に低減することができ、山岳トンネルの長さによっては、例えば一台の通信器のみで、計測器にて計測された計測データをネットワークを介してサーバ装置等に送信することが可能になる。
計測器としては傾斜計（例えば二軸の傾斜計）や変位計、ロックボルトの軸力計（応力計）、吹付けコンクリートの応力計等が含まれる。例えば、計測器が傾斜計である場合は、計測部により山岳トンネルの掘進方向（軸方向）と断面方向（横断方向）の傾斜角に関する計測データが得られる。得られた計測データは、計測器の備える制御部の制御により、ＬＰＷＡ無線通信モジュールに繋がる通信アンテナを介して、例えば１ｋｍ以上離れた坑口側にある通信器に無線通信される。
計測データを受信した通信器は、例えばネットワークを介してサーバ装置や施工関係者（施工管理者、施工会社の本支店担当者、施工業者等）の備えるユーザ端末（スマートフォンやタブレット、パーソナルコンピュータ等）に送信される。ＬＰＷＡ無線通信を適用することにより、トンネルに設置される通信器の数を可及的に低減することができ、山岳トンネルの長さによっては、例えば一台の通信器のみで、計測器にて計測された計測データをネットワークを介してサーバ装置等に送信することが可能になる。
【0010】
また、本発明による地山計測システムの他の態様は、前記計測器の全体が前記計測孔に収容されていることを特徴とする。
【0011】
本態様によれば、計測器の全体が計測孔に収容されていること、言い換えると、計測器の一部が坑壁から坑内に突出していないことにより、山岳トンネル施工における発破等の際に飛散し得る岩塊により計測器が破損することを防止できる。計測器は計測部と第一通信部を備え、第一通信部はＬＰＷＡ無線通信モジュールと通信アンテナを備えており、これらの構成要素の中でも通信アンテナが最もトンネル坑内側に配設されることになるが、通信アンテナが計測孔内に完全に収容されていることにより、特に通信アンテナの破損が防止される。尚、例えば通信アンテナを坑壁から坑内側に突出させ、通信アンテナを防護する防護片等を計測孔の近傍に設けることにより通信アンテナを防護する方策もあり得るが、防護片が通信アンテナの先端を防護することにより、通信アンテナから通信器への計測データの送信が阻害される恐れがあることから好ましい方策とは言い難い。
ここで、計測孔の内部に計測器を完全に収容した際に、通信アンテナから通信器に計測データが良好に送信できるかが問題となり得るが、計測孔内に計測器を完全に収容した場合においても長距離通信が可能であることが本発明者等により実証されている。
ここで、計測孔の内部に計測器を完全に収容した際に、通信アンテナから通信器に計測データが良好に送信できるかが問題となり得るが、計測孔内に計測器を完全に収容した場合においても長距離通信が可能であることが本発明者等により実証されている。
【0012】
また、本発明による地山計測システムの他の態様は、前記通信器が、以下のいずれか一種であることを特徴とする。
（１）前記計測データの送受信が可能なゲートウェイ、
（２）前記計測データの受信が可能なゲートウェイと、該ゲートウェイに接続されている坑内ＬＡＮと、該坑内ＬＡＮに接続されている送信用アクセスポイント。
本態様によれば、二つの形態の通信器のいずれか一種を有することにより、ネットワークを介してサーバ装置や施工関係者の備えるユーザ端末に対して計測データを良好に送信することが可能になる。
（１）前記計測データの送受信が可能なゲートウェイ、
（２）前記計測データの受信が可能なゲートウェイと、該ゲートウェイに接続されている坑内ＬＡＮと、該坑内ＬＡＮに接続されている送信用アクセスポイント。
本態様によれば、二つの形態の通信器のいずれか一種を有することにより、ネットワークを介してサーバ装置や施工関係者の備えるユーザ端末に対して計測データを良好に送信することが可能になる。
【0013】
また、本発明による地山管理システムの一態様は、
前記地山計測システムと、
前記通信器とネットワークを介して接続される、サーバ装置と、
前記サーバ装置とネットワークを介して接続される、ユーザ端末と、を有し、
前記サーバ装置は、前記計測データを受信する第二通信部と、該計測データを格納する格納部と、を備え、
前記ユーザ端末は、前記サーバ装置から少なくとも前記計測データを受信する第三通信部と、少なくとも該計測データを表示する表示部と、を備え、
前記サーバ装置と前記ユーザ端末の少なくとも一方が、前記計測データに基づいて前記地山性状、及び／又は、前記地山性状に応じた地山評価を判定する判定部をさらに備えていることを特徴とする。
前記地山計測システムと、
前記通信器とネットワークを介して接続される、サーバ装置と、
前記サーバ装置とネットワークを介して接続される、ユーザ端末と、を有し、
前記サーバ装置は、前記計測データを受信する第二通信部と、該計測データを格納する格納部と、を備え、
前記ユーザ端末は、前記サーバ装置から少なくとも前記計測データを受信する第三通信部と、少なくとも該計測データを表示する表示部と、を備え、
前記サーバ装置と前記ユーザ端末の少なくとも一方が、前記計測データに基づいて前記地山性状、及び／又は、前記地山性状に応じた地山評価を判定する判定部をさらに備えていることを特徴とする。
【0014】
本態様によれば、山岳トンネル内において長距離無線通信にて計測データを送信し、通信器からネットワークを介してサーバ装置に計測データを送信することにより、複数の施工関係者の備えるユーザ端末が同時かつリアルタイムに計測データを共有することができる。
また、サーバ装置とユーザ端末の少なくとも一方が、計測データに基づいて地山性状、及び／又は、地山性状に応じた地山評価（地山の硬軟の程度、地山の安定性／不安定性、支保パターンの適否等）を判定する判定部を備えていることにより、例えば複数のユーザ端末が現状の地山性状や、地山の硬軟の程度等に応じた当初計画の支保パターンの適否等を速やかに特定することができる。そして、現状の地山性状が当初計画段階における地山性状よりも不良（例えば軟らかい）の場合は速やかに支保パターンの見直しを行うことが可能になり、地山性状の急変に対しても高い施工安全性を保証する施工管理を実現することができる。
