JP7378365B2 - 構造物管理方法及び構造物管理装置 - Google Patents

Description

本開示は、ブロック施工によって施工される構造物の構造物管理方法及び構造物管理装置に関する。

従来から施工途中の構造物を管理する構造物管理方法及び構造物管理装置としては種々のものが知られている。特開２０１７－２１０７５４号公報には、ケーソン躯体の沈設装置及び沈設方法が記載されている。ケーソン躯体の沈設方法では、ケーソン躯体の周面摩擦を制御して、ケーソン躯体の傾き調整及び沈設を行う。

ケーソン躯体の沈設装置は、ケーソン躯体の周方向及び鉛直方向に沿って並ぶように配置される複数の噴射ノズルと、複数の噴射ノズルのいずれかの近傍に配置された複数の周面摩擦計と、ケーソン躯体の周面に形成された緩み領域を計測する緩み領域計測手段とを備える。

各周面摩擦計は、ケーソン躯体の外周面における摩擦力を計測する。そして、高い摩擦力を計測した周面摩擦計の近傍の吐出口から液体を注入することにより、ケーソン躯体の沈設を促進すると共に当該ケーソン躯体の傾斜を修正する。ケーソン躯体の周方向及び鉛直方向に沿って複数の緩み領域計測手段が並ぶように配置されている。ケーソン躯体は、鉛直方向に沿って並ぶ複数のブロックを有し、複数のブロックのそれぞれに吐出口、周面摩擦計、又は緩み領域計測手段が配置されている。

特開２０１７－２１０７５４号公報

前述した沈設装置及び沈設方法では、ケーソン躯体の複数のブロックのそれぞれに複数の噴射ノズル、周面摩擦計、又は緩み領域計測手段が配置されるので、大量の設備が必要であり、装置構成が複雑であるという問題がある。また、周面摩擦計等の計測器は、当該計測器が配置された箇所の計測しかできないため、複数のブロックの広い箇所（例えば全体等）の挙動を把握するためには、多くの計測器を配置しなければならない。従って、複数のブロックの広い範囲を計測するためには、多くの計測器を多くの箇所に配置しなければならず、設置作業が煩雑であるという問題もある。

本開示は、複数のブロックの広い箇所の挙動を把握できると共に、設置作業を容易に行うことができる構造物管理方法及び構造物管理装置を提供することを目的とする。

本開示に係る構造物管理方法は、ブロックを段階的に構築することによって複数のブロックを含む構造物を構築するときに用いられる構造物管理方法であって、歪みを検出する光ファイバを用意する工程と、ブロックを構築する工程と、構築されたブロックに、余長を残しつつ光ファイバを設置する工程と、構築されたブロックの歪みを光ファイバによって検出する工程と、を備え、ブロックを構築する工程、余長を残しつつ光ファイバを設置する工程、及びブロックの歪みを光ファイバによって検出する工程、を繰り返しながら構造物を構築し、ブロックは鉄筋コンクリートブロックであり、構造物は鉄筋コンクリート構造物であり、構造物は、鉄筋コンクリートブロックを含むケーソンである。

この構造物管理方法では、光ファイバを複数のブロックのそれぞれに設置し、設置した光ファイバによって複数のブロックの歪みを検出する。よって、線状の光ファイバを複数のブロックにわたって設置することにより、少ない本数の光ファイバでより広い箇所の歪みを検出することができる。従って、複数のブロックのそれぞれの構築を行いながら複数のブロックのそれぞれに光ファイバを設置して歪みの計測を行うことができるので、複数のブロックの広い箇所の挙動を少ない本数の光ファイバによって把握することができる。また、この構造物管理方法では、構築されたブロックに余長を残しつつ光ファイバを設置し、ブロックの構築、ブロックへの光ファイバの設置、及び光ファイバによるブロックの歪みの検出を繰り返しながら構造物を構築する。よって、ブロックの構築ごとに余長を残しつつ当該ブロックに対して光ファイバの設置を行い、ブロックの構築と光ファイバの設置とを繰り返しながら構造物の構築を行うことが可能となる。光ファイバの設置は、ブロックに１本の光ファイバを余長を残しつつ固定すればよいので、光ファイバの接続の必要がなく容易に行うことができる。従って、少ない本数の光ファイバをブロックの構築と共に行うことができるので、設置作業を容易に行うことができると共に広い範囲の歪みを効率よく検出できる。

ブロックの歪みを光ファイバによって検出する工程では、レイリー計測によってブロックの歪みを検出してもよい。レイリー計測では、光ファイバを伝搬する光におけるレイリー後方散乱光を検出することによってブロックの歪みを計測する。レイリー後方散乱光の光強度は、入力した計測光の光強度よりも弱くなる。従って、この光強度の変化を検出することにより、光ファイバに生じた歪みの大きさを得ることができる。よって、レイリー後方散乱光を用いたレイリー計測は、精度がよく、光のロスに強いという利点がある。

ブロックごとに徐々に構築される鉄筋コンクリート構造物に対し、広範囲の箇所を容易に歪み計測できる。

例えばニューマチックケーソン工法によってブロックごとに徐々に構築されていくケーソンに対し、構築されたブロックごとに１本の光ファイバを設置することが可能となる。従って、ケーソンの複数のブロックのそれぞれに生じる歪みを１本の光ファイバによって計測することが可能となる。よって、ケーソンの広範囲の箇所を少ない本数の光ファイバによって容易に歪み計測することができる。

