JP3457894B2 - Optical fiber laying method and strain detecting device using optical fiber - Google Patents
Optical fiber laying method and strain detecting device using optical fiberInfo
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Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、鉄道トンネルや道
路トンネル等の覆工の変形、ひび割れなどを検知するた
めの光ファイバの敷設方法及び光ファイバを用いた歪検
知装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical fiber laying method and a strain detecting apparatus using the optical fiber for detecting deformation, cracking, etc. of a lining of a railway tunnel or a road tunnel.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年わが国で発生した大規模な道路トン
ネルの崩落事故が示すように、トンネルの健全度を検査
することが必要不可欠となっている。2. Description of the Related Art As shown in the recent large-scale collapse of a road tunnel in Japan, it is essential to inspect the soundness of the tunnel.
【０００３】トンネル検査の内容としては、内空変形、
覆工の変形／ひび割れ、覆工背面の空洞探査、及び漏水
監視など多岐に渡っているが、過去の事例によると、検
査結果により対策工事を実施した件数は、覆工のひび割
れによるものが最も多いと報告されている。The contents of the tunnel inspection include inner deformation,
There are various things such as lining deformation / cracking, backside cavities exploration, and water leakage monitoring, but according to past cases, the number of countermeasure works carried out based on the inspection results is most likely due to the lining cracks. It is reported to be high.
【０００４】しかし、長大なトンネルの覆工のどこに発
生するのかが不明なひび割れを連続的に検査する技術は
未だ確立されておらず、現時点では人による目視検査を
行なうにとどまっている。However, no technique has been established for continuously inspecting for cracks where the location of the lining of a long tunnel is unknown, and at present, only visual inspection by humans is performed.
【０００５】ところで、近時、光ファイバを用いた歪分
布計測器（以下「ＢＯＴＤＲ（：Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ
Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ Ｒｅｆｌｅ
ｃｔｏｍｅｔｒｙ）」と略称する）が開発され、市販さ
れている。By the way, recently, a strain distribution measuring instrument using an optical fiber (hereinafter referred to as "BOTDR (: Brillouin
Optical Time Domain Reflect
(abbreviated as "ctomy") has been developed and is commercially available.
【０００６】このＢＯＴＤＲは、光ファイバのブリルア
ン散乱光を分析することにより、当該光ファイバにかか
る歪量を計測するもので、この方法によれば、後方ブリ
ルアン散乱光の周波数シフト、すなわち入射光の光周波
数からブリルアン散乱光スペクトルの中心周波数を引い
た値が、光ファイバに加わった引っ張り応力、つまりそ
れと等価な引っ張り応力による相対伸びである光ファイ
バの伸び歪と共に変化することに着目し、ブリルアン周
波数のシフトから光ファイバあるいは光ケーブルの歪量
を測定するようになる。This BOTDR measures the amount of strain applied to the optical fiber by analyzing the Brillouin scattered light of the optical fiber. According to this method, the frequency shift of the backward Brillouin scattered light, that is, the incident light Paying attention to the fact that the value obtained by subtracting the center frequency of the Brillouin scattered light spectrum from the optical frequency changes with the tensile stress applied to the optical fiber, that is, the elongation strain of the optical fiber which is the relative elongation due to the equivalent tensile stress. The shift amount of the optical fiber or the optical cable can be measured.
【０００７】このＢＯＴＤＲでは、光ファイバの一端か
らパルス光を入射し、この光ファイバ内でブリルアン散
乱光の後方散乱光をコヒーレント検波方法により高感度
に検出する。このとき、ブリルアン散乱光が光波と光フ
ァイバ中の音波との相互作用により誘起され、光周波数
をシフトさせることを利用し、ブリルアン散乱光の周波
数シフト分布から光ファイバの歪み分布を測定するもの
である。[0007] In the BOTDR, incident pulse light from one end of the optical fiber, detects the backscattered light Brillouin scattered light in the optical fiber with high sensitivity to coherent detection method. At this time, it is possible to measure the strain distribution of the optical fiber from the frequency shift distribution of the Brillouin scattered light by utilizing the fact that the Brillouin scattered light is induced by the interaction between the light wave and the sound wave in the optical fiber and shifts the optical frequency. is there.
【０００８】ブリルアン散乱光の周波数シフトと歪量と
の関係は、次式
ｆｂ（ε）＝ｆｂ（０）（１＋Ｃε） …(1)
（但し、ｆｂ（０）：歪量ε［％］がゼロの時のブリル
アン周波数シフト、Ｃ：比例係数（＝約４．５）。）で
表されるもので、上記（１）式中の「ｆｂ（０）」は、
入射光の波長が１，５００［ｎｍ］のときに１１［ＧＨ
ｚ］となる。上記（１）式を歪量εについて解くと、
ε＝（ｆｂ（ε）−ｆｂ（０））／（Ｃｆｂ（０）） …(2)
となる。したがって、ブリルアン周波数のシフト量を測
定することにより、光ファイバに生じている歪を求める
ことができる。ブリルアン周波数のシフト量を求めるた
めには、入射光あるいは射出光の周波数を走査してブリ
ルアン散乱光のピーク周波数を求めるようにしている。The relationship between the frequency shift of the Brillouin scattered light and the strain amount is expressed by the following equation fb (ε) = fb (0) (1 + Cε) (1) (where fb (0): strain amount ε [%] is Brillouin frequency shift at zero, C: proportional coefficient (= about 4.5)), and "fb (0)" in the above equation (1) is
11 [GH when the wavelength of incident light is 1,500 [nm]
z]. When the above equation (1) is solved for the strain amount ε, ε = (fb (ε) −fb (0)) / (Cfb (0)) (2) Therefore, by measuring the shift amount of the Brillouin frequency, the strain generated in the optical fiber can be obtained. In order to obtain the shift amount of the Brillouin frequency, the frequency of incident light or emitted light is scanned to find the peak frequency of Brillouin scattered light.
