JP2003247814A - トンネルの変形測定方法 - Google Patents
トンネルの変形測定方法Info
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Abstract
的に、長期間に亘って経時的に、簡易に、安定的に、し
かも、低コストで行うことができるようにしたトンネル
の変形測定システムを提供すること。 【解決手段】 測定対象のトンネルTの長手方向全長に
亘って1本の光ファイバセンサ1を少なくとも1往復す
るように敷設するとともに、この光ファイバセンサ1
を、トンネル覆工コンクリート2の各打継ぎ目地部3を
跨ぐ位置で固定治具4により固定し、光ファイバセンサ
1に発生する歪みに基づいて、トンネル覆工コンクリー
ト2の各打継ぎ目地部3を跨ぐスパンの位置毎に歪みの
計測を行うことにより、各スパンの伸縮量に換算し、ト
ンネルT全体の3次元的な変形状態を測定するようにす
る。
Description
定方法に関し、特に、トンネルの変形量の測定を、遠隔
地から自動的に、長期間に亘って経時的に、簡易に、安
定的に、しかも、低コストで行うことができるようにし
たトンネルの変形測定方法に関するものである。
ルにおいては、トンネルにかかる偏土圧の影響により、
また、山岳地帯のダム建設に付随して、ダム湖の貯水部
近傍に建設されたトンネルにおいては、ダム湖の水位変
動に伴う水圧の影響により、トンネルが変形を受けやす
く、一般の安定した地盤に建設されたトンネルと比較し
て、トンネル覆工コンクリートにクラックが発生し、崩
落する等の事故が発生する危険性が大きい。
合、トンネルの変形量を測定することにより、トンネル
の安定性や安全性を評価することが行われているが、こ
のために、従来、歪みゲージ、亀裂計等の計器をトンネ
ルに設置する方法が採用されてきた。
変形量を歪みゲージ、亀裂計等の計器を用いて測定する
ためには、例えば、トンネル覆工コンクリートの各打継
ぎ目地部毎にこれらの計器を設置する必要がある。しか
しながら、これらの計器は、それぞれ独立した測定回路
で以て構成されるため、トンネルの全長に亘ってその変
形量を測定しようとすると、計器の個数及びその測定回
路の回線数が増大し、測定システムの構築コストが高く
なるとともに、測定作業に手数を要するため、長期間に
亘り経時的に、トンネルの変形量を測定することが困難
であるという問題があった。また、これらの計器及びそ
の測定回路は、基本的には、電気回路で構成されている
ため、トンネル内等の劣悪な環境下では、耐久性に乏し
く、長期間に亘って安定的に、トンネルの変形量を測定
することが困難であるという問題があった。
方法が有する問題点に鑑み、トンネルの変形量の測定
を、遠隔地から自動的に、長期間に亘って経時的に、簡
易に、安定的に、しかも、低コストで行うことができる
ようにしたトンネルの変形測定方法を提供することを目
的とする。
め、本発明のトンネルの変形測定方法は、測定対象のト
ンネルの長手方向全長に亘って1本の光ファイバセンサ
を少なくとも1往復するように敷設するとともに、該光
ファイバセンサを、トンネル覆工コンクリートの各打継
ぎ目地部を跨ぐ位置で固定治具により固定し、光ファイ
バセンサに発生する歪みに基づいて、トンネル覆工コン
クリートの各打継ぎ目地部を跨ぐスパンの位置毎に歪み
の計測を行うことにより、各スパンの伸縮量に換算し、
トンネル全体の3次元的な変形状態を測定するようにし
たことを特徴とする。
のトンネルの長手方向全長に亘って1本の光ファイバセ
ンサを少なくとも1往復するように敷設するとともに、
該光ファイバセンサを、トンネル覆工コンクリートの各
打継ぎ目地部を跨ぐ位置で固定治具により固定し、光フ
ァイバセンサに発生する歪みに基づいて、トンネル覆工
コンクリートの各打継ぎ目地部を跨ぐスパンの位置毎に
歪みの計測を行うことにより、各スパンの伸縮量に換算
してトンネル覆工打継ぎ目地部の目開きの変化量を測定
することにより、トンネル全体の3次元的な変形状態を
測定するようにしているので、トンネルの変形量の測定
を、遠隔地から自動的に、長期間に亘って経時的に、簡
易に、安定的に、しかも、低コストで行うことができ
る。