判定部では、地山の硬軟の程度等に応じた複数の地山の良否レベル（例えば、硬質、準硬質、準軟質、軟質等）が設定され、各良否レベルに応じた支保パターンが設定されており、計測データから良否レベルが判定され、良否レベルに応じた支保パターンが割り出される。
判定部における判定結果がユーザ端末の表示部に表示されることにより、例えば複数の施工関係者は、随時、リアルタイムに地山の良否と現状計画の支保パターンの適否、変更される場合の支保パターン等を特定することが可能になる。
ここで、サーバ装置とユーザ端末の少なくとも一方が判定部を備えていることに関し、判定部がサーバ装置に内蔵されている場合は、第二通信部を介して受信され、格納部に格納される計測データに基づいて、サーバ装置の備える判定部にて地山性状等が判定される。そして、サーバ装置の第二通信部を介して、計測データに加えて判定部による判定結果がユーザ端末に送信される。
一方、判定部がユーザ端末に内蔵されている（例えば、判定アプリケーションソフトがユーザ端末にダウンロードされ、判定部を形成している）場合は、サーバ装置の第二通信部から送信され、第三通信部を介して受信された計測データに基づいて、ユーザ端末の判定部にて地山性状等が判定される。
また、サーバ装置とユーザ端末の少なくとも一方が、計測データに基づいて地山性状、及び／又は、地山性状に応じた地山評価（地山の硬軟の程度、地山の安定性／不安定性、支保パターンの適否等）を判定する判定部を備えていることにより、例えば複数のユーザ端末が現状の地山性状や、地山の硬軟の程度等に応じた当初計画の支保パターンの適否等を速やかに特定することができる。そして、現状の地山性状が当初計画段階における地山性状よりも不良（例えば軟らかい）の場合は速やかに支保パターンの見直しを行うことが可能になり、地山性状の急変に対しても高い施工安全性を保証する施工管理を実現することができる。
判定部では、地山の硬軟の程度等に応じた複数の地山の良否レベル（例えば、硬質、準硬質、準軟質、軟質等）が設定され、各良否レベルに応じた支保パターンが設定されており、計測データから良否レベルが判定され、良否レベルに応じた支保パターンが割り出される。
判定部における判定結果がユーザ端末の表示部に表示されることにより、例えば複数の施工関係者は、随時、リアルタイムに地山の良否と現状計画の支保パターンの適否、変更される場合の支保パターン等を特定することが可能になる。
ここで、サーバ装置とユーザ端末の少なくとも一方が判定部を備えていることに関し、判定部がサーバ装置に内蔵されている場合は、第二通信部を介して受信され、格納部に格納される計測データに基づいて、サーバ装置の備える判定部にて地山性状等が判定される。そして、サーバ装置の第二通信部を介して、計測データに加えて判定部による判定結果がユーザ端末に送信される。
一方、判定部がユーザ端末に内蔵されている（例えば、判定アプリケーションソフトがユーザ端末にダウンロードされ、判定部を形成している）場合は、サーバ装置の第二通信部から送信され、第三通信部を介して受信された計測データに基づいて、ユーザ端末の判定部にて地山性状等が判定される。
【0015】
また、本発明による地山計測方法の一態様は、
山岳トンネルの掘進に伴って地山性状を示す定量データの計測を行う、地山計測方法であって、
前記山岳トンネルの坑壁から地山側に延びる計測孔を施工する、計測孔施工工程と、
計測部と、第一通信部と、を備え、該第一通信部は、前記計測部にて計測された計測データを通信器に無線送信する無線通信モジュールと、通信アンテナと、を備えている、計測器の全体を前記計測孔に設置する、計測器設置工程と、
前記計測孔よりも坑口側に通信器を設置する、通信器設置工程と、
前記計測部にて前記定量データを計測し、計測された計測データを前記通信器に対してＬＰＷＡ無線にて送信する、計測送信工程と、を有することを特徴とする。
山岳トンネルの掘進に伴って地山性状を示す定量データの計測を行う、地山計測方法であって、
前記山岳トンネルの坑壁から地山側に延びる計測孔を施工する、計測孔施工工程と、
計測部と、第一通信部と、を備え、該第一通信部は、前記計測部にて計測された計測データを通信器に無線送信する無線通信モジュールと、通信アンテナと、を備えている、計測器の全体を前記計測孔に設置する、計測器設置工程と、
前記計測孔よりも坑口側に通信器を設置する、通信器設置工程と、
前記計測部にて前記定量データを計測し、計測された計測データを前記通信器に対してＬＰＷＡ無線にて送信する、計測送信工程と、を有することを特徴とする。
【0016】
本態様によれば、ＬＰＷＡ無線にて計測器から計測データを通信器に送信する、計測送信工程を有することにより、山岳トンネルにおける長距離無線通信を実現することができ、計測データの回収タイミングや計測場所が制限されることがなく、計測データを以後の山岳トンネル施工に速やかにフィードバックすることが可能となる。
また、計測器設置工程において、計測器の全体を計測孔に設置することにより、山岳トンネルの施工の発破等の際に飛散し得る岩塊により計測器が破損することを防止できる。
また、計測器設置工程において、計測器の全体を計測孔に設置することにより、山岳トンネルの施工の発破等の際に飛散し得る岩塊により計測器が破損することを防止できる。
【0017】
また、本発明による地山管理方法の一態様は、
前記地山計測方法における前記計測送信工程に次いで、前記通信器からネットワークを介して前記計測データをサーバ装置に送信し、該サーバ装置から少なくとも前記計測データをユーザ端末に送信し、該ユーザ端末において少なくとも前記計測データを表示することにより、前記山岳トンネルの地山性状を特定して施工管理を行う、地山管理方法であって、
前記サーバ装置と前記ユーザ端末の少なくとも一方において、前記計測データに基づいて前記地山性状、及び／又は、前記地山性状に応じた地山評価を判定する判定工程を有することを特徴とする。
本態様によれば、サーバ装置とユーザ端末の少なくとも一方において、計測データに基づいて地山性状、及び／又は、地山性状に応じた地山評価（地山の硬軟の程度、地山の安定性／不安定性、支保パターンの適否等）を判定する判定工程を有することにより、例えば複数のユーザ端末が現状の地山性状や、地山の硬軟の程度に応じた当初計画の支保パターンの適否等を速やかに特定することができる。そのため、現状の地山性状が当初計画段階における地山性状よりも不良の場合は、速やかに支保パターンの見直しを図ることが可能になり、地山性状の急変に対しても高い施工安全性を保証する施工管理を実現することができる。
