JP7483076B2 - Stress measurement method - Google Patents
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Description
本発明は、トンネル構築の際に掘削坑の内壁面に吹き付けられる吹き付けコンクリート内の応力を測定する応力測定方法に関する。 The present invention relates to a stress measurement method for measuring the stress in the sprayed concrete that is sprayed onto the inner wall surface of an excavation hole during tunnel construction.
山岳トンネルなどのトンネル工事では、地山(天然の状態にある地盤・岩盤)を掘削して坑(掘削坑)を形成した後に、鋼製支保材の建て込みと吹付コンクリートによる一次覆工(支保)とロックボルト打設とによる支保構造物を構築することを繰り返し、その後、コンクリートで更に二次覆工することにより、トンネルを完成させている。 In tunnel construction such as mountain tunnels, the ground (ground and bedrock in its natural state) is excavated to form a tunnel (excavated shaft), and then the supporting structure is constructed by erecting steel supports, applying a primary lining (support) using sprayed concrete, and driving in rock bolts, and then the tunnel is completed by applying a secondary lining using concrete.
そして、特許文献1には、トンネル工事において、切羽近傍の地山における地中の変位を計測する地中変位計を掘削坑の内側から挿入し、掘削に伴う地山の変化やゆるみを確認し、その確認結果に基づいて、ロックボルトの施工本数を決めるなどして支保構造物の施工を行う技術が開示されている。 Patent Document 1 discloses a technique for constructing support structures in tunnel construction, in which an underground displacement meter that measures underground displacement in the ground near the face is inserted from inside the excavation tunnel to check for changes and loosening of the ground caused by excavation, and the number of rock bolts to be installed is determined based on the results of the check.
ところで、前記吹き付けコンクリートは、地山の掘削後、早期に地山に密着して吹き付け施工され、トンネル周辺地山の挙動に敏感に反応する部材である。本願の発明者は、トンネル工事において、吹き付けコンクリート内の応力を測定することは、トンネルの安定性と支保構造物の妥当性を検討する上で需要な施工管理項目であることに着目した。 The above-mentioned sprayed concrete is sprayed onto the ground quickly after excavation, and is a material that reacts sensitively to the behavior of the ground around the tunnel. The inventors of the present application have realized that measuring the stress in the sprayed concrete during tunnel construction is an important construction management item for examining the stability of the tunnel and the suitability of the support structure.
ここで、特許文献1に記載の地中変位計を前記吹き付けコンクリートに挿入して測定した変位(歪み)から前記吹き付けコンクリート内の応力を測定することが考えられるが、この方法では、地中変位計を挿入したポイントにおける応力を測定できるだけであり、吹き付けコンクリートの応力分布を測定することはできない。また、前記吹き付けコンクリートの変位、つまり、歪みの測定にあたっては、地山の挙動に敏感に反応する前記吹き付けコンクリートの歪みに追従して、その歪みを適切に捉えることが求められる。 Here, it is conceivable to insert the underground displacement meter described in Patent Document 1 into the sprayed concrete and measure the stress within the sprayed concrete from the measured displacement (strain), but this method can only measure the stress at the point where the underground displacement meter is inserted, and cannot measure the stress distribution in the sprayed concrete. Furthermore, when measuring the displacement of the sprayed concrete, that is, the strain, it is necessary to track the strain of the sprayed concrete, which reacts sensitively to the behavior of the ground, and to appropriately capture that strain.
そこで、本発明は、このような実状に着目してなされたものであり、吹き付けコンクリート内の連続的な応力分布を測定可能な応力測定方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention was made with attention to this situation, and aims to provide a stress measurement method that can measure the continuous stress distribution within sprayed concrete.
上記課題に対して、トンネル構築において掘削坑の周壁面に吹き付けられた吹き付けコンクリート内の応力を測定する応力測定装置が提供される。応力測定装置は、前記吹き付けコンクリート内に埋設される埋設ケーブルと、歪測定部と、応力測定部と、を含む。前記埋設ケーブルは、光ファイバーケーブルと、保護部材とからなる。前記光ファイバーケーブルは、前記周壁面に沿って延設されると共に入射された光を導く。前記保護部材は、前記光ファイバーケーブルに沿って設けられ前記光ファイバーケーブルを保護するための部材である。前記歪測定部は、前記光ファイバーケーブルによって導かれる反射光に基づいて、前記光ファイバーケーブルの延設方向に沿った前記光ファイバーケーブルの歪みの分布を測定する。前記応力測定部は、前記吹き付けコンクリートについての応力と歪みとの関係を示すデータを予め記憶すると共に、前記歪測定部による測定結果と前記データとに基づいて、前記延設方向に沿った前記吹き付けコンクリート内の応力の分布を測定する。そして、前記埋設ケーブルは、その表面において凸状の部位を当該埋設ケーブルの延設方向に断続的に有する。 In response to the above problem, a stress measuring device is provided that measures the stress in the sprayed concrete sprayed on the wall surface of the excavation hole during tunnel construction. The stress measuring device includes an embedded cable embedded in the sprayed concrete, a strain measuring unit, and a stress measuring unit. The embedded cable is composed of an optical fiber cable and a protective member. The optical fiber cable extends along the wall surface and guides incident light. The protective member is a member that is provided along the optical fiber cable and protects the optical fiber cable. The strain measuring unit measures the distribution of strain in the optical fiber cable along the extension direction of the optical fiber cable based on the reflected light guided by the optical fiber cable. The stress measuring unit stores data indicating the relationship between stress and strain in the sprayed concrete in advance, and measures the distribution of stress in the sprayed concrete along the extension direction based on the measurement results by the strain measuring unit and the data. The embedded cable has convex portions on its surface intermittently in the extension direction of the buried cable.
また、上記課題に対して、本発明の参考態様に係る応力測定方法は、トンネル構築において掘削坑の周壁面に吹き付けられた吹き付けコンクリート内の応力を測定する応力測定方法である。前記参考態様に係る応力測定方法は、(1)入射された光を導く光ファイバーケーブルと前記光ファイバーケーブルに沿って設けられ前記光ファイバーケーブルを保護する保護部材とからなる埋設ケーブルであって、その表面において凸状の部位を当該埋設ケーブルの延設方向に断続的に有する埋設ケーブルを、前記周壁面に沿って延設することと、(2)前記埋設ケーブルを埋設するように、前記周壁面にコンクリートを吹き付けることと、(3)前記光ファイバーケーブルによって導かれる反射光に基づいて、前記光ファイバーケーブルの延設方向に沿った前記光ファイバーケーブルの歪みの分布を測定することと、(4)前記吹き付けコンクリートについての応力と歪みとの関係を示すデータを予め記憶すると共に、前記歪みの分布の測定結果と前記データとに基づいて、前記延設方向に沿った前記吹き付けコンクリート内の応力の分布を測定することと、を含む。
そして、本発明の一態様に係る応力測定方法は、トンネル構築において掘削坑の周壁面に吹き付けられたコンクリート内の応力を測定する応力測定方法である。前記一態様に係る応力測定方法は、(1)入射された光を導く光ファイバーケーブルと前記光ファイバーケーブルを保護する保護部材とからなる埋設ケーブルを、前記周壁面に沿って延設することと、(2)前記埋設ケーブルを埋設するように、前記周壁面にコンクリートを吹き付けることと、(3)前記コンクリートの前記周壁面に吹き付けられた時からの材齢を計時することと、(4)前記光ファイバーケーブルの延設方向に沿った前記光ファイバーケーブルの歪みの分布を、測定することと、(5)前記コンクリートについての応力と歪みとの関係を示すデータを、前記コンクリートが設計強度を発現する前である所定の若材齢時からの複数の時点毎に予め記憶すると共に、前記歪みの分布の測定結果と前記データとに基づいて、前記所定の若材齢時以降の前記延設方向に沿った前記コンクリート内の応力の分布を測定することと、を含む。
In addition, in order to solve the above problem, a stress measurement method according to a reference embodiment of the present invention is a stress measurement method for measuring stress in sprayed concrete sprayed on a peripheral wall surface of an excavation hole in tunnel construction. The stress measurement method according to the reference embodiment includes: (1) extending a buried cable, which is composed of an optical fiber cable that guides incident light and a protective member that is provided along the optical fiber cable and protects the optical fiber cable, and has convex portions on its surface intermittently in the extension direction of the buried cable, along the peripheral wall surface; (2) spraying concrete on the peripheral wall surface so as to bury the buried cable; (3) measuring the distribution of strain of the optical fiber cable along the extension direction of the optical fiber cable based on the reflected light guided by the optical fiber cable; and (4) storing data indicating the relationship between stress and strain in the sprayed concrete in advance, and measuring the distribution of stress in the sprayed concrete along the extension direction based on the measurement result of the distribution of strain and the data.
A stress measurement method according to one aspect of the present invention is a method for measuring stress in concrete sprayed on a peripheral wall surface of an excavation hole in tunnel construction. The stress measurement method according to the one aspect includes: (1) extending an embedded cable, which includes an optical fiber cable for guiding incident light and a protective member for protecting the optical fiber cable, along the peripheral wall surface; (2) spraying concrete on the peripheral wall surface so as to bury the embedded cable; (3) timing the age of the concrete from the time when it was sprayed on the peripheral wall surface; (4) measuring the strain distribution of the optical fiber cable along the extension direction of the optical fiber cable; and (5) storing data showing the relationship between stress and strain for the concrete at multiple time points from a predetermined early age before the concrete develops its design strength, and measuring the stress distribution in the concrete along the extension direction after the predetermined early age based on the measurement results of the strain distribution and the data.
前記応力測定装置及び参考態様に係る応力測定方法によると、前記吹き付けコンクリート内に埋設された前記光ファイバーケーブルと前記保護部材とからなる前記埋設ケーブルは、その表面において凸状の部位を有しているため、前記吹き付けコンクリートと前記埋設ケーブルとの付着力が向上する。そして、前記凸状の部位は、前記埋設ケーブルの延設方向に断続的に有しているため、前記吹き付けコンクリートが前記埋設ケーブルの延設方向に歪むと、この歪みに追従して前記光ファイバーケーブルを前記埋設ケーブルの延設方向に歪ませることができる。そのため、この光ファイバーケーブルの歪みを測定することにより、前記吹き付けコンクリートの歪みを適切に捉えることができる。そして、前記光ファイバーケーブルによって導かれる反射光に基づいて、前記光ファイバーケーブルの延設方向に沿った前記光ファイバーケーブルの歪みの分布を測定し、予め記憶した前記吹き付けコンクリートについての応力と歪みとの関係を示すデータと前記歪みの分布の測定結果とに基づいて、前記吹き付けコンクリート内の応力の分布を前記延設方向に沿って連続的に測定することができる。さらに、前記保護部材により、コンクリートの吹き付け時における光ファイバーケーブルの破損等を確実に防止又は抑制することができる。
そして、本発明に係る応力測定方法によると、若材齢時以降の吹き付けコンクリート内の応力分布について、吹き付け後、間もない時期から確実に測定することができ、トンネルの安定性と支保構造物の妥当性を検討・分析することができる。
According to the stress measuring device and the stress measuring method of the reference embodiment, the buried cable, which is composed of the optical fiber cable and the protective member embedded in the sprayed concrete, has a convex portion on its surface, and therefore the adhesion between the sprayed concrete and the buried cable is improved. The convex portion is intermittently formed in the extending direction of the buried cable, so that when the sprayed concrete is distorted in the extending direction of the buried cable, the optical fiber cable can be distorted in the extending direction of the buried cable in response to the distortion. Therefore, by measuring the distortion of the optical fiber cable, the distortion of the sprayed concrete can be appropriately captured. Then, based on the reflected light guided by the optical fiber cable, the distribution of the distortion of the optical fiber cable along the extending direction of the optical fiber cable is measured, and based on the data showing the relationship between the stress and distortion of the sprayed concrete stored in advance and the measurement result of the distribution of the distortion, the distribution of the stress in the sprayed concrete can be continuously measured along the extending direction. Furthermore, the protective member can reliably prevent or suppress damage to the optical fiber cable when the concrete is sprayed.
Furthermore, the stress measurement method of the present invention makes it possible to reliably measure the stress distribution within the sprayed concrete from its early age onwards, starting immediately after spraying, enabling the stability of the tunnel and the adequacy of the support structure to be examined and analysed.
