JPH0252222A - 光ファイバーを用いた地すべりセンサーとその設置方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は地中に埋設される光ファイバーひずみセンサ
ーを用いた地すべり検知用センサーとその設置法に関す
る。

［従来の技術］ 近年地すべり災害に関する社会的関心が高まりつつあり
、その災害の予知と防災の必要性から地すべり監視シス
テｌ＼に対するニーズが高まっている。従来地すべりを
監視するためのセンサーとしては、地すべり技術Ｖｏｗ
、　７　Ｎｏ１（第１９号）、昭和５５年５月１日、（
社）地すべり対策技術協会発行、に紹介されているよう
な塩ビパイプ等の柔軟性の高い材料にひずみゲージを貼
付けたものを地盤中にせん孔したポーリング孔内に接続
しなから挿入し、その後孔壁と塩ビパイプの空隙に砂等
を充填するものや、地盤中にせん孔したポーリング孔に
塩ビパイプや鋼管からなるガイド管を挿入しておき、こ
の管内に地上から傾斜計を吊下して所定深度毎に傾斜量
を測定するものが用いられていた。

いずれの場合もポーリング孔内に挿入した塩ビパイプ又
はガイド管が地盤と一体に動くように埋設しておき、地
すべり面における地盤の動きによって生じる塩ビパイプ
又はガイド管の深度方向の曲げ変形をひずみゲージ又は
傾斜量にて検出することにより、地すべり位置および程
度を知るようにしたものである。

なお、地すべりの方向を知る必要がある場合は塩ビパイ
プ又はガイド管の直交２方向の曲げ変形を測定するため
、同一断面において、２ケ所又は４ケ所の測定がなされ
る。

［発明が解決しようとする課題］ しかし前者の塩ビパイプ等にひずみゲージを貼付けたも
のをポーリング孔に埋設するものは、多数の測点を設け
る必要があり、それぞれの測点から信号ケーブルを塩ビ
パイプに沿って配線しなければならないため、地上部に
近くなるに従って塩ビパイプの外周に多数のケーブルが
配線されるため、ポーリング孔内への挿入が困難になる
とともに、孔壁との空隙に充填材を供給するのが不確実
となり、地盤の動きが塩ビパイプに確実に伝達されない
恐れがある。さらに、貼付型ひずみゲージは一般的に長
期間の耐久性に乏しく、加えて地下水位以下に設けられ
るため、かつ周囲から土圧をうけるため、防水処理を恋
人りに行っても、短期間に絶縁抵抗が低下してしまい計
測誤差を生じたり計測不能となってしまう場合が多かっ
た。

又後者のガイド管に傾斜計を挿入して地すべりを検出す
る方式のものは、傾斜計１式で数箇所に埋設したガイド
管の傾斜を測定する利点があるが、手動測定であるため
、測定のたびに傾斜計をガイド管内に吊下し操作しなけ
ればならず繁雑であるとともに、測定間隔が空くため、
地盤の動きの経時変化が把握しにくい。

又ガイド管のガイド溝と傾斜計のタッチ面のガタにより
測定誤差が生じやすいような問題点があった。

この発明は徒来の課題を解消し、長期間に亘って安定的
にかつ精度よく地すべりを測定するセンサーを提供する
とともに、該センサーを地中に確実に設置する方法を提
供することを目的としたものである。

［課題を解決するための手段および作用］本発明は（１
）地盤の掘削孔に挿入された可撓性ケーシング管と、深
さ方向に配置した複数のスペーサーによって所定の位置
に配置されて前記ケーシング管内に挿入された光ファイ
バーひずみセンサーと、前記ケーシング管内に充填され
た低強度の充填材からなる、光ファイバーを用いた地す
べりセンサーであり、また（２）地盤中に予想されるす
へり面の深度より深い位置まで掘削孔をあけ、該掘削孔
内に沿って可撓性ケーシング管を挿入した後、複数のス
ペーサーにて所定の位置に配置した光ファイバーひずみ
センサーを、前記スペーサーを同一方向になるようにガ
イドしながら前記ケーシング管内に吊下げ挿入し、その
後、スペーサーの貫通孔又はスペーサーとケーシング管
との間隙を通して挿通した注入管によって、前記ケーシ
ング管内に低強度の充填材を充填することを特徴とする
光ファイバーを用いた地すべりセンサーの設置方法であ
る。即ち本発明は近年注目されている光フアイバーケー
ブルを利用したひずみセンサーをひずみ検出素子として
用い、地盤中に埋設された可撓性ケーシング管内に挿入
して低強度の充填材を充填することにより、ひずみセン
サーが地盤と一体になるようにしたものである。光ファ
イバーひすみセンサーは第３図に示すように光を伝送す
るコア１ａの周囲にクラッド］ｂ、コーティングＩＣお
よび保護被覆］ｄで構成されている。この光ファイバー
のコア１ａに光パルスを入射するとコアの中で散乱が生
じ、一部は入射端に戻ってくる（後方散乱光）。この散
乱強度は光ファイ八−の周囲から加えられる圧力により
変化するため、散乱光の強度を測定することにより光フ
ァイバーに働く外力を測定することができる。また散乱
の発生した点が入射端から遠い程、入射端へ戻る時間が
長くなるため、光パルスを入射してから戻ってくるまで
の時間を測定することにより、変化の生じた点（ひずみ
の発生点）の位置を知ることができる（ＯＴＤＲ法）。