前述した構造物管理方法は、検出された歪みからケーソンの外周面における摩擦力が生じている箇所を特定する工程と、摩擦力が生じている箇所に滑材を注入する工程と、を備えてもよい。この場合、歪みからケーソンの外周面における摩擦力を計測して摩擦力が生じている箇所を特定することが可能となる。摩擦力の集中箇所の特定を行うことにより、ケーソンの品質が劣化する前に必要な対応をとることができる。すなわち、摩擦力が生じている箇所に滑材が注入されるので、必要な箇所に必要なだけの滑材を注入することができる。従って、滑材を効率よくピンポイントで且つ速やかに注入することができるので、高品質のケーソンを効率よく構築することができる。また、急激な沈設による周辺への影響を低減させることができる。

本開示に係る構造物管理装置は、ブロックを段階的に構築することによって複数のブロックを含む構造物を構築するときに用いられる構造物管理装置であって、歪みを検出する光ファイバを備え、光ファイバは、ブロックが構築されるごとに構築されたブロックに余長を残しつつ設置され、複数のブロックのそれぞれに設置された光ファイバが歪みの検出を行い、ブロックは鉄筋コンクリートブロックであり、構造物は鉄筋コンクリート構造物であり、構造物は、鉄筋コンクリートブロックを含むケーソンである。

この構造物管理装置では、光ファイバが複数のブロックのそれぞれに設置され、光ファイバによって複数のブロックの歪みが検出される。線状の光ファイバを余長を残しつつ複数のブロックにわたって設置することにより、少ない本数の光ファイバでより広範囲の箇所の歪みを検出することができる。よって、複数のブロックのそれぞれの構築を行いながら各ブロックに光ファイバを設置して歪み計測を行うことができるので、複数のブロックの広い箇所の挙動を少ない本数の光ファイバによって把握することが可能となる。この構造物管理装置では、光ファイバは、余長が残されながら複数のブロックのそれぞれに設置されていき、且つ歪みの計測を行う。従って、前述した構造物管理方法と同様、ブロックの構築、ブロックへの光ファイバの設置、及び光ファイバによるブロックの歪みの検出を繰り返しながら構造物の構築を行うことが可能となるので、ブロックの構築を行いながら光ファイバの設置を容易に行うことができる。すなわち、光ファイバの設置は、１本の光ファイバを余長を残しつつブロックに固定すればよいので、容易に行うことができる。よって、少ない本数の光ファイバをブロックの構築と共に行うことができるので、設置作業を容易に行うことができると共に広範囲における歪みを効率よく検出することができる。更に、検出した歪みを評価することにより、滑材の効率的な注入、躯体の品質確保、及び、急激な沈設による周辺影響の低減、を実現させることができる。

本開示によれば、複数のブロックの広い箇所の挙動を把握できると共に、設置作業を容易に行うことができる。

一実施形態に係る構造物を示す例示的なケーソンを示す縦断面図である。 （ａ）は、正常なケーソンの状態を模式的に示す縦断面図である。（ｂ）は、ケーソンの外周面に高い摩擦力が作用している状態を模式的に示す縦断面図である。（ｃ）は、ケーソンの外周面に高い摩擦力が作用した結果ケーソンにひびが入った状態を模式的に示す縦断面図である。 図１のケーソン及び構造物管理装置の構成を模式的に示す平面図である。 図３のケーソン、及び構造物管理装置の光ファイバの配置を模式的に示す斜視図である。 （ａ）は、例示的な光ファイバの断面図である。（ｂ）は、光ファイバの表面を模式的に示す図である。（ｃ）は、変形例に係る光ファイバの断面図である。 温度補正用の光ファイバの態様を模式的に示す斜視図である。 図３の構造物管理装置のシミュレーション結果の例を示すグラフである。 図３の構造物管理装置のシミュレーション結果の例を示すグラフである。 図３の構造物管理装置のシミュレーション結果の例を示すグラフである。 図３の構造物管理装置のシミュレーション結果の例を示すグラフである。 （ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、一実施形態に係る構造物管理方法の各手順を模式的に示す縦断面図である。 一実施形態に係る構造物管理方法の工程の例を示すフロー図である。 （ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、別の形態に係る構造物管理方法の各手順を模式的に示す縦断面図である。 別の形態に係る構造物管理方法の工程の例を示すフロー図である。 （ａ）及び（ｂ）のそれぞれは、別の形態に係る光ファイバの設置例を示す平面図及び縦断面図である。 （ａ）及び（ｂ）のそれぞれは、更に別の形態に係る光ファイバの設置例を示す平面図及び縦断面図である。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）は、別の形態に係る構造物を構築するときにおける構造物管理方法の手順を模式的に示す図である。

以下では、図面を参照しながら本開示に係る構造物管理装置及び構造物管理方法の実施形態について説明する。図面の説明において同一又は相当する要素には同一の符号を付し，重複する説明を適宜省略する。また、図面は、理解の容易のため、一部を簡略化又は誇張して描いている場合があり、寸法比率等は図面に記載のものに限定されない。

図１は、構造物の一例であるケーソン１及び構造物管理装置１０を模式的に示す縦断面図である。ケーソン１は、ニューマチックケーソンであり、ケーソン躯体２を備える。ケーソン躯体２は、下端に刃口３ｂを有する側壁３を有する。ケーソン１は、ニューマチックケーソン工法によって構築される。構造物管理装置１０は、例えば、側壁３の内周面３ｄ（表面）に設置される複数の光ファイバ１１と、側壁３の外周面３ｃに滑材を注入する滑材注入装置１５とを備える。

ニューマチックケーソン工法では、地表Ｇで鉄筋コンクリート製の躯体であるブロック５を構築し、例えば、最下部のブロック５の下部に作業室４を設ける。作業室４に地下水圧に相当する圧縮空気を送り込むことによって作業室４への地下水の浸入を防いでいる。作業室４の内部で掘削及び排土を行ってケーソン躯体２を沈下させ、ケーソン躯体２を、橋梁等の建築物の基礎、下水ポンプ場、地下調整池、シールドトンネルの立杭、又は、道路のトンネルＴ等の構造物として用いる。