このようにして、吹き付けコンクリートの歪みに追従して光ファイバーケーブルの歪みを適切に捉えると共に、吹き付けコンクリート内の連続的な応力分布を測定可能な応力測定装置及び応力測定方法を提供することができる。 In this way, it is possible to provide a stress measuring device and a stress measuring method that can properly capture the distortion of the optical fiber cable by following the distortion of the sprayed concrete, and can measure the continuous stress distribution within the sprayed concrete.
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明の一実施形態における応力測定装置100の概略構成を示す図であり、山岳トンネルの支保構造物の構築に適用した場合を示している。図1は、切羽W側に向って視たトンネルの横断面図でもある。図2は図1に示すA-A矢視断面図であり、図3は図1に示すB―B矢視断面図であると共に、後述する埋設ケーブル10の延設経路を説明するための概念図でもある。図4は、図1及び図3に示すC部を後述する掘削坑1の内側から視た部分拡大斜視図である。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
Fig. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a stress measuring device 100 according to an embodiment of the present invention, and shows a case where the device is applied to the construction of a support structure for a mountain tunnel. Fig. 1 is also a cross-sectional view of a tunnel viewed toward the face W. Fig. 2 is a cross-sectional view taken along the line A-A in Fig. 1, and Fig. 3 is a cross-sectional view taken along the line B-B in Fig. 1, and is also a conceptual diagram for explaining the extension path of a buried cable 10, which will be described later. Fig. 4 is a partially enlarged perspective view of part C shown in Figs. 1 and 3, as viewed from the inside of an excavation hole 1, which will be described later.
まず、応力測定装置100を用いて構築されるトンネルについて説明する。 First, we will explain the tunnel constructed using the stress measuring device 100.
本実施形態のトンネルは、山岳トンネルであり、例えば、NATM工法により構築される。トンネルの主要部である掘削坑1は、地山2をブレーカーや自由断面掘削機や発破等により掘削して形成される。 The tunnel in this embodiment is a mountain tunnel, and is constructed, for example, by the NATM method. The excavation hole 1, which is the main part of the tunnel, is formed by excavating the ground 2 using a breaker, a free-face excavator, blasting, etc.
図1に示すように、本実施形態では、掘削坑1の頂部は、周辺地山が本来有している耐荷能力を積極的に活用するために、アーチ状(略半円)に形成される。また、図2~図4に示すように、掘削坑1の周壁面3の頂部及び左右側部に沿うように、鋼製支保材(鋼アーチ支保工)4がトンネル掘進方向に所定の間隔Sを空けて設けられている。鋼製支保材4は、例えばH鋼であり、掘削坑1のトンネル掘進方向と直交する断面の断面形状(図1参照)に合わせて、周壁面3の周方向に延びるように湾曲したアーチ状に形成されている。間隔Sは、地山2の土圧等に応じて定められ、例えば、1m程度である。また、図4に示すように、周壁面3と鋼製支保材4との間には、金網5が周壁面3の頂部及び左右側部に沿うように設置されている。金網5は、鉄筋が網目状に組まれることにより形成されている。なお、図1~図3では、金網5は、図の簡略化のため、図示省略されている。 As shown in FIG. 1, in this embodiment, the top of the excavation pit 1 is formed in an arch shape (approximately semicircular) in order to actively utilize the load-bearing capacity inherent to the surrounding ground. Also, as shown in FIGS. 2 to 4, steel supports (steel arch supports) 4 are provided at a predetermined interval S in the tunnel excavation direction along the top and left and right sides of the peripheral wall surface 3 of the excavation pit 1. The steel supports 4 are, for example, H-shaped steel, and are formed in a curved arch shape extending in the circumferential direction of the peripheral wall surface 3 in accordance with the cross-sectional shape (see FIG. 1) of the cross section of the excavation pit 1 perpendicular to the tunnel excavation direction. The interval S is determined according to the earth pressure of the ground 2, and is, for example, about 1 m. Also, as shown in FIG. 4, a wire mesh 5 is installed between the peripheral wall surface 3 and the steel supports 4 so as to be along the top and left and right sides of the peripheral wall surface 3. The wire mesh 5 is formed by arranging reinforcing bars in a mesh shape. In addition, in Figures 1 to 3, the wire mesh 5 is omitted from the illustration to simplify the drawings.
そして、掘削坑1の周壁面3には、コンクリートが吹き付けられ、周壁面3は、鋼製支保材4と周壁面3に吹き付けられた吹き付けコンクリート6とにより一次支保されている。吹き付けコンクリート6は、隣り合う鋼製支保材4,4の間と、鋼製支保材4と周壁面3との間の空間を埋めるように、周壁面3の頂部及び左右側部の全周に亘って吹き付けられている。吹き付けコンクリート6のコンクリート厚t1は、地山の土圧等に応じて予め定められる。吹き付けコンクリート6が周壁面3に吹き付けられた状態で、吹き付けコンクリート6の内周面は鋼製支保材4としてのH鋼の内側(周壁面3と反対側)のフランジ面と面一になるように吹き付けられる。また、図示を省略したが、隣り合う鋼製支保材4,4の間における周壁面3の周方向に離間した位置において、複数のロックボルトが掘削坑1の内側から吹き付けコンクリート6を貫通して地山に到達するように打設されている。前記ロックボルトの打設本数、打設位置及び打設深さ等は、地山2の土圧等に応じて定められる。鋼製支保材4と吹き付けコンクリート6による一次覆工(支保)とロックボルト打設とによる支保構造物の構築が繰り返され、その後、図示を省略したが、吹き付けコンクリート6の内側からコンクリートで更に二次覆工することにより、トンネルが完成する。 Concrete is sprayed onto the peripheral wall surface 3 of the excavation hole 1, and the peripheral wall surface 3 is primarily supported by the steel supports 4 and the shotcrete 6 sprayed onto the peripheral wall surface 3. The shotcrete 6 is sprayed over the entire circumference of the top and left and right sides of the peripheral wall surface 3 so as to fill the spaces between the adjacent steel supports 4, 4 and between the steel supports 4 and the peripheral wall surface 3. The concrete thickness t1 of the shotcrete 6 is determined in advance according to the earth pressure of the ground. When the shotcrete 6 is sprayed onto the peripheral wall surface 3, the inner surface of the shotcrete 6 is sprayed so as to be flush with the flange surface on the inside (opposite the peripheral wall surface 3) of the H-shaped steel as the steel support 4. Although not shown in the figure, a plurality of rock bolts are cast from the inside of the excavation hole 1 through the shotcrete 6 at positions spaced apart in the circumferential direction of the peripheral wall surface 3 between the adjacent steel supports 4, 4 so as to reach the ground. The number of rock bolts to be installed, their installation positions, and installation depth are determined according to the earth pressure of the ground 2. The construction of the support structure is repeated, with the primary lining (support) made of steel supports 4 and sprayed concrete 6, and then the rock bolts are installed. After that, although not shown in the figure, the tunnel is completed by applying a secondary lining of concrete from the inside of the sprayed concrete 6.
次に、応力測定装置100について説明する。図5は応力測定装置100の概略のブロック図であり、図6は後述する埋設ケーブル10の外観を示す部分拡大図であり、図7は埋設ケーブル10の断面図である。 Next, the stress measuring device 100 will be described. Figure 5 is a schematic block diagram of the stress measuring device 100, Figure 6 is a partially enlarged view showing the appearance of the buried cable 10 described later, and Figure 7 is a cross-sectional view of the buried cable 10.
応力測定装置100は、トンネル構築において掘削坑1の周壁面3に吹き付けられた吹き付けコンクリート6内の応力σを測定するものである。 The stress measuring device 100 measures the stress σ in the sprayed concrete 6 sprayed onto the wall surface 3 of the excavation hole 1 during tunnel construction.
図5に示すように、応力測定装置100は、吹き付けコンクリート6内に埋設される埋設ケーブル10と、埋設ケーブル10の一端部に接続される装置本体部20とを備えて構成される。 As shown in FIG. 5, the stress measuring device 100 is configured with a buried cable 10 that is buried in the sprayed concrete 6 and a device main body 20 that is connected to one end of the buried cable 10.
図6に示すように、埋設ケーブル10は、周壁面3の頂部及び左右側部に沿って延設されると共に、光ファイバーケーブル11と、保護部材12とからなるケーブルであり、吹き付けコンクリート6内に埋設される部材である。なお、埋設ケーブル10の延設経路については、後に詳述する。 As shown in FIG. 6, the buried cable 10 extends along the top and left and right sides of the peripheral wall surface 3, and is a cable consisting of an optical fiber cable 11 and a protective member 12, and is a member that is buried in the sprayed concrete 6. The extension path of the buried cable 10 will be described in detail later.
本実施形態では、埋設ケーブル10は、所定の若材齢時における吹き付けコンクリート6の弾性係数E以下の弾性係数E’を有する(E≧E’)。なお、これら弾性係数E及び弾性係数E’の詳細については、後に詳述する。 In this embodiment, the buried cable 10 has an elastic modulus E' that is equal to or less than the elastic modulus E of the sprayed concrete 6 at a specified early age (E ≥ E'). Details of the elastic modulus E and the elastic modulus E' will be described later.
光ファイバーケーブル11は、周壁面3の頂部及び左右側部に沿って延設されると共に入射された光を導く入射された光を導くものである。光ファイバーケーブル11は、光路となるコアとコアを被覆するクラッドとを有して形成されている。 The optical fiber cable 11 extends along the top and left and right sides of the peripheral wall surface 3 and guides the incident light. The optical fiber cable 11 is formed with a core that serves as the optical path and a cladding that covers the core.
保護部材12は、光ファイバーケーブル11に沿って設けられ光ファイバーケーブル11を保護するための部材である。 The protective member 12 is a member that is provided along the optical fiber cable 11 to protect the optical fiber cable 11.
図1(図中吹き出し部分拡大図)、図6及び図7に示すように、本実施形態では、保護部材12は、複数本の縒り紐12aからなる。そして、複数本の縒り紐12aは、光ファイバーケーブル11を芯材とし、当該芯材の周囲を囲むように螺旋状に縒り合わされている。換言すると、保護部材12は、複数本の縒り紐12aが螺旋状に縒り合わされて形成され、螺旋中心に光ファイバーケーブル11が延伸している。縒り紐12aは、例えば、所定の合成樹脂からなる繊維材等からなる。縒り紐12aは、図では、3本であるものとして示されているが、縒り紐12aの本数は、これに限定されるものではなく、適宜の本数を採用することができる。各縒り紐12aは同じものであるが、説明の便宜上、区別する必要がある場合は、縒り紐12a1、縒り紐12a2、縒り紐12a3という。なお、図7では、作図の簡略化のため各縒り紐12aの断面は円形断面で示されているが、実際は、各縒り紐12aは縒り合わせ具合(螺旋ピッチ)等に応じた偏平断面を有している。 As shown in FIG. 1 (enlarged view of the balloon portion in the figure), FIG. 6 and FIG. 7, in this embodiment, the protective member 12 is made of a plurality of twisted cords 12a. The plurality of twisted cords 12a are twisted in a spiral shape so as to surround the periphery of the core material, which is the optical fiber cable 11. In other words, the protective member 12 is formed by twisting a plurality of twisted cords 12a in a spiral shape, and the optical fiber cable 11 extends from the center of the spiral. The twisted cords 12a are made of, for example, a fiber material made of a predetermined synthetic resin. Although the twisted cords 12a are shown as being three in the figure, the number of twisted cords 12a is not limited to this, and any appropriate number can be adopted. Although each twisted cord 12a is the same, when it is necessary to distinguish between them for the sake of convenience, they are referred to as twisted cord 12a1, twisted cord 12a2, and twisted cord 12a3. In FIG. 7, the cross section of each twisted cord 12a is shown as a circular cross section for the sake of simplicity, but in reality, each twisted cord 12a has a flattened cross section according to the degree of twisting (spiral pitch), etc.