従って光ファイバーひずみセンサーケーブル１本を用い
、前記０ＴＤＲ法と組合せることにより、ケーブル軸方
向のひずみ分布を簡単に測定することが可能である。

［実施例コ 第１図は光ファイバーひずみセンサー１を地すペリ検知
センサーとして埋設した断面図を示す。

地盤］０中の予想されるすべり面１１より十分深い深度
まで削孔された掘削孔４にはケーシング管３が挿入され
ている。

ケーシング管３は地盤の動きに追従するようなたわみや
すいものを使用する必要があり、例えば塩ビパイプや薄
肉の鋼製パイプが用いられる。

ケーシング管３内には第３図に示す光ファイバーを用い
たひずみセンサーが所定の間隔毎に配置されたスペーサ
ー２に保持されて挿入されている、スペーサー２は光フ
ァイバーひずみセンサー１を所定の配置に保持しながら
ケーシング管内に挿入でき、かつ充填材の注入に支障が
無いようにケーシング管を閉塞しないような形状にする
必要がある。

第２図（イ）〜（ハ）は各種のスペーサーの平面形状例
を示す。（イ）、（ロ）はケージング管内に４本の光フ
ァイバーひずみセンサー１を挿入する際用いるもので、
中央に充填材注入孔２ａを有し、外側の４等分の位置に
光ファイバーひずみセンサー１のケーブルの外径とほぼ
等しい半円形の切込みを設けた路弁字状の形状としであ
る。

（ハ）はケーシング管内に２本の光ファイバーひずみセ
ンサー１を挿入する際用いるもので、あらかじめすベリ
方向が推定可能な場合に適用される。

（ニ）は十字状のスペーサーの中央部に１本の光ファイ
バーひずみセンサー１を挿通して配置を保持するもので
ある。

スペーサー２にて保持された複数本の光ファイバーひず
みセンサー１を円形ケーシング管内に挿入する際、スペ
ーサー２が回転すると、それぞれの光ファイバーひすみ
センサー］の測定方向がずれてしまったり、ねじれたり
交差してしまう。このため、（イ）及び（ハ）に示すよ
うにケーシング管３の軸方向に沿ってガイド突条３ａを
設はスペーサー２の回転を防止している。

ケーシング管３内には充填材５が充填され、光ファイバ
ーひずみセンサー１を所定の配置に保持するとともに、
地盤の動きにより変形されるケーシング管３の変形を光
ファイバーひずみセンサー１に伝達させる。

充填材５は、高強度のものを使用すると剛性が高まり、
地盤の変形への追従性が損われるため低強度の材料を用
いる必要があり、例えばセメントの配合を少なくしたセ
メントモルタルやソイルセメントおよび合成樹脂系のも
のが用いられる。

以上のように構成された光ファイバーひずみセンサー１
は、第４図に示すように地」二に設置されたＯ　Ｔ　Ｄ
　Ｒ装置１２に接続され更に演算処理装置１３を経て記
録装置１４に接続される。

第５図はこの発明のセンサーにより得られる地すペリデ
ータの例を示すものである。横軸Ａは光ファイバーひず
みセンサー１の後方散乱光の強度を表し、縦軸Ｚは反射
光の到達時間から換算した深度を表す。

すべり面１１の上方の地盤１０ｂにすへりが生じると、
ケーシング管３は第４図のように曲げられる。この結果
光ファイバーひずみセンサー］の後方散乱光の強度力布
はａの状態からｂのように、すべり面の深度付近で低下
するため、この位置からすべり面１１を知ることができ
るとともに、後方散乱光の強度変化量はケーシング管３
のｌＩロブ変形量に比例するため地すべりの規模を知る
ことができる。

第６図は地すべり検知用光ファイバーひずみセンサーを
設置する方法を示すものである。この例は４本の光ファ
イバーひずみセンサー１を設置する例を示すが、２本又
は１本でもはゾ同様の手段となる。設置手順は以下の通
りである。

（１）ポーリングにて予想されるすベリ面１１より深い
深度まで掘削孔４を設ける。

（２）掘削孔内に沿ってたわみ性のあるケーシング管３
を挿入する。ケーシング管３は長尺のものか又は短尺の
ものを継ぎ足しながら挿入しても良い。

（３）ドラム６に巻取られた光ファイバーひずみセンサ
ー１を第７図のように４方向に配置し、ドラム６から曳
出し、ケーシング管３の上方に設置したフレーム９の上
部に固定したそれぞれのリール９ａを介して４本の光フ
ァイバーひずみセンサー１の端部を最下段のスペーサー
２ｅに配置し、固定する。