例えば、ケーソン１の構築は、７ロットに分割して行われる。具体的には、１ロット目でケーソン躯体２の底壁６を含むブロック５が構築され、２ロット目で底壁６の上のブロック５が構築される。ロットごとのブロック５の高さは、一例として、４ｍ以上且つ５ｍ以下であるが、適宜変更可能である。そして、３ロット目以降では、ブロック５の上に順次ブロック５がロット毎に構築され、７ロット目で最上部のブロック５が構築される。しかしながら、ロットの数は、７に限られず、６以下又は８以上であってもよく適宜変更可能である。

図２（ａ）、図２（ｂ）及び図２（ｃ）は、ケーソン躯体２の側壁３とケーソン躯体２の周辺の地盤Ｂとを模式的に示す縦断面図である。図２（ａ）に示されるように、側壁３の外周面３ｃと地盤Ｂとの間に働く摩擦力（周面摩擦力）が小さい場合には、ケーソン躯体２の刃口３ｂが地盤Ｂに沈み込む。このとき、作業室４の内部の土砂（地盤Ｂ）を掘削することによって沈下力でケーソン躯体２が地盤Ｂに沈み込み、ケーソン躯体２には全体に圧縮力が作用する状態となる。

一方、側壁３の外周面３ｃと地盤Ｂとの間に働く摩擦力が高くなると、図２（ｂ）に示されるように、ケーソン躯体２の刃口３ｂが地盤Ｂに十分に沈み込まなくなる。外周面３ｃに摩擦力が働くと当該摩擦力が上向きの抵抗力となるため、ケーソン躯体２が傾こうとしたり、沈まなくなったりする場合がある。

このとき、摩擦力の作用位置と大きさに応じてケーソン躯体２に引張力が作用することがある。また、ケーソン躯体２の外周面３ｃに作用する摩擦力により、ケーソン躯体２が傾こうとしたり、地盤Ｂに沈まなくなることがあるため、ケーソン躯体２の沈設作業時にはケーソン躯体２の姿勢を把握しながら沈設の精度を確保する必要がある。

また、側壁３の外周面３ｃと地盤Ｂとの間に局所的に大きな摩擦力が発生すると、図２（ｃ）に示されるように、ケーソン躯体２の刃口３ｂが地盤Ｂから浮いた状態となり、刃口３ｂへの地盤Ｂの反力が小さくなる（無くなる）と共に、ケーソン躯体２が摩擦力発生位置から吊り下がる現象が生じる。その結果、ケーソン躯体２に引張力が作用し、ケーソン躯体２への引張力が大きくなるとケーソン躯体２のひび割れＸが入る等の問題が生じて品質が劣化する懸念がある。

また、ケーソン躯体２の刃口３ｂへの地盤Ｂからの反力が無くなるくらいまで外周面３ｃに摩擦力が作用すると、外周面３ｃに滑材を注入する。しかしながら、滑材を注入して外周面３ｃの摩擦力を低減させたときに、ケーソン躯体２が落下することがある。ケーソン躯体２が落下すると、その落下の衝撃が周囲に伝わり、揺れが生じる等の影響を与える可能性がある。

従来、滑材注入装置１５を用いたケーソン躯体２の外周面３ｃへの滑材の注入は、作業者の感覚によって行われることがあり、滑材の注入の精度は作業者の熟練度に依存しているという現状があった。しかしながら、熟練した作業者であっても、ケーソン躯体２のどの位置に大きな摩擦力が作用しているかを判断できないことがあるため、滑材の注入を適切な位置に行えず、滑材を無駄に注入することがあり不経済となることがあった。

これに対し、本実施形態に係る構造物管理装置１０では、滑材注入装置１５によって滑材を適切な位置にピンポイントで注入することができ、滑材の効率的な注入を可能としている。図３は、ケーソン１及び構造物管理装置１０を模式的に示す平面図である。図４は、構造物管理装置１０の光ファイバ１１の配置を模式的に示す斜視図である。

図３に示されるように、平面視においてケーソン１の外側には鋼矢板７が設けられており、更に、ケーソン１の周辺には構造物管理装置１０が設けられる。構造物管理装置１０は、ケーソン１の歪みを検出する光ファイバ１１と、温度補正用光ファイバ１２と、光ファイバ１１及び温度補正用光ファイバ１２のそれぞれが接続された制御装置１３とを備える。制御装置１３は、例えば、地表Ｇに設けられており、光ファイバ１１及び温度補正用光ファイバ１２のそれぞれに計測光を出力する。

光ファイバ１１は、例えば、分布型光ファイバセンサであり、ケーソン１の歪みを検出する。分布型の光ファイバセンサを用いることにより、歪みの詳細な分布を把握できると共に、歪みの大きさに特異点がある場合にはケーソン躯体２全体の中から変状の発生位置又は変状の程度を詳細に把握することが可能となる。

図３及び図４に示されるように、構造物管理装置１０は、複数の光ファイバ１１を光ファイバケーブルとして備え、各光ファイバ１１はケーソン１の内周面３ｄに固定されている。平面視において、複数の光ファイバ１１はケーソン１の周方向Ｄに沿って並ぶように配置されている。

一例として、４本の光ファイバ１１が周方向Ｄに沿って等間隔に並ぶように配置されている。光ファイバ１１の端部は制御装置１３に接続されており、光ファイバ１１は、制御装置１３から延び出してケーソン１の周方向Ｄの一方側の部位から鉛直下方に延び、ケーソン１の底壁６（底壁６の近傍）で周方向Ｄに沿うように曲げられている。