所定の初期張力をかけることにより、光ファイバセンサ
の自重によって発生する撓みの測定精度への影響を排除
するようにすることができる。
ァイバセンサに発生する引っ張り歪み及び圧縮歪みの両
方を測定することができるとともに、光ファイバセンサ
を構成する光ファイバケーブルの自重による撓みを小さ
くすることができ、トンネルの変形量の測定精度を向上
することができる。
引き出した環状のたるみ部を所定の間隔で形成すること
により、歪み測定位置の特定を容易に行えるようにする
ことができる。
み部により、光ファイバセンサの歪みが発生した位置、
すなわち、変形が生じたトンネル覆工コンクリートの打
継ぎ目地部の位置の特定を正確に行うことができる。
引き出したたるみ部を形成するとともに、該たるみ部を
トンネルの変形を受けないようにして所定の張力をかけ
て張設して、温度変動により光ファイバセンサに発生す
る歪みを検出する温度補正検出部を形成するとともに、
計測機械の誤差を排除するようにすることができる。
度補正と計測機械の誤差の排除を行うことができ、トン
ネルの変形量の測定精度を向上することができる。
定方法の実施の形態を図面に基づいて説明する。
定方法の一実施例を示す。このトンネルの変形測定方法
は、測定対象のトンネルTの長手方向全長に亘って1本
の光ファイバセンサ1を、本実施例においては、1往復
するように敷設するとともに、この光ファイバセンサ1
を、トンネル覆工コンクリート2の各打継ぎ目地部3を
跨ぐ位置で固定治具4により固定し、光ファイバセンサ
1に発生する歪みに基づいて、トンネル覆工コンクリー
ト2の各打継ぎ目地部3を跨ぐスパンの位置毎に歪みの
計測を行うことにより、各スパンの伸縮量に換算してト
ンネル覆工打継ぎ目地部の目開きの変化量を測定するこ
とにより、トンネル全体の3次元的な変形状態を測定す
るようにしたものである。この場合、光ファイバセンサ
1は、1本の光ファイバセンサ1を折り返しながら、1
往復半以上敷設することもでき、これにより、トンネル
全体の3次元的な変形状態をより正確に測定することが
できるものとなる。
おいては、具体的には、光ファイバセンサ1の一端から
パルス光を入射し、光ファイバセンサ1からのブリルア
ン散乱光の周波数シフト量と受光時間を測定して、光フ
ァイバセンサ1に発生する歪みの大きさ及び歪みが発生
した光ファイバセンサ1の位置を演算し、これに基づい
て、トンネル覆工コンクリート2の各打継ぎ目地部3の
位置毎に、トンネルTの変形量を測定することができ
る、ブリルアン散乱光応用光センサ(B−OTDR)を
用いるようにしている。
本の光ファイバセンサ1に発生する歪みの大きさ及び歪
みが発生した光ファイバセンサ1の位置を連続的に計測
する「線計測」が可能である。また、ブリルアン散乱光
応用光センサの測定精度は、100μstrain程度と、ひ
ずみゲージや後述のFBGセンサよりやや劣るが、この
ブリルアン散乱光応用光センサは、長距離区間の連続的
な測定が可能であるため、トンネルTの長手方向全長に
亘って、トンネルTの変形量を測定する本発明のトンネ
ルの変形測定方法に好適に用いることができる。
原理は、次のとおりである。パルス波を光ファイバセン
サ1に入射させると、微少な散乱波が発生して前後に進
行するが、光ファイバセンサ1が外因によって変形し、
歪みが発生すると、これに伴って、散乱波の周波数が変
化する。そして、入射側に進行する後方散乱波のうちで
ブリルアン散乱光の到達時間とシフト量を計測すること
で、ブリルアン散乱光のシフト量によって、光ファイバ
センサ1に発生した歪みの大きさを、また、ブリルアン
散乱光の到達時間によって、歪みが発生した光ファイバ
センサ1の位置を演算することができる。
径以上で巻回して固定するなど、光ファイバセンサ1の
固定部に応力が集中しないように構成されている。この
固定治具4と、光ファイバセンサ1には、それぞれ保護
カバー4a、1aが付設され、また、光ファイバセンサ
1は、固定治具4間ではアイボルト4bによって支持さ
れている。
た光ファイバセンサ1には、所定の初期張力をかけるこ
とにより、光ファイバセンサ1の自重によって発生する
撓みの測定精度への影響を排除するようにする。この初
期張力の大きさは、このトンネルの変形測定方法を適用