本実施形態では、埋設ケーブル10は、その表面において凸状の部位13を埋設ケーブル10の延伸方向に断続的に有する。具体的には、本実施形態では、埋設ケーブル10の凸状の部位13は、縒り紐12aの外面により構成されている。つまり、埋設ケーブル10の中心線(図6では一点鎖線)を含む断面で視ると、埋設ケーブル10の外面は、凸凹状に形成されており、この外面の凸部が凸状の部位13に相当する。 In this embodiment, the buried cable 10 has convex portions 13 on its surface intermittently in the extension direction of the buried cable 10. Specifically, in this embodiment, the convex portions 13 of the buried cable 10 are formed by the outer surface of the twisted strings 12a. In other words, when viewed in a cross section including the center line of the buried cable 10 (indicated by a dashed line in FIG. 6), the outer surface of the buried cable 10 is formed in an uneven shape, and the convex portions of this outer surface correspond to the convex portions 13.
図3及び図4に戻って、埋設ケーブル10の延設経路について説明する。本実施形態では、埋設ケーブル10は、掘削坑1の掘進方向に離間した複数の断面位置において周壁面3に沿って掘進方向と直交する方向(換言すると周壁面3の周方向)に延伸する測定用の測定経路10aと、隣接する前記断面位置における周壁面3の前記左右側部の一方の間又は前記左右側部の他方の間をコネクタ部14を介して接続する接続用の接続経路10bとを経由し、周壁面3の展開視(図3参照)で全体としてジグザグ状に連続して延設されている。埋設ケーブル10の一端部(接続端)は、掘削坑1内において装置本体部20(詳しくは、後述する歪測定部21)に接続され、埋設ケーブル10の他端部は、例えば、周壁面3の前記左右側部の下端において周壁面3に沿う接続経路10b上に位置している。埋設ケーブル10の前記一端部側の部位は、掘削坑1の底面7に沿うと共に鋼製支保材4としてのH鋼の周壁面3側のフランジ面と周壁面3との間を延びる経路である引き廻し経路10c(図3参照)を経由して延設されている。 Returning to Figures 3 and 4, the extension path of the buried cable 10 will be described. In this embodiment, the buried cable 10 extends continuously in a zigzag shape as a whole in a developed view of the peripheral wall surface 3 (see Figure 3) via a measurement path 10a for measurement that extends in a direction perpendicular to the excavation direction along the peripheral wall surface 3 at a plurality of cross-sectional positions spaced apart in the excavation direction of the excavation hole 1 (in other words, the circumferential direction of the peripheral wall surface 3) and a connection path 10b for connection that connects one of the left and right side parts of the peripheral wall surface 3 at adjacent cross-sectional positions or the other of the left and right side parts via a connector part 14. One end (connection end) of the buried cable 10 is connected to the device main body part 20 (more specifically, the strain measurement part 21 described later) in the excavation hole 1, and the other end of the buried cable 10 is located on the connection path 10b along the peripheral wall surface 3 at the lower ends of the left and right sides of the peripheral wall surface 3, for example. The one end of the buried cable 10 is extended along the bottom surface 7 of the excavation hole 1 via a wiring path 10c (see Figure 3), which is a path that extends between the flange surface on the peripheral wall surface 3 side of the H-shaped steel beam serving as the steel support 4 and the peripheral wall surface 3.
図3に示す状態において、埋設ケーブル10の延設経路を詳述すると、埋設ケーブル10は、測定経路10aを4回経由して延びており、掘削坑1の掘進方向に離間した4つの互いに平行な断面位置を通過している。また、埋設ケーブル10は、接続経路10bについては、左右交互に4回経由して延びている。各接続経路10bは、例えば、鋼製支保材4としてのH鋼の周壁面3側のフランジ面と周壁面3との間の隙間により構成される。複数の接続経路10bのうちの切羽Wに最も近い接続経路10b(図3では左上の接続経路10b)における埋設ケーブル10の先端部には、例えば次の掘削が完了した後などに、次の断面位置用に埋設ケーブル10を延長するためのコネクタ部14が接続されることになる。 In the state shown in FIG. 3, the buried cable 10 extends via the measurement path 10a four times, passing through four mutually parallel cross-sectional positions spaced apart in the excavation direction of the excavation hole 1. The buried cable 10 also extends via the connection path 10b four times, alternating between the left and right. Each connection path 10b is, for example, formed by a gap between the flange surface on the peripheral wall surface 3 side of the H-beam as the steel support material 4 and the peripheral wall surface 3. A connector portion 14 is connected to the tip of the buried cable 10 in the connection path 10b closest to the face W (the upper left connection path 10b in FIG. 3) among the multiple connection paths 10b, for example, after the next excavation is completed, in order to extend the buried cable 10 for the next cross-sectional position.
装置本体部20は、歪測定部21と、応力測定部22とを備え、例えば、掘削坑1の坑口側(切羽Wとは反対側)における底面7に配置されている。 The device main body 20 includes a strain measuring unit 21 and a stress measuring unit 22, and is arranged, for example, on the bottom surface 7 at the mouth side (opposite the face W) of the excavation hole 1.
歪測定部21は、光ファイバーケーブル11によって導かれる反射光に基づいて、光ファイバーケーブル11の延設方向に沿った光ファイバーケーブル11の歪みεの分布を測定するものであり、光を発生させる発光部としての機能と前記反射光を受光する機能と歪みεの分布を測定する機能とを有する。 The strain measuring unit 21 measures the distribution of strain ε of the optical fiber cable 11 along the extension direction of the optical fiber cable 11 based on the reflected light guided by the optical fiber cable 11, and has the function of acting as a light emitting unit that generates light, the function of receiving the reflected light, and the function of measuring the distribution of strain ε.
ここで、図8に示すように、周壁面3に倣ったアーチ状の断面形状を有する吹き付けコンクリート6には、その周囲の地山2の土圧P等に起因する応力σが負荷される。また、この応力σは、一般的に、掘進方向については、切羽Wから坑口に向かうにしたがって徐々に高くなり、切羽Wから所定距離離間したところで略一定の大きさになるという傾向を示す。そして、掘進方向と直交する一断面位置における応力σの大きさに着目すると、この一断面位置における応力σの大きさは地山2の掘削に伴って変化し、吹き付けコンクリート6は掘削等に伴う地山2の挙動に敏感に反応する。詳しくは、地山2の掘削が進むことにより、前記一断面位置における切羽Wからの距離が遠くなるにしたがって、前記一断面位置の吹き付けコンクリート6における地山2を支持する負担が大きくなるため、前記一断面位置における応力σは高くなる。つまり、切羽Wの近傍における応力σは、比較的に小さい。そして、更に掘削が進み、前記一断面位置が切羽Wから前記所定距離分だけ離間すると、その後、掘り進んでも、前記一断面位置における応力σは略変化しない。また、地山2の掘削は、既に吹き付けられた吹き付けコンクリート6が硬化する前に、その近傍で、更に地山2の掘削が進められる場合が多い。そのため、応力σにより、吹き付けコンクリート6は、吹き付け後、間もない若材齢時から、図8に示すように圧縮され、掘削坑1の中心に向かう方向について歪むと共に、周壁面3の周方向についても歪む。一方、埋設ケーブル10の外面には凸状の部位13が埋設ケーブル10の延設方向に断続的に設けられているため、吹き付けコンクリート6内に埋設された光ファイバーケーブル11における周壁面3の周方向に延伸する測定用の測定経路10a上の部位は、吹き付けコンクリート6の周壁面3の周方向への歪みε’に追従して歪む。歪測定部21は、この吹き付けコンクリート6における周壁面3の周方向の歪みε’に追従する光ファイバーケーブル11における周壁面3の周方向の歪みεを測定する。したがって、光ファイバーケーブル11における周壁面3の周方向の歪みεは、吹き付けコンクリート6における周壁面3の周方向の歪みε’と略等しい(ε’≒ε)。 Here, as shown in FIG. 8, the shotcrete 6 having an arch-shaped cross-sectional shape following the peripheral wall surface 3 is loaded with stress σ due to the earth pressure P of the surrounding natural ground 2. In addition, this stress σ generally tends to gradually increase from the face W toward the mouth in the excavation direction, and to become approximately constant at a predetermined distance from the face W. Focusing on the magnitude of stress σ at a cross-sectional position perpendicular to the excavation direction, the magnitude of stress σ at this cross-sectional position changes with the excavation of the natural ground 2, and the shotcrete 6 reacts sensitively to the behavior of the natural ground 2 associated with excavation, etc. In detail, as the excavation of the natural ground 2 progresses and the distance from the face W at the cross-sectional position increases, the burden of supporting the natural ground 2 on the shotcrete 6 at the cross-sectional position increases, so the stress σ at the cross-sectional position becomes higher. In other words, the stress σ in the vicinity of the face W is relatively small. Then, when the excavation proceeds further and the one cross-sectional position is separated from the face W by the predetermined distance, the stress σ at the one cross-sectional position does not change substantially even if the excavation proceeds thereafter. In addition, in many cases, the excavation of the natural ground 2 is further proceeded in the vicinity of the already sprayed shotcrete 6 before it hardens. Therefore, the shotcrete 6 is compressed by the stress σ from an early age immediately after spraying, as shown in FIG. 8, and distorts in the direction toward the center of the excavation hole 1 and also in the circumferential direction of the peripheral wall surface 3. On the other hand, since the outer surface of the buried cable 10 has convex portions 13 intermittently provided in the extension direction of the buried cable 10, the portion of the optical fiber cable 11 buried in the shotcrete 6 on the measurement path 10a for measurement, which extends in the circumferential direction of the peripheral wall surface 3, distorts following the distortion ε' of the shotcrete 6 in the circumferential direction of the peripheral wall surface 3. The strain measuring unit 21 measures the circumferential strain ε of the peripheral wall surface 3 of the optical fiber cable 11, which follows the circumferential strain ε' of the peripheral wall surface 3 of the sprayed concrete 6. Therefore, the circumferential strain ε of the peripheral wall surface 3 of the optical fiber cable 11 is approximately equal to the circumferential strain ε' of the peripheral wall surface 3 of the sprayed concrete 6 (ε' ≒ ε).
歪測定部21は、具体的には、埋設ケーブル10の前記一端部において光ファイバーケーブル11に前記発光部から検査光を入射すると共に光ファイバーケーブル11からの反射光を受光(検出)する。そして、歪測定部21は、検出した反射光の分析を行うことで光ファイバーケーブル11の延伸方向(換言すると、周壁面3の周方向、又は、長手方向)に沿った光ファイバーケーブル11の歪みεの分布の計測を行う。計測した歪みεの分布の測定結果のデータXは応力測定部22に入力される。歪測定部21における歪みεの分布の計測に適用する手法としては、BOTDR(Brillouin Optical Time Domain Reflectometer)等の既知の手法を用いることができる。本実施形態では、例えば、BOTDR方式を採用するものとする。このBOTDR方式では、歪測定部21は、光ファイバーケーブル11に検査光を入射すると共に反射光としてブリルアン散乱光を検出し、そのスペクトルを分析する。歪測定部21は、検査光の入射から反射光の検出までの時間遅れによって反射光の発生位置を特定し、反射光における周波数のシフト量から前記特定した発生位置での歪みεの値を得る。このようにして、歪測定部21は、測定経路10aにおいて、例えばBOTDR方式により、光ファイバーケーブル11の歪みεを光ファイバーケーブル11の延設方向に沿って連続的に測定し、前記延設方向に沿った連続的な分布を測定可能に構成されている。そして、光ファイバーケーブル11の歪みεは吹き付けコンクリート6の歪みε’と略等しく、歪みε’と等価とみなされるため、歪測定部21の測定結果は吹き付けコンクリート6における周壁面3の周方向(つまり、埋設ケーブル10の延設方向)に沿った歪みε’の分布とみなすことができる。 Specifically, the strain measurement unit 21 emits inspection light from the light emitting unit to the optical fiber cable 11 at the one end of the buried cable 10 and receives (detects) reflected light from the optical fiber cable 11. The strain measurement unit 21 then analyzes the detected reflected light to measure the distribution of strain ε of the optical fiber cable 11 along the extension direction of the optical fiber cable 11 (in other words, the circumferential direction or longitudinal direction of the peripheral wall surface 3). The measured data X of the distribution of strain ε is input to the stress measurement unit 22. As a method for measuring the distribution of strain ε in the strain measurement unit 21, a known method such as BOTDR (Brillouin Optical Time Domain Reflectometer) can be used. In this embodiment, for example, the BOTDR method is adopted. In this BOTDR method, the strain measurement unit 21 emits inspection light to the optical fiber cable 11 and detects Brillouin scattered light as reflected light, and analyzes its spectrum. The distortion measuring unit 21 identifies the location where the reflected light occurs based on the time delay between the incidence of the test light and the detection of the reflected light, and obtains the value of the distortion ε at the identified location from the frequency shift in the reflected light. In this way, the distortion measuring unit 21 is configured to continuously measure the distortion ε of the optical fiber cable 11 along the extension direction of the optical fiber cable 11 in the measurement path 10a, for example, by the BOTDR method, and to measure a continuous distribution along the extension direction. The distortion ε of the optical fiber cable 11 is approximately equal to the distortion ε' of the sprayed concrete 6 and is considered to be equivalent to the distortion ε', so the measurement result of the distortion measuring unit 21 can be considered to be the distribution of the distortion ε' along the circumferential direction of the peripheral wall surface 3 in the sprayed concrete 6 (i.e., the extension direction of the buried cable 10).