前記地山計測方法における前記計測送信工程に次いで、前記通信器からネットワークを介して前記計測データをサーバ装置に送信し、該サーバ装置から少なくとも前記計測データをユーザ端末に送信し、該ユーザ端末において少なくとも前記計測データを表示することにより、前記山岳トンネルの地山性状を特定して施工管理を行う、地山管理方法であって、
前記サーバ装置と前記ユーザ端末の少なくとも一方において、前記計測データに基づいて前記地山性状、及び／又は、前記地山性状に応じた地山評価を判定する判定工程を有することを特徴とする。
本態様によれば、サーバ装置とユーザ端末の少なくとも一方において、計測データに基づいて地山性状、及び／又は、地山性状に応じた地山評価（地山の硬軟の程度、地山の安定性／不安定性、支保パターンの適否等）を判定する判定工程を有することにより、例えば複数のユーザ端末が現状の地山性状や、地山の硬軟の程度に応じた当初計画の支保パターンの適否等を速やかに特定することができる。そのため、現状の地山性状が当初計画段階における地山性状よりも不良の場合は、速やかに支保パターンの見直しを図ることが可能になり、地山性状の急変に対しても高い施工安全性を保証する施工管理を実現することができる。
【発明の効果】
【0018】
本発明の地山計測システム、地山計測方法、地山管理システム、及び地山管理方法によれば、計測データの回収タイミングや計測場所が制限されることがなく、計測データを以後の山岳トンネル施工に速やかにフィードバックすることができる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】実施形態に係る地山計測システムの一例を示す全体構成図である。
【図2】地山計測システムを構成する計測器の機能構成の一例を示す図である。
【図3】（ａ）、（ｂ）はいずれも、通信器の機能構成の一例を示す図である。
【図4】実施形態に係る地山管理システムの一例を示す全体構成図である。
【図5】コンピュータのハードウェア構成の一例を示す図である。
【図6】（ａ）は、地山管理システムを構成するサーバ装置の機能構成の一例を示す図であり、（ｂ）は、地山管理システムを構成するユーザ端末の機能構成の一例を示す図である。
【図7】実施形態に係る地山計測方法と地山管理方法の一例を示すフローチャートである。
【図8】山岳トンネル坑内におけるＬＰＷＡ通信の通信距離と受信信号強度との関係を検証する実験の概要を説明した図であって、（ａ）は直線部の概要を説明した図であり、（ｂ）は丁字部の概要を説明した図である。
【図9】ＬＰＷＡ通信の通信距離と受信信号強度との関係に関する実験結果を示すグラフである。
【図10】計測孔に収容される計測器の挿入深さと受信信号強度との関係を検証する実験の概要を説明した図である。
【図11】計測孔における計測器の挿入深さと受信信号強度との関係に関する実験結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0020】
以下、実施形態に係る易切削性セグメントについて、添付の図面を参照しながら説明する。尚、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く場合がある。
【0021】
［実施形態］
＜地山計測システム＞
はじめに、図１乃至図３を参照して、実施形態に係る地山計測システムの一例について説明する。ここで、図１は、実施形態に係る地山計測システムの一例を示す全体構成図であり、図２は、地山計測システムを構成する計測器の機能構成の一例を示す図である。また、図３（ａ）と図３（ｂ）はいずれも、通信器の機能構成の一例を示す図である。
＜地山計測システム＞
はじめに、図１乃至図３を参照して、実施形態に係る地山計測システムの一例について説明する。ここで、図１は、実施形態に係る地山計測システムの一例を示す全体構成図であり、図２は、地山計測システムを構成する計測器の機能構成の一例を示す図である。また、図３（ａ）と図３（ｂ）はいずれも、通信器の機能構成の一例を示す図である。
【0022】
図示する地山計測システム５０が適用されるトンネルは、坑内における通信状況が一般に不良である山岳トンネルである。山岳トンネル１０は、切羽１１に対してドリルジャンボ等の掘削機にて装薬孔を削孔し、ダイナマイトを装薬して爆破することにより造成される。尚、山岳トンネルは、トンネルボーリングマシン（図示せず）により造成される場合もある。
【0023】
発破等によりトンネルを所定延長造成した後、Ｈ形鋼等による鋼製アーチ支保工（支保部材１４）を掘進方向Ｘにおいて所定間隔にて設置することにより、坑壁防護を図る。その後、支保部材１４を巻き込むようにしてコンクリートの吹付け施工を行うことにより、所定厚み（例えば５ｃｍ乃至２５ｃｍ程度）の吹付けコンクリート１５を施工する。吹付けコンクリート１５の施工は、坑内にコンクリートミキサー車を運び込み、吹付け機にてコンクリートを吹付けることにより行われる。コンクリートの吹付け完了後、必要に応じて不図示のロックボルトが施工される。このロックボルトは、例えば３ｍ乃至４ｍ程度の棒状鋼材からなり、地山Ｇの坑内側へ向かう変形に起因する引張力をボルトに負担させ、坑壁１３の変形を抑制するものである。
【0024】
地山計測システム５０は、山岳トンネル１０の掘進に伴って地山性状を示す定量データの計測を行うシステムである。地山計測システム５０は、山岳トンネル１０の坑壁１３から地山Ｇ側に延びる計測孔１６に収容されている計測器２０と、坑口１２側に配設されている通信器３０とを有する。尚、図１には、坑口１２の近傍に一基の通信器３０が図示されているが、山岳トンネル１０の延長が数ｋｍ以上に亘って長くなる場合、切羽１１から例えば１乃至２ｋｍ置きに通信器３０が設置され、切羽近傍にある計測器２０にて計測された計測データを坑口近傍の通信器３０に送信できるように、例えば複数の計測器２０と複数の通信器３０とにより地山計測システム５０が構成される。以下で説明するように、坑口側にある通信器３０より、ネットワークを介してサーバ装置に計測データが送信され、サーバ装置より複数の施工関係者の備えるユーザ端末に対して、計測データや、この計測データに基づいて判定された地山性状等に関する結果データが送信され、各ユーザ端末にて表示されるようになっている。