【０００９】また、入射光をパルス状にして散乱光が入
射端に戻ってくるまでの時間を計測することにより、光
ファイバの各部分での歪の分布を求めることができる
が、微弱な信号を取扱うために、１つの周波数の計測に
条件によっては２12〜２20回程度の加算平均演算を行な
っている。Further, the distribution of strain in each part of the optical fiber can be obtained by measuring the time required for the scattered light to return to the incident end by making the incident light into a pulse shape. In order to handle the above, depending on the conditions for measuring one frequency, the arithmetic mean of 2 12 to 2 20 times is performed.
【００１０】その他、ＢＯＴＤＲを用いて歪分布計測を
行なう方法は、「信学論誌、Ｂ−ＩＶｏｌ．Ｊ７３−Ｂ
−Ｉ，Ｎｏ．２，ｐｐ．１４４−１５２，１９９０；Ｔ
ｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｇｅｓｔ ｏｆ Ｉｎｔｅｒｎ
ａｔｉｏｎａｌ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｉｎｉ
ｃｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ（ＩＱＥＣ’９２），ｐａ
ｐｅｒ ｎｏ． ＭｏＬ．４，ｐｐ．４２−４３，１９
９２」に開示されている。Another method for measuring the strain distribution using BOTDR is described in "The Journal of Biology, B-IVol. J73-B".
-I, No. 2, pp. 144-152, 1990; T
electrical Digest of Intern
national Quantum Electrini
cs Conference (IQEC'92), pa
per no. MoL. 4, pp. 42-43, 19
92 ".
【００１１】[0011]
【発明が解決しようとする課題】したがって、上記のよ
うな方法を用い、光ファイバをトンネルに敷設して、光
ファイバの歪量を測定することでトンネルの変形を検知
することも考えられる。しかしながら、ＢＯＴＤＲを用
いてトンネルの変形を連続的に監視するようにしたもの
は前例がなく、トンネルを構成する覆工の変形やひび割
れ等を効率的に検知するための光ファイバの敷設位置や
敷設方法等が模索されている。Therefore, it is possible to detect the deformation of the tunnel by laying the optical fiber in the tunnel and measuring the strain amount of the optical fiber by using the above method. However, there is no precedent in which BOTDR is used to continuously monitor the deformation of the tunnel, and the laying position and the laying of the optical fiber for efficiently detecting the deformation and cracks of the lining that constitutes the tunnel. Methods are being sought.
【００１２】本発明は上記のような実情に鑑みてなされ
たもので、その目的とするところは、検知対象となるト
ンネルの変形、ひび割れをより効率的に検知することが
可能な歪センサとしての光ファイバの敷設方法及び光フ
ァイバを用いた歪検知装置を提供することにある。The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a strain sensor capable of more efficiently detecting deformation and cracks of a tunnel to be detected. An object of the present invention is to provide an optical fiber laying method and a strain detecting device using the optical fiber.
【００１３】[0013]
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
検知対象となるトンネルを構成する覆工の打設単位毎に
その周方向に延在するようにして光ファイバを所定間隔
で上記覆工に固定することを特徴とする。The invention according to claim 1 is
It is characterized in that the optical fibers are fixed to the lining at predetermined intervals so as to extend in the circumferential direction for each lining unit of the lining constituting the tunnel to be detected.
【００１４】このような方法とすれば、トンネルの軸方
向に沿って発生する、覆工打設単位で発生することの多
い危険性の高いひび割れを確実且つ効率的に検知させる
ことが可能となる。[0014] With such a method, generated along the axial direction of the tunnel, a lining hitting設単position high torquecontrol beauty cracks of more danger of being produced in a reliable and efficient can be detected Becomes
【００１５】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、上記光ファイバは上記覆工に設けた溝内を
延在するように敷設し、上記敷設された光ファイバに対
し、上記溝部及び溝部周囲の覆工内壁面を覆うようにし
て所定間隔で固定部材で固定し、上記溝部に沿った上記
固定部材間で、上記溝部及び溝部周囲の覆工内壁面を覆
うようにして該光ファイバを上記溝部内にカバー部材で
遊嵌することを特徴とする。According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the optical fiber is laid so as to extend in a groove provided in the lining, and the optical fiber is laid with respect to the laid optical fiber. The groove and the inner wall surface of the lining around the groove are covered with fixing members at predetermined intervals, and the inner wall surface of the lining around the groove and the groove is covered between the fixing members along the groove. It is characterized in that the optical fiber is loosely fitted in the groove by a cover member.
【００１６】このような方法とすれば、上記請求項１記
載の発明の作用に加えて、光ファイバがトンネルの覆工
内壁面に突出しないために、トンネル内を移動体が通過
する際に発生する風圧等の影響を受けることなく、また
該覆工内壁面の清掃時にも支障とならない。According to such a method, in addition to the action of the invention described in claim 1, since the optical fiber does not project to the inner wall surface of the lining of the tunnel, it is generated when the moving body passes through the tunnel. It is not affected by wind pressure and the like, and does not hinder the cleaning of the inner wall surface of the lining.