するトンネルTの状態、固定治具4の間隔等に応じて、
適宜値に設定することができるが、通常、トンネルTの
変形に応じて光ファイバセンサ1に発生する引っ張り歪
み及び圧縮歪みの両方を所定の範囲で測定することがで
きるように設定するようにする。そして、より具体的に
は、トンネルTの変形に応じて光ファイバセンサ1に所
定の範囲の引っ張り歪み及び圧縮歪みが発生した場合に
おいて、光ファイバセンサ1に2000〜9000μ、
より好ましくは、2000〜6000μ程度の歪みが発
生する状態となるように、初期張力をかけるようにす
る。これにより、トンネルTの変形に応じて光ファイバ
センサ1に発生する引っ張り歪み及び圧縮歪みの両方を
正確に測定することができるとともに、光ファイバセン
サ1を構成する光ファイバケーブル(通常、光ファイバ
をポリエチレン樹脂等の合成樹脂で被覆したものを用い
る。)の自重による撓みを小さくすることができ、トン
ネルTの変形量の測定精度を向上することができる。
では、図2に示すように、一定間隔毎に光ファイバセン
サ1を固定治具4から引き出し、環状のたるみ部5を形
成することにより、歪み測定位置の特定を容易に行える
ようにしている。このたるみ部5は、光ファイバセンサ
1を敷設する際に、光ファイバセンサ1を固定治具4の
ところで余分にたるませることによって形成されてい
る。このたるみ部5では、歪みが全く発生しないことか
ら、歪みが発生しない環状のたるみ部5を基準として、
光ファイバセンサ1の歪みが発生した位置、すなわち、
変形が生じたトンネル覆工コンクリート2の打継ぎ目地
部3の位置の特定を正確に行うことができるものとな
る。
サ1を固定治具4から引き出して形成したたるみ部をト
ンネルTの変形を受けないように、例えば、本実施例に
おいては、トンネル覆工コンクリート2の壁部に設置し
たH型鋼6等に張設して、温度変動により光ファイバセ
ンサ1に発生する歪みを検出する温度補正検出部7を形
成するとともに、計測機械の誤差を排除するようにする
ことができる。この温度補正検出部7では、温度変動に
より光ファイバセンサ1に発生した歪みを検出すること
ができるため、トンネル覆工コンクリート2の各打継ぎ
目地部3を跨ぐ位置で固定治具4により固定した光ファ
イバセンサ1に発生した歪みの測定値から、その近傍位
置の温度補正検出部7(このため、温度補正検出部7
は、トンネルTの長手方向の一定間隔毎に複数箇所形成
することが望ましい。)で検出した温度変動による歪み
を差し引くことにより、簡易に光ファイバセンサ1の温
度補正を行うことができ、トンネルTの変形量の測定精
度を向上することができるものとなる。
測定対象のトンネルTの長手方向全長に亘って敷設し、
トンネル覆工コンクリート2の各打継ぎ目地部3を跨ぐ
位置で固定治具4により固定した1本の光ファイバセン
サ1に発生する歪みに基づいて、トンネル覆工コンクリ
ート2の各打継ぎ目地部3の位置毎に、トンネルTの変
形量(トンネルTの縦断面方向の変形量)を測定するこ
とができることから、例えば、図4に示すように、トン
ネルTの変形量の測定を、遠隔地にある複数の事業所等
から自動的に、長期間に亘って経時的に、簡易に、安定
的に、しかも、低コストで行うことができる。
ついて、その実施例に基づいて説明したが、本発明は、
上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、
例えば、図5に示すように、トンネルTの横断面方向の
変形量を測定するために測定対象のトンネルTの横断面
に沿って敷設した光ファイバセンサ8(この光ファイバ
センサ8には、特定の波長の光、具体的には、Brag
g波長の光のみが選択的に反射するファイバーグレーテ
ィング(Fiber Bragg Grating)8aを光ファイバのコ
ア部に紫外線で格子模様を光ファイバの任意の位置に焼
き付けることにより、光ファイバの屈折率を変化させ、
このファイバーグレーティング8aの位置で反射した反
射光の波長の変化を計測して、光ファイバセンサ8に発
生した歪みを測定するFBGセンサ1(測定精度:数μ
strain程度)を用いることが望ましい。)を併用して、
トンネルTの安定性や安全性の評価をより高精度に行う