【0025】
図示例では、切羽１１から距離ｔ１離れた切羽近傍に設けられている計測孔１６Ａと、計測孔１６Ａよりも坑口側に設けられている計測孔１６Ｂを図示しており、各計測孔１６Ａ，１６Ｂにそれぞれ計測器２０Ａ，２０Ｂが収容されている状態を示しているが、山岳トンネル１０の掘進に応じて随時計測孔１６が造成され、計測器２０が収容設置されることから、掘進延長が長くなるにつれて計測孔１６と計測器２０の組み合わせ数は増加する。また、一つの横断面に複数の計測孔１６が造成され、各計測孔１６に計測器２０が収容設置されることも往々にしてあり、例えば、特許文献１に記載されるように、横断面においてスプリングラインから角度５５度乃至６５度の範囲に複数の計測孔１６が造成され、各計測孔１６に計測器２０の一種である傾斜計が収容設置される形態を挙げることができる。
【0026】
図１に示すように、計測孔１６に対して、計測器２０はその全体が完全に収容された状態で設置され、計測器２０の坑壁側の先端（例えば、以下で説明する通信アンテナ）から坑壁１３までの長さｔ２は、例えば数ｃｍ乃至２０ｃｍ程度に設定することができる。
【0027】
図２に示すように、計測器２０は、外管２８と、外管２８の内部に収容される本管２１とを有する。外管２８の一端２８ａには押圧棒２９ａが突出し、押圧棒２９ａを中心に拡縮自在な拡径固定爪２９ｂが設けられている。外管２８の他端２８ｂにある開口を介して本管２１がＹ１方向に挿入されることにより計測器２０が構成され、拡径固定爪２９ｂが閉じた状態で外管２８を計測孔１６に差し込み、計測孔１６の奥壁に押圧棒２９ａが当接して押圧されることにより、拡径固定爪２９ｂが開き、計測孔１６の内部に計測器２０が固定される。計測孔１６の内部に収容設置された計測器２０は、そのまま計測孔１６内に残置されてもよいし、山岳トンネル１０の掘進に応じて例えば計測不要になった坑口側の計測器２０においては、拡径固定爪２９ｂを閉じて固定状態を解除することにより計測孔１６から計測器２０を取り外し、計測を要する別途の計測孔１６に対して取り外された計測器２０を転用してもよい。
【0028】
計測器２０の全体が計測孔１６に収容されていること、言い換えると、計測器２０の一部の通信アンテナ等が坑壁１３から坑内に突出していないことにより、山岳トンネル１０の施工における発破等の際に飛散し得る岩塊により計測器２０（の例えば通信アンテナ等）が破損することを防止できる。
【0029】
計測器２０を構成する本管２１は、制御部２２，格納部２３，計測部２４，及び第一通信部２５を備えている。制御部２２は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）を中心に構成されており、格納部２３を構成するＲＯＭ（Read Only Memory）等から所定のプログラムを読み出し、同様に格納部２３を構成するＲＡＭ（Random Access Memory）をワーク領域としてＲＡＭにロードされたプログラムを処理することにより、各種の機能を実現する。
【0030】
計測器２０としては傾斜計（例えば二軸の傾斜計）や変位計、ロックボルトの軸力計、吹付けコンクリートの応力計等が含まれるが、計測器２０が傾斜計である場合は、計測部２４により山岳トンネルの掘進方向（軸方向）と断面方向（横断方向）の傾斜角に関する計測データ（定量データ）が得られ、格納部２３に格納される。尚、格納部２３に計測データを格納（記憶）する形式は特に限定されるものでなく、例えば計測した時刻等とともにログデータ等として記憶されてよい。
【0031】
第一通信部２５は、ＬＰＷＡ無線通信モジュール２６と通信アンテナ２７とを備える。ＬＰＷＡ無線通信モジュール２６はＬＰＷＡ無線通信（無線送信）を実現する機器であり、例えば無線チップと周辺回路を小型基板に実装した電子部品である。
【0032】
ＬＰＷＡの主な通信方式（通信プロトコル）には、Ｓｉｇｆｏｘ、ＬｏＲａＷＡＮ（Long Range Wide Area Network）、ＮＢ－ＩｏＴ等があるが、例えばライセンスを必要とせず、携帯電話通信の波が届き難い山岳地帯でも坑内に自営の基地局を設置することができ、低コストの通信システムを構築可能なＬｏＲａＷＡＮを適用するのが好ましい。ＬｏＲａＷＡＮは、９２０ＭＨｚ帯のＩＳＭバンドを使用し、１３ｄＢｍ以下の低い出力でも遠距離通信を可能とする、ＬｏＲａ変調を採用した通信方式である。
【0033】
制御部２２は、通信器３０に対して同じ計測データを繰り返し送信しないように制御する。例えば、制御部２２は、通信器３０に対して計測データを送信する制御を実行した後に通信器３０から受取完了報告データを受信し、受信した受取完了報告データに対応する計測データを再送しないように、当該計測データにフラグを立てる等の処理を実行する。
【0034】
通信器３０には、図３（ａ）、（ｂ）に示す二つの形態が含まれる。図３（ａ）に示す形態の通信器３０は、計測データの受信が可能なゲートウェイ３１と、ゲートウェイ３１に接続されている坑内ＬＡＮ（Local Area Network）３５と、坑内ＬＡＮ３５に接続されている送信用アクセスポイント３６とを有する。
【0035】
ゲートウェイ３１は、制御部３２とＬＰＷＡ無線通信モジュール３３とを有し、計測器２０よりＬＰＷＡ無線にて送信されてきた計測データを受信する通信アンテナ３４と、ネットワークを介して計測データをサーバ装置に送信する通信アンテナ３７とをさらに有する。
【0036】
坑内ＬＡＮ３５は、不図示の有線ＬＡＮ制御部を備え、ＬＡＮによる通信制御が実行されるようになっている。また、送信用アクセスポイント３６は、各種のネットワークによる通信を実現する機器であり、通信アンテナ３７を介して、例えば２．４ＧＨｚの無線帯域を用いた無線通信を実行する。
【0037】
一方、図３（ｂ）に示す形態の通信器３０Ａは、計測データの送受信が可能なゲートウェイ３１のみを有する通信器であり、計測データを受信する通信アンテナ３４と、計測データをサーバ装置に送信する通信アンテナ３７とがゲートウェイ３１に取り付けられている。ゲートウェイ３１のみが計測データの送受信を全て処理することにより、計測器の機器構成を可及的に簡素化することができる。