【００１７】請求項３記載の発明は、検知対象となるト
ンネルを構成する覆工の打設単位毎にその周方向に延在
するようにして所定間隔で上記覆工に固定した光ファイ
バ歪センサを有することを特徴とする。According to a third aspect of the present invention, an optical fiber strain sensor fixed to the lining at predetermined intervals so as to extend in the circumferential direction for each lining unit of the lining constituting the tunnel to be detected. It is characterized by having.
【００１８】このような構成とすれば、トンネルの軸方
向に沿って発生する、覆工打設単位で発生することの多
い危険性の高いひび割れを確実且つ効率的に検知するこ
とが可能となる。[0018] With such a configuration, it can be generated along the axial direction of the tunnel, to detect reliably and efficiently high torquecontrol beauty cracking risk that often occur in lining hitting設単position Becomes
【００１９】請求項４記載の発明は、上記請求項３記載
の発明において、上記光ファイバは上記覆工に設けた溝
内を延在するように敷設し、上記敷設された光ファイバ
に対し、上記溝部及び溝部周囲の覆工内壁面を覆うよう
にして所定間隔で固定する固定部材と、上記溝部に沿っ
た上記固定部材間で、上記溝部及び溝部周囲の覆工内壁
面を覆うようにして該光ファイバを上記溝部内に遊嵌す
るカバー部材とをさらに有することを特徴とする。According to a fourth aspect of the present invention, in the above-mentioned third aspect, the optical fiber is laid so as to extend in a groove provided in the lining, and the laid optical fiber is A fixing member that fixes the groove and the inner wall surface of the lining around the groove at a predetermined interval, and between the fixing member along the groove, the inner wall surface of the lining around the groove and the groove is covered. And a cover member that loosely fits the optical fiber in the groove.
【００２０】このような構成とすれば、上記請求項３記
載の発明の作用に加えて、光ファイバがトンネルの覆工
内壁面に突出しないために、トンネル内を移動体が通過
する際に発生する風圧等の影響を受けることなく、また
該覆工内壁面の清掃時にも支障とならない。With such a construction, in addition to the effect of the invention described in claim 3, since the optical fiber does not project to the inner wall surface of the lining of the tunnel, it is generated when the moving body passes through the tunnel. It is not affected by wind pressure and the like, and does not hinder the cleaning of the inner wall surface of the lining.
【００２１】[0021]
【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）以下本発明
の第１の実施の形態について図面を参照して説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION (First Embodiment) A first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【００２２】図１（ａ）はトンネル覆工の変形、ひび割
れ検知を行なう光ファイバを用いた歪検知装置の基本的
な構成を示すもので、歪分布計測器（ＢＯＴＤＲ）２に
接続された光ファイバ歪センサ１を、トンネル覆工３の
内壁面に接着剤４にて所定間隔で接着固定することで敷
設する。同図（ａ）で頂部をＣＬ、側壁部をＳＬ、底部
をＦＬ、外力をＰとして、図１（ｂ）でこのトンネル覆
工３の内壁面を展開して示している。FIG. 1 (a) shows a basic structure of a strain detecting device using an optical fiber for detecting deformation and cracks of a tunnel lining, and an optical fiber connected to a strain distribution measuring device (BOTDR) 2. The fiber strain sensor 1 is laid by adhesively fixing it to the inner wall surface of the tunnel lining 3 with an adhesive 4 at a predetermined interval. In FIG. 1A, the top is CL, the side wall is SL, the bottom is FL, and the external force is P, and the inner wall surface of the tunnel lining 3 is shown expanded in FIG. 1B.
【００２３】ここで、トンネル覆工３は５の覆工打設の
ブロック（壁面の建設単位）を複数連続することで構成
されるもので、各覆工打設５のトンネル軸方向の長さＬ
Ｂは、通常１０〜１５ｍ程度で建設される。図中、６は
トンネルの軸方向に沿った方向で発生するひび割れを、
７はトンネルの軸方向と直交する、覆工の周方向に発生
するひび割れを示している。Here, the tunnel lining 3 is constituted by connecting a plurality of lining blocks 5 (wall construction units) in succession, and the length of each lining 5 in the tunnel axis direction. L
B is usually constructed in about 10 to 15 m. In the figure, 6 is a crack generated in a direction along the axial direction of the tunnel,
Reference numeral 7 indicates a crack that occurs in the circumferential direction of the lining, which is orthogonal to the axial direction of the tunnel.
【００２４】同図（ｂ）に示す如く光ファイバ歪センサ
１は、覆工打設５毎にそれぞれその周方向に少なくとも
１ライン以上（ここでは２ライン）を、トンネルの軸方
向に沿った方向のラインを含んで１本のジグザグライン
状に敷設し、接着剤４あるいは固定治具によりトンネル
覆工３に固定してなる。As shown in FIG. 2B, the optical fiber strain sensor 1 has at least one line (two lines in this case) in the circumferential direction of each of the linings 5 in a direction along the axial direction of the tunnel. Is laid in a zigzag line shape including the above line and is fixed to the tunnel lining 3 by the adhesive 4 or a fixing jig.