例えば、光ファイバ１１は、ケーソン１の上端から下端まで延びるように設置される。これにより、鉛直方向におけるケーソン１の全ての箇所において歪み検出を行うことが可能となる。また、鉛直方向に沿って延びるように光ファイバ１１を貼り付けることにより、鉛直方向におけるケーソン１の歪みの分布を検出することができる。

底壁６において周方向Ｄに沿って曲げられた光ファイバ１１は、周方向Ｄの他方側において鉛直上方に曲げられケーソン１から延び出して制御装置１３に接続される。一例として、制御装置１３には、ケーソン１の北側から鉛直下方に延びると共にケーソン１の北西側から延び出す光ファイバ１１の一端及び他端、ケーソン１の西側から鉛直下方に延びると共にケーソン１の南西側から延び出す光ファイバ１１の一端及び他端、ケーソン１の南側から鉛直下方に延びると共にケーソン１の南東側から延び出す光ファイバ１１の一端及び他端、並びに、ケーソン１の東側から鉛直下方に延びると共にケーソン１の北東側から延び出す光ファイバ１１の一端及び他端、が接続されている。なお、光ファイバ１１の本数、及び光ファイバ１１の配置態様については、図３及び図４の例に限られず適宜変更可能である。

構造物管理装置１０は、例えば、光ファイバ１１を用いてレイリー計測によってケーソン１の歪みを検出する。例えば、制御装置１３が光ファイバ１１に計測光を入力すると、光ファイバ１１においてレイリー後方散乱光が生じる。レイリー後方散乱光のスペクトル（周波数ごとの強度）は、歪み、圧力又は温度に応じて変化する。

また、レイリー後方散乱光の強度は計測光の強度よりも小さい。レイリー計測では、後方散乱光のスペクトルの変化を計測することによって、光ファイバ１１に生じた歪みを検出する。レイリー後方散乱光を用いたレイリー計測は、精度がよく、光のロスに強いという利点がある。

光ファイバ１１では、例えば、１μの精度でコンクリートの歪み検出が可能である。従って、ケーソン１等のコンクリート構造物で発生しうるひび割れ発生歪み（約１００μ）を未然に検出することができ、ケーソン躯体２の品質を低下させるひび割れの発生を防止することが可能となる。

図５（ａ）は、光ファイバケーブルである光ファイバ１１の断面図の例を示しており、図５（ｂ）は、光ファイバ１１の表面の例を示す図である。図５（ａ）及び図５（ｂ）に示されるように、例示的な光ファイバ１１は、光ファイバ芯線１１ｂと、テンションメンバ１１ｃと、光ファイバ芯線１１ｂ及びテンションメンバ１１ｃを覆うシース１１ｄとを備える。一例として、シース１１ｄは絶縁体によって構成されている。

例えば、光ファイバ１１は平板状且つ長尺状とされており、光ファイバ１１の断面は扁平状（一例として角丸長方形状）とされている。これにより、側壁３の内周面３ｄ等の設置対象箇所に対する光ファイバ１１の接触面積を大きくして光ファイバ１１の設置を容易に行うことができると共に、光ファイバ１１によって高精度に歪み検出を行うことが可能となる。

光ファイバ１１は、例えば、その断面の長手方向（図５（ａ）では左右方向）に沿って並ぶ一対のテンションメンバ１１ｃを有し、一対のテンションメンバ１１ｃの間に一対の光ファイバ芯線１１ｂが設けられる。テンションメンバ１１ｃによって光ファイバ１１に付与される張力から光ファイバ芯線１１ｂを保護することが可能となる。光ファイバ１１（シース１１ｄ）の表面には、例えば、エンボス加工が施されている。光ファイバ１１の表面には凹凸が形成されており、例えば、光ファイバ１１の表面に形成された凹凸は格子状に配列されている。

上記では、光ファイバ１１の形状等の例について説明した。しかしながら、光ファイバ１１の形状及び構造は、上記の例に限定されず適宜変更可能である。図５（ｃ）に示されるように、断面円形状の芯線１１ｆを備えた光ファイバ１１Ａを光ファイバ１１に代えて用いることも可能である。具体例として、コンクリート表面（内周面３ｄ）に固定する場合には、図５（ｃ）の光ファイバ１１Ａを用いてもよい。

構造物管理装置１０は、例えば、１本の温度補正用光ファイバ１２を含む。図３及び図６に示されるように、温度補正用光ファイバ１２のの端部は制御装置１３に接続されており、例えば、温度補正用光ファイバ１２は光ファイバ芯線１２ｂと光ファイバ芯線１２ｂを囲む管状部材１２ｃとを備える、管状部材１２ｃは、例えば、鋼管である。一例として、管状部材１２ｃの材料は硬質材料（一例としてＳＵＳ：Steel Use Stainless）である。

温度補正用光ファイバ１２の光ファイバ芯線１２ｂは、管状部材１２ｃに囲まれていることにより、ケーソン１の歪みによる影響を受けず温度変化による影響のみを受ける。すなわち、温度補正用光ファイバ１２の外部でケーソン１の歪み及び温度変化が生じた場合、光ファイバ芯線１２ｂは当該温度変化による影響のみを受ける。

一方、光ファイバ１１の外部でケーソン１の歪み及び温度変化が生じた場合、光ファイバ芯線１１ｂは、当該歪みの影響と当該温度変化の影響との双方の影響を受ける。従って、制御装置１３が、光ファイバ１１におけるケーソン１の歪みと温度変化による光強度の変化を、温度補正用光ファイバ１２におけるケーソン１の温度変化による光強度の変化と相殺することにより、ケーソン１の歪みを高精度に検出することが可能である。