【0038】
図１に戻り、地山計測システム５０によれば、計測孔１６に収容される計測器２０から坑口１２側に配設されている通信器３０に対して計測データ（定量データ）がＬＰＷＡ無線方式にて送信されることにより、山岳トンネル１０の坑内における１ｋｍ以上の長距離無線通信を実現することができる。このことにより、計測データの回収タイミングや計測場所が制限されることが解消され、計測データを以後の山岳トンネル施工に速やかにフィードバックすることが可能になる。
【0039】
尚、以下で説明する検証実験によれば、山岳トンネル１０の坑内におけるＬＰＷＡ無線方式による計測データの送受信は、１ｋｍ乃至２ｋｍ程度の長距離通信が可能であることが特定されている。この検証実験結果より、地山計測システム５０では、例えば切羽近傍の計測器２０からの距離が１ｋｍ乃至２ｋｍ程度ごとに通信器３０を設置し、外部のネットワークに接続される最も坑口側にある通信器３０に対して計測データを送信するシステムとして構築されるのが望ましい。
【0040】
＜地山管理システム＞
次に、図４乃至図６を参照して、実施形態に係る地山管理システムの一例について説明する。ここで、図４は、実施形態に係る地山管理システムの一例を示す全体構成図である。また、図５は、コンピュータのハードウェア構成の一例を示す図であり、図６（ａ）と図６（ｂ）はそれぞれ、地山管理システムを構成するサーバ装置とユーザ端末の機能構成の一例を示す図である。
次に、図４乃至図６を参照して、実施形態に係る地山管理システムの一例について説明する。ここで、図４は、実施形態に係る地山管理システムの一例を示す全体構成図である。また、図５は、コンピュータのハードウェア構成の一例を示す図であり、図６（ａ）と図６（ｂ）はそれぞれ、地山管理システムを構成するサーバ装置とユーザ端末の機能構成の一例を示す図である。
【0041】
地山管理システム１００は、山岳トンネル１０における坑口側の通信器３０と、複数の施工関係者の備えるユーザ端末８０とがネットワーク６０を介して接続されることにより形成される。ユーザ端末８０としては、パーソナルコンピュータ（ＰＣ：Personal Computer）やタブレット等が挙げられる。
【0042】
複数の施工関係者の備えるユーザ端末８０とは、例えば、山岳トンネル１０を施工する施工管理者の備えるユーザ端末８０Ａ、山岳トンネル１０の施工現場における工事作業所（工事管理棟）に備えられるユーザ端末８０Ｂ、施工会社の本支店担当者の備えるユーザ端末８０Ｃ等があり、その他、施工に関連する様々な施工業者や施主の備えるユーザ端末もある。
【0043】
ネットワーク６０には、インターネット等の公衆ネットワーク、携帯電話網等の無線ネットワーク、ＶＰＮ（Virtual Private Network）等の専用ネットワーク、ＬＡＮ（Local Area Network）等が含まれる。ここで、地山管理システム１００は、一つの施工会社のみで情報共有がなされるクローズドネットワークを有する形態の他、様々な施工業者や施主との間においても情報共有が可能なオープンネットワークを有する形態である。
【0044】
サーバ装置７０へのアクセスにはアクセス権限を要し、アクセス権限が付与されているユーザ端末のみがサーバ装置７０にアクセスでき、サーバ装置７０に格納されている各種データを共有することができる。ここで、サーバ装置７０は、データ保管の他にも、各種のアプリケーションソフトウェア（アプリ）を複数のユーザが共有できるクラウドサーバであってもよい。例えば、以下で説明する計測データに基づいた地山性状等を判定する判定アプリがサーバ装置７０に格納され、アクセス権限を有するユーザ端末８０が、サーバ装置７０にアクセスし、サーバ装置７０内に格納されている計測データに基づいて判定アプリを起動することにより地山性状等の判定を行うことが可能になる。
【0045】
図５に示すように、サーバ装置７０は、パーソナルコンピュータやワークステーション（ＷＳ：Work Station）等の情報処理装置からなり、ユーザ端末８０も情報処理装置であり、いずれも図６に示すコンピュータにより構成される。
【0046】
サーバ装置７０等のコンピュータは、接続バス７６により相互に接続されているＣＰＵ７１、主記憶装置７２、補助記憶装置７３、通信ＩＦ（interface）７４、及び入出力ＩＦ７５を備えている。主記憶装置７２と補助記憶装置７３は、コンピュータが読み取り可能な記録媒体である。尚、上記の構成要素はそれぞれ個別に設けられてもよいし、一部の構成要素を設けないようにしてもよい。
【0047】
ＣＰＵ７１は、ＭＰＵ（Microprocessor）やプロセッサとも呼ばれ、ＣＰＵ７１は、単一のプロセッサであってもよいし、マルチプロセッサであってもよい。ＣＰＵ７１は、コンピュータからなるサーバ装置７０等の全体の制御を行う中央演算処理装置である。ＣＰＵ７１は、例えば、補助記憶装置７３に記憶されたプログラムを主記憶装置７２の作業領域にて実行可能に展開し、プログラムの実行を通じて周辺機器の制御を行うことにより、所定の目的に合致した機能を提供する。
【0048】
主記憶装置７２は、ＣＰＵ７１が実行するコンピュータプログラムや、ＣＰＵ７１が処理するデータ等を記憶する。主記憶装置７２は、例えば、フラッシュメモリ、ＲＡＭやＲＯＭを含む。補助記憶装置７３は、各種のプログラム及び各種のデータを読み書き自在に記録媒体に格納し、外部記憶装置とも呼ばれる。補助記憶装置７３には、例えば、ＯＳ（Operating System）、各種プログラム、各種テーブル等が格納される。ＯＳは、例えば、通信ＩＦ７４を介して接続される外部装置等とのデータの受け渡しを行う通信インターフェースプログラムを含む。外部装置等には、例えば、ネットワークに接続するパーソナルコンピュータ（ＰＣ）、ワークステーション（ＷＳ）、山岳トンネル１０内の通信器３０等が含まれる。
【0049】