【００２５】上記のような構成にあって、図１（ａ）で
示した異常な外力Ｐがトンネル覆工３に加わると、トン
ネル覆工３は次第に変形し、変形量が一定のレベルを超
えた時点でひび割れが発生する。In the above structure, when the abnormal external force P shown in FIG. 1 (a) is applied to the tunnel lining 3, the tunnel lining 3 is gradually deformed, and the deformation amount exceeds a certain level. A crack will occur at the point of time.
【００２６】上記外力Ｐによって発生するひび割れとし
ては、図１（ｂ）に示したトンネルの軸方向に平行なひ
び割れ６となることが多く、覆工の周方向に沿ったひび
割れ７よりも危険視されている。The cracks generated by the external force P are often cracks 6 parallel to the axial direction of the tunnel shown in FIG. 1 (b), which are more dangerous than the cracks 7 along the circumferential direction of the lining. Has been done.
【００２７】また、上記ひび割れ６は覆工打設５単位で
発生することが多いため、各覆工打設５毎にその周方向
に沿って少なくとも１ライン以上となるように敷設し、
各覆工打設５の変形、ひび割れを監視するようにする。Since the cracks 6 often occur in units of lining cast 5, each lining cast 5 is laid so as to have at least one line along the circumferential direction,
The deformation and cracks of each lining casting 5 are monitored.
【００２８】図２は上記図１（ｂ）で示す光ファイバ歪
センサ１の接着剤４で固定した点Ｆ1 ，Ｆ2 間が変形
し、トンネルの軸方向に平行なひび割れ６が発生する際
の変形量の推移を例示するもので、縦軸を上記点Ｆ1 ，
Ｆ2 間の変形量、横軸を時間としている。FIG. 2 shows the deformation of the optical fiber strain sensor 1 shown in FIG. 1B when the points F1 and F2 fixed by the adhesive 4 are deformed and cracks 6 parallel to the axial direction of the tunnel occur. This is an example of the change in quantity, and the vertical axis is the point F1,
The amount of deformation between F2 and the horizontal axis is time.
【００２９】点Ｆ1 ，Ｆ2 間に異常な外力Ｐが加わる
と、点Ｆ1 ，Ｆ2 間の変形量が時間の経過と共に増加
し、一定のレベルＣＫ１に達した時点でひび割れが発生
する。このとき、点Ｆ1 ，Ｆ2 間の応力が開放されるた
め、一時的に変形量は小さくなるが、外力Ｐが連続して
印加されるために再度徐々に増加し、一定のレベルＣＫ
２に達した時点で再びひび割れが発生する。このような
動作を繰返すことでひび割れが徐々に成長し、最終的に
トンネルの崩落に至ることとなる。When an abnormal external force P is applied between the points F1 and F2, the amount of deformation between the points F1 and F2 increases with the passage of time, and a crack is generated at the time when the constant level CK1 is reached. At this time, since the stress between points F1 and F2 is released, the amount of deformation is temporarily reduced, but since the external force P is continuously applied, the amount of deformation is gradually increased again to a certain level CK.
When it reaches 2, cracking occurs again. By repeating such an operation, the crack gradually grows and eventually the tunnel collapses.
【００３０】したがって、光ファイバ歪センサ１をトン
ネル覆工３に接着剤４を用いて所定間隔で接着固定して
敷設し、光ファイバ歪センサ１の歪分布をＢＯＴＤＲ２
で常時測定、監視する。Therefore, the optical fiber strain sensor 1 is laid and fixed on the tunnel lining 3 with the adhesive 4 at a predetermined interval, and the strain distribution of the optical fiber strain sensor 1 is set to BOTDR2.
Always measure and monitor.
【００３１】この場合、光ファイバ歪センサ１をトンネ
ル覆工３の内壁面にＢＯＴＤＲで測定可能となる所定の
間隔、例えば２［ｍ］で接着、固定して敷設しておくこ
とで、トンネル覆工３を構成する個々の覆工打設５に局
部的な変形、またはひび割れを発生したとしても、理論
的には０．２［ｍｍ］以上の変形が生じた時点でこれを
ＢＯＴＤＲ２で認識することができる。[0031] In this case, the predetermined <br/> interval the optical fiber strain sensor 1 can measure in BOTDR the inner wall surface of the tunnel lining 3, for example, adhesive at 2 [m], that you laid and fixed Therefore, even if local deformation or cracks occur in the individual lining castings 5 that form the tunnel lining 3, theoretically, when deformation of 0.2 [mm] or more occurs, It can be recognized by BOTDR2.
【００３２】図３に光ファイバ歪センサ１及び光ファイ
バの固定間隔が２［ｍ］以上で測定可能となるＢＯＴＤ
Ｒ２を用いた局部歪試験の要領を示す。FIG. 3 shows the optical fiber strain sensor 1 and the optical fiber.
BOTD that enables measurement at a fixed interval of 2 m or more
The point of the local strain test using R2 is shown.
【００３３】図３（ａ）において、試験鋼板２０の全長
Ｌを１［ｍ］とし、その中央部に幅ΔＬの間隙を設けて
ある。光ファイバ歪センサ１は、試験鋼板２０の両端に
接着剤４で固定し、その一端をＢＯＴＤＲ２に接続して
歪測定を行なうものとする。In FIG. 3A, the total length L of the test steel plate 20 is 1 [m], and a gap having a width ΔL is provided in the center thereof. The optical fiber strain sensor 1 is to be fixed to both ends of the test steel plate 20 with the adhesive 4 and one end thereof is connected to the BOTDR 2 for strain measurement.