ようにする等、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜
その構成を変更することができるものである。
ば、測定対象のトンネルの長手方向全長に亘って1本の
光ファイバセンサを少なくとも1往復するように敷設す
るとともに、該光ファイバセンサを、トンネル覆工コン
クリートの各打継ぎ目地部を跨ぐ位置で固定治具により
固定し、光ファイバセンサに発生する歪みに基づいて、
トンネル覆工コンクリートの各打継ぎ目地部を跨ぐスパ
ンの位置毎に歪みの計測を行うことにより、各スパンの
伸縮量に換算してトンネル覆工打継ぎ目地部の目開きの
変化量を測定することにより、トンネル全体の3次元的
な変形状態を測定するようにしているので、トンネルの
変形量の測定を、遠隔地から自動的に、長期間に亘って
経時的に、簡易に、安定的に、しかも、低コストで行う
ことができ、これにより、特に、地滑り地帯やダム湖の
貯水部近傍に建設された変形を受けやすいトンネルの安
定性や安全性の評価を高精度に、かつトンネルの長手方
向全長に亘って行うことができ、トンネルの安全性を向
上することができる。
力をかけることにより、光ファイバセンサの自重によっ
て発生する撓みの測定精度への影響を排除するようにす
ることにより、トンネルの変形に応じて光ファイバセン
サに発生する引っ張り歪み及び圧縮歪みの両方を測定す
ることができるとともに、光ファイバセンサを構成する
光ファイバケーブルの自重による撓みを小さくすること
ができ、トンネルの変形量の測定精度を向上することが
できる。
引き出した環状のたるみ部を所定の間隔で形成すること
により、歪み測定位置の特定を容易に行えるようにする
ことにより、歪みが発生しない環状のたるみ部により、
光ファイバセンサの歪みが発生した位置、すなわち、変
形が生じたトンネル覆工コンクリートの打継ぎ目地部の
位置の特定を正確に行うことができる。
引き出したたるみ部を形成するとともに、該たるみ部を
トンネルの変形を受けないようにして所定の張力をかけ
て張設して、温度変動により光ファイバセンサに発生す
る歪みを検出する温度補正検出部を形成するとともに、
計測機械の誤差を排除するようにすることにより、簡易
に光ファイバセンサの温度補正と計測機械の誤差の排除
を行うことができ、トンネルの変形量の測定精度を向上
することができる。
示し、(a)は斜視図、(b)は横断面図、(c)は縦
断面図である。
大図である。
面図、(b)は温度補正検出部を示す拡大図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 測定対象のトンネルの長手方向全長に亘
って1本の光ファイバセンサを少なくとも1往復するよ
うに敷設するとともに、該光ファイバセンサを、トンネ
ル覆工コンクリートの各打継ぎ目地部を跨ぐ位置で固定
治具により固定し、光ファイバセンサに発生する歪みに
基づいて、トンネル覆工コンクリートの各打継ぎ目地部
を跨ぐスパンの位置毎に歪みの計測を行うことにより、
各スパンの伸縮量に換算し、トンネル全体の3次元的な
変形状態を測定するようにしたことを特徴とするトンネ
ルの変形測定方法。 - 【請求項2】 光ファイバセンサに、所定の初期張力を
かけることにより、光ファイバセンサの自重によって発
生する撓みの測定精度への影響を排除するようにしたこ
とを特徴とする請求項1記載のトンネルの変形測定方
法。 - 【請求項3】 光ファイバセンサに、固定治具から引き
出した環状のたるみ部を所定の間隔で形成することによ
り、歪み測定位置の特定を容易に行えるようにしたこと
を特徴とする請求項1又は2記載のトンネルの変形測定
方法。 - 【請求項4】 光ファイバセンサに、固定治具から引き
出したたるみ部を形成するとともに、該たるみ部をトン
ネルの変形を受けないようにして所定の張力をかけて張
設して、温度変動により光ファイバセンサに発生する歪
みを検出する温度補正検出部を形成するとともに、計測
機械の誤差を排除するようにしたことを特徴とする請求
項1、2又は3記載のトンネルの変形測定方法。
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