制御装置１３は、光ファイバ１１を伝搬する光を用いて光ファイバ１１が設置された箇所におけるケーソン１の歪み値を算出する。例えば、制御装置１３は、レイリー後方散乱光の強度ピークの変化量（差分）からケーソン１の歪み量を算出してもよい。この場合、制御装置１３は、ｎ回目（ｎは２以上の自然数）の計測において、ｎ－１回目の計測で得た光情報とｎ回目の計測で得た光情報とにおける当該強度ピークの変化量を算出してケーソン１の歪み量を算出する。

次に、構造物管理装置１０の光ファイバ１１によって検出される歪みの態様の例について図７～図１０を参照しながら説明する。まず、図７に示されるように、定常状態（正常状態）である場合には、鉛直下方に働くケーソン１の荷重Ｆ１に対し、ケーソン１の外周面３ｃに鉛直上向きの摩擦力Ｆ２が働くと共に、地盤Ｂから刃口３ｂに作用する反力Ｆ３が働いて、荷重Ｆ１が摩擦力Ｆ２及び反力Ｆ３と釣り合った状態となる。なお、ここでいう反力Ｆ３は、圧気室の圧気による力も含んでいる。

そして、ケーソン１の外周面３ｃには、鉛直方向に沿って均一な摩擦力Ｆ２が働くと共に、例えば、ケーソン１に対する引張力及び圧縮力が０に近い状態であることが光ファイバ１１によって検出される。図７、並びに、後述する図８、図９及び図１０の右側のグラフについて、縦軸は深さ（底壁６からの高さ）を示しており、横軸はケーソン１に作用する引張力及び圧縮力を示している。

図８に示されるように、ケーソン１の外周面３ｃに働く摩擦力Ｆ２が鉛直方向に沿って均一で且つ定常状態よりも大きい場合、反力Ｆ３が小さくなると共に、光ファイバ１１によってケーソン１に対する引張力が検出される。このとき、光ファイバ１１によって、ケーソン１が深くなるに従ってケーソン１に対する引張力が大きくなっていることが検出される。

図９に示されるように、ケーソン１の地表Ｇから離れた位置（底壁６付近）に大きい摩擦力Ｆ２が作用する場合、反力Ｆ３の大きさは定常状態のときの反力Ｆ３の大きさと同程度である。この場合、光ファイバ１１によってケーソン１に対する圧縮力及び引張力が検出される。具体的には、光ファイバ１１によって、地表Ｇから深くなるに従ってケーソン１に対する圧縮力が大きくなり、大きな摩擦力Ｆ２の集中箇所においてケーソン１に対する引張力が大きくなっているピークＰが検出される。

図１０に示されるように、ケーソン１の地表Ｇ付近に大きい摩擦力Ｆ２が作用する場合、反力Ｆ３が小さくなると共に、光ファイバ１１によってケーソン１に対する圧縮力及び引張力が検出される。この場合、光ファイバ１１によって、地表Ｇ付近において大きなピークＰとなる引張力が検出され、且つ、深くなるに従ってピークＰから小さくなる引張力が検出される。

以上の図９及び図１０に示されるように、構造物管理装置１０（制御装置１３）は、ケーソン１の内周面３ｄに設置した光ファイバ１１によってケーソン１に対する引張力及び圧縮力を検出する。そして、構造物管理装置１０が引張力のピークＰを検出することによって、外周面３ｃにおける摩擦力Ｆ２の集中箇所を特定することが可能となる。すなわち、構造物管理装置１０がピークＰを特定することによって、大きな摩擦力Ｆ２の集中箇所を特定できるので、前述した滑材の注入を摩擦力Ｆ２の集中箇所に対してピンポイントに行うことが可能となる。

次に、本実施形態に係る構造物管理方法の工程の例について説明する。図１１（ａ）、図１１（ｂ）及び図１１（ｃ）は、当該工程を模式的に示すケーソン１及び光ファイバ１１の縦断面図である。図１２は、当該工程の例を示すフロー図である。まず、光ファイバ１１を用意する（光ファイバを用意する工程、ステップＳ１）。

ステップＳ１では、例えば、ケーソン１の鉛直方向の最大高さの２倍以上の長さを有する４本の光ファイバ１１及び温度補正用光ファイバ１２を用意し、光ファイバ１１及び温度補正用光ファイバ１２のそれぞれの端部を制御装置１３に接続する。そして、ケーソン１の１ロット目を構築する（ブロックを構築する工程、ステップＳ２、ステップＳ３）。

具体的には、底壁６を含むブロック５を１ロット目のブロックとして構築し、例えば、型枠の設置、鉄筋の配置、及びコンクリートの打設を行う。そして、１ロット目のブロック５を構築した後には、型枠を外し（ステップＳ４）、１ロット目のブロック５に光ファイバ１１を設置（敷設）する（光ファイバを設置する工程、ステップＳ５）。

ステップＳ５では、図１１（ａ）に示されるように、余長１１ｇを残しつつ、ブロック５の内周面３ｄに光ファイバ１１を固定する。内周面３ｄへの光ファイバ１１の固定は、例えば、接着剤によって行う。一例として、図５（ａ）に示されるような扁平状の光ファイバ１１を接着剤によって内周面３ｄに貼り付ける。そして、温度補正用光ファイバ１２も、光ファイバ１１と同様、余長１２ｇを残しつつ内周面３ｄに貼り付ける。