【００３４】このような状態で、上記間隙の幅ΔＬを
１．０［ｍｍ］から０．２［ｍｍ］拡大して１．２［ｍ
ｍ］にしたところ、ＢＯＴＤＲ２で光ファイバ歪センサ
１の歪変化を測定することはできなかった。In this state, the width ΔL of the gap is expanded from 1.0 [mm] to 0.2 [mm] to 1.2 [m].
m], the strain change of the optical fiber strain sensor 1 could not be measured by BOTDR2.
【００３５】また、図３（ｂ）は上記図３（ａ）と構成
自体は同様とし、試験鋼板２０の全長Ｌを２［ｍ］とし
て、その中央部の間隙の幅ΔＬをやはり１．０［ｍｍ］
から０．２［ｍｍ］拡大して１．２［ｍｍ］にしたもの
で、この場合には正しく０．０１［％］の歪変化を測定
することができた。3 (b) has the same structure as that of FIG. 3 (a), the total length L of the test steel plate 20 is 2 [m], and the width ΔL of the gap at the center is 1.0. [Mm]
Was expanded by 0.2 mm to 1.2 mm, and in this case, the change in strain of 0.01% could be correctly measured.
【００３６】なお、図示はしないが、その後に試験鋼板
２０上の光ファイバ歪センサ１を全域にわたって接着し
て同様の数値で歪測定を行なった結果、歪変化を測定す
ることはできなかった。Although not shown, the optical fiber strain sensor 1 on the test steel plate 20 was subsequently adhered over the entire area and the strain was measured with the same numerical value. As a result, the change in strain could not be measured.
【００３７】以上のことから、トンネル覆工３に局部的
に発生する歪を検知するためには、光ファイバ歪センサ
１をトンネル覆工３に所定の間隔をあけて接着固定する
必要があることがわかる。From the above, in order to detect the strain locally generated in the tunnel lining 3, it is necessary to bond and fix the optical fiber strain sensor 1 to the tunnel lining 3 at a predetermined interval. I understand.
【００３８】因みに、上記図３（ｂ）に示したように光
ファイバ歪センサ１を試験鋼板２０の両端で接着した状
態では、間隙の幅ΔＬを、接着剤４で接着した２ｍの約
４［％］に相当する約８２［ｍｍ］まで拡大しても光フ
ァイバ歪センサ１は断線しなかったが、試験鋼板２０上
の光ファイバ歪センサ１を全域にわたって接着した状態
では、間隙の幅ΔＬを、接着剤４で接着した２ｍの約
０．５［％］に相当する約１２［ｍｍ］まで拡大すると
光ファイバ歪センサ１が断線した。Incidentally, as shown in FIG. 3B, when the optical fiber strain sensor 1 is bonded at both ends of the test steel plate 20, the width ΔL of the gap is about 4 [m] of 2 m bonded by the adhesive 4. %], The optical fiber strain sensor 1 did not break even when expanded to about 82 [mm], but in the state where the optical fiber strain sensor 1 on the test steel plate 20 is adhered over the entire area, the width ΔL of the gap is When the optical fiber strain sensor 1 was expanded to about 12 [mm] corresponding to about 0.5 [%] of 2 m bonded with the adhesive 4, the optical fiber strain sensor 1 was broken.
【００３９】したがって、光ファイバ歪センサ１を検知
対象に全面にわたって接着すると、局部的な変形で光フ
ァイバ歪センサ１が断線しやすくなる傾向にある。Therefore, if the optical fiber strain sensor 1 is adhered to the object to be detected over the entire surface, the optical fiber strain sensor 1 tends to break due to local deformation.
【００４０】なお、上記した構成では、トンネル覆工３
の内壁面に光ファイバ歪センサ１を例えば２［ｍ］程度
の所定間隔で接着剤４により接着固定するものとしての
み説明したが、各接着剤４による接着地点間の略中間位
置に、光ファイバ歪センサ１をトンネル覆工３の内壁の
曲面に沿うようにするべく、光ファイバ歪センサ１をト
ンネル覆工３に対しては接着、固定しないものの、それ
自体はトンネル覆工３の内壁面に対して固定するような
カバーを設けることとしてもよい。Incidentally, in the above-mentioned structure, the tunnel lining 3
The optical fiber strain sensor 1 has been described as being adhered and fixed to the inner wall surface of the optical fiber with the adhesive 4 at a predetermined interval of, for example, about 2 [m]. The optical fiber strain sensor 1 is not adhered or fixed to the tunnel lining 3 so that the strain sensor 1 is along the curved surface of the inner wall of the tunnel lining 3, but it is not attached to the inner wall surface of the tunnel lining 3 by itself. It is also possible to provide a cover that is fixed to the other side.
【００４１】（第２の実施の形態）以下本発明の第２の
実施の形態について図面を参照して説明する。(Second Embodiment) A second embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【００４２】図４（ａ）はトンネル覆工の変形、ひび割
れ検知を行なう光ファイバの敷設状態を示すもので、光
ファイバ歪センサ１のトンネル覆工３内壁面におけるジ
グザグライン状の敷設パターン等、基本的には上記図１
（ａ）に示したものと同様であるので、同一部分には同
一符号を付してその説明は省略する。FIG. 4A shows the laying state of the optical fiber for detecting the deformation and cracks of the tunnel lining, such as a zigzag line laying pattern on the inner wall surface of the tunnel lining 3 of the optical fiber strain sensor 1. Basically, the above figure 1
Since it is the same as that shown in (a), the same parts are designated by the same reference numerals and the description thereof is omitted.