補助記憶装置７３は、例えば、主記憶装置７２を補助する記憶領域として使用され、ＣＰＵ７１が実行するコンピュータプログラムや、ＣＰＵ７１が処理するデータ等を記憶する。補助記憶装置７３は、不揮発性半導体メモリ（フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable ROM））を含むシリコンディスク、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ：Hard Disk Drive）装置、ソリッドステートドライブ装置等である。また、補助記憶装置７３として、ＣＤドライブ装置、ＤＶＤドライブ装置、ＢＤドライブ装置といった着脱可能な記録媒体の駆動装置が例示され、着脱可能な記録媒体として、ＣＤ、ＤＶＤ、ＢＤ、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリ、ＳＤ（Secure Digital）メモリカード等が例示される。
【0050】
通信ＩＦ７４は、サーバ装置７０等が接続するネットワーク６０とのインターフェイスである。通信ＩＦ７４は、ネットワーク６０を介して、山岳トンネル１０内の通信器３０から計測データを受信し、各ユーザ端末８０に対して計測データや当該計測データに基づいて判定された地山性状等に関する判定結果データを送信する。
【0051】
入出力ＩＦ７５は、サーバ装置７０等に接続する機器との間でデータの入出力を行うインターフェイスである。入出力ＩＦ７５には、例えば、キーボード、タッチパネルやマウス等のポインティングデバイス、マイクロフォン等の入力デバイス等が接続する。サーバ装置７０等は、入出力ＩＦ７５を介し、入力デバイスを操作する操作者からの操作指示等を受け付ける。
【0052】
また、入出力ＩＦ７５には、例えば、液晶パネル（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）や有機ＥＬパネル（ＥＬ：Electroluminescence）等の表示デバイス、プリンタ、スピーカ等の出力デバイスが接続される。例えば、ユーザ端末８０においては、サーバ装置７０のＣＰＵ７１により処理される計測データや地山性状等に関する判定結果データが通信ＩＦ７４を介して受信され、入出力ＩＦ７５を構成する表示デバイスに表示されることにより、複数の施工関係者は、同時かつリアルタイムに計測データ等を視認することができる。
【0053】
図６（ａ）に示すように、サーバ装置７０は、ＣＰＵ７１によるプログラムの実行により、少なくとも、第二通信部７０２、判定部７０４、及び格納部７０６の各種機能を提供する。尚、上記処理機能の少なくとも一部が、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等によって提供されてもよく、同様に、上記処理機能の少なくとも一部が、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、数値演算プロセッサ、画像処理プロセッサ等の専用ＬＳＩ（large scale integration）やその他のデジタル回路等であってもよい。
【0054】
第二通信部７０２は、山岳トンネル１０内に設置されている通信器３０より送信される計測データをネットワーク６０を介して受信し、格納部７０６に格納する。
【0055】
判定部７０４には、地山の硬軟の程度に応じた複数の地山の良否レベル（例えば、硬質、準硬質、準軟質、軟質等）が設定されており、さらに、各良否レベルに応じた支保パターンが設定されている。
【0056】
例えば、判定部７０４を起動することにより、第二通信部７０２にて受信され、格納部７０６に格納されている計測データを判定部７０４が読み出し、読み出された複数の計測データ（傾斜角度データや変位データ等）に基づき、坑壁１３の横断面における変位モードや縦断面における変位モード等を作成し、この変位モードをもたらす地山性状を評価する。変位モードや最大変位量等に基づき、地山の良否レベルを判定する。
【0057】
判定部７０４では、良否レベルが判定された地山に対して、良否レベルに応じて設定されている支保パターンを特定する。例えば、硬質の地山であると判定された際には、仕様△のＨ形鋼からなるアーチ支保工を○ｍピッチで施工するといった支保パターンが特定され、軟質の地山であると判定された際には、ロックボルトを施工し、かつ、仕様□のＨ形鋼からなるアーチ支保工を▽ｍピッチで施工するといった支保パターンが特定される。
【0058】
格納部７０６には、地質調査等に基づき設定されている、各施工区間における地山性状と支保パターンが格納されている。判定部７０４では、計測データに基づいて例えば現状の地山性状（地山の良否）を判定し、判定結果に対応する支保パターンを特定することに加えて、計画段階で設定されている支保パターンを格納部７０６から読み出し、計画されている支保パターンが現状の地山性状に相応しい支保パターンであるか否かに関しても判定を行う。尚、判定部７０４では、計測データに基づいて、切羽前方の地山性状（将来的に掘削される地山の性状）をさらに評価し、計画段階における支保パターンの必要に応じた見直しにも供される。
【0059】
一方、図６（ｂ）に示すように、ユーザ端末８０は、ＣＰＵ７１によるプログラムの実行により、少なくとも、第三通信部８０２、及び表示部８０４の各種機能を提供する。尚、図示例では、サーバ装置７０が判定部７０４を備えているが、各ユーザ端末８０に判定アプリがダウンロード等されることにより判定部が備えられていてもよい。また、ユーザ端末８０も固有の格納部を備えていてもよい。
【0060】
第三通信部８０２は、サーバ装置７０より送信される計測データと判定結果データをネットワーク６０を介して受信する。
【0061】
表示部８０４は、第三通信部８０２にて受信された計測データと判定結果データを表示する。表示部８０４における表示内容には、各計測器２０の計測データ、現状の施工区間における地山性状と坑壁の変位モード、現状の施工区間における支保パターンの適否等が含まれる。
【0062】
施工関係者が固有のユーザ端末８０にて上記各種の情報を同時かつリアルタイムに共有することにより、計測データに基づいて判定された現状の地山性状に対して、計画段階での支保パターンでは安全性が懸念される場合は、より支保強度の高い支保パターンへの見直しを速やかに行うことが可能になる。また、計画段階に比べて地山性状が良好である場合は、必要に応じて支保強度の低い支保パターンへの見直しを図る（例えば、ロックボルトの施工を不要にする、支保部材のサイズダウンや配置ピッチを長くする等）ことにより、施工コストの低減に繋がる。
【0063】