光ファイバ１１及び温度補正用光ファイバ１２をブロック５の内周面３ｄに設置した後には、光ファイバ１１及び温度補正用光ファイバ１２の初期値の設定を行う（ステップＳ６）。そして、図１１（ｂ）に示されるように、地盤Ｂへのブロック５の沈設、及び光ファイバ１１によるブロック５の歪みの計測を開始する（ブロックの歪みを光ファイバによって検出する工程、ステップＳ７）。

ブロック５の歪みの計測では、例えば、制御装置１３のディスプレイに図７～図１０の右側に示されるグラフが表示され、これにより、摩擦力Ｆ２の集中箇所の有無を特定することが可能となる（摩擦力が生じている箇所を特定する工程）。例えば、ピークＰとして摩擦力Ｆ２の集中箇所が特定された場合には、当該集中箇所に滑材注入装置１５から滑材を注入する（滑材を注入する工程）。これにより、摩擦力Ｆ２の集中箇所におけるピークＰが大きくなる前に当該集中箇所の摩擦力Ｆ２をピンポイントで低減させることができる。

以上のように計測を行って、Ｎロット目（Ｎは２以上の自然数、図１の例ではＮ＝７）のブロック５の構築が終了したか否かの判定を行う（ステップＳ８、ステップＳ９）。そして、Ｎロット目の構築が終了している場合には、一連の工程が完了する。一方、Ｎロット目の構築が終了していない場合には、ステップＳ３を再度実行し、例えば２ロット目のブロック５の構築を開始する（ブロックを構築する工程）。

具体的には、１ロット目のブロック５の上方に位置するブロック５を２ロット目のブロックとして構築し、前述と同様、型枠の設置、鉄筋の配置、及びコンクリートの打設を行う。そして、２ロット目のブロック５を構築した後には脱型を行い（ステップＳ４）、２ロット目のブロック５に光ファイバ１１を設置する（光ファイバを設置する工程、ステップＳ５）。

そして、図１１（ｃ）に示されるように、余長１１ｇを残しつつ、前述と同様にブロック５の内周面３ｄに光ファイバ１１を固定する。そして、温度補正用光ファイバ１２も光ファイバ１１と同様、余長１２ｇを残しつつ内周面３ｄに貼り付ける。その後、光ファイバ１１及び温度補正用光ファイバ１２の初期値の設定を行う（ステップＳ６）。

上記のように、光ファイバ１１及び温度補正用光ファイバ１２の初期値の設定はロット（ブロック５の構築）ごとに行う。例えば、ｍロット目（ｍは自然数）のブロック５とｍ＋１ロット目のブロック５とは材齢が異なっており、新たなブロック５が構築されるとケーソン躯体２の構築が進行する。よって、複数のブロック５を跨がる１本の光ファイバ１１を用いてブロック５の歪み分布を計測するためには、ブロック５の構築の進捗に応じた初期値の設定が必要となる。具体的には、１つのブロック５の構築ごとに光ファイバ１１及び温度補正用光ファイバ１２の初期値を設定することが必要となりうる。

その後は前述と同様、地盤Ｂへの２ロット目のブロック５の沈設、及び光ファイバ１１によるブロック５の歪みの計測を開始し（ブロックの歪みを光ファイバによって検出する工程、ステップＳ７）、Ｎロット目のブロック５の構築が完了したか否かの判定を行う（ステップＳ８、ステップＳ９）。そして、Ｎロット目のブロック５の構築が完了していない場合には、再度ステップＳ３に移行して、例えば３ロット目以降のブロック５の構築等を繰り返し、Ｎロット目のブロック５の構築が終了している場合には、一連の工程を完了する。

次に、本実施形態に係る構造物管理装置１０及び構造物管理方法から得られる作用効果について詳細に説明する。本実施形態に係る構造物管理装置１０及び構造物管理方法では、光ファイバ１１を複数のブロック５のそれぞれに設置し、設置した光ファイバ１１によって複数のブロック５の歪みを検出する。

よって、線状の光ファイバ１１を複数のブロック５にわたって設置することにより、少ない本数の光ファイバ１１でより広い箇所の歪みを検出することができる。従って、複数のブロック５のそれぞれの構築を行いながら複数のブロック５のそれぞれに光ファイバ１１を設置して歪みの計測を行うことができるので、複数のブロック５の広い箇所の挙動を少ない本数の光ファイバ１１によって把握することができる。

また、本実施形態に係る構造物管理装置１０及び構造物管理方法では、構築されたブロック５に余長１１ｇを残しつつ光ファイバ１１を設置し、ブロック５の構築、ブロック５への光ファイバ１１の設置、及び光ファイバ１１によるブロック５の歪みの検出を繰り返しながら構造物を構築する。

よって、ブロック５の構築ごとに余長１１ｇを残しつつ当該ブロック５に対して光ファイバ１１の設置を行い、ブロック５の構築と光ファイバ１１の設置とを繰り返しながら構造物の構築を行うことが可能となる。光ファイバ１１の設置は、ブロック５に１本の光ファイバ１１を余長１１ｇを残しつつ固定すればよいので、容易に行うことができる。従って、少ない本数の光ファイバ１１をブロック５の構築と共に行うことができるので、設置作業を容易に行うことができると共に広い範囲の歪みを効率よく検出できる。

ブロック５の歪みを光ファイバ１１によって検出する工程では、レイリー計測によってブロック５の歪みを検出してもよい。レイリー計測では、光ファイバ１１を伝搬する光におけるレイリー後方散乱光を検出することによってブロック５の歪みを計測する。レイリー後方散乱光の光強度は、入力した計測光の光強度よりも弱くなる。従って、この光強度の変化を検出することにより、光ファイバ１１に生じた歪みの大きさを得ることができる。よって、レイリー後方散乱光を用いたレイリー計測は、精度がよく、光のロスに強いという利点がある。