【００４３】しかして、トンネル覆工３の周方向に沿っ
て深さ約５［ｍｍ］、幅１０［ｍｍ］程度の溝１０が形
成され、この溝１０内に沿って光ファイバ歪センサ１が
敷設されて、所定の間隔で接着剤４及び固定治具８によ
り接着、固定されるもので、図中の部分ＩＶを抜き出し
て図４（ｂ）で大きく示すように、これら接着剤４と固
定治具８とで接着固定された光ファイバ歪センサ１の各
地点間の略中間位置に、光ファイバ歪センサ１をトンネ
ル覆工３の内壁の曲面に沿うようにするべく、光ファイ
バ歪センサ１をトンネル覆工３に対しては接着、固定せ
ずに遊嵌するものの、それ自体は溝１０とその近傍のト
ンネル覆工３の内壁面に対して接着固定するようなカバ
ー９を設けるものとする。A groove 10 having a depth of about 5 [mm] and a width of about 10 [mm] is formed along the circumferential direction of the tunnel lining 3, and the optical fiber strain sensor 1 is formed along the groove 10. It is laid and adhered and fixed by the adhesive 4 and the fixing jig 8 at a predetermined interval, and is fixed to the adhesive 4 as shown in FIG. 4 (b) by extracting the portion IV in the drawing. In order to arrange the optical fiber strain sensor 1 along the curved surface of the inner wall of the tunnel lining 3 at a substantially intermediate position between the respective points of the optical fiber strain sensor 1 bonded and fixed with the jig 8, the optical fiber strain sensor 1 Although it is loosely fitted to the tunnel lining 3 without being bonded or fixed, it is provided with a cover 9 that is adhesively fixed to the groove 10 and the inner wall surface of the tunnel lining 3 in the vicinity thereof. To do.
【００４４】図５（ａ）は固定治具８のトンネル覆工３
への取付状態を示すものである。図示する如く固定治具
８は、例えばテフロン、アクリルや金属製の中空平板上
の部材で、その裏面側に上記溝１０の幅に対応した直径
の突起部８ａを設け、さらにその頭頂に光ファイバ歪セ
ンサ１を溝１０に当接するための溝部を形成してなるも
のであって、溝１０内及びこの溝１０周囲の覆工内壁面
に接着剤４を充填することで光ファイバ歪センサ１を接
着固定し、溝１０及びこの溝１０周囲の覆工３の内壁面
を覆うものである。FIG. 5A shows the tunnel lining 3 of the fixing jig 8.
It shows the attachment state to. As shown in the figure, the fixing jig 8 is a member on a hollow flat plate made of, for example, Teflon, acrylic or metal, and a protrusion 8a having a diameter corresponding to the width of the groove 10 is provided on the back side thereof, and an optical fiber is further provided on the top of the protrusion. A groove portion for contacting the strain sensor 1 with the groove 10 is formed, and the optical fiber strain sensor 1 is provided by filling the inside of the groove 10 and the inner wall surface of the lining around the groove 10 with the adhesive 4. It is adhered and fixed to cover the groove 10 and the inner wall surface of the lining 3 around the groove 10.
【００４５】これに対し、図５（ｂ）はカバー９のトン
ネル覆工３への取付状態を示すものである。図示する如
くカバー９は、上記固定治具８と同じく、例えばテフロ
ン、アクリルや金属製の中空平板上の部材で、その裏面
側に上記溝１０の幅に対応した直径の突起部９ａを設
け、さらにその頭頂に光ファイバ歪センサ１を溝１０に
遊嵌するための溝部を形成してなるものであって、この
溝１０周囲の覆工内壁面との間に接着剤４を塗布するこ
とでトンネル覆工３に接着固定され、光ファイバ歪セン
サ１を遊貫した溝１０及びこの溝１０周囲の覆工３の内
壁面を覆うものである。On the other hand, FIG. 5 (b) shows how the cover 9 is attached to the tunnel lining 3. As shown in the figure, the cover 9 is a member on a hollow flat plate made of, for example, Teflon, acrylic or metal, like the fixing jig 8, and has a protrusion 9a having a diameter corresponding to the width of the groove 10 provided on the back side thereof. Further, a groove portion for loosely fitting the optical fiber strain sensor 1 in the groove 10 is formed on the top of the head, and an adhesive 4 is applied between the groove 10 and the inner wall surface of the lining around the groove 10. The groove 10 is adhesively fixed to the tunnel lining 3 and covers the groove 10 that penetrates the optical fiber strain sensor 1 and the inner wall surface of the lining 3 around the groove 10.
【００４６】上記のような構成にあって、光ファイバ歪
センサ１をトンネル覆工３に敷設、固定する場合の手順
について説明する。A procedure for laying and fixing the optical fiber strain sensor 1 on the tunnel lining 3 having the above-mentioned structure will be described.