最下段のスペーサー２０の下側には適当な重さの重錘７
を固定又は吊下げておく。

（４）以」二の準備が終ったら、重錘７および最下段の
スペーサー２０をケーシング管３内に吊下げ挿入する。

（５）入口から所定の深さ（約２〜３ｍ）挿入したら次
のスペーサー２に光ファイバーひずみセンサー１をセラ
１〜する。この際、スペーサー２と光ファイバーひずみ
センサー１が当接する部分に即効性の接着剤を塗布して
固定するか又は固縛によりスペーサー２が落下しないよ
うに保持する。なお、あまり強く固縛すると、その部分
の光ファイバーに集中ひずみが生じるため注意を要する
。

（６）スペーサー２をセットしたら光ファイバーひずみ
センサー１が真直下に垂下するようにスペーサー２の位
置を定め、ケーシング管のガイ１ル突条３ａに沿わせて
所定の深さ挿入する。

（７）以下前記の操作を繰返して掘削孔先端まで光ファ
イバーひずみセンサー１を挿入する。

（８）なお、光ファイバーひすみセンサー１の挿入と同
時にスペーサー２の中央に設けた穴又は外側の開孔部に
充填材注入管８（ホース又は塩ビパイプ）を挿入してい
く。

（９）光ファイバーひずみセンサー１および充填材注入
管８の挿入が完了したら、充填材注入管８に充填材５を
送りケーシング管３の底部から充填材５を注入していく
。この際、充填材５の注入に応して注入管８を徐々に引
きあげて注入圧が増大するのを防ぐ。

以」二は光ファイバーひずみセンサー１の先端部に設け
た重錘７を光ファイバーひずみセンサー１自身で張力負
担して吊下げ挿入するものであるが、光フアイバー自身
にあまり張力を負担させたくない場合は、別に吊りロー
プ２ｂを使用し、スペーサ−２にロープ２ｂを固定具２
ｃ、ビス２ｄで固定する。

この場合は光ファイバーひずみセンサー１自身に初期張
力によるひずみが残らないとともに第８図の如くスペー
サー２をロープ２ｂに固定することができるため、光フ
ァイバーひすみセンサー１とスペーサー２を強く固定す
る必要が無いためこの部分のファイバーに集中ひずみを
生じる恐れが無い。

［発明の効果］ この発明によれば地盤中に埋設した可撓性ケーシング管
内に配設した光ファイバーひずみセンサーの周囲に低強
度の充填材を充填しているのでケーシング管の曲げ剛性
を高めることが無く、地すべりによって生じる地盤の動
きでケーシング管が変形され、更にケーシング管の変形
は充填材を介して光ファイバーひずみセンサーに伝達さ
れる。

ひかりファイバーひずみセンサーはＯＴ叶法によって深
度方向のひずみ分布を連続的に得ることができ、又長期
間に安定良く計測することができる。

又光ファイバーひずみセンサーをケーシング管内に設置
するに際しては、所定間隔に配置したスペ−サーを同一
方向になるようにガイドしながら挿入するため、光ファ
イバーひずみセンサーの配置を正確に維持して設置する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の地すべりセンサーの縦断面図、 第２図はスペーサ一部の水平断面図であって、（イ）は
円形ケーシング管に４本の光ファイバーひずみセンサー
を配置したもの、（ロ）は角形ケーシング管を用いたも
の、（ハ）、（ニ）は円形ケーシング管にそれぞれ２本
又は１本の光ファイバーひずみセンサーを配置したもの
、 第３図は地すべりセンサーに用いられる光ファイバーひ
ずみセンサーの例、 第４図は測定全体の構成図、 第５図はこの発明のセンサーにより得られたデータ、 第６図は光ファイバーひすみセンサーを地盤中に設置す
る手段を示すもの、 第７図は第６図の平面図、 第８図（イ）はスペーサーを吊ロープに固定する平面図
、（ロ）は側面図、 を示す。 １：光ファイバーひずみセンサー、　２ニスペーサ−１
２ａ：充填材注入孔、　３：ケーシング管、４：掘削孔
、　５：低強度充填材、　６：光フアイバーケーブルト
ラム、　７：重錘、　８：充填材注入管、　９：フレー
ム、　１０：地盤、１１：すべり面、　１２：０ＴＤＲ
装置、　１３：演算処理装置、　１４：記録装置。 特許出願人　　新日本製鐵株式会社

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）地盤の掘削孔に挿入された可撓性ケーシング管と
   、深さ方向に配置した複数のスペーサーによって所定の
   位置に配置されて前記ケーシング管内に挿入された光フ
   ァイバーひずみセンサーと、前記ケーシング管内に充填
   された低強度の充填材からなる光ファイバーを用いた地
   すべりセンサー。
2. （２）地盤中に予想されるすべり面の深度より深い位置
   まで掘削孔をあけ、該掘削孔内に沿って可撓性ケーシン
   グ管を挿入した後、複数のスペーサーにて所定の位置に
   配置した光ファイバーひずみセンサーを、前記スペーサ
   ーを同一方向になるようにガイドしながら前記ケーシン
   グ管内に吊下げ挿入し、その後、スペーサーの貫通孔又
   はスペーサーとケーシング管との間隙を通して挿通した
   注入管によって前記ケージング管内に低強度の充填材を
   充填することを特徴とする光ファイバーを用いた地すべ
   りセンサーの設置方法。