図9は、材齢の進行に伴う吹き付けコンクリート6の弾性係数E(例えば、Tangent Young’s modulus、つまり、接線弾性係数)の変化の一例を説明するための図である。図9において、横軸は周壁面3に吹き付けられた時点からの材齢T(時間)を示し、縦軸は吹き付けコンクリート6の弾性係数Eを示す。図9に示すように、吹き付けコンクリート6は、材齢Tが長くなるほど、弾性係数Eが大きくなる。つまり、材齢Tが長くなるほど、吹き付けコンクリート6の剛性(強度)が高くなり、材齢Tが長くなって、吹き付けコンクリート6の強度が所定の設計強度に近づくにしたがって、徐々に弾性係数Eの変化量は少なくなる。そして、吹き付けコンクリート6が硬化して設計強度を発現すると、弾性係数Eは略一定値(図9では、概ね、10000(N/mm2)程度)になる。 FIG. 9 is a diagram for explaining an example of change in the elastic modulus E (for example, tangent Young's modulus, i.e., tangent elastic modulus) of the shotcrete 6 with the progression of material age. In FIG. 9, the horizontal axis indicates the material age T (time) from the time when the concrete is sprayed onto the peripheral wall surface 3, and the vertical axis indicates the elastic modulus E of the shotcrete 6. As shown in FIG. 9, the longer the material age T of the shotcrete 6, the larger the elastic modulus E. In other words, the longer the material age T, the higher the rigidity (strength) of the shotcrete 6 becomes, and as the material age T becomes longer and the strength of the shotcrete 6 approaches a predetermined design strength, the amount of change in the elastic modulus E gradually decreases. Then, when the shotcrete 6 hardens and exhibits the design strength, the elastic modulus E becomes an approximately constant value (approximately 10,000 (N/mm 2 ) in FIG. 9).
前述したように、本実施形態では、埋設ケーブル10は、所定の若材齢時における吹き付けコンクリート6の弾性係数E以下の弾性係数E’を有する(E≧E’)。前記所定の若材齢時は、本実施形態では、例えば、吹き付け後、3~4時間であるものとし、この場合の埋設ケーブル10の弾性係数E’は、1000(N/mm2)以下の所定の値に設定されている。このように、光ファイバーケーブル11を含む埋設ケーブル10の弾性係数E’は比較的に低く設定されている。したがって、光ファイバーケーブル11における周壁面3の周方向に延伸する測定用の測定経路10a上の部位は、吹き付けコンクリート6の吹き付け後、間もない時期から確実に、吹き付けコンクリート6の周壁面3の周方向への歪みに、より確実に追従して歪む。 As described above, in this embodiment, the buried cable 10 has an elastic modulus E' equal to or less than the elastic modulus E of the shotcrete 6 at a predetermined early age (E≧E'). In this embodiment, the predetermined early age is, for example, 3 to 4 hours after spraying, and the elastic modulus E' of the buried cable 10 in this case is set to a predetermined value equal to or less than 1000 (N/mm 2 ). In this way, the elastic modulus E' of the buried cable 10 including the optical fiber cable 11 is set to be relatively low. Therefore, the portion of the optical fiber cable 11 on the measurement path 10a for measurement extending in the circumferential direction of the peripheral wall surface 3 is distorted in a manner more reliably following the distortion of the shotcrete 6 in the circumferential direction of the peripheral wall surface 3 from a time shortly after the spraying of the shotcrete 6.
応力測定部22は、吹き付けコンクリート6についての応力σと歪みε’との関係を示すデータDを予め記憶すると共に、歪測定部21による測定結果とデータDとに基づいて、光ファイバーケーブル11の延設方向に沿った吹き付けコンクリート6内の応力σの分布を測定するものである。応力測定部22は、例えば、データDを記憶する記憶部22aと、吹き付けコンクリート6内の応力σの分布を演算して測定結果Zとして出力する演算部22bとを含む。 The stress measurement unit 22 prestores data D indicating the relationship between the stress σ and the strain ε' for the sprayed concrete 6, and measures the distribution of the stress σ in the sprayed concrete 6 along the extension direction of the optical fiber cable 11 based on the measurement results by the strain measurement unit 21 and the data D. The stress measurement unit 22 includes, for example, a memory unit 22a that stores the data D, and a calculation unit 22b that calculates the distribution of the stress σ in the sprayed concrete 6 and outputs the measurement result Z.
ここで、図10には、地山2の土圧P等に起因して吹き付けコンクリート6内に生じる応力σとそのときの吹き付けコンクリート6の歪みε’との関係を示すσ-ε’曲線の一例が、所定の材齢T毎にそれぞれ示されている。図10に示すように、σ-ε’曲線は、材齢Tの経過ともに変化する。例えば、材齢Tが4時間から24時間における各σ-ε’曲線は、低歪みの領域(例えば、ε’≦0.2程度の領域)では、歪みε’が大きくなるほど、応力σが比較的に急に大きくなり、その後、歪みε’が更に大きくなるにしたがって応力σの増加量が漸減して略フラットになる曲線を示す。そして、材齢Tが長くなるほど、σ-ε’曲線は、低歪みの領域における立ち上がりが更に急峻になり、例えば、材齢Tが48時間以降では、上に凸の放物線状の曲線を示し、所定の歪みε’より大きくなると、応力σが急激に低下する傾向を示している。 Here, in FIG. 10, an example of a σ-ε' curve showing the relationship between the stress σ generated in the sprayed concrete 6 due to the earth pressure P of the ground 2 and the strain ε' of the sprayed concrete 6 at that time is shown for each predetermined material age T. As shown in FIG. 10, the σ-ε' curve changes as the material age T progresses. For example, in the low-strain region (e.g., the region where ε'≦0.2), each σ-ε' curve shows a curve in which the stress σ increases relatively suddenly as the strain ε' increases, and then the increase in the stress σ gradually decreases as the strain ε' increases further, becoming approximately flat. And, as the material age T increases, the σ-ε' curve shows a steeper rise in the low-strain region, and for example, when the material age T is 48 hours or more, it shows a parabolic curve with an upward convex curve, and when the material age T exceeds a predetermined strain ε', the stress σ tends to decrease rapidly.
本実施形態では、応力測定部22は、吹き付けコンクリート6についての応力σと歪みε’との関係を示すデータDを、前記若材齢時から硬化時までの間の複数の時点毎に予め記憶する。具体的には、応力測定部22の記憶部22aは、σ-ε’曲線について、例えば、材齢Tが4時間(若材齢時)から72時間(硬化時)までの間において、1時間毎のデータDを記憶している。なお、記憶部22aの記憶するデータDの数(つまり、σとε’との対応を示すデータテーブルのテーブル数)は、特に限定されるものでなく、適宜に設定することができる。 In this embodiment, the stress measurement unit 22 stores data D indicating the relationship between the stress σ and the strain ε' for the sprayed concrete 6 at multiple time points between the early age and the hardening time. Specifically, the memory unit 22a of the stress measurement unit 22 stores data D for the σ-ε' curve for each hour, for example, when the material age T is between 4 hours (early age) and 72 hours (hardening). The number of data D stored in the memory unit 22a (i.e., the number of tables in the data table indicating the correspondence between σ and ε') is not particularly limited and can be set as appropriate.
詳しくは、応力測定部22には、例えば、歪測定部21から歪みεの分布の測定結果のデータXが常時入力されている。応力測定部22は、例えば、歪測定部21からのデータXの変化に基づいて、測定経路10a上においてコンクリートが吹き付けられたことを検知し、その検知時刻からその測定経路10aの位置する断面位置における吹き付けコンクリート6の材齢Tの計時を開始するように構成されている。応力測定部22は、例えば、前記断面位置の計時した材齢Tに一番近い材齢Tのσ-ε’曲線についてのデータDを記憶部22aから読み出し、入力されているデータXにおける延設方向に沿った歪みεの分布の各歪みεと一致する各歪みε’に対応する応力σを、読み出したデータDからそれぞれ特定することにより、吹き付けコンクリート6内の応力σの分布の測定結果Zとして演算する。 In detail, the stress measurement unit 22 is constantly input with data X of the measurement result of the distribution of strain ε from the strain measurement unit 21, for example. The stress measurement unit 22 is configured to detect, for example, that concrete has been sprayed on the measurement path 10a based on a change in the data X from the strain measurement unit 21, and to start timing the age T of the sprayed concrete 6 at the cross-sectional position where the measurement path 10a is located from the detection time. The stress measurement unit 22, for example, reads data D on the σ-ε' curve of the material age T closest to the timed material age T at the cross-sectional position from the storage unit 22a, and calculates the measurement result Z of the distribution of stress σ in the sprayed concrete 6 by identifying, from the read data D, the stress σ corresponding to each strain ε' that matches each strain ε in the distribution of strain ε along the extension direction in the input data X.
次に、応力測定装置100の動作について、図3に示す切羽W側に一番近い測定経路10a上の断面位置における測定を一例に挙げて簡単に説明する。 Next, the operation of the stress measuring device 100 will be briefly explained using an example of measurement at the cross-sectional position on the measurement path 10a closest to the face W side shown in Figure 3.
応力測定部22には、周壁面3にコンクリートが吹き付けられる前から、歪測定部21から測定結果のデータXが常時入力されている。この状態では、この断面位置においては、歪みε(≒歪みε’)の無いことを示すゼロレベルのデータが入力されている。そして、図3に示す切羽W側に一番近い測定経路10aにおいて、周壁面3にコンクリートが吹き付けられると、その直後から、地山2の土圧Pに起因する応力σが吹き付けコンクリート6内に生じ、吹き付けコンクリート6は周壁面3の周方向に歪み始める。一方、光ファイバーケーブル11は、吹き付けコンクリート6の歪みε’に確実に追従して歪み、歪測定部21が、この光ファイバーケーブル11の歪みε(≒歪みε’)の分布を測定し、測定結果のデータXを応力測定部22に入力する。この測定は、所定のサンプリング時間間隔で連続して行われ、その測定結果のデータXが常時応力測定部22に入力される。ここで、周壁面3にコンクリートが吹き付けられると、歪測定部21から応力測定部22に入力されている歪みεの分布の測定結果のデータXがゼロレベルから変化する。応力測定部22は、データXの変化に基づいて、この測定経路10a上においてコンクリートが吹き付けられたことを検知し、この断面位置における吹き付けコンクリート6の材齢Tの計時を開始する。応力測定部22は、計時した材齢Tに一番近い材齢Tのσ-ε’曲線についてのデータDを記憶部22aから読み出し、入力されているデータXにおける延設方向に沿った歪みεの分布の各歪みεと一致する歪みε’に対応する応力σを、読み出したデータDからそれぞれ特定し、吹き付けコンクリート6内の応力σの分布の測定結果Zとして演算する。なお、この演算は、計時した材齢Tが記憶部22aに記憶されているいずれかの材齢Tと一致したときに行ってもよい。この場合、より精度のよい応力σを測定することができる。また、歪みεの分布の測定及び応力σの分布の測定は、上記のように、一つの測定経路10a毎に実施する場合に限らず、複数の測定経路10aをまとめて測定してもよい。例えば、図3に示す5つの測定経路10aについて、まとめて測定する場合には、埋設ケーブル10は、コネクタ部14を用いずに、一度に敷設してもよい。 The stress measurement unit 22 is constantly receiving measurement result data X from the strain measurement unit 21 even before concrete is sprayed onto the peripheral wall surface 3. In this state, zero-level data indicating no strain ε (≒strain ε') is input at this cross-sectional position. Then, in the measurement path 10a closest to the face W side shown in FIG. 3, when concrete is sprayed onto the peripheral wall surface 3, immediately after that, stress σ due to the earth pressure P of the ground 2 is generated in the sprayed concrete 6, and the sprayed concrete 6 begins to distort in the circumferential direction of the peripheral wall surface 3. Meanwhile, the optical fiber cable 11 is distorted reliably following the strain ε' of the sprayed concrete 6, and the strain measurement unit 21 measures the distribution of the strain ε (≒strain ε') of this optical fiber cable 11 and inputs the measurement result data X to the stress measurement unit 22. This measurement is performed continuously at a predetermined sampling time interval, and the measurement result data X is constantly input to the stress measurement unit 22. Here, when concrete is sprayed onto the peripheral wall surface 3, the data X of the measurement result of the distribution of the strain ε input from the strain measuring unit 21 to the stress measuring unit 22 changes from the zero level. The stress measuring unit 22 detects that concrete has been sprayed on this measurement path 10a based on the change in the data X, and starts measuring the age T of the sprayed concrete 6 at this cross-sectional position. The stress measuring unit 22 reads out data D for the σ-ε' curve of the material age T closest to the measured material age T from the storage unit 22a, identifies stress σ corresponding to each strain ε' that coincides with each strain ε of the distribution of the strain ε along the extension direction in the input data X from the read out data D, and calculates it as the measurement result Z of the distribution of the stress σ in the sprayed concrete 6. This calculation may be performed when the measured material age T coincides with any of the material ages T stored in the storage unit 22a. In this case, the stress σ can be measured with higher accuracy. In addition, the measurement of the distribution of strain ε and the measurement of the distribution of stress σ are not limited to being performed for each measurement path 10a as described above, but may be performed for multiple measurement paths 10a at once. For example, when measuring the five measurement paths 10a shown in FIG. 3 at once, the buried cable 10 may be laid at once without using the connector portion 14.