＜地山計測方法と地山管理方法＞
次に、図７を参照して、実施形態に係る地山計測方法と地山管理方法の一例について説明する。ここで、図７は、実施形態に係る地山計測方法と地山管理方法の一例を示すフローチャートである。
次に、図７を参照して、実施形態に係る地山計測方法と地山管理方法の一例について説明する。ここで、図７は、実施形態に係る地山計測方法と地山管理方法の一例を示すフローチャートである。
【0064】
実施形態に係る地山計測方法は、図７に示すフローチャートにおいて、計測孔施工工程（ステップＳ１０２）乃至計測送信工程（ステップＳ１０８）までの各工程を有する。また、実施形態に係る地山管理方法は、図７に示すフローチャートにおいて、計測孔施工工程（ステップＳ１０２）乃至支保パターン評価工程（ステップＳ１１４）までの各工程を有する。すなわち、地山管理方法は、地山計測方法を含む方法となる。
【0065】
地山計測方法では、まず、山岳トンネル１０において計測孔１６を施工する。計測孔１６はトンネルの掘進に応じて随時施工され、切羽１１から所定距離離れた位置の横断面において単数もしくは複数の計測孔１６が施工される（以上、計測孔施工工程（ステップＳ１０２））。
【0066】
次に、計測器２０（図２参照）の全体を計測孔１６に設置する。計測器２０の全体を計測孔１６に収容することにより、山岳トンネル１０の施工における発破等の際に飛散し得る岩塊により計測器２０が破損することを防止できる。尚、計測孔１６に設置される計測器２０は、トンネルの掘進に応じて、別途施工される計測孔１６に転用されてもよい（以上、計測器設置工程（ステップＳ１０４））。
【0067】
計測器設置工程と同様のタイミングにて、もしくは相前後するタイミングにて、計測器２０が設置される計測孔１６（例えば切羽１１の近傍の計測孔１６）よりも坑口１２側に通信器３０を設置する（通信器設置工程（ステップＳ１０６））。
【0068】
通信器設置工程では、トンネルの施工当初の段階（ＬＰＷＡ無線により計測データの送受信が可能な１ｋｍ乃至２ｋｍ程度の掘進長の段階）では、１台の通信器３０を坑口１２の近傍に設置し、この１台の通信器３０と例えば複数の計測器２０とにより地山計測システム５０を構築する。
【0069】
一方、トンネルの掘進長がＬＰＷＡ無線による送受信不可な長さとなった段階で、通信器３０を随時追加していき、複数の通信器３０と複数の計測器２０とにより地山計測システム５０を構築する。例えば、延長の長い山岳トンネル１０においては、切羽１１の近傍において直近にて設置された計測器２０が設けられ、この計測器２０から例えば１．５ｋｍ程度の間隔で通信器３０を坑内に設置していくことにより、切羽１１の近傍にある計測器２０による計測データを最も坑口１２側に設置されている通信器３０に送信することが可能になり、この通信器３０からネットワーク６０を介してサーバ装置７０に計測データを送信することが可能になる。
【0070】
トンネルの掘進に応じた各段階において、ＬＰＷＡ無線による計測データを最も坑口１２側に設置されている通信器３０に送信可能な地山計測システム５０を構築した後（通信器設置工程の後）、計測部２４にて計測されている定量データ（計測データ）を通信器３０に対してＬＰＷＡ無線にて送信する（計測送信工程（ステップＳ１０８））。
【0071】
以上、計測孔施工工程（ステップＳ１０２）乃至計測送信工程（ステップＳ１０８）までの各工程を有する地山計測方法によれば、坑内における通信状況が一般に不良である山岳トンネルの施工においても、ＬＰＷＡ無線による長距離無線通信により、可及的に少ない通信器３０にて計測データの送受信が可能になる。そのため、例えば切羽１１の近傍に計測器２０を設置して計測データを取得することが可能になり、高い精度で地山性状を評価できるとともに、データ回収の時間帯と計測場所の双方が制限されることなく、計測データを随時取得することができる。
【0072】
次に、山岳トンネル１０の坑内に設置されている通信器３０からネットワーク６０を介してサーバ装置７０に計測データを送信する。サーバ装置７０では、計測データに基づいて現状の地山性状、地山の硬軟の程度等、様々な地山の評価判定を行い、例えば、判定結果に対応する支保パターンを特定し、計画段階で設定されている支保パターンが現状の地山性状に相応しい支保パターンであるか否かに関する判定を行う。尚、この判定は、サーバ装置７０から送信された計測データに基づき、各ユーザ端末８０の判定部において行ってもよい（以上、判定工程（ステップＳ１１０））。
【0073】
例えば、サーバ装置７０にて判定された判定結果データは、計測データとともに各ユーザ端末８０に送信され、各ユーザ端末８０の表示部８０４には、受信された判定結果データ等が表示される。この表示内容には、各計測器２０の計測データ、現状の施工区間における地山性状と坑壁の変位モード、実測最大変位量と許容変位量、現状の施工区間における支保パターンの適否等が含まれる（以上、表示工程（ステップＳ１１２））。
【0074】
施工関係者は、自身のユーザ端末８０にて上記各種の情報を同時かつリアルタイムに共有し、計測データに基づいて判定された現状の地山性状に対する、計画段階での支保パターンの適否を評価し、必要に応じて支保パターンの見直しを行う（支保パターン評価工程（ステップＳ１１４））。
【0075】
以上、計測孔施工工程（ステップＳ１０２）乃至支保パターン評価工程（ステップＳ１１４）までの各工程を有する地山管理方法によれば、計測データに基づいて判定された現状の地山性状に対する、計画段階での支保パターンの適否を速やかに評価でき、必要に応じて支保強度の高い支保パターンへの見直しを図ることにより、高い施工安全性を保証することが可能になる。また、必要に応じて支保強度の低い支保パターンへの見直しを図ることにより、施工コストの低減にも繋がる。
【0076】
［ＬＰＷＡ通信の通信距離と受信信号強度との関係に関する検証実験］
本発明者等は、山岳トンネルにおけるＬＰＷＡ通信の通信距離と受信信号強度との関係に関する検証実験を行い、山岳トンネルにおける通信可能な距離を特定した。
本発明者等は、山岳トンネルにおけるＬＰＷＡ通信の通信距離と受信信号強度との関係に関する検証実験を行い、山岳トンネルにおける通信可能な距離を特定した。
【0077】