【００４７】まず、光ファイバ歪センサ１を溝１０に挿
入して敷設する。この際、覆工３の伸縮変化を検知する
ために光ファイバ歪センサ１は例えば０．２［％］程度
の初期張力をもって敷設するもので、次いで所定間隔、
例えば２［ｍ］毎に接着剤４を溝１０内及びこの溝１０
位置に隣接する覆工３内壁面に接着剤４を注入、充填
し、上記図５（ａ）で示した如く光ファイバ歪センサ１
を抑えるようにして固定治具８を取付て接着、固定す
る。First, the optical fiber strain sensor 1 is inserted into the groove 10 and laid. At this time, in order to detect the expansion and contraction change of the lining 3, the optical fiber strain sensor 1 is laid with an initial tension of, for example, about 0.2 [%], and then at a predetermined interval,
For example, the adhesive 4 is applied to the inside of the groove 10 and the groove 10 every 2 [m].
An adhesive 4 is injected and filled into the inner wall surface of the lining 3 adjacent to the position, and as shown in FIG.
Then, the fixing jig 8 is attached so as to be suppressed, and is adhered and fixed.
【００４８】その後、溝１０に沿った各固定治具８間の
中央地点位置において、溝１０周囲の覆工内壁面に接着
剤４を塗布してカバー９を取付て接着、固定すること
で、光ファイバ歪センサ１を溝１０内に遊嵌し、光ファ
イバ歪センサ１が当該カバー９位置で伸縮自在としなが
らも溝１０から離脱することのないようにする。After that, at the central position between the fixing jigs 8 along the groove 10, the adhesive 4 is applied to the inner wall surface of the lining around the groove 10 and the cover 9 is attached and fixed by adhesion. The optical fiber strain sensor 1 is loosely fitted in the groove 10 so that the optical fiber strain sensor 1 can be expanded and contracted at the position of the cover 9 but is not detached from the groove 10.
【００４９】上記のように光ファイバ歪センサ１を敷
設、固定することにより、光ファイバ歪センサ１は溝１
０内に敷設されてトンネル覆工３の内壁面から突出する
ことがない。By laying and fixing the optical fiber strain sensor 1 as described above, the optical fiber strain sensor 1 has the groove 1
0 does not project from the inner wall surface of the tunnel lining 3.
【００５０】したがって、例えば新幹線のような高速鉄
道用のトンネル等であっても、光ファイバ歪センサ１が
移動体の通過により発生する風圧の影響を受けてトンネ
ル覆工３から剥離してしまうようなことを回避すること
ができる。Therefore, even in a tunnel for a high-speed railway such as a Shinkansen, the optical fiber strain sensor 1 may be separated from the tunnel lining 3 under the influence of the wind pressure generated by the passage of the moving body. It is possible to avoid this.
【００５１】また、上記固定治具８及びカバー９は共に
トンネル覆工３の内壁面に対してその平板形の厚さ分だ
け若干の段差を有するものの、該内壁面とほぼフラット
にして取付けるようにしたため、トンネル覆工３の内壁
面の清掃時等にも支障となることなく、光ファイバ歪セ
ンサ１を汚れや外部からの水の侵入から保護することが
できる。Although both the fixing jig 8 and the cover 9 have a slight step with respect to the inner wall surface of the tunnel lining 3 by the thickness of the flat plate, they can be mounted so as to be substantially flat with the inner wall surface. Therefore, the optical fiber strain sensor 1 can be protected from dirt and intrusion of water from the outside without any trouble even when cleaning the inner wall surface of the tunnel lining 3.
【００５２】なお、特にカバー９にあっては、光ファイ
バ歪センサ１を保護する要求の度合いに応じて、各固定
治具８間での取付個数や、個々の溝１０の軸方向での長
さ等を変更設定することが可能である。In particular, in the cover 9, depending on the degree of demand for protecting the optical fiber strain sensor 1, the number of attachments between the fixing jigs 8 and the length of each groove 10 in the axial direction are increased. It is possible to change the size and the like.
【００５３】その他、本発明は上記第１及び第２の実施
の形態に限定されることなく、その要旨を逸脱しない範
囲内で種々変形して実施することが可能であるものとす
る。In addition, the present invention is not limited to the above-described first and second embodiments, and various modifications can be carried out without departing from the scope of the invention.
【００５４】[0054]
【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、トンネル
の軸方向に沿って発生する、覆工打設単位で発生するこ
との多い危険性の高い変形、ひび割れを確実且つ効率的
に検知させることが可能となる。According to the first aspect of the present invention, highly dangerous deformation and cracks that often occur along the axial direction of the tunnel and often occur in the lining driving unit can be detected reliably and efficiently. It becomes possible.
【００５５】請求項２記載の発明によれば、上記請求項
１記載の発明の効果に加えて、光ファイバがトンネルの
覆工内壁面に突出しないために、トンネル内を移動体が
通過する際に発生する風圧等の影響を受けることなく、
また該覆工内壁面の清掃時にも支障とならない。According to the invention described in claim 2, in addition to the effect of the invention described in claim 1, since the optical fiber does not project to the inner wall surface of the lining of the tunnel, when the moving body passes through the tunnel. Without being affected by wind pressure etc.
Further, it does not hinder the cleaning of the inner wall surface of the lining.
【００５６】請求項３記載の発明によれば、トンネルの
軸方向に沿って発生する、覆工打設単位で発生すること
の多い危険性の高い変形、ひび割れを確実且つ効率的に
検知することが可能となる。According to the third aspect of the present invention, it is possible to reliably and efficiently detect highly dangerous deformation and cracks that often occur in the lining driving unit that occur along the axial direction of the tunnel. Is possible.