ブロック５は鉄筋コンクリートブロックであってもよく、構造物は鉄筋コンクリート構造物であってもよい。この場合、ブロック５ごとに徐々に構築される鉄筋コンクリート構造物に対し、広範囲の箇所を容易に歪み計測できる。

構造物は、鉄筋コンクリートブロックを含むケーソン１であってもよい。この場合、例えばニューマチックケーソン工法によってブロック５ごとに徐々に構築されていくブロック５に対し、構築されたブロック５ごとに光ファイバ１１を設置することが可能となる。従って、ケーソン１の複数のブロック５のそれぞれに生じる歪みを光ファイバ１１によって計測することが可能となる。よって、ケーソン１の広範囲の箇所を少ない本数の光ファイバ１１によって容易に歪み計測することができる。

本実施形態に係る構造物管理方法は、図１０に例示されるように、検出された歪みからケーソン１の外周面３ｃにおける摩擦力Ｆ２が生じている箇所を特定する工程と、摩擦力Ｆ２が生じている箇所に滑材を注入する工程と、を備えてもよい。この場合、歪みからケーソン１の内周面３ｄにおける摩擦力Ｆ２を計測して摩擦力Ｆ２が生じている箇所を（例えばピークＰとして）特定することが可能となる。

摩擦力Ｆ２の集中箇所の特定を行うことにより、ケーソン１の品質が劣化する前に必要な対応をとることができる。すなわち、摩擦力Ｆ２が生じている箇所に滑材が注入されるので、必要な箇所に必要なだけの滑材を注入することができる。これにより、ケーソン躯体２が摩擦力発生位置から吊り下がる現象を未然に防止することができる。従って、滑材を効率よくピンポイントで且つ速やかに注入して問題となる現象の発生を未然に防止することができるので、高品質のケーソン１を効率よく構築することができる。

次に、図１３及び図１４を参照しながら変形例に係る構造物管理方法の工程について説明する。変形例では、光ファイバを躯体内部に配置する場合について説明する。なお、変形例に係る構造物管理方法及び構造物管理装置の一部は、前述した構造物管理方法及び構造物管理装置の一部と重複するため、重複する部分の説明を適宜省略する。

まず、光ファイバ１１を用意する（光ファイバを用意する工程、ステップＳ１１）。そして、図１３（ａ）に示されるように、ケーソン１の１ロット目を構築すると共に、１ロット目のブロック５に対して光ファイバ１１の敷設を行う。具体的には、例えば、型枠の設置、及び鉄筋の配置を行うと共に、当該鉄筋に沿うように光ファイバ１１及び温度補正用光ファイバ１２を配置する。すなわち、光ファイバ１１及び温度補正用光ファイバ１２の配置は、鉄筋の組立と同時、又は鉄筋の組立後からコンクリートの打設までの間に行われる。そして、コンクリートの打設を行ってブロック５の内部に光ファイバ１１及び温度補正用光ファイバ１２を埋設する（ブロックを構築する工程、光ファイバを設置する工程、ステップＳ１２、ステップＳ１３）。

その後、型枠を外し（ステップＳ１４）、光ファイバ１１及び温度補正用光ファイバ１２の初期値の設定を行う（ステップＳ１５）。そして、図１３（ｂ）に示されるように、地盤Ｂへのブロック５の沈設、及び光ファイバ１１によるブロック５の歪みの計測を開始する（ブロックの歪みを光ファイバによって検出する工程、ステップＳ１６）。

ブロック５の計測を開始して、Ｎロット目のブロック５の構築が終了したか否かの判定を行う（ステップＳ１７、ステップＳ１８）。そして、Ｎロット目の構築が終了していない場合には、ステップＳ１３に移行し、図１３（ｃ）に示されるように２ロット目以降のブロック５の構築等を行って前述と同様の工程を繰り返す。一方、Ｎロット目の構築が終了している場合には、一連の工程が完了する。

以上、変形例に係る構造物管理方法では、光ファイバ１１を複数のブロック５のそれぞれに設置し、設置した光ファイバ１１によって複数のブロック５の歪みを検出する。よって、線状の光ファイバ１１を複数のブロック５にわたって設置することにより、少ない本数の光ファイバ１１でより広い箇所の歪みを検出することができる。従って、前述した構造物管理方法及び構造物管理装置１０と同様の効果が得られる。

また、変形例に係る構造物管理方法では、光ファイバ１１がブロック５に埋め込まれるので、ブロック５を構成するコンクリートが硬化する前から歪みの測定を開始することができ、より早期からのデータ取得が可能となる。更に、ケーソン１の表面に光ファイバ１１が見えないようにすることができ、ケーソン１から光ファイバ１１が外れる可能性を無くすことができる。

以上、本開示に係る構造物管理装置及び構造物管理方法の実施形態について説明した。しかしながら、本発明は、前述した実施形態又は変形例に限定されない。すなわち、本発明が特許請求の範囲に記載された要旨を変更しない範囲において種々の変形及び変更が可能であることは、当業者によって容易に認識される。例えば、構造物管理装置の各部の構成、形状、大きさ、数、材料及び配置態様、並びに、構造物管理方法の工程の内容及び順序は、前述した内容に限られず適宜変更可能である。

例えば、前述した実施形態では、光ファイバ１１を用いてレイリー計測によってケーソン１の歪みを検出する例について説明した。しかしながら、歪みの検出は、例えば、ブリルアン計測等、レイリー計測以外の方法で行われてもよい。