ＬＰＷＡ通信におけるＬｏＲＡＷＡＮは、見通しの良い屋外においては数ｋｍ乃至数十ｋｍの距離を通信可能であることが知られているが、線形構造物である山岳トンネルの坑内における通信特性については知られていない。そこで、２つの山岳トンネル工事（ここでは、実際のトンネル名称を伏せ、仮称としてＡトンネル、Ｂトンネルとする）において、ＬｏＲＡＷＡＮ規格の通信機器（ＰＬＮｅｔｗｏｒｋｓ社製のＬｏＲａ無線通信ユニット）を用いた坑内通信実験を行った。
【0078】
通信状況の評価には、ＲＳＳＩ（Received Signal Strength Indication）を用いた。ＲＳＳＩは、無線通信における受信信号の強度を表す指標であり（単位はｄＢｍ）、通信距離が長くなるに従いその値が低下し、ある値を下回ると電波が受信できなくなる。本実験に用いた通信機器の通信可能最低ＲＳＳＩは約－１３４ｄＢｍであった。
【0079】
【0080】
各トンネルの概要を説明する。Ａトンネルは、断面積が約５０ｍ２で、ほぼ直線の見通しの良いトンネル線形を有している。一方、Ｂトンネルは、小断面（約３５ｍ２）で、一部に曲率の大きな箇所があり、通信環境としてはＡトンネルと比較して不利な条件にある。
【0081】
坑内の坑壁に関しては、Ａトンネルでは殆どの実験区間の坑壁が覆工コンクリートにて覆われた状態であったが、Ｂトンネルでは全線で吹付けコンクリートと鋼製支保工が露出した状態であった。また、両トンネルともに、ずり出し用のベルトコンベアが設置されていた。
【0082】
【0083】
【数1】
【0084】
図９より、双方のトンネルともに通信距離が長くなるにつれてＲＳＳＩが低下することが分かった。具体的には、Ａトンネルでは、送受信器間の距離が１．７ｋｍまで通信可能であることが確認されたが、切羽に到達したため、それ以上の距離での検証はできなった。
【0085】
一方、見通しの悪いＢトンネルでは、１．４ｋｍまで通信可能であることが確認された。Ｂトンネルにおいては、さらに１．６ｋｍ地点でも通信を試みたが、電波が受信できなかった。
【0086】
図９に示すように、Ｆｒｉｓの伝達公式により導出される伝搬損失の推定式に基づくグラフを双方のトンネルの実験結果に重ね合わせてみると、山岳トンネルの坑内は概ねｎ＝２．５乃至３．０の間の条件に合致することが分かる。
【0087】
一方、図８（ｂ）に示す丁字路において通信を行った結果、ＲＳＳＩは－１２０ｄＢｍであった。これは、直線部における通信距離１．５ｋｍに相当するＲＳＳＩであり、見通しがきかない場合は電波が大きく減衰することが分かった。しかしながら、まったく見通しのきかない条件においても、通信が可能であることが実証されている。
【0088】
本実験より、山岳トンネルにおいてＬＰＷＡ無線通信を適用した場合、１．５ｋｍ程度の長距離無線通信が可能であることが実証されている。
【0089】
［計測孔における計測器の挿入深さと受信信号強度との関係に関する検証実験］
本発明者等はさらに、計測孔における計測器の挿入深さと受信信号強度との関係に関する検証実験を行い、計測孔に計測器を完全に収容した際の計測データの送受信可能性を検証した。
本発明者等はさらに、計測孔における計測器の挿入深さと受信信号強度との関係に関する検証実験を行い、計測孔に計測器を完全に収容した際の計測データの送受信可能性を検証した。
【0090】
本実験では、図１０に示すように、天端に設けたφ５０ｍｍの計測孔に計測器を挿入し、計測データを受信する受信器は計測孔から約１０ｍ離れた坑内に設置し、挿入深さが通信に与える影響について調べた。
【0091】
実験結果を図１１に示す。図１１より、計測器の挿入深さに比例してＲＳＳＩが低下することが分かった。尚、計測器にＬｏＲａ通信モジュール（ＬＰＷＡ通信モジュール）と通信アンテナを組み込む場合の挿入深さは１０ｃｍ以下を想定している。このことと本実験結果より、周囲の吹付けコンクリートが通信に及ぼす影響は、十数ｄＢｍ程度のＲＳＳＩ低減に留まることが分かる。
【0092】
本実験より、山岳トンネルにおいてＬＰＷＡ無線通信を適用し、計測孔内に計測器の全体を完全に収容した場合でも、計測データを長距離無線通信できることが実証されている。
【0093】
尚、上記実施形態に挙げた構成等に対し、その他の構成要素が組み合わされるなどした他の実施形態であってもよく、ここで示した構成に本発明が何等限定されるものではない。この点に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更することが可能であり、その応用形態に応じて適切に定めることができる。
【符号の説明】
【0094】
１０：山岳トンネル
１１：切羽
１２：坑口
１３：坑壁
１４：支保部材
１５：吹付けコンクリート
１６，１６Ａ，１６Ｂ：計測孔
２０，２０Ａ，２０Ｂ：計測器
２１：本管
２２：制御部
２３：格納部
２４：計測部
２５：第一通信部
２６：ＬＰＷＡ無線通信モジュール
２７：通信アンテナ
２８：外管
３０，３０Ａ：通信器
３１：ゲートウェイ
３２：制御部
３３：ＬＰＷＡ無線通信モジュール
３４，３７，３８：通信アンテナ
３５：ＬＡＮケーブル
３６：送信用アクセスポイント
５０：地山計測システム
６０：ネットワーク
７０：サーバ装置
８０，８０Ａ，８０Ｂ，８０Ｃ：ユーザ端末
１００：地山管理システム
７０２：第二通信部
７０４：判定部
７０６：格納部
８０２：第三通信部
８０４：表示部
Ｇ：地山
１１：切羽
１２：坑口
１３：坑壁
１４：支保部材
１５：吹付けコンクリート
１６，１６Ａ，１６Ｂ：計測孔
２０，２０Ａ，２０Ｂ：計測器
２１：本管
２２：制御部
２３：格納部
２４：計測部
２５：第一通信部
２６：ＬＰＷＡ無線通信モジュール
２７：通信アンテナ
２８：外管
３０，３０Ａ：通信器
３１：ゲートウェイ
３２：制御部
３３：ＬＰＷＡ無線通信モジュール
３４，３７，３８：通信アンテナ
３５：ＬＡＮケーブル
３６：送信用アクセスポイント
５０：地山計測システム
６０：ネットワーク
７０：サーバ装置
８０，８０Ａ，８０Ｂ，８０Ｃ：ユーザ端末
１００：地山管理システム
７０２：第二通信部
７０４：判定部
７０６：格納部
８０２：第三通信部
８０４：表示部
Ｇ：地山
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】