【００５７】請求項４記載の発明によれば、上記請求項
３記載の発明の効果に加えて、光ファイバがトンネルの
覆工内壁面に突出しないために、トンネル内を移動体が
通過する際に発生する風圧等の影響を受けることなく、
また該覆工内壁面の清掃時にも支障とならない。According to the invention described in claim 4, in addition to the effect of the invention described in claim 3, since the optical fiber does not project to the inner wall surface of the lining of the tunnel, the moving body passes through the tunnel. Without being affected by wind pressure etc.
Further, it does not hinder the cleaning of the inner wall surface of the lining.
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る基本構成を示
す図。FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration according to a first embodiment of the present invention.
【図２】同実施の形態に係る変形量の推移を例示する
図。FIG. 2 is a diagram exemplifying a transition of a deformation amount according to the same embodiment.
【図３】同実施の形態に係る光ファイバ歪センサ及びＢ
ＯＴＤＲを用いた局部歪試験の要領を示す図。FIG. 3 is an optical fiber strain sensor and B according to the same embodiment.
The figure which shows the point of the local distortion test using OTDR.
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る基本構成を示
す図。FIG. 4 is a diagram showing a basic configuration according to a second embodiment of the present invention.
【図５】同実施の形態に係る固定治具とカバーの取付状
態を説明する図。FIG. 5 is a view for explaining a mounting state of a fixing jig and a cover according to the same embodiment.
１…光ファイバ歪センサ ２…歪分布計測器（ＢＯＴＤＲ） ３…トンネル覆工 ４…接着剤 ５…覆工打設 ６，７…ひび割れ ８…固定治具 ９…カバー １０…溝 1 ... Optical fiber strain sensor 2 ... Strain distribution measuring instrument (BOTDR) 3 ... Tunnel lining 4 ... Adhesive 5 ... Casting lining 6,7 ... Crack 8 ... Fixing jig 9 ... Cover 10 ... Groove
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井上 好章 長崎県長崎市深堀町五丁目717番１号 三菱重工業株式会社長崎研究所内 (72)発明者 杉村 忠士 長崎県長崎市深堀町五丁目717番１号 三菱重工業株式会社長崎研究所内 (56)参考文献 特開 平10−197296（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−4499（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01B 11/00 - 11/30 G01C 7/00 - 7/06 G01K 11/00 - 11/30 G01L 1/00 - 1/26 G02B 6/00 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Yoshiaki Inoue 5-717-1, Fukahori-cho, Nagasaki-shi, Nagasaki Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Nagasaki Research Institute (72) Inventor Tadashi Sugimura 717, Fukahori-cho, Nagasaki-shi, Nagasaki No. 1 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Nagasaki Laboratory (56) Reference JP 10-197296 (JP, A) JP 8-4499 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G01B 11/00-11/30 G01C 7/00-7/06 G01K 11/00-11/30 G01L 1/00-1/26 G02B 6/00
Claims (4)
の打設単位毎にその周方向に延在するようにして光ファ
イバを所定間隔で上記覆工に固定することを特徴とする
光ファイバの敷設方法。1. An optical fiber, wherein optical fibers are fixed to the lining at predetermined intervals so as to extend in the circumferential direction for each lining unit of the lining constituting a tunnel to be detected. Laying method.
を延在するように敷設し、 上記敷設された光ファイバに対し、上記溝部及び溝部周
囲の覆工内壁面を覆うようにして所定間隔で固定部材で
固定し、 上記溝部に沿った上記固定部材間で、上記溝部及び溝部
周囲の覆工内壁面を覆うようにして該光ファイバを上記
溝部内にカバー部材で遊嵌することを特徴とする請求項
１記載の光ファイバの敷設方法。2. The optical fiber is laid so as to extend in a groove provided in the lining, and the laid optical fiber is covered with the groove and the inner wall surface of the lining around the groove. Fixing with a fixing member at a predetermined interval, and loosely fitting the optical fiber in the groove by a cover member so as to cover the groove and the inner wall surface of the lining around the groove between the fixing members along the groove. The optical fiber laying method according to claim 1, wherein
の打設単位毎にその周方向に延在するようにして所定間
隔で上記覆工に固定した光ファイバ歪センサを有するこ
とを特徴とする光ファイバを用いた歪検出装置。3. An optical fiber strain sensor fixed to the lining at predetermined intervals so as to extend in the circumferential direction for each lining unit of the lining constituting the tunnel to be detected. Strain detection device using optical fiber.
を延在するように敷設し、 上記敷設された光ファイバに対し、上記溝部及び溝部周
囲の覆工内壁面を覆うようにして所定間隔で固定する固
定部材と、 上記溝部に沿った上記固定部材間で、上記溝部及び溝部
周囲の覆工内壁面を覆うようにして該光ファイバを上記
溝部内に遊嵌するカバー部材とをさらに有することを特
徴とする請求項３記載の光ファイバを用いた歪検出装
置。4. The optical fiber is laid so as to extend in a groove provided in the lining, and the laid optical fiber is arranged to cover the groove and the inner wall surface of the lining around the groove. A fixing member that fixes at a predetermined interval, and a cover member that loosely fits the optical fiber in the groove so as to cover the groove and the inner wall surface of the lining around the groove between the fixing members along the groove. The strain detecting apparatus using the optical fiber according to claim 3, further comprising:
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