次に、応力測定装置100を用いた本実施形態に係る応力測定方法の一例をトンネル施工方法と共に、図11~図13及び図4を参照して説明する。図11及び図12は、トンネルの切羽W近傍の天端における掘進方向断面を示す。図13は掘り進んだ後に埋設ケーブル10を延長して敷設した状態を説明するための図面である。図13において、既設の埋設ケーブル10は破線で示され、延長した埋設ケーブル10は実線で示されている。以下の説明では、既に図2及び図3に示す位置まで、掘削及び支保構造物が構築されており、この位置から掘削を進めるものとして説明する。また、本例では、トンネルの施工方法として、NATM工法を用いる。 Next, an example of a stress measurement method using the stress measurement device 100 according to this embodiment will be described together with a tunnel construction method with reference to Figures 11 to 13 and 4. Figures 11 and 12 show a cross section in the excavation direction at the top end near the tunnel face W. Figure 13 is a drawing for explaining the state in which the buried cable 10 is extended and laid after excavation. In Figure 13, the existing buried cable 10 is shown with a dashed line, and the extended buried cable 10 is shown with a solid line. In the following explanation, it is assumed that excavation and support structures have already been constructed up to the position shown in Figures 2 and 3, and excavation will proceed from this position. In this example, the NATM method is used as the tunnel construction method.
本実施形態における前記応力測定方法は、トンネル構築において掘削坑の周壁面に吹き付けられた吹き付けコンクリート内の応力を測定する方法であり、(1)埋設ケーブル10を周壁面3に沿って延設することと(ケーブル延設工程)、(2)埋設ケーブル10を埋設するように、周壁面3にコンクリートを吹き付けることと(一次覆工工程)、(3)光ファイバーケーブル11によって導かれる反射光に基づいて、光ファイバーケーブル11の延設方向に沿った光ファイバーケーブル11の歪みεの分布を測定することと(歪み測定工程)、(4)吹き付けコンクリート6についての応力σと歪みε’との関係を示すデータDを予め記憶すると共に、歪みεの分布の測定結果とデータDとに基づいて、光ファイバーケーブル11の延設方向に沿った吹き付けコンクリート6内の応力σの分布を測定することと(応力測定工程)、とを含む。 The stress measurement method in this embodiment is a method for measuring the stress in the shotcrete sprayed on the peripheral wall surface of the excavation hole during tunnel construction, and includes: (1) extending the buried cable 10 along the peripheral wall surface 3 (cable extension process); (2) spraying concrete on the peripheral wall surface 3 so as to bury the buried cable 10 (primary lining process); (3) measuring the distribution of strain ε of the optical fiber cable 11 along the extension direction of the optical fiber cable 11 based on the reflected light guided by the optical fiber cable 11 (strain measurement process); and (4) storing data D indicating the relationship between stress σ and strain ε' for the shotcrete 6 in advance, and measuring the distribution of stress σ in the shotcrete 6 along the extension direction of the optical fiber cable 11 based on the measurement result of the distribution of strain ε and the data D (stress measurement process).
また、本実施形態では、埋設ケーブル10は所定の若材齢時における吹き付けコンクリート6の弾性係数E以下の弾性係数E’を有する構成とし、データDは、応力測定部22の記憶部22aに、前記若材齢時から硬化時までの間の複数の時点毎に予め記憶されている。 In addition, in this embodiment, the buried cable 10 is configured to have an elastic modulus E' that is equal to or less than the elastic modulus E of the sprayed concrete 6 at a specified early age, and data D is pre-stored in the memory unit 22a of the stress measurement unit 22 for multiple time points between the early age and hardening.
また、本実施形態では、応力測定方法は、(5)周壁面3に沿って金網5を設置すること(金網設置工程)を更に含む。そして、上記(1)の埋設ケーブル10を周壁面3に沿って延設すること(ケーブル延設工程)は、埋設ケーブル10を金網5に対して移動可能に金網5に沿って延設することにより、埋設ケーブル10を周壁面3に沿って延設し、上記(2)の周壁面3にコンクリートを吹き付けること(一次覆工工程)は、埋設ケーブル10と伴に金網5を埋設するように、周壁面3にコンクリートを吹き付ける構成とした。 In this embodiment, the stress measurement method further includes (5) installing a wire mesh 5 along the peripheral wall surface 3 (wire mesh installation process). The above (1) extending the buried cable 10 along the peripheral wall surface 3 (cable extension process) is performed by extending the buried cable 10 along the wire mesh 5 so that the buried cable 10 is movable relative to the wire mesh 5, thereby extending the buried cable 10 along the peripheral wall surface 3, and the above (2) spraying concrete onto the peripheral wall surface 3 (primary lining process) is performed by spraying concrete onto the peripheral wall surface 3 so as to bury the wire mesh 5 together with the buried cable 10.
具体的には、トンネル構築時には、まず、図11(a)に示す切羽Wに爆薬挿入用の穴(図示せず)をドリル等で削孔し、この穴にダイナマイト等の爆薬を挿入して発破・爆発させることにより、図11(b)に示すように、掘削坑1を切羽Wから切羽W’まで掘り進める(掘削工程)。ここで、掘り進められた掘削坑1の周壁面3は、図示省略したトンネル掘削装置等を用いて、仕上掘削が行われる。その後、図11(c)に示すように、鋼製支保材(鋼アーチ支保工)4を間隔Sを空けて建込む(鋼製支保工建込工程)。 Specifically, when constructing a tunnel, first, holes (not shown) for inserting explosives are drilled at the tunnel face W shown in FIG. 11(a) using a drill or the like, and then explosives such as dynamite are inserted into the holes and detonated, thereby digging the excavation shaft 1 from the tunnel face W to the tunnel face W' as shown in FIG. 11(b) (excavation process). At this point, the peripheral wall surface 3 of the excavation shaft 1 that has been dug is subjected to finish excavation using a tunnel excavation device or the like (not shown). Then, as shown in FIG. 11(c), steel supports (steel arch supports) 4 are erected at intervals S (steel support erection process).
次に、前記ケーブル延設工程として、図12(d)及び図13に示すように、埋設ケーブル10を延長する。詳しくは、図13に示すように、既設の接続経路10bのうちの切羽Wに最も近い接続経路10bにおける埋設ケーブル10の先端部に、次の断面位置用に埋設ケーブル10を延長するためのコネクタ部14を追加接続する。そして、前記金網設置工程として、周壁面3に沿って図4に示した金網5を追加して設置する。前記ケーブル延設工程では、追加接続したコネクタ部14に延長する埋設ケーブル10の一端部を接続し、この埋設ケーブル10を周壁面3に沿って延設する。このとき、埋設ケーブル10を金網5に対して移動可能に金網5に沿って延設することにより、埋設ケーブル10を周壁面3に沿って延設する。詳しくは、図4に示すように、金網5にS字状のフック15を懸架し、このフック15を介して埋設ケーブル10を金網5に対して移動可能に延設するとよい。延長する埋設ケーブル10は、追加接続したコネクタ部14から接続経路10bを延び、その後、次の断面位置における測定経路10aを経由して周壁面3の左右側部の一方の下端から左右側部の他方の下端まで延びると共に、周壁面3の左右側部の他方の下端から、接続経路10bを経由して更に次の断面位置まで延設される。 Next, as the cable extension process, the buried cable 10 is extended as shown in FIG. 12(d) and FIG. 13. More specifically, as shown in FIG. 13, a connector portion 14 for extending the buried cable 10 for the next cross-sectional position is additionally connected to the tip of the buried cable 10 in the connection path 10b closest to the face W among the existing connection paths 10b. Then, as the wire mesh installation process, the wire mesh 5 shown in FIG. 4 is additionally installed along the peripheral wall surface 3. In the cable extension process, one end of the buried cable 10 to be extended is connected to the additionally connected connector portion 14, and the buried cable 10 is extended along the peripheral wall surface 3. At this time, the buried cable 10 is extended along the wire mesh 5 so as to be movable relative to the wire mesh 5, thereby extending the buried cable 10 along the peripheral wall surface 3. More specifically, as shown in FIG. 4, an S-shaped hook 15 is suspended on the wire mesh 5, and the buried cable 10 is extended movably relative to the wire mesh 5 via the hook 15. The extended buried cable 10 extends from the additionally connected connector portion 14 through the connection path 10b, then through the measurement path 10a at the next cross-sectional position, from the bottom end of one of the left and right sides of the peripheral wall surface 3 to the bottom end of the other of the left and right sides, and from the bottom end of the other of the left and right sides of the peripheral wall surface 3, it is further extended through the connection path 10b to the next cross-sectional position.
次に、前記一次覆工工程として、図12(e)に示すように、埋設ケーブル10と伴に金網5を埋設するように、周壁面3にコンクリートを追加して吹き付け、これにより一次覆工を行う。ここで、図11(a)~図12(f)に示す破線は、吹き付けコンクリート6の表面である。その後、ロックボルト(図示せず)を打設する。 Next, as the primary lining process, as shown in FIG. 12(e), additional concrete is sprayed onto the surrounding wall surface 3 so as to bury the wire mesh 5 together with the buried cable 10, thereby completing the primary lining. Here, the dashed lines shown in FIG. 11(a) to FIG. 12(f) indicate the surface of the sprayed concrete 6. After that, rock bolts (not shown) are installed.
次に、前記歪測定工程として、延長した埋設ケーブル10の測定経路10aの断面位置における光ファイバーケーブル11の歪みεの分布の測定を、歪測定部21により行う。 Next, as the strain measurement process, the strain measurement unit 21 measures the distribution of strain ε of the optical fiber cable 11 at the cross-sectional position of the measurement path 10a of the extended buried cable 10.