また、前述の実施形態では、ケーソン１の内周面３ｄに光ファイバ１１が設置される例について説明した。しかしながら、光ファイバ１１の設置位置は、ケーソン１の内周面３ｄに限られず適宜変更可能である。例えば、図１５（ａ）及び図１５（ｂ）に示されるように、ケーソン１の外周面３ｃに光ファイバ１１が設置されてもよい。

図１５（ａ）及び図１５（ｂ）は、４本の光ファイバ１１がブロック５の周方向に沿って並ぶように配置された例を示している。このように、光ファイバ１１をケーソン躯体２の外周面３ｃに設置する場合、ケーソン躯体２全体の軸方向の変形を推定することが可能であり、ケーソン１に過大な変形が生じないようにモニタリングしながらブロック５の沈設を行うことができる。

また、図１６（ａ）及び図１６（ｂ）に示されるように、ケーソン１の周方向Ｄに沿うように平面視で環状となるように光ファイバ１１を設置してもよい。図１６（ａ）及び図１６（ｂ）は、ケーソン１の内周面３ｄに周方向Ｄに沿うように光ファイバ１１を設置する例を示している。

図１６（ａ）及び図１６（ｂ）に示されるように、光ファイバ１１を周方向Ｄに沿って延びるように配置することにより、ケーソン１を構成する壁の面外変形を推定することができる。そして、ケーソン１に過大な変形が生じないようにモニタリングしながらブロック５の沈設を行うことができる。

また、前述の実施形態及び変形例では、構造物がケーソンである例について説明した。しかしながら、構造物は、ケーソン以外の鉄筋コンクリートブロックであってもよいし、鉄筋コンクリートブロック以外のブロックであってもよい。例えば、構造物は、鋼構造物であってもよい。この場合も、前述した実施形態及び変形例と同様の作用効果（ひび割れ回避の効果、及び／又は衝撃回避の効果）が得られる。

すなわち、図１７に模式的に示されるように、ブロック５５を段階的に構築する現場であれば本発明を適用することが可能である。この場合、図１７（ａ）及び図１７（ｂ）に示されるように、歪みを検出する光ファイバ５１を用意すると共にブロック５５を構築する。そして、構築されたブロック５５に、余長５２を残しつつ光ファイバ５１を設置して、ブロック５５の歪みを光ファイバ５１によって検出する。

図１７（ｃ）及び図１７（ｄ）に示されるように、ブロック５５の構築、余長５２を残しながらの光ファイバ５１の設置、及び光ファイバ５１によるブロック５５の歪みの検出、を繰り返しながら構造物を構築する。構造物としては、例えば、ボックスカルバート若しくはアーチカルバートを含む道路、鉄道、堤防若しくはトンネルであってもよいし、橋梁であってもよい。例えば、橋梁の場合、橋梁を構成するブロック５５の上下のそれぞれに光ファイバ５１を順次設置していくことによって施工途中におけるブロック５５のクリープ歪みを検出できる。このように、本発明が対象とする構造物は特に限定されない。

１…ケーソン（構造物）、２…ケーソン躯体、３…側壁、３ｂ…刃口、３ｃ…外周面、３ｄ…内周面、４…作業室、５，５５…ブロック、６…底壁、７…鋼矢板、１０…構造物管理装置、１１，１１Ａ，５１…光ファイバ、１１ｂ…光ファイバ芯線、１１ｃ…テンションメンバ、１１ｄ…シース、１１ｆ…芯線、１１ｇ，５２…余長、１２…温度補正用光ファイバ、１２ｂ…光ファイバ芯線、１２ｃ…管状部材、１２ｇ…余長、１３…制御装置、１５…滑材注入装置、Ｂ…地盤、Ｄ…周方向、Ｆ１…荷重、Ｆ２…摩擦力、Ｆ３…反力、Ｇ…地表、Ｐ…ピーク、Ｔ…トンネル、Ｘ…ひび割れ。

Claims (4)

1. ブロックを段階的に構築することによって複数の前記ブロックを含む構造物を構築するときに用いられる構造物管理方法であって、
   歪みを検出する光ファイバを用意する工程と、
   前記ブロックを構築する工程と、
   構築された前記ブロックに、余長を残しつつ前記光ファイバを設置する工程と、
   構築された前記ブロックの歪みを前記光ファイバによって検出する工程と、
   を備え、
   前記ブロックを構築する工程、余長を残しつつ前記光ファイバを設置する工程、及び前記ブロックの歪みを前記光ファイバによって検出する工程、を繰り返しながら前記構造物を構築し、
   前記ブロックは鉄筋コンクリートブロックであり、構造物は鉄筋コンクリート構造物であり、
   前記構造物は、前記鉄筋コンクリートブロックを含むケーソンである、
   構造物管理方法。
2. 前記ブロックの歪みを前記光ファイバによって検出する工程では、レイリー計測によって前記ブロックの歪みを検出する、
   請求項１に記載の構造物管理方法。
3. 検出された前記歪みから前記ケーソンの外周面における摩擦力が生じている箇所を特定する工程と、
   前記摩擦力が生じている箇所に滑材を注入する工程と、
   を備える請求項１または請求項２に記載の構造物管理方法。
4. ブロックを段階的に構築することによって複数の前記ブロックを含む構造物を構築するときに用いられる構造物管理装置であって、
   歪みを検出する光ファイバを備え、
   前記光ファイバは、前記ブロックが構築されるごとに構築された前記ブロックに余長を残しつつ設置され、
   複数の前記ブロックのそれぞれに設置された前記光ファイバが歪みの検出を行い、
   前記ブロックは鉄筋コンクリートブロックであり、構造物は鉄筋コンクリート構造物であり、
   前記構造物は、前記鉄筋コンクリートブロックを含むケーソンである、
   構造物管理装置。

Images