次に、前記応力測定工程として、延長した埋設ケーブル10の測定経路10aの断面位置における吹き付けコンクリート6内の応力σの分布の測定を、応力測定部22により行う。以上により、この断面位置における吹き付けコンクリート6内の応力分布測定が完了する。ここで、例えば、施工管理者等は、応力σの分布の測定結果Zを監視し、この断面位置において、測定時の材齢Tにおける吹き付けコンクリート6の許容応力を超える大きさの応力σが生じている箇所があるか否かを確認し、トンネルの安定性と支保構造物の妥当性を分析する。仮に、許容応力を超える箇所がある場合には、例えば、この断面位置におけるロックボルトを追加したり、コンクリートを増し吹きして吹き付けコンクリート6のコンクリート厚t1を若干厚くしたりする等により、その断面位置における支保構造物の強度を微調整する(分析及び修正工程)。なお、応力測定部22が、測定して得られた応力σが許容応力を超えているか否かの判定を実行可能に構成してもよい。この場合、許容応力のデータを材齢T毎に記憶部22aに記憶させ、演算部22bが上記判定を実行するように構成すればよい。 Next, as the stress measurement process, the stress measurement unit 22 measures the distribution of stress σ in the sprayed concrete 6 at the cross-sectional position of the measurement path 10a of the extended buried cable 10. This completes the measurement of the stress distribution in the sprayed concrete 6 at this cross-sectional position. Here, for example, the construction manager monitors the measurement result Z of the distribution of stress σ, checks whether there is a location at this cross-sectional position where stress σ exceeds the allowable stress of the sprayed concrete 6 at the material age T at the time of measurement, and analyzes the stability of the tunnel and the validity of the support structure. If there is a location where the allowable stress is exceeded, for example, by adding a rock bolt at this cross-sectional position or by spraying more concrete to slightly thicken the concrete thickness t1 of the sprayed concrete 6 (analysis and correction process). The stress measurement unit 22 may be configured to be able to execute a judgment as to whether the measured stress σ exceeds the allowable stress. In this case, the allowable stress data may be stored in the memory unit 22a for each material age T, and the calculation unit 22b may execute the above judgment.
そして、例えば、前記掘削工程、前記鋼製支保工建込工程、前記金網設置工程、前記ケーブル延設工程、前記一次覆工工程(ロックボルト打設を含む)、前記歪測定工程、前記応力測定工程、前記分析及び修正工程、をまとめて1サイクルとする作業(以下、「第1作業」という)は、後述する覆工コンクリート16の構築に先行して実施される。また、第1作業では、1サイクルで1スパン(例えばトンネル長さ1m分)の施工が行われ、例えば、1日間で3~4サイクルの施工が行われる。 For example, the work of combining the excavation process, the steel support construction process, the wire mesh installation process, the cable extension process, the primary lining process (including driving rock bolts), the strain measurement process, the stress measurement process, and the analysis and correction process into one cycle (hereinafter referred to as the "first work") is carried out prior to the construction of the lining concrete 16, which will be described later. In the first work, construction is carried out for one span (for example, a 1 m-long tunnel) in one cycle, and for example, three to four cycles of construction are carried out in one day.
前記第1作業が実施されている場所から例えば300m程度トンネル後方の場所では、第2作業が実施される。この第2作業には、二次覆工工程が含まれる。この二次覆工工程では、図12(f)に示すように、吹き付けコンクリート6の表面に覆工コンクリート16を構築することにより二次覆工を行う。ここで、図12(f)に示す二点鎖線は、覆工コンクリート16の表面である。覆工コンクリート16のコンクリート厚t2は、地山2の性状等により設定される。また、第2作業(二次覆工工程)では、1サイクルで1スパン(例えばトンネル長さ10m分、つまり、第1作業の10サイクル分)の施工が行われ、例えば、3日間で1サイクルの施工が行われる。以上の工程により、トンネルの施工が行われる。上述の第1作業と第2作業との間を300m程度離すことにより、作業の錯綜を抑制することができるので、効率よく作業を実施することができる。 The second work is carried out at a location, for example, about 300 m behind the tunnel from the location where the first work is being carried out. This second work includes a secondary lining process. In this secondary lining process, as shown in FIG. 12(f), a lining concrete 16 is constructed on the surface of the sprayed concrete 6 to perform secondary lining. Here, the two-dot chain line shown in FIG. 12(f) is the surface of the lining concrete 16. The concrete thickness t2 of the lining concrete 16 is set according to the properties of the natural ground 2, etc. In addition, in the second work (secondary lining process), construction is carried out for one span (for example, a tunnel length of 10 m, i.e., 10 cycles of the first work) in one cycle, and one cycle of construction is carried out in, for example, three days. The tunnel is constructed through the above process. By separating the first work and the second work described above by about 300 m, it is possible to suppress the confusion of the work, and the work can be carried out efficiently.
なお、応力測定装置100は、光ファイバーケーブル11の歪みε、及び、吹き付けコンクリート6内の応力σを常時測定しており、材齢Tの経過に伴う各断面位置(測定経路10a)における掘削の進行等に伴う歪みε(≒歪みε’)の変化及び応力σの変化を常時監視することができる。そして、応力測定装置100は、掘削坑1の掘削が進むと、一度に測定される断面位置は徐々に増加し、一度に複数の断面位置(測定経路10a)における測定結果を取得することができる。また、掘削の進行等に伴い、各断面位置における吹き付けコンクリート6に負荷される応力σが徐々に大きくなると同時に、材齢Tの経過に伴い吹き付けコンクリート6の許容応力も増加する。施工管理者等は、掘削の進行に伴い変化する各断面位置における応力σとその測定時における材齢Tに応じた許容応力に基づいて引き続き、各断面位置についての前記分析及び修正工程を継続する。 The stress measuring device 100 constantly measures the strain ε of the optical fiber cable 11 and the stress σ in the sprayed concrete 6, and can constantly monitor the change in strain ε (≒ strain ε') and the change in stress σ associated with the progress of excavation at each cross-sectional position (measurement path 10a) as the material age T progresses. As the excavation of the excavation hole 1 progresses, the stress measuring device 100 gradually increases the number of cross-sectional positions measured at one time, and can obtain measurement results at multiple cross-sectional positions (measurement path 10a) at one time. As the excavation progresses, the stress σ loaded on the sprayed concrete 6 at each cross-sectional position gradually increases, and the allowable stress of the sprayed concrete 6 also increases as the material age T progresses. The construction manager continues the above-mentioned analysis and correction process for each cross-sectional position based on the stress σ at each cross-sectional position that changes as the excavation progresses and the allowable stress corresponding to the material age T at the time of measurement.
かかる本実施形態による応力測定装置100及び応力測定装置100を用いた応力測定方法によれば、吹き付けコンクリート6内に埋設された埋設ケーブル10は、その表面において凸状の部位13を有しているため、吹き付けコンクリート6と埋設ケーブル10との付着力が向上する。そして、凸状の部位13は、埋設ケーブル10の延設方向に断続的に有しているため、吹き付けコンクリート6が埋設ケーブル10の延設方向に歪むと、この歪みに追従して光ファイバーケーブル11を埋設ケーブル10の延設方向に歪ませることができる。そのため、この光ファイバーケーブル11の歪みεを測定することにより、吹き付けコンクリート6の歪みε’を適切に捉えることができる。そして、光ファイバーケーブル11によって導かれる反射光に基づいて、光ファイバーケーブル11の延設方向に沿った光ファイバーケーブル11の歪みεの分布を測定し、予め記憶した吹き付けコンクリート6についての応力σと歪みε’との関係を示すデータDと歪みεの分布の測定結果とに基づいて、吹き付けコンクリート6内の応力σの分布を延設方向に沿って連続的に測定することができる。さらに、埋設ケーブル10における保護部材12により、コンクリートの吹き付け時における光ファイバーケーブル11の破損等を確実に防止又は抑制することができる。
このようにして、吹き付けコンクリート6の歪みε’に追従して光ファイバーケーブル11の歪みεを適切に捉えると共に、吹き付けコンクリート6内の連続的な応力σの分布を測定可能な応力測定装置100及び応力測定方法を提供することができる。
According to the stress measuring device 100 and the stress measuring method using the stress measuring device 100 of the present embodiment, the buried cable 10 buried in the shotcrete 6 has a convex portion 13 on its surface, so that the adhesion between the shotcrete 6 and the buried cable 10 is improved. Since the convex portion 13 is intermittently formed in the extending direction of the buried cable 10, when the shotcrete 6 is distorted in the extending direction of the buried cable 10, the optical fiber cable 11 can be distorted in the extending direction of the buried cable 10 following this distortion. Therefore, by measuring the distortion ε of the optical fiber cable 11, the distortion ε' of the shotcrete 6 can be appropriately captured. Then, based on the reflected light guided by the optical fiber cable 11, the distribution of the distortion ε of the optical fiber cable 11 along the extending direction of the optical fiber cable 11 is measured, and based on the data D showing the relationship between the stress σ and the distortion ε' for the shotcrete 6 stored in advance and the measurement result of the distribution of the distortion ε, the distribution of the stress σ in the shotcrete 6 can be continuously measured along the extending direction. Furthermore, the protective member 12 in the buried cable 10 can reliably prevent or suppress damage to the optical fiber cable 11 when the concrete is sprayed.
In this way, it is possible to provide a stress measuring device 100 and a stress measuring method that can appropriately capture the strain ε of the optical fiber cable 11 in accordance with the strain ε' of the shotcrete 6 and measure the distribution of continuous stress σ within the shotcrete 6.
本実施形態において、埋設ケーブル10は所定の若材齢時における吹き付けコンクリート6の弾性係数E以下の弾性係数E’を有し、応力測定部22は、吹き付けコンクリート6についての応力σと歪みε’との関係を示すデータDを、前記若材齢時から硬化時までの間の複数の時点毎に予め記憶する構成とした。このため、前記若材齢時以降の吹き付けコンクリート6内の応力σについて、吹き付け後、間もない時期から確実に測定することができる。なお、本実施形態では、若材齢の一例として、3~4時間であるものとしたが、これに限らず、例えば、24時間程度でもよい、この場合、埋設ケーブル10の弾性係数E’は7000(N/mm2)以下であればよい。 In this embodiment, the buried cable 10 has an elastic modulus E' that is equal to or less than the elastic modulus E of the shotcrete 6 at a predetermined early age, and the stress measuring unit 22 is configured to store data D showing the relationship between the stress σ and the strain ε' of the shotcrete 6 at multiple time points between the early age and hardening. Therefore, the stress σ in the shotcrete 6 at or after the early age can be reliably measured immediately after spraying. Note that in this embodiment, 3 to 4 hours is used as an example of an early age, but this is not limiting, and for example, about 24 hours may also be acceptable. In this case, the elastic modulus E' of the buried cable 10 may be 7000 (N/mm 2 ) or less.
ここで、前述したように切羽Wの近傍における吹き付けコンクリート6の応力σは比較的に小さい。したがって、切羽Wの近傍において、吹き付けコンクリート6の応力σが若材齢時における吹き付けコンクリート6の許容応力より低くなること、増し吹き等することなく予め確保することが容易な場合もある。この場合、若材齢から吹き付けコンクリート6の応力σを測定する必要がない。したがって、このような場合は、設計強度近傍の強度が発現している材齢T又は硬化時(例えば、材齢Tが2~3日)から光ファイバーケーブル11の歪みε及び吹き付けコンクリート6の応力σを測定するように構成してもよい。この場合、埋設ケーブル10の弾性係数E’は若材齢時の吹き付けコンクリートの弾性係数E以下に限定されるものではなく、埋設ケーブル10は、例えば2~3日の材齢Tにおける吹き付けコンクリート6の弾性係数E以下、具体的には、10000(N/mm2)以下であればよい。 Here, as described above, the stress σ of the shotcrete 6 in the vicinity of the face W is relatively small. Therefore, in some cases, the stress σ of the shotcrete 6 in the vicinity of the face W is lower than the allowable stress of the shotcrete 6 at an early age, and it may be easy to ensure this in advance without additional spraying. In this case, it is not necessary to measure the stress σ of the shotcrete 6 from an early age. Therefore, in such a case, the strain ε of the optical fiber cable 11 and the stress σ of the shotcrete 6 may be measured from the age T when the strength close to the design strength is expressed or at the time of hardening (for example, when the age T is 2 to 3 days). In this case, the elastic modulus E' of the buried cable 10 is not limited to be equal to or less than the elastic modulus E of the shotcrete at an early age, and the buried cable 10 may be equal to or less than the elastic modulus E of the shotcrete 6 at an age T of 2 to 3 days, specifically, 10,000 (N/mm 2 ) or less.
本実施形態において、保護部材12は、複数本の縒り紐12aからなり、複数本の縒り紐12aは、光ファイバーケーブル11を芯材とし、当該芯材の周囲を囲むように螺旋状に縒り合わされるものとした。これにより、埋設ケーブル10の凸状の部位13を容易に形成することができると共に、光ファイバーケーブル11の保護する構造を容易に形成することができ、且つ、縒り紐12aを採用することにより、低剛性の埋設ケーブル10を容易に形成することができる。 In this embodiment, the protective member 12 is made of multiple twisted strings 12a, which are twisted in a spiral shape around the optical fiber cable 11 as a core material. This makes it easy to form the convex portion 13 of the buried cable 10, and also makes it easy to form a structure that protects the optical fiber cable 11. Furthermore, by using the twisted strings 12a, it is easy to form a buried cable 10 with low rigidity.
本実施形態において、埋設ケーブル10は、周壁面3の展開視で全体としてジグザグ状に連続して延設される構成とした。これにより、一つの装置本体部20により、複数の断面位置における光ファイバーケーブル11の歪みεの分布を測定することができ、各断面位置の測定用に高価な装置本体部20(特に、歪測定部21)をそれぞれ設ける必要がなく、装置コスト及び測定コストを低廉化することができる。 In this embodiment, the buried cable 10 is configured to extend continuously in a zigzag pattern as a whole when viewed from the expanded view of the peripheral wall surface 3. This allows the distribution of strain ε of the optical fiber cable 11 at multiple cross-sectional positions to be measured using a single device main body 20, eliminating the need to provide an expensive device main body 20 (particularly the strain measuring unit 21) for measuring each cross-sectional position, thereby reducing device and measurement costs.
本実施形態において、埋設ケーブル10を金網5に対して、例えば、S字状のフック15を用いて移動可能に金網5に沿って延設することにより、埋設ケーブル10を周壁面3に沿って延設する構成とした。これにより、光ファイバーケーブル11が吹き付けコンクリート6の歪みε’に追従して歪むことを阻害することなく、埋設ケーブル10を容易に周壁面3に沿って延設することができる。 In this embodiment, the buried cable 10 is movably extended along the wire mesh 5 using, for example, an S-shaped hook 15, so that the buried cable 10 is extended along the peripheral wall surface 3. This allows the buried cable 10 to be easily extended along the peripheral wall surface 3 without preventing the optical fiber cable 11 from distorting in response to the distortion ε' of the sprayed concrete 6.
なお、埋設ケーブル10における光ファイバーケーブル11の保護構造は、図6及び図7に示す構造に、限定されるものではない。例えば、図14及び図15(変形例1)や図16及び図17(変形例2)に示す変形例を採用することもできる。 The protective structure of the optical fiber cable 11 in the buried cable 10 is not limited to the structure shown in Figures 6 and 7. For example, the modified examples shown in Figures 14 and 15 (Variation 1) and Figures 16 and 17 (Variation 2) can also be used.
詳しくは、図14及び図15に示す変形例1では、保護部材12は、図6及び図7と同様に、複数本の縒り紐12aが螺旋状に縒り合わされて形成されているが、光ファイバーケーブル11は、互いに隣接する縒り紐12aの間の領域Vにおいて縒り紐12aに沿って螺旋状に延伸している。つまり、光ファイバーケーブル11は、3本の縒り紐12a1,12a2,12a3のうちの互いに隣接する2本の縒り紐(例えば、縒り紐12a1,12a2)の埋設ケーブル外面側におけるV溝状の領域Vに沿って螺旋状に連続して延びている。なお、図7では、作図の簡略化のため各縒り紐12aの断面は円形断面で示されているが、実際は、各縒り紐12aは縒り合わせ具合(螺旋ピッチ)等に応じた偏平断面を有している。変形例1においても、埋設ケーブル10の凸状の部位13は、縒り紐12aの外面により構成されている。 In detail, in the first modified example shown in Fig. 14 and Fig. 15, the protective member 12 is formed by twisting a plurality of twisted strings 12a in a spiral manner, as in Fig. 6 and Fig. 7, but the optical fiber cable 11 extends in a spiral manner along the twisted strings 12a in the region V between the adjacent twisted strings 12a. In other words, the optical fiber cable 11 extends in a spiral manner continuously along the V-groove-shaped region V on the buried cable outer surface side of two adjacent twisted strings (e.g., twisted strings 12a1 and 12a2) of the three twisted strings 12a1, 12a2, and 12a3. Note that in Fig. 7, the cross section of each twisted string 12a is shown as a circular cross section for the sake of simplicity of drawing, but in reality, each twisted string 12a has a flattened cross section according to the degree of twisting (spiral pitch), etc. In variant 1, the convex portion 13 of the buried cable 10 is also formed by the outer surface of the twisted string 12a.
また、図16及び図17に示す変形例2では、保護部材12は、光ファイバーケーブル11の外周を被覆するように設けられると共に、内部に骨材17を有するものとしてもよい。具体的には、骨材17として砂等を含む接着剤を光ファイバーケーブル11の外周に塗布することにより保護部材12を形成してもよい。この場合、埋設ケーブル10の凸状の部位13は、保護部材12における骨材17に対応した部位により構成されている。また、これに限らず、面粗度の粗い(ざらざらした)表面を得ることが可能な塗料を、塗料を光ファイバーケーブル11の外周面に塗布することにより保護部材12を形成してもよい。 In addition, in the second modified example shown in Figs. 16 and 17, the protective member 12 may be provided so as to cover the outer periphery of the optical fiber cable 11, and may have aggregate 17 inside. Specifically, the protective member 12 may be formed by applying an adhesive containing sand or the like as aggregate 17 to the outer periphery of the optical fiber cable 11. In this case, the convex portion 13 of the buried cable 10 is formed by a portion of the protective member 12 that corresponds to the aggregate 17. In addition, the protective member 12 may be formed by applying a paint capable of obtaining a rough (rough) surface to the outer periphery of the optical fiber cable 11.
以上、本発明の好ましい実施形態についてそれぞれ説明したが、本発明は上記各実施形態に制限されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形及び変更が可能である。
特願2018-168121号の出願当初及び分割直前の請求項は以下のとおりであった。
出願当初
[請求項1]
トンネル構築において掘削坑の周壁面に吹き付けられた吹き付けコンクリート内の応力を測定する応力測定装置において、
前記吹き付けコンクリート内に埋設される埋設ケーブルであって、前記周壁面に沿って延設されると共に入射された光を導く光ファイバーケーブルと、前記光ファイバーケーブルに沿って設けられ前記光ファイバーケーブルを保護するための保護部材とからなる埋設ケーブルと、
前記光ファイバーケーブルによって導かれる反射光に基づいて、前記光ファイバーケーブルの延設方向に沿った前記光ファイバーケーブルの歪みの分布を測定する歪測定部と、
前記吹き付けコンクリートについての応力と歪みとの関係を示すデータを予め記憶すると共に、前記歪測定部による測定結果と前記データとに基づいて、前記延設方向に沿った前記吹き付けコンクリート内の応力の分布を測定する応力測定部と、
を含み、
前記埋設ケーブルは、その表面において凸状の部位を当該埋設ケーブルの延設方向に断続的に有する、応力測定装置。
[請求項2]
前記埋設ケーブルは、所定の若材齢時における前記吹き付けコンクリートの弾性係数以下の弾性係数を有し、
前記応力測定部は、前記吹き付けコンクリートについての応力と歪みとの関係を示すデータを、前記若材齢時から硬化時までの間の複数の時点毎に予め記憶する、請求項1に記載の応力測定装置。
[請求項3]
前記保護部材は、複数本の縒り紐からなり、
前記複数本の縒り紐は、前記光ファイバーケーブルを芯材とし、当該芯材の周囲を囲むように螺旋状に縒り合わされ、
前記凸状の部位は、前記縒り紐の外面により構成されている、請求項1又は2に記載の応力測定装置。
[請求項4]
前記保護部材は、複数本の縒り紐が螺旋状に縒り合わされて形成され、
前記光ファイバーケーブルは、互いに隣接する前記縒り紐の間の領域において前記縒り紐に沿って螺旋状に延伸し、
前記凸状の部位は、前記縒り紐の外面により構成されている、請求項1又は2に記載の応力測定装置。
[請求項5]
前記保護部材は、前記光ファイバーケーブルの外周を被覆するように設けられると共に、内部に骨材を有し、
前記凸状の部位は、前記保護部材における前記骨材に対応した部位により構成されている、請求項1又は2に記載の応力測定装置。
[請求項6]
前記埋設ケーブルは、前記掘削坑の掘進方向に離間した複数の断面位置において前記周壁面に沿って前記掘進方向と直交する方向に延伸する測定用の測定経路と、隣接する前記断面位置における左右側部の一方の間又は前記左右側部の他方の間をコネクタ部を介して接続するための接続経路とを経由し、前記周壁面の展開視で全体としてジグザグ状に連続して延設されている、請求項1~5のいずれか一つに記載の応力測定装置。
[請求項7]
トンネル構築において掘削坑の周壁面に吹き付けられた吹き付けコンクリート内の応力を測定する応力測定方法であって、
入射された光を導く光ファイバーケーブルと前記光ファイバーケーブルに沿って設けられ前記光ファイバーケーブルを保護する保護部材とからなる埋設ケーブルであって、その表面において凸状の部位を当該埋設ケーブルの延設方向に断続的に有する埋設ケーブルを、前記周壁面に沿って延設することと、
前記埋設ケーブルを埋設するように、前記周壁面にコンクリートを吹き付けることと、
前記光ファイバーケーブルによって導かれる反射光に基づいて、前記光ファイバーケーブルの延設方向に沿った前記光ファイバーケーブルの歪みの分布を測定することと、
前記吹き付けコンクリートについての応力と歪みとの関係を示すデータを予め記憶すると共に、前記歪みの分布の測定結果と前記データとに基づいて、前記延設方向に沿った前記吹き付けコンクリート内の応力の分布を測定することと、
を含む、応力測定方法。
[請求項8]
前記埋設ケーブルは、所定の若材齢時における前記吹き付けコンクリートの弾性係数以下の弾性係数を有する構成とし、
前記吹き付けコンクリートについての歪みと応力との関係を示すデータは、前記若材齢時から硬化時までの間の複数の時点毎に予め記憶されている、請求項7に記載の応力測定方法。
[請求項9]
前記周壁面に沿って金網を設置することを更に含み、
前記埋設ケーブルを前記周壁面に沿って延設することは、前記埋設ケーブルを前記金網に対して移動可能に前記金網に沿って延設することにより、前記埋設ケーブルを前記周壁面に沿って延設し、
前記周壁面にコンクリートを吹き付けることは、前記埋設ケーブルと伴に前記金網を埋設するように、前記周壁面にコンクリートを吹き付ける構成とした、請求項7又は8に記載の応力測定方法。
分割直前
[請求項1]
トンネル構築において掘削坑の周壁面に吹き付けられた吹き付けコンクリート内の応力を測定する応力測定方法であって、
前記掘削坑の掘進方向に間隔を空けた位置で前記周壁面に沿うように複数の支保材を建て込むことと、
入射された光を導く光ファイバーケーブルと前記光ファイバーケーブルに沿って設けられ前記光ファイバーケーブルを保護する保護部材とからなり、前記吹き付けコンクリートが設計強度を発現する前である所定の若材齢時における前記吹き付けコンクリートの弾性係数以下の弾性係数を有する埋設ケーブルを、互いに隣り合う支保材の間の前記周壁面に沿って前記周壁面の左右側部の一方から前記左右側部の他方まで延設すると共に、前記左右側部の他方から連続して前記互いに隣り合う支保材のうちの切羽側の支保材を切羽側に超えるように延設することと、
前記隣り合う支保材の間の空間及び前記支保材と前記周壁面との間の空間を埋めると共に前記埋設ケーブルの切羽側の先端部が露出するように、前記周壁面にコンクリートを吹き付けることで、前記埋設ケーブルの大半を埋設することと、
前記埋設ケーブルの前記先端部に、前記埋設ケーブルを延長するためのコネクタ部を接続することと、
前記光ファイバーケーブルによって導かれる反射光に基づいて、前記光ファイバーケーブルの延設方向に沿った前記光ファイバーケーブルの歪みの分布を測定することと、
前記吹き付けコンクリートについての応力と歪みとの関係を示すデータを予め記憶すると共に、前記歪みの分布の測定結果と前記データとに基づいて、前記延設方向に沿った前記吹き付けコンクリート内の応力の分布を測定することと、
を含む、応力測定方法。
[請求項2]
前記吹き付けコンクリートの材齢を計時することを更に含み、
前記光ファイバーケーブルの歪みの分布を測定することは、前記光ファイバーケーブルの歪みの分布を、前記所定の若材齢時から測定し、
前記吹き付けコンクリート内の応力の分布を測定することは、前記吹き付けコンクリートについての応力と歪みとの関係を示すデータを、前記若材齢時から複数の時点毎に予め記憶すると共に、前記歪みの分布の測定結果と前記データとに基づいて、前記若材齢以降の前記延設方向に沿った前記吹き付けコンクリート内の応力の分布を測定する、
請求項1に記載の応力測定方法。
[請求項3]
前記周壁面に沿って金網を設置することを更に含み、
前記埋設ケーブルを延設することは、前記埋設ケーブルを前記金網に対して移動可能に前記金網に沿って延設することにより、前記埋設ケーブルを前記周壁面に沿って延設し、
前記周壁面にコンクリートを吹き付けることは、前記埋設ケーブルと伴に前記金網を埋設するように、前記周壁面にコンクリートを吹き付ける構成とした、請求項1又は2に記載の応力測定方法。
[請求項4]
前記掘削坑の掘削及び前記吹き付けコンクリートの吹き付けは、所定のトンネル長毎に行われ、
前記コネクタ部を、次の掘削の後に前記周壁面に吹き付けられる吹き付けコンクリートによって埋設する、請求項1~3のいずれか一つに記載の応力測定方法。
Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and changes are possible based on the technical concept of the present invention.
The claims of Patent Application No. 2018-168121 at the time of filing and immediately prior to the division were as follows.
At the time of application
[Claim 1]
In a stress measuring device for measuring the stress in the shotcrete sprayed on the wall surface of a tunnel excavation,
a buried cable to be buried in the sprayed concrete, the buried cable including an optical fiber cable extending along the peripheral wall surface and guiding incident light, and a protective member provided along the optical fiber cable for protecting the optical fiber cable;
a distortion measuring unit that measures a distribution of distortion of the optical fiber cable along an extension direction of the optical fiber cable based on reflected light guided by the optical fiber cable;
A stress measuring unit that stores data indicating a relationship between stress and strain in the sprayed concrete in advance and measures a distribution of stress in the sprayed concrete along the extension direction based on the measurement results by the strain measuring unit and the data;
Including,
The buried cable has convex portions intermittently on its surface in the extending direction of the buried cable.
[Claim 2]
The buried cable has an elastic modulus equal to or less than the elastic modulus of the sprayed concrete at a predetermined early age,
2. The stress measuring device according to claim 1, wherein the stress measuring unit pre-stores data indicating a relationship between stress and strain in the sprayed concrete for each of a plurality of time points from the early age to the hardening time.
[Claim 3]
The protective member is made of a plurality of twisted cords,
The plurality of twisted cords are twisted together in a spiral shape around a core material of the optical fiber cable,
3. The stress measuring device according to claim 1, wherein the convex portion is formed by an outer surface of the twisted cord.
[Claim 4]
The protective member is formed by twisting a plurality of twisted cords together in a spiral shape,
the fiber optic cable extends helically along the strands in areas between adjacent strands;
3. The stress measuring device according to claim 1, wherein the convex portion is formed by an outer surface of the twisted cord.
[Claim 5]
The protective member is provided so as to cover an outer periphery of the optical fiber cable and has an aggregate therein,
3. The stress measuring device according to claim 1, wherein the convex portion is formed by a portion of the protective member that corresponds to the aggregate.
[Claim 6]
The buried cable extends continuously in a zigzag pattern as a whole in a developed view of the peripheral wall surface, via a measurement path for measurement that extends in a direction perpendicular to the excavation direction along the peripheral wall surface at a plurality of cross-sectional positions spaced apart in the excavation direction of the excavation hole, and a connection path for connecting one of the left and right side portions at adjacent cross-sectional positions or the other of the left and right side portions via a connector portion. A stress measuring device as described in any one of claims 1 to 5.
[Claim 7]
A stress measurement method for measuring stress in sprayed concrete sprayed on the peripheral wall surface of an excavation hole in tunnel construction, comprising:
a buried cable including an optical fiber cable for guiding incident light and a protective member for protecting the optical fiber cable, the buried cable having convex portions intermittently on a surface thereof in an extending direction of the buried cable, extending along the peripheral wall surface;
spraying concrete on the peripheral wall surface so as to bury the buried cable;
measuring a distribution of strain of the optical fiber cable along an extension direction of the optical fiber cable based on reflected light guided by the optical fiber cable;
storing data indicating a relationship between stress and strain for the sprayed concrete in advance, and measuring a stress distribution in the sprayed concrete along the extension direction based on the measurement results of the strain distribution and the data;
A method for measuring stress, comprising:
[Claim 8]
The buried cable has an elastic modulus equal to or less than the elastic modulus of the sprayed concrete at a predetermined early age,
8. The stress measuring method according to claim 7, wherein the data indicating the relationship between the strain and the stress in the sprayed concrete is stored in advance for each of a plurality of time points from the early age to the hardening time.
[Claim 9]
Further comprising installing a wire mesh along the peripheral wall surface;
The extending of the buried cable along the peripheral wall surface includes extending the buried cable along the wire mesh so as to be movable relative to the wire mesh, thereby extending the buried cable along the peripheral wall surface,
9. The stress measuring method according to claim 7, wherein the step of spraying concrete onto the peripheral wall surface comprises spraying concrete onto the peripheral wall surface so as to bury the wire mesh together with the buried cable.
Just before split
[Claim 1]
A stress measurement method for measuring stress in shotcrete sprayed on a peripheral wall surface of an excavation hole in tunnel construction, comprising:
erecting a plurality of supports along the peripheral wall surface at positions spaced apart in the excavation direction of the excavation hole;
a buried cable comprising an optical fiber cable for guiding incident light and a protective member provided along the optical fiber cable to protect the optical fiber cable, the buried cable having an elastic modulus equal to or lower than the elastic modulus of the sprayed concrete at a predetermined early age before the sprayed concrete exhibits its design strength, the buried cable being extended from one of the left and right sides of the peripheral wall surface between adjacent supports to the other of the left and right sides, and being extended continuously from the other of the left and right sides so as to exceed the face-side support of the adjacent supports to the face side;
burying most of the buried cable by spraying concrete onto the peripheral wall surface so as to fill spaces between the adjacent supports and spaces between the supports and the peripheral wall surface and expose the tip of the buried cable on the face side;
connecting a connector portion for extending the buried cable to the tip portion of the buried cable;
measuring a distribution of strain of the optical fiber cable along an extension direction of the optical fiber cable based on reflected light guided by the optical fiber cable;
storing data indicating a relationship between stress and strain for the sprayed concrete in advance, and measuring a stress distribution in the sprayed concrete along the extension direction based on the measurement results of the strain distribution and the data;
A stress measurement method comprising:
[Claim 2]
The method further includes timing the age of the sprayed concrete.
Measuring the distribution of strain in the optical fiber cable includes measuring the distribution of strain in the optical fiber cable from the predetermined early age,
Measuring the distribution of stress in the sprayed concrete includes storing data showing the relationship between stress and strain in the sprayed concrete at multiple time points from the early age, and measuring the distribution of stress in the sprayed concrete along the extension direction from the early age onwards based on the measurement results of the strain distribution and the data.
The stress measuring method according to claim 1 .
[Claim 3]
Further comprising installing a wire mesh along the peripheral wall surface;
The extending of the buried cable includes extending the buried cable along the wire mesh so as to be movable relative to the wire mesh, thereby extending the buried cable along the peripheral wall surface;
3. The stress measuring method according to claim 1, wherein the spraying of concrete onto the peripheral wall surface comprises spraying concrete onto the peripheral wall surface so as to bury the wire mesh together with the buried cable.
[Claim 4]
The excavation of the excavation hole and the spraying of the sprayed concrete are carried out for each predetermined tunnel length,
4. The stress measuring method according to claim 1, wherein the connector portion is embedded in concrete sprayed onto the peripheral wall surface after the next excavation.
1…掘削坑
3…周壁面
5…金網
6…吹き付けコンクリート
10…埋設ケーブル
10a…測定経路
10b…接続経路
11…光ファイバーケーブル
12…保護部材
12a…縒り紐
13…凸状の部位
21…歪測定部
22…応力測定部
100…応力測定装置
Reference Signs List 1...Excavation hole 3...Peripheral wall surface 5...Wire mesh 6...Sprayed concrete 10...Buried cable 10a...Measurement path 10b...Connection path 11...Optical fiber cable 12...Protective member 12a...Twisted string 13...Convex portion 21...Strain measurement section 22...Stress measurement section 100...Stress measurement device
Claims (4)
入射された光を導く光ファイバーケーブルと前記光ファイバーケーブルを保護する保護部材とからなる埋設ケーブルを、前記周壁面に沿って延設することと、
前記埋設ケーブルを埋設するように、前記周壁面に前記吹き付けコンクリートを吹き付けることと、
前記周壁面に吹き付けられた前記吹き付けコンクリートの近傍で、更に前記地山の掘削を進めることと、
前記吹き付けコンクリートの前記周壁面に吹き付けられた時からの材齢を計時することと、
前記光ファイバーケーブルの延設方向に沿った前記光ファイバーケーブルの歪みの分布を、測定することと、
前記吹き付けコンクリートについての応力と歪みとの関係を示すデータを、前記吹き付けコンクリートが設計強度を発現する前である所定の若材齢時からの複数の時点毎に予め記憶すると共に、前記歪みの分布の測定結果と前記データとに基づいて、前記所定の若材齢時以降の前記延設方向に沿った、前記周壁面に吹き付けられた前記吹き付けコンクリート内の応力の分布を測定することと、
を含む、応力測定方法。 A method for measuring stress in a tunnel constructed by excavating natural ground, spraying concrete onto a peripheral wall surface of a hole formed therein, and constructing a lining concrete on the inside of the sprayed concrete, comprising the steps of:
a buried cable including an optical fiber cable for guiding incident light and a protective member for protecting the optical fiber cable, the buried cable being extended along the peripheral wall surface;
spraying the sprayed concrete onto the peripheral wall surface so as to bury the buried cable;
Further excavating the natural ground in the vicinity of the sprayed concrete sprayed on the peripheral wall surface;
Measuring the age of the sprayed concrete from the time it was sprayed onto the peripheral wall surface;
Measuring a distribution of strain in the optical fiber cable along an extension direction of the optical fiber cable;
data showing the relationship between stress and strain for the sprayed concrete is stored in advance for each of a plurality of time points from a predetermined early age before the sprayed concrete exhibits its design strength, and a stress distribution in the sprayed concrete sprayed on the peripheral wall surface along the extension direction from the predetermined early age onward is measured based on the strain distribution measurement results and the data;
A stress measurement method comprising:
前記埋設ケーブルを延設することは、前記埋設ケーブルを、互いに隣り合う支保材の間の前記周壁面に沿って前記周壁面の左右側部の一方から前記左右側部の他方まで延設すると共に、前記左右側部の他方から連続して前記互いに隣り合う支保材のうちの切羽側の支保材を切羽側に超えるように延設し、
前記周壁面に前記吹き付けコンクリートを吹き付けることは、前記互いに隣り合う支保材の間の空間及び前記支保材と前記周壁面との間の空間を埋めると共に前記埋設ケーブルの切羽側の先端部が露出するように、前記周壁面に前記吹き付けコンクリートを吹き付けることで、前記埋設ケーブルの大半を埋設する、
請求項1に記載の応力測定方法。 The method further includes erecting a plurality of supports along the peripheral wall surface at positions spaced apart in the excavation direction of the excavation hole before the buried cable is extended;
The extending of the buried cable includes extending the buried cable from one of the left and right side portions of the peripheral wall surface between the adjacent supports to the other of the left and right side portions, and extending the buried cable continuously from the other of the left and right side portions to exceed the face-side support of the adjacent supports to the face side,
The sprayed concrete is sprayed onto the peripheral wall surface to fill the spaces between the adjacent supports and between the supports and the peripheral wall surface, and to expose the tip of the buried cable on the face side, thereby burying most of the buried cable.
The stress measuring method according to claim 1 .
請求項1又は2に記載の応力測定方法。 The timing of the material age includes detecting that the sprayed concrete has been sprayed onto the peripheral wall surface based on a change in the measurement result of the strain distribution of the optical fiber cable, and starting the timing of the material age from the time of the detection.
The stress measuring method according to claim 1 or 2.
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